CN110214244A - 阀用致动器和具备它的隔膜阀 - Google Patents

Abstract

提供一种是简单的构造、能够容易地小型化、并且在高压下也具备可靠的阀的开闭性、并且即使阀的开闭频度较多也能够发挥较高的耐久性的阀用致动器和具备它的隔膜阀。一种阀用致动器，配置有设置在致动器主体内的弹性部件、被该弹性部件施力的活塞和用来借助空气压使活塞移动的至少两个空气室，并且在某个前述空气室收纳着用来使在阀闭方向上被放大的力发挥的增力机构。

Description

阀用致动器和具备它的隔膜阀

技术领域

本发明涉及阀用致动器和具备它的隔膜阀，特别涉及对于高压流体也发挥较高的阀关闭性的同时、很适合于阀构造整体的小型化而构成的阀用致动器和具备它的隔膜阀。

背景技术

一般，作为半导体制造工艺中的气体供给系统的控制阀等，所谓的直接接触型的隔膜阀的使用是主流。直接式隔膜阀其优点为下述等：由于也由被作为对于外部的密封件使用的金属隔膜直接进行阀座的关闭，能够构成在气体接触部不拥有多余的零件的非常简单的流路，所以在气体接触部内没有金属彼此的滑动部位，成为最适合于流体的清洁化的构造。但是，在能够确保的行程方面有限度，与波纹管阀等其他阀种相比，在构造上难以确保大流量。

在上述那样的用于半导体制造工艺的隔膜阀中，为了自动控制等而具备空气驱动致动器的情况较多。空气驱动致动器其清洁性及成本性等很好，作为在半导体制造装置中使用的部件是非常适合的，并且由于需要设备类的集成化，所以通常根据被形成为矩形状的阀体占有的紧凑的占地面积（footprint）区域，要求被紧凑地小型化以使其包含在该区域内。特别是，在配管不经由接头而作为基座块被块化的集成化气体系统中，致动器通过经由接口拆装自如地安装在基座块上部，几乎不发生无用的空间而发挥每个设备的较高的维护性，在许多场合被使用。

进而，为了高品质地制造半导体元件等高度精密的设备，上述那样的气体供给系统等半导体制造工艺设备需要全部收容在所谓的清洁室内。清洁室是悬浮粒子、微生物被管理（污染控制）为规定的洁净度等级，并且除了被运入的材料、药品、水等以外，对于入室的作业者也确保规定等级的洁净度，根据需要也能够对温度、湿度、压力等环境条件进行管理的密封空间，在清洁室的导入时，除了对应于容积而增大的初期设备费以外，还需要用于维持管理及经常性运转的运行成本，作为生产设备费而成为较大的负担。因此，在清洁室的导入中，必须设计、施工为对应于用途是最优、最小限度、不发生浪费那样的容积、结构。

另一方面，近年来对于智能手机等搭载半导体的设备的进一步的高性能化、节电化、性能提高等的需要日益变高，随之，对于半导体元件日益要求微细化、高集成化，并且半导体制造工艺的多样化显著地进展。因此，在制造工艺使用的各种工艺气体中，也除了对应于各个用途而伴随着高温化、高压化等以外，特别是对应于硅晶片的大径化或液晶面板等的大型化、或生产系统的大型化或向特别的气体供给方式的变更等，供给流量的进一步增加（高流量）成为基本的需要。因此，在作为供给气体的控制阀使用的上述那样的隔膜阀中，也需要最适合于各个用途的阀开发，特别是向大流量化（Cv值的增大）的要求日益变高。

气体供给系统或半导体制造装置全部被收容在清洁室内，另一方面，清洁室必须紧凑地最优化为所需最小限度的容积，所以对于在气体供给系统中使用的上述那样的阀，也日益要求小型化、紧凑化。因此，对于上述那样的隔膜阀，小型化和高流量化的兼顾的要求进一步变高。进而与工艺气体的多样化、高流量化的要求相辅相成，向高压对应的要求也变高。

这里，在具备致动器的隔膜阀中，有用弹簧对致动器的活塞施力、用该作用力使隔膜就座于阀座而将阀关闭的类型，但尽管如上述那样为了高流量化、高压对应，而需要更大的关闭力，但随着阀的小型化，致动器的弹簧的小型化不可避免，发生弹簧的作用力下降而阀的关闭力下降的问题。如果阀的关闭力受损，则工艺气体的精密的流体控制受损，很可能在制品品质上发生重大的缺陷，此外，由于工艺气体对人体的有害性也较高，所以即使是稍稍量的泄漏，也有可能成为较大的问题。进而，如果因阀的小型化而设置面积被限定，则作为能够应用的弹簧，限于线径或弹簧径较小的规定的结构，作用于1个弹簧的应力提高，在弹簧的耐久性上也发生问题。

