JP5141301B2

JP5141301B2 - バルブ装置およびバルブ装置の製造方法

Info

Publication number: JP5141301B2
Application number: JP2008051326A
Authority: JP
Inventors: 崇司三島
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: JP2009209973A

Description

本発明は、流体の流通を制御するバルブ装置およびバルブ装置の製造方法に関する。

流体（気体または液体）が流通するバルブ装置は、流体の出入り口となる弁座に離接自在な弁体を当接させることで流体の遮断を行っている。この際、弁座と弁体のシール性が悪いと流体の遮断が不完全となり所望の性能が得られなくなる。ここで、弁座と弁体が加工時の平面度（いかに表面が平らであるかの指標）もしくは真直度（いかに真っ直ぐであるかの指標）がともに０であれば弁座と弁体が当接した時には完全に隙間が無くシール性は確保されるが、実際には加工により必ずばらつきが生じてしまう。この結果、平面度もしくは真直度は０にはならずに弁座と弁体が当接した時に隙間が生ずる。このため、弁体を弁座に荷重を加えて押し付けることにより弁体または弁座を変形させることで弁体と弁座間の隙間を無くしてシール性を確保している。この際、弁体に金属材料に比べて変形し易いゴムまたは軟質樹脂材料を使用することがある。しかし、ゴムまたは軟質樹脂材料は成形時の加工精度に限度があり、バルブ装置が大型化してくるとそれにつれて加工精度は悪くなりシール性の確保が難しくなる。また、要求されるシール性が厳しくなると、それにつれてシール性を確保するために弁体を弁座に押し付ける荷重も大きくする必要から弁体を弁座に押し付けるための駆動部分が大きくなり重量増となる。

シール性を確保するために例えば特許文献１では、弁座２の弁体３と当接する部位が弁体２の接触面３３ａと密着するように平面状に形成し、弁座２の接触面２ａと弁座２の内面２ｂとが交わる角部２ｃを円弧状に形状する遮断弁が開示されている。
特開平８−２１０５４５号公報（図１、[００１５]）

特許文献１に記載の技術では、弁体の接触面と密着するように弁座を平面状に形成しているが、弁体と弁座の接触面は弁体と弁座の加工時のばらつきにより完全には隙間を無くすことは難しいため、弁体に圧力を加えて弁座に押し付けてこの隙間を無くす必要がある。このため、圧力を加えるための駆動部分の確保および圧力に耐えうる構造にする必要からバルブ装置を小型化、軽量化するには限度がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、バルブ装置のシール性を確保して小型化、軽量化が可能なバルブ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために講じた手段は、導入孔と導出孔との間に設けられた弁座と、ゴムまたは軟質樹脂材料を基材とし成形後に加熱されることで圧縮永久歪を生じさせたシール部と、前記シール部と一体になり前記シール部を前記弁座に対して離接させることにより弁座を流通する流体の流れの遮断を行う弁体とを備えたことにある。

また、シール部は弁座と当接した状態で加熱されると良い。

さらに、加熱された結果生ずる圧縮永久歪の歪率を０．７％以上にすると良い。

本発明では、ゴムまたは軟質樹脂材料を基材とした弁座に離接するシール部が、成形された後に加熱されて圧縮永久歪が生じているため、シール部の平面度または真直度は加熱されずに圧縮永久歪を生じさせない時よりも小さくなる。このため、シール部と弁座との隙間は加熱されずに圧縮永久歪を生じさせない時よりも小さくなるので、シール部を弁座に押し付ける荷重が小さくてもシール性の確保ができ、バルブ装置の小型化や軽量化が可能となる。

この時、シール部が弁座と当接した状態で加熱されると、シール部は弁座の形に近い形状に変形するためより弁座との隙間が小さくなるのでシール部を弁座に押し付ける荷重をさらに小さくすることができる。

