WO2010061731A1 - ダイヤフラム弁 - Google Patents

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WO2010061731A1
WO2010061731A1 PCT/JP2009/069194 JP2009069194W WO2010061731A1 WO 2010061731 A1 WO2010061731 A1 WO 2010061731A1 JP 2009069194 W JP2009069194 W JP 2009069194W WO 2010061731 A1 WO2010061731 A1 WO 2010061731A1
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WO
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diaphragm
valve
outer periphery
bonnet
valve body
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/069194
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English (en)
French (fr)
Inventor
浩一 鈴木
康広 千葉
俊勝 目黒
Original Assignee
株式会社ハムレット・モトヤマ・ジャパン
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
    • F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K7/00—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves
    • F16K7/12—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm
    • F16K7/14—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat
    • F16K7/16—Diaphragm valves or cut-off apparatus, e.g. with a member deformed, but not moved bodily, to close the passage ; Pinch valves with flat, dished, or bowl-shaped diaphragm arranged to be deformed against a flat seat the diaphragm being mechanically actuated, e.g. by screw-spindle or cam

Definitions

  • the present invention relates to a diaphragm valve which is used in a gas supply system or the like in a semiconductor manufacturing process or a liquid crystal manufacturing process and has a structure in which a valve body made of a diaphragm is directly contacted and separated from a valve seat to open and close a fluid flow path.
  • Such a diaphragm valve is particularly suitable for reactions such as a High-K film using rare metals such as La (lanthanum) and Pr (praseodymium), and a ferroelectric film using Pb (lead) (for example, PZT). It is used for blocking or controlling the flow rate of a film forming material that is high in temperature and difficult to control temperature.
  • the diaphragm valve for ultra-high cleaning and high temperature resistance adopting the structure considering the use in the high temperature environment or the vacuum environment where the whole valve is 250 ° C. or higher (particularly 300 ° C. or higher) is a recent film forming technology. Etc. are used.
  • FIG. 6 shows an example of such a high-cleaning / high-temperature diaphragm valve, which surrounds the valve body 1 in which the pressure gas inflow passage 1a and the outflow passage 1b are formed, and the valve chamber inlet of the inflow passage 1a.
  • the diaphragm 3 disposed opposite to the valve seat 2 disposed in this manner, the diaphragm deforming member 4 disposed opposite to the valve seat 2 across the diaphragm 3, the diaphragm deforming member 4 being slidably held, and the diaphragm 3
  • the holder 5 which presses the back surface side periphery independently of the diaphragm deformation member 4 and the bonnet 6 holding the holder 5 are provided.
  • the valve body 1 is integrally formed with a cylindrical support 1c that surrounds the vicinity of the valve chamber inlet of the inflow passage 1a and the vicinity of the valve chamber outlet of the outflow passage 1b.
  • a female screw (not shown) is formed on the inner wall surface of the support portion 1c.
  • the bonnet 6 is integrally formed with a male screw (not shown) that is screwed with a female screw formed on the inner wall surface of the support portion 1c. Therefore, the holder 5 can be fixed to the valve body 1 by screwing the male screw with the female screw of the support portion 1c.
  • the outer peripheral edge of the diaphragm 3 is held in an airtight manner by the valve body 1 and the holder 5 (or bonnet 6) (for example, see Patent Document 1).
  • valve body 1 and the diaphragm 3 are connected and fixed so as to reduce external leakage by being pressed by the output of a screw (not shown) provided in the bonnet 6 through the holder 5.
  • the inner diameter of the support portion 1c for tightening the bonnet 6 needs to be larger than the outer diameter of the diaphragm 3, and the valve body 1 needs to be enlarged accordingly.
  • the diaphragm 3 to be used is very thin (for example, about 0.1 mm to 0.2 mm), and the dome is convex in a direction away from the valve seat when the valve is opened.
  • Ni-Co nickel-cobalt
  • the diaphragm 3 to be used is very thin (for example, about 0.1 mm to 0.2 mm), and the dome is convex in a direction away from the valve seat when the valve is opened.
  • the present invention provides a diaphragm valve that can reduce the number of parts and material costs, and can contribute to the miniaturization and weight reduction of the entire valve.
  • the diaphragm valve of the present invention has a valve body having a valve chamber inlet and a valve chamber outlet, a valve seat provided in the valve body so as to surround the valve chamber inlet, and approaches and separates from the valve seat.
  • a diaphragm valve comprising: a diaphragm that opens and closes the valve; and a bonnet that sandwiches the outer peripheral edge of the diaphragm with the valve body. The outer peripheral edge of the diaphragm, the outer periphery of the valve body, and the outer periphery of the bonnet And are joined by welding over the entire circumference.
  • the holder for pressing the diaphragm can be eliminated, and the screws for fixing the valve body and the bonnet can be eliminated, thereby reducing the number of parts.
  • it can contribute to the miniaturization of the valve body and bonnet.
  • the diaphragm valve according to claim 2 is a valve body having a valve chamber inlet and a valve chamber outlet, a valve seat provided in the valve body so as to surround the valve chamber inlet, and surrounding the valve seat.
  • a substantially cylindrical bonnet welded and fixed to the outer peripheral edge, and an axial stem that is supported inside the bonnet so as to be displaceable along the axial direction, and moves the diaphragm toward and away from the valve seat by the displacement;
  • a drive member for displacing the stem, and at least the bonnet and the stem are components or structures resulting from components of the drive member. Wherein the not protrude outside of the peripheral wall with the exception of.
  • an overall simple and slim diaphragm valve composed of a minimum number of constituent members and configurations, excluding the constituent members or structures resulting from the constituent elements of the driving member that displaces the stem. Can be configured.
  • the diaphragm valve according to claim 3 is a valve body having a valve chamber inlet and a valve chamber outlet, a valve seat provided in the valve body so as to surround the valve chamber inlet, and approaching the valve seat A valve that opens and closes by being separated, and a dome-shaped disc that is convex in a direction away from the valve seat when the valve is opened, and a bonnet that sandwiches the outer peripheral edge of the diaphragm with the valve body.
  • the provided diaphragm valve at least overlapping portions of the outer periphery of the valve body and the outer peripheral edge of the diaphragm are aligned with each other.
  • the diaphragm valve according to claim 4 is characterized in that at least overlapping portions of the outer periphery of the bonnet and the outer peripheral edge of the diaphragm are aligned with each other.
  • the diaphragm valve of the fourth aspect for example, when the outer peripheral edge of the diaphragm is pressed by the outer periphery of the bonnet, the problem that the diaphragm is crushed can be solved. Further, when the diaphragm is fixed by welding, the bonnet can be functioned as a presser for preventing the displacement and the deformation of the diaphragm.
  • the diaphragm according to claim 5 is characterized in that the outer periphery of the valve body and the outer periphery of the bonnet are provided with an annular flange in which the vicinity of the overlapping portion with the diaphragm protrudes according to the diameter of the diaphragm.
  • the diaphragm valve of the fifth aspect not only can the welding jig for welding and fixing the diaphragm be easily opposed to the welding location (annular flange), but also the radial welding range of the diaphragm can be reduced. It can be easily set by changing the protruding amount.
  • the diaphragm according to claim 6 is characterized in that the diaphragm is made of a Ni-Co alloy, and the valve seat is made of a material which is provided integrally with or separate from the valve body and has a hardness lower than that of the diaphragm.
  • the material of the valve seat is preferably, for example, one of PCTFE, PFA, PI which is a resin or SUS316L which is a metal as a main component.
  • the valve seat is hardly damaged even when the valve is opened and closed repeatedly, and high sealing performance can be secured.
  • the diameter of the diaphragm is equal to the diameter of the annular flange.
  • a wrap margin between the outer periphery of the valve body and the outer peripheral edge of the diaphragm is narrower than a wrap margin between the outer periphery of the bonnet and the outer peripheral edge of the diaphragm.
