JP2022111615A - diaphragm valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラスチック材料製のダイヤフラムを備えたダイヤフラムバルブに関する。 The present invention relates to a diaphragm valve with a diaphragm made of plastic material.
従来のこの種のダイヤフラムバルブとしては、例えば特許文献1に記載されているものがある。特許文献1に開示されたダイヤフラムバルブは、弁体を有するプラスチック材料製のダイヤフラムを備えている。ダイヤフラムは、円板状に形成された膜部と、膜部の中央部に位置する弁体とを有し、膜部の外周部がバルブボディに取付けられている。
As a conventional diaphragm valve of this type, there is one described in
この種のダイヤフラムバルブにおいて、流体がダイヤフラムの外周部から漏洩することを防ぐためには、この外周部が厚み方向に圧縮されるように、この外周部をバルブボディと押圧部材との間に挟み込む必要がある。 In this type of diaphragm valve, in order to prevent fluid from leaking from the outer peripheral portion of the diaphragm, it is necessary to sandwich the outer peripheral portion between the valve body and the pressing member so that the outer peripheral portion is compressed in the thickness direction. There is
プラスチック材料からなるダイヤフラムの外周部が圧縮されると、圧縮力によって生じた外周部の変形が膜部に伝達され、膜部にもシール面圧(圧縮応力)が生じるようになって膜部の負荷が上昇する。この膜部は、ダイヤフラムバルブを使用しているときに繰り返し駆動されて疲労するし、流体から内圧を受けることにより生じるクリープ応力といった負荷も併せて加えられる。このため、ダイヤフラムの外周部が圧縮されるダイヤフラムバルブにおいては、ダイヤフラムの膜部が破損し易くなるという問題があった。 When the outer peripheral part of the diaphragm made of plastic material is compressed, the deformation of the outer peripheral part caused by the compressive force is transmitted to the membrane part, and the sealing surface pressure (compressive stress) is also generated in the membrane part, causing the membrane part to be deformed. load increases. When the diaphragm valve is used, this membrane section is repeatedly driven and fatigued, and is also subjected to a load such as creep stress generated by receiving internal pressure from the fluid. Therefore, in a diaphragm valve in which the outer peripheral portion of the diaphragm is compressed, there is a problem that the film portion of the diaphragm is easily damaged.
ダイヤフラムをふっ素樹脂によって形成する場合は、図7に示すグラフから分かるように、負荷として17MPaの応力が加えられると100000時間(11年)で破断し、25MPaの応力が加えられると50時間で破断する。
ダイヤフラムの膜部が破損した場合、内部のプロセス流体が外部にリークするため、機器が故障する原因となる。
When the diaphragm is made of fluorine resin, as can be seen from the graph shown in FIG. 7, when a stress of 17 MPa is applied as a load, it breaks after 100,000 hours (11 years), and when a stress of 25 MPa is applied, it breaks after 50 hours. do.
If the membrane of the diaphragm is damaged, the internal process fluid leaks to the outside, causing equipment failure.
本発明の目的は、ダイヤフラムの外周部が圧縮されるダイヤフラムバルブにおいて、ダイヤフラムの膜部の応力増加を防ぎ長寿命化を図ることである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to prevent an increase in stress in a membrane portion of a diaphragm and extend its life in a diaphragm valve in which the outer peripheral portion of the diaphragm is compressed.
この目的を達成するために、本発明に係るダイヤフラムバルブは、弁座を有するバルブボディと、前記弁座に着座する弁体を有する膜部および前記膜部を囲む環状の取付部を有し、プラスチック材料によって形成されたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの前記取付部を前記バルブボディと協働して挟んで保持する円筒状の保持部材とを備え、前記膜部と前記取付部との間に環状の溝を形成したものである。 In order to achieve this object, a diaphragm valve according to the present invention has a valve body having a valve seat, a membrane portion having a valve body seated on the valve seat, and an annular mounting portion surrounding the membrane portion, a diaphragm made of a plastic material; and a cylindrical holding member that sandwiches and holds the mounting portion of the diaphragm in cooperation with the valve body; A groove is formed.
本発明は、前記ダイヤフラムバルブにおいて、前記膜部は、厚み方向の一方の端面が前記取付部の軸線方向の一端面と同一平面上に位置するように形成され、前記取付部は、前記膜部より厚く形成されて前記保持部材より径方向の内側に延びるように形成され、前記溝は、前記取付部の前記保持部材より径方向の内側に位置する内周側端部に、前記軸線方向の一端面に開口しかつ前記膜部の厚みに相当する深さを有するように形成されていてもよい。 In the diaphragm valve according to the present invention, the film portion is formed such that one end face in the thickness direction is positioned on the same plane as one end face in the axial direction of the mounting portion, and the mounting portion The groove is formed to be thicker and extends radially inward from the holding member, and the groove extends radially inward from the holding member in the inner peripheral side end of the mounting portion. It may be formed so as to be open at one end surface and have a depth corresponding to the thickness of the film portion.
