(57)【要約】【課題】  弁開時の流量を大きくできるダイレクトシール構造のダイヤフラムバルブであり、パーティクルの発生を確実に抑えることが可能なダイヤフラムバルブを提供すること。【解決手段】  流入口２１ａと流出口２１ｂを有するボデー２１内に設けた弁座２５にメタルダイヤフラム２２をダイレクトに接離させて弁開閉を行うダイヤフラムバルブにおいて、メタルダイヤフラム２２を弁座２５に接離させるための昇降動部材２４を当該メタルダイヤフラム２２に溶着したダイヤフラムバルブである。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口と流出口を有するボデー内に設けた弁座にメタルダイヤフラムをダイレクトに接離させて弁開閉を行うダイヤフラムバルブにおいて、前記メタルダイヤフラムを前記弁座に接離させるための昇降動部材を当該メタルダイヤフラムに溶着したことを特徴とするダイヤフラムバルブ。
【請求項２】
前記メタルダイヤフラムの略中心位置を貫通させ、この貫通位置で当該メタルダイヤフラムと前記昇降動部材を溶接した請求項１に記載のメタルダイヤフラムバルブ。
【請求項３】
前記昇降動部材は、手動又は自動で駆動するステムであり、又は、このステムに伴って連動するダイヤフラムピースである請求項１又は２に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項４】
前記メタルダイヤフラムは、Ｎｉ−Ｃｏ合金等の高硬度の金属製であり、弁座は、ボデーと一体又は別体に設け、前記メタルダイヤフラムより硬度の低いＳＵＳ３１６Ｌ等の金属製である請求項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】
前記弁座は、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＣＴＦＥ、ＰＦＡ等の耐熱性非金属部材であり、メタルダイヤフラムの材質は、Ｎｉ−Ｃｏ合金、ＳＵＳ、インコネル、ハステロイ等の金属材料である請求項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６】
前記ステムの下端の押圧部又はダイヤフラムピースと前記メタルダイヤフラムとが弁座のシール位置で常に接触するように設定した請求項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７】
前記メタルダイヤフラムのシール外周部より前記弁座の位置をバルブストロークより低く設定した請求項１乃至６の何れか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
【請求項８】
請求項７に記載のダイヤフラムバルブにおいて、前記弁座の位置をバルブストロークより１／２程度に低く設定したダイヤフラムバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体製造工程又は液晶製造工程のガス供給系等において使用され、ダイヤフラムからなる弁体を弁座に直接接離して流体流路を開閉する、いわゆるダイレクトシール構造のダイヤフラムバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属製ダイヤフラムと、金属製シートパッキンによって内部にシール構造を有するダイヤフラムバルブがある。このダイヤフラムバルブ１は、例えば、図４に示すように中心部分を膨出させた、いわゆるドーム形状のダイヤフラム２とシートパッキン３によってシール構造を形成し、ダイヤフラム２の上方に上下に移動可能なダイヤフラム押圧体４を設け、このダイヤフラム押圧体４をステム５によって上下移動させることでダイヤフラム２を動作させている。弁閉時には、断面図左側のようにハンドル６を回転してステム５を下方向に移動させてダイヤフラム押圧体４をダイヤフラム２方向に押圧すると、このダイヤフラム２の研磨面２ａがシートパッキン３をシールして流路７が遮断する。また、弁開時には、ハンドル６を弁閉時と逆方向に回転してステム５を上方向に移動させてダイヤフラム押圧体４を上方に持ち上げると、断面図右側のようにダイヤフラム２が弾性力によってドーム形状の弁開状態の形状に復元して流路７が開状態になる。ダイヤフラム押圧体４のダイヤフラム２の押圧面は円弧面４ａに形成され、この円弧面４ａが接触することによりダイヤフラム２の弁閉から弁開までの状態を維持するようにし、この円弧面４ａによってダイヤフラム２を押圧することでシートパッキン３をより確実にシールして流路７を閉状態にしている。
