JP2012233512A - 給排気調整装置、給排気調整システム - Google Patents

Abstract

【課題】 操作圧力（排気圧力）を使用状況に応じて調整することができる給排気調整装置及び給排気調整システムを提供すること。
【解決手段】
第１ポート３１及び第２ポート３２を連通する主流路３３１が形成された本体部３０と、本体部３０に対して主流路３３１を流れる排気をニードル弁７により調整可能にするスピードコントローラ５を備える給排気調整装置３において、主流路３３１に対してバイパス流路３３２が形成されていること、バイパス流路３３２を流れる排気を調整可能にするリリーフ弁６を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、第１ポート及び第２ポートを連通する主流路が形成された本体部と、本体部に対して主流路を流れる排気をニードル弁により調整可能にするスピードコントローラを備える給排気調整装置、及び給排気調整装置を有する給排気調整システムに関する。

従来、給排気調整装置は、例えば、半導体製造装置において、薬液を制御するエアオペレイトバルブ等のエアを給気供給加圧又は排気調整する装置として用いられている。また、エアシリンダ等のエアを給気供給加圧又は排気調整する装置として用いられる。
エアオペレイトバルブ等については、エアを給気供給加圧又は排気することにより弁体を弁座に当接または離間させることができる。例えば、エアオペレイトバルブでは、一般に、弁閉時にウォータハンマ現象を引き起こすことがある。

ここで、ウォータハンマ現象について簡単に説明する。
エアオペレイトバルブにおいて、出力ポート側に向けて流路を流れている流体は、弁体を急激に弁閉させると、弁閉直後においても、流体の慣性力により、なおも弁体より出力ポート側の流体流路に流れようとする。すると、出力ポート側の流路では流体は負圧となり、正圧に戻るときに衝撃を発するウォータハンマ現象が生じる。
ウォータハンマ現象が起きると、流体制御弁と接続する配管等が振動して、当該エアオペレイトバルブ自体や、この弁周辺の配管部材、配管上の計測機器類等に破損や不具合を引き起こす恐れがある。
そこで、このようなウォータハンマ現象の発生を抑制または阻止するため、様々な工夫がなされたものが開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に、操作圧力により動作する逆止弁と、ニードル弁が備えられたエアオペレイトバルブが記載されている。特許文献１のエアオペレイトバルブの主弁体を主弁座に当接されるため弁閉動作を開始した第１排気状態において、逆止弁は弁開状態にある。そのため、逆止弁を挿通したエアは、大気に開放される。その結果、エアオペレイトバルブの主弁体は主弁座方向へと下降する。
続いて、エアオペレイトバルブの主弁体が主弁座に近づいた状態の第２排気状態において、逆止弁は弁閉状態となる。エアはニードル弁を介して少量ずつ排気される。
したがって、特許文献１のエアオペレイトバルブによれば弁閉状態に近い第２排気状態になるとエアはニードル弁を介して少量ずつ排気される。そのため、主弁体は主弁座に対してゆっくりと当接する。したがって、ゆっくり当接することにより、ウォータハンマの発生を抑制することができる。

特許文献２には、エアオペレイトバルブにリリーフ弁を形成することで、第２排気状態をリリーフ弁により排気する。そのため、ウォータハンマを抑制することができる旨記載されている。

特開２０００−１２０９２１号公報 特開２００９−１８０３３８号公報

しかしながら、従来技術には、以下の問題があった。
すなわち、特許文献１のエアオペレイトバルブは、逆止弁が一体に形成されている。逆止弁が一体に形成されていると、使用状況に応じて第１排気状態における排気を調整することができない。
特許文献２のエアオペレイトバルブでは、第１排気状態における排気を調整することができない。
そのため、エアオペレイトバルブの大きさが異なる場合や、使用状況あるいは仕様によって複数の空気圧を用いるような条件が異なる場合においては、その都度専用のエアオペレイトバルブを用意しなければならないため問題となる。また、エアオペレイトバルブを様々な仕様に合わせ個別に設計することはコストアップにつながり問題となる。
また、エアシリンダについても、使用状況あるいは仕様によって排気を調整し開閉時間を調整することを希望する場合がある。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は排気を使用状況に応じて調整することができる給排気調整装置、及び給排気調整システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様における給排気調整装置、及び給排気調整システムは、以下の構成を有する。
（１）第１ポート及び第２ポートを連通する主流路が形成された本体部と、前記本体部に対して前記主流路を流れる排気をニードル弁により調整可能にするスピードコントローラを備える給排気調整装置において、前記主流路に対してバイパス流路が形成されていること、前記バイパス流路を流れる排気を調整可能にするリリーフ弁を有すること、を特徴とする。

（２）（１）に記載する給排気調整装置において、前記リリーフ弁及び前記ニードル弁を用いて排気する第１排気状態と、前記リリーフ弁を弁閉し、前記ニードル弁のみを用いて排気する第２排気状態と、を有すること、が好ましい。

（３）（１）又は（２）に記載する給排気調整装置において、前記リリーフ弁及び前記ニードル弁の弁開度を調整することにより、前記第１ポートから排出される前記排気の排気時間を調整すること、が好ましい。

