JP6180267B2

JP6180267B2 - 流体駆動式遮断弁

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Publication number: JP6180267B2
Application number: JP2013204552A
Authority: JP
Inventors: 康典西村
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Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2017-08-16
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Description

本発明は、本体に形成された弁座と、弁座と当接または離間する弁体と、弁体と一体に連結された駆動部と、駆動部を駆動するための圧縮流体を供給するパイロット開閉弁とを有する流体駆動式遮断弁に関するものである。

従来、半導体製造装置のレジスト供給装置において、サックバック弁とエア駆動式遮断弁とを一体に形成した装置が使用されている。レジスト供給工程では、高精度のレジスト供給量制御が求められている。そのため、エア駆動式遮断弁のダイヤフラム弁体の動きの制御（開閉制御）が必要であった。例えば、特許文献１を参照。この場合、エア駆動式遮断弁の開閉制御は、電空レギュレータを使用している。電空レギュレータとは、一般に、給気用電磁弁と、排気用の電磁弁とを備え、供給される作動圧を適宜制御するために、両電磁弁の開度バランスを制御し、電気信号により圧力を調整するものである。
電空レギュレータの制御により、ダイヤフラム弁体の動きを制御し、ダイヤフラム弁体により発生するウォーターハンマー現象を調整している。

特開平5-346185号公報特開平11-82763号公報特開2004-138178号公報特許第5061258号公報特開2010-223264号公報

しかしながら、従来のエア駆動式遮断弁には、次のような問題があった。
（１）閉弁又は開弁信号が入力されてからダイヤフラム弁体が動き出すまでが遅く、処理工程に時間がかかっていた。
（２）ダイヤフラム弁体の開閉時間の再現性は、電空レギュレータの制御精度により決まる。そのため、ダイヤフラム弁体を閉弁させるときに、ダイヤフラム弁体の開閉時間の再現性には、バラツキがあった。この開閉時間とは、弁が開き始めるタイミングと、弁が閉まり始めるタイミングとの弁の移動速度のことである。近年、レジストの供給精度に対する要求が高まり、そのバラツキが問題となっており、サックバック弁の動きとの相対的関係が変動するという問題があった。
（３）電空レギュレータを長い時間使用していると、発熱する問題があった。電空レギュレータの発熱により、サックバック弁の樹脂製本体に変形が生じると、上記バラツキの原因となる。また、電空レギュレータの発熱により、レジスト液の特性に変化が生じる原因となる。
（４）ダイヤフラム弁を弁座から離間させて開弁するときに、応答が遅く、処理工程に時間がかかっていた。また、再現性が悪く、バラツキがあったため、供給するレジスト量にバラツキが生じる問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、ダイヤフラム弁体の開閉時間の再現性を高めると共に、開弁時・閉弁時の応答性を速くできる流体駆動式遮断弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の流体駆動式遮断弁は、次のような構成を有している。
（１）本体に形成された弁座と、前記弁座と当接または離間する弁体と、前記弁体と一体に連結された駆動部と、前記駆動部を駆動するための圧縮流体を供給するパイロット開閉弁とを有する流体駆動式遮断弁において、前記パイロット開閉弁が、（ａ）第１ニードル弁と、前記第１ニードル弁の開度を変更する第１モータと、前記パイロット開閉弁側から前記駆動部側に流れる圧縮流体のみを流す第１チェック弁と、（ｂ）第２ニードル弁と、前記第２ニードル弁の開度を変更する第２モータと、前記駆動部側から前記パイロット開閉弁側に流れる圧縮流体のみを流す第２チェック弁とを有すること、を特徴とする。

（２）（１）に記載する流体駆動式遮断弁において、前記駆動部のピストンはダイヤフラム方式であること、前記第１及び第２モータはステッピングモータであること、を特徴とする。

（３）（１）または（２）に記載する流体駆動式遮断弁において、サックバック弁と一体に構成され、前記流体駆動式遮断弁の出口流路が、前記サックバック弁の入口流路と連通していること、前記流体駆動式遮断弁は、前記サックバック弁に連動していること、を特徴とする。

（４）（３）に記載する流体駆動式遮断弁において、前記弁体はダイヤフラム弁体であること、前記サックバック弁の出口流路に連通するノズルの先端に、センサを設置し、前記センサにより、前記ノズルにおける流体の状態を把握し、前記第１ニードル弁の開度を変化させることにより前記ダイヤフラム弁体の閉弁速度を調整すること、前記センサにより、前記ノズルにおける流体の状態を把握し、前記第２ニードル弁の開度を変化させることにより前記ダイヤフラム弁体の開弁速度を調整すること、を特徴とする。

