WO2005022018A1 - 作動流体用継手の受口およびその受口を有する弁 - Google Patents

Abstract

【課題】　優れた破壊強度を有し、且つ耐食性に優れた作動流体用継手の受口およびその受口を有する弁を提供する。 【解決手段】　樹脂製シリンダ本体９の内部に連通する雌ネジ部４をシリンダ本体９外表面から突出した状態で、すなわち、雌ネジ部４がシリンダ本体９の外表面よりも外側に位置するように、シリンダ本体９に固着する。引張り伸び率が５０％～４００％であり、且つ引張り強度が５０ＭＰａ～２００ＭＰａの樹脂でもって受口１、２をインサート成形し、樹脂製シリンダ本体９に固着する。

Description

明 細 書

作動流体用継手の受口およびその受口を有する弁

技術分野

[0001] 本発明は、化学工場、または半導体製造分野、液晶製造分野、食品分野などの各 種産業に使用される作動流体用継手の受口およびその受口を有する弁に関するも のであり、さらに詳しくは、優れた破壊強度を有し、且つ耐食性に優れた作動流体用 継手の受口およびその受口を有する弁に関するものである。

^景技術

[0002] 従来、エア駆動の弁に使用される樹脂製シリンダ本体は、図 6に示すように、樹脂 製シリンダ本体 44の周側面にシリンダ本体 44内部に連通する雌ネジ部 45を有する 受ロ 46がー体的に設けられた構造であった。図からわ力るように雌ネジ部 45の雌ネ ジは樹脂製シリンダ本体 44の内部まで設けられていた。樹脂製シリンダ本体 44は射 出成形にて製作されており、コストダウンのためにシリンダ本体 44を無加工で成形す ることが必要であった。無加工による成形を実現するためには樹脂の寸法安定性が 要求されるが、これ以外にも弁の用途として耐熱性、耐薬品性が要求される。これら の要求を満たす樹脂としてガラス入りのポリフエ二レンサルファイド（以下、 PPS—Gと 記す。）、ポリビニリデンフルオライド（以下、 PVDF— Gと記す。）、ポリプロピレン（以 下、 PP— Gと記す。）等が挙げられる力 特に寸法安定性の面から PPS— Gが好適に 用いられていた。 し力 ながら、 PPS— Gは剛性に長ける反面脆い樹脂であるため、 一般的に受ロ 46の雌ネジ部 45に作動流体用継手を接続する際には、雌ネジ部 45 にテーパが設けられている場合、作動流体用継手を締め付ける際にテーパによって 受ロ 46が広がる方向へ力が加わり、また雌ネジ部 45がストレートな場合でも、シール テープを作動流体用継手に巻きつけるので、受ロ 46が広がる方向へ力が加わるた め、シリンダ本体 44の受ロ 46の部分が破損しないように 0. 4N'm— 0. 5N 'mの締 め付けトルクで締め付けられる力 作業者によってはトルクレンチを用いずに規定の 締め付けトルク以上で締め付けることがあるため、剛性に長ける反面脆い樹脂である PPS— Gでは規定以上の締め付けトノレクに耐えられずに受ロ 46の部分が破損してし まレ、、受ロ 46と一体であるシリンダ本体 44まで破損するという問題があった。また、シ リンダ本体 44を射出成形した場合、シリンダ本体 44内部に連通する孔が設けられて レ、る構造上、受ロ 46の雌ネジ部 45付近にウエルドラインが発生してしまい、ウエルド ラインの部分が他の部分より強度が低くなるため、作動流体用継手を受ロ 46に接続 する際に、規定以上のトノレクで締め付けると、ウエルドラインの部分から破損しやすく 、また作動流体用継手を接続した後でも、作動流体用継手の接続部分に外的な負 荷が力かると、受ロ 46からシリンダ本体 44まで破損するという問題があった。

