JP6914476B2 - バルブ - Google Patents

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Description

本発明は、バルブに関し、一層詳細には、圧力流体の流量を規制することが可能なバルブに関する。
特許文献１に記載されるように、バルブは、その開閉によって圧力流体を流通停止状態から流通状態に、又は流通状態から流通停止状態に切り替えるものとして広汎に使用されるに至っている。圧力流体の流量は、マスフローコントローラとも呼称される流量制御装置等によって制御される。
特許第３０９５９８３号公報
例えば、吐出装置では、必要量以上の吐出がなされることを防止するべく、圧力流体の流量を精密に制御することが要請される。しかしながら、マスフローコントローラでは、特に瞬時の吐出において流量を微少に変化させるような精密制御は容易ではない。
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、圧力流体の流量を精密に規制することが可能なバルブを提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、圧力流体が供給される入口ポートと、前記圧力流体が排出される出口ポートと、前記入口ポート及び前記出口ポートとの間に設けられる弁室とを備えたボディと、前記弁室に配設されて前記入口ポートと前記出口ポートを連通と連通遮断をする弁体とを備えるバルブにおいて、
前記弁体とともにパイロット室を形成するボンネットをさらに備え、
前記弁体は、前記弁室内に設けられた弁座に対して着座又は離間する方向に変位する弁本体部と、前記ボディと前記ボンネットとの間に設けられたダイヤフラム部とを有し、
前記ボンネットに前記ダイヤフラム部に対し変位自在な当接部材を有し、前記当接部材が前記弁体に当接することで、前記弁体の変位を規制する変位量規制手段が設けられているバルブが提供される。
すなわち、本発明においては、当接部材を弁体に当接させることで、弁体のそれ以上の変位を阻止している。この変位が停止した時点が、バルブの最大開度として定められる。これにより、バルブの最大開度を、当接部材を弁体に当接させないときの設計最大開度よりも小さくすることができる。これに伴い、バルブから導出される圧力流体の流量が、設計流量よりも小さくなる。従って、例えば、このバルブを吐出装置に用いた場合、必要量以上の圧力流体の吐出がなされることを防止することができる。
また、当接部材の位置を変更することで、弁体の停止位置を変更することができる。すなわち、バルブの最大開度を任意に変更することができる。当接部材の位置を厳密に調節することにより、バルブの最大開度、ひいてはバルブから導出される圧力流体の流量及びピーク圧を精密に規制することができる。
ボンネットは、例えば、段差部を有するものとして構成される。この場合、段差部にパイロット室の圧力流体を外部に排出制御するパイロットバルブを設ければよい。
また、ボンネットを、変位量規制手段を取り付ける円筒形状部を有するものとしてもよい。この構成において、段差部を円筒形状部の一部に形成すると、バルブの小型化を図ることができる。
バルブには、当接部材を位置決め固定するロック手段を設けることが好ましい。当接部材が位置決め固定されるので、バルブの最大開度が一定となり、このときの圧力流体の流量が安定するからである。また、ロック手段により、作業者が簡単に開度を調整することができなくなる。このため、管理者が予め設定した必要量以上の吐出等を防止することができる。
本発明によれば、弁体に当接して該弁体のそれ以上の変位を阻止する、換言すれば、弁体の変位量を規制する当接部材を含めてバルブを構成するようにしている。当接部材によってバルブの最大開度を設計最大開度よりも小さくすることができるので、バルブから導出される圧力流体の流量を設計流量よりも小さくすることができる。
そして、弁体に対する当接部材の当接位置を変更することで弁体の停止位置を変更することにより、バルブの最大開度を変更することができる。従って、当接部材の位置を厳密に調節することにより、バルブの最大開度、ひいてはバルブから導出される圧力流体の流量やピーク圧を精密に規制することができる。
