(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】2023-04-14
(54)【発明の名称】高コンダクタンス弁の制御プレート
(51)【国際特許分類】
F16K 1/36 20060101AFI20230407BHJP
【FI】
F16K1/36 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022552663
(86)(22)【出願日】2021-03-02
(85)【翻訳文提出日】2022-11-01
(86)【国際出願番号】 US2021020477
(87)【国際公開番号】W WO2021178409
(87)【国際公開日】2021-09-10
(32)【優先日】2020-03-03
(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
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【氏名又は名称】森本 有一
(74)【代理人】
【識別番号】100211177
【氏名又は名称】赤木 啓二
(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
(57)【要約】
高コンダクタンスの比例制御用途において使用される高純度制御弁が、内部弁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2000-1を含む。入れ子状のオリフィスリッジを使用して、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達成する。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組み込むことによって、強化された漏れ止めを提供することができる。制御プレートは、導管と連通するカウンターボア2042と、半径方向流体流路2054-1と、軸方向流体流路2046-1とを有する制御プレート本体を備える。制御プレートの平坦な側面は、弁内の流体の流れを遮断する連続する途切れのない平坦な部分を有する。半径方向流体流路は、制御プレートのカウンターボアから円周部への連通をもたらし、軸方向流体流路は、中間弁室部分を通じた流体導管との連通をもたらす。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高コンダクタンス弁の制御プレートにおいて、
平坦な側面及び該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、該制御プレートは、アクチュエータによって弁内で移動するように構成され、前記平坦な側面は、前記弁内の流体の流れを遮断するために、連続する途切れのない平坦な部分を有している制御プレート本体と、
前記制御プレート本体内の、流体導管と連通するカウンターボアと、
前記制御プレート本体内の、前記カウンターボアにおいて終端する複数の半径方向流体流路と、
前記制御プレート本体内の複数の軸方向流体流路とを具備し、
前記半径方向流体流路は、前記カウンターボアから該カウンターボアの円周部への連通をもたらし、前記軸方向流体流路は中間弁室部分との連通をもたらし、前記中間弁室部分は前記流体導管と連通する制御プレート。
【請求項2】
前記軸方向流体流路は、前記制御プレート本体を通って延在し、前記高コンダクタンス弁の前記中間弁室と上側弁室部分との間の連通経路を生成する請求項1に記載の制御プレート。
【請求項3】
前記軸方向流体流路は、半径方向流体流路から前記制御プレート本体を通って延在し、前記半径方向流体流路から前記中間弁室までの間の連通経路を生成する請求項1に記載の制御プレート。
【請求項4】
前記中間弁室は、前記高コンダクタンス弁の前記第2の中間弁室である請求項1に記載の制御プレート。
【請求項5】
ポリマーインサートディスクを更に具備し、
該ポリマーインサートディスクは、
前記制御プレート本体を通ってそれぞれ延在する複数のピラーと、
ピラーから半径方向にそれぞれ延在する複数のプラグとを備える請求項1に記載の制御プレート。
【請求項6】
軸方向流路が少なくとも1つのピラーを通って延在し、前記高コンダクタンス弁の前記中間弁室と上側弁室部分と、少なくとも1つのプラグとの間の連通経路を生成する請求項5に記載の制御プレート。
【請求項7】
少なくとも1つの軸方向流体流路が、前記半径方向流体流路から前記ポリマーインサートディスクを通って延在し、前記半径方向流体流路から前記中間弁室までの間の連通経路を生成する請求項5に記載の制御プレート。
【請求項8】
前記制御プレートは、ダイヤフラムの下に懸架されたスタブに取り付けられ、前記制御プレートと前記ダイヤフラムとの間の距離は、掃引容積部を低減するように最小化される請求項1に記載の制御プレート。
【請求項9】
弁組立体において、
弁本体であって、弁室、該弁室と連通する少なくとも1つの第1の流体導管開口、前記弁室と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部分を有し、前記少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジ部分は、前記弁本体から前記弁室内に延在し、前記少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジ部分の間に中間弁室部分が形成される弁本体と、
平坦な側面及び該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、該制御プレートは、アクチュエータによって弁内で移動するように構成され、前記平坦な側面は、前記弁内の流体の流れを遮断するために、連続する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の、流体導管と連通するカウンターボアと、
前記制御プレート本体内の、前記カウンターボアにおいて終端する複数の半径方向流体流路と、
前記制御プレート本体内の複数の軸方向流体流路とを具備し、
前記半径方向流体流路は前記カウンターボアから該カウンターボアの円周部への連通をもたらし、前記軸方向流体流路は中間弁室部分との連通をもたらし、前記中間弁室部分が前記流体導管と連通している弁組立体。
【請求項10】
前記軸方向流体流路は、前記制御プレート本体を通って延在し、前記高コンダクタンス弁の前記中間弁室部分と上側弁室部分との間の連通経路を生成する請求項9に記載の弁組立体。
【請求項11】
前記軸方向流体流路は、半径方向流体流路から前記制御プレート本体を通って延在し、前記半径方向流体流路から前記中間弁室までの間の連通経路を生成する請求項9に記載の弁組立体。
【請求項12】
前記中間弁室部分は、前記高コンダクタンス弁の前記第2の中間弁室である請求項9に記載の弁組立体。
【請求項13】
ポリマーインサートディスクを更に具備し、
該ポリマーインサートディスクは、
前記制御プレート本体を通ってそれぞれ延在する複数のピラーと、
ピラーから半径方向にそれぞれ延在する複数のプラグとを備える請求項9に記載の弁組立体。
【請求項14】
軸方向流路が、少なくとも1つのピラーを通って延在し、前記高コンダクタンス弁の前記中間弁室部分と上側弁室部分と、少なくとも1つのプラグとの間の連通経路を生成する請求項13に記載の弁組立体。
【請求項15】
少なくとも1つの軸方向流体流路が、前記半径方向流体流路から前記ポリマーインサートディスクを通って延在し、前記半径方向流体流路から前記中間弁室までの間の連通経路を生成する請求項13に記載の弁組立体。
【請求項16】
前記制御プレートは、ダイヤフラムの下に懸架されたスタブに取り付けられ、前記制御プレートと前記ダイヤフラムとの間の距離は、掃引容積部を低減するように最小化される請求項9に記載の弁組立体。
【請求項17】
制御プレートを用いて高コンダクタンス弁に流体を流通させる方法において、
弁本体を通して流体を圧送することであって、前記弁本体は、弁室、該弁室と連通する少なくとも1つの第1の流体導管開口、前記弁室と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部分を有し、該少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジ部分は、前記弁本体から前記弁室内に延在し、該少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジ部分の間に中間弁室部分を画定することと、
弁アクチュエータを使用して前記弁本体内で制御プレート本体を移動させることであって、該制御プレート本体は、平坦な側面及び該平坦な側面に対向する反対の側面を有する円形のディスクとして形成され、前記平坦な側面は、前記弁内の流体の流れを遮断するために、連続する途切れのない平坦な部分を有することと、
複数の半径方向流体流路を通して前記流体を流すことであって、前記半径方向流路は、前記制御プレート本体内に形成され、該制御プレート本体のカウンターボアにおいて終端することと、
複数の軸方向流体流路を通して前記流体を流すことであって、前記軸方向流体流路は、前記制御プレート本体内に形成されることとを含み、
前記半径方向流体流路は、前記カウンターボアから該カウンターボアの円周部への連通をもたらし、前記軸方向流体流路は中間弁室部分との連通をもたらし、前記中間弁室部分は前記流体導管と連通する方法。
【請求項18】
前記軸方向流体流路は、前記制御プレート本体を通って延在し、前記高コンダクタンス弁の前記中間弁室部分と上側弁室部分との間の連通経路を生成する請求項17に記載の方法。
【請求項19】
前記軸方向流体流路は、半径方向流体流路から前記制御プレート本体を通って延在し、前記半径方向流体流路から前記中間弁室までの間の連通経路を生成する請求項17に記載の方法。
【請求項20】
前記中間弁室部分は、前記高コンダクタンス弁の前記第2の中間弁室である請求項17に記載の方法。
【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、2018年11月1日に出願された「CONTROL PLATE FOR A HIGH CONDUCTANCE VALVE」と題する米国特許出願第16/178,247号、2018年6月4日に出願された「CONTROL PLATE FOR A HIGH CONDUCTANCE VALVE」と題する米国特許出願第15/997,172号、及び2017年6月5日に出願された「CONTROL PLATE WITH FLOW-THROUGH PASSAGE FOR A VALVE」と題する米国仮特許出願第62/515,063号の一部継続出願である。これらの米国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、弁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弁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弁、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、本明細書においては、内部弁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弁が提示される。弁は、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。この弁は、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部分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、平坦な側面及び該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、制御プレートは、アクチュエータによって弁内で移動するように構成され、平坦な側面は、弁内の流体の流れを遮断するために、連続する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の、流体導管と連通するカウンターボアと、制御プレート本体内の、カウンターボアにおいて終端する複数の半径方向流体流路と、制御プレート本体内の複数の軸方向流体流路とを備え、半径方向流体流路は、カウンターボアから該カウンターボアの円周部への連通をもたらし、軸方向流体流路は、中間弁室部分との連通をもたらし、中間弁室部分は、流体導管と連通する。
【0005】
別の実施の形態によれば、弁組立体は、弁本体であって、弁室、該弁室と連通する少なくとも1つの第1の流体導管開口、弁室と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部分を有し、少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジ部分は、弁本体から弁室内に延在し、少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジ部分の間に中間弁室部分を画定する、弁本体と、平坦な側面及び該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、制御プレートは、アクチュエータによって弁内で移動するように構成され、平坦な側面は、弁内の流体の流れを遮断するために、連続する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の、流体導管と連通するカウンターボアと、制御プレート本体内の、カウンターボアにおいて終端する複数の半径方向流体流路と、制御プレート本体内の複数の軸方向流体流路とを備え、半径方向流体流路は、カウンターボアから該カウンターボアの円周部への連通をもたらし、軸方向流体流路は、中間弁室部分との連通をもたらし、中間弁室部分は、流体導管と連通する。
【0006】
別の実施の形態によれば、制御プレートを使用して高コンダクタンス弁に流体を流通させる方法は、弁本体を通して流体を圧送することであって、弁本体は、弁室、該弁室と連通する少なくとも1つの第1の流体導管開口、弁室と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部分を有し、該少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジ部分は、弁本体から弁室内に延在し、該少なくとも一対の隣接するオリフィスリッジ部分の間に中間弁室部分を画定することと、弁アクチュエータを使用して弁本体内で制御プレート本体を移動させることであって、制御プレート本体は、平坦な側面及び該平坦な側面に対向する反対の側面を有する円形のディスクとして形成され、平坦な側面は、弁内の流体の流れを遮断するために、連続する途切れのない平坦な部分を有することと、複数の半径方向流体流路を通して流体を流すことであって、半径方向流路は、制御プレート本体内に形成され、該制御プレート本体のカウンターボアにおいて終端することと、複数の軸方向流体流路を通して流体を流すことであって、軸方向流体流路は、制御プレート本体内に形成されることとを含み、半径方向流体流路は、カウンターボアから該カウンターボアの円周部への連通をもたらし、軸方向流体流路は、中間弁室部分との連通をもたらし、中間弁室部分は、流体導管と連通する。
【0007】
いくつかの実施の形態において、軸方向流体流路は、制御プレート本体を通って延在し、高コンダクタンス弁の中間弁室と上側弁室部分との間の連通経路を生成する。
【0008】
いくつかの実施の形態において、軸方向流体流路は、半径方向流体流路から制御プレート本体を通って延在し、半径方向流体流路から中間弁室までの間の連通経路を生成する。
【0009】
いくつかの実施の形態において、中間弁室は、高コンダクタンス弁の第2の中間弁室である。
【0010】
いくつかの実施の形態において、制御プレートは、ポリマーインサートディスクを更に備え、該ポリマーインサートディスクは、制御プレート本体を通ってそれぞれ延在する複数のピラーと、ピラーから半径方向にそれぞれ延在する複数のプラグとを備える。
【0011】
いくつかの実施の形態において、軸方向流路が少なくとも1つのピラーを通って延在し、高コンダクタンス弁の中間弁室と上側弁室部分と、少なくとも1つのプラグとの間の連通経路を生成する。
【0012】
いくつかの実施の形態において、少なくとも1つの軸方向流体流路が、半径方向流体流路からポリマーインサートディスクを通って延在し、半径方向流体流路から中間弁室までの間の連通経路を生成する。
【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、制御プレートは、ダイヤフラムの下に懸架されたスタブに取り付けられ、制御プレートとダイヤフラムとの間の距離は、掃引容積部を低減するように最小化される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
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弁本体の平面図である。
