(57)【要約】流体閉じ込めシステム（１０）は容器（１２）を有し、容器（１２）は、システム（１０）を使用または作動させる際に、容器（１２）から排出される液体を入れるためのものである。歪反応性センサ（３８）を有する圧力モニタリング・アッセンブリ（３６）は、容器（１２）の外側壁面に配置されて、容器からの流体の排出に付随する当該容器の壁面における力学的な歪を検出し、また、圧力を表示するレスポンス（４０）を応答的に出力する。かかる配置は、特に、圧力調整アッセンブリを内部に有し、例えば半導体製造作業に使用する液化したガスまたは圧縮ガスを保持する流体貯蔵供給容器に適用するのに有用である。
2004526912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体閉じ込めシステムであって、
流体を内部に保持し、システムの使用または操作中に容器から流体を排出するように、構成され配置された容器；および
圧力モニタ
を含み、
前記容器が、容器内に閉じ込められた流体と接触する内面と、外面とを有する容器壁を含み、
前記圧力モニタが、前記容器の外面に配置された歪反応性センサであって、容器内の流体の圧力と相関する圧力表示レスポンスを生成するためのセンサを含み、それにより、流体が容器から排出され、当該排出に対応して容器内の流体の圧力が変化するときに、圧力がモニタされ得る
流体閉じ込めシステム。
【請求項２】
前記圧力表示レスポンスが容器内の流体の圧力によってもたらされる容器壁の歪に、下記の式に従って相関する、請求項１に記載のシステム。
【数１】
2004526912.tif 000008
（ここで、εax＝容器壁における軸方向の歪；
εrad＝容器壁における半径方向の歪；
ｐ＝容器内の流体の内部圧力；
ｒ＝容器壁の内側半径と外側半径の平均；
ν＝容器壁のポアソンの比であって、（圧力の変化により生じる負荷応力に垂直な横方向の歪）÷（当該負荷応力に平行な長さ方向の歪）の比に等しい；
ｔ＝容器壁の厚さ；および
Ｅ＝容器壁の弾性モジュラスであって、容器壁において得られる歪に対する負荷応力の比に等しい。）
【請求項３】
歪反応性センサが、電器抵抗歪ゲージ、圧電素子、歪反応性比色エレメント、および歪により活性化される化学反応体を含む歪反応性マトリックスから成る群から選択されるコンポーネントを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
歪反応性センサが、電気抵抗歪ゲージ・アッセンブリを含み、
当該電気抵抗歪ゲージ・アッセンブリが、１または複数の歪測定グリッドを含み、
当該歪測定グリッドが、
周囲温度の変動から実質的に独立している、金属または合金導電性材料の層；および
当該導電性材料の下に位置する、耐熱性および弾性を有するポリイミド系材料の層
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
電気抵抗歪ゲージ・アッセンブリが、１、２または４個の歪測定グリッドを含むホイートストンブリッジ回路を含んで成る請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
圧力モニタが、
前記歪反応性センサの圧力表示レスポンスを容器内の流体の圧力に関する定量値に変換する手段；
電源；および
下記のうち少なくとも１つ：
視覚アウトプット・ディスプレイ；
可聴アウトプット・ディスプレイ
をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
圧力モニタが、圧力モニタリングデータを離れたところで出力するために構成され、且つ配置されており、圧力モニタが高周波トランスポンダに接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
高周波トランスポンダが、
歪反応性センサにより出力される圧力表示レスポンスを高周波信号に変換するために、容器の圧力モニタに取り付けられている少なくとも１つのトランスミッタ；および
トランスミッタにより送信される高周波信号を離れたところで受信する少なくとも１つのレシーバ
を含んで成る、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
高周波トランスポンダが、レシーバにより受信された高周波信号を解釈するための少なくとも１つのマイクロプロセッサをさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
高周波トランスポンダが、前記高周波トランスポンダにより送信される圧力表示レスポンス表示するための、前記マイクロプロセッサに接続された表示手段をさらに含み、当該表示手段が視覚ディスプレイおよび可聴ディスプレイから成る群より選択される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
高周波トランスポンダ・システムが、コンピュータ化された情報システムに接続された複数のトランスミッタを含み、当該コンピュータ化された情報システムが、複数の端末とのコンピュータ・ネットワークを含み、各端末が少なくとも１つの高周波トランスポンダシステムからデータ入力を受信する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
圧力モニタが、容器の外面に、容器が最も薄い容器壁厚さを有する位置にて配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
圧力モニタが容器の外面に取り付け手段により取り付けられ、当該取り付け手段が、接着材料および取り外し可能なクランプから成る群より選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
圧力モニタがバンド部材に取り付けられ、当該バンド部材は容器の外面に取り外し可能なように取り付けられ、当該バンド部材が、
弾性材料；
容器の外面の周囲に沿って張り渡された環状リング；および
容器の外面に縦に取り付けられた細長いストリップ
から成る群より選択される少なくとも１つの部材を含んで成る、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
容器に取り付けられ、容器にリークタイトに封止されたバルブヘッド・アッセンブリ；
排出ポート；および
注入ポート
を更に含み、
当該バルブヘッド・アッセンブリが、フロー・コントロールバルブを内部に含むバルブヘッドボディ、および当該フロー・コントロールバルブを開く又は閉じる手段を含んで成る、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記容器が内部に取り付けられたレギュレータ・アッセンブリを含み、容器から排出される流体が、流体のフローが前記バルブヘッド・アッセンブリを通過する前に、当該レギュレータ・アッセンブリの圧力設定値により決定される圧力にて、当該レギュレータ・アッセンブリを経由して流れるようになっている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
容器壁が、金属、ガス不透過性プラスチック、繊維−樹脂複合材料、およびこれらの２以上を含んで成る組み合わせから成る群より選択される材料で形成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
流体フロー・フィードの関係にて、半導体製造設備を含む流体消費プロセス・ユニットと接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記フロー・コントロールバルブを開く又は閉じるための前記手段が、ハンドル・バルブ駆動エレメント、空気圧弁アクチュエータ、および電気機械バルブアクチュエータから成る群より選択されるエレメントを含んで成る、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
容器が、液体、液化ガス、および圧縮ガスから成る群から選択される流体を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
流体が、アルシン、ホスフィン、スチビン、シラン、ハロゲン化シラン、およびジボランから成る群より選択される水素化物流体を含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
流体が、フッ化水素、三塩化ホウ素、三フッ化ホウ素、塩化水素、ハロゲン化されたシラン、およびハロゲン化されたジシランから成る群より選択される、酸性ガスを含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
容器が、前記流体に対して吸着親和性を有する物理吸着材を含んでおり、当該物理吸着材が差圧脱着により当該ガスを選択的に供給することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記物理吸着材が約１torr〜約１０００torrの範囲内の内部圧力にて前記流体を蓄える、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
