(57)【要約】【課題】ダイヤフラムの必要な可撓性を確保しながらも、耐圧性及び耐久性を十分に高める。【解決手段】弁室１９内に受圧面２４ａが臨むように設けられ貫通孔１８と弁ロッド１３の外周との間をシールするダイヤフラム２４とを備えたダイヤフラムバルブにおいて、ダイヤフラム２４の受圧面２４ａとは反対側の面に接触するように、弁ロッド１３の外周に嵌挿状に取り付けられ、ダイヤフラム２４に作用する力を弾性変形することにより吸収する軟質ゴム製の受圧変形体２を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体内に設けられ入力ポート及び出力ポートを有し内部に流体が出入りする弁室と、
前記弁室の出力ポートに設けられた弁座に対して接離する弁体と、
前記本体に形成された前記弁室と連通する貫通孔内を貫通するように設けられ、往復動により前記弁体を駆動する弁ロッドと、
前記弁室内に受圧面が臨むように設けられ前記貫通孔と前記弁ロッドの外周との間をシールする弾性変形可能なダイヤフラムとを備えたダイヤフラムバルブにおいて、
前記ダイヤフラムの受圧面とは反対側の面に接触するように、前記弁ロッドの外周に嵌挿状に取り付けられ、前記ダイヤフラムに作用する力を弾性変形することにより吸収する軟質ゴム製の受圧変形体を設け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、例えば、工業用塗装に用いられるバルブに係り、特にダイヤフラムを利用したダイヤフラムバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば塗装システムにおける、塗料、溶剤、洗浄液等の流体の流路の開閉を行なうためのバルブとして、安全性の高いエア駆動式のダイヤフラムバルブが採用されている（例えば、特許文献１参照）。この種の従来のダイヤフラムバルブは、図５に示す構成を備えている。即ち、このダイヤフラムバルブの本体５１は、シリンダブロック５２の上部にカバー５３を有すると共に、シリンダブロック５２の下部にボディ５４を嵌合固定して構成されている。
【０００３】
シリンダブロック５２内にはピストン５６が図で上下方向に摺動自在に装填され、カバー５３の凹部５７内に装填されたスプリング５８によって下方へ付勢されている。シリンダブロック５２内は、このピストン５６によって下部の加圧室５９ａと上部の呼吸室５９ｂとに区画される。そして、シリンダブロック５２には加圧室５９ａに連通するパイロットポート６０が設けられ、カバー５３には呼吸室５９ｂに連通する呼吸孔６１が設けられている。また、ピストン５６は、その中心部下方に摺動軸６２が突設され、その摺動軸６２がシリンダブロック５２内の加圧室５９ａに連続して形成された摺動孔６３内に摺動自在に挿入されている。
【０００４】
シリンダブロック５２の摺動孔６３は、ボディ５４に形成された弁室５５に連通している。摺動孔６３内に挿入された摺動軸６２は、ボディ５４内にまで延び、その下端には、同軸上に弁ロッド６４が装着されている。その弁ロッド６４の下端には円錐状の弁体６５が形成されている。ボディ５４には、弁室５５に連通する入力ポート６６が横方向に延びて形成されていると共に、弁室５５から下方に延びる出力ポート６７が形成されている。出力ポート６７の弁室５５側端部には、前記弁体６５が接離する弁座６８が形成されている。前記入力ポート６６は、配管を介して例えば塗料等の流体の供給源に接続され、弁室５５の内部に所定の圧力で流体が供給される。出力ポート６７は、例えば塗装装置等の、流体の供給先に接続される。これにて、通常時において、スプリング５８のばね力によって、弁体６５が弁座６８に当接していて出力ポート６７が閉じられている。そして、パイロットポート６０に圧縮空気が流入されると、ピストン５６がばね力に抗して上方へ移動し、弁体６５が弁座６８から離間し、出力ポート６７から流体が流出される構成になっている。
