JP4807573B2

JP4807573B2 - ダイヤフラムバルブ

Info

Publication number: JP4807573B2
Application number: JP2006101298A
Authority: JP
Inventors: 貴嗣灘
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-04-03
Also published as: JP2007278308A

Description

本発明は、各種流体（水、純水、腐食性のある薬液など）の輸送配管ラインに使用されるダイヤフラムバルブに関するものであり、さらに詳しくは、シール性を向上させ、連続開閉を行ってもダイヤフラムが破損することなく長期間使用することができるダイヤフラムバルブに関するものである。

従来のダイヤフラム弁およびそのシール構造は図１１、図１２に示すようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。この構成は、開口部１０１及びこの開口部１０１に臨む弁座１０２を有する弁本体１０３と、開口部１０１を封止するダイヤフラム１０４と、ダイヤフラム１０４を弁本体１０３と挟着するボンネット１０５と、ダイヤフラム１０４に連結しボンネット１０５に設けた案内溝に沿ってダイヤフラム１０４を上下動させてこのダイヤフラム１０４を弁座１０２に対して離間又は着座させるコンプレッサ１０６とを備え、ダイヤフラム１０４の挟着部分に環状突条１０７を形成したものであり、環状突条１０７はダイヤフラム１０４の接液面における挟着部分に形成し、かつ環状突条１０７とほぼ同一の高さのシ−ルゾ−ン１０８を環状突条１０７の外側に形成したものであった。このダイヤフラム弁の弁座１０２は、開口部１０１より低く設けられた底面部１１０と、底面部１１０から開口部１０１に向かって立ち上がる円弧状の斜面部１１１から形成され、この弁座１０２にダイヤフラム１０４の線状突条１０９が圧接されるものであった。その効果は、圧力流体の全閉時における管路内漏出のみならず管路外漏出が解消されるものであった。

実公平２−４７３２５号公報

しかしながら、図１２に示す前記従来のダイヤフラム弁のシール構造は、線状突条１０９を弁座１０２に圧接させる構成上、連続開閉を行いながら長期間使用すると線状突条１０９が劣化して、特に線状突条１０９の弁座１０２の底面部１１０および底面部１１０と斜面部１１１の間の湾曲面部１１２に圧接される箇所は、弁座１０２に強く押し潰すように圧接されるため劣化し易く、線状突条１０９が破損する恐れがあるという問題があった。また、ダイヤフラム弁の弁座１０２は安定したシールを行うために弁座１０２の面を平滑にするための後加工が行われるが、通常はダイヤフラム弁の弁本体１０３をスピンドル軸線方向を中心に回転させて旋盤加工されるため、湾曲面部１１２は旋盤加工の性質上、平面ではなく凹面形状に形成され、弁座１０２の立ち上がり面と湾曲面との交差部がわずかに突起した形状となる（図７の湾曲面部参照）。このとき、ダイヤフラム１０４の線状突条１０９が弁座１０２に強く押し潰れるように圧接されると、湾曲面部１１２の交差部がダイヤフラム１０４の線状突条１０９周辺の面に当接し、連続開閉により交差部と線状突条１０９周辺の面の当接部分から破損し、流体漏れを起こす恐れがあるという問題があった。これは交差部に丸みを設けることで改善されるが、マシニングセンタで加工しなければならなくなり、手間と時間がかかり加工コストが高くなるという問題があった。なお、上記問題は、弁本体１０３の上面部と弁座１０２の底面部１１０との高さを大きくして弁座１０２を深く設けた場合により発生し易い。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、シール性を向上させ、連続開閉を行ってもダイヤフラムが破損することなく長期間使用することができるダイヤフラムバルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のダイヤフラムバルブの構成を図に基づいて説明すると、入口流路３と出口流路４とこれら両流路３、４の間に位置し、かつ、流路を湾曲させる仕切壁５とを有する弁本体１と、弁本体１に取付けられたボンネット１５と、ボンネット１５に支承され、駆動部と係合するステム１８の下端に固定されたコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４に固定されるとともに弁本体１とボンネット１５との間に挟持され、仕切壁５に圧接及び離間される線状突条部１０と弁本体１上面の開口部２周辺に圧接される環状突条部１１とが一体的に形成されたダイヤフラム９とを具備するダイヤフラムバルブにおいて、線状突条部１０の表層に厚肉部１２が設けられ、厚肉部１２が、線状突条部１０における流路軸線から左右対称の位置に高さ方向に一体的に膨隆して設けられ、弁本体１の仕切壁５上面に、前記開口部２より低く設けられた平面状の底面部６と、底面部６から開口部２に向かって立ち上がるテーパ状または円弧状の斜面部７と、底面部６と斜面部７との間に湾曲面部８とが形成され、仕切壁５の湾曲面部８に相対する位置に、ダイヤフラム９の線状突条部１０の厚肉部１２が設けられたことを第一の特徴とする。

