(57)【要約】【課題】閉じられた場合に、起こり得るキャビテーション及び／又は液体の浸み出し及び／又は供給を制御する分配弁を提供する。【解決手段】分配弁１０が、流体輸送ハウジング１６と弁座４０とダイアフラム／ポペット・アセンブリ３０とアクチュエータハウジング１８と調節手段とを備えている。流体輸送ハウジングには、弁座を含んでいる流体輸送チャンバ３８が配置されている。アクチュエータハウジングは、アクチュエータ３６が配置された、アクチュエータチャンバ５４を含んでいる。ダイアフラム／ポペット・アセンブリは流体輸送チャンバに配置されている。アクチュエータはダイアフラム／ポペット・アセンブリを作動し、ポペットが第一流体輸送チャンバを通過する流体流れを停止させている。【選択図】　　　図１
2004044807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンピング防止式分配弁が、流体輸送ハウジングと弁座と一体型ダイアフラム／ポペット・アセンブリとアクチュエータハウジングと調節手段とを具備していて：
該流体輸送ハウジングは、該流体ハウジングの中へ延伸している流体入口通路と、該流体ハウジングから外へ延伸している流体出口通路と、該流体ハウジング内に配設され、かつ該流体入口通路及び該流体出口通路に流体連通している流体輸送チャンバと、を有していて；
該弁座は、該流体輸送チャンバと一体化していて、かつ該流体入口通路と該流体出口通路との間にはさまれており；
該一体型ダイアフラム／ポペット・アセンブリは、該流体輸送チャンバ内に配設されていて、かつ自身の軸方向端部の一方側において無孔ポペットを、自身の軸方向端部のもう一方側においてフレキシブルダイアフラムを具備していて：
該無孔ポペットが、該流体輸送チャンバを通過する流体流れを停止するために、該弁座に衝突するように該流体輸送チャンバにおける該弁座の下流に配置されていて；
該フレキシブルダイアフラムが、該一体型ダイアフラム／ポペット・アセンブリから半径方向外向きに延伸していて；
該アクチュエータ・ハウジングは、該流体輸送ハウジングに取りつけられていて、かつ自身中に配置されたアクチュエータピストン・アセンブリを含んでおり、該アクチュエータピストン・アセンブリは、該流体輸送チャンバ内において該一体型ダイアフラム／ポペット・アセンブリを作動するために、該一体型ダイアフラム／ポペット・アセンブリに接触しており；
該調節手段は、該アクチュエータピストン・アセンブリのストローク長さを調節するためのものであり、かつ該アクチュエータハウジング内に配置されている；ポンピング防止式分配弁。
【請求項２】
ポンピング防止式分配弁が、流体輸送ハウジングとアクチュエータハウジングとダイアフラム／ポペット・アセンブリと体積変更手段とアクチュエータ手段とを具備していて：
該流体輸送ハウジングは、該流体ハウジングの中へ延伸している流体入口通路と、該流体ハウジングから外へ延伸している流体出口通路と、該流体輸送ハウジング内に配設された、第一流体輸送チャンバ及び第二流体輸送チャンバとを有していて、該第二流体輸送チャンバは該第一流体輸送チャンバの下流にあって、該第一流体輸送チャンバは一体化した弁座を含んでおり；
該アクチュエータハウジングは、該流体輸送ハウジングに取りつけられていて、かつ該第一流体輸送チャンバに接触する第一アクチュエータチャンバと該第二流体輸送チャンバに接触する第二アクチュエータチャンバとを含んでいて；
該ダイアフラム／ポペット・アセンブリは、該第一流体輸送チャンバ内に配置されており、かつポペットを備えており、該ポペットは、該流体輸送チャンバを通過する流体流れを停止するべく該弁座に衝突するように、該流体輸送チャンバにおける該弁座の下流に配置されたポペットを備えており；
該体積変更手段は、該第二流体輸送チャンバの液体体積を該ポペットの移動に応答して変化させるためのものであり、かつ該第二流体輸送チャンバ内に配置されていて；
該アクチュエータ手段は、該第一及び該第二アクチュエータチャンバ各々の中に配置されており、対応する該ダイアフラム／ポペット・アセンブリと該体積変更手段とを作動するようになっている；ポンピング防止式分配弁。
【請求項３】
分配弁が、流体輸送ハウジングとアクチュエータハウジングと第一アクチュエータアセンブリと第二アクチュエータアセンブリと制御手段とを具備していて：
該流体輸送ハウジングは、該流体輸送ハウジングに入る流体入口通路と該流体輸送ハウジングから出る流体出口通路との間にはさまれた、第一及び第二流体輸送チャンバを有しており、該第二流体輸送チャンバが、該第一流体輸送チャンバの下流にあって、かつお互いに流体連通しており、該第一流体輸送チャンバが、該流体入口通路と該第二流体輸送チャンバとの間にはさまれた弁座を含んでおり；
該アクチュエータハウジングは、該流体輸送ハウジングへ接続されていて、かつ該第一及び該第二流体輸送チャンバそれぞれへ接続された第一及び第二アクチュエータチャンバを含んでいて；
該第一アクチュエータアセンブリは、該第一アクチュエータチャンバ内に配置され、かつポペットに接触しており、該ポペットが、該第一流体輸送チャンバ内において該弁座の下流に配置され、かつ該分配弁が閉状態となる場合該ポペットは該弁座にシール係合しており；
該第二アクチュエータアセンブリは、該第二アクチュエータチャンバ内に配置され、かつ可動ダイアフラムに接触していて、該可動ダイアフラムが、該流体輸送ハウジングとリークタイトシールを形成する外周縁に沿っているフランジを備え、かつ該第二流体輸送チャンバ内に配置されていて；
該制御手段は、それぞれの該アクチュエータチャンバ内における該第一及び該第二アクチュエータアセンブリの相対移動を制御するためのものであり、該ポペットが該弁座に対してシールされた後に該第二流体輸送チャンバ内における体積増加をもたらすようになっている；分配弁。
【請求項４】
分配弁の中における液体の制御方法が：
該分配弁の中への、すなわち分配弁の第一流体輸送チャンバの中への液体供給を準備する段階と；
弁座を通過する流体の分配を始めるために該第一流体輸送チャンバ内において、該弁座の下流に配置されているポペットを作動する段階と；
