JP4879285B2 - 反発性ダイヤフラムを備える弁 - Google Patents

Description

関連出願

本出願は、本出願と同一日に出願され、その内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、「ロッカ型ダイヤフラム弁（Ａ ｒｏｃｋｅｒ ｔｙｐｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｖａｌｖｅ）」及び「単一物二重膜ダイヤフラム（Ａ ｏｎｅ ｐｉｅｃｅ ｄｏｕｂｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ）」という出願に関連している。

本発明は、弁の分野、特に、改良されたダイヤフラム弁に関する。

ポペット弁は、制御システムを形成するため共に積み重ねることができる。ポペット弁の幅は、典型的に、スライス幅として知られる。スライス幅を狭くすると、より多くの弁を同一量の空間内に配置することを可能にする。例えば、５／２単安定弁のような幾つかの弁は、起動力が存在しないとき、弁が不作動位置に戻ることを要求する。弁に対する戻り力は、典型的に、ばねによって加えられる。ばねは、空間をとる。

このため、別個のばねを必要とせずに、不作動位置を有するダイヤフラムポペット弁が必要とされている。

組み立て中、ダイヤフラムにばね荷重を加え、ダイヤフラムに対する不作動位置を提供する形状を有するダイヤフラムが開示されている。ダイヤフラムは、弾性材料にて出来ている。ダイヤフラムは、組み立て中、ばね荷重が加えられて、ダイヤフラムを不作動位置に戻す力を提供する。

図２から図４、及び以下の説明は、当該技術分野の当業者に対し本発明の最良の形態を実施し且つ使用するための方法を教示する特定の例を示すものである。発明の原理を教示する目的のため、幾つかの従来通りの形態は簡略化し又は省略されている。当該技術分野の当業者は、本発明の範囲に属する変更例をこれらの実施例から理解することができよう。当該技術分野の当業者は、以下に説明する特徴は色々な態様にて組み合わせ本発明の多数の変更例を形成することができることが理解されよう。その結果、本発明は、以下に説明する、特定の例にのみ限定されず、請求の範囲及びそれらの等価物によってのみ限定されるものである。

図１は、典型的な３／２機能ダイヤフラム弁１００の断面図である。ダイヤフラム弁１００は、頂部板１０２と、底部板１０４と、弁体１０６と、頂部ダイヤフラム膜１０８と、底部ダイヤフラム膜１１０と、頂部保持リング１１２と、底部保持リング１１４と、スペーサ１１６と、中央スプール１２６と、上方密封面１２０と、下方密封面１１８と、入口開口部１２２と、排出口１２４とを備えている。ダイヤフラム組立体は、頂部ダイヤフラムディスク１０８と、底部ダイヤフラムディスク１１０と、頂部保持リング１１２と、底部保持リング１１４と、スペーサ１１６と、中央スプール１２６とから成っている。ダイヤフラム組立体内の部品は、性質上、全体として円形であり且つ、中心線ＡＡの周りにて対称である。頂部板１０２は、弁体１０６に装着され、頂部ダイヤフラムディスク１０８を頂部板１０２と弁体１０６との間の空隙内に捕捉する。底部板１０４は、弁体１０６に装着されて底部ダイヤフラムディスク１１０を底部板１０４と弁体１０６との間の空隙内に捕捉する。上方及び下方密封面は、性質上、全体として円形であり、密封面の各々は、平面内に形成されている。密封面は、弁座と称することもできる。２つの密封面を保持する２つの平面は、全体として、互いに平行である。

