JP5425260B2 - 流体機器ユニット構造 - Google Patents

Description

本発明は、弁や圧力スイッチ等の流体機器類を一体化した流体機器ユニット構造に関する。

従来、薬品等の流体（薬液）を取り扱う装置においては、構成要素となる各種の流体機器類（弁類、レギュレータ、圧力センサ等の各種センサ類及び圧力スイッチ等の各種スイッチ類など）を配管で接続して一体化した流体機器ユニット構造（集積構造）とされる。このような流体機器ユニット構造においては、スラリ状の薬液循環と水循環とを行いつつ、必要に応じて薬液を取り出す用途のものがある。
また、たとえば半導体製造装置のように複数の薬液用流体機器を使用する場合、配管を用いることなく薬液用流体機器どうしの連結を可能とする集積構造が提案されており、配管が不要になるため装置全体のコンパクト化が可能になるとされる。（たとえば、特許文献１参照）

特開２０００−１２０９０３号公報（図１参照）

ところで、薬液（スラリ）循環と水循環とを行いつつ、必要に応じて薬液を取り出す用途の流体機器ユニット構造においては、スラリ状の薬液が滞留すると凝固しやすいという問題が指摘されている。このため、スラリ状の薬液等を取り扱う流体機器ユニット構造においては、薬液等が滞留・凝固する流路をできるだけ小さくしてコンパクト化した集積構造が望まれている。

図７に示す流体機器ユニット構造は、３つの弁１Ａ，１Ｂ，１Ｃが同一軸線上の流路２によって直列に連結された構成を備えている。このようなインラインタイプの構成では、各弁内に形成されている弁体収納用の空間部３において、一般的に流路断面積が拡大されている。
このため、流路２と空間部３との位置関係等により、たとえば図７に示すハッチング部のように、流体の流れを滞留させる淀み領域Ｓが形成されることがある。図示の例において、弁１Ａから弁１Ｂに流れ込んだ流体は、主流が下方の流体出口４から流路２を通って弁１Ｃへ向かうものの、主流の中心から遠くなる空間部３の周辺部には凹形状部分の空間が形成されているので、この凹形状部分に流体の一部が滞留して淀み領域Ｓを形成することとなる。

上述した淀み領域Ｓの形成は、特にスラリ状の薬液のように凝固しやすい流体を流す場合、弁内に薬液の凝固物が固着するなどして好ましくない。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、たとえば薬液循環と水循環とを行いつつ必要に応じて薬液を取り出す用途に適し、薬液等の流体が凝固しにくいコンパクトな流体機器ユニット構造を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項１は、ベース部材の内部に形成した流路を介して接続される複数の流体機器類を前記ベース部材に集積して一体化する流体機器ユニット構造において、前記ベース部材は、隣接する流体機器類間で高さの異なる複数の機器設置面を備え、該機器設置面を流れ方向上流側から下流側へ段階的に下げるとともに、薬液循環を行う薬液流路と、該薬液流路から分岐する薬液流出流路とを形成し、隣接する流体機器類間を連結する前記薬液流出流路の連結流路部が流れ方向上流側から下流側へ下向きに傾斜していることを特徴とするものである。

このような流体機器ユニット構造によれば、ベース部材は、隣接する流体機器類間で高さの異なる複数の機器設置面を備え、該機器設置面を流れ方向上流側から下流側へ段階的に下げるとともに、薬液循環を行う薬液流路と、該薬液流路から分岐する薬液流出流路とを形成し、隣接する流体機器類間を連結する薬液流出流路の連結流路部が流れ方向上流側から下流側へ下向きに傾斜しているので、滞留・凝固しやすい薬液は、下向きに傾斜した連結流路を通って自重により流下することができる。また、機器設置面を流れ方向上流側から下流側へ段階的に下げたので、低部の薬液滞留部分が形成されることはない。

上記の発明において、前記薬液流出流路に水を循環させる流路からの分岐流路が連結され、前記薬液流出流路が、前記分岐流路に配置された弁の弁体収納空間を経由して形成されていることが好ましく、これにより、流路を低減することが可能になる。
この場合、前記弁が前記弁体収納空間にプラグ型の弁体を備え、前記水循環回路が前記弁体の下方に連通されていることが好ましく、これにより、水による薬液の置換・洗浄が容易になる。

また、本発明に係る流体機器ユニット構造の参考例によれば、薬液循環を行う流路を形成して隣接する流体機器類間の連結流路が流体機器類軸中心からオフセットされているので、流体機器類に流れ込んだ流体には、空間内で旋回する流れが形成される。
この場合の流体機器類は、プラグ型の弁体を備えた弁であることが好ましく、これにより、凹部のない底部に形成される開口部の縁部を弁座とすることができる。

