JPH0875017A

JPH0875017A - ダイヤフラム弁

Info

Publication number: JPH0875017A
Application number: JP21146494A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Sugano; 洋一菅野; Atsushi Yamashima; 淳山島
Original assignee: Motoyama Eng Works Ltd
Current assignee: Motoyama Eng Works Ltd
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】弁座の変形や損傷を防止でき、駆動部の小型
化が図れ、また多様な材質の弁座を使用することができ
るダイヤフラム弁を提供する。【構成】流入路１ａと流出路１ｂを有する本体１、本
体１の内側に嵌合された中空筒状のガイド部材２、ガイ
ド部材２の中央部に設けられた弁軸３、アクチュエータ
カバー５、エアー供給口６、並びに弁軸３の上部にこれ
と一体に形成された駆動部７、ガイド部材２の底部に位
置するダイヤフラム押え９、ダイヤフラム押え９の中央
に位置する第２のアクチュエータ部材１０、第２のアク
チュエータ部材１０の内側に位置する第１のアクチュエ
ータ部材１１、から構成される。第２のアクチュエータ
部材１０は駆動部７により、また第１のアクチュエータ
部材１１はばね１２により、それぞれ駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤフラム弁に関
し、半導体や液晶等の製造分野を中心にした、一般ガス
や液用のライン、特に高純度ライン、特殊ガスライン、
あるいはサンプリングライン等に好適に用いることがで
きる、メタルダイヤフラム弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなダイヤフラム弁の従来構造
の一例として、例えば半導体製造ラインの超高純度ガス
のガス配管系において用いられるダイヤフラム弁を、図
４に示した。この例は、より詳しくは、ダイレクトシー
ル型ダイヤフラム弁であり、流入路１０１ａと流出路１
０１ｂを有する本体１０１、本体１０１の内側に嵌合さ
れたガイド部材１０２、ガイド部材１０２の中央部に位
置する弁軸１０３、アクチュエータカバー１０５、エア
ー供給口１０６、並びに弁軸１０３の上部に形成された
駆動部１０７、等から構成される。

【０００３】弁軸１０３の外周には、弁軸１０３とガイ
ド部材１０２との間を密封用の気密リング１０８が設け
られる。ガイド部材１０２の底部には、ダイヤフラム押
え１０９が位置する。ダイヤフラム押え１０９の中央の
通孔内には中継ボール１１０が収納される。中継ボール
１１０の下にはアクチュエータボタン１１１が位置す
る。本体１０１の流入路１０１ａと流出路１０１ｂの上
部には、シート（弁座）１１２がシートホルダー１１３
によって取り付けられる。シート１１２の上部とダイヤ
フラム押え１０９との間には、ダイヤフラム（メタルダ
イヤフラム）１１４が配置される。

【０００４】ダイヤフラム１１４は、流入路１０１ａと
流出路１０１ｂの間を開閉する弁体として機能し、図５
に詳しく示したように、ダイヤフラム押え１０９の外周
部下面とシートホルダー１１３との間で挟持され、ダイ
ヤフラム１１４の中央部がシート１１２に接触あるいは
離間する。ダイヤフラム１１４の開閉は、エアー供給口
１０６への圧搾空気の供給により行われる。

【０００５】そして、この従来構造では、ダイヤフラム
１１４を変形させてシート１１２をシールさせる力を、
駆動部１０７からアクチュエータボタン１１１を介して
加える構成としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来構造では、上記の
ように、１つの駆動部から単体のアクチュエータボタン
を介して力を加えてダイヤフラムを変形させ、弁座をシ
ールする構成としている。ところがこの場合、流入路と
流出路を通る流体圧によりダイヤフラムの下部に加わる
内圧、並びにダイヤフラムを変形させる力が大きく、こ
のため、ダイヤフラムにより弁座をシールするための力
が相対的に小さくなるという問題がある。

【０００７】特に高圧用弁の場合は、常に最高使用圧に
対抗する力が最大となる。つまり、最高使用圧に対抗す
る力＞ダイヤフラムを変形させる力＞シールするための
力、の関係となる。なお、最高使用圧に対抗する力と
は、メタルダイヤフラムの場合、ダイヤフラムの有効面
積×最高使用圧のことを指す。

