JP2002357274A - 四方弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れたシール性能を有し流量特性の優れた四
方弁を提供する。 【解決手段】 四方弁は主流路と弁室と一対の分岐流路
とを有する本体と、内部にピストンが嵌挿されたシリン
ダ部を有するシリンダ本体と、シリンダ本体の上部に接
合されたシリンダ蓋とからなる。主流路は本体下部に配
置され、弁室は連通口によって主流路に連通され連通口
の縁が弁座となっており、分岐流路はその内径の最下部
が弁室の底面と面一に形成され、ピストンの下面中央に
はシリンダ本体の底部に支承されたロッド部が突設さ
れ、ロッド部先端には弁座に当接する弁体が設けられ、
弁体は本体とシリンダ部とにより挟持されたダイヤフラ
ムと連結され、シリンダ本体の側面にはピストンを上下
動させるための一対の作動流体供給口が設けられてい
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、主流路と分岐流路
を有する四方弁に関するものであり、さらに詳しくは、
優れたシール性能を有しかつ流量特性に優れた四方弁に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体産業におけるスラリーライ
ンや各種化学薬液ラインで流体を主流路から分岐して供
給するラインにおいて、スラリーの凝集・固着や結晶の
析出等のトラブルを防ぐ目的として、分岐ラインを洗浄
するためのラインを設けることがあった。一般的な方法
としては図７に示すように二方弁２台とチーズ２個とを
組み合わせる方法と図８に示すように三方弁と二方弁と
チーズとを組み合わせる方法があった。しかしながら、
前者の方法では図７においてチーズ４８から二方弁５０
までの流路に薬液が滞留するという問題と二方弁５０か
らチーズ４９までの流路が十分に洗浄されないという問
題があった。また後者の方法でも三方弁６０からチーズ
５５までの流路が十分に洗浄されず問題となっていた。

【０００３】これらの問題を解決したものとして図６に
示すような四方弁が提案されている。図６によれば、３
８は本体であり下部に主流路３９と上部に弁室４１を有
している。主流路３９の上部と弁室４１の底面中央は連
通口４０で連通されており弁室側の開口部の角部が弁座
部４４となっている。本体３８の側面には２つの分岐流
路４２，４３がそれぞれ弁室４１の底面外周部と連通す
るように設けられている。尚、主流路３９と分岐流路４
２，４３はほぼ同じ高さに形成されているので、分岐流
路４２，４３は略Ｌ字形となっている。本体３８の上部
に接合された駆動部４７の操作によってダイヤフラム４
５の下端中央に設けられた弁体４６が弁座部４４と圧接
・離間することによって弁の開閉が行われる。

【０００４】この四方弁の使用方法を図９に示す。図９
によれば、二方弁６１を閉じ四方弁６５を開いて主流路
から流体を分岐供給している間は二方弁６１と四方弁６
５の間に流体が滞留することになるが、四方弁６５によ
り主流路６２，６２を閉じ二方弁６１を開けて洗浄を行
えば、滞留していた流体は下流へ押し流され、四方弁６
５及び分岐流路６３を洗浄することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな四方弁では分岐流路がＬ字形状となっているため、
弁の開状態または閉状態において流体の流れがわん曲さ
れ流量特性が悪く、また弁室が大きいため弁室内に残っ
た薬液を完全に排出するのに時間がかかるという問題も
あった。更に、弁を閉状態にして分岐流路を洗浄する際
には、洗浄液の圧力によってダイヤフラムが上方へ押し
上げられて弁体と弁座が離間し洗浄液が主流路へ漏れ出
す、或いは主流路の薬液が分岐流路へ漏れ出すといった
問題もあった。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたもので、優れたシール性能を有しかつ流量特性に
優れた四方弁を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の構成を、本発明の実施態様を示す図１を参
照して説明すると、本発明の構成は、主流路６と弁室８
と一対の分岐流路９，１０とを有する本体１と、内部に
ピストン４が密封状態で摺動自在に嵌挿されたシリンダ
部１１を有するシリンダ本体２と、シリンダ本体２の上
部を密閉するよう接合されたシリンダ蓋３とからなり、
前記主流路６は本体１の下部に直線状に配置され、前記
弁室８は主流路６と垂直に設けられた連通口７によって
主流路６に連通されかつ該連通口７の縁が弁座２０とな
っており、前記分岐流路９，１０はその内径の最下部の
位置が弁室８の底面とほぼ面一となるよう形成され、前
記ピストン４の下面中央には前記シリンダ本体２の底部
に摺動自在に支承されたロッド部１５が突設され、該ロ
ッド部１５の先端には前記弁座２０に圧接・離間される
弁体１７が設けられ、該弁体１７は前記本体１とシリン
ダ部１１とにより挟持されたダイヤフラム５に連結さ
れ、前記シリンダ本体２の側面には前記ピストン４を上
下動させるための一対の作動流体供給口２３，２４が設
けられていることを特徴としている。

