JP4478922B2 - 作動流体用継手の受口およびその受口を有する弁 - Google Patents

Description

本発明は、化学工場、または半導体製造分野、液晶製造分野、食品分野などの各種産業に使用される作動流体用継手の受口およびその受口を有する弁に関するものであり、さらに詳しくは、優れた破壊強度を有し、且つ耐食性に優れた作動流体用継手の受口およびその受口を有する弁に関するものである。

従来、エア駆動の弁に使用される樹脂製シリンダ本体は、図６に示すように、樹脂製シリンダ本体４４の周側面にシリンダ本体４４内部に連通する雌ネジ部４５を有する受口４６が一体的に設けられた構造であった。図からわかるように雌ネジ部４５の雌ネジは樹脂製シリンダ本体４４の内部まで設けられていた。樹脂製シリンダ本体４４は射出成形にて製作されており、コストダウンのためにシリンダ本体４４を無加工で成形することが必要であった。無加工による成形を実現するためには樹脂の寸法安定性が要求されるが、これ以外にも弁の用途として耐熱性、耐薬品性が要求される。これらの要求を満たす樹脂としてガラス入りのポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳ−Ｇと記す。）、ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦ−Ｇと記す。）、ポリプロピレン（以下、ＰＰ−Ｇと記す。）等が挙げられるが、特に寸法安定性の面からＰＰＳ−Ｇが好適に用いられていた。 しかしながら、ＰＰＳ−Ｇは剛性に長ける反面脆い樹脂であるため、一般的に受口４６の雌ネジ部４５に作動流体用継手を接続する際には、雌ネジ部４５にテーパが設けられている場合、作動流体用継手を締め付ける際にテーパによって受口４６が広がる方向へ力が加わり、また雌ネジ部４５がストレートな場合でも、シールテープを作動流体用継手に巻きつけるので、受口４６が広がる方向へ力が加わるため、シリンダ本体４４の受口４６の部分が破損しないように０．４Ｎ・ｍ〜０．５Ｎ・ｍの締め付けトルクで締め付けられるが、作業者によってはトルクレンチを用いずに規定の締め付けトルク以上で締め付けることがあるため、剛性に長ける反面脆い樹脂であるＰＰＳ−Ｇでは規定以上の締め付けトルクに耐えられずに受口４６の部分が破損してしまい、受口４６と一体であるシリンダ本体４４まで破損するという問題があった。また、シリンダ本体４４を射出成形した場合、シリンダ本体４４内部に連通する孔が設けられている構造上、受口４６の雌ネジ部４５付近にウエルドラインが発生してしまい、ウエルドラインの部分が他の部分より強度が低くなるため、作動流体用継手を受口４６に接続する際に、規定以上のトルクで締め付けると、ウエルドラインの部分から破損しやすく、また作動流体用継手を接続した後でも、作動流体用継手の接続部分に外的な負荷がかかると、受口４６からシリンダ本体４４まで破損するという問題があった。

この問題を解決したものとして図７に示すような構造のものがあった（例えば、特許文献１参照。）。この構造は、プラスチック製の本体４７に形成された接続ポート４８（雌ネジ部）の周囲に環状溝４９を設け、円筒形金属インサート５０を環状溝４９の内部に挿入するものであった。その作用は、金属インサート５０で補強することで接続ポート４８に設けられたプラスチックネジ５１を強化するものであった。

特開平５−２０３０７８号公報（第５−６頁、図６）

しかしながら、前記従来技術の接続ポート４８では、挿入された金属インサート５０が本体４７の表面に露出しているので、腐食性雰囲気下では円筒形金属インサート５０が腐食されて補強効果が小さくなり接続ポート４８が破損されるため、金属が腐食されるような薬液が用いられる半導体製造分野などでは使用できないという問題があった。また、本体にＰＰＳ−Ｇなどの剛性に長ける反面脆い樹脂を用いた場合、プラスチックネジ５１と本体４７は一体であるため、作動流体用継手を強く締め付けるとプラスチックネジ５１にクラックが発生することがあり、クラックが本体４７まで影響し、接続ポート４８が破損する恐れがあるという問題があった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、優れた破壊強度を有し、且つ耐食性に優れた作動流体用継手の受口およびその受口を有する弁を提供することを目的とする。