上述した本発明の流体機器ユニット構造によれば、空間内で旋回する流れを形成して流体機器ユニット構造の流路内に淀み領域Ｓが形成されることを防止し、特に、スラリ状の薬液のように凝固しやすい流体が滞留・凝固することにより、弁内に薬液の凝固物が固着することを防止または抑制できるようになる。従って、薬液循環と水循環とを行いつつ必要に応じて薬液を取り出す用途に適し、しかも、薬液等の流体が凝固しにくいコンパクトな流体機器ユニット構造の提供が可能になる。

本発明に係る流体機器ユニット構造の一実施形態として、ベース部材に形成された流路を示す要部の平面図である。 本発明に係る流体機器ユニット構造の一実施形態として、外観を示す平面図である。 図２の流体機器ユニット内に形成された流路構成例を示す系統図である。 図２に示す流体機器ユニットを正面から見た要部断面図である。 図２の右側面図である。 図１に示したベース部材の変形例である。 ベース部材に形成された流路の従来例を示す要部平面図である。

以下、本発明に係る流体機器ユニット構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図２から図５に示す流体機器ユニットＦＵの構造は、流路を介して接続される複数の流体機器類をベース部材１０に集積して一体化したものである。すなわち、流体機器ユニットＦＵは、ベース部材１０の内部に形成した各種流路を介して接続される複数の流体機器類を集積して一体化したものである。
図示の構成例では、流体機器ユニット１の主要部が耐薬品性のフッ素樹脂製とされ、流体機器類として四つの空気圧操作弁２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ、２０Ｄと、二つの手動操作弁３０Ａ、３０Ｂとを使用し、これらの流体機器類をベース部材１０に集積して一体化したものである。なお、図中の符号１１はベース固定板である。

図３は流体機器ユニットＦＵの流路（回路）構成を示しており、この流路構成例では、薬液循環を行う薬液流路１２と、この薬液流路１２から分岐させた薬液流出流路として、第１薬液流出流路１２Ａ及び第２薬液流出流路１２Ｂが設けられている。
薬液流路１２は、薬液入口１２ａから導入した薬液を薬液リターン出口１２ｄから流体機器ユニットＦＵの外部へ流出させて薬液循環を行うものである。薬液流路１２から分岐した第１薬液流出流路１２Ａには、第１の空気圧操作弁２０Ａ及び第１の手動操作弁３０Ａが設けられ、同じく薬液流路１２から分岐した第２薬液流出流路１２Ｂには、第２の空気圧操作弁２０Ｂ及び第２の手動操作弁３０Ｂが設けられている。ここで使用する空気圧操作弁２０Ａ，２０Ｂは、たとえばノーマルクローズタイプの開閉弁である。

また、超純水（ＤＩＷ）流路１３は、純水入口１３ａから導入した超純水（水）を純水出口１３ｂから流体機器ユニットＦＵの外部へ流出させて循環させるとともに、第１薬液循環流路１２Ａ及び第２薬液循環流路１２Ｂへ純水を供給して循環させる流路である。この超純水流路１３には、第１純水流路１３Ａ及び第２純水流路１３Ｂが分岐して設けられている。すなわち、第１純水流路１３Ａ及び第２純水流路１３Ｂは、第１薬液流出流路１２Ａ及び第２薬液流出流路１２Ｂに連結されて超純水を循環させる、超純水流路１３からの分岐流路となる。
第１純水流路１３Ａは、超純水流路１３から分岐するとともに、第１薬液流出流路１２Ａの空気圧操作弁２０Ａより下流側に連結されている。この第１純水流路１３Ａには、第３の空気圧操作弁２０Ｃが設けられている。同じく超純水流路１３から分岐した第２純水流路１３Ｂは、第２薬液流出流路１２Ｂの空気圧操作弁２０Ｂより下流側に連結され、空気圧操作弁２０Ｂより下流側には、第４の空気圧操作弁２０Ｄが設けられている。ここで使用する空気圧操作弁２０Ａ，２０Ｂは、たとえばノーマルクローズタイプの開閉弁に開度調整機構を備えたものである。
なお、図中の符号１２ａは薬液入口、１２ｂは第１薬液出口、１２ｃは第２薬液出口、１２ｄは薬液リターン出口、１３ａは純水入口、１３ｂは純水出口である。

