KR20150000500A

KR20150000500A - 다이어프램 밸브

Info

Publication number: KR20150000500A
Application number: KR1020147031209A
Authority: KR
Inventors: 히사토시 아카모토; 마코토 아베; 구니오 우에다
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2015-01-02
Also published as: TW201408919A; JP6002448B2; WO2013180150A2; DE112013002744T5; US20150115191A1; TWI591282B; US9404592B2; WO2013180150A3; JP2013249872A; CN105008777A

Abstract

원반형 다이어프램의 문제점, 즉, 변형량이 크고 발진(發塵)하기 쉽다고 하는 문제, 개폐에 따르는 유체 통로의 용적 변화가 크다고 하는 문제, 및 통로 폐쇄시의 다이어프램의 수압(受壓) 면적이 크다고 하는 문제를 해소할 수 있는 다이어프램 밸브를 제공한다. 다이어프램(5)은 합성 수지제로 되어 있고, 밸브봉(4)에 끼워진 원통형부(21), 원통형부(21)의 하단 개구를 폐쇄하고 있는 바닥벽부(22), 원통형부(21)의 상단부에 형성된 플랜지부(23), 및 바닥벽부(22) 중앙부에 형성되며 유체 유입 통로(2a) 상단 개구를 향하는 볼록부(24)로 이루어진다. 원통형부(21)의 축방향 중간 부분(33)은 종단면 형상이 직경방향 외측으로 볼록한 대략 원호 형상으로 되어 있다.

Description

다이어프램 밸브{DIAPHRAGM VALVE}

본 발명은 다이어프램 밸브에 관한 것으로, 특히, PTFE 등의 합성 수지제의 다이어프램을 사용한 다이어프램 밸브에 관한 것이다.

다이어프램 밸브로서, 유체 통로가 형성된 보디와, 보디에 형성된 유체 통로의 주연(周緣)에 착탈 가능하게 배치된 시트와, 시트에 압박·이격됨으로써 유체 통로의 개폐를 행하는 원반형 다이어프램과, 다이어프램의 중앙부를 압박하는 다이어프램 누름부를 상하 이동시키는 상하 이동 수단을 구비하고 있는 것이 알려져 있다(특허문헌 1 등).

이러한 다이어프램은, 그 외주연부가 보디에 고정됨으로써, 보디에 형성된 상향 오목부의 개구를 시일하고, 그 중앙 부분이 외주연부에 대하여 탄성 변형 가능(상하 이동 가능)하게 되며, 밸브봉의 상하 이동에 따라 탄성 변형하여 유체 통로 개폐에 기여한다.

다이어프램은, 예컨대, 니켈 합금 박판으로 이루어지는 것으로 되어 있고, 원형으로 잘라내며, 중앙부를 상방으로 팽출시킨 역(逆)접시 형태로 형성된다. 다이어프램은, 스테인리스강 박판으로 이루어지는 것이나, 스테인리스강 박판과 니켈·코발트 합금 박판의 적층체로 이루어지는 것으로 되어 있는 경우가 있다. 또한, PTFE제의 다이어프램도 알려져 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2003-42314호 공보

상기 종래의 다이어프램 밸브에서는, 다이어프램의 원반형 부분 전체가 변형하기 때문에, 변형량이 크고 발진(發塵)하기 쉽다고 하는 문제가 있고, 또한, 개폐에 따르는 유체 통로의 용적 변화가 크다고 하는 문제나, 통로 폐쇄시의 다이어프램의 수압(受壓) 면적이 크다고 하는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은, 원반형 다이어프램의 문제점, 즉, 변형량이 크고 발진하기 쉽다고 하는 문제, 개폐에 따르는 유체 통로의 용적 변화가 크다고 하는 문제, 및 통로 폐쇄시의 다이어프램의 수압 면적이 크다고 하는 문제를 해소할 수 있는 다이어프램 밸브를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의한 다이어프램 밸브는, 유체 통로가 형성된 보디와, 보디의 상방에 설치된 케이싱과, 유체 통로를 개폐하는 다이어프램과, 상승 또는 하강함으로써 다이어프램을 폐쇄 방향 또는 개방 방향으로 이동시키는 밸브봉을 구비하는 다이어프램 밸브에 있어서, 다이어프램은 합성 수지제로 되어 있으며, 밸브봉에 끼워진 원통형부, 원통형부의 하단 개구를 폐쇄하고 있는 바닥벽부, 원통형부의 상단부에 형성된 플랜지부, 및 바닥벽부의 중앙부에 형성되며 유체 통로 상단 개구를 향하는 볼록부로 이루어지고, 원통형부의 축방향 중간 부분의 종단면 형상은 직경방향 외측으로 볼록한 대략 원호 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

