JP2022056309A - ダイヤフラムバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】止水性を向上することが可能なダイヤフラムバルブを提供することを目的とする。【解決手段】ダイヤフラムバルブ１０では、応力分散板１５は、第１フランジ部２１の他部材７１と接続される側と反対側の面２１ｂに配置されている。応力分散板１５は、第２フランジ部２２の他部材７５と接続される側と反対側の面２２ｂに配置される。第１フランジ部２１は、応力分散板１５とともに貫通する第１ボルト８１と、第１ボルト８１に螺合する第１ナット８２によって他部材７１と接続される。第２フランジ部２２は、応力分散板１５とともに貫通する第２ボルト８５と、第２ボルト８５に螺合する第２ナット８６によって他部材７５と接続される。第１フランジ部２１および第２フランジ部２２は、ポリエチレン系樹脂によって形成されている。応力分散板１５の各々の厚さが１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下である。【選択図】図５

Description

本発明は、応力分散板を有するダイヤフラムバルブに関する。

従来より、半導体装置又は液晶表示装置等の精密デバイスの製造において、洗浄等の湿式工程で極めて高純度に精製された超純水が用いられている。金属イオン等が所定濃度以上水中に存在していると、ウエハ表面等に金属が吸着することで精密デバイスの品質に悪影響を及ぼすため、超純水中における不純物の制限が徹底して行われている。

超純水への不純物の混入は、超純水の輸送ラインを構成する配管においても生じる。配管の材質としては、ガスバリア性に優れたステンレス鋼等の金属が用いられたこともあるが、配管からの金属溶出の影響を考慮すると、樹脂を用いることが好ましいとされている。

超純水用配管材の材料に用いられる樹脂の中でも、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）は、半導体分野において、超純水製造装置内の配管や、超純水製造装置からユースポイントへの超純水の輸送用配管として実用化されているものの全てに用いられており、超純水用配管材における技術的標準となっている。

特許文献１ではPVDFが超純水用ダイヤフラムバルブに使用されていることが開示されている。

最近では、半導体チップの集積度向上に伴い回路パターンがますます微細化されてきており、低レベルの不純物に対してもより影響を受けやすくなっている。従って、超純水に対する要求水質は厳格化の一途をたどっている。

また、PVDFは耐薬品性や対汚染性に優れているフッ素樹脂材料として、耐薬用途の配管材にも用いられている。

特許文献２ではPVDFが耐薬用途のダイヤフラムバルブに使用されていることが開示されている。

特開平１－２３１９８４ 特開２０１９－１８４０６３

ＰＶＤＦ等のフッ素樹脂製配管は、他の一般的な配管に比べ、施工性及びコスト性において不利な点もある。しかしながら、超純水に対する要求水質の厳格化の背景において、フッ素樹脂製配管は要求水質を満たす配管として事実上唯一の選択肢となっている。
本発明者は、敢えて、超純水用バルブの材料を代替することに着目した。例えば、一般的な配管材料として、施工性及びコスト性に優れるポリエチレン系樹脂が用いられている。しかしながら、ポリエチレン系樹脂は長期的な圧縮強度が低く、ボルト締結部をボルトおよびナットで締め付けると時間経過と共にポリエチレンのクリープ変形が起こり、ボルトの締結軸力が低下し、止水性の問題に繋がる。このため、長期的な強度が求められるバルブには現時点ではポリエチレンが使用されていない。

本開示は、止水性を向上することが可能なダイヤフラムバルブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため第１の態様に係るダイヤフラムバルブは、第１フランジ部と、第２フランジ部と、ダイヤフラムと、駆動機構と、第１応力分散板と、第２応力分散板と、を備える。第１フランジ部は、流路の入口が形成され、他部材との接続を目的とする。第２フランジ部は、流路の出口が形成され、他部材との接続を目的とする。ダイヤフラムは、流路を開閉する。駆動機構は、ダイヤフラムを駆動することにより流路を閉塞または開放する。第１応力分散板は、第１フランジ部の他部材と接続される側と反対側の第１面に配置されている。第２応力分散板は、第２フランジ部の他部材と接続される側と反対側の第２面に配置される。第１フランジ部は、第１応力分散板とともに貫通する第１ボルトと、第１ボルトに螺合する第１ナットによって他部材と接続される。第１フランジ部は、第２応力分散板とともに貫通する第２ボルトと、第２ボルトに螺合する第２ナットによって他部材と接続される。第１フランジ部および第２フランジ部は、ポリエチレン系樹脂によって形成されている。第１応力分散板および第２応力分散板の各々の厚さが１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下である。

このように、他部材とのボルトとナットによる締結部分に応力分散板を配置することによって、締付による圧縮クリープ変形を抑制することができ、止水性を向上することが可能となる。

また、第１フランジ部および第２フランジ部にポリエチレン系樹脂を用いた場合でも、止水性を向上することができる。

また、応力分散板の厚さを規定することによって、止水性をより向上することが可能となる。

第２の態様に係るダイヤフラムバルブは、第１の態様に係るダイヤフラムバルブであって、第１応力分散板は、第１フランジ部の２つ以上のボルト締結孔に亘るように形成されている。第２応力分散板は、第２フランジ部の２つ以上のボルト締結孔に亘るように形成されている。

このように２つ以上のボルト締結孔に亘るように応力分散板を形成することによって、止水性をより向上することが可能となる。

第３の態様に係るダイヤフラムバルブは、第１または第２の態様に係るダイヤフラムバルブであって、第１応力分散板が第１面と接する面積は、第１面の面積の５０％以上である。第２応力分散板が第２面と接する面積は、第２面の面積の５０％以上である。

このように応力分散板の設置面積が、設置面の５０％以上に設定することによって、止水性をより向上することが可能となる。

第４の態様に係るダイヤフラムバルブは、第１～第３のいずれかの態様に係るダイヤフラムバルブであって、第１応力分散板および第２応力分散板の各々の材質がステンレス鋼である。

