JP7502876B2 - バルブ - Google Patents

Description

本発明は、バルブ、特にピンチバルブに関する。

バルブ部と、内部に流路が形成され且つバルブ部に収容される管体と、管体を押圧し又は押圧を解除することによって管体を変形させ、流路を開閉させる押圧部と、押圧部を駆動させる駆動部と、を有するピンチバルブが公知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１のピンチバルブにおいて、管体は、バルブ部における保持部材内に収容される。管体の両端の各々には、環状のフランジ部が形成されている。一般に、管体はゴム等の弾性材料で形成されている。

特開２０１９－２１１０８１号公報 特開２０１６－０６１３３５号公報

ところで、保持部材が例えば２つの半体からなる分割された部材から構成される場合には、管体を包囲するように、分割された部材を組み合わせ、ネジ等によって分割された部材間を連結することによって、組み立てが行われる。他方、保持部材が一体的に形成されている場合には、管体を保持部材に収容するため、管体の一方の端部を弾性変形させながら保持部材内に挿入する必要がある。しかしながら、例えば管体の端部を径方向内方に圧縮して変形させようとしても、端部にはフランジ部が形成されていることから弾性変形させ難い。さらに、無理に変形しようとすると、管体が損傷し、シール性が損なわれる可能性がある。同様の課題は、例えば特許文献２のバタフライバルブにおいて、フランジ部を備えた管体に相当するシートリングを保持部材に相当する弁本体に対して取り付ける場合にも生じ得る。

本発明は、フランジ部を備えた管体を保持部材に対して容易に取り付けることが可能なバルブを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、円筒状の管本体及び前記管本体の両端に設けられた環状のフランジ部を有し、内部に流路が形成された弾性材料からなる管体と、一体的に形成され且つ前記管体を収容可能な保持部材と、を具備し、少なくとも一方の前記フランジ部が、前記管本体の端部において湾曲部を介して径方向外方へ突出し、前記湾曲部において、前記管体の外側に第１曲面部が設けられ、前記管体の内側に第２曲面部が設けられ、前記管体の中心軸線を通る断面において、前記第１曲面部における最大の曲率半径が前記第２曲面部における最大の曲率半径よりも小さく形成されていることを特徴とするバルブが提供される。

前記管本体の厚みが前記フランジ部の厚みよりも大きくてもよい。前記湾曲部の径方向の厚みが、前記管本体側から前記フランジ部側に向かって連続的に減少するようにしてもよい。前記管体を押圧し又は押圧を解除することによって前記管体を変形させ、前記流路を開閉させる押圧部をさらに具備するようにしてもよい。

本発明の態様によれば、フランジ部を備えた管体を保持部材に対して容易に取り付けることが可能なバルブを提供するという共通の効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態によるピンチバルブの縦断面図である。 図２は、管体の拡大部分縦断面図である。 図３は、管体の斜視図である。 図４は、管体及び押圧部の組み立てを示す斜視図である。 図５は、管体の横断面図である。 図６は、押圧部の正面図である。 図７は、押圧部の横断面図である。 図８は、管体の流路の開閉を示す縦断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に亘り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。

図１は、本発明の実施形態によるピンチバルブ１の縦断面図である。ピンチバルブ１は、バルブ部２と、内部に流路が形成され且つバルブ部２に収容される管体３（チューブ）と、管体３を押圧し又は押圧を解除することによって管体３を変形させ、流路を開閉させる押圧部４と、押圧部４を駆動させる駆動部５と、押圧部４の先端に取り付けられた円柱状の棒部材６とを有している。