このため、例えば、このバルブを含めて構成した吐出装置では、必要量以上の吐出がなされることを防止することができる。
本発明の実施の形態に係るバルブの概略全体縦断面図である。 図１のバルブを構成する流量制御装置の概略斜視図である。 図１のバルブが開状態となったときの概略全体縦断面図である。 別の実施の形態に係るバルブの概略全体縦断面図である。
以下、本発明に係るバルブにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以降における「左」、「右」、「下」及び「上」は、図１における左方、右方、下方及び上方に対応するが、これらの方向指示は理解を容易にするための便宜上のものであり、使用時のバルブの方向を特定するものではない。
図１は、本実施の形態に係るバルブ１０の概略全体縦断面図である。このバルブ１０は、ボディ１２と、該ボディ１２の内部に収容された弁体１４と、ボディ１２の上部に形成された開口部１６を閉塞するボンネット１８とを備える。
この中のボディ１２には、その左側部に入口ポート２０が形成されるとともに、その下方部に出口ポート２２が形成される。すなわち、入口ポート２０と出口ポート２２は互いに略直交する位置関係にある。また、ボディ１２の内部は、弁体１４によって弁室２４とパイロット室２６に区画される。
そして、出口ポート２２が形成された円筒状壁部３０は弁室２４の内部に突出し、その上端部は、弁体１４が着座又は離間する弁座部３２としての役割を果たす。該弁座部３２は、入口ポート２０の軸中心近傍となる位置に形成されている。
ボディ１２の上部に形成された開口部１６の内周側端部には、上方に向かって環状に突出した環状突起部３４が形成される。該環状突起部３４は、その内周上端が最も高く、且つ外周側に向かって漸次的に低くなるように傾斜している。環状突起部３４と、開口部１６の外周側端部との間には、環状溝３６が形成される。
この場合、弁体１４は、弁本体部４０と、該弁本体部４０から径方向外方に延在する薄膜状で且つ可撓性を示すダイヤフラム部４２とを一体的に有する単一部材からなる。この種の弁体１４は、例えば、弾性を示す樹脂材から設けられる。
弁本体部４０は、その下端部が出口ポート２２に臨むように配設される。該弁本体部４０の下端部の中央には、出口ポート２２から離間する方向、すなわち、上方に指向して窪んだ凹部４４が形成される。このため、該凹部４４の外縁部は、凹部４４に対して相対的に環状に突出している。この環状に突出した外縁部が、弁座部３２に着座可能な着座部４６となる。着座部４６の下端面には、弁座部３２に指向して突出する環状凸部４８が設けられる。
また、弁本体部４０には、その外周面及び上端面で開口したパイロット通路５０が形成される。該パイロット通路５０は、弁本体部４０の外周面から径方向内側に向かって延在した後、弁本体部４０の上端部に向かって略直角に折曲され、さらに、上端面に向かって貫通するまで延在する。すなわち、パイロット通路５０は、弁本体部４０の内部において断面Ｌ字状に形成されており、弁本体部４０の外周側である弁室２４と、上方側であるパイロット室２６とを連通している。
一方のダイヤフラム部４２は、その内周部が弁本体部４０に連なる。また、該ダイヤフラム部４２の外縁部にはフック部５２が突出形成されるとともに、該フック部５２が前記環状溝３６に挿入される。
ダイヤフラム部４２の外縁部と、ボディ１２及びボンネット１８との間には、該外縁部の径方向外側に、径方向に沿った所定間隔の隙間５４が設けられる。ダイヤフラム部４２の外縁部がボディ１２とボンネット１８との間に挟持された際に圧潰されると、圧潰に伴って変形した部位を外周側の隙間５４に逃がすことが可能となる。
弁本体部４０の、パイロット室２６に臨む上端面には、後述する変位部材６０の下方先端に設けられたが当接する当接部材６２が設けられる。
ボンネット１８は、例えば、円盤状に形成されたベース部６４と、該ベース部６４から上方に突出した円筒形状部６８と、円筒形状部６８の一部に設けられた段差部６６とを有し、この中のベース部６４は、ボディ１２の開口部１６を閉塞する。この閉塞により、弁体１４とベース部６４との間にパイロット室２６が形成される。
