JP3095983B2 - パイロット式ダイアフラム弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パイロット弁によ
って流入室とパイロット弁室の流体圧力のバランスを制
御してダイアフラム弁を開閉するパイロット式ダイアフ
ラム弁に関し、特に、全てを単一素材で成形した１部品
からなるダイアフラムを利用したパイロット式ダイアフ
ラム弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のパイロット式ダイアフラム弁につ
いて図面を参照して説明する。図３は、従来のパイロッ
ト式ダイアフラム弁を示した断面図である。ボディ５１
内には、側面に開口する流入室５２と下面に開口する流
出室５３が、弁孔５４を介して連通されている。このボ
ディ５１上部にはカバー５５が被着されて、そのボディ
５１とカバー５５との間にダイアフラム５６の周縁部が
挟持されている。そして、このダイアフラム５６によっ
て、カバー５５内面に囲まれたパイロット弁室５７が流
入室５２から仕切られた状態で形成されている。このパ
イロット弁室５７には、その上部に形成したポート５８
を介することによって図示しないパイロット弁に連通さ
れている。

【０００３】ダイアフラム５６の中央部には、流入室５
２側から弁座５９へ当接する弁体６０が一体に取り付け
られている。その弁体６０は、その突部６１がダイアフ
ラム５６中央部に形成した取付孔６２の下方から貫通
し、ダイアフラム５６の上面に突き出た突部６１に対し
てリテーナ６３が溶着され、一体に上下動するように固
着されている。また、リテーナ６３上面には閉弁用の圧
縮コイルバネ６４が装着されている。弁体６０には、そ
の外周面に流入室５２へ開口する小孔６５ａが横向きに
形成されるとともに、突部６１上面にパイロット弁室５
７へ開口する小孔６５ｂが形成され、両小孔６５ａ，６
５ｂの奥端において更に小径の連通孔６５ｃによって連
通されたブリードオリフィス６５が形成されている。

【０００４】このような構成による従来のパイロット式
ダイアフラム弁は、次のように作用する。閉弁の際に
は、不図示のパイロット弁を閉弁してパイロット弁室５
７内からの流体の流出を停止させると、弁体６０に形成
されたブリードオリフィス６５を介してパイロット弁室
５７へ流体が流入し、そのパイロット弁室５７と流入室
５２内の流体圧力が同じになる。そして、圧縮されてい
た圧縮コイルバネ６４の弾拡力によって、弁体６０が弁
座５９に当接して閉弁される。一方、開弁の際には、不
図示のパイロット弁を開弁すると、パイロット弁室５７
内の流体が急速に流出するため、そのパイロット弁室５
７と流入室５２との間で圧力差が生じる。従って、弁体
６０は、圧縮コイルバネ６４の付勢力に抗して上昇し、
弁座５９から離間して開弁される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来から使用されているパイロット式ダイアフラム弁には
次のような問題点がある。即ち、上記パイロット式ダイ
アフラム弁には圧縮コイルバネ６４が使用されている
が、ダイアフラム５６の弾性力では閉弁させるだけの力
が働かないため、このような圧縮コイルバネ６４等のバ
ネ部材は必須の構成要素となる。ところが、これでは圧
縮コイルバネ６４を設置するためのスペースが必要なた
め、弁自体の形状が大きくなるのに加え、圧縮コイルバ
ネ６４自体のコストがかかり、また、その圧縮コイルバ
ネ６４の破損によるメンテナンスも必要となる。また、
圧縮コイルバネ６４やリテーナ６３には金属が使用され
るが、作動時に繰り返し行なわれる伸縮による接触やカ
バー５５への衝突によって摩耗粉が発生する。この摩耗
粉はポート５８を通って不図示のパイロット弁である電
磁弁側へ流れ込んで、内部漏れや可動鉄心の摩耗促進等
の原因になる。

【０００６】また、従来のパイロット式ダイアフラム弁
で使用されているダイアフラムにも次のような問題点が
ある。そこで、図４、図５に従来のダイアフラムの一例
を具体的に示して説明する。図４に示す第１従来例のダ
イアフラム７１は、ブリードオリフィス７６を有する可
動部であるダイアフラムシート７２が、弁体７３とリテ
ィーナ７４によって挟み込まれ、カシメピン７５で固定
されたものである。そこで、このようなダイアフラム７
１では、ダイアフラムシート７２と弁体７３とをカシメ
ピン７５によって一体に形成したものであるため、カシ
メ用に形成したダイアフラムシート７２や弁体７３の貫
通穴から流体が漏れることがある。これでは、微量流体
を取り扱う場合には流体の漏れが大きく影響し、使用す
るバルブ等には取り付けることができない。

