JP6920075B2 - ダイヤフラムバルブの取付構造とダイヤフラムバルブの着脱方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に半導体製造装置や太陽電池製造装置、液晶製造装置のガス供給配管系で使用されるダイヤフラムバルブの取付構造とダイヤフラムバルブの着脱方法に関する。

従来、半導体製造装置等のガス供給配管系では、パーティクルの発生を抑制し、管路の狭いスペースにも設置可能であるなどの理由から、ダイヤフラムバルブが開閉弁として管路の一部に使用されることが多い。

この種のガス供給配管系に用いられるダイヤフラムバルブとして、例えば、特許文献１のバルブが開示されている。このバルブでは、弁箱であるボディ内に垂直に設けられたガス流入通路の上端開口縁に弁座シート用取付部が設けられ、この取付部に弁座シートがかしめ止めにて固設されている。一方、弁体であるダイヤフラムは、その周縁部がボンネットによってボディ内の底面周縁に押さえられた状態で装着され、駆動部の接続部外筒のボンネットへの締付けにより固定される。ボディは、外ねじナットにより流路ブロックに一体化されている。
このバルブにおいて、上下動可能に装着された押えピースの押圧によりダイヤフラムが動作され、このダイヤフラムの弁座シートへの接離により流路が開閉可能に設けられている。

特許文献２の金属ダイヤフラム型バルブでは、弁箱であるボディにボンネットナットが螺着され、このボンネットナットに対してステムが昇降動可能に支持されている。ステムの下端部にはシートホルダーが取付けられ、このシートホルダーの下部側にシートが装着されている。ステムとシートホルダーとの間には、デフレクションリミッターに溶接された状態で金属ダイヤフラムが装着され、このダイヤフラムの外周縁部が、ボディとボンネットナットとの間に挟まれ、ボンネットナットのボディへの締め込みにより、ダイヤフラムが挟圧支持された構造に設けられている。
このバルブでは、ステムと共にシートホルダーがボンネットナットに対して昇降動され、シートホルダー下部側のシートがボディ内部に設けられた弁座に接離することで流体通路が開又は閉となる。

特開平１０−４７５１４号公報 特許第４２８６９３４号公報

特許文献１や特許文献２は、一体型のダイヤフラムバルブであり、これらバルブでは、ダイヤフラムが使用されたバルブユニットが弁箱（ボデー）に取付けられた態様をなし、バルブユニットは、それぞれの弁箱への着脱を想定したものであるために汎用性がない。

このことから、バルブユニットの弁箱への着脱性が悪く、例えば、特許文献１においては、外ねじナットを外して流路ブロックからバルブ本体を取外し、駆動部の螺着を緩めてボンネットをボディから外した状態で、ダイヤフラムや弁座シートを交換したり、内部のメンテナンスをおこなう必要がある。
特許文献２においては、ダイヤフラムの交換やバルブ内部のメンテナンス後に、ステムやシートホルダー等の昇降動部品とダイヤフラムとを専用の治具を用いて調心する必要があり、正確な組付け作業が困難になっている。

さらに、特許文献１のバルブのように、ボデー側のガス流入通路の上端開口側に弁座シートを埋め込んだ構造の場合、弁座シートを収容するための厚みが大きくなり、その分垂直方向の流路が延長することになる。これにより、流路のデッドボリューム（デッドスペース）が増加して流体が残留しやすくなり、流路の切替え時間が長くなるという問題も有している。

特許文献２のように、ダイヤフラムがステンレス製のシートホルダー側に溶接されている場合、例えば、ダイヤフラムがステンレスであるときには耐久性に乏しくなり、繰り返し弁開閉動作できる回数が少なくなる。これを回避するために、例えば、ダイヤフラムをＣｏ−Ｎｉ合金等の耐久性の高い材料で形成すると、ダイヤフラムとシートホルダーとが異種金属になってこれらを強固に溶着することが難しくなる。これに対し、ダイヤフラムとシートホルダー側の双方をＣｏ−Ｎｉ合金で設けることも考えられるが、Ｃｏ−Ｎｉ合金は高価であるためコスト増となる。

本発明は、上記の課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、ダイヤフラムを備えたバルブユニットを任意の被取付け側に容易にかつ正確に取付けてダイヤフラムバルブを構成でき、一方、バルブユニットを簡単に被取付側から取外してダイヤフラムを交換したりメンテナンスを実施でき、しかも、デッドボリュームを極小に抑えて流路の切替えを高速化し、耐久性にも優れたダイヤフラムバルブの取付構造とダイヤフラムバルブの着脱方法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、被取付体に設けられた開口部を有する円形凹部と、この円形凹部の底部側の弁座面と、前記底部の外周側より立上り環状位置に形成された環状の支受面と、前記円形凹部の開口部側に向けて形成されたアクチュエータねじ込み用のめねじ部とが備えられたバルブ取付部が構成され、このバルブ取付部内には、ダイヤフラムが組み込まれたダイヤフラム吊下げタイプのダイヤフラム組込ユニットが装入されると共に、前記アクチュエータの下部に形成されたおねじ部が前記めねじ部にねじ込まれた状態で、前記おねじ部の下端面と前記支受面とが前記ダイヤフラム組込ユニットを介在させた状態で前記ダイヤフラムを挟着し、前記ダイヤフラム組込ユニットの外周側に設けられたボンネットの下端面をダイヤフラム抑え面とし、前記ダイヤフラムの外周が前記ダイヤフラム抑え面と前記支受面とに固定された位置を外周シール部とし、前記ダイヤフラム抑え面は、前記ダイヤフラム組込ユニットの外周側に設けられた前記ボンネットの下端面で、かつ、この下端面のうち前記ダイヤフラムと接触する外周側の部分であり、前記外周シール部は、前記おねじ部が前記めねじ部にねじ込まれた際の前記ボンネットの締付け後に前記ダイヤフラム抑え面が前記支受面の内周縁よりも外側に位置した状態で前記ダイヤフラムがシールされる部位であるダイヤフラムバルブの取付構造である。

