The valve core

本発明は、コア保持部材に備えたコア装着孔内に取り付けられて、そのコア装着孔を開閉するバルブコアに関する。

従来、この種のバルブコアとして、筒形のコア本体を貫通した可動シャフトの先端部にゴム製シール部材を備え、このゴム製シール部材が、コア本体の先端部に密着して、コア装着孔を閉じるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−６８９５４号公報（段落［００３４］〜［００３６］、第６図）

しかしながら、例えば、エアコンの流路のように高圧のガス圧を受ける部分に上記バルブコアを用いた場合には、極めて微少な量であるが、バルブコアが閉じた状態でガスがゴム製シール部材を透過して外部に漏れることがあった。 これに対し、ゴム製シール部材とメタルシール部との両方を備えた構成が考えられるが、ガス圧とバルブコアに備えたバネの弾発力だけでは、メタルシール部を構成する金属部材同士を互いに食い込ませることができず、メタルシール部が機能しない事態が起こり得る。 このため、ガスの漏れを確実に低減させることができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来よりガスの漏れ量を低減させることが可能なバルブコアの提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るバルブコア（２０）は、コア保持部材（１０）に備えたコア装着孔（１１）内に取り付けられて、そのコア装着孔（１１）を開閉するバルブコア（２０）において、コア装着孔（１１）の内部に固定される筒形のコア本体（２１）と、コア本体（２１）を貫通して直動する可動シャフト（３０）と、 コア本体（２１）の先端部に形成され、コア本体（２１）の先端開口に向かって拡開したコア本体側テーパー部（２３Ｅ）と、可動シャフト（３０）の先端部に設けられ、 コア本体側テーパー部（２３Ｅ）に密着してコア装着孔（１１）を閉じるゴム製シール部材（３１）と、 可動シャフト（３０）に形成されて、可動シャフト（３０）の先端側からゴム製シール部材（３１）に当接したシャフト端部フランジ（３０Ｆ）と、可動シャフト（３０） に嵌合固定されて、可動シャフト（３０）の基端側からゴム製シール部材（３１）に当接し、シャフト端部フランジ（３０Ｆ）との間でゴム製シール部材（３１）を挟持した金属ガラス製シール部材（３ ２）と、 金属ガラス製シール部材（３２）に形成され、可動シャフトの先端側に向かって拡径し、コア本体側テーパー部（２３Ｅ）における小径側の境界角部（２３Ｄ）に当接して、コア装着孔（１１）を閉じるシール部材側テーパー部（３２Ｂ）とを備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のバルブコア（２０）において、金属ガラス製シール部材（３ ２）を構成する金属ガラスは、バナジウム、ニオブ、タンタルその他のＶａ属元素と、ジルコニウム、ハフニウムその他のＩＶａ属元素とを含有するチタン合金であるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のバルブコア（２０）において、シャフト端部フランジ（３０Ｆ）及び金属ガラス製シール部材（３ ２）に形成され、ゴム製シール部材（３１）に食い込んでゴム製シール部材（３１）の拡径変形を規制する係止突起（３０Ｔ，３２Ｔ）を備えたところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１のバルブコア（２０）は、ゴム製シール部材（３１）と金属ガラス製シール部材（３ ２）とによる二重シール構造を備えている。 具体的には、コア本体（２１）のコア本体側テーパー部（２３Ｅ）とゴム製シール部材（３１）との密着によるシールと、金属ガラス製シール部材（３２）のシール部材側テーパー部（３２Ｂ）に対するコア本体（２１）のコア本体側テーパー部（２３Ｅ）における境界角部（２３Ｄ）の食い込みによるシールとからなる二重シール構造を備えている。 ここで、金属ガラス製シール部材（３ ２）を構成する「金属ガラス」は、一般の金属材料に比べて弾性が極めて高いので、メタルシールを機能させる場合に比べて小さな力で金属ガラス製シール部材（３ ２）を相手部位（コア本体（２１）の先端部）に密着させてシールを行うことができる。 しかも、「金属ガラス」は、酸化物ガラスのように非晶質であるのでガスが透過し難い。 これにより、本発明のバルブコア（２０）は、従来のゴムシールだけのもの、又は、ゴムシールとメタルシールとを組み合わせて備えたバルブコアに比べて、ガスの漏れ量を低減させることができる。 しかも、本発明では、可動シャフト（３０）に形成したシャフト端部フランジ（３０Ｆ）と金属ガラス製シール部材（３２）との間でゴム製シール部材（３１）を挟持し、金属ガラス製シール部材（３２）がゴム製シール部材（３１）を保持する役割を兼ねているので、部品点数の削減が図られる。