また、前記線状突条部１０の断面形状が半円形であり、前記厚肉部１２の高さが線状突条部１０の非厚肉部の高さの１．２〜５．０倍、且つ断面半径が１．０〜４．０倍であることを第二の特徴とする

また、前記弁本体１の開口部２の直径Ｄと、弁本体１上面と仕切壁５の底面部６の間の高さＨとが、Ｈ＝０．１８Ｄ〜０．３０Ｄの範囲で設けられることを第三の特徴とする。

また、前記駆動部が、手動式、空気駆動式または電気駆動式であることを第四の特徴とする。

本発明において厚肉部１２とは、ダイヤフラム９の線状突条部１０において他より膨らんで見える形状の部分のことである。厚肉部１２は高さ方向及び幅方向に膨隆した形状や、高さ方向に膨隆した形状であることがより望ましいが、幅方向に膨隆した形状であっても良い。一方、線状突条部１０の厚肉部１２に該当しない箇所を非厚肉部と称すると、非厚肉部は高さ及び幅がほぼ一定であることが望ましく、線状突条部１０の中心から左右対称の位置に厚肉部１２が各々設けられる場合、厚肉部１２を認識できる範囲であれば線状突条部１０の高さ及び幅を変化させても良く、例えば図３に示されているように、厚肉部１２で挟まれた非厚肉部を線状突条部１０両端側の非厚肉部より高さ及び幅を大きく設けても良い。

また、線状突条部１０に設けられる厚肉部１２は、線状突条部１０における全体または流路軸線（図３のＢ−Ｂを結ぶ線）から左右対称の位置に設けられることが望ましい。これは弁座面が左右対称で設けられているため、安定したシール性が得られるので好適である。このときダイヤフラムバルブを閉状態にする場合にダイヤフラム９が上から強く圧縮しない時でも線状突条部１０が弁座面と隙間がない状態で接触することができるように厚肉部１２の肉厚を調節して設けることが必要であり、隙間がないことによりダイヤフラム９を上から強く圧縮させて隙間を埋めてシールするため、ダイヤフラムに余計な負荷が加わらないので好適である。

また厚肉部１２は、線状突条部１０の、仕切壁５の底面部６および／または湾曲面部８に相対する位置に設けられることが望ましい。これは弁座面のシールが最も必要な底面部６や湾曲面部８におけるシール性を向上させ、バルブが閉状態のときに最も応力のかかる部分の線状突条部１０の強度を向上させて連続開閉を行っても破損を防止して長期間使用できるため好適である。特に湾曲面部８は、図７に示すように旋盤加工の性質上、平面ではなく凹面形状に形成され、仕切壁５の立ち上がり面３１と湾曲面８との交差部２１がわずかに突起した形状となるが、ダイヤフラム９の線状突条部１０が弁座面に強く押し潰されるように圧接されても、厚肉部１２によって湾曲面部８では交差部２１がダイヤフラム９の線状突条部周辺の面２２に当接することがなく、連続開閉により交差部２１が線状突条部周辺の面２２を破損させることを防止することができるので好適である。