【０００８】そして、従来構造の場合、上記の対抗する
力、変形させる力、並びにシールするための力の総合力
に打ち勝つ力を、駆動部から単一のアクチュエータボタ
ンを介してダイヤフラムに一体として加えるように設計
される。このため、ダイヤフラムが弁座に接着した場
合、あるいは上記の内圧が最高使用圧より低い場合等に
は、過大な力が弁座に付加されてしまう。そしてこのた
め、弁座に過大な応力が発生して必要以上に変形した
り、または、弁座の変形に応じてダイヤフラムの変形量
が増大してダイヤフラムの寿命が縮まってしまう等の問
題が生じる。

【０００９】また、上記のように弁座に必要以上の過大
な力が加わることから、使用可能な弁座（シート材質）
が比較的材質の硬いものに制限されるという問題もあ
る。

【００１０】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
べくなされたものであり、過大な力が加わることによる
弁座及びダイヤフラムの変形や損傷を防止することがで
き、駆動部の小型化が図れ、また多様な材質の弁座を使
用することができるダイヤフラム弁を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するべくなされたものであり、流体の流入路と流出路
とを有する本体と、流入路の周囲に配された弁座と、弁
座の上に配置されて流入路と流出路の間の開閉を行うダ
イヤフラムと、ダイヤフラムの上部に設けられたアクチ
ュエータボタン、アクチュエータボタンを上下方向に駆
動する駆動部とを備えたダイヤフラム弁において、アク
チュエータボタンを、ダイヤフラムの内側部分の上部に
位置する第１のアクチュエータ部材と、ダイヤフラムの
外側部分の上部に位置する第２のアクチュエータ部材と
からなる構成とする。

【００１２】

【作用】本発明のダイヤフラム弁では、アクチュエータ
ボタンを、弁座のシール力に対抗する第１のアクチュエ
ータ部材と、内圧がメタルダイヤフラムを押し上げる力
に対抗する第２のアクチュエータ部材とに分離し、これ
らを別々に駆動する構成としたものである。そしてこの
ため、弁座には第１のアクチュエータ部材によって弁座
をシールするのに必要なだけの力を加えることができ
る。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）図１に本発明の実施例のダイヤフラム弁の
構造を示した。このダイヤフラム弁は、流体の流入路１
ａと流出路１ｂを有する本体１、本体１の内側に嵌合さ
れた中空筒状のガイド部材２、ガイド部材２の中央部に
設けられた弁軸３、アクチュエータカバー５、エアー供
給口６、並びに弁軸３の上部にこれと一体に形成された
駆動部７等から構成される。なお、駆動部７は、図にお
いて左側の駆動部７ａをＮＯ（常開）型の構造として、
また右側の駆動部７ｂをＮＣ（常閉）型の構造として、
それぞれ示した。

【００１４】弁軸３の外周には、弁軸３とガイド部材２
との間を密封するための気密リング８が設けられてい
る。ガイド部材２の底部にはダイヤフラム押え９が位置
している。ダイヤフラム押え９の中央に形成された通孔
内には、第２のアクチュエータ部材１０が位置してい
る。第２のアクチュエータ部材１０の内側には第１のア
クチュエータ部材１１が位置している。ここで、第１の
アクチュエータ部材１１の上面と第２のアクチュエータ
部材１０の内底面との間にはばね１２が設けられてい
る。また、第２のアクチュエータ部材１０の上面は弁軸
３の下面に当接されている。

【００１５】本体１の中央部の流入路１ａと流出路１ｂ
の上部には、円筒状のシート（弁座）１３がシートホル
ダー１４により取り付けられている。またシート１３の
上部とダイヤフラム押え９との間には、ダイヤフラム１
５が配置されている。なお、以上の構成において本体１
やシートホルダー１４はステンレススチールで、シート
１３は三フッ化エチレン樹脂やポリイミドあるいは４フ
ッ化エチレン樹脂の合成樹脂で、ダイヤフラム１５はニ
ッケル合金等で、それぞれ構成される。