本発明は、前記ダイヤフラムバルブにおいて、前記溝の中に前記ダイヤフラムより剛性が高い材料からなるリングが嵌合していてもよい。 In the diaphragm valve of the present invention, a ring made of a material having higher rigidity than that of the diaphragm may be fitted in the groove.
本発明においては、ダイヤフラムの取付部から膜部に向かう圧縮力の伝達経路が溝によって遮断される。このため、ダイヤフラムの外周部が圧縮されるダイヤフラムバルブにおいて、ダイヤフラムの膜部の応力増加を防ぎ長寿命化を図ることが可能になる。 In the present invention, the groove blocks the transmission path of the compressive force from the attachment portion of the diaphragm to the membrane portion. Therefore, in a diaphragm valve in which the outer peripheral portion of the diaphragm is compressed, it is possible to prevent an increase in stress in the film portion of the diaphragm and extend the life of the valve.
(第1の実施の形態)
以下、本発明に係るダイヤフラムバルブの一実施の形態を図1~図5を参照して詳細に説明する。図1に示すダイヤフラムバルブ1は、図1において最も下に描かれているバルブボディ2と、このバルブボディ2に複数の固定用ボルト3によって固定されたボンネット4と、このボンネット4に支持されたアクチュエータ5とを備えている。バルブボディ2は、例えばふっ素樹脂などのプラスチック材料によって形成され、ボンネット4は、例えばステンレス鋼などの金属材料によって形成されている。
(First embodiment)
An embodiment of a diaphragm valve according to the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. A
バルブボディ2は、ボンネット4が取付けられる本体11と、本体11から一側方(図1においては左方)に向けて突出する上流側継手12と、本体11から他側方に向けて突出する下流側継手13とを有している。本体11におけるボンネット4が取付けられる一端部には、ボンネット4に向けて開口する円形凹部14が形成されている。この円形凹部14は、開口形状が円形となるように形成されている。円形凹部14の開口は、ボンネット4とアクチュエータ5とによって閉塞される。
The
上流側継手12と下流側継手13は、配管(図示せず)を接続するためのものである。配管には、液体または気体からなる流体が流される。この流体としては、腐食性を有する流体を用いることができる。
上流側継手12と下流側継手13は、それぞれ円柱状に形成されており、それぞれの外周部には、配管を取付けるために雄ねじ15,16が形成されている。上流側継手12の中心部には、上流側通路孔21が形成されている。上流側通路孔21は、上流側継手12からバルブボディ2の本体11内を円形凹部14に向かって延びており、円形凹部14の底の中心部に開口している。上流側通路孔21が円形凹部14の底で開口する方向は、円形凹部14の底から開口部に向かう方向である。
The
The
図2に示すように、円形凹部14の底であって、上流側通路孔21の開口の周囲には、弁座22が形成されている。弁座22の中心部には、上流側通路孔21が開口している。弁座22には、後述するダイヤフラム23の弁体24が着座する。ダイヤフラム23は、円形凹部14の底部に収容され、弁座22に対して弁体24が接離する方向である開閉方向(図2においては上下方向)に後述するアクチュエータ5によって駆動される。ダイヤフラム23の詳細な説明は後述する。
As shown in FIG. 2 , a
下流側継手13の中心部には、図1に示すように、下流側通路孔25が形成されている。下流側通路孔25は、下流側継手13からバルブボディ2の本体11内を円形凹部14に向かって延びており、円形凹部14の底であって、弁座22より径方向の外側に開口している。
A
ボンネット4は、図2に示すように、バルブボディ2の円形凹部14に嵌合する円筒31を有している。バルブボディ2とボンネット4との合わせ部分には、シール部材(図示せず)が設けられている。円筒31は、ボンネット4と協働して、後述するダイヤフラム23の外周部に形成された環状の取付部32を挟んで保持する。取付部32がボンネット4と円筒31とに挟まれることにより、ダイヤフラム23と円形凹部14の底との間に流体室33が形成される。流体室33は、弁体24が弁座22から離れた状態において、上流側通路孔21と下流側通路孔25とを連通する。この実施の形態においては、円筒31が本発明でいう「保持部材」に相当する。
The
