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WO2024057597A1 - ダイヤフラム弁 - Google Patents

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Info

Publication number
WO2024057597A1
WO2024057597A1 PCT/JP2023/014673 JP2023014673W WO2024057597A1 WO 2024057597 A1 WO2024057597 A1 WO 2024057597A1 JP 2023014673 W JP2023014673 W JP 2023014673W WO 2024057597 A1 WO2024057597 A1 WO 2024057597A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
diaphragm
stem
valve
holder
flow path
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/014673
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直也 金井
Original Assignee
イハラサイエンス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by イハラサイエンス株式会社 filed Critical イハラサイエンス株式会社
Publication of WO2024057597A1 publication Critical patent/WO2024057597A1/ja

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Classifications

    • 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
    • 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 that adjusts the flow rate of fluid flowing through a flow path and opens and closes the valve.
  • metal diaphragm valves are known as diaphragm valves in which a metal diaphragm is disposed between a thrust button that moves up and down via a valve stem when a handle is rotated, and a valve seat provided in a valve box.
  • a metal diaphragm is disposed between a thrust button that moves up and down via a valve stem when a handle is rotated, and a valve seat provided in a valve box.
  • Patent Document 1 The periphery of the diaphragm is tightly held by the valve box, and the center portion of the diaphragm is shaped to bulge upward (towards the thrust button).
  • This metal diaphragm valve is used in semiconductor manufacturing equipment, etc.
  • a thrust button that descends when the handle is operated presses the diaphragm into contact with the valve seat, while the thrust button moves upward when the handle is operated.
  • the diaphragm is separated from the valve seat, and by operating the diaphragm in this way, the flow rate is adjusted. has been done.
  • An object of the present invention is to provide a diaphragm valve that can achieve a large flow rate by forcibly operating a diaphragm, and can reduce manufacturing costs.
  • the diaphragm valve of the present invention includes a main body having a first flow path, a second flow path, and a valve seat, a lid body that is screwed onto the main body, and a rotation operation that is screwed into the lid body so that it can be raised and lowered.
  • a stem connected to the valve stem and having a threaded shaft along the valve stem; a stem threadedly coupled to the threaded shaft and moving toward and away from the valve seat; and a holder that opens and closes between the second flow path and an annular diaphragm into which the screw shaft is inserted, and an outer peripheral edge of the diaphragm is mechanically tightened between the main body and the lid.
  • the inner peripheral edge of the diaphragm is mechanically tightened and fixed between the stem and the holder.
  • the diaphragm valve of the present invention since the inner peripheral edge of the diaphragm is tightened and fixed between the stem and the holder, the diaphragm can be forcibly raised and lowered in accordance with the raising and lowering of the valve stem. Compared to a case where a diaphragm valve is provided that adjusts the flow rate by the self-return of the diaphragm, the flow path can be opened beyond the self-return of the diaphragm, so a large flow rate can be achieved.
  • the stem includes a stem body having the threaded shaft, and a contact body through which the threaded shaft is rotatably inserted into the stem body and abuts against the diaphragm.
  • the outer diameter of the abutting body may be the same as the outer diameter of the stem body.
  • the diaphragm of the abutting body can be adjusted to the extent that the abutting body does not interfere with the lid when the stem moves up and down with the valve stem. It is possible to enlarge the area of contact with the object. Therefore, the diaphragm, which receives the pressure of the fluid flowing inside the main body, can be received by the aforementioned large contact area of the contact body.
  • the stem includes a stem body having the threaded shaft, and a contact body through which the threaded shaft is rotatably inserted into the stem body and abuts against the diaphragm.
  • the main body and the lid are fixed by tightening the outer peripheral edge of the diaphragm so that the diaphragm faces diagonally upward toward the stem, and the abutment body is a flat receiver that receives the diaphragm.
  • the receiving surface may have a convex curved surface continuous to the outer periphery of the receiving surface.
  • the stem includes a stem body having the threaded shaft, and a contact body through which the threaded shaft is rotatably inserted into the stem body and abuts against the diaphragm.
  • the holder has a screw hole that is open on its upper surface and into which the screw shaft is screwed, and the contact body has a tapered surface that is inclined diagonally upward toward the screw shaft.
  • a corner portion where the upper surface of the holder and the screwing hole are continuous may be formed at an acute angle and may be arranged to overlap in the vertical direction with respect to the tapered surface.
  • the inner peripheral edge of the diaphragm can be firmly tightened and fixed so that the corner of the holder is wedged between the tapered surface of the abutting body and the screw shaft, and the inner peripheral edge of the diaphragm can be firmly fixed by welding as described above. Even without it, the risk of fluid leakage can be further reduced. Further, since the inner circumferential edge of the diaphragm is tightened and fixed in this manner, the tightened and fixed portion has a shape that is inclined obliquely downward toward the outer circumferential side.
  • the diaphragm has an annular flat plate shape in its original shape, and the inner peripheral edge of the diaphragm is positioned above or below the outer peripheral edge of the diaphragm depending on the elevation of the stem and the holder. It may be placed at a location. According to such a configuration, the inner circumferential edge of the diaphragm, which has an annular flat plate shape, is forcibly disposed above or below the outer circumferential edge of the diaphragm. Compared to the case of using a dome-shaped diaphragm in which the diaphragm bulges upward, the generation of abnormal noise can be further suppressed.
  • a diaphragm valve that can achieve a large flow rate by forcibly operating a diaphragm, and can also reduce manufacturing costs.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a diaphragm valve according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing an open state of the diaphragm valve according to the embodiment. It is a longitudinal cross-sectional view showing an intermediate state of the diaphragm valve according to the embodiment. It is a longitudinal cross-sectional view showing a closed state of the diaphragm valve according to the embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic diagram showing the main parts of the diaphragm valve according to the embodiment in an open state.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic diagram showing the main parts of the diaphragm valve according to the embodiment in an intermediate state.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic diagram showing the main parts of the diaphragm valve according to the embodiment in a closed state.
  • a diaphragm valve 1 is a metal diaphragm valve that controls the flow rate of various fluids in semiconductor manufacturing equipment and the like, and is a large-flow type valve that requires a high Cv value.
  • This diaphragm valve 1 is made of metal, and includes a valve box 10 as a main body, a lid body 20 screwed onto the valve housing 10, and a valve stem 30 screwed onto the lid body 20 so as to be movable up and down.
  • the left-right direction of the diaphragm valve 1 is referred to as the X-axis direction
  • the front-rear direction of the diaphragm valve 1 is referred to as the Y-axis direction
  • the up-down direction of the diaphragm valve 1 is referred to as the Z-axis direction.
  • the X, Y, and Z axis directions are orthogonal to each other.
  • the vertical and horizontal directions of the diaphragm valve 1 are specified, but the vertical and horizontal directions may vary depending on the actual installation direction.
  • the valve box 10 includes a first flow path 11 on the inlet side into which fluid flows, a second flow path 12 on the outlet side from which the fluid flows out, and a cavity 131 that communicates with the first flow path 11 and the second flow path 12. 13.
  • the first flow path 11 is formed to have an L-shaped cross section, and the end located on one side in the X-axis direction is open at a position protruding from the outer peripheral surface 14 of the valve box 10.
  • the end located on the other side in the X-axis direction is open at approximately the center of the bottom surface 132 forming the cavity 131, and a valve seat 15 that projects slightly upward from the bottom surface 132 is formed around the opening periphery. ing.
  • the second flow path 12 is formed to have a substantially doglegged cross section, and the end located on one side in the X-axis direction is connected to a bottom surface 132 forming a cavity 131 and an inner peripheral surface It is open throughout and is located on the other side of the other end of the first flow path 11 in the X-axis direction.