为了在上述那样的阀中使关闭力维持或增大，例如也可以考虑将多个活塞多级构成而将空气室和弹簧在纵向上交替地形成的构造，但在此情况下，有致动器在高度方向上伸长从而阀大型化的问题。

隔膜阀如上述那样被与其他设备类一起集成化，并且通常设置在多个部位，所以如果将其大型化，则设置面积及高度也增大，清洁室内的半导体制造装置的占有空间也增大，进而因清洁室的大型化等而带来半导体的制造成本的增加等的问题。特别是，阀尺寸的向横宽方向的增大成为占地空间的增加，在实现紧凑且最优的空间的填充的气体供给系统的设计时成为致命性的缺陷，此外，向高度方向的增大也由于有可能成为与配置在周围的其他设备、装置的干涉或需要空间的确保的障碍等，所以成为问题。由此，不能避免阀尺寸在横向或纵向上增大的构造变得难以采用。

除此以外，例如也可以考虑对于1个活塞双重地设置弹簧的构造，但在此情况下，在构造上在小型化方面有极限，有不能将阀适当地小型化的问题。进而，在使用多个上述那样的活塞、弹簧的构造的情况下，由于通过经由多个零件的联动对隔膜施力，所以因为每个零件的状态的偏差等而阀的关闭力容易不稳定化，精密的流体控制功能有可能受损。

所以，在将阀适当地小型化的同时，为了使弹簧的作用力维持或增大而确保足够的阀关闭力，可以考虑简单地构成的增力机构的采用。作为这种先行技术，提出了专利文献1～3。

在专利文献1所示的控制器中，壳体由朝上开口的中空状的下部壳体和朝下开口的中空状的上部壳体构成，在它们的对接部分的内周，固定着分隔板，分别在壳体内的分隔板上方形成有水平截面圆形的缸室，在壳体内的分隔板下方形成有水平截面方形的动力放大装置收纳室。此外，动力放大机构具备规定构造的尖细锥状部件、圆盘状部件、以及以经由锥状部件对置的方式配置且能够绕将下部贯通的摆动轴摆动的第1及第2摆动体。此外，各摆动体的下抵接面为以处于从摆动轴的轴线偏心的位置的中心线为中心的圆弧状的凸轮面。进而，第1及第2摆动体呈现其下部彼此重合、两者的摆动轴为共同的形态。

在专利文献2中，表示了对于热负荷及反复动作、密封部的耐久性也良好的致动器，内置有使轴与活塞的移动方向相反地移动的凸轮。具体而言，在与阀杆的另一端结合的轴设置有凸缘，用销能够转动地设置于阀帽上的等角三方位置处的凸轮的一端与该凸缘卡合，在凸轮的另一端设置有辊，与活塞下表面抵接。如果高压空气被导入空气室，则随着波纹管的伸长，活塞被向下推出，由此凸轮的另一端的辊被推动而以销为中心转动，随着该转动，凸轮的一端将凸缘推起，使轴向与活塞的推出方向相反的方向移动。

在专利文献3中，在该文献的图1、图2中表示了动力倍增机构（116）的构造，在两根销（122、128）分别能够转动地设置有棒状的杠杆（118、120），所述两根销（122、128）以在对称地连结于底壁（86）的一对支撑部件（124、126）之间交叉的方式设置，两根杠杆（118、120）构成为，各上端经由摩擦板（130）与活塞（98）抵接而能够滑动，此外，成为下端位置的各中间部（134、136）成为所谓的凸轮面，与受压板（140）上表面抵接而能够滑动。

借助该结构，在该文献的图1、图2中，被弹簧（110、112）推下的活塞（98）的动力借助两根杠杆（118、120）的杠杆原理而被增力，经由受压板（140）被传递给杆（78），将阀关闭。在开阀时，来自空气供给源（94）的空气经由流路（92、104）被向形成在腔室（106）下部的密封空间供给，借助该密封空间的升压将活塞（98）推起。

此外，在该文献的图1、图2中，杆（78）其上端的球状头（142）与在受压板（140）下侧开口的锥部（144）卡合，在肩部（156）卡合有支撑上升动作的压缩弹簧（154），进而，作为与设置在底壁（86）的下方的颈部（148）之间的密封部件，能够上下滑动地具备密封圈（150）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4529023号公报

专利文献2：日本特开平9－26052号公报

专利文献3：美国专利注册第5253671号公报。

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1由于缸室及动力放大装置收纳室在纵向上分别串联地经由分隔板装载在壳体内，所以成为向纵向的阀的大型化不可避免的构造。此外，动力放大机构的结构也构成为，通过摆动体的呈圆弧状的上抵接面与一体地设置在设于阀的轴心位置附近的动作轴的下端并向垂直下方延伸的尖细锥状部件滑动，将来自活塞的动力进行增力，所以必须总是维持长尺寸状的板状主体沿纵向立设的姿势，作为整体还是不得不在阀的高度方向上变长。进而，该动力放大机构的构造其锥状部件及规定构造的摆动体等过度地复杂化，作为整体不适合于小型化。

