JP3847132B2

JP3847132B2 - ミキシングバルブ

Info

Publication number: JP3847132B2
Application number: JP2001318555A
Authority: JP
Inventors: 敏広花田
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: JP2003120833A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主流路と薬液等の注入用の副流路を有するミキシングバルブに関するものであり、さらに詳しくは各種化学薬液ライン等において主流路を流れる流体に一定の混合比率で該薬液を注入する場合に好適に使用されるバルブであって、注入量を容易に変更することのできるミキシングバルブに関するものである。
【０００２】
従来、各種化学薬液ラインで主流路を流れる流体に一定の比率で薬液を注入する場合には、一般的に図８に示されるような３方弁が用いられる。図８によれば本体下部を貫通する主流路と本体上部の弁室は連通口によって連通されており、連通口の開口部はエア駆動等の駆動部によって駆動される弁体によって開閉される。本体側面には弁室と連通される副流路が設けられており、薬液は薬液タンクより窒素等の不活性ガスによる圧送や一般的な薬液ポンプによって副流路から主流路の流体へ注入される。混合比率の制御は副流路の流体圧をコントロールすることによって行われ、注入する薬液が微少量であればオリフィス等の絞りも必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、主流路の流体圧に脈動等による圧力変動があった場合では薬液の混合比率を一定に保つのは困難となる。また、混合比率を大きく変更したい場合は副流路の流体圧だけでなくオリフィス等の変更も必要となるという問題があった。更には薬液タンクからの薬液の供給にはポンプ等の設備が必要となるため、余分な設置スペースが必要となって省スペースを要求される半導体の製造装置等の装置内に設置するのは困難な場合があった。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、主流路の流体圧が変動しても常に一定の混合比率で薬液等を注入でき、容易に混合比率を変更することが可能で、更には薬液タンクからの薬液供給に特別な設備を必要としないミキシングバルブを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のミキシングバルブの構成を図１にもとづいて説明すると、下部に主流路（２）、主流路（２）の上部に弁室（３）、側面に弁室（３）に連通する副流路（４）、及び弁室（３）の底面中央に主流路（２）と弁室（３）に連通し、主流路（２）に対して垂直に設けられた連通孔（５）を有する本体（１）と、外径が主流路（２）の内径より小さく形成され、端部の内部に一端が開口された中空部（１２）と、外周面に中空部（１２）と主流路（２）とを連通する連通孔（１３）とを有し、主流路（２）を貫通すると共に、前記本体（１）の連通孔（５）に嵌挿された中空軸部（１１）と、中空軸部（１１）の下方に本体（１）の底部に設けられた段差部（７）に嵌合される鍔部（１４）とを有し、且つ、下端軸部（１５）が本体（１）の底部に装着されるベースプレート（１６）を貫通し、本体（１）とベースプレート（１６）とによって鍔部（１４）が回転自在に挟持されている流量調整部材（１０）と、中央下面に前記弁室底面の弁座部（８）と圧接・離間される弁体（１８）を有し外周縁部に環状突部（２０）が一体的に設けられたダイヤフラム（１７）と、本体（１）の上面に接合され、ダイヤフラム（１７）を本体（１）との間に挟持すると共に、ダイヤフラム（１７）を上下動させる弁駆動部とを具備していることを特徴とするものである。
【０００６】
また、上記ミキシングバルブにおいて、中央下面に前記弁室底面の弁座部（８）と圧接・離間される弁体（１８）と、外周縁部に本体（１）とシリンダ本体（２１）とを接合することによって弁室（３）の内周面とシリンダ本体（２１）の突部（２３）の外周面とによって挟持され且つ上部に弁室（３）の上部段差部（９）に嵌挿される環状突部（２０）が設けられている円筒状膜部（１９）とを有するダイヤフラム（１７）と、内部にピストン（２９）がＯ−リングを介して上下に摺動自在に嵌挿されたシリンダ部（２２）と、底部にピストン（２９）の下面中央に突設され且つ先端に前記ダイヤフラム（１７）の弁体（１８）と接合される接合部（３１）を有するロッド部（３０）がＯ−リングを介して上下に摺動自在に貫通突出する貫通穴（２４）を有する突部（２３）とが設けられたシリンダ本体（２１）と、シリンダ本体（２１）の上部にシリンダ部（２２）を密閉するように接合されたシリンダ蓋（２７）とを有し、また、シリンダ部（２２）の内周面及び底面とピストン（２９）の下面とロッド部（３０）の外周面とによって形成された下部空隙（３６）とシリンダ部（２２）の内周面とピストン（２９）の上面とシリンダ蓋（２