JP2018013164A - 流量調整装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】弁体部と弁孔の間から流体室に流入する流体を流体室内で滞留させることなく流出孔へ導いて流体の滞留による不具合を抑制する。【解決手段】弁体部10が挿入される弁孔20gが形成された本体部20が、下流側流体室Fr2を弁体部10の周囲に円環状に形成される内側流路24と内側流路24の外側に円環状に形成される外側流路25とに仕切る円環状壁部23と、外側流路25を流通する流体を流出側流路へ導く流出孔26と、流出孔26へ到達した流体が外側流路25を周回することを阻止する阻止壁27と、を有し、円環状壁部23が、内側流路24から外側流路25へ流体を導く連通流路23aを有し、連通流路23aが、阻止壁27に隣接しかつ阻止壁27により流出孔26から隔離された位置に流体を導く流量調整装置100を提供する。【選択図】図3

Description

本発明は、流量調整装置に関する。
従来、半導体製造装置に用いられる薬液や純水等の液体の流量を調整する流量調整部を備える流量調整装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に開示される流量調整装置は、圧縮室を加圧してダイヤフラムを下方に押し下げることにより、弁体を弁座から離間させ、上流側の第1の空間から下流側の第2の空間へ流体を流入させるものである。第2の空間は出口ポートに連通しているため、第2の空間へ流入した流体は、出口ポートから外部へ流出する。
特開2004−162774号公報
しかしながら、特許文献1に開示される流量調整装置において、第2の空間は弁体を取り囲むように形成された空間となっている。また、第1の空間から第2の空間へ流入した流体は、出口ポートへ向けて直線的に流れやすい。そのため、第2の空間においては、弁体から出口ポートへ向けた直線的な流体の流れが生じる一方で、その他の領域においては流体が滞留しやすい。第2の空間の特定の領域で流体が滞留すると、流体そのものやその領域を形成するハウジングの劣化等による不具合が生じてしまう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、弁体部と弁孔の間から流体室に流入する流体を流体室内で滞留させることなく流出孔へ導いて流体の滞留による不具合を抑制した流量調整装置を提供することを目的とする。
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。
本発明の一態様にかかる流量調整装置は、軸線に沿って移動可能な弁体部と、前記弁体部が挿入される弁孔が形成された本体部と、前記弁体部に連結され、前記本体部の内部空間を前記弁孔から流入する流体が流通する流体室と気体室とに仕切るダイヤフラム部と、前記ダイヤフラム部を前記軸線に沿って移動させることにより前記弁体部と前記弁孔との間隔を調整する流量調整部と、を備え、前記本体部が、流入ポートから流入する流体を前記流体室へ導く流入側流路と、前記流体室から流出する流体を流出ポートへ導く流出側流路と、前記流体室を前記弁体部の周囲に円環状に形成される内側流路と該内側流路の外側に円環状に形成される外側流路とに仕切る円環状壁部と、前記外側流路を流通する流体を前記流出側流路へ導く流出孔と、前記外側流路に配置され、前記流出孔へ到達した流体が前記外側流路を周回することを阻止する阻止壁と、を有し、前記円環状壁部が、前記内側流路から前記外側流路へ流体を導く連通流路を有し、前記連通流路が、前記阻止壁に隣接しかつ該阻止壁により前記流出孔から隔離された位置に流体を導く。
