JP2021127816A - ダイヤフラムバルブ - Google Patents

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理彩子 土田
Risako Tsuchida
理彩子 土田
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【課題】低い軸荷重で止水を行うことができ、長期耐久性を向上することが可能なダイヤフラムバルブを提供すること。【解決手段】ダイヤフラムバルブ10では、隔膜12は、ボディ11に配置され、当接部33aに接触することにより流路24を閉塞する。隔膜12は、周縁リブ44と、止水リブ43と、を有する。周縁リブ44は、外周縁部42のボディ11側に周方向に設けられ、ボディ11に接触する。止水リブ43は、隔膜12のボディ11側であって周縁リブ44の内側に当接部33aに沿って形成されている。止水リブ43は、端部47と、中央部48とを、有する。端部47は、両端の各々に設けられ周縁リブ44に接続する。中央部48は、端部47の間に設けられている。端部47は、中央部48から周縁リブ44に向かうに従って幅が広くなるように形成されている。【選択図】図7A

Description

本発明は、ダイヤフラムバルブに関する。
水処理、化学、食品などのプラントにおける配管ラインには、ダイヤフラムバルブが設けられており、ダイヤフラムバルブによって、配管を流れる流体の制御が行われる。
ダイヤフラムバルブは、その両端に配管が接続されてプラントに設置される。ダイヤフラムバルブは、隔膜がボンネットとボディによって固定され、ハンドルを回すことでステムに軸力が発生し、その軸力をコンプレッサで応力分散させることで隔膜を動作させる構造である(例えば、特許文献1参照)。隔膜が仕切壁の当接部に圧接されることにより流路が閉鎖した状態とされ、隔膜が仕切壁の当接部から離間されることにより流路が開放された状態となる。
隔膜は、ダイヤフラムバルブ内において液体が漏れる内漏れ(流路が閉塞されずに漏れが発生すること)と、ダイヤフラムバルブ外に流体が漏れる外漏れを防止する。内漏れは、隔膜が仕切壁の当接部に圧接されて止水され、外漏れは、隔膜の周縁部がボディとボンネットで挟まれて圧縮されることによって止水される。
特開2017−180797号公報
しかしながら、バルブを閉めたときにコンプレッサから隔膜に与えられる軸荷重は、隔膜の当接部に沿った両端に向かうほど弱くなるため、隔膜が揺動した際にその両端が浮き上がりやすく、止水するために必要な止水面圧に与えられずに止水性能が低下することがある。
一方、両端における止水性能の低下を抑制するためにコンプレッサから隔膜に与える軸荷重を大きくすると隔膜内部で発生する応力が大きくなるため、長期耐久性能が低下する。
本発明の目的は、低い軸荷重で止水を行うことができ、長期耐久性を向上することが可能なダイヤフラムバルブを提供することができる。
第1の発明にかかるダイヤフラムバルブは、弁本体と、隔膜と、蓋部と、を有する。弁本体は、内部に形成された流路に設けられた当接部を有する。隔膜は、弁本体に配置され、当接部に接触することにより流路を閉塞する。蓋部は、隔膜の周縁部を弁本体との間で挟むことによって隔膜を固定する。隔膜は、第1凸部と、第2凸部と、を有する。第1凸部は、周縁部の弁本体側に周方向に設けられ、弁本体に接触する。第2凸部は、隔膜の弁本体側であって第1凸部の内側に当接部に沿って形成されている。第2凸部は、端部と、中央部とを、有する。端部は、両端の各々に設けられ第1凸部に接続する。中央部は、端部の間に設けられている。端部は、中央部から第1凸部に向かうに従って幅が広くなるように形成されている。
このように、第2凸部から第1凸部に向かうに従って幅が広くなるように第2凸部の端部を形成することによって、第2凸部の両端の接触面積を増やすことができる。これにより、隔膜揺動時にも第2凸部の端部が弁本体と接触することができ、第2凸部と弁本体の間で発生する面圧ばらつきを抑制することができる。
このため、第2凸部の両端に合わせて軸荷重を大きくする必要がなく止水に必要な軸荷重を低減することができ、隔膜内部で発生する応力も抑制できるので、長期耐久性能を向上させることが可能となる。
第2の発明にかかるダイヤフラムバルブは、第1の発明にかかるダイヤフラムバルブであって、端部の中央部との接続部の幅をAとし、端部の第1凸部との接続部の幅をBとすると、2.1≦B/A≦4.2を満たす。
ここで、B/Aの値が2.1よりも小さくなると、隔膜の揺動に対して弁本体と隔膜を接触させ続けることが出来ずに漏れが発生するおそれがある。一方、B/Aの値が大きすぎると接触面積が大きくなりすぎてしまうため、大きな軸力与えなければならず隔膜に応力集中が発生し、繰り返し耐久性能が低下するおそれがある。
そのため、B/Aを2.1以上4.2以下に設定することで、止水性能と繰り返し耐久性能の双方を両立させることができる。
第3の発明にかかるダイヤフラムバルブは、第1または第2の発明にかかるダイヤフラムバルブであって、端部の幅方向の両端は、平面視において、端部の内側に向かって凸に湾曲するように形成されている。
これにより、止水性能を向上させることができる。
第4の発明にかかるダイヤフラムバルブは、第1または第2の発明にかかるダイヤフラムバルブであって、端部の幅方向の両端は、平面視において直線状に形成されている。
これにより、止水性能を向上させることができる。
第5の発明にかかるダイヤフラムバルブは、第1〜4のいずれかの発明にかかるダイヤフラムバルブであって、隔膜は、第1層と、第2層と、を有する。第1層は、弁本体側に配置され、熱可塑性樹脂を含む。第2層は、第1層の弁本体とは反対側に配置され、弾性体で形成されている。
