JP7352986B2 - 弁用ダイヤフラム及びダイヤフラム弁 - Google Patents

Description

本発明は、弁用ダイヤフラム及びこれを備えるダイヤフラム弁に関する。

例えばＪＰ２０１４－１６９７２５Ａは、弁座を有する弁本体と、弁座に離接可能に配置される弁体部材としてのダイヤフラムと、ダイヤフラムを弁座から離接させる駆動装置と、を備えるダイヤフラム弁を開示している。

ＪＰ２０１４－１６９７２５Ａに開示されたダイヤフラム弁では、弁本体と駆動装置とがボルトによって連結される。しかし、ボルトを締め付けるための工具が必要となるため、弁本体と駆動装置との連結作業に手間がかかるという問題がある。

そこで本件出願人は、上記の問題を考慮し、ダイヤフラムの弾性と、弁本体および駆動装置に跨がって挿入されるピンとを利用することで、工具を用いることなく弁本体と駆動装置とを連結することができるダイヤフラム弁をＪＰ５８１９５５０Ｂにおいて提案している。

本件出願人は、以前、図１４に示されるダイヤフラム１００をダイヤフラム弁において使用していた。図１４に示されるダイヤフラム１００は、駆動装置が進退動させる軸部に連結されるとともに弁座に接触される筒状の主弁体部１０１と、主弁体部１０１の外周面から張り出す円環状の膜部１０２と、を備えている。

膜部１０２は、弁本体と駆動装置との間に挟み込まれる円環状の外周部分１０３と、外周部分１０３と主弁体部１０１との間に位置して、外周部分１０３と主弁体部１０１とを結合する円環状の内周部分１０４と、を有している。このダイヤフラム１００では、駆動装置の軸部が進退動する方向（以下、軸方向）で弁座の側に位置する外周部分１０３の面及び内周部分１０４の面が、主弁体部１０１における弁座に接触する面と面一となっている。一方で、内周部分１０４には、軸方向で弁座の側に凹み、且つ周方向の全域にわたって延びる円環状の溝１０５が形成されている。これにより、内周部分１０４の厚さは外周部分１０３の厚さよりも小さくなっている。

ダイヤフラム１００では、内周部分１０４の厚さが外周部分１０３の厚さよりも小さくなることで、内周部分１０４が変形し易くなり、駆動装置の軸部の移動に対する良好な感度（追従性）が得られる。一方で、弁座の側に位置する外周部分１０３及び内周部分１０４の面は、主弁体部１０１の弁座に接触する面と面一であることで、流体圧に対する剛性が確保され、流体の漏れ出しを効果的に抑制できる。

またダイヤフラム１００は、駆動装置が軸部を進退動させることにより、主弁体部１０１によって弁座を開閉する。本件出願人は、ダイヤフラム１００を特定のゴム材料で形成することにより、１００万回程度の弁座の開閉動作に耐え得る耐久性をダイヤフラム１００において実現した。

しかしながら、本件出願人は、弁座の側に位置する外周部分１０３の面及び内周部分１０４の面が、主弁体部１０１の弁座に接触する面と面一である場合には、開閉時にダイヤフラムに生じる応力の影響により、耐久性が損なわれ得ることを知見した。

本発明は、上記知見に基づく鋭意研究により実現されたものであり、駆動装置の動作に対する良好な感度および流体圧に対する良好な剛性を確保できるとともに、従来よりも耐久性を向上させることができる弁用ダイヤフラムを好適に備えることができるダイヤフラム弁を提供することを目的とする。

本発明にかかるダイヤフラム弁は、流体室の内部に弁座が形成される流体室を有し、前記流体室に前記弁座を外部に露出させるための開口部が形成される弁本体と、前記弁座に離接可能に配置され、主弁体部と、前記主弁体部の外周面から径方向に張り出す円環状の膜部とを有する弁用ダイヤフラムと、前記弁用ダイヤフラムの主弁体部に連結される進退動可能な軸部を有する駆動部と、前記駆動部を収容するとともに前記開口部を覆うように配置されるケースと、を有し、前記軸部によって前記弁用ダイヤフラムを前記弁座に対して離接させることで、前記第１ポートと前記第２ポートとの連通および遮断を切り換える駆動装置と、前記弁本体に前記駆動装置を取り付けるためのピン部材と、を備える。そして、前記流体室における前記開口部の外周縁部には、シール部が形成され、前記シール部の外周側の部分に、前記開口部を囲繞するように突出する第１取付壁部が形成され、前記ケースにおける前記開口部側の端部に、前記軸部を囲繞するように突出し、前記第１取付壁部の内周側に配置される第２取付壁部が形成される。前記第１取付壁部には、前記ピン部材が挿入される第１取付孔が形成され、前記第２取付壁部には、前記ピン部材が挿入される第２取付孔が形成され、前記ピン部材が前記第１取付孔と前記第２取付孔とに跨がるように挿入されることにより、前記弁本体に前記駆動装置が取り付けられる。そして、前記第２取付壁部と前記シール部との間に、前記膜部の外周部分が挟み込まれ、前記第２取付壁部が前記シール部との間で前記外周部分を前記弁本体側に圧縮させた状態において、前記ピン部材が前記第１取付孔と前記第２取付孔とに跨がるように挿入されており、前記ピン部材は、圧縮された前記外周部分が前記弁本体から離れる方向に前記ケースを付勢することにより、前記第１取付孔の内周面に押し付けられ、前記駆動部は、ボビンを有し、前記軸部は前記ボビンの内周側に配置され、前記ボビンは、前記ケースにおける前記開口部側に突出する中継筒部を有し、前記中継筒部は、前記ケースにおける前記開口部側の端部における前記第２取付壁部が形成される側とは反対側の部分に接し、前記中継筒部の軸方向延長線上に、前記膜部の外周部分が位置する。
弁用ダイヤフラムは、円筒状の周壁と、前記周壁を軸方向の一方側から閉鎖する底壁とを有するとともに、前記周壁を前記軸方向の他方側に開放させる開口が形成されており、駆動装置が前記軸方向に沿って進退動させる軸部を前記開口から内部に受け入れた状態で前記軸部に連結し、前記軸方向の一方側を向く前記底壁の外面に弁座との接触面が形成される主弁体部と、前記主弁体部の外周面から径方向に張り出す円環状の膜部と、を備えてもよい。
前記膜部は、前記弁座が形成される弁本体と前記駆動装置の一部を構成し且つ前記軸部を覆った状態で前記弁本体に取り付けられるケースとの間に挟み込まれる円環状の外周部分と、前記外周部分と前記主弁体部との間に位置して、前記外周部分と前記主弁体部とを結合する円環状の内周部分と、を有してもよい。
前記内周部分には、前記軸方向の一方側における前記内周部分の前記外周部分との境界および前記主弁体部との境界から前記軸方向の他方側へ凹み、且つ周方向の全域にわたって延びる環状の溝が形成され、前記溝の断面形状は円弧状であり、前記軸方向の他方側を向く前記内周部分の面および前記外周部分の面は、面一になっていてもよい。
前記軸方向における前記外周部分の厚さは、前記軸方向における前記主弁体部の厚さの２／５以上３／５以下であり、前記軸方向における前記内周部分の最小の厚さは、前記軸方向における前記外周部分の厚さの１／４以上１／３以下でもよい。
前記内周部分の内周縁は、前記周壁の外周面の前記軸方向における中点を含む部分に接続し、前記軸方向の一方側を向く前記外周部分の面は、前記軸方向の一方側を向く前記主弁体部の前記接触面から、前記軸方向における前記外周部分の厚さの３／２０の距離だけ前記軸方向の一方側に離れた位置と他方側に離れた位置との間に位置してもよい。
前記内周部分の内周縁から外周縁までの前記径方向における寸法は、前記外周部分の内周縁から外周縁までの前記径方向における寸法の５／１０以上７／１０以下でもよい。
また、弁用ダイヤフラムは、弾性材料から形成されてもよい。

