JP6925459B2 - 流体ミキサー - Google Patents

Description

本発明は、混合装置に関し、特に、流体ミキサーに関する。

ハイ−テックの分野において、濃度が安定である高純度の化学液体を用いて、ハイ−テック製品の部品（例えば、半導体チップ、表示機器、タッチパネルなど）を製造する。このような濃度の安定の高純度の化学液体は、通常、大量の脱イオン水を利用して、化学液体を必要な濃度に希釈する必要がある。

例えば、一般的には、高濃度の化学原液を漸進的にまたは階段的に低濃度の化学液体に希釈するので、より微量な濃度（例えばｐｐｍレベル）の化学液体を取得するには、非常に大量の脱イオン水を必要とする。また、上記の希釈方法では、通常、大量の低濃度の化学液体を一度に調製しなければならないので、短時間に使用し尽くさなければ、調製した化学液体の濃度が変動して、ハイ−テック製品の部品の品質の安定性を低下させる。

また、上記の伝統的な化学液体希釈方法は、大量の脱イオン水を消耗する必要があって、水資源およびエネルギーが無駄になったり、フィルタリング材料を大量に消費するだけではなく、このような化学液体希釈方法は、化学液体を正確により微量な濃度（例えば、ｐｐｍレベル）に希釈することができず、ハイ−テック製品の部品の製造の精密度は制限されている。

以上により、従来の化学液体希釈方法に関する装置は、前記伝統的な化学液体希釈方法に存在する問題を解決するための解決方策を必要としている。

これを鑑みて、本発明は、化学液体希釈システム（例えば、アンモニアの水溶液の希釈システム）に応用され、化学液体を長時間に必要な濃度に維持して、ハイ−テック製品の部品の品質の安定性を向上させる、流体ミキサーを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明による流体ミキサーは、第１の接続部を含む接続カバーと、接続カバーに接続され、互いに連通する第２の接続部、出力部及びキャビティを含むティーチューブ装置と、接続カバーに接続され、第１の接続部に連通する第１のポートと、第２の接続部及び出力部にそれぞれ連通するとともに第１のポートにとは反対側に配置された第２のポートとを備えるピンホール通路を含む接続部材と、を備える。

本発明の流体ミキサーによれば、化学液体希釈システムに応用され、脱イオン水の使用量を減少させて、圧力控制およびベンチュリー管効果によって化学液体を必要な濃度に希釈することができる。他方、より微量な濃度（例如ｐｐｍレベル）に希釈するために、本発明の流体ミキサーを利用して流体を注入して、微量な流体と液体とを混合させることによって、希釈した化学液体がｐｐｍレベルの微量な濃度を有する。他方、本発明による流体ミキサーは、生成した希釈した化学液体を長時間に必要な濃度に維持して、ハイ−テック製品の部品の製造品質の安定性を向上させる。

本発明に係わる第一の実施形態の流体ミキサーを示す断面図である。 本発明に係わる好ましい実施形態の接続部材の斜視図である。 本発明に係わる好ましい実施形態の接続部材の断面図である。 本発明に係わる好ましい実施形態の接続カバーの断面図である。 本発明に係わる好ましい実施形態のティーチューブ装置の断面図である。 本発明に係わる第二の実施形態の流体ミキサーを示す断面図である。 圧力差とアンモニアの水溶液の導電度との関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示したように、図１は本発明に係わる第一の実施形態の流体ミキサー３２を示す断面図であり、本発明の流体ミキサー３２は、アンモニアの水溶液を希釈するように用いられるが、これに限っていない。

流体ミキサー３２は、接続部材３２２と、接続カバー３２４と、ティーチューブ装置３２６とを含む。接続カバー３２４はティーチューブ装置３２６および接続部材３２２にそれぞれ接続して、第１の接続部３２ａは、接続カバー３２４に位置する。ティーチューブ装置３２６は、第２の接続部３２ｂ、出力部３２ｃおよびキャビティ３２６２を有し、その中の第２の接続部３２ｂ、出力部３２ｃおよびキャビティ３２６２は互いに連通している。

