JP2006125501A

JP2006125501A - ダイヤフラム弁

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Publication number: JP2006125501A
Application number: JP2004314136A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Tsuzuki; 昭博続
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-28
Also published as: JP4651358B2

Abstract

【課題】弁に流入する流体に異物が混入している場合でも確実に流体をシールし、かつ繰り返し開閉に対する耐久性に優れ、流体圧力によりシール部材が変形して脱離することがなく、分解可能で部品単品ごとの交換が可能なダイヤフラム弁を提供すること。
【解決手段】フッ素系樹脂からなるダイヤフラム本体２の下面に、弾性体からなるシール部材３を支持体４により挟持、固定し、シール部材３のシール部１２を弁座部３０に圧接、離間させることにより弁を開閉するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学工場、または半導体製造分野、液晶製造分野、食品分野などの各種産業に使用されるダイヤフラム弁に関するものであり、さらに詳しくは、弁に流入する流体に異物が混入している場合でも確実に流体をシールし、かつ繰り返し開閉に対する耐久性に優れたダイヤフラム弁に関するものである。

従来のダイヤフラム弁では、フッ素樹脂製のダイヤフラムを用いたダイヤフラム弁や、弾性体としてゴム製のダイヤフラムを用いたダイヤフラム弁がある。

しかしながら、フッ素樹脂製のダイヤフラムの場合、塑性変形するため弁に流入する流体に固形状の異物が混入している場合、異物をシール部分に噛み込むとシール性が悪くなるとともに、異物によってシール部分が塑性変形してしまい、異物が外れた後のシール性も悪化したままであるという問題がある。また、ゴム製のダイヤフラムの場合、弁に流入する流体に固形状の異物が混入している場合、異物をシール部分に噛み込んだとしてもゴムの弾性力によりシール性を保持することができ、異物が外れた後のシール性が悪化することはない反面、繰り返し開閉に対して破損する恐れがあるため長期使用できないという問題がある。

これらの問題を解決するため、図８に示すような弁シート１０１がダイヤフラム１０２から外れにくい構造としたダイヤフラム弁がある（例えば、特許文献１参照）。このダイヤフラム弁は弁本体１０３に形成された弁座１０４と、弁座１０４に当接、離間する弁シート１０１が取り付けられたダイヤフラム１０２とを有している。弁シート１０１は、ダイヤフラム１０２との取付面にリング状凹溝１０５が形成されている。凹溝１０５の外周側の内壁には、溝内側に突出する外周側凸状係合部１０６が形成され、凹溝１０５の内周側の内壁には、溝内側に突出する内周側凸状係合部１０７が形成されている。ダイヤフラム１０２の下端のリング状突起１０８を弁シート１０１のリング状凹溝１０５に挿入することにより、リング状突起１０８の内外周壁に設けた凹条溝１０９および凹条溝１１０に前記内外周側突条係合部１０６、１０７を嵌合させるようになっている。ダイヤフラム１０２は、材質がポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）を機械加工により削りだしたもので、弁シート１０１は、材質を合成ゴムの一種であるフッ素ゴムで成型したものである。こうした構成により、弁シート１０１にダイヤフラム１０２から弁シート１０１を引き剥がす力が働いても、弁シート１０１がダイヤフラム１０２から脱離しにくくなっている。

また、図９に示すような異物を噛み込んでもシール性が良好なダイヤフラム弁がある（例えば、特許文献２参照）。このダイヤフラム弁は、一側端面の中心部の凹所１１１にゴム又はゴム状プラスチックよりなるゴム部材１１２が充填され、その端面がシール部として構成されたプラスチック製弁本体１１３と、弁本体１１３の外周側に弁本体１１３と一体に形成されたダイヤフラム部１１４とを有している。弁本体１１３は、ＰＴＦＥやポリクロロトリフルオロエチレン（以下、ＰＣＴＦＥと記す）などから形成され、ゴム部材として、エチレンプロピレンゴム（以下、ＥＰＤＭと記す）などが用いられる。このダイヤフラム弁では、異物噛み込み等があっても、弁座漏洩の不具合が生じず、ダイヤフラム弁と弁座のシール性の低下を防止し、長期間に亘って良好なシール性を維持することができる。

