開弁装置およびガス供給設備
【課題】 断熱圧縮によるガス温度上昇の防止とダイヤフラム弁の開放に要する時間の短縮とに加え、小型化が可能な開弁装置を提供する。
【解決手段】 開弁装置１０６は、駆動用流体供給ライン２３０と、高速供給ライン２３２と、低速供給ライン２３４とを備える。高速供給ライン２３２は、駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２による駆動用流体の供給速度よりも低い、開閉弁１０２の開放によるガスの温度上昇を防止可能な速度で駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。高速供給ライン２３２が、圧力制御弁２５０を有する。圧力制御弁２５０は、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えると閉じる。閉止圧力は、開閉弁１０２においてガスの漏れが生じる圧力を下回る。
【解決手段】 開弁装置１０６は、駆動用流体供給ライン２３０と、高速供給ライン２３２と、低速供給ライン２３４とを備える。高速供給ライン２３２は、駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２による駆動用流体の供給速度よりも低い、開閉弁１０２の開放によるガスの温度上昇を防止可能な速度で駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。高速供給ライン２３２が、圧力制御弁２５０を有する。圧力制御弁２５０は、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えると閉じる。閉止圧力は、開閉弁１０２においてガスの漏れが生じる圧力を下回る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開弁装置およびガス供給設備に関し、特に、ガス温度上昇の抑制と開閉弁の開放に要する時間の短縮とに加え、小型化が可能な、開弁装置およびガス供給設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、半導体製造ガス用高圧ガス容器弁にかかる発明を開示している。その高圧ガス容器弁は、弁体開閉のためのアクチュエータを備えている。この発明の特徴は、そのアクチュエータへ供給する駆動用流体の流量をオリフィスで絞っていることである。駆動用流体は、そのアクチュエータを駆動するために供給される。
【０００３】
特許文献１に開示された高圧ガス容器弁は、駆動用流体の流量をオリフィスで絞る。駆動用流体の流量がオリフィスで絞られているので、弁体をゆっくり開放することができる。弁体をゆっくり開放することができるので、断熱圧縮によるアクチュエータ駆動用ガスの温度上昇を抑制できる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された高圧ガス容器弁には、弁体を開放するための所要時間の合計が長すぎるという問題がある。
【０００５】
特許文献２に開示された発明は、上述した問題を解決する。特許文献２に開示された発明は、制御器にかかる発明である。その制御器は、ダイヤフラム弁に接続される。その制御器は、ダイヤフラム弁開閉のためのアクチュエータを備えている。この発明の特徴は、そのアクチュエータが流量調整弁に加え補助連通路と緩衝機構とを備えていることである。この緩衝機構は調圧ばねなどから構成されている。駆動用流体をアクチュエータへ供給し始める際、駆動用流体は流量調整弁からも補助連通路からもアクチュエータ内の圧力室に入る。アクチュエータ内のピストンの移動距離が所定値を越えると補助連通路は閉鎖される。これにより、アクチュエータ内のピストンの移動距離が所定値を越えると、流量調整弁を通過した駆動用流体のみが圧力室に入ることになる。緩衝機構が設けられているので、補助連通路が閉鎖される前のピストンの動きがそのままダイヤフラム弁に伝わることはない。このため、アクチュエータ内のピストンが移動する際、ダイヤフラム弁が開放されてしまうことを防止できる。
【０００６】
特許文献２に開示された制御器によれば、駆動用流体の供給開始直後における駆動用流体の流量を多くできる。緩衝機構が設けられているので、この時期はダイヤフラム弁の開閉にほとんど影響がない。そのため、ダイヤフラム弁を開放したときのガス温度上昇の抑制とダイヤフラム弁の開放に要する時間の短縮とを図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３０３９９号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に開示された制御器は、緩衝機構を必要とする。緩衝機構を必要とする分、アクチュエータは大型化する。また、特許文献２に開示された制御器は流量調整弁と補助連通路と緩衝機構とを一体化しなければならない。このこともアクチュエータの大型化を招く。本発明は、このような問題点を解消するためになされたものである。その目的とするところは、ガス温度上昇の抑制と開閉弁の開放に要する時間の短縮とに加え、小型化が可能な、開弁装置およびガス供給設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、開弁装置１０６は、駆動用流体供給ライン２３０を備える。駆動用流体供給ライン２３０は、アクチュエータ１０４に接続される。アクチュエータ１０４は、開閉弁１０２の開放を制御する。開閉弁１０２は、ガスが流れる流路を開閉する。駆動用流体供給ライン２３０は、アクチュエータ１０４に駆動用流体を供給する。駆動用流体はアクチュエータ１０４を駆動するためのものである。開弁装置１０６は、高速供給ライン２３２と、低速供給ライン２３４とをさらに備える。高速供給ライン２３２は、駆動用流体供給ライン２３０に連なる。高速供給ライン２３２は、駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２と並列に駆動用流体供給ライン２３０に連なる。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２による駆動用流体の供給速度よりも低い、開閉弁１０２の開放によるガスの温度上昇を抑制可能な速度で駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。高速供給ライン２３２が、圧力制御弁２５０を有する。圧力制御弁２５０は、駆動用流体の圧力が所定の閉止圧力を超えると閉じる。閉止圧力は、開閉弁１０２においてガスの漏れが生じる圧力を下回る。
【００１０】
圧力制御弁２５０は、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えると閉じる。このため、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えるまで、駆動用流体供給ライン２３０には高速供給ライン２３２から駆動用流体が供給されていることとなる。そのため、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えるまで、駆動用流体供給ライン２３０はアクチュエータ１０４へ迅速に駆動用流体を供給できる。駆動用流体を迅速に供給できるので、開閉弁の開放に要する時間の合計を短縮できる。
【００１１】
その後、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えると圧力制御弁２５０が閉じる。圧力制御弁２５０が閉じるので、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えると、高速供給ライン２３２から駆動用流体供給ライン２３０への駆動用流体の供給は途切れる。低速供給ライン２３４による駆動用流体の供給は継続できる。低速供給ライン２３４により、高速供給ライン２３２よりも供給速度が低い、開閉弁１０２の開放によるガスの温度上昇を抑制可能な速度で、駆動用流体が供給されることにより、開閉弁１０２がすばやく開放されてしまうことが防止される。そのため、ガスの温度上昇が抑制される。
