(57)【要約】【課題】開閉弁にサックバルブ機能を備えたサックバックバルブを提供すること。【解決手段】サックバックバルブＳＶは、開閉弁１０の弁内流路に形成したサックバック室１７と、サックバック室１７内を軸方向に移動して弁体１１を押圧する開閉押圧部材４０とピストン本体３１との間を連結しているピストン軸部３３と、ピストン軸部３３を内部に収納してアクチュエータ３０を弁内流路から分離し、一端が開閉押圧部材４０に連結されるとともに他端がケーシング１２に支持されているベローズ４１とを備え、弁体１１の閉動作時に、ピストン軸部３３がピストン本体３１及び開閉押圧部材４０とともに弁体１１の全閉位置まで移動する閉弁動作段階と、ピストン軸部３３及び開閉押圧部材４０が全閉位置からさらに移動してサックバック室１７の空間容積を増すサックバック動作段階との二段階動作を行う。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体を開閉方向に付勢する弾性部材を備えた開閉弁が、ピストン本体及びピストン付勢部材を備えている開閉操作部に流体圧力を受けて弁体開閉操作を行うとともに、全閉操作時の液だれを防止するサックバック機能を備えているサックバックバルブであって、
前記開閉弁の弁内流路に形成したサックバック室と、
前記サックバック室内を軸方向に移動して前記弁体を押圧する開閉押圧部材と前記ピストン本体との間を連結しているピストン軸部と、
前記ピストン軸部を内部に収納して前記開閉操作部を前記弁内流路から分離し、一端が前記開閉押圧部材に連結されるとともに他端がケーシングに支持されているベローズとを備え、
前記弁体の閉動作時には、前記ピストン軸部が前記ピストン及び前記開閉押圧部材とともに前記弁体の全閉位置まで移動する閉弁動作段階と、前記ピストン軸部及び前記開閉押圧部材が前記全閉位置からさらに移動して前記サックバック室の空間容積を増すサックバック動作段階との二段階動作を行うサックバックバルブ。
【請求項２】
前記弁体の下流側に形成される前記弁内流路の出口流路が、前記サックバック室の底面に形成した凹部を通る請求項１に記載のサックバックバルブ。
【請求項３】
前記ピストン軸部の軸方向動作量を規制するサックバック量調整手段が設けられている請求項１または２に記載のサックバックバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開閉弁の全閉操作時に液だれが生じることを防止するサックバック機能を備えたサックバックバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえば薬液等の液体を取り扱う配管系統に設置される開閉弁においては、全閉操作時に生じる液だれ（流体のボタ落ち）を防止するため、別体のサックバック専用バルブを併設することが行われている。このようなサックバック専用バルブは、開閉弁の閉動作に同期して作動するものであり、サックバック室の空間容積を増す方向へダイヤフラムを動作させることにより、出口側の液体をサックバック室側に吸引して液だれを防止することができる。（たとえば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００２−３１６０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来のサックバック専用バルブは、開閉弁とサックバック専用バルブとが別体であるから、装置全体としての設置スペースが大きくなるという問題を有している。
また、開閉弁及びサックバック専用バルブは、各々が空気圧等を用いたアクチュエータにより動作させるものであるから、両アクチュエータを同期させて液だれを確実に防止することは困難であった。
【０００４】
さらに、ダイヤフラムを用いたサックバックバルブは、サックバック室に大きなデッドスペースが形成されることから、液体の置換性が悪いという問題を有している。しかも、ダイヤフラムを用いたサックバックバルブは、ダイヤフラムの動作によるサックバック室の容積変化率が小さいため、大容量のサックバック量を実現するためには巨大なサックバック室が必要となるため現実的ではない。
【０００５】
