特許 6654060 ダイヤフラム弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6654060

(24)【登録日】2020年1月31日

(45)【発行日】2020年2月26日

(54)【発明の名称】ダイヤフラム弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 7/12 20060101AFI20200217BHJP

【ＦＩ】

   F16K7/12 B

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-29400(P2016-29400)

(22)【出願日】2016年2月18日

(65)【公開番号】特開2017-145925(P2017-145925A)

(43)【公開日】2017年8月24日

【審査請求日】2018年11月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115831

【弁理士】

【氏名又は名称】藤岡 隆浩

(74)【代理人】

【識別番号】100180781

【弁理士】

【氏名又は名称】安達 友和

(72)【発明者】

【氏名】鍋井 立視

(72)【発明者】

【氏名】中村 雪恵

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼野 紗弓

【審査官】 北村 一

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５１１２０２７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２３８４９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１４０５２４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ７／００− ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アクチュエータによって駆動されるダイヤフラムバルブであって、
第１の流路の開口部と、前記開口部の周囲を囲む位置に形成されている第１の当接面と、前記第１の当接面の周囲を囲む位置に形成されている環状凹部とが形成されている第１のバルブハウジングと、
前記第１の当接面に対向する第２の当接面と、前記第２の当接面を囲む位置に形成されている封止部とが形成されているダイヤフラムと、
前記アクチュエータによって駆動されることによって、前記ダイヤフラムに対して前記第１の当接面とは反対側に配置され、前記反対側から前記ダイヤフラムを押圧することによって前記第２の当接面を前記第１の当接面に当接させて前記開口部を閉鎖する駆動部材と、
前記駆動部材を押圧する方向に移動可能に保持し、前記封止部を前記第１のバルブハウジングとの間に挟持することによって、前記開口部と連通可能な流路空間を封止する第２のバルブハウジングと、
を備え、
前記ダイヤフラムは、前記第２の当接面と前記封止部とを連結し、前記第２の当接面が前記封止部に対して前記第１のバルブハウジング側に移動できるように弾性変形する弾性連結部を有し、
前記弾性連結部は、前記第２のバルブハウジング側に凹となる曲面形状を有する凹曲面を有し、
前記第２のバルブハウジングは、前記凹曲面に対向する位置において前記弾性連結部側に凸となる曲面形状を有する第２の凸曲面を有する支持部を有するダイヤフラムバルブ。

【請求項2】

請求項１に記載のダイヤフラムバルブであって
前記第１の当接面の外径は、前記環状凹部の外径の４０％以上であり、前記開口部の口
元径は、前記環状凹部の外径の２０％以下である形状を有しているダイヤフラムバルブ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のダイヤフラムバルブであって、
前記第２の凸曲面の外径は、前記環状凹部の外径よりも小さいダイヤフラムバルブ。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダイヤフラムバルブであって
前記弾性連結部は、前記第１のバルブハウジング側に凸となる曲面形状を有する第１の
凸曲面を有し、
前記第１の凸曲面は、開弁時において前記凹曲面と前記第２の凸曲面との間の第２の隙
間が生じている領域で前記第１のバルブハウジング側に凸となる曲面形状を有しているダ
イヤフラムバルブ。

【請求項5】

請求項４に記載のダイヤフラムバルブであって、
前記第２の隙間は、前記封止部側よりも前記駆動部材側において大きな隙間を有するダ
イヤフラムバルブ。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載のダイヤフラムバルブであって
前記ダイヤフラムは、ＰＴＦＥで構成されているダイヤフラムバルブ。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれか１項に記載のダイヤフラムバルブであって
前記第１のバルブハウジングは、さらに第２の流路を有し、
前記支持部は、前記駆動部材の移動により、前記第２の当接面が前記第１の当接面から離れて前記開口部を開放することによって前記第１の流路と前記第２の流路とを連通させる開弁時に流体圧力が加わると、前記第２の凸曲面が前記凹曲面に当接するように構成されているダイヤフラムバルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ダイヤフラムに関し、特に高圧流体の供給制御を行うダイヤフラムバルブに関する。

