JP3821887B2 - バキュームリリーフ弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力工業や、化学工業、食品工業など、各種産業分野において使用されるタンクなどに付設するバキュームリリーフ弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図１４に示す純水タンクＢには、タンク本体１１内に貯溜する液体の一例である純水Ｗと大気が接触して純水Ｗ中の溶存酸素量が増える（又は純水Ｗの純度が低下する）のを防止するため、純水Ｗと大気を隔離するダイヤフラムゴム膜１２が配設されている。
また、このダイヤフラムゴム膜１２を、変動する純水Ｗの水位（又は液位という）に追従させるため、このダイヤフラムゴム膜１２内には、重錘リング１３が配設されていると共に、ダイヤフラムゴム膜１２の下には、重錘リング１３の重量と平衡する浮力を有するリング状の浮きフープ１４が配設されている（図１５参照）。
また、タンク本体１１の底部には、このタンク本体１１内の純水Ｗを側マンホール６０から完全にブロー（又は排液、排水という）したとき、ダイヤフラムゴム膜１２がタンク本体１１と固着したり破損したりするのを防止するため、上部にグレーチングを有するダイヤフラム受台１５が配設されている。
なお、ダイヤフラムゴム膜１２がダイヤフラム受台１５の上方の所定距離まで近接したときを最低水位又は水位０％という（図１５参照）。
更に、タンク本体１１内の純水Ｗを最低水位以下まで側マンホール６０から排出する場合、タンク本体１１とダイヤフラムゴム膜１２で形成される空間Ｓが減圧されて、ダイヤフラムゴム膜１２が下方に引き込まれ（図１８参照）、この結果、ダイヤフラムゴム膜１２やダイヤフラム受台１５が破損するのを防止するため、タンク本体１１の周壁にはバキュームリリーフ弁Ｃが取付けられている。
【０００３】
ここで、図１５及び図１６を参照して、従来のバキュームリリーフ弁Ｃの基本構成について説明すると、このバキュームリリーフ弁Ｃは、上部に通気口１６ａを備え、下部に液体出入口１６ｂを備えるハウジング１６内に、液体出入口１６ｂから流入する純水Ｗの水位の上昇によって、通気口１６ａの下部に設けられたリング状のシートパッキン１７のリップ部１７ａと当接して弁シールをするオーステナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４：以下、単にＳＵＳ３０４という）製の球体からなるフロート１８を備えている。
また、図１５〜図１７を参照して、従来のバキュームリリーフ弁Ｃの具体的構成について説明すると、上述したハウジング１６は、タンク本体１１の下部周壁に取付けられた短管１９に元弁２０を介して接続されたエルボー管１６ｃと、このエルボー管１６ｃの上端に接続された外側ケース１６ｄとから構成されている。
そして、エルボー管１６ｃの上端内部には、フロート１８を支持する４つの支脚からなる弁座１６ｅが設けられていると共に、このエルボー管１６ｃの上端内部には、純水Ｗの水位の変動によるフロート１８の上、下動をガイドする４本のフロートガイド１６ｆが立設されている。
また、外側ケース１６ｄの上部中央には、通気口１６ａが形成されていると共に、この通気口１６ａを介してハウジング１６内に塵や埃が入るのを防止するため、外側ケース１６ｄの上部には、通気口１６ａを覆って四角い金属製のネット１６ｇが配設され、更に、このネット１６ｇの上方に笠１６ｈが配設されている。
また、外側ケース１６ｄの通気口１６ａには、図１６に示すように、パッキンホルダー１６ｉが螺着されていると共に、このパッキンホルダー１６ｉにシートパッキン１７が嵌着されている。なお、このシートパッキン１７は、ショア硬度７０のエチレンプロピレンゴム（以下、ＥＰＤＭ７０という）からなり、図１６及び図１７に示すように、フランジ部１７ｂの一端部からリップ部１７ａを延設してなるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のバキュームリリーフ弁Ｃでは、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。
即ち、シートパッキン１７の材質にＥＰＤＭ７０が使用されると共に、フロート１８の材質にＳＵＳ３０４が使用されているため、これらＥＰＤＭ７０とＳＵＳ３０４の馴染みが良く、シートパッキン１７とフロート１８の固着現象が発生するという問題があった。
このため、タンク本体１１内の純水Ｗを最低水位以下まで側マンホール６０から排出する場合、タンク本体１１とダイヤフラムゴム膜１２で形成される空間Ｓが減圧されて、ダイヤフラムゴム膜１２が下方に引き込まれてしまい（図１８参照）、この結果、ダイヤフラムゴム膜１２やダイヤフラム受台１５が破損するという危険性があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、シートパッキンとフロートの固着現象の発生を防止して、良好な作動性能を得ることができると共に、たとえ、最低水位以下まで液体を排出する場合でも、ダイヤフラムゴム膜やダイヤフラム受台等が破損するのを防止して、高い信頼性を得ることができるバキュームリリーフ弁を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載のバキュームリリーフ弁は、上部に通気口を備え、下部に液体出入口を備えるハウジング内に、前記液体出入口から流入する液体の液位の上昇によって、前記通気口の下部に設けられたリング状のシートパッキンのリップ部と当接して弁シールをするフロートを備えたバキュームリリーフ弁において、
前記フロートは表面にフッ素樹脂をコーティングした球体からなり、前記シートパッキンはゴム材からなり、
前記フッ素樹脂は、厚み８０〜１２０μｍのＰＦＡであって、
前記ゴム材は、ショア硬度６０〜８０のＮＢＲ又はＥＰＤＭであることを特徴とする。
【０００６】
ここで、上述した「ＰＦＡ」、「ＮＢＲ」、及び「ＥＰＤＭ」とは、それぞれ、「テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体」、「アクリロニトリルブタジエンゴム」、「エチレンプロピレンゴム」をいう。
また、フロートはその材質等にも依るが、中空状又は中実状のものを使用することができる。また、フロートの材質として具体的には、ステンレス鋼等の金属製、セラミックス製、合成樹脂製のもの等を使用することができる。
また、フロートの表面にコーティングするフッ素樹脂の厚さは、８０〜１２０μｍ、好ましくは９０〜１１０μｍとする。
これは、フッ素樹脂の厚さが９０μｍ未満になると、フッ素樹脂の厚さが薄過ぎて簡単に剥離し、フロートとシートパッキンの固着現象を防止できなくなる傾向が現れ、特に８０μｍ未満になるとその傾向が著しくなるからである。
また、逆に、フッ素樹脂の厚さが１１０μｍを超えると、フッ素樹脂の厚さが厚過ぎて塊状に剥離してしまい、前記と同様、フロートとシートパッキンの固着現象を防止できなくなる傾向が現れ、特に１２０μｍを超えるとその傾向が著しくなるからである。
また、シートパッキンの材質であるゴム材の硬さは、ショア硬度６０〜８０とする。
これは、ゴム材の種類にも依るが、ゴム材の硬さがショア硬度６０未満になると、シートパッキンが柔らか過ぎて、フロートとシートパッキンの固着現象を防止できなくなる傾向が現れるからである。
また、逆に、ゴム材の硬さがショア硬度８０を超えると、シートパッキンが硬過ぎて、例えば、シートパッキンに圧縮成形時の加工誤差等が生じていたとき、フロートとシートパッキンの間にできる隙間をそれ自体の変形に依って消失することができなくなって、弁シールの際、水漏れ等が発生する傾向が現れ、特にショア硬度９０を超えるとその傾向が著しくなるからである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、従来例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略するものとする。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るバキュームリリーフ弁Ａが、従来例のバキュームリリーフ弁Ｃと異なる点は、表面にフッ素樹脂の一例であるＰＦＡをコーティングした中空状の金属製（ＳＵＳ３０４）の球体からなるフロート２５を用いた点と、ゴム材の一例であるＮＢＲ７０製のシートパッキン２６を用いた点である。
