JPH0416037Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、各種ガス工業、分析、医療、生物工
学、計装などに用いられる比較的小口径のダイヤ
フラムを用いた空気圧で作動する弁に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来、本分野には第３図に示すような空圧作動
弁が多く使用されている。

第３図において本体１０１はその内部に流体が
流れる流路および弁体室１１０を形成し、この弁
体室１１０に弁体１０２装置し弁体の下端には弁
シート１０３を装着する。この弁体１０２を上下
に移動することにより、弁シート１０３が流通口
１１１に当接、離反して本体流路の開閉、すなわ
ち弁の開閉を行う。

本体１０１の外周部上、弁体１０２の中央部の
上にダイヤフラム１０４を載置しさらにダイヤフ
ラム１０４の中央部上に弁棒１０５を、又外周部
に押えリング１０６を載置する。

従つてダイヤフラム１０４は、その外周部で本
体１０１と押えリング１０６で挟まれて密封的に
固定されており、ダイヤフラムの中央部で弁体１
０２と弁棒１０５に挟まれている。押えリング１
０６の上にはふた１０７が本体１０１の上部外周
に切つたおねじと螺合し、ダイヤフラム１０４を
押えリング１０６と本体１０１の間に密封的に挟
持している。以上の構造によつて弁を通過する流
体の外周漏れを防いでいる。

弁体１０２を上下に移動するための駆動は空圧
操作およびスプリングによつて行う。ふた１０７
の中心は弁棒１０５が貫通しており、弁棒１０５
の上部にピストン１０８が固定してある。空気圧
操作部はピストン１０８、シリンダー１０９から
なつている。またピストン１０８とふた１０７の
間および弁体１０２と本体１０１の間にスプリン
グ１１２，１１３が設けてある。図の弁は、ノル
マルオープン形の弁であり、空気圧がピストン１
０８の上面にかからないとピストン１０８はスプ
リング１０８によつて上方へ押し上げられ、弁体
１０２もスプリング１１３によつて上方へ押し上
げられ、弁は開の状態にある。

［考案が解決しようとする問題点］ 上記の空圧作動弁の欠点は次のとおりである。
シリンダー１０９内のピストン１０８上に一定の
空気圧をかけて弁を閉じようとしたとき、ピスト
ン１０８が空気圧を受けた面積に比例して、ピス
トン１０８の力が作用する。

このピストンに作用する力は２ケ所のスプリン
グの反発荷重と通過流体の圧力による荷重との合
計より大きな力が必要であり、それだけピストン
１０８が受ける空気圧の面積を大きくする必要が
ある。すなわち大きなピストン１０８およびシリ
ンダー１０９が必要である。

又、ダイヤフラム１０４は、弁棒１０５の推力
を、その中心部で集中荷重として受ける。したが
つてダイヤフラム１０４の中心部には、大きな応
力が発生しダイヤフラム１０４の疲労寿命に悪影
響を及ぼす。

本考案は上記の問題を解消して小さなシリンダ
ーでも大きな力をダイヤフラム１０４に加えるこ
とができる空気圧力作動弁を提供するものであ
る。

［問題点を解消するための手段］ 本考案の要旨は、上部を開放し左右に流入口と
流出口を形成し、中央部に前記流入口とつながつ
た上向き流路を有する本体と、該本体の上部に装
着し中央部に貫通孔を有するふたと、該ふたの貫
通孔内で上下に駆動する弁棒と、前記本体とふた
との間で外周部が密封的に挟持され前記弁棒の下
端で中央部上面が押圧されるダイヤフラムと、前
記弁棒を上下に駆動するためにふたの上部に設け
たシリンダーと、該シリンダー内に摺動自在に装
着し前記弁棒の上部と固定したピストンとからな
るものにおいて、前記ピストンの上面からダイヤ
フラムの上面に通じる貫通孔を弁棒に設けると共
に、前記弁棒の断面積を前記ピストンの断面積お
よび前記ダイヤフラム上面の面積より小さくした
ことを特徴とする空気圧作動弁である。

［作用］ 本考案は上記の構成であるから、シリンダー内
へ送られる空気圧はピストンの上面と同時にダイ
ヤフラムの上面にも加わる。このためピストンの
断面積をＡ、弁棒の断面積をＢ、ダイヤフラム上
面の受圧面積をＣ、貫通孔の断面積をＤとする
と、ダイヤフラム上面に加わる力はピストンによ
り押圧される力と空気圧により押圧される力の和
となり、受圧面積は（Ａ−Ｄ）−（Ｂ−Ｄ）＋Ｃ＝
Ａ−Ｂ＋Ｃとなる。このためダイヤフラム上面に
加わる力は空気圧×（Ａ−Ｂ＋Ｃ）となり、弁棒
の断面積Ｂはピストンの断面積Ａおよびダイヤフ
ラム上面の受圧面積Ｃより小さいから、従来のピ
ストンのみに押圧される力より必ず大きくなり、
その分シリンダーの径が小さくてもダイヤフラム
を作動させることができる。

