JP7426149B2 - ダイヤフラムバルブ - Google Patents

Description

この発明は、ダイヤフラムバルブに関し、特に、シートが着脱可能とされてシートホルダに保持されたダイヤフラムバルブに関する。

図８に示すような従来のダイヤフラムバルブ７０は、流体流入通路７２及び流体流出通路７３を内部に備えるボディ７１と、流体通路の周縁に配置されたシート７５と、ボディ７１の上部に形成された凹所７４に配置され、シート７５に押圧・離間されることで流体通路の開閉を行うダイヤフラム７６と、ダイヤフラム７６の外周縁部を上方から押圧するボンネット７８と、アクチュエータ８０によって上下動させられ、先端にダイヤフラム７６の中央部を押圧するダイヤフラム押さえ７７を配備するステム７９とを備えているものが知られている。

ダイヤフラムバルブ７０のシート７５は、凹所７４の底に形成されたシート収容部８１に加締めによって固定されているので、シート７５の摩滅等があった場合、シート７５を容易に交換することが難しく、ボディ７１自体の交換が必要となる場合もある。

ダイヤフラムバルブ７０のシート７５が容易に交換できない問題を改善するためのダイヤフラムバルブとして、特許文献１に示すようなシートを保持するシートホルダがある。（図９参照）

図９に示すダイヤフラムバルブ１００は、流入路１０８と流出路１０９とを備えたボディ１０２と、ボディ１０２内に着脱可能に設けられて流入路１０８と流出路１０９の途中に位置するシート１０３と、ボディ１０２内のシート１０３の外周に設けられてシート１０３を保持する為のシートホルダ１０４と、シート１０３とシートホルダ１０４の上方に設けられて中央部がシートに当接・離間可能なダイヤフラム１０５と、ダイヤフラム１０５の上方に設けられてダイヤフラム１０５をシート１０３に当接・離間させる駆動手段１０６と、ボディ１０２に設けられてシート１０３の内周に位置してシートホルダ１０４との間でシート１０３を保持する隆起部１０７と、が備えられている。

シート１０３は、隆起部１０７に形成されたシート収容部１１１に収容されている。ダイヤフラム１０５は、ボンネット１１６によって上方から押圧されて固定されている。シートホルダ１０４は、シートホルダ収容部１１２内に収容されている。シート１０３の係止段部１１３とシートホルダ１０４の係止段部１１４とが合わせられて、シート１０３は、ボディ１０２に着脱可能に固定されている。シートホルダ１０４には、連通孔１１５が形成され、この連通孔１１５を通過した流体が流出路１０９から外部に流れ出る。

特開２００３－４２３１４公報

図９の特許文献１に記載のバルブは、シート１０３が取り換え可能ではあるが、シート収容部１１１とシート１０３との間には隙間（クリアランス）があり、シートホルダ収容部１１２とシートホルダ１０４との間にもクリアランスがある。このクリアランスのためにシート１０３及びシートホルダ１０４とは、バルブ稼働中にずれを生じる場合があり、これらの部材の摩耗の原因となる。特に、取り扱う流体の圧力が高ければ高くなるほど、このずれが、バルブの性能に影響を与える可能性が高くなる。このずれを生じさせないためには、ボンネット１１６による上方からの押圧力を非常に高くする必要があるが、それにも限界がある。また、図９に示すダイヤフラムバルブ１００は、そのボディ１０２にはシートホルダ収容部１１２を形成するとともに、シート１０３を保持する隆起部１０７が形成され、加締めによってシートを固定するタイプのバルブボディと形状が異なる。このため、シートの交換が必要のない加締めタイプのダイヤフラムバルブに使用するバルブボディと異なるバルブボディを製作する必要があり、歩留まりが悪化するとともに、製品コストの低廉化が困難であるという問題もあった。

この発明の目的は、容易に交換可能なシートを備えるダイヤフラムバルブであって、バルブ稼働中にシートがずれる可能性の低く、加締めタイプのダイヤフラムバルブに使用するバルブボディと兼用することのできるシートホルダ付きダイヤフラムバルブを提供することである。

