JP3021974B2 - 空気圧作動バルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体輸送ラインに用いら
れる空気圧作動バルブに係り、さらに詳細には、弁の開
閉状態を指示するための電気信号を非接触構造によって
導出可能にすると共に、アクチュエーターを作動させる
ための圧縮空気の切替を行う電磁弁がマニホールドブロ
ックを介して直接アクチュエーターに装着された空気圧
作動バルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気圧作動バルブにおいては、図
８に示すように、弁の開閉状態を指示する方法として、
エアーシリンダー６１内に摺動自在に装着されたピスト
ン６２の上部に一体的に設けられたインジケーターロッ
ド６３が、ボンネット６４を貫通して外部にまで突設さ
れており、ピストン６２の上下動に伴う弁体６５の開閉
状態を、ピストン６２に連動するインジケーターロッド
６３の上下動を外部から確認することで行なわれてい
る。

【０００３】また、空気圧式アクチュエーターを作動さ
せるための圧縮空気の切替を行うために、電磁弁等（図
示せず）を使用するが、従来はこれらの制御機器が分離
独立して設けられエアーホース６６及び６７でアクチュ
エーターに接続されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術では、
弁外部にインジケーターロッドが突設されているので特
に粉塵等の多い環境で使用した場合、摺動部に異物をか
み込んでＯリングを損傷し、インジケーターロッドすな
わちピストンの作動に支障をきたす場合がある。

【０００５】また、特に空気圧作動バルブが好んで使用
される分野に半導体製造プロセスがあるが、このような
極端に清浄度が要求される環境下では、前記摺動部が外
気と接触する構造は好ましくない。なぜならば、Ｏリン
グとインジケーターロッドとの摺動によって塵が発生し
クリーンルームの清浄度を極端に低下させる可能性があ
るからである。

【０００６】また、開閉信号を導出する場合は、前記イ
ンジケーターロッドの先端にリミットスイッチを当接可
能に配設し、該インジケーターロッドの上下動によって
リミットスイッチをオンオフするよう構成されている。
しかしながら、リミットスイッチを使用する場合にはイ
ンジケーターロッドの移動距離に応じてリミットスイッ
チが確実に作動するようにその取り付け位置を調整する
必要があり非常に面倒である。これと共に、配管の長期
間にわたる振動等で該取り付け位置がずれて確実に作動
しなくなるなどの不安もある。また、基本的に機械的駆
動部を有する手段であるから前記した塵発生の問題が生
じることはいうまでもない。

【０００７】さらにまた、電磁弁等の制御機器が分離独
立して設けてあると、配管とは別に独立したブラケット
等を配設し、該ブラケットに電磁弁及びまたは減圧弁等
の制御機器を取りつけたマニホールドブロックを装着し
てエアー配管によってアクチュエーターに接続する必要
がある。したがって、弁装置として大型化するとともに
アクチュエーターまで最低２本のエアーホースが配管さ
れるので弁装置周りの配管が非常に複雑化する。かかる
状態は、特に半導体製造ラインの装置内配管の様に空間
的に制限を受ける場所に使用する場合、致命的な欠点と
なる。

【０００８】また、弁装置のメンテナンスの際、現場で
電磁弁を手動操作してバルブの開閉操作を行う必要があ
るが、弁装置と電磁弁とが離れていると作業が困難であ
る。

【０００９】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するためになされたもので、その目的とするとこ
ろは、（１）弁本体外部に摺動部分等を有しない非接触
型の開閉信号導出手段を具備し（２）バルブのアクチュ
エーターに少なくとも電磁弁がエアー配管なしに直接接
続された、清浄度の高い、極めてコンパクトで且つメン
テナンス等の作業が容易に行える空気圧作動バルブを提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の空気圧作動バルブの構成は、弁本体の上部に
空気圧式アクチュエーターが取りつけられた空気圧作動
バルブにおいて、該アクチュエーターは弁体に連結され
たピストンロッドとピストンとを上下動自在に支持した
エアーシリンダーと、該エアーシリンダー上部に取りつ
けられたボンネットとを具備し、また該ピストン上部に
は磁石が装着され、該磁石に対応したボンネットの外部
に、該磁石の磁力を感知して電気信号を導出する磁気セ
ンサーが装着され、さらに該アクチュエーターには電磁
弁と、前記アクチュエーターを作動させるための圧縮空
気の吸気及び排気の切替えを行う圧縮空気の流路を配設
した減圧弁と、スピードコントローラーとが取付けられ
たマニホルドブロックが装着されていることを特徴とす
るものである。