ベース部材１０は、たとえば図４に示すように、上述した流体機器類を設置するために設けた高さの異なる複数の設置面１４を備えている。これら複数の設置面１４間は、ベース部材１０の内部に形成した薬液流路１２、第１薬液流出流路１２Ａ、第２薬液流出流路１２Ｂ、超純水流路１３、第１純水流路１３Ａ及び第２純水流路１３Ｂ等の各種流路によって連結されている。
図示の構成において、ベース部材１０は略直方体形状とされ、その上面には上述した流体機器類を設置するため、各中心位置が矩形を描くように配置された６つの設置面が設けられている。
そして、以下の説明では、第１薬液流出流路１２Ａ及び第２薬液流出流路１２Ｂが実質的に同じ構成となるため、第１薬液流出流路１２Ａ側について説明する。なお、第１の空気圧操作弁２０Ａを設置する設置面を第１設置面１４Ａとし、第３の空気圧操作弁２０Ｃを設置する設置面を第２設置面１４Ｂ、第１の手動操作弁３０Ａを設置する設置面を第３設置面１４Ｃとする。

図３に示す流路構成では、通常の運転時において、二つの手動弁３０Ａ，３０Ｂがともに開とされ、さらに、二つの空気圧操作弁２０Ａ，２０Ｂが全開に設定され、残る二つの空気圧操作弁２０Ｃ，２０Ｄには流量調整機能が設けられており、それぞれ全開時もしくは全閉時のバルブ開度を調整することができる。この状態で薬液流路１２の薬液入口１２ａから流体機器ユニットＦＵ内にスラリ状の薬液が導入され、必要に応じて空気圧操作弁２０Ａを開けて薬液を第１薬液出口１２ｂに供給する。
また、超純水を第１薬液出口１２ｂより供給する際には、空気圧操作弁２０Ａを閉じ、空気圧操作弁２０Ｃを開く。このとき、超純水の供給については、空気圧操作弁２０Ｃの流量調整機能を利用し、超純水の供給量を調整することができる。なお、薬液入口１２ａに導入された薬液のうち、第１薬液流出流路１２Ａ及び第２薬液流出流路１２Ｂに分配されなかった残りについては、薬液リターン出口１２ｄから流体機器ユニットＦＵの外部へ流出する。

また、空気圧操作弁２０Ａ，２０Ｂが閉じている際には、薬液入口１２ａから導入された薬液は、薬液リターン出口１２ｄから流体機器ユニットＦＵの外部へ流出して循環を行っている。これにより、薬液は、空気圧操作弁２０Ａ，２０Ｂ等の開閉状態に関係なく、常に滞留することなく流れているので、スラリ状の薬液が滞留・凝固することを防止することができる。
そして、超純水流路１３側においても、上述した薬液流路１２と同様のことが行われている。すなわち、純水入口１３ａから導入された超純水は、純水出口１３ｂより流出し、空気圧操作弁２０Ｃ，２０Ｄの開閉状態に関係なく、常に滞留することなく流れて循環することができる。これにより、超純水の場合は、流れが止まったりした場合に生じるバクテリアの発生等の問題を解消することができる。

上述したように、流路を介して接続される複数の流体機器類をベース部材１０に集積して一体化した流体機器ユニット構造ＦＵにおいては、薬液循環を行う流路を形成して隣接する流体機器類間の連結流路部（連結流路）が、流体機器類軸中心からオフセットされている。
この構成について、図１及び図４を参照して具体的に説明する。図１はベース部材１０の平面図であり、上述した流体機器ユニット構造ＦＵの第１薬液流出流路１２ａ側半分について、弁体を取り除いた状態が示されている。すなわち、紙面右側から順に、手動操作弁３０Ａ用の設置面１４Ｃ、空気圧操作弁２０Ａ用の設置面１４Ａ及び空気圧操作弁２０Ｃ用の設置面１４Ｂが同一軸線上に一列に並んでいる。

このうち、薬液を流す流路を形成して隣接する手動操作弁３０Ａと空気圧操作弁２０Ａとの間は、両弁の軸中心位置を結ぶ軸線からオフセットされた連結流路部の連結流路１５により接続されている。
すなわち、一方の手動操作弁３０Ａ側では、設置面１４Ｃに弁体３１を収納設置する凹部の収納空間３２が略円筒形状に形成されており、該収納空間３２の下面（底部）には、下方の薬液流路１２に連通する薬液の入口開口３３が弁中心位置に開口している。また、空気圧操作弁２０Ａ側では、設置面１４Ａに弁体２１を収納設置する凹部の収納空間２２が略円筒形状に形成され、該収納空間２２の下面（底部）には、薬液の出口開口２３が弁中心位置に開口している。なお、手動操作弁３０Ａ及び空気圧操作弁２０Ａの弁中心位置は、同一軸線上に配置されている。