請求項２に係る発明は、ダイヤフラム組込ユニットが円形凹部に装入された状態で、ダイヤフラム組込ユニットの上端が円形凹部の開口部より上方に臨まされたダイヤフラムバルブの取付構造である。

請求項３に係る発明は、被取付体に複数個の円形凹部が設けられ、これらの円形凹部がバルブ取付部とされたダイヤフラムバルブの取付構造である。

請求項４に係る発明は、被取付体の円形凹部に設けられたバルブ取付部内に、ダイヤフラムが組込まれたダイヤフラム吊下げタイプのダイヤフラム組込ユニットを装入し、次いで、円形凹部のめねじ部にアクチュエータの下部に設けたおねじ部をねじ込んでこのおねじ部の下端面でダイヤフラム組込ユニットの外周位置に設けたボンネットを押圧してボンネットの下端面と円形凹部の内周側に設けた支受面との間でダイヤフラムの外周縁を挟着してこのダイヤフラムの外周をシール状態で固定させ、このとき、ダイヤフラムバルブがノーマルクローズタイプの場合には、アクチュエータに外部より作動エアーを供給してバルブをオープンとする状態で、アクチュエータをねじ込んで円形凹部に取付けるようにし、一方、ダイヤフラムを被取付体から取外す際は、アクチュエータのおねじ部とめねじ部とを緩めてアクチュエータを円形凹部より取外し、その後、円形凹部内に装入されているダイヤフラム組込ユニットの一部を摘んで取外すようにし、このとき、ダイヤフラムバルブがノーマルクローズタイプの場合には、アクチュエータに外部より作動エアーを供給してバルブをオープンとする状態で、アクチュエータを円形凹部より螺子を緩めて取外すようにしたダイヤフラムバルブの着脱方法である。

請求項１に記載の発明によると、ダイヤフラム組込ユニットを任意の被取付体のバルブ取付部内に装入し、アクチュエータを被取付体にねじ込むだけで正確かつ容易にダイヤフラム組込ユニットを被取付体に固定し、ダイヤフラムバルブをセッティングできる。ダイヤフラムを溶接する必要もないため耐久性に優れており、高シール性を確保しながらダイヤフラム組込ユニットを装着できる。この場合、ダイヤフラム抑え面と支受面との間にダイヤフラムを挟着して位置決めし、ダイヤフラム抑え面が支受面の内周縁よりも外側に位置していることで、ダイヤフラムを挟着するときの面積を小さくして面圧力を高めた状態にし、このダイヤフラムへの外周シール部のシール性を向上して流体漏れを確実に防止する。ダイヤフラムを取外す際には、アクチュエータのねじ込みを緩めて被取付体から取外し、ダイヤフラム組込ユニットを上方に持ち上げて被取付側から取出し、簡単にダイヤフラムを交換したりメンテナンスを実施できる。被取付体の円形凹部の底部側に弁座面を設け、この弁座面をダイヤフラム吊下げタイプのダイヤフラム組込ユニットで開閉可能に設けていることから、弁座面よりも一次側の容積を極小に抑えてデッドボリュームを少なくし、流体の滞留を抑えて流路の切替えを高速化できる。

請求項２に記載の発明によると、アクチュエータを緩めて被取付体から取外すようにすれば、円形凹部の開口部より上方にダイヤフラム組込ユニットの上端を臨ませることができ、この外部に露出した状態のダイヤフラム組込ユニットの上端を摘み出すことで、接ガス部位に触れることなくダイヤフラム組込ユニットを容易に取出せる。

請求項３に記載の発明によると、一つの被取付体に複数のダイヤフラム組込ユニットを接続したダイヤフラムバルブユニットを構成でき、各ダイヤフラム組込ユニットを個別に制御して流路を開閉できる。デッドボリュームを極力抑えて、全体をコンパクト化しながら被取付体に任意の内部流路を設け、この被取付体にバルブ取付部を設けることで優れた加工性により自由度の高いダイヤフラムバルブユニットを設けることが可能になる。

