JP2011226626A - ダイヤフラム弁用ダイヤフラム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴム製シート材の厚み方向で中間に合成樹脂製の繊維シートを有する構造の更なる改良、工夫を行うことにより、繊維シートの偏在（不均一）を解消又は抑制させ、所期通りの耐久性や強度を有する優れたダイヤフラム弁用ダイヤフラムを提供する。
【解決手段】ゴム製シート１の厚み方向で中間に合成樹脂製の繊維シート２を有して成るダイヤフラム弁用ダイヤフラムにおいて、繊維シート２が、自由状態でのダイヤフラム形状又はそれに近い形状に予備形成されているとともに、繊維シート２は予め熱収縮されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイヤフラム弁用ダイヤフラム及びその製造方法に関するものである。

ダイヤフラム弁は、流路そのものを「外から挟んで」止めるタイプの弁の一つであって、ダイヤフラムを用いて流路の開閉を行う弁であり、点検補修作業が容易、弁座漏れはゼロ、グランド漏れが無い、耐食性に優れる、流体を汚染せずポケット部も無い、といった特長を持っている。この種のダイヤフラム弁としては、特許文献１において開示されるもの等が知られている。

ダイヤフラム弁において、ダイヤフラムを強度十分で、かつ、耐久性を持たせるようにする手段としては、例えば特許文献２や特許文献３において開示されるもののように、繊維シートを内包したゴムシート製とすることが知られている。これにより、弁の開閉に伴うダイヤフラムの明確な弾性変形を確保しながら、耐久性にも優れるようにすることができる。しかしながら、このように性能上で好ましい繊維シートを内包するゴムシートではあるが、その構造故に問題点のあることが知見されてきている。

例えば、ウエアー型のダイヤフラム弁の場合において、必要となる流路を確保しつつ流体の通過抵抗を減らすためや小型化のために、ダイヤフラムは中央シール部に膨出部を設けた形状〔特許文献２の図２や、特許文献３の図２，図３（ａ）を参照〕、即ち、段付形状とされる。そして、ダイヤフラムの作り方としては、一対のゴムシート材の間に繊維シートが挟まれた三層構造のものを熱プレスして加硫する手段が一般的である。

この場合、成形時の圧力、熱（とりわけ加硫）によって、繊維シートが一対のゴムシート材の真ん中からいずれかの側（表や裏）に位置ずれ（偏在）することが多く認められており、不均一な構造のダイヤフラムになってしまうという問題点である。例えば、特許文献３の図３（ｂ）において、繊維シートが偏ってゴムシート材に内蔵されている様が開示されている。

そこで、対策として、繊維シートを予定より長い目にして配置しておき、加硫後のダイヤフラムの外周にて食み出ている繊維シートを切り取る手段や、弁体へのボルト固定用として外周部位に設けられる挿通孔を加硫後に形成する手段を試したりしてみた。しかしながら、それらの手段を採っても、繊維シートがゴム部から露出して流体や空気と接触する好ましくない状況を依然として招き易いことが判明した。また、繊維シートの流動や露出により、ゴムシート材との加硫接着強度が低下し易いことも分かってきた。

特開平５−２１５２５１号公報 特開２００６−１６１８３１号公報 特開２００４−３２３９９４号公報

本発明の目的は、ゴム製シート材の厚み方向で中間に合成樹脂製の繊維シートを有する構造の更なる改良、工夫を行うことにより、繊維シートの偏在（不均一）を解消又は抑制させ、所期通りの耐久性や強度を有する優れたダイヤフラム弁用ダイヤフラムを提供する点にある。また、その優れたダイヤフラムの製造方法を得る点も目的である。

