JP3712465B2 - 空気制御型真空バルブとその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は腐食性気体や液体等の流体、清浄度が要求される液体等の搬送に多く用いられる空気制御型真空バルブに係り、特に大気圧より減圧された流体の配管系において長期間にわたり使用可能な樹脂製の空気制御型真空バルブに関する。
【０００２】
半導体産業においてウェーハの洗浄やその他の処理工程で用いられる液体や気体等の流体は腐食性を有するものが多く、それ等の流体の移送系や排気系を構成する配管やバルブには一般に腐食や溶出の殆ど無い樹脂製の部品が用いられる。
【０００３】
しかし、流体の移送系や排気系の構成は複雑で中には加圧状態で使用されるものや減圧状態で使用されるもの等があり、例えば大気圧の中で使用することを前提にした樹脂製のバルブを減圧状態で使用すると短期間で破損する場合がある。
【０００４】
そこで、減圧された流体の配管系において長期間にわたり使用可能な樹脂製の空気制御型真空バルブの開発が望まれている。
【０００５】
【従来の技術】
図４は従来の空気制御型バルブを示す側断面図である。
弁体としてダイヤフラムを内蔵してなる従来の空気制御型バルブは図４(a) に示す如く樹脂からなるバルブ本体１を有し、バルブ本体１はそれぞれ外部の配管に接続するための入力ポート11と出力ポート12と制御ポート13とを具えている。
【０００６】
また、バルブ本体１は内部にそれぞれ入力ポート11と出力ポート12に開口する入力側通路14と出力側通路15とを有し、入力側通路14と出力側通路15との境界部分は入力側通路14の出口に設けられた中空の弁座形成部16を介し連通している。
【０００７】
更に、空気圧により弁を開閉する手段として一方の吸排気孔が制御ポート13に開口するエヤシリンダ17が組み込まれ、エヤシリンダ17は空気を導入すると後退するピストンロッド18とピストンロッドを押し戻すスプリング19を具えている。
【０００８】
弁座形成部16と対向する出力側通路15の面は弁体装着部20を介してエヤシリンダ17との間に介在する空間21に連通し、前記ピストンロッド18の先端は仕切壁を貫通して図示省略された孔を介し大気と連通する空間21の内部に突出している。
【０００９】
弁体（ダイヤフラム）２は外周部が弁体装着部20に固定されると同時に中央部がピストンロッド18の先端に固定され、図示省略された孔を介して大気と連通する空間21と出力側通路15との間はダイヤフラムによって完全に遮断されている。
【００１０】
通常、ダイヤフラムは中央部がピストンロッド18を押し戻すスプリング19の作用によって弁座形成部16に押し付けられ、入力側通路14と出力側通路15との間が遮断されているため流体は入力ポート11から出力ポート12に流れることはない。
【００１１】
スプリング19に抗しピストンロッド18を後退させる圧力の空気を制御ポート13を介してエヤシリンダ17に供給すると、ダイヤフラムが弁座形成部16から持ち上がるため流体は弁座形成部16を通って入力ポート11から出力ポート12に流れる。
【００１２】
弁体としてベローズが内蔵された従来の空気制御型バルブの場合も上記空気制御型バルブと同様に図４(b) に示す如く、バルブ本体１は、それぞれ外部の配管に接続するための入力ポート11と出力ポート12と制御ポート13とを具えている。
【００１３】
また、バルブ本体１は内部にそれぞれ入力ポート11と出力ポート12に開口する入力側通路14と出力側通路15とを有し、入力側通路14と出力側通路15との境界部分は入力側通路14の出口に設けられた中空の弁座形成部16を介し連通している。
【００１４】
更に、空気圧により弁を開閉する手段として一方の吸排気孔が制御ポート13に開口するエヤシリンダ17が組み込まれ、エヤシリンダ17は空気を導入すると後退するピストンロッド18とピストンロッドを押し戻すスプリング19を具えている。
【００１５】
弁座形成部16と対向する出力側通路15の面は弁体装着部20を介してエヤシリンダ17との間に介在する空間21に連通し、前記ピストンロッド18の先端は仕切壁を貫通して図示省略された孔を介し大気と連通する空間21の内部に突出している。
【００１６】
弁体（ベローズ）３はフランジ31が弁体装着部20に固定されると共に弁座に当接する面がピストンロッド18に固定され、図示省略された孔を介して大気と連通している空間21と出力側通路15との間はベローズにより完全に遮断されている。
【００１７】
通常、ベローズは中央部の端面がピストンロッド18を押し戻すスプリング19の作用により弁座形成部16に押し付けられ、入力側通路14と出力側通路15との間が遮断されているため流体は入力ポート11から出力ポート12に流れることはない。
