JP2005090747A - 流体制御及び気体送出組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体の送出圧が低下するのを阻止する。
【解決手段】 有害な流体を安全に収容し受け取り貯蔵すると共に気体を分配するための、流体制御及び気体送出組立体、並びに方法は、容器、流体充填路、気体分配路、第１の遮断弁、減圧器、流体流れ制限器、第２の遮断弁、及び流体出口コネクタを、具備する。第１の遮断弁は、気体分配路内の減圧器の上流側に位置決めされる。減圧器の下流側の流体流れ制限器は、送出圧に維持された流体の流れを、有害な流体についての最大質量流量規格以下の最大質量流量に制限するように構成された流体流れ制限路を有する。第２の遮断弁は、気体分配路の減圧器の下流側に位置決めされる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、概して、流体を収容し受け取り貯蔵すると共に、気体を流体容器、入れ物、又はタンク（「流体容器」）から分配する流体制御及び気体送出組立体に関する。特に、本発明は、一体型流体流れ制限器を有する流体制御及び気体送出組立体を用いている。さらに、本発明は、このような流体制御及び気体送出組立体からの流体を制御しかつ供給する方法に関するものであり、これには、高圧接続を確立し又は断絶することなく気体源を置換する方法が含まれる。

高純度で腐食性、毒性、オキシダント性、不活性、自燃性の流体、及びこのような流体の混合物を流体容器から制御し送出することは、医療及び半導体産業といった広範な加工及び製造市場にとって不可欠なものである。このような流体は、慎重に取り扱わないと、その使用に危険を伴うことがある。

有害な流体を制御せずに放出することは、特に安全性及び毒性の理由で好ましくない。このように放出すると、悲劇的な結果がもたらされることがある。そのような結果には、流体が放出される領域で働く人に対する傷害、さらには死までもが含まれる。さらに、多くの産業上の利用分野において、このような放出が起こると、少なくとも、不意の放出が起こった領域内の産業施設を部分的に又は完全に排気することが必要になり、かなりの経済的損失がもたらされる。また、制御せずに放出すると、このような有害な流体に触れた、敏感で高価な設備に、費用のかかる損傷がもたらされるおそれがある。というのは、このような流体の多くが、腐食性を有し又は別の様式で有害であるからである。

有害な流体を制御する構成の一型式には、圧力、流れ、気体遮断、及び安全な逃がしというような機能を制御するために、流体容器弁の外側に取り付けられた多数の独立要素から構成されたものがある。このような構成には漏れが生じやすい多数の接続箇所があり、その結果、流体の品質及び純度をユーザの用途に合わせて制御することが困難になる。多くの場合、このような構成の少なくとも一部を、気体キャビネット内に封入しなければならない。気体キャビネットは大型で高価である。このように複数の独立要素を利用した従来の構成は、それに随伴する問題があり、好ましくない。特に、医療及び半導体産業におけるように、高純度で腐食性、毒性、オキシダント性、不活性、自燃性の流体、及びこのような流体の混合物が利用される加工及び製造の用途に、好ましくない。

特に有害な流体を制御するのに使用可能な他の型の流体制御構成が、最近開発され、米国特許第６，３１４，９８６Ｂ１号（「’９８６特許」）に開示されている。’９８６特許は、本願出願人（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ， Ｉｎｃ．）に譲渡されている。’９８６特許においてより詳細に指摘されているように、（いくつかの小型気体制御システムに提案されている）多数の独立要素を単に接続して小さな制御パネルシステムとするのではなく、’９８６特許には、様々なユーザ及び市場の要求に合わせて多数のモジュールを組み合わせることができるように、一群の要素を（機械ユニットのための）単体に直接的に再設計し加工し、又は（マイクロ電子機械システムユニットにおける）電子チップ上に再設計し加工することも含まれている。

さらに、’９８６特許は特に、弁に組み込み可能な追加の機能を開示しており、これは、直接圧力制御及び流れ制御といった追加の利益をユーザに提供でき、これによりガスキャビネットを完全に排除することも可能となる。さらに、電子工学といった、先端技術で高コストの市場において、’９８６特許は、流体容器への接続の確立時及び断絶時、特に高純度で腐食性、毒性、オキシダント性、不活性、自燃性の流体、及びこのような流体の混合物の使用時に、腐食すること、汚染すること、及び人間がこれらに晒されることに付随する問題を克服する。

典型的には、これら従来の流れ制御装置は、有害な流体が不意に放出されることによりもたらされうる重大な結果を考慮して、制限流れオリフィス及び毛管といった流体流れ制限器をさらに有し使用している。例えば従来の制限流れオリフィスは、システム障害の際に流体容器からの流体の放出速度を減少させることにより悲劇的な障害のリスクを低減させるために用いられる、一般的な装置である。例えば電子気体業界において、制限流れオリフィスを送出弁内で使用することについては、充分に文書化がなされている。

制限流れオリフィスの従来の使用についてのガイダンスは、例えばＳＥＭＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）規格Ｓ５−９３により提供される。ＳＥＭＩ規格Ｓ５−９３は、輸送、貯蔵、及び使用時に気体シリンダ弁から有害な気体が放出されることを制限するための安全ガイドライン方法を提供する。ＳＥＭＩ規格Ｓ５−９３勧告は、従来の流れ制限装置が最大流量の状態、すなわち７００ｋＰａ（１００ｐｓｉゲージ）以上の高いタンク圧、に基づいて流れを制限するというものである。他の規格には、用途及び使用される有害な流体に応じて定まる高いタンク圧に基づき、許容可能な流体流れを検討するというものもある。

従来の制限流れオリフィスは流体容器弁の出口に配置され、この位置において、このような出口は典型的にはＣＧＡ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｇａｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）規格Ｖ−１に従って作製された接続を有する。これらの制限流れオリフィスは、任意の圧力調節装置の上流側に配置されることもある。

流体容器からの実現可能な最大の質量流れ放出速度を制御するために、制限流れ要素内を通って延びる流体流れ通路は従来、「最悪の事態」の放出速度に基づいて構成されている。「最悪の事態」の放出速度を用いて制限流れ要素を構成するということは、流体流れ制限器内を延びる流体流れ通路の寸法が、最大流体容器圧、流体密度、及び許容可能な最大の質量流れ放出速度を用いて算出されるということを意味し、このことは典型的には安全規制により規定されている。

「最悪の事態」の放出速度に基づいて構成された制限流れ要素は、流体容器が空になるにつれて著しくかつ不都合に処理流速を制限することがあり、流体容器から送出される利用可能な流体を制限することもある。制限流れオリフィスの従来の構成には、多数の欠点がありうる。

従来の制限流れオリフィスのいくつかの欠点は、流体容器からのシラン（ＳｉＨ_４）の放出に関連して理解されうる。シランは、自燃性気体であり、その使用には高度のリスクが伴い、当該気体について高度のリスク軽減策を要するものと認識されている。

従来のシリンダ弁システムの欠点の一つは、流体容器が満たされて流体が最大圧で収容された場合に、結果としての、制限流れオリフィスを通るシランの最悪の事態の放出速度が、施設のリスクアセスメント及び利用可能な技術的制御により決定される仮定的な最大質量流量を超過してしまうということである。この問題を克服するための従来の方法は、質量流れ放出速度が許容可能になるように、流体容器を低圧で満たすということにある。流体容器を少ない流体で満たすということは、稼動コストが増大しかつ流体の利用の一貫性が低くなるという犠牲をはらって行われることである。

従来のシリンダ弁システムの他の欠点は、流体容器からシランが空になるにつれて送出圧が一定的に下降するということにある。送出圧の下降に応じて、制限流れオリフィスを通る最大質量流量が比例して低下する。ある時点で、流体容器は、所望の送出圧で、処理の要求に充分な流量で、流体を供給することができなくなる。この時点で、流体容器をラインから取り外さなければならず、利用不能になった残りの貴重な気体が無駄になる場合がある。従って、低圧では流体容器から流体を完全に利用しないことから、ユーザは、従来の制限流れオリフィス付きシリンダ弁システムを用いて全ての流体を利用することができず、流体容器から利用可能な流体の量が減少してしまう。従って、ユーザは従来のシステムにおいて稼動コストの上昇に直面することになる。