請求項１に係る発明は、ゴム製シート１の厚み方向で中間に合成樹脂製の繊維シート２を有して成るダイヤフラム弁用ダイヤフラムにおいて、
前記繊維シート２が、自由状態でのダイヤフラム形状又はそれに近い形状に予備形成されているものであることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のダイヤフラム弁用ダイヤフラムにおいて、前記繊維シート２が予め熱収縮されているものであることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のダイヤフラム弁用ダイヤフラムにおいて、前記自由状態での形状が、ダイヤフラム弁Ｖを開くための開き形状に設定されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、一対のゴム製シート材１Ａ，１Ａを、それらの間に合成樹脂製の繊維シート２が介装される状態で加硫する加硫工程ｅを有するダイヤフラム弁用ダイヤフラムの製造方法において、
前記繊維シート２を、予めダイヤフラムＡとしての最終形状又はそれに近い形状に成形する予備成形工程Ｙが行われることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、類請求項４に記載のダイヤフラム弁用ダイヤフラムの製造方法において、前記予備成形工程Ｙは、熱プレスによって前記繊維シート２の形状成形及び熱収縮を行わせるヒートセット工程ｃを含んでいることを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載のダイヤフラム弁用ダイヤフラムの製造方法において、前記ヒートセット工程ｃを、前記シート材１Ａの加硫温度以上の温度で行わせることを特徴とするものである。

請求項７に係る発明は、請求項５又は６に記載のダイヤフラム弁用ダイヤフラムの製造方法において、前記ヒートセット工程ｃの後に、前記繊維シート２に接着剤ｇを付与する接着剤供給工程ｆを行うことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、繊維シートが、自由状態でのダイヤフラム形状又はそれに近い形状に予備形成されているから、加硫による未加硫ゴムの流動等によって繊維シートがシートの厚み方向でいずれかの面に偏ってしまう偏在の不都合が抑制又は解消され、繊維シートがシートの厚み方向の中央に位置する状態を実現させることができる。その結果、ゴム製シート材の厚み方向で中間に合成樹脂製の繊維シートを有する構造の更なる改良、工夫を行うことにより、繊維シートの偏在（不均一）を解消又は抑制させ、所期通りの耐久性や強度を有する優れたダイヤフラム弁用ダイヤフラムを提供することができる。

請求項２の発明によれば、繊維シートが予め熱収縮されているから、加工時の熱によって繊維シートの形状が崩れてしまうことが無く、予備成形による所定形状が製品状態まで維持され、請求項１の効果が強化される利点がある。

請求項３の発明によれば、製品形状としてダイヤフラム弁を開くための開き形状に形成されているので、ダイヤフラムを強制変形させない自由状態での流路確保が安定維持されるようになり、ダイヤフラム弁の良好な作動性に寄与する優れたダイヤフラムを提供することができる。

請求項４の発明によれば、請求項１の発明を方法化したものであり、請求項１の発明による効果と同等の効果を得ることができる。

請求項５の発明によれば、予備成形工程は、熱プレスで繊維シートの形状成形及び熱収縮を行わせるヒートセット工程を含んでいるので、その後の加工時の熱によって繊維シートの形状が崩れてしまうことが無く、予備成形による所定形状が製造終了時まで維持されて品質の安定したダイヤフラムの製造方法を提供する。

請求項６の発明によれば、ヒートセット工程がシート材の加硫温度以上の温度で行われるから、繊維シートの形状が後の加硫工程を経ても維持され、ダイヤフラムとしての形状精度に貢献することができる利点がある。

請求項７の発明によれば、加硫工程による繊維シートとシート材との一体化強度をより補強させることが可能になる利点あがる。

実施例１によるダイヤフラムを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図 ダイヤフラム弁例の断面図を示し、（ａ）は開弁状態、（ｂ）は閉弁状態 （ａ）は中心材作成工程の作用図、（ｂ）はシート材作成工程の作用図 予備成形工程を示し、（ａ）は繊維シート単品の斜視図、（ｂ）及び（ｃ）はヒートセット工程の作用図、（ｄ）は予備成形後の繊維シートを示す断面図 ダイヤフラムの製造方法を示し、（ａ）は積層工程の作用図、（ｂ）及び（ｃ）は加硫工程の作用図、（ｄ）は加硫後のダイヤフラムを示す断面図

