(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなり、流体が流通する流体通路が形成された流路ボディと、
前記流体通路の途中に設けられ、絶縁材料からなるとともに、前記流体通路を流通する流体に接触する流体接触面を有する膜部と、
を備えた流体機器であって、
前記流体通路の周囲の一部は薄肉部によって形成され、該薄肉部の外面には導電層が形成されるとともに、該導電層に電荷放出手段が接続されている流体機器。
【請求項２】
前記流路ボディの一部には凹状の肉盗み部が設けられ、該肉盗み部で前記薄肉部が外部に露出している請求項１に記載の流体機器。
【請求項３】
前記流体通路は一対の開口ポートに通ずるとともに、その両開口ポートとは別に前記膜部を有する流通調整用の弁体が設けられる弁体側開口部を有し、
前記弁体側開口部は前記流路ボディの一面に設けられ、それとは異なる面の前記薄肉部に前記導電層が形成されている請求項１又は２に記載の流体機器。
【請求項４】
前記導電層が形成された薄肉部を有する面は、機器取付用の取付板が設置される取付板設置部である請求項３に記載の流体機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体機器に設けられた膜部の絶縁破壊を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体通路を流通する流体が直に接触する膜部（例えば、ダイアフラム膜部やベローズ等）を備えた流体機器では、膜部の表面に帯電が生じた場合に、その帯電によって膜部の絶縁破壊が生じることが懸念されている。
【０００３】
そこで、その対策として、ダイアフラムの膜部近傍に、耐食性を有する導電性部材を流体通路側に貫通して設けるとともに、ボディ本体に、導電性部材をアースするアース手段を設けた流体機器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この流体機器では、ダイアフラムの膜部の屈曲動作を妨げることなく同ダイアフラムを正常に動作させることができるため、ダイアフラムの特性を損なうことなく簡易な構成にてダイアフラムの膜部の絶縁破壊を防止できるとしていた。
【特許文献１】特開２００７−７８０１９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、上記流体機器では、流体通路に導電性部材が露出しているため、長期に使用されると導電性部材が溶出し、それに起因して流体通路内が汚染されるおそれがある。この場合、導電性部材として耐食性を有する材料を使うとしても、都度使用する流体に応じて適用可能な材料が制限される等の不都合も生じ得る。また、上記の流体機器では、ダイアフラムの膜部の屈曲動作を維持するべく導電性部材がダイアフラムの周縁部分に設けられているため、ダイアフラムの中央に近い側の膜部については帯電が解消されにくいと考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は、流体通路等の汚染を抑制しつつ、膜部の帯電による絶縁破壊を抑制できる流体機器の提供を主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
【０００８】
第１の発明では、絶縁材料からなり、流体が流通する流体通路が形成された流路ボディと、前記流体通路の途中に設けられ、絶縁材料からなるとともに、前記流体通路を流通する流体に接触する流体接触面を有する膜部と、を備えた流体機器であって、前記流体通路の周囲の一部は外部に露出する殻部によって形成され、該殻部の外面には導電層が形成されるとともに、該導電層に電荷放出手段が接続されている。
【０００９】
前提構成を有する流体機器に超純水等の絶縁性の高い流体を流すと、流体通路の内面やその途中に設けられた膜部と流体との摩擦により静電気が発生し、流体の電子が移動して通路内面や膜部表面が負に帯電することが考えられる。この場合、特に、膜部表面の帯電はそれに起因して膜部の絶縁破壊が生じることが懸念される。
【００１０】
この点、第１の発明によれば、導入された流体が流体通路を通過する際、殻部の内面に帯電した流体の電子は導電層と電荷放出手段とを通じて放出されるため、流体は電子が少ない状態で膜部に到達することになる。このため、膜部と流体との摩擦により膜部表面が負に帯電することが低減される。これにより、膜部の絶縁破壊を抑制できる。また、流体通路の周囲の一部を形成する殻部の外面に導電層が設けられているため、導電性物質の溶出によって流体通路が汚染されるといった不都合を回避できる。その結果、流体通路の汚染を抑制しつつ、膜部の帯電による絶縁破壊を好適に抑制できる。
