JP2003028480A - 処理区域を流れる流体を制御するシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】処理装置あるいは排気フードのような区域内の
部分真空を調製するもので、半導体産業や、微生物を外
に出さないため、室内を大気圧以下に保つ医薬及び生物
研究所の処理室を通過する空気のながれを制御するシス
テムの提供。 【解決手段】区域内のガス圧を測定するシステムであっ
て、緩衝ガス供給手段と、緩衝ガスが供給手段から区域
へと流れる供給手段から区域に至るまでの流路と、流路
の圧力を測定するため、流路に隣接して設けた圧力変換
器５４とを含んでなるシステム。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】技術分野 本発明は、一般的に流体の、特にガスの流れを調整する
装置に関する。 【０００２】背景技術 暖房(Heating)、換気(Ventilating)及び空調(Air Condi
tioning)（ＨＶＡＣ）システム及び住宅排気システムに
おいて、空気の流れは、一般的にレジスタを用いて建物
内の異なる地点間で空気の流れを遅くすることで制御さ
れる。１つのレジスタを調整したとき、システム全体の
圧力レベルは変化する。システムの圧力に変化があれ
ば、他のレジスタを通過した空気の流れに影響を与え
る。このように、１つの場所の１つのレジスタを調整す
ることにより他の場所のレジスタに対して「クロストー
ク（cross-talk）」が生じる。 【０００３】ＨＶＡＣ産業が直面する最も複雑な問題の
１つに、半導体集積回路チップ製造に使用されるクリー
ンルーム、あるいは、危険であると思われる微生物が外
部に吹き出さないようにするため室内の圧力が大気圧以
下に維持される医薬及び生物研究所といった処理室を通
過する空気の流れを制御することがある。空気は、処理
装置、及び排気フードを有するその他の作業ステーショ
ンを介して処理室から出ていく。有毒な排気や危険な微
生物が処理装置や排気フードから漏出して近くにいる作
業者に危険をもたらすことがないように、そういった装
置に通常部分真空が必要とされている。製造される集積
回路チップ内の欠陥を最少にするため処理装置内を一定
の部分真空に維持することがしばしば重要である。ある
処理装置においては、小さな部分真空を維持することが
重要である。 【０００４】発明の概要 本発明装置は、処理装置あるいは排気フードのような区
域内の部分真空を調整する。部分真空は装置が位置する
環境に関係するであろうから、区域の圧力は環境の圧力
とレギュレータ（調整器）が取り付けられる真空源の圧
力との間にある。本発明の１つの実施例は、かなりの一
定レベルでもって、環境に対して区域内を小さな部分真
空に維持、即ち、区域と環境との間の小さな圧力差を維
持するのに特に適している。 【０００５】本発明装置は、流体が区域から真空源へ流
れる流体の流路と、該流路内の流体にさらされる前方面
及び基準圧、好ましくは、環境圧にさらされる後方面を
備える移動自在なピストンとを含む。好ましくは、前方
面と後方面の面積は実質的に同じである。 【０００６】ピストンは、好ましくはピストンリムと流
路の剛壁との間に位置する締付け点において流路を締め
付ける（狭くする）ように流路内に配設される。締付け
点の上流（締付け点の区域側）の流路内の流体はピスト
ンの前方面に圧力を与える。ピストンの後方面に基準圧
力が与えられる。締付け点の下流（締付け点の真空源
側）の流路内の流体がピストンに対してピストンの移動
方向に直交する方向に圧力を与えるので、締付け点の下
流の圧力変化は調整される部分真空に対して最少の影響
を与える。１つの好ましい実施例において、流体が締付
け点を通る前にピストン前方面の中央部からピストンの
リムの方へ半径方向外側へ流れるようにピストンは流路
内に配設される。 【０００７】小さな部分真空を造りだす実施例において
は、ピストンの重量によって締付け点の流路を広げる方
向の力がピストンに与えられるようにピストンを配設
し、かつ、締付け点における流路を狭くする方向の力−
これは好ましくは圧縮ばねによる−がピストンに与えら
れる。 【０００８】ばねの基部は、部分真空を調整し、あるい
は変化流量を補正するため、締付け点の流路の部分に対
して移動可能にできる。ばねの基部はピストンの見掛け
重量を減少させまたは増加させるように移動される。上
記したように、ピストンの見掛け重量を減少させるた
め、締付け点の流路を狭くする方向の力がピストンに与
えられる。ピストンの見掛け重量を増加させるために、
締付け点の流路を広くする方向の力がピストンに与えら
れる。 【０００９】好ましい実施例においては、本発明装置は
流路の近辺に移動自在に設けたピストンを含む。ピスト
ンは、ピストンのリムと流路の壁との間の締付け点の流
れを狭くする。ピストンが動く際、流路の流れに与える
ピストンの抵抗は変化する。ピストンは、ピストン取付
構造体に取り付けられ、ピストンとピストン取付構造体
は基準圧室を形成する。緩衝流体がピストンとピストン
取付構造体との間の点に供給され、緩衝流体の一部（第
１部分）は流路内へ流れその他の部分は基準圧室内へ流
れる。ピストンはピストン取付構造体を囲むスカートを
含み、緩衝流体が供給される該点はピストン取付構造体
とピストンのスカートとの間に存する。（好ましい実施
例においては、スカートはピストン取付構造体の外側に
位置するが、別の実施例においてはピストン取付構造体
