流体通路的关闭方法和用于该方法的无水击阀装置及无水击关闭装置

摘要

通过极为简单的装置及操作，不会发生水击、而且在短时间内，可以将流体通路紧急关闭。为此，由以下部分构成无水击关闭装置：加装在流体通路上的致动器动作式阀；向致动器动作式阀供应两级阶梯状的致动器动作压力Pa的电－气变换装置；可自由拆装地固定到前述致动器动作式阀的上游侧管路上的振动传感器；输入由振动传感器检测出来的振动检测信号Pr、并且向电－气变换装置输出控制前述两级阶梯状的致动器动作压力Pa的阶梯动作压力Ps′的大小的控制信号Sc，通过该控制信号Sc的调整、从电－气变换装置输出振动检测信号Pr基本上成为零的阶梯动作压力Ps′的两级阶梯状的致动器压力Pa的调整箱。

说明书

技术领域

本发明涉及在流体通路紧急关闭时可以完全防止发生水击作用的防止水击作用发生系统的改进，涉及不管流体压力的大小，都能够不产生水击、迅速且可靠地关闭流体通路的流体通路关闭方法，和用于该方法的无水击阀装置，以及无水击关闭装置。

背景技术

当急剧地关闭水等液体流通的通路时，会引起在关闭部位的上游侧的通路内的压力振动式地上升的所谓水击现象，是一种众所周知的现象。

此外，当发生该水击现象时，由于上游侧通路内的压力上升，会造成与其连接的设备、装置等的破损等各种不当之处。

因此，对于防止水击现象的发生的措施，过去开发了各种技术。

但是，任何一种技术基本上都是(1)将流体通路的关闭时间设定较长，或者(2)通过打开旁通通路将通路内产生的振动压力释放到外部，吸收到另外设置的储压器内，在前一种方法中，关闭流体通路需要花费时间，不能满足紧急关闭的要求，在后一种方法中，存在着附加费用升高的问题。

进而，有关上述水击问题，在过去，主要是使用比较大的流量的流体的产业领域的问题，但近年来，在使用小流量的流体的领域，例如在半导体制造中的硅的湿法氧化膜处理领域以及药品的制造领域等中，从设备的保养和提高产品的质量等角度出发，在供应的流体紧急关闭时，也强烈要求防止发生水击现象。

专利文献1  特开平1-190235

专利文献2  特开2000-10602

专利文献3  特开2002-295705

发明内容

本发明，为了解决现有的防止发生水击现象的技术中存在的上述问题，即，(1)在以将流体通路的截断时间设定为较长来作为基本方案的措施中，不能充分满足紧急性的要求，以及(2)在以吸收或释放振动压力为基本方案的措施中，附加设备费用升高的问题，其目的是提供一种通过用多阶段动作进行加设在流体通路上的阀的关闭，不会引起水击现象，而且在极短的时间(例如1000msec以内)内可以将流体通路紧急关闭的流体通路部关闭方法及用于该方法的无水击阀装置及无水击关闭装置。

此外，本发明的目的是，提供一种通过实际进行阀的关闭试验，预先求出能够进行流体通路无水击关闭的阀的关闭条件，利用存储该关闭条件的电-气变换装置，使阀主体的致动器动作，能够迅速且可靠地将流体通路无水击关闭的流体通路关闭方法，以及用于该方法的无水击关闭装置。

本申请的发明人等，设想一种使通路关闭阀的阀体急速移动到关闭阀之前的规定位置，经过短时间后，通过使阀体向关闭的阀位置移动的多阶段方式进行的阀的关闭方法，并且利用该关闭方法，进行了很多水击的产生机制的分析试验。

此外，本申请的发明人等，从前述试验的结果得知，关于阀的关闭，通过令关闭阀时的第一阶段的阀主体的停止位置为处于特定范围内的位置，能够防止水击现象的发生。

本申请的发明，是基于上述见解创建的。根据本发明的第一方面，提供一种流体通路的无水击关闭装置，其特征在于，它包括无水击阀装置和运算存储装置构成，其中，所述无水击阀装置包括以下部分构成：阀主体，驱动阀主体的致动器，调整输入到致动器的驱动力的自动驱动力控制器，检测阀主体的阀行程的阀行程检测器，输入阀的开闭指令信号S和阀行程检测信号Sp及阀行程的设定信号SG、并且向前述自动驱动力控制器输出驱动力控制信号SR、在经由致动器将阀主体的阀行程短时间保持在设定值之后、使阀主体完全关闭的控制回路；所述运算存储装置配备有：检测初级侧流通路径的流体压力的压力检测传感器，输入来自前述压力检测传感器的流体通路内压的压力检测信号P₁和从关闭时间检测传感器来的关闭时间检测信号T和允许压力上升值设定信号PM和关闭时间设定信号TS，并且进行前述压力检测信号P₁和允许压力上升值设定信号PM的比较以及关闭时间检测信号T和关闭时间设定信号TS的比较的比较回路，保持对应于关闭时间的压力上升值和行程设定值的关系数据的存储回路，由比较回路中的比较结果来选择最适合于允许压力上升值设定信号PM和关闭时间设定信号TS的行程设定值的运算回路。

本发明的第二方面提供一种无水击关闭装置，其特征在于，它包括以下部分构成：阀主体；驱动阀主体的致动器；可以自由拆装地固定到阀上游侧配管管路上的振动传感器；输入阀开闭指令信号并且利用预先存储在其数据存储部中的控制信号Sc来控制输入到致动器的致动器动作压力Pa的电-气变换控制装置；以及，配备有输入从前述振动传感器来的振动检测信号Pr和向致动器提供的阶梯压力设定信号Ps与阶梯压力的保持时间设定信号Ts和允许上限振动压力设定信号Prm、并对前述振动检测信号Pr和允许上限振动压力设定信号Prm进行比较、对前述阶梯压力设定信号Ps进行修正的比较运算回路，将由前述保持时间设定信号Ts及经过修正的阶梯压力设定信号Ps构成的控制信号Sc向前述电-气变换控制装置的数据存储部输出的运算控制装置。

