JP2012026547A - 制御弁の駆動機構 - Google Patents

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Abstract

【課題】制御弁の駆動機構において、レバー部材の揺動に伴うピストンとの摩擦抵抗を減らして、長期間に亘りスムーズな作動を実現する。
【解決手段】レベリングバルブVは、ハウジング30と、該ハウジング30に収容されたスプール32と、該スプール32と連動するピストン31とを有していて、スプール32の移動によって、給気口30b及び給排口30aを連通する給気位置と、該給排口30a及び排気口30cを連通する排気位置と、該両位置の中間で気体の給排を行わない中立位置とに切換えられるものである。ピストン31の上端面に凹部31aを形成する。基端部がハウジング30に回動自在に支持され、機器及び定盤1の荷重を受けてピストン31の移動方向に回動するレバー部材40と、該レバー部材40の基端側寄りの部位にレバー部材40の回動軸と平行な回動軸周りに回動自在に支持され、先端部が凹部31aに収容支持された作動ピン44とを設ける。
【選択図】図1

Description

本発明は、被支持体の荷重を受ける気体ばねに接続されて、気体を給排する給排口と、圧力源から気体が供給される給気口と、上記気体ばねから排出された気体を排気するための排気口とが形成された制御弁の駆動機構に関するものである。
従来より例えば光学機器等、振動を嫌う精密機器を定盤上に設置して、複数の空気ばねにより弾性的に支持するようにした除振台は知られている。その定盤を水平に保ち、且つ高さを一定に維持するための調整(レベリング調整)は、個々の空気ばねへの加圧空気の給排によって行われる。すなわち、一例として特許文献1、2に開示されるように、個々の空気ばねには、それが支持する定盤の高さに応じて空気の供給、排気を切換えるように機械式のレベリングバルブが付設されている。
例えば特許文献1のものでは、同文献の図1に示されるように円筒状のバルブ本体7の上端からピストン19の上部が突出し、その近傍に設けられたブラケット22には、支軸23を介してレバー24の基端部が回動可能に支持されている。また、レバー24の途中に固定された作動ピン25の下端がピストン19の上端面に当接する一方、レバー24の先端部に固定された当接棒26(同文献の図5参照)の上端は除振台の下面に当接している。
そして、例えば機器の作動に伴い何れかの空気ばね2の分担荷重が増大し、その支持高さが低くなれば、レバー24が下向きに回動してピストン19が押し下げられ、これにより弁体(開閉弁16)が移動して、加圧空気が圧力容器3に供給されるようになる。反対に支持高さが高くなればレバー24は持ち上がり、空気ばね2の圧力容器3からは空気が排出されるようになる。このように空気の給排が繰り返されることによって、空気ばねによる定盤の支持高さが一定に維持される。
実公平8−7157号公報 実用新案登録第3116309号公報
ところで近年、重量物であるワークの移動を伴うステージが搭載された装置も除振台上に設置されるようになり、空気ばねの分担荷重の変化が激しくなることに対応して、レベリングバルブの作動頻度が高くなり、ピストンの作動量も増大する傾向がある。そうした大きな荷重変動に対して速やかに空気を給排するためにも、ピストンの作動量は大きくならざるを得ない。
しかし、そうしてピストンの作動量が大きくなると、例えば特許文献1の図2〜4に示されているようにレバー部材24の回動角度が大きくなって、作動ピン25がピストン19の上端面を抉るように大きく摺動することになるから、摩擦抵抗が大きくなることは避けられない。
また、そうした作動ピン25の摺動によりピストン19の上端面が摩耗し、その摩耗粉が噛み込むと摩擦抵抗が急増して、ピストン19のスムーズな作動を妨げるようになる。
