(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプから機器へ純水を供給するための純水供給配管に連通するタンクを備えた純水用アキュムレータであって、
上記タンク上部に、このタンク内に不活性ガスを導入するための、弁を備えたガス導入口が設けられ、
上記タンク内の純水の水位が上限レベルを超えたか否かを検出する高水位センサを備え、
かつ、停電時に一定期間動作するタイマを備え、このタイマの動作中、上記ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入することを特徴とする純水用アキュムレータ。
【請求項２】
ポンプから機器へ純水を供給するための純水供給配管に連通するタンクを備えた純水用アキュムレータであって、
上記タンク上部に、このタンク内に不活性ガスを導入するための、弁を備えたガス導入口が設けられ、
上記タンク上部に、このタンク外へ不活性ガスを排出するための、弁を備えたガス排気口が設けられ、
上記タンク内の純水の水位が下限レベルを下回ったか否かを検出する低水位センサを備え、
かつ、停電時に一定期間動作するタイマを備え、このタイマの動作中、上記ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入することを特徴とする純水用アキュムレータ。
【請求項３】
ポンプから機器へ純水を供給するための純水供給配管に連通するタンクを備えた純水用アキュムレータであって、
上記タンク上部に、このタンク内に不活性ガスを導入するための、弁を備えたガス導入口が設けられ、
上記タンクの、純水の水位のための下限レベルに、上記タンク内の純水の水位がその下限レベルよりも下または上のいずれにあるかに応じて自ら開閉する弁を備えたガス抜き口が設けられ、
かつ、停電時に一定期間動作するタイマを備え、このタイマの動作中、上記ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入することを特徴とする純水用アキュムレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は純水用アキュムレータに関する。より詳しくは、ポンプから各種機器へ純水（超純水と呼ばれるものを含む）を供給するための純水供給配管の途中に、純水の圧力変動を緩和するために設けられるアキュムレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に示すように、ポンプ１８０から機器１９０へ作動流体Ｆを供給する場合、供給配管１８１の途中にアキュムレータ１７０が設けられることが多い。従来のアキュムレータ１７０は、供給配管１８１に連通する密閉タンク（部分的に破断して示す）１７１を備え、このタンク内にガス入りゴム風船１７２を設けて構成されている。供給配管１８１を流れる作動流体の圧力が変動したとき、タンク１７１内のゴム風船１７２が内部のガスＧとともに膨張又は収縮することによって、機器１９０、例えば静圧軸受に供給される作動流体Ｆの圧力変動を緩和することができる。また、停電によってポンプが突然停止したとき、機器１９０の静圧軸受によって支持されたスピンドルが停止するまでの間（停電時にはスピンドルにブレーキをかけられないため、比較的長時間となる）、作動流体Ｆの圧力レベルを静圧軸受に必要な範囲内に維持することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機器１９０が作動流体として純水を使用するもの、例えばＥＥＭ（弾性放散加工；Ｅlastic Ｅmission Ｍachining）を利用した研磨装置である場合、上述のアキュムレータ１７０では、純水がゴム風船１７２の材料に接触して汚染されるため、機器１９０の動作に悪影響を及ぼすという問題がある。このため、上述のアキュムレータ１７０はＥＥＭを利用した研磨装置には用いることはできない。
【０００４】