請求項４に記載の発明によると、ダイヤフラム組込ユニットの取付時には、このダイヤフラム組込ユニットを被取付体のバルブ取付部内に装入し、アクチュエータを被取付体にねじ込むだけで正確かつ容易に固定してダイヤフラムバルブをセッティング可能となる。一方、ダイヤフラム組込ユニットを取外す際には、アクチュエータのねじ込みを緩めて被取付体から取外すようにすれば、ダイヤフラム組込ユニットを摘んで上方に持ち上げることで容易に被取付側から取出しできる。

しかも、ダイヤフラムバルブがノーマルクローズタイプの場合には、アクチュエータの取付け或は取外し時に、このアクチュエータからのダイヤフラム組込ユニットへの力の伝達を遮断してバルブをオープン状態にすることで、弁体シール側に負荷を加えることなくアクチュエータを取付け或は取外し可能になり、弁体シール側が傷付いたりダイヤフラムが破損することを防止しながら安全にバルブを組立て又は分解できる。

ダイヤフラムバルブの一例を示す縦断面図である。 図１のダイヤフラムバルブの分離断面図である。 図１における支受面付近を示す拡大断面図である。 ダイヤフラムバルブの他例を示す縦断面図である。

以下、本発明におけるダイヤフラムバルブの取付構造を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のダイヤフラムバルブの取付構造により設けられたダイヤフラムバルブの一例を示す縦断面図、図２は、図１のダイヤフラムバルブの分離断面図を示している。

図において、ダイヤフラムバルブ１は、ステンレス鋼等の金属材料により成形された被取付体２、この被取付体２内に装着されるダイヤフラム組込ユニット（以下、単に組込ユニットという）３、アクチュエータ４を有し、組込ユニット３をアクチュエータ４で操作してバルブの開閉操作可能になっている。

被取付体２は、任意の形状に設けられ、例えば、ブロック状や長尺状、或は環状に形成される。図１では、被取付体２の組込ユニット３及びアクチュエータ４の取付け部付近の一部を示し、これらは、被取付体２に設けられたバルブ取付部１０に取付けられ、このバルブ取付部１０には、開口部１１を有する円形凹部１２、弁座面１３、支受面１４、めねじ部１５が備えられている。

バルブ取付部１０の開口部１１は、組込ユニット３を装入可能な口径に設けられ、この開口部１１に続けて円形凹部１２が形成される。円形凹部１２は、後述する組込ユニット３の外周位置に設けられたボンネット１６の外周下部が嵌合可能な口径に設けられ、その嵌合によりボンネット１６が調心状態で装入可能になっている。

円形凹部１２よりも下部には、後述のシート１７が接離される流路の切替え部である連通部１８が設けられ、さらにこの連通部１８の底部側には、弁座面１３がフラット状に形成されている。連通部１８には、図における奥行方向のメイン流路２０、このメイン流路２０に交差する方向の複数の連通流路２１、２１が連通して形成され、組込ユニット３が弁座面１３に接離することにより、これら流路２０、２１が開閉可能に設けられている。連通部１８とメイン流路２０との間の接続流路２２は、極小のボリュームで設けられることにより、連通部１８よりも一次側のデッドボリュームが抑えられている。

支受面１４は、底部の外周側より立上り環状位置に、環状の略フラット面状に形成され、この支受面１４により、円形凹部１２より装入された組込ユニット３が支受可能に設けられる。めねじ部１５は、円形凹部１２から開口部１１に向けて、アクチュエータ４のねじ込み用として形成される。

図２に示す組込ユニット３は、ダイヤフラム３０が組み込まれたダイヤフラム吊下げタイプとして予め一体に組み付けられ、上記のバルブ取付部１０内に一体型ユニットとして装入可能に設けられる。組込ユニット３は、前記ダイヤフラム３０に加えて、ダイヤフラムピース３１、シートホルダ３２、シート１７、ボンネット１６、ストッパ３３、スプリング３４を有している。

ダイヤフラム３０は、ダイヤフラムピース３１、並びにシートホルダ３２とは異種金属により設けられ、例えば、Ｃｏ−Ｎｉ合金材などの弾性変形可能な金属材料で円板状に成形され、その中央部には、シートホルダ３２の後述するオネジ３５が挿通可能な内径孔３６が空けられる。図３に示すように、ダイヤフラム３０は、接ガス用ダイヤフラム３０ａと、バックアップ用ダイヤフラム３０ｂとの二層構造からなり、これらが積層状態で貼着されて一体化されることにより形成される。

ダイヤフラムピース３１は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼等の金属材料により略円柱状に形成され、ダイヤフラム３０やシートホルダ３２を弁座方向に昇降動できるように、ボンネット１６に対して上下方向に摺動可能に取付けられる。ダイヤフラムピース３１の底面側の中央部にはメネジ３７が設けられ、このメネジ３７にシートホルダ３２のオネジ３５が螺合可能に設けられる。

ダイヤフラムピース３１の下部には、拡径円柱部３１ａが形成され、この拡径円柱部３１ａよりも上部には縮径状の軸部３１ｂが設けられ、この軸部３１ｂの中間位置の一部に雄螺子３８が形成されている。この雄螺子３８には、ストッパ３３に形成された雌螺子３９が螺着可能に設けられる。ストッパ３３とボンネット１６との間には、例えば、ＳＵＳ３０４−ＷＰＢなどのステンレス鋼等の金属材料により形成されたコイルスプリングよりなるスプリング３４が弾発状態で装着可能に設けられ、このスプリング３４により、ダイヤフラムピース３１、シート１７を装着したシートホルダ３２が弁開方向に強制的に付勢されるようになっている。

