特表 2022-523569 ダイヤフラム弁及びその動作方法

(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】2022-04-25

(54)【発明の名称】ダイヤフラム弁及びその動作方法

(51)【国際特許分類】

   F16K 7/12 20060101AFI20220418BHJP

   F16K 7/17 20060101ALI20220418BHJP

【ＦＩ】

F16K7/12 Z

F16K7/12 A

F16K7/17 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021552810

(86)(22)【出願日】2020-02-27

(85)【翻訳文提出日】2021-11-01

(86)【国際出願番号】 US2020020210

(87)【国際公開番号】W WO2020185415

(87)【国際公開日】2020-09-17

(31)【優先権主張番号】16/297,542

(32)【優先日】2019-03-08

(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】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ル， ケネス

(72)【発明者】

【氏名】モハメッド， バララベ

(72)【発明者】

【氏名】ゾカエイ， ソーラブ

(72)【発明者】

【氏名】シュイ， ミン

(57)【要約】

ダイヤフラム弁が、入口ポート、出口ポート、及び入口ポート又は出口ポートのうちの一方に近接した弁座を含む。ダイヤフラムが、弁座に対して配置され、入口ポートと出口ポートとの間の流体経路を可能にするためにダイヤフラムが弁座から間隔を空けられる開状態を有する。ダイヤフラムは、流体経路を遮断するためにダイヤフラムが弁座上に着座する閉状態を有する。結合部材が、ダイヤフラムと往復運動可能部材との間に結合され、往復運動可能部材が開位置にある間、ダイヤフラムを開状態に維持するように構成される。結合部材は、往復運動可能部材が閉位置にあるときに、往復運動可能部材に対するクリアランスギャップを有し得る。他のダイヤフラム弁及びダイヤフラム弁を動作させる方法も開示される。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入口ポート、
出口ポート、
前記入口ポート又は前記出口ポートのうちの一方に近接した弁座、
前記弁座に対して配置されたダイヤフラムであって、前記入口ポートと前記出口ポートとの間の流体経路を可能にするために前記ダイヤフラムが前記弁座から間隔を空けられる開状態と、前記流体経路を遮断するために前記ダイヤフラムが前記弁座上に着座する閉状態とを有するダイヤフラム、
前記ダイヤフラムに結合され、開位置と閉位置との間で移行するように構成された往復運動可能部材であって、前記開位置は前記ダイヤフラムを前記開状態に移動させ、前記閉位置は前記ダイヤフラムを前記閉状態に移動させる、往復運動可能部材、及び
前記ダイヤフラムと前記往復運動可能部材との間に結合された結合部材を備える、ダイヤフラム弁。

【請求項2】

前記結合部材は、前記往復運動可能部材が前記開位置にあるときに、前記ダイヤフラムを前記開状態に引っ張り、前記ダイヤフラムを前記弁座から所定の最小距離に維持するように構成される、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項3】

前記結合部材は、第１の端部と前記第１の端部の反対側の第２の端部とを有し、前記第１の端部は前記ダイヤフラムに結合され、前記第２の端部は、ループ部材と前記ループ部材を通って延在するピンとを含む、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項4】

前記第２の端部は、前記往復運動可能部材に対する前記結合部材のクリアランスギャップを提供する、請求項３に記載のダイヤフラム弁。

【請求項5】

前記ダイヤフラム及び前記結合部材は、同じ材料から形成される、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項6】

前記ダイヤフラムは、Co-Cr-Ni合金で構成される、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項7】

前記往復運動可能部材が前記開位置にある間、前記結合部材は前記ダイヤフラムを前記開状態に維持するように構成され、前記往復運動可能部材が前記閉位置にあるときに、前記結合部材は前記往復運動可能部材に対するクリアランスギャップを有する、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項8】

前記ダイヤフラムと前記往復運動可能部材との間に配置されたインサートを更に備え、前記インサートは、前記往復運動可能部材が前記閉位置にあるときに、前記ダイヤフラムを前記弁座に対して押し付けるように構成される、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項9】

前記往復運動可能部材を前記閉位置に付勢するように構成されたバネを更に備える、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項10】

前記往復運動可能部材を通ってチャンバまで延在する流体チャネルを更に備え、前記チャンバ内の正の流体圧力が、前記往復運動可能部材を前記開位置に押圧する、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項11】

前記結合部材は、１．０ミリトルと５００トルとの間の範囲内の減圧条件下で、前記ダイヤフラムと前記弁座との間の最小距離を維持する、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項12】

前記結合部材は、２０℃と５００℃との間の温度条件下で、前記ダイヤフラムと前記弁座との間の最短距離を維持する、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項13】

