JP4879284B2 - 単一物の二重膜ダイヤフラム弁 - Google Patents

Description

関連出願

本出願は、本出願と同日に出願され、その内容を参考として引用し本出願に含めた、「ロッカ型ダイヤフラム弁（Ａ ｒｏｃｋｅｒ ｔｙｐｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｖａｌｖｅ）」及び「ダイヤフラム弁内の反発性ダイヤフラム（Ａ ｓｐｒｉｎｇｙ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｉｎ ａ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｖａｌｖｅ）」という出願に関連している。

本出願は、弁の分野、より詳細には、改良されたダイヤフラム弁に関する。

ダイヤフラム弁は、典型的に、二重膜ダイヤフラムの設計を使用する。二重膜ダイヤフラムの設計は、典型的に、中央スピンドルに装着され且つ頂部及び底部保持部分によりその位置に保持された、頂部及び底部ダイヤフラム膜を保持している。中央スピンドルは、多数の部品から製造することもできる。異なる部品間の境界面の各々は、弁の潜在的な漏洩箇所である。ダイヤフラムの各々に対して多数の部品が必要とされることは、製造コスト及び在庫コストを増すことになろう。

このため、単一物として製造された二重膜ダイヤフラムが必要とされている。

単一物の二重膜ダイヤフラムが開示されている。二重膜ダイヤフラムは、中央部分により共に接合された上方及び下方ダイヤフラム膜を有している。上方ダイヤフラム膜は、ダイヤフラムが第一の位置にあるとき、頂部密封面に対して密封する形態とされている。下方ダイヤフラム膜は、ダイヤフラムが第二の位置にあるとき、底部密封面に対して密封する形態とされている。上縁部は、上方ダイヤフラム膜に装着することができ、上縁部は、上方ダイヤフラム膜を弁内に保持するのを助ける形態とされる。下縁部は、下方ダイヤフラム膜に装着することができ、この場合、下縁部は、下方ダイヤフラム膜を弁内に保持するのを助ける形態とされる。ダイヤフラムは、弾性材料から出来ており、また、ダイヤフラムを弁内の不作動位置に保持するばね力を発生させるような態様の形状とされている。

図２から図４及び以下の説明は、当該技術の当業者に対し、本発明の最良の形態を実施し且つ使用するための方法を教示する特定の実施例を示すものである。本発明の原理を教示する目的のため、幾つかの従来通りの特徴は簡略化し又は省略されている。当該技術の当業者は、本発明の範囲に属する変更例をこれらの実施例から理解することができるであろう。当該技術の当業者には、以下に説明する特徴は、色々な方法にて組み合わせ、本発明の多数の変更例を形成することができることが理解されよう。その結果、本発明は、以下に記載した特定の実施例にのみ限定されるものではなく、特許請求の範囲及びそれらの等価物によってのみ限定されるものである。

図１は、典型的なダイヤフラム弁１００の断面図である。ダイヤフラム弁１００は、頂部板１０２と、底部板１０４と、弁体１０６と、頂部ダイヤフラムディスク１０８と、底部ダイヤフラムディスク１１０と、頂部保持リング１１２と、底部保持リング１１４と、スペーサ１１６と、中央スプール１２６と、上側密封面１２０と、下側密封面１１８と、入口開口部１２２と、排出口１２４とを備えている。ダイヤフラム組立体は、頂部ダイヤフラムディスク１０８と、底部ダイヤフラムディスク１１０と、頂部保持リング１１２と、底部保持リング１１４と、スペーサ１１６と、中央スプール１２６とから成っている。ダイヤフラム組立体中の部品は、性質上、全体として円形であり、また、中心線ＡＡの周りにて対称である。頂部板１０２は、弁体１０６に装着されて、頂部ダイヤフラムディスク１０８を頂部板１０２と弁体１０６との間の空隙内に捕捉する。底部板１０４は、弁体１０６に装着されて底部ダイヤフラムディスク１１０を底部板１０４と弁体１０６との間の空隙内に捕捉する。上側及び下側密封面は、性質上、全体として円形であり、密封面の各々は、１つの平面内に形成される。密封面は、また、弁座と称することもできる。２つの密封面を保持する２つの平面は、全体として、互いに平行である。

