流体通路的无水击打开方法以及药液供给方法

专利名称：流体通路的无水击打开方法以及药液供给方法
技术领域：
本发明涉及水击防止系统的改进，以便能够完全防止快速打开流 体通路时水击的产生。更具体地说，本发明涉及一种无论流体压力的 大小如何均能够使上游侧流体通路中不产生水击而迅速且可靠地将流 体通路打开的流体通路打开方法、采用了该方法的药液供给方法、以 及流体通路的无水击打开装置。
背景技术：
众所周知，在将有水等液体流通的通路快速关闭时，会产生所谓 水击现象，即，关闭位置上游侧的通路内部压力振动式升高，产生该 水击现象时，上游侧通路的内部压力升高，会导致与之相连的设备或 装置受损等各种不良现象产生。因此，作为防止水击产生的措施，过去已开发出各种各样的技术。但是，这些技术基本上都无非是(1)将流体通路的关闭时间设定 得较长，或者，(2)打开旁通通路而将通路内产生的振动压力释放到 外部、或吸收到另外设置的储能器内；前一种方法因流体通路关闭需 要的时间较长而无法满足快速关闭的要求，而后一种方法则存在着附 加设备费用高的问题。此外，上述水击所带来的问题，在需要处理较大流量流体的产业 领域，迄今为止一直是突出的问题，而近年来，在需要处理小流量流 体的领域，例如半导体制造中的晶片清洗装置和药品制造等领域中， 从设备维护和提高产品质量以及提高所谓制造工序中的生产能力特性 的角度来说，也强烈要求在快速关闭供给流体时防止水击的产生。 [专利文献1 ]特开平7 - 190235号公报 [专利文献2 ] 特开2000- 10602号公报 [专利文献3 ] 特开2002 - 295705号爿>报另一方面，本申请发明人等为了解决以往的防水击产生技术所存 在的上述问题，即，(1)在以将流体通路的切断时间设定得较长为基本思想的技术中，无法充分满足应急性要求、以及(2)在以吸收或释 放振动压力为基本思想的技术中，附加设备费用高等问题，先前曾开 发出成本低而且能迅速且可靠地将流体通路在无水击产生的情况下快 速关闭的技术，并已将其公开。即，该技术使设置在流体通路中的阀的关闭动作分多阶段进行， 从而能够在无水击产生的情况下以极短的时间(例如1000msec以内) 将流体通路快速关闭。此外，在该技术中，通过实际进行阀的关闭试 验，预先求出可实现流体通路的无水击关闭的阀关闭条件，利用存储 有该关闭条件的电/气转换装置使阀主体的致动器动作，从而能够迅速 且可靠地实现流体通路的无水击关闭。本申请发明人等先前所开发的流体通路无水击关闭技术，是一种 能够迅速且可靠地在无水击产生的情况下将流体通路快速关闭的、具 有良好的实用效果的技术。但近年来，在半导体制造装置、化学产业、药品产业等领域中， 人们强烈要求不仅能够在流体通路快速关闭时而且能够在流体通路快 速打开时可靠防止水击的产生，因此，出现了下述问题如果仅采取 现有的、使流体通路快速关闭时无水击产生的措施，将无法完全达到 要求。这是由于，若流体通路打开时产生水击，则有可能导致微粒进 入流体通路内等各种问题产生。此外，随着半导体清洗装置等向对晶片逐片依次进行处理的形式 转变(单片化)，不仅液体供给系统的质量要提高，而且为了提高所谓 生产能力特性，缩短各处理的时间也成为了需要解决的课题。再有， 在上述新处理形式的半导体制造装置中，是对晶片逐片地进行处理的， 因此，阀的开关频度必然增加，而这种情况下也同样要求阀稳定地开 闭，即要求不产生水击现象。这样，作为液体供给系统，人们强烈要 求其在处理时不会产生压力变动。发明内容本发明的目的是解决半导体制造装置或清洗装置等存在的上述问 题，提供一种能够将流体供给通路在无水击状态下可靠地快速打开的流体通路的无水击打开方法、采用了该方法的液体供给方法、以及流 体通路的无水击打开装置。本申请发明人等着眼于下述阀的多阶段打开方法，即，使关闭通 路的阀的阀芯快速移动到全开位置近前的规定位置，经过短时间后再 使阀芯向全开位置移动，并且，采用该打开方法进行了多次水击产生 机理分析试验。本申请发明人等从上述试验的结果发现，在阀的打开 过程中，通过使开阀时第1阶段的阀芯停止位置处于特定范围内的位 置上，能够防止水击的产生。本发明是根据上述发现创造出来的，技术方案1的发明是一种流 体通路的无水击打开方法，利用设置在管路内部压力大致恒定的流体 通路中的致动器动作式阀，将流体通路打开，其中，以下述内容作为 发明的基本构成，即，首先将提供给所述致动器的驱动用输入增大或 减小到规定的设定值而使阀芯向开阀方向移动，将提供给致动器的驱 动用输入短时间保持在所述设定值上，之后，进一步增大或减小该驱 动用输入而使阀变成全开状态，从而在不产生水击的情况下将流体通 路打开。