JPH07217767A - ３ポジション開閉弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微生物繁殖につながる滞留箇所の残存を排除
した、半導体製造設備における純水配管への使用に適し
た３ポジション開閉弁を提供すること。 【構成】 弁体１１を一端に備える第１ピストン６を、
第１復帰バネ１６の弾拡力により弁座１５から離間する
方向へ付勢するとともに、規制ロッド８によりその移動
を規制して、弁の微開状態を維持する。第１操作ポート
１８から空気圧を印加すると、第１ピストン６が第１復
帰バネ１６の付勢に抗して押圧され、全閉状態となる。
第２操作ポート１９から空気圧を印加すると、第２ピス
トン７が第２復帰バネ１７の付勢に抗して押圧され、規
制ロッド８による第１ピストン６の規制が解除されて、
全開状態となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造設備
における純水等の流体の開閉に使用する微開機能付流体
開閉弁に関し、更に詳細には、流体を大量に流す全開状
態と、流体を少量流す微開状態と、流体を完全に遮断す
る全閉状態との３つの状態を安定して維持できるように
した３ポジション流体開閉弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程においては、ウェハ上に
粉塵等の粒子（以下、パーティクルという）が付着して
いると、トランジスタ等微細な素子の回路加工上の障害
となるので、パーティクルを含まない洗浄水でウェハ等
を洗浄する必要がある。また、回路加工の一環として写
真露光後に行われる湿式エッチングで使われる酸は、フ
ッ酸等の強酸でありウェハ上への残留は好ましくないの
で、エッチング後には必ず洗浄を行う。これら洗浄水に
は、パーティクルを含まないことばかりでなく、金属イ
オン等一切の不純物を含まないことが要求される。これ
ら不純物は、極微量といえどもウェハに付着すると、電
気的特性に大きく影響し、半導体製品の歩留まりを悪く
するからである。

【０００３】従って洗浄水は、純水と言われる、極度に
高純度なものを使用しなければならない。そこで半導体
製造設備においては、専用の純水製造装置を備え、各洗
浄装置および湿式エッチング装置へ純水を送るようにし
ている。そして、かかる純水の異常検知方法としては、
例えばｐＨ管理等の方法によったのでは不足なので、電
気抵抗を管理することで行うのが普通である。このよう
な純水は、当然かなりのコストがかかるものであるた
め、その配管および配送は綿密に設計制御され、必要に
して十分な量の純水が無駄なく使用できるように配慮さ
れている。

【０００４】一方、各純水使用機器は、その稼動の態様
により、常時純水を使用するわけではないので、配管に
は開閉弁が配置される。ここで開閉弁を閉とするときに
完全に流路を遮断して流れを停止させると、微生物の繁
殖が起こりうる。これは、純水といえども微生物を完全
に除去して絶無とすることは不可能である一方、純水の
目的からして、水道水のように微生物の繁殖を防止する
塩素系等の薬剤を含めることができないためである。こ
のような水の使用により微生物がウェハ上に残留する
と、前述したパーティクルと同様に微細回路加工の障害
となり、また、微生物の分泌物が半導体製品、特にその
絶縁膜の信頼性を低下させ、いずれも半導体製品の歩留
まりの低下を招く。従って微生物の繁殖は、純水の使用
上致命的な問題であるといえる。

【０００５】そこで水流を停止させないため、弁機構に
別個のバイパス用流路を設ける、あるいは主弁が完全に
は閉じないような制御を行う等の手段により、閉弁時に
おいても少量の水を流す、即ち微開状態を維持する機能
が付加されている。このような機能を備える従来の開閉
弁として、例えば、実開昭６２−１５１４８５号公報に
開示されるものが挙げられる。同号公報の開閉弁は、弁
体をニードル状に形成したニードル弁により、微開状態
を可能としたものである。

【０００６】そして、配管系や純水供給元、配送先等に
おいてメンテナンス作業を行う場合や、長期間設備を休
止する場合等のため、水流を完全に遮断する全閉状態
も、微開状態とは別に自動的に実現できることが望まし
い。従ってかかる用途における開閉弁は、全開状態と、
微開状態と、全閉状態との３つの状態を自動的に実現
し、安定して維持できなければならないのである。この
ような機能を備える従来の開閉弁として、例えば、実開
平４−２７２７９号公報に開示されるものが挙げられ
る。同号公報の開閉弁は、図４に断面図で示すように、
弁機構を２組直列に設け、一方の弁機構７０で微開状態
を、他方の弁機構７１で全閉状態を、それぞれ担うよう
にしたものである。即ち、微開用の弁７０と全閉用の弁
７１とをともに開とすれば全体で全開状態となり、微開
用の弁７０を閉じ全閉用の弁７１を開けば全体で微開状
態となり、全閉用の弁７１を閉じれば全体で全閉状態と
なる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の開閉弁は、それぞれ問題点を有している。ま
ず、ニードル弁の問題点を説明する。ニードル弁の問題
点は、自動的に全閉状態とすることができない点にあ
る。ニードル弁体を全閉にする動作は、弁体と一体に設
けられた弁軸をネジにより進退動させて行うからであ
る。このため、設備の休止やメンテナンス作業のための
全閉状態への移行が迅速にできない。特に、純水使用装
置に事故等が発生して、緊急に弁を全閉にする必要を生
じた場合に問題となる。