このように弁本体と当接する第1層に熱可塑性樹脂を含む隔膜では、第1層が圧縮によって変形し難いため、中央凸部の両端における荷重が弱くなりやすいが、上記発明の構成とすることによって、中央凸部の両端の接触面積を増やすことができる。このため、止水に必要な軸荷重を低減することができ、隔膜内部で発生する応力も抑制させることができることにより、長期耐久性能を向上させることが可能となる。
本発明によれば、低い軸荷重で止水を行うことができ、長期耐久性を向上することが可能なダイヤフラムバルブを提供することができる。
本発明にかかる実施の形態の流路構造を用いたダイヤフラムバルブの斜視図。 図1のダイヤフラムバルブの部分断面図。 図1のボディを上方から視た斜視図。 (a)図3のEE´間の矢示断面図、(b)図4(a)のF部拡大図。 図2の隔膜、コンプレッサ、ステムおよびスリーブの関係を示す図。 (a)図2の隔膜を表側から視た斜視図、(b)図2の隔膜を裏側から視た斜視図。 図6の隔膜の底面図。 図7AのGG´間の矢視断面図。 図7BのJ部拡大図。 図7BのK部拡大図。 図7AのQQ´間の部分拡大断面図。 図7AのL部拡大図。 図1のHH´間の部分断面図。 (a)図3のボディの開口部近傍を示す平面図、(b)図9(a)のボディに隔膜を載置した状態を示す平面図。 図8のM部拡大図。 (a)図1のボンネットを上方から視た斜視図、(b)図12(a)のボンネットを下方から視た斜視図。 (a)流路が閉鎖された状態を示す模式断面図、(b)流路が開放された状態を示す模式断面図。 (a)本発明にかかる実施の形態の変形例における隔膜を示す平面図、(b)図13(a)のN部拡大図。 本発明にかかる実施の形態の変形例における隔膜の構成を示す部分断面図。 本発明にかかる実施の形態の変形例における隔膜およびボディを示す部分断面図。
以下、本発明にかかる実施の形態におけるダイヤフラムバルブについて説明する。
<構造>
(ダイヤフラムバルブ10の概要)
図1は、本発明にかかる実施の形態1のダイヤフラムバルブ10の外観斜視図である。図2は、本実施の形態のダイヤフラムバルブ10の部分断面構成図である。
本実施の形態のダイヤフラムバルブ10は、図1および図2に示すように、ボディ11(弁本体の一例)と、隔膜12と、ボンネット13(蓋部の一例)と、駆動機構14と、を備えている。ボディ11の両端に配管が接続されボディ11には流体が流れる流路24が形成されている。隔膜12は、流路24を開放または遮断する。ボンネット13は、隔膜12を覆うようにボディ11に取付けられている。駆動機構14は、その一部がボンネット13内に配置されており、隔膜12を駆動する。
(ボディ11)
図3は、ボディ11を後述する第1面31側から視た斜視図である。図4(a)は、図3のEE´間におけるボディ11の矢示断面図である。図4(b)は、図4(a)のF部拡大図である。
ボディ11は、PVC(ポリ塩化ビニル)、HT(耐熱塩化ビニル管)、PP(ポリプロピレン)、またはPVCF(ポリフッ化ブニリデン)、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフロオロエチレン等の樹脂、または、鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス等の金属、または磁器などによって形成することができる。
ボディ11は、図3に示すように、第1端部21と、第2端部22と、中央部23と、流路24と、を有する。
第1端部21と第2端部22と中央部23は、一体的に形成されており、流路24は、図4(a)に示すように、第1端部21、中央部23および第2端部22にわたって形成されている。
(第1端部21、第2端部22)
第1端部21と第2端部22は、図3および図4(a)に示すように、中央部23を挟むように配置されており、中央部23と繋がっている。
第1端部21は、図3に示すように、流体がボディ11に流入する入口24aが形成されたフランジ213を有し、配管が接続可能である。
また、第2端部22は、図4(a)に示すように、ボディ11から流体が排出される出口24bが形成されたフランジ223を有し、配管が接続可能である。
フランジ213とフランジ223は、互いに対向して平行になるように形成されている。また、入口24aの位置と出口24bの位置も対向している。フランジ213とフランジ223は、ボディ11に対して別部品であってもよい。
なお、入口24aから出口24bを結ぶ線に沿った方向を第1方向X(流体の流通方向Xともいえる)とし、第1方向Xに対して垂直且つ第1面31と平行な方向を第2方向Y(幅方向Yともいえる)とする。第1方向Xは、フランジ213とフランジ223に対して垂直な直線に沿った方向ともいえる。また、後述するステム63、コンプレッサ61または隔膜12の移動方向が矢印Z(第1方向Xおよび第2方向Yに垂直な方向)で示されている。
(中央部23)
中央部23は、図3に示すように、第1端部21と第2端部22の間に設けられている。中央部23は、第1面31と、第2面32(図4(a)参照)と、壁部33(図4(a)参照)と、縁リブ34と、外側リブ35と、内側リブ36と、複数のボルト孔37と、を有する。
第1面31は、図3に示すように、略平面状であり、フランジ213とフランジ223の円形状側面に対して垂直に形成されている。第1面31の中央には、開口部31aが形成されている。開口部31aは、その周縁が円形状に形成されている。
縁リブ34は、図3、図4(a)および図4(b)に示すように断面四角形状であり、開口部31aの縁に沿って第1面31から上方(Z方向上向き)に突出して形成されている。縁リブ34は、図3に示すように、第1リブ部分341と、第2リブ部分342と、を有する。第1リブ部分341は、平面視において開口部31aの縁に沿って円弧状に形成されている。第2リブ部分342は、平面視において開口部31aの縁に沿って円弧状に形成されている。円弧状の第1リブ部分341の両端と、円弧状の第2リブ部分342の両端の各々の間には、所定の間隔34aが設けられている。二つの間隔34aは、等長であり、幅方向Yに対向して設けられている。間隔34aには、隔膜12をボディ11に配置した際に、後述する隔膜12の止水リブ43の端部47が通る。