【００１１】
なお、前記流体通路は入口側通路から前記膜部を通過して出口側通路につながる通路であり、少なくとも前記入口側通路の周囲の一部が殻部によって形成され、少なくとも当該入口側通路の殻部の外面に前記導電層が形成されることが好ましい。これにより、電子が少なくなった状態の流体だけが膜部に到達することになるため、膜部表面の帯電低減という効果を確実に得ることができる。
【００１２】
第２の発明では、前記流路ボディの一部には凹状の肉盗み部が設けられ、該肉盗み部で前記殻部が外部に露出している。
【００１３】
流路ボディがフッ素樹脂等の合成樹脂からなる場合、成形時のヒケを防止すること等を目的として、流路ボディに肉盗み部が形成される。第２の発明によれば、このような肉盗み部の形成によって外部に露出した殻部の外面に導電層が形成されているため、肉盗み部を利用して導電層を容易に形成することができる。
【００１４】
第３の発明では、前記流体通路は一対の開口ポートに通ずるとともに、その両開口ポートとは別に前記膜部を有する流通調整用の弁体が設けられる弁体側開口部を有し、前記弁体側開口部は前記流路ボディの一面に設けられ、それとは異なる面の前記殻部に前記導電層が形成されている。
【００１５】
弁体側開口部が設けられた一面で露出する殻部がある場合、その殻部の外面にも導電層が形成される構成では、その形成作業時に、弁体側開口部奥の通路内面が導電層の構成材料で汚されないよう、例えばマスキング処理等の特別な処理が必要となる。この点、第３の発明によれば、導電層が弁体側開口部が設けられた一面とは異なる面の殻部に形成された構成であるため、そのような処理をあえて施さなくても導電層の形成が可能となる。これにより、導電層を容易に形成できる。
【００１６】
第４の発明では、前記導電層が形成された殻部を有する面は、機器取付用の取付板が設置される取付板設置部である。
【００１７】
この第４の発明によれば、取付板を金属等の導電性材料によって形成するとともに、その取付板と接触するように導電層を広く形成した場合、取付板を電荷放出手段として利用することが可能となる。また、取付板に設けられるボルト等の締結部材を電荷放出手段として利用することも可能となる。このような点から、取付板等を電荷放出手段に利用して電荷放出手段を簡素化できる。その結果、電荷放出手段を備えた流体機器の製造が容易となるとともにそのコストも低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。本実施形態では、半導体製造装置等にて使用される液体供給システムにおいて、同システムに用いられる液体制御弁について説明する。この液体制御弁によって、制御対象流体としての液体の流通（出入り）が制御される。
【００１９】
図１は、液体制御弁１０の構成を示す断面図である。図１において、液体制御弁１０は、カバー１１及びシリンダボディ１２からなる駆動部１３と、液体通路が形成された流路ボディ１４とを備え、それらが一体に結合される構成となっている。カバー１１及びシリンダボディ１２はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等の合成樹脂（絶縁材料）よりなり、流路ボディ１４はフッ素樹脂（例えば、パーフロロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）樹脂）等の合成樹脂（絶縁材料）よりなる。
【００２０】
シリンダボディ１２には、カバー１１側から流路ボディ１４側に貫通する円筒状の摺動孔１５が形成されており、その摺動孔１５内にピストンロッド１６が摺動可能に収容されている。詳しくは、摺動孔１５は、いずれも同軸の大径孔部１５ａと小径孔部１５ｂとを有しており、大径孔部１５ａにピストンロッド１６の大径部１６ａが摺動可能に収容され、小径孔部１５ｂにピストンロッド１６の小径部１６ｂが摺動可能に収容されている。
【００２１】
ピストンロッド１６とカバー１１との間にはバネ室１８が形成されており、そのバネ室１８にコイルバネ１９が配設されている。したがって、ピストンロッド１６は、コイルバネ１９によって常に図の下方（後述するダイアフラム弁体２６を閉弁させる方向）に付勢されている。ピストンロッド１６は、ステンレス鋼やアルミニウム等の金属材料により構成されている。なお、液体制御弁１０は、本実施形態のようにノーマリクローズ式とする以外でも実現でき、例えばノーマリオープン式とすることも可能である。