【背景技術】

【0002】

フォトレジスト液等の薬液の流通を制御するバルブとして、ダイヤフラムバルブが用いられている。ダイヤフラムバルブは、可撓性膜であるダイヤフラムを使用するバルブである。ダイヤフラムバルブは、可撓性膜の弾性変形を利用して機能するので、高圧流体の制御においては過度の弾性変形に起因する耐久性の低下が問題となっていた。具体的には、高圧流体の制御に起因してダイヤフラムの一部が永久変形して（延びて）しまうという問題があった。このような問題対して、ダイヤフラムの変形部をバックアップで支持する技術も提案されている（特許文献１等）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−２３７０３９号公報

【特許文献2】特開２０１０−１６４１３０号公報

【特許文献3】特開２００６−１８９１１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、本願発明者は、ダイヤフラムの永久変形の本質的な原因を見直し、高圧の液圧に起因するダイヤフラムの変形を荷重の流れや応力への変換形態の工夫を行った。これにより、本願発明者は、ダイヤフラムバルブが制御対象とできる圧力範囲を高圧側に大きく拡大することに成功した。

【0005】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ダイヤフラムバルブが制御対象とできる圧力範囲を高圧側に拡大する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、ダイヤフラムバルブを提供する。本ダイヤフラムバルブは、第１の流路の開口部と、前記開口部の周囲を囲む位置に形成されている第１の当接面と、前記第１の当接面の周囲を囲む位置に形成されている環状凹部とが形成されている第１のバルブハウジングと、前記第１の当接面に対向する第２の当接面と、前記第２の当接面を囲む位置に形成されている封止部とが形成されているダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに対して前記第１の当接面とは反対側に配置され、前記反対側から前記ダイヤフラムを押圧することによって前記第２の当接面を前記第１の当接面に当接させて前記開口部を閉鎖する駆動部材と、前記押圧する方向に移動可能に保持し、前記封止部を前記第１のバルブハウジングとの間に挟持することによって、前記開口部と連通可能な流路空間を封止する第２のバルブハウジングとを備える。前記ダイヤフラムは、前記第２の当接面と前記封止部とを連結し、前記第２の当接面が前記封止部に対して前記第１のバルブハウジング側に移動できるように弾性変形する弾性連結部を有する。前記弾性連結部は、前記第２のバルブハウジング側に凹となる曲面形状を有する凹曲面を有する。前記第２のバルブハウジングは、前記凹曲面に対向する位置において前記弾性連結部側に凸となる曲面形状を有する第２の凸曲面を有する支持部を有する。

【0007】

上記ダイヤフラムバルブにおいて、前記第１の当接面の外径は、前記環状凹部の外径の４０％以上であり、前記開口部の口元径は、前記環状凹部の外径の２０％以下である形状を有するようにしてもよい。

【0008】

上記ダイヤフラムバルブにおいて、前記第２の凸曲面の外径は、前記環状凹部の外径よりも小さくなるようにしてもよい。

【0009】

上記ダイヤフラムバルブにおいて、前記弾性連結部は、前記第１のバルブハウジング側に凸となる曲面形状を有する第１の凸曲面を有し、前記第１の凸曲面は、開弁時において前記第２の隙間が生じている領域で前記第１のバルブハウジング側に凸となる曲面形状を有するようにしてもよい。

【0010】

上記ダイヤフラムバルブにおいて、前記第２の隙間は、前記封止部側よりも前記駆動部材側において大きな隙間を有するようにしてもよい。

【0011】

上記ダイヤフラムバルブにおいて、前記ダイヤフラムは、ＰＴＦＥで構成されていてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明のダイヤフラムバルブによれば、ダイヤフラムバルブが制御対象とできる圧力範囲を高圧側に拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブ１０の一部の断面を示す部分断面図である。

【図2】一実施形態に係るダイヤフラムバルブ１０の構成を分解して示す分解図である。

【図3】一実施形態に係るバルブ機構部１００の開閉作動の様子を示す断面図である。

【図4】一実施形態に係る弾性連結部１１４の変形状態を示す断面図である。

【図5】一実施形態に係る弾性連結部１１４の変形状態を示す断面図である。

【図6】一実施形態に係るアクチュエータロッド４１０の変位と薬液荷重の関係を概念的に示すグラフである。

【図7】一実施形態に係る弾性連結部１１４の応力状態を示す断面図である。

【図8】一実施形態に係る弾性連結部１１４の応力状態を示す断面図である。

【図9】変形例に係るバルブ機構部の開閉作動の様子を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照して以下の順序で説明する。
Ａ．ダイヤフラムバルブの構成：
Ｂ．ダイヤフラムバルブの作動：
Ｃ．ダイヤフラムの変形状態と駆動荷重：
Ｄ．ダイヤフラムの応力状態：
Ｅ．変形例：

