JP5931522B2

JP5931522B2 - ダイアフラム弁

Info

Publication number: JP5931522B2
Application number: JP2012058160A
Authority: JP
Inventors: 薫小澤
Original assignee: TOSTE CO.,LTD.
Current assignee: TOSTE CO.,LTD.
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP2013190074A

Description

本発明は、食品工業や医薬品工業等における各種液体配管に用いられるダイアフラム弁に関し、特に、第１ポートと第２ポートの間の流路を開閉するダイアフラム弁に関する。

従来のダイアフラム弁として、例えば特許文献１に記載のようなものが知られている。この特許文献１に記載のダイアフラム弁は、入り口流路と出口流路とを有し、これら流路の中間に着座面を有している。そして、これら流路を閉鎖する場合には、その着座面に弁体を圧接させ、開通する場合には、当該弁体を着座面から離間するようにしてなるものである。

特開２００３−１２０８５６号公報

しかしながら、上記のようなダイアフラム弁は、上記出口流路を閉鎖する場合、上記入り口流路から出口流路への流路方向と同方向に弁体を移動させているため、当該流路によって弁体の移動速度が加速され、ウォータハンマーが生じるという問題があった。それゆえ、ダイアフラム側の皮膜部や、弁体等が破損し易くなるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題に鑑み、流路閉鎖時に生じるウォータハンマーを防止可能なダイアフラム弁を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための手段は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１に係るダイアフラム弁は、本体管部（２，５１）と、該本体管部（２，５１）の側壁部（２０ａ）に当該本体管部（２，５１）の軸方向と直交する方向に突設された第１ポート（Ｐ１，Ｐ１０ａ，Ｐ１０ｂ）と、該本体管部（２，５１）の一端部側に当該本体管部（２，５１）の軸方向又は軸方向と直交する方向に設けられた第２ポート（Ｐ２，Ｐ１１）と、前記本体管部（２，５１）内に配置され、且つ、駆動手段（３）に連結されて軸方向に往復動する金属製の作動軸（４）と、該作動軸（４）の一端側に設けられ、且つ、前記第１ポート（Ｐ１，Ｐ１０ａ，Ｐ１０ｂ）から前記第２ポート（Ｐ２，Ｐ１１）に至る流路（Ａ，Ｃ）を開閉可能な金属製の弁体（５）と、該作動軸（４）の他端側に設けられ、且つ、前記本体管部（２，５１）の他端部を常時閉塞するダイアフラム（６）とを有し、前記金属製作動軸（４）、金属製弁体（５）及びダイアフラム（６）の夫々の接液部が樹脂製の皮膜（１０）により形成されると共に、作動軸（４）側の皮膜部（１０ａ）と弁体（５）側の皮膜部（１０ｂ）とダイアフラム（６）側の皮膜部（１０ｃ）とが一体に形成され、前記弁体（５）は、前記流路（Ａ，Ｃ）を閉鎖する際、当該流路方向と逆方向から当該流路（Ａ，Ｃ）を閉鎖できる位置に前記作動軸（４）に連結されて配置されてなることを特徴としている。

請求項２に係るダイアフラム弁は、上記請求項１に記載のダイアフラム弁において、前記本体管部（２）の一端部外周縁部は、各種液体を貯留可能な液体貯留タンク（Ｔ）と前記第２ポート（Ｐ２）とが連通するように、当該液体貯留タンク（Ｔ）底部に取付けられ、前記弁体（５）は、前記流路方向と逆方向から当該流路（Ａ）を閉鎖できるように、前記液体貯留タンク（Ｔ）内に配置されてなることを特徴としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

まず、請求項１の発明によれば、流路（Ａ，Ｃ）を閉鎖するにあたって、当該流路（Ａ，Ｃ）の流路方向と逆方向に弁体（５）を移動させることができる位置に弁体（５）を配置しているから、当該弁体（５）の移動速度が流路（Ａ，Ｃ）によって加速されるということがない。それゆえ、流路（Ａ，Ｃ）を閉鎖する際に生じるウォータハンマーを防止することができる。

また、請求項１の発明によれば、作動軸（４）、弁体（５）及びダイアフラム（６）の夫々の接液部が樹脂製の皮膜（１０）によって形成され、当該皮膜（１０）は、作動軸（４）側の皮膜部（１０ａ）と弁体（５）側の皮膜部（１０ｂ）とダイアフラム（６）側の皮膜部（１０ｃ）とからなる一体成形物であるため、各種液体の滓等が付着残存したり溜まったりするようなことがない。

