JP3135994B2 - 微少流量混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微少量の液体や気体な
どの流体を混合する微少流量混合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体と流体とを混合する手段として、例
えば図５に示されるものがある。すなわち、同図（Ａ）
は、管路５１内を流れる流体５２に対して、より細い管
路５３を流れる流体５４を混合するものであり、同図
（Ｂ）は、数種類の流体５５を同じ管路５６に流し、こ
の管路５６の一部５７を細径にして流体が乱流状態にな
るようにして前記数種類の液体５５を混合するものであ
り、同図（Ｃ）は、数種類の流体をコイル状の管路５８
に流して混合するものであり、同図（Ｄ）は、数種類の
流体を内部に螺旋体５９を設けた管路６０に流して混合
するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記い
ずれの手段も、例えば毎分当たりの流量が１ｍｌ以下と
云った微少量の流体を混合する場合、前記管路５１，５
６，５８，６０としては、その内径が極めて細いものを
使用しなければならない。また、複数の流体が十分に混
合されるには、前記管路５１，５６，５８，６０の長さ
を十分大きいものにする必要がある。そして、前記管路
５１，５６，５８，６０の形状を一旦決定してしまう
と、適用する流体やその流量が限定され、汎用性に欠け
ると云った不都合がある。

【０００４】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的とするところは、汎用性に優れ、任意
の流量の流体を確実に混合することができるコンパクト
な微少流量混合装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る微少流量混合装置は、本体ブロック内
に複数の流体導入口と一つの流体導出口とを形成し、前
記流体導入口にそれぞれ連なる流体導入流路の他端側
を、前記本体ブロックに設けられた環状かつ薄肉のスペ
ーサとダイヤフラムによって形成される混合室内に開口
すると共に、前記流体導出口に連なる流体導出流路の他
端側を前記スペーサに設けた開口と連通し、前記ダイヤ
フラムを押圧駆動部によって押圧することにより、前記
流体導入流路の各開口の開度を調整し、かつ、前記混合
室内の流体流路部の容積を調整することにより、流体導
入流路を介して導入される流体を前記混合室内において
混合し、この混合による混合流体を、前記流体導出流路
を介して導出するように構成されている。

【０００６】

【作用】前記構成の微少流量混合装置においては、ダイ
ヤフラムが混合室内の容積を調整する。従って、混合室
内に導入される流体の量が変化しても、流体の混合が確
実に行われる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。図１〜４は、本発明に係る微少流量混合装
置１の一例を示し、図１〜図３において、２は例えばス
テンレス鋼などのように熱伝導性および耐腐食性の良好
な素材からなる例えば直方体形状の本体ブロックであ
る。

【０００８】前記本体ブロック２内には、４つの流路
３，４，５，６が形成されている。すなわち、流路３，
４，５は、互いに混合されるべき流体Ａ，Ｂ，Ｃをそれ
ぞれ後述する混合室１１に導入するための流路（以下、
それぞれ第１、第２、第３流体導入流路と云う）、６は
混合室１１で混合された流体Ｄを導出するための混合流
体導出流路である。

【０００９】より具体的には、第１流体導入流路３は、
本体ブロック２の一方の側面２ａに流体導入口３ａを有
し、他端が上面２ｅにおいて開口するように形成されて
いる。そして、第２流体導入流路４は、前記側面２ａお
よび上面２ｅと直交する側面２ｂ（図示例では前面）に
流体導入口４ｂを有し、他端が上面２ｅにおいて開口す
るように形成されている。また、第３流体導入流路５
は、前面２ｂに対応する後面２ｃに流体導入口５ｃを有
し、他端が上面２ｅにおいて開口するように形成されて
いる。さらに、混合流体導出流路６は、前記側面２ａお
よび上面２ｅと直交する側面２ｄに混合流体導出口６ｃ
を有し、他端が上面２ｅにおいて開口するように形成さ
れている。

【００１０】前記流路３〜６は、いずれもＬ字形状に形
成され、前記流路３〜５の内径は、同一であり、例えば
１〜２ｍｍ程度に、そして、流路６のそれは例えば３〜
５ｍｍ程度に設定されている。そして、特に図２に示す
ように、前記本体ブロック２の上面２ｅにおける流路３
〜５の開口３ｅ〜５ｅは、流路３〜５よりも細径に形成
されると共に、開口位置が互いに近接し、上面２ｅに設
けられるスペーサ７の内側部７ｂ内に位置するように形
成されている。また、開口６ｅは、開口３ｅ〜５ｅから
やや離れ、スペーサ７に形成された孔８と連通するよう
に形成されている。

