JP7374498B2

JP7374498B2 - バルブ

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Publication number: JP7374498B2
Application number: JP2020548361A
Authority: JP
Inventors: 伸夫中村; 研太近藤; 知宏中田; 正彦中澤
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2023-11-07
Anticipated expiration: 2039-09-10
Also published as: KR102499250B1; JPWO2020066584A1; US11359730B2; CN112673201A; TW202030431A; KR20210046745A; WO2020066584A1; US20210207722A1; TWI712757B

Description

本発明は、バルブに関する。

従来より、バルブボディの弁室をダイヤフラムで覆い、ダイヤフラムを作動させることにより、開閉を行うバルブがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６－１６２０４３号公報

しかし、従来のバルブでは、ダイヤフラムの変形および高圧流体によるダイヤフラムへの圧力に対する対策が十分になされておらず、従来以上の耐久性を求める場合には不足があった。

そこで本発明は、耐久性に優れたバルブを提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明の一態様であるバルブは、流体通路および弁室が形成され、弁座を備えたバルブボディと、前記弁室を覆うように設けられ、前記弁室の気密を保持するダイヤフラムと、前記弁座に対し近接および離間移動可能に設けられたステムと、前記ダイヤフラムの中央部に挿通され、前記ステムに連結され、前記弁座に対し着座および離間して前記流体通路を開閉する弁体部と、を備え、前記ダイヤフラムは、メインダイヤフラムと、前記メインダイヤフラムに対する前記弁室側とは反対側に位置して前記メインダイヤフラムに接触して設けられたサポートダイヤフラムと、を有し、前記メインダイヤフラムの内周側の第１末端部は前記弁体部に固定され、前記サポートダイヤフラムの内周側の第２末端部は、前記メインダイヤフラムの内周側の第１末端部から離間している。

また、前記弁体部に対し、前記ダイヤフラムに対する前記弁室側とは反対側に、押えリングが設けられ、前記押えリングの下面は、前記サポートダイヤフラムの内側部に当接していてもよい。

また、前記メインダイヤフラムは、第１外周部と、第１中間部と、第１内周部とを有し、前記サポートダイヤフラムは、第２外周部と、第２中間部と、第２内周部とを有し、前記第２外周部は前記第１外周部に当接し、前記第２中間部は前記第１中間部に当接し、前記第１内周部は、前記第１中間部の内端から前記弁座に向かって折れ曲がるように構成され、前記第２内周部は、前記メインダイヤフラムから離間していてもよい。

また、前記メインダイヤフラムは、第１外周部と、第１中間部と、第１内周部とを有し、前記サポートダイヤフラムは、第２外周部と、第２中間部と、第２内周部とを有し、前記第２外周部は前記第１外周部に当接し、前記第２中間部は前記第１中間部に当接し、前記第１内周部は、前記第１中間部の内端から前記弁座に向かって折れ曲がるように構成され、前記第２内周部は、前記第１内周部の一部のみに当接していてもよい。

また、前記メインダイヤフラムは、金属材料により構成され、前記サポートダイヤフラムは、ゴムまたは樹脂材料により構成され、前記メインダイヤフラムの内周側の末端部は、前記弁体部に対し溶接により固着されていてもよい。

本発明によれば、メインダイヤフラムと同調して動くサポートダイヤフラムが、常にメインダイヤフラムをサポートすることで耐久性に優れたバルブを提供することができる。

第１の実施形態における開状態にあるバルブの縦断面図である。第１の実施形態におけるバルブのダイヤフラム近傍の拡大断面図である。第２の実施形態における開状態にあるバルブの縦断面図である。第２の実施形態におけるバルブのダイヤフラム近傍の拡大断面図である。

本発明の第１の実施形態に係るバルブ１について、図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施形態における開状態にあるバルブ１の縦断面図である。図２は、バルブ１のダイヤフラム８近傍の拡大断面図である。

図１に示すように、バルブ１は、バルブボディ２と、ボンネット３と、ステム４と、連結部材５と、弁体部６と、押えリング７と、ダイヤフラム８と、押えアダプタ９と、ハンドル１０と、インジケータ１１とを備える。なお、以下の説明において、バルブ１の、ハンドル１０側を上側、バルブボディ２側を下側として説明する。

バルブボディ２は、弁室２ａと、弁室２ａに連通する流入路２ｂおよび流出路２ｃとが形成されている。バルブボディ２の流入路２ｂと弁室２ａとが連通する箇所の周縁は、円環状の弁座２ｄを構成する。

