JP3067977B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体産
業用ガス供給系、特に高沸点の有機金属ガスを取扱うガ
ス供給系に使用される弁などを、空気圧に関連して制御
するアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体産業用ガス供給系においては、Ａ
ｌ（Ｃ₂Ｈ₅）₃やＧａ（Ｃ₂Ｈ₅）₃などのような高沸点
(前者は１８６．６℃、後者は１４２．６℃)の有機金属
をガス化して使用する場合がある。

【０００３】このような高温雰囲気に曝される従来の弁
は、弁本体を構成する弁ケース、弁座、弁体等が全て金
属材料から作成されている。しかし、弁本体に直結され
る空気圧式アクチュエータは、大半が金属材料から作成
されているものの、シール用Ｏリングは、摺動部及び固
定的連結部のもの全てが弗素系ゴムから作成されてい
る。

【０００４】弗素系ゴムは、高温用とされているが、２
００℃程度の雰囲気に曝されていると、経時的に圧縮永
久歪が顕著になり、弾性反撥力が漸減するため、シール
部における漏洩量が漸増する。

【０００５】このように従来のアクチュエータに於いて
は、シール部に弗素系ゴム等の樹脂からなるＯリングを
用いているため、熱負荷に対する制限が不可避であり、
しかも熱サイクルによって寿命が極端に短縮されるなど
の難点がある。

【０００６】このようなことから近時、熱負荷に対する
シール性に優れた空気圧式アクチュエータとして、全構
成部分を金属材料から作成したアクチュエータが提案さ
れている（先行技術文献として、例えば、特開平５−２
４０３７０号公報がある。）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この高
温用の空気圧アクチュエータは、ピストンやピストンの
移動を案内する軸部のシールにダイヤフラムやベローズ
のような金属を用いないとシールの耐久性を保持できな
い。特にノーマル・クローズ（Ｎ．Ｃ）タイプのアクチ
ュエータは、ピストンと弁を持ち上げる軸のシールが必
要で、ダイヤフラムやベローズが２〜３個必要である。
また、ダイヤフラムやベローズは、アクチュエータ部品
の中でとりわけ疲労破壊を起こす部品であり、耐久性を
良くするためにはダイヤフラムの径を大きく、ベローズ
の自由長を長くする必要がある。さらに、ピストン軸シ
ール用ベローズがあると、クリーンルーム内作業となる
アクチュエータ組立時に溶接や焼取りが必要となって、
作業性が悪く、分解、部品交換ができない。

【０００８】そこで本発明は、従来のようなピストンの
軸シール用ベローズが不要な小型で、熱負荷に対して
も、繰り返し作動に対しても、シール部の耐久性に優
れ、クリーンルーム内での組立時、溶接や焼取りが不要
で、組立、分解、部品交換が容易なアクチュエータを提
供しようとするものである。

【０００９】

【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、前記ハウジングのキャッ
プと前記ピストンの周縁部間に耐熱性のベローズが前記
キャップから導入される高圧空気により前記ピストンを
移動し得るようにシール状態で伸縮可能に連結され、前
記高圧空気導入による前記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ことを特徴とするもの
である。

【００１０】

【作用】上記のように本発明のアクチュエータは、ピス
トンと弁体開閉用のステムとを放射状に配置されたカム
により連係し、ピストンとハウジングのキャップとの間
にベローズを設けているので、軸シール用のベローズが
不要となって、小型化できると共に、予めピストンをベ
ローズにより連結しているキャップをハウジング本体部
分に取り付けることができるので、クリーンルーム内で
の組立時、軸シール用のベローズを取り付ける必要が無
いことからそのための溶接や焼取りが不要となり、クリ
ーンルーム内が汚染されることがない。また、洗浄した
部品のクリーンルーム内への搬入により組立、分解、部
品交換が容易となり、作業性が向上する。さらに、前記
ベローズは１個で、径が大きく、耐熱性を有するので、
熱負荷に対しても、繰り返し作動に対しても、シールの
耐久性に優れる。その上、カムのてこ比を変えることに
より、ピストンの推力を増大させることができるので、
ピストンのストロークを増し、径を小さくすることがで
き、全体を一層小型化できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態に係るアクチ
ュエータをノーマル・クローズ（Ｎ．Ｃ）タイプに適用
した場合について図によって説明する。図１ないし図３
に於いて、１はアクチュエータで、そのハウジング２の
一端（図では下端）の連結部３の内側が弁本体４におけ
る垂直部５の外周に形成されたねじ６に螺合されて連結
されている。ハウジング２内の底板７の中央にはステム
ガイド孔８が穿設され、このガイド孔８にハウジング２
内の中間部に装入したステム９の細径部１０が貫通され
ている。ステム９は細径部１０の基端にフランジ１１を
有し、他端側（図では上端側）の片半部の幾分径を細く
した部分１２にボンネット１３が嵌装されている。ボン
ネット１３の基部側の大径部がハウジング２内の中間部
開口端の段部１４にボルト１５にて固定されている。フ
ランジ１１とボンネット１３の大径部との間にはステム
９を弁本体４側に付勢するスプリング１６が介在されて
いる。