  • the end of the second flow path 12 located on the other side in the X-axis direction is open at a position protruding from the outer circumferential surface 14 of the valve box 10 .
  • the rising portion 13 is composed of a cylindrical portion raised from the periphery of the cavity 131 in the Z-axis direction, and an upper portion 134 of the rising portion 13 is formed with a female screw portion 135 into which the lid 20 is screwed.
  • the lower portion 136 of the raised portion 13 is thicker toward the inner circumference than the upper portion 134.
  • An annular stepped portion 137 is formed between the upper portion 134 and the lower portion 136 of the upright portion 13 .
  • This annular step portion 137 is formed with an annular groove portion over which an annular protrusion 239 of a diaphragm suppressor 235 (described later) overlaps in the Z-axis direction.
  • the lid body 20 is formed into a cylindrical shape, and in this embodiment, integrally includes an upper annular lid portion 21, an intermediate annular lid portion 22, and a lower annular lid portion 23.
  • a diaphragm restraint 235 is provided.
  • the outer diameter of the intermediate annular lid 22 is larger than the outer diameter of the upper annular lid 21, and the lower annular lid 23 is larger than the outer diameter of the intermediate annular lid 22.
  • the outer diameter of the lower annular lid 23 is larger than the inner diameter of the upper annular lid 21 and the intermediate annular lid 22.
  • An indicator 71 is fitted onto the outer peripheral portion 211 of the upper annular lid portion 21 so as to be rotatably guided around an axis along the Z-axis direction.
  • the inner peripheral portion of the upper annular lid portion 21 is formed as a female thread portion 212 into which the valve rod 30 is screwed.
  • the indicator 71 has OPEN and CLOSE displayed on its upper surface, and is configured to be visible through a hole 72 formed in the handle 70.
  • the indicator 71 is fitted with the handle 70 at a predetermined position in the rotational direction, and rotates together with the handle 70 in the fitted state.
  • the inner peripheral portion 222 of the intermediate annular lid portion 22 is in sliding contact with the valve stem 30 so that the valve stem 30 can move up and down in the Z-axis direction.
  • the outer circumferential portion of the lower annular lid portion 23 is formed as a male screw portion 231 that is screwed into the upper portion 134 of the upright portion 13 .
  • the inner diameter of the inner peripheral portion 232 of the lower annular lid portion 23 is larger than the outer diameter of the stem 40.
  • the lower annular lid portion 23 is provided with the aforementioned diaphragm restraint 235.
  • the diaphragm restrainer 235 includes a cylindrical part 236 disposed between the inner peripheral part 232 and the stem 40, and a hollow disc-shaped restraint part 237 extending from the lower end of the cylindrical part 236 to the outer peripheral side. There is.
  • a lower surface 238 see FIG.
  • a downwardly protruding annular protrusion 239 is formed at the lower part of the outer peripheral edge of the diaphragm retainer 235 .
  • the outer peripheral edge 61 of the diaphragm 60 is mechanically fastened and fixed (screwed in this embodiment) between the annular protrusion 239 and the annular step 137 of the upright portion 13 .
  • the annular protrusion 239 of the diaphragm suppressor 235 provided on the lid body 20 overlaps the aforementioned groove in the annular step 137 of the valve box 10 in the Z-axis direction, and the diaphragm 60 is placed between the annular step 137 and The outer peripheral edge 61 of the Therefore, the outer peripheral edge 61 of the diaphragm 60 is fastened and fixed by the valve box 10 and the lid body 20 so that the diaphragm 60 faces diagonally upward toward the stem 40 side. Note that the outer peripheral edge 61 of the diaphragm 60 is not welded to the annular protrusion 239 and the annular step 137.
  • the valve stem 30 extends along the Z-axis direction, and includes an upper valve stem 31 having a male threaded portion 311 formed on its outer circumference to be screwed into the female threaded portion 212 of the upper annular lid 21 , and an intermediate annular lid 22 . It has a lower valve stem 32 whose outer circumferential part slides into sliding contact with the inner circumferential part 222 so that it can move up and down, and in this embodiment, one O-ring is fitted to the outer circumference of the lower valve stem 32. .
  • a handle 70 is attached to the upper end 33 of the valve rod 30, and a stem 40 is attached to the lower end 34.
  • the stem 40 includes a stem body 41 having a threaded shaft 42 and a recess 43, and a contact body 45 (piece) through which the threaded shaft 42 is rotatably inserted into the stem body 41 and abuts against the diaphragm 60. have.
  • the stem body 41 is formed of a short cylindrical body except for the screw shaft 42 and the recess 43.
  • the screw shaft 42 extends downward from the lower surface of the aforementioned short cylindrical body, and has a male thread formed on its outer peripheral surface.
  • This screwing shaft 42 is arranged on the rotation axis center line along the Z-axis direction of the valve rod 30.
  • the recess 43 is open at the upper surface of the aforementioned short cylindrical body, and the lower end 34 of the valve stem 30 is rotatably fitted therein.
  • the stem body 41 has an outer diameter larger than the outer diameter of the valve stem 30.
  • the contact body 45 is formed of a metal annular plate. As shown in FIG. 5, the contact body 45 has an upper surface 451, a lower surface 452, an inner peripheral surface 453, and an outer peripheral surface 454, and the lower surface 452 is configured as a planar receiving surface for receiving the diaphragm 60. There is. As shown in FIGS. 5 to 7, the contact body 45 is formed with a tapered surface 455 that is continuous with the lower surface 452 and the inner circumferential surface 453 and is inclined obliquely upward toward the screw shaft 42 side.
  • the abutment body 45 is formed with a convex curved surface 456 that is continuous with the lower surface 452 (outer circumference of the receiving surface) and the outer circumferential surface 454 and is convexly curved toward the outer circumferential side.
  • the outer diameter of the abutting body 45 is the same as the outer diameter of the stem body 41.
  • a seal ring 51 is attached to the holder 50 so as to be able to come into contact with the valve seat 15, and a screw hole 52 is formed on the inner circumferential surface with a female thread that screws into the male screw of the screw shaft 42. It is formed.
  • the screw hole 52 is open at the upper surface 53 of the holder 50.
  • the upper surface 53 of the holder 50 is inclined diagonally downward from the screw shaft 42 side (inner circumferential side) toward the upright portion 13 side (outer circumferential side), and the shape of the diaphragm 60 when the valve stem 30 is raised is It is formed along the A corner 54 where the upper surface 53 and the screw hole 52 are continuous has an acute angle smaller than 90°, and is arranged to overlap the tapered surface 455 described above in the Z-axis direction.
  • the inner circumferential edge 62 of the diaphragm 60 is pushed upward by the corner 54 and its vicinity, and comes into contact with the contact body 45 at a position on the outer circumferential side of the corner 54 . Therefore, the inner circumferential edge 62 of the diaphragm 60 is mechanically fastened and fixed (screwed in this embodiment) so that the diaphragm 60 is inclined diagonally downward toward the outer circumferential side. Note that the inner peripheral edge portion 62 of the diaphragm 60 is not welded to either the stem 40 or the holder 50.
  • the diaphragm 60 is made of metal, has an annular flat plate shape, and is elastically deformable in the Z-axis direction.
  • the outer peripheral edge 61 of the diaphragm 60 is arranged so that when the lid 20 is screwed onto the valve box 10, the diaphragm 60 faces obliquely upward toward the stem 40. 20, and is mechanically tightened and fixed without welding.
  • the inner peripheral edge 62 of the diaphragm 60 is arranged between the stem 40 and the holder 50 so that when the holder 50 is screwed onto the stem 40, the diaphragm 60 is inclined diagonally downward toward the outer peripheral side. They are mechanically tightened and fixed without welding.
