(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体製品が流通する管路内に設けられた弁座部を閉止又は開放する弁体部に接合された弁軸部の下端部において、弁軸部側と管路内部側とを隔離可能に被覆する隔膜本体部と、上記隔膜本体部の上端部に形成され、上記弁軸部が内装される弁軸支持部に固定される固定部と、上記隔膜本体部の中央部に形成されて上記弁軸が挿通され、上記弁体部が上記弁座部を閉止した際には上記固定部よりも下方に配置される弁軸貫通孔部とを備えたダイヤフラム隔膜であって、
上記隔膜本体部において弁軸貫通孔の周囲には、下方へ膨出する第一の膨出部が隣接して形成されると共に、上記第一の膨出部の外方には上方へ膨出する第二の膨出部が形成されたことを特徴とするダイヤフラム隔膜。
【請求項２】
全体逆截頭円錐台形状に形成され、上記隔膜本体部の厚さ寸法は均一に形成され、上記第一の膨出部及び第二の膨出部は上記隔膜本体部を膨出形成することにより構成され、上記第一の膨出部は、上記弁体部が上記弁座部から離間して上昇し、隔膜本体部が変形し最大の応力が作用した状態の形状と同一に形成され、
上記第一の膨出部は上記弁軸貫通孔部に連続して形成され、上記第二の膨出部は上記第一の膨出部に連続して形成されると共に、上記第二の膨出部と上記上端固定部との間は平坦な斜面部が形成され、上記第二の膨出部は、弁体が弁座部を閉止している状態においては裏面側に配設されたバックプレートに当接することを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム隔膜。
【請求項３】
上記第一の膨出部及び第二の膨出部は、全周に亘ってリング状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のダイヤフラム隔膜。
【請求項４】
上記弁軸貫通孔部は短円筒状に形成され、上記第一の膨出部は上記弁軸貫通孔部の軸方向上端部に接合され、上記弁軸貫通孔部の軸方向下端部に向かって膨出するように形成され、上記弁軸貫通孔部の側面部と上記第一の膨出部の上面傾斜部との間は５０度の角度であって、上記弁軸貫通孔部の上端部と上記第一の膨出部の裏面部との間は４５度の角度に形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３のいずれか１項に記載のダイヤフラム隔膜。
【請求項５】
上記弁軸貫通孔部の上面部と上記第二の膨出部の下面部の下方傾斜部との間は７０度の角度であると共に、上記第二の膨出部の上方傾斜部との間は２０度の角度に形成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４のいずれか１項記載のダイヤフラム隔膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤフラム隔膜に係り、特に、各種の液体製品を製造し処理するサニタリープラントにおける管路の弁栓部に使用されるダイヤフラム隔膜に関する。  
【０００２】
一般に、液体食品又は医薬品を製造するサニタリープラントにおいては、殺菌工程以後の工程にあっては、製品の二次的な細菌汚染を防止するために、液体通路に配設された弁栓部に隔膜が用いられている。
【０００３】
このような弁栓部に使用される弁栓装置は、一方の管路と他方の管路との間の接合部又は、上方管路と下方管路との間に設けられた連通路に、弁座部を設け、上記弁座部の下部内周側部に密接しうる弁体と、上記管路内から上方へ突出して配置され、上記弁体に接合された弁軸とを備え、上記弁軸が弁開閉駆動機構に接続され、上記弁開閉駆動機構により弁体が駆動されて上記弁座部を閉止又は開放されるように構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように構成された弁栓装置にあっては、上記弁軸は上記管路から上方へ突出して大気開放状態で配置されていることから、上記弁軸を上下動させた場合には、弁軸が大気に接触して大気中の菌が付着し、その後、弁座部を閉止するために下降した場合には管路内を流通する液体製品に触れることから、上記菌により２次汚染される可能性があり、弁栓部においてはこのような弁軸の上下動による液体製品への２次汚染を確実に防止する必要がある。
【０００５】
このような観点から、一般に、上記弁軸の下端部にバックプレート部を介して隔膜を設け、弁軸の下端部と弁栓部のボディ接合部との間を被覆し、弁軸側と管路内部とを隔離しうるように構成されている。
【０００６】
