JP7240718B2 - ダイヤフラム弁 - Google Patents

Description

この発明は、ダイヤフラム弁に関し、特に、ウエア形と称されているダイヤフラム弁に関する。

ダイヤフラム弁として、流体通路に弁座とされるせき(WEIR)を設けて、これに対してダイヤフラムを当接・離隔することで流体通路を開閉するウエア形と称されているものが知られている。

ダイヤフラム弁は、半導体、バイオ、医薬品等の生産プロセスで使用されることがあり、この用途では、ダイヤフラムが破損してしまう前に、異常を検知することが望まれている。特許文献１には、ダイヤフラムを接液シート、電極部材および緩衝部材と一体に形成し、ダイヤフラムの異常の有無をダイヤフラムに設けた電極部材間の電気抵抗の変化を測定して検知することが開示されている。

特開２０１３－１１７２４１号公報

特許文献１のものでは、ダイヤフラムを従来とは違う構成とすることから、従来から使用されていて性能が確認されているダイヤフラムが使用できないという問題がある。

この発明の目的は、ダイヤフラムとしては、従来のものをそのまま使用し、なおかつ、異常を早期に検知することができるダイヤフラム弁を提供することにある。

この発明によるダイヤフラム弁は、流体通路を有するボディと、弁座に当接・離隔することにより流体通路を開閉するダイヤフラムと、ダイヤフラムを開または閉方向に移動させる操作機構とを備え、弁座とされるせきが流体通路の中程に設けられるとともに、ダイヤフラムの中央部に、せきに当接するシールラインが設けられているダイヤフラム弁において、前記ダイヤフラムのシールラインが当接する前記せきの上面に、シールラインの幅よりも広い幅を有する帯状の面圧センサがシールラインの全長に亘って設けられていることを特徴とするものである。

ダイヤフラムは、操作機構から受ける力によって、そのシールラインがボディのせきの上面に当接し、これにより、流体通路が閉鎖される。ダイヤフラム弁の使用に伴って、シールラインは潰れ、シールラインがせきに接触する面積が増大する。接触面積が増大した場合、操作機構からダイヤフラムに負荷される力は一定であるので、せきに掛かる面圧が低下する。したがって、せきに設けられた面圧センサの出力を監視して面圧低下を検知することにより、ダイヤフラムの異常を早期に検知することができる。

この発明のダイヤフラム弁によると、せきに設けられた面圧センサの出力を監視して面圧低下を検知することにより、ダイヤフラムの異常を早期に検知することができ、ダイヤフラムの交換などの対応を取ることができる。ダイヤフラムは、従来と同じものが使用でき、従来のダイヤフラム弁と同じ性能を維持して、異常を早期に検知することができる。

図１は、この発明によるダイヤフラム弁の１実施形態の全体構成を示す縦断面図である。 図２は、面圧センサが設けられたボディを示す縦断面図である。 図３は、面圧センサが設けられたボディを示す平面図である。 図４は、作用効果を説明するための要部の縦断面図である。 図５は、面圧センサで測定される圧力を説明する図で、（ａ）はダイヤフラム弁が正常時の状態を示し、（ｂ）はダイヤフラム弁が経時変化による異常時の状態を示している。

この発明のダイヤフラム弁の１実施形態を図１から図４までに示す。以下の説明において、上下・左右は、図１の上下・左右をいうものとし、また、同図の紙面表側を前、紙面裏側を後というものとする。この上下・左右・前後は便宜的なもので、設置に際しては、上下が逆になったり、水平になったりすることもある。

このダイヤフラム弁１は、ウエア形でかつ自動のもので、図１に示すように、左右にのびる流体流入通路２ａおよび流体流出通路２ｂを有するボディ２と、ボディ２の流体流入通路２ａと流体流出通路２ｂとの間に設けられた弁座としてのせき３と、せき３の上面３ａに対して当接・離間することで流体流入通路２ａと流体流出通路２ｂとの間を開閉するダイヤフラム４と、ボディ２との間でダイヤフラム４の周縁部を保持するボンネット５と、ダイヤフラム４に吊り金具７を介して接続されたステム６と、ステム６下端部に固定されたダイヤフラム押さえ８と、ステム６を上下移動させてダイヤフラム４を開または閉方向に移動させる操作機構９とを備えている。

