JPH037833B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、バルブに関し、特に超純水、医薬品
等の液体の汚染防止に好適なバルブを提供するこ
とにある。

［従来技術］ 従来、管路を流れる流体の流量を調節する手段
として、バルブが用いられている。このバルブと
しては、仕切弁、玉形弁、アングル弁、逆止弁、
コツク、ボール弁、プラグ弁などさまざまな種類
がある。

第６図は従来のねじ込み玉形弁（JIS B2011参
照）の断面図である。１は流体の流入口１ａと流
出口１ｂとが備えられた弁箱であり、流入口１ａ
及び流出口１ｂには配管用のねじ部が形成されて
いる。弁箱１の上部には、ふた２Ａが螺合され、
ふた２Ａの軸線には弁棒７Ａが貫通して配設され
ている。弁棒７Ａの一端にはハンドル車８がナツ
ト９によつて固定され、他端には弁押え４Ａが固
定されている。また弁棒７Ａの中間位置にはねじ
部７ａが形成され、ふた２Ａに形成されたねじ部
２ａと螺合し、ハンドル車８の回転によつて弁棒
７Ａが回転しつつ上下方向に移動する。

弁押え４Ａには弁体３が螺合され、弁体３の外
周面３ａと弁箱１の内部に形成された仕切壁１ｃ
の開口１ｄとの間隔をハンドル車８によつて調節
することによつて流体の流量を変えるものであ
る。なお、ふた２Ａの上部には、パツキン１０及
びパツキン押え輪５が収められ、パツキン押えナ
ツト６により押圧されて、弁棒７Ａ及びふた２Ａ
の貫通部の軸封を行つている。

［発明が解決すべき問題点］ この種のバルブは弁体３が弁箱１内の仕切壁１
ｃに形成された開口１ｄに対して接近したり遠の
いたすることによつて流路の開口面積を調節し、
流体の流量を調整するものである。

したがつて、流れを遮断する場合には弁体３を
前記開口１ｄに押圧し、弁体３によつて開口１ｄ
を完全に閉鎖していた。したがつて流れを遮断す
る場合には常に弁体３と開口１ｄとにおいて固体
接触が行われ、この時、僅かであるが、摩耗粉が
発生していた。すなわち、弁を開閉するたびに弁
体３、ねじ部２ａ，７ａおよび軸封部すなわちパ
ツキン押え輪５等において摩耗粉が発生し、取扱
い流体が超純水、医薬品等である場合には、弁の
作動によつて流体が著しく汚染されていた。した
がつて、この種の分野において極力バルブの設置
数を少なくするか、若しくは摺動による摩耗が著
しく少ないセラミツクスで形成した弁を用いるこ
とが一般的である。

しかし、前者においては流量の制御を充分に行
うことができない欠点があり、又後者においては
バルブの価格が高価なものとなり、しかも基本的
には固体接触部からの摩耗粉の発生を防止するも
のではない。

［発明の目的］ 本発明は前述のような問題点に鑑みてなされた
もので、バルブの作動に際し摩耗粉の発生を防止
するとともに耐久性に優れ、しかも比較的簡単な
構造のバルブを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、流体が通過するための開口が
形成された流体の通路を仕切る仕切壁と、永久磁
石、導電性材料あるいはヒステリヒス材料のうち
から選ばれた少なくとも一種の材料で形成された
部材が埋設されるとともに前記開口に対向する任
意の位置で回転可能な弁体と、該弁体を支持する
とともに回転磁界発生手段により弁体を回転して
弁体と前記仕切壁との間の間隙を調節する位置調
節機構とを備え、前記弁体と仕切壁または仕切壁
に固設された部材とが対向する面のいずれか一方
の面および前記弁体と位置調節機構の一部とが対
向する面のいずれか一方の面に、それぞれ動圧発
生用の溝を形成している。

［発明の作用効果］ 本発明のバルブは、流体が通過する開口に対向
して配備された弁体に永久磁石、導電性材料或い
はヒステリシス材料のうちから選ばれた少なくと
も一種の材料の部材を埋設し、回転する磁界によ
つて該弁体を任意の位置で回転を可能とし、さら
に、弁体と仕切壁又は仕切壁に固定された部材と
が対向する面のいずれか一方の面及び弁体と弁体
の位置調節機構の一部とが対向する面のいずれか
一方の面に夫々動圧発生用の溝を形成したもので
あるから、弁体の回転により弁体と仕切壁又は仕
切壁に固定された部材との間及び弁体と位置調節
機構の一部との間に夫々流体の動圧が生じ、した
がつて、弁体と仕切壁又は仕切壁に固定された部
材との間隔が極めて小さくなつた場合においても
流体の動圧によつて固体接触することがない。

