JP3247116B2

JP3247116B2 - 研磨スラリーのための迅速切り離し弁装置

Info

Publication number: JP3247116B2
Application number: JP54108597A
Authority: JP
Inventors: リッチモンド，カーティス・リー
Original assignee: メガ・システムズ・アンド・ケミカルズ・インコーポレーテッド
Priority date: 1996-05-16
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 2002-01-15
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: JP2000502431A; US5791376A; WO1997043574A1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は一般に弁装置に関し、特に、化学供給ライン
に対する研磨スラリータンクの迅速な接続及び切り離し
を容易にする迅速切り離し弁装置に関する。

背景技術集積回路の製造においては、一般に、半導体ウエファ
ーを処理するときに、化学処理設備を使用する。このよ
うな製造処理に使用される化学物質はしばしば大きなタ
ンク、ドラム又は「運搬具」（totes）内のベンダー（v
endors）により供給される。半導体ウエファーに対する
作業を実際に行う化学処理設備は典型的には化学タンク
と相互連結できる取り付け部を有する化学供給ラインを
有する。化学不純物の侵入を阻止することが重要である
ため、化学処理設備から延びる化学供給ラインの取り付
け部に設けられた同様の締切弁に適合する締切弁を化学
タンクに設けることが知られている。例えば、米国（ミ
ネソタ州チャスカ（Chaska）のフルオロウエア社（Fluo
roware Inc.）のフルオロピュア・ケミカル・コンテナ
・プロダクツ部門（FluoroPure Chemical Container Pr
oducts Division）は「FluoroPure」（登録商標）なる
迅速接続装置を市場に出しており、この装置において
は、化学供給ドラムは化学供給ライン内に設けた相手方
の締切弁に対して迅速に接続又は切り離しできる締切弁
を具備し、このような化学供給ドラムへの侵入的でない
（即ち適正な）接近を提供する。供給ラインを化学供給
ドラムに接続したとき、弁が開き、化学供給ドラムから
供給ラインへの流体の供給を可能にする。

しかし、半導体ウエファーの製造に使用されるある化
学工程即ちプロセスでは、例えば、生の半導体ウエファ
ーの表面を研磨する工程（いわゆる「化学機械研磨」）
中に、研磨スラリーを使用する必要がある。研磨スラリ
ーは半導体ウエファーの処理に使用する他の形式を化学
流体では必ずしも生じるとは限らない多くの問題を生じ
させる。例えば、研磨スラリーは普通の締切弁の弁座、
Ｏ−リング及びシールを攻撃し、擦り減らす傾向を有す
る。従って、従来の弁は、このような研磨スラリーに関
連して使用した場合に、その寿命が極めて短くなる。

化学スラリーにより生じる別のユニークな問題は、研
磨スラリー粒子を懸濁状態に維持させるために、スラリ
ーリザーバと化学処理装置との間で化学スラリーを連続
的に循環させる必要があることである。スラリーはしば
しば液体キャリヤ内で懸濁された酸化物、タングステ
ン、アルミナ又はシリカの粒子を含む。スラリーが連続
的に循環されず、スラリーリザーバ内で撹拌されない場
合は、研磨粒子がリザーバ内で沈殿する傾向を有する。
常に循環させるというこの必要性は普通の締切弁を擦り
減らし、摩耗させるという危険性を単に増大させる。更
に、常に循環させるという必要性は許容できる背圧即ち
圧力降下に関連する事柄を発生させる；既知の迅速接続
装置を通しての化学スラリーの循環は、そこを通る流体
の流れを絞る締切弁により生じる過剰な背圧即ち圧力降
下を発生させる。

更に、従来の弁はしばしば流体流れ経路内に金属バネ
を具備する。半導体ウエファー工程に使用される多くの
化学物質は普通このような金属バネを攻撃しないが、研
磨スラリーは金属バネの表面を摩耗させ、流れ流路内へ
金属汚物を導入させる；このような金属汚物はこのよう
な半導体ウエファーから作られる集積回路の生産率を低
下させる可能性があり、これは避けねばならない。

従って、本発明の目的は、切り離し時に流体リザーバ
及び化学供給ラインの双方を自動的にシールしながら、
流体リザーバを化学供給ラインに迅速かつ簡便に接続す
るために使用することのできる迅速切り離し装置を提供
することである。

本発明の別の目的は、研磨化学スラリーに関連して使
用した場合でさえ比較的長い寿命を有するそのような迅
速切り離し装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、全流作動中、流体の流れを
締め切るために使用される表面が流れ経路から退避する
ようになったそのような迅速切り離し装置を提供するこ
とである。

本発明の更に他の目的は、流体流れ経路内への金属汚
物の導入の可能性を実質上減少させるそのような切り離
し装置を提供することである。

本発明の他の目的は、そのような迅速切り離し装置内
に組み込まれた締切弁を通る際の過剰な圧力降下を生じ
させずに、化学スラリーの自由で制限されない流体流れ
を許容するそのような迅速切り離し装置を提供すること
である。

本発明の更に別の目的は、比較的容易かつ安価に製造
できるそのような迅速切り離し装置を提供することであ
る。

本発明の上記及びその他の目的は、本発明の説明が進
むにつれて、当業者にとって明らかとなろう。

発明の開示簡単に述べると、本発明の１つの好ましい実施例によ
れば、本発明はシリンダのボア内で摺動する拡大環状側
壁部分を備えたピストンを有する迅速切り離し弁に関す
る。シリンダは少なくとも１つ、好ましくは複数個のほ
ぼ環状の流体通路を有し、流体通路は、シリンダの第１
の開端の実質上近傍でシリンダを通ってシリンダの外壁
からシリンダの内壁へ延びる。本発明の好ましい実施例
においては、これらの流体通路は十分な横断面寸法及び
数を有し、流体通路の総断面積は供給ライン内の他の地
点に設けられた流体流れのための最小断面積に近似す
る。

