JPH11325303A - シリンダー装置及びシリンダー式開閉弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種の流体圧力に融通性良く対応して高出力
化ができると共にシリンダー径と高さを小さく抑えたシ
リンダー装置およびシリンダー式開閉弁を提供するこ
と。 【解決手段】 シリンダー本体２０と、中央部に貫通孔
３１を有し、シリンダー本体２０内を区画するように軸
方向に積み重ねて固設した複数個の隔壁体３ｂ〜３ｄ
と、この隔壁体３ｂ〜３ｄのそれぞれに対向配置して圧
力室６ａ〜６ｄを形成すると共に、中央部には隔壁体の
貫通孔３１に嵌合する軸部４１と作動流体の通路を形成
する貫通通路４２を備えた複数個のピストン体４ａ〜４
ｄと、押圧力を各ピストン体４ａ〜４ｄを介して作用さ
せるばね部材５とからなり、前記ピストン体４ａ〜４ｄ
を積み重ねることによって形成された通路４２と横方向
の通路４４から各圧力室６ａ〜６ｄに作動流体を封入し
たとき、ばね部材５の付勢方向とは逆方向へ流体圧が作
用するようにして閉弁または開弁させるようにしたシリ
ンダー式開閉弁である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型で高出力を発
生できるシリンダー装置に関するものである。また、こ
のシリンダー装置を備え駆動力を増大させて高圧流体を
開閉することが出来るシリンダー式開閉弁に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造装置などでは各種のプ
ロセスガスが用いられているが、これらの流体の配管に
は清浄度を保つためにメタルダイアフラム弁が用いられ
ている。これらの流体の中には高圧で用いられることも
あり、したがって、高圧流体でも締め切ることの出来る
高出力アクチュエータを備えたメタルダイアフラム弁
（シリンダー式開閉弁）が必要となる。プロセスガスの
配管は、近年、ねじ込み継手を用いないでフラットフェ
イスのベースに直接機器を取り付けるモジュールと呼ば
れる配管が要求されている。このときシリンダー式開閉
弁もベースにボルトなどで取り付けられるのであるが、
シリンダー装置が大きいと、その分ベースも大きくなり
モジュール化に適していない。また、シリンダーキャビ
ネットでは高圧の配管があることから小型で且つ高出力
のシリンダー装置が望まれていた。

【０００３】従来、シリンダー装置を小型にするには、
ピストンを多段にすることが有効である。多段にすると
シリンダー径が同一であれば高出力となるため、小型化
と高出力化が同時に達成できる。多段式のシリンダー装
置としては、例えば実公平６−３９１８７号公報に開示
され図３に示すものがある。これは、シリンダー９０内
に隔壁板９１を固定することによりシリンダー内を第１
シリンダー室９２と第２シリンダー室９３に区分すると
共に、各室に第１ピストン９４および第２ピストン９５
をそれぞれ摺動自在に嵌合し、各ピストンの同一方向面
９６に流体圧が掛かるように中心軸９７に流体通路９８
を形成したものであった。従って、ピストンに掛かる受
圧面積が倍増することから弁軸９７に作用させるばね力
９９も倍増させることができ、これにより高圧流体を締
め切ることが出来るものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記シ
リンダー装置では結局は出力が２倍に増えるだけで、あ
らゆる圧力範囲の流体用のシリンダー装置としては未だ
不充分であった。そこで、さらにピストンを増やして多
段にすることが考えられるが、シリンダー内には、隔壁
板、ピストン及び中心軸と構成部品が多く構造が複雑で
大型化してしまう、特に中心軸に形成する作動流体の通
路を機械加工することは面倒なことで且つコストアップ
を招くことになっていた。以上のことから、従来のシリ
ンダー装置あるいはシリンダー式開閉弁では、多段形の
シリンダー装置にすることはできるが、これを小型化す
ることが出来なかった。

【０００５】そこで、本発明は、上記問題を解消するも
ので、各種の流体圧力に融通性良く対応できるシリンダ
ー構造とし、かつシリンダー径と高さを小さく抑えた高
出力型のシリンダー装置を、またこのシリンダー装置を
備えたシリンダー式開閉弁を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダー本
体と、中央部に貫通孔を有し、前記シリンダー本体内を
区画するように軸方向に積み重ねて固設した複数個の隔
壁体と、前記隔壁体のそれぞれに対向配置して圧力室を
形成すると共に、中央部には前記隔壁体の貫通孔に嵌合
する軸部と作動流体の通路を形成する貫通路を備えた複
数個のピストン体と、前記押圧力を前記各ピストン体を
介して作用させるばね部材と、からなり、前記ピストン
体を積み重ねることによって形成された通路から前記各
圧力室に作動流体を封入したとき、前記ばね部材の付勢
方向とは逆方向へ流体圧が作用するようにして押す又は
引く動作をさせるようにしたシリンダー装置である。