【0015】

Ａ．ダイヤフラムバルブの構成及び作動：
図１は、本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブ１０の一部の断面を示す部分断面図である。図２は、一実施形態に係るダイヤフラムバルブ１０の構成を分解して示す分解図である。ダイヤフラムバルブ１０は、本実施形態では、一例として薬液の供給をオンオフ制御するものとしている。薬液の供給をオンオフ制御するダイヤフラムバルブは、従来は、一般的に５００ｋＰａ程度までの流体圧力の供給制御が仕様上の限界とされていたが、本実施形態では、数ＭＰａ程度の流体圧力の制御を可能とする。

【0016】

ダイヤフラムバルブ１０は、バルブ機構部１００と、ベースハウジング２００（第１のバルブハウジングとも呼ばれる。）と、トップハウジング３００（第２のバルブハウジングとも呼ばれる。）と、アクチュエータ４００とを備えている。バルブ機構部１００は、ダイヤフラム弁体１１０と、駆動部材１２０と、付勢部１３０とを備えている。

【0017】

ベースハウジング２００には、入口側流路２１０（第１の流路とも呼ばれる。）と、出口側流路２２０（第２の流路とも呼ばれる。）とが形成されている。ダイヤフラムバルブ１０は、バルブ機構部１００の駆動によって入口側流路２１０から出口側流路２２０への薬液の流れをオンオフ制御するように構成されている。

【0018】

ベースハウジング２００は、薬液が流通する入口側流路２１０と出口側流路２２０とが形成されているので、耐薬品性を有する樹脂であるポリエーテルエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ， ＰＥＥＫ）で形成されている。ポリエーテルエーテルケトンは、熱可塑性樹脂としては非常に高い耐熱性を有し、耐磨耗性や寸法安定性、耐疲労性、加工性といった性質にも優れる。

【0019】

ベースハウジング２００は、円柱形状の外形を有している。ベースハウジング２００の内部には、トップハウジング３００を格納するための第１円柱凹部２４０が形成されている。第１円柱凹部２４０は、ベースハウジング２００を挟持するためのハウジング挟持当接面２４１を有している。第１円柱凹部２４０の底面には、さらに第２円柱凹部２５０が形成されている。

【0020】

第２円柱凹部２５０には、その中心軸位置に入口側流路２１０の入口開口部２１１（単に開口部とも呼ばれる。）が形成されている。入口開口部２１１の周囲を囲む位置には、環状の平面である環状当接面２１３（第１の当接面とも呼ばれる。）が形成されている。環状当接面２１３の周囲を囲む位置には、環状の凹部である環状凹部２６０が形成されている。環状凹部２６０の周囲を囲む位置には、環状の平面である弁体挟持面２１７が形成されている。環状凹部２６０には、出口側流路２２０の出口開口部２２１が形成されている。

【0021】

環状当接面２１３は、弁体当接面１１３の当接による過剰な応力に起因する永久変形を抑制するために第１の当接面２１３の外径は、環状凹部２６０の外径（半径Ｒ１）の４０％以上であり、開口部２１１の口元径（第１の当接面２１３側の端部の径）は、環状凹部２６０の外径の２０％以下である形状を有することが好ましい。第１の当接面２１３の外径は、環状凹部２６０の外径の４６％以上であることがさらに好ましく、開口部（２１１）口元径は、環状凹部２６０の外径の１３％以下である形状を有することがさらに好ましい。

【0022】

ダイヤフラム弁体１１０は、たとえば可撓性を有するフッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＴＦＥ）を切削加工することによって形成することができる。ポリテトラフルオロエチレンは、耐熱性、耐薬品性に優れ、強い腐食性をもつフッ化水素酸にも溶けない材料である。ポリテトラフルオロエチレンは、さらに極めて摩擦係数が小さいという特性を有している。

