(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高純度ガスまたは高腐食性ガスを扱う際に使用するためのガス流制御装置であって、
その中を入口孔および出口孔が伸びる本体と、
高度に研磨した内面を有し、前記出口孔内に永久的に固着し、大部分を該出口孔を囲む前記本体の部分に囲まれた金属出口スリーブと、
高度に研磨した内面を有し、前記入口孔に永久的に固着し、大部分を該入口孔を囲む前記本体の部分に囲まれた金属入口スリーブと、
前記出口スリーブに出口管路を結合するために、前記出口スリーブに結合した第１結合器と、
前記入口スリーブに入口管路を結合するために、前記入口スリーブに結合した第２結合器と、
を含む装置。
【請求項２】
請求項１に記載するガス流制御装置に於いて、前記装置が圧力調整器であり、前記本体がその底面からその中を貫通する前記入口孔および前記出口孔を有する調整器本体である装置。
【請求項３】
請求項２に記載するガス流制御装置に於いて、前記第１結合器を前記出口管路およびそれに結合した出口圧力計を有するように構成且つ配置し、前記第２結合器を前記入口管路およびそれに結合した入口圧力計を有するように構成且つ配置した装置。
【請求項４】
請求項３に記載するガス流制御装置に於いて、前記第１結合器は、前記出口スリーブが結合され且つ直管およびエルボ部材が結合された出口Ｔ継手を含み、前記出口スリーブ、前記直管、前記エルボ部材、および前記出口Ｔ継手の内部濡れ面の全てを高度に研磨してある装置。
【請求項５】
請求項４に記載するガス流制御装置に於いて、前記第２結合器は、前記入口スリーブが結合され且つ直管およびエルボ部材が結合された入口Ｔ継手を含み、前記入口スリーブ、前記直管、前記エルボ部材、および前記入口Ｔ継手の内部濡れ面の全てが高度に研磨してある装置。
【請求項６】
請求項１に記載するガス流制御装置に於いて、前記入口スリーブおよび前記出口スリーブを高純度ガスによる腐食に耐える材料で作った装置。
【請求項７】
請求項６に記載するガス流制御装置に於いて、前記本体を高純度ガスによる腐食に耐えない材料で作った装置。
【請求項８】
請求項２に記載するガス流制御装置に於いて、前記調整器本体をその上端でボンネット・ケースおよびボンネット・キャップを含むボンネット組立体に固着した装置。
【請求項９】
請求項８に記載するガス流制御装置に於いて、前記第１結合器を前記出口管路およびそれに結合した出口圧力計を有するように構成且つ配置し、前記第２結合器を前記入口管路およびそれに結合した入口圧力計を有するように構成且つ配置した装置。
【請求項１０】
請求項９に記載するガス流制御装置に於いて、前記第１結合器は、前記出口スリーブが結合され且つ直管およびエルボ部材が結合された出口Ｔ継手を含み、前記出口スリーブ、前記直管、前記エルボ部材、および前記出口Ｔ継手の内部濡れ面の全てが高度に研磨してある装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載するガス流制御装置に於いて、前記第２結合器は、前記入口スリーブが結合され且つ直管およびエルボ部材が結合された入口Ｔ継手を含み、前記入口スリーブ、前記直管、前記エルボ部材、および前記入口Ｔ継手の内部濡れ面の全てが高度に研磨してある装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載するガス流制御装置に於いて、前記入口スリーブおよび前記出口スリーブを高純度ガスによる腐食に耐える材料で作った装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載するガス流制御装置に於いて、前記本体を高純度ガスによる腐食に耐えない材料で作った装置。
【請求項１４】
請求項１に記載するガス流制御装置に於いて、さらに、
前記入口スリーブを囲む入口着座取付け具と、
前記入口着座取付け具を囲む入口ベースプラグと、
を含む装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、ガス流制御装置に関し、更に詳しくは、高純度且つ高腐食性ガスに使用するに適した圧力調整器に関する。
２．関連技術の説明
半導体製造産業に於けるガス給送システムについての要求が、一般的にはガス流制御装置の、とりわけ圧力調整器の設計を特に難しくしている。使用するガスは、製造される装置の汚染を避けるために、超高純度でなければならない。同時に、普通半導体製造に使用するガスは、高腐食性であり、それで濡れる面、即ち流れるガスと接触する面をステンレス鋼のような高価な耐食性材料で作り、且つこの金属表面の浸食腐食を実質的に防ぐのに必要な程度の滑らかさを得るために高度に研磨またはその他の処理をすることが必要である。ここで使用する研磨という語は、表面の滑らかさを増すための工程または処理の何れかを指すことを意図し、機械研磨のような、特定の研磨技術に限定されない。その上、この研磨という語は、もし、引抜加工を非常に滑らかな面を得るように行うならば、管材料の引抜かれた部位の内面の滑らかさ状態も指してよい。