（４）（２）に記載する給排気調整装置において、前記第１排気状態及び前記第２排気状態を有することにより多段階的に排気することができること、が好ましい。

（５）（１）乃至（４）のいずれか一つに記載する給排気調整装置において、ウォータハンマを抑制することができること、が好ましい。

（６）（１）乃至（５）のいずれか一つに記載する給排気調整装置において、ノーマルオープンタイプ又はノーマルクローズタイプであること、が好ましい。

（７）（１）乃至（６）のいずれか一つに記載する給排気調整装置において、エアオペレイトバルブが一体であること、が好ましい。

（８）（１）乃至（６）のいずれか一つに記載する給排気調整装置において、ソレノイドバルブが一体であること、が好ましい。

（９）（１）乃至（８）のいずれか一つに記載する給排気調整装置を有する給排気調整システムにおいて、前記給排気調整装置が複数個備えられていること、前記複数の給排気調整装置が直列的又は並列的に配置されていること、が好ましい。

上記給排気調整装置、及び給排気調整システムの作用及び効果について説明する。
（１）主流路を流れる排気を調整するニードル弁と、主流路に対して形成されたバイパス流路を流れる排気を調整可能にするリリーフ弁とを有する。また、ニードル弁とリリーフ弁はともに排気を調整することができるため、ピストンを有する機器に対する排気を使用状況に応じて調整することができる。
排気を使用状況に応じて調整することができるため、エアオペレイトバルブ等の弁閉時間を短くすることができる。弁閉時間を短くすることで、半導体製造装置において半導体を従来よりも多く生産することができ生産性を向上させることができる。さらに、弁閉時間を短くすることにより、正確な薬液等の供給ができるため半導体の品質を向上させることもできる。
また、リリーフ弁及びニードル弁を有するため、エアオペレイトバルブ等の大きさが異なる場合や、現場によって複数の空気圧を用いるような条件が異なる場合においても、エアオペレイトバルブ等の弁閉時間を調整し短くすることができる。そのため、エアオペレイトバルブ等について専用品を用意する必要がないためコストダウンをすることができる。
また、排気を使用状況に応じて調整することができるため、エアシリンダの動作時間を短くすることができる。

（２）上記（１）に記載する作用効果のほか、リリーフ弁及びニードル弁を用いて第１排気状態で排気することにより、排気エアを多量とすることができる。そのため、エアオペレイトバルブ等に本給排気調整装置を用いた場合には、主弁体を主弁座方向に素早く移動させることができる。また、リリーフ弁を弁閉し、ニードル弁を用いて第２排気状態で排気することにより、排気エアを少量とすることができる。そのため、エアオペレイトバルブ等の主弁体と主弁座が当接する手前から主弁体の移動速度が遅くなり、主弁体を主弁座に対してゆっくり弁閉させることができる。
すなわち、主弁体を速く閉じたい部分では第１排気状態となり排気エアを多量とすることができ、主弁体をゆっくり閉じたい部分では第２排気状態なり排気エアを少量とすることができる。
また、第１排気状態において排気エアを多量としたい場合には、リリーフ弁を調整し、排気量が多い時間を長くすることができる。リリーフ弁を調整し排気量が多い時間を長くすることにより、主弁体を主弁座方向に素早く移動させることができる。

（３）（１）又は（２）に記載する作用効果のほか、リリーフ弁及びニードル弁の弁開度を調整することができることにより、第１ポートから排出される排気の排気時間を調整することができる。すなわち、リリーフ弁及びニードル弁の弁開度を調整し排気を調整できるため、主弁体と主弁座の当接するために必要とされる排気の排気時間を調整することができる。排気の排気時間を調整することができることにより、エアオペレイトバルブの主弁体が主弁座に当接する時間を調整することができるため、エアオペレイトバルブをウォータハンマが起きることなく素早く弁閉させることができる。また、排気の排気時間を調整することができるため、エアシリンダ等を用いた場合には、動作時間を調整することができる。

（４）（２）に記載する作用効果のほか、第１排気状態及び第２排気状態を有することにより多段階的に排気することができる。すなわち、第１排気状態と第２排気状態で排気の流量が異なる。そのため、第１排気状態と第２排気状態とではエアオペレイトバルブの開閉速度を多段階的に変更することができる。または、エアシリンダの動作速度を多段階的に変更することができる。

（５）（１）乃至（４）に記載する作用効果のほか、ウォータハンマを抑制することができる。すなわち、多段階的に排気することができるため、第１排気状態では排気を多量に行い、第２排気状態では排気を少量行うことにより、弁閉時の弁体の速度をゆっくりすることができる。それにより、ウォータハンマを抑制することができる。

（６）（１）乃至（５）に記載する作用効果のほか、給排気調整装置をノーマルオープンタイプ又はノーマルクローズタイプとして使用することができるため、作業現場において臨機応変に使用することができる。

（７）（１）乃至（６）に記載する作用効果のほか、エアオペレイトバルブが一体であることにより、エアオペレイトバルブの第１排気状態及び第２排気状態における弁閉時間を調整することができる。また、エアオペレイトバルブと給排気調整装置を結ぶ配管が必要なくなるため省スペース化を図ることができる。

（８）（１）乃至（６）に記載する作用効果のほか、ソレノイドバルブが一体であることにより、ソレノイドバルブと給排気調整装置を結ぶ配管が必要なくなるため省スペース化を図ることができる。

