JP2015224765A - ダイヤフラム弁およびその組立て方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 締め過ぎによってダイヤフラムに過剰な負荷が掛かることを防止したダイヤフラム弁およびこのようなダイヤフラム弁の組立て方法を提供する。【解決手段】 ステム3に設けられたおねじ部11の上端部にめねじ部材18がねじ合わされている。めねじ部材18は、ステム3が適正な閉位置に達した際に、ボンネット5の上端に当接してステム3のそれ以上の下方への移動を防止する。【選択図】 図１

Description

この発明は、ダイヤフラム弁およびその組立て方法に関する。
従来、バイオ、半導体等のプロセスで使用される弁として、ダイヤフラム弁が知られている（特許文献１）。このようなダイヤフラム弁の一例を図４に示す。
このダイヤフラム弁(31)は、流体通路(32a)(32b)を有する本体(32)と、本体(32)に対し上下移動可能なステム(33)と、ステム(33)の上下移動に伴って本体(32)の流体通路(32a)(32)を開閉するダイヤフラム(34)と、本体(32)上側に設けられてステム(33)を上下移動可能に案内するボンネット(35)と、ステム(33)下端部に取り付けられてダイヤフラム(34)を下方に押圧するダイヤフラム押さえ(36)と、ステム(33)を開位置と閉位置とに上下移動させるために回転させられるハンドル(37)とを備えている。
図４においては、ステム(33)が下方位置に位置させられており、流体流入通路(32a)と流体流出通路(32b)との間にダイヤフラム(34)が位置していることで、流体通路閉鎖状態が得られている。
特開２０１３−１１７２４１号公報
上記図４に示したダイヤフラム弁(31)の流体通路閉鎖状態において、ハンドル(37)をさらに回転させて、締め付けることが可能であり、このため、締め過ぎによってダイヤフラム(34)に過剰な負荷が掛かり、ダイヤフラム(34)が破損するおそれがある。
この発明の目的は、締め過ぎによってダイヤフラムに過剰な負荷が掛かることを防止したダイヤフラム弁およびこのようなダイヤフラム弁の組立て方法を提供することにある。
この発明によるダイヤフラム弁は、流体通路を有する本体と、本体に対し上下移動可能なステムと、ステムの上下移動に伴って本体の流体通路を開閉するダイヤフラムと、本体上側に設けられてステムを上下移動可能に案内するボンネットと、ステム下端部に取り付けられてダイヤフラムを下方に押圧するダイヤフラム押さえと、ステムを開位置と閉位置とに上下移動させるために回転させられるハンドルとを備えているダイヤフラム弁において、ステムに設けられたおねじ部の上端部にめねじ部材がねじ合わされており、めねじ部材は、ステムが適正な閉位置に達した際に、ボンネットの上端に当接してステムのそれ以上の下方への移動を防止することを特徴とするものである。
ステムは、その上部がボンネットよりも上方に突出しており、この突出した部分にめねじ部材がねじ合わされる。ステムに設けられたおねじ部の上端部にねじ合わされためねじ部材は、ステムの下方移動時には、ステムと一体で下方へ移動する。そして、ステムが所定量下方に移動すると、めねじ部材の下面がボンネットの上面に当接する。この当接位置をステムが適正な閉位置に達した位置と一致させることにより、ステムが設計位置を越えて下方に移動することが防止される。これにより、ダイヤフラムには設計以上の負荷が掛かることはなく、締め過ぎによってダイヤフラムに過剰な負荷が掛かることが防止されることで、ダイヤフラムの耐久性が大幅に向上する。
流体通路を有する本体と、本体に対し上下移動可能なステムと、ステムの上下移動に伴って本体の流体通路を開閉するダイヤフラムと、本体上側に設けられてステムを上下移動可能に案内するボンネットと、ステム下端部に取り付けられてダイヤフラムを下方に押圧するダイヤフラム押さえと、ステムを開位置と閉位置とに上下移動させるために回転させられるハンドルとを備えているダイヤフラム弁は、公知のものである。