【０００７】上記において、前記隔壁体とピストン体と
によって形成される圧力室の対向面は、相互に噛み合う
傾斜面とすることが望ましい。また、前記隔壁体と前記
ピストン体との間を密封シールするシールリング（通常
はＯリング）の装着部は、隔壁体側の壁とピストン体側
のつばによって形成されている。さらに、前記隔壁体と
ピストン体とによって形成される圧力室は、前記開閉弁
の閉め切り流体圧力に応じて積み重ねる個数が設定され
得るようになっている。そして、上記したシリンダー装
置をメタルダイアフラム弁などの開閉弁に用いれば、高
出力型のシリンダー式開閉弁を得ることが出来る。

【０００８】以上のように本発明のシリンダー装置で
は、隔壁体およびピストン体は実質的に同一形状のもの
を複数個用意し、これを使用流体圧力に応じて積層数を
増減すればよい。これによって各種の流体圧力に対して
簡単に対処することが出来る。また、各隔壁体と各ピス
トン体を中央の貫通孔と突起部を嵌合して積み重ねる構
造とすることによって自然と作動流体の通路が形成され
る。よって、中心軸や流体通路の加工が不要となると共
に、シリンダー径の小型化が計れる。さらに、各隔壁体
と各ピストン体を傾斜面で噛み合わせると共に圧力室の
内外シールリング（Ｏリング）を両者間の壁とつばの間
に装着保持するようにしたから、シールリング溝の加工
が不要となると共に、シリンダー高さの小型化が計れ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。図１は、本発明のシリンダー装置を
備えたノーマリークローズ型のシリンダー式開閉弁の断
面図である。図２は、隔壁体とピストン体の部分拡大図
である。尚、図中同一箇所については符号を省略してい
る場合がある。この開閉弁１の弁箱１０には、一方に入
口側継手部１１と逆Ｌ字状の流入流路１２、他方にＬ字
状の流出流路１３と出口側継手部１４とが形成され、流
入流路１２の上端開口部には合成樹脂製の弁座１５がカ
シメ手段によって取付けられている。この弁座１５に対
向して上方に膨らんだ部分球殻形状の金属ダイヤフラム
１６が設置されており、この金属ダイアフラム１６は、
Ｃｏ基合金やＮｉ−Ｃｏ合金等からなり弾性と高耐食性
を備えている。図では分かり難いが中央部が若干膨出し
周縁が平坦となっており、この周縁部を段差部とダイア
フラム押さえ１７との間で密封挟着し外部シールを行っ
ている。そして、金属ダイアフラム１６の上部には、大
きな曲率面を持ったスラストボタン１８が置かれてい
る。

【００１０】本実施例では開閉弁１の上部に直接シリン
ダー装置２が取り付けられている。本例ではふた部材１
９を弁箱上部のめねじに直接ねじ込み、さらにこのふた
１９に対しシリンダー本体２０をねじ込んで組立ってい
る。尚、このようにふた１９とシリンダー本体２０は直
接接続するとコンパクトになるので望ましいが、ふたを
袋ナットで締めるようにして両者の間に他の部材を介入
して構成する場合もある。前記シリンダー本体２０の内
部は、ふた１９の上部周縁端２１の上に本例では３個の
隔壁体３ｂ、３ｃ、３ｄを積み重ねてシリンダー本体内
を４つの部屋ａ、ｂ、ｃ、ｄに区画している。各隔壁体
３ｂ、３ｃ、３ｄは、中央に貫通孔３１を有する中空円
盤状であり、それぞれ突出した周縁部３２上に積み重ね
るようになっている。

【００１１】さらに、各隔壁体３ｂ、３ｃ、３ｄの貫通
孔３１内には、相互に分離可能で上下動自在にしたピス
トン体４ａ、４ｂ、４ｃの軸部４１がそれぞれ挿入嵌合
され、且つピストン体同士の軸部上下端は連接している
（正確には下記する横方向の作動流体の通路を除く部分
が接触している）。さて、本例のピストン体は、下部ピ
ストン体４ａと中間ピストン体４ｂ、４ｃ及び上部ピス
トン体４ｄの４個あり、共に中央に作動流体の通路とな
る貫通路４２と軸部４１を、その回りにピストン部４３
を有している。下部ピストン体４ａは、前記スラストボ
タン１９を押圧する弁棒の働きをなす弁棒軸４５と縦方
向の貫通路４２及び横方向の貫通路４４を有している。
他方、上部ピストン体４ｄは、シリンダー本体２０の圧
力導入孔２４と摺動するように嵌合した中央軸部４６と
貫通路４２を有している。尚、ピストン体４ａ、４ｂ、
４ｃの軸部４１の上端は、一部を切り欠いて作動流体を
各圧力室に導く横方向通路４４（図２参照）が形成され
ているが、その他の部分は図１のように積層状態で軸方
向に接触している。