このような隔膜としては、耐久性の観点から、従来よりダイヤフラム隔膜が使用されてきており、図５に示すように、このダイヤフラム隔膜７０は、例えば、全体略逆截頭円錐台形状に形成され、周縁上端部には固定部７１が形成されると共に、中央下部には弁軸貫通孔部７２が開設され、上記固定部７１と上記貫通孔７２との間には均一な厚さ寸歩の斜面部７３が形成されている。
【０００７】
このようなダイヤフラム隔膜７０にあっては、弁軸が駆動され弁体が上方へ移動し、弁座を開放する際には、管路内を流通する液体製品の圧力損失を低減するためには弁体のストロークを大きくとる必要があり、そのためには、ダイヤフラム隔膜７０も弁体の大きなストロークに追随して大きく屈曲できるようにする必要がある。
この場合、従来の隔膜７０にあっては、弁体の大ストロークに対応できるようにするためには、上記斜面部７３の傾斜角度αを大きくする必要がある。
【０００８】
しかしながら、このように斜面部７３の傾斜角度αを大きく形成した場合には、弁体が弁座部開放のために弁軸部により上方へ移動した場合には弁軸部（図示せず）と共に上記弁軸貫通孔部７２も上方へ移動し、その結果、上記貫通孔７２の周縁部７４が大きく上方へ屈曲することから、斜面部７３と貫通孔７２との接合部位である上記周縁部７４付近に大きな応力が作用し、経年時には当該部分の強度が劣化し耐久性が低下することから、斜面部７３の傾斜角度αを余り大きくとることはできず、その結果、弁体の大きなストロークを実現することが困難となる、という不具合があった。
【０００９】
本願発明はこのような従来の不具合を解消するためになされたものであって、弁軸部の上下動により発生する応力に抗して耐久性に富み、弁体の大きなストロークを実現できるダイヤフラム隔膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題達成のため、請求項１記載の発明にあっては、液体製品が流通する管路内に設けられた弁座部を閉止又は開放する弁体部に接合された弁軸部の下端部において、弁軸部側と管路内部側とを隔離可能に被覆する隔膜本体部と、上記隔膜本体部の上端部に形成され、上記弁軸部が内装される弁軸支持部に固定される固定部と、上記隔膜本体部の中央部に形成され、上記弁軸が挿通され、上記弁体部が上記弁座部を閉止した際には上記固定部よりも下方に配置される弁軸貫通孔部とを備えたダイヤフラム隔膜であって、上記隔膜本体部において、弁軸貫通孔の周囲には下方へ膨出する第一の膨出部が隣接して形成されると共に、上記第一の膨出部の外方には上方へ膨出する第二の膨出部が形成されたことを特徴とする。
【００１１】
従って、請求項１記載の発明に係るダイヤフラム隔膜にあっては、弁体部が弁座の閉止状態から弁軸駆動部の作動により弁軸が上方へ駆動されることにより弁座から離間し、弁体部が完全に管路内の流路を開放した場合には、上記弁軸挿通孔部も追随して上方へ移動し、上記隔膜本体部は上方へ大きく折曲されることになるが、上記第一の膨出部が折曲された場合に発生する応力を受ける。
【００１２】
請求項２記載の発明にあっては、全体逆截頭円錐台形状に形成され、上記隔膜本体部の厚さ寸法は均一に形成され、上記第一の膨出部及び第二の膨出部は上記隔膜本体部を膨出形成することにより構成され、上記第一の膨出部は、上記弁体部が上記弁座部から離間して上昇し、隔膜本体部が変形し最大の応力が作用した状態の形状と同一に形成され、上記弁軸貫通孔部は、上記隔膜本体部の厚さ寸法よりも大きな厚さ寸法に形成され、上記第一の膨出部は上記弁軸貫通孔部に連続して形成され、上記第二の膨出部は上記第一の膨出部に連続して形成されると共に、上記第二の膨出部と上記上端固定部との間は平坦な斜面部が形成され、上記第二の膨出部は、弁体が弁座部を閉止している状態においては裏面側に配設されたバックプレートに当接することを特徴とする。
【００１３】
従って、請求項２記載の発明にあっては、上記弁体部が弁座部から離間して上昇し、その結果、隔膜本体部が大きく変形し、厚さ方向に最大の応力が作用した場合であっても、上記第一の膨出部は上記弁体部が上記弁座部から離間して上昇し、隔膜本体部が変形し最大の応力が作用した状態の形状と同一に形成されていることから、弁軸貫通孔の周囲の部位における隔膜本体部の厚さ方向における変形を抑止することができる。
【００１４】