【００１６】ダイヤフラム１５は、流入路１ａと流出路
１ｂとの間の通路を開閉する弁体として機能する。即
ち、ダイヤフラム１５はダイヤフラム押え９の外周部下
面とシート１３との間で挟持されて、その中央部分がシ
ート１３に離間あるいは接触することで、流入路１ａと
流出路１ｂとの間の通路が開閉するのである。

【００１７】この実施例において、ダイヤフラム１５に
よるシート１３のシールは、次のようにして行われる。
すなわち、駆動部７が左側のＮＯ型の駆動部７ａの場
合、まずエアー供給口６に圧搾空気を供給する。する
と、駆動部７が下方に押し下げられ、その際には弁軸３
により、外側に位置する第２のアクチュエータ部材１０
が押し下げられる。

【００１８】ここで、アクチュエータカバー５の内側部
分の位置のガイド部材２には、突起状のストッパー２ａ
が形成されている。そしてこのストッパー２ａにより、
駆動部７の下降位置は制限される。つまり、駆動部７お
よび第２のアクチュエータ部材１０の下降運動は、シー
ト１３がシールする直前に、ストッパー２ａにより停止
する。このため、駆動部７による駆動力がそのままシー
ト１３に加わることはない。そしてこの停止状態におい
ては、第２のアクチュエータ部材１０の下面とシートホ
ルダー１４の上面との間においてダイヤフラム１５の外
周部が挟持されており、これにより内圧によるダイヤフ
ラム１５が押し上げられる力に対抗した状態となる。

【００１９】次いでこの停止状態において、内側に位置
する第１のアクチュエータ部材１１がばね１２の弾性力
によりシート１３に押し付けられて、シート１３はシー
ルされる。これにより、ダイヤフラム１５とシート１３
とが密着し、ダイヤフラム１４が閉の状態となる。

【００２０】また、上記圧搾空気の供給を解除した場合
には、駆動部７が内側のばねの弾性により押し上げられ
る結果、ダイヤフラム１５とシート１３との間に隙間が
でき、ダイヤフラム１５が開の状態となる。

【００２１】一方、駆動部７が右側のＮＣ型の駆動部７
ｂの場合には、圧搾空気が供給されていない状態では、
駆動部７が内部のコイルばねの弾性によって下方に押し
下げられる。この場合、アクチュエータカバー５の内側
部分に設けられた上記同様な突起状のストッパー２ｂに
よって駆動部７の下降位置は制限され、駆動部７および
第２のアクチュエータ部材１０の下降運動は、シート１
３がシールする直前に停止される。また、この停止状態
においては、上記と同様に、第１のアクチュエータ部材
１１がばね１２の弾性力によりシート１３に押し付けら
れてシート１３がシールされて、ダイヤフラム１４が閉
の状態となる。

【００２２】また、圧搾空気をエアー供給口６から供給
した場合には、駆動部７が押し上げられる結果、ダイヤ
フラム１５とシート１３との間に隙間ができ、ダイヤフ
ラム１５が開の状態となる。

【００２３】（実施例２）図２に本発明の他の実施例の
ダイヤフラム弁の構造を示した。このダイヤフラム弁
は、流体の流入路２１ａと流出路２１ｂを有する本体２
１、本体２１の内側に嵌合された中空筒状のガイド部材
２２、ガイド部材２２の内側に設けられた第２のアクチ
ュエータ部材３０、第２のアクチュエータ部材３０の内
側に位置する弁軸２３、ダイヤフラム弁の上部に位置す
るアクチュエータカバー２５、アクチュエータカバー２
５の上部中央に形成されたエアー供給口２６、並びに弁
軸２３の上部にこれと一体に形成された駆動部２７等か
ら構成される。

【００２４】弁軸２３の外周等には、Ｏリング等からな
る気密リングが適宜設けられている。ガイド部材２２の
底部にはダイヤフラム押え２９が位置している。ダイヤ
フラム押え２９の内側には、上記の第２のアクチュエー
タ部材３０の下端部が位置している。またこの下端部の
内側には、断面Ｔ字状の第１の押圧部材３１ａ、ボール
状の第２の押圧部材、板状の第３の押圧部材３１ｃ、第
１のアクチュエータ部材３１が順次縦方向に位置してい
る。

