JP2016065623A - ダイヤフラム弁、軸封装置、および弁体保持部 - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの作動気体の供給を受けずに閉じることができる、信頼性の高いダイヤフラム弁を提供する。
【解決手段】ダイヤフラム弁は、ダイヤフラムシール３と、ダイヤフラムシール３に形成された孔に嵌め込まれた軸１と、軸１の一端に固定された第１のダイヤフラム２１と、軸１の他端に連結された弁体２５と、弁体２５と流体導入管２８との間に配置された第２のダイヤフラム３２と、弁体２５を流体導入管２８に向かって押すばね３５とを備える。第１のハウジング１１には、圧力室４０に作動気体を取り入れるための通孔４１が形成されており、第１のダイヤフラム２１の作動気体の受圧面積は、ダイヤフラムシール３の作動気体の受圧面積よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、流路を閉じる弁、および弁を作動させる圧力室にダイヤフラムを使用したダイヤフラム弁に関する。また、本発明は、軸の往復運動を許容しつつ軸に沿った流体の漏洩を防止するための軸封装置に関する。さらに、本発明は、弁体を傾動可能に保持する弁体保持部に関する。

ダイヤフラム弁は、液体の流路の開閉弁として広く使用されている。例えば、図４に示すように、ダイヤフラム弁５００は、水槽５０２の流出配管５０４の流路を開閉する弁として使用される。このダイヤフラム弁５００は、ゴム製の駆動ダイヤフラム５０５と弁体ダイヤフラム５１０とを備えている。この駆動ダイヤフラム５０５と弁体ダイヤフラム５１０との間には、スペーサ５２０が介在しており、このスペーサ５２０を介して、駆動ダイヤフラム５０５と弁体ダイヤフラム５１０とが連動する構造になっている。

ダイヤフラム弁５００は、電磁弁５２２を介してコンプレッサ５２４に接続されている。このコンプレッサ５２４により、駆動ダイヤフラム５０５に電磁弁５２２を介して空気圧力をかけることで弁体ダイヤフラム５１０が閉じられる。一方、コンプレッサ５２４による圧縮空気の供給を止めて、圧縮空気を大気解放することで、弁体ダイヤフラム５１０が、流出配管５０４から流出する液体の圧力（１次側圧力）に押され、弁体ダイヤフラム５１０が開かれる。

特開２０１３−１４８１９１号公報 特開２００２−３４９７３３号公報

ダイヤフラム弁を含む様々な工業製品では、軸の往復運動を許容しつつ軸に沿った流体の漏洩を防止するための軸封装置が使用されることがある。一般的な軸封装置は、軸の外周面に接触するＯリングまたはパッキンなどのシール部材を用いて軸をシールするように構成されている。しかしながら、このような構成では、軸が往復運動するたびに軸の外周面がシール部材に摺接し、シール部材が少しずつ摩耗する。シール部材の摩耗が進行すると、気体などの流体が軸とシール部材との間の隙間から漏れてしまう。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたもので、外部からの作動気体の供給を受けずに閉じることができる、信頼性の高いダイヤフラム弁を提供することを目的とする。また、本発明は、ダイヤフラム弁を含む様々な製品に使用することができ、流体の漏れを確実に防止することができる軸封装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、弁体と配管の開口端との間に異物がある場合でも、弁体と配管の開口端との隙間を小さくすることができる弁体保持部を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の第１の態様は、孔を有するダイヤフラムシールと、前記孔に嵌め込まれた、軸方向に移動可能な軸と、前記ダイヤフラムシールを保持するシール保持部を有する第１のハウジングと、流体導入管に接続される第２のハウジングと、前記軸の一端に固定された第１のダイヤフラムと、前記軸の他端に連結され、前記軸と一体に移動可能な弁体と、前記弁体と前記流体導入管との間に配置された第２のダイヤフラムと、前記弁体を前記流体導入管に向かって押すばねとを備え、前記ハウジングと、前記第１のダイヤフラムと、前記ダイヤフラムシールと、前記軸とにより圧力室が形成されており、前記第１のハウジングには、前記圧力室に作動気体を取り入れるための通孔が形成されており、前記第１のダイヤフラムの前記作動気体の受圧面積は、前記ダイヤフラムシールの前記作動気体の受圧面積よりも大きいことを特徴とするダイヤフラム弁である。

