JP3732662B2 - ガス制御装置、及びモジュール式ガス制御装置を提供するための別個のモジュールのセット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮ガスのシリンダと共に使用するためのガス制御装置と、この圧縮ガスシリンダからガスを供給する方法とに係わる。
【０００２】
術語「ガス」は、永久ガスとガスの蒸気との両方を含む。永久ガスは、圧力だけによっては液化されることが不可能なガスであり、例えば、３００バールｇまでの圧力でシリンダに入れて供給されることが可能である。この永久ガスの例は、アルゴンと窒素である。液化ガスの蒸気は、圧縮ガスシリンダ内において液体の上方に存在する。シリンダ内に充填するために圧縮される時に圧力下で液化するガスは、永久ガスではなく、より正確には液化ガスまたは液化ガス蒸気と呼ばれている。例えば、亜酸化窒素は、１５℃において４４．４バールｇの平衡蒸気圧で、液体の形でシリンダに入れて供給される。こうした蒸気は、外界条件に近い圧力または温度によって液化可能であるので、永久ガスでも真のガスでもないことが多い。
【０００３】
【従来の技術】
高圧シリンダからのガスを取り扱うための従来の方法は、圧力、流量、ガス閉止、及び、安全排出のような機能を制御するために、高圧シリンダの外側に取り付けた幾つかの別個の構成要素を使用することである。こうした構成は複雑であり、漏洩、デッドスペース、及び、多数の継目という問題を生じさせ、製品の品質と純度とに関する問題を生じさせる。こうした組立体は、大型であり従って高価とならざるを得ないガスキャビネット内に封入されなければならないことが多い。
【０００４】
圧縮ガスシリンダは、様々な市場で使用されている。低コストの一般工業市場では、現行の標準シリンダ弁は非常に安価であるが、例えば医療用途における直接的な圧力制御と流量制御とのような付加的な利点を顧客に提供するために、こうしたシリンダ弁に追加的な機能を組み込むことが必要とされている。エレクトロニクスのようなより高コストの部門では、エレクトロニクス分野に特有の高純度の腐食性で有毒な自燃性ガスを使用する場合の、腐食、汚染、及び、ガスシリンダに対する接続を開閉する時に人間がガスに接触する危険性に関連した問題点を取り除くことが必要とされている。
【０００５】
こうした問題の１つの事例が、ガスシリンダのための再充填処理において生じる。シリンダは、一般的に（合衆国では組込み破断円板を含む）単純な閉止シリンダ弁によって制御される高圧ガスを収容することが普通である。一般的に、ガスは、シリンダ内の圧力よりも著しく低い圧力で使用され、従って、使用者は、膨張弁のような減圧手段を回路内に接続することになる。ガスシリンダを再充填する必要がある場合には、そのシリンダ上の閉止弁が閉じられ、高圧回路が切断される。このシリンダの高圧における開閉は、漏洩と汚染の危険性をもたらす。高圧での取り外しを行うことなしに再充填することによって、この問題を克服する試みが既に行われている。
【０００６】
１９８８年７月２０日付で公開されたＥＰ−Ａ−０ ２７５ ２４２（ＡＧＡＡＫＴＩＥＢＯＬＡＧ）には、主にガス療法での使用が意図された一体型シリンダ弁制御装置が開示されており、この装置は、ガスシリンダに永久的に接続され、且つ、そのガスシリンダに固定装着された保護カップによって取り囲まれることが意図されている。この弁は、ガスシリンダに対する接続ソケットと残留ガス弁と逆流防止弁とを含む弁ハウジングを有する。この制御装置は、更に、シリンダ圧力を適切な動作圧に低下させる働きをする上記弁ハウジング内に配置された調整器、ガス閉止弁、消費導管の接続のための迅速結合装置、ガス補給導管をシリンダに接続するための装置、及び、シリンダ内のガス体積を表示するための装置を含む。
【０００７】
１９８９年３月２９日付で公開されたＥＰ−Ａ−０３０８８７５（ＵｎｉｏｎＣａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）には、より低圧の装置に高圧ガス供給源を適合させるための弁−調整器組立体が開示されており、この弁−調整器は密封可能であるか、または、高圧での再充填を可能にする高圧ガス供給源から分離されている。実施様態の１つでは、単一の出口が、調整器によって減圧され終わった時には低圧出口として使用され、一方、その同じ出口がシリンダの再充填のためのアダプタとして使用される。このアダプタが使用される場合には、アダプタ栓上の締切り手段が調整器を固定位置に動かし、その調整器に対して作用するガス圧力には関係なしに主導管からのガス流を閉止する。その後で、シリンダの再充填が上記アダプタを通して行われる。これは、再充填前に高圧ガスを完全に閉止することを可能にし、従って、高圧における開閉を回避することを可能にする。
【０００８】
これに類似した装置が１９９１年７月２３日付で公開されたＵＳ−Ａ−５ ０３３ ４９９（Ｐａｔｅｌ他）に開示されている。減圧弁が、高圧ガスシリンダ上に直接装着されている。標準的なアダプタが出口の中に挿入され、制御ハンドホイールが開かれ、出口では、必要とされる低圧（例えば最大圧力２００バール）のガスを得ることが可能である。特殊な充填アダプタが出口の中に挿入される場合には、シリンダがその最大圧力３００バールに再充填されることが可能である。この特殊な充填アダプタは、弁組立体内のチャンバからその弁組立体内の通路を経て周囲雰囲気にガスが流出するのを防止するシールを有する。一方、これは、通常の使用時にそうであるようにピストンが下向きに動いて減圧弁の入口を閉じることを防止する。
【０００９】
しかし、これらの先行の開示内容は、上記組立体の本体においては限られた機能しか提供しておらず、即ち、手動操作による通常の低圧調整、及び／または、再充填が可能であることだけを提供するにすぎない。使用者が必要とする更に別の機能は、その低圧出口に通常の方法で結合される別個の構成要素によって提供される。
【００１０】
圧縮ガスシリンダの頭部上に直接装着された構成要素によって様々な機能をもたらそうとする試みが、これまでに行われてきた。１９９２年２月１１日付で公開されたＵＳ−Ａ−５ ０８６ ８０７（Ｌａｓｎｉｅｒ他／Ｌ’Ａｉｒ Ｌｉｑｕｉｄｅ）には、入口接続装置と出口接続装置とを装着するための互いに反対側に位置した穴を含む減圧器本体と、調整弁がその中に装着されている高圧チャンバを画定する別の穴の外側端部とを含む減圧器が開示されている。この減圧器の本体は、低圧チャンバと境を接するピストンと調整弁との間に接続棒が圧入係合させられている環状切頭ライニングを含む調整弁のばねのための支えを画定する、高圧圧力計のための接続装置を受けるように適合させられている。この発明は、高圧圧力計と低圧圧力計とを含む、単純化された設計の工業タイプの減圧器を提案する。
【００１１】
１９９２年７月７日付で公開されたＵＳ−Ａ−５１２７４３６（Ｃａｍｐｉｏｎ他／Ｌ’Ａｉｒ Ｌｉｑｕｉｄｅ）では、高圧ガスシリンダのためのガス分配アダプタと減圧器装置とが開示されている。この装置は、高圧ガスシリンダの締切り弁の上に取り付けられることが意図された組立体を含み、更に、その上流側端部が締切り弁と連通している分配弁を操作する手動制御装置、使用者回路に接続するための出口と分配弁との間の過剰圧力を防止するための減圧器と安全装置、及び、上記分配弁の上流の圧力を測定する圧力計を含む。
【００１２】
しかし、これらの装置の場合にも同様に、シリンダ頭部上に装着されたこれらの装置において提供される機能の種類は限定されており、従って、必要とされる更に別の機能は、シリンダ頭部の制御装置の出口に接続される従来通りの構成要素によって提供される。
【００１３】
１９９２年１１月１７日付で公開されたＵＳ−Ａ−５ １６３ ４７５（Ｇｒｅｇｏｉｒｅ／Ｐｒａｘａｉｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ）では、分配ガスの純度とガス送出パネルの安全性とを高めるように適合させられている一連の弁と圧力調整器とその関連構成要素とを含む、工具位置に供給シリンダからガスを配送するための超小型パネルが開示されている。この発明の目的は、超高純度の有害ガスの制御に適合させられている縮小サイズの超小型パネルを提供することである。好ましくはガス流路が、湾曲部と停滞ガスポケットが最小限である直線的な流れであるように、このパネルの構成要素が配置され、口が付けられている。この超小型パネルの構成要素は、その中のガス通路部品が同一平面内で実質的に一直線になっているように配置されている。上記弁と圧力調整器構成要素との相互接続のための流体流路を提供するために、単一のまたは１つの金属（例えば、ステンレススチール）ブロックを機械加工することが可能である。しかし、この超小型パネルは、サイズが小さくなってはいるが、通常サイズのガスパネルの複雑さを維持し、個々の構成要素の間の多数の接続部を含んでいる。更に、このパネルによって提供される機能は限定されており、更に別の機能が必要とされる場合には、こうした別の機能は従来通りの追加の構成要素によって提供されることになる。更に、圧縮ガスシリンダを再充填することが必要とされる場合には、再充填のためにそのシリンダを取り外すために、その回路の高圧部分において従来通りの開閉が行われる。
【００１４】
Ｈｅｌｍｅｒｓ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，Ｉｎｃによって１９９３年２月に出版されたＳＥＮＳＯＲＳに掲載されている、Ｒｅｄｗｏｏｄ ＭｉｃｒｏＳｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃの製品を説明する標題「ミクロ構造のための革命的アクチュエータ（Ａ Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）」の記事では、登録商標「Ｆｌｕｉｓｔｏｒ」で知られるサーモニューマチックアクチュエータ（ｔｈｅｒｍｏｐｎｅｕｍａｔｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ）と組み合わされた、ミクロ機械加工された圧力センサと電子フィードバックループとから成るソリッドステート圧力調整器が説明されている。シリコン基体内に空洞がエッチングによって形成され、制御液体で満たされる。この液体が加熱されると、シリコンのダイヤフラムが外側に湾曲し、弁座の上を覆う。このシリコンダイヤフラムが外側に湾曲して、制御されるべき流体の流れを方向付けるように設計されている精密な溝と穴を含むその下側に接着されている第２のウェーハに接触する。この超小型弁は、小型で正確で価格効果の高いクローズドループ制御システムを構成するために、ミクロ機械加工された圧力センサまたは流量センサ、及び、電子フィードバック回路構成要素と組み合わされることが可能である。この弁は、マイクロリットル／分からリットル／分のガス流量の比例制御のために使用されることが可能である。この超小型弁を圧力センサまたは流量センサと電子フィードバック回路構成要素と共に一体化することによって、プログラム可能クローズドループ圧力調整器または流量調整器が得られる。この調整器は、ディジタル信号またはアナログ信号によって制御されることが可能なので、パーソナルコンピュータまたは既存の制御システムの使用によって圧力及び流量が制御されることが可能である。こうした構成要素は、特に本発明の実施様態において使用される。
【００１５】
１９９５年４月２５日付で公開されたＵＳ−Ａ−５ ４０９ ５２６（Ｚｈｅｎｇ他／Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ）では、高純度ガスを供給するための装置が、２つの内部口を有する弁を含むシリンダを有する。一方の内部口はシリンダの充填に使用され、他方の内部口には、ガスがシリンダから出ていく時にそのガスから粒子と不純物を取り除く清浄器ユニットが嵌め込まれている。清浄化されたガスは上記弁を通ってシリンダから出ていき、上記装置とシリンダの外部にその全てが配置されている調整器と流量制御装置と様々な長さの管系を通過した後に、ガスが従来通りの清浄器を通過して使用場所に到達する。内部の清浄器が外部清浄器の負荷を軽減させ、その清浄器の再充填の頻度を減少させる。２つの内部口と内部での弁制御とによって、充填ガスを内部フィルタユニットを通過させずにシリンダ充填に使用することが可能になる。しかし、圧力調整器がシリンダ頭部ユニットの外部にあるので、再充填のためにシリンダを交換することは、圧力調整器によって発生させられる圧力低下の上流における、高圧での従来通りの開閉を含む。更に、圧力調整器のような機能構成要素は、従来通りの手段によってシリンダ頭部ユニットに接続されており、従って、シリンダ上には装着されていない。この開示内容は、使用者に対して透過性である追加の機能性がシリンダパッケージに含まれる、シリンダに装着された制御装置の一例である。清浄器と濾過媒体とがカートリッジの形でシリンダ弁に追加された。シリンダの内容物の完全性を維持するために、シリンダ弁の出口上に残留圧力弁が含まれていた。残留圧力弁は、雰囲気汚染物によるシリンダ汚染または使用者による外来ガスに起因するシリンダ汚染が生じることを防止する。シリンダを充填するために、且つ、清浄器及びシリンダパッケージの完全性を維持するために、第２の内部口が備えられ、この内部口は、シリンダ充填のための追加の隔離弁を含む。
