JPH08234846A - 金属製のダイヤフラムを有した制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属製のダイヤフラムの耐久性を向上させ、
ダイヤフラムの交換時の労力、時間を低減させる。 【構成】 ダイヤフラム25の挟持されていない自由変位
状態部の外周側の上下面を自由変位面と成し、該自由変
位面に対向させ、且つ自由変位面の変位領域内に当接面
を設け、該当接面は水平状態のダイヤフラム25の中心軸
側にむかって自由変位面との隙間が順次大と成る曲線で
形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダイヤフラムの変位によ
る応力集中を無くして耐久性を向上させる金属製のダイ
ヤフラムを有した制御弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、流体の圧力制御を行う制御弁のう
ち、二次側圧力を制御する減圧弁ａは図１１に示す様
に、二次側圧力の変動に応じて上下変位するダイヤフラ
ムｂに連動する弁体ｃによって弁口ｄの開口度を調整す
るものにして、ダイヤフラムｂ下面に二次側圧力を作用
させて上方へ変位させる押し上げ力を与えると共に、ダ
イヤフラムｂ上面に操作圧力または調整バネの弾発力を
作用させて下方へ変位させる押し下げ力を与え、これら
の力のバランスによって弁体ｃのリフト量を調整し、二
次側圧力を所望する設定値に調整する様に成している。

【０００３】ところが、流体に高温の蒸気を使用する場
合の減圧弁ａのダイヤフラムｂは金属製にして且つ、シ
ート状に形成されており、さらにダイヤフラムｂに加わ
る圧力を外部へ漏らさない様に、上下のダイヤフラムケ
ースｅ、ｆによってダイヤフラムｂの外周側を挟持して
シールすると共に、その挟持個所の内側におけるダイヤ
フラムケースｅ、ｆには、ダイヤフラムｂの自由変位状
態部ｇが上下に自由に変位可能な空間部ｈが形成され、
しかもこのシール個所の境界部位の角部ｊはバリ取り程
度の面取りが施されているだけであるため、特に流量変
動の激しい蒸気圧制御に使用するダイヤフラムｂの場合
には、その変位量には関係なく図１２に示す様に固定状
態の境界部位の角部ｊに応力が集中し、ダイヤフラムｂ
の耐久回数が低いのが現状である。

【０００４】従って、疲労破壊したダイヤフラムｂを交
換するに際しては、蒸気を流体として使用している場合
には、作業者が容易に近ずけない場所に設置されている
関係で、ダイヤフラムｂの交換には非常に大きな労力と
時間を必要とする欠点を有していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は金属製のダイ
ヤフラムの耐久性を向上させ、ダイヤフラムの交換時の
労力、時間を低減させる様にした金属製のダイヤフラム
を有した制御弁を提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術に
基づく応力集中位置の固定による耐久性の低下等の課題
に鑑み、外周側の上下面が挟持されたダイヤフラムにお
いて、該ダイヤフラムにおける挟持されていない自由変
位状態部の外周の上下面である自由変位面に対向して曲
線から成る当接面を設け、ダイヤフラムが変位して自由
変位面が当接面に当接する状態での応力集中位置をダイ
ヤフラムの変位量に応じて移動させることを要旨とする
金属製のダイヤフラムを有した制御弁を提供して上記欠
点を解消せんとしたものである。

【０００７】そして、一次側圧力室と二次側圧力室を連
通する弁口と、該弁口を開閉する弁体と、金属製にして
且つ、シート状に形成されたダイヤフラムによって制御
弁が構成され、ダイヤフラムは二次側圧力の変動に応じ
て上下変位すると共に、外周側の上下面が挟持され、か
かるダイヤフラムと弁体を弁棒を介して連動させてい
る。

【０００８】又、ダイヤフラムにおける挟持されていな
い自由変位状態部の外周側の上下面を自由変位面と成
し、該自由変位面に対向させ、且つ自由変位面の変位領
域内に当接面を設け、該当接面は水平状態のダイヤフラ
ムの中心軸側にむかって自由変位面との隙間が順次大と
成る曲線で形成している。

【０００９】又、当接面の曲線の曲率半径である「Ｒ」
は、ダイヤフラムにおける自由変位状態部の外周径であ
る受圧径を「Ｄ」とし、ダイヤフラムが水平状態から上
方若しくは下方へ変位した時の最大変位量を「Ｌ」とし
た場合、「Ｒ＝Ｄ²/ (30〜50) Ｌ」を満足させる様に設
定することが好ましい。

