JP2004332797A - アセプティックバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ベローズを駆動するバルブシャフトの捩れ力をベローズに伝達することなく配管内流路の遮断、開通を制御し、ベローズの破損を防止して耐久性を向上し得るように構成したアセプティックバルブを提供する。
【解決手段】バルブシャフト１３と回動部材１５との間にベアリング１４を介在させる。回動部材１５の下端にはボルト１６によって係止部材１７が固定され、係止部材１７に被さるようにしてベローズ１８の下端が固定されている。従って、ベローズ１８の駆動にともないバルブシャフト１３に捩れが生じても、ベアリング１４の作用により回動部材１５が捩れ方向に回ることはなく、ベローズ１８に捩れ力が伝達されないので、ベローズ１８の破損を防止することができる。ベローズ１８の端部に形成したシーリング膜２１は、弾力Ｏリング２３により継続的にバルブハウジング６の開口縁部に圧接され、液漏れを防止することができる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、殺菌、無菌プロセスを必要とする食品や乳業、更に飲料、医薬品及びファインケミカルの製造装置、或いはバイオテクノロジー等に適用して好適なアセプティックバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
食品や乳業のプラントにおいては、多数の配管が敷設され液化された食材などを加工しつつ流通させるように構成したものがある。このような製造工程では、流通する食材等を混合のため合流させたり、流れを遮断させたりする必要があり、この制御を行うためにアセプティックバルブが適用されている。
従来のアセプティックバルブの一構成例を述べると、上下動するバルブシャフトをバルブの一端に形成した開口部からバルブ内に挿入し、バルブシャフトを上下動させてバルブを開閉制御するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記バルブシャフトは、上下動する際にその一部がバルブハウジングの内部及び外部に出入りするので、外部の菌や塵が付着してバルブハウジング内に入ってしまう。そこで、無菌プロセスの場合は、バルブシャフトとバルブハウジング内の接続部に無菌エアー又は蒸気を流し、殺菌するか塵を外部にブローしていた。
しかし、殺菌した後の菌の死骸や塵が残り、バルブ内に混入する可能性があった。
このような問題点を解消するため、バルブシャフトの先端を被覆するように薄膜のベローズを固定し、バルブシャフトがバルブ内部に露呈されないよう構成したアセプティックバルブが提案された。この構成によれば、バルブシャフトとバルブ内部とはベローズにより隔離されるので、前記問題点は解消される。
【０００４】
しかし、本願発明者の検討によると、下記のような新たな問題が判明した。
即ち、ベローズは薄い板を蛇腹状に形成したものであり、バルブシャフトの駆動によりその先端がバルブに形成した弁座に圧接する構成になっている。
一方、バルブシャフトはアクチェーターにより駆動されるが、アクチェーターのスプリングの捩れがバルブシャフトを介してベローズに伝達され、ベローズと弁座との圧接位置でベローズを捩り、これがベローズの耐久性を損なう要因になっていることが明らかになった。
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、その目的はバルブシャフトとバルブ内を完全に隔離するとともに、ベローズの耐久性を向上させるように構成したアセプティックバルブを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１）ベローズを駆動して配管内の流路を遮断、連通状態に制御するアセプティックバルブにおいて、
ベローズを駆動するバルブシャフトと、ベローズの一端を固定する回動部材と、前記バルブシャフトと前記回動部材との間に介在させたベアリングとを備え、前記回動部材を前記バルブシャフトに対し遊動可能に構成したことを特徴とするアセプティックバルブ。
（２） 前記ベローズを蛇腹状に構成し、閉塞された一端を前記回動部材の一端に固定するとともに、開口された他端を前記バルブシャフトをガイドするガイド部材の開口端に固定し、前記バブルシャフトの駆動に対応して前記ベローズにより配管内流路の遮断、連通を制御する際に、前記回動部材の遊動作用により前記ベローズの捩れを防止することを特徴とする（１）記載のアセプティックバルブ。
（３） 前記ガイド部材に前記ベローズの内側に連通する挿通孔を設け、前記ベローズの外側から内側への液漏れを検出することを特徴とする（１）記載のアセプティックバルブ。