以上のように本実施の形態に係るバキュームリリーフ弁Ａによれば、シートパッキン２６の材質としてＮＢＲ７０を使用し、フロート２５として中空状のＳＵＳ３０４製球体の表面にＰＦＡをコーティングしたものを使用することにより、シートパッキン２６とフロート２５の間の固着現象を防止することができ、この結果、バキュームリリーフ弁Ａの作動性能を向上することができると共に、たとえ、純水タンクＢのタンク本体１１内の最低水位以下まで純水Ｗをブロー（又は排液、排水という）する場合でもダイヤフラムゴム膜１２やダイヤフラム受台１５等が破損するのを防止して、高い信頼性を得ることができる。
【０００８】
【実施例】
次に、本実施の形態に係るバキュームリリーフ弁Ａ（図１参照）の確認試験を行った結果について説明する。なお、本確認試験では、バキュームリリーフ弁Ａの基本的な構造を変えずに、シートパッキンの材質や形状とフロートの材質の異なる組合せを種々変更して（表１参照）後述する各種試験を行うものとする。
【０００９】
【表１】
【００１０】
なお、表１中、「ＥＰＤＭ７０」とはショア硬度７０のＥＰＤＭ（但し、リップ幅１２ｍｍ：主要寸法は図２（ａ）参照）、「ＥＰＤＭ９０」とはショア硬度９０のＥＰＤＭ（但し、リップ幅１２ｍｍ：主要寸法は図２（ａ）参照）、「ＮＢＲ７０」とはショア硬度７０のＮＢＲ（但し、リップ幅１２ｍｍ：主要寸法は図２（ａ）参照）である。
また、表１中、「ＥＰＤＭ７０（リップ幅変更）」とは、ＥＰＤＭ７０製のシートパッキンであってリップ部を削ってリップ幅を７ｍｍに変更したもの（主要寸法は図２（ｂ）参照）、「ＥＰＤＭ７０（Ｏリングタイプ）」とは、ＥＰＤＭ７０製のシートパッキンであってＯリング状としたもの（主要寸法は図２（ｃ）参照）である。
更に、「ＥＰＤＭ７０＋エムラロン３４５（３０μｍ）」とは、ＥＰＤＭ７０製のシートパッキンであって内面に四弗化エチレン樹脂を含有するエマルジョン塗料と硬化剤とからなる乾燥皮膜潤滑塗料（日本アチソン（株）社製：商品名エムラロン３４５）を３０μｍコーティングしたものである。
また、「ＳＵＳ３０４」とは外径１５５ｍｍ（厚さ約１ｍｍ）の中空状のＳＵＳ３０４製の球体からなるフロートであり、「ＳＵＳ３０４＋ＰＦＡ（１００μｍ）」とは、前述したＳＵＳ３０４製のフロートの表面全面にテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体を１００μｍコーティングしたものである。
【００１１】
まず、シール性確認試験を行った結果について説明する。
〈シール性確認試験〉
本試験は、表１に示すフロートとシートパッキンの各種組合せについて、図３に示す実機モデル４１を用いて、表２に示す条件下でのシール性の確認をする目的で行ったものである。
なお、本試験では、フロートの上部に空気が残存する場合（図４（ａ）参照）としない場合（図４（ｂ）参照）、更に、水位０％のとき（水圧３００ｍｍＡｑ）とタンク本体１１内に純水Ｗを満水したとき（水圧９９２０ｍｍＡｑ）について検討するものとする。以下詳細に説明する。
【００１２】
【表２】
【００１３】
まず、図３に示す実機モデル４１、及び表１に示すフロートとシートパッキンを準備する。なお、実機モデル４１の主要寸法は、図４（ａ）、（ｂ）に示す通りである。また、フロートの作動状態及び水位の確認をするため、弁本体３６及び水位計３０は透明アクリル製とし、その他の部材は所定圧力に耐える材質とする。
なお、図３及び図４中、３２、３３、３４は接続弁、３５は圧力計、３７は空気抜き弁、３８は下部弁体、３９は排水弁、４０は注入弁、４２は通気口、４３はフロートガイド、４４は液体出入口である。
次に、実機モデル４１にシートパッキンとフロートを所定の組合せでセットし、注入弁４０より水道水を注入する。この際、接続弁３２、３３、３４は開放しておき、空気抜き弁３７及び排水弁３９は閉止しておくものとする。そして、フロートがシートパッキンにあたるまで水道水を注入する。
ここで、フロートの上部に空気を残存させる場合（図４（ａ）参照）は、そのまま水位を上昇させ、水位計３０の水圧が３００ｍｍＡｑとなる位置で１０分間保持する。この保持期間中に目視でシール状態を確認すると共に、シール部に指先で石鹸水を付け、この石鹸水の状況を目視で確認する。
また、フロートを水没させた状態で試験する場合（図４（ｂ）参照）は、上述したシール状態を確認した後、弁本体３６の上部にある空気抜き弁３７を利用して、フロート上部に残存する空気を除去する。その後、フロート上部に空気を残存させた場合と同じ手順で試験を行う。
そして、更に水位を上昇させ、９９２０ｍｍＡｑの圧力で試験を行うが、装置の都合で前記圧力を測定できる水位計を準備できない場合は、接続弁３２を閉止し、注入弁４０側より図示しない水圧ポンプにて昇圧し、１ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力にてシール状態の確認を行うものとする。
そして、所定の圧力が得られたら、注入弁４０を閉止し、この状態で１０分間保持し、この保持期間中にシール状態の確認を行う。この際、漏れの無い場合を合格とする。その結果を表３に示す。
【００１４】
【表３】
【００１５】
表３から明らかなように、試験Ｎｏ９、１０の場合（シートパッキンに「ＥＰＤＭ７０（Ｏリングタイプ）」を用いた場合）、フロートとの馴染みが悪く、シール部より水が漏れることが確認された。
また、試験Ｎｏ１１、１２の場合（シートパッキンに「ＥＰＤＭ７０＋エムラロン３４５（３０μｍ）」を用いた場合）、シール性は一応確認できるものの、コーティング材であるエムラロン３４５が剥離し易く、耐久性に欠けることが確認された。
なお、その他のシートパッキンに関しては、フロートが「ＳＵＳ３０４」であっても「ＳＵＳ３０４＋ＰＦＡ（１００μｍ）」であっても、良好なシール性が得られることが確認された。
【００１６】
次に、離脱性確認試験を行った結果について説明する。
〈離脱性確認試験〉
本試験は、本試験に先立ち行われたシール性確認試験にて合格したフロートとシートパッキンの組合せ（表１参照）について、図３に示す実機モデル４１を用いて、表４に示す条件下で、１週間放置した後、フロートを作動したときの作動状況及び水位データを確認し、その中で良好なデータが得られた２種類及びオリジナルの組合せ（表１参照）について、３ヶ月放置した後のフロートの作動状況及び水位データを確認する目的で行ったものである。以下詳細に説明する。
【００１７】
【表４】
【００１８】
まず、上述したシール性確認試験と同様、実機モデル４１（図３参照）にシートパッキンとフロートを所定の組合せでセットし、注入弁４０（図３参照）より水道水を注入し、フロートがシートパッキンにあたるまで水道水を注入する。
そして、フロート上部に空気を残存させる場合は、そのまま水位を上昇させ、１ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で１週間放置する。一方、フロート上部に空気を残存させない（即ち、フロートを水没した状態）で試験する場合は、前記と同様、空気抜き弁３７（図３参照）を利用してフロート上部に残存する空気を除去する。
そして、試験期間を終えたものについて、順次離脱試験を行う。この際、まず、水位計３０の圧力が保持されていることを圧力計３５（図３参照）で確認した後、水位計３０のほぼ上端まで水を注入する。そして、接続弁３２、３３を徐々に開放し、水位計３０内の水圧と弁本体３６内の水圧が均衡して、水位計３０内の水の水面が静まるまで待ち、その後、排水弁３９を徐々に開放する。
この際、水位計３０内の水の水位の降下速度は１０〜１５ｍｍ／分（純水タンクの排水時の水位降下速度と同等の速度）とする。そして、水位の下降に伴い、フロートが離脱した時の水位を水位計３０で離脱時水頭圧として読むと共に、シートパッキンのリップ部センター位置（図５参照）との差を記録する。
そして、水位が充分に下がっても、フロートがシートパッキンに固着して離れない場合は、フロートに少しずつデジタルフォースゲージ（シンポ工業（株）社製：商品名ＤＩＧＩＴＡＬ ＦＯＲＣＥ ＧＡＵＧＥ Ｍｏｄｅｌ ＦＧＣ−５０）で荷重を負荷し、最終的に離脱した時の負荷重量を離脱時荷重として測定する。
なお、このデジタルフォースゲージの先端には、円板状でフロート球の当接面にフロートの曲率とほぼ同一の曲率面を有するテフロン製のアタッチメント（図６参照）を設け、このデジタルフォースゲージにより加えられる荷重が一点に集中しないように配慮するものとする。その結果を表５〜表７に示す。
【００１９】
【表５】
【００２０】
【表６】
【００２１】
【表７】
【００２２】
なお、リップ部センター位置とは、図２（ａ）、（ｂ）に示すようなシートパッキンの場合、リップ部の高さ方向中央の位置をいい、また、図２（ｃ）に示すようなシートパッキンの場合、リップ部の最下端の位置をいうものである。