アクチュエータ5は、ボンネット4の円筒31の中に挿入される駆動軸34を有し、この駆動軸34が円形凹部14および円筒31と同一軸線上に位置するようにボンネット4に取付けられている。円筒31の内周面と駆動軸34との間には、シール部材(図示せず)が設けられている。
また、アクチュエータ5は、駆動軸34を上述した開閉方向に駆動する電動式の駆動源(図示せず)を備えている。
駆動軸34における、円形凹部14の底に近接する先端部には、ダイヤフラム23が取付けられている。
The
The
A
ダイヤフラム23は、例えばふっ素樹脂などのプラスチック材料によって所定の形状に形成されている。この実施の形態によるダイヤフラム23は、図2および図3に示すように、上述した弁座22に着座する弁体24を有する円板状の膜部41と、膜部41の中心部から弁体24とは反対側に突出するプラグ42と、膜部41を囲む環状の取付部32とを有している。弁体24は、円柱状に形成されており、膜部41の中央部に円形凹部14の底に向けて突設されている。弁体24が弁座22に着座することにより、弁座22に開口する上流側通路孔21が閉塞される。
The
膜部41は、厚み方向の一方の端面41a(図2および図3においては上側の端面であって、弁体24とは反対側に位置する端面)が取付部32の軸線方向の一端面32aと同一平面上に位置するように形成されている。膜部41と取付部32との間には、後述する環状の溝43が形成されている。
One end face 41 a in the thickness direction of the film portion 41 (the upper end face in FIGS. 2 and 3 and located on the side opposite to the valve body 24 ) is one
プラグ42は、膜部41の中心部から弁体24とは反対方向に所定の長さだけ突出するように形成されており、駆動軸34の先端面に当接する円板部42aと、駆動軸34にねじ込まれて連結されるねじ部42bとを有している。ダイヤフラム23は、ねじ部42bが駆動軸34に螺着されることによって、駆動軸34に取付けられる。このため、アクチュエータ5が動作して駆動軸34がバルブボディ2に対して進退することにより、ダイヤフラム23の弁体24、プラグ42および膜部41の中央部分が駆動軸34と一体に移動し、弁座22に開口する上流側通路孔21が開閉される。
The
取付部32は、膜部41より厚く形成されて円筒31より径方向の内側に延びるように形成され、円形凹部14の底の外周部分に形成された環状溝44に嵌合している。この取付部32は、環状溝44の中に嵌合した状態でボンネット4の円筒31がバルブボディ2とは反対方向から押し付けられることによって、軸線方向に圧縮されて円形凹部14の壁面に密着し、実質的に流体室33をシールするシール部材として機能する。なお、図2および図3は、取付部32が圧縮されていない状態で描いてある。
The mounting
この取付部32と膜部41との間に設けられた溝43は、取付部32の内周側端部であって、円形凹部14の底とは反対側に形成されており、取付部32の軸線方向の一端面32aに開口している。また、この溝43は、膜部41の厚みに相当する深さを有するように形成されている。溝43の底は、膜部41が取付部32に対して厚み方向に変位するときに応力集中が起こることがないように、断面U字状に形成されている。
A
ダイヤフラム23の取付部32がバルブボディ2の環状溝44に嵌合した状態でボンネット4の円筒31によって押圧されると、取付部32が圧縮され、径方向の内側に向けて変形するようになる。このときにダイヤフラム23内に生じる応力の発生状況を解析したところ、図4に示すような結果が得られた。なお、比較例として、溝43が形成されていないダイヤフラムを使用した場合の解析結果を図5に示す。図5においては、図1~図4によって説明したものと同一もしくは同等の部材については同一の符号を付してある。
When the mounting
図4および図5においては、応力の大きさを色の濃淡で表現しており、応力が大きいところの色が濃く、応力が小さくなればなるほど色が薄くなるように描いてある。
図5から分かるように、溝43が形成されていない場合は、ダイヤフラム23の外周部(取付部32)が圧縮されることにより、膜部41内で発生する応力が高くなる。この場合に膜部41で発生した応力の最大値は5.1MPaであった。
これに対して、図4に示すように、溝43が形成されている場合は、ダイヤフラム23の取付部32から膜部41に向かう圧縮力の伝達経路が溝43によって遮断されるから、膜部41で発生する応力は図5に示す場合と較べて小さくなる。この場合に膜部41で発生した応力の最大値は3.3MPaであった。
In FIGS. 4 and 5, the magnitude of the stress is represented by the shade of color, and the color is drawn so that the greater the stress, the darker the color, and the smaller the stress, the lighter the color.
