(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座に当接又は離間する弁体部分と、前記弁体部分の外周に連続する膜からなる可撓部分と、前記可撓部分の周縁に連続する環状の固定部分とを有するダイアフラムを、流体機器の取り付け箇所に固定部分を強固に挟み込んで固定し、前記ダイアフラムの固定部分と前記取り付け箇所の固定面との間に環状の低摩擦シートを挟み込んでおり、前記低摩擦シートは、内径部が、前記ダイアフラムの弁体部分を前記弁座に当接させて前記ダイアフラムを撓ませた際に前記ダイアフラムが前記低摩擦シートから離間する離間点より前記弁体部分側へ突き出し、前記可撓部分の撓みに従って撓むことを特徴とする弾性部材の固定構造。
【請求項２】
請求項１に記載する弾性部材の固定構造を備えることを特徴とするダイアフラム弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ダイアフラム弁に用いられる弾性部材であるダイアフラムを弁本体に固定させる等の弾性部材の固定構造に関し、更に詳細には、その弾性部材の固定部分を強固に固定するために、固定部分と可撓部分との境目部分にかかる内部応力によって生じる破損を防止する弾性部材の固定構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性部材は、その弾性変形によって形状が自由に変化することなどから流体機器の各所に利用されている。具体的には、気密に仕切った空間の容積を変化させるためのダイアフラムや、仕切った空間の気密性を保ってピストンを移動させるためのパッキンなどである。
このような流体機器に用いられる弾性部材は、流体機器内に直接固定する固定部分と、その固定部分から連続して弾性変形によって撓みを生じる可撓部分との少なくとも２つの部分からなり、その固定部分が強固に挟持されて固定されている。図６及び図７は、そのような弾性部材の一例であるダイアフラムを示した一部断面図であり、特に図７は変形状態での内部応力の分布を示したものである。
【０００３】
ダイアフラム１００は円盤形状をなし、その中心に厚肉な弁体部分１０１が、その外周には薄肉の可撓部分１０２が連続し、更にその外周には厚肉な固定部分１０３が連続して一体に成形されている。ダイアフラム１００は、弁体部分１０１が可撓部分１０２の上方に凸状になるように、そして固定部分１０３が可撓部分１０２の下方に凸状になるように形成されている。
一方、このダイアフラム１００を備えるダイアフラム弁のボディ１１０は、弁座１１１を囲むように環状の固定溝１１２が形成され、そこにはめ込まれたダイアフラム１００の固定部分１０３を上方から押圧部材１２１で押さえ込むように構成されている。そのため、ダイアフラム１００は、その固定部分１０３がボディ１１０と押圧部材１２１とによって上下方向に加えられる力によって圧縮されて強固に固定されている。
そこで、ダイアフラム１００は、開弁時には可撓部分１０２が撓むことなく図６に示すように水平状態が保たれている。一方、ダイアフラム１００の弁体部分１０１が下方へ加圧されるなどして押し下げられると、可撓部分１０２が図７に示すように下方へ撓められ、位置の下がった弁体部分１０１が弁座１１１へ当接して閉弁状態となる。一方、ダイアフラム１００の弁体部分１０１が解放されて上方へ戻されると、弁体部分１０１が弁座１１１から離間して再び開弁状態となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなダイアフラム弁のダイアフラム１００は、図６の開弁状態から図７の閉弁状態へと形状が変化するとき、その可撓部分１０２に撓みが生じる。ダイアフラム１００は、開弁時の水平な状態でダイアフラムの寸法で形成されているため、図７のように撓められると弁体部分１０１と固定部分１０３との距離が広がり、可撓部分１０２に伸びが生じることとなる。その場合、可撓部分１０２は、湾曲して外側に膨らんだ部分が大きく伸ばされている。
一方、ダイアフラム１００の固定部分１０３は、ボディ１１０と押圧部材１２１とによって強く圧縮されて接触面の摩擦係数が大きくなって、変形が起こりにくくなっている。
そのため、可撓部分１０２が撓んでも固定部分１０３には連続した弾性変形が起こらず、可撓部分１０２のみが伸ばされて図７に示すような引張応力が作用することとなる。ここで、図７で示す応力分布は、圧縮応力が作用する部分をクロス斜線とし、引張応力が作用する部分を斑点及び黒塗りとした。そして、応力の大きさに比例させてクロス斜線及び斑点の密度を高くした。図４で示す応力分布も同様である。
【０００５】