本発明の流体駆動式遮断弁は、次のような作用・効果を有する。
（１）本体に形成された弁座と、前記弁座と当接または離間する弁体と、前記弁体と一体に連結された駆動部と、前記駆動部を駆動するための圧縮流体を供給するパイロット開閉弁とを有する流体駆動式遮断弁において、前記パイロット開閉弁が、（ａ）第１ニードル弁と、前記第１ニードル弁の開度を変更する第１モータと、前記パイロット開閉弁側から前記駆動部側に流れる圧縮空気のみを流す第１チェック弁と、（ｂ）第２ニードル弁と、前記第２ニードル弁の開度を変更する第２モータと、前記駆動部側から前記パイロット開閉弁側に流れる圧縮流体のみを流す第２チェック弁とを有するので、弁体を弁座に当接・離間させて閉弁・開弁するときの応答を速くすることができ、処理工程時間を短縮することができる。また、パイロット開閉弁の駆動の制御を、電空レギュレータのような圧力制御ではなく、ニードル弁によるスピードコントロール制御とすることができる。そのため、ダイヤフラム弁体の開閉時間のバラツキを、低減することができ、サックバック弁との相対的関係を安定化することができる。さらに、ダイヤフラム弁体を弁座から離間させて開弁するときの応答性を速くすることができる。

（２）（１）に記載する流体駆動式遮断弁において、前記駆動部のピストンはダイヤフラム方式であること、前記第１及び第２モータはステッピングモータであること、を特徴とするので、ピストンの摺動抵抗が低く、制御性が高い。また、ステッピングモータはコンパクトで安価であるため、コストを削減することができる。さらに、非通電状態では、ニードルのネジ部及びＯリングの保持力により、ニードル弁の開度変化を抑制し、ニードル弁開度を固定することができる。

（３）（１）または（２）に記載する流体駆動式遮断弁において、サックバック弁と一体に構成され、前記流体駆動式遮断弁の出口流路が、前記サックバック弁の入口流路と連通していること、前記流体駆動式遮断弁は、前記サックバック弁に連動していること、を特徴とするので、流体駆動式遮断弁とサックバック弁の動作のタイミングを合わせることができる。また、本発明による流体駆動式遮断弁は応答性、繰り返し再現性が高いため、短時間で繰り返しサックバック弁による供給量制御が可能となる。さらに、流体駆動式遮断弁の駆動部は、電空レギュレータのように発熱することがないため、樹脂製本体が変形することがなく、また、熱によるレジスト液の特性変化がない。このため、供給するレジスト量を安定化させることができる。

（４）（３）に記載する流体駆動式遮断弁において、前記弁体はダイヤフラム弁体であること、前記サックバック弁の出口流路に連通するノズルの先端に、センサを設置し、前記センサにより、前記ノズルにおける流体の状態を把握し、前記第１ニードル弁の開度を変化させることにより前記ダイヤフラム弁体の閉弁速度を調整すること、前記センサにより、前記ノズルにおける流体の状態を把握し、前記第２ニードル弁の開度を変化させることにより前記ダイヤフラム弁体の開弁速度を調整すること、を特徴とするので、ニードル弁の開度を遠隔操作によって自動で調整することができる。

本発明の第１実施形態に係るエア駆動式遮断弁の断面図である。図１のＪ矢視図である。図２の一部拡大図である。図１のＫ矢視図である。エア駆動式遮断弁のエア回路図である。エア駆動式遮断弁の閉弁動作の速度を示す図である。エア駆動式遮断弁の開閉動作の速度を示す図である。従来のエア駆動式遮断弁の開閉動作の速度を示す図である。エア駆動式遮断弁の開弁動作の再現性を示す図である。エア駆動式遮断弁の閉弁動作の再現性を示す図である。第２実施形態に係るエア駆動式遮断弁とサックバック弁が一体に構成された断面図である。第３実施形態に係るエア駆動式遮断弁の回路図である。