【００２５】本体２１の中央部の流入路２１ａと流出路
２１ｂの上部には、円筒状のシート３３がシートホルダ
ー３４により取り付けられている。またシート３３とダ
イヤフラム押え２９との間には、ダイヤフラム３５が配
置されている。なお、以上の構成において、本体２１、
シート３３、シートホルダー３４、ダイヤフラム３５等
は、上記した実施例と同様な材質で構成される。

【００２６】ダイヤフラム３５は、流入路２１ａと流出
路２１ｂとの間の通路を開閉する弁体として機能するも
ので、ダイヤフラム押え２９とシート３３との間で挟持
され、その中央部分がシート３３に離間あるいは接触す
ることで、流入路２１ａと流出路２１ｂとの間の通路が
開閉する。

【００２７】更に、第２のアクチュエータ部材３０の上
部には、エアー供給口２６から供給された圧搾空気によ
り駆動される駆動部３０ａが設けられている。この駆動
部３０ａは、上記圧搾空気が供給されない通常状態で
は、ばね３０ｂにより図において下方向に押圧されてい
る。また、第１のアクチュエータ部材３１を押圧する弁
軸２３の上部の駆動部２７も、エアー供給口２６から供
給された圧搾空気により駆動され、また、圧搾空気が供
給されない通常状態では、ばね２７ａにより図において
下方向に押圧されている。

【００２８】ここで、ばね３０ｂの押圧力は、ばね２７
ａの押圧力よりも大きく設定されている。従って、エア
ー供給口２６から供給される圧搾空気の圧力が比較的小
さい状態では、駆動部２７がばね２７ａの押圧力に抗し
て図において上移動するが、駆動部３０ａはばね３０ｂ
の押圧力により図において下位置にある。また、エアー
供給口２６から供給される圧搾空気の圧力が大きい状態
では、駆動部３０ａはばね３０ｂの押圧力に抗して図に
おいて上移動するようになる。

【００２９】この実施例において、ダイヤフラム３５に
よるシート３３のシール動作は、基本的には上記した実
施例と同様であり、次のように行われる。

【００３０】まず、圧搾空気が供給されていない状態で
は、駆動部３０ａ、２７がばね３０ｂ、２７ａの弾性に
よってそれぞれ下方に押し下げられる。この場合、ガイ
ド部材２２の内側部分との係止によって駆動部３０ｂの
下降位置は制限され、駆動部３０ｂおよび第２のアクチ
ュエータ部材３０の下降運動は、シート３３がシールす
る直前に停止される。また、この停止状態においては、
第１のアクチュエータ部材３１が駆動部２７のばね２７
ａの弾性力によりシート３３に押し付けられてシート３
３がシールされて、ダイヤフラム３４が閉の状態とな
る。

【００３１】また、圧搾空気をエア−供給口６から供給
した場合、圧搾空気圧が低い状態では、駆動部２７が押
し上げられる結果、ダイヤフラム１５とシート１３との
間に隙間ができ、ダイヤフラム１５が開の状態となる。
そしてこのように、エアー供給口６から低い圧搾空気を
供給し、すなわち比較的小さな駆動力で、シートシール
用の第１のアクチュエータ部材３１を駆動させて、シー
ト３３のシールを動作することができる。

【００３２】（実施例３）図３に別の実施例のダイヤフ
ラム弁の構造を示した。このダイヤフラム弁は、図２に
示した実施例と次の点で異なる以外は同様な構造なの
で、同一部分には同じ符号を用い、また同じ構造の個所
は説明を省略する。

【００３３】すなわち、図３のダイヤフラム弁では、第
１のアクチュエータ部材３１と第２のアクチュエータ部
材３０とを別のガス圧により駆動している。そしてこの
ため、第１のアクチュエータ部材３１の駆動用の駆動部
２７に圧搾空気圧を供給するためのエアー供給口２６、
並びに第２のアクチュエータ部材３０の駆動用の駆動部
３０ａに圧搾空気圧を供給するためのエアー供給口２７
を備えている。その他の構成は、図２の実施例と同様で
ある。

