特表2024-511619ガイド付きフローバルブアセンブリおよびそれを組み込んだシステム
(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】2024-03-14
(54)【発明の名称】ガイド付きフローバルブアセンブリおよびそれを組み込んだシステム
(51)【国際特許分類】
F16K 47/02 20060101AFI20240307BHJP
F16K 1/52 20060101ALI20240307BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20240307BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20240307BHJP
【ＦＩ】
F16K47/02 D
F16K1/52 A
H01L21/304 648K
H01L21/302 101G
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023558363
(86)(22)【出願日】2022-03-17
(85)【翻訳文提出日】2023-10-20
(86)【国際出願番号】 US2022020709
(87)【国際公開番号】W WO2022203931
(87)【国際公開日】2022-09-29
(31)【優先権主張番号】63/164,139
(32)【優先日】2021-03-22
(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】518057228
【氏名又は名称】アイコール・システムズ・インク
(74)【代理人】
【識別番号】110003579
【氏名又は名称】弁理士法人山崎国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100118647
【弁理士】
【氏名又は名称】赤松 利昭
(74)【代理人】
【識別番号】100123892
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 忠雄
(74)【代理人】
【識別番号】100169993
【弁理士】
【氏名又は名称】今井 千裕
(74)【代理人】
【識別番号】100173978
【弁理士】
【氏名又は名称】朴 志恩
(72)【発明者】
【氏名】カーソン、スティーブン
【テーマコード（参考）】
3H052
3H066
5F004
5F157
【Ｆターム（参考）】
3H052AA01
3H052BA13
3H052CA03
3H052CC02
3H066AA01
3H066BA02
3H066BA04
3H066EA33
5F004AA16
5F004BC03
5F004BD04
5F004CA02
5F004EA10
5F157CF14
5F157CF42
5F157CF44
5F157CF60
5F157CF90
5F157CF99
(57)【要約】
流体の流れを制御する装置は、半導体製造用のプロセス流体を供給するための重要なコンポーネントである。流体の流れを制御するためのこれらの装置は、異なる流量で、しばしば、かつ変動を最小限に抑えた流れを提供できるバルブに依存する。一実施形態では、バルブアセンブリが開示されており、このバルブアセンブリは、バルブボディ、閉鎖部材、シート、およびラジアルフローガイドを有する。ラジアルフローガイドは複数の流路を有する。閉鎖部材はニードルを有し、このニードルは複数の溝を有する。その結果、バルブアセンブリにより、流体の制御が改善され、その結果生じる流れの変動が低減される。
【選択図】図６
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物品を処理するシステムであって、前記システムは、プロセス流体を供給するように構成された流体供給源と、
流量制御装置であって、前記装置は入口、出口、およびバルブアセンブリを有し、前記装置の入口は前記流体供給源に流体的に結合され、前記バルブアセンブリは、前記入口と前記出口との間に流体的に結合され、前記バルブアセンブリは、
ボディであって、前記ボディは入口、出口、および前記入口と前記出口との間に延びる流路を有する、ボディと、
前記流路内に配置されたシートと、
前記シートに係合して前記流路を塞ぐよう構成された閉鎖部材と、
前記閉鎖部材に結合され、前記流路を塞ぐ閉状態から流体の流れを許容する開状態へと前記閉鎖部材を動かすアクチュエータアセンブリと、
前記流路内に配置されたラジアルフローガイドと、
前記シート、前記閉鎖部材、および前記ラジアルフローガイドを通って延びる長手方向軸と、
を備える、流量制御装置と、
前記装置の前記出口に流体的に結合された出口マニホールドと、
前記出口マニホールドに流体的に結合された処理チャンバと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項2】
前記閉鎖部材はダイアフラムおよびニードルを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記閉鎖部材は、固定部と可動部とを備え、前記固定部は前記ラジアルフローガイドに係合し、前記可動部は前記シートに係合することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記流路は、前記ボディの前記入口から前記シートに延びる第１の容積を備え、前記第１の容積は、前記ボディ、前記シート、及び前記閉鎖部材により画定されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記流路は、前記シートから前記ボディの前記出口に延びる第２の容積をさらに備え、前記第２の容積は、前記ボディ、前記シート、及び前記閉鎖部材により画定されることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記ラジアルフローガイドは、前記第１の容積を外側チャンバと内側チャンバとに分割し、複数の流路が前記外側チャンバから前記内側チャンバに延びることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項7】
前記複数の流路は、前記シートと、前記ラジアルフローガイドを形成する複数のキャスタレーションとにより画定されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記ラジアルフローガイドは、前記バルブアセンブリの前記長手方向軸に沿って上面から下面に延び、前記ラジアルフローガイドは、前記下面に形成された複数のキャスタレーションを備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記閉鎖部材は、固定部および可動部を備え、前記可動部はダイアフラムとニードルとを備え、前記ニードルは前記ダイアフラムに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記閉鎖部材は、ダイアフラムおよびニードルを備え、前記ニードルは、上端、下端、円筒部分、および溝付き部分を備え、前記バルブアセンブリの前記長手方向軸は、前記上端から前記下端に延び、前記溝付き部分は、前記下端から前記円筒部分に延び、前記溝付き部分は、複数の溝を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記円筒部分は第１の直径を有し、前記溝付き部分は第２の直径を有し、前記第１の直径と前記第２の直径とは等しいことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項12】
前記溝付き部分の前記複数の溝は、前記長手方向軸の周りを円周方向に隔てられていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項13】
前記複数の溝は、前記長手方向軸の周りに等間隔に隔てられていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項14】
前記複数の溝の各々は底面を備え、前記底面の前記長手方向軸からの半径方向の距離は前記ニードルの前記下端からの距離が増加するにつれて増加することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項15】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の流路の数は前記複数の溝よりも多いことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項16】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の流路の数は前記複数の溝と同じであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項17】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の溝の数は前記複数の流路よりも多いことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項18】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の流路は前記複数の溝と回転方向に位置合わせされていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項19】
前記閉鎖部材は円筒部分及び溝付き部分を備え、前記円筒部分は、前記閉鎖部材が前記閉状態のとき前記シートと接触し、前記閉鎖部材が前記開状態のとき前記溝付き部分は前記シートと接触することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項20】
前記閉鎖部材は、円筒部分、溝付き部分、および前記閉鎖部材の上端から下端に延びる前記バルブアセンブリの前記長手方向軸を備え、前記溝付き部分は、前記長手方向軸に対して鋭角をなす溝軸に沿って伸びている複数の溝を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項21】
前記ラジアルフローガイドは、円筒部分、円錐部、および複数のキャスタレーションを備え、前記複数のキャスタレーションは前記円錐部分に形成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項22】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記複数の溝の各々は溝軸に沿って延び、前記溝軸は前記バルブアセンブリの前記長手方向軸に対して傾いていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項23】
前記溝軸は前記長手方向軸に対して鋭角となっていることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項24】
前記バルブアセンブリの前記ボディは、ポケット、前記シート、前記ラジアルフローガイド、および前記ポケット内に配置された前記閉鎖部材の一部を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項25】
前記ボディは、第１の環状溝および第２の環状溝を備え、前記第１の環状溝は前記閉鎖部材の環状リングを受け入れ、前記第２の環状溝は前記シートの環状リングを受け入れることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項26】
前記ポケットは、床、前記床と接触する前記シートの下面、および前記ラジアルフローガイドの下面と接触する前記シートの上部を備えることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項27】
流量制御装置であって、前記装置は、入口と、
出口と、
バルブアセンブリであって、前記バルブアセンブリは前記入口と前記出口との間に流体的に結合され、前記バルブアセンブリは、
ボディであって、前記ボディは入口、出口、および前記入口と前記出口との間に延びる流路を有する、ボディと、
前記流路内に配置されたシートと、
前記シートに係合して前記流路を塞ぐよう構成された閉鎖部材と、
前記閉鎖部材に結合され、前記流路を塞ぐ閉状態から流体の流れを許容する開状態へと前記閉鎖部材を動かすアクチュエータアセンブリと、
前記流路内に配置されたラジアルフローガイドと、
前記シート、前記閉鎖部材、および前記ラジアルフローガイドを通って延びる長手方向軸と、
を備えるバルブアセンブリと、
を備えることを特徴とする流量制御装置。
【請求項28】
前記閉鎖部材はダイアフラムおよびニードルを備えることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項29】
前記閉鎖部材は、固定部と可動部とを備え、前記固定部は前記ラジアルフローガイドに係合し、前記可動部は前記シートに係合することを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項30】
前記流路は、前記ボディの前記入口から前記シートに延びる第１の容積を備え、前記第１の容積は、前記ボディ、前記シート、及び前記閉鎖部材により画定されることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項31】
前記流路は、前記シートから前記ボディの前記出口に延びる第２の容積をさらに備え、前記第２の容積は、前記ボディ、前記シート、及び前記閉鎖部材により画定されることを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項32】
前記ラジアルフローガイドは、前記第１の容積を外側チャンバと内側チャンバとに分割し、複数の流路が前記外側チャンバから前記内側チャンバに延びることを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
【請求項33】
前記複数の流路は、前記シートと、前記ラジアルフローガイドを形成する複数のキャスタレーションとにより画定されることを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
【請求項34】
前記ラジアルフローガイドは、前記バルブアセンブリの前記長手方向軸に沿って上面から下面に延び、前記ラジアルフローガイドは、前記下面に形成された複数のキャスタレーションを備えることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項35】
前記閉鎖部材は、固定部および可動部を備え、前記可動部はダイアフラムとニードルとを備え、前記ニードルは前記ダイアフラムに取り付けられていることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項36】
前記閉鎖部材は、ダイアフラムおよびニードルを備え、前記ニードルは、上端、下端、円筒部分、および溝付き部分を備え、前記バルブアセンブリの前記長手方向軸は、前記上端から前記下端に延び、前記溝付き部分は、前記下端から前記円筒部分に延び、前記溝付き部分は、複数の溝を備えることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項37】
前記円筒部分は第１の直径を有し、前記溝付き部分は第２の直径を有し、前記第１の直径と前記第２の直径とは等しいことを特徴とする請求項３６に記載のシステム。
【請求項38】
前記溝付き部分の前記複数の溝は、前記長手方向軸の周りを円周方向に隔てられていることを特徴とする請求項３６に記載のシステム。
【請求項39】
前記複数の溝は、前記長手方向軸の周りを円周方向に等間隔に隔てられていることを特徴とする請求項３６に記載のシステム。