本発明のエア駆動式遮断弁の第１実施形態について、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。図１は、エア駆動式遮断弁の断面図である。図２は、図１のＪ矢視一部断面図であり、図３は、図２のＷ部拡大図である。図４は、図１のＫ矢視図である。図５は、エア駆動式遮断弁のエア回路図である。
＜第１実施形態＞
（エア駆動式遮断弁のエア回路）
はじめに、エア駆動式遮断弁１のエア回路について、図５を用いて説明する。
エア駆動式遮断弁１のエア回路は、エア給気口４３、三方弁である開閉弁４５、ニードル弁３５Ａ、ニードル弁３５Ｂ、及びエア駆動部Ｘ２が、直列に接続している。ニードル弁３５Ａ、ニードル弁３５Ｂには、各々チェック弁３３Ａ、チェック弁３３Ｂが並列に接続している。チェック弁３３Ａは、パイロット開閉弁Ｘ１側からエア駆動部Ｘ２側に流れるエアのみを流す。チェック弁３３Ｂは、エア駆動部Ｘ２側からパイロット開閉弁Ｘ１側に流れるエアのみを流す。ニードル弁３５Ａ、ニードル弁３５Ｂには、各々モータ３１Ａ、モータ３１Ｂが接続している。モータ３１Ａ、モータ３１Ｂ、ニードル弁３５Ａ、ニードル弁３５Ｂ、チェック弁３３Ａ、チェック弁３３Ｂにより、パイロット開閉弁Ｘ１が構成される。

エアを供給するとき、エアは、エア給気口４３より、開閉弁４５を介してパイロット開閉弁Ｘ１に供給される。エアは、主にチェック弁３３Ａを通過する。チェック弁３３Ｂは逆止弁であるため、通過せず、ニードル弁３５Ｂを通過し、エア駆動部Ｘ２に供給される。
一方、開閉弁４５を介してエアを排気するとき、エアは、エア駆動部Ｘ２より、主にチェック弁３３Ｂを通過する。チェック弁３３Ａは逆止弁であるため、通過せず、ニードル弁３５Ａを通過し、エア排気口４２から排気される。

（エア駆動式遮断弁の構成）
図５に示すエア回路を実現するための具体的なエア駆動式遮断弁１の構造を説明する。エア駆動式遮断弁１は、図１に示すように、遮断弁駆動部Ｘと、本体弁部Ｙから構成される。
本体弁部Ｙは、ボディ１１を有する。ボディ１１には、レジスト液が流入する入口流路１１２と、レジスト液が流出する出口流路１１３が形成されている。ボディ１１の中央部には、弁座１１１が形成されている。

遮断弁駆動部Ｘは、パイロット開閉弁Ｘ１と、エア駆動部Ｘ２を有している。
エア駆動部Ｘ２は、駆動弁室１８が形成されたボディ下部材１４とボディ上部材２２を有している。ボディ下部材１４とボディ上部材２２の間には、駆動部材１３が挟持されている。駆動部材１３は、シリンダ１４１内を摺動する。ボディ下部材１４とボディ１１の間には、弁座１１１と当接または離間するダイヤフラム弁体１２が挟持されている。

ダイヤフラム弁体１２の上部には、駆動部材１３がダイヤフラム弁体１２と一体的に連結している。駆動部材１３の外周面には凹部１３１が形成され、そこにエアが漏れることを防ぐためのＯリング１５が付設されている。駆動部材１３の上部には、凸部１３２が形成されている。凸部１３２にはバネ保持部材１６が取り付けられ、ダイヤフラム１８１の内周側を挟持している。バネ保持部材１６の上面には、バネ１７の一端が当接している。バネ１７の他端はボディ上部材２２に当接している。ダイヤフラム１８１の外周側は、ボディ上部材２２とボディ下部材１４により挟持されている。ボディ下部材１４、駆動部材１３とダイヤフラム１８１により、駆動弁室１８が形成されている。駆動弁室１８の下面には、流路１４２が形成されている。ボディ下部材１４の一側面には、流路２０１が形成された流路ボディ２０が取り付けられている。流路２０１と流路１４２は、Ｏリング１９を介して当接され、連通している。

パイロット開閉弁Ｘ１は、図２に示すように、同じ構造を有する２つのパイロット開閉弁Ｘ１Ａ、パイロット開閉弁Ｘ１Ｂが並列に設置されている。パイロット開閉弁Ｘ１Ａが、開閉弁４５側に設置され、パイロット開閉弁Ｘ１Ｂがエア駆動部Ｘ２側に設置されている。パイロット開閉弁Ｘ１により、駆動部材１３を駆動するためのエアを、エア駆動部Ｘ２に給排気する。