接続部材３２２は、ピンホール通路３２２２と、入力端３２２４と、出力端３２２６とを含み、ピンホール通路３２２２の第１のポート３２２２ａは、第１の接続部３２ａに連通して、第２のポート３２２２ｂは、第２の接続部３２ｂおよび出力部３２ｃに連通している。本発明の実施形態において、接続部材３２２は、入力端３２２４を介して接続カバー３２４に接続する。接続部材３２２の出力端３２２６は、ティーチューブ装置３２６のキャビティ３２６２の中に位置する。本発明の実施形態において、接続カバー３２４の一部は、接続部材３２２とティーチューブ装置３２６との間に位置する。本発明の実施形態において、第２の接続部３２ｂは、第１の接続管３２ａおよび出力部３２ｃにそれぞれ垂直である。即ち、第２の接続部３２ｂは、第１の接続管３２ａに垂直であるとともに、出力部３２ｃに垂直である。本発明の実施形態において、接続部材３２２のピンホール通路３２２２は、第１のポート３２２２ａでは第１の口径（Ｄ１）を有するとともに、第２のポート３２２２ｂでは第２の口径（Ｄ２）を有する。第１の口径（Ｄ１）は、第２の口径（Ｄ２）よりも大きい。本発明の実施形態では、第２の口径（Ｄ２）は、０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、好ましくは、０．０４ｍｍ以上０．０７ｍｍ以下である。本発明の実施形態では、接続部材３２２のピンホール通路３２２２は、長さ(L)が２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、好ましくは、２３ｍｍ以上２７ｍｍ以下である。ピンホール通路３２２２は、前記二者に比較すれば狭い通路であるので、ピンホール通路３２２２は、接続部材３２２においてベンチュリー管効果があり、ベンチュリー管効果、第１の接続部と第２の接続部との圧力差により、希釈した流体を必要の導電度および必要の濃度にコントロールするという目的を達成する。

本発明実施形態において、接続部材３２２のピンホール通路３２２２は、下記式（１）で表される関係を満たす。

但し、Ｑは流体の流量、ｄはピンホール通路３２２２の第２の口径（Ｄ２）、Ｌはピンホール通路３２２２の長さ（Ｌ）、ΔＰはピンホール通路３２２２の第１のポート３２２２ａと第２のポート３２２２ｂとの圧力差である。

上述の式（１）から分かるように、流体ミキサー３２を製造した後、ｄ及びＬが固定値となり、実際の操作において、圧力差ΔＰを制御することでピンホール通路３２２２を流れる流体の流量を調節することができる。

なお、必要な極微量の制御をするように、圧力差ΔＰを極めて小さい値に縮小することに加えて、（ｄ^４／Ｌ）の値を縮小することもできる。言い換えれば、（ｄ^４／Ｌ）の値を縮小するには、第２の口径（Ｄ２）をできるだけ小さくする、またはピンホールチャネル３２２２の長さ（Ｌ）をできるだけ長くする。しかしながら、利用の便利性や圧力差ΔＰを容易に制御することを考慮すると、本発明に係わる実施形態によって提供された流体ミキサー３２は、極めて小さい第２の口径（Ｄ２）及び長さ（Ｌ）を有する。従って、超微量の化学液体希釈システムに応用することができる。

図２ないし図５を参照すれば、接続部材３２２の入力端３２２４は円柱状になし、接続カバー３２４は、内円溝３２４２を有する。接続部材３２２の入力端３２２４は、接続カバー３２４の内円溝３２４２に対応して接続する。本発明の実施形態では、接続部材３２２の入力端３２２４は、おねじ３２２１を有し、接続カバー３２４の内円溝３２４２は、めねじ３２４１を有し、入力端３２２４と内円溝３２４２は、おねじ３２２１とめねじ３２４１との螺合関係により接続するが、これに限っていない。実務上、入力端３２２４と内円溝３２４２とは、他の適当的な形態（例えば回転留め具）で接続してもよい。

本発明の実施形態では、接続部材３２２の出力端３２２６は四角柱状であるが、これに限っていない。実務上、接続部材３２２の出力端３２２６は円柱状であってもよい。本発明の実施形態では、接続部材３２２の出力端３２２６は、四角柱の一角またはその中の一面がティーチューブ装置３２６の第２の接続部３２ｂに対応するが、これに限っていない。実際使用の際、四角柱のいずれか一つの角または一つの面が、ティーチューブ装置３２６の第２の接続部３２ｂに対応しても、混合した化学液体の調製結果に影響しない。

