(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の入口及び出口と流路を備えたバルブボディと、前記バルブボディと接続するボンネットと、前記バルブボディと前記ボンネットとの間に挟持固定されたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを上下動させる操作機構とからなり、前記ダイヤフラムの上下動により流路を開閉するダイヤフラム弁であって、
前記バルブボディの前記流路の上方に複数の段部が形成され、
前記複数の段部の間に枝管部を有し、前記枝管部が前記流路の上流側に設けられ、
前記ダイヤフラムは周縁部と前記周縁部よりも内側に設けられたドーム状の屈曲部を介して連続的に形成された中央部を含み、有効受圧面積が小さくなるように上下動され、
前記ダイヤフラムの前記中央部の下方に、前記流路と密接することで前記流路を閉塞し得る形状を備えた突起部が形成され、
前記ダイヤフラムの前記周縁部が、前記複数の段部のうちの１つの段部と前記ボンネットとの間に挟持固定され、
前記操作機構の上下動により、前記ダイヤフラムと前記複数の段部のうちの他の１つの段とが当接離間し、前記突起部と前記１つの段の２つで、前記操作機構に対して、前記流体が押し返す力を低減可能なように流路を閉塞し得る、
ことを特徴とするダイヤフラム弁。
【請求項２】
前記操作機構による前記ダイヤフラムを上下動において、前記流路を閉じた状態では、前記中央部が前記屈曲部の頂点の位置に比べて凹んだ状態であり、前記流路を開いた状態では、前記中央部が凸形状になり、前記屈曲部において反転し、前記中央部と一連に繋がるようにダイヤフラムの凸面の一部となるように構成してある、請求項１に記載のダイヤフラム弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤフラム弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤフラム弁として、従来、特許文献１に開示されたものが知られている。ダイヤフラム弁は、図８に示されるように、入口流路（２）と出口流路（３）を備えたバルブボディ（４）と、該バルブボディ（４）の上面とボンネット（５）の下面との間に挟持固定されたダイヤフラム（６）と、該ダイヤフラム（６）を上下動させる操作機構（７）とを具備している。
【０００３】
入口流路（２）と出口流路（３）は図示の如く同一軸線上に配置されており、且つ入口流路（２）と出口流路（３）は突起の無い連絡流路（８）を介して連通されている。特許文献１のダイヤフラム弁は、図示されているとおり、入口流路（２）と出口流路（３）が、突起の無い連絡流路（８）を介して連通されているので、流路内に溜まりが発生することがなく、洗浄性が良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２３２９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
叙上の特許文献１記載のダイヤフラム弁はベローズ等と同じ無漏洩タイプであるので、摺動部を持つ他の弁に比して気密性に優れ、異物の発生と内部への異物の混入が少ないという利点がある。しかし、ダイヤフラムが圧力を受ける面積が大きいので、流体を閉止するために必要な推力は大きくなる。
そこで、本発明は、従来のダイヤフラム弁を改良することで、受圧面積を小さくし、微小異物の発生・混入を低減することができるダイヤフラム弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、流体の入口及び出口と流路を備えたバルブボディと、前記バルブボディと接続するボンネットと、前記バルブボディと前記ボンネットとの間に挟持固定されたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを上下動させる操作機構とからなり、前記ダイヤフラムの上下動により流路を開閉するダイヤフラム弁であって、
前記バルブボディの前記流路の上方に複数の段部が形成され、
