JP4209481B2 - 複数のガスの何れか１つを機器に輸送するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のガスの何れか１つを機器、特に大気圧イオン化質量分光計のような微量の不純物の分析機器に輸送するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高純度ガスの分析の分野では、同じ分析機器を用いて、種々のサンプリングラインから供給されるガスを連続的且つ短いスイッチング時間で分析する必要性が増加してきている。
【０００３】
この場合、サンプリングラインに含まれるガスは多種類のものであるか、または同じ種類であっても、プラント、例えば半導体の構成要素を製造するためのプラントの種々の時点でのサンプルでありうる。
【０００４】
ガス輸送装置は公知であり、これは、各サンプリングラインが、共通のガス輸送ラインに結合されており、該輸送ライン自身が分析装置に接続されている。遮断バルブが各サンプリングラインに配置されている。
【０００５】
特定のサンプリングラインから供給される分析ガスを選択するために、他のサンプリングラインの遮断バルブを閉じ、選択されたサンプリングラインのバルブのみを開放状態に切り替える。
【０００６】
この公知のシステムは、塞がれたサンプリングラインで流れのよどみが生じるという欠点を有し、該ラインの管壁で、例えば脱着または吸着現象のような望まない相互作用を起こす。
【０００７】
加えて、この公知の装置は、遮断バルブの下流で流れのよどみ域（flow-stagnation volumes ）を有し、ここにガスが停滞する。一つのサンプリングラインから他のサンプリングラインへの切り替えが行われるたびに、従って、分析されるガスが交換されるたびに、これらの流れのよどみ域内に蓄積されたガスが分析される新たなガスに不純物として混入され、これらを除去するのにかなりの量の時間が必要となる。従って、このようなガス輸送装置で短い切り替え時間を提供することは不可能であることが理解されるであろう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、共通のガス輸送ライン内に流れのよどみ域を有さないガス輸送装置であって、各サンプリングラインの連続的なパージ、および分析される一のガスから他のガスへの迅速なスイッチングを可能にするが、分析機器に運ばれるガスが迅速に現れることを保証するものを提供することによってこれらの種々の欠点を緩和することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明の主題は、
複数のガスの内のいずれか１つを機器に送るための装置であって、少なくとも２つのバルブを有し、それぞれのバルブが、一方でそれぞれのサンプリングラインに接続され、もう一方で前記機器にガスを送るための共通のガス輸送ラインに接続された、装置において、
前記各バルブが、一方の末端でそれぞれのサンプリングラインに、他方の末端でそれぞれのパージラインに、恒常的に接続された第一の導管と；第二の導管と；アクチュエータ（これは、第一の導管が第二の導管に連通された連通状態と、第一の導管が第二の導管から遮断された遮断状態との間で切り替えることが可能である）と；を有すること、
少なくとも第二の導管には、流れのよどみ域が無いこと、
前記各バルブの第二の導管が、前記共通のガス輸送ライン内に直列に配置され、この共通のガス輸送ラインの、前記機器と反対側の末端が、更なるパージラインの中に通じていること、及び、
各パージラインが、圧力の減少を生じさせるための要素を通過すること、
を特徴とする装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に従った装置は、一以上の以下の特徴を有する。
【００１１】
− 前記各バルブの第二の導管はチャンバーを有し、このチャンバーの中に、第一の導管を前記チャンバーに接続する少なくとも１つの接続ダクトが通じている；前記各バルブは、前記アクチュエータが作用する閉鎖要素を有し、この閉鎖要素は、前記遮断状態において、前記チャンバーの中に通じる前記少なくとも１つの接続ダクトの末端を閉鎖し、一方、前記連通状態において、前記少なくとも１つの接続ダクトの前記末端から、後退する。
【００１２】
− 前記接続ダクトの、前記チャンバーに通じる末端に、前記チャンバーの中に突出するシールが設けられ、前記閉鎖要素は、前記チャンバーの、前記シールと反対側の壁面の一部を形成する弾性的に変形可能なダイアフラムを有し、前記ダイアフラムは、前記遮断状態において、前記アクチュエータのプッシャーによって、前記ダイアフラムのバネ力に抗して、前記シール上に気密状態で押し付けられる。
【００１３】
