JP2019060397A - ダイヤフラムバルブの組立方法とその組立構造並びにダイヤフラムバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラムの組立時において、ダイヤフラムの捩れ防止をすることにより、ダイヤフラムの捩れから生じる様々な悪影響を完全に排除することにある。【解決手段】弁室に設けた弁座とその上方に配置したダイヤフラムを有するボデー内にダイヤフラムの外周を押圧するボンネットを挿入する工程と、ボデーの開口部に締付ナットを螺合してボンネットの外周に挿入させる工程と、締付ナットの貫通穴より挿入した回り止め治具とボンネットを固定手段を介して固定する工程と、ボデーと回り止め治具を固定治具を介して固定し、かつボンネットが非回転状態で締付ナットを締め付けてボンネットでダイヤフラムの外部シール部を挟着する工程を経ることにより組立時におけるダイヤフラムの捩れを防止するようにしたダイヤフラムバルブの組立方法である。【選択図】 図１

Description

本発明は、ダイヤフラムバルブの組立方法とその組立構造並びにダイヤフラムバルブに関し、特にＡＬＤ（Atomic Layer Deposition：原子層堆積法）プロセス用として極めて好適なダイヤフラムバルブの組立方法とそのダイヤフラムバルブに関する。

近年、半導体製造プロセスとして、ＡＬＤプロセスの導入が進展している。ＡＬＤプロセスでは、高温（約２００度）雰囲気の下、ガス供給系から前駆体、不活性ガス、酸化種ガスなどの複数種のガスが極めて短いサイクルの高速切換（ガスの供給・停止動作）により交互にチャンバーに供給され、チャンバー内のウエハにナノレベルで原子層を一層ずつ均質・均一に積み上げるように薄膜が形成される。

このようなガスの供給・停止に応じて、ガスの流路に設けられているバルブも極めて短いサイクル時間内に極めて多数の開閉動作が行われることになる。また、極めて多数の連続開閉といえども、その度に、バルブ性能が低下することなく高精度に流体を密封しなければならない。このため、とりわけＡＬＤプロセスのガス流路系に用いられるバルブには、従来技術に比して、バルブ（ダイヤフラム）の耐久性の大幅な向上が要求されている。

一方で、ＡＬＤも含めて、半導体製造装置におけるガス供給系に用いられるバルブとしては、その特性から齎される利点等から、ダイレクトタッチ型のダイヤフラムバルブが用いられることが一般的となっており、この点は現在のＡＬＤプロセスにおいても同様である。後述のように、図７は、この種の従来のバルブを示している。この種のバルブにおけるバルブの耐久性に関しては、その構造上、常時流体に接してバルブの開閉の度に湾曲変形して流体を締め切るダイヤフラム（弁体）の耐久性が、バルブ性能の耐久性を左右する大きな要因となる。このダイヤフラムは、この種のバルブにおいては円形状に形成され弁室内に保持されているが、ダイヤフラムの耐久性には、その外周側をシールする外周シール部の構成からの寄与も大きく影響してくる場合が有る。

すなわち、外力と自己復帰力によって可撓変形を繰り返すダイヤフラムの耐久性には、材質や形状等自身の構造そのもののほか、外力や応力をダイヤフラムに直接作用させる部位の構造からの寄与も当然に影響してくる一方で、この種のバルブでは、少なくとも外周シール部において固定側に保持されながら弁室内をシールする構造であるから、この外周シール部からダイヤフラムは常時応力作用を受けることになるが、この作用から形成される応力分布は（メタル）ダイヤフラムの（金属）疲労や疲労破壊などの特性に直接影響を及ぼすものであるから、外周シール部の構成が、ダイヤフラムの耐久性、延いてはバルブの耐久性に大きな影響を及ぼしてくる場合が有る。特に、従来に比して大幅に開閉動作が多くなり、このため外周シール部を固定側として支持されながら屈曲変形を繰り返すダイヤフラムの変形回数も極めて多くなるＡＬＤプロセス用バルブにおいては、外周シール部の構成がバルブ（ダイヤフラム）の耐久性へ与える影響はバルブの運転時間に応じて顕著なものとなってくる。

これに対し、従来のバルブの外周シール部の構成は、バルブのコスト性や組立性などの観点から、概ね次のように構成されているものが大半である。すなわち、ダイヤフラム外周縁部が弁室外周に形成された環状のシール部位に載置された状態で、その上から環状乃至筒形状に形成されたダイヤフラム押さえ部材（ボンネット）をダイヤフラム上に乗せ、更にその上から更にねじ込み部材を螺合させていくことによりボンネットを上から押圧させ、ボンネットを介してねじ込み部材が螺合によりダイヤフラムの外周縁部を上から締め切ることで構成された外周シール部が大半である。

また、ＡＬＤ用バルブの一例としては、特許文献１が提案されている。同文献１においても、外部シール部の構成は、メタルダイヤフラムの周縁部が弁室の内周面の突部上に載置され、弁室内へ挿入した筒形状の押えアダプタの下端部をボデーのねじ部へねじ込むことにより、ステンレス鋼製の押さえアダプタを介してボデーの突部側へ押圧され、気密状態で挟持固定されていると記載されている。

特開２００７―６４３３３号公報

しかしながら、例えば特許文献１など、一般的な外周シール部の構成においては、上記のように、ダイヤフラム上に載置されたボンネットは、固定されない自由な状態のまま上からねじ込み部材が螺合により回動しながら締め切る構造となっているから、ねじ込み部材の回動に伴ってボンネットも供回りしてしまう虞がある。特にねじ込み部材の螺合が締め切られる際には、当接力が高まってボンネットの供回りが生じ易い。このような供回りが生じている状態で外周シール部が締め切られた場合、ダイヤフラムの外周縁部は、捩られた状態で上下から狭着された状態となる。