[0003] この問題を解決したものとして図 7に示すような構造のものがあった（例えば、特許 文献 1参照。）。この構造は、プラスチック製の本体 47に形成された接続ポート 48 (雌 ネジ部）の周囲に環状溝 49を設け、円筒形金属インサート 50を環状溝 49の内部に 揷入するものであった。その作用は、金属インサート 50で補強することで接続ポート 4 8に設けられたプラスチックネジ 51を強化するものであった。

[0004] 特許文献 1 :特開平 5-203078号公報（第 5-6頁、図 6)

[0005] し力しながら、前記従来技術の接続ポート 48では、挿入された金属インサート 50が 本体 47の表面に露出しているので、腐食性雰囲気下では円筒形金属インサート 50 が腐食されて補強効果が小さくなり接続ポート 48が破損されるため、金属が腐食され るような薬液が用いられる半導体製造分野などでは使用できないという問題があった 。また、本体に PPS— Gなどの剛性に長ける反面脆い樹脂を用いた場合、プラスチッ クネジ 51と本体 47は一体であるため、作動流体用継手を強く締め付けるとプラスチッ クネジ 51にクラックが発生することがあり、クラックが本体 47まで影響し、接続ポート 4 8が破損する恐れがあるという問題があった。

[0006] 本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、優れた破壊 強度を有し、且つ耐食性に優れた作動流体用継手の受口およびその受口を有する 弁を提供することを目的とする。

発明の開示

[0007] 本発明の第一発明である作動流体用継手の受口の構成は図 1を参照して説明す ると、樹脂製シリンダ本体 9の内部に連通する雌ネジ部 4が、樹脂製シリンダ本体の 外表面から突出した状態で固着されていることを第一の特徴とし、受ロ 1、 2がインサ ート成形によって樹脂製シリンダ本体 9に固着されていることを第二の特徴とし、引張 り伸び率が 50%— 400%であり、且つ引張り強度が 50MPa— 200MPaの樹脂から なることを第 3の特徴とする。また、本発明の第二の発明は、前記特徴を有する受ロ を有する弁である。

[0008] 本発明の作動流体用継手の受ロ（以下受口と略記する。）に用いられる樹脂の引 張り伸び率は 50% 400%の範囲に有ることが好ましぐ 50%— 150%の範囲であ ること力 り好ましい。引張り伸び率が低くなると樹脂が脆くなるため、引張伸び率は 5 0%以上である必要がある。また、引張り伸び率が高くなると樹脂の引張り強度が低 下するため、引張り伸び率は 400%以下である必要がある。また、引張り強度は 50M Pa 200MPaの範囲に有ることが好ましぐ 50MPa— 150MPaの範囲であること力 S より好ましい。引張り強度が低くなると作動流体用継手を接続する際に受口の強度が 不足し破損してしまうため、引張り強度は 50MPa以上である必要がある。 また引張り 強度が高くなると伸び率が小さくなるため、引張り強度は 200MPa以下である必要が ある。これらの条件を満足する樹脂としてはポリエーテルエーテルケトン (以下、 PEE Kと記す。）、ポリビニリデンフルオライド（以下、 PVDFと記す。）、ポリフエ二レンサル ファイド（以下、 PPSと記す。）等が好適なものとして挙げられる。尚、受口が腐食性雰 囲気下で使用されない場合には、受口の材質は樹脂に限定されず、ステンレス、鉄、 銅等の金属でもよい。

図面の簡単な説明

[0009] 以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明するが、本発明が本実施例 に限定されないことは言うまでもない。

