(57)【要約】【課題】過酷な環境条件、例えば、温度１５０℃、圧力１ＭＰａを超えるような環境条件でも、高い強度を維持でき長寿命となるダイヤフラムとその製造方法を提供する。【解決手段】本体ゴム１内部に補強繊維コード２が配置されていると共に、ダイヤフラムバルブ本体に取り付けるための締結具を装着する開口３、４が形成されている。開口３、４周辺に位置する補強繊維コード２が切断されることなく高密度に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体ゴム内部に補強繊維コードが配置されていると共に、ダイヤフラムバルブ本体に取り付けるための締結具を装着する開口が形成されているダイヤフラムにおいて、前記開口周辺に位置する前記補強繊維コードが切断されることなく高密度に配置されていることを特徴とするダイヤフラム。
【請求項２】
前記本体ゴムがフッ素ゴムであると共に、前記補強繊維コードが中繊維から構成されたすだれ状のアラミド繊維である請求項１のダイヤフラム。
【請求項３】
金型内に未加硫ゴムを注入し、この未加硫ゴム上に補強繊維コードを配置し、更に未加硫ゴムを注入して前記補強繊維コードを被覆することによりゴム内部に補強繊維コードを配置し、ダイヤフラムバルブ本体に取り付けるための締結具を装着する開口を形成するダイヤフラムの製造方法において、前記開口周辺に位置する前記補強繊維コードを切断することなく高密度に配置するように前記開口を穿孔することを特徴とするダイヤフラムの製造方法。
【請求項４】
前記未加硫ゴムとしてフッ素ゴムを用いると共に、前記補強繊維コードとして中繊維から構成されたすだれ状のアラミド繊維を用いる請求項３のダイヤフラムの製造方法。
【請求項５】
前記開口を形成するため、前期金型内に未加硫ゴムを注入しこの未加硫ゴム上に補強繊維コードを配置した後、先細り状の穿孔治具を、前記開口周辺の補強繊維コードを押し広げるように挿入して行う請求項３又は４のダイヤフラムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤフラムとその製造方法に関し、詳しくは、本体ゴム内部に補強繊維コードが配置されていると共に、ダイヤフラムバルブ本体に取り付けるための締結具を装着する開口が形成されているダイヤフラムとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤフラムバルブは、容易かつ確実、安価に流体をシールすることができるため、多くの分野で使用されている。ダイヤフラムバルブに用いるダイヤフラムはゴム又は樹脂を主材料としているが、補強繊維を内包していることもある。この補強繊維は、ダイヤフラムを構成するゴムまたは樹脂が伸ばされて変形することを規制して、ゴム又は樹脂の早期破損を防止するもので、特に最近のように長寿命を要求されたり、過酷な環境で使用されたりする場合に効果的である。
【０００３】
ダイヤフラムの形状は、正方形、長方形、円盤形などが一般的であり、いずれも中央部が湾曲し一方に膨出しており、この中央部が反転することにより流体をシールするので、固定部である外周部および湾曲中央部に大きな応力がかかり、この部分の破損が最も起こり易い。
【０００４】
そこで、かかる部分の補強をするために、種々の工夫がなされており、ダイヤフラムの外周部を固定するバルブ側に突条を設けたダイヤフラムバルブ（特許文献１）、ダイヤフラムの外周部に変形防止リングを配置したダイヤフラムバルブ（特許文献２）などが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２１０９０２号公報
【特許文献２】特開平５−１９６２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術のダイヤフラムバルブの構成では、シール圧力が低い場合や、流体温度が低い場合に効果的と言えるが、より過酷な条件では、例えば、温度１５０℃、圧力１ＭＰａ以上に達するような環境で使用する場合には、ダイヤフラムは到底耐えられず、早期に破損するという問題があり、より強度の高いダイヤフラムバルブの実現に対する要請は強いものがある。
【０００６】