技术方案2的发明，在技术方案1所述的发明中，阀是常闭型气 动隔膜阀、或者阀动作时阀内容积不变的定容积型的常闭型气动隔膜 阀。技术方案3的发明，在技术方案1所述的发明中，将设定值的短 时间保持时间设定在1秒以内，并且，将流体通路的压力升高值设定 在阀打开前的压力值的10%以内。技术方案4的发明以下述内容作为发明的基本构成，即，阀主体； 致动器，驱动阀主体；振动传感器，拆装自如地固定于阀上游侧配管 管路；电/气转换控制装置，被输入阀开闭指令信号，并且，根据预先 存储在其数据存储部中的控制信号Sc对输入给致动器的致动器动作压 力Pa进行控制；运算控制装置，被输入来自所述振动传感器的振动检 测信号Pr、提供给致动器的阶跃压力设定信号Ps、阶跃压力的保持时 间设定信号Ts以及容许上限振动压力设定信号Prm，并且，具备对所 述振动检测信号Pr与容许上限振动压力设定信号Prm进行比较、而 对所述阶跃压力设定信号Ps进行修正的比较运算电路，将由所述保持 时间设定信号Ts和修正后的阶跃压力设定信号Ps构成的控制信号Sc输出到所述电/气转换控制装置的数据存储部中。技术方案5的发明，在技术方案4所述的发明中，运算控制装置 包括阶跃压力设定电路、保持时间设定电路、容许上限振动压力设定 电路、振动压力检测电路以及比较运算电路，并且，在刚刚使致动器 动作压力阶跃变化后的振动检测信号Pr超过容许上限振动压力设定信 号Prm的情况下，对阶跃压力设定信号Ps向升高方向进行修正，而在 致动器动作压力从中间的阶跃动作压力刚刚变到零后的振动检测信号Pr超过容许上限振动压力设定信号Prm的情况下，对阶跃压力设定信 号Ps向下降方向进行修正。技术方案6的发明，在技术方案4所述的发明中，电/气转换控制 装置包括存储来自运算控制装置的控制信号Sc的数据存储部、信号转 换部以及电/气转换部，并且，依据预先存储在数据存储部中的、不会 产生水击时的控制信号Sc，，从信号转换部向电/气转换部输出致动器 动作压力控制信号Se,基于所述控制信号Se从电/气转换部输出致动 器动作压力Pa。技术方案7的发明，以下述内容作为发明的基本构成，即，致动 器动作式阀，设置在流体通路中；电/气转换装置，向致动器动作式阀 提供两阶段式致动器动作压力Pa;振动传感器，拆装自如地固定于所 述致动器动作式阀的上游侧管路；调节箱，被输入由振动传感器检测 到的振动检测信号Pr，并且，向电/气转换装置输出对所述两阶段式致 动器动作压力pa的阶跃动作压力Ps，的大小进行控制的控制信号Sc， 通过该控制信号Sc的调整而使电/气转换装置输出下述阶跃动作压力 Ps，的两阶段式致动器动作压力Pa，所述阶跃动作压力Ps，使得振动 检测信号Pr大致为零。技术方案8的发明是一种流体通路的无水击打开方法，在设置在 流体通路中的致动器动作式阀的上游侧拆装自如地安装振动传感器， 将来自振动传感器的振动检测信号Pr输入给调节箱，并且，将来自调 节箱的控制信号Sc输入给电/气转换装置，将根据所述控制信号Sc而 在电/气转换装置中产生的两阶段式致动器动作压力Pa提供给致动器， 利用两个阶段的动作打开致动器动作式阀，其中，以下述内容作为发 明的基本构成，即，在所述调节箱中对提供给致动器的两阶段式致动 器动作压力Pa与振动检测信号Pr 二者的相对关系进行对比，在致动器动作压力Pa的第1升高阶段有振动产生时，使阶跃动作压力Ps，降 低，而在致动器动作压力Pa的第2升高阶段有振动产生时，使阶跃动 作压力Ps，升高，通过反复多次借助所述阶跃动作压力Ps，的升高或 降低进行调整，求取使得振动检测信号Pr大致为零的两阶段式动作压 力Pa的阶跃动作压力Ps，，基于使电/气转换装置输出下述阶跃动作压 力Ps，的两阶段式动作压力Pa时的控制信号Sc的数据，将所述致动 器动作式阀打开，所述阶跃动作压力Ps，使得该振动的产生大致为零。技术方案9的发明是一种流体通路的无水击打开方法，在设置在 流体通路中的致动器动作式阀的上游侧拆装自如地安装振动传感器， 将来自振动传感器的振动检测信号Pr输入给调节箱，并且，将来自调 节箱的控制信号Sc输入给电/气转换装置，将根据所述控制信号Sc而 在电/气转换装置中产生的两阶段式致动器动作压力Pa提供给致动器， 利用两个阶段的动作打开致动器动作式阀，其中，以下述内容作为发 明的基本构成，即，在所述调节箱中对提供给致动器的两阶段式致动 器动作压力Pa与振动检测信号Pr 二者的相对关系进行对比，在致动 器动作压力Pa的第1降低阶段有振动产生时，使阶跃动作压力Ps，升 高，而在致动器动作压力Pa的第2降低阶段有振动产生时，使阶跃动 作压力Ps，降低，通过反复多次借助所述阶跃动作压力Ps，的降低或 升高进行调整，求取使得振动检测信号Pr大致为零的两阶段式动作压 力Pa的阶跃动作压力Ps，，基于使电/气转换装置输出下述阶跃动作压 力Ps，的两阶段式动作压力Pa时的控制信号Sc的数据，将所述致动 器动作式阀打开，所述阶跃动作压力Ps，使得该振动的产生大致为零。