  • the diaphragm valve according to claim 9 is characterized in that a wrap margin between the valve body and the diaphragm is 1 ⁇ 2 or less of a lap margin between the bonnet and the diaphragm.
  • the diaphragm valve according to claim 10 is characterized in that a lapping margin between the valve body and the diaphragm is 0.5 mm or less.
  • the method for assembling a diaphragm valve according to claim 11 is provided such that a valve seat is provided integrally with a metal valve body having a valve chamber inlet and a valve chamber outlet so as to surround the valve chamber inlet.
  • the diaphragm valve assembly method of the eleventh aspect the diaphragm can be assembled easily and reliably without the composition of the diaphragm being deformed.
  • the outer peripheral edge of the diaphragm formed of a dome-shaped disc convex in a direction away from the valve seat is made to coincide with the outer circumference of the valve body, and the outer circumference of the diaphragm is made to coincide with the outer circumference of the metal bonnet.
  • the diaphragm valve fixing method of the twelfth aspect can be fixed easily and simply in a simple step without causing compositional deformation of the diaphragm.
  • the diaphragm valve of the present invention provides a diaphragm valve that can reduce the number of parts and material costs, and can contribute to the miniaturization and weight reduction of the entire valve.
  • FIG. 4C is an explanatory diagram showing the relationship with the dome-shaped diaphragm
  • FIG. 8C is an explanatory diagram when the dome-shaped diaphragm is welded and fixed when the outer peripheral shape of the valve body and the outer peripheral shape of the bonnet are flattened. It is sectional drawing of the other diaphragm valve which concerns on one Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the conventional diaphragm valve.
  • Diaphragm valve 11 ... Valve body 11a ... Inflow passage 11b ... Outflow passage 11c ... Valve chamber 11d Bevel surface 11e End surface 11h Inner surface (relief surface) 11i ... port 11j ... port 11f ... outer wall 11g ... annular flange 12 ... valve seat 13 ... diaphragm 14 ... stem 14a ... base 14b ... shaft 15 ... bonnet 15a ... support surface 15b ... peripheral wall 15c ... annular flange 15d bevel surface 15e end face 16 ... Connecting member 16a ... Operating piece 17 ... Operating handle 18 ... Stem 19 ... Bonnet 20 ... Diaphragm valve 21 ... bomb 22 ... bomb 23 ... welding device body 24 ... plasma arc torch 25 ... tungsten electrode 26 ... first nozzle 27 ... first 2 nozzles 28 ... Shield nozzle
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a diaphragm valve according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front view of the diaphragm valve according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a diaphragm valve according to one embodiment of the present invention. It is the bottom view which abbreviate
  • a diaphragm valve 10 surrounds a valve body 11 having a pressure gas inflow passage 11a and an outflow passage 11b, and a valve chamber inlet of the inflow passage 11a.
  • a diaphragm 13 disposed opposite to the valve seat 12 held integrally with the valve body 11, a stem 14 having one end disposed opposite to the valve seat 12 with the diaphragm 13 interposed therebetween, and a stem 14 slidably held.
  • the bonnet 15, the connecting member 16 having a plurality of operation pieces 16 a penetrating the stem 14 in a state where one end is in contact with the upper surface of the bonnet 15, and the stem 14 is rotated integrally with the other end of the stem 14.
  • an operation handle 17 to be operated.
  • the outer peripheral edge of the diaphragm 13 is joined to the outer periphery of the valve body 11 and the outer periphery of the bonnet 15 by welding.
  • the holder 5 for pressing the diaphragm 3 shown in the prior art can be abolished, and the screws for fixing the valve body 1 and the bonnet 6 can be abolished.
  • the valve body 1 can be reduced in size by eliminating the support portion 1c and the male screw portion for screwing with the valve body 1 inside the support portion 1c can be eliminated.
  • the bonnet 6 can be reduced in size, the material cost can be reduced, and the entire valve can be reduced in size and weight.
  • valve body 11 a valve chamber 11c is formed around the inlet of the valve chamber of the inflow passage 11a, and the outflow passage 11b communicates with the inflow passage 11a through the valve chamber 11c.
  • the valve body 11 is an integrally molded product made of metal, and ports 11i and 11j protrude from the side surfaces, and an inflow passage 11a and an outflow passage 11b are formed on a center line including the ports 11i and 11j.
  • the projecting directions of the ports 11d and 11e are not particularly limited, such as orthogonal directions, as well as directions away from each other.
  • the valve body 11 is formed with an annular flange 11g projecting outward from the peripheral wall 11f, as shown in FIG.
  • the annular flange 15c of the bonnet 15 has an outer peripheral surface of a bevel surface 15d having an inclination and a truncated surface 15e serving as an end surface.
  • the annular flange 11g of the body 11 has an outer peripheral surface of a bevel surface 11d having an inclination and a truncated surface 11e serving as an end surface.
  • the groove angle is preferably in the range of 20 to 40 °. Within that range, there was less leakage when the diaphragm was closed than in the other ranges. Further, the angle (relief angle) ⁇ between the upper surface of the body 11 and the fluid passage inner surface 11h shown in FIG. 2 is preferably 30 ° or more. When the angle was 30 ° or more, there was less leakage when the diaphragm was closed than when the angle was less than 30 °.
  • the valve seat 12 may be completely integrated with a peripheral wall surrounding the periphery of the inlet of the valve chamber of the inflow passage 11a, or may be made of other materials.
  • Other materials used here include, for example, PCTFE (polychlorotrifluoroethylene, trifluoroethylene resin), which is a kind of fluororesin and excellent in mechanical strength, and fluorine that enables melt molding even in complicated shapes.
  • Heat resistance such as PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), which is a resin, or PI (polyimide) that has excellent heat resistance with little change in properties from low temperature to high temperature, and also has high impact resistance and dimensional stability Suitable non-metallic materials are suitable.
  • the valve seat 12 is preferably made of a material whose hardness is lower than that of the diaphragm 13 (for example, stainless steel such as SUS316L). Further, since the diaphragm 13 opens and closes the valve chamber inlet of the inflow passage 11a, there may be no peripheral wall surrounding the valve chamber inlet of the inflow passage 11a described above, but at least the tip of the valve seat 12 It is necessary to protrude from the bottom wall of the valve chamber 11c so as to surround the periphery of the inlet of the valve chamber of the inflow passage 11a.
  • the diaphragm 13 is, for example, a substantially dome-shaped circle that is always convex in a direction away from the valve seat 12 by a material mainly composed of nickel cobalt (Ni—Co) (for example, chromium-containing Ni—Co—Cr). It is molded into a plate.
  • Ni—Co nickel cobalt
  • the diameter, thickness, etc. of the diaphragm 13 are appropriately selected according to the material used, the valve function, and the like.
  • the outer peripheral edge of the diaphragm 13 is joined to the outer periphery of the valve body 11 and the outer periphery of the bonnet 15 in a sealed state by plasma arc welding.
  • the diaphragm 13 may have a multilayer structure.
  • the stem 14 has a substantially bottomed cylindrical base 14a, and a shaft portion that penetrates the center of the base 14a and has one end (lower end) contacting the central upper surface of the diaphragm 13, that is, the vicinity of the apex when the valve is open. 14b.
  • the bonnet 15 supports the stem 14 in a displaceable manner by engaging an external male screw (not shown) with a female screw (not shown) formed on the inner wall of the base 14a. Further, the bonnet 15 is formed with a support surface 15a that is substantially mortar-shaped so as to support the vicinity of the outer periphery of the upper surface of the diaphragm 13, and an annular flange 15c that protrudes outward from the outer wall 15b is formed on the outer peripheral edge of the support surface 15a. Has been.
  • the connecting member 16 has a substantially cylindrical shape so that the shaft portion 14b penetrates inside the base 14a of the stem 14, and a plurality of operation pieces 16a extending in the axial direction and penetrating the base 14a are integrally formed at a plurality of locations. Is formed.