弁１００は、不作動位置すなわち閉じた位置にて示され、頂部ダイヤフラムディスク１０８は、上側密封面１２０と接触し、また、底部ダイヤフラムディスク１１０と下側密封面１１８との間に空隙を有している。底部ダイヤフラムディスク１１０と下側密封面との間の空隙は、高さが均一である。閉じた位置にあるとき、出口開口部（図示せず）からの流体は、底部ダイヤフラムディスク１１０と下側密封面１１８との間の空隙を通って流れ且つ、排出口１２４から出る（矢印Ｅで示したように）。作動位置にあるとき、ダイヤフラム組立体の中央部分は、上方に偏位され、このため、底部ダイヤフラムディスク１１０は、下側密封面１１８に接触し、また、頂部ダイヤフラムディスク１０８と上側密封面１２０との間に空隙が形成される。頂部ダイヤフラムディスク１０８と上側密封面との間の空隙は高さが均一である。作動位置にあるとき、流体は、入口開口部１２２から頂部ダイヤフラムディスク１０８と上側密封面１２０との間の空隙を通って出口開口部（図示せず）内に流れる。２つのダイヤフラムディスクは、ダイヤフラム組立体の中央部分が開いた位置と閉じた位置との間にて偏位するとき、撓み又は変形する。２つのダイヤフラムディスクの変形には、全体として半径方向対称が存在する。半径方向対称は、２つのダイヤフラムディスクにて一定偏向の同心円を形成することになる。異なる弁の形態において、入口開口部１２２は、排出ポートとして使用し、排出口１２４は、入口開口部として使用することができる。

図２は、本発明の一例としての実施の形態におけるダイヤフラム弁２００の等角図である。ダイヤフラム弁２００は、頂部板２０２と、底部板２０４と、弁体２０６と、ダイヤフラム２２８とを備えている。ダイヤフラム２２８は、上方ダイヤフラム膜２０８と、下方ダイヤフラム膜２１０と、中央部分２１２と、上縁部２１８と、下縁部２２０と、頂部スチフナ２１４と、底部スチフナ２１６とを有している。ダイヤフラム２２８は、単一物として製造される。一例としての実施の形態において、ダイヤフラム２２８は、全体として、円形の形状である。本発明の別の一例としての実施の形態において、ダイヤフラム２２８は、楕円形又は矩形の形状とすることができる。本発明の一例としての実施の形態において、ダイヤフラム２２８は成形される。本発明の別の一例としての実施の形態において、ダイヤフラム２２８は、材料のブロックから機械加工される。ダイヤフラム２２８は、例えば、ゴム、ポリウレタン又は同様のもののような、弾性材料又は弾性材料の組み合わせから製造される。

上方ダイヤフラム膜２０８及び下方ダイヤフラム膜２１０は、中央ダイヤフラム部分２１２により共に接合されている。本発明の一例としての実施の形態においてダイヤフラム２２８は、軸線ＡＡに対して対称である。頂部スチフナ２１４は、上方ダイヤフラム膜の頂側部に形成され且つ、上方ダイヤフラム膜を補強する形態とされている。底部スチフナ２１６は、下方ダイヤフラム膜の底側部上に形成され且つ、下方ダイヤフラム膜を補強する形態とされている。頂部及び底部スチフナ（２１４、２１６）は必ずしも必要ではなく、選択可能である。頂部密封面（頂部弁座とも称する）２２２及び底部密封面（底部弁座とも称される）２２４は、弁体２０６に形成される。本発明の一例としての実施の形態において、密封面又は弁座の各々は、１つの平面内に形成される。頂部密封面２２２及び底部密封面２２４は、全体として、弁体２０６の中央開口部２４０の周りを取り囲む。本発明の一例としての実施の形態において、頂部及び底部弁座を保持する平面は、全体として互いに平行である。本発明の別の一例としての実施の形態において、頂部及び底部弁座を保持する平面は、全体として互いに平行でない。