迅速切り離し弁はまた、シリンダ及びピストンを収容
するための中央室を備えた弁本体を有する；弁本体は流
体通路とシリンダの第１の開端との間に位置する地点で
シリンダに対してシールされる。

弁本体は第１のポートを備え、この第１のポートはシ
リンダの外壁に連通し、かつ、弁本体の第１のポートと
流体通路との間で流体を運搬するためにシリンダの外壁
に形成された流体通路開口に連通する。弁本体はまた、
シリンダの第１の開端及びピストンの第１の端部に連通
する第２のポートを有する。ピストンはピストンの第１
の端部とその拡大環状側壁部分との間を実質上延びるネ
ック部分を有する。ネック部分の横方向寸法はピストン
の拡大環状側壁部分の直径に比べて減少しており、ピス
トンのネック部分に沿っての流体の流れを許容する。弁
が「閉じて」いるとき、このネック部分の先端は弁本体
の第２のポートを越えて実際延びる。

本発明の弁はまた、金属圧縮バネの如き偏倚機構を有
し、この偏倚機構はピストンに係合して、シリンダの第
１の開端の方へ、かつ、シリンダの反対側の第２の端部
から離れる方向へピストンを偏倚する。この位置へ偏倚
されるとき、ピストンの拡大環状側壁部分はシリンダの
内壁を通って延びる流体通路を横切って摺動し、これを
シールする。しかし、ピストンの第１の端部に力が作用
したとき、偏倚機構は降伏し、シリンダ内でのシリンダ
の第２の端部の方へのピストンの摺動を許容する。この
場合、ピストンの拡大環状側壁部分はシリンダの内壁を
通って延びる実質的な流体通路から離れるように変位
し、流体は弁本体の第１のポートと第２のポートとの間
の実質上環状の流体通路を通って自由に流れることがで
きる。

流体の流れを促進するため、シリンダの壁の流体通路
はシリンダの開端の方に実質上向いており、かつ、流体
流れ経路内での直角の屈曲を避けるために湾曲すること
ができる。同様に、ピストンのネック部分は、好ましく
は、ピストンの第１の端部からその拡大環状側壁部分の
方へ先細り（テーパ）しており；先細りしたネック部分
の直径はピストンの第１の端部で最小となり、先細りし
たネック部分が拡大環状側壁部分の方へ延びるにつれて
直径が徐々に増大する。

本発明の好ましい実施例においては、シリンダの第２
の端部は閉じ、偏倚バネはピストンとシリンダの第２の
閉じた端部との間でシリンダ内に収容される。それ故、
偏倚バネは流体流れ経路の外側に位置し、化学スラリー
によって擦り減らされない。好ましくは、通気穴がシリ
ンダの第２の閉じた端部に形成され；通気穴は多量の流
体がそこを通って流れるのを許容しないが、ピストンと
シリンダの閉じた端部との間の空間の収縮又は膨張によ
るピストンの摺動運動の制限を回避する。

本発明はまた、少なくとも２つの上述した弁を組み込
んだ迅速切り離し装置に関し、一方の弁は化学供給リザ
ーバ上でこれに連通して位置し、他方の弁は流体供給ラ
イン内に組み込まれていて、流体リザーバ又は流体供給
ラインを汚染することなく、流体供給リザーバに対して
流体供給ラインを迅速に接続又は切り離しできる。迅速
切り離し装置は第１の弁本体の第２のポートと第２の弁
本体の第２のポートとを一緒に選択的に締結するための
機構を有する。第１及び第２の弁が一緒に連結される
と、第１及び第２の弁内のピストンの突出したネック部
分が接触し、互いに押し付けあう。これらの相互の力は
同時に、このような弁の各々内に位置する偏倚バネに打
ち勝ち、連結された２つの弁間、従って、流体リザーバ
と流体供給ラインとの間での流体の自由な流れを許容す
る。

図面の簡単な説明第１図は化学物質を大量に運搬するために使用され、
本発明に係る弁組立体を含む矩形の化学コンテナ即ち運
搬具の斜視図、第２図は、第１図の２−２平面における第１図に示す
装置の断面図、第３図は、第１図及び第２図に示す弁組立体の拡大断
面図、第4A図及び第4B図は、第３図に示す弁組立体の上から
見た集合的な分解部品斜視図、第５図は、第4A図及び第4B図に示す弁組立体の下から
見た部分的な分解部品斜視図、第６図は、第4B図に示す弁本体の拡大斜視図、第７図は、第６図に示す弁本体の上下方向から見た
図、第8A図は、互いに接触する前の、第３図に示すような
２つの対向する閉じた弁の拡大図、第8B図は、互いに接触し流体流れに対して開いた後
の、同じ２つの対向する弁の拡大図、第９図は各弁を着脱可能に組立てるために使用される
ネジ付きリテーナリングの斜視図、第10図は上述の弁のうちの一方の弁を形成するために
使用されるピストンの斜視図である。

発明を実施するための最良の形態第１図及び第２図において、大きな化学スラリーコン
テナ即ち運搬具の全体を符号20にて示す。運搬具20は実
質的には化学流体のリザーバである。このような運搬具
は典型的には300ガロン（約1135.5リットル）の化学ス
ラリーを収容し、米国輸送局（Department of Transpor
tation）（DOT）により承認され、集積回路産業におい
て標準になりつつある。運搬具20は上壁22と底壁24とを
有する。図３、５図に明示するように、運搬具20の上壁
22は外ネジ付きカラーを備えた接近（access）ネック26
を有する。化学供給者から集積回路製造業者への運搬具
20の輸送中、このネックは輸送局により承認されたキャ
ップ（図示せず）によってシールされる。

