JPH04249700A - ボンベ元弁開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボンベ元弁開閉装置に係
り、特にボンベの元弁を開閉駆動するよう構成したボン
ベ元弁開閉装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体製造工程で使用される半導
体用材料ガスはガスの種類によって非常に毒性が強いも
の、可燃性のもの、自燃性のもの、支燃性のもの、ある
いはこれが複合された性質のものがある。

【０００３】これらの有害なガスを貯蔵するボンベは排
気ダクトを備えたボンベ収納ボックス内に収納されてお
り、ボンベ上部にはボンベ内のガスを外部に供給するた
めボンベを開閉する元弁が取付けられている。そして、
上記のようなボンベの元弁を遠隔操作により自動的に開
閉するためのボンベ元弁開閉装置が開発されている。

【０００４】この種のボンベ元弁開閉装置としては、本
出願人が特開昭６２−４１４９８号により先に提案した
ものがある。

【０００５】この提案の装置ではボンベの上方にアクチ
ュエータを設け、ボンベ設置現場より離れた場所に設け
た操作器からの操作信号をアクチュエータに供給するよ
うになっている。又、アクチュエータにはピストン・シ
リンダ等よりなる空気シリンダに圧縮空気を供給する開
弁配管及び閉弁配管が接続されており、アクチュエータ
は開弁配管及び閉弁配管に設けられた電磁弁が操作信号
に応じて作動することによりボンベの元弁を開閉する。

【０００６】尚、上記電磁弁は非通電時大気開放状態に
なりシリンダ内に供給された圧縮空気を排気するように
なっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記提案の
ボンベ元弁開閉装置では、地震等により空気シリンダに
接続された空気配管が切断される等した場合、空気シリ
ンダに圧縮空気の供給ができなくなってしまい、元弁を
閉弁させようとしても空気シリンダの閉弁側に圧縮空気
が供給されず、元弁を閉弁できなくなってしまうといっ
た課題がある。

【０００８】又、上記課題を解決する手段として、緊急
時液化ガス等が充填された液化ガスボンベのガスを空気
シリンダに供給するガス供給ユニットを設けることが考
えられる。しかるに、このようなガス供給ユニットには
、液化ガスボンベだけでなく緊急時密閉された液化ガス
ボンベを開封するための開封機構が必要となり構成が複
雑化してしまうばかりか上記ガス供給ユニットの保守、
点検が面倒であるといった課題が生ずる。

【０００９】又、上記課題を解決する別の手段として、
例えば本出願人が先に提案した実公昭６０−１１３３４
号公報にあるような段付シリンダ機構を使用することも
考えられる。

【００１０】しかるに、この段付シリンダ機構では、大
径ピストンが摺動する開弁側の大径シリンダと小径ピス
トンが摺動する閉弁側の小径シリンダとを有し、大径ピ
ストンと小径ピストンとが一体に動作してボンベの元弁
を開閉駆動するようになっており、閉弁側の小径シリン
ダに圧縮空気を溜めておき、その空気圧力でピストンを
閉弁側に駆動するようになっている。

【００１１】そのため、空気源からの空気配管に設けら
れた電磁弁を切換えて一旦閉弁側の小径シリンダに圧縮
空気を供給し、それから開弁側の大径シリンダに圧縮空
気を供給してピストンを開弁方向に駆動する。元弁を開
弁する際は、小径シリンダに圧縮空気が溜められている
が、大径ピストンの方が小径ピストンよりも受圧面積が
大きいので元弁を閉弁駆動できる。

【００１２】そして、緊急時になると電磁弁により開弁
側シリンダの空気が排気され、これによりピストンは小
径シリンダの圧力に押圧されて元弁を閉弁せしめる。

【００１３】しかるに、この段付シリンダ機構では、元
弁を開弁する前に必ず閉弁側の小径シリンダに圧縮空気
を供給しておかなければならず、例えば閉弁側の小径シ
リンダへの空気供給を忘れてしまうと、緊急時元弁を閉
弁できなくなるといった課題がある。

