JP2024094719A - 高温用バルブアクチュエータおよび高温用ダイヤフラムバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】高温度の温度領域で動作させた場合であっても、ピストンのストロークによる焼き付きやかじりの発生を抑えて耐久性を向上することができる高温用バルブアクチュエータおよび高温用ダイヤフラムバルブを提供すること。【解決手段】高温用バルブアクチュエータ１は、駆動源の駆動力とスプリング５０の付勢力でハウジング３０内にピストン１５をストローク自在に設け、ピストン１５の外周面１６ｄ、２０ａとハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂとの間に何れか一方の面から他方の面に向けて突出した環状突起部１７、２１を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、高温用バルブアクチュエータおよび高温用ダイヤフラムバルブに関し、特に、弾性部材によってストロークの一方向に付勢されたピストンを備えたノーマルクローズタイプ、またはノーマルオープンタイプの高温用バルブアクチュエータおよび高温用ダイヤフラムバルブに関する。

従来、半導体製造装置のガス供給系のバルブには、バルブを作動させるノーマルクローズタイプ、またはノーマルオープンタイプのバルブアクチュエータが用いられている。
このバルブアクチュエータは、スプリング等の弾性部材によってストロークの一方向に付勢されたピストンをシリンダ内部に備え、このピストンがステムに連結してダイヤフラムを弁座に当接するように変形させる押圧力がダイヤフラムに付加される押圧力付加方向およびダイヤフラムを弁座から離して復元させるようにダイヤフラムに付加された押圧力を開放する押圧力開放方向に移動する。

このようなバルブアクチュエータは、シリンダの内部に設けたエア室に供給した駆動エアの圧力を利用することによって、ピストンを弾性部材による付勢力に抗して開位置、または、閉位置に移動している。
そして、このエア室を気密にするため、ピストンやピストンの移動を案内する軸周りをシールしている。
例えば、シリンダの内周面に摺動する部分となるピストンの外周面には、ポリマー、シリコン、又はゴム等の樹脂からなる樹脂製シール部材が設けられている。

ところで、半導体製造装置では、近年、供給するガスが高温化する傾向にあり、３００℃を超えるガスの使用にも適用可能なバルブアクチュエータが求められている。しかしながら、３００℃を超えるような高温ガスにバルブアクチュエータを適用した場合、上述の樹脂製シール部材が熱膨張や潤滑材の枯渇により損傷することによって、耐久性が低下してしまうという問題があった。
このような問題を解消するため、例えば、特許文献１には、ピストンがシリンダの内壁面を擦り付けることなく滑動するアクチュエータが提案されている。

特許文献１に記載のアクチュエータは、高温に曝される弁を空気圧に関連して制御するアクチュエータに於いて、ピストンがハウジング内に設けられ、ハウジングのキャップとピストンの周縁部間に耐熱性のベローズがキャップから導入される高圧空気によりピストンを移動し得るようにシール状態で伸縮可能に連結され、高圧空気導入によるピストンの移動に伴って弁体開閉用のステムをスプリングに抗して移動させるカムが放射状でほぼ等角位置に設けられている。

特開平９-２６０５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたアクチュエータでは、３００℃を超えるような温度領域で動作させると、ステム９の細径部１２とボンネット１３の間や、ステム９のフランジ部１１および細径部１０とハウジング２の間に塗布したグリース等の潤滑剤が枯渇し、焼き付きやかじりが発生し易くなり、結果的に、耐久性が低下する問題があった。

本発明は、従来の課題を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、高温度の温度領域で動作させた場合であっても、ピストンのストロークによる焼き付きやかじりの発生を抑えて耐久性を向上することができる高温用バルブアクチュエータおよび高温用ダイヤフラムバルブを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、駆動源の駆動力とスプリングの付勢力でハウジング内にピストンをストローク自在に設け、ピストンの外周面とハウジングの内周面との間に何れか一方の面から他方の面に向けて突出した環状突起部を設けた高温用バルブアクチュエータである。

請求項２に係る発明は、ピストンが、外径が最大となる部分を含む最大径部と、この最大径部のストローク方向一端面から一体的に突出して設けられた作動部とを有し、ハウジングが、最大径部の外周面に対向した内周面が形成されたケース部と、作動部の外周面に対向した内周面が形成されたベース部とを有し、環状突起部が、最大径部の外周面とケース部の内周面の間、又は、作動部の外周面とベース部の内周面の間の少なくとも何れか一方に設けられた高温用バルブアクチュエータである。

請求項３に係る発明は、環状突起部が、最大径部の作動部を設けた側に対してストローク方向他端側の角部と、作動部の外周面又はベース部の内周面の何れか一方とに設けられた高温用バルブアクチュエータである。

