ダイヤフラムバルブ
【課題】弁閉時の流体の残留部分の容積を極小にして流路の切り替えを高速化でき、耐久性を向上して長寿命化を図り、ダイヤフラムの交換も容易なダイヤフラムバルブを提供する。
【解決手段】弁箱２０内の弁座２５の弁口２５ａ直下に極小の容積Ｖを有する連通部２９を介してメイン流路２３を配設し、弁箱２０内にシートホルダ３３でシート２６を保持したダイヤフラム構造体２１を装着する。ダイヤフラム構造体２１は、シートホルダ３３とダイヤフラムピース３２とを螺着結合して内径孔外周縁５２を挟着し、ダイヤフラムピース３２をボンネット３４で上下動可能に保持し、軸部３２ａに装着したスプリング４１でダイヤフラム３１を開方向に付勢させ、スプリング４１を軸部３２ａに螺合したストッパ４０で適正な荷重を与える構成とし、ボンネット３４と弁箱２０内でダイヤフラム３１の外周縁５３を挟着してダイヤフラム吊り下げタイプとした。
【解決手段】弁箱２０内の弁座２５の弁口２５ａ直下に極小の容積Ｖを有する連通部２９を介してメイン流路２３を配設し、弁箱２０内にシートホルダ３３でシート２６を保持したダイヤフラム構造体２１を装着する。ダイヤフラム構造体２１は、シートホルダ３３とダイヤフラムピース３２とを螺着結合して内径孔外周縁５２を挟着し、ダイヤフラムピース３２をボンネット３４で上下動可能に保持し、軸部３２ａに装着したスプリング４１でダイヤフラム３１を開方向に付勢させ、スプリング４１を軸部３２ａに螺合したストッパ４０で適正な荷重を与える構成とし、ボンネット３４と弁箱２０内でダイヤフラム３１の外周縁５３を挟着してダイヤフラム吊り下げタイプとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムバルブに関し、詳しくは、半導体製造装置や太陽電池製造装置、液晶製造装置などに適用され、主に、例えばガス供給系配管などで使用されるダイヤフラムバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造装置や太陽電池製造装置、液晶製造装置などのガス供給配管系で用いられる開閉弁としては、デッドスペースが少なく、パーティクルの発生を抑えることが要求され、これに応える弁としてダイヤフラムバルブが用いられることが多い。
この種のダイヤフラムバルブとして、例えば、図７に示すダイヤフラム弁１が知られている。このダイヤフラム弁１では、弁座シート２がボデー部３側にカシメにより装着され、弁座シート２と上下動可能に設けられた押圧体４との間に装着されたダイヤフラム体５を、押圧体４によって弁座シート２に押圧してシールする構成になっている。ボデー部３側には弁座シート２を収容するための凹状取付部６が設けられ、この凹状取付部６は、図において、ボデー部３に設けられた流入流路７と流出流路８とが垂直方向に屈曲していることでその厚みが確保されている。
【０００３】
一方、図８に示したダイヤフラム弁１１では、弁座シートがボデー部１２側に装着された構造ではなく、ダイヤフラム体１３側に装着されたホルダ１４内にシール部材１５が吊り下げられるように取付けられている。このダイヤフラム弁１１では、ホルダ１４の上下動によりシール部材１５をボデー部１２側に形成された弁座部１６に着座させることでシールし、ダイヤフラム体１３により外部への流体の漏れやパーティクルの発生が防止されている。この場合、ホルダ１４とダイヤフラム体１３とは溶接により接合されており、これらを容易に溶接するために、ダイヤフラム体１３としては、例えばホルダ１４と同じ材料のステンレス（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）が用いられている。
このダイヤフラム弁１１と同様の構造として、例えば、特許文献１のダイヤフラム型バルブが知られている。このバルブは、ホルダに金属ダイヤフラムが溶接によって固着され、シートがホルダに吊り下げられた状態で装着されている。
【０００４】
これらのダイヤフラムバルブは、半導体製造装置などの化合物ＭＯ−ＣＶＤ装置等で使用されることが多い。ＭＯ−ＣＶＤ装置では、メイン流路に複数の性質が異なるガスなどをタイミングを切り替えて流したり止めたりすることが頻繁に繰り返される。この使用状況下においては、先行して流されたガス等を止めた後に残留物が必要な濃度に低下するまでは、次にガス等に切り替えて流すことができない。よって、流路の切り替えのタイミングを極小に抑えるためには、弁座からメイン流路に接合するまでの容積を極小化することが重要になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２８６９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図７のダイヤフラム弁１のように弁座シート２をボデー部３側に止め付ける構造にした場合、弁座シート２を収容するために厚みが大きくなって流路７、８の垂直方向に屈曲した部分が長くなってこの部分の流路容積が大きくなる。このように流路の垂直方向部分の容積が増えることでデッドスペースが大きくなり、流体が残留しやすくなることから流路の切り替え時間が長くなる。
【０００７】
一方、図８や特許文献１のダイヤフラム弁１１においては、図８においてシール部材１５がホルダ１４側に装着された構造であり、図７のダイヤフラム弁１に比較して弁座入口側から出口側までの長さを短くすることは可能ではあるが、ダイヤフラム体１３とホルダ１４とを溶接により一体化しているため、ダイヤフラム体１３を例えばステンレスで設けたときに耐久性に乏しくなり、弁開閉動作可能な回数が数万回程度の少ない回数にとどまることがある。これを回避するために耐久性の高いダイヤフラム素材としてＣｏ−Ｎｉ合金を用いる場合があるが、Ｃｏ−Ｎｉ合金とステンレス材料とが異種材料であることから、これらを溶接により強固に固着することは難しい。一方、Ｃｏ−Ｎｉ合金でダイヤフラムとホルダとの双方を形成することも考えられるが、ダイヤフラム体１３に比較して大型のホルダ１４を高価なＣｏ−Ｎｉ合金で製作することは経済的な点からも現実的ではない。
【０００８】
また、ダイヤフラムの動作速度における耐久性の影響を考えると、Ｃｏ−Ｎｉ合金のダイヤフラムに比べ、ステンレスのダイヤフラムは材料強度が低く、動作速度を速くできないため、開閉速度が遅くなり、流体の切替時間が長くなる。
更に、ダイヤフラム体１３を交換する際には、専用の治具を用いてホルダ１４やステム１９等の昇降動部品とダイヤフラム体１３とを調芯する必要があるため、ダイヤフラム体１３の交換作業が困難になる。
【０００９】
本発明は、従来の課題点に鑑みて開発したものであり、その目的とするところは、弁閉時の流体の残留部分の容積を極小にして流路の切り替えを高速化でき、耐久性を向上して長寿命化を図り、ダイヤフラムの交換も容易なダイヤフラムバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、弁箱内に設けた弁座の弁口直下に極小の容積を有する連通部を介してメイン流路を配設し、この弁箱内にシートホルダでシートを保持したダイヤフラム構造体を装着し、このダイヤフラム構造体は、シートホルダとダイヤフラムピースとを螺着結合してダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着し、ダイヤフラムピースをボンネットで上下動可能に保持し、かつダイヤフラムピースの軸部に装着したスプリングでダイヤフラムを開方向に付勢させ、このスプリングを軸部に螺合したストッパで適正な荷重を与える構成とし、ボンネットと弁箱内でダイヤフラムの外周縁を挟着してダイヤフラム吊り下げタイプとしたダイヤフラムバルブである。
【００１１】
請求項２に係る発明は、ボンネットに形成した案内孔に軸部を上下動自在に案内し、スプリングの一端側をボンネット上面に、かつ他端側を軸部の上部に螺合したナット状のストッパに当接してダイヤフラムを開方向に付勢させたダイヤフラムバルブである。
【００１２】
請求項３に係る発明は、シートホルダに設けたおねじ部をダイヤフラムの内径孔に貫通させ、このおねじ部とダイヤフラムピースのめねじ部との螺合による締付力により、シートホルダの環突状のつぶれシール部とダイヤフラムピースの環状の突設部とでダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着したダイヤフラムバルブである。
