阀装置的制作方法

本发明涉及一种阀装置。

背景技术：

在阀装置的领域中，也搭载压力传感器、无线模块等电子设备以谋求装置的高功能化(参照专利文献1、2、3)。作为用于供给这些电子设备所使用的电力的手段，在专利文献2中公开了一种利用钮扣电池驱动各种传感器的方法。并且，在专利文献3中公开了一种如下这样的系统，即：使自控制器向电磁阀发送的控制输入与高频叠加，在阀侧引出(日文：取り出す)高频成分而接收电力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2011－513832号公报

专利文献2：日本特表2016－513228号公报

专利文献3：日本特开2017－020530号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在半导体制造装置所使用的、利用气压的气动式阀装置中，也需要确保用于使各种电子设备工作的电源。作为一手段，考虑从外部向阀装置导入电源用的布线，但在设置有许多阀的流体控制装置中，不仅布线变得繁杂，而且由于防爆性的问题需要严密注意布线的设计。另外，作为一手段，如果使用电池作为电源，则布线问题解决，但需要使用与阀的寿命相对应的大容量的一次电池，或者定期进行电池更换作业。另外，专利文献3中的对电磁阀的高频叠加送电无法应用于气动式阀。

本发明的一目的在于提供一种能够搭载各种电子设备并且解决了布线、电池更换的问题的具有发电功能的阀装置。

用于解决问题的方案

本发明的阀装置的特征在于，

该阀装置具有：

可动部，其接收驱动气体的供给，并驱动阀芯；

固定部，无论所述可动部动作与否，该固定部都不移动；以及

发电单元，其包括连结于所述可动部和驱动部中的一者的线圈以及连结于所述可动部和驱动部中的另一者的永磁体。

优选的是，能够采用如下这样的结构，即：所述线圈设于所述可动部，所述永磁体设于所述固定部。

取而代之，能够采用如下这样的结构，即：还具有对所述可动部向一方向施力的弹簧构件，所述发电单元利用储存于所述弹簧构件的能量的一部分进行发电。在该情况下，能够采用如下这样的结构，即：具有电路，该电路用于仅引出在供给至所述阀装置的驱动气体向外部放出时利用所述发电单元发电的方向的电流。

发明的效果

根据本发明，能够利用发电单元缓和随着阀芯的开闭动作产生的冲击并且发电，因此能够延长阀装置的寿命，并且能够实现阀装置的高功能化。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的阀装置的外观立体图。

图2a是图1的阀装置的关闭状态下的纵剖视图。

图2b是图2a中的由点划线a包围的区域的放大剖视图。

图3a是图1的阀装置的打开状态下的纵剖视图。

图3b是图3a中的由点划线b包围的区域的放大剖视图。

图4a是包括图1的阀装置的阀系统的概略结构图。

图4b是用于说明在图4a的系统中传动装置驱动时的能量流动的图。

图4c是用于说明在图4a的系统中压力释放时的能量流动的图。

图5a是表示负载电路的一例的功能框图。

图5b是表示负载电路的另一例的功能框图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。另外，在本说明书和附图中，对功能实质上同样的构成要素使用相同的附图标记，而省略重复的说明。

图1～图3b是表示本发明的一实施方式的阀装置的结构的图，图1是外观立体图，图2a是关闭状态下的纵剖视图，图2b是图2a中的由点划线a包围的区域的放大剖视图，图3a是图1的阀装置的打开状态下的纵剖视图，图3b是图3a中的由点划线b包围的区域的放大剖视图。另外，在图中，箭头a1、a2表示上下方向，a1表示上方，a2表示下方。

阀装置1具有配管连接部3、传动装置部10和阀体20。配管连接部3与未图示的配管连接，向传动装置部10供给作为驱动气体的压缩空气，或者，向外部放出自传动装置部10释放的空气。