本発明の一実施の形態にかかるダイヤフラム弁の斜視図である。 図１の矢印ＩＩ方向に見たダイヤフラム弁の側面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。 図４の拡大図である。 図５のＶＩ－ＶＩ線に対応する断面図である。 図１に示すダイヤフラム弁に設けられるダイヤフラムの断面図である。 図１に示すダイヤフラム弁の弁本体と駆動装置とが分離した状態を示す斜視図である。 図８に示した駆動装置を弁本体に仮組みする作業を説明する斜視図である。 図９に示す状態から、駆動装置を弁本体側に押し込みつつ、弁本体側に形成された取付孔と駆動装置側に形成された取付孔とにピン部材を挿入することにより、弁本体に駆動装置を取り付ける作業を説明する斜視図である。 図９に示す状態に対応する、弁本体側および駆動装置側の取付孔の位置関係を説明する図である。 図９に示す状態から、駆動装置を弁本体側に押し込んだ際の、弁本体側および駆動装置側の取付孔の位置関係を説明する図である。 図１２の状態から、弁本体側および駆動装置側の取付孔にピン部材を挿入した後の様子を示す図である。 従来のダイヤフラムの断面図である。 実施の形態にかかるダイヤフラムを駆動装置によって変形させた状態を示す図である。 図１４に示す従来のダイヤフラムを駆動装置によって変形させた状態を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態にかかるダイヤフラム弁１の斜視図である。図２は、図１の矢印ＩＩ方向に見たダイヤフラム弁１の側面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図であり、図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。また、図５は、図４の拡大図であり、図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。また、図７は、ダイヤフラム弁１に設けられるダイヤフラム２０の断面図である。

図１乃至図４に示すように、本実施の形態にかかるダイヤフラム弁１は、弁本体１０と、弁体部材であるダイヤフラム２０と、駆動装置３０と、ピン部材４０と、を備えている。このダイヤフラム弁１では、ピン部材４０が弁本体１０と駆動装置３０とに跨がるように挿入されることにより、駆動装置３０が弁本体１０に取り付けられている。以下、ダイヤフラム弁１の各部の構成について詳述する。

（弁本体）
弁本体１０は、流体が通流する第１ポート１１および第２ポート１２と、第１ポート１１および第２ポート１２が接続される流体室１３と、流体室１３の内部に形成される弁座１４と、を有している。図３に示すように、第１ポート１１は、互いに連通する外側管部１１Ａと内側管部１１Ｂとを有し、外側管部１１Ａと内側管部１１ＢとがＬ字をなすように結合されることで構成されている。外側管部１１Ａは、流体室１３を貫通するように流体室１３に接続されており、内側管部１１Ｂは、外側管部１１Ａの流体室１３の内部側の端部から折れ曲がり、その先端部が流体室１３の内部で開口している。本実施の形態においては、第１ポート１１の内側管部１１Ｂの開口端に、上述の弁座１４が形成されている。なお、弁座１４の形成態様は特に限定されるものではない。

また、第２ポート１２は直線状に形成されている。第２ポート１２は、第１ポート１１と同様に、流体室１３の内部で開口している。

図１および図３に示すように、本実施の形態においては、第１ポート１１、特にその外側管部１１Ａと、第２ポート１２とが、同一直線上に延びるように流体室１３に接続されている。流体室１３の外部に位置する第１ポート１１および第２ポート１２の各々の端部には、図示しない配管部材が接続されるようになっている。

流体室１３は、円筒状に形成され、その軸方向の一端側の部分、正確に言うと一端側の部分の内周面に、弁座１４を流体室１３の外部に露出させるための開口部１５が形成されている。開口部１５は、この例において円形に形成されている。図中の符号Ｌ１は、開口部１５の中心軸線を示している。図５に示すように、流体室１３に形成された開口部１５は、第１ポート１１の内側管部１１Ｂの開口端に形成された弁座１４よりも、中心軸線Ｌ１方向で外側に位置している。これにより、本実施の形態における開口部１５は、弁座１４に対向する位置関係となっている。なお、この例において、開口部１５は、円形に形成されるが、多角形状等の他の形状に形成されてもよい。また、流体室１３は、円筒状に形成されるが、横断面が矩形状等の他の形状に形成されてもよい。また、開口部１５は、中心軸線Ｌ１方向で、弁座１４と同じ位置となっていてもよい。また、弁座１４が、中心軸線Ｌ１方向で、開口部１５よりも外側に位置していてもよい。

