JP6632255B2 - 流体制御器用アクチュエータ、冷却用ジャケット及び流体制御器 - Google Patents

Description

この発明は、半導体製造に用いられる流体制御器用アクチュエータ、冷却用ジャケット及び流体制御器に関し、特に、冷却手段を備えた流体制御器用アクチュエータ、流体制御器のアクチュエータで使用される冷却用ジャケット及び冷却手段を備えた流体制御器に関する。

流体制御器(91)として、図３に示すように、流体流入通路(92a)、流体流出通路(92b)および上方に向かって開口した凹所(92c)を有しているブロック状弁箱(92)と、弁箱(92)の凹所(92c)上部に下端部がねじ合わされて上方にのびる円筒状ボンネット(93)と、ボンネット(93)にねじ合わされたケーシング(94)と、流体流入通路(92a)の周縁に設けられた環状の合成樹脂製弁座(95)と、弁座(95)に押圧または離間されて流体流入通路(92a)を開閉するダイヤフラム（弁体）(96)と、ダイヤフラム(96)の中央部を押さえるダイヤフラム押さえ(97)と、ボンネット(93)およびケーシング(94)に内蔵されてダイヤフラム押さえ(97)を介してダイヤフラム(96)を弁座(95)に押圧・離間させるアクチュエータ（図示略）とを備えているものが知られている。

このような流体制御器では、アクチュエータとして、ステムと一体で上下移動するピストンと、ピストンが摺動可能に配されたケーシングと、ピストンを駆動するピストン駆動手段とを備えている。

常温における使用では、ピストン等におけるシールにゴム製（例えばフッ素ゴム製）のＯリングを使用することで、リーク等を防ぐことができる。しかし、流体制御器を高温環境下で使用する場合、ゴム製のＯリングでは、１５０℃程度が限界であるので、シール材を例えば金属製にした高温用オールメタルバルブを使用している。しかしながら、オールメタルバルブは、耐久性やシール性能がゴム製Ｏリングを使用するものに比べて劣るという問題があった。

特許文献１には、制御対象の流体の温度が２００℃を超えるような用途で使用される流体制御器として、冷却手段を備えたものが開示されている。特許文献１では、アクチュエータ等を冷却することで、金属製のシール材を使用しない構造を可能としている。

国際公開ＷＯ２０１３／０１８５３９号

上記特許文献１のものによると、既存の流体制御器を特許文献１のものに置き換えることで、高温条件での使用に適したものとなる。しかし、特許文献１のものでは、流体制御器ごとの交換を必要とするため、交換すべき流体制御器を準備し、流体制御器を交換するために設備を一度停止し、交換した後もガス置換や調整等を行うため、交換に要する手間および費用が多くかかるという問題があった。

この発明の目的は、高温で使用する流体制御器のアクチュエータの冷却を、手間および費用を抑えて行うことができる流体制御器用アクチュエータ、冷却用ジャケット及び流体制御器を提供することにある。

この発明による流体制御器用アクチュエータは、ステムを移動するピストンと、前記ピストンが摺動可能に配されたケーシングと、冷却手段とを備えた流体制御器用アクチュエータであって、前記ケーシングは、下ケーシング部と、下端部が前記下ケーシング部にねじ合わされる上ケーシング部とからなり、前記上ケーシング部は、周壁および頂壁を有しており、前記冷却手段は、前記上ケーシング部に着脱可能に取り付けられ、前記上ケーシング部との間に冷却流体を導通させる流体導通空間を形成するジャケットを備えており、前記上ケーシング部の前記頂壁の中央部に突出部が設けられて、前記突出部に、操作エア導入用の配管が接続される配管接続部を有する開口部が設けられており、前記ジャケットは、周壁および頂壁を有しており、前記ジャケットの前記頂壁に、前記突出部に嵌まり合う貫通孔が設けられているものである。

流体制御器は、アクチュエータ以外の構成として、例えば、流体通路が設けられた弁箱と、流体通路の周縁に設けられた弁座と、弁座に押圧または離間されて流体通路を開閉する弁体と、ケーシングと弁箱との間に配されたボンネットなどとを備えているものとされる。

