JP5320043B2 - ダイヤフラムバルブ - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造分野、液晶製造分野、化学物質製造分野又は食品分野などの各種産業分野に使用されるダイヤフラムバルブに関するものである。

従来、半導体製造分野や液晶製造分野などにおいて、純水などの流体の流れを制御するために、流体を封止する弁体を備えたダイヤフラムバルブを用いることが一般的である。

このようなダイヤフラムバルブとして、例えば特許文献１では、本体とハウジングとによってダイヤフラムの周縁部を挟持して本体内部の流体をシールする構造のバルブにおいて、ダイヤフラムバルブの環状嵌合部が、本体に設けられた環状溝に嵌められ、Ｏリングによって押圧された状態で固定される構成が開示されている。

この構成によれば、シール部分が流体の圧力変動や温度変化などによってクリープ変形しても、液漏れが生じないようになっている。

また、特許文献２では、本体の弁座上端の当接端から内側へ向かって傾斜する内周テーパ面と、内周テーパ面に対向する凸部と、を備えることで、弁体の動き始めから最小流路断面積を除々に小さくして、弁を閉じる構成が開示されている。

したがって、比較的簡単な構成によって、弁を閉じたときに流速や圧力が急に変化して生じるウォータハンマを防止することができる。
特開２００４−１６９８８６号公報 特開２００４−３１６６７９号公報

しかしながら、前記した特許文献１では、バルブの開閉度の変化に対する流量調整制御構造が弁体に付与されていないため、ウォータハンマが大きく、その振動によって配管系・装置系が破損するおそれがあった。

また、前記した特許文献２では、ウォータハンマは低減できるものの、弁体の構造が複雑であるため、従来製品と同等の開閉ストロークを設けるとコンパクト性に欠けるという問題があった。

そこで、本発明は、簡単かつコンパクトな構造によってウォータハンマを低減できるダイヤフラムバルブを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明のダイヤフラムバルブは、弁本体に形成される流路と、前記流路の途中に開口した一次側弁孔と、前記一次側弁孔の周囲に設けられる弁座と、前記弁座の周囲に環状に開口した二次側弁孔と、前記二次側弁孔の周囲に設けられる環状溝と、周縁部が前記環状溝に掛止されるとともに中央部の底面が前記弁座に当接して前記流路を封止する弁体と、を備えるダイヤフラムバルブであって、
前記弁体は、前記中央部の底面から前記周縁部まで円錐台状に広がる薄肉部と、前記中央部の底面から突出されて前記一次側弁孔に挿入される円盤状突部と、を一体に有し、
該円盤状突部が、その側面と前記一次側弁孔の内面との間に隙間を有すると共に、該隙間の数倍の高さの突出量を有して、前記一次側弁孔に嵌合されることを特徴とする。

また、前記流路を封止するために前記弁体に連結されたピストンをハウジング内で摺動させる空気の給排気口は、前記弁体が所定時間をかけて前記弁座に当接するように、前記ハウジングの壁内部で縮径されることが好ましい。

さらに、前記弁座の頂面には、周方向に沿って断面台形状のテーパ状突出部が設けられるとともに、前記弁体の中央部の底面には、前記テーパ状突出部に当接する平坦面が形成される構成とすることができる。

そして、前記弁座の頂面は、平坦に形成されるとともに、前記弁体の前記薄肉部の前記底面に対する付け根には、前記頂面に当接する平坦面が形成される構成とすることができる。

また、前記弁座の頂面は、平坦に形成されるとともに、前記弁体の前記薄肉部の前記底面に対する付け根には、前記頂面の内側の角に線接触するテーパ面が形成される構成とすることができる。

このように、本発明のダイヤフラムバルブは、弁体は中央部の底面から周縁部まで円錐台状に広がる薄肉部と、中央部の底面から突出されて一次側弁孔に挿入される円盤状突部とを一体に有し、円盤状突部が、その側面と一次側弁孔の内面との間に隙間を有すると共に、該隙間の数倍の高さの突出量を有して、一次側弁孔に嵌合されることを特徴とする。

したがって、流路を封止する際には、円盤状突部の側面と一次側弁孔の内面との間の隙間を通じて流体を流すことで、封止直前の流量を減少させてウォータハンマを低減することができる。
また、円盤状突部を、上記した隙間の幅の数倍の高さに形成することにより、開弁した際に流体の流れを妨げないようにすることができる。

