JP3539463B2 - ダイヤフラムの成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧延異方性を有する金属板材を用いた部分球殻形状ダイヤフラムの成形方法に関するものであり、特に半導体製造に使用する超高純度特殊ガスを供給するウルトラクリーンバルブのダイヤフラムの成形方法として利用する。
【０００２】
【従来の技術】
前記ウルトラクリーンバルブに使用されるダイヤフラムは一般的に高い弾力性を必要とするため、冷間圧延加工度の高い金属板材が用いられる。そのために材料は強い圧延異方性を有しており、圧延方向と圧延直角方向とでは材料強度が異なるためにしぼり成形性にも差異を生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ウルトラクリーンバルブ用ダイヤフラムに用いられる材料の材料強度（例えば引張強さ、ばね限界値等）は、一般的に圧延直角方向が圧延方向よりも高く、しぼり成形加工しても圧延直角方向はスプリングバックが大きく成形され難い。そのために部分球殻形状を得ようとして凹球面の型に材料を加圧してしぼり成形加工しても、圧延直角方向の曲率半径は圧延方向の曲率半径より大きくなり、均一な曲率半径を有する部分球殻形状が得られないという課題を有していた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためにここに述べるような成形方法を見出した。先ず、金属板材を円板状に打ち抜き、金属円板の圧延方向と圧延直角方向とが識別できるように金属円板の圧延方向に平行な直径上の円周の一部にダイヤフラムの性能に影響しない程度の直線部（オリエンテーション・フラットネス）を設ける。図１に直線部を有する金属円板の例を示す。 次に、例えば、ウレタンゴムやニトリルゴムのような弾力性に富み耐磨耗性に優れたゴム板を用いて、外径は金属円板の外径と同一で、直径を渡す一本の直線部を有するリング状に加工した加圧用ゴム板を用意する。ゴムの硬さ、ゴム板厚、リング幅、直線部幅は最適値を選ぶ必要がある。
【０００５】
図２にこの加圧用ゴム板の形状例を示す。
金属円板の円周の一部に設けた直線部から金属円板の圧延方向を識別し、金属円板の圧延方向と加圧用ゴム板の直線部の直線方向が平行に合致するように重ね、例えば、エアプレスなど一般的なプレス機を使用して、金属円板を凹球面型に加圧して部分球殻形状に成形加工する。図３に金属円板と加圧用ゴム板との位置関係を示す。
【０００６】
また、図４にプレス機を使用してしぼり成形する場合の、型、金属
円板、加圧用ゴム板、受け、ホルダーの関係を示した断面図を示す。
前記のような構成により、圧延異方性を有する金属板材を用いてしぼり成形加工しても、均一な曲率半径を有する部分球殻形状ダイヤフラムを得ることができる。図５に部分球殻形状ダイヤフラムの形状例を示す。
【０００７】
【発明の実施の形態】
ウルトラクリーンバルブ用ダイヤフラムにはＣｏ基合金やＣｏ−Ｎｉ基合金が多く使用されているが、圧延加工度７４％で冷間圧延した厚さ０．１３ｍｍのＣｏ基合金及びＣｏ−Ｎｉ基合金の板材を用いて部分球殻形状ダイヤフラムを製造した。表１、表２にこれらの合金の組成を示す。
【０００８】
【表１】