【００１２】ハウジング２の他端側の大径部１７内には
ピストン１８が装入されている。このピストン１８はそ
の外径がハウジング２における大径部１７の内径よりも
小さくなるように形成され、ハウジング２の軸心に対し
て傾斜し得るようになっている。ハウジング２の大径部
１７の開口端には、高圧空気導入口２４を中央に有する
ハウジングキャップ２５が螺合により気密に取り付けら
れ、このハウジングキャップ２５とピストン１８の空気
導入側の周縁部との間に耐熱性のベローズ２６がシール
状態で伸縮可能に設けられて空気室２７が形成されてい
る。したがって、導入口２４から空気室２７に導入され
る高圧空気によりベローズ２６の伸縮性の利用によりピ
ストン１８が下方へ移動されるようになっている。ボン
ネット１３の大径部上の等角三方位置に放射状に形成さ
れた溝３７にカム２２が配され、これら放射状等角配置
のカム２２は中間部において夫々ピン２１にて回動可能
に支持されている。ステム９の他端に軸１９が結合さ
れ、軸１９にはカムフック２０が一体に設けられ、この
カムフック２０に各カム２２の内端部が係合されてい
る。ステム９がスプリング１６により下方へ付勢される
ことにより、各カム２０はその内端側がカムフック２０
により下方へ付勢され、各カム２２の外端部に設けられ
たローラ２３がピストン１８の下面外周部に当接してピ
ストン１８を上昇させることができるようになってい
る。

【００１３】前記弁本体４は、一側にガス流入通路２
８、他側にガス流出通路２９が設けられている。ガス流
入通路２８の出口側は弁本体４内の中心に垂直に開口さ
れ、その開口周縁に弁座３０が設けられている。この弁
座３０に対向して弁本体４内にダイヤフラム３１が配さ
れ、その周縁が弁本体４内の段部３２に弁本体４内に嵌
入したダイヤフラム押え４０にて押えられ、ダイヤフラ
ム押え４０は前記アクチュエータ１におけるハウジング
２の底板７にて押えられている。ダイヤフラム押え４０
の内側には前記ダイヤフラム３１を押圧するダイヤフラ
ム押し込みピース３３が上下動可能に嵌入され、このダ
イヤフラム押えピース３３は前記アクチュエータ１にお
けるステム９の細径部１０にて押さえられている。そし
て上記アクチュエータ１及び弁本体２の全構成部品は、
金属材料からなる。

【００１４】次に上記実施形態の動作について説明す
る。図１に示す状態でアクチュエータ１におけるハウジ
ング２のキャップ２５の高圧空気導入口２４より空気室
２７に高圧空気が導入されると、図３に示すように、ベ
ローズ２６が伸長されると共にピストン１８が下方へ移
動される。これによりカム２２はその外端部のローラ２
３が押されてピン２１を中心に回動し、カム２２の内端
部がカムフック２０を上方へ押して軸１９およびステム
１２をスプリング１６の弾性に抗してピストン１８の移
動方向とは逆の方向に移動する。その結果、ダイヤフラ
ム押し込みピース３３の押圧力が喪失し、ダイヤフラム
３１は自身の弾性復元力によって弁座３０から離間し、
ガス流入通路２８とガス流出通路２９が相互に連通し、
弁開状態となる。

【００１５】また、空気室２７から高圧空気を排出する
と、ピストン１８を下方へ押す力が無くなり、カム２２
の外端部のローラ２３が解放される。その結果、軸１９
およびステム９がスプリング１６の復元力により図１に
示すように弁本体４側に移動し、ダイヤフラム押し込み
ピース３３を押圧し、ダイヤフラム３１を弁座３０に圧
接し、弁閉状態となる。この時、カム２２は内端部が軸
１９のカムフック２０に係合しているため、ピン２１を
中心に前記とは逆に回動し、外端部のローラ２３がピス
トン１８を逆に移動させ、ベローズ２６を短縮させるこ
とになる。

