JP2001153239A - ダイヤフラムバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】流体の圧力損失が小さく、スラリーを含む薬液
にも使用可能な優れた流量特性と、半導体産業における
超純水ラインや各種化学薬液ラインでも使用可能で、常
に確実なシール性能が得られるダイヤフラムバルブを提
供する。 【解決手段】直線状の流路１３を横断して設けられ、傾
斜した側面が弁座１７となったすり鉢状の弁座室１４を
有する本体１と、弁座室１７に対応する大きさと形状を
なし、外周部の外縁が対応する弁座室１７の周囲に取り
付けられ、内周部が弁座室１４に対して進退して弁座１
７と密着・離間されるフッ素樹脂製のダイヤフラム３と
を有し、ダイヤフラム３の外周部が内周部の後退に伴っ
て屈曲可能で、しかもこのダイヤフラム３の外周部が対
応する弁座１７上部の傾斜が緩められていることによ
り、ダイヤフラム３の内周部を後退させるときに外周部
が優先的に撓んで屈曲するダイヤフラムバルブとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【本発明の属する技術分野】本発明は、全開時に流路が
直線状になるダイヤフラムバルブに関するものであり、
さらに詳しくは、主として半導体産業における超純水ラ
インや各種化学薬液ラインに使用可能な常に確実なシー
ル性を有し、且つ流量特性の優れたダイヤフラムバルブ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体産業における超純水ライン
や各種化学薬液ラインでは図６に示すようなダイヤフラ
ムバルブが多数使用されている。図６のダイヤフラムバ
ルブは、ストップ弁構造により開閉される流路６１を有
する本体５０と、一端がシリンダ蓋６０で塞がれたシリ
ンダ５１と、シリンダ５１内を摺動するピストン５２
と、ピストン５２から本体５０側に突出したロッド５３
と、ダイヤフラム６２とを主要素とする。ダイヤフラム
６２は、ロッド５３に取り付けられた中央のディスク部
５４と、その外側の膜部５５と、さらにその外縁の環状
突部５６とを有しており、環状突部５６が本体５０とシ
リンダ５１によって挟持されている。このダイヤフラム
バルブの開閉は、作動流体給排口５８，５９からシリン
ダ５１に圧縮空気又は不活性ガス等を注入・排出するこ
とでピストン５２を上下に動作させ、ロッド５３の下端
に接合されたディスク部５４を弁座５７に対して密着・
離間することにより行われる。ダイヤフラム６２等の接
液部分はＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂が主として用
いられており、これによって不純物の溶出や発塵による
流体の汚染を嫌う半導体産業における超純水ラインや各
種化学薬液ラインでも使用可能となっている。尚、６３
〜６４はＯリングである。

【０００３】しかしながら、上記のような構造を有する
従来のダイヤフラムバルブは、流路６１の形状が複雑
で、流体の流れ方向の変化が激しく、圧力損失が大きい
ため、大流量を得たい場合には適当な構造であるとは言
えず、スラリーを含む流体用として使用する場合では、
弁座５７が摩耗し易くシール性能が低下するという問題
があった。

