JPH08219304A - ダイヤフラム弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属製ダイヤフラムによりシールを行なうよ
うにしたダイヤフラム弁に於いて、金属製ダイヤフラム
の耐久性の向上を図れるようにする。 【構成】 流入通路１ａ、流出通路１ｂ、凹状の弁室１
ｃ及び弁座１ｄを有するボディ１と、弁室１ｃの気密を
保持すると共に弁座１ｄに間接的若しくは直接的に当離
座する金属製のメインダイヤフラム２と、メインダイヤ
フラム２の外周縁部をボディ１との間で挾圧保持するボ
ンネット４と、メインダイヤフラム２を弾性変形させる
ステム５とを具備したダイヤフラム弁に於いて、前記メ
インダイヤフラム２の上面側に、外周縁部側が上下方向
へ弾性変形可能な金属製のサブダイヤフラム３を配設
し、該サブダイヤフラム３は、その中央部側がメインダ
イヤフラム２の中央部側に固着されていると共に、メイ
ンダイヤフラム２が弾性変形したときにその上面側に当
接してメインダイヤフラム２の曲げを受けるように構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造プラ
ントや原子力発電プラント、医薬・食品製造設備等の流
体管路に介設されるダイヤフラム弁に係り、特に金属製
ダイヤフラムの耐久性の向上を可能としたダイヤフラム
弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体製造プラント等の高純度
ガスを取り扱う管路では、金属製のダイヤフラムにより
シールを行なうようにしたダイヤフラム弁が多く使用さ
れている。

【０００３】従来、この種のダイヤフラム弁としては、
例えば実開平６−８０９５８号公報に開示された構造の
ダイヤフラム弁（ディスク形ダイヤフラム弁）が知られ
ている。即ち、前記ダイヤフラム弁は、図９に示す如
く、流入通路２０ａ、流出通路２０ｂ、弁室２０ｃ及び
弁座２０ｄを有するボディ２０と、ボディ２０に複数の
ボルト・ナット２１を介して取り付けられたボンネット
２２と、ボンネット２２に昇降自在に螺挿支持されたス
テム２３と、ステム２３の上端部に取り付けられたハン
ドル２４と、ステム２３の下端部に回転自在に嵌合され
た弁押え２５と、弁押え２５に溶着されたディスク２６
と、ディスク２６にパッキン押え２７を介して取り付け
られたディスクパッキン２８と、ステム２３に嵌挿され
た受け金具２９と、外周縁部がガスケット３０を介して
ボディ２０とボンネット２２との間に挾圧保持されると
共に、内周縁部が弁押え２５と受け金具２９との間に挾
圧されて弁押え２５及び受け金具２９に溶着された金属
製のダイヤフラム３１とから構成されている。

【０００４】このダイヤフラム弁は、弁押え２５及び受
け金具２９の内周端縁部と金属製のダイヤフラム３１の
内周端縁部とを全周に亘って溶接してこれら三者を固着
一体化している為、金属製ダイヤフラム３１の内周縁部
分からの流体の漏洩を確実に防止できる等、優れた利点
を有するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記ダイヤ
フラム弁に於いては、図１０に示すようにダイヤフラム
３１が下方へ弾性変形したときにその曲げを受け金具２
９が受けるようになっている為、ダイヤフラム３１の屈
曲のときに発生する曲げ応力が溶接部に直接掛かるのを
防止することができるようになっている。

【０００６】ところが、前記受け金具２９が剛体となっ
ている為、ダイヤフラム３１が弾性変形して受け金具２
９の下面側に当接したときには該ダイヤフラム３１が無
理に変形させられることになる。その結果、ダイヤフラ
ム３１に無理な応力が掛かることになり、ダイヤフラム
弁を数千回繰り返し作動させると、ダイヤフラム３１に
亀裂が生じたりしてダイヤフラム３１の耐用年数が短い
と云う難点があった。特に、金属製のダイヤフラム３１
は、厚さが０．１〜０．２ｍｍ程度の極薄金属板（例え
ばステンレス板）から形成されている為、前記問題がよ
り一層助長されることになる。