[図 1]本発明の受ロを有するバルブの閉状態示す縦断面図である。

[図 2]図 1の受ロを示す斜視図である。

[図 3]図 1に作動流体用継手を接続したときの要部拡大縦断面図である。

[図 4]図 1のバルブの閉状態を示す縦断面図である。

[図 5]本発明の受口の他の実施例を示す要部拡大縦断面図である。

[図 6]従来の一体成形された受口を有する弁の縦断面図である。

[図 7]従来の金属補強された受口の要部拡大縦断面図である。 発明を実施するための最良の形態

[0010] 以下、本発明の実施例である受ロ及び該受ロを有する弁について図 1に基づいて 説明する。

実施例

[0011] 図において 1及び 2は引張り伸び率 60%、引張り強度 97MPaである PEEK製の受 口であり、両者とも同じ構造と作用を有している。 （以下、受ロ 1を代表して説明する。 ) 3は、受口 1の一端部に設けられた、後記樹脂製シリンダ本体 (以下、シリンダ本体と 記す。） 9の内部に連通する雌ネジ部 4を内部に有する頭部である。雌ネジ部 4はシリ ンダ本体 9外表面から突出した状態で、すなわち、雌ネジ部 4がシリンダ本体 9の外 表面よりも外側に位置するように、シリンダ本体 9に固着されている。

[0012] 5は受口 1の他端部に設けられた基部であり、頭部 3より縮径して設けられ、この部 分がシリンダ本体 9に内包された状態でインサート成形にて固着されている。基部 5 の端部には円環状に設けられた鍔状部の外周に、その軸線方向に複数の切り欠き 部 7が設けられた回り止め部 8が設けられている。この回り止め部 8は、シリンダ本体 9 にインサート成形される際に、切り欠き部 7に充填された樹脂が受口 1の回動を抑え、 また、雌ネジ部 4に作動流体用継手を螺着する際の受ロ 1の供回りを防止すると共に 、受口 1がシリンダ本体 9から抜け出ることを防止する。

[0013] 受口 1の内部には、雌ネジ部 3に連続して、それより縮径された空隙部 6が設けられ ており、空隙部 6には、雌ネジ部 3と連通する第一作動流体供給口 13を中心に有す るシリンダ本体 9の一部が充填、嵌合されている。なお、受ロ 1の形状は本実施例に 限定されず、図 5に示されているごとぐ基部 5の空隙部 6に代えて、シリンダ本体 9の 第一作動流体供給口 13に連通する連通孔 43を設けた形状にしても良い。また受ロ 1は、雌ネジ部 3の周囲の表面に金属が露出しないように金属を埋め込んだものであ つても構わない。

[0014] 本実施例では、受ロ 1に PEEKを用いている力 引張り伸び率が 50%以上、好まし くは引張り伸び率が 50%— 400%であり、且つ引張り伸び率が 50MPa以上、好まし くは引張り強度が 50MPa— 200MPaである樹脂からなるものであれば特に限定され なレ、。また、本実施例の受ロ 1はインサート成形にて固着されている力 シリンダ本体 9に回動不能に密閉固定された状態で固着されていればよぐ接着、螺着、溶着等 で固着されても良い。

[0015] 9はガラス含有率 65%の PPS—G製シリンダ本体であり、ボルト、ナット（図示せず） で後記本体 32の上部に固定されている。シリンダ本体 9の内部には階段状にそれぞ れの空間を上から上部空隙 10、下部空隙 11が形成され、さらに下部には隔膜押さ え嵌合部 12が設けられていて、シリンダ本体 9の側面には、受ロ 1、 2がインサート成 形によって固着されており、受ロ 1と上部空隙 10を連通させる第一作動流体供給口 13と受ロ 2と下部空隙 11を連通させる第二作動流体供給口 14が形成されている。 本実施例ではシリンダ本体 9は PPS—G製である力 PVDF_G、 PP—G等の樹脂を 使用しても構わない。

[0016] 15はピストンであり、上部外周面に 0リングを保持するための環状の溝部 16を有す る鍔部 17が設けられており、シリンダ本体 9の下部空隙 12の内周面を上下に摺動自 在に配置されている。下部には鍔部 17に垂下して一体的に設けられ、下端部に雄ネ ジ部 18が形成された軸部 19が後記隔膜押さえ 21の貫通孔 23を貫通して軸部 19の 側面には 0リングを保持するための環状の溝部 20が設けられている。