技术方案10的发明，在技术方案8或9所述的发明中，在将输出 使得振动的产生大致为零的两阶段式动作压力Pa时的控制信号Sc的 数据输入到电/气转换装置的存储装置中之后，将振动传感器和调节箱 拆下。技术方案ll的发明，在技术方案8或9所述的发明中，将振动传 感器设置在与致动器动作式阀的设置位置相距lOOOmm以内的上游侧 位置上。技术方案12的发明，在技术方案8或9所述的发明中，将两阶段 式动作压力Pa的阶跃动作压力保持时间t设定得小于1秒。技术方案13的发明是一种药液供给方法，利用设置在管路内部压力大致恒定的流体通路中的致动器动作式阀，将流体通路打开，向下 游側流体通路供给流体，其中，将药液作为流体，首先将提供给所述 致动器的驱动用输入增大或减小到规定的设定值而使阀芯向开阀方向 移动，将提供给致动器的驱动用输入短时间保持在所述设定值上，之 后，进一步增大或减小该驱动用输入而使阀变成全开状态，从而在打 开阀时不会产生水击。技术方案14的发明，在技术方案13所述的发明中，将设定值的 短时间保持时间设定在1秒以内，并且，将流体通路的压力升高值设 定在阀打开前的压力值的10°/。以内。在本申请的方法发明中，是在流体压力恒定的情况下，将提供给 致动器的驱动力保持在设定值上，从而在最初的开阀动作中使阀芯的 移动在规定位置上暂时停止较短时间，之后，再使该阀芯向全开位置 移动，利用这样一种打开方法将阀打开，因此，若将所述驱动力的设 定值设定在适当的范围内，便能够在极短时间(例如300 1000msec) 内并且在不产生水击的情况下将流体通路快速打开。此外，在本申请发明的无水击打开装置中，在配管管路L1上拆装 自如地安装振动传感器18，将由振动传感器18检测到的振动检测信号 Pr反馈给运算控制装置16，经由电/气转换控制装置17对施加在阀主 体10的致动器11上的致动器动作压力Pa进行控制，从而实现阀的无 水击打开。因此，即便不在阀主体10上设置行程位置检测装置，或者不保持 配管管路Ll中安装有压力检测器的状态，也能够实现阀的无水击打 开，并且，在针对作为对象的配管管路L1求出最佳的无水击开阀条件 (即，致动器动作压力Pa的控制条件)之后，便可以将振动传感器18 和运算控制装置16拆下而用在其它配管管路中，因而从经济性上来说 也是极为有利的。再有，在本发明的流体通路的无水击打开装置中，是在实际工作 状态下的配管管路的阀主体10附近设置振动传感器18，并且，由电/ 气转换装置20将规定的两阶段式致动器动作压力Pa施加在阀主体10 的致动器11上，来实际使阀主体10进行开闭动作，根据阀主体10的 实际动作确定上述两阶段式致动器动作压力Pa的阶跃动作压力Ps，的 最佳值，并将所确定的致动器动作压力Pa存储在电/气转换装置20的存储装置中。因此，利用来自电/气转换装置20的致动器动作压力Pa，可使阀 主体10更为可靠且迅速地在流体通路中不产生水击的情况下实现快速 打开。除此之外，所述两阶段式致动器动作压力Pa的确定/设定(调节)， 可经过5~6次的阀主体10实际动作而简单地完成。而且，通过将具 有大小适当的阶跃动作压力Ps，的致动器动作压力Pa施加在致动器11 上，阀主体10第1次实际打开时压力振动的振幅值也可以抑制到较低 的值，可以在不会对配管管路产生大的不良影响的情况下预先准确求 出上述致动器动作压力Pa的最佳值。除此之外，通过利用计算机，不仅能够极为简单且迅速地进行所 述两阶段式致动器动作压力Pa的确定/设定(调节)，而且还能够更廉 价地制造出无水击打开装置。


图1是对流体通路的水击产生状态进行研究时使用的试验装置的 回路结构图。图2是试验装置中使用的电/气转换装置的说明图，(a)是基本结 构图，(b)是方框结构图。图3是表示电/气转换装置5的输入信号I(输入电压V)和输出压 力Pa (kgf/cm2 G)的关系的线图。图4是线图，表示管路内部压力Pl恒定的情况下进行多阶段式打 开时，随着向致动器供给的供给压力Pa的变化，阀上游侧管路L1的 振动的变化状态，(a)是使Pa从0kgf/cm2 'G直接变成5 kgf/cm2 -G 而打开时的线图，(b )是使Pa从0 kgf/cm2 .G降低到3.1 kgf/cm2 'G 后再变成0时的线图。图5是线图，表示改变水箱压力(管路内部压力Pl)的情况下， 进行多阶段式打开(Pa = 0-2.5-5 kgf/cm2 . G)时管路内部压力PI 的变化状况，(a)是水箱内部压力Pl = 0.245 MPa 'G时的线图，(b) 和(c)分别是PI = 0.255和PI = 0.274时的线图。