駆動部５は、シリンダ１０と、シリンダ１０内で摺動可能なピストン１１と、ピストン１１に対向して配置されたベースプレート１２と、表示器１３と、キャップ１４とを有している。駆動部５は、エアアクチュエータであり、図示しない空気口より圧縮空気をシリンダ１０内に供給し又はシリンダ１０内から排気することによって、シリンダ１０内でピストン１１及び押圧部４を昇降させることができる。駆動部５は、電動アクチュエータであってもよく、又は、手動によるハンドル又はレバーの操作で押圧部４を昇降させるものであってもよい。ピストン１１の先端には押圧部４が取り付けられている。ピストン１１の昇降に伴い、ピストン１１上に載置された表示器１３がシリンダ１０に対して出没する。したがって、キャップ１４を介して表示器１３の出没の状態を視認することによって、ピストン１１の位置、ひいては押圧部４の位置、すなわちピンチバルブ１の開閉状態を把握することができる。ピンチバルブ１は、各部材間をシールするために複数のＯリング（例えば、Ｏリング１５）を有している。

バルブ部２は、一体的に形成され且つ管体３を収容可能な筒状の保持部材２０と、保持部材２０の両端に配置される接続部材２１と、接続部材２１と共に保持部材２０の両端に螺合するキャップナット２２とを有している。駆動部５は、図示しないネジによってバルブ部２、具体的には保持部材２０に対して取り付けられる。管体３は、円筒状の管本体３１及び管本体３１の両端に設けられた環状のフランジ部３２を有し、内部に流路が形成されている。接続部材２１がフランジ部３２の端面及び保持部材２０の端面に密接した状態で、キャップナット２２が保持部材２０に対して螺合する。

ピンチバルブ１、特にバルブ部２は、全体としてプラスチックの材料で形成することができる。例えば、シリンダ１０及びベースプレート１２は、ガラス入りポリプロピレン（ＰＰＧ）で形成され、押圧部４及びピストン１１は、ポリアセタール（ＰＯＭ）で形成され、保持部材２０、接続部材２１及びキャップナット２２は、ポリ塩化ビニル（Ｕ－ＰＶＣ）で形成され、表示器１３は、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）で形成され、キャップ１４は、ポリカーボネート（ＰＣ）で形成される。管体３は、ゴム等の弾性材料からなり、例えばエチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）やフッ素ゴム（ＦＫＭ）で形成される。棒部材６は、金属材料又は硬質プラスチックからなり、押圧部４と同じ材質を用いてもよい。

図２は、管体３の拡大部分縦断面図である。具体的には、図２（ａ）は図１に示されたＡ部の拡大図であり、図２（ｂ）は図１に示されたＢ部の拡大図である。

図２（ａ）を参照すると、管体３において、少なくとも一方のフランジ部３２、本実施形態では、図１において左側のフランジ部３２は、管本体３１の端部において湾曲部３３を介して径方向外方へ突出するように構成されている。フランジ部３２の軸線方向に対して外方に面した端面には、接続部材２１と密着してシール効果を奏する環状のシール突起３２ａが設けられている。

湾曲部３３において、管体３の外側、すなわち流路の外側に第１曲面部３３ａが設けられ、管体３の内側、すなわち流路の内側に第２曲面部３３ｂが設けられている。図２に示されるような縦断面図、すなわち管体３の中心軸線を通る断面において、第１曲面部３３ａにおける曲率半径Ｒ１は、第２曲面部３３ｂにおける曲率半径Ｒ２よりも小さく形成されている。第１曲面部３３ａ及び第２曲面部３３ｂが複数の曲率半径を有する複数の曲面から構成される場合には、最大の曲率半径を比較するようにしてもよい。すなわち、第１曲面部３３ａにおける最大の曲率半径が第２曲面部３３ｂにおける最大の曲率半径よりも小さく形成されるようにしてもよい。

湾曲部３３近傍において、管本体３１の厚みｔ１がフランジ部３２の厚みｔ２よりも大きくなるように形成してもよい。この場合、湾曲部３３の径方向の厚みｔが、管本体３１側からフランジ部３２側に向かって連続的に減少するように形成される。したがって、湾曲部３３の径方向の厚みｔは、管本体３１の厚みｔ１よりも小さく、且つ、フランジ部３２の厚みｔ２よりも大きい。ここで、湾曲部３３の径方向の厚みｔは、第１曲面部３３ａ又は第２曲面部３３ｂの所定位置における接線に対して垂直な方向の厚みとして定義される。

