(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通するように形成された主流路と、該主流路に連通する少なくとも２つの連通流路と、該連通流路に各々連通する弁室と、各々の該弁室に連通する副流路が設けられた本体と、
前記弁室の、前記連通流路に通じる開口部の周辺を弁座として開閉動作する弁体と、
該弁体を駆動する駆動部と、
を有し、
前記少なくとも２つの連通流路が、前記主流路の軸線方向に互いに同じ位置で前記主流路に連通しており、且つ前記少なくとも２つの連通流路の長さが互いに等しく、
前記主流路の一部に主流路絞り部が設けられ、
前記弁室に連通する副弁室が設けられ、
前記少なくとも２つの連通流路の各々が、前記副弁室と前記主流路の、前記主流路絞り部より上流側の部分とに連通する入口連通流路と、前記副弁室と前記主流路絞り部内とに連通する出口連通流路で構成されていることを特徴とするミキシングバルブ。
【請求項２】
前記少なくとも２つの連通流路が、周方向に等間隔の位置に放射状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のミキシングバルブ。
【請求項３】
前記主流路から各々の前記弁室の前記弁座までの距離が、前記主流路の直径より短いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のミキシングバルブ。
【請求項４】
前記少なくとも２つの連通流路として、第一連通流路及び第二連通流路が設けられ、
前記第一連通流路及び前記第二連通流路が、前記主流路の軸線方向に同じ位置で対峙するように設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のミキシングバルブ。
【請求項５】
前記少なくとも２つの連通流路として、第一連通流路、第二連通流路及び第三連通流路が設けられ、
前記第一連通流路、前記第二連通流路及び前記第三連通流路が、前記主流路の軸線方向に同じ位置で周方向に等間隔に放射状に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のミキシングバルブ。
【請求項６】
前記主流路の、前記連通流路が連通している部分より下流側の位置にスタティックミキサーエレメントが配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のミキシングバルブ。
【請求項７】
前記駆動部が、モータ部と、該モータ部の駆動力を前記弁体に伝達して前記弁体を上下動させるステムとを有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のミキシングバルブ。
【請求項８】
前記駆動部が、
シリンダ部と、
該シリンダ部の内周面に、該内周面との間がシールされるように接触した状態で該シリンダ部内を上下動可能に配置されたピストンと、
該ピストンの中央から下方に延び、前記シリンダ部の底面中央に設けられた貫通孔を貫通し、該貫通孔の内周面に、該内周面との間がシールされるように接触しており、下端部に前記弁体が固定された連結部と、
前記シリンダ部の底面及び内周面と前記ピストンの下端面とで形成された第一空間部と、前記シリンダ部の天井面及び内周面と前記ピストンの上端面とで形成された第二空間部とにそれぞれ連通する各エアー口の少なくとも一方に圧縮空気を注入する機構と、
を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のミキシングバルブ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のミキシングバルブと、
該ミキシングバルブで混合された流体の特性を表すパラメータを計測し該パラメータの計測値を信号に変換して出力する計測器と、
該計測器による前記パラメータの計測値と前記パラメータの設定値との偏差に基づいて、前記ミキシングバルブの各々の前記弁体を各々制御するための信号を、前記ミキシングバルブの前記駆動部または前記駆動部を操作する機器へ出力する制御部と、
を有することを特徴とするミキシング装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のミキシングバルブと、
該ミキシングバルブで混合された流体の特性を表すパラメータを計測し該パラメータの計測値を信号に変換して出力する計測器と、
前記副流路に各々接続され、前記副流路に流れる流体の流量を制御する流体制御弁と、
前記計測器による前記パラメータの計測値と前記パラメータの設定値との偏差に基づいて、前記流体制御弁の各々を制御するための信号を、前記流体制御弁の駆動部または該駆動部を操作する機器へ出力する制御部と、
を有することを特徴とするミキシング装置。
【請求項１１】
前記計測器が濃度計、温度計、ｐＨ計のいずれかであることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のミキシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工場、半導体製造、食品、バイオなどの各種産業分野における配管ラインに用いられ複数の流体を混合するためのミキシングバルブ及びそれを用いたミキシング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流路内に取り付けられて流体を混合するために用いることができる装置として、図９に示すような基板処理装置内に用いられる排液切替バルブがあった（例えば、特許文献１参照）。