【請求項40】
前記複数の溝の各々は底面を備え、前記底面の前記長手方向軸からの半径方向の距離は前記ニードルの前記下端からの距離が増加するにつれて増加することを特徴とする請求項３６に記載のシステム。
【請求項41】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の流路の数は前記複数の溝よりも多いことを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項42】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の流路の数は前記複数の溝と同じであることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項43】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の溝の数は前記複数の流路よりも多いことを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項44】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の流路は前記複数の溝と回転方向に位置合わせされていることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項45】
前記閉鎖部材は円筒部分及び溝付き部分を備え、前記円筒部分は、前記閉鎖部材が前記閉状態のとき前記シートと接触し、前記閉鎖部材が前記開状態のとき前記溝付き部分は前記シートと接触することを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項46】
前記閉鎖部材は、円筒部分、溝付き部分、および前記閉鎖部材の上端から下端に延びる前記バルブアセンブリの前記長手方向軸を備え、前記溝付き部分は、前記長手方向軸に対して鋭角をなす溝軸に沿って伸びている複数の溝を備えることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項47】
前記ラジアルフローガイドは、円筒部分、円錐部、および複数のキャスタレーションを備え、前記複数のキャスタレーションは前記円錐部分に形成されることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項48】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記複数の溝の各々は溝軸に沿って延び、前記溝軸の各々は前記バルブアセンブリの前記長手方向軸に対して傾いていることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項49】
前記溝軸は前記長手方向軸に対して鋭角となっていることを特徴とする請求項４８に記載のシステム。
【請求項50】
前記バルブアセンブリの前記ボディは、ポケット、前記シート、前記ラジアルフローガイド、および前記ポケット内に配置された前記閉鎖部材の一部を備えることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項51】
前記ボディは、第１の環状溝および第２の環状溝を備え、前記第１の環状溝は前記閉鎖部材の環状リングを受け入れ、前記第２の環状溝は前記シートの環状リングを受け入れることを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
【請求項52】
前記ポケットは、床、前記床と接触する前記シートの下面、および前記ラジアルフローガイドの下面と接触する前記シートの上部を備えることを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
【請求項53】
バルブアセンブリであって、前記バルブアセンブリは、ボディであって、前記ボディは入口、出口、および前記入口と前記出口との間に延びる流路を有する、ボディと、
前記流路内に配置されたシートと、
前記シートに係合して前記流路を塞ぐよう構成された閉鎖部材と、
前記閉鎖部材に結合され、前記流路を塞ぐ閉状態から流体の流れを許容する開状態へと前記閉鎖部材を動かすアクチュエータアセンブリと、
前記流路内に配置されたラジアルフローガイドと、
前記シート、前記閉鎖部材、および前記ラジアルフローガイドを通って延びる長手方向軸と、
を備えることを特徴とするバルブアセンブリ。
【請求項54】
前記閉鎖部材はダイアフラムおよびニードルを備えることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項55】
前記閉鎖部材は、固定部と可動部とを備え、前記固定部は前記ラジアルフローガイドに係合し、前記可動部は前記シートに係合することを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項56】
前記流路は、前記ボディの前記入口から前記シートに延びる第１の容積を備え、前記第１の容積は、前記ボディ、前記シート、及び前記閉鎖部材により画定されることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項57】
前記流路は、前記シートから前記ボディの前記出口に延びる第２の容積をさらに備え、前記第２の容積は、前記ボディ、前記シート、及び前記閉鎖部材により画定されることを特徴とする請求項５６に記載のシステム。
【請求項58】
前記ラジアルフローガイドは、前記第１の容積を外側チャンバと内側チャンバとに分割し、複数の流路が前記外側チャンバから前記内側チャンバに延びることを特徴とする請求項５６に記載のシステム。
【請求項59】
前記複数の流路は、前記シートと、前記ラジアルフローガイドを形成する複数のキャスタレーションとにより画定されることを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項60】
前記ラジアルフローガイドは、前記バルブアセンブリの前記長手方向軸に沿って上面から下面に延び、前記ラジアルフローガイドは、前記下面に形成された複数のキャスタレーションを備えることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項61】
前記閉鎖部材は、固定部および可動部を備え、前記可動部はダイアフラムとニードルとを備え、前記ニードルは前記ダイアフラムに取り付けられていることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項62】
前記閉鎖部材は、ダイアフラムおよびニードルを備え、前記ニードルは、上端、下端、前記上端から前記下端に延びる前記バルブアセンブリの前記長手方向軸、円筒部分、および溝付き部分を備え、前記溝付き部分は、前記下端から前記円筒部分に延び、前記溝付き部分は、複数の溝を備えることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項63】
前記円筒部分は第１の直径を有し、前記溝付き部分は第２の直径を有し、前記第１の直径と前記第２の直径とは等しいことを特徴とする請求項６２に記載のシステム。
【請求項64】
前記溝付き部分の前記複数の溝は、前記長手方向軸の周りを円周方向に隔てられていることを特徴とする請求項６２に記載のシステム。
【請求項65】
前記複数の溝は、前記長手方向軸の周りを円周方向に等間隔に隔てられていることを特徴とする請求項６２に記載のシステム。
【請求項66】
前記複数の溝の各々は底面を備え、前記底面の前記長手方向軸からの半径方向の距離は前記ニードルの前記下端からの距離が増加するにつれて増加することを特徴とする請求項６２に記載のシステム。
【請求項67】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の流路の数は前記複数の溝よりも多いことを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項68】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の流路の数は前記複数の溝と同じであることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項69】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の溝の数は前記複数の流路よりも多いことを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項70】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記ラジアルフローガイドは複数の流路の少なくとも一部を画定し、前記複数の流路は前記複数の溝と回転方向に位置合わせされていることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項71】
前記閉鎖部材は円筒部分及び溝付き部分を備え、前記円筒部分は、前記閉鎖部材が前記閉状態のとき前記シートと接触し、前記閉鎖部材が前記開状態のとき前記溝付き部分は前記シートと接触することを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項72】
前記閉鎖部材は、円筒部分、溝付き部分、および前記閉鎖部材の上端から下端に延びる前記バルブアセンブリの前記長手方向軸を備え、前記溝付き部分は、前記長手方向軸に対して鋭角をなす溝軸に沿って伸びている複数の溝を備えることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項73】
前記ラジアルフローガイドは、円筒部分、円錐部、および複数のキャスタレーションを備え、前記複数のキャスタレーションは前記円錐部分に形成されることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項74】
前記閉鎖部材は複数の溝を備え、前記複数の溝の各々は溝軸に沿って延び、前記溝軸の各々は前記バルブアセンブリの前記長手方向軸に対して傾いていることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項75】
前記溝軸は前記長手方向軸に対して鋭角となっていることを特徴とする請求項７４に記載のシステム。
【請求項76】
前記バルブアセンブリの前記ボディは、ポケット、前記シート、前記ラジアルフローガイド、および前記ポケット内に配置された前記閉鎖部材の一部を備えることを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
【請求項77】
前記ボディは、第１の環状溝および第２の環状溝を備え、前記第１の環状溝は前記閉鎖部材の環状リングを受け入れ、前記第２の環状溝は前記シートの環状リングを受け入れることを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
【請求項78】
前記ポケットは、床、前記床と接触する前記シートの下面、および前記ラジアルフローガイドの下面と接触する前記シートの上部を備えることを特徴とする請求項７６に記載のシステム。
【請求項79】
物品を製造する方法であって、前記方法は、ａ）プロセス流体の流量制御装置を提供するステップであって、前記流量制御装置はバルブアセンブリを備え、前記バルブアセンブリは、入口と出口と前記入口と前記出口との間に延びる流路とを有するボディ、前記流路に配置されたシート、前記シートに係合して前記流路を塞ぐよう構成された閉鎖部材、前記閉鎖部材に結合され、前記流路を塞ぐ閉状態から流体の流れを許容する開状態へと前記閉鎖部材を動かすアクチュエータアセンブリ、前記流路内に配置されたラジアルフローガイド、および前記シートと前記閉鎖部材と前記ラジアルフローガイドとを通って延びる長手方向軸を備えることを特徴とする、ステップと、
ｂ）前記プロセス流体を前記流量制御装置に供給するステップと、
ｃ）記流量制御装置の前記バルブアセンブリを通って前記プロセス流体を前記流量制御装置の前記出口に流すステップであって、前記流量制御装置 の前記出口は出口マニホールドに流体的に結合されていることを特徴とする、ステップと、
ｄ）前記プロセス流体を前記流量制御装置の前記出口から前記出口マニホールドに流体的に結合されている処理チャンバに供給するステップと、
ｅ）前記処理チャンバないで分ピンを処理するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項80】
前記物品は、半導体デバイスであることを特徴とする請求項７９に記載の方法。
【請求項81】
ステップｃ）は、前記バルブアセンブリの前記入口を通り、前記ラジアルフローガイドを通り、前記バルブシートを横切り、前記バルブアセンブリの前記出口を通って流れるプロセス流体を備えることを特徴とする請求項７９に記載の方法。
【請求項82】
ステップｃ）は、前記バルブアセンブリの前記入口を通り、前記ラジアルフローガイドを通り、前記閉鎖部材の複数の溝を通り、前記ラジアルフローガイドの前記出口を通って流れるプロセス流体を備えることを特徴とする請求項７９に記載の方法。
【請求項83】
物品を処理するシステムであって、前記システムは、プロセス流体を供給するように構成された流体供給源と、
流量制御装置であって、前記装置は入口、出口、およびバルブアセンブリを有し、前記装置の入口は前記流体供給源に流体的に結合され、前記バルブアセンブリは、前記入口と前記出口との間に流体的に結合され、前記バルブアセンブリは、
ボディであって、前記ボディは入口、出口、および前記入口と前記出口との間に延びる流路を有する、ボディと、
前記流路内に配置されたシートと、
前記シートに係合して前記流路を塞ぐよう構成された閉鎖部材であって、前記閉鎖部材は、ダイアフラムおよびニードルを備え、前記ニードルは、上端、下端、円筒部分、および溝付き部分を備え、前記溝付き部分は、前記下端から前記円筒部分に延び、前記溝付き部分は、複数の溝を備える、閉鎖部材と、
前記閉鎖部材に結合され、前記流路を塞ぐ閉状態から流体の流れを許容する開状態へと前記閉鎖部材を動かすアクチュエータアセンブリと、
前記シートおよび前記閉鎖部材を通って延びる長手方向軸と、
を備える、流量制御装置と、
前記装置の前記出口に流体的に結合された出口マニホールドと、
前記出口マニホールドに流体的に結合された処理チャンバと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項84】
前記閉鎖部材は、固定部と可動部とを備え、前記可動部は前記シートに係合することを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項85】
前記流路は、前記ボディの前記入口から前記シートに延びる第１の容積を備え、前記第１の容積は、前記ボディ、前記シート、及び前記閉鎖部材により画定されることを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項86】
前記流路は、前記シートから前記ボディの前記出口に延びる第２の容積をさらに備え、前記第２の容積は、前記ボディ、前記シート、及び前記閉鎖部材により画定されることを特徴とする請求項８５に記載のシステム。
【請求項87】
前記バルブアセンブリは、ラジアルフローガイドをさらに備え、前記ラジアルフローガイドは、前記第１の容積を外側チャンバと内側チャンバとに分割し、複数の流路が前記外側チャンバから前記内側チャンバに延びることを特徴とする請求項８５に記載のシステム。
【請求項88】
前記複数の流路は、前記シートと、前記ラジアルフローガイドを形成する複数のキャスタレーションとにより画定されることを特徴とする請求項８７に記載のシステム。
【請求項89】