この発明のダイヤフラム弁は、公知のダイヤフラム弁を基準にすると、ステムの長さが長くされて、これに伴って、おねじ部が延長され、おねじ部の延長部分に、めねじ部材がねじ合わされる。すなわち、めねじ部材を新たに追加するとともに、ステムを変更するだけで、従来の締め過ぎ防止機能無しのダイヤフラム弁を締め過ぎ防止機能有りのダイヤフラム弁に変更することができる。
ダイヤフラムは、例えば、平面から見て方形のフッ素樹脂（例えばＰＴＦＥ）製ダイヤフラムと、フッ素樹脂製ダイヤフラムの上面に密着して設けられた平面から見て円形のゴム（例えばブチルゴム）製ダイヤフラムとからなるものとされるが、これに限定されるものではない。
めねじ部材は、例えば市販のナット（１つまたは２つ）とされるが、これに限定されるものではない。
めねじ部材は、ステムが適正な閉位置に達した位置において、めねじ部材の下面がボンネットの上面に当接する位置となるように、ステムのおねじ部にねじ合わされる。この後、ステムの上端部にハンドルが固定される。ハンドルを取り付けた後の状態では、めねじ部材はハンドルでカバーされ、使用中に物や手が当たって、めねじ部材の位置が変化することはない。
めねじ部材は、相対的に小さなトルクで締め付けられる第１ナットと、第１ナットに重ねられて相対的に大きなトルクで締め付けられる第２ナットとからなることが好ましい。
下側のナットがステムの下方位置を規定するために使用され、上側のナットが下側のナットが緩むことを防止する。めねじ部材として、２つのナットを使用することにより、めねじ部材の緩み止めが確実に果たされる。
いずれか一方のナットの重ね合わせ面に、先端側に行くに連れて径が大きくなるテーパ状内周面を有する環状の凸部が設けられており、他方のナットの重ね合わせ面に、該凸部に嵌まり合う環状の凹部が設けられていることがある。
２つのナットを使用するとともに、ナット同士が凸部と凹部とで嵌まり合うようすることにより、めねじ部材の緩み止めがより確実に果たされる。このようなめねじ部材としては、例えばハードロックナット（登録商標）と称されている緩み止めナットが使用でき、このような緩み止めナットを使用することで、緩み止め機能を高めることができる。
この発明によるダイヤフラム弁の組立て方法は、上記（めねじ部材として２つのナットを使用する）ダイヤフラム弁を組み立てる方法であって、ステムを所定位置に位置させた状態でステムからハンドルを取り外し、次いで、第１ナットおよび第２ナットを緩め、次いで、ステムを回転させて閉位置に移動させ、次いで、第１ナットをボンネットに当たるまで回転させ、次いで、第２ナットを締め付け、この状態で、ハンドルをステム上端部に取り付けることを特徴とするものである。
このようにすると、ハンドルを中間開度（任意開度）に設定することができ、しかも、ハンドルの締め過ぎ防止が可能とされたダイヤフラム弁を得ることができる。
この発明のダイヤフラム弁によると、ステムが設計位置を越えて下方に移動することが防止され、これにより、ダイヤフラムに過剰な負荷が掛かることが防止され、ダイヤフラムの耐久性が大幅に向上する。
図１は、この発明によるダイヤフラム弁の１実施形態を示す縦断面図であり、通路閉鎖状態を示している。 図２は、図１のダイヤフラム弁の通路開放状態を示す縦断面図である。 図３は、この発明によるダイヤフラム弁を組み立てる際の途中状態を示す要部拡大縦断面図である。 図４は、従来のダイヤフラム弁を示す縦断面図であり、通路閉鎖状態を示している。
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、上下および左右は、図の上下および左右をいうものとする。この上下および左右は便宜的なものであり、ダイヤフラム弁は、この基準とした状態から上下が逆になったり横になったりして取り付けられることがある。
図１および図２は、この発明によるダイヤフラム弁の１実施形態を示している。図１は、通路閉鎖状態を、図２は通路開放状態をそれぞれ示している。
