JP2007002902A - マニホールド構造体及びそれを用いたバルブユニット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部流路24A,24Bが形成されたブロック3A,3Bを連結するマニホールド構造体2において、内部流路24Aが開口する側面に、該内部流路24Aの開口部と同軸上に第1フランジ部28Aが設けられた第1ブロック3Aと、内部流路24Bが開口する側面に、該内部流路24Bの開口部と同軸上に第1フランジ部28Aと同一形状の第2フランジ部28Bが設けられた第2ブロック3Bと、第1フランジ部28Aと第2フランジ部28Bとの間に介在するシール部材61Dと、シール部材を挟んで第1フランジ部28Aと第2フランジ部28Bを突き合わせた接続部を連結する接続部材6Dとを設ける。
【選択図】 図3
Description
図28に示す従来のバルブユニット101は、複数のブロック103を水平方向に連結するとともに、両端のブロック103に継手ブロック115をそれぞれ取り付けてマニホールド構造体102を構成し、各ブロック103に1個のアクチュエータ111を搭載する。バルブユニット101は、各ブロック103の主流路106と継手ブロック115とが互いに連通し、アクチュエータ111によって各ブロック103の弁部を開閉することにより、図中矢印方向に流れる薬液を分流出力する。
一方、継手ブロック115は、ブロック103の側面に当接する本体部に継手部を一体的に形成される。
パッキン116の外周にOリング117,117を装着し、パッキン116をブロック103の環状溝109に嵌め込むように、隣り合うブロック103の端面を互いに当接させる。ブロック103は、環状溝109の両側にジョイントブロック118に係合する係合凹部119,119がそれぞれ設けられており、各係合凹部119を通るように上面から挿通孔120が穿設されている。ジョイントブロック118にも、挿通孔120に対応する貫通孔121が形成される。互いに端面を当接するブロック103は、係合凹部119に側方からジョイントブロック118を係合され、金属製のピン122をブロック103の上方から挿通孔119と貫通孔121に挿し通し、ブロック103とジョイントブロック118とを位置決め固定する。これにより、隣合うブロック103が位置決め固定され、パッキン116を安定して狭持する。なお、継手ブロック115とブロック103も同様の構造で連結される(例えば、特許文献1参照)。
(1)内部流路が形成されたブロックを複数備え、内部流路を連通させるようにブロックを連結するマニホールド構造体において、内部流路が開口する側面に、該内部流路の開口部と同軸上に第1フランジ部が設けられた第1ブロックと、内部流路が開口する側面に、該内部流路の開口部と同軸上に第1フランジ部と同一形状の第2フランジ部が設けられた第2ブロックと、第1フランジ部と第2フランジ部との間に介在するシール部材と、シール部材を挟んで第1フランジ部と第2フランジ部を突き合わせた接続部を連結する接続部材とを有することを特徴とする。
図1に示すバルブユニット1は、半導体製造装置に組み付けられ、薬液の分流又は合流を制御する。バルブユニット1は、ブロック(第1ブロック)3Aとブロック(第2ブロック)3Bを水平方向に連結するとともに、ブロック3A,3Bの側面に継手ブロック4A,4B,4Cをそれぞれ取り付けることによりマニホールド構造体2を構成し、各ブロック3A,3Bに1個の薬液弁5A,5Bを搭載する。本実施形態のバルブユニット1は、ブロック3Aと継手ブロック4A、ブロック3Bと継手ブロック4B、ブロック3Bと継手ブロック4C、及び、ブロック3A,3B同士を接続部材6A,6B,6C,6Dを介して接続する点に特徴を有する。
ブロック3Aに取り付けられた薬液弁5Aは、エアオペレートタイプの2ポート弁である。また、ブロック3Bに取り付けられた薬液弁5Bは、エアオペレートタイプの3ポート弁である。バルブユニット1は、ブロック3Aの継手ブロック4Aに入力した薬液の供給と遮断を薬液弁5Aで制御し、薬液弁5Bによって薬液を継手ブロック4Cのみから出力する流路と、継手ブロック4Bと継手ブロック4Cから分流して出力する流路とを切り替えるように流路構成されている。