ボンネット３は、略円筒状をなし、その下端部に設けられた雄ねじ部をバルブボディ２の上端部に設けられた雌ねじ部に螺合させることにより、弁室２ａを覆うようにバルブボディ２に固定されている。ボンネット３には、ステム挿入孔３ａが形成されている。また、ボンネット３の内周の上端部には、雌ねじ部３Ｂが形成されている。

ステム４は、ボンネット３のステム挿入孔３ａに挿入されている。ステム４の上側部には雄ねじ部４Ａが形成され、雄ねじ部４Ａはボンネット３の雌ねじ部３Ｂに螺合している。これにより、ステム４は、ボンネット３に対し、回転可能かつ回転に伴い上下方向に移動可能に支持されている。ステム４が上死点にあるときにはバルブ１は開状態であり、ステム４が下死点にあるときにはバルブ１は閉状態となるように構成されている。

ステム４の下側部には、下方に開口し内周面に雌ねじ部が形成された螺合孔４ｂが形成されている。また、ステム４とボンネット３との間には、Ｏリング４Ｃが介在している。

連結部材５は、ステム４の下端に設けられ、円柱部５Ａと、半球状部５Ｂとを有する。円柱部５Ａの外周面には雄ねじ部が形成され、当該雄ねじ部は螺合孔４ｂに螺合されている。これにより、連結部材５はステム４に固定されている。円柱部５Ａにおける雄ねじ部の下側には、円柱部５Ａの径方向の外方に突出する第１フランジ部５Ｃが設けられ、フランジ部５Ｃはステム４の下面に当接している。半球状部５Ｂは、略半球状（半球と全球の間の形状）をなし、円柱部５Ａの下端に設けられている。

弁体部６は、弁体ホルダ６Ａと、弁体６Ｂとを有する。弁体ホルダ６Ａは、弁体支持部６Ｃと、挿通部６Ｄと、嵌入部６Ｅとを有する。弁体支持部６Ｃは、略円盤状をなし、樹脂からなる環状の弁体６Ｂを保持している。弁体６Ｂがボディ２の弁座２ｄに対し当接および弁座２ｄから離間することによって、流体通路の開閉が行われる。

挿通部６Ｄは、弁体保持部６Ｃの上側に設けられ、上側に向かって先細る段付き円柱形状をなしている。挿通部６Ｄの第１段差部６Ｆの外周面には、全周にわたって固着溝６ｇが形成されている。嵌入部６Ｅは、挿通部６Ｄの上側に設けられ、略円筒状をなし、上方に開口する嵌入孔６ｈが形成されている。嵌入孔６ｈは、半球状部５Ｂに対応する略半球状（半球と全球の間の形状）をなしている。嵌入孔６ｈに、連結部材５の半球状部５Ｂが嵌め入れられている。これにより、弁体ホルダ６Ａと連結部材５とが連結され、弁体ホルダ６Ａは半球状部５Ｂの外面に沿って摺動可能である。また、嵌入部６Ｅは、挿通部６Ｄよりも径が小さく構成され、嵌入部６Ｅと挿通部６Ｄとにより、第２段差部６Ｊが形成される。

押えリング７は、ダイヤフラム８に対する弁室２ａ側とは反対側に設けられ、円筒部７Ａと、第２フランジ部７Ｂとを有する。円筒部７Ａに弁体ホルダ６Ａの嵌入部６Ｅが圧入されて、押えリング７は弁体ホルダ６Ａに固定されている。円筒部７Ａの下面７Ｃの内径側は、第２段差部６Ｊに当接し、円筒部７Ａの下面７Ｃの外径側は、挿通部６Ｄの外周面よりも外側に位置している。第２フランジ部７Ｂは、円筒部７Ａの上下方向の中間部分から、円筒部７Ａの径方向の外方に突出している。

ダイヤフラム８は、バルブボディ２の弁室２ａを覆うように設けられ、弁室２ａの気密を保持する。ダイヤフラム８は、メインダイヤフラム８Ａと、サポートダイヤフラム８Ｂとを有する。

メインダイヤフラム８Ａは、例えば、ニッケル合金、ステンレス鋼により皿状に形成された一枚の薄板（例えば厚さ：０．１ｍｍ～０．２ｍｍ）により構成されている。メインダイヤフラム８Ａは、弁室２ａに直接対向しており、プロセスガス等の流体に直接接触する。メインダイヤフラム８Ａは、その径方向の外側から内側に向かって、第１外周部８Ａ１と、第１中間部８Ａ２と、第１内周部８Ａ３とを有する。