【００１２】
高速供給ライン２３２から駆動用流体供給ライン２３０への駆動用流体の供給を途切れさせる際、開弁装置１０６はアクチュエータ１０４の動作を必要としない。アクチュエータ１０４の動作を必要としないため、高速供給ライン２３２から駆動用流体が供給されている期間のアクチュエータ１０４の動きを抑える緩衝機構を開弁装置１０６は必要としない。その結果、開弁装置１０６の小型化が可能になる。
【００１３】
本発明の他の局面に従うと、ガス供給設備１０は、開閉弁１０２と、アクチュエータ１０４と、開弁装置１０６とを備える。開閉弁１０２はガスの流路を開閉する。アクチュエータ１０４は、開閉弁１０２の開放を制御する。開弁装置１０６は、アクチュエータ１０４に接続される。開弁装置１０６は、アクチュエータ１０４を駆動するための駆動用流体をアクチュエータ１０４に供給する。開閉弁１０２が、弁本体１２０と、弁座１２２と、弁体１２４と、ステム１２６と、弾性体１２８とを有する。弁本体１２０は、一次側流路２００、一次側流路２００の出口が設けられる弁室２０２、および、弁室２０２に連なる二次側流路２０４を有する。弁座１２２は、弁室２０２内の一次側流路２００の出口に設けられる。弁体１２４は、弁座１２２に密着することで一次側流路２００の出口を塞ぐ。ステム１２６は、弁体１２４を弁座１２２に押付ける。弾性体１２８は、ステム１２６に対して、弁体１２４を弁座１２２に押付ける方向の力を与える。アクチュエータ１０４が、シリンダ１３０と、ピストン１３２とを有する。シリンダ１３０は、ピストン１３２を収容する。ピストン１３２は、弁体１２４から離れる方向にステム１２６を駆動する。開弁装置１０６が、駆動用流体供給ライン２３０を有する。駆動用流体供給ライン２３０は、アクチュエータ１０４を駆動するための駆動用流体をアクチュエータ１０４に供給する。開弁装置１０６は、高速供給ライン２３２と、低速供給ライン２３４とをさらに備える。高速供給ライン２３２は、駆動用流体供給ライン２３０に連なる。高速供給ライン２３２は、駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２と並列に駆動用流体供給ライン２３０に連なる。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２による駆動用流体の供給速度よりも低い、開閉弁１０２の開放によるガスの温度上昇を抑制可能な速度で駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。高速供給ライン２３２が、圧力制御弁２５０を有する。圧力制御弁２５０は、駆動用流体の圧力が所定の閉止圧力を超えると閉じる。この閉止圧力は、駆動用流体の圧力が弁座１２２と弁体１２４との間でガスの漏れが生じる圧力を下回る。
【００１４】
高速供給ライン２３２からの駆動用流体の供給を途切れさせる際、開弁装置１０６はアクチュエータ１０４の動作を必要としない。アクチュエータ１０４の動作を必要としないため、高速供給ライン２３２から駆動用流体が供給されている期間のアクチュエータ１０４の動きを抑える緩衝機構を開弁装置１０６は必要としない。その結果、開弁装置１０６の小型化ひいてはガス供給設備１０の小型化が可能になる。
【００１５】
また、上述した弁体１２４がダイヤフラムであることが好ましい。この場合、開弁装置１０６は、追加供給ライン２３６をさらに備える。追加供給ライン２３６は、高速供給ライン２３２および低速供給ライン２３４と並列に駆動用流体供給ライン２３０に連なる。追加供給ライン２３６は、駆動用流体の圧力が所定の高速化圧力を超えると開く。高速化圧力は、ダイヤフラムと弁座１２２との隙間からガス漏れが生じる圧力よりも高い圧力である。
【００１６】
駆動用流体の圧力が高速化圧力を超えるとき、ダイヤフラムと弁座１２２との隙間からガス漏れが生じている。ガス漏れが生じているとき、ダイヤフラムは、一次側流路２００内のガスと二次側流路２０４に漏れたガスとから圧力を受ける。圧力を受けるので、ダイヤフラムは、ステム１２６を押す。ステム１２６がダイヤフラムに押されると、アクチュエータ１０４のピストン１３２も押される。ピストン１３２が押されると、シリンダ１３０内のガスの圧力が低下する。一方、駆動用流体の圧力が高速化圧力を超えると追加供給ライン２３６が開くので、駆動用流体供給ライン２３０を経てシリンダ１３０内にガスが流入する。ガスが流入するので、ピストン１３２が押されたことによるシリンダ１３０内のガスの圧力の低下は抑えられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ガス温度上昇の防止とダイヤフラム弁の開放に要する時間の短縮とに加え、小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例にかかるガス供給設備の構成を示す図である。
【図２】ダイヤフラム式開閉弁の断面図である。
【図３】エア式アクチュエータの断面図である。
【図４】本発明の第１変形例にかかる開弁装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２変形例にかかる開弁装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３変形例にかかる開弁装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２０】
［ガス供給設備の構成］
図１は、本実施例にかかるガス供給設備１０の構成を示す図である。本実施例において、ガス供給設備１０は、ガスボンベ１００と、ガスボンベ１００に装着されるダイヤフラム式開閉弁１０２と、ダイヤフラム式開閉弁１０２に接続されるエア式アクチュエータ１０４と、エア式アクチュエータ１０４に接続される開弁装置１０６と、開弁装置１０６に接続される電磁式切換弁１０８と、これらを収容するシリンダーキャビネット１１０とを備える。電磁式切換弁１０８を励磁したり消磁したりすることで、供給源２０から供給されるエア（エアに限らず、その他の種類の駆動用流体であってもよいことは言うまでもない）がエア式アクチュエータ１０４に流れたりエア式アクチュエータ１０４から大気中へエアが放出されたりする。本実施例の場合、ガスボンベ１００の中の供給ガスはダイヤフラム式開閉弁１０２を経由して図示しない半導体製造設備に供給される。
【００２１】
［ダイヤフラム式バルブの構成］
図２はダイヤフラム式開閉弁１０２の断面図である。ダイヤフラム式開閉弁１０２の構成を説明する。ダイヤフラム式開閉弁１０２は、弁本体１２０と、弁座１２２と、ダイヤフラム１２４と、ステム１２６と、皿ばね１２８とを有する。本実施例にかかる弁本体１２０はガスボンベ１００の口にねじ込まれる。弁本体１２０の内部に一次側流路２００と弁室２０２と二次側流路２０４とが形成されている。ガスボンベ１００の中から出た供給ガスは一次側流路２００を通過する。弁座１２２は一次側流路２００の出口に設けられている。この出口は、弁室２０２の中に設けられている。このため、弁座１２２は弁室２０２の中に設けられていることとなる。ダイヤフラム１２４は、弁座１２２に密着することで一次側流路２００の出口を塞ぐ。すなわち、ダイヤフラム１２４は、本実施例における弁体である。ステム１２６は、ダイヤフラム１２４を弁座１２２に押付ける。皿ばね１２８は、ステム１２６に対して、ダイヤフラム１２４を弁座１２２に押付ける方向の力を与える。なお、ダイヤフラム１２４を弁座１２２に押付ける方向の力を与えることができるのであれば、皿ばね１２８に代えてコイルばねその他の弾性体を用いてもよいことは言うまでもない。ダイヤフラム１２４が弁座１２２に押付けられていないとき、一次側流路２００を通過した供給ガスは弁室２０２内に流入する。弁室２０２には二次側流路２０４が連なっている。このため、弁室２０２内の供給ガスは二次側流路２０４を通ってダイヤフラム式開閉弁１０２から出る。
【００２２】
［エア式アクチュエータの構成］