また、弁体に連結されたピストンをハウジング内で摺動させる空気の給排気口は、弁体が所定時間をかけて弁座に当接するようにハウジングの壁内部で縮径されることで、弁体の移動速度が遅くなってウォータハンマを低減することができる。

さらに、弁座の頂面にはテーパ状突出部が設けられるとともに、弁体の中央部の底面には平坦面が形成されることで、簡単かつコンパクトな構造によってウォータハンマを低減できる。

そして、弁座の頂面は平坦に形成されるとともに、弁体の薄肉部の付け根には頂面に当接する平坦面が形成されることで、簡単かつコンパクトな構造によってウォータハンマを低減できる。

また、弁座の頂面は平坦に形成されるとともに、弁体の薄肉部の付け根には頂面の内側の角に線接触するテーパ面が形成されることで、簡単かつコンパクトな構造によってウォータハンマを低減できる。

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、図２を用いて、本実施の形態のダイヤフラムバルブＶの全体構成を説明する。

本実施の形態のダイヤフラムバルブＶは、図２に示すように、管路８５，８６の間に挿入されるものである。そして、ハウジング５に設けたインサート５８，５９に装着されたエア配管８８，８９を通じて空気が送られることで、ピストン４（図１，３参照）を移動させて弁本体１の内部の弁体２（図１，３参照）を開閉し、管路８５，８６を流れる薬液や純水などの流体の流れを制御するものである。

次に、図３の分解斜視図を用いて、本実施の形態のダイヤフラムバルブＶの構成を説明する。なお、この図３には、内ばね６１及び外ばね６２を用いて逆作動に用いる場合が図示されている。

本実施の形態のダイヤフラムバルブＶは、図１，３に示すように、流路が設けられた弁本体１と、流路を封止する弁体２と、弁体２を弁本体１に押圧する弁体押さえ３と、円柱状の摺動部４１を有して弁体２を開閉するピストン４と、このピストン４を摺動自在に内蔵するハウジング５と、を備えている。

この弁本体１は、ポリ塩化ビニルや耐衝撃性硬質塩化ビニルや耐熱性硬質塩化ビニルやポリプロピレンやポリフッ化ビニリデンなどの樹脂によって容器状に形成されるもので、図１に示すように、上流側の管路の延長に形成される上流側流路１８と、下流側の管路の延長に形成される下流側流路１９と、この上流側流路１８を屈曲して側面に開口させた一次側弁孔１１と、この一次側弁孔１１の周囲に環状に形成されて下流側流路１９に繋がる二次側弁孔１２と、を一体に備えている。

この一次側弁孔１１は、円形断面の上流側流路１８を弁本体１内部の中央近傍で略直角に屈曲することで、弁本体１の中央近傍の側面に、円形に開口するように設けられる。

また、二次側弁孔１２は、上記した一次側弁孔１１の周囲に、一次側弁孔１１と同心円の環状に開口するように設けられるもので、下流側流路１９の上流側に接続されている。

そして、一次側弁孔１１の周囲には、二次側弁孔１２と分離するための円筒状の隔壁が設けられており、この隔壁には頂面１３ｂの内周側を上方に向かって台形断面状に突出させたテーパ状突出部１３ａを有する弁座１３が形成されている（図５参照）。

加えて、この円筒状の隔壁の先端近傍の内面１３ｃは、真円になるように周方向に沿って薄く切削されており、内面１３ｃには切削面と非切削面によって構成される二段の円筒内面が形成されている（図１，４，５参照）。

さらに、二次側弁孔１２の周囲には傾斜面を介して、環状溝１４が形成されており、後述する弁体２の周縁部２３を嵌合して弁体２を掛止できるようになっている。

そして、本実施の形態の弁体２は、ポリテトラフルオロエチレンなどの合成樹脂やエチレンプロピレンゴムなどの合成ゴムによって形成されるもので、図１，３，４に示すように、短円柱状の中央部２１と、この中央部２１の底面に接続するように円錐台状に外側に広がる薄肉部２２と、この薄肉部２２の周縁を下向きのＬ字状に屈曲するように形成される周縁部２３と、短円柱状の中央部２１の底面からひとまわり小さい外径の短円柱状（円盤状）に突出した円盤状突部２４と、を一体に備えている。