このようにステンレス鋼で形成することによって、止水性をより向上することが可能となる。

第５の態様に係るダイヤフラムバルブは、第１～第４のいずれかの態様に係るダイヤフラムバルブであって、第１ボルトおよび第２ボルトの各々の材質のヤング率が２００ＧＰａ以下である。

このように、第１ボルトおよび第２ボルトの材質のヤング率を２００ＧＰａ以下に設定することによって、止水性を向上することができる。

第６の態様に係るダイヤフラムバルブは、第１～第５のいずれかの態様に係るダイヤフラムバルブであって、第１ボルトおよび第２ボルトの各々の材質がステンレス鋼である。

このようにステンレス鋼で形成することによって、止水性をより向上することが可能となる。

第７の態様に係るダイヤフラムバルブは、第１～第６のいずれかの態様に係るダイヤフラムバルブであって、第１ボルトおよび第２ボルトの各々の材質がＳＵＳ３０４である。

このようにヤング率が比較的小さいＳＵＳ３０４を用いることによって、ヤング率がＳＵＳ３０４より大きい材料製のボルトを用いた場合と比較して、同じ締付トルクでボルトを締め付けたときに、締め付けによって生じるボルトの伸びはＳＵＳ３０４製のボルトの方が大きくなる。この影響により、ダイヤフラムのフランジ部のボルト締結穴の付近に存在するポリエチレン系樹脂の圧縮による陥没が小さくなる。その結果、ボルトの軸力が長期にわたってより維持され、一定時間経過後もトルクの保持率が高くなると考察される。

第８の態様に係るダイヤフラムバルブは、第１～第７のいずれかの態様に係るダイヤフラムバルブであって、ダイヤフラムバルブの用途が、超純水用途または耐薬用途である。

本態様に係るダイヤフラムバルブは、長期的な止水性を向上することができるため、超純水用途または耐薬用途に用いることが可能である。

本開示によれば、止水性を向上することが可能なダイヤフラムバルブを提供することができる。

本開示にかかる実施の形態のダイヤフラムバルブの外観斜視図 本開示にかかる実施の形態のダイヤフラムバルブの部分断面構成図 本開示にかかる実施の形態のダイヤフラムバルブの弁本体１１を示す斜視図。 本開示にかかる実施の形態のダイヤフラムバルブの断面図。 本開示にかかる実施の形態のダイヤフラムバルブが他部材と接続された状態を示す正面図。 （ａ）本開示にかかる実施の形態の応力分散板を示す正面図、（ｂ）本開示にかかる実施の形態の応力分散板を示す正面図。 （ａ）２つの応力分散板が配置された面を示す正面図、（ｂ）２つの応力分散板が配置された面を示す正面図。 本開示に係る実施の形態のダイヤフラムバルブが他部材と接続された状態を示す正面図。 図８Ａにおいて他部材と第１フランジ部の接続を分解した図。 （ａ）流路が閉鎖された状態を示す模式断面図、（ｂ）流路が開放された状態を示す模式断面図。

以下、本開示に係る実施の形態のダイヤフラムバルブについて説明する。

＜１．構造＞
図１は、本開示にかかる実施の形態のダイヤフラムバルブ１０の外観斜視図である。図２は、本実施の形態のダイヤフラムバルブ１０の部分断面構成図である。

本実施の形態のダイヤフラムバルブ１０は、図１および図２に示すように、弁本体１１と、ダイヤフラム１２（隔膜ともいう）と、ボンネット１３と、駆動機構１４と、応力分散板１５（図４参照）を備えている。

弁本体１１の第１フランジ部２１と第２フランジ部２２に他部材のフランジと配管が接続され、弁本体１１には流体が流れる流路２４が形成されている。ダイヤフラム１２は、流路２４を開放または遮断する。ボンネット１３は、ダイヤフラム１２を覆うように弁本体１１に取付けられている。駆動機構１４は、その一部がボンネット１３内に配置されており、ダイヤフラム１２を駆動する。応力分散板１５は第１フランジ部２１または第２フランジ部２２の他部材と接続される側と反対側に設置されている（後述する図４参照）。

（弁本体）
図３は、弁本体１１を示す斜視図である。図４は、ダイヤフラムバルブの１０の断面図である。図４は、図１のＡＡ´間の矢視断面図である。図５は、ダイヤフラムバルブが他部材と接続された状態の配管構造を示す正面図である。なお、図４では、応力分散板１５の位置を示すために、ボルト等で固定されていないが応力分散板１５を配置した状態を示す。

弁本体１１には、施工性と低溶出性の観点からＰＥ（ポリエチレン）が使用される。ＰＥは重合される際に使用される触媒種を変更することで所望の特性に変更することができる。使用される触媒の例としてチーグラー・ナッタ触媒、メタロセン触媒、酸化クロム触媒等の重合触媒が挙げられる。

ポリエチレン系樹脂は、必要に応じてα－オレフィンと共重合させても良い。ポリエチレン系樹脂に対して共重合させるα－オレフィンとしては、プロピレン、１－ブテン、１－ペンテン、1－ヘキセン、４－メチル－１－ペンテン、１－オクテン、１－ブテン－１－ヘキセン、１－ブテン－４－メチル－１－ペンテン、１－ブテン－１－オクテン等が挙げられる。

弁本体１１には上記のＰＥを主成分とした材料を使用した。主成分とは、質量基準で最も含有量の多い成分をいう。主成分とは、少なくとも含有量が５０％である成分である。

弁本体は、図３および図４に示すように、第１フランジ部２１と、第２フランジ部２２と、中央部２３と、流路２４と、を有する。

第１フランジ部２１と第２フランジ部２２と中央部２３は、一体的に形成されており、流路２４は、図４に示すように、第１フランジ部２１、中央部２３および第２フランジ部２２にわたって形成されている。

