(57)【要約】【課題】ライニングと弁体との剥離を長期にわたって抑制できる弁体のライニング構造を提供する。【解決手段】弁部１１と、当該弁部１１から突出した弁棒１２と、弁部表面及び弁棒表面の所定領域を覆ったフッ素樹脂からなるライニング１３とを備えた弁体のライニング構造であって、弁部１１の着座面と、弁部１１の弁棒形成側の面とを貫通する貫通孔１１ａを備え、弁部１１の着座面側に設けられたフッ素樹脂層と反対側の面に設けられたフッ素樹脂層とが貫通孔１１ａを介して連結していることで、ライニング１３が弁部１１から剥離するのを防止する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁部と、当該弁部から突出した弁棒と、前記弁部表面及び弁棒表面の所定領域を覆ったフッ素樹脂からなるライニングとを備えた弁体のライニング構造であって、
前記弁部が、前記弁部の着座面と、当該着座面と反対側の面とを貫通する貫通孔を備え、前記弁部の着座面側に設けられたフッ素樹脂層と反対側の面に設けられたフッ素樹脂層とが貫通孔を介して連結していることを特徴とする弁体のライニング構造。
【請求項２】
弁部と、当該弁部から突出した弁棒と、前記弁部表面及び弁棒表面の所定領域を覆ったフッ素樹脂からなるライニングとを備えた弁体のライニング構造であって、
前記弁部の着座部に対して、弁軸側または弁部周縁部側の少なくとも一方において前記着座部に沿って弁部の全周にわたり凸状部または凹溝が形成され、当該凸状部が前記ライニングで覆われていることを特徴とする弁体のライニング構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の少なくとも何れか一方の請求項に記載の弁体のライニング構造を備えたことを特徴とするバルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、フッ素樹脂のライニングを備えたバルブについての弁体のライニング構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から流体の流量を制御する場合や流路の開閉を行う場合に、例えばダイアフラム操作弁や電動弁等のバルブが一般的に用いられている。
【０００３】
かかるバルブの一般的な構造を図４に示す。このバルブ７は、流体の流路を内部に形成するハウジング７０と、ハウジング７０内に収容され流路の開度を調整する弁体８０と、ハウジング７０に設けられ、弁体の弁部８１が着座する座面７１と、ハウジング７０と弁体の弁棒８２との間に介装されたガイドブッシュ９１と、弁棒８２の端部に連結されたシャフト９２と、シャフト９２をハウジング７０内で支承するベアリング９３等を備えている。又、かかるシャフト９２の端部は、例えばダイアフラム操作弁の場合、布等で補強されたゴム膜からなるダイアフラム（図示せず）に連結されている。そして、ダイアフラムは、操作空気圧力を受けてその空気圧力を変化させることによって弁体８０の位置を制御するようになっている。
【０００４】
一方、近年、上述のようなバルブを食品製造プラントや薬品製造プラントに使用する機会が多くなっている。このような用途に使用されるバルブは、一般にサニタリバルブと呼ばれ、バルブの弁体の所定領域に耐腐食性や耐摩耗性に優れたフッ素樹脂からなるライニングを設けていることが多い。このようなフッ素樹脂をバルブの構成要素としたものとして、例えば特開平１０−２９２８７８号公報（流量調節弁及びその弁棒）、特開平１０−３１８３８３号公報（バルブとその製造方法）に記載されたバルブが挙げられる。
【０００５】
以下、図５に示す従来型のサニタリバルブの構造について説明する。このサニタリバルブの弁体８０は、弁部８１と、弁部８１の平坦な端面側（着座部８１ａと反対面側）から突出し、先端にシャフト９２との螺合用ネジ部８２ａが形成された弁棒８２と、弁部８１全体及び弁棒８２の一定領域を覆うフッ素樹脂からなるライニング８３とから構成されている。そして、このライニング８３は、図６に示すように、分割された金型１００（１０１〜１０３）に弁部８１及び弁棒８２自体を中子として収容し、金型１００の一端注入口１０３ａからフッ素樹脂を注入する、いわゆる射出成型またはトランスファー成型によって弁部８１及び弁棒８２周りに形成されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかるサニタリ仕様のバルブにおいては、弁部８１の着座部８１ａに囲まれた部分（以下、「弁部受圧面８１ｂ」とする）のライニング（以下、「ライニング受圧面８３ｂ」とする）は、ライニング受圧面８３ｂが弁部受圧面８１ｂに密着しているだけで、互いになんら積極的に係合していない。