特開２００１−３３０１６１号公報特開２００１−３４９４５０号公報

しかしながら、既述した従来技術において、弁シートがダイヤフラムから外れにくい構造としたダイヤフラム弁は、弁シート１０１のリング状凹溝１０５にダイヤフラム１０２の下端のリング状突起１０８を挿入することにより、弁シート１０１とダイヤフラム１０２とが連結されており、ダイヤフラム１０２から弁シート１０１が脱離しないようにリング状突起１０８の内外周壁に設けた凹条溝１０９、１１０に内外周側突条係合部１０６、１０７を嵌合させたものであるため、ダイヤフラム１０２が脱離しない構成であるとはいえ、ダイヤフラム弁が開いた状態で負圧にさらされると、弁シート１０１が下方に引かれて変形し、ダイヤフラム１０２から脱離する可能性が依然として残っており、特に長期使用によって弁シート１０１の材質が劣化したときに、弁シート１０１のダイヤフラム１０２からの脱離が危惧される。

また、既述した従来技術のうち、異物を噛み込んでもシール性が良好なダイヤフラム弁は、弁本体１１３の一側端面の中心部の凹所１１１にゴム又はゴム状プラスチックよりなるゴム部材１１２が充填され、ゴム部材１１２は弁本体１１３から取り外すことができないので、ダイヤフラム弁の部品交換をする際に弁本体１１３とゴム部材１１２とを分解できず、最も交換の可能性の高いゴム部材１１２のみの交換ができないという問題がある。また、弁本体１１３とゴム部材１１２を分解できないために、ダイヤフラム弁を廃棄する際には材質の分別の処理が困難であるという問題がある。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、弁に流入する流体に異物が混入している場合でも確実に流体をシールし、かつ繰り返し開閉に対する耐久性に優れ、流体圧力によりシール部材が変形して脱離することがなく、分解可能で部品単品ごとの交換が可能なダイヤフラム弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のダイヤフラム弁の構成を図１から図７に基づいて説明すると、ダイヤフラム１を弁座部３０に圧接、離間させることにより弁を開閉させるダイヤフラム弁において、ダイヤフラム１が、フッ素系樹脂からなるダイヤフラム本体２と、支持体４によりダイヤフラム本体２の下面に挟持、固定され、弁座部３０に圧接、離間するシール部を有した弾性体からなるシール部材３とを具備することを第１の特徴とする。

また、前記シール部材３のシール部が、シール部材３の外縁部に設けられた環状突条部１２であることを第２の特徴とする。

また、前記弁座部３０が、弁室２５の底面中央に形成された流路の外周部に設けられ、弁座部３０の内周縁部に段差部５１が設けられたことを第３の特徴とする。

また、弁閉時に支持体４の外周面と段差部５１とで形成される環状溝５７にシール部材３のシール部が受容されることを第４の特徴とする。

また、弁閉時でない状態のシール部材３の外径が、弁座部３０の段差部５１の内径より僅かに小径に設けられたことを第５の特徴とする。

また、前記ダイヤフラム本体２の下面中央に凹部６５が設けられ、前記シール部材３の上面が凹部６５に嵌合固定されたことを第６の特徴とする。

また、前記支持体４と同じ材質からなる固定体５を有し、前記シール部材３と前記ダイヤフラム本体２が、支持体４と固定体５とで挟持、固定されたことを第７の特徴とする。

また、前記ダイヤフラム本体２および／または前記支持体４の前記シール部材３との接面に、環状突部６６、６７が設けられたことを第８の特徴とする。

また、前記シール部材３の上面および／または下面に突部１４、１５が設けられ、突部１４、１５は前記ダイヤフラム本体２および／または前記支持体４に設けられた凹溝９、１９に嵌合されたことを第９の特徴とする。

さらに、前記シール部材３に補強布が含まれていることを第１０の特徴とする。

本発明において図２を参照すると、シール部材３のシール部の構成は、弁座部３０との圧接によりシールできる構成であれば特に限定されないが、シール部が、シール部材３の外縁部に設けられた環状突条部１２であることが好ましく、環状突条部１２は断面半円状であることがより好ましい。これはシール部材３が弁座部３０と圧接する時に接触部が線接触となりシール性が向上するため好適である。