【００１１】なお、本発明の空気圧作動バルブの材質は
金属でもプラスチックスでも良く特に限定されるもので
はない。また、弁部の構造は、ダイヤフラム弁形式やベ
ローズ弁形式あるいはその他のピストン弁形式等いずれ
でも良く特に限定されない。

【００１２】

【作用】上記の構成からなる本発明の空気圧作動バルブ
はその開放状態にある時、流体が流路の入口側から弁体
と弁本体とで形成される弁室を経て出口流路へと流出す
る。この時弁体を空気圧式アクチュエーターからの駆動
力によって下方へ移動させると、弁体は弁本体の弁座に
当接しさらに押圧されるので、流体の流れはここで止め
られ弁は閉止状態となる。また、これと逆の作用で弁体
が上方に移動されると弁は再び開状態となる。このよう
にして、弁の開閉が行われる。

【００１３】上記弁の開閉の際の開閉信号の導出は次の
ように行われる。空気圧式アクチュエーターの作動によ
るピストンの上下動に連動してピストンの上部に装着さ
れた磁石も上下動する。磁石に対応したボンネットの外
部には磁気センサーが装着されているので、該磁気セン
サーは前記磁石の上下動によってその磁力の強弱の作用
を受ける。磁気センサーは磁力が強となれば通電状態と
なり、逆に磁力が弱となれば電流が遮断される。このよ
うなオンオフの電気信号がピストンの上下動すなわち弁
の開閉に応じて導出される。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例であるプラスチック
製空気圧作動バルブの開状態を示す要部縦断面図であ
る。

【００１５】図において１はストップ弁型弁本体（以下
本体と称する）であり、内部に設けられた隔壁２により
入口流路３と出口流路４とが隔離されると共に該流路３
及び４とが湾曲された流路となるよう構成されている。
５は隔壁２に設けられ入口流路３と出口流路４とを連通
する開口部である。６は隔壁２すなわち開口部５の周囲
に一体的に設けられ上方に向かって突き出た形状を有す
る環状弁座である。７は弁本体上部に設けられた環状溝
であり、８は環状溝７の内側に設けられた平坦部であ
る。さらに平坦部８から環状弁座６までの隔壁２の上面
は該平坦部８よりも下方に位置するよう形成されてい
る。

【００１６】９はＰＴＦＥ製のダイヤフラムであり、中
央部に弁体１０、弁体１０の周縁に膜部１１、膜部１１
に連続して円盤上の周縁部１２が設けられており、さら
に周縁部１２の下方には断面矩形の環状嵌合部１３が一
体的に形成されている。また弁体１０の上面にはねじ部
１４が突設されており、該ねじ部１４はピストンロッド
１６に螺合固定されている。さらに、環状嵌合部１３は
本体１の環状溝７に嵌合固定され、周縁部１２は上方か
ら筒状エアーシリンダー２０の突起部２３によって押圧
されている。したがって、周縁部１２及び環状嵌合部１
３は本体１とエアーシリンダー２０とによって挟持固定
され、周縁部１２の下面１２ａは前記本体平坦部８に、
環状嵌合部１３の両側面は環状溝７の内側面にそれぞれ
密着固定されている。

【００１７】１５はピストンであり、その軸線上の下方
にはピストンロッド１６が、また上方にはインジケータ
ーロッド１７が一体的に設けられており、エアーシリン
ダー２０内にＯリング１８を介して摺動自在に装着され
ている。また、ピストンロッド１６はその下方に雌ねじ
部が設けられ前記ダイヤフラムのねじ部１４が螺合固定
されており、インジケーターロッド１７の上端部には円
柱上の磁石１９が埋め込まれた状態で装着されている。
筒状エアーシリンダー２０の中央軸線上には前記ピスト
ンロッド１６をＯリング２１を介して摺動自在に支持し
ている開口部２２が設けられている。また、その下端面
には前記ダイヤフラム周縁部１２を上部から押圧するた
めの突起部２３が設けられると共に、該突起部２３の中
央軸線上にはダイヤフラムの弁体１０の上部を収納する
ための断面御椀型に穿設された空間２４が設けられてい
る。