다이어프램은, 종래와 같은 원반형이 아니라, 플랜지부를 갖는 원통형부와 볼록부가 형성된 바닥벽부로 이루어지는 바닥이 있는 대략 원통 형상으로 되어 있다. 그리고, 원통형부의 축방향 중간 부분의 종단면 형상이 직경방향 외측으로 볼록한 대략 원호 형상으로 되어 있음으로써, 원통형부의 축방향 중간 부분은 축방향으로 용이하게 탄성 변형(압축 변형)할 수 있다.

이에 의해, 다이어프램의 볼록부가 유체 통로의 상단 개구를 폐쇄하는 폐쇄 상태와, 원통형부가 압축 변형시켜져 다이어프램의 볼록부가 유체 통로의 상단 개구로부터 이탈한 개방 상태가 얻어진다. 여기서, 원통형부의 변형은, 원통형을 유지한 상태에서의 변형이며, 유체 통로의 개구를 폐쇄하고 있는 볼록부는 변형하지 않기 때문에, 중앙부가 변형하는 원반형 다이어프램에 비해 변형을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 변형량이 크고 발진하기 쉬우며, 개폐에 따르는 유체 통로의 용적 변화가 크고, 통로 폐쇄시의 다이어프램의 수압 면적이 크다고 하는 원반형 다이어프램이 갖고 있는 문제점을 해소할 수 있다.

다이어프램은, 금형을 사용한 합성 수지제 성형품이나 기계 가공에 의한 가공품으로서 얻을 수 있다. 합성 수지로서는, 특별히 한정되지 않으나, 내약품성 및 내부식성이 높은 4불화에틸렌 수지(PTFE) 등의 불소 수지가 적합하다. 이러한 합성 수지제로 함으로써, 금속제의 다이어프램에 비해 내식성도 향상시킬 수 있다. PTFE 이외의 불소 수지로서는, 4불화에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 4불화에틸렌-6불화프로필렌 공중합체(FEP), 에틸렌-4불화에틸렌 공중합체(ETFE), 불화비닐리덴 수지(PVDF) 등을 들 수 있다.

다이어프램의 원통형부의 하부 내주에 암나사부가 형성되고, 상기 암나사부가 밸브봉의 외주에 형성된 수나사부에 나사 결합됨으로써 다이어프램이 밸브봉에 부착되며, 원통형부의 축방향 중간 부분은 원통형부의 하부에 비해 얇은 두께로 되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 밸브봉의 이동에 따르는 다이어프램의 이동이 확실하게 행해지고, 다이어프램의 원통형부의 축방향 중간 부분에 있어서의 탄성 변형량을 크게 할 수 있다.

밸브봉을 안내하고 상방으로 이동한 다이어프램의 플랜지부를 수용하는 원통형 안내부가 케이싱에 설치되어 있으며, 원통형 안내부의 하단면과 다이어프램의 플랜지부의 상면 사이에 탄성 부재가 개재되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 밸브봉을 안내하는 원통형 안내부가 다이어프램의 플랜지부를 수용하는 기능도 갖고 있음으로써 구조가 간단화되고, 또한, 원통형 안내부의 하단면과 다이어프램의 플랜지부의 상면 사이에 탄성 부재가 개재되어 있음으로써, 합성 수지제의 다이어프램이 손상되는 것이 방지된다.

다이어프램 밸브는, 상하 이동 수단이 개폐 핸들 등의 수동 밸브여도 좋고, 상하 이동 수단이 적절한 액추에이터로 된 자동 밸브여도 좋으며, 자동 밸브인 경우의 액추에이터는, 유체(공기)압에 의한 것이어도 좋고, 전자력에 의한 것이어도 좋다.

