JP2008267433A - ダイヤフラム式バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】弁体を開状態にさせるスプリングを省略してバルブ全体を高さ方向に小型化することができるとともに、スプリング及びその周辺部品を削減して構成の簡単化を図ることができ、さらに、弁体を開閉させるハンドルの操作力を軽減して操作性を向上させることが可能なダイヤフラム式バルブを提供する。
【解決手段】高圧ガスの流入路と流出路とを接続する閉鎖弁室を設けた中空状のバルブ本体１０と、バルブ本体１０に螺合し、バルブ本体１０内を密閉するグランドナット４０と、グランドナット４０に螺合し、ねじに沿って閉鎖弁室１６内の弁体５１を開閉方向に動作させることが可能なスピンドル２０と、一端側がスピンドル２０に当接し、他端側に弁体５１を取り付けたプラグ５６と、プラグ５６の他端側に取り付けられ、閉鎖弁室１６を密閉するとともに、スピンドル２０の方向の付勢力をプラグ５６に作用させる一方向のばね弾性を有するダイヤフラム５２とを備えた構成としてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスボンベに直接接続されて高圧ガスの供給又は充填に用いられるダイヤフラム式バルブに関し、特に、弁体を開状態にさせるスプリングを省略してバルブ全体を高さ方向に小型化することができるとともに、スプリング及びその周辺部品を削減して構成の簡単化を図ることができ、さらに、弁体を開閉させるハンドルの操作力を軽減して操作性を向上させることが可能なダイヤフラム式バルブに関する。

従来から圧縮ガスや液化ガスを充填したガスボンベに用いられるバルブとして、パック式バルブとダイヤフラム式バルブとがある。パック式バルブは、パッキング式のジョイント又はボルトを用いてバルブ内の気密性を確保しており、一方、ダイヤフラム式バルブは、弁体の移動とともに撓む金属薄板製のダイヤフラムによってバルブ内の気密性を確保している。

そして、両バルブを比較すると、パック式バルブは、消耗品であるダイヤフラムを用いないので寿命が長く、分解してメンテナンスすることにより、繰り返し使用することができる。一方、ダイヤフラム式バルブは、ダイヤフラムが劣化してしまうためにパック式バルブよりも寿命が短いが、あらかじめ定められた耐用年数や使用回数を超えない範囲内で使い捨てることにより、メンテナンスの手間なく安全性を確保することができる。このような取り扱いの容易さから、近年、使い捨てのダイヤフラム式バルブが、国際的なデファクトスタンダードとなりつつある。

従来のガスボンベ用のダイヤフラム式バルブとして、例えば、特許第２５３７１４８号（特許文献１）では、弁体（環状部材１６）を開閉動作させるためのスピンドル（上部軸３０）と、前記弁体を取り付けたプラグ（ピストン２４）とを、ダイヤフラム（気密膜４０）を介して互いに当接させるとともに、プラグをスプリング（弾性手段２６）によって押し上げて、スピンドル方向の付勢力を作用させた構成のものが提案されている。

また、特開２００６−１５３２３０号（特許文献２）及び特開２００６−１４４９５０号（特許文献３）では、弁体（閉止部材１９）を開閉動作させるためのスピンドル（推進ねじ部材１６）と、前記弁体を取り付けたプラグ（中間伝動具１７）と、このプラグに取り付けられたダイヤフラム１８とを備え、プラグをスプリング（開弁ばね２１）によって押し上げて、スピンドル方向の付勢力を作用させた構成のものが提案されている。

これら従来のダイヤフラム式バルブでは、スピンドルを開方向に動作させると、スプリングの付勢力がプラグを押し上げて弁体を開状態にさせ、また、スピンドルを閉動作させると、プラグが付勢力に抗してスプリングを撓ませて弁体を閉状態にさせていた。
特許第２５３７１４８号（第１〜３図参照） 特開２００６−１５３２３０号（図１参照） 特開２００６−１４４９５０号（図１〜４参照）

しかし、上述した従来のダイヤフラム式バルブは、いずれもスプリングによってプラグに付勢力を作用させる構成となっていたので、バルブ本体内にスプリングを縦にして収容するためのスペースを確保しなければならず、バルブ全体が高さ方向に大型化してしまうという問題があった。

また、従来のダイヤフラム式バルブでは、スプリングのみならず、このスプリングをバルブ本体内で保持するための周辺部品（例えば、特許文献１のリング２８、特許文献２，３の押圧スリーブ２２参照）を必要とし、部品点数が増大して構造が複雑化するのみならず、バルブ全体の組立作業に手間が掛かるという問題があった。

ここで、本出願人は、特願２００６−２０６０５９号において消耗部品の交換などのメンテナンスにより再使用可能なダイヤフラム式バルブを提案しているが、このようなダイヤフラム式バルブにスプリングやその周辺部品を追加すれば、使い捨てる消耗部品が増大してリサイクル性が低減してしまい、メンテナンス時における消耗部品の交換作業に手間が掛かるという問題もあった。

さらに、従来のダイヤフラム式バルブでは、スプリングの大きな付勢力が、プラグを介してスピンドルに常時作用しているので、スピンドルを回転させるためのハンドル操作に力を必要とし、操作性が悪いという問題もあった。