本発明の一態様にかかる流量調整装置によれば、弁孔から流体室の内側流路へ流入した流体は、円環状壁部が有する連通流路を介して外側流路へ導かれる。外側流路へ導かれる流体は、阻止壁に隣接しかつ阻止壁により流出孔から隔離された位置に流入し、阻止壁から遠ざかる方向に沿って流通し、最終的に流出孔へ到達する。流出孔へ到達した流体は、阻止壁により外側流路を周回することが阻止されるため、その全量が流出孔を介して流出側流路へ導かれる。外側流路には、阻止壁により流出孔から隔離された位置から軸線回りに略一周した流出孔の位置まで一方向に流通する流れが形成されるため、内部で流体が滞留することが抑制される。また、外側流路が軸線回りに略一周に渡って形成されているため、外側流路を流通する流体からの圧力をダイヤフラム部の各位置に均等に付与することができる。
このように、本発明の一態様にかかる流量調整装置によれば、弁体部と弁孔の間から流体室に流入する流体を流体室内で滞留させることなく流出孔へ導いて流体の滞留による不具合を抑制することができる。
本発明の一態様にかかる流量調整装置においては、前記ダイヤフラム部が、前記弁体部に連結される円板状の基部と、前記基部の外周側端部に接続されるとともに円環状に形成される薄膜部と、を有し、前記基部と前記円環状壁部とが接触した場合、前記連通流路が配置された位置を除くその他の位置で前記内側流路と前記外側流路との間の流体の流通が遮断される構成であってよい。
このようにすることで、ダイヤフラム部の基部と円環状壁部とが接触する開状態において、弁孔から流体室の内側流路へ流入した流体は、連通流路が配置された位置からその全量が外側流路へ流入し、他の位置からは外側流路へ流入しない。そのため、阻止壁により流出孔から隔離された位置から軸線回りに略一周した流出孔の位置まで一方向に流通する流れをより確実に形成して流体の滞留を抑制することができる。
上記構成の流量調整装置においては、前記弁孔と接触する方向の第1付勢力を前記弁体部へ付与する付勢部材を備え、前記流量調整部は、前記気体室へ導入される圧縮空気により前記弁孔から離間する方向の第2付勢力を前記弁体部へ付与するものであってよい。
このようにすることで、気体室へ圧縮空気を導入して第2付勢力を増大させることにより、阻止壁により流出孔から隔離された位置から軸線回りに略一周した流出孔の位置まで一方向に流通する流れをより確実に形成して流体の滞留を抑制することができる。
また、気体室が圧縮空気により過度に加圧されたとしても、ダイヤフラムの基部が連通流路が配置された位置を除くその他の位置で円環状壁部と接触するため、圧縮空気による加圧力が円環状壁部のほぼ全周で受け止められる。そのため、気体室が圧縮空気により過度に加圧されたことによる流量調整装置の破損等の不具合を抑制することができる。
本発明によれば、弁体部と弁孔の間から流体室に流入する流体を流体室内で滞留させることなく流出孔へ導いて流体の滞留による不具合を抑制した流量調整装置を提供することができる。
閉状態の流量調整装置の一実施形態を示す部分縦断面図である。 開状態の流量調整装置の一実施形態を示す部分縦断面図である。 図2に示す流量調整装置のI-I矢視断面図である。 図3に示す流量調整装置のII-II矢視断面図である。 図3に示す流量調整装置のIII-III矢視断面図である。 図3に示す流量調整装置のIV-IV矢視断面図である。
以下、本発明の一実施形態の流量調整装置100について、図面を参照して説明する。
本実施形態の流量調整装置100は、流入側配管(図示略)から流入ポート100aへ流入する流体を流出ポート100bから流出側配管(図示略)へ流出させる装置である。流量調整装置100は、後述する弁孔20gと弁孔20gに挿入される弁体部10との間隔を調整することにより、流出ポート100bから流出させる流体の流量を調整する。
ここで、本実施形態における流体とは、例えば、半導体製造装置による半導体製造工程で用いられる薬液、溶剤、純水等である。
図1に示すように、本実施形態の流量調整装置100は、軸線Xに沿って移動可能な弁体部10と、本体部20と、ダイヤフラム部30と、流量調整部40と、スプリング(付勢部材)50と、スローリーク機構60と、を備える。
弁体部10は、軸線Xに沿って移動可能な軸状の部材であり、弁体部10と弁孔20gとの間の隙間を通過する流体の流量を調整するための部材である。本体部20に形成された弁孔20gとの間隔を流量調整部40で調整することにより、弁体部10と弁孔20gとの間の隙間を通過する流体の流量が調整される。