本発明において図４を参照すると弁座部５０は、弁座部５０の内周縁部に段差部５１が設けられた構成でも良い。この場合、弁閉時すなわちシール部材５５と弁座部５０が圧接される時に、シール部材５５は段差部５１の底面５８と圧接されると同時に弾性力により外周側に潰れるように変形することで段差部５１の内周面５９と圧接され、これによりシール部材５５は段差部底面５８と段差部内周面５９の二箇所で二重のシールができ、流体圧力が高くなるにつれてシール性も高くなり、確実なシールが行なわれ、流体が漏洩することがないため好適である。

さらに、図５を参照すると、上記の二重のシールをより確実に行なうことができるためには、連通口５２の内径ｄ₁と支持体５３の外径Ｄ₁は、Ｄ₁＝０．９２０ｄ₁〜０．９９０ｄ₁の範囲内で設定するのが好適である。弁閉時に支持体５３の鍔部５４が連通口５２に挿入するためにはＤ₁は０．９９０ｄ₁以下である必要がある。また支持体５３の鍔部５４外表面と段差部５１とで環状溝５７を形成し、弁閉時にシール部を外周側に変形させ、段差部５１内周面のシール性を向上するためにＤ₁は０．９２０ｄ₁以上である必要がある。

また、上記の二重のシールをより確実に行なうことができるためには、弁閉時でない状態のシール部材５５の外径Ｄ₂は、弁座部５０の段差部５１の内径ｄ₂より僅かに小径に設けられた構成であることが好ましい。このとき段差部５１の内径ｄ₂とシール部材５５の外径Ｄ₂はＤ₂＝０．９８５ｄ₂〜０．９９９ｄ₂の範囲内で設定するのが好適である。弁閉時にシール部材５５が弾性力により外周側に潰れるように変形して段差部５１の内周面５９とシールさせるためにはＤ₂は０．９８５ｄ₂以上である必要があり、弁開閉時にシール部材５５が弁座部５０の段差部５１の内周面５９と当接することで擦れて摩耗させないためにＤ₂は０．９９９ｄ₂以下である必要がある。

また図６を参照すると本発明においてダイヤフラム６０は、ダイヤフラム本体６１の下面中央に凹部６５が設けられ、シール部材６２の上面が凹部６５に嵌合固定された構成でも良い。この場合、シール部材６２は、弁閉時に、弾性力による変形を弁座部６９とのシール部の方向に集中させるため、シール部材６２に加わる力が外側に逃げることなくシール部に集中して加わることができるのでシール性が高くなり、高い流体圧力に対しても確実なシールを行うことができる。

本発明において、支持体４の接液部分の形状は、シール部材３を弁座部３０と圧接、離間する妨げにならない形状であれば特に限定されるものではなく、接液面の中心から垂下、突設したテーパを支持体４の鍔部１７に設けて、流体の流量の制御を可能にする構成にしても良い。

本発明において、ダイヤフラム１の各部品の固定方法は、シール部材３をダイヤフラム本体２と支持体４とで挟持、固定される構成であれば螺着、バヨネット接続、ねじ止め、ピン止め、融着、溶着など特に限定されるものではなく、このうち融着、溶着では熱、振動、超音波などいずれの手段を用いてもかまわない。また、ダイヤフラム１に支持体４と同じ材質の固定体５を設けてもよく、シール部材３とダイヤフラム本体２を、支持体４と固定体５とで挟持、固定される構成であれば、固定方法は上記と同様に特に限定されるものではない。このとき支持体４と固定体５は、同じ材質であるため、支持体４と固定体５が脱離しないようにする必要がある場合は、融着、溶着の固定方法を用いると確実かつ容易に行うことができるので好適である。また、支持体４と、ダイヤフラム本体２または固定体５が、螺着、バヨネット接続、ねじ止め、ピン止めなどにより、分解・組み立て可能に挟持、固定されている場合、ダイヤフラム本体２のみ又はシール部材３のみなど単体で交換することができるとともに、廃棄する際に材質別に分別して処理することが可能であるため好適である。シール部材３は、支持体４とダイヤフラム本体２とで挟まれ、支持体４と、ダイヤフラム本体２または固定体５でシール部材３を圧縮して挟持、固定されるため、シール部材３がダイヤフラム１から脱離することはない。