前記バルブアセンブリは、ラジアルフローガイドをさらに備え、前記ラジアルフローガイドは、前記バルブアセンブリの前記長手方向軸に沿って上面から下面に延び、前記ラジアルフローガイドは、前記下面に形成された複数のキャスタレーションを備えることを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項90】
前記閉鎖部材は、固定部および可動部を備え、前記可動部はダイアフラムとニードルとを備え、前記ニードルは前記ダイアフラムに取り付けられていることを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項91】
前記円筒部分は第１の直径を有し、前記溝付き部分は第２の直径を有し、前記第１の直径と前記第２の直径とは等しいことを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項92】
前記溝付き部分の前記複数の溝は、前記長手方向軸の周りを円周方向に隔てられていることを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項93】
前記複数の溝は、前記長手方向軸の周りに等間隔に隔てられていることを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項94】
前記複数の溝の各々は底面を備え、前記底面の前記長手方向軸からの半径方向の距離は前記ニードルの前記下端からの距離が増加するにつれて増加することを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項95】
前記複数の溝は前記長手方向軸に対して鋭角をなす溝軸に沿って伸びていることを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項96】
前記バルブアセンブリの前記ボディは、ポケット、前記シート、前記ラジアルフローガイド、および前記ポケット内に配置された前記閉鎖部材の一部を備えることを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項97】
前記ボディは、第１の環状溝および第２の環状溝を備え、前記第１の環状溝は前記閉鎖部材の環状リングを受け入れ、前記第２の環状溝は前記シートの環状リングを受け入れることを特徴とする請求項９６に記載のシステム。
【請求項98】
前記ポケットは、床、前記床と接触する前記シートの下面、および前記ラジアルフローガイドの下面と接触する前記シートの上部を備えることを特徴とする請求項９６に記載のシステム。
【請求項99】
前記ニードルは環をさらに備え、前記環は前記円筒部分から延びていることを特徴とする請求項８３に記載のシステム。
【請求項100】
前記環は、前記シートと係合するよう構成されたフェースシールを備えることを特徴とする請求項９９に記載のシステム。
【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、２０２１年３月２２日に出願された米国仮出願６３／１６４，１３９に基づく優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする。
本出願は、２０２１年３月２２日に出願された米国仮出願６３／１６４，１３９に基づく優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【背景技術】
【0002】
流量制御は、半導体チップ製造における重要な技術の１つである。流体の流れを制御する装置は、半導体製造やその他の工業プロセスに既知の流量のプロセス流体を供給するために重要である。このようなデバイスは、さまざまな用途で流体の流れを測定し、正確に制御するために使用される。この制御は、変動を最小限に抑えて正確な流量を供給するバルブアセンブリに依存している。
【0003】
チップ製造技術が向上するにつれて、流量制御装置に対する需要も高まる。半導体製造プロセスでは、より正確な測定、装置コストの削減、過渡応答時間の改善、ガス供給のタイミングの不変性の向上など、パフォーマンスの向上がますます求められている。ガスと液体の供給の不変性を向上させるために、改良されたバルブアセンブリが望まれている。
【発明の概要】
【0004】
本技術は、質量流量コントローラまたは他の気体または液体の供給装置で使用するためのバルブアセンブリを対象とする。これらの気体または液体の供給装置の１つ以上は、半導体チップの製造、ソーラーパネルの製造などの幅広いプロセスで使用できる。
【0005】
一実施形態では、本発明は物品を処理するシステムである。このシステムは、プロセス流体を供給するように構成された流体供給源と、流量制御装置とを有する。流量制御装置は入口、出口、およびバルブアセンブリを有し、装置の入口は流体供給源に流体的に結合され、バルブアセンブリは入口と出口との間に流体的に結合される。バルブアセンブリは、ボディ、シート、閉鎖部材、アクチュエータ、半径方向の流れガイド、および長手方向軸を有する。バルブアセンブリのボディは入口と出口を有し、流路は入口と出口の間に延びる。シートは流路内に位置する。閉鎖部材は、シートに係合して流路を塞ぐ閉鎖状態から、流体が流れるようになる開状態に動く。ラジアルフローガイドは流路内に配置されている。長手方向軸は、シート、閉鎖部材、およびラジアルフローガイドを通って延びる。このシステムはさらに、装置の出口に流体的に結合された出口マニホールドと、出口マニホールドに流体的に結合された処理チャンバとを有する。
【0006】
別の実施形態では、本発明は流量制御装置である。この流量制御装置は、入口、出口およびバルブアセンブリを有し、バルブアセンブリは入口と出口との間に流体的に結合される。バルブアセンブリは、ボディ、シート、閉鎖部材、アクチュエータ、ラジアルフローガイド、および長手方向軸を有する。バルブアセンブリのボディは入口と出口を有し、流路は入口と出口の間に延びる。シートは流路内に位置する。閉鎖部材は、シートに係合して流路を塞ぐように構成されている。アクチュエータアセンブリは閉鎖部材に結合され、流路を塞ぐ閉鎖状態から流体の流れを許容する開状態に閉鎖部材を動かす。ラジアルフローガイドは流路内に配置されている。長手方向軸は、シート、閉鎖部材、およびラジアルフローガイドを通って延びる。
【0007】
さらに別の実施形態では、本発明はバルブアセンブリである。バルブアセンブリは、ボディ、シート、閉鎖部材、アクチュエータ、ラジアルフローガイド、および長手方向軸を有する。バルブアセンブリのボディは入口と出口を有し、流路は入口と出口の間に延びる。シートは流路内に位置する。閉鎖部材は、シートに係合して流路を塞ぐように構成されている。アクチュエータアセンブリは閉鎖部材に結合され、流路を塞ぐ閉鎖状態から流体の流れを許容する開状態に、閉鎖部材を移動させる。長手方向軸は、シート、閉鎖部材、およびラジアルガイドを通って延びる。
【0008】
別の実施形態では、本発明は物を製造する方法である。この方法は、プロセス流体の流量制御装置を提供することを含み、流量制御装置はバルブアセンブリを有し、バルブアセンブリは入口および出口と入口と出口との間に延びる流路とを有するボディを有する。流路にはシートが配置されている。閉鎖部材は、シートに係合して流路を塞ぐように構成されている。アクチュエータアセンブリは閉鎖部材に結合され、流路を塞ぐ閉鎖状態から流体の流れを許容する開状態に、閉鎖部材を移動させる。ラジアルフローガイドが流路内に配置されている。長手方向軸は、座部、閉鎖部材、およびラジアルフローガイドを通って延びる。プロセス流体は、流量制御装置に供給される。プロセス流体は、流量制御装置の出口への流量を制御する流量制御装置のバルブアセンブリを通って流される。流量制御装置の出口は、出口マニホールドに流体的に結合される。プロセス流体は、流量制御装置の出口から、出口マニホールドに流体的に結合された処理チャンバに送られる。最後に、処理チャンバ内で物品の処理が実行される。
【0009】
さらに別の実施形態では、本発明は物を処理するシステムである。このシステムは、プロセス流体を供給するように構成された流体供給源と、流量制御装置とを有する。流量制御装置は、入口、出口、およびバルブアセンブリを有し、装置の入口は流体供給源に流体的に結合され、バルブアセンブリは入口と出口との間に流体的に結合される。バルブアセンブリは、ボディ、シート、閉鎖部材、アクチュエータ、および長手方向軸を有する。バルブアセンブリのボディは入口と出口を有し、流路は入口と出口の間に延びている。シートは流路内に位置する。閉鎖部材は、シートに係合して流路を塞ぐように構成されている。閉鎖部材はダイアフラムとニードルを有し、ニードルは上端、下端、円筒部分、および溝部を有する。溝部は下端から円筒部まで延びており、溝部は複数の溝を有する。アクチュエータアセンブリは閉鎖部材に結合され、流路を塞ぐ閉鎖状態から流体の流れを許容する開状態に、閉鎖部材を移動させる。長手方向軸は、シートおよび閉鎖部材を通って延びている。このシステムはさらに、装置の出口に流体的に結合された出口マニホールドと、出口マニホールドに流体的に結合された処理チャンバとを有する。
【0010】
本技術のさらなる応用分野は、以下に記載する詳細な説明から明らかになる。詳細な説明および特定の例は、好ましい実施形態を示しているが、例示のみを目的としており、技術の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0011】
ここに開示する発明は、詳細な説明および添付の図面からさらに良く理解できる。
【0012】
【図1】流量制御のための１つ以上の装置を利用して半導体デバイスを製造するためのシステムの概略図である。
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【図23】バルブアセンブリの別の実施形態の一部を示す斜視図である。
【0035】
【0036】
【0037】
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【0042】
【0043】
【0044】
【図33】バルブアセンブリの別の実施形態の一部を示す斜視図である。
【0045】
【0046】
【0047】
【0048】
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【図41】バルブアセンブリの別の実施形態の一部を示す斜視図である。
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【発明を実施するための形態】
【0058】
本発明の原理による例示的な実施形態の説明は、添付図面と関連付けて読まれることを意図しており、添付図面は文書による説明全体の一部とみなされるべきである。こで開示された本発明の実施形態の説明において、方向または方向への言及は単に説明の便宜を目的とするものであり、決して本発明の範囲を限定することを意図したものではない。「低」、「高」、「水平」、「垂直」、「上方」、「下方」、「上」、「下」、「左」、「右」、「上部」、「底部」などの相対的な用語およびその派生語（例えば、「水平方向」、「下方向」、「上方向」など）は、そのとき説明しているか、あるいは議論中の図面に示される方向を指すと解釈されるべきである。これらの相対的な用語は、説明の便宜のためのみであり、そのものとして明示的に示されない限り、装置が特定の向きに構築または操作されることを必要とするものではない。「取り付けられた」、「固定された」、「接続された」、「結合された」、「相互接続された」などの用語は、構造物が直接的または介在する構造物を介して直接的または間接的に相互に固定または取り付けられる関係、および特に明記されていない限り、可動状態でまたは固定された状態で取り付けられている関係を示す。さらに、本発明の特徴および利点を、好ましい実施形態を参照することによって説明する。したがって、本発明は、単独で、または構成要件の他の組み合わせとして存在することがある構成のいくつかの可能な非限定的な組み合わせを示すこのような好ましい実施形態に限定されるべきではないことを明示する。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。
【0059】
本発明は、流体の流れを制御する装置に使用されるバルブアセンブリに関する。いくつかの実施形態では、装置は、流体の既知の質量流量を半導体プロセスまたは同様のプロセスに供給するための質量流量コントローラとして機能することができる。半導体製造は、流体の流れの制御において高いパフォーマンスが要求される１つの産業である。半導体製造技術が進歩するにつれて、顧客は、供給される流体流量の精度と再現性を向上させた流量制御装置の必要性を認識するようになった。最新の半導体プロセスでは、ガス流の質量が厳密に制御され、応答時間が最小限に抑えられ、流体の流れが高精度であることが求められる。本発明は、供給される流れの変動のを低減する。
【0060】
図１は、例示的な処理システム１０００の概略図を示す。処理システム１０００は、処理チャンバ１３００に流体的に結合された複数の流量制御装置１００を利用することができる。複数の流量制御装置１００は、１つ以上の異なるプロセス流体を処理チャンバ１３００に供給するために使用される。流体は、複数の流体供給源１０１０によって提供される。図からわかるように、２つ以上の流体供給源１０１０を、単一の流量制御装置１００に接続することができる。集合的に、複数の流量制御装置１００は、流体供給モジュール１４００に属する。任意選択で、処理システム１００において２つ以上の流体供給モジュール１４００を利用することができる。複数の流量制御装置１００は、出口マニホールド４０１によって処理チャンバ１３００に接続されている。半導体および集積回路などの物品は、処理チャンバ１３００内で処理することができる。
【0061】
バルブ１１００は、流量制御装置１００のそれぞれを処理チャンバ１３００から隔離し、流量制御装置１００のそれぞれを処理チャンバ１３００から選択的に接続または隔離することを可能にし、多種多様な異なる処理ステップを行うことを可能にする。処理チャンバ１３００は、複数の流量制御装置１００からのプロセス流体を供給するためのアプリケータを含んでもよく、複数の流量制御装置１００によって供給される流体の選択的または拡散的な分配を可能にする。任意選択で、処理チャンバ１３００は、真空チャンバであってもよいし、複数の流量制御装置１００によって供給される流体に物品を浸漬するためのタンクもしくは槽であってもよい。流体供給ラインは、それぞれの流体供給源から処理チャンバ１３００への流路によって形成される。
【0062】
加えて、処理システム１０００は、バルブ１１００によって処理チャンバ１３００から隔離され、プロセス流体の排出を可能にするか、または流量制御装置１００の１つ以上のパージを容易にする真空源またはドレイン１２００をさらに備えることができる。これにより、メンテナンス、同じ流量制御装置装置１００内でのプロセス流体の切り替え、または他の作業が可能になる。任意選択で、ドレイン１２００は、処理チャンバ１３００から液体を除去するように構成された液体ドレインであってもよい。あるいは、ドレイン１２００は、ガスを除去するための真空源であってもよい。任意選択で、流量制御装置１００は、質量流量コントローラ、フロースプリッタ、フローコンバイナ、または処理システム内のプロセス流体の流れを制御する任意の他の装置であってもよい。さらに、必要に応じて、バルブ１１００を流量制御装置１００に組み込むことができる。処理チャンバ１３００は、物品の中でもとりわけ、処理用の半導体ウェハを収容することができる。
【0063】
処理システム１０００で実行することのできるプロセスには、ウェットクリーニング、フォトリソグラフィ、イオン注入、ドライエッチング、原子層エッチング、ウェットエッチング、プラズマアッシング、急速熱アニーリング、炉アニーリング、熱酸化、化学蒸着、原子層堆積、物理蒸着、分子線エピタキシー、レーザーリフトオフ、電気化学堆積、化学機械研磨、ウェーハテスト、または制御された量のプロセスガスを利用するその他のプロセスを含むことができる。
