JP4474160B2 - ディスペンスヘッド、ディスペンスヘッドを含む供給システム、及びディスペンスヘッドを用いた液体の再循環方法 - Google Patents

Description

本願は２００１年７月１２日出願の米国特許仮出願第６０／３０５，０６１号の利益を主張するとともに、前記出願は参照により本願に援用される。
本発明は取付具に関し、詳細には、腐食薬や高純度流体に利用可能な複数の流路を有するディスペンスヘッドに関する。

半導体処理、薬剤及び化学製造業等の産業において、高純度且つ高侵食性を有し、かつ／又は高腐食性を有する液体が利用されている。安全性及び品質を考慮すれば、このような液体は信頼性及び完全性が高い容器や供給システムに収容される。このような流体を取り扱うための連結器、管、および取付具は、高不活性材料により形成されなければならない。このような状況で利用するにはフッ化ポリマーが最適であることが分かっている。管は通常ＰＦＡにより形成されており、取付具、弁部品及びディスペンスヘッドはＰＦＡ、ＰＴＦＥ及び他のフッ化ポリマー等の成分により形成される。このような液体を取り扱うための容器は一般的に、米国特許第６，０４５，０００号に開示されているような高純度のポリエチレンにより形成されたプラスチックドラムである。米国特許第６，０４５，０００号は、本発明の所有者の被合併企業であるフルオロウェア社（Ｆｌｕｏｒｏｗａｒｅ， Ｉｎｃ．，）に譲渡されている。このようなドラムと共に使用するのに最適なディスペンスヘッドの一例は、ＦＳＩ社に譲渡された米国特許第４，６９９，２９８号、及びフルオロウェア社に譲渡された米国特許第５，１０８，０１５号に開示されている。上記３特許は引用することにより本明細書に援用される。

通常、ドラムはドラム挿入部を備えた栓開口を有し、ドラム挿入部は上方に位置する同心の管継手と接続する下方内腔管部を有する。被覆部材が栓及びドラム挿入部と嵌合することにより、ドラムは輸送或いは貯蔵が可能となる。上記のようなディスペンスヘッドは挿入部と接続し、且つ管継手と接続すると共に密閉状態で係合する主流体通路を備える。

一定の使用に際しては、ディスペンスヘッドがドラムから取り外された時には、ディスペンスヘッドを通る主流体通路の流れを自動的に遮断することが好ましい。通常、このような状態は中央に位置するばね荷重式ポペット弁により行われてきた。ばね荷重式ポペット弁はディスペンスヘッドがドラム挿入部に取り付けられたときに開放位置まで押し下げられる。このようなポペット弁はディスペンスヘッドが取り外された時に閉鎖される。これにより、ディスペンスヘッドが取り外されたときに、ディスペンスヘッド及び主管路中の流体は溢流することがない。このようなポペット弁は通常軸線方向係合部を有し、軸線方向係合部は挿入部の雄流体通路内で複数のスポークにより中央に支持される中央台座部材と接触する。このような構成により、流体はスポーク間を流通する。このような装置は、スポーク及び中央台座部材が主要流体流に干渉して同主要流体流を制限することになるが、機械的に良好に作用する。

ディスペンスヘッドは通常、吐出された流体が気体によって置き換えられるのを可能にするための通気孔を有する。前記気体はディスペンスヘッド上の取付具と接続する第２管を介して供給される。ディスペンスヘッドはまた、密閉確認機能を有する。ディスペンスヘッドは一般的に、ドラム挿入部及び栓を密閉する幾つかの同心オーリングを有する。密閉確認機能は、隣接するオーリング間において閉鎖された室と接続するディスペンスヘッド上の取付具を含む。ディスペンスヘッド内に複数の流通路を備えるため、主流体通路及びポペット弁により利用することができる空間が制限される。従って、流量が理想よりも少なくなる。

多くの用途において、供給される流体がドラムまで再循環する必要がある。これは通常、ドラムの第２栓開口上の第２ディスペンスヘッドにより行なわれる。流体の再循環により、多くの場合、気泡が生成される。この場合、気泡が通気管路内に入り、ディスペンスヘッドやガス補充管路の通常は乾燥した領域で潜在的な閉塞や汚染が発生したり、或いは流体が低位となったドラムを空にするというような問題が生じる。