  • the operation handle 17 is attached to the other end (upper end) of the shaft portion 14b of the stem 14, and the upper end of the operation piece 16a is engaged. Therefore, when the operation handle 17 is rotated around the axis of the shaft portion 14b, the stem 14 moves up and down at the screwed portion with the bonnet 15 by the engagement with the operation piece 16a, and the shaft portion 14b is displaced in the vertical direction.
  • the outer peripheral edge of the diaphragm 13 is joined to the outer periphery of the valve body 11 and the outer periphery of the bonnet 15 in a sealed state by welding.
  • the welding for example, a welding technique that can minimize the influence of heat on others, such as electron beam welding and plasma arc welding, which can be welded with a narrow welding depth and deep depth, is adopted. It is preferable to do this.
  • FIG. 3A shows an example of a welding apparatus used for such plasma arc welding, in which 21 is a cylinder for supplying plasma gas (argon gas), 22 is a cylinder for supplying shield gas (argon gas), 23 Is a welding apparatus main body, and 24 is a plasma arc torch.
  • 21 is a cylinder for supplying plasma gas (argon gas)
  • 22 is a cylinder for supplying shield gas (argon gas)
  • 23 Is a welding apparatus main body
  • 24 is a plasma arc torch.
  • the tip of the plasma arc torch 24 has a tungsten electrode 25 at its center, a first nozzle (cathode sleeve tip) 26 at its outer periphery, and a second nozzle (anode sleeve) at its outer periphery. Chip) 27, and further provided with a shielding nozzle (shield cap) 28 on the outer periphery thereof, between the tungsten electrode 25 and the first nozzle 26, between the first nozzle 26 and the second nozzle 27, the second A gas passage for the center gas C, the plasma gas P, and the shield gas S is provided between the nozzle 27 and the shield nozzle 28.
  • a voltage having a polarity in which the tungsten electrode 25 is negative and the work W is positive is applied between the tungsten electrode 25 and the work W.
  • a voltage having a polarity in which the second nozzle 27 is positive and the work W is negative is applied between the second second nozzle 27 and the work W.
  • valve body 11, the diaphragm 13 and the bonnet 15 are fixed to a turntable (rotary table) or the like as a work W in which these are integrated, and the plasma arc torch 24 is welded to the welding location while rotating the turntable. It is welded by making it oppose.
  • the welding speed is about 1.5 mm / sec and the welding current is DC 4 to 5 amperes.
  • the present invention is not limited to this value.
  • valve body 11 and the bonnet 15 are formed with annular flanges 11g and 15c projecting from the peripheral wall 11f and the outer wall 15b, the plasma arc torch 24 can be easily opposed to the welding location.
  • the welding range in the radial direction of the diaphragm 13 can be easily set by changing the protruding amount.
  • the upper surface of the annular flange 11g constituting a part of the valve body 11 and the rear surface of the peripheral edge portion of the diaphragm 13 are overlapped by a lapping allowance (welding allowance) L.
  • the lap allowance L is set to 1 ⁇ 2 or less of the wrap allowance between the bonnet 15 and the diaphragm 13, and here, the lap allowance L is set to 0.5 mm or less.
  • the amount of heat input during welding can be reduced by setting the lapping margin L to 0.5 mm or less, which is 1/2 or less of the lapping margin between the bonnet 15 and the diaphragm 13.
  • the heat input to the diaphragm 13 is increased. If the lapping margin L is smaller than 0.5 mm, the diaphragm 13 is stretched (melted) by welding heat, and the diaphragm 13 is easily flattened.
  • the shape of the annular flange 11g of the valve body 11, the shape of the peripheral portion of the diaphragm 13, and the shape of the support surface 15a of the bonnet 15 in the range corresponding to the lap allowance L described above are based on the peripheral shape of the diaphragm 13. It is formed in a shape along each other.
  • the unexpected deformation of the diaphragm 13 when the diaphragm 13 is superposed on the valve body 11 can be suppressed.
  • the problem that the diaphragm 13 is crushed is not only solved, but also functions as a presser for preventing displacement and preventing deformation when the diaphragm 13 is welded. It is also possible.
  • the shape of the annular flange 11g of the valve body 11, the peripheral shape of the diaphragm 13, and the shape of the support surface 15a of the bonnet 15 in the range corresponding to the lap allowance L described above are, for example, as shown in FIG. It may be flattened.
  • the diaphragm 13 when the diaphragm 13 is formed in a dome shape having an overall curvature from the outer peripheral edge to the center, the outer periphery of the valve body 11 and the bonnet 15 as shown in FIG. It is preferable that the (welded joint surface) has a shape along the outer peripheral edge shape of the diaphragm 13.
  • the outer periphery of the valve body 11 in which the valve seat 12 is integrally provided so as to surround the valve chamber inlet of the inflow passage 11a in advance on a turntable or the like not shown in the figure, is projected in a direction away from the valve seat 12.
  • the outer periphery of the bonnet 15 is aligned with the outer peripheral edge of the diaphragm 13 and set.
  • the plasma arc torch 24 is moved along the entire periphery (rotating the turntable), and these are integrated. Weld.
  • the outer peripheral edge of the diaphragm 13 and the outer periphery of the valve body 11 and the outer periphery of the bonnet 15 are joined by welding over the entire periphery.
  • the holder 5 for holding down can be eliminated, the valve body 11 and the bonnet 15 are not fixed using screws or the like, and the diaphragm 13 does not rotate with the rotation of the stem 14.
  • the number of parts can be reduced, and the valve body 11 and the bonnet 15 can be reduced in size, and the material cost can be reduced.
  • the diaphragm valve 10 of the present invention is integrated with the stem 18 having only a substantially shaft shape in which the base 14a of the stem 14 described above is eliminated, and the bonnet 15 and the connecting member 16 described above.
  • the configuration of the above-described embodiment is a substantially cylindrical bonnet 19 that is supported in a vertically movable manner (screw groove guide) 18 and a simple diaphragm valve 20 having no components outside the substantially cylindrical bonnet 19.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to the entire valve using the diaphragm 13.
  • the diaphragm valve 20 shown in FIG. 5 includes a valve body 11 having a valve chamber inlet 11a and a valve chamber outlet 11b, and a valve seat 12 provided in the valve body 11 so as to surround the valve chamber inlet 11a.
  • a diaphragm 13 that is welded and fixed to a peripheral wall 11f that protrudes in a substantially cylindrical shape so as to surround the valve seat 12 and that opens and closes the valve seat 12 by approaching and moving away from the valve seat 12, and an outer peripheral edge of the diaphragm 13 is connected to the peripheral wall 11f.
  • a substantially cylindrical bonnet 19 welded and fixed to the outer peripheral edge of the diaphragm 13 so as to be sandwiched between the two, and supported inside the bonnet 19 so as to be displaceable along the axial direction. It is comprised only from the shaft-shaped stem 18 to approach / separate and the operation dial 17 as a drive member to which the stem 18 is displaced.
  • At this time, at least the bonnet 19 and the stem 18 are, for example, operation dials such as ensuring the engagement state between the operation dial 17 and the stem 18 and adjusting the thickness of the bonnet 19 to ensure the rotation of the operation dial 17. Except for the constituent members or structures caused by the 17 constituent elements, it is possible to adopt a configuration in which nothing protrudes outside the peripheral wall 11f, and an overall simple and slim diaphragm valve consisting of the minimum constituent members and configuration. 20 can be configured.
  • the diaphragm valve 10 of the present invention is capable of moving up and down the stem 18 by integrating the stem 18 having only the substantially shaft shape with the base 14a of the stem 14 described above being eliminated, and the bonnet 15 and the connecting member 16 described above ( It is limited to the configuration of the above-described embodiment, such as a substantially cylindrical bonnet 19 supported by a screw groove guide) and a simple diaphragm valve 20 having no components outside the substantially cylindrical bonnet 19. Instead, it can be applied to the entire valve using the diaphragm 13.
