JP2007327542A - 流体機器ユニット構造 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の流体機器類を集積させて一体化し、フットプリントの低減等に有効な流体機器ユニット構造を提供すること。
【解決手段】流路を介して接続される複数の流体機器類をベース部材１０に並列に集積して一体化する流体機器ユニット構造において、純水開閉弁５を設置する複数の設置面１１を設けたベース部材１０が、該ベース部材１０を貫通し純水開閉弁５と純水分岐路４を介して並列に接続される純水循環供給ライン２を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブや圧力スイッチ等の流体機器類を一体化して複数種類の流体を取り扱う流体機器ユニット構造に関する。

従来より、薬品等の流体を取り扱う装置においては、構成要素となる各種の流体機器類（バルブ類、レギュレータ、圧力センサ等の各種センサ類及び圧力スイッチ等の各種スイッチ類など）を配管で接続して一体化した構成とされる。従来の装置構成においては、ポンプ等により送出された流体を複数の流路に分配する場合、主配管に設けたヘッダー部に各々バルブ等を設けた分岐配管を接続するのが一般的である。
また、たとえば半導体製造装置のように複数の薬液用流体機器を使用する場合、配管を用いることなく薬液用流体機器どうしの連結を可能とする構造が提案されており、配管が不要になるため装置全体のコンパクト化が可能になるとされる。（たとえば、特許文献１参照）
特開２０００−１２０９０３号公報（図１参照）

ところで、近年においては、部品取付スペースが小さくなって装置の小型化に有効なフットプリント（平面視の投影面積）の低減等を目的とし、複数の流体機器類を集積させて一体化（ユニット化）した流体機器ユニット構造の開発が望まれている。このような要求は、主配管から複数の流路に分配する部分についても同様であり、ヘッダー部を用いて分岐配管を接続する従来構成では小型化に限界があった。

また、上述した特許文献１の連結構造は、薬液用流体機器の流路を直線的に接続するインラインタイプか、あるいは、マニホールドベースを用いて複数のバルブを並列に接続するものであるから、フットプリントの低減には限界があった。すなわち、一方のインラインタイプは、直線的に長くなる構造であるから集積化に不向きであり、他方のマニホールドベースを使用するタイプは、別体のマニホールドベースがフットプリントを増す要因となるため好ましくない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の流体機器類を集積させて一体化し、フットプリントの低減等に有効な流体機器ユニット構造を提供することにあり、特に、主配管から複数の流路に分配する部分等の装置構成に好適な流体機器ユニット構造を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明は、流路を介して接続される複数の流体機器類をベース部材に並列に集積して一体化する流体機器ユニット構造において、前記流体機器類を設置する複数の設置面を設けた前記ベース部材が、該ベース部材を貫通し前記流体機器類と連結流路を介して並列に接続される流体循環ラインを備えていることを特徴とするものである。
なお、上述した流体循環ラインは、一体化する流体機器ユニット構造の配管系統に応じて必要数（１または複数）が設けられる。

このような流体機器ユニット構造によれば、流体機器類を設置する複数の設置面を設けたベース部材が、該ベース部材を貫通し流体機器類と連結流路を介して並列に接続される流体循環ラインを備えているので、流体循環ラインを備えたベース部材に流体機器類を一体化してフットプリントが低減される。このように一体化した流体機器ユニット構造は、装置への組付作業が容易になる。
また、流体機器類が連通流路を介して流体循環ラインに接続されるので、たとえば流体機器類を構成している弁体に対し、流体循環ラインを流れる流体の動圧が直接作用することを防止できる。

上記の流体機器ユニット構造において、前記連結流路は、垂直を含む角度θに傾斜して設けられていることが好ましく、これにより、流体機器類と流体循環ラインとの平面距離が短縮されるため、フットプリントを効率よく低減することができる。
この場合、前記流体機器類に３方弁を採用すれば、流体循環ラインに連結する連結流路を略垂直に設けることが可能になってフットプリントの低減はより一層容易になる。