【００１３】
請求項４に係る発明は、ダイヤフラムとダイヤフラムの接合部位を異種金属とし、ダイヤフラムをＣｏ−Ｎｉ合金材で成形したダイヤフラムバルブである。
【００１４】
請求項５に係る発明は、ダイヤフラム構造体の装着側の弁箱にアクチュエータ本体を螺着してこのアクチュエータ本体の下端部でボンネットを押圧固定し、アクチュエータ本体にピストンロッドを有するエアーピストンとこのピストンを弾発付勢するばねとを内蔵し、ピストンロッドの下端をダイヤフラムピースの軸部上端に当接すると共に、ピストンのストロークを調整部材で調整してダイヤフラムのストロークを抑制するようにしたダイヤフラムバルブである。
【００１５】
請求項６に係る発明は、メイン流路を有するブロック体に複数のダイヤフラム構造体を装着して多連バルブとしたダイヤフラムバルブである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によると、弁箱に設けた弁座に対して、ダイヤフラム構造体に装着したシートを接離して弁開閉する構造であるため、弁箱側にシート収容部位を設ける必要がなく、連通部の容積を極小に設けることで残留流体を少なく抑えて流路の切り替えを高速化できる。しかも、ダイヤフラム構造体において、ダイヤフラムの軸部に装着したスプリングでダイヤフラムを開方向に付勢させ、ストッパでスプリングによる適正な荷重を与える構成であるため、スプリングにより弁開方向への動作を早くして流路切り替え時間を短くできる。
シートホルダとダイヤフラムピースとの間にダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着し、ボンネットと弁箱内でダイヤフラムの外周縁を挟着した吊り下げタイプでダイヤフラムを装着しているので、ダイヤフラムの耐久性の高い材料で成形して長寿命化を図れる。さらに、溶接する必要がないことから、溶接に起因するコストや手間がかからないため生産性が向上する。
ダイヤフラムやシートが劣化や消耗した場合、ダイヤフラム構造体を取り外すことでこれらを簡単に交換できる。その際、ダイヤフラム構造体を弁箱に落とし込む装着構造であるため簡単に着脱でき、専用の治具等を用いることなく一般工具を用いて着脱できる。
【００１７】
請求項２に係る発明によると、スプリングの弾発力によりダイヤフラムを開方向に付勢することで、シートホルダを強制的に弁開方向である上方向に移動させて弁開速度を向上でき、この弁開動作にかかる時間を大幅に短縮できる。さらに、メイン流路内が真空状態になったとしても、スプリングの弾発付勢力によりダイヤフラムが閉方向に移動することを防止する。
【００１８】
請求項３に係る発明によると、つぶれシール部と環状の突設部とでダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着していることで、溶接することなくダイヤフラムをつぶれ部分により強固に装着でき、その装着後には高いシール性を発揮して確実に挟着部分からの漏れを防止する。シートホルダとダイヤフラムピースとの螺合による締付け構造により、容易にダイヤフラムを交換したり、更にはシートを簡単に交換することもできる。
【００１９】
請求項４に係る発明によると、ダイヤフラムとダイヤフラムの接合部位とを異種金属とすることで、ダイヤフラムを接合部位よりも高耐久性の材料で設けることができ、特に、ダイヤフラムをＣｏ−Ｎｉ合金材とした場合には、耐摩耗性、耐熱性、耐食性に優れ、高温化した場合でもその特性を発揮して硬度を維持できる。これにより、長寿命化を図りつつ高精度に流量制御可能なダイヤフラムバルブを構成できる。
【００２０】
請求項５に係る発明によると、アクチュエータ本体を介して自動操作により弁開閉でき、このアクチュエータ本体のエアーピストンのストロークを調整部材で調整してダイヤフラムのストロークを抑制するようにしているので、ダイヤフラム構造体を弁箱に装着する際に弁開閉時のストロークを調整し、特に弁閉時におけるシール状態を微調整しながら取付けできる。このため、ダイヤフラムの交換などによりダイヤフラム構造体を着脱する際にも、ダイヤフラムやシートを所定位置の位置に装着して高精度の弁開閉制御を実施できる。
【００２１】
請求項６に係る発明によると、ブロック体に複数のダイヤフラム構造体を装着して多連バルブを設けることができ、メイン流路を流れる流体にダイヤフラム構造体を介して複数の流体を混入して混合流体を供給可能となる。仮に、多連バルブの一箇所にシートやシートカシメの不良に起因する不適合や故障があったとしても全体を再製作する必要がなく、必要なダイヤフラム構造体のみを交換するだけで対応できる。また、弁座付近にこすれやキズ等が発生してシール性能が低下した場合には、当該位置のダイヤフラム構造体を取り外すことで弁座付近の研磨や修正が可能になるため、ブロック体全体を交換することがなく、工数や材料の無駄も削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のダイヤフラムバルブの第１実施形態を示す要部断面図である。
【図２】ダイヤフラム構造体を示す一部切欠き正面図である。
【図３】図２の一部拡大断面図である。
【図４】本発明のダイヤフラムバルブの第２実施形態を示す要部断面図である。
【図５】調整部材を示す平面図である。
【図６】本発明のダイヤフラムバルブの第３実施形態を示す要部断面図である。
【図７】従来のダイヤフラム弁の一例を示す縦断面図である。
【図８】従来のダイヤフラム弁の他例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明におけるダイヤフラムバルブの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては本発明のダイヤフラムバルブの第１実施形態、図２においてはダイヤフラム構造体、図３においては図２の一部拡大断面図を示している。
【００２４】
図において、ダイヤフラムバルブは、ステンレス鋼等の金属材料により成形された弁箱２０、この弁箱２０内に装着されるダイヤフラム構造体２１、アクチュエータ本体２２を有し、ダイヤフラム構造体２１をアクチュエータ本体２２で操作して弁開閉操作可能になっている。
【００２５】
弁箱２０にはメイン流路２３、複数の連通流路２４が形成されている。メイン流路２３は弁箱２０の中央位置の長手方向に形成され、このメイン流路２３と交差方向に連通して連通流路２４が形成されている。
【００２６】
メイン流路２３と連通流路２４との間の内部底面には弁座２５が設けられ、この弁座２５は後述のシート２６の取付け側でないことからフラットな底面に形成される。メイン流路２３は、弁座２５の弁口２５ａ直下に極小の容積Ｖを有する連通部２９を介して配設され、弁箱２０内にシートホルダ３３でシート２６を保持したダイヤフラム構造体２１が装着されている。ダイヤフラムバルブは、弁座２５にシート２６を接離させることで弁開閉させ、各連通流路２４からメイン流路２３に流量を制御しながら流体を供給可能になっている。弁箱２０のダイヤフラム構造体２１装着側には、メネジ２７、装着凹部２８が形成され、また、メイン流路２３と平行にヒータ取付け用の取付け穴２０ａが形成されている。
【００２７】
図２において、ダイヤフラム構造体２１は、ダイヤフラム３１、ダイヤフラムピース３２、シートホルダ３３、シート２６、ボンネット３４、ストッパ４０、スプリング４１を有している。
ダイヤフラム３１は、これを接合するための接合部位であるダイヤフラムピース３２、並びにシートホルダ３３とは異種金属からなり、例えば、Ｃｏ−Ｎｉ合金材などの弾性変形可能な金属材料により円板状に成形され、中央部にはシートホルダ３３の後述するおねじ部３５が挿通する取付け用の内径孔５１が形成されている。図３に示すように、ダイヤフラム３１は、接ガス用ダイヤフラム３１ａと、バックアップ用ダイヤフラム３１ｂとの二層構造になっており、これらが一体に貼着されて一体化されている。
【００２８】
ダイヤフラムピース３２は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼等の金属材料からなり、ダイヤフラム３１やシートホルダ３３を弁座方向に昇降動可能にボンネット３４に取付けられている。ダイヤフラムピース３２は略円柱形状を呈し、その底面側中央にめねじ部３７が設けられている。このめねじ部３７にはシートホルダ３３のおねじ部３５が螺合可能になっている。
