JP3814781B2 - 多方弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主流路と分岐流路を有する多方弁に関するものであり、さらに詳しくは、優れた外部シール性能を有し且つ流量特性に優れ、ハンドルの緩みを防止し弁開度を常に一定に保持することができる多方弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体産業におけるスラリーラインや各種化学薬液ラインで、流体を主流路から分岐して供給するラインにおいて、スラリーの凝集・固着や結晶の析出等のトラブルを防ぐ目的として、分岐ラインを洗浄するためのラインを設けることがあった。一般的な方法としては図９に示すように二方弁２台とチーズ２個とを組み合わせる方法があった。しかしながら、図９においてチーズ６２から二方弁６４までの流路に薬液が滞留するという問題と、二方弁６４からチーズ６３までの流路が十分に洗浄されないという問題があった。
【０００３】
これらの問題を解決したものとして図７に示すような四方弁が提案されている。図７によれば、４７は弁本体であり下部に主流路４８と上部に弁室４９を有している。主流路４８の上部と弁室４９の底面中央は連通口５０で連通されており弁室４９側の開口部の角部が弁座５１となっている。弁本体４７の側面には２つの分岐流路５２、５３がそれぞれ弁室４９の底面外周部と連通するように設けられている。尚、主流路４８と分岐流路５２、５３はほぼ同じ高さに形成されているので、分岐流路５２、５３は略Ｌ字形状となっている。弁本体４７の上部に接合された駆動部５４の操作によってダイヤフラム５５の下端中央に設けられた弁体５６が弁座５１と圧接・離間することによって弁の開閉が行われる。
【０００４】
この四方弁の使用方法を図８に示す。図８によれば、二方弁５７を閉じ四方弁６１を開いて主流路から流体を分岐供給している間は二方弁５７と四方弁６１の間に流体が滞留することになるが、四方弁６１を閉じ二方弁５７を開けて洗浄を行えば、滞留していた流体は下流へ押し流され、四方弁６１及び分岐流路５９を洗浄することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような四方弁では分岐流路がＬ字形状となっているため、弁の開状態または閉状態において流体の流れが変曲され流量特性が悪く、また弁室が大きいため弁室内に残った薬液を完全に排出するのに時間がかかるという問題もあった。また、弁を閉状態にして分岐流路を洗浄する際には、洗浄液の圧力によってダイヤフラムが上方へ押し上げられて弁体と弁座が離間し洗浄液が主流路へ漏れ出す、或いは主流路の薬液が分岐流路へ漏れ出すといった問題もあった。さらに、ポンプ等の振動やハンドルへの不慮の接触等によってハンドルが回動してしまい、初期の弁開度が保持できずに初期流量を維持することができない場合があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、優れた外部シール性能を有し且つ流量特性に優れ、ハンドルの緩みを防止し弁開度を常に一定に保持することができる多方弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下部に主流路９と上部に主流路９に対して垂直に設けられた連通口１２によって連通され且つ連通口１２の周縁部が弁座１４となり底面が平坦である弁室１３と、弁室１３に連通されその内径の最下部の位置が弁室１３の底面とほぼ面一となるように形成された分岐流路１０とを有する弁本体１と、上部に鍔部１６が設けられ底部中央に貫通口１７が設けられた有底円筒状のバネ受け２と、弁座１４に圧接・離間される弁体２４が中央下面に一体的に設けられ弁本体１とバネ受け２とにより挟持されたダイヤフラム７と、内部に後記ステム３が摺動自在に嵌装されるシリンダ部２１を有し上部外周に雄ねじ部２２が設けられ弁本体１と共にバネ受け２を挟持する略筒状のボンネット４と、バネ受け２を貫通し下部にダイヤフラム７の中央上面が接続され、上部にはシリンダ部２１と摺接する鍔部１９が設けられ、先端部は回動不能の状態でボンネット４に支承されているステム３と、ステム３の鍔部１９とバネ受け２とで挟持されるバネ８と、ボンネット４の雄ねじ部２２に螺着されるロックナット６と、ロックナット６の上方で且つ雄ねじ部２２に螺着されたキャップ状ハンドル５とからなることを第１の特徴とし、また、主流路９が弁本体１の片側、または弁本体１を貫通して設けられていることを第二の特徴とし、さらに、分岐流路１０が弁本体１の片側、または弁本体１を貫通して設けられていることを第三の特徴とする。
【０００８】