また、線状突条部１０の断面形状は半円形であることが望ましく、その厚肉部１２の高さは非厚肉部の高さの１．２〜５．０倍、より好ましくは１．８〜４．２倍、さらにダイヤフラムバルブの口径が４０ｍｍ未満の場合１．８〜３．６倍、４０ｍｍ以上の場合３．０〜４．２倍の範囲であることが望ましい。また、線状突条部１０の断面半径は非厚肉部のそれの１．０〜４．０倍、より好ましくは１．２〜３．２倍、さらにダイヤフラムバルブの口径が４０ｍｍ未満の場合１．２〜２．２倍、４０ｍｍ以上の場合１．８〜３．２倍の範囲であることが望ましい。これは、厚肉部１２の高さは、シール性を向上させ、連続開閉に対して線状突条部１０の強度を得るためには非厚肉部の高さの１．２倍以上である必要があり、厚肉部１２を厚くさせすぎて厚肉部１２に応力が集中してダイヤフラム９の耐久性が低下するのを防止させるためには５．０倍以下である必要があるからである。その断面半径も同様に、シール性の向上と線状突条部１０の強度を得るためには少なくとも非厚肉部と同じ厚さ以上である必要があり、ダイヤフラム９の耐久性の低下を防止させるためには４．０倍以下である必要があるからである。なお、厚肉部１２の高さとは、厚肉部１２の最も高い箇所の高さのことであり、非厚肉部の高さとは非厚肉部のうち最も低い箇所の高さのことである。ここで高さとは図４、図５に示すように線状突条部１０の頂点から線状突条部１０の根元のダイヤフラム９の下面までの高さのことである。また断面半径とは、図４、図５に示すように厚肉部１２の最も高い箇所の頂点付近の断面半径（ｒ_２）と、非厚肉部のうち最も低い箇所の頂点付近の断面半径（ｒ_１）のことである。

また、弁本体１上面と仕切壁５の底面部６の間の高さ（以下弁座深さと記す）Ｈは弁本体１の開口部２の直径Ｄとの関係において、Ｈ＝０．１８Ｄ〜０．３０Ｄの範囲に設定されることが望ましい（図６参照）。Ｈを０．１８Ｄより小さくすると受圧面積が小さくなるので、バルブのシール性が向上すると共にバルブをコンパクトに設けることができる反面、流量が小さくなってＣＶ値が低下し、一方、Ｈを０．３０より大きくすると流量が大きくなってＣＶ値が向上する反面、ダイヤフラム９の変形量が大きくなりダイヤフラム９に負荷がかかるからである。従って、開口部２の直径Ｄを小さくしてシール性を向上させると共にバルブをコンパクトに設けると同時に流量が確保され十分なＣＶ値を維持するためには、Ｈは０．１８Ｄ〜０．３０Ｄの範囲に設定されることが望ましい。

本発明において、ダイヤフラムバルブの駆動部は、手動式、空気圧による空気駆動式（図９参照）、モーターなどによる電気駆動式（図１０参照）などがあり、いずれでも良く特に限定されない。空気駆動式の場合、ダイヤフラムバルブの手動式であるハンドル２０の代わりに空動式駆動部２７が、また、電気駆動式の場合、電動式駆動部２９（モーターなど）がそれぞれステム２８、ステム３０に係合され自動式ダイヤフラムバルブが形成される（図９、１０参照）。

本発明において、ダイヤフラム９の材質はゴム状の弾性体であれば良く、エチレンプロピレンゴム（以下、ＥＰＤＭと記す）、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴムなどが好適なものとして挙げられ、特に限定されるものではない。また、ダイヤフラム９には強度の高い補強布がインサートされても良く、補強布はナイロン製（フッ素ゴムの場合はポリビニリデンフルオライド製）であることが望ましい。これは、バルブの閉止時にダイヤフラムに流体圧がかかった時にダイヤフラム９の変形や破損を防止するため好適である。

本発明において、ダイヤフラムバルブの弁本体１やボンネット１５の材質は、ポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）、ポリプロピレン、ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと記す）、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレンなどの樹脂、鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレスなどの金属、または磁器などのセラミック、いずれでも良い。特に、薬液の配管ラインには耐食性に優れる樹脂製のダイヤフラムバルブが好適に使用される。また、コンプレッサ１４の材質も、樹脂製または金属製など特に限定されないが、ＰＶＤＦなどの樹脂製が好ましい。また、ステム１８やスリーブ１７の材質は、所期の強度を有する材質なら特に限定されないが、鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレスなどの金属が好ましい。