【0023】

ダイヤフラム弁体１１０は、中心軸位置に円盤状の形状を有する弁体板１１１を備えている。弁体板１１１には、弁閉時に環状当接面２１３に当接する平面である弁体当接面１１３（第２の当接面とも呼ばれる。）が形成されている。弁体当接面１１３は、弁開時には環状当接面２１３から離れて流路としての隙間空間を形成する。弁体板１１１には、螺合部１１８が連結されている。螺合部１１８には、後述する駆動部材１２０が螺合される。

【0024】

ダイヤフラム弁体１１０の外周位置には、環状形状を有する板部材である環状封止部１１７が形成されている。環状封止部１１７は、ベースハウジング２００の弁体挟持面２１７に当接することによって出口開口部２２１に連通する流路部分を封止している。環状封止部１１７は、ベースハウジング２００側に凸型のアーチ状の断面を有し、環状形状を有する弾性連結部１１４を介して弁体板１１１に連結されている。弾性連結部１１４には、環状凹部２６０に対向する側に凸となる曲面形状を有する凸曲面１１６（第１の凸曲面とも呼ばれる。）を有し、その反対側に凹となる曲面形状を有する凹曲面１１５を有しアーチ状の断面形状を有している。

【0025】

トップハウジング３００は、たとえばステンレス鋼を機械加工することによって製造される。トップハウジング３００は、円盤状の形状を有するトップハウジング本体部３４０を有している。トップハウジング本体部３４０には、ダイヤフラム弁体１１０側に突出する環状の形状を有する環状凸部３３０が形成されている。環状凸部３３０の中心側には、ダイヤフラム弁体１１０側に凸型の環状形状を有し、凸曲面を有する環状支持面３１５（第２の凸曲面とも呼ばれる。）を有する支持部が形成されている。環状支持面３１５の内側には、貫通孔３６０が形成されている。

【0026】

トップハウジング３００には、ダイヤフラム弁体１１０とは反対側に突出する環状の形状を有する環状凸部３５０が形成されている。環状凸部３５０の内側には、付勢部１３０（たとえばコイルスプリング）が格納されるための円筒状の溝部３２２が形成されている。

【0027】

駆動部材１２０は、たとえばステンレス鋼を機械加工することによって製造される。駆動部材１２０は、円柱状の形状を有する駆動軸部１２６と、駆動軸部１２６に連結されている円盤状の形状を有するフランジ部１２４とを有している。フランジ部１２４には、トップハウジング３００側に付勢部１３０が当接するための付勢部当接面１２５が形成されている。フランジ部１２４には、さらに、アクチュエータ４００側にアクチュエータ４００の開弁方向の駆動ストロークを規定するための環状形状を有する平面である開弁ストローク規定面１２３が形成されている。

【0028】

駆動部材１２０において、開弁ストローク規定面１２３の内側には、アクチュエータ４００からの駆動力を受ける駆動当接面１２１が形成されている。駆動軸部１２６の中心軸位置には、螺合部１１８が螺合される螺合孔１２８が形成されている。

【0029】

バルブ機構部１００は、トップハウジング３００に対して、ダイヤフラム弁体１１０と、駆動部材１２０と、付勢部１３０とを組み付けることによって構成されている。トップハウジング３００に対して、先ず、付勢部１３０が組み付けられる。付勢部１３０は、溝部３２２に格納される。

【0030】

次に、駆動部材１２０の駆動軸部１２６は、トップハウジング３００の貫通孔３６０に挿入される。貫通孔３６０には、駆動軸部１２６の円滑な作動を確保するために、駆動部材１２０との摺動部にグリスが塗布される。なお、グリスの塗布の代わりにブッシュを装備する構成としてもよい。挿入の際には、トップハウジング３００の溝部３２２に格納されている付勢部１３０が、駆動部材１２０のフランジ部１２４の付勢部当接面１２５に当接する。

【0031】

駆動軸部１２６は、さらに挿入されて、フランジ部１２４が当接面３２３に当接面に当接した状態において治具（図示せず）に固定すると、トップハウジング３００の貫通孔３６０から螺合孔１２８が突出する状態となる。螺合孔１２８には、ダイヤフラム弁体１１０の螺合部１１８が螺合される。

