JP2005208712A - 流体通路のウォータハンマーレス開放方法及びこれを用いた薬液供給方法並びにウォータハンマーレス開放装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 流体通路に介設したアクチエータ作動式バルブとアクチエータ作動式バルブへ二段階状のアクチエータ作動圧Paを供給する電空変換装置と、前記アクチエータ作動式バルブの上流側管路に着脱自在に固着した振動センサと、振動センサにより検出した振動検出信号Prが入力されると共に電空変換装置へ前記二段階状のアクチエータ作動圧Paのステップ作動圧Ps′の大きさを制御する制御信号Scを出力し、当該制御信号Scの調整により電空変換装置から振動検出信号Prがほぼ零となるステップ作動圧Ps′の二段階状のアクチエータ作動圧Paを出力させるチューニングボックスとからウォータハンマーレス開放装置を構成する。
【選択図】 図11
Description
しかし、何れの技術も基本的には(1)流体通路の閉鎖時間を長目に設定するか、或いは(2)通路内に発生した振動圧力をバイパス通路を開放して外部へ逃がしたり、別途に設けたアキュムレータ内へ吸収すると云うものであり、前者の方法では流体通路の閉鎖に時間が掛かって急閉鎖の要請に対応することができず、また後者では、付帯設備費が高騰する問題がある。
即ち、当該技術は、流体通路に介設した弁の閉鎖を多段階動作で行なうことにより、ウォータハンマーを生ずることなしに、しかも極短時間(例えば1000msec以内)でもって流体通路を急閉鎖するものであり、また、当該技術は、流体通路のウォータハンマーレス閉鎖が可能なバルブの閉鎖条件をバルブの閉鎖テストを現実に行なうことによって予かじめ求めておき、当該閉鎖条件を記憶せしめた電空変換装置によってバルブ本体のアクチエータを作動させることにより、迅速且つ確実に流体通路のウォータハンマーレス閉鎖を可能とするものである。
しかし近年、半導体製造装置や化学・薬品産業の分野に於いては、流体通路の急閉鎖時だけでなしに、流体通路の急開放時にもウォータハンマーの発生を確実に防止することが、強く要請されるようになって来ており、従前の流体通路の急閉鎖時のウォータハンマーレス対応のみでは、十分な対応が出来ないと云う問題がある。何故なら、流体通路の開放時にウォータハンマーが発生すると、流体通路内へパーティクルが移行する等の様々な不都合が生ずるからである。
また、半導体洗浄装置等の枚葉化に伴い、液体供給システムの品質向上のみならず、スループット向上のために各プロセスの時間短縮も課題となっている。枚葉化に伴い開閉頻度が増加するバルブの場合では、安定した開閉つまりはウォーターハンマーを生じないことが要求され、液体供給システムとしては、プロセス時の圧力変動を生じさせないことが強く求められる。
その結果、バルブ本体10にストローク位置検出装置を設けなくても、或いは、配管路L1 に圧力検出器を介設しなくてもウォータハンマーレス弁開放が達成できると共に、対象とする配管路L1 について最適のウォータハンマーレス弁開放の条件(即ち、アクチエータ作動圧Paの制御条件)が求まれば、振動センサ18や演算制御装置16を取り外して他の配管路へ適用することが可能となり、経済的にも極めて有利となる。
その結果、電空変換装置20からのアクチエータ作動圧Paによりバルブ本体10をより確実且つ迅速に、流体通路にウォータハンマーを生ずることなしに急開放することが可能となる。
図1は、上記調査に用いた試験装置の回路構成図であり、図1に於いて1は水タンク、2は水タンク加圧源、3は圧力センサ、4は弁、5は電空変換装置、6は弁駆動用ガス源、7は信号発生器、8はストレージオシロスコープである。
また、水タンク1は加圧源2からのN2 により100〜300KPaGの範囲で調整自在に加圧されている。
即ち、当該弁4はノーマルクローズ型の合成樹脂ダイヤフラムを弁体とする空気作動式ダイヤフラム弁であり、スプリング(図示省略)の弾性力によりダイヤフラム弁体が常時弁座へ当座し、閉弁状態に保持される。又、作動用空気圧の供給によりアクチェータ4aが作動し、ダイヤフラム弁体が弁座から離座することにより開弁状態に保持される。
従って、当該ノーマルクローズ型の空気作動式ダイヤフラム弁を開弁するには、アクチエータ4aへ開弁のために作動空気圧を供給する。