該液体を、該分配弁内において該第一流体輸送チャンバの下流に配置された第二輸送チャンバに、すなわち自身の内部に配置されたダイアフラムを備えている第二輸送チャンバに導入する段階、及び該液体を該分配弁から分配する段階と；該第一流体輸送チャンバからの該液体の分配を終了するために、該弁座に対してシールするべく該ポペットを作動する段階と；
該第二流体輸送チャンバの体積を増加するために該ダイアフラムを作動する段階であって、従って該第一流体輸送チャンバから分配が終了された後に、該分配弁からまだ分配されていないいずれの液体をも保持している段階と；
を含んでいる、分配弁の中における液体の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体を分配するために使用する流体処理弁に関するもので、より詳しくは、化学的に腐蝕性のある及び／又は化学的に純度の高い液体の正確な体積量を、液体あるいは製品に対し品質劣化あるいは有害な影響なしに、繰返し分配するようになっている流体処理弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体処理弁例えば流体分配弁は、弁内部が腐蝕性のある酸性あるいはアルカリ性液体にさらされる場合、又は弁を通過して流れる液体の純度が維持されなければならない場合に使用される。そのような用途例は半導体製造産業であって、そのような弁を介して供給される薬品処理は、超微細レベルで生じるかも知れない、かつ製品例えば半導体ウェーハに損傷をもたらすことで公知である汚染を回避するために化学的に高純度を維持しなければならない。
【０００３】
処理段階において、正確な薬品処理量が製品に付着される必要もある。従ってそのような機能を達成するために使用される分配弁は、弁が閉じられた後で製品に対して余分な液体をたらすことなく、正確な処理液体体積を繰返し分配可能であることが重要である。製品へのそのような液体の乾燥部分の供給は製品に損傷をもたらすことが知られていて、従って望ましいものではない。しかしながら、産業界において以下のことが公知であって、この機能を達成するために使用される分配弁は、弁が閉じられあるいは遮断された後にいつも分配を終了するとは限らない。
【０００４】
例えば、この容量の従来の分配弁は、弁が閉じられた後で、液体のキャビテーション及び／又は液体の小量が浸み出すことが知られている。余剰の液体体積は、弁から製品へ分配されて所望されない余剰液体供給をもたらすか、又は弁の出口ポートの中若しくは離れている供給装置例えばパイプあるいはノズルの中に保持されるかである。余剰液体が弁内に保持されている場合問題がある。というのは液体は離れた供給装置の先端近傍で乾燥するかも知れないからである。液体の乾燥部分は、弁から処理液体のある量が供給される次回の製品に分配されるかも知れない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って分配弁は、弁が遮断あるいは閉じられた場合における、起こりうるキャビテーション及び／又は余剰液体の浸み出し及び／又は起こりうる余剰液体の供給を制御及び／又は排除するようになっていることが望まれる。そのような弁は、汚染物質を液体に導入するかも知れないような品質の劣化あるいは他の操作なしに、化学的に腐蝕性のある液体及び／又は純度の高い液体を操作可能にするべく作られていることが望まれる。さらにそのような分配弁は、液体リークパスの数を低減し、従って外部環境への薬品リークの可能性を低減するように作られていることが望まれる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理にもとずいて作られたポンピング防止式分配弁は、少なくとも二つの異なる実施態様がある。
【０００７】
第一実施態様において、分配弁は流体輸送ハウジングを備えていて、流体輸送ハウジングは、流体入口及び出口通路と、それらの間にはさまれた流体輸送チャンバを有している。流体輸送チャンバが弁座を含んでいる。
【０００８】
アクチュエータハウジングが、流体輸送ハウジングに取りつけられ、かつアクチュエータチャンバを含んでいて、アクチュエータチャンバは流体輸送チャンバへ接触している。ダイアフラム／ポペット・アセンブリが、流体輸送チャンバ内に配置され、かつポペットを含んでおり、ポペットは、分配弁を通過する流体流れを制御するために、弁座に衝突するように弁座の下流に配置されている。ポペットは、意図的に弁座の下流に配置されていて、ポペットを弁座に対して位置決めするために必要な作動運動が、弁座下流の流体輸送ハウジングの部分における体積増加をもたらすようになっている。
【０００９】
分配弁が閉じた際のこの体積増加は弁座下流の分配弁部分におけるわずかな吸引作用を提供するようになっていて、従って分配弁内に分配されないいずれの液体をも残すようにはなっていない。
【００１０】
第二実施態様において、ポンピング防止式分配弁が、流体輸送ハウジングとアクチュエータハウジングとダイアフラム／ポペット・アセンブリと体積変更手段とアクチュエータ手段とを具備していて：
該流体輸送ハウジングは、該流体ハウジングの中へ延伸している流体入口通路と、該流体ハウジングから外へ延伸している流体出口通路と、該流体輸送ハウジング内に配設された、第一流体輸送チャンバ及び第二流体輸送チャンバとを有していて、該第二流体輸送チャンバは該第一流体輸送チャンバの下流にあって、該第一流体輸送チャンバは一体化した弁座を含んでおり；
該アクチュエータハウジングは、該流体輸送ハウジングに取りつけられていて、かつ該第一流体輸送チャンバに接触する第一アクチュエータチャンバと該第二流体輸送チャンバに接触する第二アクチュエータチャンバとを含んでいて；
該ダイアフラム／ポペット・アセンブリは、該第一流体輸送チャンバ内に配置されており、かつポペットを備えており、該ポペットは、該流体輸送チャンバを通過する流体流れを停止するべく該弁座に衝突するように、該流体輸送チャンバにおける該弁座の下流に配置されたポペットを備えており；
該体積変化手段は、該第二流体輸送チャンバの液体体積を変化させるためのものであり、例えば第二流体輸送チャンバの体積を増加させるためのものであって、かつ該第二流体輸送チャンバ内に配置されており；
該アクチュエータ手段は、該第一及び該第二アクチュエータチャンバ各々の中に配置されており、対応する該ダイアフラム／ポペット・アセンブリと該体積変化手段とを作動するようになっている。
【００１１】