传动装置部10具有圆筒状的传动装置罩11、传动装置主体12、活塞构件13、隔膜按压件14和发电单元100。

传动装置罩11具有自其顶部朝向下方a2延伸的圆筒部11a。圆筒部11a的内周面划分出空气的流通路11b，流通路11b与配管连接部3连通。

传动装置主体12在其下侧具有沿着上下方向a1、a2引导隔膜按压件14的引导孔12a，在引导孔12a的上侧形成有与该引导孔12a连通的贯通孔12b。在传动装置主体12的上侧形成有隔着o型密封圈or地沿着上下方向a1、a2将活塞构件13的活塞部13b引导为滑动自如的缸室12c。

活塞构件13在中心部具有与缸室12c连通的流通路13a。流通路13a与配管连接部3连通。活塞构件13的活塞部13b和顶端轴部13c隔着o型密封圈or地在缸室13c和贯通孔12b内沿着上下方向a1、a2移动自如。

隔膜按压件14利用传动装置主体12的引导孔12a沿着上下方向a1、a2可动。

阀体20的上侧与传动装置主体12的下侧螺纹结合，该阀体20划分有底面具有开口部21a、22a的气体等的流路21、22。流路21、22与其他流路构件借助未图示的密封构件连接。

阀座16设于阀体20的流路21的周围。阀座16由pfa、ptfe等树脂形成为能够弹性变形。

隔膜15作为阀芯发挥作用，相比阀座16而言具有较大的直径，由不锈钢、nico系合金等金属、氟系树脂形成为球壳状且能够弹性变形。隔膜15被传动装置主体12的下端面隔着按压衬块18地朝向阀体20按压而能够与阀座16抵接分开地支承于阀体20。在图2a中，隔膜15被隔膜按压件14按压而弹性变形，处于被压靠于阀座16的状态。如果释放隔膜按压件14的按压，则会恢复为球壳状。在隔膜15被压靠于阀座16的状态下，流路21关闭，如图3a所示，在隔膜15离开阀座16时，流路21打开，与流路22连通。

螺旋弹簧30夹在传动装置罩11的顶部与活塞构件13的活塞部13b之间，始终通过恢复力朝向下方a2对活塞构件13施力。由此，隔膜按压件14的上端面被活塞构件13朝向下方a2施力，而朝向阀座16按压隔膜15。

在此，对发电单元100进行说明。

发电单元100具有：永磁体120，其形成为环状，固定于传动装置罩11的内周面；以及线圈130，其以卷绕于保持槽131a的方式保持于该保持槽131a，该保持槽131a形成于树脂制的保持构件131的外周面，该保持构件131形成为圆筒状。活塞构件13和保持构件131能够构成可动部。在自可动方向看的视野中，保持构件131配置在螺旋弹簧30的外侧，保持于活塞构件13并且能够保持线圈130。由此，在自可动方向看的视野中，线圈130配置在螺旋弹簧30的外侧。作为固定部的传动装置罩11同螺旋弹簧30的与活塞构件13接触的一端的相反侧的另一端接触，并且在自可动方向看的视野中能够在线圈130的外侧保持永磁体120。

永磁体120被沿着径向磁化。即，被磁化为永磁体120的内周侧为n极或s极，外周侧为s极或n极。

保持构件131固定于活塞构件13，与活塞构件13的上下方向上的移动一起移动。在保持构件131沿着上下方向移动时，线圈130相对于永磁体120上下移动。根据与线圈130连接的电负载，通过电磁感应使感应电流流入线圈130，进行电力供给。

在此，保持构件131由绝缘体、例如树脂制作而成，抑制在作用有永磁体120的较强的磁场的地方往复而产生的不需要的涡流制动，避免妨碍活塞构件13的动作。并且，将能够比永磁体轻量地安装的线圈固定于作为可动部的活塞构件13，从而使活塞构件13的重量增大量为最小限度。由此，使对阀的响应速度带来的影响最小化。