ダイヤフラム弁(1)は、流体流入通路(2a)および流体流出通路(2b)を有する本体(2)と、本体(2)に対して上下移動可能なステム(3)と、ステム(3)の上下移動に伴って流体流入通路(2a)と流体流出通路(2b)との間を開閉するダイヤフラム(4)と、本体(2)上側に設けられてステム(3)を上下移動可能に案内する円筒状ボンネット(5)と、ステム(3)下端部に取り付けられたダイヤフラム押さえ(6)と、ステム(3)を開位置と閉位置とに上下移動させるために回転させられるハンドル(7)とを備えている。
本体(2)は、左右にのびる円筒状に形成されており、中央部に上向きの円形貫通孔(2c)を有している。左方から流体が流入する流体流入通路(2a)および右方から流体が流出する流体流出通路(2b)は、いずれもストレート状とされており、その各内側端部は、円形貫通孔(2c)に開口している。
ステム(3)は、おねじ部(11)と、おねじ部(11)の下端に連なる段付き状の軸部(12)とを有している。おねじ部(11)の上端に連なって、ハンドル(7)に固定されている取付部(13)が設けられている。
ダイヤフラム(4)は、平面から見て方形のＰＴＦＥ製ダイヤフラム(14)と、ＰＴＦＥ製ダイヤフラム(14)の上面に密着して設けられた平面から見て円形のブチルゴム製ダイヤフラム(15)とからなる。ダイヤフラム(4)は、中央部が下方に突出するように成形されており、図１に示す通路閉鎖状態において、その中央部が本体(2)の底面に当接することにより、流体流入通路(2a)から流体流出通路(2b)に至る通路を閉鎖するようになされている。これにより、本体(2)には、ダイヤフラム(4)を受ける突起（ウエア部）は存在せず、本体(2)内通路がストレートとなされている。
ボンネット(5)は、上側の小径円筒部(16)と、小径円筒部(16)の下端に一体に形成され内径および外径がともに小径円筒部(16)よりも大きい下側の大径円筒部(17)とからなる。
大径円筒部(17)の下端部にフランジ部(17a)が設けられており、このフランジ部(17a)と本体(2)の円形貫通孔(2c)の縁部との間にダイヤフラム(4)の周縁部が挟まれた状態で、フランジ部(17a)と本体(2)とがおねじ部材（図示略）によって結合されている。
小径円筒部(16)の内周にはめねじ部(16a)が設けられており、このめねじ部(16a)にステム(3)のおねじ部(11)がねじ合わされている。ステム(3)のおねじ部(11)は、ボンネット(5)の上端よりも上方に突出している部分(11a)を有しており、この上方に突出している部分(11a)の上端部近傍にめねじ部材(18)がねじ合わされている。
めねじ部材(18)は、互いに重ね合わされた下側の第１ナット(19)および上側の第２ナット(20)からなる。
第２ナット(20)の下面（重ね合わせ面）に、下方（先端側）に行くに連れて径が大きくなるテーパ状内周面(21a)を有する環状の凸部(21)が設けられている。凸部(21)の外周面は、第２ナット(20)の他の部分の外周面と同じ形状とされている。凸部(21)には、１または複数のスリットが設けられているようにしてもよい。
第１ナット(19)の上面（重ね合わせ面）に、上方に行くに連れて径が小さくなるテーパ状内周面(22a)を有し第２ナット(20)の環状の凸部(21)に嵌まり合う環状の凹部(22)が設けられている。
ダイヤフラム押さえ(6)は、筒状とされており、その上部内周面には、めねじ部(6a)が形成されている。ステム(3)の段付き状の軸部(12)の下側の大径部分にフランジ付き円筒状のおねじ(23)が嵌められて、このおねじ(23)がダイヤフラム押さえ(6)のめねじ部(6a)にねじ合わされている。これにより、ダイヤフラム押さえ(6)は、ダイヤフラム(4)の中央部を下方に押圧した状態で、ステム(3)に固定されている。
ダイヤフラム押さえ(6)の下部には、吊り金具(24)の上部が支持されており、吊り金具(24)の下端部は、ダイヤフラム(4)の中央部に埋設されている。これにより、ダイヤフラム(4)の中央部は、ダイヤフラム押さえ(6)の上下移動に伴って、一体で上下移動する。
