(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体保持容器内の、前記容器から流体を放出する放出口の上方に配置された渦低減キャップであって、
前記容器の前記放出口の面積よりも大きいか、または前記容器の前記放出口の前記面積に等しいソリッドな上面と、
前記容器から前記渦低減キャップの内容積へ、次いで前記容器の前記放出口へ流体が流れることを可能にする１つまたは複数の入口と、
前記渦低減キャップの前記内容積内に配置された受動要素であり、前記容器の前記放出口に向かって前記キャップ内を流れる流体の流れが前記受動要素を迂回するように配置された受動要素と、を備え、
前記受動要素が１つまたは複数のタービン翼を備え、前記１つまたは複数のタービン翼が、前記流体が前記翼を通り抜けるときに回転し、
前記タービン翼が、中心軸の周りに配列され、ピッチ角をそれぞれが有する複数の個々の翼と、前記ソリッドな上面に取り付けられ、前記放出口に向かって延びるシャフトとを備え、前記渦低減キャップ内を通って前記放出口へ流れる流体の流れによって前記翼が前記シャフトを軸に回転するように、前記翼が取り付けられ、
前記複数の個々の翼の前記ピッチ角によって、前記タービン翼がそれぞれ、前記シャフトを軸に、隣接する前記タービン翼とは反対方向に回転する、渦低減キャップ。
【請求項２】
前記受動要素が、前記流体の流動経路の一部分を横切って延びる静止柱を備える、請求項１に記載の渦低減キャップ。
【請求項３】
前記受動要素が、前記流体の流動経路の一部分を横切って延びる複数の静止柱を備え、少なくとも２本の静止柱が、異なる太さまたは長さを有する、請求項１に記載の渦低減キャップ。
【請求項４】
前記受動要素が、流体体積流量の重大な低減なしに流体が前記放出口を通って流れることを可能にする、請求項１に記載の渦低減キャップ。
【請求項５】
前記受動要素が、前記渦低減キャップが所定の場所にない場合の流体の流れに比べて流体体積流量が５％を超えて低減することなしに、流体が前記放出口を通って流れることを可能にする、請求項１に記載の渦低減キャップ。
【請求項６】
前記容器の内面に接続されたベースと、
前記上面と前記ベースの間に配置された側壁と
をさらに備え、
前記側壁に、複数の入口が、前記入口を通って前記渦低減キャップの前記内容積へ流体が流入し、前記キャップの前記ベースを貫通する前記放出口へ前記流体が流れ出ることができるように配置された、請求項１に記載の渦低減キャップ。
【請求項７】
上面は閉じているが、前記容器の前記放出口に流体接続された前記ベースには前記ベースを貫通する開口がある中空の円筒である、請求項６に記載の渦低減キャップ。
【請求項８】
前記入口の垂直面が、前記放出口の水平面に対して垂直である、請求項６に記載の渦低減キャップ。
【請求項９】
前記複数の入口が、少なくとも２列に配列され、隣接する別の列の入口と整列しないように互い違いに配置された、請求項６に記載の渦低減キャップ。
【請求項１０】
前記入口が、前記渦低減キャップの周辺において均衡のとれた流れが生じるように配置された、請求項９に記載の渦低減キャップ。
【請求項１１】
前記ベースから前記放出口内へ延びるシュートをさらに備える、請求項６に記載の渦低減キャップ。
【請求項１２】
前記入口から前記放出口へ流れる流体の流れが、前記個々の翼に対して直角である、請求項１に記載の渦低減キャップ。
【請求項１３】
同じシャフトに取り付けられた複数のタービン翼を備える、請求項１に記載の渦低減キャップ。
【請求項１４】
複数のシャフトに取り付けられた複数のタービン翼を備える、請求項１に記載の渦低減キャップ。
【請求項１５】
流体保持容器内の、前記容器から流体を放出する放出口の上方に配置された渦低減キャップであって、
前記容器の前記放出口の面積よりも大きいか、または前記容器の前記放出口の前記面積に等しいソリッドな上面と、
前記容器から前記渦低減キャップの内容積へ、次いで前記容器の前記放出口へ流体が流れることを可能にする１つまたは複数の入口と、
前記渦低減キャップの前記内容積内に配置された受動要素であり、前記容器の前記放出口に向かって前記キャップ内を流れる流体の流れが前記受動要素を迂回するように配置された受動要素と、を備え、