以下に、本発明によるダイヤフラム弁用ダイヤフラム及びその製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書における「合成樹脂製の繊維シート」とは、一般的なゴムの加硫温度130〜170℃において、繊維自体が溶融する等により強度低下を起こさずに、その温度範囲において繊維の長手方向に熱収縮する性質を有するものを指す。例として、ナイロン、ポリエステルを代表とし、アクリル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ塩ビ繊維等が含まれる。

〔実施例１〕
本発明によるダイヤフラム弁用ダイヤフラム（以下、単にダイヤフラムと略称する）Ａは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ゴム製シート１の厚み方向で中間に合成樹脂製の繊維シート２を有して成る膜状のものに構成されている。ダイヤフラムＡの自由状態における形状は、四隅の取付用孔３を有する平坦な外郭部４を基準とした場合、流体の十分な流路を確保すべく外郭部４から膨出（上方突出）する段差部５、及び軸心Ｐを中心とする中央孔７を備えて段差部５からさらに膨出（上方突出）する被操作部６を有する複数段（２段）膨出構造に形成されている。

ダイヤフラム弁の概略の構造例をウエアー形のもので説明する。図２に示すように、ダイヤフラム弁Ｖは、一対の給排路１２，１３、及び弁座１４を有する弁ケース１１Ａと、軸心Ｐを有する操作軸１５が上下摺動可能に嵌合支持される円筒ケース１１Ｂとで成る弁体１１を備えている。弁ケース１１Ａと円筒ケース１１Ｂとが、クッション座１７とその下に配されるダイヤフラムＡの外郭部４とを介してボルト連結一体化されており、操作軸１５の下端に枢支される押し部１６に支持されてクッション座１７を貫通する支軸１６Ａが、中央孔７に通されて被操作部６に取着されている。なお、４箇所の取付用孔３にはケース連結用のボルト（符記省略）が通る。

図２（ａ）は、操作軸１５を上方移動させてダイヤフラムＡを引き上げ操作して開き姿勢〔図１（ａ）に示す自由状態〕にして一対の給排路１２，１３が連通される開弁状態を示している。図２（ｂ）は、操作軸１５を下方移動させてダイヤフラムＡを押し下げて弁座１４に密着させる閉じ姿勢にして一対の給排路１２，１３を遮断する閉弁状態を示している。

本発明によるダイヤフラムＡは、繊維シート２が、自由状態でのダイヤフラム形状（又はそれに近い形状）に予備形成されているものであることを特徴としている。つまり、シート材１に内包される前の繊維シート２の単体での形状が、既に図１（ａ）に示される形状に形成されているものが用いられている。また、その予備形成は熱プレスによって行われるので、繊維シート２は同時に熱収縮されたものともなっている。そして、ダイヤフラムＡは、自由状態では図１（ａ）に示す開き姿勢（開き形状）となるように形状設定されている。

次に、ダイヤフラム弁の製造方法について説明する。まず、図３に示すように、ゴム製の中心材８を作成する中心材作成工程ａ、及びシート材１Ａを作成するシート材作成工程ｂを行う。図３（ａ）は帯状の中心ゴム材８Ｇを所定寸法の幅で順次カットすることにより、連続的に中心材８を作成する中心材作成工程ａを示している。そして、図３（ｂ）は、帯状のシートゴム材１Ｇを所定寸法の幅で順次カットすることにより、連続的にシート材１Ａを作成するシート材作成工程ｂを示している。これら中心材作成工程ａ、シート材作成工程ｂにおいては、裁断、重量測定が行われ、場合によってはシート材１Ａに中心材８を載せる予備積層工程を行っても良い。