本発明の第一発明である作動流体用継手の受口の構成は図１を参照して説明すると、ガラス繊維入り樹脂製シリンダの本体の内部に連通する雌ネジ部を有する作動流体用継手の受口であって、該受口が、独立した部品として形成され該雌ネジ部が樹脂製シリンダ本体の外表面から突出した状態で固着され、前記受口が、引張り伸び率が５０％〜４００％であり、且つ引張り強度が５０ＭＰａ〜２００ＭＰａの、ポリエーテルエーテルケトン、ポリビニリデンフォルオライド、ポリフェニレンサルファイドのいずれかの樹脂であることを第一の特徴とし、前記受口の一端部に前記雌ネジ部を内部に有する頭部と、他端部に頭部より縮径して設けられた基部とを有し、該雌ネジ部の奥側に連続して該雌ネジより縮径された空隙部が設けられ、前記基部が前記樹脂製シリンダ本体に固着されていることを第二の特徴とし、受口がインサート成形、接着、螺着、溶着のいずれかによって樹脂製シリンダ本体に固着されていることを第三の特徴とする。

本発明の作動流体用継手の受口（以下受口と略記する。）に用いられる樹脂の引張り伸び率は５０％〜４００％の範囲に有ることが好ましく、５０％〜１５０％の範囲であることがより好ましい。引張り伸び率が低くなると樹脂が脆くなるため、引張伸び率は５０％以上である必要がある。また、引張り伸び率が高くなると樹脂の引張り強度が低下するため、引張り伸び率は４００％以下である必要がある。また、引張り強度は５０ＭＰａ〜２００ＭＰａの範囲に有ることが好ましく、５０ＭＰａ〜１５０ＭＰａの範囲であることがより好ましい。引張り強度が低くなると作動流体用継手を接続する際に受口の強度が不足し破損してしまうため、引張り強度は５０ＭＰａ以上である必要がある。 また引張り強度が高くなると伸び率が小さくなるため、引張り強度は２００ＭＰａ以下である必要がある。これらの条件を満足する樹脂としてはポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと記す。）、ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと記す。）、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと記す。）等が好適なものとして挙げられる。尚、受口が腐食性雰囲気下で使用されない場合には、受口の材質は樹脂に限定されず、ステンレス、鉄、銅等の金属でもよい。

本発明は以下の優れた効果が得られる。
１．受口が、樹脂製シリンダ本体の内部に連通する雌ネジ部が露出された状態で樹脂製シリンダ本体に固着されているので、作動流体用継手を高い締め付けトルクで接続する際に受口が広がる方向へ応力が加わっても、受口の雌ネジ部が若干広がることで応力が緩和されるため、樹脂製シリンダ本体まで破損が及ばない。
２．引張り伸び率が５０％以上であり、且つ引張り強度が５０ＭＰａ以上の樹脂製の受口では、規定以上の締め付けトルクで螺着したとしても受口は破損することがない。
３．受口が樹脂製である場合は、金属製である場合のように腐食性雰囲気下で腐食されることがなく受口が破損することが無い。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。

図１は本発明の受口を有するバルブの閉状態示す縦断面図である。図２は図１の受口を示す斜視図である。図３は図１に作動流体用継手を接続したときの要部拡大縦断面図である。図４は図１のバルブの開状態を示す縦断面図である。図５は本発明の受口の他の実施例を示す要部拡大縦断面図である。