本发明的第三方面提供一种无水击关闭装置，它包括以下部分构成：加装在流体通路上的致动器动作式阀；向致动器动作式阀提供两级阶梯状的致动器动作压力Pa的电-气变换装置；可自由拆装地固定到前述致动器动作式阀的上游侧管路上的振动传感器；输入由振动传感器检测出来的振动检测信号Pr、并且向电-气变换装置输出控制前述两级阶梯状的致动器动作压力Pa的阶梯动作压力Ps′的大小的控制信号Sc，通过该控制信号Sc的调整、使得从电-气变换装置输出振动检测信号Pr基本上成为零的阶梯动作压力Ps′的两级阶梯状的致动器压力Pa的调整箱。

本发明的第四发明提供一种流体通路的关闭方法，在加装于流体通路的致动器动作式阀的上游侧可自由拆装地安装振动传感器，将从振动传感器来的振动检测信号Pr输入到调整箱，并且将从调整箱来的控制信号Sc向电-气变换装置输入，借助前述控制信号Sc将电-气变换装置中发生的两级阶梯状的致动器动作压力Pa供应给致动器，通过两级阶梯动作将致动器动作式阀关闭的流体通路的关闭方法中，其特征在于，在前述调整箱中，对比供应给致动器的两级阶梯状的致动器动作压力Pa与振动检测信号Pr的相对关系，在第一级致动器动作压力Pa降低而发生振动时，使阶梯动作压力Ps′上升，此外，在第二级致动器动作压力Pa降低而发生振动时，使阶梯动作压力Ps′下降，通过反复多次前述阶梯动作压力Ps′的上升或下降来进行调整，寻求振动检测信号Pr基本上成为零的两级阶梯状动作压力Pa的阶梯动作压力Ps′，基于从电-气变换装置输出该振动的发生基本上成为零的阶梯动作压力Ps′的两级阶梯状的动作压力Pa时的控制信号Sc的数据，将前述致动器动作式阀关闭。

本发明的第五发明提供一种流体通路关闭方法，在加装于流体通路的致动器动作式阀的上游侧可自由拆装地安装振动传感器，将从振动传感器来的振动检测信号Pr输入到调整箱，并且将从调整箱来的控制信号Sc向电-气变换装置输入，借助前述控制信号Sc将电-气变换装置中发生的两级阶梯状的致动器动作压力Pa供应给致动器，通过两级阶梯动作将致动器动作式阀关闭的流体通路的关闭方法中，其特征在于，在前述调整箱中，对比供给致动器的两级阶梯状的致动器动作压力Pa与振动检测信号Pr的相对关系，在第一级致动器动作压力Pa上升而发生振动时，使阶梯动作压力Ps′下降，此外，在第二级致动器动作压力Pa上升而发生振动时，使阶梯动作压力Ps′上升，通过反复多次前述阶梯动作压力Ps′的下降或上升来进行调整，寻求振动检测信号Pr基本上成为零的两级阶梯状动作压力Pa的阶梯动作压力Ps′，基于从电-气变换装置输出该振动的发生基本上成为零的阶梯动作压力Ps′的两级阶梯状的动作压力Pa时的控制信号Sc的数据，将前述致动器动作式阀关闭。

附图说明

图1、是用于流体通路的水击现象的发生状态的研究的试验装置的回路结构图。

图2、是用于试验装置的电-气变换装置的说明图，(a)是基本结构图，(b)是结构框图。

图3、是表示电-气变换装置5的输入信号I(输入电压V)与输出压力Pa(kgf/cm²·G)的关系的曲线图。

图4、是表示令管路的内压P₁恒定的多级阶梯式关闭中，使向致动器供应的压力Pa变化时的阀上游侧管路L₁的内压P₁的变化状态的曲线图，(a)是将Pa从5kgf/cm²·G直接关闭到0kgf/cm²·G时的情况，(b)是将Pa从5kgf/cm²·G降落到1.9kgf/cm²·G之后，降到0时的情况，(c)是表示5→1.66→0时的情况，(d)是表示5→1.65→0时的情况，(e-)是表示5→1.62→0时的情况，(f)是表示5→1.50→0时的情况。

图5、是表示在令管路的内压P₁恒定的多级阶梯式关闭中，给予致动器的驱动压力Pa与压力上升ΔP₁的关系的曲线图。

图6、是表示在令管路的内压P₁恒定的多级阶梯式关闭中，使供应给致动器的空气压力Pa变化时的阀行程ΔG的变化的曲线图，(a)是令Pa从5kgf/cm²·G(全开)→0(全闭)，(b)表示从Pa从5kgf/cm²·G(全开)→1.9kgf/cm²·G(中间开度)之后，(c)5→1.66→0，(d)5→1.65→0，(e)5→1.62→0，(f)5→1.50→0时的情况。

图7、是表示在令管路的内压P₁恒定的多级阶梯式关闭中的阀行程ΔG(mm)与管路L₁的压力上升ΔP₁的关系的曲线图。

图8、是分别表示使水槽的压力(管路内压P₁)变化时的多级阶梯式关闭(Pa＝5-1.65-0kgf/cm²·G)时管路内压P₁的变化状况的曲线图，(a)是表示水槽内压P₁＝3kgf/cm²·G时的情况，(b)是表示P₁＝2时的情况，(c)是表示P₁＝1时的情况。

图9、是表示图8的试验中致动器动作压力Pa与阀行程ΔG的关系的曲线图，(a)是表示水槽的压力PT为3kgf/cm²·G时的情况，(b)是表示PT＝2时的情况，(c)是表示PT＝1时的情况。