在线圈130流动的感应电流根据线圈130的移动方向、速度变化，与永磁体120作用而产生对线圈130的移动施加制动的方向的力。如图2b所示，在线圈130向下方a2移动时，抵抗该移动的向上的制动力fr1借助保持构件131作用于活塞构件13。如图3b所示，在线圈130向上方a1移动时，抵抗该移动的向下的制动力fr2借助保持构件131作用于活塞构件13。

如图2a所示，在释放压缩空气时，在螺旋弹簧30的恢复力的作用下，活塞构件13被向下方a2下压，隔膜按压件14隔着隔膜15与阀座16碰撞。上述的向上的制动力fr1发挥缓和此时的冲击的作用。

如图3a所示，在供给压缩空气时，抵抗螺旋弹簧30的弹性力向上方a1上推活塞构件13，活塞构件13的抵接面13f与传动装置罩11的抵接面11f碰撞。上述的向下的制动力fr2发挥缓和此时的冲击的作用。

线圈130的移动速度越快，就会产生越大的感应电流，施加越大的制动力，因此该制动力在活塞构件13开始移动的阶段几乎不产生制动力。因此，仅通过驱动压力和螺旋弹簧30的施力减小作用于活塞构件13的力，与缓慢地开闭阀的情况相比，能够缓和冲击而不会给响应速度带来不良影响。

另外，作为另一安装，采用增大压缩空气的压力、螺旋弹簧30的施力并且追加基于发电产生的制动力的安装，能够相同程度地抑制要作用于隔膜15的冲击而相同程度地保持阀寿命，并且改善阀的响应速度。

图4a示出了使上述结构的阀装置1动作的系统的一例。在图4a中，阀动作部500是阀装置1动作时与能量的流动相关联的部分，是指传动装置部10、螺旋弹簧30。气体供给源300具有经由与阀装置1的配管连接部3流体连接的空气管道al向阀装置1供给压缩气体的功能，例如是储存器、储气罐。在空气管道al的中途设有电磁阀ev1，在电磁阀ev1的下游侧分支出的空气管道al设有电磁阀ev2。控制电路310用于向电磁阀ev1、ev2输出控制信号sg1、sg2，以控制电磁阀ev1、ev2的开闭。

负载电路600是作为负载与发电单元100的线圈130电连接的电路。负载电路600利用电布线el与发电单元100电连接。

图5a示出了负载电路600的一例。另外，在图中省略了gnd线。

负载电路600包括电源ic601、二次电池602、微型计算机603、压力传感器、温度传感器等各种传感器604、能够向外部发送由各种传感器604检测到的数据的无线部605以及交直流转换电路606。

在发电单元100的线圈130产生的电流根据活塞构件13的移动方向正负反转，因此通过交直流转换电路606直流化。

电源ic601使来自线圈130的电力升压并储存于二次电池602，并且兼具电力管理ic的功能，该电力管理ic用于调节向微型计算机603、各种传感器604、无线部605等电力供给目的地输送的电力。作为电源ic601，例如，能够采用通常被作为能量收集用而流通的电源ic。

二次电池602用于储存由电源ic601供给来的直流电力。也能够代替电容比较大的电容器。

除各种传感器604以外的部件收纳于未图示的电路收纳部(例如，设于传动装置罩11的上表面)，各种传感器604配置于阀装置1的流路附近等，以检测压力、温度，利用布线与电源ic601、微型计算机603电连接。

接着，参照图4b和图4c，说明图4a的系统内的能量的概略流动以及发电单元100的发电动作。

在想要打开阀时，需要驱动传动装置部10，因此，如图4b所示，打开电磁阀ev1，关闭电磁阀ev2。由此，自气体供给源300向阀装置1供给驱动气体。在此，驱动气体是指比大气压高且具有足够高的压力以驱动阀装置1的气体。在本实施方式中，使用压缩空气作为驱动气体。