【００２９】
ダイヤフラムピース３２の下部側には環状の突設部４２が形成されている。一方、上部側には軸部３２ａが設けられ、この軸部３２ａにはおねじ３８が形成されている。おねじ３８にはめねじ３９を介してストッパ４０が螺着されている。ストッパ４０とボンネット３４との間には、シートホルダ３３を弁閉方向に付勢するスプリング４１が組み込まれている。スプリング４１は、例えば、ＳＵＳ３０４−ＷＰＢなどのステンレス鋼等の金属材料からなり、このスプリング４１により、ダイヤフラムピース３２、シート２６を装着したシートホルダ３３が開状態まで強制的に付勢される。
【００３０】
ストッパ４０は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼等の金属材料からなり、上記したおねじ３８へのめねじ３９の螺合により、スプリング４１に所定の荷重を与えている。ストッパ４０は、図示しないスパナ等により着脱可能であり、ストッパ４０の取付け高さを変えることでスプリング４１の荷重を変更してダイヤフラムピース３２、シートホルダ３３の付勢力を調整することが可能になっている。
【００３１】
シートホルダ３３は、例えばＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼などの金属材料からなり、めねじ部３７に螺合するおねじ部３５と、このおねじ部３５よりも拡径したシート部材取付け用の拡径部４３とを有している。拡径部４３の弁座側にはシート２６装着用の装着部４４が設けられ、拡径部４３のダイヤフラムピース３２側には、ダイヤフラム３１と金属シール構造を達成するためにダイヤフラムピース３２の突設部４２と挟着するつぶれシール部４５が環突状に形成されている。
【００３２】
シート２６は、例えば樹脂材料からなり、シートホルダ３３の装着部４４にカシメにより取付けられる。シート２６の先端側には弁座２５に当接可能な環状突部４６が形成され、この環状突部４６が弁座２５に押し付けられることで弁閉状態になる。装着部４４から環状突部４６先端側までは流体の流れ方向において極小の突出し長さになっており、図示しないこの突出し長さは、後述する弁座２５からメイン流路２３までの接合部分の極小の容積Ｖに寄与している。
【００３３】
ボンネット３４は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼等の金属材料により弁箱２０の装着凹部２８に嵌合する外形に形成され、その内周側に、ダイヤフラムピース３２を案内しつつ上下作動可能に装着可能な案内孔４７、ダイヤフラムピース３２に当接してその上昇位置を規制する規制部４８が形成されている。
【００３４】
ダイヤフラム構造体２１は、シートホルダ３３とダイヤフラムピース３２とを螺着結合してダイヤフラム３１の内径孔５１の外周縁５２を挟着し、ダイヤフラムピース３２をボンネット３４で上下動可能に保持し、かつダイヤフラムピース３２の軸部３２ａに装着したスプリング４１でダイヤフラム３１を開方向に付勢させた状態で組み込まれる。そして、スプリング４１を軸部３２ａに螺合したストッパ４０で適正な荷重を与える構成とし、ボンネット３４と弁箱２０内でダイヤフラム３１の外周側の外周縁５３を挟着してダイヤフラム３１吊り下げタイプの構造体になっている。
【００３５】
ダイヤフラム３１の取付け時には、ボンネット３４に形成した案内孔４７に軸部３２ａを上下動自在に案内し、スプリング４１の一端側をボンネット上面３４ａに、かつ他端側を軸部３２ａの上部に螺合したナット状のストッパ４０に当接してダイヤフラム３１を開方向に付勢させる。
【００３６】
この場合、シートホルダ３３に設けたおねじ部３５をダイヤフラム３１の内径孔５１に貫通させ、このおねじ部３５とダイヤフラムピース３２のめねじ部３７との螺合による締付力により、シートホルダ３３のつぶれシール部４５とダイヤフラムピース３２の突設部４２とで、ダイヤフラム３１の内径孔５１の外周縁５２を挟着する。
【００３７】
ダイヤフラム３１とシートホルダ３３とは、ダイヤフラムピース３２から着脱可能に設けられている。ダイヤフラム構造体２１を弁箱２０から取り外すことにより、ダイヤフラム３１とシートホルダ３３とを取り外すことができ、ダイヤフラム３１と、シートホルダ３３に装着されているシート２６とを交換可能になっている。
【００３８】
図１において、アクチュエータ本体２２は、ケーシング６０、シリンダ部材６１、エアーピストン６２、ばね６３を有し、ダイヤフラム構造体２１が装着された弁箱２０の上部側に取付けられる。ケーシング６０は、下部側にメネジ２７に螺着可能なオネジ６４を有し、下部内周側には収納穴部６５、この収納穴部６５と連通する縮径状の貫通穴６６が設けられている。収納穴部６５にはボンネット３４の上部側を嵌入可能であり、この嵌入によりダイヤフラム構造体２１が収納穴部６５に収納される。貫通穴６６は、エアーピストン６２の下部側が嵌入されてこのエアーピストン６２が往復動可能な径に設けられている。ケーシング６０の上部外周には雄螺子部６７が設けられている。
【００３９】
シリンダ部材６１は雄螺子部６７に螺合可能な雌螺子部６８を有し、これらを螺合させることでケーシング６０の上部に固定され、これによりシリンダ部材６１とケーシング６０との間の内部にはエアーピストン６２が往復動可能な空間が形成される。シリンダ部材６１にはエアー供給用の給気口７２、エアー排気用の排気ポート７１が設けられている。給気口７２よりエアーを給気したときには、エアーピストン６２が弁開方向に往動作し、このとき、シリンダ部材６１のばね６３側のエアーが排気ポート７１より排気される。一方、給気口７２のエアー供給を停止し排気した場合、エアーピストン６２がばね６３により弁閉方向に復動する。このように、このダイヤフラムバルブは、ＮＣ（ノーマリークローズタイプ）となっている。
【００４０】
エアーピストン６２はピストンロッド６９を有し、シリンダ部材６１、ケーシング６０内に往復動自在で、ばね６３により底面６９ａがダイヤフラムピース３２に圧接した状態で装着される。これにより、エアーピストン６２が往復動したときにこのエアーピストン６２の動作に応じてダイヤフラムピース３２が上下に動作する。エアーピストン６２には貫通孔部７３が設けられ、この貫通孔部７３は給気口７２と連通している。給気口７２からエアーを給気したときには、貫通孔部７３を介してエアーピストン６２の１次側にエアーが供給されて前記のようにエアーピストン６２が復動作する。
【００４１】
ばね６３は、エアーピストン６２とシリンダ部材６１との間に弾発付勢状態で装着され、このばね６３により、常時においてエアーピストン６２がダイヤフラムピース３２、シートホルダ３３を閉方向に動作させる方向に付勢される。
【００４２】
アクチュエータ本体２２は、ダイヤフラム構造体２１の装着側の弁箱２０にオネジ６４とメネジ２７とにより螺着され、このときアクチュエータ本体２２の下端部２２ａがボンネット３４を押圧固定する。前述したようにアクチュエータ本体２２にはエアーピストン６２とばね６３とが内蔵されていることで、ピストンロッド６９の下端６９ａがダイヤフラムピース３２の軸部上端３２ｂに当接する。この構造によりエアーピストン６２を介してダイヤフラムピース３２を上下動させ、シートホルダ３３を弁箱２０の弁座２５に押付ける力を付勢してシート２６の接離により弁座２５を開閉動作させることが可能になっている。
【００４３】
次いで、本発明のダイヤフラムバルブの上記実施形態における作用を説明する。
本発明のダイヤフラムバルブは、弁箱２０内に設けた弁座２５の弁口２５ａ直下に極小の容積Ｖを有する連通部２９を介してメイン流路２３を配設し、この弁箱２０内にシートホルダ３３でシート２６を保持したダイヤフラム構造体２１を装着しているので、連通部２９のデッドスペースを小さくして流路切り替え時の残留流体を最少に抑えることで、弁開閉時の切り替え時間を短くできる。このため、例えば、化合物ＭＯ−ＣＶＤ装置で使用した場合に、複数の性質の異なるガスを使用したときでも、このガスを迅速に排出して流路の切り替え時間を極小にできスムーズに切り替えできる。
【００４４】