更に、現在の設計は、ガスの妥当な流れを得るためには、装置本体内で交差する孔を使うことを必要とする。結果として生じた、内部Ｔ字管およびエルボの形の入り角が、高純度および／または高腐食性ガス流の中の汚染増加源となる。提案する設計は、これらの内部で斜交する流路を無くし、それによってこの装置を貫流するガスが汚染する可能性を減ずる。
その上、調整器本体と入口、出口、および計器継手または取付け具との間は、この高純度、高腐食性ガス施設では、製造および組立の経済性のために、一般にねじ結合が好ましいが、可能ならば、ねじ結合をガス流に露出するのを避けるのが望ましい。これは、過去には、調整器本体を高価な耐食性材料の棒材から製作することに繋がり、その場合、調整器本体を切削し、孔開けして必要な流路を作った。次に、上に議論したように、必要な滑らかな仕上げを得るために、この流路を研磨しなければならず、一般的に
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またはその他のブランドの金属間面シール継手である結合器をこの調整器本体に突合せ溶接する。
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は、スワゲロック社の超高純度ガス施設に使う種類の結合器または継手用の登録商標である。
これらの設計の調整器は、半導体製造ガス施設で使うと良い性能を示すが、生産が高価で、異なる最終用途または末端ユーザの好みに適合させるために、入口および／または出口を異なる位置に配列しまたは向ける際に、または面間距離と称するものを変える際に、中実棒材による本体設計に固有の不撓性を含む、その他の欠点がある。
ダイヤフラム弁および流量計のような、その他のガス流制御装置も、高純度および／または高腐食性ガスに使うためには、特にガス流路のために最高の滑らかな面を得る際は、製造が困難で高価である。
従って、本発明の主な目的は、ガス流制御装置、特に、高純度、高腐食性ガス施設で使う既存の調整器の望ましい特徴を全て備える圧力調整器を提供することである。
本発明の更なる主な目的は、高純度、高腐食性ガス施設で現在使う中実棒材による本体設計の調整器では達成不可能な、設計の柔軟性を持つ圧力調整器を提供することである。
本発明の更なる重要な目的は、ガス流に露出されるねじ結合が無く、且つ、シールおよび接続をする際にガスケットを使うことを避ける、高純度、高腐食性ガス施設で使う圧力調整器を提供することである。
本発明の更なる重要な目的は、死容積が小さく、保守および修理が簡単にできる、高純度、高腐食性ガス施設で使う圧力調整器を提供することである。死容積とは、流体が殆どまたは全く貫流しない内部容積である。
発明の概要
本発明の上記およびその他の目的は、本発明では、入口および出口流路を作るために実質的に棒材原料を切削し、孔開けしおよびねじ立てすることによってだけ製作するのではなく、部品を中央本体に組付けて必要な構成にして作り上げる。その上、一方では、入口および出口流路または孔用の、並びに入口および出口圧力計接続口用の、事前研磨した、本質的に既製の管および取付け部品の組立体を使うことによって、調整器本体の濡れ面の高価で困難な研磨処理を避ける。
この中央調整器本体は、実際に圧力調整を行う内部部品と流体連通する流路を有し、これらの流路は、この中央調整器本体に孔開けして作られる。濡れ面として使うための実際の流路を孔開けしてから研磨する代りに、これらの流路を大きく孔開けして、内面を高度に研磨した、本質的に既製の内スリーブまたは口金を嵌める。それで、この中央調整器本体は、全体として研磨する必要がなく、３１６ＬＶＡＲステンレス鋼のような特別の耐食性材料で作る必要がない。この中央調整器本体は、例えば、一般的には高純度および／または高腐食性ガス施設で耐食性が良くない、標準炭素鋼で作ってもよい。
ねじ結合のガス流への露出の回避は、入口、出口、入口圧力計接続口、および出口圧力計接続口用の接続を一般的に調整器本体の中へ伸びるスリーブへ管部を溶接することによって作れるようにする、三方金属管Ｔ継手取付け具を使い、それらのＴ継手に結合する管部がその先端にＶＣＲ▲Ｒ▼結合器を備えることによって達成する。これらの三方Ｔ継手取付け具は、更に、伝統的入口孔および出口孔方向または配置の使用を可能にし、一方、同時に、同じ中央調整器本体を使って、他の入口／出口孔配置を有する調整器を構成することを可能にする。