外側リブ35は、図3および図4(b)に示すように、隔膜12の外周にわずかな隙間を空けて沿うように第1面31から上方(Z方向上向き)に突出して形成されている。外側リブ35は、開口部31aの縁全体に亘って形成され、ほぼ円形状である。
上方から見ると、外側リブ35は、図3に示すように、円形状部351と、突出形状部352を有する。円形状部351は、開口部31aの外側であって縁リブ34から所定の距離を空けて外側リブ35に沿って形成されている。突出形状部352は、円形状部351から外側に突出しており、概ね四角形状の外周をなぞるように形成されている。この突出形状部352の内側には、後述する図5に示す隔膜12の突出部45が配置される。
内側リブ36は、図4(b)に示すように、外側リブ35の縁リブ34側(外側リブ35の内側ともいえる)に第1面31から突出して外側リブ35に沿って形成されている。内側リブ36は、外側リブ35と一体的に形成されている。言い換えると、内側リブ36は、第1面31から垂直(Z方向上向き)に立ち上がる側面と、その上端から繋がる水平な上面とを備える。外側リブは、内側リブの上面から垂直に立ち上がる内側側面と、その上端から繋がる水平な上面と、この上面の外端から垂直に垂れ下がる外側側面とを備える。内側リブ36は、外側リブ35よりも低く形成されている。内側リブ36は、外側リブ35の載置面311近傍に段差状に形成されている。よって、内側リブ36と外側リブ35とで、断面が2段の階段状となっている。
第1面31は、図4(b)に示すように、内側リブ36と縁リブ34の間に、隔膜12の外周縁部42(後述する)が載置される載置面311を有する。
ボルト孔37は、第1面31の開口部31aの周囲であって、外側リブ35よりもY方向外側に4つ形成されており、後述するボンネット13のボルト孔134(図11(b)参照)と対向し、ボルト100(図1参照)が挿入され、ボンネット13がボディ11に固定される。
第2面32は、図4(a)に示すように、流路24を挟んで第1面31に対向する面である。第2面32は、流路24の形状に沿って形成されている。第2面32は、中央部23のボンネット13が配置される側とは反対側の面である。
(流路24)
流路24は、図4(a)に示すように、入口24aから出口24bまで形成されている、壁部33は、流路24の中央に第1面31に向かって突出して形成されている。壁部33は、流路24に傾斜を形成するように、流路24の内面が第1面31に向かって緩やかに盛り上がって形成されている。上述の開口部31aは、流路24の途中に設けられている。また、開口部31aは、壁部33に対応する位置に形成されている。
壁部33の第1面31側の先端である当接部33aには、後述する隔膜12の止水リブ43が圧接する。当接部33aは、流通方向Xに対して垂直な平面において開口部31a側に凹状に湾曲して形成されている。
流路24は、図4(a)に示すように、第1端部21の入口24aから当接部33aまで形成されている入口側流路241と、第2端部22の出口24bから当接部33aまで形成されている出口側流路242と、入口側流路241と出口側流路242を連通する連通部243とを有する。
入口側流路241は、その内周面が湾曲して形成されており、図4(a)に示すように、第1面31と垂直な方向(駆動方向Z)の幅が壁部33に向かうに従って狭くなっている。一方、入口側流路241は、第1面31と平行な方向の幅(図4(a)における紙面に対して垂直な方向)は壁部33に向かうに従って広くなっている。
出口側流路242は、その内周面が湾曲して形成されており、図4(a)に示すように、第1面31と垂直な方向の幅が壁部33に向かうに従って狭くなっている。一方、出口側流路242は、第1面31と平行な方向の幅(図4(a)における紙面に対して垂直な方向)は壁部33に向かうに従って広くなっている。
連通部243は、流路24のうち壁部33の第1面31側の部分であり、入口側流路241と出口側流路242とを連通する。
第2面32は、図4(a)に示すように、入口側流路241に沿った入口側湾曲部321と、出口側流路242に沿った出口側湾曲部322とを有する。この入口側湾曲部321と出口側湾曲部322によって図4(a)に示す壁部33の第1面31側への突出が形成されている。
なお、第2面32には、補強用のリブ38(図4(a)参照)が設けられている。
(隔膜12)
隔膜12が後述する駆動機構14によって下方に移動し、壁部33の当接部33aに当接することによって連通部243を閉鎖して流路24が閉じられる。また、隔膜12が駆動機構14によって上方に移動し、当接部33aから隔膜12が離間することによって流路24が開放される。
隔膜12は、図2に示すように、開口部31aを塞ぐように第1面31に配置されている。
図5は、隔膜12、ならびに後述するコンプレッサ61、スリーブ62およびステム63等を示す斜視図である。図5には、隔膜12、コンプレッサ61、スリーブ62およびステム63の中心軸Oが示されている。この中心軸Oは、第1面31に対して垂直であり、隔膜12、後述するコンプレッサ61およびステム63の駆動方向(Z方向)と一致する。
図6(a)は、隔膜12を表側(ボディ11と反対側)から視た斜視図である。図6(b)は、隔膜12を裏側(ボディ11側)から視た斜視図である。図7Aは隔膜12の底面図であり、図7Bは、図7AのGG´間の矢視断面図である。図7Cは、図7AのJ部拡大図である。図7Dは、図7AのK部拡大図である。図7Eは、図7AのQQ´間の矢視断面図であって端部47の部分拡大図である。図7Fは、図7AのL部拡大図である。図8は、図1のHH´間の矢視断面図である。