【００１６】
１９９５年８月８日付で公開されたＵＳ−Ａ−５４４０４７７（Ｒｏｈｒｂｅｒｇ他／Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｐａｔｈｗａｙｓ，Ｉｎｃ）には、コンピュータ制御弁、アクチュエータ、調整器、及び、トランスデューサを含む完全なガス多岐管を有する小型ガス管理システムが開示されている。このシステム全体が、通常はガスキャビネット内に封入されている従来通りのガスシリンダの頂部上に載っているハウジングの中に配置されている。このハウジングの外部には、上部制御パネルがＬＣＤ表示装置を含み、下部制御パネルには、キーパッド制御装置、取り外し可能なデータパック、ＬＥＤ表示器灯、及び、緊急閉止スイッチが備えられる。このハウジングの内部においては、首状部分がガスシリンダから上向きに突出し、そのガスシリンダ内のガスを上記ガス多岐管に対して供給するための接続部を与える。ガス多岐管は、弁、アクチュエータ、圧力調整器、溶接付属品、及び、トランスデューサの組立体である。上記ハウジングの最上部には、ガスシリンダの軸線からずれているプロセスガス出口、通気口接続部、及び、パージガス入口が取り付けられている。この装置は、構成要素と構成要素との間に溶接部を有することによって、サイズを小さくすることと、機械的接続部の数を減らすこととを求めている。
【００１７】
この開示内容は、ガスシリンダ上に装着される小型化ガスパネルの着想を提示しているが、このシステムは、依然として、シリンダの再充填の際には、ガスシリンダの最大圧力においてガスシリンダとガスパネルとの間の接続を開閉することが意図されている。この着想は、新たなシリンダの取付の際に、小型化ガスパネル全体がシリンダから取り外され、その古いシリンダが再充填されるということである。従って、シリンダの比較的高い圧力において開閉が続けられる。更に、小型ガスパネル内に備えられる機能構成要素の数が、ガスシリンダ上に従来通りに装着される機能構成要素の数よりも多いが、ガスパネルに関して必要とされる組合せが設定されるか、または、従来通りの接続部及び溶接部によって設定される。追加の機能が必要とされる場合には、こうした追加機能は、従来通りの仕方で更に別の別個の構成要素を結合することによってだけ提供されることが可能であるにすぎない。
【００１８】
１９９６年１２月１３日付で公開されたＦＲ−Ａ−２ ７３５ ２０９（Ｌ’Ａｉｒ Ｌｉｑｕｉｄｅ）には、主ガス流路がその本体内を貫通する支持体を有する、圧縮ガスシリンダと共に使用するためのガス制御装置が開示されており、この支持体は、圧縮ガスシリンダ上にその本体を装着するための、及び、ガスシリンダと連通するように上記ガス流路を接続するための入口接続手段を有する。この支持体の内部には、シリンダ内の圧力よりも著しく低い選択された圧力で上記ガス流路内にガスを供給するための減圧手段を提供する膨張弁と、その減圧手段の上流の主ガス流路内の高圧閉止弁とが備えられている。ガスを利用するための後続の装置に主ガス流路を接続するために、出口接続手段が減圧手段の下流に備えられる。このガス制御装置の支持体は、主ガス流路がそれを通って加圧ガスシリンダと連通する経路とは別の経路によって、入口接続手段を通して圧縮ガスをそのシリンダに充填するための充填手段を有する。圧縮ガスシリンダ内の圧力を表示するために、減圧手段の上流に高圧計器が備えられ、一方、減圧手段の下流には低圧計器が備えられている。示されている膨張弁は、ガスシリンダ使用時にそのシリンダを手で取り扱うことを可能にするシリンダ取扱キャップを形成する成形カバー内に配置されている。その弁組立体全体が、様々な組立体入口及び出口のための出入穴を有する上記キャップ内に配置されていることが好ましい。
【００１９】
この開示されているガス制御装置は、ガスシリンダの頂部上に装着されている単一の本体において、それ以前には組合せの形で提供されたことのない追加の機能を提供するが、こうした提供される機能は、高圧閉止弁、減圧手段、高圧及び低圧計器、並びに、ガス制御装置がガスシリンダ上に装着されているままの状態で別個の入口流路を通してガスシリンダを充填することに限定されている。使用者によって必要とされる他の機能は全て、通常の仕方で個別の構成要素によってそのガス制御装置の出口接続部に連続的に取り付けられる従来通りの構成要素によって提供される。この制御装置を通る主ガス流の出口は、上記本体を通過する主ガス流の方向に対して概ね垂直であり、ねじ付きの出口接続部は、別の従来通りの構成要素に対する接続のために従来通りの形態である。従って、以上のことを要約すると、この制御装置によって提供される機能は限定されており、更に別の構成要素を追加するための構成は、通常の接続部によって個別の構成要素を追加することによる従来通りのものである。圧縮ガスシリンダの使用者によって求められる可能性がある追加の機能、例えば、パージ機能は、上記制御装置の様々な部品に別々に接続された従来通りの構成要素によって提供されなければならない。圧縮ガスシリンダの様々な使用者の多様な要求を満たす柔軟性を有する、追加機能をコンパクトなスペースで実現することが可能なシステムを提供することが依然として必要とされ続けている。
【００２０】
Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｏｃｔｏｂｅｒ １９９６に掲載されているＰｈｉｌｌｉｐｓ及びＳｈｅｒｉｆｆによる標題「ミニマリズムガスシステム設計の利点（Ｂｅｎｅｆｉｔｓ Ｏｆ Ａ Ｍｉｎｉｍａｌｉｓｔ Ｇａｓ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ）」の記事には、ガス制御システムを含む、電子装置のための製造プラントの設計と構造が説明されている。主な新規の特徴は、各々のプロセスガスのための分配システム内の圧力が、ガス供給源において単一の調整器によって制御されるということだった。これは、複数のガスシステムの間の相互作用を防止するために各プロセスチャンバループ毎に別々の局所的な圧力調整が行われる従来の構成とは対照的である。本発明は、上記引用記事に記述されている製造システムのような製造システムのためのガス制御に応用されることが可能である。
【００２１】
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｊａｎｕａｒｙ１９９７に掲載されたＣｅｓｔａｒｉ、Ｌａｕｒｅｔａ及びＩｔａｆｕｇｉによる標題「プロセスガス分配の次段階：完全一体化システム（Ｔｈｅ ＮｅｘｔＳｔｅｐ Ｉｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｇａｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ： Ａ Ｆｕｌｌｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ）」の記事には、汚染を低減させるために内部体積を減少させ且つ封じ込み区域を取り除くことが意図された、半導体製造プロセスで使用するための一体型ガス分配システムが説明されている。この記事は、あらゆるガス分配プロセス要件を満たすためには、標準的なモジュール構成要素セットを構成することによる、ガス制御システムの一体化が必要であると述べている。これらの構成要素は、互いに直接的に接続するように、または、嵌め込みもしくは溶接を使用せずに、共通の１つの多岐管に接続するように設計されなければならない。構成要素のモジュール性と互換性は、弁、調整器、トランスデューサ、フィルタ、質量流量制御装置、及び、他の構成要素に関する標準形態因子を必要とする。互換モジュール式構成要素の利点は、ある１つの一体型ガスシステム内でのその構成要素の特定の機能に係わりなく、その構成要素が同一の仕方で接続し、且つ、同一のスペースに嵌合することであると述べられている。この利点は、ガスシリンダからガス管路を取り外す必要なしにガス制御システムをパージすることであると述べられている。改善された流路によって、ガス分配システムにおける従来の回旋状のガス流路と大きな体積とを排除する必要が説明されている。しかし、上記記事で説明されているシステムは、個別の構成要素を使用し続けており、個別の構成要素の間の接続部の小型化に関与しているにすぎない。
【００２２】
１９９６年１０月２２日付で公開されたＵＳ−Ａ−５，５６６，７１３（Ｌｈｏｍｅｒ他）は、高圧下でガスを収容するタンクに接続されることが意図された、ガス制御及び分配組立体に係わり、この組立体は、低圧出口、及び、上記タンクと上記低圧出口との間に連続的に配置された、高圧にさらされる閉止弁と、上記閉止弁に結合された減圧器手段と、流量調整器手段とを含む。その目的は、典型的にはガスタンクまたはガス容器上に永久的に装着され、ガス分配及びタンク充填の両方のために必要とされる機能面及び安全面での特徴の全てを提供する、コンパクトで人間工学的なユニット形態のガス制御及び分配組立体を提供することであると述べられている。このガス制御及び分配組立体は、ガス容器上に装着され且つ圧力計と充填コネクタとを含む下部ブロックを含み、この下部ブロック上には、その部分組立体を囲む管状の制御及び起動部材の回転に対応して軸方向に移動可能な部分組立体が永久装着され、この部分組立体は、減圧器と間欠駆動可能な流量調整器とを含み、且つ、低圧出口と中圧出口とを有する。
【００２３】
１９９４年３月２３日付で公開されたＥＰ−Ａ−０ ５８８ ５３１（Ｋａｂｕｓｈｉｋｉ Ｋａｉｓｈａ Ｎｅｒｉｋｉ）は、ガスの放出及び充填に使用するための圧縮ガス及び液化ガスを収容するガスシリンダに取り付けられることに適合させられている弁組立体に係わる。ガス入口、停止弁、減圧弁、及び、ガス出口が、１つの弁ケーシング内に連続的に配置されている。ガス出口と停止弁の出口とが、逆止弁を備えたガス充填流路を介して互いに連通する。ガス出口は、ガス誘導流路によって二次安全弁と連通する。ガスシリンダがガスを充填される時には、ガス充填口金が上記ガス出口に装着される。この場合には、上記口金に備えられた起動部分によって、ガス誘導流路内に備えられた開閉部分が閉じられる。従って、高圧ガスが二次安全弁から放出されることはない。
【００２４】
１９９１年１２月４日に公開されたＥＰ−Ａ−０ ４５９ ９６６（ＧＣＥＧａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＡＢ）は、ガス容器用の閉止及び充填弁としてもガス調整器を使用することを可能にするための、ガス容器に接続されることが意図されたガス調整器の構成に係わる。この調整器は並流タイプであり、その上部部分と下部部分とに互いに異なった横断面積を有する差圧ピストンを含み、この上部部分と下部部分は調整器ハウジングに対して密封されている。上記ピストンの上部部分と調整器ハウジングとの間には、弁座からピストンを引き離す働きをするばねが備えられている。上記ピストンは、そのピストンの上部部分上に作用する作動部材によって上記弁座に向かって手動で移動させられることが可能である。上記調整器は安全弁も含む。
１９９６年３月１４日に公開された国際公開公報第９６０７８４３号（Ｌ’Ａｉｒ Ｌｉｑｕｉｄｅ、米国特許第６３１４９８６号に対応）は、本願の図１５に略図的に示す弁アセンブリと同様な弁アセンブリを開示している。この弁アセンブリは、停止弁と減圧弁の組み合わせを組み込んでおりかつ高圧シリンダを低圧出口に接続している放出回路を内蔵している、２つの部分からなる本体を備えている。下側の本体部は、さらに、シリンダを逆流防止充填コネクタに接続する、別個のガス充填回路を有する。
