JP4266618B2 - バルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体輸送配管に用いられるダイヤフラムを使用したバルブに関するものであり、さらに詳しくはダイヤフラムのシール性能を向上させたバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種化学薬液ラインや純水ライン等に用いられるダイヤフラムを用いたバルブにおいては、図５に示すようにダイヤフラム４９の環状嵌合部５６を本体４７の環状溝５１に嵌合させ、本体４７とボンネット４８との間で、環状嵌合部５６とその周縁部５５とを挟持固定させることによって流体の弁本体外部への漏れが防止されている。しかしながら、該シール方法では、長期間にわたる液体の圧力変動や温度変化等によって上記構成からなるシール部分がクリープしそのため流体が外部に漏れ出すという問題点がある。特にダイヤフラム材質として好適に使用されるポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥという）やテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下ＰＦＡという）などのフッ素樹脂の場合ではこの傾向が著しい。
【０００３】
これらを解決する手段として、本出願人は従来のダイヤフラムバルブを改良した、極めて簡単な構造で、シール部分がクリープしてもバルブ外部への液漏れのない安全性の高いダイヤフラムバルブを発明し先に出願した（特許文献１参照。）。その構造を図６に基づいて説明すると、ダイヤフラム５９の周縁部６６に環状嵌合部６７を設けて本体５７に設けた環状溝６２と嵌合させ、さらに該周縁部６６を弾性体６０（Ｏリング）を介してボンネット５８により本体５７に挟持させたことを特徴とするものであった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２７７５号公報（第４頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ダイヤフラムバルブでは本体やダイヤフラム等の材質にフッ素樹脂を使用しており、さらに長期間にわたって液体の圧力や温度が大きく変化するなど、シール部分のクリープが非常に進行しやすい条件下におかれた場合、バルブ外部への液漏れが発生する危険性があることがわかった。
【０００６】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは前記シール部分が流体の圧力変動や温度変化等によってクリープしても液漏れを生じさせない改良されたシール構造を有するバルブを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のバルブの構成を図１にもとづいて説明すると、本体１とボンネット２とによってダイヤフラム３の周縁部２０を挟持固定することによって、本体１内部の流体をシールする構造を有するバルブにおいて、本体１に設けられた内側側面と外側側面及び底面とで規定される環状溝１３に、ダイヤフラム３の周縁部に連続して下方に屈曲して設けられ断面が略Ｌ字形状に形成された環状嵌合部２１が、弾性体５（Ｏリング）によって環状溝１３の内側と底面に各々押圧された状態で嵌挿固定されていることを特徴としている。
また、本体に設けられた環状溝の内側側面が外側に向って下方に傾斜し、前記弾性体が環状溝の前記傾斜面に対応する傾斜した内周面を有していることを特徴としている。
【０００８】
本発明の構造を有するバルブとしては、ダイヤフラムバルブ、レギュレータ、流量制御弁等が好適なものとして挙げられる。
【０００９】
本発明において、本体及びボンネット等の材質は、耐薬品性に優れ不純物の溶出も少ないことから、ＰＴＦＥ或いはＰＦＡ等のフッ素系樹脂が好適に使用されるが、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン等のその他のプラスチックあるいは金属でも良く特に限定されるものではない。また、ダイヤフラムの材質はＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂が好適に使用されるが特に限定されるものではない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について図面を参照して説明するが、本発明が本実施態様に限定されないことは言うまでもない。