頂部板２０２は、弁体２０６に装着されて、上方ダイヤフラム膜２０８を頂部板２０２と弁体２０６との間の空隙内に捕捉する。底部板２０４は、弁体２０６に装着されて、下方ダイヤフラム膜２１０を底部板２０４と弁体２０６との間の空隙内に捕捉する。本発明の一例としての実施の形態において、頂部板２０２及び底部板２０４は、レーザ溶接により弁体に装着される。任意のその他の装着方法を使用して頂部及び底部板を弁体２０４に装着することができる。本発明の一例としての実施の形態において、頂縁部２１８は、上方ダイヤフラム膜２０８の外端縁の周りに形成され且つ、頂部板２０２と弁体２０６の頂側部との間に形成された溝内に嵌まる形態とされている。頂縁部２１８は、上方ダイヤフラム膜をその位置に保持し且つ、ダイヤフラムと弁との間のシールを形成する。底縁部２２０は、下方ダイヤフラム膜２１０の外端縁の周りに形成され且つ、底部板２０４と弁体２０６の底側部との間に形成された溝内に嵌まる形態とされている。底縁部２２０は、下方ダイヤフラム膜をその位置に保持し且つ、ダイヤフラムと弁との間のシールを形成する。２つのダイヤフラム膜上の頂縁部及び底縁部は、選択可能である。その他の方法を使用してダイヤフラム膜を弁内に保持することができる。例えば、溝又は通路をダイヤフラム膜の外端縁に形成することができ、また、溝内に嵌まるリップ又はビードを頂部板に形成することができる。

作動時、ダイヤフラム２２８は、上方位置と、下方位置という２つ位置の間を動く。ダイヤフラム２２８の偏向は、ダイヤフラム２２８の中心（軸線ＡＡ）の周りにて全体として半径方向対称である。上方ダイヤフラム位置（図示せず）において、下方ダイヤフラム膜２１０は、底部密封面２２４に接触し且つ該底部密封面に対して密封する。上方ダイヤフラム膜２０８は、頂部密封面２２２から離れた位置に配置され、上方ダイヤフラム膜２０８と頂部密封面２２２との間に空隙を残す。下方ダイヤフラム位置において、上方ダイヤフラム膜２０８は、頂部密封面２２２に接触し且つ、該頂部密封面に対して密封する。下方ダイヤフラム膜２１０は、底部密封面２２４から離れた位置に配置され、下方ダイヤフラム膜２１０と底部密封面２２４との間に空隙を残す。

ダイヤフラム２２８は、典型的に、パイロット流体（図示せず）からの圧力により形成された起動力を使用して、上方位置と下方位置との間を移動する。パイロット流体は、上方ダイヤフラム膜２０８と頂部板２０２との間の空隙内に導入されて、ダイヤフラム２２８を下方位置に付勢する。パイロット流体は、下方ダイヤフラム膜２１０と底部板２０４との間の空隙内に導入されてダイヤフラム２２８を上方位置に付勢する。その何れの領域にも加えられた起動力が存在しないとき、ダイヤフラム２２８は、不作動位置にスナップ動作し又は戻る形態とすることができる。ダイヤフラム２２８は、不作動位置が上方ダイヤフラム位置又は下方ダイヤフラム位置の何れかであるような形態とすることができる。幾つかの場合、ばね力は、源供給が依然として作用可能であるとき、ダイヤフラムを不作動位置に戻すのに十分、強力ではないようにすることができる。典型的に、源供給は、制御供給のためにも使用され、このため、弁内に入る圧力が存在しないとき、制御及び源の双方が不作動となり、また、ダイヤフラムは、不作動位置に戻るようにする。ダイヤフラムを上方位置と下方位置との間にて動かすため使用される方法は重要ではなく、また、パイロット流体のようなその他の方法を使用することができ、例えば、コイルにより起動され、ダイヤフラムに装着されたプランジャを使用することができる。