また、上記の離脱時水頭圧や離脱時荷重の測定値と共に、フロートの質量や浮力等を考慮して算出した離脱荷重を表５〜表６に示した。この離脱荷重は離脱の時点においてフロートに働いている力で、鉛直方向上向きを負（−）、下向きを正（＋）とし（表７参照）フロートの質量を考慮し、以下に示す算出方法により求めたものである。
すなわち、水位計３０内の水の水位が降下中（即ち、減圧中）にフロートが脱落した場合については、その水位計３０の水位の読みから下記（１）式により算出した。
Ｐ＝Ｗ×１０-3＋ΔＰ×Ｓ×ρ×１０-4−Ｆ ・・・・・・・（１）
但し、前記（１）式中、Ｐは離脱荷重（ｋｇｆ）、Ｗはフロートの重さ（ｇｆ）、ΔＰは水頭差（ｍｍＡｑ）、Ｓはシートパッキンのリップ部センター位置でのシートパッキンの穴の面積（ｃｍ2 ）、ρは水の密度（ｇｆ／ｃｍ3 ）、Ｆはフロートが水から受ける浮力（ｋｇｆ）である。
なお、水頭差ΔＰとは、弁本体３６内と水位計３０との水頭差である。但し、弁本体３６内の水位がリップ部センター位置より上にある場合は、リップ部センター位置と水位計３０の水位との水頭差とする。また、浮力Ｆは下記（２）式により算出した。
Ｆ＝（７７．５×Ｘ2 −１／３×Ｘ3 ）×ρ×１０-6 ・・・・・（２）
但し、前記（２）式中、Ｘは弁本体３６内の純水Ｗの水位とフロートの最下位との距離である（図７参照）。
また、減圧により離脱しない場合、弁本体３６内の水を抜き、フロート上面よりデジタルフォースゲージにて垂直荷重を加えた時の離脱荷重は下記（３）式により算出した。
Ｐ＝Ｗ×１０-3＋Ｄ ・・・・・・・・・・・・・・・（３）
但し、前記（３）式中、Ｐは離脱荷重（ｋｇｆ）、Ｗはフロートの重さ（ｇｆ）、Ｄはデジタルフォースゲージの読み値（ｋｇｆ）である。
【００２３】
表５から明らかなように、１週間の試験期間では、シートパッキンとフロートの組合せのうち、試験Ｎｏ２、５、６、８の４つの組合せのときには良好な離脱性を示すことが確認された。
また、表６から明らかなように、３ヶ月間の試験期間では、１週間試験で良好な試験Ｎｏ６、８と、オリジナル（試験Ｎｏ１）の計３組について実施した結果、シートパッキンとフロートの組合せが、オリジナルを除く試験Ｎｏ６、８の場合には良好な離脱性を示すことが確認された。
この結果、以下の傾向が認められる。
▲１▼シートパッキンの材質の固着し易さ（離脱性の悪さ）の傾向
ＥＰＤＭ９０ ＞ ＥＰＤＭ７０ ＞ ＮＢＲ７０
▲２▼フロート材の固着し易さの傾向
ＳＵＳ３０４ ＞ ＳＵＳ３０４＋ＰＦＡ（１００μｍ）
▲３▼シートパッキンの形状の影響は少ない。
従って、シートパッキンとフロートの組合せは、シートパッキンの材質を「ＮＢＲ７０」とし、フロートの材質を「ＳＵＳ３０４＋ＰＦＡ（１００μｍ）」とするのが良いと考えられる。
【００２４】
次に、固着力確認試験を行った結果について説明する。
〈固着力確認試験〉
本試験は、表１に示すフロート及びシートパッキンの各種組合せについて、図８に示す板状試験片であるフロート相当材４５、板状試験片であるシートパッキン相当材４６を用いて、表８に示す条件下で固着現象再現実験を行い、各組合せでの引張固着強度、及びその経時的変化を確認する目的で行ったものである。以下詳細に説明する。
【００２５】
【表８】
【００２６】
なお、バキュームリリーフ弁Ａを適用する純水タンクＢの最高使用温度が６５℃であるため、試験温度を６５℃とした（表８参照）。
まず、準備した板状試験片４５、４６を脱脂した後、自然乾燥させる。なお、この試験の際、フロート相当材４５及びシートパッキン相当材４６の重なり部分の面積が２ｃｍ2 になるようにフロート相当材４５に予めケガキ針等で罫書いておくものとする。
そして、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、フロート相当材４５及びシートパッキン相当材４６を重ねた後、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、重ね合わせたフロート相当材４５及びシートパッキン相当材４６を４組（同一試験期間条件で、異なる組合せ同士）をそれぞれ長方形台４８のセットピン４７のほぼセンターになるようにおく。
そして、フロート相当材４５及びシートパッキン相当材４６上に長方形台４９を各１個ずつ載せた後、この状態で図示しない恒温槽内にセットし、所定の時間保持する。なお、板状試験片４５、４６を恒温槽内に入れるのは試験環境条件下に保つためである。
なお、荷重負荷装置５０の長方形台４８と板状試験片４５、４６との固着、及び長方形台４９と板状試験片４５、４６との固着を防止するため、長方形台４８上、及びこの長方形台４８上に載置した板状試験片４５、４６上にはテフロン製シート（厚さ２ｍｍ）５１を置くものとする。
そして、所定時間が経過した板状試験片４５、４６を荷重負荷装置５０から取り出し、１２時間室温（２０℃）で放置する。
そして、固着した板状試験片４５、４６の両端をそれぞれ図示しないオートグラフインストロン引張試験機（島津製作所社製：商品名ＡＵＴＯＧＲＡＰＨ ＡＧ５００Ａ）のチャックに固定し、２０℃、１０〜１５ｍｍ／分の引張速度で引っ張る。
この際、固着部分にできるだけ、応力がかからないように注意深く行うものとする。その結果を表９に示す。
【００２７】
【表９】
【００２８】
なお、この試験で測定された固着強度は剪断固着強度（ＦＳ）である。そこで、引張固着強度（ＦＴ）と剪断固着強度（ＦＳ）には、下記（７）式の関係があることから、（７）式を用いて引張固着強度（ＦＴ）を求めるものとする。
ＦＴ＝ｋ（ＦＳ）2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
但し、ｋ＝１．０２（日本ゴム協会誌第６０巻第３号（１９８７）「報文 固着の測定方法について」より引用）である。
【００２９】
表９から明らかなように、固着現象が発生したシートパッキンとフロートの組合せは、オリジナルの組合せを含む試験Ｎｏ１、３、１１、１２の４通りの場合であることが確認された。
中でも試験Ｎｏ１１の場合に最も高い引張固着強度を示した。また、他のシートパッキンとフロートの組合せに関しては、固着現象は認められなかった。
また、試験Ｎｏ１２の組合せを除く全ての試料について、試験期間が長くなると、引張固着強度は低下することなく、同等若しくはそれ以上に増加する傾向が認められた。
従って、フロートの材質のＰＦＡテフロンコーティングは、耐固着性に関して有効であると考えられる。
また、フロートとして用いるゴムの硬度を高くすると、金属表面に対するゴム分子鎖の吸着を抑制するので、引張固着強度は低くなると考えられる。
【００３０】
最後に、溶出イオン測定試験を行った結果について説明する。
〈溶出イオン測定試験〉
本試験は、表１に示すフロート及びシートパッキンの組合せで純水中に浸漬した時、フロート及びシートパッキンより溶出すると考えられる各種溶出イオンを定量的に検出する目的で行ったものである。なお、溶出イオンは、純水の温度及び浸漬時間に依存すると考えられる。そこで、表１０に示す試験条件のもとで行うものとする。以下詳細に説明する。
【００３１】
【表１０】
【００３２】
まず、図１０（ａ）、（ｂ）に示す寸法・形状（フロートの表面積の１／１０相当）の板状試験片からなるフロート相当材５２（図１０中、５３はＰＦＡコーティングである）、及び、図１１に示すシートパッキンを１０分割したうちの１つであるシートパッキン分割材５４を準備する。
そして、表１に示した組合せについて、図１２に示すように、それぞれ広口試薬瓶５５に入れ、更に純水５リットルを加え栓をする。また、比較例としてフロート相当材５２及びシートパッキン分割材５４を入れずに広口試薬瓶５５に純水を入れて栓をしたものも準備した（試験Ｎｏ１３）。次に、この広口試薬瓶５５を６５℃の恒温槽５６に浸漬し、所定の試験期間保持する。
次に、試験期間終了後、広口試薬瓶５５からメスピペットを用いて試験液を規定量採取する。そして、表１１に示すフロート相当材５２及びシートパッキン分割材５４より溶出する可能性のあるイオンを、ＪＩＳ Ｋ ０１０１「工業用水試験方法」に従って測定するものとする。
また、５ヶ月の試験期間後に採取した試験液については、亜硝酸イオン（ＮＯ2 - ）、硝酸イオン（ＮＯ3 - ）及びフッ素イオン（Ｆ- ）に関して、測定精度を上げるために、イオンクロマトグラフ法により、イオンクロマトグラフ装置（ダイオネクス社製：商品名ＥＸ−３００）を用いて、検出限界０．０５ｐｐｍまで測定するものとする。
【００３３】
【表１１】
【００３４】