【００１４】そこで、本発明は上記課題を解決したボン
ベ元弁開閉装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガスが封入さ
れたボンベと、該ボンベに取付けられ該ボンベを開又は
閉とする元弁と、該元弁のハンドルに連結された出力軸
を弁開方向に駆動する大径ピストンが摺動する大径シリ
ンダと該大径ピストンと一体に設けられ前記出力軸を弁
閉方向に駆動する小径ピストンが摺動する小径シリンダ
とを有する空気シリンダと、一端が圧縮空気を生成する
空気源に接続され他端が前記大径シリンダに接続された
空気配管と、該空気配管に設けられ前記大径シリンダへ
の空気供給を切換える電磁弁と、該電磁弁の下流側の空
気配管より分岐し前記小径シリンダへ空気を供給する分
岐配管と、該分岐配管に設けられ前記小径シリンダに供
給された空気の逆流を防止する逆止弁とよりなり、前記
電磁弁は非通電時、前記大径シリンダの空気を外部に排
気するように切換わり、前記大径ピストン及び小径ピス
トンは前記小径シリンダに充填された圧縮空気の圧力に
より前記大径シリンダ側へ変位し、前記元弁のハンドル
に連結された出力軸を弁閉方向に駆動する。

【００１６】

【作用】ボンベの元弁に連結された出力軸を有する空気
シリンダの開弁側の大径シリンダ及び閉弁側の小径シリ
ンダに、空気配管及び分岐配管を介して同時に圧縮空気
を供給することができるので、小径シリンダへの空気供
給を忘れることが防止される。しかも電源供給が断たれ
たとき、あるいは空気配管が切断されたときは、大径シ
リンダの空気を排出して小径シリンダの空気圧力により
ピストンを閉弁側に駆動して元弁を閉弁する。

【００１７】

【実施例】図１及び図２に本発明になるボンベ元弁開閉
装置の一実施例を示す。

【００１８】両図中、ボンベ１は内部に半導体用材料ガ
スが充填され、箱状のボンベ収納ボックス２内に収納さ
れている。又、ボンベ１はボンベ収納ボックス２内にお
いてボンベ固定金具３により垂直状態に保持されている
。

【００１９】ボンベ１の上部には元弁４が取り付けられ
ている。この元弁４はハンドル４ａの回動により開閉す
る。

【００２０】５はアクチュエータボックスで、図２に示
すような空気シリンダ６を有する。空気シリンダ６は、
大径ピストン７と小径ピストン８とを一体にしたピスト
ン９と、大径ピストン７が摺動する大径シリンダ１０と
小径ピストン８が摺動する小径シリンダ１１とを有する
シリンダ本体１２とよりなる。

【００２１】大径ピストン７と小径ピストン８との受圧
面積の比は２．５：１以上になっている。そのため、大
径ピストン７に作用する弁開トルクは小径ピストン８に
作用する弁閉トルクの１．５倍以上となる。これは、元
弁４によって開弁トルクが閉弁トルクの１．２〜１．３
倍を必要とすることがあるため、開弁トルクに余裕をも
たせてある。

【００２２】ピストン９は大径ピストン７と小径ピスト
ン８との間に位置する出力軸１３とラック＆ピニオンを
介して結合されている。又、出力軸１３は下端部が自在
継手１４に連結されており、自在継手１４の下端部は元
弁４のハンドル４ａに嵌合するチャック１５に連結され
ている。

【００２３】従って、元弁４はピストン９の往復動より
ハンドル４ａが回動して開閉する。又、アクチュエータ
ボックス５はボンベ収納ボックス２内のブラケット１６
に支持され元弁４の上方に固定されており、その前面に
は元弁４の弁開度を表示する弁開度表示器１７が設けら
れている。

【００２４】１８は中継ボックスで、ボンベ収納ボック
ス２の側面に設けられ、圧縮空気を供給する空気配管１
９，２０及び空気配管２１を介してアクチュエータボッ
クス５と接続されている。従って、中継ボックス１８と
アクチュエータボックス５との間は、すべて空気信号に
より送受信するようになっている。

