JP4261559B2 - エアオペレイトバルブ - Google Patents
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Description
(1)操作エアを利用してピストンをシリンダ内で摺動させることにより弁部を駆動させるエアオペレイトバルブにおいて、前記シリンダが、中空部を備える外装部材と、前記外装部材の中空部に装填され、前記ピストンが摺動するピストン室を形成する内装部材と、を有することを特徴とする。
先ず、本発明のエアオペレイトバルブの第1実施形態を説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るエアオペレイトバルブ1Aの断面図である。図2は、図1に示すエアオペレイトバルブ1Aの上面図である。
第1実施形態のエアオペレイトバルブ1Aは、外装部材21に複数の内装部品22を装填することにより、シリンダの壁を二重構造にしている点に特徴を有する。
図1に示すように、第1実施形態のエアオペレイトバルブ1Aは、制御流体を制御する弁部2と、弁部2に駆動力を与えるアクチュエータ部3Aとを備える。エアオペレイトバルブ1Aは、アクチュエータ部3Aをアダプタ11を介してボディ4に連結することにより、円柱状の外観を構成する。
図3は、図1に示す第1ピストン23と第2ピストン24の中央縦断面図である。
ピストン23,24は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、POM(ポリアセタール)、PA(ポリアミド)、PVDF(ポリフッ化ビニリレン)など、耐熱性があって軽量な樹脂を射出成形した樹脂成形品である。
尚、ピストン24は、ピストンロッド24の基端部が拡径されてガイド部59を備える。ガイド部59は、圧縮バネ29Aに挿入され、圧縮バネ29Aを軸線方向に安定して伸縮させるために設けられている。
図1に示す内装部品22A,22B,22Cは、PPS、PBT、POM、PA、PVDFなど、耐熱性と剛性を有する樹脂を射出成形した樹脂成形品である。内装部品22A,22B,22Cは、同一形状をなすので、ここでは、説明の便宜上、内装部品22Bについて説明し、内装部品22A,22Cの説明を省略する。
内装部品22Bは、閉塞端面の中央部にピストン23のピストンロッド43を貫き通すための貫通孔61が設けられている。閉塞端面の外面には、貫通孔61と同心円状に環状溝62が形成されている。そして、閉塞端面の外面には、貫通孔61と環状溝62との間から外径方向に長く、案内溝63が複数形成されている。そして、内装部品22Bの外周面には、Dカット通路64が案内溝63から連続するように軸線と平行に形成されている。内装部品22Bは、側面の開口端部にDカット通路64と連続するように、切欠部65が形成されている。
図1に示すように、ベース25とキャップ26Aは、外装部材21の両端部をかしめ固定され、アクチュエータ部3Aの外観を構成する。外装部材21とベース25とキャップ26Aは、内装部品22A,22B,22Cの周りを囲んで内装部品22A,22B,22Cの強度を補完する。
外装部材21は、両端が開放した円筒形状をなす。外装部材21は、ステンレスなどの剛性を有する金属を、引抜加工又は押出加工により肉薄なパイプ状に成形し、その引抜管又は押出管を所定の長さにカットしたものである。外装部材21の全長は、内装部品22を重ね合わせ、ピストン室をいくつ設けるかによって決定される。また、外装部材21の肉厚は、操作エアに対する耐圧性を考慮して決定される。第1実施形態では0.5mmにしている。
ベース25とキャップ26Aは、圧縮バネ29Aの弾性力に抗して内装部品22A,22B,22Cを重ね合わせて外装部材21に収納するように、外装部材21の両端部を塞ぎ、外装部材21の内部に空間(隙間)を形成する。また、キャップ26Aとベース25は、内装部品22A,22Cの閉塞端面に当接し、内装部品22A,22Cを支持する。そのため、ベース及びキャップ26Aは、ステンレスやアルミなど、剛性を有する金属を材質とする円柱形状をなす。
次に、上記構成要素を備えるエアオペレイトバルブ1Aの組立方法について一例を説明する。
先ず、ボディ4の取付孔7に弁座8を固定し、取付孔7にダイアフラム9をセットする。そして、ダイアフラム9の外縁部を押さえるようにホルダ10をボディ4の取付孔7に挿入し、ホルダ10にステム13を嵌め込んだ後、アダプタ11をボディ4にねじ込んで固定する。これにより弁部2が組み立てられる。
上記のように組み立てたエアオペレイトバルブ1Aの流路構造について説明する。図6は、図1に示すエアオペレイトバルブ1Aであって、流路構造を示す図である。
給排気ポート85は、キャップ26Aの挿入孔81、ピストン24の分岐流路56、主流路55、ピストン23の主流路47、分岐流路48を介して第1ピストン室27の加圧室27aに連通している。また、給排気ポート85は、キャップ26Aの挿入孔81、ピストン24の分岐流路56、主流路55、連通路58、嵌合凹部57を介して第2ピストン室28の加圧室28aに連通している。
