バルブの種類、用途、加工

パイプラインシステム、機器統合、自動制御を含むエンジニアリングプロジェクトにおいて、バルブは不可欠なコンポーネントです。その設計、精度、材料構成は、特定の動作条件、媒体、制御要件に合致していなければなりません。見過ごされがちですが、ボール、スプール、ステム、シート、フランジなどの重要なバルブ部品は、必要な精度を達成するためにCNC（コンピュータ数値制御）加工に大きく依存しています。

産業オートメーションと制御システムの進歩に伴い、優れた精度と一貫性を備えたバルブへの需要が急増しています。CNC加工はバルブ製造の要となり、標準設計とカスタマイズ設計の両方で複雑で高品質なコンポーネントの製造を可能にしています。調達、設計、製造のいずれに携わる場合でも、一般的なバルブの種類、その用途、CNC加工の役割を理解することで、意思決定を強化し、コストを最適化し、プロジェクトを成功に導くことができます。

一般的なバルブの種類とCNC加工部品

バルブには様々な種類があり、それぞれが特定の機能と動作条件に合わせて作られています。CNCマシニングは主に、バルブボディ、スプール、ステム、シート、接続フランジなどの重要なコンポーネントの製造に使用されます。これらのコンポーネントの構造と精度の要件は、バルブの種類によって異なります。以下は、一般的なバルブの種類、CNC加工部品、およびそれらのアプリケーション特性の詳細な概要です。

バルブタイプの概要

下の表は、主なバルブの種類、CNC加工部品、主な用途をまとめたものです：

バルブ部品のCNC加工に関する考察

各バルブタイプはCNC加工にユニークな要求を課しています。例えば

• ボールバルブ ボールは、漏れのない密閉性を確保するため、Ra 0.4～0.8μmの表面仕上げと±0.01mmの真球度公差で球面加工する必要がある。
• ゲートバルブ ゲートのシール面には±0.02mm以内の平坦度が要求されるが、これは精密なフライス加工や研削加工によって達成される。
• グローブ弁 ディスクとシートは、流量制御を最適化するため、精密な角度加工（例えば、シール角度30°～45°）が必要です。
• サニタリーバルブ 内部表面は、衛生基準を満たすために鏡面研磨（Ra 0.2μm）が必要で、多くの場合、CNC制御の電解研磨が必要となる。

機械加工には通常、旋盤加工、フライス加工、ドリル加工、研削加工、研磨加工が含まれ、複雑な形状や厳しい公差を実現するために3軸から5軸のCNC機械で行われる。

産業別バルブアプリケーション

さまざまな産業には、運転条件、規制基準、および材料の嗜好に影響される、明確なバルブ要件があります。これらのアプリケーションを理解することは、適切なバルブタイプを選択し、CNC加工プロセスを最適化するのに役立ちます。

石油・ガス産業

一般的なバルブ： API規格ボールバルブ、高圧ゲートバルブ、逆止弁、防火安全弁

アプリケーション 石油・ガスパイプラインのオン／オフ制御、防爆、耐腐食性、高圧操作に使用される。これらのバルブは多くの場合、遠隔地や無人環境で使用されます。

CNCマシニング・ノート バルブ本体やボールなどの部品は、316ステンレス鋼やインコネルなどの材料から加工され、フランジ接続の公差は±0.015 mmです。316 SSの切削速度は通常50～70 m/minで、送り速度は0.1～0.2 mm/revです。

化学・ファインケミカル産業

一般的なバルブ： フッ素ライニングボールバルブ、ダイヤフラムバルブ、ベローズシール付きグローブバルブ

アプリケーション 耐酸性／耐アルカリ性、高温での長期運転に対応し、漏れ防止と耐腐食性に重点を置いて設計されている。

CNCマシニング・ノート ダイヤフラムバルブ本体は、PTFEライニングに対応するため、内部空洞の精密なフライス加工（Ra0.8 µm仕上げ）が必要です。ネジ付きシートは、材料のカジリを避けるため、30～50 m/分の切削速度で加工します。

発電産業

一般的なバルブ： 高温・高圧グローブ弁、発電所ゲート弁、安全弁

アプリケーション ボイラー蒸気システム、圧力容器インレット／アウトレット、非常用排気システムに使用。

CNCマシニング・ノート: 安全弁のスプリングとステムは、17-4 PHのような高強度合金から機械加工され、表面仕上げはRa 0.4μmである。旋削パラメータは、切削速度80～120 m/min、送り速度0.1～0.15 mm/revです。

自治体および水処理

一般的なバルブ： レジリエンスシートゲートバルブ、フランジ付きバタフライバルブ、サイレントチェックバルブ

アプリケーション 水供給網、廃水処理、ポンプ場、雨水管理に使用される。

CNCマシニング・ノート バタフライバルブのディスクは、5°～10°のテーパー角、±0.02 mmの公差を達成するためにプロファイルフライス加工が必要です。フライス加工のパラメーターは、切削速度70～100 m/min、送り速度0.15～0.3 mm/歯です。