【００２２】
ピストンロッド１６とシリンダボディ１２とにより囲まれた空間部は圧力制御室２１となっており、その圧力制御室２１にはエア導入ポート２２及びエア通路２３を経由して、外部装置（図示しない電空レギュレータ等）から操作エアが導入される構成となっている。この場合、圧力制御室２１内のエア圧力が上昇することにより、ピストンロッド１６がコイルバネ１９の付勢力に抗して移動（図の上方に移動）することができるようになっている。ピストンロッド１６の大径部１６ａ及び小径部１６ｂの外周部には、圧力制御室２１の気密性を高めるべく環状のシール部材２４が配設されている。
【００２３】
また、ピストンロッド１６の下端部（流路ボディ１４側の先端部）には、フッ素樹脂（例えば、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）樹脂）等の合成樹脂（絶縁材料）よりなるダイアフラム弁体２６が連結されている。ダイアフラム弁体２６は、ピストンロッド１６に連結されるボス部２６ａと、シリンダボディ１２及び流路ボディ１４に狭持される周縁部２６ｂと、ボス部２６ａ及び周縁部２６ｂの間に形成される膜部としてのダイアフラム膜部２６ｃとを有する。ボス部２６ａには雄ネジ部２６ｄが設けられており、その雄ネジ部２６ｄがピストンロッド１６のネジ孔１６ｃにねじ入れられることで、ピストンロッド１６とダイアフラム弁体２６とが一体化されている。ダイアフラム弁体２６は、図の下面が接液面（流体接触面）、図の上面が非接液面となっている。なお、ピストンロッド１６が金属材料により構成されていることで、ネジ連結部の強度が確保されている。
【００２４】
流路ボディ１４は略直方体形状をなし、対向側面に２つの開口ポート３１，３２が形成されるとともに、それら各ポート３１，３２に通じる流体通路としての液体通路３３，３４が形成されている。これら液体通路３３，３４は、ダイアフラム弁体２６の作動位置によって連通又は連通遮断される。
【００２５】
詳しくは、一方の開口ポート３１に連通する液体通路３３は、ダイアフラム弁体２６側の通路端（開口ポート３１と逆側の通路端）が流路ボディ１４の中央部に位置するよう形成されているのに対し、他方の開口ポート３２に連通する液体通路３４は、ダイアフラム弁体２６側の通路端（開口ポート３２と逆側の通路端）が液体通路３３を囲むようにして形成されている。つまり、液体通路３４は、ダイアフラム弁体２６側の通路端部が環状通路となっている。したがって、液体通路３３，３４のダイアフラム弁体２６側の通路端は弁体側開口部３３ａ，３４ａであり、それは流路ボディ１４の一面（駆動部１３の取付面１４ａ）に設けられている。そして、この場合、ダイアフラム弁体２６付近において、液体通路３３と液体通路３４との間には円筒状の突起部３５が形成され、その突起部３５の先端部（図の上端部）が弁座３６となっている。
【００２６】
弁座３６は液体通路３３の開口部を囲むようにして環状に設けられ、その弁座３６に、ダイアフラム弁体２６のボス部２６ａの底面が当接する。ダイアフラム弁体２６のボス部２６ａが弁座３６に対して当接する又は離間することにより、液体通路３３，３４を通じての液体の流通が阻止又は許容される。
【００２７】
ちなみに、開口ポート３１及び液体通路３３と、開口ポート３２及び液体通路３４とは、いずれか一方が液体の入口側、他方が液体の出口側となる。
【００２８】
また、流路ボディ１４には、開口ポート３１，３２が設けられた対向側面を除く各外面に、凹状の肉盗み部３７が形成されている。この肉盗み部３７が形成されていることにより、流路ボディ１４を成形する際にヒケが発生することが抑制される。このような肉盗み部３７が設けられた部分では、液体通路３３，３４を形成する殻部３８が外部に露出している。つまり、液体通路３３，３４の周囲の一部が殻部３８によって形成され、その殻部３８の外面が肉盗み部３７の底面の一部として現れている。そして、この殻部３８では、液体通路３３，３４の内面と外面との間の肉厚が比較的薄肉に形成されている。
【００２９】
上記構成の液体制御弁１０では、圧力制御室２１への操作エアの導入（エア圧力の上昇）によりピストンロッド１６が移動し、それに伴いダイアフラム弁体２６のボス部２６ａが弁座３６から離れると、ボス部２６ａと弁座３６との間の隙間を通じて液体が流通する。かかる場合、ボス部２６ａと弁座３６との間の離間距離（弁開度に相当）は、圧力制御室２１への操作エアの導入量（エア圧力）により調整され、これにより、流出する液体の圧力が調整されるようになっている。