【００１８】
スプリング19に抗しピストンロッド18を後退させる圧力の空気を制御ポート13を介してエヤシリンダ17に供給すると、ベローズの端面が弁座形成部16から持ち上がるため流体は弁座形成部16を通り入力ポート11から出力ポート12に流れる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く従来の空気制御型バルブは大気圧とほぼ同等の流体を入力ポートから出力ポートに流すことが前提であって、スプリングに抗してピストンロッドを後退させる圧力の空気をエヤシリンダに供給するすることで弁体を開閉できる。
【００２０】
しかし、このような空気制御型バルブを大気圧より減圧された流体の移送系や真空に近い状態の排気系に用いた場合は、スプリングにより付与される力と弁体を挟み隣接する二つの空間の圧力差により弁体が弁座形成部に押し付けられる。
【００２１】
即ち、弁体が弁座形成部に当接しているとき図示省略された孔を介して大気と連通している空間の圧力は大気圧と同等で、入力側通路の圧力は大気圧より減圧された状態であり、その圧力差は弁体を弁座形成部に押し付ける側に作用する。
【００２２】
このように弁体を挟み隣接する二つの空間の圧力差が小さいことを前提として構成された従来の空気制御型バルブを、二つの空間の圧力差が大きい用途に供することにより弁体の疲労が増大され寿命の短縮が促進されるという問題がある。
【００２３】
また、弁体を持ち上げる際に、二つの空間の圧力差に起因し印加される力とスプリングにより付与される力に抗してピストンロッドを後退させる必要があり、高圧化された空気が必要になり、時には開閉不能になる等の問題があった。
【００２４】
本発明の目的は減圧された流体の配管系において長期間にわたり使用可能な樹脂製の空気制御型真空バルブを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明になる空気制御型真空バルブを示す側断面図である。なお全図を通し同じ対象物は同一記号で表している。
【００２６】
上記課題は外部配管接続用の入力ポート11と出力ポート12と制御ポート13と補助制御ポート41とを具えた樹脂からなるバルブ本体４が、それぞれ入力ポート11と出力ポート12に開口し弁座形成部16を介して互いに連通する入力側通路14および出力側通路15と、補助制御ポート41に開口し弁体装着部20を介して出力側通路15に連通する制御通路42と、一方の吸排気孔が制御ポート13に開口するエヤシリンダ17とを有し、エヤシリンダ17のピストンロッド18に装着されピストンロッド18の移動に伴って弁座形成部16を開閉する弁体２または３が、出力側通路15と制御通路42との間を遮断するように弁体装着部20に固定されてなる本発明の空気制御型真空バルブによって達成される。
【００２７】
このように補助制御ポートに開口し弁体装着部を介して出力側通路に連通する制御通路を設け、制御通路の圧力を大気圧より減圧することによって、例えば、大気圧より減圧された流体の移送系や真空に近い状態の排気系に用いた場合も、弁体を挟み隣接する二つの空間の圧力差が小さくなり、弁体を弁座形成部に押し付ける圧力差に起因する力が大幅に減少し弁体が長寿命化される。しかも、弁体の開閉にも特に高気圧化された空気を必要とせず開閉不能になることもない。
【００２８】
即ち、減圧された流体の配管系において長期間にわたり使用可能な樹脂製の空気制御型真空バルブを実現することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下添付図により本発明の実施例について説明する。なお、図２は空気制御型真空バルブの配管方法を示す模式図、図３は本発明の空気制御型真空バルブの変形例を示す側断面図である。
【００３０】
弁体にダイヤフラムを用いた本発明の空気制御型真空バルブは図１(a) に示す如く樹脂からなるバルブ本体４を有し、バルブ本体４は外部配管に接続される入力ポート11と出力ポート12と制御ポート13と補助制御ポート41とを具えている。
【００３１】
また、バルブ本体４は内部にそれぞれ入力ポート11と出力ポート12に開口する入力側通路14と出力側通路15とを有し、入力側通路14と出力側通路15との境界部分は入力側通路14の出口に設けられた中空の弁座形成部16を介し連通している。
【００３２】
更に、空気圧により弁を開閉する手段として一方の吸排気孔が制御ポート13に開口するエヤシリンダ17が組み込まれ、エヤシリンダ17は空気を導入すると後退するピストンロッド18とピストンロッドを押し戻すスプリング19を具えている。