請求項４に係る発明は、環状突起部の頂部が、曲率半径０．５ｍｍの曲面形状である高温用バルブアクチュエータである。

請求項５に係る発明は、ボデー内の流路に設けたダイヤフラムを開閉するバルブに請求項１における高温用バルブアクチュエータを搭載した高温用ダイヤフラムバルブである。

請求項１に係る発明によると、駆動源の駆動力とスプリングの付勢力でハウジング内にピストンをストローク自在に設け、ピストンの外周面とハウジングの内周面との間に何れか一方の面から他方の面に向けて突出した環状突起部を設けている。
これにより、ピストンがハウジング内でストロークする際に、中心軸に対して斜めに傾いたりズレたりしても、環状突起部がピストンの外周面あるいはハウジングの内周面に接触されることによって、ハウジングの内周面との接触面積を小さく抑えてストロークされる。
このため、高温度の温度領域で動作させた場合であっても、ピストンのストロークによる焼き付きやかじりの発生を抑えて耐久性を向上することができる。

請求項２に係る発明によると、ピストンが、外径が最大となる部分を含む最大径部と、この最大径部のストローク方向一端面から一体的に突出して設けられた作動部とを有し、環状突起部が、最大径部の外周面とハウジングの内周面の間、又は、作動部の外周面とハウジングの内周面の間の少なくとも何れか一方に設けられている。
これにより、ピストンが、ハウジングの内周面にガイドされた作動部によって、ストローク方向にガイドされて中心軸に対する傾きおよびズレを抑えてストロークされ、しかも、環状突起部によってピストンの外周面とハウジングの内周面との接触面積が小さく抑えれられるため、ピストンのストロークによる焼き付きやかじりの発生をより効果的に抑えることができる。

請求項３に係る発明によると、環状突起部が、最大径部の作動部を設けた側に対してストローク方向他端側の角部と、作動部の外周面又はベース部の内周面の何れか一方とに設けられている。
これにより、環状突起部が、ストローク方向で距離を隔てた最大径部と作動部にそれぞれ対応した位置、又は、同じくストローク方向で距離を隔てた最大径部とベース部にそれぞれ対応した位置に設けられ、しかも、最大径部にあっては、作動部またはベース部との距離を可能な限り長くする一端の角部に環状突起部が設けられている。
このため、ストローク方向で間隔をあけた２箇所に設けた環状突起部によってピストンの中心軸に対する傾きおよびズレを効果的に防ぐことができる。

請求項４に係る発明によると、環状突起部の頂部が、曲率半径０．５ｍｍの曲面形状のであることにより、環状突起部がハウジングの内周面、あるいは、ピストンの外周面に接触する面積を小さく抑えることができる。

請求項５に係る発明によると、ボデー内の流路に設けたダイヤフラムを開閉するバルブに上述の高温用バルブアクチュエータを搭載したことにより、ピストンがハウジング内でストロークする際に、中心軸に対して斜めに傾いたりズレたりしても、環状突起部がピストンの外周面あるいはハウジングの内周面に接触することによって、ハウジングの内周面との接触面積を小さく抑えてストロークされる。
このため、高温度の温度領域で動作させた場合であっても、ピストンのストロークによる焼き付きやかじりの発生を抑えて耐久性を向上することができる。

実施形態に係る高温用バルブアクチュエータを備えた高温用ダイヤフラムバルブの断面図である。 図１に示した高温用ダイヤフラムバルブのピストン周辺を拡大した図である。 図１に示したピストンユニットの拡大図である。 図１に示した高温用バルブアクチュエータの上面図である。 図１に示した高温用ダイヤフラムバルブの側面図である。 図１に示した高温用バルブアクチュエータがバルブを弁開状態にしたときの状態を示す高温用ダイヤフラムバルブの断面図である。 環状突起部の寸法について説明するための図である。 変形例１の環状突起部を示す図である。 変形例２の環状突起部を示す図である。 変形例３の環状突起部を示す図である。

本発明に係る高温用バルブアクチュエータ１および高温用ダイヤフラムバルブ１００の実施形態を図１～図７に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に示す実施形態により本開示が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
図１は、実施形態に係る高温用バルブアクチュエータ１を備えた高温用ダイヤフラムバルブ１００の断面図である。図２は、図１に示した高温用ダイヤフラムバルブ１００のピストン１５周辺を拡大した図である。図３は、図１に示したピストンユニット１０の拡大図である。図４は、図１に示した高温用バルブアクチュエータ１の上面図である。図５は、図１に示した高温用ダイヤフラムバルブ１００の側面図である。図６は、図１に示した高温用バルブアクチュエータ１がバルブ７０を弁開状態にしたときの状態を示す高温用ダイヤフラムバルブ１００の断面図である。図７は、環状突起部の寸法について説明するための図である。

本発明の実施形態に係る高温用バルブアクチュエータ１は、高温用ダイヤフラムバルブ１００に備えられている。高温用ダイヤフラムバルブ１００は、バルブ７０とそのバルブ７０を駆動する高温用バルブアクチュエータ１とを備え、例えば、半導体製造装置のガス供給系の自動バルブとして用いられる。
また、高温用バルブアクチュエータ１は、図１に示すように、バルブ７０の弁体であるダイヤフラム７１を開閉駆動するものであり、バルブ７０のボデー７２に連結して設けられる。