【0064】
図２は、複数の流量制御装置１００を備える例示的な流体供給モジュール１４００を示す。流体供給モジュール１４００は、支持構造１４０２を備える。支持構造１４０２は、ベース基板またはベースプレートと呼ばれることがあり、一般に、流れを制御するための１つ以上の流量制御装置１００が取り付けられた平坦なプレートまたはシートである。この例では、複数の流量制御装置１００が支持構造に取り付けられている。流量制御装置１００のそれぞれはモジュール設計であり、それぞれ直接的または間接的に支持構造１４０２に取り付けられる多数の個別の流体フローコンポーネント１１０、１２０を備える。支持構造１４０２は上面１４０３を有し、その上に流量制御装置１００が取り付けられる。
【0065】
流体フローコンポーネント１１０、１２０は、能動的フローコンポーネント１２０および受動的フローコンポーネント１１０を含む。受動的フローコンポーネント１１０は、流体の流れを変えるのではなく、単に１つの能動的コンポーネントを別の能動的コンポーネントに接続するか、または能動的コンポーネントを入口または出口に接続するだけである。能動的フローコンポーネント１２０は、流体の流れを変更したり、流体の状態を監視したり、あるいは単なる流体搬送を超えた機能を実行したりすることができる。能動的フローコンポーネント１２０には、温度センサ、圧力変換器、質量流量コントローラ、バルブなどを含むことができる。さらに他のコンポーネントは、流量制御装置１００におけるそれらの現在の用途に応じて、能動的および受動的の両方が可能である。例えば、温度センサは、流体を１つの能動的フローコンポーネント１２０から別のコンポーネントに運ぶ受動的流体フローコンポーネントとしても機能し、実際には温度センサが測定のために利用されないことがある。見て分かるように、流体フローコンポーネント１１０、１２０には非常に多数の変形例が考えられ、これらの流体フローコンポーネント１１０、１２０は、広範囲の流量制御装置１００を組み立てるために使用することができる。
【0066】
流体供給モジュール１４００は、上述した流体供給源１０１０から流体を受け取る複数の入口１０２を備える。流体供給モジュールはまた、流体を処理チャンバ１３００に送出する少なくとも１つの出口１０４を有する。各流量制御装置１００は、１つの入口１０２および１つの出口１０４を有してもよく、または複数の入口１０２または複数の出口１０４を有してもよい。したがって、流体は複数の入口１０２を通って流れ、単一の出口１０４を介して供給することができ、または、単一の入口１０２を通って流れ、複数の出口１０４を介して供給することができる。同じ流体が複数の入口１０２に供給されてもよいし、異なる流体が各入口１０２に供給されてもよい。同じ入口１０２または出口１０４は、複数の流量制御装置１００によって共有されてもよく、または各流量制御装置１００が１つ以上の専用の入口１０２および出口１０４を有してもよい。
【0067】
ここで図３～５を参照すると、流体フローコンポーネント１２１の一実施形態が詳細に示されている。流体フローコンポーネント１２１は、入口１０３、バルブ１５０、トランスデューサ１３０、および出口１０５を備える。流体は入口１０３から出口１０５に流れるが、他の実施形態では、流体は逆方向に流れることもある。流体フローコンポーネント１２１は、以下で詳細に説明するバルブアセンブリなどのサブコンポーネントを含むことができる。さらに、流体フローコンポーネント１２１は、流量制御装置１００を形成してもよく、または流量制御装置１００内の多くのコンポーネントのうちの単一のコンポーネントであってもよい。図から分かるように、広範囲の流量制御装置装置１００は、様々なコンポーネントアセンブリで組み立てることができる。これにより、コンポーネントを再構成して、さまざまな流量制御装置１００を提供することが可能になり、各流量制御装置１００は異なる目的を果たすこととなる。
【0068】
図６～８は、上述の流体フローコンポーネント１２１で利用できるバルブアセンブリ２００を示す。図６は、バルブアセンブリ２００の斜視図を示し、バルブアセンブリ２００は、アクチュエータアセンブリ２１０、バルブボディ２２０、およびカバー２４０を備える。バルブアセンブリ２００は、オン／オフバルブ、比例バルブ、または他の任意の既知のタイプのバルブであってもよい。バルブアセンブリ２００は、開状態から閉状態に移行する。別の言い方をすれば、バルブアセンブリ２００は開位置から閉位置に移行する。任意選択で、バルブアセンブリ２００は、開状態と閉状態との間の任意の中間状態で動作することもできる。例えば、バルブアセンブリ２００は、開状態と閉状態との間で様々な流量を提供することができる比例バルブであってもよい。開状態では、流体はバルブアセンブリ２００を通って自由に流れる。閉状態では、流体がバルブアセンブリ２００を通って流れることが妨げられる。バルブアセンブリ２００はまた、開状態と閉状態との間のあらゆる中間状態での流れを許容することもできる。任意選択で、バルブボディ２２０は、一体的に形成されたモノリシックコンポーネントであってもよい。バルブアセンブリ２００は、流量制御装置１００を集合的に形成する複数のコンポーネントのうちの１つとなることができる。
【0069】
次に図７および８を参照すると、バルブアセンブリ２００の内部コンポーネントが断面図で示されている。バルブアセンブリ２００はさらに、長手方向軸Ａ－Ａ、閉鎖部材２５０、ラジアルフローガイド２７０、シート２９０、入口２２１、および図７および８でよく分かるように出口２２２を備える。閉鎖部材２５０は、バルブボディ２２０を通る流体の流れを制御するためのシート２９０に係合できるように、曲がったり移動したりするように構成されている。したがって、流体は、入口２２１からバルブアセンブリ２００に流入し、閉鎖部材２５０およびシート２９０を通過して、出口２２２から流出する。
【0070】
アクチュエータアセンブリ２１０は、閉鎖部材２５０を移動させる働きをする。アクチュエータアセンブリ２１０は、電気的に、空気圧的に、油圧的に、または他の任意の既知の手段を通じて操作することができる。アクチュエータアセンブリ２１０は、バネまたは他の付勢手段を介して開状態または閉状態に付勢することができる。アクチュエータアセンブリ２１０にはまた、空気圧操作や電動操作などの２つ以上の操作手段を組み込むこともできる。アクチュエータアセンブリ２１０は、通常は、ねじを介して閉鎖部材に取り付けられる可動要素を有する。他の実施形態では、閉鎖部材は、溶接、ろう付け、接着、圧縮嵌合、ピン止め、または他の任意の既知の手段によってアクチュエータアセンブリ２１０の可動要素に取り付けられることもある。
【0071】
バルブアセンブリ２００のボディ２２０は、入口２２１と出口２２２を備える。入口２２１は、流路２２３に沿って出口２２２まで延びている。流路２２３は、閉鎖部材２５０、ラジアルフローガイド２７０、またはシート２９０によって占有されている部分を除く、バルブアセンブリ２００のボディ２２０の全内部容積を構成する。流路２２３は、第１の容積２２４と第２の容積２２５とに分割される。第１の容積２２４は、入口からシート２９０までの流路２２３の内部容積のすべてを構成し、第２の容積２２５は、シート２９０から出口２２２までの流路２２３の内部容積のすべてを含む。したがって、第１の容積２２４はシート２９０の上流にあり、第２の容積２２５はシート２９０の下流にある。しかしながら、いくつかの実施形態すなわち実装形態では、バルブアセンブリ２００は流体を両方向に流すことができる。上記の用語は、最も蓋然性の高い流体の流れの方向を反映し、バルブアセンブリ２００の動作をより良く理解するのに役立つために使用されている。
【0072】
閉鎖部材２５０は、上述のようにアクチュエータアセンブリ２１０に結合される。図７および８に示されているように、閉鎖部材２５０は、固定部２５１および可動部２５２を備える。固定部２５１は、ボディ２２０とカバー２４０との間に挟まれている。これにより、閉鎖部材２５０が所定の位置に固定され、動作中に閉鎖部材２５０が保持され、外れることがないことが保証される。可動部２５２は、ダイアフラム２５３とニードル２５４を備える。ダイアフラム２５３は、ニードル２５４を受け入れるためにねじ切りされた中央部分を備えることができる。任意選択で、ニードル２５４は、任意の既知の手段を介してダイアフラム２５３に取り付けることもできる。
【0073】
図７は、閉状態のバルブアセンブリ２００の断面図を示す。閉鎖部材２５０はシート２９０に係合している状態が示されている。具体的には、ニードル２５４は、シート２９０に係合したり係合を解除したりするために、バルブアセンブリ２００の長手方向軸Ａ－Ａに沿って移動するように構成されている。ニードルが長手方向軸Ａ－Ａに沿って下方に動くと、ニードルは流路２２３を完全に閉じ、流体の流れを止める。この状態ではバルブは閉じた状態になる。アクチュエータアセンブリ２１０が閉鎖部材２５０の可動部２５２を押すと、ニードル２５４が動く。ニードル２５４は可動部２５２に取り付けられているため、アクチュエータアセンブリ２１０が閉鎖部材２５０の可動部２５２を押すと、ニードル２５４は長手軸Ａ－Ａに沿って動く。
【0074】
図８を参照すると、開状態のバルブアセンブリ２００の断面図が示されている。閉鎖部材２５０は、ニードル２５４の一部のみがシート２９０と接触している、後退した状態が示されている。したがって、開状態にあるときでも、ニードル２５４は依然としてシート２９０と接触している可能性がある。任意選択で、バルブアセンブリ２００は、開状態にあるときにニードルがシート２９０から完全にまたはほぼ完全に引っ込むように構成することができる。図から分かるように、アクチュエータアセンブリ２１０は完全に後退し、可動部分２５２のダイアフラム２５３を上方に撓ませ、ニードル２５４をシート２９０からほぼ完全に後退させることができる。
【0075】
図９は、バルブアセンブリ２００の一部の拡大図を示し、バルブアセンブリ２００が閉状態にあるときの流路２２３、閉鎖部材２５０、ラジアルフローガイド２７０、およびシート２９０の拡大図を示す。図１０は、バルブアセンブリ２００が開状態にあるときの同じ図を示す。ニードル２５４はシート２９０のリップ２９１と係合する。リップ２９１は、ニードル２５４を効果的に密封し、ニードル２５４が閉状態にあるときに流体の流れを止めることができるように、非常に柔軟に設計されている。開状態では、リップ２９１の一部または全部がニードル２５４と接触しておらず、流体はバルブアセンブリ２００を通って流れることができる。ニードル２５４は、バルブアセンブリ２００が開状態にあるときに、シート２９０を流体が通過することを可能にする複数の溝２５５を有する。
【0076】
シート２９０はさらに、上面２９３、下面２９４、および環状リング２９２を備える。ボディ２２０は、床２２８を有するポケット２２７を備える。ポケット２２７は、流路２２３の第１の容積２２４の一部を形成しており、シート２９０はポケット２２７の床２２８に接している。具体的には、シート２９０の下面２９４は、ボディ２２０のポケット２２７の床２２８に接している。ボディ２２０は、ポケット２２７の床２２８に形成された下部環状溝２２６も備えている。下部環状溝２２６は、ほぼ長方形の断面を有し、長手方向軸Ａ－Ａと同心となっている。下部環状溝２２６は、シート２９０の環状リング２９２を受け入れる。環状リング２９２は、下部環状溝２２６と係合して、ボディ２２０とシート２９０との間のシールを行い、組み立て時の位置合わせを助ける。他の実施形態において、下部環状溝２２６は、半円形、台形、またはボディ２２０に対するシート２９０のシールおよび保持に使用される任意の他の形状とすることもできる。
【0077】
ラジアルフローガイド２７０は、上面２７１と下面２７２を有する。ラジアルフローガイド２７０の下面２７２は、シート２９０の上面２９３に接触する。ラジアルフローガイド２７０は、シート２９０を所定の位置に保持する役割を果たす。ラジアルフローガイド２７０の下面２７２には、複数のキャスタレーション２７３が形成されている。複数のキャスタレーション２７３とシート２９０の上面２９３とにより、複数の流路２７４が形成されている。ラジアルフローガイド２７０は、第１の容積２２４を外側チャンバ２２９と内側チャンバ２３０に分割する。外側チャンバ２２９は、入口２２１とラジアルフローガイド２７０との間の、第１の容積２２４の一部である。内側チャンバ２３０は、ラジアルフローガイド２７０とシート２９０との間の、第１の容積２２４の一部である。図１０に最も良く示されているように、流体は入口２２１に流れ込み、ラジアルフローガイド２７０を取り囲み、複数の流路２７４を通過し、次にニードル２５４およびシート２９０を通過して出口２２２に流れる。
【0078】
ラジアルフローガイド２７０は、閉鎖部材の固定部分２５１によって所定の位置に保持される。特に、固定部分２５１は、ラジアルフローガイド２７０の上面２７１に係合する。固定部分２５１は、カバー２４０によってボディ２２０に固定されており、カバー２４０はボディ２２０にボルト止めするか、または閉鎖部材２５０、ラジアルフローガイド２７０、およびシート２９０を積み重ねたもの全体が一緒に圧縮されて、移動できないようにまたは外れてしまわないように他の方法で固定することができる。固定部分２５１、ラジアルフローガイド２７０およびシート２９０は、長手方向軸Ａ－Ａに沿って、または長手方向軸Ａ－Ａに対して半径方向に動かないように、カバー２４０によって圧縮される。これらのコンポーネントは、カバー２４０がボディ２２０に組み立てられるときに撓むように構成することができ、ボディ２２０に対する閉鎖部材２５０のシールを効果的に推し進め、流体的に密閉した組み立てを確保する。
【0079】
ボディ２２０は、上部環状溝２３１をさらに備える。上部環状溝２３１は、長手方向軸Ａ－Ａと同心であり、ポケット２２７を取り囲んでいる。上部環状溝２３１の断面は長方形である。上部環状溝２３１は、閉鎖部材２５０の環状リング２５６を受け入れて、ボディ２２０に対する閉鎖部材２５０のシールを容易にする。他の実施形態では、上部環状溝２３１は、半円形、台形、またはボディ２２０に対する閉鎖部材２５０のシールおよび保持に使用される任意の他の形状とすることができる。
【0080】
図１１～１３を参照すると、ボディ２２０および関連するコンポーネントが示されている。図から分かるように、シート２９０は、最初にボディ２２０に組み込まれる。ラジアルフローガイド２７０はシート２９０に対して組み立てられる。次に、閉鎖部材２５０は、ニードル２５４および可動部分２５２は互いに固定されるように組み立てられる。最後に、閉鎖部材２５０がラジアルフローガイド２７０に対して組み立てられる。これで、スタックがカバー２４０およびアクチュエータアセンブリ２１０に組み立てられる準備が整う。
【0081】
図１４～１７は、ラジアルフローガイド２７０を詳細に示している。ラジアルフローガイドは、上面２７１から下面２７２まで延びている。キャスタレーション２７３は下面２７２に形成されている。ラジアルフローガイド２７０は、上面２７１に隣接する円筒部分２７５と、円筒部分２７５から下面２７２まで延びる円錐部分２７９とをさらに備える。円錐形部分は、円筒部分２７５から下面２７２まで延びるテーパ状の外面２７６を備える。円筒部分２７５は、フランジ２７８でテーパ状の外面２７６と接しており、フランジ２７８は長手方向軸Ａ－Ａに対して垂直である。いくつかの実施形態では、フランジ２７８は、テーパ状の外面２７６が介在面なしで円筒部分２７５と接するように省略してもよい。テーパ状の内面２７７は、上面２７１から下面２７２まで延びている。円錐形部分２７９は、テーパ状の外面２７６とテーパ状の内面２７７が平行であるため、一定の壁厚を有する。しかしながら、いくつかの実施形態では、円錐部分２７９は、変化する壁厚を有してもよい。その結果、テーパ状の外面２７６とテーパ状の内面２７７は平行でなくてもよい。