第１フランジ部２１には、他部材７１のフランジ７２および配管７３が接続される。第１フランジ部２１は、図４に示すように、流体が弁本体１１に流入する入口２４ａが形成された第１フランジ面２１ａと、第１フランジ面２１ａの反対側である弁本体１１側の面２１ｂ（第１面の一例）と、第１フランジ面２１ａから面２１ｂまで貫通したボルト締結穴２１ｃ（図５参照）と、を有する。ボルト締結穴２１ｃは、図１に示すように、入口２４ａの周囲に複数個形成されており、本実施の形態では例えば４つ形成されている。

他部材７１は、図５に示すように、配管７３と、配管７３の端に配置されたフランジ７２と、を有する。フランジ７２は、弁本体１１の第１フランジ面２１ａに接触するフランジ面７２ａと、フランジ面７２ａの反対側の面７２ｂと、フランジ面７２ａから面７２ｂまで貫通したボルト締結穴７２ｃと、を有する。ボルト締結穴７２ｃは、フランジ面７２ａに形成された配管７３への入口の周囲に複数個形成されており、本実施の形態では例えば４つ形成されている。

フランジ面７２ａが第１フランジ面２１ａと対向し、ボルト締結穴２１ｃとボルト締結穴７２ｃが対向するように他部材７１が第１フランジ部２１に対して配置された状態で、他部材７１のフランジ７２は第１フランジ部２１に接続される。なお、第１フランジ部２１とフランジ７２の間にパッキン等が配置される方が好ましい。

第１フランジ部２１と他部材７１のフランジ７２は、第１ボルト８１と第１ナット８２を用いて接続される。第１ボルト８１は、第１フランジ部２１のボルト締結穴２１ｃとフランジ７２のボルト締結穴７２ｃに挿入される。ボルト締結穴２１ｃとボルト締結穴７２ｃを貫通した第１ボルト８１の先端に第１ナット８２が螺合される。これによって、第１フランジ部２１とフランジ７２が第１ボルト８１と第１ナット８２によって締結される。

フランジ７２の面７２ｂには第１ボルト８１のヘッドが配置され、第１フランジ部２１の面２１ｂ側には第１ナット８２が配置されている。また、第１ナット８２と弁本体１１（詳しくは、面２１ｂ）の間には後述の応力分散板１５が配置される。第１フランジ部２１の面２１ｂに配置される応力分散板１５が、第１応力分散板の一例に対応する。

第２フランジ部２２には、他部材７５のフランジ７６および配管７７が接続される。第２フランジ部２２は、図４に示すように、弁本体１１から流体が排出される出口２４ｂが形成された第２フランジ面２２ａと、第２フランジ面２２ａの反対側である弁本体１１側の面２２ｂ（第２面の一例）と、第２フランジ面２２ａから面２２ｂまで貫通したボルト締結穴２２ｃ（図５参照）と、を有する。ボルト締結穴２２ｃは、出口２４ｂの周囲に複数個形成されており、本実施の形態では例えば４つ形成されている。

他部材７５は、図５に示すように、配管７７と、配管７７の端に配置されたフランジ７６と、を有する。フランジ７６は、弁本体１１の第２フランジ面２２ａに接触するフランジ面７６ａと、フランジ面７６ａの反対側の面７６ｂと、フランジ面７６ａから面７６ｂまで貫通したボルト締結穴７６ｃと、を有する。ボルト締結穴７６ｃは、フランジ面７６ａに形成された配管７７への入口の周囲に複数個形成されており、本実施の形態では例えば４つ形成されている。

フランジ面７６ａが第２フランジ面２２ａと対向し、ボルト締結穴２２ｃとボルト締結穴７６ｃが対向するように他部材７５が第２フランジ部２２に対して配置された状態で、他部材７５のフランジ７６は第２フランジ部２２に接続される。なお、第２フランジ部２２とフランジ７６の間にパッキン等が配置される方が好ましい。

第２フランジ部２２と他部材７５のフランジ７６は、第２ボルト８５と第２ナット８６を用いて接続される。第２ボルト８５は、第２フランジ部２２のボルト締結穴２２ｃとフランジ７６のボルト締結穴７６ｃに挿入される。ボルト締結穴２２ｃとボルト締結穴７６ｃを貫通した第２ボルト８５の先端に第２ナット８６が螺合される。これによって、第２フランジ部２２とフランジ７６が第２ボルト８５と第２ナット８６によって締結される。

フランジ７６の面７６ｂには第２ボルト８５のヘッドが配置され、第２フランジ部２２の面２２ｂ側には第２ナット８６が配置されている。また、第２ナット８６と弁本体１１（詳しくは、面２２ｂ）の間には後述の応力分散板１５が配置される。第２フランジ部２２の面２２ｂに配置される応力分散板１５が、第２応力分散板の一例に対応する。

第１ボルト８１と、第２ボルト８５の材質は鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属によって形成することができるが、止水性を長期間維持する観点からステンレス鋼によって形成することが望ましい。

ステンレス鋼としては、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３０等が挙げられる。なお、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、およびＳＵＳ３１６のヤング率は１９３ＧＰａであり、ＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ４１０、およびＳＵＳ４３０のヤング率は、２００ＧＰａである。これより、第１ボルト８１と第２ボルト８５の材質のヤング率は、２００ＧＰａ以下である方が好ましい。

第１ナット８２と第２ナット８６の材質は鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属によって形成することができる。

第１フランジ部２１と第２フランジ部２２は、図３および図４に示すように対向して配置されており、第１フランジ面２１ａと第２フランジ面２２ａは、図４に示すように、互いに対向して平行になるように形成されている。また、入口２４ａの位置と出口２４ｂの位置も対向している。

中央部２３は、図４に示すように、第１フランジ部２１と第２フランジ部２２の間に設けられている。中央部２３は、第１フランジ部２１への接続部分２３ａと、第２フランジ部２２への接続部分２３ｂと、を有している。上述した面２１ｂは、第１フランジ部２１の中央部２３側であって接続部分２３ａの周囲の面のことである。面２１ｂは、第１フランジ面２１ａと平行な部分のことである。また、上述した面２２ｂは、第２フランジ部２２の中央部２３側であって接続部分２３ｂの周囲の面のことである。面２２ｂは、第２フランジ面２２ａと平行である。