【０００８】次に、図４に示す弁機構を２組直列に設け
た開閉弁の問題点を説明する。この開閉弁の問題点は、
弁機構内部の流路に滞留部が多く発生することである。
弁機構の内部には不可避的に袋小路部分が存在するが、
この開閉弁では弁機構が２組設けられているので、その
分通常の開閉弁より袋小路部分が多く存在するからであ
る。図４では、微開用の弁７０と全閉用の弁７１とにお
いてそれぞれ矢印Ａで示す部位が袋小路部分となる。そ
して、微開時には平均流速が遅いため、袋小路部分の流
れは閉じた渦流をなし、同じ水が同じ場所で環流し続け
滞留部となる。かかる滞留部で前記のように微生物の繁
殖が発生し、純水が劣化することとなる。また、独立の
弁機構を２組有するので、当然に機械的構造が複雑なも
のとなり、装置寸法や部品点数の点で不利であるばかり
でなく、必要な設置スペースも大きくなる。

【０００９】本発明は前記した従来技術の問題点を解決
するためになされたものであり、単一の弁機構にて全開
状態と微開状態と全閉状態との３つの状態を安定して維
持できるとともに、微開状態から全閉状態への操作が迅
速にできる３ポジション開閉弁を提供することを目的と
する。また、微開状態又は全開状態における流量の調整
をも可能とした３ポジション開閉弁を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記した問題点を解決す
るため本出願の請求項１に係る３ポジション開閉弁は、
入口ポートと、出口ポートと、弁座と、弁座に対し離間
又は当接することにより入口ポートと出口ポートとを連
通又は遮断する弁体とを有し、外部から印加される空気
圧によって開閉動作する開閉弁であって、前記弁体を一
端に備える第１ピストンと、前記弁体を前記弁座から離
間させる方向へ前記第１ピストンを付勢する第１復帰バ
ネと、前記弁体を前記弁座に当接させる方向へ、前記第
１復帰バネの付勢力に抗して前記第１ピストンを押圧す
るように前記空気圧を導入する第１操作ポートと、前記
第１操作ポートに空気圧が印加されないときに、前記第
１復帰バネの付勢による前記第１ピストンの移動を規制
する規制部材と、前記規制部材を、前記第１復帰バネの
付勢方向と逆向きに前記第１復帰バネの付勢力より強く
付勢する第２復帰バネと、前記第２復帰バネの付勢力に
抗して前記規制部材を前記第１ピストンから遠隔する方
向へ押圧するように前記空気圧を導入する第２操作ポー
トと、前記第２操作ポートに空気圧が印加されないとき
に、前記第２復帰バネの付勢による前記規制部材の移動
を規制する規制面とを有する構成とされる。

【００１１】また、本出願の請求項２に係る３ポジショ
ン開閉弁は、請求項１に係る３ポジション開閉弁であっ
て、前記規制部材が、前記第１ピストンの移動を規制す
る規制ロッドと、前記規制ロッドの位置決めをするとと
もに、前記第２復帰バネによる付勢と前記第２操作ポー
トに導入される空気圧とを受ける第２ピストンとの組合
せである構成とされる。また、本出願の請求項３に係る
３ポジション開閉弁は、請求項２に係る３ポジション開
閉弁であって、前記規制ロッドと前記第２ピストンとの
相対位置を調整する第１調整手段を有する構成とされ
る。

【００１２】また、本出願の請求項４に係る３ポジショ
ン開閉弁は、請求項１、請求項２又は請求項３に係る３
ポジション開閉弁であって、前記第２操作ポートに空気
圧が印加された状態での前記規制部材又は前記第２ピス
トンの位置を調整する第２調整手段を有する構成とされ
る。また、本出願の請求項５に係る３ポジション開閉弁
は、請求項３又は請求項４に係る３ポジション開閉弁で
あって、前記第２ピストンが中空に形成され、その中空
部に形成されたネジ形状と前記規制ロッドに形成された
ネジ形状とにより前記第１調整手段をなすことを特徴と
する構成とされる。