  • the tightening force applied to the outer circumferential edge 61 and inner circumferential edge 62 of the diaphragm 60 is appropriately set according to the size within a range that does not cause fluid leakage or excessive collapse of the diaphragm.
  • This diaphragm 60 partitions the space of the cavity 131.
  • FIGS. 3 and 6 show the diaphragm valve 1 in an intermediate state
  • FIGS. 4 and 7 show the diaphragm valve 1 in a closed state.
  • the seal ring 51 of the holder 50 is spaced upward from the valve seat 15 of the valve box 10, and the first flow path 11 and the second flow path 12 communicate with each other through the space of the cavity 131. are doing.
  • the intermediate state the holder 50 is arranged closer to the valve seat 15 than in the open state, and restricts the flow path that communicates the first flow path 11 and the second flow path 12 in the space of the cavity 131.
  • the seal ring 51 of the holder 50 is in contact with the valve seat 15 and blocks the first flow path 11 and the second flow path 12.
  • the abutting body 45 is arranged at a position protruding downward from the inner peripheral side portion of the suppressing portion 237 of the diaphragm suppressing portion 235. In the intermediate state shown in FIG. 6 and the closed state shown in FIG. It can abut the diaphragm 60 .
  • the outer peripheral edge 61 and inner peripheral edge 62 of the diaphragm 60 are uniquely tightened and fixed as described above, so that in the intermediate state and the closed state, the outer peripheral edge 61 is diagonally upward toward the inner peripheral side.
  • the intermediate portion closer to the inner peripheral edge 62 than the outer peripheral edge 61 is inclined diagonally downward toward the inner peripheral side, and the inner peripheral edge 62 closer to the inner peripheral edge than the intermediate portion is inclined downwardly toward the inner peripheral side.
  • the slope is also gentle. Since the diaphragm 60 is forcibly curved into a unique shape in this way, the diaphragm 60 is less likely to generate abnormal noises such as clicking sounds when the diaphragm valve 1 is operated to open and close.
  • the corner portion 54 is arranged to overlap the tapered surface 455 in the Z-axis direction, the inner peripheral edge 62 of the diaphragm 60 can be aligned to the inner peripheral side of the contact body 45 and the holder 50 without welding. It can be firmly tightened and fixed in place.
  • the forced deformation of the diaphragm 60 based on the rotation of the handle 70 when closing the flow path is performed within a range in which the diaphragm 60 can be elastically deformed without causing plastic deformation. By keeping the deformation within this range, for example, plastic deformation of the diaphragm 60 and a decrease in durability are suppressed. In this way, in the diaphragm valve 1, the holder 50 comes into contact with the valve seat 15 and closes off between the first flow path 11 and the second flow path 12.
  • the diaphragm 60 is separated from the valve seat 15 by a large distance compared to when the diaphragm 60 self-returns upward, so the communication area between the first flow path 11 and the second flow path 12 can be expanded and further improved. Large flow rate can be achieved.
  • the forced deformation of the diaphragm 60 based on the rotation of the handle 70 when opening the flow path is performed within a range in which the diaphragm 60 can be elastically deformed without causing plastic deformation. By keeping the deformation within this range, for example, plastic deformation of the diaphragm 60 and a decrease in durability are suppressed.
  • the position of the inner circumferential edge 62 is located above the position of the outer circumferential edge 61.
  • the lower surface 452 of the contact body 45 is disposed at a vertical position roughly along the inner circumferential side portion of the suppressing portion 237 of the diaphragm suppressor 235, and the upper surface 53 of the holder 50 is located at the inner circumferential edge of the diaphragm 60. 62 is received from below.
  • the diaphragm 60 has a substantially dome shape that is inclined diagonally upward from the outer peripheral edge 61 to the inner peripheral edge 62.
  • the position of the inner peripheral edge part 62 in the intermediate state is taken as the reference position, the position of the inner peripheral edge part 62 in the open state is located at an upper position that is 1 to 2 mm higher than the reference position. In this way, in the diaphragm valve 1, the holder 50 is separated from the valve seat 15, and the first flow path 11 and the second flow path 12 are communicated with each other.
  • the inventor proposed that in the diaphragm valve 1 for large flow rate with a large stroke in which the diaphragm 60 is fixed to the stem 40, the diaphragm 60 is not welded to the stem 40.
  • the diaphragm valve 1 By stress analysis of the shape of the parts that are mechanically fixed and mechanically sandwich the diaphragm 60, they invented a diaphragm valve 1 that combines stroke, sealing performance, and durability.
  • the diaphragm valve 1 has an outer peripheral edge 61 of the diaphragm 60 mechanically tightened and fixed between the valve box 10 and the lid body 20, and an inner peripheral edge 62 of the diaphragm 60 between the stem 40 and the holder 50. Since the diaphragm 60 is mechanically tightened and fixed between the positions, the diaphragm 60 can be forcibly raised and lowered in accordance with the rise and fall of the valve stem 30. Compared to the case where a valve is provided, in particular, the flow path can be opened beyond the self-return of the diaphragm 60, so that a larger flow rate can be achieved.
  • both the outer circumferential edge 61 and the inner circumferential edge 62 of the diaphragm 60 are mechanically tightened and fixed, there is no need to weld the diaphragm 60 to the stem 40 or the like, and the manufacturing cost of the diaphragm valve 1 can be suppressed.
  • the holder 50 since the outer diameter of the contact body 45 is the same as the outer diameter of the stem body 41, when the holder 50 is screwed onto the threaded shaft 42 of the stem body 41, the holder 50 Since the contact body 45 rotates together with the diaphragm 60, it is possible to reduce friction between the diaphragm 60, the stem 40, and the holder 50. Furthermore, since the outer diameter of the abutting body 45 is the same as the outer diameter of the stem body 41, the abutting body 45 does not interfere with the lid 20 etc. when the stem 40 moves up and down together with the valve rod 30. In this way, the contact area of the contact body 45 with respect to the diaphragm 60 can be increased. Therefore, the diaphragm 60 that receives the pressure of the fluid flowing inside the valve box 10 can be received by the aforementioned large contact area of the contact body 45.
  • the valve box 10 and the lid body 20 are fixed by tightening the outer peripheral edge 61 of the diaphragm 60 so that the diaphragm 60 faces obliquely upward toward the stem 40, and the abutting body 45 is Since it has a lower surface 452 as a planar receiving surface for receiving the diaphragm 60 and a convex curved surface 456 continuous to the outer periphery of the lower surface 452, when the stem 40 descends, the lower surface of the abutting body 45 452 is arranged below the tightening and fixing position of the outer peripheral edge 61 of the diaphragm 60, the outer peripheral side of the diaphragm 60 where the outer peripheral edge 61 is tightened and fixed so as to face diagonally upward toward the stem 40 side.
  • the portion closer to the inner circumference than the closer portion is curved diagonally downward toward the stem 40 side, but since the abutment body 45 is formed with the aforementioned convex curved surface 456, stress concentration occurs on the diaphragm 60. can be suppressed.
  • the contact body 45 is formed with a tapered surface 455 that is inclined obliquely upward toward the screw shaft 42 side, and the corner portion 54 where the upper surface 53 of the holder 50 and the screw hole 52 are continuous is formed at an acute angle and is arranged to overlap with the tapered surface 455 in the Z-axis direction, so that the corner 54 of the holder 50 is aligned with the tapered surface 455 of the contact body 45 and the screw shaft 42.
  • the inner circumferential edge 62 of the diaphragm 60 can be firmly tightened and fixed by being wedged between the inner circumferential edges 62 and the possibility of fluid leakage can be further reduced without welding the inner circumferential edge 62.
  • the tightened and fixed portion has a shape that is inclined obliquely downward toward the outer circumferential side. Therefore, when the inner circumferential edge portion 62 of the diaphragm 60 is lowered, it is possible to prevent the shape of the diaphragm 60 from vertically inverting and generate abnormal noise, and the durability of the diaphragm 60 can be improved.