− 各パージラインは、圧力の現象を生じさせるためのそれぞれの要素を含む。
【００１４】
− パージラインは全て、圧力の減少を生じさせる要素の下流で、共通のパージラインに接続される。
【００１５】
− サンプリングライン、及び更なるパージラインは、各々、圧力の低下を生じさせるための要素を含有し、各バルブに結合されたパージラインは、共通のパージラインに結合される。共通のパージラインは、共通のガス輸送ラインに一定の圧力を設定するための背圧レギュレーターを含む。
【００１６】
− 圧力の低下を生じさせるための少なくとも１つの要素は、流量調節要素である。
【００１７】
− 各流量調節要素は目盛り付きオリフィスによって形成される。
【００１８】
− 各バルブは、前記連通状態と前記遮断状態の間でアクチュエータの切り替えを調節するための手段を包含し、各バルブを調節するための手段は、各バルブを閉鎖するための制御ユニット、又はこれを連通状態に導くためのコントロールユニットに接続され、該コントロールユニットは、連通状態の幾つかのアクチュエータが同時に切り替えられるのを防止するロジック手段を包含する。
【００１９】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して、実施例（これは本発明の特徴を制限することを意味しない。）で与えられる以下の説明で明らかになるであろう。
【００２０】
【実施例】
ガス輸送装置の構造図１からわかるように、ガス輸送装置１は、概略図で波線により囲んで示した４つのバルブ３を具備する。
【００２１】
各バルブは、第一の導管５を具備し、該導管は、一端を介して付随したサンプルライン７に接続され、その他端を介して付随したパージライン９に接続されている。
【００２２】
更に各バルブは、第二の導管１１を具備し、該第二の導管は、例えば大気圧イオン化質量分析計のタイプの、ガス内の微量の不純物を分析するための分析装置のような機器１００にガスを供給するための共通のライン１３に配置される。
【００２３】
各バルブの第一の導管５及び第二の導管１１は、以下で詳細に説明されるアクチュエータ１５によって連通されうる。該アクチュエータは、第一の導管５を第二の導管１１と連通させる状態と第一の導管５を第二の導管１１から遮断するための状態の間で切り替えられ得る。
【００２４】
バルブ３に対応する各パージライン９は、圧力の減少を起こさせるための要素１７を自身に包含する。後者は、有利には、バルブ３の第一の導管５からパージライン９までの各サンプリングライン７内の流れの流速を設定するための流量調節要素、例えば目盛り付きオリフィスによって形成される。
【００２５】
共通のガス輸送ライン１３は、機器１００に接続するための末端１９を有する。末端１９及び前記機器１００の反対側の共通ライン１３の末端２１は、更なるパージライン２３に接続される。この更なるパージラインには圧力の減少を生じさせるための要素２５が含まれる。この要素は、有利には、更なるパージライン２３の流速を調節するための要素、例えば目盛り付きオリフィスによって形成される。
【００２６】
バルブ３並びに更なるパージライン２３に連結されたパージライン９は全て、圧力の減少を生じさせるための要素１７及び２５の下流で、共通のパージライン２７に結合される。
【００２７】
装置のバルブの構造ガス輸送装置１に取り付けられたバルブの実施例を以下に詳細に説明する。電解研磨したＤＡＤタイプのこのようなバルブは、例えばＮＵＰＲＯ社によって市販され、ＳＷＡＦＧＥＬＯＫ社によって製造されている。
【００２８】
図２及び３に示されているように、バルブ３は、本体３１を包含し、これには第一の導管及び第二の導管１１、閉鎖部材３２、並びに一部が示されているアクチュエータ１５が設けられており、該アクチュエータ１５はナット３３によって本体３１にねじ止めされている。
【００２９】
第二の導管１１（図２）は、２つの導管部分３５及び３７、及び線対称の環状のチャンバー３９によって形成されている。各導管部分３５、３７の２つの末端の一方３５Ａ、３７Ａは、このチャンバー３９の底部の側面部分に配置されている。
【００３０】
各導管部分３５、３７の他端３５Ｂ、３７Ｂは、本体３１のそれぞれの側面コネクター３６に配置される。これらの末端３５Ｂ及び３７Ｂは、正反対に位置する。２つのコネクター３６は、共通のガス輸送ライン１３に接続されることになる。
【００３１】
チャンバー３９は、本体３１の上面に作成された実質的に円筒形の凹所、及び閉鎖部材３２により形成される。この閉鎖部材自身は、凹所４１を覆い、チャンバー３９の上部壁を構成する２つのダイアフラムの組み合わせよりなる。
【００３２】