ここで、ゴム風船を用いず、タンク上部に不活性ガス（機器の動作に影響を与えないＮ2やＡｒ等のガス）を溜めて、このガスの圧力によって直接純水の圧力制御を行う方式も考えられる。この方式によれば、ゴム風船を介して圧力制御を行う場合と異なり、純水が汚染されることはない。しかし、タンク上部の不活性ガスが純水に溶け込んでタンク上部のガス量が次第に減少する結果、純水の圧力変動を緩和する等の機能が低下するという問題が生ずる。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、純水を汚染しないように不活性ガスの圧力によって直接純水の圧力制御を行う純水用アキュムレータであって、純水の圧力変動を緩和する等の機能を良好に維持できるものを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の純水用アキュムレータは、ポンプから機器へ純水を供給するための純水供給配管に連通するタンクを備えた純水用アキュムレータであって、上記タンク上部に、このタンク内に不活性ガスを導入するための、弁を備えたガス導入口が設けられ、上記タンク内の純水の水位が上限レベルを超えたか否かを検出する高水位センサを備え、かつ、停電時に一定期間動作するタイマを備え、このタイマの動作中、上記ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入することを特徴とする。
【０００７】
この請求項１の純水用アキュムレータでは、最初にガス導入口の弁が開にされて、ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスが導入される。タンク内が不活性ガスで満たされた後、このガス導入口の弁は閉じられる。動作時には、ポンプによって圧送される純水が純水供給配管からタンク内に導入され、不活性ガスは圧縮されてタンク上部に溜まる。タンク上部の不活性ガスによって押圧された純水は、タンクから純水供給配管を通して機器へ送られる。このタンク上部の不活性ガスの圧力によって直接純水の圧力制御が行われる。すなわち、ポンプの発生圧力が低下したときはタンク上部の不活性ガスが膨張する一方、ポンプの発生圧力が上昇したときはタンク上部の不活性ガスが収縮して、純水の圧力変動を緩和する。不活性ガスの圧力によって直接純水の圧力制御を行うので、純水が汚染されることがなく、機器の動作に悪影響を及ぼすことはない。
【０００８】
動作を継続すると、不活性ガスが純水に溶け込んでタンク上部のガス量が減少する結果、タンク内の純水の水位が上限レベルを超えようとする場合が生ずる。このとき、高水位センサがそれを検出する。この高水位センサの出力信号に基づいてガス導入口の弁を一時的に開くことにより、ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを追加して導入することができ、タンク内の純水の水位を上限レベル以下に維持することができる。したがって、純水の圧力変動を緩和する等の機能が良好に維持される。
また、請求項１の純水用アキュムレータでは、タイマが動作する期間は、停電時から機器が完全に停止するまでの期間を超えるように予め設定される。そして、停電によってポンプが突然停止したとき、上記タイマの動作中、上記ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入する。したがって、停電後に機器が完全に停止するまでの間、純水の圧力レベルが機器に必要な範囲内に確実に維持される。
【０００９】
請求項２に記載の純水用アキュムレータは、ポンプから機器へ純水を供給するための純水供給配管に連通するタンクを備えた純水用アキュムレータであって、上記タンク上部に、このタンク内に不活性ガスを導入するための、弁を備えたガス導入口が設けられ、上記タンク上部に、このタンク外へ不活性ガスを排出するための、弁を備えたガス排気口が設けられ、上記タンク内の純水の水位が下限レベルを下回ったか否かを検出する低水位センサを備え、かつ、停電時に一定期間動作するタイマを備え、このタイマの動作中、上記ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入することを特徴とする。
【００１０】