７）の下面とによって形成された上部空隙（３５）とにそれぞれ連通した一対の作動流体供給口（２５）、（２６）がシリンダ本体（２１）の側面に設けられている弁駆動部を有することを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記ミキシングバルブにおいて上部空隙にピストンを下方に付勢するようにバネが配置されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、上記ミキシングバルブにおいて下部空隙にピストンを上方に付勢するようにバネが配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記ミキシングバルブにおいてダイヤフラムの素材がＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂であることを特徴とするものである。
【００１０】
【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。
【００１１】
図１は本発明のミキシングバルブの閉状態を示す主流路の軸線方向から見た縦断面図である。図２は図１のミキシングバルブの開状態を示す縦断面図である。図３は図１のミキシングバルブの左側面縦断面図である。図４は図１のミキシングバルブのＡ−Ａ断面図である。図５は図１のミキシングバルブの混合比調節時のＡ−Ａ断面図である。図６は本発明のミキシングバルブの第二の実施態様を示す縦断面図である。図７は本発明のミキシングバルブの第三の実施態様を示す縦断面図である。図８は従来の３方弁の閉状態を示す縦断面図である。
【００１２】
図において１は本体であり、下部に主流路２と主流路２の上部に弁室３と底部に底部段差部７を有しており、弁室３と底部段差部７は主流路と垂直に設けられた同径の連通孔５及び連通孔６で連通されている。また、上部側面には弁室３に連通する副流路４が突出して設けられている。
【００１３】
１０は流量調整部材であり、先端部には主流路２の内径よりも小さく形成された外径を有する中空軸部１１が、中空軸部１１の下方には前記本体１の底部段差部７に嵌合される鍔部１４が、鍔部１４の下方には本体１の底部に装着されるベースプレート１６を貫通する下端軸部１５とがそれぞれ設けられている。中空軸部１１の端部の内部には一端が開口された中空部１２と外周面に中空部１２と主流路２とを連通する連通孔１３が設けられている。連通孔１３は中空部１２の内径より小さい内径に形成されている。中空軸部１１の端部は弁室３の底部に位置する連通孔５に嵌挿され中空部１２は弁室３と連通状態になっている。一方、中空軸部１１の鍔部側は前記本体１の底部の連通孔６に嵌挿されており、鍔部１４は本体１とベースプレート１６によって挟持され下端軸部１５はベースプレート１６により回転自在に支承されている。すなわち、流量調整部材１０は回転させることができ、この回転により連通孔１３の主流路２の軸線に対する角度を変えることにより副流路４から供給される薬液等の注入量を調整することができるようになっている。
【００１４】
２１は弁駆動部のシリンダ本体であり、内部に円筒状のシリンダ部２２と下面に円柱状の突部２３を有し、シリンダ部２２の底面突部２３にはこれを貫通するように貫通穴２４が設けられている。貫通穴２４の内周面にはＯ−リング３３が嵌挿される溝が設けられている。更にシリンダ本体２１の側面にはシリンダ部２２の上方及び下方にそれぞれ連通された一対の作動流体供給口２５，２６が設けられている。
【００１５】
２７はシリンダ蓋であり、底部側面にＯ−リング３４が嵌挿される溝が設けられた円柱状突部２８を有し、該円柱状突部２８を前記シリンダ部２２の上部に嵌挿するようにしてシリンダ本体２１の上面に接合されている。
【００１６】
２９はピストンであり、外周面にＯ−リング３２が嵌挿される溝部を有し、前記シリンダ本体２１のシリンダ部２２に上下に摺動自在に嵌挿されている。ピストン２９の下端面にはシリンダ本体２１の貫通穴２４を摺動自在に貫通突出するようにロッド部３０が設けられており、その先端部にはダイヤフラム１７の弁体１８が接合される接合部３１を有している。尚、ピストン２９の上面とシリンダ部２２の内周面とシリンダ蓋２７の下面とによって上部空隙３５が形成され、ピストン２９の下面及びロッド部３０の外周面とシリンダ部２２の内周面及び底面とによって下部空隙３６が形成されている。
【００１７】
ダイヤフラム１７の中央部に円筒状の弁体１８が設けられており、弁体１８の下端部は前記弁室３の弁座部８と圧接・離間され、上部にはピストン２９の接合部３１が接合されている。ダイヤフラム１７の外周縁部には上方に円筒状膜部１９が設けられており、更に円筒状膜部１９の上端部外周には環状突部２０が設けられている。円筒状膜部１９は本体１の弁室３の内周面とシリンダ本体２１の突部２３の外周面とによって挟持されており、更に環状突部２０は弁室３の内周面上部に設けられた上部段差部９に嵌挿されるとともに本体１とシリンダ本体２１とを接合することによって挟持されている。
【００１８】
