JP6598656B2 - ダイヤフラムバルブおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ダイヤフラムバルブおよびダイヤフラムバルブの製造方法に関する。
半導体製造プロセス、フラットパネルディスプレイの製造プロセス、ソーラーパネルの製造プロセス等において、各種処理ガスの流れを制御するための流体制御機器の一つとして、ダイヤフラムバルブが知られている。ダイヤフラムバルブは、バルブボディのシート装着溝にバルブシートを装着し、ダイヤフラムをこのバルブシートに対して当接離隔可能にバルブボディに設けることで、流路を開閉可能とする(たとえば、特許文献1−3等参照)。
実開平05−094584号公報 特開平06−265035号公報 特開平07−004542号公報
上記したようなダイヤフラムバルブでは、シート装着溝の対向する2つの側壁の一方に設けられたバルブボディの一部であるかしめ部を塑性変形させてバルブシートをバルブボディに固定している。
しかしながら、この固定方法では、バルブボディへのバルブシートの固定力が十分でない場合があることが判明した。たとえば、製造工程やメンテナンス工程等でバルブシートをパージガスでパージした際に、バルブシートがパージガスの圧力でシート装着溝から外れる可能性があった。
また、上記のような固定方法では、かしめ部の押圧によりバルブシートに残留する応力を利用してバルブボディに固定するので、ダイヤフラムバルブの加熱や時間の経過により応力が緩和され、バルブシートの固定力が低下する可能性がある。
さらに、上記の固定方法では、かしめ部をバルブボディにかならず確保する必要があり、ダイヤフラムバルブの小型化に対応するのが難しい。
本発明の目的の一つは、バルブシートがバルブボディへより確実に固定可能なダイヤフラムバルブおよびその製造方法を提供することである。
本発明の目的の一つは、小型化に対応可能なダイヤフラムバルブおよびその製造方法を提供することである。
本発明のダイヤフラムバルブは、シート装着溝を画定するとともに流体流路を画定するバルブボディと、前記シート装着溝に適合するように挿入される樹脂製の環状のバルブシートと、を有し、前記バルブボディは、前記流体流路の一部を画定する弁体としてのダイヤフラムを前記バルブシートに対して当接離隔可能に支持し、前記バルブボディは、前記シート装着溝の対向する2つの側壁面の少なくとも一方に、周方向に延在する固定用凹部を有し、前記固定用凹部を埋めるように配置される樹脂製の環状の固定用部材をさらに有し、前記固定用部材と前記バルブシートとが接合され、当該バルブシートは当該固定用部材により前記バルブボディに固定されている、ことを特徴とする。
本発明のダイヤフラムバルブの製造方法は、樹脂製の環状のバルブシートと、前記バルブシートを装着するシート装着溝を画定するとともに流体流路を画定するバルブボディと、前記流体流路の一部を画定するとともに、前記バルブシートに対して当接離隔可能に前記バルブボディに支持されて前記流体流路を開閉可能なダイヤフラムと、を有するダイヤフラムバルブの製造方法であって、
前記バルブボディは、前記シート装着溝の対向する2つの側壁面の少なくとも一方に、周方向に延在する固定用凹部を有し、
樹脂製の環状の固定用部材を前記固定用凹部に配置して当該固定用凹部を埋め、
前記固定用部材が配置された状態のシート装着溝に前記バルブシートを挿入し、
前記バルブシートの前記シート装着溝から露出した部分に、温度コントロール手段を備えた金型をはめ込み、
前記金型の温度を、前記温度コントロール手段により、前記バルブシートの前記部分が溶融せず該部分の形状が維持できる温度にコントロール
前記バルブボディを加熱して前記固定用部材とバルブシートとを溶着により接合する、ことを含むことを特徴とする。
本発明のダイヤフラムバルブの製造方法は、樹脂製の環状のバルブシートと、前記バルブシートを装着するシート装着溝を画定するとともに流体流路を画定するバルブボディと、前記流体流路の一部を画定するとともに、前記バルブシートに対して当接離隔可能に前記バルブボディに支持されて前記流体流路を開閉可能なダイヤフラムと、を有するダイヤフラムバルブの製造方法であって、
前記バルブボディは、前記シート装着溝の対向する2つの側壁面の少なくとも一方に、周方向に延在する固定用凹部を有し、
前記固定用凹部を満たすための溶融した樹脂材料を前記シート装着溝内に注入し、または、前記固定用凹部を満たすための樹脂材料を前記シート装着溝内で溶融し、
前記溶融した樹脂材料を収容するシート装着溝内に前記バルブシートを挿入し、
前記バルブシートの前記シート装着溝から露出した部分に、温度コントロール手段を備えた金型をはめ込み、
前記金型の温度を、前記温度コントロール手段により、前記バルブシートの前記部分が溶融せず該部分の形状が維持できる温度にコントロール
前記樹脂材料を固化して前記バルブシートと接合する、ことを含むことを特徴とする。