【００１６】然して上記のような実施形態のアクチュエ
ータ１は、ピストン１８と弁体開閉用のステム９とをカ
ム２２により連係し、ピストン１８とハウジング２のキ
ャップ２５との間をベローズ２６により連結しているの
で、従来のような軸シール用のベローズが不要となっ
て、小型化できると共に、予めピストン１８をベローズ
２６により連結しているキャップ２５をハウジング２の
本体部分に取付けることができるので、クリーンルーム
内での組立時、軸シール用のベローズを取り付ける必要
が無いことから、そのための溶接や焼取りが不要とな
り、クリーンルーム内が汚染されることがない。また、
洗浄した部品のクリーンルーム内への搬入により、組
立、分解、部品交換が容易となり、作業性が向上する。
さらにアクチュエータ１のベローズ２６は１個で、径が
大きく、耐熱性を有するので、熱負荷に対しても、繰り
返し作動に対しても、シールの耐久性に優れる。その
上、アクチュエータ１はカム２２のてこ比を変えること
により、ピストン１８の推力を増大させることができる
ので、ピストン１８のストロークを増し、径を小さくす
ることができ、アクチュエータ１を一層小型化できる。

【００１７】本発明の他の実施形態に係るアクチュエー
タをノーマル・オープン（Ｎ．Ｏ）タイプに適用した場
合について図４ないし図６によって説明する。図中の符
号１〜１０で示す部材は、前記実施形態と同一につき、
その説明を省略する。ステム９は上端にフランジ１１′
を有し、そのフランジ１１′の上面における等角三方位
置に突起３５が設けられている。フランジ１１′とハウ
ジング２内の底板７との間にステム９を弁本体４の反対
側、即ち、上方に付勢するスプリング１６′が介在され
ている。ハウジング２の他端側の大径部１７内にはピス
トン１８が装入されている。このピストン１８はその外
径がハウジング２における大径部１７の内径よりも小さ
くなるように形成され、ハウジング２の軸心に対して傾
斜し得るようになっている。ハウジング２内の段部１４
に中間隔壁３６がボルト１５により固定されている。中
間壁３６にはカムフック２０が設けられている。中間隔
壁３６の等角三方位置に形成された溝３７にカム２２´
が配され、これらのカム２２′の内端部がカムフック２
０に係合されている。カム２２′の中間部に枢支したロ
ーラ３８はスプリング１６´で上方へ付勢されたステム
９の突起３５に当接しており、カム２２′の外端部に枢
支したローラ２３′がピストン１８に当接している。そ
の外、符号２４〜３３及び４０で示す部材は、前記実施
形態と同一につきその説明を省略する。この実施形態に
おいてもアクチュエータ１及び弁本体２の全構成部品
は、金属材料からなる。

【００１８】この実施形態の動作について説明すると、
図４および図５に示す状態でアクチュエータ１における
ハウジング２のキャップ２５の高圧空気導入口２４より
空気室２７に高圧空気が導入されると、図６に示すよう
にベローズ２６が伸長されると共にピストン１８が下方
へ移動される。これによりカム２２′はその内端部のカ
ムフック２０との係合部を支点にして外端部のローラ２
３´が押されて下降されると共に、中間部のローラ３８
が下降され、このローラ３８が当接している突起３５が
押されてステム９がスプリング１６′に抗して下方に移
動される。その結果、ダイヤフラム押し込みピース３３
が押圧されてダイヤフラム３１が弁座３０に圧接し、ガ
ス流入通路２８とガス流出通路２９が相互に遮断され、
弁閉状態となる。

【００１９】また、空気室２７から高圧空気を排出する
と、ピストン１８を下方へ押す力が無くなり、カム２
２′の外端部のローラ２３′、中間部のローラ３８に対
する押圧力が解放される結果、ステム９はスプリング１
６′の復元力により図４および図５に示すように上方に
移動し、カム２２´がカムフック２０に係合している内
端部を中心として回動すると共に、ダイヤフラム押し込
みピース３３の押圧力が喪失失し、ダイヤフラム３１は
自身の弾性復元力によって弁座３０から離間し、ガス流
入通路２８とガス流出通路２９が相互に連通し、弁開状
態となる。そして、カム２２´が前記のように回動する
ことにより、カム２２´の外端部のローラ２３´がピス
トン１８を逆に移動させ、ベローズ２６を短縮させるこ
とになる。