ダイヤフラム構造体２１は、シートホルダ３３とダイヤフラムピース３２とを螺着結合して内径孔外周縁５２を挟着してダイヤフラムピース３２をボンネット３４で上下動可能に保持し、かつ軸部３２ａに装着したスプリング４１でダイヤフラム３１を開方向に付勢させ、このスプリング４１をストッパ４０で適正な荷重を与える構成とし、ボンネット３４と弁箱２０内で外周縁５３を挟着してダイヤフラム吊り下げタイプとしているため、ダイヤフラム３１を溶接することなく装着でき、ダイヤフラム３１のみを耐久性の高い材料で形成することで長寿命化を図ることができる。
【００４５】
その際、ダイヤフラムピース３２とシートホルダ３３との間にダイヤフラム３１の内径孔５１を挟着し、ダイヤフラム３１の外縁部５３をボンネット３４と弁箱２０との間に挟着しているので、ダイヤフラム３１を溶接することなくダイヤフラム構造体２１を簡単に取付けできる。ダイヤフラム３１が劣化した場合には、ダイヤフラム３１のみを取外して交換可能であるため、経済性に優れている。しかも、特別な治具を用いることなくダイヤフラム構造体２１を着脱し、ダイヤフラム３１やシート２６を簡単に交換できる。更に、溶接に起因するコストや手間がかからないことから生産性も向上する。
【００４６】
ダイヤフラム構造体２１の取付け時には、おねじ部３５を内径孔５１に貫通させ、おねじ部３５とめねじ部３７との螺合による締付力によりつぶれシール部４５と突設部４２とでダイヤフラム３１の内径孔外周縁５２を挟着しているため、高いシール性を発揮してダイヤフラム３１取付け部分からの漏れを確実に防止する。
【００４７】
ダイヤフラム３１をダイヤフラムピース３２並びにシートホルダ３３とは異種金属とし、このダイヤフラム３１をＣｏ−Ｎｉ合金材で成形することでステンレス合金製のダイヤフラムでは実現困難な耐久性を発揮でき、例えば、数百万回の開閉動作をおこなった場合でもダイヤフラム３１が破損するおそれがなく、長寿命化を図りつつ高精度に流量制御可能なダイヤフラムバルブを構成できる。
【００４８】
図４、図５においては、本発明のダイヤフラムバルブの第２実施形態を示している。なお、この実施形態以降において上記実施形態を同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。
この実施形態では、エアーピストン６２の上部に設けられたシリンダ部材８０にめねじ８１が設けられ、このめねじ８１におねじ８２を介して調整部材８３が螺着されている。調整部材８３の上面側には、エアー供給用のエアー給気口８４、有底穴８５、ねじ穴８６が設けられ、このねじ穴８６には固定ねじ８７が螺着されている。調整部材８３の下部側には、エアーピストン６２の縮径筒部８８を摺動可能に嵌入するためのガイド穴８９と、エアーピストン６２の拡径筒部９０の先端側に当接可能な当接部９１が形成されている。
【００４９】
調整部材８３は、有底穴８５に図示しない適宜の工具を挿入して回転させることで、エアーピストン６２の往復方向に可動する。この場合、固定ねじ８７の螺入量を調節してエアーピストン６２側への先端部分の突出量を調整し、シリンダ部材６１に対する調整部材８３の螺入量を調節する。これにより、当接部９１を所定の位置に配置しながら、エアーピストン６２が当接部９１に当接するときのストロークを調整部材８３で調整してダイヤフラム３１のストロークを抑制できる。この場合、例えば、調整部材８３を１／２回転させたときに、０．２５ｍｍ程度螺入させるように設けるとよい。
【００５０】
この構成により、エアー給気口８４よりエアーを供給し、エアー圧によりエアーピストン６２を持ち上げられて弁開状態にしたときに、エアーピストン６２の最上位置が調整部材８３の当接部９１への突き当りによって定まる。この状態から調整部材８３を時計方向に締め込むとエアーピストン６２の最上位置が下がり、ダイヤフラム３１の閉状態から開状態までのストロークが抑制されてバルブの最大流量が減少する。調整部材８３の締め込み量を調整することで、弁箱２０に取付けられた各ダイヤフラム構造体２１による最大流量を揃えたり、或は、各ダイヤフラム構造体２１から流入させる材料ガス等の流体の量を最適な状態に適宜調整できる。さらに、ストロークを抑制することにより、開閉時間の適宜調整も可能となる。
【００５１】
図６においては、本発明のダイヤフラムバルブの第３実施形態を示している。
この実施形態においては弁箱をブロック体９４とし、このブロック体９４にメイン流路２３と、複数の連通流路２４とを設け、複数のダイヤフラム構造体２１を装着して多連バルブ９５としたものである。この多連バルブ９５では、メイン流路２３を流れる流体に対し、ダイヤフラム構造体２１をそれぞれ開閉制御して連通流路２４から適宜流体を所定量供給することで、混合流体を設けることが可能になる。
【００５２】
通常の多連バルブ構造では、バルブの一箇所でもシート、シートカシメの不良に起因する不適合があればボデーの再製作が必要になるが、本実施形態ではダイヤフラム構造体２１を着脱することでシート２６等の不良に対応できるためブロック体９４を再製作する必要がない。また、前記したとおりシート２６がシートホルダ３３側に装着されているため、ブロック体９４内部の弁座がこすれキズ等でシール性能不適合になった場合でも簡単に研磨等の加工によって修復可能であり、ブロック体９４を最小限の加工で修復できることから工数や材料の無駄が抑えられる。
【符号の説明】
【００５３】
２０ 弁箱
２１ ダイヤフラム構造体
２２ アクチュエータ本体
２２ａ 下端部
２３ メイン流路
２５ 弁座
２５ａ 弁口
２６ シート
２９ 連通部
３１ ダイヤフラム
３２ ダイヤフラムピース
３２ａ 軸部
３２ｂ 軸部上端
３３ シートホルダ
３４ ボンネット
３４ａ 上面
３５ おねじ部
３７ めねじ部
４０ ストッパ
４１ スプリング
４２ 突設部
４５ つぶれシール部
４７ 案内孔
５１ 内径孔
５２ 内径孔外周縁
５３ 外周縁
６２ エアーピストン
６３ ばね
６９ ピストンロッド
６９ａ 下端
８３ 調整部材
９４ ブロック体
９５ 多連バルブ
Ｖ 容積
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムバルブに関し、詳しくは、半導体製造装置や太陽電池製造装置、液晶製造装置などに適用され、主に、例えばガス供給系配管などで使用されるダイヤフラムバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造装置や太陽電池製造装置、液晶製造装置などのガス供給配管系で用いられる開閉弁としては、デッドスペースが少なく、パーティクルの発生を抑えることが要求され、これに応える弁としてダイヤフラムバルブが用いられることが多い。
この種のダイヤフラムバルブとして、例えば、図７に示すダイヤフラム弁１が知られている。このダイヤフラム弁１では、弁座シート２がボデー部３側にカシメにより装着され、弁座シート２と上下動可能に設けられた押圧体４との間に装着されたダイヤフラム体５を、押圧体４によって弁座シート２に押圧してシールする構成になっている。ボデー部３側には弁座シート２を収容するための凹状取付部６が設けられ、この凹状取付部６は、図において、ボデー部３に設けられた流入流路７と流出流路８とが垂直方向に屈曲していることでその厚みが確保されている。
【０００３】
一方、図８に示したダイヤフラム弁１１では、弁座シートがボデー部１２側に装着された構造ではなく、ダイヤフラム体１３側に装着されたホルダ１４内にシール部材１５が吊り下げられるように取付けられている。このダイヤフラム弁１１では、ホルダ１４の上下動によりシール部材１５をボデー部１２側に形成された弁座部１６に着座させることでシールし、ダイヤフラム体１３により外部への流体の漏れやパーティクルの発生が防止されている。この場合、ホルダ１４とダイヤフラム体１３とは溶接により接合されており、これらを容易に溶接するために、ダイヤフラム体１３としては、例えばホルダ１４と同じ材料のステンレス（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）が用いられている。
このダイヤフラム弁１１と同様の構造として、例えば、特許文献１のダイヤフラム型バルブが知られている。このバルブは、ホルダに金属ダイヤフラムが溶接によって固着され、シートがホルダに吊り下げられた状態で装着されている。
【０００４】