本発明では、バルブボディのシート装着溝に形成された固定用凹部を環状の固定用部材で埋めるとともに、バルブシートをシート装着溝に挿入して固定用部材と接合させるので、バルブシートがシート装着溝から脱落するのを固定用凹部に嵌った固定用部材が阻止する。これにより、バルブシートがバルブボディのシート装着溝に確実に固定される。また、本発明では、バルブボディを変形させることなく、バルブシートをシート装着溝に固定させることができるので、バルブボディ(ダイヤフラムバルブ)の小型化にも対応可能となる。
なお、本発明で用いる「接合」なる用語は、元々別々の部材又は材料同士を、溶着、溶接、接着剤による接着等の各種接続方法を用いて結合させることを意味するものとし、分子レベルで結合させる場合に限らず、機械的に結合させる場合も含まれるものとする。
また、本発明で用いる「一体化」なる用語は、別体であった固定用部材とバルブシートとが、結合して一つの部材となる意味で用いられ、分子レベルで融合している場合のみならず、機械的に結合している場合も含まれる。
本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブの一部に破断部を有する外観図。 図1の円A内の拡大断面図。 本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を示す断面図。 図3Aに続く工程を示す断面図。 図3Bに続く工程を示す断面図。 本発明の第2の実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図。 図4のダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を示す断面図。 図5Aに続く工程を示す断面図。 図5Bに続く工程を示す断面図。 本発明の第3の実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図。 図6のダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を示す断面図。 図7Aに続く工程を示す断面図。 本発明の第4の実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図。 図8のダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を示す断面図。 図9Aに続く工程を示す断面図。 本発明の第5の実施形態に係るダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を示す断面図 図10Aに続く工程を示す断面図。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
第1実施形態
図1〜図3Cを参照して本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は本発明の一実施形態に係るダイヤフラムバルブの外観図である。なお、図1は本実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の構造を示すため一部に破断部を有する。また、図2は、図1の破断部の円A内の拡大断面図である。図3A〜図3Cは、本実施形態に係るダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を説明するための図である。
ダイヤフラムバルブ1は、金属製のバルブボディ10を有し、図1に示すように、バルブボディ10はガス等の流体の流路11,12,13を画定している。流路11は継手部21に形成された図示しない流路と連通し、流路12は継手部22に形成された図示しない流路と連通している。流路11と流路12とを連通させる流路13は、バルブボディ10と後述するダイヤフラム80により画定されている。バルブボディ10の流路11の周囲には、環状のシート装着溝30が形成され、このシート装着溝30に環状のバルブシート70が装着されている。なお、バルブシート70およびシート装着溝30の構造と、バルブシート70のシート装着溝30への固定方法については後で詳述する。
弁体としてのダイヤフラム80は、バルブシート70に対して当接離隔可能にバルブボディ10に支持されている。
ダイヤフラム80は図1,2に示すように、バルブシート70よりも大きな直径を有し、ステンレス、NiCo系合金などの金属やフッ素系樹脂で球殻状に弾性変形可能に形成されている。ダイヤフラム80は、押えアダプタ90を介してバルブヘッド100の図示しない下端面によりバルブボディ10に向けて押し付けられることによりバルブボディ10に固定されている。
図1,2においては、ダイヤフラム80はダイヤフラム押え110により押圧されて弾性変形し、バルブシート70に押し付けられている状態にある。ダイヤフラム押え110による押圧を開放すると、球殻状に復元する。ダイヤフラム80がバルブシート70に押し付けられている状態では、流体流路13が閉鎖され、ダイヤフラムバルブ1は閉じた状態になり、ダイヤフラム80がバルブシート70から離れると、流体流路13は開放されダイヤフラムバルブ1は開いた状態となる。