（４） 前記ベローズに複数の圧接部を設け、第１圧接部により第１の配管内流路を遮断または連通可能に制御すると共に、第２圧接部により第２の配管内流路を連通可能または遮断に制御する（１）記載のアセプティックバルブ。
（５） 前記ベローズがＰＴＦＥ又はステンレス鋼で構成したことを特徴とする（１）記載のアセプティックバルブ。
（６） 前記ベローズの開口端の縁部に形成したシーリング膜を弾力Ｏリングにより配管の開口縁部に継続的に圧接させて、液漏れを防止することを特徴とする（１）記載のアセプティックバルブ。
【０００７】
前記（１）（２）（５）記載のアセプティックバルブによれば、アクチェーターに設けたバネによりバルブシャフトに捩れが生じても、ベアリングの作用によりベローズを固定した回動部材に捩れ力が伝達されない。故に、ベローズは配管に形成した圧接位置に接したままで捩れることがなく、擦れによる破損等を防止できるので耐久性が向上する。
前記（３）記載のアセプティックバルブは、使用によりベローズに孔等が形成されてしまったとき、迅速に検出することができ、安全性を向上させることができる。
前記（４）記載のアセプティックバルブは、ベローズの駆動により、配管内の流路の切り替えを円滑に行うことができる。
前記（６）記載のアセプティックバルブによれば、弾力Ｏリングの弾性によりベローズの開口のシーリングが行われ、配管の開口縁部における液漏れを確実に防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はアセプティックバルブの構成を示す縦断面図、図２及び図３はアセプティックバルブを構成する各部材の構成を示す斜視図、図４は回転バルブシャフトコネクションの構成を示す拡大断面図、図５及び図６はシールシステムの構成を示す拡大断面図、図７及び図８はアセプティックバルブの各種応用例を示す断面図である。
【０００９】
図１〜図３を参照して、本実施形態におけるアセプティックバルブ１の構成を説明する。アセプティックバルブ１は、制御部２、アクチェーター３、シールシステム４、回転バルブシャフトコネクション５等を備えている。このアセプティックバルブ１は、後述するバルブハウジング６の一端に着脱自在に取付けられて、バルブハウジング６内の流路７の閉塞、開通を制御する機能を有している。
なお、バルブハウジング６は、本発明で言う配管に相当するものである。
【００１０】
制御部２は、コンピュータ等を用いた中央制御装置８から接続端子９ａ、９ｂ等を介して供給される制御信号や制御用エアー等に基づき、アクチェーター３を制御するものである。
アクチェーター３は、下端に設けた開口部３ａ（図２参照）から突出するように設けた筒状のガイド部材１２内に配設したバルブシャフト１３を図１の上下方向に駆動するものである。
【００１１】
バルブシャフト１３の下端には、回転バルブシャフトコネクション５が設けられている。
回転バルブシャフトコネクション５は、バルブシャフト１３の内側下部に設けたベアリング１４によって支持された筒状の回動部材１５、この回動部材１５を挿通するボルト１６と、ボルト１６によって前記回動部材１５の下端に締め付け固定された係止部材１７等を備えている。
なお、回動部材１５は、バルブシャフト１３内を円周方向に回動するものであるが、ベアリング１４の作用によって低摩擦で円滑に回動するようになっている。また、係止部材１７の下面全体にベローズ１８の下端が覆い被り、バルブシャフト１３、回動部材１５、ボルト１６、係止部材１７、ベローズ１８が一体化されている。
【００１２】
ところで、前記ベローズ１８は伸縮可能な蛇腹状に形成され、閉塞された下端は前記のように係止部材１７に係止され一体化されているが、上側の開放端は環状の係止部材である円形クリップ１９によってメタルスラストカラー２４の上端に固定されている。従って、筒状のガイド部材１２の下端はベローズ１８によって閉塞され、筒状のガイド部材１２とベローズ１８の内部をバルブシャフト１３が挿通していることになる。
しかし、バルブシャフト１３の外側面とベローズ１８の内側面との間には微小な間隙が形成されているので、バルブシャフト１３はベローズ１８内を上下に摺動することができる。そして、バルブハウジング６の内側は、食材や薬品の流路７を構成するが、この流路７とベローズ１８の内側とはベローズ１８によって完全に隔離される。
【００１３】
ここで、図２及び図３を参照して前記各部材の外観形状について説明すると、制御部２の横側面には制御信号や制御用エアーを供給するための接続端子９ａ、９ｂが設けられ、下面の中央部に設けた連結口２ａにアクチェーター３の一部が挿入されて連結される。
