WO2014196313A1 - ダイヤフラム弁 - Google Patents

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    • F16K37/0083For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
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    • F16K7/12Diaphragm 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
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    • F16K7/17Diaphragm 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 actuated by fluid pressure
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    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00Fluid handling
    • Y10T137/598With repair, tapping, assembly, or disassembly means
    • Y10T137/599Pressure regulating type valve
    • Y10T137/5994Diaphragm type

Definitions

  • the present invention relates to a diaphragm valve, and more particularly to a diaphragm valve capable of detecting a damaged state during use.
  • Diaphragm valves comprising an elastically deformable diaphragm
  • Patent Document 1 discloses that a sensor for monitoring a state related to wear of the diaphragm is provided.
  • Patent Document 1 an appropriate signal parameter is set, and the amount of change is compared with the baseline measurement value so as to obtain the state related to the wear of the diaphragm.
  • the wear monitoring system becomes complicated, and there is a problem that data processing is troublesome and expensive.
  • An object of the present invention is to provide a diaphragm valve that is capable of reliably detecting damage to the diaphragm before the diaphragm breaks, although having a simple configuration.
  • the diaphragm valve according to the present invention includes a body provided with a fluid inflow passage, a fluid outflow passage and an upwardly opening recess, an annular seat disposed on the bottom surface of the recess of the body, and being pressed and separated by the seat.
  • the diaphragm valve comprising an elastically deformable diaphragm that opens and closes the fluid passage in the diaphragm
  • the diaphragm is formed by a plurality of diaphragm layers, and wiring is applied to at least one of the plurality of diaphragm layers The abnormality of the diaphragm is detected by detecting the disconnection of the wiring.
  • the diaphragm has its outer peripheral edge fixed to the body to seal the opening of the upward recess provided in the body, and its central portion can be elastically deformed (movable up and down) with respect to the outer peripheral edge. As the valve stem moves up and down, it is elastically deformed and contributes to the opening and closing of the fluid passage.
  • the diaphragm may be made of metal or synthetic resin.
  • “Multiple” may be any of two or more. “At least one of the plurality of diaphragm layers” means that wiring may be applied to all the diaphragm layers, but preferably wiring is applied to only one layer. In a diaphragm having a laminated structure, the diaphragm layer that receives the greatest stress is usually broken, and the overall strength is lowered accordingly, leading to the breakage of the entire diaphragm. Here, in the state where one diaphragm layer is broken, the fluid in the valve does not leak. That is, by detecting that one diaphragm is damaged, it is possible to avoid the danger associated with the diaphragm breaking before fluid leakage occurs.
  • Whether or not the wiring is cut is detected in order to detect that one diaphragm layer is broken.
  • it is only necessary to detect the presence / absence of energization there is no need to determine a continuously changing detection value by comparing with a threshold value, and a simple configuration for detecting a damaged state before the entire diaphragm breaks. And can.
  • the plurality of diaphragm layers are all made of metal, an insulating layer is provided between the wiring and the diaphragm layer, and the wiring is covered with a protective layer.
  • the insulating layer and the protective layer are preferably formed of a durable and flexible synthetic resin.
  • a synthetic resin for example, a glass epoxy resin or a fluororesin (PTFE, PFA, etc.) is suitable.
  • the thickness of the diaphragm layer to which the wiring is applied may be made smaller than the thickness of the other diaphragm layers.
  • the diaphragm layer to which the wiring is applied is surely broken first, and it is possible to reliably detect the time when only one diaphragm layer is broken.
  • a state in which one diaphragm layer in which fluid leakage does not occur is detected is broken, so that damage to the diaphragm is detected before fluid leakage occurs. Can do.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a diaphragm valve according to the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the diaphragm.
  • FIG. 3 is a plan view showing the uppermost diaphragm layer.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing one embodiment of the configuration of the diaphragm layer.