【０００４】これらの問題を解決するものとして、大流
量が得られ、スラリーを含む流体にも適しているダイヤ
フラムバルブとして、図７及び図８に示すようなダイヤ
フラムバルブが知られている。この図７及び図８に示さ
れるダイヤフラムバルブは、直線状の流路７７を有する
本体７０と、外縁が本体７０とボンネット７１とによっ
て挟持されたダイヤフラム７２と、スリーブ７５と螺合
したステム７４をハンドル７６を介して回すことで進退
する、ダイヤフラム７２を押圧するためのコンプレッサ
７３とを有する。ダイヤフラム７２はコンプレッサ７３
に取り付けられており、コンプレッサ７３と共に進退さ
れる。このダイヤフラムバルブは、コンプレッサ７３を
前進させるとダイヤフラム７２が引き伸ばされつつ流路
７７が閉鎖され、コンプレッサ７３を後退させるとダイ
ヤフラム７２が収縮しつつ引き上げられて流路７７が開
放され、全開時に流路７７が直線状に開放されるもの
で、ダイヤフラム７２の伸縮変形を伴って開閉されるも
のとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなダイヤフラムバルブにおいては、開閉時のダイヤフ
ラムの伸縮変形に対応するためにダイヤフラムの素材に
は主としてゴム等の弾性体が使用されていた。しかし、
半導体産業における超純水ラインや各種化学薬液ライン
では不純物の溶出や発塵等の問題からゴム製のダイヤフ
ラムを用いることはできないため、このようなダイヤフ
ラムバルブは使用されていなかった。また、不純物の溶
出や発塵等を防止するためにダイヤフラムの素材をＰＴ
ＦＥ等のフッ素樹脂とした場合、ダイヤフラムを伸縮変
形させることが困難となり、全閉時に本体の弁座に密着
させることができず、十分なシール性能が得られないだ
けでなく、ダイヤフラムが破損するといった問題もあっ
た。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたもので、流体の圧力損失が小さく、スラリーを含
む薬液にも使用可能な優れた流量特性と、半導体産業に
おける超純水ラインや各種化学薬液ラインでも使用可能
で、常に確実なシール性能が得られるダイヤフラムバル
ブを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、直線状の流路
を横断して設けられ、傾斜した側面が弁座となったすり
鉢状の弁座室を有する本体と、弁座室に対応する大きさ
と形状をなし、外周部の外縁が対応する弁座室の周囲に
取り付けられ、内周部が弁座室に対して進退して弁座と
密着・離間されるフッ素樹脂製のダイヤフラムとを有
し、ダイヤフラムの外周部が内周部の後退に伴って屈曲
可能で、しかもこのダイヤフラムの外周部が対応する弁
座上部の傾斜が緩められていることを特徴とするダイヤ
フラムバルブを提供するものである。

【０００８】上記本発明においては、弁座室を介して直
線状に連なる流路を、弁座室に対してダイヤフラムの内
周部を進退させて開閉するので、全開時に流路を直線状
に開放することができる。また、本発明におけるダイヤ
フラムは、弁座室に対応する大きさと形状で、外周部の
外縁が対応する弁座室の周囲に取り付けられていること
から、閉鎖時に大きな張力を加えることなく、内周部を
弁座に密着すさせることができる。さらに、弁座上部に
対応するダイヤフラムの外周部は、内周部の弁座からの
後退に伴って屈曲可能であると共に、弁座上部の形状に
対応して、ダイヤフラムの内周部に比してより水平に近
い角度で開いているため、コンプレッサを後退させてダ
イヤフラムを引き上げるときに撓んで反転しやすい状態
となっている。従って、流路の開放時に生じるダイヤフ
ラムの撓みや屈曲をダイヤフラムの外周部に集中させる
ことができ、撓みや屈曲がダイヤフラムの内周部にも及
ぶことによる閉鎖不全や損傷を防止することができる。

【０００９】上記本発明は、ダイヤフラムの内周部背面
側にクッションゴムを介してコンプレッサが設けられて
いることと、ダイヤフラムを構成するフッ素樹脂がＰＴ
ＦＥ又はＰＦＡであることをその好ましい態様として包
含するものである。

【００１０】

【発明の実施形態】以下、本発明の実施態様について図
面を参照して説明するが、本発明が本実施態様に限定さ
れないことは言うまでもない。

【００１１】まず、図１〜図３に基づいて本発明の第１
の例を説明する。図１は第１の例に係るダイヤフラムバ
ルブの閉状態を示す縦断面図である。図２は図１のダイ
ヤフラムバルブの開状態を示す縦断面図である。図３は
図１及び図２に示される本体の平面図である。