パイロット開閉弁Ｘ１Ａ、Ｘ１Ｂの構造は基本的に同じである。そのため、パイロット開閉弁Ｘ１Ａを、図３を用いて説明し、パイロット開閉弁Ｘ１Ｂの説明を割愛する。
パイロット開閉弁Ｘ１は、ボディ３８を有している。ボディ３８の内部には、固定部材４０が固定されている。ボディ３８の上面には、カバー２９が取り付けられている。さらにカバー２９の上面には、モータ３１（パイロット開閉弁Ｘ１Ａのモータは、モータ「３１Ａ」であるが、説明文が煩雑となるため「Ａ」について省略する。以下、同じ。）が取り付けられている。モータ３１の出力軸３１１には、ドライバ３４が取り付けられている。ドライバ３４は、上下動部材３２の上面に形成された溝３２２と係合している。上下動部材３２の外周面には、雄ネジ部３２３が形成されている。雄ネジ部３２３は、雌ネジ部材３９の内周面に形成された雌ネジ部３９１とネジ連結している。ドライバ３４が時計回りに回転させると、上下動部材３２は下方へ移動する。ドライバ３４を反時計周りに回転させると、上下動部材３２は上方へ移動する。

雌ネジ部材３９は、固定部材４０の上部内側一体的に取り付けられている。上下動部材３２の下部は、ニードル弁体３２１が形成されており、ニードル弁体３２１は下へいくほど径が小さくなる。固定部材４０には、ニードル弁座４０１が形成されている。モータ３１が駆動することにより、ニードル弁体３２１とニードル弁座４０１の開度を変更する。すなわち、モータ３１で上下動部材３２を上下動させることにより、ニードル弁体３２１をニードル弁座４０１に対して相対的に移動させる。ニードル弁体３２１がニードル弁座４０１と相対的に移動することにより、ニードル弁体３２１とニードル弁座４０１との隙間が変化して、開度を変更する。ニードル弁体３２１とニードル弁座４０１によりニードル弁３５が構成される。モータ３１を駆動して、ニードル弁３５の開度変更を遠隔操作できるため、遠隔操作でダイヤフラム弁体１２が弁座１１１と当接・離間する開閉速度を調整することができる。

上下動部材３２の中央下部分には、凹部３２４が形成されており、エアが漏れることを防止するためのＯリング４１が設置されている。固定部材４０の下方は径が小さくなっており、その外周面にはチェック弁３３が固定されている。チェック弁３３は、径方向外方に傘状に広がり、弾性変形可能である。チェック弁３３のうち、チェック弁３３Ａは、開閉弁４５側から駆動弁室１８側に流れるエアのみを流し、チェック弁３３Ｂは、駆動弁室１８側から開閉弁４５側に流れるエアのみを流す。

ボディ３８の一側面には、流路ボディ２０が取り付けられている。流路２０１と第２流路３６Ｂは、Ｏリング２１により当接して、連通している。第２流路３６Ｂと第１流路３７Ｂは、チェック弁３３Ｂ、ニードル弁３５Ｂを介して連通している。パイロット開閉弁Ｘ１Ｂの第１流路３７Ｂとパイロット開閉弁Ｘ１Ａの第１流路３７Ａは、ボディ３８に形成されたＶ字流路３８１により連通している。第１流路３７Ａと第２流路３６Ａは、チェック弁３３Ａ、ニードル弁３５Ａを介して連通している。エアは、第２流路３６Ａから図１に示す流路３８２に連通し、開閉弁４５を介してエア給気口４３、またはエア排気口４２に連通する。

遮断弁駆動部Ｘの側面には、図１に示すように、コネクタ４４が配置されており、１０本のケーブル４６を有している。ケーブル４６は、それぞれモータ３１と開閉弁４５に接続している。またコネクタ４４の下方には、図４に示すように、エア給気口４３とエア排気口４２が配置されている。

なお、図３に示すように、パイロット開閉弁Ｘ１Ａのニードル弁体３２１Ａとニードル弁座４０１Ａは、請求項に記載する第１ニードル弁に相当し、モータ３１Ａは、請求項に記載する第１モータに相当し、チェック弁３３Ａは、請求項に記載する第１チェック弁に相当する。また、パイロット開閉弁Ｘ１Ｂのニードル弁体３２１Ｂとニードル弁座４０１Ｂは、請求項に記載する第２ニードル弁に相当し、モータ３１Ｂは、請求項に記載する第２モータに相当し、チェック弁３３Ｂは、請求項に記載する第２チェック弁に相当する。また、本体弁部Ｙは、請求項に記載する本体に相当する。駆動部材１３は、請求項に記載する駆動部に相当する。