入口ポート、
出口ポート、
前記入口ポート又は前記出口ポートのうちの一方に近接した弁座、
前記弁座に対して配置されたダイヤフラムであって、前記入口ポートと前記出口ポートとの間の流体経路を可能にするために前記ダイヤフラムが前記弁座から間隔を空けられる開状態と、前記流体経路を遮断するために前記ダイヤフラムが前記弁座上に着座する閉状態とを有するダイヤフラム、
前記ダイヤフラムに結合され、開位置と閉位置との間で移行するように構成された往復運動可能部材であって、前記開位置は前記ダイヤフラムを前記開状態に移動させ、前記閉位置は前記ダイヤフラムを前記閉状態に移動させる、往復運動可能部材、
前記ダイヤフラムと前記往復運動可能部材との間に結合された結合部材、及び
前記往復運動可能部材と前記ダイヤフラムとの間に位置付けられたインサートであって、前記結合部材が通過するチャネルを有するインサートを備える、ダイヤフラム弁。

【請求項14】

ダイヤフラム弁を動作させる方法であって、
往復運動可能部材を開位置に移動させること、
前記往復運動可能部材を前記開位置に移動させたことに応じて、ダイヤフラムを開状態に引っ張ることであって、前記往復運動可能部材と前記ダイヤフラムとの間に結合された結合部材で前記ダイヤフラムを引っ張ることによって実行される、ダイヤフラムを開状態に引っ張ること、及び
前記往復運動可能部材を閉位置に移動させることであって、前記往復運動可能部材を前記閉位置に移動させたことに応じて、前記ダイヤフラムが閉状態に移動する、前記往復運動可能部材を閉位置に移動させることを含む、方法。

【請求項15】

前記往復運動可能部材が前記閉位置に移動したことに応じて、インサートによって前記ダイヤフラムを前記閉状態に押圧することを更に含む、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001] 本開示の実施形態は、弁及び弁を動作させる方法に関し、特に、ダイヤフラム弁（diaphragm valve）に関する。

【背景技術】

【0002】

[0002] 弁は、様々な用途において流体の流れを制御するために使用される。幾つかの弁は、入口ポート及び出口ポートを含む。可撓性のダイヤフラムが、入口ポートと出口ポートとの間に位置付けられ、弁座に隣接して配置される。動作では、ダイヤフラムが、弁座に対して閉状態に撓み、入口ポートと出口ポートとの間の流体の流れを防止する。ダイヤフラムは、弁座から離れた開状態に撓み、ポート間の流体の流れを可能にする。

【0003】

[0003] 減圧下で動作する幾つかの弁の中には、望ましくない流量特性を含むものがある。したがって、減圧環境における流体の流れ制御を提供するための改良された弁及び方法が求められている。

【発明の概要】

【0004】

[0004] 一実施形態では、ダイヤフラム弁が提供される。ダイヤフラム弁は、入口ポート、出口ポート、入口ポート又は出口ポートのうちの一方に近接した弁座、弁座に対して配置されたダイヤフラムであって、入口ポートと出口ポートとの間の流体経路を可能にするためにダイヤフラムが弁座から間隔を空けられる開状態と、流体経路を遮断するためにダイヤフラムが弁座上に着座する閉状態とを有するダイヤフラム、ダイヤフラムに結合され、開位置と閉位置との間で移行するように構成された往復運動可能部材であって、開位置はダイヤフラムを開状態に移動させ、閉位置はダイヤフラムを閉状態に移動させる、往復運動可能部材、及び、ダイヤフラムと往復運動可能部材との間に結合された結合部材を含む。

【0005】

[0005] 別の一実施形態では、ダイヤフラム弁が提供される。ダイヤフラム弁は、入口ポート、出口ポート、入口ポート又は出口ポートのうちの一方に近接した弁座、弁座に対して配置されたダイヤフラムであって、入口ポートと出口ポートとの間の流体経路を可能にするためにダイヤフラムが弁座から間隔を空けられる開状態と、流体経路を遮断するためにダイヤフラムが弁座上に着座する閉状態とを有するダイヤフラム、ダイヤフラムに結合され、開位置と閉位置との間で移行するように構成された往復運動可能部材であって、開位置はダイヤフラムを開状態に移動させ、閉位置はダイヤフラムを閉状態に移動させる、往復運動可能部材、ダイヤフラムと往復運動可能部材との間に結合された結合部材、及び、往復運動可能部材とダイヤフラムとの間に位置付けられたインサートであって、結合部材が通過するチャネルを有するインサートを含む。

【0006】

[0006] 別の一態様では、ダイヤフラム弁を動作させる方法が提供される。該方法は、往復運動可能部材を開位置に移動させること、往復運動可能部材を開位置に移動させたことに応じて、ダイヤフラムを開状態に引っ張ることであって、往復運動可能部材とダイヤフラムとの間に結合された結合部材でダイヤフラムを引っ張ることによって実行される、ダイヤフラムを開状態に引っ張ること、及び、往復運動可能部材を閉位置に移動させることであって、往復運動可能部材を閉位置に移動させたことに応じて、ダイヤフラムが閉状態に移動する、往復運動可能部材を閉位置に移動させることを含む。

【0007】

[0007] 本開示のこれら及び他の実施形態による、多数の他の態様及び特徴が提供される。本開示の実施形態の他の特徴及び態様は、以下の明細書の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付の図面により完全に明らかになる。

