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WO2020261952A1 - ダイヤフラムバルブ - Google Patents

ダイヤフラムバルブ Download PDF

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Publication number
WO2020261952A1
WO2020261952A1 PCT/JP2020/022461 JP2020022461W WO2020261952A1 WO 2020261952 A1 WO2020261952 A1 WO 2020261952A1 JP 2020022461 W JP2020022461 W JP 2020022461W WO 2020261952 A1 WO2020261952 A1 WO 2020261952A1
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WO
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diaphragm
valve
pressure
fluid
piston
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/022461
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
石橋　圭介
俊英 吉田
薬師神　忠幸
山路　道雄
篠原　努
Original Assignee
株式会社フジキン
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社フジキン filed Critical 株式会社フジキン
Priority to US17/622,756 priority Critical patent/US20220275871A1/en
Priority to JP2021527607A priority patent/JPWO2020261952A1/ja
Priority to SG11202113065VA priority patent/SG11202113065VA/en
Priority to KR1020217041919A priority patent/KR20220011700A/ko
Priority to CN202080042313.7A priority patent/CN113924435A/zh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
    • F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
    • F16K7/17—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being actuated by fluid pressure
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    • F16K31/36—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor
    • F16K31/365—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor the fluid acting on a diaphragm
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K39/00—Devices for relieving the pressure on the sealing faces
    • F16K39/02—Devices for relieving the pressure on the sealing faces for lift valves

Definitions

  • the present invention relates to a fluid control valve and a diaphragm valve that can be suitably used as a shutoff valve for opening and closing a high-pressure or high-temperature fluid.
  • a valve body having a fluid flow rate, a diaphragm that abuts / separates from the valve seat to open / close the flow path, and a diaphragm retainer that presses the diaphragm.
  • Patent Document 1 An actuator that moves the water up and down.
  • the operating pressure is applied by supplying operating air to the built-in actuator. Since thrust (pushing pressure) repeatedly acts between the valve seat and the diaphragm (seal portion) as the flow path opens and closes, its durability is important.
  • a control valve that opens and closes a high-pressure fluid generally has a metal seal structure in which the valve seat formed on the valve body and the diaphragm in contact with the valve seat are both made of metal, but the valve seat or the valve body has a metal seal structure. Scratches not only shorten the life of the valve, but also generate fine particles of these members from the contact surfaces of the valve seat and diaphragm, which are mixed into the fluid to be processed passing through the valve. It also causes contamination of the fluid to be treated.
  • An object of the present invention is to provide a control valve having excellent durability performance without being restricted by applications such as high pressure and high temperature, and suppressing the generation of particles.
  • a valve body having an inflow passage and an outflow passage for fluid and a valve seat formed on the periphery of the inflow passage in the valve body are brought into contact with and separated from the valve seat.
  • a diaphragm that communicates and shuts off the inflow passage and the outflow passage, a diaphragm retainer that presses the central portion of the diaphragm, and an actuator that moves the diaphragm retainer are provided, and a closing pressure between the valve seat and the diaphragm is provided.
  • It is a diaphragm valve having an adjustment mechanism for adjusting the pressure to a predetermined pressure.
  • the thrust acting between the diaphragm and the valve seat when the flow path is closed can completely close the flow path even if the pressure on the inflow passage side and the pressure on the outflow passage side change. It was set to a value that could be achieved (maximum thrust), and even if the pressure on the inflow passage side and the pressure on the outflow passage side changed, the maximum thrust always acted.
  • the thrust acting between the diaphragm and the valve seat (closing the valve) when the flow path is closed responds to the change when the pressure on the inflow passage side changes. , Adjusted to an appropriate value that can completely close the flow path.
  • the closing pressure is the pressure applied to the diaphragm to stop the flow of fluid. If an excessive closing pressure is applied to the contact surface between the diaphragm and the valve seat, the contact surface will be finely scratched, which may shorten the life of the valve. Since fine particles may be generated from the contact surface, if the fine particles are mixed with the fluid to be processed passing through the valve, the fluid to be processed will be contaminated.
  • the shape of the flow path (in which direction the pressure on the inflow passage side is acting) is taken into consideration, and whether the type is always open or always closed is taken into consideration. Therefore, the closing pressure between the valve seat and the diaphragm is controlled to be an appropriate pressure.
  • the present invention (2) is characterized in that the predetermined pressure is in the range of 105 to 140% of the pressure on the upstream side of the diaphragm when the diaphragm is in contact with the valve seat (2). This is the diaphragm valve of 1).
  • the inventors of the present invention have repeated many experiments, and in a valve having a metal diaphragm and a metal valve seat, scratches generated on the contact surface between the diaphragm and the valve seat and particles generated by repeated opening and closing of the valve. It was found that the amount of was related to the closing pressure of the valve. This discovery led to the present invention.
  • the diaphragm valve is a normally closed type that is normally closed, and the actuator urges a piston connected to the diaphragm retainer and the piston in the closing direction of the valve.