流体室１３における開口部１５の外周縁部には、シール部１６が形成されており、本実施の形態において、シール部１６は、フランジ状に形成されている。このシール部１６は、内周側に位置する内側シール部１６Ａと、外周側に位置する外側シール部１６Ｂと、を有している。外側シール部１６Ｂは、内側シール部１６Ａよりも中心軸線Ｌ１方向で外側に突出している。このうち、内側シール部１６Ａには、上述のダイヤフラム２０が載置されている。

本実施の形態では、図５に示すように、内側シール部１６Ａの外周側の部分に、円環状の溝１６Ａ１が形成されている。ダイヤフラム２０は、内側シール部１６Ａの内周側の部分に接しており、外周側の溝１６Ａ１が形成された部分に対しては浮いた状態になっている。

また、外側シール部１６Ｂの外周側の部分には、開口部１５を囲繞するように突出する第１取付壁部１７が形成されており、本実施の形態において、この第１取付壁部１７は、開口部１５の全周を囲繞するように形成されている。第１取付壁部１７は、開口部１５の中心軸線Ｌ１方向に見て、その外周面の形状が、略矩形状に形成されており、その内周面の形状が、円形に形成されている（図１、図６等参照）。この第１取付壁部１７には、上述のピン部材４０が挿入される第１取付孔１８が形成されている。

図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。図６に示すように、本実施の形態において、第１取付孔１８は、開口部１５の中心軸線Ｌ１に直交する方向のうちの一方向に規定される第１基準方向Ｌｓ１に平行に延びる方向（ＬＬ１，ＬＲ１）上で、第１取付壁部１７を貫通するように形成されている。より詳しくは、中心軸線Ｌ１方向に見て、第１取付孔１８は、第１基準方向Ｌｓ１に直交する方向に沿って開口部１５（二点鎖線で示す。）の中心軸線Ｌ１から一方側および他方側に所定オフセット距離Ｄだけ離間した位置の各々において第１基準方向Ｌｓ１に平行に延びる方向（ＬＬ１，ＬＲ１）上で、第１取付壁部１７を貫通するように形成されている。すなわち、第１取付孔１８は一対で形成される。以下では、方向ＬＬ１，ＬＲ１のことを、取付孔延在方向ＬＬ１，ＬＲ１と呼ぶ。

第１基準方向Ｌｓ１は、開口部１５の中心軸線Ｌ１に直交する方向のうちの任意の一方向に規定可能であるが、本実施の形態では、第１基準方向Ｌｓ１が、図１乃至図３に示すように、開口部１５の中心軸線Ｌ１に直交する方向のうちの第１ポート１１と第２ポート１２とが同一直線上に延びる方向に、規定されている。この場合、第１ポート１１と第２ポート１２とが同一直線上に延びる方向を目印として、第１取付孔１８の方向（延在方向または貫通方向）を確認できるため、有益である。

また、本実施の形態では、図６に示すように、第１取付壁部１７における取付孔延在方向ＬＬ１，ＬＲ１が通る部分が、一連に延びていない。換言すれば、第１取付壁部１７における取付孔延在方向ＬＬ１，ＬＲ１が通る部分は、取付孔延在方向ＬＬ１，ＬＲ１の一方側と他方側とで分断されている。そのため、第１取付孔１８の各々は、取付孔延在方向ＬＬ１，ＬＲ１における一方側に位置する前側第１取付孔１８Ａと、他方側に位置する後側第１取付孔１８Ｂと、で構成されている。

なお、変形例として、第１取付壁部１７における取付孔延在方向ＬＬ１，ＬＲ１が通る部分が一連に延びる場合には、第１取付孔１８の各々は、一連に延びるように形成されてもよい。また、本実施の形態では、第１取付孔１８が、開口部１５の中心軸線Ｌ１を基準に一方側と他方側の各々に１つ形成されているが、第１取付孔１８の個数は１つでもよいし、３以上であってもよい。また、第１取付孔１８の形成位置も、図中に示す取付孔延在方向ＬＬ１，ＬＲ１上に限られるものではない。

（ダイヤフラム）
続いて、ダイヤフラム２０について説明する。図３乃至図５に示すように、弁体部材としてのダイヤフラム２０は、上述した内側シール部１６Ａに載置された状態で、弁座１４に離接可能に配置されている。ダイヤフラム２０は、弁座１４に対向して配置される有底円筒状の主弁体部２１と、主弁体部２１の外周面から張り出す膜部２２とを有する弾性材料から形成されるダイヤフラムである。以下のダイヤフラム２０の説明においては、図７に示される主弁体部２１の中心軸線Ｘ１上を延びる方向を、単に軸方向と呼び、中心軸線Ｘ１に直交する方向を単に径方向と呼ぶ。なお、図７においては、説明の便宜上、ハッチングの図示を省略している。また、図７は、軸方向および径方向を含む平面でダイヤフラム２０を切断した際のダイヤフラム２０の断面図である。

図７を参照し、本実施の形態におけるダイヤフラム２０の主弁体部２１は、円筒状の周壁２１１と、周壁２１１を軸方向の一方側（図７の下側）から閉鎖する底壁２１２と、周壁２１１の軸方向の他方側（図７の上側）の端部の内周面から径方向の内側に張り出す円環状のサポート部２１３と、を有しており、サポート部２１３の内周面によって、周壁２１１を軸方向の他方側に開放させる開口２１４が形成されている。

またサポート部２１３と底壁２１２との間には、後述する駆動装置３０が備えるアクチュエータ本体３１の軸部３２の先端部が連結される連結部２１５が形成されている。ダイヤフラム２０は中心軸線Ｘ１が、開口部１５の中心軸線Ｌ１および軸部３２と同軸となるように配置され、駆動装置３０が軸方向に沿って進退動させる軸部３２を開口２１４から内部に形成された連結部２１５に受け入れた状態で軸部３２に連結するようになっている。また軸方向の一方側（図７の下側）を向く底壁２１２の外面には、弁座１４との接触面２１６が形成され、接触面２１６は平坦面として形成されている。