本発明において、ダイヤフラム本体２および／または支持体４の、シール部材３との接面に、環状突部６６、６７が設けられても良く、環状突部６６、６７が設けられたダイヤフラム本体２および／または支持体４でシール部材３を圧縮して挟持、固定することにより、各部品同士のシール性を向上させ、ダイヤフラム１の組み合わせ部分からダイヤフラム弁の駆動部側への流体の漏洩を防止することができるため好適である。

本発明において、シール部材３の上面および／または下面に突部１４、１５が設けられ、突部１４、１５はダイヤフラム本体２および／または支持体４に設けられた凹溝９、１９に嵌合された構成でも良く、突部１４、１５を凹溝９、１９に嵌合させて設けることにより、シール部材３の変形を抑え、シール部材３がダイヤフラム１から脱離するのを防止するため好適である。

本発明は以上のような構造をしており、以下の優れた効果が得られる。
（１）シール部材が弾性体で設けられているため、弁に流入する流体に異物が混入している場合でも確実に流体をシールすることができるとともに、ダイヤフラム本体がフッ素樹脂製で耐疲労強度に強い構造になっているため、長期使用においても破損の心配なく使用することができる。
（２）弁座部に段差部が設けられることにより、弁閉時にシール部材は段差部の底面と段差部内周面の二箇所で二重のシールができるため流体圧力が高くなるにつれてシール性も高くなり、確実なシールが行われるので流体が漏洩することがない。
（３）シール部材の上面がダイヤフラム本体の下面中央に設けられた凹部に嵌合固定されることにより、シール部材の弾性力による変形を弁座部の方向に集中させ、シール部材に加わる力が外側に逃げることなくシール部に集中して加わることができるのでシール性が高くなり、高い流体圧力に対しても確実なシールを行うことができる。
（４）シール部材は、支持体とダイヤフラム本体とで挟まれ、支持体と、ダイヤフラム本体または固定体でシール部材を圧縮して挟持、固定されるため、シール部材がダイヤフラムから脱離することはなく、さらにシール部材に設けられた突部が支持体および／またはダイヤフラム本体に設けられた凹溝に嵌合されていれば、シール部材がダイヤフラムから脱離するのを防止することができる。
（５）ダイヤフラムを分解、組み立て可能に形成することにより、ダイヤフラム本体のみ、シール部材のみなど単体で交換することができるとともに廃棄する際に材質別に分別して処理することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面に示す実施形態を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第一の実施形態の弁閉時を示す縦断面図である。図２は図１の要部拡大図である。図３は図１の弁開時の要部拡大図である。図４は本発明の第二の実施形態の弁閉時を示す要部拡大縦断面図である。図５は図４の弁開時を示す要部拡大縦断面図である。図６は本発明の第三の実施形態の弁閉時を示す要部拡大縦断面図である。図７は図６の弁開時を示す要部拡大縦断面図である。

以下、本発明の第一の実施例であるダイヤフラム弁について図１から図３に基づいて説明する。

１はダイヤフラムである。ダイヤフラム１はダイヤフラム本体２、シール部材３、支持体４、固定体５から形成され、その各々の構成は以下の通りである。

２はＰＴＦＥ製のダイヤフラム本体である。ダイヤフラム本体２の中央部には厚肉部６が設けられ、厚肉部６中央には後記支持体４の挿入部１６が挿入される貫通孔７が設けられ、貫通孔７の下面側内周縁部に段差部８が設けられている。ダイヤフラム本体２に後記支持体４の挿入部１６を嵌挿することにより、挿入部１６と段差部８とで環状の凹溝９が形成される。また厚肉部６の周縁部には肉薄に形成された隔膜部１０が設けられ、隔膜部１０外周には断面矩形状の環状嵌合部１１が設けられている。環状嵌合部１１は後記本体２２の環状溝２４に嵌合された状態で本体２２と後記隔膜押さえ４３の下面とで挟持、固定されている。なお、本実施形態のダイヤフラム本体２はＰＴＦＥ製だが、ＰＣＴＦＥ、ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと記す）、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と記す）など繰り返し疲労特性の良いフッ素樹脂製であれば特に限定されるものではない。

