JP3421346B2

JP3421346B2 - ダイヤフラム弁

Info

Publication number: JP3421346B2
Application number: JP50271895A
Authority: JP
Inventors: ベックランド、イングヴァー
Original assignee: ロボバルブ・アーベー
Priority date: 1993-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 2003-06-30
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: DE69423617D1; CA2165425C; WO1995000782A1; JPH08511853A; SE9302101D0; US5706859A; DK0705403T3; DE69423617T2; SE501377C2; AU7089094A; SE9302101L; ES2143548T3; ATE191073T1; EP0705403A1; EP0705403B1; CA2165425A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は気体または液体の流体流れを制御するため
の、弁箱を含むダイヤフラム弁に関するものであり、弁
箱は、中央溝及びこの中央溝の各側部において第１側
溝、第２側溝とがそれぞれ開口している弁室と、弁箱内
に配された弁座と、少なくとも１つの弁座と密閉接触ま
たは開離するように設けられた弾性ダイヤフラムと、さ
らにダイヤフラムを作動する制御手段とを有している。

加工工業においてはとりわけ弁の需要が高まってい
る。多くの場合、連続する工程で種々の装置への流れを
制御するために三方弁が使用されている。今日入手可能
な三方弁は主に、シート（seat）弁、プラグコック弁ま
たは玉弁などである。しかしながら、これらの弁は制御
装置から円錐部（valve cone）へと運動を伝達する弁
棒の周囲にスタッフィングボックスが設けられており、
このようなスタッフィングボックスを通して、制御する
流体の洩れが序々に発生するという欠点を有している。
さらにこの種の弁には封止リングが設けられており、リ
ング背部に溜る流体を取り除くことが困難になる。従っ
て多くの場合これらの弁は、洗浄の困難性に起因して使
用することができない。これらの欠点を回避するために
ダイヤフラム弁が使用されている。今日、加工工業に適
したダイヤフラム弁としては二方弁のみである。このよ
うな二方ダイヤフラム弁の例は、スウェーデン特許公報
第7602218−５号及び同第7906316−０号に開示されてい
る。例えばシート弁に対応する機能を得るためには、２
つの二方ダイヤフラム弁を使用することが必要となる。

米国特許第3,991,788号には、多数の流出口を有する
ダイヤフラム弁が開示されており、この弁は定時的に開
口する流入ポートを有しており、該流入ポートから常時
開口している流出ポートへと流れが導かれるようになっ
ている。他の流出ポートを選択する際には、常時開口し
たままのポートを最初に閉じ、次に選択されたポートを
開くことになる。このダイヤフラム弁は操作が複雑で、
多数の可動部材を有することになる。従って、洗浄が困
難であることと、自己排水式にすることが困難であるた
めに、加工工業には不適切である。

本発明の目的は、２つの流れを混合したり、１つの流
れを２つの異なる流出口へ分割することを要する場合の
加工工業に適した三方ダイヤフラム弁を提供することで
ある。上記の目的を達成するためにダイヤフラム弁は、
様々な衛生上の要件を満たし、操作が簡単で、信頼性が
高く、さらに比較的少ない可動部材から構成されなけれ
ばならない。

上記の目的は、添付の請求項で詳述する特徴を有する
ダイヤフラム弁によって達成される。

本発明を添付の図面を参照することで、より詳細に説
明する。

図１は、本発明の第１実施例を中央で切断した垂直断
面図図２は、図１のII−II線に沿った断面図図３は、図１のIII−III線に沿った断面図図４は、本発明の第２実施例を中央で切断した垂直断
面図図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図図６は、第２実施例の圧力／起重ブロックを下方から
見た図を示す。

図７は、図６の圧力／起重ブロックを一方の側から見
た図を示す。

図８は、弁箱の変形例を示す。

図９は、中央溝に沿った弁箱の断面図図10は、図９の断面図と垂直な２つの側溝に沿った断
面図本発明によるダイヤフラム弁は、弁室（２）を有する
弁箱（１）からなり、この実施例においては平面図（図
３）に示すように、弁室（２）はほぼ矩形の形状を呈し
ている。弁室を開けると、第１側溝（３）、中央溝
（４）及び第２側溝（５）が矩形形状の長手方向に順に
並んでおり、これらの溝は外部流体接続部またはポート
（6,7,8）をそれぞれ有している。溝（3,5）は、中央溝
（４）に対して実質的に対称的に配されている。溝（3,
4,5）の口部はそれぞれ、中央溝（４）に対して対称的
に位置する弁箱壁（1a,1b）により分離される。溝の口
部周辺の弁箱表面部は、弁座（9,10,11）をそれぞれ構
成している。