（９）（１）乃至（８）に記載する作用効果のほか、給排気調整装置が複数個備えられていること、複数の給排気調整装置が直列的又は並列的に配置されていることにより、エアオペレイトバルブ等を多段階的に動作可変することができる。すなわち、第１給排気調整装置が第２給排気調整装置への流体の供給量を調整することができ、さらに第２給排気調整装置がエアオペレイトバルブ等への流体の供給量を調整することができるため、多段階的に動作可変することができる。

本発明に係る給排気調整装置のエア給気時の断面図である。 本発明に係る給排気調整装置のエア排気時（第１排気状態）の断面図である。 本発明に係る給排気調整装置のエア排気時（第２排気状態）の断面図である。 本発明に係る給排気調整システムの全体構成図である。 本発明に係る給排気調整装置を用いた場合のエアオペレイトバルブの操作圧力（排気圧力）と時間との関係を表した図である。 従来技術に係るスピードコントローラを用いた場合のエアオペレイトバルブの操作圧力（排気圧力）と時間との関係を表した図である。 本発明に係る給排気調整システムの変形例１の全体構成図である。 本発明に係る給排気調整システムの変形例２の全体構成図である。

次に、本発明に係る給排気調整装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。

＜給排気調整システムの全体構成＞
図４に給排気調整システム１の全体構成図を示す。
給排気調整システム１は、エアオペレイトバルブ２を開閉させるためのシステムである。図４に示すように、給排気調整システム１は、エアオペレイトバルブ２、給排気調整装置３、及び、ソレノイドバルブ４を有する。エアオペレイトバルブ２とソレノイドバルブ４は流路で連結されており、給排気調整装置３は流路に接続されている。
エアオペレイトバルブ２及びソレノイドバルブ４は従来技術と変わるところがないため詳細な説明を割愛する。
なお、本実施形態においてはエアオペレイトバルブ２の給排気を調整することとしたが、エアを供給又は排気することによりピストンが摺動するものであれば給排気調整システム１に組み込むことができる。例えばピストンが摺動するエアシリンダ等がある。

＜給排気調整装置の全体構成＞
図１に、エア給気時の給排気調整装置３の断面図を示す。図２に、エア排気時（第１排気状態）の給排気調整装置３の断面図を示す。図３に、エア排気時（第２排気状態）の給排気調整装置３の断面図を示す。
図１に示す給排気調整装置３は、スピードコントローラ本体５、リリーフバルブ本体６、装置本体部３０を有する。スピードコントローラ本体５及びリリーフバルブ本体６は装置本体部３０に取り付け固設されている。

図１に示すように、装置本体部３０には第１ポート３１及び第２ポート３２が形成され、第１ポート３１と第２ポート３２は流路３３で連通している。流路３３は、第１ポート３１、第１収納孔３４を連通し第２ポート３２へと連通する主流路３３１を有する。また、第１収納孔３４と第２収納孔３５を連通し主流路３３１に連通するバイパス流路３３２を有する。

＜スピードコントローラ本体の構成＞
図１に示すように、スピードコントローラ本体５は、主流路３３１を流れるエアの流量を調整するものである。スピードコントローラ本体５は、装置本体部３０に形成された第１収納孔３４に着脱可能に収容されている。
スピードコントローラ本体５は、中心部に近い方から、ボディ５１、ボディ５１の上部に当接した回転可能な回転部５２、ボディ５１及び回転部５２の外周に外筒部５４、外筒部５４の外周に操作部５５が形成されている。

ボディ５１及び回転部５２の中心であり軸心方向の内部にニードル弁７を挿入するためのニードル弁孔５８が形成されている。また、ニードル弁孔５８は、小径孔５８ａ及び大径孔５８ｂにより構成されている。小径孔５８ａが大径孔５８ｂと当接する当接部の円周状の端部には弁座５１ａが形成されている。大径孔５８ｂは、ボディ５１の外周部に形成された主流路３３１と連通する外周連通流路５８ｄと連通している。
ニードル弁孔５８のうち、大径孔５８ｂとニードル弁７が当接する部分には、雌ネジ５８ｃが形成されている。回転部５２の外周部のうち、操作部５５の雌ネジ５５ｂと当接する部分に、雄ネジ５２ａが形成されている。

図１に示す、ボディ５１は第１収納孔３４の孔径とほぼ同じ径の大径部５１ｃと、大径部５１ｃの先端部に第１収納孔３４の径孔よりも孔径が小さい小径部５１ｄを有する。大径部５１ｃと第１収納孔３４の孔径がほぼ同じ径であることにより第１収納孔３４をシールすることができる。
小径部５１ｄの先端外周状には、弾性部材であるパッキン５１０を収納する収納凹部５１ｅが形成されている。パッキン５１０は、収納凹部５１ｅに嵌合されることにより、固定されている。パッキン５１０は中空円筒状の円筒部５１１と、円筒部５１１に対して外周方向に傘状に広がり弾性変形可能な変形部５１２が形成されている。変形部５１２は図１中下方向に傘状に広がっているため、上方向からエアが流出した場合には変形部５１２が弾性変形し、主流路３３１が挿通する。他方、図２及び図３に示すように、主流路３３１方向からエアが流出した場合変形部５１２は傘状の内側にエアが流出し変形部５１２は広がり、主流路３３１を塞ぐ。