をスカートの外側に位置することとしてもよい。緩衝流
体の第１部分は締付け点の下流の流路内へ流れる。 【００１０】ピストン取付構造体は垂直位置から傾ける
ことができ、ピストンの重量によって生じるピストンの
移動方向の力をピストンの重量よりも小さくすることが
できる。この実施例は、かなり一定レベルで持って、環
境に対する区域内の小さな部分真空を、即ち、区域と環
境との間の小さな圧力差を維持するのに非常に適する。 【００１１】付勢流体を締付け点の上流の流路内へ導い
て、装置内に常に実質的な流量を存在させることができ
る。ピストンの高周波振動を減少させるためにダシュポ
ットを用いることもできる。 【００１２】別の実施例においては、ピストンはヒンジ
の回りに回転可能なようにヒンジで取り付けられるの
で、ピストンの重量はピストンをヒンジ回りに回転させ
る第１のトルクを生じさせる。また、第１のトルクと反
対方向のトルクを発生させる手段を設けている。第２の
トルクを発生させるこの手段は、ばね、カウンタウェイ
ト、停動（失速）直流電動機（stalled DC electric mo
tor)等とすることができる。 【００１３】処理区域を通る流れを制御するシステムは
圧力変換器を含むことができ、この圧力変換器は、該変
換器を区域に連結する流路を通る緩衝ガス（保護ガス）
によって、損傷を与えるような排気から保護される。シ
ステムは、また、排気が調整器や建物の排気システムに
入る前にある種の排気を取り除くため、ペルチェ素子を
用いた復水トラップを使用する。 【００１４】実施例の説明 図１は、本出願の発明者に付与された米国特許第5,000,
221号に開示された調整器を示す。この調整器は、処理
室その他の環境に存する１つの処理装置、排気フード又
はその他の区域に取り付けられる。空気は環境からそう
いった装置内へ移動するが、該環境に毒性のガス、微生
物その他の物質等があるときは、それらの物質等は空気
によって運ばれる。一般的に、環境から装置内へ流れる
流れにはある程度の変化する抵抗が存する。例えば、装
置は、該装置によって処理される物を備えるために開か
れるドアを備える。ドアが開かれると、環境から装置に
流れる流れの抵抗は減少する。装置を通過した後、空気
は調整器の流入口４へ引き込まれ、調整器を通って排出
口８から出て真空源へと向かう。 【００１５】この調整器はピストン２を有し、ピストン
２は前方面１５と後方面１６とを備え、これらの前方及
び後方面はほぼ同じ面積を有する。ピストン２は、取付
構造体６５に取り付けられており、ピストン２のリムと
ハウジング３（これは弁座として機能する）との間の締
付け点３０において調整器を通る流れを狭くするために
上方に移動可能であり、また、締付け点３０における流
路を広くするために下方に移動可能である。ピストンの
前方面１５はプレナム１３に面しており、空気は締付け
点３０を通過する直前にプレナム１３を通る。ピストン
の後方面１６は基準室１７−これは、好ましくは基準ポ
ート９によって環境へ取り付けられる−に面し、ピスト
ンの後方面１６に作用する流体の圧力、即ち基準圧（Ｐ
_REF ）、は環境圧に等しい。 【００１６】締付け点３０のすぐ下流の流体圧はピスト
ン２のスカート（上下方向に延伸する部分）に力−この
力の大部分はピストン２が移動する方向に直交する方向
に働く−を作用させるので、調整器は、プレナム１３と
基準圧力室１７との間をほぼ一定の圧力差に維持するこ
とができ、プレナム１３内の圧力は基準圧よりも低い。
この差圧はピストン２の重量、並びに、前方面１５及び
後方面１６の面積に関係する。即ち、Ｐ_REF・Ａ ＝ Ｐ
₁₃・Ａ + Ｗ、ここで、Ａは前方面の面積であり実質的
に後方面の面積に等しく、Ｐ₁₃はプレナム圧、Ｗはピス
トン２の重量。従って、ΔＰ ＝ Ｗ／Ａ、ここで、ΔＰ
はプレナム１３と基準室１７との間の差圧。 【００１７】この一定の差圧によって調整器が取り付け
られる装置内を環境に対して一定の部分真空に維持する
ことができる。その様な一定の部分真空は、基準ポート
９を環境に取り付け、かつ、装置とプレナム１３との間
に小さな圧力降下が生じるように調整器の流入口４を装
置に取付けるだけで維持することが可能である。このよ
うな構成により、調整器を通る流量は一定の真空を維持
するため変化する。 【００１８】もっと小さい部分真空を維持するため、更
に軽量で幅の広いピストン２を使用することもできる。
（これとは逆に、大きな一定部分真空を得るために重い
ピストン２を使用することもできる。）しかしながら、
ピストン材料の軽量化に対する現実的な制限が存在す
る。装置内の部分真空を減少させる他の方法は、図１に
示すように、弁を調整器の上流（及び装置の下流）に配
設し、装置とプレナム１３との間に圧力降下を生じさせ
ることである。この弁は部分真空を変化させるためステ
ップモータによって調整することとしてもよい。この構
成は、しかしながら、一定の部分真空を維持する効果が
低く、実質的な一定流量を維持するのに適している。 【００１９】図２に示す装置は、小さな、実質的に一定
の部分真空を極めて良好に維持する。図１に示す装置の
ように、図２の装置はピストン２を有し、ピストン２は
移動可能に設けられピストン２のリムとハウジング３と
の間の流路を締付け点３０において締め付ける。締付け
点３０の下流の流路内の空気は、ピストン２の移動方向
に直交する方向の力をピストンに与える。後方面１６−
これはプレナム１３内の空気がピストンの前方面１５に