【００２５】２２はコントロールボックスで、ボンベ収
納ボックス２より離れた場所に設けられ、後述する中継
ボックス１８内の各電磁弁を電気信号により切換制御す
る。又、コントロールボックス２２には、ボンベ収納ボ
ックス２の前面に設けられたリモートスイッチ２３と接
続されている。コントロールボックス２２及びリモート
スイッチ２３は夫々弁開スイッチ２２ａ，２３ａ、弁閉
スイッチ２２ｂ，２３ｂ、取付用スイッチ２２ｃ，２３
ｃが設けられている。

【００２６】従って、ボンベ１が離れた場所に設けられ
たコントロールボックス２２あるいはボンベ１の設置場
所に設けられたリモートスイッチ２３を操作することに
より元弁４を開閉することができる。その場合ボンベ収
納ボックス２内に設けられたアクチュエータボックス５
には空気信号が供給されるため、ボンベ収納ボックス２
は電気信号が使用されず防爆対応構造となっている。

【００２７】図２において、中継ボックス１８の空気配
管１９途中には、空気源からの空気圧力を所定圧力に減
圧する減圧弁２４と、第１の弁開用電磁弁２５と、第２
の弁開用電磁弁２６とが配設されている。又、空気配管
２０より分岐した分岐配管２０ａ及び排気配管４４には
取付操作用電磁弁２７が配設されている。

【００２８】又、中継ボックス１８には弁開表示用接点
変換器２８、弁閉表示用接点変換器２９、取付不良表示
用接点変換器３０が配設されている。尚、上記弁開用電
磁弁２５，２６、取付操作用電磁弁２７、弁開表示用接
点変換器２８、弁閉表示用接点変換器２９、取付不良表
示用接点変換器３０はコントロールボックス２２と接続
されている。

【００２９】又、上記弁開用電磁弁２５，２６、取付操
作用電磁弁２７は夫々３ポート２位置・スプリングオフ
セット式の電磁弁であり、ソレノイドが通電されている
ときはバネ力に抗して切り換わり、ソレノイドが消磁さ
れるとともにバネ力により作動前の状態に戻るように構
成されている。

【００３０】すなわち、弁開用電磁弁２５，２６はソレ
ノイドが消磁されているときは、排気配管４４と大径シ
リンダ１０とを連通するように切換わり、ソレノイドが
励磁されたとき空気源と大径シリンダ１０とを連通する
。

【００３１】アクチュエータボックス５は内部に上記空
気シリンダ６のほか空気配管１９に配設された可変絞り
３１、この可変絞り３１の上下流側をバイパスするバイ
パス配管３２に設けられた逆止弁３３を有する。さらに
、アクチュエータボックス５は内部に空気配管１９より
分岐した分岐配管３４、この分岐配管３４に配設された
空気作動弁３５、この空気作動弁３５の上下流側をバイ
パスするバイパス配管３６、このバイパス配管３６に配
設された逆止弁３７を有する。

【００３２】又、空気配管１９は空気シリンダ６の大径
シリンダ１０に接続され、分岐配管３４は小径シリンダ
１１に接続されている。

【００３３】又、アクチュエータボックス５は内部に上
記空気配管２０に接続された弁開表示リミットバルブ３
８、弁閉表示リミットバルブ３９、取付不良表示リミッ
トバルブ４０を有する。さらに、弁開表示リミットバル
ブ３８、弁閉表示リミットバルブ３９、取付不良表示リ
ミットバルブ４０は空気信号配管４１，４２，４３を介
して中断ボックス１８の弁開表示用接点変換器２８、弁
閉表示用接点変換器２９、取付不良表示用接点変換器３
０と接続されている。

【００３４】ここで、上記構成のボンベ元弁開閉装置の
動作につき説明する。ボンベ１の元弁４のハンドル４ａ
にチャック１５が取付けられた後、元弁４を開弁する際
はまず、コントロールボックス２２の弁開スイッチ２２
ａ又はリモートスイッチ２３の弁開スイッチ２３ａを押
圧する。