流体貯蔵および供給装置であって、
流体を保持する内部容積を囲む流体貯蔵および供給容器であって、容器から流体を排出させるための流体排出ポートを含む容器；
流体貯蔵および供給容器の内部容積における圧力調整エレメントであって、流体を供給する設定圧力にて流体がそこを経由して流体排出ポートに流れるように配置されたエレメント；および
圧力モニタ
を含み、
圧力モニタが、容器内の流体の圧力と相関する圧力表示レスポンスを生成するための、当該容器の外面に配置された歪反応性センサを含み、それにより、流体が容器から排出され、この排出に伴って容器内の流体の圧力が変化するときに、圧力がモニタされ得る
装置。
【請求項２６】
歪反応性センサが、前記歪反応性センサの１または複数の歪測定グリッドを含む電気抵抗歪ゲージ・アッセンブリを含んで成る、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
圧力モニタが、前記歪反応性センサの前記圧力表示レスポンスを離れた位置に送るための高周波トランスポンダに接続されている、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
容器からの流体の排出を伴う使用または操作中に容器内の流体の圧力をモニタする方法であって、
導電性材料の層を含む１または複数の歪測定グリッドを含んで成る温度に依存しない電気抵抗歪ゲージアッセンブリを、当該容器の壁の外面に配置して当該容器の壁の歪を検出すること、
前記容器の前記壁の検出される歪に相関する容器内の流体の圧力を表示するアウトプットを生成すること
を含む方法。
【請求項２９】
歪測定グリッドが、前記導電性材料の層の下に位置するベース材料のポリイミド層を更に含み、当該ベース材料が高い耐熱性および弾性特性を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
電気抵抗歪ゲージ・アッセンブリが、前記１また複数の歪測定グリッドの抵抗変化を測定するためのホイートストンブリッジ回路を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
容器の壁の歪に相関するアウトプットを容器内の流体の圧力の定量値に変換することを更に含み、当該アウトプットが１または複数の視覚的に表示されたもの及び可聴的に出力されたものを含んでよい請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
流体の圧力を表示するアウトプットが、
離れたところに送信される；および
高周波トランスポンダにより送信され、高周波トランスポンダが、
歪反応性センサの圧力表示レスポンスを高周波信号に変換するための、容器の圧力モニタに取り付けられた少なくとも１つのトランスミッタ；および
トランスミッタにより送信される高周波信号を離れたところで受信するための、少なくとも１つのレシーバ
を含む
から成る群から選択される、請求項６５に記載の方法。
【請求項３３】
容器が直立しており、電気抵抗歪ゲージ・アッセンブリが容器の外側の側壁にて当該壁が最も薄い壁厚さを有する位置に取り付けられている、請求項６７に記載の方法。
【請求項３４】
流体を管理する方法であって、
流体を保持するための内部容積を囲む容器壁を有する流体貯蔵および供給容器であって、容器から流体を排出するための流体排出ポートと、流体貯蔵および供給容器の内部容積内の圧力調整エレメントであって、流体を供給する設定圧力にて流体がそこを経由して流体排出ポートに流れるように配置されたエレメントとを含む容器に、流体を閉じこめること；
当該容器壁の歪を検出すること；ならび
検出した容器壁の歪と相関する、容器内の流体の圧力を示すアウトプットを生成することを含む
方法。
【請求項３５】
流体閉じ込めシステムであって、
流体閉じ込め構造；および
圧力モニタ
を含み、
前記流体閉じ込め構造が、流体と接触する第１の表面および流体と接触しない第２の表面を有する壁を含み、当該第２の表面は当該第１の表面からは、それらの間の壁厚さで隔てられており、
圧力モニタが、前記壁の前記第２の表面に配置され、前記壁の第１の面と接触する流体の圧力に相関するレスポンスを出力するように配置されている歪反応性センサを含む、
システム。
【請求項３６】
流体と接触する第１の表面および流体と接触しない第２の表面を有する壁を含む閉じ込め構造であって、当該第２の表面が当該第１の表面からそれらの間の容器厚さによって隔てられている閉じ込め構造により閉じ込められる流体の圧力をモニタする方法であって、当該第２の表面にて当該壁の歪を検出すること、および当該壁の第１の表面と接触する流体の圧力に相関するレスポンスを出力することを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を含む（または保持する）閉じた容器内の圧力を域外にて（またはエクスシチュー（ex situ）で）モニタすることに関し、好ましい要旨において、半導体デバイスおよび材料を製造する際に使用するためにガスまたは液体を計量供給し得る流体貯蔵および供給システムにおける圧力を域外にてモニタすることに関する。
【関連する技術の説明】
【０００２】
様々な種類の工業的なプロセスおよびアプリケーションにおいて、信頼性の高いプロセス流体の供給源（またはソース）が求められている。
【０００３】
例えば、安全で信頼性が高く、且つ効率的な流体供給源は、とりわけ、半導体製造、イオン打ち込み、フラット・パネル・ディスプレイの製造、医学的介入および治療、水処理システム、非常呼吸システム、溶接作業、および宇宙ベースの液体およびガスの送出の分野において、望ましい。
【０００４】
米国特許第６,０８９,０２７号明細書（２０００年７月１８日発行）および米国特許第６,１０１,８１６号明細書（２０００年８月１５日発行）はともに、Luping WangおよびGlenn M. Tomの名義のものであり、流体（例えば、蒸気が計量供給される流体を構成する圧縮した液体、または圧縮ガス）を保持するための貯蔵および供給容器を含む、流体貯蔵およびガス供給システムを説明している。容器は、計量供給アッセンブリと組み合わされた流出ポートを有する。供給（またはディスペンス）アッセンブリは、種々の形態のものであってよく、当該形態には、計量供給バルブを含むバルブ・ヘッドおよび容器からガスを選択的に排出させる流出口を有する。
【０００５】
Wangらのシステムにおいて、流体圧力レギュレータは、流出ポートと関連し、上述の計量供給バルブのように、供給されるガスの流れを制御する手段の上流に配置される。流体圧力レギュレータは、好ましくは少なくとも部分的に容器の内部に配置され、最も好ましくは完全にその中に配置されて、使用中、衝撃を受けたり、環境に曝される可能性を最小にするとともに、容器をシールするために、流出口にて単一の溶接部またはシームが用いられることを許容する。
【０００６】
レギュレータは、所定の圧力レベルに設定されて、シリンダからそのような圧力レベルにてガスを計量供給する制御デバイスである。上述の流体貯蔵および供給システムの１つの態様において、設定値レギュレータが使用されて、容器にそれを取り付ける前に、単一の設定値に予め設定される。圧力レベルの設定値は、計量供給の条件および容器からのガスの排出の方法に応じて、過圧、減圧、または大気圧に設定し得る。容器は、必要に応じて、容器に保持される流体に対して吸着親和性を有する物理的吸着材を含んでよい。
【０００７】
そのような「ボトル内レギュレータ」の構成は、二段階（または多段階）の流体圧力レギュレータを用いる配置を含み、必要に応じて粒子フィルタ・アッセンブリを備えるものであり、この構成は、容器内に保持される液体およびガスを昇圧（例えば、約５０psig〜約５０００psig）にて貯蔵および供給する有効な手段および方法を提供する。設定された圧力レギュレータは、貯蔵および供給容器の内部容積に容易に配置されて、流体の計量供給操作において、保持された流体に由来する排出されるガスの圧力および流量を調節するのに有効に利用される。
【０００８】
レギュレータの設定値圧力は、一般的には５０psig未満である。容器は使用の際に封止されるので、計量供給操作が進行しているときに容器内の流体残量を正確に測定することは不可能である。
【０００９】
したがって、「ボトル内レギュレータ」構成の流体貯蔵および供給システムは、工業的なプロセスアプリケーションにおいて、様々なタイプの流体を供給する安全且つ効率的な手段を提供するが、貯蔵および供給容器内の流体の内部圧力を測定する手段および方法を提供することが望ましいであろう。
【００１０】
そのような内部圧力の測定は、容器の流体含有量および容器が空に近づいていることを容易に求めることを可能にするであろうが、容器のポートにおけるレギュレータの固定設定値は、容器における内部流体の圧力を容器の外側で直接的に測定することを妨げる。圧力センサまたはトランスデューサ・エレメントは、容器の内部容積内に配置されるが、機能し得るためには、当該エレメントは外側のモニタリング手段と組み合わされることを要するであろう。次に、これは、容器のバルブヘッドにおけるフィードスルーを必要とし、このことは、リークタイトな（または漏れのない）封止を必要とし、あり得る容器の故障モードとして、余分なリーク・パスを形成する。
