JP4721560B2 - 四方弁 - Google Patents
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Description
【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四方弁に関するものであり、さらに詳しくは、優れたシール性能を有しかつ流量特性に優れた四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7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と図8に示すように三方弁と二方弁とチーズとを組み合わせる方法があった。しかしながら、前者の方法では図7においてチーズ48から二方弁50までの流路に薬液が滞留するという問題と二方弁50からチーズ49までの流路が十分に洗浄されないという問題があった。また後者の方法でも三方弁60からチーズ55までの流路が十分に洗浄されず問題となっていた。
【0003】
これらの問題を解決したものとして図6に示すような四方弁が提案されている。図6によれば、38は本体であり下部に主流路39と上部に弁室41を有している。主流路39の上部と弁室41の底面中央は連通口40で連通されており弁室側の開口部の角部が弁座部44となっている。本体38の側面には2つの分岐流路42,43がそれぞれ弁室41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39と分岐流路42,43はほぼ同じ高さに形成されているので、分岐流路42,43は略L字形となっている。本体38の上部に接合された駆動部47の操作によってダイヤフラム45の下端中央に設けられた弁体46が弁座部44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9に示す。図9によれば、二方弁61を閉じ四方弁65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61と四方弁65の間に流体が滞留することになるが、四方弁65により主流路62,62を閉じ二方弁61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65及び分岐流路63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わん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。更に、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。
【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、優れたシール性能を有しかつ流量特性に優れた四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】
上記の目的を達成するための本発明の構成を、本発明の実施態様を示す図1を参照して説明すると、本発明の構成は、主流路6と、該主流路6と垂直に設けられた連通口7によって主流路6に連通され、該連通口7の縁に弁座20が形成された弁室8と、該弁室8に連通された一対の分岐流路9,10とを有し、弁室8の内周面上部に段差部25が設けられた本体1と、シリンダ部11を内部に有するとともに、弁室8に挿入される円柱状の突部12を下部に有し、シリンダ部11の底面中央から突部12を貫通する貫通孔13が設けられたシリンダ本体2と、シリンダ本体2の上部を密閉するよう接合されたシリンダ蓋3と、シリンダ本体2のシリンダ部11に密封状態で摺動自在に嵌挿されるとともに、下面中央に貫通孔13に摺動自在に支承されるロッド部15が突設され、該ロッド部15の先端に、弁座20に圧接・離間される弁体17が設けられたピストン4と、本体1の弁室8の内周面とシリンダ本体2の突部12の外周面とにより挟持される円筒状膜部18と、該円筒状膜部18の上端部外周に設けられ、弁室8の段差部25に嵌挿されて、本体1の弁室8の内周面とシリンダ本体2の突部12の外周面とにより挟持される環状突部19と、円筒状膜部18の下端部から弁体17の上端部にかけて凹凸を設けずに形成され、作動流体により押し上げられる膜部とを有するダイヤフラム5とからなり、主流路6は本体1の下部に直線状に配置され、分岐流路9,10はその内径の最下部の位置が弁室8の底面とほぼ面一となるよう形成され、シリンダ本体2の側面にはピストン4を上下動させるための一対の作動流体供給口23,24が設けられ、ダイヤフラム5の膜部は、弁閉時に分岐流路9,10の内周面よりも内側に位置するように設けられていることを特徴としている。
【0008】
また、図4に示すように上記四方弁においてピストン4の上面とシリンダ蓋3の下面の間にピストンを下方に付勢するようにバネ36が配置されていることを第二の特徴とする。
【0009】
また、図5に示すように、上記四方弁においてピストン4の下面とシリンダ部11の底面の間にピストンを上方に付勢するようにバネ37が配置されていることを第三の特徴とする。
【0010】
また、上記四方弁において一対の分岐流路9,10が主流路6に対して直交する方向に設けられていることを第四の特徴とするものである。
【0011】
【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。
【0012】
図1は本発明の四方弁の閉状態を示す縦断面図である。図2は図1の四方弁の開状態を示す縦断面図である。図3は図1の本体の斜視図である。図4は本発明の四方弁の第二の実施態様を示す縦断面図である。図5は本発明の四方弁の第三の実施態様を示す縦断面図である。
【0013】