한편, 본 명세서에 있어서, 밸브봉의 이동 방향(다이어프램의 축방향)을 상하 방향이라고 말하는 것으로 하지만, 이 방향은 편의적인 것이며, 실제의 부착에서는, 상하 방향이 연직 방향으로 될 뿐만 아니라, 수평 방향으로 되는 경우도 있다.

본 발명의 다이어프램 밸브에 의하면, 변형량이 크고 발진하기 쉬우며, 개폐에 따르는 유체 통로의 용적 변화가 크고, 통로 폐쇄시의 다이어프램의 수압 면적이 크다고 하는 원반형 다이어프램이 갖고 있는 문제점을 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 다이어프램 밸브의 1 실시형태를 도시한 종단면도이다.
도 2는 다이어프램의 외주면을 확대하여 도시한 도면으로서, 유체 통로가 폐쇄된 상태를 나타내고 있다.
도 3은 다이어프램의 외주면을 확대하여 도시한 도면으로서, 유체 통로가 개방된 상태를 나타내고 있다.

본 발명의 실시형태를, 이하 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 상하 및 좌우는, 도 1의 상하 및 좌우를 말하는 것으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 다이어프램 밸브의 1 실시형태를 나타내고 있으며, 다이어프램 밸브(1)는, 보디(2)와, 보디(2)의 상방에 부착된 케이싱(3)과, 케이싱(3) 내에 상하 이동 가능하게 배치된 밸브봉(4)과, 밸브봉(4) 하부에 끼워진 다이어프램(5)과, 밸브봉(4)의 상단부에 밸브봉(4)에 일체로 설치된 피스톤(6)과, 케이싱(3)의 상부에 형성되며 피스톤(6)을 상하 이동 가능하게 수용하는 실린더실(7)과, 케이싱(3)의 상단 개구를 폐쇄하는 캡(8)과, 캡(8)의 중앙부를 관통하는 어저스터(adjuster; 9)를 구비하고 있다.

보디(2)에는, 상향으로 개구된 오목부(11)가 형성되어 있다. 오목부(11)의 바닥면에, 하단에 개구된 유체 유입 통로(2a)의 상단 개구가 통하고 있고, 오목부(11)의 우측면에, 우단에 개구된 유체 유출 통로(2b)의 좌단이 통하고 있다. 보디(2)의 오목부(11)는, 상측의 대직경부(11a)와, 대직경부(11a)에 단차면(11c)을 통해 연속해 있는 하측의 소직경부(11b)로 이루어진다.

다이어프램(5)은, 합성 수지제로 되어 있으며, 도 2 및 도 3에도 도시한 바와 같이, 밸브봉(4)에 끼워진 원통형부(21), 원통형부(21)의 하단 개구를 폐쇄하고 있는 바닥벽부(22), 원통형부(21)의 타단부에 형성된 외향 플랜지부(23), 및 바닥벽부(22) 중앙부에 형성되며 유체 유입 통로(2a)의 상단 개구를 향하는 원뿔형 볼록부(24)로 이루어진다.

다이어프램(5)의 원통형부(21)는, 외향 플랜지부(23)의 하측에 연속해 있는 원통형의 상부(31)와, 바닥벽부(22)의 상측에 연속해 있는 원통형의 하부(32)와, 상부(31)와 하부(32) 사이에 있는 중간부(33)로 이루어진다. 중간부(33)는, 종단면 형상이 볼록 원호 형상으로 되어 있다. 상부(31) 및 하부(32)는, 밸브봉(4)에 끼워 맞춰져 있으며, 중간부(33)의 내주면은, 밸브봉(4)의 외주면과는 접촉하고 있지 않다. 하부(32)는, 상부(31) 및 중간부(33)에 비해 두껍게 형성되어 있다.

밸브봉(4)은, 선단측의 소직경부(34)와, 소직경부(34)의 상측에 연속해 있는 중간 직경부(35)와, 중간 직경부(35)의 상측에 연속해 있는 대직경부(36)를 갖고 있다. 대직경부(36)의 상단 근방에, 피스톤(6)이 일체화되어 있다. 대직경부(36)는, 케이싱(3)에 설치된 원통형 안내부(37)에 상하 이동 가능하게 삽입 관통되어 있다. 소직경부(34)의 외주에는, 수나사부(34a)가 형성되어 있다.

