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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-17
(54)【発明の名称】高コンダクタンスバルブの制御プレート
(51)【国際特許分類】
F16K 1/36 20060101AFI20220107BHJP
【ＦＩ】
F16K1/36 Z
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021523832
(86)(22)【出願日】2018-11-13
(85)【翻訳文提出日】2021-06-07
(86)【国際出願番号】 US2018060829
(87)【国際公開番号】W WO2020091817
(87)【国際公開日】2020-05-07
(31)【優先権主張番号】16/178,247
(32)【優先日】2018-11-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】591203428
【氏名又は名称】イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 有一
(72)【発明者】
【氏名】キム ゴック ブー
【テーマコード（参考）】
3H052
【Ｆターム（参考）】
3H052AA01
3H052BA02
3H052CA04
3H052CB03
(57)【要約】
高純度流体制御バルブは、内部バルブ容積部の流体掃引を強化するために貫流路を有する可動制御プレートを含む。バルブは、小さいアクチュエータ運動によって高いコンダクタンスを実現するために、入れ子状のオリフィスリッジを使用するジェット及びシートタイプのものである。オリフィスリッジを構成する材料よりも軟質の材料を、制御プレートに選択的に組み込むことによって、バルブ遮断状態における強化された漏れ止めを更に提供することができる。制御プレートは、半導体製造におけるガス送達等の、高コンダクタンスで高速作動する比例制御用途において特に有用である。
【選択図】図１６Ｄ
【選択図】図１６Ｄ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高コンダクタンスバルブの制御プレートであって、平坦な側面及び前記平坦な側面に対向する反対の側面を有する基本的に円形のディスクとして形成された制御プレート本体であって、アクチュエータによってバルブ内で移動するように構成され、前記平坦な側面は、前記バルブ内の流体の流れを遮断するために、連続した途切れのない平坦な部分を有する、制御プレート本体と、
前記制御プレート本体内にカウンターボアとして画定される中心取り付け孔であって、前記制御プレート本体内に画定される制御プレート貫通孔で終端し、前記制御プレート貫通孔は前記中心取り付け孔の直径よりも小さい直径を有する、中心取り付け孔と、
前記取り付け孔内に収納された中心インサートと、
前記中心インサート内に画定される少なくとも１つのインサート孔であって、各インサート孔は、前記制御プレート貫通孔とともに、前記平坦な側面から前記反対の側面まで流体が通過する複数の流体経路を形成する、少なくとも１つのインサート孔と、
を備える、制御プレート。
【請求項2】
前記少なくとも１つのインサート孔は、前記中心インサート内に画定される複数のインサート孔を含む、請求項１に記載の制御プレート。
【請求項3】
前記複数のインサート孔は、前記中心インサートの材料のウェブが前記複数のインサート孔のそれぞれを囲むように、前記中心インサートの中心の周りに配置される、請求項２に記載の制御プレート。
【請求項4】
前記中心インサートの前記中心を通って延在する中心貫通孔を更に備え、前記中心貫通孔は、前記中心インサート及び前記制御プレート本体を制御シャフト上に取り付けるように構築される、請求項３に記載の制御プレート。
【請求項5】
前記制御プレート本体の半径方向外側部分の周りに配置されるとともに前記制御プレート本体を通じて実質的に真っ直ぐに延在する複数の流体通路を含む、請求項２に記載の制御プレート。
【請求項6】
前記平坦な側面は、前記制御プレート貫通孔と前記複数の傾斜流体通路との間に配置された第１の連続した途切れのない平坦な部分、及び、前記複数の流体通路の半径方向外側に配置された第２の連続した途切れのない平坦な部分を含む、請求項５に記載の制御プレート。
【請求項7】
シートインサートは前記制御プレート本体に収納され、前記複数の流体通路は前記シートインサート内に画定される、請求項５に記載の制御プレート。
【請求項8】
前記シートインサートは、前記制御プレート本体内に形成された円形溝を満たすディスクを含み、前記シートインサートは、前記複数の流体通路の半径方向内側に配置された第１の連続した途切れのない平坦な部分、及び、前記複数の流体通路の半径方向外側に配置された第２の連続した途切れのない平坦な部分を含む、請求項７に記載の制御プレート。
【請求項9】
前記シートインサートは、前記制御プレート本体内の複数の開口部のうちの１つの開口部にそれぞれ収納される複数のピラーを更に含み、各ピラーは前記ディスクから延在し、前記流体通路のそれぞれは前記ピラー及び前記ディスクを通して延在する、請求項８に記載の制御プレート。
【請求項10】
前記シートインサートはポリマー材料から形成され、前記制御プレート本体は金属材料から形成される、請求項７に記載の制御プレート。
【請求項11】
前記中心インサートは、各インサート孔から前記制御プレート貫通孔まで流体を誘導するための凹状底部レリーフを含む、請求項１に記載の制御プレート。
【請求項12】
前記中心インサートは軸対称である、請求項１に記載の制御プレート。
【請求項13】
前記中心インサートは、圧入、溶接、及びろう付けのうちの１つによって前記取り付け孔内に固定される、請求項１に記載の制御プレート。
【請求項14】
バルブアセンブリであって、バルブ本体であって、バルブチャンバ、該バルブチャンバと流体連通する少なくとも１つの第１の流体導管開口、該バルブチャンバと流体連通する少なくとも１つの第２の流体導管開口、及び少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントを有し、前記少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントは、前記バルブ本体から該バルブチャンバ内に延在し、前記少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントの間に中間バルブチャンバ領域を画定する、バルブ本体と、
第１の側面と前記第１の側面に対向する第２の側面とを有する制御プレート本体を含む制御プレートであって、前記制御プレート本体は、前記第１の側面の表面領域が前記少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントに密封接触する閉鎖位置と、前記表面領域と前記少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントとの間に開放間隙が存在する開放位置との間で可動である、制御プレートとを備え、
前記制御プレートは、
前記制御プレート本体内のカウンターボアとして画定される中心取り付け孔であって、前記制御プレート本体内に画定される制御プレート貫通孔で終端し、前記制御プレート貫通孔は中心取り付け孔の直径よりも小さい直径を有する、中心取り付け孔と、
前記取り付け孔に収納される中心インサートと、
前記中心インサート内に画定される少なくとも１つのインサート孔であって、各インサート孔は、前記制御プレート貫通孔とともに、前記平坦な側面から前記反対の側面まで流体が通過する複数の流体経路を形成する、少なくとも１つのインサート孔と、
を更に備える、バルブアセンブリ。
【請求項15】
前記少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントは、形状が実質的に円形である２つの隣接するオリフィスリッジセグメントを含み、該２つの隣接するオリフィスリッジセグメントの外側に配置される外側バルブチャンバ部分、及び、前記２つの隣接するオリフィスリッジセグメントの内側に配置される内側バルブチャンバ部分を更に画定する、請求項１４に記載のバルブアセンブリ。
【請求項16】
前記少なくとも１つの第１の流体導管開口と流体連通する第１の流体導管と、前記少なくとも１つの第２の流体導管開口と流体連通する第２の流体導管とを更に備え、前記制御プレート本体が前記閉鎖位置にあるとき、前記少なくとも１つの第１の流体導管開口は前記内側バルブチャンバ部分と流体連通し、前記少なくとも１つの第２の流体導管開口は前記中間バルブチャンバ部分と流体連通し、前記制御プレート本体の前記第１の側面の前記表面領域は、前記少なくとも１つの第１の流体導管開口と前記少なくとも１つの第２の流体導管開口との間で流体流が流れるのを防止するために、前記２つの隣接するオリフィスリッジセグメントに密封接触する、請求項１５に記載のバルブアセンブリ。
【請求項17】
前記制御プレート本体が前記閉鎖位置にあるとき、前記少なくとも１つのインサート孔及び前記制御プレート貫通孔は、前記内側バルブチャンバ部分と前記外側バルブチャンバ部分との間の流体連通を可能にする、請求項１６に記載のバルブアセンブリ。
【請求項18】
前記少なくとも１つの第１の流体導管開口と流体連通する第１の流体導管と、前記少なくとも１つの第２の流体導管開口と流体連通する第２の流体導管とを更に備え、前記制御プレート本体が前記閉鎖位置にあるとき、前記少なくとも１つの第１の流体導管開口は前記外側バルブチャンバ部分と流体連通し、前記少なくとも１つの第２の流体導管開口は前記中間バルブチャンバ部分と流体連通し、前記制御プレート本体の前記第１の側面の前記表面領域は、前記少なくとも１つの第１の流体導管開口と前記少なくとも１つの第２の流体導管開口との間で流体が流れるのを防止するために、前記２つの隣接するオリフィスリッジセグメントに密封接触する、請求項１５に記載のバルブアセンブリ。
【請求項19】
前記制御プレート本体が前記閉鎖位置にあるとき、前記少なくとも１つのインサート孔及び前記制御プレート貫通孔は、前記外側バルブチャンバ部分と前記内側バルブチャンバ部分との間の流体連通を可能にする、請求項１８に記載のバルブアセンブリ。
【請求項20】
前記少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントは、形状が実質的に円形である４つの隣接するオリフィスリッジセグメントを含み、前記４つの隣接するオリフィスリッジセグメントは、最大のオリフィスリッジセグメント、該最大のオリフィスリッジセグメントによって囲まれた第１のより小さいオリフィスリッジセグメント、該第１のより小さいオリフィスリッジセグメントによって囲まれた第２のより小さいオリフィスリッジセグメント、及び、該第２のより小さいオリフィスリッジセグメントによって囲まれた最小のオリフィスリッジセグメントを含み、前記４つの隣接するオリフィスリッジセグメントは、該４つの隣接するオリフィスリッジセグメントの外側に配置されている外側バルブチャンバ部分、前記４つの隣接するオリフィスリッジセグメントの内側に配置されている内側バルブチャンバ部分、前記最大のオリフィスリッジセグメントと前記第１のより小さいオリフィスリッジセグメントとの間に配置されている第１の中間バルブチャンバ部分、前記第１のより小さいオリフィスリッジセグメントと前記第２のより小さいオリフィスリッジセグメントとの間に配置されている第２の中間バルブチャンバ部分、及び、前記第２のより小さいオリフィスリッジセグメントと前記最小のオリフィスリッジセグメントとの間に配置されている第３の中間バルブチャンバ部分を画定する、請求項１４に記載のバルブアセンブリ。
【請求項21】
前記少なくとも１つの第１の流体導管開口と流体連通する第１の流体導管と、前記少なくとも１つの第２の流体導管開口と流体連通する第２の流体導管とを更に備え、前記制御プレート本体が前記閉鎖位置にあるとき、前記少なくとも１つの第１の流体導管開口は前記内側バルブチャンバ部分と流体連通し、前記少なくとも１つの第２の流体導管開口は前記第１の中間バルブチャンバ部分と流体連通し、前記制御プレート本体の前記第１の側面の前記表面領域の第１の連続した途切れのない平坦な部分は、前記少なくとも１つの第１の流体導管開口と前記少なくとも１つの第２の流体導管開口との間で流体が流れるのを防止するために、前記最大のオリフィスリッジセグメント及び前記第１のより小さいオリフィスリッジセグメントに密封接触する、請求項２０に記載のバルブアセンブリ。
【請求項22】
前記バルブ本体は、前記第２の流体導管と流体連通する少なくとも１つの第３の流体導管開口を更に含み、前記制御プレート本体が前記閉鎖位置にあるとき、前記少なくとも１つの第３の流体導管開口は前記第３の中間バルブチャンバ部分と流体連通し、前記制御プレート本体の前記第１の側面の前記表面領域の第２の連続した途切れのない平坦な部分は、前記少なくとも１つの第１の流体導管開口と前記少なくとも１つの第３の流体導管開口との間で流体が流れるのを防止するために、前記第２のより小さいオリフィスリッジセグメント及び前記最小のオリフィスリッジセグメントに密封接触する、請求項２１に記載のバルブアセンブリ。
【請求項23】
前記制御プレートは、前記制御プレート本体の半径方向外側部分の周りに配置されるとともに前記制御プレート本体を通じて実質的に真っ直ぐに延在する、複数の流体通路を備える、請求項２２に記載のバルブアセンブリ。
【請求項24】
前記制御プレート本体の前記第１の側面の前記表面領域の前記第１の連続した途切れのない平坦な部分は、前記制御プレート貫通孔と前記複数の流体通路との間に配置されており、前記表面領域の前記第２の連続した途切れのない平坦な部分は、前記複数の流体通路の半径方向外側に配置されている、請求項２３に記載のバルブアセンブリ。
【請求項25】
前記制御プレート本体が前記閉鎖位置にあるとき、前記少なくとも１つのインサート孔及び前記制御プレート貫通孔は、前記内側バルブチャンバ部分と前記外側バルブチャンバ部分との間の流体連通を可能にし、前記少なくとも１つのインサート孔、前記制御プレート貫通孔、及び前記複数の流体通路は、前記内側バルブチャンバ部分、前記外側バルブチャンバ部分、及び前記第２の中間バルブチャンバ部分の間の流体連通を可能にする、請求項２４に記載のバルブアセンブリ。
【請求項26】
シートインサートは前記制御プレート本体に収納され、前記複数の流体通路は前記シートインサート内に画定される、請求項２５に記載のバルブアセンブリ。
