JP2009173326A - プラグ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】容器入口のキャップ取付用ネジを外ネジとした容器に対して取付可能であり、しかも、液体循環時においても容器内の液面に泡立ちが生じないなプラグ構造を提供する。
【解決手段】容器入口２のキャップ取付用ネジが外ネジ３の容器１に用いられ、容器入口２に取り付けられてサイフォン管方式による容器内の液体取出及び容器内の液体循環が可能なプラグ構造であって、液体循環時に容器１内へ戻る液体を、液体取出用のサイフォン管１３の外壁に沿って落下させる液体循環流路２０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば半導体高純度薬品や一般化学薬品等の液体が貯蔵される容器の開口部に取り付けられるプラグ構造に係り、特に、容器内の液体を循環させることが可能なプラグ構造に関する。

一般に、半導体高純度薬品や一般化学薬品等の液体は、生産工場にてガラス瓶やポリエチレンタンク等の容器に充填され、この容器に形成された充填・取出用の開口部に蓋を取り付けた状態で出荷されている。このような容器中に収容された液体を取り出す手法としては、容器内部に空気等の気体を導入することにより、その気体圧力により液体を容器外へ送り出すサイフォン管方式が知られている。
この方式では、充填・取出用の開口部（以下、「容器入口」と呼ぶ）に取り付けられていた蓋を取り外した後、容器入口の開口部に液体流路となるサイフォン管及び気体供給路を備えたプラグが取り付けられる。そして、液体を取り出すためのチューブと、気体を導入するためのチューブとをそれぞれ連結可能なソケットをプラグに嵌合することにより、容器入口の開口部に取り付けられたプラグ及びソケットには、液体を取り出すための主流路及び気体を導入するための副流路が形成される。（たとえば、特許文献１参照）
特開２００２−５９９９３号公報

ところで、上述した特許文献１に記載された従来技術は、液体が貯留される容器の開口部に取り付けられるプラグと、このプラグに接続されるソケットとからなる接続器具である。この場合のプラグは、容器入口の開口部に形成された内ネジに螺合させて取り付けられるものであるから、容器入口の開口部に外ネジが形成された容器、すなわち、容器入口の開口部を塞ぐキャップ取付用のネジが外ネジの容器に使用することはできなかった。
なお、この従来技術では、中央プラグの側面にガス用孔が設けられているので、液溜まりを生じやすいという問題も指摘されている。

また、上述したサイフォン管方式により容器内の液体を取り出すプラグにおいては、サイフォン管を用いて容器内の液体を循環させることがある。この場合、プラグに連結して使用するソケットは、気体導入用の気体流路に加えて、容器内の液体を取り出す液取出流路及び取り出した液体を容器内へ戻す液戻り流路を備えている。このようなプラグ構造によれば、液体循環時において、ソケットの外部で液取出流路と液戻り流路とが連結されるので、気体の導入によりサイフォン管を通って取り出された液体は、液取出流路から液戻り流路を通って容器内へ戻される。

このような液体循環時において、液戻り流路から容器内へ戻される液体が液面まで自由落下すると、液面から液中に気体を巻き込むことにより泡立ちが生じることとなる。すなわち、このような泡立ちは、薬液等の液体中に気泡が入り込むことを意味しているため、正確な流量測定や品質維持等の観点から好ましくない。
このような背景から、薬液等の液体を充填する容器に用いられ、気体の圧力で液体を容器外へ送り出すサイフォン管を備えたプラグ構造においては、容器入口のキャップ取付用ネジを外ネジとした容器に対して取付可能であり、しかも、薬液等の液体を循環させる液体循環時においても容器内の液面に泡立ちが生じないプラグ構造の開発が望まれる。

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、容器入口のキャップ取付用ネジを外ネジとした容器に対して取付可能であり、しかも、液体循環時においても容器内の液面に泡立ちが生じないなプラグ構造を提供することにある。

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。
本発明の請求項１に係るプラグ構造は、容器入口のキャップ取付用ネジが外ネジの容器に用いられ、前記容器入口に取り付けられてサイフォン管方式による容器内の液体取出及び容器内の液体循環が可能なプラグ構造であって、前記液体循環時に容器内へ戻る液体を、液体取出用のサイフォン管の外壁に沿って落下させる液体循環流路が設けられていることを特徴とするものである。