アクチュエータ以外の構成は、既存の流体制御器と同一とされ、アクチュエータについては、冷却手段を構成するジャケットが着脱可能に取り付けられる。アクチュエータのケーシングとジャケットとを着脱可能とするためには、例えば嵌め合わせによってもよく、ねじ合わせによってもよい。

ケーシングは、例えば、下ケーシング部と、下端部が下ケーシング部にねじ合わされた上ケーシング部とからなる。なお、下ケーシング部は、既存の流体制御器の下ケーシング部と同じ形状とされ、上ケーシング部は、既存の流体制御器の上ケーシング部に、ジャケット取付けのための部分（例えば嵌め合わせに使用される突出部）が追加されたものであってもよい。

こうして、ジャケットがケーシングに着脱可能に取り付けられることで、ケーシング以外の構成は既存の流体制御器のものを使用することができ、高温で使用する流体制御器のアクチュエータの冷却を手間および費用を抑えて行うことができる。

ジャケットは、周壁および頂壁を有しており、ケーシングの頂壁の中央部に、操作エア導入用の配管が接続される配管接続部を有する開口部が設けられていることが好ましい。

このようにすることで、流体制御器が配管等に接続された状態であっても、アクチュエータ内を冷却するための冷却手段を付加することができる。

ケーシングの頂壁の中央部に、操作エア導入用の配管が接続される配管接続部を有する突出部が設けられており、ジャケットの頂壁に、前記突出部に嵌まり合う貫通孔が設けられていることが好ましい。

このようにすることで、ジャケットをケーシングに容易に取り付けることができる。

ケーシングの突出部の外周に、おねじが形成されており、ジャケットの貫通孔に、前記おねじにねじ合わされるめねじが設けられており、ジャケットがケーシングに着脱可能にねじ合わされていることがある。

ねじ合わせとすることで、取付けが簡単で、かつ、ジャケットがケーシングから容易には外れないようにすることができる。

冷却流体を導通させる流体導通空間に、螺旋状とされたフレキシブルチューブが配されており、フレキシブルチューブの一端部に入口継手が、フレキシブルチューブの他端部に出口継手がそれぞれ設けられていることがある。

フレキシブルチューブを使用することで、冷却流体の漏れを容易に防ぐことができる。

フレキシブルチューブは、ステンレス鋼などの適宜な金属製とされる。フレキシブルチューブは、ケーシングに直接接触するようになされてもよく、例えばアルミニウムなどの金属製で伝熱効率のよい伝熱部材を介して、ケーシングに接触するようになされてもよい。伝熱部材は、シートであってもよく、一方の面がケーシングの周壁外周面に沿い、他方の面が螺旋状に巻かれたフレキシブルチューブに沿う形状を有するスペーサであってもよい。

ジャケットの周壁に、これを貫通して流体導通空間に連通している入口部および出口部が設けられており、ジャケットの頂壁の下面とケーシングの頂壁の上面との間およびジャケットの周壁の内周面とケーシングの周壁の外周面との間に、それぞれシール部材が設けられていることがある。

このようにすることで、フレキシブルチューブを使用することなく、冷却流体通路を形成することができる。

冷却流体の流す方向はどちらでもよいが、重力と逆に冷却流体を流す方が、流体導通空間内部が水で充満できることから、冷却流体の入口は、流体導通空間の下端部に、冷却流体の出口は、流体導通空間の上端部に設けられていることがより好ましい。

この発明による冷却用ジャケットは、流体制御器のアクチュエータに取り付けられる冷却用ジャケットであって、前記アクチュエータのケーシングの側面を覆う周壁と、前記周壁に設けられ、前記ケーシングの上部を覆う頂壁とを有し、前記ケーシングの前記側面と前記周壁との間に、冷却流体を導通させる流体導通空間を備えているものである。