この中央部２１は、弁座１３の内径よりも大きい外径を有する短円柱状に形成されるもので、円柱の一方の端面の中心にピストン４の軸部４２の先端が取り付けられる取付孔２７を有しており、他方の端面には円盤状突部２４が形成されている。

加えて、この中央部２１の底面の円盤状突部２４よりも外側には、円環状に平坦面２５が形成されて、後述するテーパ状突出部１３ａの上面に当接される。

また、薄肉部２２は、中央部２１の底面の平坦面２５に連続して周囲に広がる薄肉の円盤状に形成されており、中央から周縁に向かって傾斜することで円錐台状になっている。

さらに、ダイヤフラムバルブＶの作動時には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、この薄肉部２２の周縁と付け根が樹脂の有する可撓性によって変形するため、ピストン４の摺動に伴って弁体２の中央部２１の底面の円盤状突部２４の周囲の円環状の平坦面２５を弁座１３に当接させて閉弁させたり、弁体２の中央部２１の底面の円盤状突部２４の周囲の円環状の平坦面２５を弁座１３から離して開弁させたりできる。

加えて、本実施の形態のダイヤフラムバルブＶは、弁体２の移動方向の厚みが小さく構造が単純であることに加えて、移動範囲が狭い（ストロークが短い）ことで、図１に示すように、全体的に高さＨ、幅Ｗ、面間Ｚを抑制したコンパクトな構造となっている。

そして、円盤状突部２４は、閉弁の直前に、弁体２と弁座１３との間に流体が通過する隙間を形成するために設けられるもので、中央部２１の外径を縮径することで、中央部２１の底面から突出した薄い（高さの低い）円盤状に形成される。

したがって、図５に示すように、円盤状突部２４の側面２４ａと弁座１３の内面１３ｃとの間には、閉弁する直前に少量の流体が通過できる程度の微小な幅Ｂの隙間が形成される。

加えて、この円盤状突部２４は、開弁した際に流体の流れを妨げないようにするために、あまり大きく突出させず、隙間の幅Ｂの数倍程度の高さｈに形成される。

なお、後述する実施例の実験に示すように、配管径２５ｍｍの場合には、この円盤状突部２４を外径２４ｍｍで高さ１ｍｍ程度に形成すれば、片側の幅Ｂ＝０．５ｍｍ（配管径の１／５０）で高さｈ＝１ｍｍ（配管径の１／２５）の円筒状の微小隙間が形成され、効率よくウォータハンマを抑制できることが確認されている。

さらに、弁体押さえ３は、図１，３に示すように、樹脂によって、円孔３１を有する円柱状に形成されるもので、円柱の側面及び一方の端面にＯリング７３，７４が嵌め合わされている。なお、弁体押さえ３には、後述するように、ハウジング５の空気抜き孔に対応した位置に、内側の弁体２の摺動空間と外側とを連通する連通孔が設けられている。

そして、ピストン４は、樹脂によって形成されるもので、太径の円柱状の摺動部４１と、この摺動部４１の一方の面の中心から突出する細径の円柱状の軸部４２と、を一体に備えている。

この摺動部４１は、図１に示すように、所定の高さの円柱状に形成されるもので、側面にＯリング７１が嵌め合わされるとともに、頂面には円柱が同心円状に重ね合わされた突起部４３を備えている。

そして、この突起部４３には、コイルばねとしての内ばね６１と、コイルばねとしての外ばね６２と、が入れ子状に配設されている。

この内ばね６１及び外ばね６２は、弁本体１にハウジング５が固定された状態では、ハウジング５の頂部とピストン４に挟まれて軸方向に圧縮されて設置されている。

したがって、インサート５９の給排気口５９ａを通じて空気が送られていない場合は、内ばね６１及び外ばね６２の弾性反力によってピストン４に接続された弁体２が弁座１３に押しつけられて一次側弁孔１１を閉じている。

さらに、本実施の形態のハウジング５は、樹脂によって形成されるもので、側面にはエア配管８８，８９（図２参照）を装着するためのインサート５８，５９が突設され、さらに弁体押さえ３の連通孔に対応して空気抜き孔が設けられ、内部にはピストン４の摺動面５１を備えている。