【
図1B】線I-Iに沿う
図1Aの高コンダクタンス弁本体の断面図である。
【
図1C】
図1Aの高コンダクタンス弁本体の上面斜視図である。
【
図1D】線I-Iに沿う
図1Aの高コンダクタンス弁本体の上面斜視断面図である。
【
図2A】高コンダクタンス弁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2B】線II-IIに沿う
図2Aの制御プレートの断面図である。
【
図2D】線II-IIに沿う
図2Aの制御プレートの上面斜視断面図である。
【
図3A】高コンダクタンス弁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3B】線III-IIIに沿う
図3Aの制御プレートの断面図である。
【
図3D】線III-IIIに沿う
図3Aの制御プレートの上面斜視断面図である。
【
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弁本体の上に設置された弁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4B】線IV-IVに沿う
図4Aの弁組立体の断面図である。
【
図4D】線IV-IVに沿う
図4Aの弁組立体の上面斜視断面図である。
【
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弁本体の上に設置された弁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5D】線V-Vに沿う
図5Aの弁組立体の上面斜視断面図である。
【
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弁本体の平面図である。
【
図6B】線VI-VIに沿う
図6Aの高コンダクタンス弁本体の断面図である。
【
図6C】
図6Aの高コンダクタンス弁本体の上面斜視図である。
【
図6D】線VI-VIに沿う
図6Aの高コンダクタンス弁本体の上面斜視断面図である。
【
図7A】弁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7B】線VII-VIIに沿う
図7Aの制御プレート及び弁ストローク増幅器ディスクの断面図である。
【
図7C】
図7Aの組み合わされた制御プレート及び弁ストローク増幅器ディスクの、制御プレートの上面斜視図である。
【
図7D】線VII-VIIに沿う
図7Aの組み合わされた制御プレート及び弁ストローク増幅器ディスクの、制御プレートの上面斜視断面図である。
【
図7E】
図7Aの組み合わされた制御プレート及び弁ストローク増幅器ディスクの上面斜視図である。
【
図7F】線VII-VIIに沿う
図7Aの組み合わされた制御プレート及び弁ストローク増幅器ディスクの上面斜視断面図である。
【
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弁本体の上に設置された弁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の平面図である。
【
図8B】線VIII-VIIIに沿う
図8Aの弁組立体の断面図である。
【
図8D】線VIII-VIIIに沿う
図8Aの弁組立体の上面斜視断面図である。
【
図9A】高コンダクタンス弁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9B】線IX-IXに沿う
図9Aの制御プレートの断面図である。
【
図9D】線IX-IXに沿う
図9Aの制御プレートの上面斜視断面図である。
【
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弁本体の平面図である。
【
図10D】線X-Xに沿う
図10Aの高コンダクタンス弁本体の上面斜視断面図である。
【
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弁本体の上に設置された弁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弁本体の平面図である。
【
図12B】線XII-XIIに沿う
図12Aの高コンダクタンス弁本体の断面図である。
【
図12D】線XII-XIIに沿う
図12Aの高コンダクタンス弁本体の上面斜視断面図である。
【
図13A】高コンダクタンス弁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13C】制御プレートを構成する2つの部分を示す、
図13Aの制御プレートの分解上面斜視図である。
【
図13E】線XIII-XIIIに沿う
図13Aの制御プレートの上面斜視断面図である。
【
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弁本体の上に設置された弁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】高コンダクタンス弁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15C】制御プレートを構成する3つの部分を示す、
図15Aの制御プレートの分解上面斜視図である。
【
図16A】
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弁本体の上に設置された弁トップワークと組み合わされた、
図15A~
図15Eによる貫流路を有する制御プレートの平面図である。
【
図17A】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弁本体の平面図である。
【
図17B】線XVII-XVIIに沿う
図17Aの高コンダクタンス弁本体の断面立面図である。
【
図17D】XVII-XVIIに沿う
図17Aの高コンダクタンス弁本体の角度付き断面の上面斜視図である。
【
図18A-1】高コンダクタンス弁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18A-2】高コンダクタンス弁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18B-1】線XVIII-XVIIIに沿う
図18A-1の制御プレートの断面立面図である。
【
図18B-2】線XVIII-XVIIIに沿う
図18A-2の制御プレートの断面立面図である。
【
図18D-1】線XVIII-XVIIIに沿う
図18A-1の制御プレートの角度付き断面の上面斜視図である。
【
図18D-2】線XVIII-XVIIIに沿う
図18A-2の制御プレートの角度付き断面の上面斜視図である。
【
図19A-1】
図17A~
図17D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弁本体の上に設置された弁トップワークと組み合わされた、
図18A-1~
図18D-1による貫流路を有する制御プレートの平面図である。
【
図19A-2】
図17A~
図17D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弁本体の上に設置された弁トップワークと組み合わされた、
図18A-2~
図18D-2による貫流路を有する制御プレートの平面図である。
【
図19D-1】線XIX-XIXに沿う
図19A-1の実施形態の角度付き断面の上面斜視図である。
【
図19D-2】線XIX-XIXに沿う
図19A-2の実施形態の角度付き断面の上面斜視図である。
【
図20A-1】高コンダクタンス弁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20A-2】高コンダクタンス弁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20B-1】線XX-XXに沿う
図20A-1の制御プレートの断面立面図である。
【
図20B-2】線XX-XXに沿う
図20A-2の制御プレートの断面立面図である。
【
図20D-1】線XX-XXに沿う
図20A-1の制御プレートの角度付き断面の上面斜視図である。
【
図20D-2】線XX-XXに沿う
図20A-2の制御プレートの角度付き断面の上面斜視図である。
【
図21A-2】
図17A~
図17D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弁本体の上に設置された弁トップワークと組み合わされた、
図20A-2~
図20D-2による貫流路を有する制御プレートの平面図である。
【
図21B-1】線XXI-XXIに沿う
図21A-1の弁組立体の断面立面図である。
【
図21B-2】線XXI-XXIに沿う
図21A-2の弁組立体の断面立面図である。
【
図21D-1】線XXI-XXIに沿う
図21A-1の弁組立体の角度付き断面の上面斜視図である。
【
図21D-2】線XXI-XXIに沿う
図21A-2の弁組立体の角度付き断面の上面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
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弁本体190の代表的な例が、
図1A~
図1Dに示される。より完全な、例示的な弁組立体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、弁本体190に取り外し可能に接合される弁ハウジング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弁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弁に使用される場合がある。弁本体190の上面内に形成された開放キャビティ154、158、159は、弁室150の下側部分と考えることができ、一方、弁室の上側部分157は、その上の弁ハウジング160の下面に形成される。弁本体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、外側弁室部分158を、大きいオリフィスリッジ120によって囲まれる中間弁室部分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によって囲まれる弁本体190からの円形上向き突出部として形成され、内側弁室部分159を、中間弁室部分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部分間(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、中間弁室部分という場合があり、隣接するオリフィスリッジ部分の対(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、外側弁室部分(例えば158)という場合があり、隣接するオリフィスリッジ部分の対(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、内側弁室部分(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。外側弁室部分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を弁本体190の上面内に形成することができる。
【0018】
例示的な弁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弁室150、弁室シールダイヤフラム170、及び、弁室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。例示的な弁100の設計において、第1の流体導管開口112は、内側弁室部分159と第1の流体導管110との間の連通をもたらす。同様に、第2の流体導管開口116は、中間弁室部分154と第2の流体導管114との間の連通をもたらす。
図4A~
図4Dの本例証では、弁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。上記弁を含む部品は、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ステンレス鋼弁本体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。
【0019】
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、弁室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。
【0020】
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弁室部分159が、第1の流体導管110と連通する第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、内側弁室部分159から第1の制御間隙を通って中間弁室部分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。本例の弁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弁100を通るコンダクタンスを変調する。
【0021】
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、内側弁室部分159から制御プレート200の上部孔246を通じて移行し、上側弁室部分157を通じて外側弁室部分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弁室部分154内に出ることができる。中間弁室部分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、本例の弁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弁100を通るコンダクタンスを更に変調する。弁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。弁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。
【0022】
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、内側弁室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、かつ中間弁室部分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弁室部分を閉囲する隣接する部分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弁室150が依然として有利に掃引されることになる。
図4A~
図4Dに示す弁設計は、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、例示的な弁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弁では、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、圧電作動弁の場合は約50μm、ソレノイド作動弁の場合は約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。
【0023】
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、弁室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。
【0024】
例示的な貫流制御プレート300を使用して、
図5A~
図5Dに示す弁組立体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に示す弁組立体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、内側弁室部分159から第1の制御間隙(図示せず)を通って中間弁室部分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、内側弁室部分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、上側弁室部分157を通じて外側弁室部分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弁室部分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、かつ中間弁室部分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に示す例示的な弁組立体において、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弁室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に示す弁組立体設計は、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、例示的な弁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。