本発明の少なくとも１つの実施態様によれば、有害な流体を収容し受け取り貯蔵すると共に気体を分配するための流体制御及び気体送出組立体が開発されてきており、この組立体は、容器、流体充填路、気体分配路、第１の遮断弁、減圧器、流体流れ制限器、第２の遮断弁、及び流体出口コネクタを、備えている。容器は、外部領域から内部容積部を隔離する壁を有し、容器は、第１の圧力で流体を収容するようになっており、第１の圧力は、当該容器が容器充填容量であるときの圧力である。流体充填路は、前記壁を通って前記容器の前記外部容器から前記内部容積部へと延びている。気体分配路は、壁を通って内部容積部から前記容器の外側領域へと延び、流体充填路とは同じ広がりを持つことなく又は一致せずに延びている。第１の遮断弁は、前記気体分配路内に位置決めされている。また、減圧器は、前記気体分配路内の前記第１の遮断弁の下流側に位置決めされて当該減圧器の上流側の流体流れの圧力を送出圧まで下げる。流体流れ制限器は、前記気体分配路内の前記減圧器の下流側でかつ出口の上流側に位置決めされ、前記送出圧に維持された流体の流れを、有害な流体についての最大質量流量規格以下の最大質量流体流量に制限するように構成された流体流れ制限路を有する。さらに、第２の遮断弁は、前記気体分配路内の前記減圧器の下流側に位置決めされている。出口コネクタは、前記気体分配路内の前記第１及び第２の遮断弁の下流側に配置されると共に、気体分配路と気体を利用する装置との間の低圧接続を確立及び断絶するようになっている。

本発明の他の観点では、気体を貯蔵し送出する方法であって、閉じ込められた状態で気体を本発明による流体制御及び気体送出組立体内に収容し、第１の遮断弁を駆動して気体を流体容器から排出することにより、閉じ込められた気体を選択的に分配する、各段階を含んでなる方法が提供される。

本発明のさらなる観点では、半導体製品を製造する方法において、閉じ込められた状態で流体を本発明による流体制御及び気体送出組立体内に収容し、第１の遮断弁を駆動して気体を流体容器から排出することにより、該閉じ込められた流体を選択的に分配し、該排出された気体を半導体製品の製造に利用する、各段階を含んでなる方法が提供される。

本発明のさらに別の観点では、気体を利用するための装置内で高圧接続を断絶することなく気体の供給源を交換する方法において、
・第１及び第２の気体供給部を提供し、各供給部は、流体を第１の圧力で貯蔵するようになっていると共に外部領域から内部容積部を隔離する壁を有する流体容器と、該流体容器上に設けられた１次気体制御モジュールとを具備しており、
・気体を利用するための装置を提供し、該装置は低圧入口及び入口コネクタを有し、該入口コネクタは、気体を前記第１の供給部から前記装置に供給するために、当初は前記第１の気体供給部の出口コネクタに結合され、
・前記第１の気体供給部の遮断弁を閉鎖して前記第１の気体供給部を前記気体を利用する装置から分離し、
・前記第１の気体供給部のコネクタと前記気体を利用する装置のコネクタとの間の低圧接続を断絶し、
・前記第１の気体供給部を前記第２の気体供給部に置き換え、
・前記第２の気体供給部の遮断弁を閉鎖しながら、前記第２の気体供給部のコネクタと前記の気体を利用する装置のコネクタとの間の低圧接続を確立し、
・前記第２の気体供給部の遮断弁を開放し、前記第２の気体供給部から前記の気体を利用する装置に気体が流れるのを許容する、
各段階を含んでなる方法が提供される。

１次気体制御モジュールは、気体分配路、気体充填路、第１の遮断弁、減圧器、流体流れ制限器、第２の遮断弁、及び出口コネクタを備えている。気体分配路は、前記壁を通って前記内部容積部から前記容器の前記外側領域へと延び、流体充填路とは同じ広がりを持つことなく延びる。第１の遮断弁は、前記気体分配路内に位置決めされる。減圧器は、前記気体分配路内の前記第１の遮断弁の下流側に位置決めされて該減圧器の上流側を流れる流体の圧力を送出圧まで下げる。流体流れ制限器は、前記気体分配路内の前記減圧器の下流側でかつ出口の上流側に位置決めされ、前記送出圧に維持された流体の流れを、有害な流体についての許容可能な最大質量流量規格以下の最大質量流量に制限するように構成された流体流れ制限路を有する。第２の遮断弁は、前記気体分配路内の前記減圧器の下流側に位置決めされる。出口コネクタは、前記気体分配路内の前記第１及び第２の遮断弁の下流側に配置され、前記気体分配路と気体を利用する装置との間の低圧接続を確立及び断絶するようになっている。

フィルタ処理、パージ保護、逆流防止、流体レベル測定、可変の圧力制御及び流れ制御といった他の選択任意の要素が、本発明に含まれていてもよい。

また、本発明の上述した又は後述する観点に関して説明される、好ましくかつ選択任意の特徴は、本発明の観点に従って提供されてもよい。本発明による装置に関し、本発明の特徴がここに述べられており、このような特徴を本発明による方法に関して提供してもよく、逆の場合も同様である。

上述した本発明の概要、及び後述する本発明のいくつかの実施態様についての詳細な説明は、添付図面と組み合わせて読むと、さらによく理解される。これらの図は本発明のいくつかの実施態様を示している。但し、本発明は、添付図面に示された構成及び手段に限定されないことが理解されるべきである。
いくつかの図面における同様の参照符号は、同様の部分を示している。

図面を参照すると、同様の参照番号は図面を通じて同様の要素を示しており、図１から図６は、有害な流体を収容すると共に加圧容器から送出するための装置のいくつかの構成を示している。各図面において共通の細部には同一の参照番号が付されているので、それらの構成及び作用は各図において繰り返さない。

本発明の目的に関し、「流体」という用語には気体及び液体が含まれる。「気体」という用語には、永久ガスと液化ガスの蒸気との双方が含まれる。永久ガスとは、圧力だけでは液化されえない気体であり、例えば３００ｂａｒゲージまでの圧力において、容器内に供給可能である。特記なき限り、説明される圧力は全て絶対圧力である。アルゴン及び窒素を例に挙げる。

液化ガスの蒸気は、圧縮気体流体容器内において液体の上部に存在する。流体容器を満たすために圧縮されるときに圧力下で液化する気体は、永久ガスではなく、より正確には、圧力下における液化ガス、又は液化ガスの蒸気として説明される。一例として、一酸化二窒素は、摂氏１５度で４４．４ｂａｒゲージの平衡蒸気圧でもって、流体容器内に液体として供給される。このような蒸気は、ほぼ大気の状態の圧力及び温度において液化可能であるので、永久ガス又は真の気体ではない。

本発明に使用することが意図される流体の例は、多数存在する。いくつかの例として、アセチレン、アンモニア、アルゴン、アルシン、三臭化ホウ素、三塩化ホウ素、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素−１１、二酸化炭素、一酸化炭素、塩素、三フッ化塩素、ジュウテリウム、ジボラン、重水素、ジシラン、フッ素、ゲルマン、ヘリウム、水素、臭化水素、塩化水素、フッ化水素、ヨウ化水素、セレン化水素、硫化水素、メタン、メチルシラン、一酸化窒素、窒素、三フッ化窒素、窒素酸化物、酸素、ホスフィン、シラン、四塩化ケイ素、四フッ化ケイ素、二酸化硫黄、六フッ化硫黄、トリクロロシラン、六フッ化タングステン、キセノン、並びに、それらの混合物及び調合物がある。

図１に、有害な流体を収容し受け取り貯蔵すると共に気体を分配するための流体制御及び気体送出組立体１０を示す。組立体１０は、流体容器１２の形態で図示されており、流体容器１２に対して取り付けられた一体型弁組立体１４を有する。