このような背景から、設置スペースの低減や同期の問題を解決するため、開閉弁にサックバック機能を備えたサックバックバルブ、すなわち、開閉弁とサックバック専用バルブとを一体化したサックバックバルブが求められている。また、このようなサックバックバルブにおいては、サックバック室のデッドスペースをなくして流体の置換性を増すとともに、サックバック可能な流体の容量を増すことができるサックバック構造が望ましい。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、開閉弁にサックバルブ機能を備えたサックバックバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るサックバックバルブは、弁体を開閉方向に付勢する弾性部材を備えた開閉弁が、ピストン本体及びピストン付勢部材を備えている開閉操作部に流体圧力を受けて弁体開閉操作を行うとともに、全閉操作時の液だれを防止するサックバック機能を備えているサックバックバルブであって、前記開閉弁の弁内流路に形成したサックバック室と、前記サックバック室内を軸方向に移動して前記弁体を押圧する開閉押圧部材と前記ピストン本体との間を連結しているピストン軸部と、前記ピストン軸部を内部に収納して前記開閉操作部を前記弁内流路から分離し、一端が前記開閉押圧部材に連結されるとともに他端がケーシングに支持されているベローズとを備え、前記弁体の閉動作時には、前記ピストン軸部が前記ピストン及び前記開閉押圧部材とともに前記弁体の全閉位置まで移動する閉弁動作段階と、前記ピストン軸部及び前記開閉押圧部材が前記全閉位置からさらに移動して前記サックバック室の空間容積を増すサックバック動作段階との二段階動作を行うものである。
【０００７】
このような本発明のサックバックバルブによれば、開閉弁の弁内流路に形成したサックバック室と、サックバック室内を軸方向に移動して弁体を押圧する開閉押圧部材とピストン本体との間を連結しているピストン軸部と、ピストン軸部を内部に収納して開閉操作部を弁内流路から分離し、一端が開閉押圧部材に連結されるとともに他端がケーシングに支持されているベローズとを備え、弁体の閉動作時には、ピストン軸部がピストン及び開閉押圧部材とともに弁体の全閉位置まで移動する閉弁動作段階と、ピストン軸部及び開閉押圧部材が全閉位置からさらに移動してサックバック室の空間容積を増すサックバック動作段階との二段階動作を行うようにしたので、ひとつのアクチュエータで弁の開閉及び液だれ防止のサックバックを行うことができる。
そして、サックバック室の空間容積を増すサックバック動作段階では、開閉操作部を液体から分離しているベローズが有する軸方向の大きな伸縮機能により、ピストン軸部及び開閉押圧部材が軸方向に移動するストローク量（移動量）を容易に確保して空間容積の増加量を増すことができ、サックバック室の容量のほとんどをサックバック量とすることができる。また、このようなベローズの採用は、サックバック室をベローズが埋めるため、デッドボリュームをなくすことができる。
【０００８】
上記の発明において、前記弁体の下流側に形成される前記弁内流路の出口流路は、前記サックバック室の底面に形成した凹部を通ることが好ましく、これにより、弁内流路を流れる流体はサックバック室を通ることなく流出する。従って、サックバック室には、弁体の閉動作時に液体が残留するようなデッドスペースは存在しないこととなる。
【０００９】
上記の発明において、前記ピストン軸部の軸方向動作量を規制するサックバック量調整手段を設けることが好ましく、これにより、諸条件に応じて適宜サックバック量を調整して最適化することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上述した本発明によれば、弁の開閉操作及びサックバック機能をひとつのアクチュエータ（開閉操作部）により実施できるようになり、開閉弁にサックバック機能を備えたサックバックバルブを提供することができる。この結果、開閉弁とサックバック専用バルブとを一体化したサックバックバルブとなるので、設置スペースの低減が可能となり、アクチュエータの同期問題も解消される。
また、ベローズを採用したことにより、サックバック時に大きなストローク量を確保でき、サックバック室の容量のほとんどをサックバック量とすることができるので、フットプリントの増加を抑えつつサックバック可能な液体の容量を増加させることができる。しかも、ベローズがサックバック室を埋めてデッドボリュームをなくすことから、サックバック室における流体の置換性が向上するという効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るサックバックバルブの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１から図６に示すサックバックバルブＳＶは、薬液等の液体を流す流路に設置され、全閉時の液だれを防止するサックバック機能を備えている開閉弁１０と、開閉操作用のアクチュエータ３０とが一体に構成されている。すなわち、サックバックバルブＳＶは、弁体１１を開閉方向に付勢する弁用のコイルばね（弾性部材）２０を備えた開閉弁１０が、ピストン本体３１及びピストン用のコイルばね（ピストン付勢部材）３２を備えているアクチュエータ（開閉操作部）３０に空気圧（流体圧力）を受けて弁体１１の開閉操作を行うとともに、全閉操作時の液だれを防止するサックバック機能を備えている。