この種の調整器に通常見られる四つまたは六つの孔を設けるために調整器本体それ自体を孔開けおよびねじ立て（該当する場合）しなければならないことを本発明で回避できるということはまた、面間距離と称するもの、または入口および出口孔または入口および出口管路の末端間の距離の減少および／またはカスタマイズ（あつらえて作ること）をも可能にする。
【図面の簡単な説明】
本発明のこれらおよびその他の特徴並びに付随する利点は、当業者には容易に明白だろう。この発明は、添付の図面に関連して行う、以下の好適実施例の詳細な説明からより容易に理解されよう。これらの図面で類似の参照番号は、全図を通して類似の部品を指す。
図１は、本発明が対象とする種類のガス施設にこれまで使われた、単段調整器の例の断面図である。
図２は、本発明の好適実施例による調整器のケース、中央調整器本体、およびガス流路部品の分解透視図である。
図３は、本発明の好適実施例による、組立てた調整器の透視図である。
好適実施例の詳細な説明
最初に図１を見ると、これまで高純度、高腐食性ガス施設で使われていた種類の圧力調整器１００が断面図で描かれている。この調整器本体１０２は、一般的に金属の一体のかたまりで、ある腐食環境で使う好適材料は、ステンレス鋼である。
この一体のかたまりに孔開けすることによって、複数の孔、流路および／または座面を作り、該当する場合は、これらの孔および／または流路にねじ立てをする。特に、ガス入口、ガス出口、入口圧力計、出口圧力計等のために、調整器本体１０２の下部に四つか六つの孔１０４（二つを図示する）を作る。その上、ガス圧を調整するように作動する内部部品を受けるために、この調整器本体の中央部１０６に孔開けまたはその他の加工をする。
入口流路１０８および出口流路１１０を含む、流動ガスと接触する、または、この技術で言うように、濡らされる、全ての流路は、高純度ガスおよび／または高腐食性ガスに使えるようにするために、高度に研磨しなければならない。これは、特に流路の内面形状が複雑である場合、および流路が直線路でなく、方向を変える場合、非常に費用がかかり且つ非常に困難な処理である。
最も普通には、この種の圧力調整器は、入口孔と出口孔が直径上で対向する、例えば、時計の文字盤上の３時と９時の位置にある、標準接続口配置を有する。入口孔および出口孔をそのように配置して、入口圧力計接続口および出口圧力計接続口を、それぞれ、１０時および１０時３０分の位置に設ける。これらの接続口は、調整器本体に直接孔開けしてあるので、異なる接続口レイアウトまたは配置の調整器を得ることは高価につく。何故なら、標準配置に孔開けした調整器本体が一般的に使えず、調整器本体のブランク（ｂｌａｎｋ）を特別に孔開けして所望の接続口配置を得なければならないからである。更に、所望の非標準接続口配置がどれだけ違うかに依って、異なる配置でのガス圧に適合させるために、壁厚を変えなければならない点で、カスタムメイドの本体ブランクから出発することさえ必要かも知れない。
さて、図２および図３を見ると、本発明による調整器２００が分解図で描かれている。この調整器２００は、ほぼ標準のボンネット・キャップ２０２、および図１に示すのと同じ形式のボンネット／ケース２０４を使用する。ボンネット／ケース２０４のボンネット・キャップ２０２が配置されている端と反対の端（以後、ボンネット／ケースの下端２０６と称する）に、中央調整器本体２１０の外ねじ２０８と係合するための内ねじが切られている。このねじ結合は、図１の調整器の同等のねじ結合のように、調整器を一旦その最終構成に組立てると、ガスケットまたはシール（図２には図示せず、図１では要素１１２）によって、ガス流から隔離される。
中央調整器本体２１０は、この本体の外周から放射状に孔開けした四つまたは六つの孔がある代りに、二つの孔２１２、２１４がこの本体のほぼ平面の、下底面２１６からこの本体を貫通して延在する。孔２１２、２１４の直径は、この調整器２００に使うべきガス管の直径より大きい。出口孔２１２は、所望の耐食材料の出口口金またはスリーブ２１８を受けるような大きさになっている。この出口スリーブは、出口孔２１２に永久に固着するように圧入または溶接され、一旦取付けると、この本体の底面２１６から少し突出する（図３参照）。
本発明の主な有利な特徴の一つは、調整器本体２１０の孔（一例は出口孔２１２）の内面を、高純度、高腐食性ガスを扱うために必要な高度に滑らかな濡れ面にするために研磨する必要のないことである。その代りに、出口スリーブ２１８が、必要な高度に研磨した内面を備える。スリーブ２１８のようなスリーブを作るために使う１本の管の内面を研磨することが、不規則な形状の調整器本体の内面を研磨するより遙かに容易に達成できることが分るだろう。実際、本発明は、高度に効率的且つ効果的研磨技術および他の産業、例えば、注射針産業用に開発された技術を利用する。