【００１３】

【作用】前記構成を有する本出願の請求項１に係る３ポ
ジション開閉弁では、第１操作ポートと第２操作ポート
とのいずれにも空気圧が印加されないときには、第１復
帰バネの付勢により第１ピストンが移動し、弁体が弁座
から離間する。一方、第２復帰バネの付勢により規制部
材が規制面に当接するまで移動している。従って第１ピ
ストンの移動は、規制部材との当接により規制され、第
２復帰バネの付勢力が第１復帰バネの付勢力より強いの
で、第１ピストンはそれ以上移動できない。これによ
り、弁体と弁座との間隔が一定に保たれ、入口ポートか
ら出口ポートへの流量が一定に維持される。

【００１４】第２操作ポートには空気圧を印加せず第１
操作ポートから空気圧を印加すると、第１復帰バネの付
勢に抗して第１ピストンが移動する。このため弁体が弁
座に当接して入口ポートと出口ポートとが遮断される。
第１操作ポートには空気圧を印加せず第２操作ポートか
ら空気圧を印加すると、第２復帰バネの付勢に抗して規
制部材が移動し、第１ピストンの移動の規制が解除され
る。このため第１ピストンは第１復帰バネの付勢により
更に移動する。このため弁体が弁座から大きく離間し、
入口ポートから出口ポートへの大流量の流体が流れる。
本出願の請求項２に係る３ポジション開閉弁もこれと同
様に動作する。

【００１５】そして、本出願の請求項３に係る３ポジシ
ョン開閉弁では、規制ロッドと第２ピストンとの相対位
置を第１調整手段により調整すると、第１操作ポートと
第２操作ポートとのいずれにも空気圧が印加されないと
きにおける、第１ピストンの移動が規制ロッドにより規
制される位置が調整される。従って、この状態での入口
ポートから出口ポートへの流量が調整される。また、本
出願の請求項４に係る３ポジション開閉弁では、第２操
作ポートに空気圧が印加された状態での第２ピストンの
位置を第２調整手段により調整すると、この状態におけ
る第１ピストンの位置が調整される。従って、この状態
での入口ポートから出口ポートへの流量が調整される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を具体化した３ポジション開閉
弁の実施例を図面を参照して説明する。図１は本実施例
の３ポジション開閉弁１の構成を示す断面図である。図
１に示す３ポジション開閉弁１は、入口ポート１３、出
口ポート１４、及び弁座７を形成した下ボディ２の上部
に、シリンダ１０とシリンダ１１とを形成した下中ボデ
ィ３を接合し、更に下中ボディ３の上部に、シリンダ１
２とシリンダ１３とを形成した上中ボディ４を接合し、
更に上中ボディ４の上部に、上ボディ５を接合したもの
である。そして、上ボディ５の上方に、第１調整ネジ９
と第２調整ネジ１０とが突出しており、これらをもって
全体の外形をなしている。

【００１７】下ボディ２には、純水等の制御する流体の
入力を受ける入口ポート１３と、その流体を出力する出
口ポート１４とが形成されている。下ボディ２の中央に
は、円筒形状の弁座１５が形成されている。弁座１５の
外周り部分と入口ポート１３とが、弁座１５の内部と出
口ポート１４とが、それぞれ連通している。従って、後
述する弁体１１が弁座１５に当接すると入口ポート１３
と出口ポート１４とが遮断され、弁体１１が弁座１５か
ら離間すると入口ポート１３と出口ポート１４とが連通
される。

【００１８】下ボディ２の上方には、下中ボディ３が、
ガスケット３０を嵌持しながら固接されている。下中ボ
ディ３は略円筒形状をなしており、下半分においては小
径のシリンダ２１が、上半分においては大径のシリンダ
２２が形成されている。シリンダ２１とシリンダ２２と
の間にはステップ面２７が形成されており、ステップ面
２７にはバネ溝２８が形成されている。下中ボディ３の
内部には、略円柱形状の第１ピストン６が、上下方向に
摺動可能に嵌装されている。第１ピストン６は、下中ボ
ディ３のシリンダ２１と嵌合する小径部分２３と、シリ
ンダ２２と嵌合する大径部分２４とを有してなる。小径
部分２３と大径部分２４との間には、ステップ面２９が
形成されている。第１ピストン６の上面２６の周縁に
は、後述する上中ボディ４の下面２５に当接するための
頂面３３が形成されている。また、小径部分２３の先端
には、弁座１５に対し当接又は離間するゴム等の弾性体
から成る弁体１１が取り付けられている。