さらに、請求項２の発明によれば、上記のような弁体（５）を液体貯留タンク（Ｔ）内に設けているため、液体貯留タンク（Ｔ）の底部に、溜まりによる滞留が発生しなくなり、液体貯留タンク（Ｔ）内に貯留されている液体を均一に撹拌することができる。

さらには、液体貯留タンク（Ｔ）と第２ポート（Ｐ２）とが連通するように、液体貯留タンク（Ｔ）の底部に本体管部（２）の一端部外周縁部が取り付けられているため、当該液体貯留タンク（Ｔ）の底部への取付けにあたり、皮膜（１０）に取付部を何ら設けていない。それゆえ、取付部を設けたことにより発生する汚染を防止することができる。

本発明の第１実施形態に係るダイアフラム弁を示すと共に、液体貯留タンクに流れる液体流路を開通させた状態を示す一部断面正面図である。同実施形態に係るダイアフラム弁を示すと共に、液体貯留タンクに流れる液体流路を閉鎖させた状態を示す一部断面正面図である。本発明の第２実施形態に係るダイアフラム弁を示すと共に、そのダイアフラム弁の第２ポートに流れる液体流路を開通させた状態を示す一部断面正面図である。同実施形態に係るダイアフラム弁を示すと共に、そのダイアフラム弁の第２ポートに流れる液体流路を閉鎖させた状態を示す一部断面正面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係るダイアフラム弁の第１実施形態を図１及び図２を参照して具体的に説明する。この本実施形態に係るダイアフラム弁１は、図１及び図２に示すように、底部が開放された食品工業や医薬品工業等における各種液体を貯留可能な液体貯留タンクＴに取り付けられてなるものである。

より詳しく説明すると、このダイアフラム弁１は、図１及び図２に示すように、本体管部２を有し、この本体管部２は、第１本体管部２０と第２本体管部２１とで構成されている。この第１本体管部２０の側壁部２０ａの一方向（図１及び図２に関して右方向）には、当該本体管部２の軸方向と直交する方向に第１ポートＰ１が突設され、また、この第１本体管部２０の一端部には、当該本体管部２の軸方向に第２ポートＰ２が同心状に設けられている。なお、図１に示す符号Ａは、第１ポートＰ１から第２ポートＰ２に至る流路を示すものである。

一方、本体管部２内には、駆動手段３によって当該本体管部２の軸方向に往復動する作動軸４が配置され、この作動軸４の一端側には、復動時（図１に示す矢印Ｓ１参照）に流路Ａを閉鎖し（図２参照）、往動時（図２示す矢印Ｓ２参照）に流路Ａを開通する（図１参照）ことができる弁体５が配設され、その作動軸４の他端側には、第１本体管部２０の他端部を常時閉塞するダイアフラム６が設けられている。

上記駆動手段３は、例えば、エアシリンダからなるもので、そのシリンダのピストンロッドに連結ロッド７が連結され、この連結ロッド７が連結部材８を介して作動軸４の他端側に連動連結されている。これにより、駆動手段３が駆動されると、作動軸４が往動して、弁体５が図２に示されている位置から図１に示されている位置に移動（図２に示す矢印Ｓ２参照）し、流路Ａが開通することとなる（図１参照）。また、作動軸４が復動して、弁体５が図１に示されている位置から図２に示されている位置に移動（図１に示す矢印Ｓ１参照）し、流路Ａが閉鎖することとなる（図２参照）。

他方、弁体５は、流路Ａを開閉する弁体部５ａからなり、この弁体部５ａは、第１本体管部２０の一端面に設けられた弁座２０ｂに対して接離するようになっている。

そして、このような弁体５は、作動軸４と、ステンレス等の金属材により一体形成され、さらに、これらの接液部が、樹脂性（例えば、フッ素樹脂）からなる皮膜１０によって厚肉の層状に一体形成されている。

この皮膜１０は、作動軸４及び弁体５の接液部を夫々厚肉層状に形成すると共に、ダイアフラム６の接液部を薄肉の層状に形成している。しかして、この皮膜１０は、作動軸４側の皮膜部１０ａと、弁体５側の皮膜部１０ｂと、ダイアフラム６側の皮膜部１０ｃとからなる一体成形物である。

ところで、このダイアフラム６は、作動軸４側の厚肉状の皮膜部１０ａから一体に延出した皮膜部１０ｃと、この皮膜部１０ｃの背面側に重合配置される合成ゴム製のバックアップゴム１１とからなるもので、このバックアップゴム１１を背面側から押さえるディスク状の押え板１２が、作動軸４の他端部と連結部材８とに亘り嵌挿され、上記連結ロッド７に取り付けられている。

