特開 2023-125823 流体分配供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023125823

(43)【公開日】2023-09-07

(54)【発明の名称】流体分配供給装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 11/06 20060101AFI20230831BHJP

【ＦＩ】

F16K11/06 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022030139

(22)【出願日】2022-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】390033857

【氏名又は名称】株式会社フジキン

(72)【発明者】

【氏名】小原 俊治

【テーマコード（参考）】

3H067

【Ｆターム（参考）】

3H067AA12

3H067CC55

3H067CC60

3H067DD03

3H067DD12

3H067DD32

3H067DD45

3H067EA05

3H067ED02

3H067GG03

3H067GG27

3H067GG28

(57)【要約】

【課題】ステッピングモータのような高価なモータを用いることなく、また、モータを長期間に亘り使用可能な流体分配供給装置を提供する。
【解決手段】内部の中空部２０と連通する複数の排気ポート２１を側面に形成した筒状の本体２と、連通する流入口３２と流出口３３とを形成し、本体２の中空部２０に回転可能に嵌装される柱状のプラグ３と、プラグ３と係合する、ゼネバ歯車４０を周面に形成した従動伝達軸４と、ゼネバ歯車４０の係合溝部４１と係合する係合ピン５１を有し、駆動機構６によって回転する駆動伝達軸５とを備え、プラグ３は、一端側に従動伝達軸４が係合する係合部３０、他端側に作動用の流体の流入口３２を形成するとともに、中空部２０の内周面に摺接する大径部３１の外周面に、作動流体の流出口３３及び当該流出口３３と連通しない部分に切欠き部３４を形成し、当該切欠き部には外部と連通する排気受容口３４ａを開口するようにしている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部の中空部と連通する複数の排気ポートを側面に形成した筒状の本体と、
連通する流入口と流出口とを形成し、前記本体の中空部に回転可能に嵌装される柱状のプラグと、
該プラグと係合する、ゼネバ歯車を周面に形成した従動伝達軸と、
前記ゼネバ歯車の係合溝部と係合する係合ピンを有し、駆動機構によって回転する駆動伝達軸と、を備え、
前記プラグは、一端に前記従動伝達軸が係合する係合部、他端に作動用の流体の流入口を形成するとともに、前記中空部の内周面に摺接する大径部の外周面に、作動流体の流出口及び当該流出口と連通しない部分に切欠き部を形成し、当該切欠き部には外部と連通する排気受容口を開口する流体分配供給装置。

【請求項2】

前記ゼネバ歯車の係合溝部間の凹弧状部周面には、全体に亘って、突出した補強部を備えるようにした請求項１に記載の流体分配供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクチュエータ等にエア等の作動流体を分配して供給する流体分配供給装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造装置や化学プラントにおいて、材料ガスやエッチングガス等の流量を制御するために、種々の流量計及び流量制御装置が利用されており、これらの流路にはエア等の作動流体によって作動するアクチュエータにより開閉する開閉弁が多用されている。また、薬剤、食品の製造工場においても、使用する流体を分配・供給を行うラインにはアクチュエータで作動する開閉弁が不可欠である。さらに、マッサージチェア等でも人体の複数の部位をマッサージするため作動用エアを、複数のセルに分配供給するための分配装置(ロータリバルブや分配弁）が用いられている(例えば、特許文献１～２）。

【0003】

また、図６に示すマルチバルブボディは、流入ポート９０から１種類の流体を流入させ、８つの流出ポート９１Ａ～９１Ｈ（以下、単に流出ポート９１という。）に分配して流すことができるもので、流入ポート９０と流出ポート９１との間には弁座と弁体、例えばダイヤフラムバルブが配設され、弁体を動作させるアクチュエータ９２Ａ～９２Ｈ（以下、単にアクチュエータ９２という。）によって、流体の連通遮断を行うようにしている。このマルチボディは、例えば、食品関連や薬剤関連の生産設備で用いられ、流入ポート９０から流入する流体を、アクチュエータ９２の開閉によって複数の流出ポート９１に順次切り替えて流出する使われ方をすることが多い。