【００１０】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明
すると、１は本発明に係る制御弁であり、該制御弁１は
弁本体２とダイヤフラムケース３から構成され、前記弁
本体２は流入口４と連通する一次側圧力室５と、流出口
６と連通する二次側圧力室７を隔壁８により区割し、該
隔壁８に弁口９を開口形成し、一次側圧力室５と二次側
圧力室７を連通させる弁箱本体10から構成している。

【００１１】又、弁口９の中心軸ＣＬ上の下方である弁
箱本体10における一次側圧力室５を形成する外壁11に蓋
取付口12を開口形成し、該蓋取付口12に蓋体13をボルト
14によって着脱自在に装着している。

【００１２】又、弁口９の中心軸ＣＬ上の上方である弁
箱本体10における二次側圧力室７を形成する外壁11にダ
イヤフラムケース取付口15を開口形成し、該ダイヤフラ
ムケース取付口15にダイヤフラムケース３下部をボルト
(図示せず) によって着脱自在に装着している。

【００１３】16は弁座体であり、該弁座体16は円筒状に
形成され、一次側圧力室５側から弁口９内に装着し、弁
座体16の下端側を弁座17と成している。

【００１４】18は弁座17に着座して弁口９を閉塞する弁
体であり、該弁体18は一次側圧力室５内において、弁座
17と対向して配設され、弁体18と蓋体13との間にスプリ
ング19を介装し、該スプリング19の弾発力によって弁体
18を弁座17に着座させる様に付勢している。

【００１５】20は弁棒であり、該弁棒20の下端は二次側
圧力室７側から弁口９（弁座体16)内を挿通させて弁体1
8の上部中央に嵌入して連結固定すると共に、弁棒20の
上端面は二次側圧力室７を形成する外壁11のダイヤフラ
ムケース取付口15から上方突出させている。

【００１６】21、21a …は弁棒20における中間部の外周
面の軸方向にわたって形成する連通溝である。

【００１７】ダイヤフラムケース３は上部ケース22と下
部ケース23を上下に重ね合わせ連結して構成するものに
して、その内方にダイヤフラム収容室24が形成され、該
ダイヤフラム収容室24内に収容する金属製にして且つ、
シート状に形成されたダイヤフラム25外周側の上下面を
挟持し、ダイヤフラム収容室24におけるダイヤフラム25
の上方を操作室26と成すと共に、下方を二次側圧力室７
と連通状態にするダイヤフラム室27と成している。

【００１８】又、上部ケース22および下部ケース23は夫
々、円盤状のケース本体28、29の下面28a および上面29
a の中央に、前記操作室26およびダイヤフラム室27を形
成するための凹部30、31を形成すると共に、ケース本体
28、29の下面28a および上面29a における外周側の円周
方向に、ダイヤフラム25外周側の上下面を挟持する平面
状の挟持面32、33を形成している。

【００１９】又、操作室26およびダイヤフラム室27を形
成する凹部30、31の内壁面34、35であって、ダイヤフラ
ム25における前記挟持面32、33で挾持されていない個所
である自由変位状態部における外周側の上下面を自由変
位面25a 、25b と成し、該自由変位面25a 、25b の上下
変位方向で対向すると共に、自由変位面25a 、25b の変
位領域内に位置し、且つ挟持面32、33と連続する面を当
接面34a 、35a と成して設け、該当接面34a 、35a は水
平状態のダイヤフラム25の中心軸ＣＬ側にむかって、図
７に示す様にダイヤフラム25の自由変位面25a 、25b と
の隙間Ｇが零から順次大と成る様な緩やかな曲線で形成
している。

【００２０】上記ダイヤフラム25の水平状態とは、該ダ
イヤフラム25の自由変位面25a 、25b が何ら上下に変位
していない状態のことである。

【００２１】又、上記当接面34a 、35a を形成する緩や
かな曲線の曲率形状については、図４に示す様にダイヤ
フラム25における自由変位状態部の外周径である受圧径
を「Ｄ」とし、ダイヤフラム25が水平状態から上方若し
くは下方へ変位した時の最大変位量を「Ｌ」とした場
合、当接面34a 、35a の曲率半径である「Ｒ」は、「Ｒ
＝Ｄ²/ (30〜50) Ｌ」を満足させる様に設定している。

