(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空作動弁組立品（１０）であって、密閉チャンバ（１８）により少なくとも部分的に画定された改良された蛇腹（１３）であって、前記密閉チャンバ（１８）は、前記チャンバ（１８）を前記蛇腹（１３）の周囲の外側領域（１４）から隔離するように封止され、前記蛇腹（１３）は、前記蛇腹（１３）の前記外側領域（１４）の周囲の所定の真空状態に応じて長手方向に伸長するように構成された側面領域（３１）を含み、前記蛇腹（１３）は、前記蛇腹（１３）の外径に沿って口本体（２１）にネジ止めにより係合される上部を有し、前記蛇腹（１３）の底部は、接触板（１９）により実質的に画定された、改良された蛇腹（１３）と、  前記蛇腹（１３）の前記底部に向かって延びる上端部、並びに熱可塑性固定台座（１１）の開口部（２８）及び錐（１２）の上部（１６）の開口部（２９）を通って前記錐（１２）の表面に接触するように延びる底端部を有するピン（１７）と、
を備え、
前記固定台座（１１）は、熱可塑性材料から本質的になり、更に、前記熱可塑性台座（１１）は、エラストマー材の欠如により特徴付けられ、前記固定台座（１１）は、前記台座（１１）の外面（２７）から前記台座（１１）の内側封止表面（２６）まで延びる前記開口部（２８）を含み、前記台座（１１）は、前記固定台座（１１）の前記内側封止表面（２６）に沿って延びる溝付き領域（１５）を更に含み、
前記錐（１２）は、それぞれ前記固定台座（１１）の内側に位置する本体部分（３０）及び前記上部（１６）を含み、前記固定台座（１１）の前記内側は、前記上部（１６）の外径及び前記本体部分（３０）の外径よりも大きな内径により少なくとも部分的に画定され、それによって前記錐（１２）と前記台座（１１）との間の通路（２０）を生成し、
前記錐（１２）の前記上部（１６）は、前記蛇腹（１３）が非伸長状態にある時、前記固定台座（１１）の前記溝付き領域（１５）に沿って機械的係合状態に維持されるように、前記固定台座（１１）の前記溝付き領域（１５）内に係合され、前記係合は、前記通路（２０）を閉鎖して前記通路（２０）を通る流体の流動を防止する封止を生成し、それによって前記弁組立品（１０）の閉鎖構成を生成し、
前記蛇腹（１３）の前記外側領域（１４）の周囲の前記所定の真空状態に応じた長手方向の前記側面領域（３１）に沿った前記蛇腹（１３）の伸長は、前記接触板（１９）を前記ピン（１７）の前記上端部に対して下向きに付勢するのに十分な増分量だけ前記蛇腹（１３）の前記側面領域（３１）の長さを増大し、下向きに付勢することによって、前記ピン（１７）の前記底端部を前記錐（１２）の前記表面に対して押し下げさせて、前記錐（１２）の前記上部（１６）を前記固定台座（１１）の前記内側封止表面（２６）に沿った前記溝付き領域（１５）内から係合解除させ、それによって前記封止を機械的に解除し、前記通路（２０）の閉鎖を解除して、前記錐（１２）の前記上部（１６）と前記固定台座（１１）の前記内側封止表面（２６）との間の間隙を生成し、前記流体が通過するための前記弁組立品（１０）の開放構成を生成する、
真空作動弁組立品（１０）。
【請求項２】
前記台座（１１）の前記溝付き領域（１５）が、前記錐の前記上部との係合の際に所定の弾性体状区域内で弾性的に圧縮するように構成されたコイニング加工された表面を含む、請求項１に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【請求項３】
前記上部が円錐台形状である、請求項１に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【請求項４】
貯蔵及び送出装置（２）の内部に配置された、請求項１に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【請求項５】
前記固定台座（１１）が、前記開放構成と前記閉鎖構成との間の遷移の１回以上のサイクルの間に実質的に形状が変化しないままである、請求項１に記載の真空作動弁組立品（
１０）。
【請求項６】
前記ねじ付き蛇腹（１３）の１回転が、約１３３２Ｐａ（１０トル）の送出圧力の変化となる、請求項１に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【請求項７】
前記錐（１２）の前記上部（１６）が、前記固定台座（１１）の前記内側封止表面（２６）に沿って周囲方向に延びる、請求項１に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【請求項８】
前記流体が、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン、及び炭素の供給源として、気体のアルシン水素化物（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、水素（Ｈ２）、及び三フッ化ホウ素ハロゲン化物（ＢＦ３）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ４）、六フッ化セレン（ＳｅＦ６）、三フッ化リン（ＰＦ３）、及び二酸化炭素オキシド（ＣＯ２）、及び一酸化炭素（ＣＯ）から選択される気体である、請求項１に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【請求項９】
前記開放構成を生成するために前記封止を機械的に解除することは、検出可能な、圧力変換器により測定される送出圧力のスパイク及び流動コントローラにより測定される流量偏移の欠如により特徴付けられる、請求項１に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【請求項１０】
前記弾性体状区域の厚さが、０〜１３７８９６００Ｐａ（２０００ｐｓｉｇ）の動作条件で約１マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲である、請求項２に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【請求項１１】
送出圧力が、作動圧力と実質的に同じである、請求項１に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【請求項１２】
前記弁組立品（１０）の前記開放構成は、前記流体が約０．１〜１０ｓｃｃｍの範囲の流量でエンドユーザに流れることを可能にする、請求項１に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【請求項１３】
前記熱可塑性材料が、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）である、請求項１に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【請求項１４】
前記錐（１２）の前記上部（１６）と前記固定台座（１１）の前記内側封止表面（２６）との間の前記間隙が、０.００１２７ｃｍ（０．０００５インチ）〜０.０２５４ｃｍ（０．０１０インチ）の範囲である、請求項１に記載の真空作動弁組立品（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧シリンダ又はタンクなどの容器からの流体の放出を防止し、弁組立品の下流側に存在する所定の真空状態の印加で流体を供給するための、改良されてかつ改善された真空作動弁組立品を有する貯蔵及び送出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用の処理及び製造の用途では、非常に有毒な流体を使用する必要がある。半導体材料の製造は、１つのそのような用途を代表するものであり、非常に有毒な水素化物又はハロゲン化物の気体、及びそれらの混合物の安全な貯蔵及び取り扱いが必要になる。そのような気体の例としては、シラン、ゲルマン、アンモニア、ホスフィン、アルシン、三フッ化ホウ素、スチビン、硫化水素、セレン化水素、テルル化水素、三フッ化リン、五フッ化ヒ素、及び他のハロゲン化物又は水素化物の化合物、並びにそれらの気体混合物が挙げられる。毒性及び安全性の考慮の結果として、これらの気体は、産業用の処理施設において慎重に貯蔵されかつ取り扱われなければならない。半導体産業は、特に、例えば、イオン注入におけるヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、及び炭素（Ｃ）の供給源として、アルシン（ＡｓＨ３）及びホスフィン（ＰＨ３）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ４）、六フッ化セレン（ＳｅＦ６）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び二酸化炭素（ＣＯ２）、などの、様々な気体源に依拠している。イオン注入システムは、一般的に、それぞれの蒸気圧で液化圧縮気体として貯蔵されたＡｓＨ３及びＰＨ３などの純ガス、並びに送出容器内に１５００ｐｓｉｇ程度の圧力で貯蔵されたＢＦ３及びＳｉＦ４などの純ガスを使用する。それらの極度の毒性及び高い蒸気圧のため、それらの使用、移送、及び貯蔵は、半導体産業に対して著しい安全性の懸念を引き起こす。
【０００３】
様々な安全性の懸念に対処するために、低大気圧状態でこれらの水素化物及びハロゲン化物の化合物をイオン注入工具に送出するための多数のシステムが開発されてきている。エンドユーザの流量は、一般的に約０．１〜１０ｓｃｃｍの範囲であろう。装置の安全性は、弁が大気に開放された場合にシリンダから何も漏出しないように、低大気圧での気体の送出を必要とする。気体の流動を得るために、真空状態をシリンダに印加しなければならない。したがって、フェイルセーフの真空作動弁設計が必要とされる。
【０００４】