【００３５】これにより、コントロールボックス２２か
らの信号が中継ボックス１８の弁開用電磁弁２５，２６
に供給され、弁開用電磁弁２５，２６は励磁される。そ
のため、弁開用電磁弁２５，２６は図２に示す如く、空
気源と空気シリンダ６の大径シリンダ１０とを連通する
。

【００３６】従って、空気源からの圧縮空気は減圧弁２
４により所定圧力に減圧された後、空気配管１９を介し
て大径シリンダ１０に供給される。尚、大径シリンダ１
０の上流側には可変絞り３１が設けられているので、大
径シリンダ１０の圧力は徐々に昇圧する。

【００３７】このように空気源からの圧縮空気は大径シ
リンダ１０へ供給されるとともに、弁開用電磁弁２６の
下流側で空気配管１９より分岐した分岐配管３４にも流
れる。このとき空気作動弁３５は閉弁状態であり、分岐
配管３４に流入した空気はバイパス配管３６、逆止弁３
７を介して小径シリンダ１１に流入する。

【００３８】従って、上記弁開用電磁弁２５，２６が励
磁されると、空気源からの空気は空気配管１９及び分岐
配管３４、バイパス配管３６を介して大径シリンダ７と
小径シリンダ１１とに同時に供給される。尚、大径シリ
ンダ７の上流側には可変絞り３１が設けられているので
、当初小径シリンダ１１の方へ多くの空気が流入するこ
とになり、大径シリンダ７よりも小径シリンダ１１の方
が先に昇圧する。

【００３９】そして、小径シリンダ１１に続いて大径シ
リンダ７も昇圧すると大径ピストン７と小径ピストン８
との受圧面積の差により、空気シリンダ６のピストン９
は小径シリンダ１１側へ駆動される。このピストン９の
駆動力は出力軸１３、自在継手１４を介してチャック１
５に伝達される。従って、元弁４のハンドル４ａがチャ
ック１５とともに回動し、元弁４は開弁する。

【００４０】ピストン９が小径シリンダ１１側すなわち
弁開位置に変位すると小径シリンダ１１内は減圧弁２４
により設定された圧力以上に圧縮される。そして、弁開
表示リミットバルブ３８が切換わり、アクチュエータボ
ックス５の表示器１７に「弁開」が表示されるとともに
、空気配管２０からの空気が空気信号配管４１を介して
中継ボックス１８の弁開表示用接点変換器２８に供給さ
れる。そして、この変換器２８は空気信号を電気信号に
変換してコントロールボックス２２に出力する。

【００４１】コントロールボックス２２は変換器２８か
らの信号が入力されると、元弁４が開弁したことを表示
部（図示せず）に表示する。

【００４２】上記の如く、電磁弁２５，２６が励磁され
ると、空気配管１９及び分岐配管３４、バイパス配管３
６を介して大径シリンダ１０及び小径シリンダ１１に圧
縮空気を供給することができるので、小径シリンダ１１
への空気供給を忘れてしまうことがなく、弁閉時は小径
シリンダ１１の空気圧力により確実にピストン９を弁閉
方向に駆動することができる。

【００４３】又、元弁４を開弁しているときは、空気配
管１９を介して分岐配管３４及びバイパス配管３６にも
圧縮空気が導入されているので、例え逆止弁３７あるい
は空気作動弁３５で空気漏れがあったとしても、小径シ
リンダ１１内の空気圧力が減圧弁２４により設定された
圧力以下（換言すると元弁４の閉弁駆動トルク以下）に
下がることが防止されている。

【００４４】そのため、小径シリンダ１１が空気漏れに
より圧力不足となって閉弁駆動できなくなるといった事
故を防止しうる。

【００４５】次に、元弁４の弁閉動作について説明する
。元弁４を閉弁させる際は、コントロールボックス２２
の弁閉スイッチ２２ｂ又はリモートスイッチ２３の弁閉
スイッチ２３ｂを押圧する。

【００４６】これにより、コントロールボックス２２か
らの通電が断たれ、図３に示す如く、弁開用電磁弁２５
，２６はバネ力により作動前の状態に切換わる。

【００４７】すなわち、弁開用電磁弁２５，２６は排気
配管４４と下流側の空気配管１９とを連通するように切
換わり、且つ上流側の空気配管１９を遮断する。そのた
め、大径シリンダ１０の空気は可変絞り３１及びバイパ
ス配管３２の逆止弁３３を通って排気配管４４へ流れ外
部に排出される。