ベース部６４の、弁体１４に臨む下面の外縁部には、弁体１４を構成するダイヤフラム部４２を周回して挟持する挟持部７０が突出形成される。一方、挟持部７０の内方には、当接部材６２との干渉を避けるための凹部７２が形成される。凹部７２はベース部６４の上方に向かって陥没している。
ボンネット１８は、ボディ１２の環状溝３６にダイヤフラム部４２のフック部５２が挿入された状態で、ボディ１２の開口部１６を覆う。この際、ダイヤフラム部４２の、フック部５２を含む外縁部が挟持部７０とボディ１２とで挟持される。さらに、図示しない締結ボルトがボンネット１８の外縁に沿って複数設けられたボルト通過孔（不図示）に通されてボディ１２の螺合孔（不図示）に螺合されることで、ボンネット１８がボディ１２に連結される。
上記したように、ダイヤフラム部４２の外縁部と、ボディ１２の環状壁との間には所定間隔の隙間５４が形成されている。ダイヤフラム部４２の外縁部がボディ１２とボンネット１８の下端で周回する挟持部７０とで挟持されて圧潰されると、変形した部位が隙間５４に進入する。このため、ダイヤフラム部４２が容易に変形する。
段差部６６には、ダイヤフラム部４２に指向して孔部（好ましくは螺孔）７３が設けられ、この孔部７３を閉塞するようにパイロットバルブ７４が設けられる。パイロットバルブ７４の組立体の下端部が中空の螺子状であると孔部７３に螺回して固着でき好適である。パイロットバルブ７４は、例えば、通電によって励磁するソレノイド部を有する二方弁からなり、該ソレノイド部の励磁作用下に開状態となり、段差部６６に設けられたパイロットポート７６と外部とを連通させる。また、ベース部６４の、凹部７２の開口近傍には、パイロットポート７６に連通する環状路７８が形成される。
円筒形状部６８には、変位量規制手段としての流量制御装置１００が設けられる。この流量制御装置１００は、基本的には特許第６１７９５１０号公報に記載された構成と同一の構成であるために、以下にその概略を説明する。
流量制御装置１００は、流量調節表示部１０２と、変位部材６０とを主に有する。変位部材６０は、円筒形状部６８の軸線方向に沿って貫通形成された挿入孔１０４に挿入されるとともに、その下端先端部がパイロット室２６内に突出して当接部材６２に対向する。
流量調節表示部１０２は、パイロット室２６内における変位部材６０の突出量を調節し、これにより弁体１４の変位を規制するための操作機構を兼ねる。すなわち、流量調節表示部１０２は、前記操作機構を収容する筐体１０６と、筐体１０６の上部に回転自在に取り付けられるノブ１０８とを有し、筐体１０６がボンネット１８に対して着脱自在となっている。
筐体１０６は、分割可能な下ケース１１０と上ケース１１２を有する。この中の上ケース１１２は、下ケース１１０との装着状態で所定の容積からなる内部空間を有するようにドーム状に形成される。該上ケース１１２の、下ケース１１０に臨む端部は内径が比較的大きな開口であり、この開口に、下ケース１１０の上端部が挿入される。また、下ケース１１０の側面には、複数個（例えば、４個）の係止口１１４が等間隔に形成されている（図２参照）。この係止口１１４には、上ケース１１２の側面に突出形成された装着用フック１１６が挿入される。この装着用フック１１６の係止口１１４への挿入により、下ケース１１０と上ケース１１２が連結される。
上ケース１１２の側面には、表示窓１２０が形成されている。ノブ１０８は、ユーザにより筐体１０６と相対的に回転操作されることで、バルブ１０内の流体の流量を調節する操作部として機能する。表示窓１２０には、流体の流量変化（すなわち、ノブ１０８の回転量）が数値として表示される。
図１に示すように、ノブ１０８は、上面側が底部となる有底筒状に形成され、筒内の上底部中央には下方に向かって延出する筒状の嵌合部１２２が形成されている。嵌合部１２２には、回転伝達部材１２４が嵌合される。嵌合部１２２の内周面（雌型）と回転伝達部材１２４の外周面（雄型）は、ノブ１０８が上下方向に変位可能であり、且つ上方に変位した位置で嵌合される構造となっている。嵌合状態では、ノブ１０８の回転力が回転伝達部材１２４にスムーズに伝達される。