そして、弁体２に近い側のインサート５９内の給排気口５９ａから空気が導入されると、内ばね６１及び外ばね６２の弾性反力に抗して、ピストン４が摺動面５１にガイドされて弁体２を開く方向に移動する。

一方、弁体２から遠い側のインサート５８内の給排気口５８ａから空気が導入されると、内ばね６１及び外ばね６２の弾性反力によって、ピストン４が摺動面５１にガイドされて弁体２を閉じる方向に移動し、弁体２の中央部２１に設けた円盤状突部２４の底面が弁座１３のテーパ状突出部１３ａの上面に当接して止水が達成される。

さらに、本実施の形態の空気の給排気口５８ａ，５９ａのうち弁体２が下降（閉弁）する際に排気される側の給排気口５９ａは、弁体２が所定時間をかけて弁座１３に当接するように、ハウジング５の壁内部に形成される孔の径が通常よりも縮径されている。具体的には、下降の際に給気される側の給排気口５８ａが１．０ｍｍであるのに対して、排気される側の給排気口５９ａは０．４ｍｍに形成されている。

つまり、配管径２５ｍｍの場合には、後述する実施例の実験に示すように、弁体２の閉止に要する時間が従来の０．１８６秒から１．３０秒と長くなるように、弁体２が下降（閉弁）する際に排気される側の給排気口５９ａのみの孔径が小さく形成されている。

次に、本実施の形態のダイヤフラムバルブＶの動作について、図４（ａ），（ｂ），図５を参照しながら説明する。

本実施の形態のように逆作動に用いる場合、弁体２は空気が供給されていない常時の状態で閉とされる。

そして、開弁する場合には、図１，４（ｂ）に示すように、インサート５９内の給排気口５９ａを通じて弁体２に近い側の気密空間に空気を送ることで、内ばね６１及び外ばね６２の弾性反力に対抗してピストン４を弁座１３から遠ざける。

そうすると、ピストン４の移動に伴って、弁体２も弁座１３から離れるように移動し、弁体２の下面と弁座１３との間に流路となる隙間が生じることになり、この隙間を通じて流体が上流側流路１８から下流側流路１９へと流れる。

逆に、閉弁する場合には、インサート５９の給排気口５９ａを通じた弁体２に近い側の気密空間への空気の供給を遮断すると、内ばね６１や外ばね６２の弾性反力が開放され、ピストン４に接続された弁体２が弁座１３に押し付けられて、もとの状態に戻る。

この際、弁体２の円盤状突部２４の側面２４ａと弁座１３の内面１３ｃとの間に幅Ｂの隙間が形成され、この隙間を通じて少量の流体が上流側流路１８から下流側流路１９へと流れる。

そして、隙間の流路方向の長さ（円盤状突部２４の高さｈに相当）を通過する時間だけ、流体が上流側流路１８から下流側流路１９へと流れた後に、弁体２の平坦面２５が弁座１３のテーパ状突出部１３ａの上面に当接されて流路は完全に封止される。

次に、本実施の形態のダイヤフラムバルブＶの作用について説明する。

このように、本実施の形態のダイヤフラムバルブＶは、弁体２は中央部２１の底面から周縁部２３まで円錐台状に広がる薄肉部２２と中央部２１の底面に設けられて一次側弁孔１１に挿入される円盤状突部２４とを一体に有し、円盤状突部２４が、その側面２４ａと一次側弁孔１１を形成する弁座１３の内面１３ｃとの間に隙間を有すると共に、この隙間の数倍の高さｈの突出量を有して、一次側弁孔１１に嵌合されることを特徴とする。

したがって、流路を封止する際には、円盤状突部２４の側面２４ａと一次側弁孔１１の内面１３ｃとの間の隙間を通じて流体を流すことで、流量を減少させつつ流体を通過させてウォータハンマを低減することができる。

つまり、図６のグラフに示すように、従来型の場合には、隙間が設けられていないことで、封止する際に開口最小面積が直線的に減少するため、封止直前・直後の流量差が大きくなる。