【００１１】
図１は本発明のバルブの第一の実施態様を示す要部縦断面図である。図２は図１におけるダイヤフラム外周部のシール部分を示す要部拡大縦断面図である。図３は本発明のバルブの第二の実施態様を示す要部拡大断面図である。図４は本発明のバルブの第三の実施態様を示す要部拡大断面図である。
【００１２】
以下、本発明の実施態様を示す図１及び図２に基づいて説明する。
【００１３】
図において１はＰＴＦＥ製のストップ弁型弁本体（以下本体と称する）であり内部に設けられた隔壁８により流体流入口６と流体流出口７とが隔離されている。９は流体流入口６と弁室１１とを連通する開口部であり、開口部９の周縁部は環状の弁座部１０となっている。１３は本体上部の周縁に設けられた環状溝であり、１２は環状溝１３の内側に設けられた平坦部であり、その上面は弁座部１０よりも上方かつ環状溝１３の外側壁の上面よりも下方に位置する。従って、環状溝１３の上部には段差部１４が形成されている。
【００１４】
２は本体１の上部にボルト・ナット等（図示せず）で嵌合固定されているボンネットであり、底部周縁部には本体１に設けられた段差部１４に嵌挿される環状の突部１５が設けられている。下面中央には貫通口１６が設けられており、コンプレッサ４を上下摺動自在の状態で支持している。貫通口１６の下にはその径よりも大きく設けられた円形状の凹部１７が設けられ、該凹部１７の外縁と前記突部１５の内側端とを結ぶ底面は外側に向かって傾斜面となっている。
【００１５】
３はＰＴＦＥ製のダイヤフラムであり中央下面にはボンネット２の凹部１７に受容される弁体１８が設けられている。弁体１８の中央部上面には雄ねじ部２２が突出して設けられており、コンプレッサ４の端部に螺合にて固定されている。すなわち弁体１８はコンプレッサ４の上下動に伴って、上下に移動可能であり本体１の弁座部１０に圧接離間され、流体の閉止或いは開放を行うことが可能となっている。弁体１８の周縁には膜部１９、その周縁部２０に連続して下方に屈曲して設けられた略Ｌ字形状の環状嵌合部２１が一体的に形成されている。周縁部２０は本体１の平坦部１２とボンネット２の突部１５とによって挟持固定されており、環状嵌合部２１は本体１の環状溝１３に嵌合固定され、外側側面は弾性体の一つであるふっ素ゴム製のＯリング５によって内側に押圧されており、底面はボンネット２の突部１５によってＯリング５を押圧することにより、環状溝１３の底面に押圧されている。ここで、環状嵌合部２１の形状は傾斜したＬ字形に設けられているもの（図３参照）や、底面が水平ではなく曲面上に設けられている形状であってもよく、環状溝１３に倣う形状であれば特に限定されるものではない。
【００１６】
上記の構成からなる本実施態様の作動は次のとおりである。
図１においてバルブ内に流体を流すと、該流体は流体流入口６、開口部９、ダイヤフラム３との間に形成される弁室１１を通過し流体流出口７へと流出する。このとき弁室１１に達した流体はその圧力の作用によりダイヤフラム３の周縁部２０及び環状嵌合部２１と本体１とのクリアランスを通過してバルブ外部へと流出しようとする。
【００１７】
しかし、周縁部２０及び環状嵌合部２１はボンネット２によって本体１の平坦部１２及び環状溝１３に密接に挟持固定されているので流体のバルブ外部への流出は阻止される。
また、流体圧力や温度が長期間にわたって変動することにより、ダイヤフラム３の周縁部２０及び環状嵌合部２１がクリープしたり、または本体１の平坦部１２及び環状溝１３が歪むなどしても環状嵌合部２１はボンネット２の突部１５とＯリング５の弾性作用によって常に環状溝１３に押圧されているため、環状溝１３と環状嵌合部２１との間のクリアランスは拡大することなく、流体のバルブ外部への流出は阻止される。
【００１８】
また、本実施態様のごとく弾性体としてＯリング５を使用することによりダイヤフラム３の環状嵌合部２１の側面及び底面を同時にそれぞれ本体１の環状溝１３の内側側面及び底面に集中的に押圧させるという目的を最も効果的に達成できるとともに、弾性体自体のクリープを最小限に阻止できるため、前記弾性作用を長期にわたって可能ならしめるという相乗効果をも合わせ持つことができる。また、万が一異物の混入等の要因によってダイヤフラム３のシール部分に傷が生じるといったトラブルが発生した場合においても、Ｏリング５は本体１の環状溝１３の外壁面にも同時に押圧されているため、最終的にはＯリング５と環状溝１３の間において流体を封止することができ、すなわちバルブの外部に流体が漏れ出すことはない。ここで、Ｏリング５の材質は優れた耐薬品性能を有するふっ素ゴムが好適に用いられるが、使用条件に適した性能を有するものであればいづれでもよく、またＯリング５の代わりにシート状パッキンやゴム状プラスチック等の弾性体を使用してもよく特に限定されるものではない。