１９９６年９月２６日に公開された国際公開公報第９６２９５２９号（Ｉｎｓｙｎｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ）は、交互配置されたガスケットと共に複数のモジュールが連結されている、一体のガスパネルを開示している。各モジュールは、ガスケットに依存して、共通の通路を形成するように一つの又は隣接した両モジュールを接続する、又は閉塞される、複数の貫通通路を有する。ガス入口回路及び出口回路は、各モジュール内に設けられており、複数の貫通通路の中の少なくとも１つと連通している。プロセス及び不活性ガスモジュールにおいて、この回路は、質量流量制御装置（ＭＦＣ）に接続するためのモジュールを貫通しているが、パージガスモジュールにおいて、このようなコントローラが必要とされている。隔離弁及びパージ弁は、回路内の流れを制御し及び方向付け、圧力調整器は入口回路内に組み込まれうる。
２０００年１１月２９日に公開された欧州特許第６８８９８３号（Ｋａｂｕｓｈｉｋｉ Ｋａｉｓｈａ Ｎｅｒｉｋｉ）は、高圧シリンダをガス出口に接続している、ガス放出回路内の停止弁と並列して、ガス出口を高圧シリンダに接続している、逆止弁を組み込んでおり、かつガス充填回路を有する本体を備えた、高圧ガスシリンダを装着した弁アセンブリを、その最も広い態様（図２参照）で開示している。減圧弁は、停止弁とガス出口の間に配置されうる。
１９９３年２月１９日に発行された日本国特許第５２１５２９９号（Ｋａｂｕｓｈｉｋｉ Ｋａｉｓｈａ Ｎｅｒｉｋｉ）は、本願の図１４に略図的に示す、高圧ガスシリンダの装着された弁アセンブリを開示している。特に、弁アセンブリは、減圧弁の下流の停止弁を組み込んでおりかつ高圧シリンダを低圧ガス出口に接続している放出回路を有する本体を備えている。本体は、逆流防止弁を組み込んでおりかつ専用の高圧ガス入口を停止弁の上流の放出回路に接続している、ガス充填回路をさらに有する。
日本国特許第５２１５２９９号は、さらに、充填放出回路と充填回路が別個であるという修正を開示している（図１３及び１４参照）。放出回路において減圧弁が示されていない。
１９９３年２月１９日に発行された日本国特許第５０３９８９８号（Ｋａｂｕｓｈｉｋｉ Ｋａｉｓｈａ Ｎｅｒｉｋｉ）は、減圧弁の下流の停止弁を組み込んでおりかつ高圧シリンダから低圧ガス出口へ接続している放出回路を有する本体を備えている、高圧ガスシリンダの装着された弁アセンブリを開示している（図１及び２参照）。本体は、逆流防止弁を組み込んでおりかつ専用の高圧ガス入口を停止弁の上流の放出回路に接続している、ガス充填回路をさらに有する。
１９９１年９月２６日に発行された日本国特許第３２１９１７２号（Ｋａｂｕｓｈｉｋｉ Ｋａｉｓｈａ Ｎｅｒｉｋｉ）は、放出回路内の減圧弁の上流の停止弁を有し、かつそのほとんどがガスをシリンダに充填するためにも使用される、高圧ガスシリンダの装着 された弁アセンブリを開示している（図１、２、２５及び２６参照）。充填回路は、停止弁の下流において放出回路を再結合するように、減圧弁を迂回する。
１９９４年３月２３日に公開された欧州特許第５８８５３１号（Ｋａｂｕｓｈｉｋｉ Ｋａｉｓｈａ Ｎｅｒｉｋｉ）は、シリンダと出口を接続しかつ２つの回路の連結点の上流の停止弁を有するガス放出回路内で、減圧弁と並列している、ガス出口をシリンダに接続しているガス充填回路を有する本体を備えている、高圧ガスシリンダの装着された弁アセンブリを開示している。充填回路が停止弁の下流の放出回路と接続しているので、２つの回路は別個でない。
本発明は、
本体を有する別個の一次モジュールを備えた圧縮ガスのシリンダと共に使用するためのガス制御装置において、
前記本体は、
高圧ガス分配入口と低圧ガス分配出口とを有する、前記本体を通過する主ガス流路と、
高圧ガス充填入口と高圧ガス充填出口とを有する、前記本体を通過する高圧ガス充填流路と、
前記本体を圧縮ガスシリンダ上に装着して支持する入口接続手段であって、ガスが前記シリンダから前記高圧ガス分配入口へ流れるのを又はガスが前記高圧ガス充填出口から前記シリンダへ流れるのを許容するように、前記高圧ガス分配入口と前記高圧ガス充填出口の両方を前記ガスシリンダと連通させて前記シリンダを前記本体に接続している、入口接続手段と、
前記低圧ガス分配出口において、前記シリンダ内の圧力よりも著しく低い選択された圧力でガスを提供するための、前記主ガス流路内の減圧手段と、
前記流路を選択的に開放する及びシール閉鎖するように、前記減圧手段の上流の、前記主ガス流路内の高圧主ガス流路の閉止弁と、
前記流路を選択的に開放する及びシール閉鎖するように、前記高圧ガス充填流路内の、高圧ガス充填流路の閉止弁と、
前記低圧ガス分配出口と連通している出口接続手段とを備え、
前記一次モジュール低圧ガス分配出口と前記二次モジュールガス流路入口と連通させるように、前記一次モジュール上で、ガス流路入口を有する別個の二次モジュールを直接的に装着するのに前記出口接続手段が適していない場合は、前記高圧ガス充填流路は前記主ガス流路とは別であり、かつ前記高圧ガス分配入口と前記高圧ガス充填出口は別々に前記ガスシリンダと連通している、ガス制御装置を提供している。
一次モジュール低圧ガス分配出口と連通しているガス流路入口を有する、別個の二次モジュールは、一次モジュールの出口接続手段上に直接的に装着されうる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するための手段】
一次モジュールは、パージガス入口を有し、かつ前記一次モジュールの主ガス流路に対するパージガスを受け入れるように、前記減圧手段の上流の、前記一次モジュールの主ガス流路と連通するパージガス流路と、前記パージガス流路を選択的に開放する及びシール閉鎖する、パージガス弁とをさらに備えてもよい。
二次モジュールは、好ましくは、本体を備え、前記本体は、
ガス分配入口及びガス分配出口を有する、前記本体を通過する主ガス流路と、
前記第一モジュールから前記第二モジュールへ低圧ガスが流れるのを許容するように、前記二次モジュール本体を前記一次モジュールに直接的に装着して、前記二次モジュールガス分配入口を前記一次モジュール低圧分配出口に連通させるように、前記一次モジュール出口接続手段と協働する入口接続手段と、
前記二次モジュールガス分配出口と連通している出口接続手段と、
前記二次モジュールを通過するガス流に関連する機能を果たすための２つ以上の機能構成要素の組み合わせとを有している。
【００２６】
上記少なくとも２つの機能構成要素が、上記二次モジュール体内のガス流のパラメータを測定する及び／もしくは変化させるための手段、並びに／または、上記二次モジュール体内のガス流を切り換える及び／もしくは通気する及び／もしくは混合するための手段を含むことが好ましい。
【００２７】
各モジュール体が、上記機能構成要素がその上またはその中に装着されている単一の材料本体であることが好ましい。しかし、構成によっては、上記モジュール体が、上記機能構成要素がその上またはその中に装着されているモジュール体を形成するように一体的に固定された２つ以上の副次的本体を含むことも可能である。更に、構成によっては、上記モジュール体が、弁のような機能構成要素を収容するようにその金属中に穿孔または他の仕方で形成された開口を有する金属であることも可能である。しかし、他の構成では、上記装置がミクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術によって作られることも可能であり、例えば、シリコン本体内に形成されたサーモニューマチック超小型弁を使用して作られることも可能である。この場合には、弁を制御するための適切な電子制御回路を画成する電子プリント回路の基板を提供するために、同一のシリコン本体が使用可能であることが好都合である。
【００２８】
一次モジュール体が入口接続手段（例えば、圧縮ガスシリンダの頂部の従来通りのねじ付き開口の中に入る従来通りのねじ付きボス）だけによってガスシリンダ上に構造的に支持されていることが特に好ましい。各モジュールが、モジュール体から一定の距離だけ離れてその周囲を囲むハウジングを含み、そのハウジングが、ガスシリンダを手で扱うための手段を提供するように形作られていることが好ましい。モジュール体の口及び構成要素に対する接近を可能にするように開口がハウジング内に形成されることも好都合であり、且つ、モジュール体とそのハウジングとの間の間隙の中に、弾力性のある材料が備えられることも好都合である。
各モジュールにおいて、そのモジュール内を通過する主ガス流路が、その長さの少なくとも一部分（好ましくは、少なくともその大部分）に亙ってモジュール体の主軸線と概ね一直線になっており、この主軸線がモジュールの入口接続手段と出口接続手段とを通って延在し、且つ、その２つのモジュールの主軸線が互いに同軸であることが特に好ましい。ガスシリンダが従来通りのガスシリンダである場合には、モジュールの主軸線がガスシリンダの軸線と同軸である形で、ガス制御装置がガスシリンダ上に装着されていることが好ましい。
【００２９】
構成によっては、一次モジュール体が、更に、ガスシリンダ内の圧力を表示するための、減圧手段の上流の高圧表示器と、破断円板またはリリーフ弁を含む安全リリーフ装置とを有することが可能である。
一次モジュールの入口接続手段が第１のガス流路と第２のガス流路とを含み、この第１のガス流路がガスシリンダからモジュール体を通過する第１のガス流路に通じ、第２のガス流路がガスシリンダからモジュールのガス充填流路に通じることが好ましい。この場合には、ガスシリンダから出て上記ガス流路の中に入るガスを清浄化するために、第１の流路とガスシリンダ内部との間に挿置される形で、ガスシリンダ内に清浄化手段が配置されることも可能である。
【００３０】
一般的に、本発明の様々な形態では、上記装置が清浄化手段を含む場合に、清浄器は、吸収剤、吸着剤、及び、これらの混合物から選択される物質を含むユニットを含み、それによって、このユニットを通過させてガスシリンダからガスが抜き出される時にガスから不純物が除去されることが好都合である。このユニットが、ＵＳ−Ａ−５，４０９，５２６（Ｚｈｅｎｇ他）に開示されている通りのユニットであることが好都合だろう。
【００３１】
上記一次モジュールが、更に別の機能をもたらす構成要素を含むことが好ましく、好ましい実施様態の１つでは、上記一次モジュール体が更に、減圧手段の上流の主ガス流路内に、高圧安全リリーフ弁、もしくは、安全リリーフ装置の装着のための構造を提供するように適合させられている高圧安全リリーフ領域を有し、及び／または、減圧手段の下流の第１の主ガス流路内に、低圧表示器、もしくは、減圧手段の下流の主ガス流路内の圧力を表示するための圧力表示器のための構造を提供するように適合させられている低圧表示器領域を有する。一次モジュール体が更に、ガスシリンダ内の圧力を表示するための高圧表示器を減圧手段の上流に有することが好ましい。上記安全リリーフ装置は、破断円板またはリリーフ弁であることが可能である。機能構成要素を装着するための上記構造は、その機能構成要素が完成製品において必要とされる場合にガス制御装置の製造中に穿孔されるように適合させられている、一次モジュール体の成形部分を含むことが可能である。
【００３２】
本発明が、顧客の要求に対応した特定の機能構成要素が常に提供されるわけではないガス制御装置の提供も含むということが理解されるだろう。しかし、製造の柔軟性と容易さとのために、本発明は、必要に応じて更に別の機能構成要素を備えることが可能な構造を含む。例えば、機能構成要素を装着するために備えられる上記構造は、機能構成要素が完成製品において必要とされる場合にガス制御装置の製造中に穿孔されるように適合されている、一次モジュール体の成形部分を含むことが可能である。
【００３３】