【0025】
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弁本体490の代表的な例が、
図6A~
図6Dに示される。より完全な、例示的な弁組立体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、弁本体490に取り外し可能に接合される弁ハウジング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弁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弁に使用される場合がある。弁本体490の上面内に形成された開放キャビティ454、458、459は、弁室の下側部分と考えることができ、一方、弁室の上側部分457は、その上の弁ハウジング460の下面に形成される。弁本体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、外側弁室部分458を、大きいオリフィスリッジ420が囲む中間弁室部分454から分離する。弁本体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、内側弁室部分459を、それを囲む中間弁室部分454から分離する。外側弁室部分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を弁本体490の上面内に形成することができる。
【0026】
例示的な弁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弁室、弁室シールダイヤフラム470、及び、弁室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に固着される弁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。例示的な弁400の設計において、第1の流体導管開口419は、外側弁室部分458と第1の流体導管417との間の連通をもたらす。同様に、第2の流体導管開口416は、中間弁室部分454と第2の流体導管414との間の連通をもたらす。
図8A~
図8Dの本例証では、弁組立体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。上記弁を含む部品は、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ステンレス鋼弁本体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。
【0027】
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、弁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、受動部分、能動部分649、能動部分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及び能動部分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、弁室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。
【0028】
能動部分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、受動部分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に示す例示的な弁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。弁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。
【0029】
流体の流れを制御する方法は、外側弁室部分458が、第1の流体導管417と連通する第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、外側弁室部分458から第1の制御間隙を通って中間弁室部分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。本例の弁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弁400を通るコンダクタンスを変調することができる。弁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、弁室の外側弁室部分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弁室部分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、弁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。
【0030】
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、外側弁室部分458から上側弁室部分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、内側弁室部分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、内側弁室部分459から第2の制御間隙を通って中間弁室部分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、本例の弁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弁400を通るコンダクタンスを更に変調する。設計者は、
図8A~
図8Dに示す例示的な弁組立体において、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弁室450が依然として有利に掃引されることになる。
図8A~
図8Dに示す弁組立体設計は、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、例示的な弁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。
【0031】
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弁本体890の代表的な例が、
図10A~
図10Dに示される。より完全な、例示的な弁組立体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、弁本体890に取り外し可能に接合される弁ハウジング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弁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弁に使用される場合がある。弁本体890の上面内に形成された開放キャビティ852、854、856、858、859は、弁室の下側部分と考えることができ、一方、弁室の上側部分857は、その上の弁ハウジング860の下面に形成される。弁本体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、外側弁室部分858を、最大のオリフィスリッジ820によって囲まれる第1の中間弁室部分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、弁本体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の中間弁室部分854を、第1の中間弁室部分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、弁本体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の中間弁室部分852を、第2の中間弁室部分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、弁本体890からの円形上向き突出部として形成され、内側弁室部分859を、第3の中間弁室部分852から更に分離する。外側弁室部分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を弁本体890の上面内に形成することができる。
【0032】
例示的な弁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弁室、弁室シールダイヤフラム870、及び、弁室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。例示的な弁1000の設計において、第1の流体導管開口812は、内側弁室部分859と第1の流体導管810との間の連通をもたらす。同様に、1つ以上の第2の流体導管開口816は、第1の中間弁室部分856と第2の流体導管814との間の連通をもたらす。同様に、第3の中間弁室部分852と第2の流体導管814との間の連通をもたらす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、弁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。上記弁を含む部品は、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ステンレス鋼弁本体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、弁本体、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。
【0033】
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、弁室内に懸架することができる。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。
【0034】
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弁室部分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、内側弁室部分859を上側弁室部分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もたらし、第1の表面領域941は、第3の中間弁室部分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。
【0035】
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の中間弁室部分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の中間弁室部分854を上側弁室部分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もたらし、第2の表面領域943は、第1の中間弁室部分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。
【0036】
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弁室部分859が、第1の流体導管810と連通する第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の中間弁室部分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、内側弁室部分859から1つ以上の第1の中間貫通孔944を通って上方に、弁室の上側部分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の中間弁室部分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の中間弁室部分854から第3の中間弁室部分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。本例の弁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弁1000を通るコンダクタンスを変調することができる。
【0037】
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、内側弁室部分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、上側弁室部分857を通じて外側弁室部分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の中間弁室部分856内に出ることができる。第1の中間弁室部分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、内側弁室部分859から1つ以上の第1の中間貫通孔944を通って上方に、弁室の上側部分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の中間弁室部分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の中間弁室部分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、本例の弁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弁1000を通るコンダクタンスを更に変調する。弁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、弁室の上側部分857、外側弁室部分858、及び第2の中間弁室部分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、弁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。
【0038】
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、下側弁室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の中間弁室部分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、下側弁室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の中間弁室部分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弁室が依然として有利に掃引されることになる。
図11A~
図11Dに示す弁組立体設計は、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、例示的な弁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。
【0039】
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弁本体1290の代表的な例が、
図12A~