長期間の使用によって摩耗が進めば、作動ピン25の下端がピストン19の上端面に引っかかって、作動不良を引き起こす虞れもある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、被支持体の荷重を受ける気体ばねに接続されて、気体を給排する給排口と、圧力源から気体が供給される給気口と、上記気体ばねから排出された気体を排気するための排気口とが形成された制御弁の駆動機構において、レバー部材の揺動(回動)に伴うピストンとの摩擦抵抗を減らして、長期間に亘りスムーズな作動を実現することにある。
第1の発明は、被支持体の荷重を受ける気体ばねに接続されて、気体を給排する給排口と、圧力源から気体が供給される給気口と、上記気体ばねから排出された気体を排気するための排気口とが形成された制御弁の駆動機構であって、上記制御弁は、ハウジングと、該ハウジングから突出したピストンと、該ハウジングに収容され、上記ピストンと連動する弁体とを有していて、該弁体の移動によって、上記給気口及び給排口を連通する給気位置と、該給排口及び排気口を連通する排気位置と、該両位置の中間で気体の給排を行わない中立位置とに切換えられるものであり、上記ピストンの突出側の端面には、凹部が形成されており、基端部が上記ハウジングに回動自在に支持され、上記被支持体の荷重を受けて上記ピストンの移動方向に回動するレバー部材と、上記レバー部材の基端側寄りの部位に該レバー部材の回動軸と平行な回動軸周りに回動自在に支持され、先端部が上記凹部に収容支持されたピン部材とを備えていることを特徴とするものである。
上記の構成により、被支持体からの荷重が増大して気体ばねが圧縮されたり、反対に荷重が減少して気体ばねが拡張するときには、これに応じてレバー部材がその基端部の周りに回動し、従来までと同様にピストンを作動させるようになる。そして、このピストンの作動によって弁体が移動し、気体ばねへの気体の給排が行われる。
そうして回動するレバー部材の基端側寄りの部位には、先端部がピストンの突出側の端面に形成された凹部に収容支持されるように、レバー部材の回動軸と平行な回動軸周りに回動自在に支持されたピン部材が配設されており、このピン部材は、先端部がピストンの凹部に収容支持された状態を維持しながら水平に回動するようになるので、その摩擦抵抗が従来比で大幅に減少しスムーズな作動が実現する。しかも、摺動による摩耗が大幅に減少することもあり、長期間に亘って使用しても作動不良の起きる心配はない。
第2の発明は、上記第1の発明において、上記制御弁は、上記ピストン及び弁体が上下方向に移動するように配設されており、上記制御弁が中立位置にあるときに、上記レバー部材の回動軸と上記ピン部材の回動軸とが同じ高さになるように設定されていることを特徴とするものである。
こうすると、幾何学的にレバー部材の回動に伴うピン部材のピストンの凹部内面上の摺動量が小さくなって、摩擦抵抗、摩耗の軽減に有利になる。
すなわち、制御弁が中立位置にあるときに、レバー部材の回動軸と、ピン部材の回動軸とが同じ高さになれば、レバー部材が上下に回動してピン部材が水平に回動するときに、その上下動の大きさに対する水平方向への変位量、即ちピン部材のピストンの凹部内面上での摺動量が小さくなるからである。
本発明によれば、回動するレバー部材の基端側寄りの部位には、先端部がピストンの突出側の端面に形成された凹部に収容支持されるように、レバー部材の回動軸と平行な回動軸周りに回動自在に支持されたピン部材が配設されており、このピン部材は、先端部がピストンの凹部に収容支持された状態を維持しながら水平に回動するようになるので、その摩擦抵抗が従来比で大幅に減少しスムーズな作動が実現し、しかも、摺動による摩耗が大幅に減少することもあり、長期間に亘って使用しても作動不良の起きる心配はない。
本発明の実施形態に係る空気ばね及びレベリングバルブの正面図である。 レベリングバルブの駆動機構の平面図である。 作動ピンのレバー部材への支持構造を示す断面図である。 レベリングバルブのピストンの作動構造を拡大した正面図である。 レベリングバルブのピストン凹部の変形例を示す断面図である。 レベリングバルブのピストン凹部の別の変形例を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1〜図4は、本発明の実施形態に係るレベリングバルブV(制御弁)を示し、このレベリングバルブVは、例えば液晶関連製造装置等の機器(図示せず)が搭載される定盤1を通常、3個以上の空気ばね2(気体ばね)によって弾性的に支持するようにした除振台において、被支持体である機器及び定盤1の高さが概略一定に保たれるように、それぞれの空気ばね2に対して空気の供給又は排気を行うものである。