３はＥＰＤＭ製のシール部材である。シール部材３の外縁部には断面半円状の環状突条部１２が下方へ突出するように設けられ、環状突条部１２が後記弁座部３０と圧接、離間するシール部となる。また中央部には後記支持体４の挿入部１６が挿入される貫通孔１３が設けられ、貫通孔１３の内縁部には上面および下面に突出して前記ダイヤフラム本体２の凹溝９および後記支持体４の凹溝１９に嵌合される突部１４、１５が設けられている。なお、本実施形態のシール部材３の材質はＥＰＤＭ製だが、弾性のあるゴム状の弾性体であれば、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴムなど、特に限定されるものではない。また、シール部材３には、ビニロン、ナイロン、ポリエステルなど強度の高い補強布が含まれても良く、この場合、シール部材３を破れにくくするため好適である。

４は塩化ビニル樹脂（以下、ＰＶＣと記す）製の支持体である。支持体４の上部には前記ダイヤフラム本体２およびシール部材３の貫通孔７、１３に嵌挿される挿入部１６が設けられている。支持体４の下部には弁閉時に後記本体２２の連通口２６に挿入される鍔部１７が設けられ、鍔部１７上面には環状の凹溝１９が設けられている。挿入部１６の端部には後記固定体５が螺着される雄ネジ部１８が設けられており、上部中央には雌ネジ部２０が設けられている。雌ネジ部２０は、後記ピストン３７の軸部４１の雄ネジ部４０に螺合される。なお、本実施形態の支持体４の材質はＰＶＣだが、固定体５との間にダイヤフラム本体２を挟持、固定できる強度を有するものであれば、ＰＶＤＦ、ポリプロピレン（以下、ＰＰと記す）、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳと記す）など、特に限定されるものではない。

５はＰＶＣから形成された環状部材を具備する固定体である。固定体５中央部には、支持体４の雄ネジ部１８に螺合される雌ネジ部２１が貫通、形成されている。なお、固定体５は支持体４と同じ材質であれば特に限定されない。

次に、ダイヤフラム１を構成するダイヤフラム本体２、シール部材３、支持体４、固定体５の組立方法を説明する。先ず、シール部材３の下面側の突部１５を支持体４の凹溝１９に嵌合させ、次に、上面側の突部１４をダイヤフラム本体２の凹溝９に嵌合させ、支持体４の挿入部１６をシール部材３の貫通孔１３とダイヤフラム本体２の貫通孔７に嵌挿し、シール部材３とダイヤフラム本体２を圧縮するように、固定体５を支持体４に螺着することにより、ダイヤフラム本体２とシール部材３は、支持体４、固定体５の間に挟持、固定される。

２２はＰＶＣ製の本体である。本体２２の上部には、後記シリンダ本体３１の下部と接合される環状突部２３と、環状突部２３内周に環状溝２４を有する。また上面には、環状溝２４内周壁とダイヤフラム１と共に形成される弁室２５が設けられている。弁室２５の底部には連通口２６、２７が設けられ、連通口２６は流体流入口２８に連通し、連通口２７は流体流出口２９に連通している。また、連通口２６の開口部は弁室２５の底部中央に設けられ、開口部の周縁部が弁座部３０となっている。なお、本実施形態の本体２２はＰＶＣ製であるが、本体２２としての必要物性を満たしていればＰＶＤＦ、ＰＰ、ＰＦＡなど特に限定されない。

３１はガラスを含有したＰＰＳ製シリンダ本体であり、ボルト、ナット（図示せず）で前記本体２２の上部に固定されている。シリンダ本体３１の内部には階段状にそれぞれの空間を上から上部空間３２、下部空間３３が形成され、さらに下部には隔膜押さえ嵌合部３４が設けられていて、シリンダ本体３１の側面には、上部空間３２に連通する第一作動流体供給口３５と下部空間３３に連通する第二作動流体供給口３６が形成されている。なお、シリンダ本体３１の上部空間３２にピストン３７を下方向に付勢するバネを設けてもよく、この場合、逆作動弁として用いることができる。ＰＰＳのガラス含有率は、例えば４０％とすることができる。

３７はガラスを含有したＰＰＳ製ピストンであり、上方には、上部外周面にＯリングを保持するための環状の溝部３８を有する鍔部３９が設けられており、シリンダ本体３１の下部空間３３の内周面を上下に摺動自在に配置されている。下方には、Ｏリングを嵌着し、下端部に支持体４の雌ネジ部２０に螺着される雄ネジ部４０が形成される軸部４１が、後記隔膜押さえ４３の貫通孔４５を貫通した状態で、鍔部３９中央から垂下して一体的に設けられている。ＰＰＳのガラス含有率は、例えば４０％とすることができる。