前記渦低減キャップが中空の半円筒であり、前記半円筒の開いた側面が、前記容器の放出口に向かって下を向いており、前記半円筒の２つの開いた端部が入口の役目を果たす、渦低減キャップ。
【請求項１６】
前記受動要素が、前記半円筒の内容積を横切って延びる複数の静止柱を備える、請求項１５に記載の渦低減キャップ。
【請求項１７】
前記受動要素が、１本または数本のシャフトに取り付けられた１つまたは複数のタービン翼を備え、前記シャフトが、前記半円筒の長軸に対して垂直に取り付けられた、請求項１５に記載の渦低減キャップ。
【請求項１８】
前記入口から流れる流体の流れが、前記１つまたは複数のシャフトに対して直角である、請求項１７に記載の渦低減キャップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、プロセス流体を混合し、保持するためのタンクに関し、より具体的には、このタンクの放出口から流体が出ていくときに流体の流れの方向を変える装置であって、渦の形成およびその結果として起こる空気の取込みを低減させ、または排除するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの工業プロセスでは、さまざまなプロセス流体の正確な混合およびプロセス流体の送達の正確な制御が必要である。例えば、製薬産業および半導体産業では、プロセス流体が正確に混合されなければならず、混合されたプロセス流体のプロセス・ツールへの送達が正確に制御されなければならない。本明細書で使用されるとき、流体は、液体、気体、スラリーなど、流動する能力を有する任意の状態の任意のタイプの物質であり得、流れを制御することが重要になりうる物質の任意の組合せを含む。通常、特定のプロセスに対する所望の溶液混合物を形成するためには、２種類以上の成分を、一般に混合／保持タンク内で混合しなければならない。
【０００３】
当技術分野では、このような流体を混合するさまざまな手段が知られている。コロイド懸濁液を含む流体を混合し、均質な溶液が構成する成分に分離することを防ぎ、かつ／または分離した成分を溶液に再形成する目的には、侵入型（ｉｎｔｒｕｓｉｖｅ）手段と非侵入型（ｎｏｎ−ｉｎｔｒｕｓｉｖｅ）手段の両方が使用されている。侵入型混合装置、すなわち、外部電源の助けを借りて流体を撹拌するために流体に挿入される物体および装置はよく知られている。
【０００４】
例えば、半導体産業では、化学機械研磨（「ＣＭＰ」）に使用するスラリーなどのある種のプロセス化学物質を混合することが一般的である。ＣＭＰは、機械力と化学力を組み合わせてウェーハの表面を平滑化する半導体処理技術であり、長く、半導体チップ製造の不可欠のプロセスであり続けている。
【０００５】
このようなＣＭＰプロセスに必要な化学物質は一般に、比較的に大量の供給物が混合／保持タンク内で調製され、後の使用のために貯蔵されるバッチ操作で調製される。一般的には５００リットルを保持するタンクおよび２６５リットルを保持するタンクが使用され、これらのタンクは通常は底面が円錐形であり、完全な排出を促進するためこの円錐の頂点に放出口がある。より最近には、混合されたこれらのタイプのプロセス化学物質の使用者が、最初に、非常に少量のバッチ、例えば２５から５０リットルでしかないバッチを調製することがますます一般的になっている。こうすることによって、使用者は、混合プロセスが安定するまでのプロセス化学物質の変動に起因する影響を軽減することができる。また、複数のプロセス管路を同時にオンラインにすることはしばしばポンプ系統の能力を超え、そのため、プロセス管路は１度に１つずつオンラインにされる。この最初の少量のバッチの後、プロセスが立ち上がり、かつ／またはプロセス化学物質の混合が安定したときに、通常は後続のバッチのサイズを徐々に増大させる。
【０００６】
図１は、プロセス化学物質を混合する目的に使用される多ジェット式ミキサ２２を有する先行技術の混合タンク１０を示す。十分に混合された後、プロセス材料は一般に、混合／保持タンク１０から、タンクのベース５４上にある放出口１４を通り、ポンプ３０を経て、その目的の用途の最終的な使用場所へ続くグローバル・ループ４０へと送られる。使用場所は、混合されたプロセス材料の供給に対する需要がある任意の位置とすることができる。使用場所には例えば、半導体製造設備内のプロセス機械またはプロセス・ツール３２が含まれる。
【０００７】