ダイヤフラム押さえ(6)は、図１に示す通路閉鎖状態において、ダイヤフラム(4)の中間部（中央部と外周縁部との間にある部分）を下方に押圧する外周縁部(6b)を有している。この外周縁部(6b)は、図２に示す通路開放状態においては、上方に移動し、ダイヤフラム(4)の中間部を下方に押圧する機能は有していない。
ハンドル(7)は、ボンネット(5)の上部を覆う円筒状カバー部(7a)を有している。これにより、ボンネット(5)の上部、ステム(3)のおねじ部(11)およびめねじ部材(18)は、ハンドル(7)のカバー部(7a)で覆われて、外部に露出しないようになっている。
ボンネット(5)の上部には、開閉状態を視認するための円筒状の開閉表示部材(25)が、ハンドル(7)のカバー部(7a)との間に位置するように設けられている。図１に示す通路閉鎖状態において、開閉表示部材(25)の下端位置とハンドル(7)のカバー部(7a)の下端位置は、同じ位置とされている。
図１に示す通路閉鎖状態においては、ダイヤフラム押さえ(6)がダイヤフラム(4)を下方に押圧していることで、ダイヤフラム(4)は、ダイヤフラム押さえ(6)の下面形状に沿った形で形状が規定される。ダイヤフラム押さえ(6)の中央部は、吊り金具(24)によって、ダイヤフラム(4)と一体化されているのに対し、ダイヤフラム(4)の中間部）は、ダイヤフラム押さえ(6)が上方に移動した際には、変形可能とされている。
したがって、図１において、ハンドル(7)を開方向に回転させると、図２に示すように、ステム(3)が上方に移動し、本体(2)の底面に当接していたダイヤフラム(4)も上方に移動して通路開放状態となり、本体(2)内には、流体流入通路(2a)から流体流出通路(2b)に至るストレートな流路すなわち溜まりがない流路が形成される。通路開放状態では、ダイヤフラム押さえ(6)が上方に移動することで、ダイヤフラム(4)は、弾性変形により、その中間部（すなわち、ボンネット(5)のフランジ部(17a)と本体(2)の円形貫通孔(2c)の縁部とによって挟持された外周縁部と吊り金具(24)によって動くことが阻止されている中央部との間の環状部分）が、フリー時の形状である上に凸の形状に復帰するように変形する。
図２に示す通路開放状態において、開閉表示部材(25)は、ハンドル(7)が上方に移動したことで、ハンドル(7)のカバー部(7a)の下端位置から露出し、これにより、開放状態になったことを確認することができる。
上記のダイヤフラム弁(1)を組み立てるに際しては、ダイヤフラム(4)およびダイヤフラム押さえ(6)が取り付けられたステム(3)がボンネット(5)にねじ合わされ、このボンネット(5)が本体(2)と結合される。この後、ハンドル(7)の取付け前に、めねじ部材(18)がステム(3)のおねじ部(11)のボンネット(5)の上端よりも上方に突出している部分(11a)にねじ合わされる。この後、開閉表示部材(25)をボンネット(5)の上部に嵌め合わせ、ハンドル(7)をステム(3)の取付部(13)に固定することで組立てが完了する。
めねじ部材(18)（第１ナット(19)および第２ナット(20)）を適切に位置決めして、ハンドル(7)を適切な位置に固定するには、次の順序でダイヤフラム弁(1)の組立てを行えばよい。
１．ハンドル(7)を回して、ステム(3)を所定位置に位置させて、中間開度（図２に示す状態）とする。
２．ハンドル(7)を取り外す。
３．第１ナット(19)および第２ナット(20)を緩める。
４．ステム(3)を回転させて閉位置に移動させる。この状態が図３（ａ）に示されている。このようにするには、４−１．トルクレンチでステム(3)の取付部(13)を回して、締め付けるようにしてもよいし、４−２．ハンドル(7)を取り付けてハンドル(7)を回転させてステム(3)を回転させるようにしてもよい。後者の場合、ステム(3)を回転させた後で、ハンドル(7)は再び取り外される。
５．第１ナット(19)をボンネット(5)に当たるまで回転させる。この状態が図３（ｂ）に示されている。この回転は手（手締め）で行われる。