図３はエア式アクチュエータ１０４の断面図である。エア式アクチュエータ１０４の構成を説明する。エア式アクチュエータ１０４は、シリンダ１３０と、ピストン１３２とを備える。シリンダ１３０はピストン１３２を収容する。本実施例にかかるピストン１３２は、上述したステム１２６に連結されている。ピストン１３２は、開弁装置１０６から供給されたエアの圧力により、ダイヤフラム１２４から離れる方向にステム１２６を駆動する。
【００２３】
シリンダ１３０は複数の部材によって構成されている。それらの部材によって、シリンダ１３０の中には第１エア室２１０と第２エア室２１２とが形成されている。また、シリンダ１３０の中には連通通路２１４が形成されている。連通通路２１４は、第１エア室２１０と第２エア室２１２とを連通させる。この他、第１エア室２１０には図示しないエア流入路が設けられている。開弁装置１０６から供給されたエアはこのエア流入路を介して第１エア室２１０に流入する。また、シリンダ１３０は、コイルバネ２１６を有する。コイルバネ２１６は、ピストン１３２に力を加える。本実施例においては、このコイルバネ２１６がピストン１３２に与える力は、エアがピストン１３２に与える力に比べると極めて小さい。これにより、このコイルバネ２１６の機能は、エアの圧力が低下したときピストン１３２を押戻す機能にほぼ限定される。
【００２４】
ピストン１３２は、第１プレート２２０と、第２プレート２２２と、連結部材２２４と、軸２２６とを有する。第１プレート２２０は第１エア室２１０内のエアから圧力を受ける。第２プレート２２２は第２エア室２１２内のエアから圧力を受ける。連結部材２２４はダイヤフラム式開閉弁１０２のステム１２６に連結される。軸２２６には第１プレート２２０と第２プレート２２２と連結部材２２４とが固定されている。これらは一体となって動く。
【００２５】
［開弁装置の構成］
本実施例にかかる開弁装置１０６（図１参照）は、駆動用流体供給ライン２３０と、高速供給ライン２３２と、低速供給ライン２３４とを備える。駆動用流体供給ライン２３０は、上述したシリンダ１３０に接続される。駆動用流体供給ライン２３０は、エアをシリンダ１３０に供給する。高速供給ライン２３２は駆動用流体供給ライン２３０に連なる。高速供給ライン２３２は、電磁式切換弁１０８を開いた直後に、駆動用流体供給ライン２３０にエアを供給する。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２と並列に駆動用流体供給ライン２３０に連なる。低速供給ライン２３４も、ピストン１３２にかかる圧力が増加するよう、駆動用流体供給ライン２３０にエアを供給する。その供給速度は、高速供給ライン２３２によるエアの供給速度よりも低い、ダイヤフラム式開閉弁１０２の開放による供給ガスの温度上昇を抑制可能な速度である。具体的なエアの供給速度は、エア式アクチュエータ１０４の大きさなどに基づいて適宜定められる。
【００２６】
高速供給ライン２３２は、圧力制御弁２５０と逆止弁２５２とを有する。圧力制御弁２５０はエアの圧力が所定の圧力を超えると閉じる。その結果、高速供給ライン２３２は、エアの圧力がその「所定の圧力」を超えると閉止することとなる。この「所定の圧力」は、エア式アクチュエータ１０４におけるピストン１３２の大きさ、および、ダイヤフラム式開閉弁１０２における皿ばね１２８がステム１２６に対して与える力の大きさに基づいて、適宜定められる。この「所定の圧力」は、後述する「微少漏れ」が生じる圧力を下回ることが必要である。本実施例では、この「所定の圧力」を「閉止圧力」と称する。逆止弁２５２は、圧力制御弁２５０に直列に接続される。逆止弁２５２は、エア式アクチュエータ１０４側のエアが電磁式切換弁１０８側へ逆流することを防止する。
【００２７】
低速供給ライン２３４は、流量調整弁２６０と逆止弁２６２とを有する。流量調整弁２６０はエア式アクチュエータ１０４へ供給するエアの流量を制限する。本実施例にかかる流量調整弁２６０は、エアの流量を任意に設定できる。このため、低速供給ライン２３４によるエアの供給速度が、ダイヤフラム式開閉弁１０２の開放による供給ガスの温度上昇を抑制可能な速度より低くなるよう、流量調整弁２６０におけるエアの流量を予め設定しておく。逆止弁２６２は、流量調整弁２６０に並列となるよう設けられる。逆止弁２６２は、電磁式切換弁１０８側のエアがエア式アクチュエータ１０４側へ流れることを防止する。後述するように、エア式アクチュエータ１０４へエアを供給している間は電磁式切換弁１０８側のエアの圧力が高いので、エア式アクチュエータ１０４側から電磁式切換弁１０８側へエアが流れることはない。エア式アクチュエータ１０４側から電磁式切換弁１０８側へエアが流れるのは、電磁式切換弁１０８が開いて電磁式切換弁１０８側のエアの圧力が大気圧に等しくなったときである。
【００２８】
［開弁装置の動作］
半導体製造設備のオペレータがその半導体製造設備に供給ガスを供給する際に本実施例にかかる開弁装置１０６を利用してダイヤフラム式開閉弁１０２をスローオープンさせるための手順を説明する。
【００２９】
まず、オペレータは、電磁式切換弁１０８を励磁する。このとき低速供給ライン２３４におけるエアの流量は流量調整弁２６０によって制限されている。そのため、エアは主として高速供給ライン２３２を経由して駆動用流体供給ライン２３０へ流れる。駆動用流体供給ライン２３０に流入したエアはただちにそこを通過してエア式アクチュエータ１０４に入り、その中のピストン１３２を押上げる。ピストン１３２が押上げられるとエア式アクチュエータ１０４の連結部材２２４はダイヤフラム式開閉弁１０２のステム１２６に密着する。その結果、ピストン１３２の動きが停止する。しかしこの時のエアの圧力（上述した閉止圧力未満）ではダイヤフラム式開閉弁１０２に内蔵されているステム１２６を引上げることができない。この状態のまま、エアは低速供給ライン２３４と高速供給ライン２３２と駆動用流体供給ライン２３０とを経由してエア式アクチュエータ１０４に入り続ける。エアがエア式アクチュエータ１０４に入り続けるので、エア式アクチュエータ１０４内の気圧は上昇し続ける。
【００３０】
その後、ピストン１３２にかかる圧力が閉止圧力になると圧力制御弁２５０が閉じる。これにより、高速供給ライン２３２を経由するエアの流れは止まる。一方、低速供給ライン２３４はエアを供給し続ける。そのため、エアがエア式アクチュエータ１０４にゆっくりと入り続ける。これにより、エア式アクチュエータ１０４内のピストン１３２にかかる圧力は徐々に大きくなる。ピストン１３２にかかる圧力が徐々に大きくなるため、ダイヤフラム式開閉弁１０２の皿ばね１２８によるステム１２６を押下げる力はピストン１３２によるステム１２６を押上げる力によって徐々に打消される。やがて、ピストン１３２の力と皿ばね１２８の力とが拮抗すると、ダイヤフラム式開閉弁１０２のダイヤフラム１２４が開く前に、そのダイヤフラム１２４と弁座１２２との隙間から供給ガスが漏れ始める。本実施例では、この状態を「微少漏れ」と称する。その間もエアがエア式アクチュエータ１０４にゆっくりと入り続ける。これにより、ダイヤフラム式開閉弁１０２の一次側流路２００だけでなく二次側流路２０４にも供給ガスが入ることとなる。
【００３１】
ダイヤフラム式開閉弁１０２の二次側流路２０４に供給ガスが十分入った頃、エア式アクチュエータ１０４内のピストン１３２にかかる圧力はさらに大きくなっている。このため、ダイヤフラム１２４はいずれ全開となる。
【００３２】
次に、半導体製造設備への供給ガスの供給を緊急遮断するときの動作を説明する。緊急遮断が必要となったとき、オペレータは、電磁式切換弁１０８を消磁する。これにより、開弁装置１０６へのエア供給が停止する。また、開弁装置１０６よりも電磁式切換弁１０８側の部分の気圧は大気圧となる。そのため、エア供給開始直後のエア式アクチュエータ１０４内の気圧がまだ高くなっていない時期を除き、開弁装置１０６よりも電磁式切換弁１０８側の部分は開弁装置１０６よりもエア式アクチュエータ１０４側の部分より気圧が低くなる。そのため、開弁装置１０６よりもエア式アクチュエータ１０４側から電磁式切換弁１０８側へエアの逆流が生じる。このとき、エアは高速供給ライン２３２を経由しない。高速供給ライン２３２がそういった逆流を防止するための逆止弁２５２を有しているためである。エアは主に低速供給ライン２３４の逆止弁２６２を経由して逆流する。これにより、エア式アクチュエータ１０４内のピストン１３２を押上げる力は失われる。それが失われるので、ダイヤフラム式開閉弁１０２の皿ばね１２８によりステム１２６は押下げられる。コイルバネ２１６によりピストン１３２は押戻される。ステム１２６が押下げられるので、ダイヤフラム１２４は弁座１２２を塞ぐ。これにより、半導体製造設備への供給ガスの供給は遮断される。