シート材作成工程ａとは別に、図４に示すように、繊維シート２をダイヤフラムＡとしての最終形状（又はそれに近い形状）に予備形成する予備成形工程Ｙを行う。まず、図４（ａ）に示すように、所定の縦横寸法を持つ繊維シート２を用意する。そして、その繊維シート２を、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、下型９と上型１０とによるプレス型を用いて熱プレスするヒートセット工程ｃを行う。ヒートセット工程ｃにより、図４（ｄ）に示すように、熱収縮され、かつ、２段膨出構造の開き形状に成形された繊維シート２が作成される。つまり、予備成形工程Ｙは、熱プレスによって繊維シート２の形状成形及び熱収縮を行わせるヒートセット工程ｃを含んでいる。

そして、図５（ａ）に示すように、中心材作成工程ａによる中心材８、シート材作成工程ｂによる一対のシート材１Ａ，１Ａ、及び予備成形工程Ｙによる繊維シート２を、上から中心材８、シート材１Ａ、繊維シート２、シート材１Ａの順に下方に積層して積層体ｓを形成する積層工程ｄを行う。この場合、図４（ｄ）に仮想線で図示するように、繊維シート２に接着剤ｇを含浸（塗布）させてから積層させて積層体ｓとしても良く、それにより、後述する加硫工程ｅによる繊維シート２とシート材１Ａ，１Ａとの一体化強度をより補強させることが可能になる。つまり、ヒートセット工程ｃの後に、繊維シート２に接着剤ｇを付与する接着剤供給工程ｆを行う方法であり、繊維シートの流動や露出により、ゴムシート材との加硫接着強度が低下し易い、という従来の不都合が改善される。

次いで、図５（ｂ），（ｃ）に示すように、下成形型１８と上成形型１９とによる成形金型２０を用いての熱プレスにより、中心材８及び上下のシート材１Ａ，１Ａを加硫しながら形状成形する加硫工程ｅを行う。その結果、図５（ｄ）に示すように、ゴム製シート１の厚み方向で中間に繊維シート２を有する複合ゴム製で、かつ、開き形状に成形されたダイヤフラムＡが形成されるのである。

さて、繊維シート２を形成する材料としては繊維Ａ，Ｂがある。繊維Ａの緒元は、ポリマー種：ナイロン−６、軟化点（℃）：１８０、ヒートセット温度（℃）：１６０〜１７０、加硫温度（℃）：１６０、織り方：メッシュ織、デニール：２１０、フィラメント：２４、厚み（ｍｍ）：０．６〜０．７、強さ（ｋｇ／ｃｍ）：４５以上、伸び（％）：６５〜７５である。繊維Ｂの緒元は、ポリマー種：ナイロン−６６、軟化点（℃）：２３０〜２３５、ヒートセット温度（℃）：１６０〜１７０、加硫温度（℃）：１６０、織り方：平織り、デニール：１２６０、フィラメント：タテ１８本／インチ，ヨコ１７本／インチ、厚み（ｍｍ）：１．０〜１．２、強さ（ｋｇ／ｃｍ）：３５０以上、伸び（％）：３０〜４０である。

補強繊維としての繊維シート２は、平織、網織、ニット等が用いられ、中央孔７や取付用孔３が開口していて繊維が切断されるが、繊維のばらけによる補効効果の低減を極力避けるため、１枚の繊維で構成されることが多い。ダイヤフラム弁用ダイヤフラムＡは高温での使用が多く、高温時の接着力低下を補うべく、繊維シートを織物とすることでゴムが繊維を通って加硫されてアンカー効果が発揮され、強度十分なものとなるように工夫されている。繊維シート２は、ヒートセット工程ｃの後に、外周部の切断や中央孔７や取付用孔３の孔加工を行うのが、形状変化やずれが生ぜず正確に加工できる点で望ましい。