本発明の分配弁“ポンピング防止式”弁と見なされる。というのは、ポペットの閉運動（第一実施態様の分配弁における）、及びポペットと体積制御手段との組合せ運動（第二実施態様の分配弁における）は、弁が閉じられた後に弁からのさらなるかつ不必要な液体体積の押出しあるいは“ポンピング”駆動を行なわないからである。むしろポペット及び／又は体積制御手段各々は、それぞれの弁における流体流路内を僅かに真空にしていて、分配されないいずれの液体をも弁の中へ保持あるいは引きもどすようになっている。この機能は望ましいものである。というのは不必要な余剰液体の分配あるいは乾燥された残留液体の分配による製品汚染の可能性が、排除及び／又は若しくは低減されるからである。
【００１２】
以下の詳細な説明、前述の特許請求の範囲及び添付図面を検討することにより、本発明におけるさらなる特徴、実施態様及び利点がより完全に理解されるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明にもとずいて作られた分配弁は、弁ハウジングの中に配置された一体形ダイアフラム／ポペット・アセンブリを備えている。ダイアフラム／ポペット・アセンブリは、ポペットを有するように構成されていて、そのポペットは、ハウジングを貫通して流体輸送チャンバの中に配置された弁座の下流側におけるシール位置に位置決めされている。このように構成されたダイアフラム／ポペット・アセンブリは、閉位置又は閉止位置へ位置決めされた後における弁からの液体の、予期せぬキャビテーション及び／又はしみ出しを、制御及び／又は排除するのに役立つようになっている。
【００１４】
本発明の分配弁は、前述のダイアフラム／ポペット・アセンブリに加えて、ハウジングを貫通する第二流体輸送チャンバの中に配置された第二ダイアフラムをダイアフラム／ポペット・アセンブリの下流に含んでいてもよい。第二ダイアフラムは、ダイアフラム／ポペット・アセンブリと共に作動されていて、第二流体輸送チャンバの体積を増加し、従って弁が閉状態になった後における弁内においてダイアフラム／ポペット・アセンブリの下流のいずれの液体をも保持するようになっている。本発明の分配弁はフッ素樹脂材料で作られた浸漬部品を含んでいて、化学的に腐蝕性のある処理液体にさらせることによる予期せぬ劣化に耐えるようになっている。
【００１５】
図１において、本発明にもとずいて提供された第一実施態様における分配弁１０が弁胴１２を備えていて、その弁胴１２は、図１の下方から上方に見て、ベース１４と、ベース１４の頂部に配置された流体輸送ハウジング（ＦＴＨ）１６と、ＦＴＨ１６の頂部に配置されたアクチュエータハウジング１８とを含んでいる。ねじ２０又は適切なアタッチメント手段が、アクチュエータハウジング１８とＦＴＨ１６とをベース１４に取りつけるために、アクチュエータハウジング１８とＦＴＨ１６とを貫通してベース１４にねじ込まれている。
【００１６】
ＦＴＨ１６が、その側壁面一つを貫通する流体入口ポート２２と、その反対側壁面を貫通する流体出口ポート２４とを含んでいる。空気作動あるいは空気式分配弁１０の実施態様において、アクチュエータハウジング１８が、空気入口ポート２６と、分配弁の側壁面に延在している空気出口ポートあるいはベント２８とを含んでいる。ＦＴＨは、分配弁におけるどのような流体のリーク発生をも監視するために、その側壁面を貫通して延在しているリーク検出ポート（図示されていない）を有するようになっていてもよい。
【００１７】
図２及び３に示すようにかつ以下に詳述するように、ダイアフラム／ポペット・アセンブリ３０が、ＦＴＨ１６の中に配置されていて、その一方の端部に可動ダイアフラム３２を、もう一方の端部に無孔のポペット３４を含んでいる。ダイアフラム／ポペット・アセンブリは、ダイアフラム／ポペット・アセンブリをＦＴＨ１６の流体輸送チャンバ３８の中において軸方向へ移動するべく作動するアクチュエータ　ピストン・アセンブリ３６に取りつけられている。ポペット３４は、流体輸送チャンバ３８の中に配置された弁座４０の下流に配置されていて、かつ弁を通過する流体の移動を制御するために弁座と相互作用するようになっている。
【００１８】
好適な実施態様において、分配弁は空気作動式ダイアフラム／ポペット・アセンブリを有するようになっている。分配弁の構造は、ダイアフラム／ポペット・アセンブリの作動手段例えば機械式、ソレノイド式、油圧式作動手段及び同様なものを収納するために、本発明における精神を変更することなく変更されてもよい。
【００１９】
図２において、ＦＴＨ１６が流体入口通路４２を含んでいて、その流体入口通路４２は、流体入口ポート２２から、ＦＴＨの側壁面部分を貫通して流体輸送チャンバ３８の中へ延伸している。流体輸送チャンバ３８は、ＦＴＨの開口端部４４からＦＴＨにおいて対向的に配向されたベースあるいは閉止端部４６へ、ＦＴＨを流体入口ポートに直交的に貫通して延在している。流体輸送チャンバ３８は、一般に円錐形状であって、開口端部４４からベース４６へ向かって小さくなってゆく直径を有している。しかしながら、この形状は特定な弁用途に依存して変更される。ＦＴＨ１６が流体出口通路４８を含んでいて、その流体出口通路４８は、流体出口ポート２４から、ＦＴＨの入口ポートに対向している側壁面部分を貫通して流体輸送チャンバの中へ延伸している。弁座４０は流体輸送チャンバの中において流体入口通路４２と流体出口通路４８との間に配置されている。弁座４０は、流体輸送チャンバの小さくなった直径区画により円周状に形成されている。
【００２０】
ＦＴＨ１６の開口端部４４が、ほぼ平らなＦＴＨ表面５２の周縁を囲んで円周状に配置された溝５０を備えていて、その表面５２は溝から流体輸送チャンバ３８へ半径方向内向きに延在している。溝５０が、リークタイトなシールを提供するためにダイアフラム／ポペット・アセンブリの相互的トングを収容するようになっている。以下に詳述する。
【００２１】