【００１８】２５はエアーシリンダー２０の側面に設け
られエアーシリンダー２０の内部と外部とを連通する第
２給排ポートである。２７はエアーシリンダー２０の上
部にＯリング２８を介して固定されているボンネットで
あって、その内部には中央軸線上に下方に伸びた筒状の
ストッパー２９が設けられ、側面にはボンネット２７の
内部と外部とを連通する第１給排ポート３０が設けられ
ている。なお、本実施例においてはボンネット２７は透
明のポリサルフォンで製作されている。

【００１９】３１はボンネット２７、エアーシリンダー
２０及びピストン１５とで形成される第１圧力室であ
る。３２はピストン１５とエアーシリンダー２０とで形
成される第２圧力室である。３３は磁気センサーであっ
て、磁石１９と対応したボンネット２７の外部にケース
３４に装着されビス３５によって固定されている。

【００２０】以下の構成は図２〜図７にしたがって説明
する。図２は本実施例の空気圧作動バルブの外部に装着
された部品の分解図がバルブ本体と共に斜視図にて示さ
れたものである。図３は図２の組立斜視図であり、図４
〜図６はそれぞれ図２中矢印Ａ，Ｂ及びＣで示された方
向から見た場合の側面図である。図７は圧縮空気がアク
チュエーターに接続されるまでの工程を示した空気回路
図である。

【００２１】図２において、３６はマニホールドブロッ
クであり、内部に圧縮空気の流路（図示せず）が設けら
れその右側面にはポート１０１〜１０４が開口してお
り、さらに該側面にはポート１０１〜１０４がそれぞれ
電磁弁３７に開口しているポート２０１〜２０４（図
５）と接続されるよう該電磁弁３７がゴムシート３８を
介してビス３９によって装着固定されている。電磁弁３
７は４ポート型であり、下方に弁の操作電流を供給する
電線３７ａが接続されている。また、マニホールドブロ
ック３６の上面には排出ポート３０１が設けられ、該排
出ポート３０１にはサイレンサー付きスピードコントロ
ーラー４０が螺合固定されている。さらに、マニホール
ドブロック３６の左側面には、圧縮空気供給のためのエ
アーホース４１が接続されたフィルター付き減圧弁４２
が、該減圧弁４２に設けられた供給ポート４０１と前記
マニホールドブロック左側面に設けられたポート５０１
（図４）に接続されるよう連結部材４３及びＯリング４
４，４５を介して連結され、固定部材４６及び４７によ
って固定されている。

【００２２】また、マニホールドブロック３６の裏面
（図６）には給排ポート６３０及び６２５が設けられ、
これらの給排ポートはそれぞれ前記したアクチュエータ
ーの第１給排ポート３０及び第２給排ポート２５に接続
されるようゴムシート４８、ベースブロック４９及びＯ
リング５０，５１を介してアクチュエーターに装着さ
れ、ビス５２によって固定されている。なお、ビス５３
はベースブロック４９をゴムシート４８を介してマニホ
ールドブロック３６に固定させるために使用されてい
る。また、詳細は省略するが、ベースブロック４９には
前記ポート６３０及び６２５をそれぞれ第１給排ポート
３０及び第２給排ポート２５に接続できるよう圧縮空気
の流路が形成されていることはいうまでもない。

【００２３】上記の構成からなる本実施例の空気圧作動
バルブの作動は次のとおりである。図１において、流体
は入口流路３から開口部５を通過してダイヤフラム９と
本体１とで形成される弁室２６を経て出口流路４へと流
出する。弁室２６に達した流体はその圧力の作用により
ダイヤフラム周縁部１２及び環状嵌合部１３と本体１と
のクリアランスを通過してバルブ外部へと流出しようと
する。しかし、周縁部１２及び環状嵌合部１３はエアー
シリンダー２０の突起部２３によって本体１の環状溝７
及び平坦部８に密接に挟持固定されているので、流体の
バルブ外部への流出は阻止される。