即ち、ダイアフラム１００は、固定部分１０３がボディ１１０と押圧部材１２１とに強固に挟み込まれているため、固定部分１０３が可撓部分１０２側へ引っ張られても、その固定部分１０３には可撓部分１０２に連続した引っ張りによる変形が生じない。従って、可撓部分１０２の伸びによる変形が固定部分１０３との境目で途切れることから、そこに応力集中が生じて図７に示すＰ部に最も大きな引張応力が働いていた。そのため、これまではダイアフラム弁の開閉動作が数万〜数十万回繰り返えされると、Ｐ部に亀裂破損が生じてダイアフラム１００が寿命となってしまっていた。
【０００６】
ところで、このような固定部分と可撓部分との境目部分に生じる亀裂破損は、ダイアフラムに限らず、例えばスプール弁に設けられるスプールパッキン等にも見られる問題であった。
一方、ダイアフラム１００に亀裂破損が生じると漏れを発生させるなどの問題が生じるため、従来のダイアフラムでは、強度を高めるために内部に基布などを補強材として一体成形するようなことが行われ、コストアップになるといった問題もあった。
【０００７】
そこで本発明は、かかる問題を解消すべく、固定部分と可撓部分との境目部分に生じる亀裂破損を防止する弾性部材の固定構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
【００１０】
そこで、本発明にかかる弾性部材の固定構造は、弁座に当接又は離間する弁体部分と、前記弁体部分の外周に連続する膜からなる可撓部分と、前記可撓部分の周縁に連続する環状の固定部分とを有するダイアフラムを、流体機器の取り付け箇所に固定部分を強固に挟み込んで固定し、前記ダイアフラムの固定部分と前記取り付け箇所の固定面との間に環状の低摩擦シートを挟み込んでおり、前記低摩擦シートは、内径部が、前記ダイアフラムの弁体部分を前記弁座に当接させて前記ダイアフラムを撓ませた際に前記ダイアフラムが前記低摩擦シートから離間する離間点より前記弁体部分側へ突き出し、前記可撓部分の撓みに従って撓むことを特徴とする。
よって、本発明にかかる弾性部材の固定構造では、撓められたダイアフラムの可撓部分に伸びが生じると、流体機器の固定箇所に挟まれたダイアフラムの固定部分は、低摩擦部材によって可撓部分に連続する部分が引っ張られて滑るため、その固定部分の弾性変形によって亀裂を起こさせる応力集中をなくし、ダイアフラムの可撓部分と固定部分との境目部分の亀裂破損を防止する。
また、ダイアフラムを固定する固定箇所の角部にダイアフラムの可撓部分が擦れることがなくなり、寿命を延ばすことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかる弾性部材の固定構造の第一実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態は、流体機器としてダイアフラム弁を挙げ、そこに設けられる弾性部材であるダイアフラムの固定構造を例に挙げて説明する。  図１及び図２は、ダイアフラム弁を示した断面図であり、図１は閉弁状態を示し、図２は開弁状態を示している。このダイアフラム弁１は、駆動手段としてソレノイドを有している。ヨーク１１に画設された中心にはコア１２が垂設固定され、その周りにコイル１３がヨーク１１内で巻回されている。コア１２は、コイル１３のほぼ中間位置にまで上方から挿入されており、その下方からはプランジャ１４が挿入されている。また、コア１２とプランジャ１４との間にはスプリング１５が設けられ、プランジャ１４が下方へ付勢されている。プランジャ１４は、底板ヨーク１６の中心に形成されたガイド孔１６ａを上下に摺動するように嵌挿されている。そして、底板ヨーク１６の外周には環状に凹部が形成され、底板ヨーク１６にはめ込んだヨーク１１の端部を凹部側に押し潰して位置決めし、ソレノイドが一体に構成されている。
【００１２】
底板ヨーク１６には、下方にボディ２１が固定されて駆動手段のソレノイドと弁部とが一体になっている。そのボディ２１には、側面のほぼ対称位置に入力ポート２２と出力ポート２３とが開設され、共に上面へ開設された流路２４，２５につながっている。入力ポート２２側の流路２４開口部分には、ボディ２１上面に環状に隆起した弁座２６が形成されている。そして、ボディ２１の上面には、流路２４，２５の開口を囲んだ環状の固定溝２７が形成されている。固定溝２７の周りには更に突設されたガイド２８が形成され、そのガイド２８内に環形状の押圧部材２９がはめ込まれるよう構成されている。
そして、このダイアフラム弁１のダイアフラム３は、プランジャ１４の下端に一体に設けられている。図３は、ダイアフラム弁１の弁部を示した拡大断面図である。ダイアフラム３は、円盤形状をなし、その中心には弁座２６より広径の厚肉な弁体部分３１が形成されている。弁体部分３１は、プランジャ１４下端に連結できるように、嵌合可能な連結部分３２が形成されている。そして、弁体部分３１の外周には薄肉な可撓部分３３が連続し、更に可撓部分３３の外周には厚肉な固定部分３４が連続して成形されている。