この排液切替バルブは、処理液によって基板の表面処理を行う基板処理部と、基板処理部に複数種の処理液を供給する処理液供給部と、基板処理部より処理液を排出する処理液排出部とを有する装置において、処理液排出部に備えられるものである。図９に示すように、この排液切替バルブ１０６は、流入管部１０１が連通する導入流路１０２と、この導入流路１０２に連結された複数の排出流路１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃと、各排出流路ごとに設けられ、該排出流路を開閉する弁体１０４と、各弁体１０４ごとに設けられ、該弁体１０４を開閉動作させる空圧シリンダ部１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃとを有している。この排液切替バルブ１０６は、各排出流路ごとに該排出流路を開閉する弁体１０４の開閉動作を外部から確認する弁体動作確認手段が設けられたものであり、各排出流路を開閉する弁体１０４の開閉動作を排液切替バルブの外部から容易に確認することができるものであった。この従来の排液切換バルブ１０６は、流入管部１０１から流入した流体を排出流路１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃに分岐させて流出させる構成であり、バルブ内で流体を混合することを前提としているものではない。しかし、流体の流れ方向を逆にした場合にはミキシングバルブとして用いることが可能である。
【０００３】
同様に、流体の流れ方向を逆に構成することでミキシングバルブとして使用することが可能なバルブとして、図１０のような多連制御機器があった（例えば、特許文献２参照）。この多連制御器は、１つの弁箱１１１に複数の弁本体１１２が配置された構成を有している。弁箱１１１は１つの入口流路１１３と複数の出口流路１１４を有している。入口流路１１３は弁箱１１１内で複数方向に分岐され各分岐路端に弁本体１１２が配置されている。複数の出口流路１１４がこれらの弁本体１１２を介して入口流路１１３と連通可能となっている。この多連制御器は、１つの流通ラインで多種類の流体を順次流通させる場合において、流通させる流体の種類を変える際の内部洗浄を容易且つ確実に行うことができ、流体への残留液の混入を確実に防ぐことができるものであった。この従来の多連制御機器も、出口流路１１４を流入口とし、入口流路１１３を流出口として使用することでミキシングバルブとして用いることが可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３３６２８号公報
【特許文献２】特開平１０−３８１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図９の従来の排液切替バルブにおいて、排出流路１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃから、３種類の薬液、Ａ液、Ｂ液、Ｃ液のそれぞれを一定の流量比で同時に流入させ、これらの薬液を導入流路１０２にて混合させて流入管部１０１から流出させる場合、混合流体が流出する流入管部１０１から各薬液が流入する排出流路１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃまでの距離が異なることになる。このため、流入管部１０１から流出する混合流体は、混合開始の直後にはＡ液とＢ液の混合液であり、その後Ａ〜Ｃ液の混合液となり、所望の３液の混合流体を得るためにタイムラグが発生する。また、この排液切替バルブの下流側に、濃度などを導出するための流体特性のパラメータを計測する計測器を設置し、排出流路１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃから流入する薬液、Ａ液、Ｂ液、Ｃ液の各流量を計測器の計測値に基づいてフィードバック制御する場合、排出流路１０３Ａから流入するＡ液が計測器に到達する時間より、排出流路１０３Ｃから流入するＣ液が計測器に到達するまでの時間の方が、流路の距離の差のために長くなるため、Ａ液に比べてＣ液の変化に対するフィードバック制御の応答が鈍くなる。このため、Ａ液とＣ液を同じようにフィードバック制御することが困難である。さらに、Ｂ液とＣ液の混合液を作る際には、排出流路１０３Ａを閉止し、且つ排出流路１０３Ｂと１０３Ｃを開放した状態で導入流路１０２内でＢ液とＣ液を混合させるが、導入流路１０２の排出流路１０３Ａ付近にはＡ液が残留する可能性があるため、Ｂ液とＣ液の混合液に、残留したＡ液が混ざって純粋なＢ液とＣ液の混合液を作る妨げになるという問題が生じるおそれがある。
【０００６】
さらに、図１０の従来の多連制御機器においては、出口流路１１４から各々流体を流入させ混合液を入口流路１１３から流出させる場合、出口流路１１４から各々流入させた流体は、各々の弁本体１１２を通過して分岐部分１１５で合流して入口流路１１３から流出しようとする。この時、この多連制御機器は、弁本体１１２から分岐部分１１５に至るまでの流路と、他の弁本体１１２から分岐部分１１５に至る流路とが必ず互いに向き合っている構成である。このため、各々の流路から流れる流体の流量が大きく異なる場合、安定した比率で流体を混合するのが困難となる恐れがあった。ミキシングバルブで流体を混合する時は、混合させる各流体の流量は異なっているのが普通である。例えば純水と塩酸を混合させて、塩酸の希釈液を作る場合、純水：塩酸＝２０：１などの比率で純水と塩酸が混合される。すると、分岐部分１１５では、互いに向き合った流路から純水：塩酸＝２０：１の流量で両流体が対向してぶつかるように流れるため、純水の流れる勢いに塩酸の流れは押されてしまい、塩酸の流れが妨げられることがある。