第１外周部８Ａ１は、サポートダイヤフラム８Ｂの第２外周部８Ｂ１と共に、バルブボディ２に形成された固定部２Ｅと円環状の押えアダプタ９との間に設けられ、ボンネット３を締め付けることにより、押えアダプタ９とバルブボディ２とにより気密状態で挟圧され保持されている。第１中間部８Ａ２は、軸を含む平面で切った断面形状が円弧状をなしている。

第１内周部８Ａ３は、第１中間部８Ａ２の内端から下方へ折り曲げるように形成されている。第１内周部８Ａ３の内周面は、挿通部６Ｄの外周面に当接している。第１内周部８Ａ３の内周面により、メインダイヤフラム８Ａの中央部に、弁体ホルダ６Ａの挿通部６Ｄが挿通する第１挿通孔８ｃが形成される。第１内周部８Ａ３の第１末端部８Ｅには、凸部が設けられ、当該凸部が挿通部６Ｄの固着溝６ｇに嵌った状態で、当該部分を電子ビーム溶接、レーザ溶接等により全周にわたって溶接Ｗされることにより、第１内周部８Ａ３の第１末端部８Ｅは挿通部６Ｄに固着されている。

サポートダイヤフラム８Ｂは、メインダイヤフラム８Ａの上側、すなわち弁室２ａに対する反対側に設けられている。サポートダイヤフラム８Ｂは、メインダイヤフラム８Ａの上に載せられているだけであり、接着等されていない。サポートダイヤフラム８Ｂは、例えば、金属、ゴム、樹脂等により皿状に形成された一枚の薄板（例えば厚さ：０．１ｍｍ～０．２ｍｍ）により構成されている。本実施形態では、サポートダイヤフラム８Ｂは、メインダイヤフラム８Ａを構成する材料とは異なる材料により構成されているが、サポートダイヤフラム８Ｂとメインダイヤフラム８Ａとは同一の材料により構成されていてもよい。サポートダイヤフラム８Ｂは、その径方向の外側から内側に向かって、第２外周部８Ｂ１と、第２中間部８Ｂ２と、第２内周部８Ｂ３とを有する。

第２外周部８Ｂ１は、上記のように、メインダイヤフラム８Ａの第１外周部８Ａ１と共に、バルブボディ２の固定部２Ｅと円環状の押えアダプタ９との間に設けられ、ボンネット３を締め付けることにより、押えアダプタ９とバルブボディ２とにより挟圧され保持されている。第２中間部８Ｂ２は、軸を含む平面で切った断面形状が円弧状をなし、下面が第１中間部８Ａ２に当接している。また、第２中間部８Ｂ２は、径方向の長さが第１中間部８Ａ２よりも短く構成されている。

第２内周部８Ｂ３は、第２中間部８Ｂ２の内端から折れ曲がるように、メインダイヤフラム８Ａから離間して、弁体ホルダ６Ａの第２段差部６Ｊへ向かって延びている。第２内周部８Ｂ３は、押えリング７の下面７Ｃに当接している。すなわち、サポートダイヤフラム８Ｂの内周側の第２末端部８Ｆは、メインダイヤフラム８Ａの内周側の第１末端部８Ｅから離間している。なお、サポートダイヤフラム８Ｂは、第２内周部８Ｂ３が押えリング７から押圧力を受けることにより、メインダイヤフラム８Ａに対し押圧力を付与しながら当接していてもよい。また、第２内周部８Ｂ３の内端により、サポートダイヤフラム８Ｂの中央部に、弁体ホルダ６Ａの挿通部６Ｄが挿通する第２挿通孔８ｄが形成される。

ハンドル１０は、ステム４の上端に取り付けられており、作業者が手動でハンドル１０を回転させ駆動力を発生させることにより、ステム４が回転駆動力を受けて回転し上下方向に沿って移動する。ハンドル１０には、貫通孔１０ａが形成されている。

インジケータ１１は、ボンネット３の上端に固定されている。インジケータ１１の上面には、「開」および「閉」の文字が印字されている。ハンドル１０を回転させて、バルブ１が開状態であるときには、「開」の文字がハンドル１０の貫通孔１０ａを介して視認され、バルブ１が閉状態であるときには、「閉」の文字がハンドル１０の貫通孔１０ａを介して視認されるように構成されている。

本実施形態のバルブ１では、ハンドル１０の回転操作によりステム４を上下動させると、弁体部６が上下動すると共に、これに伴ってメインダイヤフラム８Ａの内周部８Ａ３およびサポートダイヤフラム８Ｂの内周部８Ｂ３も上下動して、ダイヤフラム８が弾性変形し、弁体６Ｂが弁座２ｄに当接および弁座２ｄから離間して、流入路２ｂと流出路２ｃとの間を開閉するようになっている。