【００４８】尚、空気配管１９には可変絞り３１が設け
られているので、大径シリンダ１０の空気はそのほとん
どが逆止弁３３を通って排気される。

【００４９】一方、小径シリンダ１１には前述したよう
に空気源からの圧縮空気が蓄圧されているので、大径シ
リンダ１０の排気とともに大径ピストン７に作用する圧
力が減少し、相対的に大径ピストン７に作用する圧力と
小径ピストン８に作用する圧力との差が逆転する。

【００５０】その結果、ピストン９は大径シリンダ１０
側に変位し、元弁４のハンドル４ａを弁閉方向に駆動す
る。ピストン９が閉弁位置に変位すると弁閉表示リミッ
トバルブ３９が切換わり、空気信号配管４２を介して空
気信号が弁閉表示用接点変換器２９に供給される。そし
て、この変換器２９は空気信号を電気信号に変換してコ
ントロールボックス２２に出力する。コントロールボッ
クス２２では変換器２９からの信号が入力されると、元
弁４が閉弁したことを表示部に表示する。

【００５１】さらに、弁閉位置が検出されてから元弁４
が完全に閉弁するまでの数秒間（例えば５秒程度）ハン
ドル４ａを締付け方向に駆動した後、コントロールボッ
クス２２は中継ボックス１８の取付操作用電磁弁２７に
数秒間（本実施例では３秒間程度とする）通電して励磁
する。

【００５２】そのため、電磁弁２７は空気配管２０と２
１とを連通するように切換わり、アクチュエータボック
ス５の空気作動弁３５に空気信号を供給する。これによ
り、空気作動弁３５は図４に示すように切換わり、分岐
配管３４と小径シリンダ１１とを連通する。このとき、
弁開用電磁弁２６は排気配管４４と空気配管１９とを連
通しているため、小径シリンダ１１内の空気は分岐配管
３４、空気配管１９、排気配管４４を介して外部に排気
される。

【００５３】従って、元弁４が完全に閉弁した後、小径
シリンダ１１内の残存駆動圧の空気が排気され弁締付ト
ルクを解除することができる。このことにより、元弁４
の弁座及びパッキンの損傷の促進を防止しうる。

【００５４】上記のように空気配管１９、分岐配管３４
はシリンダ７，１１への空気供給と空気排出とを兼用さ
れており、配管構成が簡略化されている。

【００５５】又、空気配管１９には排気配管４４が連通
する一対の弁開用電磁弁２５，２６が直列に設けられて
いるので、例え一方の電磁弁がバネ力により復帰しなく
ても他方の電磁弁が復帰していれば、下流側の空気配管
１９は必らず排気配管４４と接続されることになり、空
気シリンダ６が確実に弁閉駆動するよう安全構造となっ
ている。

【００５６】尚、元弁４を閉弁した後、上記したように
大径シリンダ１０及び小径シリンダ１１は共に大気開放
となっているので、ピストン９を手動で動かすことが可
能であり、ボンベ１の交換作業を行う際、チャック１５
とハンドル４ａと結合位置を簡単に調整することができ
る。

【００５７】ここで、例えば地震等の災害が発生した場
合につき説明する。図２において、例えば地震により電
源供給が停止すると、図３のようにそれまで励磁された
弁開用電磁弁２５，２６がバネ力により復帰し上記弁閉
時と同様、排気配管４４と下流側の空気配管１９が連通
する。

【００５８】そのため、大径シリンダ１０内の空気が、
逆止弁３３及び可変絞り３１を通って排気配管４４より
外部に排気される。大径シリンダ１０内が減圧されるに
従い、空気シリンダ６のピストン９は小径シリンダ１１
内の空気圧力により大径シリンダ１０側へ変位し、元弁
４のハンドル４ａを弁閉方向に駆動する。