【００３３】
弁座形成部16と対向する出力側通路15の面は弁体装着部20を介しエヤシリンダ17との間に介在する制御通路42に連通し、前記ピストンロッド18の先端は仕切壁を貫通し、補助制御ポート41に連通している制御通路42の内部に突出している。
【００３４】
弁体（ダイヤフラム）２は外周部が弁体装着部20に固定されると同時に中央部がピストンロッド18の先端に固定され、制御通路42と出力側通路15との間は外周部が弁体装着部20に固定されてなるダイヤフラムにより完全に遮断されている。
【００３５】
上記の空気制御型真空バルブを真空に近い状態の排気系に用いる場合は補助制御ポート41に真空系の配管に接続され、制御通路42の内部を減圧することで弁体２を挟む二つの空間、即ち入力側通路14と制御通路42の圧力差をほぼ０にする。
【００３６】
通常、ダイヤフラムは中央部がピストンロッド18を押し戻すスプリング19の作用によって弁座形成部16に押し付けられ、入力側通路14と出力側通路15との間が遮断されているため流体は入力ポート11から出力ポート12に流れることはない。
【００３７】
スプリング19に抗しピストンロッド18を後退させる圧力の空気を制御ポート13を介してエヤシリンダ17に供給すると、ダイヤフラムが弁座形成部16から持ち上がるため流体は弁座形成部16を通って入力ポート11から出力ポート12に流れる。
【００３８】
弁体としてベローズを用いた本発明の空気制御型真空バルブは図１(b) に示す如く樹脂からなるバルブ本体４を有し、バルブ本体４は外部配管に接続される入力ポート11と出力ポート12と制御ポート13と補助制御ポート41とを具えている。
【００３９】
また、バルブ本体４は内部にそれぞれ入力ポート11と出力ポート12に開口する入力側通路14と出力側通路15とを有し、入力側通路14と出力側通路15との境界部分は入力側通路14の出口に設けられた中空の弁座形成部16を介し連通している。
【００４０】
更に、空気圧により弁を開閉する手段として一方の吸排気孔が制御ポート13に開口するエヤシリンダ17が組み込まれ、エヤシリンダ17は空気を導入すると後退するピストンロッド18とピストンロッドを押し戻すスプリング19を具えている。
【００４１】
弁座形成部16と対向する出力側通路15の面は弁体装着部20を介しエヤシリンダ17との間に介在する制御通路42に連通し、前記ピストンロッド18の先端は仕切壁を貫通し、補助制御ポート41に連通している制御通路42の内部に突出している。
【００４２】
弁体（ベローズ）３はフランジ31が弁体装着部20に固定されると共に弁座に当接する面がピストンロッド18に固定され、制御通路42と出力側通路15との間はフランジ31が弁体装着部20に固定されたベローズによって完全に遮断されている。
【００４３】
上記の空気制御型真空バルブを真空に近い状態の排気系に用いる場合は補助制御ポート41に真空系の配管に接続され、制御通路42の内部を減圧することで弁体２を挟む二つの空間、即ち入力側通路14と制御通路42の圧力差をほぼ０にする。
【００４４】
通常、ベローズは中央部の端面がピストンロッド18を押し戻すスプリング19の作用により弁座形成部16に押し付けられ、入力側通路14と出力側通路15との間が遮断されているため流体は入力ポート11から出力ポート12に流れることはない。
【００４５】
スプリング19に抗しピストンロッド18を後退させる圧力の空気を制御ポート13を介してエヤシリンダ17に供給すると、ベローズの端面が弁座形成部16から持ち上がるため流体は弁座形成部16を通り入力ポート11から出力ポート12に流れる。
【００４６】
以下、上記空気制御型真空バルブを大気圧より減圧された流体の移送に用いる際の制御方法を第２図により説明する。空気制御型真空バルブの入力ポート11と出力ポート12は図示の如く減圧された流体を移送する配管51に接続されている。
【００４７】
また、空気制御型真空バルブの補助制御ポート41は配管52を介してエヤエゼクタ６の吸気ポート61に接続されており、空気制御型真空バルブの制御ポート13とエヤエゼクタ６の入力ポート62とは加圧された空気の配管53に接続されている。
【００４８】
エヤエゼクタ６は加圧された空気を入力ポート62から出力ポート63に流すことで吸気ポート61側の配管52内が減圧され、図示の場合は配管52を介しエヤエゼクタ６に接続された空気制御型真空バルブの制御通路42が大気圧より減圧される。
【００４９】
その結果、空気制御型真空バルブの弁体２を挟んだ二つの空間、即ち入力側通路14と制御通路42との圧力差が減少し、弁体２が長期間にわたって高精度に作動すると共にエヤシリンダ17を通常の圧縮空気によって作動させることができる。
