JP2005315404A - ダイヤフラム式開閉弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 シンプルな構成でダイヤフラムの反転を抑制するダイヤフラム式開閉弁を提供する。
【解決手段】 一次側流路と二次側流路を開閉するダイヤフラム式開閉弁において、弁座と、弾性部材で形成したダイヤフラムとこのダイヤフラムを保持するダイヤフラム保持部材からなるダイヤフラム弁体と、ダイヤフラム弁体の背後に配設した圧力室を形成するための圧力室形成部材とを備え、前記ダイヤフラム弁体は前記一次側流路と前記圧力室を連通するブリード孔を設け、前記ダイヤフラムは前記ダイヤフラム保持部材の外側全周に前記圧力室側に向かって折り返したコンボリュ−ション部を有し、前記ダイヤフラム保持部材の圧力室側の面形状と前記圧力室形成部材の内側面形状とを略相似形状に形成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ダイヤフラムを弁体に使用し流路の開閉を行うダイヤフラム式開閉弁に関するものである。

従来技術として、ダイヤフラムのコンボリューション部の反転を防止するために、実用新案登録第２５８４６６２号公報ではコンボリューションガイドを設けたダイヤフラム装置が記載されている。このダイヤフラム装置の構成は、ダイヤフラムと、ダイヤフラムの中心部に取り付けられる移動体と、ダイヤフラムの周縁部が固定される固定体と、ダイヤフラムの変位を制限するストッパー部材とを具えたダイヤフラム装置において、前記ダイヤフラムの受圧部に、変位方向の一方に突出するアウターコンボリューションと、変位方向の他方に突出するインナーコンボリューション部とを連続して設けると共に、前記ストッパー部材に、前記ダイヤフラムが一方向へ変位する時に、前記インナーコンボリューションの凹凸面側に密着してインナーコンボリューションを保持するインナーガイド部を設け、前記固定体に、前記ダイヤフラムが他方へ変位する時に、前記アウターコンボリューションの凹面側に密着してアウターコンボリューションを保持するアウターガイド部を設けたものである。この構成をとることにより、移動体の変位量を大きくしても、圧力作動時にダイヤフラムが反転することがなく安定した移動量を得ることができる。この従来技術は、移動体の位置を制御するダイヤフラム装置に関するものであるが、ダイヤフラムを弁体とするダイヤフラム式開閉弁としても有効である。

実用新案登録２５８４６６２号公報（第５頁、第１図）

コンボリューション部を備えたダイヤフラム式開閉弁は、弁体のリフト量を大きくすることができ、ダイヤフラム式開閉弁をコンパクトにすることができるが、出荷検査で漏水を確認するエアリーク検査等で圧力室内に圧縮空気が入った状態で１次側流路の圧力を急激に減圧すると圧力室内の空気が膨脹しダイヤフラムのコンボリューション部が反転する。これは、圧力室と１次側流路はブリード孔により連通しているが、ブリード孔から抜ける流量が少なく１次側流路と圧力室間に差圧が生じるためである。ダイヤフラムのコンボリューション部が反転すると、全閉止時のダイヤフラムの初期反力が減少し低圧での止水性が低下する他、反転の状況によっては弁リフト量が大幅に減少し弁体が弁座に密着しなくなり、止水不良を起こすこともある。

ダイヤフラムの反転を防止する対策としては、（１）エアリーク検査時の減圧速度を緩やかにする、（２）コンボリューション部の剛性を向上させる、（３）コンボリューション部の反転を機械的に抑制する、（４）膨脹する空気の絶対量を少なくするなどの対策が考えられる。但し、前記（１）ではエアリーク検査時間が長くなり生産性が劣る。（２）では、ダイヤフラムの硬度をアップすること、ダイヤフラムの肉厚をアップすること、または、ダイヤフラム径を小さくすることによりコンボリューション部の剛性を向上させることができるが、どの対策も設計的な制約が生じる。硬度アップにも限界があるし、肉厚アップはコンボリューション部がスムーズに動かなくなる他、ダイヤフラム式開閉弁が大きくなる。また、弁のリフト量が同じで、ダイヤフラム径を小さくすると流路圧損が増える。前記従来技術のダイヤフラム装置の構成は、前記（３）の対策に相当し確実に反転を防止できるが、別途、ガイド部を設ける必要があり構造が複雑となる他、ガイド部とダイヤフラムのコンボリューション部が摺れるため、ダイヤフラムが損傷する恐れがある。また、弁体とガイド間の隙間にコンボリューション部が噛み込まないように、コンボリューション部のＲを大きくする必要があり、ダイヤフラム式開閉弁の小型化の観点では必ずしも最良な構成とは言えない。