この請求項２の純水用アキュムレータでは、請求項１と同様に、最初にガス導入口の弁が開にされて、ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスが導入される。タンク内が不活性ガスで満たされた後、このガス導入口の弁は閉じられる。動作時には、ポンプによって圧送される純水が純水供給配管からタンク内に導入され、不活性ガスは圧縮されてタンク上部に溜まる。タンク上部の不活性ガスによって押圧された純水は、タンクから純水供給配管を通して機器へ送られる。このタンク上部の不活性ガスの圧力によって直接純水の圧力制御が行われる。すなわち、ポンプの発生圧力が低下したときはタンク上部の不活性ガスが膨張する一方、ポンプの発生圧力が上昇したときはタンク上部の不活性ガスが収縮して、純水の圧力変動を緩和する。不活性ガスの圧力によって直接純水の圧力制御を行うので、純水が汚染されることがなく、機器の動作に悪影響を及ぼすことはない。
【００１１】
動作中にタンク上部の不活性ガスが膨張し過ぎたり、ガス導入口からタンク内に不活性ガスが過剰に供給されると、不活性ガスがタンクから溢れて純水供給配管を通して機器へ送られる。そのような場合、本来純水を使用すべき機器、例えば静圧軸受が破損するおそれがある。そこで、この請求項２の純水用アキュムレータでは、タンク内の純水の水位が下限レベルを下回ったとき、低水位センサがそれを検出する。この低水位センサの出力信号に基づいてガス排気口の弁を一時的に開くことにより、ガス排気口を通してタンク外へ過剰の不活性ガスを排出することができ、タンク内の純水の水位を下限レベル以上に維持することができる。この結果、不活性ガスがタンクから純水供給配管を通して機器へ送られるような事態を避けることができる。
また、請求項２の純水用アキュムレータでは、請求項１と同様に、タイマが動作する期間は、停電時から機器が完全に停止するまでの期間を超えるように予め設定される。そして、停電によってポンプが突然停止したとき、上記タイマの動作中、上記ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入する。したがって、停電後に機器が完全に停止するまでの間、純水の圧力レベルが機器に必要な範囲内に確実に維持される。
【００１２】
請求項３に記載の純水用アキュムレータは、ポンプから機器へ純水を供給するための純水供給配管に連通するタンクを備えた純水用アキュムレータであって、上記タンク上部に、このタンク内に不活性ガスを導入するための、弁を備えたガス導入口が設けられ、上記タンクの、純水の水位のための下限レベルに、上記タンク内の純水の水位がその下限レベルよりも下または上のいずれにあるかに応じて自ら開閉する弁を備えたガス抜き口が設けられ、かつ、停電時に一定期間動作するタイマを備え、このタイマの動作中、上記ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入することを特徴とする。
【００１３】
この請求項３の純水用アキュムレータでは、請求項１，２と同様に、最初にガス導入口の弁が開にされて、ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスが導入される。タンク内が不活性ガスで満たされた後、このガス導入口の弁は閉じられる。動作時には、ポンプによって圧送される純水が純水供給配管からタンク内に導入され、不活性ガスは圧縮されてタンク上部に溜まる。タンク上部の不活性ガスによって押圧された純水は、タンクから純水供給配管を通して機器へ送られる。このタンク上部の不活性ガスの圧力によって直接純水の圧力制御が行われる。すなわち、ポンプの発生圧力が低下したときはタンク上部の不活性ガスが膨張する一方、ポンプの発生圧力が上昇したときはタンク上部の不活性ガスが収縮して、純水の圧力変動を緩和する。不活性ガスの圧力によって直接純水の圧力制御を行うので、純水が汚染されることがなく、機器の動作に悪影響を及ぼすことはない。
【００１４】
また、タンク内の純水の水位が下限レベルを下回ったとき、ガス抜き口の弁が自ら開く。したがって、ガス抜き口を通してタンク外へ過剰の不活性ガスを排出することができ、タンク内の純水の水位を下限レベル以上に維持することができる。この結果、不活性ガスがタンクから純水供給配管を通して機器へ送られるような事態を避けることができる。なお、上記ガス抜き口の弁は、タンク内の純水の水位が下限レベルを超えているときは自ら閉じている。