アクチェーター３の下面には、前記開口部３ａとともにパイプ接続具３ｂが設けられている。開口部３ａには、図３に示したようにガイド部材１２が取付けられるが、その内部に図１を参照して説明したように、バルブシャフト等が設けられ、下端はベローズ１８によって覆われている。また、パイプ接続具３ｂにはエアー流通用のパイプ１１の一端が接続され、パイプ１１の他端は制御部２にも受けた接続端子９ａ又は９ｂの１つ、又は中央制御装置８に接続され、両者の間に制御用エアーを流通させるようになっている。
環状の係止具１０は、シールシステム４の構成部材であって、その構成及び作用については、後に図４及び図５を参照して詳細に説明する。アクチェーター３をバルブハウジング６に固定する場合は、図３に矢印Ａで示すようにベローズ１８を開口部６ａからバルブハウジング６内に挿入し、係止具１０によって固定する。
【００１４】
先に説明したように、アセプティックバルブ１はバルブハウジング６と一体化して使用されるものであるが、一体化に際しては連結緩みや液漏れを完全に防止する必要がある。そこで、本実施形態では、以下に説明するようなシールシステム４が用いられている。
シールシステム４は、図４〜図６に要部を拡大して示したように、ベローズ１８の外縁部を外側に向けて張り出すようにして形成した薄いシーリング膜２１と、バルブハウジング６の一部に形成された連結用開口部６ａの下部に傾斜状に設けたシーリング膜受部２２と、シーリング膜２１をシーリング膜受部２２に圧接させる弾力Ｏリング２３と、弾力Ｏリング２３を位置ずれ無しに保持するメタルスラストカラー２４等により構成されている。
即ち、本実施形態ではベローズ１８はＰＴＦＥにより構成されているが、ＰＴＦＥは弾力性がなく、一旦ある形状に形成されると密着シールができない。このため本実施形態では、弾力性のある弾力Ｏリング２３によってシーリング膜２１をシールするように構成した。
なお、メタルスラストカラー２４は、図４から明らかなように環状に形成されている。このメタルスラストカラー２４は、連結用開口部６ａの内側に設けた段差状の固定メタルストップ部２５で固定されている。
【００１５】
また、図１及び図４に示したように、アセプティックバルブ１をバルブハウジング６に一体化した場合、両者の接続部分から液漏れを防止するためにはＰＴＦＥシーリング膜２１を弾力Ｏリング２３によってシーリング膜受部２２に圧接させる必要がある。このためには、前記一体化時にアセプティツクバブル１とバルブハウジング６とを相互に強く締め付け続けておかねばならない。
そこで本実施形態では、図５及び図６に拡大して示したように、ガイド部材１２の下端に設けた圧接部１２ａの外側面と、バルブハウジング６の上端に設けた圧接部６ｂの外側面とを先細りとなる傾斜面に形成するとともに、その外周囲を全体が環状で、横断面が略Ｖ字型の係止具１０により締め付ける構成にした。
【００１６】
次に、アセプティックバルブ１をバルブハウジング６に取付けた場合、ガイド部材１２の圧接部１２ａと、バルブハウジング６の圧接部６ｂとが重なり合い、その外側から係止具１０が嵌め込まれた状態になる。この状態で、係止具１０を締め付けると、係止具１０の内側斜面と圧接部１２ａ、６ｂの外側斜面との相互作用により、アセプティックバルブ１をバルブハウジング６の開口部６ａに締め付け固定することができる。
【００１７】
この状態では、前記のように弾力性のないシーリング膜２１が、弾力性を有する弾力Ｏリング２３によってシーリング膜受部２２に継続的に圧接される。ベローズ１８の外側は流路７であるから、使用に際しては流体、例えば乳剤、飲料水、医薬品等が流通するが、前記圧接によるシーリング作用によって、この取り付け位置からの液漏れを未然に防止できる。
【００１８】
以上のように、アセプティックバルブ１をバルブハウジング６に固定した後、中央制御装置８から制御部２に制御信号及び制御用エアーを供給する。因みに、制御用エアーが供給されたとき、アクチュエーター３内に設けたバネのスプリング力にエアー力が勝ってバルブシャフト１３が図１の上方に駆動される。また、制御用エアーが遮断されると、スプリング力によりバブルシャフト１３が下方に駆動される。バブルシャフト１３が下方に駆動された場合、図１に示したように、ベローズ１８の外縁下側面が流路７に形成した環状の圧接位置７ａに圧接し、Ｌ字状に形成された流路７を遮断する。なお、アクチュエーター３のみを上下逆にして取り付けると駆動が逆動作となり、スプリング力とエアー力の関係は上下逆の関係になる。
【００１９】
ここでベローズ１８の材質に言及すると、本実施形態ではＰＴＦＥが適用され、ハウジングバルブ６内に形成された圧接位置７ａの表面粗さＲａは、Ｒａ＜０．８μｍに設定され、外面は研磨されている。従って、ベローズ１８は圧接位置７ａにおいて水密に接し、流路７における流路を遮断をすることができる。また、圧接位置７ａの外面を前記表面粗さに研磨することにより、前記流体の付着を防止することができ、殺菌、無菌プロセスにおいて衛生的に優れたものになる。