本発明（１）は、流体流入通路及び流体流出通路が設けられたボディと、当該ボディ内に弁室を形成する凹所と、当該凹所の底の前記流体流入通路が開口する周縁に着脱可能に配置されたシートと、前記ボディに着脱可能に配置されて前記シートを保持するシートホルダと、前記シートに押圧・離間させられることで前記流体流入通路の開閉を行うダイヤフラムと、当該ダイヤフラムの外縁を上方から押圧するボンネットと、を備えているダイヤフラムバルブにおいて、前記シートは、上側外周部に段差を有し、前記シートホルダは、中央に前記シートが貫通する貫通孔を有する下方に凸の円錐環形状であって、斜面に流体が通る流通孔を備え、当該シートホルダの外縁の上面は前記ダイヤフラムの外縁の下面に接し、当該シートホルダの外縁の下面は、前記凹所の底の外縁面に接し、前記シートホルダは、当該シートホルダの内縁の下面が、前記シートの前記段差の大径側上面に接し、前記ボンネットによって、前記シートを下方に押圧するように配置されていることを特徴とするダイヤフラムバルブである。

特許文献１に記載のダイヤフラムバルブでは、シートを固定するためのシートホルダを備えているが、水平方向のずれを防ぐための手段は、ボンネットによる上方からの押圧力に起因する摩擦抵抗によるものであった。このため、摩擦抵抗力は小さいため、流体の圧力が大きくなると十分ではなかった。

本発明（１）のダイヤフラムバルブは、特許文献１に記載のダイヤフラムバルブと同じくシートホルダを備えており、部品要素の数は特許文献１に記載のダイヤフラムバルブと同じであるが、シートホルダにばね性を持たせていることが異なっている。このシートホルダにばね性を持たせていることが本発明（１）の特徴である。

本発明（１）のダイヤフラムバルブにおけるシートは、上側外周部に段差を有し、シートホルダは、中央にシートが貫通する貫通孔を有する下方に凸の円錐環形状であって、斜面に流体が通る流通孔を備え、シートホルダの外縁の上面はダイヤフラムの外縁の下面に接し、シートホルダの外縁の下面は、凹所の底の外縁面に接している。シートホルダは、シートホルダの内縁の下面が、前記シートの前記段差の大径側上面に接し、ボンネットによって、シートを下方に押圧するように配置されている。ボンネットによる上方から下方に向かう力は、シートホルダを撓ませ、シートホルダの自然高さは小さくなる。高さ方向に圧縮させられたシートホルダには、元に戻ろうとする力が発生し、この発生した力がシートを下方に押圧するため、シートの横ずれが防止される。

本発明（２）は、前記シートホルダが、皿ばねであることを特徴とする本発明（１）のダイヤフラムバルブである。

本発明（２）のダイヤフラムバルブは、シートホルダが、一般に用いられる皿ばねを利用したものである。

皿ばねは、構造部材の部品として汎用されており、この汎用品をシートホルダとして用いることによって製造コストを下げることができる。

この発明のダイヤフラムバルブによると、シートが容易に取り換え可能であり、かつ、バルブ稼働中のシートの横ずれを防止することができる。また、シートホルダは、下方に凸の円錐環形状であり、特異な形状をしていないため、加締めタイプのダイヤフラムバルブに使用するバルブボディと兼用することができる。

シートホルダ付きダイヤフラムバルブの実施例１の部分断面図である。 実施例１のダイヤフラムバルブに用いられるシートホルダの平面図（Ａ）と断面図（Ｂ）を示す。 シートホルダ付きダイヤフラムバルブに用いることができるシートホルダの別の実施例の斜視図（Ａ）とさらに別の実施例の平面図（Ｂ）を示す。 シートをボディに装着する直前の状態を示す端面図である。 シートが装着されたボディに、シートホルダを配置した状態を示す断面図である。 シートホルダが配置されたボディに、ダイヤフラムとボンネットを配置した状態を示す断面図である。 ボンネットを下方に押圧して、ダイヤフラムとシートホルダを完成状態に設置した状態を示す断面図である。 シートがボディに加締めによって固定されている従来型のダイヤフラムバルブを示す。 シートがシートホルダによって保持されている特許文献１に記載の従来型のダイヤフラムバルブを示す。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、便宜的に図面上での方向によって部材等の方向を上下左右と指称することがあるが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。