  • Diaphragm valve (2): Body, (2a): Fluid inflow passage, (2b): Fluid outflow passage, (2c): Recess, (5): Diaphragm, (21) (22): Diaphragm Layer, (23): uppermost diaphragm layer, (24): wiring, (25): insulating layer, (26): protective layer
  • FIG. 1 shows an embodiment of a diaphragm valve according to the present invention.
  • the diaphragm valve (1) includes a fluid inflow passage (2a), a fluid outflow passage (2b), and a recess (2c) opened upward.
  • a block-shaped body (2) having a cylindrical bonnet (3) whose lower end is screwed to the upper part of the recess (2c) of the body (2) and the peripheral edge of the fluid inflow passage (2a)
  • An annular seat (4) provided on the diaphragm, a diaphragm (5) that opens or closes the fluid inflow passage (2a) by being pressed or separated by the seat (4), and a diaphragm retainer (6) that presses the center of the diaphragm (5) ),
  • a stem (7) which is inserted into the bonnet (3) so as to be movable up and down and presses and separates the diaphragm (5) against the seat (4) via the diaphragm retainer (6), and a lower end
  • a holding adapter (8) for holding between the surface, a casing (9) having a top wall (9a) and screwed to the bonnet (3), and a piston (10) integrated with the stem (7).
  • the diaphragm (5) has a spherical shell shape, and an upwardly convex arc shape is in a natural state. As shown in FIG. 2, the diaphragm (5) is composed of a plurality (three in the drawing) of diaphragm layers (21), (22), and (23).
  • wiring (24) is given to the uppermost diaphragm layer (23) among the plurality of diaphragm layers (21), (22), and (23).
  • the wiring (24) is connected to energization detection means (not shown) that detects whether the energization is in the energized state or the non-energized state. Therefore, when the wiring (24) of the uppermost diaphragm layer (23) breaks at one location, the energized state changes to the non-energized state, and this change is detected by the energization detecting means, whereby the uppermost diaphragm layer It is detected that (23) is broken.
  • the uppermost diaphragm layer (23) is the diaphragm layer that has received the greatest stress among the plurality of diaphragm layers (21), (22), and (23), and is likely to break first. Therefore, when the uppermost diaphragm layer (23) is broken, the other diaphragm layers (21) and (22) are not broken. Therefore, there is no fluid leakage that becomes a problem when the entire diaphragm (5) is broken. Whether the uppermost diaphragm layer (23) is broken or not can be detected only by the presence or absence of energization.For example, a sensor such as a strain gauge is attached to the diaphragm, and the strain amount is continuously obtained and compared with the threshold value. Compared to a detection system that detects the presence or absence of damage, the detection system is simple and reliable.
  • each of the diaphragm layers (21), (22), and (23) is made of, for example, a nickel alloy thin plate, and is formed in a spherical shell shape that is cut out in a circular shape and has a central portion bulged upward.
  • Each of the diaphragm layers (21), (22), and (23) may be made of a stainless steel thin plate or may be made of a synthetic resin.
  • the diaphragm layers (21), (22), and (23) do not have to be formed of the same material.For example, stainless steel sheets and nickel / cobalt alloy sheets are alternately laminated. There may be.
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment in which each diaphragm layer (21) (22) (23) is made of metal.
  • the wiring (24) is provided on the upper side of the uppermost diaphragm layer (23), and an insulating layer (25) is provided between the wiring (24) and the upper surface of the diaphragm layer (23),
  • the wiring (24) is covered with a protective layer (26) .
  • a glass epoxy resin layer as an insulating layer (25) is provided on the upper surface of the uppermost diaphragm layer (23).
  • a wiring (24) is provided thereon, and PTFE (polytetrafluoroethylene as a protective layer (26) is formed on the upper surfaces of the wiring (24) and the insulating layer (25) so as to cover the wiring (24). ) Layer is provided.
  • a fluororesin such as PTFE may be used.
  • PFA polyfluoroalkoxypolytetrafluoroethylene
  • PTFE polyfluoroalkoxypolytetrafluoroethylene
  • the thicknesses of the diaphragm layers (21), (22), and (23) may all be the same.
  • the uppermost diaphragm layer (23) is replaced with another diaphragm layer (21 ) (22) is thinner.