試験期間２４時間における各種イオンの測定結果を表１２、試験期間５ヶ月間における各種イオンの測定結果を表１３に示す。
【００３５】
【表１２】
【００３６】
【表１３】
【００３７】
表１２、表１３から明らかなように、ＴＯＣ（有機体炭素）の溶出量は、試験Ｎｏ１の場合に最も高い値を示すことが確認された。
また、Ｏ−Ｎ（有機体窒素）の溶出量は、広口試薬瓶５５に純水を入れて栓をした試験Ｎｏ１３を除き、試験Ｎｏ４の場合に最も低い値を示すことが確認された。
更に、塩化物イオン（Ｃｌ- ）の溶出量は、２４時間試験では試験Ｎｏ１の場合に最も高い値を示し、広口試薬瓶５５に純水を入れて栓をした試験Ｎｏ１３と共に、試験Ｎｏ２、６の時、最も低い値を示すことが確認された。また、５ヶ月試験では、いずれも検出限界以下であることが確認された。
また、溶存酸素は、脱気水を使用していないため、高い値を示したが、５ヶ月試験後には約２ｍｇ／リットル増加することが確認された。
更に、５ヶ月試験では、ＴＯＣ（有機体炭素）、Ｏ−Ｎ（有機体窒素）、及び溶存酸素の合計値を比較すると試験Ｎｏ６の場合に最も低く、良好な結果を示すことが確認された。
また、フッ化物イオンは、５ヶ月試験で、試験Ｎｏ１の場合にのみ検出された。これは、離型剤が原因と考えられる。
更に、その他の溶出イオンは、測定試験に供した全ての試料に関していずれも検出限界未満であり、検出されなかった。
【００３８】
以上各種試験の結果から、フロートとシートパッキンの固着現象が明らかになり、総合的に判断すると、シートパッキンとフロートの組合せは試験Ｎｏ６〔「ＮＢＲ７０」、「ＳＵＳ３０４＋ＰＦＡ（１００μｍ）」〕の組合せが最も優れていると考えられる。
従って、シートパッキンの材質としてＮＢＲ７０を選択し、フロートの材質としてＳＵＳ３０４の表面にＰＦＡテフロンコーティングを実施することにより、シートパッキンとフロートとの間に固着のないバキュームリリーフ弁を実現でき、この結果、バキュームリリーフ弁の作動性能を向上することができると共に、信頼性を向上することができる。
【００３９】
以上、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は何ら上記の実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない条件の変更などは全て本発明の適用範囲である。例えば、ハウジングの外側ケースとして透明アクリル製のものを使用してもよい。
また、図１３に示すように、本実施の形態に係るバキュームリリーフ弁Ａを好適に用いる純水タンクＢにおいて、このバキュームリリーフ弁Ａと元弁２０との間に短管５７を設けると共に、この短管５７に連通するドレン弁５８を設け、更に、このドレン弁５８に透明ホース５９を接続してタンク本体１１内の純水の水量を確認するようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載のバキュームリリーフ弁においては、上部に通気口を備え、下部に液体出入口を備えるハウジング内に、液体出入口から流入する液体の液位の上昇によって、通気口の下部に設けられたリング状のシートパッキンのリップ部と当接して弁シールをするフロートを備えたバキュームリリーフ弁において、フロートは表面にフッ素樹脂をコーティングした球体からなり、シートパッキンはゴム材からなる。
従って、シートパッキンとフロートの固着現象を防止することができ、この結果、最低水位以下まで純水を排出する場合でもダイヤフラムゴム膜やダイヤフラム受台等が破損するのを防止することができる信頼性の高いバキュームリリーフ弁を提供することができる。
【００４１】
また、フッ素樹脂としてＰＦＡを用いるので、更に確実にシートパッキンとフロートの固着現象を防止することができ、この結果、最低水位以下まで純水を排出する場合でもダイヤフラムゴム膜やダイヤフラム受台等が破損するのを確実に防止することができる。
更に、ゴム材としてＮＢＲを用いるので、更に確実にシートパッキンとフロートの固着現象を防止することができ、この結果、最低水位以下まで純水を排出する場合でもダイヤフラムゴム膜やダイヤフラム受台等が破損するのを確実に防止することができる。
そして、ゴム材のショア硬度が６０〜８０であるので、更に確実にシートパッキンとフロートの固着現象を防止することができ、この結果、最低水位以下まで純水を排出する場合でもダイヤフラムゴム膜やダイヤフラム受台等が破損するのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るバキュームリリーフ弁及びそれを好適に用いることができる純水タンクの説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれバキュームリリーフ弁の確認試験に用いるシートパッキンの拡大側面図である。
【図３】バキュームリリーフ弁のシール性確認試験及び離脱確認試験に用いる実機モデルの説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれバキュームリリーフ弁のシール性確認試験及び離脱確認試験に用いる実機モデルの要部拡大説明図である。
【図５】バキュームリリーフ弁の要部拡大説明図である。
【図６】バキュームリリーフ弁の離脱確認試験に用いるデジタルフォースゲージのアタッチメントの説明図である。
【図７】バキュームリリーフ弁の要部拡大説明図である。
【図８】バキュームリリーフ弁の固着力確認試験に用いる板状試験片の説明図である。
【図９】バキュームリリーフ弁の固着力確認試験の説明図である。
【図１０】バキュームリリーフ弁の溶出イオン測定試験に用いるフロート相当材の説明図である。
【図１１】バキュームリリーフ弁の溶出イオン測定試験に用いるシートパッキン分割材の説明図である。
【図１２】バキュームリリーフ弁の溶出イオン測定試験の説明図である。
【図１３】バキュームリリーフ弁を好適に用いることができる純水タンクの変形例の説明図である。
【図１４】純水タンクの説明図である。
【図１５】従来のバキュームリリーフ弁及びそれを適用した純水タンクの説明図である。
【図１６】従来のバキュームリリーフ弁の要部拡大説明図である。
【図１７】（ａ）シートパッキンの拡大側面図である。
（ｂ）シートパッキンの拡大平面図である。
【図１８】純水タンクの不具合発生状況を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ バキュームリリーフ弁 Ｂ 純水タンク
Ｃ バキュームリリーフ弁 Ｓ 空間
Ｗ 純水 １１ タンク本体
１２ ダイヤフラムゴム膜 １３ 重錘リング
１４ 浮きフープ １５ ダイヤフラム受台
１６ ハウジング １６ａ 通気口
１６ｂ 液体出入口 １６ｃ エルボー管
１６ｄ 外側ケース １６ｅ 弁座
１６ｆ フロートガイド １６ｇ ネット
１６ｈ 笠 １６ｉ パッキンホルダー
１７ シートパッキン １７ａ リップ部
１７ｂ フランジ部 １８ フロート
１９ 短管 ２０ 元弁
２５ フロート ２６ シートパッキン
３０ 水位計 ３２ 接続弁
３３ 接続弁 ３４ 接続弁
３５ 圧力計 ３６ 弁本体
３７ 空気抜き弁 ３８ 下部弁体
３９ 排水弁 ４０ 注入弁
４１ 実機モデル ４２ 通気口
４３ フロートガイド ４４ 液体出入口
４５ フロート相当材 ４６ シートパッキン相当材
４７ セットピン ４８ 長方形台
４９ 長方形台 ５０ 荷重負荷装置
５１ テフロン製シート ５２ フロート相当材
５３ ＰＦＡコーティング ５４ シートパッキン分割材
５５ 広口試薬瓶 ５６ 恒温槽
５７ 短管 ５８ ドレン弁
５９ 透明ホース ６０ 側マンホール
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力工業や、化学工業、食品工業など、各種産業分野において使用されるタンクなどに付設するバキュームリリーフ弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図１４に示す純水タンクＢには、タンク本体１１内に貯溜する液体の一例である純水Ｗと大気が接触して純水Ｗ中の溶存酸素量が増える（又は純水Ｗの純度が低下する）のを防止するため、純水Ｗと大気を隔離するダイヤフラムゴム膜１２が配設されている。
また、このダイヤフラムゴム膜１２を、変動する純水Ｗの水位（又は液位という）に追従させるため、このダイヤフラムゴム膜１２内には、重錘リング１３が配設されていると共に、ダイヤフラムゴム膜１２の下には、重錘リング１３の重量と平衡する浮力を有するリング状の浮きフープ１４が配設されている（図１５参照）。