このようなプラグ構造によれば、液体循環時に容器内へ戻る液体を、液体取出用のサイフォン管の外壁に沿って落下させる液体循環流路が設けられているので、容器内の空間を液体が重力により自由落下することを防止できる。

上記の発明において、前記液体循環流路は、前記サイフォン管の外壁の周囲に配置されて容器内に気体を供給するための気体供給路とされ、該気体供給路の内周側壁面と前記サイフォン管の外壁とを同一壁面にしたものが好ましく、これにより、液体循環流路を気体流路と兼用し、容器内へ戻す液体をサイフォン管の外壁に沿わせてスムーズに落下させることができる。なお、この場合の液体循環流路は、容器内へ戻す液体の圧力が作用しないようにするため、たとえば長穴の採用や円形穴の個数を増やすなどして、十分な開口面積を確保することが望ましい。
また、気体供給路を液体循環流路として利用する場合、前記気体供給路の入口は、外周側から内周側へ下がる傾斜面を有することが好ましく、これにより、液体循環流路となる気体供給路に液溜まりが生じることを防止できる。

上記の発明においては、前記サイフォン管の外壁に液体ガイド部を設けることが好ましく、これにより、容器内へ戻す液体をサイフォン管の外壁に沿わせて液面まで確実に導くことができる。この場合の液体ガイド部としては、外壁に形成された螺旋状の凸部や、外壁部に形成した略鉛直方向（サイフォン管軸方向）の凹溝部等が好適である。

上記の発明においては、前記サイフォン管の途中に外壁から突出する液溜部を設け、該液溜部を貫通して開口する液体出口の内壁が外壁と同一壁面であることが好ましく、これにより、サイフォン管に沿って落下する途中でいったん液溜部に溜まるので、落下速度を抑制することができる。なお、液溜部に溜まった液体は、サイフォン管の外壁と同一壁面の液体出口からサイフォン管の外壁に沿って下方へ流出するので、液溜部より下でも自由落下することはない。

上述した本発明によれば、薬液等の液体を充填する容器に用いられ、液体を容器外へ送り出すサイフォン管を備えたプラグ構造が、容器入口のキャップ取付用ネジを外ネジとした容器に対して取付可能となる。しかも、薬液等の液体を循環させる液体循環時においても、液体をサイフォン管の外壁に沿わせて液面まで落下させることができるので、容器内の液面に泡立ちを生じないプラグ構造となる。

以下、本発明に係るプラグ構造の一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１及び図２において、図中の符号１は容器、１０はプラグ、３０はソケットである。本発明のプラグ１０は、容器１の内部に収容されている液体を取り出すため、容器１の内部に空気等の気体を導入し、その気体圧力により液体を容器１の外部へ送り出すサイフォン管方式に使用されるものである。また、このプラグ１０は、ソケット３０が後述する液戻り流路３４を備えている場合、容器１内の液体を取り出すだけでなく、容器１内の液体を循環させることもできる。

半導体高純度薬品等の薬液（液体）を充填する容器１は、たとえば耐薬品性の樹脂等の成形品である。容器１の上部には、液体の充填・取出用として容器入口２が設けられている。この容器入口２は、容器１の内部に薬液等の液体を充填するだけでなく、容器１内の薬液を取り出したり循環させたりする際にも使用される開口部である。
容器入口２は、容器１の本体１ａから上方に突出して上端が開口する円筒形状のノズルであり、たとえば図１に示すように、密閉用のキャップ取付等に使用される外ネジ３を備えている。なお、この場合のキャップ（不図示）は、内周面に内ネジが形成されたタイプとされ、容器入口２の外周面に形成された外ネジ３との螺合により取り付けられる。