【０００３】
また、ダイヤフラムを上向き球面状にし、中心寄り円周上に下向きに上面が陥んで下面が下向きに突出する断面円弧状の環状突出部を形成したダイヤフラムとなし、このダイヤフラムの環状突出部の先端を押し当てる弁座を、上表面がフラットな環状弁座となすと共に環状弁座の上表面を加工硬化したダイヤフラム弁がある（例えば、特許文献１参照。）。
ダイヤフラムの周縁部を、本体またはダイヤフラム押えに形成した環状突起と、この環状突起に対応する位置のダイヤフラムの反対側でダイヤフラム押えまたは本体に形成した環状溝とによって、ダイヤフラム周縁部の環状突起の外周側と内周側を挟持してダイヤフラムを密封固定したダイヤフラム弁がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
一方、ダイヤフラムによるダイレクトシール構造以外のダイヤフラムバルブとして、例えば、図５に示すように、ダイヤフラム１１よりも下部にディスク１２を取付け、このディスク１２の下部にシール部材１３を装着したものがある。このダイヤフラムバルブ１０は、断面図に示すようにステム１４を上下移動させたときにシール部材１３を弁座１５に接離させて流路１６を開閉するようにしている。
【特許文献１】特公平６−２７５５１号公報
【特許文献２】特開２００２−３４０２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のダイレクトシール構造のダイヤフラムバルブ１は、ダイヤフラム押圧体４を接触させただけの状態でダイヤフラム２を維持するようにしているため、弁開時にダイヤフラム２が流路７側に引かれる現象が起こって流量が減少するおそれがあった。特に、ダイヤフラムバルブ１を大口径にするとダイヤフラム２の流体受圧面積も大きくなり、この大口径バルブを真空状態で使用すると、負圧の荷重によってダイヤフラム２がシートパッキン３方向に大きく引かれるように落ち込んで、流量の減少に加えて弁が自然に閉塞するおそれもあった。
【０００６】
また、ダイヤフラムバルブ１は、ダイヤフラム２の復元力によって弁開時のドーム形状を形成するようにしているため、ダイヤフラム押圧体４への取付時にこのドーム形状を形成できるように取付ける必要があり、ダイヤフラム２は、弁開時においてその頂部４ｂ付近のみがダイヤフラム押圧体４に接触した状態に調整されて取付けられている。
ステム５の移動によってダイヤフラム押圧体４を下方向に移動させると、ダイヤフラム２はダイヤフラム押圧体４の頂部４ｂから円弧面４ａに沿って変形しながらストローク動作が行われる。このときステム５の縦方向のステムストロークＬ１は、頂部４ｂが弁開時の位置からシートパッキン３をシールするまでの距離であるバルブストロークＬ２と、ダイヤフラム２が円弧面４ａに沿って変形するときの変形量における縦方向のストローク（図示せず）に変換される。よって、ダイヤフラム２のシートパッキン３までのバルブストロークＬ２は、ステム５のステムストロークＬ１よりも短くなっていた。
【０００７】
例えば、図４において、ステム５のステムストロークＬ１が１．８ｍｍである場合には、ダイヤフラム２のバルブストロークＬ２は１．０ｍｍとなり、ステムストロークＬ１に対してバルブストロークＬ２が短くなっている。
このように、ダイヤフラムバルブ１は、ステムストロークＬ１の大きさと同じバルブストロークＬ２が得られず、ステムストロークＬ１の大きさに対して少ない流量しか得られないため効率的ではなかった。また、製作時においてはバルブストロークＬ２を得るためにステムストロークＬ１を予め所定の大きさに設定しておく必要があった。
また、ダイヤフラムバルブ１を大口径にして流体の通過面積を大きくして流量を大きくしようとしても、上述したダイヤフラム２がシートパッキン３側に引かれる問題に加えて、この通過面積の大きさに対応してダイヤフラム２の円弧面４ａに対する変形量はより大きくなっていた。従って、流体の通過面積（シートパッキン３のシート径）を大きくする程、ステムストロークＬ１に対するバルブストロークＬ２の割合は小さくなることになり、得られる流量の割合は小さくなっていた。
【０００８】
また、特許文献１のダイヤフラム弁は、ダイヤフラムのシール時に波打ち（しわ寄り）が生じることを防ぎ、弁開時のダイヤフラムの下面と環状弁座の上面との隙間を大きくするようにダイヤフラムのストロークを大きくすることで流量係数であるＣｖ値を大きくしようとしているが、このダイヤフラム弁は、図４と同様にドーム形状のダイヤフラム上方に接触した状態のステムを上下移動させて流路を開閉する構造であることには変わりが無いため、ダイヤフラムがシートパッキン方向に引かれる現象を防ぐことはできず、流量減少などの問題を解消することは難しかった。