＜高温用バルブアクチュエータ１によって駆動されるバルブ７０について＞
まず、高温用バルブアクチュエータ１によって駆動されるバルブ７０について説明する。
バルブ７０は、ダイヤフラム７１を弁体として用いたダイヤフラムバルブと称されるものであり、ボデー７２の内部にガスの流入口となる上流側端部からガスの流出口となる下流側端部に向けて形成された流路７２ａの途中に弁座７３が設けられている。
そして、バルブ７０は、ボデー７２の上部にボデー７２と一体的に設けて高温用バルブアクチュエータ１のハウジング３０との連結部分となるアクチュエータ連結部７４を有する。
このアクチュエータ連結部７４の内部には、ダイヤフラム７１が弁座７３に当接自在な状態でその外周縁部をボデー７２の段部とボンネット７５によって挟持固定されている。
また、ダイヤフラムピース７６が、ダイヤフラム７１を弁座７３に当接させる方向に押圧自在にボンネット７５によって支持されている。

＜高温用バルブアクチュエータ１について＞
次に、高温用バルブアクチュエータ１について説明する。
なお、本実施形態に係る高温用バルブアクチュエータ１は、ノーマルクローズタイプであり、弾性部材であるスプリングによってストロークの一方向に付勢されたピストン１５をハウジング３０内に設けている。

この高温用バルブアクチュエータ１は、ピストンユニット１０と、ピストンユニット１０が組付けられるハウジング３０と、ハウジング３０の開口を閉じるハウジングカバー４０とを有する。

＜ピストンユニット１０について＞
まず、ピストンユニット１０について説明する。
ピストンユニット１０は、一端部にエア供給元に接続されるエア接続部としての上部ナット１２ａが設けられたユニット本体１１と、ユニット本体１１の他端部とピストン１５の間を伸縮自在に連結したベローズ１４と、ピストン１５とを備えている。
このピストンユニット１０は、エアの導入方向上流側から下流側に向けてユニット本体１１と、ベローズ１４と、ピストン１５とが連結して一体化されている。

＜ピストンユニット１０のユニット本体１１について＞
ユニット本体１１は、エア導入継手１２と、エア継手ベース１３とを有し、エア継手ベース１３とエア導入継手１２を溶接してユニット化したものである。
エア導入継手１２は、本実施形態では、例えば、エア供給元に繋がるエアチューブ等のエア配管に接続されるエア接続部が一端部に設けられた市販の金属製管継手が用いられる。
本実施形態では、エア導入継手１２は、エア接続部として継手本体１２ｃに回転自在に設けてエア配管を締結する上部ナット１２ａと、継手本体１２ｃに固設された下部ナット１２ｂとを有する。

エア継手ベース１３は、例えば、ステンレス材からなる金属製であり、エア導入継手１２とベローズ１４との間に設けられ、エア導入継手１２から導入された駆動エアがベローズ１４の内部まで誘導される流路１３ａが内部に形成されている。

＜ピストンユニット１０のベローズ１４について＞
ベローズ１４は、本実施形態では、市販の金属製のベローズが用いられ、ユニット本体１１からベローズ１４内に導入されたエアがピストン１５に設けたエアの流路１４ａに誘導されるようになっている。
このベローズ１４が伸縮動作されることによって、ピストン１５がハウジング３０に固定配置されたユニット本体１１に対して相対的に移動される。

＜ピストンユニット１０のピストン１５について＞
ピストン１５は、金属材料からなり、外径が最大となる部分を含む最大径部１６と、この最大径部１６のストローク方向一端面から一体的に突出して設けられた作動部２０とを有する。

最大径部１６は、ストローク方向に直交する断面が略円形状をなし、その外径がハウジング３０の内周面３１ａに対して間隙を設けた寸法に調整されている。
この最大径部１６は、一端部にベローズ１４が溶接によって連結され、そのベローズ１４に連結される一端部から内部を通って後述のエア室１８に接続されるエアの流路１６ａが形成されている。
また、最大径部１６には、スプリング５０の端部が嵌め込まれてその一端部を保持するスプリングセット凹部１６ｂが設けられている。

そして、最大径部１６には、環状突起部１７が設けられている。この環状突起部１７は作動部２０を設けた側に対してストローク方向他端側の最大径部１６の角部１６ｃに設けられている。

＜最大径部１６に設けた環状突起部１７について＞
環状突起部１７は、最大径部１６の外周面１６ｄ、本実施形態において、角部１６ｃの外周面１６ｄに周方向に沿って、かつ、径外方向に突出して設けられている。
この環状突起部１７は、最大径部１６の角部１６ｃの全周方向に亘ってハウジング３０の内周面３１ａに向けて突出した部分、より具体的には、後述のケース部３１の内周面３１ａに向けて突出した部分を形成している。