本発明の一例としての実施の形態において、ダイヤフラム２２８は、例えば、ポリウレタンのような、弾性材料にて出来ている。弾性材料は、ダイヤフラム２２８を弁内に組み付けることを許容し、弾性的なダイヤフラム材料及び弁収容体と相互作用するダイヤフラム２２８の形状は、ダイヤフラム２２８を不作動位置に戻すばね力を形成する。本発明の一例としての実施の形態において、上方ダイヤフラム膜２０８は、ボウル又は皿形状を有し、このため、ダイヤフラムが弁内に取り付けられたとき、上方ダイヤフラム膜は、弁内に圧力がないとき、ダイヤフラムを下方位置に付勢する。本発明の別の一例としての実施の形態において、上方及び下方ダイヤフラム膜の双方は、ボウル又は皿形状を有し、ダイヤフラムが弁内に取り付けられたとき、２つのダイヤフラム膜は、ダイヤフラムを下方位置に付勢する。

図３は、本発明の一例としての実施の形態におけるダイヤフラム３２８の図である。図３ａは、本発明の一例としての実施の形態におけるダイヤフラム３２８の頂面図である。図３ｂは、本発明の一例としての実施の形態における、頂面図３ａからの断面図ＡＡである。ダイヤフラム３２８は、上方ダイヤフラム膜３０８と、下方ダイヤフラム膜３１０と、中央部分３１２と、上縁部３１８と、下縁部３２０とを備えている。一例としての実施の形態において、ダイヤフラム３２８は、全体として、円形の形状である。本発明のその他の実施の形態において、ダイヤフラム３２８は、楕円形又は矩形の形状とすることができる。その他の形状も可能である。上方ダイヤフラム膜３０８は、２つのダイヤフラム膜を隔たった関係にて保持する中央部分３１２により下方ダイヤフラム膜３１０に装着されている。本発明の一例としての実施の形態において、上方ダイヤフラム膜は、下方ダイヤフラム膜３１０に対して全体として平行である。本発明の別の一例としての実施の形態において、上方ダイヤフラム膜は、下方ダイヤフラム膜３１０に対して平行でない。本発明の一例としての実施の形態において、上縁部及び下縁部は、全体として円形の形状である。本発明のその他の一例としての実施の形態において、縁部は、楕円形又は矩形の形状とすることができる。上縁部及び下縁部（３１８、３２０）は、頂部板と弁体との間、及び底部板と弁体との間の空隙に嵌まる形態とされている。縁部は、ダイヤフラム３２８を弁内のその位置に保持し且つ、ダイヤフラム３２８と弁との間のシールを形成する。２つのダイヤフラム膜上の上及び下縁部は、選択可能である。その他の方法を使用してダイヤフラム膜を弁内に保持することができる。例えば、溝又は通路をダイヤフラム膜の外端縁に形成し、また、溝内に嵌まるリップ又はビードを頂部板又は弁体上に形成することができる。上方ダイヤフラム膜３０８は、上縁部３１８の内径に沿って上縁部３１８連結されている。下方ダイヤフラム膜３１０は、下縁部３２０の内径に沿って下縁部３２０に連結されている。ダイヤフラム膜３２８は、単一物として製造される。上方ダイヤフラム膜３０８は、厚さｔを有している。上方ダイヤフラム膜３０８は、ボウル又は皿状の形状をしている。上方ダイヤフラム膜３０８の外端縁は、ＢＢのような、実質的に１つの平面にて形成されている。上方ダイヤフラム膜３０８が中央部分３１２と接続する、上方ダイヤフラム膜３０８の内側部分は、ＣＣで示したように、実質的に１つの平面内に形成される。平面ＣＣは、偏位されているが、平面ＢＢに対して全体として平行である。上方ダイヤフラム膜の内側領域と外側領域との間の偏位、ダイヤフラム膜の厚さｔ、及びダイヤフラムの材料は、ダイヤフラム組立体が弁内に取り付けられたとき、ダイヤフラム組立体を第一のすなわち不作動位置に戻る力を発生させる。本発明の一例としての実施の形態において、下方ダイヤフラム膜は、上方ダイヤフラム膜の皿状又はボウル形状と同一方向に整合された皿状又はボウル形状も有している。本発明のその他の一例としての実施の形態において、下方ダイヤフラム膜は、平坦とし、又は上方ダイヤフラム膜と整合されていないボウル形状とすることができる。