本実施形態のバルブ１によれば、ダイヤフラム８は、メインダイヤフラム８Ａと、メインダイヤフラム８Ａに対する弁室２ａ側とは反対側に位置してメインダイヤフラム８Ａに接触して設けられたサポートダイヤフラム８Ｂとを有する。メインダイヤフラム８Ａの内周側の第１末端部８Ｅは弁体部６に固定され、サポートダイヤフラム８Ｂの内周側の第２末端部８Ｆは、メインダイヤフラム８Ａの内周側の第１末端部８Ｅから離間しており、メインダイヤフラム８Ａとサポートダイヤフラム８Ｂとは異なる材料により構成されている。

かかる構成によれば、ダイヤフラム８は、メインダイヤフラム８Ａおよびサポートダイヤフラム８Ｂから構成されている。これにより、ダイヤフラム１８の肉厚を確保し、流体の圧力に対する耐圧性を維持している。また、各ダイヤフラム８Ａ、８Ｂにおいて、上下面の曲率の違いによる変形量の違いを小さくすることができるので、ダイヤフラム８の変位時のダイヤフラム８への負荷を低減することができる。また、メインダイヤフラム８Ａと同調して動くサポートダイヤフラム８Ｂが、弁開閉の状態に関わらず常にメインダイヤフラム８Ａをサポートする。よって、ダイヤフラム８の耐久性を向上させることができる。

また、メインダイヤフラム８Ａをプロセスガス等に対する腐食性に優れた材料を採用し、プロセスガス等に接触せず腐食性を考慮する必要がないサポートダイヤフラム８Ｂをメインダイヤフラム８Ａへの流体による内圧による変形を抑えることができる優れた材料を採用することにより、ダイヤフラム８の耐久性を向上させることができる。サポートダイヤフラム８Ｂは、メインダイヤフラム８Ａに対し接触して設けられ、サポートダイヤフラム８Ｂの内周側の第２末端部８Ｆは、メインダイヤフラム８Ａの内周側の第１末端部８Ｅから離間している。これにより、メインダイヤフラム８Ａとサポートダイヤフラム８Ｂとの上下面の曲率の違いにより変位時の変形量が異なっても、第１末端部８Ｅと第２末端部８Ｆとが同一箇所で固定されていないので、サポートダイヤフラム８Ｂはメインダイヤフラム８Ａの変形に追従して変形する。よって、メインダイヤフラム８Ａとサポートダイヤフラム８Ｂとの間に、間隙を生じるのを抑制することができ、サポートダイヤフラム８Ｂがメインダイヤフラム８Ａをサポートするので、ダイヤフラム１８の耐圧性および耐久性を向上させることができる。したがって、耐圧性、耐食性、および耐久性に優れたバルブ１を提供することができる。

また、弁体部６に設けられた押えリング７の下面７Ｃは、サポートダイヤフラム８Ｂの第２内周部８Ｂ３（内側部）に当接しているので、サポートダイヤフラム８Ｂがメインダイヤフラム８Ａから離れて、メインダイヤフラム８Ａとサポートダイヤフラム８Ｂとの間に、間隙を生じるのを防止することができる。よって、メインダイヤフラム８Ａの流体の内圧による変形をサポートダイヤフラム８Ｂにより抑えることができる。

また、第２外周部８Ｂ１は第１外周部８Ａ１に当接し、第２中間部８Ｂ２は第１中間部８Ａ２に当接し、第１内周部８Ａ３は、第１中間部８Ａ２の内端から弁座２ｄに向かって折れ曲がるように構成され、第２内周部８Ｂ３は、メインダイヤフラム８Ａから離間している。かかる構成により、サポートダイヤフラム８Ｂはメインダイヤフラム８Ａの変形に追従して変形することができる。よって、メインダイヤフラム８Ａの流体の内圧による変形をサポートダイヤフラム８Ｂにより抑えることができるので、ダイヤフラム８の耐久性を向上させることができる。

また、メインダイヤフラム８Ａは、金属材料により構成され、サポートダイヤフラム８Ｂは、ゴムまたは樹脂材料により構成され、メインダイヤフラム８Ａの内周側の第１末端部８Ｅは、弁体部６に対し溶接により固着されている。かかる構成により、ダイヤフラム８の耐久性を向上させることができ、耐久性に優れたバルブ１を提供することができる。

本発明の第２の実施形態に係るバルブ２１について、図面を参照して説明する。

図３は、第２の実施形態における開状態にあるバルブ２１の縦断面図である。図４は、バルブ２１のダイヤフラム２８近傍の拡大断面図である。なお、第１の実施形態のバルブ１と同一の部材については同一の参照番号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。