なお、本実施形態では、環状突起部１７は、図７（ａ）に示すように、頂部１７ａが曲率半径０．５ｍｍの曲面形状になっている。
そして、環状突起部１７は、高さが０．３ｍｍに設定されている。
なお、環状突起部１７の高さについては、最大径部１６の外周面１６ｄとハウジング３０の内周面３１ａとの間隙の大きさによって適宜調整するとよい。
また、環状突起部１７の頂部１７ａの曲率半径についは、特に、ハウジング３０の内周面３１ａとの接触面積に影響するため、曲率半径０．５ｍｍ程度が適当であるが、これについても、環状突起部１７周辺部位の寸法、環状突起部１７あるいはその周辺部位の材質等に応じて適宜調整するとよい。
環状突起部１７の曲率半径が大きすぎると、頂部の形状が緩やかで面積も大きくなるため、環状突起部１７自体がハウジング３０の内周面３１ａと大きい面積で接触しやすくなり、かじり防止効果が低減する。
一方で、環状突起部１７の曲率半径が小さすぎると、高さを十分に確保することができなくなるため、環状突起部１７以外のピストン１５外周面１６ｄがハウジング３０の内周面３１ａと接触し易くなって、かじり防止効果を得にくくなる。

＜ピストン１５に設けたエア室１８について＞
ピストン１５の最大径部１６には、エア室１８が設けられている。
エア室１８は、スプリング５０による付勢方向でハウジング３０の内壁面３１ｂに向かい合う開口面１８ａを有した凹部である。

このエア室１８は、作動部２０の基端部の周りを内周とし、最大径部１６の外周縁部の周りを外周とする環状の凹部であり、内部に最大径部１６の流路に接続して駆動エアを導入するための通気口１８ｂが設けられている。
そして、このエア室１８の開口面１８ａは、波型ダイヤフラム１９によって塞がれている。

＜ピストン１５に設けた波型ダイヤフラム１９について＞
波型ダイヤフラム１９は、本実施形態では、例えば、コバルト合金からなる金属製であり、ハウジング３０の内壁面３１ｂ側に膨出自在にピストン１５の最大径部１６に密封固着されている。
この波型ダイヤフラム１９は、作動部２０が貫通される貫通孔１９ａが中心部に形成された環状をなし、内周側および外周側の両端部が最大径部１６に溶接して固着されるようになっている。
なお、本実施形態では、波型ダイヤフラム１９は、ピストン１５に取り付けることによってエア室１８の開口面１８ａを気密に封止することができると共に、高耐熱性を有していれば溶接以外のその他の方法によって最大径部１６に取り付けられるようにしてもよい。例えば、波型ダイヤフラム１９は、高耐熱性の接着材を用いて最大径部１６に取付けるようにしてもよい。
また、波型ダイヤフラム１９は、高耐熱性を有していれば、金属以外の材料を用いても構わない。例えば、高耐熱性の樹脂材を用いてもよい。

このようにピストン１５に設けたエア室１８は、波型ダイヤフラム１９によって開口面１８ａが塞がれ、内部に設けた通気口１８ｂを通して駆動エアが導入されることによってエアが充填されるようになっている。
このため、ユニット本体１１を通して外部のエア供給元からエア室１８内に駆動エアを導入すると、エア室１８内に充填されたエアによって、波型ダイヤフラム１９がハウジング３０の内壁面３１ｂに向けて膨出されるようになっている。
一方、エア供給元からの駆動エアの供給を停止すると、エア室１８内のエアが通気口１８ｂを通して流出するため、波型ダイヤフラム１９がエア導入前の萎んだ状態に戻る。

＜ピストン１５に設けた作動部２０について＞
作動部２０は、最大径部１６の中心位置から最大径部１６に一体的に突設され、その先端部がバルブ７０のダイヤフラムピース７６に当接自在になっている。
この作動部２０は、ハウジング３０に設けた後述のガイド孔３２ａに通されてピストン１５をストローク方向にガイドする機能もなしている。
そして、作動部２０には、環状突起部２１が設けられている。

＜作動部２０に設けた環状突起部２１について＞
環状突起部２１は、作動部２０の軸方向の略中央位置に作動部２０の外周面２０ａに周方向に沿って径外方向に突出して設けられ、ハウジング３０の内周面３２ｂであるガイド孔３２ａの内周面３２ｂに向けて突出した部分である。
本実施形態では、環状突起部２１は、図７（ｂ）に示すように、曲率半径０．５ｍｍの頂部２１ａを有し、高さが０．２ｍｍに設定されている。
なお、環状突起部２１の、高さおよび頂部の曲率半径についは、上述したように、環状突起部２１周辺部位の寸法、環状突起部あるいはその周辺部位の材質等に応じて適宜調整するとよい。

＜ユニットとして一体化されたピストンユニット１０について＞
ここで、ユニットとして一体化されたピストンユニット１０について説明する。
ピストンユニット１０は、図３に示すように、ユニット本体１１とベローズ１４とピストン１５とが溶接して連結されている。
また、ユニット本体１１を構成するエア導入継手１２とエア継手ベース１３についても溶接して連結されている。
このため、ピストンユニット１０は、ピストン１５をスプリング５０の付勢力に抗するストローク方向に動かすように機能する駆動源の一部としてのエア室１８および波型ダイヤフラム１９を備えて、外部のエア供給元に接続されるエア接続部１２ａから、バルブ７０のダイヤフラム７１を押圧するための押圧力をバルブ７０側に伝達する作動部２０まで一体化されている。
つまり、ピストンユニット１０は、アクチュエータの主要部分を一体化したものになっている。
なお、本実施形態では、ユニット本体１１とベローズ１４とピストン１５とが溶接して連結されているものを例示したが、ユニット本体１１とベローズ１４とピストン１５とを一体化するように連結することができればその他の連結方法を用いても構わない。例えば、高耐熱性の接着材を用いて連結するようにしてもよい。

