JP2010159790A - ダイヤフラム弁用ダイヤフラム押さえおよびこれを備えたダイヤフラム弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイヤフラムの耐久性を向上させることが可能なダイヤフラム弁用ダイヤフラム押さえおよびこのようなダイヤフラム押さえを備えたダイヤフラム弁を提供する。
【解決手段】 ダイヤフラム押さえ5のダイヤフラム押さえ面は、環状弁座3の先端径よりも内側の中央部5aが平面またはゆるやかな曲面とされ、同外側の周縁部5bが中央部5aを延長した仮想面よりも凹まされているテーパ面とされている。ダイヤフラム押さえ5の周縁部5bにおいては、ダイヤフラム4との間にわずかな間隙Gが生じている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ダイヤフラム弁で使用されるダイヤフラム押さえおよびこのようなダイヤフラム押さえを備えたダイヤフラム弁に関する。

弁体としてダイヤフラムを使用し、ダイヤフラム押さえによってダイヤフラムを弁座に押し付けることで、流体通路を閉鎖するダイヤフラム弁は、よく知られている（特許文献１など）。

特開２００７−６４３３３号公報

ダイヤフラム弁の耐久性を向上させるために、ダイヤフラム自体の材質や形状はよく研究されているが、ダイヤフラム押さえについては、従来、全く考慮されていなかった。

この発明の目的は、従来ダイヤフラムの耐久性に影響を与えるものとしては考慮されていなかったダイヤフラム押さえに着目し、ダイヤフラムの耐久性を向上させることが可能なダイヤフラム弁用ダイヤフラム押さえおよびこのようなダイヤフラム押さえを備えたダイヤフラム弁を提供することにある。

この発明によるダイヤフラム弁用ダイヤフラム押さえは、弁体としてダイヤフラムを使用し、ダイヤフラム押さえによってダイヤフラムを弁座に押し付けることで、流体通路を閉鎖するダイヤフラム弁で使用されるダイヤフラム押さえであって、ダイヤフラムを押さえる面は、中央部が平面またはゆるやかな曲面とされ、周縁部が中央部を延長した仮想面よりも凹まされていることを特徴とするものである。

この発明によるダイヤフラム弁は、流体通路が設けられたボディと、流体通路の周縁に設けられた環状弁座と、環状弁座に押圧または離間されて流体通路を開閉するダイヤフラムと、ダイヤフラムを押圧するダイヤフラム押さえと、ダイヤフラム押さえを上下移動させる上下移動手段とを備えているダイヤフラム弁において、ダイヤフラム押さえのダイヤフラム押さえ面は、環状弁座の先端径よりも内側の中央部が平面またはゆるやかな曲面とされ、同外側の周縁部が中央部を延長した仮想面よりも凹まされていることを特徴とするものである。

「ダイヤフラム弁」は、ダイヤフラムを使用した弁を意味し、上下移動手段が開閉ハンドルなどの手動弁であってもよく、上下移動手段が制御可能な自動弁であってもよく、自動弁の場合のアクチュエータは、空気圧によるものでもよく、電磁力によるものでもよく、要するに、ダイヤフラムおよびダイヤフラム押さえを使用する全ての弁を含むものとする。

ダイヤフラムを押さえる面の中央部は、環状弁座の先端径の内側をいい、周縁部は、環状弁座の先端径の外側をいう。中央部は、平面（断面が直線）またはゆるやかな曲面（球面の一部）とされ、周縁部は、テーパ面（円錐の一部）または曲面（球面の一部）とされる。ゆるやかな曲面とは、その半径がダイヤフラムの径の１０倍以上程度であることをいう。いずれにしろ、従来１つの平面または１つの曲面で形成されていたダイヤフラム押さえのダイヤフラム押さえ面が周縁部と中央部とで異なる形状とされ、従来のものに比べると、ダイヤフラム押さえの周縁部がダイヤフラムを押圧する力が小さくなる。ダイヤフラム押さえの最外径部分は、押し付け状態において、ダイヤフラムに接触しないことが好ましい。この結果、ダイヤフラム押さえの最外径部分との接触部において従来生じていたダイヤフラムの最大応力が小さくなり、応力集中による破壊が生じにくくなる。