【００３０】
ところで、液体制御弁１０において、フッ素樹脂等により形成される流体通路３３，３４に絶縁性の高い液体（例えば、超純水等）を流すと、液体とフッ素樹脂等の表面との摩擦により静電気が発生し、通路内面及びダイアフラム表面に帯電（液体の電子が付着）する。特に、ダイアフラム膜部２６ｃは薄い膜であるため、帯電により絶縁破壊が生じることが懸念される。そこで、本実施の形態では、流体通路３３，３４の周囲の一部を形成する殻部３８の外面に導電層を設けることにより、ダイアフラム膜部２６ｃの帯電を低減させている。
【００３１】
図２（ａ）（ｂ）には、流路ボディ１４の断面構造を拡大して示す。具体的には、一方の開口ポート３１及び液体通路３３側を拡大した断面構造であり、流体通路３３側を入口側とした場合を想定している。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、殻部３８の外面３８ａ，３８ｂには、その全域にわたって導電層４１が形成されている。導電層４１は、図示のように一層でもよいし、抵抗の異なる複数の層を積層して除電が徐々に行われるように構成してもよい。そして、この導電層４１にはアース線Ｅ１を介してアース部材Ｅ２が接続されている。なお、本実施の形態では、このアース線Ｅ１及びアース部材Ｅ２によって電荷放出手段が構成されている。
【００３３】
導電層４１は、導電性ゴム、半導体、金属、カーボン入りシリコン樹脂等のいずれかの材料からなる薄肉の導電体である。そして、接着（貼り付け）、蒸着、コーティング（被膜処理）、渡金（メッキ）、殻部３８への埋設等、用いられる材料の種類に応じた適宜の方法により、殻部３８の外面３８ａ，３８ｂに設けられる。
【００３４】
なお、殻部３８の外面３８ａ，３８ｂに形成される導電層４１は、駆動部１３の取付面１４ａと逆側（図の下側）の外面３８ａに設けられるだけでもよい。このため、駆動部１３側の外面３８ｂに導電層４１を設けない構成とすることも可能である。
【００３５】
上記のように液体通路３３，３４を形成する殻部３８の外面３８ａ，３８ｂに導電層４１が設けられていることにより、図２（ｂ）に示すように、殻部３８の内面に帯電した液体原子Ａの電子は内面側から外面側へ移動した後、さらに導電層４１へと流れる。この導電層４１に流れた電子はアース線Ｅ１に流れる。こうして流体通路３３を通過した液体の原子Ａは電子が少なくなるため、ダイアフラム膜部２６ｃに到達する液体は電子が少ない状態となる。これにより、ダイアフラム膜部２６ｃの帯電が低減され、その絶縁破壊が抑制される。また、この構造により液体の電子を常に奪い続けることができるため、絶縁破壊の抑制効果が落ちることはない。
【００３６】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果を奏する。
【００３７】
液体通路３３，３４の周囲の一部を形成する殻部３８の外面３８ａ，３８ｂに導電層４１が設けられているため、ダイアフラム表面の帯電を低減させて、ダイアフラム膜部２６ｃの絶縁破壊を抑制することができる。
【００３８】
また、液体通路３３，３４の内面に液体電子が帯電してもその電子は放出されるため、結果的には通路内面の帯電が低減される。このため、液体通路３３，３４に導入された液体に含まれる微粒子（パーティクル）が通路内面に付着してしまうことも抑制できる。
【００３９】
導電層４１が殻部３８の外面３８ａ，３８ｂに設けられているため、導電性物質の溶出によって液体通路等が汚染されるといった不都合を回避できる。例えば半導体製造装置においては半導体（ワーク）の汚染等を抑制することができる。
【００４０】
ヒケ等の防止を目的として形成された肉盗み部３７で外部に露出している殻部３８の外面３８ａ，３８ｂに導電層４１が設けられているため、肉盗み部３７を利用して導電層を容易に形成することができる。
【００４１】
駆動部１３の取付面１４ａと逆側の外面３８ａに導電層４１が設けられただけの構成とすれば、その導電層４１の形成時において、液体通路３３，３４の通路端にマスキング処理等を施す必要がなく、導電層４１を容易に形成できる。
【００４２】
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されても良い。
【００４３】