【００１２】１はフッ素樹脂製の本体で、直線状の流路
１３と、この流路１３を横断して設けられたすり鉢状の
弁座室１４（図２及び図３参照）を有するものとなって
いる。弁座室１４の傾斜した側面は弁座１７となってお
り、後述するダイヤフラム３の外周部が対応する弁座１
４の上部の傾斜角は外周に向けて徐々に緩められてい
る。本体１を構成するフッ素樹脂としては、耐薬品性に
優れ、不純物の溶出も少ないことから、ＰＴＦＥ又はＰ
ＦＡが最適である。

【００１３】２はシリンダであり、上部が本体１の上面
に開口した上記弁座室１４を覆って本体１と接続されて
いる。シリンダ２は側面に一対の作動流体給排口８，９
を有している。また、シリンダ２の上端はシリンダ蓋１
２で塞がれていると共に、シリンダ２の下端部と前記本
体１の上面は後述するダイヤフラム３の外周部の外縁を
挟持している。

【００１４】６はロッド、７はピストンである。ピスト
ン７は、上記シリンダ２の作動流体給排口８，９から交
互に作動流体（圧縮空気や不活性ガス等）を給排するこ
とでシリンダ２内を軸方向に移動できるよう、上記シリ
ンダ２の内部に軸方向に移動可能にＯ−リング１５を介
して嵌挿されている。ロッド６はこのピストン７の底部
中央に一体成形にて設けられており、ピストン７の移動
と共に本体１の弁座室１４に対して進退可能にＯ−リン
グ１６を介してシリンダ２から本体１側に突出してい
る。ロッド６の先端部には、後述するコンプレッサ５を
係止する段差部１１が設けられている。尚、ピストン７
とロッド６とは接着あるいは螺合などにより接合したも
のでもよい。

【００１５】５はコンプレッサ、４はクッションゴムで
ある。このコンプレッサ５とクッションゴム４は、後述
するダイヤフラム３と共に前記ロッド６の先端部に取り
付けられ、ロッド６の移動に伴って弁座室１４に対して
進退されるものである。コンプレッサ５はクッションゴ
ム４の背面側（シリンダ２側）に位置し、前進時にクッ
ションゴム４を均一に押圧するものとなっている。クッ
ションゴム４はダイヤフラム３の内周部背面側にフィッ
トされているもので、ダイヤフラム３の内周部の弁座１
７に対する密着力を高めるためのものである。コンプレ
ッサ５をダイヤフラム３の内周部背面側にフィットする
形状としてクッションゴム４を省略することもできる
が、ダイヤフラム３の内周部全体を強く弁座１７密着さ
せやすくする上ではクッションゴム４を介在させること
が好ましい。また、このクッションゴム４はダイヤフラ
ム３の背面側に位置しており、接液することがないの
で、接液による不純物の溶出や発塵等を防止することが
できる。クッション４を用いる場合、クッション４を加
硫接着等によりダイヤフラム３と一体化してしまうこと
もできる。

【００１６】３はフッ素樹脂製のダイヤフラムである。
フッ素樹脂としては、耐薬品性に優れ、不純物の溶出も
少ないことから、ＰＴＦＥ又はＰＦＡが好ましい。

【００１７】ダイヤフラム３は、中央部のボス部１０
と、ボス部１０の周囲に形成された膜部１８と、膜部１
８の外縁に形成された環状突部１９とから構成されてい
る。ダイヤフラム３は、前記本体１のすり鉢状の弁座室
１４に嵌まり合う、弁座室１４に対応した大きさと形状
をなしている。このダイヤフラム３は、その外周部の外
縁が対応する弁座室１４の周囲に取り付けられ、弁座室
１４に嵌まり合うことができるように位置されている。
このダイヤフラム３の取り付けは、本体１とシリンダ２
の間に環状突部１９を挟持させることによって行われて
いる。