  • the configuration in which the stems 14 and 18 that are displaced (lifted and lowered) for opening and closing the valve by the diaphragm 13 are manually operated by the operation handle 17 is disclosed.
  • the stem displacement mechanism can be employed.
  • the welding method is not particularly limited. Plasma welding and electron beam welding are particularly preferable because the welding width can be narrowed and the thermal influence on the diaphragm is reduced to such an extent that the diaphragm is not annealed. Other welding methods may be used.
  • a diaphragm valve that can reduce the number of parts and material costs, and that can reduce the size and weight of the entire valve.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

　部品点数を削減して材料コストを削減し得て、しかも、バルブ全体の小形化並びに軽量化に貢献することができるダイヤフラム弁を提供する。 　流入通路１１ａの弁室流入口と流出通路１１ｂの弁室流出口とを有するバルブボディ１１と、流入通路１１ａの弁室流入口を取り巻くようにバルブボディ１１に設けた弁座１２と、弁座１２に接近・離反することで弁開閉を行うダイヤフラム１３と、ダイヤフラム１３の外周縁部をバルブボディ１１とで挟持するボンネット１５と、を備え、ダイヤフラム１３の外周縁部とバルブボディ１１の外周及びボンネット１５の外周とが全周に渡って溶接により接合されている。

Description

ダイヤフラム弁
　本発明は、半導体製造工程又は液晶製造工程におけるガス供給系等において使用され、ダイヤフラムからなる弁体を弁座に直接接離させて流体流路を開閉する構造のダイヤフラム弁に関する。
特開平０９－０１４４７１号公報
　近年、半導体メモリ装置等の各種半導体装置やＦＰＤ（フラット　パネル　ディスプレイ）装置を製造するための装置として、例えば、ＭＯＣＶＤ用切替バルブといったように、流体を遮断若しくは流量調整するバルブ、特に、弁外部リークを極限まで低減させると共に、接ガス部に樹脂を一切使用しない超高洗浄・耐高温用のダイヤフラム弁の要望がある（例えば、特許文献１参照）。
　また、このようなダイヤフラム弁は、特に、Ｌａ（ランタン）やＰｒ（プラセオジム）といったレアメタルを使用したＨｉｇｈ－Ｋ膜や、Ｐｂ（鉛）を使用した強誘電体膜（例えば、ＰＺＴ）等の反応性が高く、高温且つ温度管理が難しい成膜材料の遮断若しくは流量制御に利用されている。
　この際、バルブ全体が２５０℃以上（特に、３００℃以上）の高温環境下や真空環境下での利用を考慮した構造を採用した超高洗浄・耐高温用のダイヤフラム弁が近年の成膜技術等で用いられている。
　図６は、このような高洗浄・高温用のダイヤフラム弁の一例を示し、圧力ガスの流入通路１ａと流出通路１ｂとが形成されたバルブボディ１と、流入通路１ａの弁室流入口を取り巻くように配置された弁座２に対向配置されたダイヤフラム３と、ダイヤフラム３を挟んで弁座２に対向配置されたダイヤフラム変形部材４と、ダイヤフラム変形部材４を摺動可能に保持すると共にダイヤフラム３の裏面側周囲をダイヤフラム変形部材４とは独立して押し付けるホルダ５と、ホルダ５を保持したボンネット６と、を備えている。
　バルブボディ１には、流入通路１ａの弁室流入口付近並びに流出通路１ｂの弁室流出口付近を包囲する円筒状の支持部１ｃが一体に形成されている。また、この支持部１ｃの内壁面には、雌ネジ（図示せず）が形成されている。
　ボンネット６には、支持部１ｃの内壁面に形成された雌ネジと螺合する雄ネジ（図示せず）が一体に形成されている。従って、この雄ネジを支持部１ｃの雌ネジに螺合することによって、ホルダ５をバルブボディ１に固定することができる。
　一般的に、ダイヤフラム３は、その外周縁部がバルブボディ１とホルダ５（又はボンネット６）とによって気密状に挾圧保持される（例えば、特許文献１参照）。
　しかしながら、このような挾圧保持構造では、特に高圧・高温環境下で使用される場合には、ボンネット６が支持部１ｃに対して緩んでしまうと、バルブボディ１とホルダ５との間に隙が発生してしまう。
　そこで、バルブボディ１とダイヤフラム３とは、ホルダ５を介してボンネット６に具備したネジ（図示せず）の出力で押し付けられることによって外部リークを低減するように接続固定するのが望ましい。
　尚、ボンネット６を締め付けるための支持部１ｃの内径はダイヤフラム３の外径よりも大きくする必要があり、それに併せてバルブボディ１を大きくする必要がある。
　ところが、上記の如く構成されたダイヤフラム弁にあっては、例えば、ボンネット６を支持部１ｃに締め付ける際には、その締め付け操作の回転力がダイヤフラム３に伝達されて回転しないようにするには、ホルダ５を介してダイヤフラム３をバルブボディ１に向けて圧接する必要があるため、このホルダ５の材料費や加工費等もバルブコストに反映されるばかりでなく、支持部１ｃを形成する必要があることと相俟って、バルブ全体の大型化並びに重量化の要因ともなっていた。
　尚、従来のダイヤフラム弁にあっては、使用されるダイヤフラム３が非常に薄く（例えば、０．１ｍｍ～０．２ｍｍ程度）、しかも、開弁時においては弁座から離反する方向に凸のドーム形状を呈していることと相俟って、例えば、ニッケル－コバルト（Ｎｉ－Ｃｏ）ベースの非鉄合金製のダイヤフラムをステンレススチール等の含鉄金属製のバルブボディ等とをＴＩＧ溶接してしまうと、溶接時におけるダイヤフラムへの入熱量をコントロールすることが困難で、入熱量が大きく、所謂、焼きなましが発生し易いという問題が生じていた。
　尚、このような焼きなましがダイヤフラムに発生してしまうと、その塑性変形によって上述したドーム形状がフラット化してしまい、弁構造を確保することが困難となる。
　そこで本発明は、部品点数を削減して材料コストを削減し得て、しかも、バルブ全体の小形化並びに軽量化に貢献することができるダイヤフラム弁を提供する。
　本発明のダイヤフラム弁は、弁室流入口と弁室流出口とを有するバルブボディと、前記弁室流入口を取り巻くように前記バルブボディに設けた弁座と、該弁座に接近・離反することで弁開閉を行うダイヤフラムと、該ダイヤフラムの外周縁部を前記バルブボディとで挟持するボンネットと、を備えたダイヤフラム弁において、前記ダイヤフラムの外周縁部と前記バルブボディの外周及び前記ボンネットの外周とが全周に渡って溶接により接合されていることを特徴とする。
　請求項１に記載の発明によれば、ダイヤフラムを押え付けるためのホルダを廃止することができ、また、バルブボディとボンネットとを固定するためのネジも廃止することができることにより、部品点数を削らすことができるばかりでなく、バルブボディやボンネットの小型化に貢献することができ、材料コストを削減することができる。
　請求項２に記載のダイヤフラム弁は、弁室流入口と弁室流出口とを有するバルブボディと、前記弁室流入口を取り巻くように前記バルブボディに設けた弁座と、該弁座を取り巻くように略円筒形状に突出された周壁に溶接固定され且つ前記弁座に接近・離反することで弁開閉を行うダイヤフラムと、該ダイヤフラムの外周縁部を前記周壁とで挟持するように前記ダイヤフラムの外周縁部に溶接固定された略円筒形状のボンネットと、該ボンネットの内部に軸線方向に沿って変位可能に支持されてその変位によって前記ダイヤフラムを前記弁座に接近・離反させる軸状のステムと、該ステムを変位させる駆動部材と、のみから構成されると共に、少なくとも前記ボンネットと前記ステムとは前記駆動部材の構成要素に起因する構成部材又は構造を除いて前記周壁の外側に突出していないことを特徴とする。