【0032】

これにより、バルブ機構部１００は、トップハウジング３００上に組み立てられ、バルブ機構組立１００，３００が構成されたことになる。バルブ機構組立１００，３００では、駆動部材１２０は、ダイヤフラム弁体１１０の押圧方向に移動可能に組み付けられ、保持されている。

【0033】

このように、駆動部材１２０は、ダイヤフラム弁体１１０に対して環状当接面２１３とは反対側に配置され、反対側からダイヤフラム弁体１１０を押圧することによって弁体当接面１１３を環状当接面２１３に当接させて入口開口部２１１を閉鎖することができる。

【0034】

バルブ機構組立１００，３００は、以下のようにベースハウジング２００に組み付けられる。ベースハウジング２００の第２円柱凹部２５０には、ダイヤフラム弁体１１０と環状凸部３３０とが格納される。ベースハウジング２００の第１円柱凹部２４０には、トップハウジング本体部３４０が格納される（図１参照）。

【0035】

ダイヤフラム弁体１１０の環状封止部１１７は、ベースハウジング２００の弁体挟持面２１７と環状凸部３３０とによって挟持される。ベースハウジング２００に対するトップハウジング３００の位置は、ハウジング挟持当接面２４１によって規定される。これにより、環状封止部１１７の厚みと環状凸部３３０の高さの和と、第２円柱凹部２５０の深さの差が環状封止部１１７の圧縮変形量として規定されることになる。

【0036】

アクチュエータ４００は、アクチュエータロッド４１０と、アクチュエータハウジング４２０とを備えている。アクチュエータロッド４１０は、アクチュエータハウジング４２０に対して軸線方向に往復移動するように駆動される。駆動方法は、たとえば電磁力であってもよいし、流体圧力によって駆動する方式でもよい。アクチュエータロッド４１０は、駆動当接面１２１を介して駆動部材１２０に駆動力を伝達するための駆動当接面４１１を有している。

【0037】

アクチュエータハウジング４２０には、ベースハウジング２００の第１円柱凹部２４０に嵌合する形状を有する環状の凸部である環状凸部４２１を有している。環状凸部４２１には、トップハウジング３００側に対向する平面である位置基準当接面４２２が形成されている。位置基準当接面４２２は、トップハウジング本体部３４０と当接してトップハウジング３００に対するアクチュエータ４００の軸線方向に位置を規定する。アクチュエータハウジング４２０には、さらに、開弁状態を規定するために開弁ストローク規定面１２３と当接するストローク基準当接面４２３が形成されている。

【0038】

アクチュエータ４００は、第１円柱凹部２４０に嵌合し、位置基準当接面４２２がトップハウジング本体部３４０と当接し、バルブ機構組立１００，３００をアクチュエータ４００とベースハウジング２００の間に挟んだ状態において、図示しない締結部材（たとえばボルト等）で締結される。このようにして、ダイヤフラムバルブ１０は、組み立てることができる。

【0039】

Ｂ．ダイヤフラムバルブの作動：
図３は、一実施形態に係るバルブ機構部１００の開閉作動の様子を示す断面である。図３（ａ）は、バルブ機構部１００による閉弁状態を示している。図３（ｂ）は、バルブ機構部１００による開弁状態を示している。閉弁状態では、入口側流路２１０の入口開口部２１１は、ダイヤフラム弁体１１０の弁体当接面１１３とベースハウジング２００の環状当接面２１３とが当接することによって閉鎖され、出口側流路２２０から切り離されている。開弁状態では、入口側流路２１０は、弁体当接面１１３と環状当接面２１３との間に形成されている流路空間を介して出口側流路２２０に連通されている。

【0040】

閉弁状態では、アクチュエータ４００は、アクチュエータロッド４１０をベースハウジング２００側に移動させて駆動部材１２０を介してダイヤフラム弁体１１０を押圧している。ダイヤフラム弁体１１０の弁体当接面１１３は、入口開口部２１１においてアクチュエータ４００の側に液圧を受けるとともに、ベースハウジング２００の環状当接面２１３からの当接圧力を受けている。当接圧力は、入口開口部２１１を閉鎖して封止するためのアクチュエータロッド４１０から荷重の反作用として発生する圧力である。