本発明の好ましい態様は、前記弁体を傾動可能に支持する弁体保持部が、前記軸の前記他端と前記弁体との間に設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記弁体保持部は、前記弁体の中央部を支持する硬質弾性部材と、前記弁体に近接して配置された接続プレートと、前記接続プレートと前記弁体との間に配置された軟質弾性部材とを備え、前記軟質弾性部材は前記硬質弾性部材の周囲に配置されていることを特徴とする。

本発明の第２の態様は、孔を有するダイヤフラムシールと、前記孔に嵌め込まれた、軸方向に移動可能な軸と、前記ダイヤフラムを保持するシール保持部とを備えたことを特徴とする軸封装置である。

本発明の第３の態様は、弁体を傾動可能に支持する弁体保持部であって、前記弁体の中央部を支持する硬質弾性部材と、前記弁体に近接して配置された接続プレートと、前記接続プレートと前記弁体との間に配置された軟質弾性部材とを備え、前記軟質弾性部材は前記硬質弾性部材の周囲に配置されていることを特徴とする弁体保持部である。

上記第１の態様によれば、作動気体が圧力室に供給されたときに第２のダイヤフラムが流体導入管から離れてダイヤフラム弁が開かれる。一方、作動気体が圧力室に供給されないときは、第２のダイヤフラムはばねによって流体導入管に押し付けられ、ダイヤフラム弁が閉じられる。このような構成により、コンプレッサなどの作動気体供給源が停電や故障などで運転できない場合では、ダイヤフラム弁は閉じた状態に維持される。したがって、ダイヤフラム弁の信頼性を向上させることができる。

上記第２の態様によれば、軸が移動するときに、ダイヤフラムシールは軸の移動に追随して変形する。したがって、軸とダイヤフラムシールとの間に摩擦は実質的に発生しない。結果として、ダイヤフラムシールは摩耗せず、ダイヤフラムシールと軸との間からの流体の漏洩を確実に防止することができる。

上記第３の態様によれば、弁体と配管の開口端との間に異物がある場合には、弁体にモーメント力が働いて弁体が硬質弾性部材を中心として傾くので、弁体と配管の開口端との隙間を小さくすることができる。

本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁を示す断面図である。 開いた状態のダイヤフラム弁を示す断面図である。 弁体保持部の拡大断面図である。 一般的なダイヤフラム弁を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁を示す断面図である。ダイヤフラム弁は、軸方向に移動可能な軸１と、軸１が貫通する孔を有するダイヤフラムシール３と、ダイヤフラムシール３を保持するシール保持部６を有する第１のハウジング１１と、流体導入管２８が接続される第２のハウジング１２とを備えている。

ダイヤフラムシール３は第１のハウジング１１のシール保持部６に固定されている。シール保持部６は円盤状の形状を有しており、軸１が貫通する通孔を有している。ダイヤフラムシール３は、軸１とシール保持部６との間の隙間を封じるシール要素である。シール保持部６の中央には円筒状のガイド保持部１５が接続されている。ガイド保持部１５の内面には軸ガイド２０が配置されており、軸１はこの軸ガイド２０により軸方向に移動可能に支持されている。この軸方向とは、軸１の長手方向である。

軸１の一端には、第１のダイヤフラム２１が固定されており、軸１の他端には、軸１と一体に移動可能な弁体２５が連結されている。第２のハウジング１２には、弁体２５と同心上に並ぶように流体導入管２８が接続されている。この流体導入管２８は、水槽などの液体貯留槽（図示せず）から延びる配管（図示せず）に接続される。本実施形態では、流体導入管２８は筒体から構成されているが、本発明はこの実施形態に限定されない。第２のハウジング１２内には流体室１３が形成されており、流体導入管２８の先端開口部は流体室１３内に位置している。第２のハウジング１２は、その流体室１３に連通する流体出口２９を有している。