また、このような場合に、図１０の多連制御機器の下流側に、濃度などを導出するための流体特性を表す特定のパラメータを計測する計測器を設置し、一つの出口流路１１４から純水を一定流量で流入させながら、他の一つの出口流路１１４から流入させる塩酸の流量を計測器の計測値に基づいてフィードバック制御した場合には、制御が不安定となる恐れがある。すなわち、例えば、純水の流量が変動した場合、流量が減少した瞬間に、分岐部分１１５で純水がぶつかる勢いで滞っていた塩酸が急に流れ易くなって大量に流出し、純水の流量が減少した分の混合比率の変化以上に急激に濃度が変化して、濃度の制御が困難となる恐れがある。また、この時、混合比率の大きく変化した混合流体が流れることで、二次的な問題が生じる恐れもある。特に純水と薬液とを混合する場合は、純水の比率が薬液の比率より倍以上とされる場合が多く、複数の薬液と混合する場合においても同じ問題が発生する恐れがある。
【０００７】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、合流した流体のパラメータの正確な制御を行うことができ、かつ、流量比が大きく異なる流体を合流させる場合でも、大流量の流体の流れが小流量の流体の流れの妨げになるのを抑制できるミキシングバルブ及びそれを用いたミキシング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明のミキシングバルブは、貫通するように形成された主流路と、主流路に連通する少なくとも２つの連通流路と、連通流路に各々連通する弁室と、各々の弁室に連通する副流路が設けられた本体と、弁室の、連通流路に通じる開口部の周辺を弁座として開閉動作する弁体と、弁体を駆動する駆動部と、を有し、少なくとも２つの連通流路が、主流路の軸線方向に互いに同じ位置で主流路に連通しており、且つ少なくとも２つの連通流路の長さが互いに等しく、主流路の一部に主流路絞り部が設けられ、弁室に連通する副弁室が設けられ、少なくとも２つの連通流路の各々が、副弁室と主流路の、主流路絞り部より上流側の部分とに連通する入口連通流路と、副弁室と主流路絞り部内とに連通する出口連通流路で構成されていることを特徴とする。この構成によれば、大流量で流されるベースの流体を主流路に流すことによって、混合される流体間での流れの干渉を抑制し、また、ベースの流体に対して、他の流体を、ベースの流体の流れの方向に同じ位置で、ベースの流体の流れから等距離の位置で流量を制御して流入させることができる。
【０００９】
少なくとも２つの連通流路は、周方向に等間隔の位置に放射状に設けるのが好ましい。
【００１０】
主流路から各々の弁室の弁座までの距離は、主流路の直径より短くするのが好ましい。
【００１１】
少なくとも２つの連通流路としては、第一連通流路及び第二連通流路を設けることができ、この場合、第一連通流路及び第二連通流路は、主流路の軸線方向に同じ位置で対峙するように設けることができる。
【００１２】
あるいは、少なくとも２つの連通流路としては、第一連通流路、第二連通流路及び第三連通流路を設けることができ、この場合、第一連通流路、第二連通流路及び第三連通流路は、主流路の軸線方向に同じ位置で周方向に等間隔に放射状に設けることができる。
【００１３】
主流路の、連通流路が連通している部分より下流側の位置にスタティックミキサーエレメントを配置してもよい。
【００１５】
駆動部は、モータ部と、モータ部の駆動力を弁体に伝達して弁体を上下動させるステムとを有する構成とすることができる。
【００１６】
あるいは、駆動部は、シリンダ部と、シリンダ部の内周面に、該内周面との間がシールされるように接触した状態でシリンダ部内を上下動可能に配置されたピストンと、ピストンの中央から下方に延び、シリンダ部の底面中央に設けられた貫通孔を貫通し、貫通孔の内周面に、内周面との間がシールされるように接触しており、下端部に弁体が固定された連結部と、シリンダ部の底面及び内周面とピストンの下端面とで形成された第一空間部と、シリンダ部の天井面及び内周面とピストンの上端面とで形成された第二空間部とにそれぞれ連通する各エアー口の少なくとも一方に圧縮空気を注入する機構と、を有する構成としてもよい。
【００１７】
本発明によるミキシング装置は、上記のようなミキシングバルブと、ミキシングバルブで混合された流体の特性を表すパラメータを計測し該パラメータの計測値を電信号に変換して出力する計測器と、計測器によるパラメータの計測値とパラメータの設定値との偏差に基づいて、ミキシングバルブの各々の弁体を各々制御するための信号を、ミキシングバルブの駆動部または駆動部を操作する機器へ出力する制御部と、を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の態様のミキシング装置は、上記のようなミキシングバルブと、ミキシングバルブで混合された流体の特性を表すパラメータを計測し該パラメータの計測値を信号に変換して出力する計測器と、副流路に各々接続され、副流路に流れる流体の流量を制御する流体制御弁と、計測器によるパラメータの計測値とパラメータの設定値との偏差に基づいて、流体制御弁の各々を制御するための信号を、流体制御弁の駆動部または該駆動部を操作する機器へ出力する制御部と、を有することを特徴とする。
【００１９】
計測器は、濃度計、温度計、ｐＨ計のいずれかとすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、大流量で流されるベースの流体を主流路に流すことによって、混合される流体のうち、大流量で流される流体の流れによって、他の流体の流れが妨げられるのを抑制することができる。
