JP4288645B2 - メタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定方法及びその固定冶具 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はメタルダイヤフラム弁に係わり、詳しくはメタルダイヤフラム弁に設けられる弁座シートの固定方法及び固定具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
メタルダイヤフラム弁(以下特に明記しない限り弁と称する。)9の基本的な構造と動作について図5に基づいて説明する。この種の弁9は、弁9の閉動作時において、開閉動作手段93の先端のスラストボタン94により弁箱92に内臓されている傘型形状のメタルダイヤフラム91を下方に押込み、入口側通路98の出口の周囲に設けられた環状溝97に嵌入固定された弁座シート95の上面にメタルダイヤフラム91の下面を密着させ、入口側通路98の出口を閉鎖するものである。
【0003】
メタルダイヤフラム91は、開閉作動手段93と全く結合されておらず、弁箱92の内部と開閉作動手段93を隔離して弁箱92の内部を清浄に保っていることが特徴である。よって弁9の開動作時において、メタルダイヤフラム91は、スラストボタン94が上方に移動することにより押付け力から解放され、それ自身の持つ剛性に基づく復元力により元の傘型形状に復元し、その下面が弁座シート95の上面より離れることにより入口側通路98と出口側通路99が連通し、流体の通路が形成されることとなる。
【0004】
かかる弁9、特に半導体やIC製造装置に用いられる弁9は、高シール性と低発塵度が要求される。高シール性の弁9を得るためには、メタルダイヤフラム91と弁座シート95の接触面および弁座シート95とそれが固定される環状溝97との固定面からの漏れを防止する必要が有る。
弁座シート95の固定方法の一例が実開平5−94584号公報に「メタルダイヤフラム弁」として開示されている。実開平5−94584号公報に開示されているメタルダイヤフラム弁は、「弁箱内部と弁の開閉作動機構とメタルダイヤフラムにより隔離して、弁箱内部を清浄に保つ且つ弁の開閉動作機構によりメタルダイヤフラムの裏面を弁箱内部の弁座シートに押し当てることにより弁の閉鎖を行うメタルダイヤフラム弁において、前期弁箱内部の弁座シートを、弁箱内中心に開口された流体入口通路の出口又は流体出口通路の入口の周囲に設けた環状溝に嵌入し、前期流体入口通路の出口又は流体出口通路の入口の周壁を拡開して弁座シートをかしめ止めした」ものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
実開平5−94584号公報で一例が開示されている弁座シートのかしめ止め方法について図6に基づいて説明する。図6は、従来のかしめ冶具8により弁座シート95をかしめ止めしている状態を示したものである。
弁座シート95が嵌入された環状溝97の内周壁へ、円筒形状のかしめ冶具8の先端に形成された略円錐形状の傾斜面81を、それぞれの軸心を合わせて当接させる。かしめ冶具8を下方に押圧することによりその内周壁は漏斗状に拡開され、弁座シート95はかしめ止めされる。
【0006】
環状溝97は、通常切削加工や研作加工により形成されており、環状溝97の表面には加工による切削痕や研削痕が図7に示すように残存している。従来のかしめ止めによれば、環状溝97の内周壁の表面にはそれを拡開する径方向の力とかしめ冶具8を下方に押圧する力が負荷されているため、その表面はかしめ冶具8の傾斜面81により強く擦られることとなる。すなわち従来のかしめ止めを行えば、環状溝97の内周壁は傾斜面81で強擦され前記切削痕や研作痕が変形して図7に示すようなバリとなる。また、そのようなかしめ止めを繰り返すことにより傾斜面81にも疵が発生し、その疵により内周壁に疵をつけることとなる。その内周壁の疵にも微小なバリが発生している。それらのバリの端部は薄く千切れやすい状態となっている。その状態で組み立てた弁9に流体を通すと、バリの端部が流体に混入し弁9の発塵度が著しく低下するという問題がある。
バリの混入を防止するためにバリを除去する工程を設ける場合もあるが、バリ取りした後には弁箱92の洗浄と乾燥を行わなければならない。よって効率的に弁9を製造することが出来ないという問題がある。
なお上記の説明では、環状溝97の内周壁を径方向に変形し弁座シート95を固定するものとしているが、その外周壁を固定する場合においても同様な問題がある。