图10、是表示在阀的多级阶梯式关闭时水槽内压PT与能够防止水击现象的致动器动作压力Pa的关系的曲线图。

图11、是表示以阀的多级阶梯式关闭时水槽内压PT作为参数的阀行程ΔG与管路压力上升ΔP₁的关系的曲线图。

图12、是图11的主要部分的放大图。

图13、是本发明的无水击阀装置的总体结构图。

图14、是本发明的流体通路的无水击关闭装置的第一实施例的总体结构图。

图15、是本发明的流体通路的无水击关闭装置的第二实施例的总体结构图。

图16、是表示图15的无水击关闭装置中的致动器动作压力Pa的控制(图16a)与发生振动的一个例子(图16b)的说明图。

图17、是本发明的第三实施例的无水击关闭装置的总体系统结构图。

图18、是调整箱的PC画面显示的概要图。

图19、是电-气变换装置的结构概要图。

图20、是自动调整箱操作的流程图。

图21、是在自动调整箱操作中的驱动压力Pa与发生的振动的关系的说明图。

图22、是表示阶梯状的驱动压力Pa的阶梯压力保持时间t与压力上升值ΔP的关系的曲线图。

符号说明

PT表示水槽内压，L₁表示阀上游侧管路，P₁表示管路内压，Pa表示致动器动作压力，Pao表示空气供应压力，ΔG表示阀行程，S表示阀开闭指令信号，SG表示阀行程设定信号，SR表示驱动力控制信号，Sp表示阀行程检测信号，1表示水槽，2表示水槽加压源，3表示压力传感器，4表示阀，4a表示致动器，5表示电-气变换装置，6表示阀驱动用气体源，7表示信号发生器，8表示存储(长余辉)示波器，10表示阀主体，11表示致动器，12表示自动驱动力控制器(自动压力控制器)，13表示控制回路，14表示阀行程检测器(位置检测器)，15表示运算·存储装置，16表示运算控制装置，17表示电-气变换控制装置，18表示振动传感器，19表示调整箱，20表示电-气变换装置，TC表示关闭时间检测传感器，T表示关闭时间检测信号，TS表示关闭时间设定信号，P₁表示压力检测信号，PM表示允许压力上升值设定信号，Pr表示振动检测信号，Prm表示允许上限振动压力设定信号，Ps表示阶梯压力设定信号，Ts表示阶梯压力保持时间设定信号(关闭时间设定信号)，Sc表示控制信号，Se表示致动器动作压力控制信号，So表示阀的常开·常闭切换信号，t表示阶梯压力保持时间，Ps′表示阶梯动作压力。

具体实施方式

首先，本申请的发明人等，为了研究在半导体制造装置的水分供应系统中的水击现象发生状况，观察利用空气压力动作隔膜阀将流体通路从全开切换到全闭时的流路的压力变化。

图1是用于上述研究的试验装置的回路结构图，在图1中，1表示水槽，2为水槽加压源，3为压力传感器，4为阀，5为电-气变换装置，6为阀驱动用气体源，7为信号发生器，8为存储示波器。

前述水槽1是具有约30升的容量的密闭结构型，在其内部储存有约25升的流体(25℃的水)。

此外，水槽1利用加压源2来的N₂在100～300KpaG的范围内可自由调整地加压。

前述压力传感器3，是能够以高灵敏度检测阀4的上游的水压的传感器，在本试验装置中，使用扩散半导体方式的压力传感器。

作为前述阀4，使用隔膜式空压阀，其规格为，流体入口压力0.1MPa，流体出口压力0.3MPa，流体温度10～100℃，CV值0.27，操作空气压力0.3～0.6MPa，接触液体部的材料(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作为阀体的空气动作式隔膜阀，利用弹簧(图中省略)的弹性力，隔膜阀体一直顶到阀座上，保持关闭阀的状态。此外，通过供应动作用空气，致动器4a动作，通过使隔膜阀体离开阀座，保持打开阀的状态。

从而，为了将该常闭型空气动作式隔膜阀关闭，有必要减少为了打开阀而向致动器4a供应的动作空气的压力。

此外，在本申请的发明中，不言而喻，也可以代替上述常闭型空气动作式隔膜阀，使用常开型空气动作式隔膜阀，在这种情况下，通过使向致动器4a供应的动作空气的压力上开，使阀关闭。

前述电-气变换装置5，用于向阀4的致动器4a供应对应于指示阀的开度的输入信号的驱动压力(空气压力)，在本试验装置中，使用如图2所示的结构的电-气变换装置5。

即，当向控制回路A输入输入信号I时，供气用电磁阀B打开，供应压力C的一部分通过供气用电磁阀B变成输出压力Pa，供应给阀4的致动器4a。

该输出压力Pa经由压力传感器E反馈到控制回路A，进行修正动作，直到成为对应于输入信号I的输出压力Pa为止。此外，在图2中，F为排气用电磁阀，G为排气，H为电源，J为对应于输入信号I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面描述的存储示波器8。

图3是表示前述电-气变换装置5的输入信号I值(输入电压V)与输出压力Pa的关系的曲线图，在输入电压5V(动作用空气压力P＝约5kgf/cm²·G)时，阀4被保持在全开状态。

作为前述阀动作用空气源6使用空气压缩机，供应规定压力的空气。此外，前述信号发生器7，生成向电-气变换装置5等输入的输入信号I等，将所需的电压输出作为输入信号I输出到电-气变换装置5中。

进而，前述存储示波器8，输入从压力传感器3来的上游侧管路L₁内的检测压力信号P₁(电压V)及向电-气变换装置5的输入信号I(输入电压V)，观测并记录管路L₁的压力P₁的变化及输入信号(输入电压V)I的变化等。

此外，在本试验装置中，利用存储示波器8，时间轴的读取为500msec/l刻度。

参照图1，首先，将水槽1内的压力PT保持在3kgf/cm²·G的恒定压力，向致动器4a供应5kgf/cm²·G的空气压力Pa，令阀4处于全开状态。此外，这时的阀4与水槽1之间的配管L₁的内径为4.0mm，长度约2.5m，水的流量Q＝约3.45l/min。

利用存储示波器8观测从这种状态，将向阀4的致动器4a供应的空气压力Pa分别变为(a)5kgf/cm²·G(全开)→0kgf/cm²·G(全闭)时，(b)5→1.9→0时，(c)5→1.66→0时，(d)5→1.65→0时，(e)5→1.62→0时，(f)5→1.50→0时，上游侧管路L₁的内压P₁的变化。

