(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムバルブ（１）であって、
前記ダイヤフラムバルブ（１）を操作するための操作装置（４）を収容する頂部ハウジング（２）と、ダイヤフラム（１１）を収容するための収容領域（９）を有する底部ハウジング（３）とを備え、該底部ハウジング（３）内で前記ダイヤフラム（１１）の下方に流路（１７）を形成する中心領域（５１）を構成した、該ダイヤフラムバルブにおいて、
前記バルブ（１）の開放状態では、前記底部ハウジング（３）の前記中心領域（５１）における前記流路（１７）の断面積を、前記底部ハウジング（３）の前記流路（１７）の流入口における断面積の７５％〜８５％で一定に構成したことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
【請求項２】
請求項１に記載のダイヤフラムバルブにおいて、前記流路（１７）は、前記底部ハウジング（３）の流入口では円形の断面形状、前記中心領域（５１）では楕円形の断面形状、及び前記底部ハウジング（３）の流出口では円形の断面形状を有する構成としたことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のダイヤフラムバルブにおいて、前記流路（１７）の断面形状間の移行に段差がない構成としたことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のダイヤフラムバルブにおいて、前記頂部ハウジング（２）は、ほぼ円筒状に構成した内側ハウジング（１０）、及びほぼ円筒状に構成した外側ハウジング（１３）を有し、該外側ハウジング（１３）は、前記底部ハウジング（３）の前記収容領域（９）にねじ込み可能に連結する構成としたことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のダイヤフラムバルブにおいて、前記ダイヤフラム（１１）を、前記収容領域（９）内で、該収容領域（９）の底部（２９）と前記内側ハウジング（１０）の底端縁との間に配置し、ビード（３０，３１）及び溝（３２，３３）によりクランプできる構成としたことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のダイヤフラムバルブにおいて、前記内側ハウジング（１０）及び前記ダイヤフラム（１１）を個別に位置決めするため、前記底部ハウジング（３）は、前記収容領域（９）内に、それぞれ軸線方向に延在する、異なる窪み（１４，１５）を有し、該窪み（１４，１５）は、それぞれ前記内側ハウジング（１０）に設けたカム、及び前記ダイヤフラム（１１）に設けた突部に嵌合するよう構成したことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のダイヤフラムバルブにおいて、前記スピンドル（１８）は、連結ナット（２１）及び横方向ピン（２４）によって、並びに保持ナット（２５）によって、軸線方向に遊びを持たせた状態で前記ダイヤフラム（１１）に連結するよう構成したことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブを操作するための操作装置を収容する頂部ハウジング、及びダイヤフラムを収容するための収容領域を有する底部ハウジングを備えるダイヤフラムバルブに関し、底部ハウジングにおけるダイヤフラムの下方は流路を形成する中心領域として構成したダイヤフラムバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
パイプライン構造では、ダイヤフラムバルブを使用して、異なる媒体の流量を制御する。ダイヤフラムバルブは、媒体に接触する若干数の個別部品により特徴付けられる。バルブにおける実際の制御素子を交換するとき、ダイヤフラムのみを交換すればよい。ダイヤフラムバルブは、比較的汚染物で汚れにくいため、固体物を含有する媒体の流れを制御するのに適している。
【０００３】