図12Dに示される。より完全な、例示的な弁組立体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、弁本体1290に取り外し可能に接合される弁ハウジング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弁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弁に使用される場合がある。弁本体1290の上面内に形成された開放キャビティ1252、1254、1256、1258、1259は、弁室の下側部分と考えることができ、一方、弁室の上側部分1457は、その上の弁ハウジング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。弁本体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、外側弁室部分1258を、最大のオリフィスリッジ1220によって囲まれる第1の中間弁室部分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1220によって囲まれている、弁本体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の中間弁室部分1254を、第1の中間弁室部分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、弁本体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の中間弁室部分1252を、第2の中間弁室部分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、弁本体1290からの円形上向き突出部として形成され、内側弁室部分1259を、第3の中間弁室部分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、個々の中間弁室キャビティ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、弁本体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。外側弁室部分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を弁本体1290の上面内に形成することができる。
【0040】
例示的な弁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弁室、弁室シールダイヤフラム1470、及び、弁室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、弁室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1300(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、14Dの例証では、制御プレート1300の中心インサート1350を、制御シャフト1482のスタブ1483に取り付けることができ、それにより、上側弁室部分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、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。例示的な弁1400の設計では、第1の流体導管開口1212は、内側弁室部分1259と第1の流体導管1210との間の連通をもたらす。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の中間弁室部分1256と第2の流体導管1214との間の連通をもたらす。同様に、第3の中間弁室部分1252と第2の流体導管1214との間の連通をもたらす、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、弁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。上記弁を含む部品は、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ステンレス鋼弁本体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、弁本体、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。
【0041】
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、内側弁室部分1259を上側弁室部分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)。
【0042】
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弁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。
【0043】
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の中間弁室部分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。いく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1346が第2の中間弁室部分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の中間弁室部分1254を上側弁室部分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もたらし、第2の表面領域1343は、第1の中間弁室部分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。
【0044】
例示的な弁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弁室部分1259が、第1の流体導管1210と連通する第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の中間弁室部分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、内側弁室部分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、弁室の上側部分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の中間弁室部分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の中間弁室部分1254から第3の中間弁室部分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。本例の弁1400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弁1400を通るコンダクタンスを変調することができる。
【0045】
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、内側弁室部分1259から制御プレート1300の1つ以上のインサート孔1354を通じて上向きに移行し、上側弁室部分1457を通じて外側弁室部分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の中間弁室部分1256内に出ることができる。第1の中間弁室部分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、内側弁室部分1259から1つ以上のインサート孔1354を通って上方に、弁室の上側弁室部分1457内に移行することができ、そこから1つ以上の中間貫通孔1346を通って下方に、第2の中間弁室部分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の中間弁室部分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、本例の弁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弁1400を通るコンダクタンスを更に変調する。弁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、弁室の上側部分1457、外側弁室部分1258、及び第2の中間弁室部分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、弁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。
【0046】
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、下側弁室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の中間弁室部分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、下側弁室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の中間弁室部分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弁室が依然として有利に掃引されることになる。
図14A~
図14Dに示す弁組立体設計は、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、例示的な弁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。
【0047】
別の例示的な高コンダクタンス弁1600が、
図16A~
図16Dに示される。上記で述べた弁1400と同様に、この弁は、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弁本体1290に取り外し可能に接合された弁ハウジング1460、弁室シールダイヤフラム1470、及び弁室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弁トップワークとを有する高コンダクタンス弁本体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、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、上側弁室部分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16B、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。例示的な弁1600の設計では、第1の流体導管開口1212は、内側弁室部分1259と第1の流体導管1210との間の連通をもたらす。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の中間弁室部分1256と第2の流体導管1214との間の連通をもたらす。同様に、第3の中間弁室部分1252と第2の流体導管1214との間の連通をもたらす、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、弁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。上記弁を含む部品は、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ステンレス鋼弁本体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、弁本体、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。
【0048】
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、内側弁室部分1259を上側弁室部分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弁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。
【0049】
図15B、15C、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の中間弁室部分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1546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。いく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の中間弁室部分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、中間貫通孔1546は、中間弁室部分1254を上側弁室部分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の中間弁室部分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。
【0050】
例示的な弁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弁室部分1259が、第1の流体導管1210と連通する第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の中間弁室部分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、内側弁室部分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、弁室の上側部分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の中間弁室部分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の中間弁室部分1254から第3の中間弁室部分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。本例の弁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弁1600を通るコンダクタンスを変調することができる。
【0051】
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、内側弁室部分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、上側弁室部分1457を通じて外側弁室部分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の中間弁室部分1256内に出ることができる。第1の中間弁室部分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、内側弁室部分1259から1つ以上のインサート孔1554を通って上方に、上側弁室部分1457内に移行することができ、そこから1つ以上の中間貫通孔1546を通って下方に、第2の中間弁室部分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の中間弁室部分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、本例の弁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弁1600を通るコンダクタンスを更に変調する。弁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、弁室の上側部分1457、外側弁室部分1258、及び第2の中間弁室部分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、弁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。
【0052】
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、下側弁室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の中間弁室部分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、下側弁室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の中間弁室部分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弁室が依然として有利に掃引されることになる。
図16A~
図16Dに示す弁組立体設計は、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、例示的な弁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、弁1600の密閉性(shut-off tightness)を更に改善することになる。
【0053】
中心の同心オリフィスリッジ1720、1721、1722、1723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弁本体1790の代表的な例が、
図17A~
図17Dに示される。より完全な、例示的な弁組立体1900-1は、金属ガスケット1965を、
図19A-1~
図19D-1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、弁本体1790に取り外し可能に接合される弁ハウジング1960を含むトップワークを有することができる。別のより完全な、例示的な弁組立体1900-2は、金属ガスケット1965を、