一方で、膜部２２は円環状に形成されており、主弁体部２１の外周面から張り出している。膜部２２は、外周側に位置する円環状の外周部分２２１と、内周側に位置する円環状の内周部分２２２と、を有している。外周部分２２１は、弁座１４が形成される弁本体１０と、駆動装置３０の一部を構成し且つ軸部３２を覆った状態で弁本体１０に取り付けられる後述するケース３３との間に挟み込まれる部分であり、内周部分２２２は、外周部分２２１と主弁体部２１との間に位置して、外周部分２２１と主弁体部２１とを結合する部分である。

図５に示すように、ダイヤフラム２０は、駆動装置３０の軸部３２の先端部と連結部２１５によって連結するとともに、その外周部分２２１を弁本体１０と駆動装置３０のケース３３との間に挟み込まれる。この状態で、連結部２１５に連結された軸部３２が移動することにより、ダイヤフラム２０は弁座１４に対して離接（離間、当接）する。ダイヤフラム２０が弁座１４から離間した際には、弁座１４が開放し、第１ポート１１と第２ポート１２とが連通するようになっている。また、ダイヤフラム２０が弁座１４に当接した際には、弁座１４が閉鎖し、第１ポート１１と第２ポート１２とが遮断するようになっている。

以下では、ダイヤフラム２０の形状について更に詳しく説明する。まず、本実施の形態における膜部２２の内周部分２２２には、軸方向の一方側（図７の下側）における内周部分２２２の外周部分２２１との境界および主弁体部２１との境界から軸方向の他方側（図７の上側）へ凹み、且つ周方向の全域にわたって延びる環状の溝２２３が形成されている。軸方向に沿って延在する平面で切断した際の溝２２３の断面形状（言い換えると、軸方向断面での溝２２３の断面形状）は、円弧状であり、詳しくは半円形になっている。ただし、溝２２３の断面形状は半円形をなす円弧状に限られるものではなく、中心角が９０度未満となる円弧であってもよい。また、円弧状をなす溝２２３の断面形状は、真円の円弧に沿うものであってもよいし、楕円弧に沿うものであってもよい。

軸方向断面で見た際の溝２２３の円弧状部分の両縁間の距離である幅をＷとし、溝２２３の深さをＤとしたとき、Ｄ／Ｗは、１／３以上１／２以下であることが望ましく、本実施の形態では、溝２２３の断面形状が半円形であることで、Ｄ／Ｗが１／２になっている。

また、軸方向の他方側（図７の上側）を向く内周部分２２２の面および外周部分２２１の面は平坦面であって、面一になっている。また、軸方向の他方側を向く内周部分２２２の面の主弁体部２１側の部分は、円弧面をなして主弁体部２１の外周面に滑らかに接続している。

また、軸方向における外周部分２２１の厚さＴ１は、軸方向における主弁体部２１の厚さＴ０の２／５以上３／５以下である。また、軸方向における内周部分２２２の最小の厚さＴ２は、外周部分２２１の厚さＴ１の１／４以上１／３以下である。Ｔ０～Ｔ２の値は特に限られるものではないが、例えば、主弁体部２１の厚さＴ０は、２．５ｍｍ以上５ｍｍ以下でもよい。

また、本実施の形態では、図７において破線で示される内周部分２２２の内周縁２２２Ａ（つまり径方向内側の縁部分）が、周壁２１１の外周面の軸方向における中点Ｃ１を含む部分に接続している。また、本実施の形態では、サポート部２１３と底壁２１２との間の軸方向における中点Ｃ２が、内周部分２２２の内周縁２２２Ａの軸方向の両端の間に位置している。

また、軸方向の一方側（図７の下側）を向く外周部分２２１の面は、軸方向の一方側を向く主弁体部２１の接触面２１６から、外周部分２２１の厚さＴ１の３／２０の距離だけ軸方向の一方側に離れた位置と他方側に離れた位置との間に位置している。

一方で、内周部分２２２の内周縁２２２Ａから図７において破線で示される内周部分の外周縁２２２Ｂまでの径方向における寸法Ｄ２は、外周部分２２１の内周縁２２１Ａから外周縁２２１Ｂまでの径方向における寸法Ｄ１の５／１０以上７／１０以下である。また、主弁体部２１の半径Ｄ０は、内周部分２２２の内周縁２２２Ａから外周部分２２１の外周縁２２１Ｂまでの径方向における寸法Ｄ３（Ｄ１＋Ｄ２）の１／２以上で且つ２倍以下であることが望ましい。本実施の形態では、寸法Ｄ２は、寸法Ｄ１の６／１０になっている。また、半径Ｄ０は、寸法Ｄ３の７／８になっている。

（駆動装置）
続いて、駆動装置３０について説明する。図３に示すように、駆動装置３０は、ダイヤフラム２０に連結される進退動可能な軸部３２を有する駆動部であるアクチュエータ本体３１と、アクチュエータ本体３１を収容するとともに上述の弁本体１０の開口部１５を覆うように配置されるケース３３と、を有している。駆動装置３０は、軸部３２によってダイヤフラム２０を弁座１４に対して離接させることで、第１ポート１１と第２ポート１２との連通および遮断を切り換えるように構成されている。

本実施の形態の駆動装置３０はソレノイドであり、円筒状のケース３３にアクチュエータ本体３１が収容されている。ケース３３の軸方向における一端部には、軸部３２を外側に延ばすためのケース側開口部３３Ａが形成されている。アクチュエータ本体３１は、ケース３３と同軸の状態で、ケース３３内に収容されるボビン３４を有している。ボビン３４には、電磁コイル３５が巻き回されている。ボビン３４の内周側には、固定鉄芯３６と、上述した軸部３２（プランジャ）とが収容されている。