放出口を通してタンクからプロセス流体が引き出されるときには一般に、放出口の上方の流体中に、放出口の中心線に沿って渦ができる。渦は、低圧領域の結果として流体塊の中にできる、回転する液体の概ね円錐形の滑らかな空隙である。タンク内の流体の水位が十分に低い場合、渦は表面に達し、空気（またはタンク内に存在する任意の気体）を、流体を通って下方へ引き込み、放出口を通して放出させる。プロセス流体送達システム内の空気は、いくつかの理由から非常に望ましくない。例えば、システム内に空気が存在すると、ある種の化学物質混合物の酸化が起こり、それによって流体の化学反応性が変化することがあり、スラリーが集塊化することがあり、適切な圧力および適切な流体流量を維持するのが困難になることがある。取り込まれた空気によってさらに、プロセス流体を吸い出すために使用されるポンプが、呼び水（プライム（ｐｒｉｍｅ））を失い、流体の移動を停止することがあり、取り込まれた空気がフィルタ・ハウジング内に集まる場合には、有効表面積が低減することがある。流体、特に半導体ウェーハのＣＭＰに使用されるスラリーなどのコロイド懸濁液は、ＣＭＰツールに流体を送達する供給管路内に空気がない均質な状態でＣＭＰツールに送達されたときに最も効果的である。
【０００８】
先行技術では、渦の形成に起因する空気の取込みを低減させるいくつかの方法が知られている。そのような１つの方法が、本発明の譲受人に譲渡された、参照により本明細書に組み込まれている「Ｗｈｉｒｌｐｏｏｌ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｃａｐ」という名称のＷｉｌｍｅｒ他の米国特許第６，５３６，４６８号（２００３年３月２５日）（「Ｗｉｌｍｅｒ  Ｉ」）に記載されている。Ｗｉｌｍｅｒは、側壁に開口を有するキャップであって、これを使用して、放出口を覆い、渦の形成を防ぐことができるキャップを記載している。しかしながら、流体水位が非常に低いときには、このＷｉｌｍｅｒのキャップも、空気の取込みに至ることがある渦の形成を許す。他のタイプの渦抑制装置も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，５３６，４６８号
【特許文献２】米国特許第６，１０９，７７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、流体水位が低いプロセス流体タンク内における渦の形成およびその結果として起こる空気の取込みを防ぐ改良された方法および装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態は、プロセス流体混合／保持タンクの底の放出口の上に配置された放出キャップ内を通る流動経路内に受動要素を提供することによって、上記の課題を解決する。好ましい実施形態では、この受動要素が１つまたは複数のタービン翼を備え、この１つまたは複数のタービン翼は、流体がこのタービン翼を通り抜けるときに回転する。放出キャップを通過する流れを分断し、流体水位が低いときに渦の形成を防ぐ目的には、さまざまな静止柱または静止ピンを使用することもできる。
【００１２】
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広く概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を達成する他の構造を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
【００１３】
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】先行技術の混合タンクを示す図である。
【図２】先行技術の渦巻低減キャップの正面斜視図である。
【図３】本発明の好ましい一実施形態に基づく渦低減キャップの側面透視図である。
【図４】本発明の好ましい一実施形態に基づく渦低減キャップの上面透視図である。
【図５】混合タンク内の放出口の上に据え付けられた図３の渦低減キャップを示す図である。
【図６】本発明の好ましい他の実施形態に基づく渦低減キャップの側面斜視図である。
【図７】図６の渦低減キャップの底面斜視図である。
【図８】混合タンク内の放出口の上に据え付けられた図６の渦低減キャップを示す図である。