【００１２】隔壁体３ｂ〜３ｄと、ピストン体４ａ〜４
ｄとの嵌合部と噛み合い部は、それぞれ内側Ｏリング７
と外側Ｏリング８を介して対向配置されており、両者の
間に圧力室６ａ〜６ｄを形成している。この圧力室には
隔壁体とピストン体を積み重ねることによって形成され
た作動流体の軸方向通路４２と横方向通路４４が通じて
いる。また、本例の圧力室の内、隔壁体３ｂ〜３ｄとピ
ストン体４ｂ〜４ｄの各対向面は、図示するように相互
に噛み合う傾斜面となしている。すなわち、隔壁体側は
上面を内から外に向かって傾斜した山形状３３となし、
他方のピストン体側は下面を外から内に向かって傾斜し
た谷形状４７として両者を噛み合わせて圧力室６ｂ〜６
ｄを傾斜面状に形成したものである。このように、傾斜
面としたことによって内外のＯリング７、８の装着部の
上下方向の寸法に余裕を持たせられると共に、隔壁体と
ピストン体の強度を保持して、全体的には図の上下方向
の寸法を小さくすることが出来る。

【００１３】さらに各ピストン体４ａ〜４ｄは上下に移
動するのであるが、このときの内外Ｏリング７、８は、
圧力を一方向から受けるのでピストン側に圧力を受けた
Ｏリングを支えるつば４８ａと４８ｂを設け、その反対
側にはＯリングが外れないための壁３４ａと３４ｂを隔
壁体側に設けている。このようにすることにより、従来
のようなＯリングの凹溝加工が不要となり、Ｏリングの
挿入と保持が容易になる。また、図２に示す３４ａと４
８ｂの下部分の肉厚は従来のものでは薄くたわみや歪み
が生じていたが、ここでは厚肉となり強度を高くできて
いる。さらに、高さ方向の寸法を小さくすることがで
き、シリンダー装置全体をコンパクトにすることができ
る。

【００１４】次ぎに、シリンダー本体２０の上部であっ
て上部ピストン体４ｄのピストン部４３の上面には、皿
ばね５が複数段にわたって配置されている。この皿ばね
５は、常時各ピストン体４ａ〜４ｄを下方に押圧し、ス
ラストボタン１９を介して金属ダイアフラム１６を弁座
１５に押し付ける力を発生させている。従って、金属ダ
イアフラム１６は常時弁座１５に着座して閉弁状態にあ
る。このときの閉め切り流体圧力に応じて皿ばね５の力
や個数を設定することになる。また、逆に言えばこのと
きの皿ばねの力に抗するだけの力を発生するように上記
圧力室の数、即ち、隔壁体とピストン体の積層個数を設
定することが必要となる。尚、皿ばねはコイルばねに比
べ高荷重と小さなたわみ（弁のリフトが小さいので小さ
なたわみで良い。）の場合は全体としてコンパクトにで
きる点で有利である。しかし、言うまでもないがスペー
スが許されればコイルばねでも差し支えない。シリンダ
ー本体２０の上端には作動流体（この場合空気圧）の導
入口２３を、側壁には皿ばね５を配置した部屋を大気に
連通させる連通孔２５が形成されている。同様にピスト
ン体が配置された部分に対しては連通孔２６が形成され
ている。

【００１５】上記のように構成されたシリンダー式開閉
弁によれば、先ず、シリンダー本体２０の流体圧導入口
２３から作動流体圧を導入しない状態では、上記した通
り皿ばね５の押圧力が各ピストン体４ａ〜４ｄに伝達さ
れて閉弁状態にある。この状態から流体圧（空気圧）が
導入口２３から供給されると、その圧力は、縦方向の流
体通路４２と横方向の流体通路４４を通じて各圧力室６
ａ〜６ｄに封入される。すると各ピストン体４ａ〜４ｄ
の上面、即ち皿ばね５の力が作用している面とは反対方
向の面に封入圧が作用し、この合成力が皿ばね５の力に
打ち勝って各ピストン体４ａ〜４ｄを軸方向に上昇させ
る。その結果、金属ダイアフラム１６を押す力は解除さ
れ、金属ダイアフラム自身の復元力と流体圧力によって
金属ダイアフラム１６が弁座１５から離れて開弁状態と
なる。