专利文献2所示那样的增力机构构成为，多个板状的凸轮以向水平方向倒下的姿势相互阀的轴心对称地对置配置，在该状态下凸轮绕销稍稍转动而将来自活塞的动力进行增力，所以，为了收容这些多个凸轮，在致动器内部必须确保向横向较大的收容空间，实际上凸轮机构被收容到壳体另一端侧的大径部，可以说还是不适合于阀的小型化的构造。进而，由于凸轮机构经由活塞在大径部内与空气室在纵向上连续设置，所以阀尺寸在纵向上也容易增大。

另一方面，在专利文献3中，首先，成为被供给空气的空气室的密封空间只是唯一地设置在腔室下部。此外，在该文献的致动器的构造中，关于使空气室的容积增大或增设个数完全没有言及，由此，单独的空气室构造是前提。相对于此，由于在阀开时将活塞推起的空气压对应于形成空气室的空间的容积而增大，所以在如该文献那样空气室为单独构造的情况下，特别是在使致动器小型化的情况下，有可能不能确保足够的空气压而阀的良好的开阀性受损。

接着，该文献的增力机构由于将两根杠杆枢轴安装于各自的销，所以构造复杂化，并且作为在致动器收容的空间而必须确保较大的容积，除了关于成本性、生产率、耐久性及维护性不利以外，还是特别从小型化的观点难以采用的构造。特别是，在致动器的横宽方向上较大的收容空间为不可或缺的，在小型化方面限制变多。此外，两根杠杆的中间部与受压板作用的位置（凸轮面的抵接位置）成为从配置有杆的阀的轴心位置较大地离开的受压板的周缘端部位置附近，并且受压板和杆是不同部件，且抵接的区域也较小。因此，从杠杆向杆的力难以传递，此外，力的传递容易不均匀且不稳定化，由此，特别在高压的情况下有可能不能得到阀的良好的关闭性。

此外，在该文献所示的构造的情况下，当空气被供给到腔室下部的密封空间时，由于杆受到与底壁的开口面积对应的内压，所以随着空气供给而使杆下降，将隔膜推压，有可能阀不会适当地打开，但关于这一点的考虑或记载、暗示完全没有看到。进而，在杆设置有密封圈及对肩部施力的压缩弹簧，构造复杂化，并且在小型化时是完全不适当的构造，另一方面，在做成不具有这些的简单的构造那样的情况下，开阀力有可能不足，但关于这样的点也完全没有言及。此外，双重地设置对活塞施力的弹簧这一点也不适合于小型化。

进而，两根杠杆的上端与摩擦板滑动，受压板也与杆上端的头滑动。因此，通过部件间的较大的摩擦力，力的传递会损失并且部件容易损伤，所以导致耐久性恶化、寿命下降，此外，还有通过由滑动带来的起尘而空气被污染的问题。此外，这样的分体且复杂的构造是完全不适合于小型化的构造。进而，两根杠杆的上端和活塞的两处抵接位置在活塞的俯视中为左右非对称，此外抵接区域也较小。因此，活塞从弹簧与两根杠杆的抵接部位受到的合力偏倚而活塞变得容易从腔室内周面偏离，有可能有活塞的变形或损伤，或密封性受损而开阀性变差，并且对于许多开闭动作的耐久性也有疑问，此外，力集中于较小的抵接区域，也容易因滑动而发生起尘、损伤。

所以，本发明是为了解决上述问题点而开发的，其目的是提供一种是简单的构造、能够容易地小型化、并且即使在高压下也具备可靠的阀的开闭性、并且即使阀的开闭频度较多也能够发挥较高的耐久性的阀用致动器和具备它的隔膜阀。

用来解决课题的手段

为了达成上述目的，有关技术方案1的发明是一种阀用致动器，配置有设置在致动器主体内的弹性部件、被该弹性部件施力的活塞和用来借助空气压使活塞移动的至少两个空气室，并且在某个空气室收纳着用来使在阀闭方向上被放大的力发挥的增力机构。

有关技术方案2的发明是一种阀用致动器，增力机构构成为，将一对凸轮部件枢轴安装到共同的摆动轴，将该一对的凸轮部件收容到空气室内；该凸轮部件在上端部设置有与活塞抵接的抵接部，另一方面在下端部形成有与输出部件抵接的凸轮面；通过以抵接部为力点、以摆动轴为支点、以凸轮面为作用点而凸轮部件经由摆动轴转动，被弹性部件施力的活塞的动力被放大，并被向输出部件传递。

有关技术方案3的发明是一种阀用致动器，在抵接部设置有具有辊的辊部；通过该辊在与活塞的抵接面滚动，凸轮部件经由摆动轴转动。

有关技术方案4的发明是一种阀用致动器，输出部件是由大径部和小径部构成的盘部件，所述大径部与凸轮部件的凸轮面抵接，所述小径部能够与在致动器下部的基座形成的安装孔嵌合；在安装孔内周面装接O形圈，而将安装孔内周面与小径部之间密封。