プラグ１０は樹脂等の成形部品であり、容器入口２の開口部に上方から圧入して取り付けられる。このプラグ１０は、略円筒形状のプラグ本体１１に形成された気体供給路１２及びサイフォン管１３を備えている。
気体供給路１２は、外部から導入した気体を容器１内に供給するための流路である。この気体供給路１２は、プラグ本体１１の底面１４を軸方向に貫通する孔であり、プラグ本体１１の軸中心に配置されたサイフォン管１３の外周を取り囲むようにして複数設けられている。図２に示す構成例では、サイフォン管１３の外周を取り囲むようにして、サイフォン管１３の外壁に接して同一壁面を有する気体供給路１２が、９０度ピッチに４箇所設けられている。

上述した気体供給路１２の上面入口部は、気体供給路１２の開口部へ向けて低くなる傾斜を設けたすり鉢形状とすることが望ましい。すなわち、底面１４に開口する気体供給路１２の上面入口部周辺は、たとえば気体供給路１２の開口角部を面取するなどして、外周側から内周側のサイフォン管１３へ向けて下がる傾斜面を設けておき、底面１４内に入り込んだ液体が滞留することなく気体供給路１２の低い開口位置へ容易に導かれる形状としている。

このような気体供給路１２の上面入口部は、たとえば半導体製造工程のウエハ研磨工程で用いられる二酸化シリコン分散水溶液のように、凝固しやすいスラリー状の薬液等を取り扱う場合に有効である。
すなわち、搬送時等の容器内液面変化により凝固しやすい液体が気体供給路１２を通り抜けて底面１４に入り込んだ場合など、気体供給路１２の上面入口部がすり鉢形状であれば、液体が底面１４内に滞留することなく速やかに流出するので、底面１４内に凝固して付着することを防止できる。なお、薬液が凝固して付着することは、変質等の原因となるため好ましくない。

サイフォン管１３は、容器１内の液体を気体の圧力で押し出して取り出すための流路であり、プラグ本体１１から容器１の底面近傍まで延在している。図示のサイフォン管１３は、たとえば図１に示すように、プラグ本体１１と一体に成形された部分に延長管１３ａを連結して必要な長さが確保されている。なお、以下の説明では、区別が必要な場合を除き、延長管１３ａを含めた全体をサイフォン管１３と呼ぶ。
また、サイフォン管１３の上端入口部には、後述するソケット３０に設けられた液体流出用のバルブ３５を押し上げて開とするバルブ操作部１５が設けられている。このバルブ操作部１５は、バルブ３５の下端部が当接して押し上げられるように、サイフォン管１３の液体流路となる貫通部１５ａを残して上端入口部を部分的に（特に、軸中心位置）塞いだものである。なお、このバルブ操作部１５は、プラグ１０と組み合わせて使用するソケット３０のタイプ等に応じて不要となる場合もある。

上述したプラグ１０は、容器入口２に圧入されるプラグ本体１１の下部１６が半径方向に弾性変形可能とされ、かつ、プラグ本体１１の下部外周面に容器入口２の内壁面２ａ方向へ突出する係止爪１７が設けられている。プラグ本体１１の下部１６は薄肉のリング形状とされ、適所に（たとえば９０度ピッチに４箇所）軸方向のスリット１８を設けることにより、半径方向の弾性変形を容易にしている。なお、以下の説明では、プラグ本体１１に弾性変形可能な下部１６及び係止爪１７が設けられている場合について説明するが、この弾性変形可能な下部１６及び係止爪１７がなく、単に挿入する形状としてもよい。

また、上述した係止爪１７は、下端部の最小径が容器入口２の内径と略一致するか若干小径とされ、かつ、上端部の最大径が容器入口２の内径より適度に大きな値となるように設定されている。なお、係止爪１７の上端部は、最大径から縮径した段差部１７ａを備えている。
すなわち、プラグ本体１１の下部１６は、スリット１８により周方向を分割された薄肉の円筒スカート状とされ、下端部側の下部外周面には外向きに突設された係止爪１７を備えている。