また、タンク本体１１の底部には、このタンク本体１１内の純水Ｗを側マンホール６０から完全にブロー（又は排液、排水という）したとき、ダイヤフラムゴム膜１２がタンク本体１１と固着したり破損したりするのを防止するため、上部にグレーチングを有するダイヤフラム受台１５が配設されている。
なお、ダイヤフラムゴム膜１２がダイヤフラム受台１５の上方の所定距離まで近接したときを最低水位又は水位０％という（図１５参照）。
更に、タンク本体１１内の純水Ｗを最低水位以下まで側マンホール６０から排出する場合、タンク本体１１とダイヤフラムゴム膜１２で形成される空間Ｓが減圧されて、ダイヤフラムゴム膜１２が下方に引き込まれ（図１８参照）、この結果、ダイヤフラムゴム膜１２やダイヤフラム受台１５が破損するのを防止するため、タンク本体１１の周壁にはバキュームリリーフ弁Ｃが取付けられている。
【０００３】
ここで、図１５及び図１６を参照して、従来のバキュームリリーフ弁Ｃの基本構成について説明すると、このバキュームリリーフ弁Ｃは、上部に通気口１６ａを備え、下部に液体出入口１６ｂを備えるハウジング１６内に、液体出入口１６ｂから流入する純水Ｗの水位の上昇によって、通気口１６ａの下部に設けられたリング状のシートパッキン１７のリップ部１７ａと当接して弁シールをするオーステナイト系ステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４：以下、単にＳＵＳ３０４という）製の球体からなるフロート１８を備えている。
また、図１５〜図１７を参照して、従来のバキュームリリーフ弁Ｃの具体的構成について説明すると、上述したハウジング１６は、タンク本体１１の下部周壁に取付けられた短管１９に元弁２０を介して接続されたエルボー管１６ｃと、このエルボー管１６ｃの上端に接続された外側ケース１６ｄとから構成されている。
そして、エルボー管１６ｃの上端内部には、フロート１８を支持する４つの支脚からなる弁座１６ｅが設けられていると共に、このエルボー管１６ｃの上端内部には、純水Ｗの水位の変動によるフロート１８の上、下動をガイドする４本のフロートガイド１６ｆが立設されている。
また、外側ケース１６ｄの上部中央には、通気口１６ａが形成されていると共に、この通気口１６ａを介してハウジング１６内に塵や埃が入るのを防止するため、外側ケース１６ｄの上部には、通気口１６ａを覆って四角い金属製のネット１６ｇが配設され、更に、このネット１６ｇの上方に笠１６ｈが配設されている。
また、外側ケース１６ｄの通気口１６ａには、図１６に示すように、パッキンホルダー１６ｉが螺着されていると共に、このパッキンホルダー１６ｉにシートパッキン１７が嵌着されている。なお、このシートパッキン１７は、ショア硬度７０のエチレンプロピレンゴム（以下、ＥＰＤＭ７０という）からなり、図１６及び図１７に示すように、フランジ部１７ｂの一端部からリップ部１７ａを延設してなるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のバキュームリリーフ弁Ｃでは、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。
即ち、シートパッキン１７の材質にＥＰＤＭ７０が使用されると共に、フロート１８の材質にＳＵＳ３０４が使用されているため、これらＥＰＤＭ７０とＳＵＳ３０４の馴染みが良く、シートパッキン１７とフロート１８の固着現象が発生するという問題があった。
このため、タンク本体１１内の純水Ｗを最低水位以下まで側マンホール６０から排出する場合、タンク本体１１とダイヤフラムゴム膜１２で形成される空間Ｓが減圧されて、ダイヤフラムゴム膜１２が下方に引き込まれてしまい（図１８参照）、この結果、ダイヤフラムゴム膜１２やダイヤフラム受台１５が破損するという危険性があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、シートパッキンとフロートの固着現象の発生を防止して、良好な作動性能を得ることができると共に、たとえ、最低水位以下まで液体を排出する場合でも、ダイヤフラムゴム膜やダイヤフラム受台等が破損するのを防止して、高い信頼性を得ることができるバキュームリリーフ弁を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載のバキュームリリーフ弁は、上部に通気口を備え、下部に液体出入口を備えるハウジング内に、前記液体出入口から流入する液体の液位の上昇によって、前記通気口の下部に設けられたリング状のシートパッキンのリップ部と当接して弁シールをするフロートを備えたバキュームリリーフ弁において、
前記フロートは表面にフッ素樹脂をコーティングした球体からなり、前記シートパッキンはゴム材からなり、
前記フッ素樹脂は、厚み８０〜１２０μｍのＰＦＡであって、
前記ゴム材は、ショア硬度６０〜８０のＮＢＲ又はＥＰＤＭであることを特徴とする。
【０００６】
ここで、上述した「ＰＦＡ」、「ＮＢＲ」、及び「ＥＰＤＭ」とは、それぞれ、「テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体」、「アクリロニトリルブタジエンゴム」、「エチレンプロピレンゴム」をいう。
また、フロートはその材質等にも依るが、中空状又は中実状のものを使用することができる。また、フロートの材質として具体的には、ステンレス鋼等の金属製、セラミックス製、合成樹脂製のもの等を使用することができる。
また、フロートの表面にコーティングするフッ素樹脂の厚さは、８０〜１２０μｍ、好ましくは９０〜１１０μｍとする。
これは、フッ素樹脂の厚さが９０μｍ未満になると、フッ素樹脂の厚さが薄過ぎて簡単に剥離し、フロートとシートパッキンの固着現象を防止できなくなる傾向が現れ、特に８０μｍ未満になるとその傾向が著しくなるからである。
また、逆に、フッ素樹脂の厚さが１１０μｍを超えると、フッ素樹脂の厚さが厚過ぎて塊状に剥離してしまい、前記と同様、フロートとシートパッキンの固着現象を防止できなくなる傾向が現れ、特に１２０μｍを超えるとその傾向が著しくなるからである。
また、シートパッキンの材質であるゴム材の硬さは、ショア硬度６０〜８０とする。
これは、ゴム材の種類にも依るが、ゴム材の硬さがショア硬度６０未満になると、シートパッキンが柔らか過ぎて、フロートとシートパッキンの固着現象を防止できなくなる傾向が現れるからである。
また、逆に、ゴム材の硬さがショア硬度８０を超えると、シートパッキンが硬過ぎて、例えば、シートパッキンに圧縮成形時の加工誤差等が生じていたとき、フロートとシートパッキンの間にできる隙間をそれ自体の変形に依って消失することができなくなって、弁シールの際、水漏れ等が発生する傾向が現れ、特にショア硬度９０を超えるとその傾向が著しくなるからである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、従来例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略するものとする。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るバキュームリリーフ弁Ａが、従来例のバキュームリリーフ弁Ｃと異なる点は、表面にフッ素樹脂の一例であるＰＦＡをコーティングした中空状の金属製（ＳＵＳ３０４）の球体からなるフロート２５を用いた点と、ゴム材の一例であるＮＢＲ７０製のシートパッキン２６を用いた点である。
以上のように本実施の形態に係るバキュームリリーフ弁Ａによれば、シートパッキン２６の材質としてＮＢＲ７０を使用し、フロート２５として中空状のＳＵＳ３０４製球体の表面にＰＦＡをコーティングしたものを使用することにより、シートパッキン２６とフロート２５の間の固着現象を防止することができ、この結果、バキュームリリーフ弁Ａの作動性能を向上することができると共に、たとえ、純水タンクＢのタンク本体１１内の最低水位以下まで純水Ｗをブロー（又は排液、排水という）する場合でもダイヤフラムゴム膜１２やダイヤフラム受台１５等が破損するのを防止して、高い信頼性を得ることができる。
【０００８】
【実施例】
次に、本実施の形態に係るバキュームリリーフ弁Ａ（図１参照）の確認試験を行った結果について説明する。なお、本確認試験では、バキュームリリーフ弁Ａの基本的な構造を変えずに、シートパッキンの材質や形状とフロートの材質の異なる組合せを種々変更して（表１参照）後述する各種試験を行うものとする。
【０００９】
【表１】
なお、表１中、「ＥＰＤＭ７０」とはショア硬度７０のＥＰＤＭ（但し、リップ幅１２ｍｍ：主要寸法は図２（ａ）参照）、「ＥＰＤＭ９０」とはショア硬度９０のＥＰＤＭ（但し、リップ幅１２ｍｍ：主要寸法は図２（ａ）参照）、「ＮＢＲ７０」とはショア硬度７０のＮＢＲ（但し、リップ幅１２ｍｍ：主要寸法は図２（ａ）参照）である。