本発明に関連して運搬具20を使用する場合、上述の輸
送局により承認されたキャップを取り外し、迅速切り離
し組立体27を接近ネック26上に固定する。３つの供給ラ
イン29、31、33が迅速切り離し組立体27の頂部から外方
へ延びる；これらの供給ラインは化学処理設備（図示せ
ず）、例えば半導体ウエファー研磨機械へ延びる。更
に、３つの接近パイプが迅速切り離し組立体27から接近
ネック26を通って運搬具20の内部へ下方に延びる。第１
の接近パイプ28は吸入ラインであり、運搬具20から化学
スラリーを取り出すために運搬具20の底壁24の上方約６
インチ（約152.4mm）の地点へ延びる；使用において、
第１の接近パイプ28は供給ライン29に流体連通する。約
６インチ（約152.4mm）の長さを有する第２の接近パイ
プ30は、帰還するスラリーを運搬具20の上壁22の近くの
運搬具20へ推進させる帰還ラインである；使用におい
て、第２の接近パイプ30は供給ライン33に流体連通す
る。上述のように、化学スラリーは研磨粒子を懸濁状態
に維持するために連続的に撹拌しなければならない。運
搬部20の最下方部分からの化学スラリーの連続的な取り
出しは、運搬具の最上方部分への化学スラリーの連続的
な帰還と組合わさって、運搬具20の内容物が撹拌状態に
維持されることを保証する補助をなす。最後に、第３の
接近パイプ32はその下端に取り付けたスプレーノズルを
備え、化学スラリーが消費され運搬具20が空になった後
に、運搬具20全体を通して水その他の溶剤を噴霧するこ
とができる；第３の接近パイプは供給ライン31に流体連
通する。第３の接近パイプ32はまた、使用中に運搬具20
へ補給空気を導入するために使用できる。キャップ付き
のドレン穴（図示せず）を運搬具20の底部の近傍に設け
て、運搬具20から水その他の溶剤を排水する。

第３図、第4B図及び第５図を参照すると、接近ネック
26は第１の弁組立体36を受け入れ、この弁組立体はデル
リン（DELRIN）銘柄プラスチックから機械加工すること
ができるが、他の適当なプラスチック材料からモールド
成形することもできる。弁組立体36は水平な底壁38と、
環状の側壁40と、上壁42とを有する。環状側壁40の直径
は運搬具20の接近ネック26の内径とつりあい、運搬具20
の接近ネック26内への弁組立体36の挿入を可能にする。
環状側壁40はその上端近傍において拡大環状フランジ44
で終端し、このフランジは運搬具20の接近ネック26の外
径とほぼ同じ直径を有する。環状フランジ44の下面に
は、ゴムＯ−リングを受け入れるための円形チャンネル
が形成されている。

第３、５図に示すように、弁組立体36には、底壁38か
ら上壁42まで弁組立体を貫通して延びる３つの通路48、
50、52が形成される。これら３つの通路は第５図に示す
方法で三角形パターンにて配列することができる。各通
路48、50、52は拡大内ネジ部分を有する；例えば、通路
52はリテーナリング56を螺入するようになった拡大ネジ
部分54内へ開口した中央ボアを有する。半径方向の壁55
は通路52の中央ボアを拡大ネジ部分54に連結する。リテ
ーナリング56は通路52のネジ部分54上に形成した内ネジ
に螺合する外ネジを有する；リテーナリング56の外ネジ
部分は第９図に符号57にて示す。第５図に示すように、
このような各リテーリングの外面は、好ましくは、リテ
ーナリング49内へ延び、58、60、62、64にて示すが如き
穴を有する；このような穴はこのようなリテーナリング
を締め付けたり緩めたりするためにレンチ（図示せず）
の突起に係合できる。このような各リテーナリングの内
面は第９図に示すＯ−リングシール65の如きＯ−リング
シールを含み、その目的は後述する。

このような各リテーナリングは流体の通過を許容する
ためにそこを貫通して延びる中央の穴を有し、このよう
な各中央の穴は内ネジを有する。例えば、リテーナリン
グ56は中央のネジ穴66を有する。接近パイプ30は中央の
ネジ穴66にネジ係合するネジ付き上端68を有する。同様
に、接近パイプ28の上端はリテーナリング49の中央の穴
とネジ係合し、接近パイプ32の上端はリテーナリング51
の中央の穴とネジ係合する。

弁組立体36の接近ネック26内へ下降させたとき、フラ
ンジ44の最下方部分は接近ネック26の最上方リム上に載
り、Ｏ−リング46はフランジとネックとの間に流体密シ
ールを形成する。弁組立体36は、普通、搬送前に、接近
パイプ28、30、32と一緒に化学スラリー供給者によって
接近ネック26内へ設置され、次いで、上述の輸送局によ
り承認されたキャップ（図示せず）を接近ネック26上に
螺合して、弁組立体36を接近ネック26内に保持すると共
に、輸送のために運搬具20をシールすることを理解すべ
きである。

上述のように、弁組立体36は３つの通路48、50、52を
有する。本発明の迅速接続／迅速切り離し特徴を達成す
るためには、このような各通路はそこを通る流体の流れ
を選択的に遮断し又は自由に許容する弁を収容する。第
３、５図は弁組立体36の通路52内に配置されたこのよう
な弁の構造を示す。弁はピストン70と、シリンダ72と、
金属圧縮バネ74とを有する。

