JP5279853B2

JP5279853B2 - 非接触式バルブ装置

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Publication number: JP5279853B2
Application number: JP2011009813A
Authority: JP
Inventors: 征孝松田; 久季塙
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: JP2012149727A

Description

本発明は、バルブ装置に関し、具体的には、ハウジング内に収容された弁体を所定の軸線周りで回転させることで、流体等を流通させる流通路の開閉や切り替えを行う非接触式バルブ装置に関する。

従来から、気体や液体等の流体、及び粉体等の対象物を流通させる流通路の開閉や切り替えを行うためのバルブ装置として、所定の軸線周りで回転可能に構成され、連通孔が形成された弁体と、該弁体を収容するための弁体収容室が形成されるとともに、該弁体収容室に連続して形成され、弁体の連通孔を介して互いに連通する流通路（例えば、二方弁の場合には二つの流通路、三方弁の場合には、三つの流通路等）が形成されたハウジングと、該ハウジング内における流通路の弁体収容室側の開口端周りに設けられたシート部材とを備えた非接触式バルブ装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。

かかる非接触式バルブ装置は、ハウジングの弁体収容室内に収容された弁体が、所定の軸線周りで回転可能となるように構成されているが、弁体の回転によってシート部材が磨耗することのないように、弁体がシート部材に対して非接触な状態で回転可能となっている。

そして、この種の非接触式バルブ装置は、弁体が前記所定の軸線方向の何れか一端側で支持されている。そして、弁体は、所定の軸線方向の何れか他端側を付勢されることで、所定の軸線方向の何れか一端側を支点にしてシート部材側に傾動し、当該弁体の非貫通部分がシート部材に密接して流通路の流通を遮断するようになっている。

この構成により、非接触式バルブ装置は、流通路を閉じるときに弁体の回転が繰り返し行われた場合でも、弁体とシート部材とが非接触で回転するため、弁体やシート部材が磨耗することがなく、シート部材によって弁体とハウジングとの間におけるシール性が確保される。

特開２００８−９５８１１号公報

しかしながら、上記構成のような非接触式バルブ装置では、弁体を傾動させて該弁体の非貫通部分をシート部材に密接させることで、弁体とハウジングとの間におけるシール性を確保しているため、弁体をシート部材側に傾動させるときに、弁体の非貫通部分における支点側（所定の軸線方向の何れか一端側）にある部分が最初にシート部材に圧接し、次に支点側より遠い位置（所定の軸線方向の何れか他端側）にある部分がシート部材に圧接する。そのため、非接触式バルブ装置は、シート部材に対する一端側及び他端側における圧接力が異なるため、弁体とシート部材との間の密接性が不均一になり、シール性が満足できない場合があった。そのため、弁体とシート部材との間における高いシール性を確保することができる非接触式バルブ装置が望まれている。

そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、弁体とシート部材との密接性を高めて、高いシール性能を発揮することができる非接触式バルブ装置を提供することを課題とする。

本発明に係る非接触式バルブ装置は、所定の軸線周りで回転可能に構成され、連通孔が形成された弁体と、該弁体を収容するための弁体収容室が形成されるとともに、該弁体収容室に連続して形成され、前記弁体の前記連通孔を介して互いに連通する流通路が形成されたハウジングと、該ハウジング内の前記流通路の少なくとも何れか一つの弁体収容室側の開口端周りに設けられたシート部材とを備え、前記弁体は、前記シート部材に対して非接触な状態で前記所定の軸線周りで回転可能に構成されるとともに、当該弁体の非貫通部分が前記シート部材と非接触で対向した状態の第一姿勢と前記軸線方向の何れか一端側を支点にして前記シート部材側に傾いた第二姿勢との間で切り替え可能に設けられ、該第二姿勢で前記非貫通部分が前記シート部材に密接して前記流通路を遮断するように構成された非接触式バルブ装置において、前記弁体は、前記非貫通部分のうち前記第二姿勢で前記シート部材と密接する領域にテーパ状部を備え、前記シート部材は、少なくとも前記テーパ状部と密接する外周領域が断面円弧状に形成され、前記テーパ状部の中心線は、前記第一姿勢における連通孔の中心線と前記軸線とのそれぞれに直交する方向に延びる第一仮想線に対して、前記第一姿勢における連通孔の中心線と前記軸線との交点を始点として前記第一姿勢と前記第二姿勢との間で弁体が姿勢変更するときの傾動角に応じた角度で傾斜するように設定されるとともに、テーパ角が外周面の異なる位置に沿った少なくとも二本の延長線の交点が前記中心線と交わるように設定されていることを特徴とする。