作用することで後退している−に作用する基準圧によっ
て、締付け点３０における流路は狭くなる傾向にある。
以下に説明するように、前方面１５の面積を後方面１６
の面積よりわずかに小さくする方が好ましい場合もある
が、前方面１５及び後方面１６の面積は実質的に等しい
（前方面及び後方面は平らであり、かつ、ピストンの移
動方向に直交することが好ましい。しかしながら、前方
面及び後方面がピストンの移動方向に直交せず、平らで
ないならば、面の有効面積、即ち、ピストン２の移動方
向に直交する面に投影した該面の投影面積は等しくある
べきである。）。 【００２０】ピストンの重量によってピストンが締付け
点３０の流路を広げるようにピストンは設けられる。ピ
ストン２の重量により締付け点３０は広がる傾向にあ
り、かつ、流れがない場合、調整器を最大に開いた位置
に復元傾向にあるので、ピストン２の重量は復元力であ
ると考えられる。 【００２１】図１に示す装置と異なり、図２に示す調整
器は、プレナム１３の上流に設けられた調整弁を有しな
い。その代わり、図２の調整器はピストンの後方面１６
と基部２２との間に設けたばね２１を有し、このばねは
調整可能である。ばね２１はピストン２を上方へ押し、
ピストン２が軽いピストンとして働くようにする。通
常、ばね２１は圧縮ばねであるが、ある実施例において
は、ばねの基部２２はばね２１が引っ張り状態となるま
で十分下方に引っ張られ、さもピストンの重量が増すよ
うにされる。この構成は、ばねをピストンの前方面１５
に連結しピストンを上方に引っ張る別の構成に適してい
る。図２に示す好ましい構成においては、ばね２１は、
ピストン２及びピストン取付け構造体６５の内部に配設
され、処理室から流れて来る排気ガスの影響により生じ
る腐蝕作用から防護されている。 【００２２】システムが平衡なとき、即ち、部分真空が
所望の強さであり、かつ調整器を通る流量が変化しない
とき、ピストン２の重量に抗して作用するばね２１によ
って与えられる力は、ピストン２の見掛け重量を減じ、
それにより部分真空を減じるためにピストン２の重量よ
りも小さいべきである。このシステムにおいては力は次
のように均衡する。Ｐ_REF ・Ａ ＋ Ｆ_SPRING ＝ Ｐ₁₃・
Ａ ＋ Ｗ、ここで、Ａは締付け点の上流の流体にさらさ
れる前方面の面積であり、実質的に後方面の面積に等し
く、Ｐ₁₃はプレナム圧、Ｆ_SPRING はばね２１によって
与えられる力、Ｗはピストン２の重量である。従って、
ΔＰ ＝ （Ｗ − Ｆ_SPRING ）／Ａ、ここで、ΔＰはプ
レナム１３と基準圧室１７との間の圧力差。 【００２３】図３は、どのように図２の調整器を処理室
（又はその他の環境）内の１つの装置（またはその他の
区域）に取り付けるかを示す。調整器の排出口８は真空
源に取り付けられている。調整器の流入口４は、装置か
ら調整器のプレナム１３への圧力降下が非常に小さくな
るように装置に取り付けられている。基準ポート９は環
境に取り付けられており、基準圧は環境圧である。従っ
て、空気は環境から装置及び調整器を介して真空源へ流
れる。好ましくは、流入口４と流出口８との間のいかな
る点においても流路を環境に対して通気せず、従って、
流入口を通る実質的にすべての流体が流出口を通るよう
にする。 【００２４】このシステムは、変化にすばやく適合す
る。環境から装置に流れる流れがさらに妨げられたとき
（例えば、装置のドアが閉じられたとき）、装置内の圧
力は一時的に降下する。調整器を設けずに装置を真空源
に直接取り付けていたならば、装置圧は低いレベルに維
持されたであろう。装置と真空源との間の流路内に調整
器を設けることで、装置内の圧力降下はプレナム１３内
の圧力降下を生じさせる傾向にあるが、ピストン２はプ
レナム１３と基準圧室１７との間の一定差圧を維持する
ために上昇する。高い位置にあるピストン２はプレナム
１３と真空源との間の流れ抵抗を増大させ、装置内の圧
力降下を極めて迅速に打ち消す。 【００２５】同様に、環境から装置内へ流れる流れ（流
量）に対する抵抗の減少（例えば、装置のドアが開かれ
たとき）により、装置内の圧力を一時的に増加させ、ピ
ストン２を下方位置へ移動させる。下方位置のピストン
２はプレナム１３と真空源との間の抵抗を減少させ装置
内のいかなる一過性の圧力増加を打ち消す。 【００２６】同様に、環境圧の増加はピストン２を上昇
させてプレナム１３と基準圧室１７との間の一定差圧を
維持する。上方位置のピストンは装置と真空源との間の
流れ抵抗を増大し、装置内の圧力を増大させて装置内を
かなり一定の部分真空に維持する。同様に、環境圧の降
下はピストン２を降下させプレナム１３と基準室１７と
の間の一定差圧を維持し、装置と環境との間の一定の差
圧、即ち装置内の一定部分真空を維持する。 【００２７】図２及び図３に示す調整器は、真空源の強
さの変動−これは調整器間で「クロストーク」が生じた
とき、即ち共通の真空ポンプに繋がれた他の平行な流路
における流量が変動するとき起こる−にもかかわらず、
かなり一定の部分真空を維持することができる。真空源
の強さが大きくなると、調整器が真空源と装置との間に
取り付けられていなかったならば、装置内の圧力は低下
する。しかしながら、図３のシステムにおいては真空源
の強さを増大したことによりプレナム１３内の微小な圧
力降下が生じ、これにより次にピストン２が上昇してプ
レナム１３と真空源との間の流れ抵抗が増大し、真空源
の増大した強さを打ち消す。同様に、真空源強さの降下
はピストン２を降下させ、調整器の流れ抵抗を減少さ