また、シール部の圧縮永久歪の歪率が０．７％以上あると、バルブ装置を製造した時に生ずるシール部と弁座との隙間を吸収しやすくなり、シール性の確保が容易になる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本実施形態のバルブ装置１は、図１に示すように、金属または樹脂製のボディ１０と、ゴムや軟質樹脂材料等の高分子材料を基材とする膜状のダイヤフラム３と、金属または樹脂製の弁体２とを備えている。ボディ１０は、第１ボディ１１と、第１ボディ１１にボルト等の取付具１１ｋで取り付けられた第２ボディ１２（図１中に一部表示）とを備える。第１ボディ１１は、流体（空気等の気体または水等の液体）が導入される導入孔１４と、流体が導出される導出孔１５と、導入孔１４および導出孔１５の間に形成された円形状をなす弁口１６を形成するリング形状をなす弁座１７とを備える。導入孔１４は、流体を送給する導入源（図示せず）に接続されている。導出孔１５は、導入孔１４から供給された流体が吐出される導出源（図示せず）に接続されている。

また、ゴムや軟質樹脂材料等の高分子材料を基材とするダイヤフラム３がボディ１０に設けられ、第1ボディ１１を流通する流体が第２ボディ１２内へ流入するのを防止している。ダイヤフラム３の外周部３０は、第１ボディ１１の第１鍔部１１ｃと第２ボディ１２の第２鍔部１２ｃとで挟持されることでシールされ、第1ボディ１１を流通する流体がダイヤフラム３の外周部３０を通じて外部へ漏れるのを防止している。ダイヤフラム３は外周部３０と、弁体２の上面側に配置された固定膜部３１と、筒形状をなす可動膜部３２とを備えている。矢印Ｍ１，Ｍ２方向における弁体２の開閉作動に応じてダイヤフラム３は第１ボディ１１を流通する流体が第２ボディ１２内に流入するのを防止した上で作動して変形する。

弁体２は、ダイヤフラム３の下方に位置するように、ダイヤフラム３の中央領域に軸部材２０を介して取り付けられている。弁体２は、軸部材２０の下端部に固定された金属等の剛性を有する硬質部２１と、硬質部２１の下面側に硬質部２１の周囲を覆って被覆されたゴムや軟質樹脂材料等のシール材料で形成されたシール部２２とを備えている。

なお、本実施形態では弁体２が平面になっているが、弁体および弁座の形状は、弁体と弁座が当接するものであれば特に限定するものではなく、各種形状に置き換えることができる。また、弁体２の矢印Ｍ１，Ｍ２方向への開閉方法はエアー、電気等通常のバルブ装置の開閉に使用する駆動方法が適用できる。

次に本実施形態の弁体２のシール部２２の製造方法について説明する。

軸部材２０を閉弁方向（図１中Ｍ１方向）に駆動させて弁座１７の弁口１６に所定の圧力を加えて弁体２のシール部２２を押し付けて当接させる。次に、この状態のまま所定の温度に設定された加熱炉に所定の時間保持して加熱処理を行う。このように圧力を加えながら加熱処理を施す加圧・加熱処理を行うことでシール部２２における弁座１７との当接部位に強制的に圧縮永久歪を生じさせている。この場合、加える圧力（加圧力）、加熱する温度および加熱する時間はシール部２２の材質および形状とシールに要求される仕様により適宜決定される。本実施形態では例えば口径φ４０ｍｍのバルブ装置を用いて、シール部２２は厚み３ｍｍのＥＰＤＭゴム（エチレン・プロピレンゴム）を使用し、軸部材２０に５０Ｎの加圧力を加えながら、９０℃〜１２０℃の加熱炉に１０〜２０時間保持して加圧・加熱処理を行った。

上記のように加圧・加熱処理した処理品と、未処理品についてシール性の評価をした結果を表１に示す。ここで加圧・加熱処理によりシール部２２のＥＰＤＭゴムの硬度は変化する（未処理品より硬くなる）。そこで処理品のシール部の硬度が、処理前の硬度が未処理品と同じＡ５８（試験方法JIS K６２５３）で処理後の硬度が硬いもの（実施例１）と処理前の硬度が柔らかく処理後のＥＰＤＭゴムの硬度が未処理品と同じＡ５８（試験方法JIS K６２５３）に合わせたもの（実施例２）の２種類を使用して評価を行った。また、シール性の評価は以下に示す方法で行った。