固定鉄芯３６は、ボビン３４の内周側におけるケース側開口部３３Ａ側とは反対側の部分に、ボビン３４およびケース３３に対して相対移動不能に固定されている。一方、軸部３２は、ボビン３４の内周側におけるケース側開口部３３Ａ側の部分に、その先端部がケース側開口部３３Ａから外側に延びる状態で、進退動可能に収容されている。固定鉄芯３６と軸部３２との間には、スプリング３２Ｓが配置されており、軸部３２の先端部には、上述のダイヤフラム２０の連結部２１５に連結される係合部３２Ａが形成されている。

図中の符号Ｌ２は、軸部３２の中心軸線を示し、軸部３２は、中心軸線Ｌ２に沿って進退動（進出・後退）するようになっている。軸部３２は、電磁コイル３５に電流が供給された際に、固定鉄芯３６側に後退する。この状態において、軸部３２は、進出する方向への付勢力をスプリング３２Ｓから付与される。これにより、軸部３２は、電磁コイル３５への電流の供給が停止された際に、弁座１４側に進出するようになっている。なお、図中の符号３３Ｂは、コネクタを示し、コネクタ３３Ｂにケーブルが接続されることにより、電磁コイル３５に電流が供給可能となる。コネクタ３３Ｂは、ケース３３から外周側に突出している。

図３および図５に示すように、ケース３３における開口部１５側の端部には、軸部３２を囲繞するように突出し、第１取付壁部１７の内周側に配置される第２取付壁部３７が形成されている。すなわち、ケース３３は、一端部に軸部３２を通過させる上述したケース側開口部３３Ａを有する筒状のケース本体３３０と、第２取付壁部３７とを有している。ここで、第２取付壁部３７は、ケース側開口部３３Ａの外周縁部から立ち上がり且つケース本体３３０の周壁に対してはケース側開口部３３Ａ側に離れている。

本実施の形態では、第２取付壁部３７が、軸部３２の全周を囲繞するように形成されている。軸部３２の中心軸線Ｌ２方向に見て、第２取付壁部３７の外周面の形状は、第１取付壁部１７の内周側に挿入される円形に形成されている（図６等参照）。この第２取付壁部３７には、上述のピン部材４０が挿入される第２取付孔３８が形成されている。

図５に示すように、本実施の形態の第２取付壁部３７は、ケース本体３３０から突出するとともに、その先端部が弁本体１０側における内側シール部１６Ａおよび外側シール部１６Ｂに対向する基部３７Ａと、基部３７Ａの内側シール部１６Ａに対向する部分に設けられ、内側シール部１６Ａに向けて突出する弾性体当接部３７Ｂと、を有している。弾性体当接部３７Ｂは、環状に形成されており、基部３７Ａとは別体に形成されている。このうち、弾性体当接部３７Ｂは、ダイヤフラム２０の膜部２２の外周部分２２１に当接している。これにより、本実施の形態では、ダイヤフラム２０の膜部２２の外周部分２２１が、弾性体当接部３７Ｂと内側シール部１６Ａとの間に挟み込まれている。また、基部３７Ａに、上述の第２取付孔３８が形成されている。

また、図３及び図５に示すように、本実施の形態では、基部３７Ａの内周側の部分にボビン３４の中継筒部３９が接している。ボビン３４は、電磁コイル３５が巻き付けられる円筒部分と、円筒部分のケース側開口部３３Ａ側の端部の外周面から径方向に張り出す第１フランジ部と、円筒部分のケース側開口部３３Ａ側とは反対側の端部の外周面から径方向に張り出す第２フランジ部と、第１フランジ部の内周側の部分から軸方向に突出した上記の中継筒部３９と、を有している。ここで、基部３７Ａの内周側の部分はケース側開口部３３Ａよりも径方向の内側に張り出しており、この張り出し部分に中継筒部３９が接している。したがって、中継筒部３９は、ケース側開口部３３Ａを通過した状態で基部３７Ａの内周側の部分に接触している。そして中継筒部３９の軸方向延長線上には、ダイヤフラム２０の膜部２２の外周部分２２１が位置している。なお、基部３７Ａの内周側の部分は、ケース側開口部３３Ａよりも径方向の内側に張り出していなくてもよく、この場合、中継筒部３９は、ケース本体３３０のケース側開口部３３Ａの内面側の外周縁部を介して、基部３７Ａの内周側の部分に接する。

次いで図６を参照しつつ第２取付孔３８について説明する。図６に示すように、本実施の形態において、第２取付孔３８は、軸部３２の中心軸線Ｌ２に直交する方向のうちの一方向に規定される第２基準方向Ｌｓ２に平行に延びる方向（ＬＬ２，ＬＲ２）上で、第２取付壁部３７を貫通するように形成されている。より詳しくは、中心軸線Ｌ２方向に見て、第２取付孔３８は、第２基準方向Ｌｓ２に直交する方向に沿って軸部３２の中心軸線Ｌ２から一方側および他方側に第１取付孔１８の場合と同様の所定オフセット距離Ｄだけ離間した位置の各々において第２基準方向Ｌｓ２に平行に延びる方向（ＬＬ２，ＬＲ２）上で、第２取付壁部３７を貫通するように形成されている。すなわち、第２取付孔３８は一対で形成される。以下では、方向ＬＬ２，ＬＲ２のことを、取付孔延在方向ＬＬ２，ＬＲ２と呼ぶ。なお、図６においては、第２基準方向Ｌｓ２と第１基準方向Ｌｓ１とが重なっているため、これらを同一直線上に示している。また、取付孔延在方向ＬＬ２と取付孔延在方向ＬＬ１とが重なっているため、これらを同一直線上に示している。また、取付孔延在方向ＬＲ２と取付孔延在方向ＬＲ１とが重なっているため、これらを同一直線上に示している。

第２基準方向Ｌｓ２は、軸部３２の中心軸線Ｌ２に直交する方向のうちの任意の一方向に規定可能であるが、本実施の形態では、一例として、軸部３２の中心軸線Ｌ２に直交する方向のうちの、ケース３３に設けられたコネクタ３３Ｂが突出する方向に、規定されている。この場合、コネクタ３３Ｂを目印として、第２取付孔３８の方向（延在方向または貫通方向）を確認できるため、有益である。