【００１８】ダイヤフラム３は、ボス部１０をロッド６
の先端にねじ込むことで、前記コンプレッサ５とクッシ
ョンゴム４を前記ロッド６の段差部１１との間に挟むよ
うにして、これらと共にロッド６に取り付けられてい
る。従って、ダイヤフラム３は、ロッド６の移動と共に
内周部が弁座室１４に対して進退し、前進時にクッショ
ンゴム４を介してコンプレッサ５で弁座１７に押し付け
られて流路１３を閉鎖する一方、後退時に弁座１７から
離間して流路１３を開放する。特に大きく後退した全開
時には直線状の流路１３がそのまま直線状につながって
開放されることになる。

【００１９】ダイヤフラム３の外周部はその上方に空間
が存在した状態でクッションゴム４の外方に延出してい
て、ダイヤフラム３の内周部を後退させたときに撓んで
屈曲可能となっている。加えて、このダイヤフラム３の
外周部は、前記弁座１７の上部に対応して、傾斜が外周
に向かって徐々に緩くなっていて、内周部に比して水平
に近い角度で開いている。従って、ダイヤフラム３の内
周部を後退させたときに、傾斜角がきつい内周部に比し
て、外周部は撓んで反転しやすくなっている。つまり、
内周部が前進した図１の閉鎖状態においては外周部は上
向きに凸に湾曲しているが、内周部が後退した図２の開
放状態においては、傾斜がきつい内周部に変形が生じる
前に外周部が反転して下向きに凸に湾曲し、内周部の後
退に伴うダイヤフラム３の変形を吸収する。

【００２０】次に第１の例に係るダイヤフラムバルブの
作動について説明する。

【００２１】図１は閉鎖状態を示しているが、この状態
で作動流体給排口９に外部より作動流体が注入される
と、該作動流体の圧力でピストン７が押し上げられるた
めロッド６も上方へ引き上げられ、ロッド６の下端部に
接合されたダイヤフラム３も上方へ引き上げられる。こ
の時、ダイヤフラム３の外周部は外周に向かって傾斜が
徐々に緩くなるように形成されているため、前述のよう
にダイヤフラム３の内周部ではほとんど変形せずに主に
外周部が変形して全開状態となる。（図２の状態）。

【００２２】一方、図２の状態で作動流体給排口８に作
動流体が注入されると、ピストン７が押し下げられ、そ
れにともなって、ロッド６とダイヤフラム３も下方へ押
し下げられて閉鎖状態となる。このとき、開放時に屈曲
したダイヤフラム３の外周部は元の状態に戻り、無理な
張力が加わることなく内周部が弁座１７に押し付けられ
る。特にダイヤフラム３は裏打ちされたクッションゴム
４を介して押圧されるため、弁座１７にむらなく密着し
て優れたシール性能が得られる。

【００２３】次に、本発明の第２の例を図４に基づいて
説明する。

【００２４】図４は第２の例に係るダイヤフラムバルブ
の閉状態を示す縦断面図である。この図から明らかなよ
うに、前記第１の例と異なる点は開閉駆動を手動式とし
た点である。この第２の例においては、第１の例におけ
るシリンダ２（図１及び図２参照）に代えて、スリーブ
４０が取り付けられたボンネット４１を用い、ピストン
７とロッド６（図１及び図２参照）に代えて、スリーブ
４１と螺合してハンドル４２で回転することで上下に移
動されるステム４３を用いている。この手動駆動のため
の構造は図７及び図８で説明した従来のダイヤフラムバ
ルブと同様である。また、第２の例のその他の構造は第
１の例と同様であり、その作動状態も手動駆動である点
以外は第１の例と同様である。尚、第２の例を示す図４
において、第１の例と共通する部材については第１の例
を示す図１〜図３と同じ符号で示されている。