图6是图5 (c)的放大图。图7是线图，表示进行阀的多阶段式关闭时，水箱内部压力PT与能够防止水击产生的致动器动作压力Pa之间的关系，(a)是水箱内部 压力为0.098 MPaG、 (b)为0.196 MpaG、 (c)为0.294 MPaG时的线图。图8是表示图7中的致动器动作压力Pa与振动检测时刻之间的关 系的说明图。图9是本发明的流体通路的无水击打开装置的第1实施例的总体 结构图。图IO是对图9的无水击打开装置中的致动器动作压力Pa的控制 (图10(a))与振动产生的一个例子(图10(b))进行展示的说明图。 图11是本发明第2实施例的无水击打开装置的总体系统结构图。 图12是调节箱的PC画面显示的概略图。 图13是电/气转换装置的概略结构图。 图14是自动调节操作的流程图。图15是进行自动调节操作时驱动压力Pa与所产生的振动之间的 关系的说明图。图16是表示阶跃式驱动压力Pa的阶跃压力保持时间t与压力升 高值AP之间的关系的线图。图17是将本发明的药液供给方法应用于半导体制造装置用的晶片 单片清洗机时的系统图。附图标记说明PT-水箱内部压力，Ll-阀上游侧管路，Pl-管路内部压力，Pa -致动器动作压力，Pao-供给气压，AG-阀行程，S-阀开闭指令 信号，l-水箱，2-水箱加压源，3-压力传感器，4-阀，4a-致动 器，5-电/气转换装置，6-阀驱动用气体源，7-信号产生器，8-长 余辉示波器，10-阀主体，11-致动器，16-运算控制装置，17-电/ 气转换控制装置，18-振动传感器，19-调节箱，20-电/气转换装置， T-打开时间检测信号，Pl-检测压力信号，PM-容许压力升高值设 定信号，Pr-振动检测信号，Prm-容许上限振动压力设定信号，Ps -阶跃压力设定信号，Ts-阶跃压力保持时间设定信号(打开时间设 定信号)，Sc-控制信号，Se-致动器动作压力控制信号，So-阀的 NO/NC切换信号，t-阶跃压力保持时间，Ps，-阶跃动作压力，A0-流体供给系统，B0-晶片的单片清洗机，W-晶片，A、 B、 C、 D-混合药液。
具体实施方式
首先，本申请发明人等为了对半导体制造装置的液体供给系统中 产生水击的状况进行研究，对利用气动隔膜阀将流体通路从全闭切换 到全开时流路的压力变化进行了观察。图1是进行上述研究时使用的试验装置的回路结构图，图1中，1 是水箱，2是水箱加压源，3是压力传感器，4是阀，5是电/气转换装 置，6是阀驱动用气体源，7是信号产生器，8是长余辉示波器。所述水箱l是具有约30升容量的密闭结构型水箱，其内部储存有 约25升流体(25t:的水)。此外，利用来自加压源2的N2，可在100~300KPaG的范围内调 整自如地对水箱1加压。所述压力传感器3是能够以较高的灵敏度检测阀4上游的水压的 传感器，本试验装置中使用的是扩散半导体方式的压力传感器。作为所述阀4，使用的是隔膜式气动阀，其规格是流体入口压力 O.lMPa,流体出口压力0.3MPa，流体温度10~ IOO"C , CV值0.27， 操作气压0.3 ~ 0.6MPa，液体接触部的材质(阀体PTFE，隔膜PTFE ), 通路内径4mm。即，该阀4是常闭型的、以合成树脂隔膜为阀芯的气动隔膜阀， 隔膜阀芯在弹簧(未图示)的弹力作用下始终位于阀座上，保持闭阀 状态。而当供给动作用气压而使致动器4a动作时，隔膜阀芯从阀座上 离开而保持开阀状态。因此，要使该常闭型气动隔膜岡打开，需要向致动器4a供给开阀 用的动作气压。此外，在本申请发明中，当然也可以替代上述常闭型气动隔膜阀 而使用常开型气动隔膜阀，在这种情况下，通过增大提供给致动器4a 的动作气压而使阀保持关闭状态。所述电/气转换装置5,用于将与对阀的开度进行指示的输入信号 相对应的驱动压力(气压)提供给阀4的致动器4a，在本试验装置中， 使用的是其结构如图2所示的电/气转换装置5。即，当输入信号I输入到控制电路A中时，给气用电磁阀B打开， 供给压力C的一部分通过给气用电磁阀B后变成输出压力Pa提供给 阀4的致动器4a。该输出压力Pa经压力传感器E反馈到控制电路A中进行修正动 作，直到得到与输入信号I相对应的输出压力Pa为止。另外，图2中， F是排气用电磁阀，G是排出气体，H是电源，J是与输入信号I相对 应的输出信号，该输出信号J (即输入信号I)作为输入电压输入到后 述的长余辉示波器8中。图3是表示所述电/气转换装置5的输入信号I值(输入电压V) 与输出压力Pa之间的关系的线图，在输入电压5V (动作用气压P = 约5kgf/cm2 G)时，阀4保持全开状态。