【００２２】又、当接面34a 、35a の緩やかな曲線につ
いては、厳密に連続した円弧を描く曲線に限らず、図８
に示す様に中心軸ＣＬ側に向かって複数の直線的なテー
パー面36、36a …を連続させ、各テーパー面36、36a …
の接続点37、37a …が円弧上に位置する場合の折れ線状
も含めている。

【００２３】尚、寸法単位は全て「ミリメートル」であ
り、又曲率半径「Ｒ」の中心Ｃは、基本的には挟持面3
2、33の内周端縁と当接面34a 、35a の接続境界点Ｐを
通る垂直線ＡＬ上に位置させるものであるが、交差を有
する加工精度の関係上、その中心Ｃと垂直線ＡＬとの水
平方向の許容差を「Ａ」とすると、「Ａ＝０±Ｒ／１
０」を満足していれば、本願の目的である耐久性の向上
が図られる。

【００２４】又、ダイヤフラムケース３における下部ケ
ース23の下部中央にはダイヤフラム室27を外部と連通さ
せる連通口38を開口形成し、該連通口38に円筒状に形成
した弁棒ガイド39を装着し、該弁棒ガイド39に弁本体２
のダイヤフラム取付口15から上方突出した弁棒20を挿通
させ、該弁棒20の上端側をダイヤフラム室27内に位置さ
せると共に、かかる弁棒20の上端にダイヤフラム25の下
面中央に当接するリテイナ40を装着している。

【００２５】又、ダイヤフラムケース３における上部ケ
ース22には操作室26内に加圧した流体を供給する流体供
給口41を設けている。

【００２６】尚、操作室26内に流体を供給してダイヤフ
ラム25を下方へ変位させるための押し下げ力を与えてい
るも、かかる手段には何ら限定されず、圧縮バネ (図示
せず) を操作室26内に配設し、該圧縮バネの弾発力によ
ってダイヤフラム25に押し下げ力を与えても良い。

【００２７】尚、図中42は上部ケース22に設けるダイヤ
フラム25の上限位置を規制する上限ストッパー、43は下
部ケース23に設けるダイヤフラム25の下限位置を規制す
る下限ストッパーである。

【００２８】次に本発明に係る制御弁の作用について説
明すると、先ず、通常の使用状態としては、ダイヤフラ
ム25の上方の操作室26内に所定圧力の流体を供給する
と、かかる流体による操作圧力によってダイヤフラム25
は押し下げられ、該ダイヤフラム25下面に当接するリテ
イナ40、弁棒20を介して弁体18を弁座17より離脱させて
弁口９を開口させる。

【００２９】この様に弁口９が開口することにより、圧
力制御流体である蒸気は流入口４から一次側圧力室５、
弁口９、二次側圧力室７を通って流出口６から流出され
るのであって、この状態で一次側圧力が変動すると、そ
れに応じて二次側圧力も変動するも、二次側圧力室７と
ダイヤフラム25の下方のダイヤフラム室27は弁棒20の連
通溝21、21a …によって連通されているため、ダイヤフ
ラム室27内の圧力も同様に変動し、操作室26内の圧力と
ダイヤフラム室27内の圧力との間に差圧が生じ、この差
圧分によってダイヤフラム25が上下に変位し、リテイナ
40、弁棒20を介して弁体18が上下動し、弁口９の開口度
が調整されて二次側圧力が一定の設定値に調整される。

【００３０】次に、図５、６に示す様に上記の様にダイ
ヤフラム25が上下に変位した時の応力集中位置ＯＰの変
化については、ダイヤフラム25の変位量が大きくなるに
従って、応力集中位置ＯＰはダイヤフラム25の中心軸Ｃ
Ｌ側へ移動する。

【００３１】次に、本発明品と従来品との耐久試験を実
施した結果は、図１０に示す様に、従来品の平均故障間
隔（ＭＴＢＦ）であるダイヤフラムｂの耐久回数は７２
０００回程度であるのに対し、本発明品のものは平均故
障間隔（ＭＴＢＦ）であるダイヤフラムｂの耐久回数は
９６００００回程度に達した。