図19A-2~
図19D-2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、弁本体1790に取り外し可能に接合される弁ハウジング1960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弁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弁に使用される場合がある。弁本体1790の上面内に形成された開放キャビティ1752、1754、1756、1758、1759は、弁室の下側部分と考えることができ、一方、弁室の上側部分1957は、その上の弁ハウジング1960の下面に形成される。
図17A~
図17Dの考慮は、上記開放キャビティ1752、1754、1756、1278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。弁本体1790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1720が、外側弁室部分1758を、最大のオリフィスリッジ1720によって囲まれる第1の中間弁室部分1756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1721も、最大のオリフィスリッジ1720によって囲まれている、弁本体1790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の中間弁室部分1754を、第1の中間弁室部分1756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1722も、第1のより小さいオリフィスリッジ1721によって囲まれている、弁本体1790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の中間弁室部分1752を、第2の中間弁室部分1754から更に分離する。概ね同心の最小のオリフィスリッジ1723も、第2のより小さいオリフィスリッジ1722によって囲まれている、弁本体1790からの円形上向き突出部として形成され、内側弁室部分1759を、第3の中間弁室部分1752から更に分離する。各オリフィスリッジ1720、1721、1722、1723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、個々の中間弁室キャビティ1752、1754、1756の深さが、変動する深さを有することができ、また更に、弁本体1790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。外側弁室部分1758の周縁に隣接する金属ガスケット1765を収納するために、ガスケットシール領域1764を弁本体1790の上面内に形成することができる。
【0054】
例示的な弁1900-1、1900-2は、第1の流体導管1710(通常は入口)及び第2の流体導管1714(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弁室の上側部分及び下側部分、弁室シールダイヤフラム1970、並びに、弁室シールダイヤフラム1970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、弁室シールダイヤフラム1970に固着される制御プレート1800-1、1800-2(以下で更に説明する)から更に構成することができる。
図19B-1、
図19B-2及び
図19D-1、
図19D-2の例証では、制御プレート1800-1、1800-2を、ダイヤフラム1970から突出するスタブ1983に取り付け、それにより、上側弁室部分1957内に懸架することができる。制御プレート2000-2と弁室シールダイヤフラム2170との間の距離は、掃引容積部を低減又は排除するように最小化される。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19B-1、
図19B-1、及び
図19D-1、
図19D-2に示すように貫通孔1952を使用してスタブ1983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。例示的な弁1900-1、1900-2の設計では、第1の流体導管開口1712は、内側弁室部分1759と第1の流体導管1710との間の連通をもたらす。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1716は、第1の中間弁室部分1756と第2の流体導管1714との間の連通をもたらす。同様に、第3の中間弁室部分1752と第2の流体導管1714との間の連通をもたらす、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1718が設けられる。
図19A-1~
図19D-1及び
図19A-2~
図19D-2の本例証では、弁1900-1、1900-2は、遮断無流状態で完全に閉鎖するため、制御プレート1800-1、1800-2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1720、第1のより小さいオリフィスリッジ1721、第2のより小さいオリフィスリッジ1722、及び最小のオリフィスリッジ1723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1710及び第2の流体導管1714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。上記弁を含む部品は、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ステンレス鋼弁本体1790を、Hastelloy(商標)ニッケル合金制御プレート1800-1、1800-2及びElgiloy(商標)コバルト合金シールダイヤフラム1970とともに使用することができる。代替的に、弁本体、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。
【0055】
図18A-1~
図18D-1に示す貫流制御プレート1800-1の例は、制御プレート本体1840の円周部1850によって軸方向に分離される第1の側面1871及び反対の第2の側面1872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1840を含む。1つ以上の孔又は特徴部が、ディスクの円周部1850及び対向する側面に形成される。これらの孔は、第2の側面1872における中心取り付け孔1848(止まり又は貫通)、第1の側面1871から第2の側面1872への連通をもたらす1つ以上の軸方向貫通孔1846-1、1847-1、第1の側面におけるカウンターボア1842、及びカウンターボア1842から円周部1850への連通をもたらす1つ以上の半径方向孔1854-1、1856-1、1858-1を含むことができる。
図18A-1~
図18D-1に示すように、制御プレート1800-1を、ダイヤフラム1970から突出するスタブ1983に取り付け、それにより、上側弁室部分1957内に懸架することができる。軸方向貫通孔1846-1、1847-1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スタブ1983に制御プレート1800-1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。
【0056】
1つ以上の軸方向貫通孔1846-1、1847-1は、制御プレート本体1840を貫通し、典型的には、中心取り付け孔1848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の円の直径及び軸方向貫通孔1846-1、1847-1の直径は、それらの軸方向貫通孔が第2の中間弁室部分1754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1721とも、第2のより小さいオリフィスリッジ1722とも重ならないように選択される。軸方向貫通孔1846-1、1847-1は、流体が制御プレート本体1840の第1の側面1871から反対の第2の側面1872まで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、軸方向貫通孔1846-1、1847-1は、第2の中間弁室部分1754を上側弁室部分1957と流体的に接続する。制御プレート本体1840の中実の材料は、ディスク形状の制御プレート本体1840の第1の側面1871上で、中心取り付け孔1848から、連続する途切れのない第1の表面領域1841までの機械的接続をもたらし、第1の表面領域1841は、第3の中間弁室部分1752全体を覆いながら、第2のより小さいオリフィスリッジ1722との接触と、最小のオリフィスリッジ1723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。制御プレート本体1840の1つ以上の隣接する軸方向貫通孔1846-1、1847-1の間の中実部分1861、1862は、ディスク形状の制御プレート本体1840の第1の側面1871上で、中心取り付け孔1848から、連続する途切れのない第2の表面領域1843までの機械的接続をもたらし、第2の表面領域1843は、第1の中間弁室部分1756全体を覆いながら、最大のオリフィスリッジ1720との接触と、第1のより小さいオリフィスリッジ1721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。
【0057】
中心カウンターボア1842が、制御プレート本体1840の第1の側面1871において、反対の第2の側面1872に向かって本体内に突出するように形成される。1つ以上の半径方向孔1854-1、1856-1、1858-1が、カウンターボア1842から制御プレート本体1840を通って延在し、円周部1850につながる流体通路を生成する。半径方向孔1854-1、1856-1、1858-1は、典型的には、等角度で形成され、それにより、孔の間の中実の領域1855、1857、1859と交互に、円周部1850の周りに一定間隔をもたらす。中心カウンターボア1842の深さは変更することができるが、半径方向孔1854-1、1856-1、1858-1に貫通する深さよりも大きくなければならないことを認識すべきである。カウンターボアの直径は、弁1900-1が図示の閉鎖状態にあるときに、連続する途切れのない第1の表面領域1841が第3の中間弁室部分1752をシールすることを確実にするように、最小のオリフィスリッジ1723の内径よりも小さくなければならない。カウンターボア1842は、中心取り付け孔1848と交差してもしなくてもよく(止まり穴の取り付け孔)、同じ直径でも異なる直径でもよい。
【0058】
例示的な弁1900-1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1723に囲まれている内側弁室部分1759が、第1の流体導管1710と連通する第1の流体導管開口1712によって供給され、それにより、制御プレート1800-1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1723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の中間弁室部分1752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1714と連通する第3の内側流体導管開口1718を通じて出ることができる。第2の流体部分は、内側弁室部分1759から制御プレートカウンターボア1842及び半径方向孔1854-1、1856-1、1858-1を介して上方に、円周部1850を通過して弁室の上側部分1957内に移行することができ、そこから軸方向貫通孔1846-1、1847-1を通って下方に、第2の中間弁室部分1754内に移行することができる。制御プレート1800-1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1722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の中間弁室部分1754から第3の中間弁室部分1752内に制御可能に直接的に流れ、その後、第2の流体導管1714と連通する第3の内側流体導管開口1718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。本例の弁1900-1では、アクチュエータ(図示せず)が、制御シャフト1982に力を加えてダイヤフラム1970を偏向させることで、固着された制御プレート1800-1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弁1900-1を通るコンダクタンスを変調することができる。
【0059】
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1800-1の少なくとも一部分を最大のオリフィスリッジ1720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、内側弁室部分1759から制御プレート貫通孔1842及び径方向孔1854-1、1856-1、1858-1を通じて円周部1850を通過して上向きに移行し、上側弁室部分1957を通じて外側弁室部分1758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の中間弁室部分1756内に出ることができる。第1の中間弁室部分1756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1714と連通している第2の流体導管開口1716を通じて出ることができる。第4の流体部分は、内側弁室部分1759から制御プレートカウンターボア1742及び半径方向孔1854-1、1856-1、1858-1を通じて円周部1850を通過して上方に、上側弁室部分1957内に移行することができ、そこから1つ以上の軸方向貫通孔1846-1、1847-1を通って下方に、第2の中間弁室部分1754内に移行することができる。制御プレート1800-1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1721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の中間弁室部分1756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1714と連通する第2の内側流体導管開口1716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、本例の弁1900-1では、制御シャフト1982に力を加えることでダイヤフラム1970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弁1900-1を通るコンダクタンスを更に変調する。弁1900-1が閉鎖している間、流体は、制御プレート1800-1内の半径方向孔及び軸方向孔を通って、弁室の上側部分1957、外側弁室部分1758、及び第2の中間弁室部分1754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、弁1900-1が閉鎖しているとき、流体は第1の流体導管1710から第2の流体導管1714まで通過することができない。
【0060】
設計者は、最大のオリフィスリッジ1720及び第1のより小さいオリフィスリッジ1721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、下側弁室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1800-1は、もちろん、主に、ディスク形状の本体1840の第1の下側の側面1871上に、最大のオリフィスリッジ1720との接触と、第1のより小さいオリフィスリッジ1721との接触との間にまたがり、かつ第1の中間弁室部分1756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1843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1722及び最小のオリフィスリッジ1723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1722、1723は、下側弁室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1800-1は、もちろん、主に、ディスク形状の本体1840の第1の下側の平坦な側面1871上に、第2のより小さいオリフィスリッジ1722との接触と、最小のオリフィスリッジ1723との接触との間にまたがり、かつ第3の中間弁室部分1752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1841を有する必要がある。設計者はまた、第1の流体導管1710から第2の流体導管1714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1714から第1の流体導管1710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弁室が依然として有利に掃引されることになる。