【０００７】
従って、例えばフッ素系樹脂であるパーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ；Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−ａｌｋｏｘｙｆｌｕｏｒｏ　ｐｌａｓｔｉｃｓ）をライニング樹脂として使用した場合、以下の問題を生じる。
【０００８】
ＰＦＡ樹脂は、耐薬品性・耐熱性・断熱性に優れた性質を有する反面、接着性が悪く、熱膨張率が大きいという性質を有する。また、ＰＦＡ樹脂は弾性変形領域内において応力がかかった状態で保持されているとき、ガラス転移温度（２８５℃）以下であってもいわゆるコールドフローとして知られるクリープ（塑性変形）を起こすことが知られている。
【０００９】
このため、弁部８１の平坦な表面に単にライニング８３を施しただけの場合、応力の作用する方向のフッ素樹脂部が長くなり過ぎ、フッ素樹脂が容易に収縮する（やせ細る）。その結果、このコールドフローによって弁部受圧面８１ｂの大きさとこれと対応するライニング受圧面８３ｂの大きさが不一致となり、これによって両者間にせん断応力が発生し、やがては弁部受圧面８１ｂからライニング８３が剥離してしまう。あるいは、バルブ内部を流れる流体の温度の影響を受けて金属製の弁部８１とＰＦＡ製のライニング８３との熱膨張による寸法差が発生すると、ＰＦＡ樹脂の接着性の悪さによりライニング８３が弁部受圧面８１ｂから剥離してしまう。
【００１０】
一旦ライニング８３が剥離してしまうと、これを修正することは容易ではない。また、弁部受圧面８１ｂとライニング受圧面８３ｂとの間の剥離によって両者の間に空隙が生じる。バルブの外部に設けられたアクチュエータによって弁体８０が動かされたとき、あるいは外部からの影響によってライニング受圧面８３ｂに接している流体が減圧したとき、ライニング８３が弁部受圧面８１ｂから引き離され、この空隙内部が負圧になることでバルブの制御対象物であるプラントの流体がライニング端部（ライニング８３において弁棒８２を覆っている部分の端部）から弁棒８２とライニング８３との間、弁部８１とライニング８３との間を伝わって空隙内部に吸い込まれる恐れがある。
【００１１】
以上のようにして、弁部８１とライニング８３間の空隙部にプロセス流体が充填されてしまうと、弁部自体の大きさが大きくなり、弁部８１とハウジングの弁座７１との間の間隔を正確に管理することができなくなる。その結果、プロセス流体の正確な流量管理が不可能となる。
【００１２】
また、弁部８１とライニング８３間の空隙部に食品プラントにおける食品や薬液プラントにおける薬液が入り込んだまま状態で放置されるとこれが腐敗して衛生上好ましくない。従って、このような不都合が生じるとかかる原材料を処理する必要があり、この間は生産設備の生産を中止しなければならない。
【００１３】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解消し、特別なライニング構造によって当該ライニングと弁体との剥離を長期にわたって抑制できる弁体のライニング構造を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明にかかる弁体のライニング構造は、弁部と、当該弁部から突出した弁棒と、弁部表面及び弁棒表面の所定領域を覆ったフッ素樹脂からなるライニングとを備えた弁体のライニング構造であって、弁部が、その着座面と当該着座面と反対側の面とを貫通する貫通孔を備え、弁部の着座面側に設けられたフッ素樹脂層と反対側の面に設けられたフッ素樹脂層とが貫通孔を介して連結していることを特徴としている。
【００１５】