【００１９】下中ボディ３のステップ面２７に形成され
たバネ溝２８と、第１ピストン６のステップ面２９との
間には、復帰バネ１６が挟持されている。復帰バネ１６
はその弾拡力により、第１ピストン６を図中上方へ、即
ち、弁体１１を弁座１５から離間させる方向へ付勢して
いる。シリンダ２１と小径部分２３との間、シリンダ２
２と大径部分２４との間、にはそれぞれＯリングが嵌持
されており、気密を維持しつつスムーズな摺動ができる
ようになっている。

【００２０】また、下ボディ２と下中ボディ３との間に
嵌持されるガスケット３０と、弁体１１とは、間にダイ
アフラム１２を備え一体に形成されている。ダイアフラ
ム１２は、３ポジション開閉弁１で純水を取り扱う場合
のため、下中ボディ３と第１ピストン６との摺動部等で
発生するパーティクルや不純物が純水に混入することの
ないよう、純水を摺動部等から分離する役を果たすもの
である。従って、パーティクル等について特別注意を払
う必要のない用途に３ポジション開閉弁１を使用する場
合には、ダイアフラム１２はなくてもよい。

【００２１】下中ボディ３の上方には、上中ボディ４
が、ガスケットを嵌持しながら固接されている。上中ボ
ディ４は略円筒形状をなしており、下半分においては小
径のシリンダ３０が、上半分においては大径のシリンダ
３１が形成されており、シリンダ３０とシリンダ３１と
の間には規制面２０が形成されている。シリンダ３０
は、後述する規制ロッド８を摺動可能に挿設するための
ものである。シリンダ３１は、後述する第２ピストン７
を摺動可能に挿設するためのものである。

【００２２】かかる上中ボディ４の下面２５と、下中ボ
ディ３のシリンダ２２と、第１ピストン６の上面２６と
により、第１圧力室３２が区画される。そして上中ボデ
ィ４には、第１圧力室３２へ外部から空気圧を印加する
ための第１操作ポート１８が設けられている。第１操作
ポート１８から空気圧が印加され、第１圧力室３２が高
圧となると、第１ピストン６の上面２６（頂面３３）に
その圧力がかかる。このため第１ピストン６は、第１復
帰バネ１６の付勢力に抗して図中下方、即ち、弁体１１
を弁座１５に当接させる方向へ移動することとなる。

【００２３】尚、図１では、第１ピストン６の上面２６
が後述する規制ロッド８の下端に当接して、図示以上に
上方へ移動することはできないようにされているが、規
制ロッド８が後述のように上昇された場合でも、第１ピ
ストン６の頂面３３が上中ボディ４の下面２５に当接す
るので、第１復帰バネ１６の付勢力による第１ピストン
６の上昇は規制される（図３参照）。また、上中ボディ
４には、第２操作ポート１９も設けられている。第２操
作ポート１９は、上中ボディ４と後述する第２ピストン
７との間に区画される第２圧力室３４（図３参照）へ外
部から空気圧を印加するためのものである。

【００２４】上中ボディ４の上方には、上ボディ５が固
接されている。上ボディ５は、上中ボディ４に接合され
る筒状部分と蓋部分とを有し、蓋部分の中央には、次に
説明する調整ネジ１０を螺設するためのネジ溝が切られ
たネジ穴３５が形成されている。また、蓋部分の裏側
は、後述する第２復帰バネを挟持するための底面３６と
なっている。調整ネジ１０は、略円筒形状の部材であっ
て、外周面にはネジ山が形成され、前記上ボディ５のネ
ジ穴３５に螺設される。従って、調整ネジ１０を回転さ
せると、ネジ動により上ボディ５の位置を上下方向に調
整できる。調整ネジ１０の内周面は、次に説明する第２
ピストン７を摺動可能に貫通して挿設するものである。
また、調整ネジ１０の図中下端は、当接端３７となって
いる。

【００２５】次に、第２ピストン７について説明する。
第２ピストン７は、大径の円筒部分３８と小径の円筒部
分３９とを有する部材である。円筒部分３８は、上中ボ
ディ４のシリンダ３１に、Ｏリングを嵌持しつつ摺動可
能に嵌装され、円筒部分３９は、調整ネジ１０の内周面
に摺動可能に嵌装される。円筒部分３８と円筒部分３９
との間には、ステップ面４０と当接面４１とが形成さ
れ、ステップ面４０には、バネ溝４２が形成される。ま
た、第２ピストン７の上部は調整ネジ１０より４５に突
出しており、上端には鍔５０が固設されている。