外周縁部が捩られた状態の場合、ダイヤフラムには、本来想定された応力分布と異なる不自然な応力負荷により余計な歪みなどが発生して耐久性が損なわれるなど、本来のパフォーマンスが発揮できなくなる虞が生じる。具体的には、不自然な応力によってダイヤフラムの自己復帰特性が悪化し、ダイヤフラムの反復スピードが低下する等によってバルブの開弁性能が損なわれたり、ダイヤフラムの変形特性が変化して弁座との密着性が悪化する等によりバルブのシール性能が損なわれたり、或は、ダイヤフラム（外周シール部）ごとに不意な個体差が生じてバルブ製品の品質にバラつきが生じるなどの虞が生じる。

さらには、弁室内で流体に直接曝されるダイヤフラムはバルブのＣｖ値にも直接影響があるところ、外周縁部の捩れによってダイヤフラムの歪み特性に大きな悪影響が生じることで弁座とダイヤフラムとの間に確保される流路形状も大きく変化し、結果的にバルブＣｖ値にも悪影響が生じ、個体ごとにバラつきが生じてしまう虞もある。しかも、外周縁部が擦れ合って捩られた状態で締め切られているから、ダイヤフラム自身に加えて、これを上下から狭着するボンネット側や弁室側の部位も損傷している虞もあり、よって、外周シール部のシール性能にも悪影響が生じる虞もある。

本発明は、上記の問題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、ダイヤフラムの組立時において、ダイヤフラムの捩れ防止をすることにより、ダイヤフラムの捩れから生じる様々な悪影響を完全に排除するダイヤフラムバルブの組立方法とその組立構造並びにダイヤフラムバルブを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、弁室に設けた弁座とその上方に配置したダイヤフラムを有するボデー内にダイヤフラムの外周を押圧するボンネットを挿入する工程と、ボデーの開口部に締付ナットを螺合してボンネットの外周に挿入させる工程と、締付ナットの貫通穴より挿入した回り止め治具とボンネットを固定手段を介して固定する工程と、ボデーと回り止め治具を固定治具を介して固定し、かつボンネットが非回転状態で締付ナットを締め付けてボンネットでダイヤフラムの外部シール部を挟着する工程を経ることにより組立時におけるダイヤフラムの捩れを防止するようにしたダイヤフラムバルブの組立方法である。

請求項２に係る発明は、固定手段は、ボンネットに形成した固定部に複数のピンの下方を固定し、この複数のピンの上方を回り止め治具の固定穴に挿入してボンネットと回り止め治具を非回転状態に組み付けたダイヤフラムバルブの組立方法である。

請求項３に係る発明は、固定部を等間隔にあけた固定穴部とし、この固定穴部にピンを挿入して固定したダイヤフラムバルブの組立方法である。

請求項４に係る発明は、矩形状のボデーを一方の固定治具に形成した相似形の固定溝に非回転状態に挿入固定し、回り止め治具の上部に形成した切欠き段部面を他方の固定治具に形成した溝状の係合面に非回転状態に挿入固定したダイヤフラムバルブの組立方法である。

請求項５に係る発明は、一対の固定治具をバイスで固定した状態でトルクレンチ等の工具で締付ナットの係合部を締め付けてボンネットでダイヤフラムの外部シール部を挟着させたダイヤフラムバルブの組立方法である。

請求項６に係る発明は、弁室に設けた弁座とその上方に配置したダイヤフラムを有するボデー内にダイヤフラムの外周を押圧するボンネットと、ボデーの開口部に螺合してボンネットの外周に挿入させる締付ナットと、締付ナットの貫通穴より挿入した回り止め治具と、回り止め治具とボンネットとを固定する固定手段と、ボンネットが非回転状態で締付ナットを締め付けてボンネットでダイヤフラムの外周を挟着するボデー内の外部シール部と、を備え、組立時におけるダイヤフラムの捩れを防止させたダイヤフラムバルブの組立構造である。

請求項７に係る発明は、自動弁用アクチュエータのベース体又は手動弁用のベース体の下部の雄ネジ部を締付ナットの貫通穴の雌ネジ部に螺着して取り付けたダイヤフラムバルブの組立構造である。

請求項８に係る発明は、ダイヤフラムの組立構造を原子層堆積法（ＡＬＤ）用のバルブに適用したダイヤフラムバルブである。

請求項１に係る発明によると、ダイヤフラムの組立時において、ダイヤフラムの捩れを防止し、もって開閉耐久回数の大幅な向上と弁座シール性能の向上を図ることができ、しかも、バルブ開閉スピードの安定化と個体ごとのＣｖ値のバラツキが抑制され、外部シール部の損傷抑制やシール性能の向上も図れる等の有用な効果が発揮される。

請求項２に係る発明によると、簡単な固定手段によってボンネットと回り止め治具を回転しないように確実に固定することができる。

請求項３に係る発明によると、ボンネットに等間隔にあけた固定穴部に複数のピンを挿入する工程をとることにより、ボンネットと回り止め治具を固定することが可能となる。

請求項４に係る発明によると、ボデーを一方の固定治具に、回り止め治具を他方の固定治具に簡易にセットでき、ボンネットの供回りを確実に防ぐことができる。

請求項５に係る発明によると、一対の固定治具をバイスで固定した状態で、締付ナットを確実に締め付けることができるため、ボンネットの供回りを防止し、外部シール部を確実に挟着することが可能となる。

請求項６に係る発明によると、組立時のダイヤフラムの捩れから生じる様々な悪影響を抑制したダイヤフラムバルブを提供することができる。ダイヤフラムの組立時において、ダイヤフラムの捩れを防止し、もって開閉耐久回数の大幅な向上と弁座シール性能の向上を図ることができ、しかも、バルブ開閉スピードの安定化と個体ごとのＣｖ値のバラツキが抑制され、外部シール部の損傷抑制やシール性能の向上も図れる等の有用な効果が発揮される。

