JPH07167299A - 波紋形ダイヤフラム用容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、略椀状の凹所を有する二つの容器
によってダイヤフラムが挟持されるタイプのダイヤフラ
ム容器において、ダイヤフラムの変形を拘束して規則的
なものとし、ダイヤフラムの移動中における局部的な曲
げ方向の反転による疲労を小さくし、ダイヤフラムの耐
久性を高め、寿命を長くすることを課題とする。また、
本発明は前記のダイヤフラムをダイヤフラム容器に適用
し、ダイヤフラムがダイヤフラム容器の２つの壁面の内
のいずれかの壁面に接触した場合の、ダイヤフラムの局
部的な曲げ方向の反転による疲労を少なくし、ダイヤフ
ラムの耐久性を高め、寿命を長くすることを課題とす
る。 【構成】 波紋形ダイヤフラム用容器において、中央部
が略円形平板状で、略同心円状の凸部及び凹部が交互に
連続して形成された波形ダイヤフラムが略椀状の凹所を
有する二つの容器によって挟持され、前記容器の凹所の
一方の壁面形状が、伸長したダイヤフラムと相対する波
紋形状に形成された。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤフラム式アキュ
ムレータ、ダイヤフラムポンプ、ダイヤフラム弁等に用
いられる波紋形ダイヤフラム用容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のダイヤフラム式アキュムレータに
おいては、例えば、球形の本体（シェル）内周面に対し
てダイヤフラム（ブラダ）の周縁部外周面を当接せしめ
て周縁部内周面に形成された弾性取付部を取付部材によ
って固定することにより、ダイヤフラムの内部空間をガ
ス室と液体室とに区画している。そして、弾性取付部か
ら同一距離上の本体の内周面に内側へ向かう突出部を形
成することにより、ダイヤフラムの弾性材料層の湾曲反
転部の内側変曲点及び外側変曲点のうち少なくとも内側
変曲点と本体内周面との間の距離を削減し、ダイヤフラ
ムの湾曲反転部の内側変曲点及び外側変曲点のうち少な
くとも内側変曲点における弾性材料層の座屈応力を増大
せしめて破断応力に接近せしめ弾性材料層に座屈が発生
することを抑制することが知られている。（例えば、実
開平４−１０１８０１号公報参照）