［請求項２の発明］
請求項２の構成のように、バナジウム、ニオブ、タンタルその他のＶａ属元素と、ジルコニウム、ハフニウムその他のＩＶａ属元素とを含有するチタン合金で金属ガラス製シール部材（３ ２）を構成すれば、他の金属ガラスを用いた場合比べて比較的高い弾性変形能を得ることができ、金属ガラス製シール部材（３ ２）の密着度を高めることができる。

［請求項３の発明］
請求項３の構成によれば、シャフト端部フランジ（３０Ｆ）及び金属ガラス製シール部材（３２）に形成された係止突起（３０Ｔ，３２Ｔ）が、ゴム製シール部材（３１）に食い込んでゴム製シール部材（３１）の離脱を防ぐことができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。 図１における符号１０は、本発明に係る「コア保持部材」に相当するバルブ本体であって、例えばノズル形状をなし、軸心部にコア装着孔１１を備えている。 また、コア装着孔１１の途中部分には、雌螺子部１２が備えられ、その雌螺子部１２の奥側（図１における下側）には、内径が徐々に縮径したテーパー部１３が備えられている。

なお、本発明に係る「コア保持部材」は、バルブ本体１０のようにノズル形状に限定されるものではなく、コア装着孔１１を備えたものであれば、例えば、容器の外殻を構成する壁部材であってもよい。

本発明に係るバルブコア２０は、筒形のコア本体２１を備え、そのコア本体２１の軸芯部に備えた挿通孔２１Ａ内に、可動シャフト３０が挿通されている。 コア本体２１は、全体として、基端部から先端部に向かって（図１の上側端部から下側端部に向かって）先細りになっている。 コア本体２１の基端部には、雄螺子部２２Ａが備えられている。 コア本体２１のうち軸方向の中間部からは、側方に向けて位置決めフランジ２３Ａが張り出されている。 また、コア本体２１のうち位置決めフランジ２３Ａより先端側には溝部２３Ｂが形成され、その溝部２３Ｂより先端側は均一な外径をなして延びている。

バルブコア２０はコア装着孔１１内に挿入され、雄螺子部２２Ａが雌螺子部１２に螺合されている。 そして、その螺合の推進力によって位置決めフランジ２３Ａがコア装着孔１１におけるテーパー部１３の途中に当接して位置決めされると共に、溝部２３Ｂに装着された円筒シール部材２５がテーパー部１３の密着して、コア装着孔１１とコア本体２１との周面間の隙間が塞がれている。

なお、コア本体２１は、基端寄り位置で、第１と第２の構成部２２，２３とに分割され、これら第１及び第２の構成部２２，２３は相互に回転可能に連結されている。 これにより、コア本体２１のうち第１構成部２２のみを回転させて雄螺子部２２Ａを雌螺子部１２に螺合し、第２構成部２３に備えた円筒シール部材２５及び位置決めフランジ２３Ａを回転させずにテーパー部１３に押し付けることができる。 また、第１構成部２２の端面には、挿通孔２１Ａの開口を跨ぐようにしてブリッジ部２２Ｂが形成され、このブリッジ部２２Ｂに形成された貫通孔２２Ｃに可動シャフト３０が挿通されている。