バルブユニット1は、取付板7A,7Bにブロック3A,3B、薬液弁5A,5Bを積層し、4本の図示しない金属製ボルトを薬液弁5A,5Bからブロック3A,3Bを貫いて取付板7A,7Bに締結し、取付板7A,7B、ブロック3A,3B、薬液弁5A,5Bをそれぞれ一体的に組み上げる。なお、薬液弁5A,5Bは、図示しないボルトが腐食性雰囲気にさらされないように、図示しないボルトを挿通するボルト孔にキャップ8A,8Bをそれぞれ取り付ける。ブロック3A,3Bは、主流路24A,24Bが連通するように、接続部材6Dによって連結される。
図3に示すように、薬液弁5Aは、ブロック3Aに連結するシリンダ11Aとカバー12Aにより外観を構成され、シリンダ11Aとブロック3Aとの間でダイアフラム弁体13Aの外縁部を狭持する。シリンダ11Aとカバー12Aの間には、ピストン室14Aが形成される。ピストン室14Aには、ピストン15Aが上下方向へ摺動自在に装填され、ピストン15Aの下端部がシリンダ11Aを貫いてブロック3A側へ突き出し、ダイアフラム弁体13Aに連結される。ピストン15Aは、ピストン室14Aを上室16Aと下室17Aに気密に区画し、上室16Aがシリンダ11Aに開設された第1パイロットポート18A(図1参照)に連通する一方、下室17Aがシリンダ11Aに開設された第2パイロットポート19A(図1参照)に連通する。従って、薬液弁5Aは、上室16Aと下室17Aの圧力バランスを調整することによりピストン15Aを図中上下方向へ移動させ、ダイアフラム弁体13Aの保持位置を調整できる。
なお、薬液弁5Aを構成する部品は、耐腐食性に優れる樹脂又は金属で構成される。
ブロック3Aは、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)やPFA(四フッ化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)などの樹脂を直方体のブロック状に成形(樹脂成形又は切削加工等)したものである。ブロック3Aは、図中上面と下面が正方形状に形成され、4個の外側側面が上面と下面に垂直に接続する。ブロック3Aは、ダイアフラム弁体13Aに気密に区画されて弁室を形成する開口部21Aが上面から円柱状に穿設され、開口部21Aの周りにダイアフラム弁体13Aの外縁部を位置決め保持する保持溝22Aが形成されている。ブロック3Aは、開口部21Aより小径の弁孔23Aが開口部21Aと同軸上に形成され、開口部21Aの下方に水平に穿設された主流路24Aに垂直に接続して連通する。弁孔23Aが開口部21Aの底面に開口する開口部分には、ダイアフラム弁体13Aが当接又は離間する弁座25Aが設けられる。また、ブロック3Aは、弁座25Aの外側に接続孔26Aが円弧状に形成され、連通路27Aが主流路24Aと同じ高さでブロック3Aの側面から水平方向に穿設され、接続孔26Aに連通する。
ブロック3Bは、ブロック3Aと同様、PTFEやPFAなどの樹脂を直方体のブロック状に成形したものである。ブロック3Bは、基本的にブロック3Aと同様の構成であるが、副流路32Bとフランジ部33Bを備える点でブロック3Aと相違する。ここでは、ブロック3Bがブロック3Aと相違する点について説明し、ブロック3Aと共通する点については説明を割愛する。
ブロック3Bは、図5に示すように、連通路27Bが開口する側面と対向する側面から、副流路32Bが主流路24Bと同じ高さで水平方向に穿設され、弁孔23Bと主流路24Bに連通する。ブロック3Bは、フランジ部33Bが副流路32Bの開口部に同軸上に設けられ、フランジ部(第2フランジ部)28B,29B,33Bが同一の高さで配設される。フランジ部33Bは、フランジ部28B,29Bと同様の構成を有し、ブロック3Bの側面から円筒状に突設され、開口端部が肉厚にされている。フランジ部33Bの開口端面にも、H形リング61Cを収納するシール溝34Bが形成される。
図4に示すように、継手ブロック4Aは、ブロック3Aに接続される本体36Aに継手部37Aを一体的に設けたものである。本体36Aは、継手ブロック37Aを突設される端面と反対側の端面に、フランジ部38Aを備える。フランジ部38Aは、フランジ部28Aと同様の構成を有し、本体36Aの端面から円筒状に突設され、、開口端部が肉厚にされている。フランジ部38Aの開口端面には、H形リング61を収納するシール溝39Aが形成される。なお、継手部37Aの外周面には、図示しないソケットを螺合するための雄ネジ40Aが形成されている。
接続部材6Dは、固定ブロック41D,42D、ボルト43D,43D、ナット48D,48D、キャップ49D,50Dなどから構成され、ブロック3A,3Bのフランジ部28A,28Bを挟み込んで連結する。