  • the diaphragm layer (23) to which the wiring (24) is applied has an insulating layer (25), a wiring (24), and a protective layer (26) laminated, so that the total thickness including these increases. Therefore, the diaphragm layer (23) is reinforced, and the diaphragm layers (21) (22) other than the diaphragm layer (23) to which the wiring (24) that should originally be broken can be broken. Sex comes out. As shown in FIG. 4, by making the diaphragm layer (23) provided with the wiring (24) thin, it is possible to reliably detect the breakage of the diaphragm layer (23) that breaks first.
  • the diaphragm (5) is composed of three diaphragm layers (21), (22), and (23), so that the uppermost diaphragm layer (23) is broken. Then, the necessary sealing performance is still secured. Therefore, it can be exchanged for a new one without danger by detecting the fracture state of the uppermost diaphragm layer (23). For example, in a semiconductor manufacturing apparatus, there is a possibility of causing damage to a semiconductor product, which can prevent damage to the semiconductor product.
  • the diaphragm (5) is composed of three diaphragm layers (21), (22), and (23).
  • the diaphragm layers (21), (22), and (23) are two layers. It may be four or more layers.
  • the diaphragm (5) has a spherical shell shape, but it may be a flat diaphragm.
  • the structure can be used similarly in a structure that does not directly contact the sheet.
  • the damaged state can be detected before the diaphragm breaks. Even when a corrosive gas is used, it is possible to avoid the danger associated with the diaphragm breaking. Therefore, it can contribute to the improvement of the safety of the diaphragm valve.

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Abstract

 簡単な構成でありながら、ダイヤフラムが破断する前に、ダイヤフラムの損傷を確実に検出することができるダイヤフラム弁を提供する。ダイヤフラム5は、複数のダイヤフラム層21,22,23によって形成されている。最上層のダイヤフラム層23に、配線24が施されている。配線24の切断を検出することによってダイヤフラム5の異常を検出する。

Description

ダイヤフラム弁
  この発明は、ダイヤフラム弁に関し、特に、使用中の損傷状態が検出可能なダイヤフラム弁に関する。
