JP2001330161A - ダイヤフラム弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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提供すること。 【解決手段】 本発明に係るダイヤフラム弁１０は、弁
シート５０の上面に形成したリング状の凹溝５２の外周
側の内壁に溝内側に突出する外周側凸状係合部５３と、
凹溝５２の内周側の内壁に溝内側に突出する内周側凸状
係合部５４を形成して、この外周側凸状係合部５３と内
周側凸状係合部５４とが、ダイヤフラム４０のリング状
突起４２１の縦壁に設けられた凹条溝４２２、４２３に
係合して、弁シート５０のリング状の凹溝５２がダイヤ
フラム４０のリング状の突起４２１を狭持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤフラムに取
り付けた弁シートが弁座に当接又は離間することによ
り、入力ポートと出力ポートとを連通又は遮断するダイ
ヤフラム弁に関し、特に、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に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、図４に示すような空気圧回路にお
いて、チャンバＣの空気を吸引して真空にするために、
真空ポンプＰにより空気を吸引し、チャンバＣが所望の
負圧に至ると、その状態を保つために、回路中に配した
ダイヤフラム弁１００により、回路を遮断してチャンバ
Ｃの負圧を維持することが行われている。

【０００３】上記のように用いられる従来のダイヤフラ
ム弁１００は、図５、図６にダイヤフラム１４０が電磁
石で駆動される電磁弁の例で示すように、筒状に形成し
たコイル１２１の筒部に約１／２の深さまで固定鉄心１
２２を臨ませ、残りの筒部にプランジャ１２３を筒内で
摺動自在に臨ませている。このプランジャ１２３にダイ
ヤフラム１４０がねじ止めされて、固定鉄心１２２をコ
イル１２１で励磁して電磁石となし、プランジャ１２３
を吸引又は開放することにより、ダイヤフラム１４０を
駆動する。

【０００４】一方、弁室１３１は、入力ポート１３２と
出力ポート１３３とを穿設した弁本体１３０の凹部をダ
イヤフラム１４０で閉塞して形成している。この弁室１
３１のダイヤフラム１４０に対向する位置に入力ポート
１３２と出力ポート１３３の先端が開口するとともに、
ダイヤフラム１４０の中心先端に、入力ポート１３２の
先端の開口に当接又は離間して入力ポート１３２と出力
ポート１３３とを連通又は遮断する弁シート１５０が取
り付けられている。

【０００５】ところで、ダイヤフラム１４０と弁シート
１５０の取付構造は、図７の二点鎖線で示すように、弁
シート１５０の上面に設けたリング状の凹溝１５２に、
ダイヤフラム１４０のコア部１４２の下面に下向きに設
けられたリング状突起１４２１を挿入するものとなって
いる。具体的には、ダイヤフラム１４０のリング状突起
１４２１の外周壁に設けた凹条溝１４２２に、弁シート
１５０のリング状の凹溝１５２の外周壁の内側に突出す
る凸状係合部１５３を係合させている。弁シート１５０
の中央部は、ダイヤフラム１４０のコア部１４２の下面
の中央凹部１４２４に、弁シート１５０の上面の中央突
起部１５６が挿入されているのみである。

【０００６】上述のように構成されたダイヤフラム弁１
００を空気圧回路中に配置して、コイル１２１に電流を
供給すると、電磁石の吸引力によりプランジャ１２３ひ
いてはダイヤフラム１４０が上方に吸引され、その結
果、弁シート１５０は入力ポート１３２の先端の開口部
から離れ、出力ポート１３３と入力ポート１３２が連通
することにより、真空ポンプＰにより空気を吸引する
と、空気は、図６の出力ポート１３３から弁室１３１に
入り、入力ポート１３２に流れて真空ポンプＰにより吸
引されていく。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ダイヤフラ
ム弁１００が開いている間は、ダイヤフラム１４０およ
び弁シート１５０は常に負圧の中にさらされている。す
なわち、ダイヤフラム１４０は磁力により、常に上方に
引かれて一定の位置に固定されるが、一方、弁シート１
５０はダイヤフラム１４０に取り付けられているだけの
ため、負圧が働くと、図７の実線で示すように、弁シー
ト１５０の中央部が流入ポート１３２側、すなわち下方
に引かれて変形し、中央突起部１５６が移動し、この移
動を阻止するものがないので、この中央突起部１５６の
移動により凸状係合部１５３を設けた外周壁が、肉厚が
薄いので変形するに至り、この変形により凸状係合部１
５３が凹条溝１４２２から１カ所（リング状の円周の一
部）でも外れると、徐々にその外れが拡大し、その結
果、弁シート１５０がダイヤフラム１４０から離脱する
という問題が生じていた。また、弁シート１５０がダイ
ヤフラム１４０から外れると、コイル１２１に電流を供
給してダイヤフラム１４０を吸引してダイヤフラム弁１
００を開く動作を行っても、弁シート１５０のみが下方
に引かれて流入ポート１３２側を閉鎖したまま残り、ダ
イヤフラム弁としての機能を果たさなくなり、空気圧回
路中から弁を取り外して交換し、交換したダイヤフラム
弁１００を全て分解して、再度組み立てるなど修理に手
間がかかっていた。