シール部２２を弁口１６に押し付ける力（押し付け荷重）を軸部材２０に加えない状態で当接させる。次に軸部材２０の閉弁方向に押し付け荷重を加えて弁口１６にシール部２２を押し付ける。この押し付け荷重を変化させた時の軸部材２０の変位量（シール部２２が変形した量と同じになる）をリニアゲージにより測定するとともに、導入孔１４からエアーを４０〜６０ＫＰａの圧力で供給して大気圧に設定された導出孔１５からのエアーの漏れを確認する。表１に導出孔１５からのエアーの漏れが無くなったときの押し付け荷重と、そのときのシール部２２が変形した量（潰し量）を示した。

表１の結果から明らかなように、加圧・加熱処理した処理品は未処理品に比べて押し付け荷重が少なく、またシール部２２の潰し量が少なくてエアーの漏れを抑えることができシール性が向上している。さらに、加圧・加熱処理した処理品の実施例１と実施例２を比較すると実施例２は実施例１よりシール性が更に向上している。このことから、加圧・加熱処理した後の硬度を調整すると、調整しないときよりシール性は向上する。

また、表１に加圧・加熱処理した処理品（実施例１）と未処理品（比較例）のシール部２２の弁座１７の弁口１６が当接する面の平面度をレーザ形状測定器（株式会社キーエンス製）にて測定した結果を示した。

表１の結果から未処理品の平面度は４０μｍで、処理品の平面度は１６μｍである。このことから、加圧・加熱処理を行うことでシール部２２のＥＰＤＭゴムには加圧力が加わった状態で長時間加熱されたことによりＥＰＤＭゴムには圧縮永久歪が生じ、シール部２２の平面度が４０μｍから１６μｍに低減して良くなったことが分かる。このため、弁口１６とシール部２２との間に生ずる隙間が小さくなり、小さな押し付け荷重で隙間を無くすことができシール性が向上している。

ここで、エアーの漏れを抑えるための軸部材２０に加える押し付け荷重およびシール部の潰し量はバルブ装置の口径によって変化し、口径が本実施形態のφ４０ｍｍより小さくなれば本実施形態より小さな押し付け荷重で漏れを抑えることができる。また、シール部２２の材質および硬度を変えるとシール部２２に荷重を加えたときに生ずるシール部２２の変形量が変わるので、漏れを抑えるのに必要な変形量を与える押し付け荷重は変化する。このため、材質および硬度（特に加圧・加熱処理後の硬度）を適宜設定することにより、バルブ装置の要求仕様に合うようシールに必要な押し付け荷重を任意に調整することができる。

また、本実施形態ではシール部２２の厚みが３ｍｍで、加圧・加熱処理したバルブ装置（実施例１）と未処理のバルブ装置（比較例）とでエアーの漏れが生じない潰し量の差が０．０２ｍｍである。加圧・加熱処理したバルブ装置の潰し量が未処理のバルブ装置に比べて０．０２ｍｍ小さいということは、シール部２２の弁座１７の弁口１６が当接する面の平滑性が向上していることを示している。これは平面度が０．０２ｍｍ小さくなっていることになる。（表１の平面度の測定結果では４０μｍ−１６μｍ＝２４μｍ（０．０２４ｍｍ）となっている。）この０．０２ｍｍを歪率（％）で表すと略０．７％となる。従って、歪率０．７％以上の圧縮永久歪をシール部２２に与えれば、押し付け荷重を小さくすることができる。

以上本発明の実施形態によると、弁体２のシール部２２は加圧力が加わって弁座１７の弁口１６に当接した状態のまま加熱されて加圧・加熱処理が行われることにより、シール部２２の弁口１６との当接部位には強制的に圧縮永久歪が生じて変形する。これによりシール部２２の弁口１６との当接部位が弁座１７の弁口１６の形状に近い形状に変形して弁口１６とシール部２２の弁口１６との当接部位との間に生じていた隙間が加圧・加熱処理しないときよりも小さくなる。この結果、加圧・加熱処理しないときよりも小さな押し付け荷重でシールすることができるので、シール部２２を弁口１６に押し付けるための駆動部分を小さくすることができ、また押し付け荷重が小さくなった分バルブ装置の構造を簡略化および薄肉化することができる。このため、バルブ装置の小型化や軽量化が可能となる。

また、シール部２２が圧縮永久歪の歪率が０．７％以上あるので、バルブ装置を製造した時に生ずるシール部２２と弁座１７の弁口１６との隙間を吸収して小さくすることができる。この結果、シール部２２は小さな変形で隙間を無くしてシール性の確保ができるので押し付け荷重を小さくすることができる。