上述した本発明によれば、流体機器類を設置する複数の設置面を設けたベース部材が、ベース部材を貫通し流体機器類と連結流路を介して並列に接続される流体循環ラインを備えている流体機器ユニット構造としたので、流体循環ラインを備えたベース部材に流体機器類が並列に一体化されてフットプリントの低減が可能になるとともに、装置への組付作業も容易な流体機器ユニット構造を提供することができる。

さらに、流体機器類が連通流路を介して流体循環ラインに接続されるので、たとえば流体機器類の弁体に流体循環ラインを流れる流体の動圧が直接作用することを防止できるようになり、流体機器類の動作や機能に関する信頼性や耐久性が向上する。特に、連結流路が垂直を含む角度θに傾斜して設けられると、流体機器類と流体循環ラインとの平面距離が短縮されてフットプリントを効率よく低減することができる。このようなフットプリントの低減は、流体機器類に三方弁を採用することでより一層容易になる。
このように、本発明の流体機器ユニット構造は、複数の流体機器類を集積して一体化することでフットプリントの低減等に有効であり、特に、主配管から並列に接続された複数の流路へ分配する装置構成に好適な流体機器ユニット構造の提供に有効である。

以下、本発明に係る流体機器ユニット構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１から図４に示す流体機器ユニット１は、流路を介して接続される複数の流体機器類をベース部材１０に並列に集積して一体化したものであり、流体機器類を設置する複数の設置面１１，２１を設けたベース部材１０は、このベース部材１０を貫通するとともに流体機器類と連結流路を介して並列に接続される流体循環ラインを備えている。
以下では、図５の配管系統図に示したバルブ及び配管流路の構成を一体にユニット化した流体機器ユニット１について、図１から図４の構成例を参照して説明する。

図示の流体機器ユニット１は、たとえば半導体製造装置の一部であり、平行に配置された純水循環供給ライン２及び薬液循環供給３を備えている。
純水循環供給ライン２は、ベース部材１０を水平方向に貫通して設けた流体循環ラインであり、両端部には流体機器ユニット１へ純水を供給する純水主配管が接続されている。この純水循環供給ライン２は、ベース部材１０の内部で分岐するように形成された純水分岐管４を介して流体機器類と接続されているので、この場合は純水分岐管４が連結流路となる。図示の例では、ベース部材１０の内部に純水循環供給ライン２から並列に分岐する７本の純水分岐配管４が傾斜角度θに傾斜して設けられ、各純水分岐配管４を介して流体機器類の純水開閉弁５及び逆止弁６と接続されている。

薬液循環供給ライン３は、上述した純水循環供給ライン２と同様に、ベース部材１０を水平方向に貫通して設けた流体循環ラインであり、両端部には流体機器ユニット１へ薬液を供給する薬液主配管が接続されている。この薬液循環供給ライン３は、ベース部材１０の内部で分岐するように形成された薬液分岐管７を介して流体機器類と接続されているので、この場合は薬液分岐管７が連結流路となる。図示の例では、薬液循環供給ライン３から垂直方向へ並列に分岐して７本の薬液分岐配管７が設けられ、各薬液分岐配管７には流体機器類の薬液開閉弁８が配設されている。
また、各薬液分岐配管７に配設した薬液開閉弁８の下流側には、すなわち、薬液開閉弁８を基準にして薬液循環供給ライン３の反対側となる薬液分岐配管７の途中には、純水循環供給ライン２から分岐した純水分岐配管４の端部が接続されている。なお、薬液分岐配管７に接続される純水分岐配管４の端部は、逆止弁６の下流側で純水循環供給ライン３とは反対側になる。