（エア駆動式遮断弁の作用・効果）
はじめに、エア駆動式遮断弁１の閉弁動作について説明する。閉弁動作とは、開弁状態から閉弁状態になるときをいう。図１に示す開閉弁４５の切換により、エア排気口４２と流路３８２が連通することによりエアが排気されると、駆動弁室１８に充満していたエアは流路１４２、流路２０１を介して第２流路３６Ａに排気される。この流れを詳しく説明すると、図３に示すように、下から上へ流れるエアの圧力により、チェック弁３３Ｂのリップ部が内側に向かって弾性変形し、流路が形成される。これにより、主にチェック弁３３Ｂを介して、第２流路３６Ｂから第１流路３７Ｂにエアが排気される。

第１流路３７ＢからＶ字流路３８１を介し、第１流路３７Ａにエアが供給される。このとき、上から下へ流れるエアの圧力により、チェック弁３３Ａのリップ部が外側に向かって弾性変形し、流路を塞ぐ。一方、ニードル弁体３２１Ａは予めモータ３１Ａにより所定の位置に設定されており、通常は動かない。ニードル弁体３２１Ａとニードル弁座４０１Ａとの間に所定の隙間ができ、流路が形成される。これにより、ニードル弁座４０１Ａに形成された流路を介して、第１流路３７Ａから第２流路３６Ａにエアが徐々に通過する。第２流路３６Ａより、流路３８２、開閉弁４５を介し、エア排気口４２でエアは排気される。

ここで、本発明のエア駆動式遮断弁１の閉弁動作の速度について、従来の電空レギュレータを用いた圧力制御による遮断弁と比較しつつ、図６を用いて説明する。図６中の３つのグラフは、縦軸が（１）操作信号、（２）駆動弁室内の圧力、（３）ダイヤフラム弁体の弁ストロークを示し、横軸は全て時間を示している。（２）、（３）の実線Ｃは本発明のエア駆動式遮断弁１を示し、破線Ｄは従来の電空レギュレータを用いた圧力制御による遮断弁を示す。

従来の電空レギュレータを用いた圧力制御による遮断弁では、（１）操作信号が、時間Ｔ１において、給気信号から排気信号に切り替わると、（２）駆動弁室内では圧力がリニアに低下し始める。ダイヤフラム弁体が下降し始める圧力数値、すなわち閾値Ｅに達するとき、（３）ダイヤフラム弁体の弁ストロークが小さくなり始める。すなわち、従来の遮断弁の場合は、時間Ｔ３に閾値Ｅに達し、弁ストロークも小さくなる。次に、ダイヤフラム弁体が弁座に当接する瞬間の圧力数値、すなわち閾値Ｆに達するとき、閉弁状態になる。すなわち、従来の遮断弁の場合は、時間Ｔ４に閾値Ｆに達し、閉弁状態になる。操作信号が切り替わった後から弁ストロークが変化を始めるまでの時間をＴＫで示す。また、操作信号が切り替わった後から閉弁状態になるまでの時間をＴＤで示す。

一方、本発明のエア駆動式遮断弁１では、（１）操作信号が、時間Ｔ１において、給気信号から排気信号に切り替わると、（２）駆動弁室１８内の圧力は、固定オリフィスから大気へ開放する際の圧力降下カーブを描くため、最初エアが一挙に流れ出し、急激に下がる。そのため、従来の遮断弁よりも早い時間Ｔ２で閾値Ｅに達する。また、時間Ｔ２から時間Ｔ３の間、すなわち閉弁動作の間、図６（２）に示す駆動弁室１８内の圧力の下降は、従来の遮断弁の駆動弁室内圧力の下降と同じ傾きで減少する。さらに、従来の遮断弁よりも早い時間Ｔ３で閾値Ｆに達し、閉弁状態となる。操作信号が切り替わった後から弁ストロークが変化を始めるまでの時間をＴＨで示す。また、操作信号が切り替わった後から閉弁状態になるまでの時間をＴＣで示す。

このことから、従来の電空レギュレータを用いた圧力制御による遮断弁よりも、本発明のエア駆動式遮断弁１の方が、操作信号が切り替わった後、弁ストロークが変化を始めるまでの時間が約２分の１（ＴＨ／ＴＫ）となり、閉弁状態となる間での時間が約３分の２（ＴＣ／ＴＤ）となる。よって、操作信号が切り替わった後、本発明のエア駆動式遮断弁１は、応答性が非常に高い。これにより、ダイヤフラム弁体１２を弁座１１１に当接させて閉弁するときの応答を速くすることができ、電空レギュレータより本発明のエア駆動式遮断弁１の方が応答時間を速くすることができる。