特許文献２のダイヤフラム弁については、環状突起を除く突起の内外周面をダイヤフラムを介して挟持してシールすることでダイヤフラムに一定の復元力を設けて弁の開閉性能を安定させようとしたものであるが、ダイヤフラムの復元力によって弁開状態にしようとするのは特許文献１と同様であり、弁開時の流量の減少を防ぐには至らない。
【０００９】
一方、図５におけるディスク１２のシール部材１３によって流路を開閉するダイヤフラムバルブ１０は、ステム１４のストロークがそのままディスク１２のバルブストロークＬ３となって、このバルブストロークＬ３を大きくできるため弁開時の流量を大きくすることはできる。しかし、このようなダイヤフラム１１をディスク１２の螺着によってこのディスク１２の上側に挟持するように取付ける構造は、ディスク１２とダイヤフラム１１との間に間隙が生じるため、ディスク１２とダイヤフラム１１が擦れてパーティクルが発生するという問題が生じていた。
【００１０】
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、弁開時の流量を大きくできるダイレクトシール構造のダイヤフラムバルブであり、パーティクルの発生を確実に抑えることが可能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】
【００１１】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、流入口と流出口を有するボデー内に設けた弁座にメタルダイヤフラムをダイレクトに接離させて弁開閉を行うダイヤフラムバルブにおいて、メタルダイヤフラムを弁座に接離させるための昇降動部材を当該メタルダイヤフラムに溶着したダイヤフラムバルブである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、メタルダイヤフラムの略中心位置を貫通させ、この貫通位置で当該メタルダイヤフラムと昇降動部材を溶接したメタルダイヤフラムバルブである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、昇降動部材は、手動又は自動で駆動するステムであり、又は、このステムに伴って連動するダイヤフラムピースであるダイヤフラムバルブである。
【００１４】
請求項４に係る発明は、メタルダイヤフラムは、Ｎｉ−Ｃｏ合金等の高硬度の金属製であり、弁座は、ボデーと一体又は別体に設け、メタルダイヤフラムより硬度の低いＳＵＳ３１６Ｌ等の金属製であるダイヤフラムバルブである。
【００１５】
請求項５に係る発明は、弁座は、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＣＴＦＥ、ＰＦＡ等の耐熱性非金属部材であり、メタルダイヤフラムの材質は、Ｎｉ−Ｃｏ合金、ＳＵＳ、インコネル、ハステロイ等の金属材料であるダイヤフラムバルブである。
【００１６】
請求項６に係る発明は、ステムの下端の押圧部又はダイヤフラムピースとメタルダイヤフラムとが弁座のシール位置で常に接触するように設定したダイヤフラムバルブである。
【００１７】
請求項７に係る発明は、メタルダイヤフラムのシール外周部より前記弁座の位置をバルブストロークより低く設定したダイヤフラムバルブである。
【００１８】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載のダイヤフラムバルブにおいて、弁座の位置をバルブストロークより１／２程度に低く設定したダイヤフラムバルブである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によると、メタルダイヤフラムが流路方向に引かれることがなく、操作時のストロークとメタルダイヤフラムのストロークをほぼ同じにすることができるため、弁開時の流量を大きくすることができるダイヤフラムバルブである。また、弁体動作時のパーティクルの発生を確実に抑えることができ、真空状態などで使用する際においても弁体が閉塞したりするおそれがなく所定流量を確実に維持できるダイヤフラムバルブである。
【００２０】
請求項２に係る発明によると、弁体動作時にはこの弁体がシール外径位置よりも上下に変位するように中心部位が上下移動するため、弁体の耐久性を向上することができるダイヤフラムバルブである。また、弁体の開閉動作を確実に行うことができると共に、この弁体を確実に動作させる構造を容易に設けることができ、この内部構造によってバルブ内を簡略化することができる。しかも、パーティクルの発生をより確実に防ぐこともできる。