弁体２５と流体導入管２８の先端開口部との間には第２のダイヤフラム３２が配置されている。さらに、弁体２５を流体導入管２８に向かって押すばね３５が設けられている。このばね３５は、シール保持部６と弁体２５との間に配置されており、弁体２５および第２のダイヤフラム３２を流体導入管２８に向かって付勢している。したがって、第２のダイヤフラム３２は、流体導入管２８の先端開口部に押し付けられ、これによってダイヤフラム弁が閉じられる。図１は、ダイヤフラム弁が閉じている状態を示している。

第１のハウジング１１と第２のハウジング１２との間には、中間ハウジング３７が配置されている。この中間ハウジング３７内にはばね３５が配置されている。第１のダイヤフラム２１の外縁部は第１のハウジング１１に固定されている。第１のダイヤフラム２１の中央部は、固定プレート３９と軸１の端部との間に挟まれている。固定プレート３９は複数のねじ（図示せず）によって軸１の端部に固定されている。

第２のダイヤフラム３２の外縁部は、中間ハウジング３７と第２のハウジング１２との間に挟まれている。第１のハウジング１１と中間ハウジング３７はねじ１６によって互いに固定されており、中間ハウジング３７と第２のハウジング１２は、その間に第２のダイヤフラム３２の外縁部が挟まれた状態でねじ１７によって互いに固定されている。中間ハウジング３７の内部空間と、第２のハウジング１２の流体室１３とは、第２のダイヤフラム３２によって隔離されている。

ダイヤフラムシール３は、ゴムなどの柔軟な材料から構成されている。ダイヤフラムシール３の材料として、ゴムとポリエステルとの組み合わせ、またはゴムとナイロンとの組み合わせが使用されることもある。ダイヤフラムシール３の外側縁部は、第１のハウジング１１のシール保持部６に固定されている。より具体的には、ダイヤフラムシール３の外側縁部は、固定リング１４とシール保持部６との間に挟まれており、固定リング１４は複数のねじ（図示せず）によりシール保持部６に固定されている。本実施形態では、ダイヤフラムシール３は、その中央部に孔が形成された円形状を有している。軸１はダイヤフラムシール３の孔に嵌め込まれており、この孔を形成するダイヤフラムシール３の内側縁部の全体は、ダイヤフラムシール３自身の弾性により軸１の外面に圧接されている。したがって、ダイヤフラムシール３の内側縁部と軸１の外面との間には隙間は形成されていない。

第１のハウジング１１と、第１のダイヤフラム２１と、ダイヤフラムシール３と、軸１とにより圧力室４０が形成されている。第１のハウジング１１の側壁には、圧力室４０に作動気体を取り入れるための通孔４１が形成されている。この通孔４１には、作動気体の供給源であるコンプレッサ１００が接続されており、コンプレッサ１００から作動気体としての圧縮空気が圧力室４０に供給されるようになっている。圧力室４０は、ダイヤフラムシール３によって中間ハウジング３７の内部空間から隔離されている。

円盤状の第１のダイヤフラム２１の直径は、ダイヤフラムシール３の直径よりも大きく、第１のダイヤフラム２１の作動気体の受圧面積は、ダイヤフラムシール３の作動気体の受圧面積よりも大きい。したがって、作動気体（圧縮空気）が圧力室４０に供給されると、図２に示すように、第１のダイヤフラム２１、軸１、弁体２５、および第２のダイヤフラム３２は、ばね３５の付勢力に打ち勝って移動し、第２のダイヤフラム３２が流体導入管２８から離れる。これにより、ダイヤフラム弁が開かれる。ダイヤフラム弁が開かれると、液体などの流体が流体導入管２８を通じて第２のハウジング１２内の流体室１３に流入し、さらに流体出口２９を通ってダイヤフラム弁の外部に排出される。