ジャケットの頂壁には、ケーシングの頂壁の中央部に設けられた突出部に嵌まり合う貫通孔が設けられていることが好ましい。

ジャケットは、既設の流体制御器のアクチュエータに、上部から着脱容易な構造であることが好ましい。

この発明による流体制御器は、流体通路が設けられた弁箱と、前記流体通路の周縁に設けられた弁座と、前記弁座に押圧または離間されて前記流体通路を開閉する弁体と、前記弁体を上下移動させるアクチュエータとを備えている流体制御器において、前記アクチュエータのケーシングに着脱可能に取り付けられ、前記ケーシングとの間に冷却流体を導通させる流体導通空間を形成するジャケットを備えているものである。

この発明の流体制御器用アクチュエータによると、ケーシングに着脱可能に取り付けられ、ケーシングとの間に冷却流体を導通させる空間を形成するジャケットを備えているので、ケーシング以外の構成は既存の流体制御器のものを使用することができ、また、流体制御器が配管等に接続された状態であっても容易に取り付けることが可能で、高温で使用する流体制御器のアクチュエータの冷却を手間および費用を抑えて行うことができる。

図１は、この発明による流体制御器用アクチュエータの第１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、この発明による流体制御器用アクチュエータの第２実施形態を示す縦断面図である。 図３は、従来の流体制御器を示す縦断面図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、上下は図の上下をいうものとする。

図１は、この発明による流体制御器用アクチュエータの第１実施形態を示している。

流体制御器用アクチュエータ(1)は、エアオペレーションバルブと称されている流体制御器で使用されるもので、流体制御器は、アクチュエータ(1)の他、流体流入通路および流体流出通路を有しているブロック状弁箱、流体流入通路の周縁に設けられた弁座、弁座に押圧または離間されて流体流入通路を開閉するダイヤフラム（弁体）、弁箱に下端部がねじ合わされて上方にのびる円筒状ボンネットなどを備えており、図１には、ボンネット(2)の上端部だけを示している。

流体制御器用アクチュエータ(1)は、ボンネット(2)上方に設けられたケーシング(3)と、ダイヤフラムを弁座に押圧・離間させるステム(4)と、ケーシング(3)に摺動可能に収納されてステム(4)と一体で上下する上下ピストン(5)(6)と、ステム(4)を下向きに付勢する圧縮コイルバネ（付勢部材）(7)と、操作エアによって上下ピストン(5)(6)を上下移動させるピストン駆動手段(8)と、アクチュエータ(1)を冷却する冷却手段(9)とを備えている。

ボンネット(2)は、めねじ(11a)が中央部に設けられており、ステム(4)を上下移動可能に挿通させる頂壁(11)を有している。

ケーシング(3)は、下ケーシング部(12)と、下端部が下ケーシング部(12)にねじ合わされた上ケーシング部(13)とからなる。

下ケーシング部(12)は、ステム(4)を上下移動可能に挿通させる貫通孔(14a)が中央部に設けられた底壁(14)と、円筒状の周壁(15)とを有している。貫通孔(14a)の周縁部には、下方に突出する円筒状の下方突出部(16)が設けられている。下方突出部(16)の下部の外周には、おねじ(16a)が形成されており、おねじ(16a)の上部にロックナット(17)がねじ合わされている。おねじ(16a)の下部は、ボンネット(2)の頂壁(11)に形成されためねじ(11a)にねじ合わされている。

上ケーシング部(13)は、円筒状の周壁(18)と、頂壁(19)とを有している。頂壁(19)の中央部には、上方に突出する円筒状の突出部(20)が設けられている。

突出部(20)には、突出部(20)を軸方向に貫通し、配管接続部を有する開口部(20a)が設けられている。突出部(20)の外周には、おねじ(20b)が形成されている。頂壁(19)には、突出部(20)の開口部(20a)に連なって下方に開口するステム案内孔(19a)が設けられており、ステム案内孔(19a)に、ステム(4)の上端部が摺動可能に挿入されている。