上記構成の非接触式バルブ装置によれば、弁体をシート部材側に傾動させるときに、テーパ状部の先端側がシート部材の領域内に入り込み、該シート部材の領域内に入り込んだテーパ状部の先端側がシート部材に当接する。そして、テーパ状部の中心線が、第一仮想線と一致することでシート部材の中心と一致し、シート部材に対するテーパ状部の押し込み作用が第一仮想線の方向に向くことになる。そのため、シート部材の全周に亘ってテーパ状部と線接触し、テーパ状部とシート部材との間にくさび効果を持たせることができる。その結果、テーパ状部とシート部材との間の面圧が上昇することになるため、弁体とシート部材との間のシール性を高めることができる。

本発明の一態様として、前記テーパ状部の前記中心線と前記延長線とのなす角が４５度以下に設定されていることが好ましい。

このようにすることで、シート部材に対する弁体のくさび効果が有効に得られ、弁体とシート部材との間の面圧を高めて、弁体とシート部材との間のシール性をより高めることができる。また、前記テーパ状部の前記中心線と前記延長線とのなす角が鋭角になる程、弁体とシート部材との間のくさび効果が大きくなり、弁体の非貫通部分のテーパ状部と両シート部材のシール部との間に高い面圧を得ることができ、弁体とシート部材との間のシール性をさらに高めることができる。

以上のように、本発明の非接触式バルブ装置によれば、弁体とシート部材との密接性を高めて、高いシール性能を発揮することができるといった優れた効果を奏し得る。

本発明の一実施形態に係る非接触式バルブ装置の全体構成を示す縦断面図である。本発明の一実施形態に係る非接触式バルブ装置の要部を拡大した縦断面図である。本発明の一実施形態に係る非接触式バルブ装置の要部を拡大した概略縦断面図であって、弁体の非貫通部分がシート部材と対向した状態の第一姿勢を示す図である。本発明の一実施形態に係る非接触式バルブ装置の要部を拡大した概略縦断面図であって、弁体の非貫通部分が軸線方向の何れか一端側を支点にしてシート部材側に所定の傾動角で傾いた第二姿勢を示す図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる非接触式バルブ装置について、添付図面を参照して説明する。
本実施形態に係る非接触式バルブ装置は、対象物を流通させる流通路の遮断と開放とを切り替えるための二方弁である。すなわち、本実施形態に係る非接触式バルブ装置は、流通路を構成する二本の配管が接続され、その配管間で対象物の流通が可能な状態と流通が不能な状態とに切り換えることができるようになっている。なお、「流体」とは、一般的な気体や液体は勿論のこと、圧送によって流通する粉体等を含む概念である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る非接触式バルブ装置１は、所定の軸線Ｌ周りで回転可能に構成され、連通孔Ｒ１が形成された弁体２と、該弁体２を収容するための弁体収容室３０が形成されるとともに、該弁体収容室３０に連続して形成され、弁体２の連通孔Ｒ１を介して互いに連通する流通路Ｒ２，Ｒ３が形成されたハウジング３と、該ハウジング３内の流通路Ｒ２，Ｒ３の少なくとも何れか一つの弁体収容室３０側の開口端周りに設けられたシート部材４とを備えている。なお、本実施形態においては、連通孔Ｒ１は、軸線Ｌと直交又は略直交する方向に貫通するように形成されている。

弁体２は、シート部材４に対して非接触な状態で所定の軸線Ｌ周りで回転可能に構成されるとともに、弁体２の非貫通部分がシート部材４と非接触で対向した状態の第一姿勢（図３参照）と軸線Ｌ方向の何れか一端側を支点にしてシート部材４側に傾動した第二姿勢（図４参照）との間で切り替え可能に設けられている。そして、弁体２がシート部材４側に傾動することによって、弁体２の非貫通部分がシート部材４に密接して流通路Ｒ２，Ｒ３を遮断するように構成されている。

そして、本実施形態に係る非接触式バルブ装置１は、ハウジング３とシート部材４との間に介設され、弁体２がシート部材４側に傾動したときにシート部材４を弁体２側に付勢する付勢手段５を備えている。

本実施形態に係る非接触式バルブ装置１は、弁体２がシート部材４側に傾動するのに伴い、上記構成に加え、所定の軸線Ｌを通るようにハウジング３に挿通され、弁体２を所定の軸線Ｌ方向の一端側（本実施形態においては、ハウジング３の下端側）で傾動可能に支持するとともに該弁体２を所定の軸線Ｌ周りで回転させる軸状のステム（以下、第一ステムという）８と、所定の軸線Ｌを通るように第一ステム８とは反対側でハウジング３に挿通され、所定の軸線Ｌの他端側（本実施形態においては、ハウジング３の上端側）で弁体２をシート部材４に向けて付勢して、該弁体２を傾動させる軸状のステム（以下、第二ステムという）９をさらに備えている。