【００２１】
請求項３に係る発明によると、手動操作或は電動アクチュエータ等の自動操作の何れの場合であっても確実に弁体を動作させることができ、弁体を直接動作させることによって微小な流量調節であっても確実に行うことができるダイヤフラムバルブである。
【００２２】
請求項４に係る発明によると、繰り返し開閉動作を行っても弁体が傷つくおそれがなく、高精度の流量調節を維持できるダイヤフラムバルブである。また、シール性が劣化した場合でも、容易にメンテナンスを行うことができ、常に高いシール性を保つことができるダイヤフラムバルブである。
【００２３】
請求項５に係る発明によると、高温流体にも対応することができ、高いシール性を確実に発揮することができるダイヤフラムバルブである。また、弁体を傷つけることがないダイヤフラムバルブである。
【００２４】
請求項６に係る発明によると、弁体のストロークを大きくすることができ、流量を大きくすることができる。更に、流体が流れている間に流量が変化することがなく、流量を常に一定に維持することができるダイヤフラムバルブである。
【００２５】
請求項７及び８に係る発明によると、弁開時の弁体と弁座面との空隙を大きくすることにより大流量とすることができ、しかも、弁閉時においては、確実にシール性を維持できるダイヤフラムバルブである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明におけるダイヤフラムバルブの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１乃至図３におけるダイヤフラムバルブ本体２０は、ボデー２１、メタルダイヤフラム２２、昇降動部材２４、弁座２５によってその主要部が構成され、ボデー２１内に設けた弁座２５にメタルダイヤフラム２２をダイレクトに接離させて弁開閉を行う構造のバルブとしている。
【００２７】
ボデー２１はステンレス等の金属によって形成され、このボデー２１内部には一次側の略Ｌ字形の流入口２１ａと２次側の略Ｌ字形の流出口２１ｂと、これらの上方側を連通するように弁室２１ｃが形成されている。弁室２１ｃの下には溝状の取付溝２１ｄが形成されている。
メタルダイヤフラム２２は、Ｎｉ−Ｃｏ合金、ＳＵＳ、インコネル、ハステロイ等の高硬度の金属製、或はその他の金属材料からなる材質によって略ドーム状に形成されている。弁座２５は、メタルダイヤフラム２２より硬度の低いＳＵＳ３１６Ｌ等の金属製によってボデー２１と一体又は別体に設けている。この弁座２５は、ＰＴＦＥ、ＰＩ、ＰＣＴＦＥ、ＰＦＡ等の耐熱性非金属部材であってもよい。
昇降動部材２４は、手動又は自動で駆動するステム２８か、又は、このステム２８に伴って連動するダイヤフラムピース２３である。本実施形態においては、ダイヤフラムピース２３を昇降動部材２４とし、メタルダイヤフラム２２をこのダイヤフラムピース２３に溶着し、ダイヤフラムピース２３によってメタルダイヤフラム２２を弁座に接離可能に設けている。具体的には、メタルダイヤフラム２２の略中心位置に貫通させて貫通孔２２ａを設け、この貫通孔２２ａの位置で当該メタルダイヤフラム２２とダイヤフラムピース２３を溶接部Ｐで溶接することで一体に溶着している。
ステム２８を昇降動部材２４とする場合には、ステム２８をメタルダイヤフラム２２を開閉可能な形状に設け、このステム２８に直接メタルダイヤフラム２２を溶接すればよいが、何れの場合であってもステム２８の下端の図示しない押圧部、又はダイヤフラムピース２３とが弁座２５のシール位置で常に接触するように設定している。すなわち、メタルダイヤフラム２２は、ダイヤフラムピース２３の円弧面部２３ｄ又は図示しないステムに形成した円弧面部との接触面において弁の開閉状態にかかわらず常に変形した状態となっている。
【００２８】
ダイヤフラムバルブ本体２０の組立時においては、メタルダイヤフラム２２及びダイヤフラムピース２３をメタルダイヤフラム２２の周縁部位をボデー２１内に形成した段部２１ｅに載置し、この上から略環状のダイヤフラム押え２６を載置固定してメタルダイヤフラム２２を気密状態にして装着する。ダイヤフラム押え２６には、ダイヤフラムピース２３先端側に拡径して形成した押圧部２３ａを装入穴２６ａに装入させるように嵌め込み、このときダイヤフラムピース２３の押圧部２３ａに形成した１つ以上の突部２３ｂを装入穴２６ａの対応する位置に形成した溝部２６ｂに遊嵌させながら装入することでダイヤフラムピース２３を回り止めした状態で取付けている。