【０００５】
このとき、弁室５５内の流体が、シリンダ側へ流入しないように弁室５５と摺動孔６３との間がダイヤフラム６９によってシールされるようになっている。前記ダイヤフラム６９は、例えばフッ素樹脂製のシートからなり、中心に前記弁ロッド６４の外周に嵌合する円形穴を有した円板状（リング状）をなしていると共に、そのうち外周部分及び内周部分（円形穴の周囲部）のみが厚肉状に構成されている。このダイヤフラム６９は、厚肉状の外周部が、シリンダブロック５２とボディ５４との間に挟まれて固定され、また、厚肉状の内周部が弁ロッド６４の外周に密着状に固定されて設けられている。これにて、ダイヤフラム６９は、弁ロッド６４の上下移動に伴ってその内周側が上下に変位して繰り返し変形するようになっていると共に、内外周の中間の受圧部分（リング状の薄肉部分）によって弁室５５内の圧力を受けるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２２８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記従来構成のダイヤフラムバルブの本体５１では、ダイヤフラム６９は、弁ロッド６４の往復動に応じて容易に変形する必要があるため、受圧部分を薄肉状として十分な可撓性を持たせるようにしている。このため、ダイヤフラム６９に十分な耐圧性が得られず、過大な圧力が作用するとダイヤフラム６９が破れてしまう虞があった。
【０００８】
一方、耐圧性を向上させるため、ダイヤフラム６９の受圧部分を肉厚にすると、ダイヤフラム６９の必要な可撓性が確保できなくなるとともに耐久性も大幅に低下してしまう問題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ダイヤフラムによって弁室内をシールするものにおいて、ダイヤフラムの必要な可撓性を確保しながらも、耐圧性及び耐久性を十分に高めることができるダイヤフラムバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明のダイヤフラムバルブは、本体内に設けられ入力ポート及び出力ポートを有し内部に流体が出入りする弁室と、前記弁室の出力ポートに設けられた弁座に対して接離する弁体と、前記本体に形成された前記弁室と連通する貫通孔内を貫通するように設けられ、往復動により前記弁体を駆動する弁ロッドと、前記弁室内に受圧面が臨むように設けられ前記貫通孔と前記弁ロッドの外周との間をシールする弾性変形可能なダイヤフラムとを備えたダイヤフラムバルブにおいて、前記ダイヤフラムの受圧面とは反対側の面に接触するように、前記弁ロッドの外周に嵌挿状に取り付けられ、前記ダイヤフラムに作用する力を弾性変形することにより吸収する軟質ゴム製の受圧変形体を設けたことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、ダイヤフラムの受圧面にかかる流体の圧力を、軟質ゴム製の受圧変形体の弾性変形により吸収することができ、前記ダイヤフラムに直接的にかかる圧力を小さくすることができる。従って、前記ダイヤフラムを薄肉にしても、十分な耐圧性を得ることができ、ひいては、前記ダイヤフラムの耐久性を十分に高めることができる。
【００１２】
尚、本発明における「軟質ゴム」とは、ダイヤフラムの変形に伴って容易に変形して圧力を吸収することができる硬さのゴムであり、具体的には、ゴム硬度が、ＡＳＫＥＲ Ｃ ３０以下のものをいう。このゴム硬度は、日本ゴム協会の標準規格（ＳＲＩＳ  ０１０１−１９６８）に基づくもので、ＡＳＫＥＲ（アスカー）Ｃ型の計測器で測定した数値（０〜１００の範囲で単位はない）をいう。また、軟質ゴムの材質は、特に限定されるものではなく、例えばシリコンゴムやＮＢＲ等、様々な種類のゴムを採用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のダイヤフラムバルブによれば、ダイヤフラムによって弁室内をシールするものにおいて、ダイヤフラムの受圧面とは反対側の面に接触するように、弁ロッドの外周に嵌挿状に取り付けられ、該ダイヤフラムに作用する力を弾性変形により吸収する軟質ゴム製の受圧変形体を設けたので、ダイヤフラムの必要な可撓性を確保しながらも、耐圧性及び耐久性を十分に高めることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、ダイヤフラムバルブの縦断面図