特許文献１（独国特許出願公開第１０２００４００１０４５号）は、一般的なタイプのダイヤフラムバルブを開示しており、このダイヤフラムバルブの断面積は、その流路に基づいて、ハウジング流入口からシール用ランド部まで徐々に縮小し、またシール用ランド部からハウジング流出口まで再び徐々に拡大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００４００１０４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来技術に基づく本発明の目的は、バルブハウジング内の流れをできるだけ均等に、かつ障害物がない状態で実現するダイヤフラムバルブを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的は、ダイヤフラムバルブを操作するための操作装置を収容する頂部ハウジングと、及びダイヤフラムを収容するための収容領域を有する底部ハウジングとを備えるダイヤフラムバルブであって、底部ハウジング内でダイヤフラムの下方に流路を形成する中心領域を構成し、バルブを開放した状態では、底部ハウジングの中心領域における流路の断面積を一定に構成したダイヤフラムバルブによって達成することができる。
【０００７】
本発明による好適な実施形態は、従属請求項に記載する。
【０００８】
本発明ダイヤフラムバルブは、既存のパイプラインに簡単に設置できる点で有利である。このことは、流れの方向に見て、流路の断面積が順次に円形、楕円形、円形を有することによって実現することができる。ダイヤフラムバルブは、ダイヤフラムの中心線において対称的に構成し、また配管系のいずれの向きにも設置することができる。
【０００９】
さらに本発明によれば、ダイヤフラムをできるだけ容易にバルブハウジング内に取り付けることができるという利点がある。これは、頂部ハウジングに、内側ハウジング及び外側ハウジングを設け、その際、外側ハウジングを底部ハウジングの収容領域に連結するよう構成することで実現することができる。このことは、ダイヤフラムを収容領域内で収容領域の底部と内側ハウジングの底端縁との間に配置することによって実現することができる。
【００１０】
以下、本発明の実施形態を添付図面につき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるダイヤフラムバルブの斜視図である。
【図２】図１に示すダイヤフラムバルブの断面図である。
【図３】ダイヤフラムバルブの一領域を切除した状態で示す斜視図である。
【図４】従来技術のダイヤフラムバルブの流路における断面積を、異なる部分で示す説明図である。
【図５】本発明によるダイヤフラムバルブの流路における断面積を、異なる部分で示す説明図である。
【図６】流路における長さの関数とした断面積の変化を、比較用にグラフとして示す説明図である。
【図７】ダイヤフラムバルブにおけるダイヤフラムホルダ及びスピンドルによるアセンブリの断面図である。
【図８】ダイヤフラムにおけるダイヤフラムホルダの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、ダイヤフラムバルブ１を斜視図で示す。ダイヤフラムバルブ１は、実質的に頂部ハウジング２、頂部ハウジング２に調和する底部ハウジング３、及び操作部（ここでは表示ピンを有するハンドホイール４として示す）で構成する。底部ハウジング３は、３個の開口７，８，９及び流路１７を有する。第１開口９は、頂部ハウジング２と底部ハウジング３との間に配置し、流路１７に対して直交するよう、またダイヤフラム１１用の収容領域９として構成する。他の２個の開口７，８は、ダイヤフラムバルブ１を配管系に接続するための配管接続素子７，８として構成する。
【００１３】
図２は、図１に示すダイヤフラムバルブ１を、パイプライン軸線Ｌに沿う断面図として示す。図３は、底部ハウジング３をパイプライン軸線Ｌに沿って切断し、斜視図で示す。流路１７には、鋭利な端縁又は段差がない構成とする。パイプラインは配管接続素子７，８にねじ付ける、又は類似の実施形態では他の連結方法、例えばアーク溶接もしくはフランジ継手によって連結する。ダイヤフラムバルブ１は、流れの方向に関して対称的に、かつかたよりのない構成とする。この場合、対称軸線はダイヤフラム１１の中心線によって示す。第１及び第２の配管連結素子７，８はいずれも、流路１７の流入口としてまた流出口として使用することができる。ダイヤフラムバルブ１は、流れの方向に関わらず、任意の位置に設置することができる。
【００１４】