本発明において弁本体等の部材は、耐薬品性に優れ不純物の溶出も少ないことから、ポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥという）や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（以下ＰＦＡという）などのフッ素樹脂が好適に使用されるが、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン（以下ＰＰという）等のその他のプラスチックあるいは金属でも良く特に限定されるものではない。また、ダイヤフラムの材質はＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂が好適に使用されるが、ゴム及び金属でもよく特に限定されない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について図面を参照して説明するが、本発明が本実施態様に限定されないことは言うまでもない。
【００１０】
図１は本発明の第一の実施態様の多方弁の開状態を示す縦断面図である。図２は図１の弁本体の立体斜視図である。図３は図１の多方弁の閉状態を示す縦断面図である。図4は図１の多方弁の中間開度の状態を示す縦断面図である。図５は第二の実施態様の多方弁の弁本体の立体斜視図である。図６は第三の実施態様の多方弁の弁本体の立体斜視図である。
【００１１】
図１乃至図４において１はＰＴＦＥ製の弁本体であり、下部に主流路９と、上部に主流路９に対して垂直に設けられた連通口１２で連通された弁室１３を有しており、この連通口１２の開口部の周縁部を弁座１４としている。弁室１３は連通口１２の開口部及び弁体２４の外径より大きく形成されている。また、弁本体１の上部側面には弁室１３に連通した一対の分岐流路１０、１１が主流路９に対して直交する方向に設けられている。分岐流路１０、１１は、その内径の最下部の位置が弁室１３の底面とほぼ面一となるように形成されている。尚、本実施態様では、主流路９は直線状に且つ弁本体９を貫通して設けられているが、弁本体９の片側一方のみに設けてもよく。また、弁本体９にＬ字方向に設けても良い。
【００１２】
本実施態様においては、内部に分岐流路１０、１１が形成された、一対の継手部２８、２９が弁本体１の上部側面に一体的に突出して形成されている。弁本体１に配管チューブ３４を固定するには、継手部２８の外周に設けられた雄ねじ部３０にキャップナット３２の雌ねじ部３３を螺着させ、継手部２８の先端部３１に嵌合された配管チューブ３４の端部を挟持固定する方法で行われる。また、弁本体１の下部側面に一体的に突出して形成され、内部に主流路９を有する継手部についても同様に配管される。尚、当該多方弁を配管するための構造は本実施態様に限定されず、配管が可能な構造であればいずれでもよい。
【００１３】
２は有底円筒状を有するＰＰ製のバネ受けであり、上部に鍔部１６が、下部には嵌合凸部１８が連続して設けられ、底部中央に貫通口１７が設けられている。また嵌合凸部１８の下端面は逆すり鉢状のテーパ面が設けられている。（図３参照。）
【００１４】
７はＰＴＦＥ製のダイヤフラムであり、中央下面に弁本体１の弁室１３中央下面の弁座１４に圧接・離間される弁体２４が一体的に設けられており、この弁体２４は後記ステム３の下部に螺着されている。ダイヤフラム７の外周縁部には円筒状膜部２５が設けられており、さらに円筒状膜部２５の上端部外周には鍔部２６が設けられている。円筒状膜部２５は弁本体１の弁室１３の内周面とバネ受け２の嵌合凸部１８の外周面とによって挟持されており、さらに、鍔部２６は、弁室１３の内周面上部に設けられた段差部１５に嵌挿されバネ受け２との間にOリング２７を挟持し、弁本体１の弁室１３の内周面とバネ受け２の嵌合凸部１８の外周面とによって挟持固定されている。このダイヤフラム７の形状は本実施態様に限定されるものではなく、弁本体１とバネ受け２によって挟持された膜部を有するものであればいずれでもよく、ベローズ型などの形状でもよい。
【００１５】
４は略筒状を有するＰＰ製のボンネットであり、上部外周に雄ねじ部２２が設けられている。また内部に後記ステム３が摺動自在に嵌装されるシリンダ部２１が設けられ、その下方にはバネ受け２の鍔部１６が嵌装される嵌合凹部２３が設けられ、バネ受け２を挟持した状態で弁本体１にボルト（図示せず）により固定されている。
【００１６】
３はＰＰ製のステムであり、バネ受け２の貫通口１７に貫通した状態で下部にダイヤフラム７の中央上面が螺着されている。中間部にロッド部２０が、上部にはシリンダ部２１と摺接する鍔部１９が設けられ、先端部は回動不能の状態でボンネット４に支承され、上下動可能の状態でボンネット４に嵌挿されている。
【００１７】
８はＳＵＳ製のバネで、圧縮された状態で、ステム３のロッド部２０に嵌装され且つステム３の鍔部１９の下端面とバネ受け２の底面とで挟持固定されている。６はリング状のＰＰ製のロックナットで、ボンネット４の雄ねじ部２２に螺着されている。５はキャップ状を有するＰＰ製のハンドルで、ロックナット６の上方で且つボンネット４の雄ねじ部２２に螺着されている。