図6(a)および図6(b)に示すように、隔膜12は、隔膜部41と、外周縁部42(周縁部の一例)と、止水リブ43(第2凸部の一例)と、周縁リブ44(第1凸部の一例)と、突出部45と、を有する。
(隔膜部41)
隔膜部41は、後述する駆動機構14によって上下動される。隔膜部41は、上面視で円形状の部分球体であり、ボディ11の開口部31aに対応する。
隔膜部41の当接部33a側の面41aには、図7Aおよび図7Bに示すように、ボディ11の壁部33の当接部33aに向かって突出し、凸条である止水リブ43が形成されている。隔膜部41の面41aと反対側の面41bの中央部には、図6及び図7Bに示すように、ボンネット13側に向かって突出した肉厚部であるボルト支持部46が形成されている。ボルト支持部46には、図6(a)に示すように後述する隔膜ボルト65が挿入される。
(止水リブ43)
止水リブ43は、図7Aに示すように、第2方向Yに沿って円形状の隔膜部41の直径となる位置に形成されており、当接部33aに沿っている。止水リブ43は、その幅方向(長手方向)の両端において周縁リブ44に交わっている。
本実施の形態では、止水リブ43は、面41a側の根元部分の厚みが最も厚く、ボディ11側の先端に向かうに従って厚みが薄くなるよう形成されている。
止水リブ43は、図7Aに示すように、端部47と、中央部48と、を有する。端部47は、止水リブ43の両端部分であり、周縁リブ44に接続されている。中央部48は、端部47の間に設けられている。
中央部48は、X方向における幅は略一定に形成されている。中央部48は、図7Cに示すように、側面48cと、側面48dと、先端面48eと、を有する。側面48cは、中央部48の出口24b側の側面である。側面48dは、中央部48の入口24a側の側面である。側面48cと側面48dは、周縁リブ44の外側に向かって突出するように若干湾曲して形成されている。詳細には、側面48cは、出口24b側に向かって突出するように若干湾曲している。側面48dは、入口24a側に向かって突出するように若干湾曲している。なお、側面48cと側面48dは、湾曲しておらず直線状であってもよい。
先端面48eは、側面48cと側面48dのボディ11側の端を繋ぐように設けられている。先端面48eは、円弧状に形成されている方が好ましいが、厳密な円弧状に限らなくてもよく、少なくともボディ11側に凸に湾曲している方が好ましい。本実施の形態では、先端面48eは、円弧の中央が当接部33aに対向して接触可能なように配置されている。
端部47は、中央部48と周縁リブ44を繋ぐように設けられている。端部47は、止水リブ43の両端に設けられ、中央部48と周縁リブ44を繋ぐ。端部47の形状については、後段にて詳述する。
(外周縁部42、突出部45)
外周縁部42は、円環状であり、隔膜部41の外周に水平方向に延びるように鍔状に形成されている。外周縁部42は、図2に示すように、ボンネット13とボディ11によって挟まれている。
突出部45は、図7Aおよび図7Bに示すように、概ね四角形状であり、外周縁部42から水平方向外側に向かって突出して形成されている。この突出する向きは、止水リブ43の伸び方向(長手方向)と直交する。
(周縁リブ44)
周縁リブ44は、図7Aおよび図7Bに示すように、外周縁部42のボディ11側の面42aに周方向に沿って一周に亘って形成されており、図8に示すように、載置面311に当接する。周縁リブ44は、ボディ11側に向かって突出している。
周縁リブ44は、図7Bに示すように面42aにおいて外周縁部42の外周側の端面42cから所定の間隔を空けて内側に設けられている。面42aは、周縁リブ44よりも内周側の第1面部42a1と、周縁リブ44よりも外周側の第2面部42a2と、を有している。
本実施の形態では、周縁リブ44は、面42a側の根元部分の厚みが最も厚く、ボディ11側の先端に向かうに従って厚みが薄くなるよう形成されている。
周縁リブ44は、周方向に沿って設けられており、止水リブ43を取り囲むように形成されている。止水リブ43は、周縁リブ44の内側に形成されているともいえる。
周縁リブ44は、図7Dに示すように、側面44cと、側面44dと、先端面44eとを有する。側面44cは、周縁リブ44の内周側の側面である。側面44dは、周縁リブ44の外周側の側面である。側面44cと側面44dは、周縁リブ44の外側に向かって突出するように若干湾曲して形成されている。詳細には、側面44cは、内周側に向かって突出するように若干湾曲している。側面44dは、外周側に向かって突出するように若干湾曲している。なお、側面44cと側面44dは、湾曲しておらず直線状であってもよい。
先端面44eは、側面44cと側面44dを繋ぐように形成されている。先端面44eは、ボディ11側に突出するように湾曲している。先端面44eは、円弧状に形成されている方が好ましいが、厳密な円弧状に限らなくてもよく、少なくともボディ11側に凸に湾曲している方が好ましい。
先端面44eは、円弧の中央が載置面311に対向して接触可能なように配置されている。
(端部47)
図7Aに示すように、止水リブ43の両端の端部47は、双方とも同様の形状であるため一方について説明する。
端部47は、面41aおよび面42aからボディ11方向に向かって突出して設けられている。端部47は、面41aから面42aに亘って設けられている。端部47は、中央部48から周縁リブ44に向かうに従って幅が広くなるように形成されている。なお、隔膜12がボディ11に載置された際には、端部47は、間隔34a(図3参照)を通って配置される。
端部47は、図7Eおよび図7Fに示すように、出口24b側の側面47cと、入口24a側の側面47dと、側面47cと側面47dを繋ぐ先端面47eと、を有する。なお、図7Eは、端部47の拡大断面図である。