有关技术方案5的发明是一种阀用致动器，小径部的直径被设定为以下程度的直径：当向空气室内供给了空气时，盘部件基于隔膜的自我复原反作用力被朝向空气室内侧移动的力成为比盘部件被供给空气压朝向空气室外侧推出的压力大。

有关技术方案6的发明是一种隔膜阀，具备阀用致动器；经由输出部件将隔膜向设置在阀体内的阀座推压而阀闭。

发明效果

根据技术方案1所记载的发明，由于构成为将增力机构收纳到某个空气室内，所以空气室及增力机构的两者所需要的占有空间被一体化。由此，能够在确保足够的阀的关闭力的同时将致动器大幅地小型化。与此同时，由于至少配置有两个空气室，所以能够在避免致动器的过度的大型化的同时充分地确保所需空气压，由此还能够担保可靠的阀的开阀力。因而，能够提供将致动器进行大幅的小型化并且还具备可靠的阀的开闭性的阀用致动器。

根据技术方案2所记载的发明，由于增力机构将一对凸轮部件轴装在1根摆动轴而构成，并且凸轮部件的构造也较简单，所以作为整体是简单的构造，由此，不仅是致动器的生产率、操作性、维护性，耐久性也变高，此外，对于小型化也很适合。

根据技术方案3所记载的发明，通过夹设辊部，能够将凸轮部件和活塞的滑动几乎消除，由此，能够极大地降低起因于两部件的滑动的部件的损伤及活塞动力的损失、或因起尘造成的空气的污染。

根据技术方案4所记载的发明，由于输出部件是由大径部和小径部构成的很简单的结构，所以致动器的生产率、操作性、维护性及耐久性变高，并且也很适合于小型化。进而，由于盘部件与基座之间被设置在作为静止侧的基座侧的密封部件密封，所以能够大幅地有利于基座侧的小型化。

根据技术方案5所记载的发明，仅通过将盘部件的小径部的直径设定为适当的大小，担保盘部件的可靠的正常动作。具体而言，没有随着向空气室的空气供给，空气压不适当地作用以将盘部件从空气推出，而隔膜的良好的离座、即良好的开阀性受损的担心。并且，小径部的直径拥有上限而设定，所以也能够有利于致动器的小型化。

根据技术方案6所记载的发明，通过具备为足够小型且简单构造并且确保了足够的阀闭力的致动器，能够提供借助足够小型且简单构造而具备较高的生产率、维护性、使用性的隔膜阀。

附图说明

图1是具备本例的阀用致动器的隔膜阀的剖视图，中央线左侧表示全闭状态，右侧表示全开状态。

图2是示意地表示图1中A－A线截面的示意剖视图。

图3是示意地表示与图2中的B－B线截面对应的本例的增力机构的半分割构造的示意立体剖视图。

图4是示意地说明由本例的凸轮部件带来的增力作用的说明图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明的一实施方式的构造。图1是本实施方式（本例）的阀用致动器和具备它的状态的本例的隔膜阀的剖视图，该图中央线的左侧半部表示本例的阀的全闭状态，右侧半部表示本例的阀的全开状态。

在图1中，本例的阀用致动器是以下这样的空气驱动致动器：配置有被设置在致动器主体100内的弹性部件8（弹簧8）施力的活塞2、和用来借助空气压使活塞2移动的至少两个空气室3（3a、3b），并且在某个空气室3收纳用来使在阀闭方向上被放大的力发挥的增力机构1。

罩4呈外观大致圆筒形状，在轴心位置设置有与设在外部的未图示的空气源连接的连接部5，形成有与连接部5相连的流路5a，进而，设置有与流路5a相连的能够与活塞2嵌合的嵌合部10。在罩4的下端部，设置有能够与壳体6的阴螺纹部7螺接的阳螺纹部9。此外，在罩4的内部，凹设有用来对弹簧8施力的承接部11。

壳体6形成为与罩4大致同径的圆筒状的外观，在上端部形成有前述的阴螺纹部7，在下端部形成有能够与基座12的阴螺纹部13螺接的阳螺纹部14。为了将阴螺纹部13与阳螺纹部14之间密封而夹装着O形圈15。此外，在壳体6的内周面，形成有与副基座（sub-base）16卡合的台阶部17。

基座12其上部被形成为与壳体6大致同径的筒状，下部以比上部以台阶状缩径的方式形成，并且形成有能够与阀体18的阴螺纹部19螺接的阳螺纹部20。此外，在中央的轴心位置，开口有能够与输出部件21（盘部件21）嵌合而安装的安装孔22，在该安装孔22的内周面设置有O形圈23。