一般的に再循環機能は好ましいものである。ポペット弁遮断制御機能を有するディスペンスヘッドにおいて流量を増大させることが望ましい。ドラムが再循環管路を備える場合、抗気泡機構は有益である。

流体供給システムは栓を有するドラムと、栓に挿入される下パイプを備えたドラム挿入部と、下パイプと結合し且つ周知のものより機能的特性に改善されたディスペンスヘッドとを含む。好適な実施形態において、ディスペンスヘッドは、再循環した流体をドラム挿入部の下パイプを取り囲む環状の空間に吐出する帰還管路を備える。気泡制限装置は再循環により生成される気泡を最小にするか若しくは減少させる。好適な実施形態において、ディスペンスヘッドを通過する主流路は、ディスペンスヘッドが栓開口から取り外される場合に閉鎖するばね荷重式ポペット弁により制御される。ポペット弁は係合部材が環状部材となるように構成されており、環状部材は軸線方向に延出する支持部材を備え、ドラム挿入部の管継手上に配置されて管継手と結合する。管継手は台座部を有し、内側に延出するナブを含むポペット弁の係合部材と係合する。係合に際しては、ディスペンスヘッド及びドラム挿入部が結合することにより実質的に開口した主通路が提供され、該主通路は障害物として径方向内側に延出するナブを有するだけである。 このような装置によれば、
流体がドラムからディスペンスヘッドへ、自由に且つ大容量で流通する。

本発明の好適な実施形態の特徴としては、従来のディスペンスヘッド及びポペット弁と比較して、本発明のポペット弁の構成により流体の流量が増大する。
本発明の好適な実施形態の特徴及び利点としては、比較可能な再循環システムよりも再循環する流体の気泡生成量が減少する。

本発明の好適な実施形態の特徴及び利点としては、流体は流体を供給するために使用されるディスペンスヘッドを介して再循環してドラムに戻される。
本発明の好適な実施形態の特徴及び利点としては、ディスペンスヘッドのオーリングにおける密閉の完全性を確認するために、ディスペンスヘッドに密閉確認機能を有する。

図１及び図２に示すように、流体供給システムは一般的にドラム２０と、ドラム挿入部２２と、ディスペンスヘッド２４を有する。ドラム２０は通常、ブロー成形工程により形成された多層ポリエチレンにより構成される。本明細書において、ディスペンスヘッドという用語は流体帰還ヘッドを含むものと見做される。

ドラム挿入部は栓取り付け部３０と下パイプ３２を有する。図３、図４、図５、図６及び図７にはディスペンスヘッド及びドラム挿入部の詳細が示されている。ディスペンスヘッドは本体部４０を有し、本体部４０は上部４２及び下部４４を備える。上部４２の上端には複数の取付具４６が配置されており、これらの取付具４６は、フレアテック（Ｆｌａｒｅｔｅｋ（登録商標））接続等の通常の接続を利用して、管部材、好適にはＰＦＡ管部材をディスペンスヘッドに取り付ける。取付具により主流体導管５０、再循環流体導管５
２、通気導管５４及び密閉確認導管５６が接続される。これらの導管は図１１に示されており、図１１は図６の１１−１１線で切断した断面図である。

上部４２は一体壁部６０により適切に仕切られており、種々の内部導管を構成する。ディスペンスヘッド本体部の上部４２は下部４４にピュアボンド（Ｐｕｒｅｂｏｎｄ（登録商標））により接着されている。ピュアボンドにより管端部を接続する方法は、マイケル・オスガー（Ｍｉｃｈａｅｌ Ｏｓｇａｒ）により出願され、本発明の所有者であるフルオロウェア社への譲渡が示されている特許第４，９２９，２９３号に開示されている。

下部の中央室６４には、ポペット弁７０、オーリング７２及びプラスチックばね７４が配置される。オーリング７２は、ポペット弁７０が閉鎖されている場合に、ポペット弁７０及び一体壁部６０と係合してそれらを密閉する。プラスチックばね７４はポペット弁７０を閉鎖位置に付勢し、且つスナップリング７６により適所に固定される。組み付け時には、ポペット弁７０、オーリング７２、ばね７４及びスナップリング７６が、図５に最良に示されるように配置される。ポペット弁７０は図５では閉鎖密閉位置で示されており、この状態ではディスペンスヘッド２４は未だドラム挿入部２２と完全に係合していない。