【0007】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、弁座シートをかしめ止めする際の環状溝表面のバリ発生を防止でき、よって低い発塵度と高い生産性を得られるメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定方法及び固定冶具を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために請求項1の本発明のメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定方法は、弁箱の環状溝に嵌入された略円板リング形状の弁座シートを固定するメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定方法において、第1の押圧手段で与えた弁座シートの軸心に沿い弁座シートに向かう力を第2の押圧手段で径方向の力に変換し、弁座シートの軸心方向に沿う第2の押圧手段の移動を拘束しつつその径方向の力でその環状溝の周壁を押圧し、前記環状溝の周壁を径方向に変形させて弁座シートを固定することを特徴としている。作用する方向が径方向に規制された押圧力で周壁を押圧することにより、周壁の表面を強擦することなく周壁を変形させることが可能となる
【0009】
また請求項2の本発明のメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定冶具は、略円板リング形状の弁座シートが嵌入された弁箱の環状溝の周壁へ径方向の押圧力を付加しその周壁を変形させ弁座シートを固定するメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定冶具において、弁座シートの軸心方向に沿い弁座シートに向う力を伝達する第1の押圧手段と、その軸心方向の力を径方向の押圧力に変換する第2の押圧手段とを有し、前記第2の押圧手段は、前記弁座シートの軸心と直交するよう前記弁箱に設けられた一面に対し当接可能な一面を有することを特徴としている。このようにすることで、前記請求項1のメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定方法を実現することが可能となる。なお、前記第2の押圧手段の一面は、前記弁箱に設けられた一面に載置されるスペーサーを介して当該一面に当接する構成とすることが好ましい。さらに、請求項2の発明は、具体的には、前記第2の押圧手段は最も拡径したときの内径が前記環状溝の外周以上の内径を有するとともに径方向に拡縮可能な略円筒形状のコレットであり、前記第2の押圧手段の一面は前記コレットの端面であり、前記弁箱に設けられた一面は前記環状溝の周囲に当該環状溝と同心円状に設けられた一面であるという構成で好適に実施することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の一例を用いて固定された弁座シート15が組み込まれた弁1の正面図を図3に示す。
弁1は、弁室10を介して連通する入口側通路18および出口側通路19と、入口側通路18の出口端の外周部に形成される環状溝17に固定される略リング状の弁座シート15と、弁座シート15の上方に設けられる円形傘形形状のメタルダイヤフラム11とを有する弁箱12と、メタルダイヤフラム11の開閉動作手段13とからなる。環状溝17の外周部にはそれと同心円状に、下記で説明するスペーサーが載置されるスペーサー載置溝16が設けられている。
なお本実施形態及び以下で述べる別の実施形態ともに、弁座シート15は、入口側通路18の出口端の外周部に設けられる環状溝17に嵌入固定されるものとしているが、出口側通路19の入口端の外周部に弁座シート15を嵌入固定する環状溝を設けるようにしても良い。
【0011】
弁1のダイヤフラム11の動作は、上記の説明と同様である。つまり弁1の閉動作時において、メタルダイヤフラム11は、開閉動作手段13の先端のスラストボタン14で下方に押込まれ、弁座シート15上面にその下面が密着し、入口側通路17の出口の閉鎖を行う。弁1の開動作時においては、メタルダイヤフラム11は、スラストボタン14が上方に移動することにより押付け力から解放され、それ自身の持つ剛性に基づく復元力により元の傘型形状に復元し、その下面が弁座シート15の上面より離れ、弁1の入口側通路18と出口側通路19が連通し、流体の通路が形成される。
【0012】
本発明の一実施形態について図1に基づいて説明する。図1は、かしめ冶具2により弁座シート15をかしめ止めしている状態を示した軸方向断面図である。ここで、軸方向とは弁箱12の入口側通路18の出口の軸心に沿う方向であり、軸方向に直交する方向を径方向とする。
下記で詳細に説明するように、かしめ冶具2は、スペーサー載置溝16の底面に載置された略円板リング状のスペーサー3の上面にコレット22の開口端面を当接し、弁座シート15が嵌入れされた環状溝17の外周壁をコレット22で縮閉し、弁座シート15をかしめ止めするものである。
スペーサー3は、後述するようにかしめ止めの際に縮径するコレット22の先端面によりスペーサー載置溝16に疵が発生することを防止するため設けられ、スペーサー載置溝16に収まり、後述するように軸方向において環状溝17の外周壁の縮閉させる大きさに応じた厚みとなっている。
【0013】
かしめ治具2は、
1)コレット22が嵌入されるコレット嵌入部21bを有し、開口端にスリーブ傾斜面21aが設けられた第1の押圧手段である略有底円筒形状のスリーブ21と、
2)一端面がコレット嵌入部21bの底面に当接するようコレット嵌入部21bの内に軸心を合わせ配設されるコイルバネ23と、