本発明は以上のように構成したので、以下の優れた効果が得られる。
（１）閉状態の時に厚肉部の弾性力により線状突条部が弁座面と強く圧接されるため、従来より２０％高いシール性を得ることができる。
（２）線状突条部が補強され、連続開閉において線状突条部が破損することなく長期間使用することができる。
（３）線状突条部が弁座面に強く押し潰すように圧接されたとしてもダイヤフラムの線状突条部周辺の面が弁座面の交差部に当接することがないので、連続開閉により交差部が線状突条部周辺の面を破損させることを防止することができる。
（４）開口部の直径Ｄを小径にして、弁座深さＨをＨ＝０．１８Ｄ〜０．３０Ｄの範囲にすると、受圧面積が小さくてバルブのシール性を向上させると共にバルブをコンパクトに設けることができ、流量が確保でき十分なＣＶ値を維持するとともに外部漏れ（管路外漏出）を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第一の実施形態のダイヤフラムバルブを示す縦断面図である。図２は図１のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。図３は図１におけるダイヤフラムの接液面の平面図である。図４は図３のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図である。図５は図３のＣ−Ｃ線に沿う縦断面図である。図６は図２の要部拡大縦断面図である。図７は第一の実施例の閉状態の湾曲面部を示す要部拡大縦断面図である。図８は他の実施形態を示すダイヤフラムの接液面の平面図である。図９は空気駆動式のダイヤフラムバルブを示す部分断面図である。図１０は電気駆動式のダイヤフラムバルブを示す部分断面図である。

図において、１は口径５０ｍｍのＰＶＣ製の弁本体であり、弁本体１上面には開口部２が設けられ、内部に入口流路３、出口流路４及び両流路の中間に位置し、流路を湾曲させている仕切壁５が設けられている。仕切壁５の上面には、開口部２より低く設けられた平面状の底面部６と、底面部６から開口部２に向かって立ち上がるテーパ状の斜面部７と、底面部６と斜面部７との間に湾曲面部８とが形成されており、底面部６と斜面部７と湾曲面部８とで弁座面が形成されている。また、弁本体１の開口部２の直径Ｄと、弁座深さＨは、Ｈ＝０．２１Ｄとなるように設けられている。なお、本発明の斜面部７はテーパ状であるが円弧状でも良く、円弧状の場合は曲率の大きな円弧状であることが好ましい。また、仕切壁５の弁座面の形状は、開口部２を小さく設けて後記ダイヤフラム９の受圧面積を小さくさせ、ダイヤフラムバルブが全開状態のときに弁座面と後記ダイヤフラム９から形成される流路の開口面積を大きく得ることができるように上記構成にしている。

９はＥＰＤＭ製のダイヤフラムであり、ダイヤフラム９の接液面側には、弁本体１の仕切壁５上面の弁座面に圧接及び離間される線状突条部１０と、弁本体１上面の開口部２周辺に圧接される環状突条部１１とが形成されている。線状突条部１０の、仕切壁５の湾曲面部８に相対する位置には厚肉部１２が対称に設けられており、厚肉部１２の最も厚くなる部分の高さｈ_２（図５参照）は非厚肉部の高さｈ_１（図４参照）に対して３．８倍の高さで設けられ、且つ断面半径が厚肉部の断面半径ｒ_１は非厚肉部の断面半径ｒ_２の２．９倍で設けられている。ダイヤフラム９の非接液面側には埋め込み金具１３が上部が突出した状態で埋設されており、埋め込み金具１３を介して後記コンプレッサ１４に係合固定されている。ダイヤフラム９の周縁部は弁本体１と後記ボンネット１５の間で挟持され、ボンネット１５の下面により環状突条部１１が弁本体１上面の開口部２周辺に押し潰された状態で固定されている。

１４はＰＶＤＦ製のコンプレッサであり、上部は後記ステム１８の下端部に係合固定されている。１５は弁本体１の上部にボルト・ナット（図示せず）で固定されているＰＶＣ製のボンネットであり、ボンネット１５上部中央の貫通孔１６に銅合金製のスリーブ１７が支承されている。１８はスリーブ１７の内部に設けられた雌ネジ部１９と螺合している銅合金製のステムである。２０はＰＰ製のハンドルであり、スリーブ１７の上部外周部に嵌合され、ボンネット１５の上端部に配置されている。