側面47cは、端部47の出口24b側の側面である。側面47cは、面41aおよび面42aからボディ11側に向かって立ち上がるよう形成されている。側面47cは、中央部48の側面48cと、周縁リブ44の側面44cとを繋ぐ。側面47cは、端部47の内側に向かって凸に湾曲して形成されている。
図7Fにおいて、側面47cの周縁リブ44の側面44cとの接続部分が47c1として示され、側面47cの中央部48の側面48cとの接続部分が47c2として示されている。接続部分47c1は、平面視において曲線である側面44cと曲線である側面47cを接続する変曲点である。接続部分47c2は、平面視において直線である側面48cと曲線である側面47cとの接続点である。
側面47dは、端部47の入口24a側の側面である。側面47dは、面41aおよび面42aからボディ11側に向かって立ち上がるよう形成されている。側面47dは、中央部48の側面48dと、周縁リブ44の側面44cとを繋ぐ。側面47dは、平面視において端部47の内側に向かって湾曲して形成されている。
図7Fにおいて、側面47dの周縁リブ44の側面44cとの接続部分が47d1として示され、側面47dの中央部48の側面48dとの接続部分が47d2として示されている。接続部分47d1は、平面視において曲線である側面44dと曲線である側面47dを接続する変曲点である。接続部分47d2は、平面視において直線である側面48dと曲線である側面47dとの接続点である。
先端面47eは、側面47cと側面47dの間を繋ぎ、中央部48の先端面48eと周縁リブ44の先端面44eの間を繋ぐように設けられている。
図7Fに示すように、端部47の中央部48との接続部47bの幅をAとし、端部47の周縁リブ44との接続部47aの幅をBとすると、B/Aは、2.1≦B/A≦4.2を満たす方が好ましい。なお、幅とは、それぞれの接続部において、X方向における端部47の最も大きい厚みであり、端部47の面41a、42aから立ち上がる根元部分である。また、接続部47aの幅Bは、接続部分47c1と接続部分47d1の間隔に相当する。また、接続部47bの幅Aは、接続部分47c2と接続部分47d2の間隔に相当する。幅Aは、中央部48の幅と一致している。
(第1隔膜層210、第2隔膜層220)
図7Aおよび図7Bに示すように、隔膜12は、第1隔膜層210(第1層の一例)と、第2隔膜層220(第2層の一例)と、を有している。第1隔膜層210に隔膜ボルト65(連結部の一例)が挿入されている。隔膜ボルト65は、第1隔膜層210から第2隔膜層220を貫通して駆動機構14側(当接部33aと反対側)に突出している。
第1隔膜層210は、隔膜12の当接部33a側を形成しており、接液面を形成している。第2隔膜層220は、隔膜12の当接部33aの反対側を形成している。
第1隔膜層210の材質は、熱可塑性樹脂であり、例えば、フッ素系樹脂を用いることができる。フッ素系樹脂としては、例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)またはPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を用いることができる。
第2隔膜層220の材質は、ゴム状の弾性体であれば良く、特に限定されるものではない。また、第1隔膜層210の材質とは異なるものが好ましい。例えば、エチレン・プロピレンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴム、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエンゴム)等が好適な材料として挙げられる。また、第2隔膜層220には強度の高い補強布がインサートされていても良く、補強布はナイロン製であることが望ましい。これは、ダイヤフラムバルブの閉時に隔膜12に流体圧がかかったときに隔膜12の変形や破損を防止することが可能となるため好ましい。なお、エチレン・プロピレン・ジエンゴムを用いる場合には、他のゴムと比べ耐薬品性が高く、EPMなどと比較して加硫しやすいため容易に高強度の隔膜を得ることができる。
また、第2隔膜層220を設けることによって、ダイヤフラムバルブの駆動機構14からの力を第1隔膜層210に分散して伝達することができる。このため、第1隔膜層210だけの場合よりも低い軸力(ハンドル64の回転によってステム63を介してコンプレッサ61によって隔膜12に付与される力)で高い圧縮力を得て止水することができる。
第1隔膜層210は、図7Bに示すように、止水リブ43、隔膜部41の面41a側の部分41f、外周縁部42の面42a側の部分42f、および周縁リブ44を形成している。
第2隔膜層220は、ボルト支持部46を含む隔膜部41の面41b側の部分41s、および外周縁部42の面42b側の部分42sを形成している。
外周縁部42において、第1隔膜層210の部分42fの面42aと反対側の面42fbは略平面に形成されている。外周縁部42において、第2隔膜層220の部分42sの第1隔膜層210側の面42saは略平面に形成されている。面42fbと面42saは、互いに平面で接触している。
隔膜部41のうち第1隔膜層210の部分41fの面41aと反対側の面41fbには、ボルト支持部46に対応した凸部41fdが形成されている。凸部41fdに隔膜ボルト65が挿入されている。
隔膜部41のうち第2隔膜層220の部分41sの面41bと反対側の面41saには、凸部41fdに対応した凹部41sdが形成されている。
なお、第1隔膜層210と第2隔膜層220の間は、接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。
(ボディ11への隔膜12の配置)
図9(a)は、ボディ11の第1面31を示す平面図である。図9(b)は、ボディ11に隔膜12を載置した状態を示す平面図である。