コア本体２１の内部には、圧縮コイルバネ２６が収容されている。 圧縮コイルバネ２６は、ばね線材を円錐状に巻回してなり、コア本体２１の中心部には可動シャフト３０に挿通されている。 そして、可動シャフト３０の基端寄り位置に形成されたばね係止突部３０Ｂに圧縮コイルバネ２６の小径側端部が係止する一方、コア本体２１の先端部から内側に突出した開口突壁２３Ｃに圧縮コイルバネ２６の大径側端部が係止している。 そして、圧縮コイルバネ２６は、これらばね係止突部３０Ｂと開口突壁２３Ｃとの間で突っ張り状態になって可動シャフト３０をその基端側に向けて付勢している。

開口突壁２３Ｃには、圧縮コイルバネ２６の係止部分と反対側には、コア本体２１の内径を先端開口に向けて徐々に拡径したコア本体側テーパー部２３Ｅが形成されている。 また、開口突壁２３Ｃの軸方向の中間部分は均一内径の円筒部２３Ｙになっており、コア本体側テーパー部２３Ｅにおける小径側端部と円筒部２３Ｙとの境界部分が、本発明に係る境界角部２３Ｄになっている。

図２に示すように、可動シャフト３０には先端側から順番に、シャフト端部フランジ３０Ｆ、ゴムリング嵌合部３０Ｅ、金属ガラス固定部３０Ｃが形成され、これらの順番に径が段階的に基端部に向かって細くなっている。 また、金属ガラス固定部３０Ｃとゴムリング嵌合部３０Ｅとの間は段差形状になっており、金属ガラス固定部３０Ｃの基端側はテーパー状に縮径している。 そして、ゴムリング嵌合部３０Ｅに、本発明に係るゴム製シール部材３１が嵌合されると共に、金属ガラス固定部３０Ｃに、本発明に係る金属ガラス製シール部材３２が嵌合されている。

ゴム製シール部材３１は、内周面と外周面とが同心円でかつ両端面が平行になった円環形状をなしている。 そして、ゴム製シール部材３１は、ゴムリング嵌合部３０Ｅの圧入されている。

金属ガラス製シール部材３２は、全体として円筒状をなしている。 また、金属ガラス製シール部材３２のうちゴム製シール部材３１から離れた側の一端部には外径が均一になった突入端部３２Ａが形成され、金属ガラス製シール部材３２の一端寄り位置から他端部に亘って外径を徐々に拡径したシール部材側テーパー部３２Ｂが形成されている。 また、金属ガラス製シール部材３２の中心孔３２Ｃの内径は、金属ガラス固定部３０Ｃの外径より小さく、その中心孔３２Ｃにおける一端側の開口縁には嵌合案内面３２Ｄが形成されている。

さて、金属ガラス製シール部材３２を構成する金属ガラスは、バナジウム、ニオブ、タンタルその他のＶａ属元素と、ジルコニウム、ハフニウムその他のＩＶａ属元素と、酸素又は窒素とを含有するチタン合金である。 より具体的には、例えば、登録商標名「ゴムメタル」（登録番号：第４４５８７５１号、商標権者：株式会社豊田中央研究所）の金属ガラスによって金属ガラス製シール部材３２が構成されている。 また、このゴムメタルの弾性変形能は、２．５［％］以上になっており、通常、メタルシールを構成する例えば金属（例えば、黄銅）の弾性変形能が例えば、０．３〜０．４［％］であることに比べても、十分に高い弾性変形能を有している。

なお、「弾性変形能」とは、材料の「耐力」を「ヤング率」で割った値をいう。 即ち、［弾性変形能］＝［耐力］／［ヤング率］、である。 また、ここで「耐力」とは、試験片に所定の歪量（例えば、一般に０．２％）を与えた際の応力をいう。

金属ガラス製シール部材３２は、以下のようにして可動シャフト３０に組み付けられている。 即ち、可動シャフト３０にばね係止突部３０Ｂ等を形成していない状態で、金属ガラス製シール部材３２の中心孔３２Ｃに可動シャフト３０を挿入する。 その途中で、金属ガラス製シール部材３２の嵌合案内面３２Ｄが可動シャフト３０における金属ガラス固定部３０Ｃの一端部のテーパー面３０Ｑに摺接して金属ガラス製シール部材３２が拡径変形する。 そして、金属ガラス製シール部材３２の一端面が、金属ガラス固定部３０Ｃとゴムリング嵌合部３０Ｅとの間の段差面に当接するまで押し込む。 これにより、金属ガラス製シール部材３２が可動シャフト３０に位置決めされると共に、金属ガラス固定部３０Ｃに嵌合固定された状態になる。 そして、可動シャフト３０の基端寄り位置に前記したばね係止突部３０Ｂを形成すると共に、可動シャフト３０の基端部にヘッド部３０Ａ（図１参照）を形成する。 以上のようにして金属ガラス製シール部材３２が可動シャフト３０に組み付けられている。