【００３４】ここで、図示した例では、エアー供給口２
６をアクチュエータカバー２５の上部中央に、またエア
ー供給口２７をガイド部材２２にそれぞれ形成したが、
これらに限定されることなく、適宜な個所に形成できる
ことは言うまでもない。

【００３５】この実施例におけるダイヤフラム３５によ
るシート３３のシール動作は、図２の実施例と同様であ
るため、説明は省略する。

【００３６】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、アクチュ
エータボタンをダイヤフラムの内側部分の上部に位置す
る第１のアクチュエータ部材と、ダイヤフラムの外側部
分の上部に位置する第２のアクチュエータ部材とに分割
し、これらを別々に駆動する構成としたので、次のよう
な効果が期待できる。

【００３７】（１）弁座に弁座をシールするのに必要な
だけの力を加えることができ、過大な力を加える必要が
ないため、弁座の寿命の向上が図れ、弁座の過大な変形
を防止できる。特に、高圧用弁（例えば１５０ｋｇ／ｃ
ｍ²）を最高使用圧力以下で使用する場合や、流体、熱
等によって軟化するような弁座材料の場合に有効であ
り、寿命向上や変形防止が図れる。また、過大な弁座へ
の力による弁座への損傷が著しくてパーティクルが発生
しやすかったオールメタルシールに有効に使用できる。

【００３８】（２）弁座のシールのために必要な力だけ
を加えれば良いため、駆動力が小さくて済み、駆動部が
小型化できる。

【００３９】（３）弁座へ過大な力が加わるのが防止で
きるため、従来は使用できなかった比較的柔らかい材料
を弁座に使用できる。例えば、従来のポリイミド、３フ
ッ化エチレン樹脂の代わりに、４フッ化エチレン樹脂を
使用できる。そして、このため、従来の材料では使用で
きなかった各種の特殊ガスの場合でも、有効に使用する
ことができる。また従来は、樹脂製の弁座を用いた構成
では使用が難しかった２００ｋｇ／ｃｍ²を超える超高
圧用にも、本発明のダイヤフラム弁の場合は使用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダイヤフラム弁の実施例の断面図であ
る。

【図２】本発明のダイヤフラム弁の他の実施例の断面図
である。

【図３】本発明のダイヤフラム弁の別の実施例の断面図
である。

【図４】ダイヤフラム弁の従来例の断面図である。

【図５】図４の従来例の要部拡大図である。

【符号の説明】

１、２１本体、１ａ、２１ａ流入路、１ｂ、２１ｂ流出路、２、２２ガイド部材、３、２３弁軸、６、２６、２７エアー供給口、７、２７、３０ａ駆動部、９、２９ダイヤフラム押え、１０、３０第２のアクチュエータ部材、１１、３１第１のアクチュエータ部材、１２、２７ａ、３０ｂばね、１３、３３シート（弁座）、１４、３４シートホルダー、１５、３５ダイヤフラム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流入路と流出路とを有する本体
と、前記流入路の周囲に配された弁座と、前記弁座の上
に配置されて前記流入路と前記流出路の間の開閉を行う
ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの上部に設けられた
アクチュエータボタン、前記アクチュエータボタンを上
下方向に駆動する駆動部とを備えたダイヤフラム弁にお
いて、前記アクチュエータボタンが、前記ダイヤフラム
の内側部分の上部に位置する第１のアクチュエータ部材
と、前記ダイヤフラムの外側部分の上部に位置する第２
のアクチュエータ部材とからなることを特徴とするダイ
ヤフラム弁。
【請求項２】前記駆動部が前記第１のアクチュエータ
部材を駆動する第１の駆動部分と、前記第２のアクチュ
エータ部材を駆動する第２駆動部分とからなることを特
徴とする請求項１に記載のダイヤフラム弁。
【請求項３】前記第１の駆動部分がばねにより駆動さ
れ、前記第２の駆動部分がガス圧により駆動されること
を特徴とする請求項２に記載のダイヤフラム弁。
【請求項４】前記第１の駆動部分と前記第２の駆動部
分がガス圧により駆動されることを特徴とする請求項２
に記載のダイヤフラム弁。
【請求項５】前記第１の駆動部分と前記第２の駆動部
分が別々のガス圧により駆動されることを特徴とする請
求項４に記載のダイヤフラム弁。