ここにおいて、開口最小面積とは、弁体２と弁座１３との最短距離を円環状の隙間に沿って１周分だけ積分して求めた面積をいう。

これに対して、突起高さ１ｍｍの場合（実施例及び変形例１，２と同型）には、隙間が設けられていることで、封止する際に開口最小面積が所定時間一定に維持されて曲線状にゆるやかに減少することで、その間に一定量の流体が流れるため封止直前・直後の流量差がそれ程大きくはならない。

このように、封止直前・直後の流量差が大きくならないことで、短時間に衝撃的に圧力変動が発生して伝播するウォータハンマを防止することができる。

つまり、閉弁する途中の段階において流量を減らして流体が持つエネルギーを徐々に小さくしていくことで、封止する際に流体が持つエネルギーが小さくなるため、圧力変動のピーク値が小さくなる。

加えて、一次側弁孔１１を封止する際には、同時に二次側弁孔１２を塞ぐように薄肉部２２が移動することになるため、中央部２１の側方などに流体が滞留することを防止できる。

したがって、閉弁した後に滞留した流体が引き続き下流側に流れ込んで振動が減衰するまでの時間が長くなることを防止できる。

さらに、この弁体２は、中央部２１の円盤状突部２４の底面が平坦に形成されているため、従来と比べて全開のときの流量が大きくなる。

また、弁体２に連結されたピストン４をハウジング５内で摺動させる弁体２が下降（閉弁）する際に排気される側の給排気口５９ａは、弁体２が所定時間をかけて弁座１３に当接するように、ハウジング５の壁内部で縮径されることで、弁体２の移動速度が遅くなってウォータハンマを低減することができる。

すなわち、後述の実施例１に示す実験で説明するように、従来は応答性を考慮して早く閉弁するために弁体２が下降（閉弁）する際に排気される側の給排気口５９ａの孔径を比較的大きくしていた。

これに対して本実施の形態では、ウォータハンマを考慮して、ゆっくりと所定時間をかけて閉弁できるように、排気側の給排気口５９ａの孔径を従来と比較して小さくしている。

このように時間をかけて閉弁することで、流体が持つエネルギーが時間をかけて減少するため、ウォータハンマを低減することができる。

加えて、このように所定時間をかけて弁体２を弁座１３に当接させることによって、弁体２自体が流体と逆方向に移動することによって流体に生じる衝撃を緩和することができる。

そして、本実施の形態の弁体２のストローク（移動範囲）は小さいため、封止する際に弁体２の移動によって生じる流体の体積変化を抑制することができる。

また、このように弁体２のストロークを小さくしたうえで、上述したように給排気口５９ａの孔径を細く絞ることで、給排気口５９ａを絞ったことによる動作遅れを抑制できる。

つまり、給排気口５９ａを絞れば、その分だけ時間をかけて閉弁することになるため動作が遅れることになるが、ストロークを短くすることで弁体２の閉弁に要する時間を短縮してやれば、このような動作遅れを抑制できることになる。

さらに、弁座１３の頂面にはテーパ状突出部１３ａが設けられるとともに、弁体２の中央部２１の底面には円盤状突部２４の周囲に円環状の平坦面２５が形成されることで、簡単かつコンパクトな構造によってウォータハンマを低減できる。

すなわち、テーパ状突出部１３ａは、内面が弁座１３の内面１３ｃから連続する台形に形成される単純な形状であり、弁体２の平坦面２５は、円盤状突部２４の周囲に円環面状に形成される単純な形状であるため、弁体２や弁本体１の加工が容易になる。

加えて、この弁座１３の頂面は、円環状の平坦面２５の外周縁に設けられる薄肉部２２の付け根近傍よりも若干内側にずれた位置で接触することとなるため、強度上の弱点となりやすい薄肉部２２の付け根近傍を避けて弁体２の耐久性を向上させることができる。

また、円筒状の隔壁の先端近傍の内面１３ｃは、周方向に沿って薄く円径に切削されているため、円盤状突部２４の側面２４ａとの間で隙間の幅Ｂを全周で均一に保ちつつ、一定時間は隙間の幅Ｂを維持して閉弁することができるようになる（図１，４，５参照）。

つまり、一般に円孔を切削する加工の精度は高いため、同様に精度よく加工された弁体２との間に、微小な幅Ｂを全周に渡って所定の高さｈで均一に形成できる。

以下、前記実施の形態に記載したダイヤフラムバルブＶの弁体２の円盤状突部２４の形状を決めるためにおこなった実験について説明する。

まず、実験条件について説明する。

この実験は、図２に示すように、管路８５，８６の途中にダイヤフラムバルブＶを挿入し、エア配管８８，８９を通じて空気を送ることで弁体２を開閉して、二次側（下流側）の管路８６の圧力変動を圧力計によって計測した。