せ、真空源の強さの降下を打ち消す。 【００２８】このように、図２及び３に示すシステム
は、装置の流れ抵抗、環境圧、及び真空源の強さの変動
に対して極めて迅速に応答する。 【００２９】調整器を正しく機能させるために幾つかの
条件が必要とされる。所望の部分真空を得るために、真
空源は、装置のプレナム１３と基準圧室１７との間の必
要な差圧を得るに十分なように強くなくてはならない。
また、環境及び装置との間の抵抗はそれほど高く又は低
くできない。例えば、装置を環境から気密状態に密閉す
るならば、ピストン２は可能な限り引き上げられ、可能
な限りの流れ抵抗を生じさせ、おそらくプレナム１３を
密閉して真空源から隔てる。その様な状態において、基
準圧室１７からの空気は、ピストン２とピストン取付け
構造体６５との間に（回転ダイアフラムのような）効果
的なシールがないならば、ピストン２及びピストン取付
け構造体６５との間で吸引される。以下に詳細に説明す
るように、緩衝ガス（保護ガス）を装置と調整器との間
の流路内へ導くこととすることもでき、それにより調整
器内に常に最少の流れが存することになる。 【００３０】環境と装置の間にほとんど抵抗がないなら
ば、ピストン２はできる限り下方に移動され、ほとんど
抵抗を生じさせない。その様な状態においては、装置内
の部分真空は望まれるほど大きくない。 【００３１】ピストン２上のばね２１によって与えられ
る力は、ばねがその平衡位置から伸び、あるいは縮んだ
ときに、フックの法則に従い変化する。図２に示す調整
器において、ばね２１はピストン２及びピストン取付構
造体内に配設され、一般的に圧縮状態にある。システム
が調整器を通過する流れと平衡であるとき、ピストン２
に作用する色々な力−即ち、プレナム圧に締付け点の上
流の流体にさらされた前方面の面積を掛けたもの、基準
圧に後方面の面積を掛けたもの、ピストンの重量及びば
ね２１により上方へ作用する力−は均衡し、ピストン２
は位置を変えることなく浮く。真空源の強さ、基準圧又
は装置の流れ抵抗の変化に応答してピストン２が上昇し
下降するとき、ばねの力は、フックの法則に従い（ばね
の基部２２は移動しないと仮定する）、低下し又は増大
する。 【００３２】ばねの力はばねの基部２２に対するピスト
ン２の位置に基づき変化するので、プレナム１３と基準
圧室との間の差圧もまたそれに従い変化する。即ち、Δ
Ｐ ＝ （Ｗ − ｋ・ｘ）／Ａ、ここでｋはばね定数、ｘ
はばねが縮んだ量。 【００３３】変化するばねの力は、ピストンの後方面１
６の面積に対する前方面１５の面積比をある程度減少さ
せるように前方面の有効面積を変化させることによって
ある程度補正される。締付け点の幾何学的形状を変化さ
せることが好ましく、それによりピストン上部の一部が
有効に締付け点から離れた位置に横たわり、プレナム圧
に直接さらされることなく、しかし締付け点の下流の真
空にさらされる。 【００３４】図７に示すように、この方法においてピス
トン２のリム２３を変えることによって、前方及び後方
面（それぞれプレナム１３及び基準室１７にさらされて
いる）の面積比を更に１に近くすることができる。さら
に、この幾何学的形状は、スカート２９の底部のガスに
よって生じる圧力を均衡させる。スカート２９の底部に
生じるガスの上向きの力は、ピストン２の上部の一部−
これはピストンのスカート２９の底部と同じ面積を有す
る−に作用する締付け点の下流のガスによって均衡され
ることが望ましい。プレナム圧は排気口８の圧力よりも
高いので、プレナム圧の排気圧の変化の影響を最少にす
るため変更したリム２３は図１、２及び６に示すような
変更していないリムよりも好ましい。ピストン２の見掛
け重量を減らすためにばね２１を用いるとき、締付け点
３０の下流のガスにさらされるピストン２の上部の面積
を、排気圧の変化がピストンの位置変化を生じさせると
きにばね２１によってピストンに生じる力の変化をある
程度打ち消すために増やすことができる。面積比もま
た、流入口４から下方へ流れる空気の速度によって生じ
る追加の下方に作用する力を補償するために変化させ
る。 【００３５】変化するばね力を補償するためステップモ
ータによりまたばね基部２２の位置を調整する。 【００３６】ピストンの位置変化ｘがばねによって生じ
る力の変化を非常に小さなものとするように、非常に小
さなばね定数ｋを有する別のばねを用いて変化するばね
力の影響をさらに小さくすることができる。本発明の好
ましい実施例においては、カルフォルニア州ロスアンゼ
ルスのCentury Spring Company 製パーツNo. H91のばね
−このばねは、0.06 lb/inのｋを有し、7/8inの長さで
ある−を用いる。このばねは縮んだときも伸びたときも
効果的に機能し、ピストン２の小さな重量を打ち消すた
め小さな力を与えることができる。図７に示す好ましい
実施例においては、完全に開いた状態から完全に閉じた
状態まで移動するピストンの移動距離は１inの1/100で
ある。上記Century Spring Company製のばねに代えて、
別のばねを使用することもできるが、ピストンの小さな
重量を打ち消すため、非常に小さなばね定数のものが好
ましい。しかしながら、調整器内に流れがないときに完
全に圧縮されることがないようにばねによりピストンの
重量を支えるため、ばね定数は十分に大きい必要があ
る。そうすれば、非常に小さな量の流れが調整器に生じ
たとき、ピストンの重量をばね力によって打ち消すこと