ダイアフラム４３は、弾性的に変形しうる物質、例えば金属により作成される。各ダイアフラム４３は円盤状であり、その中心部分は本体３１から離れる方向に半球形状に膨らんでいる。該ダイアフラム４３のエッジは、凹所４１の環状のエッジ部とアクチュエータ１５の一部を形成する保持片４７の環状のエッジ部との間で、密閉された手段で締め付けられている。片４７は、ダイアフラム４３の半球状に膨らんだ部分が動けるように円盤の形に作成されている。
【００３３】
ダイアフラム４３の反対側のその中心部分で、保持片４７は、ガイド腔４９を含み、該ガイド腔４９では、アクチュエータ１５のロッド５２によって操作されるプッシャー５１がスライドしうる。
【００３４】
バルブ３の第一の導管５は、導管部３５、３７の末端３５Ｂ、３７Ｂで定義される軸に対して垂直にのびた単一の直線状の空孔である。
【００３５】
第一の導管５の各末端５Ａ、５Ｂはまた、本体３１上のそれぞれ横方向のコネクター４４に存在する。第一の導管５の２つの末端の内の１つは、付随のサンプリングラインに結合され、他方は付随のパージラインに結合されることになる。
【００３６】
第一の導管５は、凹所４１の中心に配置された接続ダクト５３を介してチャンバー３９に接続されうる。
【００３７】
凹所４１に配置された接続ダクト５３の末端は、環状のシール５５を含み、該シールはバルブの本体３１に強くフィットされ、チャンバー３９に挿入されている。
【００３８】
図２及び４Ａは、第二の導管１１から第一の導管５を遮断するための状態のバルブ３を表す。この状態では、ダイアフラム４３の中心部分は、プッシャー５１によってシール５５に密閉される手段で締め付けられ、この結果、接続ダクト５３がチャンバー３９から遮断される。
【００３９】
それにもかかわらず、バルブの第二の導管１１に導入されるガスは、図４Ａの矢印５９で示されるように。例えば導管部３５からチャンバー３９へ、次いで導管部３７へ自由に流れる。このように形成されたバルブの第二の導管１１は、流れのよどみ域を有しないことは明かである。
【００４０】
第一の導管５から第二の導管１１を遮断した状態では、第一の導管５は接続ダクト５３の容積に対応する非常に小さなよどみ域のみを有する。
【００４１】
図３及び図４Ｂは、第一の導管５を第二の導管１１と連通させるための状態に対応する。このような状態では、プッシャー５１を戻す。ダイアフラム４３はこれらの弾力によりこれらの初期のドーム形状を回復する。従って、ダイアフラム４３とシール５５の間に自由な空間が形成され、これによって、図４Ｂの矢印６１で示されるように、第一の導管５に流れるガスが接続ダクト５３を経てチャンバー３９、次いで第二の導管１１の２つの部分３５及び３７に流出する。
【００４２】
ガス輸送装置の操作ガス輸送装置１の操作を、図１を参照して以下に説明する。装置の操作の間に、１つのバルブ３を、第一の導管が第二の導管と連通するような状態にする。他のバルブは全て、これらの第一の導管５が第二の導管１１から遮断される状態にする。
【００４３】
形状（この状態で、各バルブの第一の導管５が形成される。）によって、第一の導管からパージライン９に向けたサンプリングライン７内のガスの流れは、常に一定の流速（これは、パージライン９に設けられた目盛り付きオリフィスによって決定される。）に保たれる。
【００４４】
連通状態でバルブのサンプリングライン７から供給されるガスの流れのみが、接続ダクトを通してバルブのチャンバーに流出し、この後、図４Ｂを参照して先に説明したように、共通のガス輸送ライン１３に向けて両方向に流出する。
【００４５】
共通のライン１３の末端１９が機器１００に接続され、他の末端が更なるパージライン２３に接続されるという事実から、この共通のガス輸送ライン１３も両方向で連続的にフラッシュされる。従って、これは流れのよどみ域を有しない。
【００４６】
他のサンプリングライン７から供給されるガスを選択するためには、第一の導管５を、これまで連通状態であったバルブの対応するアクチュエータ１５により第二の導管１１から遮断し、他のバルブ３を連通状態にする。分析される新たなガスは、まだ、予め存在しているガスを、輸送ライン１３内において両方向でフラッシュするであろう。各バルブ３の２つの導管１１はよどみ域を有しないので、先に分析されたガスは効果的且つ迅速に排出される。従って、切り替え時間が短くなり、分析される新たなガスが迅速に現れることになる。
【００４７】
ガス輸送装置１の変形を図５に示す。この装置１は、サンプリングライン７の流速の調節を、図１を参照して説明したようなバルブ３の下流ではなく、上流で行うという事実によって図１に示される装置と区別される。
【００４８】
この目的では、圧力の減少を生じさせるための要素６３、好ましくは流量調節要素、例えば目盛り付きオリフィスをサンプリングライン７に配置する。各バルブ３に付随したパージライン９は、共に共通のパージライン６５に連結される。
【００４９】