【図９】混合タンク内の放出口の上に据え付けられた図６の渦低減キャップの底面透視図である。
【図１０】本発明の好ましい他の実施形態に基づく渦低減キャップの端面透視図である。
【図１１】本発明の好ましい他の実施形態に基づく渦低減キャップの底面透視図である。
【図１２】混合タンク内の放出口の上に据え付けられた図６の渦低減キャップの側面透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
これらの添付図面は、一律の尺度で描くことを意図して描いたものではない。これらの図面において、さまざまな図に示されている同一の構成要素またはほぼ同一の構成要素は、同様の符号によって示されている。見やすくするため、全ての図面の全ての構成要素に符号が付けられているわけではない。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態は、プロセス流体混合／保持タンクの底の放出口を通って流出する流体の流れが分裂し、流体の流れの方向が変えられるように、キャップ内を通る流動経路内に受動要素を提供して、表面渦の形成およびその結果として空気／気体を取り込むこと防ぐ、放出キャップを対象とする。好ましくは、この受動要素が１つまたは複数のタービン翼を備え、この１つまたは複数のタービン翼は、流体がこのタービン翼を通り抜けるときに回転する。放出キャップを通過する流れを分断し、流体水位が低いときに渦の形成を防ぐ目的には、さまざまな静止柱または静止ピンを使用することもできる。
【００１７】
本発明の好ましい方法または装置は、多くの新規の態様を有する。本発明は、さまざまな目的のさまざまな方法または装置として具体化することができるため、全ての実施形態に全ての態様が存在する必要はない。さらに、記載された実施形態の態様の多くは別個に特許を受けることができる。
【００１８】
図１は、侵入型ミキサおよび非侵入型ミキサを含む先行技術の混合タンクを示す。このような混合タンクは、参照により本明細書に組み込まれている「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｍｉｘｉｎｇ  ｏｆ  ａ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  ｊｅｔ  ｏｕｔｌｅｔｓ」という名称のＷｉｌｍｅｒの米国特許第６，１０９，７７８号（２０００年８月２９日）に記載されている。図１では、混合タンクがさらに、Ｗｉｌｍｅｒ  Ｉに記載されている渦巻低減キャップを含む。渦巻低減キャップ６２は、タンク１０内の放出口またはドレン１４の上方に配置され、放出口１４における流体の速度の方向の制御を助ける。図１では、タンク１０が円筒形の容器として示されている。しかしながら、本発明において混合タンクの形状は重要ではなく、他の形状の保持容器を使用することもできる。また、図１では、混合タンク１０のベースが円錐形として示されているが、ベースの形状も重要ではなく、限定はされないが、半球形および截頭錐形を含む他の形態を使用することもできる。
【００１９】
図１に示すように、送達管路２２を通してタンクに流体が導入され、タンク内で、流体は多ジェット式ミキサ２２に入る。混合タンク１０のベース５４の出口接続は、供給管路５２および循環ポンプ３０へ通じており、これらを通過した流体は、ツール３２へ送られるか、または送達管路２２および多ジェット式混合アセンブリ２２を経て混合タンク１０へ再び循環し、そこで混合プロセスが新たに始まる。ツール３２は、この流体を、例えば流体がスラリーなどのコロイド懸濁液であるＣＭＰ用途に使用する。
【００２０】
図２は、先行技術の渦巻低減キャップの正面斜視図を示す。図２に示すように、渦巻低減キャップ６２は、理想的には混合装置の他の構成要素と同種の材料でできた成形された本体７０を備えることができる。渦巻低減キャップ６２は、例えば溶接、締付け、ねじ止め、化学的な接着など従来の手段によって、混合タンク１０のベース５４に固定することができる。流体は、複数の入口オリフィス７２を通って渦巻低減キャップ内を流れる。入口オリフィス７２は、本体７０を通して混合タンク１０のベース５４の放出口１４内へ流体を導くためにキャップの側壁５８を貫通して延びる。
【００２１】