【０００７】本発明は、上記の問題点を解消する為に創
作されたものであり、その目的は金属製のダイヤフラム
の耐久性の向上を図れるようにしたダイヤフラム弁を提
供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明のダイヤフラム弁は、流入通路及び流出通路
に連通する凹状の弁室の底面に弁座を設けたボディと、
弁室内に弁座と対向するように配設され、弁室の気密を
保持すると共に上下方向へ弾性変形して弁座に間接的若
しくは直接的に当離座する金属製のメインダイヤフラム
と、ボディに固定され、メインダイヤフラムの外周縁部
をボディとの間で挾圧保持するボンネットと、ボンネッ
トに昇降自在に挿通支持され、メインダイヤフラムを弾
性変形させるステムとを具備して居り、前記メインダイ
ヤフラムの上面側に、外周縁部側が上下方向へ弾性変形
可能な金属製のサブダイヤフラムを配設し、該サブダイ
ヤフラムは、その中央部側がメインダイヤフラムの中央
部側に固着されていると共に、メインダイヤフラムが弾
性変形したときにその上面側に当接してメインダイヤフ
ラムの曲げを受けるように構成されていることを特徴と
する。又、前記サブダイヤフラムの外周縁部に、等角度
毎に放射状のスリットを形成しても良い。更に、サブダ
イヤフラムを、複数枚の金属板を重ね合わせることによ
り構成しても良い。

【０００９】

【作用】ステムを下降させると、メインダイヤフラムの
中央部が下方へ押されて漸次弾性変形して行く。これに
伴ってサブダイヤフラムの下面がメインダイヤフラムの
上面に漸次当接して行き、メインダイヤフラムの曲げを
サブダイヤフラムが受けることになる。このとき、サブ
ダイヤフラムの外周縁部が上方側へ漸次弾性変形して行
く為、メインダイヤフラムが無理に変形させられること
もない。その結果、メインダイヤフラムに無理な応力が
掛かることもなく、メインダイヤフラムの耐用年数が長
くなることになる。

【００１０】そして、ステムが一定ストロークだけ下降
すると、メインダイヤフラムが間接的若しくは直接的に
弁座に当座し、流入通路と流出通路との間を閉鎖するこ
とになる。

【００１１】一方、ステムを上昇させると、これに伴っ
てメインダイヤフラムがその弾性力により始めの形状に
漸次復元して行くと共に、サブダイヤフラムもその弾性
力により始めの形状に漸次復元して行く。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の第１実施例に係るダイヤフ
ラム弁の縦断面図であり、当該ダイヤフラム弁は、ボデ
ィ１、金属製のメインダイヤフラム２、金属製のサブダ
イヤフラム３、ボンネット４、ステム５、ハンドル６及
びディスク７等から構成されて居り、メインダイヤフラ
ム２によって弁室１ｃをシールするようにしたものであ
る。尚、図１に於いて、８はメインダイヤフラム２とボ
ンネット４との間に介設されるボンネットインサート、
９はディスク７に嵌着されたシート、１０はボンネット
４とステム５との間をシールするＯリング、１１は開閉
表示板、１２は銘板、１３は止めネジである。

【００１３】前記ボディ１は、ステンレス鋼等の金属材
により略ブロック状に形成されて居り、両側には流入通
路１ａ及び流出通路１ｂが、上部には各通路１ａ，１ｂ
に連通する上方が開放された凹状の弁室１ｃが夫々形成
されている。又、弁室１ｃの底面は、テーパ状に形成さ
れて居り、流入通路１ａの開口近傍部分が弁座１ｄとな
っている。更に、弁室１ｃの内周面にはメインダイヤフ
ラム２の外周縁部が載置される段部１ｅが形成されてい
ると共に、該段部１ｅの上方にはボンネット４が螺着さ
れる雌ネジ部１ｆが形成されている。