典型的には、流体容器１２は、標準的な圧縮流体容器の形態をとり、流体容器オリフィス１６を有することになる。流体容器１２の流体容器オリフィス１６は、流体容器１２の壁１８により画定された内部容積部に開口している。

流体容器１２は、流体を第１の圧力で収容するようになっており、第１の圧力は、流体容器１２の最大容量における流体の圧力である。典型的には、流体容器１２の最大容量は、約２４５００ｋＰａ（３５００ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ））までの圧力である。最大容量は、容器のサイズ、構成、及びユーザの用途の要求といった様々な要因に応じ、タンク毎に異なっている。選択可能には、流体容器１２は、最大シリンダ圧又は流体容器１２の最大容量までの内圧を測定するために、圧力センサを含んでもよい。

一実施態様では、一体型弁組立体１４は、ステンレス鋼ＡＩＳＩ３１６−Ｌ製であり、座、弁、及び調節器は、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）製であり、流体に接触する内部部品は、ステンレス鋼又はニッケル製である。他の適切な材料を用いてもよい。

一体型弁組立体１４は、流体容器オリフィス１６と密閉して連通されている。一実施態様では、一体型弁組立体１４は、流体容器オリフィス１６周りにおいて、流体容器１２に溶接されている。例えば、ユーザが低蒸気圧流体を送出しようとする場合、一体型弁組立体１４を流体容器１２に溶接するか又は別の方法で一体に取り付けて弁ネジなしに完全な密閉を確保することができる。この弁ネジは漏出源になるおそれがある。

本発明のいくつかの利点は、多数の流れ制御及び測定要素を一体型弁組立体１４に組み込むことにより、実現される。追加の利点は、内部要素の作用に応じて互いに異なる機能を実行する独立モジュールを追加することにより、実現される。そのモジュールは、米国特許第６，３１４，９８６Ｂ１号（「’９８６特許」）のモジュール式一体型弁組立体の様式で配置される。すなわち、一体型弁組立体１４をモジュール式要素から構成して’９８６特許に教示された変形例が容易に製造されると共に、ユーザにより容易に変更されるようにすることができる。容易に明らかとなるように、’９８６特許に開示された流体制御装置には、本発明に対して特別な用途がある。従って、’９８６特許は特に、それを参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。

一体型弁組立体１４は、流体送出入口２０及び流体送出出口２２を有する。例えば流体送出出口２２は、典型的には圧縮気体協会のＤｉａｍｅｔｅｒ Ｉｎｄｅｘ Ｓａｆｅｔｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓに従って特定され、一般にピグテールアダプタと称される適切な接続アダプタを用いることにより、ユーザの処理設備に接続可能となっている。典型的には、流体送出出口２２は、流体送出出口２２における瞬時接続出力コネクタである。組立体１４の入力及び出力接続は通常は、適用可能なＣＧＡ・Ｖ−１又はＥＮ６２９−１に従って選択されることになる。例えば流体送出出口２２と流体のユーザのシステムとの間の接続は、Ｃａｊｏｎ、Ｃｏｎｆｌａｔ（商標）又はＤｅｌ−Ｓｅａｌ（商標）によるＳｗａｇｅｌｏｋ（商標）、ＶＣＲ（商標）、及びＵｌｔｒａｔｏｒｒ（商標）、あるいは様々な供給元からのＪＩＳ、ＩＳＯ、ＫＦ、Ｗ、Ｂ、又はＣシールといった、標準的で高度に一体化された接続部を任意の数だけ使用して行われる。当業者には、様々な他の適切な接続を使用してもよく、このことが本発明の精神から逸脱することなく特許請求の範囲内に留まることが、理解されるであろう。

一実施態様では、図３及び図４に示すように、流体送出出口は、容器１２が正常な直立位置にある場合、一体型弁組立体又はモジュール１４に対し横向きに、好ましくは水平方向に面して配置される。既に説明したように、この出口の構成の利点は、特に産業上の状況において、ユニットの頂面に配置されて上方を向くのではなく、ユニットの側面に設けられて側方を向くように取り付けられると、流体送出出口２２が汚染物質の下降により汚染されるおそれが少ないということにある。

典型的には、流体送出出口２２は、着脱可能なカバー（図示せず）により覆われている。また、圧縮流体協会により推奨されている、適切にキーがつけられた流体容器１２の接続部を用いてもよい。可能な拡張として、特別仕様でキーがつけられた接続部を設けて互換性のない流体が誤って接続されないことが確保されるようにしてもよい。

図１、図３、図４、図５及び図６に示すように、全体として２４で示される気体分配路は、前記壁１８を通って流体容器１２の内部容積部から流体容器１２の外側領域へと延びており、気体分配路は特に、概ね流体送出入口２０と流体送出出口２２との間に延びていてもよい。気体分配路２４は、ここに述べる他の流路と、少なくとも部分的に、同じ広がりを持って延びていてもよく、同じ広がりを持つことなく延びていてもよい。

一実施態様では、流体送出入口２０は、気体分配路２４内に配置された選択任意の組込式浄化器の上流側にある。組込式浄化器は、Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社に譲渡された米国特許第５，４０９，５２６号において開示されている。この特許はそれを参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。

米国特許第５，４０９，５２６号（１９９６年４月２５日発行、「’５２６特許」）は、高圧接続を確立又は断絶することなく流体容器を再充填可能とした装置を開示している。特に’５２６特許は、高純度気体を供給する装置であって、弁を有する流体容器を具備し、この弁が２つの内部ポートを備えている装置を開示している。これら内部ポートの一方は、流体容器を満たすのに使用され、他方には、浄化ユニットが取り付けられている。この浄化ユニットは、流体容器から流出する気体から微粒子及び不純物を除去する。浄化された気体は、いずれも装置及び流体容器外にある調節器、流れ制御装置、及び様々なチューブを通過した後に、弁を通って流体容器から流出し、次いで従来通りの浄化器を通過して使用地点に到る。内部浄化器は、外部浄化器にかかる負荷を低減させ、浄化器を再充填すべき頻度を減少させる。２つの内部ポート及び内部弁を設けることにより、内部フィルタユニットを通過する充填気体が通過することなく、容器を充填可能となる。しかしながら、減圧装置は、流体容器のヘッドユニットの外部にあるので、再充填のために流体容器を交換することには、減圧装置による減圧の上流側において、高圧での従来式の接続の確立及び断絶を伴う。また、減圧装置等の機能要素は、従来通り、流体容器のヘッドユニットに接続され、流体容器に取り付けられているのではない。

’５２６特許の開示内容は、ユーザに明瞭な追加の機能が流体容器パッケージに含まれている流体容器搭載型制御装置の一例である。浄化器及び濾過媒体は、流体容器弁に対してカートリッジとして付加される。

本発明の一実施態様では、組込式浄化器２６の位置は流体容器１２の内部である。また、流体容器気体の非常に高度な応用を実現するために、組込式浄化器２６は微粒子を濾過することができる。この応用には、既知の流体容器気体製品は、通常、利用可能ではなかった。組込式浄化器２６は浄化器を含み、この浄化器は、吸着剤、吸収剤、及びその混合物からなるグループから選択された物質を含むユニットを、便利にも具備することができる。それにより、気体がユニットを通じて容器から抜き取られると、気体から不純物が除去される。組込式浄化器２６は、不純物が十億分率（ｐｐｂ）さらには兆分率（ｐｐｔ）である水準まで、気体を浄化することができ、これは、従来のフィルタでは実現できない。

また、残留圧力弁２８を組込式浄化器２６の下流側に配置してもよい。当業者には、本発明の精神から逸脱することなく特許請求の範囲内で、残留圧力弁２８について様々な適切な位置を使用できることが、理解されるであろう。残留圧力弁２８について他の位置が検討される。残留圧力弁２８は典型的には、公称クラッキング圧力が３０３〜３６５ｋＰａ（４４〜５３ｐｓｉ）となるように設定された逆止弁である。図１から図６からわかるように、残留圧力弁２８を第１の遮断弁３４の上流側に接続して異質流体が逆流するのを防止するようにしてもよい。