【００１６】本実施例のシリンダー式開閉弁は上記した
作動をして高出力を達成できる。さらに、ほぼ同形状の
隔壁体とシリンダー体を複数個用意しておけば、流体圧
力がさらに高い仕様になっても適宜積み重ねるだけでシ
リンダー出力を増大させて対応できる。また、特に従来
のようにシリンダーの中心軸がなくても作動流体の通路
が形成されるので、構造が簡単で特にシリンダー本体の
径方向寸法を小さくすることが出来る。さらに、各隔壁
体とシリンダー体を傾斜面で噛み合わせる構造とするこ
とによってシリンダー本体の長さ方向寸法を小さくする
ことが出来る。これらのシリンダー開閉弁は、例えば半
導体製造装置の配管系を集約したシリンダーキャビネッ
トやモジュールに組み込まれるが、シリンダー径はおよ
そ２０〜２８ｍｍ程度にできるので、キャビネットもコ
ンパクトにできる。

【００１７】本発明の他の実施例としては、ノーマリー
オープン形の開閉弁に実施することが出来る。この場合
は上記したノーマリクローズ形のシリンダー装置に対
し、皿ばねをピストン体を常に上方に押し上げる位置に
変更すればよい。また、中間ピストン体を３個、４個と
積み重ねた実施例もできる。また、以上はシリンダー式
開閉弁についての実施例を示したが、シリンダー装置を
別の用途に使えることは言うまでもない。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、各種の使用流体圧力に
対応して、シリンダー出力を高出力に設定できるシリン
ダー装置となった。また、構造が簡素で難しい加工が少
なく、シリンダーの径方向と高さ方向の両方を小さく抑
えることができる。よって、安価でコンパクトなシリン
ダー装置およびシリンダー式開閉弁を提供することがで
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すシリンダー式開閉弁
の縦断面図である。

【図２】 図１の隔壁体とピストン体の部分拡大図であ
る。

【図３】 従来のシリンダー式開閉弁の一例を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１：開閉弁の弁箱 ２：シリンダ
ー装置 ３（３ｂ〜３ｄ）：隔壁体 ４（４ａ〜４
ｄ）：ピストン体 ５：皿ばね ６（６ａ〜６
ｄ）：圧力室 ７、８：Ｏリング １１、１４：入側及び出側継手部 １２、１３：流入及び流出流路 １５：弁座 １６：金
属ダイアフラム １７：ダイアフラム押さえ １８：スラス
トボタン １９：ふた ２０：シ
リンダー本体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 シリンダー本体と、中央部に貫通孔を有
   し、前記シリンダー本体内を区画するように軸方向に積
   み重ねて固設した複数個の隔壁体と、前記隔壁体のそれ
   ぞれに対向配置して圧力室を形成すると共に、中央部に
   は前記隔壁体の貫通孔に嵌合する軸部と作動流体の通路
   を形成する貫通通路を備えた複数個のピストン体と、前
   記押圧力を前記各ピストン体を介して作用させるばね部
   材と、からなり、前記ピストン体を積み重ねることによ
   って形成された通路から前記各圧力室に作動流体を封入
   したとき、前記ばね部材の付勢方向とは逆方向へ流体圧
   が作用するようにして押す又は引く動作をさせることを
   特徴とするシリンダー装置。
2. 【請求項2】 前記隔壁体と前記ピストン体とによって
   形成される圧力室の対向面は、相互に噛み合う傾斜面と
   したことを特徴とする請求項１記載のシリンダー装置。
3. 【請求項3】 前記隔壁体と前記ピストン体との間を密
   封シールするシールリングの装着部は、隔壁体側の壁と
   ピストン体側のつばによって形成したことを特徴とする
   請求項１又は２記載のシリンダー装置。
4. 【請求項4】 前記隔壁体とピストン体とによって形成
   される圧力室は、前記開閉弁の閉め切り流体圧力に応じ
   て積み重ねる個数が設定され得るようになっていること
   を特徴とする請求項１乃至３記載のシリンダー装置。
5. 【請求項5】 前記請求項１乃至４項に記載のシリンダ
   ー装置からの押圧力を受けて弁箱内の弁体を移動させて
   閉弁および開弁するようにしたことを特徴とするシリン
   ダー式開閉弁。