＜ハウジング３０について＞
次に、ハウジング３０について説明する。
ハウジング３０は、ピストンユニット１０を含む高温用バルブアクチュエータ１の主要部分が収容されるケース部３１と、バルブ７０に連結されるベース部３２とを有する。

＜ハウジング３０のケース部３１について＞
ケース部３１は、ピストンユニット１０がエアの供給元との接続部分となる上部ナット１２ａを含む上端部を外部に突出した状態で組付けられる。
このケース部３１の内部には、ピストンユニット１０のピストン１５がハウジング３０に組付けられた状態でストローク移動される空間が形成されている。
そして、ケース部３１の内部に設けられたスプリング５０が、ダイヤフラム７１が弁座７３に当接するようにダイヤフラムピース７６を押圧する力をピストン１５に付加している。
なお、ピストン１５のストローク範囲は、ケース部３１のストローク方向下端の内壁面３１ｂと、ケース部３１の内周面３１ａに形成した溝に固定された止め輪６０によって規制されている。
また、ケース部３１のストローク方向下端の内壁面３１ｂには、ハウジング３０内のエアを外部に流出するエア流出口３１ｃが形成されている。

ケース部３１の内周面３１ａは、ピストン１５の最大径部１６の外周面１６ｄに対向している。
そして、最大径部１６に設けた環状突起部１７が、このケース部３１の内周面３１ａに向けて突出されている。

＜ハウジング３０のベース部３２について＞
ベース部３２は、バルブ７０との連結部分である。このベース部３２の外周面には、バルブ７０のボデー７２に形成された雌ネジ部分に螺合する雄ネジ部部分が形成されている。
また、ベース部３２は、バルブ７０との連結側の先端面にダイヤフラム７１を挟持する側にボンネット７５を押圧する面が形成されている。

そして、ベース部３２には、作動部２０をピストン１５のストローク方向にガイドするガイド孔３２ａが形成されている。
このガイド孔３２ａは、ピストン１５の最大径部１６に突設した作動部２０をケース部３１内からバルブ７０のダイヤフラムピース７６が配置された空間に向けて貫通させている。
ガイド孔３２ａの内周面３２ｂは、作動部２０の外周面２０ａに対向している。
そして、作動部２０に設けた環状突起部２１が、このガイド孔３２ａの内周面３２ｂに向けて突出されている。

＜ハウジングカバー４０について＞
次に、ハウジングカバー４０について説明する。
ハウジングカバー４０は、ピストンユニット１０をハウジング３０内に組付ける際にピストンユニット１０の挿入口となるハウジング３０の開口をピストンユニット１０の上部を外部に突出させた状態で閉じるものである。
そして、ハウジングカバー４０の下面には、スプリング５０の一端部を保持するようにピストン１５に設けたスプリングセット凹部１６ｂと対となるようにスプリング５０の他端部を保持するスプリングセット凹部４０ａが設けられている。

＜高温用バルブアクチュエータ１の動作について＞
次に、高温用バルブアクチュエータ１の動作について説明する。
高温用バルブアクチュエータ１は、バルブ７０の弁閉処理に対応してエア供給元からユニット本体１１へエアの供給を停止している状態では、図１に示すように、ピストン１５のエア室１８内のエアが通気口１８ｂを通してエア室１８の外に流出するため、波型ダイヤフラム１９が萎んだ状態となってハウジング３０の内壁面３１ｂに向けて膨出していない。
このため、ピストン１５は、スプリング５０の付勢力によって最大径部１６がハウジング３０の下部の下死点位置に配置される。
このようにピストン１５が下死点位置に移動される際、ハウジング３０の内壁面３１ｂに設けられたエア流出口３１ｃからピストン１５の最大径部１６と内壁面３１ｂとの間のエアが抜けるようになっているため、そこに滞留したエアがピストン１５の移動を妨げることがない。

さらに、ピストン１５が下死点位置に移動される際、最大径部１６がハウジング３０の内周面３１ａ、より具体的には、ケース部３１の内周面３１ａに対して、間にシール材を介さず間隙を設けた状態で移動するため、ハウジング３０の内周面３１ａに擦れることがない。
ここでピストン１５が、中心軸に対して斜めに傾いたり、ズレたりしても、最大径部１６および作動部２０に設けた環状突起部１７、２１がハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂに接触されることによって、ハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂとの接触面積を小さく抑えてストロークされる。
より具体的には、最大径部１６に設けた環状突起部１７がケース部３１の内周面３１ａにその頂部１７ａを接触し、作動部２０に設けた環状突起部２１がベース部３２の内周面３２ｂ、すなわち、ガイド孔３２ａの内周面３２ｂにその頂部２１ａを接触する。
しかも、一つの環状突起部１７が最大径部１６の作動部２０を設けた側に対してストローク方向他端側の角部１６ｃに設けられると共に、もう一つの環状突起部２１が最大径部１６に対してストローク方向に突設された作動部２０に設けられているため、それらの間の距離を隔てた区間がハウジング３０の内周面３１ａに接触し難くなる。