弾性ダイヤフラム（12）は弁箱（１）上に配され、少
なくとも１つの弁座と密閉接触または開離するように設
けられる。

ダイヤフラム（12）の運動を制御するために、弁には
制御部（14）及び駆動部（15）からなる作動装置（13）
が設けられている。

制御部（14）は、２つの圧力／起重ブロック（17,1
8）が内部で案内される矩形ハウジング（16）を含み、
これらのブロック（17,18）は、ダイヤフラム上で独立
して支持されるように、弁箱及び弁座に対してダイヤフ
ラム（12）の一部を個々に押圧したり、ブロックに押圧
されるダイヤフラムの前記部分を弁箱から離れて上昇し
たりするように構成される。ダイヤフラムの一部を上昇
するためにダイヤフラム（12）には、ダイヤフラムの中
央線及び中央溝（４）の軸を含む垂直対称面を中心に正
対称に位置する２つの分離した舌部（12a,12b）が設け
られている。舌部（12a,12b）は弁箱壁（1a,1b）よりも
垂直対称面に近接して位置される。個々のブロック（1
7,18）内に案内されるピン（19,20）は、舌部を越えて
延びている。ブロック（17,18）には引張／押圧ロッド
（21,22）の下端部が取り付けられ、これらロッドは制
御部（14）と駆動部（15）を密閉式に分離する壁（23）
内に密閉的に案内される。

駆動部（15）は２つの平行のシリンダー（25,26）を
有するハウジング（24）を含んでおり、これらのシリン
ダーは壁（23）及び壁（23）と対向する上部壁（27）に
より軸方向に形成される。ピストン（28,29）はシリン
ダー（25,26）内に案内され、ロッド（21,22）の上端に
それぞれ固定式に連結される。上部壁（27）と各ピスト
ン（28,29）の間には圧縮バネ（30,31）がそれぞれ配さ
れ、これらの圧縮バネにより対応するピストンロッド
（21,22）及びブロック（17,18）はダイヤフラムへと下
方に押圧されることになる。ハウジング（24）内には、
圧力媒質を電磁弁（34,35）を介して各ピストン（28,2
9）の下部のシリンダー（25,26）内へと導き、各バネの
力に抗してこれらピストンを上昇するための接続部（3
2,33）が設けられている。

電磁弁（34,35）を作動することにより、ブロック（1
7,18）のいづれか一方を上昇するかまたは、同時に２つ
のブロックを上昇することができる。

ダイヤフラム（12）に面する個々のブロック（17,1
8）の表面部は、各ブロックが個々の弁座（９）及び（1
1）の一方に対して密閉するようにダイヤフラムを押圧
するか、あるいは２つのブロックをダイヤフラムに対し
て同時に押圧し、全ての弁座（9,10,11）に対してダイ
ヤフラムを密閉するように押圧することができるような
形状を呈して延びている。

ダイヤフラムの舌部（12a,12b）のこのような構成に
よって、弁箱壁（1a,1b）及びブロック（17,18）は、一
方のブロックをダイヤフラムに対して押圧する間に他方
のブロックを上昇し、結果として上昇したブロックに対
応するダイヤフラムの部分がこれに対応する弁座（９）
または（11）との密閉接触から開離されることになる。
各弁座（9,11）は、他の溝（４）の弁座（10）と共通の
一弁座面を有しているので、溝（3,5）の一方のみでな
く中央溝（４）も弁室へと開口することになる。従っ
て、溝（3,4）間及び溝（5,4）間がそれぞれ連通するこ
とになる。２つのブロック（17,18）を同時に上昇し
て、３つの溝（3,4,5）の全てを連通することももちろ
ん可能である。

図１から明らかなように、溝（４）及び溝（3,5）に
共通の弁座面は水平であるが、相互に乖離した溝（3,
5）の弁座面は、弁室が凹面形状を呈するように傾斜し
ている。