ポペット弁７０の詳細は図９及び図１０に示されている。オーリング７２は、ポペット弁の中央部８２において密閉部８０の周囲に設けられる。第一端部８６はリング状に形成された係合部８８を含む。支持部材９０は係合部から中央部８２まで延出する。複数の案内部材９４及び中央案内部９５が第２端部９６から延出しており、ポペット弁をディスペンスヘッド２４の中央室６４内に摺動可能に支持する。スプリング７４は第２端部９６と係合すると共に、ポペット弁２０とスナップリング７６との間において圧縮させられる。スナップリング７６は、図７に最良に示されるように、スナップリング溝１０２に適切に固定される。注目すべき点として、ポペット弁は中央開放領域１０６を有しており、中央開放領域１０６により流体の通路がドラム挿入部の管継手１１２まで延出する。円錐部１０８が、密封部８０に近接した中央開放領域１０６内へ延びている。

図３及び図８に示すように、ドラム挿入部２２は上方に延出する管継手１１２を支持する。ドラム挿入部２２はディスペンスヘッド２４内において主流体供給導管５２と接続する中央流体流通導管１３０を有する。複数の環状再循環導管１３２はディスペンスヘッド２４の再循環導管５０と接続する。複数の通気導管１３６はディスペンスヘッド２４の通気導管５４と接続する。ドラム挿入部内において各導管の中間に密閉面が配置されており、図３、図５及び図６に示すようにオーリング１３８と密閉状態で係合する。下パイプ管継手１１２は内側に延出するナブ１５０を有していてもよく、ナブ１５０によりポペット弁の環状係合部８８は係合が容易となる。下パイプ３２はまた複数の鍵部１６０を有しており、鍵部１６０はディスペンスヘッド２４の本体に取り付けられた鍵部部材１６６の対応する鍵部１６４を介して、適切なディスペンスヘッド２４への接続を確実にする。更に、ナット１８０がドラム挿入部２２に回転可能に係合されており、ディスペンスヘッド２４はドラム挿入部２２に確実に取り付けられる。

図１及び図７には気泡減少部材１９２が示されている。気泡減少部材１９２はドラム挿入部２２の下パイプ３２及びその周囲に取り付けられる。気泡減少部材１９２は壁部２０５、漏斗部２０８及び排出部２１０を有する。壁部２０５及び漏斗部２０８は気泡減少室２１２を画定し、その内部には通気孔２１６を有する。気泡減少部材１９２は再循環した流体を再循環導管５２からディスペンスヘッド２４を介し、更にはドラム挿入部２２を介して受容する。再循環した流体はドラム２０内で残留流体と接触する前に気泡を生成することが多い。気泡減少部材１９２は再循環する流体の速度を減少させ、且つ下パイプ３２の周囲において流体を排出させることにより、再循環する流体を安定させる効果を有する。気泡減少部材１９２はピュアボンド溶接により形成された突起２３０を有し、突起２３０は下パイプ３２の縁２５０と係合する。

気泡減少室２１２により気体は気泡から分離し、通気孔２１６から排出されるとともに、液体部分は通常安定した層流状態で流下する。これにより乱流を抑制することができる。乱流は流体がドラム２０の流体最上位までドラム挿入部２２からドラム２０へ直接排出される場合に発生する。

従って、本発明は上記の部品により構成されており、ディスペンスヘッド或いは流体帰還ヘッドにおいて個々に使用することが可能である。本明細書において、流体帰還ヘッドはディスペンスヘッドという用語に含まれている。

本発明は、本発明のあらゆる必須特性の精神から逸脱することなく他の特定の構成で具体化することができる。従って、上述の実施例は全ての点において例証として考慮されるべきであり、限定物として考慮されるべきではない。本発明の範囲を示すための言及は、上記の詳述よりもむしろ添付の特許請求の範囲においてなされている。