例えば、ＳＤＳ（商標）として既知でＡＴＭＩ，Ｉｎｃ．により商品化されている化学システムは、圧縮気体シリンダを物理的吸着材料で充填してドーパントガスをその材料に可逆的に吸着させることを伴う。脱着プロセスは、吸着材料／シリンダに真空又は熱を印加することを伴う。実際には、気体を固相の吸着剤から脱着するために、イオン注入機からの真空が使用される。ＳＤＳ技術に関連付けられた特定の制限があり、それらの制限としては、以下が挙げられる：１）吸着材料は、有限の負荷容量を有し、それによって、所与のサイズのシリンダ内で利用可能な生成物の量が制限される、２）脱着プロセスは、多くのシリンダ倉庫の場所及びイオン注入工具内で一般的な７０°Ｆより高い温度にシリンダが曝露されると、シリンダパッケージを熱に曝露させ、それによってシリンダを大気圧及び超大気圧に到達させて気体を送出させることにより開始される場合がある、３）シリンダから送出される気体の純度は、吸着材料上の他の材料／気体の吸着／脱着により損なわれる場合がある、４）シリンダが多くの場合、相当な使用されない生成物がパッケージ内に残留して返却されることがあるように、シリンダの利用は、パッケージに印加される真空の深さにより影響される、及び５）吸着剤の消耗は、気体送出システム内の粒子汚染となる場合がある。
【０００５】
別個に、ドーパントガスの低大気圧での送出のために、多数の機械システムが開発されてきている。いくつかは、圧力調節器の使用を伴い、他のものは、低大気圧で生成物を制御及び送出するために、弁装置を必要とする。これらの装置は、低大気圧又は真空状態がシリンダの送出口に印加されると、送出又は開放するように設定される。これらの装置の正確な位置は、口本体内、頸部空洞内、又はシリンダ自体の内部にある場合がある。それぞれの場合では、圧力調節器又は弁装置は、シリンダの内部から送出口への気体の流動に対してシリンダ弁座の上流に配置される。
【０００６】
米国特許第６，０８９，０２７号及び同第６，１０１，８１６号は、両方とも、所望の圧力を保持するための容器を備える流体貯蔵及び供給システムに関する。容器は、容器の口に関連付けられ、所定の圧力に設定された圧力調節器、例えば、単段又は多段調節器を含む。例えば、弁などの流量制御手段を含む供給組立品は、調節器と気体／蒸気を流通するように構成され、弁の開放は、容器からの気体／蒸気の供給を引き起こす。容器内の流体は、一般の温度状態、例えば、周囲（室内）温度で液化圧力を上回る圧力で容器内に閉じ込められた液体により構成される場合がある。
【０００７】
米国特許第６，８５７，４４７（Ｂ２）号は、供給源容器が２０〜２０００ｐｓｉｇの範囲の圧力の気体を含む気体供給組立品を開示している。機器は、２つの圧力調節器を直列で流体放出経路に沿って導入するのに対応するために、一般より大きい頸部開口部を有する高圧気体シリンダを必要とする。入口気体側の第１の調節器は、圧力を１０００ｐｓｉｇ（又はその時点での容器内の実際の圧力）から１００ｐｓｉｇに低下させ、第２の調節器は、１００ｐｓｉｇから低大気圧に低下させる。
【０００８】
米国特許第７，９０５，２４７号は、加圧シリンダ又はタンクからの流体の有害な放出を防止するための実質上のフェイルセーフシステムを提供するために、供給用真空作動弁及び流量規制構成を有する流体貯蔵及び供給容器を開示している。弁要素は、図３に示すように、ポペット弁３２及びポペット弁３２に反して配置されたピン４２を含む。ポペット弁３２は、弁座３６と呼ばれる適合する円錘形の台座空洞内に嵌合する、円錘形状のピン装置４２である。ポペット弁３２上に、エラストマー材が成形されている。閉鎖状態では、ばね３４は、弁座３６に対してポペット弁３２を垂直に押圧する。大気圧以上で内部が密封されている蛇腹３８のチャンバの周囲の所定の真空状態に応じて弁３２が開くと、蛇腹３８は、長手方向に伸長して、ポペット弁３２を下向きに付勢するのに十分な下向きの力を生成し、それによってポペット弁３２を弁座３６から離れる方向に移動させ、それにより、シリンダの内部の加圧気体が通って流れるための間隙を生成する。米国特許第６，００７，６０９号及び同第６，０４５，１１５号は、流体流路に沿って配置され、供給弁が故障する起こりそうにない事象の際の圧縮された気体シリンダからの有毒な気体のあらゆる放出を最小化する毛細管サイズの開口部を提供する、流量制限器を開示している。
【０００９】
代替の真空作動弁設計は、図２に示すような米国特許第７，９０５，２４７号のＯリング設計であり、この特許は、ばねブッシングによって定位置に保持されたピン９０の下側基部部分の周囲に同心円状に配置されたＯリング８８を開示している。ピン４３は、流体流路に沿った流体流を阻止する封止位置と、流体流路に沿った流体を許可する開放位置との間で移動するように適合されている。具体的には、封止並びに圧縮及び復元するように設計された、一般にペルフルオロエラストマー材から形成されるＯリング８８を収容するための、陥凹座ぐり部又は溝が、弁基部８４内に設けられている。Ｏリング８８は、弁基部８４の溝内の固定位置に留まる。弁が閉鎖位置にある時、Ｏリング８８は、溝内で圧縮される。弁基部８４とピン４３の基部９０との間でのＯリング８８の圧縮により、気体の流動を防止する。開放位置では、大気圧以上で密封されている蛇腹チャンバ５０は、蛇腹チャンバ５０の周囲の所定の真空状態に応じて伸長して、ピン４３の脚部を下向きに付勢するのに十分な下向きの力を生成し、それによってピン４３の基部９０をＯリング８８から離れる方向に移動し、シリンダの内部の加圧気体が通って流れる間隙を生成する。
【００１０】
関連する貯蔵及び送出システムにもかかわらず、低大気圧の流動不安定性は、著しい問題であり続けている。特に、送出圧力の振動及び開口部圧力のスパイクは、上述した真空作動弁及び調節器の設計のすべてで残存する。イオン注入工具は、流動の不安定性が流動スパイクを生成するため、そのような送出圧力のスパイク及び振動に影響されやすい傾向があり、流動スパイクにより、半導体製造工場のイオン注入工具を自動的に停止させて、それによって結果として半導体製造業者にとってダウンタイムの増大となる場合がある。加えて、ピン−ポペット弁の設計が、問題を生じて所望の下流真空状態で気体を供給しない場合がある。
【００１１】
そのような欠点を考慮して、流動安定性の能力がある改善された真空作動弁組立品に対する要求が残されている。本発明の他の目的及び態様は、本明細書、図面、及び添付の特許請求の範囲を参照することにより、当業者に明白になるであろう。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、部分的には、貯蔵及び送出システムから低大気圧で供給される流体の流動安定性向上のための改良された真空作動弁組立品及び封止機構に関する。
【００１３】
第１の態様では、真空作動弁組立品（１０）は、蛇腹（１３）の周囲の外側領域（１４）からチャンバ（１８）を隔離するように封止された、密閉チャンバ（１８）により少なくとも部分的に画定された改良された蛇腹（１３）であって、蛇腹（１３）の外側領域（１４）の周囲の所定の真空状態に応じて長手方向に伸長するように構成された側面領域（３１）を含み、蛇腹（１３）の外径に沿って口本体（２１）にネジ止めにより係合された上部を有し、蛇腹（１３）の底部は、接触板（１９）により実質的に画定された、蛇腹（１３）と、蛇腹（１３）の底部に向かって延びる上端部、及び錐（１２）の表面に接触するように熱可塑性固定台座（１１）の開口部（２８）及び錐（１２）の上部（１６）の開口部（２９）を通って延びる底端部を有するピン（１７）と、を備え、固定台座（１１）は、本質的に熱可塑性材料からなり、エラストマー材の欠如により特徴付けられ、固定台座（１１）は、台座（１１）の外面（２７）から台座（１１）の内側封止表面（２６）まで延びる開口部（２８）を含み、台座（１１）は、固定台座（１１）の内側封止表面（２６）に沿って延びる溝付き領域（１５）を更に含み、錐（１２）は、それぞれ固定台座（１１）の内側に位置する本体部分（３０）及び上部（１６）を含み、固定台座（１１）の内側は、上部（１６）の外径及び本体部分（３０）の外径よりも大きな内径により少なくとも部分的に画定され、それによって錐（１２）と台座（１１）との間の通路（２０）を生成し、錐（１２）の上部（１６）は、蛇腹（１３）が非伸長状態にある時、固定台座（１１）の溝付き領域（１５）に沿って機械的係合状態に維持されるように固定台座（１１）の溝付き領域（１５）に対して当接し、この係合は、通路（２０）を閉鎖して通路（２０）を通る流体の流動を防止する封止を生成し、それによって弁組立品（１０）の閉鎖構成を生成し、蛇腹（１３）の外側領域（１４）の周囲の所定の真空状態に応じた長手方向の側面領域（３１）に沿った蛇腹（１３）の伸長は、ピン（１７）の上端部に対して接触板（１９）を下向きに付勢するのに十分な増分量だけ、蛇腹（１３）の側面領域（３１）の長さを増大し、それによってピン（１７）の底端部を錐（１２）の表面に対して押し下げさせて、固定台座（１１）の内側封止表面（２６）に沿って錐（１２）の上部（１６）を溝付き領域（１５）から離れる方向に押させ、それによって封止を機械的に解除して、通路（２０）の閉鎖を解除し、錐（１２）の上部（１６）と固定台座（１１）の内側封止表面（２６）との間の間隙を生成し、流体が通過するための弁組立品（１０）の開放構成を生成する。
【００１４】
第２の態様では、弁組立品（１０）用の封止構造体及び機構は、本質的に熱可塑性材料からなり、エラストマー材の欠如により特徴付けられる固定台座（１１）を備え、固定台座（１１）は、固定台座（１１）の外面（２７）から固定台座（１１）の内側封止表面（２６）まで延びる開口部（２８）を含み、台座（１１）は、固定台座（１１）の内側封止表面（２６）に沿って延びる溝付き領域（１５）を更に含み、台座（１１）の溝付き領域（１５）は、錐（１２）の上部（２９）と係合すると所定の弾性体状区域内で弾性的に圧縮するように構成されたコイニング加工された表面を含み、錐（１２）は、それぞれ固定台座（１１）の内側に位置する本体部分（３０）及び上部（１６）を含み、上部（１６）は、円錐台形状を有し、固定台座（１１）の内側は、上部（１６）の外径及び本体部分（３０）の外径よりも大きな内径により少なくとも部分的に画定され、それによって錐（１２）と台座（１１）との間の通路（２０）を生成し、錐（１２）の上部（１６）は、閉鎖構成と開放構成との間で移動するように適合され、閉鎖構成は、固定台座（１１）の溝付き領域（１５）に沿って機械的係合状態に維持されるように固定台座（１１）の溝付き領域（１５）に対して当接した錐（１２）の上部（１６）により画定され、この係合は、通路（２０）を閉鎖する封止を生成し、それによって弁組立品（１０）の閉鎖構成を生成し、開放構成は、弁組立品（１０）の開放構成を生成するために、通路（２０）の閉鎖を解除して錐（１２）の上部（１６）と固定台座（１１）の内側封止表面（２６）との間の間隙を生成するように、封止を機械的に解除するように、固定台座（１１）の内側封止表面（２６）に沿って溝付き領域（１５）から離れて間隔を空けた錐（１２）の上部（１６）により画定される。