下ケーシング部(12)と上ケーシング部(13)との間に、上下ピストン(5)(6)間に位置するカウンタプレート(21)が固定されている。

ピストン駆動手段(8)は、ステム(4)を上方に移動させるために、開口部(20a)から導入される操作エアを上下ピストン(5)(6)に作用させるもので、そのための上側の操作エア導入室(22)および下側の操作エア導入室(23)が各ピストン(5)(6)の下方に形成されている。

ステム(4)には、操作エア導入室(22)(23)に操作エアを送るための軸方向通路(4a)および径方向通路(4b)(4c)が設けられている。軸方向通路(4a)は、ステム案内孔(19a)を介して開口部(20a)に連通させられている。

上下ピストン(5)(6)とステム(4)との間、カウンタプレート(21)とステム(4)との間、上下ピストン(5)(6)と上下ケーシング部(13)(12)との間、カウンタプレート(21)と上ケーシング部(13)との間、およびステム(4)と上下ケーシング部(13)(12)との間には、それぞれＯリング(24)(25)(26)(27)(28)(29)(30)(31)が配置されている。

これらのＯリング(24)(25)(26)(27)(28)(29)(30)(31)は、ゴム製であるため、耐熱温度が１５０℃程度となっている。したがって、２００℃を超えるような高温環境下では、十分な耐久性が得られないという問題がある。２００℃を超えるような高温環境下で使用するためには、Ｏリング(24)(25)(26)(27)(28)(29)(30)(31)に代えて、例えば金属製のシール部材を使用することが考えられるが、金属製のシール部材は、上下ピストン(5)(6)が上下移動を繰り返すことに対する耐久性がＯリング(24)(25)(26)(27)(28)(29)(30)(31)に比べて劣っている。

そこで、この実施形態では、冷却手段(9)によってアクチュエータ(1)内を冷却することで、Ｏリング(24)(25)(26)(27)(28)(29)(30)(31)の使用を可能として、耐久性の向上が図られている。

冷却手段(9)は、ケーシング(3)との間に円筒状の冷却流体を導通させる流体導通空間(42)を形成するジャケット(41)と、流体導通空間(42)内に配されたフレキシブルチューブ(43)とを備えている。

フレキシブルチューブ(43)は、上下に互いに重なるように螺旋状に巻かれており、流体導通空間(42)の下端から下方に突出したフレキシブルチューブ(43)の下端部に入口継手(44)が設けられており、流体導通空間(42)の上端から上方に突出したフレキシブルチューブ(43)の上端部に出口継手(45)が設けられている。

ジャケット(41)は、円筒状の周壁(46)と、周壁(46)の上端部に一体に設けられた頂壁(47)とからなる。頂壁(47)の中央部には、上ケーシング部(13)の頂壁(19)の突出部(20)に設けられたおねじ(20b)にねじ合わされるめねじ(48a)が形成された貫通孔(48)が設けられている。おねじ(20b)とめねじ(48a)とのねじ合わせにより、ジャケット(41)は、上ケーシング部(13)に着脱可能に取り付けられている。

頂壁(47)の下面は、中央部(47a)が低く、外周縁部(47c)が高くなされており、中央部(47a)と外周縁部(47c)との間に中間の高さの中間部(47b)がある形状とされている。

したがって、ジャケット(41)が上ケーシング部(13)に締め付けられた状態で、ジャケット(41)の頂壁(47)の下面の中央部(47a)が上ケーシング部(13)の頂壁(19)上面に当接し、ジャケット(41)の頂壁(47)の下面の中間部(47b)と上ケーシング部(13)の頂壁(19)上面との間に、隙間ができている。上ケーシング部(13)の頂壁(19)には、ジャケット(41)の頂壁(47)の下面の中間部(47b)と上ケーシング部(13)の頂壁(19)上面との間の隙間に連通するようにエア抜き用の貫通孔(49)が設けられている。