次に、本実施形態のダイヤフラムバルブの作用を図１及び図２に基づいて説明する。

図１の全開状態からハンドル２０を閉方向に回転すると、ハンドル２０の回転に従ってステム１８とステム１８下端部に設けられたコンプレッサ１４が下降し、ダイヤフラム９は次第に下方に湾曲して行き、ついには線状突条部１０が弁本体１の仕切壁５上面の弁座面に圧接され、入口流路３及び出口流路４が閉鎖されてダイヤフラムバルブは全閉状態となる。このとき、全閉状態で厚肉部１２の弾性力により線状突条部１０が弁座面と強く圧接されるため、従来の厚肉部１２のない場合に比べて２０％ほど高いシール性を得ることができると共に、厚肉部１２は圧縮に対する強度が高くなるため、線状突条部１０が補強され、連続開閉によって最も劣化しやすい線状突条部１０が破損することなく長期間使用することができる。また、線状突条部１０と弁座面の湾曲面部８の当接部分は、図７に示すように、湾曲面部８に相対する位置に厚肉部１２が設けられているため、線状突条部１０が弁座面に強く押し潰すように圧接されたとしても交差部２１がダイヤフラム９の線状突条部周辺の面２２に当接することがないので、連続開閉により交差部２１が線状突条部周辺の面２２を破損させることを防止することができる。

次にハンドル２０を開方向に回転すると、ハンドル２０の回転に従ってステム１８とステム１８下端部に設けられたコンプレッサ１４が上昇し、ダイヤフラム９の線状突条部１０は弁座面から離間し、ダイヤフラム９は次第に上方に湾曲して開限度位置まで上昇し入口流路３及び出口流路４が開放されダイヤフラムバルブは全開状態（図１の状態）となる。

また、本実施形態では開口部２の直径Ｄを小径にして、弁座深さＨをＨ＝０．１８Ｄ〜０．３０Ｄの範囲内に設けているため、受圧面積が小さくてバルブのシール性が向上される。また、バルブをコンパクトに設けることができ、流量が確保でき十分なＣＶ値を維持することができる。

本発明の第一の実施形態のダイヤフラムバルブを示す縦断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。図１におけるダイヤフラムの接液面の平面図である。図３のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図である。図３のＣ−Ｃ線に沿う縦断面図である。図２の要部拡大縦断面図である。本発明の第一の実施形態の湾曲面部を示す要部拡大縦断面図である。空気駆動式のダイヤフラムバルブを示す部分断面図である。電気駆動式のダイヤフラムバルブを示す部分断面図である。従来のダイヤフラム弁を示す要部拡大縦断面図である。従来のダイヤフラム弁のダイヤフラムの斜視図である。

符号の説明

１…弁本体
２…開口部
３…入口流路
４…出口流路
５…仕切壁
６…底面部
７…斜面部
８…湾曲面部
９…ダイヤフラム
１０…線状突条部
１１…環状突条部
１２…厚肉部
１３…埋め込み金具
１４…コンプレッサ
１５…ボンネット
１６…貫通孔
１７…スリーブ
１８…ステム
１９…雌ネジ部
２０…ハンドル
２１…交差部
２２…線状突条部周辺の面
２７…空気式駆動部
２８…ステム
２９…電気式駆動部
３０…ステム
３１…立ち上がり面

Claims

入口流路と出口流路とこれら両流路の間に位置し、かつ、流路を湾曲させる仕切壁とを有する弁本体と、該弁本体に取付けられたボンネットと、該ボンネットに支承され、駆動部と係合するステムの下端に固定されたコンプレッサと、該コンプレッサに固定されるとともに該弁本体と該ボンネットとの間に挟持され、仕切壁に圧接及び離間される線状突条部と該弁本体上面の開口部周辺に圧接される環状突条部とが一体的に形成されたダイヤフラムとを具備するダイヤフラムバルブにおいて、前記線状突条部の表層に厚肉部が設けられ、該厚肉部が、該線状突条部における流路軸線から左右対称の位置に高さ方向に一体的に膨隆して設けられ、該弁本体の仕切壁上面に、前記開口部より低く設けられた平面状の底面部と、該底面部から該開口部に向かって立ち上がるテーパ状または円弧状の斜面部と、該底面部と該斜面部との間に湾曲面部とが形成され、前記仕切壁の湾曲面部に相対する位置に、該ダイヤフラムの線状突条部の厚肉部が設けられたことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
前記線状突条部の断面形状が半円形であり、前記厚肉部の高さが該線状突条部の非厚肉部の高さの１．２〜５．０倍、且つ断面半径が１．０〜４．０倍であることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムバルブ。
前記弁本体の開口部の直径Ｄと、該弁本体上面と前記仕切壁の底面部の間の高さＨとが、Ｈ＝０．１８Ｄ〜０．３０Ｄの範囲で設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダイヤフラムバルブ。
前記駆動部が、手動式、空気駆動式または電気駆動式であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。