以下、本発明の実施例である受口及び該受口を有する弁について図１に基づいて説明する。

図において１及び２は引張り伸び率６０％、引張り強度９７ＭＰａであるＰＥＥＫ製の受口であり、両者とも同じ構造と作用を有している。（以下、受口１を代表して説明する。）３は、受口１の一端部に設けられた、後記樹脂製シリンダ本体（以下、シリンダ本体と記す。）９の内部に連通する雌ネジ部４を内部に有する頭部である。雌ネジ部４はシリンダ本体９外表面から突出した状態で、すなわち、雌ネジ部４がシリンダ本体９の外表面よりも外側に位置するように、シリンダ本体９に固着されている。

５は受口１の他端部に設けられた基部であり、頭部３より縮径して設けられ、この部分がシリンダ本体９に内包された状態でインサート成形にて固着されている。基部５の端部には円環状に設けられた鍔状部の外周に、その軸線方向に複数の切り欠き部７が設けられた回り止め部８が設けられている。この回り止め部８は、シリンダ本体９にインサート成形される際に、切り欠き部７に充填された樹脂が受口１の回動を抑え、また、雌ネジ部４に作動流体用継手を螺着する際の受口１の供回りを防止すると共に、受口１がシリンダ本体９から抜け出ることを防止する。

受口１の内部には、雌ネジ部３に連続して、それより縮径された空隙部６が設けられており、空隙部６には、雌ネジ部３と連通する第一作動流体供給口１３を中心に有するシリンダ本体９の一部が充填、嵌合されている。なお、受口１の形状は本実施例に限定されず、図５に示されているごとく、基部５の空隙部６に代えて、シリンダ本体９の第一作動流体供給口１３に連通する連通孔４３を設けた形状にしても良い。また受口１は、雌ネジ部３の周囲の表面に金属が露出しないように金属を埋め込んだものであっても構わない。

本実施例では、受口１にＰＥＥＫを用いているが、引張り伸び率が５０％以上、好ましくは引張り伸び率が５０％〜４００％であり、且つ引張り伸び率が５０ＭＰａ以上、好ましくは引張り強度が５０ＭＰａ〜２００ＭＰａである樹脂からなるものであれば特に限定されない。また、本実施例の受口１はインサート成形にて固着されているが、シリンダ本体９に回動不能に密閉固定された状態で固着されていればよく、接着、螺着、溶着等で固着されても良い。

９はガラス含有率６５％のＰＰＳ−Ｇ製シリンダ本体であり、ボルト、ナット（図示せず）で後記本体３２の上部に固定されている。シリンダ本体９の内部には階段状にそれぞれの空間を上から上部空隙１０、下部空隙１１が形成され、さらに下部には隔膜押さえ嵌合部１２が設けられていて、シリンダ本体９の側面には、受口１、２がインサート成形によって固着されており、受口１と上部空隙１０を連通させる第一作動流体供給口１３と受口２と下部空隙１１を連通させる第二作動流体供給口１４が形成されている。本実施例ではシリンダ本体９はＰＰＳ−Ｇ製であるが、ＰＶＤＦ−Ｇ、ＰＰ−Ｇ等の樹脂を使用しても構わない。

１５はピストンであり、上部外周面にOリングを保持するための環状の溝部１６を有する鍔部１７が設けられており、シリンダ本体９の下部空隙１２の内周面を上下に摺動自在に配置されている。下部には鍔部１７に垂下して一体的に設けられ、下端部に雄ネジ部１８が形成された軸部１９が後記隔膜押さえ２１の貫通孔２３を貫通して軸部１９の側面にはOリングを保持するための環状の溝部２０が設けられている。

２１は隔膜押さえであり、その下方には有底円筒状の凹部２２が形成されている。凹部２２上面中央にはピストンの軸部１９が嵌挿される貫通孔２３が形成され、隔膜押さえ２１下面には凹部２２に向かって縮径するテーパ部２４が設けられている。隔膜押さえ２２の外周にはOリング２５が嵌着されている。下部外周面には環状突起部２６が形成され、シリンダ本体９の隔膜押さえ嵌合部１２に挿嵌されている。