４３はガラスを含有したＰＰＳ製隔膜押さえであり、その下方には挿嵌部４４が形成されている。挿嵌部４４にはダイヤフラム１の上部が受容される。挿嵌部４４上面中央にはピストンの軸部４１が嵌挿される貫通孔４５が形成され、隔膜押さえ４３下面には挿嵌部４４に向かって縮径するテーパ部４６が設けられている。隔膜押さえ４３の外周にはＯリング４７が配置されている。下部外周面には環状突起部４８が形成され、シリンダ本体３１の隔膜押さえ嵌合部３４に挿嵌されている。ＰＰＳのガラス含有率は、例えば４０％とすることができる。

本実施形態のシリンダ本体３１、ピストン３７、隔膜押さえ４３の材質はガラス入りのＰＰＳ製あるが、作動流体の圧力に対して問題なく使用できる物性強度を有していれば、ガラス入りのＰＶＤＦ、ガラス入りのＰＰ、ＰＶＣなど特に限定されない。

また、本実施形態のダイヤフラム弁はエア駆動式のストップ弁であるが、油圧駆動式などでもよく、弁の構成はダイヤフラム１を用いていれば特に限定されない。

次に、本発明の実施例であるダイヤフラム弁の作用について、図１から図３に基づいて説明する。

弁が開状態（図３の状態）において、この状態から第一作動流体供給口３５に作動流体であるエアを注入すると、ピストン３７上部とシリンダ本体３１内周面で形成される上部空間３２へエアが注入され、エアの圧力でピストン３７が押し下げられ、ピストン３７に接続されている支持体４とともにダイヤフラム１は下方へ押し下げられ、シール部材３のシール部である環状突条部１２が弁座部３０に圧接されることで流路は閉止され、弁は閉状態（図２の状態）となる。このとき、弁のシールは弾性体であるシール部材３の環状突条部１２のみによってなされているため、弁に流入する流体に固形状の異物が混合している場合、異物を環状突条部１２と弁座部３０との間に噛み込んだとしても環状突条部１２は塑性変形することがなく、弾性力によりシール性を保持することができる。また閉状態（図２の状態）から第二作動流体供給口３６に作動流体であるエアを注入すると、ピストン３７と隔膜押さえ４３の間に形成される下部空間３３へエアが注入され、エアの圧力でピストン３７が押し上げられるため、ダイヤフラム１も上方へ引き上げられ、シール部材３が弁座部３０から離間し、上方へ引き上げられて弁は開状態（図３の状態）となり、流体は流体流入口２８から流入して、連通口２６、弁室２５、連通口２７を通過して流体流出口２９から流出される。このとき噛み込んでいた異物が環状突条部１２から外れると、環状突条部１２が弾性力によって元に戻り、その後のシール性能は変わることがない。また、長期使用において弁の開閉が繰り返し行なわれると、特にダイヤフラム１の隔膜部１０の部分に繰り返し疲労による応力が加わるが、ダイヤフラム本体２はフッ素樹脂製で耐疲労強度に強い構造になっているため、長期使用でも繰り返し開閉により破損することはない。

また、弁は閉状態のときに流体圧力がかかっている時や、ダイヤフラム１が開いた状態で負圧にさらされる時などは、シール部材３は変形してダイヤフラム１から外れようとするが、支持体４と固定体５とでシール部材３とダイヤフラム本体２を圧縮して挟持、固定しているので外れにくい。さらに、シール部材３に設けられた突部１４、１５が支持体４とダイヤフラム本体２の凹溝に嵌合されているので、シール部材３がダイヤフラム１から脱離するのが防止される。

また、ダイヤフラム１は螺着によって構成されているため、仮にシール部材３やダイヤフラム本体２が破損したとしても、部品単品のみ交換することが可能で、ダイヤフラム１の組み立ても容易であるため効率が良い。さらにゴム製のシール部材３、フッ素樹脂製のダイヤフラム本体２など、材質ごとに分解できるので、廃棄するときに分別処理が容易である。