【図２】受圧変形体の斜視図
【図３】ダイヤフラムの平面図
【図４】要部を拡大して示すもので、（ａ）はダイヤフラムバルブの弁の閉状態、（ｂ）は同開状態を夫々示す縦断面図
【図５】従来例を示すダイヤフラムバルブの縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図１から図４を参照しながら説明する。図１は本実施例に係るダイヤフラムバルブの本体１の全体構成を示している。本体１は、図１中上から順にシリンダブロック３、ボディ４、及びシートブロック５が複数のボルト６（図１で１本の頭部のみ図示）により一体に締結固定され構成されている。また、この本体１は、マニホールド２８上に取り付けられている。
【００１６】
前記シリンダブロック３は、全体として矩形ブロック状をなすと共に、その上面部から上方に凸となる円筒蓋状の凸部３ａが一体に設けられている。このシリンダブロック３の内部には、下面で開口する円形のシリンダ室１０が設けられ、また、このシリンダ室１０は、前記凸部３ａ内と連通している。このシリンダブロック３のシリンダ室１０内には、薄型円柱状のピストン７が上下方向に摺動可能に装填され、このピストン７は前記凸部３ａ内に装填されたスプリング８によって下方へ付勢されている。これにて、シリンダ室１０は、ピストン７によって下側の加圧室１０ａと、上側の呼吸室１０ｂとに区画されている。ピストン７の外周にはＯリング９が装着されており、加圧室１０ａと呼吸室１０ｂとの間の気密性が保たれている。そして、シリンダブロック３の左側壁部には加圧室１０ａに連通するパイロットポート１１が横方向に延びて設けられている。シリンダブロック３の凸部３ａの上端面には呼吸室１０ｂに連通する呼吸孔３ｂが設けられている。
【００１７】
前記ピストン７の中心部には上下方向に貫通する貫通孔７ｂが形成されている。この貫通孔７ｂには上下方向に長い棒状の弁ロッド１３の上端部が嵌挿され、弁ロッド１３の上端にナット１４が締結されることにより弁ロッド１３がピストン７に固着されている。これにてピストン７の上下の往復動と一体に弁ロッド１３が上下に往復動する。
【００１８】
前記シリンダブロック３のシリンダ室１０の下面開口部（加圧室１０ａの下部）側には、ロッド保持部材１５が、該開口部を塞ぐように設けられている。このロッド保持部材１５は、中心を上下方向に貫通する貫通孔１８を有するほぼ円筒状をなしている。このとき、シリンダブロック３のシリンダ室１０の下端部の開口縁部には径方向に拡がる段部３ｃが形成されている。ロッド保持部材１５の上下方向の中間部外周には、前記段部３ｃに嵌合する径大部１５ａが形成されている。この径大部１５ａが段部３ｃに嵌合することにより、ロッド保持部材１５は上下方向の位置決め状態でシリンダブロック３に固定される。ロッド保持部材１５の外周面には、径大部１５ａの上側に位置してＯリング１６が嵌挿され、加圧室１０ａの気密性が保たれている。さらに、ロッド保持部材１５は、外形がやや径小となって下方（ボディ４側）に凸となる突出部１５ｂを有している。
【００１９】
前記ボディ４は、全体として矩形ブロック状をなし、その上面部には前記突出部１５ｂに対応した円形凹部１７が形成されている。また、ボディ４には、前記ロッド保持部材１５の貫通孔１８に連なるようにして、前記円形凹部１７の底部から下方に延びてボディ４の下面で開口するように、やや径小の円形穴が形成されている。この円形穴の内部が弁室１９とされる。ボディ４の左側壁部には、弁室１９に連なる入力ポート２２が設けられている。前記弁ロッド１３は、前記貫通孔１８を貫通し、その下端部が弁室１９内に位置している。この弁ロッド１３の周辺部分の構成については後述する。