ＦＴＨ１６はいずれのタイプの構造的に剛な材料で作られていてもよい。実施例において、分配弁は半導体製造の用途に使用される処理薬品を分配する目的のためのものであって、ＦＴＨが処理液体の汚染を回避するために非金属材料により作られていることが望ましい。そのような用途において、ＦＴＨは、ポリプロピレン等のような従来のプラスチック材料又は高分子材料から作られていてもよい。所望するならＦＴＨは、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、ペルフルオロアルコキシフルオロカーボン樹脂（ＰＦＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等を含む一群から選択されたフッ素重合体材料で作られていてもよい。好適な実施態様において、ＦＴＨはポリプロピレンで成形されていてもよい。ベース１４は、処理液体により浸漬されないので、金属材料で作られてもよくて、半導体製造プロセスに適用するための好適な実施例においてはステンレス鋼で作られている。
【００２２】
アクチュエータハウジング１８はＦＴＨ１６の開口端部４４に取りつけられている。アクチュエータハウジングがピストンチャンバ５４を含んでいて、そのピストンチャンバ５４は、ＦＴＨの開口端部４４に接している開口端部５６から、対向側に配置された部分的に閉止された端部５８へアクチュエータハウジングを軸方向に貫通して延在している。前述したようにアクチュエータハウジングは、空気作動式ポペットアセンブリの作動を提供するようになっている場合、空気入口ポート２６（図１参照）と空気出口ポート２８（図１参照）とを含んでいて、各ポートはアクチュエータハウジングの側壁面を貫通して延在している。さらにアクチュエータハウジングは、その側壁面を貫通して延在しているリーク検出ポート（図示されていない）を介してリーク検出に備えるべく形成されていてもよい。
【００２３】
好適な実施態様におけるピストンチャンバ５４は、半径方向において円形の断面区画であって、第一直径区画６０と第二直径区画６２との両方を含んでいて、その第一直径区画６０はアクチュエータハウジングの開口端部５６から軸方向に一定距離だけ延伸しており、かつその第二直径区画６２は第一直径区画６０からアクチュエータハウジングの部分的に閉止した端部５８へ軸方向に延伸している。ピストンチャンバ５４は非可動あるいは固定的に配置されたピストングランド６４を収容するように作られている。アクチュエータハウジング１８は前述したＦＴＨ用材料と同一種類のもので作られていてもよい。しかしながら、アクチュエータハウジングは、弁を通過する処理液体により浸漬されないので、金属材料で作られてもよい。実施態様において、アクチュエータハウジングはステンレス鋼で作られている。
【００２４】
空気作動式ポペットアセンブリの適用が所望される場合、ピストンチャンバ内において空気加圧チャンバとするために、ピストングランド６４が使用される。ピストングランド６４は、中央開口部６６を備えたドーナツ状の環状構造であって、その中央開口部６６はその中にアクチュエータピストン・アセンブリ３６を収容するために、ピストングランドを貫通して軸方向に延在している。グランド６４が外壁面を有していて、その外壁面は、ピストンチャンバの第一直径区画６０の中に配置するために、寸法化された直径となっている。ピストンチャンバにおける部分的に閉じた端部５８へ向かうピストングランド６４の軸方向変位は、第二直径区画６２に対するグランドの相互作用により拘束されている。グランド６４は、ピストンチャンバに取りつけられた場合、同じくＦＴＨ１６に対し拘束されるように隣接するダイアフラム／ポペット・アセンブリの表面に接触するように軸方向に寸法化されている。ピストングランド６４は前述のＦＴＨ用材料と同一種類のもので作られていてもよいが、好適な実施態様においてはポリプロピレンにより成形されている。
【００２５】
ピストングランド６４は、隣接するピストンチャンバ壁面とリークタイトシールを形成するために、ピストングランドの外表面を囲んでいる一つ以上の環状シールを含んでいる。好適な実施態様において、グランドが単一の環状シール６８を含んでいて、その環状シール６８は、グランドの外径を囲んで円周状に延在し、かつ溝の中に配置されている。ピストングランドは環状シール７０も含んでいて、その環状シール７０は中央開口部６６の表面を囲んで溝の中に延在している。環状シール７０は、空気作動式ピストンの運動を容易にするために、アクチュエータピストン・アセンブリ３６に対し気密シールを形成している。ピストングランドと共に使用される環状シールは、好ましくは所望される弾力特性を有する材料で作られたＯリングタイプシールである。耐薬品性も必要とされる場合、ＯリングシールはＶｉｔｏｎ（登録商標）又は商業的に入手可能なフッ素重合体材料で作られてもよい。
【００２６】
概略的に前述したように、アクチュエータピストン・アセンブリ３６はピストンチャンバ５４の中に軸方向に配置されている。アクチュエータピストン・アセンブリ３６が、その軸方向端部の一方にノブ７２を含んでいて、そのノブ７２は部分的に閉じた端部４８における開口部７４を貫通する長さに延伸している。ノブがヘッド７８を含んでいて、そのヘッド７８は、アクチュエータハウジング１８の最上面から外向きに突出していて、かつ開口部７４より大きなサイズの直径となっている。ノブ７２は、ヘッドからアクチュエータハウジングの中へ軸方向内向きに延伸しているシャフト７８も含んでいる。シャフト７８はそれに沿って配列された複数の軸方向付属溝８０を有している。半径方向溝が、溝８０の軸方向に隣接してシャフト周囲に配列されていて、ノブとアクチュエータハウジングとの間におけるリークタイトシールを提供する目的でＯリングシール８２を収容するようになっている。アクチュエータピストン・アセンブリは前述のＦＴＨ用材料と同一のもので作られていてもよい。しかしながら、アクチュエータピストンは、弁により分配される処理液体により浸漬されないので、金属材料で作られてもよい。実施例において、アクチュエータピストン・アセンブリはステンレス鋼で作られている。
【００２７】
軸方向付属溝８０が、回り止めアセンブリ８４と協働するべくシャフトに沿って配列されていて、その回り止めアセンブリ８４は、開口部７４に直交的にアクチュエータハウジングの壁面を貫通する開口部に取りつけられている。回り止めアセンブリ８４がボール８６を含んでいて、そのボールは、シャフトの軸方向付属溝８０の一つに追従するべく取りつけられ、かつねじ８８とばね９０を用いることによりそのような協働をうながされるようになっている。軸方向付属溝８０各々は、アクチュエータ内において異なるシャフトストローク長さを提供する目的のために異なる長さで形成されていてもよい。
【００２８】