 流体流入通路、流体流出通路および上向きに開口した凹所が設けられたボディと、ボディの凹所底面に配置された環状のシートと、シートに押圧・離間されることで流体通路の開閉を行う弾性変形可能なダイヤフラムとを備えているダイヤフラム弁は、よく知られている。
 ダイヤフラム弁においては、ダイヤフラムが破断した場合には、弁内の流体が外部に漏れ出すおそれがあるが、流体として、毒性ガスや腐食性ガスが使用されている場合には、危険を伴うことになる。
 ダイヤフラムが破断する前に交換するために、ダイヤフラムの耐久回数を事前に確認しておき、バラツキを考慮して破断までの回数を設定し、この回数に到達した時点で交換するということが一般的に行われているが、このやり方では、設定回数よりも早く破断を起こすことがある。
 そこで、特許文献1には、ダイヤフラムの摩耗に関する状態を監視するためのセンサを設けることが開示されている。
特開2010-519488号公報
 ダイヤフラムの使用中の損傷状態を検出するに際し、ダイヤフラムが破断する前の初期損傷状態を検出することが好ましい。上記特許文献1では、摩耗を監視することで、早期に損傷状態を確認できる。
 しかしながら、特許文献1のものでは、適宜な信号パラメータを設定して、その変化量をベースライン測定値と比較して、ダイヤフラムの摩耗に関する状態を求めるようになされており、このようなシステム構成によると、摩耗監視システムが複雑なものとなり、データ処理が面倒でコスト高となるという問題があった。しかも、どの時点を損傷と判断するかが難しいという問題もあった。
  この発明の目的は、簡単な構成でありながら、ダイヤフラムが破断する前に、ダイヤフラムの損傷を確実に検出することができるダイヤフラム弁を提供することにある。
  この発明によるダイヤフラム弁は、流体流入通路、流体流出通路および上向きに開口した凹所が設けられたボディと、ボディの凹所底面に配置された環状のシートと、シートに押圧・離間されることで流体通路の開閉を行う弾性変形可能なダイヤフラムとを備えているダイヤフラム弁において、ダイヤフラムは、複数のダイヤフラム層によって形成されており、複数のダイヤフラム層の少なくとも1層に、配線が施されており、該配線の切断を検出することによってダイヤフラムの異常が検出されることを特徴とするものである。
 ダイヤフラムは、その外周縁部がボディに固定されることで、ボディに設けられた上向き凹所の開口をシールするとともに、その中央部分が外周縁部に対して弾性変形可能(上下移動可能)とされ、弁棒の上下移動に伴って弾性変形して流体通路開閉に寄与する。ダイヤフラムは、金属製であってもよいし、合成樹脂製であってもよい。
 「複数」は、2以上のいずれであってもよい。「複数のダイヤフラム層の少なくとも1層」は、全てのダイヤフラム層に配線を施してもよいことを意味するが、好ましくは、1層だけに配線が施される。積層構造のダイヤフラムでは、通常、最も大きい応力を受けるダイヤフラム層が破断し、これに伴って、全体の強度が低下することで、ダイヤフラム全体の破断に至る。ここで、1つのダイヤフラム層が破断した状態では、弁内の流体の漏れが発生することはない。すなわち、1枚のダイヤフラムが損傷したことを検出することで、流体の漏れが発生する前に、ダイヤフラムの破断に伴う危険を回避することができる。
 1つのダイヤフラム層が破断したことを検出するために、配線が切断したかどうかが検出される。すなわち、通電の有無を検出すればよいので、連続的に変化する検出値を閾値と比較して判定する必要はなく、ダイヤフラム全体が破断する前の損傷状態の検出のための構成を簡単なものとできる。配線の切断を検出するには、定期的(例えば1回/1日)に通電して、導通の有無を確認ればよい。
 複数のダイヤフラム層は、いずれも金属製とされており、配線とダイヤフラム層との間に絶縁層が設けられ、配線は、保護層に覆われていることが好ましい。
 ダイヤフラム層が金属製の場合、絶縁層が必須となる。絶縁層および保護層は、耐久性および柔軟性のある合成樹脂で形成されていることが好まし。このような合成樹脂としては、例えば、ガラスエポキシ樹脂やフッ素樹脂(PTFE、PFAなど)が適している。
 配線が施されているダイヤフラム層の厚みは、他のダイヤフラム層の厚みよりも小さくなされていることがある。
 このようにすると、配線が施されているダイヤフラム層が確実に最初に破断することになり、1つのダイヤフラム層だけが破断した時点を確実に検出することができる。
 この発明のダイヤフラム弁によると、流体の漏れが発生することはない状態である1つのダイヤフラム層が破断した状態が検出されるので、流体の漏れが発生する前に、ダイヤフラムの損傷を検出することができる。