そして、ピストン１５が下死点位置に移動されると、ピストン１５の作動部２０がバルブ７０のダイヤフラムピース７６を押下し、ダイヤフラムピース７６によってバルブ７０のダイヤフラム７１が押圧されて弁座７３に当接されることによって、バルブ７０が弁閉状態となる。

一方、バルブ７０の弁開処理に対応してエア供給元からユニット本体１１に駆動エアが供給開始されると、高温用バルブアクチュエータ１は、図６に示すように、駆動エアが通気口１８ｂを通してエア室１８に供給され、波型ダイヤフラム１９が徐々に膨らんでハウジング３０の内壁面３１ｂに向けて膨出される。
この時、波型ダイヤフラム１９は、ハウジング３０の内壁面３１ｂに沿って接地されながら膨らむため、内壁面３１ｂに沿ってエアが均等に分散して拡がる。
つまり、波型ダイヤフラム１９は、内壁面３１ｂに沿って均等に拡がった面からピストン１５を移動させる方向に反力を受けながら膨張する。
このため、ピストン１５は、波型ダイヤフラム１９の膨張によって、ストローク方向に傾き難い安定した状態でスプリング５０の付勢力に抗しながら止め輪６０に当接する上死点位置まで移動される。
ピストン１５が上死点位置に移動される際、最大径部１６がハウジング３０の内周面３１ａに対して、間にシール材を介さず間隙を設けた状態で移動するため、ハウジング３０の内周面３１ａに擦れることがない。
ここでピストン１５が、中心軸に対して斜めに傾いたりズレたりしても、最大径部１６および作動部２０に設けた環状突起部１７、２１がハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂに接触されることによって、ハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂとの接触面積を小さく抑えてストロークされる。
より具体的には、最大径部１６に設けた環状突起部１７がケース部３１の内周面３１ａにその頂部１７ａを接触し、作動部２０に設けた環状突起部２１がベース部３２の内周面３２ｂ、すなわち、ガイド孔３２ａの内周面３２ｂにその頂部２１ａを接触する。
しかも、一つの環状突起部１７が最大径部１６の作動部２０を設けた側に対してストローク方向他端側の角部１６ｃに設けられると共に、もう一つの環状突起部２１が最大径部１６に対してストローク方向に突設された作動部２０に設けられているため、それらの間の距離を隔てた区間がハウジング３０の内周面３１ａに接触し難くなる。

そして、ピストン１５が上死点位置に移動されると、作動部２０がバルブ７０のダイヤフラムピース７６から離れ、ダイヤフラムピース７６によるダイヤフラム７１への押圧力が開放されて、ダイヤフラム７１が弁座７３から離れた状態に復元されることによって、バルブ７０が弁開状態となる。

＜実施形態の効果＞
以上のように、実施形態に係る高温用バルブアクチュエータ１によると、ピストン１５にエア室１８および波型ダイヤフラム１９を設けて波型ダイヤフラム１９の膨出作用を用いた駆動源の駆動力とスプリング５０の付勢力でハウジング３０内にピストン１５をストローク自在に設け、ピストン１５の外周面１６ｄ、２０ａとハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂとの間にピストン１５の外周面１６ｄ、２０ａからハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂに向けて突出した環状突起部１７、２１を設けている。
これにより、ピストン１５がハウジング３０内でストロークする際に、中心軸に対して斜めに傾いたりズレたりしても、環状突起部１７、２１がハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂに接触されることによって、ハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂとの接触面積を小さく抑えてストロークされる。
このため、高温度の温度領域で動作させた場合であっても、ピストン１５のストロークによる焼き付きやかじりの発生を抑えて耐久性を向上することができる。

また、実施形態に係る高温用バルブアクチュエータ１によると、ピストン１５が、外径が最大となる部分を含む最大径部１６と、この最大径部１６のストローク方向一端面から一体的に突出して設けられた作動部２０とを有し、ハウジング３０が、最大径部１６の外周面１６ｄに対向した内周面３１ａが形成されたケース部３１と、作動部２０の外周面２０ａに対向した内周面３２ｂが形成されたベース部３２とを有し、環状突起部１７、２１が、最大径部１６の外周面１６ｄとケース部３１の内周面３１ａの間及び作動部２０の外周面２０ａとベース部３２の内周面３２ｂの間に設けられている。
これにより、ピストン１５が、ハウジング３０のベース部３２に設けたガイド孔３２ａにガイドされた作動部２０によって、ストローク方向にガイドされて中心軸に対する傾きおよびズレを抑えてストロークされ、しかも、環状突起部１７、２１によってピストン１５の外周面１６ｄ、２０ａとハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂとの接触面積が小さく抑えられるため、ピストン１５のストロークによる焼き付きやかじりの発生をより効果的に抑えることができる。