弁体２は、略球状に形成された球状部１０と、該球状部１０の両端に連設されたテーパ状部１３とを備える。テーパ状部１３は、弁体２の非貫通部分のうち第二姿勢でシート部材４と密接する領域に形成されている。本実施形態に係る弁体２（球状部１０）は、所定の軸線Ｌ方向の一端側となる下部に第一ステム８の一端部（後述する接続部８０）を挿入するためのステム挿入部（以下、第一ステム挿入部という）２０が凹設されている。

第一ステム挿入部２０は、図２に示す如く、弁体２の回転中心となる所定の軸線Ｌと平行又は略平行な方向に沿って延びる一対の第一平面部２０ａ，２０ｂが所定の軸線Ｌを挟んで形成されるとともに、一対の第一平面部２０ａ，２０ｂと直角又は略直角をなす一対の第二平面部２１ａ，２１ｂが所定の軸線Ｌを挟んで形成されている。

図３及び図４に示す如く、テーパ状部１３の中心線Ｂは、第一姿勢（図３を参照）における連通孔Ｒ１の中心線と軸線Ｌとのそれぞれに直交する方向に延びる第一仮想線Ａに対して、前記第一姿勢における連通孔Ｒ１の中心線Ｂと軸線Ｌとの交点Ｃを始点として第一姿勢と前記第二姿勢との間で弁体が姿勢変更するときの傾動角β（図４を参照）に応じた角度γで傾斜するように設定されている。また、テーパ角が外周面の異なる位置に沿った少なくとも二本の延長線Ｄ，Ｄ'の交点が中心線Ｂと交わるように設定されている。なお、説明の都合上、図３及び図４においては、非接触式バルブ装置１を簡略化して、弁体２、シート部材４、第一ステム８及び第二ステム９のみを図示している。

本実施形態では、テーパ状部１３の中心線Ｂと延長線Ｄ，Ｄとのなす角α，α’が４５度以下に設定されている。すなわち、第二姿勢において、交点Ｃを通りシート部材４の外周面（後述するシール部４１）の曲率中心に向けて延出された第二仮想線Ｅと延長線Ｄ，Ｄ’とのなす角度θが、９０度以下になるように設定されている。

図２に戻り、本実施形態に係る弁体２は、所定の軸線Ｌ方向の他端側（第一ステム挿入部２０とは反対側）となる上部に、第二ステム９の後述する接続部９０に押圧（付勢）される被押圧部（以下、第一被押圧部という）２２ａが設けられている。該第一被押圧部２２ａは、弁体２の非貫通部分がシート部材４と対向した状態で、接続部９０による押圧力が該シート部材４に向けて作用するように設けられている。本実施形態において、弁体２は、上部に第二ステム９の端部を挿入するステム挿入部（以下、第二ステム挿入部という）２２が凹設されている。

該第二ステム挿入部２２も、第一ステム挿入部２０と同様に、非貫通状態の穴（凹部）で構成されており、該第二ステム挿入部２２の内周（開口形状）を所定の形状とすることで、該第二ステム挿入部２２の内周面の一部が第一被押圧部２２ａとされている。具体的には、該第二ステム挿入部２２は、軸線Ｌと略平行な方向に延びる平面からなる第一被押圧部２２ａを備えた内周面によって画定されており、弁体２の非貫通部分と一方の主通路Ｒ２とが対向した状態で、第一被押圧部２２ａ（内面）が弁体２の変位（傾動）を許容する方向と略同方向に延び、接続部９０の押圧力が弁体２を変位させる方向に作用するようになっている。

本実施形態に係る非接触式バルブ装置１は、接続部９０による押圧で弁体２をシート部材４側に変位（傾動）させた状態（弁体２がシート部材４に密接した状態）から弁体２を反対側に強制的に変位させる（弁体２をシート部材４から離間させる）ことができるようにもなっている。これに伴い、第二ステム挿入部２２を画定する内周面は、前記第一被押圧部２２ａと略平行をなして対向する平面からなる別の被押圧部（以下、第二被押圧部という）２２ｂを備えている。

前記ハウジング３は、内部に弁体２を収容する弁体収容室３０が形成されており、二つの主通路（穴）Ｒ２，Ｒ３が弁体収容室３０を挟んで互いに対向するように形成されている。すなわち、上述の如く、弁体２の連通路Ｒ１が真っ直ぐな穴で構成されるため、二つの主通路Ｒ２，Ｒ３は、弁体２の連通路Ｒ１と略同心になるように形成されている。また、二つの主通路Ｒ２，Ｒ３は、弁体２の連通路Ｒ１の内径と同径に設定されている。

本実施形態に係るハウジング３は、メインフレーム３１と、該メインフレーム３１に取り付けられるサブフレーム３２とで構成されており、メインフレーム３１にサブフレーム３２を取り付けた状態で内部に弁体収容室３０が形成されるようになっている。

図１に戻り、メインフレーム３１は、弁体２を内装する弁体収容室３０の一部を画定する本体部３１０と、第一ステム８を挿通するための第一ステム挿通部３１１と、第二ステム９を挿通するための第二ステム挿通部３１２と、他方の主通路Ｒ３を画定した筒状の配管接続部３１３とで構成されている。