また、主流路から流すベースの流体に対して、副流路から供給して混合させる他の流体を、ベースの流体の流れの方向に同じ位置で、ベースの流体の流れから等距離の位置で流量を制御して流入させることができる。したがって、副流路から供給する複数の流体間で、それらの流体が、合流部の下流の任意の位置に達するまでの時間に、タイムラグが生じるのを抑制することができる。それによって、必要な全ての流体の混合流体を迅速に得ることができる。また、副流路から供給する複数の流体間で、合流した流体のパラメータの計測にタイムラグが生じるのを抑制することができ、それによって、合流した流体のパラメータの正確な制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態の詳細によって限定されるものではないことは言うまでもない。図１は本発明の第一の実施形態のミキシングバルブを示す縦断面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図３は図１のミキシングバルブを用いたミキシング装置の実施形態を示す縦断面図である。図４は図１のミキシングバルブを用いたミキシング装置の他の実施形態を示す縦断面図である。図５は本発明の第二の実施形態のミキシングバルブを示す縦断面図である。図６は本発明の第三の実施形態のミキシングバルブを示す縦断面図である。図７は本発明の第四の実施形態のミキシングバルブを示す要部拡大縦断面図である。図８は本発明の第五の実施形態のミキシングバルブを示す縦断面図である。
【００２２】
以下、図１、図２を参照して、本発明の第一の実施形態のミキシングバルブについて説明する。
【００２３】
ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）製の本体１には、上部中央に第一弁室２が設けられ、下部中央に第二弁室３が設けられ、第一、第二弁室２、３の間に、本体１を貫通する主流路４が設けられている。また、第一弁室２の底部中央には主流路４に連通する第一連通流路５が設けられ、第二弁室３の底部中央には主流路４に連通する第二連通流路６が設けられている。なお、本明細書では、便宜上、主流路側を底、主流路から遠い側を上などと称することがある。
【００２４】
第一連通流路５及び第二連通流路６は、主流路４の軸線方向において同じ位置に軸線に対して対称に位置している。第一弁室２の底面の第一連通流路５の開口部の周縁、第二弁室３の底面の第二連通流路６の開口部の周縁は各々第一、第二弁体２３、２４が当接・離間する弁座７、８となっている。主流路４から各弁座７、８までの距離は互いに等しくなっており、この距離は主流路４の直径より短くなっている。具体的には、本実施形態では、主流路４から各弁座７、８までの距離は、主流路４の直径Ｄに対して０．６Ｄになっている。また、第一弁室２には第一副流路９、第二弁室３には第二副流路１０が各々連通しており、これらは本体１の周側面に開口している。
【００２５】
第一駆動部１１と第二駆動部１２は、本体１の上方と下方に各々配置されている。該駆動部１１、１２は同じ構成であるため、代表して第一駆動部１１の構成を説明する。第一駆動部１１はシリンダ本体１３、ピストン１４、ダイヤフラム押さえ１５からなる。
【００２６】
ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと記す）製のシリンダ本体１３は、円筒状のシリンダ部１６を有しており、本体１にボルトおよびナット（図示せず）で固定されている。シリンダ本体１３の周側面には、シリンダ部１６の内周面、ダイヤフラム押さえ１５の上端面、およびピストン１４の下端面によって形成される第一空間部１７と、シリンダ部１６の内周面及び天井面とピストン１４の上端面とで形成される第二空間部１８とにそれぞれ連通する、圧縮空気を導入するためのエアー口１９、２０が設けられている。なお、第一空間部１７のダイヤフラム押さえ１５の上端面とピストン１４の下端面との間、または第二空間部１８のシリンダ部１６の天井面とピストン１４の上端面との間にバネを支承させ、ピストン１４を上方または下方に付勢させても良い。
【００２７】
ＰＶＤＦ製のピストン１４は、円盤状で周側面にＯリングが装着され、シリンダ部１６の内周面との間をシールされた状態に保ちながら、上下動可能なように配置されている。また、ピストン１４の中央より下方に延びる連結部２１が設けられており、ダイヤフラム押さえ１５に設けられた貫通孔２２を貫通しており、その先端部に第一弁体２３が固定されている。連結部２１の外周面にもＯリングが装着され、連結部２１の外周面と貫通孔２２の内周面との間が、シールされた状態に保たれている。
【００２８】
ＰＶＤＦ製のダイヤフラム押さえ１５は、中央部にピストン１４の連結部２１が貫通する貫通孔２２を有しており、本体１とシリンダ本体１３の間に挟持されている。
【００２９】
第一弁室２に収容されているＰＴＦＥ製の第一弁体２３は、ピストン１４の連結部２１の先端にねじによって取り付けられており、ピストン１４の上下動に合わせて軸線方向に上下動するようになっている。第一弁体２３は外周にダイヤフラム２５を有しており、ダイヤフラム２５の外周縁は本体１の環状溝２６内に嵌め込まれ、ダイヤフラム押さえ１５と本体１との間に挟持さている。第二駆動部１２の構成も第一駆動部１１と同様であり、第二駆動部１２のピストン２７の先端部に第二弁体２４がねじによって取り付けられている。
【００３０】
次に、本発明の第一の実施形態のミキシングバルブの作動について説明する。
【００３１】