また、実施形態に係る高温用バルブアクチュエータ１によると、環状突起部１７が、最大径部１６の作動部２０を設けた側に対してストローク方向他端側の角部１６ｃと、作動部２０の外周面２０ａとに設けられている。
これにより、環状突起部１７、２１が、ストローク方向で距離を隔てた最大径部１６と作動部２０にそれぞれ対応した位置に設けられ、しかも、最大径部１６にあっては、作動部２０またはベース部３２との距離を可能な限り長くする一端の角部１６ｃに環状突起部１７が設けられている。
このため、ストローク方向で距離を隔てた２箇所に設けた環状突起部１７、２１によってピストン１５の中心軸に対する傾きおよびズレを効果的に防ぐことができる。

また、実施形態に係る高温用バルブアクチュエータ１によると、環状突起部１７、２１の頂部１７ａ、２１ａが、曲率半径０．５ｍｍの曲面形状であることにより、環状突起部１７、２１がハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂ、に接触する面積を小さく抑えることができる。

また、実施形態に係る高温用ダイヤフラムバルブ１００によると、ボデー７２内の流路７２ａに設けたダイヤフラム７１を開閉するバルブ７０に上述の高温用バルブアクチュエータ１を搭載したことにより、ピストン１５がハウジング３０内でストロークする際に、中心軸に対して斜めに傾いたりズレたりしても、環状突起部１７、２１がハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂに接触することによって、ハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂとの接触面積を小さく抑えてストロークされる。
このため、高温度の温度領域で動作させた場合であっても、ピストン１５のストロークによる焼き付きやかじりの発生を抑えて耐久性を向上することができる。

＜変形例１＞
ここで、実施形態に係る高温用バルブアクチュエータ１の環状突起部１７、２１の変形例１について、図８を参照しながら説明する。
図８は、変形例１の環状突起部１７、２１を示す図である。
なお、変形例１では、実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
この変形例１の環状突起部２２、２３は、平面部分を有した形状である点で実施形態の環状突起部１７、２１と異なる。なお、環状突起部２２、２３は、作動部２０の外周面２０ａに設けられたものを例示したが、これに限らず、最大径部１６の外周面１６ｄに設けても構わない。

この変形例１では、図８（ａ）に示すように、環状突起部２２が、円弧状の曲面からなる頂部２２ａと、傾斜した平面からなる根元部２２ｂとを有して曲面と平面を合わせた形状になっている。
また、その他の例として、図８（ｂ）に示すように、環状突起部２３が、複数の平面を合わせた形状であり、頂部２３ａの面積が根元に対して小さくなるように設定されている。
この変形例１の環状突起部２２、２３は、実施形態の環状突起部１７、２１と同様に、ハウジング３０の内周面３２ｂ、に接触する面積を小さく抑えることができる。

＜変形例２＞
ここで、実施形態に係る高温用バルブアクチュエータ１の環状突起部１７、２１の変形例２について、図９を参照しながら説明する。
図９は、変形例２の環状突起部１７、２１を示す図である。
なお、変形例２では、実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
この変形例２の環状突起部２４は、作動部２０の外周面２０ａに代わってハウジング３０の内周面３２ｂに設けた点で実施形態の環状突起部２１と異なる。

この変形例２の環状突起部２４は、ベース部３２に形成されたガイド孔３２ａの内周面３２ｂに設けられている。
つまり、環状突起部２４は、ガイド孔３２ａの内周面３２ｂから作動部２０の外周面２０ａに向けて突出して設けられている。
このため、ピストン１５がハウジング３０内でストロークする際に、中心軸に対して斜めに傾いたりズレたりしても、環状突起部２４が作動部２０の外周面２０ａに接触されることによって、ハウジング３０の内周面３２ｂとの接触面積を小さく抑えてストロークされる。

＜変形例３＞
ここで、実施形態に係る高温用バルブアクチュエータ１の環状突起部１７、２１の変形例３について、図１０を参照しながら説明する。
図１０は、変形例３の環状突起部１７、２１を示す図である。
なお、変形例３では、実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
この変形例３の環状突起部２５、２６は、最大径部１６には設けず、作動部２０の外周面２０ａの２箇所に設けた点で実施形態の環状突起部１７、２１と異なる。

この変形例３の環状突起部２５、２６は、作動部２０の外周面２０ａのストローク方向で距離を隔てた２箇所に設けられている。
つまり、変形例３の環状突起部２５、２６は、ストロークの方向に長尺な作動部２０を利用して、ストローク方向に距離を隔てた２箇所の位置に環状突起部２５、２６を設けることによって、ピストン１５の傾き防止効果を高めるようにしている。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、環状突起部１７～２６は、ピストン１５あるいはハウジング３０に合わせて２箇所に設けるものを例示したが、ピストン１５が中心軸に対して傾いたりズレたしてハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂに対して接触面積を小さく抑えて接触することができれば、その他の数設けるようにしても構わない。例えば、ピストン１５の外周面１６ｄとハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂとの接触面積を小さく抑えることができれば、環状突起部を３箇所に設けてもよい。環状突起部の数を多くすれば、より環状突起部をより優先的にハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂあるいはピストン１５の外周面１６ｄ、２０ａに接触させることができる。しかしながら、環状突起部の数を多くしすぎると、ピストン１５がストロークするときの抵抗力を増加させてしまうため、環状突起部は、ピストン１５のストロークに影響しない程度の数だけ設けるとよい。