[0017] 21は隔膜押さえであり、その下方には有底円筒状の凹部 22が形成されている。凹 部 22上面中央にはピストンの軸部 19が嵌挿される貫通孔 23が形成され、隔膜押さ え 21下面には凹部 22に向かって縮径するテーパ部 24が設けられている。隔膜押さ え 22の外周には 0リング 25が嵌着されている。下部外周面には環状突起部 26が形 成され、シリンダ本体 9の隔膜押さえ嵌合部 12に挿嵌されている。

[0018] 27はポリテトラフルォロエチレン（以下、 PTFEと記す。）製のダイヤフラムである。ダ ィャフラム 27の中央には、上部は隔膜押さえ 21の凹部 22に受容され、且つ下面は 後記弁座 40に圧接離間される弁体 28が設けられている。弁体 28の上面には雌ネジ 部 29が設けられており、ピストン 15の軸部 19の雄ネジ部 18に螺着されている。すな わち弁体 28はピストンの上下動に伴って、上下に移動可能であり後記本体 32の弁 座 40に圧接離間され、流路の閉止あるいは開放を行なうことが可能となっている。ま た弁体の周縁部には肉薄に形成された隔膜部 30が設けられている。さらに隔膜部 3 0外周には断面矩形状の環状嵌合部 31が設けられ、後記本体 32の環状溝 34に嵌 合された状態で本体 32と隔膜押さえ 21の下面とで挟持固定されている。

[0019] 32は PTFE製の本体である。本体 32の上部には、シリンダ本体 9の下部と接合さ れる環状突部 33と、環状突部 33内周に環状溝 34を有し、環状突部 33内部には、ダ ィャフラム 27と共に形成される弁室 35が設けられている。弁室 35の底部には連通口 36、 37力 S設けられ、連通口 36は流体流入口 38に連通し、連通口 38は流体流出口 39に連通している。また、連通口 36の開口部は弁室 35の底部中央に設けられ、開 口部の周縁部が弁座 40となっている。

[0020] 次に、本発明の実施例である受口に、作動流体用継手を接続する方法を図 3に基 づいて説明する。

まず、作動流体用継手 41の雄ネジ部 42に PTFE製のシールテープを卷付ける。 次にシールテープを卷きつけた雄ネジ部 42を、トルクレンチにて 0. 5N'mの締め付 けトルクで受口 1の雌ネジ部 4に螺着する。受口 2についても同様の手順で作動流体 用継手 41を螺着する。このとき、作動流体用継手 41の雄ネジ部 42にはテーパネジ が使用されるため螺着する時には受口 1の雌ネジ部 4が広がる方向へ応力が加わる 。これに対して、シリンダ本体 9の内部に連通する雌ネジ部 4はシリンダ本体 9の外表 面から露出された状態で固着されているため、作動流体用継手 41を接続する際に 受口 1の雌ネジ部 4が広がる方向へ応力が加わっても雌ネジ部 4が若干外に広がるこ とで応力を緩和させることができる。また、シリンダ本体 9の外表面から雌ネジ部 4が 露出された状態で固着されているため、頭部 3のみに応力が加わるのでシリンダ本体 9には応力は加わらず、仮に規定以上のトルクで作動流体用継手 41を締め付けたと しても、シリンダ本体 9自体が破損することが無い。さらに、受ロ 1の材質として引張り 伸び率 60%であり、且つ引張強度が 97MPaの PEEKを使用していることにより、受 口 1の雌ネジ部 4が広がる方向へ応力が加わったとしても頭部 3が破損しない強度を 維持すること力 Sできる。