【0082】
キャステレーション２７３は、円錐部分２７９に形成され、テーパ状の外面２７６からテーパ状の内面２７７まで延びている。したがって、キャスタレーションは、下面２７２、テーパ状の外面２７６、およびテーパ状の内面２７７に形成される。円筒部分２７５は、ボディ２２０のポケット２２７の壁と係合し、長手方向軸Ａ－Ａに関して半径方向の位置合わせを行う。本実施形態では、ラジアルフローガイド２７０は、１０個のキャスタレーション２７３を備える。しかしながら、他の実施形態では、ラジアルフローガイド２７０は、より多くのまたはより少ない数のキャスタレーション２７３を備えてもよい。さらに、ラジアルフローガイド２７０は回転対称であるため、任意の回転方向でボディ２２０内に配置することができる。いくつかの実施形態では、ラジアルフローガイド２７０は、ボディ２２０、シート２９０、または閉鎖部材２５０と係合して既知の回転位置合わせを提供するためのキー機構を組み込んでもよい。本実施形態では、テーパ状の外面２７６とテーパ状の内面２７７とは平行であり、下面２７２からフランジ２７８までラジアルフローガイドの壁厚が一定となる。
【0083】
キャスタレーション２７３は、平行な側面２８１、２８２および弓形の頂部２８３を備え、ラジアルフローガイド２７０を通ってほぼ半径方向に延びている。いくつかの実施形態では、キャスタレーション２７３は、円形、台形、三角形、または異なる他の形状を有することができる。いくつかの実施形態では、キャステレーション２７３は、下面２７２まで延びていなくてもよい。したがって、キャステレーション２７３は、代わりに、テーパ状の外面２７６からテーパ状の内面２７７まで延在し、閉じた形状とすることもできる。したがって、流路２７４は、ラジアルフローガイド２７０内にすべて形成してもよい。さらに、キャスタレーション２７３は、長手方向軸Ａ－Ａに対して放射状に延在するような配置でなくてもよい。代わりに、キャスタレーションは、長手方向軸Ａ－Ａと交差しない方向、または９０度以外の角度で長手方向軸Ａ－Ａと交差する角度で延在してもよい。最後に、キャスタレーション２７３は、一定の断面を有する必要はなく、ラジアルフローガイド２７０を通って延びる際に、可変の断面形状を有してもよい。
【0084】
図１８～２２は、閉鎖部材２５０のニードル２５４を詳細に示している。図から分かるように、ニードル２５４は、外面２５７に複数の溝２５５を備える。ニードル２５４は、上端２５８から下端２５９まで延びている。前述したように、ニードル２５４は、使用中、長手方向軸Ａ－Ａに沿って動く。ニードル２５４の外面２５７は、円筒部分２６０および溝付き部分２６１を備える。円筒部２６０は上端２５８から溝付き部分２６１まで延びており、溝付き部分２６１は円筒部２６０から下端２５９まで延びている。
【0085】
円筒部分２６０は、溝２５５によって中断されない円筒面を有する。溝付き部分２６１は、溝２５５によって途切れ途切れとなった円筒面を有する。溝付き部分２６１がシート２９０のリップ２９１と接触しているときはいつでも、流体は溝２５５を通過し、バルブアセンブリ２００を通って流れることができる。円筒部分２６０がシート２９０のリップ２９１と接触しているとき、流体はバルブアセンブリ２００を通過できず、バルブアセンブリ２００は閉状態にある。円筒部分２６０は第１の直径を有し、溝付き部分２６１は第２の直径を有し、第１の直径と第２の直径はそれぞれ等しい。これにより、ニードル２５４の下端２５９部分を除いて、外面２５７が下端２５９に移動する、シート２９０のリップ２９１と係合する滑らかで連続的な外面２５７が得られる。
【0086】
さらに、閉状態では、ニードル２５４は、円筒部２６０上のシート２９０のリップ２９１にのみ接触する。フランジも他のテーパ面も垂直面もリップ２９１とは接触しない。全体的なシールは、リップ２９１が円筒部分２６０に係合することによって達成される。これにより、リップ２９１の磨耗が減少し、ニードル２５４がシート２９０内に深く押し込まれすぎた場合にリップ２９１が変形する可能性を排除し、バルブアセンブリ２００が閉止状態にあるとき、閉鎖部材２５０の可動部分２５２の広い範囲での動きが可能となる。
【0087】
図からわかるように、ニードル２５４の下端２５９は半径位置にて外面２５７と接する。この半径により、ニードル２５４がシート２９０から完全に引き抜かれた場合に、ニードル２５４がリップ２９１と係合することが保証される。代替的構成では、ニードル２５４は、ニードル２５４とシート２９０の位置合わせを助けるテーパまたは他の形状を有することができる。本実施形態では、下端２５９は平面である。しかしながら、下端２５９は尖っていても凹面であってもよいとも考えられる。
【0088】
図２０で最もよくわかるように、溝２５５のそれぞれは、長手方向軸Ａ－Ａに対して鋭角Ａを成す溝軸Ｇ－Ｇに沿って延びている。溝２５５のそれぞれは、底面２６２および一対の側面２６３を有する。本実施形態では、底面２６２は弓形であり、側面２６３は平面である。他の実施形態では、底面２６２は平面であってもよく、側面２６３は弓形であってもよい。溝２５５は、同じニードル２５４上の異なる形状を含む、様々な断面形状を有することができる。
【0089】
本実施形態では、溝２５５の底面２６２は、下端２５９からの距離が増加するにつれて、長手方向軸からの半径方向への距離が増加する。角度Ａは変化してもよく、異なる実施形態では異なる角度が使用される。同じニードル２５４に複数の溝角度を組み込むことも考えられる。溝２５５はまた、それぞれの溝２５５の下端２５９から頂部まで測定したとき、異なる高さで終端することとしてもよい。いずれの場合も、溝２５５は、ニードル２５４を閉状態から開状態へと移動させるのに伴ってシート２９０を横切るオリフィス面積が変化するように構成される。したがって、溝角度Ａ、溝２５５の深さ、溝の形状、および溝２５５の終点は、所望のオリフィス面積および所与の用途に適した流量特性を達成するために必要な様々な構成となるよう変更することができる。
【0090】
本実施形態では、６つの溝２５５を有する。他の実施形態では、溝２５５は６つより多くても少なくてもよい。さらに他の実施形態では、溝２５５の数はキャスタレーション２７３の数と等しくてもよい。いくつかの実施形態では、溝２５５の数はキャスタレーション２７３の数よりも多くてもよい。溝２５５がキャスタレーション２７３と回転方向に位置合わせできるようにすることも考えられる。さらに他の実施形態では、溝２５５は、キャスタレーション２７３から回転方向にずらされていてもよい。溝２５５はまた、溝軸Ｇ－Ｇが長手軸Ａ－Ａと交差しないように配置されてもよい。
【0091】
次に、上述のシステムを利用する方法についてさらに詳細に説明する。好ましい実施形態では、前述のシステムは、半導体デバイスなどの物品を製造する方法を実施するために使用される。この方法では、流量制御装置１００が提供され、装置１００はバルブアセンブリ２００を備える。バルブアセンブリ２００は、入口２２１および出口２２２を有するボディ２２０を有する。流路２２３は、入口２２１と出口２２２との間に延びる。流路２２３にはシート２９０が配置されている。閉鎖部材２５０は、バルブアセンブリ２００を通って流体が流れないように、シート２９０に係合して流路２２３を塞ぐように構成されている。アクチュエータアセンブリ２１０は、閉鎖部材２５０に結合され、流路を塞ぐ閉鎖状態から流体の流れを許容する開状態に閉鎖部材２５０を動かす。流路２２３には、ラジアルフローガイド２７０が配置されている。最後に、長手方向軸Ａ－Ａは、シート２９０、閉鎖部材２５０、およびラジアルフローガイド２７０を通って延びる。
【0092】
プロセス流体が装置１００に供給され、装置１００を通って流れる。具体的には、プロセス流体は、装置１００のバルブアセンブリ２００を通って流れる。次に、プロセス流体は出口マニホールド４０１に送られる。出口マニホールド４０１は、装置１００を処理チャンバ１３００に流体的に接続する。次いで、プロセス流体は処理チャンバ１３００に流れる。プロセス流体は、処理チャンバ内で物品への処理を実行するために使用される。いくつかの実施形態では、処理される物品は半導体デバイスであるか、またはこの方法で実行される処理の結果として、半導体デバイスが製造される。任意選択で、ラジアルフローガイド２７０を省略してもよい。さらに他の実施形態では、閉鎖部材２５０はニードル２５４を備え、ニードル２５４は、閉鎖部材２５０が開状態にあるときは流体がシート２９０を通過できるようにし、閉鎖部材２５０が閉じた状態にあるときは流体の流れを妨げる複数の溝２５５を備える。
【0093】
次に図２３～３２を参照すると、バルブアセンブリ３００の別の実施形態がアクチュエータアセンブリを省略して示されている。図２３は、バルブアセンブリ３００の斜視図を示し、バルブアセンブリ３００は、流体流路を画定し、流体の流れの制御を可能にするコンポーネントを収容するバルブボディ３２０を備える。バルブアセンブリ３００は、オン／オフバルブ、比例バルブ、または他の任意の既知の種類のバルブとすることができ、上述のアクチュエータアセンブリ２１０などのアクチュエータアセンブリを介して操作することができる。バルブアセンブリ３００は、開状態から閉状態に移行する。別の言い方をすれば、バルブアセンブリ３００は開位置から閉位置に移行する。任意選択で、バルブアセンブリ３００は、開状態と閉状態との間の任意の中間状態で動作することもできる。例えば、バルブアセンブリ３００は、開状態と閉状態との間で様々な流量を提供することができる比例バルブであってもよい。開状態では、流体はバルブアセンブリ３００を通って自由に流れる。閉状態では、流体がバルブアセンブリ３００を通って流れることが妨げられる。バルブアセンブリ３００はまた、開状態と閉状態との間のあらゆる中間状態での流れを許容することもできる。任意選択で、バルブボディ３２０は、一体的に形成されたモノリシックコンポーネントであってもよい。バルブアセンブリ３００は、流量制御装置１００を集合的に形成する複数の構成要素のうちの１つとなることができる。
【0094】
図２４から図２６を参照すると、バルブアセンブリ３００の内部コンポーネントが、バルブアセンブリ３００の３つの異なる状態を示す断面図で示されている。図２４では、バルブアセンブリ３００は閉状態にある。図２５では、バルブアセンブリ３００は部分的に開いた状態にある。図２６では、バルブアセンブリ３００は全開状態にある。これから分かるように、部分的に開いた状態は、バルブアセンブリ３００は流れを許容するが、バルブアセンブリ３００が完全に開いた状態にあるときほど多くの流れを許容しない状態である。必要に応じて、バルブアセンブリ３００を通過する流体の流量を制御できるように、あらゆる開度の部分的に開いた状態を生じさせることができる。
【0095】
バルブアセンブリ３００は、長手方向軸Ａ－Ａ、閉鎖部材３５０、ラジアルフローガイド３７０、シート３９０、入口３２１、および出口３２２をさらに備える。閉鎖部材３５０は、バルブボディ３２０を通る流体の流れを制御するためにシート３９０に係合できるように、曲がったり移動したりするように構成されている。したがって、流体は、入口３２１からバルブアセンブリ３００に流入し、閉鎖部材３５０および座部３９０を通過して、出口３２２から流出する。
【0096】
バルブアセンブリ３００のボディ３２０は、入口３２１と出口３２２を備えている。入口３２１は、流路３２３に沿って出口３２２まで延びている。流路３２３は、閉鎖部材３５０、ラジアルフローガイド３７０、またはシート３９０によって占有されている部分を除く、バルブアセンブリ３００のボディ３２０の全内部容積を構成する。流路３２３は、第１の容積３２４と第２の容積３２５とに分割される。第１の容積３２４は、入口３２１からシート３９０までの流路３２３の内部容積のすべてを構成し、第２の容積３２５は、シート３９０から出口３２２までの流路３２３の内部容積のすべてを含む。したがって、第１の容積３２４はシート３９０の上流にあり、第２の容積３２５はシート３９０の下流にある。しかしながら、いくつかの実施形態すなわち実装形態では、バルブアセンブリ３００は流体を両方向に流すことができる。上記の用語は、流体の流れの最も可能性の高い方向を反映し、バルブアセンブリ３００の動作をより良く理解するのに役立つために使用されている。
【0097】
閉鎖部材３５０は、第１の実施形態で説明したように、アクチュエータアセンブリに結合される。図２４から図２６に示すように、閉鎖部材３５０は固定部３５１および可動部３５２を備える。固定部３５１は、ボディ３２０と上述したカバー２４０のようなカバーとの間に挟まれている。これにより、閉鎖部材３５０が所定の位置に固定され、動作中に閉鎖部材３５０が保持され、外れることがないことが保証される。可動部３５２は、ダイアフラム３５３とニードル３５４を備える。本実施形態では、ニードル３５４は、モノリシックで、可動部３５２と一体的に形成されている。他の実施形態では、ダイアフラム３５３は、ニードル３５４を受け入れるためにねじ切りされた中央部分を備えることができる。任意選択で、ニードル３５４は、任意の既知の手段を介してダイアフラム３５３に取り付けることもできる。
【0098】
図２４は、閉状態のバルブアセンブリ３００の断面図を示す。閉鎖部材３５０がシート３９０に係合している状態が示されている。具体的には、ニードル３５４は、シート３９０に係合したり係合を解除したりするために、バルブアセンブリ３００の長手方向軸Ａ－Ａに沿って移動するように構成されている。ニードル３５４が長手方向軸Ａ－Ａに沿って下方に動くと、ニードルは流路３２３を完全に閉じ、流体の流れを止める。この状態では、バルブアセンブリ３００は閉状態になる。アクチュエータアセンブリが閉鎖部材３５０の可動部分３５２を押すと、ニードル３５４が動く。ニードル３５４は可動部分３５２の一部であるため、ニードル３５４は長手方向軸Ａ－Ａに沿って動く。
【0099】
ニードル３５４はシート３９０のリップ３９１と係合する。リップ３９１は、ニードル３５４を効果的に密封し、ニードル３５４が閉状態にあるときに流体の流れを止めることができるように、非常に柔軟に設計されている。開状態では、リップ３９１の一部または全部がニードル３５４と接触しておらず、流体はバルブアセンブリ３００を通って流れることができる。ニードル３５４は、バルブアセンブリ３００が開状態にあるときに、シート３９０を通過する流体の通過を可能にする複数の溝３５５を有する。ニードル３５４はさらに外面３５７を備え、外面３５７は円筒部分３６０および溝付き部分３６１を備える。溝付き部分３６１は溝３５５を備える。
【0100】
シート３９０はさらに、上面３９３、下面３９４、および環状リング３９２を備える。ボディ３２０は、床３２８を有するポケット３２７を備える。ポケット３２７は、流路３２３の第２の容積３２５の一部を形成しており、シート３９０はポケット３２７の床３２８に接している。具体的には、シート３９０の下面３９４は、ボディ３２０のポケット３２７の床３２８に接している。ボディ３２０は、ポケット３２７の床３２８に形成された下部環状溝３２６も備えている。下部環状溝３２６は、ほぼ長方形の断面を有し、長手方向軸Ａ－Ａと同心となっている。下部環状溝３２６は、シート３９０の環状リング３９２を受け入れる。環状リング３９２は、下部環状溝３２６と係合して、ボディ３２０とシート３９０との間のシールを行い、組み立て時の位置合わせを助ける。他の実施形態では、下部環状溝３２６は、半円形、台形、またはボディ３２０に対するシート３９０のシールおよび保持に使用される任意の他の形状とすることもできる。
【0101】