　請求項２に記載の発明によれば、ステムを変位させる駆動部材の構成要素に起因する構成部材又は構造を除いて、最小限の構成部材並びに構成からなる全体的に簡素且つスリムなダイヤフラム弁を構成することができる。
　請求項３に記載のダイヤフラム弁は、弁室流入口と弁室流出口とを有するバルブボディと、前記弁室流入口を取り巻くように前記バルブボディに設けた弁座と、該弁座に接近・離反することで弁開閉を行うと共に弁開時には前記弁座から離反する方向に凸のドーム状円板からなるダイヤフラムと、該ダイヤフラムの外周縁部を前記バルブボディとで挟持するボンネットと、を備えたダイヤフラム弁において、前記バルブボディの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部との少なくとも重合部分形状が互いに沿っていることを特徴とする。
　請求項３に記載のダイヤフラム弁によれば、バルブボディにダイヤフラムを重合する際のダイヤフラムの不測な変形を抑制することができる。
　請求項４記載のダイヤフラム弁は、前記ボンネットの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部との少なくとも重合部分形状が互いに沿っていることを特徴とする。
　請求項４に記載のダイヤフラム弁によれば、例えば、ボンネットの外周によってダイヤフラムの外周縁部を押えた時に、ダイヤフラムが潰れてしまうといった不具合を解消することができる。また、ダイヤフラムを溶接固定する際には、ダイヤフラムのズレ防止並びに変形防止の押えとしてボンネットを機能させることができる。
　また、請求項５に記載のダイヤフラムは、前記バルブボディの外周と前記ボンネットの外周とは、前記ダイヤフラムとの重合部付近が前記ダイヤフラムの直径に応じて突出した環状フランジを備えていることを特徴とする。
　請求項５に記載のダイヤフラム弁によれば、ダイヤフラムを溶接固定する際の溶接治具を、溶接箇所（環状フランジ）に容易に対向させることができるばかりでなく、ダイヤフラムの径方向の溶接範囲を、その突出量を変更することによって容易に設定することができる。
　また、請求項６に記載のダイヤフラムは、前記ダイヤフラムはＮｉ－Ｃｏ合金からなり、前記弁座は前記バルブボディと一体又は別体に設けられ且つ前記ダイヤフラムよりも硬度の低い材質からなることを特徴とする。
　この際、前記弁座の材質としては、例えば、樹脂であるＰＣＴＦＥ，ＰＦＡ，ＰＩ或いは金属であるＳＵＳ３１６Ｌの何れかを主成分とするのが好ましい。
　請求項６に記載のダイヤフラム弁によれば、繰り返しの弁開閉動作を行っても弁座が傷つき難く、しかも高いシール性を確保することができる。
　請求項７に記載のダイヤフラム弁は、前記バルブボディの外周及び前記ボンネットの外周は、前記ダイヤフラムを介して互いに対向する端面付近である外周が他の外周よりも大径な環状フランジに構成され、前記ダイヤフラムの直径は前記環状フランジの直径と等しいことを特徴とする。
　請求項８に記載のダイヤフラム弁は、前記バルブボディの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部とのラップ代が前記ボンネットの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部とのラップ代よりも狭いことを特徴とする。
　請求項９に記載のダイヤフラム弁は、前記バルブボディと前記ダイヤフラムとのラップ代は、前記ボンネットと前記ダイヤフラムとのラップ代の１／２以下であることを特徴とする。
　請求項１０に記載のダイヤフラム弁は、前記バルブボディと前記ダイヤフラムとのラップ代が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
　請求項１１に記載のダイヤフラム弁の組み付け方法は、弁室流入口と弁室流出口とを有する金属製のバルブボディに前記弁室流入口を取り巻くように弁座が一体に設けられ、該バルブボディの前記弁室流入口と前記弁室流出口との外周に前記弁座から離反する方向に凸のドーム状円板からなるダイヤフラムの外周縁部を一致させたうえで、該ダイヤフラムの外周縁部に金属製のボンネットの外周を一致させた後に、前記バルブボディの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部と前記ボンネットの外周の全周を一体的に溶接したことを特徴とする。
　請求項１１に記載のダイヤフラム弁の組み付け方法によれば、ダイヤフラムが組成変形することなく、ダイヤフラムの組み付けを容易且つ確実に行うことができる。
　請求項１２に記載のダイヤフラム弁の固定方法は、弁室流入口と弁室流出口とを有する金属製のバルブボディに前記弁室流入口を取り巻く弁座を一体に保持させる弁座保持ステップと、前記弁座から離反する方向に凸のドーム状円板からなるダイヤフラムの外周縁部を前記バルブボディの外周に一致させると共に前記ダイヤフラムの外周縁部に金属製のボンネットの外周を一致させて前記ダイヤフラムを前記バルブボディの外周と前記ボンネットの外周との間で位置決めする位置決めステップと、前記バルブボディの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部と前記ボンネットの外周の全周を溶接する溶接ステップと、を備えていることを特徴とする。
　請求項１２に記載のダイヤフラム弁の固定方法によれば、ダイヤフラムが組成変形することなく、ダイヤフラムの固定を容易且つ簡素なステップで確実に行うことができる。
　本発明のダイヤフラム弁は、部品点数を削減して材料コストを削減し得て、しかも、バルブ全体の小形化並びに軽量化に貢献することができるダイヤフラム弁を提供する。
本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の断面図である。 本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の要部の拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る溶接装置を示し、（Ａ）は溶接装置の説明図、（Ｂ）は溶接トーチの要部の断面図である。 本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の変形例を示し、（Ａ）は変形例の要部の拡大断面図、（Ｂ）はバルブボディの外周形状とボンネットの外周形状とをフラット化した場合のドーム形状のダイヤフラムとの関係を示す説明図、（Ｃ）はバルブボディの外周形状とボンネットの外周形状とをフラット化した場合のドーム形状のダイヤフラムを溶接固定した場合の説明図である。 本発明の一実施形態に係る他のダイヤフラム弁の断面図である。 従来のダイヤフラム弁の断面図である。
　１０…ダイヤフラム弁
　１１…バルブボディ
　　　１１ａ…流入通路
　　　１１ｂ…流出通路
　　　１１ｃ…弁室
　　　１１ｄ　ベベル面
　　　１１ｅ　端面
　　　１１ｈ　通路内面（逃がし面）
　　　１１ｉ…ポート
　　　１１ｊ…ポート
　　　１１ｆ…外壁
　　　１１ｇ…環状フランジ
　１２…弁座
　１３…ダイヤフラム
　１４…ステム
　　　１４ａ…ベース
　　　１４ｂ…軸部
　１５…ボンネット
　　　１５ａ…支持面
　　　１５ｂ…周壁
　　　１５ｃ…環状フランジ
　　　１５ｄ　ベベル面
　　　１５ｅ　端面
　１６…連結部材
　　　１６ａ…操作片
　１７…操作ハンドル
　１８…ステム
　１９…ボンネット
　２０…ダイヤフラム弁
　２１…ボンベ
　２２…ボンベ
　２３…溶接装置本体
　２４…プラズマアークトーチ
　２５…タングステン電極
　２６…第１のノズル
　２７…第２のノズル
　２８…シールド用ノズル