二次モジュールは、複数の適合可能な二次モジュールのいずれか１つから顧客の要求に応じて選択されることが可能である。一例としては、圧縮ガスシリンダからのガスが通気口から出ていき、二次モジュールの出口接続手段に接続可能な更に別の装置を排気するために出口接続手段において真空を発生させるように、二次モジュールが、ガス流路内の二次モジュール入口及び出口接続手段を接続するための排気口と切り換え可能弁手段とを含む真空モジュールであることが可能であり、この弁手段は、二次モジュールの入口接続手段から排気手段または出口接続手段のどちらかにガス流を選択的に方向付けるように切り換え可能である。別の例では、二次モジュールが、パージガス入口を通してパージガスを受け入れるための、且つ、パージガスを方向付けてそのモジュールを通過させ出口接続手段を通過させて外に排出しガス使用装置をパージするための、切り換え可能な弁手段を有するパージモジュールである。更に別の例では、二次モジュールが、出口接続手段においてガス混合気体を供給するように、その二次モジュールの主ガス流路を通過するガス流に対して更に別のガスを加えるための制御可能弁手段を有する混合器モジュールであり、一例では、二次モジュールが上記更に別のガスの供給源を含むことも可能である。別の例では、二次モジュールが、その二次モジュールの外部に位置する上記更に別のガスの供給源に接続されるように適合させられている、更に別の入口手段を含むことが可能である。
【００３５】
この装置は少なくとも２つの二次モジュールを含み、第１の二次モジュールが一次モジュール上に装着されており、第２の二次モジュールまたは別の二次モジュールの各々が、互いに重なり合って二次モジュールの積み重ねを形成するように装着されることも可能である。
【００３７】
本発明は、本発明のモジュール式ガス制御装置を提供するように相互接続可能なモジュールのセットであって、上記モジュールセットが、一次モジュール、及び、上記一次モジュール上または別の二次モジュール上に装着されるように各々が適合させられている複数の二次モジュールを含み、
上記二次モジュールの各々が、その支持体内を通過する主ガス流路を有する支持体を含み、上記支持体が、
上記第１のモジュール上または別の二次モジュール上に上記支持体を装着するための及び上記第１のモジュールまたは上記別の二次モジュールの主ガス流路に上記二次モジュールの主ガス流路を接続するための入口接続手段、並びに、
上記二次モジュールの主ガス流路からの出口を与えるための出口接続手段を有し、
上記二次モジュール各々の上記支持体が、ガス流に関連する機能を果たすための２つ以上の機能構成要素の組合せを有する、モジュールセットを提供する。
【００３８】
上記一次モジュール体が更に、主ガス流に対するパージガスを受け入れるために、減圧手段の上流に高圧パージガス入口弁を有することが好ましい。
【００４３】
構成によっては、上記一次モジュール体が更に、主ガス流路に対するパージガスを受け入れるために、上記減圧手段の上流にパージガス入口弁を有する。
【００５７】
支持体の上部表面または側部表面のどちらにガス制御装置の出口接続手段を配置するかということは、上記側面の全てにおいて本発明に影響する問題であることを理解されたい。一般的には、上向きの出口接続手段によって更に別のモジュールが上記ガス制御装置に結合させられることが意図されている場合に、上向きのまたは上方向に向いている出口接続手段がモジュールに備えられることが特に好ましい特徴である。しかし、当該モジュールが、他の関連モジュールなしにガスシリンダの頂部上に単独で嵌合されることが意図されている場合、または、当該モジュールが、ガスシリンダの頂部上に固定された一連のモジュールの中の一番上のモジュールであることが意図されている場合には、こうした状況では、出口接続手段がそのモジュールから横向きに方向付けられるか横方向に向いていることが好ましい。状況によっては出口接続手段がモジュールの側部表面から上向きまたは下向きに一定の角度に方向付けられていることが可能であるが、出口接続手段が支持体から水平方向に横向きに向いていることが好ましい。更に別の変形例では、出口接続手段がモジュールの上部表面上に装着されることも可能であるが、他の装置に接続されていない時には、その開口が水平方向に横向きに方向付けられるように配置されることも可能である。
【００５８】
しかし、単一のモジュールまたは一番上のモジュールに関する好ましい構成は、出口接続手段がそのモジュールの側部表面上に装着されており、モジュールから水平方向に横向きに向いていることである。こうした構成は、出口接続手段が別の装置に接続されていない時に、汚染物が出口接続手段に入り込む可能性を低減させるという点で利点を有する。
【００６１】
本発明は、少なくともその好ましい実施様態において、従来のガス制御装置及び方法よりも優れた幾つかの利点を提供する。幾つかの小型化ガス制御システムで提案されているより小さな制御パネルの中に幾つかの個別の構成要素を接続するだけにとどまらず、本発明は、再設計と、（機械式ユニットの場合に）単一の本体の中に一群の構成要素を直接的に機械加工すること、または、（例えば、ミクロ電気機械式システムユニットの場合に）電子チップ上に一群の構成要素を機械加工することとを含む。本発明は、一連のモジュールを提供することも可能である。これらのモジュールの各々は互いに独立しており、別々の機能を有する。他のモジュールと圧力制御を組み合わせることによって、そのシステムは、清浄化、気化、混合気体発生等のような使用者の追加的な要求を満たすように、機能拡張されることが可能である。好ましい形態では、全てのモジュールが、表示のための電気出力信号を送出し、且つ、制御のための電気入力信号を受け取ることが可能である。システムのコストを低減させると同時に、漏洩を最小限にし、デッドスペースと余分な接合部を排除し、且つ、製品の品質と純度を向上させるために、特に圧縮ガスシリンダの軸線と一直線にされた主ガス流路を使用することによって、一体型の設計が実現されることが可能である。
【００６２】
様々な用途のための様々な制御モジュールを設計することによって、次に示す諸機能を含む消費者と市場の多様な要求を満たすようにモジュールが組み合わされることが可能である。
・ 組込み残留圧力制御及び安全リリーフ弁、
・ シリンダからのガス圧力を調整するための圧力モジュール、
・ 流量制御モジュール、
・ エレクトロニクス用ＵＨＰガスの制御のための濾過及び／または清浄器モジュール、
・ 腐食性、有毒性、及び、自燃性の用途における排気用ベンチュリモジュール、
・ エレクトロニクスのための圧力調整の電子制御、
・ 液化製品をガスに変換するための気化器モジュール、
・ ガス品質を検出するための分析器モジュール、
・ 基準ガス混合気体の発生のための混合器モジュール、
・ ガス混合物を処理するためのガスブレンドモジュール、
・ エレクトロニクスのための完全自動化制御機能、
・ 遠隔データ捕捉、記憶及び制御（例えば、遠隔計測器）。
【００６３】
本発明は、特に、毒性、腐食性及び／または自燃性のガスを取り扱うための、通常はガスキャビネットの使用を必要とする集積回路製造に使用される。
【００６４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の例示のために、本発明の実施例を次の通りの添付図面を参照しながら説明する。
【００６５】
圧縮ガスシリンダの現在における使用の２つの例を最初に説明する。図１は、調査研究用途、分析用途、医療用途、教育用途、及び、他の幾つかの工業用途において一般的に使用されている基本的な構成を示している。図２は、半導体製造設備で使用されることが多い典型的なガスキャビネットを示している。
【００６６】
図１では、圧縮ガスシリンダ１１は、従来通りのシリンダ弁１２と、安全リリーフ装置を与える破断円板１３とを有する。Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｇａｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ規格による標準継手１４が、シリンダ弁１２の出口に備えられ、選択された減圧を生じさせる圧力調整器１５に結合されており、この圧力調整器１５は高圧計器１６と低圧計器１７とを有する。シリンダ弁１２と破断円板１３はシリンダ１１上に取り付けられているが、後続の構成要素は全て、シリンダから離して装着されており、従来通りの継手または溶接継目によって接続されている。ガス流路は、圧力調整器１５から、隔離弁１８、逆止弁１９、清浄器２０、フィルタ２１、及び、隔離弁２２を通って、ガスを利用する装置に接続された出口２３に達する。隔離弁１８と逆止弁１９との間には低圧安全リリーフ弁２４が備えられている。
【００６７】
図２では、典型的なガスキャビネット２５が、シリンダ１１とガス制御構成要素とを収容する換気キャビネットを与える。このガスキャビネットは、先ず第１に、シリンダ内容物の破局的な漏洩を完全に封じ込めるために備えられる。このキャビネットは、中央換気システム２６を通して排気される。用途に応じて、環境に対して排出される前にシリンダ内容物の効率的な除去を実現するために、この換気システムがスクラッバーシステム（ガス洗浄装置）を含むことも可能である。このガスキャビネットの第２の目的は、圧力、濾過、シリンダの液面高さ、サイクルパージ、清浄化、及び、安全監視といった機能を制御することによって効果的なガス管理を実現することである。このガスキャビネットの電子制御システムは、ガス利用、装置動作、シリンダ内容物、プロセスガス圧力、及び、安全警報状態に関する情報をプロセス工具とオペレータとに即時フィードバックすることを可能にする。
【００６８】
次に、シリンダ１１からのガス流路について説明するが、この説明では図１の構成要素に対応する構成要素は同じ参照番号で示される。シリンダ１１の出口は、シリンダ閉止弁１２から、制御弁２７とフロースイッチ２８とを経由して別の弁２９に連通している。弁２７の上流の高圧トランスデューサ５は、シリンダ１１の圧力を表示する。弁２９から送出されるガスは、別の制御弁３０を通って、選択された減圧を生じさせるための減圧器３１に達する。この低圧ガスは、フロースイッチ３２とフィルタ３３とを通って更に別の弁３４に達し、その後で、更に別の制御弁３５、３６を通って、ガスを使用するための装置３８に通じる出口３７に達する。圧力調整器３１とフロースイッチ３２との間の低圧トランスデューサ３９が、そのガス流路内の低圧力を表示する。
制御弁４０、４１の各々は、弁２９、３４から共通の圧力管路４２に通じ、更にベンチュリポンプ４３を経由してベンチュリ出口４４に通じる。パージガス入口４５は弁４６、４７、４８を通して窒素を受け取り、ベンチュリポンプ４３にその窒素が送られ、主ガス流回路の排気が可能にされる。パージガス入口４５で装置内に入りベンチュリ出口４４で装置から出ていくベンチュリ窒素の作用は、主プロセスガス流路から残留空気または汚染物を除去するための真空を発生させることである。主流路内の弁２７とフロースイッチ２８との間には、主流路をパージするための高圧超高純度窒素を受け入れるための高圧パージガス入口５０を有する弁４９が接続されている。
【００６９】
使用済みシリンダから満杯のシリンダへのシリンダ交換の際には、高圧システムのプロセスガスが効率よくパージされなければならない。パージ完了後に、シリンダ閉止弁１２に対する高圧ピグテール接続部が、接続されている使用済みシリンダと満杯のシリンダとから切り離される。ガスパネルは、ピグテール接続部を効果的に清浄化するために必要である、弁の操作と真空パージ処理とを実現させる。真空／パージサイクリングは、弁４９、２９を互いに反対に逐次的に開閉することによって行われる。この仕方で、プロセスガスが除去され、シリンダ源から供給されることが可能なパージガス（この場合には超高純度窒素）によって置き換えられる。ガスパネル弁は、典型的には、プログラム可能論理コントローラまたはマイクロプロセッサによって自動制御される。この論理制御は、シリンダ交換のための連続動作が首尾一貫していることを確実にし、人間のオペレータが誤りを犯すことを防止する。
【００７０】
満杯のシリンダの接続の際には、これらの弁の同様の連続動作が、大気中の汚染物を除去する。大気中汚染物は、下流側のガス制御構成要素の動作に悪影響を与える可能性がある腐食の発生または有害な反応副生成物の形成に関して、最も深刻な危険性をもたらす。最大シリンダ圧力においては、数多くの重要な腐食性ガスが、残留した大気中汚染物による腐食発生に対して非常に高い感受性を有する。例えば、蒸気の形で分配されるＨＢｒ及びＨＣｌのような酸性ガスは、凝縮相が腐食性材料と接触している時に腐食を生じさせる。従って、高圧接続部が取り除かれるならば、シリンダの分離と再接続とに起因する大気中不純物に対する感受性が、低下させられるか取り除かれることが可能である。
【００７１】