このようなプラグ１０の構造としたので、容器入口２に圧入されたプラグ本体１１は、係止爪１７を設けた下部１６が突出分だけ半径方向内側（軸中心方向）へ弾性変形して所定位置まで通り抜ける。すなわち、プラグ本体１１の下端部は、係止爪１７の最大径部分が容器入口２の内径まで弾性変形により縮径して所定位置まで通り抜けると、弾性変形したプラグ本体１１の下部１６は、係止爪１７が元の形状に復帰しようとする方向の力により容器入口２の内壁面２ａへ押圧される。このとき、圧入により到達した係止爪１７の位置で容器入口２の内径が若干でも拡大していれば、係止爪１７の段差部１７ａが内壁面２ａに係止されてより確実な抜け止めとなる。
従って、容器入口２に圧入されたプラグ１０は、係止爪１７を備えた下部１６の弾性により、容器入口２内に固定される。

また、上述したプラグ１０は、プラグ本体１１の上端部から外向きに形成されて容器入口２の上端面に係止される上端フランジ状の鍔部１９を備えている。そして、この鍔部１９が容器入口２の上端面と密着する下面には、全周にわたるリング状の凸部（不図示）が形成されている。この凸部は、液体の取出時に容器１とプラグ１０との間で気体の流出を防止するシール部として機能するとともに、容器１の輸送時や転倒時においては、容器１とプラグ１０との間で気体や液体の流出を防止するシール部としても機能する。
さらに、上述した鍔部１９は、上面にも全周にわたるリング状の凸部１９ａを形成しておくことが好ましい。この凸部１９ａは、プラグ１０を圧入した状態でキャップを取り付ける際、容器１の輸送時や転倒時等において、液面の揺れ等により気体供給路１２を通り抜ける液体の流出を防止するシール部として機能する。

上述した構成のプラグ１０は、容器１内の液体を取り出す際、たとえば図１に示すように、キャップを取り外してソケット３０を連結する。
ソケット３０は、ソケット本体３１と、このソケット本体３１をプラグ１０の所定位置に挿入した状態で容器１に固定するスリーブ５０とを備えている。ソケット本体３１は、略円柱状の部材に液体取出流路３２、気体流路３３及び液体戻り流路３４を設けたものである。

スリーブ５０は、ソケット本体３１の外周部を回動可能とされる。そして、スリーブ５０には、容器入口２の外ネジ３と螺合する内ネジ５１が内周面に形成されている。すなわち、ソケット３０を取り付ける際には、ソケット本体３１をプラグ１０の所定位置に挿入した後、スリーブ５０を回転させて内ネジ５１を外ネジ３に螺合させて締め込むことにより、プラグ１０に密着した状態で固定される。

液体取出流路３２は、ソケット本体３１の軸中心位置に形成された軸方向の貫通孔であり、その上端部には液体を流出させる外部管路６０が接続されている。この液体取出流路３２は、プラグ１０との連結状態において、容器１内に挿入されているサイフォン管１３と連通して一体の液体流路を形成する。
気体流路３３は、上述した液体取出流路３２と略平行に形成された貫通孔であり、一端がガス供給管６１を介して図示しない気体供給源に接続されるとともに、他端がプラグ１０の底面１４から気体供給路１２に連通する流路となる。

液体戻り流路３４は、上述した液体取出流路３２及び気体流路３３と略平行に形成された貫通孔である。この液体戻り流路３４は、容器１内の液体を循環させる場合にのみ使用する流路であり、通常は封止用プラグ（不図示）等をねじ込んで閉じられている。なお、液体戻り流路３４の他端は、気体流路３３と同様に、プラグ１０の底面１４から気体供給路１２に連通する流路となる。
そして、液体戻り流路３４を液体循環に使用する場合には、図１に示すように、封止用プラグに代えて外部戻し管路６２を接続する。この外部戻し管路６２は、バルブ等で管路下流側を閉じた外部管路６０の容器１側に接続される。

また、図示のソケット３０は、液体取出流路３２にバルブ３５を備えたタイプである。このバルブ３５は、弁体がばねにより常時下向きの付勢を受けているので、プラグ１０に連結される前の状態では、弁体が弁座に密着して液体取出流路３２を閉じている。
しかし、上述したソケット３０がプラグ１０の所定位置に取り付けられると、プラグ１０側に設けられたバルブ操作部１５がばねの付勢に抗して弁体を押し上げるので、弁体は弁座との密着が解除される。こうしてバルブ３５が開になることにより、サイフォン管１３及び液体取出流路３２を通って容器１内の外部へ流出する液体流路が形成される。