  • the diaphragm valve of the present invention (1) or (2) is provided with a spring and a fluid pressurizing mechanism for urging the piston in the opening direction of the valve, and the adjusting mechanism is a movable member for adjusting the amount of deflection of the spring. Is.
  • the normally closed type diaphragm valve which is always closed, is fully closed when it is urged by an urging member such as a spring, and the maximum pressure acts between the diaphragm and the valve seat.
  • an urging member such as a spring
  • the closing pressure acting between the diaphragm and the valve seat is not adjusted.
  • the closing pressure acting between the diaphragm and the valve seat can be adjusted by the adjusting mechanism.
  • the diaphragm retainer In a normally closed type diaphragm valve, the diaphragm retainer is moved by a spring, so it is possible by providing a movable member that adjusts the amount of deflection of this spring.
  • the pressure of the fluid flowing through the valve depends on the intended use of the valve and may vary from day to day, even for the same valve installed. At that time, if the pressure of the fluid flowing through the valve is low, the amount of deflection of the spring is reduced, and if the pressure of the fluid flowing through the valve is high, the amount of deflection of the spring is increased to adjust the closing pressure of the diaphragm valve. It becomes possible to do.
  • the diaphragm valve is a normally open type that is normally open, and the actuator urges a piston connected to the diaphragm retainer and the piston in the closing direction of the valve.
  • a fluid pressurizing mechanism and a spring for urging the piston in the opening direction of the valve are provided, and the adjusting mechanism is provided in the middle of the fluid passage of the fluid pressurizing mechanism to control the pressure of the fluid. It is a diaphragm valve of the present invention (1) or (2) which is a valve.
  • the normally open type diaphragm valve which is always open, is fully closed when the operating pressure by the fluid pressurizing mechanism is maximized, and the maximum pressure acts between the diaphragm and the valve seat.
  • the closing pressure acting between the diaphragm and the valve seat is not adjusted.
  • the closing pressure acting between the diaphragm and the valve seat can be adjusted by the adjusting mechanism.
  • the diaphragm retainer In a normally open type diaphragm valve, the diaphragm retainer is moved by a piston in the actuator, and this piston is moved by a fluid pressurizing mechanism that urges the valve in the closing direction.
  • the fluid pressurizing mechanism drives the piston by flowing operating air or the like to apply pressure to the piston. By adjusting the pressure of the fluid flowing through the fluid pressurizing mechanism, the closing pressure can be adjusted.
  • the pressure of the fluid flowing through the valve differs depending on the purpose of use of the valve, and even if the same valve is installed, it may differ from day to day. At that time, if the pressure of the fluid to be processed flowing through the valve is low, the pressure flowing through the fluid pressurizing mechanism is reduced, and if the pressure of the fluid to be processed flowing through the valve is high, the pressure of the fluid flowing through the fluid pressurizing mechanism is reduced. It becomes possible to adjust the closing pressure of the diaphragm valve by increasing.
  • the closing pressure acting between the valve body and the valve seat when the flow path is closed is adjusted to an appropriate value, so that the durability of the diaphragm and the valve seat is improved. Further, since it is possible to suppress the generation of fine particles from the contact surface between the diaphragm and the valve seat, it is possible to reduce the contamination of the fluid to be processed flowing through the valve.
  • top and bottom shall mean the top and bottom of the figure. This "up and down” is for convenience, and when installed, it may be upside down or horizontal.
  • the diaphragm valve 1 vertically raises and lowers the valve body 2 in which the fluid passage is formed, the diaphragm 30 that opens and closes the flow path of the valve body 2, and the diaphragm retainer 31 that presses the diaphragm 30. It includes an actuator 4 that drives in the direction.
  • an inflow port 21 through which the fluid enters, an inflow passage 22 which is a fluid passage, an outflow passage 23, and an outflow outlet 24 through which the fluid exits are formed.
  • a bonnet 26 that protrudes upward and has a recess formed inside, and a valve seat 25 that abuts and separates from the diaphragm 30 is formed on the peripheral edge of the upper opening of the inflow passage 22.
  • the diaphragm 30 is pressed and fixed from above by the pressing adapter 32 to the bottom of the recess inside the bonnet 26, and the upper shaft portion of the diaphragm retainer 31 is inserted in the center of the pressing adapter 32 and is horizontal.
  • An air removal hole 33 for removing air is formed in the direction.
  • the actuator 4 has two casings, an upper casing 44 and a lower casing 43, and the lower casing 43 has a downward protruding portion, and the protruding portion is provided with a recess that opens downward. There is.
  • a holding adapter 32 is housed in this recess, and a male screw cut on the outer circumference of the bonnet 26 and a female screw cut on the inner wall of the recess of the lower casing 43 are screwed together.
  • An air removal hole 33 for removing air is also formed in the lower part of the lower casing 43.
  • the upper casing 44 has a substantially cylindrical shape
  • the lower casing 43 has a recess formed in the upper portion, and a male screw cut in the upper recessed outer wall of the lower casing 43 and a lower inner wall of the upper casing 44. It is screwed with the cut female screw.