【００１４】前記金属製のメインダイヤフラム２は、ス
テンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）、インコネル（商
標名）等により中央部が上方へ膨出した逆皿状に形成さ
れた極薄金属板（例えば厚さ：０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ
程度）を複数枚重ね合わせることにより構成されて居
り、その中央部には後述するディスク７の軸部７ｂが挿
通される取付け穴２ａが形成されている。このメインダ
イヤフラム２の外周縁部は、ボディ１の段部１ｅに載置
されて居り、ボディ１に螺着したボンネット４をボディ
１側へ締め付けることによって、ボディ１の段部１ｅと
ボンネット４の下方に配設したボンネットインサート８
との間に気密状態で挾圧保持されている。尚、メインダ
イヤフラム２の枚数は、流体の圧力により決められて居
り、高圧流体の場合には積層枚数が増加する。

【００１５】前記金属製のサブダイヤフラム３は、ステ
ンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）、インコネル（商標
名）等により中央部が下方へ膨出した皿状に形成された
極薄金属板（例えば厚さ：０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程
度）から構成されている。このサブダイヤフラム３は、
メインダイヤフラム２の上面側に配設されてメインダイ
ヤフラム２の曲げを受けるものである。又、サブダイヤ
フラム３はの中央部には、後述するディスク７の軸部７
ｂが挿通される取付け穴３ａが形成されて居り、該取付
け穴２ａはメインダイヤフラム２の取付け穴２ａと同一
の内径に設定されている。更に、サブダイヤフラム３の
外周縁部には、図４に示すようにサブダイヤフラム３の
曲げ具合や弾性力を調整する為に等角度毎に放射状のス
リット３ｂ（本実施例では４本のスリット３ｂ）が形成
されている。尚、サブダイヤフラム３に形成するスリッ
ト３ｂの数、長さ、幅、形状等は、サブダイヤフラム３
がメインダイヤフラム２の曲げを受けたときに、サブダ
イヤフラム３の外周縁部が上方側へ弾性変形でき、且つ
メインダイヤフラム２に無理な応力が作用しないように
選定されている。

【００１６】前記ボンネット４は、ステンレス鋼等の金
属材により略筒状に形成されて居り、その外周面にはボ
ディ１に螺合する雄ネジ部４ａが形成されていると共
に、その内周面にはステム５に螺合する雌ネジ部４ｂが
形成されている。このボンネット４は、その雄ネジ部４
ａをボディ１の雌ネジ部１ｆに螺着し、ボディ１側へ締
め込むことによって、ボディ１に固定される。このと
き、メインダイヤフラム２の外周縁部をボディ１との間
で気密状態に挾圧保持することになる。

【００１７】前記ステム５は、ステンレス鋼等の金属材
により段付きの軸状に形成されて居り、その外周面には
ボンネット４の雌ネジ部４ｂに螺合する雄ネジ部５ａが
形成されている。このステム５は、ボンネット４の雌ネ
ジ部４ｂに回転自在且つ昇降自在に螺挿されて居り、そ
の上端部には止めネジ１３を介してハンドル６が取り付
けられている。又、ステム５の下端部には後述するディ
スク７の連結部７ｃが回転自在且つ軸線方向移動不能に
嵌合される切欠部５ｂが形成されている。

【００１８】前記ディスク７は、ステンレス鋼等の金属
材により断面形状が略逆Ｔ字形に形成されて居り、下面
に弁座１ｄへ当離座する環状のシート９を嵌着した大径
の円盤状のシート部７ａと、シート部７ａの上面中央部
に連設されてメインダイヤフラム２及びサブダイヤフラ
ム３の各取付け穴２ａ，３ａに当接状態で挿通されると
共に上端部に雄ネジ部７ｄを形成した軸部７ｂと、軸部
７ｂの雄ネジ部７ｄに螺着されてステム５の切欠部５ｂ
に回転自在且つ軸線方向移動不能に嵌合される略円盤状
の連結部７ｃとから成る。又、ディスク７の軸部７ｂの
外周面で且つシート部７ａ上面から一定距離だけ離間し
た部分にはメインダイヤフラム２及びサブダイヤフラム
３の各内周縁部が載置される段部７ｅが形成されてい
る。