図４は、本発明の一例としての実施の形態におけるダイヤフラム弁を組み立てるための流れ図である。ステップ４０２において、上方ダイヤフラム膜は圧縮される。ステップ４０４において、圧縮された上方膜は、弁体の中央開口部を通して挿入される。ステップ４０６において、圧縮された上方ダイヤフラム膜は、解放されて、弁体が上方ダイヤフラム膜と下方ダイヤフラム膜との間に捕捉され、ダイヤフラムの中央部分が弁体の中央開口部内に配置されるようにする。上方ダイヤフラム膜又は下方ダイヤフラム膜の何れかは、圧縮し且つ、弁体の中央開口部を通して挿入することができる。選択可能なステップ４０８において、上縁部及び下縁部は、弁体の頂部面及び底面に形成された、上側及び下側溝内にそれぞれ着座する。ステップ４１０において、頂部板は、頂部面に装着されて、上方ダイヤフラム膜を頂部板と弁体との間に保持する。ステップ４１２において、底部板は、弁体の底面に装着されて、下方ダイヤフラム膜を底部板と弁体との間に保持する。

典型的な先行技術によるダイヤフラム弁の断面図である。 本発明の一例としての実施の形態におけるダイヤフラム弁２００の等角断面図である。 本発明の一例としての実施の形態におけるダイヤフラム３２８の図である。 本発明の一例としての実施の形態においてタイヤフラム弁を組み立てるための流れ図である。

Claims (17)