回転伝達部材１２４は、変位部材６０及び当接部材６２の変位を操作する部材であり、上下方向に沿って所定長さで形成される。この回転伝達部材１２４は、中空円筒状の下側筒部１２６と、下側筒部１２６の上面から上側に向かって延在する上側柱部１２８とを有する。
下側筒部１２６の中空内部は、その軸線方向に沿って、変位部材６０のシャフト部１３０が進退可能な空間部１３１として形成されている。空間部１３１の内周壁には雌ネジ部が刻設されており、この雌ネジ部には、変位部材６０のシャフト部１３０の側周壁に刻設された雄ネジ部が螺合される。
上側柱部１２８は、外径が下側筒部１２６に比して小径な円柱状に形成されており、筐体１０６内を通って上方に延在し、その上端部がノブ１０８に連結されている。
変位部材６０は、上下方向に沿って延在する中実状の円棒部材である。この変位部材６０は、連結下端部１３２とシャフト部１３０を有する。当接部材６２は、この中の連結下端部１３２の端面に設けられ、前記弁本体部４０の上面に当接可能である。
シャフト部１３０は、軸線方向に沿って所定長さで形成され、その側壁には、上記したように雄ネジ部が刻設されている。この雄ネジ部は、シャフト部１３０に向かって延出する回転伝達部材１２４（変位操作部）内面の雌ネジ部に螺合される。このため、回転伝達部材１２４を回転させると、シャフト部１３０を含む変位部材６０を上下方向に沿って進退移動（変位）させることができる。
流量調節表示部１０２は、上述した筐体１０６、ノブ１０８及び回転伝達部材１２４の他に、筐体１０６内に設けられる表示リング１３４を備える。
表示リング１３４は、ドーム状の上ケース１１２内に回転可能に収納される。上ケース１１２の側面には上述した表示窓１２０が形成され、この表示窓１２０から、表示リング１３４の目盛１３６が視認可能となっている。
上ケース１１２は、所定の内径を有する筒状の上部突出部１３８を有する。この上部突出部１３８は、ノブ１０８の内部に挿入されるとともにノブ１０８を回転可能に支持している。上部突出部１３８の外周面には、上端部にノブ回転規制部１４０が設けられ、さらにノブ回転規制部１４０の下方には第１環状突部１４２、第２環状突部１４４が形成されており、ノブ１０８の下端部の内側突部１０８ａが第１及び第２環状突部１４２、１４４に段階的に係合可能となっている。
嵌合部１２２を囲うノブ１０８の壁部の外周面には、ユーザが把持しやすいように複数の突条１０８ｂが形成されている。また、壁部の内周面上部にはノブ回転規制部１４０に当接される当接部１４６が設けられ、壁部の内周面下部には、径方向内側に突出する内側突部１０８ａが設けられている。
ノブ１０８は、上部突出部１３８に対する上下位置により、回転可能状態と回転阻止状態とに切り替えられる。すなわち、ノブ１０８が下方位置にあり、内側突部１０８ａが上部突出部１３８の第２環状突部１４４に引っ掛かる状態では、ノブ１０８の当接部１４６がノブ回転規制部１４０に当接することになり回転が規制される。ノブ１０８を回転操作する場合は、ノブ１０８が第２環状突部１４４を乗り越えるように引き上げることで、当接部１４６とノブ回転規制部１４０の当接を解除する。これによりノブ１０８が上ケース１１２に対し回転可能となる。
表示リング１３４は、回転伝達部材１２４を挿通する孔部１４８を有する円環状に形成されている。この表示リング１３４は、スペーサ１５０によって、回転伝達部材１２４の挿通位置に対して回転中心が偏倚して配設される。また、表示リング１３４は、外周面の上部側が傾斜したテーパ面に形成されており、このテーパ面には、流体の流量変化を表示する目盛１３６が印字されている。目盛１３６は、表示窓１２０に臨む。このため、ユーザに明瞭に視認される。
表示リング１３４の配置状態では、孔部１４８内に対し、回転伝達部材１２４が挿通される。表示リング１３４には図示しない内接歯部が形成されるとともに、回転伝達部材１２４の外周面には、図示しない一対の噛合部が形成される。表示リング１３４は、噛合部が内接歯部に係合した（噛み合った）ときにのみ回転操作される。
本実施の形態に係るバルブ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき説明する。