【００１３】
そこで、このダイアフラム弁１の組み付けには、先ずボディ２１の固定溝２７にダイアフラム３の固定部分３４をはめ込んで配置させる。よって、ボディ２１の上面に開設された流路２４，２５の開口は、ダイアフラム３によって塞がれることとなる。そして、押圧部材２９をガイド２８内にはめ込んでダイアフラム３の固定部分３４を上方から挟み込む。そこで、ボディ２１にソレノイドを固定させれば、押圧部材２９が底板ヨーク１６によってボディ２１側へ加圧されるので、ダイアフラム３の固定部分３４がボディ２１との間で強固に挟み込まれることになる。
ところで、本実施の形態では、ダイアフラム３が前述したように固定する際には、固定部分３４と押圧部材２９との間にシート３６を挟み込む。シート３６は、フッ素樹脂で成形された厚さ０．１ｍｍの環状シートであり、ダイアフラム３の固定部分３４との外径がほぼ一致する大きさのものである。また、シート３６の内径は、シート３６がダイアフラム３の固定部分３４と押圧部材２９とが当接し合う部分より内側に突出する大きさで形成されている。
【００１４】
そこで、このような構成からなるダイアフラム弁１は、コイル１３への非通電時にはプランジャ１４がスプリング１５の弾性力によって下方に押し下げられている。そのため、プランジャ１４の下端に嵌合したダイアフラム３は、その弁体部分３１が弁座２６へ当接されて図１に示すように閉弁状態となる。従って、入力ポート２２から流入した流体は、ダイアフラム３の弁体部分３１によって遮断され、流路２４から流路２５へと流れることはない。
一方、コイル１３が通電されると、発生する磁界によってコア１２が励磁され、プランジャ１４がスプリング１５の付勢力に抗して上昇し、コア１２へと吸着される。そのとき、ダイアフラム３は、弁体部分３１が持ち上げられて弁座２６から離間し、ダイアフラム弁１は開弁状態となる。従って、入力ポート２２から流入した流体は、流路２４を流れてダイアフラム３の下方の弁室へと流入し、更にそこから流路２５へと流れ込んで出力ポート２３から排出される。
【００１５】
このダイアフラム弁１は、プランジャ１４が上下動すると、ダイアフラム３の弁体部分３１がプランジャ１４に従って上下に移動する。そして、ダイアフラム３は、固定部分３４が位置決めされているので、その固定部分３４と弁体部分３１との間では、弁の開閉に伴って可撓部分３３が撓められる。特に、可撓部分３３は、閉弁時に大きく撓められる。ところが本実施の形態では、ダイアフラム３の固定部分３４が強固に挟み込まれているものの、その上面にはシート３６が同時に挟み込まれているため、可撓部分３３と固定部分３４との境目に亀裂破損を起こさせる応力集中が生じないようになっている。
即ち、ダイアフラム３の固定部分３４の上面にはシート３６が挟み込まれているため、固定部分３４は、シート３６との接触面の静摩擦係数が非常に小さくなっている。例えば、シートのない前記従来例の場合には、静摩擦係数μが０．５程度であったものが、本意実施の形態では０．０５程度にまで低下している。
【００１６】
従って、シート３６によって固定部分３４の上面が滑りやすくなっているため、閉弁時にダイアフラム３の可撓部分３３が大きく撓められて固定部分３３と連続する部分に伸びが生じると、その可撓部分３３を伸ばそうとする力によって固定部分３４もシート３６との接触面で滑って変形することとなる。
ここで図４は、本実施の形態のダイアフラム弁１におけるダイアフラム３に生じる応力分布を示した一部断面図である。ダイアフラム３が閉弁時に撓められると、シート３６に接する固定部分３４の上面側に、可撓部分３３が伸ばされる力によって矢印Ａ方向への肉流れを生じる。そのため、これまで可撓部分と固定部分との境目部分（図７のＰ部分）に加わっていた力が、固定部分３４の変形に消費され応力集中がなくなった。
【００１７】
これによって、従来例で可撓部分と固定部分との境目部分に働いていた力は、本実施の形態では固定部分３４を引っ張って変形させることによって消費され、可撓部分３３内に作用する引張応力が小さくなる。そのため、弁の開閉が繰り返されても、ダイアフラム３の可撓部分３３と固定部分３４との境目部分には亀裂破損が生じることがなくなり、これまでは数万〜数十万回で寿命となっていたダイアフラムが、数百万回でも亀裂破損が生じなくなり、ダイアフラムの長寿命化を実現することができた。
また、これまでダイアフラムの可撓部分が撓む時、押圧部材の角部に当たって擦れてしまい、そこの摩耗によって寿命となるケースもあったが、本実施の形態では、シート３６が押えとなって押圧部材２９の角部との擦れを生じさせないようになった。そのため擦れによる摩耗がなくなり、この点からもダイアフラム３の長寿を延ばすことができた。