以下、図４および図５に基づいて本発明の第二の実施形態であるダイヤフラム弁について説明する。

４９はＰＶＣ製の本体である。本体４９の弁座部５０は内周縁部に段差部５１が設けられている。弁座部５０に連通する連通口５２の段差部５１付近の内径ｄ₁と支持体５３の外径Ｄ₁は、Ｄ₁＝０．９６ｄ₁となるように設けられ、隙間が僅かな状態で設けられている。また、段差部５１の内径ｄ₂とシール部材５５の外径Ｄ₂は、Ｄ₂＝０．９９７ｄ₂となるように設けられ、段差部５１の内径ｄ₂はシール部材５５の外径Ｄ₂より僅かに大径に設けられている。また、段差部５１の高さｈとシール部材５５の環状突条部５６の高さＨは、Ｈ＝１．２ｈで設けられている。第二の実施形態のダイヤフラムおよびその他の構成は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

次に、本発明の第二の実施形態であるダイヤフラム弁の作用について、図４および図５に基づいて説明する。

弁を開状態（図５の状態）から閉にすると、シール部材５５のシール部である環状突条部５６は、支持体５３の鍔部５４の外周面と段差部５１とで形成される環状溝５７に受容され、環状突条部５６が段差部５１の底面５８に圧接されることで環状突条部５６は弾性力により弁座部５０とシールされて閉状態（図４の状態）となる。このとき支持体５３は、連通口５２内径と支持体５３の鍔部５４外径の隙間は僅かな状態で連通口５２に挿入されているため、環状突条部５６は弾性力により外周側に潰れるように変形し、段差部５１の内周面５９に圧接される。これによりシール部材５５は段差部５１の底面５８と段差部５１の内周面５９の二箇所で二重のシールができる。この場合、弁が閉状態のときにシール部材５５の環状突条部５６が流体圧力により変形するが、環状突条部５６は弾性力により外側に向かって変形するため段差部５１の内周面５９を押圧し、内周面５９のシール性が高くなる。これは流体圧力が高ければ高いほどシール性が高くなるため、本実施形態であれば弁が閉状態のときに高い流体圧力がかかっても高いシール性を発揮し、確実なシールが行なわれるので流体の漏洩することがない。また、シール部材５５の外径が段差部５１の内径より僅かに小径に設けられていることにより、シール部材５５の環状突条部５６は、弁が閉状態のときに弾性力によって潰れるように変形して段差部５１の内周面５９に圧接される以外は、弁の開閉動作の時に段差部５１の内周面５９と当接することがないため、シール部材５５が擦れて摩耗することがない。これにより、ダイヤフラム１は長期使用において繰り返し開閉による破損がなく、シール部材５５の摩耗による劣化が抑えられるため、開閉による破損や劣化の心配なく長期使用できる。その他の作用は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

次に、本発明の第三の実施形態であるダイヤフラムのシール構造について図６および図７に基づいて説明する。

６０はダイヤフラムであり、ダイヤフラム本体６１、シール部材６２、支持体６３、固定体６４から形成されている。ダイヤフラム本体６１の下面中央には凹部６５が設けられ、凹部６５底面には環状突部６６が設けられている。また支持体６３の上面には環状突部６７が設けられている。シール部材６２は、上面をダイヤフラム本体６１の凹部６５に嵌合した状態で、支持体６３とダイヤフラム本体６１とで挟まれ、支持体６３と固定体６５でシール部材６２とダイヤフラム本体１６を圧縮するように螺着することにより挟持、固定されている。第三の実施形態のその他の構成は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

次に、本発明の第三の実施形態であるダイヤフラム弁の作用について、図６および図７に基づいて説明する。

弁が開状態（図７の状態）から閉にすると、シール部材６２のシール部である環状突条部６８は弁座部６９に圧接され流路を閉止して閉状態（図８の状態）となる。このとき、環状突条部６８は弾性力により変形しようとするが、シール部材６２はダイヤフラム本体６１の凹部６５に嵌合固定されているため、弾性力による変形は弁座部６９と当接する下方向に集中するため、シール部材６２に加わる力が外側に逃げることなくシール部に集中して加わることができるのでシール性が高くなり、高い流体圧力に対しても確実なシールを行うことができる。また、ダイヤフラム６０が開いた状態で負圧にさらされる時でも、シール部材６２がダイヤフラム本体６１の凹部６５に嵌合固定されていることでシール部材６２の不要な変形を防止できる。