第一駆動部１１のエアー口１９から第一空間部１７に外部より作動流体として圧縮空気が注入されると、圧縮空気の圧力でピストン１４が押し上げられる。それによって、ピストン１４と結合されている連結部２１が上方へ引き上げられ、連結部２１の下端部に結合された第一弁体２３も上方へ引き上げられ弁は開状態となる（図１の状態）。
【００３２】
一方、エアー口２０から第二空間部１８に圧縮空気が注入されると、ピストン１４が押し下げられるのに伴って、連結部２１とその下端部に結合された第一弁体２３も下方へ押し下げられ、弁は閉状態となる。第二駆動部１２による第二弁体２４の作動も同様であるので説明を省略する。本実施形態のミキシングバルブは、本体１を貫通して設けられた主流路４が設けられ、主流路４に連通する各連通流路５、６が連通する構成となっている。これにより、第一駆動部１１の第一弁体２３が開放されると第一副流路９を流れた流体が主流路４に流れ込み、第二駆動部１２の第二弁体２４が開放されると第二副流路１０を流れた流体が主流路４に流れ込み、主流路４を流れる流体と合流して混合しながら流出する。この構成では、流体を混合する時に他の流体より混合比率の大きいベースとなる流体を主流路４に流すことで、この流体の流れを、合流部でもスムースに保つことができる。また、各連通流路５、６から主流路４に合流する流体の流量は、主流路４を流れる流体の流量より小さいので、連通流路５、６が向かい合っていても両連通流路５、６からの流体の流れが、互いを妨げることはない。
【００３３】
次に、本実施形態のミキシングバルブを流体の混合を行うミキシング装置に用いた構成について、図３に基づいて説明する。
【００３４】
ミキシングバルブ３１は、図１、図２に示したものと同じ構成のものである。濃度計３２は、超音波を発信及び受信する超音波振動子３３と、超音波を伝播させるための測定室３４とを有している。測定室３４には、流体流入口３５及び流体流出口３６が設けられ、超音波振動子３３とする対向する端部には、測定室３４の長さを半径とする反射面３７が形成されている。濃度計３２は、測定室３４の内部の流体の超音波の伝播時間の変化から濃度を算出する働きをする。なお、濃度計は、流体の濃度を算出するための特定のパラメータの計測値を電気信号として制御部３８へ出力できるものであればよく、濃度の計測方式は特に限定されず、吸収分光式や導電率式などであってもよい。
【００３５】
制御部３８は、濃度計３２から出力された信号に基いて濃度を演算する演算部３９と、設定された濃度が得られるようにフィードバック制御を行なうコントロール部４０を有している。演算部３９は、超音波振動子３３に一定周期の超音波振動を出力する発信回路と、超音波振動を受信する受信回路と、超音波振動が反射面３７で反射されて伝搬する時間から濃度を演算する演算回路とを備えている。コントロール部４０は、演算部３９から出力された濃度と設定された濃度との偏差をゼロにするように電空変換器４１の操作圧を制御する制御回路を有している。
【００３６】
ミキシングバルブ３１の第一、第二駆動部１１、１２に供給する圧縮空気の圧力、すなわち操作圧を調整する電空変換器４１は制御部３８内に配置されている。電空変換器４１は、操作圧を比例的に調整するために電気的に駆動する電磁弁から構成され、制御部３８からの制御信号に応じて操作圧を調整する。なお、電空変換器４１は、制御部３８内に配置せずに別体として構成してもかまわない。また、前述のように、第一空間部１６または第二空間部１７の一方にバネを設置した場合、他方に連通する、エアー口１１、１２の一方にのみ電空変換器４１を接続した構成とすることができる。
【００３７】
次に、ミキシング装置の作動について説明する。ここでは主流路に純水、第一副流路に過酸化水素水、第二副流路にアンモニア水を、純水：過酸化水素水：アンモニア水＝５０：２：１の割合で流した場合について説明する。
【００３８】
第一弁体２３と第二弁体２４が開放されている時、第一副流路９から流入した過酸化水素水は第一連通流路５を通って主流路４に流れ、第二副流路１０から流入したアンモニア水は第二連通流路６を通って主流路４に流れる。第一、第二副流路９、１０から流入した過酸化水素水とアンモニア水は、主流路４と第一、第二連通流路５、６が合流する所で主流路４を流れる純水と合流した後、合流した流体が混合しながらミキシングバルブ３１から流出して濃度計３２へと流れる。濃度計３２に流入した流体は、流体流入口３５から測定室３４に流入し、流体流出口３６から流出する。このとき、超音波振動子３３から発信された超音波は測定室３４の流体を伝搬し、反射面３７によって反射され、再び超音波振動子３３により受信される。超音波振動子３３によって受信された超音波は電気信号に変換されて制御部３８の演算部３９へ出力され、演算部３９で超音波の伝搬時間に基づいて濃度が算出される。演算部３９で演算された濃度は電気信号に変換されてコントロール部４０に出力される。コントロール部４０では、任意の設定濃度に対して、リアルタイムに計測された濃度との偏差から、偏差をゼロにするように信号を電空変換器４１に出力し、電空変換器４１はその信号に応じた操作圧をミキシングバルブ３１の第一駆動部１１、第二駆動部１２に各々供給する。このようにして、濃度が設定濃度となるように、つまり設定濃度と計測された濃度の偏差がゼロに収束するようにミキシングバルブ３１が制御される。
【００３９】
このとき、主流路４を流れる純水に対して、過酸化水素水とアンモニア水が、主流路４の軸線方向に同位置で合流させられるため、合流部から濃度計３２へ到達するまでの時間に、過酸化水素水とアンモニア水との間でタイムラグが生じることがない。それによって、精度の良い濃度の制御を行うことができる。また、主流路４を流れる純水の流量が過酸化水素水とアンモニア水と比べて格段に多いにもかかわらず、純水に対して過酸化水素水とアンモニア水を、純水の流れ方向に対して横方向から合流させるため、過酸化水素水とアンモニア水の流れが、純水の流れによって妨げられることがない。したがって、流体の混合をスムースに行うことができる。さらに、過酸化水素水とアンモニア水が流れる第一連通流路５と第二連通流路６は互いに向き合っているが、主流路４を流れる純水の流量が大きいので、過酸化水素水とアンモニア水の流れは、ほとんど互いに干渉し合うことはない。