前記ダイヤフラムは周縁部と屈曲部を介して連続的に形成された中央部を含み、
前記ダイヤフラムの前記中央部の下方に、前記流路を閉塞し得る形状を備えた突起部が形成され、
前記ダイヤフラムの前記周縁部が、前記複数の段部のうちの１つの段部と前記ボンネットとの間に挟持固定され、
前記操作機構の上下動により、前記ダイヤフラムと前記複数の段部のうちの他の１つの段とが当接離間し、前記突起部により前記流路を閉塞し得る
ことを特徴とするダイヤフラム弁に関する。
【０００７】
また、前記バルブボディの前記複数の段部の間に枝管部を有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１によれば、ダイヤフラムは周縁部と屈曲部を介して連続的に形成された中央部から形成されているので、有効受圧面積を小さくすることができ、ひいてはバルブを開から閉に駆動する際に操作機構がダイヤフラムを上下動させるために必要な力（推力）を低減することができる。
ここで、有効受圧面積とは、バルブを開から閉に駆動させる際にダイヤフラムが動く部分の面積のことを言う。ダイヤフラムの有効受圧面積部分がダイヤフラムを上下動させる操作機構の駆動により、変形することで流路を開閉する。
【０００９】
また、本発明の請求項１によれば、バルブボディは流路の上方に複数の段部が形成され、ダイヤフラムの中央部の下方に、前記流路を閉塞し得る形状を備えた突起部が形成されているので、バルブの閉止時にダイヤフラムが圧力を受ける面積小さくなり、ひいてはバルブの閉止時にダイヤフラムを上下動させる操作機構に対して流体が押し返す力を低減することができ、操作機構の保持力が向上する。
また、ダイヤフラムが変形しながらバルブボディのシール面に接触させる従来のダイヤフラムバルブと比較して、ボディとの滑りが起こりにくく微小異物の発生・混入を低減することができるダイヤフラム弁を提供することができる。
本発明の請求項２によれば、前記バルブボディの前記複数の段部の間に枝管部が形成されているのでバルブ使用時の液溜まりを防止でき、洗浄する際の洗浄性が良好になるダイヤフラム弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の一例を示す一部切り欠き断面斜視図である。
【図２】図１のダイヤフラム弁のバルブボディを示す斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るダイヤフラム弁の一例を示す断面斜視図である。
【図４】図３のダイヤフラム弁の分解断面図である。
【図５】図１及び図３のダイヤフラム弁を構成するダイヤフラムの斜視図である。
【図６】（ａ）は図３のダイヤフラム弁におけるダイヤフラム下降時の動作説明図、（ｂ）は図１のダイヤフラム弁におけるダイヤフラム上昇時の動作説明図である。
【図７】図１のダイヤフラム弁と従来のダイヤフラムの有効受圧面積の根拠であるそれぞれの直径を例証する図である。
【図８】従来のダイヤフラム弁の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るダイヤフラム弁について以下に詳細に説明する。
【００１２】
［実施形態１］
図１―２及び５を参照すると、本実施形態のダイヤフラム弁（１）は、流体の入口及び出口となる流路（Ｐ）と流路（Ｐ）の上方に２つの段部（ＳＴ１、ＳＴ３）が形成されたバルブボディ（４）と、ボンネット（５）と、ダイヤフラム（７）を具備している。
また、ここでいう上下左右とは図１を参考にしており、上下とはダイヤフラムが動作する方向で、左右とは流路の方向をいう。
ここで図２を参照すると、２つの段部（ＳＴ１、ＳＴ３）のうちの一方の段部（ＳＴ１）はボンネット（５）側に設けられており、他方の段部（ＳＴ３）は一方の段部（ＳＴ１）に対して流路側に凹んだ形状で設けられている。そして図２に示されるように、一方の段部（ＳＴ１）の径Ｄ１と、他方の段部（ＳＴ３）の径Ｄ３には、Ｄ１＞Ｄ３の関係がある。
【００１３】