そのように形成された回り止めアセンブリ８４は、シャフトとアクチュエータピストン・アセンブリとの運動を、アクチュエータハウジング内でガイドしかつアクチュエータハウジング内に限定するために使用される。シャフトとアクチュエータピストンとのストローク長さは回り止めボール８６と溝の対向端部との組合わせにより限定されている。異なる長さ例えばより長いものより短いものが必要とされる場合、ユーザは、回り止め機構がシャフトにおけるそれぞれより長いかあるいはより短いかのどちらかの異なる軸方向付属溝と協働するように、シャフトを回転することができる。
【００２９】
ピストン９１は、ピストンチャンバ５４の中へ延伸しているアクチュエータピストン・アセンブリシャフト７８の部分に取りつけられている。ピストン９１は一般に二つの機能を実行している。ピストンの第一機能は、空気作動によるピストン内におけるピストン運動を可能にするために、ピストンチャンバにリークタイトシールを提供することである。ピストンの第二機能は、ポペットを弁シール４０と相互作用させるためにダイアフラム／ポペット・アセンブリ３０と接触することである。ピストン９１は、それを貫通して配置された開口部９２を備えていて、その開口部９２はその中にピストンアセンブリシャフト７８を収容するためのものである。ピストン９０は、ピストンの第二直径区画９２より僅かに小さなサイズの外径を有している第一直径区画９４を含んでいる。ピストンの第一直径区画が溝の中に円周状に配置されたＯリングシールを含んでいて、そのＯリングシールは、ピストンチャンバとピストンとの間におけるリークタイトシールを提供している。ピストンは前述のＦＴＨ用材料と同一種類のもので作られてもよい。実施態様において、ピストンはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）で成形されている。
【００３０】
ピストン９１が第二直径区画９６を含んでいて、その第二直径区画９６は、第一直径区画９４から軸方向にある距離だけ延伸していて、かつ第一直径区画より小さなサイズである。ピストン９１がさらに第三直径区画９８を含んでいて、その第三直径区画９８は、第二直径区画９６から軸方向にある距離だけ延伸していて、かつ第二直径区画より小さなサイズである。第三直径区画９８はピストングランド開口部６６の中に配置されている。ばね１００が、ピストンチャンバ５４の中に配置されていて、かつピストンの第二直径区画９６を囲んで配置されている。ばねは、ばねの一方の端部における第一直径区画９４と、ばねの他方の端部におけるピストングランドとの間に軸方向にはさまれている。このように構成されたばねは、ピストン９１をピストングランドから引きはなすように作用する。
【００３１】
アクチュエータピストン・アセンブリ３６がピストン９１を介してダイアフラム／ポペット・アセンブリ３０に取りつけられている。詳しくは、好適な実施態様において、ピストン９１がねじ山付きスタッド１０２を介してダイアフラム／ポペット・アセンブリ３０に取りつけられていて、そのスタッド１０２は、ピストン９１を貫通する開口部９２の中に配置され、かつダイアフラム／ポペット・アセンブリ３０における連通開口部１０４の中に配置されている。このように構成することにより、ダイアフラム／ポペット・アセンブリは、ピストンチャンバ内におけるすべての往復運動時においてアクチュエータピストン・アセンブリに取りつけられたままでいる。ダイアフラム／ポペット・アセンブリとアクチュエータピストン・アセンブリとの間のねじ継手が説明され図示されてきたが、本発明の範囲内において、二つのアセンブリを取りつける他の方法が使用されてもよいことは理解されるべきである。
【００３２】
図２及び３において、ダイアフラム／ポペット・アセンブリ３０が流体輸送チャンバ３８の中に軸方向に配置されている。ダイアフラム／ポペット・アセンブリ３０が可動式ダイアフラム３２を備えている一体形ピースアセンブリであって、その可動式ダイアフラム３２は一体形ディスク状の取りつけ部材１０８と、一体形シャフト１１０との間にはさまれており、その取りつけ部材１０８はダイアフラムから半径方向外向きに延伸しており、その一体形シャフト１１０は、ダイアフラムの半径方向内向きに配置されかつダイアフラムから軸方向に離れる方向に突出している。ディスク状の取りつけ部材１０８は、その周縁に沿って配置されたトング１１２を含んでいて、そのトング１１２は取りつけ部材１０８から軸方向外向きに突出している。トング１１２は、ＦＴＨ１６の開口端部４４に沿っている溝５０の幅より僅かに大きな厚さのサイズとなっていて、トング１１２とＦＴＨ１６とに合ったリークタイトな締めしろを提供している。
【００３３】
ダイアフラム／ポペット・アセンブリがポペット３４を含んでいて、そのポペット３４は、シャフト１１０の終点端部に配置されており、かつＦＴＨ弁座４０の下流の流体輸送チャンバの中に配置されている。シャフトに比較するとき、ポペットが、拡がったヘッド部分を有するように形成されていて、そのヘッド部分は、弁座４０と相互作用するべく形成されている角度付きあるいはテーパ付き外表面を含んでいる。実施態様において、ポペットヘッドが弁シートのインターフェース面１１１を有していて、そのインターフェース面１１１は、外向きにテーパが付けられ、シャフトからポペットヘッド部分へ約４５°の角度となっている。
【００３４】
シャフト１１０が、中空内部キャビティ１１４を含んでいて、そのキャビティ１１４は、アセンブリのダイアフラム端部を貫通している開口部から、ポペット３４に達する直前の閉止端部へ延伸している。キャビティ１１４はその中に、ダイアフラム／ポペット・アセンブリをアクチュエータピストン・アセンブリ３６へ取りつけるためのスタッド１０２を収容するために寸法化され形成されている。キャビティ１１４は、シャフトを完全に貫通してはいなくて、従って弁を貫通する多数のリークパスを低減する目的のために無孔のポペットを提供している。
【００３５】
ダイアフラム／ポペット・アセンブリは前述のＦＴＨ用材料と同一種類のもので作られてもよい。実施態様において、腐蝕性のある高純度の薬品を用いる半導体製造プロセスに使用するために、例えば米国デラウェア州、ウィルミントンのＤｕＰｏｎ社から提供されるＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＰＴＦＥのような、フッ素重合体材料から成形されている。