本体部３１０は、内部に弁体２を非接触状態で収容できる空間が形成されている。すなわち、本体部３１０は、一側面に弁体２を挿入するための開口（採番しない）を形成した凹部が形成されている。該本体部３１０の開口は、弁体収容室３０（凹部）の略中心を通って弁体２の所定の軸線Ｌと直交する中心線ＣＬを中心にして略円形状に形成されている。

第一ステム挿通部３１１は、本体部３１０の下部に設けられており、弁体２の所定の軸線Ｌと略同心をなして貫通したステム挿通穴（以下、第一ステム挿通穴という）Ｈ１が形成されている。すなわち、第一ステム挿通部３１１には、本体部３１０の開口の中心線ＣＬと直交するように、内外（本体部３１０の凹部（弁体収容室３０）と外部）を連通させる第一ステム挿通穴Ｈ１が穿設されている。

第一ステム挿通部３１１は、本体部３１０の一部として構成してもよいが、本実施形態においては、本体部３１０から独立した別の部材（以下、第一部材という）３１４を本体部３１０に取り付けることで構成されている。該第一部材３１４は、筒状部３１４ａと、該筒状部３１４ａの一端に連設されたフランジ部３１４ｂとを備えている。該第一部材３１４は、本体部３１０の下部に穿設された貫通穴（採番しない）に対して筒状部３１４ａが挿入された状態でフランジ部３１４ｂに挿通したボルト（採番しない）が本体部３１０に穿設されたネジ穴に螺合されることで本体部３１０に固定されるようになっている。そして、第一部材３１４は、筒状部３１４ａとフランジ部３１４ｂとの連続した穴でステム挿通穴Ｈ１が形成されている。

第一ステム挿通穴Ｈ１は、内外を連通させる貫通した段付き穴で構成されている。そして、該第一ステム挿通穴Ｈ１（外向きに開口した部分）には、筒状のガスケットＧ（採番しない）が内嵌されており、ガスケットＧにより所定の軸線Ｌ周りで回転可能とされる第一ステム８とのシール性を担保するようにしている。

本実施形態に係る第一ステム挿通部３１１のガスケットＧは、第一ステム挿通穴Ｈ１に内嵌され、且つ第一ステム８が挿通された状態で、第一ステム８の軸線方向に押圧されることで第一ステム８の外周面と第一ステム挿通穴Ｈ１の内周面とに密接し、第一ステム８の回転を許容しつつもシール性を担保できるようになっている。

第二ステム挿通部３１２は、弁体収容室３０（本体部３１０）を挟んで第一ステム挿通部３１１の反対側（本体部３１０の上部）に設けられている。そして、該第二ステム挿通部３１２には、弁体２の所定の軸線Ｌと略同心をなして貫通したステム挿通穴（以下、第二ステム挿通穴Ｈ２という）が設けられている。

すなわち、第二ステム挿通部３１２には、本体部３１０の開口の中心線ＣＬと直交するように、内外（本体部３１０の凹部（弁体収容室３０）と外部）を連通させる第二ステム挿通穴Ｈ２が第一ステム挿通穴Ｈ１と略対向するように穿設されている。該第二ステム挿通部３１２は、本体部３１０の一部として形成してもよいが、本実施形態においては、本体部３１０の一部と、該本体部３１０とは独立した別の部材（以下、第二部材という）３１６とで構成されている。

該第二部材３１６は、筒状部３１７と、該筒状部３１７の両端部に設けられたフランジ部３１８ａ，３１８ｂとを備えており、一対のフランジ部３１８ａ，３１８ｂ及び筒状部３１７の連続した穴で、第二ステム挿通穴Ｈ２の一部を構成するようになっている。そして、本体部３１０の上部には、第二ステム挿通穴Ｈ２の一部を構成する貫通穴（採番しない）が穿設されており、第二部材３１６の穴が本体部３１０の貫通穴と同心になるように第二部材３１６を配置した上で、第二部材３１６の一方のフランジ部３１８ａに挿通したボルト（採番しない）を本体部３１０に螺入することで第二部材３１６が本体部３１０に固定され、これらが第二ステム挿通部３１２を構成するようになっている。

第二ステム挿通穴Ｈ２は、内外を連通させる貫通した段付き穴で構成されている。そして、第二ステム挿通穴Ｈ２（外向きに開口した部分）には、筒状のガスケットＧが内嵌されており、該ガスケットＧにより所定の軸線Ｌ周りで回転可能とされる第二ステム９とのシール性を担保するようにしている。

本実施形態に係る第二ステム挿通部３１２のガスケットＧは、第二ステム挿通穴Ｈ２に内嵌され、且つ第二ステム９が挿通された状態で、第二ステム９の軸線方向に押圧されることで第二ステム９の外周面と第二ステム挿通穴Ｈ２の内周面とに密接し、第二ステム９の回転を許容しつつもシール性を担保できるようになっている。