中央部２３は、開口部３１ａが中央に形成された第１面３１を有している。第１面３１は、図３および図４に示すように、略平面状であり、第１フランジ面２１ａと第２フランジ面２２ａに対して垂直に形成されている。開口部３１ａは、図３に示すように、その周縁が湾曲して形成されている。開口部３１ａの周縁に沿うように、凸部３４が形成されている。この凸部３４の内側にダイヤフラム１２が配置される。また、第１面３１には、開口部３１ａの周囲に、複数のボルト孔３２が形成されている。

なお、入口２４ａから出口２４ｂを結ぶ線に沿った方向を第１方向Ｘとし、第１方向Ｘに対して垂直且つ第１面３１と平行な方向を第２方向Ｙとし、第１面３１に対して垂直な方向を第３方向Ｚとする。第１方向Ｘは、第１フランジ面２１ａと第２フランジ面２２ａに対して垂直な直線に沿った方向ともいえる。

流路２４は、図４に示すように、入口２４ａから出口２４ｂまで形成されている、壁部３３は、流路２４の中央に第１面３１に向かって突出して形成されている。壁部３３は、流路２４に傾斜を形成するように、流路２４の内面が第１面３１に向かって緩やかに盛り上がって形成されている。上述の開口部３１ａは、壁部３３に対応する位置に形成されている。壁部３３の第１面３１側の先端面３３ａには、後述するダイヤフラム１２が圧接する。

流路２４は、第１フランジ部２１の入口２４ａから壁部３３まで形成されている入口側流路２４１と、第２フランジ部２２の出口２４ｂから壁部３３まで形成されている出口側流路２４２と、入口側流路２４１と出口側流路２４２を連通する連通部２４３とを有する。

入口側流路２４１は、図４に示すように、第１面３１と垂直な方向の幅（第３方向Ｚにおける幅）が壁部３３に向かうに従って狭くなっている。一方、入口側流路２４１は、第１面３１と平行な方向の幅（第２方向Ｙにおける幅）は壁部３３に向かうに従って広くなっている（図２参照）。

出口側流路２４２は、第２フランジ部２２の出口２４ｂから壁部３３まで形成されている。出口側流路２４２は、図４に示すように、第１面３１と垂直な方向の幅（第３方向Ｚにおける幅）が壁部３３に向かうに従って狭くなっている。一方、出口側流路２４２は、第１面３１と平行な方向の幅（第２方向Ｙにおける幅）は壁部３３に向かうに従って広くなっている。

連通部２４３は、流路２４のうち壁部３３の第１面３１側の部分であり、入口側流路２４１と出口側流路２４２とを連通する。

（ダイヤフラム１２）
ダイヤフラム１２は、図２および図４に示すように開口部３１ａを塞ぐように第１面３１に配置されており、ダイヤフラム本体４１と、係合部材４２とを有している。

ダイヤフラム本体４１の材質は、ゴム状の弾性体であれば良く、エチレンプロピレンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等が好適な材料として挙げられ、クリーン性が高いＰＴＦＥを用いている。

また、ダイヤフラム本体４１には強度の高い補強布がインサートされていても良く、補強布はナイロン製であることが望ましい。これは、ダイヤフラムバルブ１０の閉時にダイヤフラム本体４１に流体圧がかかったときにダイヤフラム本体４１の変形や破損を防止することが可能となるため好ましい。

図２および図４に示すように、ダイヤフラム本体４１の外周縁部４３は、後述するボンネット１３と弁本体１１によって挟まれている。

ダイヤフラム１２が後述する駆動機構１４によって下方に移動し、壁部３３の先端面３３ａに当接することによって連通部２４３を閉鎖して流路２４が閉じられる、また、ダイヤフラム１２が駆動機構１４によって上方に移動し、先端面３３ａからが離間することによって流路２４が開放される。

（ボンネット１３）
ボンネット１３は、弁本体１１と同様に、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＨＴ（耐熱塩化ビニル管）、ＰＰ（ポリプロピレン）、またはＰＶＣＦ（ポリフッ化ブニリデン）、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフロオロエチレン等の樹脂、または、鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス等の金属、または磁器等によって形成することができ、施工性とコストの観点からＰＥ（ポリエチレン）を用いる方が好ましい。

ボンネット１３は、図１および図２に示すように、弁本体１１の第１面３１に、第３ボルト８８および第３ナット（図示せず）によって固定されている。ボンネット１３は、ダイヤフラム１２を介して開口部３１ａを覆うように設けられている。

ボンネット１３は、図２および図４に示すように、第１面３１に対応する開口１３ａを有しており、開口１３ａに対向する位置に後述するスリーブ６２およびステム６３が配置される貫通孔１３ｂを有している。

（駆動機構１４）
駆動機構１４は、コンプレッサ６１と、スリーブ６２と、ステム６３と、ハンドル６４とを有する。

コンプレッサ６１はＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等によって形成されており、ダイヤフラム１２と連結されている。ダイヤフラム本体４１には係合部材４２が埋め込まれており、係合部材４２は弁本体１１の反対側（非接液面側）に突出している。係合部材４２の突出した部分がコンプレッサ６１に係合されて、コンプレッサ６１とダイヤフラム１２は連結されている。

スリーブ６２は、ボンネット１３の貫通孔１３ｂに支持されている。スリーブ６２の内側にはネジ形状が形成されている。

ステム６３は、スリーブ６２の内側に配置されており、外周に形成されたネジ形状がスリーブ６２の内側に形成されたネジ形状と螺合している。ステム６３のボンネット１３の内側に配置される端には、コンプレッサ６１が固定されている。