金属ガラス製シール部材３２の一端面は、ゴム製シール部材３１の一端面における内縁部から外縁寄りの位置に亘って当接している。 これにより、ゴム製シール部材３１が、金属ガラス製シール部材３２とシャフト端部フランジ３０Ｆとによって軸方向から挟持される。 ここで、シャフト端部フランジ３０Ｆ及び金属ガラス製シール部材３２の互いの対向面には係止突起３０Ｔ，３２Ｔが形成され、これら係止突起３０Ｔ，３２Ｔがゴム製シール部材３１に食い込んで可動シャフト３０の離脱を防いでいる。 また、ゴム製シール部材３１のうち金属ガラス製シール部材３２側の外縁角部は、金属ガラス製シール部材３２より側方に突出している。 そして、図４に示すように、ゴム製シール部材３１の外縁角部が、コア本体２１のコア本体側テーパー部２３Ｅに当接すると共に、金属ガラス製シール部材３２が、 コア本体側テーパー部２３Ｅにおける境界角部２３Ｄに当接して、コア本体２１の挿通孔２１Ａが閉じられる。

本実施形態のバルブコア２０の構成は以上である。 次に、バルブコア２０の作用効果について説明する。 バルブ本体１０が、例えば、エアコンの冷媒流路に分岐した状態にして取り付けられると、冷媒流路内の冷媒圧力がバルブコア２０の先端側にかかり、その冷媒圧力と圧縮コイルバネ２６の付勢力とによって、図４に示すように、バルブコア２０が閉じた状態になる。

ここで、バルブコア２０を通して外部から冷媒流路内に冷媒がチャージされると、そのチャージされた冷媒の圧力により可動シャフト３０が先端側に押されて、図２に示すように、ゴム製シール部材３１及び金属ガラス製シール部材３２がコア本体２１の先端部から離れる。 これにより、コア本体２１の挿通孔２１Ａが開通し、冷媒が冷媒流路内にチャージされる。

冷媒のチャージを止めると、冷媒圧力と圧縮コイルバネ２６の付勢力とによって可動シャフト３０が基端側に移動する。 すると、図３に示すように、先に、ゴム製シール部材３１がコア本体２１のコア本体側テーパー部２３Ｅに当接する。 そして、ゴム製シール部材３１がコア本体側テーパー部２３Ｅの小径側に押し込まれるに従ってゴム製シール部材３１の変形量が増し、ゴム製シール部材３１がコア本体側テーパー部２３Ｅに密着する。 これにより、可動シャフト３０の先端部とコア本体２１の先端開口との間にゴム製シール部材３１による「ゴムシール」が施された状態になる。

このゴムシールが施された状態になると、コア本体２１における境界角部２３Ｄが金属ガラス製シール部材３２におけるシール部材側テーパー部３２Ｂに当接する。 ここで、金属ガラス製シール部材３２は、金属ガラスで構成されて容易に変形し得るので、冷媒圧力と圧縮コイルバネ２６の弾発力によって境界角部２３Ｄとシール部材側テーパー部３２Ｂとを密着させることができる（ガス圧の大きさ次第では、境界角部２３Ｄを金属ガラス製シール部材３２のシール部材側テーパー部３２Ｂに食い込ますことができる）。 これにより、可動シャフト３０の先端部とコア本体２１の先端開口との間に金属ガラス製シール部材３２による「金属ガラスシール」が施された状態になる。