図19A-1~
図19D-1に示す弁組立体設計は、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、例示的な弁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1720、1721、1722、1723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。
【0061】
別の例示的な弁組立体2100-1は、金属ガスケット2165を、
図21A-1~
図21D-1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、弁本体1790に取り外し可能に接合される弁ハウジング2160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弁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弁に使用される場合がある。弁本体1790の上面内に形成された開放キャビティ1752、1754、1756、1758、1759は、弁室の下側部分と考えることができ、一方、弁室の上側部分2157は、その上の弁ハウジング2160の下面に形成される。
【0062】
例示的な弁2100-1は、第1の流体導管1710(通常は入口)及び第2の流体導管1714(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、流体を弁室の上側部分及び下側部分、弁室シールダイヤフラム2170、並びに弁室シールダイヤフラム2170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、弁室シールダイヤフラム2170に固着される制御プレート2000-1(以下で更に説明する)から更に構成することができる。
図21B-1、21D-1の例証では、制御プレート2000-1を、ダイヤフラム2170から突出するスタブ2183に取り付け、それにより、上側弁室部分2157内に懸架することができる。制御プレート2000-1と弁室シールダイヤフラム2170との間の距離は、掃引容積部を低減又は排除するように最小化される。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21B-1、21D-1に示すように貫通孔2052を使用してスタブ2183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。例示的な弁2100-1の設計では、第1の流体導管開口1712は、内側弁室部分1759と第1の流体導管1710との間の連通をもたらす。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1716は、第1の中間弁室部分1756と第2の流体導管1714との間の連通をもたらす。同様に、第3の中間弁室部分1752と第2の流体導管1714との間の連通をもたらす、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1718が設けられる。
図21A-1~
図21D-1の本例証では、弁2100は、遮断無流状態で完全に閉鎖するため、制御プレート2000-1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1720、第1のより小さいオリフィスリッジ1721、第2のより小さいオリフィスリッジ1722、及び最小のオリフィスリッジ1723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1710及び第2の流体導管1714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。上記弁を含む部品は、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ステンレス鋼弁本体1790を、Hastelloy(商標)ニッケル合金制御プレート1800-1及びElgiloy(商標)コバルト合金シールダイヤフラム1970とともに使用することができる。代替的に、弁本体、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。
【0063】
図20A-1~
図20D-1に示す貫流制御プレート2000-1の別の例は、制御プレート本体2040の円周部2050によって軸方向に分離される第1の側面2071-1及び反対の第2の側面2072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2040と、ポリマーインサートとを備える。1つ以上の孔又は特徴部が、制御プレート本体2040の円周部2050及び対向する側面に形成される。これらの孔は、第2の側面2072における中心取り付け孔2052(止まり又は貫通)、第1の側面2071-1から第2の側面2072まで延在する1つ以上の軸方向ピラー孔2060-1、2061、円周部2050から対応するピラー孔内に延在する1つ以上の半径方向ロック孔2057-1、2059-1、第1の側面における中心カウンターボア2042、及びカウンターボア2042から円周部2050への連通をもたらす1つ以上の半径方向孔2054-1、2056-1、2058-1を含むことができる。
【0064】
図20A-1~
図20D-1に示す代表的なポリマーインサートは、制御プレート本体2040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2040内の対応するピラー孔2060-1、2061にそれぞれ収納される複数のピラー2030-1、2031-1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の開口部2057-1、2059-1、2060-1、2061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2040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。代表的なポリマーインサートは、制御プレート本体2040の第1の側面2071-1を覆う連接した比較的薄いポリマーインサートディスク2070によっても相互接続されながら、対応するピラー孔2060-1、2061内に形成され、かつ対応するロック孔2057-1、2059-1内のプラグ2032-1、2034-1に嵌合する、複数のポリマーピラー2030-1、2031-1を有する。ポリマープラグ2032-1、2034-1は、ポリマーインサートを制御プレート本体2040内にしっかりとロックする。ポリマーインサートディスク2070は、以下で説明する
図21A-1~
図21D-1に示す代表的な弁2100に関して更に説明するように、平坦であり、弁本体におけるオリフィスリッジの方に向く第1の側面2073-1を有する。1つ以上の軸方向貫通孔2046-1、2047-1は、対応するポリマーピラー2030-1、2031-1を貫通し、流体がポリマーインサートディスク2070の第1の側面2073-1から制御プレート本体2040の対向する第2の側面2072まで円周部2050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。薄いポリマーインサートディスク2070には、中心カウンターボア2042と位置合わせされる略同じ直径の中心孔2044が貫通する。
【0065】
図21B-1、21D-1に示すように、中心孔2044の直径は、ポリマーインサートディスク2070の下側の平坦な第1の側面2073-1上に、連続する途切れのない第1の表面領域2041-1を生成するように選択され、それにより、第1の表面領域2041-1は、第3の中間弁室部分1752全体を覆いながら、第2のより小さいオリフィスリッジ1722との接触と、最小のオリフィスリッジ1723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つ以上の軸方向貫通孔2046-1、2047-1は、典型的には、第1の表面領域2041-1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。いくつかの実施形態において、軸方向貫通孔2046-1、2047-1は、1つ以上のポリマーピラー2030-1、2031-1及び薄いポリマーインサートディスク2070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軸方向貫通孔2046-1、2047-1の直径は、それらの軸方向貫通孔が第2の中間弁室部分1754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1721とも、第2のより小さいオリフィスリッジ1722とも重ならないように選択される。より具体的には、軸方向貫通孔2046-1、2047-1は、中間弁室部分1754を上側弁室部分2157と流体的に接続する。制御プレート本体2040の中実の材料は、ポリマーインサートディスク2070の下側の平坦な第1の側面2073-1上で、第1の表面領域2041-1から、連続する途切れのない第2の表面領域2043-1にまたがるポリマーインサートディスク2070に対する更なる機械的支持を可能にし、第2の表面領域2043-1は、第1の中間弁室部分1756全体を覆いながら、最大のオリフィスリッジ1720との接触と、第1のより小さいオリフィスリッジ1721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。
【0066】
例示的な弁2100-1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1723に囲まれている内側弁室部分1759が、第1の流体導管1710と連通する第1の流体導管開口1712によって供給され、それにより、制御プレート2000-1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1723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の中間弁室部分1752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1714と連通する第3の内側流体導管開口1718を通じて出ることができる。第2の流体部分は、内側弁室部分1759から中心孔2044を介して上方に、制御プレートカウンターボア2042内に、及び半径方向孔2054-1、2056-1、2058-1内に入り、円周部2050を通過して、弁室の上側部分2157内に移行し、そこから、軸方向貫通孔2046-1、2047-1を通って下方に、第2の中間弁室部分1754内に移行することができる。制御プレート2000-1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1722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の中間弁室部分1754から第3の中間弁室部分1752内に制御可能に直接的に流れ、その後、第2の流体導管1714と連通する1つ以上の第3の内側流体導管開口1718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。本例の弁2100-1では、アクチュエータ(図示せず)が、制御シャフト2182に力を加えてダイヤフラム2170を偏向させることで、固着された制御プレート2000-1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弁2100を通るコンダクタンスを変調することができる。
【0067】
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2000-1の少なくとも一部分を最大のオリフィスリッジ1720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、内側弁室部分1759から中心孔2044を通って上方に、制御プレートカウンターボア2042内に、及び半径方向孔2054-1、2056-1、2058-1内に入り、円周部2050を通過するように移行し、上側弁室部分2157を通じて外側弁室部分1758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の中間弁室部分1756内に出ることができる。第1の中間弁室部分1756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1714と連通している第2の流体導管開口1716を通って出ることができる。第4の流体部分は、内側弁室部分1759から中心孔2044を通って上方に、制御プレートカウンターボア2042内、及び半径方向孔2054-1、2056-1、2058-1内に入り、円周部2050を通過して、上側弁室部分2157内に移行し、そこから、1つ以上の軸方向貫通孔2046-1、2047-1を通って下方に、第2の中間弁室部分1754内に移行することができる。制御プレート2000-1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1721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の中間弁室部分1756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1714と連通する1つ以上の第2の内側流体導管開口1716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、本例の弁2100-1では、制御シャフト2182に力を加えことでダイヤフラム2170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弁2100を通るコンダクタンスを更に変調する。弁2100が閉鎖している間、流体は、制御プレート2000-1内の軸方向孔及び半径方向孔を通って、弁室の上側部分2157、外側弁室部分1758、及び第2の中間弁室部分1754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、弁2100が閉鎖しているとき、流体は第1の流体導管1710から第2の流体導管1714まで通過することができない。
【0068】
設計者は、最大のオリフィスリッジ1720及び第1のより小さいオリフィスリッジ1721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、下側弁室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2000-1は、もちろん、主に、ポリマーインサートディスク2070の下側の第1の側面2073-1上に、最大のオリフィスリッジ1720との接触と、第1のより小さいオリフィスリッジ1721との接触との間にまたがり、かつ第1の中間弁室部分1756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2043-1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1722及び最小のオリフィスリッジ1723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1722、1723は、下側弁室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2000-1は、もちろん、主に、ポリマーインサートディスク2070の下側の第1の側面2073-1上に、第2のより小さいオリフィスリッジ1722との接触と、最小のオリフィスリッジ1723との接触との間にまたがり、かつ第3の中間弁室部分1752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2041-1を有する必要がある。設計者はまた、第1の流体導管1710から第2の流体導管1714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1714から第1の流体導管1710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弁室が依然として有利に掃引されることになる。