また、上記第二の膨出部は、弁体が弁座部を閉止している状態においては裏面側に配設されたバックプレートに当接することから、上記のように単に第一の膨出部を形成した場合には、バックプレートから離間してしまい、隔膜自体で形状を支えねばならないが、本請求項記載の発明にあっては、上記第一の膨出部の周縁部位に応力が集中した場合であっても、当該応力を支持することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明に係るダイヤフラム隔膜にあっては、上記第一の膨出部及び第二の膨出部は、全周に亘ってリング状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明に係るダイアフラム隔膜にあっては、上記弁軸貫通孔部は短円筒状に形成され、上記第一の膨出部は上記弁軸貫通孔部の軸方向上端部に接合され、上記弁軸貫通孔部の軸方向下端部に向かって膨出するように形成され、上記弁軸貫通孔部の側面部と上記第一の膨出部の上面傾斜部との間は５０度の角度であって、上記弁軸貫通孔部の上端部と上記第一の膨出部の裏面部との間は４５度の角度に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明に係るダイアフラム隔膜にあっては、上記弁軸貫通孔部の上面部と上記第二の膨出部の下面部の下方傾斜部との間は７０度の角度であると共に、上記第二の膨出部の上方傾斜部との間は２０度の角度に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１、４及び５記載の発明にあっては、弁体部が弁座部の閉止状態から弁軸駆動部の作動により弁軸が上方へ駆動されることにより弁座部から離間し、弁体部が完全に管路内の流路を開放した場合には、上記弁軸挿通孔部は上方へ移動し、上記隔膜本体部の上記弁軸駆動部の周辺部は上方へ折曲されるが、上記第一の膨出部が折曲された場合に発生する応力を受ける。
【００１９】
その結果、従来のように隔膜本体部が均一の厚さ寸法に形成されている場合とは異なり、上記応力は上記第一の膨出部により受け止められることから、弁体部の大きな上下動のストロークに対応でき、計年時においても耐久性を有するダイヤフラム隔膜を提供することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明にあっては、従って、請求項２記載の発明にあっては、上記弁体部が弁座部から離間して上昇し、その結果、隔膜本体部が大きく変形し、厚さ方向に最大の応力が作用した場合であっても、上記第一の膨出部は上記弁体部が上記弁座部から離間して上昇し、隔膜本体部が変形し最大の応力が作用した状態の形状と同一に形成されていることから、弁軸貫通孔の周囲の部位における隔膜本体部の厚さ方向における変形を抑止することができ、弁軸貫通孔周辺部位の変形により作用する応力の発生を防止することができるため、隔膜本体部の弁軸挿通後部の周縁における強度を向上させることができる。
その結果、従来のダイアフラム隔膜にあっては、数回の作動で凹みが発生し、５万回程度の作動で上記凹み部にクラックが発生していたが、本発明により強度が向上し、１００万回程度の作動あっても、凹みやクラックの発生もないことが確認されている。
【００２１】
また、上記第二の膨出部は、弁体が弁座部を閉止している状態においては裏面側に配設されたバックプレートに当接することから、単に第一の膨出部を形成した場合には、バックプレートから離間してしまい隔膜自体で形状を支えねばならないことから、上記第一の膨出部の周縁部位に応力が集中し、使用の過程において上記第一の膨出部の周縁部位にクラックが発生する、という事態に至る可能性があるが、本発明においては上記第二の膨出部が形成され、強度が確保されていることから、このような事態を有効に防止することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明にあっては、上記弁軸部の上方への移動に伴い弁体部が上方へ移動した場合には上記弁軸挿通孔は上方へ移動し、上記隔膜本体部の上記弁軸駆動部の周辺部は、上方へ折曲されるが、上記第一の膨出部が、折曲された場合に発生する応力を全周に亘って受けることから、上記弁軸挿通孔部周縁部の強度をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るダイアフラム隔膜を二重弁栓装置に使用した場合の一実施の形態を示す部分断面図である。
【図２】本発明に係るダイアフラム隔膜を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係るダイアフラム隔膜の弁軸貫通孔部及びその近傍を一部拡大して示す部分拡大断面図である。
【図４】本発明に係るダイアフラム隔膜を通常の弁栓装置に適用した例を示す断面図である。