図1に一例として示すように空気ばね2は、全体として四角柱状のケース20の上壁に断面円形の開口部20aを設けて、ここに厚肉円板状のピストン21を内挿するとともに、このピストン21の外周からケース20の開口部周縁までを閉塞するようにゴム弾性膜からなる環状のダイヤフラム22を配設して、このダイヤフラム22によりピストン21を保持しつつケース20の内部に空気室を形成したものである。ダイヤフラム22の外周部は、ケース20の上壁とその上の締結リング23とによって挟持されている。
そうしてケース20内に形成される空気室には所定の高圧状態で空気が充填されており、この空気の圧力によってピストン21が弾性的に支持されて、上方から作用する定盤1及び機器の荷重を受け止めるようになっている。こうして空気の圧力によって荷重を支持することにより、定盤1及び機器を床振動から略遮断した状態で支承することができる。尚、空気ばね2の構造は上記のものに限らず、ダイヤフラム22に代えてベローズを用いることもできる。また、ケース20を備えず、基板の上に配設したベローズの上部に平板状の天板を備えた、所謂ベローズ型の空気ばねを用いてもよい。
上記のような空気ばね2に付設されているレベリングバルブVは、バルブ本体3とその上部に取り付けられた駆動機構4とからなる。図の例ではバルブ本体3は、上下に延びる円筒状のハウジング30と、このハウジング30の上端から上方に突出し且つ上下に進退可能に設けられた円柱状のピストン31とを備えており、このピストン31の上下動に応じてその下端に連なるスプール32(弁体)が移動し、空気ばね2に空気を供給する給気位置と、そこから空気を排出する排気位置と、空気の給排を行わない中立位置とに切換えられる。
すなわち、図の例ではハウジング30の周壁に、空気ばね2との間で空気の供給、排出を行うための給排口30aと、図外の空気圧源(圧力源)から加圧された空気が供給される給気口30bと、空気ばね2から排出された空気を排気するための排気口30cとが開口している。給排口30aには、チューブ(図示せず)の一端が接続され、このチューブの他端は空気ばね2の筐体側壁に接続されて、その内部の通路が空気室に連通している。また、上記給気口30bには、図外の空気圧ポンプやリザーバタンク等の空気圧源から加圧空気を供給するためのチューブ(図示せず)が接続されている。尚、図の例では排気口30cは、大気開放されている。
斯かる構造のバルブ本体3は、ハウジング30に収容されたスプール32が中立位置にあれば給排口30aと給気口30b及び排気口30cとが遮断されて、給気も排気も行わない状態になり、そこからピストン31の下降によりスプール32が下方に移動すれば、給排口30aと給気口30bとが連通されて、空気圧源からの空気を空気ばね2に供給するようになる。反対にピストン31が上昇し、スプール32が中立位置から上方に移動すれば、給排口30aと排気口30cとが連通されて、空気ばね2からの空気が大気中に放出されるようになる。
そして、そのようなピストン31の作動による給排気の切換えが、定盤1の上下方向の変位に連動して起きるように、上記駆動機構4には、定盤1の変位によって直接、上下(即ちピストン31の移動方向)に回動されてピストン31を作動させるレバー部材40が設けられている。図の例ではレバー部材40は、金属製板材からなり、その基端(図1及び図2の左端)部がブラケット41を介してバルブ本体3のハウジング30の上部に回動自在に支持されている。一方、レバー部材40の先端(図1及び図2の右端)部には、ネジ孔40aを貫通して上下方向に延びるようにレベル調整ネジ42が取り付けられていて、その上端が定盤1の下面に当接しており、レバー部材40の先端部に機器及び定盤1の荷重を受けて、そのレベル(上下高さ位置)を検知するようになっている。尚、図の例では、レベル調整ネジ42が貫通されるネジ孔40aとして、レバー部材40先端部のネジ孔40aの他に、これよりも基端側に等間隔で形成された3つのネジ孔40aが設けられている。