弁１００は、不作動又は閉じた位置にて示され、頂部ダイヤフラムディスク１０８は、上方密封面１２０と接触し、また、底部ダイヤフラムディスク１１０と下方密封面１１８との間に空隙を有している。底部ダイヤフラムディスク１１０と下方密封面との間の空隙は、高さが均一である。閉じた位置において、出口開口部（図示せず）からの流体は、底部ダイヤフラムディスク１１０と下方密封面１１８との間の空隙を通って流れ、排出口１２４から出る（矢印Ｅで示したように）。作動位置において、ダイヤフラム組立体の中央部分は、上方に偏位し、このため、底部ダイヤフラムディスク１１０は、下方密封面１１８に接触し、また、頂部ダイヤフラムディスク１０８と上方密封面１２０との間に空隙が形成される。頂部ダイヤフラムディスク１０８と上方密封面との間の空隙は、高さが均一である。作動位置において、流体は、入口開口部１２２から頂部ダイヤフラムディスク１０８と上方密封面１２０との間の空隙を通って出口開口部（図示せず）内に流れる。２つのダイヤフラムディスクは、ダイヤフラム組立体の中央部分が開いた位置と閉じた位置との間にて偏位したとき、撓み又は変形する。２つのダイヤフラムディスクの変形には、全体として半径方向対称が存在する。半径方向対称は、２つのダイヤフラムディスクに一定偏向の同心円を形成する。

図２は、本発明の一例としての実施の形態における３／２機能ダイヤフラム弁２００の等角断面図である。ダイヤフラム弁２００は、頂部板２０２と、底部板２０４と、弁体２０６と、上方ダイヤフラム膜２１２と、下方ダイヤフラム膜２２０と、スピンドル２１０と、スピンドルキャップ２０８と、スペーサ２１８とを備えている。頂部密封面２２６及び底部密封面２２８は、弁体２０６に形成されている。本発明の一例としての実施の形態において、密封面の各々は、単一物にて形成される。上方ダイヤフラム膜２１２は、ダイヤフラム膜の外端縁に装着された外縁部２１４と、ダイヤフラム膜の内端縁に装着された内縁部２１６とを有している。下方ダイヤフラム膜２２０は、ダイヤフラム膜の外端縁に装着された外縁部２２２と、ダイヤフラム膜の内端縁に装着された内縁部２２４とを有している。２つのダイヤフラム膜上の内縁部及び外縁部は選択随意的である。ダイヤフラム膜を弁又はスピンドル内に保持するため、その他の方法を使用することができる。例えば、溝又は通路をダイヤフラム膜の外端縁に形成することができ、また、溝内に嵌まる頂部板にリップ部又はビード部を形成することができる。ダイヤフラム組立体は、上方及び下方ダイヤフラム膜（２１２、２２０）と、スピンドル２１０と、スペーサ２１８と、スピンドルキャップ２０８とを備えている。スペーサは選択随意的であり、又は、スピンドル内に一体化することができる。

ダイヤフラム組立体を組み立てるためには、上方ダイヤフラム膜２１２をスピンドル２１０まで挿入する。スペーサ２１８は、スピンドル２１０まで挿入され、上方ダイヤフラム膜の内縁部２１６をスピンドル２１０とスペーサ２１８との間に捕捉する。本発明の一例としての実施の形態において、スピンドルは、弁体２０６の中央開口部２３０内に挿入することができる。本発明の他の一例としての実施の形態において、ダイヤフラム組立体は、完全に組み立てられる迄、中央開口部２３０内に挿入することはできない。下方ダイヤフラム膜は、このとき、スピンドル２１０まで挿入される。スピンドルキャップ２０８は、スピンドル２１０まで挿入され且つスピンドル２１０に装着されて、内縁部２２４をスペーサ２１８とスピンドルキャップ２０８との間に捕捉する。

ダイヤフラム組立体がダイヤフラム弁２００内に挿入されたとき、２つの外縁部（２２２、２１４）は、弁体と上方及び下方板（２０２、２０４）との間にてそれぞれ捕捉される。本発明の一例としての実施の形態において、上方及び下方外縁部は、弁体２０６の頂部面及び底部面に形成された溝内に着座する。本発明の一例としての実施の形態において、頂部板２０２及び底部板２０４は、レーザ溶接により弁体２０６に装着される。頂部板及び底部板を弁体２０４に装着するため、その他の装着方法を使用することができる。

