(57)【要約】【課題】  高いシール性をもって流路を遮断することができるダイヤフラムバルブを提供する。【解決手段】  ダイヤフラムバルブのボデイ１０は、流路１１に形成された堰１３と、装着口１４とを有している。装着口１４を隔膜２０が覆っており、さらにこの隔膜２０をボンネット３０が覆っている。隔膜２０の周縁部のシール部２６がボデイ１０とボンネット３０との間で挟持されている。隔膜２０の開閉部２５の中央部にコンプレッサ４０が連結されている。駆動機構５０でコンプレッサ４０を移動させることにより、隔膜２０を開閉する。隔膜２０の開閉部２５は、閉じ状態で堰１３とコンプレッサ４０で圧縮される。隔膜２０は、弾性層２１と流路１１に面する接触層２２とを有しており、接触層２２には堰１３に対向して止水リブ２２ａが形成されている。この止水リブ２２ａの両端肩部２２ｘは、両端肩部２２ｘ間の主部２２ｚより高い。【選択図】図３
2020165491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路と、上記流路の中間部で隆起しその頂面が凹形状に湾曲した堰と、上記堰に対向して形成された装着口とを有するボデイと、
弾性層と上記流路に面する接触層を積層してなり、上記装着口を覆うように配置された開閉部と、この開閉部を囲む環状のシール部を有する隔膜と、
上記隔膜を覆うようにして上記ボデイに固定され、上記ボデイとの間で上記隔膜の上記シール部を挟持するボンネットと、
上記隔膜の開閉部の中央部に連結され、上記堰の上記頂面に対応して凸形状に湾曲した押圧面を有するコンプレッサと、
上記ボンネットに設けられ、上記コンプレッサを移動させることにより、上記隔膜を開き位置と閉じ位置との間で弾性変形させる駆動機構と、
を備え、
上記開き位置では、上記隔膜の上記開閉部が上記堰の上記頂面から離れて上記流路を開き、上記閉じ位置では、上記隔膜の上記開閉部が上記コンプレッサの上記押圧面と上記堰の頂面との間で圧縮されて上記流路を閉じるダイヤフラムバルブにおいて、
上記接触層の上記開閉部には、上記隔膜の径方向に延びて上記堰の上記頂面に着座する止水リブが形成され、上記止水リブの上記堰の上記頂面への当接面は、上記シール部に隣接する両端の肩部と、上記両端の肩部間の主部との境において連続しており、上記肩部の高さが上記主部より高いことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
【請求項２】
上記ボデイの上記装着口の周縁部には、平坦な環状の座面が形成され、
上記接触層は、上記シール部において上記止水リブの上記主部と等しい高さの環状リブを有し、この環状リブが上記ボデイの上記座面に当たっており、
上記止水リブは、上記環状リブまで径方向外方向に直線的に延びる一対の延長部を有し、これら延長部が上記座面に当たっており、
上記止水リブの当接面は、上記肩部と上記延長部の境で連続しており、上記延長部の上記肩部寄りの部位が上記主部より高く、その高さが上記環状リブに向かって漸次減少し、上記環状リブ寄りの部位が上記環状リブと等しい高さを有していることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムバルブに関し、特に流路を開閉する隔膜の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているように、ダイヤフラムバルブのボデイは、流路の中間部に形成された堰と、この堰に対向して形成された装着口とを有している。装着口を隔膜が覆っており、さらにこの隔膜をボンネットが覆っている。堰の頂面は凹形状に湾曲し弁座として提供される。
隔膜は、装着口に臨む開閉部と、この開閉部を囲む環状のシール部とを有している。このシール部がボンネットとボデイの装着口の周縁部との間で、挟持されている。
【０００３】
上記隔膜の開閉部の中央部にはコンプレッサが連結されている。このコンプレッサは、堰の頂面に対応して凸形状に湾曲した押圧面を有している。
コンプレッサをボンネットに設けられた駆動機構で移動させることにより、隔膜が開き位置と閉じ位置との間で弾性変形される。開き位置では隔膜の開閉部が堰から離間し、流路が開かれる。閉じ位置では、隔膜の開閉部がコンプレッサの押圧面と堰の頂面との間で圧縮され、流路が閉じられる。