入力コネクタ３０は、流体が連通するように、一体型弁組立体１４を流体容器１２の内部容積部に接続するようになっていてもよい。入力コネクタ３０が含まれる場合、入力コネクタ３０は流体容器１２内まで延びていてもよい。入力コネクタ３０は、残留圧力弁２８を介して組込式浄化器２６と連通した接続気体流れ分配路３２を具備する。接続気体流れ分配路３２及び気体分配路２４は、互いに同じ広がりを持って延びていてもよい。

本実施態様では、一体型弁組立体１４と一体となった少なくとも１つの第１の遮断弁３４が、減圧器４０の高圧側すなわち上流側に位置決めされている。第１の遮断弁３４は、気体分配路２４内に位置決めされる。

第１の遮断弁３４は、選択的に開放及び密閉されて気体分配路２４に沿った流体流れを制御する。第１の遮断弁３４は、通常、特にシステムの適用対象が一体型弁組立体１４の流体送出出口２２に接続されていない場合には、閉鎖するように付勢されている。第１の遮断弁３４は、減圧弁４０内に液体が流入するのを防止するように機能する。液体が流入すると、排出速度が許容できないほどに高くなる。第１の遮断弁３４は、システムの安全性を向上させるように、流体容器１２のできるだけ近くに配置されるのが好ましい。この第１の遮断弁３４は、減圧弁を補完するよう機能し、輸送、一体型弁組立体１４の下流側におけるユーザの適用機器（図示せず）への接続及び取り外しの際に、不意に流体が放出されるのを防止する。

第１の遮断弁３４を手動で操作できるようにしてもよい。また、第１の遮断弁３４を、空気式、電気機械式、又はその他の方式で駆動してもよい。

第１の遮断弁３４の出力を、選択任意には、フィルタ３６に接続してもよい。選択任意のフィルタ３６が第１の遮断弁３４の出力に接続される場合には、フィルタ３６は減圧弁４０の上流側に、又は減圧弁４０に接続される。

流体容器１２内の圧力を示すために、選択任意には、高圧ゲージ３８を設けてもよい。高圧ゲージ３８は特に、空になったときに流体容器１２を交換できるように、流体容器１２内の流体の圧力を示す役割を果たす。

本発明は、気体分配路２４でかつ流体送出入口２０及び第１の遮断弁３４の下流側に位置決めされた、少なくとも１つの減圧器４０を含んでいる。減圧器４０は典型的には、分配された気体の減圧に用いられる自己調節式機械装置の形態をとる。減圧器４０の一例としては、流体容器１２から分配された気体の圧力を減ずる方法として、弁に接続されたダイアフラム又はピストンが組み込まれている圧力調節器がある。減圧器４０は、予め設定された圧力に固定されてもよく、可変であってもよい。一実施態様では、減圧器４０は、単段ダイアフラム構成である。他の実施態様では、減圧器４０は、管状の圧力調節器である。また、減圧器４０は、膨張弁、二段ダイアフラム調節器、又は圧力を減圧若しくは調節できる他の装置の形態をとってもよい。

減圧器４０を、ある圧力レベルで気体又は蒸気を流体容器１２から送出するために予め定められたレベルに設定してもよく、その圧力レベルは、大気圧を越える圧力、大気圧未満の圧力、又は大気圧でありうる。一実施態様では、減圧器４０は、大気圧を越える低い正圧の調節に最適化され、典型的には、送出圧が約１〜５ｂａｒ（９９．９７ｋＰａから４９９ｋＰａ又は１４．５から７２．５ｐｓｉ）、出力の送出圧が約１〜７ｂａｒ（９９．９７ｋＰａから６９９ｋＰａ又は１４．５ｐｓｉから１０１．５ｐｓｉ）に設定される。減圧器４０は、減圧器４０の上流側を流れる流体の圧力を、減圧器４０の下流側を流れる流体の低い圧力へと減圧する。この低い圧力は、典型的には、ユーザの適用対象に必要な送出圧である。

実際には、減圧器４０の送出圧は、人為ミスの可能性をさらに最小限にするために、供給者が設定した送出圧であってもよい。減圧器４０の調整可能性に関し、減圧器４０の送出圧設定を、固定バネを用いたり、調整には特殊なキーを要する調整可能なバネを用いたり、部分的に排気され又は加圧されたドーム負荷を用いることにより、調整してもよい。あるいは、減圧器４０は、例えば気体分配路２４の一部である単一のシリコンウエハ内でいずれもエッチングされた圧力センサ及びマイクロ機械加工制御弁からなるマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）であってもよい。従って、減圧器４０を、（例えばノブにより）手動で操作してもよく、電子式、空気式、又は他の機械駆動装置を含む他の周知の手段によって操作してもよい。

減圧器４０を組込式浄化器２６と接続箇所なしに直接組み合わせることにより、粒子の生成を低減することができる。このことは、ユーザにとってさらなる利点となる。組込式浄化器２６は効率的に粒子を除去可能であるが、高圧気体が遮断弁等の制限器を通って急激に膨張すると、粒子は下流側でも発生しうる。減圧器４０を組込式浄化器２６と組み合わせて用いることにより、出力圧力が低下し、粒子の問題のいくつかが回避され、粒子測定がはるかに容易になる。ある種の腐食性気体は、圧力が低くなると気体送出システムに対する腐食性が低くなる。

従来のシステムでは、浄化された気体は、弁及び継手を介し相互に接続された一連の独立流れ制御要素を通過することにより、利用回路内の工具に達する。この従来の構成では、気体に触れる面積が広くなるおそれがあり、漏出のおそれがあり、無駄な空間がもたらされることがあり、これらは、浄化された気体を再び汚染するおそれがある。容積を最小化すると共に組込式浄化器２６から下流側の流路における接続箇所を最少にしつつ、減圧器４０を一体型弁組立体１２の組込式浄化器２６の下流側に直接配置するということは、汚染を最小化するために効果的な方法である。組込式浄化器２６は、水分を除去して気体の腐食性を減少させることができ、減圧器４０は、出口圧力を低下させてさらに腐食性を減少させることができる。組込式浄化器２６が組立体１４内に含まれていなくても、本発明における減圧器４０は、逆流そのものを抑止する役割を果たすことができる。

減圧器４０の出口は、選択任意には、減圧器４０の下流側の低圧流れをさらに制御するために、圧力スイッチ又は流れスイッチ４２に接続される。圧力スイッチ又は流れスイッチ４２は、例えば手動操作ニードル弁又は計量弁でありうる。

選択任意には、低圧ゲージ４４を圧力／流れスイッチ４２にあるいは減圧器４０の下流側に接続して一体型弁組立体１４の低圧部分における圧力を示すようにしてもよい。高圧ゲージ３８及び低圧ゲージ５６は、上述のように、機械式表示ゲージであってもよく、電子出力を提供する電子式ゲージであってもよい。

また、選択任意の低圧ゲージ４４を、送出圧を監視するのに用いるために較正してもよい。さらに、選択任意の減圧器の上流側の４０高圧ゲージ３８を、非液化圧縮流体のために、流体容器１２内の流体の内容を示すために、含むこともできる。

本発明の利点の一つは、減圧器４０の下流側における低い圧力を利用するために流れ制限器４６を配置及び構成することにより、流体の圧力からの流体の利用度を向上させ、悲劇的なシステム障害の際に気体の最大放出速度を低減させることを実現できるということにある。流れ制限器４６は、減圧器４０の下流側でかつ気体分配路２４内に位置決めされる。流体流れ制限器４０は、流体流れ制限路を画定する。この流体流れ制限路は、オリフィス、ノズル、毛管、若しくはチューブ、又は他の適切な流体流れ制限路であってよい。典型的には、気体供給者又は流体容器の所有者は、流れ制限器４６を装着し除去し又は他の整備を行うことになる。