繊維シート２が、予備成形工程Ｙによって自由状態でのダイヤフラム形状又はそれに近い形状で、かつ、熱収縮されたものに予備形成されているから、積層体ｓを熱プレスしての加硫工程ｅにより、未加硫ゴムの流動等によって繊維シート２がシート１の厚み方向でいずれかの面に偏ってしまう偏在の不都合が抑制又は解消され、繊維シート２がシート１の厚み方向の中央に位置する望ましい製品状態、即ちダイヤフラムＡを得ることができる利点がある。これにより、繊維シート２の偏在による不良率が大きく改善された。

ヒートセット工程ｃにおける熱プレスの温度が、繊維シート２の繊維の融点よりも十分に低く、かつ、加硫工程ｅの熱プレス（加硫）の温度以上となるように設定されているので、予備成形工程Ｙによって設定される繊維シート２の形状が後の加硫工程ｅを経ても維持され、ダイヤフラムＡとしての形状精度に貢献するとともに、ゴム製シート１の厚み方向中央に配置されている繊維シート２が加硫工程ｅの熱によって厚み方向に流動して偏在するおそれのより一層の解消が可能となる利点がある。

以上説明したように、本発明によるダイヤフラム弁用ダイヤフラムＡ並びにダイヤフラムの製造方法によれば、段差のある断面形状を持つダイヤフラムＡにおいては、ヒートセット工程ｃを実施した繊維シート２を用いているので、次の（イ），（ロ）のような繊維配置が実現可能になる。（イ）ダイヤフラムＡ中での繊維シート２の偏在が抑制又は解消されるので、ダイヤフラムＡが膨出した状態でも繊維シート２が十分にゴム製シート１内に埋没する状態となっている。（ロ）繊維シート２の格子目が加硫前後において変形広がり等が殆ど生ぜずゴムと加硫接着される。その結果、製品形状が屈曲する形状であっても、繊維シート２が表面に露出する等の偏在が抑制又は解消され、耐久性及び耐圧性が大きく向上する好ましいダイヤフラム弁用ダイヤフラムＡが得られる。

１ シート
１Ａ シート材
２ 繊維シート
Ａ ダイヤフラム
Ｖ ダイヤフラム弁
Ｙ 予備成形工程
ｃ ヒートセット工程
ｅ 加硫工程
ｆ 接着剤供給工程
ｇ 接着剤

Claims (7)

1. ゴム製シートの厚み方向で中間に合成樹脂製の繊維シートを有して成るダイヤフラム弁用ダイヤフラムであって、
   前記繊維シートが、自由状態でのダイヤフラム形状又はそれに近い形状に予備形成されているものであるダイヤフラム弁用ダイヤフラム。
2. 前記繊維シートが予め熱収縮されているものである請求項１に記載のダイヤフラム弁用ダイヤフラム。
3. 前記自由状態での形状が、ダイヤフラム弁を開くための開き形状に設定されている請求項１又は２に記載のダイヤフラム弁用ダイヤフラム。
4. 一対のゴム製シート材を、それらの間に合成樹脂製の繊維シートが介装される状態で加硫する加硫工程を有するダイヤフラム弁用ダイヤフラムの製造方法であって、
   前記繊維シートを、予めダイヤフラムとしての最終形状又はそれに近い形状に成形する予備成形工程が行われるダイヤフラム弁用ダイヤフラムの製造方法。
5. 前記予備成形工程は、熱プレスによって前記繊維シートの形状成形及び熱収縮を行わせるヒートセット工程を含んでいる請求項４に記載のダイヤフラム弁用ダイヤフラムの製造方法。
6. 前記ヒートセット工程を、前記シート材の加硫温度以上の温度で行わせる請求項５に記載のダイヤフラム弁用ダイヤフラムの製造方法。
7. 前記ヒートセット工程の後に、前記繊維シートに接着剤を付与する接着剤供給工程を行う請求項５又は６に記載のダイヤフラム弁用ダイヤフラムの製造方法。

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