ラジアルフローガイド３７０は、上面３７１と下面３７２を有する。ラジアルフローガイド３７０の下面３７２は、シート３９０の上面３９３に接触する。ラジアルフローガイド３７０は、シート３９０を所定の位置に保持する役割を果たす。ラジアルフローガイド３７０の下面３７２には、複数のキャスタレーション３７３が形成されている。複数のキャスタレーション３７３とシート３９０の上面３９３とにより、複数の流路３７４が形成されている。ラジアルフローガイド３７０は、第２の容積３２５を外側チャンバ３２９と内側チャンバ３３０に分割する。外側チャンバ３２９は、入口３２１とラジアルフローガイド３７０との間の第２の容積３２５の一部である。内側チャンバ３３０は、ラジアルフローガイド３７０とシート３９０との間の第１の容積３２４の一部である。バルブアセンブリ３００が部分的または完全に開いた状態にあるとき、流体は入口３２１に流れ込み、ラジアルフローガイド３７０を取り囲み、複数の流路３７４を通過し、次にニードル３５４およびシート３９０を通過して出口３２２に流れる。
【0102】
ラジアルフローガイド３７０は、閉鎖部材３５０の固定部分３５１によって所定の位置に保持される。特に、固定部分３５１は、ラジアルフローガイド３７０の上面３７１に係合する。固定部分３５１はカバーによってボディ３２０に固定されており、カバーはボディ３２０にボルト止めするか、閉鎖部材３５０、ラジアルフローガイド３７０、およびシート３９０を積み重ねたもの全体が一緒に圧縮されて、移動できないようにまたは外れてしまわないように他の方法で固定することができる。固定部分３５１、ラジアルフローガイド３７０、およびシート３９０は、長手方向軸Ａ－Ａに沿って、または長手方向軸Ａ－Ａに対して半径方向に動かないように、カバーによって圧縮される。これらのコンポーネントは、カバーがボディ３２０に組み付けられるときに撓むように構成することができ、ボディ３２０に対する閉鎖部材３５０のシールを効果的に推し進め、流体的に密閉した組み立てを確保する。
【0103】
ボディ３２０は、上部環状溝３３１をさらに備える。上部環状溝３３１は、長手方向軸Ａ－Ａと同心であり、ポケット３２７を取り囲んでいる。上部環状溝３３１の断面は長方形である。上部環状溝３３１は、閉鎖部材３５０の環状リング３５６を受け入れて、ボディ３２０に対する閉鎖部材３５０のシールを容易にする。他の実施形態では、上部環状溝３３１は、半円形、台形、またはボディ３２０に対する閉鎖部材３５０のシールおよび保持に使用される任意の他の形状とすることができる。
【0104】
図２５を参照すると、部分的に開いた状態のバルブアセンブリ３００の断面図が示されている。ニードル３５４の一部だけがシート３９０に接触している状態で、閉鎖部材３５０が後退した状態が示されている。したがって、部分的に開いた状態にあるときでも、ニードル３５４は依然としてシート３９０と部分的に接触している可能性がある。図から分かるように、可動部３５２のダイアフラム３５３が、バルブアセンブリ３００が閉位置にあるときの位置と比較して上方に湾曲しているため、ニードル３５４は部分的に後退している。ダイアフラム３５３は、部分的に開いた状態ではほぼ平面であり、流体の一部がニードル３５４の溝３５５を通過できるようになっている。シート３９０のリップ３９１は、円筒部分３６０の代わりにニードル３５４の溝付き部分３６１と接触し、溝３５５を介して流路を形成することで、流体がバルブアセンブリ３００を通過できるようにしている。
【0105】
図２６を参照すると、完全に開いた状態のバルブアセンブリ３００の断面図が示されている。ニードル３５４の一部だけがシート３９０と接触した状態で、閉鎖部材３５０は完全に後退した状態が示されている。したがって、完全に開いた状態にあるときでも、ニードル３５４はまだ部分的にシート３９０と接触している可能性がある。任意選択で、バルブアセンブリ３００は、開状態にあるときにニードルがシート３９０から完全にまたはほぼ完全に後退するように構成されてもよい。図からわかるように、可動部分３５２のダイアフラム３５３が、バルブアセンブリ３００が部分的に開いた位置または部分的に閉じた位置にあるときの位置と比較して上方に撓むため、ニードル３５４は後退する。ダイアフラム３５３は、完全に開いた状態ではほぼ凸状の円錐形状となり、ニードル３５４の溝３５５を流体が自由に流れることができる。シート３９０のリップ３９１は、ニードル３５４の溝付き部分３６１と接触し、溝３５５を介して流路を形成し、流体がバルブアセンブリ３００を通過できるようにする。図から分かるように、部分的に開いた状態と比較して、ニードル３５４が大きく後退した結果、流体を流す面積が大きくなる。
【0106】
図２７および２８は、閉鎖部材３５０を詳細に示している。閉鎖部材３５０は、可動部３５２の周囲を固定部３５１が取り囲むようにして構成されている。可動部３５２は、ダイアフラム３５３とニードル３５４を含む。ダイアフラム３５３は、外側で固定部分３５１と内側でニードル３５４と接合されている薄い材料のディスクである。したがって、ダイアフラム３５３は撓むことができ、ニードル３５４を長手方向に動かすことが可能になる。次いで、ニードル３５４は、既に示したように長手方向軸Ａ－Ａに沿って軸方向に移動することができ、バルブアセンブリ３００を閉状態から全開状態、および閉状態と全開状態の間の任意の位置に移行させることを可能にする。固定部３５１は、環状リング３５６をさらに組み込んでおり、環状リング３５６は、ボディ３２０の上部環状溝３３１と係合するときに位置合わせ機能とシール機能の両方を行う。
【0107】
ニードル３５４はさらに外面３５７を含み、外面３５７は円筒部分３６０および溝付き部分３６１を有する。円筒部分３６０はダイアフラム３５３に隣接しており、溝付き部分３６１は円筒部分３６０によってダイアフラム３５３から隔てられている。ニードル３５４は、上端３５８から下端３５９まで延びている。上端３５８はダイアフラム３５３に隣接している。そして、円筒部分３６０は上端３５８に隣接し、溝付き部分３６１は下端３５９に隣接している。
【0108】
円筒部分３６０は、溝３５５によって中断されない円筒面を有する。溝付き部分３６１は、溝３５５によって途切れ途切れとなった円筒面を有する。溝付き部分３６１がシート３９０のリップ３９１と接触しているときはいつでも、流体は溝３５５を通過し、バルブアセンブリ３００を通って流れることができる。円筒部分３６０がシート３９０のリップ３９１と接触しているとき、流体はバルブアセンブリ３００を通過できず、バルブアセンブリ３００は閉状態にある。円筒部分３６０は第１の直径を有し、溝付き部分３６１は第２の直径を有し、第１の直径と第２の直径はそれぞれ等しい。これにより、ニードル３５４の下端３５９部分を除いて、外面３５７が下端３５９に移動する、シート３９０のリップ３９１と係合する滑らかで連続的な外面３５７が得られる。
【0109】
さらに、閉状態では、ニードル３５４は、円筒部３６０上のシート３９０のリップ３９１にのみ接触する。フランジも他のテーパ面も垂直面もリップ３９１とは接触しない。全体的なシールは、リップ３９１が円筒部分３６０に係合するによって達成される。これにより、リップ３９１の磨耗が減少し、ニードル３５４がシート３９０内に深く押し込まれすぎた場合にリップ３９１が変形する可能性を排除し、バルブアセンブリ２００が閉状態にあるとき閉鎖部材３５０の可動部３５２の広い範囲での動きが可能となる。
【0110】
図からわかるように、ニードル３５４の下端３５９は半径位置にて外面３５７と接する。この半径により、ニードル３５４がシート３９０から完全に引き抜かれた場合に、ニードル３５４がリップ３９１と係合することが保証される。代替的構成では、ニードル３５４は、ニードル３５４とシート３９０の位置合わせを助けるテーパまたは他の形状を有することができる。本実施形態では、下端３５９は平面である。しかしながら、下端３５９は尖っていても凹面であってもよいとも考えられる。
【0111】
ニードル２５４と同様に、溝３５５のそれぞれは、長手方向軸Ａ－Ａに対して鋭角をなす溝軸に沿って延びる。溝３５５のそれぞれは、底面３６２および一対の側面３６３を有する。本実施形態では、底面３６２は弓形であり、側面３６３は平面である。他の実施形態では、底面３６２は平面であってもよく、側面３６３は弓形であってもよい。あるいは、底面３６２は、無視できる程度の曲率を有する複数の線を形成してもよく、側面３６３は平面であってもよい。溝３５５は、同じニードル３５４上の異なる形状を含む、様々な断面形状を有することができる。さらに、溝３５５はニードル３５４を通って直線的に進むようにする必要はない。その代わりに、溝３５５には、流体の流れに旋回作用を生み出すように、長手方向軸Ａ－Ａの周りで湾曲または角度を付けてもよい。さらに他の構成も考えられる。
【0112】
本実施形態では、溝３５５の底面３６２は、下端３５９からの距離が増加するにつれて、長手方向軸からの半径方向への距離が増加する。この角度は変化してもよく、異なる実施形態では異なる角度としたり、同じニードル３５４のそれぞれの溝３５５に相異なる角度としたりすることができる。溝３５５はまた、それぞれの溝３５５の下端３５９から頂部まで測定したとき、異なる高さで終端することとしてもよい。いずれの場合も、溝３５５は、ニードル３５４を閉状態から開状態へと移動させるのに伴ってシート３９０を横切るオリフィス面積が変化するように構成される。したがって、溝角度、溝３５５の深さ、溝の形状、および溝３５５の終点は、所望のオリフィス面積および所与の用途に適した流量特性を達成するために必要な様々な構成となるよう変更することができる。
【0113】
図２９および３０はラジアルフローガイド３７０を示す。ラジアルフローガイド３７０は、上面３７１から下面３７２まで延びている。キャスタレーション３７３は下面３７２に形成されている。ラジアルフローガイド３７０は、上面３７１に隣接する円筒部分３７５と、円筒部分３７５から下面３７２まで延びる円錐部分３７９とをさらに備える。円錐部分３７９は、円筒部分３７５から下面３７２まで延びるテーパ状の外面３７６を備える。円筒部分３７５は、フランジ３７８でテーパ状の外面３７６と接しており、フランジ３７８は長手方向軸Ａ－Ａに対して垂直である。いくつかの実施形態では、フランジ３７８は、テーパ状の外面３７６が介在面なしで円筒部分３７５と接触するように省略してもよい。テーパ状の内面３７７は、上面３７１から下面３７２まで延びている。円錐部分３７９は、テーパ状の外面３７６とテーパ状の内面３７７が平行であるため、一定の壁厚を有する。しかしながら、いくつかの実施形態では、円錐部分３７９は、変化する壁厚を有してもよい。その結果、テーパ状の外面３７６とテーパ状の内面３７７は平行でなくなる可能性がある。
【0114】
キャスタレーション３７３は、円錐部分３７９に形成され、テーパ状の外面３７６からテーパ状の内面３７７まで延びている。したがって、キャスタレーション３７３は、下面３７２、テーパ状の外面３７６、およびテーパ状の内面３７７に形成される。円筒部分３７５は、ボディ３２０のポケット３２７の壁と係合し、長手方向軸Ａ－Ａに関して半径方向の位置合わせを行う。本実施形態では、ラジアルフローガイド３７０は、１０個のキャスタレーション３７３を備える。しかしながら、他の実施形態では、ラジアルフローガイド３７０は、より多くのまたはより少ない数のキャスタレーション３７３を備えてもよい。さらに、ラジアルフローガイド３７０は回転対称であるため、任意の回転方向でボディ３２０内に配置することができる。いくつかの実施形態では、ラジアルフローガイド３７０は、ボディ３２０、シート３９０、または閉鎖部材３５０と係合して既知の回転位置合わせを提供するためのキー機構を組み込んでもよい。本実施形態では、テーパ状の外面３７６とテーパ状の内面３７７とは平行であり、下面３７２からフランジ３７８までラジアルフローガイドの壁厚が一定となる。
【0115】
キャステレーション３７３は、平行な側面３８１、３８２および弓状の頂部３８３を備え、ラジアルフローガイド３７０を通ってほぼ半径方向に延びている。いくつかの実施形態では、キャスタレーション３７３は、円形、台形、三角形、または異なる他の形状を有することができる。いくつかの実施形態では、キャスタレーション３７３は、下面３７２まで延びていなくてもよい。したがって、キャスタレーション３７３は、代わりに、テーパ状の外面３７６からテーパ状の内面３７７まで延在し、閉じた形状とすることもできる。したがって、流路３７４は、ラジアルフローガイド３７０内にすべて形成してもよい。さらに、キャスタレーション３７３は、長手方向軸Ａ－Ａに対して放射状に延在するような配置でなくてもよい。代わりに、それらは、長手方向軸Ａ－Ａと交差しない方向、または９０度以外の角度で長手方向軸Ａ－Ａと交差する角度で延在してもよい。最後に、キャスタレーション３７３は、一定の断面を有する必要はなく、ラジアルフローガイド３７０を通って延びる際に、可変の断面プロファイルを有してもよい。
【0116】
図３１および図３２は、シート３９０を示す。シート３９０は、上面３９３から下面３９４まで延びている。環状リング３９２は、下面３９４から延在し、長手方向軸Ａ－Ａとほぼ同心である。シート３９０は、上面３９３から延びて中央開口部３９５を画定するリップ３９１をさらに含む。リップ３９１は、リップシールの形態をとることができ、またはその代わりに任意の他の形態のシールとして形成することができる。たとえば、リップ３９１は、リップシールの代わりにラビリンスシールを用いることもできる。ニードル３９４と係合するのに適した任意の種類のシールをシート３９０に利用して、所望に応じてバルブアセンブリ３００のシールを容易にすることができる。
【0117】
次に図３３～４０を参照すると、バルブアセンブリ４００の別の実施形態がアクチュエータアセンブリを省略して示されている。図３３は、バルブアセンブリ４００の斜視図を示し、バルブアセンブリ４００は、流体流路を画定し、流体の流れの制御を可能にするコンポーネントを収容するバルブボディ４２０を備える。バルブアセンブリ４００は、オン／オフバルブ、比例バルブ、または他の任意の既知のタイプのバルブとすることができ、上述のアクチュエータアセンブリ２１０などのアクチュエータアセンブリを介して操作することができる。バルブアセンブリ４００は、開状態から閉状態に移行する。別の言い方をすれば、バルブアセンブリ４００は開位置から閉位置に移行する。任意選択で、バルブアセンブリ４００は、開状態と閉状態との間の任意の中間状態で動作することもできる。例えば、バルブアセンブリ４００は、開状態と閉状態との間で様々な流量を提供することができる比例バルブであってもよい。開状態では、流体はバルブアセンブリ４００を通って自由に流れる。閉状態では、流体がバルブアセンブリ４００を通って流れることが妨げられる。バルブアセンブリ４００はまた、開状態と閉状態との間のあらゆる中間状態での流れを許容することもできる。任意選択で、バルブボディ４２０は、一体的に形成されたモノリシックコンポーネントであってもよい。バルブアセンブリ４００は、流量制御装置１００を集合的に形成する複数の構成要素のうちの１つとなることができる。
【0118】
図３４から図３６を参照すると、バルブアセンブリ４００の内部コンポーネントが、バルブアセンブリ４００の３つの異なる状態を示す断面図で示されている。図３４では、バルブアセンブリ４００は閉状態にある。図３５では、バルブアセンブリ４００は部分的に開いた状態にある。図３６では、バルブアセンブリ４００は全開状態にある。これから分かるように、部分的に開いた状態は、バルブアセンブリ４００は流れを許容するが、バルブアセンブリ４００が完全に開いた状態にあるときほど多くの流れを許容しない状態である。必要に応じて、バルブアセンブリ４００を通過する流体の流量を制御できるように、あらゆる開度の部分的に開いた状態を生じさせることができる。
【0119】
バルブアセンブリ４００は、長手方向軸Ａ－Ａ、閉鎖部材４５０、ラジアルフローガイド４７０、シート４９０、入口４２１、および出口４２２をさらに備える。閉鎖部材４５０は、バルブボディ４２０を通る流体の流れを制御するためにシート４９０と係合できるように、曲がったり移動したりするように構成されている。したがって、流体は、入口４２１からバルブアセンブリ４００に流入し、閉鎖部材４５０およびシート４９０を通過して、出口４２２から流出する。