弁体部２６の弁体ホルダ２６Ａの挿通部２６Ｄには、第３段差部２６Ｋが形成されている。

押えリング２７の円筒部２７Ａの内周側には、第２段差部６Ｊに当接する第４段差部２７Ｄが形成されている。また、円筒部２７Ａの下面２７Ｃは、曲面状をなしている。

ダイヤフラム２８のサポートダイヤフラム２８Ｂの第２中間部２８Ｂ２は、径方向の長さが第１中間部８Ａ２と等しく構成されている。サポートダイヤフラム２８Ｂの第２内周部２８Ｂ３は、第２中間部２８Ｂ２の内端から下方へ折り曲げるように形成され、第１内周部８Ａ３の上側部分にのみ当接している。よって、サポートダイヤフラム２８Ｂの内周側の第２末端部２８Ｆは、メインダイヤフラム８Ａの内周側の第１末端部８Ｅから離間している。また、第２内周部２８Ｂ３の内端により、サポートダイヤフラム２８Ｂの中央部に、弁体ホルダ２６Ａの挿通部２６Ｄが挿通する第２挿通孔２８ｄが形成される。円筒部２７Ａの下面２７Ｃは、サポートダイヤフラム２８Ｂの内側部に相当する第２中間部２８Ｂ２と第２内周部２８Ｂ３との境界部分に当接している。

本実施形態のバルブ２１においても、第１の実施形態のバルブ１と同様にダイヤフラム２８の耐久性を向上させることができ、耐久性に優れたバルブ２１を提供することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、上記の実施形態において、ステム４を上下動させる駆動手段は、手動式のハンドル１０であったが、自動式の駆動手段であってもよい。自動式の駆動手段としては、流体式の駆動手段でもよい。かかる構成のバルブであっても、上記の実施形態のバルブ１、２１と同様の効果を奏する。

また、メインダイヤフラム８Ａおよびサポートダイヤフラム８Ｂ、２８Ｂは、それぞれ一枚であったが、複数枚であってもよい。

１、２１：バルブ、２：バルブボディ、２ａ：弁室、２ｂ：流入路、２ｃ：流出路、２ｄ：弁座、４：ステム、６、２６：弁体部、７、２７：押えリング７Ｃ、２７Ｃ：下面、８、２８：ダイヤフラム、８Ａ：メインダイヤフラム、８Ａ１：第１外周部、８Ａ２：第１中間部、８Ａ３：第１内周部、８Ｂ、２８Ｂ：サポートダイヤフラム、８Ｂ１：第２外周部、８Ｂ２、２８Ｂ２：第２中間部、８Ｂ３、２８Ｂ３：第２内周部、８Ｅ：第１末端部、８Ｆ、２８Ｆ：第２末端部

Claims

流体通路および弁室が形成され、弁座を備えたバルブボディと、
前記弁室を覆うように設けられ、前記弁室の気密を保持するダイヤフラムと、
前記弁座に対し近接および離間移動するステムと、
前記ダイヤフラムの中央部に挿通され、前記ステムに連結され、前記弁座に対し当接および前記弁座から離間して前記流体通路を開閉する弁体部と、を備え、
前記ダイヤフラムは、メインダイヤフラムと、前記メインダイヤフラムに対する前記弁室側とは反対側に位置して前記メインダイヤフラムに接触して設けられたサポートダイヤフラムと、を有し、
前記メインダイヤフラムの内周側の第１末端部は前記弁体部に固定され、
前記サポートダイヤフラムの内周側の第２末端部は、前記メインダイヤフラムの内周側の前記第１末端部から離間し、
前記弁体部に対し、前記ダイヤフラムに対する前記弁室側とは反対側に、押えリングが設けられ、
前記メインダイヤフラムは、第１外周部と、第１中間部と、第１内周部とを有し、
前記サポートダイヤフラムは、第２外周部と、第２中間部と、第２内周部とを有し、
前記第２外周部は前記第１外周部に当接し、前記第２中間部は前記第１中間部に当接し、前記第１内周部は、前記第１中間部の内端から前記弁座に向かって折れ曲がるように構成され、前記第２内周部は、前記メインダイヤフラムから離間し、
前記押えリングの下面は、前記サポートダイヤフラムの前記第２内周部に当接している、バルブ。
前記メインダイヤフラムは、金属材料により構成され、前記サポートダイヤフラムは、ゴムまたは樹脂材料により構成され、
前記メインダイヤフラムの内周側の前記第１末端部は、前記弁体部に対し溶接により固着されている、請求項１に記載のバルブ。