  • a piston 41 is provided inside the actuator 4, and a piston lower surface protrusion 41a for pressing the crown of the diaphragm retainer 31 is formed on the lower surface of the piston 41, and the piston lower surface protrusion 41a is on the lower side. It penetrates into the through hole formed in the center of the casing 43.
  • FIG. 1 shows the fully closed state of the normally closed type diaphragm valve 1
  • FIG. 2 shows the fully opened state of the normally closed type diaphragm valve 1.
  • a female screw is cut on the upper inner surface of the upper casing 44, and a movable member 5 which is an adjusting mechanism in which a male screw to be screwed with the female screw is cut on the outer circumference is screwed.
  • a movable member lower protruding portion 53 projecting downward from the lower surface is formed in the lower portion of the movable member 5, and a movable member concave portion is a recess in which the piston upper protruding portion 41b protruding from the upper surface of the piston 41 is fitted.
  • the place 51 is formed.
  • An O-ring 46 for maintaining airtightness is arranged on the piston 41.
  • An annular groove for accommodating the lower end of the spring 42 is formed on the upper surface of the piston 41.
  • the upper side of the spring 42 is in contact with the lower surface of the movable member 5 so as to accommodate the lower protruding portion 53 of the movable member.
  • the spring 42 is arranged between the piston 41 and the movable member 5 and acts to push down the piston 41 from top to bottom.
  • High-pressure fluid flows through the inflow passage 22 and the outflow passage 23. Since the high-pressure fluid is present in the opening of the inflow passage 22 on the diaphragm 30 side, a pressure is applied to the lower surface of the diaphragm 30 to push it upward by the high-pressure fluid.
  • the position of the movable member 5 is adjusted according to the degree of pressure of the high-pressure fluid, and the amount of deflection of the spring 42 is adjusted.
  • the method of adjusting is such that the downward pressing force of the spring 42 applies a closing pressure of 105 to 140% of the pressure of the high pressure fluid to the upper surface of the diaphragm 30.
  • the amount of deflection of the spring 42 is adjusted so that a pressing force of the product of the area of the circle within the range supported by the valve seat 25 and the pressure of the high-pressure fluid is 105 to 140%.
  • FIGS. 3 and 4 show a normally open type diaphragm valve 1
  • FIG. 3 shows a fully open state
  • FIG. 4 shows a fully closed state.
  • the adjusting mechanism is composed of a flow rate adjusting valve 6.
  • the springs 42 arranged on the upper surface side of the lower casing 43 and the lower surface side of the piston 41 act to push up the piston 41 upward.
  • the piston 41 is provided with an O-ring 46 in order to maintain the airtightness inside the actuator 4.
  • the operating air introduced from the operating air inlet 52 passes through the operating air passage 52a and enters the adjusting mechanism (pressure control valve) 6 surrounded by the dotted line.
  • the pressure control valve 6 is a so-called air regulator, and is not particularly limited as long as it has an air regulator configuration. However, in the configuration of the present embodiment, a male screw is cut from the right side on the outer periphery and an air bleeding hole 61a is provided. Adjustment screw 61, pressure control valve first spring 63, adjustment piston 62, pressure control valve valve seat 69, pressure control valve body 67 with pressure control valve valve body contact portion 68, pressure control valve second spring 66, It has a fixing member 65 and a sealing plug 64, and is provided with an O-ring 70 for maintaining airtightness inside.
  • the adjusting piston 62 When the adjusting screw 61 is rotated and moved to the adjusting piston 62 side, the adjusting piston 62 is pressed to move to the left by the urging force of the pressure control valve first spring 63.
  • the pressure control valve body 67 moves to the left, and the gap 71 between the pressure control valve body contact portion 68 and the valve seat 69 of the pressure control valve 6 becomes wider.
  • the gap 71 becomes wide, the operating air can easily pass through, the pressure of the fluid rises, and the pressure applied to the piston 41 increases.
  • high-pressure fluid flows through the inflow passage 22 and the outflow passage 23. Since the high-pressure fluid is present in the opening of the inflow passage 22 on the diaphragm 30 side, a pressure is applied to the lower surface of the diaphragm 30 to push it upward by the high-pressure fluid.
  • the position of the adjusting screw 61 is adjusted in order to adjust the size of the gap 71 according to the degree of pressure of the high-pressure fluid.
  • the method of adjusting is such that the downward pressing force of the operating air is such that a closing pressure of 105 to 140% of the pressure of the high-pressure fluid is applied to the upper surface of the diaphragm 30.
  • the amount of the gap 71 is adjusted so that the pressing force of the product of the area of the circle within the range supported by the valve seat 25 and the pressure of 105 to 140% of the pressure of the high-pressure fluid is applied to the diaphragm 30.
  • the number of fine particles generated was measured by the CPC method.