【請求項27】
前記シートインサートは、前記制御プレート本体内に形成された円形溝を満たすディスクを含む、請求項２６に記載のバルブアセンブリ。
【請求項28】
前記シートインサートは、前記制御プレート本体内の複数の開口部のうちの１つの開口部にそれぞれ収納される複数のピラーを更に含み、各ピラーは前記第１の側面から前記第２の側面まで延在し、前記流体通路のそれぞれは前記ピラーのうちのそれぞれの１つのピラー内に画定される、請求項２６に記載のバルブアセンブリ。
【請求項29】
前記シートインサートは、前記制御プレート本体内に形成された円形溝を満たすディスクを含む、請求項２８に記載のバルブアセンブリ。
【請求項30】
前記シートインサートはポリマー材料から形成され、前記制御プレート本体は金属材料から形成される、請求項２６に記載のバルブアセンブリ。
【請求項31】
前記中心インサートは、各インサート孔から前記制御プレート貫通孔まで流体を誘導するための凹状底部レリーフを含む、請求項１４に記載のバルブアセンブリ。
【請求項32】
前記中心インサートは軸対称である、請求項１４に記載のバルブアセンブリ。
【請求項33】
前記中心インサートは、圧入、溶接、及びろう付けのうちの１つによって前記取り付け孔内に固定される、請求項１４に記載のバルブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年７月７日に出願された「CONTROL PLATE IN A VALVE」と題する米国特許出願第１５／２０４，２４５号、２０１６年６月１５日に出願された「LOW HYSTERESIS DIAPHRAGM FOR A VALVE」と題する米国特許出願第１５／１８２，９７８号、２０１５年１１月４日に出願された「VALVE STROKE AMPLIFIER MECHANISM ASSEMBLY」と題する米国特許出願第１４／９３２，０８６号、及び２０１５年６月１２日に出願された「HIGH CONDUCTANCE VALVE FOR FLUIDS AND VAPORS」と題する米国特許出願第１４／７３７，５６４号に関連する。これらの米国仮特許出願はそれぞれ、あらゆる目的で引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
本出願は、２０１６年７月７日に出願された「CONTROL PLATE IN A VALVE」と題する米国特許出願第１５／２０４，２４５号、２０１６年６月１５日に出願された「LOW HYSTERESIS DIAPHRAGM FOR A VALVE」と題する米国特許出願第１５／１８２，９７８号、２０１５年１１月４日に出願された「VALVE STROKE AMPLIFIER MECHANISM ASSEMBLY」と題する米国特許出願第１４／９３２，０８６号、及び２０１５年６月１２日に出願された「HIGH CONDUCTANCE VALVE FOR FLUIDS AND VAPORS」と題する米国特許出願第１４／７３７，５６４号に関連する。これらの米国仮特許出願はそれぞれ、あらゆる目的で引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【0002】
本発明は、バルブを通過する流体の流れを調整するために、極度に開放した状態と極度に閉鎖した状態との間の任意の位置に能動的に位置決めすることができる流体制御バルブの可動部分に関する。可動部分は、流れる流体の一部分が制御プレートを通過するための設備を含み、それにより、流体停滞の可能性を減らすことにより、清浄度（cleanliness）が改善する。本発明は、半導体デバイス、医薬品、又はファインケミカルを製造する産業プロセス内の流体送達の高純度比例制御又は変調制御を意図されるバルブ、及び、比例制御とともに、完全に閉鎖した状態における漏れ止め（leak-tight）遮断を同時に要求する多くの同様の流体送達システムに特に有用である。
【発明の概要】
【0003】
上記を考慮して、本出願人は、内部バルブ容積部の流体掃引を強化するために少なくとも１つの貫流路を有する可動制御プレートを含む高純度流体制御バルブを発明した。バルブは、比較的狭い平面状のランドが流体通路の開口部に形成され、平坦なシートが移動してランドと接触することで流体の流れを遮断することができる、ジェット及びシートのタイプである。本開示において、ジェット要素は通常、オリフィスリッジとして説明され、シート要素は通常、制御プレートとして説明される。このバルブは、入れ子状のオリフィスリッジを使用して、小さい閉囲面積で大きい制御間隙長を提供することにより、小さいアクチュエータ運動で高いコンダクタンスを達成する。制御プレートは、隣接するオリフィスリッジセグメントを橋絡して完全に閉鎖した状態で流体の流れを遮断するサイズの連続した途切れのない平坦な部分を有する。オリフィスリッジは同一平面上にあり、周回して制御プレートが着座する平滑な表面を提供する。貫流制御プレートは、半導体製造におけるガス送達等の高速作動比例制御用途において特に有用である。
【0004】
一実施の形態によれば、制御プレートは、平坦な側面を有する基本的に円形のディスクとして形成された制御プレート本体を備え、制御プレート本体は、少なくとも１つの流体通路によって貫通され、少なくとも１つの流体通路は、平坦な側面から反対の側面まで延在する。オリフィスリッジを構成する材料よりも軟質の材料を、制御プレートに選択的に組み込むことによって、バルブ遮断状態における強化された漏れ止めを更に提供することができる。これらの軟質材料は、金属制御プレート内に形成された特徴部になるように成形されたポリマー材料とすることができる。
【0005】
別の実施の形態によれば、バルブアセンブリは、流体通路に流体接続されているオリフィスリッジ間の中間バルブチャンバ部分を画定する入れ子状のオリフィスリッジを含むバルブ本体と、制御プレートを通る少なくとも１つの流体通路を含む制御プレートとを備え、制御プレートを通る少なくとも１つの流体通路は、両方の入れ子状のオリフィスリッジの内側にある内側バルブチャンバ部分と、両方の入れ子状のオリフィスリッジの外側にある外側バルブチャンバ部分との間の流体の制御された流れを可能にするため、制御された流体の流れの一部が完全なバルブアセンブリ内の停滞している可能性のあるボリュームを通じて掃引する。
【0006】
別の実施の形態によれば、高コンダクタンスバルブの制御プレートは、平坦な側面及び平坦な側面に対向する反対の側面を有する基本的に円形のディスクとして形成された制御プレート本体であって、アクチュエータによってバルブ内で移動するように構成され、平坦な側面は、バルブ内の流体の流れを遮断するために、連続した途切れのない平坦な部分を有する、制御プレート本体と、制御プレート本体内にカウンターボアとして画定される中心取り付け孔であって、制御プレート本体内に画定される制御プレート貫通孔で終端し、制御プレート貫通孔は中心取り付け孔の直径よりも小さい直径を有する、中心取り付け孔と、取り付け孔内に収納された中心インサートと、中心インサート内に画定される少なくとも１つのインサート孔であって、各インサート孔は、制御プレート貫通孔とともに、平坦な側面から反対の側面まで流体が通過する複数の流体経路を形成する、少なくとも１つのインサート孔とを備える。
【0007】
いくつかの実施の形態において、少なくとも１つのインサート孔は、中心インサート内に画定される複数のインサート孔を含む。
【0008】
いくつかの実施の形態において、複数のインサート孔は、中心インサートの材料のウェブが複数のインサート孔のそれぞれを囲むように、中心インサートの中心の周りに配置される。
【0009】
いくつかの実施の形態において、中心貫通孔が、中心インサートの中心を通って延在し、中心貫通孔は、中心インサート及び制御プレート本体を制御シャフト上に取り付けるように構築される。
【0010】
いくつかの実施の形態において、制御プレートは、制御プレート本体の半径方向外側部分の周りに配置されるとともに制御プレート本体を通じて実質的に真っ直ぐに延在する複数の流体通路を含む。
【0011】
いくつかの実施形態において、平坦な側面は、制御プレート貫通孔と複数の傾斜流体通路との間に配置された第１の連続した途切れのない平坦な部分、及び、複数の流体通路の半径方向外側に配置された第２の連続した途切れのない平坦な部分を含む。
【0012】
いくつかの実施の形態において、シートインサートは制御プレート本体に収納され、複数の流体通路はシートインサート内に画定される。
【0013】
いくつかの実施の形態において、シートインサートは、制御プレート本体内に形成された円形溝を満たすディスクを含み、シートインサートは、複数の流体通路の半径方向内側に配置された第１の連続した途切れのない平坦な部分、及び、複数の流体通路の半径方向外側に配置された第２の連続した途切れのない平坦な部分を含む。
【0014】
いくつかの実施の形態において、シートインサートは、制御プレート本体内の複数の開口部のうちの１つの開口部にそれぞれ収納される複数のピラーを更に含み、各ピラーはディスクから延在し、流体通路のそれぞれはピラー及びディスクを通して延在する。
【0015】
いくつかの実施の形態において、シートインサートはポリマー材料から形成され、制御プレート本体は金属又は金属材料から形成される。
【0016】
いくつかの実施の形態において、シートインサートは、各インサート孔から制御プレート貫通孔まで流体を誘導するための凹状底部レリーフを含む。
【0017】
いくつかの実施の形態において、中心インサートは軸対称である。
【0018】
いくつかの実施の形態において、中心インサートは、圧入、溶接、及びろう付けのうちの１つによって取り付け孔内に固定される。
【0019】
別の実施の形態によれば、バルブアセンブリは、バルブ本体であって、バルブチャンバ、バルブチャンバと流体連通する少なくとも１つの第１の流体導管開口、バルブチャンバと流体連通する少なくとも１つの第２の流体導管開口、及び少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントを有し、少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントは、バルブ本体からバルブチャンバ内に延在し、少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントの間に中間バルブチャンバ領域を画定する、バルブ本体と、第１の側面と第１の側面に対向する第２の側面とを有する制御プレート本体を含む制御プレートであって、制御プレート本体は、第１の側面の表面領域が少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントに密封接触する閉鎖位置と、表面領域と少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントとの間に開放間隙が存在する開放位置との間で可動である、制御プレートとを備え、制御プレートは、制御プレート本体内のカウンターボアとして画定される中心取り付け孔であって、制御プレート本体内に画定される制御プレート貫通孔で終端し、制御プレート貫通孔は中心取り付け孔の直径よりも小さい直径を有する、中心取り付け孔と、取り付け孔に収納される中心インサートと、中心インサート内に画定される少なくとも１つのインサート孔であって、各インサート孔は、制御プレート貫通孔とともに、平坦な側面から反対の側面まで流体が通過する複数の流体経路を形成する、少なくとも１つのインサート孔とを更に備える。
【0020】
いくつかの実施の形態において、少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントは、形状が実質的に円形である２つの隣接するオリフィスリッジセグメントを含み、２つの隣接するオリフィスリッジセグメントの外側に配置される外側バルブチャンバ部分、及び、２つの隣接するオリフィスリッジセグメントの内側に配置される内側バルブチャンバ部分を更に画定する。
【0021】
いくつかの実施の形態において、バルブアセンブリは、少なくとも１つの第１の流体導管開口と流体連通する第１の流体導管と、少なくとも１つの第２の流体導管開口と流体連通する第２の流体導管とを更に備え、制御プレート本体が閉鎖位置にあるとき、少なくとも１つの第１の流体導管開口は内側バルブチャンバ部分と流体連通し、少なくとも１つの第２の流体導管開口は中間バルブチャンバ部分と流体連通し、制御プレート本体の第１の側面の表面領域は、少なくとも１つの第１の流体導管開口と少なくとも１つの第２の流体導管開口との間で流体流が流れるのを防止するために、２つの隣接するオリフィスリッジセグメントに密封接触する。
【0022】
いくつかの実施の形態において、制御プレート本体が閉鎖位置にあり、少なくとも１つのインサート孔及び制御プレート貫通孔は、内側バルブチャンバ部分と外側バルブチャンバ部分との間の流体連通を可能にする。
【0023】
いくつかの実施の形態において、バルブアセンブリは、少なくとも１つの第１の流体導管開口と流体連通する第１の流体導管と、少なくとも１つの第２の流体導管開口と流体連通する第２の流体導管とを更に備え、制御プレート本体が閉鎖位置にあるとき、少なくとも１つの第１の流体導管開口は外側バルブチャンバ部分と流体連通し、少なくとも１つの第２の流体導管開口は中間バルブチャンバ部分と流体連通し、制御プレート本体の第１の側面の表面領域は、少なくとも１つの第１の流体導管開口と少なくとも１つの第２の流体導管開口との間で流体が流れるのを防止するために、２つの隣接するオリフィスリッジセグメントに密封接触する。
【0024】
いくつかの実施の形態において、制御プレート本体が閉鎖位置にあるとき、少なくとも１つのインサート孔及び制御プレート貫通孔は、外側バルブチャンバ部分と内側バルブチャンバ部分との間の流体連通を可能にする。
【0025】