【００２４】次に、弁の開閉作用は次の様に行われる。
第１給排ポート３０から圧縮空気が第１圧力室３１内に
供給されると、該圧縮空気の作用によりピストン１５及
びピストンロッド１６は下方へと移動させられ、それに
連動して弁体１０も下方に移動して本体環状弁座６に当
接し、さらに押圧させられる。したがって、流路はここ
で完全に遮断され弁は閉状態となる。また、これとは逆
に第２給排ポート２５から圧縮空気を第２圧力室３２内
に供給すると、該圧縮空気の作用によりピストン１５、
ピストンロッド１６及び弁体１０は上方へ移動し弁は再
び開状態となる。このようにして弁の開閉が行われる。
このとき、Ｏリング１８，２１及び２８は前記圧縮空気
が第１または第２圧力室以外にリークしないよう作用す
る。

【００２５】また、このような弁の開閉作用の際、第１
給排ポート３０から圧縮空気が供給される場合には第２
給排ポート２５が排気の作用をし、逆に第２給排ポート
２５から該空気が供給される場合には第１給排ポート３
０が排気の作用をすることはいうまでもなく、これら第
１及び第２給排ポートの給排の切替は電磁弁３７（図
２）によって行われる。この電磁弁の作用と圧縮空気の
アクチュエーター外部での流れを図７にしたがって簡単
に説明する。

【００２６】図において、エアーホース４１を通過して
フィルター付き減圧弁４２に達した圧縮空気は、ここで
浄化及び圧力調整されポート４０１からポート５０１，
１０３，２０３，２０２，１０２，６２５、第２給排ポ
ート２５を経て第２圧力室３２へと供給される。したが
って、ピストン１５及びピストンロッド１６は上方へ移
動させられ弁は開状態となる。このとき、第１圧力室３
１内の空気は第１給排ポート３０からポート６３０，１
０４，２０４，２０１，１０１，３０１、サイレンサー
付きスピードコントローラー４０を経て外部へと排出さ
れる。

【００２７】このとき、サイレンサー付きスピードコン
トローラー４０は、圧縮空気の排出スピードを適度に調
節すると共に、排気音を消音する様作用する。

【００２８】次に、電磁弁が作動してポートが２０３と
２０４、２０２と２０１とに連通する様切り替わった場
合、圧縮空気はポート２０３，２０４，１０４，６３
０、第１給排ポート３０を経て第１圧力室３１に供給さ
れるので、ピストン１５及びピストンロッド１６とは下
方に移動し、弁は閉状態となる。このとき、第２圧力室
３２内部の空気は第２給排ポート２５からポート６２
５，１０２，２０２，２０１，１０１，３０１、サイレ
ンサー付きスピードコントローラー４０を経て外部へと
排出される。このような電磁弁の切替動作によって圧縮
空気のアクチュエーターへの給排が切り替わり、弁の開
閉が行われる。

【００２９】次に、上記した弁の開閉状態を指示する電
気信号の導出を図２に従って説明する。図において、ピ
ストン１５及びインジケーターロッド１７が上方に移動
し弁が開状態になると、磁石１９と磁気センサ３３との
距離は最小となり、磁力は強となる。磁気センサー３３
はその磁力の作用で通電状態となり、弁が開状態である
ことを外部に指示する。また、逆にピストン１５及びイ
ンジケーターロッド１７が下方に移動し弁が閉状態にな
ると、磁石１９と磁気センサー３３との距離は最大とな
り、磁力は小となる。磁気センサー３３はその磁力の作
用を受けて電流を遮断するので、弁が閉状態であること
を外部に指示することができる。このように、弁の開閉
に伴う磁石１９の上下動によって磁気センサー３３は電
流をオンオフさせるので、弁の開閉状態に対応した電気
信号を導出することができる。

【００３０】磁気センサー３３は上記した電気的手段で
外部に弁の開閉状態を指示する必要がない場合にはビス
３５を外すことによってボンネット２７から取り外され
る。但しこの場合でも、ボンネット２７は透明材料で製
作されているから内部のインジケーターロッド１７の位
置を目視することによって弁の開閉状態を容易に確認す
ることができる。あるいは、本実施例では実施していな
いが、エアーシリンダー２０を透明材料で製作し、内部
のピストン１５の位置を確認することによっても同様の
効果を得ることができる。このようにボンネット２７及
び、またはエアーシリンダー２０を透明にすることで、
現場でも簡単に弁の開閉状態を確認でき、しかも外気と
接触するような摺動部を設ける必要もない。