【0008】

[0008] 以下に記載される図面は、単に例示の目的のためであり、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。これらの図面は、本開示の範囲を限定することを意図するものでは全くない。可能な限り、同一又は類似の部分について言及するために、同一の参照番号が図面全体を通じて使用されることになる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】[0009] 本開示の実施形態による、開状態にある、超高純度（UHP）ダイヤフラム弁などのダイヤフラム弁の断面側面図を示す。

【図1B】[0010] 本開示の実施形態による、閉状態にある、UHPダイヤフラム弁などのダイヤフラム弁の断面側面図を示す。

【図2A】[0011] 本開示の実施形態による、UHPダイヤフラム弁などのダイヤフラム弁の往復運動可能部材に結合された結合部材の側面図を示す。

【図2B】[0012] 本開示の実施形態による、UHPダイヤフラム弁などのダイヤフラム弁のダイヤフラムの表面に結合された結合部材の側面図を示す。

【図3A】[0013] 本開示の実施形態による、開状態にある、UHPダイヤフラム弁などのダイヤフラム弁のダイヤフラムの断面側面図を示す。

【図3B】[0014] 本開示の実施形態による、閉状態にある、UHPダイヤフラム弁などのダイヤフラム弁のダイヤフラムの断面側面図を示す。

【図4】[0015] 本開示の実施形態による、UHPダイヤフラム弁などのダイヤフラム弁を動作させる方法を描くフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

[0016] 次に、添付の図面に示した例示的な実施形態を詳細に参照する。別途特段に明記されない限り、本明細書に記載の様々な実施形態の特徴は互いに組み合わされ得る。

【0011】

[0017] 高温及び高減圧下で動作する弁の中には、ポート間の流れコンダクタンス（flow conductance）の低減を実証したものがある。このような流れコンダクタンスの低減は、弁座とダイヤフラムとの間の移動によって引き起こされ得る。減圧条件下では、ポート内の流体によってダイヤフラムに加えられる減圧圧力が、周囲圧力を下回ることがあり、したがって、ダイヤフラムを弁座に向けて引っ張り得る。ダイヤフラムが開状態にあるとき、弁座とダイヤフラムとの間の距離は、減圧圧力によって低減され、したがって、弁を通る流れコンダクタンスは低減され得る。

【0012】

[0018] 以下の開示は、超高純度（UHP）ダイヤフラム弁を説明するが、本明細書で開示される概念及び特徴は、他の種類のダイヤフラム弁などの他の弁の種類にも適用され得る。UHPダイヤフラム弁及び他の弁は、低温若しくは高温条件、高減圧条件、又は高温及び高減圧の両方の条件の下で動作する場合がある。ダイヤフラム弁は、入口ポート及び出口ポートを含み得る。入口ポートと出口ポートとのうちの一方又は両方は、ダイヤフラム弁の周囲条件に対して減圧で動作するラインに結合され得る。

【0013】

[0019] ダイヤフラム弁は、チャンバ内に位置付けられたダイヤフラムを含み得る。入口ポートと出口ポートとの両方は、チャンバに流体結合され得る。弁座は、ダイヤフラムの近傍に位置付けられてよく、入口ポート又は出口ポートのうちの一方を包含してもよい。ダイヤフラムは、弁座を密封し、弁座によって包囲されるポートを閉じることができ、これは、入口ポートと出口ポートとの間の流体の流れを遮断する。ダイヤフラムのこの密封された位置では、ダイヤフラム及びダイヤフラム弁が、「閉状態」にあると称される。もう一つの位置では、ダイヤフラムが、入口ポートと出口ポートとの間の流体の流れを可能にするために、弁座から距離を置いて配置され得る。ダイヤフラムのこの位置では、ダイヤフラム及びダイヤフラム弁が、「開状態」にあると称される。

【0014】

[0020] 弁が高減圧下で動作するとき、入口ポートと出口ポートとのうちの一方又は両方は、大気に対して負圧又は減圧である減圧源（vacuum source）に結合される。この圧力差は、ダイヤフラムを弁座に向けて引っ張る力をダイヤフラムに加える。この力は、ダイヤフラムが開状態にあるときにダイヤフラムを変形させることがあり、したがって、入口ポートと出口ポートとの間の流体の流れを妨げることがある。妨げられた流れは、本明細書で、弁のコンダクタンス（Cv）の低減と称される。幾つか状況では、開状態にあるダイヤフラムに加えられる力が十分に高い。その力は、弁座を密封し、入口ポートと出口ポートとの間の流体の流れを遮断するように、ダイヤフラムを変形又は移動させることができるほどである。

【0015】

[0021] 本明細書で開示されるUHPダイヤフラム弁のような改良されたダイヤフラム弁は、少なくとも開状態にあるときに、減圧条件下でダイヤフラムが移動したり変形したりするのを防止することができ、したがって、弁の全体的なコンダクタンスを改善し、従来技術の弁の低コンダクタンス問題を解決する。本開示の実施形態による改良されたダイヤフラム弁の様々な実施形態の更なる詳細が、本明細書で図１Ａから図４を参照しながら説明される。