２７はポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す。）製のダイヤフラムである。ダイヤフラム２７の中央には、上部は隔膜押さえ２１の凹部２２に受容され、且つ下面は後記弁座４０に圧接離間される弁体２８が設けられている。弁体２８の上面には雌ネジ部２９が設けられており、ピストン１５の軸部１９の雄ネジ部１８に螺着されている。すなわち弁体２８はピストンの上下動に伴って、上下に移動可能であり後記本体３２の弁座４０に圧接離間され、流路の閉止あるいは開放を行なうことが可能となっている。また弁体の周縁部には肉薄に形成された隔膜部３０が設けられている。さらに隔膜部３０外周には断面矩形状の環状嵌合部３１が設けられ、後記本体３２の環状溝３４に嵌合された状態で本体３２と隔膜押さえ２１の下面とで挟持固定されている。

３２はＰＴＦＥ製の本体である。本体３２の上部には、シリンダ本体９の下部と接合される環状突部３３と、環状突部３３内周に環状溝３４を有し、環状突部３３内部には、ダイヤフラム２７と共に形成される弁室３５が設けられている。弁室３５の底部には連通口３６、３７が設けられ、連通口３６は流体流入口３８に連通し、連通口３８は流体流出口３９に連通している。また、連通口３６の開口部は弁室３５の底部中央に設けられ、開口部の周縁部が弁座４０となっている。

次に、本発明の実施例である受口に、作動流体用継手を接続する方法を図３に基づいて説明する。
まず、作動流体用継手４１の雄ネジ部４２にＰＴＦＥ製のシールテープを巻付ける。次にシールテープを巻きつけた雄ネジ部４２を、トルクレンチにて０．５Ｎ・ｍの締め付けトルクで受口１の雌ネジ部４に螺着する。受口２についても同様の手順で作動流体用継手４１を螺着する。このとき、作動流体用継手４１の雄ネジ部４２にはテーパネジが使用されるため螺着する時には受口１の雌ネジ部４が広がる方向へ応力が加わる。これに対して、シリンダ本体９の内部に連通する雌ネジ部４はシリンダ本体９の外表面から露出された状態で固着されているため、作動流体用継手４１を接続する際に受口１の雌ネジ部４が広がる方向へ応力が加わっても雌ネジ部４が若干外に広がることで応力を緩和させることができる。また、シリンダ本体９の外表面から雌ネジ部４が露出された状態で固着されているため、頭部３のみに応力が加わるのでシリンダ本体９には応力は加わらず、仮に規定以上のトルクで作動流体用継手４１を締め付けたとしても、シリンダ本体９自体が破損することが無い。さらに、受口１の材質として引張り伸び率６０％であり、且つ引張強度が９７ＭＰａのＰＥＥＫを使用していることにより、受口１の雌ネジ部４が広がる方向へ応力が加わったとしても頭部３が破損しない強度を維持することができる。

次に、本発明の実施例である弁の作用について、図１および図４に基づいて説明する。
弁が閉状態（図１の状態）において、弁体２８は弁座４０に圧接され流路を閉止している。この状態から第二作動流体供給口１４に作動流体であるエアを注入すると、ピストン１５と隔膜押さえ２１の間に形成される下部空隙１１へエアが注入され、エアの圧力でピストン１５が押し上げられるため、ピストン１５と接続されている弁体２８も弁座４０から離間し、上方へ引き上げられて弁は開状態（図４の状態）となり、流体は流体流入口３８から流入して、連通口３６、弁室３７、連通口３７を通過して流体流出口３９から流出される。弁が開状態（図４の状態）において、この状態から第一作動流体供給口１３に作動流体であるエアを注入すると、ピストン１５上部とシリンダ本体９内周面で形成される上部空隙へエアが注入され、エアの圧力でピストン１５が押し下げられるため、ピストン１５と接続されている弁体２８も下方へ押し下げられ弁座４０に圧接されることで弁は閉状態（図１の状態）となる。