なお、図１〜図６はサックバックバルブＳＶの各状態を示しており、図１は初期状態、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は弁体１１が開となる直前の状態、図４は弁体１１を開とした通液状態、図５は弁体１１が閉じたサックバック直前の状態、図６はサックバック状態を示している。
【００１２】
開閉弁１０の基本構成は、バルブ本体（ケーシング）１２に流体入口１３及び流体出口１４を備え、バルブ本体１２の内部空間１５には流体流路１６を開閉する弁体１１が配設されている。流体流路１６の上方には、流体流路１６を介して内部空間１５と連通するサックバック室１７が形成されている。このサックバック室１７は、開閉弁１０内において液体を流す流路（以下、「弁内流路」と呼ぶ）の一部となるが、サックバック室１７の底面に凹部１８を形成し、この凹部１８を流体出口１４に連通する出口流路の一部として利用することが望ましい。
なお、上述した凹部１８については、たとえば図７に変形例として示すサックバックバルブＳＶ′のように、サックバック室１７を弁内流路の一部として利用し、すなわち、サックバック室１７を流体出口１４に連通する出口流路の一部として利用することで凹部１８のない構成としてもよい。
【００１３】
上述した弁体１１は、後述するアクチュエータ３０の動作によりサックバック室１７内を軸方向（上下方向）へ移動する開閉押圧部材４０から押圧を受けることにより、内部空間１５内を上下方向へ移動して開閉弁１０内に形成された流体流路１６を開閉する。内部空間１５の上端部には、換言すれば、流体流路１６の入口部には、シート部１９が設けられている。そして、この開閉弁１０においては、弁体１１が上方へ動作してシート部１９に密着すると流体流路１６を閉じ、弁体１１が下方へ移動してシート部１９から離間すると流体流路１６を開く。
【００１４】
開閉弁１０内に形成された弁内流路は、開閉弁１０内の流れ方向から順に、流体入口１３、入口流路１３ａ、内部空間１５、流体流路１６、サックバック室１７の底面に形成された凹部１８、出口流路１４ａ及び流体出口１４に配列されている。
また、図示の開閉弁１０において、図中の符号２１は弁体１１と一体のダイヤフラム、２２は弁体１１の下端部に連結されてコイルばね２０から上向きの付勢を受ける基部、２３は排気流路である。なお、弁体１１の下部を絞って小径にしているので、ダイヤフラム２１を小径化することができる。
【００１５】
上述したサックバック室１７には、後述するアクチュエータ３０の動作に連動する開閉押圧部材４０が配設されている。この開閉押圧部材４０は、サックバック室１７の内部を軸方向に移動するピストン軸部３３に連結されて一体に動作し、弁体１１の開閉動作及びサックバック機能に関与する。サックバック室１７内を軸方向に移動して弁体１１を押圧する開閉押圧部材４０とピストン本体３１との間を連結しているピストン軸部３３は、下端部が開閉押圧部材４０に連結されるとともに、上端部がバルブ本体１２等のケーシングに支持されているベローズ４１の内部に収納されている。すなわち、ベローズ４１は、ピストン軸部３３を内部に収納することにより、開閉操作部のアクチュエータ３０を開閉弁１１の弁内流路を流れる流体から分離している。
【００１６】
アクチュエータ３０は、アクチュエータ本体（ケーシング）３４に形成された内部空間のシリンダ部３５内に配置されたピストン本体３１を備えている。図示の構成例では、ピストン本体３１により分割されたシリンダ部３５の上部に連通するよう設けた空気圧供給口３６から空気圧を供給し、ピストン本体３１を押し下げて開閉弁１０の開操作を行うように構成されている。
【００１７】
上述したピストン３１は、コイルばね３２から上向き（弁体１１が閉の方向）の付勢を常時受けており、従って、図示の開閉弁１０は空気圧の供給がない状態で常時閉のノーマルクローズ型となる。すなわち、弁体１１は、コイルばね２０から上向きの付勢を受けて常時閉の状態にあるが、空気圧供給口３６から空気圧を供給してピストン本体３１を下向きに押圧すると、コイルばね３２の付勢に打ち勝ってピストン軸部３３を介して連結された開閉押圧部材４０が降下し、さらに、この開閉押圧部材４０がコイルばね２０の付勢に打ち勝って弁体１１を押し下げる。このとき、たとえば図４に示すように、ベローズ４１は縮んだ状態から引き伸ばされ、弁体１１はシート部１９から離間して開状態となる。
なお、空気圧供給口３６の空気圧供給を停止すると、ピストン３１による下向きの押圧力がなくなるので、たとえば図６に示すように、開閉押圧部材４０はコイルばね３２の付勢を受けて弁体１１から離間し、さらに、弁体１１はコイルばね２０の付勢を受けてシート部１９に密着する閉状態となる。
【００１８】
また、上述したアクチュエータ３０は、後述するサックバック機能について、ピストン本体３１と一体に動作するピストン軸部３３の軸方向動作量を規制するサックバック量調整手段を備えている。このサックバック整量調整手段は、たとえばハンドル３７の操作により軸方向へ移動する螺合軸３８であり、先端部３８ａがシリンダ部３５内へ突出する量（軸方向長さ）の調整を可能とするものである。すなわち、先端部３８ａがシリンダ部３５内へ突出する量を増せば、ピストン本体３１が上昇可能となる範囲（ピストンストローク）が減少するので、開閉押圧部材４０の動作量（移動量）によって定まるサックバック量（サックバック室１７の容積変化量）も減少する。