コンプレッサ６１は、弁本体１１側においてダイヤフラム１２と係合され、弁本体１１と反対側においてステム６３と固定されている。

ハンドル６４は、ステム６３のボンネット１３の外側に位置する部分の外周部に係合されている。

（応力分散板１５）
応力分散板１５は、鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス鋼等の強度のある金属、または磁器等によって形成することができ、強度と施工性を両立する観点からステンレス鋼が好ましい。ステンレス鋼はＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ４０３等を用いることができる。

応力分散板１５は図５に示すように弁本体１１と第１ナット８２の間および弁本体１１と第２ナット８６の間に第１ボルト８１および第２ボルト８５を用いて固定されている。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、応力分散板１５を示す平面図である。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、１つ当たりの応力分散板１５は、第１フランジ部２１または第２フランジ部２２の２つ以上のボルト締結穴２１ｃまたはボルト締結穴２２ｃにまたがった形状である。

図６（ａ）に示す応力分散板１５は、略半円形状である。応力分散板１５の半径形状の中心部は円形状に切り欠き１５ｂが形成されている。

図７（ａ）は、２つの応力分散板１５が配置された面２１ｂを示す正面図である。図７（ａ）は、図１に示す矢印Ｂに沿って視た図であり、矢印Ｂは、第１方向Ｘと平行な方向である。なお、図７（ａ）では、説明のために応力分散板１５にドットを付して示している。

図７（ａ）に示すように、２つの応力分散板１５が円形状を形成するように隣り合った状態で、面２１ｂに配置される。隣り合う２つの応力分散板１５の切り欠き１５ｂには、中央部２３の第１フランジ部２１への接続部分２３ａ（図４参照）が通っている。

１つの応力分散板１５には、２つのボルト穴１５ａが形成されており、ボルト穴１５ａは面２１ｂのボルト締結穴２１ｃに対向する。図５に示すように、フランジ７２のボルト締結穴７２ｃ、第１フランジ部２１のボルト締結穴２１ｃ、および応力分散板１５のボルト穴１５ａを通して第１ボルト８１が挿入され、ボルト穴１５ａから突出した第１ボルト８１の先端に第１ナット８２が螺合されている。応力分散板１５は、第１ナット８２と面２１ｂによって挟まれている。

図７（ｂ）は、２つの応力分散板１５が配置された面２２ｂを示す正面図である。図７（ｂ）は、図１に示す矢印Ｃに沿って視た図であり、矢印Ｃは、第１方向Ｘと平行な方向である。なお、図７（ｂ）では、説明のために応力分散板１５にドットを付して示している。

図７（ｂ）に示すように、２つの応力分散板１５が円形状を形成するように隣り合った状態で、面２２ｂに配置される。隣り合う２つの応力分散板１５の切り欠き１５ｂには、中央部２３の第２フランジ部２２への接続部分２３ｂ（図４参照）が通っている。

１つの応力分散板１５には、２つのボルト穴１５ａが形成されており、面２２ｂのボルト締結穴２２ｃに対向する。フランジ７６のボルト締結穴７６ｃ、第２フランジ部２２のボルト締結穴２２ｃ、および応力分散板１５のボルト穴１５ａを通して第２ボルト８５が挿入され、ボルト穴１５ａから突出した第２ボルト８５の先端に第２ナット８６が螺合されている。応力分散板１５は、第２ナット８６と面２２ｂによって挟まれている。

このように、本実施の形態では、他部材のフランジをダイヤフラムバルブのフランジ部に接続する際のボルトとナットの締結による応力を分散するために応力分散部が設けられている。この応力分散部は、例えば、図６（ａ）に示した半円状の２つの部材（応力分散板１５）で構成されているが、図６（ｂ）のように２つの半円状の応力分散板１５を連結部１５ｃにおいてネジ等で連結させた１つの部材であっても良い。

応力分散板１５の面積は、ボルトの締結による応力を分散させるため、第１フランジ部２１の中央部２３側の面２１ｂの面積、または第２フランジ部２２の中央部２３側の面２２ｂの面積の５０％以上、更に好ましくは７０％以上、更に好ましくは８０％以上である。

応力分散板１５の厚さはボルトの締結軸力に耐えることができ、かつ施工性に問題が無いように、１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下に設定される。

なお、図５を用いて他部材との接続について説明したが、これに限らなくてもよい。例えば、図８Ａに示すように他部材７１´、７５´と接続されてもよい。図８Ａに示す他部材７１´は、図５に示す配管構造の他部材７１と比較してフランジ７２´の径が第１フランジ部２１の径よりも小さく形成されている（小面座といえる）。また、図８Ａに示す他部材７５´は、図５の他部材７５と比較してフランジ７６´の径が第２フランジ部２２の径よりも小さく形成されている。なお、図８Ａに示す構成では、弁本体１１の中央部２３´の接続部２３ａ´、２３ｂ´も、図５よりも細く形成されている。

図８Ａに示す構成では、他部材７１´は、押圧部材９１、第１ボルト８１および第１ナット８２によって第１フランジ部２１に接続されている。また、他部材７５´は、押圧部材９２、第２ボルト８５および第２ナット８６によって第２フランジ部２２に接続されている。

他部材７１´と第１フランジ部２１の接続を例に挙げて説明する。図８Ｂは、他部材７１´と、第１フランジ部２１の接続を分解した図である。図８Ｂに示すように、他部材７１´は、フランジ７２´と配管７３´を有している。フランジ７２´は、第１フランジ面２１ａと対向するフランジ面７２ａ´と、フランジ面７２ａ´と反対側の面７２ｂ´を有している。フランジ７２´には、フランジ７２と異なりボルト締結穴７２ｃが設けられていない。