【０００８】そこで、本発明は、かかる課題を解決すべ
く、弁シートがダイヤフラムから外れにくい構造とした
ダイヤフラム弁を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るダイヤフラ
ム弁は、弁本体に形成された弁座と、該弁座に当接また
は離間する弁シートが取り付けられたダイヤフラムとを
有するダイヤフラム弁であって、前記弁シートの、ダイ
ヤフラムとの取付面にリング状の凹溝を形成し、前記凹
溝の外周側の内壁に溝内側に突出する外周側凸状係合部
を形成し、前記凹溝の内周側の内壁に溝内側に突出する
内周側凸状係合部を形成したことを特徴とする。よっ
て、リング状の凹溝の内周側の内壁に設けた溝内側に突
出する内周側凸状係合部がダイヤフラム側の凹条溝に係
合しているので、弁シートにダイヤフラムから弁シート
を引き剥がす力が働くと、凸状係合部を凹条溝から脱出
させる方向に引っ張られ、その結果、凸状係合部を全周
より圧縮する力が発生し、この圧縮力が弁シートを引き
剥がす力の抵抗力となって、弁シートをダイヤフラムか
ら外れにくくする。さらに、弁シートのリング状の凹溝
の外周側の内壁に設けた溝内側に突出する外周側凸状係
合部がダイヤフラム側の外周壁の凹条溝に係合している
ので、弁シートにダイヤフラムから弁シートを引き剥が
す力が働くと、凸状係合部を凹条溝から脱出させる方向
に引っ張られ、その結果、凸状係合部の円周を拡張する
こととなり、この拡張力が弁シートを引き剥がす力の抵
抗力となって、弁シートをダイヤフラムから外れにくく
することとなり、弁シートがダイヤフラムから外れにく
く、信頼性の高いダイヤフラム弁を提供できる。

【００１０】また、本発明に係るダイヤフラム弁は、弁
シートに設けた前記外周側凸状係合部と前記内周側凸状
係合部とが、前記ダイヤフラムのリング状突起の縦壁に
設けられた凹条溝に係合して、前記リング状突起を狭持
することを特徴とする。よって、ダイヤフラムのリング
状突起を、弁シートの外周側凸状係合部と内周側凸状係
合部とにより内外両側から狭持するので、弁シートを引
き剥がす力に対して内外両側の凸状係合部を狭着する力
が大きいから、外れに対する抵抗力が一層増加し、寿命
の長いダイヤフラム弁を提供できる。その結果、より圧
力の高い空気圧回路の設定が容易となり、設備コストの
低減が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るダイヤフラム
弁の一つの実施の形態について図面を参照して以下に説
明する。ここで、図１は、本発明に係るダイヤフラム弁
の全体の断面を示した図であり、図２は、本発明に係る
ダイヤフラム弁の弁シートを中心とした拡大断面図であ
る。

【００１２】（構成）本発明に係るダイヤフラム弁の構
成について説明する。ダイヤフラム弁１０は、図１に示
すように、全体をケースで覆われ、内部に電磁石となる
コイル２１や固定鉄心２２からなるコイル組立２０と、
コイル組立２０に取り付けられ、真空ポンプＰに接続さ
れる入力ポートとチャンバＣに接続される出力ポートを
備えた弁本体３０と、両ポートを連通又は遮断せしめる
ダイヤフラム４０及びダイヤフラム４０に連結された弁
シート５０とから構成されている。コイル組立２０は、
中空円柱状のボビン２６に銅線を巻回したコイル２１
と、このボビン２６の約１／２の深さを埋める固定鉄心
２２とからなる。このボビン２６の残り約１／２の深さ
には、中心にコイルスプリング２４を挿入し、下部にダ
イヤフラム４０を接続した円筒形のプランジャ２３が、
ボビン２６とは非磁性体からなるスリーブ２５により磁
気的に遊離してこのボビン２６内に摺動自在に嵌挿され
ている。