いくつかの実施の形態において、少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジセグメントは、形状が実質的に円形である４つの隣接するオリフィスリッジセグメントを含み、４つの隣接するオリフィスリッジセグメントは、最大のオリフィスリッジセグメント、最大のオリフィスリッジセグメントによって囲まれた第１のより小さいオリフィスリッジセグメント、第１のより小さいオリフィスリッジセグメントによって囲まれた第２のより小さいオリフィスリッジセグメント、及び、第２のより小さいオリフィスリッジセグメントによって囲まれた最小のオリフィスリッジセグメントを含み、４つの隣接するオリフィスリッジセグメントは、４つの隣接するオリフィスリッジセグメントの外側に配置されている外側バルブチャンバ部分、４つの隣接するオリフィスリッジセグメントの内側に配置されている内側バルブチャンバ部分、最大のオリフィスリッジセグメントと第１のより小さいオリフィスリッジセグメントとの間に配置されている第１の中間バルブチャンバ部分、第１のより小さいオリフィスリッジセグメントと第２のより小さいオリフィスリッジセグメントとの間に配置されている第２の中間バルブチャンバ部分、及び、第２のより小さいオリフィスリッジセグメントと最小のオリフィスリッジセグメントとの間に配置されている第３の中間バルブチャンバ部分を画定する。
【0026】
いくつかの実施の形態において、バルブアセンブリは、少なくとも１つの第１の流体導管開口と流体連通する第１の流体導管と、少なくとも１つの第２の流体導管開口と流体連通する第２の流体導管とを更に備え、制御プレート本体が閉鎖位置にあるとき、少なくとも１つの第１の流体導管開口は内側バルブチャンバ部分と流体連通し、少なくとも１つの第２の流体導管開口は第１の中間バルブチャンバ部分と流体連通し、制御プレート本体の第１の側面の表面領域の第１の連続した途切れのない平坦な部分は、少なくとも１つの第１の流体導管開口と少なくとも１つの第２の流体導管開口との間で流体が流れるのを防止するために、最大のオリフィスリッジセグメント及び第１のより小さいオリフィスリッジセグメントに密封接触する。
【0027】
いくつかの実施の形態において、バルブ本体は、第２の流体導管と流体連通する少なくとも１つの第３の流体導管開口を更に含み、制御プレート本体が閉鎖位置にあるとき、少なくとも１つの第３の流体導管開口は第３の中間バルブチャンバ部分と流体連通し、制御プレート本体の第１の側面の表面領域の第２の連続した途切れのない平坦な部分は、少なくとも１つの第１の流体導管開口と少なくとも１つの第３の流体導管開口との間で流体が流れるのを防止するために、第２のより小さいオリフィスリッジセグメント及び最小のオリフィスリッジセグメントに密封接触する。
【0028】
いくつかの実施の形態において、制御プレートは、制御プレート本体の半径方向外側部分の周りに配置されるとともに制御プレート本体を通じて実質的に真っ直ぐに延在する、複数の流体通路を備える。
【0029】
いくつかの実施の形態において、制御プレート本体の第１の側面の表面領域の第１の連続した途切れのない平坦な部分は、制御プレート貫通孔と複数の流体通路との間に配置されており、表面領域の第２の連続した途切れのない平坦な部分は、複数の流体通路の半径方向外側に配置されている。
【0030】
いくつかの実施の形態において、制御プレート本体が閉鎖位置にあるとき、少なくとも１つのインサート孔及び制御プレート貫通孔は、内側バルブチャンバ部分と外側バルブチャンバ部分との間の流体連通を可能にし、少なくとも１つのインサート孔、制御プレート貫通孔、及び複数の流体通路は、内側バルブチャンバ部分、外側バルブチャンバ部分、及び第２の中間バルブチャンバ部分の間の流体連通を可能にする。
【0031】
いくつかの実施の形態において、シートインサートは制御プレート本体に収納され、複数の流体通路はシートインサート内に画定される。
【0032】
いくつかの実施の形態において、シートインサートは、制御プレート本体内に形成された円形溝を満たすディスクを含む。
【0033】
いくつかの実施の形態において、シートインサートは、制御プレート本体内の複数の開口部のうちの１つの開口部にそれぞれ収納される複数のピラーを更に含み、各ピラーは第１の側面から第２の側面まで延在し、流体通路のそれぞれはピラーのうちのそれぞれの１つのピラー内に画定される。
【0034】
いくつかの実施の形態において、シートインサートは、制御プレート本体内に形成された円形溝を満たすディスクを含む。
【0035】
いくつかの実施の形態において、シートインサートはポリマー材料から形成され、制御プレート本体は金属又は金属材料から形成される。
【0036】
いくつかの実施の形態において、シートインサートは、各インサート孔から制御プレート貫通孔まで流体を誘導するための凹状底部レリーフを含む。
【0037】
いくつかの実施の形態において、中心インサートは軸対称である。
【0038】
いくつかの実施の形態において、中心インサートは、圧入、溶接、及びろう付けのうちの１つによって取り付け孔内に固定される。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1A】中心の同心オリフィスリッジを有する代表的な高コンダクタンスバルブ本体の平面図である。
【図2A】高コンダクタンスバルブのための貫流路を有する制御プレートの一実施形態の平面図である。
【図3A】高コンダクタンスバルブのための貫流路を有する制御プレートの別の実施形態の平面図である。
【図4A】図１Ａ～図１Ｄによる同心の中心オリフィスリッジを有する高コンダクタンスバルブ本体の上に設置されたバルブトップワークと組み合わされた、図２Ａ～図２Ｄによる貫流路を有する制御プレートの一実施形態の平面図である。
【図5A】図１Ａ～図１Ｄによる中心の同心オリフィスリッジを有する高コンダクタンスバルブ本体の上に設置されたバルブトップワークと組み合わされた、図３Ａ～図３Ｄによる貫流路を有する制御プレートの一実施形態の平面図である。
【図6A】オフセットされた同心オリフィスリッジを有する別の代表的な高コンダクタンスバルブ本体の平面図である。
【図7A】バルブストローク増幅器ディスクと組み合わされた貫流路を有する制御プレートの一実施形態を示す図である。
【図8A】図６Ａ～図６Ｄによるオフセットされた同心オリフィスリッジを有する高コンダクタンスバルブ本体の上に設置されたバルブトップワークと組み合わされた、図７Ａ～図７Ｆによる貫流路及び増幅器ディスクを有する制御プレート及び増幅器ディスクの平面図である。
【図9A】高コンダクタンスバルブのための貫流路を有する制御プレートの別の実施形態の平面図である。
【図10A】同心オリフィスリッジの２つの入れ子状のグループを有する別の代表的な高コンダクタンスバルブ本体の平面図である。
【図11A】図１０Ａ～図１０Ｄによる同心オリフィスリッジの入れ子状のグループを有する高コンダクタンスバルブ本体の上に設置されたバルブトップワークと組み合わされた、図９Ａ～図９Ｄによる貫流路を有する制御プレートの平面図である。
【図12A】同心オリフィスリッジの２つの入れ子状のグループを有する別の代表的な高コンダクタンスバルブ本体の平面図である。
【図13A】高コンダクタンスバルブのための貫流路を有する制御プレートの別の実施形態の平面図である。
【図14A】図１２Ａ～図１２Ｄによる同心オリフィスリッジの入れ子状のグループを有する高コンダクタンスバルブ本体の上に設置されたバルブトップワークと組み合わされた、図１３Ａ～図１３Ｅによる貫流路を有する制御プレートの平面図である。
【図15A】高コンダクタンスバルブのための貫流路を有する制御プレートの別の実施形態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0040】
本発明は、本願において、以下の説明に記載されている又は図面に示されている構成要素の構造及び配置の詳細に限定されない。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施又は実行することができる。また、本明細書において用いられる表現及び用語は、説明のためのものであり、限定とみなすべきではない。本明細書における「含む（including）」、「備える（comprising）」、又は「有する（having）」、「含有する（containing）」、「伴う（involving）」、及びそれらの変形の使用は、その前に挙げられた項目及びその均等物、並びに追加の項目を包含することを意味する。「内」、「外」、「上」、「下」等の方向を示す用語の使用は、設計要素間の相対的な関係の理解に役立つように意図され、空間における絶対的な方向を意味するようには解釈されるべきでなく、また限定とみなすべきではない。
【0041】
中心の同心オリフィスリッジ１２０、１２１を有する高コンダクタンスバルブ本体１９０の代表的な例が、図１Ａ～図１Ｄに示される。より完全な、例示的なバルブアセンブリ１００は、金属ガスケット１６５を、図４Ａ～図４Ｄに更に示す漏れのないアセンブリとして変形させることにより、バルブ本体１９０に取り外し可能に接合されるバルブハウジング１６０を含むトップワークを有することができる。トップワークは、特定の用途向けに選択されるアクチュエータ（図示せず）を含むことができる。例えば、空気圧アクチュエータは、単純なオンオフの高コンダクタンスバルブに使用される場合があるが、圧電アクチュエータは、マスフローコントローラー電子システムに適合した比例制御の高コンダクタンスバルブに使用される場合がある。バルブ本体１９０の上面内に形成された開放キャビティ１５４、１５８、１５９は、バルブチャンバ１５０の下側部分と考えることができ、一方、バルブチャンバの上側部分１５７は、その上のバルブハウジング１６０の下面に形成される。バルブ本体１９０からの円形上向き突出部として形成される大きいオリフィスリッジ１２０が、外側バルブチャンバ部分１５８を、大きいオリフィスリッジ１２０によって囲まれる中間バルブチャンバ部分１５４から分離する。概ね同心の小さいオリフィスリッジ１２１も、大きいオリフィスリッジ１２０によって囲まれるバルブ本体１９０からの円形上向き突出部として形成され、内側バルブチャンバ部分１５９を、中間バルブチャンバ部分１５４から更に分離する。本開示全体にわたって、一対の隣接するオリフィスリッジセグメント間（例えば、大きいオリフィスリッジ１２０と小さいオリフィスリッジ１２１との間）に位置する連接した容積部は、中間バルブチャンバ部分という場合があり、隣接するオリフィスリッジセグメントの対（又は複数の対）の外側に配置される隣接する連接した容積部は、外側バルブチャンバ部分（例えば１５８）という場合があり、隣接するオリフィスリッジセグメントの対（又は複数の対）の内側に配置される隣接する連接した容積部は、内側バルブチャンバ部分（例えば、１５９）という場合があるが、これは区別することのみを目的としており、流体の流れの方向を示すものではない。外側バルブチャンバ部分１５８の周縁に隣接する金属ガスケット１６５を収納するために、ガスケットシール領域１６４をバルブ本体１９０の上面内に形成することができる。
【0042】
例示的なバルブ１００は、第１の流体導管１１０（通常は入口）及び第２の流体導管１１４（通常は出口）を更に備えることができ、これらの導管は両方とも流体をバルブチャンバ１５０、バルブチャンバシールダイヤフラム１７０、及び、バルブチャンバシールダイヤフラム１７０の偏向によって可動な制御要素に連通させる。可動制御要素は、ダイヤフラム１７０に固着される制御シャフト１８２に固着される制御プレート２００（以下で更に説明する）から構成することができる。例示的なバルブ１００の設計において、第１の流体導管開口１１２は、内側バルブチャンバ部分１５９と第１の流体導管１１０との間の流体連通を可能にする。同様に、第２の流体導管開口１１６は、中間バルブチャンバ部分１５４と第２の流体導管１１４との間の流体連通を可能にする。図４Ａ～図４Ｄの本例証では、バルブ１００は、遮断無流状態で完全に閉鎖するため、制御プレート２００は、大きいオリフィスリッジ１２０と小さいオリフィスリッジ１２１との両方に接触しているように示される。設計者は、第１の流体導管１１０及び第２の流体導管１１４が、図示されたチューブスタブではなく表面実装部品接合部分への流体通路を提供することができることを認識するであろう。Ｋ１Ｓ及びＷシールは、半導体資本設備設計において既知である表面実装部品接合部分の例であり、したがって本開示の図面には示されない。上記バルブを含む部品は、取り扱う流体に対して所望される化学的不活性に関して選択された材料から構築することができ、例えば、ステンレス鋼、Ｍｏｎｅｌ（商標）金属、チタン合金、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）合金、Ｅｌｇｉｌｏｙ（商標）、真鍮、又はＴｅｆｌｏｎ（商標）、Ｋｅｌ－Ｆ（商標）、Ｖｅｓｐｅｌ（商標）、Ｋｙｎａｒ（商標）等のポリマー、並びに金属及びポリマーの、別々の又は一緒の組み合わせを含むことができる。例えば、タイプ３１６Ｌステンレス鋼バルブ本体１９０を、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）ニッケル合金制御プレート２００及びＥｌｇｉｌｏｙ（商標）コバルト合金シールダイヤフラム１７０とともに使用することができる。
【0043】
図２Ａ～図２Ｄに示す貫流制御プレート２００の例は、ディスクの対向する側面に１つ以上の特徴部を有する基本的に円形のディスクとして形成された制御プレート本体２４０を含む。これらの特徴部は、中心貫通孔２４２、カウンターボア２４４、及び１つ以上の上部孔２４６を含むことができる。カウンターボア２４４は、典型的には中心にあり、通常、オリフィスリッジ１２０、１２１に向くことを意図される平坦なディスク側面に形成される。１つ以上の上部孔２４６は、対向するディスク側面から制御プレート本体２４０を貫通し、それにより、中心貫通孔２４２と制御プレート本体２４０との間に１つ以上のウェブ２４８を残すことができる。代替的に、上部孔２４６は、中心貫通孔２４２と制御プレート本体２４０の残りの部分との間に１つ以上のウェブ２４８を同様に残しながら、カウンターボア２４４と交差するように配置することができる。ウェブ２４８は、カウンターボア２４４を橋絡する。いずれの場合でも、上部孔２４６は、流体が制御プレート本体２４０の一方の側面から対向する側面まで外径周縁を通過する必要なしに通過することができる流体通路を構成する。図４Ａ～図４Ｄに示すように、制御プレート２００を、制御シャフト１８２のスタブに取り付け、それにより、バルブチャンバ１５０内に懸架することができる。上部孔２４６を通る流体通路が閉塞しない限り、圧入（例えば、図９Ａ～図９Ｄを参照）、スタブの頭部のスエージ加工、ねじ締結具、溶接、又は実施者の所望に応じた同様の設計選択等、任意の適切な取り付け方法を使用することができる。図２Ａ～図２Ｄに示すように貫通孔２４２を使用して制御シャフト１８２のスタブに制御プレートが取り付けられるのではなく、図９Ａ～図９Ｄに示すように止まり穴取り付け（blind hole mounting）を代わりに使用することができることを認識すべきである。