【００１１】
液体貯蔵および供給システムの封止された容器内の流体の内部圧力を決定する手段または方法が無いために、ユーザの側には、所与の流体消費操作に関して、容器が十分に満たされていない又は過度に満たされているかもしれないという、付随した懸念が存在する。
【００１２】
ユーザが、「乾燥した状態で運転すること（running dry）」を避けようとして、流体貯蔵および供給容器を、その全容量を使い尽くす前に、早まってプロセス設備から取り除き、それにより、流体を十分に利用せず、容器中の流体の残りを捨てる可能性もある。多くの高価な化学薬品、例えば、半導体製造に使用される化学薬品の場合、そのような不十分な利用は、供給（または計量配分）される流体を使用する工業的操業の利益に非常に著しく影響を及ぼし得る、深刻な経済的不利益をもたらす。
【００１３】
加えて、容器内の内部圧力ひいては内部の流体の量をモニターする信頼性の高いシステムを用いずに、流体貯蔵および供給容器を、容器内のもとの流体投入量を完全に使いきったときにのみ交換すると、プロセスシステムの容器が乾燥した状態で運転されるために、プロセス設備の使用可能時間の著しい損失が生じ得る。その場合、システムは、空になった容器を交換するために空運転させなければならない。このモニターされていない状態の容器は、複数の流体供給容器を使用してガス消費プロセスユニットに異なるガスを同時に供給している場合に特に問題である。閉じ込められた容器中の流体を予期せずに不十分に使い尽くすことに付随するガス供給の中断は、流体貯蔵および供給システムが用いられる全体のプロセス設備の効率と収益性に負の影響を及ぼし得る。
【００１４】
流体を保持する封止された容器の内部圧力を非侵入的にモニタする手段および方法を提供することは、当該分野において著しい進歩であり、それは、米国特許第６,０８９,０２７号および第６，１０１，８１６号明細書で説明されている種類の流体貯蔵および供給システムとともに使用することができる。
【発明の概要】
【００１５】
本発明は、例えば、半導体製品の製造において有用である流体を供給するための封止された流体保持容器を有する貯蔵および供給（またはディスペンスもしくは計量供給）システムにおいて、流体を含む閉じられた容器の内部圧力を非侵入的にモニタするシステムに関する。
【００１６】
１つの要旨において、本発明は、流体閉じ込めシステムであって、
流体を内部に保持し、システムの使用または操作中に容器から流体を排出するように、構成され配置された容器；および
圧力モニターを含み、
前記容器が、容器内に閉じ込められた流体と接触する内面と、外面とを有する容器壁を含み、
前記圧力モニタが、前記外面に配置された歪反応性センサを含み、流体が容器から排出され、当該排出に対応して容器内の流体の圧力が変化するときに、圧力表示レスポンスを出力する流体閉じ込めシステムに関する。
【００１７】
本発明の１つの態様において、出力される圧力表示レスポンス（または圧力で表示される応答）は、前記流体を保持している容器の容器壁（または管壁）における歪（または変形）である。容器が保持している流体の圧力は、容器の容器壁に応力を加え、したがって、容器壁に歪／変形を生じさせる。
【００１８】
本発明に従って結果として生じる容器壁の歪／変形は、検出デバイス、例えば、電気抵抗歪ゲージ、圧電素子、歪検出性比色エレメント、または潜在的な歪媒介（もしくは歪で反応する）化学反応体を含む歪検出性比色マトリックスによって、検出される。
【００１９】
本発明の実施において有用な好ましい歪検出デバイスは、１または複数の歪測定グリッドを含む電気抵抗歪ゲージアッセンブリである。歪測定グリッドは、容器壁と同じ又はそれに比例する度合いの歪／変形に付される（あるいは、歪測定グリッドの歪／変形の度合いは、容器壁の歪／変形の度合と同じであり又はそれに比例する）。したがって、歪測定グリッドにおける電気抵抗の変化は、歪および変形をモニタすることを可能にし、容器内の圧力を示す信号を相関的に出力することを可能にする。
【００２０】
本発明の具体的に好ましい態様において、ホイートストンブリッジ回路が、上述の歪測定グリッドの電気抵抗の変化を正確に検出し測定するために構成される。ホイートストンブリッジ回路は、歪測定グリッドを組み込んで、回路における電圧のバランスを得る。歪測定グリッドの電気抵抗が、歪に起因して変化する場合はいつでも、たとえ非常に小さい程度の歪に起因するものであっても、回路のバランスはくずれ、関連する歪により決定される、結果として生じる電圧の差を測定することができる。
【００２１】
そのようなホイートストンブリッジ回路は、任意の適法な方法で、様々に構成することができる。例えば、ホイートストンブリッジ回路は、単一の歪測定グリッドと３つの標準の非測定抵抗を組み込んでいるタイプのものであり得る。別法において、それは、隣接するブリッジアームにおける２つの歪測定グリッドと２つの標準の非測定抵抗を組み込み得る。好ましい構成において、ホイートストンブリッジデバイスは、当該ホイートストンブリッジ回路の４つの抵抗全てがアクティブな歪測定グリッドである、「フルブリッジ構成（full bridge-configuration）」を含む。加えて、複数の（重複する）センサ構成を、感度、精度、および信頼性を向上させるために用いてよい。センサ構成には、サーミスターおよび増幅器構成要素が含まれるが、これらに限定されない。
【００２２】
別の要旨において、本発明は、流体貯蔵および供給装置であって、
流体を保持する内部容積を囲む（または閉じ込める）流体貯蔵および供給容器であって、容器から流体を排出させるための流体排出ポートを含む容器；
流体貯蔵および供給容器の内部容積における圧力調整エレメントであって、流体を供給する設定圧力にて流体がそこを経由して流体排出ポートに流れるように配置されたエレメント；および
容器の外面に配置された歪反応性センサを含む圧力モニタであって、流体が容器から排出されるときに、この排出に伴って容器内の流体の圧力が変化すると、圧力を示すレスポンスを出力するモニタを含む装置に関する。
【００２３】
本発明のさらに別の要旨は、容器から流体を排出することを伴う使用または操作の間に、容器内の流体の圧力をモニタする方法であって、
容器の壁の歪を検出すること；および
検出した前記容器の歪に相関する、容器内の流体の圧力を示すアウトプット（または出力）を生成することを含む方法に関する。
【００２４】
本発明のさらにまた別の要旨は、流体管理方法であって、
流体を保持するための内部容積を封入する容器壁を有する流体貯蔵および供給容器であって、容器から流体を排出するための流体排出ポートと、流体貯蔵および供給容器の内部容積内の圧力調整エレメントであって、流体を供給する設定圧力にて流体がそこを経由して流体排出ポートに流れるように配置されたエレメントとを含む容器に、流体を閉じこめること、
当該容器内の流体の圧力を示す容器壁の歪を検出すること、ならびに
検出した容器壁の歪と相関する、容器内の流体の圧力を示すアウトプット（または出力）を生成することを含む方法を提供する。
【００２５】
本発明の他の要旨、特徴、および態様は、次の開示および添付した請求の範囲から、より完全に明らかになるであろう。
【発明の詳細な説明および好ましい態様】
【００２６】
Luping WangおよびGlenn M. Tomの名義の米国特許第６，１０１，８１６号明細書（２０００年８月１５日発行）「流体貯蔵およびガス供給システム（FLUID STORAGE AND GAS DISPENSING SYSTEM）」、Luping WangおよびGlenn M. Tomの名義の米国特許第６，０８９，０２７号明細書（２０００年７月１８日発行「流体貯蔵および供給システム（FLUID STORAGE AND DISPENSING SYSTEM）」、ならびにGlenn M. TomおよびJames V. McManusの名義の米国特許第５，５１８，５２８号（１９９６年５月２１日発行）「ガス状の水素化物、ハロゲン化物、および有機金属第Ｖ族化合物の貯蔵および送出システム」は、あらゆる目的のために本明細書で引用することにより、各々の全体が明細書に組み込まれる。
【００２７】
図面を参照すると、図１は、本発明の１つの態様の流体貯蔵および供給装置１０の模式的な断面を示す立面図である。
【００２８】
流体貯蔵および供給装置１０には、細長い円筒形の側壁を含んで成る貯蔵および供給容器１２が含まれ、側壁は、床１６とともに一体的に容器の内部容積を囲んでいる。側壁および床は、容器内に閉じ込められるガス、装置の最終使用環境、および貯蔵および供給の用途において容器内で維持される圧力レベルに応じて、任意の適当な構造物材料、例えば、金属、ガス不透過性プラスチック、繊維−樹脂複合材料、またはニッケル内張りの炭素鋼等のような複合材料で形成してよい。
【００２９】
その上側の端部にて、容器はネック１４の形状を有し、ネック１４は、ネック１４の内壁によって境界が定められたポート開口部を規定する。内壁は、ねじ切りされ、あるいはその内部でバルブヘッド２０に嵌り合って係合するように相補的に構成されてよい。バルブヘッド２０は、相補的にねじ切りされ、あるいは内壁と嵌り合って係合するように構成されたバルブボディ２２を含む。