　次に、本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁について、図面を参照して説明する。
　図１は本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の要部の断面図、図２は本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の正面図、図３は本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁の一部を省略した底面図である。
　図１に示すように、本発明の一実施形態に係るダイヤフラム弁１０は、圧力ガスの流入通路１１ａと流出通路１１ｂとが形成されたバルブボディ１１と、流入通路１１ａの弁室流入口を取り巻くようにバルブボディ１１に一体に保持された弁座１２に対向配置されたダイヤフラム１３と、ダイヤフラム１３を挟んで一端が弁座１２に対向配置されたステム１４と、ステム１４を摺動可能に保持したボンネット１５と、一端がボンネット１５の上面に当接した状態でステム１４を貫通する複数の操作片１６ａを備えた連結部材１６と、ステム１４の他端に装着されてステム１４を一体に回転させる操作ハンドル１７と、を備えている。
　この際、ダイヤフラム１３の外周縁部は、バルブボディ１１の外周及びボンネット１５の外周と溶接により接合されている。
　これにより、従来技術で示したダイヤフラム３を押え付けるためのホルダ５を廃止することができ、また、バルブボディ１とボンネット６とを固定するためのネジも廃止することができることにより、部品点数を削らすことができるばかりでなく、例えば、支持部１ｃを廃止してバルブボディ１を小型化することができるうえ、支持部１ｃの内側でバルブボディ１と螺合するための雄ネジ部分を廃止してボンネット６の小型化にも貢献することができ、材料コストの削減並びにバルブ全体の小型・軽量化にも貢献することができる。
　尚、後述するステム１４の形状や操作片１５並びに操作ハンドル１７の構成等は、ダイヤフラム１３の弁開閉構造並びに開閉操作によって異なるもので、上述したバルブボディ１の小型化並びにボンネット６の小型化を阻害するものではない。
　以下、本発明の実施例に係るダイヤフラム弁１０を詳細に説明する。
　バルブボディ１１は、流入通路１１ａの弁室流入口の周囲に弁室１１ｃが形成され、この弁室１１ｃを介して流出通路１１ｂが流入通路１１ａと連通されている。また、バルブボディ１１は、メタル製の一体成形品であり、その側面からポート１１ｉ，１１ｊが突出され、その各ポート１１ｉ，１１ｊを含む中心線上に流入通路１１ａ及び流出通路１１ｂ形成されている。尚、各ポート１１ｄ，１１ｅの突出方向は互いに離反する方向の他、直交方向等、特に限定されるものではない。さらに、バルブボディ１１には、弁室１１ｃを取り巻くように略円筒形状に突出された周壁１１ｆの開口端に、図２に示すように、周壁１１ｆよりも外側に突出した環状フランジ１１ｇが形成されている。
　この部分は、溶接開先となっている。すなわち、ボンネット１５の環状フランジ１５ｃは、傾斜を有するべベル面１５ｄと、端面となっている切頭面１５ｅとの外周面を有している。
　また、ボデー１１の環状フランジ１１ｇは、傾斜を有するべベル面１１ｄと、端面となっている切頭面１１ｅとの外周面を有している。
この加工をすることにより、溶接時の熱が開先部分に集中して母材が接合しやすくなる。逆に開先がないと熱が分散してしまうので、より多くの熱を加えなければ溶接できないため、その結果溶接部以外の広い範囲に酸化や機械的性質の変化等の影響を及ぼしてしまう。
　開先角度としては、２０～４０゜の範囲が好ましい。その範囲内においては、それ以外の範囲に比べて、ダイヤフラム閉状態における漏れが少なかった。
　また、図２に示す、ボデー１１の上面と流体通路内面１１ｈとのなす角（逃げ角）θは、３０゜以上が好ましい。３０゜以上とした場合には３０゜未満の場合に比べて、ダイヤフラム閉状態における漏れが少なかった。これは、溶接時における熱の溜まりによるダイヤフラムの鈍りの発生を防止することに関係しているものと思われる。また、溶接中にボデー内部（流体通路）にガスを流しておくことは、不純物の除去という観点の他に熱の溜まりを防ぎ、ダイヤフラムの中止部の鈍りを防止するという観点からも重要である。また、ダイヤフラム自身を冷却する効果を有する。
　溶接時における熱による酸化を防止する上から不活性ガスを流すことが好ましい。また、流すガスの温度しては、常温（０℃～４０℃）が好ましい。また、予め流しておいてから溶接を開始することが好ましい。溶接後にガスの流通を開始すると焼入れ硬化が生じて脆さを伴うおそれがある。
　弁座１２は、流入通路１１ａの弁室流入口の周囲を取り巻く周壁と完全一体でも良いし、他の材質で構成しても良い。尚、ここでの他の材質としては、例えば、フッ素樹脂の一種で機械的強度に優れたＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン，三フッ化エチレン樹脂）や、複雑形状でも溶融成形を可能にしたフッ素樹脂であるＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、或いは、低温から高温まで特性の変化が少ない耐熱性に優れしかも耐衝撃性並びに寸法安定性の高いＰＩ（ポリイミド）等の耐熱性非金属が適している。この際、弁座１２はダイヤフラム１３よりも硬度の低い材質（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼）が好ましい。また、ダイヤフラム１３によって流入通路１１ａの弁室流入口を弁開閉することから、上述した流入通路１１ａの弁室流入口の周囲を取り巻く周壁は無くても良いが、少なくとも、弁座１２の先端は流入通路１１ａの弁室流入口の周囲を取り巻くように弁室１１ｃの底壁から突出している必要がある。
　ダイヤフラム１３は、例えば、ニッケルコバルト（Ｎｉ－Ｃｏ）を主成分とする材料（例えば、クロム含有のＮｉ－Ｃｏ－Ｃｒ）によって常時は弁座１２から離反する方向に凸とする略ドーム状の円板に成形されている。尚、ダイヤフラム１３の直径や肉厚等は、使用される材質や弁機能等に応じて適宜のものが用いられる。また、ダイヤフラム１３の外周縁部は、バルブボディ１１の外周及びボンネット１５の外周にプラズマアーク溶接により密閉状態で接合されている。尚、ダイヤフラム１３は多層構造でも良い。
　ステム１４は、略有底円筒形状のベース１４ａと、ベース１４ａの中心を貫通してその一端（下端）がダイヤフラム１３の中央上面、即ち、開弁状態にあるときの頂点付近に当接する軸部１４ｂと、を一体に備えている。
　ボンネット１５は、ベース１４ａの内壁に形成された雌ネジ（図示せず）に外周雄ネジ（図示せず）が螺合することでステム１４を変位可能に支持している。また、ボンネット１５は、ダイヤフラム１３の上面外周付近を支持するように略すり鉢状とされた支持面１５ａと、この支持面１５ａの外周縁には外壁１５ｂよりも外側に突出した環状フランジ１５ｃが形成されている。
　連結部材１６は、ステム１４のベース１４ａよりも内側で軸部１４ｂが貫通するように略円筒形状とされ、その複数個所に軸線方向に延び且つベース１４ａを貫通する複数の操作片１６ａが一体に形成されている。
　操作ハンドル１７は、ステム１４の軸部１４ｂの他端（上端）に装着されており、操作片１６ａの上端が係合している。従って、操作ハンドル１７を軸部１４ｂの軸線廻りに回転操作すると、操作片１６ａとの係合によりステム１４がボンネット１５との螺合部分で上下動し、軸部１４ｂが上下方向に変位する。
　従って、操作ハンドル１７を回転操作してステム１４を下降させると、ダイヤフラム１３の中央部分が図示下方へと押されて弁座１２に当座し、流入通路１１ａと流出通路１１ｂとの間が閉鎖（閉弁）される。また、操作ハンドル１７を回転操作してステム１４を上昇させると、ダイヤフラム１３がその弾性復元力及び流体圧によって元の形状へと復元し、流入通路１１ａと流出通路１１ｂとの間が開放（開弁）される。