さて次に図３を参照すると、この図には、図２に示されている機能を果たすように構成された、本発明を具体化するガス制御装置が線図で示されている。第１の圧縮ガスシリンダ１１はプロセスガスを収容し、第２の圧縮ガスシリンダ１１１は窒素のようなパージガスを収容する。これらのシリンダの各々は、本明細書に引例として組み入れられているＵＳ−Ａ−５４０９５２６に開示されている仕方で構成されている組込み清浄器９、１０９を含む。シリンダ１１、１１１の各々の上には、一次モジュール５２、１５２を各々に含むモジュール式ガス制御装置が取り付けられている。これらの一次モジュールは互いに同一であるが、内部構成要素の動作に応じて異なった機能を果たす。一次モジュール１５２の頂部上には、この場合には真空モジュールである二次モジュール２５２が装着されている。
【００７２】
最初に一次モジュール５２を考察すると、これは、第１の支持体（図３では５４で概略的に示されているが、後述される図５では更に詳細に示されている）を含む。支持体５４は、その支持体内を通過する第１の主ガス流路（全体的に５５で示される）を有する。圧縮ガス容器１１上に支持体５４を装着するための及びガス容器１１と連通するようにガス流路５５を接続するための入口接続手段５６が備えられている。この入口接続手段５６は、残留圧力弁１０によって組込み清浄器９と連通している第１の接続流路５７と、シリンダ１１の内部と一次モジュール５２の支持体５４内の充填弁６０との間を直接連通する第２の接続流路５９とを含む。充填弁６０は充填入口６１と連通している。第２の流路５９には、安全逃がし弁または破断円板６２も接続されている。
【００７３】
上記入口接続手段５６の第１の流路５７は、最初に主シリンダ弁６４に進むことによって、シリンダ１１を主流路５５に接続する。主シリンダ弁６４の出口はフィルタ６５に接続され、このフィルタ６５は更に、圧力を約２００バールから約０−２０バールに低下させるための圧力調整器６６に接続されている。フィルタ６５と圧力調整器６６との間には、高圧計器６７が接続されている。これは、シリンダ１１内の圧力を表示する働きをし、従って、シリンダが空である時に交換されることが可能であるようにシリンダの内容物の状態を表示する。迅速接続式出口接続手段７０に通じる隔離弁６９を通してプロセス装置に送られる低圧流を制御するために、圧力調整器６６の出口が、圧力スイッチまたはフロースイッチ６８に接続されている。圧力スイッチまたはフロースイッチ６８は、例えば、手動操作式のニードル弁または計量弁であることが可能である。
【００７４】
低圧計器７１は、一次モジュール５２の低圧部分内の圧力を表示するために圧力／フロースイッチ６８に接続されている。一次モジュール５２は、圧力調整器６６の上流の位置において、逆流防止弁６３を経由してフィルタ６５とシリンダ弁６４との間の位置で主流路５５と連通しているパージガス入口弁７２も有する。パージガス弁７２はパージガス入口手段７３に接続されており、一方、パージガス入口手段７３は、この場合には、より詳細に後述するパージ管路７４に接続されている。
【００７５】
図４は、図３に示されている装置の側面図である。
図５、図６、図７、及び、図８を参照すると、これらの図には、ガス制御装置５２の諸構成要素が、その装置の部分断面斜視図として更に詳細に示されている。図７と図８は、その基部に更に別の構成要素を追加した、図６に示されている構成要素の外側の三次元図である。
【００７６】
ガス制御装置５２の支持体５４が、ガスシリンダ（図示されていない）の軸線と実質的に同軸である主軸線５１を有する細長い本体として示されている。入口接続手段５６は、支持体５４を通って主ガス流路にまで通じている内部軸穴を有し、圧力ガスシリンダの頂部内の従来通りのねじ付き開口に結合するために外側にねじが切られている（図示されていない）。
【００７７】
主閉止弁６４は操作ノブ７５によって操作される。高圧トランスデューサまたは圧力計器６７が、横断通路７６を通して接続される。パージガス弁７２に結合されているパージ口７３が、その装置の裏側に配置されているが、図５には示されていない。低圧閉止弁６９は操作ノブによって操作される。充填口６１は、密閉可能なカバー（図示されていない）を通して接続されることが可能である。圧力調整器６６はノブ７８によって操作される。この圧力調整器は膨張弁６６から成る。図５には示されていない逆止弁が、主流路５５の上部端部に配置されており、この先には、取り外し可能なカバー７９で覆われた迅速接続式出口接続手段７０が備えられている。金属ハウジング５０が支持体５４の周囲を囲っている。外部衝撃を吸収し、一次モジュールと二次モジュールとの間の接続部を保護し、且つ、手での取扱いを可能にするために、プラスチックリング４８Ａがハウジング５０の頂部上に嵌め込まれている。
【００７８】
次に、シリンダ１１からガス利用装置（図示されていない）へのプロセスガスの通常の供給の際に単一のガス制御装置として使用される場合の、一次モジュール５２の通常動作を説明する。
【００７９】
図３に示されるように、通常は、充填弁６０と安全逃がし弁６２と同様にパージガス弁７２が閉じられている。プロセスガスが必要とされる場合には、シリンダ弁６４が開かれ、プロセスガスが出口接続手段７０に供給され、調節可能圧力調整器６６と圧力／フロースイッチ６８によって制御され、高圧計器６７と低圧計器７１とによって監視される。シリンダ１１が空になると、約０−２０バールの圧力である流路低圧部分内の出口接続手段７０と、弁７２が閉じられる時のパージ入口接続手段７３とにおいて、そのシリンダが分離されることになる。その後で、シリンダ１１及びガス制御装置５２のユニット全体が、充填のためにガス供給業者に返還される。新たな充填済みのガスシリンダが、既にそのシリンダ上に永久的に装着されているそのシリンダ自体の一次モジュール５２（ガス制御装置として働く）と共に供給され、ガス制御装置５２内を通過する主流路５５が（後述されるように）パージされ、上記新たなシリンダとガス制御装置とが、その新たなガスシリンダの出口接続手段７０を通してガス使用システムに結合され、且つ、パージ入口接続手段７３を通してパージシステムに結合される。従って、約０−２０バールの比較的低い圧力で開閉が行われることになる。ガス制御装置５２とシリンダ１１との間の接続は、ガスシリンダの使用者によって切断されることはない。完全な状態のままのシリンダとガス制御装置との返却後に、使用者による取り外しが不可能な密封入口キャップを通してガス供給業者によって空シリンダの再充填が行われる。適切なパージの完了後に、ガス供給業者によって充填口６１と充填弁６０を通して充填が行われる。
【００８０】
次に、図３に示される構成要素のうちの残りの他の構成要素を説明する。パージガスシリンダ１１１と一次モジュール１５２の構造は、シリンダ１１と一次モジュール５２の構造と同一であることが可能であり、便宜上、同様の構成要素が、「１」を先頭に付けた同様の参照番号によって示されている。一次モジュール１５２の出口接続手段１７０上には、二次モジュール２５２が装着されている。この二次モジュールは、２５４で全体が示されている第２の支持体を含み、この第２の支持体は、図５に示されている支持体５４と概ね同様の特徴を有する。この二次モジュールは、上記支持体と第２の入口接続手段２５６と第２の出口接続手段２７０とを通る主ガス流路２５５を有する。支持体２５４が、第２の入口接続手段２５６と一次モジュール１５２の出口接続手段１７０との間の接続部の上に装着され、支持されている。
【００８１】
入口接続手段２５６は、主ガス流路２５５を経由して逆流防止弁２８０に接続され、更に、制御弁２８１と制御弁２８２とに接続され、制御弁２８２の出口は出口接続手段２７０に接続されている。制御弁２８１と制御弁２８２との間の接続部には、入口／出口接続手段２８４に通じる制御弁２８３と、ベンチュリポンプ２８６を経由してそのポンプの通気口に通じる制御弁２８５とが接続されている。制御弁２８５とベンチュリポンプ２８６との間には、トランスデューサ２８８が配置されている。入口接続手段２５６は、制御弁２８９を経由して逆流防止弁２９０とベンチュリポンプ２８６とに通じる別のガス流路に接続されている。出口接続手段２７０は、圧力／真空管路７４によって一次モジュール５２のパージガス入口７３に接続されている。
【００８２】
全ての主入口接続手段と主出口接続手段とが２つの接続形式の形に標準化されている。入力接続手段５６、１５６は、圧力ガスシリンダの標準的な出口に嵌合するように作られている。出口接続手段７０、１７０、２７０は全て同一の構造であり、対応するあらゆる二次モジュールの入口接続手段２５６と結合するように構成されている。出口接続手段１７０と入口接続手段２５６との間の接続部が、それによって装着される二次モジュールのための構造的な支持体を提供するように、及び、そのように結合されたモジュールの主ガス流路の間の流れの連通を実現するように構成されている。しかし、必要に応じて、出口接続手段７０、１７０、２７０の各々が、１つの二次モジュールまたは更に別の二次モジュールに接続することが可能であることに加えて、管路７４のような従来通りの圧力管路に接続されることも可能である。例えば、二次モジュール２５２の上に更に別の二次モジュール（図示されていない）が装着されていてもよい。
【００８３】
次に、典型的な用途における二次モジュール２５２の動作を説明する。２つのタイプのパージが行われ、その一方は、比較的高圧（例えば２００バール）でガス供給業者によって行われ、他方は、比較的低圧（例えば０−２０バール）で使用者によって行われる。その理由は、シリンダとその一次モジュールとが最初に組み立てられる時に、シリンダ内に空気が存在するということである。シリンダが真空パージされる場合でさえ、これによって汚染物全てを出口構成要素から取り除くことは不可能であり、従って、シリンダが腐食性または可燃性のガスで充填されており、且つ、そのガスが出口流路を通して放出されることが可能である場合には、そのシリンダ内に残留する空気または湿気が構成要素と反応してその構成要素を劣化させることになるだろう。従って、シリンダが最初に圧力制御装置と共に組み立てられている最中に、非常に初期の段階で最初の高圧形態のパージが行われる。更に、高圧パージは、シリンダの再充填時に一次モジュールに対してガス供給業者によって行われる。この高圧パージは、高圧パージガス供給源（図示されていない）にパージガス弁７２を接続した後で、高圧パージガスで一次モジュール５２をパージすることによって行われる。これはガス供給業者だけによって行われ、消費者によっては行われない。
【００８４】
使用者による低圧パージの第１の形態が図３に示されており、この図では、二次モジュール２５２が、再充填済みシリンダ１１の据え付け時に一次モジュール５２の低圧パージを行うように意図されている。最初に、二次モジュール２５２において弁２８１が閉じられ、弁２８９と弁２８５とが開かれ、その結果として、シリンダ１１１からのパージガスがベンチュリポンプ２８６とベンチュリ通気口２８７とを通って外に出て、弁２８２の上流に真空を生じさせる。弁２８２が開かれると、一次モジュール５２の真空パージがパージ管路７４によって生じる。真空パージの完了後に、ベンチュリ通気回路弁２８５、２８９が閉じられ、二次モジュールを通る主流路内の弁２８１が開かれる。その後で、シリンダ１１１からのパージガスが低圧でパージ管路７４を通して送られ、低圧パージを生じさせる。パージ管路７４がこの真空／パージサイクルによって清浄化される。弁７２が開かれて、一次モジュール５２の低圧パージを生じさせる。
低圧パージの別の形式が、図３の構成の変形である図９に示されている。シリンダ１１、１１１及び一次モジュール５２、１５２は図９と図３とで同一である。パージガスシリンダ１１１上には二次モジュールが装着されておらず、プロセスガス一次モジュール５２上には、二次モジュール２５２とは異なった内部弁構成を有する二次モジュール３５２が装着されている。図９に示される別の形態のパージ構成の目的は、ベンチュリパージを不要にすることである。
【００８５】