また、表１中、「ＥＰＤＭ７０（リップ幅変更）」とは、ＥＰＤＭ７０製のシートパッキンであってリップ部を削ってリップ幅を７ｍｍに変更したもの（主要寸法は図２（ｂ）参照）、「ＥＰＤＭ７０（Ｏリングタイプ）」とは、ＥＰＤＭ７０製のシートパッキンであってＯリング状としたもの（主要寸法は図２（ｃ）参照）である。
更に、「ＥＰＤＭ７０＋エムラロン３４５（３０μｍ）」とは、ＥＰＤＭ７０製のシートパッキンであって内面に四弗化エチレン樹脂を含有するエマルジョン塗料と硬化剤とからなる乾燥皮膜潤滑塗料（日本アチソン（株）社製：商品名エムラロン３４５）を３０μｍコーティングしたものである。
また、「ＳＵＳ３０４」とは外径１５５ｍｍ（厚さ約１ｍｍ）の中空状のＳＵＳ３０４製の球体からなるフロートであり、「ＳＵＳ３０４＋ＰＦＡ（１００μｍ）」とは、前述したＳＵＳ３０４製のフロートの表面全面にテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体を１００μｍコーティングしたものである。
【００１１】
まず、シール性確認試験を行った結果について説明する。
〈シール性確認試験〉
本試験は、表１に示すフロートとシートパッキンの各種組合せについて、図３に示す実機モデル４１を用いて、表２に示す条件下でのシール性の確認をする目的で行ったものである。
なお、本試験では、フロートの上部に空気が残存する場合（図４（ａ）参照）としない場合（図４（ｂ）参照）、更に、水位０％のとき（水圧３００ｍｍＡｑ）とタンク本体１１内に純水Ｗを満水したとき（水圧９９２０ｍｍＡｑ）について検討するものとする。以下詳細に説明する。
【００１２】
【表２】
まず、図３に示す実機モデル４１、及び表１に示すフロートとシートパッキンを準備する。なお、実機モデル４１の主要寸法は、図４（ａ）、（ｂ）に示す通りである。また、フロートの作動状態及び水位の確認をするため、弁本体３６及び水位計３０は透明アクリル製とし、その他の部材は所定圧力に耐える材質とする。
なお、図３及び図４中、３２、３３、３４は接続弁、３５は圧力計、３７は空気抜き弁、３８は下部弁体、３９は排水弁、４０は注入弁、４２は通気口、４３はフロートガイド、４４は液体出入口である。
次に、実機モデル４１にシートパッキンとフロートを所定の組合せでセットし、注入弁４０より水道水を注入する。この際、接続弁３２、３３、３４は開放しておき、空気抜き弁３７及び排水弁３９は閉止しておくものとする。そして、フロートがシートパッキンにあたるまで水道水を注入する。
ここで、フロートの上部に空気を残存させる場合（図４（ａ）参照）は、そのまま水位を上昇させ、水位計３０の水圧が３００ｍｍＡｑとなる位置で１０分間保持する。この保持期間中に目視でシール状態を確認すると共に、シール部に指先で石鹸水を付け、この石鹸水の状況を目視で確認する。
また、フロートを水没させた状態で試験する場合（図４（ｂ）参照）は、上述したシール状態を確認した後、弁本体３６の上部にある空気抜き弁３７を利用して、フロート上部に残存する空気を除去する。その後、フロート上部に空気を残存させた場合と同じ手順で試験を行う。
そして、更に水位を上昇させ、９９２０ｍｍＡｑの圧力で試験を行うが、装置の都合で前記圧力を測定できる水位計を準備できない場合は、接続弁３２を閉止し、注入弁４０側より図示しない水圧ポンプにて昇圧し、１ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力にてシール状態の確認を行うものとする。
そして、所定の圧力が得られたら、注入弁４０を閉止し、この状態で１０分間保持し、この保持期間中にシール状態の確認を行う。この際、漏れの無い場合を合格とする。その結果を表３に示す。
【００１４】
【表３】
表３から明らかなように、試験Ｎｏ９、１０の場合（シートパッキンに「ＥＰＤＭ７０（Ｏリングタイプ）」を用いた場合）、フロートとの馴染みが悪く、シール部より水が漏れることが確認された。
また、試験Ｎｏ１１、１２の場合（シートパッキンに「ＥＰＤＭ７０＋エムラロン３４５（３０μｍ）」を用いた場合）、シール性は一応確認できるものの、コーティング材であるエムラロン３４５が剥離し易く、耐久性に欠けることが確認された。
なお、その他のシートパッキンに関しては、フロートが「ＳＵＳ３０４」であっても「ＳＵＳ３０４＋ＰＦＡ（１００μｍ）」であっても、良好なシール性が得られることが確認された。
【００１６】
次に、離脱性確認試験を行った結果について説明する。
〈離脱性確認試験〉
本試験は、本試験に先立ち行われたシール性確認試験にて合格したフロートとシートパッキンの組合せ（表１参照）について、図３に示す実機モデル４１を用いて、表４に示す条件下で、１週間放置した後、フロートを作動したときの作動状況及び水位データを確認し、その中で良好なデータが得られた２種類及びオリジナルの組合せ（表１参照）について、３ヶ月放置した後のフロートの作動状況及び水位データを確認する目的で行ったものである。以下詳細に説明する。
【００１７】
【表４】
まず、上述したシール性確認試験と同様、実機モデル４１（図３参照）にシートパッキンとフロートを所定の組合せでセットし、注入弁４０（図３参照）より水道水を注入し、フロートがシートパッキンにあたるまで水道水を注入する。
そして、フロート上部に空気を残存させる場合は、そのまま水位を上昇させ、１ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で１週間放置する。一方、フロート上部に空気を残存させない（即ち、フロートを水没した状態）で試験する場合は、前記と同様、空気抜き弁３７（図３参照）を利用してフロート上部に残存する空気を除去する。
そして、試験期間を終えたものについて、順次離脱試験を行う。この際、まず、水位計３０の圧力が保持されていることを圧力計３５（図３参照）で確認した後、水位計３０のほぼ上端まで水を注入する。そして、接続弁３２、３３を徐々に開放し、水位計３０内の水圧と弁本体３６内の水圧が均衡して、水位計３０内の水の水面が静まるまで待ち、その後、排水弁３９を徐々に開放する。
この際、水位計３０内の水の水位の降下速度は１０〜１５ｍｍ／分（純水タンクの排水時の水位降下速度と同等の速度）とする。そして、水位の下降に伴い、フロートが離脱した時の水位を水位計３０で離脱時水頭圧として読むと共に、シートパッキンのリップ部センター位置（図５参照）との差を記録する。
そして、水位が充分に下がっても、フロートがシートパッキンに固着して離れない場合は、フロートに少しずつデジタルフォースゲージ（シンポ工業（株）社製：商品名ＤＩＧＩＴＡＬ ＦＯＲＣＥ ＧＡＵＧＥ Ｍｏｄｅｌ ＦＧＣ−５０）で荷重を負荷し、最終的に離脱した時の負荷重量を離脱時荷重として測定する。
なお、このデジタルフォースゲージの先端には、円板状でフロート球の当接面にフロートの曲率とほぼ同一の曲率面を有するテフロン製のアタッチメント（図６参照）を設け、このデジタルフォースゲージにより加えられる荷重が一点に集中しないように配慮するものとする。その結果を表５〜表７に示す。
【００１９】
【表５】
【表６】
【表７】
なお、リップ部センター位置とは、図２（ａ）、（ｂ）に示すようなシートパッキンの場合、リップ部の高さ方向中央の位置をいい、また、図２（ｃ）に示すようなシートパッキンの場合、リップ部の最下端の位置をいうものである。
また、上記の離脱時水頭圧や離脱時荷重の測定値と共に、フロートの質量や浮力等を考慮して算出した離脱荷重を表５〜表６に示した。この離脱荷重は離脱の時点においてフロートに働いている力で、鉛直方向上向きを負（−）、下向きを正（＋）とし（表７参照）フロートの質量を考慮し、以下に示す算出方法により求めたものである。
すなわち、水位計３０内の水の水位が降下中（即ち、減圧中）にフロートが脱落した場合については、その水位計３０の水位の読みから下記（１）式により算出した。
Ｐ＝Ｗ×１０-3＋ΔＰ×Ｓ×ρ×１０-4−Ｆ ・・・・・・・（１）
但し、前記（１）式中、Ｐは離脱荷重（ｋｇｆ）、Ｗはフロートの重さ（ｇｆ）、ΔＰは水頭差（ｍｍＡｑ）、Ｓはシートパッキンのリップ部センター位置でのシートパッキンの穴の面積（ｃｍ2 ）、ρは水の密度（ｇｆ／ｃｍ3 ）、Ｆはフロートが水から受ける浮力（ｋｇｆ）である。
なお、水頭差ΔＰとは、弁本体３６内と水位計３０との水頭差である。但し、弁本体３６内の水位がリップ部センター位置より上にある場合は、リップ部センター位置と水位計３０の水位との水頭差とする。また、浮力Ｆは下記（２）式により算出した。