図において1は本体であり、下部に主流路6と、上部に主流路6に対して垂直に設けられた連通口7で連通された弁室8を有しており、この連通口7の開口部の周縁部を弁座20としている。弁室8は連通口7の開口部及び弁体17の外径より大きくなっており(図3参照)、弁の閉状態において分岐流路9,10に洗浄液を流すことによって弁室8を洗浄することができる。また、本体1の上部側面には弁室8に連通した一対の分岐流路9,10が主流路6に対して直交する方向に設けられている。分岐流路9,10は、その内径の最下部の位置が弁室8の底面とほぼ面一となるように形成されている。尚、この分岐流路9,10は、主流路6に対して平行に設けられてもよく、その場合には本体1の高さを高くする必要がある。
【0014】
本実施態様においては、内部に分岐流路9,10が形成された一対の継手部30,31が本体1の上部側面に一体的に突出して形成されている(図1参照)。本体1に配管チューブ35を固定するには、継手部29の外周に設けられた雄ねじ部31にキャップナット33の雌ねじ部34を螺着させ、継手部29の先端部32に嵌合された配管チューブ35の端部を挟持固定する方法で行われる。尚、当該四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。
【0015】
2はシリンダ本体であり、内部に円筒状のシリンダ部11と下面に円柱状の突部12を有し、シリンダ部11の底面中央から突部12を貫通するように貫通穴13が設けられている。貫通穴13の内周面にはO−リング27が嵌挿されている。更にシリンダ本体2の側面にはシリンダ部11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23,24が設けられている。
【0016】
3はシリンダ蓋であり、底面にO−リング28が嵌挿された円柱状突部14を有し、円柱状突部14をシリンダ部11の上部にO−リング28を介して嵌挿することによりボルト、ナット(図示せず)でシリンダ本体2に接合されている。
【0017】
4はピストンであり、外周面にO−リング26が嵌挿されており、シリンダ本体2のシリンダ部11にO−リング26を介して上下に摺動自在に嵌挿されている。下端面中央にはシリンダ本体2の貫通穴13を摺動自在に貫通突出するようにロッド部15が一体に設けられており、ロッド部15の先端部にはダイヤフラム5の弁体17が接合される接合部16が設けられている。また、ピストン4の上面とシリンダ部11の内周面とシリンダ蓋3の下面とによって上部空隙21が形成され、ピストン4の下面及びロッド部15の外周面とシリンダ部11の内周面及び底面とによって下部空隙22が形成されている。
【0018】
ダイヤフラム5は、中央下面に弁室8の弁座20の圧接・離間される弁体17が一体的に設けられており、この弁体17はピストン4のロッド部15の先端部に接合されている。ダイヤフラム5の外周縁部には円筒状膜部18が設けられており、さらに円筒状膜部18の上端部外周には環状突部19が設けられている。円筒状膜部18は本体1の弁室8の内周面とシリンダ本体2の突部12の外周面とによって挟持されており、さらに、環状突部19は、弁室8の内周面上部に設けられた段差部25に嵌挿されるとともに本体1の弁室8の内周面とシリンダ本体2の突部12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、本体1とシリンダ部11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。
【0019】
尚、本発明において本体等の部材は、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。
【0020】
次に本実施態様の四方弁の作動について説明する。
【0021】
図1は弁の閉状態を示しているが、このとき流体は主流路6を流れており分岐流路9,10へは流れていない。この状態で作動流体供給口24から下部空隙22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4が押し上げられるためこれと接合されているロッド部15は上方へ引き上げられ、ロッド部15の下端部に接合された弁体17も弁座20から離間し上方へ引き上げられバルブは開状態となり(図2の状態)、流体が主流路6から分岐流路9,10へと流れ出す。このとき、従来のバルブに比べ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。
【0022】
一方、図2の状態で、作動流体供給口23から上部空隙21に作動流体が注入されると、ピストン4が押し下げられ、それにともなって、ロッド部15とその下端部に接合された弁体17も下方へ押し下げられ弁座20に圧接され、バルブは閉状態となる(図1の状態)。
【0023】
バルブの閉状態(図1の状態)において一方の分岐流路側に取り付けられた例えば洗浄液供給用のバルブを開くと弁室8に残っていた流体は洗浄液によって押し出され、他方の分岐流路から排出されて分岐流路の洗浄が行われる。このとき、分岐流路の内径の最下部の位置が弁室8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8がコンパクトであり、またダイヤフラム5の受圧面積も小さくなっている為、ダイヤフラム5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17と弁座20が離間し洗浄液が主流路6へ漏れ出す、或いは主流路6の薬液が分岐流路9,10へ漏れ出すといった問題がおこりにくい。
【0024】
図4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21内にバネ36を配置した点である。ピストン4がバネ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24から下部空隙22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4が押し上げられるためこれと接合されているロッド部15は上方へ引き上げられ、ロッド部15の下端部に接合された弁体17も上方へ引き上げられバルブは開状態となり、流体が主流路6から分岐流路9,10へと流れ出す。このときバネ36は圧縮されているが、下部空隙22内の作動流体が排出されれば再びバルブは閉状態となる。