阀体18刻设有入口流路24和与其倾斜相连的1次侧流路25，该1次侧流路25向朝上方向弯曲，经由开口部26（阀口）与2次侧空间27（阀室）连通。在开口部26的周缘部，固接着PCTFE制的阀座28，在上表面，隔膜29的下表面挠性变形而密接（就座）。2次侧空间27是截面大致长方形状，形成为较深的环状槽形状，通过在紧凑地形成的外观大致长方体形状的阀体18的内部，如该2次侧空间27那样确保流路空间，以尽可能成为大容量且较低的流体阻力，能够实现较高的Cv值。此外，2次侧空间27的一部分在形成为直线状的出口流路30开口而连通。

隔膜29被形成为大致圆形状，在本例中，将9片Co合金制隔膜叠合而构成。隔膜29的周缘部被夹装固定在形成于2次侧空间27的外周部的凸部31与阀帽32的下表面之间，构成阀的阀室。

阀帽32被形成为大致筒状，在本例的阀的组装时设置在基座12与阀体18之间，借助将阴螺纹部19与阳螺纹部20螺合时的拧紧力，基座12的下端面推压阀帽32，借助该推压力，将隔膜29的周缘部夹装在阀帽32的下表面与凸部31之间而固定在阀室内。此外，阀帽32的内周面为形成为大致相同直径的筒状空间，在该内周面，大致圆柱形状的隔膜件（diaphragm piece）33与该内周面大致没有阻力而能够滑动地嵌合。此外，隔膜件33的上表面设置为，嵌合于安装孔22的盘部件21的下端面能够抵接。

本发明的致动器具备至少两个空气室，消除伴随着小型化的空气驱动力（开阀力）不足。该多个空气室的结构根据实施可以任意地选择，但在本例中，如图1、图3所示，通过将活塞2紧凑地做成两级结构并做成将副基座16配置在壳体6内周面的台阶部17的结构，将用来借助供给空气使该活塞2动作的空气室3增设为两个。

具体而言，活塞2具有平行地伸出了两片的圆形凸缘状的活塞部2a、2b、以及将它们的中心轴位置相连的筒状的延伸部2c、2d，在延伸部2c的内部形成有向外部开口而将供给空气导通的流路34，与该流路34连通，在延伸部2d也形成有沿横向开口的流路35和纵向的流路36，该流路36向活塞2的外部开口。

活塞2将活塞部2a和延伸部2d、以及活塞部2b和延伸部2c分别形成为一体，将这两个部件组合而构成。具体而言，在活塞部2a和延伸部2c的情况下，将圆盘状的活塞部2a和在内部具有流路36的圆柱状的延伸部2d一体形成为伞状，在延伸部2d的圆形端面，切出槽而形成流路35，以使其通到成为中心位置的流路36的开口部，活塞部2b和在内部具有流路34的延伸部2c也同样一体形成为伞状。然后，将切出了流路35的延伸部2d的端面组合到活塞部2b的中心位置，以使流路34、35相互连通，由两个部件构成活塞2，但也可以由单一的部件一体地构成活塞2整体。

此外，在活塞部2a、2b的外周缘部，分别设置有O形圈37、38，能够在与壳体6的内周面之间滑动的同时进行密封。活塞部2a、2b的外径与比壳体6的台阶部17靠上侧的内径和靠下侧的内径分别适合，如后述那样，对应于空气的给排，能够在维持着空气室3a、3b内的密封性的原状下进行活塞2的致动器主体100内的阀行程动作。

借助上述构造，在本例的致动器的组装完成时，形成在活塞部2a的下表面侧与基座12的内周面之间的密封空间成为被导入来自流路36的供给空气的第一空气室3a，形成在活塞部2b的下表面侧与副基座16的上表面侧之间的密封空间成为被导入来自流路35的供给空气的第二空气室3b。这样，在本例中将空气室3增设为第一空气室3a和第二空气室3b这两个。由于借助这样的活塞2和壳体6的结构紧凑地设置多个空气室，所以在本例中，能够在避免致动器主体100的过度的大型化及零件件数的增加的同时，确保可靠的空气驱动力。另外，在致动器主体100的高度被条件容许的范围中，例如也可以将壳体6设置得较长而将活塞2做成3级以上的结构。

在图1、图3中，盘部件21由与后述的凸轮部件42、43的凸轮面42b、43b分别抵接的大致圆板状的大径部39、以及能够与形成在致动器下部的基座12的安装孔22嵌合的大致圆筒状的小径部40构成，在本例中将它们一体形成。具体而言，如图1所示，本例的致动器中内置的盘部件21其小径部40与安装孔22上下滑动自如地嵌合，大径部39的周缘部与台阶部面41上下动自如地卡合，所述台阶部面41形成在基座12的内部底面，与大径部39的形状适合而形成。另外，本例的盘部件21的材质使用对机械构造用钢（S45C－H HRC40）施以了MoS2涂层处理（膜厚约10μm）的原材料。