そこで、本発明は上記の問題点を解決するため、シンプルな構成でダイヤフラムのコンボリューション部の反転を抑制するダイヤフラム式開閉弁を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、一次側流路と二次側流路を開閉するダイヤフラム式開閉弁において、弁座と、弾性部材で形成したダイヤフラムとこのダイヤフラムを保持するダイヤフラム保持部材からなるダイヤフラム弁体と、ダイヤフラム弁体の背後に配設した圧力室を形成するための圧力室形成部材とを備え、前記ダイヤフラム弁体は前記一次側流路と前記圧力室を連通するブリード孔を設け、前記ダイヤフラムは前記ダイヤフラム保持部材の外側全周に前記圧力室側に向かって折り返したコンボリュ−ション部を有し、前記ダイヤフラム保持部材の圧力室側の面形状と前記圧力室形成部材の内側形状とを略相似形状に形成し、前記ダイヤフラム弁体の全開の状態で前記ダイヤフラム保持部材が圧力室形成部材の内側面に密接状に近接すると共に、前記ダイヤフラム保持部材と前記圧力室形成部材の間に前記ブリード孔の圧力室側開口と連絡する微少隙間を形成することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、全閉状態で圧力室の容積が最小容積付近まで小さくでき、エアリーク検査時の圧力室内に貯まる空気の絶対量を抑えることができる。このことにより、１次側流路の圧力が急激に低下してもブリード孔から抜ける流量ですぐに圧力室内の圧力値を１次側流路の圧力値にすることができ、ダイヤフラムのコンボリューション部の反転を防止できる。また、閉弁時、ダイヤフラム保持部材と圧力室形成部材が密着してブリード孔が塞がれることがなく開閉動作が安定する。更に、通水時、圧力室内の空気が存在するとダイヤフラム開閉弁の閉弁までの時間（自閉時間）がばらつくが、上記構成により、通水後、圧力室内の空気が水に速やかに置換されるため、通水開始時点から自閉時間が安定する。このダイヤフラム開閉弁を自閉吐水装置の開閉弁として使用した場合は、閉弁までの時間が安定することにより、吐水量のバラツキが低減でき節水化が図れる。

本発明において、好ましくは、前記ブリード孔の圧力室側開口を前記圧力室の上方位置に配設する。

このように構成された本発明においては、通水時、水より比重の小さな空気が圧力室からブリード孔を通り抜け易くなり、圧力室内の空気と水との置換が速やかに行われる。そのため、ダイヤフラムの反転や安定した自閉時間を得ることができる。

また、本発明において、好ましくは、前記ダイヤフラム保持部材は、その外側全周に前記コンボリューション部を支持するための円筒状で先端部が外方に折れ曲がった鍔部を有するコンボリューション支持部を備える。

このように構成された本発明においては、ダイヤフラムのコンボリューション部がコンボリューション支持部に沿ってスムーズに動くようになる。また、開弁時、１次側流路と圧力室内の差圧によりコンボリューション部が必要以上に伸長せず、コンボリューション部が保護され、ダイヤフラム式開閉弁の耐久性が向上する。

本発明によれば、シンプルな構成でダイヤフラムのコンボリューション部の反転を抑制するダイヤフラム式開閉弁が実現できる。

以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明に係る実施形態のダイヤフラム式開閉弁の開弁状態を示す説明図、図２は本発明に係る実施形態のダイヤフラム式開閉弁の閉弁状態を示す説明図で、図３は、ブッシュと弁座の位置関係を説明するための図２に示すＡの部分の拡大図、図４は、図１に示すダイヤフラム式開閉弁のダイアフラム弁体の分解図、図５は図４に示すダイヤフラム弁体の外観図である。