次に、第1実施形態に係るエアオペレイトバルブ1Aの動作を説明する。
エアオペレイトバルブ1Aは、図2に示すようにボディ4に設けた取付孔14にボルト(図示せず)を挿通し、そのボルトを取付プレートや半導体製造装置などに締結することにより、設置固定される。エアオペレイトバルブ1Aは、給排気ポート85が給排気管(図示せず)を介して給排気制御装置(図示せず)に接続され、操作エアの給排気を制御される。
従って、第1実施形態のエアオペレイトバルブ1Aは、シリンダの機能をピストンを摺動させる機能と、操作エアに対する耐圧性を確保する等の構造体としての機能とに分け、前者の機能を達成する部材として内装部品22A,22B,22Cを設け、後者の機能を達成する部品として外装部材21を設けている。そのため、内装部品22A,22B,22Cは、第1,第2ピストン室27,28を構成する分だけ外装部材21より構造が複雑になる。よって、第1実施形態のエアオペレイトバルブ1Aによれば、外装部材21に高価な材料を使用し、内装部材22A,22B,22Cに安価な材料を使うなど、外装部材21と内装部材22A,22B,22Cとに異なる材料を用いることによって材料の適切な利用を図り、コストダウンを図ることができる。
続いて、本発明のエアオペレイトバルブの第2実施形態を説明する。図7は、本発明の第2実施形態に係るエアオペレイトバルブ1Bの断面図である。
第2実施形態のエアオペレイトバルブ1Bは、第1実施形態のエアオペレイトバルブ1Aの構成部品を数個変更し、外装部材21と内装部品22A,22B,22Cをピストン23,24ごと上下反転させることにより、ノーマルクローズタイプのアクチュエータ部3Aをノーマルオープンタイプのアクチュエータ部3Bに変更している点に特徴を有する。従って、第2実施形態のエアオペレイトバルブ1Bは、第1実施形態のエアオペレイトバルブ1Aと多くの部品が共通する。よって、ここでは、第1実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点は図面に付し、説明を適宜割愛する。
エアオペレイトバルブ1Bは、外装部材21に、下側から順に内装部品22C、ピストン24、内装部品22B、ピストン23、内装部品22Aを積層し、外装部材21の上下端部をキャップ26Aとベース25にかしめ固定して、アクチュエータ部3Bを構成している。エアオペレイトバルブ1Bは、第2ピストン室28の背圧室28bに圧縮バネ29Bが縮設されている。圧縮バネ29Bは、ピストン24をステム13から離間させるために必要な力を確保すればよいため、第1実施形態の圧縮バネ29Aより弾性力が小さいものを使用している。このようなエアオペレイトバルブ1Bは、圧縮バネ29Bの弾性力によってピストン23,24が押し上げられ、ピストンロッド52をステム13から離間させる。そのため、ダイアフラム9は、弁座方向の力を付与されていない。
このようなエアオペレイトバルブ1Bは、給排気ポート85に操作エアを供給していないときには、圧縮バネ29Bの弾性力によって、ピストン24とピストン23が押し上げられる。そのため、ダイアフラム9は、ステム13を介して弁座方向に加圧されず、自身の反力により弁座8から離れている。この状態で一次側ポート5に制御流体を供給すると、制御流体が一次側ポート5に供給した制御流体が弁座8を介して二次側ポート6に流れる。
よって、第2実施形態のエアオペレイトバルブ1Bによれば、外装部材21の中空部に、第1,第2ピストン室27,28を形成する内装部品22A,22B,22Cを装填し、シリンダの壁を二重構造としているので、第1実施形態のエアオペレイトバルブ1Aと同様に、コストダウンを図ることができる。
次に、本発明のエアオペレイトバルブに係る第3実施形態について図面を参照して説明する。図8は、本発明の第3実施形態に係るエアオペレイトバルブ1Cの断面図であって、キャップ26Bが弁開閉検知センサ91を備えるものを示す。図9は、図8に示すエアオペレイトバルブ1Cの上面図である。
第3実施形態のエアオペレイトバルブ1Cは、ピストン23,24が耐摩耗部品の一例である金属部品105,106を固定されている点、及び、キャップ26B,26Cを交換して機能の追加変更をする点が、第1実施形態のエアオペレイトバルブ1Aと相違する。よって、ここでは、第1実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点は図面に第1実施形態と同一符号を付し、説明を適宜割愛する。
図8に示すように、エアオペレイトバルブ1Cは、弁部2にアクチュエータ部3Cを連結することにより外観が構成されている。外装部材21は、内装部品22A,22B,22Cとピストン23,24と圧縮バネ29Aを収納した状態で、上下開放端部にベース25とキャップ26Bがかしめ固定されている。