流れ制限器４６は、最大の容器圧力（従来なされていた）等のより高い圧力とは対照的に送出圧に基づいて構成され、前記送出圧で最大質量流量に維持された流体の流れを制限する。この最大質量流量は、ユーザの用途についての規定の標準に従った許容最大質量流量以下である。例えば、ＳＥＭＩ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）、政府、及び他の規格を発行している組織及び協会は、有害な流体について、許容最大質量流量を、危険及びユーザの用途に応じて設定している。規定の質量流量は変更されうると予想されている。特に、現行の規格よりも高くなるかあるいは低くなる将来の許容最大流量規格は、本発明の精神から逸脱することなく特許請求の範囲内において用いることができる。

一般に、流れ制限器を通る流体流れについて、臨界及び臨界未満という２つの流体流れの型がある。臨界未満の流体流れの型では、流れ制限器４６を通って流れる流体の速度は、上流側及び下流側の速度双方に依存する。臨界未満の流体流れは、流れ制限器４６の上流側と下流側との圧力比（以下にＲ_ｐとして定義）が、圧力係数Ｃ_ｐの速度係数Ｃ_ｖに対する比である臨界圧力比（以下にＲ_ｃとして定義）を超えたときにのみ、発生する。

逆の言い方をすれば、臨界流体流れは、Ｒ_ｐ＜Ｒ_ｃのときに発生する。臨界流体流れの型では、最狭の開口を通るときに流体流れはその音速に達すると共に質量流量は気体の密度のみに依存する。その結果、Ｒ_ｐ＜Ｒ_ｃである限り、臨界流れは下流側の圧力に依存しない。

流れ制限器４６の流体流れ制限路を通る開口の断面積は、以下の関係式により決定される。

特に、制限流れオリフィス、ノズル、又はベンチュリは、流体流れの型に応じ以下の関係に基づいて構成される。

・流体流れ制限器の面積（基本式）

ここで、δρはオリフィス前後の差圧であり、ρは流体の密度である。

・流体流れ制限器の面積（臨界流れ）

・流体流れ制限器の面積（臨界未満流れ）

ここで、
Ｐ_１＝上流側（高）圧力
Ｐ_２＝下流側（低）圧力［大気に逃がす場合、Ｐ_２は大気圧１４．７ｐｓｉａ又は１０１３２５Ｐａ］
ｄ＝オリフィス径（ｍ）
Ｄ＝気体密度（ｋｇ／ｍ^３）
Ｍ＝気体分子量（ｋｇ／ｇｍｏｌｅ）
ｋ＝Ｃ_ｐ／Ｃ_ｖ（標準状態における）
Ａ＝流れ制限器の流体流れ制限路を通る開口の断面積（ｍ^２）
Ｒ＝理想気体定数＝８．３１４Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ
Ｔ＝ケルビン温度（°Ｋ）
Ｒ_ｐ＝圧力比（Ｐ_２／Ｐ_１）
Ｒ_ｃ＝臨界圧力比＝｛（ｋ＋１）／２｝^{ｋ／（１−ｋ）}
Ｚ＝非理想気体についての圧縮性因子
＝ＰＶ／｛（ｍ／Ｍ）ＲＴ｝ 又は ＰＭ／ＤＲＴ
Ｃｗ＝排出係数
排出係数は、最狭点、いわゆる縮流部での流れの面積が、オリフィスの幾何学的開口Ａよりも狭いことを考慮している。これは、Ｓｈａｐｉｒｏの相関図（Ｓｈａｐｉｒｏ，Ａ．Ｈ．Ｔｈｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ Ｆｌｕｉｄ Ｆｌｏｗ；Ｒｏｎａｌｄ Ｐｒｅｓｓ：Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ；１９５３；Ｖ．１，ｃｈ．４．参照）から導出され、以下の数式に当てはめられる。
０．８５＋０．１０４１６７Ｒ_ｐ−０．８７５Ｒ_ｐ ^２＋０．５２０８３Ｒ_ｐ ^３

一実施態様では、流れ制限器４６は、制限流れオリフィス（ＲＦＯとして知られている）の形態をとる。このような制限流れオリフィスのサイズは、以下のように本発明において検討されたものを従来のように使用するのとは対照的に、送出圧を用いて算出される。

例えばシランが流体流れ制限器、この場合には制限流れオリフィスを通過するとき、オリフィスを通る、Ｓｅｍｉ規格で許容される最大流体流量は、７００ｋＰａで７．６標準リットル毎分（ｓｌｐｍ）である。このような圧力及び流量の状態で、面積について質量流量の式を解くと共に臨界流れを仮定すると、流体流れ制限路を通る開口の断面積は、０．３３６８ミリメートル（０．０１２９インチ）となる。特に、流れ制限器の流体流れ制限路を通る開口の断面積は、以下のように算出される。

温度＝２９４．２Ｋ（２１．１°Ｃ）
Ｐ_１＝７００×１０^６Ｐａ
Ｐ_２＝１．０１×１０^５Ｐａ
Ｍ＝０．０３２１ｋｇ／ｇｍｏｌｅ
ｋ＝１．２５
質量流量＝１．８３×１０^−４ｋｇ／ｓ
（なお、０°Ｃ及び１０１３２５Ｐａ（標準状態）での蒸気密度は７．６ｓｌｐｍ）
Ｒ_ｐ＝０．０１７
Ｒ_ｃ＝０．５５５
Ｚ＝０．５５８（シランは高度に非理想気体である），
Ｃｗ＝０．８５

設計オリフィス面積＝９．６８×１０^−８ｍ^２
（従って、ｄ＝３．３６８×１０^−４ｍ、
ここでＡ＝πｄ^２／４（ｍ^２）（円形オリフィスについて））

対照的に、典型的には約９９ｋＰａから約４９９ｋＰａの送出圧において７．６ｓｌｐｍの質量流量を許容する流れ制限器、ここでは制限流れオリフィスを備えて構成される本発明は、９９ｋＰａで約０．８９５ｍｍ（０．０３４５ｉｎ）、４９９ｋＰａで約３９８ｍｍ（０．０１５３ｉｎ）に対応するオリフィス径と同等である。０．３９８ｍｍのオリフィスは、上記数式を臨界流れでの流体流量について解くと、７００ｋＰａで１０．６９ｓｌｐｍの流量を許容するが、これはＳＥＭＩ規格をはるかに超過している。

流体流れ制限器が制限流れオリフィスの形態をとる場合、本発明で用いるのに適したオリフィスの呼び径は、０．００６，０．０１，０．０２，０．０３，０．０４，及び０．１６インチ（０．１５，０．２５，０．５，０．７５，１．０，及び４．０ｍｍ）である。他の流体流れ制限器で本発明に関連して用いるのに適するものがあることが、当業者には理解されるであろう。特に、適切な流体流れ制限器には、フィルタ、流れノズル、スクリーン、１つ若しくはそれ以上の導管、又はベンチュリが含まれる。これらの要素の構成は、周知の流れの計算、又はユーザの用途に使用される特定の流体流れ制限器に適用可能な経験データを用いて実現でき、上述の計算結果に従う。

また、この従来のオリフィスを用いると、流体容器１２から空になるまでの利用可能な流体が少なくなってしまう。このことは、従来の流体容器では、取出可能な流体の量が制限されることを意味する。