【0044】
流体の流れを制御する方法は、小さいオリフィスリッジ１２１に囲まれている内側バルブチャンバ部分１５９が、第１の流体導管１１０と流体連通する第１の流体導管開口１１２によって接続され、それにより、制御プレート２００の少なくとも一部分は、第１の流体部分が制御可能に流れることができる第１の制御間隙（図示せず）を生成するために、小さいオリフィスリッジ１２１に向かって又はそこから外方に移動することができることを考慮することによって更に理解することができる。制御可能な第１の流体部分は、内側バルブチャンバ部分１５９から第１の制御間隙を通って中間バルブチャンバ部分１５４に直接移行することができ、そこから、第１の流体部分は、第２の流体導管１１４と流体連通するオフセットされた第２の流体導管開口１１６を通じて出ることができる。本例のバルブ１００では、アクチュエータ（図示せず）が、制御シャフト１８２に力を加えてダイヤフラム１７０を偏向させ、それにより、第１の制御間隙を変化させることによってバルブ１００を通るコンダクタンスを変調する。
【0045】
上記で述べた第１の流体部分の流れと同時に、制御プレート２００の少なくとも一部分を大きいオリフィスリッジ１２０に向けて又はそれから外方に移動させることは、同様に、第２の流体部分が制御可能に流れることができる第２の制御間隙（図示せず）を生成する。制御可能な第２の流体部分は、内側バルブチャンバ部分１５９から制御プレート２００の上部孔２４６を通じて移行し、上側バルブチャンバ部分１５７を通じて外側バルブチャンバ部分１５８内に掃き出すことができ、そこから第２の流体部分が、第２の制御間隙を通じて中間バルブチャンバ部分１５４内に出ることができる。中間バルブチャンバ部分１５４に達すると、制御可能な第２の流体部分はまた、第２の流体導管１１４と流体連通するオフセットされた第２の流体導管開口１１６を通じて出ることができる。そのため、本例のバルブ１００では、制御シャフト１８２に力を加えることでダイヤフラム１７０を偏向させるアクチュエータ（図示せず）は、第２の制御間隙を変化させることによってバルブ１００を通るコンダクタンスを更に変調する。バルブ１００が閉鎖している間、流体は制御プレート２００内の穴を通過することができるが、それ以上進むことはできないことを認識すべきである。バルブ１００が閉鎖しているとき、流体は第１の流体導管１１０から第２の流体導管１１４まで通過することができない。
【0046】
設計者は、大きいオリフィスリッジ１２０及び小さいオリフィスリッジ１２１が、厳密に同心状とする必要はなく、入れ子状にする必要があるだけであり、さらに、入れ子状にされた対のオリフィスリッジ１２０、１２１は、内側バルブチャンバ１５０の形状及び寸法に関して非対称に配置することができることを認識することができる。貫流制御プレート２００は、もちろん、ディスク形状の本体２４０の下側の平坦な側面上に、大きいオリフィスリッジ１２０との接触と、小さいオリフィスリッジ１２１との接触との間にまたがり、かつ中間バルブチャンバ部分１５４全体を覆うのに十分な、連続した途切れのない表面領域を有する必要がある。非円形形状の単一のオリフィスリッジ（図示せず）は、貫流制御プレートが完全に覆うことができる中間バルブチャンバ部分を閉囲する隣接するセグメントを有することもできる。設計者は、第１の流体導管１１０から第２の流体導管１１４へと進行する、流体の流れの説明される方向が、便宜上及び明確にするために使用されるが、制限的ではないことも認識するであろう。流体は、第２の流体導管１１４から第１の流体導管１１０へ反対方向に流れることができ、制御可能な流体の流れによって完全なバルブチャンバ１５０が依然として有利に掃引されることになる。図４Ａ～図４Ｄに示すバルブ設計は、内部デッドスペース対掃引容積部に関するあらゆる懸念も実質的に排除し、例示的なバルブ設計の動的応答を改善することもできる。貫流制御プレートは、遮断を達成するために閉鎖しなければならない領域を大幅に低減しながら、単一の大きいオリフィスの周囲の約２倍の全体制御間隙長をともに生成する、入れ子状のオリフィスリッジ１２０、１２１の使用を可能にする。この組み合わせは、低い閉鎖力で高コンダクタンスを提供する。図４Ａ～図４Ｄに示すタイプのダイヤフラムシールバルブでは、制御プレート２００の軸方向変位（例えば、図４Ｂの断面図において上下方向）の量は非常に制限される（例えば、圧電作動バルブの場合は約５０μｍ、ソレノイド作動バルブの場合は約２００μｍ）ことを認識すべきである。したがって、入れ子状のオリフィスリッジの使用は、単一のオリフィスリッジのみで達成できるコンダクタンスの約２倍のより高いコンダクタンスを可能にする。
【0047】
貫流制御プレート３００の別の例は、図３Ａ～図３Ｄに示されており、ディスクの対向側面に１つ以上の特徴部を有する基本的に円形のディスクとして形成された制御プレート本体３４１を含む。これらの特徴部は、中心貫通孔３４３、球形ポケット（又は凹部）３４５、及び１つ以上の傾斜上部孔３４７を含むことができる。球形ポケット３４５は、典型的には中心にあり、通常、オリフィスリッジ１２０、１２１に向くことを意図される平坦なディスク側面に形成される。１つ以上の傾斜上部孔３４７は、制御プレート本体３４１を、球形ポケット３４５から対向するディスク側面まで貫通し、それにより、中心貫通孔３４３と制御プレート本体３４１の残りの部分との間に１つ以上のウェブ３４９を残すことができる。ウェブ３４９は、球形ポケット３４５を橋絡する。球形ポケット３４５は、傾斜上部孔３４７を穿孔するときに有用である。なぜなら、これらの傾斜穴の入口は、ポケット表面に対して局所的に垂直であり、それによりドリルのぐらつき（wobble）又は屈曲（bending）を最小にすることができるからである。傾斜上部孔３４７は、流体が制御プレート本体３４１の一方の側面から対向する側面まで外径周縁を通過する必要なしに通過することができる流体通路を構成する。図５Ａ～図５Ｄに示すように、制御プレート３００を、制御シャフト１８２のスタブに取り付け、それにより、バルブチャンバ１５０内に懸架することができる。傾斜上部孔３４７を通る流体通路が閉塞されない限り、圧入（例えば、図９Ａ～図９Ｄを参照）、スタブの頭部のスエージ加工、ねじ締結具、溶接、又は実施者の所望に応じた同様の設計選択等、任意の適切な取り付け方法を使用することができる。図３Ａ～図３Ｄに示すように貫通孔３４３を使用して制御シャフト１８２のスタブに制御プレートが取り付けられるのではなく、図９Ａ～図９Ｄに示すように止まり穴取り付けを代わりに使用することができることを認識すべきである。
【0048】
例示的な貫流制御プレート３００を使用して、図５Ａ～図５Ｄに示すバルブアセンブリの流体の流れを制御する方法は、上記で述べた例示的な貫流制御プレート２００を使用した、図４Ａ～図４Ｄに示すバルブアセンブリについて説明したものと本質的に同一であるものとして更に理解することができる。制御可能な第１の流体部分は、内側バルブチャンバ部分１５９から第１の制御間隙（図示せず）を通って中間バルブチャンバ部分１５４に直接移行することができ、そこから、第１の流体部分は、第２の流体導管１１４と流体連通するオフセットされた第２の流体導管開口１１６を通じて出ることができる。特に貫流制御プレート３００について、制御可能な第２の流体部分は、内側バルブチャンバ部分１５９から制御プレート３００の傾斜上部孔３４７を通じて移行して、上側バルブチャンバ部分１５７を通じて外側バルブチャンバ部分１５８内に掃引することができ、そこから第２の流体部分が、第２の制御間隙を通じて中間バルブチャンバ部分１５４内に出ることができる。貫流制御プレート３００は、ディスク形状の本体３４１の下側の平坦な側面上に、大きいオリフィスリッジ１２０との接触と小さいオリフィスリッジ１２１との接触との間にまたがり、かつ中間バルブチャンバ部分１５４全体を覆うのに十分な、連続した途切れのない表面領域を有する必要もある。設計者は、図５Ａ～図５Ｄに示す例示的なバルブアセンブリにおいて、流体の流れの説明されている方向が、便宜上及び明確にするために使用されるが、限定的ではないことも認識するであろう。流体は、反対方向に流れることができ、制御可能な流体の流れによって完全なバルブチャンバ１５０が依然として有利に掃き出されることになる。図５Ａ～図５Ｄに示すバルブアセンブリ設計は、内部デッドスペース対掃引容積部に関するあらゆる懸念も実質的に排除し、例示的なバルブ設計の動的応答も改善することもできる。貫流制御プレートは、遮断を達成するために閉鎖しなければならない領域を大幅に削減しながら、ともに、単一の大きいオリフィスの周囲の約２倍の全体制御間隙長を生成する、入れ子状のオリフィスリッジ１２０、１２１の使用を可能にする。この組み合わせは、低い閉鎖力で高コンダクタンスを提供する。
【0049】
入れ子状のオリフィスリッジ４２０、４２１を有する別の高コンダクタンスバルブ本体４９０の代表的な例が、図６Ａ～図６Ｄに示される。より完全な、例示的なバルブアセンブリ４００は、金属ガスケット４６５を、図８Ａ～図８Ｄに更に示す漏れのないアセンブリとして変形させることにより、バルブ本体４９０に取り外し可能に接合されるバルブハウジング４６０を含むトップワークを有することができる。トップワークは、特定の用途向けに選択されるアクチュエータ（図示せず）を含むことができる。例えば、空気圧アクチュエータは、単純なオンオフの高コンダクタンスバルブに使用される場合があるが、圧電アクチュエータは、マスフローコントローラー電子システムに適合した比例制御の高コンダクタンスバルブに使用される場合がある。バルブ本体４９０の上面内に形成された開放キャビティ４５４、４５８、４５９は、バルブチャンバ４５０の下側部分と考えることができ、一方、バルブチャンバの上側部分４５７は、その上のバルブハウジング４６０の下面に形成される。バルブ本体４９０内でオフセットされた概ね円形の上向き突出部として形成される大きいオリフィスリッジ４２０は、外側バルブチャンバ部分４５８を、大きいオリフィスリッジ４２０が囲む中間バルブチャンバ部分４５４から分離する。バルブ本体４９０からの円形上向き突出部としても形成されている、入れ子状の小さいオリフィスリッジ４２１は、内側バルブチャンバ部分４５９を、それを囲む中間バルブチャンバ部分４５４から分離する。外側バルブチャンバ部分４５８の周縁に隣接する金属ガスケット４６５を収納するために、ガスケットシール領域４６４をバルブ本体４９０の上面内に形成することができる。
【0050】
例示的なバルブ４００は、第１の流体導管４１７（通常は入口）及び第２の流体導管４１４（通常は出口）を更に備えることができ、これらの導管は両方とも流体をバルブチャンバ、バルブチャンバシールダイヤフラム４７０、及び、バルブチャンバシールダイヤフラム４７０の偏向によって可動な制御要素に連通させる。制御要素は、ダイヤフラム４７０に固着される制御シャフト４８２に固着されるバルブストローク増幅器メカニズムを含む制御プレート６００（以下で更に説明する）から構成することができる。例示的なバルブ４００の設計において、第１の流体導管開口４１９は、外側バルブチャンバ部分４５８と第１の流体導管４１７との間の流体連通を可能にする。同様に、第２の流体導管開口４１６は、中間バルブチャンバ部分４５４と第２の流体導管４１４との間の流体連通を可能にする。図８Ａ～図８Ｄの本例証では、バルブアセンブリ４００は、遮断無流状態で完全に閉鎖するため、制御プレート６００は、大きいオリフィスリッジ４２０と小さいオリフィスリッジ４２１との両方に接触しているように示される。設計者は、第１の流体導管４１７及び第２の流体導管４１４が、図示されたチューブスタブではなく表面実装部品接合部分への流体通路を提供することができることを認識するであろう。Ｋ１Ｓ及びＷシールは、半導体資本設備設計において既知である表面実装部品接合部分の例であり、したがって本開示の図面には示されない。上記バルブを含む部品は、取り扱う流体に対して所望される化学的不活性に関して選択された材料から構築することができ、例えば、ステンレス鋼、Ｍｏｎｅｌ（商標）金属、チタン合金、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）合金、Ｅｌｇｉｌｏｙ（商標）、真鍮、又はＴｅｆｌｏｎ（商標）、Ｋｅｌ－Ｆ（商標）、Ｖｅｓｐｅｌ（商標）、Ｋｙｎａｒ（商標）等のポリマー、並びに金属及びポリマーの、別々の又は一緒の組み合わせを含むことができる。例えば、タイプ３１６Ｌステンレス鋼バルブ本体４９０を、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）ニッケル合金制御プレート６００及びＥｌｇｉｌｏｙ（商標）コバルト合金シールダイヤフラム４７０とともに使用することができる。
【0051】
図７Ａ～図７Ｆに示され、図８Ａ～図８Ｄに含まれる貫流制御プレート６００の別の例は、２０１５年１１月４日に本発明者Kim Ngoc Vuによって出願された米国特許出願第１４／９３２，０８６号に記載されているような、制御プレート本体６４０と、バルブストローク増幅メカニズム増幅器ディスク６４１とを備える。図７Ａ～図７Ｆに示すように、制御プレート本体６４０は、中心貫通孔６４２、リング状溝６４４、及び上部レリーフ６４６を含む特徴部を有する基本的に円形のディスクとして形成される。リング状溝６４４及び上部レリーフ６４６は、１つ以上のオリフィスリッジに向くことを意図される平坦な側面に対向するディスク側面内に形成される。上部レリーフ６４６は、リング状溝６４４及び中心貫通孔６４２の一部分と交差するように配置され、それにより、流体が制御プレート本体６４０の一方の側面から対向する側面まで外径周縁を通過する必要なく通過することができる開放流体通路を提供する。増幅器ディスク６４１は、引用されている米国特許出願第１４／９３２，０８６号に詳細に記載されている。本出願にとって関心のある増幅器ディスク特徴部は、持ち上げ穴６４３、受動セグメント、能動セグメント６４９、能動セグメントに隣接する空隙通路６３９、取り付け点６４５、及びトーションバー６４８を含む。制御プレート本体６４０及び増幅器ディスク６４１は、２つの取り付け点６４５において溶接することにより互いに取り付けられ、それにより、トーションバー６４８及び能動セグメント６４９は、上部レリーフ６４６及びリング状溝６４４の一部を橋絡するウェブを構成する。空隙通路６３９の一部分は、上部レリーフ６４６に直に隣接し、それにより、流体がアセンブリの外径周縁を通過する必要なく制御プレート６００の一方の側面から対向する側面に通過することができる流体経路を提供する。図８Ａ～図８Ｄに示すように、制御プレート６００を、ストローク増幅器ディスクの持ち上げ穴６４３を使用して、制御シャフト４８２のスタブに取り付け、それにより、バルブチャンバ内に懸架することができる。上部レリーフ６４６及び増幅器ディスクの空隙通路６３９を通る流体通路が閉塞されない限り、圧入、スタブの頭部のスエージ加工、ねじ締結具、溶接、又は実施者の所望に応じた同様の設計選択等、任意の適切な取り付け方法を使用することができる。