これらのダイヤフラムバルブは、半導体製造装置などの化合物ＭＯ−ＣＶＤ装置等で使用されることが多い。ＭＯ−ＣＶＤ装置では、メイン流路に複数の性質が異なるガスなどをタイミングを切り替えて流したり止めたりすることが頻繁に繰り返される。この使用状況下においては、先行して流されたガス等を止めた後に残留物が必要な濃度に低下するまでは、次にガス等に切り替えて流すことができない。よって、流路の切り替えのタイミングを極小に抑えるためには、弁座からメイン流路に接合するまでの容積を極小化することが重要になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２８６９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図７のダイヤフラム弁１のように弁座シート２をボデー部３側に止め付ける構造にした場合、弁座シート２を収容するために厚みが大きくなって流路７、８の垂直方向に屈曲した部分が長くなってこの部分の流路容積が大きくなる。このように流路の垂直方向部分の容積が増えることでデッドスペースが大きくなり、流体が残留しやすくなることから流路の切り替え時間が長くなる。
【０００７】
一方、図８や特許文献１のダイヤフラム弁１１においては、図８においてシール部材１５がホルダ１４側に装着された構造であり、図７のダイヤフラム弁１に比較して弁座入口側から出口側までの長さを短くすることは可能ではあるが、ダイヤフラム体１３とホルダ１４とを溶接により一体化しているため、ダイヤフラム体１３を例えばステンレスで設けたときに耐久性に乏しくなり、弁開閉動作可能な回数が数万回程度の少ない回数にとどまることがある。これを回避するために耐久性の高いダイヤフラム素材としてＣｏ−Ｎｉ合金を用いる場合があるが、Ｃｏ−Ｎｉ合金とステンレス材料とが異種材料であることから、これらを溶接により強固に固着することは難しい。一方、Ｃｏ−Ｎｉ合金でダイヤフラムとホルダとの双方を形成することも考えられるが、ダイヤフラム体１３に比較して大型のホルダ１４を高価なＣｏ−Ｎｉ合金で製作することは経済的な点からも現実的ではない。
【０００８】
また、ダイヤフラムの動作速度における耐久性の影響を考えると、Ｃｏ−Ｎｉ合金のダイヤフラムに比べ、ステンレスのダイヤフラムは材料強度が低く、動作速度を速くできないため、開閉速度が遅くなり、流体の切替時間が長くなる。
更に、ダイヤフラム体１３を交換する際には、専用の治具を用いてホルダ１４やステム１９等の昇降動部品とダイヤフラム体１３とを調芯する必要があるため、ダイヤフラム体１３の交換作業が困難になる。
【０００９】
本発明は、従来の課題点に鑑みて開発したものであり、その目的とするところは、弁閉時の流体の残留部分の容積を極小にして流路の切り替えを高速化でき、耐久性を向上して長寿命化を図り、ダイヤフラムの交換も容易なダイヤフラムバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、弁箱内に設けた弁座の弁口直下に極小の容積を有する連通部を介してメイン流路を配設し、この弁箱内にシートホルダでシートを保持したダイヤフラム構造体を装着し、このダイヤフラム構造体は、シートホルダとダイヤフラムピースとを螺着結合してダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着し、ダイヤフラムピースをボンネットで上下動可能に保持し、かつダイヤフラムピースの軸部に装着したスプリングでダイヤフラムを開方向に付勢させ、このスプリングを軸部に螺合したストッパで適正な荷重を与える構成とし、ボンネットと弁箱内でダイヤフラムの外周縁を挟着してダイヤフラム吊り下げタイプとしたダイヤフラムバルブである。
【００１１】
請求項２に係る発明は、ボンネットに形成した案内孔に軸部を上下動自在に案内し、スプリングの一端側をボンネット上面に、かつ他端側を軸部の上部に螺合したナット状のストッパに当接してダイヤフラムを開方向に付勢させたダイヤフラムバルブである。
【００１２】
請求項３に係る発明は、シートホルダに設けたおねじ部をダイヤフラムの内径孔に貫通させ、このおねじ部とダイヤフラムピースのめねじ部との螺合による締付力により、シートホルダの環突状のつぶれシール部とダイヤフラムピースの環状の突設部とでダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着したダイヤフラムバルブである。
【００１３】
請求項４に係る発明は、ダイヤフラムとダイヤフラムの接合部位を異種金属とし、ダイヤフラムをＣｏ−Ｎｉ合金材で成形したダイヤフラムバルブである。
【００１４】
請求項５に係る発明は、ダイヤフラム構造体の装着側の弁箱にアクチュエータ本体を螺着してこのアクチュエータ本体の下端部でボンネットを押圧固定し、アクチュエータ本体にピストンロッドを有するエアーピストンとこのピストンを弾発付勢するばねとを内蔵し、ピストンロッドの下端をダイヤフラムピースの軸部上端に当接すると共に、ピストンのストロークを調整部材で調整してダイヤフラムのストロークを抑制するようにしたダイヤフラムバルブである。
【００１５】
請求項６に係る発明は、メイン流路を有するブロック体に複数のダイヤフラム構造体を装着して多連バルブとしたダイヤフラムバルブである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る発明によると、弁箱に設けた弁座に対して、ダイヤフラム構造体に装着したシートを接離して弁開閉する構造であるため、弁箱側にシート収容部位を設ける必要がなく、連通部の容積を極小に設けることで残留流体を少なく抑えて流路の切り替えを高速化できる。しかも、ダイヤフラム構造体において、ダイヤフラムの軸部に装着したスプリングでダイヤフラムを開方向に付勢させ、ストッパでスプリングによる適正な荷重を与える構成であるため、スプリングにより弁開方向への動作を早くして流路切り替え時間を短くできる。
シートホルダとダイヤフラムピースとの間にダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着し、ボンネットと弁箱内でダイヤフラムの外周縁を挟着した吊り下げタイプでダイヤフラムを装着しているので、ダイヤフラムの耐久性の高い材料で成形して長寿命化を図れる。さらに、溶接する必要がないことから、溶接に起因するコストや手間がかからないため生産性が向上する。
ダイヤフラムやシートが劣化や消耗した場合、ダイヤフラム構造体を取り外すことでこれらを簡単に交換できる。その際、ダイヤフラム構造体を弁箱に落とし込む装着構造であるため簡単に着脱でき、専用の治具等を用いることなく一般工具を用いて着脱できる。
【００１７】
請求項２に係る発明によると、スプリングの弾発力によりダイヤフラムを開方向に付勢することで、シートホルダを強制的に弁開方向である上方向に移動させて弁開速度を向上でき、この弁開動作にかかる時間を大幅に短縮できる。さらに、メイン流路内が真空状態になったとしても、スプリングの弾発付勢力によりダイヤフラムが閉方向に移動することを防止する。
【００１８】
請求項３に係る発明によると、つぶれシール部と環状の突設部とでダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着していることで、溶接することなくダイヤフラムをつぶれ部分により強固に装着でき、その装着後には高いシール性を発揮して確実に挟着部分からの漏れを防止する。シートホルダとダイヤフラムピースとの螺合による締付け構造により、容易にダイヤフラムを交換したり、更にはシートを簡単に交換することもできる。
【００１９】
請求項４に係る発明によると、ダイヤフラムとダイヤフラムの接合部位とを異種金属とすることで、ダイヤフラムを接合部位よりも高耐久性の材料で設けることができ、特に、ダイヤフラムをＣｏ−Ｎｉ合金材とした場合には、耐摩耗性、耐熱性、耐食性に優れ、高温化した場合でもその特性を発揮して硬度を維持できる。これにより、長寿命化を図りつつ高精度に流量制御可能なダイヤフラムバルブを構成できる。
【００２０】
請求項５に係る発明によると、アクチュエータ本体を介して自動操作により弁開閉でき、このアクチュエータ本体のエアーピストンのストロークを調整部材で調整してダイヤフラムのストロークを抑制するようにしているので、ダイヤフラム構造体を弁箱に装着する際に弁開閉時のストロークを調整し、特に弁閉時におけるシール状態を微調整しながら取付けできる。このため、ダイヤフラムの交換などによりダイヤフラム構造体を着脱する際にも、ダイヤフラムやシートを所定位置の位置に装着して高精度の弁開閉制御を実施できる。