图4是表示该观测结果，如从上述图4(a)～(f)可以看出的，在经过5kgf/cm²·G(全开)→0kgf/cm²·G(全闭)的过程将阀4全闭时，如图4(a)所示，出现最大为9.15kgf/cm²·G的振幅的压力P₁的变动。

与此相对，可以看出，在使供应压力Pa呈5→1.65→0(图4-(d))的变化时，管路压力P₁几乎不发生变化，完全防止水击现象的发生。

另一方面，在使供应压力Pa呈5→1.50→0(图4-(f))的变化时，管路压力P₁发生最大振幅为2.90kgf/cm²·G的振动。

从上述各个试验结果，可以看出，在该阀4的情况下，在将阀4从全开向全闭切换时，通过将向致动器4a的动作空气压力Pa经过5V(全开)→1.65V(阀的开度0.072mm/1.93mm×100＝3.73％)→0(全闭)的过程关闭，可以完全防止水击现象的发生。

即，判明，在管路L₁的内压P₁恒定的情况下，(1)通过从全开状态瞬时急速关闭到某个一定的开阀度，然后放置短时间，变成全闭状态，在约500～1000msec的期间内，不会发生水击，可以将流体通路关闭，以及，(2)前述最初的阀体的停止位置，即，阀开度大于一定值，或小于一定值时，不能防止水击现象的发生。

图5是利用相同的阀4，将在与图4的情况相同的条件下，反复进行阀的全开→全闭试验时的管路内压P₁的上升状况绘制成曲线时的情况，在任何一个试验中，在管路L₁的内压P₁恒定(3kgf/cm²·G)时，最初(第一阶段)，为了使阀体一度停止向致动器供应的空气压力Pa约为1.65kgf/cm²·G时，内压P₁的上升值大致变为0。

图6是在前述图4的试验中，表示向致动器4a供应的空气压力Pa与阀行程ΔG(mm)的关系，在试验条件为，管路L₁的内压P₁＝3kgf/cm²·G(恒定)，流量Q＝3.45l/min(恒定)的情况下，通过多级阶梯式关闭将阀4关闭。

此外，阀行程ΔG(mm)利用电位器测定，将从由上方压紧隔膜阀体的阀轴的全闭位置向开阀方向的移动量规定为阀行程ΔG(mm)。

如可以从图6的(a)～(f)中看出的，向致动器4a供应的空气压力Pa为1.9kgf/cm²·G时的阀行程ΔG为0.782mm，Pa＝1.66时，ΔG＝0.108，Pa＝1.65时，ΔG＝0.072mm。

此外，如从图6(d)可以看出的，阀行程ΔG＝0.072mm(开度0.072/1.93×100＝3.73％)时，水击现象的发生大致为0。

即，在管内压力P₁恒定的情况下的多阶段式关闭中，当阀开度ΔG比前述0.072大或小时，发生水击现象。

图7是表示在与上述图6相同的条件下使供应给致动器4a的压力Pa变化的情况下，阀行程ΔG与管路的压力上升ΔP₁的实测值的曲线图，在所有情况下，在最初(第一阶段)一旦使阀体停止的位置处于阀行程ΔG＝约0.07mm的位置处时，水击现象的发生大致成为0。

其次，对于水槽1的内压PT变化时防止水击现象的发生，利用图1的试验装置进行了试验。

图8(a)～(c)表示其结果，当水槽内压PT为3kgf/cm²·G时，在使供应给致动器的压力Pa为5→1.65→0的多级阶梯式关闭中，观察不到管路内压P₁的振动式的上升(图8(a))。

但是，当水槽内压PT变化时，如可以从图8(b)及图8(c)的箭头A看出的，在管路内压P₁中产生一些压力变动。

图9是在前述图8的试验时，利用电位器测量出来的致动器4a的动作压力Pa为1.65kgf/cm²·G时的阀行程ΔG，由于施加到阀4的隔膜阀体上的流体(水)的压力，即使向致动器4a供应的压力(1.65kgf/cm²·G)相同，阀行程ΔG也会发生变化，其结果如前述图8的(b)、(c)的A所示，在管路内压P₁中发生振动式的变化。

图10是表示在阀的多阶段式关闭中，水槽内压PT与可以防止管路内压P₁的变动的致动器动作压力Pa的关系的曲线图，曲线A₃表示当水槽内压PT＝3kgf/cm²·G时的情况，曲线A₂表示Pa＝2时的情况，曲线A₁表示Pa＝1时的情况，可以看出，可以防止水击现象的发生的致动器压力Pa的范围根据水槽内压PT发生很大的变化。

即，如从图5及图7的试验结果可以看出的，在水槽内压PT，即管路L₁的内压P₁大致恒定的情况下，通过控制向阀4的致动器4a供应的动作压力Pa的多级式关闭(在本实施形式中常闭型空气压力动作隔膜阀中，Pa＝5kgf/cm²·G→1.65kgf/cm²·G→0的多级阶梯式关闭)，在约500～1000msec的短时间内，在可以大致完全防止水击现象发生的情况下高速地关闭管路L₁。

但是，在水槽内压PT(即管路内压P₁)变化的情况下，如可以从上述图10看出的，只通过控制向致动器4a供应的空气压力Pa，要在多级阶梯式关闭中完全防止水击现象的发生是很困难的。

因此，本案申请人进行了改变向前述致动器4a供应的压力Pa的控制，以阀4的阀行程ΔG作为控制要素，以水槽内压PT作为参数的多个多级阶梯式关闭试验。

此外，试验装置和前述图1的情况大致相同，不同之处在于其上附加测量阀4的阀行程ΔG的电位器。

图11是表示在多级阶梯式关闭阀4时，以水槽内压PT作为参数的阀行程ΔG与管路压力上升ΔP₁的关系，图12是图11的主要部分的放大图。

此外，在图11及图12中，A₃、A₃′表示水槽内压PT为3kgf/cm²·G时的情况，，A₂、A₂′表示PT＝2kgf/cm²·G时的情况，A₁、A₁′表示PT＝1kgf/cm²·G时的情况。