【0052】
能動セグメント６４９内で増幅器ディスクの持ち上げ穴６４３において加えられるトップワークアクチュエータ（図示せず）からの力は、トーションバー６４８によって取り付け点６４５に伝達されることになる。そのような加えられる力が持ち上げ事例であるとき、受動セグメント６４７は、貫流制御プレート本体６４０の中心から外れた第１の部分を下向きに保持し、一方、直径方向において反対側の第２の部分は、取り付け点６４５において加えられる直径方向の力によって上方に持ち上げられる。結果として生じる運動は、図８Ａ～図８Ｄに示す例示的なバルブ４００において、制御プレートの平坦な底面と大きいオリフィスリッジ４２０及び小さいオリフィスリッジ４２１の両方との間にくさび状の間隙を開放することになる。バルブ４００が閉鎖した状態にあるとき（図８Ａ～図８Ｄに示すように）、種々の増幅器ディスク要素は名目上同一平面上にあり、貫流制御プレート本体６４０は大きいオリフィスリッジ４２０及び小さいオリフィスリッジ４２１と接触する。
【0053】
流体の流れを制御する方法は、外側バルブチャンバ部分４５８が、第１の流体導管４１７と流体連通する第１の流体導管開口４１９によって供給されることにより、制御プレート６００の少なくとも一部分は、第１の流体部分が制御可能に流れることができるくさび状の第１の制御間隙（図示せず）を生成するために、大きいオリフィスリッジ４２０に向かって又はそこから外方に移動することができることを考慮することによって更に理解することができる。制御可能な第１の流体部分は、外側バルブチャンバ部分４５８から第１の制御間隙を通って中間バルブチャンバ部分４５４に直接移行することができ、そこから、第１の流体部分は、第２の流体導管４１４と流体連通する第２の流体導管開口４１６を通じて出ることができる。本例のバルブ４００では、アクチュエータ（図示せず）が、制御シャフト４８２に力を加えてダイヤフラム４７０を偏向させ、それにより、第１の制御間隙を変化させることによってバルブ４００を通るコンダクタンスを変調することができる。バルブ４００が閉鎖している間、流体は、第１の流体導管４１７から、第１の流体導管開口４１９を通って、制御プレート６００の外周を回り、バルブチャンバの外側バルブチャンバ部分４５８及び上側部分４５７に至り、制御プレート６００内の穴を通じて内側バルブチャンバ部分４５９に達することができるが、それ以上進むことはできないことを認識すべきである。したがって、バルブ４００が閉鎖しているとき、流体は第１の流体導管４１７から第２の流体導管４１４まで通過することができない。
【0054】
上記で述べた第１の流体部分の流れと同時に、制御プレート６００の少なくとも一部分を小さいオリフィスリッジ４２１に向けて又はそれから外方に移動させることは、同様に、第２の流体部分が制御可能に流れることができるくさび状の第２の制御間隙（図示せず）を生成する。制御可能な第２の流体部分は、外側バルブチャンバ部分４５８から上側バルブチャンバ部分４５７を通り、次いで制御プレート６００を通って掃引し、増幅器ディスク空隙通路６３９及び制御プレート本体６４０の上部レリーフ６４６を通って、内側バルブチャンバ部分４５９内に移行することができ、その後、制御可能な第２の流体部分は、内側バルブチャンバ部分４５９から第２の制御間隙を通って中間バルブチャンバ部分４５４に移行することができ、そこから第２の流体部分は、第２の流体導管４１４と流体連通する第２の導管開口４１６を通って出ることができる。したがって、本例のバルブ４００では、制御シャフト４８２に力を加えることでダイヤフラム４７０を偏向させるアクチュエータ（図示せず）が、第２の制御間隙を変化させることによってバルブ４００を通るコンダクタンスを更に変調する。
【0055】
設計者は、図８Ａ～図８Ｄに示す例示的なバルブアセンブリにおいて、流体の流れの説明されている方向が、便宜上及び明確にするために使用されるが、限定的ではないことも認識するであろう。流体は、反対方向に流れることができ、制御可能な流体の流れによって完全なバルブチャンバ４５０が依然として有利に掃引されることになる。図８Ａ～図８Ｄに示すバルブアセンブリ設計は、内部デッドスペース対掃引容積部に関するあらゆる懸念も実質的に排除し、例示的なバルブ設計の動的応答も改善することもできる。貫流制御プレートは、遮断を達成するために閉鎖しなければならない領域を大幅に削減しながら、ともに、単一の大きいオリフィスの周囲の約２倍の全体制御間隙長を生成する、入れ子状のオリフィスリッジ４２０、４２１の使用を可能にする。この組み合わせは、低い閉鎖力で高コンダクタンスを提供する。
【0056】
中心の同心オリフィスリッジ８２０、８２１、８２２、８２３の２つの入れ子状のグループを有する別の高コンダクタンスバルブ本体８９０の代表的な例が、図１０Ａ～図１０Ｄに示される。より完全な、例示的なバルブアセンブリ１０００は、金属ガスケット８６５を、図１１Ａ～図１１Ｄに更に示す漏れのないアセンブリとして変形させることにより、バルブ本体８９０に取り外し可能に接合されるバルブハウジング８６０を含むトップワークを有することができる。トップワークは、特定の用途向けに選択されるアクチュエータ（図示せず）を含むことができる。例えば、手動アクチュエータは、単純なオンオフの高コンダクタンスバルブに使用される場合があるが、圧電又はソレノイドアクチュエータは、マスフローコントローラー電子システムに適合した比例制御の高コンダクタンスバルブに使用される場合がある。バルブ本体８９０の上面内に形成された開放キャビティ８５２、８５４、８５６、８５８、８５９は、バルブチャンバの下側部分と考えることができ、一方、バルブチャンバの上側部分８５７は、その上のバルブハウジング８６０の下面に形成される。バルブ本体８９０からの円形上向き突出部として形成される最大のオリフィスリッジ８２０が、外側バルブチャンバ部分８５８を、最大のオリフィスリッジ８２０によって囲まれる第１の中間バルブチャンバ部分８５６から分離する。概ね同心の第１のより小さいオリフィスリッジ８２１も、最大のオリフィスリッジ８２０によって囲まれている、バルブ本体８９０からの円形上向き突出部として形成され、閉囲されている第２の中間バルブチャンバ部分８５４を、第１の中間バルブチャンバ部分８５６から更に分離する。概ね同心の第２のより小さいオリフィスリッジ８２２も、第１のより小さいオリフィスリッジ８２１によって囲まれている、バルブ本体８９０からの円形上向き突出部として形成され、閉囲されている第３の中間バルブチャンバ部分８５２を、第２の中間バルブチャンバ部分８５４から更に分離する。概ね同心の最小のオリフィスリッジ８２３も、第２のより小さいオリフィスリッジ８２２によって囲まれている、バルブ本体８９０からの円形上向き突出部として形成され、内側バルブチャンバ部分８５９を、第３の中間バルブチャンバ部分８５２から更に分離する。外側バルブチャンバ部分８５８の周縁に隣接する金属ガスケット８６５を収納するために、ガスケットシール領域８６４をバルブ本体８９０の上面内に形成することができる。
【0057】
例示的なバルブ１０００は、第１の流体導管８１０（通常は入口）及び第２の流体導管８１４（通常は出口）を更に備えることができ、これらの導管は両方とも流体をバルブチャンバ、バルブチャンバシールダイヤフラム８７０、及び、バルブチャンバシールダイヤフラム８７０の偏向によって可動な制御要素に連通させる。可動制御要素は、ダイヤフラム８７０に固着される制御シャフト８８２に固着される制御プレート９００（以下で更に説明する）から更に構成することができる。例示的なバルブ１０００の設計において、第１の流体導管開口８１２は、内側バルブチャンバ部分８５９と第１の流体導管８１０との間の流体連通を可能にする。同様に、１つ以上の第２の流体導管開口８１６は、第１の中間バルブチャンバ部分８５６と第２の流体導管８１４との間の流体連通を可能にする。同様に、第３の中間バルブチャンバ部分８５２と第２の流体導管８１４との間の流体連通を可能にする１つ以上の第３の内側流体導管開口８１８が設けられる。図１１Ａ～図１１Ｄの本例証では、バルブ１０００は、遮断無流状態で完全に閉鎖するため、制御プレート９００は、４つのオリフィスリッジ、すなわち、最大のオリフィスリッジ８２０、第１のより小さいオリフィスリッジ８２１、第２のより小さいオリフィスリッジ８２２、及び最小のオリフィスリッジ８２３の全てに接触しているように示される。設計者は、第１の流体導管８１０及び第２の流体導管８１４が、図示されたチューブスタブではなく表面実装部品接合部分への流体通路を提供することができることを認識するであろう。Ｋ１Ｓ及びＷシールは、半導体資本設備設計において既知である表面実装部品接合部分の例であり、したがって本開示の図面には示されない。上記バルブを含む部品は、取り扱う流体に対して所望される化学的不活性に関して選択された材料から構築することができ、例えば、ステンレス鋼、Ｍｏｎｅｌ（商標）金属、チタン合金、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）合金、Ｅｌｇｉｌｏｙ（商標）、真鍮、又はＴｅｆｌｏｎ（商標）、Ｋｅｌ－Ｆ（商標）、Ｖｅｓｐｅｌ（商標）、Ｋｙｎａｒ（商標）等のポリマー、並びに金属及びポリマーの、別々の又は一緒の組み合わせを含むことができる。例えば、タイプ３１６Ｌステンレス鋼バルブ本体８９０を、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）ニッケル合金制御プレート９００及びＥｌｇｉｌｏｙ（商標）コバルト合金シールダイヤフラム８７０とともに使用することができる。代替的に、バルブ本体、シールダイヤフラム、及び制御プレート本体は、全て同じステンレス鋼合金から作ることができる。
【0058】
図９Ａ～図９Ｄに示す貫流制御プレート９００の例は、ディスクの対向する側面に１つ以上の特徴部を有する基本的に円形のディスクとして形成された制御プレート本体９４０を含む。それらの特徴部は、中心取り付け孔９４２（止まり又は貫通）、１つ以上の第１の中間貫通孔９４４、及び１つ以上の第２の中間貫通孔９４６を含むことができる。図１１Ａ～図１１Ｄに示すように、制御プレート９００を、制御シャフト８８２のスタブに取り付け、それにより、バルブチャンバ内に懸架することができる（正：may be）。第１の中間貫通孔９４４及び第２の中間貫通孔９４６によって形成される流体通路が閉塞されない限り、圧入、スタブの頭部のスエージ加工、ねじ締結具、溶接、又は実施者の所望に応じた同様の設計選択等の、任意の適切な取り付け方法を使用することができる。図９Ａ～図９Ｄに示すように止まり穴を使用して制御シャフト８８２のスタブに制御プレート９００が取り付けられるのではなく、図２Ａ～図２Ｄ、図３Ａ～図３Ｄ、及び図７Ａ～図７Ｆに示すように貫通孔取り付けを代わりに使用することができることを認識すべきである。
【0059】
１つ以上の第１の中間貫通孔９４４は、制御プレート本体９４０を貫通し、典型的には、中心取り付け孔９４２を囲む一定直径の第１の円の周りに一定間隔で配置される。第１の円の直径及び第１の中間貫通孔９４４の直径は、それらの貫通孔が内側バルブチャンバ部分８５９のみを覆い、隣接する最小のオリフィスリッジ８２３と重ならないように選択される。図９Ａ～図９Ｄ及び図１１Ａ～図１１Ｄに示すように、第１の中間貫通孔９４４を、傾斜をつけて穿孔する（angle drilling）ことは、最小のオリフィスリッジ８２３と重ならないようにしながら、より大きい直径の孔の使用を可能にする。図示しないが、球状ポケット又は凹部を使用して、図３Ａ～図３Ｄに関して上記で論じた方法で、第１の中間貫通孔９４４の穿孔を支援することができることを認識すべきである。第１の中間貫通孔９４４は、流体が制御プレート本体９４０の一方の側面から反対の側面まで外径周縁を通過する必要なしに通過することができる流体通路を構成する。より具体的には、第１の中間貫通孔９４４は、内側バルブチャンバ部分８５９を上側バルブチャンバ部分８５７と流体的に接続する。１つ以上の隣接する第１の中間貫通孔９４４の間の材料のウェブ９４５は、ディスク形状の制御プレート本体９４０の下側の平坦な側面上で、中心取り付け孔９４２から、連続する途切れのない第１の表面領域９４１までの機械的接続を可能にし、第１の表面領域９４１は、第３の中間バルブチャンバ部分８５２全体を覆いながら、第２のより小さいオリフィスリッジ８２２との接触と、最小のオリフィスリッジ８２３との接触との間にまたがるのに十分な半径方向範囲を有する。
【0060】
１つ以上の第２の中間貫通孔９４６は、制御プレート本体９４０を貫通し、典型的には、第１の表面領域９４１及び第１の中間貫通孔９４４を更に囲む一定直径の第２の円の周りに一定間隔で配置される。第２の円の直径及び第２の中間貫通孔９４６の直径は、それらの貫通孔が第２の中間バルブチャンバ部分８５４のみを覆い、隣接する第１のより小さいオリフィスリッジ８２１とも、第２のより小さいオリフィスリッジ８２２とも重ならないように選択される。第２の中間貫通孔９４６は、流体が制御プレート本体９４０の一方の側面から反対の側面まで外径周縁を通過する必要なしに通過することができる流体通路を構成する。より具体的には、第２の中間貫通孔９４６は、第２の中間バルブチャンバ部分８５４を上側バルブチャンバ部分８５７と流体的に接続する。１つ以上の隣接する中間貫通孔９４６の間の材料のウェブ９４７は、ディスク形状の本体９４０の下側の平坦な側面上で、第１の表面領域９４１から、連続する途切れのない第２の表面領域９４３までの機械的接続を可能にし、第２の表面領域９４３は、第１の中間バルブチャンバ部分８５６全体を覆いながら、最大のオリフィスリッジ８２０との接触と、第１のより小さいオリフィスリッジ８２１との接触との間にまたがるのに十分な半径方向範囲を有する。
【0061】