また、請求項３の純水用アキュムレータでは、請求項１,２と同様に、タイマが動作する期間は、停電時から機器が完全に停止するまでの期間を超えるように予め設定される。そして、停電によってポンプが突然停止したとき、上記タイマの動作中、上記ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入する。したがって、停電後に機器が完全に停止するまでの間、純水の圧力レベルが機器に必要な範囲内に確実に維持される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の純水用アキュムレータの実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、ポンプ８０から機器９０へ超純水を供給するための純水供給配管８１，８２の途中に一実施形態のアキュムレータ７０が介挿された状態を示している。なお、機器９０は、この例ではＥＥＭを利用した研磨装置であり、内蔵する静圧軸受（図示せず）等の流体潤滑のために超純水Ｗを使用する。
【００１９】
このアキュムレータ７０は、ステンレス鋼等の超純水Ｗへの溶け出しが少ない材料からなる密閉タンク１を備えている。このタンク１は、半球状の頂部２ｅおよびその縁に連なる環状のフランジ部２ｆからなる上部部材２と、鉛直方向に延びる円筒部（部分的に破断して示す）３ｂおよびその上縁，下縁に連なる環状のフランジ部３ａ，３ｃからなる中央部材３と、半球状の底部４ｅおよびその縁に連なる環状のフランジ部４ｆからなる下部部材４とを有している。上部部材２と中央部材３とはそれぞれのフランジ部２ｆ，３ａを密接させて互いに一体に固定され、同様に、中央部材３と下部部材４とはそれぞれのフランジ部３ｃ，４ｆを密接させて互いに一体に固定されている。タンク底部３ｃには斜め下方に突出する複数の脚５ａ，５ｂが設けられており、このタンク１はこれらの脚５ａ，５ｂを介して図示しない床に立設されている。
【００２０】
タンク頂部２ｅに、このタンク内に不活性ガス（高純度のＮ2やＡｒなど）Ｇを導入するためのガス導入口２１と、このタンク外へ不活性ガスＧを排出するためのガス排気口２２と、このタンク内の不活性ガスＧの圧力を圧力計４１や圧力スイッチ４２へ導くための圧力検出口２３とが設けられている。ガス導入口２１につながるガス供給管３１には、制御部６０からの制御信号によって開閉される電動弁（以下「ガス導入弁」という。）１１と、タンク１内へのガスの導入を許容し逆流を禁止する逆止弁１２とが介挿されている。ガス排気口２２につながるガス排気管３２には、制御部６０からの制御信号によって開閉される電動弁（以下「ガス排気弁」という。）１３が介挿されている。また、圧力検出口２３と圧力計４１、圧力スイッチ４２との間には、手動で開閉可能な回転弁（以下の説明では常に開状態にある）１４が設けられている。圧力計４１は、タンク１内の不活性ガスＧの圧力を作業者に視認させるためのものである。圧力スイッチ４２は、タンク１内の不活性ガスＧの圧力が下限値を下回ったか否かを検出するためのものであり、その出力信号は制御部６０へ送られる。
【００２１】
タンク円筒部３ｂには、このタンク内に導入された超純水の水位ＷＬのための上限レベルＵＬと下限レベルＬＬとが設定されている。タンク円筒部３ｂに設定された上限レベルＵＬには、タンク内の超純水の水位ＷＬが上限レベルＵＬを超えたか否かを検出する高水位センサ４３を備えた高水位検出口２４が設けられている。一方、タンク円筒部３ｂに設定された下限レベルＬＬには、タンク内の超純水の水位ＷＬが下限レベルＬＬを下回ったか否かを検出する低水位センサ４４を備えた低水位検出口２５と、超純水の水位ＷＬが下限レベルＬＬよりも下または上のいずれにあるかに応じて自ら開閉するフロート弁（以下「ガス抜き弁」という。）４５を備えたガス抜き口２６が設けられている。ガス抜き口２６とガス抜き弁４５とは配管８３によって接続されている。タンク円筒部３ｂに設定された下限レベルＬＬのさらに下方には、ポンプからの純水供給配管８１が接続される純水導入口２７が設けられている。
【００２２】
タンク底部４ｅには純水送出口２８が設けられており、この純水送出口２８には機器９０へつながる純水供給配管８２が接続されている。
【００２３】