【００２６】一方、第２ピストン７の下面５１の周縁に
は、上中ボディ４の規制面２０と当接するための下端面
４３が形成されている。ここで、下面５１（下端面４３
を含む）の面積は、後述する規制ロッド８のピストン部
分４７の断面積より大きいことが望ましい。その理由は
後述する。また、第２ピストン７の中心には、後述する
規制ロッド８を貫通して取り付けるための孔が形成され
ている。その孔は、上方のネジ部分４４と下方のシリン
ダ部分４５とを有し、シリンダ部分４５の直上には段差
４６が形成されている。シリンダ部分４５は、上中ボデ
ィ４のシリンダ３０と同一の径を有している。

【００２７】第２ピストン７のバネ溝４２と、上ボディ
５の底面３６との間には、第２復帰バネ１７が挟持され
ている。第２復帰バネ１７はその弾拡力により、第２ピ
ストン７を図中下方に付勢している。ただし、第２ピス
トン７の下端面４３が、上中ボディ４の規制面２０と当
接するので、第２復帰バネ１７の付勢による第２ピスト
ン７の下方への移動は規制される。尚、第２復帰バネ１
７の付勢力は、第１復帰バネ１６の付勢力より強力であ
る。

【００２８】また、第２ピストン７と上中ボディ４との
間には、前記のように第２圧力室３４が区画される（図
３参照）。上中ボディ４の第２操作ポート１９へ外部か
ら空気圧を印加して第２圧力室３４を高圧にすると、第
２ピストン７は第２復帰バネ１７の付勢力に抗して図中
上方に移動する。その移動は、第２ピストン７のステッ
プ面４０が上ボディ５の下端５０に当接することにより
規制される。また、調整ネジ１０を調整して、ステップ
面４０が下端５０に当接するより先に、第２ピストン７
の当接面４１が調整ネジ１０の当接端３７に当接するよ
うにすることもできる。

【００２９】次に、規制ロッド８について説明する。規
制ロッド８は、ピストン部分４７と竿部分４８とを有す
る部材であり、ピストン部分４７の直上には、段差４９
が存在する。ピストン部分４７は、上中ボディ４のシリ
ンダ３０及び第２ピストン７のシリンダ部分４５に、そ
れぞれＯリングを嵌持しつつ摺動可能に嵌装される。ピ
ストン部分４７の断面積は、前記のように後述する理由
により、第２ピストン７の下面５１（下端面４３を含
む）の面積より小さいことが望ましい。またピストン部
分４７の断面積は、第１ピストン６の上面２６（頂面３
３）の面積との比較では、当然小さい。

【００３０】竿部分４８にはネジ山が形成されており、
第２ピストン７のネジ部分４４に螺着される。竿部分４
８の上端は、第２ピストン７（鍔５０を含む）を超えて
突出しており、その先端には調整ツマミ９が固設され
る。調整ツマミ９を回すと規制ロッド８も一体に回転す
る。このため、第２ピストン７のネジ部分４４とのネジ
動により、第２ピストン７と規制ロッド８との相対位置
を上下方向に調整することができる。その調整範囲は、
調整ツマミ９と鍔５０との当接により、また、第２ピス
トン７の段差４６と規制ロッド８の段差４９との当接に
より規制される。尚、調整ツマミ９を回さない限り、第
２ピストン７と規制ロッド８との相対位置が変化するこ
とがないのは勿論である。

【００３１】本実施例の３ポジション開閉弁１は上記の
構成を有するものであり、以下、その作用を説明する。
ここでは、特に言及しない限り、調整ツマミ９や調整ネ
ジ１０は操作しないものとする。最初に、基本的状態、
即ち、第１操作ポート１８と第２操作ポート１９とのい
ずれにも空気圧を印加しない場合について説明する。図
１はこの状態を示している。この状態ではまず、第２操
作ポート１９に空気圧が印加されないことにより第２ピ
ストン７の位置が定まる。即ち第２ピストン７は、第２
復帰バネ１７の付勢力のみを受けるので、図１中下方に
移動し、下端面４３が上中ボディ４の規制面２０と当接
した位置で停止している。第２ピストン７の位置が定ま
るので、規制ロッド８の位置も定まる。調整ツマミ９を
操作しない限り、第２ピストン７と規制ロッド８との相
対位置は変化しないからである。

【００３２】そして、この状態における第１ピストン６
について考察する。第１操作ポート１８に空気圧が印加
されないので、第１ピストン６は第１復帰バネ１６の付
勢力のみを受け、上面２６が規制ロッド８の下端に当接
するまで図中上方に移動する。当接した後の第１ピスト
ン６及び第２ピストン７の動きは、第１復帰バネ１６の
付勢力と第２復帰バネ１７の付勢力との相克に委ねられ
るが、本実施例では前記のように第２復帰バネ１７の付
勢力が勝る。従って、第２ピストン７が下限まで下方に
移動して停止し、それにより定まる規制ロッド８の下端
によって規制される位置まで第１ピストン６が上方に移
動して停止することになる。図１が示しているのはかか
る状態である。

