JP4051403B2 - バルブ開閉装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス容器のバルブを自動的に開閉するためのバルブ開閉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造等に用いられる特殊材料ガスは、通常、ガスボンベないしはガスシリンダと称される可搬型のガス容器に貯蔵された状態で使用される。かかる半導体製造用の特殊材料ガスには、可燃性（爆発性）、毒性、腐食性、支燃性等の危険性を有するものが多く、その使用に際しては十分な安全上の配慮がなされなければならない。このため、従来、危険性のある特殊材料ガスが封入されたガス容器は、排気ダクトを有するシリンダキャビネットと呼ばれる箱体内に収容することとし、万が一のガス漏れに備えている。
【０００３】
このようにガス容器をシリンダキャビネット内に収納した場合、ガス容器のバルブの開閉は、その手間等を考慮すると、遠隔操作により自動的に行われるのが望ましく、従来から種々のバルブ開閉装置が開発されている。従来のバルブ開閉装置としては、例えば実公平４−１２３１５号公報に記載されたものが知られており、これは、ガス容器の上方に配置された空気圧式のベーン形揺動アクチュエータと、一端がアクチュエータの出力軸に接続され、他端にガス容器のバルブの開閉用ハンドルを把持するチャックが設けられた回転シャフトとから構成されている。このバルブ開閉装置では、アクチュエータを空気圧制御することでその出力軸及び回転シャフトを正逆いずれかの方向に回転させることにより、バルブのハンドルを開閉操作することが可能となっている。
【０００４】
また、従来一般のシリンダキャビネットにおいては、ガス容器内のガス残量をモニタするために、ガス容器が載置される台座に重量計が組み込まれている。この重量計はロードセルから構成されたものが一般的であり、その出力信号はシリンダキャビネットの制御装置に送られ、ガス管理等に用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の構成において、ガス容器のバルブの開閉用ハンドルを把持するチャックは、ハンドルの側面の凹部に嵌合されるフィンガを有している（図１及び図２参照）。これらのフィンガは、チャックをハンドルの上方から降ろすることにより、ハンドルの凹部に単に嵌め込まれるよう構成されている。従って、チャックは本来、ハンドルに対して抜差し自在となっている。
【０００６】
しかしながら、アクチュエータを駆動してハンドルを開放位置まで回すと、チャックのフィンガが斜めになり、ハンドルの凹部内でスティッキング（膠着）を起こすことがある。これは、回転シャフトの回転軸線とハンドルの回転軸線とがずれているような場合に特に顕著となる。アクチュエータはシリンダキャビネットの上部で固定されているため、チャックがハンドルに固着していると、ガス容器はバルブ開閉装置からの拘束力を受けることとなる。例えば、温度変化によりシリンダキャビネットが歪みを生ずると、その歪みが回転シャフトを伝わり、ガス容器は圧縮力又は引張り力を受ける。かかる場合、ガス容器が重量計に対して押し付けられ或は引き上げられたこととなるため、重量計から出力される重量信号は温度変化に伴って変化するが、これはガスの管理や制御の観点からは好ましくない。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決することのできる手段を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、空気圧により可動子が、バルブを閉じる第１位置とバルブを開ける第２位置との間で往復動される空気圧式のアクチュエータと、このアクチュエータの可動子に伝動機構を介して接続され、バルブのハンドルを開閉操作すべく把持するチャックと、可動子が第２位置に達したことを検知する検知手段と、可動子が第２位置に達したことを検知手段が検知したときに、可動子を第２位置から第１位置の方向に所定距離だけ戻すリターン手段と、を備えるバルブ開閉装置を特徴としている。
【０００９】
このような構成においては、ベーン体等の可動子が第２位置に移動した際、チャックがバルブのハンドルに対してスティッキングを起こしても、可動子が僅かな量だけ第１位置に戻されるため、チャックのスティッキングは解除される。
【００１０】