【０００３】従来のダイヤフラム式アキュムレータにお
いて、液体室の圧力が低下し、ダイヤフラムが液体室の
前記突出部に向かい突出部に沿って移動する場合には、
ダイヤフラムが本体の内面に接触しつつ規則的に変形す
る。しかし、ダイヤフラムが突出部を経過して移動した
後は、ダイヤフラムが不規則な変形をする。また、液体
室の圧力が増加し、ダイヤフラムがガス室に向かって移
動するときには、ダイヤフラムが本体に接触することが
なく、不規則に変形する。不規則な変形として、例えば
移動中のダイヤフラムの局部的な曲げ方向の反転があ
る。局部的な曲げ方向の反転は、ダイヤフラムが全体と
してガス室又は液体室の方向に移動しているときに、ダ
イヤフラムの局部において凸状から凹状に反転し又はそ
の反対の反転をすることである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の球形の本体を有
するダイヤフラム式アキュムレータのダイヤフラムは、
前記のダイヤフラムの不規則な変形、とりわけダイヤフ
ラムの局部的な曲げ方向の反転が生じ、局部的な曲げ方
向の反転を繰り返すことにより反転箇所が疲労し、反転
箇所の強度が早期に低下し、破壊し易くなる。本発明
は、略椀状の凹所を有する二つの容器によってダイヤフ
ラムが挟持されるタイプのダイヤフラム容器において、
ダイヤフラムの変形を拘束して規則的なものとし、ダイ
ヤフラムの移動中における局部的な曲げ方向の反転によ
る疲労を小さくし、ダイヤフラムの耐久性を高め、寿命
を長くすることを課題とする。また、本発明は前記のダ
イヤフラムをダイヤフラム式アキュムレータ、ダイヤフ
ラム式ポンプ、ダイヤフラム弁等のダイヤフラム容器に
適用し、ダイヤフラムがダイヤフラム容器の２つの壁面
の内のいずれかの壁面に接触した場合の、ダイヤフラム
の局部的な曲げ方向の反転による疲労を少なくし、ダイ
ヤフラムの耐久性を高め、寿命を長くすることを課題と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、波紋形ダイヤフラム用容器において、中
央部が略円形平板状で、略同心円状の凸部及び凹部が交
互に連続して形成された波形ダイヤフラムが略椀状の凹
所を有する二つの容器によって挟持され、前記容器の凹
所の一方の壁面形状が、伸長したダイヤフラムと相対す
る波紋形状に形成されたことを技術的手段とする。ま
た、本発明は、前記容器の凹所の一方の壁面形状が、伸
長したダイヤフラムの略同心円状の凸部及び凹部の対向
部分と対応した対称的な形状又は、凹所の一方の壁面形
状が伸長したダイヤフラムと相対する波紋形状に形成さ
れ、他の一方の一部形状が対称的な形状に形成されたこ
とを技術的手段とする。なお、波紋形ダイヤフラム用容
器とは、略椀状の凹所を有し波紋形ダイヤフラムを挟持
することのできる部材をいい、ここに略椀状とはあらゆ
る形状の窪みを意味する。前記中央部には、各種の部材
を取り付けるために、取着用の穴等が形成されたものを
包含する。略円形平板状とは、略円形であって、しかも
略平ら（製造後に湾曲等の変形をしたものを含む。）で
ある形状をいう。ダイヤフラムの材質は、合成樹脂（例
えば、四ふっかエチレン樹脂（商品名はテフロン）、ゴ
ム）、金属（例えば、銅、ステンレス）等とすることが
できる。

【０００６】

【作用】本発明のダイヤフラムは、中央部が略円形平板
状とされ、略同心円状の凸部及び凹部が交互に連続して
形成されているので、ダイヤフラムが全体として一方の
凹所又は他方の凹所の方向に移動しているときに、略同
心円状に形成された凸部及び凹部はその曲げ方向を変え
ることがなく、凸部は常に凸部の形状を維持し、凹部も
同様にその形状を維持する。そして、本発明の波紋形ダ
イヤフラム用波型容器は、前記ダイヤフラムが略椀状の
凹所を有する二つの容器によって挟持され、前記ダイヤ
フラムが伸びたとき、それと相対する容器の凹所の一方
を略同一形状に形成したので、ダイヤフラムの凸部及び
凹部がその形状を維持しつつ、一方の凹所の対向部分に
ぴったりと嵌合する。

【０００７】

【実施例】図１及び図２には、本発明の波紋形ダイヤフ
ラム用容器をダイヤフラム式アキュムレータに適用した
第１実施例が示されている。波紋形ダイヤフラム１は全
体として略円形板状であって、中央部２は略円形平板状
とされがあり、その外周に略同心円状（輪状）の凸部３
及び凹部４が交互に連続して円形波状に形成される。凸
部３及び凹部４の形状は、正弦波を基本とする曲線であ
るが、実験により種々に変形させる。ダイヤフラムの材
質として、ここでは耐薬品性に優れた四ふっかエチレン
樹脂（商品名はテフロン）を使用し、0.3 mm又は0.5 mm
の四ふっかエチレン樹脂板を加工して用いる。