本発明の弁の実施例はエア駆動のストップ弁であるが、油圧駆動などでもよく、弁はダイヤフラム弁やピンチ弁などでもよく、特に限定されない。また本発明の受口は弁に限らずポンプなどに用いても同様の効果が得られる。

次に、樹脂の材質を代えて受口１、２を作製し、破壊トルク試験を行ない。以下に示す方法にしたがって各々の樹脂の物性を評価した。結果を表１に示す。

破壊トルク試験：
受口１、２の雌ネジ部４に作動流体用継手４１として管用テーパネジを螺着し、受口１、２ないしはシリンダ本体９に破損が見られるまでトルクレンチにて締め付ける力を上げて行き、破損が見られたときの締め付けトルクを計測した。

尚、トルクレンチを用いずに管用テーパネジを人力にて強く締め付けた場合、３．０Ｎ・ｍ程度までの締め付けトルクが想定されるため、本試験については破壊トルク３．０Ｎ・ｍ以上を合格基準とした。
試験例１：
ＰＥＥＫを用いて受口を射出成形にて製作し、シリンダ本体にインサート成形して試験サンプルを製作し、得られた試験サンプルにて破壊トルク試験を行った。
試験例２：
ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと記す。）を用いて受口を射出成形にて製作し、シリンダ本体にインサート成形して試験サンプルを製作し、得られた試験サンプルにて破壊トルク試験を行った。
試験例３：
ポリフェニレンサルファイドのナチュラル（以下、ＰＰＳと記す。）を用いて受口を射出成形にて製作し、シリンダ本体にインサート成形して試験サンプルを製作し、得られた試験サンプルにて破壊トルク試験を行った。
比較例１：
ＰＰＳ−Ｇ（ガラス添加量６５質量％）を用いてシリンダ本体に一体的に設けられた受口を射出成形し試験サンプルを製作し、得られた試験サンプルにて破壊トルク試験を行った。
比較例２：
テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥと記す。）を用いて受口を切削加工にて製作し、シリンダ本体にインサート成形して試験サンプルを製作し、得られた試験サンプルにて破壊トルク試験を行った。

以下、表１に基づいて各樹脂の物性を評価する。
（１）試験例１のＰＥＥＫでは、引張り伸び率６０％、引張り強度９７ＭＰａであり、破壊時には雌ネジ部のネジ溝が破壊したが、母体であるシリンダ本体を破損することはなかった。また破壊トルクは６．０N・ｍであり、３．０Ｎ・ｍの２倍の強度を有しており、合格基準を大きく上回ることから、受口の材質に非常に適している。
（２）試験例２のＰＶＤＦでは、引張り伸び率５０％、引張り強度５５ＭＰａであり、破壊時には雌ネジ部のネジ溝が破壊したが、シリンダ本体が破損することはなかった。また、破壊トルクは３．０Ｎ・ｍであり、合格基準と同等であることから受口の材質に適している。
（３）試験例３のＰＰＳでは、引張り伸び率５０％、引張り強度７５ＭＰａであり、破壊時には雌ネジ部のネジ溝が破壊したが、シリンダ本体が破損することがなかった。また破壊トルクは５．０Ｎ・ｍであり、合格基準を大きく上回ることから、受口の材質に適している。
（４）比較例１のＰＰＳ−Ｇでは、引張り伸び率１．３％、引張り強度１４２ＭＰａであり、引張り伸び率が低く、破壊時にはシリンダ本体が破壊した。また破壊時のトルクは１．５N・ｍであり、規定のトルクで締め付ける場合には問題ないが合格基準は満たさず、シリンダ本体が破損するので受口の材質には適していない。
（５）比較例２のＥＴＦＥでは、引張り伸び率２５０％、引張り強度４６ＭＰａであり、引張強度が若干低く、破壊時には受口が破壊した。また破壊トルクは２．５N・ｍであり、規定のトルクで締め付ける場合には問題ないが、合格基準を満たしていないので受口の材質には適していない。