食品・医薬品業界

一般的なバルブ： サニタリー用クイックコネクトボールバルブ、ダイヤフラムバルブ、クランプバタフライバルブ

アプリケーション CIP/SIP洗浄の要件を満たし、無菌性を確保し、腐食に耐えながら簡単に分解できます。

CNCマシニング・ノート バルブキャビティは、CNC制御の電解研磨によりRa 0.2 µmまで研磨される。部品は316Lステンレス鋼から60～90m/分の切削速度で加工されます。

クリーンルーム、研究所、エレクトロニクス

一般的なバルブ： ガスニードルバルブ、真空バルブ、比例バルブ

アプリケーション 高純度ガス、真空システム、繊細な環境での気流制御。

CNCマシニング・ノート ニードルバルブのニードルは、先端直径の公差が±0.005mmの精密な旋削加工を必要とする。研磨パラメーターには、鏡面仕上げを達成するための20～30m/分の切削速度が含まれる。

機能によるバルブの分類

多種多様なバルブの種類に圧倒されることがあります。実用的なアプローチは、バルブの主な機能、つまりシステムで何をするように設計されているかによって分類することです。この視点は、選択を単純化し、機能要件を満たすためのCNC加工の役割を強調します。

機能カテゴリーと例

下の表は、バルブを機能別に分類し、一般的なタイプとその役割を列挙したものである：

機能的な精度を実現するCNC加工

各機能カテゴリーが求めるもの 特殊加工技術:

• オン／オフバルブ： バルブボディやステムのような堅牢なコンポーネントを、信頼性の高いシーリングのために±0.02 mmの公差で加工する必要があります。旋削パラメータには、80～120 m/分の切削速度と0.2～0.4 mm/revの送り速度が含まれます。
• コントロールバルブ： スプールとガイドスリーブは、隙間公差±0.01mmを達成するために精密なフライス加工が必要で、スムーズな作動を保証する。
• 真空バルブ： 内部表面は、CNC研削またはラッピングによりRa 0.2µmまで研磨され、粒子汚染を防止する。

バルブ製造にCNC加工が不可欠な理由

CNCマシニングは、精度、表面品質、材料の多様性、複雑な形状などの厳しい要件を満たすことができるため、バルブ生産に不可欠です。以下に、CNC加工が不可欠である主な理由を示します：

高精度

バルブは、特にシール面に極めて厳しい公差を要求されることが多い。例えば、ボールバルブのボールは、真球度±0.01 mm、直径公差±0.005 mmを維持し、漏れをゼロにする必要があります。高分解能エンコーダーとサーボ制御を備えたCNCマシンは、これらの公差を一貫して達成します。

パラメータの例： 316SSボールの球面旋削加工は、切削速度60～80m/min、送り速度0.05～0.1mm/rev、切り込み0.2～0.5mmで行われる。加工後のラッピングにより、Ra 0.4μmの表面仕上げが確保される。

優れた表面仕上げ

ニードルバルブや真空バルブなどの用途では、摩擦やコンタミネーションを最小限に抑えるため、鏡面仕上げ（Ra 0.2～0.4μm）が要求されます。CNC機械加工は、ポリッシングやラッピングと組み合わせることで、これらの仕上げを確実に実現します。

パラメータの例： 真空バルブスプールの場合、CNC研削は砥石速度25～35m/min、送り速度0.01～0.02mm/passで行われ、その後ダイヤモンドペーストラッピングが行われる。

素材の多様性

バルブは、ステンレス鋼（316L、410）、チタン合金、銅合金、PTFEなどのポリマーを含む多様な材料で作られています。CNCマシンは、各素材の特性に合わせて最適化されたツールパスと切削パラメータで適応します。

パラメータの例： チタン合金ステムの旋削加工は、切削速度40～60m/min、送り速度0.08～0.12mm/rev、切り込み0.3～0.7mmで行われ、工具摩耗を最小限に抑えるために超硬工具が使用される。

複雑な幾何学

三方弁、Vポート弁、比例弁のようなバルブは、複雑な形状が特徴で、プレス加工のような従来の製造方法では実用的ではありません。CNC加工、特に5軸フライス加工は、これらの複雑な形状を小ロットで生産することを可能にします。

パラメータの例： Vポートバルブのスプールでは、V字形状を実現するために、切削速度70～100m/min、送り速度0.1～0.2mm/歯、ステップオーバー0.5～1mmで5軸フライス加工を行う。

結論

バルブは、石油パイプラインから医薬品のクリーンルームに至るまで、数え切れないほどのエンジニアリング・アプリケーションに不可欠です。その多様な種類、機能、業界特有の要件は、設計と製造プロセスを理解することの重要性を強調しています。CNCマシニングは、高精度で信頼性の高いバルブコンポーネントを製造する上で極めて重要な役割を果たし、最新の産業システムの要求を満たします。バルブの種類、用途、CNC加工の複雑さを理解することで、調達、設計、製造の専門家は、情報に基づいた意思決定を行い、性能を最適化し、プロジェクトを成功に導くことができます。