【００１９】そして、前記メインダイヤフラム２及びサ
ブダイヤフラム３の各内周端縁部とディスク７の軸部７
ｂとは、溶接Ｗにより固着一体化されている。即ち、図
２及び図３に示す如く、ディスク７の軸部７ｂを各ダイ
ヤフラム２，３の下面側から取付け穴２ａ，３ａに挿通
して軸部７ｂに形成した段部７ｅをメインダイヤフラム
２の内周端縁部下面に当接させ、この当接部分（メイン
ダイヤフラム２及びサブダイヤフラム３の各内周端縁部
と軸部７ｂの段部７ｅ部分）を上方から電子ビーム溶接
により全周に亘って溶接Ｗしてこれら三者を固着一体化
している。

【００２０】尚、電子ビーム溶接の溶接条件は、溶接欠
陥を生じることなく各ダイヤフラム２，３とディスク７
とを確実に溶接でき、且つ各ダイヤフラム２，３やディ
スク７に変形や歪が生じないように選定されていること
は勿論である。この電子ビーム溶接は、溶接入熱が小
さいので溶接部の変形や歪が少なく、母材への熱影響が
少ない。溶接部の幅が狭いので精密溶接ができる。
溶け込みが深いので厚物の溶接ができる。等の利点があ
り、前記溶接に好適である。

【００２１】而して、前記ダイヤフラム弁にあっては、
ハンドル６の回転操作によりステム５を下降させると、
ディスク７が漸次下降すると共に、これに伴ってメイン
ダイヤフラム２の中央部が下方へ漸次弾性変形して行
く。

【００２２】メインダイヤフラム２の中央部が下方へ漸
次弾性変形するに従って、サブダイヤフラム３の下面が
その内周面側からメインダイヤフラム２の上面に漸次当
接して行き、メインダイヤフラム２の曲げをサブダイヤ
フラム３が受けることになる（図５参照）。これによ
り、メインダイヤフラム２の屈曲のときに発生する曲げ
応力が溶接部に直接掛かるのを防止することができると
共に、メインダイヤフラム２に急峻な曲がりが発生する
のを防止することができる。又、サブダイヤフラム３が
メインダイヤフラム２の曲げを受けると、該サブダイヤ
フラム３の外周縁部が上方へ漸次弾性変形して行く。こ
れにより、メインダイヤフラム２に無理な応力が掛かる
こともない。その結果、メインダイヤフラム２の溶接部
に大きな応力が掛かったり、メインダイヤフラム２の他
の部分に無理な応力が掛かったりすると云うこともな
く、メインダイヤフラム２の耐用年数が長くなることに
なる。

【００２３】そして、ステム５が一定ストロークだけ下
降すると、ディスク７に設けたシート９が弁座１ｄに当
座し、流入通路１ａと流出通路１ｂとの間を閉鎖するこ
とになる。尚、メインダイヤフラム２の変位量は、逆皿
形のメインダイヤフラム２の中央部が下方へ引っ繰り返
らないように選定されている。

【００２４】一方、ハンドル６の回転操作によりステム
５を上昇させると、ディスク７が漸次上昇すると共に、
これに伴ってメインダイヤフラム２がその弾性力によっ
て始めの形状に漸次復元して行く。これにより、シート
９が弁座１ｄから離座し、流入通路１ａと流出通路１ｂ
との間を開放することになる。又、メインダイヤフラム
２の復元に伴い、サブダイヤフラム３もその弾性力によ
り始めの形状に漸次復元して行く。

【００２５】尚、上記実施例のダイヤフラム弁にあって
は、メインダイヤフラム２の内周端縁部を、ディスク７
の軸部７ｂで且つシート部７ａから上方へ離間した位置
（段部７ｅ部分）に固着するようにしている為、メイン
ダイヤフラム２の下面とディスク７上面との間に流体が
噛み込むような幅の狭い間隙が形成されると云うことも
ない。その結果、ガスの置換性が大幅に向上することに
なる。又、このダイヤフラム弁は、各ダイヤフラム２と
ディスク７の軸部７ｂとをサブダイヤフラム３の上方側
から溶接Ｗしてこれらを固着一体化するようにしている
為、溶接時に蒸発した金属成分等が流体に接触する部分
（例えば金属製ダイヤフラム２の裏面等）に付着すると
云うこともない。その結果、ダイヤフラム弁内を流れる
流体の純度が低下するのを防止することができる。然
も、溶接も一回で済み、作業能率の向上を図れる。