【００３１】次に、センサー３３は遠隔地等に開閉信号
を伝送する必要が生じた場合には前記と逆の要領でボン
ネット２７にビス３５によって固定され、開閉信号を導
出することができる。このとき、該センサー３３及び磁
石１９は非接触であるから面倒な位置調整の必要もなく
簡便である。

【００３２】なお、本実施例では弁部がダイヤフラムで
ある空気圧作動バルブを挙げたが、これに限定されるも
のではなくベローズタイプやピストン弁タイプでも良い
ことはいうまでもない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の空気圧作
動バルブを使用することにより、ごみなどの作用で弁の
作動に支障をきたすことのない、また塵の発生等が全く
ない極めて信頼性の高いクリーンな開閉信号の導出が可
能となる。また、開閉信号の導出手段が非接触構造で且
つ磁気的手段であるため、センサー部を非常にコンパク
トにしかも極めて低価格で製作できると共に、面倒な位
置調整を行う必要がなく現場での着脱も簡単に行える。

【００３４】さらに、弁装置と電磁弁とをエアー配管な
しに直接装着できるので製品の組立工数が減って生産性
が上がりコストダウンを計ることができる。と同時に、
非常にコンパクトに構成できるので装置内配管などの配
管スペースを極端に制限される場合にも無理なく適用で
きる。また、電磁弁が弁装置に一体化されているので、
手動による開閉操作が極めて容易であり、メンテナンス
作業が極めて簡便に行えるなど大きな効果を得ることが
できる。さらにまた、マニホルドブロックには電磁弁と
作動空気の切替えを行う流路を配設した減圧弁とスピー
ドコントローラーとの３者を組込んでいるため、マニホ
ルドブロックのこれら付属器具のための取付け台の設置
やエアー配管の取付け等の加工や施工作業が必要でなく
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかわる空気圧作動バルブの一実施例
を示す開状態の要部縦断面図である。

【図２】図１に示された空気圧作動バルブの分解斜視図
である。

【図３】図２に示された空気圧作動バルブの組立斜視図
である。

【図４】図２中のマニホールドブロック３６をＡ方向か
ら見た側面図である。

【図５】図２中の電磁弁３７をＢ方向から見た側面図で
ある。

【図６】図２中のマニホールドブロック３６をＣ方向か
ら見た側面図である。

【図７】圧縮空気の流れを示した空気回路図である。

【図８】従来の空気圧作動バルブを示す開状態の要部縦
断面図である。

【符号の説明】

１…本体 ９…ダイヤフラム １０…弁体 １５…ピストン １６…ピストンロッド １７…インジケーターロッド １９…磁石 ２０…エアーシリンダー ２６…弁室 ２７…ボンネット ３１…第１圧力室 ３２…第２圧力室 ３３…磁気センサ ３６…マニホールドブロック ３７…電磁弁 ４０…サイレンサー付きスピードコントローラー ４２…フィルター付き減圧弁 １０１，１０２，１０３，１０４…ポート ２０１，２０２，２０３，２０４…ポート ５０１…ポート ６２５，６３０…給排ポート

フロントページの続き (56)参考文献 実開 平１−124480（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−14877（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−45475（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−77379（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−102078（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 31/122 F16K 37/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁本体の上部に空気圧式アクチュエータ
   ーが取りつけられた空気圧作動バルブにおいて、該アク
   チュエーターは弁体に連結されたピストンロッドとピス
   トンとを上下動自在に支持したエアーシリンダーと、該
   エアーシリンダー上部に取りつけられたボンネットとを
   具備し、また該ピストン上部には磁石が装着され、該磁
   石に対応したボンネットの外部に、該磁石の磁力を感知
   して電気信号を導出する磁気センサーが装着され、さら
   に該アクチュエーターには、電磁弁と、前記アクチュエ
   ーターを作動させるための圧縮空気の吸気及び排気の切
   替えを行う圧縮空気の流路を配設した減圧弁と、スピー
   ドコントローラーとが取付けられたマニホルドブロック
   が装着されていることを特徴とする空気圧作動バルブ。
2. 【請求項２】 請求項１の空気圧作動バルブにおいて、
   ボンネット及びエアーシリンダーの少なくとも一方が透
   明材料からなることを特徴とする空気圧作動バルブ。