【００４０】
また、第一弁体２３、第二弁体２４によって開閉される弁座７、８から主流路４までの距離を、必要最低限の長さにして、短く設定しているため、流体の混合が効率よく行われる。また、弁体２３、２４が閉位置にされたときには、主流路４を流れる純水で第一、第二連通流路５、６をきれいに洗浄することができ、第一、第二連通流路５、６の部分で流体がほとんど滞留することがない。そのため、例えばミキシング装置の第一弁体２３を開位置にし、第二弁体２４を閉位置にして、純水と過酸化水素水を混合するときも、アンモニア水が混ざるのを抑制することができる。このように、効率の良い流体の混合と第一、第二連通流路５、６の部分での流体の滞留の抑制を実現するために、主流路４から各々の弁室２、３の弁座７、８までの距離は、主流路４の直径より短くなるように設定するのが好適である。
【００４１】
また、他の実施形態のミキシング装置では、図４に示すように、第一、第二副流路４２、４３に各々接続され、流路の開口面積を変化させることにより流体の流量を制御する流体制御弁、すなわちニードルバルブ４４、４５を設けても良い。この場合、ミキシングバルブ３１の第一、第二駆動部１１、１２は、第一、第二連通流路５、６の開放・遮断を行うのにのみ用い、第一、第二副流路４２、４３を流れる流体の流量はニードルバルブ４４、４５によって調整する。なお、バルブの主流路４の上流側にもニードルバルブを設けても良い。図４に示す例では、ニードルバルブ４４、４５は電動式であり、コントロール部４０で、任意の設定濃度に対して、リアルタイムに計測された濃度との偏差を求め、偏差をゼロにするように、各々のニードルバルブ４４、４５の駆動部にそれを駆動する信号を出力する。このようにして、各々のニードルバルブ４４、４５は、実際の濃度が設定濃度となるように、つまり設定濃度と計測された濃度の偏差がゼロに収束するように制御される。このとき、ニードルバルブ４４、４５によって微細に流量が制御されることにより、安定した濃度制御を行うことができる。なお、図４のミキシング装置のニードルバルブ４４、４５はエアー駆動方式でも良く、その場合には、制御部３８に電空変換器が設けられる（図示せず）。コントロール部４０では、任意の設定濃度に対して、リアルタイムに計測された濃度との偏差から、偏差をゼロにするように信号が電空変換器に出力され、電空変換器はそれに応じた操作圧をニードルバルブ４４、４５の各々の駆動部に供給する。
【００４２】
また、本実施形態では、ミキシング装置で濃度の制御を行っているが、濃度以外に温度やｐＨの制御を行うこともでき、その場合、計測器としては、濃度計３２の代わりに温度計やｐＨを計などを用いることができる。温度計やｐＨ計の場合についても、温度やｐＨを導出するための流体特性を表す特定のパラメータを計測して計測値を電気信号に変換して出力できるものであれば計測方式は特に限定されない。
【００４３】
次に、図５を参照して、本発明の第二の実施形態のミキシングバルブについて説明する。
【００４４】
ＰＴＦＥ製の本体５１には、本体５１を貫通する主流路５２が設けられ、上部中央に第一弁室５３が設けられ、第二弁室５４と第三弁室５５とが主流路５２を中心に第一弁室５３から各々１２０°ずつずれた位置に設けられている。第一弁室５３の底部中央には主流路５２に連通する第一連通流路５６が設けられ、第二弁室５４の底部中央には主流路５２に連通する第二連通流路５７が設けられ、第三弁室５５の底部中央には主流路５２に連通する第三連通流路５８が設けられている。第一連通流路５６、第二連通流路５７及び第三連通流路５８は、主流路５２の流路軸線方向において同じ位置に周方向に等間隔で主流路５２から放射状に延びるように配置されている。第一弁室５３の底面の第一連通流路５６の開口部周縁、第二弁室５４の底面の第二連通流路５７の開口部周縁、第三弁室５５の底面の第三連通流路５８の開口部周縁は、各々第一、第二、第三弁体５９、６０、６１が当接・離間する弁座６２、６３、６４となっている。主流路５２から各々の弁座６２、６３、６４までの距離は等しくなっており、この距離は、主流路５２の直径より短くなっている。具体的には、主流路５２から弁座６２、６３、６４までの距離は、主流路５２の直径Ｄに対して０．６Ｄになっている。また、第一弁室５３には第一副流路６５、第二弁室５４には第二副流路６６、第三弁室５５には第三副流路６７が各々連通しており、これらは本体５１の周側面に開口している。
【００４５】
第一駆動部６８と第二駆動部６９と第三駆動部７０は、本体５１の第一、第二、第三弁室５３、５４、５５の上部に各々配置されている。これらの駆動部６８、６９、７０は、第一、第二、第三弁室５３、５４、５５内に配置された第一、第二、第三弁体５９、６０、６１を開閉駆動する働きをする。駆動部６８、６９、７０の各々の構成は第一の実施形態における駆動部１１、１２と同様なので説明を省略する。
【００４６】
本発明の第二の実施形態のミキシングバルブの作動については、第一の実施形態では２つの副流路から流れる流体が主流路で合流するのに対して、本実施形態では３つの副流路から流れる流体が主流路に合流するもので、各駆動部の作動は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００４７】