ダイヤフラムが非作動状態にある際にダイヤフラムの
下部が実質的に凹面形状に対応するように、ダイヤフラ
ムの形状を予め形成することが有効である。この状態
は、２つのブロック（17,18）が上昇し、従って全ての
溝が連通した際の状態に対応している。バネ（30,31）
により２つのブロックが弁箱の弁座に対して押圧される
際には、ダイヤフラムは図１に示す形状に適合するよう
に変形することになる。従ってこのような状態では、実
質的に均一な厚みを有するダイヤフラムの上面は、弁室
の凹面に対応した凹面となり、２つのブロックの下面
は、ダイヤフラムに対して圧力の分布が均等に行われる
ようにダイヤフラムの上面と適合する。

他の表現を用いて詳述すると、ダイヤフラムは、溝
（４）を覆うように設けられた平坦部（12′）すなわち
弁座（10）に支持される部分と、溝（3,5）を覆うよう
に設けられた２つの傾斜した部分（12″）、すなわち弁
座（9,11）、特にこれらの弁座の外方部を支持する部分
とを含むプレート状またはトレー状の形状を呈してい
る。さらにダイヤフラムは、弁箱（１）とハウジング
（16）の間に挟持される平坦な外周部（12′′′）を有
している。

図4,5,6,7は本発明の第２の実施例を示し、第１の実
施例に対応する部分の詳細については100を加えた数字
で参照している。本発明の第２実施例が第１実施例と異
なる点は主に、弁箱（101）の弁室（102）及びダイヤフ
ラム（112）の作用部が実質的に円形であることであ
る。また、この実施例においてもダイヤフラム（112）
は平坦部（112A）を有している。舌部（12a,12b）は、
起重フランジ（112a,112b）及びウェブ部（112c）を有
する実質的にＴ字断面の形状を呈する単一の起重ヨーク
（112A）に変更されている。起重ヨークはダイヤフラム
（112）の中心に位置している。このように構成するこ
とで、第１実施例に対応する起重／圧力ブロック（117,
118）を相互に近接して配することができることにな
り、完成した弁の構造を非常に簡潔にすることが可能と
なる。しかしながら、加工工業において通常可能とされ
る空気圧式の圧力は６バールであり、所望のバネ力を克
服するには不十分であるために、ロッド（121,122）を
相互に近接しすぎて位置した場合には、相互に横方向に
位置するシリンダー及びピストンを適切に使用すること
が不可能となる。従ってシリンダーは、軸方向で見た場
合に相互に重なるように配され、一方のピストンは他の
ピストンよりも長いピストンロッドを有するように構成
される。このような構成においては、長いピストンロッ
ドが他のシリンダーの外側を半径方向に延びるか（図示
せず）、あるいは図４に示すように、長いピストンロッ
ド（121）が他のシリンダー及びこれに対応するピスト
ン（129）を貫通することになる。

この実施例において作動装置（113）は、組み合わせ
の制御／駆動部（114）及び駆動部（115）に区分され
る。制御／駆動部（114）は、円筒状下壁部（116）内に
ブロック（117,118）を、隔壁（123）の上方にシリンダ
ー（126）を収納している。該制御／駆動部（114）は、
シリンダー（125）を収納する駆動部（115）の底部（11
5a）により上部が密閉されている。底部（115a）及び隔
壁（123）には、それぞれロッド（121）及びロッド（12
1,122）用のシールが施される。またピストン（129）に
もロッド（121）用のシールが施される。

さらに、弁の制御を行うために加圧流体をシリンダー
に供給する図示していない接続部が設けられる。

この実施例においてロッド（121,122）は、ブロック
のねじ穴（143,144）にねじ込まれ、ロッドのノッチ（1
45,146）と係合する先端部を有する、ねじ山が設けられ
た円錐ピン（141,142）によってブロック（117,118）に
係合される。ピン（141,142）の取り付けは、バネ（13
0,131）を圧縮する間に、この目的のために壁部（116）
に形成された開口部（147,148）を通して行われる。

ブロック（117,118）は、起重フランジ（112a,112b）
が案内される凹部（149,150）を有すしている。図４に
示すように、起重ヨーク（112A）のウェブ部（112c）と
ブロックの下端部の間にはスペースが設けられる。この
スペースによって、一つのブロックを上昇する間に他の
ブロックをダイヤフラムに対して保持することにより生
じるウェブ部及び起重フランジ隣接部の弾性変形に起因
したウェブ部の横方向運動（傾斜）が可能になる。