エアオペレイトバルブ1Cは、取付孔14に挿通したボルト(図示せず)を用いて取付板や半導体製造装置などに組み付けられる。そして、給排気管が給排気ポート85に上方から接続される。このとき、給排気ポート85が給排気管の位置からずれていると、配管作業に手間がかかる。しかし、エアオペレイトバルブ1Cは、キャップ26Bを外装部材21に対して回転できるようにかしめ固定している。そのため、給排気ポート85が給排気管の位置からずれている場合には、エアオペレイトバルブ1Cを取付板などに組み付けた後、キャップ26Bのみを回転させ、給排気ポート85の位置調節するすることができる。
エアオペレイトバルブ1Cは、操作エアを給排気ポート85に供給されないときには、圧縮バネ29Aの弾性力によってピストン23,24が押し下げられ、ステム13を介してダイアフラム9を弁座8に当接させる。
ところで、弁開閉検知センサ91は、キャップ26Bの接続孔103に着脱可能に取り付けられている。そのため、接続孔103に取り付ける機器を取り替えれば、エアオペレイトバルブ1Cに持たせる機能が簡単に変更することができる。
図10及び図11に示すエアオペレイトバルブ1Cは、キャップ26Bの接続孔103にストローク調整つまみ92を螺設している。ストローク調整つまみ92は、回転量を調整することにより、挿入孔81に突出する下端部分の位置を調整する。エアオペレイトバルブ1Cは、ピストンロッド52をストローク調整つまみ92に当接するまでピストン23,24を移動させ、ダイアフラム9が弁座8から離間する量(ストローク)を調整する。このとき、ピストンロッド52は、先端部がストローク調整つまみ92に衝突して押しつけられるが、先端部に金属部品106を固着されているため、ストローク調整つまみ92にぶつかる衝撃で摩耗したり変形することはない。尚、図11に示すキャップ26Bのように、ストローク調整つまみ92の周りにメモリを設けておけば、流量調整を容易に行うことができる。
図12及び図13に示すエアオペレイトバルブ1Cは、接続孔103に開閉インジケータ93が螺設されている。開閉インジケータ93は、ロッド94を外部に突出可能に設け、コイルスプリング95によってロッド94をピストン24のピストンロッド52に突き当てている。このエアオペレイトバルブ1Cによれば、ピストン23,24が上方へ移動する際には、コイルスプリング95の弾性力に抗してロッド94を突き上げる。また、ピストン23,24が下降する際には、ロッド94がコイルスプリング95の弾性力によって下降する。よって、ユーザは、ロッド94がキャップ26Bから突出する量に基づいて弁開閉状態を判断することができる。尚、この場合、ピストンロッド52に金属部材52を固着しているため、ピストンロッド52がロッド94に擦れて摩耗しない。
図14に示すエアオペレイトバルブ1Cは、ワンタッチ継手96を装着したキャップ26Cを備える。キャップ26Cは、ワンタッチ継手96を装着できるように、挿入孔81より外側にずれた位置に給排気ポート85が設けられている。給排気ポート85は、バイパス流路102を介して円柱凹部101に連通している。このエアオペレイトバルブ1Cは、給排気管をワンタッチ継手96にワンタッチで接続できるので、配管が容易である。
従って、第3実施形態のエアオペレイトバルブ1Cは、ピストン23に設けたピストンロッド42の先端部に金属部品106を装着し、ピストンロッド42の耐摩耗性や強度を大きくしている。そのため、ピストンロッド42をステム13に押し当ててダイアフラム9に駆動力を伝達する場合でも、ピストン23の劣化を防止することができる。また、エアオペレイトバルブ1Cは、ピストンロッド42が摩耗等しないので、ピストン23,24が弁部2を作動させるためのストロークが変化せず、流量特性が変化しにくい。
次に、本発明のエアオペレイトバルブに係る第4実施形態について図面を参照して説明する。図15は、本発明の第4実施形態に係るエアオペレイトバルブ1Dの断面図であって、キャップ26Dが給排気ポート85のみを備えるものを示す。図16は、図15に示すエアオペレイトバルブ1Dの上面図である。
第4実施形態のエアオペレイトバルブ1Dは、キャップ26Dが2分割されている点が、第3実施形態のエアオペレイトバルブ1Cと相違する。よって、ここでは、第3実施形態と相違する点を中心に説明し、第3実施形態と共通する構成については第3実施形態と同一符号を図面に付し、説明を適宜割愛する。
図17及び図18に示すように、エアオペレイトバルブ1Dは、オプションプレート112Bを固定プレート111にボルト113,113で固定している。オプションプレート112Bは、固定プレート111のバイパス流路102に対応する給排気ポート85が中心からずれて設けられている。また、オプションプレート112Bは、第1接続孔115に対応する第2接続孔116が中心からずれて設けられている。第2接続孔116の内周面には雌ネジが形成され、弁開閉検知センサ92を螺設できるようになっている。従って、エアオペレイトバルブ1Dは、ボルト113を取り外してオプションプレート112Aをオプションプレート112Bに交換するだけで、弁開閉検知機能を持つことができる。