【００１８】
ところで、前記実施の形態ではダイアフラム３の固定部分３４に滑りを生じさせるためにシート３６を設けたが、この目的を達成するためには、他にもダイアフラム３の固定部分をコーティングしたり複合メッキを施すなどしてもよい。また、このコーティングや複合メッキは、ダイアフラム側でなくと押圧部材２９側に施すようにしてもよい。なお、コーティングは、例えばＰＴＦＥコーティングやＰＦＡコーティングなどで、接触面に厚さ１０〜５０μｍの膜を形成する。また、複合メッキには、例えばＰＴＦＥパウダを混合させた無電解ニッケルメッキを施し、その厚さは５〜２０μｍ程度である。
そして、このようなコーティングや複合メッキは、ダイアフラム３の可撓部分３３と押圧部材２９とが擦れる部分の摩擦を抑え、ダイアフラムの摩耗防止といった効果も奏する。
【００１９】
次に、本発明にかかる弾性部材の固定構造の第二実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態では流体機器としてスプール弁を挙げ、これに用いられる弾性部材であるスプールパッキンの固定構造について説明する。図５は、スプール弁を示した一部断面図である。
これは、スプール５１が不図示のソレノイドなどによって、ボディ５２内に大径部及び小径部とからなる流路切替空間５３内を軸方向に移動するよう構成されている。そして、スプール５１には、流路切替空間５３の小径部分を摺接して気密に遮断させるスプールパッキン５４が、環状の固定溝５５内に嵌合されている。
そこで、スプール５１が軸方向へ移動し、スプールパッキン５４が流路切替空間５３の大径部分に位置すると、遮断が解除されて例えば矢印Ｂで示すように流体が流れる。すると、スプールパッキン５４の固定溝５５から突出した部分が、流体圧力で撓められる。そのため、前記従来例のダイアフラムのように、固定溝５５内に固定された固定部分と突出して撓みが生じる可撓部分との境目部分で亀裂破損が生じないようにする必要がある。
そこで、本実施の形態でも、スプールパッキン５４が固定溝５５内を滑るようにコーティングが施されている。なお、本実施の形態の場合にも、シートを挟んだり、複合メッキを施すようにしてもよい。従って、スプールパッキンは、固定部分と撓みが生じる部分との境目部分の亀裂破損を防止することができた。
【００２０】
以上、本発明にかかる弾性部材の固定構造について一実施の形態を示しが、本発明はこれらに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では、流体機器としてダイアフラム弁及びスプール弁を例に挙げて、そこに使用されるダイアフラムやスプールパッキンについて説明したが、これ以外の流体機器であって、強固に固定された固定部分と撓みが生じる可撓部分とがある弾性部材を備えるものであってよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、強固に挟み込まれて固定される固定部分と、その固定部分から連続して一体成形された可撓部分とを有する流体機器に用いられる弾性部材であって、流体機器の動作に従って可撓部分が弾性変形を繰り返えして機能するように固定部分を所定箇所に取り付けるものであり、弾性変形の際に前記弾性部材の可撓部分の伸びによって引っ張られる前記弾性部材の固定部分が、固定箇所の固定面との間で滑るように前記固定部分の表面と固定面との間に低摩擦部材を介在させた構成としたので、固定部分と可撓部分の境目部分に生じる亀裂破損を防止する弾性部材の固定構造を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を示したダイアフラム弁の閉弁状態を断面図である。
【図２】  本発明の一実施の形態を示したダイアフラム弁の開弁状態を断面図である。
【図３】  ダイアフラム弁１の弁部を示した拡大断面図である。
【図４】  ダイアフラム３に生じる応力分布を示した一部断面図である
【図５】  スプール弁を示した一部断面図である。
【図６】  従来の弾性部材の固定構造を示したダイアフラムの断面図である。
【図７】  従来の弾性部材の固定構造におけるダイアフラムの変形時に作用する応力分布を示した図である。
【符号の説明】
１    ダイアフラム弁
３    ダイアフラム
２１  ボディ
２７  固定溝
２９  押圧部材
３１  弁体部分
３２  連結部分
３３  可撓部分
３４  固定部分
３６  シート
【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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