ストッパ３３は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼等の金属材料により形成され、図示しないスパナ等により軸部３１ｂに螺着可能に設けられる。その際、ストッパ３３の取付け高さを変えることでスプリング３４の負荷を調節可能となり、ダイヤフラムピース３１、シートホルダ３２への付勢力を調整可能に設けられる。

シートホルダ３２は、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼等の金属材料で形成され、前述のメネジ３７に螺合するオネジ３５と、このオネジ３５よりも拡径したシート取付け用の拡径部４０とを有している。拡径部４０の弁座側には、シート１７装着用の装着凹部４１が設けられ、拡径部４０のダイヤフラムピース３１側には、このダイヤフラムピース３１との間にダイヤフラム３０を挟着して内周シール部４２を形成可能になるように図示しない環状突起部が形成されている。シートホルダ３２には、バイスによる固定用の二面幅部が設けられている（図示せず）。

シート１７は、例えば、樹脂材料により形成され、シートホルダ３２の装着凹部４１にカシメにより取付けられる。シート１７の先端側には、弁座面１３に当接可能な環状突部４３が形成され、この環状突部４３に弁座面１３が当接シールしたときに弁閉状態となる。環状突部４３は、極小さい高さに突出形成され、この環状突部４３の弁座面１３への小さい接触面積により高シール性を発揮可能となる。

ボンネット１６は、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼等の金属材料により設けられ、最外径部が円形凹部に嵌合する外径に形成される。ボンネット１６の内周側には、ダイヤフラムピース３１を案内可能な案内孔４７、ダイヤフラムピース３１の拡径円柱部３１ａの上面が当接されてその上昇を規制可能な規制部４８が形成されている。

組込ユニット３を設ける場合には、図２において、内径孔３６にオネジ３５が挿入されて、ダイヤフラム３０が予めシート１７が取付けられたシートホルダ３２に仮着され、このシートホルダ３２の二面幅部に図示しないスパナ等の工具が掛けられてダイヤフラムピース３１に締め込まれる。締め込み後には、ダイヤフラム３０の中央部付近がシートホルダ３２とダイヤフラムピース３１との間に挟着固定される。このとき、ダイヤフラム３０と、シートホルダ３２、ダイヤフラムピース３１との接触面積を極小さく設定すれば、その内周シール部４２には高シール性が発揮され、内径孔３６側からの流体漏れが確実に防がれる。

そして、ボンネット１６の下方からダイヤフラム３０、シートホルダ３２が一体化されたシートホルダ３２が挿入されて上面側が規制部４８に当接するまで嵌め込まれる。ダイヤフラムピース３１の上方からスプリング３４がボンネット１６に載置され、雄螺子３８と雌螺子３９との螺着を介してストッパ３３がダイヤフラムピース３１に固定されることで、ボンネット１６とストッパ３３との間にスプリング３４が圧縮状態で装着され、組込ユニット３が設けられる。

一方、図１、図２に示すアクチュエータ４は、ケーシング５０、シリンダ５１、ピストン５２、ばね５３を有し、被取付体２に組込ユニット３が装着された状態で、その上から取付け可能に設けられる。

ケーシング５０は、下部側にめねじ部１５に螺合可能なおねじ部５５を有し、下部内周側には収納穴部５６、この収納穴部５６に連通して縮径状の貫通穴５７が設けられている。収納穴部５６には、ボンネット１６の上部側を嵌入可能であり、この嵌入により組込ユニット３が収納穴部５６に収納される。貫通穴５７は、ピストン５２の下部側が嵌入可能に設けられ、このピストン５２がケーシング５０内を往復動可能となる。ケーシング５０の上部外周には、雄ネジ部５８が設けられる。

シリンダ５１は、雄ネジ部５８に螺合可能な雌ネジ部５９を有し、これら雄ネジ部５８、雌ネジ部５９の螺合によりケーシング５０の上部に固定され、これらシリンダ５１とケーシング５０との間に、ピストン５２が往復動可能な空間が形成される。シリンダ５１には、エアー供給用の給気口６０、エアー排気用の排気ポート６１が設けられる。給気口６０からエアーを給気したときには、ピストン５２が弁開方向に往動作し、シリンダ５１のばね５３側のエアーが排気ポート６１より排気される。一方、給気口６０のエアー供給を停止して排気した場合、ピストン５２がばね５３により弁閉方向に復動する。これにより、ダイヤフラムバルブ１が通常時に弁閉状態となる、ＮＣ（ノーマルクローズタイプ）となっている。