この共通のパージライン６５には、パージライン９の接続部の下流で、背圧調節器６７が含まれる。該調節器は、パージライン９の上流の圧力を制御し、これによって共通のガス輸送ライン１３の圧力を制御する。このような構成により、一定の圧力の流れが機器に輸送される。もちろん、これは要素６３の上流の種々のガスの供給源が十分な圧力であることが仮定されている。
【００５０】
一定の圧力の流れを機器に輸送できるこのような構成は、機器が粒子分析器である場合に特に有利である。
【００５１】
このような場合に、圧力及び／又は流速の一時的な中断及び不規則な変化は、これらが（表面からの離脱により）粒子の供給源となるので注意深く除かれるべきであることは、実際上よく知られている。
【００５２】
例示されているように、バルブの操作が粒子の発生源となることはよく知られている。図５に関連して使用されるタイプである「ダイアフラム」タイプのバルブは、この現象を十分に減少させる。
【００５３】
従って、図５の構成が、サンプリングラインとガス供給ラインの両方で一定の圧力と流速を、優位性を維持しながら、可能にすることがわかるであろう。
【００５４】
一方、図１で説明した構成も、優位性は低いが、高い圧力の粒子分析器以外の粒子分析に使用することができる。
【００５５】
図１が本発明の一態様を例示し、該状態で、各パージライン９が各ラインに特徴的なそれぞれの要素である圧力の減少を生じさせるための要素１７を通る場合、その部分に対するこの図５は本発明の他の態様を例示し、該態様では、各パージライン９が圧力の減少を生じされる要素（６７）（この要素は共通のパージライン６５／２７にあるので、該要素が共通の要素と称される。）を通ることが観測されうる。
【００５６】
有利には、種々のサンプリングライン間を切り替えるために、ダイアフラム・バルブを使用する。該ダイアフラム・バルブは、例えば気圧バルブ又は電磁石で操作されるバルブのような、連通状態と遮断状態の間でアクチュエータの切り替えをコントロールするための手段を包含する。各バルブのアクチュエータの動きを制御するための手段は、例えばマイクロコンピュータ又はロジックコントローラのような制御ユニットに接続される。このコントロールユニットには切り替え用のロジック手段が含まれる。これらのロジック手段は、２つのダイアフラム・バルブが同時に導通した状態になる可能性を排除する、例えばマイクロコンピュータに導入されたコンピュータプログラムによってもたらされる。気圧バルブの場合には、「通常開放された状態」で操作される少なくとも１つのバルブのアクチュエータが提供されることが利点となる。これは電気の供給を中断した場合に、このバルブに結合されたサンプリングラインに含まれるガス、好ましくは不活性ガスが共通のガス輸送ラインを通り、分析機器に供給されるためである。従って、これは、共通のガス輸送ラインの平衡を再度確立するために長いパージ時間を必要とする脱着及び吸着現象に導く、何れかの一時的な圧力又は流速の管理を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、機器に複数のガスの何れか１つを輸送するための本発明に従った装置の概略図である。
【図２】 図２は、図１の本発明に従った装置のバルブの、図３のII-II 線における断面図である。
【図３】 図３は、連通状態の同じバルブの、図２のIII-III 線における断面図である。
【図４】 図４Ａは、遮断状態のバルブの、図２のIV-IV 線における断面図である。図４Ｂは、連通状態のバルブの、図２のIV-IV 線における断面図である。
【図５】 図５は、機器に複数のガスの何れか１つを輸送するための本発明に従った装置を変形したものの概略図である。
【符号の説明】
１…本発明の装置
３…バルブ
５Ａ、５Ｂ…第一の導管
７…サンプリングライン
９、２３、２７、６５…パージライン
１１…第二の導管
１３…共通の輸送ライン
１５…アクチュエータ
１７、２５、６３…圧力を減少させるための要素
１９、２１…末端
３１…バルブ本体
３３…ナット
３５Ａ、３５Ｂ、３７Ａ、３７Ｂ…導管
３６、４４…接続部
３９…チャンバー
４１…凹所
４３…ダイアフラム
４７…保持片
４９…ガイド腔
５１…プッシャー
５２…ロッド
５３…接続ダクト
５５…シール
５９、６１…矢印
６７…背圧調節器
１００…機器

Claims (10)

1. 複数のガスの内のいずれか１つを機器（１００）に送るための装置であって、
   少なくとも２つのバルブ（３）を有し、それぞれのバルブが、一方でそれぞれのサンプリングライン（７）に接続され、もう一方で前記機器（１００）にガスを送るための共通のガス輸送ライン（１３）に接続された、装置において、
   前記各バルブ（３）が、