また、ダイヤフラム本体６１の下面に設けられた環状突部６６や、支持体６３の上面に設けられた環状突部６７により、シール部材６２とダイヤフラム本体６１、およびシール部材６２と支持体６３の各部品同士のシール性が向上するため、ダイヤフラム６０の組み合わせ部分からダイヤフラム弁の駆動部側への流体の漏洩を防止することができる。その他の作用は第一の実施形態と同様なので省略する。

本発明の第一の実施形態の弁閉時を示す縦断面図である。図１の要部拡大図である。図１の弁開時の要部拡大図である。本発明の第二の実施形態の弁閉時を示す要部拡大縦断面図である。図4の弁開時を示す要部拡大縦断面図である。本発明の第三の実施形態の弁閉時を示す要部拡大縦断面図である。図6の弁開時を示す要部拡大縦断面図である。従来の弁シートがダイヤフラムから外れにくい構造としたダイヤフラム弁を示す縦断面図である。従来の異物を噛み込んでもシール性が良好なダイヤフラム弁を示す縦断面図である。

符号の説明

１ダイヤフラム
２ダイヤフラム本体
３シール部材
４支持体
５固定体
６厚肉部
７貫通孔
８段差部
９凹溝
１０隔膜部
１１環状嵌合部
１２環状突条部
１３貫通孔
１４突部
１５突部
１６挿入部
１７鍔部
１８雄ネジ部
１９凹溝
２０雌ネジ部
２１雌ネジ部
２２本体
２３環状突部
２４環状溝
２５弁室
２６連通口
２７連通口
２８流体流入口
２９流体流出口
３０弁座部
３１シリンダ本体
３２上部空間
３３下部空間
３４隔膜押え嵌合部
３５第一作動流体供給口
３６第二作動流体供給口
３７ピストン
３８溝部
３９鍔部
４０雄ネジ部
４１軸部
４２溝部
４３隔膜押え
４４挿嵌部
４５貫通孔
４６テーパ部
４７Ｏリング
４８環状突起部
４９本体
５０弁座部
５１段差部
５２連通口
５３支持体
５４鍔部
５５シール部材
５６環状突条部
５７環状溝
５８底面
５９内周面
６０ダイヤフラム
６１ダイヤフラム本体
６２シール部材
６３支持体
６４固定体
６５凹部
６６環状突部
６７環状突部
６８環状突条部
６９弁座部

Claims

ダイヤフラムを弁座部に圧接、離間させることにより弁を開閉させるダイヤフラム弁において、該ダイヤフラムが、フッ素系樹脂からなるダイヤフラム本体と、支持体により前記ダイヤフラム本体の下面に挟持、固定され、前記弁座部に圧接、離間するシール部を有した弾性体からなるシール部材とを具備することを特徴とするダイヤフラム弁。
前記シール部材のシール部が、該シール部材の外縁部に設けられた環状突条部であることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。
前記弁座部が、弁室の底面中央に形成された流路の外周部に設けられ、該弁座部の内周縁部に段差部が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダイヤフラム弁。
弁閉時に該支持体の外周面と該段差部とで形成される環状溝に該シール部材のシール部が受容されることを特徴とする請求項３記載のダイヤフラム弁。
弁閉時でない状態の該シール部材の外径が、該弁座部の段差部の内径より僅かに小径に設けられたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のダイヤフラム弁。
前記ダイヤフラム本体の下面中央に凹部が設けられ、前記シール部材の上面が該凹部に嵌合固定されたことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載のダイヤフラム弁。
前記支持体と同じ材質からなる固定体を有し、前記シール部材と前記ダイヤフラム本体が、該支持体と該固定体とで挟持、固定されたことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載のダイヤフラム弁。
前記ダイヤフラム本体および／または前記支持体の前記シール部材との接面に、環状突部が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載のダイヤフラム弁。
前記シール部材の上面および／または下面に突部が設けられ、該突部は前記ダイヤフラム本体および／または前記支持体に設けられた凹溝に嵌合されたことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１項に記載のダイヤフラム弁。
前記シール部材に補強布が含まれていることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載のダイヤフラム弁。