【００３６】
図２において、第一実施例の分配弁の運転は以下のとおりである。分配弁１０は、流体入口ポート２２と流体出口ポート２４とを流体輸送装置の対応する継手部材１１８と１２０とに接続することにより、流体輸送装置に使用することができる。継手材料は弁を従来の流体輸送装置における、パイピング、チュービング等へ接続するために使用される。必要とされる供給圧力で供給される処理液体源は弁に導入され、かつ流体入口ポート２２と流体入口通路４２を介して流体輸送チャンバ３８の中へ導入される。図２に示すように、分配弁が故障時閉状態となるように構成されていて、十分な空気作動圧力がピストン９４と、アクチュエータハウジング１８の部分的に閉じた端部５８との間におけるピストンチャンバ５４の中へ導入されない限り、ばね１００は、ポペット３４を弁座４０に対して押しつけ、処理液体が流体出口通路４８の中へ流入することを阻止するようになっている。
【００３７】
ばね力を十分に上廻る空気作動圧力が、ピストンチャンバへ導入され、チャンバ内におけるアクチュエータピストン・アセンブリ３６の軸方向移動がもたらされる。移動距離あるいはストローク長さは、シャフトの軸方向付属溝８０の一つにおける回り止め機構８４協働により制御される。ダイアフラム／ポペット・アセンブリ３０は、アクチュエータピストン・アセンブリ３６によっても軸方向に移動され、ポペット３４を弁座４０からはずし、流体の流体輸送チャンバ３８から流体出口通路４０への流入と、流体の弁からの流出とをもたらしている。分配される液体体積は、アクチュエータストローク長さにより及び／又は作動圧力の弁に提供される時間により制御することができる。必要とされる液体体積が弁により分配されると、作動圧力は終了し、ばね力がポペットを弁座に対し移動し、従って流体輸送チャンバからの液体の流れが終了する。
【００３８】
このように構成されているので、第一実施態様の分配弁は、後述するように、弁が閉状態となった後での処理液体の望ましくない浸透あるいはリークを、防止あるいは低減するようになっている。弁が開状態となった場合、下流に配置されたポペットヘットが流体出口通路の中へある量だけ突出し、従って通路内における同量の体積を排除している。ポペットが閉状態となる場合、流体出口通路に配置されるポペットの量は減少され、従って通路内における流体体積の同量の増加がもたらされる。シールと弁とにおけるポペットインタフェースが閉じられた後に、流体出口通路内における液体体積が増加するので、この液体体積の増加が通路における吸引作用をもたらしていて、その吸引作用は、分配されない液体のいずれをも流体出口通路の中に及び弁の中に保持するべく作用している。
【００３９】
図４及び５は、本発明の原理により作られた第二実施態様の分配弁２００を示していて、分配弁２００が弁胴２０２を備えていて、その弁胴は、図４の下方から上方に見て弁胴２０２と、ベース２０４と、ベース２０４の頂部に配置された流体輸送ハウジング（ＦＴＨ）２０６と、ＦＴＨ２０６の頂部に配置されたアクチュエータハウジング２０８とを含んでいる。ねじ２１０又は適切なアタッチメント手段が、アクチュエータハウジング２０８とＦＴＨ２０６とをベース２０４に取りつけるために、アクチュエータハウジング２０８とＦＴＨ２０６とを貫通してベース２０４にねじ込まれている。
【００４０】
ＦＴＨ２０６が、その側壁面一つを貫通する流体入口ポート２１２と、その反対側壁面を貫通する流体出口ポート２１４とを含んでいる。空気作動あるいは空気式分配弁２００の実施態様において、アクチュエータハウジング２０８が、空気入口ポート２１６と、分配弁の側壁面に延在している空気出口ポートあるいはベントとを含んでいる。ＦＴＨは、分配弁におけるいずれの流体のリーク発生を監視するために、その側壁面を貫通して延在しているリーク検出ポート（図示されていない）を有するようになっていてもよい。
【００４１】
一般的に言えば、第二実施態様の分配弁２００は、第一実施態様の分配弁と以下の点において異なっている。ＦＴＨとアクチュエータハウジングとの両方が、第一流体装置の下流に配置された第二流体輸送装置２２０を包含するべく構成されている。第一流体輸送装置２１８は、前述されかつ図１及び２に例示された第一実施態様の分配弁におけるものと同一である。
【００４２】
流体入口ポート２１２から下流を見てみると、ＦＴＨ２０６が流体入口通路２２２を備えていて、その流体入口通路２２２は、流体入口ポートと流体連通し、かつ第一流体輸送チャンバ２２４へ流入している。第一流体輸送チャンバは、前述の第一分配弁実施態様同様に構成されていて、その中に配置されたダイアフラム／ポペット・アセンブリ２２６を備えており、そのダイアフラム／ポペット・アセンブリ２２６は弁座２３０と相互作用するべく配置されたポペット２２８を有している。弁座２３０は流体入口ポート２２２と流体中間通路２３２との間にはさまれている。
【００４３】
ＦＴＨが流体中間通路２３２の下流に流体輸送装置２２０を含んでいて、その流体輸送装置２２０は、流体中間通路２３２と流体連通している第二流体輸送チャンバ２３４を備えている。ＦＴＨが流体出口通路２３６を含んでいて、その流体通路２３６は、第二流体輸送チャンバ２３４の下流であり、かつ流体出口ポート２１４と流体連通している。第二流体輸送チャンバ２３４は、ほぼ円筒形状であり、かつＦＴＨ内において閉止ベース２３８から、対向側に配向された開口端部２４０へ軸方向に延伸している。第一流体輸送装置２１８とは異なり、第二流体輸送装置はＦＴＨを通過する液体流れを遮断あるいは閉止する部材を含んでいない。ＦＴＨ２０６は前述の第一実施態様の分配弁と同一の材料で作られていてもよい。
【００４４】
アクチュエータハウジング２０８が前述したのと同様にＦＴＨに取りつけられていて、第一及び第二流体輸送装置両者用の作動部材を収容するべく形成されている。アクチュエータハウジング２０８が第一アクチュエータあるいはピストンチャンバ２４２を備えていて、その第一アクチュエータチャンバ２４２は、ピストングランド２４４とアクチュエータピストン・アセンブリ２４６とばね２４８と回り止めアセンブリ２５０とを含んでおり、各々は第一実施態様の分配弁に対して前述しかつ図２に例示したものと同様である。アクチュエータハウジング２０８が、第一アクチュエータチャンバ２４２から独立で離間している第二アクチュエータチャンバ２５２をさらに備えている。第二アクチュエータチャンバ２５２が、ＦＴＨに隣接して配置された開口端部２５４と、軸方向に対向側の部分的に閉じた端部２５６とを備えている。アクチュエータハウジング２０８は前述の第一実施例の分配弁と同一種類の材料で作られている。