また、本実施の形態では、図６に示すように、第２取付壁部３７における取付孔延在方向ＬＬ２，ＬＲ２が通る部分が、一連に延びている。そのため、第２取付孔３８の各々は、取付孔延在方向ＬＬ２，ＬＲ２上で一連に延びている。また、第２取付孔３８は、第２取付壁部３７の内部空間に連通しないように形成されている。また、本実施の形態においては、第２取付孔３８の各々が、取付孔延在方向ＬＬ２，ＬＲ２上に沿って第２取付壁部３７を貫通するのに加えて、外周側（径方向）に開放している。すなわち、取付孔延在方向ＬＬ２，ＬＲ２に見た場合に、第２取付孔３８は、外側に開放するＵ字状に形成されている。

本実施の形態では、弁本体１０に駆動装置３０が取り付けられる際、第２取付壁部３７が第１取付壁部１７の内周側に配置され、軸部３２の中心軸線Ｌ２が開口部１５の中心軸線Ｌ１と同軸となるように配置される。この状態において、第１取付孔１８と第２取付孔３８とに、ピン部材４０が挿入されることにより、弁本体１０に駆動装置３０が取り付けられる。

この際、図６に示したように、第１取付孔１８が、第１基準方向Ｌｓ１に直交する方向に沿って開口部１５の中心軸線Ｌ１から一方側および他方側に所定オフセット距離Ｄだけ離間した位置の各々において第１基準方向Ｌｓ１に平行に延びる取付孔延在方向ＬＬ１，ＬＲ１上で、第１取付壁部１７を貫通するように形成されている。また、第２取付孔３８が、第２基準方向Ｌｓ２に直交する方向に沿って軸部３２の中心軸線Ｌ２から一方側および他方側に所定オフセット距離Ｄだけ離間した位置の各々において第２基準方向Ｌｓ２に平行に延びる取付孔延在方向ＬＬ２，ＬＲ２上で、第２取付壁部３７を貫通するように形成されている。これにより、第１取付孔１８と第２取付孔３８とは、各々が同一の方向に向けられた際に、互いに重なり合うことが可能となる。そして、第１取付孔１８と第２取付孔３８とに、ピン部材４０を挿入することが可能となる。

ここで、本実施の形態では、駆動装置３０が弁本体１０側に押し込まれて、第２取付壁部３７の弾性体当接部３７Ｂがダイヤフラム２０の膜部２２の外周部分２２１を内側シール部１６Ａ側に所定距離だけ圧縮させた状態において、第１取付孔１８と第２取付孔３８とが、ピン部材４０を挿入可能に互いに重なり合うようになっている。

すなわち、本実施の形態では、駆動装置３０が弁本体１０側に押し込まれず、第２取付壁部３７が第１取付壁部１７の内周側に配置され、第２取付壁部３７の弾性体当接部３７Ｂがダイヤフラム２０の膜部２２の外周部分２２１に当接された状態においては、第１取付孔１８と第２取付孔３８とが、ピン部材４０を挿入可能に重なり合う状態となっていない。一方、この状態から、駆動装置３０が弁本体１０側に押し込まれて、第２取付壁部３７の弾性体当接部３７Ｂがダイヤフラム２０の膜部２２の外周部分２２１を内側シール部１６Ａ（弁本体１０）側に所定距離だけ圧縮させた状態において、第１取付孔１８と第２取付孔３８とが、ピン部材４０を挿入可能に互いに重なり合う状態となるようになっている。したがって、本実施の形態では、駆動装置３０が弁本体１０側に押し込まれ、第１取付孔１８と第２取付孔３８とがピン部材４０を挿入可能に互いに重なり合う状態において、第１取付孔１８と第２取付孔３８とにピン部材４０が挿入されている。

この場合、ピン部材４０の挿入後に駆動装置３０を弁本体１０側に押し込んだ状態を解除することで、圧縮された膜部２２の外周部分２２１が弁本体１０から離れる方向に駆動装置３０のケース３３を付勢することにより、ピン部材４０が第１取付孔１８の内周面に押し付けられる状態となる。これにより、ピン部材４０が第１取付孔１８と第２取付孔３８とから抜けることが防止されている。また、ピン部材４０が第１取付孔１８の内周面に押し付けられる状態まで膜部２２の外周部分は復元するが、内側シール部１６Ａと弾性体当接部３７Ｂとの間で圧縮された状態が維持されるため、内側シール部１６Ａと弾性体当接部３７Ｂとの間の気密性または液密性が好適に確保されている。

なお、本実施の形態では、基部３７Ａの内周側の部分にボビン３４の中継筒部３９が接しており、中継筒部３９の軸方向延長線上にダイヤフラム２０の膜部２２の外周部分２２１が位置している。これにより、駆動装置３０を弁本体１０側に押し込むための力が、軸方向に沿って、ケース３３からボビン３４の中継筒部３９を介して基部３７Ａ及び弾性体当接部３７Ｂに伝わるため、膜部２２の外周部分２２１を容易に変形させることができる。これにより、第１取付孔１８と第２取付孔３８とを、ピン部材４０を挿入可能な状態に容易に重ね合わせることができる。

また、本実施の形態では、第２取付孔３８の各々が、取付孔延在方向ＬＬ２，ＬＲ２上で一連に延びているが、変形例として、第２取付壁部３７における取付孔延在方向ＬＬ２，ＬＲ２が延びる部分が一連に延びていない場合には、第１取付孔１８と同様に分断されて形成されてもよい。ただし、この場合には、上述の所定オフセット距離Ｄは、軸部３２の半径よりも大きいことが好ましい。所定オフセット距離Ｄが軸部３２の半径よりも大きければ、特別な加工を施すことなく、ピン部材４０が軸部３２の移動を阻害することが防止されるため有益である。