渦巻低減キャップ６２の配置が図１に示されている。渦巻低減キャップ６２は、混合タンク１０のベース５４の放出口１４の上方に固定され、流体塊内における渦の形成を減らす役目を果たす。プロセス・ツール３２によって流体またはスラリーが要求されると、流体水位２０は低下する。流体を連続的に循環させると、流体は、下向きの方向および速度で、放出口１４に向かって流れる。このことにより、移動している流体塊内に「コリオリの効果」として知られる効果が生じる。この効果は、ドレンの中心線を軸とする渦または渦巻として現れる。より低い流体水位でできる渦は、ポンプ３０によって生み出された吸引の結果として、供給管路３８内へ空気を引っ張り込む傾向を有する。出口管路５２内へ引っ張り込まれた空気は、流体送達システムの全体的な性能を低下させ、システムの性能を監視しているインライン計測器を妨害する。しかしながら、例えば経路１２０に沿って流体を渦巻低減キャップの側面口を通して導くことによって放出位置における流体速度の方向を変化させた場合には、「コリオリの効果」は変化する。流体がオリフィス７２内へ流れるときの上記の流体速度の方向に垂直な全体的な速度方向は、表面下の複数の渦を生み出し、これらの複数の渦は互いに打ち消しあう傾向を有する。
【００２２】
しかしながら、Ｗｉｌｍｅｒ  Ｉに記載された渦巻低減キャップなどの先行技術の渦抑制装置は、低い流体水位において有効性が大幅に低下することを出願人らは発見した。このことは特に、混合されたプロセス流体の少量のバッチからプロセスを開始し、次いで、プロセスが最大へと増大していくにつれて後続のバッチのサイズを徐々に増やすことが望ましいＣＭＰプロセスなどのプロセスにおいて問題となる。バッチ・サイズとタンク容量とを比較したときに、これらの少量の最初のバッチが、１０：１よりも大きなターンダウン比を有することは普通である。例えば、５００リットルのタンク内で混合する最初のバッチが２５〜５０リットルでしかないこともある。図１を再び参照すると、この最初のバッチのサイズが、流体水位２４にしか達しないか、またはそれよりも少ないことがある。
【００２３】
底面が円錐形の一般的なタンクの流体水位がこのような高さであるとき、流体の量は、ポンプに呼び水を入れ、放出プロセスを開始するのにかろうじて足りる程度である。したがって、これらの条件において、Ｗｉｌｍｅｒの先行技術の渦巻低減キャップは流体表面に非常に近い。流体の研究によれば、表面渦を回避する際に鍵となる因子は浸漬深さである。必要な最小浸漬深さは、放出口を通過する流体の速度に正比例する。上記の条件において、Ｗｉｌｍｅｒの先行技術の渦巻低減キャップの側面の開口は流体表面に非常に近いため、渦の形成およびその結果として起こる空気の取込みは重大な問題である。出願人らはさらに、Ｗｉｌｍｅｒの渦巻低減キャップの内部円筒が本質的に空であることも重大な問題であると考えている。言い換えると、流体の流動経路を分裂させ、または分断する内部要素または内部フィーチャがない。
【００２４】
図３および４は、本発明の好ましい一実施形態に基づく渦低減キャップ１００を示す。図３の渦低減キャップは、例えばポリマー、鋼、金属などの知られている適当な材料でできた成形された本体１０２を備える。渦低減キャップは、混合装置の他の構成要素と同種の材料から形成されることが好ましい。渦低減キャップは、放出口の開口面積よりも大きいか、または放出口の開口面積に等しい面積を有するソリッド（ｓｏｌｉｄ）な上面を有することが好ましい。言い換えると、キャップが放出口全体を覆うことが好ましい。本明細書で使用されるとき、用語「ソリッド」は、流体の流れの大部分の方向を、放出口の中心線から離れる方向へ変えるために、開口がほとんどまたは全くないことと定義される。ソリッドな上面は、例えば正方形、半球形、角錐形など任意の形状を有することができる。図３〜４の実施形態では、渦低減キャップの直径が約４インチ、高さが約３インチである。当業者は、キャップのサイズが、タンクのサイズおよび放出口のサイズに依存することを認識するであろう。
【００２５】