リターン手段としては、可動子に一体的に設けられたレバーと、可動子が第２位置に達したときに、レバーにより押圧され付勢されるばね手段と、可動子が第２位置に達したことを検知手段が検知したときに、アクチュエータの内部を大気に対して開放する手段とから構成されるものが考えられる。この構成では、可動子が第２位置に達したときに可動子に対する空気圧による外力が解放されるため、ばね力により可動子が第１位置側に戻される。
【００１１】
また、リターン手段は、可動子が第２位置に達したことを検知手段が検知したときに、空気圧により可動子を第２位置から第１位置の方向に所定距離だけ戻す手段としてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用され得るバルブ開閉装置１０を備えたシリンダキャビネット１２を示している。シリンダキャビネット１２内にはガス容器１４が配置されており、ガス容器１４はシリンダキャビット１２の底板上の重量計付き台座１６上に載置されている。
【００１３】
シリンダキャビネット１２の天板１８上にはバルブ開閉装置１０のアクチュエータ２０が設置されている。アクチュエータ２０は空気圧式の揺動タイプであり、円筒形のシリンダ２２と、シリンダ２２内に揺動可能に配置されたベーン体（可動子）２４とから構成されている。
【００１４】
ベーン体２４の揺動軸２６の下端はシリンダ２２の下板２８及びシリンダキャビネット１２の天板１８を貫通し下方に延び、回転シャフト３０に接続している。回転シャフト３０の下端には、ガス容器１４のバルブ３２のハンドル３４を把持するためのチャック３６が設けられている。チャック３６は、図２にも示すように、回転シャフト３０の下端に取り付けられた本体３８と、この本体３８の周縁に等間隔に配置され下方に延びる複数のフィンガ４０とから構成されており、フィンガ４０をハンドル３４の側面の凹部に嵌合することでハンドル３４を把持できるようになっている。従って、フィンガ４０によりハンドル３４を把持した状態でアクチュエータ２０を空気圧制御してベーン体２４を揺動させると、回転シャフト３０が回転し、ハンドル３４を開閉操作することが可能となる。また、ベーン体２４の揺動軸２６とバルブ３２のハンドル３４とが多少ずれていても、アクチュエータ２０からの回転駆動力がハンドル３４に確実に伝わるよう、回転シャフト３０の中間部には自在継手機構４２が介設されている。
【００１５】
アクチュエータ２０の構成について、図１のIII−III線断面図である図３に沿って更に詳細に説明すると、シリンダ２２には、その内壁面からベーン体２４の揺動軸２６まで延びる仕切り壁４４が設けられており、この仕切り壁４４とベーン体２４によりシリンダ２２の内部が２つの空間に区画されている。また、シリンダ２２には各空間に連通するポート４６，４８が形成されている。各ポート４６，４８には空気圧制御回路５０が接続されており、いずれかのポート４６，４８に圧縮空気を供給してベーン体２４を正逆いずれかの方向に揺動させることができるようになっている。図３における点５２，５４はベーン体２４の揺動ストロークの限界点であるが、一般に、点５２は閉端位置（第１位置）、点５４は開端位置（第２位置）と呼ばれている。
【００１６】
空気圧制御回路５０は、圧縮空気供給源５６、及び、この圧縮空気供給源５６とポート４６，４８との間に設けられた主制御弁５８を備えている。主制御弁５８はソレノイド式の２ポジション型であり、ソレノイド６０に通電しこれを励磁した場合、圧縮空気はポート４６に供給されると共に、ポート４８からの管路６２を大気に開放する。一方、ソレノイド６０への通電を停止すると、圧縮空気供給源５６と管路６２とが連通され、ポート４６は大気に開放される。また、ポート４８と方向制御弁５８との間の管路６２中にもソレノイド式２ポジション型の制御弁６４が配置されている。この制御弁６４は、そのソレノイド６６に対して通電していないときには、ポート４８と主制御弁６４とを連通し、通電時にはポート４８を大気に開放する。
【００１７】
図１に示すように、シリンダ２２の上板６８からは、ベーン体２４の揺動軸２６の上端部が貫通して上方に延びている。この揺動軸２６の上部延長部にはロータリエンコーダ７０が接続されており、ベーン体２４の位置（揺動角）を検知できるようにしている。ロータリエンコーダ７０は、マイクロコンピュータ等からなる制御装置７２に接続されている。制御装置７２は、ロータリエンコーダ７０からの信号に応じて、空気圧制御回路５０における各制御弁５８，６４のソレノイド６０，６６への通電を制御する。
【００１８】