【0016】

[0022] 図１Ａは、開示される実施形態による、開状態にあるように示されているUHPダイヤフラム弁などのダイヤフラム弁１００の一実施形態の断面側面図を示している。図１Ｂは、開示される実施形態による、閉状態にあるように示されているダイヤフラム弁１００の一実施形態の断面側面図を示している。ダイヤフラム弁１００は、入口ポート１０４及び出口ポート１０６が結合され得る本体１０２を含む。幾つかの実施形態では、入口ポート１０４と出口ポート１０６とが、相互交換可能である。入口ライン１０４Ａは、入口ポート１０４に結合されてよく、出口ライン１０６Ａは、出口ポート１０６に結合されてよい。それらは、それぞれ、任意の適切な導管であってよい。ダイヤフラム弁１００が開状態にあるとき、流体経路１０８が形成されてよく、入口ポート１０４と出口ポート１０６との間に位置付けられてよい。例えば、流体経路１０８は、少なくとも部分的にチャンバ１１０内に形成されてよい。チャンバ１１０は、上側壁１１２及び下側壁１１４によって少なくとも部分的に画定され得る。

【0017】

[0023] 弁座１１６は、下側壁１１４に近接して位置付けられてよく、入口ポート１０４を包含してよい。幾つかの実施形態では、弁座１１６が、少なくともある範囲まで下側壁１１４を通って延在し得る。幾つかの実施形態では、弁座１１６の少なくとも一部分が、下側壁１１４からチャンバ１１０の中に延在し得る。弁座１１６は、入口ポート１０４又は出口ポート１０６のうちの少なくとも一方の一部分（例えば、開口部の周り）と一体的に形成され得るか又はその一部分であってよい。弁座１１６は、金属又はプラスチック（例えば、ステンレス鋼、ニッケルベースの鋼合金、ニッケル、モリブデン、及びクロム含有合金、ニッケル、ペルフルオロアルコキシ（PFA）、ポリクロロトリフルオロエチレン（PCTFE）、ポリイミド（PI）、又は他のポリテトラフルオロエチレン（PTFE）関連材料など）のような任意の適切な材料から作製されてよい。弁座１１６は、他の材料から作製されてもよく、他の構成を有してもよい。

【0018】

[0024] ダイヤフラム１１８は、チャンバ１１０内に位置付けられてよく、本明細書で説明されるように、開状態と閉状態との間で移動可能であってよい。ダイヤフラム１１８は、開状態にあるように図１Ａで示され、閉状態にあるように図１Ｂで示されている。ダイヤフラム１１８が開状態（図1A）にあるとき、ダイヤフラム１１８は、入口ポート１０４と出口ポート１０６との間の流体経路１０８を少なくとも部分的に画定し得る。したがって、ダイヤフラム１１８は、入口ポート１０４と出口ポート１０６との間を流れる流体のコンダクタンスを制御し得る。

【0019】

[0025] ダイヤフラム１１８は、ダイヤフラム１１８が、チャンバ１１０内で開状態と閉状態との間で移動し又は撓むことを可能にする可撓性且つ流体密材料で構成され得る。幾つかの実施形態では、ダイヤフラム１１８が、腐食抵抗性を有し、高温下で動作している間に、高強度、延性、及び優れた疲労寿命を示す合金などの金属で構成され得る。例えば、金属は、３９～４１％のコバルト、１９～２１％のクロム、１４～１６％のニッケル、１１．３～２０．５％の鉄、６～８％のモリブデン、及び１．５～２．５％のマンガンを含み得る、Co-Cr-Ni合金を含んでよい。他の適切な合金が使用されてもよい。幾つかの実施形態では、ダイヤフラム弁１００が、２０℃～５００℃の温度範囲内で動作してもよいが、他の動作様態も可能である。幾つかの実施形態では、ダイヤフラム１１８が、金属（例えば、合金）の単一の層で構成され得る。更に、ダイヤフラム１１８を含む金属の単一の層は、別の材料で補強されてもよい。更に、ダイヤフラム１１８は、金属ベローズなどの、複数の層、リーフ、又は重なり合う領域で構成され得る。ダイヤフラム１１８は、２つ以上の合金金属から作製され得る。ダイヤフラム１１８は、他の材料及び他の材料の構成から作製されてもよい。

【0020】

[0026] ダイヤフラム１１８は、外周部１１８Ａ、第１の表面１１８Ｂ、及び第２の表面１１８Ｃを含み得る。外周部１１８Ａは、下側壁１１４に密封され得る。例えば、外周部１１８Ａは、溶接や接着などによって下側壁１１４に固着され得る。幾つかの実施形態では、スリーブ１１９などの剛性部材が、外周部を下側壁１１４に機械的に締め付けて密封し得る。幾つかの実施形態では、ダイヤフラム１１８が、下側壁１１４とスリーブ１１９との間にダイヤフラム１１８を挟持することによって下側壁１１４に固定され得る。スリーブ１１９は、本体１０２の部分であってよく又は本体１０２に堅く結合されてよい。外周部１１８Ａは、下側壁１１４に固定され得る。それによって、ダイヤフラム１１８は、流体経路１０８の上ならびに入口ポート１０４及び／又は出口ポート１０６の上にしっかりと配置される。ダイヤフラム１１８の中心部は、例えば、弁座１１６に対して（例えば、上方に）配置され得る。