上記レバー部材40は、ネジ孔40aが形成された矩形状のベース板40bと、その短手方向(図2の上下方向)の両端からそれぞれ下方に延びる矩形状の側板40c,40cとからなる。この各側板40cの基端(図1及び図2の左端)部には、そこから下方に延びるように概略半円状の第1支持板40dが形成されている。
上記ブラケット41は、矩形状のベース板41aと、その長手方向の一端(図1及び図2の左端)部上面に配設された支持部材41bと、を備えている。ベース板41aは、バルブ本体3を空気ばね2に取り付けるための取付ブラケット5と一緒にハウジング30の上端面に重ね合わされて、締付リング33により共締めされている。取付ブラケット5は、概略矩形状のベース板50と、その一縁に溶接された横長の側板51とからなり、側板51の左右両側部にそれぞれボルト孔が開口している。支持部材41bは、矩形状のベース板41cと、その長手方向(図2の上下方向)の両端からそれぞれ上方に延びるL字状の支持板41d,41dとからなる。
一方、ブラケット41のベース板41aには、締付リング33によってハウジング30に締結される部位から外方に延びて、取付ブラケット5のベース板50からはみ出すように延出部が形成され、この延出部に支持部材41bのベース板41cが載置されて、スポット溶接されている。この支持部材41bの各支持板41dの先端(図1及び図2の右端)部にはレバー部材40の各第1支持板40dが重ね合わされて、これらの支持板40d,40d,41d,41dのピン孔を貫通した1本のピン43により回動自在に締結されている。
そうしてレバー部材40及び支持部材41bを連結するピン43の軸心xが、レバー部材40の基端部の回動軸(回動中心)であって、この回動軸xは、図4に示すようにバルブ本体3のハウジング30の上端面外周よりも内方に、且つピストン31の上端面よりも上方に位置している。
また、この実施形態では、上記ピストン31の上端面(ハウジング30からの突出側の端面)には凹部31aが形成されており、上記レバー部材40の基端側寄りの部位(レバー部材40の回動軸xよりも先端側の近傍部位)には、先端(図1及び図4の下端)部が凹部31aに収容支持されるように、レバー部材40の回動軸xと平行な回動軸y周りに回動自在に支持された作動ピン44(ピン部材)が配設されている。
具体的には、凹部31aは、ピストン31の上端面に形成された円状の第1凹部31bと、この第1凹部31bの下方に形成され、下方に行くに従って円錐状に直径が次第に減少するテーパ状の第2凹部31cとによって構成されている。第1凹部31bは作動ピン44よりも大径である一方、第2凹部31cは上端径が第1凹部31bと同径である。尚、図1及び図4ではピストン31は、断面で表されている。
凹部31の上方に対応する、レバー部材40のベース板40bの所定部位には、円状のボス孔40eが開口している。このボス孔40eの側方に対応する各側板40cの所定部位には、そこから下方に延びるように概略半円状の第2支持板40fが形成されている。これらの第2支持板40f,40fの間には、概略直方体状のブロック45が、その長手方向(図2の上下方向)の両端面からそれぞれ外方に突出して各第2支持板40fのピン孔を貫通した2本のピン46,46により回動自在に支持されている。このブロック45には、その上下方向を貫通するようにボルト孔が形成されている。このボルト孔に対応する、ブロック45の上端面の所定部位には、そこから上方に突出するように円筒状のボス部45aが形成されている。このボス部45aは、ベース板40bのボス孔40eに挿通されている。
作動ピン44は、上下に延びる概略円柱状で下端面に碗状の開口部が設けられたボルト44aと、この開口部に下方から転動不能に収容された球状体44bとを備えている。つまり、作動ピン44の先端は丸みを帯びている。作動ピン44は、ブロック45のボルト孔及びボス部45aを貫通して、ブロック45の上下両端面からそれぞれ上下に突出しており、球状体44bが第2凹部31cの頂点部内面に当接支持されるようにボス部45aの上端面にナット47により締結され、この締結によって作動ピン44の上下高さ位置を調整することができる。尚、後述の如く作動ピン44が揺動しても、ボルト44aが第1凹部31bに当接しないように、ボルト44aと第1凹部31bとの間に間隔を開けている。また、作動ピン44の上下高さ位置は固定してもよい。