底部ハウジング３の収容領域９は、円形の構成とする。収容領域９はダイヤフラム１１を収容するだけでなく、頂部ハウジング２を固定するよう機能する。頂部ハウジング２は、内側ハウジング１０及び外側ハウジング１３で構成し、例えば収容領域９の外側には、外側ハウジング１３にねじ込み連結するためのねじ山１２を形成する。収容領域９の内側には、図３に示すように、軸線方向に延在する複数個の窪み１４，１５を形成する。ダイヤフラム１１の中心線に沿って互いに対向配置する２個の同一構成とした窪み１４は、ダイヤフラム１１を固定するよう作用する。さらに、それぞれ９０°毎にオフセット配置した他の４個の窪み１５は、内側ハウジング１０を固定するよう作用し、内側ハウジング１０の外側面には、窪み１５に嵌合する４個のカムを設ける。頂部ハウジング２における収容領域９、内側ハウジング１０及びこの内側ハウジング１０に対して同心状に配置した外側ハウジング１３は、円形の構成とする。したがって、ダイヤフラム１１は内側ハウジング１０のインデキシング（割り出し指標付け）機能とは別個のインデキシング（割り出し指標付け）機能を有する。これにより、ダイヤフラム位置を一定にしたまま、内側ハウジング１０の向きを回転させて使用できる。
【００１５】
ダイヤフラム１１は、収容領域９内において収容領域９の底部２９と内側ハウジング１０の底端縁との間にクランプして配置する。ダイヤフラム１１のクランプは、頂部ハウジング２を底部ハウジング３に連結することで行うことができる。内側ハウジング１０の底端縁、収容領域９の底部及びダイヤフラム１１のリムには、それぞれ互いに補完し合うよう構成したビード３０，３１および溝３２，３３を設け、これによりダイヤフラム１１とバルブハウジングとの間における形状密着による閉止、およびダイヤフラム１１の規定された位置を得る。
【００１６】
本発明による新規なダイヤフラムバルブ１では、従来技術のダイヤフラムのような、底部ハウジング３に対して流れの方向に直交するよう貫通する、ねじ、ばね、又はナットを使用しない。これにより、バルブハウジングはスピンドル方向に見て、矩形ではなく丸形にすることができるようになる。バルブハウジング１は、ほぼプラスチック部分で製造することができ、また金属素子、例えばねじ、ばね及びナットを使用せずに製造することができる。ダイヤフラム１１のクランプが、ダイヤフラム１１の使用寿命の過程で緩んでしまった場合、後から付加的に頂部ハウジング２を底部ハウジング３に対して一層ねじ込むことで、適切なクランプ力を確実に得ることができるようになる。ダイヤフラム１１のクランプは、頂部ハウジング２を底部ハウジング３にねじ込むことのみによって得るため、従来技術のダイヤフラムバルブよりもより均等なクランプを実現できるようになる。すなわち、従来技術のダイヤフラムバルブにおいては、バルブハウジングのコーナーにおける４個のねじによって、点状のクランプになってしまう。
【００１７】
底部ハウジング３における配管接続素子７，８の間における流路１７は、ダイヤフラムバルブ１の中心領域５１における流路１７の長さにわたって断面積が、ダイヤフラムバルブ１の開放状態において一定となるよう構成する。流れの方向に見て、断面積は順次に円形、楕円形、および再び円形の形状をとる。これら形状間の移行は連続的な構成とする。
【００１８】
図４は、従来技術のダイヤフラムバルブにおける流路に対する１２個の断面を示す。各断面は、流路において連続する箇所の断面を並べたものであり、配管接続素子における流路の端部からダイヤフラムの中心線までを示す。各断面積の形状は、ハッチング表示で示す。断面積の形状は、円形からボトル形状、角丸めした矩形状を経て液滴形状に変化する。
【００１９】
図５は、本発明によるダイヤフラムバルブ１の流路１７に対する別の１２個の断面を示す。各断面は、図４に示す断面同様、流路１７において連続する箇所の断面を並べたものであり、配管接続素子７，８における流路の端部からダイヤフラム１１の中心線までを示す。各断面積の形状を、ハッチング表示で示す。各断面積の形状は、底部ハウジング３の端部における円形状からダイヤフラム１１の下方における中心領域５１の楕円形状に変化する。
【００２０】