第10図に明示するピストン70は、好ましくは、テフロ
ン材料から機械加工され、第１の端部76から反対側の第
２の端部78まで長手軸線に沿って延びる。ピストン70は
第１の端部76から離れかつ第２の端部78から離れた拡大
環状側壁部分80を有する。ピストン70は第１の端部76と
拡大環状側壁部分80との間を実質上延びる先細りしたネ
ック部分82を有する。長さに沿った任意の地点における
先細りしたネック部分82の直径は拡大環状側壁部分80の
所定の直径より小さく、先細りしたネック部分82の直径
はピストン70の第１の端部76の最も近くで最小であり、
先細りしたネック部分82が拡大環状側壁部分80の方へ延
びるにつれて直径が増大する。ピストン70は更に、ネッ
ク部分82と拡大環状側壁部分80の境界を定める半径方向
の壁86との間を延びる短い環状の壁84を有する。第10図
に示すように、環状の壁84は拡大環状側壁部分80より小
さな直径を有する。ピストン70の第２の端部78は円筒形
状を呈し、拡大環状側壁部分80の所定の直径より小さな
直径を有する。

第8A図に示すように、ポリプロピレンから機械加工さ
れるか又は射出成形されたシリンダ72は互いに同軸の内
側の実質上円筒状の内壁88、90により形成される内側の
ボアを有する。内壁88はシリンダ72の最上方部分におい
て開端を形成する。内壁90は内壁88の開端とは反対側の
最下端において閉じている。小さな通気穴92が内壁90の
閉端とシリンダ72の最下端との間を延びる。内壁88はピ
ストン70の環状側壁部分80の所定の直径とつりあい、第
8A、8B図に示すように、ピストン70の環状側壁部分80を
受け入れると共に、シリンダ72の内側ボア内でのピスト
ン70の摺動を許容する。内壁90は内壁88の直径に比して
減少した直径を有し、半径方向の段部94が内壁90から内
壁88を区別している。内壁90の直径はピストン70の円筒
状の第２端部78の直径より大きい；従って、円筒状の第
２端部78はシリンダ72の内側ボア内で長手方向に自由に
動くことができる。通気穴92は、ピストン70の第１の端
部76に力が作用したときに、ピストン70とシリンダ72の
閉端との間に位置する任意の流体の逃げを許容し、ま
た、このような外力がなくなったときに、ピストン70と
シリンダ72の閉端との間への流体の進入を許容し、圧縮
バネ７はピストン70をそのシール位置の方へ偏倚する。
それにも拘わらず、通気穴92を通る実質的な即ち連続的
な流体流れ経路が許容されない。従って、流体が吸入又
は排出される少量の化学スラリーであっても、通気穴92
は、許容できないレベルの金属粒子を化学スラリー内へ
導入するが如き圧縮バネ74を擦り減らすのに十分な大き
さのものではない。

シリンダ72はまた、第５図に符号96、98、100にて示
すような４つの長手方向の円周方向で離間したリブを備
えた外壁を有する。対向するリブ96、100間の半径方向
の距離は第１の弁組立体36内に通路52を形成するボアの
直径にほぼ等しい。よって、リブ96、98、100は通路52
内でシリンダ72を支持するようになっている。第５図に
示す側壁102、104の如き４つの平坦な外側の側壁がこの
ような支持リブ96−100間を延びる。第8B図に矢印106に
て示すように、流体はシリンダ72の平坦な外側側壁102
と通路52の内壁との間を流れることができる。内壁88の
開端に最も近いシリンダ72の上端は環状の外壁部分108
を有し、この外壁部分はシリンダ72のまわりを完全に延
び、第１の弁組立体36内に通路52を形成するボアの直径
に等しい直径を有する。通路52は環状の壁110（第8B図
参照）により形成される減径ボア内の上端で終端する。
環状の壁110は半径方向の壁111（第8A図参照）により通
路52の一層大きな中央ボアから区別される。

第１の弁組立体36は「弁本体」と見做すことができ、
弁組立体内に形成された通路52はシリンダ72及びピスト
ン70を収容する中央の室と見做すことができる。第１の
弁組立体36は、環状の壁108が通路52の中央ボアと係合
する地点及びシリンダ72の上端が通路52の半径方向の壁
111と係合する地点において、シリンダ72の上端と共に
シールを形成する。

通路52の環状の壁110はピストン70の環状の壁84の直
径とつりあう直径を有し、環状の壁110の長さもピスト
ン70の環状の壁84の長さとつりあう。第8A図に示すよう
に、半径方向の壁111はピストン70の上方運動を制限す
るストッパとして作用する。ピストン70がその動程の最
上方地点にあるとき、ピストン70の半径方向の壁86は通
路52の半径方向の壁111に当接してこれに対してシール
を行い、ピストン70の環状の壁84は通路52の環状の壁11
0内に位置してこれに対してシールを行う。

第３、５、8A図に示すように、112、114、116にて示
す如きものを含む一連の４つの流体通路即ち開口が、シ
リンダ72の閉端よりも開端に一層近くで、シリンダ72の
上方部分内に形成される。開口112、114、116は90度の
角度間隔にて互いに円周方向で離間している。隣接する
開口112、114間の離間距離は支持リブ96−100のうちの
１つのリブの幅より大きくない。従って、開口112、11
4、116（及び第４番目のこのような開口）は一括となっ
てシリンダ72を通る実質上の環状開口を形成する。

このような各開口112、114、116はシリンダ72の内壁8
8から102又は104の如き４つの平坦な壁のうちの１つの
壁まで外方に延びる。例えば、開口116は環状の壁108の
上方リムから僅かに窪んだ地点でシリンダ72の内壁88を
通って延び；開口116は、環状の壁108の直下の地点で外
側の平坦な壁102に沿ってシリンダ72を通って出るまで
外方及び下方へ屈曲した湾曲屈曲部を形成する。開口11
6はシリンダ72の開端の方へ実質上向いており、このよ
うな開口の湾曲が円滑な流れ経路を中断する虞れのある
急激な直角屈曲を避ける。