これに加え、スプリングの大きな付勢力が、互いに螺合するスピンドルとグランドナットとのねじ部に常時作用すると、一般にステンレス鋼からなるスピンドルとグランドナットとのねじ部の相互間で金属部品同士の「かじり」が生じ、これら金属部品の接合部分が機械的に損傷してしまうという問題もあった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、弁体を開状態にさせるスプリングを省略してバルブ全体を高さ方向に小型化することができるとともに、スプリング及びその周辺部品を削減して構成の簡単化を図ることができ、さらに、弁体を開閉させるハンドルの操作力を軽減して操作性を向上させることが可能なダイヤフラム式バルブの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のダイヤフラム式バルブは、ガスボンベに直接接続され、前記ガスボンベから外部への高圧ガスの供給又は外部から前記ガスボンベへの高圧ガスの充填に用いられるダイヤフラム式バルブであって、前記高圧ガスの流入路と流出路とを接続する閉鎖弁室を設けた中空状のバルブ本体と、前記バルブ本体に螺合し、前記バルブ本体内を密閉するグランドナットと、前記グランドナットに螺合し、ねじに沿って前記閉鎖弁室内の弁体を開閉方向に動作させることが可能なスピンドルと、一端側が前記スピンドルに当接し、他端側に前記弁体を取り付けたプラグと、前記プラグの他端側に取り付けられ、前記閉鎖弁室を密閉するとともに、前記スピンドル方向の付勢力を前記プラグに作用させる一方向のばね弾性を有するダイヤフラムとを備え、前記スピンドルを開方向に動作させたときに、前記ダイヤフラムの付勢力が前記プラグを押し上げて前記弁体を開状態にさせ、また、前記スピンドルを閉方向に動作させたときに、前記プラグが付勢力に抗して前記ダイヤフラムを撓ませて前記弁体を閉状態にさせる構成としてある。

このような構成によれば、ダイヤフラム自体にプラグを押し上げる付勢力をもたせたことにより、従来のようなスプリングを構成から省略することができ、バルブ全体を高さ方向に小型化することができる。また、スプリング、及びこのスプリングをバルブ本体内で保持するための周辺部品を削減して構成の簡単化を図ることができ、バルブの組立及びメンテナンスを容易に行うことができるようになる。

さらに、ダイヤフラムがプラグに作用させる付勢力は、弁体を微小移動（例えば、約１ｍｍ程度）させるのに十分な小さな力であるから、弁体を開閉させるハンドルの操作力を軽減して操作性を向上させることができ、また、スピンドルとグランドナットとのねじ部の相互間における金属部品同士の「かじり」を防止することが可能となる。

ここで、ダイヤフラムが有する「一方向のばね弾性」とは、ダイヤフラムがプラグに作用させる一方向のみの付勢力ないしばね弾性を意味する。これは、従来のダイヤフラム式バルブにおけるダイヤフラムが、弁体の開方向及び閉方向の二方向にクリックアクションして、弁体の開状態及び閉状態の各時点において付勢力を失う構成と相違する。但し、ダイヤフラム自体が二方向にクリックアクションするものであっても、閉方向のクリックアクションを構造上制限した場合は、開方向のクリックアクションの過程において生じる付勢力ないしばね弾性が、本発明における「一方向のばね弾性」に相当する。

好ましくは、上述した本発明のダイヤフラム式バルブにおいて、前記ダイヤフラムが、前記バルブ本体内の取付部の形状に対応する金属板からなり、前記バルブ本体内の取付部において部材間に挟持され、前記閉鎖弁室を密閉する略平坦な周縁部と、前記周縁部から前記スピンドル方向に突出するように成形され、前記スピンドルの開閉方向の動作に伴って撓み、前記スピンドルを開方向に動作させたときに前記撓みを復元し、前記プラグを押し上げて前記弁体を開状態にさせる付勢力を作用させる本体部とを備えた構成とする。

このような構成によれば、ダイヤフラムの本体部をスピンドル方向に突出するように成形するといった簡単な構成により、ダイヤフラムに一方向のばね弾性をもたせることができ、スピンドル方向の付勢力をプラグに作用させることが可能となる。また、このようなダイヤフラムによってプラグに作用される付勢力は、本体部の突出量の範囲内における小さな力であるから、弁体を開閉させるハンドルの操作力を軽減して操作性を向上させることが可能となる。

好ましくは、上述した本発明のダイヤフラム式バルブにおいて、前記ダイヤフラムの本体部を、前記本体部の形状に対応する金属板からなる補強板により補強した構成とする。

このような構成によれば、ダイヤフラムの本体部を補強板によって補強したことにより、弁体の開閉動作時において、ダイヤフラムの本体部が撓み変形する際の負担を軽減し、良好な撓み変形と耐久性の向上とを図ることが可能となる。

好ましくは、上述した本発明のダイヤフラム式バルブにおいて、前記補強板が、前記スピンドル方向の付勢力を前記プラグに作用させる一方向のばね弾性を有する構成とする。

このような構成によれば、ダイヤフラムの本体部及び補強板の双方が一方向のばね弾性を発揮させるので、これらダイヤフラムの本体部及び補強板の微小な突出量の範囲内において、弁体を開状態にさせるのに十分な付勢力をもたせることができる。

好ましくは、上述した本発明のダイヤフラム式バルブにおいて、前記ダイヤフラムの本体部の突出量の範囲を、前記弁体の開閉ストロークの範囲以上とし、前記スピンドルを閉方向に動作させたときに、前記ダイヤフラムの本体部が、前記周縁部を超えて撓まないようにした構成としてある。