【００３０】
そのようにして、バルブヘッド２０は容器１２と漏れが生じないように（またはリークタイト式に）係合して、内部流体を所望の貯蔵条件にて内部容積で保持する。
【００３１】
バルブヘッドボディ２２は、容器１２内の流体に由来する流体を供給（または計量供給）するための通路をその内部に有するように形成される。当該流体供給通路は、流体排出ポート２８と連絡している。図示するように、流体排出ポート２８は、カップリング３０によって、流体供給導管３２に接続されている。流体供給導管３２は、次に、流体フローの回路構成の要素（またはコンポーネント）を構成し、当該回路構成は、流体貯蔵および供給装置１０を流体消費プロセス（例えば、半導体製造手段）と相互に連結している。
【００３２】
バルブヘッドボディ２２は、流体注入ポート２４を含む。図示する注入ポートは、容器１２を流体で満たした後、閉鎖部材（またはクロージャ部材）２６により覆われて、注入ポートを汚染または破損から保護する。
【００３３】
バルブヘッドボディは、ハンドル（またはハンド・ホイール）３４に結合しているバルブ要素を含み、ハンドル３４は、バルブを選択的に手動で開いて、ガスをバルブヘッド内の流体供給通路を経由させて容器１２から流体排出ポート２８まで流す、あるいは手動でバルブを閉じて、流体供給通路から流体排出ポートに至る流体の流れを停止させるためのものである。
【００３４】
ハンドルバルブ駆動エレメントに代えて、自動バルブアクチュエータ、例えば、空気圧弁アクチュエータ、電気機械バルブアクチュエータ、またはバルブヘッドにおいてバルブを自動的に開閉する他の適当な手段を、設けてよい。
【００３５】
バルブヘッドボディ２２は、レギュレータの内部容積内に配置された流体レギュレータ・アッセンブリ（図１に示していない）と接続されており、それにより、容器１２から排出される流体は、内部に配置されたレギュレータを経由して、それからバルブおよびバルブヘッド２２内の関連する流路を経由して、流体排出ポートに至り、ライン３２に入るように流れる。したがって、流体貯蔵および供給装置１０内の流体は、バルブヘッドのフロー・コントロールバルブが開放されると、容器１０内のレギュレータの圧力設定値により決定される圧力にて、計量供給される。
【００３６】
流体貯蔵および供給容器１２内の流体は、計量供給される流体として、任意の適当な流体貯蔵条件にある任意の適当な流体媒体であってよく、例えば、内部流体圧力レギュレータによって決定される設定値圧力にある液体または高圧ガスであってよい。流体は、例えば、約５０psig〜約５０００psigまたはそれよりも高い圧力にある液化ガスまたは高圧ガスであり得る。
【００３７】
具体的な態様において、本発明の流体貯蔵および供給容器に保持される流体は、半導体製造作業のための水素化物流体を含む。当該タイプの水素化物流体の例として、アルシン、ホスフィン、スチビン、シラン、クロロシラン、およびジボランがある。容器に貯蔵され且つ容器から供給（または配分）され得る、半導体製造作業において有用な他の流体として、半導体製造作業においてハロゲン化物エッチング液、洗浄剤、原材料試薬として有用な酸性ガス、例えば、フッ化水素、三塩化ホウ素、三フッ化ホウ素、塩化水素、ハロゲン化されたシラン（例えば、ＳｉＦ４）およびジシラン（例えば、Ｓｉ２Ｆ６）等があるが、これらに限定されない。
【００３８】
図１に示す貯蔵および供給容器１２は、供給される（またはディスペンスされる）流体で容器を満たす前に、その内部容積が空である状態にあり得る。別法において、容器の内部容積は、容器に貯蔵される流体から不純物または汚染物質を取り除くために、あるいは貯蔵される液体を吸収して保持し、続いて供給操作にて放出（脱着）するために、吸着材を含み得る。
【００３９】
図１の態様の容器１２の容器壁の外面には、センサモジュール３８およびディスプレイモジュール４０を含む圧力モニタ３６が取り付けられている。センサモジュール３８は歪反応性センサを含み、歪反応性センサは、容器の内部容積内の圧力を、容器壁の機械的な歪または変形を容器の内部容積内の圧力の関数として検出することにより測定する。
【００４０】
本明細書で使用される、容器壁に関する「外面」（当該外面には、動作可能なように歪−ゲージセンサが結合される）という用語は、容器の圧力の変化に応答して検出可能な歪または変形を示し、結合した歪−ゲージセンサが容器内の液体の圧力に相関する信号を与えることを許容する、いずれの表面をも含むように広く解釈されることを意図している。
【００４１】
容器により保持されている液体が容器壁に加える内部圧力は、容器壁に機械的な歪または変形を引き起こす。そのような内部流体圧力は、壁の歪をモニタして、容器内の流体内容物の圧力を示すアウトプット信号を相関的に生成することにより、測定することができる。それから、圧力を示す信号は、容器内の流体の真の圧力の値に変換することができる。薄肉の容器の容器壁における圧力起因の（または圧力で誘起された）歪のメカニズムおよびそれと負荷圧力との量的な相関関係は、以下においてより詳しく説明されるであろう。
【００４２】
種々の歪反応性センサのアレンジメントを、種々の歪測定手法を用いて、容器壁の圧力起因の歪をモニタするために用いることができる。歪測定手法としては、例えば、電気抵抗歪ゲージ、圧電素子、比色圧力レベル表示を提供する歪反応性比色ストリップ、化学反応体で充填されたミクロバルーンを含み、化学反応体が、歪に起因してミクロバルーンが破壊する際に、比色変化化学反応をもたらすものである、歪反応性マトリックス等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
本出願の好ましい態様において、そのような歪反応性のセンサは、電気抵抗歪ゲージ・アッセンブリを含む。図２は、そのような電気抵抗歪ゲージセンサ２００であって、ＢＬＨエレクトロニクス社（BLH Electronics Inc.、カントン、マサチューセッツ州）製のＢＬＨタイプFAE4-A6257J-120-S6EL歪ゲージとして市販されているものの正面図である。このようなセンサは、長さおよび幅が約０．２５インチであって、有利に小さい寸法を有する。本発明の特定の態様において有効に用いられる他の市販されている電気抵抗歪ゲージセンサとしては、ホッティンガー・バルドウィン・メジャーメント社（Hottinger Baldwin Measurement, Inc.、マールボロ、マサチューセッツ州）製のＨＢＭタイプ1-LY11-6/350歪ゲージがある。
【００４４】
図２に示すタイプのセンサは、センサモジュール３８およびディスプレイモジュール４０を含む図１に示すタイプの圧力モニタアッセンブリ３６において、有効に用いられる。センサモジュール３８（図１）には、電気抵抗歪ゲージセンサ・エレメント２００（図２）が含まれ、ディスプレイモジュールには、出力コンポーネント、例えば、センサにより検出された圧力レベルに関して「視覚的な表示」能力を呈するディスプレイエレメント、センサおよびディスプレイエレメントを動作可能なように結合している関連集積回路、ならびに電源（例えば、電池もしくは他の電気化学的な電源、光起電性のセル、または他の電源コンポーネント）が含まれる。
【００４５】
ディスプレイモジュールはまた、必要に応じて、または別法として、センサモジュールの圧力リードアウトを離れた位置に伝送するように配置された高周波トランスポンダ・システムを含み得る。１つの特定のアレンジメントにおいて、そのようなトランスポンダ・システムは、独立した流体容器の各々の圧力データを高周波信号として伝送するための、独立した流体容器の各々に取り付けられた複数のトランスミッタを含み得る。トランスポンダ・システムはまた、トランスミッタにより送られた高周波信号を受信するための１または複数のレシーバを、離れた位置に含む。
【００４６】
レシーバは、集中データ収集および分析のためのコンピュータ化された情報システムのコンピュータ端末に接続してよい。そのような情報システムは、複数のコンピュータ端末が異なる場所に配置されたコンピュータ・ネットワーク、例えば、イントラネット、ローカル・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワーク、ワールド・ワイド・ウェブとインターフェースで連結されたコンピュータ・ネットワークまたは当業者に既知の他のネットワークを含んでよい。各コンピュータ端末は、１または複数のレシーバに接続されて、各流体容器の内部圧力に関して入力されたデータを収集することができる。そのようなネットワークをベースとする情報システムは、複数の離れた場所にてインベントリー（または残留量）の制御をコーディネートすることによって、系統だったインベントリーのモニタリングおよび管理を容易にする。
【００４７】
別法において、レシーバは、携帯端末（または電子手帳）または小規模のデータを収集および管理するための他のデバイスに接続してよい。
【００４８】