【０００７】また、ダイアフラムシート７２に貫通穴や
ブリードオリフィス７６を形成したものでは、ダイアフ
ラム７１の繰り返し行なわれる動作によって、その箇所
から亀裂が生じる等の破損が発生し易い。更に、ダイア
フラムシート７２は、貫通穴部分に限らず、繰り返し行
なわれる動作によって、例えば、ゴム７２ｂが基布７２
ａから剥がれて吹き抜け現象が生じ得る。また、基布７
２ａの中を流体が通って外部へ漏れる現象も生じる。ま
た、第１従来例のダイアフラム７１には、ダイアフラム
シート７２を補強するのに弁体７３及びリティーナ７
４、そしてこれらを固定するカシメピン７５が必要なた
め部品点数が多くなってしまうことに加えて、その組立
工程が必要である等コストアップの原因になっている。
更に、本例のような形状のダイアフラム７１では、上下
を逆さまに取り付け易く、またその間違いが分かりにく
い。このような間違った取り付けのまま弁を駆動させた
のでは、リテーナ７４が弁座を破損させ流体漏れを引き
起こす原因となってしまう。

【０００８】一方、図５に示したダイアフラム８１の形
状は、全体がゴムによって形成されているが、図に示す
ような弁体８２に補強用金属であるインサートメタル８
３がインサート成形されている。このインサートメタル
８３は、使用されるゴム自体の硬度が弱く流体圧力によ
って変形が生じるために設けられる。そして、このダイ
アフラム８１の中央には、インサートメタル８３によっ
て構成されたパイロットポート８５が形成されている。
弁体８２と一体に形成されブリードオリフィス８６を備
えた可動部８４は、使用されるゴムの強度が弱いため主
弁体が上がった時も、ダイアフラムに引張力が極力かか
らないように、可動部８４は曲率の小さい曲面で構成
し、可動部８４の変形箇所の上下位置Ａ，Ｂを大きくし
ている。

【０００９】そこで、このようなダイアフラム８１で
は、インサート成形を行なったインサートメタル８３
が、繰り返し行なわれる動作によってダイアフラム８１
全体を構成するゴムとの間で剥がれが生じることがあ
る。また、可動部８４は、変形量を大きくするよう曲率
の小さい曲面としたため、繰り返しの動作によって生じ
る負担が大きくなり亀裂が生じ易い。

【００１０】そこで、本発明は、このような問題点を解
決すべく、部品点数が少なく耐久性の高いダイアフラム
を有し、ダイアフラムを付勢するための圧縮コイルバネ
等のバネ部材をなくし、また、ダイアフラムの組付け間
違いが生じないパイロット式ダイアフラム弁を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のパイロット式ダ
イアフラム弁は、入力ポートと出力ポートを連通する弁
孔を備えた弁座に対し接離可能に張設されたダイアフラ
ムを有し、そのダイアフラム下部の入力ポート側の流入
室とダイアフラム上部のパイロット弁室との間を、ダイ
アフラムに形成されたブリードオリフィスを介して小流
量の流体の流れを可能にした状態で、両室の圧力バラン
スを調節するパイロット弁を有するものであって、前記
ダイアフラムが、流体の使用圧力に耐え得る厚さに設計
された厚肉な主弁体部と、その主弁体部の外周側面から
連続して形成された薄肉の可動部と、その可動部の周縁
部に形成された固定部とが、全てウレタン又は水素化Ｎ
ＢＲの単一素材で成形され、前記ブリードオリフィスが
主弁体部に形成されたものであることを特徴とする。

【００１２】また、本発明のパイロット式ダイアフラム
弁は、前記ダイアフラムが、主弁体部上面であって、主
弁体外周から中心に向けて前記弁孔に重なる位置まで形
成された切り欠きを有するものであることが望ましい。
また、本発明のパイロット式ダイアフラム弁は、前記ダ
イアフラムが、前記ブリードオリフィスと前記切り欠き
とが前記主弁体部に重ねて設けられたものであることが
望ましい。

【００１３】本発明のパイロット式ダイアフラム弁は、
パイロット弁の開閉により、流入室からダイアフラムに
形成されたブリードオリフィスを介してパイロット弁室
へ流入する流体の流れを制御し、そのパイロット弁室と
流入室との流体圧力のバランスを調節して弁の開閉を行
なう。即ち、パイロット弁の開弁によりパイロット弁室
の流体が放出され流入室の圧力が高くなると、周縁部の
固定部が固定されたダイアフラムの可動部が、ウレタン
又は水素化ＮＢＲの弾性力に抗して伸び、それにともな
って主弁体部が上方へ押し上げられる。一方、パイロッ
ト弁の閉弁によりブリードオリフィスからパイロット弁
室へ流入した流体の流れが阻止されてパイロット弁室の
圧力が高められ、加えて可動部には弾性力が働き主弁体
部を弁座へ当接させる。