【００１５】
第３の態様では、真空作動弁組立品（１０）用の封止構造体及び機構は、熱可塑性材料から本質的になり、エラストマー材の欠如により特徴付けられる固定台座（１１）であって、台座（１１）は、固定台座（１１）の外面（２７）から固定台座（１１）の内側封止表面（２６）まで延びる開口部（２８）を含み、台座（１１）は、固定台座（１１）の内側封止表面（２６）に沿って延びる溝付き領域（１５）を更に含む、固定台座（１１）と、本体部分（３０）及び上部（１６）を含む錐（１２）と、を備え、固定台座（１１）は、固定台座（１１）の溝付き領域（１５）内に受け入れられる上部（１６）を有する錐（１２）を受け入れるように適合される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明の利点は、添付の図面と併せて、以下の本発明の好ましい実施形態の詳細な説明から、より良好に理解されるであろう。図中、同様の数字は、図面全体を通して同じ特徴を指す。
【００１７】
【図１ａ】弁が閉鎖構成である、本発明の原理による真空作動弁の概略図である。
【図１ｂ】弁が開放構成である、本発明の原理による真空作動弁の概略図である。
【図１ｃ】加圧気体を貯蔵するシリンダ内に配置された真空作動弁の概略図である。
【図２】従来のＯリング設計の真空作動弁の断面概略図である。
【図３】従来のピン及びポペットの真空作動弁の断面概略図である。
【図４】比較例１で試験して説明するような、従来の真空作動弁組立品の開放挙動の図表である。
【図５】比較例２で試験して説明するような、従来の真空作動弁組立品の開放挙動の図表である。
【図６ａ】比較例３で試験して説明するような、従来の真空作動弁組立品の開放挙動の図表である。
【図６ｂ】比較例３で試験して説明するような、従来の真空作動弁組立品の開放挙動の図表である。
【図７】実施例１で説明するような、本発明の改良された真空作動弁組立品の開放挙動の図表である。
【図８】実施例２で説明するような、本発明の改良された真空作動弁組立品の開放挙動の図表である。
【図９ａ】実施例３で試験して説明するような、従来の真空作動弁組立品の開放挙動の図表である。
【図９ｂ】実施例３で試験して説明するような、従来の真空作動弁組立品の開放挙動の図表である。
【図１０ａ】構成要素が特定の弾性の区域内で機能できるように台座に付与されるコイニング加工を示す図である。
【図１０ｂ】構成要素が特定の弾性の区域内で機能できるように台座に付与されるコイニング加工を示す図である。
【図１０ｃ】構成要素が特定の弾性の区域内で機能できるように台座に付与されるコイニング加工を示す図である。
【図１１ａ】図１０ａ〜１０ｃで説明するコイニング加工により付与された弾性体状区域内で熱可塑性台座が動作する、コイニング加工の結果としての封止及び流動現象を示す図である。
【図１１ｂ】図１０ａ〜１０ｃで説明するコイニング加工により付与された弾性体状区域内で熱可塑性台座が動作する、コイニング加工の結果としての封止及び流動現象を示す図である。
【図１１ｃ】図１０ａ〜１０ｃで説明するコイニング加工により付与された弾性体状区域内で熱可塑性台座が動作する、コイニング加工の結果としての封止及び流動現象を示す図である。
【図１１ｄ】図１０ａ〜１０ｃで説明するコイニング加工により付与された弾性体状区域内で熱可塑性台座が動作する、コイニング加工の結果としての封止及び流動現象を示す図である。
【図１２】図１２ａ〜１２ｄは図２の従来のＯリング設計の真空作動弁の望ましくない形状変化の一因となる起こり得るメカニズムの段階的概略図である（図１２ａ〜１２ｄのそれぞれで蛇腹の空間的関係を示すことを考慮の事）。
【図１３ａ】改良された蛇腹のより広い上部の側面に沿って位置するねじ山を有する、改良された蛇腹組立品を示す図である。
【図１３ｂ】より狭い内側上部を有する従来の蛇腹の内径に沿って位置するねじ山を有する、従来の蛇腹組立品を示す図である。
【図１３ｃ】弁頭の口本体内にセットされて固定された、図１３ａの改良されたねじ付き蛇腹組立品を示す。
【図１３ｄ】弁頭の口本体内にセットされて固着された図１３ａの蛇腹組立品を示す。
【図１４ａ】本発明の原理による錐の断面図である。
【図１４ｂ】図１４ａの錐の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の様々な要素の関係及び機能は、以下の詳細な説明により、より良好に理解される。詳細な説明は、様々な並べ替え及び組み合わせでの特徴、態様、及び実施形態が本開示の範囲内であることを意図している。本開示は、したがって、これらの特定の特徴、態様、及び実施形態、又はそれらの選択された１つ若しくは複数の、そのような組み合わせ及び並べ替えのいずれかを含む、それらからなる、又はそれらから本質的になるように記載される場合がある。
【００１９】
また、図面は一定の縮尺ではなく、特定の場合では、製造及び組立の従来の詳細などの、実施形態の理解に必要ではない図面の詳細は、省略されていることを理解されたい。本出願で提供される図面は、本発明を実施することができる原理を例示することを意図している。
【００２０】
本明細書での「流体」という用語は、気体、液体、蒸気、又はこれらの任意の組み合わせを意味することを意図している。本明細書で使用される時、別に示さない限り、すべての濃度は、流体の全体積に基づいた体積パーセント値（「体積％」）として表される。
【００２１】
本発明は、従来の真空作動弁組立品が、一般的に、信頼性のない封止機構を有する結果として、シリンダの内部から加圧気体の安定した低大気圧の流動を供給することができなかったことを認識している。そのような封止機構から生成される不安定な流動挙動は、一般的に、送出圧力のスパイク及び振動を伴い、いくつかの場合では、閉鎖構成から開放構成に作動する弁の故障から、供給される流体の欠如が発生する事もある。そのような送出圧力の不安定性及び障害は、目標設定点からの流量偏差が発生すると停止するように設計された自動停止システムを含むイオン注入工具を含む、様々な下流プロセスが許容することができない不安定な流動挙動を生成する。
【００２２】
したがって、本発明は、安定した流動挙動を確保するための新規の封止構造体及び機構により特徴付けられる、改良された弁組立品を対象としている。実施例は、以下に説明するように、本発明の真空作動弁組立品により実現された著しく向上した流動安定性を実証する。
【００２３】
本発明の原理による例示的な真空作動弁組立品１０を、図１ａ及び１ｂに示す。図１ａ及び１ｂは、それぞれ閉鎖構成及び開放構成における弁組立品１０の構造要素を示す。弁組立品１０の構造的特徴は、一定の縮尺で描かれておらず、いくつかの特徴は、本発明の原理を例示する目的で、明確にするために意図的に省略されていることを理解されたい。図は、封止機構、及びそのような封止機構が従来の真空作動装置と比較して優れた流動安定性をどのように生成するかを示す形で描かれている。好ましくは、弁組立品１０は、図１ｃに示すように、完全にシリンダ２の内側領域内に配置される。あるいは、弁組立品１０は、シリンダのほかに、他の種類の容器パッケージ内に配置されてもよい。
【００２４】
図１ｃは、加圧流体の貯蔵及び低大気圧送出用のシステム１を示す。システム１は、好ましくは気相又は部分的に気相の加圧流体３を収容するシリンダ２を含む。シリンダ２の上端部にネジ止めにより係合した２ポートシリンダ弁頭４が示されている。２ポートシリンダ弁頭４は、Ｒｏｔａｒｅｘ，Ｉｎｃ．により市販されている２ポート弁とすることができる。弁頭４は、シリンダ２に流体を充填する注入口６を有する。充填されると、ユーザポート８を通して流体３を取り出すことができる。一般的に言って、シリンダ２の内部に圧力下で貯蔵されている流体３は、図１ｃの上向きの矢印により示すように、システム１の下流に配置された所定の真空状態に応じて放出流路を介して真空作動弁組立品１０の入口に流入することになる。ハンドル７により、ユーザポート８を通る流体経路に沿った流体の制御が可能になる。この種類の流体貯蔵及び供給システムは、単一ポートのシリンダ弁頭を参照しているものではあるが、米国特許第５，９３７，８９５号及び同第６，００７，６０９号及び同第６，０４５，１１５号に記載されており、これらの特許は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２５】
一実施例では、システム１は、イオン注入工具（図示せず）に接続される。流動導管は、ユーザポート８の出口からイオン注入工具の入口まで延びる。送出圧力（トル）及び流量（ｓｃｃｍ）を測定してデータ記録するための圧力変換器及び質量流量調整器は、好ましくは導管に沿って位置する。
【００２６】
次により詳細に説明する図１ａ及び１ｂから明らかになるように、弁組立品１０が閉鎖構成から開放構成に作動すると、放出流路が生成される。長期間、有毒で有害な流体に曝露された場合でも、繰り返して所望の真空圧力で作動する組立品１０の能力は、新規の封止組立品のたまものである。封止組立品は、特製の固定台座１１及び移動可能な錐構造体１２により特徴付けることができる。本明細書で使用される時、「固定」又は「移動しない」という用語は、その使用寿命中の台座１１の永続的移動（上向き又は下向き）の実質的な欠如を指すことを意図している。説明するように、台座１１は、弁組立品１０の閉鎖及び開放中に制御された弾性を受けるように設計される。
【００２７】