制御部６０は、高水位センサ４３と低水位センサ４４からの出力信号を受けて、これらの出力信号に基づいてそれぞれガス導入弁１１、ガス排気弁１３を開閉するための制御信号を出力する。また、この制御部６０は、停電時に働く補償電源６１によってバックアップされており、この補償電源６１からの電力供給によって動作するタイマ（図示せず）を内蔵している。例えば停電状態で圧力スイッチ４２からタンク内の不活性ガスＧの圧力が下限値よりも下回ったことを表す信号を受けたとき、上記タイマがカウント動作を開始する。制御部６０は、このタイマの動作中、ガス導入弁１１を開くための制御信号を出力する。なお、タイマが動作する期間は、停電時から機器９０が完全に停止するまでの期間を超えるように、予め設定されている。
【００２４】
ポンプ８０から機器９０へ超純水Ｗを供給しようとする場合、それに先立って、アキュムレータ７０のガス導入弁１１が開にされて、ガス導入口２１を通してタンク１内に不活性ガスＧが導入される。このときガス排気弁１３は開状態になっている。タンク１内が不活性ガスＧで満たされた後、ガス導入弁１１及びガス排気弁１３は閉じられる。動作時には、ポンプによって圧送される超純水Ｗが純水供給配管８１からタンク１内に導入され、不活性ガスＧは圧縮されてタンク上部に溜まる。タンク上部の不活性ガスＧによって押圧された超純水Ｗは、タンク１から純水供給配管８２を通して機器９０へ送られる。このタンク上部の不活性ガスＧの圧力によって直接超純水Ｗの圧力制御が行われる。すなわち、ポンプの発生圧力が低下したときはタンク上部の不活性ガスＧが膨張する一方、ポンプの発生圧力が上昇したときはタンク上部の不活性ガスＧが収縮して、超純水Ｗの圧力変動を緩和する。不活性ガスＧの圧力によって直接超純水Ｗの圧力制御を行うので、超純水Ｗが汚染されることがなく、機器９０の動作に悪影響を及ぼすことはない。
【００２５】
動作を継続すると、タンク上部の不活性ガスＧが超純水Ｗに溶け込んでタンク上部のガス量が減少する結果、タンク内の超純水の水位ＷＬが上限レベルＵＬを超えようとする場合が生ずる。このとき、図２(c)に示すように高水位センサ４３がそれを検出して、Ｌ（低）レベルの信号を出力する。この高水位センサ４３のＬレベルの出力信号に基づいて、図２(f)に示すように制御部６０がＨ（高）レベルの制御信号を出力してガス導入弁１１を一時的に開く。これにより、ガス導入口２１を通してタンク１内に不活性ガスＧを追加して導入することができ、タンク内の超純水の水位ＷＬを上限レベルＵＬ以下に維持することができる。したがって、超純水Ｗの圧力変動を緩和する等の機能を良好に維持できる。
【００２６】
図２(a)に示すように動作中に停電が生じた場合は、図２(b)に示すように制御部６０には直ちに補償電源６１が供給される。停電によってポンプが突然停止するため、純水供給配管８１，８２内およびタンク１内の超純水Ｗの圧力が低下し、それに伴ってタンク１内の不活性ガスＧの圧力が低下する。そして、タンク１内の不活性ガスＧの圧力が下限値を下回ったとき、図２(d)に示すように、圧力スイッチ４２から制御部６０へその旨を表すＨレベルの信号が送られる。この信号を受けて、図２(e)に示すように、制御部６０の内蔵タイマがカウント動作を開始する。制御部６０は、このタイマの動作中、図２(f)に示すように制御信号を出力してアキュムレータ７０のガス導入弁１１を開く。これにより、ガス導入口２１を通してタンク１内に不活性ガスＧが導入される。したがって、停電後に機器９０が完全に停止するまでの間、超純水Ｗの圧力レベルを機器９０に必要な範囲内に確実に維持できる。
【００２７】
さて、このようにして不活性ガスＧをタンク内に導入した場合や動作中にタンク上部の不活性ガスＧが必要以上に膨張した場合、過剰の不活性ガスＧがタンク１から純水供給配管８２を通して機器９０へ達するおそれがある。そこで、このアキュムレータ７０では、タンク１内の超純水の水位ＷＬが下限レベルＬＬを下回ったとき、図２(g)に示すように低水位センサ４４がそれを検出して、Ｌレベルの信号を出力する。この低水位センサ４４のＬレベルの出力信号に基づいて、図２(h)に示すように制御部６０がＨレベルの制御信号を出力してガス排気弁１３を一時的に開く。これにより、ガス排気口２２を通してタンク１外へ過剰の不活性ガスＧを排出することができる。また、タンク１内の超純水の水位ＷＬが下限レベルＬＬを下回ったとき、ガス抜き弁４５が自ら開く。