以上、本発明を上記実施態様に則して説明したが、本発明は上記態様にのみ限定されるものではなく、本発明の原理に準ずる各種態様を含むものである。

本発明の実施形態におけるバルブ装置である。

符号の説明

１バルブ装置
１０ボディ
１１第１ボディ
１２第２ボディ
１４導入孔
１５導出孔
１６弁口
１７弁座
２弁体
２２シール部

Claims

導入孔と導出孔との間に設けられた弁座と、
ゴムまたは軟質樹脂材料を基材とし成形後に加熱されることで圧縮永久歪を生じさせたシール部と、
前記シール部と一体になり前記シール部を前記弁座に対して離接させることにより弁座を流通する流体の流れの遮断を行う弁体と、
を備え、
前記弁座は前記シール部に前記圧縮永久歪を形成するための凸部を有する
ことを特徴とするバルブ装置。
導入孔と導出孔との間に設けられた弁座と、
ゴムまたは軟質樹脂材料を基材としたシール部と、
前記シール部と一体になり前記シール部を前記弁座に対して離接させることにより弁座を流通する流体の流れの遮断を行う弁体と、
を備え、
前記弁座に前記弁体を所定の圧力を加えて当接させた状態で前記シール部に加熱処理を行うことにより、前記シール部における前記弁座との当接部位に圧縮永久歪を生じさせた
ことを特徴とするバルブ装置。
導入孔と導出孔との間に設けられた弁座と、
ゴムまたは軟質樹脂材料を基材としたシール部と、
前記シール部と一体になり前記シール部を前記弁座に対して離接させることにより弁座を流通する流体の流れの遮断を行う弁体と、
を備え、
前記弁座は前記シール部に前記圧縮永久歪を形成するための凸部を有し、
前記弁座に前記弁体を所定の圧力を加えて当接させた状態で前記シール部に加熱処理を行うことにより、前記シール部における前記凸部との当接部位に圧縮永久歪を生じさせた
ことを特徴とするバルブ装置。
前記シール部の前記圧縮永久歪の歪率が０．７％以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一に記載のバルブ装置。
導入孔と導出孔との間に設けられた弁座と、
ゴムまたは軟質樹脂材料を基材としたシール部と、
前記シール部と一体になり前記シール部を前記弁座に対して離接させることにより弁座を流通する流体の流れの遮断を行う弁体と、
を備えたバルブ装置の製造方法であって、
前記弁座は前記シール部と当接する凸部を有し、
前記シール部を成形した後に加熱して前記シール部の前記凸部との当接部位に圧縮永久歪を生じさせる
ことを特徴とするバルブ装置の製造方法。
導入孔と導出孔との間に設けられた弁座と、
ゴムまたは軟質樹脂材料を基材としたシール部と、
前記シール部と一体になり前記シール部を前記弁座に対して離接させることにより弁座を流通する流体の流れの遮断を行う弁体と、
を備えたバルブ装置の製造方法であって、
前記シール部を成形した後に前記弁座に前記弁体を所定の圧力を加えて当接させた状態で前記シール部に加熱処理を行うことにより、前記シール部における前記弁座との当接部位に圧縮永久歪を生じさせる
ことを特徴とするバルブ装置の製造方法。
導入孔と導出孔との間に設けられた弁座と、
ゴムまたは軟質樹脂材料を基材としたシール部と、
前記シール部と一体になり前記シール部を前記弁座に対して離接させることにより弁座を流通する流体の流れの遮断を行う弁体と、
を備えたバルブ装置の製造方法であって、
前記弁座は前記シール部と当接する凸部を有し、
前記シール部を成形した後に前記弁座に前記弁体を所定の圧力を加えて当接させた状態で前記シール部に加熱処理を行うことにより、前記シール部における前記凸部との当接部位に圧縮永久歪を生じさせる
ことを特徴とするバルブ装置の製造方法。
前記シール部は、前記弁座と当接した状態で加熱されることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一に記載のバルブ装置の製造方法。
前記シール部に歪率が０．７％以上の前記圧縮永久歪を与えることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか一に記載のバルブ装置の製造方法。