尚、本願発明に於いては、上記ノーマルクローズ型の空気作動式ダイヤフラム弁に替えてノーマルオープン型の空気作動式ダイヤフラム弁を使用してもよいことは勿論であり、この場合には、アクチエータ4aへ供給する作動空気圧を上昇させることにより、弁が閉鎖状態に保持されることになる。
即ち、入力信号Iが制御回路Aへ入力されると、給気用電磁弁Bが開になり、供給圧力Cの一部が給気用電磁弁Bを通して出力圧力Paとなり弁4のアクチエータ4aへ供給される。
この出力圧力Paは圧力センサEを介して制御回路Aへフィードバックされ、入力信号Iに対応する出力圧力Paになるまで、訂正動作が行なわれる。尚、図2に於いて、Fは排気用電磁弁、Gは排気、Hは電源、Jは入力信号Iに対応する出力信号であり、当該出力信号J(即ち、入力信号I)が後述するストレージオシロスコープ8へ入力電圧として入力される。
更に、前記ストレージオシロスコープ8は、圧力センサー3からの上流側管路L1 内の検出圧力信号P1 (電圧V)や電空変換装置5への入力信号I(入力電圧V)が入力され、管路L1 の圧力P1 の変動や入力信号(入力電圧V)Iの変動等が観測・記録される。 尚、本試験装置に於いては、ストレージオシロスコープ8を利用しており、時間軸の読み取りは500msec/1目盛である。
上記図4の(a)からも明らかなように、0(全閉)→0.490MPa・G(全開)の過程を経て弁4を全開にした場合には、図4の(a)のように最大約12Vの振幅の振動出力の変動が表われた。
また、図6は、前記図5の(c)の拡大したものであり、アクチェータ圧力Paを0→0.294→0.490MPa・Gの順で、約1000msec間で上昇させて弁4を2段階操作で全開させることにより、上流側配管L1 の振動を略零にすることが可能なことが判る。
尚、当該電空変換制御装置17へは、バルブ開閉指令信号S及びバルブ本体10の作動状況(NO又はNC)に対応するための切換信号Soが入力されている。
今、時刻t1 に於いて、アクチエータ作動圧PaをPa0からPsまで上昇させると、弁本体10の流体通路は中間位置まで開放され、更に設定保持時間Tsが経過した時刻t2 に於いて、アクチエータ作動圧PsがPamaxにされることにより、弁本体10は全開状態となる。
演算制御装置16では、検出信号Prと許容上限振動圧力設定信号Prmとが比較され、もしも、A1 の位置(時刻t1 )に於いては振動を発生しないか又は振動の大きさが許容値内であるが、A2 の位置(時刻t2 )に於いて振動が許容値Prmを越える場合には、アクチエータ作動圧Psを少し上昇させるようにステップ圧力設定信号Psが修正され、この修正されたステップ圧力設定信号Psとその保持時間設定信号Tsが制御信号Scとして演算制御装置16から電空変換制御装置17へ出力され、その後再度同様のバルブ本体10の開放作動試験が行なわれる。
また、ステップ保持時間設定信号Tsは通常0.5〜1秒の間に設定され、当該時間Tsが短かくなるにつれて、ウォータハンマーレス開放の条件を見出すことが困難になることは勿論である。
図11に於いて、L1 は配管路、10はバルブ本体、11はエアーアクチエータ、18は振動センサ、19はチューニングボックス、20は電空変換装置であり、ウォータハンマーレス開放装置としての基本的な構成は、図9に示した第1実施例の場合とほぼ同じである。
また、当該電空変換装置20の制御回路Aには、基板A1 と外部入出力インターフェイスA0 等が設けられており、また、外部入出力インターフェイスA0 には二つのコネクタAc、Adが設けられている。そして、コネクタAcへは供給電源(DC24又は12V)、開閉信号I(電圧入力又は無電圧入力)、圧力モニタ(0〜5DCV・0〜981KPaG)が接続され、また、コネクターAdへはチューニングボックス19が接続される。
尚、アクチエータ作動圧Paとしては、図10の場合と同様に2段階状のアクチエータ作動圧Paが加えられている。
次に、オートチューニング開始信号の入力(ステップS1 )により弁全閉状態に約2秒間保持した(ステップS2 )あと、2段階状のアクチエータ作動圧Paを加えることにより、制御が行われる(ステツプS3 )。尚、ステップ作動圧Ps′の保持時間tは、後述するように0.5〜1secに設定されている。