【００１９】
次に外部からの駆動力によりコンプレッサ４を下方に移動させるとそれに連動しダイヤフラム３の弁体１８も下方へと移動し本体１の弁座部１０に当接し、さらに押圧されて開口部９が完全に遮断され弁は閉止状態となる。また、これとは逆の作用でコンプレッサ４を上方に移動させると弁体１８も上方へと移動し弁座部１０から離間して、弁体１８はボンネット２の凹部１７内に収容され、弁体１８上面が該凹部１７上面に接触し、一方膜部１９はボンネット２の傾斜面と接触することにより上方移動が阻止され、弁は全開状態となる（図１の状態）。
【００２０】
図３は本発明のバルブの第二の実施態様を示した要部拡大縦断面図である。本実施態様の構成において、第一の実施態様と異なる点は環状溝２８の内側側面が傾斜して設けられており、ダイヤフラム２５の環状嵌合部３３も環状溝２８に設けられた勾配と同角度に傾斜して設けられている点と、弾性部材として該勾配と同角度の傾斜を内周に有するパッキン２６が使用されている点であり、他の構成は第一の実施態様と同じであるので説明は省略する。
【００２１】
本実施態様のシール構造によれば、環状溝２８の内側側面に勾配が設けられており、平坦部２７の肉厚が大きく形成され、すなわち平坦部２７の強度が上昇しているため、長期間にわたる流体圧力や温度の変動によっても平坦部２７が内側に倒れ込むように変形するのを防ぐことができ、初期のシール性能を長期間にわたって保つことができる。
【００２２】
図４は本発明のバルブの第三の実施態様を示した要部拡大縦断面図である。本実施態様の構成において、第一の実施態様と異なる点は本体３４の平坦部３８の上面、及び環状溝３９の底部に断面三角形状の環状突起４５，４６がそれぞれ設けられている点であり、他の構成は第一の実施態様と同じであるので説明は省略する。
【００２３】
本実施態様のシール構造によれば、ダイヤフラム３６の周縁部４３の下面と環状嵌合部４４の底面はそれぞれ環状突起４５，４６に押圧されているので流体のバルブ外部への流出はここで阻止される。またこれら環状突起４５，４６とダイヤフラム３６との接触面積は極小となり、すなわち押圧力が集中するため、そのシール効果は極めて大きなものとなる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は以上説明したような構造をしており、長期間にわたる流体圧力及び温度の変動によってシール部分がクリープしてもバルブ外部への流体漏れのない、極めて安全性の高い流体制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルブの第一の実施態様を示す要部縦断面図である。
【図２】図１におけるダイヤフラム外周部のシール部分を示す要部拡大縦断面図である。
【図３】本発明のバルブの第二の実施態様を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明のバルブの第三の実施態様を示す要部拡大断面図である。
【図５】従来技術の要部拡大縦断面図である。
【図６】他の従来技術の要部拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１…本体
２…ボンネット
３…ダイヤフラム
５…Ｏリング
１２…平坦部
１３…環状溝
１４…段差部
１５…突部
１９…膜部
２０…周縁部
２１…環状嵌合部

Claims (2)

1. 本体とボンネットとによってダイヤフラムの周縁部を挟持固定することによって、本体内部の流体をシールする構造を有するバルブにおいて、本体に設けられた内側側面と外側側面及び底面とで規定される環状溝に、ダイヤフラムの周縁部に連続して下方に屈曲して設けられ断面が略Ｌ字形状に形成された環状嵌合部が、弾性体によって環状溝の内側と底面に各々押圧された状態で嵌挿固定されていることを特徴とするバルブ。
2. 本体に設けられた環状溝の内側側面が外側に向って下方に傾斜し、前記弾性体が環状溝の前記傾斜面に対応する傾斜した内周面を有している請求項１に記載のバルブ。

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