請求項７に係る発明によると、自動弁用アクチュエータ又は手動弁用のベース体を交換可能であるから、弁体部を維持したまま他種のアクチュエータへの変更も容易にでき、例えば、ＮＣ弁からＮＯ弁へ、又は手動弁等への変更も簡易に可能となる。

請求項８に係る発明によると、通常のダイヤフラムバルブの自動弁や手動弁に適用できることは勿論のこと、特に、ＡＬＤ用のダイヤフラムバルブに好適であり、その効果は極めて大である。

本実施形態におけるダイヤフラムバルブの組立構造の分離状態を示した分離断面図である。 図１に示した組立構造の断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図２のＣ−Ｃ線断面図である。 図２に示したダイヤフラムバルブにアクチュエータを取り付けた状態を示す断面図である。 ダイヤフラムバルブにアクチュエータを取り付けた従来例を示す断面図である。

図１は、本発明における一実施形態（本例）を示したもので、本例のダイヤフラムバルブの実施形態の組立構造の分離状態を示した分離断面図である。先ず、同図において、本例のダイヤフラムバルブの組立方法に用いる組立用治具の各構造を説明する。本例の組立方法では、本例のダイヤフラムバルブを構成するボデー１、ダイヤフラム２、ダイヤフラムピース３、ボンネット４、及び締付ナット５を組み立てる組立時において、ダイヤフラム２の捩れを防止するための組立用治具として、回り止め治具６と、一対の固定治具７、８、及び４本のピン９から成る治具一式を用いている。

先ず、本例のダイヤフラムバルブを構成する部品構造を説明する。図１〜３において、ボデー１は、ＳＵＳ３１６Ｌ製にて外観略直方体状に一体形成し、上側の開口部１０（筒状部内周面）には後述する締付ナット５のオネジ部１１と螺着可能なメネジ部１３が形成され、その奥側側面には後述するボンネット４の外周面と嵌合可能な筒状の嵌合部１４が形成され、その奥側底面には環状の弁室１５空間が形成されている。

ボデー１の底面側からは、軸心位置に１次側流路１６を上向きに穿設して弁室１５空間まで連通・開口しており、この開口周縁部に形成された装着溝部には、ＰＦＡ製のリング状弁座１７が固着され、後述のようにバルブの組立後は、弁座１７上面にメタルダイヤフラム２の中央部下面がロッド１８に押圧されて可撓変形して密着（着座）可能となっている。また、２次側流路１９は、弁室１５底面の一部からボデー１の底面側に向けて連通・開口しており、本例では流路途中の一部に、流路絞り部１９ａが設けられている。また、ボデー１の弁室１５外周縁部には、後述の外部シール部２０を構成する環状の凸部２１が、断面台形状に上向きに突設形成されている。

図１〜３において、ダイヤフラム２は、自然状態において片側（上方）に向けて中心部を頂点とした緩やかな凸曲面状を呈した外観略円盤状に形成され、この自然状態の形態に自己復帰可能な弾性力を有している。本例では、スプロン製（金属製）のダイヤフラム部材を所定枚数重ねてダイヤフラムバルブの弁膜を構成している。ダイヤフラムピース３は、鍔部３ａを有した短尺筒状に形成され、ダイヤフラム２の上面側にダイヤフラム２の可撓変形に伴って上下動可能に載置された状態であり、バルブの組立完成後は位置決めされた状態でバルブ内に遊嵌状に収容される。

図１〜３において、ボンネット４は、略扁平筒状に形成されており、中央の軸心位置には、ダイヤフラムピース３を嵌合しつつ上下摺動可能な取付穴４ａが開口している。この取付穴４ａには、ダイヤフラムピース３の鍔部３ａに適合した段部が設けられている。ボンネット４の外周面は、ボデー１の嵌合部１４と適合した形状となっている。

図１、２において、ボンネット４の上面には、断面略Ｖ字形状で軸心と同心状に、環状溝４ｂが形成されている。後述のように、ボンネット４の上面は、締付ナット５の下端部５ａ及びベース体３１の下端面と対向乃至当接することになる。この環状溝４ｂは、締付ナット５の下端部５ａとボンネット４の上面との接触面積を減じて摺動抵抗を抑制する効果を有する。また、図３に示すように、ボンネット４には、軸心対称的に固定穴部２２（固定部）が４箇所形成されている。この固定穴部２２の断面形状は、後述のピン９の断面形状に高精度に適合するように形成されている。なお、固定穴部２２の配置は、この例に限らず、例えば対称的に２箇所、又は６箇所、或は適切な位置に１箇所のみ設けるなど、実施に応じて任意に選択可能である。

後述するように、ボンネット４は、弁室１５に設けた弁座１７とその上方に配置したダイヤフラム２を有するボデー１内にダイヤフラム２の外周２ａを押圧することにより、本発明のダイヤフラムバルブの組立構造を構成している。

図１〜４において、本例の締付ナット５は、略筒状に形成されたナット部材であり、締付ナット５の外周側においては、一端側に六角形状の係合部２３が突設されると共に、オネジ部１１も形成されている。締付ナット５の内周側は、断面略円形状の貫通穴１２となっており、その一部には雌ネジ部２４が形成されている。

後述するように、締付ナット５は、ボデー１の開口部１０に螺合してボンネット４の外周に挿入させることにより、本発明のダイヤフラムバルブの組立構造を構成している。

次いで、本例の組立方法に用いる治具の各構造を説明する。図１、２、５において、上側に示した固定治具７は、略矩形板状（長方形）に形成された基部に、略円柱状の挿入固定部７ａが一体的に突設形成されている。図５に示すように、この挿入固定部７ａには、係合面３４が挿入固定部７ａの外周面側から中心位置まで１本の溝状に、切り欠き形成されている。後述のように、この係合面３４の形状は回り止め治具６の形状に適合し、このため回り止め治具６を挿入固定可能となっている。