接続カバー３２４は、外円壁３２４を有し、ティーチューブ装置３２６は内円口３２６４を有し、接続カバー３２４の外円壁３２４とティーチューブ装置３２６の内円口３２６４とは対応して接続する。本発明の実施形態において、接続カバー３２４の外円壁３２４はおねじ３２４３を有する一方、ティーチューブ装置３２６の内円口３２６４はめねじ３２６３を有する。外円壁３２４と内円口３２６４とは、おねじ３２４３とめねじ３２６３との螺合により接続されるが、これに限っていない。実務には、外円壁３２４と内円口３２６４とは、他の適当的な形態（例えば、回転留め具）で接続してもよい。

本発明の別の実施形態において、接続部材３２２とティーチューブ装置３２６とが一体成形され、接続カバー３２４に固定に接続されている。本発明の実施形態において、金属材料が希釈した化学液体を腐食または汚染するのを防ぐために、接続部材３２２、接続カバー３２４及びティーチューブ装置３２６は、プラスチックからなる。

図１及び図６を参照すれば、図１は、本発明に係わる第一の実施形態の流体ミキサーの断面図であり、図６は、本発明に係わる第二の実施形態の流体ミキサーの断面図である。図１において、接続部材３２２の第２のポート３２２２ｂは、第２の接続部３２ｂの通路の最低位置３２ｂ１より低い。本実施形態において、接続部材３２２の第２のポート３２２２ｂは、第２の接続部３２ｂの通路の最低位置３２ｂ１より低いため、第２の接続部３２ｂから導入する第２の流体がピンホール通路３２２２を流れる第１の流体の出力に影響を与えない。逆に、図６において、接続部材３２２の第２のポート３２２２ｃが第２の接続部３２ｂの通路の最低位置３２ｂ１より高い。第二の実施形態において、接続部材３２２の第２のポート３２２２ｃが第２の接続部３２ｂの通路の最低位置３２ｂ１より高いため、第２の接続部３２ｂから導入する第２の流体により接続部材３２２の第２のポート３２２２ｃに背圧が形成されてピンホール通路３２２２を流れる第１の流体の出力に影響を与える。

例えば、第一の実施形態（図１）において、希釈濃度が１ｐｐｍである混合流体を調製したいが、第２の接続部３２ｂから導入する第２の流体の圧力値が１０ｐｓｉである場合、第１の接続部３２ａから導入してピンホール通路３２２２を流れる第１の流体の圧力値が２０ｐｓｉである。しかしながら、第二の実施形態（図６）において、第２の接続部３２ｂから導入する第２の流体により接続部材３２２の第２のポート３２２２ｂに背圧が形成されてピンホール通路３２２２を流れる第１の流体の出力に影響を与えるため、第二の実施形態（図６）において、希釈濃度が１ｐｐｍである混合流体を調製し、第２の接続部３２ｂから導入する第２の流体の圧力値も１０ｐｓｉである場合、第１の接続部３２ａから導入してピンホール通路３２２２を流れる第１の流体の圧力値が３０ｐｓｉまで向上する限り、第１の流体をピンホール通路３２２２からスムーズに流出させることができる。

以上からわかるように、同じ希釈濃度を有する混合流体を調製する場合、第一の実施形態に比べて、第二の実施形態の流体ミキサーに対して、第１の接続部３２ａと第２の接続部３２ｂとの間により大きい圧力差が必要である。

図７を参照し、図７は圧力差とアンモニアの水溶液の導電度との関係を示す図である。図７において、左側の線分（・）は、第一実施形態に係わる圧力差とアンモニアの水溶液の導電度との関係を示し、右側の線分（△）は、第二実施形態に係わる圧力差とアンモニアの水溶液の導電度との関係を示す。図７からわかるように、同じアンモニアの水溶液の導電度に対して、第二の実施形態の圧力差が第一の実施形態の圧力差より大きい。しかしながら、流体ミキサー、液体管路や管路同士の接続箇所に耐圧値は上限があり、即ち、第１の接続部３２ａと第２の接続部３２ｂとの間の圧力差も上限があるため、第二の実施形態の流体ミキサー（図６）で調製できる希釈した混合流体の濃度の範囲は第一の実施形態の流体ミキサー（図１）で調製できる希釈した混合流体の濃度範囲より小さい。