このような構成によれば、ダイヤフラムの本体部が周縁部を超える前に弁体が閉状態となるので、本体部が周縁部を超えて撓むのを構造上制限することができ、本体部がスピンドルの反対方向に反転して付勢力を失ってしまうことを防止することができる。これにより、常に、スピンドル方向の付勢力をプラグに作用させることが可能となる。

本発明のダイヤフラム式バルブによれば、ダイヤフラム自体にプラグを押し上げる付勢力をもたせたことにより、従来のようなスプリングを構成から省略することができ、バルブ全体を高さ方向に小型化することができる。また、スプリング、及びこのスプリングをバルブ本体内で保持するための周辺部品を削減して構成の簡単化を図ることができ、バルブの組立及びメンテナンスを容易に行うことができるようになる。

さらに、ダイヤフラムがプラグに作用させる付勢力は、弁体を微小移動させるのに十分な小さな力であるから、弁体を開閉させるハンドルの操作力を軽減して操作性を向上させることができ、また、スピンドルとグランドナットとのねじ部の相互間における金属部品同士の「かじり」を防止することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態に係るダイヤフラム式バルブついて、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、ステンレス鋼等の種類を例示するにあたってＪＩＳコードを省略して記載してある。

図１は本発明の一実施形態に係るダイヤフラム式バルブを示す断面図である。図２は上記ダイヤフラム式バルブを構成する交換部品ユニットとリング状部材とを示す拡大断面図である。図３は上記交換部品ユニットに含まれるダイヤフラム及び補強板を示すものであり、同図（ａ）は部分断面斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図４は本バルブ開閉時における上記ダイヤフラムの動作を示す部分拡大図である。

図１において、本実施形態に係るダイヤフラム式バルブ１は、主として、バルブ本体１０と、スピンドル２０と、ハンドル３０と、グランドナット４０と、交換部品ユニット５０と、押圧部材５５と、リング状部材６０とで構成してある。

［バルブ本体］
バルブ本体１０は、その胴部１１内に断面略円形の中空部１１ａを設けたハウジングであり、耐腐食性を有する金属材料、例えば、ＳＵＳ３１６のステンレス鋼により形成してある。胴部１１の下方及び一側方には、それぞれ雄ねじ部１２，１３を分岐させて連成してある。下方の雄ねじ部１２内には、中空部１１ａ内に連通するガスの流入路１４が穿設してある。また、一側方の雄ねじ部１３内には、中空内に連通するガスの流出路１５が穿設してある。

これら流入路１４及び流出路１５が共に開口する中空部１１ａの下端側を、後述する略円板状のダイヤフラム５２によって密閉することにより閉鎖弁室１６を形成している。そこで、図２に示すように、中空部１１ａの下端側には、ダイヤフラム５２の周縁部５２ａ（図３（ａ）参照）を載置して圧接挟持するための環状段差である座部（取付部）１７が形成してある。また、座部１７とダイヤフラム５２とを直接接触させないように、座部１７とダイヤフラム５２との間に、樹脂製又は金属製のリング状部材６０を介在させてある。このようにして形成された閉鎖弁室１６内には、ガスの流入口１４ａが開口しており、この流入口１４ａは、後述する弁体５１によって開閉される。

さらに、バルブ本体１０の胴部１１側壁における座部１７上方には、ねじ孔１９が設けてあり、このねじ孔１９には検知プラグ（ボルト）７０が締結してある。この検知プラグ７０を外すことにより、ねじ孔１９を介して、ダイヤフラム５２の破損又はシール不良によるガス漏れの有無を検査することができる。なお、検知プラグ７０と胴部１１側壁との間には、ガスケット８３が介設してあり、万が一、ダイヤフラム５２の気密性が損なわれた場合でも、外部にガス漏れが生じないようになっている。このガスケット８３の材料として、例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を用いることができる。

［スピンドル］
スピンドル２０は、弁体５１を開閉動作させるための軸部材であり、例えば、耐腐食性を有するＳＵＳ３０４等のステンレス鋼又はニッケルメッキを施したＣ３６０４ＢＤにより形成してある。スピンドル２０の上端部には、ハンドル３０を取り付けるための雄ねじ部２１が設けてあり、この雄ねじ部２１にナット２２を締結することによりハンドル３０を固定している。

スピンドル２０の下端部外周には、雄ねじ部２４が設けてある。この雄ねじ部２４は、次に述べるグランドナット４０の軸受孔４１に連成した雌ねじ部４２と螺合しており、ハンドル３０を回転させると、ねじのピッチでスピンドル２０が上下方向に進退動作するようになっている。

ここで、本実施形態のダイヤフラム式バルブ１は、スピンドル２０の下端部と、交換部品ユニット５０の後述するプラグ５６とを連結させず、これらスピンドル２０とプラグ５６とを互いに当接させることにより連動させる構成を採用している。後に詳述するが、ハンドル３０を回転させてスピンドル２０を上下方向に進退動作させると、この進退動作がプラグ５６に伝達される。すると、このプラグ５６に取り付けられたダイヤフラム５２が、その本体部５２ｂの突出量Ｌ１（図３（ａ），（ｂ）及び図４参照）の範囲内で撓み又は復元し、プラグ５６の下端側に取り付けた弁体５１が上下方向に開閉動作するようになっている。

