(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流れ圧力調整器（３００）を通って流れるガスの圧力を調整する調整器弁アセンブリ（２００）であって、
弁座（７０）と、
前記弁座に対して開いた位置と閉じた位置の間を動ける弁（５０）とを備え、
前記弁が弁体（５４）を備え、前記弁体が、前記弁を開閉するように軸方向に上下に動ける可撓性部分（６０ａ）と、前記弁座に固定できるように構成されたエッジ部分（６０ｂ）とを有し、
前記弁体（５４）の前記可撓性部分（６０ａ）が、横方向のばね力係数および軸方向のばね力係数を有し、前記横方向のばね力係数が、前記軸方向のばね力係数より大きく、これにより、前記弁体の可撓性部分（６０ａ）を横方向に整合させて前記可撓性部分の運動を軸方向に抑制する、調整器弁アセンブリ（２００）。
【請求項２】
前記弁（５０）が、前記弁体（５４）の封止部分（５８）から垂直に延びる弁棒（５２）をさらに備え、前記弁棒の上下の動きの結果、前記可撓性部分のそれぞれ上下の動きが生じる、請求項１に記載の調整器弁アセンブリ（２００）。
【請求項３】
前記弁体（５４）が、前記弁体の前記可撓性部分（６０ａ）および前記エッジ部分（６０ｂ）を形成する複数の渦巻き状アーム（６２）を備え、前記渦巻き状アームが、前記弁座内で前記弁体の渦巻き状アーム（６２）を横方向に整合させるように互いに対してずれることができる、請求項１または２のいずれか一項に記載の調整器弁アセンブリ（２００）。
【請求項４】
前記弁体（５４）の前記複数の渦巻き状アーム（６２）が、弁棒（５２）を受け取るように前記封止部分（５８）から外方へ渦巻き状であり、
前記エッジ部分（６０ｂ）が、前記渦巻き状アームの端部部分（６４）を備え、
前記渦巻き状アームの端部部分（６４）が、前記可撓性部分の上下の動きを軸方向に抑制するように前記弁座（７０）に固定される、請求項３に記載の調整器弁アセンブリ（２００）。
【請求項５】
前記弁体（５４）の前記封止部分（５８）から垂直に延びる弁棒（５２）をさらに備え、前記弁棒の上下の動きの結果、前記可撓性部分（６０ａ）のそれぞれ上下の動きが生じる、請求項４に記載の調整器弁アセンブリ（２００）。
【請求項６】
前記渦巻き状アーム（６２）の前記端部部分（６４）が、前記封止部分（５８）を軸方向に上方へ付勢して前記弁（５０）を封止するように、軸方向に互いからずらして前記弁座（７０）内で固定される、請求項５に記載の調整器弁アセンブリ（２００）。
【請求項７】
前記弁座（７０）が、前記弁体（６０）の前記端部部分（６０ｂ）を受け取るばねカップ（７２）を備える、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の規則的な弁アセンブリ（２００）。
【請求項８】
入口（２２）から調整器弁アセンブリ（２００）を通って出口（２４）へ流れる圧力を調整するガス流れ圧力調整器（３００）であって、
レンジばね（１２）と、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の調整器弁アセンブリ（２００）と、
前記レンジばねと前記調整器弁アセンブリの間の隔膜（３０）とを備え、
前記入口から前記調整器弁アセンブリへのガス流れの第１の圧力が、前記調整器弁アセンブリによって、前記調整器弁アセンブリから前記出口への第２の定圧のガス流れに変換される、ガス流れ圧力調整器。
【請求項９】
前記調整器弁アセンブリ（２００）の弁体（５４）が、弁棒（５２）を付勢して前記隔膜（３０）に押し付け、前記レンジばね（１２）に加えられる力が、前記弁棒を軸方向にずらして、前記調整器弁アセンブリを通って前記流れガスを可能にし、
前記弁体が、前記弁棒の運動を中心に整合させて軸方向に抑制するように構成される、請求項８に記載のガス流れ圧力調整器（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２００９年５月７日出願の米国仮特許出願第６１／１７６，１８４号の利益を主張する。同願を、参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、ガス流れ圧力調整器を対象とし、より詳細には、自己整合式の軸方向に抑制された調整器弁ポペット、ならびに関連する調整器弁アセンブリ、および調整器弁アセンブリを含む調整器を対象とする。本発明は、たとえば半導体デバイスを製造する際に使用される調整器などの比較的低流量のシステムで使用される圧力調整器に特に適用される。