【００３３】このとき、弁体１１が弁座１５からわずか
に離間した位置となるように、規制ロッド８の下端位置
が予め設定されているものとする。規制ロッド８の下端
位置の設定は前記のように、調整ツマミ９を回して第２
ピストン７と規制ロッド８との相対位置を変化させて行
う。従って、この状態では３ポジション開閉弁１は、微
開状態となっており入口ポート１３に印加される流体、
例えば純水を微量ずつ出口ポート１４へ流すことができ
る。これにより、半導体製造設備等の純水配管系におい
て、純水不使用時であっても滞留させることなく少量ず
つ純水を流し、微生物繁殖等による純水の劣化を防止す
ることができる。尚、このとき３ポジション開閉弁１に
は、何ら外部からの操作を加える必要がない。即ち、最
も多く使用される微開状態を外部からの操作を加えるこ
となく維持することができる。

【００３４】次に、第１操作ポート１８に外部から空気
圧を印加した場合の動作を、図２の断面図を参照して説
明する。第１操作ポート１８に空気圧を印加すると、そ
の空気圧は、第１圧力室３２に導入され、第１圧力室３
２が高圧となる。この空気圧の供給源は、ボンベ、コン
プレッサ等、特に限定はなく何でもよい。ただしその圧
力については、３ポジション開閉弁１に所定の動作をさ
せるための適切な範囲内のものでなければならない。

【００３５】第１圧力室３２が高圧になると、第１ピス
トン６の上面２６（頂面３３を含む）がその圧力を受け
る。このため、第１ピストン６は第１復帰バネ１６の付
勢力に抗して下方に移動して、弁体１１が弁座１５に当
接したところで停止する。図２に示すのはかかる状態で
ある。従って、この状態では３ポジション開閉弁１は完
全な閉状態となっており、入口ポート１３に印加される
流体、例えば純水は出口ポート１４へ流れることはな
い。かくして純水の流れを完全に止めることにより、純
水使用装置や純水配管系の修理又は改造等の工事を行う
ことができる。

【００３６】尚、図２に示す状態では、規制ロッド８の
下端面も第１圧力室３２の圧力を受けることになる。し
かし、（１）規制ロッド８の下端の受圧面積、即ちピス
トン部分４７の断面積が第１ピストン６の受圧面積より
小さいこと、（２）第２復帰バネ１７の付勢力が第１復
帰バネ１６の付勢力より強いこと、の２つの理由により
第２ピストン７及び規制ロッド８が上方へ動くことはな
い。仮に動いたとしても３ポジション開閉弁の全閉状態
には影響しない。また、この状態から、第１操作ポート
１８を開放して第１圧力室３２を常圧に戻すと、第１復
帰バネ１６の付勢により第１ピストン６が上方に移動し
て、３ポジション開閉弁１は図１の微開状態に戻る。

【００３７】次に、第１操作ポート１８には空気圧を印
加せず第２操作ポート１９に外部から空気圧を印加した
場合の動作を、図３の断面図を参照して説明する。第２
操作ポート１９に空気圧を印加すると、その空気圧は、
第２圧力室３４に導入され、第２圧力室３４が高圧とな
る。この空気圧の供給源は、前記と同様特に限定され
ず、前記と同様のものを用いればよい。第２圧力室３４
が高圧になると、第２ピストン７の下面５１（下端面４
３を含む）がその圧力を受ける。このため、第２ピスト
ン７は第２復帰バネ１７の付勢力に抗して上方に移動し
て、ステップ面４０が上ボディ５の下端５０に当接した
ところで停止する。

【００３８】ここで、第２ピストン７の第２圧力室３４
からの受圧面積が、規制ロッド８の下端の第１圧力室３
２からの受圧面積より大きい場合には、第２圧力室３４
に供給される圧力が、図２の状態で第１圧力室３２に供
給された圧力と同一のものであっても、第２ピストン７
は第２復帰バネ１７の強い付勢力に抗して上方に移動す
ることができる。第２ピストン７の下面５１（下端面４
３を含む）の面積が、規制ロッド８の下端の受圧面積よ
り大きいことが望ましいとした理由はこのためである。
第２ピストン７が上方に移動すると、規制ロッド８もこ
れに伴い上方に移動する。