図4に示すように、弁体部10は、上端がダイヤフラム部30の基部30aに連結され、下端に本体部20に取り付けられる取付部11が設けられている。取付部11は、ダイヤフラム11aが一体成形された部材である。ダイヤフラム11aにより、上流側流体室Fr1とスプリング50が配置される空間とが隔離される。
本体部20は、第1本体部20aと、第2本体部20bと、第3本体部20cと、第4本体部20dとを有する。第1本体部20aと、第2本体部20bと、第3本体部20cと、第4本体部20dとは、これらに形成された貫通孔(図示略)に、軸線Xに沿った方向に延びる締結ボルト(図示略)を挿入してねじ部(図示略)に締結することにより、一体に連結されている。
本体部20は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)等のフッ素樹脂材料により形成されている。
第1本体部20aは、流入側流路20eと、上流側流体室Fr1と、弁孔20gと、下流側流体室Fr2と、流出孔26と、流出側流路20fと、が内部に形成された部材である。流入ポート100aから流入する流体は、流入側流路20e、上流側流体室Fr1、弁孔20g、下流側流体室Fr2、流出孔26、流出側流路20fの順に流通し、外部へ流出する。
流入側流路20eは、流入ポート100aから流入する流体を上流側流体室Fr1へ導く流路である。上流側流体室Fr1は、流入側流路20eと連通するとともに弁体部10を収容する空間である。弁孔20gは、軸線Xを中心とした円形の孔であり、弁体部10の上端側が挿入される。下流側流体室Fr2は、弁孔20gを介して上流側流体室Fr1と連通する空間である。流出孔26は、下流側流体室Fr2を流通する流体を流出側流路20fへ導く孔である。流出側流路20fは、下流側流体室Fr2から流出する流体を流出ポート100bへ導く流路である。
第2本体部20bは、第1本体部20aの上面に取り付けられる部材である。第2本体部20bが第1本体部20aに取り付けられた状態で、第1本体部20aの上面と第2本体部20bの下面との間に、ダイヤフラム部30を収容する内部空間が形成される。第2本体部20bには、外部の圧縮空気供給源(図示略)から配管を介して供給される圧縮空気を第1圧力室(気体室)Pr1に導くための圧縮空気導入ポート21が形成されている。
第3本体部20cは、第2本体部20bの上面に取り付けられる部材である。第3本体部20cの内部には、スローリーク機構60が収容される。第3本体部20cには、外部の圧縮空気供給源(図示略)から配管を介して供給される圧縮空気を第2圧力室Pr2に導くための圧縮空気導入ポート22が形成されている。
第4本体部20dは、第1本体部20aの下面に取り付けられる部材である。第4本体部20dには、軸線Xに沿った方向に延びる貫通穴(図示略)が形成されている。この貫通穴に締結ボルト(図示略)を挿入して設置面Sに設けられた締結穴(図示略)に締結することにより、流量調整装置100が設置面Sに固定される。
ダイヤフラム部30は、第1本体部20aの上面と第2本体部20bの下面との間に形成される内部空間を、弁孔20gから流入する流体が流通する下流側流体室Fr2と圧縮空気導入ポート21から圧縮空気が導入される第1圧力室Pr1とを仕切る部材である。
図4に示すように、ダイヤフラム部30は、下端側の凹所に弁体部10の上端が連結される円板状の基部30aと、基部30aの外周側端部に接続されるとともに円環状に形成される薄膜部30bと、基部30aの上面に取り付けられる上板部30cとを有する。基部30aと薄膜部30bとは、フッ素樹脂材料により一体成形されている。
流量調整部40は、外部から供給される圧縮空気を第1圧力室Pr1に導くための圧縮空気導入ポート21および第1圧力室Pr1からなる。