　一方、ダイヤフラム１３の外周縁部は、バルブボディ１１の外周及びボンネット１５の外周と一体に溶接により密閉状態で接合される。
　この際、溶接としては、例えば、溶接幅が狭く且つ深度の深い溶接が可能な電子ビーム溶接やプラズマアーク溶接等のように、他への熱影響を最小限に留めることができる溶接技術を採用するのが好ましい。
　図３（Ａ）は、このようなプラズマアーク溶接に用いられる溶接装置の一例を示し、２１はプラズマガス（アルゴンガス）を供給するボンベ、２２はシールドガス（アルゴンガス）を供給するボンベ、２３は溶接装置本体、２４はプラズマアークトーチである。
　このプラズマアークトーチ２４の先端は、図３（Ｂ）に示すように、その中央にタングステン電極２５、その外周に第１のノズル（カソードスリーブチップ）２６、その外周に第２のノズル（アノードスリーブチップ）２７、さらにその外周にシールド用ノズル（シールドキャップ）２８を備え、これらタングステン電極２５と第１のノズル２６との間、第１のノズル２６と第２のノズル２７との間、第２のノズル２７とシールド用ノズル２８との間は、センターガスＣ、プラズマガスＰ、シールドガスＳのガス通路となっている。
　また、タングステン電極２５と第２のノズル２７との間にはタングステン電極２５と第２のノズル２７との間には、タングステン電極２５を負、第２のノズル２７を正とする極性の電圧が印加される。また、タングステン電極２５とワークＷとの間には、タングステン電極２５を負、ワークＷを正とする極性の電圧が印加される。さらに、第２の第２のノズル２７とワークＷとの間には、第２のノズル２７を正、ワークＷを負とする極性の電圧が印加される。
　この際、これらは図示を略するスイッチングの切換によって、ワークＷを陽極としてワークＷからタングステン電極２５に電流が流れ、タングステン電極２５とワークＷとの間に正極性の溶接用のプラズマアーク柱Ａが形成される。また、第２の第２のノズル２７を陽極として第２のノズル２７からワークＷに電流が流れ、第２のノズル２７とワークＷとの間にクリーニング用の負極性のプラズマアークＢが形成される。
　従って、これらのスイッチング切換を交互に行うことによって、タングステン電極２５を正極性にすることなくプラズマアークトーチ２４とワークＷとの間に正極性，負極性のプラズマアークを交互に発生させることができる。
　この際、バルブボディ１１とダイヤフラム１３とボンネット１５とは、これらを一体としたワークＷとして、ターンテーブル（回転テーブル）等に固定され、このターンテーブルを回転させつつプラズマアークトーチ２４を溶接箇所に対向させることで溶接される。
　尚、本実施の形態においては、溶接スピードは約１．５ｍｍ／ｓｅｃ、溶接電流はＤＣ４～５アンペアとしたが、特にこの値に限定されるものではない。
　また、バルブボディ１１とボンネット１５とには、周壁１１ｆ及び外壁１５ｂから突出する環状フランジ１１ｇ，１５ｃが形成されていることから、プラズマアークトーチ２４を容易に溶接箇所に対向させることができるかりでなく、ダイヤフラム１３の径方向の溶接範囲を、その突出量を変更することによって容易に設定することができる。
　さらに、バルブボディ１１の一部を構成する環状フランジ１１ｇの上面とダイヤフラム１３の周縁部裏面とは、ラップ代（溶接代）Ｌで重なっている。この重ね合わせ状態にてラップ代Ｌは、ボンネット１５とダイヤフラム１３とのラップ代の１／２以下とされ、ここでは、ラップ代Ｌは０．５ｍｍ以下とされている。
　本実施の形態においては、ラップ代Ｌをボンネット１５とダイヤフラム１３とのラップ代の１／２以下である０．５ｍｍ以下とすることにより、溶接時における入熱量を少なくすることができる。
　この際、ラップ代Ｌを０．５ｍｍよりも大きく確保すると、ダイヤフラム１３への入熱量が大きくなってしまう。また、ラップ代Ｌを０．５ｍｍよりも小さくすると、溶接熱によってダイヤフラム１３に伸縮（溶け込み）が発生し、ダイヤフラム１３がフラット化し易くなってしまう。
　また、少なくとも、上述したラップ代Ｌに対応する範囲におけるバルブボディ１１の環状フランジ１１ｇの形状、ダイヤフラム１３の周縁部形状、ボンネット１５の支持面１５ａの形状は、ダイヤフラム１３の周縁部形状を基準として互いに沿った形状に形成されている。
　これにより、バルブボディ１１にダイヤフラム１３を重合する際のダイヤフラム１３の不測な変形を抑制することができる。また、例えば、ボンネット１５の支持面１５ａによってダイヤフラム１３を押えた時に、ダイヤフラム１３が潰れてしまうといった不具合が解消されるばかりでなく、ダイヤフラム１３の溶接時におけるズレ防止並びに変形防止の押えとして機能することも可能となる。
　尚、上述したラップ代Ｌに対応する範囲におけるバルブボディ１１の環状フランジ１１ｇの形状、ダイヤフラム１３の周縁部形状、ボンネット１５の支持面１５ａの形状は、例えば、図４（Ａ）に示すように、フラット化しても良い。
　この際、例えば、上述したように、ダイヤフラム１３が外周縁部から中心にわたって全体的に曲率を有するドーム形状に形成されている場合には、図２に示すようにバルブボディ１１とボンネット１５の外周（溶接接合面）をダイヤフラム１３の外周縁部形状に沿った形状とするのが好ましい。
　ここで、図４（Ｂ）に示すように、バルブボディ１１の外周（環状フランジ１１ｇ）とボンネット１５の外周（支持面１５ａ）の形状をフラットとした場合に、外周縁部から中心にわたって全体的に曲率を有するドーム形状のダイヤフラム１３をそのまま使用したのでは、図４（Ｃ）に示すように、ダイヤフラム１３が中心側に下向き、即ち、常時閉弁状態の逆ドーム形状（碗型）となってしまうため、このような溶接接合部分がフラットな場合には、ダイヤフラム１３の外周縁部もフラットとするのが好ましい。
　ところで、上述した溶接接合の際には、バルブボディ１１の流入通路１１ａから流出通路１１ｂに至る通路に高清浄の不活性ガスを流すことにより、その通路内の破損並びに酸化を防止することができるばかりでなく通路内お呼びダイヤフラム１３の冷却を行うことができる。
　ここで、図示しないターンテーブル等に、予め流入通路１１ａの弁室流入口を取り巻くように弁座１２が一体に設けられたバルブボディ１１の外周と、弁座１２から離反する方向に凸としたドーム状円板からなるダイヤフラム１３の外周縁部を一致させたうえで、ダイヤフラム１３の外周縁部にボンネット１５の外周を一致させて、セットする。
　次に、これらバルブボディ１１の外周とダイヤフラム１３の外周縁部とボンネット１５の外周を一致させたまま、その全周をプラズマアークトーチ２４を移動させつつ（ターンテーブルを回転させつつ）これらを一体的に溶接する。
　これにより、ニッケル－コバルト（Ｎｉ－Ｃｏ）ベースの薄肉非鉄合金製のダイヤフラム１３を用いたものでありながら、ステンレススチール等の含鉄金属製のバルブボディ１１とボンネット１５とをプラズマアーク溶接する際、ダイヤフラム１３への入熱量を容易にコントロールすることができ、その入熱量を抑制して、焼きなましによる塑性変形が発生せず、ドーム形状のフラット化することなく、容易且つ確実に接合することが可能となる。
　このように、本発明のダイヤフラム弁１０によれば、ダイヤフラム１３の外周縁部とバルブボディ１１の外周及びボンネット１５の外周とが全周に渡って溶接により接合されていることにより、ダイヤフラム１３を押え付けるためのホルダ５を廃止することができ、また、バルブボディ１１とボンネット１５とをネジ等の固定手段を用いること無く、しかも、ステム１４の回転に伴ってダイヤフラム１３が回転することも無く、部品点数を削減し得て、バルブボディ１１やボンネット１５の小型化に貢献することができ、材料コストを削減することができる。
　ところで、本発明のダイヤフラム弁１０は、図５に示すように、上述したステム１４のベース１４ａを廃止した略軸状のみからなるステム１８と、上述したボンネット１５と連結部材１６と一体化してステム１８を昇降可能（螺子溝案内）に支持した略円筒形状のボンネット１９とし、その略円筒形状のボンネット１９の外側に構成部品が存在しない簡素なダイヤフラム弁２０とする等、上記実施の形態の構成に限定されるものではなく、ダイヤフラム１３を用いた弁全体に適用することができる。