【0120】
バルブアセンブリ４００のボディ４２０は、入口４２１と出口４２２を備えている。入口４２１は、流路４２３に沿って出口４２２まで延びている。流路４２３は、閉鎖部材４５０、ラジアルフローガイド４７０、またはシート４９０によって占有されている部分を除く、バルブアセンブリ４００のボディ４２０の全内部容積を構成する。流路４２３は、第１の容積４２４と第２の容積４２５とに分割される。第１の容積４２４は、入口４２１からシート４９０までの流路４２３の内部容積のすべてを構成し、第２の容積４２５は、シート４９０から出口４２２までの流路４２３の内部容積のすべてを含む。したがって、第１の容積４２４はシート４９０の上流にあり、第２の容積４２５はシート４９０の下流にある。しかしながら、いくつかの実施形態すなわち実装形態では、バルブアセンブリ４００は、流体を反対方向または両方向に流すことができる。上記の用語は、流体の流れの最も可能性の高い方向を反映し、バルブアセンブリ４００の動作をより良く理解するのに役立てるために使用されている。
【0121】
閉鎖部材４５０は、第１の実施形態で説明したように、アクチュエータアセンブリに結合される。図３４から図３６に示すように、閉鎖部材４５０は固定部４５１および可動部４５２を備える。固定部４５１は、ボディ４２０と上述したカバー２４０のようなカバーとの間に挟まれている。これにより、閉鎖部材４５０が所定の位置に固定され、動作中に閉鎖部材４５０が保持され、外れることがないことが保証される。可動部４５２は、ダイアフラム４５３とニードル４５４を備える。本実施形態では、ニードル４５４は、モノリシックで可動部分４５２と一体的に形成されている。他の実施形態では、ダイアフラム４５３は、ニードル４５４を受け入れるためにねじ切りされた中央部分を備えることができる。任意選択で、ニードル４５４は、任意の既知の手段を介してダイアフラム４５３に取り付けることもできる。
【0122】
図３４は、閉状態のバルブアセンブリ４００の断面図を示す。閉鎖部材４５０がシート４９０に係合している状態が示されている。具体的には、ニードル４５４は、シート４９０に係合したり係合を解除したりするために、バルブアセンブリ４００の長手方向軸Ａ－Ａに沿って移動するように構成されている。ニードル４５４が長手方向軸Ａ－Ａに沿って下方に動くと、ニードルは流路４２３を完全に閉じ、流体の流れを止める。この状態では、バルブアセンブリ４００は閉状態になる。アクチュエータアセンブリが閉鎖部材４５０の可動部分４５２を押すと、ニードル４５４が動く。ニードル４５４は可動部分４５２の一部であるため、ニードル４５４は長手方向軸Ａ－Ａに沿って動く。
【0123】
ニードル４５４は、シート４９０のボス４９１の内面４９６に係合する。ボス４９１は、長手方向軸Ａ－Ａに沿って延びる。内面４９６はニードル４５４とぴったりと嵌合しており、ボス４９１内へのニードル４５４の挿入を制御することで流れを制御することができる。内面４９６とニードル４５４との間の嵌合は滑り嵌めであるため、バルブアセンブリ４００が閉位置にあるとき、この境界面だけでは完全なシールを行うことはできない。前述の実施形態と同様に、ニードル４５４は、バルブアセンブリ４００が部分的または完全に開いた状態にあるときに、シート４９０を流体が通過することを可能にする複数の溝４５５を有する。ニードル４５４はさらに外面４５７を備え、外面４５７は円筒部分４６０および溝付き部分４６１を備える。溝付き部分４６１は溝４５５を備える。
【0124】
シート４９０はさらに、上面４９３、下面４９４、および環状リング４９２を備える。ボディ４２０は、床４２８を有するポケット４２７を備える。ポケット４２７は、流路４２３の第２の容積４２５の一部を形成しており、シート４９０はポケット４２７の床４２８に接している。具体的には、シート４９０の下面４９４は、ボディ４２０のポケット４２７の床４２８に接している。ボディ４２０は、ポケット４２７の床４２８に形成された下部環状溝４２６も備える。下部環状溝４２６は、ほぼ長方形の断面を有し、長手方向軸Ａ－Ａと同心となっている。下部環状溝４２６は、シート４９０の環状リング４９２を受け入れる。環状リング４９２は、下部環状溝４２６と係合して、ボディ４２０とシート４９０との間のシールを行い、組み立て時の位置合わせを助ける。他の実施形態では、下部環状溝４２６は、半円形、台形、またはボディ４２０に対するシート４９０のシールおよび保持に使用される任意の他の形状とすることもできる。
【0125】
ニードル４５４は、外面４５７から延びる環４６５をさらに備える。環４６５は円筒部分４６０に隣接して配置され、円筒部分４６０は環４６５と溝付き部分４６１との間に配置される。環状部４６５は、シート４９０の上面４９３と係合してフェースシールを形成するフェース面４６６を有する。したがって、バルブアセンブリ４００が閉位置にあるとき、フェース面４６６は上面４９３と接触してシールを行い、バルブアセンブリ４００を通る流体の流れを妨げる。上述のように、ニードル４５４とボス４９１の内面４９６との間の嵌合は、完全なシールを行うほどしっかりしているわけではない。フェース面４６６は、バルブアセンブリ４００が閉位置にあるときにシールを行い、完全な流れの遮断または実質的に完全な流れの遮断を可能にする。
【0126】
ラジアルフローガイド４７０は、上面４７１と下面４７２を有する。ラジアルフローガイド４７０の下面４７２は、シート４９０の上面４９３に接触する。ラジアルフローガイド４７０は、シート４９０を所定の位置に保持する役割を果たす。ラジアルフローガイド４７０の下面４７２には、複数のキャスタレーション４７３が形成されている。複数のキャスタレーション４７３とシート４９０の上面４９３とにより、複数の流路４７４を形成されている。ラジアルフローガイド４７０は、第２の容積４２５を外側チャンバ４２９と内側チャンバ４３０に分割する。外側チャンバ４２９は、入口４２１とラジアルフローガイド４７０との間の第２の容積４２５の一部である。内側チャンバ４３０は、ラジアルフローガイド４７０とシート４９０との間の第１の容積４２４の一部である。バルブアセンブリ４００が部分的または完全に開いた状態にあるとき、流体は入口４２１に流れ込み、ラジアルフローガイド４７０を取り囲み、複数の流路４７４を通過し、次にニードル４５４およびシート４９０を通過して出口４２２に流れる。
【0127】
ラジアルフローガイド４７０は、閉鎖部材４５０の固定部分４５１によって所定の位置に保持される。特に、固定部分４５１は、ラジアルフローガイド４７０の上面４７１に係合する。固定部分４５１はカバーによってボディ４２０に固定されており、カバーはボディ４２０にボルト止めするか、閉鎖部材４５０、ラジアルフローガイド４７０、およびシート４９０を積み重ねたもの全体が一緒に圧縮されて、移動できないようにまたは外れてしまわないように他の方法で固定することができる。固定部分４５１、ラジアルフローガイド４７０、およびシート４９０は、長手方向軸Ａ－Ａに沿って、または長手方向軸Ａ－Ａに対して半径方向に動かないように、カバーによって圧縮される。これらのコンポーネントは、カバーがボディ４２０に組み付けられるときに撓むように構成することができ、ボディ４２０に対する閉鎖部材４５０のシールを効果的に推し進め、流体的に密閉した組み立てを確保する。
【0128】
ボディ４２０は、上部環状溝４３１をさらに備える。上部環状溝４３１は、長手方向軸Ａ－Ａと同心であり、ポケット４２７を取り囲んでいる。上部環状溝４３１の断面は長方形である。上部環状溝４３１は、閉鎖部材４５０の環状リング４５６を受け入れて、ボディ４２０に対する閉鎖部材４５０のシールを容易にする。他の実施形態では、上部環状溝４３１は、半円形、台形、またはボディ４２０に対する閉鎖部材４５０のシールおよび保持に使用される任意の他の形状とすることができる。
【0129】
図３５を参照すると、部分的に開いた状態のバルブアセンブリ４００の断面図が示されている。ニードル４５４の一部だけがシート４９０に接触した状態で、閉鎖部材４５０は引き込まれた状態が示されている。したがって、部分的に開いた状態にあるときでも、ニードル４５４は依然としてシート４９０と部分的に接触している可能性がある。図から分かるように、可動部４５２のダイアフラム４５３が、バルブアセンブリ４００が閉位置にあるときの位置と比較して上方に湾曲しているため、ニードル４５４は部分的に後退している。ダイアフラム４５３は、部分的に開いた状態ではほぼ平面であり、流体の一部がニードル４５４の溝４５５を通過できるようになっている。
【0130】
シート４９０のボス４９１の内面４９６は、ニードル４５４の溝付き部分４６１に接触している。円筒部分４６０のどこも内面４９６と接触していない。したがって、溝４５５を介して流路が形成され、流体がバルブアセンブリ４００を通過できるようになる。内面４９６は、実際には溝付き部分４６１と接触している必要はなく、代わりに、長手方向軸Ａ－Ａに関してシート４９０の内面４９６と単に部分的に重なっていてもよい。円筒部分４６０は、図示のように長手方向軸Ａ－Ａに関してシート４９０とは重ならない。したがって、露出された溝４５５の部分は、流体を流す流路を形成する。部分的に開いた状態では、露出は溝４５５の全体には届かない。
【0131】
図３６を参照すると、完全に開いた状態のバルブアセンブリ４００の断面図が示されている。閉鎖部材４５０は、ニードル４５４の一部のみがシート４９０と接触している、完全に後退した状態で示されている。したがって、完全に開いた状態にあるときでも、ニードル４５４はまだ部分的にシート４９０と接触している可能性がある。任意選択で、バルブアセンブリ４００は、開状態にあるときにニードル４５４がシート４９０から完全にまたはほぼ完全に引っ込むように構成することもできる。図から分かるように、可動部分４５２のダイアフラム４５３が、バルブアセンブリ４００が部分的に開いた位置または部分的に閉じた位置にあるときの位置と比較して上方に撓むため、ニードル４５４は後退する。ダイアフラム４５３は、完全に開いた状態ではほぼ凸状の円錐形状となるので、ニードル４５４の溝４５５を流体が自由に流れることができる。シート４９０のボス４９１の内面４９６は、ニードル４５４の溝付き部分４６１と接触し、溝４５５を介して流路を形成し、流体がバルブアセンブリ４００を通過できるようにする。図から分かるように、部分的に開いた状態と比較して、ニードル４５４が大きく後退した結果、流体が流れる面積が大きくなる。
【0132】
図３７および３８は、閉鎖部材４５０を詳細に示している。閉鎖部材４５０は、可動部４５２の周囲を固定部４５１が取り囲むようにして構成されている。可動部４５２は、ダイアフラム４５３とニードル４５４を含む。ダイアフラム４５３は、外側で固定部４５１と内側でニードル４５４と接合されている薄い材料のディスクである。したがって、ダイアフラム４５３は撓むことができ、ニードル４５４を長手方向に動かすことが可能になる。次いで、ニードル４５４は、既に示したように長手方向軸Ａ－Ａに沿って軸方向に移動することができ、バルブアセンブリ４００を閉状態から全開状態、および閉状態と全開状態の間のあらゆる位置に移行させることを可能にする。固定部４５１は、環状リング４５６をさらに組み込んでおり、環状リング４５６は、ボディ４２０の上部環状溝４３１と係合するときに位置合わせ機能とシール機能の両方を行う。
【0133】
ニードル４５４はさらに外面４５７を組み込み、外面４５７は環４６５、円筒部分４６０、および溝付き部分４６１を有する。環４６５はダイアフラム４５３に隣接している。円筒部分４６０は、環４６５と溝付き部分４６１との間にある。溝付き部分４６１は、円筒部分４６０および環４６５によってダイアフラム４５３から隔てられている。ニードル４５４は、上端４５８から下端４５９まで延びている。上端４５８はダイアフラム４５３に隣接している。したがって、環４６５は上端４５８に隣接し、溝付き部分４６１は下端４５９に隣接する。
【0134】
環４６５は、円筒部４６０と比較して直径が大きくなったフランジを形成している。環４６５は、既に述べたようにフェース面４６６を有する。円筒部分４６０は、環４６５から溝付き部分４６１まで延びる溝４５５によって中断されない円筒面を有する。溝部４６１は、溝４５５によって途切れ途切れとなった円筒面を有する。
【0135】
溝付き部分４６１がシート４９０のボス４９１の内面４９６から少なくとも部分的に後退すると、流体は溝４５５を通過し、バルブアセンブリ４００を通って流れることができる。円筒部４６０がボス４９１の内面４９６と半径方向で重なり合い、フェース面４６６が上面４９３に接触すると、バルブアセンブリ４００が閉状態にあり、流体はバルブアセンブリ４００を通過できない。円筒部分４６０は第１の直径を有し、溝付き部分４６１は第２の直径を有し、環４６５は第３の直径を有する。第１および第２の直径はそれぞれ等しいが、第３の直径は第１および第２の直径よりも大きい。これにより、外面４５７が下端４５９へと移行するニードル４５４の下端４５９を除いて、円筒部分４６０および溝付き部分４６１において滑らかで連続した外表面４５７が得られる。閉状態では、ニードル４５４のフェース面４６６がシート４９０の上面４９３に接触し、フェースシールを形成する。
【0136】
図から分かるように、ニードル４５４の下端４５９は半径を介して外面４５７と接する。この半径により、ニードル４５４がシート４９０から完全に引き抜かれた場合に、ニードル４５４がボス４９１の内面４９６に確実に係合する。代替的構成では、ニードル４５４は、ニードル４５４とシート４９０の位置合わせを補助するテーパその他の形状を有してもよい。本実施形態では、下端４５９は平面である。しかしながら、下端４５９が尖っていても凹面であってもよいと考えられる。
【0137】
ニードル２５４と同様に、溝４５５のそれぞれは、長手方向軸Ａ－Ａに対して鋭角をなす溝軸に沿って延びる。溝４５５のそれぞれは、底面４６２および一対の側面４６３を有する。本実施形態では、底面４６２は弓形であり、側面４６３は平面である。他の実施形態では、底面４６２は平面であってもよく、側面４６３は弓形であってもよい。あるいは、底面４６２は、無視できる程度の曲率を有する複数の線を形成してもよく、側面４６３は平面であってもよい。溝４５５は、同じニードル４５４上の異なる形状であることも含む、様々な断面形状を有することができる。さらに、溝４５５はニードル４５４を通って直線的に進むようにする必要はない。その代わりに、溝４５５には、流体の流れに旋回作用を生み出すように、長手方向軸Ａ－Ａの周りで湾曲または角度を付けてもよい。さらに他の構成も考えられる。
【0138】
本実施形態では、溝４５５の底面４６２は、下端４５９からの距離が増加するにつれて、長手方向軸からの半径方向への距離が増加する。この角度は変化してもよく、異なる実施形態では異なる角度としたり、同じニードル４５４のそれぞれの溝４５５で相異なる角度としたりすることができる。溝４５５はまた、それぞれの溝４５５の底端４５９から頂部まで測定したとき、異なる高さで終端することとしてもよい。いずれの場合も、溝４５５は、ニードル４５４の閉状態から開状態へと移動させるのに伴ってシート４９０を横切るオリフィス面積が変化するように構成される。したがって、溝角度、溝４５５の深さ、溝の形状、および溝４５５の終点は、所望のオリフィス面積および所与の用途に適した流量特性を達成するために必要な様々な構成となるよう変更することができる。
【0139】
図３９および４０は、シート４９０を示す。シート４９０は、上面４９３から下面４９４まで延びている。環状リング４９２は、下面４９４から延在し、長手方向軸Ａ－Ａを中心としてほぼ同心である。シート４９０はさらに、下面４９３から延びて中央開口部４９５を画定するボス４９１を含む。ボス４９１の中央開口部４９５は実質的に円筒形である内面４９６を有する。中央開口部４９５の内面４９６は、部分的に開いた状態にあるときに流れを効果的に制御できるように、ニードル４５４と緊密に滑り嵌めすることができる。
【0140】