【００３３】
［本実施例にかかる開弁装置およびガス供給設備の効果の説明］
以上のようにして、本実施例にかかる開弁装置１０６ひいてはガス供給設備１０は、ダイヤフラム式開閉弁１０２のダイヤフラム１２４と弁座１２２との隙間から供給ガスが微少漏れしない程度の力で、エア式アクチュエータ１０４内のピストン１３２を迅速に押上げる。その後、まずダイヤフラム１２４と弁座１２２との隙間から供給ガスを微少漏れさせ、ダイヤフラム式開閉弁１０２の二次側流路２０４に供給ガスを入れ、ダイヤフラム１２４を開く。このような手順を経ることにより、供給ガスが速く流れることを抑える。また、供給ガスが速く流れることを抑えることで、断熱圧縮によって供給ガスが発熱することも抑える。その結果、特に、ガスの発熱抑制と弁を開くための所要時間の短縮とを実現できる。
【００３４】
［変形例の説明］
今回開示された実施形態はすべての点で例示である。本発明の範囲は上述した実施形態に基づいて制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更をしてもよいのはもちろんである。例えば、上述した開弁装置１０６はエア式アクチュエータ１０４に内蔵されていてもよい。また、高速供給ライン２３２と低速供給ライン２３４とのうち一部が一体化されていてもよい。その他の様々な変形例も本発明の範囲に含まれる。以下、そのような変形例の一部を説明する。
【００３５】
<第１変形例>
図４は、本発明の第１変形例にかかる開弁装置１４０の構成を示す図である。本変形例にかかる開弁装置１４０は、開弁装置１０６に代えて、ガス供給設備１０に含まれるものである。本変形例にかかる開弁装置１４０は、追加供給ライン２３６をさらに備える。追加供給ライン２３６は、高速供給ライン２３２および低速供給ライン２３４とに並列に駆動用流体供給ライン２３０に連なる。追加供給ライン２３６は、ばね付き逆止弁２７０を備える。このばね付き逆止弁２７０は、上述した微少漏れが生じる圧力より高い所定の圧力（ここでは「高速化圧力」と称する）で開く。そのため、追加供給ライン２３６は、エアの圧力が高速化圧力超えると開くこととなる。仮にその高速化圧力を０．３ＭＰａとし、上述した閉止圧力を０．２ＭＰａとすると、気圧が０ＭＰａを超え０．２ＭＰａ以下ならばエアは主として高速供給ライン２３２を流れる。気圧が０．２ＭＰａを超え０．３ＭＰａ以下ならば、エアは低速供給ライン２３４を流れる。気圧が０．３ＭＰａを超え供給源２０におけるエアの元圧（たとえば０．５ＭＰａ）以下ならば、エアのほとんどは追加供給ライン２３６を経由する。これにより、微少漏れが生じてダイヤフラム式開閉弁１０２の二次側空間に供給ガスが十分流れたことにより、ダイヤフラムがステム１２６とピストン１３２とを押し、シリンダ１３０内のエアの気圧が低下する際、シリンダ１３０内にエアが補充されることとなる。
【００３６】
<第２変形例>
図５は、本発明の第２変形例にかかる開弁装置１４２の構成を示す図である。本変形例にかかる開弁装置１４２は、開弁装置１０６に代えて、ガス供給設備１０に含まれるものである。本変形例にかかる開弁装置１４２は、ラインフィルタ２７２を備える。ラインフィルタ２７２は、電磁式切換弁１０８と直列に接続される。これにより、エアの清浄度が不明確であると予測される場合とパーティクルが大量に流れると予想される場合とに、流量調整弁２６０の目詰まりを予防できる。
【００３７】
<第３変形例>
図６は、本発明の第３変形例にかかる開弁装置１４４の構成を示す図である。本変形例にかかる開弁装置１４４は、開弁装置１０６に代えて、ガス供給設備１０に含まれるものである。本変形例にかかる開弁装置１４４は、予備減圧弁２７４を備える。予備減圧弁２７４は、電磁式切換弁１０８と直列に接続される。これにより、開弁装置１４４に供給されるエアの気圧が不安定な場合にも、高速供給ライン２３２と低速供給ライン２３４とに供給されるエアの気圧を安定化させることができる。エアの気圧を安定化させることができるので、開弁装置１４４の動作を安定化させることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…ガス供給設備
２０…供給源
１００…ガスボンベ
１０２…ダイヤフラム式開閉弁
１０４…エア式アクチュエータ
１０６，１４０，１４２，１４４…開弁装置
１０８…電磁式切換弁
１１０…シリンダーキャビネット
１２０…弁本体
１２２…弁座
１２４…ダイヤフラム
１２６…ステム
１２８…弾性体
１３０…シリンダ
１３２…ピストン
２００…一次側流路
２０２…弁室
２０４…二次側流路
２１０…第１エア室
２１２…第２エア室
２１４…連通通路
２１６…コイルバネ
２２０…第１プレート
２２２…第２プレート
２２４…連結部材
２２６…軸
２３０…駆動用流体供給ライン
２３２…高速供給ライン
２３４…低速供給ライン
２３６…追加供給ライン
２５０…圧力制御弁
２５２，２６２…逆止弁
２６０…流量調整弁
２７０…ばね付き逆止弁
２７２…ラインフィルタ
２７４…予備減圧弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開弁装置およびガス供給設備に関し、特に、ガス温度上昇の抑制と開閉弁の開放に要する時間の短縮とに加え、小型化が可能な、開弁装置およびガス供給設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、半導体製造ガス用高圧ガス容器弁にかかる発明を開示している。その高圧ガス容器弁は、弁体開閉のためのアクチュエータを備えている。この発明の特徴は、そのアクチュエータへ供給する駆動用流体の流量をオリフィスで絞っていることである。駆動用流体は、そのアクチュエータを駆動するために供給される。
【０００３】
特許文献１に開示された高圧ガス容器弁は、駆動用流体の流量をオリフィスで絞る。駆動用流体の流量がオリフィスで絞られているので、弁体をゆっくり開放することができる。弁体をゆっくり開放することができるので、断熱圧縮によるアクチュエータ駆動用ガスの温度上昇を抑制できる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された高圧ガス容器弁には、弁体を開放するための所要時間の合計が長すぎるという問題がある。
【０００５】
特許文献２に開示された発明は、上述した問題を解決する。特許文献２に開示された発明は、制御器にかかる発明である。その制御器は、ダイヤフラム弁に接続される。その制御器は、ダイヤフラム弁開閉のためのアクチュエータを備えている。この発明の特徴は、そのアクチュエータが流量調整弁に加え補助連通路と緩衝機構とを備えていることである。この緩衝機構は調圧ばねなどから構成されている。駆動用流体をアクチュエータへ供給し始める際、駆動用流体は流量調整弁からも補助連通路からもアクチュエータ内の圧力室に入る。アクチュエータ内のピストンの移動距離が所定値を越えると補助連通路は閉鎖される。これにより、アクチュエータ内のピストンの移動距離が所定値を越えると、流量調整弁を通過した駆動用流体のみが圧力室に入ることになる。緩衝機構が設けられているので、補助連通路が閉鎖される前のピストンの動きがそのままダイヤフラム弁に伝わることはない。このため、アクチュエータ内のピストンが移動する際、ダイヤフラム弁が開放されてしまうことを防止できる。
【０００６】