所述阀动作用气体源6使用的是压缩机，可供给规定压力的空气。 此外，所述信号产生器7产生输入给电/气转换装置5等的输入信号I 等，将所需要的电压输出作为输入信号I输出给电/气转换装置5。再有，所述长余辉示波器8，被输入来自压力传感器3的上游侧管 路Ll内的检测压力信号Pl (电压V)、和输入给电/气转换装置5的输 入信号I (输入电压V ),可对管路Ll的压力Pl变化和输入信号(输 入电压V) I的变化等进行观测/记录。另外，在本试验装置中，使用 的是长余辉示波器8，时间轴的刻度是500msec/格。参照图1，首先，使水箱1内的压力PT保持在恒定的压力 0.172MPa G,向致动器4a供给0.490MPa G的气压Pa而使阀4从 全闭状态变成全开状态。另外，此时的阀4与水箱1之间的配管管路 Ll的内径为4.0mm，长度为约l.Om，水的流量Q-约3.451/min。图 4是利用长余辉示波器8对向阀4的致动器4a供给的供给气压Pa和上 游側管路L1的内部压力Pl的变化进行观测时所得到的线图。由上述图4 (a)可知，在经过O (全闭)—0.490MPa G (全开) 的过程而使阀4变成全开时，如图4(a)所示，振动输出表现出了最 大振幅为约12V的变化。相对于此，当所供给的压力Pa按照0 —0.29 — 0.490 (图4 - (b)) 变化时，管路振动几乎不产生变化，可知能够完全防止水击的产生。即，可知，在管路L1的内部压力Pl恒定的情况下，(l)通过使 阀从全闭状态瞬间快速打开到一定开度，然后经过较短时间再使阀变成全开状态，能够在约500~ 1000msec的时间内不产生水击地将流体 通路打开，以及(2)如果上述阀芯的初次停止位置、即阀开度大于或 小于一定值，则无法防止水击的产生。另夕卜，图5(a)、 (b)、 (c)展示的是使阶跃压力Ps为0.245MPa "G、 0.255MPa ■ G以及0.274MPa G时阀4的上游侧管路L1内的压力变 动状况，此时，致动器动作压力Pa按照0 — 0.245 —0.49MPa G的状 态变化，用1000msec的时间4吏阀4完全打开。此外，图6是上述图5 (c)的放大图，由该图可知，通过使致动 器动作压力Pa按照0 — 0.294 —0.490MPa . G的顺序在约1000msec的 时间内升高而使阀4经过两个阶段的操作完全打开，能够使上游侧配 管Ll的振动大致为零。图7 (a)、 (b)、 (c)展示的是在水箱内部压力为0.098、 0.196、 0.294MPa . G的情况下，对阶跃压力Ps与上游侧配管Ll内的振动压 力之间的关系进行研究的结果，由图可知，在上述各种情况下，存在 有使振动压力达到最小的阶跃压力Ps。此外，阶跃压力Ps的保持时间 为1000隨c。图8是上述图7的试验中提供给致动器4a的供给压力Pa的说明 图，展示了阶跃压力Ps与第1阶段(A点)及第2阶段(B点)的位 置关系。[无水击打开装置的第1实施例]图9和图IO展示的是本发明的流体通路无水击打开装置的第1实 施例的基本结构，主要是在难以向已有的上游侧配管Ll上安装压力检 测器Pc或向阀主体10上安装阀行程检测器(位置检测器)的情况下 采用。参照图9和图10,该无水击打开装置组合了阀主体10、致动器11、 电/气转换控制装置17、能够对致动器动作压力Pa的阶段性切换及切 换后的压力保持时间Ts等进行控制的运算控制装置16、以及拆装自如 地固定在上游侧配管管路Ll上的振动传感器18，能够对施加在阀主 体10的致动器11上的致动器动作压力Pa的阶段性切换(图10 (a) 的0到Ps的切换(阶跃压力Ps))和阶跃压力Ps的保持时间Ts适当 进行选择，而预先对阀主体10的可实现无水击打开的打开条件进行设 定和存储。即，在图9和图10中，16是运算控制装置，17是电/气转换控制 装置，18是振动传感器，6是阀驱动用气体源，IO是阀主体，11是致 动器，来自阀驱动用气体源6的驱动压力Pao (本实施例中为约 0.6MPa)由电/气转换控制装置17转换成图10(a)所示状态的阶跃式 动作压力Pa，施加在致动器ll上。此外，施加在致动器11上的致动器动作压力Pa及其保持时间Ts， 受到运算控制装置16所产生的控制信号Sc的控制，该控制信号Sc是 通过以后述的方法针对各阀上游側配管管路Ll进行阀主体10的打开 动作试验而预先求得的，在通过阀主体IO的打开动作试验完成了所述 控制信号Sc的确定之后，将该振动传感器18和运算控制装置16从上 游侧配管管路L1上拆下。