ダイヤフラムは、その外周縁部がボディに固定されることで、その中央部分が外周縁部に対して弾性変形可能（上下移動可能）とされる。ダイヤフラムの可動部分の径は、ダイヤフラム押さえのダイヤフラム押さえ面の最大径よりも大きくなされ、また、ダイヤフラム押さえのダイヤフラム押さえ面の最大径は、環状弁座の先端径よりも大きくなされる。

ダイヤフラムは、例えば、厚さ０．１〜０．２ｍｍのステンレス鋼薄板２〜３枚の積層体からなるものとされ、円形に切り抜いた積層体の中央部を上方へ膨出させた逆皿形に形成される。ダイヤフラムは、例えば、複数枚のステンレス鋼薄板とニッケル・コバルト合金薄板との積層体よりなるものとしてもよく、ダイヤフラムの材料は、特に限定されるものではない。

ここで、逆皿形のダイヤフラムの膨出部の最大高さは、所定値（例えば、９．５２ｍｍφのダイヤフラム（外径約２６ｍｍφ）にあっては、約１．１〜１．３ｍｍ）に設定される。流体通路を流れる流体の流通量を増加させるにはバルブストロークすなわちダイヤフラムの変形量を大きくする必要があることから、例えば、バルブのフルストロークは、ダイヤフラムの最大膨出高さに略等しい距離とされるが、これに限らず、ダイヤフラムの最大膨出高さの５５以上の適宜な距離をバルブの最大バルブストロークに規制するようにしてもよい。

環状弁座は、例えば、比較的軟質で耐食性能を兼ね備えた樹脂シート材をかしめ手段等により装着したものとされる。弁座がこれに限定されないことはもちろんである。

なお、この明細書において、ダイヤフラムの軸線方向を上下方向というものとするが、この方向は、便宜的なものであり、実際の取付けでは、上下方向が鉛直方向とされるだけでなく、水平方向とされることもある。

この発明のダイヤフラム弁用ダイヤフラム押さえによると、ダイヤフラムを押さえる面は、中央部が平面またはゆるやかな曲面とされ、周縁部が中央部を延長した仮想面よりも凹まされているので、ダイヤフラム周縁部における応力集中による破壊が生じにくい。こうして、従来ダイヤフラムの耐久性に影響を与えるものとしては考慮されていなかったダイヤフラム押さえに着目し、その形状を最適化することで、ダイヤフラムの耐久性を大幅に向上することができる。

図１は、この発明によるダイヤフラム弁の１実施形態を示す断面図である。 図２は、この発明によるダイヤフラム弁用ダイヤフラム押さえの１実施形態を示す断面図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、この発明によるダイヤフラム弁(1)の１実施形態を示しており、ダイヤフラム弁(1)は、流体流入通路(2a)、流体流出通路(2b)および上方に向かって開口した凹所(2c)を有している直方体ブロック状ボディ(2)と、流体流入通路(2a)の周縁に設けられた環状弁座(3)と、環状弁座(3)に押圧または離間されて流体通路(2a)を開閉するダイヤフラム(4)と、ダイヤフラム(4)を押さえる上下移動可能なダイヤフラム押さえ(5)と、ボディ(2)の凹所(2c)に下端部が挿入されて上方にのびる円筒状ボンネット(6)と、ボディ(2)の凹所(2c)内周に設けられためねじ部にねじ込まれてボンネット(6)をボディ(2)に固定する筒状おねじ部材(7)と、筒状おねじ部材(7)よりも上方にあるボンネット(6)を覆うカバー(8)と、ボンネット(6)内に上下移動自在に挿入され下端がダイヤフラム押さえ(5)に当接し上端部がカバー(8)よりも上方に突出しているステム(9)と、ステム(9)上端部に固定され回転させられることによりステム(9)を上下移動させる開閉ハンドル(10)と、ステム(9)下端部とボンネット(6)上端部との間に受け止められてステム(9)を下向きに付勢する圧縮コイルバネ(11)とを備えている。