【００２５】次に、本発明のダイヤフラムバルブの流量
特性について図５に基づき説明する。

【００２６】図５において横軸はダイヤフラムバルブの
流入側と流出側の差圧、縦軸は流量を表しており、実線
は本発明のダイヤフラムバルブ（口径１２ｍｍ）の全開
状態での流量特性を示している。また、破線は図６に示
した従来のダイヤフラムバルブ（口径１２ｍｍ）の全開
状態での流量特性をしめしている。これによれば、Ｃｖ
値はそれぞれ４．７５と２．８５であり、本発明のダイ
ヤフラムバルブの流量特性が非常に優れていることがわ
かる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上説明したような構造をして
おり、これを使用することにより以下の優れた効果が得
られる。

【００２８】（１）全開時には流路が直線状になる為、
圧力損失が小さく、また、弁座の磨耗も少ない。従っ
て、大流量の流体や、スラリーを含む薬液にも使用可能
である。

【００２９】（２）ダイヤフラムの外周部が撓んだり屈
曲して内周部の進退を許容するので、ダイヤフラムに無
理な張力が加わって破損させることがない。また、この
撓みや屈曲はダイヤフラムの外周部に集中して生じ、内
周部に生じる撓みや屈曲を抑制できるので、内周部が撓
んだり屈曲することによる閉鎖不良や損傷を防止するこ
とができる。

【００３０】（３）ダイヤフラムの内周部背面側にクッ
ションゴムを介在させておくと、このクッションゴムの
接液による不純物の溶出を防止しつつ、クッションゴム
によって内周部の弁座に対する密着性を向上させること
ができる。

【００３１】（４）ダイヤフラムの素材としてフッ素樹
脂、好ましくはＰＴＦＥ、ＰＦＡを使用しているため、
耐薬品性が高く、また、流体への不純物の溶出も少な
い。したがって、半導体産業における超純水ラインや各
種化学薬液ラインでも使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の例に係るダイヤフラムバルブの
閉鎖状態を示す縦断面図である。

【図２】図１のダイヤフラムバルブの開放状態を示す縦
断面図である。

【図３】図１のダイヤフラムバルブの本体の平面図であ
る。

【図４】本発明の第２の例に係るダイヤフラムバルブの
閉鎖状態を示す縦断面図である。

【図５】本発明のダイヤフラムバルブの流量特性を示す
グラフである。

【図６】従来のダイヤフラムバルブの一例を示す開放状
態の縦断面図である。

【図７】従来のダイヤフラムバルブの他の例を示す閉鎖
状態の縦断面図である。

【図８】図７のダイヤフラムバルブの開放状態を示す縦
断面図である。

【符号の説明】

１ 本体 ２ シリンダ ３ ダイヤフラム ４ クッションゴム ５ コンプレッサ ６ ロッド ７ ピストン ８ 作動流体給排口 ９ 作動流体給排口 １０ ボス部 １１ 段差部 １２ シリンダ蓋 １３ 流路 １４ 弁座室 １５ Ｏ−リング １６ Ｏ−リング １７ 弁座 １８ 膜部 １９ 環状突部 ４０ スリーブ ４１ ボンネット ４２ ハンドル ４３ ステム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直線状の流路を横断して設けられ、傾斜し
   た側面が弁座となったすり鉢状の弁座室を有する本体
   と、弁座室に対応する大きさと形状をなし、外周部の外
   縁が対応する弁座室の周囲に取り付けられ、内周部が弁
   座室に対して進退して弁座と密着・離間されるフッ素樹
   脂製のダイヤフラムとを有し、ダイヤフラムの外周部が
   内周部の後退に伴って屈曲可能で、しかもこのダイヤフ
   ラムの外周部が対応する弁座上部の傾斜が緩められてい
   ることを特徴とするダイヤフラムバルブ。
2. 【請求項２】ダイヤフラムの内周部背面側にクッション
   ゴムを介してコンプレッサが設けられていることを特徴
   とする請求項１のダイヤフラムバルブ。
3. 【請求項３】ダイヤフラムを構成するフッ素樹脂がＰＴ
   ＦＥ又はＰＦＡであることを特徴とする請求項１又は２
   のダイヤフラムバルブ。