更に、本発明に使うために入手可能なステンレス鋼管は、流路孔が貫通する従来技術の調整器本体よりも結晶粒度（ｇｒａｉｎ  ｓｉｚｅ）が小さい。この小さな結晶粒度は、表面仕上げを、調整器本体の切削しまた研磨した表面よりすぐれたものにし、これがこの調整器装置の濡れ表面に集る、および／またはそれから放出される、水分またはその他の汚染物質を減少する結果となる。
調整器本体２１０の入口孔２１４の最初の直径は、出口孔２１２のそれよりも大きい。この調整器の入口側で、内面を高度に研磨した入口スリーブ２２０が圧入または溶接によって固着した入口着座取付け具２２２内に配置される。この着座取付け具それ自体は、入口ベースプラグ２２４を通る貫通孔内に嵌る大きさである。この入口ベースプラグは、入口孔２１４内で調整器本体２１０に挿入され、且つ永久的に固着される。この入口組立体の全ての濡れ面は、高純度、高腐食性ガス施設用に受け入れられるために、高度に研磨される。
一旦、出口スリーブ２１８を出口孔２１２に固着すると、および一旦、入口組立体部品を入口孔２１４内に固着すると、この本体の底平面２１６は、そこから外方に突出する、それぞれ、入口および出口スリーブ２２０，２１８の短い突出部を有する。出口スリーブ２１８には、出口Ｔ継手２２６の管状分岐の一つ２２８が溶接されている。図示するように、出口Ｔ継手２２６は、更に二つの管状分岐２３０，２３２を有し、三つの管状分岐全てが、図示のように、Ｔ接続箱２３４によって、相互に直角関係に接合されている。
二つの残りの出口管状分岐に、例えば突合せ溶接によって、接合されているのは、それらに出口管および出口圧力計を接続できるようにする、ＶＣＲ結合器２３６，２３８である。調整器２００が、図示のように、標準接続口配置を採用すると、出口管路（図示せず）に接続するＶＣＲ結合器２３６は、管状分岐２３０に結合した、１本の内部を研磨した直管２４０を使う。出口圧力計（図示せず）を接続するＶＣＲ結合器２３８は、エルボ部材２４２によって管状分岐２３２に取付けられ、その部材２４２は、内部を研磨した管の短い部分から作ることができる。
入口は、出口とほぼ同様に構成する。入口Ｔ継手２４４の分岐の一つ２４６は、入口スリーブ２２０に溶接され、ＶＣＲ結合器２４８，２５０は、例えば溶接によって、二つの残りの分岐２５２，２５４に結合される。出口側と同様に、ガス入口管路（図示せず）をＶＣＲ結合器２４８に結合するのが好ましく、当該結合器それ自体は直管で入口管状分岐２５２に結合し、その分岐は、管状分岐２３０と直径上で対向して位置する。入口圧力計（図示せず）は、ＶＣＲ結合器２５０に結合するのが好ましく、当該結合器は、管状分岐２５４に固着したエルボ管状部材２５６を有する。
調整器本体２１０に何の修正も必要なく、例えば、Ｔ継手を回転し、または異なる形状のエルボを設けることによって、接続を再構成するだけで、入口および出口結合器の幾つかまたは全ての方向を容易に変えられることが容易に分るだろう。更に、面間距離、即ち、入口管路と出口管路の間の距離を最小にでき、または、もし望むならば、所望の大きな間隔にカスタマイズできることが分るだろう。
図３は、完全に組立てた調整器２００を示し、ＶＣＲ結合器２３６，２３８，２４８，２５０は、開口または流路を設けるために調整器本体に孔開けし、そこに接続口結合器を設けた場合とほぼ同じ方向に突出する。調整器本体の側面に放射状に伸びる接続口を作る必要がないので、調整器本体２１０は、高さが低く、即ち、ボンネット／ケース２０４から少ししか突出しない。今や外部の入口管および出口管並びに接続口組立体を更に良く保護するために、保護板組立体２６０を、図示のように、３枚の鋼板で作り、スポット溶接によって、例えば、調整器本体２１０の外面で底平面２１６のどちらかの側に設けた二つの平坦部２６２に、固着する。
本発明の調整器は、外部配管並びに入口および出口Ｔ継手を使用するので、これらＴ継手への、およびこれらＴ継手からの管路の製作は、調整器本体それ自体の孔に直接接続するときに、入口、出口、入口圧力計、および出口圧力計用に四つの溶接部を作れば良いのに比べて、六つの溶接部を作る必要がある。しかし、この追加される製作労力は、調整器本体のための研磨処理の実質的排除、実質的に既製品の取付け具および部品を使用する能力、および調整器本体それ自体の構成の簡略化、並びに全体的設計アプローチによってもたらされる設計の柔軟性によって十二分に補われる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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