【００１８】
次に本実施態様の多方弁の作動について説明する。
【００１９】
図１は弁の開状態を示している。先ず、このとき流体は主流路９を流れており、また、連結流路１２、弁室１３を経由して、分岐流路１０、１１へも流れている。このとき、従来のバルブに比べて流路の立ち上がり部も無くて流体の流れが直線状となるため圧力損失が少なく、優れた流量特性が得られる。この状態でハンドル５をバルブ閉止方向へ回動させるとハンドル５の底面がステム３上端面を押圧し、ステム３の鍔部１６の下端面とバネ受け２の底面とで挟持されているバネ８を圧縮させながらステム３は下降する。同時にステム３の下部に螺着された弁体２４が下降し、さらにハンドル５をバルブ閉方向へ回動させると、ついには弁体２４は弁本体１の弁座１４に圧接されバルブは閉状態となる（図３の状態）。
【００２０】
一方、図３に示すような弁の閉状態で、ハンドル５をバルブ開方向へ回動させると、圧縮されたバネ８によって上方へ付勢されていたステム３が上方へ押し上げられそれにともなって弁体２４が弁座１４から離間し、バルブは開状態となる（図１の状態）。この時、ステム３の鍔部１６の下端面とバネ受け２の底面とで挟持されているバネ８により、ステム３は常に上方へ付勢されることにより、ステム３先端面がハンドル５底面に圧接しているためハンドル５は緩みにくく固定されている。さらに、ロックナット６を回動させ、ロックナット６上端面をハンドル５の下端面に圧接させると、ハンドル５は完全に固定され、バルブは閉状態を完全に維持することができる。よって、ポンプ等の振動やハンドル５への不慮の接触等によってハンドル５が回動してしまうというようなトラブルは発生しない。
【００２１】
また、バルブの閉状態（図３）の状態において一方の分岐流路１１側に取り付けられた例えば洗浄液供給用のバルブ（図示せず）を開くと弁室１３に残っていた流体は洗浄液によって押し出され、他方の分岐流路１０から排出されて分岐流路１０、１１と弁室１３の洗浄が行われる。このとき、分岐流路１０、１１の内径の最下部の位置が弁室１３の底面とほぼ面一になるように設計されているため、流路が略直線状となり圧力損失が少なく流量特性に優れており効率的に弁室１３内の薬液を排出することができる。更に、従来のバルブに比べて弁室１３がコンパクトであり、またダイヤフラム７の受圧面積も小さくなっているため、ダイヤフラム７は洗浄液の圧力が上昇しても上方へ押し上げられにくく、弁体２４と弁座１４が離間し洗浄液が主流路９へ漏れ出す、或いは主流路９の薬液が分岐流路１０、１１へ漏れ出すといった問題がおこりにくい。また、バネ受け２は圧縮されたバネ８によって常に弁本体１方向に付勢されており、つまりダイヤフラム７の鍔部２６はOリング２７を介して常時弁本体１の段差部１５に押しつけられた状態になっていて、その結果優れた外部シール性能を得ることができる。
【００２２】
次に、バルブの中間開度の設定について説明する。
まず、バルブの開状態（図１の状態）からハンドル５をバルブの閉止する方向に回動させ、希望する開度に達したらハンドル５の回動を止める。その後ロックナット６上端面がハンドル５の下端面に圧接するまでロックナット６を回動させる。ロックナット６がハンドル５に圧接されることにより、ハンドル５は固定されバルブは中間開度状態に完全に維持される（図４の状態）。従って、ポンプ等の振動やハンドル５への不慮の接触等によってハンドル５が回動してしまうというようなトラブルは発生せず、所期の流量が維持できる。
【００２３】
図５は、第二の実施態様の弁本体の立体斜視図である。前記第一の実施態様と異なる点は、弁本体３５の上部側面に設けられ弁室３８に連通した分岐流路３７が、主流路３６に対して直交する方向で且つ弁本体１の片側のみに設けられた点であり、さらに内部に分岐流路３７が形成された継手部３９が弁本体３５の上部側面に一体的に突出して形成されている点である。それ以外の構造及び材質は第一の実施態様と同一である。
【００２４】
図６は、第三の実施態様の弁本体の立体斜視図である。前記第一の実施態様と異なる点は、弁本体４０の上部側面に設けられ弁室４４に連通した分岐流路４２の一方が主流路４１に対して直交する方向に設けられ、他方の分岐流路４３が主流路４１と平行に設けられた点であり、さらに内部に各々の分岐流路４２、４３が形成された継手部４５、４６が弁本体４０の上部側面に一体的に突出して形成されている点である。それ以外の構造及び材質は第一の実施態様と同一である。
【００２５】
また、分岐流路の設け方としては、分岐流路４２を省いて、分岐流路４３のみを設けてもよく。また、分岐流路４２を分岐流路４３と対象の位置に設けても良い。すなわち主流路９に平行に分岐流路４２、４３を設けても良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上説明したような構造をしており、これを使用することにより以下の優れた効果が得られる。