渦低減キャップは、不規則な形状、または上面および／もしくは容器のベースに対して垂直な形状を含む任意の形状の１つまたは複数の側壁を備えることができる。側壁は、ソリッドな上面とキャップのベースの間に配置され、容器のベースの上方の任意の高さまで延びることができ、放出口の水平面に対して垂直であることが好ましい。渦低減キャップが、渦低減キャップ内を流れる流体の複数の入口１１０と、タービン翼（後述）など流動経路内の１つまたは複数の所望の受動要素とを収容することができるように、側壁は十分な高さを有することが好ましい。この入口と受動要素の組合せは、流体体積流量の重大な低減なしに流体が放出口を通って流れることを可能にすることが好ましい。本明細書で使用されるとき、「重大な低減なし」は、放出口を通って流れる流れの体積が約５％を超えて制限されないことを意味する。
【００２６】
入口１１０は、容器から渦低減キャップの内容積へ、次いで容器の放出口へ流体が流れることを可能にする１つまたは複数の開口からなる。図３および４の実施形態では、この入口が、渦低減キャップ本体の側壁を貫通する開口であり、その結果、流体は、この入口を通って渦低減キャップの内容積に流入し、キャップのベースを貫通する放出口へ流れることができる。図３〜５の実施形態では入口の形状が長方形だが、所望の任意の形状を使用することができる。図３の好ましい実施形態では、渦低減キャップが、上面は閉じているか、またはふたがかぶせられているが、容器の放出口に流体接続された底面（放出口の方を向いた渦低減キャップの端部）には開口がある中空の円筒である。渦低減キャップ本体を貫通する複数の入口１１０があることが好ましい。この１つまたは複数の入口の垂直面は、放出口の水平面に対して垂直に配置されることが好ましい。この１つまたは複数の入口は、渦低減キャップの周辺において均衡のとれた流れが生じるように配置および配列されることが好ましい。
【００２７】
図１に示した実施形態では、複数の入口１１０が、互い違いになるように配列され、この複数の入口１１０は、キャップ内を通る流動経路を分断する役目を果たすことができる。入口は、少なくとも２列に配列され、隣接する別の列の入口と整列しないように互い違いに配置されることが好ましい。それぞれの入口の断面積を小さくすることは、局所的な乱流を増大させるのに役立つ。個々のそれぞれの入口の面積の縮小は、追加の入口を追加して、バルク制限が低減されるようにすることによって緩和される。入口を互い違いに配置すると、バルク流体がこの渦防止装置に入るときのバルク流体の方向の不均一性が増大する。入口は、渦低減キャップの周辺において均衡のとれた流れが生じるように配置されることが好ましい。
【００２８】
図５は、混合タンク５００内の円錐形の底面５０２の底の放出口５０４の上に据え付けられた渦低減キャップ１００を示す。キャップのベースは、知られている従来の手段によってタンクの放出口に接続する。キャップのベースは、例えばねじ、接着剤および溶接を含むさまざまな手段によってキャップをタンクのベースに固定するため、例えばフランジを備えることができる。渦低減キャップはさらに、放出口に挿入するためにベースから延びるシュート（ｃｈｕｔｅ）を含むことができる。このシュートは、ねじが切られていない放出口にプレスばめするように構築し、配列することができ、または放出口の逆向きのねじが切られた面と対合するねじが切られた外面を備えることができる。あるいは、側壁が放出口内へ延びてもよい。タンクによっては、タンクの底が傾斜しているために、キャップが放出口の上方の領域にぴったり収まるように、渦低減キャップを、柱または「足（ｆｅｅｔ）」の上に取り付けた方が望ましいことがある。この柱または足は、タンクの内面にタック溶接することができる。
【００２９】
渦低減キャップの内容積に、１つまたは複数の受動要素が配置されることが好ましく、この１つまたは複数の受動要素は、容器の放出口に向かってキャップ内を流れる流体の流れが受動要素を迂回するように配置されることが好ましい。受動要素は、キャップを通過する流体の流れを分断し、または流体の流れの方向を変えるために、入口の下流に配置されることが好ましい。渦の形成は、流体が比較的に滑らかに流れているところで起こりやすく、撹拌および乱流は安定した渦の形成を妨げる。図３の実施形態では、受動要素が、円筒形の渦低減キャップの中心にあるシャフトを軸に回転することができる２つのタービン翼を備える。翼に角度がついていることによって、流体がタービン翼を通り抜けるときに受動的な（動力の供給によるものではない）回転が起こり、この回転は、混合を促進し、タンクのベースの放出口まで延びる渦の形成を妨げる傾向がある。図３〜５の実施形態の入口の位置により、液体は、タービン翼に対して直角に流れる。タービン翼１０６、１０８は、渦低減キャップの円筒と同軸のピンまたはシャフト１０４上で回転することが好ましい。このピンまたはシャフト１０４は、キャップのソリッドな上面の内側の上面、および底面（放出口に近い）の１つまたは複数のブレース（ｂｒａｃｅ）に取り付けることができる。
