(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧の出入口を有する流体圧制御弁箱と、該流体圧制御弁箱内の上記出口と入口との間に配設された可動弁体と、流体圧制御弁箱内に取り付けられ且つ上記可動弁体と連結されたフレキシブルなダイアフラムとを含んでおり、このダイアフラムの反対側の流体圧の変化に応答して上記出入り口間の流体流れを制御するように構成された流体圧制御器であって：
上記ダイアフラムが、周囲の環状面部より上方に隆起したドーム状中央部を有するシリンダ状に形成されており；
上記ダイアフラムにおける、環状面部上であってドーム状中央部の周囲から半径方向に等間隔をおいて、複数個の楕円状のへこみが形成されており、各楕円状へこみが長軸と短軸とを有しており；
各へこみの長軸がダイアフラムの半径方向に沿っており；
各へこみの上記短軸がドーム状中央部と同心の共通円周に沿うように改良されてなる、
流体圧制御器。
【請求項２】
上記ダイアフラムのドーム状中央部を囲む環状面部が、ダイアフラムを上記制御弁箱に取り付けるための環状周縁取り付け部を含んでなる請求項１記載の流体圧制御器。
【請求項３】
上記ダイアフラムにおける、環状周縁取り付け部とドーム状中央部との間に画された柔軟面部を含んでなる請求項２記載の流体圧制御器。
【請求項４】
上記ドーム状中央部が、ダイアフラムの環状周縁取り付け部から約０．２５インチ（６．３５ｍｍ）隆起してなる請求項３記載の流体圧制御器。
【請求項５】
各楕円状へこみが、その長軸に沿う半径が約０．５０インチ（１２．７ｍｍ）に形成されてなる請求項４記載の流体圧制御器。
【請求項６】
各楕円状へこみが、その短軸に沿う半径が約０．１９インチ（４．８３ｍｍ）以下に形成されてなる請求項５記載の流体圧制御器。
【請求項７】
流体圧の出入口を有する流体圧制御弁箱と、該流体圧制御弁箱内の上記出口と入口との間に配設された可動弁体と、流体圧制御弁箱内に取り付けられ且つ上記可動弁体と連結されたフレキシブルなダイアフラムとを含んでおり、このダイアフラムの反対側の流体圧の変化に応答して上記出入り口間の流体流れを制御するように構成された流体圧制御器であって：
上記ダイアフラムが、周囲の環状面部より上方に隆起したドーム状中央部を有するシリンダ状に形成されており；
上記ダイアフラムにおける、環状面部上であってドーム状中央部の周囲に間欠的に間隔をおいて、複数個の楕円状のへこみが形成されており、各楕円状へこみが長軸と短軸とを有しており；
各へこみの長軸がダイアフラムの半径方向に沿っており；
各へこみの上記短軸がドーム状中央部と同心の共通円周に沿うように改良されてなる、
流体圧制御器。
【請求項８】
圧力機器に用いられる金属製成形ダイアフラムであって：
周囲のダイアフラム環状面部から隆起したドーム状中央部を有するシリンダ状の金属製ダイアフラムシートと；
上記ダイアフラムにおける、環状面部上であってドーム状中央部の周囲から半径方向に等間隔をおいて形成された、それぞれが長軸と短軸とを有する複数個の楕円状のへこみと
を備えており；
各へこみの長軸がダイアフラムの半径方向に沿っており；
各へこみの上記短軸がドーム状中央部と同心の共通円周に沿うように改良されてなる金属製成形ダイアフラム。
【発明の詳細な説明】
本発明は圧力機器に使用されるフレキシブルなダイアフラムに関する。さらに詳細には、流体圧制御器内の圧力に応答しうるようにフレキシブルにされたドーム状のダイアフラムに関する。
技術背景
ドーム状の中央部を有するフレキシブルなダイアフラムは圧力検出機器において常用されている。ドーム状のダイアフラムはその変位量は大きいがそのダイアフラム部材内に大きな応力が発生するという問題を有している。
典型的に、そのようなドーム状ダイアフラムは負荷圧に応答して変位し得るように、たとえば流体圧制御器内に、その周囲を固定して組み込まれる。ダイアフラムは薄い金属製シートから形成されるが、圧力検出機器のためにはダイアフラムの中央部が最大限の面積を有するのが好ましい。なぜなら、そうすることによって圧力検出機器はそのダイアフラムの変位幅を拡大することができ、ひいては、接続された機器駆動部材のストロークを一層大きくすることができるからである。しかしながら、ダイアフラムの中央部の面積を拡大するということは、当該中央部をドーム状にするということになり、そうすればダイアフラムの半径方向の応力および接線方向の応力が増大するという問題が生じる。
そこで、流体圧制御器において移動量（ストローク）を効果的に増大するとともに、半径方向および接線方向の応力が増大しないドーム状ダイアフラムの出現が待たれている。
発明の概要
長寿命化された金属製のドーム状成形ダイアフラムは圧力検出機器への使用のために提供される。ダイアフラムの柔軟部の転動（convolution）を生じさせるために、ダイアフラムの周縁に沿って複数個の楕円形へこみ（elliptical impressions）が形成されており、それによって応力をダイアフラムの周縁全体に分散させる。