本発明に係るディスペンスヘッドを示す斜視図。 本発明に係る流体供給装置を示す斜視図。 図１のディスペンスヘッドを示す分解図。 図１のディスペンスヘッドを示す上面図。 図１のディスペンスヘッドにおいてディスペンスヘッドがドラム挿入部から分離した状態を示す図４の５−５線断面図。 図１のディスペンスヘッドにおいてディスペンスヘッドがドラム挿入部に取り付けられた状態を示す図４の５−５線断面図。 図１のディスペンスヘッドを示す図４の６−６線断面図。 図３において遠近法によって示されたドラム挿入部を示す平面図。 本発明に係るポペット弁を示す正面図。 ポペット弁を示す斜視図。 ディスペンスヘッドの上部を示す図６の１１−１１線断面図。

Claims (20)

1. ドラム挿入部と連結されるディスペンスヘッドであって、該ディスペンスヘッドは主としてフッ化ポリマーにより構成されており、
   ポペット弁を有する主流体流通管路と、
   前記ポペット弁は、中央開放領域を有する環状係合部と、前記係合部を支持するように軸線方向に延出する複数の支持部材とを備えていることと、
   前記支持部材の間に延出し、中央開放領域を介して流体の連通を提供する複数の流体流通路と、
   径方向外側に延びるとともに環状係合部の末端に設けられた複数のフィン形案内部材と、を含み、
   前記ポペット弁が、ドラム挿入部において管継手と対向するとともに、主流体供給路が環状係合部の中央開放領域を貫通して形成されるように配置されることにより、流量を増加させ、
   密閉確認導管と、ドラム挿入部とディスペンスヘッドとの間に配置される複数の同心オーリングとを更に含み、ディスペンスヘッドがドラム挿入部に取り付けられたときに、閉鎖された室が、ディスペンスヘッドとドラム挿入部との間において２個の隣接する同心オーリングの間に形成され、前記密閉確認導管は前記閉鎖された室と流体が流れるように連通するディスペンスヘッド。
2. ドラム挿入部の管継手はポペット弁と係合する台座部を有し、前記台座部は前記管継手の中央流体流通導管内に延出するように内側に延びて前記環状係合部と係合する複数のナブを含み、ディスペンスヘッドがドラム挿入部に挿入されるとポペット弁が開放されて、実質的に自由な流体の流通が達成される請求項１に記載のディスペンスヘッド。
3. ドラムに返還される流体の気泡生成を減少させる気泡減少部材を更に含む請求項１に記載のディスペンスヘッド。
4. 前記ドラム挿入部は前記ドラムの下部に向けて延出する下パイプを有し、気泡減少部材は通気孔を有する室を含み、気体が気泡から分離されて、気体が室から放出され、且つ液体が室から流出し、液体は実質的に層流状態で下パイプを包囲しつつ流れる請求項３に記
   載のディスペンスヘッド。
5. 再循環流体導管を更に備え、それによりドラム内に別の開口を設けることなく流体はディスペンスヘッドを介してドラムまで再循環する請求項１に記載のディスペンスヘッド。
6. 通気導管を更に含み、気体がドラムに流入及びドラムから流出することにより、ドラム内における流体の変化量を補償する請求項１に記載のディスペンスヘッド。
7. ポペット弁は、中央開放領域に延出しており、流体流を中央開放領域を通って複数の流体流通路から退出するように導く円錐部を更に含む請求項１に記載のディスペンスヘッド。
8. ドラム内においてドラム挿入部に取り付け可能なディスペンスヘッドと、前記ドラム挿入部はドラムの下部に向けて延出する下パイプ及び管継手を有することと、
   ディスペンスヘッドは下パイプと流体が流れるように連通する第１流体供給導管を有することと、
   第１流体供給導管に配置されるポペット弁と、該ポペット弁は、
   管継手と係合する環状係合部材と、環状係合部材は、複数の支持部材と接続されており、支持部材はそれら支持部材の間に延出すると共に環状係合部材の中央開放領域と流体が流れるように連通する複数の流体流通路を有し、流体流通路及び中央開放領域はポペット弁を介した主流体路を形成することと、
   環状係合部材の末端に設けられ、ポペット弁を供給導管内を摺動可能に案内する複数のフィン形案内部材とを有し、