  • the original shape of the diaphragm 60 is an annular flat plate, and the inner peripheral edge 62 of the diaphragm 60 is positioned above or above the outer peripheral edge 61 of the diaphragm 60 depending on the elevation of the stem 40 and the holder 50. Since the inner circumferential edge 62 of the diaphragm 60, which has an annular flat plate shape, is forcibly disposed at a position higher than the outer circumferential edge 61, or at a lower position, For example, compared to the case of using a dome-shaped diaphragm whose original shape bulges upward, the generation of abnormal noise can be further suppressed.
  • the outer diameter of the contact body 45 is the same as the outer diameter of the stem body 41, but is not limited to this, and may be smaller than the outer diameter of the stem body 41, for example.
  • the outer diameter of the abutting body 45 may be larger than the outer diameter of the stem main body 41 as long as it does not interfere with the vertical movement of the stem main body 41.
  • the outer diameter of the holder 50 is larger than the outer diameter of the stem 40, but the outer diameter is not limited to this, and may be equal to or smaller than the outer diameter of the stem 40.
  • the stem 40 is configured such that the abutting body 45 is rotatably provided with respect to the stem body 41, and when the holder 50 is screwed onto the screwing shaft 42, the abutting body 45 is rotated with the diaphragm 60. rotates to suppress the occurrence of friction against the diaphragm 60.
  • the contact body 45 could be integrated with the stem body 41. may be formed.
  • the integrally formed stem 40 has a portion (non-rotatable) corresponding to the abutting body 45.
  • the inner circumferential edge 62 of the diaphragm 60 is firmly tightened and fixed by the tapered surface 455 of the abutting body 45 and the acute corner 54 of the holder 50. 455 and the acute angle portion 54, as long as the inner circumferential edge portion 62 of the diaphragm 60 can be tightened and fixed without welding, it is not necessary to have these structures.
  • valve box 10 and the lid body 20 are fixed by tightening the outer peripheral edge 61 of the diaphragm 60 so that the diaphragm 60 faces diagonally upward toward the stem 40 side, and when the diaphragm 60 operates, the diaphragm 60 Even when the inner circumferential edge 62 of the diaphragm 60 is disposed at a lower position with respect to the outer circumferential edge 61, abnormal noise that may occur due to the inversion of the diaphragm 60 is suppressed.
  • valve box 10 and the lid body 20 do not need to be tightened and fixed with the outer peripheral edge 61 of the diaphragm 60 in the above-described direction; for example, the diaphragm 60 may be tightened and fixed with the diaphragm 60 oriented horizontally.
  • the abutting body 45 is formed with the aforementioned convex curved surface 456, but if there is no problem in the operation of the diaphragm 60 even without the convex curved surface 456, the configuration of the convex curved surface 456 can be omitted. You may.
  • the diaphragm valve 1 has been described as a large-flow type metal diaphragm valve used in semiconductor manufacturing equipment, etc., but it can also be used in the liquid crystal market as well as the semiconductor market.
  • Diaphragm valve 10... Valve box (main body), 11... First flow path, 12... Second flow path, 13... Standing part, 131... Cavity, 132... Bottom surface, 133, 453... Inner peripheral surface, 134... Upper part, 135, 212... Female thread part, 136... Lower part, 137... Annular step part, 14... Outer peripheral surface, 15... Valve seat, 20... Lid body, 21... Upper annular lid part, 211... Outer periphery part, 22 ...Middle annular lid part, 222, 232... Inner peripheral part, 23... Lower annular lid part, 231, 311... Male thread part, 235... Diaphragm suppressor, 236...