【０００８】また、図４に示すように上記四方弁におい
てピストン４の上面とシリンダ蓋３の下面の間にピスト
ンを下方に付勢するようにバネ３６が配置されているこ
とを第二の特徴とする。

【０００９】また、図５に示すように、上記四方弁にお
いてピストン４の下面とシリンダ部１１の底面の間にピ
ストンを上方に付勢するようにバネ３７が配置されてい
ることを第三の特徴とする。

【００１０】また、上記四方弁において一対の分岐流路
９，１０が主流路６に対して直交する方向に設けられて
いることを第四の特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施態様について
図面を参照して説明するが、本発明が本実施態様に限定
されないことは言うまでもない。

【００１２】図１は本発明の四方弁の閉状態を示す縦断
面図である。図２は図１の四方弁の開状態を示す縦断面
図である。図３は図１の本体の斜視図である。図４は本
発明の四方弁の第二の実施態様を示す縦断面図である。
図５は本発明の四方弁の第三の実施態様を示す縦断面図
である。

【００１３】図において１は本体であり、下部に主流路
６と、上部に主流路６に対して垂直に設けられた連通口
７で連通された弁室８を有しており、この連通口７の開
口部の周縁部を弁座２０としている。弁室８は連通口７
の開口部及び弁体１７の外径より大きくなっており（図
３参照）、弁の閉状態において分岐流路９，１０に洗浄
液を流すことによって弁室８を洗浄することができる。
また、本体１の上部側面には弁室８に連通した一対の分
岐流路９，１０が主流路６に対して直交する方向に設け
られている。分岐流路９，１０は、その内径の最下部の
位置が弁室８の底面とほぼ面一となるように形成されて
いる。尚、この分岐流路９，１０は、主流路６に対して
平行に設けられてもよく、その場合には本体１の高さを
高くする必要がある。

【００１４】本実施態様においては、内部に分岐流路
９，１０が形成された一対の継手部３０，３１が本体１
の上部側面に一体的に突出して形成されている（図１参
照）。本体１に配管チューブ３５を固定するには、継手
部２９の外周に設けられた雄ねじ部３１にキャップナッ
ト３３の雌ねじ部３４を螺着させ、継手部２９の先端部
３２に嵌合された配管チューブ３５の端部を挟持固定す
る方法で行われる。尚、当該四方弁を配管するための構
造は本実施態様に限定されず、配管が可能な構造であれ
ばいずれでもよい。

【００１５】２はシリンダ本体であり、内部に円筒状の
シリンダ部１１と下面に円柱状の突部１２を有し、シリ
ンダ部１１の底面中央から突部１２を貫通するように貫
通穴１３が設けられている。貫通穴１３の内周面にはＯ
−リング２７が嵌挿されている。更にシリンダ本体２の
側面にはシリンダ部１１の上方及び下方にそれぞれ連通
された一対の作動流体供給口２３，２４が設けられてい
る。

【００１６】３はシリンダ蓋であり、底面にＯ−リング
２８が嵌挿された円柱状突部１４を有し、円柱状突部１
４をシリンダ部１１の上部にＯ−リング２８を介して嵌
挿することによりボルト、ナット（図示せず）でシリン
ダ本体２に接合されている。

【００１７】４はピストンであり、外周面にＯ−リング
２６が嵌挿されており、シリンダ本体２のシリンダ部１
１にＯ−リング２６を介して上下に摺動自在に嵌挿され
ている。下端面中央にはシリンダ本体２の貫通穴１３を
摺動自在に貫通突出するようにロッド部１５が一体に設
けられており、ロッド部１５の先端部にはダイヤフラム
５の弁体１７が接合される接合部１６が設けられてい
る。また、ピストン４の上面とシリンダ部１１の内周面
とシリンダ蓋３の下面とによって上部空隙２１が形成さ
れ、ピストン４の下面及びロッド部１５の外周面とシリ
ンダ部１１の内周面及び底面とによって下部空隙２２が
形成されている。