如从图12中可以看出的，在通过控制阀行程ΔG进行阀4的多级阶梯式关闭的情况下，与管路L₁内的内压P₁的大小无关，在阀行程ΔG在0.07～0.08mm之间，通过一度使关闭阀的动作短时间停止，然后将其变成全闭状态，可以在大约500～800msec的短时间内不发生水击地将阀4从全开急速地关闭到全闭状态。

图13是表示基于前述图11及图12等的试验结果而构成的本发明的无水击阀装置的结构框图。

在图13中，10是阀主体，11是致动器，12是自动驱动力控制器，13是控制回路，14是阀行程检测器。

前述阀主体10，加装在配管管路L₁内，在本实施形式中，使用配备有隔膜阀体的阀主体10。

此外，不言而喻，阀主体本身可以是任意形式，也可以是配备有圆盘阀体的圆盘阀等。

此外，在本实施形式中，作为阀4使用阀座内径为4.0mm的隔膜阀，但阀的大小可以从10A～100A级中自由选定。

前述致动器11是阀主体10的驱动部，在本实施形式中，利用气压缸作为致动器，通过利用弹簧11a将活塞11b向下方推压，阀主体10被关闭，相反地，利用自动驱动力控制器12提供驱动压力Pa，通过克服弹簧11a的弹性力将活塞11b向上方推压，打开阀主体10。

此外，在本实施形式中，使用气压缸作为致动器11，但不言而喻，也可以是液压缸型的致动器11，或者是电动式(螺线管及马达、压电元件)的致动器11。

此外，在本实施形式中，使用常闭型阀4，但也可以是常开型的阀4，进而，在本实施形式中，通过使供应给致动器4a的驱动压力Pa增加来关闭阀，但也可以通过使供应给致动器4a的驱动压Pa减少而使阀关闭。

自动驱动力控制器调整向致动器4a供应的驱动力，在本实施形式中，使用将从空气压缩机(图中省略)等加压源供应的空气压力Pao控制在规定的压力Pa，将该压力Pa的空气压力供应给致动器11的自动压力控制器。

此外，不言而喻，在使用电动式致动器作为致动器11的情况下，该自动驱动力控制装置成为电动输出的控制器。

向前述控制回路13输入来自阀行程检测器14的阀行程ΔG的检测信号Sp、给予阀主体10的开闭指令信号S及在多级阶梯式关闭中中间停止位置(即控制阀行程ΔG)的设定信号SG等，并且将输出给予规定的阀行程ΔG所必须的控制压力Pa的压力控制信号SR输出到自动驱动力控制器12中。

即，在控制回路13中，将从阀行程检测器14来的阀行程检测信号Sp与中间停止位置的设定信号SG进行比较，以使两者之差为零的方式调整向致动器11供应的空气压力Pa。

此外，在本实施形式中，将控制回路13和自动驱动力控制器12分开表述，当然也可以将两者一体化。

参照图13，在稳定状态，由自动驱动力控制器12向致动器11提供规定的压力(例如5kgf/cm²·G)的空气压力Pa，通过将活塞11b克服弹簧11a的弹性力地推向上方，使阀主体10全开。

在紧急时，当向控制回路13输入阀关闭指令信号S时，阀主体10借助所谓的多级阶梯式关闭被紧急关闭。即，首先，将供应给前述致动器11的空气压力Pa瞬时下降到由阀行程设定信号SG给予的压力值(例如，1.65kgf/cm²·G)，借此，活塞11b借助弹簧11a的弹性力下降，使连接到轴11c上的阀体(图中省略)下降到规定的阀行程ΔG的位置，短时间(例如，300～500msec)停止在这里。

在阀主体10动作时，将从阀行程检测器14来的行程检测信号Sp输入到控制回路13，通过将该行程检测信号Sp与阀行程设定信号SG对比，进行控制空气压力Pa的调整，在100～200msec的期间内将阀主体10的阀行程ΔG保持在规定的设定位置上。

在规定的阀行程ΔG的位置上短时间(300～500msec)停止的阀轴11c，其后由于空气压力Pa经由自动驱动力控制器12下降到0，瞬间下降到全关闭位置。

借此，阀主体10不产生所谓水击现象地变成全闭，全闭所需要的时间，在本实施形式(管路直径4mm)中，约为300～1000msec。

此外，在上述实施形式中，主要对于使用阀座内径为4.00mm的隔膜式空气动作阀作为阀的情况进行了说明，但不言而喻，本发明也适用于更大型(例如25～100A)的球阀或圆盘阀(盘形阀)。

图14表示本发明的流体通路的无水击关闭装置的第一实施例的基本结构，在前述图13所示的无水击阀装置上作为控制要素附加阀关闭时间T和允许压力上升值PM。即，在该无水击关闭装置中，在前述无水击阀装置上附设初级侧压力的检测传感器PC和阀关闭时间的检测传感器TC和从输入从各传感器PC、TC来的检测值P₁、T的运算·存储回路15。

进而，也向无水击阀装置的控制回路13输入关闭时间设定信号TS，通过调整从控制回路13向自动驱动力控制器12输出的驱动力控制信号SR的输出状态，控制致动器11的动作速度(即，向致动器11上外加动作压力Pa的状态)借此，可以调整从阀主体10的全开到全闭的时间。

前述阀关闭时间检测传感器TC设置在致动器11上，检测从阀轴11c的动作开始(开阀)至动作停止(闭阀)的时间T，将其输入运算·存储回路15。

此外，前述压力检测传感器PC设置在初级侧流动路径L₁上，将流体压力的检测值P₁输入到运算·存储回路15中。

在前述运算·存储回路15上，分别设置压力比较回路，时间比较回路，运算回路及存储回路，在压力比较回路中，进行允许压力上升值设定信号PM与压力检测信号P₁的比较，此外，在时间比较回路中，进行关闭时间设定信号TS与关闭时间检测信号T的比较。

此外，在前述存储回路中，存储多个通过预先实际测量求出的阀主体的、以关闭时间T作为参数的行程设定值与压力上升值的关系数据。

进而，前述运算回路，在压力检测信号P₁超过允许压力上升值设定信号PM时，根据关闭时间是T否超过关闭时间设定信号TS，选择存储在前述存储回路中的关闭时间T比关闭时间设定信号TS短、且与之最接近时的压力上升值和行程设定值的数据，从该数据中选择压力检测值P₁在允许压力上升值设定信号PM以下的行程设定信号SG，将其输入控制回路13。