図1は、この発明によるダイヤフラム弁の1実施形態を示す断面図である。 図2は、ダイヤフラムの構成を示す分解斜視図である。 図3は、最上層のダイヤフラム層を示す平面図である。 図4は、ダイヤフラム層の構成の1実施形態を模式的に示す断面図である。
(1):ダイヤフラム弁、(2):ボディ、(2a):流体流入通路、(2b):流体流出通路、(2c):凹所、(5):ダイヤフラム、(21)(22):ダイヤフラム層、(23):最上層のダイヤフラム層、(24):配線、(25):絶縁層、(26):保護層
  この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、上下は、図1の上下をいうものとする。
 図1は、この発明によるダイヤフラム弁の1実施形態を示しており、ダイヤフラム弁(1)は、流体流入通路(2a)、流体流出通路(2b)および上方に向かって開口した凹所(2c)を有しているブロック状ボディ(2)と、ボディ(2)の凹所(2c)上部に下端部がねじ合わされて上方にのびる円筒状ボンネット(3)と、流体流入通路(2a)の周縁に設けられた環状のシート(4)と、シート(4)に押圧または離間されて流体流入通路(2a)を開閉するダイヤフラム(5)と、ダイヤフラム(5)の中央部を押さえるダイヤフラム押さえ(6)と、ボンネット(3)内に上下移動自在に挿入されてダイヤフラム押さえ(6)を介してダイヤフラム(5)をシート(4)に押圧・離間させるステム(7)と、ボンネット(3)下端面とボディ(2)の凹所(2c)底面との間に配置されてダイヤフラム(5)の外周縁部をボディ(2)の凹所(2c)底面との間で保持する押さえアダプタ(8)と、頂壁(9a)を有しボンネット(3)にねじ合わされたケーシング(9)と、ステム(7)に一体化されたピストン(10)と、ピストン(10)を下方に付勢する圧縮コイルばね(付勢部材)(11)と、ピストン(10)下面に設けられた操作エア導入室(12)と、操作エア導入室(12)内に操作エアを導入する操作エア導入通路(13)とを備えている。
 ダイヤフラム(5)は、球殻状とされており、上に凸の円弧状が自然状態となっている。ダイヤフラム(5)は、図2に示すように、複数(図示は3層)のダイヤフラム層(21)(22)(23)からなるものとされている。
 図3にも示すように、複数のダイヤフラム層(21)(22)(23)のうち、最上層のダイヤフラム層(23)には配線(24)が施されている。この配線(24)は、通電状態にあるか非通電状態にあるかを検出する通電検出手段(図示略)に接続される。したがって、最上層のダイヤフラム層(23)の配線(24)が1カ所で破断すると、通電状態から非通電状態に変化し、この変化が通電検出手段によって検出されることで、最上層のダイヤフラム層(23)が破断したことが検出される。
 最上層のダイヤフラム層(23)は、複数のダイヤフラム層(21)(22)(23)のうち、最も大きな応力を受けており、最初に破断する可能性が高いダイヤフラム層となっている。したがって、最上層のダイヤフラム層(23)が破断した段階では、これ以外のダイヤフラム層(21)(22)は、破断していない。そのため、ダイヤフラム(5)全体が破断した場合に問題となる流体の漏れが生じることはない。最上層のダイヤフラム層(23)が破断したかどうかは、通電の有無だけで検出できるので、例えば、歪みゲージなどのセンサをダイヤフラムに取り付けて、歪み量を継続して求め、閾値と比較して損傷の有無を検出するというような検出システムに比べて、簡単であり、しかも、確実な検出ができる。
 配線(24)の切断を検出するには、定期的(例えば1回/1日)に通電して、通電の有無を確認すればよい。通電がない場合には、最上層のダイヤフラム層(23)が破断したと判定され、ダイヤフラム(5)の交換が必要になったことが、LEDやICタグにより外部に送信される。
 上記において、各ダイヤフラム層(21)(22)(23)は、例えば、ニッケル合金薄板からなるものとされ、円形に切り抜き、中央部を上方へ膨出させた球殻状に形成される。各ダイヤフラム層(21)(22)(23)は、ステンレス鋼薄板からなるものであってもよく、合成樹脂からなるものであってもよい。各ダイヤフラム層(21)(22)(23)は、全てが同じ材料で形成されている必要はなく、例えば、ステンレス鋼薄板とニッケル・コバルト合金薄板とが交互に積層されているようなものであってもよい。
 図4には、各ダイヤフラム層(21)(22)(23)が金属製である場合の好ましい実施形態を示している。同図において、配線(24)は、最上層のダイヤフラム層(23)の上側に設けられており、配線(24)とダイヤフラム層(23)上面との間に絶縁層(25)が設けられ、配線(24)は、保護層(26)に覆われている