管路８５の口径を２５（ｍｍ）、流速を３（ｍ／ｓ）、流量を８８（リットル／分）、ポンプ元圧を０．２（ＭＰａ）として実験を実施した。

次に、弁体２及び弁座１３の形状と弁体２の閉止速度を変えて行った実験の結果を図７〜図１１を用いて実験例ごとに説明する。この図７〜図１１では、（ａ）に用いた弁体２及び弁座１３の構成を示し、（ｂ）に上流側（一次側）管路８５の圧力変動（上側）と下流側（二次側）管路８６の圧力変動（下側）とを示した。

図７（ｂ）〜図１１（ｂ）において、縦軸は圧力、横軸は時間を表し、縦軸の１目盛は０．２（ＭＰａ）を表し、横軸の１目盛は１（ｓ）を表している。なお、横軸の左から２目盛目の破線で示した時点で閉弁を開始している。
（従来例）
まず、従来例として、弁体２の中央部２１の底面が円錐台状に形成され、弁座１３の頂面が平坦に形成され、弁体２の閉止時間０．１８６（ｓ）の場合の実験結果について、図７を用いて説明する。

図７（ｂ）の実験結果に示すように、一次側の最大圧力は０．４２４（ＭＰａ）となり、二次側の最大圧力は０．４６９（ＭＰａ）となった。

これは、全閉になる際の流量が大きいことと、単位時間当たりの流量変化が大きいことが原因と考えられる。

つまり、この弁体２には、閉止する際に流体が通過する隙間が設けられていないため、図６の従来型の例に示すように、開度０（％）になる直前の流量が大きくなる。

また、弁体２が下降（閉弁）する際に排気される側の給排気口５９ａ（図１参照）が縮径されていないことで、弁体２が流路を閉止する際の移動速度が大きくなり、単位時間当たりの流量変化が大きくなる。
（従来例の変形例）
次に、図７に示す従来例の変形例として、弁体２の中央部の底面が円錐台状に形成され、弁座１３の頂面が平坦に形成され、弁体２の閉止時間１．１０（ｓ）の場合の実験結果について、図８を用いて説明する。

図８（ｂ）の実験結果に示すように、一次側の最大圧力は０．２５１（ＭＰａ）となり、二次側の最大圧力は０．１８９（ＭＰａ）となった。

これは、全閉になる際の流量が大きい一方で、閉止時間が長くなっているため単位時間当たりの流量変化が小さいことが原因と考えられる。

つまり、この弁体２には、閉止する際に流体が通過する隙間が設けられていないため、図６の従来型の例に示すように、開度０（％）になる直前の流量が大きくなる。

一方で、弁体２が下降（閉弁）する際に排気される側の給排気口５９ａ（図１参照）が縮径されていることで、弁体２が流路を閉止する際の移動速度が小さくなり、単位時間当たりの流量変化が小さくなる。
（実施例）
次に、前記実施の形態に対応する実施例として、弁体２の中央部の底面に円盤状突部２４が設けられ、弁座１３の頂面にテーパ状突出部１３ａが設けられ、弁体２の閉止時間１．３０（ｓ）の場合の実験結果について、図９を用いて説明する。

図９（ｂ）の実験結果に示すように、一次側の最大圧力は０．２５７（ＭＰａ）となり、二次側の最大圧力は０．１２２（ＭＰａ）となった。

これは、全閉になる際の流量が小さいうえに、閉止時間が長くなっているため単位時間当たりの流量変化が小さいことが原因と考えられる。

つまり、この弁体２には、閉止する際に流体が通過する隙間が円盤状突部２４の側面２４ａと弁座１３の内面１３ｃとの間に設けられているため、図６の例に示すように、開度０（％）になる直前の流量が小さくなる。

さらに、弁体２が下降（閉弁）する際に排気される側の給排気口５９ａ（図１参照）が縮径されていることで、弁体２が流路を閉止する際の移動速度が小さくなり、単位時間当たりの流量変化が小さくなる。