【0021】

[0027] ダイヤフラム１１８は、図１Ａで示されているように第１の表面１１８Ｂから見たときに、ほぼ凸形状又はより凸形状に付勢されるように構成される。それは、ダイヤフラム１１８が開状態にあるときである。図１Ａで示されているように、開状態にある間、ダイヤフラム１１８の第１の表面１１８Ｂは、チャンバ１１０の上側壁１１２に近接又は接触して配置され得る。ダイヤフラム１１８が開状態にあるとき、流体経路１０８は最大化され、入口ポート１０４と出口ポート１０６との間での高いコンダクタンス（低い抵抗性）を提供する。代替的に、図１Ｂで示されているように、ダイヤフラム１１８が閉状態で提供されるとき、ダイヤフラム１１８の第２の表面１１８Ｃは、弁座１１６に対して配置又は密封され得る。したがって、ダイヤフラム１１８が閉状態にあるとき、流体経路１０８は、少なくとも部分的に遮断される（開状態と比較して）。それは、入口ポート１０４と出口ポート１０６との間の流体の流れを防止／遮断するか又は実質的に最小化するか若しくは低減させる（開状態と比較して）。描かれている実施形態の閉状態では、ダイヤフラム１１８が、入口ポート１０４を完全に又は部分的に遮断し得る。幾つかの実施形態では、ダイヤフラム１１８が閉状態にあるとき、ダイヤフラム１１８が、入口ポート１０４と出口ポート１０６とのうちの一方又は両方を完全に又は部分的に遮断し得る。

【0022】

[0028] ダイヤフラム弁１００は、往復運動可能部材１２２を更に含み得る。往復運動可能部材１２２は、第１の部分１２２Ａ、第２の部分１２２Ｂ、及びピストン１２２Ｃを含み得る。幾つかの実施形態では、第１の部分１２２Ａが、ピストン１２２Ｃに結合されてよく、又はピストン１２２Ｃと一体的であってよい。ピストン１２２Ｃは、本体１０２の中央から内面１０２Ａまで垂直に延在する。内面１０２Ａは、円筒形状壁であってよく、ピストン１２２Ｃは、円筒形状壁に対して密封される様態で摺動するように動作可能である。往復運動可能部材１２２の第２の部分１２２Ｂは、第１の部分１２２Ａと一体的であってよく、本体１０２内（例えば、そのスリーブ１１９内）に形成されたチャネル１２４内に配置され、チャネル１２４内で往復運動可能である。チャネル１２４は、本体１０２内（例えば、スリーブ１１９内）で長さ方向に延在し得る。本明細書で説明されるように、往復運動可能部材１２２は、チャネル１２４内で開位置（図１Ａ）と閉位置（図１Ｂ）との間で移行し得る。

【0023】

[0029] バネ１２６（斜線で図示されている）が、ピストン１２２Ｃと本体１０２の壁１０２Ｂとの間に位置付けられ得る。バネ１２６は、往復運動可能部材１２２及びそのピストン１２２Ｃを、閉状態に向けて方向Ｄ１１に付勢し得る。バネ１２６によって加えられるバネ力は、ダイヤフラム１１８を図１Ｂで示されているような閉状態に撓ませるのに十分な強さであってよい。

【0024】

[0030] 往復運動可能部材１２２は、往復運動可能部材１２２の第１の部分１２２Ａを通って延在する流体チャネル１２８を含み得る。流体チャネル１２８は、ピストン１２２Ｃと内壁１０２Ａ及びスリーブ１１９とによって少なくとも部分的に形成されたチャンバ１３０に結合され得る。流体チャネル１２８を通してチャンバ１３０の中へ流体（例えば、清浄な乾燥空気）を押し込んだ結果として、正の流体圧（例えば、正の空気圧）が、チャンバ１３０内に生成される。チャンバ１３０内で生成された圧力は、往復運動可能部材１２２を、弁座１１６から離れて開位置に向かうように方向Ｄ１２（例えば、上向き方向）に押圧する。

【0025】

[0031] 往復運動可能部材１２２の第２の部分１２２Ｂとダイヤフラム１１８との間のチャネル１２４内に、インサート１３２が含まれ得る。インサート１３２は、チャネル１２４内で開状態と閉状態との間で移行するときに、往復運動可能部材１２２と共に移動するように構成され得る。インサート１３２は、閉状態への移行中にダイヤフラム１１８上への衝撃力を低減させ得る。それは、ダイヤフラムの寿命を延ばし得る。インサート１３２は、例えば、ステンレス鋼、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、又はポリクロロトリフルオロエチレン（PCTFE）、これらの組み合わせなどの金属若しくはプラスチック材料から作製され得る。

【0026】

[0032] 図１Ａで示されているように、往復運動可能部材１２２が開位置に移行するとき、往復運動可能部材１２２及びインサート１３２は、弁座１１６から離れる方向Ｄ１２に移行し、ダイヤフラム１１８が開状態に撓むことを可能にする。図１Ｂで示されているように、往復運動可能部材１２２が閉位置に移行するとき、往復運動可能部材１２２及びインサート１３２は、チャネル１２４内で弁座１１６に向けて方向Ｄ１１に移行し、ダイヤフラム１１８を閉位置に撓むように押圧する。