特許文献２に開示された制御器によれば、駆動用流体の供給開始直後における駆動用流体の流量を多くできる。緩衝機構が設けられているので、この時期はダイヤフラム弁の開閉にほとんど影響がない。そのため、ダイヤフラム弁を開放したときのガス温度上昇の抑制とダイヤフラム弁の開放に要する時間の短縮とを図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３０３９９号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に開示された制御器は、緩衝機構を必要とする。緩衝機構を必要とする分、アクチュエータは大型化する。また、特許文献２に開示された制御器は流量調整弁と補助連通路と緩衝機構とを一体化しなければならない。このこともアクチュエータの大型化を招く。本発明は、このような問題点を解消するためになされたものである。その目的とするところは、ガス温度上昇の抑制と開閉弁の開放に要する時間の短縮とに加え、小型化が可能な、開弁装置およびガス供給設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、開弁装置１０６は、駆動用流体供給ライン２３０を備える。駆動用流体供給ライン２３０は、アクチュエータ１０４に接続される。アクチュエータ１０４は、開閉弁１０２の開放を制御する。開閉弁１０２は、ガスが流れる流路を開閉する。駆動用流体供給ライン２３０は、アクチュエータ１０４に駆動用流体を供給する。駆動用流体はアクチュエータ１０４を駆動するためのものである。開弁装置１０６は、高速供給ライン２３２と、低速供給ライン２３４とをさらに備える。高速供給ライン２３２は、駆動用流体供給ライン２３０に連なる。高速供給ライン２３２は、駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２と並列に駆動用流体供給ライン２３０に連なる。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２による駆動用流体の供給速度よりも低い、開閉弁１０２の開放によるガスの温度上昇を抑制可能な速度で駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。高速供給ライン２３２が、圧力制御弁２５０を有する。圧力制御弁２５０は、駆動用流体の圧力が所定の閉止圧力を超えると閉じる。閉止圧力は、開閉弁１０２においてガスの漏れが生じる圧力を下回る。
【００１０】
圧力制御弁２５０は、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えると閉じる。このため、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えるまで、駆動用流体供給ライン２３０には高速供給ライン２３２から駆動用流体が供給されていることとなる。そのため、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えるまで、駆動用流体供給ライン２３０はアクチュエータ１０４へ迅速に駆動用流体を供給できる。駆動用流体を迅速に供給できるので、開閉弁の開放に要する時間の合計を短縮できる。
【００１１】
その後、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えると圧力制御弁２５０が閉じる。圧力制御弁２５０が閉じるので、駆動用流体の圧力が閉止圧力を超えると、高速供給ライン２３２から駆動用流体供給ライン２３０への駆動用流体の供給は途切れる。低速供給ライン２３４による駆動用流体の供給は継続できる。低速供給ライン２３４により、高速供給ライン２３２よりも供給速度が低い、開閉弁１０２の開放によるガスの温度上昇を抑制可能な速度で、駆動用流体が供給されることにより、開閉弁１０２がすばやく開放されてしまうことが防止される。そのため、ガスの温度上昇が抑制される。
【００１２】
高速供給ライン２３２から駆動用流体供給ライン２３０への駆動用流体の供給を途切れさせる際、開弁装置１０６はアクチュエータ１０４の動作を必要としない。アクチュエータ１０４の動作を必要としないため、高速供給ライン２３２から駆動用流体が供給されている期間のアクチュエータ１０４の動きを抑える緩衝機構を開弁装置１０６は必要としない。その結果、開弁装置１０６の小型化が可能になる。
【００１３】
本発明の他の局面に従うと、ガス供給設備１０は、開閉弁１０２と、アクチュエータ１０４と、開弁装置１０６とを備える。開閉弁１０２はガスの流路を開閉する。アクチュエータ１０４は、開閉弁１０２の開放を制御する。開弁装置１０６は、アクチュエータ１０４に接続される。開弁装置１０６は、アクチュエータ１０４を駆動するための駆動用流体をアクチュエータ１０４に供給する。開閉弁１０２が、弁本体１２０と、弁座１２２と、弁体１２４と、ステム１２６と、弾性体１２８とを有する。弁本体１２０は、一次側流路２００、一次側流路２００の出口が設けられる弁室２０２、および、弁室２０２に連なる二次側流路２０４を有する。弁座１２２は、弁室２０２内の一次側流路２００の出口に設けられる。弁体１２４は、弁座１２２に密着することで一次側流路２００の出口を塞ぐ。ステム１２６は、弁体１２４を弁座１２２に押付ける。弾性体１２８は、ステム１２６に対して、弁体１２４を弁座１２２に押付ける方向の力を与える。アクチュエータ１０４が、シリンダ１３０と、ピストン１３２とを有する。シリンダ１３０は、ピストン１３２を収容する。ピストン１３２は、弁体１２４から離れる方向にステム１２６を駆動する。開弁装置１０６が、駆動用流体供給ライン２３０を有する。駆動用流体供給ライン２３０は、アクチュエータ１０４を駆動するための駆動用流体をアクチュエータ１０４に供給する。開弁装置１０６は、高速供給ライン２３２と、低速供給ライン２３４とをさらに備える。高速供給ライン２３２は、駆動用流体供給ライン２３０に連なる。高速供給ライン２３２は、駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２と並列に駆動用流体供給ライン２３０に連なる。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２による駆動用流体の供給速度よりも低い、開閉弁１０２の開放によるガスの温度上昇を抑制可能な速度で駆動用流体供給ライン２３０に駆動用流体を供給する。高速供給ライン２３２が、圧力制御弁２５０を有する。圧力制御弁２５０は、駆動用流体の圧力が所定の閉止圧力を超えると閉じる。この閉止圧力は、駆動用流体の圧力が弁座１２２と弁体１２４との間でガスの漏れが生じる圧力を下回る。
【００１４】
高速供給ライン２３２からの駆動用流体の供給を途切れさせる際、開弁装置１０６はアクチュエータ１０４の動作を必要としない。アクチュエータ１０４の動作を必要としないため、高速供給ライン２３２から駆動用流体が供給されている期間のアクチュエータ１０４の動きを抑える緩衝機構を開弁装置１０６は必要としない。その結果、開弁装置１０６の小型化ひいてはガス供給設備１０の小型化が可能になる。
【００１５】
また、上述した弁体１２４がダイヤフラムであることが好ましい。この場合、開弁装置１０６は、追加供給ライン２３６をさらに備える。追加供給ライン２３６は、高速供給ライン２３２および低速供給ライン２３４と並列に駆動用流体供給ライン２３０に連なる。追加供給ライン２３６は、駆動用流体の圧力が所定の高速化圧力を超えると開く。高速化圧力は、ダイヤフラムと弁座１２２との隙間からガス漏れが生じる圧力よりも高い圧力である。
【００１６】
駆動用流体の圧力が高速化圧力を超えるとき、ダイヤフラムと弁座１２２との隙間からガス漏れが生じている。ガス漏れが生じているとき、ダイヤフラムは、一次側流路２００内のガスと二次側流路２０４に漏れたガスとから圧力を受ける。圧力を受けるので、ダイヤフラムは、ステム１２６を押す。ステム１２６がダイヤフラムに押されると、アクチュエータ１０４のピストン１３２も押される。ピストン１３２が押されると、シリンダ１３０内のガスの圧力が低下する。一方、駆動用流体の圧力が高速化圧力を超えると追加供給ライン２３６が開くので、駆動用流体供給ライン２３０を経てシリンダ１３０内にガスが流入する。ガスが流入するので、ピストン１３２が押されたことによるシリンダ１３０内のガスの圧力の低下は抑えられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ガス温度上昇の防止とダイヤフラム弁の開放に要する時間の短縮とに加え、小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例にかかるガス供給設備の構成を示す図である。