加えて、閉弁した際には、薄肉部２２によって中央部２１の側方の空間を封鎖してこの部分に流体が滞留しないようにされることで、減衰に要する時間が短くなっている。
（比較例）
次に、比較例として、弁体２の中央部２１の上部側面に湾曲した薄肉部２２が設けられ、弁体２の中央部２１の底面に円錐状突起が設けられ、弁座１３の頂面にテーパ状突出部が設けられ、弁体２の閉止時間１．３６（ｓ）の場合の実験結果について、図１０を用いて説明する。

図１０（ｂ）の実験結果に示すように、一次側の最大圧力は０．２４４（ＭＰａ）となり、二次側の最大圧力は０．１１５（ＭＰａ）となった。

しかしながら、減衰に要する時間が従来例よりも長くなっているのは、薄肉部２２が弁体２の中央部２１の上部側面に設けられており、中央部２１の側方に空間が生じているため、この空間に閉弁直前に通過した流体が滞留してしまうことが原因と考えられる。
（変形例１）
以下、図１１を用いて、前記実施の形態とは別の形態の弁体２及び弁本体１の組み合わせについて説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

変形例１では、前記実施の形態とは異なり、弁座１３が平坦に形成される場合について説明する。

まず、構成から説明すると、変形例１の弁座１３は、頂面１３ｂにテーパ状突出部１３ａを設けることなく、平坦な頂面１３ｂを備えている。

また、弁体２の中央部２１は、短円柱状に形成されるもので、円柱の一方の端面の中心にピストン４の軸部４２の先端が取り付けられる取付孔２７を有しており、他方の端面には円盤状突部２４が形成されている。

加えて、この中央部２１の底面の円盤状突部２４よりも外側には、円環面状に平坦面２５が形成されて、平坦な頂面１３ｂの上面に当接される。

次に、作用について説明する。

このように、変形例１の弁座１３の頂面１３ｂは平坦に形成されるとともに、弁体２の薄肉部２２の中央部２１に対する付け根には弁座１３の頂面１３ｂに当接する平坦面２５が形成されることで、簡単かつコンパクトな構造によってウォータハンマを低減できる。

すなわち、平坦な頂面１３ｂは弁座１３の上端を平面に加工した単純な形状であり、弁体２の平坦面２５は、円盤状突部２４の周囲に円環面状に形成される単純な形状であるため、弁本体１や弁体２の加工が容易になる。

なお、この他の構成および作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。
（変形例２）
以下、図１２を用いて、前記実施の形態及び変形例１とは別の形態の弁体２及び弁本体１の組み合わせについて説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

変形例２では、前記実施の形態とは異なり、弁座１３が平坦に形成され、かつ円盤状突部２４の周囲にテーパ面２６が形成される場合について説明する。

まず、構成から説明すると、変形例２の弁座１３は、頂面１３ｂにテーパ状突出部１３ａを設けることなく、平坦な頂面１３ｂを備えている。

また、弁体２の中央部２１は、短円柱状に形成されるもので、円柱の一方の端面の中心にピストン４の軸部４２の先端が取り付けられる取付孔２７を有しており、他方の端面には円盤状突部２４が形成されている。

加えて、この中央部２１の底面の円盤状突部２４よりも外側には、円盤状突部２４の側面２４ａから薄肉部２２の付け根へと斜めに傾斜して円錐台状のテーパ面２６が形成されている。

したがって、弁座１３の平坦な頂面１３ｂの内側の角と、この弁体２の円錐台状のテーパ面２６と、は円形に線接触することになる。

次に、作用について説明する。

このように、変形例２の弁座１３の頂面１３ｂは平坦に形成されるとともに、弁体２の薄肉部２２の付け根には頂面１３ｂの内側の角に線接触するテーパ面２６が形成されることで、簡単かつコンパクトな構造によってウォータハンマを低減できる。

すなわち、平坦な頂面１３ｂは弁座１３の上端を平面に加工した単純な形状であり、弁体２のテーパ面２６は、円盤状突部２４の周囲に円錐台状に形成される単純な形状であるため、弁本体１や弁体２の加工が容易になる。

加えて、変形例２のように閉弁する際に、流路（隙間）が斜めに形成されることで、封止直前に流体が斜めに通過するため、流体が滞留することなく通過してウォータハンマを低減できる。