【０００４】
特許文献１のダイヤフラムバルブでは、上記隔膜は、ＥＰＤＭ等のゴム材料からなる弾性層と、流路に面する接触層を積層してなる。接触層は、ＰＴＦＥ等の耐薬品性を有する材料により形成されている。接触層には、堰に沿って止水リブが形成されており、上記閉じ状態では、この止水リブが堰の頂面に当る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−１１２２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コンプレッサからの軸方向の圧縮荷重は隔膜の弾性層の弾性により分散され、堰の頂面の全長にわたって圧縮荷重が働くようになっているが、隔膜の圧縮応力は均等ではなく、コンプレッサからの軸力を受ける中央部で最も高く、堰の頂面の両端肩部に対応する箇所で低くなってしまう。そのため、良好なシール性を得られない可能性が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、流路と、上記流路の中間部で隆起しその頂面が凹形状に湾曲した堰と、上記堰に対向して形成された装着口とを有するボデイと、
弾性層と上記流路に面する接触層を積層してなり、上記装着口を覆うように配置された開閉部と、この開閉部を囲む環状のシール部を有する隔膜と、
上記隔膜を覆うようにして上記ボデイに固定され、上記ボデイとの間で上記隔膜の上記シール部を挟持するボンネットと、
上記隔膜の開閉部の中央部に連結され、上記堰の上記頂面に対応して凸形状に湾曲した押圧面を有するコンプレッサと、
上記ボンネットに設けられ、上記コンプレッサを移動させることにより、上記隔膜を開き位置と閉じ位置との間で弾性変形させる駆動機構と、
を備え、上記開き位置では、上記隔膜の上記開閉部が上記堰の上記頂面から離れて上記流路を開き、上記閉じ位置では、上記隔膜の上記開閉部が上記コンプレッサの上記押圧面と上記堰の頂面との間で圧縮されて上記流路を閉じるダイヤフラムバルブにおいて、
上記接触層の上記開閉部には、上記隔膜の径方向に延びて上記堰の上記頂面に着座する止水リブが形成され、上記止水リブの上記堰の上記頂面への当接面は、上記シール部に隣接する両端の肩部と上記両端の肩部間の主部との境において連続しており、上記肩部の高さが上記主部のより高いことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、止水リブの両端肩部での高さを主部より高くしたので、閉じ状態での止水リブの両端肩部での弾性層の圧縮量を増大させることができ、堰の両端肩部と止水リブの両端肩部との間のシール性を高めることができ、流路を確実に遮断することができる。
【０００９】
好ましくは、上記ボデイの上記装着口の周縁部には、平坦な環状の座面が形成され、上記接触層は、上記シール部において上記止水リブの上記主部と等しい高さの環状リブを有し、この環状リブが上記ボデイの上記座面に当たっており、上記止水リブは、上記環状リブまで径方向外方向に直線的に延びる一対の延長部を有し、これら延長部が上記座面に当たっており、
上記止水リブの当接面は、上記肩部と上記延長部の境で連続しており、上記延長部の上記肩部寄りの部位が上記主部より高く、その高さが上記環状リブに向かって漸次減少し、上記環状リブ寄りの部位が上記環状リブと等しい高さを有している。
上記構成によれば、止水リブの延長部がボデイの座面に当たることにより、流路をより一層確実に遮断でき、環状リブが上記座面に当たることにより流路から外部への流体の漏れも確実に防止することができる。しかも、延長部の肩部寄りの部位を高くすることにより、この部位に対応する弾性層の圧縮量をも増大させることができ、堰の両端肩部と止水リブの両端肩部との間のシール性をより一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、堰の両端肩部でも高いシール性を発揮し、流路を確実に遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブを流路が開いた状態で示す縦断面図である。
【図２】図１におけるII-II線に沿う要部断面図であり、流路が閉じた状態で示す。