【００２９】
金属製の筒状部材２７は、外側に形成した雄ねじ部２７ａをボデー２１の対応する位置に形成した雌ねじ部２１ｆに螺着するようにしながらダイヤフラム押え２６を押圧するように上方側から装着し、このダイヤフラム押え２６と段部２１ｅとの間のメタルダイヤフラム２２を挟着固定している。ステム２８は筒状部材２７の内側に形成したメネジ２７ｂに対してオネジ２８ａを螺着させるように取付け、このステム２８にはめねじ２８ｂを形成し、このめねじ２８ｂにダイヤフラムピース２３に形成したおねじ２３ｃを螺着している。
ステム２８のオネジ２８ａと筒状部材２７のメネジ２７ｂ、ダイヤフラムピース２３のおねじ２３ｃとステム２８のめねじ２８ｂは、所定のピッチの組合せによって形成し、ステム２８の上下の移動量に対してダイヤフラムピース２３の移動量を小さくしてダイヤフラムピースを微小量ずつ上下移動させるような機構に設けている。
手動ハンドル等の駆動手段３０は、ステム２８に対してピン３１で回り止めした状態で固着し、この駆動手段３０を回転するとステム２８が筒状部材２７に対して回転し、ダイヤフラムピース２３を上下移動可能に設けている。駆動手段３０は、手動ハンドル以外にも電動、空圧、電磁等の各種の手段を設けることが可能である。
【００３０】
図１の状態から駆動手段３０を回転し、ダイヤフラムピース２３を押圧部２３ａ側に押圧すると、図２に示すようにダイヤフラムピース２３によりメタルダイヤフラム２２が弁座２５の方向に押圧され、メタルダイヤフラム２２が弁座２５に当接シールすることでボデー２１内部を流れる流体を遮断する。このとき前述した弁座２５がメタルダイヤフラム２２のシール外周部である段部２１ｅより弁座２５の位置をバルブストロークＳより低くなるように設定されており、図３に示すように弁座面２５ａから段部２１ｅまでの高さＨをストロークＳの１／２程度として弁座２５の位置をバルブストロークＳより低くなるようにしている。高さＨは、ダイヤフラムピース２３や弁座面２５ａなどの径によって適宜変更するようにしてもよく、ストロークＳに対する割合が変わってもよい。
【００３１】
次に、本発明のダイヤフラムバルブにおける上記実施形態の作用を説明する。
本発明のダイヤフラムバルブは、メタルダイヤフラム２２を弁座２５に接離させるための昇降動部材２４を当該メタルダイヤフラム２２に溶着しているので、駆動手段３０を操作して昇降動部材２４（ダイヤフラムピース２３）を上下移動したときにメタルダイヤフラム２２を強制的に動作させることができる。従って、弁開時においてはメタルダイヤフラム２２が流入口２１ａ、流出口２１ｂ側に引かれることがなく、メタルダイヤフラム２２がドーム形状を維持して流量を確実に維持でき、自然に閉塞することもない。
また、ステム２８のストロークＳがメタルダイヤフラム２２のストロークとなるため、このストロークＳに準じた流量がそのまま得られ、ダイヤフラムバルブを大口径に形成して流量を大きくした場合においてもストロークＳに対して効率的な流量が維持できる。更に、メタルダイヤフラム２２とダイヤフラムピース２３は固着されているため、擦れが発生する部分がなく、パーティクルが発生することがない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、特に、半導体製造工程又は液晶製造工程のガス供給系、ガス排出系等におけるダイヤフラムバルブに好適であるが、これら以外の各種の分野にも広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のダイヤフラムバルブの一実施形態を示す半截断面図である。
【図２】図１のダイヤフラムバルブの弁閉状態を示す半截断面図である。
【図３】本発明のダイヤフラムバルブの弁開閉状態を示す一部拡大断面図である。
【図４】従来のダイヤフラムバルブを示す半截断面図である。
【図５】従来のダイヤフラムバルブの他例を示す半截断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
２０  ダイヤフラムバルブ本体
２１  ボデー
２２  メタルダイヤフラム
２３  ダイヤフラムピース
２４  昇降動部材
２５  弁座
Ｈ  高さ
Ｐ  溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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