ついで、図１及び５を参照すると本実施形態のダイヤフラム弁（１）を構成するダイヤフラム（７）は、中央部（Ｃ）と、その周縁部（ＰＦ）とを含んでおり、中央部（Ｃ）と周縁部（ＰＦ）の間に連続的に形成された屈曲部（ＦＬ）を含んでいる。より詳しくは、図４を参照すると、ダイヤフラム（７）のステム（７ａ）が突設される側の面において、ステム（７ａ）に最も近い部位を中央部（Ｃ）と定義し、中央部（Ｃ）から連続して形成され且つ中央部（Ｃ）よりもステム（７ａ）から離間したドーム状の部位を屈曲部（ＦＬ）と定義し、屈曲部（ＦＬ）から連続して形成され且つ屈曲部（ＦＬ）よりも更にステム（７ａ）から離間した自由端を含む部位（最外部）を周縁部（ＰＦ）と定義している。ダイヤフラム（７）は、中央部（Ｃ）の下面（ＣＬ）より、突起部（ＰＪ）が、図から見て下方に突出している（図５参照）。周縁部（ＰＦ）はバルブボディ（４）の一方の段部（ＳＴ１）とボンネット（５）との間に挟持固定されている。周縁部（ＰＦ）は円周状に形成された突起で、バルブボディ（４）に円周状に形成された凹所（Ｒ）に嵌入される。図１を参照すると、必須の構成ではないが、ボンネット（５）のバルブボディ（４）と対向する側にＯリング（ＯＲ）が嵌入され、ダイヤフラム（７）の周縁部（ＰＦ）の内側を押圧することで更にシール性が向上する。
【００１４】
ダイヤフラム（７）の材質としては、限定されないが、例えば従来から知られた天然ゴム、ニトリルゴム、スチレンゴム、フッ素ゴム（ＦＰＭ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などのゴム材料が採用され得る。本実施形態のダイヤフラム（７）は該ゴム材料のみからなる単層構造であっても、該ゴム材料から構成されるゴム膜にポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）などの合成樹脂膜を積層した二層構造であってもよい。更に本出願人の先願発明（国際公開第２０１３／１７９７３９号）において開示した炭素繊維、合成樹脂、金属等からなる補強布をダイヤフラム（７）に内在させることも可能である。
【００１５】
ダイヤフラム弁（１）を構成するバルブボディ（４）の流路（Ｐ）は入口側流路（２）と出口側流路（３）は連通されている。また、バルブボディ（４）の他方の段部（ＳＴ３）は、ダイヤフラム（７）の中央部（Ｃ）の下面（ＣＬ）が載置される座（Ｓ）として機能する。
ここで図１、図４及び図７を参照すると、従来のダイヤフラム弁のダイヤフラムではバルブボディ（４）の一方の段部（ＳＴ１）とボンネット（５）との間に挟持固定されている側（下側）に動く構造（この動く面積を「有効受圧面積」と言う）であった。バルブを開から閉に駆動するに要するエネルギーは、有効受圧面積×圧力×移動量となるため、バルブを閉止するために大きい力を要していた。これに対し本実施形態の場合におけるダイヤフラム（７）では、有効受圧面積の根拠となる直径（Ｄｆｌ）はダイヤフラム（７）の屈曲部（ＦＬ）の頂点間を結ぶ直径である。すなわちＤｆｌ＜Ｄ１であるので、ダイヤフラム弁（１）を開から閉に駆動する際に操作機構がダイヤフラム（７）を上下動させるために必要な力（推力）を低減することができる。ここで、有効受圧面積とは、バルブを開から閉に駆動させる際にダイヤフラム（７）が動く部分の面積のことを言う。ダイヤフラム（７）の有効受圧面積部分がダイヤフラムを上下動させる操作機構の駆動により、変形することで流路を開閉する。
本実施形態のダイヤフラム弁（１）を構成するダイヤフラム（７）には、ダイヤフラム（７）を上下動させる操作機構の一部であるステム（９）の根元部がダイヤフラム（７）の中央部（Ｃ）の、図から見て上部空間（７ｃ）（図４参照）内に埋め込まれ固定されている。ここで「ステム」とは、操作機構がダイヤフラムを上下動させる力をダイヤフラムに伝える働きをするものを言い、ダイヤフラムに埋め込まれている。