図６は、ダイヤフラムバルブ１の長さの半分にわたる流路１７の断面積における変化を示し、底部ハウジング３の流入口からダイヤフラム１１の中心線までを示す。断面積の変化は、底部ハウジング３の流入口を基準としてパーセンテージで示す。バルブは、０％〜約５０％までのバルブ全長の半分にわたる流入口領域５０、及び約５０％〜１００％までのバルブ長さの半分にわたる中心領域５１を有する。図６のラインＡは、従来技術のダイヤフラムバルブの流路における断面積の変化を示す。図６のラインＡから明らかなとおり、ダイヤフラムバルブの中心領域における断面積、すなわちダイヤフラムの下方における断面積は、繰り返し大きく変化し、これによりダイヤフラムバルブにおける大幅な圧力差及び効率性の変動が生じることになる。
【００２１】
図６における陰影付けした領域Ｂは、本発明によるダイヤフラムバルブ１の流路１７における断面積の変化を示す。領域Ｂも同様に、本発明によるダイヤフラムバルブ１のパーセンテージ変化の公差限界を示す。図６の領域Ｂから明らかなとおり、流路１７における流入口領域５０においては、断面積が徐々に１００％からおよそ８５％〜７５％に減少し、後続する中心領域５１において、断面積が初期値のおよそ７５％〜８５％で一定に留まる。
【００２２】
図２に、内側ハウジング１０におけるバルブ操作機構の他の素子、すなわち、ダイヤフラム１１を均等に変形させるよう作用する押圧ピース１６、実際のスピンドル１８、及びスピンドルナット１９を示し、このスピンドルナット１９は、ハンドホイール４への回転運動を、押圧部分１６を伴うスピンドル５の軸線方向運動に変換することを確実にする。図３は、底部ハウジング３、ダイヤフラム１１、及びダイヤフラムピン２０を、一部切除した斜視図で示す。
【００２３】
図７は、ダイヤフラムピン２０とスピンドル構成との間における連結部材としての連結ナット２１を、断面図で示す。ダイヤフラムピン２０は金属製のピンであり、ダイヤフラム１１の中心ポイントに固定し、また外ねじを有する。金属製のピン２０は、小さい保持ナット２５にねじ連結する。保持ナット２５は、長手方向孔２２の下方部分の深さより低い高さにし、軸線方向において遊びを持たせた状態で連結ナット２１内に配置する。連結ナット２１自体はより大きなナットとして構成し、押圧ピース１６の六角穴にやはり遊びを持たせた状態で軸線方向に挿入する。図８は、連結ナット２１を保持ナット２５とともに断面図として示す。連結ナット２１自体はスピンドル１８を収容するための長手方向孔２２、及び横方向ピン２４を収容するための横方向孔２３を有し、横方向ピン２４もスピンドル１８に連結する。
【００２４】
閉弁操作では、閉弁力が連結ナット２１によって押圧ピース１６及びダイヤフラム１１に伝達される構成とする。ダイヤフラムバルブ１の閉鎖に際しては、保持ナット２５及びダイヤフラムピン２０は自由に上方に移動する。すなわち、これによりダイヤフラムバルブ１を操作するために必要な力を分離し、ダイヤフラム１１には最小限の荷重しか加わらないようになる。スピンドル１８は、ダイヤフラム１１に固定的に連結しない。ハンドホイール４は軸線方向に変位することなく回転し、操作中ダイヤフラムバルブ１の頂部ハウジング２から離れない。ハンドホイール４は中空のスプライン軸によりスピンドルナット１９に連結する。したがって、スピンドルナット１９は軸線方向移動を生じない。スピンドル１８はスピンドルナット１９のめねじ部と係合するため、スピンドルナット１５によって、ハンドホイール４による回転運動を連結ナット２１の軸線方向への変位に変換することができる。ダイヤフラムバルブ１の開放に際しては、ダイヤフラム１１はダイヤフラムピン２０に連結した保持ナット２５とともに上昇する。
【００２５】
ダイヤフラムバルブ１は、コンパクトで丸みのある設計に特徴がある。主として射出成形による部材で構成する。流路１７の特別な構成の結果、ダイヤフラムバルブにおける圧力損失は最小限に抑えることができる。頂部ハウジング２を底部ハウジング３にねじ込み連結するため、後ダイヤフラムの固定における後調整を簡素化し、しかもダイヤフラム１１周りにおいて、より均等なクランプが可能になる。ハンドホイール４の代わりに、空気圧又は他の遠隔操作可能な駆動部をダイヤフラムバルブ１に取り付けることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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