したがって、ガス抜き口２６を通してタンク１外へ過剰の不活性ガスＧを排出することができる。このように、制御部６０のソフトウエアによる制御とガス抜き弁４５のようなハードウエアによる制御との二重の保護によって、タンク１内の超純水の水位ＷＬを下限レベルＬＬ以上に確実に維持することができる。この結果、不活性ガスＧがタンク１から純水供給配管８２を通して機器９０へ送られるような事態を避けることができ、機器９０の、例えば静圧軸受の破損を確実に防止することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の純水用アキュムレータでは、タンク内の不活性ガスの圧力によって直接純水の圧力制御を行うので、純水が汚染されることがなく、機器の動作に悪影響を及ぼすことはない。しかも、タンク内の純水の水位が上限レベルを超えたか否かを検出する高水位センサの出力信号に基づいてガス導入口の弁を一時的に開くことにより、ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを追加して導入することができ、タンク内の純水の水位を上限レベル以下に維持することができる。したがって、純水の圧力変動を緩和する等の機能を良好に維持できる。
また、停電によってポンプが突然停止したとき、停電時に一定期間動作するタイマの動作中、ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入するので、停電後に機器が完全に停止するまでの間、純水の圧力レベルを機器に必要な範囲内に確実に維持できる。
【００２９】
請求項２に記載の純水用アキュムレータでは、請求項１と同様に、タンク内の不活性ガスの圧力によって直接純水の圧力制御を行うので、純水が汚染されることがなく、機器の動作に悪影響を及ぼすことはない。しかも、タンク内の純水の水位が下限レベルを下回ったか否かを検出する低水位センサの出力信号に基づいてガス排気口の弁を一時的に開くことにより、ガス排気口を通してタンク外へ過剰の不活性ガスを排出することができ、タンク内の純水の水位を下限レベル以上に維持することができる。この結果、不活性ガスがタンクから純水供給配管を通して機器へ送られるような事態を避けることができる。
また、停電によってポンプが突然停止したとき、停電時に一定期間動作するタイマの動作中、ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入するので、停電後に機器が完全に停止するまでの間、純水の圧力レベルを機器に必要な範囲内に確実に維持できる。
【００３０】
請求項３に記載の純水用アキュムレータでは、請求項１，２と同様に、タンク内の不活性ガスの圧力によって直接純水の圧力制御を行うので、純水が汚染されることがなく、機器の動作に悪影響を及ぼすことはない。しかも、タンク内の純水の水位がその下限レベルよりも下または上のいずれにあるかに応じて自ら開閉する弁によって、ガス抜き口を通してタンク外へ過剰の不活性ガスを排出することができ、タンク内の純水の水位を下限レベル以上に維持することができる。この結果、不活性ガスがタンクから純水供給配管を通して機器へ送られるような事態を避けることができる。
また、停電によってポンプが突然停止したとき、停電時に一定期間動作するタイマの動作中、ガス導入口の弁を開いて上記ガス導入口を通してタンク内に不活性ガスを導入するので、停電後に機器が完全に停止するまでの間、純水の圧力レベルを機器に必要な範囲内に確実に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ポンプから機器へ超純水を供給するための純水供給配管の途中に一実施形態のアキュムレータが介挿された状態を示す図である。
【図２】  上記アキュムレータの動作のタイムチャートである。
【図３】  従来のアキュムレータを例示する図である。
【符号の説明】
１  密閉タンク
１１  ガス導入弁
１３  ガス排気弁
４３  高水位センサ
４４  低水位センサ
４５  ガス抜き弁
７０  アキュムレータ
８０  ポンプ
９０  機器
【図１】
0003677146.tif 000002
【図２】
0003677146.tif 000003
【図３】
0003677146.tif 000004