固定ブロック41D,42Dは、耐熱、耐薬品性、耐クリープ性に優れた樹脂(例えば、PFA、PVDF(二弗化ビニリデン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)など)を直方体のブロック状に成形(樹脂成形又は切削加工等)したものである。固定ブロック41D,42Dは、互いに当接する端面に、切欠部56D,57Dが、ブロック3A,3Bのフランジ部28A,フランジ部28Bの外径半径と同一半径を備える半円状に切り欠いて設けられる。固定ブロック41D,42Dは、切欠部56D,57Dの内周面中央に凹溝44D,45Dが断面コの字形に形成され、フランジ部28A,28Bの肉厚部を突き合わせた状態で凹溝44D,45Dの間に収納するようにされている(図3参照)。すなわち、凹溝44D,45Dにより、フランジ部28A,28Bの接続部に係合する「係合溝」が形成される(図3、図7参照)。図7に示すように、固定ブロック41D,42Dは、凹溝44D,45Dの両側にボルト43Dを挿通するボルト孔46D,46D,47D,47Dがそれぞれ形成される。固定ブロック42Dは、ボルト孔47D,47Dに金属製のナット48D,48Dがインサート成形によって取り付けられ、固定ブロック41D側から挿通されたボルト43Dをナット48Dに締結することにより固定ブロック41D,42Dを一体化する。ボルト孔46D,46D,47D,47Dの開口部は、ボルト43Dやナット48Dを腐食性雰囲気から遮断するため、樹脂製のキャップ49D,49D,50D,50Dによってそれぞれ塞がれる(図6参照)。
H形リング61Dは、PTFEよりやや硬いPFAや変性PTFEにより形成され、その断面がH形をなす。H形リング61Dは、肉厚なリング形状をなし、その下面において、図中矢印Xで示す肉厚方向(半径方向)中央に第2周溝63Dが形成され、リング状の第2凹凸条をなしている。同じく、H形リング61Dは、その上面において、図中矢印Xで示す肉厚方向(半径方向)中央に第1周溝62Dが形成され、リング状の第1凹凸条をなしている。
また、ブロック3Bに設けたフランジ部28Bの端面には、第2シール溝30Bが環状に形成される。第2シール溝30Bの底部には、ブロック3A側へ延びる第2周状突起64Bが突設され、第2凸凹条を形成する。第2凸凹条は、H形リング61Dの第2周溝63Dに対応する第2周状突起64Bを有し、円環状に構成される。
H形リング61Dの第1周溝62Dは、内環状壁66Dと外環状壁67Dにより形成され、その深さHは、第1周状突起64Aの高さとほぼ同一である。第1周溝62Dの内壁には、H形リング61Dの肉厚方向(半径方向)に厚みを有する圧入代Pがそれぞれ設けられる。この圧入代Pは、内側段部68Dの溝幅W1と外側段部69Dの溝幅W2の差分により設けられる。すなわち、内側段部68Dの溝幅W1は、第1周状突起64Aの肉厚方向の幅W3(図8(a)参照)より小さく設定され、外側段部69Dの溝幅W2は、第1周状突起64Aの肉厚方向の幅W3(図8(a)参照)とほぼ同程度に設定されている。そのため、図8(b)に示すように、第1,第2周状突起64A,64Bの先端部を第1,第2周溝62D,63Dの底部に突き当てるように、H形リング61Dを第1,第2シール溝30A,30Bの間に装着すると、第1,第2周状突起64A,64Bの両側に圧入代Pが設けられる。
なお、第2周溝63Dは、第1周溝62Dと同様の構成であるので、説明を省略する。
まず、ブロック3Aのフランジ部28Aとブロック3Bのフランジ部28BをH形リング61Dを介して突き合わせ、その接続部分の周りに接続部材6Dを装着し、ブロック3Aとブロック3Bを連結する。そして、ブロック3Aのフランジ部29Aに継手ブロック4Aのフランジ部34AをH形リング61Aを介して突き合わせ、その接続部分の周りに接続部材6Aを装着し、ブロック3Aと継手ブロック4Aを連結する。また、ブロック3Bのフランジ部29Bに継手ブロック4Cのフランジ部34CをH形リング61Bを介して突き合わせ、その接続部分の周りに接続部材6Bを装着してブロック3Bと継手ブロック4Bを連結するとともに、ブロック3Bのフランジ部33Bに継手ブロック4Cのフランジ部34CをH形リング61Cを介して突き合わせ、その接続部分の周りに接続部材6Cを装着してブロック3Bと継手ブロック4Cを連結する。