トランスポンダ・システムはまた、独立したデータの解釈および分析のためのマイクロプロセッサおよびデータ出力のためのディスプレイ手段を含んでよい。そのようなマイクロプロセッサはまた、各々の特定の容器についての同定情報をそのメモリに保管していてよく、それにより、半導体製造プラントまたは他の設備にて、そのようにモニタされる容器を複数使用する作業者は、設備内の任意の数の容器の各々について、各々の場合において容器を同定しながらリアルタイムの情報を得ることができる。そのような容器の同定（または識別）には、バーコードをつけること、または所与の圧力読み取りと関連して容器の詳細を示すしるしが含まれる。
【００４９】
モニタリング・アッセンブリにおけるレシーバ・デバイスおよび／またはディスプレイはまた、モニタされる容器内の閉じ込められた流体の圧力の減少を推定する、ハードウェア／ソフトウェア性能を含んでいて、推定した流体消費速度にて（内部流体の投入量を使い尽くすまでの）容器の残存使用時間の読出し（もしくはリードアウト）または他のアウトプット、容器が空になる又は交換が必要であると予想される日／時間等を提供してよい。
【００５０】
必要に応じて、追加的に又は代替的に、モニタリング・アッセンブリは、容器が空になる状態に所定のように近づいていることを示すアラーム・アウトプットであって、視覚、音、触感または他のセンサ的に認知できる性質のアウトプットを提供するように構成することができる。例として、アラームは、容器が８０％消費（または容器の８０％が空である状態）に近づいているときには、第１の繰り返し間隔の可聴アラームであり得、容器が９５％消費（または容器の９５％が空である状態）に近づいているときには第２の繰り返し間隔の（一定の又は異なる頻度／ピッチの）第２の可聴アラームであり得る。
【００５１】
歪ゲージセンサを含む圧力モニタリング・アッセンブリは、当該モニタリング・アッセンブリが動作可能なように結合された容器を連続的にモニタするように配置され得る。別法として、歪−ゲージセンサは、モニタリング・アッセンブリの電力消費を最小にするために、断続的または周期的に容器の圧力を読み出すように配置され得る。
【００５２】
図３Ａは、本発明の別の例示的な態様による流体貯蔵および供給システム３００の模式的な断面の立面図である。システム３００は、一般的には円筒形態である流体貯蔵および供給容器３０２を含み、円筒の側壁３０４はその下側端部が床部材３０６によって閉じられている。容器の上側端部は、容器の上側開口部を規定し、その境界線を描く円筒形のカラー３１０を有するネック３０８である。したがって、容器壁、床部材、およびネックは、図示するように、内部容積３２８を囲む。
【００５３】
容器のネックにおいて、バルブヘッド・アッセンブリ３１４のねじを切られたプラグ３１２が、カラー３１０の内側のねじを切られた開口部と螺合している。バルブヘッド・アッセンブリ３１４は、バルブヘッド・アッセンブリにおいて中央作業容積キャビティと流体のフローとを連通させるように結合している、キャビティ中央流体流路３２０を含む。中央作業容積キャビティは、次に出口３２４に結合されており、出口３２４はその外側にねじが切られており、あるいはコネクタおよび関連する配管、導管等をそれに取り付けるように構成されている。
【００５４】
中央作業容積キャビティには、バルブ・エレメント３２２が配置され、この要素は、図示する態様においてハンドル３２６に接続されているが、別法として、それは、自動バルブアクチュエータまたは他のコントローラもしくは駆動手段に接続されてよい。
【００５５】
バルブ・ブロックにおいて、バルブヘッド・アッセンブリ３１４はまた、容器の著しい過圧状態を軽減するために、過圧安全弁３１８に接続されており、容器の内部容積３２８と連絡しているベント（またはガス抜き）フロー通路３１６を特徴とする。
【００５６】
バルブヘッド・アッセンブリ３１４における中央流体流路３２０は、その下側端部にて、コネクタ・フローチューブ３３０に接続され、コネクタ・フローチューブ３３０は次にレギュレータ３３２に接続されている。レギュレータは、容器から排出される流体の圧力を選択した圧力に維持するためにセットされる。
【００５７】
管状のレギュレータの下側端部に、管状の取付部品３３６が接続される。管状の取付部品３３６は、例えば、突合せ溶接によってディフューザ・ユニット３３４に接続され、ディフューザ・ユニット３３４はディフューザ・エンドキャップ３３１をその下側端部に有する。ディフューザ・ユニットは、ディフューザ壁が焼結したステンレス鋼（例えば３１６Ｌステンレス鋼）で形成されるように、ステンレス鋼で形成してよい。ディフューザ・ユニットは、所定の直径よりも大きい（例えば、システムからのガス流量３０標準リットル／分にて０．００３μｍよりも大きい）粒子を全て取り除くことを可能にする壁の小孔を有してよい。そのような種類のフィルタ・ディフューザ・ユニットは、ミリポア・コーポレーション（Millipore Corporation）（ベッドフォード、マサチューセッツ州）からWAFERGARDの商標で市販されている。
【００５８】
使用の際には、適当な流体試薬が、容器３０２の内部容積３２８内に保持される。流体試薬は、例えば、高圧ガスまたは液化ガス、あるいは、別法において、内部容積が適当な固相物理吸着材の床を含んでいる場合には、ガスに対して吸着親和性を有する物理的収着材に吸収されて保持された吸収性ガスである。
【００５９】
流体圧力レギュレータ３３２は、選択した設定値に設定されて、バルブヘッド・アッセンブリ３１４内のバルブが開かれると、流体がディフューザ・ユニット３３４、取付部品３３６、レギュレータ３３２、コネクタ・フローチューブ３３０、バルブヘッド・アッセンブリ３１４内の中央流体流路３２０、中央作業容積キャビティ、および出口３２４を通過して流れるようにして、所要量だけ取り出された（またはディスペンスされた）流体のフローを提供する。
【００６０】
バルブヘッド・アッセンブリは、発明の所与の最終用途において望ましい又は必要とされ得る他の配管、導管、フロー・コントローラ、モニタリング手段等に接続してよい。
【００６１】
本発明によれば、円筒の側壁３０４の外面に、圧力モニタリング・アッセンブリが取り付けられる。そのような圧力モニタリング・アッセンブリは、任意の適当な方法、例えば、図１及び図２を参照して示し、また説明した方法で作製されて、流体の貯蔵およびその後の流体の供給（またはディスペンス）操作の間、容器３０２内の流体の圧力の力学的なモニタリングを提供するように作動し得る。
【００６２】
図３Ｂは、本発明の別の態様の流体貯蔵および供給システム３８０の断面を示す立面図である。流体容器３６２は、容器の内部容積３５２を囲み、物理吸着材３５０をその内部に有する壁３４６を含む。流体容器３６２の上側端部は、バルブヘッドの開閉のための手動バルブアクチュエータ・ホイール３６６に連結されたバルブヘッド３６４に接続されている。吸着材の床から粒状の固形物が供給される流体に同伴（またはエントレインメント）することを防止するように作用する、多孔性の焼結管３６０または小孔を有する他の構造物もしくはガス透過性構造物を、都合良く設けることができる。
【００６３】
圧力モニタリング・アッセンブリ３７０は、容器壁３４６の外面に取り付けられる。一般的には、そのような吸着材で満たされた容器の内部圧力は、大気圧またはそれ以下であり、約１torr〜約１０００torrである。本発明の圧力モニタリング・アッセンブリは、高レベルの精度で容器の内部圧力を測定することができるので、内部圧力が低いレベルに減少した場合でも、そのような圧力モニタリング・アッセンブリは、吸着材で満たされた上述の流体容器に関して圧力のモニタリング精度を向上させるのに特に有用である。
【００６４】
図４Ａは、内部流体圧力が、いかにして薄肉の円筒形流体容器４００の側壁に変形力をもたらすかを示す模式図を与える。
【００６５】
本明細書において、「薄肉の円筒形流体容器」は、断面半径の１０分の１よりも小さい容器壁の厚さを有する任意の円筒形状の容器と定義される。
【００６６】
例えば、流体容器は、形状がほぼ円筒形であって、容器壁の厚さが容器の断面の半径と比較して非常に小さいものであってよい。そのような容器は、容器内の内部圧力と当該圧力によってもたらされる容器壁に生じる歪との間の定量的な関係を決定する際に、薄肉の円筒形の流体容器により都合良く近似され得る。
【００６７】
薄肉のシリンダ４００内の流体の内部圧力は、当該シリンダの壁に対して２つの方向で変形力を加える。２つの方向は、長さ方向４０２および円の（半径）方向４０４である。
【００６８】
図４Ｂは、容器内の内部圧力と関連する上述の変形力により薄肉シリンダ４００にもたらされる、結果として生じる応力および歪を模式的に示す。内部圧力により加えられる長さ方向および円方向の力は、当該シリンダ４００のシリンダ壁に、同様に２つの方向で応力を生じさせる。２方向の応力は、軸方向の応力４１２（σax）および半径方向の応力４１４（σrad）である。
【００６９】
薄肉シリンダの軸方向の応力（σax）および半径方向の応力（σrad）は、シリンダの寸法、材料特性および内部圧力の所与の組に関して、下記の式に従って、定量的に決定され得る。
【数１】
2004526912.tif 000003
ここで、ｐは内部圧力であり、ｒは当該シリンダの内面および外面それぞれの内側半径および外側半径の平均であり、ｔはシリンダ壁の厚さである。したがって、シリンダ内には２つの主たる応力状態があり、この状態は、二軸応力状態として知られている。