【００１４】また、本発明のダイアフラム弁は、弁の組
み立て時に弁本体にダイアフラムをセットすると、ダイ
アフラムの可動部が所定の山形をなしているため、固定
部と弁本体に形成された固定溝にギャップが生じる。そ
こで、固定部を弁本体に固定すると、可動部がギャップ
分たわむとことにより弾性力が蓄積された状態となる。
従って、パイロット弁が閉弁されブリードオリフィスか
らパイロット弁室へ流入した流体の流れが阻止されてパ
イロット弁室の圧力が高まると、それに加え可動部の弾
性力により閉弁方向に付勢力が働き主弁体部が弁座へ当
接される。

【００１５】また、本発明のパイロット式ダイアフラム
弁は、弁本体内へ配設されたダイアフラムが上下逆であ
ったとすると、主弁体部上面に位置するはずの切り欠き
が下面に位置することとなる。しかし、この切り欠き
は、主弁体外周から中心に向けて弁孔に重なる位置まで
切りか欠れているため、主弁体部と弁座が当接した閉弁
状態でも入力ポートと出力ポートが連通してしまい、流
体の遮断ができずに組付けの間違いがすぐに解る。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明のパイロット式ダイ
アフラム弁にかかる一実施の形態について図面を参照し
て説明する。図１は、本実施の形態のパイロット式ダイ
アフラム弁を示した断面図である。ボディ１には、側方
に入力ポート２と下方に出力ポート３が形成され、弁座
４に形成された弁孔５によって連通されている。一方、
このボディ１上部には電磁弁からなるパイロット弁６を
備えたカバー７が装着されている。このボディ１とカバ
ー７の間にはダイアフラム８が挟持され、そのダイアフ
ラム８とボディ１とで囲まれた流入室９と、ダイアフラ
ム８とカバー７とで囲まれたパイロット弁室１０が構成
されている。そして、このパイロット弁室１０は、パイ
ロット弁６の弁孔を介して排出ポート１１へ連通されて
いる。

【００１７】ここで、ダイアフラム８について詳細に説
明する。図２は、ダイアフラム８部を示した断面図であ
る。本実施の形態のダイアフラム８は、主弁体部１５と
可動部１６とから構成され、それらがウレタンだけの単
一素材によって一体に成形されたものである。即ち、こ
のダイアフラム８は、所定の厚さからなる厚肉で円盤形
状の主弁体部１５と、その主弁体部１５の円周側面から
半径方向に広がるように薄肉の可動部１６が一体に形成
されている。そして、更に可動部１６の円周端部には、
ボディ１とカバー７とで挟持するための、断面が円形の
固定部１７が形成されている。ところで、厚肉に形成さ
れた主弁体部１５には、弁座面積に使用圧力を掛けた力
が加わるため、その力に耐え得る厚さに設計されてい
る。そこで、いくつかの使用例を具体的に次の表に示
す。

【００１８】

【表１】

【００１９】このように、使用圧力を一定にし弁座面積
を大きくした場合には、それに伴って主弁体部２の厚さ
を増すこととなった。一方、本実施の形態の可動部１６
は、図５に示したダイアフラム８１が小さい曲率で形成
され、可動部自体が伸びなくても弁体が所定距離移動す
るようにしたのに対し、次に説明するウレタンエストラ
マーでは５００パーセントもの伸びを示すため、狭いス
ペースでも可動部１６の曲率を大きくして緩やかな山型
とした。これによって、繰り返し行なわれる動作による
可動部１６への負担を軽減するようにしている。このよ
うに、可動部１６は十分な伸びを有し、また弁座面積や
使用圧力の影響が小さいため、表１に示したように一定
の厚さのものを使用できる。

【００２０】また、主弁体部１５端部にはブリードオリ
フィス１８が形成され、主弁体部１５の上面に下面との
区別のためのＵ字型の切り欠き１９が形成されている。
この切り欠き１９は、主弁体部１５外周部から弁座４に
当接された際に、弁孔５に重なる位置までくい込むよう
に切り欠かれている。そのため、ダイアフラム８の上下
を逆向に挟持したとしても、閉弁時に流体がその切り欠
き１９を通って弁孔５へ流出するため、その間違いがす
ぐに解る。