【0041】

閉弁状態から開弁状態の遷移においては、アクチュエータ４００は、アクチュエータロッド４１０の駆動荷重をゼロ（あるいは減少させる。）にする。駆動部材１２０は、付勢部１３０の付勢荷重と、入口開口部２１１における液圧と、環状当接面２１３からの当接圧力に起因する荷重とによってアクチュエータロッド４１０をアクチュエータ４００側に移動を開始する。

【0042】

弁体当接面１１３が環状当接面２１３から離れると、駆動部材１２０は、環状当接面２１３からの当接圧力の代わりに、弁体当接面１１３と環状当接面２１３との間の隙間（第１の隙間とも呼ばれる。）の流路空間に流れ込んだ薬液の液圧に起因する荷重を受けることになる。駆動部材１２０は、その開弁ストローク規定面１２３がアクチュエータハウジング４２０のストローク基準当接面４２３に当接するまで移動し、その当接に応じて停止する。開弁状態では、その状態が維持されることになる。

【0043】

開弁状態から閉弁状態の遷移においては、アクチュエータ４００は、アクチュエータロッド４１０の駆動荷重をオンにする。駆動部材１２０は、付勢部１３０の付勢荷重と、ダイヤフラム弁体１１０が受ける液圧とに対抗してダイヤフラム弁体１１０の弁体当接面１１３を環状当接面２１３側に移動させ、当接させることによって入口開口部２１１を閉鎖して封止する。閉弁状態では、その状態が維持されることになる。

【0044】

Ｃ．ダイヤフラムの変形状態と駆動荷重：
図４及び図５は、一実施形態に係る弾性連結部１１４の変形状態を示す断面図である。図４（ａ）は、閉弁状態における弾性連結部１１４の変形状態を示している。弾性連結部１１４は、閉弁状態においては、環状支持面３１５との間にクリアランスＣ１〜Ｃ３を有している。クリアランスＣ１〜Ｃ３は、弁体板１１１のアクチュエータ４００側への移動を可能とするために弾性連結部１１４を変形できるように設けられている。クリアランスＣ１〜Ｃ３は、弁体板１１１に近い側のクリアランスＣ１が大きく、弁体板１１１から離れた側のクリアランスＣ３が小さくなっている。クリアランスＣ１とクリアランスＣ３の間のクリアランスＣ２は、その中間的な大きさを有している。クリアランスＣ１〜Ｃ３は、第２の隙間とも呼ばれる。

【0045】

環状支持面３１５は、弁体板１１１の近傍と環状封止部１１７の近傍とで比較的に小さな曲率を有し、その間の中間領域で比較的に大きな曲率の曲面形状を有する凸曲面を有している。環状支持面３１５は、ダイヤフラムバルブ１０の用途や液圧といった様々な仕様に応じて、サイクロイドや曲率が相互に相違する複数の円を組み合わせた形状といった様々な曲面の断面形状を有する凸曲面を採用することができる。

【0046】

図４（ｂ）は、中間状態における弾性連結部１１４の変形状態を示している。中間状態とは、閉弁状態と開弁状態の間の中間的な状態である。弾性連結部１１４は、中間状態においては、環状支持面３１５との間にクリアランスＣ１ａを有している。クリアランスＣ１ａは、閉弁状態におけるクリアランスＣ１の位置のクリアランスである。クリアランスＣ２，Ｃ３の位置では、クリアランスが消滅し、弾性連結部１１４は、環状支持面３１５との当接によって支持されている状態である。

【0047】

弾性連結部１１４は、中間状態においては、薬液の圧力ｐを受ける一方、クリアランスＣ２，Ｃ３の領域において、環状支持面３１５から支持力を受けている。支持力は、薬液の圧力ｐに対する反作用としての抗力（圧力ｒ）として発生している。反作用としての抗力（圧力ｒ）は、半径Ｒ１の円から半径Ｒ２の円を除いた環状の領域において発生している。一方、圧力ｒに起因するアクチュエータロッド４１０の荷重は、薬液の圧力ｐを受圧する半径Ｒ１の円において発生している。

【0048】

半径Ｒ１は、ダイヤフラム弁体１１０の中心位置から環状封止部１１７と環状凹部２６０とが当接する境界位置までの距離である。半径Ｒ２及び半径Ｒ３は、ダイヤフラム弁体１１０の中心位置から弾性連結部１１４と環状支持面３１５が当接する境界位置までの距離である。