また、補強繊維を内包したダイヤフラムを用いたとしても、ダイヤフラムの外周部および中央部では、バルブ本体と締結する締結具を装着するための貫通孔を設ける必要があり、その箇所では、ダイヤフラムを開口することになり補強繊維を切断することになるので、強度の大幅な低下は避けられない。
【０００７】
更には、水蒸配管の途中に使用する場合には、主材料となるゴム材質もフッ素ゴムやＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）あるいはＨＮＢＲ（水添アクリルニトリルブタジエンゴム）の過酸化物加硫したもの等に限られ、かかるゴム材質と補強繊維の接着は一般に難しく、特に高温での接着力は低くなるため、高品質のダイヤフラムを製造することは困難であった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、過酷な環境条件、例えば、温度１５０℃、圧力１ＭＰａを超えるような環境条件でも、高い強度を維持でき長寿命となるダイヤフラムとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係るダイヤフラムの特徴構成は、本体ゴム内部に補強繊維コードが配置されていると共に、ダイヤフラムバルブ本体に取り付けるための締結具を装着する開口が形成されていて、前記開口周辺に位置する前記補強繊維コードが切断されることなく高密度に配置されていることにある。
【００１０】
この構成によれば、締結具が装着される開口周辺の繊維補強コードが切断されておらず、高密度に配置されているため、ダイヤフラムバルブ本体に装着されて使用されたとしても、開口周辺からの破損を効果的に防止でき、特に、高温、高圧といった過酷な環境条件下でも耐久性に優れたダイヤフラムとなる。
【００１１】
その結果、過酷な環境条件、例えば、温度１５０℃、圧力１ＭＰａを超えるような環境条件でも、高い強度を維持でき長寿命となるダイヤフラムを提供することができた。
【００１２】
前記本体ゴムがフッ素ゴムであると共に、前記補強繊維コードが中繊維から構成されたすだれ状のアラミド繊維であることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、本体ゴムを構成するフッ素ゴム、補強繊維コードを構成するアラミド繊維が共に、過酷な環境でも高い強度を維持できるので、より細い繊維を採用できるだけでなく、疎に配置することができ、穿孔しながら開口を形成することが容易となって、製造歩留りが向上して製造コストの低減が図れると共に、耐久性が一層高くなる。特に、アラミド繊維として、その中繊維を互いに撚った構成を採用すると、補強繊維コード間から繊維フィラメントが突出し、これが本体ゴム中に食い込むことによって、補強繊維とゴムとの一体性が強化される結果、接着剤を使用することなく、被覆ゴムとの接着力が高く維持できる。
【００１４】
又、本発明に係るダイヤフラムの製造方法の特徴構成は、金型内に未加硫ゴムを注入し、この未加硫ゴム上に補強繊維コードを配置し、更に未加硫ゴムを注入して前記補強繊維コードを被覆することによりゴム内部に補強繊維コードを配置し、ダイヤフラムバルブ本体に取り付けるための締結具を装着する開口を形成するダイヤフラムの製造方法において、前記開口周辺に位置する前記補強繊維コードを切断することなく高密度に配置するように前記開口を穿孔することにある。
【００１５】
この構成によれば、過酷な環境条件、例えば、温度１５０℃、圧力１ＭＰａを超えるような環境条件でも、高い強度を維持でき長寿命となるダイヤフラムの製造方法を提供することができる。
【００１６】
前記未加硫ゴムとしてフッ素ゴムを用いると共に、前記補強繊維コードとして中繊維から構成されたすだれ状のアラミド繊維を用いることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、穿孔しながら開口することが容易となって、製造歩留りが向上して製造コストの低減が図れると共に、耐久性が一層高いダイヤフラムの製造方法を提供することができる。特に、切断し難い高強度のアラミド繊維を打抜・切断することなく配置できるので、面倒な打抜・切断作業が不要となって作業性が向上する。
【００１８】