外側リブ35の内側に位置されるように隔膜12がボディ11に載置される。隔膜12の周縁リブ44が、内側リブ36と縁リブ34の間の載置面311に配置される。また、突出部45が、外側リブ35の突出形状部352の内側に配置されるように隔膜12が載置される。
外側リブ35の突出形状部352によって、隔膜12の周方向における位置ズレが防止され、隔膜12の止水リブ43を当接部33aに沿った位置に合わせることができる。
図10は、図8のM部拡大断面図である。図10に示すように、ボディ11とボンネット13によって外周縁部42が挟持されて隔膜12が保持されている。
図8および図10に示すように、隔膜12をボディ11に配置した際には、隔膜12の周縁リブ44に径方向において対向するように内側リブ36が配置されている。外周縁部42の外周側の端面42cの外側にボディ11の外側リブ35が配置されている。また、Z方向において第2面部42a2に対向するように、ボディ11の内側リブ36が配置されている。なお、径方向は、軸Oに対して垂直であって、軸Oに向かう若しくは軸Oから遠ざかる方向である。
図10に示すように、周縁リブ44の先端面44eがボディ11の載置面311に接触している。このように湾曲した先端面44eが載置面311に接触することにより、隔膜12の揺動時における応力集中の発生を低減することができる。
なお、未使用時など内圧がかかっていないとき、外周縁部42において、隔膜12がボディ11に接しているのは、先端面44eだけである。周縁リブ44は、内側リブ36、外側リブ35と隙間を空けており、接していない。
また、周縁リブ44のうち先端面44eを形成する先端部分だけでは、ボディ11とボンネット13によって挟持固定される際に与えられるボンネット13からの圧縮力を受け過ぎるため、側面44c、44d形成する基端部分を設けることによって剛性を高めることができる。
縁リブ34は、隔膜12が上下動作した場合であっても隔膜12に接触しない高さに形成されている。縁リブ34と隔膜12の間に間隔Sが設けられているため、周縁リブ44は、流路24に面している(曝されているともいえる)。このため、周縁リブ44は、ダイヤフラムバルブ10内で内圧が発生した際に、内圧によって外周側に広がるように変形して、内側リブ36の内周面36aに接触し止水される。このため、内側リブ36の内周面36aは、断面視において平面である方が好ましい。
(ボンネット13)
ボンネット13は、ボディ11と同様に、PVC(ポリ塩化ビニル)、HT(耐熱塩化ビニル管)、PP(ポリプロピレン)、またはPVCF(ポリフッ化ブニリデン)、ポリスチレン、ABS樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフロオロエチレン等の樹脂、または、鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス等の金属、または磁器などによって形成することができる。
図11(a)は、ボンネット13の外観を示す斜視図である。図11(b)は、ボンネット13を下方から視た斜視図である。図に示すように、ボンネット13は、本体部131と、ボディ11に固定される固定部132と、を有する。
本体部131は、ドーム状であって、その広がった端131aに開口13aを有する。開口13aは、第1面31の開口部31aに対応する。また、本体部131は、その窄まった部分に貫通孔13bを有する。貫通孔13bは、開口13aに対向して形成されており、後述するスリーブ62およびステム63が配置される。
固定部132は、端131aから外側に向かって広がるように形成されており、図12(b)に示すように、複数のボルト孔134と、外側底面135と、内側底面136と、接続面137と、を有する。
ボルト孔134は、固定部132に4つ形成されており、ボディ11のボルト孔37と対向し、ボルト100(図1参照)が挿入され、ボンネット13がボディ11に固定される。
外側底面135は、固定部132のボディ11側であって、外周に沿った部分である。内側底面136は、外側底面135の内側であって開口13aの縁から形成されている。外側底面135と内側底面136は、ボディ11のZ方向に対して略垂直に形成されている。接続面137は、外側底面135の内周側の端と内側底面136の外周側の端を繋ぐ。接続面137は、Z方向に沿って形成されている。内側底面136は、外側底面135よりも貫通孔13b側(ボディ11と反対側)に位置している。
図10に示すように、隔膜12の外周縁部42は、ボディ11と反対側の面42bが内側底面136に接触するように配置されている。ボディ11の外側リブ35は、Z方向において内側底面136に対向して配置されている。外側リブ35は、接続面137の内周側に位置している。
隔膜12の外周縁部42は、ボディ11の載置面311とボンネット13の内側底面136によって挟まれて圧縮される。
(駆動機構14)
駆動機構14は、図2に示すように、コンプレッサ61と、スリーブ62と、ステム63と、ハンドル64と、隔膜ボルト65と、を有する。
(コンプレッサ61)
コンプレッサ61は、隔膜12を当接部33aに押圧する。コンプレッサ61は、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等によって形成されており、隔膜12と連結されている。隔膜12には隔膜ボルト65が埋め込まれており、隔膜ボルト65は、ボディ11の反対側(非接液面側)に突出している。隔膜ボルト65の突出した部分がコンプレッサ61に係合されて、コンプレッサ61と隔膜12は連結されている。
図8に示すように、コンプレッサ61の当接部33a側の面の中央には凹部61cが形成されており、隔膜12のボルト支持部46が挿入される。
(スリーブ62、ステム63、ハンドル64)
スリーブ62は、図2に示すように、ボンネット13の貫通孔13bに支持されている。スリーブ62の内側にはネジ形状が形成されている。