【０００９】
【表２】

【００１０】
また、表３にＣｏ基合金板材とＣｏ−Ｎｉ基合金板材の圧延方向と圧延直角方向の引張強さを示す。
【００１１】
【表３】

【００１２】
これらの板材から直径２１ｍｍの金属円板を打ち抜き、金属円板の圧延方向に平
行な直径上の円周の一部に長さ概ね６ｍｍの直線部（オリエンテーション・フラットネス）を設けた。次に、厚さ３ｍｍのニトリルゴム板を用いて、外径２１ｍｍ、リング幅３ｍｍ、直線部幅３ｍｍの加圧用ゴム板に加工した。成形用型はダイス鋼製の凹球面型で曲率半径は２５．９ｍｍである。デルリン製受けの球面の曲率半径は１５．７ｍｍである。これらを用いて図４に示すような組合せでエアプレス機を使用して成形加工した。また従来の方法である加圧用ゴム板を単純な円板形状とした場合でも同じ金属円板を成形加工してダイヤフラムの形状を測定し比較した。形状の測定は、輪郭形状測定機を使用してダイヤフラムの圧延方向と圧延直角方向夫々の直径上の形状をトレースすることにより行った。図６に
Ｃｏ基合金の場合のトレース形状を本発明の成形方法によるものと従来の方法によるものとを対比して示すが、本発明により成形したダイヤフラムの方が、従来の方法で成形したダイヤフラムよりも圧延方向と圧延直角方向との曲率半径差が小さく均一な形状になっていることがわかる。なお、Ｃｏ−Ｎｉ基合金製ダイヤフラムの場合も同様であった。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法により成形加工したダイヤフラムは、圧延異方性を有する金属板材を用いて加工しても均一な曲率半径の部分球殻形状が得られる。そのため、ダイヤフラムを複数枚重ねて使用しても局部的な摩擦が生じ難い等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧延方向識別のため直線部を設けた金属円板を示す図である。
【図２】加圧用ゴム板の斜視図と平面図を示す図である。
【図３】金属円板と加圧用ゴム板とを重ねたときの位置関係を示す図である。
【図４】プレス機を使用してしぼり成形加工する場合の、型、金属円板、加圧用ゴム板、受け、ホルダーの関係を示す図である。
【図５】部分球殻形状ダイヤフラムの形状例を示す図である。
【図６】部分球殻形状ダイヤフラムのトレースした形状を、本発明の加工方法による場合（ｂ）と、従来の加工方法による場合（ａ）とを対比して示した図である。
【符号の説明】
ａ 金属円板
ｂ 圧延方向
ｃ 直線部
ｄ 加圧用ゴム板
ｅ 型
ｆ 受け
ｇ ホルダー
ｈ 部分球殻形状ダイヤフラム
ｉ ダイヤフラムの直径
ｊ ダイヤフラムの高さ

Claims (8)

1. 金属円板をゴム板の弾力を利用して凹球面の型に加圧することによりダイヤフラムを成形する方法であって、前記ゴム板は、直径を渡す一本の直線部を有するリング状の加圧用ゴム板であることを特徴とするダイヤフラムの成形方法。
2. 前記金属円板は圧延異方性を有する金属板材であり、前記直線部の直線方向と前記金属円板の圧延方向を合わせて加圧することを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラムの成形方法。
3. 前記金属円板の圧延方向を識別するために、前記金属円板の円周の一部に識別用直線部が設けられたことを特徴とする請求項２に記載のダイヤフラムの成形方法。
4. 金属板を円板状に打ち抜いて金属円板を形成する工程と、直径を渡す一本の直線部を有するリング状にゴム板を加工して加圧用板を用意する工程と、前記金属円板の圧延方向と前記加圧用板の直線部の直線方向が平行に合致するように重ね、前記金属円板を凹球面型に加圧して成形加工する工程を含むことを特徴とするダイヤフラムの成形方法。
5. 前記成形加工がプレス機を使用して成形されるとともに、前記プレス機のホルダー内に受けを固定し、前記受け上に前記加圧用板を載せ、該加圧用板上に前記金属円板を載せ、球殻形状の型をプレスすることにより、しぼり成形することを特徴とする請求項４に記載のダイヤフラムの成形方法。
6. 前記金属円板は、Ｃｏ基合金またはＣｏ−Ｎｉ基合金であることを特徴とする請求項５に記載のダイヤフラムの成形方法。
7. 前記Ｃｏ基合金またはＣｏ−Ｎｉ基合金は圧延加工度７４％で冷間圧延した厚さ０．１３ｍｍの板材であることを特徴とする請求項６に記載のダイヤフラムの成形方法。
8. 前記打ち抜かれた円板の径は２１ｍｍ、オリエンテーションフラット部は６ｍｍであり、ゴム板の厚さは３ｍｍ、外径は２１ｍｍ、リング幅３ｍｍ、直線部幅３ｍｍであり、成形用型はダイス鋼製の凹球面型で曲率半径は２５．９ｍｍ、デルリン製受けの球面の曲率半径は１５．７ｍｍであることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のダイヤフラムの成形方法。

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