図１〜３において、下側に示した固定治具８も略矩形板状（長方形）に形成された基部を有しているが、ボデー１を嵌め合せる挿入固定部として、略正方形状の固定溝２６が凹状に切削加工されている。後述のように、この固定溝２６の形状はボデー１の下部外形状に適合（相似形）し、このためボデー１を挿入固定可能となっている。

図１、２において、回り止め治具６は、同図上側が小径部６ａ、下側が大径部６ｂとなるように、全体が略円柱状に一体形成されており、小径部６ａにはフラットな２面幅状に切り欠き段部面２７が形成されている。この切り欠き段部面２７の面幅は、図５に示すように、係合面３４の溝幅と適合し、このため切欠き段部面２７を係合面３４に非回転状態で挿入固定できる。

一方、大径部６ｂにはピン９の形状と適合して嵌合固定可能な固定穴２８が設けられている。この固定穴２８は、図３に示すように、ピン９をボンネット４及び回り止め治具６に共通して挿通させるため、ボンネット４に設けた固定穴部２２の穴径及び配置に一致するように設けられる必要があり、後述のようにバルブの組み立ての際に、ボンネット４の上面に回り止め治具６の大径部６ｂ端面が対向したとき、少なくとも１つ以上の固定穴２８と固定穴部２２とが一致するように設けられなければならない。

後述するように、回り止め治具６は、締付ナット５の貫通穴１２より挿入することにより、本発明のダイヤフラムバルブの組立構造を構成している。

図１〜３において、ピン９は、断面略円形状であり、素材や径・長さは、実施に応じて任意に選択可能である。このピン９は、後述のバルブの組み立ての際に、回り止め治具６とボンネット４との間に一時的に介在して両者が互いに回転することを係止するために用いられる治具であり、このため、少なくとも２本以上を要し、また、固定穴２８（回り止め治具６側）と固定穴部２２（ボンネット４側）とに嵌合固定させて両者の間に回動が作用した際、ピン９が回り止め治具６とボンネット４との何れとも遊びや僅かなガタツキをも生じずに、高精度かつ強固に回動係止できるようにするために、ピン９の径は、使用に支障を生じない範囲で、固定穴２８と固定穴部２２との何れの穴径とも高精度に一致するように形成されていれば好適である。

後述するように、ピン９は、回り止め治具６とボンネット４とを固定する固定手段として、本発明のダイヤフラムバルブの組立構造を構成している。

続いて、本例におけるダイヤフラムバルブの組立方法を説明する。本例の組立方法では、先ず、弁室１５に設けた弁座１７とその上方に配置したダイヤフラム２を有するボデー１内にダイヤフラム２の外周２ａを押圧するボンネット４を挿入する工程を有している。

図１に示すように、装着溝部に弁座１７がカシメ固定されたボデー１に対して、適切なダイヤフラム２を用意し、この凸側を上側として、外周２ａ下面が環状の凸部２１の上に適切に位置するように配置する。この際、ダイヤフラム２の表裏を間違えないことは勿論、外周２ａが適切に凸部２１の上に配置されないと、外部シール部２０が適切に構成できない点留意すべきである。

次に、このように配置したダイヤフラム２の上に、ダイヤフラムピース３とボンネット４とを配置する。両者の配置の仕方は任意であるが、ダイヤフラムピース３の鍔部３ａの形状とボンネット４の取付穴４ａの形状とは適合しているから、この取付穴４ａにダイヤフラムピース３を嵌め込んだ状態で、両者をまとめてダイヤフラム２の上に乗せるようにすることもできる。この際も、ボンネット４の外周下面がダイヤフラム２の外周２ａの上面に適切に位置するように配置しなければ、外部シール部２０が適切に構成できない点留意すべきである。

次いで、ボデー１の開口部１０に締付ナット５を螺合してボンネット４の外周２ａに挿入させる工程を有している。

すなわち、上記のようにボンネット４をボデー１に挿入し、ダイヤフラム２の外周２ａを上下から適切に挟み込んだ状態とした後、締付ナット５を開口部１０に挿入することにより、オネジ部１１を開口部１０のメネジ部１３に螺合させていく。この螺合は、締付ナット５の下端部５ａがボンネット４の上面に非接触に近接乃至接触する程度で止め、それ以上締め付けてはならない。なお参考であるが、締付ナット５がボンネット４上面に接触した後の螺合移動は僅かな締め付け代を残すのみとなりぼほ存在しないので、この接触状態を図示すると、図２に示された締付ナット５とボンネット４の状態とほぼ同じである。

次いで、締付ナット５の貫通穴１２より挿入した回り止め治具６とボンネット４を固定手段を介して固定する工程を有している。ここで固定手段とは、回り止め治具６とボンネット４とを互いに非回転かつ着脱自在に固定可能な手段であり、実施に応じて任意に選択可能であるが、本例では、図１〜３に示すように、固定手段として、ボンネット４に形成した固定部に複数のピン９の下方を固定し、この複数のピン９の上方を回り止め治具６の固定穴２８に挿入してボンネット４と回り止め治具６を非回転状態に組み付けるようにしている。さらに本例では、固定部を等間隔にあけた固定穴部２２とし、この固定穴部２２にピン９を挿入して固定している。

図３に示すように、ボンネット４には固定部として対称的に４箇所の固定穴部２２を設けており、図示していないが、回り止め治具６にも、この４箇所の固定穴部２２に適合する位置・形状に固定穴２８を形成しているので、図１、２に示すように、ボデー１内に配置された状態のボンネット４の固定穴部２２に、先ず４本のピン９の下方を嵌入させ、各ピン９の上方が突き出した状態にした後、回り止め治具６の固定穴２８が開口した大径部６ｂ側を貫通穴１２へ挿入すると、突き出している各ピン９の上方に、各固定穴２８を嵌入させることができる。これにより、４本のピン９は、上方が回り止め治具６に嵌着し、下方がボンネット４に嵌着するので、ピン９を介して回り止め治具６とボンネット４とが互いに非回転状態に組み付けられることになる。