【００４５】
図４において上向きに見てゆくと、まず第二流体輸送チャンバ２３４において、第二流体輸送装置２２０が、第二流体輸送チャンバの開口端部を横切って配置されたダイアフラム２５８を備えている。ダイアフラム２５８は、中央に配置された無孔ヘッド２６０と、ヘッドから半径方向外向きに離れて延伸する可動の薄肉区画２６０とを備えた一体構造形状である。ダイアフラムが、その半径方向最外周縁端部に沿ってフランジ２６２により区切られていて、そのフランジ２６２は溝の中に配置された軸方向に突出しているトング２６４を含んでおり、その溝は第二流体輸送チャンバ２３４の開口端部を囲んで円周状に配置されている。トングはＦＴＨに合ったリークタイトの締めしろを提供するために溝の幅より僅かに大きい厚さで形成されている。ダイアフラム２５８は、前述した第一実施態様の分配弁におけるダイアフラム／ポペット・アセンブリと同一種類の材料で作られている。
【００４６】
アクチュエータアセンブリ２６６は、アクチュエータハウジング２０８内に配置され、かつダイアフラム２５８に接触している。ダイアフラム２５８から上向きに見てゆくと、アクチュエータアセンブリがステム２６８を備えていて、そのステム２６８は、アクチュエータチャンバ２５２内において軸方向に配置され、かつステムの軸方向端部の一方においてカラー２７０を含んでおり、そのカラー２７０はダイアフラムに協働するべく形成されている。とくに、カラーが中央開口部２７２により区切られていて、その中央開口部２７２は、ダイアフラムヘッドの軸方向に延伸している後部突起を受け入れるためのサイズとなっている。ステム２６８が第一直径区画と第二直径区画とを備えていて、その第一直径区画はカラー２７０の外表面を形成しており、その第二直径区画は、ステムの対向端部に向かってカラーから軸方向に離れて延伸し、第一直径区画より大きい。ステムは前述したＦＴＨと同一種類の材料で作られてもよくて、実施例においてはアルミニウムのような金属材料で作られている。
【００４７】
環状部材形状のサポート２７４が、アクチュエータチャンバ２５２の中に配置されている。サポートは、ステムカラーが貫通して収容される中央開口部を有していて、かつ、ステムカラーと開口端部２４０に隣接したＦＴＨの端部との間に半径方向に延在している。サポート２７４は、一方の側面におけるダイアフラムフランジ２６２と、他方の側面におけるスペーサ２７６との間に軸方向にはさまれている。サポートは、前述した第一実施態様の分配弁におけるピストングランド２４４と同一種類の材料で作られていてもよい。スペーサ２７６について以下に詳述する。
【００４８】
ばね２７８が、ステム２６８の第二直径区画を囲んで配置されていて、かつばねの軸方向端部の一方におけるサポート２７４と、ばねの軸方向端部の他方における環状リング２８０との間に軸方向にはさまれている。環状リング２８０は、ステムの第二直径区画における溝の中に保持されていて、かつばね用の取りつけ面を提供するために十分な距離だけ半径方向外向きに突出している。ばねは、リングとサポートとの間に所望するばね力を発生するために寸法化され形成されている。このように形成され組立てられたサポート２７４は、ステムカラーのガイドと、ダイアフラムフランジの取りつけ面と、ばねの取りつけ面との役割を果している。実施態様において、ばねと保持リングとは各々ステンレス鋼のような金属材料で作られている。
【００４９】
スペーサ２７６がほぼ円錐形状の環状部材であって、その環状部材は、アクチュエータチャンバ２５２内に同心に配置されていて、かつＦＴＨとアクチュエータハウジングとの間に軸方向にはさまれている。スペーサ２７６が肩２８２を含んでいて、その肩２８２は、スペーサの軸方向端部の一方から半径方向外向きにある距離だけ突出し、かつ対向しているＦＴＨとアクチュエータハウジングの開口端部との間にはさまれている。スペーサ２７６がネックを含んでいて、そのネックは、肩２８２から軸方向に離れて延在し、かつ肩より小さな直径であって、さらにアクチュエータチャンバ２５２を画成している側壁面内に同心状に取りつけられている。ネックは、アクチュエータハウジングの部分的に閉じた端部２５６に隣接して位置決めされている軸方向端部を含んでいる。このように形成されたスペーサは、アクチュエータチャンバ２５２の中へ取りつけられる場合、スペーサの軸方向端部の一方においてサポート２７４に対して、又スペーサの軸方向端部の他方において第二ダイアフラムの取り付け部分に対して、所望する軸方向の負荷力を作用するようになっている。以下に詳述する。スペーサはＦＴＨを作るのに使用されたものと同一種類の材料で作られていてもよい。サポート又はスペーサがアクチュエータチャンバ内に配置される場合、どちらもアクチュエータアセンブリ２６６の部品とは考えられない。というのはどちらも各々がアクチュエータハウジング内において静止部材であるからである。
【００５０】
アクチュエータアセンブリ２６６が第二ダイアフラム２８４をさらに備えていて、その第二ダイアフラム２８４は、アクチュエータチャンバ２５２の中においてステム２６８のカラー２７０に対向する軸方向端部に対して配置されている。第二ダイアフラム２８４が、中央に配置されたヘッド２８６と、ヘッドから半径方向外向きに延伸している薄肉壁面区画２８８と、薄肉壁面区画の外周縁を画成しているフランジ２９０とを含んでいる。フランジがトングを含んでいて、そのトングは、フランジから軸方向外向きに突出していて、かつ溝の中に配置されていて、その溝は、アクチュエータハウジングの部分的に閉じた端部２５６の直径を円周状に囲んで配置されている。トングは、溝に合ったリークタイトな締めしろを提供するために溝の幅より僅かに大きな厚さに寸法化されている。フランジ２９０はスペーサ２７６の軸方向端部と部分的に閉じた端部２５６との間にはさまれている。
【００５１】