ニードル弁７は、自らが有するニードル部７１を小径孔５８ａへ挿入し、挿入する深さを調整することにより流路面積を調整するものである。ニードル弁７は、本体部７２と本体部７２の先端に固定され先細のテーパ形状に形成されたニードル部７１を有する。本体部７２のうち、大径孔５８ｂと当接する部分に、雄ネジ７４が形成されている。雄ネジ７４はニードル弁孔５８に形成された雌ネジ５８ｃと螺合する。また、本体部７２には、略直方体形状の中空部であるガイド孔７３が形成されている。ガイド孔７３が外筒５４に固定されたガイド棒５７によりガイドされる。それにより、ニードル弁７は回転方向の移動が規制され、軸心方向にのみ移動が可能となる。
本実施形態においては、ニードル部７１は、弁座５１ａから僅かに離間した状態にある。そのため、ニードル部７１と弁座５１ａの隙間の小径孔５８ａからエアが流出入することができる。

外筒５４は、ボディ５１及び回転部５２の位置を固定するためのものである。外筒５４の中心であり軸心方向の内部にボディ５１及び回転部５２を挿入するための外筒中空部５４ａが形成されている。ボディ５１及び回転部５２は外筒中空部５４ａに挿入されることにより位置が固定され、軸心方向及び径方向に動くことはない。なお、回転部５２は回転可能に挿入されているため、回転動作をすることができる。

操作部５５は、ニードル弁７を操作するためのものであり、操作部５５を操作することにより、ニードル弁７を弁座５１ａ方向に移動させることができる。操作部５５の中心部には、回転部５２及び外筒５４を挿入するための操作中空部５５ａが形成されている。操作中空部５５ａの内壁面のうち回転部５２の雄ネジ５２ａと当接する部分に、雌ネジ５５ｂが形成されている。

＜リリーフバルブ本体の構成＞
図１に示すように、リリーフバルブ本体６は、バイパス流路３３２を流れるエアの流量を調整するものである。リリーフバルブ本体６は、装置本体部３０に形成された第２収納孔３５に収容されている。
リリーフバルブ本体６は、中心部に近い方から、リリーフ弁６１、及び位置決め部材６３が形成されている。

リリーフ弁６１は、第２収納孔弁座３７に対して当接離間することでバイパス流路３３２の流量を調整するためのものである。リリーフ弁６１は、内側に円筒部６１２を有し、円筒部６１２の先端部には弁体部６１４が形成されている。円筒部６１２の中間部には、バイパス流路連通孔６１６が形成されている。円筒部６１２のうち弁体部６１４に近い部分の外周方向に外周円設部６１７が形成されている。外周円設部６１７の径は、第２収納孔３５の径とほぼ同じ径であることにより操作圧力(排気圧力)を受けることができる。
円筒部６１２の内部には内部流路６１８が形成されており内部流路６１８は弁体部６１４と当接する部分まで伸びている。外周円設部６１７の下面には十字形状に内部流路６１８と連通する連通内部流路６１３が形成されている。
弁体部６１４は先端テーパ形状となっており、テーパ部の途中にＯリング６１５が固設されている。Ｏリング６１５が第２収納孔弁座３７に当接することにより第２収納孔弁座３７を確実にシールすることができる。

位置決め部材６３の中心であり軸心方向の内部にリリーフ弁６１を挿入するための位置決め中空孔６３１が形成されている。リリーフ弁６１の円筒部６１２の上端の部分が位置決め中空孔６３１に挿入された形となっている。位置決め部材６３の下端面に弾性部材６２の一端が固設され、リリーフ弁６１の外周円設部６１７の上面に弾性部材６２の他端が固設されている。図１においては、リリーフ弁６１は弾性部材６２により位置決め部材６３から遠ざかる方向へ付勢されるため、リリーフ弁６１は第２収納孔弁座３７に当接している。

位置決め部材６３の外周部には位置決め部材６３を内包し装置本体部３０と一体成型されたリリーフ弁固定体６４が形成されている。リリーフ弁固定体６４の中心であり軸心方向内部に位置決め部材６３を挿入するための固定体孔６４１が形成されている。固定体孔６４１は、第２収納孔３５と連通している。
位置決め部材６３の外周には雄ネジ６３２が形成されている。また固定体孔６４１の内周面には雌ネジ６４２が形成されている。雄ネジ６３２と雌ネジ６４２は螺合している。位置決め部材６３の上端部にはハンドル６５が一体成型されている。そのため、ハンドル６５を本実施形態においては右回りに回転することにより位置決め部材６３が同様に回転し、位置決め部材６３は下（弁閉）方向へ移動する。反対に左回りにハンドル６５を回転すると位置決め部材６３は上（弁開）方向へ移動する。位置決め部材６３が移動することにより、リリーフ弁６１も同様に移動しリリーフ弁６１の位置を位置決めすることができる。

＜給排気調整システムの作用効果＞
続いて、給排気調整システム１の作用効果について、図１乃至図５を用いて説明する。
図５は、給排気調整装置３を用いた場合のエアオペレイトバルブ２の弁閉時間と操作圧力（排気圧力）との関係を表した図である。図５は、縦軸がエアオペレイトバルブ２内のエアの圧力（ＫＰａ）及びエアオペレイトバルブ２のバルブストローク量を示し、横軸が時間（ｍｓｅｃ）を示す。また、実線Ｘは操作圧力（排気圧力）の値を示し、実線Ｙはエアオペレイトバルブ２のバルブストロークを示す。
スピードコントローラ５により給気されている状態を給気状態Ｔ０とする。リリーフ弁６１及びニードル弁７により排気されている状態を第１排気状態Ｔ１とする。リリーフ弁６１を弁閉し、ニードル弁７により排気されている状態を第２排気状態Ｔ２とする。