【背景技術】
【０００３】
ガス流れ圧力調整器とは、比較的高い入力圧力を調整可能な比較的一定のより低い出口圧力へ低減させるデバイスである。図１は、従来の圧力調整器１００を示す。圧力調整器１００は、上部またはレンジアセンブリ１０および下部アセンブリ２０を含むことができ、上部アセンブリと下部アセンブリの間に隔膜３０が位置決めされる。レンジアセンブリ１０はほぼ従来通りであり、レンジばね１２と、当技術分野では周知の関連する支持および収容構造とを含むことができる。
【０００４】
下部アセンブリ２０は、入口２２と、出口２４と、入口から出口へのガス流れの圧力を調整する弁アセンブリ４０とを含む。弁アセンブリ４０は、弁４４に作用する弁ばね４２を含むことができる。弁４４は、隔膜３０を押す弁棒４７に隣接する弁ポペット４６を含む。弁４４は、ガス流れを制御する一部として、弁ばね４２によって付勢されて弁座４８に押し付けられる。下部アセンブリ２０は、当技術分野では周知の追加の関連する支持構造を含むことができる。
【０００５】
圧力調整器は、入口２２から弁アセンブリ４０を通って出口２４へ流れるガスの圧力を制御するために、次のように動作する。弁ばね４２は、弁４４に負荷をかけて弁座４８に押し付け、ガスの流れを止める。たとえば、半導体の製造で使用される例示的な調整器では、弁ばねは、弁４４に負荷をかけて約１．３６１ｋｇ（３ポンド）の力で弁座に押し付け、レンジばねの負荷がなくても漏れない封止を実現することができる。レンジばね１２の上端部１４は、ねじ山を切った棒１６によって圧縮され、下方への負荷を生じさせる。この下方への負荷により、隔膜３０を下方へ駆動して弁４０を弁座４８から離し、それによってガスは、隔膜３０より下のチャンバ４９内へ流れることができる。隔膜３０は通常、弁棒４７と連通する比較的平面の表面をもつ弾性部材である。隔膜は、ガスが大気中へ逃げるのを防止するように作用する一方、レンジばね１２から弁アセンブリ４０へ負荷を伝えるのに十分な可撓性をもつ。上部アセンブリ１０内のつまみ１１は、レンジばね１２に力をかけるように使用者によって回すことができる。このレンジばねの力は、隔膜３０によって弁アセンブリ４０へ伝えられ、弁座４８から弁４４を動かし、弁を通ってガスの流れを可能にする。隔膜領域に作用する圧力がレンジばねの力に等しい力を生成するとき、システムは均衡し、デバイスはその圧力を維持して、定圧のガス流れを出口に提供する。
【０００６】
図２は、レンジばね１２、隔膜３０、および弁アセンブリ４０を含む部分における圧力調整器１００のより拡大した図を示す。図２の凡例は、当業者には理解されるように、この従来の圧力調整器が動作する圧力と力の関係を特定する。そのような関係の結果、調整器弁を越えると、比較的高圧の入力ガス流れを一定のより低い出力ガス流れに変換することができる。
【０００７】
図２に示す力の均衡関係の結果、基本的な性能特性が得られ、それらを曲線で表すことができる。例示的な性能特性曲線を図３に示す。図３は、出口圧力を流れの関数として示す。図３から理解できるように、流れが増大すると、弁がさらに開くはずであり、その結果、より小さいレンジばねの力で隔膜を押し下げる。その結果、出口圧力はより低くなる。
【０００８】
流れがゼロに近づき、すなわち弁が閉じた状態に近づくと、図３の曲線は、上方への勾配で急な増大を示す。この急な勾配の増大は、弁座４８に弁４４を封止するのに必要な力を示す。流れている状態では、隔膜３０の両側にかかる力は、弁を弁座から隔置して弁を通ってガス流れを可能にするように均衡される。ガス流れが流れを止める方へ低減される（すなわち、弁が閉じられている）ときは、弁と弁座の間に封止を生じさせるのに十分な力が生じるまで、出口圧力は上昇し、弁にかかる下方への負荷を低減させる。弁と弁座の間に封止を生じさせるために発生する圧力の増大は、当技術分野では「クリープ」と呼ばれる。
【０００９】