【図５】従来のダイアフラム隔膜の形状を示す縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係るダイアフラム隔壁を二重弁栓装置に適用した場合を例に説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る二重弁栓装置１０は、液体製品が流通する上方管路１１及び下方管路１２の間に設けられた連通路１３内には弁座部１４が設けられ、上記弁座部１４の上部に圧接する上方弁体１５と、上記上方弁体１５の下方に同軸上で独立して上下動可能に配設された下方弁体１６とを有している。
【００２５】
上記上方弁体１５は、上方管路１１を径方向に貫通して配置された上方弁軸部１７を介して弁軸駆動部１８により駆動されると共に、下方弁体１６は上記弁軸部１７内に設けられた下方弁軸部２４により上方弁体１５とは独立して駆動されるように構成されている。
【００２６】
二重弁栓装置１０の弁軸接合部２５の下端部には径方向に膨出して接合固定部２６が形成され、二重弁栓装置１０は上記接合固定部２６を介してクランプ部２７により上方管路１１及び連通路１３に固定されている。
上記接合固定部２６の内方にはバックプレート２８が、上記上方弁軸部１７の下端部に、バックプレート固定部２９により固定されている。
そして、上記のように構成された本実施の形態に係る二重弁栓装置１０において、上記弁軸部１７の下端部には、上記バックプレート２８に当接してダイアフラム隔膜１９が配設されている。
【００２７】
図１及び図２に示すように、ダイアフラム隔膜１９は、弁軸部１７側と上方管路１１内部側とを隔離可能に被覆する隔膜本体部２０と、上記隔膜本体部２０の上端部に形成され、上記弁軸部１７が内装される弁軸支持部としての接合固定部２６に固定される固定部２２と、上記隔膜本体部２０の中央部に形成されて上方弁軸部１７が挿通され、上記上方弁体１５が上記弁座部１４を閉止した際には上記固定部２２よりも下方に配置される弁軸貫通孔部２３とを備えている。
【００２８】
図２に示すように、本実施の形態に係るダイアフラム隔膜１９は、上記隔膜本体部２０において、弁軸貫通孔部２３の周囲には、下方へ膨出する第一膨出部３１が形成されると共に上記第一膨出部３１の上方には上方へ膨出する第二膨出部３２が形成されている。
即ち、本実施の形態に係るダイアフラム隔膜１９は、全体逆截頭円錐台形状であって、上記隔膜本体部２０の厚さ寸法は均一に形成され、上記第一膨出部３１及び第二膨出部３２は上記隔膜本体部２０を膨出形成することにより構成され、上記第一膨出部３１及び第二膨出部３２は、全周に亘ってリング状に形成されている。
【００２９】
図２及び図３に示すように、上記第一膨出部３１は、上記上方弁体１５が上記弁座部１４から離間して上昇し、その結果、固定部２２が接合固定部２６に固定されていることから、上記弁軸貫通孔部２３は上方弁軸部１７と共に上昇することから、隔膜本体２０は大きく屈曲することとなるが、上記隔膜本体部２０が屈曲変形し最大の応力が作用した状態の形状と同一に形成されている。
上記弁軸貫通孔部２３は短円筒状に形成され、上記第一膨出部３１は上記弁軸貫通孔部２３に隣接して連続して形成され、上記弁軸貫通孔部２３の軸方向上端部３３に接合され、上記弁軸貫通孔部２３の軸方向下端部３４に向かって凸状に膨出するように形成され、上記弁軸貫通孔部２３の側面部３５と上記第一膨出部３１の上面傾斜部３６との間の角度Ａは５０度であって、上記弁軸貫通孔部２３の下端面部３７と上記第一膨出部の下面傾斜部３８との間の角度Ｂは４５度に形成されている。また、上記下端面部３７と隔膜本体部２０の裏面部との間の角度Ｅは５５度に形成されている。
【００３０】
一方、上記第二膨出部３２と上端の固定部２２との間は平坦斜面部４０が形成され、上記弁軸貫通孔部２３の下端面部３７と上記第二膨出部３２の裏面部の下方傾斜部４１との間の角度は７０度の角度に形成されると共に上記第二膨出部の上方傾斜部４２の水平面に対する角度Ｄは２０度に形成されている。
【００３１】
本実施の形態にあっては、上記バックプレート２８の表面部形状は、上記第一膨出部３１の断面形状と同一に形成されると共に、バックプレート固定部２９は第二膨出部３２の上方傾斜部４２の断面形状と同一に形成されており、その結果、図１に示すように、上第一膨出部３１及び第二膨出部３２は、上方弁体１５が弁座部１４を閉止している状態においては上記バックプレート２８に当接している。
【００３２】
以下、本実施の形態に係るダイアフラム隔膜１９の作用について説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係るダイアフラム隔膜１９にあっては、上方弁体１５が弁座部１４に圧接して閉止状態にある場合には、ダイアフラム隔膜１９の第一膨出部３１及び第二膨出部３２は、バックプレート２８に密接した状態にあり、ダイアフラム隔膜１９はバックプレート２８により裏面側から支持された状態にある。