押圧部材９１は、フランジ７２´を第１フランジ面２１ａに押圧する。押圧部材９１は、配管７３´が挿通する貫通孔９１ｄを有する板状の部材である。押圧部材９１は、フランジ７２´の面７２ｂ´を押圧する押圧面９１ａと、押圧面９１ａと反対側の面９１ｂと、押圧面９１ａから面９１ｂまで形成されたボルト締結穴９１ｃとを有する。押圧部材９１のボルト締結穴９１ｃ、第１フランジ部２１のボルト締結穴２１ｃおよび応力分散板１５のボルト穴１５ａに第１ボルト８１が挿入され、第１ボルト８１のボルト穴１５ａから突出した先端に第１ナット８２が螺合される。第１ナット８２を締めることによって、押圧部材９１がフランジ７２´を第１フランジ部２１に押し付ける。第１ボルト８１のヘッドが、押圧部材９１の面９１ｂに配置され、第１ナット８２が第１フランジ部２１の面２１ｂ側に配置され、第１ナット８２と第１フランジ部２１の間には、応力分散板１５が配置されている。

このように、小面座のフランジ７２´が設けられた他部材７１´であっても第１フランジ部２１に接続することができる。

また、他部材７５と第２フランジ部２２の接続も同様である。

他部材７５´は、フランジ７６´と配管７７´を有している。フランジ７６´は、第２フランジ面２２ａと対向するフランジ面７６ａ´と、フランジ面７６ａ´と反対側の面７６ｂ´を有している。フランジ７６´には、フランジ７６と異なりボルト締結穴７６ｃが設けられていない。

押圧部材９２は、フランジ７６´を第２フランジ面２２ａに押圧する。押圧部材９２は、配管７７´が挿通する貫通孔９２ｄを有する板状の部材である。押圧部材９２は、フランジ７６´の面７６ｂ´を押圧する押圧面９２ａと、押圧面９２ａと反対側の面９２ｂと、押圧面９２ａから面９２ｂまで形成されたボルト締結穴９２ｃとを有する。押圧部材９２のボルト締結穴９２ｃ、第２フランジ部２２のボルト締結穴２２ｃおよび応力分散板１５のボルト穴１５ａに第２ボルト８５が挿入され、第２ボルト８５のボルト穴１５ａから突出した先端に第２ナット８６が螺合される。第２ナット８６を締めることによって、押圧部材９２がフランジ７６´を第２フランジ部２２に押し付ける。第２ボルト８５のヘッドが、押圧部材９２の面９２ｂに配置され、第２ナット８６が第２フランジ部２２の面２２ｂ側に配置され、第２ナット８６と第２フランジ部２２の間には、応力分散板１５が配置されている。

このように、小面座のフランジ７６´が設けられた他部材７５´であっても第２フランジ部２２に接続することができる。

＜２．動作＞
次に、本実施の形態のダイヤフラムバルブ１０の動作について説明する。図９（ａ）および図９（ｂ）は、ダイヤフラム１２の動作を模式的に示す図である。

図９（ａ）に示すような流路２４が開放されている状態から、流路２４を閉じる方向にハンドル６４を回転させると、ハンドル６４の回転に従って、ステム６３が流路２４側に移動する。ステム６３の移動とともに、ステム６３の端に固定されたコンプレッサ６１も流路側に移動する。

コンプレッサ６１の流路２４側への移動により、ダイヤフラム１２は、図９（ｂ）に示すように、壁部３３側に凸に湾曲し、壁部３３の先端面３３ａに圧接される。

これによって、ダイヤフラムバルブ１０の流路２４が遮断された状態となる。

一方、ハンドル６４を開方向に回転させると、ハンドル６４の回転に従ってステム６３が流路２４とは反対側に移動する。ステム６３の移動とともにコンプレッサ６１も移動し、コンプレッサ６１と係合されたダイヤフラム１２の中央部分が図９（ａ）に示すように移動する。

これによって、ダイヤフラムバルブ１０の流路２４が開放された状態となる。

＜３．用途＞
（超純水用途）
本開示にかかる実施の形態のダイヤフラムバルブ１０は、超純水の輸送配管に用いることができる。具体的には、本開示にかかる実施の形態のダイヤフラムバルブ１０は、超純水製造装置内の配管、超純水製造装置からユースポイントに超純水を輸送する配管、及びユースポイントからの超純水返送用配管等に用いることができる。

本開示にかかる実施の形態のダイヤフラムバルブ１０は、超純水に対する要求水質が特に厳格な、原子力発電用水配管、若しくは、医薬品の製造工程、半導体素子又は液晶、より好ましくは半導体素子の製造工程における洗浄などの湿式処理工程で用いられる超純水の輸送配管に用いられることが好ましい。当該半導体素子としても、より高い集積度を有するものが好ましく、具体的には、最小線幅６５ｎｍ以下の半導体素子の製造工程で用いられることがより好ましい。半導体製造に使用される超純水の品質等に関する規格としては、例えばＳＥＭＩＦ７５が挙げられる。

（耐薬用途）
本開示にかかる実施の形態のダイヤフラムバルブ１０は、薬液の輸送配管に用いることができる。化学工場、半導体製造分野、液晶製造分野、食品分野など、腐食性の強い流体や汚染防止が要求される流体の輸送配管に用いられることができる。

半導体の製造工程では、シリコンウエハ（基板）表面を希釈した薬液で洗浄する処理等が行われる。これは、パーティクルや金属汚染物、酸化膜等を除去することを目的としており、複数種の薬液や純水を適当な比率で混合した処理液が使用される。処理液には、ＡＰＭ（アンモニアと過酸化水素水と純水）、ＨＰＭ（塩酸と過酸化水素水と純水）、ＤＨＦ（フッ酸と純水）、ＳＰＭ（硫酸と過酸化水素水）等が挙げられる。

本開示にかかる実施の形態のダイヤフラムバルブ１０はＡＰＭ（アンモニアと過酸化水素水と純水）、ＨＰＭ（塩酸と過酸化水素水と純水）、ＤＨＦ（フッ酸と純水）、ＳＰＭ（硫酸と過酸化水素水）等の輸送配管として用いられることが好ましい。