＜エアオペレイトバルブに対する給気＞
図４のソレノイドバルブ４から給排気調整装置３を介してエアオペレイトバルブ２に対してエアを供給する。図１に示すように、ソレノイドバルブ４から供給されたエアは、第１ポート３１から第２ポート３２へと流れる。給気時のエア圧力は、図５の実線Ｘで示すように、給気状態Ｔ０において一定の５００ＫＰａである。図１に示すように、第１ポート３１から流出したエアは、パッキン５１０を図１中、上方向から押圧する。パッキン５１０は外周方向に傘状に広がるため、エアは変形部５１２を弾性変形させ主流路３３１を挿通した状態とする。そのため、エアは主流路３３１を大量に流れることができる。
また、本実施形態においては、ニードル弁７は、弁座５１ａから僅かに離間した状態にある。そのため、上記主流路３３１以外にニードル弁孔５８のうち小径孔５８ａからエアが僅かに流出し、主流路３３１に流出している。

他方、図１に示す状態においては、エアの圧力は５００ＫＰａと高い。そして、圧力の高いエアは流路３３の全てに行き渡っているため、流路３３内の圧力は一定である。したがって、弾性部材６２の付勢力は通常通り働くため、リリーフ弁６１は第２収納孔弁座３７に当接され第２収納孔弁座３７は弁閉した状態となる。バイパス流路３３２は閉鎖された状態となり、エアはバイパス流路３３２から流れることはない。
したがって、エアオペレイトバルブ２に対して給気する場合は図１に示すように、第１ポート３１から流出したエアは主流路３３１を挿通し、第２ポート３２へ流れる流体に限られる。給気時には、パッキン５１０を弾性変形させ主流路３３１に容積の大きい流路が形成されるため、エアを十分に供給することができる。図５に示すように、給気状態Ｔ０においては、エアオペレイトバルブ２のバルブストロークは実線Ｙで示すように全開状態にある。また、操作圧力（排気圧力）は実線Ｘに示すように一定の高い値となっている。

＜エアオペレイトバルブからの排気＞
（第１排気状態）
始めに、図２及び図５を用いて給排気調整装置３のエア排気時（第１排気状態）の説明をする。
図４のエアオペレイトバルブ２から給排気調整装置３を介してソレノイドバルブ４に対してエアを排気する。
第１に、第１ポート３１からのエアの供給が止まる。エアの供給が止まることにより、エアにより弾性変形していたパッキン５１０の傘部が広がり主流路３３１を閉鎖した状態とする。主流路３３１はパッキン５１０により閉鎖され、さらに、バイパス流路３３２はリリーフ弁６１により閉鎖されているため、第１ポート３１側のエアは流れ、第１ポート３１側の圧力は低下する。

第２に、第２ポート３２側には５００ＫＰａの高い操作圧力（排気圧力）のエアがそのまま保持された状態にある。その理由は、主流路３３１はパッキン５１０により閉鎖され、さらに、バイパス流路３３２はリリーフ弁６１により閉鎖されているため、第２ポート３２側の流路内には給気状態の際に給気された操作圧力（排気圧力）の高いエアが保持されるためである。第２ポート３２側の流路が圧力の高いエアで満たされ、第１ポート３１側の流路の圧力が低下することにより、そこには圧力差が生じる。そこで、リリーフ弁６１は第２ポート３２側のエアの圧力により図２中、上方向へ押圧される。リリーフ弁６１を上方向へ押圧するエアの圧力は、弾性部材６２の付勢力より大きいため、図２に示すように、リリーフ弁６１は上昇した状態となり、リリーフバルブ本体６は弁開した状態となる。リリーフバルブ本体６が弁開状態にあるとき、エアは連通内部流路６１９から内部流路６１８を介し、バイパス流路連通孔６１６を通りバイパス流路３３２へと流出する。したがって、第２ポート３２から排気されたエアはリリーフバルブ本体６を介してバイパス流路３３２を挿通し、第１ポート３１へと排気される。

他方、本実施形態においては、ニードル弁７は、弁座５１ａから僅かに離間した状態にある。そのため、ニードル弁孔５８のうち小径孔５８ａからエアが僅かに流出し、主流路３３１を介し、第１ポート３１へ流出する。なお、ニードル弁７から流出するエアは僅かであり、第１ポート３１側と第２ポート３２側の流路のエアの圧力差に影響を与えるようなものではない。

第３に、第２ポート３２側にある一定量の図５に示す実線Ｘに示す圧力Ｘ１の５００ＫＰａの排気圧力がリリーフバルブ本体６を介して第１ポート３１へと排気される。それにより、第２ポート３２側の流路の圧力が圧力Ｘ２の値になる。他方、第１ポート３１側の流路は流れてきた圧力Ｘ３の排気圧力により圧力が高くなる。その結果、第１ポート３１側の流路の圧力と第２ポート３２側の流路の圧力がともに圧力Ｘ３となる。そのため、給排気調整装置３内の圧力差がなくなりリリーフ弁６１は、弾性部材６２の付勢力より図３中、下方向へ押圧される。リリーフ弁６１が第２収納孔弁座３７と当接することでバイパス流路３３２を閉鎖する。したがって、バイパス流路３３２を大量のエアが流出できなくなる。