【0049】

弾性連結部１１４は、開弁状態においては、薬液の圧力ｐを受ける面積が変化しないが、環状支持面３１５から支持力を受ける範囲が拡大している。すなわち、反作用としての抗力（圧力ｒ）は、半径Ｒ１の円から半径Ｒ３（半径Ｒ３＜半径Ｒ２）の円を除いた環状の領域において発生する。弾性連結部１１４は、開弁状態においては、環状支持面３１５との間にクリアランスＣ１ａよりもさらに小さいクリアランスＣ１ｂを有している。クリアランスＣ１ｂは、閉弁状態におけるクリアランスＣ１の位置のクリアランスである。

【0050】

図６は、一実施形態に係るアクチュエータロッド４１０の変位と薬液荷重の関係を概念的に示すグラフである。横軸は、ロッド変位量であり、縦軸は、薬液荷重Ｌである。ロッド変位量は、アクチュエータロッド４１０の変位量、すなわち、ダイヤフラム弁体１１０の弁体板１１１の移動量である。薬液荷重Ｌは、アクチュエータロッド４１０が薬液から受ける荷重である。

【0051】

薬液荷重Ｌは、概念的には、図６中の式（１）によって表される荷重である。式（１）において、荷重Ｆは、付勢部１３０による変動荷重（変動量は、ストロークに応じて微少）であり、圧力ｐは、薬液の圧力であり、Ｒｘは、ダイヤフラム弁体１１０の中心位置から弾性連結部１１４と環状支持面３１５が当接する境界位置までの距離である（たとえばＲ２やＲ３）。

【0052】

薬液荷重は、ロッド変位量が開弁位置に近づく位置に相当する量に近づくに従って小さくなることが分かる。ロッド変位量が開弁位置に近づくに従って環状支持面３１５からの抗力としての圧力ｒの重圧面積が大きくなるからである。これにより、開弁操作時における弁体板１１１の開弁位置方向への加速度が減殺されるので、開弁時（開弁ストローク規定面１２３のストローク基準当接面４２３への当接時）の衝撃を小さくすることができる。

【0053】

この衝撃は、薬液の流れの運動量が圧力に変換されるウォーターハンマー現象（圧力の急上昇）の原因となる。よって、本構成は、開弁時のウォーターハンマー現象を減殺させることができることになる。さらに、本構成では、弾性連結部１１４は、開弁時において環状支持面３１５によって多くの部分が支持されているので、この点においてもウォーターハンマー現象に起因する弾性連結部１１４のダメージを緩和することができる。

【0054】

Ｄ．ダイヤフラムの応力状態：
図７及び図８は、一実施形態に係る弾性連結部１１４の応力状態を示す断面図である。図７（ａ）は、閉弁状態における弾性連結部１１４の応力状態を示している。弾性連結部１１４は、閉弁状態においては、環状凹部２６０に連通する出口側流路２２０の背圧を受けている状態である。

【0055】

図７（ｂ）は、中間状態における弾性連結部１１４の応力状態を示している。弾性連結部１１４は、中間状態においては、弁体当接面１１３と環状当接面２１３の隙間の流路を介して入口側流路２１０からの高圧の薬液の圧力ｐを受けている状態である。弾性連結部１１４は、ベースハウジング２００側に突出する凸となる曲面形状を有する凸曲面を有し、アーチ状の形状を有している。さらに、弾性連結部１１４は、凸曲面の頂点又は頂点付近から駆動部材１２０側及び封止部１１７に向かって厚さ寸法がゆるやかに増加する形状を有している。

【0056】

これにより、薬液の圧力ｐは、弾性連結部１１４において引っ張り応力ではなく、圧縮応力Ｌｃを発生させることになる。圧縮応力Ｌｃは、弾性連結部１１４と環状支持面３１５との間にクリアランスが存在するアーチ状の領域で受圧する圧力ｐによって発生する。一方、圧縮応力Ｌｃは、クリアランスが存在せず環状支持面３１５に当接する領域では発生しない。