【００５０】
本発明の空気制御型真空バルブは入力ポートと出力ポートと制御ポートと補助制御ポートとを有する４ポート型であり、配管を変えることなく補助制御ポートの無い３ポート型の従来の空気制御型バルブと直ちに置換することができない。
【００５１】
図３に示す変形例は従来の空気制御型バルブとの置換が可能な空気制御型真空バルブで同軸型の差動シリンダ７を有し、差動シリンダ７は同心円をなす外側シリンダ71およず内側シリンダ72と一体化された２個のピストン73、74を有する。
【００５２】
制御ポート13に連通する外側シリンダ71に嵌挿されたピストン73はスプリング75により前進する方向に付勢されており、制御通路42に連通する内側シリンダ72に嵌挿されたピストン74は連結ロッド76を介しピストン73と一体化されている。
【００５３】
制御ポート13を介して加圧された空気を外側シリンダ71に供給することによりピストン73はスプリング75に抗して後退し、ピストン73の後退に伴って連結ロッド76を介して一体化されたピストン74も後退するため制御通路42が減圧される。
【００５４】
即ち、従来の空気制御型バルブと同様に減圧された流体を移送する配管51に入力ポート11および出力ポート12を接続し、配管53から制御ポート13を介して加圧された空気を供給すると制御通路42が減圧されると同時に弁体２が持ち上がる。
【００５５】
なお、図２および図３に記載された空気制御型真空バルブはいずれも弁体としてダイヤフラムが図示されているが、ダイヤフラムの代わりに弁体としてベローズを用いた空気制御型真空バルブであっても同じ効果を得ることができる。
【００５６】
このように補助制御ポートに開口し弁体装着部を介して出力側通路に連通する制御通路を設け、制御通路の圧力を大気圧より減圧することによって、例えば、大気圧より減圧された流体の移送系や真空に近い状態の排気系に用いた場合も、弁体を挟み隣接する二つの空間の圧力差が小さくなり、弁体を弁座形成部に押し付ける圧力差に起因する力が大幅に減少し弁体が長寿命化される。しかも、弁体の開閉にも特に高気圧化された空気を必要とせず開閉不能になることもない。
【００５７】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、減圧された流体の配管系において長期間にわたり使用可能な樹脂製の空気制御型真空バルブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明になる空気制御型真空バルブを示す側断面図である。
【図２】 空気制御型真空バルブの配管方法を示す模式図である。
【図３】 本発明の空気制御型真空バルブの変形例を示す側断面図である。
【図４】 従来の空気制御型バルブを示す側断面図である。
【符号の説明】
２、３ 弁体 ４ バルブ本体
６ エヤエゼクタ ７ 差動シリンダ
11 入力ポート 12 出力ポート
13 制御ポート 14 入力側通路
15 出力側通路 16 弁座形成部
17 エヤシリンダ 18 ピストンロッド
19 スプリング 20 弁体装着部
31 フランジ 41 補助制御ポート
42 制御通路 51、52、53 配管
61 吸気ポート 62 入力ポート
63 出力ポート 71 外側シリンダ
72 内側シリンダ 73、74 ピストン
75 スプリング 76 連結ロッド

Claims (2)

1. 外部配管接続用の入力ポートと出力ポートと制御ポートと補助制御ポートとを具えた樹脂からなるバルブ本体が、それぞれ該入力ポートと該出力ポートに開口し弁座形成部を介して互いに連通する入力側通路および出力側通路と、該補助制御ポートに開口し弁体装着部を介して該出力側通路に連通する制御通路と、一方の吸排気孔が該制御ポートに開口するエヤシリンダとを有し、
   該エヤシリンダのピストンロッドに装着され該ピストンロッドの移動に伴って該弁座形成部を開閉する弁体が、該出力側通路と該制御通路との間を遮断するように該弁体装着部に固定されてなることを特徴とする空気制御型真空バルブ。
2. 請求項１記載の空気制御型真空バルブを用いた空気制御型真空バルブの制御方法であって、
   該空気制御型真空バルブの、入力ポートおよび出力ポートを大気圧より減圧された流体の配管系に接続し、補助制御ポートを大気圧より減圧された気体の配管系に接続すると共に制御ポートを制御用空気配管に接続し、
   該制御ポートを介してエヤシリンダに供給される制御用空気を吸排気させることによってピストンロッドを駆動し、ピストンロッドと連動する弁体により弁座形成部の開閉を行うことを特徴とする空気制御型真空バルブの制御方法。

Images