図10、図11、図12に示すブロック3A,3A1,3A2は、2つの外側側面にフランジ部(ポート)を備える点で共通するが、内部流路の形成の仕方が異なる。即ち、図10に示すブロック3Aは、上記バルブユニット1で使用したものと同様であるが、図11に示すブロック3A1は、図10に示すブロック3Aと連通路27Aを180度反対に設け、その連通路27Aの開口部の周りにフランジ部29Aを設ける。また、図12に示すブロック3A2は、主流路24Aを穿設する側面と対向する側面から連通路27Aを穿設し、その開口部の周りにフランジ部29Aを設ける。
図13〜図18に示すブロック3B,3B1,3B2,3B3,3B4,3B5は、3つの外側側面にフランジ部(ポート)を備える点で共通するが、内部流路の形成の仕方が異なる。すなわち、図13に示すブロック3Bは、上記バルブユニット1で使用したものと同様であるが、図14に示すブロック3B1は、図13に示すブロック3Bと連通路27Bと副流路32Bの形成位置及びフランジ部29B,33Bの配置が180度反対にされている。また、図15に示すブロック3B2は、図13に示すブロック3Bが主流路24Bと副流路32Bを直角に形成していたのに対して、主流路24Bと副流路32Bを直線状に設けている。図16に示すブロック3B3は、接続孔26Bを連通路27Bと副流路32Bに連通するように形成する点が図13に示すブロック3Bと相違する。また、図17に示すブロック3B4は、図16に示すブロック3B3と、主流路24Bと副流路32Bを形成する位置及びフランジ部28B,33Bが図中左右逆になっている点が相違する。図18に示すブロック3B5は、主流路24Bを挟んで対称に接続孔26B,26Bを設け、各接続孔26B,26Bに連通路27Bと副流路32Bが連通する点が図13に示すブロック3Bと相違する。
図19〜図22に示すブロック3C,3C1,3C2,3C3は、外側側面の全てにフランジ部(ポート)を備える点で共通するが、内部流路の形成の仕方が相違する。図19に示すブロック3Cは、主流路24C、第1副流路71C、第2副流路72CがT字状に形成され、それぞれ弁孔23Bに連通し、接続孔26Bが連通路27Cのみに連通する。主流孔24C、連通路27C、第1副流路71C、第2副流路72Cの開口部には、フランジ部28C,29C,73C,74Cが設けられる。図20に示すブロック3C1は、弁孔23Cを挟んで対象位置に接続孔26B,26Bを設け、連通路27B、第1副流路71Cを接続孔26C,26Cにそれぞれ連通させる点で図19に示すブロック3Cと相違する。また、図21に示すブロック3C2は、接続孔26Cを約180度に渡って形成し、連通路27Cと第2副流路72Cを接続孔26Cに連通させる点で図19に示すブロック3Cと相違する。さらに、図22に示すブロック3C3は、接続孔26Cを約270度の円弧状に設け、主流路24Cのみを弁孔23Cに連通させ、他の連通路27C、第1副流路71C、第2副流路72Cを接続孔26Cに連通するように流路を形成する。
図23に示すように、薬液弁5B,5Cを並列に接続し、薬液弁5B,5Cの上流に薬液弁5A,5Dを配置する回路構成を実現する場合、図24及び図25に示すように、複数種類のブロックを組み合わせてマニホールド構造体2を構成する。すなわち、バルブユニット76のマニホールド構造体2は、接続部材6Fを用いてブロック3B2とブロック3A1を連結し、接続部材6Gを用いてブロック3A1とブロック3B1を連結し、接続部材6Hを用いてブロック3B1とブロック3B2を連結する。そして、継手ブロック4A,4Bを接続部材6A,6Bを用いてブロック3B2に連結し、継手ブロック4Cを接続部材6Cを用いてブロック3B1に連結し、継手ブロック4D,4Eを接続部材6D,6Eを用いてブロック3B2に連結する。そして、各ブロック3B2,3A1,3B1,3B2の上下面に薬液弁5A,5B,5C,5Dと取付板7A,7B,7C,7Dをそれぞれ積層して図示しないボルトで一体化する。
(3)例えば、上記実施形態では、ナット48Dを固定ブロック42Dにインサート成形によって取り付けたが、圧入や接着剤などで取り付けてもよい。
(5)例えば、上記実施形態では、接続部材6を固定ブロック41,42に2分割したが、3分割以上にしてもよい。また、固定ブロック41,42を上下分割ではなく、左右分割にしてもよい。