원통형 안내부(37)의 하단부는, 케이싱(3)의 바닥벽(3a)의 바닥면보다도 하방으로 돌출되어 있으며, 그 하단면에서 다이어프램(5)의 외향 플랜지부(23)의 상면을 받아내도록 이루어져 있다. 원통형 안내부(37)의 하단면과 다이어프램(5)의 외향 플랜지부(23)의 상면 사이에는, 2장의 접시 스프링(탄성 부재)(10)이 개재되어 있다. 다이어프램(5)의 외향 플랜지부(23) 및 복수(여기서는 2장)의 접시 스프링(10)은, 원통형 안내부(37)의 하단면과 보디(2)의 오목부(11)의 단차면(11c) 사이에 협지(挾持)되며, 상하 방향의 이동은 불가능하게 되어 있다.

다이어프램(5)의 원통형부(21)의 상부(31)는, 밸브봉(4)의 중간 직경부(35)에 끼워 맞춰져 있다. 이 끼워 맞춤은, 원통형부(21)의 상부(31)와 밸브봉(4)의 중간 직경부(35)가 상대적으로 상하 이동 가능한 끼워 맞춤으로 되어 있다. 다이어프램(5)의 원통형부(21)의 하부(32)의 내주에는 암나사부(32a)가 형성되어 있고, 원통형부(21)의 하부(32)의 암나사부(32a)가 밸브봉(4)의 소직경부(34)의 수나사부(34a)에 나사 결합됨으로써, 다이어프램(5)이 밸브봉(4)에 부착되어 있다. 중간부(33)는, 종단면 형상이 볼록 원호 형상으로 되어 있고, 밸브봉(4)의 외주면과는 접촉하고 있지 않기 때문에, 원통형부(21)의 하부(32)가 원통형부(21)의 상부(31)에 가까워지는 방향으로 이동시켜졌을 때에 탄성 변형(압축 변형)할 수 있다.

실린더실(7) 내에는, 피스톤(6)의 상측의 조작 에어 도입실(12) 및 피스톤(6)의 하측의 조작 에어 도입실(13)이 형성되어 있다. 상측의 조작 에어 도입실(12)에 조작 에어를 도입함으로써, 밸브봉(4)을 하방으로 이동시킬 수 있고, 하측의 조작 에어 도입실(13)에 조작 에어를 도입함으로써, 밸브봉(4)을 상방으로 이동시킬 수 있다. 케이싱(3)의 바닥벽(3a)에는, 피스톤(6)의 상하 이동을 안내하는 핀(14)이 세워져 설치되어 있다.

캡(8)의 중앙부에, 관통 구멍(15)이 형성되어 있고, 관통 구멍(15)의 상부에는, 암나사부(15a)가 형성되어 있다. 어저스터(9)의 외주에 형성된 수나사부(9a)가 관통 구멍(15)의 암나사부(15a)에 나사 결합되어 있다. 이에 의해, 어저스터(9)를 하방으로 이동시킴으로써, 밸브봉(4)의 상방으로의 이동을 규제할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 밸브봉(4)이 하방으로 이동시켜진 상태에서는, 다이어프램(5)의 볼록부(24)가 유체 유입 통로(2a)의 상단 개구를 폐쇄하는 폐쇄 상태가 된다.

그리고, 밸브봉(4)이 상방으로 이동시켜진 상태에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 다이어프램(5)의 볼록부(24)가 유체 유입 통로(2a)의 상단 개구로부터 이탈한 개방 상태가 된다. 개방 상태에 있어서, 밸브봉(4)은 어저스터(9)에 접촉할 때까지 상방으로 이동 가능하고, 다이어프램(5)은, 원통형부(21)의 하부(32)의 암나사부(32a)가 밸브봉(4)의 소직경부(34)의 수나사부(34a)에 나사 결합되어 있기 때문에, 밸브봉(4)과 일체로 상방으로 이동하려고 한다. 여기서, 다이어프램(5)의 외향 플랜지부(23)는, 원통형 안내부(37)의 하단면과 보디(2)의 오목부(11)의 단차면(11c) 사이에 협지되어 있기 때문에, 상하 방향으로 이동은 할 수 없다. 즉, 다이어프램(5)의 원통형부(21)의 상부(31)는, 도 2의 상태로부터 위치를 변경하지 않고, 원통형의 하부(32)만이 상방으로 이동하며, 이에 따라, 상부(31)와 하부(32) 사이에 있는 종단면 형상이 볼록 원호 형상인 중간부(33)가 탄성 변형한다.