上記の従来の圧力調整器には、図４および図５に示す欠陥がある。前述のように、調整器の出口圧力を最終的に決定する力の均衡は、ばねの使用によって作り出される。理想的な調整器では、すべての構成要素が互いに対して完全に中心で位置合わせされるはずであり、ばねの負荷はすべて、ポペットが進行する軸に沿って中心で位置合わせされるはずである。実際の動作では、これらの構成要素は通常、完全には中心で位置合わせされず、ばねからの力は、ポペットが進行する軸に完全には沿っていない。
【００１０】
圧力調整器の構築で通常使用される図１および図２に示すものなどの従来の螺旋状のばねは、ポペットが進行する方向に対して１〜２度の範囲で垂直な平面内に接地端部が位置するように製作される。さらに、これらの端部は、ばねが圧縮されるにつれて、さらに垂直ではなくなる。構成要素の不整合および軸方向以外のばねの負荷の結果、弁座に対してポペットの横方向の負荷が生じる。この軸方向以外の非対称形のばねの負荷、およびその結果生じる横方向の負荷を図４に示す。弁座に対する弁の横方向の負荷は、弁の動きに関連する摩擦を増大させ、弁が運動を受けにくくなる。したがって、弁を開く力が、増大した摩擦力をまず克服しなければ、弁は動くことができない。
【００１１】
増大した摩擦力のため、力で弁を開こうとすると、弁は最初に引っかかる傾向がある。開く力が摩擦を克服するのに十分になると、弁は理想的な位置を行き過ぎ、その結果、流れに一時的なスパイクが生じる。次いで弁は、理想的な位置に回復する。この行過ぎおよび回復を、図５の図に示す。行過ぎに関連する突然の圧力変化は、特に比較的低流量のシステムでは、下流の構成要素の性能を損なうことがある。たとえば、下流の性能は特に、半導体デバイスの製造で用いられる質量流量制御装置で損なわれることがある。
【００１２】
弁座の摩耗は、従来の圧力調整器弁アセンブリ内の構成要素および力の不整合から生じる第２の欠陥である。この欠陥もまた、流量に関連して高い弁ストローク量を有する弁における特定の問題であり、低ストロークの適用分野よりはるかに大きい弁座摩耗を引き起こす傾向がある。弁座摩耗の結果には、クリープ圧力の増大、また最終的に弁座からの漏れが含まれる。高いストロークサイクルによる性能の劣化は、少なければ２０００サイクルで観察される可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、従来の圧力調整器の欠陥を克服する、ガス流れ圧力調整器向けの改善された調整器弁アセンブリを提供する。詳細には、本発明は、調整器弁および／または弁の力の不整合のリスクを低減させ、それによって弁の摩擦および弁座の摩耗を低減させる改善された調整器弁アセンブリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
従来の圧力調整器弁のそのような欠陥を克服するために、本発明の一態様は、ガス流れ圧力調整器を通って流れるガスの圧力を調整する調整器弁アセンブリである。例示的な実施形態では、調整器弁アセンブリは、弁座と、弁座に対して開いた位置と閉じた位置の間を動ける弁とを含む。弁は弁体を含むことができ、弁体は、弁を開閉するように軸方向に上下に動ける可撓性部分と、弁座内で弁体を自己整合させて可撓性部分の運動を軸方向に抑制するように構成されたエッジ部分とを有する。弁体の可撓性部分は、横方向のばね力係数および軸方向のばね力係数を有し、横方向のばね力係数は、軸方向のばね力係数より大きく、したがって弁体を横方向に整合させて可撓性部分の運動を軸方向に抑制する。
【００１５】
調整器弁アセンブリの別の例示的な実施形態では、弁は、弁体の封止部分から垂直に延びる弁棒をさらに含むことができ、弁棒の上下の動きの結果、可撓性部分の軸方向のたわみが生じる。封止部分は、少なくとも部分的に弾性材料から形成することができ、弁体の可撓性部分およびエッジ部分は、金属の耐腐食性材料から形成することができる。別法として、弁は、弁体および弁棒を形成する一体型の部品とすることができる。弁体はまた、弁体を通ってガス流れを可能にするための少なくとも１つの空間を画定することができる。
【００１６】
調整器弁アセンブリの別の例示的な実施形態では、弁体は、弁体の可撓性部分およびエッジ部分を形成する複数の渦巻き状アームを含む。渦巻き状アームは、弁座内で弁体を自己整合させるように径方向に内方へ圧縮可能である。複数の渦巻き状アームは、弁体の外側部分を形成することができ、弁棒を受け取るように封止部分から外方へ渦巻き状であり、渦巻き状アームのエッジ部分は、可撓性部分の上下の動きを軸方向に抑制するように弁座に固定することができる。弁棒の上下の動きの結果、可撓性部分の軸方向のたわみが生じる。