台座１１は、好適な硬化熱可塑性材料から形成される。その剛性に基づいて選択された熱可塑性台座１１は、流動安定性に悪影響を与えるような望ましくない形状変化を受けず、結果として、弁組立品１０の開放構成と閉鎖構成との間の遷移の１回以上のサイクルの間、形状が実質的に変化しないでいる傾向がある。対照的に、エラストマーＯリングの弁設計（図２）は、以下により詳細に説明する、結果として開放構成と閉鎖構成との間のサイクル中の流動安定性に悪影響を与えるＯリングの形状変化となるような、望ましくない実質的な形状変化を受ける。加えて、熱可塑性固定台座１１は、台座１１内への錐１２のいわゆる「くさび作用」（ピン−ポペット設計を参照して以下に説明するような）を生成しない。好ましい実施形態では、固定台座１１は、Ｄａｉｋｉｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｌｔｄ．から市販されＮｅｏｆｌｏｎ（商標）材料として販売されている、ポリクロロトリフルオロエチレン（ｐｏｌｙｃｈｌｏｒｏｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）（ＰＣＴＦＥ）と呼ばれる熱可塑性フルオロポリマーから形成される。その特定のクロロトリフルオロエチレンポリマー構造体に基づいた材料は、Ｏリング設計（図２）及び成形ピン−ポペット設計（図３）に利用されるエラストマー材と比較して、負荷の下でより高い圧縮強度及びより小さい変形を有する。望ましくない形状変化を受けない他の好適な熱可塑性材料を利用してもよい。そのような材料としては、ポリテトラフルオロエチレン、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン及びペルフルオロアルキルビニルエーテルのコポリマー）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン及びヘキサフルオロプロピレンのペルフルオロコポリマー）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン及びエチレンのコポリマー）、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、及びポリアミドを挙げることができるが、これらに限定されない。しかし、本発明の原理によれば、台座１１は、圧縮負荷の下で変形して、封止を阻害して気体の供給中に流動不安定性を生成する望ましくない形状変化を受ける傾向がある、エラストマー材からは形成されない。硬化熱可塑性樹脂により、錐１２（図１ａ）により封止部が形成される時圧縮負荷に対して、固定台座１１がその構造的完全性を保持することができる。結果として、固定台座１１は、気体の貯蔵及び送出中に望ましくない形状変化を受けない。熱可塑性台座１１の膨張は発生しない。
【００２８】
本発明以前には、エラストマー材が変形して圧縮負荷を受ける能力を有するため、Ｏリング及びピン−ポペット弁の封止組立品は、エラストマー材から形成されていた。この点で、本発明は、直観に反しており、それどころか、弁組立品１０が台座１１及び錐１２に関して説明する他の設計考慮の援用を受ける場合、大きな変形及び圧縮負荷を受けない剛性の熱可塑性樹脂が、エラストマーの封止に対して優れた封止機構の形成を支援し得ることを見出した。台座１１は、ばね５が台座１１に対して押圧する結果として、封止の形成（図１ａ）及び封止の中断（図１ｂ）の間、固定のままである。台座１１は、ばね５と弁本体の周囲のハウジング（図示せず）との間に閉じ込められ、したがって移動することができないため、固定のままである。
【００２９】
したがって、特定の熱可塑性材料から形成された熱可塑性固定台座１１に加えて、図１ａ及び１ｂに示すような錐１２が必要とされる。錐１２は、封止を生成するように台座１１に係合し（図１ａの閉鎖構成）、封止を中断するように台座１１と係合解除して（図１ｂの開放構成）シリンダ２内に含まれた気体３が通って流れる流動放出を生成する、好ましくは金属材料又は他の硬化材料から製造された構造体である。開放構成及び閉鎖構成は、封止が形成されて中断されるメカニズムを説明する際に説明するような、蛇腹１３の周囲の外側領域１４の所定の真空圧力に依存する。錐１２は、ピン１７が延びて錐１２の上面に接触する開口部２９（図１４ａ及び１４ｂでより明瞭に分かる）を有する。錐１２は、ステンレス鋼、ニッケル系合金、又は送出される気体と適合性がある他の材料などの、好適な金属系材料から形成することができる。例として、ルビー又はサファイアなどの、類似の種類の硬度を有する他の種類の硬質材料もまた、利用することができる。ばね５は、錐１２の少なくとも部分的に分の周囲に延び、伸長した蛇腹１３により生成される十分な下向きの力の欠如の際に、錐１２を台座１１に対して上向きに付勢する。
【００３０】
上部１６は、図１４ａ及び１４ｂでより明瞭に分かるように、開口部２９を有する円形状の構造体により画定される。開口部２９は、台座１１の溝付き領域１５との上部１６の係合（図１ａ）及び係合解除（図１ｂ）中にピン１７の底部を受け入れるような大きさになっている。錐１２の上部１６は、図１ａに示すように、熱可塑性固定台座１１の圧痕又は溝領域１５に沿って延びる固定台座１１の相補形の内側封止面２６内に係合して、それによって固定台座１１の溝付き領域１５内に封止を生成するように構成される。
【００３１】
図１４ａの断面図及び図１４ｂの斜視図を参照すると、錐１２の上部１６は、本体部分３０から離れる方向に延び、内部の溝付き領域１５に沿った台座１１との実質的に３６０度の接触を取り囲む円環状又は枠状の構造体として終端する。円環状の上部１６は、Ｏリング設計（図２）と比較して、台座１１の溝付き領域１５との接触表面積を最小化するように設計される。この点で、上部１６は、好ましくは、Ｏリング８８がピン４２と係合するとＯリング弁組立品（図２）で生成される接触表面積の少なくとも１０分の１の、結果として生じる接触表面積を生成する、著しく低減した半径又は有効幅を有する円環状又は枠状構造体を有する。別の実施形態では、上部１６は、Ｏリング弁で生成される接触表面積より最大約５０分の１の、より好ましくは最大７５分の１の、結果として生じる接触表面積を生成する。例として、上部１６の円環状構造体は、約０．０００５インチから約０．００１０インチの範囲の半径を有することができる。
【００３２】
好ましくは、上部１６は、本体部分１６より狭く、錐１２は、最終寸法に機械加工された単一部品である。両方の設計特性は、著しい変形を受けることなく相対的に高い量の圧縮応力に耐えることができる構造体を生成する。好適な材料（例えば、金属合金）と組み合わせて、錐１２の他の形状を利用することができ、錐１２は、個別の構成要素として製造することができることを理解されたい。
【００３３】
本発明の結果として生じる封止は、対応する溝付き領域１５との上部１６の機械的係合により生成される（図１ａ）。封止は、Ｏリング（図２）及びピン−ポペット（図３）により形成される表面接触封止と比較対照される。本発明以前には、接触表面積を増大させることは、シリンダ２の内部からの気体３の流動を遮断する有効封止を提供することと考えられていた。しかし、本発明による封止の接触表面積の低減は、Ｏリング及びピン−ポペットの設計と比較して、台座１１と錐１２の上部１６との間のいわゆる「静止摩擦」を低減することが予想に反して見出された。本明細書で使用される時、「静止摩擦」という用語は、１つの物体が別のものに付着する傾向として定義される。本発明の錐１２と台座１１との間の低減された静止摩擦は、ピン−ポペットの設計で観察されたいわゆる「くさび作用」を除去する。
【００３４】
加えて、接触表面積の低減は、錐１２の上部１６が上向きの力を台座１１の圧痕１５内に作用させる、より小さな接触面積の結果として、より高い応力を有利に生成する。実施例で実証するように、より高い応力により、従来の真空作動装置の送出圧力のスパイク及び流動不安定性により影響されにくい、台座１１の圧痕１５との向上した封止を生成する。
【００３５】
結果として生じる封止は、図１ｂの矢印で示すようにシリンダ２からの気体３が蛇腹１３の周囲を移動することができる放出流路を遮断する。図１ａの閉鎖された弁組立品１０の構成では、気体３は、閉じ込められたままで、封止を越えて流れることができない。弁組立品１０により生成される封止の強度は、図１ａを参照することにより理解することができ、この図で、貯蔵された流体３は、シリンダ２の底部から上向きに（矢印により示すように）錐１２の外面と台座１１の内面との間の環状領域２０（すなわち、通路）に沿って延び、その後封止部で終端する領域を占める。封止の加圧側は、シリンダ圧力（例えば、１２００ｐｓｉｇ）であり、封止の低圧力側は、真空（例えば、２００〜６００トル）である。台座１１及び錐１２の新規の特徴により、そのいずれかの側でのそのような急峻な圧力の遷移ができる、低減した接触面積を有する封止の形成が可能になる。
【００３６】
封止の係合及び係合解除中の望ましくない形状変化を受けない熱可塑性台座１１の組み合わせは、従来の真空作動弁組立品で一般的に発生する流動スパイク／振動を低減するように、流動安定性及び作動挙動を劇的に改善する。この設計転換は、直観に反し、実施例で示すような、予想に反して優れた挙動を生成する。
【００３７】
図１ａは、錐１２と台座１１との間に形成された封止を示す断面概略図である。熱可塑性台座１１の圧痕１５に対して上向きの力を作用させるように錐１２が係合すると、封止が生成される。熱可塑性台座１１は、封止の形成中、固定のまま又は移動可能でないままである。ばね５は、台座１１の溝付き領域に対して錐１２を上向きに押すように、錐１２を付勢し、それによって錐１２に封止の形成を維持させて、それによって封止を通る気体流動を遮断する。結果として生じる封止は、以下に説明するように、蛇腹１３の長手方向の伸長で十分な力が生成されるまで、台座１１の内側封止表面２６の溝付き領域１５に沿って維持される。
【００３８】
弁組立品１０は、図１ｃに示すように、好ましくはシリンダ２内に配置される。シリンダ２のユーザポート８の出口は、エンドユーザの装置に接続される。一実施例では、エンドユーザの装置は、イオン注入工具である。流動導管は、ユーザポート８の出口からイオン注入工具の入口まで延びる。イオン注入工具は、貯蔵され、シリンダ２から供給される流体（例えば、ドーパントガス３）をイオン注入プロセスが利用する所定の真空レベル（例えば、２００〜４００トル）を有する。弁組立品１０を利用して、任意の種類のプロセスのために、任意の種類の流体３を貯蔵及び送出することができることを理解されたい。工具内の圧力を低減するだけでなく、蛇腹チャンバ１３の周囲の外側の領域１４内の圧力を低減するためにも、真空ポンプが利用される。蛇腹１３のチャンバ１８は、好ましくは大気圧で密封され、米国特許第７，７０８，０２８号、同第７，９０５，２４７号、同第５，９３７，８９５号、同第６，００７，６０９号、同第６，０４５，１１５号、及び同第６，９５９，７２４号に記載されているような、伸長可能なアコーディオン状のチャンバであり、それらの特許はそれぞれ、その全体が参照により組み込まれる。蛇腹１３の周囲の外側領域１４から工具に、その間に延びる導管を介して、連続的流路が存在する。その結果として、導管及び蛇腹１３の周囲の領域１４を通って真空を工具内に引き込むことができる、直接経路が存在する。