【００２６】図６は本発明の第２実施例に係るダイヤフ
ラム弁の要部の拡大断面図であり、このダイヤフラム弁
は、上記第１実施例のダイヤフラム弁の変形例を示した
ものであり、メインダイヤフラム２及びサブダイヤフラ
ム３の内周端縁部を軸部７ｂの段部７ｅと連結部７ｃの
下端面とで挾持し、この挾持部分（各ダイヤフラム２，
３の内周端縁部と軸部７ｂの段部７ｅ部分と連結部７ｃ
の下端部分）を上方及び下方の両面から電子ビーム溶接
により全周に亘って溶接Ｗしてこれら三者を固着一体化
したものである。その他の構成は上記第１実施例のダイ
ヤフラム弁と同様構造に構成されている。尚、図６に於
いて、１はボディ、１ａは流入通路、１ｂは流出通路、
１ｃは弁室、１ｄは弁座、１ｅは段部、１ｆは雌ネジ
部、４はボンネット、４ａは雄ネジ部、４ｂは雌ネジ
部、５はステム、５ａは雄ネジ部、５ｂは切欠部、８は
ボンネットインサート、９はシートである。

【００２７】このダイヤフラム弁も、上記第１実施例の
ダイヤフラム弁と同様の作用効果を奏することができ
る。特に、このダイヤフラム弁は、各ダイヤフラム２，
３とディスク７の溶接時に各ダイヤフラム２，３の内周
縁部を軸部７ｂの段部７ｅと連結部７ｃの下端面とで挾
持することができる為、溶接作業を簡単に行なえる。

【００２８】上記各実施例に於いては、メインダイヤフ
ラム２を複数枚の極薄金属板で構成したが、メインダイ
ヤフラム２を一枚の金属薄板で構成するようにしても良
い。この場合にも、上記と同様の作用効果を奏すること
ができる。

【００２９】上記各実施例に於いては、サブダイヤフラ
ム３に４本のスリット３ｂを形成したが、スリット３ｂ
の数や長さ、形状等は上記実施例のものに限定されるも
のではなく、使用するメインダイヤフラム２の材質や弾
性変形量等に応じて所定の曲げ具合を発揮することがで
きれば、如何なるものであっても良い。又、サブダイヤ
フラム３のスリット３ｂを省略するようにしても良い。

【００３０】上記各実施例に於いては、サブダイヤフラ
ム３を一枚の極薄金属板により形成したが、他の実施例
に於いては、図７に示すように複数枚の極薄金属板を重
ね合わせることによりサブダイヤフラム３を形成するよ
うにしても良い。

【００３１】上記各実施例に於いては、各ダイヤフラム
の中央部にディスク７の軸部７ｂを挿通して各ダイヤフ
ラム２，３の内周端縁部と軸部７ｂとを溶接により固着
一体化するようにしたが、他の実施例に於いては、ダイ
レクトタイプのダイヤフラム弁に本発明を適用するよう
にしても良い。即ち、図８に示す如く、弁室１ｃ内に弁
座１ｄへ直接当離座するように配設した逆皿形のメイン
ダイヤフラム２の上面側中央部に、皿形のサブダイヤフ
ラム３の中央部を溶接により固着一体化し、メインダイ
ヤフラム２の曲げをサブダイヤフラム３で受けるように
しても良い。尚、図８に於いて、１ａは流入通路、１ｂ
は流出通路、１ｅは段部、１ｆは雌ネジ部、４はボンネ
ット、４ａは雄ネジ部、５はステム、８はボンネットイ
ンサート、１４は各ダイヤフラム２，３を下方へ押圧す
るダイヤフラム押えである。

【００３２】上記各実施例に於いては、ステム５を手動
により昇降動させるようにしたが、ステム５を流体圧シ
リンダ等のアクチュエーター（図示省略）を用いて自動
により昇降動させるようにしても良い。

【００３３】上記各実施例に於いては、各ダイヤフラム
２，３とディスク７とを電子ビーム溶接により固着一体
化するようにしたが、他の溶接（例えばレーザー溶接
等）により両者を固着一体化するようにしても良い。