なお、固定手段としては、ピン９を介在させた上記手段のほかに例えば、回り止め治具６の大径部６ｂの下端面とボンネット４の上面とに、互いに係合可能な凹凸部を適切に形成し、別部材のピン９を用いることなく簡易に非回転に組み付ける手段なども適用可能である。

次いで、ボデー１と回り止め治具６を固定治具７、８を介して固定し、かつボンネット４が非回転状態で締付ナット５を締め付けてボンネット４でダイヤフラム２の外部シール部２０を挟着する工程を有している。この固定治具７、８と、ボデー１又は回り止め治具６との固定手段も、実施に応じて任意に選択可能であるが、本例では、図１〜３に示すように、矩形状のボデー１を一方の固定治具８に形成した相似形の固定溝２６に非回転状態に挿入固定し、回り止め治具６の上部に形成した切欠き段部面２７を他方の固定治具７に形成した溝状の係合面３４に非回転状態で挿入固定している。

図１、２に示すように、ボンネット４にピン９を介して組み付けられた回り止め治具６の上側には小径部６ａの切り欠き段部面２７が突き出しており、図５に示すように、切欠き段部面２７を上側の固定治具７に形成された溝状の係合面３４に嵌め込ませて固定する。同図に示すように、この状態では係合面３４と切欠き段部面２７とは非回転状態の固定となる。一方で、図１〜３に示すように、ボデー１の下部も、これと同形に形成された下側の固定治具８の固定溝２６に嵌め込ませて固定する。これも同様に非回転状態の固定である。

次いで、一対の固定治具７、８をバイス２９で固定した状態で、トルクレンチ６７等の工具で締付ナット５の係合部２３を締め付けてボンネット４でダイヤフラム２の外部シール部２０を挟着させている。

図２に示すように、ボデー１と固定された下側の固定治具８の下側と、回り止め治具６と固定された上側の固定治具７の上側から、それぞれバイス２９で挟み込んで挟持固定する。これらによって、ボンネット４は、ピン９と回り止め治具６、及び上側の固定治具７とバイス２９を介して静止系に対して非回転に固定されると共に、このボンネット４の静止系に対する固定構造とは独立に、ボデー１も、下側の固定治具８とバイス２９を介して静止系に対して非回転に固定されることになる。

図２、４に示すように、最後に、上記のようにバイス２９で挟持固定した状態において、締付ナット５の六角状の係合部２３は外側に開放されているから、この係合部２３に横からトルクレンチ６７を係合させて締付ナット５を回して締め付けることができる。これによって締付ナット５の螺合を適切に締め切って外部シール部２０を構成できる。これで本例のバルブの組立方法が完了するので、以降は、この組立に用いた治具一式をボデー１から適切に外してバルブのその他の部品組み付け工程に移行させればよい。

図１に示すように、本発明のダイヤフラムバルブの組立構造は、弁室１５に設けた弁座１７とその上方に配置したダイヤフラム２を有するボデー１内にダイヤフラム２の外周２ａを押圧するボンネット４と、ボデー１の開口部１０に螺合してボンネット４の外周に挿入させる締付ナット５と、締付ナット５の貫通穴１２より挿入した回り止め治具６と、回り止め治具６とボンネット４とを固定する固定手段（ピン９）と、ボンネット４が非回転状態で締付ナット５を締め付けてボンネット４でダイヤフラム２の外周２ａを挟着するボデー１内の外部シール部２０とを備えて構成されており、組立時におけるダイヤフラム２の捩れを防止するようにしている。

なお、上記のように、本発明では、ボンネット４を治具を介して静止系に対して固定すると共にボデー１も治具を介して静止系に固定することにより、ボンネット４とボデー１との供回りを、それぞれ独立の固定（回り止め）機構に基づいて固定することで防止しているが、このほか例えば、ボンネット４の外周面とボデー１の嵌合部１４の内周面に互いに係合可能な凹凸部を設けて供回りを防止するなど、組立用治具を用いることなく、更に簡易な手段に基づいて、ボンネット４とボデー１との供回りを防止するようにしてもよい場合もある。

続いて、本例の組立方法で組み立てたダイヤフラムバルブの一例を説明する。図６は、上述した本例のダイヤフラムバルブを構成しているボデー１、ダイヤフラム２、ダイヤフラムピース３、ボンネット４、及び締付ナット５の組み立てを、上述した本例の組立方法を経て完了した後、ベース体３１の下部の雄ネジ部３２を締付ナット５の貫通穴１２の雌ネジ部２４に螺着してアクチュエータ本体３３を取り付け、バルブの組立が完了した状態（自動弁用アクチュエータ付きダイヤフラムバルブ）の縦断面図を示している。

図６に示すように、本例のアクチュエータ本体３３は、エアオペレート式の自動弁用アクチュエータであるが、このアクチュエータは手動弁用など、実施に応じて任意に選択可能であり、本例では、雌ネジ部２４と螺着して使用可能な雄ネジ部を有するベース体を備えていれば、実施に応じて適宜着脱自在に取り付け可能である。また、同図のダイヤフラムバルブは、特に原子層堆積法（ＡＬＤ）用バルブとして好適であるが、これに限らず種々の用途のバルブを適宜構成可能である。

図６において、ベース体３１は、アクチュエータ本体３３の底面部に組み込まれる部材であり、上部側は後述のケーシング３５と略同径の筒状に形成されると共に、ケーシング３５下部のメネジと螺着可能なオネジが形成されており、一方、下部側は、締付ナット５の雌ネジ部２４と螺着可能な雄ネジ部３２が形成されており、また、中央の軸心位置には、ステムであるロッド１８を嵌合しつつ上下摺動可能な縦長形成の取付穴３６が開口しており、更に、高温流体からの断熱対策として、下部側と上部側との間の軸装部３７をくびれ状に設けて断面積を減少させ、これらの間の熱伝導率を減少するようにしている。