このようなスピンドル２０の下端面には、プラグ５６の上端面５６ａに当接するブッシュ２３が埋設してある。このブッシュ２３は、スピンドル２０よりも高硬度を有するＳＫ５等の炭素工具鋼によって形成してあり、プラグ５６の上端面５６ａとの当接によるスピンドル２０の摩損、変形を防止している。

［グランドナット］
グランドナット４０は、上述したバルブ本体１０の中空部１１ａの蓋となり、且つスピンドル２０と螺合してこれを支持するものである。このグランドナット４０の材料としては、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼、又はニッケルメッキを施して耐食性をもたせたＣ３６０４ＢＤ等の黄銅（真鍮）などを例示することができ、特に、ニッケルメッキを施して耐食性をもたせたＣ３６０４ＢＤ等の黄銅（真鍮）が好適である。

グランドナット４０の中空内部には、上から順に軸受孔４１、雌ねじ部４２及び収納部４３が連成してあり、略環状の下端面が押圧端４４となっている。また、グランドナット４０の下端部外周には雄ねじ部４５が設けてあり、この雄ねじ部４５は、バルブ本体１０の胴部１１内周に形成した雌ねじ部１８と螺合している。

なお、グランドナット４０とバルブ本体１０との接合部、グランドナット４０とスピンドル２０との接触部には、それぞれＯリング８１，８２が介設してある。これらＯリング８１，８２より、万が一、ダイヤフラム５２の気密性が損なわれた場合でも、外部にガス漏れが生じないようになっている。これらＯリング８１，８２の材料として、例えば、ＦＰＭ等のフッ素ゴム又はＮＢＲ等のニトリルゴムなどを用いることができ、好ましくは、ＦＰＭ等のフッ素ゴムを用いるとよい。

［交換部品ユニット］
図１及び図２に示すように、交換部品ユニット５０は、弁体５１、ダイヤフラム５２、補強板５３、保持部材５４及びプラグ５６とを組み立てて一体化した構成となっている。この交換部品ユニット５０を、ダイヤフラム式バルブ１のメンテナンス時にそっくり交換することにより、メンテナンス後のダイヤフラム式バルブ１の気密性及び安全性を回復させて再使用可能としている。

＜弁体＞
弁体５１は、上述したように、バルブ本体１０のガスの流入口１４ａを開閉させて、ガスの流通を制御するためのものであり、ダイヤフラム式バルブ１の気密性及び安全性を左右する重要な部品である。この弁体５１としては、気密性に優れ、長年使用しても容易に変形しない樹脂材料により形成してある。この材料として、例えば、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ又はポリアミドを用いることができ、特に、ＰＣＴＦＥが好適である。

＜ダイヤフラム＞
ダイヤフラム５２は、上述したように、弁体５１の開閉動作を許容しつつ、バルブ本体１０の閉鎖弁室１６を密閉するためのものであり、弁体５１と同様、ダイヤフラム式バルブ１の気密性及び安全性を左右する重要な部品である。このダイヤフラム５２も、腐食性のガスに直接接触するものであるから、耐腐食性に優れた金属材料、例えば、ＳＵＳ３１６のステンレス鋼の円形薄板により形成してある。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、ダイヤフラム５２は、中心部に保持部材５４の雄ねじ部５４ｂを挿通するための挿通孔５２ｃを設けた板厚０．０８〜０．１５ｍｍの円形薄板を複数枚、例えば、２枚重ね合わせて形成してあり、その気密性と耐久性を向上させている。本発明において、好ましい円形薄板の枚数は２〜５枚であり、より好ましくは２〜３枚である。円形薄板がこの枚数であると、十分な気密性と耐久性が得られるためである。

ここで、本実施形態のダイヤフラム５２は、その本体部５２ｂが、略平坦な周縁部５２ａから上方向（スピンドル２０の方向）に突出するように成形した構成としてある。この本体部５２ｂは、下方向（スピンドル２０の反対方向）に撓んだ状態となったときに上方向の付勢力（図３（ｂ）の白抜き矢印Ｐ参照）を発揮し、ダイヤフラム５２が取り付けられたプラグ５６に上方向の付勢力を作用させる。

本実施形態では、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂの突出量Ｌ１を約１ｍｍに設定してあり、また、本体部５２ｂの上方向の付勢力（後述する補強板５３の上方向の付勢力を含む）を、弁体５１、保持部材５４及びプラグ５６の組立体を１ｍｍ程度押し上げるのに十分な数ｋｇの範囲内で設定してある。この本体部５２ｂの上方向の付勢力である数ｋｇは、従来のスプリングの上方向の付勢力である数十ｋｇと比較して極めて小さい。

また、ダイヤフラム５２は、本体部５２ｂの突出量Ｌ１の範囲内において撓み変形可能となっており、図４に示すように、本体部５２ｂの突出量Ｌ１の範囲が、弁体５１の開閉ストロークＬ２の範囲よりやや大きくなるように設定してある。さらに、本体部５２ｂが周縁部５２ａの位置まで撓んだときに、弁体５１がガスの流入口１４ａを閉鎖する位置関係となっており、本体部５２ｂが周縁部５２ａを超えて撓まないように構造上制限している。

このような構成により、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂの撓み変形を、突出量Ｌ１の範囲内に制限することができ、本体部５２ｂが周縁部５２ａよりも下方向に撓んで反転してしまい、上方向の付勢力を失ってしまうことを防止している。この結果、常に、上方向の付勢力をプラグ５６に作用させることが可能となる。