とくに、ダイアフラムの面には楕円形のへこみが、ダイアフラムの中心から間隔をおいて、周方向に約１５度間隔で間欠的に形成されている。各へこみは約０．０２０インチ（０．５１ｍｍ）の深さを有している。楕円形へこみは、その長軸が半径方向にダイアフラムの中心を向くように形成されている。さらに、へこみの短軸は、ダイアフラムの中心から間隔をおいて外方に、ダイアフラム取り付け面とダイアフラムヘッドの外周縁とから等距離をおいて配置されている。
本発明によれば、約０．０２０インチ（０．５１ｍｍ）の深さの、周方向１５度間隔の複数個の楕円形へこみの成形によって、ダイアフラムの環状柔軟部に０．５インチ（１２．７ｍｍ）の半径の転動を生じさせ得る。さらに、同心円上のへこみをダイアフラムの直径の１／４から１／３の部位にスタンピングすることにより、ダイアフラムの中央部に０．２５インチ（６．３５ｍｍ）深さのドームを形成することができる。したがって、流体制御器に使用するのに一層効果的なダイアフラムには、長寿命化のために移動量（ストローク）の増大および応力問題の低減が付加される。
本発明によれば、その柔軟部にドーム状の中央部と転動型の環状部とを有するダイアフラムが提供される。
本発明にかかるダイアフラムの明白な利点は：
（１）ドーム状／転動型のダイアフラムの形状によってダイアフラムの変位（ストローク）が増加されること、（２）楕円へこみのいわば「ひだとり（pleating）」作用のおかげで取り付け面が通常平坦であり湾曲していないこと、（３）ダイアフラムにおける、ダイアフラムヘッドとダイアフラム取り付け機構に組み合わされる取り付け面との間の柔軟である範囲の応力およびたわみが最小限にされること、を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
新規であると確信する本発明の特徴は、付属のクレームにおける特徴とともに以下に説明される。この発明は添付の図面とともに以下の記述を参考にすることにより最もよく理解できる。上記図面においてはいくらかの図の中の同じ要素には同じ番号が付されており、そして、その図面については、
図１は、本発明にかかる主弁ダイアフラムを含む、パイロット弁式の流体圧力制御弁を示す概略図である；
図２は、ドーム状の中央部と環状柔軟部中の転動部とを有するダイアフラムの平面図である；
図３は、図２のダイアフラムの側面断面図である；
図４は、図２の４−４線断面図である；
図５は、図２の５−５線断面図である。
詳細な説明
図１には、本発明の趣旨に沿って構成された主弁ダイアフラムを有するパイロット式蒸気圧制御器１０が示されている。
以下の記述はもちろん、特許法の要求を充足するために本発明の一例を提供する目的でなされている。したがって、本発明にかかるダイアフラムの特定の図示および適用を発明の限定ととるべきではない。なぜなら、このダイアフラムは他の流体の圧力制御器はもとより、他の圧力検出および圧力駆動のための機器としても好適に使用されうるからである。
したがって、図１には本発明の改良されたダイアフラムが流体圧制御器として適用されたものが示されているが、図２〜５には改良されたダイアフラム自体の詳細な構成が示されている。以下の、制御器１０（本発明の一態様にかかる改良された制御器が示されている）内のダイアフラム１２の動作および図１に関する記述は、上記ダイアフラム１２に含まれた重要な改良の理解のためのベースを提供している。これらの改良点は図２〜５に関する記述を併せ見れば明らかとなる。
上記制御器１０は主制御弁１４と、パイロット弁１６と、主弁１４とパイロット弁１６との間の種々の流体連通経路とを含んでいる。制御器１０は、その入口２０となるべき上流配管に入口圧が負荷され、出口２２となるべき下流配管に出口圧が負荷されるように当該配管１８に接続されている。ダイアフラム板２４は、主弁内に着座し且つ上記入口２０から出口２２までの流体の流れを制御するための弁体２８を有する弁駆動部材２６に接続されている。弁ばね３０は弁体２８を閉位置に付勢している。
パイロット弁１６は小型のパイロットダイアフラム３２と、それと連結されたパイロット弁体３４と、パイロットばね３６とを有している。上記入口圧力は経路３８を通って入口２０からパイロット弁の入口４０へ連通されている。したがって、それにより、入口圧力は開弁したパイロット弁１６から経路４２を通って主弁１４の主ダイアフラム１２の上部に連通される。これにより、主ダイアフラム１２への負荷圧が提供される。
出口２２の圧力は経路４４を通って主弁１４内のダイアフラム１２の下方に連通され、さらに、この出口圧力は経路４６を通ってパイロット弁１６内のパイロットダイアフラム３２の下方空間に連通されている。
図１に示すパイロット式蒸気圧制御器１０の標準的な作動においては、パイロットばね３６がパイロットダイアフラム３２とパイロット弁体３４とを下方に押すことによってパイロット弁体を開状態に保持している。出口圧力は、出口圧調節ねじ４８によってパイロットばねの圧縮力を変えることにより、変更することができる。