【００２０】この実施形態のアクチュエータ１も、前記
実施形態と同様に、ピストン１８と弁体開閉用のステム
９とをカム２２´により連係し、ピストン１８とハウジ
ング２のキャップ２５との間をベローズ２６により連結
しているので、従来のような軸シール用のベローズが不
要となって、小型化できると共に、予めピストン１８を
ベローズ２６により連結しているキャップ２５をハウジ
ング２の本体部分に取付けることができるので、クリー
ンルーム内での組立時、軸シール用のベローズを取り付
ける必要が無いことから、そのための溶接や焼取りが不
要となり、クリーンルーム内が汚染されることがない。
また、洗浄した部品のクリーンルーム内への搬入により
組立、分解、部品交換が容易となり、作業性が向上す
る。さらに、アクチュエータ１のベローズ２６は１個
で、径が大きく、耐熱性を有するので、熱負荷に対して
も、繰り返し作動に対しても、シールの耐久性に優れ
る。その上、アクチュエータ１はカム２２′のてこ比を
変えることにより、ピストン１８の推力を増大させるこ
とができるので、ピストン１８のストロークを増し、径
を小さくすることができ、アクチュエータ１を一層小型
化できる。

【００２１】尚、アクチュエータ１のハウジングキャッ
プ２５とベローズ２６とピストン１８は、三者一体で、
図７に示すようにハウジング２の大径部１７より取り外
せるので、図８に示すようにノーマル・オープン（Ｎ．
Ｏ）タイプのカムを内蔵しないアクチュエータ１′にも
使用でき、部品の共通化が図れる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明で判るように本発明のアクチ
ュエータは、ピストンと弁体開閉用のステムとを放射状
に配置されたカムにより連係し、ピストンとハウジング
キャップとの間をベローズにより連結しているので、従
来のようなピストンの軸シール用のベローズが不要とな
って、小型化できると共に、予めピストンをベローズに
より連結しているキャップをハウジングの本体部分に取
付けることができるので、クリーンルーム内での組立
時、軸シール用のベローズを取り付ける必要が無いこと
から、そのための溶接や焼取りが不要となり、クリーン
ルーム内が汚染されることがない。また、洗浄した部品
のクリーンルーム内への搬入により、アクチュエータの
組立、分解、部品交換が容易となり、作業性が向上す
る。さらに、アクチュエータのベローズは１個で、径が
大きく、耐熱性を有するので、熱負荷に対しても、繰り
返し作動に対しても、耐久性に優れる。その上、アクチ
ュエータは、カムのてこ比を変えることにより、ピスト
ンの推力を増大させることができるので、ピストンのス
トロークを増し、径を小さくすることができ、アクチュ
エータを一層小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るノーマル・クローズ
タイプのアクチュエータを示し、弁閉状態における図２
のＢ−Ｂ線縦断面図である。

【図２】同アクチュエータを示し、図１のＡ−Ａ線横断
面図である。

【図３】同アクチュエータを示し、弁開状態における図
２のＢ−Ｂ線縦断面図である。

【図４】本発明の他の実施形態に係るノーマル・オープ
ンタイプのアクチュエータを示し、弁開状態における図
２のＢ−Ｂ線と同様の縦断面図である。

【図５】同アクチュエータを示す縦断面図である。

【図６】同アクチュエータを示し、弁閉状態における縦
断面図である。

【図７】本発明の実施形態に係るアクチュエータを構成
する三者一体のハウジングキャップとベローズとピスト
ンを示す縦断面図である。

【図８】図７の三者一体の部品を、ノーマル・オープン
タイプのアクチュエータに使用した状態を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１ アクチュエータ ２ ハウジング ４ 弁本体 １８ ピストン ２２ ２２′ カム ２４ 高圧空気導入口 ２５ ハウジングキャップ ２６ ベローズ ３０ 弁座 ３１ ダイヤフラム

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、前記ハウジングのキャップと前記ピスト
   ンの周縁部間に耐熱性のベローズが前記キャップから導
   入される高圧空気により前記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、前記高圧空気導入
   による前記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
   角位置に設けられたことを特徴とするアクチュエータ。