前記開口を形成するため、前期金型内に未加硫ゴムを注入しこの未加硫ゴム上に補強繊維コードを配置した後、先細り状の穿孔治具を、前記開口周辺の補強繊維コードを押し広げるように挿入して行うことが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、補強繊維コードを切断することが確実に防止され、開口周辺に補強繊維コードの高い領域を容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るダイヤフラムの補強繊維の配置を説明する一部破断平面図（斜線を施したが部分が破断箇所）であり、図２はダイヤフラムバルブに使用する際のダイヤフラムの断面構造を示す。
【００２１】
図１、２に示すように、このダイヤフラムＤは、本体ゴム１としてフッ素ゴムを使用し、その内部に繊維補強コード２として２方向に略直交したすだれ状アラミド繊維を配置した構成となっている。このアラミド繊維は、短繊維あるいは長繊維よりも、中繊維であることが好ましく、このようなアラミド繊維は、本体ゴムとの接着力を強化するため、さらに同質のゴム材料で被覆する必要がなく、すだれ状アラミド繊維をアラミド繊維コードとして、そのまま本体ゴム内に配置することができる（ノンディップコード）。
【００２２】
ここに、中繊維とは、長く伸びた単一のフィラメントからなる長繊維ではなく、数ｍｍ〜１ｍｍ以下程度に短く裁断された短繊維でもない中程度の長さを有する繊維が互いに撚られて、フィラメントのような長い単一の紡績糸となるような繊維を意味するものであり、その外周面から繊維の端部が毛羽状に張り出している構造を有する。このような中繊維として、具体的には、テクノーラ（商品名。帝人株式会社製造）などが好ましく、これを採用すると本体ゴムとして用いられるフッ素ゴムとの接着に優れ、特別な接着剤を必要とすることなく、強固に一体形成できる。その結果、１００℃以上の温度で、０．３ＭＰａ以上の作動圧力に使用する高温高圧ダイヤフラムバルブ用としても、長寿命なダイヤフラムを実現でき、更には、約１５０℃程度の高い温度、１ＭＰａ以上といった高圧の過酷な雰囲気においても、高い強度を維持可能となる。
【００２３】
そして、中心部および周辺４箇所近傍には、ダイヤフラムバルブ本体に締結具を締着するため、夫々開口３、４が形成されていて、開口３、４の周辺での補強繊維が開口３、４を迂回するように配置されており、この部分の補強繊維密度が高くなって、高い補強効果を発揮する構造になっている。つまり、開口３、４の周辺での補強繊維コードは、切断された切断端が開口３、４に露出することなく、開口周辺に補強繊維コード密度の高い領域を形成する特徴を備える。開口周辺が、このように強固に補強されているため、従来技術では、６〜８個の締結具を使用する必要のある場合でも、本実施形態の構成であれば、締結具を４個にしても十分な締結力が得られる。
【００２４】
しかも、このような構成であると、打ち抜きし難い高強度のアラミド繊維を打ち抜きあるいは切断する作業上の手間が省けると共に、打抜工具の短寿命によるコスト上昇を確実に防止することができる。
【００２５】
次に、本実施形態のダイヤフラムＤの製造方法を説明する。まず、金型内に未加硫のフッ素ゴムを注入し、固化した後、フッ素ゴムに被覆されたアラミド繊維コードを格子状に配置する。この場合、アラミド繊維コードを密に配置する必要はなく、数ｍｍ程度の隙間が形成されるように配置する。
【００２６】
この状態で、先端が尖った先細り状の棒状をした穿孔治具を用いて、先端をダイヤフラムＤの開口位置に当てて、開口周辺の補強繊維コードを押し広げるようにして挿入し、穿孔することにより、ダイヤフラムをダイヤフラムバルブ本体に締結具を介して締結するための開口３、４を形成する。このようにすると、図１に示すように、開口周辺の補強繊維コードが開口周辺で切断されることなく、高密度に寄り集まった構成となり、高い補強構造を形成することになる。
【００２７】
そして、穿孔治具を挿入したまま金型内に未加硫のフッ素ゴムを注入し、補強繊維コードを全て被覆して、固化した後、穿孔治具を引き抜く。
【００２８】
なお、金型は円形でも角形でもよく、したがってダイヤフラムＤの形状も円形でも角形でもよいことになり、形状については使用態様に応じて種々の変形が可能である。
【００２９】
本実施形態のダイヤフラムＤは、このようにして製造されるため、先端が尖った先細り状の棒状をした穿孔治具を用意するだけで、従来の製法に用いられていた金型をそのまま使用することができ、製造コストの大きな高騰をもたらすことなく、高強度で耐久性のあるダイヤフラムを製造することができる。