揺動軸２６の上部延長部はロータリエンコーダ７０を貫通して更に上方に突出しており、この突出部分には水平方向に延びるレバー７４が取り付けられている。また、シリンダ２２の上板６８上には、レバー７４の先端部と当接してこれを弾性的に押し戻すためのリターンロッド７６が取り付けられている。リターンロッド７６は、図４の二点鎖線で示すように、ベーン体２４が開端位置５４に達したときにレバー７４により押し込まれるよう、シリンダ上板６８上の１対の支持部材７８，８０間で摺動可能に支持されている。また、リターンロッド７６は、圧縮ばね８２により、その一端が常に一方の支持部材７８から突出するように支持されている。
【００１９】
このような構成において、シリンダキャビネット１２内の台座１６上に置かれた閉止状態のガス容器１４に対してバルブ開閉装置１０をセットする場合、まず、アクチュエータ２０のベーン体２４を閉端位置５２に配置しておき、次いで、チャック３６をバルブ３２の上方から下ろし、ハンドル３４の凹部にチャック３６のフィンガ４０を嵌合させる。
【００２０】
この後、バルブ３２を閉止状態から開放状態とすべく、その指令をコントロールパネル８４から入力すると、制御装置７２は主制御弁５８のソレノイド６０に通電を行う。このとき、制御弁６４のソレノイド６６は非通電状態で維持される。これにより、圧縮空気供給源５６から圧縮空気がアクチュエータ２０のポート４６に供給され、ベーン体２４が閉端位置５２から開端位置５４に揺動される。
【００２１】
ベーン体２４が開端位置５４に接近すると、ベーン体２４と共に揺動するレバー７４の先端部がリターンロッド７６の先端に当接し、圧縮ばね８２のばね力に抗してリターンロッド７６を押し込んでいく。そして、ベーン体２４が開端位置５４に達し、制御装置７２がロータリエンコーダ７０からの信号によりその状態を認識したならば、主制御弁５８のソレノイド６０への通電を停止してポジションを切り換えると共に、制御弁６４のソレノイド６６に通電する。この結果、両ポート４６，４８は大気に対して開放状態となり、圧縮ばね８２のばね力に抗する力が無くなるため、レバー７４及びベーン体２４はリターンロッド７６により閉端位置５２側に僅かに押し戻される。
【００２２】
ベーン体２４が閉端位置５２から開端位置５４に揺動している間、回転シャフト３０には自在継手機構４２が介在しているため、チャック３６のフィンガ４０は斜めとなった状態でバルブ３２のハンドル３４と係合するため、チャック３６がハンドル３４に対してスティッキングを起こすことがある。しかしながら、上述したように、ベーン体２４が開端位置５４から閉端位置５２側に僅かに戻されると、チャック３６のフィンガ４０はほぼ垂直に向きが正されるため、スティッキングが一旦生じたとしても、その状態は直ちに解消することとなる。従って、チャック３６とハンドル３４とは上下方向において摺動自在となり、たとえシリンダキャビット１２が温度変化により歪んでそれが回転シャフト３０に伝わっても、或は、温度変化により回転シャフト３０自体が伸縮したとしても、引張り力や圧縮力がチャック３６を経てハンドル３４に伝わることはない。よって、台座１６に内蔵された重量計による計測値は、実質的にガス容器１４のみの重量を示すものとなる。また、シリンダキャビット１２に衝撃や振動が加えられても、そのような衝撃力等がハンドル３４に伝えられることはなく、重量計からの計測値は安定したものとなる。
【００２３】
次に、バルブ３２を開放状態から閉止状態に戻す場合には、制御弁６４のソレノイド６６への通電を停止すれば、圧縮空気はポート４８に供給され、ベーン体２４は閉端位置５２に揺動してバルブ３２は閉止される。
【００２４】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に述べたが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００２５】
例えば、上記実施形態では、ベーン体が開端位置に達したことを検知する手段としてエンコーダを用いているが、リミットスイッチを用いることもできる。その場合、リミットスイッチの可動接触子をベーン体のレバーにより押すようにすれることが考えられるが、リミットスイッチ内のばねを、ベーン体を閉端位置側に押し戻すためのリターン手段として利用することも可能である。
【００２６】
また、ばね手段を用いずに、空気圧制御によりベーン体を開端位置から僅かに閉端位置側に戻すこともできる。
【００２７】