６．第２ナット(20)を締め付ける。この状態が図３（ｃ）に示されている。この締付けは、トルクレンチを使用して、第１ナット(19)の締付けよりも強く行われる。すなわち、第１ナット(19)が相対的に小さなトルクで締め付けられ、第２ナット(20)が相対的に大きなトルクで締め付けられる。これにより、第１ナット(19)と第２ナット(20)との相対回転が抑えられ、第１ナット(19)と第２ナット(20)とは、常に一体でステム(3)とともに上下移動させられる。
７．ハンドル(7)を取り付ける。
以上で、組立て作業が完了し、この後、ハンドル(7)を回し、任意の操作を行う。この際、図１に示すダイヤフラム弁(1)の閉鎖時においては、ハンドル(7)を強く締め付けてもめねじ部材(18)がストッパとして機能するため、過剰締付けが防止される。ダイヤフラム弁(1)の中間開度で上記の設定（第１ナット(19)および第２ナット(20)の締付け）を行うことにより、ハンドル(7)を中間開度（任意開度）に設定することができ、しかも、ハンドル(7)の締め過ぎ防止が可能とされたダイヤフラム弁(1)を得ることができる。
上記のめねじ部材(18)としては、ハードロックナット（登録商標）と称されている緩み止めナットが使用できる。このような緩み止めナットを使用することで、テーパ面(21a)(22a)同士の嵌合による緩み止め機能が奏される。さらに、凸部(21)のテーパ面(21a)は、ナット(19)のねじ孔に対して微小量偏心されており、凹部(22)のテーパ面(22a)は、ナット(20)のねじ孔と同心状とされ、これにより、緩み止め機能がさらに高められる。なお、めねじ部材(18)は、ハードロックナット（登録商標）に限定されるものではない。
上記のめねじ部材(18)を使用した締め過ぎ防止の構成は、種々のダイヤフラム弁に適応可能であり、この際、本体、ステム、ダイヤフラム、ボンネット、ダイヤフラム押さえおよびハンドルの構成については、種々変更することができる。
(1)：ダイヤフラム弁、(2)：本体、(3)：ステム、(4)：ダイヤフラム、(5)：ボンネット、(6)：ダイヤフラム押さえ、(7)：ハンドル、(11)：おねじ部、(18)：めねじ部材、(19)：第１ナット、(20)：第２ナット、(21)：凸部、(21a)：内周面、(22)：凹部

Claims (4)

  1. 流体通路を有する本体と、本体に対し上下移動可能なステムと、ステムの上下移動に伴って本体の流体通路を開閉するダイヤフラムと、本体上側に設けられてステムを上下移動可能に案内するボンネットと、ステム下端部に取り付けられてダイヤフラムを下方に押圧するダイヤフラム押さえと、ステムを開位置と閉位置とに上下移動させるために回転させられるハンドルとを備えているダイヤフラム弁において、
    ステムに設けられたおねじ部の上端部にめねじ部材がねじ合わされており、めねじ部材は、ステムが適正な閉位置に達した際に、ボンネットの上端に当接してステムのそれ以上の下方への移動を防止することを特徴とするダイヤフラム弁。
  2. めねじ部材は、相対的に小さなトルクで締め付けられる第１ナットと、第１ナットに重ねられて相対的に大きなトルクで締め付けられる第２ナットとからなることを特徴とする請求項１のダイヤフラム弁。
  3. いずれか一方のナットの重ね合わせ面に、先端側に行くに連れて径が大きくなるテーパ状内周面を有する環状の凸部が設けられており、他方のナットの重ね合わせ面に、該凸部に嵌まり合う環状の凹部が設けられていることを特徴とする請求項２のダイヤフラム弁。
  4. 請求項２または３に記載のダイヤフラム弁を組み立てる方法であって、ステムを所定位置に位置させた状態でステムからハンドルを取り外し、次いで、第１ナットおよび第２ナットを緩め、次いで、ステムを回転させて閉位置に移動させ、次いで、第１ナットをボンネットに当たるまで回転させ、次いで、第２ナットを締め付け、この状態で、ハンドルをステム上端部に取り付けることを特徴とするダイヤフラム弁の組立て方法。
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