上記第３の場合においても、ニードル弁７は、弁座５１ａから僅かに離間した状態にある。そのため、ニードル弁孔５８のうち小径孔５８ａからエアが僅かに流出し、主流路３３１を介し、第１ポート３１へ流出している。

第１排気状態においては、リリーフバルブ本体６内のバイパス流路３３２に容積が大きい流路が形成されるため、エアを十分に排気することができる。したがって、速くエアを排気することができる。そのため、図５に示す実線ＹのストロークＹ１からＹ２にかけてバルブストロークを急激に下げることができる。

また、本実施形態においては、第１排気状態Ｔ１の始まりは、図５に示す実線Ｘが下がり始める圧力Ｘ１からであり、第１排気状態Ｔ１の終わりは実線Ｘが約２５０ＫＰａを超えて圧力がなだらかになる圧力Ｘ２までである。操作圧力（排気圧力）が圧力Ｘ２を超えるまでの時間は１００ｍｓｅｃである。圧力Ｘ２を超えると、第１ポート３１側の流路と第２ポート３２側の流路の圧力差が小さくなり、リリーフ弁６１は弁閉するため、実線Ｘは圧力Ｘ２以降なだらかになるのである。したがって、リリーフ弁６１が１００ｍｓｅｃの短い時間で急激に弁開弁閉をするため、図５に示すようにエアオペレイトバルブ２のバルブストロークをストロークＹ１からＹ２まで直に移動することができる。ストロークＹ２は弁開状態から弁開状態へ向けて約半分動作した状態である。弁閉時間を短くすることで、半導体製造装置において半導体を従来よりも多く生産することができるため生産性を向上させることができる。

（第２排気状態）
続いて、給排気調整装置３のエア排気時（第２排気状態）の説明をする。
第４に、エアはバイパス流路３３２から流出できなくなる。そのため、エアが流出するのはニードル弁孔５８のうち小径孔５８ａ、外周連通流路５８ｄを介して主流路３３１に流出し、第１ポート３１へ流出するだけとなる。
したがって、操作圧力（排気圧力）は少なくなるため図５の実線Ｙに示すようにバルブストロークは第２排気状態Ｔ２以降のストロークＹ２からＹ３までは時間が掛かり遅くなる。本実施形態においては、第２排気状態Ｔ２以降のストロークＹ２からＹ３までは１００ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃ掛かる。そのため、エアオペレイトバルブ２の主弁体が主弁座に当接するまで時間が遅くなる。エアオペレイトバルブ２の主弁体が主弁座に当接するまでのバルブストロークをゆっくりすることができるため、主弁体と主弁座が衝突（急激に当接）する際に生じるウォータハンマを抑制することができる。

すなわち、エアオペレイトバルブ２の操作圧力（排気圧力）を急激に低下させるのではなく、ニードル弁７を用いてエアを僅かずつに流すことで、急激な操作圧力（排気圧力）の減少によるウォータハンマを抑制することができる。ウォータハンマを抑制することができることにより、パーティクルの低減を図ることができる。また、エアオペレイトバルブ２の急激な弁閉を防止することができるため、エアオペレイトバルブ２の耐久性を向上させることができる。

本実施形態によれば、図１乃至図３に示すニードル弁７は、操作部５５を回転させることにより、軸心方向に移動することができる。すなわち、操作部５５の雌ネジ５５ａと回転部５２の雄ネジ５２ａが螺合し、さらに回転部５２の雌ネジ５５ｂとニードル弁７の雄ネジ７４が螺合することで差動ネジとして機能する。差動ネジとして機能することによりニードル弁７の軸心方向の調整を行うことができる。ニードル弁７の軸心方向の調整を行えることにより、第２排気状態における主流路３３１を流れる排気流量を調整することができる。そのため、第２排気状態における排気時間を調整することができる。第２排気状態における排気時間を調整することができることにより、エアオペレイトバルブ２をウォータハンマが起きることなく素早く弁閉することができる。

また、本実施形態によれば、図１乃至図３に示すリリーフ弁６１は、ハンドル６５を回転させることにより、軸心方向に移動することができる。すなわち、ハンドル６５を回転させることにより位置決め部材６３の雄ネジ６３２がリリーフ弁固定体６４の雌ネジ６４２と螺合し軸心方向に移動することができる。位置決め部材６３が軸心方向に移動することにより、リリーフ弁６１の位置を移動することができる。そのため、第１排気状態におけるバイパス流路３３２を流れる排気を調整することができる。第１排気状態における排気時間を調整することができることにより、エアオペレイトバルブ２を素早く弁閉することができる。そのため、半導体製造装置において半導体を従来よりも多く生産することができ生産性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、図１乃至図３に示すニードル弁７及びリリーフ弁６１を調整することができることにより、第１排気状態及び第２排気状態における操作圧力（排気圧力）を調整することができる。ニードル弁７及びリリーフ弁６１は、既存のエアオペレイトバルブに対して後付け可能な給排気調整装置３に装着されている。そのため、既存のエアオペレイトバルブを後から設置した給排気調整装置３により弁閉時間を調整することができるため、様々なエアオペレイトバルブに対応することができる。すなわち、エアオペレイトバルブの大きさが異なる場合や、現場によって複数の空気圧を用いるような条件が異なる場合においても、エアオペレイトバルブの弁閉時間を調整することができるため、様々な仕様に合わせ個別にエアオペレイトバルブを用意する必要がない。したがって、エアオペレイトバルブの個別設計に対するコストを削減することができる。