【００３９】そして、規制ロッド８が上方に移動すると
第１ピストン６も上方に移動することとなる。なぜな
ら、図１に示した状態での第１ピストン６は、第１復帰
バネ１６の付勢を受けつつ規制ロッド８の下端に当接し
て停止していたものだからである。そして、ここでは第
１圧力室３２には空気圧が掛かっていないので、規制ロ
ッド８との当接が解除された第１ピストン６は、第１復
帰バネ１６の付勢により頂面３３が上中ボディ４の下面
２５に当接するまで上方に移動する。図３に示すのはか
かる状態である。

【００４０】従って、この状態では弁体１１が弁座１５
から大きく離間しており、３ポジション開閉弁１は全開
状態となっている。このため、入口ポート１３から出口
ポート１４へ大きな流量の流体、例えば純水を流すこと
ができる。かくして、純水使用装置、例えば半導体ウェ
ハ洗浄装置等に十分な量の純水を供給できる。尚、この
状態から、第２操作ポート１９を開放して第２圧力室３
４を常圧に戻すと、第２復帰バネ１７の付勢により第２
ピストン７が下方に移動し、これに伴い規制ロッド８及
び第１ピストン６も下方に移動して、３ポジション開閉
弁１は図１の微開状態に戻る。

【００４１】ここで、調整ツマミ９又は調整ネジ１０を
操作した場合の作用を説明する。まず、調整ツマミ９
は、第２ピストン７と規制ロッド８との相対位置の調整
を行うものである。図１に示した微開状態において調整
ツマミ９を回すと、第２ピストン７は固定されたまま
で、規制ロッド８の位置を上下方向に微調整できる。こ
れにより、規制ロッド８の下端に当接している第１ピス
トン６の位置が微調整され、もって微開状態における流
体の流量を調整することができる。

【００４２】次に、調整ネジ１０は、図３に示した全開
状態における流体の流量を調整することを目的とするも
のである。図３の状態において、調整ネジ１０を操作し
て、上ボディ５に対して下方に移動させると、やがて調
整ネジ１０の当接端３７が第２ピストン７の当接面４１
に当接する。そして更に調整ネジ１０の操作を続ける
と、第２ピストン７が当接端３７に押下され徐々に下方
に移動する。これに伴い規制ロッド８も徐々に下方に移
動するので、やがて規制ロッド８の下端が第１ピストン
６の上面２６に当接する。そして更に調整ネジ１０の操
作を続けると、第１ピストン６が規制ロッド８の下端に
押下され徐々に下方に移動する。かくして、調整ネジ１
０の操作により全開状態での弁体１１と弁座１５との間
隔を微調整して、流体の流量を調整することができる。

【００４３】以上詳細に説明したとおり本実施例に係る
３ポジション開閉弁１では、弁体１１を一端に備える第
１ピストン６を、第１復帰バネ１６の弾拡力により弁座
１５から離間する方向へ付勢するとともに、第２復帰バ
ネ１７の弾拡力により付勢され上中ボディ４の規制面２
０に規制される第２ピストン７に保持される規制ロッド
８により規制することとしたので、弁体１１が弁座１５
からわずかに離間した微開状態を、外部から何らの操作
を加えることなく維持できる。従って、流体を完全には
遮断せず微小流量を流す状態を安定して維持でき、純水
における微生物増殖等、流体の滞留により発生し得る流
体の劣化が防がれる。ここで、一組の弁機構にて微開状
態を実現しているので、流路内には環流しやすい袋小路
部分がほとんどなく、微生物増殖等の流体の劣化防止が
確実である。

【００４４】また、３ポジション開閉弁１では、第１操
作ポート１８から空気圧を印加することにより、第１ピ
ストン６を第１復帰バネ１６の付勢に抗して押圧し、弁
体１１を弁座１５に当接させ全閉状態とすることとし
た。また、第２操作ポート１９から空気圧を印加するこ
とにより、第２ピストン７を第２復帰バネ１７の付勢に
抗して押圧し、規制ロッド８による第１ピストン６の規
制を解除して、弁体１１を弁座１５から大きく離間させ
全開状態とすることとした。このため、微開状態から全
閉状態又は全開状態への移行が迅速に可能である。特
に、純水等の流体を使用する機器や配管等に異常があっ
た場合に直ちに全閉状態にして必要な措置を講ずること
ができる。

【００４５】また、３ポジション開閉弁１では、第２ピ
ストン７と規制ロッド８との相対位置を調整する調整ツ
マミ９を備えたので、微開状態において規制ロッド８が
第１ピストン６を規制する位置を調整し、もって微量に
流れる流体の流量を調整することができる。また、全開
状態における第２ピストン７の停止位置を調整する調整
ネジ１０を備えたので、第２ピストン７に保持される規
制ロッド８の位置を全開状態において調整し、もって全
開状態での流体の流量を調整することができる。