バルブ１０内を流通する圧力流体につき流量制御が必要な場合、ユーザは、ノブ１０８を把持して上方に引き上げ、ノブ１０８の下端部の内側突部１０８ａが第１環状突部１４２に係合し、且つ噛合部が内接歯部に係合した状態となる。その後、ユーザがノブ１０８を回転させることにより、回転伝達部材１２４及び表示リング１３４が回転する。回転伝達部材１２４の回転に追従し、変位部材６０が回転しながら、下側筒部１２６の空間部１３１を下降又は上昇する。これに追従し、当接部材６２がパイロット室２６内を下降又は上昇する。
当接部材６２の位置は、表示リング１３４の目盛１３６によって把握することができる。すなわち、例えば、目盛１３６の数字に対応してバルブ１０内の圧力流体の流量を多くしたいときには、目盛１３６の数字が大きくなるにつれて変位部材６０及び当接部材６２が上昇するように設定すればよい。
目盛１３６が所定値を示したとき、ユーザは、ノブ１０８の回転を停止する。さらに、ノブ１０８を押し込み、ノブ１０８の下端部の内側突部１０８ａが第２環状突部１４４に係合するとともに、噛合部と内接歯部の係合が解除された状態とする。これにより、ノブ１０８がロックされて回転することができなくなるとともに、変位部材６０及び当接部材６２が変位することができなくなる。
パイロットバルブ７４からパイロット圧用流体、換言すれば、パイロット圧が供給されていないとき、弁体１４を構成する弁本体部４０が弁座部３２に対して着座する。このため、弁室２４と出口ポート２２は連通遮断状態にあり、バルブ１０は閉状態である。
バルブ１０を開状態とするには、圧力流体供給源からの圧力流体を、入口ポート２０を介して弁室２４に導入する。圧力流体は、弁室２４に開口したパイロット通路５０を流通し、ボンネット１８側のパイロット室２６に流入する。弁体１４は、パイロット室２６内の圧力流体の圧力を受け、弁座部３２側に押圧される。
次に、パイロットバルブ７４に通電がなされると、二方弁であるパイロットバルブ７４が開弁され、その結果、パイロットポート７６が開放される。従って、パイロット室２６内の圧力流体がパイロットポート７６を介して徐々に外部へと排出される。これに伴ってパイロット室２６内の圧力が低下すると、弁体１４に対する押圧力が低下する。従って、弁室２４内の圧力流体の圧力がパイロット室２６内に比して大きくなり、弁本体部４０が弁座部３２から離間する方向に変位する。すなわち、着座部４６が弁座部３２から離間する。これによりバルブ１０が開状態となり、入口ポート２０から弁室２４に流入した圧力流体が出口ポート２２から導出される。
上昇した弁本体部４０は、図３に示すように、その上端面が当接部材６２に当接することで停止する。すなわち、当接部材６２により、弁体１４のそれ以上の上昇が阻止される。従って、着座部４６と弁座部３２との離間距離、換言すれば、バルブ１０の開度が定まる。圧力流体は、この開度に見合った流量で出口ポート２２から導出される。
変位部材６０及び当接部材６２の位置は、ノブ１０８を回転させることで変更される。当接部材６２の、パイロット室２６内への突出量が大きいほど、弁体１４の上昇量が少なくなり且つバルブ１０の開度が小となる。従って、圧力流体の流量が少なくなる。これとは逆に、当接部材６２の突出量が小さくなるほど弁体１４の上昇量及びバルブ１０の開度が大きくなり、圧力流体の流量が多くなる。
このことから諒解されるように、当接部材６２の弁本体部４０に対する当接位置により、バルブ１０の開度が定まるとともに圧力流体の流量が定まる。すなわち、流量制御装置１００によって圧力流体の最大流量及びピーク圧が規制される。
当接部材６２の突出量は、ノブ１０８を回転させることで精緻に変更することができる。従って、出口ポート２２から導出される圧力流体の最大流量を微少に変化させることが可能である。すなわち、圧力流体の流量を精密に規制することができる。このため、例えば、バルブ１０を吐出装置に用いた場合、必要量以上の吐出がなされることを防止することができる。
圧力流体の所定の流通が終了し、着座部４６を弁座部３２に着座させてバルブ１０を閉状態とするには、先ずパイロットバルブ７４に対する通電を停止する。これにより該パイロットバルブ７４が閉じ、この結果、パイロットポート７６を介するパイロット室２６からの圧力流体の排出が停止される。これによりパイロット室２６内が密閉状態となり、パイロット通路５０を介して弁室２４から流入する圧力流体が蓄積される。その結果、パイロット室２６内の圧力が徐々に上昇する。