ダイヤフラム４は、せき３に接する側の樹脂層（例えばＰＴＦＥ製）１０と、ダイヤフラム押さえ８に接する側のゴム層１１との２層構造とされている。ダイヤフラム４には、図４に示すように、左右の中央部において、前後に延びるシールライン４ａが設けられている。シールライン４ａは、球面状部分から僅かに突出しており、せき３の上面３ａに当接する部分となっている。

操作機構９は、図示省略するが、例えば、ステム６に固定されたピストンを圧縮コイルばねの付勢力に抗して圧縮空気によって上下させるものとされる。圧縮空気の圧力は、一定に制御されており、ステム６からダイヤフラム４に負荷される力は一定に維持される。

上記の構成は、従来のものと同じであり、この実施形態のダイヤフラム弁１は、さらに、Ｓで示すセンサ取付け位置に、図２および図３に示すシート状の面圧センサ１２が設けられている。

面圧センサ１２は、せき３とダイヤフラム４との間に発生する上下方向の力を測るセンサであり、図２および図３に示されているように、前後にのびる帯状とされて、せき３の上面３ａに、シールライン４ａの全長に亘って設けられている。経時変化によってせき３の上面３ａに作用する面圧が低下すると、漏れの発生のおそれが増大する。そこで、面圧センサ１２によって面圧を測定し、面圧が所定値以下に達した場合には異常と判定して、ダイヤフラム４を交換することにより、漏れの発生に対して早期に対応することができる。面圧センサ１２としては、例えば、XSENSOR社の面圧センサを使用することができる。

せき３とダイヤフラム４との間に発生する上下方向の力については、正常時は、図５（ａ）に示すように、ダイヤフラム４のシールライン４ａがせき３の上面３ａに強く接触する。これに応じて、せき３の上面３ａには、ハッチングＡ１で示している範囲に、ＰＡで示すような面圧分布を持つ大きな面圧が発生する。これにより、流体流入通路２ａと流体流出通路２ｂとの間が確実に閉鎖される。

ダイヤフラム弁１の使用に伴って、ダイヤフラム４のシールライン４ａは、図５（ｂ）に示すように潰れて左右に広がる。これにより、シールライン４ａがせき３の上面３ａに接触する範囲は、上記のハッチングＡ１で示している範囲と同じハッチングＢ１で示している範囲に、ハッチングＢ２で示している範囲が加わり、接触面積が増大する。ステム６からダイヤフラム４に負荷される力は一定であるので、接触面積の増大により、せき３の上面３ａに掛かる面圧が低下し、ＰＢで示すような面圧分布を持つ面圧となる。したがって、せき３の上面３ａに設けられた面圧センサ１２の出力を監視して面圧低下を検知することにより、ダイヤフラム４の異常を早期に検知することができる。

面圧センサ１２の幅は、正常時の接触幅、すなわち、正常時のシールライン４ａの接触幅よりも広い幅とされ、これにより、面圧センサ１２によって得られる面圧の大きさから異常の有無の判定を行うことができる。

なお、上記において、圧縮空気を使用した自動ダイヤフラム弁１を示したが、上記の早期異常を検知する面圧センサ１２は、ハンドルを手動で回転させることで、ステムを上下移動させる手動ダイヤフラム弁にも適用することができる。また、ダイヤフラムは、２層のものに限らず、ＥＰＤＭゴム１層からなるものでもよく、従来の種々のものを使用することができる。

この発明によると、半導体、バイオ、医薬品等の生産プロセスで広く使用されているダイヤフラム弁の性能向上に寄与することができる。

１：ダイヤフラム弁
２：ボディ
２ａ：流体流入通路（流体通路）
２ｂ：流体流出通路（流体通路）
３：せき（弁座）
３ａ：上面
４：ダイヤフラム
９：操作機構
１２：面圧センサ

Claims (1)

1. 流体通路を有するボディと、弁座に当接・離隔することにより流体通路を開閉するダイヤフラムと、ダイヤフラムを開または閉方向に移動させる操作機構とを備え、弁座とされるせきが流体通路の中程に設けられるとともに、ダイヤフラムの中央部に、せきに当接するシールラインが設けられているダイヤフラム弁において、
   前記ダイヤフラムのシールラインが当接する前記せきの上面に、シールラインの幅よりも広い幅を有する帯状の面圧センサがシールラインの全長に亘って設けられていることを特徴とするダイヤフラム弁。

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