【００１１】前記スペーサ７は、耐腐食性の金属よりな
り、環状かつ薄肉（厚みが例えば２０μｍ）に形成され
ている。そして、このスペーサ７には、孔８を内側部７
ｂに連通させるためのスリット９（例えば幅が１００μ
ｍ、長さが０．５ｍｍ）が形成されている。なお、図示
してないが、スペーサ７の外周部には、シールフッ素樹
脂製のシール用シートが設けられている。

【００１２】１０は前記スペーサ７を介して本体ブロッ
ク２の上面２ｅに載置されるダイヤフラムで、耐熱性お
よび耐腐食性の良好な素材からなり、その軸部１０ａの
周囲に薄肉部１０ｂを備え、さらに、この薄肉部１０ｂ
の周囲に厚肉部１０ｃを備えており、軸部１０ａに下方
向の押圧力が作用すると、歪み（変位）が生じるように
構成されている。このダイヤフラム１０と前記スペーサ
７と上面２ｅとによって混合室１１が形成される。

【００１３】１２は前記ダイヤフラム１０を覆うように
して設けられる弁ブロックで、その内部空間１２ａに
は、ダイヤフラム１０の軸部１０ａが収容されると共
に、ダイヤフラム１０を常時上方に付勢するためのばね
１３が設けられている。

【００１４】本実施例においては、このようなダイヤフ
ラム１０を、流体Ａ，Ｂ，Ｃの混合するための混合室１
１を、構成する部材、および、この混合室１１に流入す
る流体Ａ，Ｂ，Ｃの流量調整およびシャットオフのため
の弁として使用している。従って、前記シャットオフを
より確実に行うため、ダイヤフラム１０のフラットな面
は、フッ素系樹脂をコーティングするなどしてそのシー
ル性が高められている。

【００１５】前記構成のダイヤフラム１０は、その軸部
１０ａが上になるようにして、その下面の一部がスペー
サ７に当接し、その下面側に形成される混合室１１内に
は、本体ブロック２の上面２ｅに形成された開口３ｅ〜
６ｅが含まれ、軸部１０ａの下面１０ｄが開口３ｅ〜５
ｅに対応して位置するように設けられる。つまり、流体
導入流路３〜５の開口３ｅ〜５ｅおよび混合流体導出流
路６の開口６ｅは、混合室１１内において連通してい
る。そして、このダイヤフラム１０が後述する押圧駆動
部１４によって押圧され、その下面１０ｄが開口３ｅ〜
５ｅの開度を調節することにより、流体Ａ，Ｂ，Ｃを混
合室１１内に導入する際の圧力を調節でき、さらに、開
口３ｅ〜５ｅを下面１０ｄによって完全に閉じることに
より、流体Ａ，Ｂ，Ｃの導入を止めることができる。

【００１６】１４は前記ダイヤフラム１０を下方に押圧
してこれを歪ませる押圧駆動部で、図示例においては、
弁ブロック１２の上部に立設されたハウジング１５内に
複数の圧電素子を積層してなるピエゾスタック１６を設
けて成り、このピエゾスタック１６の押圧部１６ａをダ
イヤフラム１０の軸部１０ａの上部に当接させてある。
なお、１７，１８，１９，２０は、前記流体導入口３
ａ，４ｂ，５ｃ、混合流体導出口６ｄにそれぞれ付設さ
れる継手である。

【００１７】図４は、上記構成の微少流量混合装置１を
例えば半導体製造装置の材料供給ラインに組み込んだ例
を示し、この図において、２１，２２，２３はマスフロ
ーコントローラ２４，２５，２６をそれぞれ備えた液体
材料供給ラインで、前記継手１７〜１９に接続される。
また、２７は混合液体搬送ライン、２８は混合液体搬送
ライン２７に供給される液体材料を気化する気化器、２
９は真空チャンバー、３０は吸引ポンプである。

【００１８】次に、上記微少流量混合装置１の動作につ
いて説明する。今、微少流量混合装置１が前記図４に示
すような材料供給ラインに組み込まれているものとす
る。上述したように、ダイヤフラム１０は、ばね１３の
付勢力によって常に上方に付勢されており、この状態に
おいては、ダイヤフラム１０の下面１０ｄが第１、第
２、第３流体導入流路３，４，５の下流側の開口３ｅ〜
５ｅを開放している。

【００１９】従って、この状態では、前記マスフローコ
ントローラ２４，２５，２６によってそれぞれ制御され
た液体材料Ａ，Ｂ，Ｃが微少流量混合装置１内に流れ込
み、さらに、混合室１１内に導入される。混合室１１内
に導入された液体材料Ａ，Ｂ，Ｃは、スペーサ７の内側
部７ｂを開口６ｅに向かって流れ、スリット９を経て開
口６ｅに至るが、混合室１１およびスリット９を通過す
る際に互いに混じり合って、混合液体材料Ｄとなる。こ
の混合液体材料Ｄは、開口６ｅおよび混合流体導出流路
６を経て微少流量混合装置１外に導出される。