【００１９】
続いて、ピストン本体３１及びピストン軸部３３と弁体１１との間に位置し、アクチュエータ３０の動作により開閉弁１０の弁体１１を開閉させる部材である開閉押圧部材４０について説明する。
この開閉押圧部材４０は、ピストン本体３１の下面側に設けられたピストン軸部３３の下端部に結合され、下端面には弁体１１の上部に設けられた弁体凸部１１ａと係合する凹部４０ａを備えている。この開閉押圧部材４０は、サックバック室１７の内径と略同じ外径を有しており、さらに、サックバック室１７は、開閉押圧部材４０及びベローズ４１により、アクチュエータ３０と完全に分離されているので、弁体１１が流体流路１６を閉じた状態では、開閉押圧部材４０の上昇移動によりサックバック室１７の容積を増すと、流体出口１４からサックバック室１７内へ向けた吸引力が発生する。なお、アクチュエータ３０は、ピストン本体３３の下部でベローズ４１の伸縮等に応じて生じる容積変化に対応するため、大気と連通する吸排気口３９を設けてスムーズな動作を可能にしている。
【００２０】
このように、本発明のサックバックバルブＳＶは、開閉弁１０の弁内流路に形成したサックバック室１７と、サックバック室１７内を軸方向に移動して弁体１１を押圧する開閉押圧部材４０とピストン本体３１との間を連結しているピストン軸部３３と、ピストン軸部３３を内部に収納して開閉操作部のアクチュエータ３０を弁内流路から分離し、一端が開閉押圧部材４０に連結されるとともに他端がケーシング１２に支持されているベローズ４１とを備えている。そして、このサックバックバルブＳＶは、弁体１１の閉動作時において、ピストン軸部３３がピストン本体３１及び開閉押圧部材４０とともに弁体１１の全閉位置まで移動する閉弁動作段階と、ピストン軸部３３及び開閉押圧部材４０が弁体１１の全閉位置からさらに移動してサックバック室１７の空間容積を増すサックバック動作段階との二段階動作を行うように構成されている。
【００２１】
このように構成されたサックバックバルブＳＶは、弁体１１の閉動作時において、ピストン軸部３３がピストン本体３１及び開閉押圧部材４０とともに弁体１１の全閉位置まで移動する閉弁動作段階と、ピストン軸部３３及び開閉押圧部材４０が全閉位置からさらに移動してサックバック室１７の空間容積を増すサックバック動作段階との二段階動作を行うようにしたので、ひとつのアクチュエータ３０で開閉弁１０の開閉及び液だれ防止のサックバックを行うことができる。
そして、サックバック室１７の空間容積を増すサックバック動作段階では、開閉弁１０で取り扱う液体からアクチュエータ３０を分離しているベローズ４１が軸方向の大きな伸縮機能を有しているので、ピストン軸部３３及び開閉押圧部材４０が軸方向に移動するストローク量（移動量）を容易に確保して空間容積の増加量を増すことができる。
【００２２】
すなわち、図１に示す初期状態では、ピストン本体３１は空気圧を受けておらず、ピストン軸部３３及び開閉押圧部材４０はコイルばね３２の付勢により押し上げられ、ベローズ４１は縮んだ状態にある。また、弁体１１は、開閉押圧部材４０が離間して押圧しない状態にあるので、コイルばね２０の付勢により押し上げられてシート部１９に密着した全閉状態にある。
図３は、弁体１１が開となる直前の状態、すなわち弁体１１が全閉位置にあり、ピストン本体３１が空気圧を受けて降下し、ピストン軸部３３及び開閉押圧部材４０を押し下げてベローズ４１は伸びた状態にある。このとき、開閉押圧部材４０は、弁体１１に接する直前か、あるいは、接しても弁体１１を押圧しない位置にある。従って、弁体１１は、開閉押圧部材４０から押圧を受けていない状態にあるので、コイルばね２０の付勢により押し上げられてシート部１９に密着した全閉状態にある。
【００２３】
図３に示す弁開直前の状態からさらに空気圧の供給を継続すると、図４に示すように、弁体１１を開とした通液状態となる。この状態では、開閉押圧部材４０が弁体１１に接して下向きに押圧しているので、弁体１１は、コイルばね２０の付勢に打ち勝って押し下げられ、シート部１９から離間した全開状態にある。このような弁体１１の全開状態では、流体入口１３から流入する液体が、内部空間１５及び流体流路１６を通って流体出口１４から流出する。このとき、サックバック室１７は、伸びた状態のベローズ４１によりデッドボリュームが生じないように略全容積を埋めているので、サックバック室１７内の液体置換性を向上させることができる。
