(57)【要約】【課題】大きな背圧を受ける背圧対応型バルブにおいて、アクチュエータの大型化を抑制または防止するとともにバルブ機能を維持するため、背圧の影響を最小限に抑えること。【解決手段】背圧対応型バルブ１Ａは、弁室２内を上下動して流体流路３を開閉するプラグ型の弁体１０Ａと、弁体１０Ａを全閉位置または全開位置のいずれか一方に保持する付勢手段と、付勢手段より大きな操作力で弁体１０Ａを開閉させる開閉操作機構と、弁体１０Ａの軸部１２に連結されるとともに弁体１０Ａの全閉位置で流体から背圧を受けるダイヤフラム８とを備えており、弁体１０Ａの径は、軸部１２に連なるダイヤフラム８側の根元部が弁座７側の先端部より小さく設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁室内を上下動して流体流路を開閉するプラグ型の弁体と、前記弁体を全閉位置または全開位置のいずれか一方に保持する付勢手段と、前記付勢手段より大きな操作力で前記弁体を開閉させる開閉操作機構と、前記弁体の軸部に連結されるとともに前記弁体の全閉位置で流体から背圧を受けるダイヤフラムとを備えている背圧対応型バルブにおいて、
前記弁体の径は、前記軸部に連なるダイヤフラム側の根元部が弁座側の先端部より小さく設定されていることを特徴とする背圧対応型バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流れる流路と弁体の開閉操作機構が収容される空間との間を分離するダイヤフラムを備え、このダイヤフラムに背圧を受ける背圧対応型バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薬品等の流体を取り扱うバルブには、弁室内でプラグ型（棒状）の弁体を上下動させて流体流路を開閉するものがある。このような開閉バルブには、手動操作により弁体の開閉を行う手動バルブだけでなく、空気圧等により動作するアクチュエータを備えて遠隔操作を可能にしたものもある。
図２に示すバルブ１は、空気圧により動作するアクチュエータＡＣを備え、プラグ型の弁体１０が弁室２内を上下動して流体流路３を開閉する。この流体流路３は、バルブ本体４に形成された弁室２と流路入口５との間を連通させる入口側流路３ａと、弁室２の底面部２ａから下方へ延びる鉛直部３ｂを介して流路出口６に連通する出口側流路３ｃとを備えている。
【０００３】
上述したバルブ１においては、プラグ型の弁体１０が軸方向へ略同一の断面形状を有する円柱形とされ、弁体１０の下端部１１を弁座７に密着させた図２の状態が全閉位置となる。この場合の弁座７は、底面部２ａに開口する鉛直部３ｂの上端部周辺領域であり、鉛直部３ｂが開口するバルブ本体４の周辺部分となる。
また、上述したバルブ１はノーマルオープン型と呼ばれるものであり、全開位置を保持するため、弁体１０を上向きに付勢するようにばね部材（不図示）が軸部１２に設けられている。そして、このバルブ１を閉とする場合には、ばね部材の付勢より大きな下向きの力が発生するように、アクチュエータＡＣの受圧面に空気圧が供給される。
【０００４】
さらに、上述したバルブ１は、流体が流れる弁室２と開閉操作機構との間を液密に分離するように設けられたダイヤフラム８を備えている。このダイヤフラム８は、弁体１０を上下動させる空間を形成するとともに入口側流路３ａ及び鉛直部３ｂに連通して流体を流す流路の一部となる弁室２と、弁体１０の上部に形成されてアクチュエータＡＣとの連結及びばね部材の設置等に用いられる軸部１２の収容空間とを分離しており、たとえば、スラリー状の薬液など凝固しやすい流体がバルブ１の開閉操作機構に流入することを防止している。（たとえば、特許文献１参照）
【特許文献１】実開昭６３−７４５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した従来のバルブには、以下に説明するような問題が指摘されている。
すなわち、図２に示すノーマルオープン型のバルブ１は、アクチュエータＡＣに空気圧が供給されている全閉状態において、流路入口５側に流体圧力を受けている。このため、弁室２と開閉操作機構との間を液密に分離しているダイヤフラム８が流体圧力の受圧面ともなり、この流体圧力が弁体１０を開く方向（上向き）の力（背圧力）となって軸部１２に作用する。従って、弁体１０を弁座７に押圧する全閉状態を確実に保持するためには、ダイヤフラム８が受ける背圧力を考慮した上で、下向きの操作力を十分に得られる開閉操作機構を備えていることが必要となる。
【０００６】