また、同図において、ベース体３１の軸装部３７の上端位置に、環状の保持部３８が形成されている。本例の保持部３８は、環状の鍔部３８ａによって規定され軸装部３７を包囲するように形成された環状溝であり、この溝に、後述する図示しない取付部材４０の取付部３９に形成された挿入溝が嵌着可能となっている。また、ベース体３１の上部下面側には、環状溝４２が、軸心と同心状に形成されている。この環状溝４２の径や溝幅・深さは、後述のように、ボルト４３のネジ逃げ溝となるので、取付部３９の穴部３９ａの位置や、この穴部３９ａに挿入するボルト４３に応じて適宜に設定される。なお図示していないが、軸装部３７にはクランプ用としてフラットな２面幅状に凹部が切り欠き形成されている。

さらに、同図において、ベース体３１の雄ネジ部３２の終端部付近には鍔部４４が設けられており、この鍔部４４に適合するように、締付ナット５の雌ネジ部２４の開口側端部には凹状にストッパ部４５が切り欠き形成されている。雄ネジ部３２と雌ネジ部２４とを螺着する際に、この鍔部４４の螺進がストッパ部４５で適切に係止されることによって、過度な締付が起きないようになっている。

前述のように本発明の組立方法によって締付ナット５とボンネット４との供回りを防止しても、本例の構造では、その後の組立工程においてベース体３１下端面がボンネット４上面に対向する構造であるから、ベース体３１の過度な螺着によりその下端面がボンネット４上面に当接してしまうことで、供回り等の悪い作用を及ぼすと、外部シール部２０（ダイヤフラム２）が捩られるなどの悪影響が生じる可能性もあり、このような場合は本発明の意義が全く損なわれてしまう虞すらある。よって、このような螺着のストッパ部４５を設けることで過度な締め付けを防止し、ダイヤフラム２を締め切って外部シール部２０を構成した状態のボンネット４に悪影響が及ぶ可能性を回避している。

一方で、図７は、アクチュエータ本体７０の従来構造のベース体７１を、本例と共通のダイヤフラムバルブのボデー１に取り付けた状態を示した縦断面図である。同図において、ボデー１（弁座１７）、ダイヤフラム２（外部シール部２０）、ボンネット７２、及びダイヤフラムピース３の各構造は、上述した本例におけるものと同様であるが、この図７の従来構造では本発明の組立方法に用いる組立用治具に対応した構造となっていないため、ボンネット７２には固定穴部が設けられておらず、締付ナット５も有していない構造となっており、ベース体７１にオネジ部７３が設けられ、このオネジ部７３はボデー１の開口部１０に設けられたメネジ部１３と直接螺着するようになっている。この構造は、従来のこの種のバルブの外部シール部の構成として典型的である。

図７に示した従来構造の場合は、ベース体７１のオネジ部７３がボデー１のメネジ部１３に螺着すると、ベース体７１の下端面が回転しながらボンネット７２上面を締め付けてダイヤフラム２外周が凸部２１との間で挟着されて外部シール部２０が構成されることになるから、外部シール部２０が構成される際に、ボンネット７２上面がベース体７１下端面と供回りが生じると、ダイヤフラム２外周の上面と密着当接しているボンネット７２の外周下面が回転することで、ダイヤフラム２に捩れが生じる虞がある。特にＡＬＤ用など、シビアな使用条件が要求される場合、このような捩れは、たとえ僅かであっても無視できない悪影響を及ぼすおそれがある。そして、同図の従来構造では、原理的にこのような悪影響発生の可能性を完全に排除することは不可能である。

これに対して、上述した本発明に係るダイヤフラムバルブの組立方法を用いれば、少なくともバルブ組立の際にこのようなダイヤフラムの捩れが生じる虞は無く、このため、可撓性能や変形速度など、外部シール部の挟着状態（バルブ構造）に基づいてダイヤフラムが本来有する特性が損なわれることがなく、よって従来構造における逸失分が適切に維持されることにより、例えば開閉耐久回数や弁座シール性の向上、バルブ開閉スピードの安定化等が期待できる。また、個体ごとのＣｖ値のバラツキが抑制される。さらには外部シール部の損傷抑制やシール性能の向上等も期待できる。なおこれらの効果は、ＡＬＤ用バルブに限定されることなくダイヤフラムバルブ一般に広く期待できることは勿論である。

また、図６に示すように、本例ではベース体３１の雄ネジ部３２と締付ナット５の雌ネジ部２４とを螺着により着脱自在としているから、ボデー１上部に取り付ける部材側に、このような構造のベース体３１を有してさえいれば、取り付ける部材側の構造に依らずアクチュエータが着脱自在である。よって、少なくとも雄ネジ部３２を有するベース体３１を備えたアクチュエータであれば、必要に応じて適宜着脱自在であるから、例えば、アクチュエータが何らかの原因で損傷した場合でも、弁体部を維持したまま、すなわちボンネット４と凸部２１とでダイヤフラム２の外周２ａを挟着保持している外部シール部２０の状態を維持したまま、アクチュエータのみを容易・迅速に交換できる。或は、弁体部を同様に維持したまま、他種のアクチュエータへの変更、例えば、ＮＣ（ノーマルクローズ）弁とＮＯ（ノーマルオープン）弁とを適宜相互に変更できる。

なお、図７に示す従来例によると、開閉回数が５００万回程度でダイヤフラム２が割れるおそれがあるが、図６に示す本例では、開閉回数が２０００万回を超えてもダイヤフラム２の割れが発生しないことが実証されている。