【００３９】
封止を中断して図１ａの弁組立品１０の閉鎖構成から図１ｂの弁組立品１０の開放構成に遷移するためのメカニズムを次に説明する。領域１４内の圧力が許容可能な真空レベルの範囲内に低下すると、蛇腹１３の密閉チャンバ１８（好ましくは大気圧で密封されている）と蛇腹１３の周囲の領域１４（例として２００〜４００トルの範囲とすることができる）との間の圧力差に基づいて、蛇腹１３は、図１ｂに示すように長手方向にその側面領域３１に沿って伸長する。図１ｂに示すような蛇腹１３の伸長は、接触板１９を変位させる下向きの力を生成する。接触板１９は、接触板１９の底部と錐１２の上面との間に延びるピン１７の上部に対して下向きに押す。伝達された力は、ピン１７を錐１２の上面に対して下向きに押させ、それによって錐１２の上部１６を固定のままの熱可塑性台座１１から離れる方向に押させる。上部１６の下向きの移動は、錐１２の上部１６を台座１１から係合解除する。新たに生成された間隙により、図１ｂに示すように、台座１１と錐１２の上部との間の封止は機械的に係合解除又は中断する。封止が中断されると、流体３（例えば、気体）が通って流れる間隙が存在する。これにより、図１ｂの矢印により示すように、新たに生成された間隙を通って気体３が流れることができる。気体３は、ここで錐１２を過ぎて、その後、ピンの通路に沿ってピン１７の周囲に上向きに延びる放出流路に沿って、蛇腹１３の外側領域１４に沿って流れることができ、その後、弁組立品１０の頂部を出て、ユーザポート１８を通って出る（図１ｃ）。したがって、図１ｂの矢印は、気体３がシリンダ２の内部から供給される放出流路を表す。例として、生成される間隙は、０．００２インチ〜０．０３０インチ、好ましくは０．００１インチ〜０．０２０インチ、及びより好ましくは０．０００５インチ〜０．０１０インチの範囲とすることができる。
【００４０】
封止を回復して図１ｂの弁組立品１０の開放構成から図１ａの弁組立品１０の閉鎖構成に遷移するためのメカニズムを次に説明する。領域１４内の圧力が増大すると、蛇腹１３の密閉チャンバ１８（好ましくは大気圧で密封されている）と蛇腹周囲の領域１４（例として大気圧などの、蛇腹チャンバ１８内の圧力に近づく場合がある）との間の最小の又は実質的にゼロの圧力差に基づいて、蛇腹１３は、図１ａに示すようにその側面領域３１に沿って収縮することにより、その非伸長状態に戻る。十分な圧力差の欠如は、図１ａに示すように、蛇腹１３をその非伸長状態に戻させる。蛇腹１３がその非伸長状態に戻ると、ばね５は、錐１２を上向きに移動させて、ピン１７を上向きに押圧させる。ばね５が錐１２を上向きに押すと、錐１２の上部１６は、固定のままの熱可塑性台座１１の溝付き領域１５内に付勢される。この錐１２の上部１６と熱可塑性台座１２の対応する溝付き領域１５との係合により、図１ａに示すように、封止が回復する。気体３が通って流れる間隙は存在しない。気体３は、シリンダ２の内部に貯蔵されたままである。
【００４１】
本発明の封止機構の別の特有な態様は、コイニング加工のたまものであり得る。「コイニング加工」は、使用寿命中に圧痕が曝露されるであろうよりも高い温度及び圧力で、台座１１の封止面内に相補形の溝付き領域又は圧痕を生成するプロセスを指す。具体的には、コイニング加工は、特定の熱可塑性台座１１（例えば、Ｎｅｏｆｌｏｎ（商標）台座）の降伏条件を上回る温度及び圧力の状態で行われる。そのような条件下で、錐１２の円形上部１６に対して噛み合う相対的に平滑なコイニング加工された内側封止表面２６を生成するように、錐１２の上部１６の平滑な表面を、熱可塑性台座１１のあらゆる表面の凹凸に対してその面に沿って押圧する。図１０ｃは、圧痕１５が熱可塑性台座１１内に形成された、コイニング加工の完了後に結果として生じる封止面を示す。構造の詳細は、明確にするために意図的に省略されている。あらゆる表面粗さを除去することのほかに、錐１２の上部１６はまた、熱可塑性台座１１の内側封止面２６上に、上部１６の形状と共形の押圧形状を生成する。このプロセスを図１０ａ〜１０ｃに示す。台座１１のこれらの特徴の両方（表面粗さの欠如及び押圧形状）により、弁組立品１０の動作中の錐１２の上部１６と熱可塑性台座１１との係合で、優れた封止が実現する。加えて、コイニング加工された表面により、実施例１〜３で実証するように、弁組立品１０の滑らかな又は安定した作動挙動が可能になる。一実施例では、コイニング加工のための条件は、以下のように行われる：台座１５及び錐の上部１６は、閉鎖構成に組み立てられ、ユニットは、１１０〜１６０°Ｆの範囲とすることができる温度まで加熱されると共に、弁装置（錐１２及び台座１１）の上流（錐）側に２０００〜３０００ｐｓｉｇの範囲の圧力が印加される。組立品は、約１時間の間、これらの条件で保持され、その後圧力が解放されて、弁装置は、室温まで冷却される。
【００４２】
コイニング加工後の溝付き／ジグザグ形領域１５に沿って延びる、結果として生じる封止面又は表面２６を、図１１ａ〜ｄに示す。図１１ａ〜１１ｄは、コイニング加工の結果としての封止及び流動現象を示すことを意図しており、熱可塑性台座１１は、図１０ａ〜１０ｃで説明したコイニング加工により付与された区域状弾性内で動作する。図１１ｂ〜ｄは、図１１ａの円で囲った領域の拡大図である。黒い実線（図１１ｂ〜１１ｄの）は、台座１１の溝付き又はジグザグ形領域１５内の実質的に平滑な封止面２６を示すことを意図している。弁組立品１０の正常動作状態の間、コイニング加工された熱可塑性台座１１がその中で動作する弾性体状の区域１０７が存在する。図１１ｂは、明確にするために錐１２の上部１６を省略して、弾性体状区域１０７を示す。この弾性体状区域１０７内で、熱可塑性台座１１は（図１２ａ〜ｄに関連して説明するような望ましくない形状変化を受けることなく圧縮される）。
【００４３】
図１１ｄは、コイニング加工された熱可塑性台座１１の溝又は圧痕１５に沿って上向きに係合した錐１２の上部１６の円形の周辺部を示す。圧力が錐１２の上流に印加されると封止の形成を可能にするように、この弾性体状区域１０７内で圧縮が発生する（すなわち、蛇腹１３がピン１７及び錐１２を押すのに十分な伸長した構成でない、図１１ｄの閉鎖位置）。台座１１が開放状態（図１１ｃ）に対して圧縮されて上向きに移動する深さを、破線１０５により、この弾性体状区域１０７内の図１１ｄに示す。図１１ｄから図１１ｃに遷移する場合で説明したように、錐１２が蛇腹１３の伸長下で下方向に押圧されると、熱可塑性台座１１は、蛇腹１３が錐１２を下に台座１１から離れる方向に付勢する結果として、望ましくない形状変化なしに復元する。図１１ｃは、錐１２の上部１６（実線で示す）が制御された量だけ溝付き領域１５から離れる方向に移動して、台座１１が復元して閉鎖状態（図１１ｄ）に対して下向きに移動するのを示す。結果として、台座１１のジグザグ形表面１５と錐１２の上部１６との間に気体流が通って流れるための放出流路が生成される。これは、図１１ｃに示すような開放状態である。蛇腹１３が後退する（すなわち、蛇腹１３の領域１４の周囲の圧力が蛇腹１３のチャンバ１８の封止圧力を上回って増大すると、その非伸長状態まで後退する）と、錐１２は、上向きに移動して再び台座１１を上向きに（望ましくない形状変化を受けることなく）弾性的に圧縮し、熱可塑性台座１１のジグザグ形領域１５に沿って封止を生成する（図１１ｄ）。この弾性体状区域１０７の厚さは、動作条件により１マイクロメートル〜１００マイクロメートルの範囲とすることができることが意図される。コイニング加工の結果として生成されたこの弾性体状区域１０７の存在により、実施例１〜４で実証するように、弁組立品１０の動作における再現性及び信頼性が提供される。
【００４４】
弁組立品１０の新規の構造体は、従来のＯリング設計の真空作動弁が経験する送出圧力のスパイク及び振動を克服している。具体的には、本発明は、図２に示すようなＯリング弁設計が使用寿命中にＯリングの形状変化を受けることを見出している。比較例１〜４で観察され説明して図示するように、形状変化は、流動不安定性を引き起こすことが、本出願人により判定された。図２は、従来のＯリング設計の真空作動弁の断面概略図である。Ｏリング８８は、ピン４２がＯリング８８に係合するとエラストマー封止材として機能する。Ｏリング８８は、弁基部８４の溝内の固定位置に留まる。Ｏリング弁が閉鎖位置にある時、Ｏリング８８は、弁基部８４の溝内でピン４２により圧縮される。本出願人は、Ｏリング８８が、ピン４２により作用される力及びシリンダ内の気体の圧力による圧縮負荷を含む様々な力による作用で著しい変形及び形状変化を受けやすくなる傾向を有することを見出した。変形及び形状変化は、Ｏリング８８が封止の完全性に影響を及ぼし得る程度に発生することがあり、それによってＯリング弁の作動の際に流動不安定性が生成される。
【００４５】
図１２ａ〜１２ｄは、図２の従来の真空作動弁組立品に関してＯリング８８の望ましくない形状変化の一因となる起こり得るメカニズムの概略図を示す。図１２ａは、閉鎖又は封止構成における弁を示す。図１２ａのＯリング８８及びピン４２により生成された封止は、中断していない。結果として、Ｏリング８８とピン４２及び弁基部８４の表面のいずれかとの間に、放出流路は存在しない。Ｏリング８８は、シリンダ内に貯蔵された加圧気体によりＯリング８８の一部分に作用する力であるＦｇの結果として変形された形状である。力Ｆｇは、図１２ａの矢印により示されている。
【００４６】