次に、エア駆動式遮断弁１の開弁動作について説明する。開弁動作とは、閉弁状態から開弁状態になるときをいう。図４に示すように、エア給気口４３より、開閉弁４５、及び流路３８２を介してエアは第２流路３６Ａに供給される。下から上へ流れるエアの圧力により、チェック弁３３Ａは弾性変形し、流路が形成される。エアが供給される間、チェック弁３３Ａは常に弾性変形し、流路が形成される。また、ニードル弁体３２１Ａは、予めモータ３１Ａにより所定の位置に設定されている。ニードル弁座４０１Ａとの間には、所定の隙間があり、これにより流路が形成される。主にチェック弁３３Ａを介して、第２流路３６Ａから第１流路３７Ａにエアが供給される。

第１流路３７ＡからＶ字流路３８１を介し、第１流路３７Ｂにエアが供給される。このとき、上から下へ流れるエアの圧力により、チェック弁３３Ｂのリップ弁が外側に向かって弾性変形し、流路を塞ぐ。ニードル弁体３２１Ｂは予めモータ３１Ｂにより所定の位置に設定されている。ニードル弁座４０１Ｂとの間には、所定の隙間があり、流路が形成される。これにより、ニードル弁座４０１Ｂに形成された流路を介して、第１流路３７Ｂから第２流路３６Ｂにエアが供給される。第２流路３６Ｂから流路２０１、流路１４２を介して、エアは駆動弁室１８に供給される。駆動弁室１８内がエアで満たされ、バネ１７の付勢力がエアの圧力により生じる力より小さくなると、バネ１７は収縮し、駆動部材１３は上方へ移動する。これに伴い、ダイヤフラム弁体１２は弁座１１１より離間し、開弁状態となり、レジスト液は入口流路１１２から、出口流路１１３に流れる。

ここで、エア駆動式遮断弁１を、全体の動作速度について、従来の電空レギュレータを用いた遮断弁と比較しつつ、図７及び図８を用いて説明する。図７は、本発明のエア駆動式遮断弁１を用いた開閉速度を示した図であり、図８は従来の電空レギュレータを用いた遮断弁を用いた開閉速度を示した図である。図７及び図８の３つのグラフは、縦軸が（１）操作信号、（２）遮断弁の弁開度、（３）サックバック弁のサックバック量を示し、横軸は全て時間を示している。
時間Ｔ０で、操作信号が排気信号から給気信号に切り替わると、従来の電空レギュレータを用いた遮断弁は、電空レギュレータの電気的な制御による供給圧力昇圧に時間を要し、遮断弁が開弁動作に入るまで時間ＴＪかかる。これに対し、本発明のエア駆動式遮断弁１は、開閉弁４５を切り換えると同時に圧力供給状態となるため、開弁動作に入るまで時間ＴＧかかる。時間ＴＪと比較すると約２分の１の時間短縮することができる。よって、ダイヤフラム弁体１２を弁座１１１から離間させて開弁するとき、当接させて閉弁するときの応答を速くすることができる。
また、図６で説明したように、操作信号が給気信号から排気信号に切り替わると、従来の遮断弁は、遮断弁が閉弁動作に入るまでの時間ＴＫかかる。これに対し、本発明のエア駆動式遮断弁１は、閉弁動作に入るまでの時間ＴＨかかる。時間ＴＫと比較すると約２分の１の時間短縮することができる。