第１実施例とは対照的に、第２実施例の弁箱は各溝用
の多数の弁座を有しておらず、２つの部分からなる弁座
（110a,110b）（図５）を有しているのみであり、ダイ
ヤフラムの平坦部（112′）は、弁箱壁（101a,101b）の
上部面により構成されるこれらの弁座（110a,110b）に
対して支持される。しかしながらこれらの部分弁座は、
弁座（101）と制御／駆動部（114）の円筒壁（116）の
間に挟持されるダイヤフラム（112）の円周部に垂直
で、弁室（102）を横切るコード状に延びることにより
全ての溝に作用する。従って、部分弁座（110a）は溝
（103）に、また他の部分弁座（110b）と共に溝（104）
に対して作用することになる。上述した理由から、ブロ
ック（117,118）は部分弁座（110a,110b）の上部にわた
ってのみダイヤフラムに対する押圧を行うことで十分で
ある。結果として、ブロック（117,118）は、図４に示
すように、ダイヤフラムを個々の部分弁座にわたる領域
のみで支持する楔形の形状となっている。しかしなが
ら、全ての作用シール領域にわたってブロックがダイヤ
フラムを押圧することが重要である。従ってブロックの
接触面には、図７に示すように、弁座に適合した湾曲形
状が与えられている。

また、この実施例においてダイヤフラムは、弁座壁
（101a,101b）及び部分弁座（110a,110b）に対して中央
で上昇される。

上述した２つの実施例においては、中央溝と側溝の間
で流路が開通する際、ダイヤフラムの開離された半部が
上昇する間に、開口面に面し下方に保持されるブロック
の縁部を中心に曲げまたはねじりを含む変形をダイヤフ
ラムが受けることになる。

中央溝（4,104）は、通常、媒質を弁内に導くための
溝であり、媒質は側溝（3,103）及び（4,104）のいづれ
か一方または両方に選択的に分配される。特定の用途に
おいては、溝（4,104）の延長部の形状を呈する弁室の
第４接続部またはポートを設けることが有益である。こ
のような接続部（151）を図８に示す。このような方法
によって構成され、且つ中央溝（4,104）を有する種々
の弁により、例えば分留などで弁の問題を解消するのに
好適な解決策が提供されることになる。

特定の加工工業においては、弁が自己排水式であるこ
とが要件とされる。本発明においては、図9,10に示すよ
うに、弁箱（201）内の溝（203,204,205）の底部が各接
続部（206,207,208）へと外方に角度α傾斜して構成す
ることによって上記の要件に叶う解決策も提供してい
る。この傾斜は５゜が好適である。図9,10より、弁室が
ボウル形状であることは明らかである。

さらに弁室（102）内の溝（103,105）の口部と、特に
弁箱壁（101a,101b）は、ダイヤフラムが開く際、溝（1
03,105）の共通軸を中心として弁室に特定の傾斜を与え
ることで、溝（103,105）の自己排水が弁箱壁（101a,10
1b）（図５の矢印参照）にわたって行われるような形状
とすることが有効である。

上述した本発明の手段により、例えば加工工業におい
ては、これまで２つの必要であるとされた二方ダイヤフ
ラム弁に代って三方ダイヤフラム弁が提案されている。
さらに上述したダイヤフラム弁は、所定機関の推薦を受
けていると共に製造業者及び消費者の需要を満たすもの
である。図示した構造体には、スタッフィングボックス
及び流体が背部に滞留する可能性のある封止リングは含
まれていない。このような構造方法は、簡単な方法で装
置を安全に洗浄することができるという要件を満たすも
のである。さらに該装置は、弁内に含まれる流体の量を
最小限に止めるという要件も満たしている。加えて、弁
を洗浄及び水洗する際に、制御シリンダーの同時作動に
より全ての流体溝を解放できるという利点を挙げること
もできる。