【００１８】ダイヤフラム５は、中央下面に弁室８の弁
座２０の圧接・離間される弁体１７が一体的に設けられ
ており、この弁体１７はピストン４のロッド部１５の先
端部に接合されている。ダイヤフラム５の外周縁部には
円筒状膜部１８が設けられており、さらに円筒状膜部１
８の上端部外周には環状突部１９が設けられている。円
筒状膜部１８は本体１の弁室８の内周面とシリンダ本体
２の突部１２の外周面とによって挟持されており、さら
に、環状突部１９は、弁室８の内周面上部に設けられた
段差部２５に嵌挿されるとともに本体１の弁室８の内周
面とシリンダ本体２の突部１２の外周面とによって挟持
固定されている。このダイヤフラム７の形状は本実施態
様に限定されるものではなく、本体１とシリンダ部１１
によって挟持された膜部を有するものであればいずれで
もよく、ベローズ型などの形状でもよい。

【００１９】尚、本発明において本体等の部材は、耐薬
品性に優れ不純物の溶出も少ないことから、ポリテトラ
フルオロエチレン（以下ＰＴＦＥという）やテトラフル
オロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共
重合体（以下ＰＦＡという）などのフッ素樹脂が好適に
使用されるが、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン等のそ
の他のプラスチックあるいは金属でも良く特に限定され
るものではない。また、ダイヤフラムの材質はＰＴＦ
Ｅ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂が好適に使用されるが、ゴム
及び金属でもよく特に限定されない。

【００２０】次に本実施態様の四方弁の作動について説
明する。

【００２１】図１は弁の閉状態を示しているが、このと
き流体は主流路６を流れており分岐流路９，１０へは流
れていない。この状態で作動流体供給口２４から下部空
隙２２に外部より作動流体（例えば圧縮された空気等）
が注入されると、該作動流体の圧力でピストン４が押し
上げられるためこれと接合されているロッド部１５は上
方へ引き上げられ、ロッド部１５の下端部に接合された
弁体１７も弁座２０から離間し上方へ引き上げられバル
ブは開状態となり（図２の状態）、流体が主流路６から
分岐流路９，１０へと流れ出す。このとき、従来のバル
ブに比べて流体の流れが直線状となるため圧力損失が少
なく、優れた流量特性が得られる。

【００２２】一方、図２の状態で、作動流体供給口２３
から上部空隙２１に作動流体が注入されると、ピストン
４が押し下げられ、それにともなって、ロッド部１５と
その下端部に接合された弁体１７も下方へ押し下げられ
弁座２０に圧接され、バルブは閉状態となる（図１の状
態）。

【００２３】バルブの閉状態（図１の状態）において一
方の分岐流路側に取り付けられた例えば洗浄液供給用の
バルブを開くと弁室８に残っていた流体は洗浄液によっ
て押し出され、他方の分岐流路から排出されて分岐流路
の洗浄が行われる。このとき、分岐流路の内径の最下部
の位置が弁室８の底面とほぼ面一になるように設計され
ているため、流路が直線状となり圧力損失が少なく流量
特性に優れており効率的に弁室内の薬液を排出すること
ができる。更に、従来のバルブに比べて弁室８がコンパ
クトであり、またダイヤフラム５の受圧面積も小さくな
っている為、ダイヤフラム５は洗浄液の圧力が上昇して
も上方へ押し上げられにくく、弁体１７と弁座２０が離
間し洗浄液が主流路６へ漏れ出す、或いは主流路６の薬
液が分岐流路９，１０へ漏れ出すといった問題がおこり
にくい。

【００２４】図４は本発明の第二の実施態様を示した縦
断面図である。前記第一の実施態様と異なる点は上部空
隙２１内にバネ３６を配置した点である。ピストン４が
バネの反発力によって押し下げられてバルブは閉状態と
なっている。この状態で作動流体供給口２４から下部空
隙２２に外部より作動流体が注入されると、該作動流体
の圧力でピストン４が押し上げられるためこれと接合さ
れているロッド部１５は上方へ引き上げられ、ロッド部
１５の下端部に接合された弁体１７も上方へ引き上げら
れバルブは開状態となり、流体が主流路６から分岐流路
９，１０へと流れ出す。このときバネ３６は圧縮されて
いるが、下部空隙２２内の作動流体が排出されれば再び
バルブは閉状態となる。

【００２５】図５は本発明の第三の実施態様を示した縦
断面図である。前記第一の実施態様と異なる点は下部空
隙２２内にバネ３７を配置した点である。ピストン４が
バネ３７の反発力によって押し上げられてバルブは開状
態となっている。この状態で作動流体供給口２３から上
部空隙２１に外部より作動流体が注入されると、該作動
流体の圧力でピストン４が押し下げられるため、これと
接合されているロッド部１５は下方へ押し下げられ、ロ
ッド部１５の下端部に接合された弁体１７も下方へ押し
下げられ弁座２０に圧接されてバルブは閉状態になり、
流体の主流路６から分岐流路９，１０への流れは遮断さ
れる。このときバネ３７は圧縮されているが、上部空隙
２１内の作動流体が排出されれば再びバルブは開状態と
なり、流体が主流路６から分岐流路９，１０へと流れ出
す。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上説明したような構造をして
おり、これを使用することにより以下の優れた効果が得
られる。