【図３】隔膜の止水リブの肩部近傍を、自然状態で示す要部拡大断面図である。
【図４】上記止水リブの肩部がボデイの堰の肩部に着座した状態を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。図１、図２に示すように、ダイヤフラムバルブは、ボデイ１０と、隔膜２０と、ボンネット３０と、コンプレッサ４０と、駆動機構５０を、主たる構成として備えている。
【００１３】
本実施形態のボデイ１０はポリ塩化ビニルにより形成されているが、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、パ−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン等の他の樹脂、または金属や磁器で形成してもよい。
【００１４】
ボデイ１０は、内部に流路１１を有しており、この流路１１のいずれか一方の開口端が流入端として提供され、他方の開口端が流出端として提供される。これら開口端の外周にはフランジ１２が形成されており、これらフランジ１２に配管が接続されるようになっている。
【００１５】
ボデイ１０は、流路１１の中央部において底部から隆起する堰１３を有するとともに、この堰１３に対向した位置（図１において堰１３の上側）に装着口１４を有している。
堰１３は、流路１１と直交する方向に延びており、その頂面１３ａが弁座として提供される。この頂面１３ａは、両端に向かって高くなるように凹形状に湾曲している。頂面１３ａの両端は、装着口１４の内周の外側（図１において上側）の縁に位置している。以下の説明では、頂面１３ａの両端近傍部を肩部１３ｘと言う。この肩部１３ｘは凸に湾曲している。
【００１６】
隔膜２０は、装着口１４を覆うようにしてボデイ１０に装着されている。本実施形態の隔膜２０は、弾性層２１と、この弾性層２１の流路側に配置された接触層２２とを積層することにより構成されている。
本実施形態では弾性層２１のゴム材料としてＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）を用いているが、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴム等を用いてもよい。ゴム材料中には補強布を埋め込んでもよい。
【００１７】
接触層２２は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の耐薬品性材料からなる。
隔膜２０は、装着口１４に臨む開閉部２５と、開閉部２５を囲む環状のシール部２６とを有している。
隔膜２０の接触層２２の流路１１側の面には、ボデイ１０の堰１３の頂面１３ａに対向して後述の止水リブ２２ａが形成されている。
【００１８】
ボンネット３０は、一端が開口されたフード形状または椀形状をなし、隔膜２０を覆っている。本実施形態のボンネット３０はポリ塩化ビニルからなるが、ボデイ１０と同様に他の樹脂または金属や磁器で形成してもよい。
ボンネット３０の開口周縁には鍔部３１が形成されており、この鍔部３１がボルトおよびナット（図示しない）によりボデイ１０に固定されている。ボンネット３０の開口側端面は環状の平坦な押圧面３２として提供される。
上記隔膜２０のシール部２６は、上記ボデイ１０の後述する座面１５と上記ボンネット３０の押圧面３２との間に狭圧状態で支持されている。
【００１９】
コンプレッサ４０は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等により形成されており、隔膜２０の開閉部２５の中央部２５ｘに連結されている。すなわち、開閉部２５の中央部２５ｘにおいて弾性層２１または接触層２２には、短柱形状の連結部材４５の一端部が埋め込まれている。この連結部材４５は弾性層２１から外側（図１、図２において上側）に突出しており、この突出端部にコンプレッサ４０が固定されている。
コンプレッサ４０は、隔膜２０に対向する凸曲面を有しており、この凸曲面は後述の作用をなす押圧面４１として提供されている。この凸曲面は、上記堰１３の頂面１３ａに対応する輪郭を有している。
【００２０】