【００２１】一方、可動部１６は、厚肉の主弁体部１５
の半径方向に広がるように成形され、それが緩やかな山
形に形成されている。そして、このようなダイアフラム
８は、弁の組み立て時にボディ１の弁座４に載置させる
と、図２に示すように固定部１７とボディ１に形成され
た固定溝２２との間に１〜１．５ｍｍのギャップｙがで
きるように成形されている。これは、カバー７をボディ
１へ固定すると、押圧面２３によって固定部１７が圧潰
され固定溝２２へ固定される。その際、可動部１６はギ
ャップｙ分たわむことにより、その可動部１６には弾性
力が蓄積された状態で固定され、主弁体部１５には下方
への付勢力がかかった状態が維持される。

【００２２】ところで、このダイアフラム８は、全体が
ウレタンの単一素材によって成形されたものであるが、
これにはウレタンエストラマー（ポリエステル系ウレタ
ンエストラマー、ポリエーテル系ウレタンエストラマー
の２種類がある）が使用される。これは、８０゜±５
（ＪＩＳ Ａ）の硬度を有し、引張強度４０Ｎ／ｍｍ
² 、引裂強度９５Ｎ／ｍｍであり、どのエストラマーよ
り高い値を示している。また、耐摩耗減量にしても、荷
重１ｋｇ×２の１０００回転で行なった結果、天然ゴム
が２８０ｍｇであるのに対してウレタンエストラマーは
４５ｍｇしか摩耗しなかった。このようにウレタンエス
トラマーは、強度が強く耐摩耗性にも優れており、上記
したように５００パーセントと使用温度での動的粘弾性
にも優れている。

【００２３】更に、このダイアフラム８を成形する素材
としては、上記ウレタンだけでなくニトリルゴム（以
下、［ＮＢＲ］という）の単一素材によって成形するも
のであってもよい。ここで使用されるＮＢＲは、特に水
素化ＮＢＲがよい。この水素化ＮＢＲは、上記ウレタン
エストラマーと同様の８０゜±５（ＪＩＳ Ａ）の硬度
を有し、また、引張強度は５０〜６０Ｎ・ｍｍ² と高い
値を示す。そして、使用温度での動的粘弾性にも優れ、
単一素材によって形成した主弁体であっても流体圧力に
よる変形を受けず、可動部としても十分に作用する。こ
のようなウレタンエストラマーや水素化ＮＢＲの硬度で
あれば、例えば図５に示すダイアフラム８１のようにイ
ンサートメタル８３を必要とせず、弁体が流体圧力によ
って変形することはない。

【００２４】そこで、このようなダイアフラム８を配設
した本実施の形態のパイロット式ダイアフラム弁は、次
のように作用する。先ず、パイロット弁６が閉弁されて
いる場合には、ダイアフラム８に対しパイロット弁室１
０内の流体によって下方へかかる圧力が、流入室９内の
流体によって上方へかかる圧力より大きいため、ダイア
フラム８が弁座４に当接して閉弁状態にある。そこで、
開弁に際しパイロット弁６を開弁させると、パイロット
弁室１０が排出ポート１１へ連通し、流体が急速に流れ
出すためダイアフラム８上部の圧力が低下する。そのた
め、流入室９の圧力によってウレタンで形成されたダイ
アフラム８の可動部１６の弾性力に抗して主弁体部１５
が上昇する。従って、ダイアフラム８が弁座４から離間
し、弁孔５を介して入力ポート２と出力ポート３とが連
通して流体が流れる。

【００２５】一方、閉弁に際してパイロット弁６を閉弁
すると、パイロット弁室１０から排出ポート１１への流
体の流れが遮断され、入力ポート２からブリードオリフ
ィス１８を通ってパイロット弁室１０へ流れ込んだ流体
が溜るため、パイロット弁室１０内の圧力が高まる。更
に、ウレタンで形成されたダイアフラム８の可動部１６
には上記したように弾性力が蓄積されているため、内側
斜面１６ｂ中央の主弁体部１５を下方へ付勢する力が働
く。そのため、再び主弁体部１５が弁座４に当接されて
閉弁状態になり、入力ポート２から出力ポート３への流
体の流れが遮断される。