作動時、ダイヤフラム組立体は、上方位置と、下方位置という２つの位置の間を動く。ダイヤフラム２２８の偏向は、ダイヤフラム組立体の中心の周りにて全体として、半径方向対称である。上方ダイヤフラム位置（図示せず）において、下方ダイヤフラム膜２２０は、底部密封面２２８に接触し且つ底部密封面２２８に対して密封する。上方ダイヤフラム膜２１２は、頂部密封面２２６から離れた位置に配置されて、上方ダイヤフラム膜２１２と頂部密封面２２６との間に空隙を残す。上方ダイヤフラム膜２０８と頂部密封面２２６との間の空隙は、全体として、一定の幅である（すなわち、空隙は、典型的に均一である）。

下方ダイヤフラム位置において、上方ダイヤフラム膜２１２は、頂部密封面２２６に接触し且つ頂部密封面２２６に対して密封する。下方ダイヤフラム膜２２０は、底部密封面２２８から離れた位置に配置され、下方ダイヤフラム膜２２０と底部密封面２２８との間に空隙を残す。

ダイヤフラム組立体は、典型的に、パイロット又は制御流体（図示せず）からの圧力により形成された起動力を使用して上方位置と下方位置との間を動かす。制御流体は、上方ダイヤフラム膜２１２と頂部板２０２との間の空隙内に導入され、ダイヤフラムを下方位置に付勢する。制御流体は、下方ダイヤフラム膜２２０と底部板２０４との間の空隙内に導入され、ダイヤフラムを上方位置に付勢する。何れかの領域に加えられた起動力が存在しないとき、ダイヤフラムは、不作動位置にスナップ動作し又は戻る形態とされている。ダイヤフラムは、不作動位置が上方ダイヤフラム位置又は下方ダイヤフラム位置の何れかであるような形態とすることができる。幾つかの場合、ばね力は、供給源が依然として作用可能である場合、ダイヤフラムを不作動位置に戻すのに十分、強力ではない。典型的に、供給源は、制御供給に対しても使用され、このため、弁内に圧力が存在しないとき、制御及び源の双方が不作動であり、ダイヤフラムは、不作動位置に戻る。本発明の一例としての実施の形態において、上方ダイヤフラム膜２１２は、例えば、ポリウレタン、ゴム、ばねスチール、又は同様のもののような弾性材料にて出来ている。弾性材料は、上方ダイヤフラム膜２１２を弁内に組み立てるのを許容し、弾性ダイヤフラム材料、及び弁体２０６及び頂部板２０２と相互作用する上方ダイヤフラム膜２１２の形状がダイヤフラムを不作動位置に戻すばね力を発生させるようにする。本発明の別の一例としての実施の形態において、ばね力を発生させるため上方及び下方ダイヤフラム膜の双方が使用される。下方ダイヤフラム膜は、弾性材料にて出来ており、また、湾曲し又はボウル形状を有しており、この湾曲し又はボウル形状は、上方ダイヤフラム膜の湾曲し又はボウル形状と整合して、ダイヤフラムが弁内に取り付けられたとき、ばね力を発生させるのを助ける。ダイヤフラムを上方位置と、下方位置との間にて動かすため使用される方法は、重要でなく、パイロット流体以外のその他の方法、例えば、コイルにより起動され、ダイヤフラムに装着されたプランジャを使用することができる。

図３は、本発明の１つの実施の形態における弁体３０６の等角断面図である。弁体３０６は、ポート３２２、ポート３２８、ポート３２４という３つのポート又は開口部と、頂部密封面３２０及び底部密封面３１８とを形成する。弁の形態に依存して、ポートは、入口ポート、出口ポート又は排出ポートとして使用することができる。ダイヤフラム（図示せず）が上方位置にあるとき、流体は、ポート３２２に入り、上方ダイヤフラム膜と頂部密封面との間に形成された空隙間にて頂部密封面３２０の頂部の上を流れ、次に、ポート３２８に入る。ダイヤフラム（図示せず）が下方位置にあるとき、流体は、ポート３２８から出て、下方ダイヤフラム膜と底部密封面３１８との間に形成された空隙の間にて底部密封面３１８の下方を流れ、次に、ポート３２４に入る。