弁部の着座面と弁部の弁棒形成側の面（当該着座面と反対側の面）とを貫通する貫通孔にライニング材が入り込んでライニングが形成される。言い換えると、弁部の着座面側に設けられたフッ素樹脂層と反対側の面に設けられたフッ素樹脂層とが貫通孔を介して連結している。そのため、弁部の着座部及びその近傍におけるライニングのコールドフローによる剥離が起こり難い。その結果、従来例のバルブのように弁部とライニングとの間に空間が生じ難く、この部分にプロセス流体が入り込んで弁部の外形が変化して正確な流量制御ができなくなるのを阻止する。
【００１６】
また、本発明の請求項２に記載の弁体のライニング構造は、弁部と、弁部から突出した弁棒と、弁部表面及び弁棒表面の所定領域を覆ったフッ素樹脂からなるライニングとを備えた弁体のライニング構造であって、弁部の着座部に対して弁軸側または弁部周縁側の少なくとも一方において弁部着座部に沿って弁部の全周にわたり凸状部または凹溝が形成され、当該凸状部または凹溝がライニングで覆われていることを特徴としている。
【００１７】
かかる凸状部または凹溝が弁部の着座部に対して上述のように形成されていることで、この凸状部または凹溝を覆うライニングが弁体にしっかりと結合し、弁部の着座部及びその近傍におけるライニングのコールドフローによる剥離が起こり難い。その結果、従来例のバルブのように弁部とライニングとの間に空間が生じ難く、この部分にプロセス流体が入り込んで弁部の外形が変化して正確な流量制御ができなくなるのを阻止する。
【００１８】
また、本発明の請求項３に記載のバルブは、請求項１又は請求項２の少なくとも何れか一方の請求項に記載の弁体のライニング構造を備えたことを特徴としている。
【００１９】
かかるライニング構造を備えた弁体をバルブに用いることで、当該ライニングと弁体との剥離を長期にわたって抑制でき、流量制御特性に優れたバルブや正確な開閉動作を行うバルブとすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかる弁体のライニング構造について説明する。
【００２１】
本発明の一実施形態にかかる弁体のライニング構造は、図１に示すように、弁体の弁部を従来とは異なる形状としたものである。
【００２２】
具体的には、弁体１０は、ステンレス鋼からなる弁部１１と、弁部１１の弁棒形成側の面（弁部の着座部と反対側の面）から突出し、先端にシャフト９２との螺合用ネジ部１２ａが形成されたステンレス鋼の弁棒１２と、弁部１１全体及び弁棒１２の一定領域を覆うフッ素樹脂からなるライニング１３とから構成されている。
【００２３】
弁部１１は、着座側が若干円錐状に突出した円板形状を有し、着座面とこれと反対側の面とを貫通する複数（図１（ａ）中１６個）の貫通孔１１ａを備えている。そして、貫通孔１１ａにはライニング材が入り込んでライニングの一部を構成している。言い換えると、弁部の着座面側に設けられたフッ素樹脂層と反対側の面に設けられたフッ素樹脂層とが貫通孔を介して連結している。
【００２４】
貫通孔１１ａの一側開口部（弁座との着座側の開口部）は弁部着座部の内側近傍において周方向に等間隔で形成されている。また、貫通孔１１ａは弁軸と平行に穿設されている。
【００２５】
ライニング１３は、例えばフッ素樹脂の一つであるＰＦＡ（パーフルオロアルコキシフッ素樹脂）からなり、従来例で示した図６の金型１００と同等の金型を利用して形成される。具体的には、弁体の弁部１１及び弁棒１２を図６に示す金型１００内に配置し、金型１００の注入口１０３ａからフッ素樹脂を注入する。この際、弁部１１に形成された貫通孔１１ａは、図６の金型内での弁体の配置状況から明らかなように、注入口１０３ａからフッ素樹脂が注入される方向が貫通孔１１ａの穿設方向と一致しているので、ライニング成型時にこの貫通孔１１ａにフッ素樹脂が無理なく入り込むことができる。
【００２６】
従って、いわゆる射出成型やトランスファー成型によってかかる構造のライニング１３を備えた弁体１０を容易に製造することができる。
【００２７】
なお、ライニング１３に使用するフッ素樹脂は、ＰＦＡに限定されず、ＦＥＰ（四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン樹脂）、ＥＴＦＥ（エチレン−四ふっ化エチレン樹脂）、ＰＣＴＦＥ（三ふっ化塩化エチレン）、ＰＶＤＦ（ふっ化ビニリデン樹脂）、ＰＶＦ（ふっ化ビニル樹脂）などを使用しても良いことは言うまでもない。
【００２８】