(7)例えば、上記実施形態のバルブユニット1では、継手ユニット4Aに供給した薬液を継手ブロック4B,4Cから分流して出力したが、継手ブロック4B,4Cから第1薬液と第2薬液を供給し、第1薬液と第2薬液を合流させて継手ユニット4Aから出力するようにしてもよい。
2 マニホールド構造体
3A,3B ブロック
4A,4B,4C 継手ブロック
6A,6B,6C,6D 接続部材
24A,24B 主流路
28A,28B フランジ部
29A,29B フランジ部
33B フランジ部
30A,30B シール溝
41A,41B,41C,41D 固定ブロック
42A,42B,42C,42D 固定ブロック
43A,43B,43C,43D ボルト
48A,48B,48C,48D ナット
52A,52B,52C,52D 凸部(回転止め機構)
53A,53B,53C,53D 凸部(回転止め機構)
54A,54B 凹部(回転止め機構)
61A,61B,61C,61D H形リング(シール部材)
Claims (7)
- 内部流路が形成されたブロックを複数備え、前記内部流路を連通させるように前記ブロックを連結するマニホールド構造体において、
内部流路が開口する側面に、該内部流路の開口部と同軸上に第1フランジ部が設けられた第1ブロックと、
内部流路が開口する側面に、該内部流路の開口部と同軸上に前記第1フランジ部と同一形状の第2フランジ部が設けられた第2ブロックと、
前記第1フランジ部と前記第2フランジ部との間に介在するシール部材と、
前記シール部材を挟んで前記第1フランジ部と前記第2フランジ部を突き合わせた接続部を連結する接続部材とを有することを特徴とするマニホールド構造体。 - 請求項1に記載するマニホールド構造体において、
前記接続部材は、
前記第1フランジ部と前記第2フランジ部の接続部に対して、一方向から装着される第1固定ブロックと、
前記第1フランジ部と前記第2フランジ部の接続部に対して、第1固定ブロックと反対方向から装着される第2固定ブロックと、
前記第2固定ブロックに取り付けられたナットと、
前記第1ブロックと前記第2ブロックに挿通され、前記ナットに締結されるボルトとを有し、
前記第1ブロックと前記第2ブロックとの間に前記第1フランジ部と前記第2フランジ部の接続部に係合する係合溝が形成されていることを特徴とするマニホールド構造体。 - 請求項1又は請求項2に記載するマニホールド構造体において、
前記第1ブロック及び前記第2ブロックは、取付板に接触する接触面が正方形状をなす樹脂製のブロック体であり、
前記第1ブロックの前記内部流路が開口する開口位置と、前記第2ブロックの前記内部流路が開口する開口位置とが同一の高さに設定され、
前記第1フランジ部と前記第2フランジ部が同一の高さに配設されていることを特徴とするマニホールド構造体。 - 請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載するマニホールド構造体において、
前記第1フランジ部又は前記第2フランジ部と同一形状を有する第3フランジ部を備える継手ブロックを有し、
前記継手ブロックの第3フランジ部を前記第1ブロックの第1フランジ部又は前記第2ブロックの第2フランジ部に突き合わせた接続部の周りに、前記接続部材を着脱自在に装着されるものであることを特徴とするマニホールド構造体。 - 請求項1乃至請求項4の何れか1つに記載するマニホールド構造体において、
前記第1フランジ部の端面に第1シール溝を形成し、前記第1シール溝に第1凸凹条を設け、
前記第2フランジ部の端面に第2シール溝を形成し、前記第2シール溝に第2凸凹条を設け、
前記シール部材が、樹脂をリング状に成形したものであり、前記第1凸凹条に嵌合する第1凹凸条と、前記第2凸凹条に嵌合する第2凹凸条を有し、
前記第1凸凹条又は前記第1凹凸条の少なくとも一方が、肉厚方向に設けられた圧入代を有するとともに、前記第2凸凹条と前記第2凹凸条の少なくとも一方が、肉厚方向に設けられた圧入代を有することを特徴とするマニホールド構造体。 - 請求項1乃至請求項5の何れか1つに記載するマニホールド構造体において、
前記第1ブロックと前記接続部材との間、及び、前記第2ブロックと前記接続部材との間に、回転止め機構をそれぞれ設けたことを特徴とするマニホールド構造体。 - 請求項1乃至請求項6の何れか1つに記載するマニホールド構造体を有することを特徴とするバルブユニット。
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