【００２１】
請求項６に係る発明によると、ブロック体に複数のダイヤフラム構造体を装着して多連バルブを設けることができ、メイン流路を流れる流体にダイヤフラム構造体を介して複数の流体を混入して混合流体を供給可能となる。仮に、多連バルブの一箇所にシートやシートカシメの不良に起因する不適合や故障があったとしても全体を再製作する必要がなく、必要なダイヤフラム構造体のみを交換するだけで対応できる。また、弁座付近にこすれやキズ等が発生してシール性能が低下した場合には、当該位置のダイヤフラム構造体を取り外すことで弁座付近の研磨や修正が可能になるため、ブロック体全体を交換することがなく、工数や材料の無駄も削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のダイヤフラムバルブの第１実施形態を示す要部断面図である。
【図２】ダイヤフラム構造体を示す一部切欠き正面図である。
【図３】図２の一部拡大断面図である。
【図４】本発明のダイヤフラムバルブの第２実施形態を示す要部断面図である。
【図５】調整部材を示す平面図である。
【図６】本発明のダイヤフラムバルブの第３実施形態を示す要部断面図である。
【図７】従来のダイヤフラム弁の一例を示す縦断面図である。
【図８】従来のダイヤフラム弁の他例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明におけるダイヤフラムバルブの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては本発明のダイヤフラムバルブの第１実施形態、図２においてはダイヤフラム構造体、図３においては図２の一部拡大断面図を示している。
【００２４】
図において、ダイヤフラムバルブは、ステンレス鋼等の金属材料により成形された弁箱２０、この弁箱２０内に装着されるダイヤフラム構造体２１、アクチュエータ本体２２を有し、ダイヤフラム構造体２１をアクチュエータ本体２２で操作して弁開閉操作可能になっている。
【００２５】
弁箱２０にはメイン流路２３、複数の連通流路２４が形成されている。メイン流路２３は弁箱２０の中央位置の長手方向に形成され、このメイン流路２３と交差方向に連通して連通流路２４が形成されている。
【００２６】
メイン流路２３と連通流路２４との間の内部底面には弁座２５が設けられ、この弁座２５は後述のシート２６の取付け側でないことからフラットな底面に形成される。メイン流路２３は、弁座２５の弁口２５ａ直下に極小の容積Ｖを有する連通部２９を介して配設され、弁箱２０内にシートホルダ３３でシート２６を保持したダイヤフラム構造体２１が装着されている。ダイヤフラムバルブは、弁座２５にシート２６を接離させることで弁開閉させ、各連通流路２４からメイン流路２３に流量を制御しながら流体を供給可能になっている。弁箱２０のダイヤフラム構造体２１装着側には、メネジ２７、装着凹部２８が形成され、また、メイン流路２３と平行にヒータ取付け用の取付け穴２０ａが形成されている。
【００２７】
図２において、ダイヤフラム構造体２１は、ダイヤフラム３１、ダイヤフラムピース３２、シートホルダ３３、シート２６、ボンネット３４、ストッパ４０、スプリング４１を有している。
ダイヤフラム３１は、これを接合するための接合部位であるダイヤフラムピース３２、並びにシートホルダ３３とは異種金属からなり、例えば、Ｃｏ−Ｎｉ合金材などの弾性変形可能な金属材料により円板状に成形され、中央部にはシートホルダ３３の後述するおねじ部３５が挿通する取付け用の内径孔５１が形成されている。図３に示すように、ダイヤフラム３１は、接ガス用ダイヤフラム３１ａと、バックアップ用ダイヤフラム３１ｂとの二層構造になっており、これらが一体に貼着されて一体化されている。
【００２８】
ダイヤフラムピース３２は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼等の金属材料からなり、ダイヤフラム３１やシートホルダ３３を弁座方向に昇降動可能にボンネット３４に取付けられている。ダイヤフラムピース３２は略円柱形状を呈し、その底面側中央にめねじ部３７が設けられている。このめねじ部３７にはシートホルダ３３のおねじ部３５が螺合可能になっている。
【００２９】
ダイヤフラムピース３２の下部側には環状の突設部４２が形成されている。一方、上部側には軸部３２ａが設けられ、この軸部３２ａにはおねじ３８が形成されている。おねじ３８にはめねじ３９を介してストッパ４０が螺着されている。ストッパ４０とボンネット３４との間には、シートホルダ３３を弁閉方向に付勢するスプリング４１が組み込まれている。スプリング４１は、例えば、ＳＵＳ３０４−ＷＰＢなどのステンレス鋼等の金属材料からなり、このスプリング４１により、ダイヤフラムピース３２、シート２６を装着したシートホルダ３３が開状態まで強制的に付勢される。
【００３０】
ストッパ４０は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼等の金属材料からなり、上記したおねじ３８へのめねじ３９の螺合により、スプリング４１に所定の荷重を与えている。ストッパ４０は、図示しないスパナ等により着脱可能であり、ストッパ４０の取付け高さを変えることでスプリング４１の荷重を変更してダイヤフラムピース３２、シートホルダ３３の付勢力を調整することが可能になっている。
【００３１】
シートホルダ３３は、例えばＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼などの金属材料からなり、めねじ部３７に螺合するおねじ部３５と、このおねじ部３５よりも拡径したシート部材取付け用の拡径部４３とを有している。拡径部４３の弁座側にはシート２６装着用の装着部４４が設けられ、拡径部４３のダイヤフラムピース３２側には、ダイヤフラム３１と金属シール構造を達成するためにダイヤフラムピース３２の突設部４２と挟着するつぶれシール部４５が環突状に形成されている。
【００３２】
シート２６は、例えば樹脂材料からなり、シートホルダ３３の装着部４４にカシメにより取付けられる。シート２６の先端側には弁座２５に当接可能な環状突部４６が形成され、この環状突部４６が弁座２５に押し付けられることで弁閉状態になる。装着部４４から環状突部４６先端側までは流体の流れ方向において極小の突出し長さになっており、図示しないこの突出し長さは、後述する弁座２５からメイン流路２３までの接合部分の極小の容積Ｖに寄与している。
【００３３】
ボンネット３４は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼等の金属材料により弁箱２０の装着凹部２８に嵌合する外形に形成され、その内周側に、ダイヤフラムピース３２を案内しつつ上下作動可能に装着可能な案内孔４７、ダイヤフラムピース３２に当接してその上昇位置を規制する規制部４８が形成されている。
【００３４】
ダイヤフラム構造体２１は、シートホルダ３３とダイヤフラムピース３２とを螺着結合してダイヤフラム３１の内径孔５１の外周縁５２を挟着し、ダイヤフラムピース３２をボンネット３４で上下動可能に保持し、かつダイヤフラムピース３２の軸部３２ａに装着したスプリング４１でダイヤフラム３１を開方向に付勢させた状態で組み込まれる。そして、スプリング４１を軸部３２ａに螺合したストッパ４０で適正な荷重を与える構成とし、ボンネット３４と弁箱２０内でダイヤフラム３１の外周側の外周縁５３を挟着してダイヤフラム３１吊り下げタイプの構造体になっている。
【００３５】
ダイヤフラム３１の取付け時には、ボンネット３４に形成した案内孔４７に軸部３２ａを上下動自在に案内し、スプリング４１の一端側をボンネット上面３４ａに、かつ他端側を軸部３２ａの上部に螺合したナット状のストッパ４０に当接してダイヤフラム３１を開方向に付勢させる。
【００３６】
この場合、シートホルダ３３に設けたおねじ部３５をダイヤフラム３１の内径孔５１に貫通させ、このおねじ部３５とダイヤフラムピース３２のめねじ部３７との螺合による締付力により、シートホルダ３３のつぶれシール部４５とダイヤフラムピース３２の突設部４２とで、ダイヤフラム３１の内径孔５１の外周縁５２を挟着する。
【００３７】