以上のことから、特に試験例３と比較例１の両ＰＰＳを比べてもわかるように、引張り伸び率が５０％以上であり、且つ引張り強度が５０ＭＰａ以上の条件を満たす材質を用いることで、優れた破壊強度を有する受口を得ることができる。またこれらの試験で用いた樹脂は耐食性および耐薬品性に非常に優れた樹脂であり、腐食性雰囲気下で腐食による破損の心配なく使用することができる。特にＰＥＥＫを用いた場合、非常に高い破壊強度を有し、かつ耐食性、耐薬品性に優れた受口を得ることができる。

本発明の受口は、樹脂製シリンダ本体に連通する雌ネジ部が露出された状態で樹脂製シリンダ本体に固着されているため、作動流体用継手を螺着する際に樹脂製シリンダ本体が破損する恐れがない。また、受口に樹脂を使用することで、腐食性雰囲気下においても受口が破損することが無いため、エア駆動や油圧駆動のストップ弁やダイヤフラム弁やピンチ弁などに用いられる。また、本発明の受口は弁に限らずポンプなどに用いても同様の効果が得られる。

本発明の受口を有するバルブの閉状態示す縦断面図である。 図１の受口を示す斜視図である。 図１に作動流体用継手を接続したときの要部拡大縦断面図である。 図１のバルブの閉状態を示す縦断面図である。 本発明の受口の他の実施例を示す要部拡大縦断面図である。 従来の一体成形された受口を有する弁の縦断面図である。 従来の金属補強された受口の要部拡大縦断面図である。

符号の説明

１…受口
２…受口
３…頭部
４…雌ネジ部
５…基部
６…空隙部
７…切り欠き部
８…回り止め部
９…シリンダ本体
１０…上部空隙
１１…下部空隙
１２…隔膜押さえ嵌合部
１３…第一作動流体供給口
１４…第二作動流体供給口
１５…ピストン
１６…溝部
１７…鍔部
１８…雄ネジ部
１９…軸部
２０…溝部
２１…隔膜押さえ
２２…凹部
２３…貫通孔
２４…テーパ部
２５…Ｏリング
２６…環状突起部
２７…ダイヤフラム
２８…弁体
２９…雌ネジ部
３０…隔膜部
３１…環状嵌合部
３２…本体
３３…環状突部
３４…環状溝
３５…弁室
３６…連通口
３７…連通口
３８…流体流入口
３９…流体流出口
４０…弁座
４１…作動流体用継手
４２…雄ネジ部
４３…貫通孔

Claims (4)

1. ガラス繊維入り樹脂製シリンダの本体の内部に連通する雌ネジ部を有する作動流体用継手の受口であって、該受口が、独立した部品として形成され該雌ネジ部が樹脂製シリンダ本体の外表面から突出した状態で固着され、前記受口が、引張り伸び率が５０％〜４００％であり、且つ引張り強度が５０ＭＰａ〜２００ＭＰａの、ポリエーテルエーテルケトン、ポリビニリデンフォルオライド、ポリフェニレンサルファイドのいずれかの樹脂であることを特徴とする作動流体用継手の受口。
2. 前記受口の一端部に前記雌ネジ部を内部に有する頭部と、他端部に頭部より縮径して設けられた基部とを有し、該雌ネジ部の奥側に連続して該雌ネジより縮径された空隙部が設けられ、前記基部が前記樹脂製シリンダ本体に固着されていることを特徴とする請求項１記載の作動流体用継ぎ手の受口。
3. 受口がインサート成形、接着、螺着、溶着のいずれかによって樹脂製シリンダ本体に固着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の作動流体用継手の受口。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の作動流体用継手の受口を有することを特徴とする弁。

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