  • the CPC method is a method of measuring the number of particles using a technique called nuclear condensation, and it is possible to detect even minute particles in the nano region, which cannot be measured by a particle counter by a normal laser method, by increasing the particle size. How to do it.
  • the target particle size is all particles of 0.004 ⁇ m to 3.0 ⁇ m.
  • the measuring instrument was MODEL 3775 manufactured by TSI Holdings Co., Ltd. This measuring instrument is an alcohol condensate type particle counter.
  • the suction amount of the double pipe inner pipe is 0.3 L / min
  • the particle count suction amount is 0.01 cf / min (0.3 L / min)
  • the data sampling time is every 2 seconds
  • the opening and closing of the test product is 1 second. It was opened for 1 second, the test time was 10 minutes (opened and closed 300 times), the flowing fluid was nitrogen gas, the flow rate was 0.1 L / min, and the temperature of the test product was 25 ° C.
  • the sealing pressure is the pressure of the fluid flowing into the inflow passage 22 of the diaphragm valve 1
  • the sealing pressure is the pressure for pressing the diaphragm 30.
  • Figure 5 is a graph of Table 1. Looking at FIG. 5, when the sealing pressure / sealing pressure (%) is 140% as a boundary, the number of generated particles increases remarkably when it exceeds 140%, and when it is 140% or less, the number of generated particles increases. It can be seen that it is significantly suppressed.
  • the diaphragm valve according to the present invention can be suitably used as a shutoff valve for opening and closing a high-pressure or high-temperature fluid with a long life, and can reduce the generation of particles due to the opening and closing of the valve.
  • Diaphragm valve 2 Valve body 4: Actuator 5: Movable member (adjustment mechanism) 6: Pressure control valve (adjustment mechanism) 21: Inflow port 22: Inflow passage 23: Outflow passage 24: Outflow outlet 25: Valve seat 26: Bonnet 30: Diaphragm 31: Diaphragm retainer 32: Presser adapter 41: Piston 41a: Piston lower protrusion 41b: Piston upper protrusion 42: Spring 43: Lower casing 44: Upper casing 45: Operation air passage 46: O-ring 51: Movable member recess 52: Operation air inlet 52a: Operation air passage 53: Movable member lower protrusion 61: Adjusting screw 61a : Air bleeding hole 62: Adjusting piston 63: Pressure control valve 1st spring 64: Sealing plug 65: Fixing member 66: Pressure control valve 2nd spring 67: Pressure control valve Valve body 68: Pressure control valve valve body contact portion 69: Pressure control valve Valve seat 70: O-ring 71:

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Abstract

高圧用や高温用などの用途に制約されずに優れた耐久性能を有し、パーティクルの発生が抑えられた制御弁を提供する。　流体の流入流路（２２）及び流出通路（２３）を形成したバルブボディ（２）と、当該バルブボディ内の流入通路の周縁に形成される弁座（２５）と、当該弁座に当接・離間することで流入通路と流出通路の連通・遮断を行うダイヤフラム（３０）と、当該ダイヤフラムの中央部を押圧するダイヤフラム押さえ（３１）と、当該ダイヤフラム押さえを移動させるアクチュエータ（４）と、を備え、前記弁座と前記ダイヤフラムとの間の閉止圧力を所定の圧力に調整する調整機構を有する。

Description

ダイヤフラムバルブ
　この発明は、流体の制御弁に関し、高圧または高温の流体の開閉を行う遮断弁として好適に使用することができるダイヤフラムバルブに関する。
　流体の流量を調節し、開閉を行うことができる制御弁として、流体の流路を有するバルブボディと、弁座に当接・離間して流路を開閉するダイヤフラムと、ダイヤフラムを押圧するダイヤフラム押さえを上下動させるアクチュエータとを備えているものが知られている（特許文献１）。
再表２０１５／０２０２０９号公報
　上記の制御弁において、操作圧力は内蔵されたアクチュエータに操作エアが供給されることで付与される。弁座とダイヤフラムとの間（シール部）には、流路の開閉に伴って推力（押圧力）が繰り返し作用することから、その耐久性が重要となる。
　例えば、高圧の流体の開閉を行う制御弁は、一般的にバルブボディに形成された弁座および弁座に当接するダイヤフラムがいずれも金属製のメタルシール構造であるが、弁座または弁体にキズが付くと、バルブの寿命が短くなるばかりでなく、弁座及びダイヤフラムの当接面から、これらの部材の微細なパーティクルが発生し、それがバルブを通過する被処理流体内に混入して、被処理流体の汚染の原因ともなる。
　この発明の目的は、高圧用や高温用などの用途に制約されずに優れた耐久性能を有し、パーティクルの発生が抑えられた制御弁を提供することにある。
　本発明（１）は、流体の流入流路及び流出通路を形成したバルブボディと、当該バルブボディ内の流入通路の周縁に形成される弁座と、当該弁座に当接・離間することで流入通路と流出通路の連通・遮断を行うダイヤフラムと、当該ダイヤフラムの中央部を押圧するダイヤフラム押さえと、当該ダイヤフラム押さえを移動させるアクチュエータと、を備え、前記弁座と前記ダイヤフラムとの間の閉止圧力を所定の圧力に調整する調整機構を有しているダイヤフラムバルブである。
　従来の制御弁では、流路の閉止時にダイヤフラムと弁座との間に作用する推力は、流入通路側の圧力および流出通路側の圧力が変化しても、流路を完全に閉止することができる値（最大推力）に設定されており、流入通路側の圧力および流出通路側の圧力が変化しても、最大推力が常時作用するようになっていた。
　これに対し、この発明のダイヤフラムバルブでは、流路の閉止時にダイヤフラムと弁座との間に作用する（バルブを閉止する）推力は、流入通路側の圧力が変化した場合に、変化に応じて、流路を完全に閉止することができる適切な値に調整される。閉止圧力とは、流体の流れを止めるために、ダイヤフラムのかけられる圧力をいう。過大なる閉止圧力が、ダイヤフラムと弁座の当接面にかかると、その当接面に微細な傷が入り、バルブの寿命低下の原因ともなる。当接面からは、微細なパーティクルが発生する可能性があるので、その微細なパーティクルが、バルブを通過する被処理流体に混入すると被処理流体が汚染されることになる。
　推力を適切な値に調整するに際しては、流路形状（流入通路側の圧力がどの方向に作用しているか）が考慮されるとともに、常時開型であるか常時閉型であるかが考慮されて、弁座とダイヤフラムとの間の閉止圧力が適切な圧力になるように制御される。
　本発明（２）は、前記所定の圧力が、前記ダイヤフラムが前記弁座に当接している時の前記ダイヤフラムより上流側の圧力の１０５～１４０％の範囲であることを特徴とする本発明（１）のダイヤフラムバルブである。
　本発明の発明者らは、数多くの実験を繰り返し、金属製ダイヤフラムと金属製弁座を有するバルブにおいて、ダイヤフラムと弁座の当接面に発生する傷と、バルブの開閉の繰り返しによって発生するパーティクルの量が、バルブの閉止圧力と関係することを発見した。この発見により本発明に到った。
　ダイヤフラムが弁座に当接している時のダイヤフラムより上流側の流体の圧力の１０５～１４０％の範囲の付勢(閉止)圧力を加えれば、ダイヤフラムと弁座の当接面に発生する傷と、バルブの開閉の繰り返しによって発生するパーティクルは極めて少なく抑えられることが分かった。１０５～１３５％であればより好ましく、１０５～１２５％であればさらにより好ましい。