第8B図に示すように、ピストン70がその動程の最下方
地点にあるとき、流体は環状の壁110を通って進入し、
ピストン70の先細りしたネック82とシリンダ72の環状の
壁88との間を下方へ進み、シリンダ72の（平坦な壁102
を含む）平坦な外壁に沿って開口112、116を通り、接近
パイプ30の上端内へ進入することができる。従って、弁
組立体36はリテーナリング56内にネジ開口66に対応する
第１の下方の流体ポート、及び、弁組立体36の上壁42に
対して環状の壁110が開口する地点に対応する第２の上
方のポートを有するものと見做すことができる。第１の
ポートは102、104にて示すが如きシリンダ72の外側の平
坦な壁に連通し；第１のポートはまた、シリンダ72の外
壁を通って延びる開口112、114、116に連通する。第２
のポートはシリンダ72の開端及びピストン70の第１の端
部76に連通し、シリンダ72の開端へ流体を運ぶ。第4B図
において、ピストン70の第１の端部76はこのような第２
のポートから突出した状態で示されている。同様に、２
つの他のピストン70の端部はそれぞれの弁の第２のポー
トから突出した状態にあることが分かる。

圧縮バネ74はシリンダ72の内壁90の閉端とピストン70
の拡大環状壁80との間に挿入され、圧縮バネ74のコイル
はピストン70の円筒状の第２の端部78を取り巻く。第8A
図に示すように、圧縮バネ74はピストン70に係合して、
シリンダ72の下方の閉端から離れる方向及びシリンダ72
の上方の開端へ近づく方向へ、ピストン70を偏倚する。
ピストン70がシリンダ72内でその最上方位置へ偏倚され
ると、ピストン70の拡大環状側壁部分80はシリンダ72の
内側の壁88を通って延びる開口112、116を横切って摺動
し、これらの開口をシールし、流体がピストン70を通過
して流れるのを阻止する。

しかし、十分な下向きの力がピストン70の第１の端部
76に作用したときには、第8B図に示すように、圧縮バネ
74がこのような力に対して降伏し、ピストン70はシリン
ダ72内でその閉端の方へ下方に摺動できる。ピストン70
が下方へ摺動すると、ピストン70の拡大環状側壁部分80
が開口112、116から離れるように変位し、第8B図に示す
ように、開口112、116を通っての接近パイプ30内への流
体の自由な流れを許容する。従って、ピストン70がシリ
ンダ72内で摺動するときに、ピストン70は第１のポート
と第２のポートとの間の流体経路を選択的にシール又は
解放する機能を果たす。圧縮バネ74がピストン70とシリ
ンダ72の閉端との間に位置するので、圧縮バネ74は当該
弁の流体流れ経路の外側に存在する。従って、弁を通る
化学スラリーの流れは金属バネ74を擦り減らさない。

組立て中、最初に圧縮バネ74がシリンダ72の開端内へ
挿入される。次いで、ピストン70がシリンダ72の開端内
へ挿入される。次いで、環状の壁108の上方リムが通路5
2の半径方向の壁111に係合してこれに対するシールを行
うまで、シリンダ72が拡大ネジ開口54を通して弁組立体
36の通路52内へ上方に挿入される。次いで、リテーナリ
ング56の上方リムが通路52の半径方向の壁55に着座する
まで、リテーナリング56が拡大ネジ開口54内へ螺入され
る。これで、弁の構造が完成し、次いで、接近パイプ30
をリテーナリング56に接続することができる。当業者な
ら、シリンダ72の平坦な外壁102、104の最下端がシリン
ダ72の下端の近傍で内側に先細りとなり、リテーナリン
グ56の上面がその中央で皿のように形成され、シリンダ
72の下端とリテーナリング56の中央ボア66との間にギャ
ップを残すことを認識できよう；このギャップはシリン
ダ72と接近パイプ30との間の流体流れに対する干渉を回
避させる。

上述のように、環状の壁110は弁組立体36の上壁42に
対して開口し、弁の第２のポートを提供する。この第２
のポートは流体流れのための所定の横断面積を画定す
る。本発明の目的の１つは、流体が弁を通るときに、流
体経路内の絞りを回避することである。大きな背圧即ち
圧力降下の発生を阻止するために、シリンダの開端から
シリンダの外壁へ延びる４つの開口（112、114、116）
の総断面積は弁組立体36の第２のポートの横断面積に近
似する。

本発明の目的の１つは、流れ経路から離れるように弁
のシール表面を維持し、このようなシール表面が化学ス
ラリーによって擦り減らされるのを阻止することである
ことを再認識されたい。第8B図に明示するように、流れ
状態中、ピストン70の拡大環状壁部分80は開口112、116
の下方へ摺動し、シリンダ72の内壁88により覆われる。
それ故、流れ状態中、ピストン70のシール表面80は全体
的に流れ経路の外側に位置する。

以上、第１の弁組立体36のみを説明した。弁組立体36
が化学供給者により運搬具20の接近ネック26内へ挿入さ
れることを再認識されたい。しかし、運搬具20又は供給
ライン29、31、33を汚染することなく、ユーザーが供給
ライン29、31、33に対して弁組立体36を迅速に接続又は
迅速に切り離しできるようにしなければならないことも
再認識されたい。このような目的のため、第２の弁組立
体118を設けると共に、第１の弁組立体36と第２の弁組
立体118とを選択的に接続し又は切り離すためのコネク
タも一緒に設ける。