   一方の末端でそれぞれのサンプリングライン（７）に、他方の末端でそれぞれのパージライン（９）に、恒常的に接続された第一の導管（５）と；
   第二の導管（１１）と；
   第一の導管（５）が第二の導管（１１）に連通された連通状態と、第一の導管（５）が第二の導管（１２）から遮断された遮断状態との間で切り替えることが可能なアクチュエータ（１５）と；を有すること、
   少なくとも第二の導管（１１）には、流れのよどみ域が無いこと、
   前記各バルブ（３）の第二の導管（１１）が、前記共通のガス輸送ライン（１３）内に直列に配置され、この共通のガス輸送ラインの、前記機器（１００）と反対側の末端（２１）が、更なるパージライン（２３）の中に通じていること、及び、
   各パージライン（９，２３）が、圧力の減少を生じさせるための要素（１７，２５）を通過すること、
   を特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記各バルブ（３）の第二の導管（１１）がチャンバー（３９）を有し、このチャンバー（３９）の中に、第一の導管（５）を前記チャンバー（３９）に接続する少なくとも１つの接続ダクト（５３）が通じていること、
   前記各バルブ（３）は、前記アクチュエータ（１５）が作用する閉鎖要素（３２）を有し、この閉鎖要素は、前記遮断状態において、前記チャンバー（４３）の中に通じる前記少なくとも１つの接続ダクト（５３）の末端を閉鎖し、一方、前記連通状態において、前記少なくとも１つの接続ダクト（５３）の前記末端から、後退すること、
   を特徴とする装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、
   前記接続ダクト（５３）の、前記チャンバー（３９）に通じる末端に、前記チャンバー（３９）の中に突出するシール（５５）が設けられ、
   前記閉鎖要素（３２）は、前記チャンバー（３９）の、前記シール（５５）と反対側の壁面の一部を形成する弾性的に変形可能なダイアフラム（４３）を有し、
   前記ダイアフラム（４３）は、前記遮断状態において、前記アクチュエータ（１５）のプッシャー（５１）によって、前記ダイアフラムのバネ力に抗して、前記シール（５５）上に気密状態で押し付けられること、
   を特徴とする装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の装置であって、
   各パージライン（９、２３）が圧力の減少を生じさせるためのそれぞれの要素（１７、２５）を含有することを特徴とする装置。
5. 請求項４に記載の装置であって、
   パージライン（９、２３）が全て、圧力の減少を生じさせるための要素（１７、２５）の下流で共通のパージライン（２７）に接続されていることを特徴とする装置。
6. 請求項１から３の何れか１項に記載の装置であって、
   各バルブ（３）に付随した該パージライン（９）が共通のパージライン（６５、２７）に結合され、
   各パージライン（９）が通過する圧力の減少を生じさせるための前記要素が、共通のパージライン（６５、２７）に位置する圧力の減少を生じさせるための共通の要素によって形成されていること、
   を特徴とする装置。
7. 請求項１から３の何れか１項に記載の装置であって、
   サンプリングライン（７）及び更なるパージライン（２３）が、各々、圧力の減少を生じさせるための要素（６３、２５）を包含し、
   バルブ（３）に付随したパージライン（９）が共通のパージライン（６５）に結合され、
   該共通のパージライン（６５）が共通のガス輸送ライン（１３）内に一定の圧力を設定するための背圧調節器（６７）を含有すること、
   を特徴とする装置。
8. 請求項４から７の何れか１項に記載の装置であって、
   圧力の減少を生じさせるための少なくとも１つの要素（１７、２５、６３）が、流量調節要素であることを特徴とする装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、
   流量調節要素（１７、２５；６３）の少なくとも１つが、目盛り付きオリフィスで形成されていることを特徴とする装置。
10. 請求項１から９の何れか１項に記載の装置であって、
    各バルブ（３）が、前記連通状態と前記遮断状態の間のアクチュエータ（１５）の切り替えを制御するための手段を包含し、
    各バルブを制御する手段が、各バルブを閉鎖するため、又はこれを連通させるための制御ユニットに接続され、
    該制御ユニットが、前記連通状態で幾つかのアクチュエータの同時の切り替えを防止するロジック手段を包含すること
    を特徴とする装置。

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