このように、容器入口２のキャップ取付用ネジが外ネジ３の容器１に用いられ、容器入口２に取り付けられてサイフォン管方式による容器１内の液体取出及び容器内の液体循環が可能なプラグ構造においては、容器入口２に圧入されるプラグ本体１１の下部が半径方向に弾性変形可能とされ、かつ、プラグ本体１１の下部外周面に容器入口２の内壁面２ａ方向へ突出する係止爪１７が設けられているとともに、液体循環時に容器１内へ戻る液体を、液体取出用のサイフォン管１３の外壁に沿って落下させる液体循環流路２０が設けられている。

この液体循環流路２０は、上述したソケット３０の液体戻し流路３４に連通して形成される液体流路であり、具体的には複数ある気体供給路１２の１箇所が流路の一部として使用される。すなわち、外部から導入した気体を容器１内に供給することを目的とし、プラグ本体１１の底面１４を軸方向に貫通して設けた孔の１つが、容器１内の液体を循環させる液体循環時においては、気体流路３２から導入した気体圧力によりサイフォン管１３から押し出された液体を再度容器１内へ戻すための液体循環流路２０となる。
なお、容器１内の液体を循環させる運転は、たとえば薬液等の液体が容器１内で凝固することを防止する目的で実施される。

従って、プラグ本体１１の軸中心に配置されたサイフォン管１３を取り囲むようにして複数設けられている気体供給路１２は、サイフォン管１３の外壁に接して同一壁面を有するように設けられている。すなわち、気体供給路１２の内周側壁面とサイフォン管１３の外壁とは、互いに連続する同一壁面とされる。換言すれば、気体供給路１２の内周側壁面は、サイフォン管１３の外壁により形成されている。
このような液体循環流路２０を形成することにより、液体循環時に容器１内へ戻る液体は、サイフォン管１３の外壁から離れた位置に気流通路１２が設けられている場合のように重力で自由落下するようなことはなく、図中に符号Ｌｆで示すように、サイフォン管１３の外壁に沿ってスムーズに落下することとなる。

この場合、液体循環流路２０の一部となる気体供給路１２については、容器１内へ戻す液体の圧力が作用しないようにするため、たとえば図３に示す第１変形例のように、気体供給路１２となる円形穴の個数を増やしたり、あるいは、たとえば図４に示す第２変形例のように、長穴の気体供給路１２ａを採用するなどして、十分な開口面積を確保することが望ましい。すなわち、容器１内へ戻す液体が底面１４に滞留して液体の圧力を生じ、この圧力により容器１内へ戻る液体の流速を増すことがないように、液体循環量に応じて十分な開口面積を確保することが好ましい。

また、気体供給路１２を液体循環流路２０として利用する場合、液体循環流路２０となる気体供給路１２に液溜まりが生じることを防止するため、気体供給路１２の入口は、外周側から内周側へ下がる傾斜面を有することが好ましい。
すなわち、図１に示す底面１４のように、底面外周側から底面内周側となるサイフォン管１３の外壁面に向けて略全体が下がる傾斜面としてもよいし、あるいは、図５及び図６に示す第３変形例のように、底面１４に傾斜面を有する凹溝部１４ａを設けておき、該凹溝部１４ａの最も低い位置をサイフォン管１３の外壁側に配置して気体供給路１２を穿設してもよい。

続いて、図７に示す第４変形例では、サイフォン管１３の外壁に液体ガイド部２１が設けられている。この液体ガイド部２１は、気体供給路１２から液中まで連続する螺旋状の凸部を設けたものである。従って、サイフォン管１３の外壁に沿って落下する液体は、液体ガイド部２１に沿って旋回しながら液面まで落下ることとなる。

また、図８及び図９に示す第５変形例では、サイフォン管１３の外壁部に対して凹溝形状の液体ガイド部２２が設けられている。この液体ガイド部２２は、サイフォン管１３の上部外壁部に対して、気体供給路１２からサイフォン管１３の外壁へ連続して設けた略鉛直方向（サイフォン管軸方向）の凹溝部である。このような液体ガイド部２２を設けても、容器１内へ戻す液体をサイフォン管１３の外壁に沿わせて液面まで確実に導くことができる。なお、このようなガイド部２２は、各気体供給路１２に対応して同数設けることが望ましい。