図21A-1~
図21D-1に示す弁設計は、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、例示的な弁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1720、1721、1722、1723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の包含は、弁2100-1の密閉性を更に改善することになる。
【0069】
図18A-2~
図18D-2に示す貫流制御プレート1800-2の更に別の例は、制御プレート本体1840の円周部1850によって軸方向に分離される第1の側面1871及び反対の第2の側面1872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1840を含む。1つ以上の孔又は特徴部が、ディスクの円周部1850及び対向する側面に形成される。これらの孔は、第2の側面1872における中心取り付け孔1848(止まり又は貫通)、第1の側面におけるカウンターボア1842、カウンターボア1842から円周部1850への連通をもたらす1つ以上の半径方向孔1854-2、1856-2、1858-2、第1の側面1871からそれぞれの半径方向孔への連通をもたらす1つ以上の軸方向孔1846-2、1847-2を含むことができる。
図19A-2~
図19D-2に示すように、制御プレート1800-2を、ダイヤフラム1970から突出するスタブ1983に取り付け、それにより、上側弁室部分1957内に懸架することができる。軸方向孔1846-2、1847-2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、任意の好適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スタブ1983に制御プレート1800-2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。
【0070】
1つ以上の軸方向孔1846-2、1847-2は、制御プレート本体1840に形成され、典型的には、中心取り付け孔1848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の円の直径及び軸方向孔1846-2、1847-2の直径は、それらの軸方向孔が第2の中間弁室部分1754のみを覆い、第1のより小さいオリフィスリッジ1721とも、第2のより小さいオリフィスリッジ1722とも重ならないように選択される。軸方向孔1846-2、1847-2は、流体が制御プレート本体1840の第1の側面1871から半径方向孔1854-2、1856-2、1858-2まで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、軸方向孔1846-2、1847-2は、それぞれの半径方向孔を介して、第2の中間弁室部分1754を上側弁室部分1957と流体的に接続する。制御プレート本体1840の中実の材料は、ディスク形状の制御プレート本体1840の第1の側面1871上で、中心取り付け孔1848から、連続する途切れのない第1の表面領域1841までの機械的接続をもたらし、第1の表面領域1841は、第3の中間弁室部分1752全体を覆いながら、第2のより小さいオリフィスリッジ1722との接触と、最小のオリフィスリッジ1723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つ以上の隣接する軸方向孔1846-2、1847-2の間の制御プレート本体1840の中実部分1861、1862は、ディスク形状の制御プレート本体1840の第1の側面1871上で、中心取り付け孔1848から、連続する途切れのない第2の表面領域1843までの機械的接続をもたらし、第2の表面領域1843は、第1の中間弁室部分1756全体を覆いながら、最大のオリフィスリッジ1720との接触と、第1のより小さいオリフィスリッジ1721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。
【0071】
中心カウンターボア1842が、制御プレート本体1840の第1の側面1871において、反対の第2の側面1872に向かって本体内に突出するように形成される。1つ以上の半径方向孔1854-2、1856-2、1858-2が、カウンターボア1842から制御プレート本体1840を通って延在し、円周部1850につながる流体通路を生成する。半径方向孔1854-2、1856-2、1858-2は、典型的には、等角度で形成され、それにより、孔の間の中実の領域1855、1857、1859と交互に、円周部1850の周りに一定間隔をもたらす。中心カウンターボア1842の深さは変更することができるが、半径方向孔1854-2、1856-2、1858-2に貫通する深さよりも大きくなければならないことを認識すべきである。カウンターボアの直径は、弁1900-2が図示の閉鎖状態にあるときに、連続する途切れのない第1の表面領域1841が第3の中間弁室部分1752をシールすることを確実にするように、最小のオリフィスリッジ1723の内径よりも小さくなければならない。カウンターボア1842は、中心取り付け孔1848と交差してもしなくてもよく(止まり穴の取り付け孔)、同じ直径でも異なる直径でもよい。
【0072】
例示的な弁1900-2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1723に囲まれている内側弁室部分1759が、第1の流体導管1710と連通する第1の流体導管開口1712によって供給され、それにより、制御プレート1800-2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1723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の中間弁室部分1752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1714と連通する第3の内側流体導管開口1718を通じて出ることができる。第2の流体部分は、内側弁室部分1759から制御プレートカウンターボア1842及び半径方向孔1854-2、1856-2、1858-2を介して上方に、円周部1850を通過して弁室の上側部分1957内に移行することができ、そこから軸方向孔1846-2、1847-2を通って下方に、第2の中間弁室部分1754内に移行することができる。制御プレート1800-2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1722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の中間弁室部分1754から第3の中間弁室部分1752内に制御可能に直接的に流れ、その後、第2の流体導管1714と連通する1つ以上の第3の内側流体導管開口1718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。本例の弁1900-2では、アクチュエータ(図示せず)が、制御シャフト1982に力を加えてダイヤフラム1970を偏向させることで、固着された制御プレート1800-2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弁1900を通るコンダクタンスを変調することができる。
【0073】
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1800-2の少なくとも一部分を最大のオリフィスリッジ1720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、内側弁室部分1759から制御プレートカウンターボア1842及び半径方向孔1854-2、1856-2、1858-2を通じて円周部1850を通過して上向きに移行し、上側弁室部分1957を通じて外側弁室部分1758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の中間弁室部分1756内に出ることができる。第1の中間弁室部分1756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1714と連通している第2の流体導管開口1716を通じて出ることができる。第4の流体部分は、内側弁室部分1759から制御プレートカウンターボア1742及び半径方向孔1854-2、1856-2、1858-2を通って円周部1850を通過して上方に、弁室の上側弁室部分1957内に移行することができ、1つ以上の軸方向貫通孔1846-2、1847-2を通って下方に、第2の中間弁室部分1754内に移行することができる。制御プレート1800-2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1721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の中間弁室部分1756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1714と連通する第2の内側流体導管開口1716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、本例の弁1900-2では、制御シャフト1982に力を加えることでダイヤフラム1970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弁1900を通るコンダクタンスを更に変調する。弁1900が閉鎖している間、流体は、制御プレート1800-2内の軸方向孔及び半径方向孔を通って、弁室の上側部分1957、外側弁室部分1758、及び第2の中間弁室部分1754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、弁1900が閉鎖しているとき、流体は第1の流体導管1710から第2の流体導管1714まで通過することができない。
【0074】
設計者は、最大のオリフィスリッジ1720及び第1のより小さいオリフィスリッジ1721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、下側弁室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1800-2は、もちろん、主に、ディスク形状の本体1840の下側の第1の側面上1871に、最大のオリフィスリッジ1720との接触と、第1のより小さいオリフィスリッジ1721との接触との間にまたがり、かつ第1の中間弁室部分1756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1843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1722及び最小のオリフィスリッジ1723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1722、1723は、下側弁室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1800-2は、もちろん、主に、ディスク形状の本体1840の下側の第1の側面上1871に、第2のより小さいオリフィスリッジ1722との接触と、最小のオリフィスリッジ1723との接触との間にまたがり、かつ第3の中間弁室部分1752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1841を有する必要がある。設計者はまた、第1の流体導管1710から第2の流体導管1714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1714から第1の流体導管1710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弁室が依然として有利に掃引されることになる。
図19A-2~
図19D-2に示す弁設計は、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、例示的な弁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1720、1721、1722、1723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。
【0075】
別の例示的な弁組立体2100-2は、金属ガスケット2165を、
図21A-2~
図21D-2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、弁本体1790に取り外し可能に接合される弁ハウジング2160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弁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弁に使用される場合がある。弁本体1790の上面内に形成された開放キャビティ1752、1754、1756、1758、1759は、弁室の下側部分と考えることができ、一方、弁室の上側部分2157は、その上の弁ハウジング2160の下面に形成される。
【0076】
例示的な弁2100-2は、第1の流体導管1710(通常は入口)及び第2の流体導管1714(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、流体を弁室の上側部分及び下側部分、弁室シールダイヤフラム2170、及び弁室シールダイヤフラム2170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、弁室シールダイヤフラム2170に固着される制御プレート2000-2(以下で更に説明する)から更に構成することができる。
図21B-2、21D-2の例証では、制御プレート2000-2を、ダイヤフラム2170から突出するスタブ2183に取り付け、それにより、上側弁室部分2157内に懸架することができる。制御プレート2000-2と弁室シールダイヤフラム2170との間の距離は、掃引容積部を低減又は排除するように最小化される。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21B-2、21D-2に示すように貫通孔2052を使用してスタブ2183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。例示的な弁2100-2の設計では、第1の流体導管開口1712は、内側弁室部分1759と第1の流体導管1710との間の連通をもたらす。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1716は、第1の中間弁室部分1756と第2の流体導管1714との間の連通をもたらす。同様に、第3の中間弁室部分1752と第2の流体導管1714との間の連通をもたらす、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1718が設けられる。
図21A-2~
図21D-2の本例証では、弁2100は、遮断無流状態で完全に閉鎖するため、制御プレート2000-2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1720、第1のより小さいオリフィスリッジ1721、第2のより小さいオリフィスリッジ1722、及び最小のオリフィスリッジ1723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1710及び第2の流体導管1714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。上記弁を含む部品は、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ステンレス鋼弁本体1790を、Hastelloy(商標)ニッケル合金制御プレート1800-2及びElgiloy(商標)コバルト合金シールダイヤフラム1970とともに使用することができる。代替的に、弁本体、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。
【0077】
図20A-2~