図１に示すように、ボンネット３０には手動式の駆動機構５０が設けられている。駆動機構５０は、コンプレッサ４０を堰１３に対して接近、離間する方向（図１において上下方向）に移動させるようになっている。簡単に説明すると、駆動機構５０は、ボンネット３０の頂部に回動可能に支持されたハンドル５１と、このハンドルの中央に固定されてボンネット３０の頂部を貫通するスリーブ５２と、このスリーブ５２に挿入されたステム５３とを有している。ステム５３の内端部（図１における下端部）がコンプレッサ４０に固定されている。
【００２１】
スリーブ５２の内周には雌ねじ部５２ａが形成されており、ステム５３の外周には、この雌ねじ部５２ａに螺合する雄ねじ部５３ａが形成されている。
隔膜２０の外周縁には径方向外側に突出する係合凸部（図示しない）が形成されており、この係合凸部がボンネット３０に形成された係合凹部（図示しない）に嵌ることにより、隔膜２０の回動が禁じられている。
【００２２】
ハンドル５１を回すと、スリーブ５２がハンドル５１と一緒に回り、スリーブ５２とステム５３の螺合作用を介してステム５３が軸方向に移動し、その結果、コンプレッサ４０が堰１３に対して接近、離間する方向に移動し、隔膜２０の開閉部２５が開き位置と閉じ位置との間で弾性変形する。
図１に示すように隔膜２０が堰１３から離れた開き位置にある時、流路１１の流入端から流入した流体は堰１３と隔膜２０との間を通って、流出端へと流れる。
【００２３】
隔膜２０が弾性変形を伴って堰１３に近づくにつれて、隔膜２０と堰１３との間の流通断面積が小さくなり、やがて図２に示すように隔膜２０の接触層２２の止水リブ２２ａが堰１３の頂面１３ａに着座することにより、流路１１が閉じられる。
【００２４】
隔膜２０が堰１３の頂面１３ａに着座してから、さらにコンプレッサ４０を堰１３に近づけることにより、コンプレッサ４０の押圧面４１が隔膜２０の止水リブ２２ａを堰１３の頂面１３ａに押し付ける。この状態で、隔膜２０の弾性層２１が弾性的に圧縮され、コンプレッサ４０からの軸方向荷重を分散するので、止水リブ２２ａが全長にわたって頂面１３ａに押し付けられ、流路１１を遮断することができる。
【００２５】
次に、隔膜２０とボデイ１０との間のシール構造について詳述する。
図４に示すように、装着口１４の周縁部には、環状の平坦な座面１５が形成されている。  
【００２６】
堰１３の頂面１３ａの両端肩部１３ｘは凸曲面をなしており、両端肩部１３ｘ間の凹曲面をなす主部１３ｚと段差なく連続して滑らかに連なっており、座面１５とも段差なく連続して滑らかに連なっている。
【００２７】
隔膜２０の接触層２２の流路１１側の面には、シール部２６において環状リブ２２ｂが形成されている。この環状リブ２２ｂは、隔膜２２のシール部２６がボデイ１０とボンネット３０との間に挟持された状態で、ボデイ１０の座面１５に当たっている。これにより、流体が外部に漏れるのを禁じている。
【００２８】
上記隔膜２０の止水リブ２２ａでは、シール部２６の近傍部すなわち堰１３の肩部１３ｘに対応する部位が肩部２２ｘとして提供され、両端肩部２２ｘ間の部位が主部２２ｙとして提供される。止水リブ２２ａは，これら一対の肩部２２ｘから径方向外方向に直線をなして延びる延長部２２ｙを有している。延長部２２ｙはシール部２６に位置し、上記環状リブ２２ｂに達している。延長部２２ｙは、常に座面１５に当たっている。
【００２９】
隔膜２０が閉じ位置にある時、すなわち流路１１に向かって凸となる形状になっている時に、流路１１側の面（止水リブ２２ａを除く）は、堰１３の頂面１３ａに対応する輪郭を有している。
従来のダイヤフラムバルブでは、止水リブ２２ａが全長にわたって等しい高さを有しているため、止水リブ２２ａの肩部２２ｘ’、延長部２２ｙ’の当接面（堰１３の頂面１３ａおよび座面１５への当接面）は、図３に想像線で示す位置にある。隔膜２０が閉じ位置にある時、止水リブ２２ａの当接面は、堰１３の頂面１３ａおよび座面１５と等しい輪郭を有している。止水リブ２２ａにコンプレッサ４０からの荷重が均等に付与されるのであれば、止水リブ２２ａの肩部２２ｘ’は十分な押圧力を持って堰１３の頂面１３ａの肩部１３ｘに当たるので、良好なシール性を行なえる。しかし、実際には、コンプレッサ４０からの弾性層２１の圧縮による荷重分散が良好に行なわれず、堰１３の頂面１３ａの肩部１３ｘと止水リブ２２ａの肩部２２ｘ’との間に働く押圧力が弱くなってしまい、シール性の低下を招く。