図９の構成の構造と接続を考察すると、二次モジュール３５２は、２つの制御弁３８０、３８２を通る主ガス流路３５５に沿って出口接続手段３７０に接続されている入口接続手段３５６を有する。弁３８０と弁３８２との間の接続点が、制御弁３９３を経由してパージガス入口３９４に接続され、一方、制御弁３９５を経由して口３９６に接続されている。パージガス入口３９４は、一次モジュール１５２の出口接続手段１７０から連通するパージガス管路７８に接続されている。二次モジュール３５２の出口手段３７０は、プロセスガス管路７９によってプロセス装置（図示されていない）に接続されている。図９の構成において空のシリンダ１１を交換する場合には、一次モジュール５２の出口接続手段７０と二次モジュール３５２の入口接続手段３５６との間で開閉が行われる。新たな充填済みのシリンダが提供される時には、一次モジュール５２がガス供給業者によって既に高圧パージされ終わっており、高圧パージガスで充填された状態で供給される。二次モジュール３５２と、モジュール５２とモジュール３５２との間の接続部とをパージするために、その新たなシリンダが入口接続手段３５６に接続され、低圧パージガスがパージガス管路７８に沿って供給される。パージ完了後に、パージガス弁３９３が閉じられ、一次モジュールに対する高圧プロセスガスを受け入れるために主シリンダ弁６４を開くことによって、一次モジュール５２内の高圧パージガスが二次モジュール３５２を強制的に通過させられる。図６に示される別の方法の利点は、ベンチュリパージの最中に汚染が生じる可能性が取り除かれるということである。
【００８６】
図１０と図１１は、一次モジュール１５２と、混合機能を果たすための異なった二次モジュール４５２とを有する、ガスシリンダ１１１の２つの図を示している。図１０には、そのアセンブリが三次元側面図の形で示されており、図１１には、流路と構成要素とが示されている。シリンダ１１１と一次モジュール１５２とが図３に示されているものと同一であり、同じ参照番号が使用されている。
【００８７】
二次モジュール４５２は、入口接続手段４５６を有し、主流路４５５が出口接続手段４７０に通じている。入口接続手段４５６は流量制御弁４０１に接続されており、この流量制御弁４０１の出口は先ず混合器弁４０２に接続され、その次に蒸気源４０３に接続されている。蒸気源４０３の出口も混合器弁４０２に接続されている。混合器弁４０２の出口は出口接続手段４７０に接続されており、この出口接続手段４７０はプロセスガス管路４７９を経由してプロセス装置に接続されている。蒸気源４０３は、拡散管または浸透管であることが可能な小型の混合ガス発生器である。シリンダ１１１からのプロセスガスがガス源４０３を通過させられる時に、第２のガスとプロセスガスとの混合ガスが発生させられ、この混合ガスは流量制御弁４０１によって調節され、第２のガスの１００万分の１単位の薄い混合ガス、または、ガス流に対して加えるべき成分のパーセント混合ガスであることが可能である混合ガスを提供することが可能である。この場合には、シリンダ１１１からのプロセスガスがゼロ基準ガスを構成し、モジュール４５２内の切換え構成が、シリンダ１１１から直接供給されるゼロ基準ガス、または、選択された混合ガスのどちらかを、プロセス装置に対して提供することを可能にする。このゼロ基準ガスは、較正用としてプロセス管路に対して使用できるものでなければならない。蒸気源４０３が、シリンダ１１１からのガス流の中に材料がその半透膜を通って比較的ゆっくりと浸透または拡散することが可能な半透膜を有する、ガスまたは液体の形で活性化学物質がその中に封入されている管であることが好都合である。
【００８８】
従って、要約すると、二次モジュール４５２は２つの流路を与える。一方は、シリンダから出口接続手段４７０に直線的にガスが進むことを可能にし、他方の流路は、ガスに蒸気源装置４０３内を通過させることになる。蒸気源４０３によって添加される蒸気の量は、流量制御弁４０１で設定される流量と、その装置の形状と蒸気源の温度に依存する蒸気源の蒸気圧とによって決定される。
図１２は、２つのプロセスガスがシリンダ１１内とシリンダ５１１内に収容されている別の混合構成を示している。これらのシリンダの各々の上には、５２と５５２とで示される一次モジュールが装着されており、これらの一次モジュールは、図３に示されているモジュール５２と同一である。モジュール５５２の頂部上には、２つのシリンダからのガスを混合するための二次モジュール５５３がある。図１２の記載に示されているように、二次モジュール５５３は、一次モジュール５５２上にモジュール５５３がそれを介して装着されている第１の入口接続手段５５６と、第２のガス入口５８４とを有する。二次モジュール５５３は、全体として５５４で示されている支持体によって形成されており、この支持体５５４の中には、ガス使用装置（図示されていない）にプロセスガス管路５７９によって接続されている出口接続手段５２０にガス入口５５６とガス入口５８４とから別々に連通している２つの流路が通っている。
【００８９】
主ガス流路５５５は、入口接続手段５５６から可変弁５１０とフィルタ５１１とを経由して流量計５１２に達し、更に混合弁５１３に達する。混合弁５１３の出口は、出口接続手段５２０に接続されている。第２のガス入口５８４が、可変弁５１４とフィルタ５１５と流量計５１６とを経由して、混合弁５１３に接続されている。ガス入口５８４は、ガス管路５０によって一次モジュール５２の出口接続手段７０に接続されている。動作時には、２つのシリンダ１１、５１１からのガスが、可変弁５１０、５１４の作用によって所期比率で混合されることが可能である。図１０と図１１を参照して説明されている方法に比較して、この構成は、パーセントレベルで混合物を作ることに、より一層適しており、例えば、アルゴン／水素混合ガス中で１０％の水素が必要とされる場合のアルゴンと水素の２成分混合ガスを作ることに、より一層適している。図１２の構成は、混合のために、例えば水素用とアルゴン用に２つのシリンダが備えられることを可能にする。これらシリンダの一方が適切な混合ガスを収容し、他方のシリンダがバランスガスを収容する場合には、この方法は、ｐｐｍまたはｐｐｂ混合ガスを作ることにも適している。
【００９０】
一次モジュールの変更例（図示されていない）では、その一次モジュールが、そのモジュール内の切換え機能が遠隔操作によって行われることが可能であるように、他の制御及び検出装置と、例えば、遠隔制御ステーションと通信する送信装置に接続されているマイクロチップとを含むことが可能である。
【００９１】
上記のように、モジュール内の構成要素は、例えば本明細書の導入部で取り上げた文書、ＳＥＮＳＯＲＳ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９３の標題「ミクロ構造のための革命的アクチュエータ」の記事に記述されている通り、ミクロ電気機械システム技術によって作られることが可能である。ミクロ機械装置及びシステムは本来的に、その肉眼的な大きさの同等物よりも小型で、軽量で、高速で、一般的に精密である。これに加えて、ＭＥＭＳ技術は、集積回路で使用されるシリコン加工技術と同様のシリコン加工技術の利点を利用することによって、従来通りに機械加工されたシステムに比較して機能システムのコストを低減させるだろう。こうしたシステムの開発は、小型の形状の画成、精密な寸法管理、設計の柔軟性、及び、制御エレクトロニクスとの整合を可能にする。この技術はミクロ機械加工したシリコンを使用し、圧力センサ、位置センサ、加速度センサ、速度センサ、流量センサ、及び、力センサのような様々なセンサが使用可能である。
【００９２】
次に、上記の図面と共に図１３から１６を参照して、ガス制御装置がモジュール式システムでの使用に適しているか否かに係わらず、ガス制御装置に充填回路を備えることに関する本発明の更に別の形態を説明する。図１３は公知のシステムを示している。図１６は、本発明のこの形態を具体化する充填システムを示しており、図３とその前の他の図とに示されているシステムに対応している。先行の図に示されている構成要素と一致する構成要素は、先頭に「６」を付加した同じ参照番号で示してある。図１３から図１６に示されている充填システムの各々を、システムＡ、．．．、システムＤと呼ぶことにする。
【００９３】
図１３、図１４、図１５、図１６に共通の構成要素は次の通りである。シリンダ６１１が、第１の接続流路６５７によって、概略的に示されている支持体６５４を有するシリンダ頂部のガス制御装置に接続されている。この支持体６５４は、６５６で全体として示されている入口接続手段を介してシリンダ６１１上に支持されている。支持体６５４は、その支持体内を通過する主ガス流路（全体として６５５で示される）を有する。入口接続手段６５６が、圧縮ガスシリンダ６１１上に支持体６５４を装着するために及びガスシリンダ６１１と連通するようにガス流路６５５を接続するために備えられている。入口接続手段６５６と充填入口６６１とを通して充填が行われる。各々の場合に、充填は充填弁を通して行われる。システムＡ、システムＢ、及び、システムＣでは、充填弁が逆止弁６０８であり、システムＤでは、充填弁が高圧閉止弁６６０である。ガス制御装置は、ガス使用装置に接続するための出口接続手段６７０を有する。主ガス流路６５５は、入口接続手段６５６から、主閉止弁６６４と、約２００バールから約０−２０バールに減圧するための圧力調整器６６６とを経由して、出口接続手段６７０に通じる。概ね本願の図３と他の図とに示されている通りに、他の構成要素が備えられることが可能である。
【００９４】
図１３に示されている公知の充填システムを再度考察すると、減圧器を含むシリンダ頂部アセンブリに関するこの従来通りの充填構成には３つの問題点がある。これらのアセンブリでは、充填口６６１が、高圧閉止弁６６４と減圧器６６６との間の使用回路に連通している。通常の使用時には、充填口６６１は、充填がそれを通して行われる逆流防止弁６０８によって閉じられている。これら３つの要件は、
（ｉ）充填操作中は減圧器を保護すること、
（ｉｉ）通常の使用時には、ＢＩＰ（組込み清浄器）フィルタまたは逆流防止弁のような機能要素をガスシリンダの出口に付加することが可能であり、且つ、そのアセンブリを通して充填が可能であること、及び、
（ｉｉｉ）（充填中に２つの閉止弁を作動させることなしに）使用していない時には全ての出口において閉止弁によってガスシリンダが確実に密閉されること
である。
【００９５】
図１３と図１５とに示されているように、これらの要件の幾つかを満たす様々な組合せが可能であるが、これらの要件全てを満たす唯一の構成は、図１６に示されている構成である。
【００９６】
次に、これら４つの充填システムを更に詳細に参照すると、最初に図１３において、システムＡは、医療及びヘリウムシリンダ供給システムで使用される公知の充填システムである。充填は、閉止弁６６４と減圧器６６６との間の主流路６５５に接続する逆止弁６０８を通して行われる。このシステムの利点は、閉止弁６６４が、その高圧が使用されるまで高圧をシステムとオペレータとから隔離した状態に保つということである。充填回路において逆止弁６０８が使用されるが、システム非使用時の高圧が閉止弁６６４によって対処されるので、逆止弁６０８がシステム非使用時の高圧を閉じ込める必要がない。システムＡの欠点は、シリンダ６１１の充填中に減圧器６６６が高充填圧力を受けるということである。
【００９７】
図１４のシステムＢでは、充填回路が、閉止弁６６４の上流の主流路６５５と接続する。このシステムの欠点は、シリンダが使用中であるか否かに係わらず、充填回路内の逆止弁６０８がシリンダ６１１からの最大圧力を常に受けるということである。
【００９８】
閉止弁６６４を閉じても、シリンダ６１１は完全には密閉されず、従って、逆止弁６０８を通して漏洩が生じる可能性が多少ある。
図１５のシステムは、逆止弁または逆流防止弁６０８が図３の充填回路内の閉止弁６０の代わりに示されているということを除いて、概ね図３に示されている通りである。
【００９９】
図１６には、本発明による好ましいシステムであるシステムＤが示されている。充填回路内に逆止弁６０８の代わりに閉止弁６６０を有する、完全に分離した充填回路が存在する。これは、モジュール方式とは無関係に、本発明の特徴を提供する。このシステムの改善点は、分離した充填回路と、逆止弁の代わりの充填回路内の閉止弁との組合せである。これは、１つの弁だけを作動させることで充填を行うことを可能にし、且つ、システム非使用時には２つの閉止弁によってシリンダを完全に密閉することを可能にする。
本発明の１つ以上の形態における本発明の実施例を提供するために、図１３から図１６に示されている充填システムのいずれもが、モジュール方式のような本発明の他の特徴と共に使用されることが可能であることを理解されたい。
【０１００】
図１６に示されている構成の特に好ましい形態は、組込み清浄器９がシリンダ１１内に備えられ、且つ、圧力保持弁１０を経由して第１の接続流路５７に接続されている図３と他の図とに示されている構成である。
次に、本発明の様々な形態の幾つかの利点を説明する。