【００１３】一方、角柱状のアルミブロックからなる弁
本体３０が、このコイル組立２０の下方に取り付けられ
ている。弁本体３０のコイル組立２０との取付面側（図
１では上面）に３段の深さで徐々に小さく円形の凹部が
形成されている。最深部最小の凹部３５の底面には、入
力ポート３２に連通する弁孔３２１と出力ポート３３に
連通する連通孔３３１が明けられている。弁孔３２１の
開口部周囲は若干盛り上がって弁座３４が設けられてい
る。中間の凹部３６は矩形断面のリング状を呈し、この
矩形断面に後述するダイヤフラム４０の外周の周縁部４
４が載置される。最上部最大の矩形断面のリング状の凹
部３７に、コイル組立２０の下面とで狭持される合成樹
脂製のダイヤフラム受け４５により、上部から押圧され
て保持される。

【００１４】次に、ダイヤフラム４０は、図２に詳細に
示すように、材質ＰＴＦＥ（ポリテトラ フルオロエチ
レン）を機械加工により削りだしたもので、中心に円柱
状のコア部４２を有し、その上部は、雄ねじ部４１を形
成して、前述のプランジャ２３の中心下方の雌ねじ部に
螺合して接続している。コア部４２の下方に向かう途中
から、外周方向に延在する薄膜部４３を形成し、さらに
この薄膜部４３の外周縁を略矩形断面のリング状の周縁
部４４に接続している。この薄膜部４３は上方に半円形
の凸形状を呈し、周縁部４４の内壁とともに、弁本体３
０の最深部の凹部３５を上方の凹部３６、３７と気密的
に区画して弁室３１を形成する。さらに、コア部４２の
最下端部には、中央部に凹部を形成して、その結果、コ
ア部４２の下端にリング状突起４２１を形成し、このリ
ング状突起４２１の縦壁の外周を一周する凹条溝４２２
と内周を一周する凹条溝４２３とを設けている。

【００１５】ダイヤフラム４０のリング状突起４２１に
は、弁シート５０が取り付けられる。弁シート５０は、
材質を合成ゴムの一種であるフッ素ゴムで成型され、略
円盤状を呈し、その下面は弁室３１の弁座３４に当接す
る平面状の当接面５１を有し、上面にはダイヤフラム４
０の下端に設けたリング状突起４２１と同径で雌型の同
一断面のリング状の凹溝５２が設けられている。すなわ
ち、リング状の凹溝５２の外周側の縦壁に、凹溝５２の
内側を一周するように突出する外周側凸状係合部５３が
形成され、リング状の凹溝５２の内周側の縦壁に、凹溝
５２の内側を一周するように突出する内周側凸状係合部
５４が形成されている。したがって、このリング状の凹
溝５２の断面は、凹形断面の開口部を半円状の凸状係合
部５３、５４により絞った形状に形成されている。

【００１６】そして、ダイヤフラム４０と弁シート５０
とは、ダイヤフラム４０の下端のリング状突起４２１を
弁シート５０のリング状の凹溝５２に挿入することによ
り、嵌合される。弁シート５０の材質がフッ素ゴムであ
ることから、弁シート５０が弾性により変形して嵌合が
可能である。すなわち、リング状突起４２１がリング状
の凹溝５２に嵌合されると、リング状の凹溝５２の開口
部に設けた外周側凸状係合部５３と内周側凸状係合部５
４が、リング状突起４２１に設けた外周壁の凹条溝４２
２と内周壁の凹条溝４２３にそれぞれ係合して、連結さ
れる。