ダイヤフラム３１とシートホルダ３３とは、ダイヤフラムピース３２から着脱可能に設けられている。ダイヤフラム構造体２１を弁箱２０から取り外すことにより、ダイヤフラム３１とシートホルダ３３とを取り外すことができ、ダイヤフラム３１と、シートホルダ３３に装着されているシート２６とを交換可能になっている。
【００３８】
図１において、アクチュエータ本体２２は、ケーシング６０、シリンダ部材６１、エアーピストン６２、ばね６３を有し、ダイヤフラム構造体２１が装着された弁箱２０の上部側に取付けられる。ケーシング６０は、下部側にメネジ２７に螺着可能なオネジ６４を有し、下部内周側には収納穴部６５、この収納穴部６５と連通する縮径状の貫通穴６６が設けられている。収納穴部６５にはボンネット３４の上部側を嵌入可能であり、この嵌入によりダイヤフラム構造体２１が収納穴部６５に収納される。貫通穴６６は、エアーピストン６２の下部側が嵌入されてこのエアーピストン６２が往復動可能な径に設けられている。ケーシング６０の上部外周には雄螺子部６７が設けられている。
【００３９】
シリンダ部材６１は雄螺子部６７に螺合可能な雌螺子部６８を有し、これらを螺合させることでケーシング６０の上部に固定され、これによりシリンダ部材６１とケーシング６０との間の内部にはエアーピストン６２が往復動可能な空間が形成される。シリンダ部材６１にはエアー供給用の給気口７２、エアー排気用の排気ポート７１が設けられている。給気口７２よりエアーを給気したときには、エアーピストン６２が弁開方向に往動作し、このとき、シリンダ部材６１のばね６３側のエアーが排気ポート７１より排気される。一方、給気口７２のエアー供給を停止し排気した場合、エアーピストン６２がばね６３により弁閉方向に復動する。このように、このダイヤフラムバルブは、ＮＣ（ノーマリークローズタイプ）となっている。
【００４０】
エアーピストン６２はピストンロッド６９を有し、シリンダ部材６１、ケーシング６０内に往復動自在で、ばね６３により底面６９ａがダイヤフラムピース３２に圧接した状態で装着される。これにより、エアーピストン６２が往復動したときにこのエアーピストン６２の動作に応じてダイヤフラムピース３２が上下に動作する。エアーピストン６２には貫通孔部７３が設けられ、この貫通孔部７３は給気口７２と連通している。給気口７２からエアーを給気したときには、貫通孔部７３を介してエアーピストン６２の１次側にエアーが供給されて前記のようにエアーピストン６２が復動作する。
【００４１】
ばね６３は、エアーピストン６２とシリンダ部材６１との間に弾発付勢状態で装着され、このばね６３により、常時においてエアーピストン６２がダイヤフラムピース３２、シートホルダ３３を閉方向に動作させる方向に付勢される。
【００４２】
アクチュエータ本体２２は、ダイヤフラム構造体２１の装着側の弁箱２０にオネジ６４とメネジ２７とにより螺着され、このときアクチュエータ本体２２の下端部２２ａがボンネット３４を押圧固定する。前述したようにアクチュエータ本体２２にはエアーピストン６２とばね６３とが内蔵されていることで、ピストンロッド６９の下端６９ａがダイヤフラムピース３２の軸部上端３２ｂに当接する。この構造によりエアーピストン６２を介してダイヤフラムピース３２を上下動させ、シートホルダ３３を弁箱２０の弁座２５に押付ける力を付勢してシート２６の接離により弁座２５を開閉動作させることが可能になっている。
【００４３】
次いで、本発明のダイヤフラムバルブの上記実施形態における作用を説明する。
本発明のダイヤフラムバルブは、弁箱２０内に設けた弁座２５の弁口２５ａ直下に極小の容積Ｖを有する連通部２９を介してメイン流路２３を配設し、この弁箱２０内にシートホルダ３３でシート２６を保持したダイヤフラム構造体２１を装着しているので、連通部２９のデッドスペースを小さくして流路切り替え時の残留流体を最少に抑えることで、弁開閉時の切り替え時間を短くできる。このため、例えば、化合物ＭＯ−ＣＶＤ装置で使用した場合に、複数の性質の異なるガスを使用したときでも、このガスを迅速に排出して流路の切り替え時間を極小にできスムーズに切り替えできる。
【００４４】
ダイヤフラム構造体２１は、シートホルダ３３とダイヤフラムピース３２とを螺着結合して内径孔外周縁５２を挟着してダイヤフラムピース３２をボンネット３４で上下動可能に保持し、かつ軸部３２ａに装着したスプリング４１でダイヤフラム３１を開方向に付勢させ、このスプリング４１をストッパ４０で適正な荷重を与える構成とし、ボンネット３４と弁箱２０内で外周縁５３を挟着してダイヤフラム吊り下げタイプとしているため、ダイヤフラム３１を溶接することなく装着でき、ダイヤフラム３１のみを耐久性の高い材料で形成することで長寿命化を図ることができる。
【００４５】
その際、ダイヤフラムピース３２とシートホルダ３３との間にダイヤフラム３１の内径孔５１を挟着し、ダイヤフラム３１の外縁部５３をボンネット３４と弁箱２０との間に挟着しているので、ダイヤフラム３１を溶接することなくダイヤフラム構造体２１を簡単に取付けできる。ダイヤフラム３１が劣化した場合には、ダイヤフラム３１のみを取外して交換可能であるため、経済性に優れている。しかも、特別な治具を用いることなくダイヤフラム構造体２１を着脱し、ダイヤフラム３１やシート２６を簡単に交換できる。更に、溶接に起因するコストや手間がかからないことから生産性も向上する。
【００４６】
ダイヤフラム構造体２１の取付け時には、おねじ部３５を内径孔５１に貫通させ、おねじ部３５とめねじ部３７との螺合による締付力によりつぶれシール部４５と突設部４２とでダイヤフラム３１の内径孔外周縁５２を挟着しているため、高いシール性を発揮してダイヤフラム３１取付け部分からの漏れを確実に防止する。
【００４７】
ダイヤフラム３１をダイヤフラムピース３２並びにシートホルダ３３とは異種金属とし、このダイヤフラム３１をＣｏ−Ｎｉ合金材で成形することでステンレス合金製のダイヤフラムでは実現困難な耐久性を発揮でき、例えば、数百万回の開閉動作をおこなった場合でもダイヤフラム３１が破損するおそれがなく、長寿命化を図りつつ高精度に流量制御可能なダイヤフラムバルブを構成できる。
【００４８】
図４、図５においては、本発明のダイヤフラムバルブの第２実施形態を示している。なお、この実施形態以降において上記実施形態を同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。
この実施形態では、エアーピストン６２の上部に設けられたシリンダ部材８０にめねじ８１が設けられ、このめねじ８１におねじ８２を介して調整部材８３が螺着されている。調整部材８３の上面側には、エアー供給用のエアー給気口８４、有底穴８５、ねじ穴８６が設けられ、このねじ穴８６には固定ねじ８７が螺着されている。調整部材８３の下部側には、エアーピストン６２の縮径筒部８８を摺動可能に嵌入するためのガイド穴８９と、エアーピストン６２の拡径筒部９０の先端側に当接可能な当接部９１が形成されている。
【００４９】
調整部材８３は、有底穴８５に図示しない適宜の工具を挿入して回転させることで、エアーピストン６２の往復方向に可動する。この場合、固定ねじ８７の螺入量を調節してエアーピストン６２側への先端部分の突出量を調整し、シリンダ部材６１に対する調整部材８３の螺入量を調節する。これにより、当接部９１を所定の位置に配置しながら、エアーピストン６２が当接部９１に当接するときのストロークを調整部材８３で調整してダイヤフラム３１のストロークを抑制できる。この場合、例えば、調整部材８３を１／２回転させたときに、０．２５ｍｍ程度螺入させるように設けるとよい。
【００５０】
この構成により、エアー給気口８４よりエアーを供給し、エアー圧によりエアーピストン６２を持ち上げられて弁開状態にしたときに、エアーピストン６２の最上位置が調整部材８３の当接部９１への突き当りによって定まる。この状態から調整部材８３を時計方向に締め込むとエアーピストン６２の最上位置が下がり、ダイヤフラム３１の閉状態から開状態までのストロークが抑制されてバルブの最大流量が減少する。調整部材８３の締め込み量を調整することで、弁箱２０に取付けられた各ダイヤフラム構造体２１による最大流量を揃えたり、或は、各ダイヤフラム構造体２１から流入させる材料ガス等の流体の量を最適な状態に適宜調整できる。さらに、ストロークを抑制することにより、開閉時間の適宜調整も可能となる。
【００５１】
図６においては、本発明のダイヤフラムバルブの第３実施形態を示している。