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Abstract

ダイヤフラム弁（１）は、第一流路（１１）、第二流路（１２）および弁座（１５）を有する弁箱（１０）と、弁箱（１０）に螺合して取り付けられる蓋体（２０）と、蓋体（２０）に対して昇降可能に螺合する回転操作可能な弁棒（３０）と、弁棒（３０）に連結されると共に弁棒（３０）に沿った螺合軸（４２）を有するステム（４０）と、螺合軸（４２）に螺合すると共に弁座（１５）に対して接離して第一流路（１１）および第二流路（１２）の間を開閉するホルダ（５０）と、螺合軸（４２）が挿通される環状のダイヤフラム（６０）とを備える。ダイヤフラム（６０）の外周縁部（６１）は、弁箱（１０）および蓋体（２０）の間に機械的に締付け固定され、ダイヤフラム（６０）の内周縁部（６２）は、ステム（４０）およびホルダ（５０）の間に機械的に締付け固定される。

Description

ダイヤフラム弁
　本発明は、流路を流れる流体の流量を調整、及び開閉を行うダイヤフラム弁に関する。
　従来、ダイヤフラム弁として、ハンドルの回転によって弁棒を介して昇降するスラストボタンと、弁箱に設けられた弁座との間にメタルダイヤフラム（ダイヤフラム）が配置されるメタルダイヤフラム弁が知られている（特許文献１参照）。ダイヤフラムは、その周縁が弁箱に密封的に挟持されており、その中央部が上方（スラストボタン側）に膨出した形状とされている。
　このメタルダイヤフラム弁は、半導体製造装置などに用いられるものであり、ハンドル操作により下降するスラストボタンによってダイヤフラムを押圧して弁座に当接させる一方、ハンドル操作によりスラストボタンが上昇することで当該スラストボタンによるダイヤフラムの押圧を解除して、当該ダイヤフラムを原形状に自己復帰させることで、ダイヤフラムを弁座から離間させる構成とされており、このようにダイヤフラムを動作させることで流量を調整する構成とされている。
特開平８－１０５５５４号公報
　ところで、特許文献１に記載のメタルダイヤフラム弁では、ダイヤフラムが自己復帰によって弁座から離間する構成とされているので、ダイヤフラムの自己復帰を超えて強制的に弁座から離間させて大流量化を図ることが困難である。
　ここで例えば、ダイヤフラムをスラストボタンなどに溶接し、スラストボタンの上昇によってダイヤフラムを強制的に弁座から離間させることが考えられるが、メタルダイヤフラム弁の製造に溶接作業が必要となってしまい、製造コストを抑えることが困難である。
　本発明の目的は、ダイヤフラムを強制的に作動させて大流量化を図ることができると共に、製造コストを抑え得るダイヤフラム弁を提供することにある。
　本発明のダイヤフラム弁は、第一流路、第二流路および弁座を有する本体と、前記本体に螺合して取り付けられる蓋体と、前記蓋体に対して昇降可能に螺合する回転操作可能な弁棒と、前記弁棒に連結されると共に前記弁棒に沿った螺合軸を有するステムと、前記螺合軸に螺合すると共に前記弁座に対して接離して前記第一流路および前記第二流路の間を開閉するホルダと、前記螺合軸が挿通される環状のダイヤフラムとを備え、前記ダイヤフラムの外周縁部は、前記本体および前記蓋体の間に機械的に締付け固定され、前記ダイヤフラムの内周縁部は、前記ステムおよび前記ホルダの間に機械的に締付け固定される。
　本発明のダイヤフラム弁によれば、ダイヤフラムの内周縁部をステムおよびホルダの間に締付け固定するので、ダイヤフラムを弁棒の昇降に応じて強制的に昇降させることができ、例えば、前述したようにダイヤフラムの自己復帰によって流量を調整するようなダイヤフラム弁を備える場合と比べて、特にダイヤフラムの自己復帰を超えて流路開放できるので大流量化を図り得る。また、ダイヤフラムの外周縁部および内周縁部の双方等とも機械的に締付け固定されるので、ダイヤフラムをステムなどに溶接する必要がなく、ダイヤフラム弁の製造コストを抑え得る。
　本発明のダイヤフラム弁では、前記ステムは、前記螺合軸を有するステム本体と、前記ステム本体に対して回転可能に前記螺合軸が挿通されると共に前記ダイヤフラムに当接する当接体とを有し、前記当接体の外径寸法は、前記ステム本体の外径寸法と同じ寸法とされてもよい。
　このような構成によれば、ステム本体の螺合軸にホルダを螺合する際、ホルダおよび当接体がダイヤフラムと共に回転することで、ダイヤフラムとステムおよびホルダとの間に摩擦が発生することを低減できる。また、当接体の外径寸法がステム本体の外径寸法と同じ寸法とされるので、弁棒とともにステムが昇降する際に当接体が蓋体などに干渉しない範囲で当接体のダイヤフラムに対する当接領域を大きくすることができる。このため、本体の内部を流れる流体の圧力を受けるダイヤフラムを当接体の前述した大きな当接領域で受けることができる。
　本発明のダイヤフラム弁では、前記ステムは、前記螺合軸を有するステム本体と、前記ステム本体に対して回転可能に前記螺合軸が挿通されると共に前記ダイヤフラムに当接する当接体とを有し、前記本体および前記蓋体は、前記ダイヤフラムが前記ステム側に向かって斜め上向きとなるように当該ダイヤフラムの外周縁部を締付け固定し、前記当接体は、前記ダイヤフラムを受ける平面状の受け面と、前記受け面の外周に連続する凸曲状の凸曲面とを有してもよい。
　このような構成によれば、ステムが下降することで当接体の受け面がダイヤフラムの外周縁部の締め付け固定位置よりも下方に配置される場合には、ステム側に向かって斜め上向きとなるように外周縁部が締付け固定されたダイヤフラムの外周側寄りの部分よりも内周側寄りの部分はステム側に向かって斜め下向きに湾曲されるが、当接体に前述した凸曲面が形成されているので、ダイヤフラムに応力集中が生じることを抑制できる。
　本発明のダイヤフラム弁では、前記ステムは、前記螺合軸を有するステム本体と、前記ステム本体に対して回転可能に前記螺合軸が挿通されると共に前記ダイヤフラムに当接する当接体とを有し、前記ホルダは、その上面で開口すると共に前記螺合軸が螺合する螺合穴を有し、前記当接体には、前記螺合軸側に向かって斜め上向きに傾斜したテーパー面が形成され、前記ホルダの上面および前記螺合穴が連続する角部は、鋭角に形成されていると共に前記テーパー面に対して上下方向に重なって配置されてもよい。
　このような構成によれば、ホルダの角部を、当接体のテーパー面と螺合軸との間に食い込ませるようにダイヤフラムの内周縁部を強固に締付け固定でき、前述したように溶接しなくても流体漏れなどのおそれを、より低減できる。
　また、このようにダイヤフラムの内周縁部を締付け固定するので、締付け固定部分は外周側に向かって斜め下向きに傾斜するような形状となる。このため、ダイヤフラムの内周縁部を下降した際に、ダイヤフラムの形状に上下反転が生じて異音が発生することを抑制できると共にダイヤフラムの耐久性の向上を図り得る。
　本発明のダイヤフラム弁では、前記ダイヤフラムは、その原形が環状平板状であり、前記ダイヤフラムの内周縁部は、前記ステムおよび前記ホルダの昇降に応じて当該ダイヤフラムの外周縁部よりも上方位置または下方位置に配置されてもよい。
　このような構成によれば、原形が環状平板状のダイヤフラムの内周縁部を外周縁部よりも上方位置に強制的に配置したり、下方位置に強制的に配置したりするので、例えば、原形が上方に膨出したドーム状のダイヤフラムを用いる場合と比べて、更に異音の発生を抑え得る。
　本発明によれば、ダイヤフラムを強制的に作動させて大流量化を図ることができると共に、製造コストを抑え得るダイヤフラム弁を提供することができる。