図４は、本発明の一例としての実施の形態における上方ダイヤフラム膜４１２の図が示されている。本発明の一例としての実施の形態において、上方ダイヤフラム膜４１２は、全体として円形の部分である。本発明の別の実施の形態において、上方ダイヤフラム膜４１２は、楕円形又は矩形の形状とすることができる。その他の形状も可能である。図４ａは、本発明の一例としての実施の形態における上方ダイヤフラム膜４１２の頂面図である。

図４ｂは、本発明の一例としての実施の形態における上方ダイヤフラム膜４１２の断面図ＡＡである。上方ダイヤフラム膜４１２は、外縁部４１４と、内縁部４１６と、厚さｔを有するダイヤフラム膜４１１とを備えている。外縁部４１４は、頂部板と弁の弁体との間の空隙内に嵌まる形態とされている。外縁部は、ダイヤフラム組立体を弁内のその位置に保持し且つ、ダイヤフラム組立体と弁との間にシールを形成するのを助ける。ダイヤフラム膜４１１は、外縁部４１４の内径に沿って外縁部４１４に連結される。ダイヤフラム膜４１１は、内縁部４１４の外径に沿って内縁部４１６に連結されている。上方ダイヤフラム４１２は、例えば、ゴム、ポリウレタン、ばねスチール又は同様のもののような弾性材料にて出来ている。外縁部４１４は、ＡＡで示したように、実質的に１つの平面内にて形成されている。内縁部４１６は、偏位されているが、平面ＡＡに対して全体として平行な、ＢＢとして示したような、実質的に１つの平面内に形成される。内縁部と外縁部との間の偏位、ダイヤフラム膜の厚さｔ、及びダイヤフラムの材料は、ダイヤフラム組立体が弁内に取り付けられたとき、ダイヤフラム組立体を第一のすなわち不作動位置に戻す力を発生させる。

典型的な先行技術のダイヤフラム弁１００の断面図である。 本発明の一例としての実施の形態における弁体２００の等角断面図である。 本発明の一例としての実施の形態における弁体３０６の等角断面図である。 本発明の一例としての実施の形態における上方ダイヤフラム膜４１２の頂面図である。 本発明の一例としての実施の形態における上方ダイヤフラム膜４１２の断面図ＡＡである。

Claims (12)