また、本発明の請求項１、２によれば、バルブボディ（４）は流路（Ｐ）の上方に２つの段部（ＳＴ１、ＳＴ３）が形成され、ダイヤフラム（７）の中央部の下方に、流路を閉塞し得る形状を備えた突起部（ＰＪ）が形成されているので、バルブの閉止時にダイヤフラム（７）が圧力を受ける面積が小さくなり、ひいてはバルブの閉止時にダイヤフラム（７）を上下動させる操作機構に対して流体が押し返す力を低減することができ、操作機構の保持力が向上する。また、ダイヤフラム（７）が変形しながらバルブボディのシール面に接触させる従来のダイヤフラムバルブと比較して、ボディとの滑りが起こりにくく微小異物の発生・混入を低減することができるダイヤフラム弁を提供することができる。
【００１６】
［実施形態２］
図３―６を参照すると、実施形態２のダイヤフラム弁（１）のバルブボディ（４）に形成されている段部において、第１段部（ＳＴ１）、第２段部（ＳＴ２）及び第３段部（ＳＴ３）のように３段以上あってもよい。ここで図３を参照すると、バルブボディ（４）の上部にボンネット（５）側から順に、第１段部（ＳＴ１）、第２段部（ＳＴ２）及び第３段部（ＳＴ３）が設けられている。そして第１段部（ＳＴ１）、第２段部（ＳＴ２）及び第３段部（ＳＴ３）のそれぞれの径Ｄ１、Ｄ２及びＤ３には、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３の関係がある。
【００１７】
つぎに、本実施形態に係るダイヤフラム弁（１）の動作を説明する。ダイヤフラム（７）が操作機構により下降すると、図６の（ａ）に示されるように、中央部（Ｃ）が窪む。その結果、ダイヤフラム（７）の中央部（Ｃ）の下面（ＣＬ）がバルブボディ（４）の座（Ｓ）と密着し、連絡流路（Ｐ）が、突起部（ＰＪ）によって閉塞され、流路（Ｐ）が閉鎖される。それゆえ、受圧面積を小さくし、微小異物の発生・混入を低減することができるダイヤフラム弁を提供することができる。
【００１８】
ダイヤフラム（７）が操作機構により上昇すると、図６の（ｂ）に示されるように、中央部（Ｃ）が上方に隆起し、その結果、バルブボディ（４）の座（Ｓ）との間に隙間が生じ、突起部（ＰＪ）が上方に移動され、流路（Ｐ）が開放される。
【００１９】
図３及び４を参照すると、３段部（ＳＴ３）の上方に形成された第２段部（ＳＴ２）と流路（Ｐ）とダイヤフラム（７）によって形成された空間（ＳＰ）が、流路（Ｐ）に枝管部（ＢＰ）が形成されており、この空間（ＳＰ）と枝管部（ＢＰ）が連通する。枝管部（ＢＰ）を介して空間（ＳＰ）内に流入した流体が、座（Ｓ）とダイヤフラム（７）との間の隙間より解放される。それゆえ、バルブ使用時の液溜まりを防止でき、洗浄する際の洗浄性が良好なダイヤフラム弁を提供することができる。図３を参照すると、本実施形態においては、図から見て左下部の流路（２）が上流側で、右下部の流路（３）が下流側であるが、枝管部（ＢＰ）は上流側に設けられている。しかし、この構成に限られない。枝管部（ＢＰ）は下流側に設けられ得る。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明のダイヤフラム弁は、洗浄されることが想定される流体や、蒸留ラインに好適に使用され得る。
【符号の説明】
【００２１】
１          ダイヤフラム弁
２          入口側流路
３          出口側流路
４          バルブボディ
６          従来のダイヤフラム
７          ダイヤフラム
７ｃ        上部空間
９          ステム
ＢＰ          枝管部
Ｃ            中央部
Ｃｌ          中央部の下面
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３    第１、第２及び第３段部の径
ＦＬ          屈曲部
ＰＦ          周辺部
ＰＪ          突起部
Ｒ            凹所
Ｓ            座
ＳＰ          空間
ＳＴ１        第１段部（一方の段部）
ＳＴ２        第２段部
ＳＴ３        第３段部（他方の段部）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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