【００４６】なお、前記実施例は本発明を限定するもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種
々の変形、改良が可能であることはもちろんである。例
えば前記実施例では、第２ピストン７と規制ロッド８と
を別体とし相対位置の調整も可能であることとしたが、
相対位置の調整に拘らないならば、これらを一体として
もよい。また、第２ピストン７において、ステップ面４
０と当接面４１とを異なる面としたが、これらは同一面
であってもかまわない。さらに、純水以外の流体に対し
ても本発明の３ポジション開閉弁を適用することが考え
られる。例えば、粘性が高くしかも不安定で滞留すると
粘度が変化し、更には凝固するおそれのある液体、高温
もしくは低温の一定温度を維持する必要があり滞留する
ことによる温度変化を嫌う流体、露点に近いため滞留す
ると結露するおそれがある気体等に対しては、本発明の
３ポジション開閉弁を使用するのが好ましいと考えられ
る。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明の３ポジション開閉弁によれば、単一の弁機構にて全
開状態と微開状態と全閉状態との３つの状態を安定して
維持して純水等の流体の劣化を確実に防止できるととも
に、微開状態から全閉状態への操作が迅速にできる３ポ
ジション開閉弁が提供される。また、微開状態又は全開
状態における流量の調整をも可能とした３ポジション開
閉弁が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る３ポジション開閉弁の微開時にお
ける断面図である。

【図２】本発明に係る３ポジション開閉弁の全閉時にお
ける断面図である。

【図３】本発明に係る３ポジション開閉弁の全開時にお
ける断面図である。

【図４】従来の３ポジション開閉弁の構成を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ ３ポジション開閉弁 ６ 第１ピストン ７ 第２ピストン ８ 規制ロッド ９ 調整ツマミ １０ 調整ネジ １１ 弁体 １３ 入口ポート １４ 出口ポート １５ 弁座 １６ 第１復帰バネ １７ 第２復帰バネ １８ 第１操作ポート １９ 第２操作ポート ２０ 規制面 ４７ 規制ロッドのピストン部分 ５１ 第２ピストンの下面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口ポートと、出口ポートと、弁座と、
   弁座に対し離間又は当接することにより入口ポートと出
   口ポートとを連通又は遮断する弁体とを有し、外部から
   印加される空気圧によって開閉動作する開閉弁におい
   て、 前記弁体を一端に備える第１ピストンと、 前記弁体を前記弁座から離間させる方向へ前記第１ピス
   トンを付勢する第１復帰バネと、 前記弁体を前記弁座に当接させる方向へ、前記第１復帰
   バネの付勢力に抗して前記第１ピストンを押圧するよう
   に前記空気圧を導入する第１操作ポートと、 前記第１操作ポートに空気圧が印加されないときに、前
   記第１復帰バネの付勢による前記第１ピストンの移動を
   規制する規制部材と、 前記規制部材を、前記第１復帰バネの付勢方向と逆向き
   に前記第１復帰バネの付勢力より強く付勢する第２復帰
   バネと、 前記第２復帰バネの付勢力に抗して前記規制部材を前記
   第１ピストンから遠隔する方向へ押圧するように前記空
   気圧を導入する第２操作ポートと、 前記第２操作ポートに空気圧が印加されないときに、前
   記第２復帰バネの付勢による前記規制部材の移動を規制
   する規制面とを有する３ポジション開閉弁。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する３ポジション開閉弁
   において、前記規制部材が、 前記第１ピストンの移動を規制する規制ロッドと、 前記規制ロッドの位置決めをするとともに、前記第２復
   帰バネによる付勢と前記第２操作ポートに導入される空
   気圧とを受ける第２ピストンとの組合せにより構成され
   る３ポジション開閉弁。
3. 【請求項３】 請求項２に記載する３ポジション開閉弁
   において、 前記規制ロッドと前記第２ピストンとの相対位置を調整
   する第１調整手段を有する３ポジション開閉弁。
4. 【請求項４】 請求項１、請求項２又は請求項３に記載
   する３ポジション開閉弁において、 前記第２操作ポートに空気圧が印加された状態での前記
   規制部材又は前記第２ピストンの位置を調整する第２調
   整手段を有する３ポジション開閉弁。
5. 【請求項５】 請求項３又は請求項４に記載する３ポジ
   ション開閉弁において、 前記第２ピストンが中空に形成され、その中空部に形成
   されたネジ形状と前記規制ロッドに形成されたネジ形状
   とにより前記第１調整手段をなす３ポジション開閉弁。