【００７０】
応力を加えることは、弾性材料において歪または変形を生じさせる。考慮されているシリンダにおいて、軸方向の応力σaxは、軸方向の歪（εax）をシリンダ壁にもたらし、シリンダ壁をより長くするであろう。また、半径方向の応力σradは、半径方向の歪（εrad）をもたらし、当該シリンダ壁の直径を増加させるであろう。フックの法則によれば、軸方向の歪（εax）および半径方向の歪（εrad）は、対応する応力を知ったうえで、下記の式に基づいて計算され得る。
【数２】
2004526912.tif 000004
ここで、νは、シリンダ壁の材料に特有のポアソンの比であり、比（［圧力の変化により生じる負荷応力に垂直な横方向の歪］÷［当該負荷応力に平行な長さ方向の歪］）に等しい。Ｅはシリンダ壁の材料に特有の弾性モジュラスであり、比（［容器壁の負荷応力の量］÷［容器壁において得られる歪］）に等しい。特定のシリンダ壁材料について、νおよびＥはともに公知の定数である。
【００７１】
上述の２つの組の式を用いて、シリンダの壁における軸方向および半径方向の応力を、当該シリンダの内部圧力の一次関数として、下記のように容易に表すことができる。
【数３】
2004526912.tif 000005
【００７２】
本発明は、容器の壁における歪レスポンスを定量的に検出および／または測定する歪反応性デバイスを使用する。得られるデータは、容器壁に加わる内部圧力の量を逆に算出するために用いられる。上記において説明したように、歪レスポンスは、任意の適当なデバイスによって測定することができ、当該デバイスには、電気抵抗歪ゲージ、圧電素子、歪反応性比色計、および歪反応性化学反応体を含む歪反応性マトリックスが包含されるが、これらに限定されるものではない。さらに、歪レスポンスを測定するために用いられる手段は、当該手段のリードアウトが内部圧力値を直接的に示すように、測定される流体容器に適用され得る全圧力範囲について予め較正することができる。
【００７３】
本発明の１つの好ましい態様は、容器壁の歪レスポンスを測定するための電気抵抗歪ゲージを採用する。この点に関して、他の種々の多数の歪レスポンス測定デバイスを、本発明の広範な実施において有利に使用し得ることが理解されるであろう。
【００７４】
１つの好ましい電気抵抗歪ゲージは、流体容器の外壁に近づけて（例えば、接触するように）取り付けられる１または複数の歪測定グリッドを含む。当該歪測定グリッドを流体容器の壁の外面にそれらと直に接するように取り付けることによって、歪測定グリッドは容器壁と同じ程度ひずむ、即ち、当該グリッドの歪は、流体容器の容器壁の歪に等しくなるであろう。
【００７５】
歪測定グリッドは、（歪測定グリッドを流体容器の外面に取り付ける前に）既知である初期電気抵抗Ｒ０を有する。歪測定グリッドが容器壁に取り付けられると、それが受ける歪（ε）（本質的には、もとの長さ（Ｌ０）で除される長さの変化（ΔＬ）である）が、それに対応して、その電気抵抗の比例的な変化（ΔＲ）をもたらすであろう。したがって、デバイスの歪と抵抗の変化との間の関係は、下記の式で示される。
【数４】
2004526912.tif 000006
ここで、Ｋは歪測定グリッドに特有のゲージ率である。
【００７６】
当該歪測定グリッドが、軸方向の歪の方向に平行な方向で流体容器の外面に取り付けられると、デバイスが受ける対応する歪は軸方向の歪εaxであり、デバイスの抵抗の変化はεaxに比例することになる；当該歪測定グリッドが当該容器の表面に半径方向の応力に平行な方向で取り付けられると、対応する歪は半径方向の歪εradであり、同様に抵抗は比例的に変化することになる；当該歪測定グリッドが他のいずれかの方向で取り付けられる場合、それが受ける歪は、軸方向の歪と半径方向の歪との組合せとなり、そのような歪は容易に決定され得る。
【００７７】
歪測定グリッドの抵抗の変化は、グリッドが取り付けられる容器壁の歪と線形的に相関し、歪は容器内の流体の圧力を示し、したがって、当該歪測定グリッドの抵抗の変化はまた、容器内の流体の圧力を示す。
【００７８】
図５は、本発明の実施において使用され得る、例示的な歪測定グリッド５００の正面図であり、ホッティンガー・バルドウィン・メジャーメント社（Hottinger Baldwin Measurement, Inc.、マールボロ、マサチューセッツ州）からＨＢＭタイプ1-LY11-6/350歪ゲージで市販されている。
【００７９】
歪測定グリッドは、好ましくは、導電層５１０およびベース材料層５１２を含んで成る。当該導電層およびベース材料層は、当業者に明らかであろう任意の適当な導電材料およびベース材料をそれぞれ含むことができる。当業者は、ここでの開示に基づいて、操作環境または条件（例えば、容器内に含まれる流体、容器壁材料の特性、操作温度、用いられる抵抗測定デバイスの感度等）により課される具体的な要求に従って、過度に実験することなく、望ましい材料を選択し得るであろう。
【００８０】
好ましくは、導電層は、その電気抵抗が周囲の温度が変動する間にほんの僅か又は微々たる変化に付される金属または合金を含んで成り、それにより、歪測定グリッドによる測定において温度の変動に起因する潜在的なバイアスを無くす又は最小にする。
【００８１】
より好ましくは、導電層は、合金の全重量を基準として、銅を４５重量％〜６０重量％の範囲で、また、ニッケルを４０〜５５重量％の範囲で含む、銅−ニッケル合金（例えば、コンスタンタン合金）から成る。
【００８２】
歪測定グリッドのベース材料層は、操作温度が突然変化した場合にその物理特性が著しく変化せず、また、グリッドがそれが取り付けられている容器壁と同期して伸縮できるように、適当な耐熱性および良好な弾性特性を有する材料を含んで成ることが好ましい。好ましい態様において、ベース材料はポリイミドを含む。
【００８３】
本発明の電気抵抗歪ゲージアッセンブリはまた、歪測定グリッドの抵抗の変化を測定またはモニタリングする手段を含む。種々の常套のデバイスを、そのような抵抗の変化を測定またはモニタリングするために用いることができる。本発明の好ましい態様において、電気抵抗歪ゲージアッセンブリは、歪測定グリッドの抵抗の変化を高い感度および精度で測定するために、上述の歪測定グリッドを組み込んだホイートストンブリッジ回路を含む。
【００８４】
図６は、４つの抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４を含む典型的なホイートストンブリッジ回路６００の模式図である。既知の一定の電圧ＶＳが図６に示すポイントＡおよびＣに印加される。抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４の初期抵抗は、それらが互いに下記の式で表される関係を与えるように予め設定される。
【数５】
2004526912.tif 000007
ここで、Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’、Ｒ４’はそれぞれ抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の初期抵抗である。このような配置において、ポイントＢおよびＤの間の電位差がなく、したがってポイントＢおよびＤにて測定される電圧Ｖ０がゼロに等しいために、ホイートストンブリッジ回路はバランスがとれている。抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４の１つの電気抵抗がそれから変化すると、ホイートストンブリッジ回路のバランスが崩れる、即ち、ポイントＢとＤとの間の電位がもはや等しくなくなり、これらの２つのポイントにて測定される電圧Ｖ０は、ゼロからずれ、ずれの量は、特定の抵抗器の変化した抵抗に比例する。
【００８５】
したがって、本発明の１つの態様は、標準の非測定抵抗器と、単一の歪測定グリッドであって、抵抗がそれが受ける歪とともに変動するグリッドとを含むホイートストンブリッジ回路を利用する。そのような歪測定グリッドの電気抵抗の変動は、測定される電圧Ｖ０の変化により反映され、それに従って計算され得る。
【００８６】
しかしながら、そのような歪測定ゲージを１つだけ使用することによって、得られる測定値は、不安定となり、バイアスされる可能性がある。それは、温度変動が測定に及ぼす影響が無視されることによる。変動する温度は、歪測定グリッドの測定値に２つの方向で影響を及ぼす。第１に、温度が上昇すると、測定グリッドが取り付けられる流体容器の壁および測定グリッド自体の両方が膨張する。この膨張は、容器の内部圧力の変化を示すものであるが、それは、それは測定グリッドによる測定値において温度バイアスとして反映されるであろう。第２に、流体容器壁および歪測定グリッドはともに温度が上昇すると膨張するものの、それらの熱膨張係数が不可避的に異なるために、グリッドおよび容器壁の膨張速度が異なることとなり、これは結果として不正確な測定を招く。
【００８７】