［実施例］ 第１図および第２図は本考案の実施例を示す空
気圧作動弁の縦断面図である。

第１図において、弁の本体１０１は、従来例の
弁の本体と同様に、一端に流入口２、他端に流出
口３、中央部に弁棒１１０を有し、さらに流入口
と弁体室をつなぐ流路４および上向き流路１１
１、弁体室と流出口をつなぐ流路５を有し、本体
１０１の上部は開放されている。

この弁体室１１０には下端に弁シート１０３を
装着した弁体１０２を装置する。弁体１０２の上
端は本体１０１の上端とほぼ同じ高さであり、拡
径部を有する。この拡径部下から弁体室下部に形
成した段差部までの間に弁体１０２を巻くように
スプリング６を嵌め込む。

弁体１０２の上に、同時に本体１０１の外周上
部に円板状のダイヤフラム１０４を載置する。こ
のダイヤフラム１０４は大きな曲率を持つた上部
側に膨出する球殻の一部であつたも構わない。ダ
イヤフラム１０４の中央部の上に弁棒１０５を接
触させると共に外周部の上には押えリング１０６
を載置する。押えリング１０６の上にはふた１０
７があり、ふた１０７の中心部は上記の弁棒１０
５が貫通している。

弁棒の径はダイヤシフラム上面の径より小さく
形成してある。ふた１０７の下部に円筒状の突出
部が形成されそこにめねじが切つてある。このふ
た１０７と、上部外周におねじを切つた本体１０
１と螺合することによつてダイヤフラム１０４は
本体１０１と押えリング１０６とによつてダイヤ
フラム１０４の外周部がしつかり挟持される。ふ
た１０７の外周に略円筒状のキヤツプであるシリ
ンダー１０９を嵌合し、この嵌合部から空気が漏
れないように、Ｏリング１１２でシールされてい
る。さらにシリンダー１０９が嵌合したふた１０
７からはずれないように止めねじ用のねじ穴７を
シリンダー１０９の側面に設け止めねじにて固定
する。ふた１０７を貫通しシリンダー１０９内の
上方に伸びた弁棒１０５の上部に、その径を縮小
した段差部を形成してこの弁棒の縮小径部にＯリ
ング１１３を介してピストン１０８を嵌合する。
弁棒１０５に嵌合したピストン１０８の径は必ず
弁棒１０５の径より大きく形成し、上記弁棒段差
部にてピストン１０８の下側が位置決めされ、さ
らに、弁棒１０５の外周上端に螺設したねじおよ
びそのナツトによつて固定されている。（第１図
に示す）弁棒１０５の外周上端にはねじでなく溝
を切り止め輪で固定してもよい。ピストン１０８
とふた１０７との間に第２のスプリング８を装着
し、このスプリング８の反発力によつてピストン
１０８は常時上方向の力が作用するようになつて
いる。

従つて弁体１０２も同様に常時上方向の力が作
用しており、本実施例はノルマルオーブン弁であ
る。弁を閉じるには、シリンダー１０９内のピス
トン１０８の上側に空気圧をかけることによつて
行う。空気圧は別途空気圧源（図示なし）と弁と
を配管し空気圧供給口９を通じてピストン１０８
の上面に送られる。

さらにこの空気圧を有効に活用するために弁棒
の上端から下端まで貫通孔１０をあける。この貫
通孔１０によつて、空気圧はピストン１０８の上
面にかかるだけではなく貫通孔１０につながつた
ダイヤフラム１０４の上面にも加わる。この貫通
孔１０は第１図に１本の直線状貫通孔が示してい
るが、シリンダー１０９内上部とダイヤフラム上
を連通できれば、孔と溝の組合せなどでもよい。
例えば弁棒の上端から中間まで弁棒の中心軸に孔
をあけ、この孔の底から弁棒の半径方向放射状に
孔をあけ、この半径方向の孔より下は弁棒の外周
に溝を切る。或いは弁棒の外径を小さくするなど
がある。