【0027】

[0033] ダイヤフラム弁１００は、第１の端部１３４Ａと第１の端部１３４Ａの反対側に位置付けられた第２の端部１３４Ｂとを含む、結合部材１３４を更に含み得る。結合部材１３４は、ダイヤフラム１１８を往復運動可能部材１２２に結合し得る。インサート１３２は、往復運動可能部材１２２の第２の部分１２２Ｂとダイヤフラム１１８との間で延在するチャネル１３６を含み得る。そのチャネル１３６を通して、結合部材１３４が経路指定され得る。図１Ａで示されているように、往復運動可能部材１２２が開位置に移行するとき、結合部材１３４は、ダイヤフラム１１８を開状態に引っ張り得る。更に、往復運動可能部材１２２が開位置にある間、弁座１１６に向かうダイヤフラム１１８の撓みを防止し又は最小化するために、結合部材１３４はダイヤフラム１１８を引っ張り得る。したがって、ダイヤフラム弁１００が減圧状態で動作しているとき、往復運動可能部材１２２及び結合部材１３４は、ダイヤフラム１１８を開状態に維持し得る。

【0028】

[0034] 結合部材１３４の第１の端部１３４Ａは、ダイヤフラム１１８上の位置１３８に結合され得る。図１Ａ及び図１Ｂで示されている実施形態では、位置１３８が、ダイヤフラム１１８上の中央にあり、弁座１１６の上方にあってよい。例えば、位置１３８は、弁座１１６の中心点の上方に位置付けられ得る。他の実施形態では、第１の端部１３４Ａが、ダイヤフラム１１８上の幾つかの箇所及び／又はダイヤフラム１１８の広いエリアに結合されてよい。

【0029】

[0035] 結合部材１３４の第２の端部１３４Ｂは、往復運動可能部材１２２の第２の部分１２２Ｂ上又は内の位置などに緩く結合され得る。図１Ａ及び図１Ｂで示されている実施形態では、往復運動可能部材１２２への第２の端部１３４Ｂの取り付けが、往復運動可能部材１２２及びダイヤフラム１１８に対する結合部材１３４の限られた変位（例えば、図１ＢのクリアランスギャップＤ２３）を提供する緩い取り付け接続である。往復運動可能部材１２２に対する結合部材１３４の緩い取り付けは、往復運動可能部材１２２が閉位置に及び閉位置の中に移動するときに、結合部材１３４がダイヤフラム１１８を損傷すること（例えば、貫通すること）を防止する何らかの限られたスロップ（slop）を提供する。例えば、往復運動可能部材１２２が閉位置にあるとき、結合部材１３４は、往復運動可能部材１２２が結合部材１３４を押圧することからの、何らかのかなりの圧縮力をダイヤフラム１１８上に加えることはない。しかし、インサート１３２は、ダイヤフラム１１８上に閉鎖力を加える。その場合、この力は、結合部材１３４によって加えられる任意の力よりも実質的に大きい。クリアランスギャップＤ２３が、例えば、より大きなボア１４０又は孔内に受け入れられる小径ピン又は他の部材によって、第２の端部１３４Ｂに提供され得る。クリアランスギャップＤ２３を提供するための他の適切な手段が提供されてもよい。

【0030】

[0036] 幾つかの実施形態では、結合部材１３４が、剛性材料から作製され得る。他の実施形態では、結合部材１３４が、ケーブルなどの可撓性材料、又は剛性材料と可撓性材料との組み合わせから作製され得る。それによって、その結合部材１３４の静的座屈強度は非常に低い。幾つかの実施形態では、結合部材１３４が、ダイヤフラム１１８と同じ材料で及び／又は一体的に作製されてよい。他の実施形態では、結合部材１３４とダイヤフラム１１８とが、異なる材料から形成されてよい。

【0031】

[0037] 図２Ａは、往復運動可能部材１２２（点線で示されている）とダイヤフラム（図示せず）との間に結合された結合部材２３４の代替的な一実施形態の側面図を示している。結合部材２３４の第２の端部２３４Ｂは、例えば、第２の部分１２２Ｂのクロスボア２４２内に受け入れられたピン２４１を介して、往復運動可能部材１２２の第２の部分１２２Ｂに結合され得る。図２Ａの実施形態では、結合部材２３４の第２の端部２３４Ｂが、ポケット２２２Ｐ内のループ部材２０２を含み得る。ピン２４１は、ループ部材２０２のより大きな孔を通過してよく、往復運動可能部材１２２の第２の部分１２２Ｂ内に固定されてよい。例えば、ピン２４１は、１以上の留めネジ又は任意の他のファスナ（図示せず）を用いて往復運動可能部材１２２内に固定されてよい。留めネジ又はファスナは、チャネル１２４（図１Ａ）内の往復運動可能部材１２２の移動を抑止するように、往復運動可能部材１２２に対して位置付けられてよい。例えば、留めネジ（図示せず）は、往復運動可能部材１２２の外面内に埋め込まれてよく、往復運動可能部材１２２内にピン２４１を固定してよい。幾つかの実施形態では、ピン２４１が、ネジ又は他のファスナであってよい。