本発明の実施形態に係るダイヤフラム弁を示す斜視図である。 前記実施形態に係るダイヤフラム弁の開放状態を示す縦断面図である。 前記実施形態に係るダイヤフラム弁の中間状態を示す縦断面図である。 前記実施形態に係るダイヤフラム弁の閉鎖状態を示す縦断面図である。 前記実施形態に係るダイヤフラム弁の開放状態における要部を示す拡大模式図である。 前記実施形態に係るダイヤフラム弁の中間状態における要部を示す拡大模式図である。 前記実施形態に係るダイヤフラム弁の閉鎖状態における要部を示す拡大模式図である。
［本実施形態の構成］
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１から図４において、本実施形態に係るダイヤフラム弁１は、半導体製造装置などにおいて各種の流体の流量を制御するメタルダイヤフラム弁であって高Ｃｖ値が求められる大流量型の弁である。このダイヤフラム弁１は、金属製であり、本体としての弁箱１０と、弁箱１０に螺合して取り付けられる蓋体２０と、蓋体２０に対して昇降可能に螺合する弁棒３０と、弁棒３０に連結されると共に弁棒３０に沿った螺合軸４２を有するステム４０と、螺合軸４２に螺合するホルダ５０と、螺合軸４２が挿通される環状のダイヤフラム６０とを備えている。弁棒３０にはこれを回転操作するハンドル７０が取り付けられている。
　以下の説明において、ダイヤフラム弁１の左右方向をＸ軸方向とし、ダイヤフラム弁１の前後方向をＹ軸方向とし、ダイヤフラム弁１の上下方向をＺ軸方向とする。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向は互いに直交する。なお、本実施形態では、説明の便宜上、ダイヤフラム弁１の上下左右の向きを特定しているが、実際の設置の向きによっては上下左右の向きは異なり得る。
　弁箱１０は、流体が流れ込む入口側の第一流路１１と、流体が流れ出る出口側の第二流路１２と、第一流路１１および第二流路１２を連通するキャビティ１３１を形成する立上げ部１３とを有している。
　第一流路１１は、本実施形態では断面Ｌ字状に形成されており、Ｘ軸方向における一方側に位置する端部は、弁箱１０の外周面１４から突出した位置で開口しており、Ｘ軸方向における他方側に位置する端部は、キャビティ１３１を形成する底面１３２における略中央部で開口しており、その開口周縁には、底面１３２から若干上方に突出した弁座１５が形成されている。
　第二流路１２は、本実施形態では断面略「く」の字状に形成されており、Ｘ軸方向における一方側に位置する端部は、キャビティ１３１を形成する底面１３２および内周面１３３にわたって開口しており、第一流路１１の他方側の端部よりもＸ軸方向における他方側に位置している。第二流路１２のＸ軸方向における他方側に位置する端部は、弁箱１０の外周面１４から突出した位置で開口している。
　立上げ部１３は、キャビティ１３１の周縁からＺ軸方向に立ち上げられた筒状部分で構成されており、立上げ部１３における上側部分１３４には蓋体２０が螺合する雌ねじ部１３５が形成されており、立上げ部１３における下側部分１３６は、上側部分１３４よりも内周側に向かって肉厚とされている。立上げ部１３の上側部分１３４および下側部分１３６との間には、環状段部１３７が形成されている。この環状段部１３７には、後述するダイヤフラム抑２３５の環状突部２３９がＺ軸方向に重なる環状の溝部が形成されている。
　蓋体２０は、筒状に形成されており、本実施形態では上側環状蓋部２１、中間環状蓋部２２および下側環状蓋部２３を一体に有しており、下側環状蓋部２３にはダイヤフラム抑２３５が設けられている。この蓋体２０では、上側環状蓋部２１の外径寸法よりも中間環状蓋部２２の外径寸法が大きく形成されており、中間環状蓋部２２の外径寸法よりも下側環状蓋部２３の外径寸法が大きく形成されており、上側環状蓋部２１および中間環状蓋部２２の内径寸法よりも下側環状蓋部２３の内径寸法が大きく形成されている。
　上側環状蓋部２１の外周部２１１には、インジケーター７１がＺ軸方向に沿った軸周りに回転案内可能に嵌着されている。上側環状蓋部２１の内周部は、弁棒３０が螺合する雌ねじ部２１２として形成されている。インジケーター７１は、その上面に開放(ＯＰＥＮ)および閉鎖（ＣＬＯＳＥ）の旨が表示されており、ハンドル７０に形成された孔７２から上記表示を目視可能に構成されている。このインジケーター７１は、上記回転方向における所定箇所でハンドル７０と凹凸嵌合し、嵌合状態でハンドル７０と共に回転するようになっている。
　中間環状蓋部２２の内周部２２２は、弁棒３０がＺ軸方向に昇降可能に当該弁棒３０に摺接している。
　下側環状蓋部２３の外周部は、立上げ部１３の上側部分１３４に螺合する雄ねじ部２３１として形成されている。下側環状蓋部２３の内周部２３２の内径寸法は、ステム４０の外径寸法よりも大きく形成されている。この下側環状蓋部２３には、前述したダイヤフラム抑２３５が設けられている。
　ダイヤフラム抑２３５は、内周部２３２およびステム４０の間に配置される筒状部２３６と、筒状部２３６の下端から外周側に延出した中空円板状の抑え部２３７とを有している。抑え部２３７の下面２３８（図５参照）は、外周側から内周側（ステム４０側）に向かって斜め上向きに傾斜している。このダイヤフラム抑２３５の外周縁下部には、下方に突出した環状突部２３９が形成されており、下側環状蓋部２３の雄ねじ部２３１が弁箱１０の雌ねじ部１３５に螺合されることで、前述した環状突部２３９と立上げ部１３の環状段部１３７との間でダイヤフラム６０の外周縁部６１を機械的に締付け固定（本実施形態ではねじ込み式固定）する。ここで、蓋体２０に設けられたダイヤフラム抑２３５の環状突部２３９は、弁箱１０の環状段部１３７における前述した溝部とＺ軸方向に重なりながら、環状段部１３７との間にダイヤフラム６０の外周縁部６１を挟持する。このため、ダイヤフラム６０の外周縁部６１は、当該ダイヤフラム６０がステム４０側に向かって斜め上向きとなるように、弁箱１０および蓋体２０によって締付け固定されている。なお、ダイヤフラム６０の外周縁部６１は、環状突部２３９および環状段部１３７に対して、非溶接である。
　弁棒３０は、Ｚ軸方向に沿って延びており、上側環状蓋部２１の雌ねじ部２１２に螺合する雄ねじ部３１１が外周部に形成された弁棒上部３１と、中間環状蓋部２２の内周部２２２に対して外周部が昇降可能に摺接する弁棒下部３２とを有しており、本実施形態では、弁棒下部３２の外周部には一つのＯリングが嵌着されている。この弁棒３０には、その上端部３３にハンドル７０が取り付けられており、その下端部３４にステム４０が取り付けられている。
　ステム４０は、螺合軸４２および凹部４３を有するステム本体４１と、ステム本体４１に対して回転可能に螺合軸４２が挿通されると共にダイヤフラム６０に当接する当接体４５（ピース）とを有している。
　ステム本体４１は、螺合軸４２および凹部４３を除くと短尺円柱状体で形成されている。螺合軸４２は、前述した短尺円柱状体の下面から下方に延出しており、その外周面に雄ねじが形成されている。この螺合軸４２は、弁棒３０のＺ軸方向に沿った回転軸心線上に配置されている。凹部４３は、前述した短尺円柱状体の上面で開口しており、弁棒３０の下端部３４が回転可能に嵌着されている。ステム本体４１は、弁棒３０の外形寸法よりも大きい外径寸法を有している。
　当接体４５は金属製の環状板で形成されている。当接体４５は、図５に示すように、上面４５１、下面４５２、内周面４５３および外周面４５４を有しており、下面４５２は、ダイヤフラム６０を受ける平面状の受け面として構成されている。図５から図７に示すように、当接体４５には、下面４５２および内周面４５３に連続すると共に螺合軸４２側に向かって斜め上向きに傾斜したテーパー面４５５が形成されている。また、当接体４５には、下面４５２（受け面の外周）および外周面４５４に連続すると共に外周側に向かって凸曲状の凸曲面４５６が形成されている。当接体４５の外径寸法は、ステム本体４１の外径寸法と同じ寸法とされている。
　ホルダ５０には、弁座１５に対して当接可能にシールリング５１が装着されており、且つ、螺合軸４２の雄ねじに螺合する雌ねじが内周面に形成された螺合穴５２が形成されている。螺合穴５２は、ホルダ５０の上面５３で開口している。ホルダ５０の上面５３は、螺合軸４２側（内周側）から立上げ部１３側（外周側）に向かって斜め下に傾斜しており、弁棒３０が上昇した際におけるダイヤフラム６０の形状に沿うように形成されている。上面５３と螺合穴５２とが連続する角部５４は９０°よりも小さい鋭角とされており、前述したテーパー面４５５に対してＺ軸方向に重なって配置されている。ここで、ダイヤフラム６０の内周縁部６２は、角部５４およびその近傍によって上方に押され、且つ、角部５４よりも外周側の位置で当接体４５に当接する。このため、ダイヤフラム６０の内周縁部６２は、当該ダイヤフラム６０が外周側に向かって斜め下に傾斜するように機械的に締め付け固定（本実施形態ではねじ込み式固定）される。なお、ダイヤフラム６０の内周縁部６２は、ステム４０およびホルダ５０のいずれに対しても非溶接である。