即，在所述运算控制装置16中设置有阶跃压力设定信号Ps的 设定电路16a、压力保持时间设定信号Ts的设定电路16b、容许上限 振动压力设定信号Prm的设定电路16c、管路振动压力检测电路16d 以及比较运算电路16e等，分别被输入振动检测信号Pr、阶跃压力设 定信号Ps、阶跃压力保持时间设定信号Ts以及容许上限振动压力设定 信号Prm，所述振动检测信号Pr是振动传感器18检测到的、由阀主 体IO打开时内部压力Pl的变动引起的信号。此外，在所述比较运算电路16e中对振动检测信号Pr和容许上限 振动压力设定信号Prm进行比较，若二者之间存在差异，则如后所述 对阶跃压力设定信号Ps进行修正，将包含有该修正后的阶跃压力设定 信号Ps和保持时间设定信号Ts的控制信号Sc输出给电/气转换控制装 置17的数据存储部17a。此外，在所述电/气转换控制装置17中，设置有数据存储部17a、 信号转换部17b (信号产生器7)、以及电/气转换部17c (电/气转换装 置5)等，，通过将信号转换部17b产生的致动器动作压力控制信号Se 输入给电/气转换部17c,而对供给致动器11的致动器动作压力Pa如 图10 (a)所示那样进行阶段性切换。此外，还向该电/气转换控制装置17输入阀开闭指令信号S、以及 用于与阀主体10的动作状况(NO或NC)相对应的切换信号So。参照图9，首先将振动传感器18固定在配管管路Ll上。其次， 向运算控制装置16输入适当的阶跃压力设定信号Ps、阶跃压力保持时间设定信号Ts以及容许上限振动压力设定信号Prm，并且，适当设定 电/气转换控制装置17的阀主体切换信号So以及致动器动作用流体供 给压力Pao。之后，输入阀开闭指令信号S，向阀主体10的致动器ll供给例如 图10 (a)所示形态的致动器动作压力Pa。此时，若在时刻tl使致动器动作压力Pa从0升高到Ps,则阀主 体10的流体通路打开到中间位置，进而在经过设定保持时间Ts后的 时刻t2，致动器动作压力Ps变为Pamax，阀主体10变成全开状态。在此期间，若因产生水击而使配管管路L1的内部压力Pl变化， 则其变化状况会被振动传感器18检测到，并将振动检测信号Pr输入 给运算控制装置16。在运算控制装置16中，对检测信号Pr和容许上限振动压力设定 信号Prm进行比较，如果Al位置(时刻tl )上未产生振动或者振动 的大小在容许值以内、而A2位置(时刻t2)上振动超过了容许值Prm, 则对阶跃压力设定信号Ps进行修正以使得致动器动作压力Pa稍微升 高，将该修正后的阶跃压力设定信号Ps及其保持时间设定信号Ts作 为控制信号Sc从运算控制装置16输出给电/气转换控制装置17，之后 再次进行同样的阀主体IO打开动作试验。反之，如果Al位置(时刻tl )上产生的振动超过了容许上限振动 压力设定信号Prm，则对设定信号Ps进行修正而使得所迷阶跃压力设 定信号Ps稍微降低，作为控制信号Sc从运算控制装置16输出给电/ 气转换控制装置17，之后再次进行同样的阀主体10打开动作试验。通过反复进行上述动作试验，可就规定的阶跃压力保持时间设定 信号Ts(阀打开时间Ts)，确定出使设置有振动传感器18的配管管路 Ll实现无水击打开所需要的、致动器11的中间动作压力Ps (阶跃压 力设定信号Ps)，将表示该确定的不产生水击的最佳阶跃压力设定信号 Ps及其保持设定时间Ts的控制信号Sc存储在电/气转换控制装置17 的数据存储部17a中，以后管路L1的打开，通过基于该存储的控制信 号Sc对致动器动作压力Pa进行控制而进行。另外，在上述图9和图10的实施例中，对致动器动作压力Pa进 行的是两阶段切换控制，但毋庸置疑，必要时也可以设计成进行3阶 段或4阶段切换的形式。此外，阶跃保持时间设定信号Ts通常设定为0.5 ~ 1秒之间，显然， 随着该时间Ts的缩短，要达到无水击打开条件将变得困难。 [无水击打开装置的第2实施例]图ll展示的是本发明的流体通路打开方法和用于该方法的无水击 打开装置的笫2实施例。图11中，Ll是配管管路，IO是阀主体，ll是气动致动器，18是 振动传感器，19是调节箱，20是电/气转换装置20，无水击打开装置 的基本结构与图9所示第1实施例的情况大致相同。安装在阀主体10上游侧的振动传感器18所输出的振动检测信号 Pr作为反馈信号输入到所述调节箱19中，从该反馈信号Pr检测是否 有水击产生并向电/气转换装置20输出致动器动作压力的控制信号Sc， 由此使得供给气动致动器11的两阶段式致动器动作压力Pa达到最佳 化。具体地说，如后所述，对图15的致动器动作压力Pa的阶跃动作 压力Ps，的大小以及阶跃动作压力保持时间t的最佳值进行运算，并向 电/气转换装置20输出用于使电/气转换装置20向致动器11输出该致 动器动作压力Pa的控制信号Sc。