   密閉確認導管と、ドラム挿入部とディスペンスヘッドとの間に配置される複数の同心オーリングとを更に含み、ディスペンスヘッドがドラム挿入部に取り付けられたときに、閉鎖された室が、ディスペンスヘッドとドラム挿入部との間において２個の隣接する同心オーリングの間に形成され、前記密閉確認導管は前記閉鎖された室と流体が流れるように連通することと、を含む供給システム。
9. ドラムの内部と流体が流れるように連通する気泡減少部材と、ディスペンスヘッドの第２流体供給導管とを更に含む請求項８に記載の供給システム。
10. 気泡減少部材は通気孔を有する室を含み、気体は気泡から分離されて室から排出され、液体は前記第２流体供給導管に配置された室から実質的に層流状態で流出する請求項９に記載の供給システム。
11. 前記ドラム挿入部の管継手はポペット弁と係合する台座部を有し、前記台座部は前記管継手の中央流体流通導管に延出するように内側に延びて前記環状係合部と係合する複数のナブを含み、ディスペンスヘッドがドラム挿入部に挿入されるとポペット弁が開放されて、実質的に自由な流体の流通が達成される請求項８に記載の供給システム。
12. ポペット弁は、環状係合部と複数のフィン形案内部材との間に設けられ、ポペット弁が閉鎖された場合に流体の流通を実質的に密閉する密閉部を更に含む請求項８に記載の供給システム。
13. ポペット弁は、ディスペンスヘッドをドラム挿入部に挿入する作用により該ポペット弁が開放され、かつディスペンスヘッドをドラム挿入部から取り外す作用により該ポペット弁が閉鎖されるように、ポペット弁を閉鎖位置に付勢する手段を更に含む請求項８に記載の供給システム。
14. ディスペンスヘッドはドラムの内部と流体が流れるように連通する第２流体供給導管を更に含む請求項８に記載の供給システム。
15. ディスペンスヘッドはドラムの内部と流体が流れるように連通する通気導管を更に含む請求項８に記載の供給システム。
16. ポペット弁は、中央開放領域に延出しており、流体流を中央開放領域を通って複数の流体流通路から退出するように導く円錐部材を更に含む請求項８に記載の供給システム。
17. 液体をディスペンスヘッドを介してドラムまで再循環させる方法であって、
    ドラム挿入部をドラムに挿入するとともに、ディスペンスヘッドをドラム挿入部に挿入する工程と、ドラム挿入部は管継手を含むことと、
    ディスペンスヘッド内に主流体導管、再循環流体導管及び通気導管を備える工程と、
    ポペット弁を主流体導管に挿入する工程と、該ポペット弁は、管継手と係合する環状係合部と、密閉部と、係合部を密閉部と接続すると共に間に複数の軸線方向の流体流通路を有する複数の支持部材と、ポペット弁を主流体導管内に案内する複数のフィン形案内部材と、ディスペンスヘッドをドラム挿入部に挿入する作用によりポペット弁が開放されるようにポペット弁を閉鎖位置に付勢する手段とを備えることと、
    ドラム内の流体の排出量を補償するために、気体を通気導管を介してドラムに流入及びドラムから放出させる工程と、
    密閉確認導管と、ドラム挿入部とディスペンスヘッドとの間に配置される複数の同心オーリングとを備える工程であって、ディスペンスヘッドがドラム挿入部に取り付けられたときに、閉鎖された室が、ディスペンスヘッドとドラム挿入部との間において２個の隣接する同心オーリングの間に形成され、前記密閉確認導管は前記閉鎖された室と流体が流れるように連通することと、を含む方法。
18. ディスペンスヘッドとドラム挿入部との間に気泡減少部材を配置する工程を更に含む請求項１７に記載の方法。
19. ディスペンスヘッドをドラム挿入部と係合させることによりポペット弁を開放し、且つ係合部材を管継手と対向させることにより、ばねの付勢力に打ち勝ちポペット弁を開放する工程を更に含む請求項１７に記載の方法。
20. 流体を主流体導管を介してドラムの外へ流出させ、且つ流体を再循環流体導管を介してドラムの中へ戻す工程を更に含む請求項１７に記載の方法。

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