　ダイヤフラム６０は、金属製であってその原形が環状平板状でありＺ軸方向に弾性変形可能である。ダイヤフラム６０の外周縁部６１は、蓋体２０が弁箱１０に対して螺合によって取り付けられることで、当該ダイヤフラム６０がステム４０側に向かって斜め上向きとなるように、弁箱１０および蓋体２０の間に非溶接で機械的に締付け固定されている。また、ダイヤフラム６０の内周縁部６２は、ホルダ５０がステム４０に対して螺合によって取り付けられることで、当該ダイヤフラム６０が外周側に向かって斜め下に傾斜するように、ステム４０およびホルダ５０の間に非溶接で機械的に締付け固定されている。ダイヤフラム６０の外周縁部６１および内周縁部６２に対する締付け力は、流体漏れが生じず且つダイヤフラムに過度の潰れが生じない範囲で、サイズに応じて適宜設定される。このダイヤフラム６０は、キャビティ１３１の空間を区画している。
　以下、ダイヤフラム弁１の開閉動作について説明する。
　図２および図５はダイヤフラム弁１の開放状態を示しており、図３および図６はダイヤフラム弁１の中間状態を示しており、図４および図７はダイヤフラム弁１の閉鎖状態を示している。開放状態では、ホルダ５０のシールリング５１は、弁箱１０の弁座１５から上方に離間して配置されており、第一流路１１および第二流路１２はキャビティ１３１の空間を介して互いに連通している。中間状態では、ホルダ５０は、開放状態よりも弁座１５に接近して配置されており、キャビティ１３１の空間において第一流路１１および第二流路１２を連通する流路を絞っている。閉鎖状態では、ホルダ５０のシールリング５１は弁座１５に接触しており、第一流路１１と第二流路１２とを遮断している。
［閉鎖動作］
　まず、図２および図５に示す開放状態にあるダイヤフラム弁１において、ハンドル７０を弁棒３０の軸周りに回転操作し、弁棒３０を回転させる。この回転により弁棒３０が下降すると、ステム４０およびホルダ５０は回転を生じずに下降し、ステム４０の当接体４５がダイヤフラム６０の内周縁部６２を下方に押し下げることで、ダイヤフラム弁１は、図３および図６に示す中間状態を経て、図４および図７に示す閉鎖状態となる。図６の中間状態では、内周縁部６２の位置は外周縁部６１の位置に対して略同等の高さ位置（上下位置）にあり、図７の閉鎖状態では、内周縁部６２は外周縁部６１に対して下方位置に配置される。中間状態における内周縁部６２の位置を基準位置とした場合、閉鎖状態では内周縁部６２の位置は基準位置よりも１ｍｍ未満の範囲で下がった下方位置に配置される。また、中間状態および閉鎖状態では、当接体４５は、ダイヤフラム抑２３５の抑え部２３７における内周側部分よりも下方に突出した位置に配置される。図６の中間状態および図７の閉鎖状態では、当接体４５の下面４５２は、ダイヤフラム６０の内周縁部６２を上方から受け、且つ、凸曲面４５６はダイヤフラム６０に応力集中が生じないように当該ダイヤフラム６０に当接し得る。ダイヤフラム６０は、その外周縁部６１および内周縁部６２が前述したように独特の締付け固定がなされているので、中間状態および閉鎖状態では、外周縁部６１は内周側に向かって斜め上向きに傾斜しており、外周縁部６１よりも内周縁部６２側の中間部分は内周側に向かって斜め下向きに傾斜しており、中間部分よりも内周側の内周縁部６２は中間部分よりも傾斜が緩やかとなっている。このようにダイヤフラム６０は強制的に独特形状に湾曲されるので、ダイヤフラム弁１を開放状態および閉鎖状態に操作する際に、ダイヤフラム６０からカチカチ音などの異音が発生しにくい。また、角部５４がテーパー面４５５に対してＺ軸方向に重なって配置されているので、溶接をしなくても、ダイヤフラム６０の内周縁部６２を当接体４５およびホルダ５０の内周側部分で強固に締付け固定できる。なお、本実施形態では、流路を閉鎖する際におけるハンドル７０の回転に基づくダイヤフラム６０の強制的な変形は、当該ダイヤフラム６０が塑性変形を生じずに弾性変形可能な範囲内で行われる。当範囲での変形に留めることで、例えばダイヤフラム６０に塑性変形が生じて耐久性が低下することを抑制している。
　このようにして、ダイヤフラム弁１は、ホルダ５０が弁座１５に対して接触して第一流路１１および第二流路１２の間を閉鎖する。
［開放動作］
　まず、図４および図７に示す閉鎖状態にあるダイヤフラム弁１において、ハンドル７０を弁棒３０の軸周りで逆方向に回転操作し、弁棒３０を逆方向に回転させる。この回転により弁棒３０が上昇すると、ステム４０およびホルダ５０は回転を生じずに上昇し、ホルダ５０がダイヤフラム６０の内周縁部６２を上方に押し上げ、ダイヤフラム弁１は、図３および図６に示す中間状態とし、更にダイヤフラム６０の自己復帰を超えて強制的に上方に押し上げることで、図２および図５に示す開放状態となる。この開放状態では、ダイヤフラム６０が上方に自己復帰する場合と比べて、ダイヤフラム６０が弁座１５から大きく離間されるので、第一流路１１および第二流路１２の連通領域を拡大できて更なる大流量化を図れる。なお、本実施形態では、流路を開放する際におけるハンドル７０の回転に基づくダイヤフラム６０の強制的な変形は、当該ダイヤフラム６０が塑性変形を生じずに弾性変形可能な範囲内で行われる。当範囲での変形に留めることで、例えばダイヤフラム６０に塑性変形が生じて耐久性が低下することを抑制している。図５の開放状態では、内周縁部６２の位置は外周縁部６１の位置に対して上方位置に配置される。また、開放状態では、当接体４５の下面４５２は、ダイヤフラム抑２３５の抑え部２３７における内周側部分に概略沿った上下位置に配置され、ホルダ５０の上面５３は、ダイヤフラム６０の内周縁部６２を下方から受けている。そして、開放状態では、ダイヤフラム６０は、外周縁部６１から内周縁部６２にわたって斜め上向きに傾斜した略ドーム形状となる。中間状態における内周縁部６２の位置を基準位置とした場合、開放状態では内周縁部６２の位置は基準位置よりも１～２ｍｍの範囲で上がった上方位置に配置される。
　このようにして、ダイヤフラム弁１は、ホルダ５０が弁座１５から離間して第一流路１１および第二流路１２を連通する。
　本実施形態のダイヤフラム弁１としても記載したように、発明者は、ダイヤフラム６０がステム４０に固定されたストロークの大きい大流量用のダイヤフラム弁１において、ダイヤフラム６０をステム４０に溶接するのではなく、機械的に固定し、ダイヤフラム６０を機械的に挟む部品の形状を応力分析して、ストロークとシール性、耐久性を兼ね備えたダイヤフラム弁１を発明した。
［本実施形態の効果］
　本実施形態では、ダイヤフラム弁１は、特に、ダイヤフラム６０の外周縁部６１が弁箱１０および蓋体２０の間に機械的に締付け固定され、ダイヤフラム６０の内周縁部６２がステム４０およびホルダ５０の間に機械的に締付け固定されるので、ダイヤフラム６０を弁棒３０の昇降に応じて強制的に昇降させることができ、例えば、前述したようにダイヤフラムの自己復帰によって流量を調整するようなダイヤフラム弁を備える場合と比べて、特にダイヤフラム６０の自己復帰を超えて流路開放できるので更なる大流量化を図り得る。また、ダイヤフラム６０の外周縁部６１および内周縁部６２の双方等とも機械的に締付け固定されるので、ダイヤフラム６０をステム４０などに溶接する必要がなく、ダイヤフラム弁１の製造コストを抑え得る。
　本実施形態では、特に、当接体４５の外径寸法がステム本体４１の外径寸法と同じ寸法とされるので、ステム本体４１の螺合軸４２にホルダ５０を螺合する際、ホルダ５０および当接体４５がダイヤフラム６０と共に回転することで、ダイヤフラム６０とステム４０およびホルダ５０との間に摩擦が発生することを低減できる。また、当接体４５の外径寸法がステム本体４１の外径寸法と同じ寸法とされるので、弁棒３０とともにステム４０が昇降する際に当接体４５が蓋体２０などに干渉しない範囲で当接体４５のダイヤフラム６０に対する当接領域を大きくすることができる。このため、弁箱１０の内部を流れる流体の圧力を受けるダイヤフラム６０を当接体４５の前述した大きな当接領域で受けることができる。