【００２０】
なお、ベローズ１８の材質としては、前記ＰＴＦＥに限定されず、例えばＳＵＳ３１６Ｌ材などを適用することができる。ベローズ１８により、前記流路７の遮断は完全行われ、前記シールシステム４の作用により、アセブティックバルブ１と配管６との固定位置における液漏れを防止できる。
【００２１】
駆動部３を駆動してバルブシャフト１３とともにベローズ１８を下方に付勢した場合、前記図示を省略したバネ等によりバルブシャフト１３に捩れが生じることがある。しかし、本実施形態によれば、バルブシャフト１３が捩れても、ベアリング１４の作用によって回動部材１５は回動しない。従って、回動部材１５にボルト１６により固定された係止部材１７、ベローズ１８も回動せず、ベローズ１８の傷つきや破損等を防止することができ、耐久性が向上する。
【００２２】
なお、バルブシャフト１３には、挿通孔２７が設けられているが、これは前記固定時に例えば棒状の治具を挿入するためのものである。また、挿通孔２８は、モニタリング等に使用されるものである。例えば、ベローズ１８に孔等が空いてしまった場合、ベローズ１８の外側から内側に液漏れし、バルブシャフト１３との隙間１３ａに充填され、挿通孔２８から漏れるようになる。従って、挿入孔２８からの液漏れの有無により、ベローズ１８が正常であるか否かをチェックすることができる。
更に、挿通孔２８から水等を注入することにより、ベローズ１８の内側を洗浄することもできる。また、製品に影響のない液体を常に流して、導電率等をモニタリングすることにより、常時監視することも可能である。
【００２３】
次に、図７を参照して本発明の第２実施形態を説明する。なお、図７はアセプティックバルブ１の縦断面図であるが、前記第１実施形態と同様の作用をなす部材には同一の符号を付してある。
本実施形態は、図７の上部に想像線で示したようにタンク４１の底に形成した開口部４１ａからの液体流出を制御するものである。ベローズ１８の先端部１８ａはバルブハウジング６に形成された圧接位置７ａに接し得るように構成され、バルブハウジング６は、例えば３０°程度に傾斜した流路３１ｂを備えている。
ベローズ１８の先端部１８ａの外縁部が流路３１ａに形成した環状の圧接位置７ａに圧接するようになっているので、前記同様にベローズ１８を上方に駆動した場合、流路３１ａ、即ちタンク４１の開口部４１ａが遮断される。また、ベローズ１８が下方に付勢された場合は、流路３１ａ、３１ｂが開通状態になる。
【００２４】
本実施形態においても、前記同様にシールシステム４の作用により液漏れを防止することができ、ベアリング１４の作用によりベローズ１８の傷付きや破損等も防止できる。
また、ベローズ１８が破損した場合の検出も前記同様に行うことができる。
【００２５】
次に、図８を参照して本発明の第３実施形態を説明する。図８はアセプティックバルブの縦断面図であるが、前記第１実施形態と同様の作用をなす部材には同一の符号を付してある。
本実施形態では、３本のバルブハウジング３２，３３，３４が積層状に配設され、アセプティックバルブ１の回転バルブシャフトコネクション５は、バルブハウジング３２内に位置決めされている。各バルブハウジング３２，３３，３４は連結部材３５，３６によって流路が連通するように接続されている。接続位置では、第１実施形態で説明した係止具１０を適用して液漏れを防止するよう配慮されている。
【００２６】
ベローズ１８は、バルブハウジング３２の圧接位置７ａに圧接する第１圧接部１８ｂと、下方に延長して先端を大径に形成した第２圧接部１８ｃとを備えている。第２圧接部１８ｃは、ベローズ１８が上方に引き上げ制御されたとき、バルブハウジング３４の圧接位置７ｂに下側から圧接するように寸法設定されている。
【００２７】
前記構成によれば、ベローズ１８が図示のように下方に付勢されたとき、第１圧接部１８ｂによってバルブハウジング３２，３３の間が遮断される。しかし、第２圧接部１８ｂは、バルブハウジング３４の圧接位置７ｂから離れているので、バルブハウジング３３，３４間は連通し、流体が流れ得るようになる。
これに対し、ベローズ１８が上方に付勢された場合は、ベローズ１８が蛇腹構造により縮み、第１圧接部１８ｂがバルブハウジング３２の圧接位置７ａから離れ、第２圧接部１８ｃがバルブハウジング３４の圧接位置７ｂを閉塞して、バルブハウジング３３，３４の流路を遮断する。
即ち、本実施形態の構成では、ベローズ１８の駆動によってバルブハウジング３３からバルブハウジング３２、或いはバルブハウジング３４への流路切り替えを行うことができる。
【００２８】
各圧接位置７ａ，７ｂの表面粗さは前記同様に設定されているので、衛生面で前記同様の効果が得られ、バルブシャフト１３の捩れによる影響も前記同様に防止することができる。また、シールシステム４による液漏れ防止も前記同様に行われる。