次に図４１～４６を参照すると、バルブアセンブリ５００の別の実施形態がアクチュエータアセンブリを省略して示されている。図４１は、バルブアセンブリ５００の斜視図を示し、バルブアセンブリ５００は、流体流路を画定し、流体の流れの制御を可能にするコンポーネントを収容するバルブボディ５２０を備える。バルブアセンブリ５００は、オン／オフバルブ、比例バルブ、または他の任意の既知のタイプのバルブとすることができ、上述のアクチュエータアセンブリ２１０のようなアクチュエータアセンブリを介して操作することができる。バルブアセンブリ５００は、開状態から閉状態へ移行する。別の言い方をすれば、バルブアセンブリ５００は開位置から閉位置に移行する。任意選択で、バルブアセンブリ５００は、開状態と閉状態との間の任意の中間状態で動作することもできる。例えば、バルブアセンブリ５００は、開状態と閉状態との間で任意の流量を提供することができる比例バルブであってもよい。開状態では、流体はバルブアセンブリ５００を通って自由に流れる。閉状態では、流体がバルブアセンブリ５００を通って流れることが妨げられる。バルブアセンブリ５００はまた、開状態と閉状態との間の任意の中間状態での流れを許容することもできる。任意選択で、バルブボディ５２０は、一体的に形成されたモノリシックコンポーネントであってもよい。バルブアセンブリ５００は、流量制御装置１００を集合的に形成する複数の構成要素のうちの１つとなることができる。
【0141】
図４２から図４４を参照すると、バルブアセンブリ５００の内部コンポーネントが、バルブアセンブリ５００の３つの異なる状態を示す断面図で示されている。図４２では、バルブアセンブリ５００は閉状態にある。図４３では、バルブアセンブリ５００は部分的に開いた状態にある。図４４では、バルブアセンブリ５００は全開状態にある。これから分かるように、部分的に開いた状態は、バルブアセンブリ５００が流れを許容するが、バルブアセンブリ５００が完全に開いた状態にあるときほど多くの流れを許容しない状態である。必要に応じて、バルブアセンブリ５００を通過する流体の流量を制御できるように、あらゆる開度の部分的に開いた状態を生じさせることができる。
【0142】
バルブアセンブリ５００は、長手方向軸Ａ－Ａ、閉鎖部材５５０、入口５２１、および出口５２２をさらに備える。閉鎖部材５５０は、バルブボディ５２０を通る流体の流れを制御するためにシート５９０に係合できるように、曲がったり移動したりするように構成されている。したがって、流体は、入口５２１からバルブアセンブリ５００に流入し、閉鎖部材５５０およびシート５９０を通過して、出口５２２から流出する。本実施形態では、シート５９０は一体的に形成され、閉鎖部材５５０と係合するバルブボディ５２０の一部となる。
【0143】
バルブアセンブリ５００のボディ５２０は、入口５２１と出口５２２を備えている。入口５２１は、流路５２３に沿って出口５２２まで延びている。流路５２３は、閉鎖部材５５０によって占有されている部分を除く、バルブアセンブリ５００のボディ５２０の全内部容積を構成する。流路５２３は、第１の容積５２４と第２の容積５２５とに分割される。第１の容積５２４は、入口５２１からシート５９０までの流路５２３の内部容積のすべてを構成し、第２の容積５２５は、シート５９０から出口５２２までの流路５２３の内部容積のすべてを含む。したがって、第１の容積５２４はシート５９０の上流にあり、第２の容積５２５はシート５９０の下流にある。しかしながら、いくつかの実施形態すなわち実装形態では、バルブアセンブリ５００は、流体を反対方向または両方向に流すことができる。上記の用語は、流体の流れの最も可能性の高い方向を反映し、バルブアセンブリ５００の動作をより良く理解するのに役立てるために使用されている。
【0144】
閉鎖部材５５０は、第１の実施形態で説明したように、アクチュエータアセンブリに結合される。図４２から図４４に示すように、閉鎖部材５５０は固定部５５１および可動部５５２を備える。固定部５５１は、ボディ５２０と上述したカバー２４０のようなカバーとの間に挟まれている。これにより、閉鎖部材５５０が所定の位置に固定され、動作中に閉鎖部材５５０が保持され、外れることがないことが保証される。可動部５５２は、ダイアフラム５５３とニードル５５４を備える。本実施形態では、ニードル５５４は、モノリシックで可動部分５５２と一体的に形成されている。他の実施形態では、ダイアフラム５５３は、ニードル５５４を受け入れるためにねじ切りされた中央部分を備えることができる。任意選択で、ニードル５５４は、任意の既知の手段を介してダイアフラム５５３に取り付けることもできる。
【0145】
図４２は、閉状態のバルブアセンブリ５００の断面図を示す。閉鎖部材５５０は、シート５９０と係合している状態が示されており、シート５９０は、閉鎖部材５５０と接触したときに密封を可能にするボディ５２０の部分である。具体的には、ニードル５５４は、シート５９０に係合したり係合を解除したりするために、バルブアセンブリ５００の長手方向軸Ａ－Ａに沿って移動するように構成されている。ニードル５５４が長手方向軸Ａ－Ａに沿って下方に動くと、ニードル５５４は流路５２３を完全に閉じ、流体の流れを止める。この状態では、バルブアセンブリ５００は閉状態になる。アクチュエータアセンブリが閉鎖部材５５０の可動部分５５２を押すと、ニードル５５４が動く。ニードル５５４は可動部分５５２の一部であるため、ニードル５５４は長手方向軸Ａ－Ａに沿って動く。
【0146】
ニードル５５４は、シート４９０の内面５９６に係合する。この内面５９６はニードル５５４とぴったりと嵌合しており、シート５９０内へのニードル５５４の挿入を制御することで流れを制御することができる。内面５９６とニードル５５４との間の嵌合は滑り嵌めであるため、バルブアセンブリ５００が閉位置にあるとき、この境界面だけでは完全なシールを行うことはできない。前述の実施形態と同様に、ニードル５５４は、バルブアセンブリ５００が部分的または完全に開いた状態にあるときに、シート５９０を液体が通過することを可能にする複数の溝５５５を有する。ニードル５５４はさらに外面５５７を備え、外面５５７は円筒部分５６０および溝付き部分５６１を備える。溝付き部分５６１は、溝５５５を備える。
【0147】
ボディ５２０は、床５２８を有するポケット５２７を備える。ポケット５２７は、流路５２３の第２の容積５２５の一部を形成する。床５２８は、内面５９６と組み合わせてシート４９０の一部を形成する。したがって、床５２８は、同時にポケット５２７の一部であり、シール５９０でもある。
【0148】
ニードル５５４はさらに、外面５５７から延びる環５６５を備える。環５６５は円筒部分５６０に隣接して位置し、円筒部分５６０は環５６５と溝付き部分５６１との間に位置する。環状部５６５は、床５２８と係合してフェースシールを形成するフェース面５６６を有する。したがって、バルブアセンブリ５００が閉位置にあるとき、フェース面５６６は床５２８と接触してシールを行い、バルブアセンブリ５００を通る流体の流れを妨げる。上述のように、ニードル５５４とシール５９０の内面５９６との間の嵌合は、完全なシールを行うほどしっかりしているわけではない。フェース面５６６は、バルブアセンブリ５００が閉位置にあるときにシールを行い、完全な流れの遮断または実質的に完全な流れの遮断を可能にする。
【0149】
ボディ５２０は、上部環状溝５３１をさらに備える。上部環状溝５３１は、長手方向軸Ａ－Ａと同心であり、ポケット５２７を取り囲んでいる。上部環状溝５３１の断面は長方形である。上部環状溝５３１は、閉鎖部材５５０の環状リング５５６を受け入れ、ボディ５２０に対する閉鎖部材５５０のシールを容易にする。他の実施形態では、上部環状溝５３１は、半円形、台形、またはボディ５２０に対する閉鎖部材５５０のシールおよび保持に使用される任意の他の形状とすることができる。
【0150】
図４３を参照すると、部分的に開いた状態のバルブアセンブリ５００の断面図が示されている。ニードル５５４の一部だけがシート５９０に接触した状態で、閉鎖部材５５０が後退した状態が示されている。したがって、部分的に開いた状態にあるときでも、ニードル５５４は依然としてシート５９０と部分的に接触している可能性がある。図から分かるように、可動部５５２のダイアフラム５５３が、バルブアセンブリ５００が閉位置にあるときの位置と比較して上方に湾曲しているため、ニードル５５４は部分的に後退している。ダイアフラム５５３は、部分的に開いた状態ではほぼ平面であり、流体の一部がニードル５５４の溝を通過できるようになっている。
【0151】
シート５９０の内面５９６は、ニードル５５４の溝付き部分５６１と接触している。円筒部分５６０のどこも内面５９６と接触していない。したがって、溝５５５を介して流路が形成され、流体がバルブアセンブリ５００を通過できるようになる。内面５９６は、実際には溝付き部分５６１と接触している必要はなく、代わりに、長手方向軸Ａ－Ａに関してシート５９０の内面５９６と部分的に重なっていてもよい。円筒部分５６０は、図示のように長手方向軸Ａ－Ａに関してシート５９０とは重ならない。したがって、露出された溝５５５の部分は、流体を流す流路を形成する。部分的に開いた状態では、露出は溝５５５の全体には届かない。
【0152】
図４４を参照すると、完全に開いた状態のバルブアセンブリ５００の断面図が示されている。閉鎖部材５５０は、ニードル５５４の一部のみがシート５９０と接触している、完全に後退した状態で示されている。したがって、完全に開いた状態にあるときでも、ニードル５５４はまだ部分的にシート５９０と接触している可能性がある。任意選択で、バルブアセンブリ５００は、開状態にあるときにニードル５５４がシート５９０から完全にまたはほぼ完全に後退するように構成することもできる。図から分かるように、可動部分５５２のダイアフラム５５３が、バルブアセンブリ５００が部分的に開いた位置または部分的に閉じた位置にあるときの位置と比較して上方に撓むため、ニードル５５４は後退する。ダイアフラム５５３は、完全に開いた状態ではほぼ凸状の円錐形状となるので、ニードル５５４の溝５５５を流体が自由な流れることができる。シート５９０の内面５９６は、ニードル５５４の溝付き部分５６１と接触し、溝５５５を介して流路を形成し、流体がバルブアセンブリ５００を通過できるようにする。図から分かるように、部分的に開いた状態と比較して、ニードル５５４が大きく後退した結果、流体が流れる面積が大きくなる。
【0153】
図４５および４６は、閉鎖部材５５０を詳細に示している。閉鎖部材５５０は、可動部５５２の周囲を固定部５５１が取り囲むようにして構成されている。可動部５５２は、ダイアフラム５５３とニードル５５４を含む。ダイアフラム５５３は、外側で固定部５５１と内側でニードル５５４と接合されている薄い材料のディスクである。したがって、ダイアフラム５５３は撓むことができ、ニードル５５４を長手方向の動かすことが可能になる。次いで、ニードル５５４は、既に示したように長手方向軸Ａ－Ａに沿って軸方向に移動することができ、バルブアセンブリ５００を閉状態から全開状態、および閉状態と全開状態の間の任意の位置に移行させることを可能にする。固定部５５１は、環状リング５５６をさらに組み込んでおり、環状リング５５６は、ボディ５２０の上部環状溝５３１と係合するときに位置合わせ機能とシール機能の両方を行う。
【0154】
ニードル５５４はさらに外面５５７を組み込み、外面５５７は環５６５、円筒部分５６０、および溝付き部分５６１を有する。環５６５はダイアフラム５５３に隣接している。円筒部分５６０は、環５６５と溝付き部分５６１との間にある。溝付き部分５６１は、円筒部分５６０および環５６５によってダイアフラム５５３から隔てられている。ニードル５５４は、上端５５８から下端５５９まで延びている。上端５５８はダイアフラム５５３に隣接している。したがって、環５６５は上端５５８に隣接し、溝付き部分５６１は下端５５９に隣接する。
【0155】
環５６５は、円筒部５６０と比較して直径が大きくなったフランジを形成している。環５６５は、既に述べたようにフェース面５６６を有する。円筒部分５６０は、環５６５から溝付き部分５６１まで延びる溝５５５によって中断されない円筒面を有する。溝部５６１は、溝５５５によって途切れ途切れとなった円筒面を有する。
【0156】
溝付き部分５６１がシート５９０の内面５９６から少なくとも部分的に後退すると、流体は溝５５５を通過し、バルブアセンブリ５００を通って流れることができる。円筒部分５６０がシート５９０の内面５９６と半径方向に重なり合い、フェース面５６６が床５２８と接触しているとき、バルブアセンブリ５００が閉状態にあり、流体はバルブアセンブリ５００を通過できない。円筒部分５６０は第１の直径を有し、溝付き部分５６１は第２の直径を有し、環５６５は第３の直径を有する。第１および第２の直径のそれぞれは等しいが、第３の直径は第１および第２の直径よりも大きい。これにより、外面５５７が下端５５９へと移行するニードル５５４の下端５５９を除いて、円筒部分５６０および溝付き部分５６１において滑らかで連続した外表面５５７が得られる。閉状態では、ニードル５５４のフェース面５６６が床５２８に接触し、フェースシールを形成する。
【0157】
図から分かるように、ニードル５５４の下端５５９は半径を介して外面５５７と接する。この半径により、ニードル５５４がシート５９０から完全に引き抜かれた場合に、ニードル５５４がシート５９０の内面５９６に確実に係合する。代替構成では、ニードル４５４は、ニードル５５４とシート５９０の位置合わせを補助するテーパその他の形状を有してもよい。本実施形態では、下端５５９は平面である。しかしながら、下端５５９が尖っていても凹面であってもよいこと考えられる。
【0158】
ニードル２５４と同様に、溝５５５のそれぞれは、長手方向軸Ａ－Ａに対して鋭角をなす溝軸に沿って延びる。溝５５５のそれぞれは、底面５６２および一対の側面５６３を有する。本実施形態では、底面５６２は弓形であり、側面５６３は平面である。他の実施形態では、底面５６２は平面であってもよく、側面５６３は弓形であってもよい。あるいは、底面５６２は、無視できる程度の曲率を有する複数の線を形成してもよく、側面５６３は平面であってもよい。溝５５５は、同じニードル５５４上の異なる形状であることも含む、様々な断面形状を有することができる。さらに、溝５５５はニードル５５４を通って直線的に進むようにする必要はない。その代わりに、溝５５５には、流体の流れに旋回作用を生み出すように、長手方向軸Ａ－Ａの周りで湾曲または角度を付けてもよい。さらに他の構成も考えられる。
【0159】
本実施形態では、溝５５５の底面５６２は、下端５５９からの距離が増加するにつれて、長手方向軸からの半径方向への距離が増加する。この角度は変化してもよく、異なる実施形態では異なる角度としたり、同じニードル５５４のそれぞれの溝５５５で相異なる角度としたりすることができる。溝５５５はまた、それぞれの溝５５５の底端５５９から頂部まで測定したとき、異なる高さで終端することとしてもよい。いずれの場合も、溝５５５は、ニードル５５４の閉状態から開状態へと移動させるのに伴ってシート５９０を横切るオリフィス面積が変化するように構成される。したがって、溝角度、溝５５５の深さ、溝の形状、および溝５５５の終点は、所望のオリフィス面積および所与の用途に適した流量特性を達成するために必要な様々な構成となるよう変更することができる。
【0160】
本発明を、本発明を実施する現時点で好ましいモードを含む特定の例に関して説明してきたが、当業者であれば、上記のシステムおよび技術には多数の変形および置き換えが可能であることを理解するであろう。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、構造的および機能的な変更を加えることができることを理解すべきである。したがって、本発明の技術的思想および範囲は、添付の特許請求の範囲に記載されているように広く解釈されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【国際調査報告】