また、本実施形態によれば、第１排気状態Ｔ１及び第２排気状態Ｔ２を有することにより多段階的に排気することができる。すなわち、第１排気状態Ｔ１と第２排気状態Ｔ２で排気の流量が異なる。そのため、第１排気状態Ｔ１と第２排気状態Ｔ２とではエアオペレイトバルブ２の開閉速度を多段階的に変更することができる。または、エアシリンダの動作速度を多段階的に変更することができる。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）主流路３３１を流れる操作圧力（排気圧力）を調整するニードル弁７と、主流路３３１に対して形成されたバイパス流路３３２を流れる操作圧力（排気圧力）を調整可能にするリリーフ弁６１とを有する。また、ニードル弁７とリリーフ弁６１はともに操作圧力（排気圧力）を調整することができるため、エアオペレイトバルブ２に対する操作圧力（排気圧力）を使用状況に応じて調整することができる。
操作圧力（排気圧力）を使用状況に応じて調整することができるため、エアオペレイトバルブ２の弁閉時間を短くすることができる。本実施形態においては、図５及び図６に示すように従来スピードコントローラのみを用いてエアオペレイトバルブ２を使用していた場合、排気状態Ｓ１において弁閉までに１４００ｍｓｅｃの時間が掛かっていた。その場合と比較して、第１排気状態Ｔ１及び第２排気状態Ｔ２を加えた３００ｍｓｅｃの時間で弁閉することができるようになった。すなわち、従来と比較してウォータハンマを抑制しながら約２１％の時間で弁閉できるようになった。弁閉時間を短くすることで、半導体製造装置において半導体を従来よりも多く生産することができ生産性を向上させることができる。さらに、弁閉時間を短くすることにより、過渡状態が短くなり正確な薬液等の供給ができるため半導体の品質を向上させることもできる。

また、リリーフ弁６１及びニードル弁７を有するため、エアオペレイトバルブ２の大きさが異なる場合や、現場によって複数の空気圧を用いるような条件が異なる場合においても、エアオペレイトバルブ２の弁閉時間を調整し短くすることができる。そのため、エアオペレイトバルブ２について専用品を用意する必要がないためコストダウンをすることができる。
また、ウォータハンマを抑制することができるため、エアオペレイトバルブに生じる衝撃が抑えられるため、パーティクルの低減及びエアオペレイトバルブの耐久性を向上させることができる。
また、給排気調整装置３は、リリーフ弁６１及びスピードコントローラ２が固設されマニホールド化されているため、従来に比べてスペースが少ないところでも設置することができる。

（２）リリーフ弁６１及びニードル弁７を用いて第１排気状態Ｔ１で排気することにより、排気エアを多量とすることができる。そのため、図５に示すように、エアオペレイトバルブ２に給排気調整装置３を用いた場合には、主弁体を弁閉状態へ向けて約半分動作したところまで１００ｍｓｅｃで移動させることができる。また、リリーフ弁６１を弁閉し、ニードル弁７を用いて第２排気状態Ｔ２で排気することにより、排気エアを少量とすることができる。そのため、エアオペレイトバルブ２の主弁体と主弁座が当接する手前から主弁体の移動速度が遅くなり、主弁体を主弁座に対して１００ｍｓｅｃから２００ｍｓｅｃの時間でゆっくり弁閉させることができる。

すなわち、主弁体を速く閉じたい部分では第１排気状態Ｔ１となり排気エアを多量とすることができ、主弁体をゆっくり閉じたい部分では第２排気状態Ｔ２となり排気エアを少量とすることができる。
また、第１排気状態Ｔ１において排気エアを多量としたい場合には、リリーフ弁６１を調整し、操作圧力（排気圧力）を多くすることができる。リリーフ弁６１を調整し操作圧力（排気圧力）を多くすることにより、主弁体を主弁座方向に素早く移動させることができる。

（３）リリーフ弁６１及びニードル弁７の弁開度を調整することができることにより、排気時間を調整することができる。すなわち、リリーフ弁６１及びニードル弁７の弁開度を調整し操作圧力（排気圧力）を調整することができため、主弁体と主弁座の当接するために係る時間を調整することができる。そのため、排気時間を調整することができる。排気時間を調整することができることにより、エアオペレイトバルブ２をウォータハンマが起きることなく素早く弁閉することができる。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で色々な応用が可能である。
例えば、本実施形態においては、給排気調整装置３は、ノーマルクローズタイプのものとしたが、給気口と排気口を逆に繋ぐことでノーマルオープンタイプとすることができる。一つの給排気調整装置３がノーマルオープンタイプとノーマルクローズタイプの両方の機能を有することにより給排気調整装置３を在庫として持つときに両方持つ必要がないためコストの削減を図ることができる。