在安装孔22内周面装接O形圈23，而将安装孔22内周面与小径部40之间密封。在本例的作用中如后述那样，由于基座12成为静止侧部件并且盘部件21成为可动侧部件，所以如果将密封部件设置在基座12侧，则能够使基座12的底部的厚度变小，所以适合于阀的小型化。

在图1中，本例的增力机构1将一对凸轮部件42、43枢轴安装在共同的1根摆动轴44（凸轮轴杆），并且将该一对凸轮部件42、43收纳到第一空气室3a而构成，这些凸轮部件42、43在上端部分别设置有与活塞2抵接的抵接部42a、43a，另一方面，在下端部分别形成有与盘部件21抵接的凸状的凸轮面42b、43b。另外，47a、47b是使用图1～图3后述的支架47的构成部件。

在抵接部42a、43a分别设置有辊部45、46。辊部45、46其辊45a、46a分别转动自如地设置在辊轴杆45b、46b，在本例中，通过这些辊45a、46a相对于活塞部2a的下表面能够滚动地抵接，构成抵接部42a、43a。另外，抵接部也可以不设置上述那样的辊部，而例如如后述的图4所示意地表示那样构成为，在凸轮部件的上端部形成大致圆弧形状的圆弧部，该圆弧部直接与活塞的下表面抵接、滑动，在这样的情况下，能够将致动器的零件件数削减而简单地构成。

图2、图3示意地表示本例的增力机构1的构造，图2是从图1中的A－A线截面观察增力机构1的情况下的示意剖视图。图3（a）、图3（b）都是与图2所示的B－B线截面对应的增力机构1的示意图，是与在致动器内部配置在周边的部件的一部分一起说明构造的立体剖视图。

如图2、图3所示，一对凸轮部件42、43以铰链状枢轴安装在1根摆动轴44，凸轮部件42由形成为两股的コ字状的两根轴装部轴装，在这些轴装部之间，轴装着凸轮部件43的1根轴装部。因此，如图2所示，凸轮部件42的凸轮面42b与盘部件21抵接的区域在致动器的俯视中成为区域42c附近，凸轮部件43的凸轮面43b与盘部件21抵接的区域在该图中成为区域43c附近。同样，凸轮部件42（辊45a）与活塞2a部下表面抵接的区域成为区域42d附近，凸轮部件43（辊46a）与活塞部2a下表面抵接的区域成为区域43d附近。

如图2所示，由于3个部位的区域42c、43c为距盘部件21的轴心位置（小径部40）较近的位置，并且在该图中为上下大致对称位置，所以从凸轮面42b、43b受到的推压力均等地传递给盘部件21，并且容易直接传递给小径部40，因此，力的传递变得很好。此外，由于两个部位的区域42d、43d在该图中成为左右大致对称位置，所以活塞部2a下表面从凸轮部件42、43受到的反作用力成为均等，在活塞2上不会作用过度的偏心力。

另外，如图3所示，摆动轴44的两端部分别被插入到对置的支承部47b的内侧面，能够转动地被固定。图1、图3所示的本例的支架47由以适合于基座12的低侧面的方式形成为环状的环状部47a、和在该环状部47a的内周侧分别一体形成并对置配置的两个支承部47b构成，当将本例的致动器主体100组装时，环状部47a在载置于基座12的底面的状态下，借助将壳体6的阳螺纹部14与基座12的阴螺纹部13螺接时的拧紧力，被推压在壳体6的下端部，被夹装固定在与基座12的底面之间。

接着，说明图1所示的本例的阀用致动器和具备它的隔膜阀的作用。该图左侧是阀的全闭状态，该图右侧是阀的全开状态。以下，说明在全开状态下从空气室3将空气排出的情况下的作用。

如果从空气室3将空气排出，则已成为规定的压力的第1空气室3a、第2空气室3b的内压下降到外界气压，活塞2随着从空气室3受到的压力减小，被弹簧8的作用力向下方推下。被推下的活塞2的下表面一边与增力机构1的抵接部42a、43a抵接一边推压，使凸轮部件42、43分别绕摆动轴44转动，随着该转动，凸轮面42b、43b推压盘部件21的大径部39，将盘部件21向下方推下。另外，此时的力的放大作用在后面叙述。

由于盘部件21的小径部40下端部与隔膜件33的上表面抵接，所以随着盘部件21的推下，隔膜件33也被推下。由于隔膜件33的下表面与隔膜29抵接，所以如果隔膜件33下降，则隔膜29的上表面被隔膜件33的下表面推压而挠性变形。隔膜件33的下表面使隔膜29以朝下侧凹陷的方式变形，通过隔膜29的下表面以规定的压力压接在阀座28的上表面，隔膜件33在阀行程的下限位置被卡止，并且阀室的1次侧流路25和2次侧空间27被隔离，阀成为全闭状态。