尚、前記図14及び図15に於いては、ノーマルクローズ型の空気作動式ダイヤフラム弁を使用し、アクチエータ作動圧Paを供給することによって閉弁中のバルブ本体10を開放する場合について説明しているが、ノーマルオープン型の空気作動式ダイヤフラム弁を使用し、アクチエータ作動圧Paを2段階に分けて低減させることによりウォータハンマーレス開放を行なうことも勿論可能であり、この場合にアクチエータ作動圧Paのステップ作動圧Pa′の調整が前記ノーマルクローズ型の場合とは逆になり、一段目のアクチエータ作動圧Paの低減時に振動が発生したときにはステップ作動圧Pa′を上昇させ、また2段目のアクチエータ作動圧Paの低減時に振動が発生したときには、ステップ作動圧Pa′を下降させることになる。
また、ウエーハWの洗浄プロセスは、先ず混合薬液Aを用いて洗浄したあと、次に混合薬液Bを供給し、引き続き混合薬液C、混合薬液Dの順に各混合薬液A〜Dが、夫々のバルブ本体10をアクチエータを介して切換操作することにより供給されて行く。
また、本実施形態に於いては、混合薬液A、B、C、Dの供給開始時(弁開放時)の圧力上昇値の上限についてだけ述べているが、混合薬液A、B、C、Dの供給停止時(弁閉鎖時)に於ける管路L0 等の圧力上昇値にも上限があることは勿論であり、各バルブ本体10は前記圧力上昇値が設定値以内に納まるように閉鎖操作されることになる。
Claims (14)
- 管路内圧が略一定の流体通路に介設したアクチエータ作動式バルブにより流体通路を開放し、流体を下流側の流体通路へ供給する方法に於いて、先ず前記アクチエータへの駆動用入力を所定の設定値にまで増加若しくは減少させて弁体を開弁方向へ移動させ、アクチエータへの駆動用入力を前記設定値に短時間保持したあと、当該駆動用入力を更に増加若しくは減少させてバルブを全開状態にすることにより、ウォータハンマーを起生することなしに流体通路を開放することを特徴とする流体通路のウォータハンマーレス開放方法。
- バルブを常時閉鎖型空気圧作動式ダイヤフラムバルブ又はバルブの作動時にバルブ内容積が変化しない定容積・常時閉鎖型空気圧作動式ダイヤフラムバルブとした請求項1に記載の流体通路のウォータハンマーレス開放方法。
- 設定値に短時間保持する時間を1秒以内とすると共に流体通路の圧力上昇値をバルブ開放前の圧力値の10%以内とするようにした請求項1に記載のウォータハンマーレス開放方法。
- バルブ本体と、バルブ本体を駆動するアクチエータと、バルブ上流側配管路に着脱自在に固定した振動センサーと、バルブ開閉指令信号が入力されると共に、そのデータ記憶部に予かじめ記憶された制御信号Scによりアクチエータへ入力するアクチエータ作動圧Paを制御する電空変換制御装置と、前記振動センサーからの振動検出信号Prとアクチエータへ供給するステップ圧力設定信号Psとステップ圧力の保持時間設定信号Tsと許容上限振動圧力設定信号Prmとが入力されると共に前記振動検出信号Prと許容上限振動圧力設定信号Prmとの比較を行ない、前記ステップ圧力設定信号Psを修正する比較演算回路を備え、前記保持時間設定信号Ts及び修正されたステップ圧力設定信号Psから成る制御信号Scを前記電空変換制御装置のデータ記憶部へ出力する演算制御装置とから構成したことを特徴とする流体通路のウォータハンマーレス開放装置。
- 演算制御装置を、ステップ圧力設定回路と保持時間設定回路と許容上限振動圧力設定回路と振動圧検出回路と比較演算回路とから構成すると共に、アクチエータ作動圧をステップ変化させた直後の振動検出信号Prが許容上限振動圧力設定信号Prmを越えた場合には、ステップ圧力設定信号Psをより閉弁方向となるように、また、アクチエータ作動圧を中間のステップ作動圧から最大とした直後の振動検出信号Prが許容上限振動圧力設定信号Prmを越えた場合には、ステップ圧力設定信号Psをより開弁方向となるように夫々修正する構成とした請求項4に記載の流体通路のウォータハンマーレス開放装置。
- 電空変換制御装置を、演算制御装置からの制御信号Scを記憶するデータ記憶部と信号変換部と電空変換部とから構成すると共に、データ記憶部に予かじめ記憶されたウォータハンマーを生じないときの制御信号Sc′に基づいて信号変換部からアクチエータ作動圧制御信号Seを出力し且つ電空変換部からアクチエータ作動圧Paを出力する構成とした請求項4に記載の流体通路のウォータハンマーレス開放装置。