最後に、図６、７において、アクチュエータ本体３３におけるベース体３１下部以外の部分の構造を説明すると、ベース体７１上部を含め、この部分の構造は図６、７の何れも共通であり、アクチュエータ本体３３には、エア駆動力（開弁力）の確保のため、少なくとも２つのエア室５０が設けられており、同図に示すように、サブベース５１を配置すると共に、ピストン５２をコンパクトに２段構成してエア室５０を確保している。また、アクチュエータ本体３３には、ステムを下降させるスプリング５３と、エア室５０への圧縮空気の供給により上昇されるピストン５２とが内蔵され、このピストン５２の上昇量を調整ネジ５４のねじ込みにより調整可能に設けてストローク調整手段としている。

図６、７において、シリンダ５５は、外観略円筒形状を呈し、軸心位置には接続部５６が設けられ、その奥側には調整ネジ５４のオネジ部と螺合可能なメネジ部がさらに形成され、その奥側にはピストン５２の上部と嵌合可能な筒状の嵌合部が形成されている。シリンダ５５の下端部には、ケーシング３５のメネジと螺着可能なオネジが設けられている。また、シリンダ５５の内部には、後述のスプリング５３を付勢するための受け部が凹設されている。

図６、７において、ケーシング３５は、シリンダ５５と略同径の円筒状外観に形成されており、上端部には前記のメネジが形成され、下端部にもベース体３１上端部のオネジと螺着可能なメネジが形成されている。また、ケーシング３５の内周面には、サブベース５１を係合保持可能な段部が形成されている。

図６、７において、ピストン５２は、平行に２枚が張り出した円形フランジ状のピストン部５２ａと、これらの中心位置を繋ぐ筒状の延部とを有しており、延部の上端面側には、ピストン５２内部において軸心方向に供給エアを導通可能な流路が開口しており、この流路には、２つのエア室５０に向けて開口してエア供給可能な流路５７が分岐して形成されている。このため、接続部５６に継手５８などを介してエア供給源が接続された場合は、供給源からのエアは流路５７を導通してエア室５０に供給される。ピストン部５２ａの外周縁部には、ＦＫＭ製のＯリングが設けられ、それぞれケーシング３５、ベース体３１の内周面との間を摺動しつつシールしており、同様に、ピストン５２軸心方向の延部にもＯリングが複数箇所に設けられ、さらにサブベース５１の外周縁部にもＯリングが設けられている。

図６、７において、ステムとしてのロッド１８は、ベース体３１の取付穴３６内周面に嵌合してほぼ抵抗なく上下摺動可能に設けられ、ＳＵＳ３０４製で縦長形成されており、上端面はピストン５２の下端面に当接する一方、下端面はダイヤフラムピース３の上端面に当接している。

また、流体が約２００度などの高温の場合、その伝熱によりアクチュエータが高温になると、作動不良を生じたり、センサー等の電子機器が取り付けられている場合は、熱で機器が故障したりする支障を生じる。このため、加熱されたボデー１などからの熱がアクチュエータ本体３３に伝わり難くするため、所定の熱対策を施している。本例では、発熱部材となるボデー１やボンネット４などからアクチュエータ本体３３へ熱が伝わる熱伝導経路部材の断面積を、バルブやアクチュエータの機能に支障が生じない範囲で減少させるようにしている。

具体的には、高温流体からの熱伝導により加熱部材となりうるダイヤフラムピース３の上端面と接触する接触領域を小さくするため、ロッド１８の下端面は円弧状曲面に形成され、同様に、少なくともピストン５２の下端面（又はロッド１８の上端面）も円弧状曲面に形成され、加熱部材となりうるロッド１８がピストン５２の下端面と接触する接触領域を小さくしており、ロッド１８の上下では、少なくとも面接触により効率よく熱伝導してしまうことが無いようにしている。さらに、ベース体３１の軸装部３７にはくびれ部を設けると共に、ロッド１８にもくびれ部を設けており、これらにより、ボデー１側からアクチュエータ本体３３側への熱伝導の断面積をなるべく減少させて熱伝率を抑制するようにしている。

図６、７において、取付部材４０は、挿入溝を有する円板状の取付部３９と側面部４１から成る断面Ｌ字形状の部材である。取付部材４０の底面側は、薄い円板状に形成された取付部３９となっており、図示していないが、軸心位置には挿入溝が切り欠き状に形成されて略Ｕ字形状を呈している。この挿入溝は、ベース体３１の保持部３８に適宜回動自在に嵌合固定可能となっている。また、六角穴付きのボルト４３を挿入・螺合できる穴部３９ａが、軸心位置に１箇所形成されている。この穴部３９ａも、実施に応じて複数個形成してもよく、例えば対称的な位置に合計３個設ける等としてもよい。

図６、７において、取付部材４０の側面部４１は、薄い矩形板状に形成され、電磁弁５９と挿通して固定できる２本のボルト６０を挿入できる穴部４１ａが２つ設けられているが、この穴部４１ａも実施に応じて適宜設けられる。本例の側面部４１は取付部３９に対して略直角方向に繋がっており、この取付部材４０をアクチュエータ本体３３に取り付けた状態の縦断面図が図６であり、同図に示すように、本例の取付部材４０は、断面略Ｌ字形状となっているので、本例の取付構造をアクチュエータに取り付けた状態であっても、電磁弁５９をアクチュエータ本体３３の側面位置に余分なスペースをほとんど生じることなく極めて近接状態に集積化することができる。

図６、７において、電磁弁５９は、特に制限されないが、本例では空気圧式アクチュエータ操作用の電磁弁５９であり、全体が略矩形板状に収まったコンパクトな形態を呈し、図示しないエア供給源側（エアシリンダ）とアクチュエータ本体３３との間に空気配管にて接続された状態で介在しており、スピードコントローラ等の制御手段による所定の制御の下、通電により図示しない内部のソレノイドバルブの動作によって空気配管の流路開閉を適宜切り換えることにより、アクチュエータ本体３３への圧縮エアの供給（又は排気）を制御する機能を有する。