【0004】

そして、通常、流出ポート９１Ａから流出ポート９１Ｈまで順に流体を流すような使い方がなされ、各流出ポート９１と流入ポート９０との連通は時間は一定とされる。これによって、供給する流体は略同量を各流出ポート９１と連通されるチャンバ等の容器へ供給されることとなる。この場合、各流出ポート９１を開閉するアクチュエータ９２の作動流体供給ポート９３Ａ～９３Ｈ（以下、単に作動流体供給ポート９３という。）への作動流体を供給する供給装置は作動流体供給源と接続された上記特許文献１～２に記載されるような分配装置が採用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２－３１０３１１号公報

【特許文献2】特開平１１－２５３５１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１～２に記載される作動流体の分配供給装置では、供給側と排気側のポートを連通させるために回転体が用いられ、その回転体を回転させる駆動源として、高精度な回転角度制御が可能な所謂ステッピングモータが採用される。

【0007】

しかし、作動流体の圧力・流量によって回転体を回転させるための作動トルクが大きい場合、大型で高価なステッピングモータが必要となるとともに、回転制御と動作のオンオフを頻繁に繰り返すことでステッピングモータにかかる負荷は過大となり、その寿命は短くなる。

【0008】

本発明は、係る点に鑑みなされたもので、ステッピングモータのような高価なモータを用いることなく、また、モータを長期間に亘り使用可能な流体分配供給装置を提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の実施形態による流体分配供給装置は、
内部の中空部と連通する複数の排気ポートを側面に形成した筒状の本体と、
連通する流入口と流出口とを形成し、前記本体の中空部に回転可能に嵌装される柱状のプラグと、
該プラグと係合するゼネバ歯車を周面に形成した従動伝達軸と、
前記ゼネバ歯車の係合溝部と係合する係合ピンを有し、駆動機構によって回転する駆動伝達軸と、を備え、
前記プラグは、一端に前記従動伝達軸が係合する係合部、他端に作動用の流体の流入口を形成するとともに、前記中空部の内周面に摺接する大径部の外周面に、作動流体の流出口及び当該流出口と連通しない部分に切欠き部を形成し、当該切欠き部には外部と連通する排気受容口を開口するようにしている。

【0010】

複数の排気ポートと順次連通する作動流体の流出口を備えたプラグを回転させる従動伝達軸は、ゼネバ機構で間歇して動作し、駆動伝達軸は一定回転する駆動機構を採用できる。

【0011】

上記構成において、前記ゼネバ歯車の係合溝部間の凹弧状部周面には、全体に亘って、突出した補強部を備えるようにすることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の実施形態の流体分配供給装置によれば、ゼネバ機構を用いて複数のアクチュエータを一定間隔で同じ時間だけ作動させることができ、しかも駆動源としては安価で堅牢なモータを使用することができる。また、ゼネバ歯車には、駆動伝達軸の係合ピンが係合する際の負荷により生じる場合がある損傷を低減する補強部を備え、長期間損傷なく稼働せることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態による流体分配供給装置を示し、（ａ）は一部切欠断面の正面図、（ｂ）は本体部にプラグを嵌着した状態の断面図である。

【図2】同流体分配供給装置の回転体であるプラグを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は斜視図である。

【図3】同流体分配供給装置の従動伝達軸を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は斜視図である。

【図4】同流体分配供給装置の駆動伝達軸を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は斜視図である。

【図5】同流体分配供給装置の駆動伝達軸と従動伝達軸の係合を説明する平面図で、（ａ）は駆動伝達軸が０°の状態、（ｂ）は係合ピンが係合溝部の最奥に移動した状態、（ｃ）は係合ピンが係合溝部から離れる瞬間の状態、（ｄ）は駆動伝達軸が３６０°回転した状態を示す。

【図6】流体を８つに分配する開閉弁を備えた流路の例を示し、（ａ）は上方から見た斜視図、（ｂ）は下方から見た斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

【0015】

図１は、本実施形態による流体分配供給装置１を示す。この流体分配供給装置１は、内部の中空部２０と連通する複数の排気ポート２１を側面に形成した筒状の本体２と、連通する流入口３２と流出口３３とを形成し、本体２の中空部２０に回転可能に嵌装される柱状のプラグ３と、プラグ３と係合する、ゼネバ歯車４０を周面に形成した従動伝達軸４と、ゼネバ歯車４０の係合溝部４１と係合する係合ピン５１を有し、駆動機構６によって回転する駆動伝達軸５とを備えている。そして、プラグ３は、一端側に従動伝達軸４が係合する係合部３０、他端側に作動用の流体の流入口３２を形成するとともに、中空部２０の内周面に摺接する大径部３１の外周面に、作動流体の流出口３３及び当該流出口３３と連通しない部分に切欠き部３４を形成し、当該切欠き部には外部と連通する排気受容口３４ａを開口している。