（ピン部材）
次に、図６に示すように、本実施の形態のピン部材４０は、Ｕ字状であり、互いに平行に延びる一対の第１部分４１と、一対の第１部分４１の端部間を連結する第２部分４２と、を有している。一対の第１部分４１のうちの一方は、開口部１５および軸部３２の中心軸線（Ｌ１，Ｌ２）を基準に一方側に位置する第１取付孔１８と第２取付孔３８とに跨るように挿入されており、一対の第１部分４１のうちの他方は、開口部１５および軸部３２の中心軸線（Ｌ１，Ｌ２）を基準に他方側に位置する第１取付孔１８と第２取付孔３８とに跨るように挿入されている。より詳しくは、一対の第１部分４１の各々は、第１取付孔１８の前側第１取付孔１８Ａから第２取付孔３８を通って後側第１取付孔１８Ｂに跨るように挿入されている。

さらに詳しく説明すると、図１乃至図３にも示すように、一対の第１部分４１はそれぞれ、互い重なった第１取付孔１８と第２取付孔３８とに跨がるように挿入される挿入部分４１Ａと、挿入部分４１Ａから折れ曲がって延びるオフセット部分４２Ｂと、を有している。各オフセット部分４２Ｂの挿入部分４１Ａ側の端部とは反対側の端部間を第２部分４２が連結している。

本実施の形態では、上述したように、圧縮された膜部２２の外周部分２２１が弁本体１０から離れる方向に駆動装置３０のケース３３を付勢することにより、ピン部材４０の第１部分４１の挿入部分４１Ａの各々が第１取付孔１８の内周面に押し付けられる状態となっている。これにより、ピン部材４０の第１部分４１の各々が第１取付孔１８と第２取付孔３８とから抜けることが防止されている。また、ピン部材４０が第１取付孔１８と第２取付孔３８とに挿入された際、第２部分４２は、第１取付孔１８と第２取付孔３８とに挿入された挿入部分４１Ａから軸部３２の軸方向の一方側または他方側へ離れている。図示の例では、第２部分４２は、ケース本体３３０の周壁の径方向外側に位置している。第２部分４２がケース本体３３０の軸方向外側且つ第１取付壁部１７の径方向外側に位置する場合、ピン部材４０の抜き差しに手間がかかる。これに対して、本実施の形態のように第２部分４２がケース本体３３０の周壁の径方向外側等に位置する場合には、ピン部材４０の抜き差しを容易に行うことが可能となる。

（取付方法）
以下では、図８乃至図１３を用いて、上述の弁本体１０に駆動装置３０を取り付ける取付方法の一例について説明する。

図８は、弁本体１０と駆動装置３０とが分離した状態を示している。弁本体１０に駆動装置３０を取り付ける際には、まず、図８および図９に示すように、駆動装置３０を弁本体１０に仮組みする。この例にかかる仮組みの状態では、まず、図８に示すように、軸部３２の係合部３２Ａにダイヤフラム２０の連結部２１５が連結され、ダイヤフラム２０に弾性体当接部３７Ｂが載置される。この状態で、ダイヤフラム２０と弾性体当接部３７Ｂと軸部３２とが弁本体１０のシール部１６に載置される。この状態から、矢印に示すように、第２取付壁部３７が第１取付壁部１７の内周側に配置され、図９に示すように、駆動装置３０が弁本体１０に載置される。この状態において、第２取付壁部３７の基部３７Ａが弾性体当接部３７Ｂを介してダイヤフラム２０の膜部２２の外周部分２２１に当接される。

また、第１取付孔１８の方向と第２取付孔３８の方向とが、目視によって同一の方向に向くように調整される。ここで、図１１は、図９に示す状態に対応する、第１取付孔１８と第２取付孔３８との位置関係を説明する図である。図１１に示すように、この仮組みの状態では、第１取付孔１８の一部が第２取付孔３８の外周縁部に重なっており、第１取付孔１８と第２取付孔３８とが、ピン部材４０を挿入可能に重なり合う状態となっていない。

続いて、図１０の矢印αに示すように、駆動装置３０が弁本体１０側に所定距離だけ押し込まれる。これにより、第２取付壁部３７の弾性体当接部３７Ｂが、ダイヤフラム２０の膜部２２の外周部分２２１を内側シール部１６Ａ側に所定距離だけ圧縮させる。これにより、第１取付孔１８と第２取付孔３８とが、ピン部材４０を挿入可能に互いに重なり合う状態となる。図１２は、図９に示す状態から、駆動装置３０を弁本体１０側に所定距離だけ押し込んだ際の、第１取付孔１８と第２取付孔３８との位置関係を説明する図である。図１２に示すように、この状態では、第１取付孔１８が、図１１に示す状態から所定距離だけ弁本体１０側に移動することによって、第１取付孔１８と第２取付孔３８とが、ピン部材４０を挿入可能に重なり合う状態となっている。

そして、第１取付孔１８と第２取付孔３８とがピン部材４０を挿入可能に重なり合う状態において、図１０および図１３に示すように、ピン部材４０の第１部分４１の各々が、第１取付孔１８と第２取付孔３８とに挿入される。その後、駆動装置３０を弁本体１０側に押し込んだ状態を解除することで、圧縮された膜部２２の外周部分２２１が弁本体１０から離れる方向に駆動装置３０のケース３３を付勢することにより、ピン部材４０が第１取付孔１８の内周面に押し付けられる状態となる。これにより、ピン部材４０が第１取付孔１８と第２取付孔３８とから抜けることが防止される。また、ピン部材４０が第１取付孔１８の内周面に押し付けられる状態まで膜部２２の外周部分２２１は復元するが、内側シール部１６Ａと弾性体当接部３７Ｂとの間で圧縮された状態が維持される。これにより、内側シール部１６Ａと弾性体当接部３７Ｂとの間の気密性または液密性が好適に確保される。このようにして、弁本体１０に、駆動装置３０が取り付けられる。

一方、この取付状態において、ピン部材４０を第１取付孔１８と第２取付孔３８とから抜くことで、弁本体１０から駆動装置３０が取り外すことができる。この際には、駆動装置３０を弁本体１０側に押し込んで、ピン部材４０の第１部分４１の各々が第１取付孔１８の内周面に押し付けられた状態を緩和させる又は解除することで、ピン部材４０を第１取付孔１８と第２取付孔３８とからスムーズに抜くことができる。