【０００８】ダイヤフラム式アキュムレータには本体６
と側板７とがあり、本体６と側板７との対向面には、凹
所８（本体６側）及び凹所10（側板７側）が形成され、
その外側に環状の挟持部67（本体６側）及び挟持部68
（側板７側）がそれぞれ形成される。挟持部67には第１
環状溝17が形成され、挟持部67の第１環状溝17と対向し
た位置に第２環状溝18が形成され、第１環状溝17及び第
２環状溝18には第１シール材11及び第２シール材12がそ
れぞれ嵌合される。波紋形ダイヤフラム１の外周部が挟
持部67，68によって挟持され、本体６及び側板７に形成
された複数のボルト孔19，20に複数のボルト22が挿通さ
れ、複数のボルト22に複数のナット23がねじ込まれる。
こうして、ダイヤフラム１の外周部が挟持部67，68によ
って挟持され、第１シール材11及び第２シール材12によ
ってダイヤフラム１の上下の空間（凹所８及び凹所10）
の間が密封される。側板７の凹所10とダイヤフラム１と
の間の空間はガス室13とされ、ガス室13には側板７の連
結口28に連結された給気口27を介してガスが封入され
る。同様に、本体６の凹所８とダイヤフラム１との間の
空間は流体室14とされ、流体室14には本体６の給排口2
5、接続口26を介して外部の流体が導入される。このダ
イヤフラム式アキュムレータは、流体の脈動吸収、サー
ジ圧吸収等に使用され、例えば塗料液を吹きつけする場
合に、脈動を吸収して塗料液の圧力を一定にするために
用いられる。

【０００９】そして、波紋形ダイヤフラム１は、液体室
14内の圧力変動に応じてガス室13側又は流体室14側に移
動し、凹所８には接触するが、凹所10には接触する可能
性が存在しないことを前提としている。こうした前提が
あるので、凹所８の壁面形状は波紋形ダイヤフラム１が
この壁面に押し付けられて接触するときの変形形状に合
致した形状であるのに対して、凹所10の壁面形状は図１
に示すように滑らかな曲面であり、ダイヤフラム１がこ
の壁面に押し付けられて接触するときの変形形状に合致
した形状ではない。流体室14内の圧力変動に応じて、ダ
イヤフラム１がガス室13側へは少しだけ、そして流体室
14側には大きく移動し、このダイヤフラム１の移動によ
り、ダイヤフラム１は凹所８には接触するが、凹所10に
は接触しない。そして、波紋形ダイヤフラム１が接触す
る凹所８の表面の接触箇所は、伸長したダイヤフラム１
の略同心円状の凸部３、凹部４等の凸部及び凹部の対向
部分と対応した対称的な形状で、略同心円状の凹部82、
凸部81等の凸部及び凹部が交互に連続した形状とされ
る。例えば、ダイヤフラム１が流体室14側に伸長して、
ダイヤフラム１が凹所８の表面と全面的に接触すると
き、ダイヤフラム１の略同心円状の凸部３及び凹部４等
の凸部及び凹部の裏面は、凹所10に形成された凹部82、
凸部81等の凹部及び凸部に、それぞれぴったりと接触し
嵌合するように形成される。

【００１０】図２は、図１に示すものに較べ、凹所８及
び凹所10を深くし、波紋形ダイヤフラム1 の凸部及び凹
部の高さ、深さが大きく、凹凸の数が少ないダイヤフラ
ム式アキュムレータについて、実験により流体室14の圧
力を変化させ、そのときの波紋形ダイヤフラム１の位置
を測定した結果を図示したものである。図２において、
通常の使用状態で流体室14の圧力を上昇させると、位置
Ａまで上昇し、稀には位置Ｆ、位置Ｇまで移動するが、
それ以上の上昇は予定されない。次に、流体室14の圧力
を下降させると、ダイヤフラム１が流体室14側に伸長
し、順次に位置Ａから位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄへと移動
し、ついにダイヤフラム１が凹所８と全面的に接触する
位置Ｅに至る。ダイヤフラム１が移動するとき、ダイヤ
フラム１の弾性及び剛性と、略同心円状の凸部及び凹部
が交互に連続して形成されていることとにより、その変
形が拘束され、ダイヤフラム１は図２に示すように規則
的に伸縮し、局部的な曲げ方向の反転は生じない。