ダイヤフラム押え110は、バルブヘッド100に内蔵された図示しない駆動機構により操作される。駆動機構は、エア等の操作流体FLにより作動する。なお、ダイヤフラム押え110を駆動する駆動機構については、周知であるので詳細説明は省略する。
図2に示すように、シート装着溝30はバルブボディ10の中心軸線Ctを中心とする環状に形成され、平坦状の底面33と、この底面33から上方に延びる対向する内周壁面31および外周壁面32とを有する。内周壁面31は、バルブボディ10に形成された円筒状の内周壁部15の外周面により画定されている。
外周壁面32の底面33側には、断面形状が矩形状の固定用凹部35が周方向に沿って形成されている。この固定用凹部35には、熱可塑性樹脂からなる環状の固定用部材60が固定用凹部35を埋めるように嵌め込まれている。固定用部材60の断面形状は矩形状であり、固定用凹部35の断面形状に適合している。
固定用部材60に隣接して、熱可塑性樹脂からなり、断面形状が略矩形状の環状のバルブシート70がシート装着溝30に嵌め込まれている。バルブシート70は、その幅がシート装着溝30の内周壁面31と外周壁面32との距離に適合している。
ここで、重要なのは、バルブシート70と固定用部材60とが接合されていることである。固定用部材60が固定用凹部35に嵌め込まれ、バルブシート70はシート装着溝30に嵌め込まれているので、バルブシート70は、固定用部材60によりシート装着溝30から脱落するのを阻止され、シート装着溝30に確実に固定される。
図3A〜図3Cを参照して、バルブシートのバルブボディへの組み付け工程について説明する。
図3Aは、固定用部材60をシート装着溝30の固定用凹部35に嵌め込む前の状態を示している。固定用部材60の外径d1は、固定用凹部35の内径D1、固定用部材60の幅w1は固定用凹部35の径方向の幅W1、固定用部材60の高さh1は固定用凹部35の高さH1にそれぞれ適合している。
固定用部材60の外径d1は、内周壁面32の直径よりも大きいので、固定用部材60を変形させつつ圧入により図3Bに示すように固定用凹部35に嵌める。この状態では、固定用部材60の内周面61は、外周壁面32と略面一となっている。
この状態から、バルブシート70をシート装着溝30に挿入する。バルブシート70の外径d2は外周壁面32の直径D2に、バルブシート70の幅w2はシート装着溝30の幅W2にそれぞれ適合している。このため、バルブシート70を変形させることなく、シート装着溝30に嵌め込むことができる。このため、バルブシート70が損傷しにくい。固定用部材60を圧入により固定用凹部35に嵌めると、損傷する可能性が高くなるが、固定用部材60の損傷がバルブ性能に影響を及ぼす可能性は非常に低い。
バルブシート70をシート装着溝30に嵌め込むと、図3Cに示すように、固定用部材60の内周面61と、バルブシート70の外周面73とが接触した状態となる。ここで、本実施形態では、固定用部材60の内周面61とバルブシート70の外周面73とを溶着させることにより接合し、固定用部材60とバルブシート70とを一体化する。バルブシート70の形成材料は、PTFEやPCTFEが用いられる。固定用部材60の形成材料として、PTFEやPCTFE等のバルブシート70の形成材料と同様の材料を用いることもできるが、本実施形態では、バルブシート70の形成材料とは異なる、バルブシート70の形成材料よりも低い融点をもつ材料、たとえば、PVDFを用いる。
次いで、固定用部材60とバルブシート70とが接触した状態で、バルブボディ10をバルブシート70の形成材料の融点を若干超える温度付近まで加熱する。固定用部材60およびバルブシート70は、熱により膨張すると、内周壁面31と固定用凹部35の内周面とに挟まれていることから、固定用部材60の内周面61とバルブシート70の外周面73との間には圧力が作用しつつ固定用部材60およびバルブシート70が溶融されその後冷却して固化させる。その結果、固定用部材60およびバルブシート70は、溶融状態で作用する圧力により、分子レベルで結合し一体化する。固定用部材60の材料として比較的融点の低いPVDFを用いることで、バルブシート70の変形量を最小限にでき、バルブシート70の接触面である上面74の位置精度を維持できる。
バルブシート70の変形を抑制するためには、バルブシート70のシート装着溝30から露出した部分に金型を嵌め込むことでバルブシート70の形状を維持することも可能である。この場合に、バルブシート70はシート装着溝30内にある部分は固定用部材60と溶着させるためにバルブボディ10の加熱により溶融させるが、その他の部分は、金型の温度コントロールにより溶融させずに、形状を維持することも可能である。このことは、固定用部材60とバルブシート70とが同じ材料の場合においても適用できる。