【００２９】
以上に本発明の実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、ベローズの材質は前記に限定されず、使用されるプラントに対応して耐酸性のあるものや、流体の圧力を勘案した強度設定したもの等を適宜援用することができる。また、配管の種類、接続方法も使用環境に合わせて適宜変更することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の如く、本発明のアセプティックバルブによれば、ベローズを固定した回動部材をベアリングを介在させてバルブシャフトに連結させた。従って、配管内の流路を遮断、開通させるためにバルブシャフトを駆動した場合、バルブシャフトに生じた捩れ力が回動部材に、ひいては回動部材に固定されたベローズに伝達されることはない。ベローズは蛇腹状に形成されているが、捻れにより傷ついたり破損することがなく、耐久性を向上させることができる。
また、ベローズの開口端部にシーリング膜を形成し、アセプティックバルブを配管に固定する際に、弾力Ｏリングによりシーリング膜を配管の固定位置に継続的に圧接する構成にした。従って、弾力性のない材料によりベローズを構成しても、弾力Ｏリングの弾性により固定位置における液漏れを防止することができる。
更に、ベローズに複数の圧接部を設けることにより、複数の配管について流路を切り替えることもでき、このアセプティックバルブを多種の装置に利用することができるうえに、既設のバルブハウジングにも適用できるので互換性も向上する。
【００３１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるアセプティックバルブの構成を示す縦断面図である。
【図２】制御部及び駆動部の外観構成を示す斜視図である。
【図３】制御部及びベローズ等の外観構成を示す斜視図である。
【図４】回転バルブシャフトコネクションの構成を示す拡大断面図である。
【図５】シールシステム構成を示す拡大断面図である。
【図６】アセプティックバルブの取付けを示す拡大断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態であるアセプティックバルブの縦断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態であるアセプティックバルブの縦断面図である。
【符号の説明】
１ アセプティックバルブ
２ 制御部
３ アクチュエーター
４ シールシステム
５ 回転バルブシャフトコネクション
６，３２，３３，３４ バルブハウジング
６ａ ハウジング開口部
７ 流路
７ａ，７ｂ シール面
８ 中央制御装置
９ａ，９ｂ 接続端子
１０ 係止具
１１ エアー供給用のパイプ
１２ ガイド部材
１３ バルブシャフト
１４ ベアリング
１５ 回動部材
１６ ボルト
１７ 係止部材
１８ ベローズ
１９ 係止部材（円形クリップ）
２１ シーリング膜
２２ シーリング膜受部
２３ 弾力Ｏリング
２４ メタルスラストカラー

Claims (6)

1. ベローズを駆動して配管内の流路を遮断、連通状態に制御するアセプティックバルブにおいて、
   ベローズを駆動するバルブシャフトと、ベローズの一端を固定する回動部材と、前記バルブシャフトと前記回動部材との間に介在させたベアリングとを備え、前記回動部材を前記バルブシャフトに対し遊動可能に構成したことを特徴とするアセプティックバルブ。
2. 前記ベローズを蛇腹状に構成し、閉塞された一端を前記回動部材の一端に固定するとともに、開口された他端を前記バルブシャフトをガイドするガイド部材の開口端に固定し、前記バブルシャフトの駆動に対応して前記ベローズにより配管内流路の遮断、連通を制御する際に、前記回動部材の遊動作用により前記ベローズの捩れを防止することを特徴とする請求項１記載のアセプティックバルブ。
3. 前記ガイド部材に前記ベローズの内側に連通する挿通孔を設け、前記ベローズの外側から内側への液漏れを検出することを特徴とする請求項１記載のアセプティックバルブ。
4. 前記ベローズに複数の圧接部を設け、第１圧接部により第１の配管内流路を遮断または連通可能に制御すると共に、第２圧接部により第２の配管内流路を連通可能または遮断に制御する請求項１記載のアセプティックバルブ。
5. 前記ベローズをＰＴＦＥ又はステンレス鋼で構成したことを特徴とする請求項１記載のアセプティックバルブ。
6. 前記ベローズの開口端の縁部に形成したシーリング膜を弾力Ｏリングにより配管の開口縁部に継続的に圧接させることにより、液漏れを防止することを特徴とする請求項１記載のアセプティックバルブ。

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