即ち、本発明のバルブにおいては流体の流量を
調節するに際し、固体接触がないので摩耗粉が発
生せず、したがつて超純水、医薬品等の清浄な液
体を取扱う場合のバルブとして好適である。

［好適な実施の態様］ 本発明の実施に対し、回転磁界発生手段と弁体
に埋設された回転磁界と同期して回転する部材の
組合せは、積層シートコイルと永久磁石、または
導電性材料、あるいはヒステリヒス材料から形成
された部材が好ましく、また永久磁石と永久磁石
のマグネツトカツプリング、電磁石と永久磁石の
同期マグネツトカツプリング、あるいは公知のマ
グネツトカツプリングが好ましい。

本発明の実施に際し、弁体の位置調節機構は手
動式、電動式、油圧式あるいは空圧式のいずれの
方式でもよいが、弁体への押圧力を所定の値に設
定できる電動式、空圧式あるいは油圧式のものが
優れている。

本発明の実施に際し、弁体および表面が弁体に
対向する部材の材料には、硬質のセラミツクス
材、例えばSiC、Si³N⁴、Al₂O₃等を用いるのが好
ましい。このようにすると、流体の流れに対する
耐食性を向上しまたスラリに対する耐久性を向上
することができる。

本発明の実施に際し、弁体および表面が弁体に
対向する部材の表面は、全体として、うねりが
1μｍ以下で、かつ面粗度（Rmax）か1μｍ以下の
平滑な平面に形成するのが好ましい。

本発明の実施に際し、動圧発生用の溝は、スパ
イラル状、ヘリングボーン状に形成し前記硬質セ
ラミツクス材で形成された部材のランド部分を合
成樹脂で被覆し、シヨツトブラストにより３ない
し50μｍの深さに形成するのが好ましい。

本発明の実施に際し、弁体の形状は円板状が好
ましいが、円錐状に形成するのも好ましい。円錐
状の場合は、動圧発生用の溝によつて下流側から
上流側へ向う流れを起こし、その流量を調節する
ことによつて流れを遮断することができ、また流
量を微細に調節することができる。

本発明の実施に際し、位置調節機構の弁体側と
弁箱のふたとの間にベローズを設けるのが好まし
い。このようにすると、液体が固体接触部へ漏れ
出して摩耗粉により汚染するのを防止することが
できる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第１図において第６図に対応する部分について
は、同じ符号を付して重複説明を省略する。

第１図において、仕切壁１ｃの開口１ｄの出口
側の壁面には、環状の硬質セラミツクス材からな
る弁座２０が一体に固着され、弁座２０の中央に
も開口２１が形成され、これら開口１ｄ，２１に
より流体の通過する開口が形成されている。な
お、２２は永久磁石２３が埋設された弁体２２で
あるが、詳細については後述する。

弁箱１の上部には、ふた２が螺合され、ふた２
の軸線には弁棒７が貫通して配設されており、弁
棒７の先端は後述する弁押え４の固定板４ｃに当
接されている。そして、これら弁棒７、ハンドル
車８、ねじ部７ａ，２ａおよび弁押え４により弁
体２２の位置調節機構が構成されており、ふた２
のねじ部２ｂの内周面には、合成樹脂製のベロー
ズ２４の一端の外周面が接着固定されている。

前記弁押え４は、弁体２２に対向する摺動板４
ａと、摺動板４ａの上面に接着された固定子４ｂ
と、固定子４ｂとの間にベローズ２４の底部を挟
持する固定板４ｃと、固定子４ｂ、ベローズ２４
および固定板４ｃを一体に結合するピン４ｄとか
らなつている。

摺動板４ａは硬質セラミツクス材から形成さ
れ、固定子４ｂはシートコイルを積層して形成さ
れ、固定板４ｃに止着されたリード線２ｂはふた
２に設けられた透孔２ｃを通つて図示しない外部
の電源に接続されている。そして、固定子４ｂは
電源からの給電により回転磁界（交番磁界を含
む）を発生するようになつており、位置調節機構
の回転磁界発生手段を構成している。