対照的に、流体流れ制限器４６を有する本発明による流体制御及び送出組立体は、流体送出についての従来の手法で利用可能な流体と比べて、流体容器内の流体をよりよく利用できるようにする。本発明での送出圧は流体容器の寿命のほとんどにわたって一定のままであるので、本発明の本実施態様は、従来の手法に伴うこれらの問題を克服している。部分的には、流体流れ制限器、この例では流体流れ制限器を構成することにより、また、最大タンク圧ではなく予め決められた用途のためにユーザが要求する圧力を用いることにより、多くの安全性への考慮に対応できると認識されるので、本発明の本実施態様では、従来用いられているものよりも大型の流体流れ制限器が使用可能となる。従って、大型の流体流れ制限器により、目詰まりの危険性が減少する。しかしながら、より重大なこととして、大型の流体流れ制限器と、製品が取り出されるにつれてシステムの流れ容量が安定に減少しないという事実とにより、流体容器内の気体のより多くの割合を利用できるようになる。また、本発明により、流体流れ制限器を通る流れを増やすことなく、流体容器をその最大圧力まで充填できるようになり、それにより、必要となる流体容器の交換頻度が少なくなる。従って、充填圧力を増加させ、流体容器を低圧になるまで使用することにより、ユーザは各流体容器からはるかに多くの製品を取り出すことができる可能性がある。

また、少なくとも１つの第２の遮断弁４８が含まれている。本実施態様では、第２の遮断弁４８は、弁組立体１４と一体になっており、組込式減圧器４０の低圧側、すなわち下流側に位置決めされている。第２の遮断弁４８は気体分配路２４内に位置決めされている。

第２の遮断弁４８は、選択的に開放及び密閉されて気体分配路２４に沿う流体を制御し、第２の遮断弁４８が閉鎖位置にあるときに、流体容器からの流体の流れを制御すると共に、貯蔵及び輸送の際に周囲気体が流入しないよう減圧器４０を保護するように作用する。この特徴は、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＳｉＨ_４、ＢＣｌ_３等の腐食性又は反応性流体を送出する場合に、特に重要である。この場合、空気の汚染により、腐食もしくは固体形成、又はその双方が生じうる。

次に、流体容器１２を充填可能な本発明の実施態様について検討すると、一体型弁組立体１４内に流体充填路５０を、流体容器１２の流体容器オリフィス１６と一体型弁組立体１４の流体充填入口５４との間において、設けてもよい。流体充填入口５４は典型的には、密閉可能カバー（図示せず）を通じてアクセスされる。

流体充填路５０は、図１、図３、図４、図５及び図６に示すように、分離していてもよく、第１の遮断弁３４の上流側から第２の遮断弁４８の下流側へのバイパスラインを用いることにより、気体分配路２４と組み合わされていてもよい。

流体充填路５０内に位置決めされているのは、流体充填弁５２である。流体充填弁５２は、選択的に開放及び密閉されて流体充填路に沿う流体を制御し、流体容器１２への流体の流れを制御するように作用する。流体充填弁５２は、手動操作可能である。また、流体充填弁５２を、空気式、電気機械式、又はその他の機械式に駆動してもよい。また、例えば管轄輸送当局が要求する場合には、流体充填路５０に接続されるのは、選択任意の安全放出弁又は破壊ディスク５６である。

図２は、図１に示した装置の外観の正面図である。図３は、流体送出出口２２の代替的な位置を示す。流体送出入口２０、流体送出出口２２、接続気体流れ分配路３２、流体充填路５０、及び充填入口５４について様々な適切な位置が、本発明の精神から逸脱することなく、特許請求の範囲内で用いられうることが、当業者には理解されるであろう。

次に、本実施態様における図４を参照すると、一体型弁組立体１４は、選択任意のフィルタ３６と第１の遮断弁３４との間の、減圧器４０の上流側の位置に、気体分配路２４と連通する、選択任意のパージガス路５８も有する。パージガス弁６０は、逆止弁６２の下流側かつパージガス入口６４の上流側に、接続されている。この場合、パージガス入口６４は、パージライン（図示せず）に接続される。一作用モードでは、輸送中に減圧器４０内に空気が進入する危険性をさらに減少させるために、第２の遮断弁４８を閉鎖する前に、不活性流体（例えば乾燥Ｎ_２、Ａｒ等）を一体型弁組立体１４内に導入してもよい。このように、第１の遮断弁３４の追加の役割には、積極的に分離することにより、輸送中に減圧器４０を覆うのに用いられる不活性パージ流体でもって、有害な処理流体の汚染又は希釈を防ぐということがある。

図５及び図６に示すように、選択任意の他の有用な弁は、組込式圧力変換器６６である。この組込式圧力変換器６６は、この弁の開放時にはいつでも流体容器の内容を測定可能であり、通常は気体パネルに組み込まれている圧力測定装置の代わりとなる。さらに、本発明の各弁を、当該技術分野で周知のように通気不足、過剰の気体流れ、有毒気体の放出、又は出火を検出するローカルセンサと結合してもよい。

また、図５及び図６は、他の視点から見た組立体の要素を備えた本発明の一実施態様を示すと共に、本発明の一実施態様による流体制御組立体の軸線方向部分断面図である。図５及び図６は、上述の図と同じ参照番号で示される共通の細部を有する。同じ参照番号が適用されるところでは、当業者は、図１から図４において上述したこれらの特徴の構成及び作用を理解する。

安全性を追加するために、圧縮機（図示せず）を、良好に換気される筐体内に設け、有害流体放出検知センサ（図示せず）と連動させるようにしてもよい。

選択任意の一体型弁保護装置（流体容器キャップ等、図示しない）を流体容器１２に取り付け、それにより、弁保護装置を除去することなく、低圧接続及び遮断弁の動作が可能となるようにしてもよい。さらに、上述の特徴と共に又は上述の特徴なしに、弁保護キャップは、選択任意には、流体容器１２とのあらゆる螺合接続から漏出する蒸気に対する二次的な汚染物質となることがあり、選択任意には、ポート（図示せず）に装着されて漏出検出装置が取り付けられるようにしてもよい。一体型ハンドル又は他の持ち上げ補助具が、弁保護装置内に一体成形されてパッケージがより容易に輸送され設置されるようにしてもよい。

選択任意には、処理機器及びオペレータに対するリアルタイムのフィードバックに対し、気体の利用、装置の動作、シリンダの内容、処理気体圧、及び安全アラームの状態に関する情報を提供するために、電子制御システム（図示せず）を組立体１０に適合させることもできる。

’９８６特許は、本発明の実施において特に適した他の安全機能を開示している。（独立型組立体としてあるいは他のモジュールと共に用いられるときの）一体型弁組立体１４のさらなる変形例において、一体型弁組立体１４は、他の制御及び検出装置、例えば１次モジュール内の切換機能が遠隔制御で実行されるように、遠隔制御ステーションと通信する送信機に接続されたマイクロチップを含んでいてもよい。

このような安全性についての特徴の１つは、一体型弁組立体１４を取り囲む金属ハウジングと、外部からの衝撃を吸収するためにハウジングの頂部に取り付けられるプラスチックリングとを提供することにあり、取扱の際に外部からの衝撃を吸収し、１次及び２次モジュール間の接続を保護している。また、安全逃がし弁又は破壊安全ディスク５６（図１、図３、図４及び図５に示す）を含んでいてもよい。破壊安全ディスクは、所定の圧力で破壊するようになっている耐腐食性金属製の薄い円形ダイアフラムである。

次に、処理気体を流体容器１２から流体のユーザの適用対象装置に供給する典型的な用途の際に、独立型組立体として使用される場合における、組立体１０（図示せず）の通常作用について説明する。他の構成での本発明の作用については、以下の記述から容易に明きらかとなるであろう。

本動作モードでは、流体のユーザは、一般にピグテールアダプタと称される適切な接続アダプタを用いることにより、瞬時接続出力コネクタである流体送出出口２２に接続すると共に、ユーザの処理装置に接続する。接続後、流体充填弁５２及び安全逃がし弁５６が閉鎖しているように、パージガス弁６０は通常、閉鎖している。処理気体が必要になると、第１の遮断弁３４が開放される。流体（典型的には気体）は、流体容器１２の内部容積部１８から流れ、流体送出入口２０に流入する。次いで、流体は、流体送出入口２０から組込式浄化器２６を通過し、次いで残留圧力弁２８を通過する。いったん残留圧力弁２８を通過すると、流体は、第１の接続気体流路３２に沿って高圧遮断弁２２へと進む。第１の遮断弁３４を通って流れた後（第１の遮断弁３４が開放しているとき）、流体は、気体分配路２４に沿って減圧器４０へと進む。減圧器４０の通過後、流体は、気体分配路２４に沿って進み、流体制限器４６に至り、少なくとも一つの第２の遮断弁４８へと進む。第２の遮断弁４８が開いていると、流体は次いで流体送出出口２２において組立体１０から流れていく。