ができる。一旦流れが生じたとき、ピストンの重量を打
ち消すためにばね基部を押し上げることとしてもよい。 【００３７】図８は、ばね２１の好ましい形状を示す。
ばね２１の両端３１は曲がって軸方向を向いている。図
９Ａ、９Ｂ及び９Ｃは、ばねをピストン２の底部に取り
付けるための１つの好ましいコネクタを示す。このコネ
クタはばね基部２２の上部にばねを取り付けることにも
使用される。図８に示すばね及び図９Ａ、９Ｂ、９Ｃに
示すコネクタを用いてばねは圧縮又は引っ張りのいずれ
かの状態の下に設けられる。コネクタは、１８０°以上
延伸する溝３５を形成するリップ３４と、溝３５の一端
近辺に配設さればね２１の端部３１を受ける孔３２とを
備える。溝の直径はばねの内径と一致する。図９Ｃはコ
ネクタに取り付けられたばね２１を示す。孔３２位置は
ばね２１の最後の１巻きが溝３５に入る点のすぐ外側で
あり、この位置の孔にばねの端部３１を挿入しばね２１
の最後の１巻きが溝３５から脱落することを防止してい
る。この構成により、ばねの最初の１巻の大部分の軸方
向の移動を防止しかつばねの回転を防止する。また、ス
テップモータ軸にキーを設けて回転を防止することが好
ましい。この取付方法の特徴は、ピストンにそれほど多
くの重量を加えることなく、かつ化学的接着剤を用いる
ことなくしっかりした取付けが行われることである。 【００３８】図３に示すシステムは環境とプレナム１３
との間で小さな圧力降下を生じさせる目的であるので、
図３のシステムは、装置とプレナム１３との間の大きな
圧力降下を生じさせるために装置間にスロットバルブを
設けかつ基準ポート９をスロットバルブの上流点に接続
することにより一定流量を維持するためには通常、実際
には用いられない（そういった構成は、特に、重いピス
トンを用い、差圧が大きいときに用いることができ
る。）。 【００３９】図４及び５はそれぞれピストン２にヒンジ
８４により取り付けられた調整器を示す。これらの調整
器は、図１乃至３に示す調整器と同様に、処理装置、排
気フード等の流入口４を装置に取り付け、排出口８を真
空源に取付け、基準ポート９を処理室に取り付けること
によって、処理装置、排気フード等の部分真空を調整す
るために用いられる。 【００４０】図４の調整器のピストン２には摺動ウェイ
ト９０が取り付けられており、このウェイトは、米国特
許第5,000,221 号の図９に示すウェイトと同様に、ステ
ップモータによってウェイト案内棒９１に添って移動可
能である。ウェイトを右側に移動させるとピストン２
は、見掛け上、重くなり、締付け点３０は広くなる（他
のパラメータ−基準圧、真空源の強さ及び装置の流れ抵
抗−は変化しないものと仮定する）。ウェイト９０を左
側に移動させると、ピストン２は、見掛け上、軽くな
り、締付け点３０は狭くなる。ウェイト９０をヒンジ８
４の十分左側に移動すると、ピストンの見掛け重量は非
常に小さくなる。摺動ウェイト９０はヒンジ８４回りに
トルクを生じさせ、ピストン２の重量により生じるトル
クと対抗する。ピストン２の重量を見掛け上小さくする
ことで、プレナム１３と基準室１７との間の小さな差圧
を維持することができ、この差圧により装置内に小さな
部分真空が維持される。 【００４１】図４に示す方向に正しく調整器を運転する
ため、ウェイト９０は、調整器内に流れがないときに、
ピストン２が（反時計回りに）回転しすぎないようにヒ
ンジ８４よりも極端に左側に移動されるべきではない。
代替実施例においては、図４の調整器全体を反時計回り
に９０°回転させることができる。そういった方向にお
いては、ピストン２の重量は締付け点３０を広げる傾向
にはない。ウェイト９０は、調整器に流れがないとき、
ピストン２がストッパ３３に休止するように、ヒンジ８
４よりも十分下方に存するべきである。そのような位置
においては、締付け点３０を広げる力を与えるのはウェ
イト９０である。 【００４２】図５の調整器は、図２の調整器のばね２１
と同様な作用を行なう圧縮ばね２１を有する。ばね基部
２２は、図２の調整器のものと同様に上下に調整可能で
ある。ばね２１は、ピストン２の重量を打ち消す力をピ
ストン２の底部に与える。ピストンの重量は復元力であ
り、締付け点３０を広げる。換言すれば、ピストン２の
重量によって生じるヒンジ８４回りの復元トルクは、圧
縮ばね２１が与えるトルクと対抗する。ばね２１は、図
４の調整器の摺動ウェイトがヒンジ８４の左側に位置す
る場合と同じ機能（ピストンの見掛け重量を減らす）を
行なう。 【００４３】ばねやウェイトの他、トルクを与える手段
として、ＤＣ電動機（これは基本的には電磁力を用い
る）を用いたり、ニューマチック又は油圧の制御システ
ムのピストン・シリンダ装置を用いることができる。ト
ルクを生じさせる種々の手段は復元トルクを増大させ又
は打ち消すために使用される。 【００４４】図１及び２の調整器と同様に、図４及び５
に示す調整器の前方面及び後方面１５、１６はそれぞれ
プレナム１３と基準圧室１７内の流体圧のさらされる。
調整器が正常に運転されると、基準圧室１７の圧力はプ
レナム１３を通る空気圧よりも高い。故に、ピストンの
前方面と後方面に作用する圧力の差はヒンジ８４に関し
て反時計回りのトルクを生じさせる。図５のシステムが
調整器を流れる流体と平衡状態にあるとき、ばね２１に
よって与えられるトルク、プレナム／基準室圧力差及び
ピストン２の重量は釣り合い、ピストンは浮いて締付け
点３０における流れに対して必要な抵抗を与え、装置内
に所望の部分真空を維持する。 【００４５】図４及び５に示す調整器はそれぞれ１つの