ピストン５２は、ピストンロッド６２を有する形状に設けられ、シリンダ５１、ケーシング５０内を往復動可能であり、ばね５３によりピストンロッド６２の底面６２ａがダイヤフラムピース３１に圧接した状態で装着される。これにより、ピストン５２が往復動したときには、この動作に応じてダイヤフラムピース３１が上下に移動するようになっている。ピストン５２には貫通孔部６３が設けられ、この貫通孔部６３が給気口６０と連通されている。給気口６０からエアーが給気されると、このエアーは貫通孔部６３を介してピストン５２におけるばね５３装着側との対向側のシリンダ５１との間に供給され、前述のようにピストン５２が往動作する。

ばね５３は、ピストン５２とシリンダ５１との間に弾発付勢された状態で装着され、このばね５３により、常時において、ピストン５２が、ダイヤフラムピース３１並びにシートホルダ３２を閉方向に動作させる方向に付勢される。

上述したダイヤフラムバルブ１を本発明の取付構造により設ける場合、開口部１１からバルブ取付部１０内に組込ユニット３が装入され、ボンネット１６の下部側が円形凹部１２に嵌合された状態にする。これと共に、アクチュエータ４のケーシング５０の下部のおねじ部５５が被取付体２のめねじ部１５にねじ込まれ、これらが締め付けられた状態になると、おねじ部５５の下端面５５ａと支受面１４とが、組込ユニット３を介してダイヤフラム３０の外周が挟着状態で固定される。このことから、おねじ部下端面５５ａ、支受面１４の間と、ダイヤフラム３０との間に外周シール部６５が構成され、この外周シール部６５により、組込ユニット３と被取付体２との間がシールされる。

その際、組込ユニット３の外周側に設けられたボンネット１６の下端面１６ａの外周側がダイヤフラム抑え面７０となり、このダイヤフラム抑え面７０と支受面１４とによりダイヤフラム３０が挟着される。

図３の拡大断面図に示すように、ダイヤフラム抑え面７０には、例えば、水平方向から略２．５°の角度で中心方向に傾斜されたテーパ部７１と、このテーパ部７１に続けて所定の形状のアール部７２とが形成され、アール部７２のボンネット１６の中心からの位置が、支受面１４の内周縁１４ａと略同じ位置に設けられる。これにより、ボンネット１６の締付け時には、テーパ部７１の外側（外径側）から優先的にダイヤフラム３０上面に密着され、その締付け後には、ダイヤフラム抑え面７０が支受面１４の内周縁１４ａよりも外側に位置した状態になり、幅Ｗの範囲の外周シール部６５で支受面１４側においてダイヤフラム３０がシールされる。

上記のように、ダイヤフラム抑え面７０にテーパ部７１を設けていることで、アクチュエータ４のねじ込みによりボンネット１６が下降する際には、ダイヤフラム３０と支受面１４との当接面積が徐々に増加する。そして、締付け当初は、支受面１４が前記当接面から受ける面圧が大きいので、アクチュエータ４を軽い力でねじ込み可能であり、ダイヤフラム３０と支受面１４との当接面積が増えるに従って支受面１４が当接面から受ける面圧が小さくなるので、アクチュエータ４をねじ込むためには大きなトルクが必要になり、アクチュエータ４をねじ込みにくくなる。このことから、作業者によるアクチュエータ４への過度なトルクによるねじ込みを阻止し、アクチュエータ４の締め過ぎによる外周シール部６５の損傷を防止可能になっている。

ダイヤフラム抑え面７０が支受面１４の内周縁１４ａよりも外側に位置していることで、支受面１４を広く設定してその強度を向上でき、ダイヤフラム３０締付け時の支受面１４の潰れを抑えている。

上述したように、ダイヤフラム３０は、組込ユニット３への組込みにより内側（内径側）が挟着されて内周シール部４２が設けられ、一方、組込ユニット３が、被取付体２、アクチュエータ４の間に装着されてダイヤフラムバルブ１が構成されたときに外側（外径側）が挟着されて外周シール部６５が設けられることにより、メイン流路２０、連通流路２１からのアクチュエータ４側への漏れが防がれる。

アクチュエータ４の被取付体２への螺着後において、通常時には、アクチュエータ４に内蔵されたピストン５２とばね５３とにより、ピストンロッド６２の底面６２ａがダイヤフラムピース３１の軸部３１ｂの上端側を押圧し、ダイヤフラムピース３１、シート１７が装着されたシートホルダ３２が下降し、シート１７を弁座面１３に着座させた弁閉状態（ノーマルクローズ状態）となる。このノーマルクローズ状態のダイヤフラムバルブ１に対して、エアーをシリンダ５１内に吸排気することにより、ピストン５２を往復動させてダイヤフラムピース３１、シートホルダ３２を動作させ、シート１７を弁座面１３に接離してバルブ開閉させることが可能となる。

一方、おねじ部５５とめねじ部１５との螺着を緩めてアクチュエータ４を被取付体２から取外すようにすれば、組込ユニット３が円形凹部１２に装入された状態で、当該組込ユニット３の上端が円形凹部１２の開口部１１より上方に臨まされた状態となる。これにより、組込ユニット３の被取付体２からの脱着が可能となり、しかも、組込ユニット３の臨まされている部分をつかんで取出すことができるので脱着が容易である。この場合、臨まされた先端側を摘み出すだけで組込ユニット３を構成している部品全体を取出しできる。このことにより、円形凹部１２の奥まで指やピンセットなどを差し込んでボンネットやダイヤフラムを取出す必要がない。