流体の流れを制御する方法は、最小のオリフィスリッジ８２３に囲まれている内側バルブチャンバ部分８５９が、第１の流体導管８１０と流体連通する第１の流体導管開口８１２によって供給され、それにより、制御プレート９００の少なくとも一部分は、第１の流体部分が制御可能に流れることができる第１の制御間隙（図示せず）を生成するために、最小のオリフィスリッジ８２３に向かって又はそこから外方に移動することができることを考慮することによって更に理解することができる。制御可能な第１の流体部分は、第３の中間バルブチャンバ部分８５２に直接移行することができ、そこから、第１の流体部分は、第２の流体導管８１４と流体連通する１つ以上の第３の流体導管開口８１８を通じて出ることができる。第２の流体部分は、内側バルブチャンバ部分８５９から１つ以上の第１の中間貫通孔９４４を通って上方に、バルブチャンバの上側部分８５７内に移行することができ、そこから１つ以上の第２の中間貫通孔９４６を通って下方に、第２の中間バルブチャンバ部分８５４内に移行することができる。制御プレート９００の少なくとも一部分を第２のより小さいオリフィスリッジ８２２に向かって、又はそれから外方に移動させることは、第２の流体部分がまた、第２の中間バルブチャンバ部分８５４から第３の中間バルブチャンバ部分８５２内に制御可能に直接的に流れ、その後、第２の流体導管８１４と流体連通する１つ以上の第３の流体導管開口８１８を通って出ることができる、第２の制御間隙（図示せず）を生成することになる。本例のバルブ１０００では、アクチュエータ（図示せず）が、制御シャフト８８２に力を加えてダイヤフラム８７０を偏向させ、それにより、第１の制御間隙及び第２の制御間隙を変化させることによってバルブ１０００を通るコンダクタンスを変調することができる。
【0062】
上記で述べた第１の流体部分及び第２の流体部分の流れと同時に、制御プレート９００の少なくとも一部分を最大のオリフィスリッジ８２０に向けて又はそれから外方に移動させることは、同様に、第３の流体部分が制御可能に流れることができる第３の制御間隙（図示せず）を生成する。制御可能な第３の流体部分は、内側バルブチャンバ部分８５９から制御プレート９００の１つ以上の第１の中間貫通孔９４４を通じて上向きに移行し、上側バルブチャンバ部分８５７を通じて外側バルブチャンバ部分８５８内に掃引することができ、そこから第３の流体部分が、第３の制御間隙を通じて第１の中間バルブチャンバ部分８５６内に出ることができる。第１の中間バルブチャンバ部分８５６に達すると、制御可能な第３の流体部分は、第２の流体導管８１４と流体連通している１つ以上の第２の流体導管開口８１６を通じて出ることができる。第４の流体部分は、内側バルブチャンバ部分８５９から１つ以上の第１の中間貫通孔９４４を通って上方に、バルブチャンバの上側部分８５７内に移行することができ、そこから１つ以上の第２の中間貫通孔９４６を通って下方に、第２の中間バルブチャンバ部分８５４内に移行することができる。制御プレート９００の少なくとも一部分を第１のより小さいオリフィスリッジ８２１に向かって、又はそれから外方に移動させることは、第４の流体部分が、第１の中間バルブチャンバ部分８５６内に制御可能に直接的に流れることもでき、そこから、第４の流体部分が、第２の流体導管８１４と流体連通する１つ以上の第２の内側流体導管開口８１６を通って出ることができる、第４の制御間隙（図示せず）を生成することになる。したがって、本例のバルブ１０００では、制御シャフト８８２に力を加えことでダイヤフラム８７０を偏向させるアクチュエータ（図示せず）が、第３の制御間隙及び第４の制御間隙を変化させることによってバルブ１０００を通るコンダクタンスを更に変調する。バルブ１０００が閉鎖している間、流体は、制御プレート９００内の穴を通って、バルブチャンバの上側部分８５７、外側バルブチャンバ部分８５８、及び第２の中間バルブチャンバ部分８５４内に通過することができるが、それ以上進むことはできないことを認識すべきである。したがって、バルブ１０００が閉鎖しているとき、流体は第１の流体導管８１０から第２の流体導管８１４まで通過することができない。
【0063】
設計者は、最大のオリフィスリッジ８２０及び第１のより小さいオリフィスリッジ８２１が、厳密に同心状とする必要はなく、入れ子状にする必要があるだけであり、さらに、入れ子状にされた一対のオリフィスリッジ８２０、８２１は、下側バルブチャンバの形状及び寸法に関して非対称に配置することができることを認識することができる。貫流制御プレート９００は、もちろん、主に、ディスク形状の本体９４０の下側の平坦な側面上に、最大のオリフィスリッジ８２０との接触と、第１のより小さいオリフィスリッジ８２１との接触との間にまたがり、かつ第１の中間バルブチャンバ部分８５６全体を覆うのに十分な、連続した途切れのない第２の表面領域９４３を有する必要がある。同様に、第２のより小さいオリフィスリッジ８２２及び最小のオリフィスリッジ８２３は、厳密に同心状とする必要はなく、入れ子状にする必要があるだけであり、さらに、入れ子状にされた一対のオリフィスリッジ８２２、８２３は、下側バルブチャンバの形状及び寸法に関して非対称に配置することができる。貫流制御プレート９００は、もちろん、主に、ディスク形状の本体９４０の下側の平坦な側面上に、第２のより小さいオリフィスリッジ８２２との接触と、最小のオリフィスリッジ８２３との接触との間にまたがり、かつ第３の中間バルブチャンバ部分８５２全体を覆うのに十分な、連続した途切れのない第１の表面領域９４１を有する必要がある。設計者はまた、第１の流体導管８１０から第２の流体導管８１４まで進行する、流体の流れの説明されている方向が、便宜上及び明確にするために使用されるが、制限的ではないことも認識するであろう。流体は、第２の流体導管８１４から第１の流体導管８１０まで反対方向に流れることができ、制御可能な流体の流れによって完全なバルブチャンバが依然として有利に掃引されることになる。図１１Ａ～図１１Ｄに示すバルブアセンブリ設計は、内部デッドスペース対掃引容積部に関するあらゆる懸念も実質的に排除し、例示的なバルブ設計の動的応答も改善することもできる。貫流制御プレートは、遮断を達成するために閉鎖しなければならない領域を大幅に削減しながら、ともに、単一の大きいオリフィスの周囲の約３倍の全体制御間隙長を生成する、入れ子状のオリフィスリッジ８２０、８２１、８２２、８２３の使用を可能にする。この組み合わせは、低い閉鎖力で高コンダクタンスを提供する。
【0064】
中心の同心オリフィスリッジ１２２０、１２２１、１２２２、１２２３の２つの入れ子状のグループを有する別の高コンダクタンスバルブ本体１２９０の代表的な例が、図１２Ａ～図１２Ｄに示される。より完全な、例示的なバルブアセンブリ１４００は、金属ガスケット１４６５を、図１４Ａ～図１４Ｄに更に示す漏れのないアセンブリとして変形させることにより、バルブ本体１２９０に取り外し可能に接合されるバルブハウジング１４６０を含むトップワークを有することができる。トップワークは、特定の用途向けに選択されるアクチュエータ（図示せず）を含むことができる。例えば、手動又はソレノイドアクチュエータは、単純なオンオフの高コンダクタンスバルブに使用される場合があるが、圧電アクチュエータは、マスフローコントローラー電子システムに適合した比例制御の高コンダクタンスバルブに使用される場合がある。バルブ本体１２９０の上面内に形成された開放キャビティ１４５２、１４５４、１４５６、１４５８、１４５９は、バルブチャンバの下側部分と考えることができ、一方、バルブチャンバの上側部分１４５７は、その上のバルブハウジング１４６０の下面に形成される。図１２Ａ～図１２Ｄの考慮は、上記開放キャビティ１２５２、１２５４、１２５６、１２５８が、概ね円形の溝として現れ、その開放キャビティが、全て同じ深さとすることができる、又は、互いに比較すると深さが変動しかつ任意の特定の円形溝の範囲の程度とすることができることを、設計者に知らせることになる。バルブ本体１２９０からの円形上向き突出部として形成される最大のオリフィスリッジ１２２０が、外側バルブチャンバ部分１２５８を、最大のオリフィスリッジ１２２０によって囲まれる第１の中間バルブチャンバ部分１２５６から分離する。概ね同心の第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１も、最大のオリフィスリッジ１２８２０によって囲まれている、バルブ本体１２９０からの円形上向き突出部として形成され、閉囲されている第２の中間バルブチャンバ部分１２５４を、第１の中間バルブチャンバ部分１２５６から更に分離する。概ね同心の第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２も、第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１によって囲まれている、バルブ本体１２９０からの円形上向き突出部として形成され、閉囲されている第３の中間バルブチャンバ部分１２５２を、第２の中間バルブチャンバ部分１２５４から更に分離する。概ね同心の最小のオリフィスリッジ１２２３も、第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２によって囲まれている、バルブ本体１２９０からの円形上向き突出部として形成され、内側バルブチャンバ部分１２５９を、第３の中間バルブチャンバ部分１２５２から更に分離する。各オリフィスリッジ１２２０、１２２１、１２２２、１２２３の上面が、隣接する他のオリフィスリッジと同一平面上にあり、一方、個々の中間バルブチャンバキャビティ１２５２、１２５４、１２５６の深さが、変動する深さを有することができ、また更に、バルブ本体１２９０内の開口に向かう流れを促すように輪郭付けすることができることを認識すべきである。外側バルブチャンバ部分１２５８の周縁に隣接する金属ガスケット１４６５を収納するために、ガスケットシール領域１２６４をバルブ本体１２９０の上面内に形成することができる。
【0065】
例示的なバルブ１４００は、第１の流体導管１２１０（通常は入口）及び第２の流体導管１２１４（通常は出口）を更に備えることができ、これらの導管は両方とも流体をバルブチャンバ、バルブチャンバシールダイヤフラム１４７０、及び、バルブチャンバシールダイヤフラム１４７０の偏向によって可動な制御要素に連通させる。可動制御要素は、バルブチャンバシールダイヤフラム１４７０の固着される制御シャフト１４８２に固着される制御プレート（以下で更に説明する）から更に構成することができる。図１４Ｂ及び図１４Ｄの例証では、制御プレート１３００の中心インサートを、制御シャフト１４８２のスタブに取り付けることができ、それにより、上側バルブチャンバ部分１４５７内に懸架することができる。種々の制御プレート孔を通る流体通路が閉塞されない限り、圧入、スタブの頭部のスエージ加工、ねじ締結具、溶接、又は実施者の所望に応じた同様の設計選択等、任意の適切な取り付け方法を使用することができる。図１４Ｂ及び図１４Ｄに示すように貫通孔１３５２を使用して制御シャフト１４８２のスタブ１４８３に制御プレートが取り付けられるのではなく、図９Ａ～図９Ｄに示すものと同様の、止まり穴取り付けを代わりに使用することができることを認識すべきである。例示的なバルブ１４００の設計では、第１の流体導管開口１２１２は、内側バルブチャンバ部分１２５９と第１の流体導管１２１０との間の流体連通を可能にする。同様に、湾曲スロットとして形成される第２の流体導管開口１２１６は、第１の中間バルブチャンバ部分１２５６と第２の流体導管１２１４との間の流体連通を可能にする。同様に、第３の中間バルブチャンバ部分１２５２と第２の流体導管１２１４との間の流体連通を可能にする、湾曲スロットとして形成される第３の内側流体導管開口１２１８が設けられる。図１４Ａ～図１４Ｄの本例証では、バルブ１４００は、遮断無流状態で完全に閉鎖するため、制御プレート１３００は、４つのオリフィスリッジ、すなわち、最大のオリフィスリッジ１２２０、第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１、第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２、及び最小のオリフィスリッジ１２２３の全てに接触しているように示される。設計者は、第１の流体導管１２１０及び第２の流体導管１２１４が、図示されたチューブスタブではなく表面実装部品接合部分への流体通路を提供することができることを認識するであろう。Ｋ１Ｓ及びＷシールは、半導体資本設備設計において既知である表面実装部品接合部分の例であり、したがって本開示の図面には示されない。上記バルブを含む部品は、取り扱う流体に対して所望される化学的不活性に関して選択された材料から構築することができ、例えば、ステンレス鋼、Ｍｏｎｅｌ（商標）金属、チタン合金、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）合金、Ｅｌｇｉｌｏｙ（商標）、真鍮、又はＴｅｆｌｏｎ（商標）、Ｋｅｌ－Ｆ（商標）、Ｖｅｓｐｅｌ（商標）、Ｋｙｎａｒ（商標）等のポリマー、並びに金属及びポリマーの、別々の又は一緒の組み合わせを含むことができる。例えば、タイプ３１６Ｌステンレス鋼バルブ本体１２９０を、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）ニッケル合金制御プレート１３００及びＥｌｇｉｌｏｙ（商標）コバルト合金シールダイヤフラム１４７０とともに使用することができる。代替的に、バルブ本体、シールダイヤフラム、及び制御プレート本体は、全て同じステンレス鋼合金から作ることができる。
【0066】
図１３Ａ～図１３Ｅに示す貫流制御プレート１３００の例は、ともに圧入された２つのピース、すなわち、ディスクの対向する側面に１つ以上の特徴部を有する基本的に円形のディスクとして形成された制御プレート本体１３４０及び中心インサート１３５０から構成することができる。制御プレート本体１３４０の特徴部は、より小さい直径の制御プレート貫通孔１３４２で終端するカウンターボア１３４４として効果的に画定される中心インサート取り付け孔１３４８と、１つ以上の中間貫通孔１３４６とを含むことができる。軸対称中心インサート１３５０は中心貫通孔１３５２及び外側リム１３５８を含む。中心貫通孔１３５２と外側リム１３５８との間の領域は、中心貫通孔１３５２に概ね平行である１つ以上のインサート孔１３５４によって貫通される。インサート孔１３５４の間に中心インサートの材料のウェブ１３５５を残すことは、単純な圧入によってインサート取り付け孔１３４８内に中心インサート１３５０がロックされることを可能にするのに十分に、外径が頑健であることを保証する（図１３Ｃの分解図及び図１３Ｂの断面図を参照）。溶接又はろう付け（金属部品の場合）等の他のアセンブリ方法を企図することができ、インサート孔１３５４は、丸いのではなく湾曲したスロットである場合があるが、例証する設計は、機械加工するのが最も安価である可能性が高い。中心インサート１３５０は、必要に応じて、射出成形又はダイカストによって作ることができるが、そのような方法は、半導体資本設備において典型的に使用される高純度流体送達装置の密度及び清浄度要件を満たすことができない。インサート孔１３５４は、制御プレート貫通孔１３４２とともに、流体が制御プレート本体１３４０の一方の側面から対向する側面まで外径周縁を通過する必要なしに通過することができる流体通路を構成する。凹状インサート底部レリーフ（又は凹状底部レリーフ）１３５３は、インサート貫通孔１３５４から制御プレート貫通孔１３４２に向かう流れを誘導することができる。より詳細には、インサート孔１３５４は、内側バルブチャンバ部分１２５９を上側バルブチャンバ部分１４５７と流体的に接続する（図１４Ｂに関して以下で更に説明する）。