このように、上述したダイヤフラム８を備えているバルブ１は、流体圧力（背圧）により生じるバルブ開方向の力が弁軸１２に作用する分だけ、アクチュエータＡＣの操作力を増す必要があるので、閉状態で漏れを生じることなく流路の開閉を実施するというバルブ機能の信頼性を向上させるためには、コスト面でも不利になるアクチュエータＡＣの大型化が必要となる。すなわち、たとえば空気圧を用いたアクチュエータＡＣの場合、受圧面積を同じにすれば供給する空気圧が高くなり、あるいは、供給する空気圧を同じにすれば大きな受圧面積が必要となるので、耐圧強度確保や受圧面積拡大を達成するためには、コスト面で不利なアクチュエータＡＣの大型化は避けられない問題となる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大きな背圧を受ける背圧対応型バルブにおいて、アクチュエータの大型化を抑制または防止するとともにバルブ機能を維持するため、背圧の影響を最小限に抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の背圧対応型バルブは、弁室内を上下動して流体流路を開閉するプラグ型の弁体と、前記弁体を全閉位置または全開位置のいずれか一方に保持する付勢手段と、前記付勢手段より大きな操作力で前記弁体を開閉させる開閉操作機構と、前記弁体の軸部に連結されるとともに前記弁体の全閉位置で流体から背圧を受けるダイヤフラムとを備えている背圧対応型バルブにおいて、前記弁体の径は、前記軸部に連なるダイヤフラム側の根元部が弁座側の先端部より小さく設定されていることを特徴とするものである。
【０００８】
このような本発明の高背圧型バルブによれば、軸部に連なるダイヤフラム側の根元部径が弁座側の先端部径より小さく設定されている弁体としたので、弁体小径部側に連なる軸部外周に連結して取り付けられるダイヤフラムは、弁体とともに弁軸も小径化されるため形状が小さくなり、受圧面積の低減が可能となる。
また、ダイヤフラムの形状が小さくなると、ダイヤフラムを収納設置するケーシングの外形を同じにすれば耐圧性能に有効な肉厚が増加し、耐圧性能を同じにすればケーシングの外形を小型化することができる。
【発明の効果】
【０００９】
上述した本発明によれば、背圧を受けるダイヤフラムの形状を小さくして受圧面積の低減が可能になるので、高い背圧に対抗してバルブ機能を維持するためにアクチュエータを大型化する必要がなくなる。このため、アクチュエータを備えた背圧対応型バルブは、外形形状の小型化や低コスト化が可能になるとともに、全閉時の漏れについても高い信頼性を維持できるという顕著な効果が得られる。また、弁座ポート径（オリフィス径）を維持しながら使用圧力（耐圧）を高くすることができるので、流量特性の向上と高背圧対応とを両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る背圧対応型バルブの一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において、上述した従来技術（図２参照）と同様の部分については、同じ符号を付すものとする。
図１に示す背圧対応型バルブ（以下、「バルブ」と省略する）１Ａは、たとえばスラリー状の薬液を流体として流す配管流路に設置され、流路入口５から流入する流体を流路出口６から流出させる流路の開閉機能を有している。このバルブ１Ａは、プラグ型の弁体１０Ａを操作する開閉操作機構として、空気圧供給等のＯＮ・ＯＦＦにより動作する流体圧力利用のアクチュエータＡＣを備えている。なお、弁体１０Ａを開閉操作する開閉操作機構については、空気圧または他の流体圧力を利用したアクチュエータＡＣに限定されることはなく、たとえば電磁石を利用して開閉する電磁弁タイプ等の採用も可能である。
【００１１】
弁体１０Ａは、バルブ本体４内に形成された空間であり、かつ、流体が流れる流路の一部ともなる弁室２内で上下動することにより、バルブ本体４内に形成されて弁室２に連通する流体流路３を開閉する部材である。この流体流路３は、流路入口５から弁室２までの間を連通させる入口側流路３ａと、弁室２の底面部２ａから下方へ延びる鉛直部３ｂを介して流路出口６まで連通させる出口側流路３ｃとを備えている。
弁室２は略円柱形状の空間であり、鉛直部３ｂが開口する底面部２ａは、底部中央を低くしたお椀形になっている。このようなお椀形の底面部２ａは、流体が弁室２の内部に残留することなく鉛直部３ｂから確実に流出するようにしたものである。
なお、図中の符号９は、バルブ１Ａのバルブ本体４を支持するベース固定板である。
【００１２】
上述したバルブ１Ａにおいては、弁体１０Ａの下端部１１を弁座７となる底面部２ａに密着させた状態（図１参照）が全閉位置となる。この場合の弁座７は、底面部２ａに開口する鉛直部３ｂの上端部周辺領域となるバルブ本体４であり、鉛直部３ｂが開口する底面部２ａの周辺部分となる。