＜４．他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施の形態では、第１ナット８２と面２１ｂの間に応力分散板１５が配置されているが、これに限らず第１ナット８２と第１ボルト８１のヘッドの位置が逆であってもよい。すなわち、図５の配管構造の例で述べると、第１ナット８２がフランジ７２の面７２ｂに配置され、第１ボルト８１のヘッドと面２１ｂの間に応力分散板１５が配置されていてもよい。同様に、第２ナット８６と面２２ｂの間に応力分散板１５が配置されていなくてもよく、第２ナット８６と第２ボルト８５のヘッドの位置が逆であってもよい。すなわち、第２ナット８６がフランジ７６の面７６ｂに配置され、第２ボルト８５のヘッドと面２２ｂの間に応力分散板１５が配置されていてもよい。なお、図８Ａの配管構造の場合も同様である。

（Ｂ）
上記実施の形態では、１つの応力分散板１５には、２つのボルト穴１５ａが形成されているが、これに限られるものではない。例えば、３つ以上であってもよい。なお、第１フランジ部２１のボルト締結穴２１ｃおよび第２フランジ部２２のボルト締結穴２２ｃの数も４つに限られるものではない。

（Ｃ）
上記実施の形態では、面２１ｂおよび面２２ｂに２枚の応力分散板１５または２枚の応力分散板１５が連結された１つの応力分散部材が配置されているが、ボルト締結穴２１ｃおよびボルト締結穴２２ｃの数が５つ以上の場合は、３枚以上の応力分散板１５が面２１ｂおよび面２２ｂに配置されていてもよい。

（Ｄ）
上記実施の形態では、応力分散板１５は、面２１ｂおよび面２２ｂの外形に沿うように円形状に形成されているが、円形状に限らなくてもよい。

（Ｅ）
上記実施の形態のダイヤフラムバルブ１０では、駆動部の一例として手動式のハンドル６４が設けられているが、空気駆動式または電気駆動式の駆動部によってステム６３が駆動されてもよい。

次に、本開示にかかる実施の形態について実施例を用いて説明する。

[弁本体構成]
ダイヤフラムバルブ１０の弁本体１１は以下材料を用いて、常用の成形方法によって射出成形される。

HB５３４N（日本ポリエチレン社製）
[応力分散板構成]
実施例１～２および比較例１～３では、材質がＳＵＳ３０４の応力分散板１５の厚さｔを５．０ｍｍ、３．０ｍｍ、２．０ｍｍ、１．０ｍｍ、０ｍｍ(応力分散板無し)に変更したダイヤフラムバルブを用いた。

用意した応力分散板の面積占有率を測定した。面積占有率とは応力分散板１５の面積を第１フランジ部２１の中央部２３側の面２１ｂの面積で除した値である。

［応力緩和試験］
以下の要領に従い、ダイヤフラムバルブのフランジ部（例えば、第１フランジ部２１）の応力緩和試験を実施した。
１）バンドソーを用いてダイヤフラムバルブのフランジ部のみを切削し、フランジ切削片を用意した。
２）Ｍ１６ボルト（材質：ＳＣＭ４３５）４本を用いて、ボルトの頭部側から順に応力分散板、フランジ切削片、パッキン（積水化学工業社製・エスロンＰＴＦＥパッキン ５０Ａ ＪＩＳ１０Ｋ（ＰＰ５０））、およびステンレス鋼製管フランジ（ＭＩＥテクノ社製・ＳＵＳＦ３０４－ＴＲＦＦ－１０Ｋ－５０Ａ）を連結させたサンプルを用意した。以下、本サンプルを“応力緩和試験用サンプル”と呼ぶ。
３）応力緩和試験用サンプルを一軸試験機（株式会社オリエンテック社製・ＲＴＦ－２４３０－Ｗ－ＸＬ－Ｓ）にセットした後、応力緩和試験用サンプルのボルトに一軸試験機の昇降板を接触させ、４３．７５ｋＮの初期荷重を応力緩和試験用サンプルのボルトに負荷した。
４）初期荷重の負荷後、一軸試験機の昇降板の高さを３時間固定させ、一軸試験機に負荷される荷重を計測した。

[評価]
表１は、実施例１、２および比較例１～３のダイヤフラムバルブについて、３時間経過後の負荷荷重と、負荷荷重保持割合と、施工性の判定結果を示す。

負荷荷重保持割合とは、３時間経過後の負荷荷重を、初期の負荷荷重で除した値である。応力分散板が設置可能な場合は施工性を〇、設置不可の場合は施工性を×とした。

負荷荷重保持割合が８５％以上かつ施工性が〇の場合を良好（〇）とし、負荷荷重保持割合が８５％未満または施工性が×の場合を不良（×）とした。

実施例１では応力分散板厚さｔが２．０ｍｍのダイヤフラムバルブを用いて負荷荷重の評価および施工性の評価を行った。実施例１のダイヤフラムバルブでは負荷荷重保持割合は８９．５％となり、施工性は〇となり、判定は良好となった。

実施例２では応力分散板厚さｔが３．０ｍｍのダイヤフラムバルブを用いて負荷荷重の評価および施工性の評価を行った。実施例２のダイヤフラムバルブでは負荷荷重保持割合は９４．３％となり、施工性は〇となり、判定は良好となった。

比較例１では応力分散板を除いたダイヤフラムバルブを用いて負荷荷重の評価および施工性の評価を行った。比較例１のダイヤフラムバルブでは負荷荷重保持割合は５２．６％となり、施工性は〇となり、判定は不良となった。

比較例２では応力分散板厚さｔが１．０ｍｍのダイヤフラムバルブを用いて負荷荷重の評価および施工性の評価を行った。比較例２のダイヤフラムバルブでは負荷荷重保持割合は５７．４％となり、施工性は〇となり判定は不良となった。