【0067】
中心インサート１３５０用の代替の設計（示さず）は、インサートシャフト及び半径方向外側に突出するインサートフランジを含む場合がある。インサートフランジは、インサートシャフトに概ね平行な１つ以上のインサート孔によって貫通されることになる。やはり、フランジ孔の間に材料のウェブを残すことは、単純な圧入によってインサート取り付け孔１３４８内に代替の中心インサートがロックされることを可能にするのに十分に、インサートフランジの外径が頑健になることを保証することになる。望ましくない頑健性の欠如が、そのようなインサートシャフトをバルブトップワークダイヤフラムに接続するときに観察されたため、この代替の設計は、本明細書で説明されかつ以下に続く制御プレートタイプのうちの任意のものに関して本開示で更に考慮されない。
【0068】
制御プレート貫通孔１３４２の直径は、ディスク形状の制御プレート本体１３４０の下側の平坦な側面上に連続する途切れのない第１の表面領域１３４１を生成するように選択され、それにより、第１の表面領域１３４１は、第３の中間バルブチャンバ部分１２５２全体を覆いながら、第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２との接触と、最小のオリフィスリッジ１２２３との接触との間にまたがるのに十分な半径方向範囲を有する。１つ以上の中間貫通孔１３４６は、制御プレート本体１３４０を貫通し、典型的には、第１の表面領域１３４１を更に囲む一定直径の円の周りに一定間隔で配置される。幾つかの実施形態において、中間貫通孔１３４６は制御プレート本体１３４０を通じて実質的に真っ直ぐに延在する。一定直径の円の直径及び中間貫通孔１３４６の直径は、それらの中間貫通孔が第２の中間バルブチャンバ部分１２５４のみを覆い、隣接する第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１とも、第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２とも重ならないように選択される。中間貫通孔１３４６は、流体が制御プレート本体１３４０の一方の側面から反対の側面まで外径周縁を通過する必要なしに通過することができる流体通路を構成する。より具体的には、中間貫通孔１３４６は、第２の中間バルブチャンバ部分１２５４を上側バルブチャンバ部分１４５７と流体的に接続する。１つ以上の隣接する中間貫通孔１３４６の間の材料のウェブ１３４７は、ディスク形状の本体１３４０の下側の平坦な側面上で、第１の表面領域１３４１から、連続する途切れのない第２の表面領域１３４３までの機械的接続を可能にし、第２の表面領域１３４３は、第１の中間バルブチャンバ部分１２５６全体を覆いながら、最大のオリフィスリッジ１２２０との接触と、第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１との接触との間にまたがるのに十分な半径方向範囲を有する。
【0069】
例示的なバルブ１４００が流体の流れを制御する方法は、最小のオリフィスリッジ１２２３に囲まれている内側バルブチャンバ部分１２５９が、第１の流体導管１２１０と流体連通する第１の流体導管開口１２１２によって供給され、それにより、制御プレート１３００の少なくとも一部分は、第１の流体部分が制御可能に流れることができる第１の制御間隙（図示せず）を生成するために、最小のオリフィスリッジ１２２３に向かって又はそこから外方に移動することができることを考慮することによって更に理解することができる。制御可能な第１の流体部分は、第３の中間バルブチャンバ部分１２５２に直接移行することができ、そこから、第１の流体部分は、第２の流体導管１２１４と流体連通する第３の内側流体導管開口１２１８を通じて出ることができる。第２の流体部分は、内側バルブチャンバ部分１２５９から制御プレート貫通孔１３４２及びインサート孔１３５４を介して上方に、バルブチャンバの上側部分１４５７内に移行することができ、そこから中間貫通孔１３４６を通って下方に、第２の中間バルブチャンバ部分１２５４内に移行することができる。制御プレート１３００の少なくとも一部分を第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２に向かって、又はそれから外方に移動させることは、第２の流体部分がまた、第２の中間バルブチャンバ部分１２５４から第３の中間バルブチャンバ部分１２５２内に制御可能に直接的に流れ、その後、第２の流体導管１２１４と流体連通する１つ以上の第３の内側流体導管開口１２１８を通って出ることができる、第２の制御間隙（図示せず）を生成することになる。本例のバルブ１４００では、アクチュエータ（図示せず）が、制御シャフト１２８２に力を加えてダイヤフラム１４７０を偏向させることで、固着された制御プレート１３００を移動させることにより、第１の制御間隙及び第２の制御間隙を変化させることによってバルブ１４００を通るコンダクタンスを変調することができる。
【0070】
上記で述べた第１の流体部分及び第２の流体部分の流れと同時に、制御プレート１３００の少なくとも一部分を最大のオリフィスリッジ１２２０に向けて又はそれから外方に移動させることは、同様に、第３の流体部分が制御可能に流れることができる第３の制御間隙（図示せず）を生成する。制御可能な第３の流体部分は、内側バルブチャンバ部分１２５９から制御プレート１３００の１つ以上の第１の中間貫通孔１３４４を通じて上向きに移行し、上側バルブチャンバ部分１４５７を通じて外側バルブチャンバ部分１２５８内に掃引することができ、そこから第３の流体部分が、第３の制御間隙を通じて第１の中間バルブチャンバ部分１２５６内に出ることができる。第１の中間バルブチャンバ部分１２５６に達すると、制御可能な第３の流体部分は、第２の流体導管１２１４と流体連通している第２の流体導管開口１２１６を通じて出ることができる。第４の流体部分は、内側バルブチャンバ部分１２５９から１つ以上のインサート孔１３４４を通って上方に、バルブチャンバの上側バルブチャンバ部分１４５７内に移行することができ、そこから１つ以上の第２の中間貫通孔１３４６を通って下方に、第２の中間バルブチャンバ部分１２５４内に移行することができる。制御プレート１３００の少なくとも一部分を第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１に向かって、又はそれから外方に移動させることは、第４の流体部分が、第１の中間バルブチャンバ部分１２５６内に制御可能に直接的に流れることもでき、そこから、第４の流体部分が、第２の流体導管１２１４と流体連通する第２の内側流体導管開口１２１６を通って出ることができる、第４の制御間隙（図示せず）を生成することになる。したがって、本例のバルブ１４００では、制御シャフト１４８２に力を加えることでダイヤフラム１２７０を偏向させるアクチュエータ（図示せず）が、第３の制御間隙及び第４の制御間隙を変化させることによってバルブ１４００を通るコンダクタンスを更に変調する。バルブ１４００が閉鎖している間、流体は、制御プレート１３００内の穴を通って、バルブチャンバの上側部分１４５７、外側バルブチャンバ部分１２５８、及び第２の中間バルブチャンバ部分１２５４内に通過することができるが、それ以上進むことはできないことを認識すべきである。したがって、バルブ１４００が閉鎖しているとき、流体は第１の流体導管１２１０から第２の流体導管１２１４まで通過することができない。
【0071】
設計者は、最大のオリフィスリッジ１２２０及び第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１が、厳密に同心状とする必要はなく、入れ子状にする必要があるだけであり、さらに、入れ子状にされた一対のオリフィスリッジ１２２０、１２２１は、下側バルブチャンバの形状及び寸法に関して非対称に配置することができることを認識することができる。貫流制御プレート１３００は、もちろん、主に、ディスク形状の本体１３４０の下側の平坦な側面上に、最大のオリフィスリッジ１２２０との接触と、第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１との接触との間にまたがり、かつ第１の中間バルブチャンバ部分１２５６全体を覆うのに十分な、連続した途切れのない第２の表面領域１３４３を有する必要がある。同様に、第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２及び最小のオリフィスリッジ１２２３は、厳密に同心状とする必要はなく、入れ子状にする必要があり、さらに、入れ子状にされた一対のオリフィスリッジ１２２２、１２２３は、下側バルブチャンバの形状及び寸法に関して非対称に配置することができる。貫流制御プレート１３００は、もちろん、主に、ディスク形状の本体１３４０の下側の平坦な側面上に、第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２との接触と、最小のオリフィスリッジ１２２３との接触との間にまたがり、かつ第３の中間バルブチャンバ部分１２５２全体を覆うのに十分な、連続した途切れのない第１の表面領域１３４１を有する必要がある。設計者はまた、第１の流体導管１２１０から第２の流体導管１２１４まで進行する、流体の流れの説明されている方向が、便宜上及び明確にするために使用されるが、制限的ではないことも認識するであろう。流体は、第２の流体導管１２１４から第１の流体導管１２１０まで反対方向に流れることができ、制御可能な流体の流れによって完全なバルブチャンバが依然として有利に掃引されることになる。図１４Ａ～図１４Ｄに示すバルブアセンブリ設計は、内部デッドスペース対掃引容積部に関するあらゆる懸念も実質的に排除し、例示的なバルブ設計の動的応答も改善することもできる。貫流制御プレートは、遮断を達成するために閉鎖しなければならない領域を大幅に削減しながら、ともに、単一の大きいオリフィスの周囲の約３倍の全体制御間隙長を生成する、入れ子状のオリフィスリッジ１２２０、１２２１、１２２２、１２２３の使用を可能にする。この組み合わせは、低い閉鎖力で高コンダクタンスを提供する。
【0072】
別の例示的な高コンダクタンスバルブ１６００が、図１６Ａ～図１６Ｄに示される。上記で述べたバルブ１４００と同様に、このバルブは、中心の同心オリフィスリッジの２つの入れ子状のグループと、金属ガスケット１４６５を変形することによってバルブ本体１２９０に取り外し可能に接合されたバルブハウジング１４６０、バルブチャンバシールダイヤフラム１４７０、及びバルブチャンバシールダイヤフラム１４７０の偏向によって可動な制御要素を含むバルブトップワークとを有する高コンダクタンスバルブ本体１２９０を使用する。可動制御要素は、ダイヤフラム１４７０に固着される制御シャフト１４８２に固着される別の制御プレート１５００（以下で更に説明する）から更に構成することができる。図１６Ｂ及び図１６Ｄの例証では、制御プレート１５００の中心インサート１５５０を、制御シャフト１４８２のスタブ１４８３に取り付け、それにより、上側バルブチャンバ部分１４５７内に懸架することができる。種々の制御プレート孔を通る流体通路が閉塞しない限り、圧入、スタブの頭部のスエージ加工、ねじ締結具、溶接、又は実施者の所望に応じた同様の設計選択等、任意の適切な取り付け方法を使用することができる。図１６Ａ及び図１６Ｄに示すように貫通孔１５５２を使用して制御シャフト１４８２のスタブ１４８３に制御プレートが取り付けられるのではなく、図９Ａ～図９Ｄに示すものと同様の、止まり穴取り付けを代わりに使用することができることを認識すべきである。例示的なバルブ１６００の設計では、第１の流体導管開口１２１２は、内側バルブチャンバ部分１２５９と第１の流体導管１２１０との間の流体連通を可能にする。同様に、湾曲スロットとして形成される第２の流体導管開口１２１６は、第１の中間バルブチャンバ部分１２５６と第２の流体導管１２１４との間の流体連通を可能にする。同様に、第３の中間バルブチャンバ部分１２５２と第２の流体導管１２１４との間の流体連通を可能にする、湾曲スロットとして形成される第３の内側流体導管開口１２１８が設けられる。図１６Ａ～図１６Ｄの本例証では、バルブ１６００は、遮断無流状態で完全に閉鎖するため、制御プレート１５００は、４つのオリフィスリッジ、すなわち、最大のオリフィスリッジ１２２０、第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１、第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２、及び最小のオリフィスリッジ１２２３の全てに接触しているように示される。設計者は、第１の流体導管１２１０及び第２の流体導管１２１４が、図示されたチューブスタブではなく表面実装部品接合部分への流体通路を提供することができることを認識するであろう。Ｋ１Ｓ及びＷシールは、半導体資本設備設計において既知である表面実装部品接合部分の例であり、したがって本開示の図面には示されない。上記バルブを含む部品は、取り扱う流体に対して所望される化学的不活性に関して選択された材料から構築することができ、例えば、ステンレス鋼、Ｍｏｎｅｌ（商標）金属、チタン合金、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）合金、Ｅｌｇｉｌｏｙ（商標）、真鍮、又はＴｅｆｌｏｎ（商標）、Ｋｅｌ－Ｆ（商標）、Ｖｅｓｐｅｌ（商標）、Ｋｙｎａｒ（商標）等のポリマー、並びに金属及びポリマーの、別々の又は一緒の組み合わせを含むことができる。例えば、タイプ３１６Ｌステンレス鋼バルブ本体１２９０を、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ（商標）ニッケル合金制御プレート１５００及びＥｌｇｉｌｏｙ（商標）コバルト合金シールダイヤフラム１４７０とともに使用することができる。代替的に、バルブ本体、シールダイヤフラム、及び制御プレート本体は、全て同じステンレス鋼合金から作ることができる。