【０１０１】
充填回路内の閉止弁とシリンダ上の圧力調整器との組合せが、幾つかの利点をもたらす。組込み清浄器が、従来のフィルタでは実現不可能であるＰＰＢ（１０億分の１単位）更にはＰＰＴ（１兆分の１単位）の不純物の水準にガスを清浄化することが可能である。従来の方法では、弁と付属品とを介して互いに接続されている一連の個別の流動制御構成要素を通過させることによって、清浄化されたガスが、そのガスを使用する装置内の器具に達する。このタイプの構成は、ガスに接触する大きな表面、漏洩、及び、デッドスペースを不可避的に生じさせ、従って、清浄化されたガスが再び汚染されることになる。シリンダ頂部に装着されているガス制御装置内の組込み清浄器の上方に圧力調整器を直接配置することと、組込み清浄器からの下流の流路内の接続部の体積と個数を最少限にすることが、汚染を最少限にするのに効果的な方法である。
【０１０２】
組込み清浄器は、公知のシリンダガス製品では通常は実現不可能であるシリンダガスの非常に高度な要求値を実現するために、粒子を濾過することも可能である。ガス流回路内の付属物が粒子を発生させることが多い。従って、継手なしに圧力調整器を組込み清浄器と直接組み合わせるという着想は、粒子発生を低減させる。
【０１０３】
組込み清浄器は粒子を効果的に除去することが可能であるが、高圧ガスが閉止弁のような絞りを通過して急激に膨張する時には粒子が下流で発生させられる可能性がある。組込み清浄器と組み合わせて圧力調整器を使用することによって、出口圧が低下し、幾つかの粒子問題が回避でき、粒子測定が著しく容易になる。
【０１０４】
腐食性ガスの中には、その温度が低いほど、ガス分配システムに対する腐食作用が低下するものがある。組込み清浄器は、ガスの腐食性を低減させるために水分を除去することが可能であり、圧力調整器が出口圧力を低下させて腐食性を更に低減させることが可能である。
【０１０５】
本願では、術語「清浄化手段」は、気体及び／または固体の不純物の除去のための手段を意味している。同様に、術語「清浄器」または「組込み清浄器」は、気体及び／または固体の不純物の除去のための清浄化手段を意味している。適切には、これは、吸収剤、吸着剤、触媒、及び／もしくは、濾過媒体、並びに／または、これらの混合物によって実現されることが可能である。
【０１０６】
次に、本発明を具体化するモジュール式ガス制御装置の出口接続手段の変型を、図１７と図１８とを参照しながら説明する。上記の実施例では、各モジュール毎に主ガス流路が、その長さの少なくとも一部分において、モジュールの入口接続手段と出口接続手段とを通って延在する支持体の主軸と一直線になっている、好ましい構成が説明されている。一次モジュールの上方に二次モジュールを装着するために、モジュールの出口接続手段が一次モジュールの上部表面上にまたは上部表面に配置されている好ましい特徴も既に説明されている。しかし、状況によっては、一連のモジュールの一番上のモジュールが、最上部の口ではなくて側部の口からその低圧出口を有することが好ましい場合もある。この利点は、特に工業用途において、出口手段がガス使用回路から切り離されている時に、汚染物の侵入を防止することである。従って、別の好ましい形態では、互いに積み重ねられた一連のモジュールの各モジュールの出口手段が、モジュールの側部表面上にその出口手段が備えられている一番上のモジュールを除いて、各モジュール毎にモジュールの上部表面上にまたは上部表面に備えられている。
【０１０７】
図１７では、２つの連続するモジュール７５２Ａ、７５２Ｂがその上に装着されているシリンダ７１１が示されている。それぞれの場合に、モジュールの出口接続手段７７０Ａ、７７０Ｂの各々が、シリンダ７１１の軸線と同軸である形で、モジュールの上部表面上にまたは上部表面に配置されている。図に示されている最後のモジュール７５２Ｃの場合には、出口接続手段７７０Ｃが、モジュールの側部表面上にまたは側部表面に配置されている。典型的には、第１のモジュール７５２Ａが圧力調整器を含み、図３に全体として５２と１５２とで示されている。こうした調整器モジュールには、図１７に示されているように上部表面上に出口接続手段７７０Ａが備えられることが可能であり、または、図１８に示されているように、側部表面上に出口接続手段７７０Ｃが備えられることが可能である。図１７と図１８とに示されている２つのモジュール７５２Ａ、７５２Ｄが、１つの共通の鍛造物から作られることが可能である。図１７と図１８とに示されている２つの形態の出口を与えるように、上部表面上または側部表面上に出口が機械加工されることが可能である。従って、圧力調整器モジュールが、その用途に応じて異なった形で使用される垂直及び水平の２つのタイプの出口を有することが可能である。垂直出口タイプは、垂直のモジュール積み重ねの少なくとも１つ以上のモジュールに接続されるモジュールである。水平出口タイプは、その最終モジュールだけが圧力調整器モジュールである工業用または医療用一体型弁のような、最終モジュールとなるモジュールのためのものである。
【０１０８】
図１９では、図１８に示されているモジュールのような典型的なシリンダ頂部モジュールの内部回路構成要素が線図として示されている。図１９では、この図に示されている構成要素は、図３の装置５２内の構成要素と一致している。一致する構成要素は、参照番号の先頭に「７」を付けた同じ参照番号で示されている。図１９の実施例と図３の実施例との間の相違点は、図３の出口手段７０が支持体５４の上部表面から移動されており、図１９では支持体７５４の側部表面上に位置した出口手段７７０として示されているということである。
【０１０９】
出口手段７７０が、モジュールに対して横向きに（好ましくは水平方向に）向いていることが、最も好ましい。既に説明したように、その利点は、特に工業用途の場合に、出口手段７７０が、ユニットの頂部表面に上向きに装着されているのではなく、ユニットの側部表面に横向きに装着されている場合には、落下汚染物によって汚染される可能性がより一層低いということである。
【０１１０】
図１９の実施例では、圧力調整器７６６は固定圧力調整器であっても可変圧力調整器であってもよい。パージガス回路７７３、７７２及び７６３は随意であり、完全に削除されることが可能である。同様に、隔離弁７６９は随意であり、完全に削除されることが可能である。隔離弁７６９が含まれる場合には、この隔離弁７６９は図に示されているように閉止弁であることが可能であり、または、閉止弁ではなく流量制御弁として働くニードル弁であることも可能である。
【０１１１】
図１７から図２９は各々に、本発明を具体化するモジュール積み重ね（図１７）、本発明の一形態を具体化するガスシリンダの頂部に固定された単一モジュール（図１８）、こうしたモジュールの一例の内部回路構成要素（図２１）、及び、図１９に示されている実施例の１０種類の図を示している。これらの１０種類の図は、図２０から図２９に示されている図から成る。図２０から図２５の図は、図１９に示されている装置の１つの実施例に関連し、図２６から図２９は、図１９に示されている装置の第２の実施例を示している。
【０１１２】
最初に図２０から図２３を参照すると、これらの図には、図１９のシリンダ頂部装置の１つの実施例の４つの直交側面図が示されている。この実施例では、ガス制御装置７５２内に５つの機能要素が備えられ、即ち、閉止弁７６４、内容物計器７６７、出口接続部７７０、圧力調整器７６６、及び、充填入口７６１が備えられる。図２４と図２５は、図２０と図２１の部分断面図に対応する部分断面図を示す。図に示されているように、この装置は、装置の主支持体に対して一定の間隔を置いてその支持体の周囲を囲むハウジング７５０を含み、このハウジングは、上記機能を行う個々の構成要素に対するアクセスまたは目視検査を可能にする幾つかの開口を有する。ハウジング７５０が、入口接続手段７５６において上記装置がそれに接続されるガスシリンダを手で取り扱うための手段を提供するように成形されることが可能であることが好都合である。（図２０から図２９には、ハンドルとガスシリンダは示されていない。）図２０から図２５の重要性は、ハウジング７５０内の４つの直交穴または直交開口を通して、５つの機能を果たす構成要素に対するアクセスと目視検査を可能にするために好都合な構成要素配置が示されている。図２０から図２５に示されている実施例が、図１９の特定の構成要素（例えば、パージガス回路７７３、７７２及び７６３）が削除されることが可能な実施例であるということを理解されたい。
【０１１３】
図２６から図２９は、図１９の装置の別の実施例の４つの直交側面図を示す。これらの図には、その実施例において、圧力調整を可能にするための手動操作レバーを有する調節可能圧力調整器７６６Ａ、及び、流量を表示するために使用可能な低圧出口計器７７１（図２８において７７７）が更に示されている。従って、図２６から図２９は、その構成要素が４つの直交口を通してアクセスまたは目視検査されることが可能であるように、シリンダ頂部装置に７つの機能を与える構成要素をどのように配置するかを示している。
【０１１４】
さて次に、図３０から図３２を参照しながら、上記の図において概略的な記号で示されている構成要素の例を説明する。
【０１１５】
図３０には、減圧手段とも圧力膨張弁とも呼ばれる図３に示されている圧力調整器６６の一例の線図が示されている。図３０の例は、入口流路８８０と出口流路８１１とを有する圧力調整器８８６である。流路８８０に入る高圧ガスは、ピストン８８２内の中央穴を通ってチャンバ８８３に達し、更にリストリクタ８８４に達する。チャンバ８８３内の圧力がピストン８８２の位置を決定する。チャンバ８８３内の圧力が所要圧力を上回る場合には、ピストン８８２が、この図では、ばね８８５に逆らって右方向に移動させられ、入口流路８８０からガスがその中を通って流れる間隙を制限する。図３０に示されている例は固定減圧器であるが、他の例では、手動で調節可能な減圧があることも可能である。
図３１には、主シリンダ弁とも高圧閉止弁とも呼ばれる、図３に示されている閉止弁６４の略図が示されている。図３にも示されている充填弁６０、隔離弁６９、及び、制御弁２８１、２８２、２８５、２８９を与えるために、図３１の構成要素が、適切な変更が加えられることによって、使用されることが可能である。
【０１１６】
図３１に示されている例では、閉止弁８６４が、高圧ガスのための入口流路８９０と、出口流路８９１とを有する。可動弁部材８９２は、手動操作可能なスピンドル８９３の制御を受けることによって、この図で左方向に移動してその弁を閉じることが可能であり、一方、この図で右方向に移動してその弁を開くことが可能である。
本願では、術語「閉止弁」によって、開状態と閉状態とを有し、且つ、その弁を開状態と閉状態の間で変化させるための制御手段を有する、制御可能な弁が意味される。
【０１１７】
図３２は、図３に示されている逆流防止弁６３の一例の線図である。図３２に示されている例は、適切な変更が加えられることによって、図３の逆流防止弁２８０、２９０を形成するためにも使用されることが可能である。
図３２に示されている例では、逆流防止弁が、可動弁部材８９６を経由して出口流路８９７に通じる入口流路８９５を含む。この可動弁部材は、ダイヤフラム８９８上に支持されており、この図では、入口流路８９５内の高圧ガスがダイヤフラム８９８の圧力に逆らって弁部材８９６を弁座８９９から離れた位置に保持する時に、可動弁部材が開位置にあるように示されている。入口流路８９５内の圧力が予め決められたレベルよりも低下すると、ダイヤフラム８９８が可動弁部材８９６を弁座８９９に押しつけ、その弁を閉じる。
【０１１８】
一般的に、同様の構成要素が他の実施例で示される場合には、図３０から図３２に示される例が使用可能であるということを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 工業用途における典型的な公知の圧縮ガスシリンダ制御システムの線図である。
【図２】 有害な及び／または腐食性のガスの場合の構成要素の配置及び流れを示す典型的なガスキャビネット図である。
【図３】 図２の従来通りのガスキャビネットに示されている機能を果たすための、本発明を具体化するガス制御システムの概略図である。
【図４】 図３のガス制御システムの物理的構造の側面図である。
【図５】 図３に概略図として示されている一次モジュールガス制御装置の、部分断面三次元図である。
【図６】 図５の内部構成を更に詳細に示す別の三次元図である。