蒸気は、主弁の入口に進入したときにはパイロット供給経路３８にも進入し、開弁状態のパイロット弁および経路４２を通って主ダイアフラム１２の上方に至る。ダイアフラム１２の上方の蒸気圧によって生じる力は主弁のばね３０のばね力に打ち勝ち、それによって弁体２８を下方に向けて開弁し、蒸気を下流の出口に向けて流すことができる。下流の圧力は制御経路４４を通って主ダイアフラム１２の下方にも到達してダイアフラム１２をバランスさせる。下流の系内からの蒸気は、さらに、パイロット弁１６と連結する経路４６を通ってパイロットダイアフラムの下方にまで至る。そうすると、蒸気圧はパイロットダイアフラム３２を上方に押し上げてパイロット弁体３４を閉位置に向けて変位させる。これにより、パイロット弁１６から経路４２を通って主ダイアフラム１２の上方に向かう蒸気流は減少し、主ダイアフラムの上面に加わる圧力も降下する。この動作は主弁体２８を閉位置に向けて押し上げ、下流の系の要求に必要なだけの蒸気流を通過せしめる。
蒸気量を増加する必要があるときは、パイロット供給経路３８の下流側圧力をパイロットばね３６の設定圧以下に下げる。そうするとパイロット弁１６が開弁して主ダイアフラム１２の上方の圧力が上昇する。そして主弁１４が開弁して下流へ流れる蒸気流が増加する。逆に蒸気量を減少させるときは、パイロット供給経路３８を通ってパイロット弁に連通している下流側圧力を上昇させる。そうするとパイロット弁は主ダイアフラム１２の上方の圧力を降下させるように動作する。主弁１４は閉位置に向けて流路を絞るように変位し、入口から出口へ向かう蒸気流量は減少する。
このように、パイロット弁１６と主弁１４との作動のコンビネーションにより、出口２２における下流側蒸気圧力の制御が維持される。さらに、流体圧制御器１０内における、その変位を増大せしめた一層効果的な主ダイアフラム１２は、それによって弁駆動部材２６のストロークが増大し、制御器の一層好ましい性能・特性を導く。
かかる点は図２〜５によって説明される。すなわち、その移動距離（ストローク）が一層増大され、その結果長寿命化された主ダイアフラム１２が示されている。とくに、この改良されたダイアフラム１２は金属製シートから形成され、ドーム状の中央部５０と、これを囲み且つ間欠的なへこみ５４が形成された環状の柔軟部５２とを有している。ダイアフラム１２における上記へこみ５４の半径方向外側には、ダイアフラム１２を制御器１０内に取り付けるための取り付け面５６が配設されている。
各へこみ５４は楕円形を呈しており、約０．０２０インチ（０．５１ｍｍ）の深さを有し、ダイアフラム１２の中心軸回りに約１５度ごとに間隔をおいて形成されている。図２から判るように、各へこみはその長軸がダイアフラム１２の半径方向に沿うように形成されている。また、各へこみ５４はその短軸がダイアフラム１２の中心を中心とする円周５８上に形成されている。上記円周５８のいずれの部分も、主弁１４に取り付けられた取り付け面５６と上記ダイアフラム板２４の外周縁とから等距離となるようにされるのが望ましい。
図４は上記へこみ５４の長軸に沿う断面を示す部分断面図である。へこみ５４は１／２インチ（１２．７ｍｍ）の半径およびダイアフラムの表面から０．０２０インチ（０．５１ｍｍ）の深さに形成されるのが好ましい。
図５はへこみ５４の短軸６２に沿う断面を示す部分断面図である。このへこみ５４の形成は短軸６２にそ沿って半径が約０．１９インチ（４．８３ｍｍ）とされる。
本発明にかかるダイアフラム１２の明白な利点は：
（１）ドーム状に湾曲されたダイアフラムの形状によってダイアフラムの変位が増加され、ひいては弁ストロークが増加されること、（２）楕円へこみ５４のいわば「ひだとり（pleating）」作用のおかげで取り付け面５６が通常平坦であり湾曲していないこと、（３）ダイアフラムにおける、ダイアフラム板２４と取り付け面５６の取り付け部との間の柔軟である範囲、通常は環状の柔軟部５２の応力およびたわみが最小限にされること、である。
種々の成形技術が本発明のダイアフラム１２の製造に適用され得る。利用される一の成形技術は、０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）厚さの３０２系ステンレス鋼板材を切頭円錐形（円錐台形）の裏金に完全に取り付け、同時にドーナツ状ディスクを上記板材の所望の同心半径円周の部分に強圧する。上記ドーナツディスクをダイアフラム上に保持するために留め金を用いてもよい。この成形技術によれば、ドーム状の中央部５０と転動型の環状柔軟部５２とを有するダイアフラムが得られる。
以上の詳細な説明は明確な理解のためのみのものであり、変形は当業者にとって明らかであろうから、不必要な限定とは解釈されるべきではない。
【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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