メインフレーム３１の配管接続部３１３は、内部の主通路Ｒ３が該本体部３１０の凹部内と連通し、該主通路Ｒ３の中心線ＣＬが弁体２の所定の軸線Ｌと直交するように、一端側が本体部３１０に接続されている。すなわち、該配管接続部３１３は、主通路Ｒ３が第一ステム８の軸線Ｌと略直交し、且つ本体部３１０の凹部（開口）の中心ＣＬと略同心になるように、本体部３１０に連設されている。そして、該配管接続部３１３は、他端側に配管を接続するためのフランジ３１９が設けられている。

サブフレーム３２は、メインフレーム３１に取り付けられるもので、本体部３１０の一側面の開口回りに固定される接続用フランジ部３２０と、一方の主通路Ｒ２を画定した筒状の配管接続部３２１とを備えている。

接続用フランジ部３２０は、板状の固定部３２０ａと、該固定部３２０ａの一方の面（メインフレーム３１側に向く面とは反対側の面）に連設され、該固定部３２０ａ側から先端に向けて外径が縮径した縮径部３２０ｂとを備えている。固定部３２０ａには、本体部３１０の開口の周囲に形成された複数のネジ穴（図示しない）に対応する複数の貫通穴（図示しない）が穿設されており、該貫通穴に挿通したボルトを本体部３１０のネジ穴に螺入することで、当該サブフレーム３２をメインフレーム３１に固定できるようになっている。

そして、サブフレーム３２の配管接続部３２１は、接続用フランジ部３２０の他方の面側の開口縁部（縮径部３２０ｂの開口縁部）に一端側が接続されており、接続用フランジ部３２０（固定部３２０ａ）を本体部３１０に取り付けた状態で、内部の主通路Ｒ２が他方の主通路Ｒ３と対向し、該主通路Ｒ２の穴中心線ＣＬが内装した弁体２の所定の軸線Ｌと直交するように設けられている。なお、該配管接続部３２１の他端部にも、配管を接続するためのフランジ３２２が設けられている。

これにより、該ハウジング３は、メインフレーム３１にサブフレーム３２を取り付けることで、内部に弁体２を内装するための弁体収容室３０を画定するようになっている。

前記シート部材４は、弾性変形可能な軟質材料で成型されたもので、流通路で流通する対象物の性状や該非接触式バルブ装置１の使用環境に応じて（耐熱や耐薬などを考慮して）選択され、例えば、天然ゴムや、合成ゴム（ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴムなどの合成ゴム）、四フッ化エチレンゴム樹脂等で構成される。

該シート部材４は、円環状のシート部材本体４０と、該シート部材本体４０から同心で延出する筒状の延出部４２とを備えている。シート部材本体４０は、少なくともテーパ状部１３と密接する外周領域（以下、シール部という）４１が断面円弧状に形成されている。シート部材４は、延出部４２がハウジング３のサブフレーム３２と主通路Ｒ２とに対して嵌合固定されている。また、延出部４２とハウジング３との間には、ガスケットＧが介装されている。

付勢手段５には、コイルバネや皿バネ等の種々タイプのものを採用でき、本実施形態においては、皿バネが採用されている。皿バネは、円環状に形成されており、その中心が主通路Ｒ２の穴中心線ＣＬと同心又は略同心となるように、ハウジング３とシート部材４との間に介装されている。

本実施形態において、前記皿バネ５は、穴中心線ＣＬ方向に四つ重ねて設けられており、弁体２が第一姿勢において自然長になるように設けられている。すなわち、四つの皿バネ５…は、弁体２が第一姿勢においてハウジング３とシート部材４とに挟まれた状態になっているが、弾性変形していない状態になっている。従って、弁体２が第一姿勢において、シート部材４は、ハウジング３とシート部材４との間で自然長の状態にある皿バネ５との干渉で、所定の押し作用（皿バネを弾性変形させる力の作用）が生じるまで第一姿勢よりも主通路Ｒ２側に移動しないように規制された状態になっている。

なお、本実施形態において、皿バネ５は、弁体２の非接触部分におけるテーパ状部１３がシート部材４のシール部４１に密接する際に生じるくさび効果に対抗できるだけの弾性力を有し、くさび効果によってテーパ状部１３をシール部４１に対して押し込んだ後に、テーパ状部１３をシール部４１に対してさらに入り込ませた場合に撓むバネ係数を有するバネが採用されている。

第一ステム８は、図１及び図２に示す如く、ハウジング３（第一ステム挿通部３１１）に挿通され、該ハウジング３内に位置する一端部に、弁体２の第一ステム挿入部２０に挿入される接続部８０が形成されている。