此外，该调节箱19上设置有用于根据阀主体10的气动致动器11 的动作类型(N.O.或N.C.)对控制信号Sc进行切换的切换开关。图12展示的是形成调节箱19的主要部分的计算机的画面显示的 一个例子，可通过画面显示阀主体10的开闭状态、供给给气动致动器 11的致动器动作压力Pa、配管管路L1的振动情况、阶跃动作压力Ps， 及配管振动值、自动调节的条件设定、人工开闭的条件设定、岡主体 IO的动作类型等。所述电/气转换装置20组合了信号转换器和电/气转换器。如图13 所示，包括给气用电磁阀B、排气用电磁阀F、压力传感器E、控制电 路A等，基本上与图2 (a)和(b)所示的结构相同。即，向给气用电磁阀B供给0.6MPa以上的气压，将0 0.5MPa 的气压作为致动器动作压力控制压力Pa输出给气动致动器11。此外，该电/气转换装置20的控制电路A中设置有电路板Al和外 部输入输出接口AO等，并且，外部输入输出接口 AO上设有两个连接 器Ac、 Ad。供电电源(DC24或12V)、开闭信号I (有电压输入或无 电压输入)、压力监视器(0 5DCV， 0 981KPaG)连接至连接器Ad，而调节箱19连接至连接器Ac。图14展示的是该第2实施例中的自动调节的实施流程，图15展 示的是施加在气动致动器11上的致动器动作压力Pa与振动产生之间 的相对关系。作为致动器动作压力Pa,与图10同样施加的是两阶段式致动器动 作压力Pa。参照图14，将振动传感器18如图11所示固定在配管管路L1的规 定位置(距阀主体10至约1000mm以内的上游侧位置，希望是向上游 侧离开100~ 1000mm的位置)上，并且分别进行调节箱19和电/气转 换装置20的设定。其次，通过输入自动调节开始信号(步骤Sl)使阀保持全闭状态 约2秒(步骤S2),之后，通过施加两阶段式致动器动作压力Pa进行 控制(步骤S3)。此外，将阶跃动作压力Ps，的保持时间t如后所述设 定为0.5 ~ lsec。对于配管管路Ll中随着阀主体10的打开而产生的振动，根据振 动传感器18所输出的振动检测信号Pr进行检测并加以确认(步骤S4 )， 确认振动是在图15的A点产生还是在B点产生(步骤S5、 S6),若在 A点产生，则使致动器动作压力Pa的阶跃动作压力Ps，减小(步骤S7)， 若在B点产生，则使所述阶跃动作压力Ps，增加(步骤S8)。通过反复(通常为数次~15次)进行上述阀主体IO的打开控制， 最终得到具有使振动完全不会产生的最佳阶跃动作压力Ps，的致动器 动作压力Pa，将下述控制信号Sc输入给电/气转换装置20，来打开阀 主体IO,所述控制信号Sc输出通过该自动调节得到的、能够完全防止 振动产生的两阶段式致动器动作压力Pa。进行上述自动调节时所施加的两阶段式致动器动作压力Pa的阶跃 动作压力保持时间t，越短越好，但对于气动式致动器11来i^，以t =1秒以下为宜。此外，在上述图14和图15中，对使用常闭型气动隔膜阀、通过 供给致动器动作压力Pa而将关闭状态下的阀主体10打开的情况进行 了说明，但毋庸置疑，也可以使用常开型气动隔膜阀、通过使致动器 动作压力Pa分两阶段降低来实现无水击打开，在这种情况下，致动器 动作压力Pa的阶跃动作压力Pa，的调整与使用上述常闭阀的情况相反，在致动器动作压力Pa的第1降低阶段产生振动时，使阶跃动作压 力Pa，升高，在致动器动作压力Pa的第2降低阶段产生振动时，使阶 跃动作压力Pa，降低。图16展示的是，使用阀开闭时内容积不改变的气动阀(19.05mm ), 将液体管线压力为0.098MPa、0.198MPa以及0.294MPa的3种配管管 路，以致动器动作压力Pa为OMPaG - 0.294MPaG - 0.490MPaG的两 阶段式动作压力Pa打开时，阶跃动作压力保持时间t与液体管线压力 升高值AP (MPaG)之间的关系。由图可知，若将阶跃动作压力保持 时间t设定在l秒以上，可使压力升高值AP大致为零，而若t在0.5 秒以下，则压力升高值AP将变大。此外，在完成上述自动调节操作而求得能够实现配管管路L1的无 水击打开的控制信号Sc (即，用于输出能够实现无水击打开的两阶段 式致动器动作压力Pa的控制信号Sc)后，将上述控制信号Sc (即动 作压力Pa)的数据转送入电/气转换装置20中另外存储起来。然后， 将调节箱19和振动传感器18拆下。在需要使阀主体IO快速打开的情况下，使用预先通过自动调节求 得的所述控制信号Sc的数据，由电/气转换装置20向阀主体10的致动 器11输出可实现无水击打开的两阶段式致动器动作压力Pa。在上述图ll的实施例中，完成自动调节操作而确定了致动器动作 压力Pa (阶跃动作压力Ps，及其保持时间t)后，将与该动作压力Pa 相关的数据转送给电/气转换装置20，之后，将振动传感器18和调节 箱19完全拆下，但毋庸置疑，也可以将调节箱19小型化而使其与电/ 气转换装置20 —体化。