【００３０】
図３の場合のように、複数のタービン翼を使用する場合には、それぞれのタービン翼が、隣接する翼（１つまたは複数）とは反対方向に回転するように、翼の角度を決めることが好ましい。例えば、上タービン翼１０８が反時計回り方向に回転する場合には、下タービン翼１０６は時計回り方向に回転するようにすることが好ましいであろう。
【００３１】
当業者は、翼のピッチ角によって、翼の方向および回転速度を制御することができることを認識するであろう。より浅い角度は、翼をより高速に回転させ、より大きな角度は回転を遅くする。回転速度は、流体の速度の影響も受ける。翼をあまりにも高速に回転させた場合には、望ましくないキャビテーション（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）が起こることがある。翼をあまりにもゆっくりと回転させた場合、翼は、渦の形成を妨げる目的に貢献しないだけでなく、流体の流れを妨げる障害として作用する。最適なピッチ角は、流体水位、液体の粘度、液体の蒸気圧およびポンプの吸引真空によって異なり、当業者なら、所与の用途のための適当なピッチ角を、過度の実験なしで決定することができるであろう。例えば、０．５ｍ／ｓから１ｍ／ｓの一般的な流体流速でタンクからポンピングされる一般的なスラリー混合物に対しては、翼のピッチ角が２０から５０度であることが好ましく、約３３度であるとより好ましい。ただし、上記の変量によっては他の角度を使用することもできる。
【００３２】
図６〜７は、渦低減キャップ６００の好ましい他の実施形態を示す。図３〜５のキャップとは違い、この好ましい実施形態は、その縦軸が放出口の水平面に対して平行な方向を向いた中空の半円筒として形成される。この渦低減キャップは、半円筒の開いた側面が放出口に向かって下を向くように取り付けられることが好ましく、半円筒の２つの開いた端部は入口の役目を果たす。このようなキャップは、ＰＶＣ管などのポリマー管から、管の小さな切断片をその長軸に沿って切り進んでその管を半分に切断することにより、容易に形成することができる。図６〜７の実施形態では、ＰＶＣ管の直径が４インチ、長さが約４．５インチである。当業者は、キャップのサイズが、タンクのサイズおよび放出口のサイズに依存することを認識するであろう。
【００３３】
図８〜９は、混合タンク８００内の円錐形の底面８０２の底の放出口８０４の上に据え付けられたこの半円筒渦低減キャップ６００を示す。この半円筒キャップは、キャップが放出口を覆うようにタンクの底面にベース（下縁）６０８をタック溶接することによって据え付けることができる。この半円筒キャップは両端が開いているため、両端に流入する流体は、キャップがない場合に流体が流れるであろう方向に対して主として垂直の方向に流れる。より小さなオリフィスではなく、キャップの開いた両端に流体が流入する結果、この好ましい実施形態が、前述の実施形態よりもはるかに大きな流動経路を有することは明らかである。ポンプの吸引を制限せずにより高い流量を可能にすることにより、用途によっては、このことが非常に有利なことがある。
【００３４】
図６〜７に示すように、渦低減キャップの内容積に、半円筒の内容積を横切って延びる１つまたは複数の受動要素を配置して、流体の流れの方向をさらに変え、流体の流れをさらに分断することができる。静止（非可動部品）円筒ロッド６０４および６０６をキャップ本体に挿入して、放出口に到達するためには流体がこれらのロッドを迂回しなければならないようにすることができる。示されたロッドは円筒形だが、所望の任意の断面形状を有するロッドを使用することができる。また、図６〜７のロッドは、キャップの開いたベースに対して平行な方向を向いているが、キャップを通過する流体の流れに対して、滑らかな流体の流れを分断し、安定した渦の形成を妨げる働きをする障害物の役目を果たす限りにおいて、ロッドは所望の角度に向けることができる。
【００３５】