【0032】

[0038] 図２Ａで示されているように、ピン２４１の外径は、ループ部材２０２の内径より小さくてよい。直径の差によって、結合部材１３４は、ピン２４１及び往復運動可能部材１２２に対して移動し又はずらすことが可能になる。ループ部材２０２は、第１の方向Ｄ２１において往復運動可能部材１２２に対する結合部材１３４の限られたクリアランスギャップＤ２３を提供するやり方で、ピン２４１と相互作用し得る。ループ部材２０２はまた、第１の方向Ｄ２１と直交し得る第２の方向Ｄ２２の間の変位（例えば、クリアランスギャップＤ２３）を提供するやり方で、ピン２４１と相互作用し得る。幾つかの実施形態では、クリアランスギャップＤ２３が、ダイヤフラム１１８の移動の２％と１５％との間であってよい。幾つかの実施形態では、クリアランスギャップＤ２３が、２％と１２％との間であってよい。クリアランスギャップＤ２３は、他の値を有してもよい。

【0033】

[0039] ダイヤフラム１１８（図１Ａ）が開状態にある間、ループ部材２０２及びピン２４１によって提供される結合部材１３４の限られた変位は、ダイヤフラム１１８と弁座１１６との間の少なくとも最小距離を維持しながら、動作条件下でのダイヤフラム１１８の変位を可能にする。ダイヤフラム１１８、ピン２４１、及び／又はループ部材２０２の材料応力を引き起こす可能性がある接触張力を防止するために、開状態と閉状態に対するダイヤフラムの変位は、ループ部材２０２とピン２４１との間の変位よりもわずかに小さくてよい。

【0034】

[0040] 例えば、ダイヤフラム１１８が開状態にあるとき、ピン２４１は、ループ部材２０２を方向Ｄ１２に引っ張り得る。ダイヤフラム１１８をインサート１３２の中に絶えず引っ張ることなしに、スタックアップ（stack up）の許容誤差を小さくすることができる。ダイヤフラム１１８が閉状態にあるとき、ピン２４１は、結合部材２３４上に何らかの圧縮力を生成することを避けるように、ループ部材２０２の縁部（例えば、下縁部）に対して押し付けられなくてよい。ダイヤフラム１１８が閉状態にある間、ループ部材２０２及びピン２４１によって提供される結合部材２３４のクリアランスギャップＤ２３は、結合部材２３４がダイヤフラム１１８を損傷しないことを保証し得る。例えば、往復運動可能部材１２２が閉状態に移行するとき、クリアランスギャップＤ２３（スロップ）は、結合部材２３４がダイヤフラム１１８を損傷すること（例えば、貫通すること）を防止し得る。

【0035】

[0041] 図２Ａで示されているように、チャネル１３６は、結合部材２３４の直径よりも大きい直径を有し得る。結合部材１３４、２３４がケーブルなどの可撓性部材を含む実施形態では、結合部材１３４、２３４の変位が、チャネル１３６及び／又はポケット２２２Ｐ内で少なくとも部分的に生じ得る。例えば、往復運動可能部材１２２が閉位置にあるとき、結合部材１３４、２３４のたるみが、チャネル１３６内に存在してよい。

【0036】

[0042] 図２Ｂは、ダイヤフラム１１８の第２の表面１１８Ｃ上に位置付けられた位置２３８に結合された結合部材２３４の断面側面図を示している。結合部材２３４は、ダイヤフラム１１８の第１の表面１１８Ｂを通って、往復運動可能部材１２２に向かって方向Ｄ１２に延在する。幾つかの実施形態では、結合部材２３４の第１の端部２３４Ａが、ダイヤフラム１１８の第１の表面１１８Ｂ又は第２の表面１１８Ｃ（図示されているように）のいずれかの側に位置付けられた位置２３８に溶接されてよい。他の適切な機構を使用して、結合部材２３４をダイヤフラム１１８に取り付けることもできる。

【0037】

[0043] 図１Ａで示されているように、往復運動可能部材１２２が開位置にあり、ダイヤフラム１１８が開状態にあるとき、結合部材１３４は、ダイヤフラム１１８を方向Ｄ１２に引っ張り得る。ダイヤフラム１１８を引っ張ることによって、結合部材１３４は、ダイヤフラム１１８を弁座１１６に向けて方向Ｄ１１に引っ張る減圧状態に対抗し得る。例えば、入口ライン１０４Ａ又は出口ライン１０６Ａの一方又は両方に結合された減圧源は、ダイヤフラム１１８を弁座１１６に向けて引っ張る力をダイヤフラム１１８に加え得る。そのようにして、往復運動可能部材１２２が開位置にある間、ダイヤフラム１１８と弁座１１６との間に最小距離が維持され得る。幾つかの実施形態では、ダイヤフラム１１８が約１．０ミリトルと５００トルとの間の範囲内の減圧条件下にある間、ダイヤフラム１１８と弁座１１６との間に最小距離が維持され得る。幾つかの実施形態では、ダイヤフラム弁１００が開状態にあるとき、最小距離は、少なくとも０．８Cvの最小弁係数を提供し得る。最小距離は、例えば、０．５mmから１．５mmの範囲内、又は０．９mmから１．０mmの範囲内であってよい。ダイヤフラム弁１００は、他の条件下でも動作し得る。例えば、ダイヤフラム弁１００の開状態は、部分的な開状態及び完全な開状態を含む状態の範囲を含み得る。