＜補強板＞
補強板５３は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ダイヤフラム５２より小径の板厚０．０８〜０．１５ｍｍで、中心部に保持部材５４の雄ねじ部５４ｂを挿通するための挿通孔５３ａを設けた円板状薄板を複数枚、例えば３枚重ねたものであり、例えば、ＳＵＳ３１６のステンレス鋼により形成してある。

この補強板５３は、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂの上面に圧接保持され、ダイヤフラム５２を補強している。すなわち、ダイヤフラム５２は、その撓み変形を良好にするため薄型化されるが、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂが撓み変形する際に中心側の負担が大きくなる。そこで、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂを補強板５３により補強し、良好な撓み変形と耐久性の向上とを図っている。

本発明において、好ましい補強板５３の枚数は２〜５枚であり、より好ましくは２〜４枚で、特に３枚が好適である。補強板５３がこの枚数であると、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂの保護と十分な耐久性が得られるからである。このような補強板５３は、高圧ガスの圧力やプラグ５６の押圧力による変形からダイヤフラム５２の本体部５２ｂを保護しているとともに、ダイヤフラム５２と保持部材５４の溶接部（図４の符号５２ｄ参照）をも保護している。

ここで、本実施形態の補強板５３は、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂに対応する形状に成形してあり、本体部５２ｂと同様に、下方向に撓んだ状態において上方向のばね弾性を発揮する。このような補強板５３によって、薄板からなる本体部５２ｂのばね弾性を補うことができ、これら本体部５２ｂ及び補強板５３の微小な突出量の範囲内において、弁体５１を開状態にさせるのに十分な付勢力をもたせることができる。

＜保持部材＞
保持部材５４は、上述した弁体５１、ダイヤフラム５２及び補強板５３を一体的に保持するためのものである。保持部材５４の下面側には、弁体５１と略同形の嵌合凹部５４ａが設けてあり、この嵌合凹部５４ａ内に弁体５１をかしめ固定している。

また、保持部材５４の上面中心には、雄ねじ部５４ｂが立設してある。この雄ねじ部５４ｂの基部は、ダイヤフラム５２及び補強板５３を取り付けるための肩部が設置してある。上述したダイヤフラム５２及び補強板５３の中心に穿設した挿通孔５２ｃ，５３ａに雄ねじ部５４ｂを挿通させることにより、保持部材５４の上面にダイヤフラム５２及び補強板５３を重ねて配置している。

さらに、図４に示すように、ダイヤフラム５２の挿通孔５２ｃの周辺部を保持部材５４の上面にレーザー溶接（図中の符号５２ｄ参照）している。本実施形態では、ダイヤフラム５２の挿通孔５２ｃの周辺部をパルスＹＡＧレーザー溶接し、一定の溶接深さで円形に縫い合わせ式溶接し、耐久性と気密性とを確保している。ここで、ダイヤフラム５２の溶接深さは、ダイヤフラム５２の板厚を除いた保持部材５４のみに対する溶け込み深さであり、約０．１〜０．５ｍｍ、好ましくは、約０．２〜０．２５ｍｍの範囲とする。なお、本発明において溶接方式は、縫い合わせ式に限定されず、突き合わせ式を採用することもできるが、縫い合わせ式が、ダイヤフラム５２の耐久性及び密閉性を確保することができることから好ましい。

＜プラグ＞
プラグ５６は、弁体５１及びダイヤフラム５２を組み付けた保持部材５４と、補強板５３とを一体化して交換部品ユニット５０を形成するとともに、スピンドル２０と当接により連動して、弁体５１を上下方向に開閉動作させるものである。このプラグ５６は、例えば、ＳＵＳ３０３又はＳＵＳ３０４のステンレス鋼により形成してある。本発明においてはＳＵＳ３０３を用いることが好ましい。

プラグ５６の上端面５６ａは、上述したスピンドル２０との当接面であり、本実施形態では、上端面５６ａを略球面状に加工してある。これにより、上端面５６ａの球面頂部がスピンドル２０の下端面に埋設したブッシュ２３と当接するようになっている。

一方、プラグ５６の下端側には、保持部材５４の雄ねじ部５４ｂに螺合する雌ねじ部５６ｂが形成してある。また、図２に示すように、プラグ５６の上端側の外形は、このプラグ５６を回転させて保持部材５４と締結させるためのナット部５６ｃとなっている。

さらに、図２及び図４に示すように、雌ねじ部５６ｂと雄ねじ部５４ｂとを螺合させたときに、プラグ５６の下端面が、保持部材５４の上面で重なり合うダイヤフラム５２及び補強板５３の中心側を押圧挟持するが、この場合に、ダイヤフラム５２の溶接部５２ａに負荷が掛からないよう、プラグ５６の下端面には、溶接部５２ａを回避するための環状の凹部５６ｄが形成してある。

＜交換部品ユニットの組み立て＞
ここで、交換部品ユニット５０の組み立て手順について説明する。あらかじめ保持部材５４の嵌合凹部５４ａ内に弁体５１をかしめ固定するとともに、ダイヤフラム５２の挿通孔５２ｃに雄ねじ部５４ｂを挿通させた後、保持部材５４の上面にダイヤフラム５２を溶接する。次いで、補強板５３の挿通孔５３ａに雄ねじ部５４ｂを挿通させて、保持部材５４に溶接したダイヤフラム５２に補強板５３を積層させる。その後、保持部材５４の雄ねじ部５４ｂにプラグ５６の雌ねじ部５６ｂを螺合させる。これにより、プラグ５６の下端面に補強板５３とダイヤフラム５２とが押圧挟持され、交換部品ユニット５０の組み立てが完了する。