実施形態のダイヤフラム式開閉弁１は、住宅用水回り設備に洗浄水を供給する開閉弁として使用されるもので、入水路３と出水路５と、弁座６と、ゴム製のダイヤフラム７と、このダイヤフラム７を保持するダイヤフラム保持部材８からなるダイヤフラム弁体９と、ダイヤフラム弁体９の背後に圧力室１０を形成するための圧力室形成部材１１と、圧力室１０と出水路５を連通させるパイロット流路１２と、このパイロット流路１２を開閉する制御弁１３から構成されている。

ダイヤフラム弁体９には入水路３と圧力室１０を連通する貫通したブリード孔１４があり、制御弁１３を開弁すると圧力室１０の圧力が出水路５とほぼ同じ圧力まで低下し、ダイヤフラム弁体９に加わる力の釣り合いが崩れ、ダイヤフラム弁体９が弁座６から離れダイヤフラム式開閉弁１が開弁する。制御弁１３を閉弁すると、パイロット流路１２が閉じ、水は入水路３からブリード孔１４を通り、圧力室１０に流れ込み圧力室１０の圧力が入水路５の圧力とほぼ同じとなり、ダイヤフラム弁体９が弁座６に密着し出水路５が塞がれる。ブリード孔１４にはゴミ詰まりを防止するクリーニングピン１５が挿入されており、このクリーニングピン１５は、圧力室形成部材１１で固定されている。そのため、ダイヤフラム弁体９が移動する毎にブリード孔１４の内周面とクリーニングピン１５が接触し、ブリード孔１４の内周面の異物付着によるダイヤフラム弁体９の動作不良を防止している。

ダイヤフラム弁体９は、中央に固定用の穴２を設けたダイヤフラム７とダイヤフラム保持部材８とからなり、ダイヤフラム保持部材８は中心部に突起部１６を設けたセンターディスク１７と、この突起部１６と嵌合しダイヤフラム７を挟み込みダイヤフラム７を固定する鍔１８を備えた固定ブッシュ１９とからなる。センターディスク１７の突起部１６は、ブッシュ１９と嵌合する嵌合部２０とブッシュ１９を挿入するテーパ状の挿入部２１を備えており、ダイヤフラム７の中心部の穴２にセンターディスク１７の中心部の突起部１６を通し、ブッシュ１９をセンターディスク１７の突起部１６に差し込むと、センターディスク１７の嵌合部２０にブッシュ１９の４つの爪２２が収まりダイヤフラム７が確実に固定される。この構成にすることにより、ダイアフラム７をワンタッチでダイアフラム保持部材８に取り付けることができ、ダイアフラム弁体９の組立性が非常に良好となる。また、ブッシュ１９の鍔１８の外径は、図3に示すように、ダイヤフラム７と密着するシート部４の径より若干小さく、鍔１８の外径部２８はシート部４の傾きと略平行に形成されている。そうすることにより、ダイヤフラム７をブッシュ１９とセンターディスク１７で挟み込みダイヤフラム７をより強固に固定できる他、閉弁間際で弁の開度をスムーズに絞ぼり瞬間流量を減少させることもできる。閉弁間際での瞬間流量が減少すれば、閉弁時の弁直前の水圧が著しく上昇するウォーターハンマー（水撃作用）値を抑えることができる。

ダイアフラム７は、弁座６と密着し出水路５流路を塞ぐための円状のフラット部２３と、このフラット部２３の周縁部にダイヤフラム弁体９の弁リフト量を大きくするためコンボリューション部２４と、コンボリューション部２４の周縁部にダイヤフラム７を固定すると共に、外部漏れを防止するビード部２５を備えている。折れ返されたコンボリューション部２４が大きい程、弁リフト（移動距離）を大きくすることができる。その結果、流路断面積が大きくなり流路圧損を低減することができる。

センターディスク１７は、その外側全周にコンボリューション部２４を支持するための円筒状で先端部が外方に折れ曲がった鍔部２６ａを有するコンボリューション支持部２６を備えており、このコンボリューション支持部２６によりコンボリューション部２４がスムーズに動くようになる。また、閉弁時、入水路３と圧力室１０の差圧が大きくなってもコンボリューション部２４が鍔部２６ａに当接して必要以上に伸ばされることが無く、コンボリューション部２４が保護され、ダイヤフラム式開閉弁１の耐久性が向上する。