3)前記スリーブ傾斜面21aと当接できるよう開口端部外周に設けられるコレット傾斜面22aと、開口端に設けられるかしめ傾斜面22cと、底部の略中央に設けられ螺子24の軸部を装入できる貫通孔と、螺子24の頭部を装入できる螺子頭装入部22bを有し、底面が前記コイルバネ23の他端面に当接し、コレット傾斜面22aが前記スリーブ傾斜面21aに当接するようにコレット嵌入部21bに嵌入される第2の押圧手段である略有底円筒形状のコレット22と、
4)軸部がコイルバネ23の中空部と前記コレットの貫通孔に装入され、頭部底面が螺子頭装入部22bの底面に当接するよう配設され、コイルバネ23を介してコレット22をスリーブ21に固定する螺子24
からなる。
スリーブ11の開口面が底面である略円錐形状の一部をなすスリーブ傾斜面21aの頂角は鋭角となされる。
【0014】
コレット22について図1、2に基づき説明する。図2(a)は、コレット22の正面図であり、軸方向断面の一部も示している。図2(b)は、図2(a)の裏面図である。
コレット22の開口端部には、図2(b)に示すように、開口端面を円周方向に略等分して分割するようなスリット22dが、図2(a)に示すように、軸方向において、コレット22の開口端面から略中央まで設けられている。スリット22dを設けることによりコレット22の開口端部は径方向の可撓性を有することとなる。つまり外周方向から力が加わった場合には縮径し、その力が除かれると拡径して元の形状に復元する。
コレット傾斜面22aは前記スリーブ傾斜面21aと同様に、コレット22の開口面が底面である略円錐形状の一部をなすかしめ傾斜面22cの頂角は適宜設定されるが、通常は鋭角となされる。かしめ傾斜面22cは、最も拡径された状態で環状溝17の外周壁の外周面に緩嵌合できるよう設定されている。
【0015】
図1に示すように、コレット22は、その底部外周面がスリーブ嵌入部21bの側面に内接し、その開口端面が、軸方向において設定される大きさでスリーブ21の開口端面から突出すようになされている。
図1においてスリーブ21を下方に押圧する。コレット22は、その開口端面がスペーサー3に当接し軸方向の位置が拘束されているので、コレット傾斜面22aはスリーブ傾斜面21aにより径方向で内側へ押圧される。コレット傾斜面22aが内側へ押圧されると、前記説明のように可撓性を有するコレット22の開口端部は縮径する状態となる。その縮径量は、上記で設定された突出し量とスリーブ傾斜面21a及びコレット傾斜面22aの角度により決定される。すなわちスリーブ21を下方に押圧する際に、スリーブ21の開口端面がスペーサー3と常に当接するようにすれば、コレット22の開口端部の縮径量は一定とすることが可能となる。
【0016】
コレット22は、バネ鋼など耐摩耗性のある材料で作られている。かしめ傾斜面22cの部分には、更に耐摩耗性を向上させるための焼入れ、窒化または浸炭などの硬化処理が施される。かしめ傾斜面22cは、それが当接する環状溝17の外周壁表面に疵を入れないように表面研磨などが施され鏡面状態とされる。その表面粗さは、JISB0601で定められる最大表面粗さが1μm以下であることが望ましい。
【0017】
環状溝17に嵌入れされた弁座シート15を上記かしめ冶具2でかしめ止めする方法について図1、4に基づいて説明する。図4は、図1のA部拡大図であり、図4(a)はかしめ止めする前の状態、図4(b)はかしめ止めした後の状態を示している。
図1に示すように、スペーサー載置溝16の底面にスペーサー3を載置する。かしめ冶具2は、入口側通路18の出口の軸心にコレット22の軸心を合わせ、コレット22の開口端面がスペーサー3の上面に当接するように配置する。その際には、図4(a)に示すように、コレット22のかしめ傾斜面22cは環状溝17の外周壁17aの外周面に当接しておらず、少なくとも緩嵌合して環状溝17の表面に疵をつけることを防止している。
その配置状態から、弁座シート15の軸心に沿い弁座シートに向かう力Fcでスリーブ21を押圧すると、スリーブ21は下方に移動し、前記説明のようにコレット22の開口端部は縮径し、かしめ傾斜面22cは外周壁17aの外周側角部に当接する。
【0018】
図4(b)に示すように、その角部には、軸方向の押圧力Fcがスリーブ傾斜面21aとコレット傾斜面22aにより変換された径方向の押圧力Fyのかしめ傾斜面22cに対する垂直方向の分力Fvが負荷され、その角部は径方向で内側に押圧される。その分力Fvにより発生する応力が外周壁17aの降伏応力より大きくなるとかしめ傾斜面22cの当接する外周壁17aの上部はかしめ傾斜面22cに沿う形状で塑性変形して山形に縮閉することとなり、よって弁座シート15は固定される。
【0019】
以上のように、軸方向の押圧力Fcを第1の押圧手段であるスリーブ21により伝達し、その軸方向の押圧力Fcを第2の押圧手段であるコレット22により径方向の押圧力Fyに変換し、作用する方向が径方向に規制された押圧力Fyで外周壁17aを押圧することにより、表面を強擦することなく外周壁17aを縮閉することができ、バリや疵の発生を防止することが可能となる。
また、径方向の力Fyの鉛直方向の分力Fzを負荷しつつ縮径するコレット22の開口端面をスペーサー3で受けることにより、スペーサー載置溝16底面の疵の発生を防止することが可能となる。