被取付体２が上下逆さまに設置されている場合には、ダイヤフラムピース３１、スプリング３４、ボンネット１６の小径部がアクチュエータ４の収納穴部５６に収納された状態を維持し、アクチュエータ４を被取付体２に対して下方に取外すことでこのアクチュエータ４とともに組込ユニット３を取外し可能となる。このようにして、アクチュエータ４を緩めるだけで、被取付体２のみを残してその他の部品を簡単に取外しでき、しかも、アクチュエータ４を取外したときに各部品が別々に落下したり、ばらけて散乱することもない。

なお、被取付体には、複数個の円形凹部１２が設けられ、これらの円形凹部１２がバルブ取付部１０とされていてもよい（図示せず）。この場合、一つの被取付体の内部に所定の流路を形成し、各バルブ取付部１０に組込ユニット３、アクチュエータ４を装着して複数のダイヤフラムバルブ１を取付けるようにすれば、被取付体２の流路を開閉制御可能となる。その際、例えば、被取付体を長尺状としたり、環状に設けることも可能となる。

続いて、上述したダイヤフラムバルブの着脱方法を説明する。
ダイヤフラムバルブ１の組立て前には、予め、被取付体２の内部、組込ユニット３のダイヤフラム３０取付側を中心に、不活性ガスによるパージを十分におこない、埃等の異物を取除くようにする。

図２において、ダイヤフラムバルブ１を組立てる場合には、被取付体２を図示しないバイス等で固定し、この被取付体２の円形凹部１２のバルブ取付部１０内に、予め一体に組立てた組込ユニット３を指で摘んで装入する。このとき、ボンネット１６の外周下部が円形凹部１２に嵌合されることで、組込ユニット３がバルブ取付部１０に対して調心状態で装着される。組込ユニット３の装着後には、ダイヤフラムピース３１におけるピストンロッド底面６２ａとの接触部である上端面付近にフッ素系合成油からなるグリースを、発塵を抑えるクリーン綿棒等で少量塗布する。

次いで、アクチュエータ４のケーシング５０を被取付体２の取付側にセットしつつ、例えば、圧力０．５〜０．７ＭＰａの作動エアーを外部よりアクチュエータ４に供給してバルブをオープン状態にする。この状態でアクチュエータ４を締付け方向（時計回り）に回転させて、円形凹部１２のめねじ部１５にアクチュエータ４のおねじ部５５をねじ込んで取付けるようにする。これにより、ピストンロッド６２のダイヤフラムピース３１上端面側への押し込みよる供回りを防ぎつつねじ込みでき、ピストンロッド底面６２ａからダイヤフラムピース３１にスラスト方向の力が働くことがない。

このことから、ダイヤフラムピース３１とダイヤフラム３０との間の捻じれ力の発生を防止し、これらの捩じれによるダイヤフラム３０の損傷や、内周シール部４２への余計な負荷による損傷を回避する。
ダイヤフラム３０が回転して支受面１４と擦れ合ってこの支受面１４を傷つけることがなく、ダイヤフラム３０を介した外周シール部６５のシール性を維持できる。

おねじ部下端面５５ａがボンネット１６の上面側に接触する前に、シート１７が弁座面１３に接触して擦れることを防止できるため、このシート１７と弁座面１３との擦れ合いによるシート１７の損傷を防止する。

アクチュエータ４のねじ込み時には、被取付体２に対して組込ユニット３が底付き、すなわち、ダイヤフラム抑え面７０により抑えられるダイヤフラム３０が支受面１４に当接するまで、手でケーシング５０を把持してねじ込んだ後に、トルクレンチ等の工具で締付けるようにするとよい。トルクレンチによる締付け時には、過剰な力による締付けを避け、例えば、締付けトルク５６Ｎ・ｍ程度の力とすることでバルブの損傷等を防ぎ、その性能を維持できる。

このアクチュエータ４の締付けにより、おねじ部５５の下端面５５ａで組込ユニット３外周位置のボンネット１６を押圧し、このボンネット１６の下端面１６ａと円形凹部１２の内周側に設けた支受面１４との間でダイヤフラム３０の外周縁を挟着することで、このダイヤフラム３０をシール状態で固定可能となる。

ダイヤフラムバルブ１の組立て後において、アクチュエータ４に、例えば圧力０．５〜０．７ＭＰａのエアーを供給すれば、このアクチュエータ４を弁開状態に操作可能となる。組立て後には、ダイヤフラムバルブ１を適宜の管路に接続し、その開閉状態で２次側から高純度窒素を封入して落圧の無いことを確認し、また、インボードリーク及びシートリーク等の無いことを確認することが望ましい。

一方、ダイヤフラム３０を被取付体２から取外す際は、先ず、この被取付体２をバイス等で固定した状態で、トルクレンチでケーシング５０を把持してアクチュエータ４を緩める方向（反時計回り）に回転させ、このアクチュエータ４のおねじ部５５と、被取付体２のめねじ部１５とを緩め、アクチュエータ４を上方に持ち上げて円形凹部１２より取外すようにする。