あらゆる特定の理論に拘束されることなく、（図１２ｂ及び１２ｃに示すような）Ｏリング８８に作用する様々な他の力がその形状を変化させて、Ｏリング８８の形状を更に変形又は変化させ、図１２ｂ及び１２ｃに示すような伸長した形状を生成することが考えられる。ＦＡｄは、Ｏリング８８がピン４２及び弁基部８４の表面から解放されるのを防止する接着力である。ＦＦｒは、弁基部８４の表面に沿った、Ｏリング８８がそれに沿って摺動するのを防止する摩擦力である。Ｆｓは、その自然な円形状に戻ろうとするＯリング８８により作用する力である。図１２ｂ及び１２ｃに示す現象は、Ｏリング８８の伸長構成を生成するように同時に発生している場合がある。Ｏリング８８のこの伸長構成は、弁基部８４の溝内のスペースをより占有し、したがって、ピン４２を更に下に蛇腹から離れる方向に押す。図１２ａに対するピン４２のこの更に下向きの移動は、図１２ｂ及び１２ｃに示すように、（固定のままの）弁基部８４とピン４２との間の増大した間隔Ｌ２により示されている。図１２ａに対するピン４２の下向きの移動は、図１２ａの間隔Ｌ１よりも大きな間隔Ｌ２により示されている。結果として、蛇腹５０は、ピン４２の頂部から離れて間隔を空けられている（図２）。結果として、蛇腹５０がピン４２の頂部に係合して押し下げて、図１２ｂ及び１２ｃの封止構成を中断することができるように蛇腹５０の追加の伸長のために、より高い真空を生成しなければならない。Ｏリング８８が伸長すると、Ｏリングは、摩擦力及び接着力、それぞれＦｆｒ及びＦａｄが克服される点に到達することになる。封止は、より低い真空圧力で中断し、Ｏリング８８は、ピン４２及び弁基部８４の表面から解放されて、弁が閉鎖構成から開放構成まで作動できる。Ｏリング８８がその自然な円形状に復帰すると、ピン８８は、上向きに移動して、Ｌ３がＬ２未満である図１２ｄに示す構成を生成する。図１２ｄのＯリング８８は、弁基部８４の溝付き領域内でその自然形状に戻っていて、それによって蛇腹１３の外側の周囲の領域１４内の圧力を瞬時に増大させ、それにより、比較例で観察され図示するような開放送出圧力のスパイクを生成する。開口送出圧力のスパイクが発生すると、矢印で示すようにＯリング８８とピンの表面８８との間に流動が発生する（図１２ｄ）。Ｏリング弁の下流に位置する質量流量調整器の上流の圧力もまた、比較例の流動スパイクにより示すように、圧力が増大する。結果として、質量流量調整器が圧力の変化に対して瞬時に補償することができないため、流量のオーバーシュートとなる。この流動スパイクは、流量の偏差がイオン注入機を停止させて警報モードに入らせるイオン注入機を含む、多くのプロセスに対して破壊的なものである。
【００４７】
Ｏリング８８の変形及び形状の変化は、貯蔵されて供給される特定の種類の気体、並びに気体が貯蔵される圧力により更に影響を受けることが本出願人によって見出されている。ＢＦ３などの特定の有毒な気体は、特にＯリング封止材が貯蔵されたＢＦ３に長期間（例えば、２４時間以上）曝露されると、エラストマーのＯリングを膨張させることがある。膨張は、Ｏリング８８の寸法を更に変化させることがある。Ｏリング８８は、より大きな伸びを受けることがあり、それは、結果として送出圧力のスパイクの増大及び／又はより大きな流量偏移となることがある。
【００４８】
本発明は、望ましくない形状変化、変形、及び膨張を起こしにくい弁組立品１０によって、Ｏリング設計で受ける送出圧力のスパイク及び流量スパイクを除去する。結果として、安定した送出圧力及び流動挙動を生成することができる弁の優れた作動挙動となる。
【００４９】
弁組立品１０の新規の構造体はまた、ピン−ポペット弁のいわゆる「無流動」障害モードを克服する。図３は、従来のピン及びポペットの真空作動弁の断面概略図である。図３は、弁座３６と呼ばれる適合円錘台座空洞に嵌合する円錘形状のピン装置としてポペット弁３２を示す。ポペット弁３２上に、エラストマー材が成形されている。閉鎖状態では、ばね３４は、弁座３６に対してポペット弁３２を垂直に押圧する。しかし、ポペット弁３２の成形されたエラストマーは、台座３６内に堅く割り込みすぎて、蛇腹の伸長によりポペット弁３２を下に付勢するのに十分な推力を生成することができない傾向を有する。ピン−ポペットは、真空状態のいずれでも作動せず、それによって流動を生成しない。「くさび作用」と呼ばれるそのような障害モードは、比較例５で説明するように観察された。
【００５０】
本発明は、ピン−ポペット設計の「くさび作用」問題を克服するために、錐１２及び固定台座１１を利用する。本発明の弁組立品１０は、結果として無流動となることがあるくさび作用を何ら発生することなく中断又は解放することができる封止を生成するように弾性移動を可能にするために、コイニング加工されている。
【００５１】
上述した真空作動装置の様々な流動不安定性現象はまた、送出圧力と作動圧力との間の差を生成する。本明細書で使用される時、「送出圧力」は、蛇腹１３の外側の周囲の領域１４内の圧力を意味することを意図しており、本明細書で使用される時「作動圧力」は、錐１２及び熱可塑性台座１１の封止接触の中断から生成された間隙にわたって流動が発生する圧力を意味することを意図している。変形又は膨張を受けにくい熱可塑性材料に少なくとも部分的に基づく本発明の真空作動装置１０は、実施例で以下に実証するように、送出圧力と作動圧力との間のそのような差を有さない。
【００５２】
好ましくは、図１ａ〜１ｃで説明して示したような蛇腹１３は、送出圧力の制御を向上させるための改良された蛇腹組立品である。図１３ａは、改良された蛇腹組立品１３のより広い上部２５の両側に沿って位置するねじ山２２を有する、改良された蛇腹組立品１３を示し、図１３ｃは、弁頭の口本体２１内にセットされて固定された、図１３ａの改良されたねじ付き蛇腹組立品１３を示す。改良された蛇腹１３は、蛇腹１３の外側領域１４の周囲の所定の真空状態に応じて伸長するように適合された密閉チャンバにより少なくとも部分的に画定される。蛇腹１３は、蛇腹１３の外径に沿って口本体２１にネジ止めにより係合された上部２５を有する。蛇腹１３の底部は、接触板１９により画定される。図１３ａを参照すると、蛇腹１３に沿ったねじ山２２は、蛇腹１３のより広い上部２５の垂直外径及びねじ山２２が１インチ当たりにより多くのねじ山を含むようにピッチが低減されるように構成される。結果として、図１３ｄに組み込まれた図１３ｂの蛇腹２４と比較して、送出圧力がより制御されることとなり、蛇腹のねじ山２３が蛇腹２４の中央に配置された内側部分に沿って位置し、ねじ山２３が明らかにより粗い、従来の設計（図２のＯリング及び図３のピン−ポペット）を表す。送出圧力のより優れた制御は、蛇腹１３の周囲の外側領域１４内の所定の真空状態下での流動のために必要な間隙を生成するために蛇腹１３の伸長がピン１７及び錐１２上に必要な下向きの力を作用させるように垂直構成で漸増的に位置付けられる、改良された蛇腹１３の能力のたまものである。加えて、ねじ山の位置を変更し、サイズをより小さくする（すなわち、１インチ当たりのねじ山を増大させる）ことにより、蛇腹１３の垂直の位置決めの間に蛇腹組立品１３がその垂直軸から離れる方向に傾く傾向を著しく低減する。これらの特徴により、錐１２上に伸長した蛇腹１３により作用する下向きの力のより優れた制御を達成し、それによって、従来の真空作動装置で以前には実現できなかった、送出圧力のより優れた制御となることができるやり方で、蛇腹１３の垂直の位置決めの微調整が可能になる。
【００５３】
図１３ｃを参照すると、改良された蛇腹組立品１３は、より優れた増分制御で適切な送出圧力を設定するように、特定の垂直位置に口本体２１内に（時計回り又は反時計回りに）ねじがつけられている。改良された蛇腹１３のより広い上部２５の両側に沿ったねじ山２２の位置及びサイズの変更により、Ｏリング（図２）及びピン−ポペット（図３）の設計の従来の蛇腹２４と比較して、送出圧力のより増分制御が可能になる。例として、図１３ｃを参照すると、本発明の真空作動弁組立品１０との組み合わせで利用した場合に改良された蛇腹１３は、蛇腹の１度の回転が結果として約０．０００５インチの蛇腹１３の垂直位置の変化となり、それが結果として約１０トルの送出圧力の変化となるように、送出圧力の制御を著しく改善することができる。比較すると、従来の真空作動ピン−ポペット装置（図１３ｄ）に組み込まれた従来の蛇腹組立品２４（図１３ｂ）に関しては、蛇腹２４の１度の回転は、結果として約０．００５インチの蛇腹の垂直位置の変化となり、それが結果として約１００トルの送出圧力の変化となる。本発明は、送出圧力の制御を１０倍増大することができる。本発明による送出圧力のより細かな調整により、真空作動弁のそれぞれが開放して実質的に同じ圧力を送出し、それによって弁毎の一貫性を向上するように作動することができることを確実にする、著しくより良好な再現性も可能になる。
【００５４】
本発明は、エンドユーザの箇所への気体の低大気圧流動を必要とする、任意の種類の用途に利用される汎用性を有することを理解されたい。例として、本発明は、半導体、ＬＥＤ、太陽光、平面ディスプレイ、航空、航空宇宙、及び防衛の用途に用いることができる。新規の封止構造体及び機構は、真空作動弁装置のほかに、他の弁装置に組み込むことができることもまた理解されたい。
【００５５】
本発明は、シリンダ又は気体及び流体の送出のために一般に使用される他の既知の容器などの、貯蔵及び送出のための任意のシステムの一部として組み込むことができる。また更に、本発明は、流体の送出のために一般的に利用される任意の他の好適な付属品と組み合わせて用いることができる。
【００５６】
本発明により、他の修正が意図される。例えば、錐の上部１６は、台座１１の内側封止表面と噛み合うように設計された円錐台形状のほかに、他の好適な形状を含むことができる。加えて、台座１１は、封止部の係合及び係合解除中に望ましくない形状変形を受けにくい他の好適な熱可塑性材料から形成されてもよい。
【００５７】
本発明の封止機構の新規の構造体は、従来の真空作動弁組立品と比較した場合、向上した流動挙動性能となる。この点で、本発明の弁の著しく向上した流動挙動を実証するために、従来の弁及び本発明の弁を用いて様々な試験を行った。以下の比較例及び実施例は、この試験を説明している。本発明は、本発明の実施可能性を単に実証するために提供された、本明細書で提供される実施例に限定されないことは、当業者には明らかであろう。
【００５８】
比較例１（Ｏリング設計；１２００ｐｓｉｇで１５％のＸｅ−Ｈ２；図４の試験）