（１）全閉時に分岐流路に洗浄液を流した場合には、分岐流路は圧力損失が少ない形状すなわち分岐流路の内径の最下部の位置が底面が平坦である弁室の底面とほぼ面一となるように形成されているため、弁室内に残った薬液等を効率的に洗浄排出することができる。従って、流量特性に優れ、スラリーを含む薬液等も使用可能である。
（２）弁室がコンパクトで且つダイヤフラムの受圧面積が従来に比べ小さいため、洗浄液の圧力が上昇してもダイヤフラムが上方へ押し上げられにくく、弁体が弁座から離間し洗浄液が主流路へ混入する、或いは主流路の薬液が分岐流路へ混入するといった問題もおこりにくい。
（３）バネ受けがバネによって常に弁本体方向へ付勢されており、その結果、優れた外部シール性能を得ることができる。
（４）ハンドルがステムを介して常に上方へ付勢されているためハンドルの緩みを防ぐことができ、さらにロックナットでハンドルを固定することにより、所期流量を安定して維持することができる。
（５）弁本体及びダイヤフラムの素材としてＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂を使用すると耐薬品性が高くなり、また流体への不純物の溶出も少ないため、半導体産業における超純水ラインや各種化学薬液ラインにも好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施態様の多方弁の開状態を示す縦断面図である。
【図２】図１の多方弁の弁本体を示す立体斜視図である。
【図３】図１の多方弁の閉状態を示す縦断面図である。
【図４】図１の多方弁の中間開度の状態を示す縦断面図である。
【図５】第二の実施態様の多方弁の弁本体の立体斜視図である。
【図６】第三の実施態様の多方弁の弁本体の立体斜視図である。
【図７】従来の四方弁の閉状態を示す部分断面図である。
【図８】従来の四方弁を用いた薬液分岐供給ラインを示す外観図である。
【図９】従来の二方弁を用いた薬液分岐供給ラインを示す外観図である。
【符号の説明】
１ 弁本体
２ バネ受け
３ ステム
４ ボンネット
５ ハンドル
６ ロックナット
７ ダイヤフラム
８ バネ
９ 主流路
１０ 分岐流路
１１ 分岐流路
１２ 連通口
１３ 弁室
１４ 弁座
１５ 段差部
１６ 鍔部
１７ 貫通口
１８ 嵌合凸部
１９ 鍔部
２０ ロッド部
２１ シリンダ部
２２ 雄ねじ部
２３ 嵌合凹部
２４ 弁体
２５ 円筒状膜部
２６ 鍔部
２７ Ｏリング
２８ 継手部
２９ 継手部
３０ 雄ねじ部
３１ 先端部
３２ キャップナット
３３ 雌ねじ部
３４ 配管チューブ
３５ 弁本体
３６ 主流管
３７ 分岐流路
３８ 弁室
３９ 継手部
４０ 弁本体
４１ 主流路
４２ 分岐流路
４３ 分岐流路
４４ 弁室
４５ 継手部
４６ 継手部

Claims (3)

1. 下部に主流路（９）と上部に主流路（９）に対して垂直に設けられた連通口（１２）によって連通され且つ連通口（１２）の周縁部が弁座（１４）となり底面が平坦である弁室（１３）と、弁室（１３）に連通されその内径の最下部の位置が弁室（１３）の底面とほぼ面一となるように形成された分岐流路（１０）とを有する弁本体（１）と、上部に鍔部（１６）が設けられ底部中央に貫通口（１７）が設けられた有底円筒状のバネ受け（２）と、弁座（１４）に圧接・離間される弁体（２４）が中央下面に一体的に設けられ弁本体（１）とバネ受け（２）とにより挟持されたダイヤフラム（７）と、内部に後記ステム（３）が摺動自在に貫装されるシリンダ部（２１）を有し上部外周に雄ねじ部（２２）が設けられ弁本体（１）と共にバネ受け（２）を挟持する略筒状のボンネット（４）と、バネ受け（２）を貫通し下部にダイヤフラム（７）の中央上面が接続され、上部にはシリンダ部（２１）と摺接する鍔部（１９）が設けられ、先端部は回動不能の状態でボンネット（４）に支承されているステム（３）と、ステム（３）の鍔部（１９）とバネ受け（２）とで挟持されるバネ（８）と、ボンネット（４）の雄ねじ部（２２）に螺着されるロックナット（６）と、ロックナット（６）の上方で且つ雄ねじ部（２２）に螺着されたキャップ状ハンドル（５）とからなることを特徴とする多方弁。
2. 主流路（９）が弁本体（１）の片側、または弁本体（１）を貫通して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多方弁。
3. 分岐流路（１０）が弁本体（１）の片側、または弁本体（１）を貫通して設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多方弁。

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