【0025】
図5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22内にバネ37を配置した点である。ピストン4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23から上部空隙21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4が押し下げられるため、これと接合されているロッド部15は下方へ押し下げられ、ロッド部15の下端部に接合された弁体17も下方へ押し下げられ弁座20に圧接されてバルブは閉状態になり、流体の主流路6から分岐流路9,10への流れは遮断される。このときバネ37は圧縮されているが、上部空隙21内の作動流体が排出されれば再びバルブは開状態となり、流体が主流路6から分岐流路9,10へと流れ出す。
【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。
【0027】
(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く流量特性に優れた形状に形成されすなわち流路が直線状になるため、弁室内に残った薬液を効率的に洗浄排出することができ、その結果、分岐流路の洗浄時間を大幅に短縮することができる。
【0028】
(2)弁室がコンパクトでかつダイヤフラムの受圧面積が小さいため、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おこりにくい。
【0029】
(3)全開時には分岐流路が直線状となり流量特性に優れているため、従来のバルブよりも多くの流体を流すことができ、スラリーを含む薬液にも使用可能である。
【0030】
(4)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】本発明の四方弁の閉状態を示す縦断面図である。
【図2】図1の四方弁の開状態を示す縦断面図である。
【図3】図1の四方弁の本体の斜視図である。
【図4】本発明の四方弁の第二の実施態様を示す縦断面図である。
【図5】本発明の四方弁の第三の実施態様を示す縦断面図である。
【図6】従来の四方弁の閉状態を示す部分断面図である。
【図7】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。
【図8】三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】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。
【符号の説明】
1…本体
2…シリンダ本体
3…シリンダ蓋
4…ピストン
5…ダイヤフラム
6…主流路
7…連通口
8…弁室
9…分岐流路
10…分岐流路
11…シリンダ部
12…突部
13…貫通穴
14…円柱状突部
15…ロッド部
16…接合部
17…弁体
18…円筒状膜部
19…環状突部
20…弁座
21…上部空隙
22…下部空隙
23…作動流体供給口
24…作動流体供給口
25…段差部
26…O−リング
27…O−リング
28…O−リング
29…継手部
30…継手部
31…雄ねじ部
32…先端部
33…キャップナット
34…雌ねじ部
35…配管チューブ
36…バネ
37…バネ
Claims (4)
- 主流路と、該主流路と垂直に設けられた連通口によって主流路に連通され、該連通口の縁に弁座が形成された弁室と、該弁室に連通された一対の分岐流路とを有し、前記弁室の内周面上部に段差部が設けられた本体と、
シリンダ部を内部に有するとともに、前記弁室に挿入される円柱状の突部を下部に有し、前記シリンダ部の底面中央から前記突部を貫通する貫通孔が設けられたシリンダ本体と、
前記シリンダ本体の上部を密閉するよう接合されたシリンダ蓋と、
前記シリンダ本体の前記シリンダ部に密封状態で摺動自在に嵌挿されるとともに、下面中央に前記貫通孔に摺動自在に支承されるロッド部が突設され、該ロッド部の先端に、前記弁座に圧接・離間される弁体が設けられたピストンと、
前記本体の弁室の内周面と前記シリンダ本体の突部の外周面とにより挟持される円筒状膜部と、該円筒状膜部の上端部外周に設けられ、前記弁室の段差部に嵌挿されて、前記本体の弁室の内周面と前記シリンダ本体の突部の外周面とにより挟持される環状突部と、前記円筒状膜部の下端部から前記弁体の上端部にかけて凹凸を設けずに形成され、作動流体により押し上げられる膜部とを有するダイヤフラムとからなり、
前記主流路は前記本体の下部に直線状に配置され、
前記分岐流路はその内径の最下部の位置が前記弁室の底面とほぼ面一となるよう形成され、
前記シリンダ本体の側面には前記ピストンを上下動させるための一対の作動流体供給口が設けられ、
前記ダイヤフラムの膜部は、弁閉時に前記分岐流路の内周面よりも内側に位置するように設けられていることを特徴とする四方弁。 - ピストンの上面とシリンダ蓋の下面との間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記載の四方弁。
- ピストンの下面とシリンダ部の底面との間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記載の四方弁。
- 一対の分岐流路が主流路に対して直交する方向に設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のうちの1項に記載の四方弁。
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