また、センターディスク１７の圧力室１０側は、樹脂成形上の問題で略円筒状に肉が盗まれており、この圧力室１０側の面形状と、圧力室形成部材１１の内側形状は略相似形状をしている。そのため、図１に示すようにダイアフラム弁体９を全開にすると、センターディスク１７が圧力室形成部材１１の内側面に密接状に近接し、センターディスク１７がスムーズに動ける最低必要限の隙間しか無い状態になる。

図６は、一般的なダイヤフラム式開閉弁の閉弁時の状態を示す説明図、図７は、図６のダイヤフラム式開閉弁のコンボリューション部が反転した状態を示す説明図、図８は、コンボリューション部が反転した状態のダイヤフラム弁体の外観図である。本発明に係るダイヤフラム式開閉弁１は非圧縮性流体である水を供給するもので、製造検査の耐圧性は、検査効率を向上させるため空気を使用したエアリーク検査を行っている。図６に示す一般的なダイヤフラム式開閉弁では、エアリーク検査時、圧力室１０内に圧縮空気が充満した状態で入水路３の圧力を急激に減圧すると、圧力室１０内の空気が膨脹しダイヤフラム７のコンボリューション部２４が図８のように反転する。これは、圧力室１０と入水路３はブリード孔１４により連通しているが、ブリード孔１４から抜ける流量が少なく入水路３と圧力室１０間に差圧が生じるためである。ダイヤフラム７のコンボリューション部２４が反転すると、全閉止時のダイヤフラム７の初期反力が減少し低圧での止水性が低下する他、図７に示すように、弁リフト量が大幅に減少しダイヤフラム弁体９が弁座６に密着しなくなり、止水不良を起こすこともある。また、エアリーク検査以外でも圧力室１０内に圧縮空気が充満した状態で入水路３の圧力を急激に減圧すると上記のようにダイヤフラム７のコンボリューション部２４が反転するため、コンボリューション部２４を備えたダイヤフラム７を使用する場合は注意が必要である。

ダイヤフラム式開閉弁１の全開時、センターディスク１７と圧力室形成部材１１とを密接させ、センターディスク１７がスムーズに動ける最低必要限の隙間しか無い状態にすることにより、圧力室１０内の容積を弁リフトに必要な最小容積付近まで小さくすることができ、エアリーク検査時の圧力室１０内に貯まる空気の絶対量を抑えることができる。このことにより、入水路３の圧力が急激に低下してもブリード孔１４から抜ける流量ですぐに圧力室１０内の圧力値を入水路３の圧力値にすることができ、ダイヤフラム７のコンボリューション部２４の反転を防止できる。更に、通水時、圧力室１０内の空気が存在するとダイヤフラム式開閉弁１の閉弁までの時間（自閉時間）がばらつくが、この構成にすることにより、通水後、圧力室１０内の空気が水に速やかに置換されるため、通水開始からすぐに閉弁までの時間が安定する。この開閉弁を自閉吐水装置の開閉弁として使用した場合は、閉弁までの時間が安定することにより、吐水量のバラツキが低減でき節水化が図れる。

また、ダイアフラム式開閉弁１の全開時、センターディスク１７と圧力室形成部材１１は密接するが、クリーニングピン１５付近の圧力室形成部材１１の内周面は切り欠かれており、微少隙間２７を設けている。そのため、全開時でのブリード孔１４が塞がれることがなく、閉弁させる際、確実にブリード孔１４から圧力室１０に水が流入できダイヤフラム式開閉弁１の閉弁動作が安定する。

図９は、図１のダイヤフラム式開閉弁１を１８０度反転した状態図である。この場合、ブリード孔１４は圧力室１０の下方配置になる。この構成のダイヤフラム式開閉弁を入水路３に空気が充満した状態で図示しない水道管に接続すると、水道管に存在する水は、大半が圧力室１０に入らず出水路３から流出し圧力室１０には圧縮空気が大量に残ってしまう。この状態で、万が一入水路３の圧力が急激に低下するとエアリーク検査時と同様にダイヤフラム７が反転し止水不良起こす可能性がある。図１のダイヤフラム式開閉弁１においては、ブリード孔１４を圧力室１０の上方に備えており、入水路３に空気が充満した状態で図示しない水道管に接続しても、空気より比重の大きい水がブリード孔１４付近を流れるため、圧力室１０に水が導かれ、圧力室１０の空気と置換され、圧力室１０の空気の絶対量を少なくすることができる。そのため、万が一入水路３が急激に減圧されてもダイヤフラム７は反転しづらくなり、より好ましい形態といえる。