　下限値の１０５％は、ダイヤフラムの凹面に接する被処理流体からの圧力を差し引くと、ダイヤフラムと弁座の当接面には、被処理流体の圧力の５％の圧力がかかり、この圧力によって、バルブを閉状態に維持することができる。上限値の１４０％は、ダイヤフラムの凹面に接する被処理流体からの圧力を差し引くと、ダイヤフラムと弁座の当接面には、被処理流体の圧力の４０％の圧力がかかり、この範囲であれば傷の発生とパーティクルの発生は、極めて少なく抑えることができる。上限値は、この範囲であれば、小さければ小さいほど好ましい。
　本発明（３）は、前記ダイヤフラムバルブは、通常は閉となるノーマルクローズタイプであって、前記アクチュエータは、前記ダイヤフラム押さえと連結しているピストンと、当該ピストンをバルブの閉方向に付勢するスプリングと、前記ピストンをバルブの開方向に付勢する流体加圧機構を備え、前記調整機構は、前記スプリングのたわみ量を調整する可動部材である本発明（１）または（２）のダイヤフラムバルブである。
　常時閉型のノーマルクローズタイプのダイヤフラムバルブは、ばね等の付勢部材で付勢された状態が全閉状態となり、ダイヤフラムと弁座との間に最大圧力が作用する。従来のダイヤフラムバルブでは、ダイヤフラムと弁座との間に作用する閉止圧力は調整されていなかった。この発明の制御弁では、調整機構により、ダイヤフラムと弁座との間に作用する閉止圧力を調整できる。
　ノーマルクローズタイプのダイヤフラムバルブにおいては、ダイヤフラム押さえはスプリングにより移動せられるので、このスプリングのたわみ量を調節する可動部材を設けることによって可能となる。バルブを流れる流体の圧力は、バルブの使用目的によって異なり、設置された同一のバルブであっても、日によって異なる場合もある。その際に、バルブを流れる流体の圧力が低い場合は、スプリングのたわみ量を小さくし、バルブを流れる流体の圧力が高い場合は、スプリングのたわみ量を大きくして、ダイヤフラムバルブの閉止圧力を調整することが可能となる。
　本発明（４）は、前記ダイヤフラムバルブは、通常は開となるノーマルオープンタイプであって、前記アクチュエータは、前記ダイヤフラム押さえと連結しているピストンと、当該ピストンをバルブの閉方向に付勢する流体加圧機構と、前記ピストンをバルブの開方向に付勢するスプリングを備え、前記調整機構は、前記流体加圧機構の流体の通路の途中に設けられた、流体の圧力を調節する圧力制御弁である本発明（１）または（２）のダイヤフラムバルブである。
　常時開型のノーマルオープンタイプのダイヤフラムバルブは、流体加圧機構による操作圧力が最大とされた状態が全閉状態となり、ダイヤフラムと弁座との間に最大圧力が作用する。従来のダイヤフラムバルブでは、ダイヤフラムと弁座との間に作用する閉止圧力は調整されていなかった。この発明の制御弁では、調整機構により、ダイヤフラムと弁座との間に作用する閉止圧力を調整できる。
　ノーマルオープンタイプのダイヤフラムバルブにおいては、ダイヤフラム押さえはアクチュエータ内のピストンにより移動せられ、このピストンは、バルブの閉方向に付勢する流体加圧機構によって移動せられる。流体加圧機構は、操作エア等を流して、ピストンに圧力をかけて、ピストンを駆動する。この流体加圧機構に流す流体の圧力を調整することによって、閉止圧力を調整することが可能となる。
　バルブを流れる流体の圧力は、バルブの使用目的によって異なり、設置された同一のバルブであっても、日によって異なる場合もある。その際に、バルブを流れる被処理流体の圧力が低い場合は、流体加圧機構に流す圧力を小さくし、バルブを流れる被処理流体の圧力が高い場合は、流体加圧機構に流す流体の圧力を大きくして、ダイヤフラムバルブの閉止圧力を調整することが可能となる。
　この発明のダイヤフラムバルブによると、流路の閉止時に弁体と弁座との間に作用する閉止圧力が適切な値に調整されるので、ダイヤフラムおよび弁座の耐久性が向上する。また、ダイヤフラムと弁座の当接面から微細なパーティクルの発生を抑えることができるので、バルブを流れる被処理流体の汚染を低減することができる。
ノーマルクローズタイプのダイヤフラムバルブの全閉状態を示す。 ノーマルクローズタイプのダイヤフラムバルブの全開状態を示す。 ノーマルオープンタイプのダイヤフラムバルブの全開状態を示す。 ノーマルオープンタイプのダイヤフラムバルブの全閉状態を示す。 ノーマルクローズタイプのダイヤフラムバルブの１開閉当たりのパーティクル発生個数と封止圧力／封入圧力（％）の関係を示す。
　この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、上下は、図の上下をいうものとする。この「上下」は便宜的なもので、設置に際しては、上下が逆になったり、水平になったりすることもある。
　図１から図４までに示すように、ダイヤフラムバルブ１は、流体通路が形成されたバルブボディ２と、バルブボディ２の流路を開閉するダイヤフラム３０と、ダイヤフラム３０を押圧するダイヤフラム押さえ３１を上下方向に駆動するアクチュエータ４を備えている。
　バルブボディ１の内部には、流体が入る流入口２１、流体の通路である流入通路２２、流出通路２３及び流体が出てゆく流出口２４が形成されている。バルブボディ２の上部には、上方に突出し、内部に凹所が形成されているボンネット２６があり、流入通路２２の上方開口周縁に、ダイヤフラム３０と当接・離間する弁座２５が形成されている。