このとき、組立て時と同様に、圧力０．５〜０．７ＭＰａの作動エアーを外部よりアクチュエータ４に供給する。この供給によりバルブがオープン状態となり、この状態でアクチュエータ４を円形凹部１２より螺子を緩めて取外すようにする。これによると、ピストンロッド６２をダイヤフラムピース３１の軸部３１ｂ上端から離間させ、組込ユニット３への力の伝達を遮断した状態にできるため、アクチュエータ４を緩めるときに、組込ユニット３の供回りを防ぎ、シート１７が弁座面１３に対して回転して傷ついたり、ダイヤフラム３０に捻じれなどの無理な力が加わって破損したりすることを防止する。アクチュエータ４の取外し後には、円形凹部１２内に装入されている組込ユニット３の上端が、この円形凹部１２の開口部１１より上方に臨まされた状態となる。

次に、組込ユニット３の一部をピンセットなどで摘んで持ち上げて、被取付体２からこの組込ユニット３を取外すようにする。組込ユニット３は、一体型のユニット構造であるから全体を交換可能であり、また、ダイヤフラムピース３１からシートホルダ３２を取外した後にダイヤフラム３０を取外して、このダイヤフラム３０やシートホルダ３２に装着されたシート１７のみを交換してもよい。

上述したように、本発明のダイヤフラムの取付構造は、被取付体２に、開口部１１を有する円形凹部１２と、弁座面１３と、環状の支受面１４と、めねじ部１５とが備えられたバルブ取付部１０が設けられ、このバルブ取付部１０内に組込ユニット３が装入され、アクチュエータ４のおねじ部５５がめねじ部１５にねじ込まれた状態で、おねじ部５５の下端面５５ａと支受面１４とによりダイヤフラム３０の外周が挟着状態で固定されて外周シール部６５が構成されているので、ダイヤフラムバルブ用の弁箱のみを対象とすることなく、各種の形状や内部流路が形成された任意の被取付体２に組込ユニット３、アクチュエータ４を装着してダイヤフラムバルブを構成できる。このため、汎用性に優れ、様々な管路の被取付体２にダイヤフラムバルブを設けることが可能になる。

この場合、アクチュエータ４のねじ込みにより、被取付体２の支受面１４と組込ユニット３のダイヤフラム抑え面７０との間にダイヤフラム３０を挟着してシール性を発揮できるため、これらを溶着することがなく耐久性を向上できる。

ダイヤフラム３０を、角度２．５°のテーパ部７１と、アール部７２とを有するダイヤフラム抑え面７０と、略フラット状の支受面１４とに挟着し、ダイヤフラム抑え面７０が支受面１４の内周縁１４ａよりも外側に位置していることで、ダイヤフラム３０をシールするときの外周シール部６５を小さい当接面積で外周側に設けている。これによって、外周シール部６５の面圧力を高め、連通部１８から組込ユニット３、アクチュエータ４を通じて外部への流体漏れを確実に防止する。

接続流路２２のボリュームを極小さく形成してデッドボリュームを抑えていることから、ダイヤフラムバルブ１全体のコンパクト化が可能となり、異なる流体を供給する際に、残留流体を最小に抑えて高速な流路切り替えが可能になる。

ダイヤフラムバルブ１の組立て時には、バルブ取付部１０内に、組込ユニット３を装入し、次いで、めねじ部１５にアクチュエータ４のおねじ部５５をねじ込み、このおねじ部５５の下端面５５ａでボンネット１６を押圧してダイヤフラム３０の外周縁を挟着してその外周を外周シール部６５によりシール状態で固定できることから、専用工具等を必要とすることなくシート１７を弁座面１３に対して正確に芯出ししつつ、組込ユニット３、アクチュエータ４を被取付体２に容易に固定してダイヤフラムバルブ１を構成することができる。

一方、ダイヤフラムバルブ１の分解時には、おねじ部５５とめねじ部１５とを緩めてアクチュエータ４を取外し、その後、組込ユニット３の一部を摘んで取外すようにすればよいため、特殊な工具を必要としたり、組込ユニット３を傷付けることなく簡単に取外すことができる。

図４においては、ダイヤフラムバルブの他例を示している。なお、この例において、上記実施形態と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。
このダイヤフラムバルブ８０は、被取付体８１の一部に凹状溝８２が形成され、この凹状溝８２の底部に設けられたバルブ取付部８３にダイヤフラム組込ユニット３が装着された埋め込み式の取付構造によって設けられている。

バルブ取付部８３には、前記実施形態と同様に、めねじ部１５、円形凹部１２、支受面１４、弁座面１３が開口部１１側から順次設けられ、弁座面１３には、図において略垂直方向の入口側流路８４が連通され、この入口側流路８４から連通部１８を介して斜め向きの曲折流路である出口側流路８５が外部に連通して形成されている。入口側流路８４は、極小のボリュームにより設けられ、被取付体８１内のデッドボリュームが抑えられている。