そうしてレバー部材40及び作動ピン44を連結するピン46,46の軸心yが、作動ピン44の回動軸(回動中心)であって、この回動軸yは、図4に示すようにバルブ本体3のハウジング30の上端面外周よりも内方に、且つピストン31の上端面よりも上方に位置している。
そして、後述の如くレバー部材40が上下に揺動(回動)すると、作動ピン44は、球状体44bが第2凹部31cの頂点部内面に当接支持された状態を維持しながら水平(図1及び図2の左右)にわずかに揺動(回動)するようになる。つまり、レバー部材40が上下に揺動すると、作動ピン44は略上下に移動するようになる。このように、球状体44bは第2凹部31cの頂点部からほとんど動かないので、作動ピン44が揺動しても、球状体44bは第2凹部31cの頂点部内面上をほとんど摺動しない。尚、第2凹部31cの頂点部内面上を摺動する球状体44aは、それがボルト44aの開口部に転動自在に収容されると、摩擦抵抗を減らすのには有利になる。また、第2凹部31cのテーパ角が大きいほど、球状体44bの第2凹部31cの頂点部内面上の摺動も小さくなり、このことも摩擦抵抗、摩耗の軽減には好ましい。
さらに、この実施形態のレベリングバルブVは、給気も排気も行わない中立位置において、図1に示すようにレバー部材40が略水平になり、作動ピン44におけるピン46,46の軸心y、即ちこの作動ピン44の回動軸yが概ね、レバー部材40の基端部におけるピン43の軸心x、即ちこのレバー部材40の回動軸xと同じ高さになっている。このことは、レバー部材40の上下揺動によって作動ピン44が水平に揺動するときに、これに伴う球状体44bの水平方向への変位、即ち球状体44bの、第2凹部31cの頂点部内面上での摺動量がかなり小さくなることを意味する。
詳しくは、仮に中立位置のときの作動ピン44の回動軸が、レバー部材40の回動軸xよりも低いとすると、レバー部材40が下方に回動して、作動ピン44によりピストン31が所定量だけ押し下げられるとき、これに伴い作動ピン44は水平方向に比較的大きく揺動するようになる。これは、第2凹部31cの頂点部内面における球状体44bの摺動量がかなり大きくなることを意味する。
これに対し、この実施形態では、中立位置で作動ピン44の回動軸yがレバー部材40の回動軸xと同じ高さにあるので、レバー部材40が下方に回動し、作動ピン44によりピストン31が上記と同じ量だけ押し下げられるときに、これに伴う作動ピン44の水平方向の揺動、即ち第2凹部31cの頂点部内面における球状体44bの摺動量が極小化されて、摩擦抵抗、摩耗が軽減されるのである。
加えて、上記のように、レバー部材40の回動によってピストン31を上下に作動させる際に、その凹部31内面における作動ピン44の摺動量をできるだけ小さくしているので、その摺動量を減少させるため、レバー部材40の回動軸xと作動ピン44の回動軸yとの水平距離を長くする必要はない。したがって、この実施形態では、レバー部材40全体の水平長さを長くすることなく、レバー部材40のアーム比(即ちレバー部材40の回動軸xと作動ピン44の回動軸yとの水平距離の、レバー部材40の回動軸xとレベル調整ネジ42との水平距離に対する比)を従来と同程度に確保することができる。
この実施形態に係る除振装置において例えば定盤1上の機器の作動に伴いその重心位置が水平方向に変化して、該定盤1を支える空気ばね2,2,…の分担荷重が大きく変化するときには、従来一般的なレベリングバルブと同様に、分担荷重が増大して支持高さの低くなった空気ばね2おいてはレベリングバルブVのレバー部材40が下方へ回動し、バルブ本体3のピストン31を押し下げて給気位置に切り換わり、空気ばね2に加圧空気を供給するようになる。このように、レバー部材40が下方へ回動して、ピストン31が押し下げられると、図4の二点鎖線に示す状態となる。