詳細を示した空気圧または油圧シリンダーの作動方法
に代って、制御手段を電動または手動で作動することも
可能である。

上記の詳細な説明及び請求の範囲中で用いた「上昇」
という用語は、ダイヤフラム上のブロックの影響を考慮
した場合、能動的上昇の他に受動的上昇の意味も含んで
おり、受動的上昇とはすなわち、下方保持運動から解放
されることで、各溝内に及んだ圧力またはダイヤフラム
内の既存の予備張力のいずれかまたは双方によってダイ
ヤフラムの「上昇」が起こることを意味する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−51672（ＪＰ，Ａ) 特開平４−131574（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−115324（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−32269（ＪＰ，Ｕ) 米国特許2966928（ＵＳ，Ａ) 仏国特許出願公開2410195（ＦＲ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 7/00 - 7/20 F16K 11/00 - 11/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】弁室（2;102）を有する弁箱（1;101）と、
弁箱内に配された弁座手段（9,10,11;110a,110b）と、
少なくとも１つの弁座手段と密閉接触または開解するよ
うに設けられた弾性ダイヤフラム（12;112）と、ダイヤ
フラムを作動する制御手段（17,18;117,118）とを含
み、前記弁室（2;102）内には中央溝（4;104）と、該中
央溝の各側部において第１側溝（3;103）及び第２側溝
（4;104）とがそれぞれ開口しており、各溝の流体用の
外部接続部（6,7,8;106,107,108）をそれぞれ有するよ
うに構成した、気体または液体の流体流れを制御するダ
イヤフラム弁において、各弁座手段（9,10,11;110a,110
b）の少なくとも一部分は前記中央溝（4;104）及び前記
側溝（3,4;103,104）の１つと共通であること、及び２
つの制御手段（17,18;117,118）は、一方では前記中央
溝と前記各側溝の間で流体の通路を遮断するように、前
記各弁座手段に対してダイヤフラム（12;112）をそれぞ
れ押圧し、他方では前記中央溝と前記各側溝の間で流体
の通路を開くように、ダイヤフラムの一部が前記各弁座
手段の押圧部を離れて上昇するように構成されたことを
特徴とするダイヤフラム弁。
【請求項２】前記弁座手段の前記押圧部は、前記中央溝
を含み、弁を通る垂直対称面に対して正対称に配される
こと、及び前記制御手段はダイヤフラムにおける対称面
のいづれか一面に作用するように、ダイヤフラムの中央
部を中心に正対称に配されることを特徴とする請求項１
記載のダイヤフラム弁。
【請求項３】前記制御手段は、押圧方向においてダイヤ
フラム上で独立して作用し、一方、上昇方向においては
ダイヤフラムと係合することを特徴とする請求項１また
は２に記載のダイヤフラム弁。
【請求項４】ダイヤフラム（12）は、ダイヤフラムと一
体で且つ１つの制御手段（17,18）とそれぞれ協働する
ように設けられた２つの分離した係合手段（12a,12b）
を有することを特徴とする請求項３記載のダイヤフラム
弁。
【請求項５】ダイヤフラム（112）には、２つの制御手
段（117,118）に共通の一係合手段が設けられることを
特徴とする請求項３記載のダイヤフラム弁。
【請求項６】前記制御手段は、ピストンロッド（21,22;
121,122）によって対応するシリンダー（25,26;125,12
6）内にそれぞれ案内されるピストン（28,29;128,129）
と個々に連結されることを特徴とする請求項１乃至５の
いづれか一項に記載のダイヤフラム弁。
【請求項７】一方のピストン（128）のピストンロッド
（121）は、他のピストン（129）及び該ピストンに対応
するシリンダー（126）を貫通していることを特徴とす
る請求項６記載のダイヤフラム弁。
【請求項８】前記中央溝（104）は、２つの外部接続部
（107,150）の間で弁箱（101）を通って延びていること
を特徴とする請求項１乃至７のいづれか一項に記載のダ
イヤフラム弁。
【請求項９】前記弁室（102）は、前記弁箱が水平であ
る場合に、前記溝の底部が個々の外部接続部へと傾斜
（α）した自己排水式になっていることを特徴とする請
求項１乃至８のいづれか一項に記載のダイヤフラム弁。
【請求項１０】前記弁箱が前記２つの側溝（103,105）
の共通軸を通る水平面に対して特定の角度傾斜した場
合、前記２つの側溝（103,105）は、前記中央溝（104）
を通して自己排水を行うことを特徴とする請求項１乃至
９のいづれか一項に記載のダイヤフラム弁。