いったん、流体のユーザが流体の使用を完了すると、第１の遮断弁３４が閉鎖され、残留流体は一体型弁組立体１４から排気される。本実施態様の一体型弁組立体１４が下流側の要素から分離される前に、減圧器４０の下流側の第２の遮断弁４８が閉鎖されてシステムの分離時に排気済み空間内に空気が分配されないようにしている。

流体容器１２は、空になると、流体送出出口２２において分離されると共に、パージガス弁６０が閉鎖されているときにはパージ入口６４において分離される。典型的には、流体容器１２及び一体型弁組立体１４のユニット全体は、充填のために気体供給者に返却される。充填作用は、適切なパージ処理後、流体充填入口５４及び充填弁５２を通じ、気体供給者によって行われる。

新規の充填された気体流体容器は、流体容器に既に永久的に取り付けられている一体型弁組立体１４（これは、Ｚｈｅｎｇ ＩＩ特許に開示されているように、１次モジュールでありうる）と共に提供され、一体型弁組立体１４を通る気体分配路２４がパージ処理され、新規の流体容器１２及び一体型弁組立体１４が、新規の気体流体容器１２の流体送出出口２２を介しユーザのシステムに接続されると共に、パージ処理入口６４を介しパージ処理システムに接続される。

従って、接続の確立及び断絶は、０〜２０ｂａｒの領域で、相対的に低圧において実行されることになる。多くの状況において、一体型弁組立体１４と流体容器１２との接続は、流体容器１２のユーザによって断絶されることはない。

明らかなことであるが、本発明の利点は、半導体装置製造を含む産業用途において、高純度で腐食性、毒性、オキシダント性、不活性、自燃性の流体、及びこのような流体の混合物が不意に放出されることによる影響を緩和することにある。本発明は、低い流体容器圧力において（すなわち、流体容器が空になるときに）、実質的により多くの流量で送出するように構成されているという点で、従来の手法に対して利点を有する。例えば従来のＲＦＯは、流体の最大許容質量放出速度を決定し、次いで当該放出速度及び最大流体容器圧力に基づきＲＦＯ径のサイズを決めることにより、そのサイズが決められる。この場合、オリフィスを通過する可能な最大流れは、流体容器の圧力が下降するにつれて減少する。従って、流体容器圧力が低いときに、従来の流体弁組立体からの流れは、最大許容放出速度よりもはるかに低い値に、不必要に制限される。実際、比較的低温で所望の流量を維持するために、複数の流体容器が重畳的に並列配置される。

しかしながら、本発明では、流体容器の寿命のほとんど又は全てに亘り、送出圧を一定に維持できる。送出圧が流体容器の内部圧力よりもはるかに低いので、ある程度大型の流体流れ制限器を使用でき、目詰まりの危険性が低減される。さらに重要なこととして、比較的大型の流体流れ制限器と、製品が取り出されるにつれてシステムの流体容量が一定して下降しないという事実とにより、流体容器内の気体のより多くの部分を利用できるようになる。また、本発明により、流体流れ制限器を通る流れを増やさずに、流体容器をその最大圧力まで充填することができるようになる。従って、充填圧力を増大させると共に、流体容器が低圧になるまで取り出すことにより、ユーザは、各流体容器から、はるかに多くの製品を取り出すことができる可能性がある。

さらに、減圧器が障害の原因であるので、本発明では、高圧及び低圧遮断弁間に減圧器が配置されている。この位置により、組立体を流体容器から除去せずに、減圧器を保守できるようになる。

本発明に組み込まれた別の安全対策により、高圧で分離することなく、流体容器を充填することが可能となる。一般に、流体容器は、通常は単純な遮断流体容器弁（米国では組込式破壊ディスクを備える）により制御される高圧気体を含んでいる。通常、気体は、容器内の圧力よりも実質的に低い圧力において使用され、ユーザは、膨張弁等の減圧手段を回路内に接続する。気体流体容器を再充填する必要がある場合、流体容器の遮断弁が閉鎖されて高圧回路が分離される。流体容器を高圧においてこのように接続及び分離すると、漏出及び汚染のおそれが生じる。減圧装置は、通常の動作において、大気による汚染に決して曝されないようにすべきなので（流体容器を充填するために独立した経路が気体供給者により使用される）、組込式制限器の保守の必要性は、気体パネル上の制限器におけるよりも低くなることが、理解されるであろう。気体パネル上の制限器は、流体容器の交換の度に、大気による汚染に曝される可能性がある。

本発明により、流体容器の交換頻度の低減に基づく実質的な節約が可能となる。慎重に実施するには、適切な防護装備を着けた、訓練された技術者が、事前及び事後の関連するパージ処理を行うと共に、有害な流体容器の変更を実行することが、必要である。流体容器の交換頻度がより少なくなることによる労力の節減に加えて、高コストとなる処理設備の休止時間がはるかに短縮される可能性がある。同様に、これらの一体型圧力調節済気体供給パッケージでは、減圧器の定期的な保守及び交換に起因する休止時間が排除される。

上述のように、本発明において低減された送出圧により、不意に気体が放出されることが低減される可能性がかなり高い。さらに、送出圧が低減していることにより、送出システムの要素の信頼性が向上され、故障が起こりにくくなり、要素の故障が深刻でなくなる。

また、減圧器及び高圧遮断弁の下流側に設けられた適切な大きさの流体流れ制限器が取り付けられた流体制御及び気体送出組立体を使用することにより、各流体容器から流量をより多くすることが安全に達成できるようになり、個々の流体容器からより多くの処理機器に供給することと、流体容器内のより大きな充填密度を使用することとのうち一方又は両方が可能となる。

本発明の利点は、有害な流体を収容し送出する装置であって、有害な流体の不意の流出又は放出の危険性を減少させ、同時に、安全性、信頼性、及び送出される製品の品質を向上させつつ設備及び運用コストを減少させる装置を提供することにある。本発明は有利にも、流体容器からの流体の利用性を向上させ、悲劇的なシステム障害時に最大質量流れ放出速度を減少させ、複数の安全対策を単一の組立体に組み込んでこのような流体の作用、貯蔵、及び輸送の際の安全性、効率性、及び信頼性を向上させている。

従来技術に対してこれらの利点があるので、本発明は、様々な産業及び市場に用途がある。例えば本発明は、部分的な真空下で処理気体が送出できない用途と組み合わされて、又は送出システムに起因する圧力降下のためにより高いライン圧力が必要なときに、用いられてもよく、ドープ剤、エッチング剤、エピタキシ、チャンバクリーニング低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、大気圧化学蒸着法（ＡＰＣＶＤ）、拡散及び熱酸化の応用分野を含んでもよい。

本明細書のさらなる意図によれば、上記変形例の他の多くの変形及び組み合わせが、当業者には容易に見出されるであろう。特定の実施態様を参照してここに説明及び記述されているが、本発明は、説明された詳細な内容に限定されることを意図したものではない。むしろ、本発明の精神から逸脱することなく、特許請求の範囲の均等の範囲内で、細部についてのさまざまな変更がなされうる。