【００１１】図３には、本発明の波紋形ダイヤフラム用
容器をダイヤフラム弁に適用した第２実施例の要部が示
されている。第２実施例のダイヤフラム弁に用いられる
波紋形ダイヤフラム１は、金属製であるが、形状は第１
実施例に用いられるものと同様である。図３に示すよう
に、本発明の第２実施例のダイヤフラム弁には、弁箱70
と弁蓋71とがあり、弁箱70と弁蓋71との対向面には凹所
72（弁箱70側）及び凹所73（弁蓋71側）がある。凹所72
と凹所73との間に金属製の波紋形ダイヤフラム１が配置
される。そして、第１実施例の場合と同様に、凹所73の
壁面形状は、金属製の波紋形ダイヤフラム１の弾性力に
よってダイヤフラム１がこの壁面に押し付けられて接触
するときの変形形状（概ねダイヤフラム１と同形の波紋
状）に合致した形状である。凹所73の中央部にはシリン
ダ孔65が開口され、シリンダ孔65には弁棒の機能を持つ
ピストン66が摺動自在に嵌合されている。これに対し
て、凹所72の中央部には流入通路77が開口され、流入通
路77の開口の外周部に環状の弁シート78が突設される。
弁シート78の外周には環状の窪み80が形成され、窪み80
に流出通路79が開口している。そして、弁シート78の一
部は伸長したダイヤフラム１と相対する波紋形状に形成
されている。しかし、凹所72の壁面形状は、波紋形ダイ
ヤフラム１がこの壁面に押し付けられて接触するときの
変形形状には合致しない。ダイヤフラム１の外周部が挟
持部74とダイィフラム押え75によって挟持され、ダイヤ
フラム１によって凹所72側の第１室76と凹所73側の第２
室とに区画される。なお、弁シート78はピストン66の直
径よりも大きく設定されている。

【００１２】図３には、波紋形金属製ダイヤフラム１の
弾性力によって、波紋形ダイヤフラム１が凹所73の壁面
に押しつけられた状態が示されている。このとき、ダイ
ヤフラム１が弁シート78から最も離れた全開位置にある
ので、最大量の流体が流入通路77から弁シート78とダイ
ヤフラム１との間隙、第１室76、流出通路79を通って流
出する。ピストン66を弁シート78の方向に移動させる
と、ピストン66の先端部がダイヤフラム１の中央部２を
押圧し、ダイヤフラム１が弁シート78に近づき、弁シー
ト78とダイヤフラム１との間隙が減少し、第１室76を通
る流体の流量が減少する。ピストン66を弁シート78の方
向に更に移動させると、ダイヤフラム１の中央部２が弁
シート78に押圧され、第１室76を通る流体の流量がゼロ
になる。この時伸長したダイヤフラム１の一部が弁シー
ト78とぴったりと接触する。ピストン66を弁蓋71の方向
（図３で上方）に移動させると、ダイヤフラム１はそれ
自体の弾性力とダイヤフラム１の第１室76側に作用する
流体の力とにより、弁蓋71の方向に移動する。ダイヤフ
ラム１の移動に応じて、第１室76を通過する流体の流量
が増加し、ダイヤフラム１の移動によりダイヤフラム１
が凹所73に接触するに至る。そして、ダイヤフラム１が
接触する凹所73の表面の接触箇所は、伸長した波紋形ダ
イヤフラム１の略同心円状の凸部、凹部等の対向部分と
対応した対称的な形状で、波紋の凹部、凸部等が交互に
連続した形状とされる。ダイヤフラム１が弁蓋71側に移
動して、ダイヤフラム１が凹所73の表面と全面的に接触
するとき、ダイヤフラム１の略同心円状の凸部及び凹部
等は、凹所73に形成された凹部、凸部等に、それぞれぴ
ったりと接触し嵌合し合致するように形成される。