出口側流路８５の出口側には環状溝部が形成され、この環状溝部にＯリングを介して外部の流路や機器が接続可能に設けられている（図示せず）。

このように被取付体の形状にこだわることはなく、前記と同様の取付構造並びに着脱方法により、各種形状の被取付体に組込ユニット３、アクチュエータ４を容易にかつ着脱して高精度な組込みによるダイヤフラムバルブを構成できる。

さらに、図示しないが、被取付体に複数のバルブ取付部を設け、各バルブ取付部にダイヤフラムバルブを設けるようにしてもよい。この場合、各アクチュエータを制御してそれぞれのバルブの入口側流路から出口側流路への流体制御をおこなうことができ、その際、連通部への一次側流路のボリュームを最小限に設け、全体のデッドボリュームを極力少なくすることで流路切替え時の残留流体を少なくし、高速な流路切替え制御をおこなうことが可能になる。

シート等の不良や消耗に対しては、組込ユニットの着脱により交換やメンテナンスを実施できるため被取付体全体を再度製作する必要がなく、個々のダイヤフラムバブルのシート、シートカシメ等の不具合に対しても対応可能になる。シートホルダ側にシートが装着されていることで、被取付体内部の弁座がこすれキズ等でシール性能に低下が生じた場合でも、簡単に研磨等の加工によって修復可能であり、被取付体を最小限の加工で修復でき、工数や材料の無駄を抑えることもできる。

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 ダイヤフラムバルブ
２ 被取付体
３ ダイヤフラム組込ユニット
４ アクチュエータ
１０ バルブ取付部
１１ 開口部
１２ 円形凹部
１３ 弁座面
１４ 支受面
１４ａ 内周縁
１５ めねじ部
１６ ボンネット
１６ａ 下端面
３０ ダイヤフラム
５５ おねじ部
５５ａ 下端面
６５ 外周シール部
７０ ダイヤフラム抑え面

Claims (4)

1. 被取付体に設けられた開口部を有する円形凹部と、この円形凹部の底部側の弁座面と、前記底部の外周側より立上り環状位置に形成された環状の支受面と、前記円形凹部の開口部側に向けて形成されたアクチュエータねじ込み用のめねじ部とが備えられたバルブ取付部が構成され、このバルブ取付部内には、ダイヤフラムが組み込まれたダイヤフラム吊下げタイプのダイヤフラム組込ユニットが装入されると共に、前記アクチュエータの下部に形成されたおねじ部が前記めねじ部にねじ込まれた状態で、前記おねじ部の下端面と前記支受面とが前記ダイヤフラム組込ユニットを介在させた状態で前記ダイヤフラムを挟着し、前記ダイヤフラム組込ユニットの外周側に設けられたボンネットの下端面をダイヤフラム抑え面とし、前記ダイヤフラムの外周が前記ダイヤフラム抑え面と前記支受面とに固定された位置を外周シール部とし、前記ダイヤフラム抑え面は、前記ダイヤフラム組込ユニットの外周側に設けられた前記ボンネットの下端面で、かつ、この下端面のうち前記ダイヤフラムと接触する外周側の部分であり、前記外周シール部は、前記おねじ部が前記めねじ部にねじ込まれた際の前記ボンネットの締付け後に前記ダイヤフラム抑え面が前記支受面の内周縁よりも外側に位置した状態で前記ダイヤフラムがシールされる部位であることを特徴とするダイヤフラムバルブの取付構造。
2. 前記ダイヤフラム組込ユニットが前記円形凹部に装入された状態で、当該ダイヤフラム組込ユニットの上端が前記円形凹部の開口部より上方に臨まされた請求項１に記載のダイヤフラムバルブの取付構造。
3. 前記被取付体に複数個の前記円形凹部が設けられ、これらの円形凹部がバルブ取付部とされた請求項１又は２に記載のダイヤフラムバルブの取付構造。
4. 被取付体の円形凹部に設けられたバルブ取付部内に、ダイヤフラムが組込まれたダイヤフラム吊下げタイプのダイヤフラム組込ユニットを装入し、次いで、前記円形凹部のめねじ部にアクチュエータの下部に設けたおねじ部をねじ込んでこのおねじ部の下端面で前記ダイヤフラム組込ユニットの外周位置に設けたボンネットを押圧してボンネットの下端面と前記円形凹部の内周側に設けた支受面との間で前記ダイヤフラムの外周縁を挟着してこのダイヤフラムの外周をシール状態で固定させ、このとき、前記ダイヤフラムバルブがノーマルクローズタイプの場合には、前記アクチュエータに外部より作動エアーを供給してバルブをオープンとする状態で、前記アクチュエータをねじ込んで前記円形凹部に取付けるようにし、一方、前記ダイヤフラムを被取付体から取外す際は、前記アクチュエータのおねじ部と前記めねじ部とを緩めて前記アクチュエータを前記円形凹部より取外し、その後、前記円形凹部内に装入されているダイヤフラム組込ユニットの一部を摘んで取外すようにし、このとき、前記ダイヤフラムバルブがノーマルクローズタイプの場合には、前記アクチュエータに外部より作動エアーを供給してバルブをオープンとする状態で、前記アクチュエータを前記円形凹部より螺子を緩めて取外すようにしたことを特徴とするダイヤフラムバルブの着脱方法。

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