【図７】 更に別の構成要素を基部に追加した、図６に示されている構成要素の外側の三次元図である。
【図８】 図７に示されている装置の裏側を示す三次元斜視図である。
【図９】 図３の装置に変更が加えられている別の装置の概略図である。
【図１０】 本発明を具体化したガス制御装置の二次モジュールガス供給源を含む混合器モジュールの側面図である。
【図１１】 図１０の装置の内部を示す概略図である。
【図１２】 第２の圧縮ガスシリンダを含む、ガスを混合するための本発明の別の実施態様の概略図である。
【図１３】 ガス制御装置に充填回路を備えたシステムを示す図である。
【図１４】 図１３のシステムの一部を変更した図１３と同様の図である。
【図１５】 図１４のシステムの変更例を示す図である。
【図１６】 本発明の充填システムを示す概略図である。
【図１７】 本発明のモジュールの積層体を示す図であり、モジュールがガスシリンダーの頂部に固定されたところを示す。
【図１８】 １つのモジュールがガスシリンダーの頂部に固定された構造を示す図である。
【図１９】 図１８の内部構造を示す図である。
【図２０】 モジュールの内部構造を示す図である。
【図２１】 図２０の構造となる異なる他の例を示す図２０と同様の図である。
【図２２】 図２０，２１とは異なる他の例を示す図である。
【図２３】 図２０〜２２とは異なる他の例を示す図である。
【図２４】 図２０〜２３とは異なる他の例を示す図である。
【図２５】 図２０〜２４とは異なる他の例を示す図である。
【図２６】 図２０〜２５とは異なる他の例を示す図である。
【図２７】 図２０〜２６とは異なる他の例を示す図である。
【図２８】 図２０〜２７とは異なる他の例を示す図である。
【図２９】 図２０〜２８とは異なる他の例を示す図である。
【図３０】 本発明の実施態様に関連して使用されることのできる構成要素の断面図である。
【図３１】 図３０と構成要素とは異なる構成要素の断面図である。
【図３２】 図３０とはさらに異なる構成要素の断面図である。
【符号の説明】
９，１０９…清浄器
１０，１１０…残留圧力弁
１１，１１１…圧縮ガスシリンダ
５２，１５２…一次モジュール
２５２…二次モジュール
５４，１５４，２５４…支持体
５５，１５５…ガス流路
５６，１５６…入口接続手段
５７，１５７…第１接続流路
５９，１５９…第２接続流路
６０，１６０…充填弁
６１，１６１…充填入口
６２，１６２…破断円板
６４，１６４…主シリンダ弁
６５，１６５…フィルタ
６６，１６６…圧力調整器
６７，１６７…高圧計器
６８，１６８…フロースイッチ
６９，１６９…隔離弁
７０，１７０…出口接続手段
７１，１７１…低圧計器
７２，１７２…パージガス入口弁
７３，１７３…パージガス入口手段
７４，１７４…パージ管路

Claims (20)

1. 本体（１５４）を有する別個の一次モジュール（１５２）を備えた圧縮ガスのシリンダと共に使用するためのガス制御装置において、
   前記本体（１５４）は、
   高圧ガス分配入口と低圧ガス分配出口とを有する、前記本体を通過する主ガス流路（１５５）と、
   高圧ガス充填入口（１６１）と高圧ガス充填出口とを有する、前記本体を通過する高圧ガス充填流路と、
   前記本体（１５４）を圧縮ガスシリンダ（１１１）上に装着して支持する入口接続手段（１５６）であって、ガスが前記シリンダから前記高圧ガス分配入口へ流れるのを又はガスが前記高圧ガス充填出口から前記シリンダへ流れるのを許容するように、前記高圧ガス分配入口と前記高圧ガス充填出口の両方を前記ガスシリンダと連通させて前記シリンダを前記本体に接続している、入口接続手段（１５６）と、
   前記低圧ガス分配出口において、前記シリンダ（１１１）内の圧力よりも著しく低い選択された圧力でガスを提供するための、前記主ガス流路（１５５）内の減圧手段（１６６）と、
   前記流路（１５５）を選択的に開放する及びシール閉鎖するように、前記減圧手段（１６６）の上流の、前記主ガス流路内の高圧主ガス流路の閉止弁（１６４）と、
   前記流路（１５５）を選択的に開放する及びシール閉鎖するように、前記高圧ガス充填流路内の、高圧ガス充填流路の閉止弁（１６０）と、
   前記低圧ガス分配出口と連通している出口接続手段（１７０）とを備え、
   一次モジュール低圧ガス分配出口と二次モジュールガス流路入口と連通させるように、前記一次モジュール上で、ガス流路入口を有する別個の二次モジュール（２５２）を直接的に装着するのに前記出口接続手段（１７０）が適しておらず、かつ前記二次モジュールガス流路が前記出口接続手段以外の接続手段を介して前記一次モジュールに接続されている場合は、前記高圧ガス充填流路は前記主ガス流路（１５５）とは別であり、かつ前記高圧ガス分配入口と前記高圧ガス充填出口は別々に前記ガスシリンダ（１１１）と連通している、ガス制御装置。
2. 前記一次モジュール本体（１５２）は、
   パージガス入口（１７３）を有し、かつ前記一次モジュールの主ガス流路（１５５）に対するパージガスを受け入れるように、前記減圧手段（１６６）の上流の、前記一次モジュールの主ガス流路（１５５）と連通するパージガス流路と、
   前記パージガス流路を選択的に開放する及びシール閉鎖する、パージガス弁（１７２）とをさらに備えている、請求項１に記載のガス制御装置。
3. 前記減圧手段（１６６）の上流において、高圧安全リリーフ装置（１６５）、又は、安全リリーフ装置の装着のための構造を提供するのに適した高圧安全リリーフ領域を備えている、請求項１又は２に記載のガス制御装置。
4. 前記減圧手段（１６６）の下流において、低圧インジケータ（１７１）、又は、前記減圧手段の下流における前記主ガス流路（１５５）内の圧力を表示するための圧力インジケータ用構造を提供するのに適した低圧インジケータ領域を備えている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス制御装置。
5. 前記一次モジュールの高圧ガス分配入口は、前記一次モジュールの高圧ガス充填出口と共通しており、前記一次モジュールの主ガス流路（１５５）及び前記一次モジュールの高圧充填流路は、前記一次モジュールの減圧手段（１６６）の上流の位置に至る共通の流路を有する、請求項１に記載のガス制御装置。
6. 前記高圧ガス分配入口において残留圧力弁を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス制御装置。
7. 低圧ガス主流路を選択的に開放する及びシール閉鎖するように、前記減圧手段（１６６）の下流において、低圧ガス主流路の閉鎖弁（１６９）を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス制御装置。
8. 前記高圧充填流路は、前記主ガス流路（１５５）とは別であり、前記高圧ガス分配入口と前記高圧ガス充填出口は、別々に前記ガスシリンダ（１１１）と連通している、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス制御装置。
9. 前記一次モジュール低圧ガス分配出口（１７０）に装着して前記二次モジュールガス流路入口（２５６）と連通させるように、前記一次モジュール（１５２）上で、ガス流路入口（２５６）を有する別個の二次モジュール（２５２）を直接的に装着するのに前記出口接続手段（１７０）が適している、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス制御装置。
10. 前記出口接続手段（１７０）は迅速式接続出口接続手段（７０）である、請求項９に記載のガス制御装置。
11. 前記高圧充填流路は、前記主ガス流路（１５５）とは別であり、前記高圧ガス分配入口と前記高圧ガス充填出口は、別々に前記ガスシリンダ（１１１）と連通している、請求項９又は１０に記載のガス制御装置。
12. 前記入口接続手段（１７０）上に直接的に装着された、ガス流路入口（２５６）を有する別個の二次モジュール（２５２）を備え、前記一次モジュールの低圧ガス分配出口（１７０）は前記二次モジュールのガス流路入口（２５６）と連通している、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のガス制御装置。
13. 前記二次モジュール（２５２）は、本体（２５４）を備え、前記本体（２５４）は、
    ガス分配入口（２５６）及びガス分配出口（２７０）を有する、前記本体（２５４）を通過する主ガス流路（２５５）と、
    前記第一モジュール（１５２）から前記第二モジュール（２５２）へ低圧ガスが流れるのを許容するように、前記二次モジュール本体（２５４）を前記一次モジュール（１５２）に直接的に装着して、前記二次モジュールガス分配入口（２５６）を前記一次モジュール低圧分配出口（１７０）に連通させるように、前記一次モジュール出口接続手段（１７０）と協働する入口接続手段（２５６）と、
    前記二次モジュールガス分配出口と連通している出口接続手段（２７０）と、
    前記二次モジュールを通過するガス流に関連する機能を果たすための２つ以上の機能構成要素の組み合わせとを有する、請求項１２に記載のガス制御装置。
14. 各モジュールは、その入口接続手段及びその出口接続手段を通過する主軸線を有し、各モジュールの前記主ガス流路は、その長さの少なくとも一部分においてその主軸線に沿って整列されており、複数の前記モジュールの主軸線は、組み立てられた時に、前記主シリンダ軸線とほぼ同軸である、主シリンダ軸線を有する圧縮ガスシリンダと共に使用するための請求項１３に記載のガス制御装置。
15. 少なくとも２つの前記二次モジュール（２５２）の中の１つの二次モジュールは、前記一次モジュール（１５２）に装着され、前記二次モジュール又は各さらなる二次モジュールは、互いに重なり合って二次モジュールの積み重ねを形成するように、先行二次モジュール上に装着されている、少なくとも２つの前記二次モジュール（２５２）を有する、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のガス制御装置。
16. 前記二次モジュールは、ガス流を測定する手段と、ガス流のパラメータを変化させる手段と、ガス流を切り換える手段と、ガス流を通気する手段と、ガス流を混合する手段と、上記複数の機能のいかなる組み合わせの手段とから選択される、少なくとも２つの機能構成要素を有している、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のガス制御装置。
17. 請求項９〜１４のいずれか１項に記載のモジュール式ガス制御装置を提供するための別個のモジュールのセットにおいて、
    前記別個のモジュールのセットは、前記一次モジュール（１５２）と、複数の前記二次モジュールとを備え、前記各二次モジュール本体（２５４）を前記一次モジュール本体（１５２）又は別の二次モジュール本体（２５２）に直接的に装着して、前記各二次モジュールの前記ガス分配入口を前記一次モジュール又は前記先行二次モジュールの前記ガス分配出口に連通させるように、各二次モジュール（２５２）の前記入口接続手段（２５２）は、一次モジュール（１５２）又は二次モジュール（２５２）の前記出口接続手段（１７０、２７０）と協働する、別個のモジュールのセット。
18. 少なくとも１つの二次モジュールは、通気ポート（２８７）と、前記各二次モジュールの出口接続手段（２７０）に接続された装置を真空にするために前記各二次モジュールのガス分配出口（２７０）において真空を発生させるように、前記通気ポートを通して通気するべく、前記各二次モジュールのガス分配入口（２５６）からのガス流を選択的に再び方向付けるための、切換可能な弁手段（２８９、２８６）とを備えている真空モジュールである、請求項１７に記載のモジュールのセット。
19. 少なくとも１つの二次モジュール出口接続手段が使用装置のパージガス入口に接続されている請求項１７に記載のモジュールのセット。
20. 少なくとも１つの二次モジュールは、前記各二次モジュールの主ガス流路と連通している混合ガス流路と、前記各二次モジュールのガス分配出口においてガス混合気体を供給するように、前記主ガス流路を通過する前記ガス流にさらなるガス流を加えるための、制御可能な弁手段とを備えている混合器モジュールである請求項１７に記載のモジュールのセット。

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