此外，前述关闭时间设定信号TS的最小值，受到阀主体10及致动器11的动作特性的制约，但通常设定成1～3sec的值。

此外，阀主体10的关闭时间设定信号TS，在允许的范围尽可能稍长地选择。其原因是，关闭时间T越长，越不容易引起水击现象。

在使用该无水击关闭装置时，输入关闭时间设定信号TS、允许压力上升值设定信号PM。借此，从运算·存储装置15的存储回路输出适当的行程设定信号SG，输入到控制回路13中。

在流体流路L₁关闭时，将阀开闭指令信号S输入到控制回路13内，借此，阀主体10从全开切换到全闭。

这时，在万一初级侧流体通路的内压P₁由于产生水击现象而振动的情况下，将从压力传感器PC来的压力检测信号P₁反馈，与允许压力上升值设定信号比较，在万一压力检测信号P₁超过允许压力上升设定值PM时，由运算回路选择新的行程设定信号SG，输入到控制回路13。

其结果是，阀主体的阀杆11c瞬间返回到新的行程位置，在下一次阀主体10的开闭动作时，将由前述水击现象引起的压力上升压制到允许最大压力上升值PM以下。

图15及图16表示本发明的流体通路的无水击关闭装置的第二实施例的基本结构，主要用于图14的第一实施例的情况所示的那样，很难向已经设置的上游侧配管L₁上安装压力检测器Pc或者向阀主体10上安装阀行程检测器(位置检测器)时。

参照图15及图16，该无水击关闭装置，将从图13的无水击阀装置拆除阀行程检测器14的形式的阀主体10，致动器11，电-气变换装置17，能够控制致动器的动作压力Pa的阶梯切换及切换后的压力保持时间Ts等的运算控制装置16，可自由拆装地固定到上游侧配管管路L₁上的振动传感器组合起来，恰当地选择施加到阀主体10的致动器11上的致动器动作压力Pa的阶梯式切换(从图16(a)的P₂max向Ps的切换(阶梯压力Ps)及阶梯压力Ps的保持时间Ts，能够预先设定存储可以无水击关闭的阀主体10的关闭条件。

即，在图15及图16中，16是运算控制装置，17是电-气变换控制装置，18是振动传感器，6是阀驱动用气体源，10是阀主体，11是致动器，将从阀驱动用气体源来的驱动压力Pao(在本实施例的情况下，约为o.6MPa)利用电-气变换控制装置17变换成图16(a)所示的状态的阶梯状的动作压力Pa，外加到致动器11上。

此外，加到致动器11上的致动器动作压力Pa及其保持时间Ts，利用后面描述的方法，借助对于阀上游侧配管管路L₁的每一个阀主体10的关闭动作试验预先求出的由运算控制装置16来的控制信号Sc进行控制，如果通过阀主体10的关闭动作试验完成对前述控制信号Sc的选定的话，将该振动传感器18及运算控制装置16，从上游侧配管管路L₁上卸下。

即，在前述运算控制装置16上设置阶梯压力设定Ps的设定回路16a，压力保持时间设定信号的设定回路16b，允许上限振动压力设定信号Prm的设定回路16c，管路的振动检测回路16d及比较运算回路16e等，分别输入由振动传感器18检测出来的阀主体10的关闭时的内压P₁的变动引起的振动检测信号Pr，阶梯压力设定信号Ps，阶梯压力保持时间设定信号Ts，允许上限振动压力设定信号Prm。

同时，在前述比较运算回路16e中，比较振动检测信号Pr和允许上限振动压力设定信号Prm，在两者之间有差异的情况下，如后面所述，修正阶梯压力设定信号Ps，将包含该修正过的阶梯压力设定信号Ps与保持时间设定信号Ts的控制信号输入到电-气变换控制装置17的数据存储部。

此外，在前述电-气变换控制装置17上，设置数据存储部17a和信号变换部17b(信号发生器7)，电-气变换部17c(电-气变换装置5)等，通过将从信号变换部17b来的致动器动作压力控制信号Sc输入到电-气变换部17c，如图16的(a)所述阶梯式地切换变换向致动器11供应的致动器动作压力Pa。

此外，向该电-气变换控制装置17输入阀开闭指令信号S以及与阀主体10的动作状态(NO或NC)对应用的切换信号So。

参照图16，首先，将振动传感器18固定到配管管路L₁上。其次，向运算控制装置16输入适宜的阶梯压力设定信号Ps，阶梯压力保持时间设定信号Ts及允许上限振动压力设定信号Prm，并且，适当地设定电-气变换控制装置17的阀主体切换信号So及致动器动作用流体供应压力Pao。

然后，输入阀开闭指令信号S，向阀体10的致动器11上，例如提供图16(a)所示的形式的致动器动作压力Pa。

这时，在时刻t₁，当将致动器动作压力Pa从Pamax下降到Ps时，阀主体10的流体通路被关闭到中间位置，进而，通过在经过设定保持时间Ts的时刻t₂，使致动器动作压力Ps成为零，阀主体10保持全闭状态。

在这期间，当由于发生水击现象而使配管管路L₁的内压P₁发生变化时，其变化状态由振动传感器18检测出来，振动检测信号Pr被输入到运算控制装置16。

在运算控制装置16中，比较检测信号Pr和允许上限振动压力设定信号Prm，假如，在A₁的位置(时刻t₁)，不发生振动或者振动的大小在允许值之内，但在A₂的位置(时刻t₂)振动超过允许值Prm时，以使致动器动作压力Ps稍微下降的方式修正阶梯压力设定信号Ps，将该修正过的阶梯压力设定信号Ps和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输出到电-气变换控制装置17，然后，再次进行同样的阀主体10的关闭动作试验。