　ダイヤフラム３０は、ボンネット２６内部の凹所の底部に押さえアダプタ３２によって、上方から押圧されて固定されており、押さえアダプタ３２の中央には、ダイヤフラム押さえ３１の上部軸部が挿入しており、水平方向にはエヤ抜きのためのエヤ抜き孔３３があけられている。
　アクチュエータ４は、上側ケーシング４４と下側ケーシング４３の２つのケーシングを有し、下側ケーシング４３は、下方に突出部を有し、その突出部には、下方に開口した凹所が設けられている。この凹所には、押さえアダプタ３２が収納され、ボンネット２６の外周に切られた雄ねじと、下側ケーシング４３の凹所内壁に切られた雌ねじとは螺合している。下側ケーシング４３下部にも、エヤ抜きのためのエヤ抜き孔３３があけられている。
　上側ケーシング４４は、略円筒形状をしており、下側ケーシング４３は、上部に凹所が形成され、下側ケーシング４３の上部凹所外壁に切られた雄ねじと、上側ケーシング４４の下部内壁に切られた雌ねじと螺合している。アクチュエータ４の内部には、ピストン４１が備えられており、ピストン４１の下面には、ダイヤフラム押さえ３１の頭頂部を押圧するピストン下面突出部４１ａが形成され、このピストン下面突出部４１ａは、下側ケーシング４３の中央にあけられた貫通孔に貫入している。
　図１は、ノーマルクローズタイプのダイヤフラムバルブ１の全閉状態を示し、図２は、同じくノーマルクローズタイプのダイヤフラムバルブ１の全開状態を示している。上側ケーシング４４の上部内面には、雌ねじが切られ、この雌ねじと螺合する雄ねじが外周に切られた調整機構である可動部材５が螺合している。この可動部材５の下部には、下面から下側に突出している可動部材下側突出部５３が形成され、ピストン４１の上面から突出したピストン上側突出部４１ｂが嵌入する凹所である可動部材凹所５１が形成されている。ピストン４１には、気密性を保つためのＯリング４６が配置されている。
　可動部材５の上部からは、ピストン４１を駆動するための操作用流体である、例えば、空気(エア)を導入する操作エア入口５２が形成され、操作エアは、ピストン４１の内部にあけられた操作エア通路４５を通過して、ピストン４１の下面側に導入され、ピストン４１を下から押し上げる。
　ピストン４１の上面には、スプリング４２下側端部を収納するための環状溝が形成されている。スプリング４２の上側は、可動部材下側突出部５３を収容するように可動部材５の下面に当接している。スプリング４２は、ピストン４１と可動部材５との間に配され、ピストン４１を上から下へ押し下げるように働く。
　流入通路２２及び流出通路２３には高圧の流体が流れる。流入通路２２のダイヤフラム３０側の開口部には、この高圧流体があるため、ダイヤフラム３０の下面にはこの高圧流体による上に押し上げる圧力が加わる。この高圧流体の圧力の程度によって、可動部材５の位置を調整し、スプリング４２のたわみ量を調節する。調節する方法は、スプリング４２による下方への押圧力が、高圧流体の圧力の１０５～１４０％の閉止圧力がダイヤフラム３０の上面にかかるようにする。具体的には、弁座２５に支持された範囲内の円の面積と高圧流体の圧力の１０５～１４０％の圧力の積の押圧力が出現するようにスプリング４２のたわみ量を調整する。
　このようにして、ダイヤフラムバルブ１を流れる高圧流体の圧力の程度によって、弁座２１とダイヤフラム３０の当接面の閉止圧力を小さくして、当接面の傷発生とパーティクル発生を抑える。
　図３及び図４は、ノーマルオープンタイプのダイヤフラムバルブ１を示し、図３は、全開状態で、図４は全閉状態を示している。調整機構が、図１及び図２と異なり、流量調整弁６で構成されている。下側ケーシング４３の上面側と、ピストン４１の下面側に配されたスプリング４２は、ピストン４１を上側に押し上げるように作用する。アクチュエータ4内部の気密性を保つために、ピストン４１には、Oリング４６が備えられている。
　操作エア入口５２から導入される操作エアは、操作エア通路５２ａを通って、点線で囲われた調整機構（圧力制御弁）６に入る。圧力制御弁６は所謂エアレギュレータであって、エアレギュレータの構成であれば特に限定するものではないが、本実施形態の構成は、右側から、外周に雄ねじが切られエア抜き孔６１ａが設けられた調整ねじ６１、圧力制御弁第１スプリング６３、調整ピストン６２、圧力制御弁弁座６９、圧力制御弁弁体当接部６８がある圧力制御弁弁体67、圧力制御弁第２スプリング６６、固定部材６５、封止栓６４を有しており、内部の気密性を保つためのOリング７０が備えられている。
　調整ねじ６１を回転して調整ピストン６２側に移動すると、圧力制御弁第１スプリング６３の付勢力によって、調整ピストン６２が左に移動するように押圧される。調整ピストン６２が左に移動すると圧力制御弁弁体６７が左方向に移動をし、圧力制御弁弁体当接部６８と圧力制御弁６の弁座６９との間の隙間７１が広くなる。隙間７１が広くなると、操作エアが通りやすくなり流体の圧力は上昇し、ピストン４１にかかる圧力が高くなる。逆に、調整ねじ６１を、調整ピストン６２から離れるように回転させると、圧力制御弁第１スプリング６３のたわみ量が小さくなり、圧力制御弁第１スプリング６６の右方向に向かう付勢力により、圧力制御弁弁体６７は右方向に移動をして、隙間７１は狭くなる。隙間７１が狭くなると、操作エアが通りにくくなり流体の圧力は低下し、ピストン４１にかかる圧力は下がる。操作エアは、圧力制御弁６から操作エア通路４５を通過して、ピストン４５の上面を押圧する。