接続部８０には、第一平面部２０ａ，２０ｂに接触する凸条８０ａ，８０ｂが軸線Ｌと直交する方向に沿って設けられている。

第一ステム８は、ハンドル等を取り付けることで手動によって回転させることも可能であるが、本実施形態においては、第一ステム８の回転角度を任意に設定できるパルスモータ等の駆動モータ（図示しない）が他端側に接続され、該駆動モータによる駆動により、弁体２の所定の軸線Ｌ周りで回転するようになっている。これにより、凸条８０ａ，８０ｂが第一平面部２０ａ，２０ｂに回転トルクを伝達可能になっている。

第二ステム９は、ハウジング３（第二ステム挿通部３１２）に挿通され、該ハウジング３に挿通されるステム本体９１と、ハウジング３内に位置する一端部に、弁体２の第二ステム挿入部２２に挿入される接続部９０が形成されている。

接続部９０は、弁体２の非貫通部分がシート部材４に対向した状態で、第二ステム９を所定の軸線Ｌ周りで回転させると、弁体２の第一被押圧部２２ａに接触乃至押圧するようになっている。

また、本実施形態に係る接続部９０は、弁体２の非貫通部分がシート部材４に対向した状態で、第二ステム９を所定の軸線Ｌ周りで逆回転（接続部９０に第一被押圧部２２ａを押圧させるときの回転方向とは逆方向に回転）させることで、第二被押圧部２２ｂに対しても押圧できるようになっている。

上記構成の第二ステム９は、第一ステム８と同様に、ハンドル等を取り付けることで手動によって回転させることも可能であるが、本実施形態においては、第二ステム９の回転角度を任意に設定できるパルスモータ等の駆動モータ（図示しない）が他端側に接続されている。すなわち、本実施形態に係る非接触式バルブ装置１は、回転角度を任意に設定できるパルスモータ等の駆動モータで第二ステム９を回転させることにより、弁体２を傾動させるに際して接続部９０による弁体２に対する押圧力が所定の押圧力となるよう構成されている。

なお、駆動モータによる第二ステム９の回転角度の設定は、手動であってもよいが、例えば、第二ステム９のトルクを測定するトルクセンサを設け、そのトルクセンサの検知結果が所定値（接続部９０による押圧力が所定の押圧力となるトルク値）になるように駆動モータの回転角度を自動的に変更するように制御しても勿論よい。

本実施形態に係る非接触式バルブ装置１は、以上の構成からなり、次に、本実施形態に係る非接触式バルブ装置１の作動について説明する。

上記非接触式バルブ装置１は、二つの主通路Ｒ２，Ｒ３が弁体２の連通路Ｒ１を介して連通した状態で、一方の主通路Ｒ２側から他方の主通路Ｒ３側（又は、他方の主通路Ｒ３側から一方の主通路Ｒ２側）に向けて対象物の流通が許容される。この状態で、二つの主通路Ｒ２，Ｒ３と弁体２の連通路Ｒ１とが同心又は略同心をなし、弁体２がシート部材４に対して非接触状態になっており、接続部９０が弁体２の第一被押圧部２２ａ及び第二被押圧部２２ｂの何れに対しても押圧していない状態となっている。

そして、このように対象物の流通を許容した状態から主通路Ｒ２を遮断するには、第一姿勢において第二ステム９をそのままの状態で維持させつつ第一ステム８のみを９０°回転させる。そうすると、第一ステム８の回転力が弁体２に伝達され、弁体２も９０°回転することになる。

このように第二ステム９を回転させることなく弁体２を回転させるとき、接続部９０は、第一被押圧部２２ａ及び第二被押圧部２２ｂの何れも押圧しない状態（弁体２を傾動させるような付勢を作用させない状態）で維持し、弁体２はシート部材４に対して非接触状態のままで維持しつつ所定の軸線Ｌ周りで回転する結果、弁体２の非貫通部分が一方の主通路Ｒ２（シート部材４）に対して隙間をあけた状態で対向し、弁体２の傾動が許容された状態となる。

そして、第二ステム９を回転させると、接続部９０が第一被押圧部２２ａ（弁体２の上部側）を押圧して弁体２をシート部材４側に付勢し、その付勢で弁体２が傾動しようとする。このとき、第一ステム８の先端（弁体２を支持した支持点）を傾動支点にして弁体２をシート部材４側に傾動させるときに、テーパ状部１３の先端側がシート部材４の領域内に入り込み、該シート部材４の領域内に入り込んだテーパ状部１３の先端側がシート部材４のシール部４１に当接する。そして、テーパ状部１３の中心線Ｂが、第一仮想線Ａと一致することでシート部材４の中心と一致し、シート部材４に対するテーパ状部１３の押し込み作用が第一仮想線Ａの方向に向くことになる。そのため、シート部材４の全周に亘ってテーパ状部１３と線接触し、テーパ状部１３とシート部材４との間にくさび効果を持たせることができる。その結果、テーパ状部１３とシート部材４との間の面圧が上昇することになるため、弁体２とシート部材４との間のシール性が高まる。その結果、弁体２とハウジング３との間がより液密又は気密にシールされる結果、一方の主通路Ｒ２（二つの主通路Ｒ２，Ｒ３間）が遮断され、対象物の流通が停止することになる。