【0016】

＜本体２＞
本体２は、連通する流入口３２と流出口３３とを形成したプラグ３嵌装される中空部２０を形成した本体２からなる筒状体で、その周面には複数の排気ポート２１を形成している。排気ポート２１の数は、特に限定するものではないが、本実施形態では８個のポートを形成する。本体２は円柱形状であても良いし、ポートの数に合わせた多角柱形状であってもよい。本実施形態では、ポート数に合わせた八角柱形状としている。

【0017】

本体２の中空部２０の一端側の開口端には平板状の台座７が取り付けられ、駆動伝達軸５の一端が回転可能に取り付けられている。また、この台座７には本体２の中空部２０から突出するプラグ３の係合部３０が貫通する貫通孔７０が開口されている。また、中空部２０の他端側の開口端はプラグ３の流入口３２が形成される他端側を保持する蓋体２２が固定される。この蓋体２２はボルト等の固定手段（図示省略）で本体に固定され、流入口３２と対応する位置に作動流体供給源と接続するための供給ポート２２ａが形成されている。

【0018】

本体２の中空部２０の一端側の開口端の内側には、中区部２０内の圧力によって受けるため、プラグ３の回転を補助するための摺動機構が配備されている。この摺動機構は、例えばスラストベアリングを用いることができる。また、プラグ３の他端側の開口端を固定する蓋体２２の端部や、一端側先端（従動伝達軸４からの突出端）にも摺動機構を配備することができる。両端に配備する摺動機構は、例えば、単列深溝玉軸受を用いることができる。

【0019】

＜プラグ３＞
プラグ３は、一端側から係合部３０、大径部３１及び係合部と略同径で流入口２２が形成される他端側とから構成され、本体２の係合部２０に回転可能に嵌装される筒状体で、一端側が台座７の貫通孔７０から、従動伝達軸４に係合する係合部３０が突出するように配備される。

【0020】

プラグ３の他端側は端面に作動用の流体の流入口３２が開口され、この流入口３２は大径部３１の周面に開口される流出口３３と連通される。大径部３１の周面には流出口３３を囲うようにシール部材を装着するための環状シール溝３３ａが形成されている。流出口３３、換言すると大径部３１の位置は、本体２に嵌着したとき、流出口３３が本体２の排出口２１と対応する位置となるように寸法調整されている。

【0021】

大径部３１の流出口３３以外の周面には、切欠き部３４が形成されている。この切欠き部３４には外部と連通する排気受容口３４ａが開口されいる。排気受容口３４ａは、本体２に嵌着したとき台座７から突出する係合部３０近傍に開口した排気吐出口３５と連通し、流出口３３と連通しない本体の排出口２１からアクチュエータから戻る作動流体を外部に排出する。

【0022】

大径部３１の一端側の環状端面には上述したスラストベアリングが嵌合される環状溝３１ａが形成されている。

【0023】

プラグ３の一端側係合部３０は、従動伝達軸４の回転を伝達することができれば特にその形状を限定するものではないが、本実施形態では円柱部の先端部を平面に切り欠いた二面幅としている。

【0024】

またプラグ３と台座７の貫通孔７０との間隙及び蓋体２２のプラグ３保持部分には、作動流体の外部への漏洩を防止するために、Ｏリング等のシール部材Ｓが配備されている。

【0025】

＜従動伝達軸４＞
従動伝達軸４は、プラグ３と係合するゼネバ歯車４０を周面に形成している。ゼネバ歯車４０は、係合溝部４１と歯車部４２とからなり、周知の通り、歯車部４２の外周面は凹弧状部４２ａとなっている。従動伝達軸４の中心には、上述したプラグ３の二面幅に合わせた小判状の係合穴部４４が開口している。