図17に示すエアオペレイトバルブ1Dは、第2接続孔116に弁開閉検知センサ91を着脱可能に取り付けている。そのため、エアオペレイトバルブ1Dは、図19に示すように、ストローク調整つまみ92を第2接続孔116に螺設することにより、ストローク調整機能を備えることができる。また、エアオペレイトバルブ1Dは、図20に示すように、開閉インジケータ93を第2接続孔116に螺設することにより、弁開閉状態を外部から視認するインジケータ機能を備えることができる。
オプションプレート112Cは、オプションプレート112Aと比べて給排気ポート85を浅く設けることにより段差を設け、その段差にワンタッチ継手96を突き当てるようにしてワンタッチ継手96が取り付けられている。オプションプレート112Cを備える図21に示すエアオペレイトバルブ1Dは、給排気管を上方からワンタッチで給排気ポート85に接続することができる。
従って、第4実施形態のエアオペレイトバルブ1Dは、操作エアを利用してピストンをシリンダ内で摺動させ、弁部に駆動力を与えるエアオペレイトバルブ1Dにおいて、シリンダの端部を閉塞するキャップ26Dを分割し、ボルト113,113を用いて分割した部材(固定プレート111とオプションプレート112A,112B,112C)を連結自在に設けている。そして、分割した部材の一つであるオプションプレート112A,112B,112Cにワンタッチ継手96や弁開閉検知センサ91、ストローク調整つまみ92、開閉インジケータ93などの流体制御部材を取り付けている。そのため、第4実施形態のエアオペレイトバルブ1Dは、固定プレート111を外装部材21に固定したまま、オプションプレート112A,112B,112Cを交換することにより、機能の追加変更を行うことができる。しかも、第4実施形態のエアオペレイトバルブ1Dは、固定プレート111までも共用化できるので、更なるコストダウンを図ることができる。
(13)上記実施形態では、一次側ポート5から二次側ポート6へ制御流体が流れるようにしたが、二次側ポート6から一次側ポート5へ制御流体が流れるようにエアオペレイトバルブ1A,1B,1C,1Dを使用してもよい。
2 弁部
21 外装部材
22 内装部品(内装部材)
23 ピストン
24 ピストン
27 第1ピストン室
28 第2ピストン室
31 導通流路
42 ピストンロッド
47 主流路
48 分岐流路
55 主流路
56 分岐流路
61 貫通孔
Claims (5)
- 操作エアを利用してピストンをシリンダ内で摺動させることにより弁部を駆動させるエアオペレイトバルブにおいて、
前記シリンダが、
引抜加工又は押出加工によって形成された金属製のパイプと、
前記パイプに装填され、前記ピストンが摺動するピストン室を形成する内装部材と、を有すること、
前記内装部材は、樹脂成形品であり、
一方に開口する中空状をなし、閉塞端面に前記ピストンのピストンロッドを貫き通すための貫通孔が形成された内装部品を複数組み合わせ、前記ピストン室を形成したものであること、
前記内装部材と前記パイプとの間に、前記ピストン室を一つの呼吸孔に導通させる導通流路を有すること、
前記ピストンロッドが、ホルダによりガイドされている円柱状ステムを介入してダイアフラムに接触すること、
前記円柱状ステムのガイドされている長さと、前記円柱状ステムの直径とがほぼ同じ長さであること、
を特徴とするエアオペレイトバルブ。 - 請求項1に記載するエアオペレイトバルブにおいて、
前記ピストンが、樹脂成形品又はアルミダイカスト成形品、ロストワックス成形品の何れかであることを特徴とするエアオペレイトバルブ。 - 請求項2に記載するエアオペレイトバルブにおいて、
前記ピストンは、ピストンロッドを一体的に設けられ、前記ロッド部の先端部に、耐摩耗性を有する耐摩耗部材を装着したことを特徴とするエアオペレイトバルブ。 - 請求項1乃至請求項3の何れか一つに記載するエアオペレイトバルブにおいて、
前記ピストンは、軸線方向に沿って形成された主流路と、前記主流路に交差して設けられた分岐流路とを有し、
前記分岐流路の流路断面は、軸線方向の縦寸法より、前記主流路に交差する方向の横寸法の方が長いことを特徴とするエアオペレイトバルブ。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一つに記載するエアオペレイトバルブにおいて、
前記パイプが両端開口部にベースとキャップがかしめ固定されていることを特徴とするエアオペレイトバルブ。
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