流体を収容し受け取り貯蔵すると共に気体を流体容器から分配するための、本発明の一実施態様による一体型流体流れ制限器付き流体制御及び気体送出組立体の概略図である。 流体を収容し受け取り貯蔵すると共に気体を流体容器から分配するための、本発明の一実施態様による一体型流体流れ制限器付き流体制御及び気体送出組立体の構成の正面図である。 流体を収容し受け取り貯蔵すると共に気体を流体容器から分配するための、本発明の一実施態様による一体型流体流れ制限器付き流体制御及び気体送出組立体の概略図であって、流体出口が一体型弁組立体の側部に配置されている図である。 流体を収容し受け取り貯蔵すると共に気体を流体容器から分配するための、本発明の一実施態様による一体型流体流れ制限器付き流体制御及び気体送出組立体の第１の代替的な構成の正面図であって、流体出口が図３に示されるように弁組立体の側部に配置されている図である。 流体を収容し受け取り貯蔵すると共に気体を流体容器から分配するための、本発明の一実施態様による一体型流体流れ制限器付き流体制御及び気体送出組立体の部分軸線方向断面図であって、内部構成をより詳細に示す図である。 流体を収容し受け取り貯蔵すると共に気体を流体容器から分配するための、本発明の一実施態様による一体型流体流れ制限器付き流体制御及び気体送出組立体の部分軸線方向断面図であって、図５とは別の視点から内部構成をより詳細に示す図である。

Claims (22)

1. 有害な流体を安全に収容し受け取り貯蔵すると共に気体を分配するための流体制御及び気体送出組立体において、
   ａ．外部領域から内部容積部を隔離する壁を有する容器であって、第１の圧力で流体を収容するようになっており、該第１の圧力は、該容器が容器充填容量であるときの圧力である、容器と、
   ｂ．前記壁を通って前記容器の前記外部容器から前記内部容積部へと延びる流体充填路と、
   ｃ．前記壁を通って前記内部容積部から前記容器の前記外側領域へと延びる気体分配路であって、前記流体充填路とは同じ広がりを持つことなく延びる気体分配路と、
   ｄ．前記気体分配路内に位置決めされた第１の遮断弁と、
   ｅ．減圧器であって、前記気体分配路内の前記第１の遮断弁の下流側に位置決めされて該減圧器の上流側の流体流れの圧力を送出圧まで下げる減圧器と、
   ｆ．前記気体分配路内の前記減圧器の下流側に位置決めされた流体流れ制限器であって、前記送出圧に維持された流体の流れを、有害な流体についての許容可能な最大質量流量規格以下の最大質量流量に制限するように構成された流体流れ制限路を有する流体流れ制限器と、
   ｇ．前記気体分配路内の前記減圧器の下流側に位置決めされた第２の遮断弁と、
   ｈ．前記気体分配路内の前記第１及び第２の遮断弁の下流側に配置された流体出口コネクタであって、前記気体分配路と気体を利用する装置との間の低圧接続を確立及び断絶するようになっている流体出口コネクタと、
   を具備した流体制御及び気体送出組立体。
2. 前記流体流れ制限路は、送出圧での気体の流れを、前記流体流れ制限器を通じて、当該流体についての第１の圧力での許容可能な最大流量規格を超える最大流量に制限する請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
3. 前記流体流れ制限路は、送出圧での気体の流量を、前記流体流れ制限器を通じて、当該流体についての７００ｋＰａ（１００ｐｓｉｇ）での許容可能な最大流量規格を超える最大流量に制限する請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
4. 前記流体流れ制限器は、１つ又はそれ以上のオリフィス、流れノズル、ベンチュリ、フィルタ、スクリーン又は毛管を含んでなる請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
5. 空気又は異質流体の逆流を防止するために、前記気体分配路内の前記第１の遮断弁の上流側に配置された残留圧力弁をさらに具備した請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
6. 前記第１の遮断弁と前記減圧器との間の気体分配路と連通したパージガス入口を有するパージガス流路をさらに具備した請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
7. 前記パージガス流路を選択的に開放及び密閉するために、パージガス弁を前記パージガス流路内に位置決めした請求項６記載の流体制御及び気体送出組立体。
8. 前記気体分配路に沿う流体流れを制御する流体スイッチをさらに具備した請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
9. 前記流体スイッチに対して制御関係で連結されたプロセッサをさらに具備した請求項８記載の流体制御及び気体送出組立体。
10. 前記容器内で前記第１の遮断弁の上流側にある浄化器を、さらに備えた請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
11. 前記減圧器の上流側に高圧安全逃がし弁をさらに具備した請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
12. 前記流体充填路、気体分配路、減圧器、遮断弁、流体流れ制限器、及び出口コネクタは、前記容器上に設けられた１次気体制御モジュールにより規定される請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
13. 第１の遮断弁を作動させて前記流体容器から送出された気体の排出を制御するための自動制御器をさらに具備した請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
14. 前記有害な流体は、ユーザの用途による要求に従い、腐食性、毒性、オキシダント性、自燃性の流体、及びこのような流体の混合物からなる流体から選択される請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
15. 前記流体充填路に沿った気体の流れを制御するように位置決めされた流体充填弁をさらに具備した請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体。
16. 気体を利用する半導体製造装置と、前記気体の供給源とを具備し、該供給源が請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体を含んでなる、半導体製造システム。
17. 半導体製品を製造する方法において、閉じ込められた状態で流体を請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体内に収容し、第１の遮断弁を駆動して気体を流体容器から排出することにより、該閉じ込められた流体を選択的に分配し、該排出された気体を半導体製品の製造に利用する、各段階を含んでなる方法。
18. 気体を貯蔵し分配する方法において、閉じ込められた状態で気体を請求項１記載の流体制御及び気体送出組立体内に収容し、第１の遮断弁を駆動して気体を流体容器から排出することにより、該閉じ込められた気体を選択的に分配する、各段階を含んでなる方法。
19. 気体を利用するための装置内で高圧接続を断絶することなく気体の供給源を交換する方法において、
    ・第１及び第２の気体供給部を提供し、各供給部は、流体を第１の圧力で貯蔵するようになっていると共に外部領域から内部容積部を隔離する壁を有する流体容器と、該流体容器上に設けられた１次気体制御モジュールとを具備しており、該モジュールは、
    ａ．前記壁を通って前記内部容積部から前記容器の前記外側領域へと延びる気体分配路と、
    ｂ．前記気体分配路内に位置決めされた第１の遮断弁と、
    ｃ．減圧器であって、前記気体分配路内の前記第１の遮断弁の下流側に位置決めされて該減圧器の上流側を流れる流体の圧力を送出圧まで下げる減圧器と、
    ｄ．前記気体分配路内の前記減圧器の下流側でかつ出口の上流側に位置決めされた流体流れ制限器であって、前記送出圧に維持された流体の流れを、有害な流体についての許容可能な最大質量流量規格以下の最大質量流量に制限するように構成された流体流れ制限路を有する流体流れ制限器と、
    ｅ．前記気体分配路内の前記減圧器の下流側に位置決めされた第２の遮断弁と、
    ｆ．前記気体分配路内の前記第１及び第２の遮断弁の下流側に配置された出口コネクタであって、前記気体分配路と気体を利用する装置との間の低圧接続を確立及び断絶するようになっている出口コネクタとを、規定しており、
    ・低圧入口及び入口コネクタを有する、気体を利用するための装置を提供し、該入口コネクタは、気体を前記第１の供給部から前記装置に供給するために、当初は前記第１の気体供給部の出口コネクタに結合され、
    ・前記第１の気体供給部の遮断弁を閉鎖して前記第１の気体供給部を前記気体を利用する装置から分離し、
    ・前記第１の気体供給部のコネクタと前記気体を利用する装置のコネクタとの間の低圧接続を断絶し、
    ・前記第１の気体供給部を前記第２の気体供給部に置き換え、
    ・前記第２の気体供給部の遮断弁を閉鎖しながら、前記第２の気体供給部のコネクタと前記の気体を利用する装置のコネクタとの間の低圧接続を確立し、
    ・前記第２の気体供給部の遮断弁を開放し、前記第２の気体供給部から前記の気体を利用する装置に気体が流れるのを許容する、
    各段階を含んでなる方法。
20. 前記の第１の気体供給部を前記流体充填路を通じて再充填する段階を更に含む請求項１９記載の方法。
21. 前記気体を利用する装置は、集積回路製造用の工具を具備している請求項１９記載の方法。
22. 前記気体を利用する装置は、集積回路製造用の工具を具備している請求項１９記載の方法。

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