図１および図２に示すように、弁体２５および第２のダイヤフラム３２を流体導入管２８に押し付けてダイヤフラム弁を閉じる力はばね３５により発生され、弁体２５および第２のダイヤフラム３２を流体導入管２８から離してダイヤフラム弁を開く力は作動気体により発生される。作動気体が圧力室４０に供給されるまでダイヤフラム弁は閉じられた状態に維持されるので、停電やコンプレッサの故障により作動気体が圧力室４０に供給されない場合であっても、ダイヤフラム弁は流体の通過を許容しない。

軸１がその長手方向（すなわち軸方向）に移動するとき、ダイヤフラムシール３の内側端部は、軸１とともに移動する。このとき、ダイヤフラムシール３は柔軟に変形し、ダイヤフラムシール３の内側端部が軸１に密着した状態が維持される。軸１の外面には、ダイヤフラムシール３の内側端部に沿って延びるテーパー面４５が構成されている。このテーパー面４５は、円錐台形状を有しており、より具体的には、ダイヤフラムシール３の内側端部から径方向外側に傾斜している。

図２に示すように、作動気体が圧力室４０に供給されると、軸１が移動するとともに、ダイヤフラムシール３の内側端部を含む部位は作動気体によって軸１のテーパー面４５に対して押し付けられる。作動気体がダイヤフラムシール３を軸１のテーパー面４５に押し付ける力は、作動気体の圧力に応じて変わる。したがって、圧力の高い作動気体が圧力室４０に供給される場合であっても、軸シール状態を確実とすることができる。

ダイヤフラムシール３は、軸１の移動に伴って柔軟に変形するので、ダイヤフラムシール３と軸１との間の摩擦は実質的に発生しない。したがって、ダイヤフラムシール３の摩耗が防止され、結果としてダイヤフラムシール３と軸１との間からの作動気体の漏洩が防止される。このようなダイヤフラムシール３を備えた軸封装置は、図１および図２に示すダイヤフラム弁に限らず、軸方向に移動する軸を有する他の装置または製品にも使用することができる。

図１に示すように、流体導入管２８は、弁体２５および第２のダイヤフラム３２によって閉じられる。しかしながら、流体導入管２８の先端開口部と第２のダイヤフラム３２との間に異物が存在すると、流体導入管２８の先端開口部と第２のダイヤフラム３２との間に隙間が形成され、この隙間を通って流体が漏れてしまう。そこで、図３に示すように、弁体２５を傾動自在に保持する弁体保持部５０が軸１と弁体２５との間に設けられている。

弁体保持部５０は、弁体２５に近接して配置された接続プレート５１と、弁体２５の中央を支持する硬質弾性部材５２と、接続プレート５１と弁体２５との間に配置された円環状の軟質弾性部材５４とを備えている。硬質弾性部材５２および軟質弾性部材５４は、どちらも変形可能な材料から構成されているが、軟質弾性部材５４は硬質弾性部材５２よりも柔らかい材料から構成されている。接続プレート５１の中央部には孔が形成されており、硬質弾性部材５２はこの孔の内部に位置している。

接続プレート５１は軸１の端部にねじ（図示せず）により固定されている。接続プレート５１と弁体２５との間には、隙間が形成されている。硬質弾性部材５２は接続プレート５１よりも厚みを有しており、硬質弾性部材５２の一方の端面は軸１の端部に接触し、硬質弾性部材５２の他方の端面は弁体２５に接触している。

接続プレート５１の外縁部には複数の円筒スペーサ５８が配置されており、円筒スペーサ５８の内部をねじ６０が延びている。ねじ６０の先端は弁体２５に螺合されている。ねじ６０は、円筒スペーサ５８を弁体２５に対して締め付けているが、ねじ６０は接続プレート５１を実質的に締め付けていない。円筒スペーサ５８は、接続プレート５１に形成された孔に収容されており、ねじ６０および円筒スペーサ５８は接続プレート５１に対して軸方向に移動することが許容されている。