【００１７】
調整器弁アセンブリの別の例示的な実施形態では、渦巻き状アームのエッジ部分は、封止部分を軸方向に上方へ付勢して弁を封止するように、軸方向に互いからずらして弁座内で固定することができる。それぞれの渦巻き状アームの端部部分は、弁座の受取り部分と協働する端部突起から形成することができる。弁座は、弁体の端部部分を受け取るばねカップと、ばねカップおよび弁体を保持するようにばねカップを少なくとも部分的に巻き込む湾曲した支持部とを含むことができる。ばねカップと湾曲した支持部の間の空間は、封止ガスケットで封止することができる。弁座は、棚部をさらに含むことができ、弁体は、弁座内で弁体を固定するように棚部とばねカップの間に位置決めされる。ばねカップは、弁体に負荷をかけて弁体を軸方向に上方へ付勢する環状部を形成することができる。調整器弁アセンブリはまた、弁座に固定された仕切りを含むことができ、仕切りおよび弁体は、ガスの流れのために仕切りと弁体の間で弁内空間を画定する。
【００１８】
本発明の別の態様は、入口から調整器弁アセンブリを通って出口へ流れるガスの圧力を調整するガス流れ圧力調整器である。圧力調整器の例示的な実施形態は、レンジばねと、上記の調整器弁アセンブリと、レンジばねと調整器弁アセンブリの間の隔膜とを含むことができる。入口から調整器弁アセンブリへのガス流れの第１の圧力は、調整器弁アセンブリによって、調整器弁アセンブリから出口への第２の定圧のガス流れに変換される。
【００１９】
ガス流れ圧力調整器の別の例示的な実施形態では、調整器弁アセンブリの弁体は、弁棒を付勢して隔膜に押し付け、レンジばねに加えられる力は、弁棒を軸方向にずらして、調整器弁アセンブリを通って流れガスを可能にする。弁体は、弁棒の運動を中心に整合させて軸方向に抑制する。
【００２０】
本発明の別の態様は、圧力調整器アセンブリを通って流れるガスの圧力を調整する方法である。方法の一実施形態は、弁座を提供するステップと、弁座に対して開いた位置と閉じた位置の間を動ける弁を提供するステップとを含むことができる。弁は、弁を開閉するように軸方向に上下に動ける可撓性部分とエッジ部分とを有する弁体を含むことができる。方法は、弁座内で弁を位置決めするステップをさらに含むことができ、エッジ部分は、弁座内で弁体を自己整合させて可撓性部分の運動を軸方向に抑制する。
【００２１】
方法の別の実施形態は、複数の渦巻き状アームを提供して弁体の可撓性部分およびエッジ部分を形成するステップをさらに含むことができる。弁の位置決めは、渦巻き状アームを軸方向にずらし、弁を付勢して弁座に押し付けて弁を封止するステップをさらに含むことができる。
【００２２】
本発明のこれらの特徴およびさらなる特徴は、以下の説明および添付の図面を参照すると明らかになるであろう。これらの説明および図面では、本発明の特定の実施形態について、本発明の原理を用いることができる方法の一部を示すものとして詳細に開示したが、本発明はそれに対応して範囲の点で限定されないことが理解される。逆に、本発明は、本明細書に添付の特許請求の範囲の精神および条件の範囲内に入るすべての変形形態、修正形態、および等価物を含む。
【００２３】
一実施形態に関して説明および／または図示する特徴は、１つもしくは複数の他の実施形態で、および／または他の実施形態の特徴と組み合わせて、もしくは他の実施形態の特徴の代わりに、同じ方法または類似の方法で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来のガス流れ圧力調整器を示す概略図である。
【図２】従来のガス流れ圧力調整器の力関係を示す、図１の従来の調整器の一部分の概略図である。
【図３】従来のガス流れ圧力調整器に対する出口圧力のグラフ関係を流れの関数として示すグラフである。
【図４】従来のガス流れ圧力調整器に対する従来の弁構成で発生しうる非対称形の負荷を示す、図１の従来の調整器の一部分の概略図である。
【図５】従来のガス流れ圧力調整器で発生しうる圧力の行過ぎおよび流れスパイクのグラフである。