また、このダイアフラム６の外周縁部は、第１本体管部２０の他端部と第２本体管部２１の一端部とに挟まれた状態で、第１本体管部２０側の端部フランジ２０ｃと第２本体管部２１側の端部フランジ２１ａとをクランプ２２で締め付けることによって取付けられている。そして、このダイアフラム６は、駆動手段３の駆動により作動軸４の往復動に伴って弾性変形するようになっている。

一方、第２本体管部２１は、その他端部に設けられている端部フランジ２１ｂに駆動手段３のケーシング３０を係合させてクランプ２３で締め付けることによって、駆動手段３に取り付けられている。なお、第１本体管部２０には、ダイアフラム６内のエアを抜くエア抜きプラグ２４が設けられている。

かくして、このように構成されるダイアフラム弁１の組立方法は、作動軸４及び弁体５に皮膜１０を被着したものを第１本体管部２０内にその一端部から挿入した後、連結ロッド７及び連結部材８に取付けた押え板１２及びバックアップゴム１１を第１本体管部２０の他端側に配置して、連結部材８を作動軸４にねじ込み結合すると共に、バックアップゴム１１を皮膜１０の皮膜部１０ｃの背面に重合する。その後、第１本体管部２０の他端部に第２本体管部２１を、クランプ２２を用いて取付ける。そしてこの状態で、駆動手段３に連結ロッド７の他端部を結合すると共に、第２本体管部２１の他端部にケーシング３０の一端部を、クランプ２３を用いて取付ける。これにより、ダイアフラム弁１が組み立てられることとなる。

ここで、上記のように構成されるダイアフラム弁１の使用例を説明すると、当該ダイアフラム弁１は、まず、底部が開放された食品工業や医薬品工業等における各種液体を貯留可能な液体貯留タンクＴに取り付けられる。より詳しく説明すると、その取付けにあたって、まず、底部が開放された液体貯留タンクＴの底部より、当該液体貯留タンクＴ内に弁体５が配置されるように、当該液体貯留タンクＴ内にダイアフラム弁１を挿入する。そしてその後、液体貯留タンクＴ内と第２ポートＰ２とが連通するように、液体貯留タンクＴの底部に溶接等によって固着されているタンクスパッドＴ１の端部フランジＴ１ａと第１本体管部２０側に設けられている端部フランジ２０ｄを係合させてクランプＴ２で締め付ける。これにより、液体貯留タンクＴの底部にダイアフラム弁１が取付けられることとなる。なお、タンクスパッドＴ１の端部フランジＴ１ａと第１本体管部２０の端部フランジ２０ｄを係合させてクランプＴ２で締め付けるにあたっては、液体貯留タンクＴの底部内に凹凸ができないように合成ゴム製のパッキンＴ３を介在させて締め付けている。なおまた、タンクスパッドＴ１の内径は、液体貯留タンクＴ内に弁体５が挿入できるように、弁体５の外径よりも径大になっている。

このようにして、液体貯留タンクＴの底部にダイアフラム弁１を取付けた後、液体貯留タンクＴに各種液体を流入させるにあたって、駆動手段３により作動軸４を往動させ（図２示す矢印Ｓ２参照）、弁体５を図２に示されている位置から図１に示されている位置に移動させる。これにより、弁体部５ａが弁座２０ｂより離間し、流路Ａが開通されることとなる。従って、図１に示すように、第１ポートＰ１より供給される液体は、開通された流路Ａを通って第２ポートＰ２から出てゆき、液体貯留タンクＴ内に流入されることとなる。

一方、第１ポートＰ１より供給される液体の液体貯留タンクＴ内への流入を停止するには、流路Ａが開通された状態から、駆動手段３により作動軸４を復動して（図１に示す矢印Ｓ１参照）、弁体５を図１に示す位置から図２に示す位置に移動させる。すなわち、流路Ａの流路方向と逆方向に弁体５を移動させる（図１参照）と、弁体部５ａが弁座２０ｂに接して、流路Ａが閉鎖されることとなる。これにより、第１ポートＰ１より供給される液体の液体貯留タンクＴ内への流入を停止することができる。

しかして、本実施形態によれば、流路Ａを閉鎖するにあたって、当該流路Ａの流路方向と逆方向に弁体５を移動させているから、当該弁体５の移動速度が流路Ａによって加速されるということがない。それゆえ、流路Ａを閉鎖する際に生じるウォータハンマーを防止することができる。

また、作動軸４、弁体５及びダイアフラム６の夫々の接液部が樹脂製の皮膜１０によって形成され、当該皮膜１０は、作動軸４側の皮膜部１０ａと弁体５側の皮膜部１０ｂとダイアフラム６側の皮膜部１０ｃとからなる一体成形物であるため、各種液体の滓等が付着残存したり溜まったりするようなことがない。