続いて、かかる弁部１１のライニング構造についての作用を説明する。
【００２９】
以上のような構成を有する弁体１０は、弁部表面の着座側ライニングと弁棒側ライニングとが弁部外周部のライニングのみならず貫通孔１１ａ内のライニングを介して結合しているので、コールドフローによるライニング１３の局所的収縮が起こり難く、その結果、弁体着座部近傍のライニングが剥離し難くなる。
【００３０】
また、被制御対象物である食品原材料等のプロセス流体から受ける熱により、ステンレスからなる弁体とフッ素樹脂からなるライニング１３との接触部に熱膨張係数の違いに基づくせん断力が生じても、着座部近傍のライニング１３は剥離し難い。
【００３１】
従って、弁部着座部付近のライニング外形が経時的に変化するのを阻止し、常に安定した流量制御や流路開閉が可能となる。さらには、弁部１１とライニング１３との間にプロセス流体が入り込むことがない。そのため、本発明にかかる弁体のライニング構造をサニタリバルブに適用した場合、衛生的観点からの問題が生じ難い。
【００３２】
一方、上述の弁体のライニング構造についての第１の変形例として、図２に示すように、弁部２１の着座面側であって着座部２１ｂから若干内側（弁軸方向側）において全周にわたって凸状部２１ａを形成する構成も考えられる。ここでいう凸状部とは、図２（ａ）からも明らかなように、或る面上に形成された断面矩形状の細長い連続するリブ状の突起部をいう。
【００３３】
なお、図２（ａ）は弁部２１、弁棒２２、及びライニング２３からなる弁体２０の長手方向断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の弁部のみを弁部着座部側から見た図である。
【００３４】
ここに記載された凸状部２１ａはライニング２３から外部に露出しない程度の高さを有しており、上述の実施形態における貫通孔１１ａと同様に、ライニング２３が弁部２１の着座部２１ｂやこの着座部２１ｂの周囲から剥離しないようにするためのものである。なお、本変形例では凸状部２１ａの先端部が弁部軸線方向に向かって（図中斜め内側に）形成されており、特にライニング１３のコールドフローが弁部中心部から弁部周縁部に向かって生じる場合に効果が大きい。
【００３５】
また、上述の弁体のライニング構造についての第２の変形例として、図３（ａ）に示すような凸状部３１ａが弁部３１の着座面３１ｂ側であって着座部から若干内側（弁軸方向側）において全周にわたって形成されていても良い。この凸状部３１ａは、第１の変形例として図２に示す凸状部２１ａと同様の弁部の部位に形成されているが、図２に示す凸状部２１ａと異なり、凸状部３１ａの先端部が弁部周縁方向に（図中斜め外側に）形成されている。
【００３６】
これによって、ライニング３３のコールドフローが弁部３１の周縁部から弁部着座部側に生じる場合にライニング３３が弁部３１から剥離するのを効果的に阻止する。
【００３７】
さらにまた、図３（ｂ）に示すように、弁部着座部４１ｃの若干内側において弁部４１の全周にわたって凸状部４１ａが形成されるとともに、弁部着座部４１ｃの若干外側、即ち弁部４１の周縁部に全周にわたって凸状部４１ｂが形成される構成をとっても良い。これによって、ライニング４３のコールドフローが弁部着座部の近傍において弁部中心側又は弁部周縁側の何れの方向に生じてもライニング４３が弁部４１から剥離しないようにライニング４３を弁部４１にしっかりと結合させる。
【００３８】
なお、上記において、凸状部３１ａ、４１ａ、４１ｂがそれぞれ１条ずつ設けられているが、これに限らず、複数条を並列的に設けても良い。こうすると、凸状部同士の間には凹溝が形成される。また、凸状部３１ａ、４１ａ、４１ｂの代わりに凹溝を設けるようにしても良い。また、複数の凹溝を並列的に設けたときには、凹溝同士の間には凸状部が形成される。
【００３９】
以上の実施形態にかかる弁体のライニング構造を備えたバルブ、または上記実施形態の第１の変形例、または第２の変形例のライニング構造を備えたバルブは、従来例のバルブのように弁体とライニングとの間に空間が生じ難く、この部分にプロセス流体が入り込んで弁部の外形が変化して正確な流量制御ができなくなるのを阻止する。なお、かかるバルブは、図４で説明した従来例のバルブと弁体以外は同一の構成要素を有するので、当該本発明にかかるバルブを容易に具体化することができる。すなわち、バルブのハウジング、弁棒、シャフト、及びベアリング、並びに例えばダイアフラム操作弁の場合、ダイアフラムについては従来からあるものを流用して、弁体のみを本発明にかかるシール構造を備えた弁体とすることで上述した効果を奏するバルブを容易に得ることができる。