従来の真空作動弁組立品を、気体低大気圧送出及び高圧貯蔵用シリンダ内に挿入した。利用した従来の弁は、図２に示すようなＯリング設計であった。弁組立品の弁開放挙動を評価するために、流動試験を実施した。１５体積％のＸｅと残部の水素との気体混合物（Ｘｅ−Ｈ２）を、弁組立品にかかる入口圧力が１２００ｐｓｉｇであるようにシリンダ内に充填した。シリンダは、質量流量調整器及び圧力変換器を含む流動マニホールドに接続した。質量流量調整器は、シリンダの出口の下流に配置して、０．５ｓｃｃｍに設定した。圧力変換器は、シリンダからのＸｅ−Ｈ２の気体混合物の送出圧力を測定するために、シリンダの出口と質量流量調整器との間に配置した。真空ポンプは、質量流量調整器の下流に配置して、マニホールドを通して真空を生成するために使用した。
【００５９】
質量流量調整器は、それを通して０．５ｓｃｃｍが流れることができるように調節した。ｔ＝０秒の試験の開始からｔ＝４００秒まで、質量流量調整器を通って流れるＸｅ−Ｈ２が０．５ｓｃｃｍの目標流量でマニホールド内に含まれる残留気体の体積だけ供給される時間の間、真空作動弁組立品は作動せず閉鎖のままであった。試験開始から約４００秒で、マニホールド内の圧力は、約３２５トルから２５０トルをわずかに下回る圧力まで低減され、その時点で、弁組立品は、開放位置へと作動して、それによってＸｅ−Ｈ２を放出した。換言すれば、閉鎖位置から開放位置に弁組立品を起動するために、より高い真空が必要とされた。弁が開放されると、圧力変換器により測定されたマニホールド内の送出圧力は、約２５０トルから約４００トルまで瞬時に増大して、それによって図４に示す送出圧力のスパイクを生成した。質量流量調整器が、質量流量調整器の上流の送出圧力の急激な変化に対して直ちに補償することができなかったため、この送出圧力のスパイクは、結果として流量のオーバーシュートとなった。流量は、０．５ｓｃｃｍから２ｓｃｃｍを超えるまで急増した。最終的には、質量流量調整器は、図４に示すように流量を０．５ｓｃｃｍに戻して安定させることができたが、流量スパイクが発生した後のみであった。図４は、約４００秒で送出圧力スパイクの後に、２ｓｃｃｍよりも大きな流量スパイクが発生したことを示す。図４の円で囲んだ領域は、弁の開放中のこの送出圧力スパイク及び対応する流量スパイクの挙動を示す。流量スパイクは、イオン注入機に対して破壊的であり、流量の偏差はイオン注入機を停止させたと考えられた。送出圧力が約３２５〜３５０トルに安定した時、質量流量調整器を通る流量は、その目標の０．５ｓｃｃｍに安定したことが観察された。図４はまた、気体の送出が発生した開放圧力を約７５トル上回った圧力で弁が閉鎖したことが観察されたことを示す。
【００６０】
試験は、弁を開放するために必要とされるより高い真空レベルの結果として、送出圧力スパイクが発生したことを実証した。結果として、弁開放の際の気体流量は、より大きく、結果として流量スパイクとなった。
【００６１】
比較例２（Ｏリング設計；１２００ｐｓｉｇでのＢＦ３；図５の試験）
図２に示し比較例１で試験したような従来の真空作動弁組立品を、比較例１と同じ流動試験及び条件にした。しかし、Ｘｅ−Ｈ２とは対照的に、ＢＦ３を高圧シリンダ内に充填した。ＢＦ３を、弁組立品にかかる入口圧力が１２００ｐｓｉｇであるようにシリンダ内に充填した。
【００６２】
試験の最初の約６００秒間、０．５ｓｃｃｍの目標流量で質量流量調整器を通して流れるＢＦ３がマニホールド内に含まれる残留気体の体積だけ供給され時間の間、弁組立品は、閉鎖したままであった。その後、マニホールド内の圧力は、約４００トルから３００トルをわずかに下回る圧力まで低減され、その時点で、真空作動弁組立品は、開放位置に作動して、ＢＦ３を放出した。換言すれば、閉鎖位置から開放位置に弁組立品を起動するために、より高い真空が必要とされた。弁が開放されると、圧力変換器により測定されたマニホールド内の送出圧力は、約３００トルから約４００トルまで瞬時に増大して、それによって図５に示す送出圧力のスパイクを生成した。質量流量調整器が、質量流量調整器の上流の送出圧力の急激な増大に対して直ちに補償することができなかったため、この送出圧力のスパイクは、結果として流量のオーバーシュート（０．５ｓｃｃｍより大きな流量）となった。結果として、質量流量は、実際にはその目標の０．５ｓｃｃｍを上回った。最終的に、質量流量調整器は、流量を０．５ｓｃｃｍに戻して安定させることができた。図５は、約６００秒で送出圧力スパイクの直後に、最大約４ｓｃｃｍの流量スパイクが発生したことを示す。図５の円で囲んだ領域は、弁の開放中のこの送出圧力スパイク及び対応する流量スパイクの挙動を示す。送出圧力が約４００トルに安定した時、質量流量調整器を通る流量は、その目標の０．５ｓｃｃｍに安定したことが観察された。図５はまた、気体の送出が発生した開放圧力を約７５〜１００トル上回った圧力で弁が閉鎖したことが観察されたことを示す。
【００６３】
試験は、弁を開放するために必要とされるより高い真空レベルの結果として、送出圧力スパイクが発生したことを実証した。結果として、弁開放の際の気体送出圧力は、より大きく、結果として流量スパイクとなった。長期のＢＦ３への曝露は、エラストマーのＯリング材料に吸収され、それによってその形状を変化させ、それは送出圧力の変動の一因となると考えられると結論付けられた。
【００６４】
比較例３（Ｏリング設計；４０，０００サイクル＋１３日間１２８０ｐｓｉｇでＢＦ３保持；図６ａ及び６ｂの試験）
図２に示すような従来のＯリング設計の真空作動弁組立品を、気体低大気圧送出及び高圧貯蔵用シリンダ内に挿入した。４０，０００回の開／閉サイクルに続く１２５０ｐｓｉｇ及び１０４°ＦでのＢＦ３の１３日間の保持を含む一連の様々な試験を弁組立品が受けた後、流量の範囲で、弁組立品の流動安定性を評価した。弁組立品の一回の開放及び閉鎖が、１回のサイクルを指した。それぞれのサイクルは、ＢＦ３の気体を使用して行った。弁は、５０００サイクルの間、開放及び閉鎖して、その後、シリンダが空状態に到達するまで１２５０ｐｓｉの圧力でシリンダから４ｓｃｃｍでＢＦ３を流すことからなる消耗試験を実施した。合計４０，０００サイクルが完了するまで、この手順を繰り返した。
【００６５】
次に、１２５０ｐｓｉｇのＢＦ３並びに０．５、２、５、及び７ｓｃｃｍの流量で流動試験を行って、その後、１２５０ｐｓｉｇのＢＦ３を用いて１３日間４０℃で、シリンダ内に加圧したＢＦ３を保持した。１３日間のＢＦ３の保持は、従来のＯリング弁のＢＦ３への長期の曝露の影響を評価するために設計した。
【００６６】
上記の試験のそれぞれを行った後で、Ｏリング弁の開放挙動を様々な流量で評価した。具体的には、図６ａ及び６ｂを参照すると、質量流量調整器を通る低大気圧流動は、０．５、２、５、及び７ｓｃｃｍで行われた。送出圧力及び流量を観測し、図６ａ及び６ｂに示す結果をデータ記録した。図６ａは、送出圧力が流量のそれぞれで不規則で、特に最初の９００秒に見られるように、試験の持続時間全体を通して安定しなかったことを示す。送出圧力のスパイク及び変動は、試験の持続時間全体を通して発生した。図６ｂは、質量流量調整器を通る流量が０．５ｓｃｃｍであった時の試験の最初の９００秒間の図６ａの拡大図を示す。送出圧力は、２００トルで特に不安定であって、流量は、０．５ｓｃｃｍで振動を呈した。図６ｂは、弁が気体の送出が発生した開放圧力を約１００トル上回っていた圧力で閉鎖したことが観察されたことを示す。
【００６７】
試験は、Ｏリング弁組立品が流量のいずれでも安定した流動挙動を維持することができなかったことを立証した。ＢＦ３の長期の曝露は、シリンダからＢＦ３を供給するＯリング真空作動弁の能力に悪影響を及ぼしたと結論付けられた。
【００６８】
比較例４（図２のＯリング設計；１５００ｐｓｉｇでの不安定流動）
図２のＯリング真空作動弁を、気体低大気圧送出及び高圧貯蔵用シリンダ内に挿入した。比較例１の圧力より高い圧力での弁組立品の流動安定性を評価した。アルゴンガスを、弁組立品にかかる入口圧力が１５００ｐｓｉｇであるように高圧シリンダ内に充填した。比較例１と同じ試験構成を利用した。具体的には、シリンダは、比較例１で説明したように流動マニホールドに接続した。具体的には、流動マニホールドは、質量流量調整器及び圧力変換器を含んだ。質量流量調整器は、シリンダの出口の下流に配置して、２ｓｃｃｍに設定した。圧力変換器は、シリンダからのアルゴンガスの送出圧力を測定するために、シリンダの出口と質量流量調整器との間に配置した。真空ポンプは、質量流量調整器の下流に配置して、マニホールドを通して真空を生成するために使用した。
【００６９】
試験は、Ｏリング設計が比較例１と比較して更により大きな流動不安定性を生成したことを示した。Ｏリング弁の開放の際の送出圧力スパイクの結果として、試験中の不規則な流動挙動となった。
【００７０】
比較例５（図３のピン−ポペット設計；くさび作用の障害モード；９００ｐｓｉｇで流動が実現しなかった）
図３のピン−ポペット真空作動弁を、気体低大気圧送出及び高圧貯蔵用シリンダ内に挿入した。ピン−ポペット弁の流動安定性を評価した。アルゴンガスを、弁組立品にかかる入口圧力が９００ｐｓｉｇであるように高圧シリンダ内に充填した。比較例４で説明したものと同じ試験構成を利用した。
【００７１】
ピン−ポペットは、試験中に生成された真空レベルのいずれでも作動せず、それによって流動を生成しなかった。試験は、ピンの成形されたエラストマーがピンの周囲に堅く割り込み過ぎて蛇腹の伸長がピンを下に付勢する十分な推力を生成することができない傾向を有する、ピン−ポペット設計に関連付けられた一般的な障害モードを表した。
【００７２】
実施例１（改良された弁組立品；１２００ｐｓｉｇで１５％のＸｅ−Ｈ２；図７の試験）
図１ａ〜１ｃに示すような本発明の改良された真空作動弁組立品を、気体低大気圧送出及び高圧貯蔵用シリンダ内に挿入した。改良された弁組立品の弁開放挙動を評価するために、流動試験を実施した。１５％のＸｅと残部の水素との気体混合物（Ｘｅ−Ｈ２）を、弁組立品にかかる入口圧力が１２００ｐｓｉｇであるようにシリンダ内に充填した。シリンダは、比較例１及び２で説明したものと全く同様に構成された流動マニホールドに接続した。流動試験は、比較例１及び２で説明したものと同じ条件下で行われた。
【００７３】
試験開始から約５０秒で、改良された弁組立品は、Ｘｅ−Ｈ２を供給するように開放位置に作動した。図７は、弁の開放の際に送出圧力のスパイク又は振動が発生しなかったことを示す。結果として、質量流量調整器により測定された流量は、その目標値の０．５ｓｃｃｍで安定したままであった。流量偏移は観察されなかった。図７は、気体の送出が起こった開放圧力をわずか２０トル上回った圧力で弁が閉鎖したと観察されたことを示し、それは、比較例１〜３の従来の弁組立品と対照的な弁の感度を示した。