【0020】
上記の説明と同様な原理による本発明の別の実施形態について図8に基づいて説明する。図8(a)は、その実施形態で用いられるかしめ冶具4を、図8(b)は、弁座シート15の嵌入される環状溝17の内周壁17bをかしめ冶具4により変形させ、弁座シート15をかしめ止めしている状態を示したものである。かしめ冶具4は、下端部に略円錐形状の一部である傾斜面41aが設けられ上下方向に移動できるシャフト41と、下端部内周にシャフト41の傾斜面41aに当接できるコレット傾斜面42aと下端部外周にかしめ傾斜面42bが設けられ、前記かしめ冶具2と同様なスリットが下端部に形成され可撓性を有するコレット42を有している。図8(a)において、シャフト41を下方に押圧することにより、コレット42の下端部は拡径することとなる。
図8(b)に示すように、かしめ冶具4は、コレット42の先端部外周を環状溝17の内周壁17bの上側の角部に当接させ、シャフト41を下方に押圧することにより内周壁17bを状に拡開させ、弁座シート15をかしめ止めするものである。
【0021】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明のメタルダイヤフラム弁1の弁座シート15の固定方法及びその固定によれば、環状溝17にバリを発生させることなく弁座シート15を固定することが可能となり極めて低い発塵度のメタルダイヤフラム弁1とすることが可能となり、バリ取りやその後の洗浄、乾燥が不要となり効率的にメタルダイヤフラム弁1を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の一例を示す図である。
【図2】コレットの詳細図である。
【図3】本発明の実施形態の一例を用いて固定された弁座シートが組み込まれたメタルダイヤフラム弁を示す図である。
【図4】本発明の実施形態の一例を用い弁座シートをかしめ止めしている状態を示す図である。
【図5】従来のメタルダイヤフラム弁を示した図である。
【図6】従来の弁座シートの固定方法を示した図である。
【図7】従来の弁座シートの固定方法により、環状溝表面に発生したバリの状態を模式的に示した図である。
【図8】本発明の別の実施形態の例を示した図である。
【符号の説明】
1:メタルダイヤフラム弁、10:弁室、11:メタルダイヤフラム、12:弁箱、13:開閉動作機構、14:スラストボタン、15:弁座シート、16:スペーサー載置溝、17:環状溝、18:入口側通路、19:出口側通路
2:かしめ冶具、21:スリーブ、22:コレット、23:コイルバネ、24:螺子
3:スペーサー
4:かしめ冶具、41:シャフト、42:コレット
8:かしめ冶具、81:傾斜面
9:メタルダイヤフラム弁、91:メタルダイヤフラム、92:弁箱、93:開閉動作機構、94:スラストボタン、95:弁座シート、97:環状溝、98:入口側通路、99:出口側通路
Claims (4)
- 弁箱の環状溝に嵌入された略円板リング形状の弁座シートを固定するメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定方法において、第1の押圧手段で与えた弁座シートの軸心に沿い弁座シートに向かう力を第2の押圧手段で径方向の力に変換し、弁座シートの軸心方向に沿う第2の押圧手段の移動を拘束しつつその径方向の力でその環状溝の周壁を押圧し、前記環状溝の周壁を径方向に変形させて弁座シートを固定することを特徴とするメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定方法。
- 略円板リング形状の弁座シートが嵌入された弁箱の環状溝の周壁へ径方向の押圧力を付加しその周壁を変形させ弁座シートを固定するメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定冶具において、弁座シートの軸心方向に沿い弁座シートに向う力を伝達する第1の押圧手段と、その軸心方向の力を径方向の押圧力に変換する第2の押圧手段とを有し、前記第2の押圧手段は、前記弁座シートの軸心と直交するよう前記弁箱に設けられた一面に対し当接可能な一面を有することを特徴とするメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定冶具。
- 前記第2の押圧手段の一面は、前記弁箱に設けられた一面に載置されるスペーサーを介して当該一面に当接することを特徴とする請求項2に記載のメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定冶具。
- 前記第2の押圧手段は最も拡径したときの内径が前記環状溝の外周以上の内径を有するとともに径方向に拡縮可能な略円筒形状のコレットであり、前記第2の押圧手段の一面は前記コレットの端面であり、前記弁箱に設けられた一面は前記環状溝の周囲に当該環状溝と同心円状に設けられた一面であることを特徴とする請求項2又は3のいずれかに記載のメタルダイヤフラム弁の弁座シートの固定冶具。
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