ステム63は、スリーブ62の内側に配置されており、スリーブ62の内側に形成されたネジ形状と螺合している。ステム63の両端のうちボンネット13の内側に配置される端には、コンプレッサ61が固定されている。コンプレッサ61は、ボディ11側において隔膜12と係合され、ボディ11と反対側においてステム63と固定されている。
ハンドル64は、ステム63のボンネット13の外側に位置する部分の外周部に嵌合されている。
<動作>
次に、本実施の形態のダイヤフラムバルブ10の動作について説明する。図12(a)および図12(b)は、隔膜12の動作を模式的に示す図である。
図12(a)に示すような流路24が開放されている状態から、流路24を閉じる方向にハンドル64を回転させると、ハンドル64の回転に従って、ステム63が下降する(図2参照)。ステム63の下降とともに、ステム63の端に固定されたコンプレッサ61も下降する。
コンプレッサ61の下降により、隔膜12は、図12(b)に示すように、第2面32側に凸に湾曲し、壁部33の当接部33aに圧接される。
これによって、ダイヤフラムバルブ10の流路24が遮断された状態となる。
一方、ハンドル64を開方向に回転させると、ハンドル64の回転に従ってステム63が上昇する。ステム63の上昇とともにコンプレッサ61も上昇し、コンプレッサ61と係合された隔膜12の中央部が図12(a)に示すように上昇する。
これによって、ダイヤフラムバルブ10の流路24が開放された状態となる。
(他の実施の形態)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)
上記実施の形態では、端部47の側面47cと側面47dが平面視において湾曲して形成されているが、これに限らず平面視において直線状に形成されていてもよい。
図13(a)は、直線上の側面1047cと側面1047dを有する端部1047が設けられた隔膜1012を示す平面図である。図13(b)は、図13(a)のN部拡大図である。
隔膜1012の止水リブ1013は、中央部48と、中央部48の両端に設けられた端部1047と、を有する。端部1047の側面1047cは、中央部48の側面48cと周縁リブ44の側面44cを平面視において直線状に繋ぐ。端部1047の側面1047dは、中央部48の側面48dと周縁リブ44の側面44cを平面視において直線状に繋ぐ。
なお、図13(a)および図13(b)に示す側面1047c、1047dは、平面視において1つの直線で形成されているが、複数の直線で形成されていてもよいし、直線と曲線が混在していてもよい。
また、端部1047の周縁リブ44との接続部が1047aと示され、端部1047の中央部48との接続部が1047bと示されている。端部1047の先端面が1047eと示されている。側面1047cの側面44cとの接続部分が1047c1と示され、側面1047cの側面48cとの接続部分が1047c2と示されている。また、側面1047dの側面44cとの接続部分が1047d1と示され、側面1047dの側面48dとの接続部分が1047d2と示されている。
接続部1047aの幅(接続部分1047c1と接続部分1047d1の間隔)をBとし、接続部1047bの幅(接続部分1047c2と接続部分1047d2の間隔)をAとすると、B/Aは、2.1≦B/A≦4.2を満たす方が好ましい。
(B)
上記実施の形態では、第1隔膜層210の外周縁部42における部分42fの厚みが一定ではないが、厚みが一定になるように隔膜が形成されていてもよい。図14は、外周縁部2042の厚みが一定の隔膜2012を示す部分断面図である。
外周縁部2042のうち第1隔膜層2210の部分2042fにおけるボディ11側の面2042aの反対側の面2042fbには、Z方向において周縁リブ44に対応した凹部2042fcが形成されている。このように、周縁リブ44に対応して凹部2042fcが形成されているため、第1隔膜層2210の外周縁部2042の部分2042fは均一の厚みに形成されている。外周縁部2042の厚みを均一にすることによって、外周縁部2042の形状を所望の形状に作成し易くでき、個体による止水性能の差を低減することができる。
外周縁部2042のうち第2隔膜層2220の部分2042sの第1隔膜層2210側の面2042saには、第1隔膜層2210の凹部2042fcに嵌合する凸部2042scが形成されている。
このように第1隔膜層2210の凹部2042fcと第2隔膜層2220の凸部2042scが嵌合することにより、第1隔膜層2210と第2隔膜層2220がフローしてずれることを抑制することができる。なお、第1隔膜層2210および第2隔膜層2220のいずれか一方を用意し、インサート成形で他方の層を一方の層に一体的に設け、ひいては凹部2042fcと凸部2042scが嵌合している状態としてもよい。
また、図7Bに示す面41fbおよび面42fbに端部47に対応する凹部が形成されていてもよい。この場合、面41saおよび面42saには、凹部に嵌合する凸部が形成される。
また、隔膜部41のうち凸部41fd以外の部分(図7B参照)で、面41fbに止水リブ43に対応する凹部が形成されていてもよい。この場合、隔膜部41のうち第2隔膜層220の部分41sの第1隔膜層210側の面41saには、凹部に嵌合する凸部が形成される。これにより、第1隔膜層210は、凸部41fdの部分を除いて厚みが一定に形成され、隔膜12を所望の形状に形成しやすくできる。
(C)
上記実施の形態では、端面42cから所定間隔を空けて周縁リブ44が設けられているが、所定間隔を空けずに端面42cに沿って周縁リブが設けられていてもよい。
図15は、ダイヤフラムバルブ3010の部分拡大断面図である。図15が図示する部分は、図10が図示する部分と同じである。