【図６】本発明の実施形態によるガス流れ圧力調整器弁アセンブリ内で使用するための弁ポペットおよび弁棒を有する例示的な弁の概略斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施形態による圧力調整器で使用するための図６の弁を含む例示的な調整器弁アセンブリを示す概略図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施形態による圧力調整器で使用するための図６の弁を含む例示的な調整器弁アセンブリを示す概略図である。
【図８】本発明の実施形態による完全に組み立てた弁アセンブリの概略斜視図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の実施形態による図８の調整器弁アセンブリを含む例示的な圧力調整器を示す概略図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の実施形態による図８の調整器弁アセンブリを含む例示的な圧力調整器を示す概略図である。
【図１０】弁棒のねじ山を切った部分が隔膜上に提供されるねじ山を切った受取り部と協働して弁棒を隔膜に固定する、例示的な圧力調整器の一部分を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態について、図面を参照して次に説明する。図面全体にわたって、同じ参照番号を使用して同じ要素を参照する。図は必ずしも原寸に比例しないことが、理解されるであろう。
【００２６】
図６は、本発明の実施形態によるガス流れ圧力調整器弁アセンブリ内で使用するための例示的な弁５０を示す。弁５０は、弁棒５２と、弁棒５２と物理的に連通する弁ポペット５４とを含むことができる。以下でさらに説明するように、弁ポペット５４は弁体５４の形で提供され、弁体５４は、弁体に対する弁棒の上下の動きを可能にするように、軸方向、すなわち弁棒の長手軸の方向に可撓性である可撓性部分を有する。弁体はまた、弁アセンブリ内で弁を位置決めできるように、弁体の中心の方へ径方向に圧縮可能な部分を有する。弁の運動は軸方向に抑制され、したがって弁棒は、弁棒の長手方向軸に沿って上下に本質的に軸方向にしか動くことができない。
【００２７】
弁ポペット／弁体５４は、より大きい弁アセンブリ内で固定される外側部分６０と、弁棒５２を取り付けることができる内側封止部分５８とを含むことができる。外側部分６０は、封止部分５８を取り囲む。外側部分６０は、事前に負荷をかける力を提供して弁体を自己整合させ、それによって弁棒の動きを軸方向に抑制するように、弁アセンブリ内で固定される。図６の特定の実施形態では、外側部分または弁座キャリア６０は、複数の渦巻き状アーム６２を含む。図６に示す例示的な実施形態では、外側部分６０は、３つのそのような渦巻き状アームを含むが、異なる数のアームを用いることもできることが理解されよう。
【００２８】
渦巻き状アームは、可撓性部分６０ａおよびエッジ部分６０ｂをもつ弁体を提供する。渦巻き状の構成の結果、以下の（非限定的な）例示的な特性が得られる。第１に、渦巻き状の構成は、図示のように弁体の平面に対して垂直方向に、すなわち弁棒５２の長手方向軸５３に沿って軸方向に、弁体の部分６０ａに可撓性を提供する。言い換えれば、渦巻き状アームが軸方向に互いに対してずれることによって、上下の動きが提供される。第２に、渦巻き状の構成は、弁体の中心の方へ径方向に、弁体の外側部分６０に圧縮性を提供する。以下でさらに説明するように、弁アセンブリ内に弁ポペット／弁体５４が配置されると、渦巻き状アームを軸方向にずらすことができる。この結果、事前に負荷をかける力が弁アセンブリ内で弁ポペットを自己整合させ、それによって、弁体の封止部分５８および取り付けられた弁棒５２を中心に抑制する。そのような自己整合の結果、弁体の可撓性部分６０ａの動きは、軸方向（すなわち、弁棒の長手方向軸に沿って）に抑制される。各渦巻き状アームは、端部部分６４で終端することができる。端部部分６４は、より大きい弁アセンブリ内で弁体の固定を実現する突起とすることができる。
【００２９】