【００２０】このとき、前記ピエゾスタック１６に所定
の直流電圧を印加して、ダイヤフラム１０を下方に歪ま
せると、前記開口３ｅ〜５ｅの開度が狭まり、混合室１
１内の圧力が高められ、微少流量混合装置１の上流側の
マスフローコントローラ２４，２５，２６に対してバッ
クプレッシャーをかけることができ、キャビテーション
を抑制することができる。

【００２１】さらに、前記ピエゾスタック１６により大
きな電圧を印加して、ダイヤフラム１０を下方に十分歪
ませると、前記開口３ｅ〜５ｅがダイヤフラム１０の下
面１０ｄによって閉鎖され、所謂液シャットオフの状態
になる。従って、混合室１１内に液体材料Ａ，Ｂ，Ｃが
導入されることはない。

【００２２】このように、上記実施例に係る微少流量混
合装置１は、ダイヤフラムをピエゾスタック１６によっ
て押圧することにより、流体導入流路３〜５の各開口３
ｅ〜５ｅの開度が調整され、混合室１１内の圧力が調整
される。また、混合室１１内に導入される液体材料Ａ，
Ｂ，Ｃの流量は、液体材料供給ライン２１，２２，２３
に設けられたマスフローコントローラ２４，２５，２６
によってそれぞれ任意に設定されるから、液体材料Ａ，
Ｂ，Ｃの混合比率が種々異なる混合液体材料Ｄを得るこ
とができる。

【００２３】なお、上記微少流量混合装置１を用いて３
種類の液体Ａ，Ｂ，Ｃを任意の流量で混合して得られた
混合液体Ｄを紫外可視光分光光度計を用いて測定したと
ころ、安定な混合状態になっていることが確かめられ
た。さらに、前記混合液体Ｄの流量が０．１ｍｌ／ｍｉ
ｎと云うように、前記液体Ａ，Ｂ，Ｃの流量が極めて微
量であっても、前記ダイヤフラム１０を下方に歪ませ、
前記混合室１１の容積を小さくすることにより、安定な
混合状態になっていることも確認できた。

【００２４】本発明は、上述の実施例に限られるもので
はなく、例えば前記押圧駆動部１４として電磁式やサー
マル式のものを用いてもよい。そして、各流路３〜６
は、Ｌ字状に形成する必要はなく、ストレートであって
もよい。また、流体導入流路３〜５は、２個であっても
よく、さらに、４以上であってもよい。そして、本発明
は、複数の気体を混合するのに用いてもよいことは云う
までもない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る微少
流量混合装置によれば、複数の流体をその混合比率の如
何に拘りなく安定して均一に混合することができる。ま
た、前記微少流量混合装置は小型であるから、各種の流
体供給ラインなどに好適に組み込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る微少流量混合装置の一例を示す断
面斜視図である。

【図２】前記微少流量混合装置の縦断面図である。

【図３】前記微少流量混合装置の本体ブロックの平面構
成を示す図である。

【図４】前記微少流量混合装置を組み込んだ材料供給ラ
インの構成図である。

【図５】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、従来の微
少流量混合方式を説明するための図である。

【符号の説明】 １…微少流量混合装置、２…本体ブロック、２ｅ…上
面、３，４，５…流体導入流路、３ａ，４ｂ，５ｃ…流
体導入口、３ｅ，４ｅ，５ｅ…開口、６…流体導出流
路、６ｄ…流体導出口、７…スペーサ、８…開口、１０
…ダイヤフラム、１１…混合室、１４…押圧駆動部、
Ａ，Ｂ，Ｃ…流体、Ｄ…混合流体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭61−48968（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01F 15/00 - 15/06 B01F 3/00 - 3/22 B01F 5/00 - 5/26

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体ブロック内に複数の流体導入口と一
   つの流体導出口とを形成し、前記流体導入口にそれぞれ
   連なる流体導入流路の他端側を、前記本体ブロックに設
   けられた環状かつ薄肉のスペーサとダイヤフラムによっ
   て形成される混合室内に開口すると共に、前記流体導出
   口に連なる流体導出流路の他端側を前記スペーサに設け
   た開口と連通し、前記ダイヤフラムを押圧駆動部によっ
   て押圧することにより、前記流体導入流路の各開口の開
   度を調整し、かつ、前記混合室内の流体流路部の容積を
   調整することにより、流体導入流路を介して導入される
   流体を前記混合室内において混合し、この混合による混
   合流体を、前記流体導出流路を介して導出するように構
   成したことを特徴とする微少流量混合装置。