なお、この他の構成および作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態及び実施例では、弁体２に円柱状の中央部２１よりも小さい径の円盤状突部２４が設けられることで、弁座１３との間に隙間を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、弁座１３の頂面近傍の一次側弁孔１１の内径が大きくされて弁体２との間に隙間を形成するものであってもよい。

また、前記実施の形態及び実施例では、逆作動のダイヤフラムバルブＶの弁座１３及び弁体２が隙間を生じる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、正作動や復作動のダイヤフラムバルブに適用することもできる。

本発明の最良の実施の形態のダイヤフラムバルブの構成を説明する断面図である。 ダイヤフラムバルブを備える管路の構成を説明する斜視図である。 本発明の最良の実施の形態のダイヤフラムバルブの構成を分解して説明する分解斜視図である。 実施例のダイヤフラムバルブの動作を説明する説明図である。（ａ）は開いた状態であり、（ｂ）は閉じた状態である。 弁本体と弁体の構成を拡大して説明する拡大断面図である。 弁体のストロークと一次側弁孔の開口最小断面積との関係を示したグラフである。 従来例の実験を説明する説明図である。（ａ）は断面図であり、（ｂ）は圧力変動を示したグラフである。 従来例の変形例の実験を説明する説明図である。（ａ）は断面図であり、（ｂ）は圧力変動を示したグラフである。 実施例の実験を説明する説明図である。（ａ）は断面図であり、（ｂ）は圧力変動を示したグラフである。 比較例の実験を説明する説明図である。（ａ）は断面図であり、（ｂ）は圧力変動を示したグラフである。 変形例１のダイヤフラムバルブの構成を説明する断面図である。（ａ）は閉じた状態の断面図であり、（ｂ）は拡大断面図である。 変形例２のダイヤフラムバルブの構成を説明する断面図である。（ａ）は閉じた状態の断面図であり、（ｂ）は拡大断面図である。

符号の説明

Ｖ ダイヤフラムバルブ
１ 弁本体
１１ 一次側弁孔
１２ 二次側弁孔
１３ 弁座
１３ａ テーパ状突出部
１４ 環状溝
１８ 上流側流路（流路）
１９ 下流側流路（流路）
２ 弁体
２１ 中央部
２２ 薄肉部
２３ 周縁部
２４ 円盤状突部
２５ 平坦面
２６ テーパ面
４ ピストン
５ ハウジング
５８ａ，５９ａ 給排気口

Claims (5)

1. 弁本体に形成される流路と、前記流路の途中に開口した一次側弁孔と、前記一次側弁孔の周囲に設けられる弁座と、前記弁座の周囲に環状に開口した二次側弁孔と、前記二次側弁孔の周囲に設けられる環状溝と、周縁部が前記環状溝に掛止されるとともに中央部の底面が前記弁座に当接して前記流路を封止する弁体と、を備えるダイヤフラムバルブであって、
   前記弁体は、前記中央部の底面から前記周縁部まで円錐台状に広がる薄肉部と、前記中央部の底面から突出されて前記一次側弁孔に挿入される円盤状突部と、を一体に有し、
   該円盤状突部が、その側面と前記一次側弁孔の内面との間に隙間を有すると共に、該隙間の数倍の高さの突出量を有して、前記一次側弁孔に嵌合されることを特徴とするダイヤフラムバルブ。
2. 前記流路を封止するために前記弁体に連結されたピストンをハウジング内で摺動させる空気の給排気口は、前記弁体が所定時間をかけて前記弁座に当接するように、前記ハウジングの壁内部で縮径されることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
3. 前記弁座の頂面には、周方向に沿って断面台形状のテーパ状突出部が設けられるとともに、
   前記弁体の中央部の底面には、前記テーパ状突出部に当接する平坦面が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のダイヤフラムバルブ。
4. 前記弁座の頂面は、平坦に形成されるとともに、
   前記弁体の前記薄肉部の前記底面に対する付け根には、前記頂面に当接する平坦面が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のダイヤフラムバルブ。
5. 前記弁座の頂面は、平坦に形成されるとともに、
   前記弁体の前記薄肉部の前記底面に対する付け根には、前記頂面の内側の角に線接触するテーパ面が形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のダイヤフラムバルブ。

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