以上に説明した本実施の形態にかかるダイヤフラム弁１は、ダイヤフラム２０の弾性と、弁本体１０および駆動装置３０に跨がって挿入されるピン部材４０と、を利用することで、工具を用いることなく弁本体１０と駆動装置３０とを容易に連結することができる。

また、ダイヤフラム２０には、形状及び寸法条件に関する工夫が施されている。これにより、駆動装置３０の動作に対する良好な感度および流体圧に対する良好な剛性を確保できるとともに、従来（図１４のダイヤフラム）よりも耐久性を向上させることができる。

詳しくは、本実施の形態にかかるダイヤフラム２０では、膜部２２の内周部分２２２に、軸方向の一方側における内周部分２２２の外周部分２２１との境界および主弁体部２１との境界から軸方向の他方側へ凹み、且つ周方向の全域にわたって延びる環状の溝２２３が形成され、溝２２３の断面形状は円弧状になっている。これにより、内周部分２２２が薄肉になることで適度な柔軟性が付与され、駆動装置３０の動作に対する良好な感度が確保される。また、溝２２３は流体圧に晒される面が円弧状であることで、流体圧を分散させることが可能となり、その結果、流体圧に対する良好な剛性を確保できる。また、軸方向の他方側を向く内周部分２２２の面および外周部分２２１の面は面一になっていることで、流体圧による内周部分２２２の変形に対する剛性が確保され、これによっても、流体圧に対する良好な剛性を確保できる。

さらには、上記の形状に加えて、内周部分２２２の内周縁２２２Ａは、周壁２１１の外周面の軸方向における中点を含む部分に接続する。また、軸方向の一方側を向く外周部分２２１の面は、軸方向の一方側を向く主弁体部２１の接触面２１６から、軸方向における外周部分２２１の厚さＴ１の３／２０の距離だけ軸方向の一方側に離れた位置と他方側に離れた位置との間に位置する。さらには、厚さ及び径に関する各種の寸法条件を規定することにより、ダイヤフラム２０を開閉させた際の応力が抑制される。これにより、耐久性を向上させることができる。

図１５Ａは、実施の形態にかかるダイヤフラム２０を駆動装置３０によって変形させた状態を示す図である。図１５Ｂは、図１４に示す従来のダイヤフラム１００を駆動装置によって変形させた状態を示す図である。図１５Ａに示すダイヤフラム２０と、図１５Ｂに示すダイヤフラム１００は、厚さ及び直径などに関する寸法が同等となっている。

図１５Ａに示すダイヤフラム２０を０．５ｍｍだけ開方向にストロークさせた場合、本件発明者の解析では、図１５Ａの符号Ａで示す部分の応力が０．５ＭＰａであり、符号Ｂで示す部分の応力が０．１ＭＰａであり、符号Ｃで示す部分の応力が０．４５ＭＰａであった。これに対して、図１５Ｂに示す従来のダイヤフラム１００を同じ条件でストロークさせた場合、図１５Ｂの符号Ａ’で示す部分の応力が１．６２ＭＰａであり、符号Ｂ’で示す部分の応力が３．１９ＭＰａであり、符号Ｃ’で示す部分の応力が１．６０ＭＰａであった。本実施の形態にかかるダイヤフラム２０は、このように開閉時の応力が抑制されることで、従来よりも耐久性を向上させることが可能となっている。

以上、一実施の形態を説明したが、上記の一実施の形態は、例として提示したものであり、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。上記の実施の形態には、各種の変更を行ってもよい。

Claims (1)

1. 流体室の内部に弁座が形成され、前記流体室に前記弁座を外部に露出させるための開口部が形成される弁本体と、
   前記弁座に離接可能に配置され、主弁体部と、前記主弁体部の外周面から径方向に張り出す円環状の膜部とを有する弁用ダイヤフラムと、
   前記弁用ダイヤフラムの主弁体部に連結される進退動可能な軸部を有する駆動部と、前記駆動部を収容するとともに前記開口部を覆うように配置されるケースと、を有し、前記軸部によって前記弁用ダイヤフラムを前記弁座に対して離接させる駆動装置と、
   前記弁本体に前記駆動装置を取り付けるためのピン部材と、
   を備え、
   前記流体室における前記開口部の外周縁部には、シール部が形成され、
   前記シール部の外周側の部分に、前記開口部を囲繞するように突出する第１取付壁部が形成され、
   前記ケースにおける前記開口部側の端部に、前記軸部を囲繞するように突出し、前記第１取付壁部の内周側に配置される第２取付壁部が形成され、
   前記第１取付壁部には、前記ピン部材が挿入される第１取付孔が形成され、
   前記第２取付壁部には、前記ピン部材が挿入される第２取付孔が形成され、
   前記ピン部材が前記第１取付孔と前記第２取付孔とに跨がるように挿入されることにより、前記弁本体に前記駆動装置が取り付けられており、
   前記第２取付壁部と前記シール部との間に、前記膜部の外周部分が挟み込まれ、
   前記第２取付壁部が前記シール部との間で前記外周部分を前記弁本体側に圧縮させた状態において、前記ピン部材が前記第１取付孔と前記第２取付孔とに跨がるように挿入されており、
   前記ピン部材は、圧縮された前記外周部分が前記弁本体から離れる方向に前記ケースを付勢することにより、前記第１取付孔の内周面に押し付けられ、
   前記駆動部は、ボビンを有し、前記軸部は前記ボビンの内周側に配置され、
   前記ボビンは、前記ケースにおける前記開口部側に突出する中継筒部を有し、
   前記第２取付壁部は、前記ケースにおける前記流体室の前記開口部側の端部に設けられたケース側開口部よりも径方向の内側に張り出し、
   前記中継筒部は、前記ケースにおける前記ケース側開口部を通る状態で前記第２取付壁部に接し、前記中継筒部の軸方向延長線上に、前記膜部の外周部分が位置する、ダイヤフラム弁。

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