締付け点を有するが、米国特許第5,251,654号に示す分
割型エアフォイル抵抗体（split airfoil impedor）、
例えばグレーチングからなる抵抗体を用いて各調整器に
複数の締付け点を設けることとしてもよい。 【００４６】図６は、図１の調整器の変形例を示す。図
１の調整器と同様に、排気ガスは流入口４から処理室又
は排気フードといった区域−区域は、基準ポート９によ
って基準室１７に接続される環境に対して一定部分真空
に維持される−へ流れる。調整器の流出口８は真空源に
取り付けられている。排気ガスの流れは幅広の白の矢印
４８で示される。 【００４７】この変形例において、例えば窒素のような
人間には無毒の緩衝ガスがポート６６を介して調整器へ
圧力下で導かれる。緩衝ガスはピストン取付構造体６５
を通って溝６７へ流れ、ピストン取付構造体６５の周辺
を流れる。緩衝ガスは、次に、ピストン取付構造体６５
とピストン２のスカート２９との間のスペースを通って
２方向に流れる。緩衝ガスの経路は幅の狭い黒の矢線で
示される。一部の緩衝ガスは基準圧室１７内へ流れ、一
部の緩衝ガスは排気ガスの流れに合流し調整器の流出口
８を通る。排気ガスと合流する緩衝ガスのこの流れは排
気ガスが基準室１７及び基準ポート９内に流れ込むこと
を防止する。いくつかの会社によって使用される安全基
準によれば、ガス速度が300 ft/sであれば排気ガスの逆
流が防止される。このように、窒素その他の緩衝ガスの
速度が300 ft/s以上であれば、排気ガスが基準ポートを
介して環境内へ流入するリスクを最少にすることができ
る。 【００４８】ピストンスカート２９とピストン取付構造
体６５との間の流路を狭くしかつ基準ポート（あるいは
基準圧室）９を広く短くすることによって、基準室１７
と環境との間の差圧を最少にすることができる。環境に
対して区域内の一定の部分真空をより効果的に維持する
ためこの差圧を最少にすることは重要である。また、ピ
ストン取付構造体の中央にある程度近いところに溝６７
を設けることが好ましく、それにより、溝６７と基準室
１７との間を流れる緩衝ガスによってスカート２９に生
じる引揚げ力が溝６７と排出口８との間を流れる緩衝ガ
スによって与えられる引下げ力によって打ち消される。
溝６７は、図７に示すように、ピストン取付構造体６５
の中点よりも僅か上にあることが好ましく、それによ
り、ピストンスカート２９の内側に作用する緩衝流体の
引下げ力が引揚げ力及び上方に流れてピストン２の底面
１６を打つ緩衝流体の運動量と釣り合う。 【００４９】このように緩衝ガスを用いることにより、
ピストンスカート２９とピストン取付構造体６５との間
の領域をピストンの移動を妨げる粒子から隔離すること
という別の効果を得る。この構成は、また、調整器をそ
の垂直位置から傾ける圧力ガス（窒素）ベアリングを与
える。ピストン取付構造体６５と図１の装置のピストン
２のスカートとの間の圧力のかかっていない空気ベアリ
ングは調整器のその様な傾斜を許容しない。なぜなら、
ピストン２の重量がピストンスカートをピストン取付構
造体６５の側部に押し付けピストンに多大な摩擦を生じ
させ、ピストンが環境と区域の圧力変化に応答して容易
に移動することができなくなるからである。調整器の傾
斜を許容するため窒素ベアリングに代えて、リニアボー
ルベアリングを使用することとしてもよい。もちろん、
リニアボールベアリングそれ自身は、基準ポートから排
気ガスが漏出すること、あるいは、粒子がピストンスカ
ート２９とピストン取付構造体６５との間の領域から排
出することを効果的に防止できない。調整器を流れる排
気ガスから基準室１７を密閉するために可撓性のダイア
フラムを用いることとしてもよい。 【００５０】調整器を傾斜させることでピストン２の重
量が小さな復元力を与える。復元力を減らすことによ
り、プレナム１３と基準室１７との間及び区域と環境と
の間の差圧もまた減少する。このように、垂直でないピ
ストンの移動方向を持つことで小さな部分真空を与える
ことができる。調整器は90°も傾斜させるべきでない。
そうでないと、ピストン２の重量は復元力を与えない。
調整器が90°以上傾斜されるとピストンの重量は締付け
点３０を閉鎖する傾向にある。 【００５１】図７は、ピストン２の見掛け重量を減らす
ため緩衝ガス及びばね２１（このばねは概略図示されて
いる）を用いる調整器を示す。この調整器においては、
ピストンスカート２９はピストン２の直径よりも長い。
ピストン２は上部が重いので（ピストンスカートはピス
トンの重量を低く押さえるために薄くしてある）、スカ
ートを長くしてピストンを安定させている。更に、強制
的に緩衝ガスを溝６７から排気口８までの長い距離流す
ことで、排気ガスが基準室ポート９を介して逆流する傾
向を減少させる。さらに、（１）緩衝ガスが流れるべき
溝６７から基準室１７までの距離を長くし、（２）溝と
ピストンスカートの間の流路を狭くし、（３）基準室１
７と環境との間の距離を短くし、かつ、（４）基準室と
環境との間の流路を広くすることにより、基準室１７内
の圧力は基準ポート９に接続されている環境の圧力に非
常に近いものに維持される。 【００５２】図７に示す調整器は、軽量ピストンの場合
に生じうる高周波周波数でのピストンの振動を防止する
ためにダシュポット２５を備える。図１０はダシュポッ
ト２５を詳細に示す。ダシュポット２５は、相対移動す
る２つの剛性部を有し、第１の剛性部２６はピストン２
に取り付けられており、第２の部分２７はピストン取付