- 流体通路に介設したアクチエータ作動式バルブと、アクチエータ作動式バルブへ二段階状のアクチエータ作動圧Paを供給する電空変換装置と、前記アクチエータ作動式バルブの上流側管路に着脱自在に固着した振動センサと、振動センサにより検出した振動検出信号Prが入力されると共に電空変換装置へ前記二段階状のアクチエータ作動圧Paのステップ作動圧Ps′の大きさを制御する制御信号Scを出力し、当該制御信号Scの調整により電空変換装置から振動検出信号Prがほぼ零となるステップ作動圧Ps′の二段階状のアクチエータ作動圧Paを出力させるチューニングボックスとから構成した流体通路のウォータハンマーレス開放装置。
- 流体通路に介設したアクチエータ作動式バルブの上流側に振動センサを着脱自在に取り付け、振動センサからの振動検出信号Prをチューニングボックスへ入力すると共に、チューニングボックスからの制御信号Scを電空変換装置へ入力し、前記制御信号Scによって電空変換装置に於いて発生した二段階状のアクチエータ作動圧Paをアクチエータへ供給してアクチエータ作動式バルブを2段階作動により開放するようにした流体通路の開放方法に於いて、前記チューニングボックスに於いてアクチエータへ供給する二段階状のアクチエータ作動圧Paと振動検出信号Prとの相対関係を対比し、1段目のアクチエータ作動圧Paの上昇時に振動発生があるときにはステップ作動圧Ps′を下降させ、また、2段目のアクチエータ作動圧Paの上昇時に振動発生があるときにはステップ作動圧Ps′を上昇させ、前記ステップ作動圧Ps′の上昇又は下降による調整を複数回繰り返すことにより、振動検出信号Prがほぼ零となる2段階状作動圧Paのステップ作動圧Ps′を求め、当該振動発生がほぼ零となるステップ作動圧Ps′の2段階状の作動圧Paを電空変換装置から出力させるときの制御信号Scのデータに基づいて、前記アクチエータ作動式バルブを開放するようにしたことを特徴とする流体通路のウォータハンマーレス開放方法。
- 流体通路に介設したアクチエータ作動式バルブの上流側に振動センサを着脱自在に取り付け、振動センサからの振動検出信号Prをチューニングボックスへ入力すると共に、チューニングボックスからの制御信号Scを電空変換装置へ入力し、前記制御信号Scによって電空変換装置に於いて発生した二段階状のアクチエータ作動圧Paをアクチエータへ供給してアクチエータ作動式バルブを2段階作動により開放するようにした流体通路の開放方法に於いて、前記チューニングボックスに於いてアクチエータへ供給する二段階状のアクチエータ作動圧Paと振動検出信号Prとの相対関係を対比し、1段目のアクチエータ作動圧Paの低減時に振動発生があるときにはステップ作動圧Ps′を上昇させ、また、2段目のアクチエータ作動圧Paの低減時に振動発生があるときにはステップ作動圧Ps′を下降させ、前記ステップ作動圧Ps′の下降又は上昇による調整を複数回繰り返すことにより、振動検出信号Prがほぼ零となる2段階状作動圧Paのステップ作動圧Ps′を求め、当該振動発生がほぼ零となるステップ作動圧Ps′の2段階状の作動圧Paを電空変換装置から出力させるときの制御信号Scのデータに基づいて、前記アクチエータ作動式バルブを開放するようにしたことを特徴とする流体通路のウォータハンマーレス開放方法。
- 振動発生がほぼ零となる2段階状の作動圧Paを出力させるときの制御信号Scのデータを電空変換装置の記憶装置へ入力したあと、振動センサ及びチューニングボックスを取り外しするようにした請求項8又は請求項9に記載の流体通路のウォータハンマーレス開放方法。
- 振動センサをアクチエータ作動式バルブの設置位置から1000mm以内の上流側位置に設けるようにした請求項8又は請求項9に記載の流体通路のウォータハンマーレス開放方法。
- 2段階状の作動圧Paのステップ作動圧保持時間tを1秒より小さく設定するようにした請求項8又は請求項9に記載の流体通路のウォータハンマーレス開放方法。
- 管路内圧が略一定の流体通路に介設したアクチエータ作動式バルブにより流体通路を開放し、流体を下流側の流体通路へ供給する方法に於いて、流体を薬液とし、まず前記アクチエータへの駆動用入力を所定の設定値にまで増加若しくは減少させて弁体を開弁方向へ移動させ、アクチエータへの駆動用入力を前記設定値に短時間保持したあと、当該駆動用入力を更に増加若しくは減少させてバルブを全開状態にすることにより、バルブ開放時にウォーターハンマーを起生しないようにした薬液供給方法。
- 設定値に短時間保持する時間を1秒以内とすると共に流体通路の圧力上昇値をバルブ開放前の圧力値の10%以内とするようにした請求項13に記載の薬液供給方法。
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