通过向阀装置1供给压缩气体，如图3a、3b所示，活塞构件13被向上方a1上推。此时，发电单元100的线圈130向上方a1移动，而向负载电路600供给电力。供给来的电力被各种传感器604等消耗并且对二次电池602充电。

螺旋弹簧30压缩而在螺旋弹簧30储存能量。此时，如图3a所示，活塞构件13的抵接面13f与传动装置罩11的抵接面11f非弹性碰撞，因此自气体供给源300供给至阀装置1的能量的一部分转换成热量、振动放出。

在想要关闭阀时，释放储存于阀装置1的压缩气体，放出储存于螺旋弹簧30的能量。如图4c所示，关闭电磁阀ev1，并且打开电磁阀ev2。在压缩气体自阀装置1内经由空气管道al、电磁阀ev2向外部放出时，发电单元100的线圈130向下方a2移动，而向负载电路600供给电力。供给来的电力被各种传感器604等消耗并且对二次电池602充电。

在使用阀的同时对二次电池602充电，因此，与使用一次电池的情况相比，能够利用小容量的二次电池602长时间工作。能够减小储存于电池的能量，因此，能够提高安全性。

根据本实施方式，设于阀装置1的发电单元100向缓和随着隔膜15的开闭动作产生的冲击的方向产生力，因此能够解决电源布线、电池更换的问题，并且能够缓和带给隔膜15等阀芯的负载而实现阀装置1的长寿命化。

并且，在本实施方式的阀装置1中，利用储存于螺旋弹簧30的能量的一部分发电，因此能够有效地利用本来会以热量、振动的形式放出的能量的一部分。

而且，仅在阀装置1的开闭动作时在线圈130产生感应电流，因此还能够对此进行监视而兼具用于测量阀装置1的开闭次数、开闭速度的传感器的功能。通过将这些数据追加于其他各种传感器604的数据进行分析，能够提高故障判断、故障预测的精度。

在上述实施方式中，例示了在驱动传动装置部10时和释放压缩空气时均通过发电单元100发电的情况。

图5b表示应用于本发明的另一实施方式的负载电路600b的一例。将仅在驱动传动装置部10时或者仅在释放压缩空气时产生的电力经由电源ic601充入电池等进行消耗。

负载电路600b的二极管d1被连接为仅在利用储存于螺旋弹簧30的能量的一部分发电时向负载电路600b供给由线圈130产生的电力。由此，在开阀时不产生基于感应电流产生的制动力，维持开阀的响应速度，在带给隔膜15的冲击较大的闭阀时能够得到基于发电产生的制动力。由此，即使在维持阀的响应速度这样的条件下，也不需要为了发电而增大供给的压缩空气的压力，能够不会发生浪费地利用能量。并且，供给的压缩空气的压力、阀的响应速度这样的动作规格大致不变在替换现有的流体控制装置的阀装置时也是有用的。

另外，通过使二极管d1的朝向颠倒，还能够实现仅在导入压缩空气时将产生的电力供给向负载电路600b的安装。

在上述实施方式中，例示了所谓的常闭阀，但并非限定于此，也能够应用于所谓的常开阀。

在上述实施方式中，例示了利用压缩空气驱动阀装置1的情况，但也能够使用除空气以外的其他气体。

在上述实施方式中，例示了隔膜式阀，但本发明并非限定于此，也能够应用于其他方式的阀。

附图标记说明

1、阀装置；3、配管连接部；10、传动装置部(传动装置)；11、传动装置罩(固定部)；12、传动装置主体(固定部)；13、活塞构件(可动部)；14、隔膜按压件；15、隔膜；16、阀座；18、按压衬块；20、阀体(固定部)；30、螺旋弹簧(弹簧构件)；100、发电单元；120、永磁体；130、线圈；131、线圈保持构件(可动部)；300、气体供给源；310、控制电路；500、阀动作部；600、600b、负载电路。