他にも、固定用部材60をバルブシート70の形成材料よりも低い融点をもつ材料で形成し、固定用部材60とバルブシート70の加熱温度を、バルブシート70の融点よりも低くかつ固定用部材60の融点よりも高くして固定用部材60のみを溶融しこれを冷却固化することで、バルブシート70の変形を防ぎつつ固定用部材60とバルブシート70を接合できる。
以上のように、本実施形態によれば、バルブシート70の固定にカシメが不要となり、工程の削減になり、生産性が向上する。また、カシメを行なわないので、シート高さのバラつきを抑制できる。
また、固定用凹部35を大きく形成することができるため、カシメよりも引っ掛かりが大きくなり、より確実な固定が可能となる。
本実施形態によれば、バルブボディ10を加熱して溶着するので、複数のバルブボディを同時に加熱して各バルブシートを一括して固定することが可能であり、また、一のダイヤフラムバルブに存在する複数のバルブシートを同時に固定することができる。その結果、生産性を向上させることができる。
第2実施形態
図4〜図5Cを用いて第2の実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成部分については同一の符号を使用している。図4は、第2実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図である。図5A〜図5Cは、図4に係るダイヤフラムバルブのバルブシートの組み付け工程を説明するための図である。
本実施形態では、第1実施形態と比較して、固定用部材60Aの形状および固定用凹部35Aが異なる。具体的には、固定用部材60Aは、外周面が末広がり状に形成されているとともにR部60Rが形成されている。バルブボディ10B側では、図5Aに示すように、バルブシート70の径方向の位置を規定する基準面32b付近の形状を凸状に滑らかに湾曲する湾曲面とするとともに、基準面32bの下側に外側に窪む周方向に延びる固定用凹部35Aの形状を固定用部材60Aの形状に適合させている。
これにより、図5Bに示すように、固定用凹部35Aに固定用部材60Aを圧入した際に、固定用部材60Aをスムーズに嵌め込むことができ、固定用部材60Aの損傷をより確実に防ぐことができる。
固定用凹部35Aに固定用部材60Aを圧入したのちは、第1実施形態と同様に、図5Cに示すようにバルブシート70をシート装着溝30Aに装着し、バルブボディ10Bを加熱して、バルブシート70と固定用部材60Aとを溶着する。
第3実施形態
図6,図7A,Bを用いて第3の実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成部分については同一の符号を使用している。図6は、第3実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図である。図7A,7Bは、バルブシートの組み付け工程を説明するための図である。
本実施形態では、固定用部材60に加えて、これよりも小径の環状の固定用部材160を使用するとともに、バルブボディ10Cのシート装着溝30Cの内周壁面31の底部に固定用部材160を嵌め込むための固定用凹部36を形成している。
固定用部材160の形成材料は、固定用部材60の形成材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
図7Bに示すように、2つの固定用部材60,160をそれぞれ固定用凹部35,36に圧入する。その後は、第1実施形態で説明したのと同様の手順でバルブシート70と2つの固定用部材60,160とを溶着する。
本実施形態によれば、バルブシート70の外径側および内径側の双方に固定用部材を設けることで、バルブシート70をさらに確実にバルブボディ10Cに固定できる。
第4の実施形態
図8,図9A,Bを用いて第4の実施形態について説明する。なお、第1および第3の実施形態と同様の構成部分については同一の符号を使用している。図8は、第3実施形態に係るダイヤフラムバルブの要部の拡大断面図である。図9A,9Bは、バルブシートの組み付け工程を説明するための図である。
本実施形態では、バルブボディ10Cのシート装着溝30Cの内周壁面31および外周壁面32に固定用凹部35,36をそれぞれ形成している点は、第3の実施形態と同様であるが、2つの固定用凹部35,36には、共通の固定用部材260が圧入される。
そして、図8および図9Bからわかるように、バルブシート70Aは、シート装着溝30Cの幅と適合しているが、シート装着溝30Cの底面33とは接触せず、その底面71Aと固定用部材260の上面262とが接合されている。
なお、本実施形態においても、第1の実施形態において説明した各種方法で、固定用部材260およびバルブシート70Aの両方、または、固定用部材260のみを溶融させ、その後、冷却固化することでバルブシート70Aと固定用部材260とを接合することができる。
本実施形態では、バルブシート70Aと固定用部材260との接合面積をより大きく確保でき、より確実に結合できる。