[0021] 次に、本発明の実施例である弁の作用について、図 1および図 4に基づいて説明 する。

弁が閉状態（図 1の状態）において、弁体 28は弁座 40に圧接され流路を閉止して いる。この状態から第二作動流体供給口 14に作動流体であるエアを注入すると、ピ ストン 15と隔膜押さえ 21の間に形成される下部空隙 11へエアが注入され、エアの圧 力でピストン 15が押し上げられるため、ピストン 15と接続されている弁体 28も弁座 40 力 離間し、上方へ引き上げられて弁は開状態（図 4の状態）となり、流体は流体流 入口 38から流入して、連通口 36、弁室 37、連通口 37を通過して流体流出口 39から 流出される。弁が開状態（図 4の状態）において、この状態から第一作動流体供給口 13に作動流体であるエアを注入すると、ピストン 15上部とシリンダ本体 9内周面で形 成される上部空隙へエアが注入され、エアの圧力でピストン 15が押し下げられるため 、ピストン 15と接続されている弁体 28も下方へ押し下げられ弁座 40に圧接されること で弁は閉状態（図 1の状態）となる。

[0022] 本発明の弁の実施例はエア駆動のストップ弁であるが、油圧駆動などでもよぐ弁 はダイヤフラム弁やピンチ弁などでもよぐ特に限定されない。また本発明の受ロは 弁に限らずポンプなどに用いても同様の効果が得られる。

[0023] 次に、樹脂の材質を代えて受ロ 1、 2を作製し、破壊トルク試験を行ない。以下に示 す方法にしたがって各々の樹脂の物性を評価した。結果を表 1に示す。

[0024] 破壊トルク試験：

受ロ 1、 2の雌ネジ部 4に作動流体用継手 41として管用テーパネジを螺着し、受ロ 1、 2ないしはシリンダ本体 9に破損が見られるまでトルクレンチにて締め付ける力を上 げて行き、破損が見られたときの締め付けトルクを計測した。

[0025] 尚、トルクレンチを用いずに管用テーパネジを人力にて強く締め付けた場合、 3· 0 N'm程度までの締め付けトノレクが想定されるため、本試験については破壊トルク 3. ON'm以上を合格基準とした。

試験例 1 :

PEEKを用いて受ロを射出成形にて製作し、シリンダ本体にインサート成形して試 験サンプノレを製作し、得られた試験サンプルにて破壊トルク試験を行った。

試験例 2 :

ポリビニリデンフルオライド（以下、 PVDFと記す。）を用いて受ロを射出成形にて製 作し、シリンダ本体にインサート成形して試験サンプルを製作し、得られた試験サン プルにて破壊トルク試験を行った。 試験例 3 :

ポリフエ二レンサルファイドのナチュラル（以下、 PPSと記す。）を用いて受ロを射出 成形にて製作し、シリンダ本体にインサート成形して試験サンプノレを製作し、得られ た試験サンプノレにて破壊トルク試験を行った。

比較例 1 :

PPS— G (ガラス添カ卩量 65質量％)を用いてシリンダ本体に一体的に設けられた受 口を射出成形し試験サンプルを製作し、得られた試験サンプノレにて破壊トルク試験 を行った。

比較例 2 :

テトラフルォロエチレン一エチレン共重合体（以下、 ETFEと記す。）を用いて受ロを 切削加工にて製作し、シリンダ本体にインサート成形して試験サンプノレを製作し、得 られた試験サンプルにて破壊トルク試験を行った。

[0026] [表 1]

[0027] 以下、表 1に基づいて各樹脂の物性を評価する。

(1)試験例 1の PEEKでは、引張り伸び率 60%、引張り強度 97MPaであり、破壊時 には雌ネジ部のネジ溝が破壊したが、母体であるシリンダ本体を破損することはなか つた。また破壊トルクは 6. ON 'mであり、 3. ON 'mの 2倍の強度を有しており、合格 基準を大きく上回ることから、受口の材質に非常に適している。