【００５９】このようにして、地震により停電となって
も空気シリンダ６は元弁４を弁閉駆動し、ボンベ１から
のガス流入を防止する。

【００６０】又、地震発生により空気源あるいは空気源
とアクチュエータボックス５とを接続する配管が破損し
て空気供給が停止した場合について説明する。

【００６１】例えば、地震発生により空気配管１９が中
継ボックス１８の上流側で切断されたときは、空気配管
１９が大気開放となるため、大径シリンダ１０内の空気
は空気配管１９を介して外部に排気される。従って、空
気シリンダ６のピストン９は小径シリンダ１１の空気圧
により大径シリンダ１０側へ変位し、元弁４のハンドル
４ａを弁閉方向に駆動する。

【００６２】このように、空気シリンダ６は常時閉（ノ
ーマルクローズ）構造であるので、電源供給が断たれて
も、あるいは空気供給が断たれても上記のように元弁４
を閉弁駆動できるので、地震等の緊急時の安全性がより
高められている。しかも、元弁４を開閉駆動する空気シ
リンダ６自体が小径シリンダ１１の空気圧力により閉弁
駆動する構成であり、液化ガスボンベ及びボンベ開封機
構を設けるよりも簡単な構成であり、メンテナンスも容
易に行える。

【００６３】

【発明の効果】上述の如く本発明になるボンベ元弁開閉
装置は、常時閉（ノーマルクローズ）構造の空気シリン
ダによりボンベの元弁を開又は閉とするため、例えば地
震等の災害発生により電源又は空気配管が切断されても
自動的に元弁を弁閉駆動することができる。しかも、液
化ガスボンベ等の弁閉用の駆動手段を設ける必要がなく
元弁を開閉駆動する空気シリンダを使用して弁閉駆動さ
せることができるので、構成を簡略化でき、保守点検等
のメンテナンスが容易に行える等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるボンベ元弁開閉装置の一実施例の
概略構成図である。

【図２】本発明の要部の空気配管の系統図である。

【図３】弁閉駆動時の動作を説明するための系統図であ
る。

【図４】弁閉駆動後、小径シリンダを大気開放とし弁閉
駆動圧を解除するときの動作を説明するための系統図で
ある。

【符号の説明】

１　　ボンベ ２　　ボンベ収納ボックス ４　　元弁 ５　　アクチュエータボックス ６　　空気シリン ７　　大径ピストン ８　　小径ピストン ９　　ピストン １０　　大径シリンダ １１　　小径シリンダ １３　　出力軸 １５　　チャック １８　　中継ボックス １９，２０，２１　　空気配管 ２２　　コントロールボックス ２３　　リモートスイッチ ２５，２６　　弁開用電磁弁 ２７　　取付操作用電磁弁 ３２，３６　　バイパス配管 ３３，３７　　逆止弁 ３４　　分岐配管 ３５　　空気作動弁 ４４　　排気配管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ガスが封入されたボンベと、該ボンベ
   に取付けられ該ボンベを開又は閉とする元弁と、該元弁
   のハンドルに連結された出力軸を弁開方向に駆動する大
   径ピストンが摺動する大径シリンダと該大径ピストンと
   一体に設けられ前記出力軸を弁閉方向に駆動する小径ピ
   ストンが摺動する小径シリンダとを有する空気シリンダ
   と、一端が圧縮空気を生成する空気源に接続され他端が
   前記大径シリンダに接続された空気配管と、該空気配管
   に設けられ前記大径シリンダへの空気供給を切換える電
   磁弁と、該電磁弁の下流側の空気配管より分岐し前記小
   径シリンダへ空気を供給する分岐配管と、該分岐配管に
   設けられ前記小径シリンダに供給された空気の逆流を防
   止する逆止弁とよりなり、前記電磁弁は非通電時、前記
   大径シリンダの空気を外部に排気するように切換わり、
   前記大径ピストン及び小径ピストンは前記小径シリンダ
   に充填された圧縮空気の圧力により前記大径シリンダ側
   へ変位し、前記元弁のハンドルに連結された出力軸を弁
   閉方向に駆動することを特徴とするボンベ元弁開閉装置
   。