弁体／弁ポペット５４では、渦巻き状アーム以外の構成も利用できることが理解されよう。渦巻き状アームの場合と同様に、そのような他の構成は、静止した弁体の平面に対して上下に動くことができる可撓性部分を有するはずである。そのような他の構成はまた、可撓性部分の運動を軸方向に抑制するように、弁アセンブリ内で弁体の自己整合を実現するはずである。たとえば、弁体の外側部分の代替構成は、可撓性のスポークによって接続された同心円状のリング、弁座に固定するための剛性の周囲をもつ可撓性のスクリーン、内側の弁体部分に接続された円周のばね部材などとすることができる。
【００３０】
典型的な適用分野では、弁体が耐腐食性であることが望ましい。渦巻き状アームの所望の軸方向の可撓性および耐腐食性を提供するために、弁体５４は、薄い耐腐食性の金属材料から作ることができる。たとえば、弁体は、厚さ０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）の全硬の３１６Ｌステンレス鋼またはＨａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｃ２７６から形成することができる。弁体アームは、方形の横断面を有するように形成することができ、厚さ０．５０８ｍｍ（０．０２インチ）は、弁体の径方向の長さ、弁体の中心から外側エッジまで通常約５．１８２ｍｍ（０．２０４インチ）と比較すると小さい。封止部分５８は、弁体の内側部分内に埋め込むことができる。封止部分は、弁体の外側部分と連続したものとすることができ、封止部分は少なくとも部分的に、弾性の封止材料から作られる。たとえば、封止部分は、パーフルオロエラストマ（ＦＦＫＭ）および類似の化合物を含むフルオロエラストマおよび他のフルオロポリマなど、ある種の弾性の合成ゴム状化合物の任意の１つの層を含むことができる。実際には、弁が閉じた位置にあるときに封止材料が弁を封止するのをちょうど可能にする寸法まで、可撓性材料の量を最小にすることが望ましい。
【００３１】
図６の特定の実施形態では、封止部分５８は円形であり、弁棒を弁体へ接続するように弁体内で中心に位置するが、封止部分５８の他の形状および構成を用いることもできる。弁ポペット／弁体５４と弁棒５２はともに、弁５０を形成することができる。一実施形態では、弁体および弁棒は、一体型の部品として共通の材料から成型することができ、その後、封止材料層が追加される。
【００３２】
弁５０の動作の際には、弁を開くように弁棒５２を駆動することによって軸方向に下方へ動かすことで、可撓性部分６０ａの対応する軸方向の下方へ動きを引き起こし、ガスの流れを可能にする。弁を閉じるには、弁棒から駆動力を取り除くことができ、弁棒は弁体によって上方へ付勢され、弁を封止する。渦巻き状アームは、高い横方向のばね定数を有し、それによって、著しく横方向にずれることなく、弁５０の長手方向軸５３に沿って互いに対して容易にずれることができる。このようにして、弁棒５２の動きは軸方向に抑制され、実質上摩擦のない形で行われる。これに関連して、封止部分５８および弁棒５２が渦巻き状アーム６２によって中心で整合されるため、従来の調整器弁アセンブリの場合のように、弁によって弁座に対する摩擦は生成されない。
【００３３】
別の例示的な実施形態では、弁体５４は、ポペットを通って（したがって、調整器弁を通って）ガス流れを可能にする空間５６を画定することができる。
図７Ａは、本発明の実施形態による圧力調整器で使用するための図６の弁５０を含む例示的な調整器弁アセンブリ２００を部分的に分解した形で示す。図７Ｂは、図７Ａの構成要素の配置を示す。具体的には、図７Ａおよび図７Ｂは、上記の弁５０と、弁が封止および開放してガスの流れをそれぞれ制限および可能にする弁座７０とを有する調整器弁アセンブリ２００を示す。弁５０の部分は、図６と同じ参照番号で特定する。
【００３４】
図７Ａおよび図７Ｂで見られるように、渦巻き状アーム６２は、弁アセンブリ内で、弁アセンブリの軸方向に互いに対してずらして位置決めされる。こうしてずらして位置決めすることで、弁に上方への付勢を提供して、閉じる力を生成し、弁座７０に対する弁体の封止部分５８の封止に影響を及ぼす。それぞれの渦巻き状アーム６２の端部部分から形成される弁体５４のエッジ部分６０ｂは、弁座７０へ固定される。以下でさらに説明するように、ポペットの進行は、隔膜に対するレンジばねの力、したがって弁棒５２に対する力によって駆動される。複数の径方向のアームは、弁棒が軸方向だけに動くのを可能にするように、運動を軸方向に抑制する。軸方向は、弁棒を通る長手方向軸として画定される。