潜在的な温度の影響を補償するために、本発明の別の態様は、２つの測定グリッドを組み込んだハーフブリッジ構成を採用する。１つの測定グリッド（「グリッドＡ」）は、測定される流体容器に緊密に取り付けられ、したがって容器壁の歪および温度変化の両方に付される。もう１つの測定グリッド（「グリッドＢ」）は、アクティブな測定グリッドＡに隣接して配置され、グリッドＡと同じ程度に容器壁の温度変化に付されるが、グリッドＢは流体容器に緩く（またはルーズに）、例えば、一方の端部にて取り付けられ、したがって、流体容器の歪の変化を受けない。その結果、温度変動に起因するグリッドＡの抵抗の相対的な変化は、グリッドＢの抵抗の変化により補正されるが、真の歪によりもたらされるグリッドＡの抵抗の変化の一部は、グリッドＢの影響を受けず、したがって得られる測定値は、真の歪に起因する変化だけを反映する。
【００８８】
本発明の別の態様は、フルブリッジ構成のホイートストンブリッジ回路を採用する。フルブリッジ構成は、４つの歪測定グリッドを組み込んでいる。４つの歪測定グリッドのうち１つ（「グリッドＡ」）だけが、流体容器壁と同期的な変形に付されるように、流体容器に取り付けられる。他の３つの歪測定グリッドは、それらがグリッドＡと同じ程度の温度変化を受け、したがっていずれの温度変動をも補正するように、グリッドＡの周囲に近接して配置される。しかし、これらの３つの歪測定グリッドは、流体容器に緩く（またはルーズに）取り付けられ、容器壁の歪を受けない（または歪の影響を受けない）。したがって、得られる測定値は、容器壁の真の歪に起因する電気抵抗変化だけを反映している「フィルタ処理された」結果となる。
【００８９】
図７は、単一の歪測定グリッドを含んで成るＨＢＭシングル・ゲージによる一日（またはオーバーナイト）圧力測定のグラフであり、測定圧力は約１００psigにプリセットされている。圧力トランデューサが、流体容器の実際の内部圧力を示すために用いられている。３つの標準の非測定抵抗器が歪測定グリッドとともに用いられて、完全なホイートストンブリッジ回路を形成している。図７に示すように、そのような単一の歪測定グリッドによる歪測定値は、測定値が歪の真の値に近似している最初の３時間の間、変動を示している。３時間経過後、測定値は逸脱し、流体容器の容器壁の歪と、より相関しなくなっている。
【００９０】
図８は、フルブリッジ構成のＢＬＨ歪ゲージによる一日圧力測定のグラフであり、測定される圧力は図７のそれと同じである。圧力トランデューサが、流体容器の実際の内部圧力を示すために用いられている。フルブリッジ構成の歪ゲージは、実質的に向上した精度および安定性で歪を測定し、当該歪ゲージによる測定値は、変動する温度の有害な影響を最小にし、ゲージが外側に取り付けられる流体容器の内部圧力を正確に示す。
【００９１】
モニタされる容器の熱環境が本来的に等温である場合には、単一の歪測定グリッドの歪ゲージが、容器の圧力モニタリングに都合良く使用される。容器が、温度の変動により特徴づけられる周囲環境中に存在する場合、ハーフまたはフルブリッジ歪ゲージが好ましく採用される。
【００９２】
電気抵抗歪ゲージアッセンブリまたはそのようなアッセンブリを含む圧力モニタは、流体容器の外面の任意の適当な位置に取り付けることができる。好ましくは、歪ゲージを容易に容器に取り付けることを可能にする位置が選択される。１つの態様において、容器壁は歪ゲージの取り付け領域にて比較的より薄くなるように作製される。容器壁の応力および歪特性は所与の内部圧力にて容器壁の厚さとマイナスに相関するので、歪ゲージを容器壁が他の場所よりも薄い位置に取り付けると、内部圧力が変化したときに、比較的強い（歪変化の）アウトプットが生成されるであろう。
【００９３】
図３を参照すると、流体容器３０２の容器壁は、３つの部分、即ち、円筒形の側壁３０５（以下「側壁」と呼ぶ）、床部材３０６（以下、「ボトム」と呼ぶ）、および容器の上側端部のネック３０８（以下、「トップ」と呼ぶ）を含むものとして特定され得る。典型的なガスシリンダの側壁における容器壁の厚さは、特徴的に、ボトムまたはトップの容器壁よりも薄く、側壁は歪ゲージの取り付けのために比較的より平坦な表面を有する。したがって、歪ゲージは流体容器の側壁に好都合に取り付けられる。
【００９４】
図９は、流体容器の側壁、容器のボトム、および容器のトップの外側に配置された３つの独立した歪反応性センサにより得られる歪測定値に基づいた、容器の内部圧力（単位：psig）の関数として測定される歪レスポンスのグラフである。同じ量の内部圧力変化について、容器の側壁に配置された歪反応性センサがより大きい歪変化を受け、従って、より強い圧力表示性信号を出力する。
【００９５】
歪ゲージは、直接的に流体容器の外面に取り付けてよい。歪測定グリッドは、容器壁と同時にひずむ必要があるので、歪および内部圧力の正確な測定のためには、歪測定グリットと流体容器の容器壁との間の適切なアラインメントおよび均一な接触が重要である。
【００９６】
容器の外面は、歪ゲージグリッドの適切な取付け領域を形成するために、任意の種々の方法によって、最初に処理することができる。例えば、金属を研ぐやすりを使用して、外面に存在し得る、任意の塗料、こぶ（もしくはバンプ）、くぼみ（もしくはピット）、または腐食を除去してよい。外面をこのようにして加工して、歪ゲージの取付け領域にて比較的均一なコンシステンシー（または一貫性）を得た後、細かいサンドペーパまたはスコッチ−ブライト（Scotch-Bright；登録商標）パッドを使用して、それを研磨し、また金属を研ぐやすりが付けたスクラッチを除去して、鏡状の面を形成してよい。そのような表面は、残存している油、汚れ、または金属の削りくずを取り除くために、更に洗浄溶剤で濯ぐことができる。
【００９７】
流体容器の準備した外面に歪測定グリッドを適切に位置合わせするために、参照線を容器の表面に刻みつけることができ、一片のテープをグリッドにつけて、グリッドを適切な位置にゆるく置いて、さらに位置を調節できるようにしてよい。歪ゲージの接着剤は、容器の外面と直接的に接するグリッドの側に塗布して、それにより容器の表面へ歪測定グリッドを確実に取り付ける。歪ゲージの接着剤は、一般的な空気硬化性接着剤であってよい。一般的に、接着剤は、昇温して、約３時間、約３５０°Ｆで加熱することにより完全に硬化され得る。
【００９８】
しかしながら、そのような加熱を必要とすることは、この場合における容器の取扱いが煩わしく、運搬上困難であるために、処理を困難にする。流体容器の壊れやすいパーツ、例えば、バルブヘッドおよびレギュレータ・アッセンブリは、それらのパーツに有意のダメージを与えるであろう加熱プロセスに耐えることができない。したがって、流体容器を組み立てる前に、歪ゲージを取付けて、接着剤の硬化を行う必要がある。さらに、歪ゲージが壊れた場合には、流体容器を解体して、壊れやすい部分を除いてから交換を行う必要がる。流体容器の解体は、時間を消費するだけでなく、解体後にバルブおよび容器のねじ山が擦り切れることに起因する、システムの故障発生度を増大させる。
【００９９】
したがって、歪ゲージを容器壁に恒久的に接着剤で固定することに代えて、取り外し可能なクランプを使用して、歪ゲージを取り外し可能なようにクランプで容器壁に取り付けてよい。これは、歪ゲージを取りかえるために流体容器を解体する必要性を無くす。
【０１００】
さらに、歪ゲージは、流体容器に間接的に取り付けることができる。具体的には、歪ゲージは、接着剤で弾性バンド部材に緊密に恒久的に取り付けてよく、当該バンド部材は、流体容器の周囲に取り外し可能なように取り付けられる。内部流体圧力の変化に起因して流体容器に応力が加えられる又は流体容器が変形する場合、当該弾性バンド部材はそれに応じて伸び又は変形する。当該弾性部材に取り付けられる歪ゲージは、流体壁が受ける歪に応じて、それぞれ歪の変化に付される。したがって、歪ゲージは、弾性部材の対応する撓み（もしくは変形）によって、なお流体容器の歪を測定することができる。
【０１０１】
弾性バンド部材は、任意の適当な構造物材料で形成してよく、例えば、金属または合金、あるいは別法においては高分子物質で形成してよい。
【０１０２】
歪検出アッセンブリは、図１１に示すように、流体容器の外面の周囲に取り付けられた管状のリングを含んで成るものであってよい。流体容器７００は、円筒形の容器本体７１０およびバルブヘッド７１２を含む。弾性高分子リング７１６は、調節ねじ７１４で調節して、容器本体７１０の周囲に緊密に取り付けられる。歪ゲージ７１８は、高分子リング７１６に恒久的に取り付けられる。円筒形の容器本体７１０が内部流体圧力の上昇に起因して膨張する場合、弾性高分子リング７１６はまた、半径方向において同じ量または比例する量だけ伸び、その伸び量は次に歪ゲージ７１８により、内部圧力変化に起因して流体容器壁に生じる半径方向の歪を示すものとして測定される。
【０１０３】
弾性部材はまた、環状のリングおよび細長いストリップの両方を含んで、図１２に示すようにハーネス（harness）タイプの構造物を形成してもよい。流体容器８００は、円筒形の容器本体８１０およびバルブヘッド８１２を含んで成る。弾性バンド部材は、細長いストリップ８２４、上側の環状リング８２２、中間の環状リング８１６、および下側環状リング８２６を含む。環状リングおよび細長いストリップは、互いに交差していて、その交差部において、流体容器が受ける半径方向の歪および軸方向の歪が、弾性バンドに反映される。したがって、歪ゲージ８１８は、歪ゲージ８１８が容器８００が受ける半径方向および軸方向の歪の両方を測定できるように、機械的なファスナ８２０により２つの交差部にて弾性部材に取り付けられる。複数の歪ゲージのいずれかを交換する必要がある場合には、調節ねじ８１４をゆるめることによって、中間の環状リング８１６を流体容器本体８１０から容易に取り外すことができる。