パイロット室２６内の圧力が弁室２４内の圧力を上回ると、弁体１４がパイロット室２６内の圧力流体によって弁座部３２側に押圧される。その結果、着座部４６が弁座部３２に着座して弁室２４と出口ポート２２の連通が遮断され、バルブ１０が閉状態となるとともに、圧力流体の流通が停止する。
本発明は、上記した実施の形態に特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で種々の変更が可能である。
例えば、図４に示すように、当接部材を比較的長尺なネジ１６０で構成するとともに、該ネジ１６０の雄ネジ部にナット１６２を螺合して流量制御部を構成するようにしてもよい。このバルブ１６４においては、円筒形状部６８にネジ穴１６６を形成するとともに、該ネジ穴１６６にネジ１６０の雄ネジ部を挿入してネジ１６０を螺回する。ネジ１６０がネジ穴１６６の所定深さまで到達したら、ナット１６２を締結する。この締結によって、ネジ１６０が位置決め固定される。すなわち、この場合、ナット１６２は、ネジ１６０が変位することを防止するロック手段として機能する。
勿論、ネジ１６０の、パイロット室２６への突出量の大小により、弁体１４の変位量、ひいてはバルブ１６４の開度が定まる。
また、弁本体部とダイヤフラム部を別体で構成した上で両者を組み合わせてもよい。
１０、１６４…バルブ １２…ボディ
１４…弁体 １６…開口部
１８…ボンネット ２０…入口ポート
２２…出口ポート ２４…弁室
２６…パイロット室 ３２…弁座部
４０…弁本体部 ４２…ダイヤフラム部
４６…着座部 ５０…パイロット通路
６０…変位部材 ６２…当接部材
７４…パイロットバルブ ７６…パイロットポート
１００…流量制御装置 １０２…流量調節表示部
１０４…挿入孔 １０６…筐体
１０８…ノブ １１０…下ケース
１１２…上ケース １２０…表示窓
１２２…嵌合部 １２４…回転伝達部材
１２６…下側筒部 １２８…上側柱部
１３０…シャフト部 １３２…連結下端部
１３４…表示リング １３６…目盛
１６０…ネジ １６２…ナット
１６６…ネジ穴

Claims (3)

  1. 圧力流体が供給される入口ポートと、前記圧力流体が排出される出口ポートと、前記入口ポート及び前記出口ポートとの間に設けられる弁室とを備えたボディと、前記弁室に配設されて前記入口ポートと前記出口ポートを連通と連通遮断をする弁体とを備えるバルブにおいて、
    前記弁体とともにパイロット室を形成するボンネットをさらに備え、
    前記弁体は、前記弁室内に設けられた弁座に対して着座又は離間する方向に変位する弁本体部と、前記ボディと前記ボンネットとの間に設けられたダイヤフラム部とを有し、
    前記ボンネットに変位量規制手段が設けられるとともに、前記変位量規制手段の一部が前記ボンネットの外部に露出し、
    前記変位量規制手段は、ユーザの手動操作によって回転することで前記弁本体部に対して接近又は離間する方向に変位する変位部材と、前記変位部材に設けられて該変位部材と一体的に変位する当接部材と、前記変位部材の回転を規制するロック手段とを有し、
    前記当接部材が、前記パイロット室内で、前記ロック手段で前記変位部材の回転が規制されることによって停止した位置にて前記弁本体部に当接することで、前記変位量規制手段が前記弁体の変位を規制するとともに、
    前記ボンネットの外部に露出した前記変位量規制手段の一部から、前記変位部材の、前記パイロット室内への突出量の大小を判断することが可能であることを特徴とするバルブ。
  2. 請求項１記載のバルブにおいて、前記ボンネットは段差部を有し、前記段差部に前記パイロット室の圧力流体を外部に排出制御するパイロットバルブを設けることを特徴とするバルブ。
  3. 請求項２記載のバルブにおいて、前記ボンネットは前記変位量規制手段を取り付ける円筒形状部を有し、前記段差部は前記円筒形状部の一部に形成されていることを特徴とするバルブ。
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