前記ベローズ２４の固定子４ｂ側の内周面は固
定子４ｂの外周面に接着固定され、したがつて、
ベローズ２４は、ねじ部２ｂ側の接着部と協働し
て液体がねじ部２ａ，７ａの螺合部およびパツキ
ン押え輪５へ漏れ出して摩耗粉による汚染を防止
するようになつている。

第２図ａ，ｂにおいて、弁体２２は、円盤状の
永久磁石２３と、その永久磁石２３を覆うそれぞ
れ硬質のセラミツクス材で形成された上面板２８
および下面板２７とからなり、相互に接着一体化
されている。永久磁石２３には、円周方向を複数
個（図示の例では６個）に等分割して磁極Ｎ，Ｓ
が交互に着磁されている。なお、２２ａは弁体２
２の上面、２２ｂは下面を示す。

第３図ａは弁座２０の弁体２２に対向する側の
面２０ａを示している。面２０ａは、全体のうね
りが1μｍ以下で、かつ面粗度（Rmax）が1μｍ以
下の平滑な平面に形成されている。

第３図ｂは弁体２２の下面２２ｂを示し、複数
本の動圧発生用の図示の例では軸線方向の下方か
ら見て時計方向Ａに拡がるスパイラル溝３０（黒
色部分）が形成されている。この溝３０の深さは
３ないし50μｍであつて、隣接するランド３１の
表面は全体に亙つてうねりが1μｍ以下で、かつ
面粗度（Rmax）が1μｍ以下に形成されている。
なお、中央のランド３１ａ内に２点鎖線で示す円
は、弁座２０の開口２１に対応する円の外形を示
している。前記スパイラル溝３０は、ランド部分
を合成樹脂で被覆し、シヨツトブラストにより前
記深さに加工する。

第３図ｃは弁体２２の上面２２ａを示し、下面
２２ｂと同様なスパイラル溝３０およびランド３
１が形成され、下面２２ｂのランド３１ａに相当
する部分（黒丸部分）３３は溝３０と同じ深さに
形成された均圧部である。

第３図ｄは摺動板４ａの弁体２２に対向する側
の面を示し、全体に亙つてうねりが1μｍ以下で
面粗度（Rmax）が1μｍ以下の平滑な面に形成さ
れている。

次に作用について説明する。

リード線２６から固定子４ｂへ給電すると、固
定子４ｂには弁棒７の軸線方向と略直角な面に沿
う回転磁界が発生し、弁体２２は回転磁界と同期
して矢印Ａ方向へ回転する。この弁体２２の回転
に伴い、動圧発生用のスパイラル溝３０によつて
流体が中心部へ押し込まれて流体の動圧が発生す
るので摺動板４ａと弁体２２とは固体接触するこ
とはない。また弁が大きく開放されている場合は
弁体２２と摺動板４ａとの間でのみ動圧が発生
し、弁体２２と弁座２０との間には実質的に動圧
は発生しないが、弁体２２が弁座２０と接近した
位置にある場合は弁体２２と弁座２０との間にも
動圧が発生し、弁棒７によつて弁体２２が弁座２
０へ強く押圧されても流体の動圧によつて互いに
固体接触することはない。したがつて、開口１
ｄ，２１を流れる液体の流量を任意に調節すると
ともに、摩耗粉の発生を防止し、その結果、取扱
い液体の汚染を防止することができる。また、弁
の主要部分（弁座２０、弁体２２および摺動板４
ａ）に硬質セラミツクス材を用いているので、耐
久性を向上することができる。また弁体２２を他
部品と結合しない円板体に形成しているので、構
造を比較的簡単にすることができる。

第４図は本発明のバルブの動圧発生用の溝の他
の実施例で、ヘリングボーン状の溝３４を示した
ものである。ヘリングボーン状の溝３４は内周溝
３６と外周溝３５とからなり、この形状で矢印Ａ
方向へ回転した場合、内周溝３６と外周溝３５と
の接続部の円周に沿つて最大の動圧が発生する。
なお、第４図中２点鎖線の円３９は弁座２０の開
口２１に対応する円の外径を示したものである
が、この開口２１の大きさは、中央部のランド４
０よりも大きくてもよい。