【００１７】よって、本実施の形態に係るダイヤフラム
弁１０は、ダイヤフラム４０と弁シート５０とを確実に
連結できるようにしたものである。

【００１８】（作用）次に、本実施の形態に係るダイヤ
フラム弁１０の動作について説明する。このダイヤフラ
ム弁１０は、従来と同様に、図４に示す空気圧回路中に
適用されるものであり、チャンバＣ内を真空にするため
に真空ポンプＰにより空気を吸引し、チャンバＣが所望
の負圧になったときに、チャンバＣと真空ポンプＰとの
間に配置したダイヤフラム弁１０のコイル２１への電流
供給を停止して、入力ポート３２と出力ポート３３との
連通を遮断することにより、チャンバＣの真空状態を維
持するものである。

【００１９】すなわち、コイル２１へ電流を供給すると
固定鉄心２２が電磁石となり、プランジャ２３の中心の
筒内に嵌挿したスプリング２４の弾発力に抗して、プラ
ンジャ２３を固定鉄心２２側に吸着する。プランジャ２
３が吸着されて、プランジャ２３の上面が固定鉄心２２
の下面に当接するまで上方に摺動すると、これに連結さ
れたダイヤフラム４０及びダイヤフラム４０に取り付け
られた弁シート５０も上方に移動し、この状態が保持さ
れる。弁シート５０が上方に移動すると、弁室３１内で
弁座３４から弁シート５０の当接面５１が離間するた
め、入力ポート３２の弁孔３２１と出力ポート３３の連
通孔３３１が弁室３１を介して連通することとなり、真
空ポンプＰで吸引されたチャンバＣ内の空気が出力ポー
ト３３から入り、入力ポート３２に流れて吸引されてい
く。

【００２０】チャンバＣが所望の負圧になり、これを維
持するためにコイル２１への電流供給を停止すると、固
定鉄心２２の磁力は無くなり、プランジャ２３は磁力か
ら解放される。すると、プランジャ２３はスプリング２
４の押圧力により、コイル２１のボビン２６内を下方へ
摺動する。プランジャ２３が下方へ摺動すると、これに
連結されたダイヤフラム４０、およびダイヤフラム４０
に取り付けられた弁シート５０も下方に移動する。な
お、真空ポンプＰが作動している限り、弁室３１は負圧
になっているため、スプリング２４の押圧力がなくても
ダイヤフラム４０および弁シート５０は弁座３４側に吸
着される。弁シート５０が下方に移動すると、弁シート
５０の下面の当接面５１が弁本体３０の弁座３４に当接
して、弁孔３２１と弁室３１との連通を遮断する。その
結果、弁室３１に開口している連通孔３３１と弁孔３２
１との連通も遮断されることとなり、チャンバＣの負圧
を維持することとなる。

【００２１】真空ポンプＰが作動し、ダイヤフラム弁１
０が開いている間は、ダイヤフラム４０および弁シート
５０は常に負圧の中にさらされている。特に、チャンバ
Ｃの空気の吸引当初において、弁室３１での空気の流速
が最も大きくなる。すなわち、コイル２１へ電流を供給
してダイヤフラム弁１０の開放動作を行うと、ダイヤフ
ラム４０は磁力により、常に上方に引かれて一定の位置
に固定されるが、一方、弁シート５０はダイヤフラム４
０に取り付けられているだけのため、図３に示すよう
に、連通孔３３１から弁孔３２１に流れる空気の流速が
大きな吸引当初では、弁シート５０の下面の圧力が低く
なり、弁シート５０を下方へ引っ張る力Ｆが発生する。
この下方へ引っ張る力Ｆにより、特に弁シート５０の中
央突起部５６がダイヤフラム４０のリング状突起４２１
から離れようとするが、弁シート５０の内周側凸状係合
部５４がダイヤフラム４０のリング状突起４２１の内周
壁の凹条溝４２３に係合しているため、内周側凸状係合
部５４を半径方向に圧縮する力Ｄがはたらく。弁シート
５０は、この圧縮する力Ｄがはたらいても、弁シート５
０の材質の硬度（本実施の形態のものではゴム硬度７
５）では内周側凸状係合部５４の径がリング状突起４２
１の内径と同一となるまでの変形は発生しないので、ダ
イヤフラム４０から外れることはない。

【００２２】さらに、弁シート５０のリング状の凹溝５
２の内周壁のみではなく、外周壁においても、外周側凸
状係合部５３がダイヤフラム４０のリング状突起４２１
の外周壁の凹条溝４２２に係合しているので、リング状
突起４２１の内外周壁の凹条溝４２２、４２３を弁シー
ト５０の内外周側凸状係合部５３、５４により狭持する
ので、内外周側の両凸状係合部５３、５４を変形させる
力が必要となり、これが抵抗となり高い抜け強度を得る
ことができる。