それゆえ、そのような弁体５を液体貯留タンクＴ内に設けることにより、液体貯留タンクＴの底部に、溜まりによる滞留が発生しなくなるため、液体貯留タンクＴ内に貯留されている液体を均一に撹拌することができる。

さらには、液体貯留タンクＴの底部にダイアフラム弁１を取付けるにあたって、液体貯留タンクＴ内と第２ポートＰ２とが連通するように、液体貯留タンクＴの底部に溶接等によって固着されているタンクスパッドＴ１の端部フランジＴ１ａと第１本体管部２０側に設けられている端部フランジ２０ｄを係合させてクランプＴ２で締め付けている。それゆえ、液体貯留タンクＴの底部にダイアフラム弁１を取付けるにあたって、皮膜１０に、何ら取付部を設けていないため、取付部を設けたことにより発生する汚染を防止することができる。なお、本実施形態においては、第１ポートＰ１から液体を供給し、第２ポートＰ２へ排出する例を示したが、第２ポートＰ２から第１ポートＰ１へ液体を排出させるようにしても良い。さらに、本実施形態おいては、第１ポートＰ１の位置関係はあくまで例示であり、これに限定されるものではない。例えば、第１本体管部２０の両側壁部２０ａに第１ポートを設けても良い。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るダイアフラム弁について図３及び図４を参照して具体的に説明する。なお、第１実施形態と同一構成については、同一の符号を付し、説明は省略する。

本実施形態に係るダイアフラム弁５０は、上記第１実施形態にて示したダイアフラム弁１とほぼ同一の構成であるが、図３及び図４に示すように本体管部が異なる。すなわち、この本体管部５１は、第１本体管部２０と第２本体管部２１と、さらに、第３本体管部５２とで構成されている。この第３本体管部５２は、その一端部に第２ポートＰ１１が突設され、他端部には端部フランジ５２ａが設けられている。そして、この端部フランジ５２ａに第１本体管部２０の端部フランジ２０ｄを係合させてクランプ５３で締め付けることにより、第３本体管部５２が第１本体管部２０に取り付けられることとなる。なお、第３本体管部５２の端部フランジ５２ａと第１本体管部２０の端部フランジ２０ｄを係合させてクランプ５３で締め付ける際、第１本体管部２０と第３本体管部５２とを取付けた際、内部に凹凸ができないように合成ゴム製のパッキン５４を介在させて締め付けている。

一方、第１本体管部２０の側壁部２０ａには、上記第１実施形態にて示したダイアフラム弁１と異なり、側壁部２０ａの左右方向同心円状に、一対の第１ポートＰ１０ａ，Ｐ１０ｂが当該第１本体管部２０の軸方向と直交する方向に突設されている。なお、図３及び図４に示す符号Ｂは、左側に位置する第１ポートＰ１０ａから右側に位置する第１ポートＰ１０ｂに至る流路を示し、図３に示す符号Ｃは、左側に位置する第１ポートＰ１０ａから第２ポートＰ１１に至る流路を示すものである。

かくして、このように構成されるダイアフラム弁５０の組立方法は、作動軸４及び弁体５に皮膜１０を被着したものを第１本体管部２０内にその一端部から挿入した後、連結ロッド７及び連結部材８に取付けた押え板１２及びバックアップゴム１１を第１本体管部２０の他端側に配置して、連結部材８を作動軸４にねじ込み結合すると共に、バックアップゴム１１を皮膜１０の皮膜部１０ｃの背面に重合する。その後、第１本体管部２０の他端部に第２本体管部２１を、クランプ２２を用いて取付ける。そしてこの状態で、駆動手段３に連結ロッド７の他端部を結合すると共に、第２本体管部２１の他端部にケーシング３０の一端部を、クランプ２３を用いて取付け、さらに、第１本体管部２０の一端部に第３本体管部５２を、パッキン５４を介在させてクランプ５３を用いて取付ける。これにより、ダイアフラム弁５０が組み立てられることとなる。

上記のように構成されるダイアフラム弁５０を使用するにあたっては、駆動手段３により作動軸４を往動させ（図４に示す矢印Ｓ４参照）、弁体５を図４に示されている位置から図３に示されている位置に移動させる。これにより、弁体部５ａが弁座２０ｂより離間し、流路Ｃが開通されることとなる（図３参照）。従って、左側に位置する第１ポートＰ１０ａより供給される液体は、流路Ｂを通って右側に位置する第１ポートＰ１０ｂから出てゆくと共に、開通された流路Ｃを通って第２ポートＰ１１から出てゆく。