尚、本発明において本体等の部材はＰＴＦＥ，ＰＦＡ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、ポリプロピレン等の他のプラスチック及び金属でも良く、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。
【００１９】
次に本実施態様の作動について説明する。
【００２０】
図１は弁の閉状態を示しており、副流路４から主流路２へ薬液は注入されていない。主流路２には流量調整部材１０の中空軸部１１が貫通しているため、主流路２の開口面積が減少されることとなり、この付近での流速が高まることとなる。このため、中空軸部１１の下流側では負圧が発生することとなる。今この状態で作動流体供給口２６から下部空隙３６に外部より作動流体（例えば圧縮された空気等）が注入されると、該作動流体の圧力でピストン２９が押し上げられるためこれと接合されているロッド部３０は上方へ引き上げられ、該ロッド部３０の下端部に接合された弁体１８も上方へ引き上げられバルブは開状態なるが、主流路２を貫通している流量調整部材１０の中空軸部１１の外周面に設けられた連通孔１３が主流路２の軸線に対して直角方向よりも下流側に向いていれば負圧の作用によって薬液が弁室３を通じて副流路４より供給されることとなる。（図２及び図３の状態）。中空軸部１１の廻りで発生する負圧は主流路２の流速によって変化するため、例えば主流路２の流体に圧力変動等によって流量が減少した場合、主流路２の流速も減少して発生する負圧も小さくなるため注入される薬液の量も減少することとなり、薬液の混合比率の変化は最小限に抑えられる。一方、主流路２の流量が増大した場合では流速が増し、発生する負圧も大きくなるため注入される薬液の量も増大し、結果として薬液の混合比率の変化は最小限に抑えられることとなる。また、発生する負圧は中空軸部１１の軸廻りの角度によって変化する。すなわち、連通孔１３の主流路２の軸線に対する角度を流量調整部材１０を回転させて変化させることによって注入される薬液等の量を容易に変更することができる。例えば連通孔１３の主流路２の軸線に対する角度を垂直な状態（図４の状態）から連通孔１３が下流側へ向くように流量調整部材１０を回転させると、連通孔１３付近の負圧は減少するため、供給される薬液等の量も減少することとなる。（図５の状態）。なお、薬液等の供給は負圧の作用によるものだけであるため、薬液タンクからミキシングバルブまで薬液等を輸送するためのポンプ等の装置を設ける必要はない。
【００２１】
一方、図２の状態で作動流体供給口２５から上部空隙３５に作動流体が注入されると、ピストン２９が押し下げられ、それにともなって、ロッド部３０とその下端部に接合された弁体１８も下方へ押し下げられ弁座部８に圧接され、バルブは閉状態となり副流路４からの薬液の供給は停止される。
【００２２】
図６は本発明の第二の実施態様を示した縦断面図である。前記第一の実施態様と異なる点は上部空隙３５内にバネ３７を配置した点である。ピストン２９がバネ３７の反発力によって押し下げられてバルブは閉状態となっている。この状態で作動流体供給口２６から下部空隙３６に外部より作動流体が注入されると、該作動流体の圧力でピストン２９が押し上げられるためこれと接合されているロッド部３０は上方へ引き上げられ、該ロッド部３０の下端部に接合された弁体１８も上方へ引き上げられバルブは開状態なり、薬液が主流路２へ注入される。このときバネ３７は圧縮されることとなるが、下部空隙３６内の作動流体を排出してやれば再びバルブは閉状態となる。
【００２３】
図７は本発明の第三の実施態様を示した縦断面図である。前記第一の実施態様と異なる点は下部空隙３６内にバネ３７を配置した点である。ピストン２９がバネ３７の反発力によって押し上げられてバルブは開状態となっている。この状態で作動流体供給口２５から上部空隙３５に外部より作動流体が注入されると、該作動流体の圧力でピストン２９が押し下げられるためこれと接合されているロッド部３０は下方へ押し下げられ、該ロッド３０の下端部に接合された弁体１８も下方へ押し下げられ弁座部８に圧接されてバルブは閉状態なり、薬液の主流路２への注入は停止される。このときバネ３７は圧縮されることとなるが、上部空隙３５内の作動流体を排出してやれば再びバルブは開状態となり、薬液が主流路２へ注入される。
【００２４】
【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。
【００２５】
（１）主流路を流れる流体の量が増減しても、それに比例して薬液等の注入量も増減するため、主流路の流量変化に伴う薬液の混合比率の変動を最小限に抑えることができる。
【００２６】
（２）主流路の流れによって発生する負圧の作用によって薬液等の注入を行うため、ポンプ等の装置の設置は必要なく、半導体の製造装置内等の省スペースを要求される場所にも設置することができる。
【００２７】
（３）オリフィス交換といった作業を必要とせず、流路調整部材を回転させるだけで容易に薬液等の混合比率を変更することができる。
【００２８】