【００３５】
径方向の渦巻き状アームは、渦巻き状アームの軸方向の比較的低いばね力係数と比較すると比較的高いばね力係数で、径方向に内方へたわむことができる片持ち梁として作用する。内方へのたわみは、弁座内で弁体を固定するように、組立て時に１回実行される。したがって弁体のエッジ部分６０ｂは、エッジ部分がさらに動かないように固定される。渦巻き状アームのさらに径方向に内方の可撓性部分６０ａでは、片持ち梁として作用する３つの渦巻き状アームはやはり、動作中にポペットの軸５３（図６参照）および弁棒軸に沿ってたわむことができる。前述のように、３つの渦巻き状アームは、比較的高い横方向のばね力係数（軸方向のばね力係数と比較）を有し、それによって封止部分５８が横方向に動くのを防止し、それによって軸方向への運動を抑制する。
【００３６】
図７Ａおよび図７Ｂにさらに示すように、渦巻き状アームの端部部分６４（図６も参照）は、弁座の受取り部分と協働することができる。たとえば、渦巻き状アーム６２の端部突起６４は、受取り部分として作用するばねカップ７２に接触することができる。ばねカップ７２は、弁体を自己整合させるためのアーム突起６４に対する負荷を維持するために、環状部を形成する。環状部は、アームの突起６４を定位置でしっかり保持しながら、径方向のアーム６２の要素が付近で動かないように、薄い環状の肩部７２ａを与える。本実施形態では、環状部の肩部は、普通なら摩擦および粒子の浸食を生成するはずの弁体の可動要素上の摩擦を生じることなく、弁体の周囲を固定する。そのようにアームの突起６４はばねカップに固定され、したがって、弁棒５２が長手方向軸に沿って上下に動くとき、弁体はばねカップまたは環状部７２からずれない。ばねカップおよび環状部７２は、支持部材７４によって定位置で保持することができる。さらに、ばねカップに対して仕切り８０を固定することができ、したがって仕切り８０および弁体５４は、ガス流れに対する弁内空間７６を画定する。したがって仕切り８０は、ガス源（図示せず）からポペット／弁体５４へのガス流れを可能にする。
【００３７】
図８は、完全に組み立てた弁アセンブリ２００を示す。図８では、支持部材７４の端を曲げて、ばねカップ７２を少なくとも部分的に巻き込んでばねカップを固定する湾曲した支持部にした。ばねカップと湾曲した支持部の間に、封止ガスケット７３を提供することもできる。湾曲した支持部７４は、耐荷力リップ７８とも呼ばれる棚部７８から連続して延びる。棚部は、封止されるときに弁が付勢される表面を提供する。仕切り８０は、封止ガスケット７３近傍で、ばねカップと湾曲した支持部の間に固定することができる。
【００３８】
上述のように、弁ポペット／弁体５４が弁座７０内で位置決めされると、渦巻き状アームを互いに対して軸方向にずらして、事前に負荷をかける力を提供し、弁を封止することができる。こうしてずらすことで付勢力を提供し、弁体を自己整合させ、弁ポペットの可撓性部分の運動、したがって弁棒の運動を軸方向に抑制する。その結果、弁棒を正しく整合させて軸方向に抑制し、それによって弁の不整合の可能性を実質上なくす。このようにして、従来の調整器弁の欠陥が回避される。具体的には、渦巻き状アームの事前に負荷をかける力が弁座内で弁ポペットのあらゆる横方向のずれを防止するため、弁ポペットの不整合は発生しない。さらに、弁をずらすために弁と弁座の間で克服すべき摩擦力は生じない。このようにして、弁座の摩耗も回避される。出願人らは、本発明の構成を有する調整器弁が、認識可能な性能の変化なく２百万サイクル以上動作できることを見出した。
【００３９】
図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の実施形態による図７Ａ〜図７Ｂおよび図８の調整器弁アセンブリを含む例示的な圧力調整器３００を示す。具体的には、図９Ｂは、円形の部分「Ｄ」で示す領域における図９Ａの調整器の拡大図である。
【００４０】
図９Ａを図１の従来の圧力調整器と比較すると、上記のように、従来の調整器弁アセンブリは、弁ばね４２と、弁ばねと連通するポペット４６とを一方の端部に含み、弁棒４７を他方の端部に含む。図９Ａおよび図９Ｂで見られるように、本発明の調整器弁アセンブリ２００は、弁ばね４２と、従来の弁ポペット４６のように構成された弁ポペットとを含まない。逆に、図９Ａおよび９Ｂでは、そのような構造は、弁体５４および関連する構造を含む弁５０に置き換えられている。さらに、本発明の弁の棚部７８は、圧縮部材８２を押し、それによって弁アセンブリ２００が弁５０の動きとは別に動くのを制止するのを助ける。