フレキシブルチューブ(43)の下端の入口継手(44)から導入された冷却流体（例えば水）は、フレキシブルチューブ(43)内を下から上に向かって螺旋状に流れ、フレキシブルチューブ(43)の上端の出口継手(45)から排出される。なお、入口継手(44)および出口継手(45)は逆であってもよく、上側に入口継手(44)を設けて冷却流体を供給し、下側の出口継手(45)から排出するようにしてもよい。

図２は、この発明による流体制御器用アクチュエータの第２実施形態を示している。第２実施形態は、第１実施形態と冷却手段(9)(50)のみが相違しており、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略する。

第２実施形態の流体制御器用アクチュエータの冷却手段(50)は、ケーシング(3)との間に円筒状の冷却流体を導通させる流体導通空間(52)を形成するジャケット(51)を備えている。

ジャケット(51)は、円筒状の周壁(53)と、周壁(53)の上端部に一体に設けられた頂壁(54)とからなる。頂壁(54)の中央部には、上ケーシング部(13)の頂壁(19)の突出部(20)に設けられたおねじ(20b)にねじ合わされるめねじ(55a)が形成された貫通孔(55)が設けられている。おねじ(20b)とめねじ(55a)とのねじ合わせにより、ジャケット(51)は、上ケーシング部(13)に着脱可能に取り付けられている。

ジャケット(51)の周壁(53)には、下端部近くで周壁(53)を径方向に貫通して流体導通空間(52)の下端部に連通している入口部(56)と、上端部近くで周壁(53)を径方向に貫通して流体導通空間(52)の上端部に連通している出口部(57)とが設けられている。

入口部(56)には、入口継手(58)が設けられており、出口部(57)には、出口継手(59)が設けられている。なお、入口部(56)と出口部(57)の位置は、上下逆であってもよく、上下ではなく、左右の位置関係になっていてもよい。

頂壁(54)の下面は、面一とされており、ジャケット(51)が上ケーシング部(13)に締め付けられた状態で、ジャケット(51)の頂壁(54)の下面が上ケーシング部(13)の頂壁(19)上面に当接している。

ジャケット(51)の頂壁(54)の下面と上ケーシング部(13)の頂壁(19)上面との間に、Ｏリング（シール部材）(60)が設けられており、これにより、ジャケット(51)の頂壁(54)と上ケーシング部(13)の頂壁(19)との間から、冷却流体が漏れることが防止されている。

ジャケット(51)の周壁(53)の内周面と上ケーシング部(13)の周壁(18)の外周面との間にも、Ｏリング（シール部材）(61)が設けられており、これにより、ジャケット(51)の周壁(53)と上ケーシング部(13)の周壁(18)との間から、冷却流体が漏れることが防止されている。

ジャケット(51)の頂壁(54)および上ケーシング部(13)の頂壁(19)を貫通するように、エア抜き用の貫通孔(62)が設けられている。

入口継手(58)から導入された冷却流体は、流体導通空間(52)内を満たし、出口継手(59)から排出される。

上記第１および第２の実施形態の流体制御器用アクチュエータ(1)によると、高温環境下のために高温オールメタルバルブしか使用できなかったエアオペレーションバルブにおいて、環境温度が高くても、冷却することで、Ｏリングが使用可能となり、高温環境下でのアクチュエータ(1)の耐久性を向上させることができる。また、耐久性が向上することで、部品の交換頻度を下げることができる。なお、アクチュエータ(1)のケーシング(3)内だけを冷却するので、アクチュエータ(1)の冷却が弁箱、すなわち、制御する流体の高温維持の阻害になることはない。