上述した構成の流体機器ユニット１は、薬液循環供給ライン３を流れる薬液の一部が薬液開閉弁８を開とした薬液分岐管７を通って分流し、ユニット外の所望の場所に供給される。このとき、逆止弁６が機能することにより、純水開閉弁５の開閉状態に関係なく薬液が純水分岐管４を通って純水循環供給ライン２へ流入することを防止できる。
また、純水循環供給ライン２を流れる純水は、薬液開閉弁８を閉じた状態で所望の純水開閉弁５を開くことにより、純水の一部が純水分岐管４に分流する。この純水は、純水分岐管４の純水開閉弁５及び逆止弁６を通過して薬液分岐管７へ流入するので、薬液開閉弁８より下流側の薬液分岐管７を純水により洗浄することができる。
すなわち、上述した薬液開閉弁８は、逆止弁６と協働することにより、薬液循環供給ライン３から供給される薬液をユニット外へ流出させる流路と、純水循環供給ライン２から供給される純水をユニット外へ流出させる流路との選択切換が可能な三方弁として機能する。

図２に示す平面図において、流体機器ユニット１には、平行に配置された純水循環供給ライン（不図示）及び薬液循環供給ライン（不図示）がベース１０を貫通して紙面の上下方向に設けられている。本実施形態では、たとえば図１に示すように、ベース１０が上部本体１０Ａ及び下部本体１０Ｂに二分割され、上部本体１０Ａは、下部本体１０Ｂの上面に対し略右半分を覆うように重ねて一体化されている。そして、一方の上部本体１０Ａには純水循環供給ライン２が設けられ、他方の下部本体１０Ｂには薬液循環供給ライン３が設けられている。

純水循環供給ライン２は、上部本体１０Ａを貫通して設けられ、両端に純水主配管接続用のコネクタ２ａ，２ｂを備えた直線状の純水流路である。上部本体１０Ａの上面には、純水供給ライン２の軸中心から薬液循環供給ライン３側（内側）へ少しずらした位置に、傾斜角度θに傾斜している純水分岐管４を介して連通する純水開閉弁５の設置面１１が上下方向に並んで７箇所設けられている。図示の純水開閉弁５は空気圧操作弁であり、上部にアクチュエータＡｃが設けられている。

純水開閉弁５は、設置面１１の中央部に形成した凹部１２に弁体５ａを収納した構成とされる。弁体５ａは、たとえばダイヤフラムに設けた凸部であり、アクチュエータＡｃの動作により上下動して流路１３の上端部となる流路入口を開閉する。この流路１３は、凹部１２と、上部本体１０Ａの下面側に形成された逆止弁６の収納空間１４との間を連通させる垂直方向の貫通孔である。
逆止弁６は、収納空間１４と、下部本体１０Ｂの上面に形成された凹部１５との間に形成される空間内に配設され、弁体６ａと、弁体６ａが流路１３の下端部となる流路出口を閉じるように上向きの付勢をするばね６ｂとを備えている。

薬液循環供給ライン３は、下部本体１０Ｂを貫通して設けられ、両端に薬液主配管接続用のコネクタ３ａ、３ｂを備えた直線状の薬液流路である。下部本体１０Ｂの左側上面には、薬液開閉弁８の設置面２１が上下方向に並んで７箇所設けられている。なお、この薬液開閉弁８も空気圧操作弁であり、上部にアクチュエータＡｃが設けられている。
薬液開閉弁８は、設置面２１の中央部に形成した凹部２２に弁体５ａと同様の弁体８ａを収納した構成とされ、アクチュエータＡｃの動作により弁体８ａが上下動して薬液分岐管７の上端部となる流路入口を開閉する。この薬液分岐管７は、薬液循環供給ライン３と薬液開閉弁８との間を連通させる傾斜角度θが垂直方向の連絡通路である。なお、図中の符号２３は薬液開閉弁８の薬液出口用のコネクタである。