次に、ダイヤフラム弁体の開閉時間の再現性について、図９及び閉弁動作を示す図１０を用いて説明する。図９及び図１０は、エア駆動式遮断弁１の２次側に圧力センサを設け、計測したものである。図９及び図１０の縦軸は圧力［ｋＰａ］・指令電圧波形を示し、横軸は時間を示す。
操作信号が、レジスト液の供給開始信号に切り替わると（Ｇ１で示す。）、エア駆動式遮断弁１は開弁し、レジスト液が入口流路１１２から出口流路へ流れ、２次側の圧力が高まる（Ｈ１で示す。）。この開弁動作を１０回繰り返した場合、波形の立ち上がりのタイミングや傾斜のバラツキは、従来のエア駆動式遮断弁に比較し半減する。同様に、操作信号が、レジスト液の供給停止信号に切り替わると（Ｇ２で示す。）、エア駆動式遮断弁１は閉弁し、レジスト液の供給は停止し、２次側の圧力は弱まる（Ｈ２で示す。）。これは、エア駆動式遮断弁１のニードル弁３５は、予め所定の位置に固定され、電空レギュレータによる制御のような多くのバラツキ要因をキャンセルできるため、バラツキを小さくすることができるからである。そのため、開弁時においても、閉弁時においても、ダイヤフラム弁体１２の開閉時間の再現性が高い。すなわち、エア駆動式遮断弁１の駆動の制御を、電空レギュレータのような圧力制御ではなく、固定されたニードル弁３５によるスピードコントロール制御とすることができるため、ダイヤフラム弁体１２の開閉時間の再現性が高い。
また、駆動弁室１８側に駆動エア供給流量制御用のニードル弁３５Ｂを設けることで、ダイヤフラム弁体１２を開弁するために必要な供給エア量を減らすことができ、応答性を高めることができる。また、開閉弁４５側に駆動エア排気流量制御用のニードル弁３５Ａを設けることで、ダイヤフラム弁体１２を閉弁するために必要な排気エア量をニードル弁３５Ａまでの流路を含めて増やすことができる。そのため、排気スピードの制御性を高めることができる。

以上、説明したように、本発明のエア駆動式遮断弁１によれば、ダイヤフラム弁体１２を弁座１１１に当接・離間させて閉弁・開弁するときの応答を速くすることができ、処理工程時間を短縮することができる。また、パイロット開閉弁Ｘ１の駆動の制御を、電空レギュレータのような圧力制御ではなく、ニードル弁３５によるスピードコントロール制御とすることができるため、ダイヤフラム弁体１２の開閉時間のバラツキを、低減することができる。また、エア駆動式遮断弁１からサックバック弁への流体の供給開始・供給停止のタイミングや供給流量の繰り返しバラツキを低減することができる。さらに、モータ３１にステッピングモータを採用することで、制御回路や制御信号が簡素化でき、パイロット開閉弁Ｘ１をコンパクト化、安価とすることができる。また、非通電状態では、上下動部材３２の雄ネジ部３２３及びＯリング４１の保持力により、ニードル弁３５の開度変化を抑制し、ニードル弁開度を固定することができる。また、ニードル弁３５を電気的に遠隔操作できるため、遠隔操作でエア駆動式遮断弁の開閉速度を調整することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るエア駆動式遮断弁１は、第１実施形態に係るエア駆動式遮断弁１と構成は同じである。よって、異なる構成のみ説明する。なお、同じ構成物は同じ番号で記載することで説明を割愛する。図１１に、第２実施形態に係るエア駆動式遮断弁１の断面図を示す。
図１１に示すように、エア駆動式遮断弁１は、液垂れ状態を調整するためのサックバック弁Ｚと一体に構成されている。エア駆動式遮断弁１の出口流路１１３が、サックバック弁Ｚの入口流路と連通している。
サックバック弁Ｚは、ダイヤフラム弁体６２を有している。ダイヤフラム弁体６２により空間６１が形成されている。ダイヤフラム弁体６２は、バネ６３により上向きに付勢されている。またエアが供給される弁室６４を有している。弁室６４にエアが供給されるとバネ６３は収縮し、ダイヤフラム弁体６２は下降し、空間６１は小さくなる。一方、弁室６４からエアが排出されると、バネ６３は伸長し、空間６１は大きくなる。サックバック弁Ｚは、閉弁時にのみ必要であるため、エア駆動式遮断弁１の開弁時から閉弁時までの間、引ける状態、すなわちダイヤフラム弁体６２を下降させ、空間６１を小さくしておく。