接着，说明在该全闭状态下向空气室3填充空气而成为全开状态的情况下的作用。当向空气室3导入空气时，从未图示的空气源压入的空气经过设置在活塞2的延伸部2c的流路34、接着经过设置在延伸部2d的流路35，被向第2空气室3b压入。同时，经过设置在延伸部2d的流路36，也被向第1空气室3a压入。

活塞2被弹簧8朝向下方施力，但在第1空气室3a中，可动部件除了后述的盘部件21以外只是活塞部2a，所以如果空气室3a的空气压上升而超过弹簧8的作用力，则该空气压作用以将活塞部2a向上推起。同样，在第2空气室3b中，副基座16被固定在壳体6的内周面，所以可动部件也只是活塞部2b，如果空气室3b内的空气压上升而超过弹簧8的作用力，则活塞部2b被向上推起。由此，活塞2整体在维持着与壳体6的内周面之间的密封的原状下滑动而被向上方推起。

这里，作用于活塞2的空气压与活塞2的朝向空气室3内的面积成比例，但在本例中，通过将空气室3紧凑地做成除了第1空气室3a以外还有经由在同一个壳体6内部较薄地形成的副基座16的第2空气室3b的两级结构，在避免致动器的大型化的同时确保足够的活塞面积。

另一方面，隔膜29具有形状自我复原力，所以如果如上述那样，随着空气室3a、3b内的升压，凸轮部件42、43的抵接部42a、43a被从由活塞2带来的推下施力解除，则隔膜29借助自我复原反作用力，能够复原为作为自然状态的朝上平缓地弯曲的凸形状，借助该自我复原，从阀座28离座，阀成为全开状态。更具体地讲，由该反作用力将隔膜件33推起，由此将盘部件21也推起，由此盘部件21将凸轮面42b、43b推起，由此凸轮部件42、43绕摆动轴44转动。

接着，使用图4，几何学地说明利用本例的增力机构1的力的放大原理。图4示意地表示本例的凸轮部件的一方的侧视图，以下的力的放大原理在一对凸轮部件42、43的两者中是共同的。

在图4中，50示意地表示本例的凸轮部件的形状，在上端部设置有抵接部51，在下端部设置有凸状的凸轮面52。该图的抵接部51被简略化表示，是不具有上述那样的辊部的单纯的圆弧形状，点Q是该圆弧的中心位置。抵接部51与活塞下表面53抵接，凸轮面52与盘部件上表面54抵接。55是摆动轴，点O是其轴心位置。此外，设抵接部51从下表面53受到的力为F，由于抵接部51是圆弧形状，所以力F朝向铅直下方的点Q的方向。同样，设凸轮面52向上表面54赋予的力为N，并将抵接部位用点P表示。

此外，设线段OP的长度为l，设线段OQ的长度为L，设线段OP与OQ的交叉角度为α。它们全部是凸轮部件的形状所固有的常数。此外，设线段OQ从水平方向的倾斜角度为θ。在此情况下，根据杠杆原理（F与N的关系），力的放大率N/F成为以下。

［数式1］

在本例的阀行程的范围内，由于角度θ的变动域是较小的范围，所以大致根据凸轮部件的形状的设定，能够得到稳定的增力作用。

借助上述构造，通过以抵接部42a、43a为力点、以摆动轴44为支点、以凸轮面42b、43b为作用点，借助杠杆原理，凸轮部件42、43绕摆动轴44转动，被弹性部件（弹簧8）施力的活塞2的动力被放大，并被向输出部件（盘部件21）传递，经由该输出部件将隔膜29向设置在阀体18内的阀座28推压而阀闭。

此外，如图1所示，在本例的致动器中，在抵接部42a、43a分别设置有辊部45、46。因此，这些辊部的辊45a、46a被施力而相对于活塞部2a的下表面（抵接面）抵接。此外，在如上述那样随着阀的开闭而活塞2升降移动时，随之辊45a、46a在活塞部2a的下表面大致没有阻力地滚动，随之，凸轮部件42、43绕摆动轴44转动。

进而，本例的盘部件21的小径部40的直径被设定为以下程度的直径：当向第1空气室3a内供给了空气时，盘部件21基于隔膜29的自我复原反作用力被朝向空气室3a内侧移动的力成为比盘部件21被供给空气压朝向空气室3a外侧推出的压力大。

即，当向第1空气室3a供给空气而内压上升时，在空气室3a内周面，可动部件成为作为上表面的活塞部2a的抵接面和嵌合在安装孔22的盘部件21，所以除了活塞部2a以外，作为密封空间的空气室3a的内压也对盘部件21作用，由此，以一边使小径部40相对于安装孔22的O形圈23滑动一边将盘部件21朝下推压的方式作用。由此，当为了将隔膜件33的施力释放、借助隔膜29的自我复原反作用力将阀打开而向空气室3a导入空气时，有可能该空气压推压盘部件21，反而阻碍阀开动作。这是伴随着将增力机构1与盘部件21一起收容到空气室3a内的特有的问题。