第５図は本発明のバルブの弁体の別の実施例を
示している。弁体４１は図示しない弁棒７と対向
する硬質セラミツクス材で形成された上面板４２
と、２点鎖線で示す円錐状の開口４８を有する硬
質セラミツクス材で形成された仕切壁４４と対向
する先端部が円錐大径状の硬質セラミツクス材で
形成された下面板４５と、上面板４２と下面板４
５との内部に埋設された円板状の永久磁石４３と
からなり、永久磁石４３には、第２図ａに示す永
久磁石２３と同様の磁極が着磁されている。ま
た、上面板４２の上面すなわち図示しない弁棒７
に対向する面４２ａには、第３図ｃに示すのと同
様の動圧発生用のスパイラル溝３０、均圧部３３
が形成され、下面板４５の仕切壁４４と対向する
円錐面４５ａには動圧発生用のスパイラル溝（黒
色部分）４６が形成されている。また、ランド４
７の表面は、前記と同様に平滑な面に形成され、
かつ、理想的な円錐面からのずれ、すなわちうね
りが前記と同様な範囲となるように形成されてい
る。また仕切壁４４に形成された開口４８の円錐
面４８ａも下面板４５と同じ勾配、平滑度に形成
されている。この実施例では軸線４９に略直角な
平面に沿う回転磁界によつて弁体４１が矢印Ａの
方向に回転すると、図示しない位置調節機構によ
つて弁体４１が仕切壁４４と近接した状態となつ
た時、動圧発生用の溝４６の作用により、弁体４
１と仕切壁４４との間に流体の動圧が発生し、弁
体４１と仕切壁４４とは互いに固体接触すること
はない。

また、この状態において、溝４６は下流側の流
体を上流側へ押し出すように作用するので、弁体
４１と仕切壁４４とは互いに固体接触していなく
ても流量は遮断できる。

すなわち、流体を遮断しようとする場合、溝４
６による流体の逆流量が多ければ、全体の流量と
しては負になる。従つて、遮断したときの差圧に
よつて弁体４１の回転数を調節するか若しくは弁
体４１を仕切壁４４に押圧する力を調節するかし
て、動的な平衡を維持しつつ全体の流量を遮断す
ることができる。また弁棒７を仕切壁から遠ざけ
ることによつて流体の流量は増加するものである
が、弁体４１を弁棒７に押圧する力は弱まるの
で、弁体４１の回転速度は比較的低いものでもよ
い。また、弁体４１と開口４８の対向する面は円
錐状に形成されているので、弁棒７の移動量Ｌに
よる相互の間隙の変化量Ｄは、Ｄ＝Lsin（円錐角）
と小さい。したがつて、流量を微細に調節するこ
とができる。

［まとめ］ 以上説明したように本発明によれば、バルブの
作動に際し、固体接触による摩耗粉の発生を防止
するとともに、耐久性を向上し、構造を簡単化す
ることができる。その結果、取扱い流体の汚染を
防止し、超純水、医薬品等の液体を取扱うバルブ
に好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す側断面図、第
２図ａは弁体の側断面図、第２図ｂは第１図の
−線矢視断面図、第３図ａは弁座の上面図、第
３図ｂは弁体の下面図、第３図ｃは弁体の上面
図、第３図ｄは摺動板の下面図、第４図は動圧発
生用溝の他の実施例を示す平面図、第５図は弁体
の他の実施例を示す左半部を断面図で示す側面
図、第６図は従来のねじ込み玉形弁を示す側断面
図である。 １……弁箱、１ｃ……仕切壁、１ｄ，２１……
開口、４……弁押え、４ａ……摺動板、４ｂ……
固定子、７……弁棒、８……ハンドル車、２０…
…弁座、２２，４１……弁体、２３，４３……永
久磁石、３０，４６……スパイラル溝、３４……
ヘリングボール状の溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流体が通過するための開口が形成された流体
   の通路を仕切る仕切壁と、永久磁石、導電性材料
   あるいはヒステリヒス材料のうちから選ばれた少
   なくとも一種の材料で形成された部材が埋設され
   るとともに前記開口に対向する任意の位置で回転
   可能な弁体と、該弁体を支持するとともに回転磁
   界発生手段により弁体を回転して弁体と前記仕切
   壁との間の間隙を調節する位置調節機構とを備
   え、前記弁体と仕切壁または仕切壁に固設された
   部材とが対向する面のいずれか一方の面および前
   記弁体と位置調節機構の一部とが対向する面のい
   ずれか一方の面に、それぞれ動圧発生用の溝を形
   成したことを特徴とするバルブ。