第二ダイアフラムは、アクチュエータチャンバ内におけるステム２６８の軸方向移動を可能にし、同時にアクチュエータチャンバにおけるどのような流体リークの可能性もがないように、アクチュエータハウジングの他の部分を密閉している。第二ダイアフラムはダイアフラム２５８を作るのに使用されたものと同一種類の材料で作られてもよい。
【００５２】
アクチュエータアセンブリ２６６がシャフト２９２をさらに含んでいて、そのシャフト２９２は、第二ダイアフラム２８４の表面からステム２６８の反対側に軸方向に離なれる方向に向けて、アクチュエータハウジング２０８を貫通している開口部２９４を貫通して突出している。シャフト２９２が第一軸方向端部と第二軸方向端部とを含んでいて、その第一軸方向端部は第二ダイアフラムと接触しており、その第二軸方向端部は、アクチュエータハウジングから外向きに突出し、かつノブ２９６を含んでいる。シャフト２９２が一つ以上の軸方向付属溝２９８を含んでいて、その付属溝２９８は、シャフトに沿って配列され、回り止めの機構３００に隣接して配置されており、その回り止め機構３００は環状ハウジングの側壁区画の中に配置されている。シャフトはＦＴＨを作るのに使用されたものと同一種類の材料で作られていてもよくて、所望するなら金属材料で作られていてもよい。
【００５３】
回り止めアセンブリ３００が、第二流体輸送装置内においてシャフト２９２のストロークと作動アセンブリ２６６とを制御する目的で、前述の第一流体輸送装置と同様に形成されている。シャフトがＯリングシールも含んでいて、そのＯリングシールは、シャフトと環状ハウジングとの間にリークタイトシールを提供し従って作動用空気圧力を環状ハウジングの中に閉じこめる目的で、シャフトを囲んで円周状に配置されている。Ｏリングシールは、前述した第一実施態様の分配弁におけるＯリングシールと同一種類の材料で作られていてもよい。
【００５４】
概略前述したように、環状ハウジング２０８は作動用加圧空気を受け入れるための空気入口ポート２１６を含んでいる。第一及び第二空気ポート３０２及び３０４は、環状ハウジング内に配置されていて、空気入口ポート２１６と空気流連通となっている。第一空気ポート３０２は、アクチュエータピストン・アセンブリ２４６を作動する目的で加圧空気をピストンチャンバ２４２の中へ導入していて、第二空気ポート３０４は作動用アセンブリ２６６を作動する目的で加圧空気を開口部２９８の中へ導入している。このように構成することにより、空気入口ポートを介してアクチュエータハウジングの中へ導入された空気は、第一及び第二流体輸送装置を各々作動している。
【００５５】
第二流体輸送装置２２０は、第一流体輸送装置が閉状態となったあとにおける、ＦＴＨ内に残っている液体の体積いずれをも、保持し及び／又は引きもどす機能において、第一流体輸送装置を補助するべく作用する。一般的に言えば、第一流体輸送装置におけるポペット２２８が弁座２３０に対しシールされたわずか後に、第二流体輸送装置は、第二流体輸送チャンバ２３４内におけるダイアフラム２５８を引きもどすことにより前述したことを行なっている。第一流体輸送装置が閉じられた後における、この時間を合せたダイアフラムの引きもどしが、第二流体輸送チャンバの体積を増加するようになっていて、従って、流体出口通路２３６と流体出口ポート２１４とに残っているいずれの液体をも、第二流体輸送チャンバ２３６の中へ保持及び／又は引きもどすべく作用する、僅かな吸引をもたらしている。
【００５６】
第一流体輸送装置の閉止後における、ダイアフラム２５８の多段引きもどし（ｓｔａｇｅｄ　ｒｅｔｒａｃｔｉｏｎ）は、多数の異なる方法で達成されてもよい。一つの方法は、時間差のある作動信号例えば空気充填を第一及び第二作動チャンバへ提供することである。好適な実施態様において、第一及び第二作動チャンバは共通の空気入口ポートにより充填される。従って、そのような好適な実施態様において、多段引きもどしは、第一及び第二アクチュエータアセンブリに対し異なるストローク長さを用いることにより提供されている。好適な実施態様において、第二アクチュエータアセンブリは第一アクチュエータアセンブリのストロークより長いストロークを有していて；第一アクチュエータアセンブリが、ポペットを弁座に対して閉止位置に位置決めするために作動された後でも、第二アクチュエータアセンブリは、まだそのストロークを終了していなくて、依然として所望される体積増加をもたらすために第二流体輸送チャンバ内において移動するようになっている。
【００５７】
前述したように、本発明の弁における流体の配置を弁座の下流で制御する能力は、弁が閉じられた後における余剰流体流出の可能性を排除及び／又は著しく低減している。従って所望されない汚染の可能性が排除あるいは著しく低減されている。
【００５８】
本発明の第一及び第二実施態様の弁を作るために使用された重合体で作られた前述の部材は、選択する特定のタイプの材料とプロジェクト予算との両方にもとずいて、成形プロセスあるいは機械加工により成形されてもよい。
【００５９】
従って本発明の原理にもとずき作られた分配弁は、前述の特許請求の範囲内において、ここに詳しく説明した以外の方法で実行されてもよいことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の原理により作られた分配弁の第一実施例の斜視図である。
【図２】図２は、図１における分配弁の断面図であって、通過流体の移動を制御するための閉状態のものである。
【図３】図３は、図１、２の弁から取り出したダイアフラム／ポペット・アセンブリの断面図である。
【図４】図４は、本発明の原理により作られた分配弁の第二実施例の斜視図である。
【図５】図５は、図４における分配弁の断面図であって、通過流体の移動を制御するための閉状態のものである。
【符号の説明】
１０…分配弁
１６…流体輸送ハウジング（ＦＴＨ）
１８…アクチュエータハウジング
３０…ダイアフラム／ポペット・アセンブリ
３６…アクチュエータ　ピストン・アセンブリ
３８…流体輸送チャンバ
４０…弁座
５４…ピストンチャンバ
【図１】
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【図２】
2004044807.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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