図７に示すように、エア駆動式遮断弁１の開閉動作の速度は、従来のエア駆動式遮断弁よりも速い。従来のエア駆動式遮断弁が開閉動作を行い、サックバック弁の動作が完了するまでの１サイクルは、時間ＴＬで示される。一方、本発明のエア駆動式遮断弁１が開閉動作を行い、サックバック弁の動作が完了するまでの１サイクルは、時間ＴＬよりも短い時間ＴＩで示される。このように、エア駆動式遮断弁１の応答性が高められたことにより、１サイクルにかかる時間を短くすることができる。ここで、時間ＴＩ−時間ＴＬの差異は小さい。しかし、開閉動作は繰り返し行われるため、この差異が累積されるとその差は大きくなる。よって、処理工程時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。また、エア駆動式遮断弁１によれば、エア駆動式遮断弁１とサックバック弁Ｚの動作のタイミングを合わせることができる。また、本発明によるエア駆動式遮断弁１は応答性、繰り返し再現性が高いため、短時間で繰り返しサックバック弁Ｚによる供給量制御が可能となる。さらに、エア駆動式遮断弁１の駆動部材１３は、電空レギュレータのように発熱することがないため、樹脂製本体が変形することがなく、また、熱によるレジスト液の特性変化がない。このため、供給するレジスト量を安定化させることができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係るエア駆動式遮断弁１は、第１実施形態に係るエア駆動式遮断弁１と構成は同じである。よって、異なる構成のみ説明する。なお、同じ構成物は同じ番号で記載することで説明を割愛する。図１２に、第３実施形態に係るエア駆動式遮断弁１の回路図を示す。
サックバック弁Ｚは、図１１に示すように、出口流路１１４を有する。その出口流路１１４は、図１２に示すように、ノズル６５が接続している。ノズル６５の先端に、センサ６６が設置されている。センサ６６は、制御装置６７に接続されている。センサ６６が、ノズル６５における流体の状態を把握する。制御装置６７は、レジスト液の流出時間を所定時間毎に平均値として算出する。この算出した平均値が適正範囲から逸脱したときに、モータを遠隔操作して適性範囲内に入るように制御を行っている。これにより、エア駆動式遮断弁１のニードル弁３５の開度を遠隔操作により自動で調整することができる。

なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、本実施形態では、モータ３１を用いているが、モータ３１に減速機を付加し、回転角度を細かくすることで微調整をすることができる。また、モータ３１の温度が上がり過ぎるのを防止するため、温度ヒューズを取り付けても良い。また、モータ３１にサーボモータを用いても良い。
例えば、本実施形態では、駆動用流体としてエアを用いているが、エア以外の不活性ガスを用いても良い。
例えば、本実施形態では、駆動用ピストンを用いているが、Ｏリング摺動方式でも良い。
例えば、本実施形態では、ダイヤフラム弁体１２を用いているが、ダイヤフラム部のない単なる弁シートでも良い。

１エア駆動式遮断弁
１２ダイヤフラム弁体
１３駆動部材
３１Ａモータ
３１Ｂモータ
３３Ａチェック弁
３３Ｂチェック弁
３５Ａニードル弁
３５Ｂニードル弁
３６第２弁室
３７第１弁室
６５ノズル
６６センサ
Ｘ遮断弁駆動部
Ｘ１パイロット開閉弁
Ｘ２エア駆動部
Ｙ本体弁部
Ｚサックバック弁

Claims

本体に形成された弁座と、前記弁座と当接または離間する弁体と、前記弁体と一体に連結された駆動部と、前記駆動部を駆動するための圧縮流体を供給するパイロット開閉弁とを有する流体駆動式遮断弁において、
前記パイロット開閉弁が、（ａ）第１ニードル弁と、前記第１ニードル弁の開度を変更する第１モータと、前記パイロット開閉弁側から前記駆動部側に流れる圧縮流体のみを流す第１チェック弁と、（ｂ）第２ニードル弁と、前記第２ニードル弁の開度を変更する第２モータと、前記駆動部側から前記パイロット開閉弁側に流れる圧縮流体のみを流す第２チェック弁とを有すること、
を特徴とする流体駆動式遮断弁。
請求項１に記載する流体駆動式遮断弁において、
前記駆動部のピストンは、ダイヤフラム方式であること、
前記第１及び第２モータは、ステッピングモータであること、
を特徴とする流体駆動式遮断弁。
請求項１または請求項２に記載する流体駆動式遮断弁において、
サックバック弁と一体に構成され、前記流体駆動式遮断弁の出口流路が、前記サックバック弁の入口流路と連通していること、
前記流体駆動式遮断弁は、前記サックバック弁に連動していること、
を特徴とする流体駆動式遮断弁。
請求項３に記載する流体駆動式遮断弁において、
前記弁体はダイヤフラム弁体であること、
前記サックバック弁の出口流路に連通するノズルの先端に、センサを設置し、
前記センサにより、前記ノズルにおける流体の状態を把握し、前記第１ニードル弁の開度を変化させることにより前記ダイヤフラム弁体の閉弁速度を調整すること、
前記センサにより、前記ノズルにおける流体の状態を把握し、前記第２ニードル弁の開度を変化させることにより前記ダイヤフラム弁体の開弁速度を調整すること、
を特徴とする流体駆動式遮断弁。