 このようにするには、例えば、最上層のダイヤフラム層(23)の上面に、絶縁層(25)としてのガラスエポキシ樹脂層が設けられて、この上に配線(24)が施され、配線(24)を覆うように、配線(24)および絶縁層(25)の上面に、保護層(26)としてのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)層が設けられる。ガラスエポキシ樹脂層に代えて、PTFEなどのフッ素樹脂としてもよく、フッ素樹脂としては、PTFEの他、PFA(ポリフルオロアルコキシポリテトラフルオロエチレン)などが使用される。
 図4において、各ダイヤフラム層(21)(22)(23)の厚みは、全て同じであってももちろんよいが、この実施形態では、最上層のダイヤフラム層(23)が他のダイヤフラム層(21)(22)よりも薄いものとされている。
 配線(24)が施されているダイヤフラム層(23)は、絶縁層(25)、配線(24)および保護層(26)が積層されていることで、これらを含めた全厚が大きくなる。そのため、ダイヤフラム層(23)が補強されたことになって、本来最初に破断するはずの配線(24)が施されたダイヤフラム層(23)以外のダイヤフラム層(21)(22)が破断する可能性が出てくる。図4に示すように、配線(24)が施されたダイヤフラム層(23)を薄くすることで、確実に、最初に破断するダイヤフラム層(23)の破断を検出することができる。
 上記のダイヤフラム弁(1)によると、ダイヤフラム(5)が3層のダイヤフラム層(21)(22)(23)からなる構造とされているので、最上層のダイヤフラム層(23)が破断した状態では、必要なシール性は、まだ確保されている。したがって、最上層のダイヤフラム層(23)の破断状態を検出することで、危険を伴うことなく、新品と交換することができる。例えば、半導体製造装置では、半導体製品の損害につながる可能性があるが、これにより、半導体製品の損害を未然に防止することができる。
 ここで、全てのダイヤフラム層(21)(22)(23)を全て配線付きとすることで、より確実に1層が破断した状態を検出できるが、積層型のダイヤフラム(5)では、通常、最上層のダイヤフラム層(23)の応力が最も大きく、最初に破断するのが最上層のダイヤフラム層(23)であるので、最上層のダイヤフラム層(23)だけに配線(24)を施すことで、より簡単にすることができる。
 なお、上記において、ダイヤフラム(5)が3層のダイヤフラム層(21)(22)(23)からなる例を示しているが、ダイヤフラム層(21)(22)(23)は、2層であってもよいし、4層以上であってもよい。
 また、ダイヤフラムは(5)は、球殻状としているが、平板状のダイヤフラムであっても良い。そして、ダイヤフラムが直接環状のシートに押圧・離間する構造の他に、シートに直接接触しない構造においても同様に使用する事ができる。
 さらに、配線の切断を確認するのに、定期的な通電で、導通の有無を確認する他、常時通電状態にしておく事で、ダイヤフラムの損傷を即座に確認できるようにしても良い。
  ダイヤフラム弁において、ダイヤフラムが破断した場合に、弁内の流体が外部に漏れ出すおそれがあるが、この発明によると、ダイヤフラムが破断する前に、損傷状態が検出できるので、流体として、毒性ガスや腐食性ガスが使用されている場合であっても、ダイヤフラムの破断に伴う危険を回避することができる。したがって、ダイヤフラム弁の安全性の向上に寄与することができる。

Claims (4)

  1.  流体流入通路、流体流出通路および上向きに開口した凹所が設けられたボディと、ボディの凹所底面に配置された環状のシートと、シートに押圧・離間されることで流体通路の開閉を行う弾性変形可能なダイヤフラムとを備えているダイヤフラム弁において、
     ダイヤフラムは、複数のダイヤフラム層によって形成されており、複数のダイヤフラム層の少なくとも1層に、配線が施されており、該配線の切断を検出することによってダイヤフラムの異常が検出されることを特徴とするダイヤフラム弁。
  2.  配線は、最上層のダイヤフラム層にのみ形成されていることを特徴とする請求項1のダイヤフラム弁。
  3.  複数のダイヤフラム層は、いずれも金属製とされており、配線とダイヤフラム層との間に絶縁層が設けられ、配線は、保護層に覆われていることを特徴とする請求項1または2のダイヤフラム弁。
  4.  配線が施されているダイヤフラム層の厚みは、他のダイヤフラム層の厚みよりも小さくなされていることを特徴とする請求項3のダイヤフラム弁。
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