そして、この状態から対象物を流通する状態に切り換えるには、第二ステム９を逆回転（弁体２をシート部材４に変位させる場合とは反対側に回転）させると、第一被押圧部２２ａに対する接続部９０の当接が解除される一方、該接続部９０が第二被押圧部２２ｂを押圧することになり、第二被押圧部２２ｂに対する接続部９０の押圧作用で、弁体２がシート部材４（シール部４１）から離間する方向に傾動する。

その結果、弁体２が元の位置に復帰するのに伴い、テーパ状部１３とシール部４１とが非接触状態（略一定の間隔）に戻ることになる。そして、第二ステム９を回転させることなく第一ステム８を逆回転（弁体２の非貫通部分をシート部材４と対向させる場合とは反対側に回転）させると、弁体２がシート部材４に対して非接触状態で回転し、二つの主通路Ｒ２，Ｒ３が弁体２の連通路Ｒ１を介して連通して対象物の流通を許容した状態に戻ることになる。

以上のように、本実施形態に係る非接触式バルブ装置１によれば、所定の軸線Ｌ周りで回転可能に構成され、連通孔Ｒ１が形成された弁体２と、該弁体２を収容するための弁体収容室３０が形成されるとともに、該弁体収容室３０に連続して形成され、弁体２の連通孔Ｒ１を介して互いに連通する流通路Ｒ２，Ｒ３が形成されたハウジング３と、該ハウジング３内の流通路Ｒ２，Ｒ３の少なくとも何れか一つの弁体収容室３０側の開口端周りに設けられたシート部材４とを備え、弁体２は、シート部材４に対して非接触な状態で所定の軸線Ｌ周りで回転可能に構成されるとともに、当該弁体２の非貫通部分がシート部材４と非接触で対向した状態の第一姿勢と軸線Ｌ方向の何れか一端側を支点にしてシート部材４側に傾いた第二姿勢との間で切り替え可能に設けられ、該第二姿勢で非貫通部分がシート部材４に密接して流通路Ｒ２，Ｒ３を遮断するように構成された非接触式バルブ装置１において、弁体２は、非貫通部分のうち第二姿勢でシート部材４と密接する領域にテーパ状部１３を備え、シート部材４は、少なくともテーパ状部１３と密接する外周領域（シール部）４１が断面円弧状に形成され、テーパ状部１３は、第一姿勢における穴中心と軸線Ｌとの直交方向に延びる第一仮想線Ａに対して、中心線Ｂが穴中心と軸線Ｌとの交点Ｃを始点として第一姿勢と第二姿勢との間で弁体２が姿勢変更するときの傾動角βに応じた角度γで傾斜するように設定されるとともに、テーパ角が外周面の異なる位置に沿った少なくとも二本の延長線Ｄ，Ｄ’の交点が中心線Ｂと交わるように設定されているため、弁体２をシート部材４側に傾動させるときに、テーパ状部１３の先端側がシート部材４の領域内に入り込み、該シート部材４の領域内に入り込んだテーパ状部１３の先端側がシート部材４に当接する。そして、テーパ状部１３の中心線Ｂが、第一仮想線Ａと一致することでシート部材４の中心と一致し、シート部材４に対するテーパ状部１３の押し込み作用が第一仮想線Ａの方向に向くことになる。そのため、シート部材４の全周に亘ってテーパ状部１３と線接触し、テーパ状部１３とシート部材４との間にくさび効果を持たせることができる。その結果、テーパ状部１３とシート部材４との間の面圧が上昇することになるため、弁体２とシート部材４との間のシール性を高めることができる。

また、上記構成の非接触式バルブ装置１によれば、テーパ状部１３の中心線Ｂと延長線Ｄ，Ｄ’とのなす角α，α’が４５度以下に設定されているため、シート部材４に対する弁体２のくさび効果が有効に得られ、弁体２とシート部材４との間の面圧を高めて、弁体２とシート部材４との間のシール性をより高めることができる。また、テーパ状部１３の中心線Ｂと延長線Ｄ，Ｄ’とのなす角α，α’が鋭角になる程、弁体２とシート部材４との間のくさび効果が大きくなり、弁体２の非貫通部分のテーパ状部１３と両シート部材４との間に高い面圧を得ることができ、弁体２とシート部材４との間のシール性をさらに高めることができる。

尚、本発明の非接触式バルブ装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上記実施形態において、主通路Ｒ２と連通路Ｒ１とを同径又は略同径にして形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、一方の主通路Ｒ２を連通路Ｒ１よりも大径に設定してもよい。また、これとは逆に、連通穴Ｒ１を一方の主通路Ｒ２よりも大径に設定してもよい。