此外，相反地，假如在A₁的位置(时刻t₁)发生的振动超过允许上限振动压力设定信号Prm的情况下，在使前述阶梯压力设定信号Ps稍稍上升的方向上修正设定信号Ps，作为控制信号Sc从运算控制装置16输出到电-气变换控制装置17，然后，再次进行同样的阀主体10的关闭动作试验。

通过反复进行上述0070及0071所述的动作试验，对于规定的阶梯压力保持时间设定信号Ts(阀关闭时间Ts)选定设置振动传感器18的配管管路L₁的无水击关闭所必须的致动器11的中间动作压力Ps(阶梯压力设定信号Ps)，将给出该选定的不引起水击的最佳的阶梯压力设定信号Ps及其保持设定时间Ts的控制信号Sc存储在电-气变换控制装置17的数据存储部17a内，以后的管路L₁的关闭，通过基于该存储的控制信号Sc控制致动器动作压力Pa来进行。

此外，在上述图15及图16的实施例中，以两级阶梯切换的方式控制致动器动作压力Pa，但不言而喻，在需要的情况下，也可以进行三级阶梯及四级阶梯的切换。

此外，通常将阶梯保持水击设定信号Ts设定为0.5～1秒之间，不言而喻，随着该时间Ts缩短，会难以发现无水击关闭条件。

图17是表示本发明的流体通路关闭方法及用于该方法的无水击关闭装置的第三实施例的图示。

在图17中，L₁为配管管路，10为阀主体，11为致动器，18为振动传感器，19为调整箱，20为电-气变换装置，作为无水击关闭装置的基本结构，与图15所示的第二实施例的情况基本相同。

前述调整箱19，通过将从安装在阀主体10的上游侧的振动传感器18来的振动检测信号Pr作为反馈信号输入，由该反馈信号Pr检测水击现象的发生，并且向电-气变换装置20输出致动器动作压力控制信号Sc，将供应给致动器11的两级阶梯状的致动器动作压力Pa最佳化。具体地说，如后面所述，运算图21的致动器动作压力Pa的阶梯动作压力Ps′的大小以及阶梯动作压力保持时间t的最佳值，将把该致动器动作压力Pa从电-气变换装置20输出到致动器11用的控制信号Sc输出到电-气变换装置20。

此外，在该调整箱19上，设置对应于阀主体10的空气致动器11的动作形式(N.O.或N.C.)来切换控制信号Sc用的切换开关。

图18是表示形成调整箱19的主要部分的个人计算机的画面显示的一个例子，它能够进行阀主体10的开闭状态，供应给空气致动器11的致动器动作压力Pa，配管管路L的振动状况，阶梯动作压力Ps′及配管振动值，自动调整的条件的设定，手动开闭条件的设定，阀主体10的动作形式等的画面显示。

前述电-气变换装置20，是将信号变换器与电-气变换器组合起来的装置，如图19所示，它由供气用电磁阀B，排气用电磁阀F，压力传感器E，控制回路A等构成，与图2的(a)及(b)所示的装置具有基本上相同的结构。

即，向供气电磁阀B供应0.6MPa以上的空气压力，将0～0.5MPa的空气压力作为致动器的动作压力控制压力Pa，输出给空气致动器11。

此外，在该电-气变换装置20的控制回路A上，设置基板A₁和外部输入输出接口A₀等，此外，在外部输入输出接口A₀上设置两个连接器Ac、Ad。连接器Ad上连接有供电电源(DC24或12V)，开闭信号I(有电压输入或无电压输入)，压力监控器(0～5DCV·0～981KPaG)，此外，在连接器Ac上连接有调整箱19。

图20表示在该第三实施例中自动调整的实施流程，此外，图21表示加到空气致动器11上的致动器动作压力Pa与振动的发生的相对关系。

此外，作为致动器动作压力Pa，与图16时的情况同样，施加两级阶梯状的致动器动作压力Pa。

参照图20，在如图17所示，将振动传感器18固定到配管管路L的规定位置(距离阀主体10约1000mm以内的上游侧位置，优选地离开上游侧100～1000mm的位置)上，并且分别设置调整箱19及电-气变换装置20。

其次，在通过自动调整开始信号的输入(步骤S₁)将阀的全开状态保持约2秒钟(步骤S₂)之后，通过施加两级阶梯状的致动器动作压力Pa，进行控制(步骤S₃)。此外，阶梯动作压力Ps′的保持时间t，如后面所述，设定在0.5～1sec。

由于阀主体10的关闭在配管管路L上发生的振动，由振动传感器18来的振动检测信号Pr检测并确认(步骤S₄)，确认振动是在图21的A点发生还是在B点发生(步骤S₅S₆)，在A点发生的情况下，增加致动器动作压力Pa的阶梯动作压力Ps′(步骤S₇)，此外，在B点发生时，减少前述阶梯动作压力Ps′(步骤S₈)。

通过反复进行上述阀主体10的关闭控制(通常几次～15次)，最终获得具有完全不会产生振动的最佳的阶梯动作压力Ps′的致动器动作压力Pa，通过将输出利用该自动调整获得的能够完全防止振动的两级阶梯状的致动器动作压力Pa的控制信号Sc输入到电-气变换装置20，将阀主体10关闭。

在前述自动调整时施加的两级阶梯状的致动器动作压力Pa的阶梯动作保持时间t，越短越好，但在空气动作式致动器11中，优选地为t＝1秒钟以下。

此外，在前述图20及图21中，对于使用常闭型的空气动作式隔膜阀，通过供应致动器动作压力Pa将处于打开状态的阀的阀主体10关闭时的情况进行了说明，但不言而喻，使用常开型的空气动作式隔膜阀，通过将致动器动作压力Pa分成两个阶段使之上升，也能够进行无水击的关闭，在这种情况下，致动器动作压力Pa的阶梯动作压力Pa′的调整与前述常闭型时的情况相反，在第一阶段的致动器动作压力Pa上升时发生振动时，使阶梯动作压力Pa′下降，此外，在第二阶段的致动器动作压力Pa上升时发生振动时，使阶梯动作压力Pa′上升。