弁組立体118は、弁組立体118が弁組立体36に比して上
下逆さまになっている点を除いて、弁組立体36と酷似し
ている。弁組立体36と同様、弁組立体118は上述のもの
と同じリテーナリング、シリンダ、ピストン及び圧縮バ
ネを使用して構成される３つの弁を提供する。例えば、
弁組立体118は３つの通路（即ち弁室）120、122、124
と、３つの関連するリテーナリング126、128、130とを
それぞれ有する。このような各弁室は上述と同じ特徴を
有するシリンダ132と、圧縮バネ134と、ピストン136と
を収容する。

第６図は通気穴138と、支持リブ140、141、412、143
と、平坦な外壁144、145と、拡大環状壁146と、流体開
口147、148とを強調するシリンダ132の拡大図である。
第７図は第６図に示したシリンダ132の端面図で、流体
がシリンダの外側の平坦な壁144、145に沿ってシリンダ
132の閉端のまわりを通り、その流体開口147、148を通
ってシリンダ132の開端から外方へ流出する状態を示
す。再度言うが、シリンダ312の構造は第１の弁組立体3
6に関連して説明したシリンダ72の構造と同じである。

第５図において、３つのピストン136、150、152の端
部はこれらに関連するポートから突出した状態で示され
ている。適正に組立てたとき、ピストン136、150、152
の端部はピストン77、79、70（第4B図参照）の端部にそ
れぞれ整合して係合し、もって、このような各ピストン
は関連する圧縮バネの偏倚力に抗して変位され、このよ
うなピストンを後退させ、上述の６つのすべての弁を開
く。第５図に示すように、第２の弁組立体118の下面は
ピストン136、150、152を貫通させる３つのポートをそ
れぞれ取り囲む３つのＯ−リング154、155、156を含
む。第３、8B図に示すように、弁組立体118が弁組立体3
6に対して締結されたとき、Ｏ−リング154、155、156は
２つの弁組立体の組合わさったポートを一緒にシールす
るようになっている。このような締結工程中にこのよう
なポートが互いに整合するのを保証する方法を以下に説
明する。

第３、4B、５図に示すように、第１のカラー158はそ
の内部の下半部分に形成された内ネジ部160を有し、こ
のネジ部は運搬具20の接近ネック26に設けたネジ部と螺
合する。カラー158の下方外側部分はリブを備え、ユー
ザーがこれを強固に把持できるようになっている。カラ
ー158の上半部分は減少した直径を有し、その上に形成
された外ネジ部162を具備する。カラー158の上半部分の
内部は円滑な円筒形を呈する。

第4B図に示すように、整合リング164も設けてある。
整合リング164の外表面は円滑な円筒形であり、カラー1
58の上半部分の内部は直径とつりあう直径を有する。整
合リング164の内部はその上に形成したキーリブ166、16
8、170を有する。キーリブ166、168、170は第１の弁組
立体36の上壁42に形成されたキー穴172、174、176とそ
れぞれ係合するようになっている。キーチャンネル178
を含む対応するキーチャンネルが第２の弁組立体118の
外壁に形成されていて、キーリブ166、168、170と係合
するようになっている。従って、整合リング164は第１
の弁組立体36及び第２の弁組立体118が互いに関して適
正に整合するのを保証する。

第２のカラー180（第4A図参照）も設けられ、迅速接
続／切り離し組立体を完成させる。カラー180はその外
周にリブを備え、ユーザーがこれを強固に把持できるよ
うになっている。カラー180の内部は第１のカラー158の
上半部分の外側部分に設けたネジ部162に螺合するネジ
部を有する。カラー180の上端はそこに形成された開口
を有し、この開口の直径は第２の弁組立体118の上方部
分の直径に等しい。

使用において、第１の弁組立体36に第２の弁組立体11
8を接続する場合、第１のカラー158を運搬具の接近ネッ
ク26上に部分的に螺合させる。次いで、係止リング164
をカラー158の上半部分内に挿入し、キーリブ166−170
がキー穴172−176と整合してこれらキー穴内で着座する
まで、係止リングを回転させる。次いで、キーチャンネ
ルをキーリブ166−170に整合させるように注意を払いな
がら、上方の弁組立体118を整合リング164内へ下降させ
る。次いで、第２のカラー180の第２の弁組立体118上へ
下降させる。次いで、第１のカラー158及び第２のカラ
ー180を締め付け、第１の弁組立体36及び第２の弁組立
体118内の弁を同時に開かせ、それぞれの弁のポートを
互いにシールする。

供給ラインを運搬具20から切り離す場合は、逆の工程
を行う。第１及び第２のカラー158、180を螺出させ、対
向するピストンの係合を解除し、偏倚バネによりすべて
の弁を同時に閉じさせる。