例えば、本実施形態においては図４に示す給排気調整装置の接続方法を示したが、図４に示す給排気調整装置の接続方法以外にも様々な接続方法ができる。

例えば、本実施形態においては給排気調整装置をエアオペレイトバルブに使用することとしたが、エアオペレイトバルブをエアシリンダに変更することもできる。エアシリンダに対して本給排気調整装置を用いることにより、エアシリンダが閉まる際に生じる衝撃の吸収及びウォータハンマを抑制することができる。

例えば、本実施形態においては給排気調整装置をエアオペレイトバルブと別途設けることとしたが、エアオペレイトバルブと一体化した構造とすることもできる。エアオペレイトバルブと一体化することによりエアオペレイトバルブの第１排気状態及び第２排気状態における弁閉時間を調整することができる。また、省スペース化を図ることができる。

例えば、本実施形態においては給排気調整装置をソレノイドバルブと別途設けることとしたが、ソレノイドバルブと一体化した構造とすることもできる。一体化することにより省スペース化を図ることができる。

例えば、本実施形態の変形例１に係る図７に給排気調整システム１０の全体構成図を示す。
給排気調整システム１０は、エアオペレイトバルブ２を開閉させるためのシステムである。図７に示すように、給排気調整システム１０は、エアオペレイトバルブ２、２つの給排気調整装置３Ａ、３Ｂ、及び、ソレノイドバルブ４を有する。エアオペレイトバルブ２とソレノイドバルブ４は流路で連結されており、２つの給排気調整装置３Ａ、３Ｂは流路に接続されている。給排気調整装置３Ａ、３Ｂは流路に対して直列的に接続されている。
２つの給排気調整装置３Ａ、３Ｂが接続されていることにより、エアオペレイトバルブ２を多段階的に動作可変することができる。すなわち、給排気調整装置３Ｂが給排気調整装置３Ａへの流体の供給量を調整することができ、さらに給排気調整装置３Ａがエアオペレイトバルブ２への流体の供給量を調整することができるため、多段階的に動作可変することができる。
本変形例においては、給排気調整装置を２つとしたが、２つ以上とすることによりさらに多段階的に動作可変することができる。

例えば、本実施形態の変形例２に係る図８に給排気調整システム２０の全体構成図を示す。
変形例１においては、２つの給排気調整装置を直列的に接続したが、変形例２においては図８に示すように２つの給排気調整装置３Ｄ、３Ｅを並列的に接続したものである。変形例２においては、給排気調整装置３Ｄ、３Ｅを並列的に接続した以外の構成は変形例１となんら変わるところがない。また、作用効果についても変わるところがないため詳細な説明を割愛する。
なお、本変形例においては、給排気調整装置を２つとしたが、２つ以上とすることによりさらに多段階的に動作可変することができる。

例えば、本実施形態においては、給気口から排気口へと排気する旨記載したが、排気口から給気口へと排気されてもよい。図４に示す、エアオペレイトバルブ２からソレノイドバルブ４へと排気することもでき、また、ソレノイドバルブ４からエアオペレイトバルブ２へと排気することもできる。

例えば、本実施形態においてはエアオペレイトバルブの弁閉時の速度を遅くすることとしたが、弁開時の速度を遅くすることもできる。そのためには、エアオペレイトバルブへの給気口と排気口を入れ替えることにより変更することができる。
その他、排気の流れを本実施形態と変更し逆にしたとしても使用することができる。

３ 給排気調整装置
３０ 本体部
３１ 第１ポート
３２ 第２ポート
３３１ 主流路
３３２ バイパス流路
５ スピードコントローラ
６ リリーフ弁
７ ニードル弁

Claims (9)

1. 第１ポート及び第２ポートを連通する主流路が形成された本体部と、前記本体部に対して前記主流路を流れる排気をニードル弁により調整可能にするスピードコントローラを備える給排気調整装置において、
   前記主流路に対してバイパス流路が形成されていること、
   前記バイパス流路を流れる排気を調整可能にするリリーフ弁を有すること、
   を特徴とする給排気調整装置。
2. 請求項１に記載する給排気調整装置において、
   前記リリーフ弁及び前記ニードル弁を用いて排気する第１排気状態と、前記リリーフ弁を弁閉し、前記ニードル弁のみを用いて排気する第２排気状態と、を有すること、
   を特徴とする給排気調整装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する給排気調整装置において、
   前記リリーフ弁及び前記ニードル弁の弁開度を調整することにより、前記第１ポートから排出される前記排気の排気時間を調整すること、
   を特徴とする給排気調整装置。
4. 請求項２に記載する給排気調整装置において、
   前記第１排気状態及び前記第２排気状態を有することにより多段階的に排気をすることができること、
   を特徴とする給排気調整装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載する給排気調整装置において、
   ウォータハンマを抑制することができること、
   を特徴とする給排気調整装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載する給排気調整装置において、
   ノーマルオープンタイプ又はノーマルクローズタイプであること、
   を特徴とする給排気調整装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載する給排気調整装置において、
   エアオペレイトバルブが一体であること、
   を特徴とする給排気調整装置。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載する給排気調整装置において、
   ソレノイドバルブが一体であること、
   を特徴とする給排気調整装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載する給排気調整装置を有する給排気調整システムにおいて、
   前記給排気調整装置が複数個備えられていること、
   前記複数の給排気調整装置が直列的又は並列的に配置されていること、
   を特徴とする給排気調整システム。
   

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