図２（ｂ）を参照すると、他方のフランジ部３２は、管本体３１の端部において角部３４を介して径方向外方へ突出するように構成されている。角部３４において、管体３の外側に、湾曲部３３と同様に、第１曲面部３３ａに相当する曲率半径Ｒ１を有する曲面部３４ａが設けられている。他方、管体３の内側には、第２曲面部３３ｂに相当する曲面部が設けられていない。厳密に言うと、管体３の内側には微小な曲率半径を有する部分を有するが、その曲率半径は、曲面部３４ａの曲率半径Ｒ１に比べて非常に小さい。また、曲面部３４ａの所定位置における接線に対して垂直な方向の最大の厚みｔ３は、管本体３１の厚みｔ１及びフランジ部３２の厚みｔ２と比較しても非常に大きい。

図２（ａ）に示された湾曲部３３と図２（ｂ）に示された角部３４とを比較すると、形状及び構造からも明らかなように、湾曲部３３の方が角部３４よりも剛性が低いことから、湾曲部３３を支点としてフランジ部３２を例えば軸線方向に撓ませ易い。したがって、湾曲部３３が設けられた管体３の一方の端部の方が、角部３４が設けられた管体３の他方の端部と比較して、弾性変形させ易い。さらに、上述したように、フランジ部３２の厚みｔ２を管本体３１の厚みｔ１よりも小さくすることによって、フランジ部３２をより弾性変形しやすくさせることができる。

本実施形態によるピンチバルブ１のように保持部材２０が一体的に形成されている場合には、管体３を保持部材２０に収容するため、管体３の一方の端部を弾性変形させながら保持部材２０内に挿入する必要がある。したがって、組み立て時に、湾曲部３３が設けられた管体３の端部を径方向内方に圧縮して変形させることで、管体３を保持部材２０内に容易に挿入することができる。その結果、フランジ部３２を備えた管体３を保持部材２０に対して容易に取り付けることが可能となる。さらに、湾曲部３３において第１曲面部３３ａ及び第２曲面部３３ｂが設けられていることから、弾性変形時の応力が分散し、応力が集中することによる湾曲部３３及び湾曲部３３近傍の損傷等が防止される。

なお、角部３４は剛性が高いことから、角部３４を支点としてフランジ部３２を例えば軸線方向に撓ませ難く、したがって、角部３４が設けられた管体３の端部は、弾性変形させ難い。そのため、角部３４が設けられた管体３の端部を弾性変形させながら管体３を保持部材２０内に挿入するのは困難である。無理に変形しようとすると、管体が損傷し、シール性が損なわれる可能性がある。

したがって、管体３のいずれの端部を保持部材２０内に挿入して組み立てを行う可能性がある場合には、管体３の両方のフランジ部３２に湾曲部３３を設けるように構成してもよい。それによって、組み立て時に端部の確認を行う必要がなく、迅速且つ確実な組み立てを行うことができる。なお、上述した実施形態のように、管体３の一方の端部にのみ湾曲部３３を設けることによって、管体３の両方の端部に湾曲部３３を設ける場合と比較して、管体３を製造するための金型を安価に作製することができる。すなわち、管体３の流路側のコアは、流路の中央において中心軸線に直交する面で分割された２つのコア半体から構成される。このとき、第２曲面部３３ｂの表面、管本体３１の表面及びフランジ部３２の表面は連続的な面であることから、機能上問題はないが、入れ子線が設けられてしまうと目立ってしまう。その外観をより美しくするためには、湾曲部３３が設けられる側のコア半体は、大きな金型材料から一体的に作製される。他方、角部３４は、略直角な角であるから、その先端に合わせて入れ子線が設けられるようにすれば目立つことはない。したがって、湾曲部３３が設けられない側のコア半体は、角部３４に相当する部分に入れ子線が配置されるように、分割して作製することができる。そのため、湾曲部３３が設けられない側のコア半体は、湾曲部３３が設けられる側のコア半体よりも安価に作製することができる。フランジ部３２に対して上述したように湾曲部３３を設けた管体３の構成を、ピンチバルブ以外で同様の構成を有するバルブ、例えば、バタフライバルブ等の他のバルブに適用してもよい。