ボディ(2)の流体流入通路(2a)は、一端が左方に向かって開口しかつ他端が凹所(2c)の底面中央部に開口し、流体流出通路(2b)は、一端が右方に向かって開口し他端が凹所(2c)の底面右部に開口している。

環状弁座(3)は、エンジニアリングプラスチック（例えばＰＦＡ）を所望の形状に成型することにより製作され、ボディと一体的に形成した弁座保持溝内へ嵌合され、保持溝の一部をかしめることにより固定されたものとされる。

ダイヤフラム(4)は、上向きの反力（弾性力）を有しており、この反力によりステム(9)が上向きに付勢されることで、流体通路(2a)(2b)が開となり、開閉ハンドル(10)の操作によってステム(9)が上下移動させられることで、流体通路(2a)(2b)の開度が調整される。ダイヤフラム(4)は、その外周縁部がボンネット(6)によって下方に押圧されることでボディ(2)に固定されている。

ダイヤフラム押さえ(5)は、円柱状に形成されて、ステム(9)の下端面に設けられた凹所に嵌め入れられて固定されている。ボンネット(6)の下端部は、ボディ(2)の凹所(2c)にきつく嵌め入れられて、ダイヤフラム(4)の外周部をボディ(2)に固定している。

筒状おねじ部材(7)は、その下端がボンネット(6)の外周に設けられた段部に当接した状態でボディ(2)の凹所(2c)の内周面に設けられためねじ部にねじ合わされることにより、ボディ(2)に固定されている。

カバー(8)は、その周壁を貫通する皿小ネジ(12)がボンネット(6)に設けられためねじにねじ込まれることにより、ボンネット(6)に固定されている。

カバー(8)の頂壁とボンネット(6)の頂面との間には、間隙が設けられており、この間隙に位置するステム(9)の部分には、水平軸(13)が貫通させられて、この両端部にそれぞれベアリング(14)が取り付けられている。ボンネット(6)の上端には、これらのベアリング(14)を案内する平面から見て環状でかつ高さ方向に滑らかな凹凸状とされた案内面(15)が形成されている。図１においては、案内面(15)のうちの１８０°離れた位置にある１対の凸部(15a)がベアリング(14)を支持しており、ステム(9)は、上方すなわち流体通路開位置に位置させられている。ステム(9)は、圧縮コイルばね(11)によって常に下向きに付勢されており、この付勢力によってベアリング(14)が案内面(15)の凸部(15a)に押圧されている。案内面(15)は、この凸部(15a)から周方向に移動するに連れて徐々に高さが低くなっていき、凸部(15a)から９０°周方向に移動した位置において高さが最も低い凹部(15b)を有している。したがって、図１の状態からステム(9)が９０°回転させられると、圧縮コイルばね(11)の付勢力によって案内面(15)に押圧された状態で、ベアリング(14)が案内面(15)上を移動し、９０°回転後に、案内面(15)のうちの１対の凹部(15b)がベアリング(14)を支持することになり、この結果、ステム(9)は、下方すなわち流体通路閉位置に位置させられる。こうして、ハンドル(10)が９０°回転させられることにより閉と開とが切り替わるようになされている。ハンドル(10)は、平面から見て略長円状とされており、その長手方向が流体通路方向と一致した際には、流体通路が開に、これより９０°回転させられた際（その長手方向が流体通路方向と直交するようになった際）には、流体通路が閉になるように、ハンドル(10)の位置決めが行われている。