図１０は、図５と異なる形状のダイヤフラム弁体の外観図を示す。図１０に示すダイアヤフラム弁体は、図５のに示すダイヤフラム弁体のブッシュ１９に、ダイアフラム弁体９と弁座６の位置ずれを機械的に規制する４つの角２９を備えたものである。大流量を開閉させるダイヤフラム開閉弁１においては、小型化を図るためには、弁リフト量を大きく設定する必要があるが、ダイアヤフラム弁体９が水流などで寄れやすくなる。また、閉弁時のウオーターハンマー値を抑えるためには、閉弁時の流量を絞る必要があり、ブッシュ１９の鍔１８径を弁座６径（シート径）に近づけることが不可欠である。どちらもブッシュ１９の鍔１８部が弁座６に乗り上げ止水不良を起し易くなる構成であり、ブッシュ１９の４つの角２９によりダイアヤフラム弁体９と弁座６の位置を機械的規制することは止水不良を抑制する有効な手段であり、より好ましい形態と言える。

本発明に係る実施形態のダイヤフラム式開閉弁の開弁状態を示す説明図 本発明に係る実施形態のダイヤフラム式開閉弁の閉弁状態を示す説明図 図２に示すＡの部分の拡大図 図１に示すダイヤフラム式開閉弁のダイアフラム弁体の分解図 図４に示すダイヤフラム弁体の外観図 一般的なダイヤフラム式開閉弁の全閉状態を示す説明図 図６に示すダイヤフラム式開閉弁でコンボリューション部が反転した状態の説明図 コンボリューション部が反転したダイヤフラム弁体の外観図 図１のダイヤフラム式開閉弁１を１８０度反転した状態図 ４つの角を備えたダイヤフラム弁体の外観図

符号の説明

１…ダイヤフラム式開閉弁
２…穴
３…入水路
４…シート部
５…出水路
６…弁座
７…ダイヤフラム
８…ダイアフラム保持部材
９…ダイアフラム弁体
１０…圧力室
１１…圧力室形成部材
１２…パイロット流路
１３…制御弁
１４…ブリード孔
１５…クリーニングピン
１６…突起部
１７…センターディスク
１８…鍔
１９…ブッシュ
２０…嵌合部
２１…挿入部
２２…爪
２３…フラット部
２４…コンボリューション部
２５…ビード部
２６…コンボリューション支持部
２６ａ…鍔部
２７…微小隙間
２８…外径部
２９…角

Claims (3)

1. 一次側流路と二次側流路を開閉するダイヤフラム式開閉弁において、弁座と、弾性部材で形成したダイヤフラムとこのダイヤフラムを保持するダイヤフラム保持部材からなるダイヤフラム弁体と、ダイヤフラム弁体の背後に配設した圧力室を形成するための圧力室形成部材とを備え、
   前記ダイヤフラム弁体は前記一次側流路と前記圧力室を連通するブリード孔を設け、前記ダイヤフラムは前記ダイヤフラム保持部材の外側全周に前記圧力室側に向かって折り返したコンボリュ−ション部を有し、前記ダイヤフラム保持部材の圧力室側の面形状と前記圧力室形成部材の内側面形状とを略相似形状に形成し、前記ダイヤフラム弁体の全開の状態で前記ダイヤフラム保持部材が圧力室形成部材の内側面に密接状に近接すると共に、前記ダイヤフラム保持部材と前記圧力室形成部材との間に前記ブリード孔の圧力室側開口と連絡する微少隙間を形成することを特徴とするダイヤフラム式開閉弁。
2. 前記ブリード孔の圧力室側開口を前記圧力室の上方位置に配設していることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム式開閉弁。
3. 前記ダイヤフラム保持部材は、その外側全周に前記コンボリューション部を支持するための円筒状で先端部が外方に折れ曲がった鍔部を有するコンボリューション支持部を前記圧力室側に延設したことを特徴とする請求項１又は２記載のダイヤフラム式開閉弁。
   
   

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