更に、上記実施形態ではアクチュエータはベーン揺動型のものであるが、直線運動型のアクチュエータにより適当な伝動機構を介してチャックを回転駆動させる構成を採ることもできる。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明の効果を確認するために行った実験結果について述べる。この実験では、本願出願人であるテイサン株式会社製のシリンダキャビネット・ＳＬシリーズを用い、図１〜図４に示した本発明の構成を適用した場合と、本発明を適用していない従来構成の場合とを比較した。ここで、リターンロッド（７６）の押戻し量は３．５ｍｍに設定した。また、ガス容器（１４）内には１０ｋｇのガスを封入し、バルブ開閉装置（１０）のチャック（３６）をバルブ（３２）に接続していない状態での重量計（１６）の計測値が１０ｋｇを示すよう初期設定を行った。更に、バルブ開放時にガスが放出されないようバルブ吐出口にはキャップを取り付けた。
【００２９】
まず、第１の実験では、バルブ開閉装置の揺動軸（２６）とガス容器（１４）のバルブのハンドル（３４）とを同軸に配置し、バルブの開閉を１００回行った。そして、バルブ開放時の重力計からの計測値を開閉毎に記録した。
【００３０】
図５はその実験結果のデータを示したグラフである。この図から、従来構成の場合には、計測値が最大１ｋｇの幅で変動しているのに対して、本発明が適用された場合には計測値が１０ｋｇ一定となっていることが分かる。
【００３１】
また、第２の実験では、バルブ開閉装置の揺動軸の軸線とバルブのハンドルの軸線とを水平方向において５ｃｍずらし、バルブの開閉を５０回行った。そして、第１の実験と同様に、バルブ開放時の重力計からの計測値を開閉毎に記録した。
【００３２】
図６はこの第２の実験結果のデータを示したグラフであるが、この図から、第１の実験と同様の結果が得られていることが分かる。
【００３３】
このような実験から本発明の優れた効果が確認された。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、バルブ開閉装置のチャックがハンドルに対して抜差し自在の状態で維持されるため、ガス容器はバルブ開閉装置から実質的に独立し、温度変化や衝撃等の影響を受けない。従って、ガス容器、すなわち容器内のガス残量を正確に計測することができ、ガスの制御や管理を高い精度で行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバルブ開閉装置を示す概略説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿っての断面図であり、ハンドルとチャックの係合状態を示す図である。
【図３】図１のIII-III線に沿っての断面図であり、アクチュエータの内部構造を示す図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿っての矢視図である。
【図５】第１の実験の結果を示すグラフである。
【図６】第２の実験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…バルブ開閉装置、１２…シリンダキャビネット、１４…ガス容器、１６…台座、２０…アクチュエータ、２２…シリンダ、２４…ベーン体（可動子）、３０…回転シャフト（伝動機構）、３２…バルブ、３４…ハンドル、３６…チャック、４０…フィンガ、５０…空気圧制御回路、５２…閉端位置（第１位置）、５４…開端位置（第２位置）、７０…ロータリエンコーダ（検知手段）、７２…制御装置、７４…レバー、７６…リターンロッド、８２…圧縮ばね。

Claims (1)

1. ガス容器のバルブを開閉するためのバルブ開閉装置であって、
   バルブを閉じる第１位置とバルブを開ける第２位置との間で空気圧により可動子が往復動される空気圧式のアクチュエータと、
   前記アクチュエータの前記可動子に伝動機構を介して接続され、前記バルブのハンドルを開閉操作すべく把持するチャックと、
   前記可動子が前記第２位置に達したことを検知する検知手段と、
   前記可動子が前記第２位置に達したことを前記検知手段が検知したときに、前記可動子を前記第２位置から前記第１位置の方向に所定距離だけ戻すリターン手段と、
   を備えるバルブ開閉装置であって、
   前記リターン手段が、
   前記可動子に一体的に設けられたレバーと、
   前記可動子が前記第２位置に達したときに、前記レバーにより押圧され付勢されるばね手段と、
   前記可動子が前記第２位置に達したことを前記検知手段が検知したときに、前記アクチュエータの内部を大気に対して開放する手段と、
   を備える、バルブ開閉装置。

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