【００２３】このように、本実施の形態に係るダイヤフ
ラム弁１０は、弁シート５０の上面に形成したリング状
の凹溝５２の外周側の内壁に溝内側に突出する外周側凸
状係合部５３と、凹溝５２の内周側の内壁に溝内側に突
出する内周側凸状係合部５４を形成して、外周側凸状係
合部５３と内周側凸状係合部５４とが、ダイヤフラム４
０のリング状突起４２１の縦壁に設けられた凹条溝４２
２、４２３に係合して、リング状の突起４２１を狭持す
るので、弁シート５０を吸引する力が働いても、弁シー
ト５０がダイヤフラム４０から外れることはなく、信頼
性の高いダイヤフラム弁の提供が可能となった。さら
に、従来より高い真空度の回路にも適用できるダイヤフ
ラム弁の提供が可能となり、設備コストの低減が図れ
た。

【００２４】なお、本発明は前記実施の形態のものに限
定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様
々な変更が可能である。例えば、前記実施の形態では、
空気圧回路に真空ポンプを用いたが、これに限られず、
シリンジの使用も可能である。また、電磁弁以外に空気
圧で駆動されるパイロット弁のダイヤフラムと弁シート
の取付構造にも適用可能である。また、プランジャを押
圧するスプリングはプランジャの内部に挿入したものを
示したが、固定鉄心の内部に挿入したものであってもよ
い。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、弁本体に形成された弁座と、
該弁座に当接または離間する弁シートが取り付けられた
ダイヤフラムとを有するダイヤフラム弁であって、前記
弁シートの、ダイヤフラムとの取付面にリング状の凹溝
を形成し、前記凹溝の外周側の内壁に溝内側に突出する
外周側凸状係合部を形成し、前記凹溝の内周側の内壁に
溝内側に突出する内周側凸状係合部を形成したので、弁
シートに、ダイヤフラムから弁シートを引き剥がす力が
働いても、リング状の凹溝の内周側の内壁に設けた溝内
側に突出する内周側凸状係合部がダイヤフラム側の凹条
溝に係合しているため、弁シートがダイヤフラム下端の
中央凹部から脱出するためには、凸状係合部を全周より
圧縮しなければならないが、この圧縮力が弁シートを引
き剥がす力の抵抗力となり、弁シートをダイヤフラムか
ら外れにくくすることとなり、信頼性の高いダイヤフラ
ム弁を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施の形態に係るダイヤフラム
弁の全体の断面図である。

【図２】本発明の一つの実施の形態に係るダイヤフラム
弁の弁シートを中心とした拡大断面図である。

【図３】本発明の一つの実施の形態に係るダイヤフラム
弁の弁シートに働く力を説明する拡大断面図である。

【図４】一般的な空圧回路図である。

【図５】従来のダイヤフラム弁の全体の断面図である。

【図６】従来のダイヤフラム弁の弁シートを中心とした
拡大断面図である。

【図７】従来のダイヤフラム弁の弁シートの変形状態を
説明する拡大断面図である。

【符号の説明】

１０ ダイヤフラム弁 ２０ コイル組立 ３０ 弁本体 ３１ 弁室 ３４ 弁座 ４０ ダイヤフラム ４２１ リング状突起 ４２２ 外周壁の凹条溝 ４２３ 内周壁の凹条溝 ５０ 弁シート ５２ リング状の凹溝 ５３ 外周側凸状係合部 ５４ 内周側凸状係合部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁本体に形成された弁座と、該弁座に当
   接または離間する弁シートが取り付けられたダイヤフラ
   ムとを有するダイヤフラム弁において、 前記弁シートの、ダイヤフラムとの取付面にリング状の
   凹溝を形成し、 前記凹溝の外周側の内壁に溝内側に突出する外周側凸状
   係合部を形成し、 前記凹溝の内周側の内壁に溝内側に突出する内周側凸状
   係合部を形成したことを特徴とするダイヤフラム弁。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のダイヤフラム弁におい
   て、 弁シートに設けた前記外周側凸状係合部と前記内周側凸
   状係合部とが、前記ダイヤフラムに設けたリング状突起
   の縦壁に設けられた凹条溝に係合して、前記リング状突
   起を狭持することを特徴とするダイヤフラム弁。