このように、本実施形態のバルブコア２０は、ゴム製シール部材３１と金属ガラス製シール部材３２とによる二重シールによって挿通孔２１Ａ及びバルブ本体１０のコア装着孔１１を密閉することができる。 そして、金属ガラス製シール部材３２を構成する「金属ガラス」が、一般の金属材料に比べて弾性が極めて高いので、メタルシールを機能させる場合に比べて小さな力で金属ガラス製シール部材３２を相手部位に密着させてシールを行うことができる。 しかも、「金属ガラス」は、酸化物ガラスのように非晶質であるのでガスが透過し難く、これにより、従来のゴムシールだけのもの、又は、ゴムシールとメタルシールとを組み合わせたものに比べて、ガスの漏れ量を低減させることができる。 しかも、金属ガラス製シール部材３２は、ゴム製シール部材３１を保持する役割を兼ねているので、部品点数の削減も図られる。 また、シャフト端部フランジ３０Ｆ及び金属ガラス製シール部材３２に備えた係止突起３０Ｔ，３２Ｔが、ゴム製シール部材３１に食い込んでいるので、例えば、ゴム製シール部材３１が高圧のためにコア本体側テーパー部２３Ｅに付着したとしても、バルブコア２０を開く際に、可動シャフト３０からのゴム製シール部材３１の離脱を防ぎ、付着した相手部位からゴム製シール部材３１を剥がすことができる。

［実施例］
前記第１実施形態で構成を説明したバルブコア２０を実施品１として２つ製作した。 また、第１実施形態で構成を説明したバルブコア２０のうち金属ガラス製シール部材３２を排除したものを比較品１として２つ製作した。

次いで、密閉された容器の壁部にコア装着孔を形成して、そこに実施品１を取り付け、その実施品１としてのバルブコアを通して容器内に一定量のガスをチャージした。 このような実施品容器を２つ用意すると共に、実施品１に代えて比較品１を組み付けた比較品容器を２つ用意した。

これら４つの容器を保温室に収容し、保温室の温度を所定温度に設定することで各容器内の圧力を１［ＭＰａ］に保持して１週間放置し、その間の各容器からのガスの漏れ量を計測した。 これと同様にして、各容器内の圧力を６．４［ＭＰａ］、１０［ＭＰａ］、１５［ＭＰａ］に保持してそれぞれ１週間放置し、その間の各容器からのガスの漏れ量を計測した。 そして、２つの実施品１のガス漏れ量の平均と、２つの比較品１のガス漏れ量の平均とを求めて、それらを以下の表１に纏めた。

上記表１の結果から明らかなように、実施品１は比較品１に比べてガスの漏れ量を十分に低減させることができた。 また、ガスの圧力が１５［ＭＰａ］では、実施品１におけるガスの漏れ量は、比較品１に比べて１／３０に抑えることができた。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記実施形態では、金属ガラス製シール部材３２を構成する金属ガラスは、チタン合金であったが、例えば、マグネシウム合金、ジルコニウム合金、ランタン合金等であってもよい。

（２）前記実施形態のバルブコア２０は、圧縮コイルバネ２６をコア本体２１内に収容した構成であったが、可動シャフト３０に挿通した圧縮コイルバネをブリッジ部２２Ｂと可動シャフト３０のヘッド部３０Ａとの間で突っ張りにして備えてもよい。

（３）前記実施形態のバルブコア２０は、エアコンの冷媒をチャージするために用いられていたが、バルブコア２０をタイヤバルブに用いてもよい。

本発明の一実施形態に係るバルブコアの側断面図

バルブコアが開いた状態の側断面図

バルブコアが閉じる過程の側断面図

バルブコアが閉じた状態の側断面図

１０ バルブ本体（コア保持部材）
１１ コア装着孔 ２０ バルブコア ２１ コア本体 ２３Ｄ 境界角部 ２３Ｅ コア本体側テーパー部 ２３Ｆ 第２の平坦面 ３０ 可動シャフト ３０Ｃ 金属ガラス固定部 ３０Ｆ シャフト端部フランジ ３０Ｔ，３２Ｔ 係止突起 ３１ ゴム製シール部材 ３ ２金属ガラス製シール部材 ３２Ｂ シール部材側テーパー部