Ｆ＝（７７．５×Ｘ2 −１／３×Ｘ3 ）×ρ×１０-6 ・・・・・（２）
但し、前記（２）式中、Ｘは弁本体３６内の純水Ｗの水位とフロートの最下位との距離である（図７参照）。
また、減圧により離脱しない場合、弁本体３６内の水を抜き、フロート上面よりデジタルフォースゲージにて垂直荷重を加えた時の離脱荷重は下記（３）式により算出した。
Ｐ＝Ｗ×１０-3＋Ｄ ・・・・・・・・・・・・・・・（３）
但し、前記（３）式中、Ｐは離脱荷重（ｋｇｆ）、Ｗはフロートの重さ（ｇｆ）、Ｄはデジタルフォースゲージの読み値（ｋｇｆ）である。
【００２３】
表５から明らかなように、１週間の試験期間では、シートパッキンとフロートの組合せのうち、試験Ｎｏ２、５、６、８の４つの組合せのときには良好な離脱性を示すことが確認された。
また、表６から明らかなように、３ヶ月間の試験期間では、１週間試験で良好な試験Ｎｏ６、８と、オリジナル（試験Ｎｏ１）の計３組について実施した結果、シートパッキンとフロートの組合せが、オリジナルを除く試験Ｎｏ６、８の場合には良好な離脱性を示すことが確認された。
この結果、以下の傾向が認められる。
▲１▼シートパッキンの材質の固着し易さ（離脱性の悪さ）の傾向
ＥＰＤＭ９０ ＞ ＥＰＤＭ７０ ＞ ＮＢＲ７０
▲２▼フロート材の固着し易さの傾向
ＳＵＳ３０４ ＞ ＳＵＳ３０４＋ＰＦＡ（１００μｍ）
▲３▼シートパッキンの形状の影響は少ない。
従って、シートパッキンとフロートの組合せは、シートパッキンの材質を「ＮＢＲ７０」とし、フロートの材質を「ＳＵＳ３０４＋ＰＦＡ（１００μｍ）」とするのが良いと考えられる。
【００２４】
次に、固着力確認試験を行った結果について説明する。
〈固着力確認試験〉
本試験は、表１に示すフロート及びシートパッキンの各種組合せについて、図８に示す板状試験片であるフロート相当材４５、板状試験片であるシートパッキン相当材４６を用いて、表８に示す条件下で固着現象再現実験を行い、各組合せでの引張固着強度、及びその経時的変化を確認する目的で行ったものである。以下詳細に説明する。
【００２５】
【表８】
なお、バキュームリリーフ弁Ａを適用する純水タンクＢの最高使用温度が６５℃であるため、試験温度を６５℃とした（表８参照）。
まず、準備した板状試験片４５、４６を脱脂した後、自然乾燥させる。なお、この試験の際、フロート相当材４５及びシートパッキン相当材４６の重なり部分の面積が２ｃｍ2 になるようにフロート相当材４５に予めケガキ針等で罫書いておくものとする。
そして、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、フロート相当材４５及びシートパッキン相当材４６を重ねた後、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、重ね合わせたフロート相当材４５及びシートパッキン相当材４６を４組（同一試験期間条件で、異なる組合せ同士）をそれぞれ長方形台４８のセットピン４７のほぼセンターになるようにおく。
そして、フロート相当材４５及びシートパッキン相当材４６上に長方形台４９を各１個ずつ載せた後、この状態で図示しない恒温槽内にセットし、所定の時間保持する。なお、板状試験片４５、４６を恒温槽内に入れるのは試験環境条件下に保つためである。
なお、荷重負荷装置５０の長方形台４８と板状試験片４５、４６との固着、及び長方形台４９と板状試験片４５、４６との固着を防止するため、長方形台４８上、及びこの長方形台４８上に載置した板状試験片４５、４６上にはテフロン製シート（厚さ２ｍｍ）５１を置くものとする。
そして、所定時間が経過した板状試験片４５、４６を荷重負荷装置５０から取り出し、１２時間室温（２０℃）で放置する。
そして、固着した板状試験片４５、４６の両端をそれぞれ図示しないオートグラフインストロン引張試験機（島津製作所社製：商品名ＡＵＴＯＧＲＡＰＨ ＡＧ５００Ａ）のチャックに固定し、２０℃、１０〜１５ｍｍ／分の引張速度で引っ張る。
この際、固着部分にできるだけ、応力がかからないように注意深く行うものとする。その結果を表９に示す。
【００２７】
【表９】
なお、この試験で測定された固着強度は剪断固着強度（ＦＳ）である。そこで、引張固着強度（ＦＴ）と剪断固着強度（ＦＳ）には、下記（７）式の関係があることから、（７）式を用いて引張固着強度（ＦＴ）を求めるものとする。
ＦＴ＝ｋ（ＦＳ）2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
但し、ｋ＝１．０２（日本ゴム協会誌第６０巻第３号（１９８７）「報文 固着の測定方法について」より引用）である。
【００２９】
表９から明らかなように、固着現象が発生したシートパッキンとフロートの組合せは、オリジナルの組合せを含む試験Ｎｏ１、３、１１、１２の４通りの場合であることが確認された。
中でも試験Ｎｏ１１の場合に最も高い引張固着強度を示した。また、他のシートパッキンとフロートの組合せに関しては、固着現象は認められなかった。
また、試験Ｎｏ１２の組合せを除く全ての試料について、試験期間が長くなると、引張固着強度は低下することなく、同等若しくはそれ以上に増加する傾向が認められた。
従って、フロートの材質のＰＦＡテフロンコーティングは、耐固着性に関して有効であると考えられる。
また、フロートとして用いるゴムの硬度を高くすると、金属表面に対するゴム分子鎖の吸着を抑制するので、引張固着強度は低くなると考えられる。
【００３０】
最後に、溶出イオン測定試験を行った結果について説明する。
〈溶出イオン測定試験〉
本試験は、表１に示すフロート及びシートパッキンの組合せで純水中に浸漬した時、フロート及びシートパッキンより溶出すると考えられる各種溶出イオンを定量的に検出する目的で行ったものである。なお、溶出イオンは、純水の温度及び浸漬時間に依存すると考えられる。そこで、表１０に示す試験条件のもとで行うものとする。以下詳細に説明する。
【００３１】
【表１０】
まず、図１０（ａ）、（ｂ）に示す寸法・形状（フロートの表面積の１／１０相当）の板状試験片からなるフロート相当材５２（図１０中、５３はＰＦＡコーティングである）、及び、図１１に示すシートパッキンを１０分割したうちの１つであるシートパッキン分割材５４を準備する。
そして、表１に示した組合せについて、図１２に示すように、それぞれ広口試薬瓶５５に入れ、更に純水５リットルを加え栓をする。また、比較例としてフロート相当材５２及びシートパッキン分割材５４を入れずに広口試薬瓶５５に純水を入れて栓をしたものも準備した（試験Ｎｏ１３）。次に、この広口試薬瓶５５を６５℃の恒温槽５６に浸漬し、所定の試験期間保持する。
次に、試験期間終了後、広口試薬瓶５５からメスピペットを用いて試験液を規定量採取する。そして、表１１に示すフロート相当材５２及びシートパッキン分割材５４より溶出する可能性のあるイオンを、ＪＩＳ Ｋ ０１０１「工業用水試験方法」に従って測定するものとする。
また、５ヶ月の試験期間後に採取した試験液については、亜硝酸イオン（ＮＯ2 - ）、硝酸イオン（ＮＯ3 - ）及びフッ素イオン（Ｆ- ）に関して、測定精度を上げるために、イオンクロマトグラフ法により、イオンクロマトグラフ装置（ダイオネクス社製：商品名ＥＸ−３００）を用いて、検出限界０．０５ｐｐｍまで測定するものとする。
【００３３】
【表１１】
試験期間２４時間における各種イオンの測定結果を表１２、試験期間５ヶ月間における各種イオンの測定結果を表１３に示す。
【００３５】
【表１２】
【表１３】
表１２、表１３から明らかなように、ＴＯＣ（有機体炭素）の溶出量は、試験Ｎｏ１の場合に最も高い値を示すことが確認された。
また、Ｏ−Ｎ（有機体窒素）の溶出量は、広口試薬瓶５５に純水を入れて栓をした試験Ｎｏ１３を除き、試験Ｎｏ４の場合に最も低い値を示すことが確認された。
更に、塩化物イオン（Ｃｌ- ）の溶出量は、２４時間試験では試験Ｎｏ１の場合に最も高い値を示し、広口試薬瓶５５に純水を入れて栓をした試験Ｎｏ１３と共に、試験Ｎｏ２、６の時、最も低い値を示すことが確認された。また、５ヶ月試験では、いずれも検出限界以下であることが確認された。
また、溶存酸素は、脱気水を使用していないため、高い値を示したが、５ヶ月試験後には約２ｍｇ／リットル増加することが確認された。
更に、５ヶ月試験では、ＴＯＣ（有機体炭素）、Ｏ−Ｎ（有機体窒素）、及び溶存酸素の合計値を比較すると試験Ｎｏ６の場合に最も低く、良好な結果を示すことが確認された。
また、フッ化物イオンは、５ヶ月試験で、試験Ｎｏ１の場合にのみ検出された。これは、離型剤が原因と考えられる。
更に、その他の溶出イオンは、測定試験に供した全ての試料に関していずれも検出限界未満であり、検出されなかった。