此时，盘部件21被空气室3a的空气压推下的力，成为对从大径部39上表面的受压面积减去大径部39下表面的受压面积后的面积即小径部40下表面的面积乘以空气压所得到的值。由此，除了盘部件21的自重等以外，在原理上，根据小径部40的外径（或与其对应的安装孔22的内径）的大小，如上述那样决定了与阀开动作相反而由空气室3a的空气压将盘部件21推下的力。

相对于此，在本例的致动器中，由于将小径部40的外径的大小（安装孔22的内径的大小）设定在隔膜29以自我复原反作用力经由隔膜件33将盘部件21推起的力被维持为比如上述那样盘部件21推下的力大那样的大小以下的范围内，所以不会有随着向空气室3a的空气供给而阀的良好的开阀性受到阻碍的情况。

具体而言，在本例的隔膜阀中，预先调查从上推压隔膜29的顶部的力与阀的流量的关系而判明：在推压力从零到较小的值的范围中，由于由推压力带来的隔膜29的沉入较小，所以阀的流量被维持为大致等于全开状态下的流量，但从超过30N附近起，因为隔膜29的沉入的影响，阀的流量开始逐渐减小。此外，判明了最终以约500N的推压力、隔膜29就座于阀座28而完全达到阀闭状态。

因此，为了使得盘部件21在阀开动作时不由被导入到空气室3a的空气压带来不良影响，即不会通过被向下推下而推压隔膜29、产生阀开动作的障碍或流量的减少，只要将作用于盘部件21的空气压设定为最大为30N以下就可以。

另一方面，本例的隔膜阀的空气的最大使用压力设想0.7MPa而设计，当将盘部件21的小径部40的直径设定为Φ5.2mm时，由作用于盘部件21的空气压带来的推下力为约15N左右。由此，只要预先将小径部的直径设定为该程度的大小，即使一边使导入到空气室3a的最大空气压作用于盘部件21一边使盘部件21被推下，隔膜29也不会沉入，所以不会发生上述那样的阀开动作被阻碍的问题。

此外，如上述那样引起流量下降的力根据设计的阀的隔膜的形状、材质、厚度及装载片数、此外阀及使用流体的温度、压力、使用的空气压力等而条件成为各种各样，所以只要根据各自的条件，考虑可能发生流量下降的力的值而适当设计盘部件的大径部、小径部就可以。

进而，本发明并不限定于前述实施方式的记载，在不脱离本发明的权利要求书中记载的发明的主旨的范围中能够进行各种变更。

附图标记说明

1 增力机构

2 活塞

3（3a、3b） 空气室

8 弹簧（弹性部件）

18 阀体

21 盘部件（输出部件）

23 O形圈

28 阀座

29 隔膜

39 大径部

40 小径部

42、43 凸轮部件

42a、43a 抵接部

42b、43b 凸轮面

44 摆动轴

45、46 辊部

45a、46a 辊

100 致动器主体。

Claims (6)

1.一种阀用致动器，其特征在于，

配置有设置在致动器主体内的弹性部件、被该弹性部件施力的活塞和用来借助空气压使活塞移动的至少两个空气室，并且在某个前述空气室收纳着用来使在阀闭方向上被放大的力发挥的增力机构。

2.如权利要求1所述的阀用致动器，其特征在于，

前述增力机构构成为，将一对凸轮部件枢轴安装到共同的摆动轴，将该一对的凸轮部件收容到前述空气室内；该凸轮部件在上端部设置有与前述活塞抵接的抵接部，另一方面在下端部形成有与输出部件抵接的凸轮面；通过以前述抵接部为力点、以前述摆动轴为支点、以前述凸轮面为作用点而前述凸轮部件经由前述摆动轴转动，被前述弹性部件施力的活塞的动力被放大，并被向前述输出部件传递。

3.如权利要求1或2所述的阀用致动器，其特征在于，

在前述抵接部设置有具有辊的辊部；通过该辊在与前述活塞的抵接面滚动，前述凸轮部件经由前述摆动轴转动。

4.如权利要求1～3中任一项所述的阀用致动器，其特征在于，

前述输出部件是由大径部和小径部构成的盘部件，所述大径部与前述凸轮部件的前述凸轮面抵接，所述小径部能够与在前述致动器下部的基座形成的安装孔嵌合；在前述安装孔内周面装接O形圈，而将前述安装孔内周面与前述小径部之间密封。

5.如权利要求4所述的阀用致动器，其特征在于，

前述小径部的直径被设定为以下程度的直径：当向前述空气室内供给了空气时，前述盘部件基于前述隔膜的自我复原反作用力被朝向前述空气室内侧移动的力成为比前述盘部件被供给空气压朝向前述空气室外侧推出的压力大。

6.一种隔膜阀，其特征在于，

具备权利要求1～5中任一项所述的阀用致动器；经由前述输出部件将隔膜向设置在阀体内的阀座推压而阀闭。