また、上述したバルブ１Ａはノーマルオープン型と呼ばれるものであり、通常の状態で全開位置を保持するため、弁体１０Ａを上向きに付勢する付勢手段として、たとえばコイルばね等のばね部材（不図示）が軸部１２に設けられている。そして、このバルブ１Ａを閉とする場合には、ばね部材による上向きの付勢より大きな下向きの操作力が発生するように、アクチュエータＡＣの受圧面に空気圧が供給される。
【００１３】
さらに、上述したバルブ１Ａは、たとえばスラリー状の薬液など凝固しやすい流体がバルブ１Ａの開閉操作機構に流入することを防止するため、流体が流れる弁室２と開閉操作機構との間を液密に分離するダイヤフラム８を備えている。このダイヤフラム８は、弁体１０Ａを上下動させる空間を形成するとともに、入口側流路３ａ及び鉛直部３ｂに連通して流体を流す流路の一部となる弁室２と、弁室２の上部に形成された軸部１２の収容空間とを分離するための部材である。
また、ダイヤフラム８は軸部１２の外側に取り付けられたドーナツ形状の部材であり、外周側をバルブ本体４に支持されるとともに内周側を軸部１２に支持されている。
軸部１２は、プラグ状とした弁体１０Ａの上面と一体に連結されて上方へ延びる部材であり、アクチュエータＡＣとの連結及びばね部材の設置等に用いられる。
【００１４】
上述したバルブ１Ａのように、大きな背圧に対応して開閉操作用の空気圧が大きくなる高背圧対応型バルブにおいては、弁体１０Ａの先端部側径ｄ１に対して根元側径ｄ２が小さく（ｄ１＞ｄ２）設定されている。
このようなバルブ１Ａは、弁体１０Ａの根元側径ｄ２が小さくなった分だけダイヤフラム８の小径化を可能にする。すなわち、ドーナツ形状となるダイヤフラム８の内径が略ｄ２まで小さくなるとともに、ダイヤフラム８の取り付けに必要となる外径Ｄも従来のＤ′より小さくすることができるため、背圧の受圧面積となるダイヤフラム８の面積を低減することができる。
このようにしてダイヤフラム８の受圧面積が小さくなると、弁体１０Ａに作用する背圧は低減される。従って、弁体１０Ａを全閉位置に移動させて保持するために必要となるアクチュエータＡＣは、弁体１０Ａの操作用として供給される空気圧を低く抑えることができるので、アクチュエータＡＣの小型化が可能な背圧対応型のバルブとなる。
【００１５】
このように、上述した高背圧対応型のバルブ１Ａを採用することにより、全閉時に弁体１０Ａを開く方向（上向き）に作用する流体の圧力（背圧）が小さくなるので、アクチュエータＡＣにより弁体１０Ａを閉じる方向に押圧する力の低減が可能となる。従って、バルブ１Ａは、アクチュエータＡＣの耐圧を低く抑えることができるようになり、小型化や低コスト化に有利になる。すなわち、背圧を受けるダイヤフラム８の形状を小さくして受圧面積の低減が可能になるので、高い背圧に対抗してバルブ機能を維持するためにアクチュエータＡＣを大型化する必要がなく、このため、アクチュエータＡＣを備えた背圧対応型のバルブ１Ａは、外形形状の小型化や低コスト化が可能になるとともに、全閉時の漏れについても高い信頼性を維持できる。
【００１６】
さらに、バルブ１０ＡにおけるアクチュエータＡＣの外形寸法を略同じにすれば、ダイヤフラム８を小径化した分だけアクチュエータケーシング部分の肉厚を増すことができるので、流量特性に影響する弁座ポート径（鉛直流路部３ｂの入口径）を維持しながら、使用圧力（弁の耐圧）を高めることも可能になる。すなわち、バルブ１Ａの流量特性を定める弁座ポート径（オリフィス径）を維持しながら、バルブ１Ａを流れる流体圧力の上限を規定する使用圧力（耐圧）を高くすることができるので、流量特性の向上と高背圧対応とを両立することができる。
【００１７】
また、上述した説明では、アクチュエータＡＣにより弁体１０Ａを閉じるノーマルオープン型のバルブに適用したが、上述したように弁体１０Ａの径を変化させる構造は、ノーマルクローズ型のバルブや電磁石等により動作させる開閉操作機構を採用したバルブにも適用可能である。ノーマルクローズ型の場合、バルブの閉状態を維持するために必要となる付勢部材（コイルばね等）の付勢力を低く抑えることが可能となる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る背圧対応型バルブの一実施形態を示す部分断面図である。
【図２】従来のバルブ構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１Ａ    背圧対応型バルブ
２    弁室
３    流体流路
４    バルブ本体
７    弁座
８    ダイヤフラム
１０Ａ    弁体
１１    下端部
１２    軸部
ＡＣ    アクチュエータ
【図１】
2009092192.tif 000003
【図２】
2009092192.tif 000004