下部本体１０Ｂは、収納空間１５と凹部２１との間が傾斜流路１６を介して接続されており、従って、この傾斜流路１６が分岐配管７の途中に接続される純水分岐管４の端部となる。すなわち、上述した構成の流体機器ユニット１では、薬液循環供給ライン３を流れる薬液が薬液開閉弁８を開状態にした薬液分岐管７に分流され、あるいは、純水循環供給ライン２を流れる純水が純水開閉弁５を開状態にした純水分岐管４に分流された後、閉状態とした薬液開閉弁８の下流側となる薬液分岐管出口７ａを通り、いずれの場合もユニット外への流出が可能となる。ここで、薬液分岐管出口７ａ及び傾斜流路１６は、いずれも流路下端面が凹部２２の下端面と一致するように接続されているので、流体が滞留する空間をなくすことができる。
なお、図示の構成例では、流体機器ユニット１の主要部が耐薬品性のフッ素樹脂製とされ、図中の符号１７はベース固定板、１８はユニット基板である。

このように、本発明の流体機器ユニット１によれば、純水開閉弁５及び薬液開閉弁８等の流体機器類を設置する設置面１１，２１を複数設けたベース部材１０が、上部本体１０Ａを貫通し純水開閉弁５と純水分岐管４を介して並列に接続される純水循環供給ライン２や、下部本体１０Ｂを貫通し薬液開閉弁８と薬液分岐管７を介して並列に接続される薬液循環供給ライン３を備えているので、純水循環供給ライン２や薬液循環供給ライン３等の流体循環ラインを備えたベース部材１０に流体機器類が並列に一体化されてフットプリントの低減が可能になる。特に、上述した薬液開閉弁８は、逆止弁６と協働して機能する三方弁としたので、薬液供給循環ライン３に連結する薬液分岐管７を略垂直に設けることが可能になる。この結果、後述する変形例（図６参照）と比較して、薬液供給循環ライン３を設置する平面上のスペースが不要となるので、その分だけフットプリントの低減が容易になる。
また、流路や流体機器類が一体化された流体機器ユニット１は、装置への組付が主配管接続等の最小限に抑えられるため、組付作業が容易になる。

さらに、純水開閉弁５及び薬液開閉弁８等の流体機器類が連通流路となる純水分岐管４及び薬液分岐管７を介して純水循環供給ライン２及び薬液循環供給ライン７等の流体循環ラインに接続されるので、純水開閉弁５及び薬液開閉弁７の弁体５ａ，８ａに純水循環供給ライン２及び薬液循環供給ライン７を流れる流体の動圧が直接作用することを防止できるようになり、従って、流体機器類の動作や機能に関する信頼性や耐久性が向上する。
特に、純水分岐管４及び薬液分岐管７のような連結流路が垂直を含む角度θに傾斜して設けられると、すなわち、水平を除く傾斜角度θに設けられると、純水開閉弁５及び薬液開閉弁８等の流体機器類と純水循環供給ライン２及び薬液循環供給ライン７等の流体循環ラインとの平面距離が短縮されてフットプリントを効率よく低減することができる。

続いて、上述した流体機器ユニット１の変形例を図６に示して説明する。なお、上述した図１の実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図示の流体機器ユニット１′では、ベース部材１０′の下部本体１０Ｃに、二方弁の薬液開閉弁８′が用いられている。この薬液開閉弁８′は、一方が凹部２２に連通する傾斜角度θ′の薬液分岐管７′を介して薬液循環供給ライン３′に接続され、他方が垂直方向の流路２４を介して傾斜流路１６′に接続されている。
流路２４は、逆止弁６から薬液出口用のコネクタ２３に連通する傾斜流路１６′とＴ字状に交差している。この傾斜流路１６′は、傾斜部１６ａと水平部１６ｂとが連結されたものであり、図示の構成では、垂直の流路２４が水平部１６ｂに接続されている。

上述した変形例の場合、薬液循環供給ライン３′が傾斜角度θ′の薬液分岐管７′を介して薬液開閉弁８′に接続されるため、図１に示した実施形態と比較すれば、フットプリントがコネクタ２３側に大きくなる。
すなわち、この変形例は、上述した実施形態と同様にフットプリントの低減を可能にするものの、薬液開閉弁８の軸中心位置に薬液分岐管７が配置される実施形態の構成と比較すれば、傾斜角度θ′とした薬液分岐管７′が薬液開閉弁８′の軸中心位置から離間している分だけ、下部本体１０Ｃのフットプリントは大きくなる。
このような構成としても、弁体８ａを開とすれば薬液循環供給ライン３′から導入した薬液を薬液出口となるコネクタ２３へ流し、弁体８ａを閉とすれば純水循環供給ライン２から導入した純水を薬液出口となるコネクタ２３へ流すことができる。
なお、この変形例では、凹部２２に流体が滞留する淀み空間が形成されるため、薬液等流体の種類によっては凝固等の問題が懸念される。