【００１３】図４は、第１実施例に使用されるダイヤフ
ラム１の部分拡大図である。このダイヤフラム１はゴム
等の弾性材料からなる弾性材料層６１と、弾性材料層６
１の内部又は一側に配設されたガス遮断層６２を有す
る。ガス遮断層６２は、織布または不織布などの補強材
の少なくとも一面に、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ
フッカビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂等からできたガ
ス透過性の低い樹脂膜或いは金属箔からなるガス遮蔽膜
を接着することにより形成される。しかし、補強材を省
略して、少なくとも一層のガス遮蔽膜によりガス遮断層
６２を形成することができる。ガス遮断層６２の直径は
弾性材料層６１の直径よりも小さく、ガス遮断層６２の
外周部分のダイヤフラムは弾性材料層６１のみによって
構成される。ガス遮断層６２は、その周縁部の両面の接
着部６３で弾性材料層６１に接着され、かつ流体室側で
弾性材料層６１に全面的に接着されている。図４に示す
ダイヤフラムを波紋形ダイヤフラム用容器に適用したと
き、ガス室からガス室側の弾性材料層６１に侵入したガ
スは、ガス遮断層６２に達した後にそのガス遮断層６２
の表面に沿って周縁部まで移動しても、接着部６３によ
って表面に沿った移動が阻止される。接着部６３に到達
したガスが漏洩するためには、ガス室側の弾性材料層６
１の内部及びガス遮断層６２の外周部の弾性材料層６１
の分子間を通過する必要があり、そうしたガスの通過量
は極めて少ない。

【００１４】

【発明の効果】本発明のダイヤフラムは、中央部が略円
形平板状とされ、略同心円状の凸部及び凹部が交互に連
続して形成されている。ダイヤフラムのこうした形状と
弾性及び剛性により、ダイヤフラムの変形が拘束され、
ダイヤフラムが全体としてガス室又は液体室の方向に移
動しているときに、略同心円状に形成された凸部及び凹
部はその曲げ（湾曲）方向を変えることがない。従っ
て、移動中のダイヤフラムは規則的に変形し、ダイヤフ
ラムの移動中における局部的な曲げ方向の反転がなく、
ダイヤフラムの耐久性が高く、寿命が長い。また、本発
明の波紋形ダイヤフラム用波型容器は、前記ダイヤフラ
ムが略椀状の凹所を有する二つの容器によって挟持さ
れ、前記容器の凹所の一方の壁面形状が、伸長したダイ
ヤフラムと相対する波紋形状に形成されたので、前記ダ
イヤフラムが一方の凹所へ伸びたとき、ダイヤフラムの
略同心円状の凸部及び凹部がその形状を維持しつつ、一
方の凹所の対向部分にぴったりと嵌合する。従って、ダ
イヤフラムがダイヤフラム装置の壁面に接触した場合
の、ダイヤフラムの局部的な曲げ方向の反転をなく、ダ
イヤフラムの耐久性が高く、寿命も長い。また、凹所の
一方の壁面形状が伸長したダイヤフラムと相対する波紋
形状に形成され、他の一方の一部形状を伸長したダイヤ
フラムと相対する波紋形状に形成し、前記内容と同じ効
果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の断面を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例の実験結果を示す図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例の要部の断面を示す図であ
る。

【図４】本発明の第１実施例に使用されるダイヤフラム
の部分断面図である。

【符号の説明】

１ ダイヤフラム ２ 中央部 ３ 凸部 ４ 凹部 ６ 本体 ７ 側板 ８ 凹所 ９ 凹所 70 弁箱 71 弁蓋 72 凹所 73 凹所 81 凸部 82 凹部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部が略円形平板状で、略同心円状の
   凸部及び凹部が交互に連続して形成された波形ダイヤフ
   ラムが略椀状の凹所を有する二つの容器によって挟持さ
   れ、前記容器の凹所の一方の壁面形状が、伸長したダイ
   ヤフラムと相対する波紋形状に形成された波紋形ダイヤ
   フラム用容器。
2. 【請求項２】 中央部が略円形平板状で、略同心円状の
   凸部及び凹部が交互に連続して形成された波形ダイヤフ
   ラムが略椀状の凹所を有する二つの容器により挟持さ
   れ、前記容器の凹所の一方の壁面形状が伸長したダイヤ
   フラムと相対する波紋形状に形成され、他の一方の一部
   形状が伸長したダイヤフラムと相対する波紋形状に形成
   された波紋形ダイヤフラム用容器。