図20D-2に示す貫流制御プレート2000-2の別の例は、制御プレート本体2040の円周部2050によって軸方向に分離される第1の側面2071-2及び反対の第2の側面2072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2040と、ポリマーインサートとを備える。1つ以上の孔又は特徴部が、制御プレート本体2040の円周部2050及び対向する側面に形成される。これらの孔は、第2の側面2072における中心取り付け孔2052(止まり又は貫通)、第1の側面2071-2から第2の側面2072まで延在する1つ以上の軸方向ピラー孔2060-2、2061、円周部2050から対応するピラー孔内に延在する1つ以上の半径方向ロック孔2057-2、2059-2、第1の側面における中心カウンターボア2042、及びカウンターボア2042から円周部2050への連通をもたらす1つ以上の半径方向孔2054-2、2056-2、2058-2を含むことができる。
【0078】
図20A-2~
図20D-2に示す代表的なポリマーインサートは、制御プレート本体2040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2040内の対応するピラー孔2060-2、2061にそれぞれ収納される複数のピラー2030-2、2031-2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の開口部2057-2、2059-2、2060-2、2061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2040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。代表的なポリマーインサートは、制御プレート本体2040の第1の側面2071-2を覆う連接した比較的薄いポリマーインサートディスク2070によっても相互接続されながら、対応するピラー孔2060-2、2061内に形成され、かつ対応するロック孔2057-2、2059-2内のプラグ2032-2、2034-2に嵌合する、複数のポリマーピラー2030-2、2031-2を有する。ポリマープラグ2032-2、2034-2は、ポリマーインサートを制御プレート本体2040内にしっかりとロックする。ポリマーインサートディスク2070は、以下で説明する
図21A-2~
図21D-2に示す代表的な弁2100に関して更に説明するように、平坦であり、弁本体におけるオリフィスリッジの方に向く第1の側面2073-2を有する。1つ以上の軸方向孔2046-2は、ポリマーインサートディスク2070の第1の側面2073-2を貫通して1つ以上の半径方向孔2054-2、2056-2、2058-2内に入り、流体がポリマーインサートディスク2070の第1の側面2073-2から制御プレート本体2040の対向する第2の側面2072まで円周部2050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。薄いポリマーインサートディスク2070には、中心カウンターボア2042と位置合わせされる略同じ直径の中心孔2044が貫通する。
【0079】
図21B-2、21D-2に示すように、中心孔2044の直径は、ポリマーインサートディスク2070の下側の平坦な第1の側面2073-2上に、連続する途切れのない第1の表面領域2041-2を生成するように選択され、それにより、第1の表面領域2041-2は、第3の中間弁室部分1752全体を覆いながら、第2のより小さいオリフィスリッジ1722との接触と、最小のオリフィスリッジ1723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つ以上の軸方向孔2046-2は、典型的には、第1の表面領域2041-2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。いくつかの実施形態において、軸方向孔2046-2は、ポリマーインサートディスク2070の第1の側面2073-2を実質的に真っ直ぐに延在して1つ以上の半径方向孔2054-2、2056-2、2058-2内に入る。一定直径の円の直径及び軸方向孔2046-2の直径は、それらの軸方向孔が第2の中間弁室部分1754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1721とも、第2のより小さいオリフィスリッジ1722とも重ならないように選択される。より具体的には、1つ以上の軸方向孔2046-2、2047は、中間弁室部分1754を上側弁室部分2157と流体的に接続する。制御プレート本体2040の中実の材料は、ポリマーインサートディスク2070の下側の平坦な第1の側面2073-2上で、第1の表面領域2041-2から、連続する途切れのない第2の表面領域2043-2にまたがるポリマーインサートディスク2070に対する更なる機械的支持を可能にし、第2の表面領域2043-2は、第1の中間弁室部分1756全体を覆いながら、最大のオリフィスリッジ1720との接触と、第1のより小さいオリフィスリッジ1721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。
【0080】
例示的な弁2100-2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1723に囲まれている内側弁室部分1759が、第1の流体導管1710と連通する第1の流体導管開口1712によって供給され、それにより、制御プレート2000-2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1723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の中間弁室部分1752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1714と連通する第3の内側流体導管開口1718を通じて出ることができる。第2の流体部分は、内側弁室部分1759から中心孔2044を介して上方に、制御プレートカウンターボア2042内に、及び半径方向孔2054-2、2056-2、2058-2内に入り、円周部2050を通過して、弁室の上側部分2157内に移行し、そこから、少なくとも1つの軸方向孔2046-2を通って下方に、半径方向孔2054-2、2056-2、2058-2から第2の中間弁室部分1754内に移行することができる。制御プレート2000-2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1722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の中間弁室部分1754から第3の中間弁室部分1752内に制御可能に直接的に流れ、その後、第2の流体導管1714と連通する1つ以上の第3の内側流体導管開口1718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。本例の弁2100-2では、アクチュエータ(図示せず)が、制御シャフト2182に力を加えてダイヤフラム2170を偏向させることで、固着された制御プレート2000-2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弁2100を通るコンダクタンスを変調することができる。
【0081】
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2000-2の少なくとも一部分を最大のオリフィスリッジ1720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、内側弁室部分1759から中心孔2044を通って上方に、制御プレートカウンターボア2042内に、及び半径方向孔2054-2、2056-2、2058-2内に入り、円周部2050を通過するように移行し、上側弁室部分2157を通じて外側弁室部分1758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の中間弁室部分1756内に出ることができる。第1の中間弁室部分1756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1714と連通している第2の流体導管開口1716を通って出ることができる。第4の流体部分は、内側弁室部分1759から中心孔2044を通って上方に、制御プレートカウンターボア2042内、及び半径方向孔2054-2、2056-2、2058-2内に入り、円周部2050を通過して、上側弁室部分2157内に移行し、そこから、1つ以上の軸方向孔2046-2を通って下方に、半径方向孔2054-2、2056-2、2058-2から第2の中間弁室部分1754内に移行することができる。制御プレート2000-2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1721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の中間弁室部分1756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1714と連通する1つ以上の第2の内側流体導管開口1716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、本例の弁2100-2では、制御シャフト2182に力を加えことでダイヤフラム2170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弁2100を通るコンダクタンスを更に変調する。弁2100が閉鎖している間、流体は、制御プレート2000-2内の軸方向孔及び半径方向孔を通って、弁室の上側部分2157、外側弁室部分1758、及び第2の中間弁室部分1754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、弁2100が閉鎖しているとき、流体は第1の流体導管1710から第2の流体導管1714まで通過することができない。
【0082】
設計者は、最大のオリフィスリッジ1720及び第1のより小さいオリフィスリッジ1721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、下側弁室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2000-2は、もちろん、主に、ポリマーインサートディスク2070の下側の第1の側面2073-2上に、最大のオリフィスリッジ1720との接触と、第1のより小さいオリフィスリッジ1721との接触との間にまたがり、かつ第1の中間弁室部分1756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2043-2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1722及び最小のオリフィスリッジ1723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1722、1723は、下側弁室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2000-2は、もちろん、主に、ポリマーインサートディスク2070の下側の第1の側面2073-2上に、第2のより小さいオリフィスリッジ1722との接触と、最小のオリフィスリッジ1723との接触との間にまたがり、かつ第3の中間弁室部分1752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2041-2を有する必要がある。設計者はまた、第1の流体導管1710から第2の流体導管1714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1714から第1の流体導管1710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弁室が依然として有利に掃引されることになる。
図21A-2~
図21D-2に示す弁設計は、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、例示的な弁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1720、1721、1722、1723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。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の包含は、弁2100の密閉性を更に改善することになる。
【0083】
このように、本発明の少なくとも1つの実施形態のいく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。
【符号の説明】
【0084】
100 弁組立体
110 第1の流体導管
112 第1の流体導管開口
114 第2の流体導管
116 第2の流体導管開口
120 オリフィスリッジ
121 オリフィスリッジ
150 弁室
154 中間弁室部分
157 上側弁室部分
158 外側弁室部分
159 内側弁室部分
160 弁ハウジング
164 ガスケットシール領域
165 金属ガスケット
170 ダイヤフラム
182 制御シャフト
190 弁本体
200 制御プレート
240 制御プレート本体
242 貫通孔
244 カウンターボア
246 上部孔
248 ウェブ
300 制御プレート
341 制御プレート本体
343 貫通孔
345 球形ポケット
347 傾斜上部孔
349 ウェブ
400 弁組立体
414 第2の流体導管
416 第2の流体導管開口
417 第1の流体導管
419 第1の流体導管開口
420 オリフィスリッジ
421 オリフィスリッジ
450 弁室
454 中間弁室部分
457 上側弁室部分
458 外側弁室部分
459 内側弁室部分
460 弁ハウジング
464 ガスケットシール領域
465 金属ガスケット
470 ダイヤフラム
482 制御シャフト
490 弁本体
600 制御プレート
639 空隙通路
640 制御プレート本体
641 増幅器ディスク
642 中心貫通孔
643 穴
644 リング状溝
646 上部レリーフ
647 受動部分
648 トーションバー
649 能動部分
810 第1の流体導管
814 第2の流体導管
816 第2の流体導管開口
818 第3の流体導管開口
820 オリフィスリッジ
821 オリフィスリッジ
822 オリフィスリッジ
823 オリフィスリッジ
852 第3の中間弁室部分
854 第2の中間弁室部分
856 第1の中間弁室部分
857 上側弁室部分
858 外側弁室部分
859 内側弁室部分
860 弁ハウジング
864 ガスケットシール領域
865 金属ガスケット
870 ダイヤフラム
882 制御シャフト
890 弁本体
900 制御プレート
940 制御プレート本体
941 第1の表面領域
943 第2の表面領域
944 第1の中間貫通孔
945 ウェブ
946 第2の中間貫通孔
946 中間貫通孔
947 ウェブ
1000 弁組立体
1212 第1の流体導管開口
1216 第2の流体導管開口
1218 第3の流体導管開口
1220 オリフィスリッジ
1221 オリフィスリッジ
1222 オリフィスリッジ
1223 オリフィスリッジ
1252 第3の中間弁室部分
1254 第2の中間弁室部分
1254 中間弁室部分
1256 第1の中間弁室部分
1258 外側弁室部分
1259 内側弁室部分
1264 ガスケットシール領域
1278 開放キャビティ
1290 弁本体
1300 制御プレート
1340 制御プレート本体
1341 第1の表面領域
1342 制御プレート貫通孔
1343 第2の表面領域
1344 カウンターボア
1346 中間貫通孔
1347 ウェブ
1348 孔
1350 中心インサート
1352 貫通孔
1353 凹状インサート底部レリーフ
1354 インサート貫通孔
1355 ウェブ
1358 外側リム
1400 弁組立体
1457 上側弁室部分
1460 弁ハウジング
1465 金属ガスケット
1470 ダイヤフラム
1482 制御シャフト
1483 スタブ
1500 制御プレート
1530 ポリマーインサート
1531 ポリマーピラー
1532 ポリマーディスク
1540 制御プレート本体
1541 第1の表面領域
1542 制御プレート貫通孔
1543 第2の表面領域
1544 カウンターボア
1546 中間貫通孔
1547 ウェブ
1548 孔
1549 開口部
1550 中心インサート
1552 貫通孔
1553 凹状インサート底部レリーフ
1554 インサート孔
1555 ウェブ
1558 外側リム
1600 弁
1710 第1の流体導管
1712 第1の流体導管開口
1716 第2の流体導管開口
1718 第3の内側流体導管開口
1720 オリフィスリッジ
1721 オリフィスリッジ
1722 オリフィスリッジ
1723 オリフィスリッジ
1742 制御プレートカウンターボア
1752 第3の中間弁室部分
1754 第2の中間弁室部分
1754 中間弁室部分
1756 第1の中間弁室部分
1758 外側弁室部分
1759 内側弁室部分
1764 ガスケットシール領域
1765 金属ガスケット
【国際調査報告】