また、図１０に示す第６変形例では、サイフォン管１３の途中に外壁から突出する液溜部２３を設け、該液溜部２３を貫通して開口する液体出口２４の内壁が外壁と同一壁面とされる。すなわち、サイフォン管１３の途中に液溜部２３を設けることにより、サイフォン管１３に沿って落下する液体はいったん液溜部２３に溜まるので、容器１内の液面に到達する落下速度を抑制することができる。このとき、液溜部２３に溜まった液体は、サイフォン管１３の外壁と同一壁面の液体出口２４からサイフォン管の外壁に沿って下方へ流出するので、液溜部２３より下でも自由落下することはない。
なお、この場合の液体出口２４についても、たとえば複数個設けるなどして、液溜部２３内に流入する液体循環量と同等の流出量を確保できるようにする。

このように、上述した本発明のプラグ構造によれば、薬液等の液体を充填する容器１に用いられ、液体を容器１外へ送り出すサイフォン管１３を備えたプラグ１０は、容器入口２のキャップ取付用ネジを外ネジ３とした容器１に対して取付可能となる。しかも、薬液等の液体を循環させる液体循環時においても、液体戻り流路３４から気体供給路１２を通り、液体をサイフォン管１３の外壁に沿って液面まで静かに落下する液体循環流路２０が形成されるので、容器１内の液面に泡立ちを生じないプラグ構造となる。
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、たとえば係止爪の有無など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。

本発明のプラグ構造に係る一実施形態を示す図で、容器に取り付けて液体循環用のソケットを取り付けた状態を示す断面図である。 図１のプラグ構造からソケットを取り外した状態を示す平面図である。 図１及び図２に示すプラグ構造について、ソケットを取り外した状態を示す第１変形例の平面図である。 図１及び図２に示すプラグ構造について、ソケットを取り外した状態を示す第２変形例の平面図である。 図１及び図２に示すプラグ構造について、ソケットを取り外した状態を示す第３変形例の平面図である。 図５に示す第３変形例の要部構造を示す縦断面図である。 本発明に係るプラグ構造の第４変形例を示す正面図である。 本発明に係るプラグ構造の第５変形例として、サイフォン管及びその周辺構造を示す正面図である。 本発明に係るプラグ構造の第５変形例を示す縦断面図である。 本発明に係るプラグ構造の第６変形例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 容器
２ 容器入口
３ 外ネジ
１０ プラグ
１１ プラグ本体
１２ 気体供給路
１３ サイフォン管
１４ 底部
２０ 液体循環流路
２１，２２ 液体ガイド部
２３ 液溜部
２４ 液体出口
３０ ソケット
３１ ソケット本体
３２ 液体取出流路
３３ 気体流路
３４ 液体戻り流路
５０ スリーブ

Claims (5)

1. 容器入口のキャップ取付用ネジが外ネジの容器に用いられ、前記容器入口に取り付けられてサイフォン管方式による容器内の液体取出及び容器内の液体循環が可能なプラグ構造であって、
   前記液体循環時に容器内へ戻る液体を、液体取出用のサイフォン管の外壁に沿って落下させる液体循環流路が設けられていることを特徴とするプラグ構造。
2. 前記液体循環流路が、前記サイフォン管の外壁の周囲に配置されて容器内に気体を供給するための気体供給路とされ、該気体供給路の内周側壁面と前記サイフォン管の外壁とを同一壁面にしたことを特徴とする請求項１に記載のプラグ構造。
3. 前記気体供給路の入口が外周側から内周側へ下がる傾斜面を有することを特徴とする請求項２に記載のプラグ構造。
4. 前記サイフォン管の外壁に液体ガイド部を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプラグ機構。
5. 前記サイフォン管の途中に外壁から突出する液溜部を設け、該液溜部を貫通して開口する液体出口の内壁が外壁と同一壁面であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプラグ構造。

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