1. ダイヤフラム弁において、
   頂部密封面（２２２）と底部密封面（２２４）とを形成する弁体（２０６）と、
   行程軸線に沿って第一の位置と第二の位置との間を動く形態とされたダイヤフラム（３２８）を備え、
   前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが前記第一の位置にあるとき前記頂部密封面（２２２）を密封するよう構成された上方ダイヤフラム膜（３０８）と、前記ダイヤフラムが前記第二の位置にあるとき前記底部密封面（２２４）を密封するよう構成された下方ダイヤフラム膜（３１０）と、前記上方ダイヤフラム膜（３０８）と前記下方ダイヤフラム膜（３１０）の間の中央部分（３１２）であって、前記上方ダイヤフラム膜（３０８）を前記下方ダイヤフラム膜（３１０）に対して連結すると共に前記上方ダイヤフラム膜（３０８）を前記下方ダイヤフラム膜（３１０）に対して隔てた関係に保持する中央部分（３１２）とを備え、
   前記ダイヤフラムは単一物から製造される、ダイヤフラム弁。
2. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記上方ダイヤフラム膜（３０８）は、実質的に第一の平面内に形成され、前記下方ダイヤフラム膜（３１０）は、実質的に第二の平面内に形成され、前記第一の平面は前記第二の平面に対して平行である、ダイヤフラム弁。
3. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記ダイヤフラム（３２８）は、弾性材料からなり、前記上方ダイヤフラム膜（３０８）は、前記ダイヤフラム弁内に取り付けられたとき、前記ダイヤフラム（３２８）を不作動位置に戻すボウル形状を有する、ダイヤフラム弁。
4. 請求項３に記載のダイヤフラム弁において、前記下方ダイヤフラム膜（３１０）は、前記上方ダイヤフラム膜（３０８）のボウル形状と整合したボウル形状を有する、ダイヤフラム弁。
5. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記頂部及び底部密封面（２２２、２１４）は、前記上方ダイヤフラム膜（３０８）と前記下方ダイヤフラム膜（３１０）との間にある、ダイヤフラム弁。
6. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、
   前記弁体（２０６）の頂側部に装着され、これにより前記上方ダイヤフラム膜（２０８）を前記弁体（２０６）と前記頂部板（２０２）との間に捕捉する形態とされた頂部板（２０２）と、
   前記弁体（２０６）の底側部に装着され、これにより前記下方ダイヤフラム膜（２１０）を前記弁体（２０６）と前記底部板（２０４）との間にて捕捉する形態とされた底部板（２０４）とを更に備える、ダイヤフラム弁。
7. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、
   前記上方ダイヤフラム膜に装着され且つ前記上方ダイヤフラム膜を取り囲む頂縁部（３１８）と、
   前記下方ダイヤフラム膜に装着され且つ前記下方ダイヤフラム膜を取り囲む底縁部（３２０）とを更に備える、ダイヤフラム弁。
8. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記ダイヤフラムは実質的に円形の形状である、ダイヤフラム弁。
9. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記ダイヤフラムは実質的に楕円形の形状である、ダイヤフラム弁。
10. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記ダイヤフラムは実質的に矩形の形状である、ダイヤフラム弁。
11. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記行程軸線は、前記ダイヤフラムの中心線と同軸上にある、ダイヤフラム弁。
12. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記ダイヤフラムは、前記行程軸線に対して放射方向に対称形である、ダイヤフラム弁。
13. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記ダイヤフラムは成形により製造される、ダイヤフラム弁。
14. 頂部密封面と底部密封面とを形成する弁体と、行程軸線に沿って第一の位置と第二の位置との間を動くように構成されたダイヤフラムを備えたダイヤフラム弁であって、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムが前記第一の位置にあるとき前記頂部密封面を密封するよう構成された上方ダイヤフラム膜と、前記ダイヤフラムが前記第二の位置にあるとき前記底部密封面を密封するよう構成された下方ダイヤフラム膜と、前記上方ダイヤフラム膜と前記下方ダイヤフラム膜の間の中央部分（３１２）であって、前記上方ダイヤフラム膜を前記下方ダイヤフラム膜に対して連結すると共に前記上方ダイヤフラム膜を前記下方ダイヤフラム膜に対して隔てた関係に保持する中央部分とを備え、前記ダイヤフラムが単一物から製造される、ダイヤフラム弁の組み立て方法において、
    前記上方ダイヤフラム膜又は前記下方ダイヤフラム膜を圧縮するステップと、
    前記圧縮された上方ダイヤフラム膜又は下方ダイヤフラム膜を前記弁体の中央開口部を通して挿入するステップ（４０４）と、
    前記弁体が前記上方ダイヤフラム膜と前記下方ダイヤフラム膜との間に捕捉されるよう前記上方ダイヤフラム膜又は前記下方ダイヤフラム膜を解放するステップ（４０６）と、
    第一の板を前記弁体に装着し、前記上方ダイヤフラム膜が前記第一の板と前記弁体の第一の側部との間に保持されるようにするステップ（４１０）と、
    第二の板を前記弁体に装着し、前記下方ダイヤフラム膜が前記第二の板と前記弁体の第二の側部との間に保持されるようにするステップ（４１２）とを備える、ダイヤフラム弁の組み立て方法。
15. 請求項１４に記載のダイヤフラム弁の組み立て方法において、前記第一の板は、レーザ溶接により前記弁体の第一の側部に装着される、ダイヤフラム弁の組み立て方法。
16. 請求項１４に記載のダイヤフラム弁の組み立て方法において、前記ダイヤフラムは、弾性材料からなり且つ前記弁体及び前記第一の板と相互作用することにより第一の位置に向けて偏倚される、ダイヤフラム弁の組み立て方法。
17. 請求項１４に記載のダイヤフラム弁の組み立て方法において、
    前記第一の板が前記弁体に装着される前に、前記上方ダイヤフラム膜に装着された縁部を、前記弁体の前記第一の側部に形成された溝内に着座させるステップであって、前記第一の側部に形成された前記溝が前記中央開口部を取り囲む、前記第一の側部に形成された溝内に着座させるステップ（４０８）と、
    前記第二の板が前記弁体に装着される前に、前記下方ダイヤフラム膜に装着された縁部を、前記弁体の前記第二の側部に形成された溝内に着座させるステップであって、前記第二の側部に形成された前記溝が前記中央開口部を取り囲む、前記弁体の前記第二の側部に形成された溝内に着座させるステップ（４０８）とを更に備えた、ダイヤフラム弁の組み立て方法。

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