【００３３】
その後、上方弁体１５及び下方弁体１６が弁軸駆動部１８により弁軸部１７を介して駆動され上昇した場合には、ダイアフラム隔膜１９の弁軸貫通孔部２３は弁軸部１７と共に上方へ移動し、隔膜本体部２０は大きく屈曲することとなる。
【００３４】
この場合、上記のように弁軸部１７により上方へ引張され、弁軸貫通孔部２３と隔膜本体部２０との接合部位４３に最も大きな屈曲応力が作用するが、本実施の形態にあっては、上記部位には第一膨出部３１が形成され、この第一膨出部３１は、上記上方弁体１５が上記弁座部１４から離間して上昇し、その結果、上記隔膜本体部２０が変形し最大の応力が作用した状態の形状と同一に形成されていることから、弁軸貫通孔部２３に隣接する部位における屈曲応力に充分に対抗することができ、長年月に亘って使用した場合であっても、応力による破断等を起こすことがなく、耐久性を向上させることができる。
【００３５】
その結果、上方管路１１内の液体製品の圧力損失を回避するために、上方弁体１５の大きなストロークを確保する必要があるが、上方弁体１５の大きなストロークを確保するためには、上述のように、隔膜本体部２０と固定部２２の一般面との間の角度α１を大きく形成して隔膜本体部２０を立ち上げる必要があり、隔膜本体部２０と弁軸貫通孔部２３との接合部位に大きな応力の発生が予想されるが、本実施の形態に係るダイアフラム隔膜１９にあっては、第一の膨出部３１によりそのような応力に充分に対抗することができることから、幕面積を変えることなく弁体の大きなストロークを得ることができる。
【００３６】
また、弁軸部１７により上方へ引張され、弁軸開口孔部２３が固定部２２と略同一の高さ位置に至った場合には、上記のように隔膜本体部２０と弁軸貫通孔部２３の接合部位に大きな応力が作用すると共に、隔膜本体部２０の斜面方向の中間部は大きく下方に屈曲することから、当該中間部にも大きな応力が作用し負荷がかかる。
【００３７】
しかしながら、本実施の形態に係るダイアフラム隔膜１９にあっては、上記の屈曲する方向とは反対の方向へ、上記のように所定の角度を以て突出する形状の第二膨出部３２が形成されていることから、隔膜本体部２０の斜面方向の中間部へ作用する応力の集中を防ぐことができ、隔膜本体部２０の折曲強度を向上させることができる。
【００３８】
さらに、一般に、弁軸部の上下動に追随して隔膜が屈曲した場合、単なる平坦な傾斜面部からなる従来の隔膜本体部にあっては、５万回程度の上下動により上記中間部に放射状のくぼみが発生し、その結果、破断することとなる場合が多かった。
【００３９】
しかしながら、本実施の形態に係るダイアフラム隔膜１９にあっては、第二膨出部３２が設けられていることから、隔膜本体部２０の強度を向上させて、屈曲応力に対して有効に対抗することができ、１００万回の作動であっても、凹みや、クラック等が発生する可能性はないことが確認されている。
なお、上記実施の形態にあっては、本発明に係るダイアフラム隔膜を二重弁栓装置に適用した場合を例に説明したが、上記実施の形態に限定されず、例えば、通常の単一の弁体を備えた弁栓装置５０にダイアフラム隔膜５１を適用することは可能である。他の構成は前記実施の形態と同一である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、広く内部を流体が流通する管路内に設けられた弁栓装置に広く使用することができる。  
【符号の説明】
【００４１】
１０  二重弁栓装置  
１１  上方管路
１２  下方管路
１３  連通路
１４  弁座部
１５  上方弁体
１６  下方弁体
１７  弁軸部
１８  弁軸駆動部
１９  ダイアフラム隔膜
２０  隔膜本体部
２１  
２２  固定部
２３  弁軸貫通部
２４  下方弁軸部
２５  弁軸接合部
２６  接合固定部
２７  クランプ
２８  バックプレート
２９  バックプレート固定部
３１  第一の膨出部
３２  第二の膨出部
３３  軸方向上端部
３４  軸方向下端部
３５  側面部
３６  上面傾斜部
３７  下端面部
３８  下面傾斜部
３９  上端固定部
４０  平坦斜面部
４１  下方傾斜部
４２  上方傾斜部
４３  接合部位
５０  弁栓装置
５１  ダイアフラム隔膜
７０  ダイアフラム隔膜
７１  固定部
７２  弁軸貫通孔部
７３  斜面部
７４  周縁部  
【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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