上記実施の形態では、発明の実施対象を液体制御弁としたが、これをダイアフラム式ポンプに変更することも可能である。ダイアフラム式ポンプの場合、液体を吸入するポンプ室が形成され、そのポンプ室に片面が接するようにしてダイアフラム部材が設けられる。そして、ダイアフラム部材の動作によりポンプ室の容積が拡張又は縮小され、液体の吸入及び吐出が交互に行われる。すなわち、ダイアフラム部材の動作によりポンプ室の容積が拡張されることに伴い同ポンプ室内に液体が吸入され、逆にダイアフラム部材の動作によりポンプ室の容積が縮小されることに伴い同ポンプ室内の液体が吐出される。こうしたダイアフラム式ポンプの場合にも、ダイアフラム表面に帯電が生じ得るが、その表面（非接液面）に、前述のような導電層を設けることで、ダイアフラム部材の絶縁破壊を抑制することができる。
【００４４】
その他、流体機器としては、ダイアフラム膜部やベローズといった、制御対象流体にさらされる膜部を有するものであればよく、例えば、圧力センサ、流量調整弁、開閉弁、サックバック弁等に変更することも可能である。そして、弁体としては上記実施の形態のようにダイアフラム弁体２６が用いられる他、ベローズが用いられた構成であってもよい。
【００４５】
上記実施の形態では、制御対象の流体を液体とし、その液体を流通させる液体制御機器について具体的構成を説明したが、これに代えて、制御対象の流体を気体とし、その気体を流通させる気体制御機器についての具体化も可能である。例えば、制御対象となる気体として、ドライエアや窒素ガス（Ｎ2ガス）等が挙げられる。制御対象の流体を気体とする気体制御弁や気体ポンプであっても、上述したとおりダイアフラム部材の絶縁破壊を好適に抑制することができる。
【００４６】
上記実施の形態では、アース線Ｅ１及びアース部材Ｅ２によって電荷放出手段が構成されているが、電荷放出手段を空中放電させる構成としてもよい。
【００４７】
上記実施の形態では、肉盗み部３７の底面のうち殻部３８の外面にだけ導電層４１が設けられているが、肉盗み部３７の底面全域に導電層４１が設けられた構成や、肉盗み部３７の底面だけでなく側壁面に導電層４１が設けられた構成を採用してもよい。また、液体通路３３，３４のうち、入口側となる通路について、その殻部３８の外面３８ａ，３８ｂにだけ導電層４１が設けられた構成であってもよい。
【００４８】
上記実施の形態では説明を省略したが、一般に、流路ボディ１４の外面のうち、駆動部１３の取付面１４ａと逆側の面（図の下面）は、液体制御弁１０を他の装置や部材等に取り付けるための取付板が設けられる取付板設置部となっている。この場合、その取付板を金属等の導電性材料によって形成するとともに、その取付板と導電層４１とが接触するように導電層４１を形成すれば、取付板を電荷放出手段として利用することが可能となる。また、取付板に設けられるボルト等の締結部材を電荷放出手段として利用することも可能となる。このような点から、取付板等を電荷放出手段に利用して電荷放出手段を簡素化することもできる。そうすれば、電荷放出手段を備えた流体機器の製造が容易となり、かつそのコストも低減できる。
【００４９】
上記実施の形態では、殻部３８の外面３８ａ，３８ｂにのみ導電層４１が設けられているが、ダイアフラム弁体２６の非接液面側にも導電層を形成し、その導電層にアース線を介してアース部材を接続してもよい。そうすれば、ダイアフラム弁体２６の帯電時に、その導電層と電荷放出手段（アース線及びアース部材）を通じて電荷を放出させることができる。これにより、ダイアフラム弁体２６の絶縁破壊をより一層抑制できる。
【００５０】
もっとも、ダイアフラム弁体２６に導電層を形成することは、ダイアフラムの特性や耐久性を低下させる等の問題があり、実際上、それを実現することは困難である。そのような観点からすれば、本実施形態のように、流路ボディ１４側に導電層４１を形成することは、膜部に影響を与えることなく前述した各効果が得られる点できわめて有効であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施の形態における液体制御弁の構成を示す断面図。
【図２】流路ボディの断面構造を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１０…液体制御弁（流体機器）、１４…流路ボディ、２６…ダイアフラム弁体（弁体）、２６ｃ…ダイアフラム膜部（膜部）、３３，３４…液体通路（流体通路）、３３ａ，３４ａ…弁体側開口部、３７…肉盗み部、３８…殻部、４１…導電層、Ｅ１…アース線（電荷放出手段）、Ｅ２…アース部材（電荷放出手段）。
【図１】
0004990118.tif 000002
【図２】
0004990118.tif 000003