【0057】

図８（ａ）は、開弁状態における弾性連結部１１４の応力状態を示している。弾性連結部１１４は、開弁状態においては、中間状態よりも広い領域で環状支持面３１５の支持を受けているので、圧縮応力Ｌｃａも小さくなっている。

【0058】

このように、本実施形態に係るダイヤフラムバルブ１０では、ダイヤフラム弁体１１０の弁体板１１１は、弾性連結部１１４の弾性変形によって移動することができる。弾性連結部１１４は、少なくとも中間状態から開弁状態における弾性変形の際に環状支持面３１５で支持されるので、開弁操作にいて薬液の高圧に起因する弾性連結部１１４の変形量を小さくすることができる。この結果、ダイヤフラムバルブ１０は、数ＭＰａ程度の高圧の流体圧力の薬液の流通制御を実現することができる。

【0059】

Ｄ．変形例：
本発明は、上記実施形態だけでなく、以下のような変形例でも実施することができる。

【0060】

変形例１：上記実施形態では、弾性連結部１１４は、環状支持面３１５との間において、弁体板１１１に近い側に大きなクリアランスＣ１を有し、弁体板１１１から離れた側に小さなクリアランスを有するように構成されているが、このようなクリアランスに限定されず、たとえば略一定のクリアランスを有するようにしてもよい。

【0061】

変形例２：上記実施形態では、弾性連結部１１４は、弁体板１１１から離れた側から環状支持面３１５との当接部位が広がるように変形しているが、このような変形形態に限定されない。具体的には、たとえば図８（ｂ）に示される変形例のように、複数（この変形例では２個）のアーチ状の形状のアーチ部Ａ１，Ａ２が形成され、弁体板１１１から離れた側にクリアランスが発生しても良い。

【0062】

この場合、アーチ部Ａ１は、環状支持面３１５のアーチ支持領域３１５ａと弁体板１１１とによって支持され、その間の領域で受ける液圧に応じて弾性連結部１１４内に圧縮応力が発生する。一方、アーチ部Ａ２は、環状支持面３１５のアーチ支持領域３１５ａと環状封止部１１７とによって支持され、その間の領域で受ける液圧に応じて弾性連結部１１４内に圧縮応力が発生する。アーチ部Ａ１及びアーチ部Ａ２は、それぞれ液圧を受ける領域が小さなアーチを形成し、弁体板１１１や環状封止部１１７によって支持されるので、このような変形が生じても薬液の圧力ｐに起因して過大な応力を発生させることはない。

【0063】

なお、閉弁状態と開弁状態の間の遷移において、アーチ支持領域３１５ａの移動（すべり）が発生するように弾性連結部１１４や環状支持面３１５を構成してもよい。また、環状支持面３１５の領域は、たとえばポリテトラフルオロエチレンの環状部品をトップハウジング３００にはめ込むような構成とし、弾性連結部１１４との滑りをよくするように構成してもよい。また、弾性連結部１１４と環状支持面３１５との間に、変形可能な弾性素材を挟む構成としてもよい。

【0064】

変形例３：上記実施形態のダイヤフラム弁体１１０では、弾性連結部１１４には、環状凹部２６０に対向する側に凸となる曲面形状を有する凸曲面１１６が形成されているが、必ずしも凸曲面である必要はない。具体的には、図９に変形例として示されるように、たとえば弾性連結部は、閉弁時において弁体当接面１１３と連なった平面形状１１６ａを有するように構成されていてもよい。

【0065】

変形例４：上記実施形態では、ダイヤフラムバルブ１０は、薬液のオンオフ制御に利用されているが、オンオフ制御に限られず、流量制御等の他の制御にも利用可能である。

【0066】

変形例５：上記実施形態では、ダイヤフラムバルブ１０は、薬液の供給に利用されるバルブであるが、これに限られず、本発明は、広く一般にダイヤフラムを利用するバルブに適用可能である。

【符号の説明】

【0067】

１０ ダイヤフラムバルブ
１００ バルブ機構部
１１０ ダイヤフラム弁体
１１４ 弾性連結部
１１５ 凹曲面
１１６ 凸曲面
１１７ 環状封止部
１２０ 駆動部材
１３０ 付勢部
２００ ベースハウジング
２１１ 入口開口部
２１３ 環状当接面
３００ トップハウジング
４００ アクチュエータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】