第5の実施形態
図10A,図10Bを用いて第5の実施形態について説明する。
上述した第1〜第4実施形態では、固定用部材を固定用凹部に圧入する構成としたが、本発明では、図10Aに示すように、溶融した熱可塑性樹脂Mを用いて、シート装着溝30内で固定用部材を成形する。
具体的には、溶融した熱可塑性樹脂Mをシート装着溝30内に外部から供給する、または、固体状の熱可塑性樹脂をシート装着溝30内に供給しバルブボディ10を加熱して溶融した熱可塑性樹脂Mとする。なお、熱可塑性樹脂Mは、固定用凹部35を満たすのに充分な量とする。
図10Bに示すように、溶融した熱可塑性樹脂Mを収容しているシート装着溝30内にバルブシート70を挿入すると、固定用凹部35の外にあった溶融した熱可塑性樹脂Mは、固定用凹部35内に押しやられて、固定用凹部35に溶融した熱可塑性樹脂Mが充填される。この状態で、冷却すれば、溶融した熱可塑性樹脂Mが固化し、バルブシート70と接合するとともに、固定用部材360が成形される。
上記した各実施形態では、バルブシートの断面形状が矩形状の場合について説明したが、本発明はこれ以外の形状のバルブシートにも適用可能である。
上記した各実施形態に係るダイヤフラムバルブは、半導体製造プロセス、フラットパネルディスプレイの製造プロセス、ソーラーパネルの製造プロセス等の各種製造プロセスにおいて流体を制御する流体制御機器として使用される。
上記した各実施形態では、樹脂同士を溶着で接合した場合について説明したが、これ以外にも、熱硬化性樹脂等の接着剤を用いて接合することも可能である。また、熱溶着以外にも、高周波溶着、超音波溶着、レーザ溶着、高周波誘電加熱法等の他の方法を使用することも可能である。
1 ダイヤフラムバルブ
10,10B,10C バルブボディ
11,12,13 流体流路
30,30A,30C シート装着溝
31 内周壁面
32 外周壁面
33 底面
35,36 固定用凹部
60,60A,160,260,360 固定用部材
70 バルブシート
73 外周面
74 上面
80 ダイヤフラム
90 押えアダプタ
100 バルブヘッド
110 ダイヤフラム押え
Ct 中心軸線


Claims (4)

  1. 樹脂製の環状のバルブシートと、前記バルブシートを装着するシート装着溝を画定するとともに流体流路を画定するバルブボディと、前記流体流路の一部を画定するとともに、前記バルブシートに対して当接離隔可能に前記バルブボディに支持されて前記流体流路を開閉可能なダイヤフラムと、を有するダイヤフラムバルブの製造方法であって、
    前記バルブボディは、前記シート装着溝の対向する2つの側壁面の少なくとも一方に、周方向に延在する固定用凹部を有し、
    樹脂製の環状の固定用部材を前記固定用凹部に配置して当該固定用凹部を埋め、
    前記固定用部材が配置された状態のシート装着溝に前記バルブシートを挿入し、
    前記バルブシートの前記シート装着溝から露出した部分に、温度コントロール手段を備えた金型をはめ込み、
    前記金型の温度を、前記温度コントロール手段により、前記バルブシートの前記部分が溶融せず該部分の形状が維持できる温度にコントロールし、
    前記バルブボディを加熱して前記固定用部材とバルブシートとを溶着により接合する、ことを含むことを特徴とするダイヤフラムバルブの製造方法。
  2. 樹脂製の環状のバルブシートと、前記バルブシートを装着するシート装着溝を画定するとともに流体流路を画定するバルブボディと、前記流体流路の一部を画定するとともに、前記バルブシートに対して当接離隔可能に前記バルブボディに支持されて前記流体流路を開閉可能なダイヤフラムと、を有するダイヤフラムバルブの製造方法であって、
    前記バルブボディは、前記シート装着溝の対向する2つの側壁面の少なくとも一方に、周方向に延在する固定用凹部を有し、
    前記固定用凹部を満たすための溶融した樹脂材料を前記シート装着溝内に注入し、または、前記固定用凹部を満たすための樹脂材料を前記シート装着溝内で溶融し、
    前記溶融した樹脂材料を収容するシート装着溝内に前記バルブシートを挿入し、
    前記バルブシートの前記シート装着溝から露出した部分に、温度コントロール手段を備えた金型をはめ込み、
    前記金型の温度を、前記温度コントロール手段により、前記バルブシートの前記部分が溶融せず該部分の形状が維持できる温度にコントロールし、
    前記樹脂材料を固化して前記バルブシートと接合する、ことを含むことを特徴とするダイヤフラムバルブの製造方法。
  3. 前記固定用部材と、前記バルブシートとは異なる材料で形成されている、ことを特徴とする請求項に記載のダイヤフラムバルブの製造方法。
  4. 前記固定用部材と、前記バルブシートとは同一材料で形成されている、ことを特徴とする請求項に記載のダイヤフラムバルブの製造方法。
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