従つて、本実施例による空気圧作動弁は空気圧
がピストン１０８およびダイヤフラム１０４に加
わるので空気圧を有効に活用できる。

すなわちピストン１０８の断面積をＡとし弁棒１
０５の断面積をＢ、ダイヤシフラム１０４の上面
受圧面積をＣ、弁棒貫通孔１０の断面積をＤとす
ると、ダイヤシフラム上面に加わる力はピストン
１０８により押圧される力と貫通孔１０を通る空
気圧により押圧される力の和となり、受圧面積
は、（Ａ−Ｄ）−（Ｂ−Ｄ）＋Ｃ＝Ａ−Ｂ＋Ｃとな
る。このためダイヤフラム上面に加わる力は空気
圧×（Ａ−Ｂ＋Ｃ）となり、弁棒１０５の断面積
Ｂはピストン１０８の断面積Ａおよびダイヤフラ
ム上面の受圧面積Ｃより小さくしてあるからピス
トン１０８のみに押圧される力にり必ず大きくな
る。このため、その分ピストン１０８の空気圧を
受ける面積すなわちピストン径を小さくすること
ができ、それに関係した、シリンダーおよびふた
の径を小さくすることができる。

又、ダイヤフラム１０４を変形させる荷重形態
は、弁棒１０５による集中荷重と貫通孔１０を通
過して全体が押圧される分布荷重との２つに別れ
る。したがつて、ダイヤフラム１０４に同一変位
を与えようとした場合、集中荷重でのみ与える形
態に比べ、集中及び分布の相互作用により荷重を
与えた方が、ダイヤフラム１０４に中心部に発生
する応力が小さくなる。つまり、ダイヤフラム１
０４の疲労寿命も伸びる。

本実施例ではノルマルオープン弁について説明
したが、弁を閉じるときに空気圧を作用させ弁を
開くときにも空気圧を作用させるダブルアクテイ
ング弁についても同様の効果がある。

さらに本実施例ではダイヤフラムの下側に弁体
およびスプリングが設けてあるが、弁体およびス
プリングを省き、ダイヤフラム自体が弁体の働き
およびスプリングの作用を行うことができるよう
にしてもよい。すなわち第２図に示すような第２
実施例による空気圧作動弁である。

第２図においてダイヤフラム１０４は流路の上
向き流路１１１の上端に装着したシート１１に直
接接触して流路を閉とする。すなわち弁を閉とす
る。この後弁を開とする場合はシリンダー内の空
気圧を抜き第２のスプリング８にて弁棒を上片に
持ち上げる。このときダイヤフラム１０４も弾性
変形域内にとどめておくことによつてその中央部
が持ち上がるようにすると弁を開とすることがで
きる。このときのダイヤフラム１０４の形状は円
板状ではなく曲率を持つた上部に膨出する球殻の
一部である形状にするとよい。

［効果］ 以上述べたとおり本考案による空気圧作動弁
は、ピストンおよびシリンダーさらにそれらに関
連ある部品の寸法を小さくすることができる。

又、ダイヤフラムの中心部に発生する応力を小
さくし、その疲労寿命を伸ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す空気圧作動弁の
縦断面図、第２図は他の実施例を示す空気圧作動
弁の縦断面図、第３図は従来例の空気圧作動弁の
縦断面図である。 １０……弁棒貫通孔、１０１……本体、１０２
……弁体、１０４……ダイヤフラム、１０５……
弁棒、１０６……押えリング、１０７……ふた、
１０８……ピストン、１０９……シリンダー、１
１０……弁体室、１１１……上向き流路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 上部を開放し左右に流入口と流出口を形成し
   中央部に前記流入口とつながつた上向き流路を
   有する本体と、該本体の上部に装着し中央部に
   貫通孔を有するふたと、該ふたの貫通孔内で上
   下に駆動する弁棒と、前記本体とふたとの間で
   外周部が密封的に挟持され前記弁棒の下端で中
   央部上面が押圧されるダイヤフラムと、前記弁
   棒を上下に駆動するためにふたの上部に設けた
   シリンダーと、該シリンダー内に摺動自在に装
   着し前記弁棒の上部と固定したピストンとから
   なるものにおいて、前記ピストンの上面からダ
   イヤフラムの上面に通じる貫通孔を弁棒に設け
   ると共に、前記弁棒の断面積を前記ピストンの
   断面積および前記ダイヤフラム上面の面積より
   小さくしたことを特徴とする空気圧作動弁。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項記載におい
   て、前記ダイヤフラムは前記本体の上向き流路
   の上面に対向して設けると共に上部側へ膨出す
   るよう形成してなることを特徴とする空気圧作
   動弁。