この場合、空気圧操作弁２０Ａ及び手動操作弁３０Ａは、プラグ型の弁体２１，３１を採用した構成とされる。このため、空気圧操作弁２０Ａ及び手動操作弁３０Ａの収納空間２２，３２は、薬液の滞留場所となるような凹部が全くない底部に形成される開口部の縁部を弁座として使用できる。すなわち、プラグ型とした弁体２１，３１の先端部が出口開口２３，３３に入り込むようにしてシールするので、出口開口２３，３３の縁部２３ａ，３３ａを弁座として使用することができる。従って、空気圧操作弁２０Ａ及び手動操作弁３０Ａの収納空間２２，３２は、底部に凹部のない構造となって薬液の滞留を防止することができる。

そして、手動操作弁３０Ａの収納空間３２となる凹部と空気圧操作弁２０Ａの収納空間２２となる凹部との間を連結する連結流路１５は、互いの弁中心位置を結ぶ軸中心線から平行移動させた位置に設けられている。図示の例では、互いの弁中心位置を結ぶ軸中心線から流体機器ユニット構造ＦＵの第２薬液流出流路１２Ｂ側へ平行移動されている。
また、この場合の連結流路１５は、流れ方向上流側から下流側へ下向きに傾斜して設けられている。すなわち、手動操作弁３０Ａ側の収納空間３２となる凹部が空気圧操作弁２０Ａ側の収納空間２２となる凹部より高い位置にあり、薬液の流れ方向において、薬液流路１２に近い上流側の手動操作弁３０Ａ側から下流側の空気圧操作弁２０Ａ側へ向けて、薬液が下向きに傾斜した連結流路１５を流れるようになっている。

このような構成を採用することにより、手動操作弁３０Ａから空気圧操作弁２０Ａに薬液が導入されると、この薬液は、略円形断面の収納空間２２に対して軸中心からずれた位置に流入する。このため、収納空間２２内には薬液の旋回流が生じるので、出口開口２１から離れた位置となる収納空間２２の外周側においても薬液の滞留は生じにくくなる。すなわち、収納空間２２内に流れ込んだ薬液は、旋回流を形成するため滞留して淀むことがなく、収納空間２２内を旋回して流れながら出口開口２３から流出する。このため、空気圧操作弁２０Ａの収納空間２２内においては、スラリ状の薬液が滞留しないので、薬液が淀んで凝固することを防止できる。

このような旋回流を形成する流路のオフセット構造は、図１に示した連結流路１５に限定されることはなく、たとえば図６に示すような変形例も可能である。なお、図６においては、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号が付されている。
この変形例では、互いの弁中心位置を結ぶ軸中心線と交差させた連結流路１５Ａが設けられている。このような連結流路１５Ａとしても、空気圧操作弁２０Ａの収納空間２２内には、上述した連結流路１５と同様の旋回流を形成することができる。

また、連結流路部となる連結流路１５は、流れ方向上流側から下流側へ下向きに傾斜している。このため、連結流路１５内においては、薬液の流れが止まっても自重により流下するので、連結流路１５内に薬液が滞留して凝固するようなことはない。
また、手動操作弁３０Ａ側においては、薬液が収納空間３２の下方から流入するとともに、プラグ型の弁体３１を採用したことにより底部に凹部のない形状の収納空間３２となっているので、収納空間３２内に残留した薬液は、入口開口３３を通って薬液流路１２へ流下するか、あるいは、連結流路１５を通って空気圧操作弁２０Ａ側へ流下する。この結果、手動操作弁３０Ａ内に薬液が残留し、その薬液が凝固することを防止できる。

上述したように、薬液循環と水循環とを行いつつ必要に応じて薬液を取り出す流路構成（流体回路）が、流体機器ユニットＦＵのベース部材内部に形成された各種流路を介して接続される複数の流体機器類（弁等）をベース部材１０に集積して一体化されている流体機器ユニット構造においては、薬液循環用の流路が、水循環用の流路に配置された弁の弁体収納空間を経由して形成されている。
すなわち、図１及び図４を参照して具体的に説明すると、薬液循環用の流路である第１薬液流出流路１２Ａ，１２Ｂが、水循環用の流路である第１純水流路１３Ａ，１３Ｂに配置された空気圧操作弁２０Ｃ，２０Ｄの弁体２１を収納する収納空間２２を経由して形成されている。