【実施例】
【００３０】
以下に、本実施形態に係るダイヤフラムを実施例として、比較例と共に耐久テストを実施した結果を説明する。
（実施例１）図１に示すような形状を有する、４０Ａの配管（径約４０ｍｍ）に設置される円盤状ダイヤフラム（径約１４０ｍｍ、厚み約６ｍｍ）を製造した。周辺４箇所に、締結具であるボルトを挿通するための挿通孔（開口）を設けてあり、本体ゴム、被覆ゴム共に硬度６５°（ショアＡ）のフッ素ゴムを用いた。このダイヤフラムの厚み方向中央部には、中繊維から作製したアラミド繊維コード（テクノーラ。商品名）を配置した。アラミド繊維コードは、４４０ｄｔｅｘ／１×２（４４０ｄｔｅｘの繊維を２本撚りしたもの）、破断強度約１５０Ｎ、破断伸び約７％の特性を有しており、径約０．３５ｍｍの補強繊維コードの周囲に、本体ゴム、被覆ゴムと同質のフッ素ゴムを被覆して０．６ｍｍとし、これを１５本／２５ｍｍの密度ですだれ状として、直交するように配置してある。周辺４箇所の開口は、先端が先細り状をした径約１５ｍｍの円錐キリ状の穿孔治具を用いて、中央部の開口は径約７ｍｍの穿孔治具を用いて、繊維を切断することなく形成した。
（比較例１）実施例１と同様なアラミド繊維コードを、図３に一部破断して示すように、直交させて配置し、実施例１と同様な４箇所の周囲位置に、径１５ｍｍのボルト挿通孔をポンチにて打ち抜き、中央部は径７ｍｍのボルト挿通孔をポンチにて打ち抜き穿孔したダイヤフラムＤ’を作製した。なお、図３の内、斜線を施したが部分が破断箇所である。
（比較例２）実施例１と同様なアラミド繊維コードを、図４に一部破断して示すように、平織り構造として、比較例１と同様にして、周辺４箇所、中央部１箇所にボルト挿通孔を穿孔したダイヤフラムＤ”を作製した。なお、図４の内、水平線を施したが部分が破断箇所である。
【００３１】
上記実施例、比較例のダイヤフラムを夫々ダイヤフラム本体に装着し、約１５０℃の蒸気にて接触させ、１ＭＰａのシール圧力を繰り返し負荷したとき、シール漏れを生じるに至るまでの回数を測定した。その結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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表１の結果より、実施例１のダイヤフラムは、比較例１、２に比べてシール漏れを生じるに至る繰り返し回数が格段に多く、耐久性に優れていることが分かる。
【００３３】
〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態では、補強繊維のアラミド繊維をダイヤフラムの本体ゴムと同質のゴム材料で被覆した例を示したが、これに限定されるものではなく、本体ゴムと異質のゴム材料で被覆してもよい。
（２）上記実施形態では、開口を形成するのに、先端が先細り状の穿孔治具を用いて行ったが、これに代えて、予め下金型に開口形成用の突起を設けておき、この突起を避けるように補強繊維コード押し込み配置し、その後、未加硫ゴムを注入するようにしてもよい。この方法によっても、開口周辺で補強繊維が切断されないので、上記実施形態と実質的に同様の効果を発揮し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係るダイヤフラムを説明する一部破断平面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図
【図３】比較例に係るダイヤフラムの一部破断平面図
【図４】他の比較例に係るダイヤフラムの一部破断平面図
【符号の説明】
【００３５】
１        本体ゴム
２        補強繊維コード
３、４    開口
【図１】
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【図２】
2006161831.tif 000005
【図３】
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【図４】
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