　ノーマルクローズタイプのダイヤフラムバルブ（図１及び図２）と同じく、流入通路２２及び流出通路２３には高圧の流体が流れる。流入通路２２のダイヤフラム３０側の開口部には、この高圧流体があるため、ダイヤフラム３０の下面にはこの高圧流体による上に押し上げる圧力が加わる。この高圧流体の圧力の程度によって、隙間７１の大きさを調整するために、調整ねじ６１の位置を調節する。調節する方法は、操作エアによる下方への押圧力が、高圧流体の圧力の１０５～１４０％の閉止圧力がダイヤフラム３０の上面にかかるようにする。具体的には、弁座２５に支持された範囲内の円の面積と高圧流体の圧力の１０５～１４０％の圧力の積の押圧力がダイヤフラム３０にかかるように隙間７１の量を調整する。
　実際にノーマルクローズタイプのダイヤフラムバルブを製作して、バルブの開閉を行い、高圧流体の圧力とダイヤフラムにかける閉止圧力を変えて、微細なパーティクルの発生個数を測定する試験を行った。
　微細なパーティクル発生個数は、ＣＰＣ法で測定を行った。ＣＰＣ法とは、核凝縮という技術を用いたパーティクルの数を測定する方法で、通常のレーザー法による粒子カウンタでは計測出来ないナノ領域の微小粒子でも粒子径を大きく成長させることで検出を可能とする方法である。対象粒径は、０．００４μｍ～３．０μｍの粒子が全て対象となる。
　測定器は、株式会社ＴＳＩホールディングス製ＭＯＤＥＬ３７７５を用いて行った。この測定器は、アルコール凝縮液タイプ粒子カウンタである。二重配管内管部吸引量を０．３Ｌ／ｍｉｎとし、パーティクルカウント吸引量を０．０１ｃｆ/ｍｉｎ（０．３Ｌ/ｍｉｎ）とし、データサンプリング時間を２秒毎とし、試験品開閉を1秒開1秒閉とし、試験時間を１０分（３００回開閉）とし、流す流体を窒素ガスとし、流量０．１Ｌ／ｍｉｎとし、試験品温度：を室温２５℃として実施した。
　測定結果を、下記の表１に示す。ここで、封入圧力は、ダイヤフラムバルブ１の流入通路２２に流れ込む流体の圧力であり、封止圧力は、ダイヤフラム３０を押圧する圧力である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１をグラフ化したものが、図５である。図５を見ると、封止圧力／封入圧力（％）が１４０％を境界として、１４０％を超えると発生するパーティクルの数が顕著に増え、１４０％以下であると、発生するパーティクルの数が顕著に抑えられていることがわかる。
　この発明によるダイヤフラムバルブは、高圧または高温の流体の開閉を行う遮断弁として好適に長寿命で使用することができ、バルブの開閉によるパーティクルの発生を低減することができる。
１：ダイヤフラムバルブ
２：バルブボディ
４：アクチュエータ
５：可動部材（調整機構）
６：圧力制御弁（調整機構）
２１：流入口
２２：流入通路
２３：流出通路
２４：流出口
２５：弁座
２６：ボンネット
３０：ダイヤフラム
３１：ダイヤフラム押さえ
３２：押さえアダプタ
４１：ピストン
４１ａ：ピストン下側突出部
４１ｂ：ピストン上側突出部
４２：スプリング
４３：下側ケーシング
４４：上側ケーシング
４５：操作エア通路
４６：Ｏリング
５１：可動部材凹所
５２：操作エア入口
５２ａ：操作エア通路
５３：可動部材下側突出部
６１：調整ねじ
６１ａ：エア抜き孔
６２：調整ピストン
６３：圧力制御弁第１スプリング
６４：封止栓
６５：固定部材
６６：圧力制御弁第２スプリング
６７：圧力制御弁弁体
６８：圧力制御弁弁体当接部
６９：圧力制御弁弁座
７０：Ｏリング
７１：隙間
 

Claims (4)

  1. 　流体の流入流路及び流出通路を形成したバルブボディと、
    　当該バルブボディ内の流入通路の周縁に形成される弁座と、
    　当該弁座に当接・離間することで流入通路と流出通路の連通・遮断を行うダイヤフラムと、
    　当該ダイヤフラムの中央部を押圧するダイヤフラム押さえと、
    　当該ダイヤフラム押さえを移動させるアクチュエータと、を備え、
    　前記弁座と前記ダイヤフラムとの間の閉止圧力を所定の圧力に調整する調整機構を有するダイヤフラムバルブ。
  2. 　前記所定の圧力は、前記ダイヤフラムが前記弁座に当接している時の前記ダイヤフラムより上流側の圧力の１０５～１４０％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
  3. 　前記ダイヤフラムバルブは、通常は閉となるノーマルクローズタイプであって、
    　前記アクチュエータは、前記ダイヤフラム押さえと連結しているピストンと、当該ピストンをバルブの閉方向に付勢するスプリングと、前記ピストンをバルブの開方向に付勢する流体加圧機構を備え、
    　前記調整機構は、前記スプリングのたわみ量を調整する可動部材である請求項１または２に記載のダイヤフラムバルブ。
  4. 　前記ダイヤフラムバルブは、通常は開となるノーマルオープンタイプであって、
    　前記アクチュエータは、前記ダイヤフラム押さえと連結しているピストンと、当該ピストンをバルブの閉方向に付勢する流体加圧機構と、前記ピストンをバルブの開方向に付勢するスプリングを備え、
    　前記調整機構は、前記流体加圧機構の流体の通路の途中に設けられた、流体の圧力を調節する圧力制御弁である請求項１または２に記載のダイヤフラムバルブ。
     
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