図３は、管体３の斜視図であり、図４は、管体３及び押圧部４の組み立てを示す斜視図である。管体３は、管体３の外面、すなわち管本体３１の外面に設けられ、管体３に対して横方向の配置で棒部材６を管体３に対して連結する連結部３５をさらに有している。言い換えると、連結部３５には、棒部材６を挿入可能で且つ管体３に対して横方向に延在する貫通孔３６が設けられている。連結部３５は、全体として、円筒状に形成されているが、貫通孔３６が設けられる限りにおいて任意に形成し得る。連結部３５は、管本体３１に対して一体的に設けられている。

バルブ部２において、管体３及び押圧部４を組み立てるためには、上述したように、管体３を弾性変形させながら保持部材２０内に収容する。次いで、連結部３５の貫通孔３６内に棒部材６を挿入する。次いで、押圧部４の先端に棒部材６を取り付けることによって管体３及び押圧部４の組み立てが完成する。

図５は、管体３の横断面図である。連結部３５の貫通孔３６の内面は、円柱状の棒部材６に対応する略円筒状に形成されている。貫通孔３６の内面において、管本体３１側の面には、貫通孔３６の全長に亘る平坦面３７が設けられている。平坦面３７が設けられていることによって、貫通孔３６の入口部３６ａと管本体３１の外面との段差を無くすことができる。その結果、組み立て時に、棒部材６を貫通孔３６内にスムーズに挿入することが可能となる。

図６は、押圧部４の正面図であり、図７は、押圧部４の横断面図である。押圧部４の先端には、棒部材６をスナップ式に嵌合可能な嵌合凹部４１が設けられている。嵌合凹部４１は、連結部３５を受容するように相補的に形成された第１凹部４２と、第１凹部４２を挟んで同一線上に延在し且つ棒部材６を受容するように相補的に形成された第２凹部４３とからなる。第２凹部４３の両端部においてのみ、棒部材６と係合可能な一対の係合爪４４が設けられている。

一対の係合爪４４は、第２凹部４３の縁部に沿って対向して設けられている。一対の係合爪４４間の間隔は、円柱状の棒部材６の径よりも小さい。他方、第２凹部４３において、係合爪４４が設けられていない部分の縁部の間隔は、円柱状の棒部材６の径よりも大きい。組み立て時に、円柱状の棒部材６に対して押圧部４を押し込むと、棒部材６は、第２凹部４３において一対の係合爪４４を離間するように弾性変形させ、棒部材６をスナップ式に嵌合させることができる。その結果、押圧部４、棒部材６及び棒部材６が連結する管体３を、簡単且つ強固に一体的に連結させることができる。

図８は、管体３の流路の開閉を示す縦断面図である。図８（ａ）は、ピンチバルブ１の全開状態を示し、図８（ｂ）は、ピンチバルブ１の全閉状態を示している。図８において、管体３、押圧部４及び棒部材６以外のピンチバルブ１の部材は省略されている。ピンチバルブ１は、棒部材６を介した押圧部４による管体３の押圧又は押圧の解除によって、管体３を変形させ、流路を開閉させるように構成されている。

押圧部４は棒部材６を介して管体３に連結していることから、押圧部４による管体３の押圧時には、棒部材６の長さ方向に亘る全体で管体３を押圧する。このとき、連結部３５に対して負荷はかかっていない。他方、押圧部４による管体３の押圧の解除時、例えばピストン１１を上昇させると、押圧部４が上昇し、押圧部４と嵌合する棒部材６が連結部３５を介して管本体３１を上方に引き上げる。その結果、ピンチバルブ１を確実に全開状態とすることができる。言い換えると、ピンチバルブ１を全開状態にするため管本体３１を上方に引き上げる際に、棒部材６が外れてしまわない程度の嵌合力が得られるように、係合爪４４の形状、配置及びサイズが適宜設計される。係合爪４４の設計の際に、ピンチバルブ１の使用条件、流体圧力及び管体３の材質等を考慮してもよい。