【００４１】
したがって、図９Ａおよび図９Ｂの実施形態では、従来の構成の場合のように弁ばねを用いるのではなく、渦巻き状アーム内の弁体の可撓性部分が弁棒５２の上下の動きを可能にする。さらに、渦巻き状アームは、弁座７０内で弁ポペット５４を自己整合させて軸方向に抑制するが、図１の従来の圧力調整器には、調整器弁アセンブリ４０を自己整合させて軸方向に抑制する同等の構造は存在しない。このようにして、弁ポペットを自己整合させて軸方向に抑制することによって、図９Ａおよび図９Ｂの調整器３００の弁アセンブリ２００は、図１の従来の弁４０の場合のような不整合および関連する性能の欠陥を受けない。
【００４２】
本発明の調整器弁アセンブリ２００とは別に、図９Ａおよび図９Ｂの調整器３００は、図１の従来の調整器１００に類似している特定の特徴を含むことができる。たとえば、調整器３００は、レンジばね１２ならびに関連する支持および収容構造を含むことができる。調整器３００は、レンジばね１２と弁アセンブリ２００の間に隔膜３０をさらに含むことができる。弁アセンブリ２００は、弁アセンブリ２００を通ってガスを流すために、入口２２および出口２４を有する下部アセンブリ内へ組み込むことができる。調整器３００は、入口２２から弁アセンブリ２００を通って出口２４へ流れるガスの圧力を制御するために、次のように動作する。弁アセンブリ２００では、渦巻き状アームを付勢することによって弁に負荷をかけて弁座７０に押し付け、ガスの流れを止める。隔膜に対するレンジばねの力によってポペットの軸方向の運動が駆動され、その力は、弁棒５２に対して伝えられる。複数の径方向のアームが、運動を軸方向に抑制し、弁を開くためにポペットが軸方向にしか動かないようにする。
【００４３】
レンジばね１２の上端部１４は、ねじ山を切った棒１６によって圧縮され、従来の調整器と同様に下方への負荷を生じさせ、弁を開く力を提供する。上述のように、この力により、隔膜３０を下方へ駆動して弁５０を弁座７０から離し、それによってガスは、隔膜３０より下のチャンバ内へ流れることができる。隔膜は、ガスが大気中へ逃げるのを防止するように作用する一方、レンジばね１２から弁アセンブリ２００へ負荷を伝えるのに十分な可撓性をもつ。隔膜に作用する出口圧力がレンジばねの力に等しい力を生成するとき、システムは均衡し、デバイスは、弁アセンブリ２００から調整器出口２４へのガス流れの一定の圧力を維持する。
【００４４】
したがって、本発明の調整器３００の力関係は、従来の調整器に対する図２のものに類似している。しかし、弁アセンブリ２００については、従来の調整器とは対照的に、弁体５４の外側部分６０（たとえば、渦巻き状アーム６２）の構成により、弁座７０内で弁５０を自己整合させて軸方向に抑制し、弁５０および関連する力の不整合を防止する。さらに、弁体の渦巻き状アームの可撓性部分により、動作中に弁棒５２の軸方向の上下の動きが可能になり、弁座に対するいかなる摩擦力も克服する必要はない。このようにして、上記の従来の調整器構成の欠陥を生じることなく、調整器を通るガス流れ圧力は正しく調整される。
【００４５】
代替実施形態を図１０に示す。図１０は、図９Ｂのものと大部分の点で同等の圧力調整器に対する弁アセンブリ２００を示す。図１０の実施形態では、ねじ山を切った部分９０が、弁棒５２の端部に嵌合するねじ山を含み、このねじ山は、隔膜３０上に提供される受取り部９１上の反対側の嵌合するねじ山と協働する。このようにして、弁棒を隔膜へ固定でき、したがって２つの構造は、一体型の部品として動く。
【００４６】
本発明について、特定の好ましい実施形態に関して図示および説明したが、本明細書を読んで理解すれば、等価物および修正形態が当業者には想到されることが理解される。本発明は、そのような等価物および修正形態をすべて含み、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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