け構造体６５に取り付けられている。それぞれの部分２
６、２７は、円筒壁２６ｃ、２７ｃ及び該円筒壁から垂
直に突出する半径方向の壁２６ｒ、２７ｒからなる。第
１部分の半径方向壁２６ｒは円筒壁２６ｃの内側に位置
し、第２部分の半径方向壁２７ｒは円筒壁２７ｃの外側
に位置する。２つのダシュポット部２６、２７は体積が
変化する１つの室２８を形成する。部分２６、２７は、
相互係合するように精確に機械加工されてはいるが、該
２つの部分が相対移動する際に空気が室２８に出入りす
るのを防止するほどタイトにされていない。図１０に示
すダシュポット２５において、第１部分２６の半径方向
壁２６ｒの内径は第２部分２７の円筒壁２７ｃの外径よ
りも僅かに大きく、第２部分２７の半径方向壁２７ｒの
外径は第１部分２６の円筒壁２６ｃの内径よりも僅かに
小さい。好ましくは、ダシュポット部２６、２７の材質
は、軽量であり、安定した寸法を与え、かつ、耐蝕性に
優れるチタンとする。 【００５３】ピストン２が動くとき（真空源の強さの変
動のような何等かの変化がシステムパラメータに生じた
ため）、ダシュポット室２８の体積もまた変化する。２
つのダシュポット部２６、２７の間のスペースは小さい
ので、空気はダシュポット２８内に急には流入できな
い。この構成により、ピストン２の移動はゆっくとして
弱いものとなる。 【００５４】図１１は、処理室内に位置する処理区域内
の流れを制御するシステムにおいて図７の調整器を使用
する方法を示す。空気はクリーンルームから処理区域へ
と流れ、そこで塩酸のような毒性粒子が空気によって運
ばれる。処理区域は、排気ガス（運ばれる空気）がクリ
ーンルームに逆流するのを防止するためクリーンルーム
（処理室）の圧力よりも僅かに低く維持される。クリー
ンルームと区域との差圧を大きくすると、空気がクリー
ンルームから区域へ高速で流入することとなる。 【００５５】いくつかの実施例においては、ダストがク
リーンルームから処理区域内へ流れることを防止するた
め、処理区域の圧力をクリーンルームの圧力よりも僅か
に大きくすることが好ましい。排気を処理区域から排気
システムへ引き込むために、区域はまだ排出（真空）源
に接続されていなければならないし、区域の圧力は通常
クリーンルームの圧力よりもそれほど大きくあってはな
らない、でなければ、毒性物が区域から漏出してクリー
ンルーム内に流入する。これを達成するため、ばねの基
部は、ピストンに生じるばねの力がピストンの重量より
も大きくなるようにかなり上方へ移動される。 【００５６】流れ制御の一部として、処理区域の圧力
は、管５３によって処理区域に取り付けられている圧力
（真空）変換器５４によって管理される。変換器５４に
よって得られた測定値はばね基部（図２において符号２
２によって示される）の正しい位置を決定するために用
いられ、処理室内を望ましい圧力にする。損傷を与える
ようなガス（例えば、極端に温度の高いガスあるいは腐
蝕成分を含むガス）が管５３に逆流して変換器５４を損
傷することを防止し、また、水蒸気が管に入って液化し
変換器を処理区域に対して閉ざすことを防止するため
に、窒素のような緩衝ガスを圧力下で弁６１ｄから管５
３まで圧力下で供給して変換器５４から処理区域まで流
す。 【００５７】もちろん、このように変換器の管５３内に
緩衝ガスを用いることにより、変換器の圧力を処理区域
内の圧力よりも高くする。この差圧は、緩衝ガスの速度
を低くすることで最少にされる。 【００５８】（１実施例においては、管５３は0.08cm^２
の断面積と、0.1 リットル／分の流量を有する。）更
に、変換器５４の読みは、管５３の流れる緩衝ガスによ
って与えられる高い圧力を考慮するために調整される。
いかなる場合も、変換器５４は処理区域の実際の圧力を
精確に測定することはできないが、処理区域の圧力変化
をいまだ測定可能である。 【００５９】この緩衝ガスは、図６に関して説明した緩
衝ガス（図６は、緩衝ガスがポート６６を介して調整器
に導入されることを示す）と同様な目的である。ポート
６６を介して調整器に導入された緩衝ガスは有毒ガスか
らクリーンルーム（及びばね、ダシュポット）を保護
し、変換器管５３へ導入された緩衝ガスは変換器５４を
腐蝕ガスから保護する。 【００６０】２つの緩衝ガスは、図１１に示すように、
同一の供給源から供給することができる。圧力を約5 ps
i に減圧する従来の調整器６０ｂに窒素ガスを圧力下で
供給する。この調整器６０ｂは緩衝ガスを３つの可変弁
に供給し、３つのうちの１つの弁６１ｂはガスをポート
６６に供給し、もう１つの弁６１ｄはガスを変換器管５
３に供給し、残りの１つの弁６１ｃはばね基部（図２の
符号２２で示す）を移動させるステップモータを冷却す
るガスを供給する。調整器６０ｂを用い、可変弁６１
ｂ、６１ｃ、６１ｄを設定された状態に維持すること
で、弁６１ｂ、６１ｃ、６１ｄを通る流量を極めて一定
に維持することができる。説明した好ましい実施例にお
いては、弁６１ｃを流れるガス（調整器緩衝ガス及びス
テップモータ冷却ガス）はクリーンルームに終止する。
処理区域とクリーンルームとの間に一定差圧を生じさ
せ、調整器緩衝ガスをクリーンルーム内へ流すために、
（好ましい実施例においては、）調整器の基準ポート８
をクリーンルームに連通させることが特に重要である
が、冷却ガスが最終的にクリーンルーム内へ流れ込むこ
とは重要ではなく、冷却ガスはその他の領域に流れ込む
ことを許容される。 圧力下の窒素もまた付勢ガスとし