従って、図１及び図４に示す第１薬液流出流路１２Ａは、上述した手動操作弁３０Ａから空気圧操作弁２０Ａの収納空間２２に流入した後、連結流路１６を通って空気圧操作弁２０Ｃの収納空間２２に導かれる。そして、空気圧操作弁２０Ｃの開閉状態にかかわらず、同操作弁２０Ｃの収納空間２２が薬液の流路となり、第１薬液出口１２ｂに連通する第１薬液流出流路１２Ａの一部となっている。
このような流体機器ユニット構造ＦＵとすれば、薬液循環用の第１薬液流出流路１２Ａが、水（超純水）循環用の第１純水流路１３Ａに配置された空気圧操作弁２０Ｃの弁体２１を収納する収納空間２２を経由して形成されているので、ベース部材１０内に形成する流路の低減が可能になる。また、上述した流路構成では、空気圧操作弁２０Ａが収納空間２２の底面側に出口開口２３を備えていることから、空気圧操作弁２０Ｃの設置面１４Ｂを空気圧操作弁２０Ａの設置面１４Ａより低くすることで、両弁２０Ａ，２０Ｃ間に低部の薬液滞留部分が形成されることはない。

特に、上述した流路構成では、空気圧操作弁２０Ｃが収納空間２２にプラグ型の弁体２１を備え、水循環回路である超純水流路１３との間が、第１純水流路１３Ａを介して弁体２１の下方に連通されている。従って、手動操作弁３０Ａを全閉とし、空気圧操作弁２０Ａ，２０Ｃを全開にして超純水を供給すれば、手動操作弁３０Ａより下流側となる連結流路１５，１６及び収納空間２２の内部に残留する薬液を超純水により容易に置換・洗浄することができる。

上述したように、本発明の流体機器ユニットＦＵによれば、収納空間２２の空間内で旋回する流れを形成することにより、ベース部材１０ないに形成される薬液循環流路内に淀み領域Ｓが形成されることを防止することができる。特に、スラリ状の薬液のように凝固しやすい流体を取り扱う流体機器ユニットＦＵでは、薬液の滞留・凝固により内部に凝固物が固着することを防止または抑制できるので、薬液循環と水循環とを行いつつ必要に応じて薬液を取り出す用途に適したものとなり、しかも、薬液等の流体が凝固しにくいコンパクトな流体機器ユニット構造の提供が可能になる。

ところで、上述した実施形態においては、６つの設置面１４を設けたベース部材１０としたが、設置面１４の数や配置等については特に限定されることはなく、ユニット化する流体機器の数に応じて適宜変更可能である。また、薬液流路１２に設置される手動操作弁や空気圧操作弁等の流体機器類についても、上述した実施形態に限定されることはなく、配置の順序や数、手動や空気圧等の操作方式など、目的や用途に応じて、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

ＦＵ 流体機器ユニット
１０ ベース部材
１１ ベース固定板
１２ 薬液流路
１２Ａ 第１薬液流出流路
１２Ｂ 第２薬液流出流路
１３ 超純水流路
１３Ａ 第１純水流路
１３Ｂ 第２純水流路
１４ 設置面
１５，１５Ａ，１６ 連結流路
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ （第１〜第４の）空気圧操作弁
２１，３１ 弁体
２２，３２ 収納空間
２３ 出口開口
２３ａ，３３ａ 縁部
３０Ａ，３０Ｂ 手動操作弁
３１ 弁体
３２ 収納空間
３３ 入口開口

Claims (3)

1. ベース部材の内部に形成した流路を介して接続される複数の流体機器類を前記ベース部材に集積して一体化する流体機器ユニット構造において、
   前記ベース部材は、隣接する流体機器類間で高さの異なる複数の機器設置面を備え、該機器設置面を流れ方向上流側から下流側へ段階的に下げるとともに、
   薬液循環を行う薬液流路と、該薬液流路から分岐する薬液流出流路とを形成し、隣接する流体機器類間を連結する前記薬液流出流路の連結流路部が流れ方向上流側から下流側へ下向きに傾斜していることを特徴とする流体機器ユニット構造。
2. 前記薬液流出流路に水を循環させる流路からの分岐流路が連結され、前記薬液流出流路が、前記分岐流路に配置された弁の弁体収納空間を経由して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体機器ユニット構造。
3. 前記弁が前記弁体収納空間にプラグ型の弁体を備え、前記水循環回路が前記弁体の下方に連通されていることを特徴とする請求項２に記載の流体機器ユニット構造。

Images