【００２０】
ボディ４の下面に設けられるシートブロック５は、全体として矩形板状をなし、前記弁室１９に連なる出力ポート２３が上下に貫通するように設けられている。この出力ポート２３部分には、円筒状の弁座（シート）２６が設けられている。前記弁室１９内には、前記弁座２６に対して接離するボール状の弁体２７が設けられている。後述するように、この弁体２７は弁ロッド１３に固定され一体として駆動される。ボディ４とシートブロック５との間は、Ｏリング３３によりシールされている。
【００２１】
前記マニホールド２８内には、前記シートブロック５の出力ポート２３に連なる連通路２９がＬ字状に折れ曲がるように形成されており、その連通路２９の他端が出力口３１とされている。このマニホールド２８と前記シートブロック５との間（出力ポート２３の周囲部）は、Ｏリング３２によりシールされている。
【００２２】
さて、前記弁ロッド１３の周辺部分の構成について、図２から図４も参照して述べる。
弁ロッド１３は、図４にも示すように、その下端側部分（弁室１９内に配置される部分）が径大部１３ｂとされ、段部を介してその上部が径小部１３ａとされている。図１に示すように、弁ロッド１３の下端面に、前記弁体２７が固定されるようになっている。
【００２３】
図４にも一部示すように、この弁ロッド１３の径小部１３ａの外周には、前記径大部１３ｂとピストン７の下面との間に位置して、円筒状のスリーブ２０が嵌挿固定される。このとき、スリーブ２０と、弁ロッド１３の径大部１３ｂ（段部）との間には、後述するダイヤフラム２４が挟まれた状態に設けられている。尚、スリーブ２０の上端部（ピストン７の下面との間）には、弁ロッド１３の径小部１３ａとの間に位置してＯリング３４が設けられている。前記スリーブ２０は、上部の径大部２０ａと下部の径小部２０ｂとを一体に有している。ここで、前記ロッド保持部材１５の貫通孔１８の内周面は、上部がストレート（径が一定）な円筒面とされると共に、その下部が、下方に行くに従って径大となる緩やかなテーパ面とされている。スリーブ２０は、径大部２０ａの外周面が前記貫通孔１８のストレート部分の内周面を摺動しながら弁ロッド１３の上下動と一体に上下動する。ロッド保持部材１５の貫通孔１８の内周面には、スリーブ２０の径大部２０ａの外周面との間をシールするためのＯリング２１が装着されている。
【００２４】
前記ダイヤフラム２４は、図３にも示すように、例えば、厚み寸法が５０μｍの薄肉なフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）製のシートから、弾性変形可能な円板状に構成されている。より具体的には、ダイヤフラム２４は、円形凹部１７に対応した外形寸法（例えば１７．８ｍｍφ）を有すると共に、中心部に前記弁ロッド１３の径小部１３ａに嵌挿される大きさ（例えば３．１ｍｍφ）の円形孔２４ｂを有する円板状をなしている。この場合、ダイヤフラム２４は、全体の厚み寸法が均一のシート状であり、容易（コスト安）に製造することができる。
【００２５】
このダイヤフラム２４は、前記円形孔２４ｂが弁ロッド１３の径小部１３ａに嵌挿された状態で、その内周部（円形孔２４ｂの周囲部）が、前記弁ロッド１３の径大部１３ｂ（段部）とスリーブ２０との間に挟まれると共に、その外周部が、前記円形凹部１７の底面と、ロッド保持部材１５の突出部１５ｂの下端面との間に挟まれた状態で取り付けられる。このとき、突出部１５ｂとダイヤフラム２４の上面との間には、Ｏリング２５が設けられている。
【００２６】