図５は、弁体１１が閉となり、かつ、サックバックを開始する直前の状態（開弁動作段階が完了した状態）であり、実質的には図３と略同じ状況にある。すなわち、ピストン本体３１を押圧する空気圧の供給が停止されたことにより、開閉押圧部材４０の押圧がなくなった弁体１１はコイルばね２０の付勢により全閉位置に戻り、ピストン本体３１は上昇を開始する直前の状態にある。
【００２４】
図６は、弁体１１の全閉後にサックバックを開始した状態（サックバック動作段階）を示しており、図中に想像線で示すように、開閉押圧部材４０がコイルばね３２の付勢を受けて瞬時に上昇する。この結果、サックバック室１７は、容積が急激に増加することにより負圧を生じ、流体出口１４及び出口流路１４ａに残存していた流体を吸引して液だれを防止する。このとき、ベローズ４１が縮むことにより、開閉押圧部材４０には大きなストロークを与えることができ、従って、サックバック室１７の略全容積をサックバックに使用できるとともに、サックバック時におけるサックバック室１７の容量変化を大きくすることができる。
このようなサックバック室１７の容量変化増大は、サックバック可能な液体量を増し、液だれを確実に防止することができる。しかも、ベローズ４１を採用したため、フットプリントの増加を抑えつつサックバック量の大容量化を実現している。
【００２５】
また、弁体１１の下流側に形成される弁内流路の出口流路は、流体がサックバック室１７の底面に形成した凹部１８を通るようにしたので、図４に示す通液状態においては、弁内流路を流れる流体がサックバック室１７を通ることなく流体出口１４へ流出する。従って、サックバック室１７には、図５に示す弁体１１の閉動作時に液体が残留するようなデッドスペース（出口流路１４ａより低い凹部）は存在しないこととなる。すなわち、サックバック室１７内の液体は、最も低い凹部１８を通って流れるので、閉弁後にデッドスペースに残留した液体が固化して不具合の原因となるようなことはない。
また、ハンドル３７により回動操作可能な螺合軸３８によりピストン軸部３３の軸方向動作量を規制するサックバック量調整手段を備えているので、サックバックバルブＳＶを設置する流体流路の諸条件に応じて、サックバック量を適宜調整して最適化することができる。
【００２６】
このように、上述した本発明によれば、開閉弁１０の開閉操作及びサックバック機能をひとつのアクチュエータ３０により実施できるようになり、開閉弁１０にサックバック機能を備えた一体構造のサックバックバルブＳＶを提供することができる。この結果、サックバックバルブＳＶの設置スペースを低減することができ、アクチュエータ３０の同期問題も解消することができる。
【００２７】
また、ベローズ４１を採用したことにより、サックバック時に大きなストローク量を確保でき、サックバック可能な液体の容量を増加させることができる。この結果、フットプリントの増加を抑えつつ、サックバック可能な液体の容量を増加させたサックバックバルブＳＶとなる。しかも、ベローズ４１がサックバック室１７を埋めてデッドボリュームをなくすため、サックバック室１７における流体の置換性も向上する。
なお、本発明は上述した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適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るサックバックバルブの一実施形態を示す断面図であり、開閉弁が全閉の初期状態を示している。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示したサックバックバルブについて、開閉弁の弁体が開となる直前の状態を示す断面図である。
【図４】図１に示したサックバックバルブについて、開閉弁の弁体を開とした通液状態を示す断面図である。
【図５】図１に示したサックバックバルブについて、開閉弁の弁体が閉じたサックバック直前の状態を示す断面図である。
【図６】図１に示したサックバックバルブについて、サックバック状態を示す断面図である。
【図７】本発明に係るサックバックバルブの変形例を示す断面図であり、開閉弁の弁体が開となる直前の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０    開閉弁
１１    弁体
１２    バルブ本体
１３    流体入口
１３ａ    入口流路
１４    流体出口
１４ａ    出口流路
１５    内部空間
１６    流体流路
１７    サックバック室
１８    凹部
１９    シート部
２０    コイルばね
３０    アクチュエータ
３１    ピストン本体
３２    コイルばね
３３    ピストン軸部
３７    ハンドル
３８    螺合部
４０    開閉押圧部材
４１    ベローズ
ＳＶ，ＳＶ′    サックバックバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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