ダイヤフラムバルブ3010の隔膜3012では、位置が異なるものの周縁リブ3044の形状は実施の形態の周縁リブ44と同様であり、周縁リブ3044は、実施の形態と同様に、内周側の側面3044cと、外周側の側面3044dと、側面3044cと側面3044dを繋ぐ先端面3044eを有している
周縁リブ3044の外周側の側面3044dは、外周縁部42の端面42cと隔膜3012の径方向における位置が同じである。周縁リブ3044の外周側の側面3044dは、外周縁部42の端面42cからボディ11側に伸びて形成されている。側面3044dは、端面42cと同一面上に形成されている。このため、外周縁部42の面3042aは、周縁リブ3044の外側に実施の形態のような面部分を有していない。
また、図15に示すように、ボディ3011には、ボディ11と異なって内側リブ36が設けられていない。外側リブ35が、周縁リブ3044に対向するように配置されている。内圧が発生した場合には、周縁リブ3044が外側に広げられ、外側リブ35の根元部分に接触して止水される。
(D)
上記実施の形態では、止水リブ43および周縁リブ44は、線対称に形成されているが、対称でなくてもよい。
(E)
上記実施の形態では、ボディ11に縁リブ34が設けられているが、縁リブ34が設けられていなくてもよい。
(F)
上記実施の形態1では、内側リブ36と外側リブ35は繋がって段差状に形成されているが、繋がっていなくてもよい。内側リブ36が外側リブ35とは別に独立した凸部として設けられていてもよい。
(G)
上記実施の形態では、隔膜12の外周縁部42は外周が円形状であるが、これにかぎられるものではなく、四角形状であってもよい。
また、上記実施の形態では、隔膜12の突出部45は、四角形状であるが、これに限られるものではなく、要するに隔膜12の回転方向への位置ズレを規制できさえすればよい。
(H)
上記実施の形態では、隔膜12は二層で形成されているが、これに限られるものではなく、例えば一層で形成されていてもよい。一層の場合には、ゴム状の弾性体で形成してもよい。
(I)
上記実施の形態のダイヤフラムバルブ10では、駆動部の一例として手動式のハンドル64が設けられているが、空気駆動式または電気駆動式の駆動部によってステム63が駆動されてもよい。
次に、実施例を用いて上述した実施の形態について更に詳細に説明する。
上述した実施の形態の隔膜12のB/Aの値を変化させて止水リブ43における止水面圧の最大値と最小値の差圧を算出した。以下の表1に結果を示す。
差圧が8MPa以下の場合、止水面圧の差が少ないため非常に良好とし、差圧が8MPaより大きく14MPa以下の場合に良好とし、差圧が14MPaより大きく20MPa以下の場合に許容範囲とし、止水することが出来ない場合に不良とした。
B/A=1とした比較例1では、止水することが出来なかった。
B/A=2とした実施例1では、差圧が12.4MPaとなり、良好であった。
B/A=2.1とした実施例2では、差圧が7.8MPaとなり、非常に良好であった。
B/A=2.5とした実施例3では、差圧が6.7MPaとなり、非常に良好であった。
B/A=3とした実施例4では、差圧が6.5MPaとなり、非常に良好であった。
B/A=3.5とした実施例5では、差圧が6.6MPaとなり、非常に良好であった。
B/A=4とした実施例6では、差圧が6.8MPaとなり、非常に良好であった。
B/A=4.2とした実施例7では、差圧が7.4MPaとなり、非常に良好であった。
B/A=4.3とした実施例8では、差圧が13.3MPaとなり、良好であった。
B/A=5とした実施例9では、差圧が18.4MPaとなり、許容範囲内であった。
以上の結果より、2.1≦B/A≦4.2が好ましいことがわかる。
Figure 2021127816
本発明のダイヤフラムバルブは、低い圧縮力で止水を行うことができ、長期耐久性を向上することが可能な効果を有し、プラント等に利用可能である。
10 :ダイヤフラムバルブ
11 :ボディ(弁本体の一例)
12 :隔膜
33a :当接部
42 :外周縁部(周縁部の一例)
43 :止水リブ(第2凸部の一例)
44 :周縁リブ(第1凸部の一例)
47 :端部
48 :中央部

Claims (5)

  1. 内部に形成された流路に設けられた当接部を有する弁本体と、
    前記弁本体に配置され、前記当接部に接触することにより前記流路を閉塞する隔膜と、
    前記隔膜の周縁部を前記弁本体との間で挟むことによって前記隔膜を固定する蓋部と、を備え、
    前記隔膜は、
    前記周縁部の前記弁本体側に周方向に設けられ、前記弁本体に接触する第1凸部と、
    前記隔膜の前記弁本体側であって前記第1凸部の内側に前記当接部に沿って形成された第2凸部と、を有し、
    前記第2凸部は、両端の各々に設けられ前記第1凸部に接続する端部と、前記端部の間に設けられた中央部と、を有し、
    前記端部は、前記中央部から前記第1凸部に向かうに従って幅が広くなるように形成されている、
    ダイヤフラムバルブ。
  2. 前記端部の前記中央部との接続部の幅をAとし、
    前記端部の前記第1凸部との接続部の幅をBとすると、
    2.1≦B/A≦4.2を満たす、
    請求項1に記載のダイヤフラムバルブ。
  3. 前記端部の幅方向の両端は、平面視において、前記端部の内側に向かって凸に湾曲するように形成されている、
    請求項1または2に記載のダイヤフラムバルブ。
  4. 前記端部の幅方向の両端は、平面視において直線状に形成されている、
    請求項1または2に記載のダイヤフラムバルブ。
  5. 前記隔膜は、
    前記弁本体側に配置され、熱可塑性樹脂を含む第1層と、
    前記第1層の前記弁本体とは反対側に配置され、弾性体で形成された第2層と、有する、
    請求項1〜4のいずれか1項に記載のダイヤフラムバルブ。
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