したがって、仮に管体３を構成するゴム等の弾性材料が経年によって劣化し、管体３の弾性による復元力の低下、管体３の塑性変形及び全閉時に接触した管体３の内面同士の固着等が生じたとしても、ピンチバルブ１の開閉を確実且つ正確に制御することができる。また、連結部３５に対して、押圧部４による管体３の押圧時には負荷はかかっておらず、押圧の解除時にのみ、管本体３１を上方に引き上げる際の引っ張り方向の負荷がかかる。したがって、連結部３５の劣化又は損傷を最低限に抑えることができる。さらに、ピンチバルブ１は、特許文献１に記載のピンチバルブと比較して、棒部材６及び連結部３５を付加したような構成であるが、ピンチバルブとして全体の大きさをほとんど変更することなく、確実な開閉を実現することができる。

棒部材６は、全閉状態にある変形後の管体３の幅と略同一長さにすることが好ましい。棒部材６が、全閉状態にある変形後の管体３の幅よりも短いと、棒部材６の両端部の縁部が管本体３１の表面に接触し、管体３を損傷してしまう可能性がある。他方、棒部材６が、全閉状態にある変形後の管体３の幅よりも長いと、保持部材２０の内面又はその他部材と干渉する可能性がある。なお、仮に管本体３１と接触した場合に棒部材６による管体３の損傷を防止する観点から、棒部材６の端部の縁部を面取りすることが好ましい。

管体３に対して横方向の配置で棒部材６を管体３に対して連結する連結部３５を有する構成を、一体的に形成された保持部材２０以外に、例えば２つの半体からなる分割された部材から保持部材を有するピンチバルブに対して適用することもできる。棒部材６は、円柱状ではなく、多角柱状であってもよい。棒部材６を、嵌合以外に締結や締結等によって押圧部４の先端に取り付けるようにしてもよい。

１ ピンチバルブ
２ バルブ部
３ 管体
４ 押圧部
５ 駆動部
６ 棒部材
１０ シリンダ
１１ ピストン
１２ ベースプレート
１３ 表示器
１４ キャップ
１５ Ｏリング
２０ 保持部材
２１ 接続部材
２２ キャップナット
３１ 管本体
３２ フランジ部
３３ 湾曲部
３３ａ 第１曲面部
３３ｂ 第２曲面部
３４ 角部
３５ 連結部
３６ 貫通孔
４１ 嵌合凹部
４２ 第１凹部
４３ 第２凹部
４４ 係合爪

Claims (3)

1. 円筒状の管本体及び前記管本体の両端に設けられた環状のフランジ部を有し、内部に流路が形成された弾性材料からなる管体と、
   一体的に形成され且つ前記管体を収容可能な保持部材と、を具備し、
   少なくとも一方の前記フランジ部が、前記管本体の端部において湾曲部を介して径方向外方へ突出し、
   前記湾曲部において、前記管体の外側に第１曲面部が設けられ、前記管体の内側に第２曲面部が設けられ、
   前記管体の中心軸線を通る断面において、前記第１曲面部における最大の曲率半径が前記第２曲面部における最大の曲率半径よりも小さく形成されており、
   前記管本体の厚みが前記フランジ部の厚みよりも大きいことを特徴とするバルブ。
2. 前記湾曲部の径方向の厚みが、前記管本体側から前記フランジ部側に向かって連続的に減少する請求項１に記載のバルブ。
3. 前記管体を押圧し又は押圧を解除することによって前記管体を変形させ、前記流路を開閉させる押圧部をさらに具備する請求項１又は２に記載のバルブ。

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