当業者なら、上述した迅速切り離し装置が、切り離し
時には流体リザーバ及び化学供給ラインの双方を自動的
にシールする状態で、流体リザーバを化学供給ラインに
迅速かつ簡便に接続するために使用できることを認識で
きよう。弁のユニークな構造のため、迅速切り離し装置
は、研磨化学スラリーを循環させるために使用される場
合でさえ、特に流体の流れを遮断するために使用される
表面が全流れ作動中に流れ経路から退避するので、比較
的長い寿命を有する。更に、このような弁内に組み込ま
れた偏倚バネが流れ経路内に位置しないので、金属汚物
が流体流れ経路内に導入される可能性が大幅に減少す
る。その上、上述の締切弁は弁が開いたときに大きな流
れ経路を提供するので、開示した迅速接続装置は、締切
弁を通しての過剰な圧力降下を生じさせずに、化学スラ
リーの自由で制限のない流体の流れを可能にする。最後
に、上述の装置は比較的容易かつ安価に製造できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16L 29/00 F16L 37/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のポートと、第２のポートと、中央チ
ャンバとを有する弁本体と、中央チャンバ内に位置決めされたシリンダであって、該
シリンダは第２のポートに隣接した開口端と、第１のポ
ートに隣接した反対端と、第１のポートと第２のポート
との間に流体通路を形成するシリンダを通る少なくとも
一つの通路とを有する該シリンダと、シリンダ内に位置決めされた拡大側壁部を有するピスト
ンであって、該拡大側壁部は第１の位置では第１のポー
トと第２のポートとの間の流れを阻止するために弁本体
とシリンダと流体密のシールを形成し、第２の位置では
シリンダと流体密を形成している流体通路から離れて位
置決めされて第１のポートと第２のポートとの間の流体
流れを許すピストンとを備えてなる弁。
【請求項２】請求項１の弁であって、少なくとも一つの通路がシリンダの側壁を介してほぼシ
リンダの開口端に向け延びていることを特徴とする弁。
【請求項３】請求項１の弁であって、ピストンはさらに該ピストンの第１端から拡大側壁部ま
で延びるテーパー付ネック部を有し、該テーパー付ネッ
ク部はピストンの第１端で最も小さく、テーパー付ネッ
ク部が拡大側壁部に向け延びるに従ってサイズが増大す
ることを特徴とする弁。
【請求項４】請求項１の弁であって、シリンダの反対側は閉じていることを特徴とする弁。
【請求項５】請求項１の弁であって、さらに、バイアス手段を有することを特徴とする弁。
【請求項６】請求項４の弁であって、シリンダの閉端は
そこを通って形成された通気穴を有し、ピストンの第１
端からシリンダの閉端に向け力が加えられたとき、ピス
トンとシリンダの閉端との間にある任意の流体が逃げる
のを許容するとともに、該力が無くなったとき流体がピ
ストンとシリンダの閉端との間に進入するのを許容する
ことを特徴とする弁。
【請求項７】請求項２の弁であって、シリンダは複数の通路を有し、各通路はシリンダの側壁
を通って延びていて、ピストンが第１の位置にあるとき
ピストンの拡大側壁部によって十分にシールされ、ま
た、ピストンが第２の位置にあるときに開放されること
を特徴とする弁。
【請求項８】請求項７の弁であって、第２のポートは流体流れのための横断面を有し、複数の
通路の各々も横断面を有し、該複数の通路の横断面の合
計は弁本体の第２のポートの横断面にほぼ等しいことを
特徴とする弁。
【請求項９】請求項５の弁であって、バイアス手段は金属バネであることを特徴とする弁。
【請求項１０】請求項９の弁であって、弁の流体流れ通路はピストンと、シリンダの第１端と、
シリンダを通る少なくとも一つの通路と、弁本体の第１
および第２のポートとにより画定され、金属バネがピス
トンとシリンダの反対端との間に位置決めされ、シリン
ダの反対端が閉じていることを特徴とする弁。
【請求項１１】請求項１の弁であって、ピストンが第１の位置にあるとき、ピストンの第１端が
弁本体の第２のポートを通って延びることを特徴とする
弁。
【請求項１２】流体リザーバまたは流体供給ラインを汚
染させずに流体のリザーバに対して流体供給ラインを迅
速に接続または切り離しさせることができる迅速切り離
し装置において、該迅速切り離し装置が、流体供給源を収容し、以下のａ）,b）,c）,d）の構成の
第１の弁を備えた流体リザーバと；ａ）第１のポートと、第２のポートと、中央チャンバと
を有する第１の弁本体、ｂ）第１の弁本体と中央チャンバ内に位置決めされた第
１のシリンダであって、第２のポートに隣接して開口端
を有し、かつ第１のポート隣接して反対端を有し、かつ
第１のシリンダを通して少なくとも一つの通路を有する
該第１のシリンダ、ｃ）第１のシリンダ内に位置決めされた拡大側壁部を有
する第１のピストンであって、該拡大側壁部は第１の位
置では第１のポートと第２のポートとの間の流れを阻止
するために第１の弁本体と第１のシリンダと流体密のシ
ールを形成し、第２の位置では第１のシリンダと流体密
を形成している流体通路から離れて位置決めされて第１
のポートと第２のポートとの間の流体流れを許す該第１
のピストン、ｄ）第１のバイアス手段、使用点へまた、使用点から流体を運搬するための流体供
給ラインであって、以下のａ）,b）,c）,d）の構成を有
する該流体供給ラインと；ａ）第１のポートと、第２のポートと、中央チャンバと
を有する第２の弁本体、ｂ）第２の弁本体の中央チャンバ内に位置決めされた第
２のシリンダであって、第２のポートに隣接して開口端
を有し、かつ第１のポート隣接して反対端を有し、かつ
第２のシリンダを通して少なくとも一つの通路を有する
該第２のシリンダ、ｃ）第２のシリンダ内に位置決めされた拡大側壁部を有
する第２のピストンであって、該拡大側壁部は第１の位