上記各実施形態において、アクチュエータ(1)を除いた部分の構成は、各種弁の種々の構成とすることができる。そして、ジャケット(41)(51)と上ケーシング部(13)とは、めねじ(48a)(55a)とおねじ(20b)とのねじ合わせにより、着脱可能とされているが、ねじ合わせに限定されるものではなく、めねじ(48a)(55a)が設けられていない貫通孔(48)(55)とおねじ(20b)が設けられていない突出部(20)との嵌め合い（中間ばめ程度の嵌め合いまたはＯリングのようなシール部材を介しての嵌め合い）としてもよく、また、Ｃリングのような結合部材を用いた結合であってもよい。その場合、突出部(20)がなくても、ジャケット(41)(51)の頂壁(47)(54)及び周壁(46)(53)とＣリングとでアクチュエータ(1)を覆う構成になるため、ジャケット(41)(51)が外れることはない。また、ピストン(5)(6)の数は、２つに限られるものではなく、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。さらに、アクチュエータ(1)は、上ケーシング部(13)と下ケーシング部(12)のねじ込みによって構成されるケーシング(3)だけに限らず、上ケーシング部(13)と下ケーシング部(12)とが、溶接、カシメ、溶着等によって一体化したケーシングであってもよい。

(1)：流体制御器用アクチュエータ
(3)：ケーシング
(4)：ステム
(5)(6)：ピストン
(9)：冷却手段
(19)：頂壁
(20)：突出部
(20a)：開口部
(20b)：おねじ
(41)：ジャケット
(42)：流体導通空間
(43)：フレキシブルチューブ
(44)：入口継手
(45)：出口継手
(46)：周壁
(47)：頂壁
(48)：貫通孔
(48a)：めねじ
(50)：冷却手段
(51)：ジャケット
(52)：流体導通空間
(53)：周壁
(54)：頂壁
(55)：貫通孔
(55a)：めねじ
(56)：入口部
(57)：出口部
(60)：Ｏリング（シール部材）
(61)：Ｏリング（シール部材）

Claims (6)

1. ステムを移動するピストンと、前記ピストンが摺動可能に配されたケーシングと、冷却手段とを備えた流体制御器用アクチュエータであって、
   前記ケーシングは、下ケーシング部と、下端部が前記下ケーシング部にねじ合わされる上ケーシング部とからなり、前記上ケーシング部は、周壁および頂壁を有しており、
   前記冷却手段は、前記上ケーシング部に着脱可能に取り付けられ、前記上ケーシング部との間に冷却流体を導通させる流体導通空間を形成するジャケットを備えており、
   前記上ケーシング部の前記頂壁の中央部に突出部が設けられて、前記突出部に、操作エア導入用の配管が接続される配管接続部を有する開口部が設けられており、
   前記ジャケットは、周壁および頂壁を有しており、前記ジャケットの前記頂壁に、前記突出部に嵌まり合う貫通孔が設けられている流体制御器用アクチュエータ。
2. 前記突出部の外周に、おねじが形成されており、前記貫通孔に、前記おねじにねじ合わされるめねじが設けられており、前記ジャケットが前記上ケーシング部に着脱可能にねじ合わされている請求項１の流体制御器用アクチュエータ。
3. 前記流体導通空間に、螺旋状とされたフレキシブルチューブが配されており、前記フレキシブルチューブの一端部に入口継手が、前記フレキシブルチューブの他端部に出口継手がそれぞれ設けられている請求項１または２に記載の流体制御器用アクチュエータ。
4. 前記ジャケットの前記周壁に、前記流体導通空間に連通している入口部および出口部が設けられており、前記ジャケットの前記頂壁の下面と前記上ケーシング部の前記頂壁の上面との間および前記ジャケットの前記周壁の内周面と前記上ケーシング部の前記周壁の外周面との間に、それぞれシール部材が設けられている請求項１または２に記載の流体制御器用アクチュエータ。
5. 前記流体導通空間への冷却流体の入口は、前記流体導通空間の下端部に、前記流体導通空間からの冷却流体の出口は、前記流体導通空間の上端部に設けられている請求項３または４の流体制御器用アクチュエータ。
6. 流体通路が設けられた弁箱と、前記流体通路の周縁に設けられた弁座と、前記弁座に押圧または離間されて前記流体通路を開閉する弁体と、前記弁体を上下移動させるアクチュエータとを備えている流体制御器において、
   前記アクチュエータは、請求項１から５までのいずれかに記載の流体制御器用アクチュエータである流体制御器。

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