ところで、上述した実施形態の流体機器ユニット１は、２種類の流体（純水及び薬液）を取り扱うものとして説明したが、１種類または３種類以上の流体を取り扱う場合にも適用可能である。
図７に示す他の実施形態は、たとえば２種類の薬液と純水のように、３種類の液体を取り扱う場合を示している。図示の実施形態は、上述した実施形態と同様の構成（但し、純水分岐管４及び薬液分岐管７は各々３本）とした二組の流体機器ユニット１Ａ，１Ｂを一体化したものである。この場合、純水循環供給ラインについては、互いのコネクタ２ａ，２ｂを連結することによって純水循環供給ラインどうしを直列に接続した後、両端のコネクタ２ａ，２ｂに純水主配管が接続される。

一方、薬液循環供給ラインについては、各ユニットの両端部にエルボ３０を介してコネクタ３ａ，３ｂを取り付けておき、それぞれのコネクタ３ａ，３ｂに各々異なる種類の薬液を流す薬液主配管が接続される。
このように、純水循環供給ラインどうしを直列に接続する流体機器ユニット数を適宜変更することにより、取り扱う流体の種類を増すことができる。また、純水循環供給ライン側においても、薬液循環供給ライン側と同様に適宜分割すれば、種々の流体を組み合わせた取り扱いが可能となる。なお、１種類の流体を取り扱う場合には、たとえば図１の薬液循環供給ライン３側をなくし、たとえば傾斜流路１６に相当する部分を分流させた流体の出口とすればよい。

このように、本発明の流体機器ユニット構造は、複数の流体機器類を集積して一体化することでフットプリントの低減等が可能となり、特に、主配管から並列に接続された複数の流路へ分配する装置構成に好適である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る流体機器ユニット構造の一実施形態を示す要部断面図（図２のＡ−Ａ断面）である。 本発明に係る流体機器ユニット構造の一実施形態を示す平面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図１のＣ−Ｃ断面図である。 図２に示した流体機器ユニット構造の内部構成を示す配管系統図である。 図１の変形例を示す要部断面図である。 本発明に係る流体機器ユニット構造について、他の実施形態を示す平面図である。

符号の説明

１，１′ 流体機器ユニット
２ 純水循環供給ライン（流体循環ライン）
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，２３ コネクタ
３，３′ 薬液循環供給ライン（流体循環ライン）
４ 純水分岐管（連結流路）
５ 純水開閉弁
５ａ，６ａ，８ａ 弁体
６ 逆止弁
６ｂ ばね
７，７′ 薬液分岐管（連結流路）
８，８′ 薬液開閉弁
１０，１０′ ベース部材
１０Ａ 上部本体
１０Ｂ，１０Ｃ 下部本体
１１，２１ 設置面
１２，１５，２２ 凹部
１３，２４ 流路
１４ 収納空間
１６，１６′ 傾斜流路
Ａｃ アクチュエータ

Claims (3)

1. 流路を介して接続される複数の流体機器類をベース部材に並列に集積して一体化する流体機器ユニット構造において、
   前記流体機器類を設置する複数の設置面を設けた前記ベース部材が、該ベース部材を貫通し前記流体機器類と連結流路を介して並列に接続される流体循環ラインを備えていることを特徴とする流体機器ユニット構造。
2. 前記連結流路が、垂直を含む角度θに傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体機器ユニット構造。
3. 前記流体機器類が３方弁であることを特徴とする請求項２に記載の流体機器ユニット構造。

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