JPH08511853A - ダイヤフラム弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 気体または液体の流体流れを制御するダイヤフラム弁は、弁室（１０２）を有する弁箱（１０１）と、弁箱内に配された弁座手段（１１０ａ，１１０ｂ）と、少なくとも１つの弁座手段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（１１２）と、ダイヤフラムを作動する制御手段（１１７，１１８）とを含み、前記弁室（１０２）内には中央溝（１０４）と、該中央溝の各側部において第１側溝（１０３）及び第２側溝（１０４）とがそれぞれ開口しており、各溝は流体用の外部接続部（１０６，１０７，１０８）をそれぞれ有している。各弁座手段（１１０ａ，１１０ｂ）の少なくとも一部分は、中央溝（１０４）及び側溝（１０３，１０４）の１つと共通である。２つの制御手段（１１７，１１８）は、一方では中央溝と各側溝の間で流体の通路を遮断するように、各弁座手段に対してダイヤフラム（１１２）をそれぞれ押圧し、他方では中央溝と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。

Description

【発明の詳細な説明】 ダイヤフラム弁 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（１７，１８）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（１７，１８）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（３４，３ ５）を介して各ピストン（２８，２９）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（３２，３３）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（１７，１８）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（１７，１８）の表面部は、各 ブロックが個々の弁座（９）及び（１１）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、相互に季離した溝（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（９，１ １）、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卜状またはトレ ー状の形状を呈している。さらにダイヤフラムは、弁箱（１）どハウジング（１ 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（１２ ａ，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 可能になる。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（１１ ４）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（１１５ａ）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（１２１，１２２）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（１４５，１４６）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（ １３０，１３１）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（１ １０ａ，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（２０３，２０ ４，２０５）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（１０ １ａ，１０１ｂ）は、ダイヤフラムが開く際、溝（１０３，１０５）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，１０１ｂ）（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 溝内に及んだ圧力の結果及び／またはダイヤフラム内に既存の予備張力に起因し てダイヤフラムの「上昇」が起こることを意味する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 密閉接触または開離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、各溝は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，１１０ｂ）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。 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。 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。 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。 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。 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；１２５，１２６）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。 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。 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。 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。 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。