なお、交換部品ユニット５０を組み立てるとき、及び雄ねじ部５４ｂと雌ねじ部５６ｂとを螺合させるときには、接着剤などによって部材相互間を接着し、容易に外れないようにすることが好ましい。この接着剤としては、嫌気性状態で固まるものがより好ましい。

このような交換部品ユニット５０を一度組み立てた後は、一纏まりの一部品として取り扱われ、本ダイヤフラム式バルブ１のメンテナンス時には、新しい交換部品ユニット５０とそっくり交換されることになる。この交換部品ユニット５０があらかじめ組み立てられた状態で提供される場合には、本ダイヤフラム式バルブ１のメンテナンス時に交換部品ユニット５０を組み立てたり分解したりする手間が一切掛からない。

［押圧部材］
押圧部材５５は、ダイヤフラム５２の外径と同じ厚肉円板状の部材であり、例えば、ＳＵＳ３０３又はＳＵＳ３０４などのステンレス鋼により形成してある。本発明においてはＳＵＳ３０３を用いることが好ましい。図２及び図４に示すように、この押圧部材５５の下面側には、座部１７の内径と略等しい外径の円形凹部５５ａが形成してあり、押圧部材５５の周縁部のみがダイヤフラム５２の周縁部５２ａに当接するようになっている。これにより、押圧部材５５は、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂの上方向の撓み変形を許容しつつ、周縁部５２ａのみをバルブ本体１０の座部１７に押圧挟持している。

また、押圧部材５５の中心にはプラグ５６の挿通孔５５ｂが穿設してある。本実施形態では、この挿通孔５５ｂの直径を、プラグ５６のナット部５６ｃの最大外径よりも大きくしてあり、組み立て完了した交換部品ユニット５０のプラグ５６を挿通孔５５ｂに挿通させて、押圧部材５５を交換部品ユニット５０に取り付けるようにしてある。

なお、押圧部材５５の挿通孔５５ｂの直径を、ナット部５６ｃの外径よりも小さくし、先に押圧部材５５をプラグ５６に取り付けて、その後に保持部材５４をプラグ５６に締結させる構成としてもよい。このような構成とした場合は、挿通孔５５ｂよりも大径のナット部５６ｃがストッパの役割を果たして押圧部材５５の抜けを防止し、押圧部材５５を交換部品ユニット５０の構成部品として一体に組み込むことが可能となる。

［リング状部材］
図１及び図２に示すように、リング状部材６０は、バルブ本体１０に交換部品ユニット５０を組み付けたときに、座部１７と、ダイヤフラム５２の周縁部５２ａとの間に介在して、密閉性を向上させるとともに、これら金属部品同士の接触を防止するものである。

このリング状部材６０は、座部１７とほぼ同一寸法の薄板又は薄膜の環状体であり、バルブ本体１０の座部１７の面精度低下を生じない金属又は樹脂材料により形成する。本実施形態では、アンモニア、塩化水素又は塩素等の腐食性ガスの使用を考慮して、より耐腐食性に優れた樹脂材料、例えば、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロ・トリフルオロ・エチレン）製の樹脂シート材によって形成してある。

ＰＣＴＦＥは、フッ素樹脂特有の優れた化学的安定性を有しており、このＰＣＴＦＥからなるリング状部材６０を、腐食性ガスの流通する閉鎖弁室１６内に配設しても容易に劣化することがない。また、リング状部材６０は、押圧部材５５側からの荷重によって座部１７と、ダイヤフラム５２の周縁部５２ａとの間に圧接挟持されるが、ＰＣＴＦＥの高い圧縮強さ、低摩擦係数により、容易に破損するようなこともない。したがって、このような耐腐食性の樹脂シートからなるリング状部材６０によれば、座部１７と、ダイヤフラム５２の周縁部５２ａとの気密性を維持しつつ、これら金属部材同士の接触による変形を防止することができる。

なお、リング状部材６０の材質は、ＰＣＴＦＥに限らず、耐腐食性を有するＰＴＦＥ，ＰＶＤＦ等のフッ素系樹脂を用いてもよい。また、使用対象となるガスが、腐食性を有しないものである場合は、ポリアミド，ポリアセタール等の樹脂材料を使用することができる。また、銀等の金属材料を用いることも可能である。

さらに、本実施形態では、リング状部材６０の外径を、座部１７の外径と同じ２６ｍｍ、リング状部材６０の内径を、座部１７の内径２０ｍｍよりも１ｍｍ大きい２１ｍｍとし、環状体の幅を２．５ｍｍに設定してある。ここで、リング状部材６０の内径を、座部１７の内径２０ｍｍよりも１ｍｍ大きくしたのは、座部１７と、ダイヤフラム５２の周縁部５２ａとの間に押圧挟持されたときに、リング状部材６０の内径端縁が変形して座部１７の内側にはみ出さないようにするためである。また、リング状部材６０の肉厚は、厚過ぎると温度の影響を受けやすく、薄過ぎると押圧力で破断してしまうので、これを考慮して０．５ｍｍの薄膜とした。