【0038】

[0044] 図１Ｂで示されているように、往復運動可能部材１２２が閉位置にあり、ダイヤフラム１１８が閉状態にあるとき、インサート１３２は、ダイヤフラム１１８の第１の表面１１８Ｂに対して方向Ｄ１１に押圧し得る。インサート１３２によってダイヤフラム１１８に対して提供される力は、ダイヤフラム１１８の第２の表面１１８Ｃを弁座１１６に対して密封し得る。例えば、チャンバ１３０が正の流体圧を伴わないとき、バネ１２６によって加えられるバネ力は、インサート１３２上に方向Ｄ１１の力を提供し得る。この力は、ダイヤフラム弁１００が閉状態にある間、流体経路１０８を完全に閉じることができ、入口ポート１０４と出口ポート１０６との間の流体のいかなる流れも防止し得る。したがって、バネ１２６は、通常は閉じた弁状態を提供する。

【0039】

[0045] 図３Ａは、開示される実施形態による、開状態にあるダイヤフラム１１８に結合された結合部材２３４の断面側面図を示している。図３Ａの実施形態では、結合部材２３４の第１の端部２３４Ａが、ダイヤフラム１１８の第１の表面１１８Ｂ上に位置付けられた位置２３８に結合される。結合部材２３４は、往復運動可能部材（図示せず）に向けて方向Ｄ１２に延在する。ダイヤフラム１１８が開状態にある間、入口ポート１０４及び／又は出口ポート１０６内で生じる減圧力は、結合部材２３４によって打ち消され得る。例えば、結合部材２３４は、ダイヤフラム１１８を方向Ｄ１２に引っ張り得る。したがって、結合部材２３４は、減圧力の結果としてダイヤフラム１１８が弁座１１６に向けて方向Ｄ１１に引かれる距離を制限することができる。したがって、結合部材２３４は、ダイヤフラム１１８と弁座１１６との間の最小距離Ｄ３１（例えば、所定の最小距離）を維持することができる。最小距離Ｄ３１は、流量制限を最小化するように、約１．０mm以上であってよい。

【0040】

[0046] 図３Ｂは、ダイヤフラム１１８が閉状態にある、ダイヤフラム１１８に結合された結合部材２３４の一実施形態の断面側面図を示している。図３Ｂの実施形態では、インサート１３２（点線で示されている）が、ダイヤフラム１１８上に方向Ｄ１１の力を加える。それが、ダイヤフラム１１８を撓ませる又は変形させることによって、ダイヤフラム１１８の第２の表面１１８Ｃが弁座１１６に対して密封される。結合部材２３４とダイヤフラム１１８との間のクリアランスギャップＤ２３は、結合部材２３４がダイヤフラム１１８を損傷すること（例えば、貫通すること）を防止し得る。

【0041】

[0047] 図４は、開示される実施形態による、ダイヤフラム弁（例えば、ダイヤフラム弁１００）を動作させる方法４００を描くフローチャートを示している。該方法は、４０２で、往復運動可能部材（例えば、往復運動可能部材１２２）を開位置に移動させることを含む。該方法は、４０４で、往復運動可能部材を開位置に移動させたことに応じて、ダイヤフラム（例えば、ダイヤフラム１１８）を開状態に引っ張ることを含む。その場合、引っ張ることは、往復運動可能部材とダイヤフラムとの間に結合された結合部材（例えば、結合部材１３４、２３４）で、ダイヤフラムを引っ張ることによって実行される。該方法は、４０６で、往復運動可能部材を閉位置に移動させることを含む。その場合、往復運動可能部材を閉位置に移動させたことに応じて、ダイヤフラムは閉位置に移動する。

【0042】

[0048] 本開示は、広範な有用性及び用途を受け入れる余地があることが理解されるべきである。本明細書で説明されたもの以外の本開示の多くの実施形態及び適応例、ならびに多くの変形例、修正例、及び均等な構成が、本開示の実体又は範囲から逸脱することなく、本開示及びその前述の説明から明らかであり、或いはそれらによって合理的に示唆されるであろう。したがって、本開示は、特定の実施形態に関連して本明細書で詳細に説明されてきたが、本開示は、例示的なものに過ぎず、本開示の実施例を提示し、完全且つ可能な開示を提供することのみを目的としてなされたものであることが理解されよう。本開示は、開示された特定の装置及び／又は方法に限定されることを意図するものではなく、反対に、本発明は、特許請求の範囲内にある全ての修正例、均等物、及び代替例を包含することを意図する。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【国際調査報告】