尚、第二の実施形態の流体ミキサー（図６）で調製される希釈した混合流体の濃度範囲が小さいが、本発明において、第二の実施形態により提供された流体ミキサーも化学液体希釈システムに適用でき、微量の流体と液体とを混合させて希釈した化学液体をｐｐｍレベルの微量な濃度を具備させる。

本発明の実施形態の構造により、本発明の流体ミキサーは、化学液体希釈システムに応用され、圧力制御および流体ミキサーによるベンチュリー管効果を利用して流体を注入して、微量の流体と液体とを混合することによって、希釈した化学液体がｐｐｍレベルの微量な濃度を有する。例えば、本発明による化学液体希釈システムおよび方法は、リアルタイムに２〜３ｐｐｍの機能水（アンモニアの水溶液）を調製して、例えばウエハの清浄に使用されえる。したがって、大量の脱イオン水を無駄に消耗して過剰的な希釈した化学液体を製造する必要がない。他方、本発明による化学液体希釈システムおよび方法は、生成した希釈した化学液体を長時間に必要的な濃度に維持して、ハイ−テック製品の部品の製造品質の安定性をさらに向上させる。

以上は、例示として、本発明の好ましい実施形態を説明したものにすぎない。本発明の明細書および特許の請求の範囲と均等する変化も、本件特許請求の範囲に属する。

３２流体ミキサー
３２ａ第１の接続部 ３２ｂ第２の接続部 ３２ｃ出力部
３２２接続部材 ３２２１おねじ ３２２２ピンホール通路
３２２２ａ第１のポート ３２２２ｂ、３２２２ｃ第２のポート
３２２４入力端 ３２２６出力端 ３２４接続カバー
３２４１めねじ ３２４２内円溝 ３２４３おねじ
３２６ティーチューブ装置 ３２６２キャビティ３２６３めねじ
３２６４内円口
Ｄ１第１の口径 Ｄ２第２の口径 Ｌ長さ

Claims (8)

1. 第１の接続部を含む接続カバーと、
   前記接続カバーに接続され、互いに連通する第２の接続部、出力部及びキャビティを含むティーチューブ装置と、
   前記接続カバーに接続され、前記第１の接続部に連通する第１のポートと、第２の接続部及び前記出力部にそれぞれ連通するとともに前記第１のポートとは反対側に配置された第２のポートとを備えるピンホール通路を含む接続部材と、
   を備え、
   前記第１の接続部から第１の流体が導入され、
   前記第２の接続部から第２の流体が導入され、
   前記ピンホール通路は、前記第１のポートが第１の口径を有し、前記第２のポートが第２の口径を有し、前記第１の口径が前記第２の口径より大きく、
   前記第２の口径は、０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、
   前記第１の流体を前記第２の流体でｐｐｍレベルに希釈する流体ミキサー。
2. 前記接続部材は、更に、入力端と、前記入力端とは反対側に配置された出力端とを含み、前記ピンホール通路の前記第１のポートは、前記入力端に位置しており、前記第２のポートが前記出力端に位置しており、前記接続部材が前記入力端を介して前記接続カバーに接続されており、前記接続部材の前記出力端が前記ティーチューブ装置の前記キャビティに位置するように配置されている
   請求項１に記載の流体ミキサー。
3. 前記第２の接続部が、前記第一接続管及び前記出力部に対しそれぞれ垂直となるように配置されている
   請求項１に記載の流体ミキサー。
4. 前記第２の口径は、０．０４ｍｍ以上０．０７ｍｍ以下である
   請求項１に記載の流体ミキサー。
5. 前記接続部材の前記入力端が円柱状をなし、前記接続カバーが内円溝を有し、前記接続部材の前記入力端が前記接続カバーの前記内円溝に対応して接続されるように配置されている
   請求項１に記載の流体ミキサー。
6. 前記接続カバーが外円壁を有し、前記ティーチューブ装置が内円口を有し、前記接続カバーの前記外円壁が前記ティーチューブ装置の前記内円口に対応して接続されるように配置されている
   請求項１に記載の流体ミキサー。
7. 前記接続カバーの一部が前記接続部材と前記ティーチューブ装置との間に位置するように配置されている
   請求項１に記載の流体ミキサー。
8. 前記接続部材と前記ティーチューブ装置とが一体成形された
   請求項１に記載の流体ミキサー。

Images