例えば、上記の実施形態では、環状突起部１７～２６を、ピストン１５の外周面１６ｄ、２０ａ、或いはハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂの全周方向に亘って設けたものを例示したが、ハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂ、或いはピストン１５の外周面１６ｄ、２０ａに対して接触面積を小さく抑えて接触することができれば、環状突起部１７～２６は、ピストン１５の外周面１６ｄ、２０ａ、或いは、ハウジング３０の内周面３１ａ、３２ｂの周方向に点在して設けても構わない。

また、例えば、上記の実施形態では、ピストンをスプリングの付勢力に抗するストローク方向に動かすように機能する駆動源の一部としてのエア室および波型ダイヤフラムを備えたものを例示したが、、ピストンをスプリングの付勢力に抗するストローク方向に動かすことができれば、その他の駆動源を適用しても構わない。

また、例えば、上記の実施形態では、高温用バルブアクチュエータがノーマルクローズタイプであるものを例示したが、高温用バルブアクチュエータがノーマルオープンタイプであってもよい。
高温用バルブアクチュエータがノーマルオープンタイプの場合、ピストンの最大径部の下面側にスプリングを設け、最大径部の上面側に波型ダイヤフラムを設けてエア室を形成し、膨張した波型ダイヤフラムが接地される圧接面をハウジング内に設ければよい。

また、例えば、上記の実施形態では、弾性部材としてスプリングを用いたが、ベルビルワッシャ等その他の弾性部材を用いても構わない。

また、例えば、上記の実施形態では、高温用バルブアクチュエータ１を高温用ダイヤフラムバルブ１００に適用したものを例示したが、高温用バルブアクチュエータ１は、スプリング等の弾性部材によってストロークの一方向に付勢されたピストンのストロークを利用して弁を上下に開閉するバルブであれば、ベローズバルブやニードルバルブ或いはその他のバルブに適用しても構わない。

今回開示された各実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。

１ 高温用バルブアクチュエータ
１０ ピストンユニット
１１ ユニット本体
１２ エア導入継手
１２ａ 上部ナット（エア接続部）
１２ｂ 下部ナット
１２ｃ 継手本体
１３ エア継手ベース
１３ａ 流路
１４ ベローズ
１４ａ 流路
１５ ピストン
１６ 最大径部
１６ａ 流路
１６ｂ スプリングセット凹部
１６ｃ 角部
１６ｄ 外周面
１７ 環状突起部
１７ａ 頂部
１８ エア室
１８ａ 開口面
１８ｂ 通気孔
１９ 波型ダイヤフラム
１９ａ 貫通孔
２０ 作動部
２０ａ 外周面
２１ 環状突起部
２１ａ 頂部
２２ 環状突起部
２２ａ 頂部
２２ｂ 根元部
２３ 環状突起部
２３ａ 頂部
２４ 環状突起部
２５ 環状突起部
２６ 環状突起部
３０ ハウジング
３１ ケース部
３１ａ 内周面
３１ｂ 内壁面
３１ｃ エア流出口
３２ ベース部
３２ａ ガイド孔
３２ｂ 内周面
４０ ハウジングカバー
４０ａ スプリングセット凹部
５０ スプリング
６０ 止め輪
７０ バルブ
７１ ダイヤフラム
７２ ボデー
７２ａ 流路
７３ 弁座
７４ アクチュエータ連結部
７５ ボンネット
７６ ダイヤフラムピース
１００ 高温用ダイヤフラムバルブ

Claims (5)

1. 駆動源の駆動力とスプリングの付勢力でハウジング内にピストンをストローク自在に設けた高温用バルブアクチュエータであって、
   前記ピストンの外周面と前記ハウジングの内周面との間に何れか一方の面から他方の面に向けて突出した環状突起部を設けたことを特徴とする高温用バルブアクチュエータ。
2. 前記ピストンは、外径が最大となる部分を含む最大径部と、該最大径部のストローク方向一端面から一体的に突出して設けられた作動部とを有し、
   前記環状突起部は、前記最大径部の外周面と前記ハウジングの内周面の間、又は、作動部の外周面と前記ハウジングの内周面の間の少なくとも何れか一方に設けられた請求項１に記載の高温用バルブアクチュエータ。
3. 前記環状突起部は、前記最大径部の前記作動部を設けた側に対してストローク方向他端側の角部と、前記作動部の外周面又は前記ベース部の内周面の何れか一方とに設けられた請求項２に記載の高温用バルブアクチュエータ。
4. 前記環状突起部の頂部は、曲率半径０．５ｍｍの曲面形状である請求項１に記載の高温用バルブアクチュエータ。
5. ボデー内の流路に設けたダイヤフラムを開閉するバルブに請求項１における高温用バルブアクチュエータを搭載した高温用ダイヤフラムバルブ。

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