As can be seen from FIG. 5, when the
On the other hand, when
したがって、この実施の形態で示したようにダイヤフラム23の膜部41と取付部32との間に溝43を形成することにより、膜部41に生じる応力が小さくなるようにダイヤフラム23をダイヤフラムバルブ1内に組み込むことができるから、ダイヤフラム23の膜部41の長寿命化を図ることが可能になる。
Therefore, by forming the
この実施の形態による膜部41は、厚み方向の一方の端面41aが取付部32の軸線方向の一端面32aと同一平面上に位置するように形成されている。取付部32は、膜部41より厚く形成されて円筒31より径方向の内側に延びるように形成されている。溝43は、取付部32の円筒31より径方向の内側に位置する内周側端部に、軸線方向の一端面32aに開口しかつ膜部41の厚みに相当する深さを有するように形成されている。このため、この実施の形態によれば、取付部32から溝43を迂回して膜部41に圧縮力が伝達されるようになるから、取付部32から溝43に圧縮力が伝達され難くなり、取付部32が圧縮されることに伴って膜部41で生じる応力をより一層小さく抑えることができる。
The
(第2の実施の形態)
本発明に係るダイヤフラムバルブに用いるダイヤフラムは、図6に示すように構成することができる。図6において、図1~図4によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図6に示すダイヤフラム51は、図1~図4に示すダイヤフラム23とは膜部41と取付部32との間の溝43にリング52が取付けられている点で異なり、その他は同一のものである。
(Second embodiment)
A diaphragm used in a diaphragm valve according to the present invention can be configured as shown in FIG. In FIG. 6, the same or equivalent members as those explained with reference to FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted as appropriate.
The
リング52は、溝43の周方向に途切れることなく一連に延びるように形成され、溝43に嵌合している。リング52を形成する材料は、ダイヤフラム23を形成するプラスチック材料より剛性が高い材料である。この実施の形態によるリング52の材料は金属である。
The
リング52が溝43に嵌合していると、溝43内の空間がリング52で埋まるために、取付部32に円筒31が押し付けられたときに、取付部32に作用する圧縮力で溝43の径方向外側の壁が径方向内側に弾性変形により変位するようなことがなくなる。このため、取付部32が円筒31から受ける荷重が分散することがなくなるから、取付部32がシール部材として機能するうえでシール面圧が高くなる。また、金属製のリング52はふっ素樹脂に較べてはるかに剛性が高く変形し難いために、この実施の形態を採ることにより、取付部32に作用する圧縮力がリング52を介して膜部41に伝達されることを防ぐことができる。
したがって、リング52が溝43に嵌合していることにより、シール性の向上を図ることができるとともに、膜部41内で生じる応力をより一層低く抑えることが可能になる。
When the
Therefore, by fitting the
上述した実施の形態においては、リング52を金属材料によって形成する例を示したが、リング52の材料は金属材料に限定されることはない。リング52を形成する材料は、ダイヤフラム23を形成するプラスチック材料より剛性が高い硬質のプラスチック材料や、セラミック材料などでもよい。
In the embodiment described above, an example in which the
1…ダイヤフラムバルブ、2…バルブボディ、22…弁座、23,51…ダイヤフラム、24…弁体、31…円筒(保持部材)、32…取付部、41…膜部、43…溝、52…リング。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記弁座に着座する弁体を有する膜部および前記膜部を囲む環状の取付部を有し、プラスチック材料によって形成されたダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの前記取付部を前記バルブボディと協働して挟んで保持する円筒状の保持部材とを備え、
前記膜部と前記取付部との間に環状の溝を形成したことを特徴とするダイヤフラムバルブ。 a valve body having a valve seat;
a diaphragm formed of a plastic material, having a membrane portion having a valve body seated on the valve seat and an annular mounting portion surrounding the membrane portion;
a cylindrical holding member that sandwiches and holds the mounting portion of the diaphragm in cooperation with the valve body,
A diaphragm valve, wherein an annular groove is formed between the membrane portion and the mounting portion.
前記膜部は、厚み方向の一方の端面が前記取付部の軸線方向の一端面と同一平面上に位置するように形成され、
前記取付部は、前記膜部より厚く形成されて前記保持部材より径方向の内側に延びるように形成され、
前記溝は、前記取付部の前記保持部材より径方向の内側に位置する内周側端部に、前記軸線方向の一端面に開口しかつ前記膜部の厚みに相当する深さを有するように形成されていることを特徴とするダイヤフラムバルブ。 A diaphragm valve according to claim 1, wherein
The film portion is formed so that one end surface in the thickness direction is located on the same plane as one end surface in the axial direction of the mounting portion,
the mounting portion is formed to be thicker than the film portion and extends radially inward from the holding member;
The groove is formed at an inner peripheral end portion of the mounting portion located radially inwardly of the holding member, and is open at one end face in the axial direction and has a depth corresponding to the thickness of the film portion. A diaphragm valve, characterized in that:
前記溝の中に前記ダイヤフラムより剛性が高い材料からなるリングが嵌合していることを特徴とするダイヤフラムバルブ。 In the diaphragm valve according to claim 1 or claim 2,
A diaphragm valve, wherein a ring made of a material having higher rigidity than said diaphragm is fitted in said groove.
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