도 2와 도 3의 비교로부터 알 수 있듯이, 다이어프램(5)의 변형량은 매우 작은 것으로 되어 있다. 다이어프램(5)의 직경이, 종래의 원반형 다이어프램에 비해 작아짐으로써, 동일한 스트로크(축방향의 변형량)라도, 원반형 다이어프램보다도 체적 변화를 작게 할 수 있기 때문에, 변형량이 크고 발진하기 쉽다고 하는 문제나, 개폐에 따르는 유체 통로의 용적 변화가 크다고 하는 문제가 해소된다. 변형량이 작음으로써, 다이어프램(5)의 내구성도 향상된다. 또한, 다이어프램(5)의 원뿔형 볼록부(24)는, 밸브체로서의 기능을 갖고 있으며, 이 부분은 작아도 되기 때문에, 통로 폐쇄시의 수압 면적을 작게 할 수 있고, 유체 압력의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다. 이에 의해, 폐쇄 상태로 하기 위한 액추에이터의 출력(조작 에어의 압력 등)을 작게 할 수 있다.

한편, 상기에 있어서, 액추에이터로서 조작 에어를 사용하는 액추에이터를 나타내고 있으나, 다이어프램 밸브는, 이러한 자동 밸브가 아니라, 개폐 핸들에 의해 밸브봉을 올렸다 내렸다 하는 수동 밸브여도 좋으며, 자동 밸브인 경우에, 유체(공기)압에 의한 것이어도 좋고, 전자력에 의한 것이어도 좋다. 또한, 조작 에어를 사용하는 경우, 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명에 의하면, 종래의 원반형 다이어프램을 사용한 다이어프램 밸브의 문제를 해소할 수 있으며, 성능이 향상된 다이어프램 밸브를 제공할 수 있다.

1: 다이어프램 밸브 2: 보디
2a: 유체 유입 통로 2b: 유체 유출 통로
4: 밸브봉 5: 다이어프램
10 : 접시 스프링(탄성 부재) 21: 원통형부
22: 바닥벽부 23: 플랜지부
24: 볼록부 31: 상부
32: 하부 32a: 암나사부
33: 중간부(축방향 중간 부분) 34a: 수나사부
37: 원통형 안내부

Claims

유체 통로가 형성된 보디와, 보디의 상방에 설치된 케이싱과, 유체 통로를 개폐하는 다이어프램과, 상승 또는 하강함으로써 다이어프램을 폐쇄 방향 또는 개방 방향으로 이동시키는 밸브봉을 구비하는 다이어프램 밸브에 있어서,
다이어프램은 합성 수지제로 되어 있으며, 밸브봉에 끼워진 원통형부, 원통형부의 하단 개구를 폐쇄하고 있는 바닥벽부, 원통형부의 상단부에 형성된 플랜지부, 및 바닥벽부의 중앙부에 형성되며 유체 통로 상단 개구를 향하는 볼록부로 이루어지고,
원통형부의 축방향 중간 부분의 종단면 형상은 직경방향 외측으로 볼록한 대략 원호 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
제1항에 있어서, 다이어프램의 원통형부의 하부 내주에 암나사부가 형성되고, 상기 암나사부가 밸브봉의 외주에 형성된 수나사부에 나사 결합됨으로써 다이어프램이 밸브봉에 부착되며, 원통형부의 축방향 중간 부분은 원통형부의 하부에 비해 얇은 두께로 되어 있는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 밸브봉을 안내하고 상방으로 이동한 다이어프램의 플랜지부를 수용하는 원통형 안내부가 케이싱에 설치되어 있으며, 원통형 안내부의 하단면과 다이어프램의 플랜지부의 상면 사이에 탄성 부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 다이어프램 밸브.