（４）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、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等でも好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のミキシングバルブの閉状態を示す主流路の軸線方向から見た縦断面図である。
【図２】図１のミキシングバルブの開状態を示す縦断面図である。
【図３】図１のミキシングバルブの左側面縦断面図である。
【図４】図１のミキシングバルブのＡ−Ａ断面図である。
【図５】図１のミキシングバルブの混合比調節時のＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明のミキシングバルブの第二の実施態様を示す縦断面図である。
【図７】本発明のミキシングバルブの第三の実施態様を示す縦断面図である。
【図８】従来の３方弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…本体
２…主流路
３…弁室
４…副流路
５…連通孔
６…連通孔
７…底部段差部
８…弁座部
９…上部段差部
１０…流量調整部材
１１…中空軸部
１２…中空部
１３…連通孔
１４…鍔部
１５…下端軸部
１６…ベースプレート
１７…ダイヤフラム
１８…弁体
１９…円筒状膜部
２０…環状突部
２１…シリンダ本体
２２…シリンダ部
２３…突部
２４…貫通穴
２５…作動流体供給口
２６…作動流体供給口
２７…シリンダ蓋
２８…円柱状突部
２９…ピストン
３０…ロッド部
３１…接合部
３２…Ｏ−リング
３３…Ｏ−リング
３４…Ｏ−リング
３５…上部空隙
３６…下部空隙

Claims

下部に主流路（２）、主流路（２）の上部に弁室（３）、側面に弁室（３）に連通する副流路（４）、及び弁室（３）の底面中央に主流路（２）と弁室（３）に連通し、主流路（２）に対して垂直に設けられた連通孔（５）を有する本体（１）と、外径が主流路（２）の内径より小さく形成され、端部の内部に一端が開口された中空部（１２）と、外周面に中空部（１２）と主流路（２）とを連通する連通孔（１３）を有し、主流路（２）を貫通すると共に、前記本体（１）の連通孔（５）に嵌挿された中空軸部（１１）と中空軸部（１１）の下方に本体（１）の底部に設けられた段差部（７）に嵌合される鍔部（１４）とを有し、且つ、下端軸部（１５）が本体（１）の底部に装着されるベースプレート（１６）を貫通し、本体（１）とベースプレート（１６）とによって鍔部（１４）が回転自在に挟持されている流量調整部材（１０）と、中央下面に前記弁室底面の弁座部（８）と圧接・離間される弁体（１８）を有し外周縁部に環状突部（２０）が一体的に設けられたダイヤフラム（１７）と、本体（１）の上面に接合され、ダイヤフラム（１７）を本体（１）との間に挟持すると共に、ダイヤフラム（１７）を上下動させる弁駆動部とを具備していることを特徴とするミキシングバルブ。
さらに、内部にピストン（２９）がＯ−リングを介して上下に摺動自在に嵌挿されたシリンダ部（２２）を有し、底部に、ピストン（２９）の下面中央に突設され且つ先端にダイヤフラム（１７）の弁体（１８）と接合される接合部（３１）を有するロッド部（３０）がＯ−リングを介して上下に摺動自在に貫通突出する貫通穴（２４）を有する突部（２３）が設けられた、シリンダ本体（２１）と、シリンダ本体（２１）の上部にシリンダ部（２２）を密閉するよう接合されたシリンダ蓋（２７）とを具備し、前記ダイヤフラム（１７）が、中央下面に前記弁室底面の弁座部（８）と圧接・離間される弁体（１８）と、外周縁部に、本体（１）とシリンダ本体（２１）とを接合することによって弁室（３）の内周面とシリンダ本体（２１）の突部（２３）の外周面とによって挟持され且つ上部に弁室（３）の上部段差部（９）に嵌挿される環状突部（２０）が設けられた円筒状膜部（１９）とからなり、前記弁駆動部が、シリンダ部（２２）の内周面及び底面とピストン（２９）の下面とロッド部（３０）の外周面とによって形成された下部空隙（３６）と、シリンダ部（２２）の内周面とピストン（２９）の上面とシリンダ蓋（２７）の下面とによって形成された上部空隙（３５）と、上下の空隙（３５，３６）にそれぞれ連通するようシリンダ本体（２１）の側面に設けられた一対の作動流体供給口（２５）、（２６）とからなっていることを特徴とする請求項１に記載のミキシングバルブ。
上部空隙にピストンを下方に付勢するようにバネが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のミキシングバルブ。
下部空隙にピストンを上方に付勢するようにバネが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ。
本体の材質がＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂から成ることを特徴とする請求項１から４のうちの１項に記載のミキシングバルブ。