一方、分担荷重が減少して支持高さの高くなった空気ばね2では、レベリングバルブVのレバー部材40が上方へ回動してピストン31が上昇し、排気位置に切り換わって空気ばね2から排気するようになる。
そうして上下に揺動するレバー部材40は、これに揺動自在に支持された作動ピン44を介してピストン31を押圧するようになっており、この作動ピン44は、先端部がピストン31の凹部31aに収容されて球状体44bが第2凹部31cの頂点部からほとんど動かない状態を維持しながら水平にわずかに揺動するようになるので、摩擦抵抗の小さなスムーズな作動が実現する。この結果、ピストン31の摩耗も非常に少なくなることから、長期間に亘って上記のようなスムーズな作動を実現できる。
(その他の実施形態)
上記実施形態では、凹部31aは、円状の第1凹部31bとテーパ状の第2凹部31cとによって構成されているが、これに限らない。例えば、凹部31aは、図5に示すように、ピストン31の上端面に形成された円状の第1凹部31bと、この第1凹部31bの底面に形成された碗状の第2凹部31cとによって構成されてもよい。この第2凹部31cは、第1凹部31bよりも小径で、且つ作動ピン44の球状体44bと略同径である。そして、球状体44は、第2凹部31cに嵌合支持されてそこからほとんど動かないようになっている。また、凹部31aは、図6に示すように、ピストン31の上端面に形成された円状の第1凹部31bと、この第1凹部31bの底面に形成された円状の第2凹部31cとの二段階形状によって構成されてもよい。この第2凹部31cは、第1凹部31bよりも小径で、且つ作動ピン44の球状体44bと略同径である。そして、球状体44は、第2凹部31cに嵌合支持されてそこからほとんど動かないようになっている。
また、上記の如くレバー部材40が上下に揺動(回動)するレベリングバルブに限定されず、それ以外の制御弁にも本発明は適用可能であるし、空気ばね2の代わりに例えば窒素ガスを充填するなどした他の気体ばねを用いてることもできる。
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
以上説明したように、本発明に係る制御弁の駆動機構は、レバー部材の揺動に伴うピストンとの摩擦抵抗を減らして、長期間に亘りスムーズな作動を実現することが必要な用途等に適用することができる。
V レベリングバルブ(制御弁)
1 定盤(被支持体)
2 空気ばね(気体ばね)
30 ハウジング
30a 給排口
30b 給気口
30c 排気口
31 ピストン
31a 凹部
32 スプール(弁体)
4 駆動機構
40 レバー部材
44 作動ピン(ピン部材)
x レバー部材の回動軸
y 作動ピンの回動軸

Claims (2)

  1. 被支持体の荷重を受ける気体ばねに接続されて、気体を給排する給排口と、圧力源から気体が供給される給気口と、上記気体ばねから排出された気体を排気するための排気口とが形成された制御弁の駆動機構であって、
    上記制御弁は、ハウジングと、該ハウジングから突出したピストンと、該ハウジングに収容され、上記ピストンと連動する弁体とを有していて、該弁体の移動によって、上記給気口及び給排口を連通する給気位置と、該給排口及び排気口を連通する排気位置と、該両位置の中間で気体の給排を行わない中立位置とに切換えられるものであり、
    上記ピストンの突出側の端面には、凹部が形成されており、
    基端部が上記ハウジングに回動自在に支持され、上記被支持体の荷重を受けて上記ピストンの移動方向に回動するレバー部材と、
    上記レバー部材の基端側寄りの部位に該レバー部材の回動軸と平行な回動軸周りに回動自在に支持され、先端部が上記凹部に収容支持されたピン部材とを備えていることを特徴とする制御弁の駆動機構。
  2. 請求項1記載の制御弁の駆動機構において、
    上記制御弁は、上記ピストン及び弁体が上下方向に移動するように配設されており、
    上記制御弁が中立位置にあるときに、上記レバー部材の回動軸と上記ピン部材の回動軸とが同じ高さになるように設定されていることを特徴とする制御弁の駆動機構。
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