　即ち、図５に示したダイヤフラム弁２０は、弁室流入口１１ａと弁室流出口１１ｂとを有するバルブボディ１１と、弁室流入口１１ａを取り巻くようにバルブボディ１１に設けた弁座１２と、弁座１２を取り巻くように略円筒形状に突出された周壁１１ｆに溶接固定され且つ弁座１２に接近・離反することで弁開閉を行うダイヤフラム１３と、ダイヤフラム１３の外周縁部を周壁１１ｆとで挟持するようにダイヤフラム１３の外周縁部に溶接固定された略円筒形状のボンネット１９と、ボンネット１９の内部に軸線方向に沿って変位可能に支持されてその変位によってダイヤフラム１３を弁座１２に接近・離反させる軸状のステム１８と、ステム１８を変位させる駆動部材としての操作ダイヤル１７のみから構成されている。
　この際、少なくともボンネット１９とステム１８とは、例えば、操作ダイヤル１７とステム１８と係合状態の確保等や操作ダイヤル１７の回動操作を確保するためのボンネット１９の肉厚調整等といった操作ダイヤル１７の構成要素に起因する構成部材又は構造を除いて、周壁１１ｆの外側に何も突出していない構成とすることができ、最小限の構成部材並びに構成からなる全体的に簡素且つスリムなダイヤフラム弁２０を構成することができる。
　このように、本発明のダイヤフラム弁１０は、上述したステム１４のベース１４ａを廃止した略軸状のみからなるステム１８と、上述したボンネット１５と連結部材１６と一体化してステム１８を昇降可能（螺子溝案内）に支持した略円筒形状のボンネット１９とし、その略円筒形状のボンネット１９の外側に構成部品が存在しない簡素なダイヤフラム弁２０とする等、上記実施の形態の構成に限定されるものではなく、ダイヤフラム１３を用いた弁全体に適用することができる。
　尚、上記各実施例では、ダイヤフラム１３による弁開閉のために変位（昇降）するステム１４，１８を操作ハンドル１７の手動操作によって行う構成を開示したが、この操作ハンドル１７に変わるソレノイド等の公知のステム変位機構を採用することができる。
　溶接方法としては、特に限定されるものではない。プラズマ溶接、電子ビーム溶接は、溶接幅を狭くすることが可能であり、ダイヤフラムの焼鈍が生じない程度まで、ダイヤフラムへの熱影響を少なくでるため特に好ましい。他の溶接方法であってもよい。
　以上説明したように、本発明によれば、部品点数を削減して材料コストを削減し得て、しかもバルブ全体の小型化並びに軽量化が可能なダイヤフラム弁を提供することができる。

Claims (12)

  1. 弁室流入口と弁室流出口とを有するバルブボディと、前記弁室流入口を取り巻くように前記バルブボディに設けた弁座と、該弁座に接近・離反することで弁開閉を行うダイヤフラムと、該ダイヤフラムの外周縁部を前記バルブボディとで挟持するボンネットと、を備えたダイヤフラム弁において、
    　前記ダイヤフラムの外周縁部と前記バルブボディの外周及び前記ボンネットの外周とが溶接により接合されていることを特徴とするダイヤフラム弁。
  2. 弁室流入口と弁室流出口とを有するバルブボディと、前記弁室流入口を取り巻くように前記バルブボディに設けた弁座と、該弁座を取り巻くように略円筒形状に突出された周壁に溶接固定され且つ前記弁座に接近・離反することで弁開閉を行うダイヤフラムと、該ダイヤフラムの外周縁部を前記周壁とで挟持するように前記ダイヤフラムの外周縁部に溶接固定された略円筒形状のボンネットと、該ボンネットの内部に軸線方向に沿って変位可能に支持されてその変位によって前記ダイヤフラムを前記弁座に接近・離反させる軸状のステムと、該ステムを変位させる駆動部材と、のみから構成されると共に、少なくとも前記ボンネットと前記ステムとは前記駆動部材の構成要素に起因する構成部材又は構造を除いて前記周壁の外側に突出していないことを特徴とするダイヤフラム弁。
  3. 弁室流入口と弁室流出口とを有するバルブボディと、前記弁室流入口を取り巻くように前記バルブボディに設けた弁座と、該弁座に接近・離反することで弁開閉を行うと共に弁開時には前記弁座から離反する方向に凸のドーム状円板からなるダイヤフラムと、該ダイヤフラムの外周縁部を前記バルブボディとで挟持するボンネットと、を備えたダイヤフラム弁において、
    　前記バルブボディの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部との少なくとも重合部分形状が互いに沿っていることを特徴とするダイヤフラム弁。
  4. 前記ボンネットの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部との少なくとも重合部分形状が互いに沿っていることを特徴とする請求項３に記載のダイヤフラム弁。
  5. 前記バルブボディの外周と前記ボンネットの外周とは、前記ダイヤフラムとの重合部付近が前記ダイヤフラムの直径に応じて突出した環状フランジを備えていることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム弁。
  6. 前記ダイヤフラムはＮｉ－Ｃｏ合金からなり、前記弁座は前記バルブボディと一体又は別体に設けられ且つ前記ダイヤフラムよりも硬度の低い材質からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載のダイヤフラム弁。
  7. 前記バルブボディの外周及び前記ボンネットの外周は、前記ダイヤフラムを介して互いに対向する端面付近である外周が他の外周よりも大径な環状フランジに構成され、前記ダイヤフラムの直径は前記環状フランジの直径と等しく、前記環状フランジは、前記バルブボディ及び／又はボンネットにベベル面を有する開先形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載のダイヤフラム弁。
  8. 前記バルブボディの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部とのラップ代が前記ボンネットの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部とのラップ代よりも狭いことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載のダイヤフラム弁。
  9. 前記バルブボディと前記ダイヤフラムとのラップ代は、前記ボンネットと前記ダイヤフラムとのラップ代の１／２以下であることを特徴とする請求項８に記載のダイヤフラム弁。
  10. 前記バルブボディと前記ダイヤフラムとのラップ代が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のダイヤフラム弁。
  11. 弁室流入口と弁室流出口とを有する金属製のバルブボディに前記弁室流入口を取り巻くように弁座が一体に設けられ、該バルブボディの前記弁室流入口と前記弁室流出口との外周に前記弁座から離反する方向に凸のドーム状円板からなるダイヤフラムの外周縁部を一致させたうえで、該ダイヤフラムの外周縁部に金属製のボンネットの外周を一致させた後に、前記バルブボディの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部と前記ボンネットの外周の全周を一体的に溶接したことを特徴とするダイヤフラム弁の組み付け方法。
  12. 弁室流入口と弁室流出口とを有する金属製のバルブボディに前記弁室流入口を取り巻く弁座を一体に保持させる弁座保持ステップと、前記弁座から離反する方向に凸のドーム状円板からなるダイヤフラムの外周縁部を前記バルブボディの外周に一致させると共に前記ダイヤフラムの外周縁部に金属製のボンネットの外周を一致させて前記ダイヤフラムを前記バルブボディの外周と前記ボンネットの外周との間で位置決めする位置決めステップと、前記バルブボディの外周と前記ダイヤフラムの外周縁部と前記ボンネットの外周の全周を溶接する溶接ステップと、を備えていることを特徴とするダイヤフラム弁の固定方法。
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