軟質弾性部材５４は、硬質弾性部材５２の周りを延びる円環形状を有している。軟質弾性部材５４には、円筒スペーサ５８が貫通する複数の孔が形成されている。複数の円筒スペーサ５８およびねじ６０は、硬質弾性部材５２の周りに等間隔に配列されている。ばね３５の押付力は、硬質弾性部材５２および軟質弾性部材５４を通じて弁体２５に伝達される。

上記構成において、弁体２５の中央部は硬質弾性部材５２によって支持され、弁体２５の外縁部は軟質弾性部材５４によって支持されている。したがって、弁体２５は、硬質弾性部材５２を中心として全方向（３６０度）にある程度傾くことができるようになっている。弁体２５が傾くことができる角度は、軟質弾性部材５４の弾性に依存する。

第２のダイヤフラム３２と流体導入管２８の先端開口部との間に異物が挟まっている場合は、弁体２５にはモーメント力が加わり弁体２５が傾く。よって、第２のダイヤフラム３２と流体導入管２８の先端開口部との間の隙間を限りなく小さくすることができる。このような構成を有する弁体保持部５０は、ダイヤフラム弁に限らず、弁体を有する他の製品にも使用することができる。例えば、止水装置や、汚泥脱水機のろ布の押え機構などに弁体保持部５０を使用することができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ 軸
３ ダイヤフラムシール
６ シール保持部
１１ 第１のハウジング
１２ 第２のハウジング
１３ 流体室
１４ 固定リング
１５ ガイド保持部
１６，１７ ねじ
２０ 軸ガイド
２１ 第１のダイヤフラム
２５ 弁体
２８ 流体導入管
２９ 流体出口
３２ 第２のダイヤフラム
３５ ばね
３７ 中間ハウジング
３９ 固定プレート
４０ 圧力室
４１ 通孔
４５ テーパー面
５０ 弁体保持部
５１ 接続プレート
５２ 硬質弾性部材
５４ 軟質弾性部材
５８ 円筒スペーサ
６０ ねじ
１００ コンプレッサ

Claims (5)

1. 孔を有するダイヤフラムシールと、
   前記孔に嵌め込まれた、軸方向に移動可能な軸と、
   前記ダイヤフラムシールを保持するシール保持部を有する第１のハウジングと、
   流体導入管に接続される第２のハウジングと、
   前記軸の一端に固定された第１のダイヤフラムと、
   前記軸の他端に連結され、前記軸と一体に移動可能な弁体と、
   前記弁体と前記流体導入管との間に配置された第２のダイヤフラムと、
   前記弁体を前記流体導入管に向かって押すばねとを備え、
   前記ハウジングと、前記第１のダイヤフラムと、前記ダイヤフラムシールと、前記軸とにより圧力室が形成されており、
   前記第１のハウジングには、前記圧力室に作動気体を取り入れるための通孔が形成されており、前記第１のダイヤフラムの前記作動気体の受圧面積は、前記ダイヤフラムシールの前記作動気体の受圧面積よりも大きいことを特徴とするダイヤフラム弁。
2. 前記弁体を傾動可能に支持する弁体保持部が、前記軸の前記他端と前記弁体との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム弁。
3. 前記弁体保持部は、
   前記弁体の中央部を支持する硬質弾性部材と、
   前記弁体に近接して配置された接続プレートと、
   前記接続プレートと前記弁体との間に配置された軟質弾性部材とを備え、
   前記軟質弾性部材は前記硬質弾性部材の周囲に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のダイヤフラム弁。
4. 孔を有するダイヤフラムシールと、
   前記孔に嵌め込まれた、軸方向に移動可能な軸と、
   前記ダイヤフラムを保持するシール保持部とを備えたことを特徴とする軸封装置。
5. 弁体を傾動可能に支持する弁体保持部であって、
   前記弁体の中央部を支持する硬質弾性部材と、
   前記弁体に近接して配置された接続プレートと、
   前記接続プレートと前記弁体との間に配置された軟質弾性部材とを備え、
   前記軟質弾性部材は前記硬質弾性部材の周囲に配置されていることを特徴とする弁体保持部。

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