1. ダイヤフラム弁において、
   第一の位置と第二の位置との間にて行程軸線に沿って動く形態とされたダイヤフラム組立体であって、上方ダイヤフラム膜（２１２）と、下方ダイヤフラム膜（２２０）とを有し、前記上方ダイヤフラム膜及び前記下方ダイヤフラム膜は、スピンドル（２１０）により隔てられた関係に保持され、少なくとも前記上方ダイヤフラム膜は、弾性材料から製造された、ダイヤフラム組立体と、
   頂部密封面（２２６）と底部密封面（２２８）とを形成する弁体（２０６）であって、 前記上方ダイヤフラム膜（２１２）が、前記ダイヤフラム組立体が第一の位置にあるときに前記頂部密封面（２２６）を密封するように構成され、前記下方ダイヤフラム膜（２２０）が、前記ダイヤフラム組立体が第二の位置にあるときに前記底部密封面（２２８）を密封するように構成された、弁体と、
   前記弁体（２０６）の頂側部に装着された頂部板（２０２）であって、前記上方ダイヤフラム膜の外端縁が、前記弁体（２０６）と前記頂部板（２０２）との間に保持された、頂部板とを備え、
   前記上方ダイヤフラム膜（２１２）は、前記上方ダイヤフラム膜（２１２）の中心が前記上方ダイヤフラム膜（２１２）の前記外端縁により画成された平面の下方に伸びる湾曲した形状を有し、これにより、前記ダイヤフラム組立体が、前記ダイヤフラム弁内に取り付けられて、前記第一の位置又は前記第二の位置にあるとき、前記ダイヤフラム組立体は、前記第一の位置に向けて付勢される、ダイヤフラム弁。
2. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、
   前記上方ダイヤフラム膜（２１２）に装着され且つ前記上方ダイヤフラム膜（２１２）を取り囲むと共に、前記弁体（２０６）と前記頂部板（２０２）との間のシールを形成する頂縁部（２１４）と、
   前記下方ダイヤフラム膜（２２０）に装着され且つ前記下方ダイヤフラム膜（２２０）を取り囲むと共に、前記弁体（２０６）と前記底部板（２０４）との間のシールを形成する底縁部（２２２）とを備える、ダイヤフラム弁。
3. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記上方ダイヤフラム膜（２１２）は、実質的に円形の形状である、ダイヤフラム弁。
4. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記上方ダイヤフラム膜（２１２）は、実質的に楕円形の形状である、ダイヤフラム弁。
5. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記上方ダイヤフラム膜（２１２）は、実質的に矩形の形状である、ダイヤフラム弁。
6. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記上方ダイヤフラム膜（２１２）は、ポリウレタンからなる、ダイヤフラム弁。
7. 請求項１に記載のダイヤフラム弁において、前記下方ダイヤフラム膜（２２０）は、弾性材料からなり、かつ前記下方ダイヤフラム膜の中心が前記下方ダイヤフラム膜の外端縁により画成された平面の下方に伸びる湾曲した形状を有し、これにより前記ダイヤフラム組立体が前記ダイヤフラム弁内に取り付けられたとき、前記ダイヤフラム組立体が前記第一の位置に向けて付勢されるようにした、ダイヤフラム弁。
8. ダイヤフラム弁にばね荷重を加える方法において、
   下方ダイヤフラム膜をスピンドルの第一の端部に取り付けるステップと、
   前記スピンドルを弁体の中央開口部内に挿入するステップと、
   ボウル形状を有し且つ弾性材料からつくられた上方ダイヤフラム膜を、前記下方ダイヤフラム膜に対して隔てられた関係で前記スピンドルの第二の端部に取り付けるステップと、
   前記ダイヤフラム弁が第一の位置にあろうと第二の位置にあろうと、前記上方ダイヤフラム膜の前記弾性材料及び形状が、前記上方ダイヤフラム膜に不作動位置へとばね荷重を加えるためのばね力を発生させるように、頂部板を前記弁体の頂側部に装着し、前記上方ダイヤフラム膜の端縁を前記頂部板と前記弁体の頂側部との間に捕捉するステップとを備える、方法。
9. 前記頂部板は、レーザ溶接により前記弁体の頂側部に装着される、請求項８に記載の方法。
10. スペーサを前記上方及び下方ダイヤフラム膜の間の前記スピンドルに取り付けるステップを更に備える、請求項８に記載の方法。
11. スピンドルキャップを前記スピンドルに取り付けるステップを更に備える、請求項８に記載の方法。
12. 前記頂部板が前記弁体に装着される前に、前記弁体の前記頂側部に形成された溝内に前記上方ダイヤフラム膜に装着された縁部を着座させるステップであって、前記頂側部の前記溝が前記中央開口部を取り囲む、前記上方ダイヤフラム膜に装着された縁部を着座させるステップと、
    底部板が前記弁体に装着される前に、前記弁体の底側部に形成された溝内に前記下方ダイヤフラム膜に装着された縁部を着座させるステップであって、前記底側部の前記溝が前記中央開口部を取り囲む、前記下方ダイヤフラム膜に装着された縁部を着座させるステップとを更に備える、請求項８に記載の方法。

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