置では第１のポートと第２のポートとの間の流れを阻止
するために第２の弁本体と第２のシリンダと流体密のシ
ールを形成し、第２の位置では第２のシリンダと流体密
を形成している流体通路から離れて位置決めされて第１
のポートと第２のポートとの間の流体流れを許す該第２
のピストン、ｄ）第２のバイアス手段、第１の弁本体の第２のポートと第２の弁本体の第２のポ
ートとを選択的に締結し、かつ第１のピストンの第１端
を第２のピストンの第１端に対して接触させて押し付
け、これにより第１および第２のピストンが第１および
第２のバイアス手段に打ち勝つに十分な力で互いに対し
て同時に押し付け合い、これにより第１の弁本体の第１
のポートと第２の弁本体の第１のポートとの間で、した
がって、流体リザーバと流体供給ラインとの間で、流体
が自由に流れるのを許容する締結手段と；を備えてなる迅速切り離し装置。
【請求項１３】請求項12の迅速切り離し装置であって、前記第１のシリンダの少なくとも一つの通路は、第１の
シリンダの側壁を通ってほぼ第１のシリンダの開口端へ
向けて延び、前記第２のシリンダの少なくとも一つの通路は、第２の
シリンダの側壁を通ってほぼ第２のシリンダの開口端へ
向けて延びていることを特徴とする装置。
【請求項１４】請求項12の迅速切り離し装置であって、第１のピストンはさらに該ピストンの第１端から拡大側
壁部まで延びるテーパー付ネック部を有し、該テーパー
付ネック部はピストンの第１端で最も小さく、テーパー
付ネック部が拡大側壁部に向け延びるに従ってサイズが
増大し、第２のピストンはさらに該ピストンの第１端から拡大側
壁部まで延びるテーパー付ネック部を有し、該テーパー
付ネック部はピストンの第１端で最も小さく、テーパー
付ネック部が拡大側壁部に向け延びるに従ってサイズが
増大していることを特徴とする装置。
【請求項１５】請求項12の迅速切り離し装置であって、第１のシリンダの反対端は閉じており、第２シリンダの
反対端がとじていることを特徴とする装置。
【請求項１６】請求項12の迅速切り離し装置であって、第１のバイアス手段は第１のシリンダ内に位置決めさ
れ、第２のバイアス手段は第２のシリンダ内に位置決め
されていることを特徴とする装置。
【請求項１７】請求項15の迅速切り離し装置であって、第１のシリンダの閉端はそこを通って形成された通気穴
を第１の弁と第２の弁が接続されたとき、第１のピスト
ンと第１のシリンダの閉端との間にある任意の流体が逃
げるのを許容するとともに、該第１の弁と第２の弁とが
切り離されたとき流体が第１のピストンと第１のシリン
ダの閉端との間に進入するのを許容し、第２のシリンダの閉端はそこを通って形成された通気穴
を第１の弁と第２の弁が接続されたとき、第２のピスト
ンと第２のシリンダの閉端との間にある任意の流体が逃
げるのを許容するとともに、該第１の弁と第２の弁とが
切り離されたとき流体が第２のピストンと第２のシリン
ダの閉端との間に進入するのを許容することを特徴とす
る装置。
【請求項１８】請求項12の迅速切り離し装置であって、第１のシリンダは複数の通路を有し、各通路は第１のシ
リンダの側壁を通って延びていて、第１のピストンが第
１の位置にあるとき第１のピストンの拡大側壁部によっ
て十分にシールされ、また、第１のピストンが第２の位
置にあるときに開放され、第２のシリンダは複数の通路を有し、各通路は第２のシ
リンダの側壁を通って延びていて、第２のピストンが第
１の位置にあるとき第２のピストンの拡大側壁部によっ
て十分にシールされ、また、第２のピストンが第２の位
置にあるときに開放されることを特徴とする装置。
【請求項１９】請求項18の迅速切り離し装置であって、第１の弁本体の第２のポートは流体流れのための横断面
を有し、第１のシリンダの複数の通路の各々も横断面を
有し、該第１のシリンダの複数の通路の横断面の合計は
第１の弁本体の第２のポートの横断面にほぼ等しく、第２の弁本体の第２のポートは流体流れのための横断面
を有し、第２シリンダの複数の通路の各々も横断面を有
し、第21のシリンダの該複数の通路の横断面の合計は第
２の弁本体の第２のポートの横断面にほぼ等しいことを
特徴とする装置。
【請求項２０】請求項12の迅速切り離し装置であって、第１のバイアス手段および第２のバイアス手段はそれぞ
れ金属バネからなることを特徴とする弁。
【請求項２１】請求項20の迅速切り離し装置であって、第１の弁の流体流れ通路は第１のピストンと、第１のシ
リンダの開口端と、第１のシリンダを通る少なくとも一
つの流体通路と、第１の弁本体の第１および第２のポー
トとにより画定され、第１の金属バネが第１のピストン
と第１のシリンダの反対端との間に位置決めされ、第１
のシリンダの反対端が閉じており、第２の弁の流体流れ通路は第２のピストンと、第２のシ
リンダの開口端と、第２のシリンダを通る少なくとも一
つの流体通路と、第２の弁本体の第１および第２のポー
トとにより画定され、第２の金属バネが第２のピストン
と第２のシリンダの反対側との間に位置決めされ、第２
のシリンダの反対端が閉じていることを特徴とする装
置。
【請求項２２】請求項５の弁であって、前記バイアス手段がシリンダ内に位置決めされているこ
とを特徴とする弁。
【請求項２３】請求項１の弁であって、前記第１のポートは入り口であることを特徴とする弁。
【請求項２４】請求項１の弁であって、前記第１のポートは出口であることを特徴とする弁。
【請求項２５】請求項12の迅速切り離し装置であって、前記第１のバイアス手段は第１のシリンダ内に位置決め
され、前記第２のバイアス手段は第２のシリンダ内に位
置決めされていることを特徴とする迅速切り離し装置。
【請求項２６】請求項12の迅速切り離し装置であって、第１の弁本体の第１のポートは入り口であり、第１の弁
本体の第２のポートは出口であり、第２の弁本体の第２
のポートは入り口であり、第２の弁本体の第１のポート
は出口であることを特徴とする迅速切り離し装置。