［ダイヤフラム式バルブの組み立て］
次に、上記構成からなる本ダイヤフラム式バルブ１の組み立て手順について、図１及び図２を参照しつつ説明する。

まず、押圧部材５５の挿通孔５５ｂに交換部品ユニット５０のプラグ５６を挿通させ、交換部品ユニット５０に押圧部材５５を取り付ける。そして、バルブ本体１０の座部１７にリング状部材６０を配設した後、中空部１１ａ内に交換部品ユニット５０及び押圧部材５５の組立体を入れる。すると、バルブ本体１０の閉鎖弁室１６内に保持部材５４及び弁体５１が配置されるとともに、リング状部材６０を配設した座部１７上にダイヤフラム５２の周縁部５２ａ及び押圧部材５５の周縁部が載置される。

この一方で、グランドナット４０の外側略中央部に大径のＯリング８１、軸受孔４１内に小径のＯリング８２をそれぞれ組み付ける。そして、スピンドル２０上端のボルト部２１を、グランドナット４０の軸受孔４１に挿通させ、互いの雄ねじ部２４と雌ねじ部４２とを螺合させる。これにより、グランドナット４０の軸受孔４１にスピンドル２０が回動自在に支持される。次いで、スピンドル２０を組み付けたグランドナット４０の雄ねじ部４５を、バルブ本体１０の雌ねじ部１８に螺合させる。

すると、あらかじめバルブ本体１０の中空部１１ａ内に入れた交換部品ユニット５０のプラグ５６が、グランドナット４０の収納部４３内に収納され、グランドナット４０の押圧端４４が押圧部材５５の周縁部に当接する。その後さらに、グランドナット４０の雄ねじ部４５を、バルブ本体１０の雌ねじ部１８に締結させると、グランドナット４０の押圧端４４が押圧部材５５に垂直方向の荷重を加え、間にリング状部材６０を介在させた状態で、ダイヤフラム５２の周縁部が座部１７に圧接挟持される。これにより、スピンドル２０、グランドナット４０、交換部品ユニット５０、押圧部材５５及びリング状部材６０が単一の組立体となり、図１に示すダイヤフラム式バルブ１が概ね組み上がる。

その後、このダイヤフラム式バルブ１のガス漏れ検査を行い、この検査終了後、バルブ本体１０のねじ孔１９にガスケット８３を介して検知プラグ７０を締結させ、最後に、スピンドル２０のボルト部２１にハンドル３０を取り付けてナット２２を締結させると、ダイヤフラム式バルブ１の組み立てが完了する。

上記構成からなるダイヤフラム式バルブ１は、バルブ本体１０の雄ねじ部１２を、図示しないガスボンベに直接接続して、高圧ガスの供給又は充填に用いられる。そして、このダイヤフラム式バルブ１は、圧縮ガス又は液化ガスのような高圧ガスにおいて使用することができ、アンモニア、塩化水素、塩素、二酸化硫黄、硫化水素又は二酸化窒素等の腐食性を有する液化ガス、あるいは亜酸化窒素、酸化エチレン、シアン化水素等の腐食性を有しない液化ガスの双方に好ましく使用することができ、より好ましくは腐食性を有する液化ガスに使用することができる。

［ダイヤフラム式バルブの作用効果］
上記構成からなる本実施形態のダイヤフラム式バルブ１では、図１及び図４に示すように、ハンドル３０を操作して、スピンドル２０を開方向に動作させると、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂの付勢力（図中の白抜き矢印Ｐ参照）がプラグ５６を押し上げて弁体５１を開状態にさせる。また、上記と逆方向にハンドル３０を操作して、スピンドル２０を閉方向に動作させると、プラグ５６が付勢力に抗してダイヤフラム５２の本体部５２ｂを撓ませて弁体５１を閉状態にさせる。

このような本実施形態に係るダイヤフラム式バルブ１によれば、図３及び図４に示すように、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂにプラグ５６を押し上げる付勢力をもたせたことにより、従来のようなスプリングを構成から省略することができ、バルブ全体を高さ方向に小型化することができる。また、スプリング、及びこのスプリングをバルブ本体１０内で保持するための周辺部品を削減して構成の簡単化を図ることができ、バルブの組立及びメンテナンスを容易に行うことができるようになる。

さらに、ダイヤフラム５２がプラグ５６に作用させる付勢力は、弁体５１を微小移動させるのに十分な小さな力であるから、弁体５１を開閉させるハンドル３０の操作力を軽減して操作性を向上させることができ、また、スピンドル２０の雄ねじ部２４と、グランドナット４０の雌ねじ部４２との間における金属部品同士の「かじり」を防止することが可能となる。

ダイヤフラム５２の本体部５２ｂがプラグ５６に作用させる付勢力は、弁体５１を微小移動（本実施形態ではＬ２＝約１ｍｍ）させるのに十分な小さな力であるから、弁体５１を開閉させるハンドル３０の操作力を軽減して操作性を向上させることができ、また、スピンドルとグランドナットとのねじ部の相互間における金属部品同士の「かじり」を防止することが可能となる。

ダイヤフラム５２の本体部５２ｂをスピンドル２０の方向に突出するように成形するといった簡単な構成により、ダイヤフラム５２に一方向のばね弾性をもたせることができ、スピンドル２０の方向の付勢力をプラグ５６に作用させることが可能となる。また、このようなダイヤフラム５２によってプラグ５６に作用される付勢力は、本体部５２ｂの突出量Ｌ１の範囲内における小さな力であるから、弁体５１を開閉させるハンドル３０の操作力を軽減して操作性を向上させることが可能となる。