图22是表示在使用阀开闭时的内部容积无变化型的空气压力动作阀(19.05mm)，将液体管线的压力为0.098MPa、0.198MPa及0.294MPa的三种配管管路，用致动器动作压力为0.490MPaG-0.19MPaG-0PaG的两级阶梯状动作压力Pa关闭时的阶梯动作压力保持时间t和液体管线的压力上升值ΔP(MPAG)的关系的图示。可以看出，如果阶梯动作压力保持时间t在1秒钟以上的话，可以使压力上升ΔP基本上为零，但当t在0.5秒钟以下时，压力上升ΔP增大。

此外，如果前述自动调整完毕，求出能够使配管管路L无水击关闭的控制信号Sc(即，用于输出能够进行无水击关闭的两级阶梯状的致动器动作压力Pa用的控制信号Sc)的话，将前述控制信号Sc(即，动作压力Pa)的数据传送到电-气变换装置20，将其另行存储。同时，卸下调整箱19及振动传感器18。

在需要将阀主体10紧急关闭的情况下，预先利用由自动调整求出的前述控制信号Sc的数据，从电-气变换装置20将能够进行无水击关闭的两级阶梯状的致动器动作压力Pa输入到阀主体10的致动器11中。

在前述图17的实施例中，如果自动调整操作完毕时，决定了致动器动作压力Pa(阶梯动作压力Ps′及其保持时间t)的话，将有关该动作压力Pa的数据传送到电-气变换装置20，然后，完全将振动传感器18及调整箱19卸下，但不言而喻，也可以将调整箱19小型化而与电-气变换装置20一体化。

工业上的可利用性

本发明不仅适用于工业用的供水及蒸气、气体等的供应管路，还适用于一般家庭的供水·供应热水用配管管路，半导体制造工厂的流体(气体及液体)的供应管路，化学药品工业工厂的流体供应管路等。其中，特别是，本申请的发明，适合应用于半导体制造用的腔室装置或半导体晶片等的清洗装置，各种蚀刻装置等。

发明的效果

在本申请的发明中，在流体的压力恒定的情况下，由于采用将对致动器的驱动力保持在设定值，或者，调整对致动器的驱动力，通过将阀的阀行程ΔG保持在设定位置，在最初的关闭阀的动作中，使阀体的移动一度短时间停止在规定的位置，然后使阀体向全闭的位置移动的关闭方法将阀关闭，所以，通过使前述驱动力的设定值或阀行程ΔG的设定值成为适当的范围的值，可以在极短的时间(例如300～1000msec)内，而且不会产生水击地安全地关闭流体通路。

同样地，在本申请的方法中，由于将其作为一种在改变流体压力的情况下，将阀行程ΔG作为主要控制因素，在预先设定的关闭阀时，在达到不会引起水击的范围的阀行程ΔG时，使关闭阀的动作在短时间停止，然后，使阀体从该阀行程ΔG的点开始向关闭阀(阀行程ΔG＝0)的状态移动的关闭方法，所以，不管阀主体的材料及结构如何，总是能够进行稳定的无水击的流体通路的紧急关闭。

进而，在本申请的装置的发明中，检测出阀主体的阀行程ΔG并将其反馈到控制电路，在阀主体关闭时，更迅速且正确地使该阀行程ΔG达到规定的设定值，并且借助从设定的阀行程ΔG的点开始立即使阀体向全闭位置移动的关闭阀的动作，进行阀的关闭。

其结果是，尽管采用简单的结构，也能够在极短的时间内进行没有水击的流体通路的关闭，可以完全消除由管路内压的振动式的上升引起的种种问题。

在本申请的无水击关闭装置中，将由压力检测传感器PC检测出来的压力检测值P₁和由阀主体10的关闭时间检测传感器TC检测出来的关闭时间检测信号T反馈到运算·存储装置15，将输入到无水击阀装置的控制回路13中的行程设定信号SG，控制成在设定的关闭时间中的最佳的行程设定信号。

其结果是，在流动通路的关闭时，万一流动通路的内压超过允许压力上升值时，行程设定信号SG自动地修正成最佳值，借此，完全防止在以后的流体通路的关闭时超过允许最大压力上升值的水击现象的发生。

此外，在本申请的发明的无水击关闭装置中，在配管管路L₁上可自由拆装地安装振动传感器18，将利用振动传感器18检测出来的振动检测信号Pr反馈到运算控制装置16，通过经由电-气变换控制装置17控制向阀主体10的致动器11外加的致动器动作压力Pa，达到无水击阀关闭。

其结果是，即使在阀主体10上不设置行程位置检测装置，或者在配管管路L₁上不加装压力检测器，也能够达到无水击的阀关闭，并且，如果求出对于作为对象的配管管路L₁的最佳无水击阀关闭条件(即，致动器动作压力Pa的控制条件)的话，卸下振动传感器18及运算控制装置16，可以应用到其它的配管管路上，在经济上是极为有利的。

进而，在本发明的无水击关闭装置中，在实际动作状态下的配管管路的阀主体10的附近，设置振动传感器，并且通过从电-气变换装置20向阀主体10的致动器11上外加规定的两级阶梯状的致动器动作压力Pa，实际进行阀主体10的开闭动作，通过阀主体10的实际动作选定前述两级阶梯状致动器动作压力Pa的阶梯动作压力Ps′的最佳值，并且将选定的致动器动作压力Pa存储到电-气变换装置20的存储装置中。

其结果是，可以利用从电-气变换装置20来的致动器动作压力Pa，将阀主体10更可靠且迅速地、在流体通路内不产生水击现象地急速关闭。

除此之外，前述两级阶梯状的致动器动作压力Pa的选定·设定(调整)，也可以通过5～6次阀主体10的实际动作简单地完成，而且，通过将具有适当的大小的阶梯动作压力Ps′的致动器动作压力Pa施加到致动器11上，可以将第一次的阀主体10的实际关闭时的压力振动的振幅值压制到更低的值，不会对配管管路造成很大的恶劣影响，可以预先正确地求出前述致动器动作压力Pa的最佳值。

而且，通过灵活使用个人计算机，不仅能够极其简单而且迅速地进行前述两级阶梯状致动器的动作压力Pa的选择·设定(调整)，并且能够更廉价地制造无水击关闭装置。