図2に示すように、流量調整部40は、外部から供給される圧縮空気を第1圧力室Pr1に導くことにより、ダイヤフラム部30を軸線Xに沿って下方へ移動させる付勢力を発生させ、弁体部10が弁孔20gから離間した開状態とする。流量調整部40は、第1圧力室Pr1へ供給される圧縮空気を調整することにより弁体部10と弁孔20gとの間隔を調整し、弁孔20gを通過する流体の流量を調整する。
スプリング50は、弁孔20gと接触する方向の付勢力(第1付勢力)を弁体部10へ付与する弾性部材であり、弁体部10の取付部11の下面に配置される。
スプリング50が弁体部10へ付与する上方へ向けた付勢力(第1付勢力)よりも、第1圧力室Pr1がダイヤフラム部30を介して弁体部10へ付与する下方へ向けた付勢力(第2付勢力)が大きくなると、弁体部10が弁孔20gから離間するように下方へ移動する。
スローリーク機構60は、第1圧力室Pr1がダイヤフラム部30を介して弁体部10へ付与する下方へ向けた付勢力(第2付勢力)よりもスプリング50が弁体部10へ付与する上方へ向けた付勢力(第1付勢力)が大きく、弁体部10が上方へ移動する場合に、弁体部10と弁孔20gとの間隔を微調整するための機構である。
スローリーク機構60は、シャフト軸61と、ピストン部62と、ロックナット63と、ロックキャップ64と、操作部65と、スプリング66と、締結ボルト67とを有する。
シャフト軸61の外周面には雄ねじが形成されており、ピストン部62の内周面には雌ねじが形成されている。シャフト軸61の上端に形成された締結穴には、円柱状の操作部65に形成された貫通穴に挿入された締結ボルト67が締結されている。ピストン部62は、軸線X回りの回転を規制する回り止め部材(図示略)により、軸線X回りに回転しないように規制されている。
流量調整装置100の操作者は、操作部65を軸線X回りに回転させる操作を行うことにより、操作部65に連結されたシャフト軸61を軸線X回りに回転させる。シャフト軸61が軸線X回りに回転することに応じて、ピストン部62に対するシャフト軸61の軸線X方向の位置が変化する。これは、ピストン部62の内周面に雌ねじが形成されており、かつピストン部62の軸線X回りの回転が規制されているからである。
スプリング66は、第2本体部20bの内部に配置されるとともに、ピストン部62を軸線Xに沿った上方へ付勢する付勢力を発生する。一方、第2圧力室Pr2は、外部の圧縮空気供給源(図示略)から圧縮空気導入ポート22に供給される圧縮空気により、ピストン部62を軸線Xに沿って下方へ付勢する付勢力を発生する。
シャフト軸61およびピストン部62は、第2圧力室Pr2が発生する付勢力が、スプリング66が発生する付勢力を上回る場合に、軸線Xに沿って下方へ移動する。これにより、シャフト軸61の下端が第1圧力室Pr1へ突出した状態となる。
スプリング50が発生する付勢力が、第1圧力室Pr1が発生する付勢力よりも大きい場合、弁体部10およびダイヤフラム部30は、上方へ移動する。ダイヤフラム部30の上端がシャフト軸61の下端と接触すると、弁体部10およびダイヤフラム部30は、それ以上上方へ移動しないように軸線X上の位置が固定される。この場合、ピストン部62に対するシャフト軸61の位置に応じて、弁体部10と弁孔20gとの間隔が決定する。
このように、スローリーク機構60は、操作部65を軸線X回りに回転させてピストン部62に対するシャフト軸61の位置を調整することにより、弁体部10がスプリング50の付勢力により弁孔20gへ向けて押し付けられる場合の、弁体部10と弁孔20gとの間隔を調整することができる。すなわち、ピストン部62に対するシャフト軸61の位置を調整することにより、流量調整装置100を流通する流体の最小流量を決定することができる。
ロックナット63は、シャフト軸61の外周面の雄ねじと係合する雌ねじが内周面に形成された円環状の部材である。ロックナット63を回転させてピストン部62に接触させることにより、シャフト軸61が軸線X回りに回転することが規制される。
ロックキャップ64は、操作部65の側面(操作者により操作される操作面)を覆うことにより、操作者による操作部65の操作を禁止するための部材である。