これにて、ダイヤフラム２４は、弁室１９と貫通孔１８との間を上下に区画しながら、貫通孔１８と弁ロッド１３の外周部との間をシールするようになっている。このとき、ダイヤフラム２４の下面のうち、内外周の中間のリング状部分、つまり弁室１９に臨む部分が受圧面２４ａとされている。図４に示すように、ダイヤフラム２４は、弁ロッド１３の上下動に応じてその内周側が上下に変位し、受圧面２４ａ部分が弾性変形されるようになっている。なお、ダイヤフラム２４の厚さ、材質はこれに限らず、例えば、材質はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等でも良い。
【００２７】
そして、前記スリーブ２０の径小部２０ｂの外周部には、該径小部２０ｂと貫通孔１８の内周面のうちテーパ状部分と、ダイヤフラム２４の上面との間に形成される隙間を満たすようにして、軟質ゴム製の受圧変形体２が嵌挿される。この受圧変形体２は、図２に示すように、ほぼ円筒形状をなし、前記径小部１３ａに対応した内径の中空部を有し、外面が図中下方に行くにつれ徐々に径大になるテーパ面状に形成されている。より具体的には、この受圧変形体２は、耐薬品性に優れたシリコンゴムからなり、例えば、そのゴム硬度がＡＳＫＥＲ Ｃ ２３とされている。なお、受圧変形体２の材質としては、シリコンゴム製に限るものではなく、軟質ゴムであり耐薬品性に優れた、例えばニトリルゴム（ＮＢＲ）等の様々な種類のゴムを採用することができる。また、ゴム硬度がＡＳＫＥＲ Ｃ ３０以下のものを用いることが望ましい。
【００２８】
この受圧変形体２は、その下端面がダイヤフラム２４の受圧面２４ａの反対側の面つまり上面全体に接触するようにして、弁ロッド１３の径小部１３ａの外周に嵌挿されている。これにて、受圧変形体２は、後の作用説明でも述べるように、ダイヤフラム２４に作用する力を、弾性変形することにより吸収するようになっている。
【００２９】
以上の構成により、パイロットポート１１に圧縮空気が入力されていない通常状態では、図１及び図４（ａ）に示すように、ピストン７ひいては弁ロッド１３は、スプリング８の下方向の付勢力により下方向へ押圧されている。この状態では、弁ロッド１３に固定された弁体２７を弁座２６に押し付けており、出力ポート２３が閉塞している（弁の閉状態）。このときは、図４（ａ）に示すように、ダイヤフラム２４は、受圧面２４ａ部分が下方へ膨らむような形態となる。これに対し、パイロットポート１１に圧縮空気が供給されると、ピストン７がばね力に抗して上昇し、弁ロッド１３が上昇する。これにより、弁体２７が弁座２６から離間し、出力ポート２３が開くようになる（弁の開状態）。このときは、図４（ｂ）に示すように、ダイヤフラム２４は、受圧面２４ａが上方に膨らむように変形する。なお、後述するように弁の閉状態と開状態との間で、受圧変形体２は全体として弾性変形をしつつもその体積を一定に保つような寸法関係になっている。
【００３０】
次に、本実施形態に係るダイヤフラムバルブの本体１の動作について、主として図４を参照して述べる。
前記入力ポート２２には、例えば塗料を圧送するポンプ等の流体の供給源が接続されている。前記出力ポート２３（出力口３１）には、例えば塗装装置（塗料ガン）等が接続される。パイロットポート１１から圧縮空気が入力されていない弁の閉状態では、図４（ａ）に示すように、ダイヤフラム２４の円形孔２４ｂは弁ロッド１３に固着されて下側に位置しているため、ダイヤフラム２４は下方に凸の形状になっている。この状態では、弁室１９内に流体（塗料）が所定の圧力で供給されており、ダイヤフラム２４の受圧面２４ａは、その流体の圧力を受けることになる。ここで、ダイヤフラム２４の受圧面２４ａの上面側には、軟質ゴム製の受圧変形体２が配置されているので、受圧面２４ａにかかる流体の圧力は、受圧変形体２の弾性変形により吸収されるようになる。
【００３１】
これにより、ダイヤフラム２４の受圧面２４ａに直接作用する圧力を小さくすることができる。しかも、受圧面２４ａの裏面側全体に受圧変形体２が面接触し、その圧力を均等に受けることができるので、ダイヤフラム２４の一部に応力が集中したり、一部のみが変形したりすることを防止することができる。