ダイヤフラム５２の本体部５２ｂを補強板５３によって補強したことにより、弁体５１の開閉動作時において、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂが撓み変形する際の負担を軽減し、良好な撓み変形と耐久性の向上とを図ることが可能となる。

ダイヤフラム５２の本体部５２ｂ及び補強板５３の双方が一方向のばね弾性を発揮させるので、これらダイヤフラム５２の本体部５２ｂ及び補強板５３の微小な突出量の範囲内において、弁体５１を開状態にさせるのに十分な付勢力をもたせることができる。

ダイヤフラム５２の本体部５２ｂの突出量Ｌ１の範囲を、弁体５１の開閉ストロークＬ２の範囲よりやや大きくし、スピンドル２０を閉方向に動作させたときに、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂが、周縁部５２ａを超えて撓まないようにしてある。これにより、ダイヤフラム５２の本体部５２ｂが周縁部５２ａを超える前に弁体５１が閉状態となるので、本体部５２ｂが周縁部５２ａを超えて撓むのを構造上制限することができ、本体部５２ｂがスピンドル２０の反対方向に反転して付勢力を失ってしまうことを防止することができる。この結果、常に、スピンドル２０の方向の付勢力をプラグ５６に作用させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るダイヤフラム式バルブを示す断面図である。 上記ダイヤフラム式バルブを構成する交換部品ユニットとリング状部材とを示す拡大断面図である。 上記交換部品ユニットに含まれるダイヤフラム及び補強板を示すものであり、同図（ａ）は部分断面斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本バルブ開閉時における上記ダイヤフラムの動作を示す部分拡大図である。

符号の説明

１ ダイヤフラム式バルブ
１０ バルブ本体
１１ 胴部
１１ａ 中空部
１２，１３ 雄ねじ部
１４ 流入路
１４ａ 流入口
１５ 流出路
１６ 閉鎖弁室
１７ 座部（取付部）
１８ 雌ねじ部
１９ ねじ孔
２０ スピンドル
２１ ボルト部
２２ ナット
２３ ブッシュ
２４ 雄ねじ部
３０ ハンドル
４０ グランドナット
４１ 軸受孔
４２ 雌ねじ部
４３ 収納部
４４ 押圧端
４５ 雄ねじ部
５０ 交換部品ユニット
５１ 弁体
５２ ダイヤフラム
５２ａ 周縁部
５２ｂ 本体部
５２ｃ 挿通孔
５２ｄ 溶接部
５３ 補強板
５３ａ 挿通孔
５４ 保持部材
５４ａ 嵌合凹部
５４ｂ 雄ねじ部
５５ 押圧部材
５５ａ 円形凹部
５５ｂ 挿通孔
５６ プラグ
５６ａ 上端面
５６ｂ 雌ねじ部
５６ｃ ナット部
５６ｄ 凹部
６０ リング状部材
７０ 検知プラグ
８１，８２ Ｏリング
８３ ガスケット

Claims (5)

1. ガスボンベに直接接続され、前記ガスボンベから外部への高圧ガスの供給又は外部から前記ガスボンベへの高圧ガスの充填に用いられるダイヤフラム式バルブであって、
   前記高圧ガスの流入路と流出路とを接続する閉鎖弁室を設けた中空状のバルブ本体と、
   前記バルブ本体に螺合し、前記バルブ本体内を密閉するグランドナットと、
   前記グランドナットに螺合し、ねじに沿って前記閉鎖弁室内の弁体を開閉方向に動作させることが可能なスピンドルと、
   一端側が前記スピンドルに当接し、他端側に前記弁体を取り付けたプラグと、
   前記プラグの他端側に取り付けられ、前記閉鎖弁室を密閉するとともに、前記スピンドル方向の付勢力を前記プラグに作用させる一方向のばね弾性を有するダイヤフラムとを備え、
   前記スピンドルを開方向に動作させたときに、前記ダイヤフラムの付勢力が前記プラグを押し上げて前記弁体を開状態にさせ、また、前記スピンドルを閉方向に動作させたときに、前記プラグが付勢力に抗して前記ダイヤフラムを撓ませて前記弁体を閉状態にさせることを特徴とするダイヤフラム式バルブ。
2. 前記ダイヤフラムが、前記バルブ本体内の取付部の形状に対応する金属板からなり、
   前記バルブ本体内の取付部において部材間に挟持され、前記閉鎖弁室を密閉する略平坦な周縁部と、
   前記周縁部から前記スピンドル方向に突出するように成形され、前記スピンドルの開閉方向の動作に伴って撓み、前記スピンドルを開方向に動作させたときに前記撓みを復元し、前記プラグを押し上げて前記弁体を開状態にさせる付勢力を作用させる本体部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム式バルブ。
3. 前記ダイヤフラムの本体部を、前記本体部の形状に対応する金属板からなる補強板により補強したことを特徴とする請求項２記載のダイヤフラム式バルブ。
4. 前記補強板が、前記スピンドル方向の付勢力を前記プラグに作用させる一方向のばね弾性を有することを特徴とする請求項３記載のダイヤフラム式バルブ。
5. 前記ダイヤフラムの本体部の突出量の範囲を、前記弁体の開閉ストロークの範囲以上とし、前記スピンドルを閉方向に動作させたときに、前記ダイヤフラムの本体部が、前記周縁部を超えて撓まないようにしたことを特徴とする請求項２〜４いずれか記載のダイヤフラム式バルブ。

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