次に、内部で流体を滞留させないための下流側流体室Fr2の構造について、図3から図6を参照して説明する。
図3に示すように、第1本体部20aは、下流側流体室Fr2を内側流路24と外側流路25とに仕切る円環状壁部23を有する。
図4および図5に示すように、内側流路24は、軸線Xを中心とした円環状に形成される流路であり、弁体部10の周囲を取り囲むように形成されている。
図4および図5に示すように、外側流路25は、軸線Xを中心とした円環状に形成される流路であり、内側流路24の外側に配置されるとともに円環状壁部23を取り囲むように形成されている。
図3および図5に示すように、円環状壁部23には、軸線X回りの1箇所に、内側流路24から外側流路25へ流体を導く連通流路23aを有する。
図6(図3に示す流量調整装置のIV-IV矢視断面図)に示すように、連通流路23aは、軸線Xに直交する径方向に沿って内周側から外周側に延びるように形成される流路である。弁孔20gを介して内側流路24へ流入した流体は、連通流路23aを経由して外側流路25へ流入する。連通流路23aは、後述する阻止壁27に隣接しかつ阻止壁27により流出孔26から隔離された位置に流体を導く。
図3および図5に示すように、第1本体部20aは、外側流路25を流通する流体を流出側流路20fへ導く流出孔26と隣接する位置に配置される阻止壁27を有する。阻止壁27は、連通流路23aから外側流路25へ流入した流体が流出孔26へ最短距離で導かれることを阻止するとともに、外側流路25を流通して流出孔26へ到達した流体が外側流路25を周回して再び連通流路23aが設けられる位置に到達することを阻止する。
このように、下流側流体室Fr2は、図3に矢印で示すように、弁孔20gから内側流路24へ流入する流体を流出孔26に隣接して配置される阻止壁27に隣接する位置で外側流路25へ流入させ、外側流路25を略一周流通した流体を流出孔26から流出側流路20fへ導く構造となっている。そのため、弁孔20gから下流側流体室Fr2へ導かれた流体が最短距離で流出孔26へ導かれ、その他の領域において流体が滞留しやすくなるという不具合を抑制することができる。
また、外側流路25は、連通流路23aから流体が流入する位置から流出孔26へ至るまで軸線X回りの略一周に渡って、軸線X回りの周方向に沿った一定の流路形状が維持されている。そのため、外側流路25の各位置での流体の流速が略一定となって安定した流れが形成され、不安定な流れによる不具合を抑制することができる。
図4および図5に示すように、第1圧力室Pr1が発生する付勢力が、スプリング50が発生する付勢力よりも大きい場合、ダイヤフラム部30の基部30aと第1本体部20aの円環状壁部23とが接触した状態となる。この状態となる場合、連通流路23aが配置された位置を除くその他の位置で内側流路24と外側流路25との間の流体の流通が遮断され、連通流路23aの部分のみで内側流路24と外側流路25とが連通した状態となる。そのため、ダイヤフラム部30の基部30aと第1本体部20aの円環状壁部23とが接触した状態となる場合、内側流路24を流通する流体の全量が、連通流路23aを通過して外側流路25へ流入する。
以上説明した本実施形態の流量調整装置100が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の流量調整装置100によれば、弁孔20gから下流側流体室Fr2の内側流路24へ流入した流体は、円環状壁部23が有する連通流路23aを介して外側流路25へ導かれる。外側流路25へ導かれる流体は、阻止壁27に隣接しかつ阻止壁27により流出孔26から隔離された位置に流入し、阻止壁27から遠ざかる方向に沿って流通し、最終的に流出孔26へ到達する。流出孔26へ到達した流体は、阻止壁27により外側流路25を周回することが阻止されるため、その全量が流出孔26を介して流出側流路20fへ導かれる。