【００３２】
パイロットポート１１から圧縮空気が入力されると、弁が開いた状態となり、出力ポート２３から塗料が流出する。このときには、図４（ｂ）に示すように、ダイヤフラム２４の中心部が弁ロッド１３と共に上昇し、ダイヤフラム２４は上方に凸の形状になる。このように、弁ロッド１３の上下の往復動に伴って、ダイヤフラム２４の内周側が上下に往復動を繰り返し変形するようになっている。このとき、弁ロッド１３が上下動する事情があっても、ダイヤフラム２４によって弁ロッド１３の外周のシールが確実になされ、弁室１９内の流体が貫通孔１８側に漏れることがないことは勿論である。
【００３３】
また、弁が閉状態と開状態との間を遷移するとき、ダイヤフラム２４は上に凸の形状と下に凸の形状との間で変形するとともに、スリーブ２０は上下方向に往復動しそれに伴い受圧変形体２も変形する。このとき、本実施形態では、ダイヤフラム２４の凸状部の変化に伴って変形した空間の体積が、受圧変形体２の上端部において変位した空間の体積と等しくなるように設計されている。このため、弁の閉状態と開状態との間で、受圧変形体２は全体として形状が変形しつつもその体積は一定に保たれるようになっている。これによりダイヤフラム２４が受圧変形体２から受ける圧力は常に一定に保たれ、ダイヤフラム２４の上下両面に作用する圧力を均等とすることができる。
【００３４】
このように、本実施形態に係るダイヤフラムバルブによれば、ダイヤフラム２４によって弁室１９内をシールするものにおいて、ダイヤフラム２４の受圧面２４ａの反対側の面に接触するように、軟質ゴム製の受圧変形体２を設けたので、ダイヤフラム２４自体が受ける圧力を小さくすることができると共に、ダイヤフラム２４の一部に応力が集中することを防止できる。しかも、ダイヤフラム２４の上下両面に作用する圧力を均等とすることができる。この結果、薄膜状のダイヤフラム２４の必要な可撓性を確保しながらも、ダイヤフラム２４の耐久性及び耐圧性を十分に高めることができるという優れた効果を得ることができる。ちなみに、従来のフッ素樹脂製のダイヤフラムでは、耐圧が０．４ＭＰａ程度であったのに対し、本実施形態のダイヤフラム２４では、５ＭＰａの圧力に耐えることができた。また、従来のダイヤフラムでは、膜厚の精度によって耐久回数に大きなばらつきがあったが、本実施形態では、安定して高い耐久性を得ることができたのである。
【００３５】
尚、本発明は上記し図面に示した一実施形態に限定されるものではなく、以下のような拡張、変更が可能である。即ち、上記実施形態では、ボール状の弁体２７を有したものとしたが、弁ロッドに取り付けられたあるいは一体に設けられたニードル状の弁体を備えたものとしても良い等、弁機構の構造としては種々の変更が可能である。また、本発明は、塗装システムにおける塗料の流路の開閉に限らず、各種の流体に関する開閉を行うバルブ装置に適用することができる。
【００３６】
さらには、受圧変形体２を外周面がテーパ面とされた円筒状に構成したが、受圧変形体の形状としては、外形が一定の円筒状など、様々な変更が可能である。その他、上述の通り、ダイヤフラムの厚み寸法や材質、受圧変形体の材質や硬さについても様々な変更が可能である等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【符号の説明】
【００３７】
図面中、１は本体、２は受圧変形体、１３は弁ロッド、１８は貫通孔、１９は弁室、２２は入力ポート、２３は出力ポート、２４はダイヤフラム、２４ａは受圧面、２６は弁座、２７は弁体を示す。
【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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