(2)試験例 2の PVDFでは、引張り伸び率 50%、引張り強度 55MPaであり、破壊時 には雌ネジ部のネジ溝が破壊したが、シリンダ本体が破損することはな力、つた。また、 破壊トルクは 3. ON'mであり、合格基準と同等であることから受口の材質に適してい る。

(3)試験例 3の PPSでは、引張り伸び率 50%、引張り強度 75MPaであり、破壊時に は雌ネジ部のネジ溝が破壊した力 シリンダ本体が破損することがなかった。また破 壊トルクは 5. ON'mであり、合格基準を大きく上回ることから、受口の材質に適して いる。

(4)比較例 1の PPS—Gでは、引張り伸び率 1. 3%,引張り強度 142MPaであり、引 張り伸び率が低ぐ破壊時にはシリンダ本体が破壊した。また破壊時のトノレクは 1. 5N

•mであり、規定のトノレクで締め付ける場合には問題ないが合格基準は満たさず、シリ ンダ本体が破損するので受口の材質には適していない。

(5)比較例 2の ETFEでは、引張り伸び率 250。/o、引張り強度 46MPaであり、引張 強度が若干低ぐ破壊時には受口が破壊した。また破壊トルクは 2. 5N'mであり、規 定のトノレクで締め付ける場合には問題なレ、が、合格基準を満たしていないので受口 の材質には適していない。

[0028] 以上のことから、特に試験例 3と比較例 1の両 PPSを比べてもわかるように、引張り 伸び率が 50%以上であり、且つ引張り強度が 50MPa以上の条件を満たす材質を用 レ、ることで、優れた破壊強度を有する受ロを得ることができる。またこれらの試験で用 レ、た樹脂は耐食性および耐薬品性に非常に優れた樹脂であり、腐食性雰囲気下で 腐食による破損の心配なく使用することができる。特に PEEKを用いた場合、非常に 高い破壊強度を有し、かつ耐食性、耐薬品性に優れた受ロを得ることができる。 産業上の利用可能性

[0029] (1)受ロカ 樹脂製シリンダ本体の内部に連通する雌ネジ部が露出された状態で樹 脂製シリンダ本体に固着されているので、作動流体用継手を高い締め付けトルクで 接続する際に受口が広がる方向へ応力が加わっても、受口の雌ネジ部が若干広が ることで応力が緩和されるため、樹脂製シリンダ本体まで破損が及ばなレ、。

(2)引張り伸び率が 50%以上であり、且つ引張り強度が 50MPa以上の樹脂製の受 口では、規定以上の締め付けトルクで螺着したとしても受口は破損することがなレ、。

(3)受ロが樹脂製である場合は、金属製である場合のように腐食性雰囲気下で腐食 されることがなく受口が破損することが無い。

すなわち、本発明の受口は、樹脂製シリンダ本体に連通する雌ネジ部が露出され た状態で樹脂製シリンダ本体に固着されているため、作動流体用継手を螺着する際 に樹脂製シリンダ本体が破損する恐れがない。また、受口に樹脂を使用することで、 腐食性雰囲気下におレ、ても受口が破損することが無レ、ため、エア駆動や油圧駆動 のストップ弁やダイヤフラム弁やピンチ弁などに用いられる。また、本発明の受ロは弁 に限らずポンプなどに用いても同様の効果が得られる。

Claims

請求の範囲

[1] 樹脂製シリンダ本体の内部に連通する雌ネジ部が、樹脂製シリンダ本体の外表面か ら突出した状態で固着されていることを特徴とする作動流体用継手の受ロ。

[2] 受口がインサート成形によって樹脂製シリンダ本体に固着されていることを特徴とす る請求項 1記載の作動流体用継手の受口。

[3] 引張り伸び率が 50% 400%であり、且つ引張り強度が 50MPa— 200MPaの樹脂 力 なることを特徴とする請求項 1または請求項 2記載の作動流体用継手の受ロ。

[4] 請求項 1乃至請求項 3のいずれかに記載の作動流体用継手の受ロを有することを特 徴とする弁。