【図２】ダイヤフラム式開閉弁の断面図である。
【図３】エア式アクチュエータの断面図である。
【図４】本発明の第１変形例にかかる開弁装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２変形例にかかる開弁装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３変形例にかかる開弁装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２０】
［ガス供給設備の構成］
図１は、本実施例にかかるガス供給設備１０の構成を示す図である。本実施例において、ガス供給設備１０は、ガスボンベ１００と、ガスボンベ１００に装着されるダイヤフラム式開閉弁１０２と、ダイヤフラム式開閉弁１０２に接続されるエア式アクチュエータ１０４と、エア式アクチュエータ１０４に接続される開弁装置１０６と、開弁装置１０６に接続される電磁式切換弁１０８と、これらを収容するシリンダーキャビネット１１０とを備える。電磁式切換弁１０８を励磁したり消磁したりすることで、供給源２０から供給されるエア（エアに限らず、その他の種類の駆動用流体であってもよいことは言うまでもない）がエア式アクチュエータ１０４に流れたりエア式アクチュエータ１０４から大気中へエアが放出されたりする。本実施例の場合、ガスボンベ１００の中の供給ガスはダイヤフラム式開閉弁１０２を経由して図示しない半導体製造設備に供給される。
【００２１】
［ダイヤフラム式バルブの構成］
図２はダイヤフラム式開閉弁１０２の断面図である。ダイヤフラム式開閉弁１０２の構成を説明する。ダイヤフラム式開閉弁１０２は、弁本体１２０と、弁座１２２と、ダイヤフラム１２４と、ステム１２６と、皿ばね１２８とを有する。本実施例にかかる弁本体１２０はガスボンベ１００の口にねじ込まれる。弁本体１２０の内部に一次側流路２００と弁室２０２と二次側流路２０４とが形成されている。ガスボンベ１００の中から出た供給ガスは一次側流路２００を通過する。弁座１２２は一次側流路２００の出口に設けられている。この出口は、弁室２０２の中に設けられている。このため、弁座１２２は弁室２０２の中に設けられていることとなる。ダイヤフラム１２４は、弁座１２２に密着することで一次側流路２００の出口を塞ぐ。すなわち、ダイヤフラム１２４は、本実施例における弁体である。ステム１２６は、ダイヤフラム１２４を弁座１２２に押付ける。皿ばね１２８は、ステム１２６に対して、ダイヤフラム１２４を弁座１２２に押付ける方向の力を与える。なお、ダイヤフラム１２４を弁座１２２に押付ける方向の力を与えることができるのであれば、皿ばね１２８に代えてコイルばねその他の弾性体を用いてもよいことは言うまでもない。ダイヤフラム１２４が弁座１２２に押付けられていないとき、一次側流路２００を通過した供給ガスは弁室２０２内に流入する。弁室２０２には二次側流路２０４が連なっている。このため、弁室２０２内の供給ガスは二次側流路２０４を通ってダイヤフラム式開閉弁１０２から出る。
【００２２】
［エア式アクチュエータの構成］
図３はエア式アクチュエータ１０４の断面図である。エア式アクチュエータ１０４の構成を説明する。エア式アクチュエータ１０４は、シリンダ１３０と、ピストン１３２とを備える。シリンダ１３０はピストン１３２を収容する。本実施例にかかるピストン１３２は、上述したステム１２６に連結されている。ピストン１３２は、開弁装置１０６から供給されたエアの圧力により、ダイヤフラム１２４から離れる方向にステム１２６を駆動する。
【００２３】
シリンダ１３０は複数の部材によって構成されている。それらの部材によって、シリンダ１３０の中には第１エア室２１０と第２エア室２１２とが形成されている。また、シリンダ１３０の中には連通通路２１４が形成されている。連通通路２１４は、第１エア室２１０と第２エア室２１２とを連通させる。この他、第１エア室２１０には図示しないエア流入路が設けられている。開弁装置１０６から供給されたエアはこのエア流入路を介して第１エア室２１０に流入する。また、シリンダ１３０は、コイルバネ２１６を有する。コイルバネ２１６は、ピストン１３２に力を加える。本実施例においては、このコイルバネ２１６がピストン１３２に与える力は、エアがピストン１３２に与える力に比べると極めて小さい。これにより、このコイルバネ２１６の機能は、エアの圧力が低下したときピストン１３２を押戻す機能にほぼ限定される。
【００２４】
ピストン１３２は、第１プレート２２０と、第２プレート２２２と、連結部材２２４と、軸２２６とを有する。第１プレート２２０は第１エア室２１０内のエアから圧力を受ける。第２プレート２２２は第２エア室２１２内のエアから圧力を受ける。連結部材２２４はダイヤフラム式開閉弁１０２のステム１２６に連結される。軸２２６には第１プレート２２０と第２プレート２２２と連結部材２２４とが固定されている。これらは一体となって動く。
【００２５】
［開弁装置の構成］
本実施例にかかる開弁装置１０６（図１参照）は、駆動用流体供給ライン２３０と、高速供給ライン２３２と、低速供給ライン２３４とを備える。駆動用流体供給ライン２３０は、上述したシリンダ１３０に接続される。駆動用流体供給ライン２３０は、エアをシリンダ１３０に供給する。高速供給ライン２３２は駆動用流体供給ライン２３０に連なる。高速供給ライン２３２は、電磁式切換弁１０８を開いた直後に、駆動用流体供給ライン２３０にエアを供給する。低速供給ライン２３４は、高速供給ライン２３２と並列に駆動用流体供給ライン２３０に連なる。低速供給ライン２３４も、ピストン１３２にかかる圧力が増加するよう、駆動用流体供給ライン２３０にエアを供給する。その供給速度は、高速供給ライン２３２によるエアの供給速度よりも低い、ダイヤフラム式開閉弁１０２の開放による供給ガスの温度上昇を抑制可能な速度である。具体的なエアの供給速度は、エア式アクチュエータ１０４の大きさなどに基づいて適宜定められる。
【００２６】
高速供給ライン２３２は、圧力制御弁２５０と逆止弁２５２とを有する。圧力制御弁２５０はエアの圧力が所定の圧力を超えると閉じる。その結果、高速供給ライン２３２は、エアの圧力がその「所定の圧力」を超えると閉止することとなる。この「所定の圧力」は、エア式アクチュエータ１０４におけるピストン１３２の大きさ、および、ダイヤフラム式開閉弁１０２における皿ばね１２８がステム１２６に対して与える力の大きさに基づいて、適宜定められる。この「所定の圧力」は、後述する「微少漏れ」が生じる圧力を下回ることが必要である。本実施例では、この「所定の圧力」を「閉止圧力」と称する。逆止弁２５２は、圧力制御弁２５０に直列に接続される。逆止弁２５２は、エア式アクチュエータ１０４側のエアが電磁式切換弁１０８側へ逆流することを防止する。
【００２７】
低速供給ライン２３４は、流量調整弁２６０と逆止弁２６２とを有する。流量調整弁２６０はエア式アクチュエータ１０４へ供給するエアの流量を制限する。本実施例にかかる流量調整弁２６０は、エアの流量を任意に設定できる。このため、低速供給ライン２３４によるエアの供給速度が、ダイヤフラム式開閉弁１０２の開放による供給ガスの温度上昇を抑制可能な速度より低くなるよう、流量調整弁２６０におけるエアの流量を予め設定しておく。逆止弁２６２は、流量調整弁２６０に並列となるよう設けられる。逆止弁２６２は、電磁式切換弁１０８側のエアがエア式アクチュエータ１０４側へ流れることを防止する。後述するように、エア式アクチュエータ１０４へエアを供給している間は電磁式切換弁１０８側のエアの圧力が高いので、エア式アクチュエータ１０４側から電磁式切換弁１０８側へエアが流れることはない。エア式アクチュエータ１０４側から電磁式切換弁１０８側へエアが流れるのは、電磁式切換弁１０８が開いて電磁式切換弁１０８側のエアの圧力が大気圧に等しくなったときである。