【００３８】
以上各種試験の結果から、フロートとシートパッキンの固着現象が明らかになり、総合的に判断すると、シートパッキンとフロートの組合せは試験Ｎｏ６〔「ＮＢＲ７０」、「ＳＵＳ３０４＋ＰＦＡ（１００μｍ）」〕の組合せが最も優れていると考えられる。
従って、シートパッキンの材質としてＮＢＲ７０を選択し、フロートの材質としてＳＵＳ３０４の表面にＰＦＡテフロンコーティングを実施することにより、シートパッキンとフロートとの間に固着のないバキュームリリーフ弁を実現でき、この結果、バキュームリリーフ弁の作動性能を向上することができると共に、信頼性を向上することができる。
【００３９】
以上、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は何ら上記の実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない条件の変更などは全て本発明の適用範囲である。例えば、ハウジングの外側ケースとして透明アクリル製のものを使用してもよい。
また、図１３に示すように、本実施の形態に係るバキュームリリーフ弁Ａを好適に用いる純水タンクＢにおいて、このバキュームリリーフ弁Ａと元弁２０との間に短管５７を設けると共に、この短管５７に連通するドレン弁５８を設け、更に、このドレン弁５８に透明ホース５９を接続してタンク本体１１内の純水の水量を確認するようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載のバキュームリリーフ弁においては、上部に通気口を備え、下部に液体出入口を備えるハウジング内に、液体出入口から流入する液体の液位の上昇によって、通気口の下部に設けられたリング状のシートパッキンのリップ部と当接して弁シールをするフロートを備えたバキュームリリーフ弁において、フロートは表面にフッ素樹脂をコーティングした球体からなり、シートパッキンはゴム材からなる。
従って、シートパッキンとフロートの固着現象を防止することができ、この結果、最低水位以下まで純水を排出する場合でもダイヤフラムゴム膜やダイヤフラム受台等が破損するのを防止することができる信頼性の高いバキュームリリーフ弁を提供することができる。
【００４１】
また、フッ素樹脂としてＰＦＡを用いるので、更に確実にシートパッキンとフロートの固着現象を防止することができ、この結果、最低水位以下まで純水を排出する場合でもダイヤフラムゴム膜やダイヤフラム受台等が破損するのを確実に防止することができる。
更に、ゴム材としてＮＢＲを用いるので、更に確実にシートパッキンとフロートの固着現象を防止することができ、この結果、最低水位以下まで純水を排出する場合でもダイヤフラムゴム膜やダイヤフラム受台等が破損するのを確実に防止することができる。
そして、ゴム材のショア硬度が６０〜８０であるので、更に確実にシートパッキンとフロートの固着現象を防止することができ、この結果、最低水位以下まで純水を排出する場合でもダイヤフラムゴム膜やダイヤフラム受台等が破損するのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るバキュームリリーフ弁及びそれを好適に用いることができる純水タンクの説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれバキュームリリーフ弁の確認試験に用いるシートパッキンの拡大側面図である。
【図３】バキュームリリーフ弁のシール性確認試験及び離脱確認試験に用いる実機モデルの説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれバキュームリリーフ弁のシール性確認試験及び離脱確認試験に用いる実機モデルの要部拡大説明図である。
【図５】バキュームリリーフ弁の要部拡大説明図である。
【図６】バキュームリリーフ弁の離脱確認試験に用いるデジタルフォースゲージのアタッチメントの説明図である。
【図７】バキュームリリーフ弁の要部拡大説明図である。
【図８】バキュームリリーフ弁の固着力確認試験に用いる板状試験片の説明図である。
【図９】バキュームリリーフ弁の固着力確認試験の説明図である。
【図１０】バキュームリリーフ弁の溶出イオン測定試験に用いるフロート相当材の説明図である。
【図１１】バキュームリリーフ弁の溶出イオン測定試験に用いるシートパッキン分割材の説明図である。
【図１２】バキュームリリーフ弁の溶出イオン測定試験の説明図である。
【図１３】バキュームリリーフ弁を好適に用いることができる純水タンクの変形例の説明図である。
【図１４】純水タンクの説明図である。
【図１５】従来のバキュームリリーフ弁及びそれを適用した純水タンクの説明図である。
【図１６】従来のバキュームリリーフ弁の要部拡大説明図である。
【図１７】（ａ）シートパッキンの拡大側面図である。
（ｂ）シートパッキンの拡大平面図である。
【図１８】純水タンクの不具合発生状況を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ バキュームリリーフ弁 Ｂ 純水タンク
Ｃ バキュームリリーフ弁 Ｓ 空間
Ｗ 純水 １１ タンク本体
１２ ダイヤフラムゴム膜 １３ 重錘リング
１４ 浮きフープ １５ ダイヤフラム受台
１６ ハウジング １６ａ 通気口
１６ｂ 液体出入口 １６ｃ エルボー管
１６ｄ 外側ケース １６ｅ 弁座
１６ｆ フロートガイド １６ｇ ネット
１６ｈ 笠 １６ｉ パッキンホルダー
１７ シートパッキン １７ａ リップ部
１７ｂ フランジ部 １８ フロート
１９ 短管 ２０ 元弁
２５ フロート ２６ シートパッキン
３０ 水位計 ３２ 接続弁
３３ 接続弁 ３４ 接続弁
３５ 圧力計 ３６ 弁本体
３７ 空気抜き弁 ３８ 下部弁体
３９ 排水弁 ４０ 注入弁
４１ 実機モデル ４２ 通気口
４３ フロートガイド ４４ 液体出入口
４５ フロート相当材 ４６ シートパッキン相当材
４７ セットピン ４８ 長方形台
４９ 長方形台 ５０ 荷重負荷装置
５１ テフロン製シート ５２ フロート相当材
５３ ＰＦＡコーティング ５４ シートパッキン分割材
５５ 広口試薬瓶 ５６ 恒温槽
５７ 短管 ５８ ドレン弁
５９ 透明ホース ６０ 側マンホール
Claims (1)
- 上部に通気口を備え、下部に液体出入口を備えるハウジング内に、前記液体出入口から流入する液体の液位の上昇によって、前記通気口の下部に設けられたリング状のシートパッキンのリップ部と当接して弁シールをするフロートを備えたバキュームリリーフ弁において、
前記フロートは表面にフッ素樹脂をコーティングした球体からなり、前記シートパッキンはゴム材からなり、
前記フッ素樹脂は、厚み８０〜１２０μｍのＰＦＡであって、
前記ゴム材は、ショア硬度６０〜８０のＮＢＲ又はＥＰＤＭであることを特徴とするバキュームリリーフ弁。
Priority Applications (1)
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| JP28150296A JP3821887B2 (ja) | 1996-10-01 | 1996-10-01 | バキュームリリーフ弁 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP28150296A JP3821887B2 (ja) | 1996-10-01 | 1996-10-01 | バキュームリリーフ弁 |
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| JPH10110847A JPH10110847A (ja) | 1998-04-28 |
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Family Applications (1)
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| JP3943852B2 (ja) * | 2001-03-21 | 2007-07-11 | 株式会社テージーケー | 圧力制御弁 |
-
1996
- 1996-10-01 JP JP28150296A patent/JP3821887B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPH10110847A (ja) | 1998-04-28 |
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