また、流路Ｃを閉鎖するにあたっては、流路Ｃが開通された状態から、駆動手段３により作動軸４を復動して（図３に示す矢印Ｓ３参照）、弁体５を図３に示す位置から図４に示す位置に移動させる。すなわち、流路Ｃの流路方向と逆方向に弁体５を移動させる（図３参照）と、弁体部５ａが弁座２０ｂに接して、流路Ｃが閉鎖されることとなる（図４参照）。これにより、左側に位置する第１ポートＰ１０ａより供給される液体は、流路Ｂを通って右側に位置する第１ポートＰ１０ｂから出てゆくこととなる。

このように、左側に位置する第１ポートＰ１０ａより供給される液体は、常に、流路Ｂを通って右側に位置する第１ポートＰ１０ｂから出てゆくこととなる。そして、このように右側に位置する第１ポートＰ１０ｂより出ていった液体は、再度、左側に位置する第１ポートＰ１０ａより供給され、ポート内をループする。これにより、当該液体は、ポート内で循環されることとなる。そして、この循環させた液体の一部は、弁体５の往復動によって、流路Ｃが開通されると、その流路Ｃを通って第２ポートＰ１１より出てゆくこととなる。

しかして、本実施形態においても、流路Ｃを閉鎖するにあたって、当該流路Ｃの流路方向と逆方向に弁体５を移動させているから、当該弁体５の移動速度が流路Ｃによって加速されるということがない。それゆえ、流路Ｃを閉鎖する際に生じるウォータハンマーを防止することができる。

なお、本実施形態においては、左側に位置する第１ポートＰ１０ａより液体を供給したが、右側に位置する第１ポートＰ１０ｂより液体を供給し、左側に位置する第１ポートＰ１０ａより当該液体が出ていくようにしても良い。また、第１ポートＰ１０ａ，Ｐ１０ｂ及び第２ポートＰ１１の位置関係はあくまで例示であり、これに限定されるものではない。例えば、左側に位置する第１ポートＰ１０ａを設けず、右側に位置する第１ポートＰ１０ｂだけを設けても良い。その際は、液体は循環させないこととなる。一方、第２ポートＰ１１を、本体管部５１の軸方向と直交する方向に、第３本体管部５２の両側壁部又は一側壁部に、突設させても良い。そして、第２ポートＰ１１を、第３本体管部５２の両側壁部又は一側壁部に突設させた場合、右側に位置する第１ポートＰ１０ｂを設けず、左側に位置する第１ポートＰ１０ａだけを設けても良い。

１，５０ダイアフラム弁
２，５１本体管部
３駆動手段
４作動軸
５弁体
６ダイアフラム
１０皮膜
１０ａ（作動軸側の）皮膜部
１０ｂ（弁体側の）皮膜部
１０ｃ（ダイアフラム側の）皮膜部
２０第１本体管部
２０ａ（第１本体管部の）側壁部
２１第２本体管部
５２第３本体管部
Ｐ１，Ｐ１０ａ，Ｐ１０ｂ第１ポート
Ｐ２，Ｐ１１第２ポート
Ａ，Ｃ流路
Ｔ液体貯留タンク

Claims

本体管部と、該本体管部の側壁部に当該本体管部の軸方向と直交する方向に突設された第１ポートと、該本体管部の一端部側に当該本体管部の軸方向又は軸方向と直交する方向に設けられた第２ポートと、前記本体管部内に配置され、且つ、駆動手段に連結されて軸方向に往復動する金属製の作動軸と、該作動軸の一端側に設けられ、且つ、前記第１ポートから前記第２ポートに至る流路を開閉可能な金属製の弁体と、該作動軸の他端側に設けられ、且つ、前記本体管部の他端部を常時閉塞するダイアフラムとを有し、
前記金属製作動軸、金属製弁体及びダイアフラムの夫々の接液部が樹脂製の皮膜により形成されると共に、作動軸側の皮膜部と弁体側の皮膜部とダイアフラム側の皮膜部とが一体に形成され、
前記弁体は、前記流路を閉鎖する際、当該流路方向と逆方向から当該流路を閉鎖できる位置に前記作動軸に連結されて配置されてなることを特徴とするダイアフラム弁。
前記本体管部の一端部外周縁部は、各種液体を貯留可能な液体貯留タンクと前記第２ポートとが連通するように、当該液体貯留タンク底部に取付けられ、
前記弁体は、前記流路方向と逆方向から当該流路を閉鎖できるように、前記液体貯留タンク内に配置されてなることを特徴とする請求項１に記載のダイアフラム弁。