【００２７】（１）全閉時に分岐流路に洗浄液を流した
場合には、分岐流路は圧力損失が少なく流量特性に優れ
た形状に形成されすなわち流路が直線状になるため、弁
室内に残った薬液を効率的に洗浄排出することができ、
その結果、分岐流路の洗浄時間を大幅に短縮することが
できる。

【００２８】（２）弁室がコンパクトでかつダイヤフラ
ムの受圧面積が小さいため、洗浄液の圧力が上昇しても
ダイヤフラムが上方へ押し上げられにくく、弁体と弁座
が離間し洗浄液が主流路へ漏れ出す、或いは主流路の薬
液が分岐流路へ漏れ出すといった問題もおこりにくい。

【００２９】（３）全開時には分岐流路が直線状となり
流量特性に優れているため、従来のバルブよりも多くの
流体を流すことができ、スラリーを含む薬液にも使用可
能である。

【００３０】（４）本体及びダイヤフラムの素材として
ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂を使用すると耐薬品性
が高くなり、また流体への不純物の溶出も少ないため、
半導体産業における超純水ラインや各種化学薬液ライン
にも好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の四方弁の閉状態を示す縦断面図であ
る。

【図２】図１の四方弁の開状態を示す縦断面図である。

【図３】図１の四方弁の本体の斜視図である。

【図４】本発明の四方弁の第二の実施態様を示す縦断面
図である。

【図５】本発明の四方弁の第三の実施態様を示す縦断面
図である。

【図６】従来の四方弁の閉状態を示す部分断面図であ
る。

【図７】二方弁を用いた薬液分岐供給ラインを示す外観
図である。

【図８】三方弁を用いた薬液分岐供給ラインを示す外観
図である。

【図９】四方弁を用いた薬液分岐供給ラインを示す外観
図である。

【符号の説明】

１…本体 ２…シリンダ本体 ３…シリンダ蓋 ４…ピストン ５…ダイヤフラム ６…主流路 ７…連通口 ８…弁室 ９…分岐流路 １０…分岐流路 １１…シリンダ部 １２…突部 １３…貫通穴 １４…円柱状突部 １５…ロッド部 １６…接合部 １７…弁体 １８…円筒状膜部 １９…環状突部 ２０…弁座 ２１…上部空隙 ２２…下部空隙 ２３…作動流体供給口 ２４…作動流体供給口 ２５…段差部 ２６…Ｏ−リング ２７…Ｏ−リング ２８…Ｏ−リング ２９…継手部 ３０…継手部 ３１…雄ねじ部 ３２…先端部 ３３…キャップナット ３４…雌ねじ部 ３５…配管チューブ ３６…バネ ３７…バネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H056 AA02 AA08 BB38 CA01 CB02 CD04 GG04 3H067 AA01 AA38 CC13 CC36 CC38 CC54 DD05 DD12 DD33 EA12 ED06 ED15 FF12 GG19 GG28

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主流路と弁室と一対の分岐流路とを有す
   る本体と、内部にピストンが密封状態で摺動自在に嵌挿
   されたシリンダ部を有するシリンダ本体と、シリンダ本
   体の上部を密閉するよう接合されたシリンダ蓋とからな
   り、前記主流路は本体の下部に直線状に配置され、前記
   弁室は主流路と垂直に設けられた連通口によって主流路
   に連通されかつ該連通口の縁が弁座となっており、前記
   分岐流路はその内径の最下部の位置が弁室の底面とほぼ
   面一となるよう形成され、前記ピストンの下面中央には
   前記シリンダ本体の底部に摺動自在に支承されたロッド
   部が突設され、該ロッド部の先端には前記弁座に圧接・
   離間される弁体が設けられ、該弁体は前記本体とシリン
   ダ部とにより挟持されたダイヤフラムに連結され、前記
   シリンダ本体の側面には前記ピストンを上下動させるた
   めの一対の作動流体供給口が設けられていることを特徴
   とする四方弁。
2. 【請求項２】 ピストンの上面とシリンダ蓋の下面との
   間にピストンを下方に付勢するようにバネが配置されて
   いることを特徴とする請求項１記載の四方弁。
3. 【請求項３】 ピストンの下面とシリンダ部の底面との
   間にピストンを上方に付勢するようにバネが配置されて
   いることを特徴とする請求項１記載の四方弁。
4. 【請求項４】 一対の分岐流路が主流路に対して直交す
   る方向に設けられていることを特徴とする請求項１乃至
   ３のうちの１項に記載の四方弁。