【００３４】

【発明の効果】上述の通り、本発明のダイヤフラム弁
は、弁座に間接的若しくは直接的に当離座する金属製の
メインダイヤフラムの上面側に、外周縁部側が上下方向
へ弾性変形可能な金属製のサブダイヤフラムを配設し、
メインダイヤフラムの曲げを前記サブダイヤフラムによ
り受けるように構成している為、メインダイヤフラムの
曲げをサブダイヤフラムが受けたときに該サブダイヤフ
ラムの外周縁部が上方へ漸次弾性変形して行くことにな
る。その結果、メインダイヤフラムに無理な応力が掛か
ることもなく、メインダイヤフラムの耐用年数が長くな
ることになる。又、サブダイヤフラムの外周縁部に等角
度毎に放射状のスリットを形成したり、サブダイヤフラ
ムを複数枚の金属板を重ね合わせることにより構成した
場合には、サブダイヤフラムの曲げ具合を任意に調整す
ることができ、使用するメインダイヤフラムの材質や弾
性力等に応じたものとすることができ、極めて好都合で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るダイヤフラム弁の縦
断面図である。

【図２】第１実施例に係るダイヤフラム弁の要部の拡大
縦断面図である。

【図３】第１実施例に係るダイヤフラム弁の各ダイヤフ
ラムとディスクとの溶接個所の拡大縦断面図である。

【図４】サブダイヤフラムの拡大平面図である。

【図５】メインダイヤフラム及びサブダイヤフラムが弾
性変形した状態の要部の拡大縦断面図である。

【図６】本発明の第２実施例に係るダイヤフラム弁の要
部の拡大縦断面図である。

【図７】サブダイヤフラムを複数枚の金属板により構成
した場合の図２と同様の拡大縦断面図である。

【図８】ダイレクトタイプのダイヤフラム弁に本発明を
適用した場合の図２と同様の拡大縦断面図である。

【図９】従来のダイヤフラム弁の縦断面図である。

【図１０】従来のダイヤフラム弁のダイヤフラムが弾性
変形した状態の要部の拡大縦断面図である。

【符号の説明】

１はボディ、１ａは流入通路、１ｂは流出通路、１ｃは
弁室、１ｄは弁座、２はメインダイヤフラム、３はサブ
ダイヤフラム、３ｂはスリット、４はボンネット、５は
ステム。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入通路（１ａ）及び流出通路（１ｂ）
   に連通する凹状の弁室（１ｃ）の底面に弁座（１ｄ）を
   設けたボディ（１）と、弁室（１ｃ）内に弁座（１ｄ）
   と対向するように配設され、弁室（１ｃ）の気密を保持
   すると共に上下方向へ弾性変形して弁座（１ｄ）に間接
   的若しくは直接的に当離座する金属製のメインダイヤフ
   ラム（２）と、ボディ（１）に固定され、メインダイヤ
   フラム（２）の外周縁部をボディ（１）との間で挾圧保
   持するボンネット（４）と、ボンネット（４）に昇降自
   在に挿通支持され、メインダイヤフラム（２）を弾性変
   形させるステム（５）とを具備したダイヤフラム弁に於
   いて、前記メインダイヤフラム（２）の上面側に、外周
   縁部側が上下方向へ弾性変形可能な金属製のサブダイヤ
   フラム（３）を配設し、該サブダイヤフラム（３）は、
   その中央部側がメインダイヤフラム（２）の中央部側に
   固着されていると共に、メインダイヤフラム（２）が弾
   性変形したときにその上面側に当接してメインダイヤフ
   ラム（２）の曲げを受けるように構成されていることを
   特徴とするダイヤフラム弁。
2. 【請求項２】 サブダイヤフラム（３）の外周縁部に、
   等角度毎に放射状のスリット（３ｂ）を形成したことを
   特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム弁。
3. 【請求項３】 サブダイヤフラム（３）を、複数枚の金
   属板を重ね合わせることにより構成したことを特徴とす
   る請求項１又は請求項２に記載のダイヤフラム弁。