【００２８】
［開弁装置の動作］
半導体製造設備のオペレータがその半導体製造設備に供給ガスを供給する際に本実施例にかかる開弁装置１０６を利用してダイヤフラム式開閉弁１０２をスローオープンさせるための手順を説明する。
【００２９】
まず、オペレータは、電磁式切換弁１０８を励磁する。このとき低速供給ライン２３４におけるエアの流量は流量調整弁２６０によって制限されている。そのため、エアは主として高速供給ライン２３２を経由して駆動用流体供給ライン２３０へ流れる。駆動用流体供給ライン２３０に流入したエアはただちにそこを通過してエア式アクチュエータ１０４に入り、その中のピストン１３２を押上げる。ピストン１３２が押上げられるとエア式アクチュエータ１０４の連結部材２２４はダイヤフラム式開閉弁１０２のステム１２６に密着する。その結果、ピストン１３２の動きが停止する。しかしこの時のエアの圧力（上述した閉止圧力未満）ではダイヤフラム式開閉弁１０２に内蔵されているステム１２６を引上げることができない。この状態のまま、エアは低速供給ライン２３４と高速供給ライン２３２と駆動用流体供給ライン２３０とを経由してエア式アクチュエータ１０４に入り続ける。エアがエア式アクチュエータ１０４に入り続けるので、エア式アクチュエータ１０４内の気圧は上昇し続ける。
【００３０】
その後、ピストン１３２にかかる圧力が閉止圧力になると圧力制御弁２５０が閉じる。これにより、高速供給ライン２３２を経由するエアの流れは止まる。一方、低速供給ライン２３４はエアを供給し続ける。そのため、エアがエア式アクチュエータ１０４にゆっくりと入り続ける。これにより、エア式アクチュエータ１０４内のピストン１３２にかかる圧力は徐々に大きくなる。ピストン１３２にかかる圧力が徐々に大きくなるため、ダイヤフラム式開閉弁１０２の皿ばね１２８によるステム１２６を押下げる力はピストン１３２によるステム１２６を押上げる力によって徐々に打消される。やがて、ピストン１３２の力と皿ばね１２８の力とが拮抗すると、ダイヤフラム式開閉弁１０２のダイヤフラム１２４が開く前に、そのダイヤフラム１２４と弁座１２２との隙間から供給ガスが漏れ始める。本実施例では、この状態を「微少漏れ」と称する。その間もエアがエア式アクチュエータ１０４にゆっくりと入り続ける。これにより、ダイヤフラム式開閉弁１０２の一次側流路２００だけでなく二次側流路２０４にも供給ガスが入ることとなる。
【００３１】
ダイヤフラム式開閉弁１０２の二次側流路２０４に供給ガスが十分入った頃、エア式アクチュエータ１０４内のピストン１３２にかかる圧力はさらに大きくなっている。このため、ダイヤフラム１２４はいずれ全開となる。
【００３２】
次に、半導体製造設備への供給ガスの供給を緊急遮断するときの動作を説明する。緊急遮断が必要となったとき、オペレータは、電磁式切換弁１０８を消磁する。これにより、開弁装置１０６へのエア供給が停止する。また、開弁装置１０６よりも電磁式切換弁１０８側の部分の気圧は大気圧となる。そのため、エア供給開始直後のエア式アクチュエータ１０４内の気圧がまだ高くなっていない時期を除き、開弁装置１０６よりも電磁式切換弁１０８側の部分は開弁装置１０６よりもエア式アクチュエータ１０４側の部分より気圧が低くなる。そのため、開弁装置１０６よりもエア式アクチュエータ１０４側から電磁式切換弁１０８側へエアの逆流が生じる。このとき、エアは高速供給ライン２３２を経由しない。高速供給ライン２３２がそういった逆流を防止するための逆止弁２５２を有しているためである。エアは主に低速供給ライン２３４の逆止弁２６２を経由して逆流する。これにより、エア式アクチュエータ１０４内のピストン１３２を押上げる力は失われる。それが失われるので、ダイヤフラム式開閉弁１０２の皿ばね１２８によりステム１２６は押下げられる。コイルバネ２１６によりピストン１３２は押戻される。ステム１２６が押下げられるので、ダイヤフラム１２４は弁座１２２を塞ぐ。これにより、半導体製造設備への供給ガスの供給は遮断される。
【００３３】
［本実施例にかかる開弁装置およびガス供給設備の効果の説明］
以上のようにして、本実施例にかかる開弁装置１０６ひいてはガス供給設備１０は、ダイヤフラム式開閉弁１０２のダイヤフラム１２４と弁座１２２との隙間から供給ガスが微少漏れしない程度の力で、エア式アクチュエータ１０４内のピストン１３２を迅速に押上げる。その後、まずダイヤフラム１２４と弁座１２２との隙間から供給ガスを微少漏れさせ、ダイヤフラム式開閉弁１０２の二次側流路２０４に供給ガスを入れ、ダイヤフラム１２４を開く。このような手順を経ることにより、供給ガスが速く流れることを抑える。また、供給ガスが速く流れることを抑えることで、断熱圧縮によって供給ガスが発熱することも抑える。その結果、特に、ガスの発熱抑制と弁を開くための所要時間の短縮とを実現できる。
【００３４】
［変形例の説明］
今回開示された実施形態はすべての点で例示である。本発明の範囲は上述した実施形態に基づいて制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更をしてもよいのはもちろんである。例えば、上述した開弁装置１０６はエア式アクチュエータ１０４に内蔵されていてもよい。また、高速供給ライン２３２と低速供給ライン２３４とのうち一部が一体化されていてもよい。その他の様々な変形例も本発明の範囲に含まれる。以下、そのような変形例の一部を説明する。
【００３５】
<第１変形例>
図４は、本発明の第１変形例にかかる開弁装置１４０の構成を示す図である。本変形例にかかる開弁装置１４０は、開弁装置１０６に代えて、ガス供給設備１０に含まれるものである。本変形例にかかる開弁装置１４０は、追加供給ライン２３６をさらに備える。追加供給ライン２３６は、高速供給ライン２３２および低速供給ライン２３４とに並列に駆動用流体供給ライン２３０に連なる。追加供給ライン２３６は、ばね付き逆止弁２７０を備える。このばね付き逆止弁２７０は、上述した微少漏れが生じる圧力より高い所定の圧力（ここでは「高速化圧力」と称する）で開く。そのため、追加供給ライン２３６は、エアの圧力が高速化圧力超えると開くこととなる。仮にその高速化圧力を０．３ＭＰａとし、上述した閉止圧力を０．２ＭＰａとすると、気圧が０ＭＰａを超え０．２ＭＰａ以下ならばエアは主として高速供給ライン２３２を流れる。気圧が０．２ＭＰａを超え０．３ＭＰａ以下ならば、エアは低速供給ライン２３４を流れる。気圧が０．３ＭＰａを超え供給源２０におけるエアの元圧（たとえば０．５ＭＰａ）以下ならば、エアのほとんどは追加供給ライン２３６を経由する。これにより、微少漏れが生じてダイヤフラム式開閉弁１０２の二次側空間に供給ガスが十分流れたことにより、ダイヤフラムがステム１２６とピストン１３２とを押し、シリンダ１３０内のエアの気圧が低下する際、シリンダ１３０内にエアが補充されることとなる。
【００３６】
<第２変形例>
図５は、本発明の第２変形例にかかる開弁装置１４２の構成を示す図である。本変形例にかかる開弁装置１４２は、開弁装置１０６に代えて、ガス供給設備１０に含まれるものである。本変形例にかかる開弁装置１４２は、ラインフィルタ２７２を備える。ラインフィルタ２７２は、電磁式切換弁１０８と直列に接続される。これにより、エアの清浄度が不明確であると予測される場合とパーティクルが大量に流れると予想される場合とに、流量調整弁２６０の目詰まりを予防できる。
【００３７】
<第３変形例>
図６は、本発明の第３変形例にかかる開弁装置１４４の構成を示す図である。本変形例にかかる開弁装置１４４は、開弁装置１０６に代えて、ガス供給設備１０に含まれるものである。本変形例にかかる開弁装置１４４は、予備減圧弁２７４を備える。予備減圧弁２７４は、電磁式切換弁１０８と直列に接続される。これにより、開弁装置１４４に供給されるエアの気圧が不安定な場合にも、高速供給ライン２３２と低速供給ライン２３４とに供給されるエアの気圧を安定化させることができる。エアの気圧を安定化させることができるので、開弁装置１４４の動作を安定化させることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…ガス供給設備