【００３２】尚、本発明品と従来品とは当然ながら当接
面34a 、35a を有するか、空間部ｈを有するかの違いの
みで実施した。

【００３３】

【発明の効果】要するに本発明は、一次側圧力室と二次
側圧力室を連通する弁口を有し、該弁口を開閉する弁体
を、二次側圧力の変動に応じて上下変位すると共に、外
周側の上下面が挟持された金属製にして且つ、シート状
に形成されたダイヤフラムと弁棒を介して連動させる制
御弁において、ダイヤフラム25における挟持されない自
由変位状態部の外周側の上下面を自由変位面25a 、25b
と成し、該自由変位面25a 、25b に対向させ、且つ自由
変位面25a 、25b の変位領域内に当接面34a 、35a を設
け、該当接面34a 、35a は水平状態のダイヤフラム25の
中心軸ＣＬ側にむかって自由変位面25a 、25b との隙間
が順次大と成る曲線で形成したので、ダイヤフラム25の
上下変位量に応じて自由変位面25a 、25b と当接面34a
、35a の当接個所における応力集中位置ＯＰも移動す
ることにより、従来の様に応力集中位置が固定されてい
るものに比し、ダイヤフラム25の耐久回数を著しく向上
させることができ、従ってダイヤフラム25の交換時の労
力、時間の低減を図ることができる。

【００３４】又、当接面34a 、35a の曲線の曲率半径で
ある「Ｒ」は、ダイヤフラム25における自由変位状態部
の外周径である受圧径を「Ｄ」とし、ダイヤフラム25が
水平状態から上方若しくは下方へ変位した時の最大変位
量を「Ｌ」とした場合、「Ｒ＝Ｄ²/ (30〜50) Ｌ」を満
足させる様に設定したので、曲率半径「Ｒ」は大きい
程、ダイヤフラム25の耐久回数が向上する反面、ダイヤ
フラム25の最大変位量である「Ｌ」が小さくなり、この
結果ダイヤフラム25に連動する弁体19での弁口９の開口
度が小さく成って、この種の制御弁１の性能である弁の
流量特性を示す係数である「Ｃv 値」が低下するも、上
記「Ｒ＝Ｄ²/ (30〜50) Ｌ」を満足させることによって
図９に示す様に「Ｃv 値」を低下させることなく耐久性
を向上させることができる等その実用的効果甚だ大なる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る制御弁におけるダイヤフラムが水
平状態の場合を示す断面図である。

【図２】同上制御弁におけるダイヤフラムが上方へ最大
変位した場合を示す断面図である。

【図３】同上制御弁におけるダイヤフラムが下方へ最大
変位した場合を示す断面図である。

【図４】同上制御弁のダイヤフラムケースを示す部分断
面図である。

【図５】同上制御弁におけるダイヤフラムの変位量の小
さい時の応力集中位置を示す要部断面図である。

【図６】同上制御弁におけるダイヤフラムの変位量の大
きい時の応力集中位置を示す要部断面図である。

【図７】同上制御弁における当接面と、水平状態のダイ
ヤフラムにおける自由変位面との隙間の状態を示す要部
断面図である。

【図８】同上制御弁における当接面を、複数のテーパー
面を連続させて形成した状態を示す要部断面図である。

【図９】同上制御弁における当接面の曲率半径「Ｒ」の
設定条件と、「Ｃv 値」および耐久回数の関係を示すグ
ラフである。

【図１０】本発明品と従来品との耐久試験データーのグ
ラフである。

【図１１】従来の制御弁を示す断面図である。

【図１２】同上制御弁におけるダイヤフラムの応力集中
位置を示す要部断面図である。

【符号の説明】

25 ダイヤフラム 25a 自由変位面 25b 自由変位面 34a 当接面 35a 当接面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次側圧力室と二次側圧力室を連通する
   弁口を有し、該弁口を開閉する弁体を、二次側圧力の変
   動に応じて上下変位すると共に、外周側の上下面が挟持
   された金属製にして且つ、シート状に形成されたダイヤ
   フラムと弁棒を介して連動させる制御弁において、ダイ
   ヤフラムにおける挟持されていない自由変位状態部の外
   周側の上下面を自由変位面と成し、該自由変位面に対向
   させ、且つ自由変位面の変位領域内に当接面を設け、該
   当接面は水平状態のダイヤフラムの中心軸側にむかって
   自由変位面との隙間が順次大と成る曲線で形成したこと
   を特徴とする金属製のダイヤフラムを有した制御弁
2. 【請求項２】 当接面の曲線の曲率半径である「Ｒ」
   は、ダイヤフラムにおける自由変位状態部の外周径であ
   る受圧径を「Ｄ」とし、ダイヤフラムが水平状態から上
   方若しくは下方へ変位した時の最大変位量を「Ｌ」とし
   た場合、「Ｒ＝Ｄ²/ (30〜50) Ｌ」を満足させる様に設
   定したことを特徴とする請求項１の金属製のダイヤフラ
   ムを有した制御弁。