次に、図６を参照して、本発明の第三の実施形態のミキシングバルブについて説明する。
【００４８】
スタティックミキサーエレメント７１は、矩形板を１８０度捻ったねじり羽根状板を最小単位部材として、複数の最小単位部材を、それらの捻り方向が交互に異なる方向になるように一列に並べて一体的に結合した構造を有している。このスタティックミキサーエレメント７１が、本体７２の主流路７３の、連通流路５，６との合流部より下流側に、流体の流れによって下流へ押し流されないように設置されている。このスタティックミキサーエレメント７１の材質は、特に限定されないが、耐薬品性が高く可撓性を有する樹脂が望ましい。このような材質としては、フッ素樹脂が好適に用いられ、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樹脂（以下、ＰＦＡと記す）、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦなどが挙げられる。本発明の他の構成は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。
【００４９】
次に、本発明の第三の実施形態であるミキシングバルブの作動について説明する。
【００５０】
第一、第二弁体２３、２４が開位置にあるとき、第一、第二副流路９、１０を通って第一、第二弁室２、３に各々供給された流体は第一、第二連通流路５、６から主流路７３に入り、主流路７３の流入口から流入してきた流体と合流する。このようにして合流した混合流体は、スタティックミキサーエレメント７１の配置された流路を通過する時に、スタティックミキサーエレメント７１のねじり羽根状板によって撹拌されて流出口から流出する。このとき、スタティックミキサーエレメント７１によって撹拌が行われるので流体を均一に混合させることができる。そのため、図３のようなミキシング装置に用いた場合においても流体が均一に混合され、より正確で安定した流体の濃度の計測および制御を行うことができる。なお、スタティックミキサーエレメント７１の構造は、流体を撹拌できる構造であれば特に限定されず、例えば螺旋状の構造や、２つのねじれ羽根状撹拌体が流路内に横方向に並んで設けられた構造であっても良い。
【００５１】
次に、図７を参照して、本発明の第四の実施形態のミキシングバルブについて説明する。
【００５２】
ＰＴＦＥ製の本体７４には、上部中央に第一弁室７５が設けられ、下部中央に第二弁室７６が設けられ、第一、第二弁室７５、７６の間に、本体７４を貫通する主流路７７が設けられている。また、第一弁室７５の下方には、第一弁室７５より小さい第一副弁室７８が設けられ、第一弁室７５の底部中央に開口しており、第二弁室７６の上方には、第二弁室７６より小さい第二副弁室７９が設けられ、第二弁室７６の底部中央に開口している。また、主流路７７には、第一、第二弁体２３、２４の軸線と交わる位置よりも下流側に主流路絞り部８０が設けられている。第一副弁室７８の底面には主流路絞り部８０の内周面に連通する第一出口連通流路８１と、主流路絞り部８０より上流側で主流路７７に連通する第一入口連通流路８２が設けられている。第二副弁室７９の底面には主流路絞り部８０の内周面に連通する第二出口連通流路８３と、主流路絞り部８０より上流側の主流路７７に連通する第二入口連通流路８４が設けられている。第一出口連通流路８１と第二出口連通流路８３、および第一入口連通流路８２と第二入口連通流路８４は、主流路７７の軸線方向に同じ位置に軸線に関して対称に配置され、したがって、主流路７７からの長さが等しくなるように形成されている。また、第一弁室７５には第一副流路８５、第二弁室７６には第二副流路８６が各々連通しており、これらは本体７４の周側面に開口している。なお、入口連通流路８２、８４は主流路７７の内周面の、弁体２３、２４の軸線と交わる位置よりも上流側の位置に連通することが望ましく、副弁室７８、７９から直線状に斜めに形成することが望ましい。また、入口連通流路８２、８４及び出口連通流路８１、８３は主流路絞り部８０より小径に形成されることが望ましい。
【００５３】
また、主流路絞り部８０の内径ｄは、主流路７７の内径Ｄに対して、０．６５Ｄになっている。なお、主流路絞り部８０の内径ｄは、主流路７７の内径Ｄに対して、０．５Ｄ≦ｄ≦０．８Ｄの範囲内であることが好適であり、０．６Ｄ≦ｄ≦０．７Ｄであることがより好適である。主流路絞り部８０の内径ｄは、主流路７７内の流体が流れにくくならないように０．５Ｄ以上とするのが好適であり、主流路絞り部８０の部分で他の主流路７７の部分との差圧を発生させて後述するように滞留防止の効果を得るために、０．８Ｄ以下とするのが好適である。
【００５４】
次に、本発明の第四の実施形態のミキシングバルブの作動について説明する。ここでは主流路に純水、第一副流路に塩酸、第二副流路に過酸化水素水を流した場合について説明する。
【００５５】
弁の開状態から第一、第二弁体２３、２４を閉位置にしたとき（図７の状態）、閉位置にした直後には、第一副弁室７８、第一入口連通流路８２、第一出口連通流路８１には塩酸が残り、および第二副弁室７９、第二入口連通流路８４、第二出口連通流路８３には過酸化水素水が残っている。ミキシングバルブに流入した純水は主流路７７を通って主流路絞り部８０を通過して流出されるが、主流路絞り部８０を流れる時に流速が早くなる。その結果、ベルヌーイの定理によって、主流路絞り部８０での圧力は主流路７７の他の部分での圧力より低くなる。そのため、主流路絞り部８０の内周に連通された第一、第二出口連通流路８１、８３内に残った塩酸及び過酸化水素水は、圧力の低くなった主流路絞り部８０側へと吸引される。さらに、第一、第二出口連通流路８１、８３に各々連通する第一、第二副弁室７８、７９、これらに連通する第一、第二入口連通流路８２、８４内にあった塩酸及び過酸化水素水も第一、第二出口連通流路８１、８３を通って主流路７７へと引き出される。これにより、主流路７７から各々の入口連通流路、副弁室、出口連通流路を通って主流路７７に流れ込む流体の流れが形成される。これにより、残っていた塩酸及び過酸化水素水は弁の閉止後に最初に洗い流される。また、流体が滞留するのを防止することができ、流路内に滞留部がなくなるためにコンタミネーションの発生を抑制することができる。