【００７４】
改良された弁は、比較例１で試験された従来の弁組立品と比較して、Ｘｅ−Ｈ２を供給する際の著しく向上した流動安定性を呈した。全体として、試験は、試験された従来のＯリング弁（図２）及びピン−ポペット弁（図３）の組立品と対照的な、改良された弁の流動安定性を実証した。
【００７５】
実施例２（改良された設計；１２００ｐｓｉｇでのＢＦ３；図８の試験）
図１に示すような本発明の改良された真空作動弁組立品を、気体低大気圧送出及び高圧貯蔵用シリンダ内に挿入した。比較例２と同じ手順を利用して、改良された弁組立品の弁開放挙動を評価するために、流動試験を実施した。ＢＦ３の気体を、弁組立品にかかる入口圧力が１２００ｐｓｉｇであるようにシリンダ内に充填した。シリンダは、比較例１及び２並びに実施例１のように構成された流動マニホールドに接続した。流動試験は、比較例１及び２並びに実施例１と同じ条件下で行われた。
【００７６】
試験開始から約５０秒で、改良された弁組立品が開放した。図８は、弁の開放の際に送出圧力のスパイクが発生しなかったことを示す。結果として、質量流量調整器により測定された流量は、その目標値の０．５ｓｃｃｍで安定したままであった。改良された弁は、比較例２で試験された従来の弁組立品とは対照的に、ＢＦ３を供給する際の流動安定性を呈した。図８は、気体の送出が起こった開放圧力をわずか２０トル上回った圧力で弁が閉鎖したと観察されたことを示し、それは、比較例１〜３の従来の弁組立品と対照的な弁の感度を示した。
【００７７】
試験により示された安定した流動挙動は、Ｎｅｏｆｌｏｎ（商標）台座へのＢＦ３の吸収の無いことを裏付けた。そのように、Ｎｅｏｆｌｏｎ（商標）台座は、望ましくない形状変形を受けにくく、そのことは、Ｏリング弁設計を用いて行われた流動試験に対して著しい改善であった。
【００７８】
全体として、試験は、従来のＯリング弁（図２）及びピン−ポペット弁（図３）と比較した、改良された弁の著しく向上した流動安定性を実証した。
【００７９】
実施例３（改良された弁組立品；４０，０００サイクル＋１３日間１２８０ｐｓｉｇでＢＦ３保持；図９ａ及び９ｂの試験）
図１に示すような本発明の改良された真空作動弁組立品を、気体低大気圧送出及び高圧貯蔵用シリンダ内に挿入した。比較例３と同じ条件、すなわち、４０，０００サイクルに続く１２５０ｐｓｉｇ及び１０４°ＦでのＢＦ３の１３日間の保持を合計した一連の様々な試験を弁組立品が受けた後、流量の範囲で、弁組立品の流動安定性を評価した。弁組立品の一回の開放及び閉鎖が、１回のサイクルを指した。それぞれのサイクルは、ＢＦ３の気体を使用して行った。弁は、５０００サイクルの間、開放及び閉鎖して、その後、シリンダが空状態に到達するまで１２５０ｐｓｉの圧力でシリンダから４ｓｃｃｍでＢＦ３を流すことからなる消耗試験を実施した。合計４０，０００サイクルが完了するまで、この手順を繰り返した。次に、１２５０ｐｓｉｇのＢＦ３並びに０．５、２、５、及び７ｓｃｃｍでのシリンダからの流動試験で流動試験を行って、その後、１２５０ｐｓｉｇのＢＦ３を用いて１３日間４０℃で、シリンダ内に加圧したＢＦ３を保持した。１３日間のＢＦ３の保持は、改良された弁のＢＦ３への長期の曝露の影響を評価するために設計した。
【００８０】
上記の試験のそれぞれを行った後で、改良された弁の開放挙動を様々な流量で評価した。具体的には、図９ａ及び９ｂを参照すると、質量流量調整器を通る低大気圧流動は、０．５、２、５、及び７ｓｃｃｍで行われた。送出圧力及び流量を観測し、図９ａ及び９ｂに示す結果をデータ記録した。図９ａは、送出圧力が流量のそれぞれで安定であったことを示す。送出圧力のスパイク及び変動は、試験のいずれの部分でも発生しなかった。図９ｂは、質量流量調整器を通る流量が０．５ｓｃｃｍであった時の試験の最初の９００秒間の図９ａの拡大図を示す。送出圧力は、約３５０トルで安定したままであって、流量は、目標値の０．５ｓｃｃｍで振動を呈さなかった。加えて、気体の送出が起こった開放圧力をわずか２０トル上回った圧力で弁が閉鎖したと観察され、比較例１〜３で試験された従来のＯリング弁組立品と対照的な弁の感度を示した。
【００８１】
試験は、比較例３の従来の真空作動弁とは対照的に、改良された弁組立品がすべての流量で安定した流動挙動を維持することができることを立証した。ＢＦ３の長期の曝露は、シリンダからＢＦ３を供給する改良された真空作動弁の能力に影響を及ぼさなかったと結論付けられた。
【００８２】
実施例４（１８００ｐｓｉｇでの改良された弁組立品に対する無障害モード試験）
図１に示すような本発明の改良された弁組立品を、気体低大気圧送出及び高圧貯蔵用シリンダ内に挿入した。より高い圧力での弁組立品の流動安定性を評価した。弁組立品にかかる入口圧力が７０°Ｆで１８００ｐｓｉｇであるように、窒素ガスをシリンダ内に充填した。シリンダは、比較例１で説明したように流動マニホールドに接続した。弁組立品に２０，０００サイクルを行った。それぞれのサイクルは、以下からなった。ユーザポートに供給された最大真空の結果として、１０秒間窒素ガスを流して、弁を開放させた。次に、大気圧を３５秒間ユーザポートに供給して、弁を閉鎖させた。これらのパラメータは、弁の正常動作中に遭遇することが予期されない厳しい条件をシミュレートするために選択した。第８０００サイクル及び第１６０００サイクルで、サイクルを一時停止して、弁座の両端間の漏出速度を測定した。両方の場合で、速度は、１ｅ−７ａｔｍ−ｃｃ／秒ヘリウムのオーダーであって、これは、ピン−ポペット及びＯリング弁がそれぞれ弁のサイクルにさらされる前に生じる漏出速度より一桁小さい。加えて、弁の流動性能は、窒素ガスを使用して２０，０００サイクルの前後に評価して、厳しい試験条件にもかかわらず、低大気圧送出性能の変化は観察されなかった。改良された弁は、１８００ｐｓｉｇで安定した送出挙動を呈した。比較すると、そのような高い圧力は、従来の設計（Ｏリング及びピン−ポペット）のいずれでも実現できなかった。事実、本発明人は、ピン−ポペット設計が約７５０ｐｓｉｇの圧力上限を有し、Ｏリング設計が約１５００ｐｓｉｇの圧力上限を有することを試験して観察した。これらの上限で、この２つの設計は、生成物を送出するか、あるいはランダムな振動及びスパイクにより送出するかのいずれもしない。本発明の新規の改良された弁設計は、予想に反して１８００ｐｓｉｇの高い圧力で動作することが見出された。送出圧力は、すべてのサイクルの間、安定であって、スパイクのない安定した流動挙動が観察された。弁組立品の故障は、２０，０００回のサイクル後に発生しなかった。試験は、弁組立品にかかる入口圧力が７０°Ｆで１８００ｐｓｉｇであった場合でも、弁が繰返して開放及び閉鎖することができることを実証した。
【００８３】
試験は、本発明の封止構造体及び封止が生成される機構が、従来の真空作動装置を代表すると考えられる、それぞれ図２及び３のＯリング及びピン−ポペットの真空作動装置では可能でない、優れた流動安定性を生成することを実証している。更に、新規の封止構造体は、望ましくない形状変形を受けることなく、有毒な気体への長期の曝露下でその構造的完全性を維持することができる。これは、ＢＦ３などの有毒な気体への曝露の際にＯリングの膨張及び変形を受けやすかったＯリング設計とは全く対照的である。更に、検出可能な送出圧力のスパイク及び振動を除去する能力により、エンドユーザ工具の停止の可能性を低減する。また更に、本発明は、流体の送出の際の圧力スパイク挙動を解決する手段として、国際公開第２０１４／０４７５２２号に記載されているような外部の流量規制オリフィス（ＲＦＯ：ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ  ｆｌｏｗ  ｏｒｉｆｉｃｅ）の必要性を除去する。
【００８４】
上記の弁及び封止機構は、そのうちのいくつかだけを先に例示して説明してきた、様々な実施形態の形態に組み込むことができることを理解されたい。本発明の特定の実施形態と考えられるものを図示して説明してきたが、当然、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、形態又は詳細の様々な修正及び変更を容易に行うことができることが理解されるであろう。したがって、本発明は、本明細書で図示して説明した厳密な形態及び詳細、あるいは本明細書に開示し以下に請求する本発明の全体以外のなにものにも限定されないことを意図している。
【図１ａ】
0006756727.tif 000002
【図１ｂ】
0006756727.tif 000003
【図１ｃ】
0006756727.tif 000004
【図２】
0006756727.tif 000005
【図３】
0006756727.tif 000006
【図４】
0006756727.tif 000007
【図５】
0006756727.tif 000008
【図６ａ】
0006756727.tif 000009
【図６ｂ】
0006756727.tif 000010
【図７】
0006756727.tif 000011
【図８】
0006756727.tif 000012
【図９ａ】
0006756727.tif 000013
【図９ｂ】
0006756727.tif 000014
【図１０ａ】
0006756727.tif 000015
【図１０ｂ】
0006756727.tif 000016
【図１０ｃ】
0006756727.tif 000017
【図１１ａ】
0006756727.tif 000018
【図１１ｂ】
0006756727.tif 000019
【図１１ｃ】
0006756727.tif 000020
【図１１ｄ】
0006756727.tif 000021
【図１２】
0006756727.tif 000022
【図１３ａ】
0006756727.tif 000023
【図１３ｂ】
0006756727.tif 000024
【図１３ｃ】
0006756727.tif 000025
【図１３ｄ】
0006756727.tif 000026
【図１４ａ】
0006756727.tif 000027
【図１４ｂ】
0006756727.tif 000028