また、何れか一方の主通路Ｒ２，Ｒ３が他方よりも大径に設定され、この径の差を吸収すべく弁体２の連通穴Ｒ１がテーパ穴で構成されてもよい。

上記実施形態において、シート部材４を付勢する付勢手段５として皿バネを採用したが、これに限定されるものではなく、例えば、付勢手段５として複数のコイルバネをシート部材４の周方向に配置するようにしてもよい。この場合においても、付勢手段５として皿バネを採用したときと同様の効果を得ることができる。

或いは、上記実施形態において、付勢手段５を用いなくてもよい。この場合においても、シート部材４に対する弁体２のくさび効果によって、弁体２のテーパ状部１３とシート部材４のシール部４１との間の面圧が上昇し、弁体２とシート部材４との間における高いシール性を確保することができる。

上記実施形態において、弁体２を回転させるステム（第一ステム８）をハウジング３の下部に挿通して設けたが、これに限定されるものではなく、例えば、第一ステム８をハウジング３の上部に挿通したものであっても勿論よい。すなわち、上記実施形態と天地逆転させた構成のものであってもよい。

上記実施形態において、二方弁について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ハウジング３に三つの主通路が所定の軸線Ｌ周りで所定角度毎に形成されるとともに、弁体２に三つの主通路のうち二つと連通する連通路と、残りの主通路に対して対向する非貫通部分とが形成され、弁体２を正逆回転させることで連通路Ｒ１を介して連通する主通路が切り替わる三方弁であってもよい。

１…非接触式バルブ装置１、２…弁体、３…ハウジング、４…シート部材、５…皿バネ（付勢手段）、８…第一ステム（ステム）、９…第二ステム（ステム）、１０…球状部、１３…テーパ状部、２０…第一ステム挿入部、２０ａ，２０ｂ…第一平面部、２１ａ，２１ｂ…第二平面部、２２…第二ステム挿入部、２２ａ…第一被押圧部、２２ｂ…第二被押圧部、３０…弁体収容室、３１…メインフレーム、３２…サブフレーム、４１…外周領域（シール部）、４２…延出部、８０，９０…接続部、８０ａ，８０ｂ…凸条、９１…ステム本体、３１１…第一ステム挿通部、Ｈ１…第一ステム挿通穴、３１２…第二ステム挿通部、Ｈ２…第二ステム挿通穴、３１３…配管接続部、３１４…第一部材、３１４ａ…筒状部、３１４ｂ…フランジ部、３１６…第二部材、３１７…筒状部、３１８ａ，３１８ｂ…フランジ部、３１９…フランジ、３２０…接続用フランジ部、３２０ａ…固定部、３２０ｂ…縮径部、３２１…配管接続部、３２２…フランジ、Ａ…第一仮想線、Ｂ…中心線、Ｃ…交点、Ｄ，Ｄ’…延長線、Ｇ…ガスケット、Ｌ…軸線、Ｒ２，Ｒ３…主通路、Ｒ１…連通路

Claims

所定の軸線周りで回転可能に構成され、連通孔が形成された弁体と、該弁体を収容するための弁体収容室が形成されるとともに、該弁体収容室に連続して形成され、前記弁体の前記連通孔を介して互いに連通する流通路が形成されたハウジングと、該ハウジング内の前記流通路の少なくとも何れか一つの弁体収容室側の開口端周りに設けられたシート部材とを備え、前記弁体は、前記シート部材に対して非接触な状態で前記所定の軸線周りで回転可能に構成されるとともに、当該弁体の非貫通部分が前記シート部材と非接触で対向した状態の第一姿勢と前記軸線方向の何れか一端側を支点にして前記シート部材側に傾いた第二姿勢との間で切り替え可能に設けられ、該第二姿勢で前記非貫通部分が前記シート部材に密接して前記流通路を遮断するように構成された非接触式バルブ装置において、前記弁体は、前記非貫通部分のうち前記第二姿勢で前記シート部材と密接する領域にテーパ状部を備え、前記シート部材は、少なくとも前記テーパ状部と密接する外周領域が断面円弧状に形成され、前記テーパ状部の中心線は、前記第一姿勢における連通孔の中心線と前記軸線とのそれぞれに直交する方向に延びる第一仮想線に対して、前記第一姿勢における連通孔の中心線と前記軸線との交点を始点として前記第一姿勢と前記第二姿勢との間で弁体が姿勢変更するときの傾動角に応じた角度で傾斜するように設定されるとともに、テーパ角が外周面の異なる位置に沿った少なくとも二本の延長線の交点が前記中心線と交わるように設定されていることを特徴とする非接触式バルブ装置。
前記テーパ状部の前記中心線と前記延長線とのなす角が４５度以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触式バルブ装置。