比較例３では応力分散板厚さｔが５．０ｍｍのダイヤフラムバルブを用いて施工性の評価を行った。比較例３のダイヤフラムバルブでは施工性は×となり、判定は不良となった。

［長期締付トルク測定］
以下の要領に従い、ダイヤフラムバルブのフランジ部（例えば、第１フランジ部２１）の長期締付トルク評価を実施した。
１）Ｍ１６ボルト４本を用いて、ボルトの頭部側から順にステンレス鋼製管フランジ（ＭＩＥテクノ社製・ＳＵＳＦ３０４－ＴＲＦＦ－１０Ｋ－５０Ａ）、パッキン（積水化学工業社製・エスロンＰＴＦＥパッキン ５０Ａ ＪＩＳ１０Ｋ（ＰＰ５０））、ダイヤフラムバルブのフランジ部、応力分散板およびＭ１６ナットを連結させたサンプルを用意した。
２）Ｍ１６スパナおよびデジタルトルクレンチを用いて、Ｍ１６ボルト４本をそれぞれ３５Ｎ・ｍで締め付けた。
３）２３℃の恒温環境下にてサンプルを１，５００時間静置させた。
４）Ｍ１６スパナおよびデジタルトルクレンチを用い、増し締め法によって１，５００時間経過後の４本のボルトの締付トルクを測定した。

表２は、実施例３～４および比較例４～７のダイヤフラムバルブについて、１，５００ｈ時間経過後の締付トルク（４本のボルトの締付トルクの平均値）および締付トルク保持率を示す。

締付トルクの保持率とは、１，５００時間経過後の締付トルクを、初期の締付トルク（３５Ｎ・ｍ）で除した値である。

締付トルクの保持率が５０％以上かつ施工性が○の場合を良好（○）とし、締付トルクの保持率が５０％未満または施工性が×の場合を不良（×）とした。

表２に示すように、厚みが１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下である応力分散板を備えたダイヤフラムバルブ（実施例３－６）では締付トルクの保持率が良好な値となり、止水性を向上させることができた。

一方、応力分散板を備えていないダイヤフラムバルブ（比較例４，５）または厚みが１．５ｍｍ以下である応力分散板を備えたダイヤフラムバルブ（比較例６）では十分な締付トルクの保持率を得ることができなかった。

また、厚みが５ｍｍである応力分散板を備えたダイヤフラムバルブ（比較例７）では締付トルクの保持率は良好な値となったものの施工性は×となり、判定は不良となった。

さらに、実施例３と実施例４との比較、および実施例５と実施例６との比較から示されるように、材質としてＳＵＳ３０４のボルトを用いた方がＳＣＭ４３５のボルトを用いた時と比べて締付トルクの保持率がより良好な値となる。この要因として、以下の内容が推測される。

すなわち、ＳＵＳ３０４の方がＳＣＭ４３５と比較してヤング率が小さく、同じ締付トルクでボルトを締め付けた場合に、締め付けによって生じるボルトの伸びはＳＵＳ３０４製のボルトの方が大きい。この影響により、ダイヤフラムのフランジ部のボルト締結穴（例えば、ボルト締結穴２１ｃ）付近に存在するポリエチレン系樹脂の圧縮による陥没が小さくなる。その結果、ボルトの軸力が長期にわたってより維持され、一定時間経過後もトルクの保持率が高くなると考察される。

以上のように、ポリエチレン系樹脂によって形成されたダイヤフラムバルブに関し、ボルト締結部に応力分散板を設置することで、超純水用バルブとしての機能を損なわず、ボルトの締め付けによる圧縮クリープ変形を抑制でき、止水性を維持可能なことを見出した。

本開示のダイヤフラムバルブは、止水性を向上することが可能な効果を有し、超純水用途および耐薬用途等に利用することができる。

１０ ：ダイヤフラムバルブ
１５ ：応力分散板
２１ ：第１フランジ部
２１ｂ ：面
２２ ：第２フランジ部
２２ｂ ：面
２４ ：流路
２４ａ ：入口
２４ｂ ：出口
７１ ：他部材
７５ ：他部材

Claims (8)

1. 流路の入口が形成され、他部材との接続を目的とする第１フランジ部と、
   前記流路の出口が形成され、他部材との接続を目的とする第２フランジ部と、
   前記流路を開閉するダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムを駆動することにより前記流路を閉塞または開放する駆動機構と、
   前記第１フランジ部の他部材と接続される側と反対側の第１面に配置された第１応力分散板と、
   前記第２フランジ部の他部材と接続される側と反対側の第２面に配置された第２応力分散板と、を備え、
   前記第１フランジ部は、前記第１応力分散板とともに貫通する第１ボルトと、前記第１ボルトに螺合する第１ナットによって他部材と接続され、
   前記第１フランジ部は、前記第２応力分散板とともに貫通する第２ボルトと、前記第２ボルトに螺合する第２ナットによって他部材と接続され、
   前記第１フランジ部および前記第２フランジ部は、ポリエチレン系樹脂によって形成されており、
   前記第１応力分散板および前記第２応力分散板の各々の厚さが１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下である、
   ダイヤフラムバルブ。
2. 前記第１応力分散板は、前記第１フランジ部の２つ以上のボルト締結孔に亘るように形成され、
   前記第２応力分散板は、前記第２フランジ部の２つ以上のボルト締結孔に亘るように形成されている、請求項１に記載のダイヤフラムバルブ。
3. 前記第１応力分散板が前記第１面と接する面積は、前記第１面の面積の５０％以上であり、
   前記第２応力分散板が前記第２面と接する面積は、前記第２面の面積の５０％以上である、
   請求項１または２に記載のダイヤフラムバルブ。
4. 前記第１応力分散板および前記第２応力分散板の各々の材質がステンレス鋼である、
   請求項１～３のいずれか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
5. 前記第１ボルトおよび前記第２ボルトの各々の材質のヤング率が２００ＧＰａ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
6. 前記第１ボルトおよび前記第２ボルトの各々の材質がステンレス鋼である、請求項１～５のいずれか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
7. 前記第１ボルトおよび前記第２ボルトの各々の材質がＳＵＳ３０４である、請求項１～６のいずれか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
8. 前記ダイヤフラムバルブの用途が、超純水用途または耐薬用途である、
   請求項１～７のいずれか１項に記載のダイヤフラムバルブ。
   

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