【００４０】
なお、以上の説明は単座弁に関して行ったが、これとは異なり本発明に関する弁体のライニング構造を大口径又は差圧の大きい場合に使用するいわゆる複座弁に適用することも可能である。
【００４１】
また、本発明に関する弁体のライニング構造を適用するバルブは、ダイアフラム操作弁や電動弁に限定されず、電磁弁、油圧モータ操作弁、空気圧モータ操作弁等の様々なバルブに適用可能である。
【００４２】
また、弁部や弁棒の材質はステンレス鋼に限定されるものではない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる弁体のライニング構造は、弁部の着座面と弁部の弁棒形成側の面とを貫通する貫通孔にライニング材が入り込んでライニングが形成されている。言い換えると、弁部の着座面側に設けられたフッ素樹脂層と反対側の面に設けられたフッ素樹脂層とが貫通孔を介して連結している。そのため、弁部の着座部及びその近傍におけるライニングのコールドフローによる剥離が起こり難い。その結果、従来例のバルブのように弁体とライニングとの間に空間が生じ難く、この部分にプロセス流体が入り込んで弁部の外形が変化して正確な流量制御ができなくなるのを阻止することができる。
【００４４】
また、本発明の請求項２に記載の弁体のライニング構造は、凸状部または凹溝が弁部の着座部に対して弁軸側または弁部の弁棒形成側において着座部に沿って弁部の全周にわたり形成されていることで、この凸状部または凹溝を覆うライニングと弁部とがしっかりと結合し、弁部の着座部で囲まれた部分とこの部分を覆うライニングのコールドフロー等による剥離が起こり難い。
【００４５】
その結果、従来例のバルブのように弁部とライニングとの間に空間が生じることはなく、この部分にプロセス流体が入り込んで弁部の外形が変化して正確な流量制御ができなくなるのを阻止することができる。
【００４６】
また、本発明の請求項３に記載のバルブは、請求項１又は請求項２の少なくとも何れか一方の請求項に記載の弁体のライニング構造を備えているので、当該ライニングと弁体との剥離を長期にわたって抑制でき、流量制御特性に優れたバルブや正確な開閉動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における弁体のライニング構造を示した弁部の長手方向断面図（図１（ａ））及びこの矢視Ａ−Ａ図（図１（ｂ））である。
【図２】図１に示した弁部のライニング構造に関する第１の変形例を示した弁部の長手方向断面図（図２（ａ））及び図２（ａ）に示した弁部のみの底面図ある。
【図３】図１に示した弁部のライニング構造に関する第３の変形例を示した弁部の長手方向左側半部断面図（図３（ａ））、及び第４の変形例を示した弁部の長手方向右側半部断面図（図３（ｂ））である。
【図４】従来から一般に使用されているバルブの軸線方向断面図である。
【図５】従来の弁体におけるライニング構造を説明する、弁体の軸線方向断面図である。
【図６】従来のサニタリバルブのライニング成型方法をこれに使用する金型と共に示した弁部及び弁棒の軸線方向断面図である。
【符号の説明】
７　　バルブ
１０　　弁体
１１　　弁部
１１ａ　　貫通孔
１２　　弁棒
１３　　ライニング
２１　　弁部
２１ａ　　凸状部
２１ｂ　　着座部
２２　　弁棒
２３　　ライニング
３３　　ライニング
４１ａ　　凸状部
４３　　ライニング
７０　　ハウジング
７０ａ　　着座部
７１　　弁座
８０　　弁体
８１　　弁部
８１ａ　　着座部
８１ｂ　　弁部受圧面
８２　　弁棒
８２ａ　　ネジ部
８３　　ライニング
８３ｂ　　ライニング受圧面
９１　　ガイドブッシュ
９２　　シャフト
９３　　ベアリング
１００（１０１〜１０３）　　金型
【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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