外側流路25には、阻止壁27により流出孔26から隔離された位置から軸線X回りに略一周した流出孔26の位置まで一方向に流通する流れが形成されるため、下流側流体室Fr2の内部で流体が滞留することが抑制される。また、外側流路25が軸線X回りに略一周に渡って形成されているため、外側流路25を流通する流体からの圧力をダイヤフラム部30の各位置に均等に付与することができる。
このように、本発明の一態様にかかる流量調整装置100によれば、弁体部10と弁孔20gの間から下流側流体室Fr2に流入する流体を下流側流体室Fr2内で滞留させることなく流出孔26へ導いて流体の滞留による不具合を抑制することができる。
本実施形態の流量調整装置100は、ダイヤフラム部30の基部30aと円環状壁部23とが接触した場合、連通流路23aが配置された位置を除くその他の位置で内側流路24と外側流路25との間の流体の流通が遮断される。
このようにすることで、ダイヤフラム部30の基部30aと円環状壁部23とが接触する開状態において、弁孔20gから下流側流体室Fr2の内側流路24へ流入した流体は、連通流路23aが配置された位置からその全量が外側流路25へ流入し、他の位置からは外側流路25へ流入しない。そのため、阻止壁27により流出孔26から隔離された位置から軸線X回りに略一周した流出孔26の位置まで一方向に流通する流れをより確実に形成して流体の滞留を抑制することができる。
10 弁体部
11 取付部
11a ダイヤフラム
20 本体部
20a 第1本体部
20b 第2本体部
20c 第3本体部
20d 第4本体部
20e 流入側流路
20f 流出側流路
20g 弁孔
21,22 圧縮空気導入ポート
23 円環状壁部
23a 連通流路
24 内側流路
25 外側流路
26 流出孔
27 阻止壁
30 ダイヤフラム部
30a 基部
30b 薄膜部
30c 上板部
40 流量調整部
50 スプリング(付勢部材)
60 スローリーク機構
61 シャフト軸
62 ピストン部
63 ロックナット
64 ロックキャップ
100 流量調整装置
100a 流入ポート
100b 流出ポート
Fr1 上流側流体室
Fr2 下流側流体室
Pr1 第1圧力室
Pr2 第2圧力室
S 設置面
X 軸線

Claims (3)

  1. 軸線に沿って移動可能な弁体部と、
    前記弁体部が挿入される弁孔が形成された本体部と、
    前記弁体部に連結され、前記本体部の内部空間を前記弁孔から流入する流体が流通する流体室と気体室とに仕切るダイヤフラム部と、
    前記ダイヤフラム部を前記軸線に沿って移動させることにより前記弁体部と前記弁孔との間隔を調整する流量調整部と、を備え、
    前記本体部が、
    流入ポートから流入する流体を前記流体室へ導く流入側流路と、
    前記流体室から流出する流体を流出ポートへ導く流出側流路と、
    前記流体室を前記弁体部の周囲に円環状に形成される内側流路と該内側流路の外側に円環状に形成される外側流路とに仕切る円環状壁部と、
    前記外側流路を流通する流体を前記流出側流路へ導く流出孔と、
    前記外側流路に配置され、前記流出孔へ到達した流体が前記外側流路を周回することを阻止する阻止壁と、を有し、
    前記円環状壁部が、前記内側流路から前記外側流路へ流体を導く連通流路を有し、
    前記連通流路が、前記阻止壁に隣接しかつ該阻止壁により前記流出孔から隔離された位置に流体を導く流量調整装置。
  2. 前記ダイヤフラム部が、
    前記弁体部に連結される基部と、
    前記基部の外周側端部に接続されるとともに円環状に形成される薄膜部と、を有し、
    前記基部と前記円環状壁部とが接触した場合、前記連通流路が配置された位置を除くその他の位置で前記内側流路と前記外側流路との間の流体の流通が遮断される請求項1に記載の流量調整装置。
  3. 前記弁孔と接触する方向の第1付勢力を前記弁体部へ付与する付勢部材を備え、
    前記流量調整部は、前記気体室へ導入される圧縮空気により前記弁孔から離間する方向の第2付勢力を前記弁体部へ付与する請求項2に記載の流量調整装置。
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