図１は、この発明による実施例１のシートホルダ付きダイヤフラムバルブの部分断面図である。このダイヤフラムバルブ１は、バルブボディ１０と、アクチュエータ６５とを備えている。バルブボディ１０には、流体流入通路１１と流体流出通路１２が形成され、弁室を含む凹所１３が形成され、ダイヤフラム４０が配置されている。

アクチュエータ６５によって上下動させられるステム５０の先端にはダイヤフラム４０の中央部を押圧するダイヤフラム押え５１が備えられている。ダイヤフラム５０は、ボディ１０内であって、凹所１３の底の流体流入通路１１の周縁に着脱可能に配置されたシート２０とダイヤフラム押え５１による押圧・離間させられることで流体流入通路１１の開閉を行う。シート２０の周囲に、シート２０を保持するシートホルダ３０が配置されている。ダイヤフラム４０及びシートホルダ３０は、ボンネット６０により上方から力が加えられて、ボディ１０にしっかりと固定させられている。

図２は、実施例１のダイヤフラムバルブに用いられるシートホルダの平面図（Ａ）と断面図（Ｂ）を示す。シートホルダ３０は、上面を見ると、円環形状をしており、中央に貫通孔３１が形成され、この貫通孔３１の内縁側面をシート収容部１６に収容したシート２０の段差２１に当接するように貫入する。外縁には、外縁の上面３３があり、外縁と内縁の間は斜面３６が形成されている。斜面３６には流体が流れる流通孔３２が４つあけられている。この流通孔の数と形状はこの実施例に限られるものではなく種々のものを選択することができる。

図２の断面図（Ｂ）を見ると、外縁の下面３４と内縁の下面３５が現れている。外縁の上面３３と外縁の下面３４との間の距離は、ダイヤフラムバルブ１にセットされる際には、ボンネット６０によって上下方向に押圧されるので縮められる。その反発力でシートホルダ３０は上下方向に拡がろうとして、シートホルダ３０にはばね性が発現する。

図３（Ａ）は、シートホルダ付きダイヤフラムバルブに用いることができる別の実施例のシートホルダ３０’の斜視図を示す。中央には貫通孔３１’が形成され、斜面３６’には１８個の流通孔３２’があけられている。流通孔３２’と貫通孔３１’との間は、１８本の流通溝３７が、貫通孔３１’と流通孔３２’をつなぐように形成されている。ダイヤフラムがシートから離間したとき流体は、貫通孔３１’から流通孔３２’と流通溝３７とを通過し、流体流出通路１２に流れることができる。また、内縁の下面３５’と外縁の下面３４’は、図３に示す箇所に形成されている。また、図３（Ｂ）はさらに別のシートホルダ３０の平面図で、図２（Ａ）のシートホルダ３０の貫通孔３１から複数（図例４箇所）の溝部３８が形成され、シートホルダ３０のばね性を向上させている。また溝部３８や流通溝３７を設けることで、シート２０の押圧箇所が全周とはならないことから、シート２０の回転を有効に防止することもできる。

流通孔３２、３２’や流通溝３７の数や大きさにより、シートホルダ３０、３０’のばね強度と単位時間当たりの流体の流量は変化する。また、シートホルダ３０、３０’のばね強度は、シートホルダ３０、３０’の厚みによって調節することもできるので、これらのパラメータの組み合わせを適宜変更することによって、望ましいばね性強度と単位時間当たりの流体の流量とすることが可能となる。

図４は、シート２０をボディ１０に装着する直前の状態を示す端面図である。ボディ１０には、シート２０を収納するシート収容部１６が形成されている。凹所１３の底には凹所の底１４があり、その外縁には外縁面１５がある。本実施形態では、凹所１３の底近くの内周には突出部１７を形成し、仮組時のシートホルダ３０の安定性を担保しているが、必ずしも突出部１７を形成する必要はない。シート２０には、外周側に段差２１が形成され、段差２１の上面の位置に段差の上面２２が形成されている。シート２０は、シート収容部１６に圧入等をしなくとも納め入れることができるように形成されているが、クリアランスが大きくなりすぎないようにしてある。このボディ１０は、加締めタイプのダイヤフラムバルブに使用するバルブボディと兼用することができるものである。