この実施形態においては弁箱をブロック体９４とし、このブロック体９４にメイン流路２３と、複数の連通流路２４とを設け、複数のダイヤフラム構造体２１を装着して多連バルブ９５としたものである。この多連バルブ９５では、メイン流路２３を流れる流体に対し、ダイヤフラム構造体２１をそれぞれ開閉制御して連通流路２４から適宜流体を所定量供給することで、混合流体を設けることが可能になる。
【００５２】
通常の多連バルブ構造では、バルブの一箇所でもシート、シートカシメの不良に起因する不適合があればボデーの再製作が必要になるが、本実施形態ではダイヤフラム構造体２１を着脱することでシート２６等の不良に対応できるためブロック体９４を再製作する必要がない。また、前記したとおりシート２６がシートホルダ３３側に装着されているため、ブロック体９４内部の弁座がこすれキズ等でシール性能不適合になった場合でも簡単に研磨等の加工によって修復可能であり、ブロック体９４を最小限の加工で修復できることから工数や材料の無駄が抑えられる。
【符号の説明】
【００５３】
２０ 弁箱
２１ ダイヤフラム構造体
２２ アクチュエータ本体
２２ａ 下端部
２３ メイン流路
２５ 弁座
２５ａ 弁口
２６ シート
２９ 連通部
３１ ダイヤフラム
３２ ダイヤフラムピース
３２ａ 軸部
３２ｂ 軸部上端
３３ シートホルダ
３４ ボンネット
３４ａ 上面
３５ おねじ部
３７ めねじ部
４０ ストッパ
４１ スプリング
４２ 突設部
４５ つぶれシール部
４７ 案内孔
５１ 内径孔
５２ 内径孔外周縁
５３ 外周縁
６２ エアーピストン
６３ ばね
６９ ピストンロッド
６９ａ 下端
８３ 調整部材
９４ ブロック体
９５ 多連バルブ
Ｖ 容積
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁箱内に設けた弁座の弁口直下に極小の容積を有する連通部を介してメイン流路を配設し、この弁箱内にシートホルダでシートを保持したダイヤフラム構造体を装着し、このダイヤフラム構造体は、前記シートホルダとダイヤフラムピースとを螺着結合してダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着し、前記ダイヤフラムピースをボンネットで上下動可能に保持し、かつ前記ダイヤフラムピースの軸部に装着したスプリングで前記ダイヤフラムを開方向に付勢させ、このスプリングを前記軸部に螺合したストッパで適正な荷重を与える構成とし、前記ボンネットと弁箱内で前記ダイヤフラムの外周縁を挟着してダイヤフラム吊り下げタイプとしたことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
【請求項２】
前記ボンネットに形成した案内孔に前記軸部を上下動自在に案内し、前記スプリングの一端側をボンネット上面に、かつ他端側を前記軸部の上部に螺合したナット状のストッパに当接して前記ダイヤフラムを開方向に付勢させた請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項３】
前記シートホルダに設けたおねじ部を前記ダイヤフラムの内径孔に貫通させ、このおねじ部と前記ダイヤフラムピースのめねじ部との螺合による締付力により、前記シートホルダの環突状のつぶれシール部と前記ダイヤフラムピースの環状の突設部とで前記ダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着した請求項１又は２に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項４】
前記ダイヤフラムと前記ダイヤフラムの接合部位を異種金属とし、前記ダイヤフラムをＣｏ−Ｎｉ合金材で成形した請求項１乃至３の何れか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項５】
前記ダイヤフラム構造体の装着側の弁箱にアクチュエータ本体を螺着してこのアクチュエータ本体の下端部で前記ボンネットを押圧固定し、前記アクチュエータ本体にピストンロッドを有するエアーピストンとこのピストンを弾発付勢するばねとを内蔵し、前記ピストンロッドの下端を前記ダイヤフラムピースの軸部上端に当接すると共に、前記ピストンのストロークを調整部材で調整してダイヤフラムのストロークを抑制するようにした請求項１乃至４の何れか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項６】
前記メイン流路を有するブロック体に複数の前記ダイヤフラム構造体を装着して多連バルブとした請求項１乃至５の何れか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項１】
弁箱内に設けた弁座の弁口直下に極小の容積を有する連通部を介してメイン流路を配設し、この弁箱内にシートホルダでシートを保持したダイヤフラム構造体を装着し、このダイヤフラム構造体は、前記シートホルダとダイヤフラムピースとを螺着結合してダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着し、前記ダイヤフラムピースをボンネットで上下動可能に保持し、かつ前記ダイヤフラムピースの軸部に装着したスプリングで前記ダイヤフラムを開方向に付勢させ、このスプリングを前記軸部に螺合したストッパで適正な荷重を与える構成とし、前記ボンネットと弁箱内で前記ダイヤフラムの外周縁を挟着してダイヤフラム吊り下げタイプとしたことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
【請求項２】
前記ボンネットに形成した案内孔に前記軸部を上下動自在に案内し、前記スプリングの一端側をボンネット上面に、かつ他端側を前記軸部の上部に螺合したナット状のストッパに当接して前記ダイヤフラムを開方向に付勢させた請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項３】
前記シートホルダに設けたおねじ部を前記ダイヤフラムの内径孔に貫通させ、このおねじ部と前記ダイヤフラムピースのめねじ部との螺合による締付力により、前記シートホルダの環突状のつぶれシール部と前記ダイヤフラムピースの環状の突設部とで前記ダイヤフラムの内径孔外周縁を挟着した請求項１又は２に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項４】
前記ダイヤフラムと前記ダイヤフラムの接合部位を異種金属とし、前記ダイヤフラムをＣｏ−Ｎｉ合金材で成形した請求項１乃至３の何れか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項５】
前記ダイヤフラム構造体の装着側の弁箱にアクチュエータ本体を螺着してこのアクチュエータ本体の下端部で前記ボンネットを押圧固定し、前記アクチュエータ本体にピストンロッドを有するエアーピストンとこのピストンを弾発付勢するばねとを内蔵し、前記ピストンロッドの下端を前記ダイヤフラムピースの軸部上端に当接すると共に、前記ピストンのストロークを調整部材で調整してダイヤフラムのストロークを抑制するようにした請求項１乃至４の何れか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項６】
前記メイン流路を有するブロック体に複数の前記ダイヤフラム構造体を装着して多連バルブとした請求項１乃至５の何れか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１１３４１８（Ｐ２０１３−１１３４１８Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６２７６３（Ｐ２０１１−２６２７６３）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（５０１４１７９２９）株式会社キッツエスシーティー (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（５０１４１７９２９）株式会社キッツエスシーティー (22)
【Ｆターム（参考）】
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