【００２６】そこで、このような構成による本実施の形
態のパイロット式ダイアフラム弁によれば、以下のよう
な効果を奏する。ダイアフラム８をウレタン又は水素化
ＮＢＲで成形し、その可動部１６を所定形状の山形で構
成し、弁本体への固定によりその可動部１６の弾性力に
よって主弁体部１５を付勢するようにしたため、従来の
ように圧縮コイルバネ等のバネ部材を用いる必要がなく
なり、カバー７の形状を小さくコンパクトにすることが
できるとともに、バネ部材のコストを削減することがで
きた。また、バネ部材を使用することがないので、摩耗
粉によるパイロット弁への影響がなく、破損によるメン
テナンスの必要もなくなった。また、主弁体部１５に切
り欠き１９を形成したことによって、ダイアフラム８を
上下逆向きに取り付けたとしても、その間違いがすぐに
解るようになった。

【００２７】また、本実施の形態のパイロット式ダイア
フラム弁では、主弁体部１５及び可動部１６を一体成形
としたダイアフラムを用いたことによって部品点数が大
幅に削減でき、部品コストの低減に加え、組立工程の削
除といった面からのコスト削減をもたらした。また、ブ
リードオリフィスを主弁体部１５及び可動部１６の成形
時に同時に形成することができ、そのブリードオリフィ
スを厚肉の主弁体部１５に形成したことにより破損に対
する強度が高まった。また、膜状に形成された可動部１
６に使用されるウレタンエストラマー等の強度が大き
く、伸びも大きい。また、基布がないため、基布からの
外部漏れが生じるといったことや、基布とゴムの剥がれ
等の破損の心配もなくなった。

【００２８】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において様々
な変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、Ｕ
字型の切り欠き１９をブリードオリフィス１８に重ねて
形成したが、切り欠き１９とブリードオリフィス１８と
を離れた位置に形成してもよく、また、Ｕ字型の形状で
なくともよい。また、例えば、上記実施の形態では円盤
形状の主弁体部を示したが、このような形状に限定され
ることなく、弁本体の形状に適したものであればよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明のパイロット式ダイアフラム弁
は、ダイアフラムを厚肉に形成された主弁体部と、その
主弁体部の外周側面から連続して形成された薄肉の可動
部と、その可動部の周縁部に形成された固定部とが、全
てウレタン又は水素化ＮＢＲの単一素材で成形されたも
のであって、前記ブリードオリフィスが主弁体部に形成
したので、耐久性の良いダイアフラムを有するパイロッ
ト式ダイアフラム弁を提供することができた。

【００３０】また、本発明のパイロット式ダイアフラム
弁は、主弁体部上面に主弁体外周から中心に向けて弁孔
に重なる位置までの切り欠きを設けたので、ダイアフラ
ムを上下逆に取り付けたとしても閉弁時でも流体が弁孔
へ流れ込むため、その間違いを即座に確認でき、ダイア
フラムの組付け間違いが生じないパイロット式ダイアフ
ラム弁を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるパイロット式ダイアフラム弁の
一実施の形態を示した断面図である。

【図２】実施の形態で使用されるダイアフラムを示した
断面図である。

【図３】従来のパイロット式ダイアフラム弁を示した断
面図である。

【図４】従来のダイアフラムを示した断面図である。

【図５】従来のダイアフラムを示した断面図である。

【符号の説明】

１ ボディ ６ パイロット弁 ８ ダイアフラム ９ 流入室 １０ パイロット弁室１ １５ 主弁体部 １６ 可動部 １７ 固定部 １８ ブリードオリフィス

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ポートと出力ポートを連通する弁
   孔を備えた弁座に対し接離可能に張設されたダイアフラ
   ムを有し、そのダイアフラム下部の入力ポート側の流入
   室とダイアフラム上部のパイロット弁室との間を、ダイ
   アフラムに形成されたブリードオリフィスを介して小流
   量の流体の流れを可能にした状態で、両室の圧力バラン
   スを調節するパイロット弁を有するパイロット式ダイア
   フラム弁において、 前記ダイアフラムが、流体の使用圧力に耐え得る厚さに
   設計された厚肉な主弁体部と、その主弁体部の外周側面
   から連続して形成された薄肉の可動部と、その可動部の
   周縁部に形成された固定部とが、全てウレタン又は水素
   化ＮＢＲの単一素材で成形されたものであって、前記ブ
   リードオリフィスが主弁体部に形成されたものであるこ
   とを特徴とするパイロット式ダイアフラム弁。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のパイロット式ダイアフ
   ラム弁において、 前記ダイアフラムが、主弁体部上面であって、主弁体外
   周から中心に向けて前記弁孔に重なる位置まで形成され
   た切り欠きを有することを特徴とするパイロット式ダイ
   アフラム弁。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のパイロット式ダイアフ
   ラム弁において、 前記ダイアフラムが、前記ブリードオリフィスと前記切
   り欠きとが前記主弁体部に重ねて設けられたことを特徴
   とするパイロット式ダイアフラム弁。