【０１０４】
歪ゲージを含む圧力モニタは、センサモジュールによって測定される電気抵抗の相対変化を流体容器の内部圧力の直接的な表示に変換する手段を含み得る。例えば、電気抵抗歪ゲージセンサ・モジュールが、最初に、「充満した」容器状態および関連圧力について較正されると、次に、抵抗の変化は、圧力モニタリング・アッセンブリのディスプレイモジュールにて（集積回路の）論理演算装置で適当な信号処理によって、アウトプット信号に変換され得る。このアレンジメントは、内部圧力の値を直接的に示すアウトプットを提供する。
【０１０５】
本発明の歪反応性センサは、閉じた容器から流体が排出されている間に当該容器内の流体圧力をモニタリングするという問題に対して、経済的で、効率的で且つ容易に実施される解決手段を提供する。
【０１０６】
本明細書で開示された電気抵抗歪ゲージアッセンブリは、数psi程度の大気圧以下の圧力から、常套の高圧ガスシリンダに関して典型的である数千psiという高い圧力までの非常に広い範囲の容器内部圧力を測定することができる。
【０１０７】
さらに、電気抵抗歪ゲージアッセンブリは、常套の圧力測定デバイスが徐々にエラーをより発生しやすくなるような低いレベル（例えば、５０psig）にまで内部圧力が減少したときでも、高いレベルの測定精度（例えば、±１psi）を有する。
【０１０８】
本発明の歪ゲージのアレンジメントは、上述の米国特許第６，０８９，０２７号明細書および米国特許第６，１０１，８１６号明細書（これらの明細書では容器圧力の直接的な内部測定は実行できない）で説明されているような、「ボトル内レギュレータ」のアレンジメントを有する類の流体貯蔵および供給容器に適用するのに有用である。
【０１０９】
別法において、本発明はまた、米国特許第５，５１８，５２８号明細書に開示された吸着材をベースとする流体貯蔵および供給システムに有用である。それはまた、常套の高圧流体シリンダに有用であり、上述の特定の態様および特徴は、本発明の広範な適用に対する制限として解釈すべきでない。
【０１１０】
本発明の歪ゲージモニタリングシステムはまた、粒子フィルタ、清浄機および乾式スクラバのような他の半導体プロセスユニットの圧力および圧力降下を測定するために使用され得る。この歪ゲージモニタリングシステムの配備は、汚染の可能性、設備全体の寸法およびパージの必要性を増大させ得る、他の機械的または電子圧力モニタリングデバイスの必要を無くす。これらの用途における域外（またはエクスシチュー）の歪ゲージモニタリングシステムの使用は、プロセス設備のアレンジメント全体の費用および複雑さを減少させる。
【０１１１】
このように、本発明は、周囲条件、容器からの流体の排出速度、保持されている流体の分解、保持されている流体と容器の閉じ込め表面との反応、および容器の壁の脱気等に応じて変化し得る圧力の流体を含んでいる封止された容器の内部圧力を決定する、都合のよい手段を提供する。したがって、この容器は、それが保管、輸送および使用されている間に、容器の内部容積内の流体の圧力について、シンプルで、経済的かつ効率的な方法で、非侵入的にモニタされる。
【０１１２】
本発明の特徴および利点は、下記の非制限的な実施例を参照することによって、より十分に理解される。
【実施例】
【０１１３】
流体を含む容器の内部圧力をモニタするように配置された電気抵抗歪ゲージアッセンブリの挙動を、０〜１０００psigまでの内部圧力範囲に関して評価して、そのような圧力範囲に関して歪ゲージのレスポンスを測定した。流体容器は、ＪＹ  ＳＤＳ（登録商標）ガスシリンダ（アドバンスト・テクノロジー・マテリアルズ社、ダンベリー、コネチカット州）であり、流体は高圧ガスシリンダからのヘリウムであった。
【０１１４】
高圧ヘリウムシリンダおよびＪＹ  ＳＤＳ（登録商標）ガスシリンダは、高圧シリンダからＪＹ  ＳＤＳ（登録商標）シリンダへのヘリウムガス排出流の圧力を制御する圧力レギュレータを含む連通導管によって、接続した。圧力トランスデューサを、当該シリンダ内部のガスの実際の圧力を測定するＪＹ  ＳＤＳ（登録商標）ガスシリンダに結合して、歪ゲージアッセンブリによりもたらされる圧力アウトプットの精度を決定する際の参照データを与えた。
【０１１５】
この実施例において電気抵抗歪ゲージアッセンブリは、ＢＬＨタイプFAE4-A6257J-120-S6EL歪ゲージを含み、４つのアクティブ歪測定グリッドを備えたフルブリッジ構成を有していた。歪ゲージにより生成されるアウトプットデータは、歪ゲージにより測定される歪値を読み出すためのＨＢＭデジタル歪メータに送った。歪メータは、歪の値が増幅されてＪＹ  ＳＤＳ（登録商標）ガスシリンダの内部圧力を直接的に示すことができるように、一杯に満たした容器の状態および関連する圧力に関して、予め較正した。
【０１１６】
ＪＹ  ＳＤＳガスシリンダの内部ガス圧力は、連続的に１００psiずつ増加させて大気圧（０psigに設定）から１０００psigまで周期的に変化させ、それから連続的に１００psiずつ減少させて大気圧まで戻した。
【０１１７】
図１０は、電気抵抗歪ゲージから収集した圧力測定データおよび圧力トランスデューサから収集したベース測定値のグラフである。歪ゲージのデータを示す線および圧力トランスデューサのデータを示す線は、ほぼ重なっており、これにより、段階的に圧力を増加させ、続いて段階的に圧力を減少させている間、歪測定値が実際の内部圧力を正確にたどっていることが示されている。
【０１１８】
本発明を特定の要素、特徴および態様を参照して例示的に説明したが、本発明はこのように構造および操作において制限されず、本発明は、本明細書における開示と矛盾しないで、添付した特許請求の範囲内で当業者が容易に想到するあろう変更、修正、および態様を包含するように解釈されるべきものであることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】図１は、本発明の１つの態様の流体貯蔵および供給装置の立面図である。
【図２】図２は、図１に示す装置の圧力モニタの歪反応性センサエレメントの正面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の別の態様の流体貯蔵および供給システムの断面を模式的に示す立面図であって、容器内部に配置された圧力レギュレータを含む内部構造の詳細を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明のさらに別の態様の流体貯蔵および供給システムの断面を模式的に示す立面図であって、容器内に配置された物理的吸着材を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、薄肉のシリンダであって、壁に内部圧力応力が加わったシリンダの模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、内部圧力によりもたらされる応力に起因する、図４Ａの薄肉のシリンダの側壁に結果として生じる軸方向および半径方向の歪の模式図である。
【図５】図５は、本発明の１つの態様の単一の歪測定グリッドの正面図である。
【図６】図６は、ホイートストンブリッジ回路の模式図である。
【図７】図７は、単一の歪測定グリッドを含む歪ゲージを備えた流体を保持する容器に関しての、時間の関数としての圧力トランデューサおよび歪ゲージの測定値のグラフである。
【図８】図８は、４つの歪測定グリッドから成るフルブリッジ歪ゲージを備えた流体を保持する容器に関しての、時間の関数としての圧力トランデューサおよび歪ゲージの測定値のグラフである。
【図９】図９は、流体容器の外面にて３つの異なる場所に（即ち、当該流体容器の側壁、ボトムおよびトップのそれぞれに）配置された３つの歪反応性センサによる測定に基づく、内部容器圧力（単位psig）の関数として測定される歪の比較プロットを示す。
【図１０】図１０は、容器内部圧力を大気圧（０psigに設定）から１０００psigまで連続的に１００psiずつ増加させて、それから大気圧にまで連続的に１００psiずつ減少させたときの、歪反応性センサによる容器内部圧力の周期的な測定結果のグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の１つの態様の、１つの環状バンドを周囲に取り付けた流体貯蔵および供給装置であって、２つの電気抵抗歪ゲージデバイスが緊密に取り付けられたものの立面図である。
【図１２】図１２は、本発明の別の態様の、外面に取り付けられたハーネスタイプのバンド部材を有する流体貯蔵および供給装置であって、当該ハーネスタイプのバンド部材が環状のリングおよび細長いストリップコンポーネントを含むものの立面図である。
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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