タンクによっては、タンクの底面の形状のために、例えばタンクの円錐形の底面の傾斜が大きい場合に、キャップの縁がタンクの内側の底面と完全に接触するようにキャップを配置することが困難なことがある。その場合には、前述の受動要素ロッドと同様の小さなロッドをキャップに溶接して「足」を形成することができる。この足は、タンクの内面にタック溶接することができる。垂直方向を向いたこれらのロッドまたは足も、流体の流動経路を分断する受動要素の役目を果たすことができる。
【００３６】
図１０〜１２は、渦低減キャップ１０００の好ましい他の実施形態を示す。このキャップも、図６〜９の実施形態と同様に半円筒として形成され、同じ材料から同じ方法で製作することができる。図６〜９の実施形態の場合のように内容積に配置された静止円筒を備える受動要素を使用する代わりに、図１０〜１１のキャップは、１つまたは複数のタービン翼１００８を使用する。この１つまたは複数のタービン翼１００８はそれぞれ、半円筒の長軸に対して垂直に取り付けられた別個のピンまたはシャフト１００４上で回転することが好ましい。この好ましい実施形態では、前述の実施形態のように、流体が、タービン翼の平面に対して直角の方向に流れるのではなく、流体が、タービン翼の平面に対して平行に流れ、そのため流れの方向はタービン翼の側面からになる。前述の実施形態の場合と同様に、それぞれの翼に対する翼ピッチを適当に選択することによって、タービン翼の回転速度および回転方向を制御することができる。この実施形態では、翼とシャフトの両方が、キャップ内を通る流動経路の方向を変え、または流動経路を分断し、したがって渦の形成を低減させ、または防ぐ受動要素として機能することができる。
【００３７】
以上の本発明の説明は主に装置を対象としたが、このような装置を使用する方法も本発明の範囲に含まれることを認識すべきである。本発明の実施形態は特に、半導体ウェーハのＣＭＰに使用されるスラリーを含むコロイド懸濁液の混合および送達に対して適用可能である。このようなコロイド懸濁液は、均質に分布した状態から、コロイド懸濁液を構成する化学成分へ分離することで悪評が高い。しかしながら、より一般的には、均質な流体を必要とする他の多くの用途で本発明を使用することができ、本発明がスラリーまたはＣＭＰ用途に限定されることは企図されない。本発明の実施形態は、混合／保持タンク内において混合されず、層を形成する傾向を有することがある材料に対しても使用することができる。
【００３８】
本発明は幅広い適用可能性を有し、上記の例において説明し、示した多くの利点を提供することができる。本発明の実施形態は、具体的な用途によって大きく異なり、全ての実施形態が、これらの全ての利点を提供するわけではなく、本発明によって達成可能な全ての目的を達成するわけではない。本発明を実施するのに適したプロセス流体の混合および分配システムは例えば、本出願の譲受人であるＭｅｇａ  Ｆｌｕｉｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓから市販されている。
【００３９】
上記の説明の多くは、半導体ウェーハを製造するために使用されるスラリーを対象としているが、本発明は、表面渦の形成が望ましくない任意の流体または用途に適用することができる。以上の議論および特許請求の範囲では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、オープン・エンド（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）型の用語として使用され、したがって、これらの用語は、「．．．を含むが、それらだけに限定されない」ことを意味すると解釈されるべきである。本明細書で特に定義されていない場合、その用語は、その通常の一般的な意味で使用されることが意図されている。添付図面は、本発明の理解を助けることが意図されており、特に明記しない限り、一律の尺度では描かれていない。
【００４０】
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００４１】
１００  渦低減キャップ
１０２  本体
１０４  シャフト
１０６、１０８  タービン翼
１１０  入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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