【0073】
図１５Ａ～図１５Ｅに示す貫流制御プレート１５００の例は、プロセスの組み合わせによってアセンブルされた３つの要素、すなわち、基本的に円形のディスクとして形成された制御プレート本体１５４０、ポリマーインサート（シートインサート）１５３０（ともにディスクの対向する側面に１つ以上の特徴部を有する）、及び中心インサート１５５０から構成することができる。制御プレート本体１５４０の特徴部は、より小さい直径の制御プレート貫通孔１５４２で終端するカウンターボア１５４４として効果的に画定される中心インサート取り付け孔１５４８と、１つ以上の中間貫通キャビティ１５４９とを含むことができる。軸対称中心インサート１５５０は中心貫通孔１５５２及び外側リム１５５８を含む。中心貫通孔１５５２と外側リム１５５８との間の領域は、中心貫通孔１５５２に概ね平行である１つ以上のインサート孔１５５４によって貫通される。インサート孔１５５４の間に材料のウェブ１５５５を残すことは、単純な圧入によってインサート取り付け孔１５４８内に中心インサート１５５０がロックされることを可能にするのに十分に、外側リム１５５８の外径が頑健であることを保証する（図１５Ｃの分解図及び図１５Ｂの断面図を参照）。溶接又はろう付け（金属部品の場合）等の他のアセンブリ方法を企図することができ、インサート孔１５５４は、丸いのではなく湾曲したスロットである場合があるが、例証する設計は、機械加工するのが最も安価である可能性が高い。中心インサート１５５０は、必要に応じて、射出成形又はダイカストによって作ることができるが、そのような方法は、半導体資本設備において典型的に使用される高純度流体送達装置の密度及び清浄度要件を満たすことができない。インサート孔１５５４は、制御プレート貫通孔１５４２とともに、流体が制御プレート本体１５４０の一方の側面から対向する側面まで外径周縁を通過する必要なしに通過することができる流体通路を構成する。凹状インサート底部レリーフ（又は凹状底部レリーフ）１５５３は、インサート貫通孔１５５４から制御プレート貫通孔１５４２に向かう流れを誘導することができる。より詳細には、インサート孔１５５４は、内側バルブチャンバ部分１２５９を上側バルブチャンバ部分１４５７と流体的に接続する（図１６Ｂに関して以下で更に説明する）。上記で述べたように、中心インサート１５５０用の代替の設計（示さず）は、インサートシャフト及び半径方向外側に突出するインサートフランジを含む場合がある。インサートフランジは、インサートシャフトに概ね平行な１つ以上のインサート孔によって貫通されることになる。望ましくない頑健性の欠如が、そのようなインサートシャフトをバルブトップワークダイヤフラムに接続するときに観察されており、したがって、本明細書で更に論じられない。
【0074】
図１５Ｂ、図１５Ｃ、及び図１５Ｅに示す代表的なポリマーインサート１５３０は、制御プレート本体１５４０内の開口部になるように圧縮成形される結果として形成される特定の特徴部を有することができる。例えば、インサートは、成形プロセスによって、制御プレート本体内の複数の開口部のうちの１つの開口部にそれぞれ収納される複数のピラーを含むことができる。典型的な圧縮成形プロセスは、ポリクロロトリフルオロエテン（ＰＣＴＦＥ）粉末が制御プレート本体１５４０の開口部１５４５、１５４９を満たすことで始まり、その後、知られている方法によって制御プレート本体１５４０内に直接加えられる熱及び圧力の作用の下で、粉末を重合させる。例示的なポリマーインサート１５３０は、（図１６Ｂに関して以下で更に説明するように、オリフィスリッジの方に向く）制御プレート本体１５４０内に形成される広く浅い円形溝１５４５を満たす連接した比較的薄いポリマーディスク１５３２によっても相互接続されながら、複数の中間貫通キャビティ１５４９内に形成されかつそれに嵌合する複数のポリマーピラー１５３１を有する。中間貫通孔１５４６は、ポリマーピラー１５３１を貫通し、流体が制御プレート本体１５４０の一方の側面から反対の側面まで外径周縁を通過する必要なしに通過することができる流体通路を構成する。広く浅い円形溝１５４５を満たす薄いポリマーディスク１５３２の内径（制御プレート貫通孔１５４２の直径よりもわずかに大きい）は、ディスク形状の制御プレート本体１５４０の下側の平坦な側面上に、連続する途切れのない第１の表面領域１５４１を生成するように選択され、それにより、第１の表面領域１５４１は、第３の中間バルブチャンバ部分１２５２全体を覆いながら、第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２との接触と、最小のオリフィスリッジ１２２３との接触との間にまたがるのに十分な半径方向範囲を有する。１つ以上の中間貫通キャビティ１５４９は、制御プレート本体１５４０内に形成される１つ以上の中間貫通キャビティ１５４９を満たす１つ以上のポリマーピラー１５３１を貫通し、典型的には、第１の表面領域１５４１を更に囲む一定直径の円の周りに一定間隔で配置される。幾つかの実施形態において、中間貫通孔１５４６は１つ以上のポリマーピラー１５３１及び薄いポリマーディスク１５３２を通じて実質的に真っ直ぐに延在する。一定直径の円の直径及び中間貫通孔１５４６の直径は、それらの貫通孔が第２の中間バルブチャンバ部分１２５４のみを覆い、隣接する第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１とも、第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２とも重ならないように選択される。より詳細には、第２の中間貫通孔１５４６は、中間バルブチャンバ部分１５５４を上側バルブチャンバ部分１４５７と流体的に接続する。１つ以上の隣接する中間貫通キャビティ１５４９の間の材料のウェブ１５４７は、ディスク形状の本体１５４０の下側の平坦な側面上で、第１の表面領域１５４１から、連続する途切れのない第２の表面領域１５４３にまたがるポリマーディスク１５３２用の更なる機械的支持体を提供し、第２の表面領域１５４３は、第１の中間バルブチャンバ部分１２５６全体を覆いながら、最大のオリフィスリッジ１２２０との接触と、第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１との接触との間にまたがるのに十分な半径方向範囲を有する。
【0075】
例示的なバルブ１６００が流体の流れを制御する方法は、最小のオリフィスリッジ１２２３に囲まれている内側バルブチャンバ部分１２５９が、第１の流体導管１２１０と流体連通する第１の流体導管開口１２１２によって供給され、それにより、制御プレート１５００の少なくとも一部分は、第１の流体部分が制御可能に流れることができる第１の制御間隙（図示せず）を生成するために、最小のオリフィスリッジ１２２３に向かって又はそこから外方に移動することができることを考慮することによって更に理解することができる。制御可能な第１の流体部分は、第３の中間バルブチャンバ部分１２５２に直接移行することができ、そこから、第１の流体部分は、第２の流体導管１２１４と流体連通する第３の内側流体導管開口１２１８を通じて出ることができる。第２の流体部分は、内側バルブチャンバ部分１２５９から制御プレート貫通孔１５４２及びインサート孔１５５４を介して上方に、バルブチャンバの上側部分１４５７内に移行し、そこから、中間貫通孔１５４６を通って下方に、第２の中間バルブチャンバ部分１２５４内に移行することができる。制御プレート１５００の少なくとも一部分を第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２に向かって、又はそれから外方に移動させることは、第２の流体部分がまた、第２の中間バルブチャンバ部分１２５４から第３の中間バルブチャンバ部分１２５２内に制御可能に直接的に流れ、その後、第２の流体導管１２１４と流体連通する第３の内側流体導管開口１２１８を通って出ることができる、第２の制御間隙（図示せず）を生成することになる。本例のバルブ１６００では、アクチュエータ（図示せず）が、制御シャフト１４８２に力を加えてダイヤフラム１４７０を偏向させることで、固着された制御プレート１５００を移動させることにより、第１の制御間隙及び第２の制御間隙を変化させることによってバルブ１６００を通るコンダクタンスを変調することができる。
【0076】
上記で述べた第１の流体部分及び第２の流体部分の流れと同時に、制御プレート１５００の少なくとも一部分を最大のオリフィスリッジ１２２０に向けて又はそれから外方に移動させることは、同様に、第３の流体部分が制御可能に流れることができる第３の制御間隙（図示せず）を生成する。制御可能な第３の流体部分は、内側バルブチャンバ部分１２５９から制御プレート１５００の１つ以上のインサート孔１５５４を通じて上向きに移行し、上側バルブチャンバ部分１４５７を通じて外側バルブチャンバ部分１２５８内に掃引することができ、そこから第３の流体部分が、第３の制御間隙を通じて第１の中間バルブチャンバ部分１２５６内に出ることができる。第１の中間バルブチャンバ部分１２５６に達すると、制御可能な第３の流体部分は、第２の流体導管１２１４と流体連通している１つ以上の第２の流体導管開口１２１６を通じて出ることができる。第４の流体部分は、内側バルブチャンバ部分１２５９から１つ以上のインサート孔１５５４を通って上方に、上側バルブチャンバ部分１４５７内に移行することができ、そこから１つ以上の第２の中間貫通孔１５４６を通って下方に、第２の中間バルブチャンバ部分１２５４内に移行することができる。制御プレート１５００の少なくとも一部分を第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１に向かって、又はそれから外方に移動させることは、第４の流体部分が、第１の中間バルブチャンバ部分１２５６内に制御可能に直接的に流れることもでき、そこから、第４の流体部分が、第２の流体導管１２１４と流体連通する第２の内側流体導管開口１２１６を通って出ることができる、第４の制御間隙（図示せず）を生成することになる。したがって、本例のバルブ１６００では、制御シャフト１４８２に力を加えることでダイヤフラム１４７０を偏向させるアクチュエータ（図示せず）が、第３の制御間隙及び第４の制御間隙を変化させることによってバルブ１６００を通るコンダクタンスを更に変調する。バルブ１６００が閉鎖している間、流体は、制御プレート１５００内の穴を通って、バルブチャンバの上側部分１４５７、外側バルブチャンバ部分１２５８、及び第２の中間バルブチャンバ部分１２５４内に通過することができるが、それ以上進むことはできないことを認識すべきである。したがって、バルブ１６００が閉鎖しているとき、流体は第１の流体導管１２１０から第２の流体導管１２１４まで通過することができない。
【0077】
設計者は、最大のオリフィスリッジ１２２０及び第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１が、厳密に同心状とする必要はなく、入れ子状にする必要があるだけであり、さらに、入れ子状にされた一対のオリフィスリッジ１２２０、１２２１は、下側バルブチャンバの形状及び寸法に関して非対称に配置することができることを認識することができる。貫流制御プレート１５００は、もちろん、主に、ディスク形状の本体１５４０の下側の平坦な側面上に、最大のオリフィスリッジ１２２０との接触と、第１のより小さいオリフィスリッジ１２２１との接触との間にまたがり、かつ第１の中間バルブチャンバ部分１２５６全体を覆うのに十分な、連続した途切れのない第２の表面領域１５４３を有する必要がある。同様に、第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２及び最小のオリフィスリッジ１２２３は、厳密に同心状とする必要はなく、入れ子状にする必要があるだけであり、さらに、入れ子状にされた一対のオリフィスリッジ１２２２、１２２３は、下側バルブチャンバの形状及び寸法に関して非対称に配置することができる。貫流制御プレート１５００は、もちろん、主に、ディスク形状の本体１５４０の下側の平坦な側面上に、第２のより小さいオリフィスリッジ１２２２との接触と、最小のオリフィスリッジ１２２３との接触との間にまたがり、かつ第３の中間バルブチャンバ部分１２５２全体を覆うのに十分な、連続した途切れのない第１の表面領域１５４１を有する必要がある。設計者はまた、第１の流体導管１２１０から第２の流体導管１２１４まで進行する、流体の流れの説明されている方向が、便宜上及び明確にするために使用されるが、制限的ではないことも認識するであろう。流体は、第２の流体導管１２１４から第１の流体導管１２１０まで反対方向に流れることができ、制御可能な流体の流れによって完全なバルブチャンバが依然として有利に掃引されることになる。図１６Ａ～図１６Ｄに示すバルブアセンブリ設計は、内部デッドスペース対掃引容積部に関するあらゆる懸念も実質的に排除し、例示的なバルブ設計の動的応答も改善することもできる。貫流制御プレートは、遮断を達成するために閉鎖しなければならない領域を大幅に削減しながら、ともに、単一の大きいオリフィスの周囲の約３倍の全体制御間隙長を生成する、入れ子状のオリフィスリッジ１２２０、１２２１、１２２２、１２２３の使用を可能にする。この組み合わせは、低い閉鎖力で高コンダクタンスを提供し、比較的軟質のポリマーインサート１５３０の包含は、バルブ１６００の密閉性（shut-off tightness）を更に改善することになる。
【0078】
このように、本発明の少なくとも１つの実施形態の幾つかの態様を説明してきたが、当業者には種々の改変、変更及び改善が容易に思い浮かぶことは理解されたい。そのような改変、変更及び改善は、本開示の一部であることを意図しており、本発明の範囲内にあることを意図している。したがって、これまでの説明及び図面は一例にすぎない。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図13E】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図14D】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図15E】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図16D】
【国際調査報告】