(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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