【0026】

一般に、ゼネバ歯車用いた機構では、駆動伝達軸の係合ピンが従動伝達軸の係合溝部に係合する際、従動伝達軸の位置が若干でもずれると歯車側に負荷が係り、歯車側が破損する場合がある。通常、係合溝部の端部にＲ部を設け若干のずれを許容するようにしているものの、Ｒ取りだけで完全にはズレを許容できない。

【0027】

このような問題を解決するため、本発明の流体分配供給装置１に用いるゼネバ歯車４０では歯車部４２の凹弧状部４２ａには、全体に亘って、突出した補強部４３を形成するようにしている。この補強部４３によって、多少の負荷による歯車部４２の破損を有効に防止することができる。この補強部４３を容易に形成する観点から、従動伝達軸４を３Ｄプリンタ（３Ｄ金属プリンタ含む）で製作することが好ましい。

【0028】

＜駆動伝達軸５＞
駆動伝達軸５は、カム５０より大径の円盤状基体５２、５２によってカム５０と係合ピン５１を挟持し。カム５０の中心軸と同軸上に駆動機構６と係合する係合部５３を形成されている。

【0029】

カム５０は、係合ピン５１側に従動伝達軸４のゼネバ歯車４０の通過を許容する欠損部５０ａと、欠損部５０ａ以外の周面に、従動伝達軸４の突出した補強部４３に合わせた溝部５０ｂを形成している。

【0030】

カム５０の一端面からは駆動機構６側の円盤状基体５２を貫通して駆動機構６と係合する係合部５３が形成されている。係合部５３は駆動機構６の回転を伝達するものであれば、従動伝達軸４と同様、小判状の係合穴部としても構わないが、本実施形態では図４に示すように、駆動機構６の回転軸先端のスプラインに合わせたスプライン穴としている。

【0031】

カム５０の他端面からは突出軸５４が、反駆動機構６側の円盤状基体５２を貫通し、台座７に配設されるベアリング７１に嵌合し、駆動伝達軸５を駆動機構６の回転に同期し、スムーズに回転させる。

【0032】

また、係合ピン５１は、カム５０の欠損部５０ａの中心を通る半径線上に位置する円柱状である。

【0033】

図５は、駆動機構６によって回転する駆動伝達軸５と、ゼネバ歯車４０を周面に形成した従動伝達軸４との動作の説明図である。

【0034】

図５（ａ）は、係合溝部４１に、反時計回りの駆動伝達軸５の係合ピン５１が係合を開始した状態を示し、同図（ｂ）に示す位置（駆動伝達軸５、従動伝達軸４及び係合ピン５１の中心が一直線上に並ぶ位置）まで従動伝達軸４が回動することで、従動伝達軸４に係合されているプラグ３も同じ角度回動する。（回動量は図例Ａの位置で示す。）

【0035】

次いで、同図（ｃ）の位置まで駆動伝達軸５が回動すると、係合ピン５１は係合溝部４１から離間を始め、従動伝達軸４は停止する。排気ポート２１を８箇所有する本実施形態では、ゼネバ歯車４０の係合溝部４１も８本となり、同図（ａ）から（ｃ）までの回動で従動伝達軸４及びプラグ３は４５°回動する。

【0036】

そして、同図（ｄ）の位置まで駆動伝達軸５が回転（同図（ａ）から一回転）すると、係合ピン５１は、再び係合溝部４１と係合を開始し、同様の動作を繰り返す。

【0037】

同図（ｃ）～（ｄ）の間は、従動伝達軸４及びプラグ３は停止しており、その間に作動流体供給源から流入口３２、流出口３３、排気ポート２１を介し、アクチュエータに作動流体が供給される。駆動機構６は、一定速度で回転を続けるよう設定するだけで、所定間隔で所定時間各ポートに作動用流体を安定して供給することができ、駆動機構６としてステッピングモータのような高価なモータを使うことなく安価なモータを使用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明の実施形態による流体分配供給装置は、食品関連や薬剤関連の生産設備で一の流体を複数の装置に等間隔の時間で分配して供給するラインに好適に利用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１ 流体分配供給装置
２ 本体
２０ 中空部
２１ 排気ポート
３ プラグ
３０ 係合部
３１ 大径部
３２ 流入口
３３ 排出口
４ 従動伝達軸
４０ ゼネバ歯車
４１ 係合溝部
５ 駆動伝達軸
５０ カム
５１ 係合ピン
６ 駆動機構
７ 台座

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】