図６、７において、電磁弁５９の側面には、図示しないエア供給源側に接続される入力ポート６２と排出ポート６３が開口しており、空気流路切り替えが行われる電磁弁５９の本体内部を介して、反対側の側面には図示しない出力ポートが開口しており、この出力ポートには図示しない継手を介して供給ライン６４（樹脂製の透明チューブ）の一端が接続されている。この供給ライン６４の他端は、必要最小限の長さを経て継手５８に接続され、この継手５８は、アクチュエータ本体３３の上面側に開口した接続部５６に連結されており、アクチュエータ本体３３内部のエア室５０に圧縮エアを適宜供給（又は排気）可能となっている。

図６、７において、継手５８は、接続状態のままアクチュエータ本体３３の軸心回りに回動自在のユニバーサルジョイント（エルボ）であれば、取付部材４０は電磁弁５９を取り付けた状態でアクチュエータ本体３３の周りを回動自在であるから、これらの組み合わせにより、電磁弁５９の取付位置を、継手５８の方向にも制限されることなく完全に任意の側面位置に調整することができるため、好適である。さらに、例えば供給ライン６４端部をワンタッチで接続でき、かつ開放リングの押下に伴い接続を解除できるものであれば、本発明の取付構造の取扱性・使用性がより高まるため、さらに好適である。

また、アクチュエータ本体３３上面側には、バルブの開閉をセンシング可能な近接センサ６５が接続されている。センサ６５の下端部は、ピストン５２の上面に近接可能に設けられており、接近によってピストン５２の上下運動（バルブの開閉動作）を感知できる。これにより、アクチュエータ本体３３やバルブ等の機器の制御に利用可能なデータが取得される。

さらに、側面部４１に電磁弁５９をボルト止めする際に、側面部４１と電磁弁５９との間に座金６６を介在させるようにしている。座金６６としてステンレス製の平座金をボルト６０の１本あたり２枚重ねて用い、２本のボルト６０を用いて電磁弁５９を側面部４１に取り付けているが、この他、例えば樹脂製座金でもよく実施に応じて任意に選択可能である。なお、２本のボルト６０と電磁弁５９側面との間には、１枚のスプリングワッシャを介在させている。

更に、本発明は、前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

１ ボデー
２ ダイヤフラム
２ａ 外周
４ ボンネット
５ 締付ナット
５ａ 下端部
６ 回り止め治具
７ ８ 固定治具
９ ピン
１０ 開口部
１２ 貫通穴
１５ 弁室
１７ 弁座
２０ 外部シール部
２２ 固定穴部（固定部）
２３ 係合部
２４ 雌ネジ部
２６ 固定溝
２７ 切欠き段部面
２８ 固定穴
２９ バイス
３１ ベース体
３２ 雄ネジ部
６７ トルクレンチ

Claims (8)

1. 弁室に設けた弁座とその上方に配置したダイヤフラムを有するボデー内にダイヤフラムの外周を押圧するボンネットを挿入する工程と、前記ボデーの開口部に締付ナットを螺合して前記ボンネットの外周に挿入させる工程と、前記締付ナットの貫通穴より挿入した回り止め治具と前記ボンネットを固定手段を介して固定する工程と、前記ボデーと前記回り止め治具を固定治具を介して固定し、かつ前記ボンネットが非回転状態で前記締付ナットを締め付けて前記ボンネットで前記ダイヤフラムの外部シール部を挟着する工程を経ることにより組立時におけるダイヤフラムの捩れを防止するようにしたことを特徴とするダイヤフラムバルブの組立方法。
2. 前記固定手段は、前記ボンネットに形成した固定部に複数のピンの下方を固定し、この複数のピンの上方を前記回り止め治具の固定穴に挿入して前記ボンネットと前記回り止め治具を非回転状態に組み付けた請求項１に記載のダイヤフラムバルブの組立方法。
3. 前記固定部を等間隔にあけた固定穴部とし、この固定穴部にピンを挿入して固定した請求項２に記載のダイヤフラムバルブの組立方法。
4. 矩形状の前記ボデーを一方の固定治具に形成した相似形の固定溝に非回転状態に挿入固定し、前記回り止め治具の上部に形成した切欠き段部面を他方の固定治具に形成した溝状の係合面に非回転状態に挿入固定した請求項１乃至３の何れか１項に記載のダイヤフラムバルブの組立方法。
5. 一対の固定治具をバイスで固定した状態でトルクレンチ等の工具で前記締付ナットの係合部を締め付けて前記ボンネットで前記ダイヤフラムの外部シール部を挟着させた請求項１乃至４の何れか１項に記載のダイヤフラムバルブの組立方法。
6. 弁室に設けた弁座とその上方に配置したダイヤフラムを有するボデー内にダイヤフラムの外周を押圧するボンネットと、前記ボデーの開口部に螺合して前記ボンネットの外周に挿入させる締付ナットと、前記締付ナットの貫通穴より挿入した回り止め治具と、前記回り止め治具と前記ボンネットとを固定する固定手段と、前記ボンネットが非回転状態で前記締付ナットを締め付けて前記ボンネットで前記ダイヤフラムの外周を挟着する前記ボデー内の外部シール部と、を備え、組立時におけるダイヤフラムの捩れを防止させたことを特徴とするダイヤフラムバルブの組立構造。
7. 自動弁用アクチュエータのベース体又は手動弁用のベース体の下部の雄ネジ部を前記締付ナットの貫通穴の雌ネジ部に螺着して取り付けた請求項６に記載のダイヤフラムバルブの組立構造。
8. ダイヤフラムバルブの組立構造を原子層堆積法（ＡＬＤ）用のバルブに適用した請求項６又は７に記載のダイヤフラムバルブ。

Images