ステム(9)は、下端部にディスク部(9a)を有しており、ボンネット(6)の下端部に、このディスク部(9a)を上下移動可能に案内する内周面およびディスク部(9a)の所定位置よりも上方への移動を阻止する段部が設けられている。ステム(9)のディスク部(9a)よりも上方の部分には、ベアリング(16)を介してばね受け用リング(17)が取り付けられている。圧縮コイルばね(11)は、このばね受け用リング(17)とボンネット(6)の上部に設けられた環状の段部とによって受け止められている。なお、ディスク部(9a)は、ステム(9)とは別部材とされて、中間にフランジ部を有している円柱状に形成され、ボンネット(6)内に上下移動可能に嵌め入れられているようにしてもよい。

カバー(8)は、頂壁(8a)を有する円筒状とされており、その頂壁(8a)には、ステム(9)上端部を挿通させる貫通孔が設けられている。ハンドル(10)は、平面より見て略長円形でかつその長手方向の中央部にくびれ部(10a)を有する形状とされている。

ダイヤフラム(4)を使用したダイヤフラム弁(1)では、ダイヤフラム(4)の耐久性が極めて重要であり、ダイヤフラム(4)の材質や形状が種々検討されている。

この発明によるダイヤフラム弁(1)は、ダイヤフラム(4)の耐久性を向上することができるダイヤフラム押さえ(5)に特徴があるもので、ダイヤフラム押さえ(5)の下面（ダイヤフラム押さえ面）は、曲面（球面の一部）とされた中央部(5a)と、テーパ面（円錐面の一部）とされた周縁部(5b)とからなる。ここで、ダイヤフラム(4)が環状弁座(3)に当接する位置を基準として、この位置よりも径方向内側部分を中央部(5a)、径方向外側部分を周縁部(5b)というものとする。

図２は、本発明のダイヤフラム(4)およびダイヤフラム押さえ(5)の関係を示したもので、同図において、ダイヤフラム押さえ(5)の下面（ダイヤフラム押さえ面）が、曲面（球面の一部）とされた中央部(5a)とテーパ面（円錐面の一部）とされた周縁部(5b)とからなるものとされていることにより、周縁部(5b)においては、ダイヤフラム(4)との間にわずかな間隙(G)が生じて、この部分でのダイヤフラム(4)の変形が許容される。このため、ダイヤフラム(4)は、周縁部において最大応力が生じない。

なお、図１に示したダイヤフラム弁(1)は、ほんの１例であり、図２に示したダイヤフラム押さえ(5)は、ダイヤフラム(4)を使用する各種の弁に適用することができる。

(1) ダイヤフラム弁
(2) ボディ
(2a)(2b) 流体通路
(4) ダイヤフラム
(5) ダイヤフラム押さえ
(5a) 中央部
(5b) 周縁部
(10) 開閉ハンドル（上下移動手段）

Claims (2)

1. 弁体としてダイヤフラムを使用し、ダイヤフラム押さえによってダイヤフラムを弁座に押し付けることで、流体通路を閉鎖するダイヤフラム弁で使用されるダイヤフラム押さえであって、
   ダイヤフラムを押さえる面は、中央部が平面またはゆるやかな曲面とされ、周縁部が中央部を延長した仮想面よりも凹まされていることを特徴とするダイヤフラム弁用ダイヤフラム押さえ。
2. 流体通路が設けられたボディと、流体通路の周縁に設けられた環状弁座と、環状弁座に押圧または離間されて流体通路を開閉するダイヤフラムと、ダイヤフラムを押圧するダイヤフラム押さえと、ダイヤフラム押さえを上下移動させる上下移動手段とを備えているダイヤフラム弁において、
   ダイヤフラム押さえのダイヤフラム押さえ面は、環状弁座の先端径よりも内側の中央部が平面またはゆるやかな曲面とされ、同外側の周縁部が中央部を延長した仮想面よりも凹まされていることを特徴とするダイヤフラム弁。

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