て用いられる。図１１に示すように、窒素は第２の従来
の調整器６０ａに供給され、次に別の可変弁６１ａ、好
ましくはニードル弁、へ供給される。この付勢ガスは次
に環状キャビティ５０に供給され、該キャビティはガス
を調整器流入口４の回りに均等に分配する。キャビティ
５０はまた凝結トラップとして機能し、窒素供給ライン
を逆流するガス（これは窒素の供給が断たれとき生じ
る）から湿気を取り除く。キャビティの流入口５２はキ
ャビティ内まで延伸しているので、付勢ガス流が遮断さ
れたときに液体がニードル弁６１ａ及び調整器６０ａま
で逆流することを防止する。ニードル弁６１ａとキャビ
ティ５０とを連結する管は、調整器６０ａへ抵抗を与え
るため及び排気ガスが処理区域からニードル弁６１ａ及
び調整器６０ａへ逆流することを防止するため、小径で
あることが望ましい。 【００６１】付勢ガス流が無いと、処理室から出るガス
の流量は、例えば、30リットル／分から0.3 リットル／
分と100:1 の割合に変化する。例えば、15リットル／分
の付勢ガスを調整器の流入口へ導入することにより、調
整器が処理しなければならない流量変化は僅か3:1 であ
る（45リットル／分から15.3リットル／分となる）。 【００６２】付勢ガスは、ピストン２及びハウジング３
の内壁がデュポン製のRYTON という材料−これは、固く
て、形状が安定しており、腐蝕に強いが、シール性能は
良くない−からなる好ましい実施例の調整器に対して特
に有用である。（この好ましい実施例のシステムにおい
ては、RYTON はPVDFからなるキャニスタの内側に用いら
れる。）付勢ガスを用いることにより、ピストン２及び
ハウジング３は流量を正しく制御するために接触する必
要がない。付勢ガスは、また、建物排気システムを共有
する他の装置から排気物が処理区域内へ逆流することを
防止するのに役立つ。建物排気システムが急に故障する
可能性があるならば、付勢ガスの供給を迅速に停止でき
るようにすることが望ましい。でないと、調整器内に付
勢ガスと排気ガスとを引っ張る排気がないときに、付勢
ガスは排気ガスをクリーンルーム内へ押しやる。 【００６３】ガスが調整器及び建物排気システムを通る
前に処理において用いられる化学薬品を除去するため
に、別の凝結トラップ（図１１に示さない）を調整器の
流入口４の上流に配設することとしてもよい。図１２Ａ
は、そういった凝結トラップの好ましい例を示す。図１
２Ｂは凝結トラップに用いられる熱電冷却装置を示す。
蒸気飽和ガスは点Ａにおいて凝結トラップの入口に入
る。ガスは、点Ｂから、ペルチェ素子（半導体冷却装置
であり、熱電対に似た作用を成す。ニュージャージ州Tr
enton のMelcorから入手できる。）からなる熱電冷却装
置の冷たい内面に点Ｄにおいて接触する。凝結水は素子
の冷たい面に集められる。 【００６４】凝結水は点ＥからＵ字形の液体トラップ
（これは点Ｆ、点Ｇへと延伸する）内へ流れる。好まし
くは、点Ｆから点Ｅまでの高さを十分とって液体が液体
トラップに収容されるようにする。

【図面の簡単な説明】 【図１】 図１は、処理装置内を部分真空に維持するた
めに用いる装置の断面図。 【図２】 図２は、処理装置内を小さな部分真空に維持
するために用いることができる装置の断面図。 【図３】 図３は、図２の装置を処理装置、環境、及び
真空源に取付ける方法を示す図。 【図４】 図４は、部分真空を維持するために用いられ
ピストンにヒンジで取り付けられる別の装置の断面図。 【図５】 図５は、図２の装置と同様であるが、ヒンジ
で取り付けられたピストンを有する装置の断面図。 【図６】 図６は、緩衝ガスを用いて排気フードその他
の装置から来る排気が基準圧力ポートから漏出しないよ
うにする装置の断面図。 【図７】 図７は、調整可能な基部に設けられたばね及
び緩衝ガスを用いる調整器の断面図。 【図８】 図８は、図７の調整器に用いられるばねを示
す図。 【図９】 図９Ａ及び９Ｂは、ばね端コネクタの側面及
び平面図、図９Ｃは、ばねが取り付けられたコネクタの
平面図。 【図１０】 図１０は、ピストンとピストン取付構造体
との間に使用されるダシュポットを示す図。 【図１１】 図１１は、処理区域（即ち、排気フードの
内側又は処理が行われるときの処理装置）から排気口へ
流れるガス流を制御するシステムを示す図。 【図１２】 図１２Ａは、図１１のシステムに用いられ
る復水（凝結）トラップを示す図。図１２Ｂは、図１２
Ａに示す復水トラップに用いられる熱電冷却器を示す
図。 【符号の説明】 ２ ピストン ４ 流入口 ８ 排出口 ５３ 管 ５４ 圧力（真空）変換器 ６０ａ，６０ｂ 従来の調整器 ６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ 可変弁 ６６ ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H086 AA26 AB04 AF14 3L058 BF09 3L060 CC14 3L081 AA06 AB02 EA01 EA03 HA05 HB06

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 区域内のガス圧を測定するシステムであ
   って、 緩衝ガス供給手段と、 前記緩衝ガスが前記供給手段から前記区域へと流れる前
   記供給手段から前記区域に至るまでの流路と、 前記流路の圧力を測定するため、前記流路に隣接して設
   けた圧力変換器とを、 含んでなるシステム。