【００５６】
ミキシングバルブの駆動部は、図１に示すようなエアー式でなく図８に示すような電気式でもよく、この場合、第一駆動部９１及び第二駆動部９２は、ステッピングモータを有するモータ部９３と、モータ部９３から下方に延びモータの軸にギアを介して連結されたステム９４を有している。ステム９４はボンネット９８の貫通孔９５内に位置するように配置されている。第一、第二駆動部９１、９２のステム９４の下端部には、第一弁体９６及び第二弁体９７が各々ねじにより取り付けられており、モータ部９３を駆動してステム９４を上下動させることにより、第一、第二弁体９６、９７を上下動させることができる。なお、第一、第二弁体９６、９７は、ステム９４を回転させることで上下動するように、ステム９４と連結しても良い。また、第一、第二弁体９６、９７は、円錐形状にしても良く、それによって、ミキシングバルブの第一、第二駆動部９１、９２を制御して弁室に連通する流路の開口面積を線形に変化させることで、混合する流体を微細に調整することができる。
【００５７】
さらに、ミキシングバルブの本体１、シリンダ本体１３、ピストン１４、ダイヤフラム押さえ１５、弁体２３、２４等の各部品の材質は、樹脂であればポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどいずれでも良い。特に流体に腐食性流体を用いる場合は、ＰＴＦＥ、ポリビニリデンフルオロライド、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樹脂などのフッ素樹脂であることが好ましい。フッ素樹脂を用いることによって、腐食性流体に耐えるものとすることができ、また腐食性ガスが透過しても配管部材の腐食の心配がなくなるため好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第一の実施形態のミキシングバルブを示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のミキシングバルブを用いたミキシング装置の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】図１のミキシングバルブを用いたミキシング装置の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第二の実施形態のミキシングバルブを示す縦断面図である。
【図６】本発明の第三の実施形態のミキシングバルブを示す縦断面図である。
【図７】本発明の第四の実施形態のミキシングバルブを示す要部拡大縦断面図である。
【図８】本発明の第五の実施形態のミキシングバルブを示す縦断面図である。
【図９】従来の排液切替バルブを示す平面図である。
【図１０】従来の多連制御器を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１    本体
２    第一弁室
３    第二弁室
４    主流路
５    第一連通流路
６    第二連通流路
７    弁座
８    弁座
９    第一副流路
１０    第二副流路
１１    第一駆動部
１２    第二駆動部
１３    シリンダ本体
１４    ピストン
２３    第一弁体
２４    第二弁体
３１    ミキシングバルブ
３２    濃度計
３８    制御部
４２    第一副流路
４３    第二副流路
４４    ニードルバルブ
４５    ニードルバルブ
５１    本体
５２    主流路
５３    第一弁室
５４    第二弁室
５５    第三弁室
５６    第一連通流路
５７    第二連通流路
５８    第三連通流路
５９    第一弁体
６０    第二弁体
６１    第三弁体
６２    弁座
６３    弁座
６４    弁座
６５    第一副流路
６６    第二副流路
６７    第三副流路
６８    第一駆動部
６９    第二駆動部
７０    第三駆動部
７１    スタティックミキサーエレメント
７４    本体
７５    第一弁室
７６    第二弁室
７７    主流路
７８    第一副弁室
７９    第二副弁室
８０    主流路絞り部
８１    第一出口連通流路
８２    第一入口連通流路
８３    第二出口連通流路
８４    第二入口連通流路
９１    第一駆動部
９２    第二駆動部
９６    第一弁体
９７    第二弁体
【図１】
0005202101.tif 000002
【図２】
0005202101.tif 000003
【図３】
0005202101.tif 000004
【図４】
0005202101.tif 000005
【図５】
0005202101.tif 000006
【図６】
0005202101.tif 000007
【図７】
0005202101.tif 000008
【図８】
0005202101.tif 000009
【図９】
0005202101.tif 000010
【図１０】
0005202101.tif 000011