　本実施形態では、特に、弁箱１０および蓋体２０は、ダイヤフラム６０がステム４０側に向かって斜め上向きとなるように当該ダイヤフラム６０の外周縁部６１を締付け固定し、当接体４５は、ダイヤフラム６０を受ける平面状の受け面としての下面４５２と、下面４５２の外周に連続する凸曲状の凸曲面４５６とを有しているので、ステム４０が下降することで当接体４５の下面４５２がダイヤフラム６０の外周縁部６１の締め付け固定位置よりも下方に配置される場合には、ステム４０側に向かって斜め上向きとなるように外周縁部６１が締付け固定されたダイヤフラム６０の外周側寄りの部分よりも内周側寄りの部分はステム４０側に向かって斜め下向きに湾曲されるが、当接体４５に前述した凸曲面４５６が形成されているので、ダイヤフラム６０に応力集中が生じることを抑制できる。
　本実施形態では、特に、当接体４５には、螺合軸４２側に向かって斜め上向きに傾斜したテーパー面４５５が形成され、ホルダ５０の上面５３および螺合穴５２が連続する角部５４は、鋭角に形成されていると共にテーパー面４５５に対してＺ軸方向に重なって配置されているので、ホルダ５０の角部５４を、当接体４５のテーパー面４５５と螺合軸４２との間に食い込ませるようにダイヤフラム６０の内周縁部６２を強固に締付け固定でき、内周縁部６２に溶接などしなくても、流体漏れなどのおそれをより低減できる。また、このようにダイヤフラム６０の内周縁部６２を締付け固定するので、締付け固定部分は外周側に向かって斜め下向きに傾斜するような形状となる。このため、ダイヤフラム６０の内周縁部６２を下降した際に、ダイヤフラム６０の形状に上下反転が生じて異音が発生することを抑制できると共にダイヤフラム６０の耐久性の向上を図り得る。
　本実施形態では、ダイヤフラム６０は、その原形が環状平板状であり、ダイヤフラム６０の内周縁部６２は、ステム４０およびホルダ５０の昇降に応じて当該ダイヤフラム６０の外周縁部６１よりも上方位置または下方位置に配置されるので、原形が環状平板状のダイヤフラム６０の内周縁部６２を外周縁部６１よりも上方位置に強制的に配置したり、下方位置に強制的に配置したりするので、例えば、原形が上方に膨出したドーム状のダイヤフラムを用いる場合と比べて、更に異音の発生を抑え得る。
［変形例］
　前記実施形態では、当接体４５の外径寸法は、ステム本体４１の外径寸法と同じ寸法とされているが、これに限らず、例えばステム本体４１の外径寸法よりも小さい寸法とされていてもよく、また、ステム本体４１の昇降作動の妨げにならない構成であれば、当接体４５の外径寸法は、ステム本体４１の外径寸法よりも大きい寸法とされてもよい。
　前記実施形態では、ホルダ５０の外径寸法は、ステム４０の外径寸法よりも大きい寸法とされているが、これに限らず、同等以下の寸法とされてもよい。
　前記実施形態では、ステム４０は、ステム本体４１に対して当接体４５が回転可能に設けられた構成とされ、ホルダ５０を螺合軸４２へ螺合する際にダイヤフラム６０と共に当接体４５が回転してダイヤフラム６０に対する摩擦の発生を抑えるようになっているが、このような点を考慮しなくてもダイヤフラム弁１を構成可能であれば、当接体４５はステム本体４１と一体に形成されていてもよい。一体に形成されたステム４０が当接体４５に相当する部分（回転不能）を有することになる。
　前記実施形態では、前述した当接体４５のテーパー面４５５およびホルダ５０の鋭角の角部５４でダイヤフラム６０の内周縁部６２を強固に締付け固定する構成となっているが、このようなテーパー面４５５や鋭角の角部５４を有していなくても、ダイヤフラム６０の内周縁部６２を非溶接で締付け固定可能であれば、これらの構成を備えていなくてもよい。
　前記実施形態では、弁箱１０および蓋体２０は、ダイヤフラム６０がステム４０側に向かって斜め上向きとなるように当該ダイヤフラム６０の外周縁部６１を締付け固定し、ダイヤフラム６０の動作において、ダイヤフラム６０の内周縁部６２が外周縁部６１の位置に対して下方位置に配置される場合でも、ダイヤフラム６０が反転することで生じ得る異音を抑制しているが、このような異音を抑制する必要がない場合には、弁箱１０および蓋体２０は、ダイヤフラム６０の外周縁部６１を前述した向きに締付け固定しなくてもよく、例えばダイヤフラム６０を水平向きとして締付け固定してもよい。
　前記実施形態では、当接体４５には、前述した凸曲面４５６が形成されているが、凸曲面４５６がなくてもダイヤフラム６０の動作に問題がない場合には、凸曲面４５６の構成を省略してもよい。
　前記実施形態では、ダイヤフラム弁１は、半導体製造装置などにおいて用いられる大流量型のメタルダイヤフラム弁として説明したが、半導体市場のほか液晶市場においても利用可能である。
　１…ダイヤフラム弁、１０…弁箱（本体）、１１…第一流路、１２…第二流路、１３…立上げ部、１３１…キャビティ、１３２…底面、１３３，４５３…内周面、１３４…上側部分、１３５，２１２…雌ねじ部、１３６…下側部分、１３７…環状段部、１４…外周面、１５…弁座、２０…蓋体、２１…上側環状蓋部、２１１…外周部、２２…中間環状蓋部、２２２，２３２…内周部、２３…下側環状蓋部、２３１，３１１…雄ねじ部、２３５…ダイヤフラム抑、２３６…筒状部、２３７…抑え部、２３８，４５２…下面、２３９…環状突部、３０…弁棒、３１…弁棒上部、３２…弁棒下部、３３…上端部、３４…下端部、４０…ステム、４１…ステム本体、４２…螺合軸、４３…凹部、４５…当接体、４５１，５３…上面、４５４…外周面、４５５…テーパー面、４５６…凸曲面、５０…ホルダ、５１…シールリング、５２…螺合穴、５４…角部、６０…ダイヤフラム、６１…外周縁部、６２…内周縁部、７０…ハンドル、７１…インジケーター、７２…孔。
 

Claims (5)

  1. 　第一流路、第二流路および弁座を有する本体と、
    　前記本体に螺合して取り付けられる蓋体と、
    　前記蓋体に対して昇降可能に螺合する回転操作可能な弁棒と、
    　前記弁棒に連結されると共に前記弁棒に沿った螺合軸を有するステムと、
    　前記螺合軸に螺合すると共に前記弁座に対して接離して前記第一流路および前記第二流路の間を開閉するホルダと、
    　前記螺合軸が挿通される環状のダイヤフラムとを備え、
    　前記ダイヤフラムの外周縁部は、前記本体および前記蓋体の間に機械的に締付け固定され、
    　前記ダイヤフラムの内周縁部は、前記ステムおよび前記ホルダの間に機械的に締付け固定されるダイヤフラム弁。
  2. 　前記ステムは、前記螺合軸を有するステム本体と、前記ステム本体に対して回転可能に前記螺合軸が挿通されると共に前記ダイヤフラムに当接する当接体とを有し、
    　前記当接体の外径寸法は、前記ステム本体の外径寸法と同じ寸法とされる請求項１に記載のダイヤフラム弁。
  3. 　前記ステムは、前記螺合軸を有するステム本体と、前記ステム本体に対して回転可能に前記螺合軸が挿通されると共に前記ダイヤフラムに当接する当接体とを有し、
    　前記本体および前記蓋体は、前記ダイヤフラムが前記ステム側に向かって斜め上向きとなるように当該ダイヤフラムの外周縁部を締付け固定し、
    　前記当接体は、前記ダイヤフラムを受ける平面状の受け面と、前記受け面の外周に連続する凸曲状の凸曲面とを有する請求項１または請求項２に記載のダイヤフラム弁。
  4. 　前記ステムは、前記螺合軸を有するステム本体と、前記ステム本体に対して回転可能に前記螺合軸が挿通されると共に前記ダイヤフラムに当接する当接体とを有し、
    　前記ホルダは、その上面で開口すると共に前記螺合軸が螺合する螺合穴を有し、
    　前記当接体には、前記螺合軸側に向かって斜め上向きに傾斜したテーパー面が形成され、
    　前記ホルダの上面および前記螺合穴が連続する角部は、鋭角に形成されていると共に前記テーパー面に対して上下方向に重なって配置される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のダイヤフラム弁。
  5. 　前記ダイヤフラムは、その原形が環状平板状であり、
    　前記ダイヤフラムの内周縁部は、前記ステムおよび前記ホルダの昇降に応じて当該ダイヤフラムの外周縁部よりも上方位置または下方位置に配置される請求項４に記載のダイヤフラム弁。
     
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