図５は、シート３０がシート収容部１６に装着されたボディ１０に、シートホルダ３０を配置した状態を示す断面図である。シートホルダ３０のばね性を利用して、シートホルダ３０の外周は突出部１７を乗り越えて配置されている。外縁の上面３３は、突出部１７の下面に接触しているが、設計によっては必ずしも接触させる必要はない。外縁の下面３４と、外縁面１５との間には隙間がある。この隙間は、この組み立て段階では、シートホルダ３０にばね性を持たせるために必要なものである。

図６は、シートホルダ３０が配置されたボディ１０に、ダイヤフラム４０とボンネット６０を乗せて配置した状態を示す断面図である。この組み立て段階でも、外縁の下面３４と、外縁面１５との間には隙間がある。ボンネット６０は、下端部の外側面が削られ、ボンネット大径部６１とボンネット小径部６２が形成され、ボンネット大径部６１の底面であるボンネット大径部底面６３が形成されている。

図７は、ボンネット６０を下方に押圧して、ダイヤフラム４０とシートホルダ３０を完成状態に設置した状態を示す断面図である。シートホルダ３０の外縁の下面３４がボディ１０の外縁面１５と接触し、シートホルダ３０は、撓んでいる状態である。この撓んだ状態から元に戻ろうとする復元力によって、シートホルダ３０の内縁の下面３５がシート２０の段差の上面２２を下方に押し下げようとする力が働くので、バルブ稼働中であってもシートが抜けることはなく、また横ずれや回転が抑えられる。

本国際出願は、２０２０年１０月２０日に出願した日本国特許出願２０２０－１７５８４０号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０２０－１７５８４０号の全内容を本国際出願に援用する。

この発明によるシートホルダを備えるダイヤフラムバルブは、高圧の流体を流す場合であっても、シートの横ずれが起こりにくく、シートの交換も容易に行うことができる。

１ ：ダイヤフラムバルブ
１０：ボディ
１１：流体流入通路
１２：流体流出通路
１３：凹所
１４：凹所の底
１５：外縁面
１６：シート収容部
１７：突出部
２０：シート
２１：段差
２２：段差の上面
３０、３０’：シートホルダ
３１、３１’：貫通孔
３２、３２’：流通孔
３３：外縁の上面
３４、３４’：外縁の下面
３５、３５’：内縁の下面
３６、３６’：斜面
３７：流通溝
４０：ダイヤフラム
５０：ステム
５１：ダイヤフラム押え
６０：ボンネット
６１：ボンネット大径部
６２：ボンネット小径部
６３：ボンネット大径部底面
６５：アクチュエータ
７０、１００：ダイヤフラムバルブ
７１、１０２：ボディ
７２、１０８：流体流入通路
７３、１０９：流体流出通路
７４：凹所
７５、１０３：シート
７６、１０５：ダイヤフラム
７７：ダイヤフラム押え
７８、１１６：ボンネット
７９、１１７：ステム
８０：アクチュエータ
８１、１１１：シート収容部
１０４：シートホルダ
１０６：駆動手段
１０７：隆起部
１１０：弁室
１１２：シートホルダ収容部
１１３：係止段部
１１４：係止段部
１１５：連通孔

Claims (2)

1. 流体流入通路及び流体流出通路が設けられたボディと、当該ボディ内に弁室を形成する凹所と、当該凹所の底の前記流体流入通路が開口する周縁に着脱可能に配置されたシートと、前記ボディに着脱可能に配置されて前記シートを保持するシートホルダと、前記シートに押圧・離間させられることで前記流体流入通路の開閉を行うダイヤフラムと、当該ダイヤフラムの外縁を上方から押圧するボンネットと、を備えているダイヤフラムバルブにおいて、
   前記シートは、上側外周部に段差を有し、
   前記シートホルダは、中央に前記シートが貫通する貫通孔を有する下方に凸の円錐環形状であって、斜面に流体が通る流通孔を備え、当該シートホルダの外縁の上面は前記ダイヤフラムの外縁の下面に接し、前記ボンネットが前記シートホルダの外延を押圧することによって当該シートホルダの外縁の下面は、前記凹所の底の外縁面に接し、
   前記シートホルダは、当該シートホルダの内縁の下面が、前記シートの前記段差の大径側上面に接し、前記ボンネットによって、前記シートを下方に押圧するように配置されていることを特徴とするダイヤフラムバルブ。
2. 前記シートホルダは、皿ばねであ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。
   

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