图17是对将本发明的药液供给方法应用于构成半导体制造装置 的、晶片的单片清洗机时的状态进行展示的系统图，图17中，AO是 流体供给系统，IO是设置在流体供给系统A.O中的阀主体，BO是单片 清洗机，LO是管路，W是晶片，A是混合药液(添加了臭氧的超纯水， 臭氧浓度为数ppm)， B是氢氟酸、双氧水和超纯水的混合药液(混合 比为0.03 :1:2)， C是氢氧化铵、双氧水和超纯水的混合药液(混合 比为0.05 :1:5)， D是超纯水。此外，图17中的流体供给系统AO例 如如上述图1或图9或图11那样构成，经由致动器(未图示)使阀主 体10的阀芯先向开阀方向移动一定量，该状态保持短时间后继续使阀芯移动到全开位置，从而将阀主体10完全打开。由于液体供给系统AO的结构及其作用与上述图1或图9或图11 的情况完全相同，因此，在这里将其说明省略。此外，晶片W的清洗处理，按照先用混合药液A进行清洗、再供 给混合药液B、接下来供给混合药液C、混合药液D的顺序进行，经 由致动器对各阀主体10进行切换操作而供给各混合药液A~ D。此外，在供给混合药液A、 B、 C、 D时，希望将阀主体10打开时 产生的管路L1内的压力升高值控制在阀打开前的压力值的10%以内。 为了将压力升高值控制在所述10%以内，要对所述致动器的驱动用输 入值及其保持时间进行调整。此外，通过将管路L1内的压力升高值控 制在10%以内，可使管路LO内的压力升高值也在稳定值的10%以内。再者，在本实施方式中，仅就开始供给混合药液A、 B、 C、 D时 (阀打开时)的压力升高值的上限进行了说明，但毋庸置疑，停止供 给混合药液A、 B、 C、 D时(阀关闭时)管路Ll等的压力升高值也 有上限，以使得所述压力升高值在设定值以内的方式对各阀主体10进 行关闭操作。工业实用性本发明不仅能应用于工业用的配水或蒸汽等的供给管路，而且还 能应用于一般家庭的冷热水供给用配管管路、半导体制造工厂的流体 (气体和液体)供给管路、化学药品工厂的流体供给管路等中。其中， 尤其是半导体制造用的腔室装置或晶片等的清洗装置、各种蚀刻装置 等更适合采用本申请发明。
权利要求
1.一种流体通路的无水击打开方法，利用设置在管路内部压力大致恒定的流体通路中的致动器动作式阀，将流体通路打开，向下游侧流体通路供给流体，其特征是，首先将提供给所述致动器的驱动用输入增大或减小到规定的设定值而使阀芯向开阀方向移动，将提供给致动器的驱动用输入短时间保持在所述设定值上，之后，进一步增大或减小该驱动用输入而使阀变成全开状态，从而在不产生水击的情况下将流体通路打开。
2. 如权利要求1所述的流体通路的无水击打开方法，其特征是， 阀是常闭型气动隔膜阀、或者阀动作时阀内容积不变的定容积型的常 闭型气动隔膜阀。
3. 如权利要求1所述的流体通路的无水击打开方法，其特征是， 将设定值的短时间保持时间设定在1秒以内，并且，将流体通路的压 力升高值设定在阀打开前的压力值的10%以内。
4. 一种药液供给方法，利用设置在管路内部压力大致恒定的流体 通路中的致动器动作式阀，将流体通路打开，向下游侧流体通路供给 流体，其特征是，将药液作为流体，首先将提供给所述致动器的驱动用输入增大或 减小到规定的设定值而使阀芯向开阀方向移动，将提供给致动器的驱 动用输入短时间保持在所述设定值上，之后，进一步增大或减小该驱 动用输入而使阀变成全开状态，从而在打开阀时不会产生水击。
5. 如权利要求4所述的药液供给方法，其特征是，将设定值的短 时间保持时间设定在1秒以内，并且，将流体通路的压力升高值设定 在阀打开前的压力值的10%以内。
全文摘要
本发明提供一种流体通路的无水击打开方法以及药液供给方法，无论流体压力的大小如何均能够使上游侧流体通路中不产生水击而迅速且可靠地将流体通路打开。本发明的无水击打开方法利用设置在管路内部压力大致恒定的流体通路中的致动器动作式阀，将流体通路打开，向下游侧流体通路供给流体，首先将提供给所述致动器的驱动用输入增大或减小到规定的设定值而使阀芯向开阀方向移动，将提供给致动器的驱动用输入短时间保持在所述设定值上，之后，进一步增大或减小该驱动用输入而使阀变成全开状态，从而在不产生水击的情况下将流体通路打开。
文档编号F16L55/04GK101285537SQ200810092800
公开日2008年10月15日 申请日期2005年1月13日 优先权日2004年1月20日
发明者土肥亮介, 大见忠弘, 永濑正明, 池田信一, 西村龙太郎, 西野功二 申请人:株式会社富士金;大见忠弘