【００３０】
本実施形態では、止水リブ２２ａの主部２２ｚと環状リブ２２ｂが等しい高さを有しているが、肩部２２ｘは、これら主部２２ｚおよび環状リブ２２ｂより高くなっている。具体的には、肩部２２ｘの高さは主部２２ｚとの境から離れるにしたがって漸次高さが増している。また、延長部２２ｙの肩部２２ｘ寄りの部位が主部２２ｚより高く、その高さが環状リブ２２ｂに向かって漸次減少し、環状リブ２２ｂ寄りの部位が環状リブ２２ｂと等しい高さとなっている。図３においてその高さの増加分Ｔ（増肉分）をハッチングで示す。
【００３１】
止水リブ２２ａの当接面は、肩部２２ｘと主部２２ｚとの境において、段差なく連続して滑らかに連なっている。また、肩部２２ｘと延長部２２ｙとの境においても、段差なく連続して滑らかに連なっている。
【００３２】
上記構成によれば、止水リブ２２ａの肩部２２ｘでの高さ増加分すなわち増肉分Ｔにより、図４に示すように肩部２２ｘが堰１３の肩部１３ｘに沿って撓みながら密着し、この増肉分Ｔだけ、弾性層２１に向かって突出する。その結果、肩部１３ｘに対応する箇所での弾性層２１の圧縮量を増大させることができるため、荷重分散を良好に行なうことができ、止水リブ２２ａの肩部２２ｘを堰１３の頂面１３ａの肩部１３ｘに強く押圧することができ、この肩部１３ｘ、２２ｘ間のシール性を高めることができる。
【００３３】
また、延長部２２ｙも高くして、肩部２２ｘと延長部２２ｙの境での当接面を連続させているので、延長部２２ｙに対応する箇所での弾性層２１の圧縮量を増大させることができ、堰１３の肩部１３ｘから座面１５にわたり（止水リブ２２ａの肩部２２ｘから延長部２２ｙにわたり）、高いシール性を確保することができる。
【００３４】
次に、止水リブ２２ａの主部２２ｚの高さＢ（換言すれば環状リブ２２ｂの高さ）と上記増肉分Ｔの最大高さＡが異なる種々の隔膜２０について、ボデイ１０と隔膜２０との間に発生する面圧を測定した。弾性層２１には通常のゴム材料と同程度（硬度６０〜８０）のゴム材料を用いた。なお、面圧が５．２ＭＰａ未満であると良好なシール性が得られないため、面圧が５．２Ｐａ以上のものを〇（合格）とした。
また、９，２ＭＰａを越えると、シール性は十分であるが、閉じ操作時のハンドル５１のトルクが高くなり、操作性が悪化したことから、△（部分合格）とする。
試験結果を下記表１に示す。
【表１】
2020165491.tif 000003
【００３５】
上記試験結果によれば、高さＢが１ｍｍの場合には、高さＡが０．５〜２．０ｍｍでシール性と操作性が良好であることが判明した。高さＢに対する高さＡの比Ａ／Ｂで表すと、０．５〜２．０でシール性、操作性とも良好であった。
高さＢが１．５ｍｍの場合には、高さＡが０．３３〜１．３３ｍｍでシール性、操作性とも良好であった。比Ａ／Ｂで表すと、０．２２〜０．８９でシール性、操作性とも良好であった。
高さＢが２ｍｍの場合には、高さＡが０．２５〜１．００ｍｍでシール性、操作性とも良好であった。比Ａ／Ｂで表すと、０．１２５〜０．５でシール性、操作性とも良好であった。
【００３６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨に反しない限りにおいて種々の改変をなすことができる。
駆動機構は、手動式のみならず、自動式例えば空気圧駆動式やモータ駆動式であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、ダイヤフラムバルブに適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ボデイ
１１  流路
１３  堰
１３ａ  頂面
１３ｘ  肩部
１４  装着口
１５  座面
２０  隔膜
２１  弾性層
２２  接触層
２２ａ  止水リブ
２２ｘ  肩部
２２ｙ  延長部
２２ｚ  主部
２５  開閉部
２６  シール部
３０  ボンネット
４０  コンプレッサ
４１  押圧面
５０  駆動機構
【図１】
2020165491.tif 000004
【図２】
2020165491.tif 000005
【図３】
2020165491.tif 000006
【図４】
2020165491.tif 000007