２０…供給源
１００…ガスボンベ
１０２…ダイヤフラム式開閉弁
１０４…エア式アクチュエータ
１０６，１４０，１４２，１４４…開弁装置
１０８…電磁式切換弁
１１０…シリンダーキャビネット
１２０…弁本体
１２２…弁座
１２４…ダイヤフラム
１２６…ステム
１２８…弾性体
１３０…シリンダ
１３２…ピストン
２００…一次側流路
２０２…弁室
２０４…二次側流路
２１０…第１エア室
２１２…第２エア室
２１４…連通通路
２１６…コイルバネ
２２０…第１プレート
２２２…第２プレート
２２４…連結部材
２２６…軸
２３０…駆動用流体供給ライン
２３２…高速供給ライン
２３４…低速供給ライン
２３６…追加供給ライン
２５０…圧力制御弁
２５２，２６２…逆止弁
２６０…流量調整弁
２７０…ばね付き逆止弁
２７２…ラインフィルタ
２７４…予備減圧弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが流れる流路を開閉する開閉弁の開放を制御するアクチュエータに接続され、前記アクチュエータを駆動するための駆動用流体を前記アクチュエータに供給する駆動用流体供給ラインを備える開弁装置であって、
前記駆動用流体供給ラインに連なり、前記駆動用流体供給ラインに前記駆動用流体を供給する高速供給ラインと、
前記高速供給ラインと並列に前記駆動用流体供給ラインに連なり、前記高速供給ラインによる前記駆動用流体の供給速度よりも低い、前記開閉弁の開放による前記ガスの温度上昇を抑制可能な速度で前記駆動用流体供給ラインに前記駆動用流体を供給する、低速供給ラインとをさらに備え、
前記高速供給ラインが圧力制御弁を有し、
前記圧力制御弁が、前記開閉弁において前記ガスの漏れが生じる圧力を下回る所定の閉止圧力を前記駆動用流体の圧力が超えると、閉じることを特徴とする、開弁装置。
【請求項２】
ガスの流路を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁の開放を制御するアクチュエータと、
前記アクチュエータに接続され、前記アクチュエータを駆動するための駆動用流体を前記アクチュエータに供給する開弁装置とを備え、
前記開閉弁が、
一次側流路、前記一次側流路の出口が設けられる弁室、および、前記弁室に連なる二次側流路を有する弁本体と、
前記弁室内の前記一次側流路の出口に設けられる弁座と、
前記弁座に密着することで前記一次側流路の出口を塞ぐ弁体と、
前記弁体を前記弁座に押付けるステムと、
前記ステムに対して、前記弁体を前記弁座に押付ける方向の力を与える弾性体と有し、
前記アクチュエータが、
前記弁体から離れる方向に前記ステムを駆動するピストンと、
前記ピストンを収容するシリンダとを有し、
前記開弁装置が、前記アクチュエータを駆動するための駆動用流体を前記アクチュエータに供給する駆動用流体供給ラインを有する、ガス供給設備であって、
前記開弁装置が、
前記駆動用流体供給ラインに連なり、前記駆動用流体供給ラインに前記駆動用流体を供給する高速供給ラインと、
前記高速供給ラインと並列に前記駆動用流体供給ラインに連なり、前記高速供給ラインによる前記駆動用流体の供給速度よりも低い、前記開閉弁の開放による前記ガスの温度上昇を抑制可能な速度で前記駆動用流体供給ラインに前記駆動用流体を供給する、低速供給ラインとをさらに備え、
前記高速供給ラインが圧力制御弁を有し、
前記圧力制御弁が、前記駆動用流体の圧力が前記弁座と前記弁体との間で前記ガスの漏れが生じる圧力を下回る所定の閉止圧力を超えると閉じることを特徴とする、ガス供給設備。
【請求項３】
前記弁体がダイヤフラムであり、
前記開弁装置は、前記高速供給ラインおよび前記低速供給ラインと並列に前記駆動用流体供給ラインに連なる追加供給ラインをさらに備え、
前記追加供給ラインが、前記ダイヤフラムと前記弁座との隙間からガス漏れが生じる圧力よりも高い所定の高速化圧力を前記駆動用流体の圧力が超えると開くことを特徴とする、請求項２に記載のガス供給設備。
【請求項１】
ガスが流れる流路を開閉する開閉弁の開放を制御するアクチュエータに接続され、前記アクチュエータを駆動するための駆動用流体を前記アクチュエータに供給する駆動用流体供給ラインを備える開弁装置であって、
前記駆動用流体供給ラインに連なり、前記駆動用流体供給ラインに前記駆動用流体を供給する高速供給ラインと、
前記高速供給ラインと並列に前記駆動用流体供給ラインに連なり、前記高速供給ラインによる前記駆動用流体の供給速度よりも低い、前記開閉弁の開放による前記ガスの温度上昇を抑制可能な速度で前記駆動用流体供給ラインに前記駆動用流体を供給する、低速供給ラインとをさらに備え、
前記高速供給ラインが圧力制御弁を有し、
前記圧力制御弁が、前記開閉弁において前記ガスの漏れが生じる圧力を下回る所定の閉止圧力を前記駆動用流体の圧力が超えると、閉じることを特徴とする、開弁装置。
【請求項２】
ガスの流路を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁の開放を制御するアクチュエータと、
前記アクチュエータに接続され、前記アクチュエータを駆動するための駆動用流体を前記アクチュエータに供給する開弁装置とを備え、
前記開閉弁が、
一次側流路、前記一次側流路の出口が設けられる弁室、および、前記弁室に連なる二次側流路を有する弁本体と、
前記弁室内の前記一次側流路の出口に設けられる弁座と、
前記弁座に密着することで前記一次側流路の出口を塞ぐ弁体と、
前記弁体を前記弁座に押付けるステムと、
前記ステムに対して、前記弁体を前記弁座に押付ける方向の力を与える弾性体と有し、
前記アクチュエータが、
前記弁体から離れる方向に前記ステムを駆動するピストンと、
前記ピストンを収容するシリンダとを有し、
前記開弁装置が、前記アクチュエータを駆動するための駆動用流体を前記アクチュエータに供給する駆動用流体供給ラインを有する、ガス供給設備であって、
前記開弁装置が、
前記駆動用流体供給ラインに連なり、前記駆動用流体供給ラインに前記駆動用流体を供給する高速供給ラインと、
前記高速供給ラインと並列に前記駆動用流体供給ラインに連なり、前記高速供給ラインによる前記駆動用流体の供給速度よりも低い、前記開閉弁の開放による前記ガスの温度上昇を抑制可能な速度で前記駆動用流体供給ラインに前記駆動用流体を供給する、低速供給ラインとをさらに備え、
前記高速供給ラインが圧力制御弁を有し、
前記圧力制御弁が、前記駆動用流体の圧力が前記弁座と前記弁体との間で前記ガスの漏れが生じる圧力を下回る所定の閉止圧力を超えると閉じることを特徴とする、ガス供給設備。
【請求項３】
前記弁体がダイヤフラムであり、
前記開弁装置は、前記高速供給ラインおよび前記低速供給ラインと並列に前記駆動用流体供給ラインに連なる追加供給ラインをさらに備え、
前記追加供給ラインが、前記ダイヤフラムと前記弁座との隙間からガス漏れが生じる圧力よりも高い所定の高速化圧力を前記駆動用流体の圧力が超えると開くことを特徴とする、請求項２に記載のガス供給設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−５７７２０（Ｐ２０１２−５７７２０Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０１６１９（Ｐ２０１０−２０１６１９）
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（５９１０３８６０２）株式会社ネリキ (54)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（５９１０３８６０２）株式会社ネリキ (54)
【Ｆターム（参考）】
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