(57)【要約】【課題】内部調和振動を解消するか又は最小限に抑える可変流量調整器を提供すること。【解決手段】本発明の可変流量調整器が、流体移送チャンバを中に有する調整器本体を具備する。流体入口ポート及び流体出口ポートがチャンバと流体連通して、又弁座がチャンバの一方の端部に設けられる。一体型のポペット組立体が、ダイヤフラムに取り付けられて本体の中に配設される。ポペット組立体が、弁座の直径より大きなサイズの直径を有するヘッドを具備して、閉鎖位置に置かれたとき弁座に対して漏れ止めシールを提供する。ポペット組立体は、ヘッドが弁座から離れたときに流体を流体移送チャンバの中に通すために、ヘッドの下流に位置決めされた複数のオリフィスも具備する。複数のオリフィスは流体移送チャンバの中で同心に位置決めされる。【選択図】　　　図２
2004045399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調整器本体を貫通する流体移送チャンバ、及び流体移送チャンバに流体連通している流体入口ポートと流体出口ポート、及び流体移送チャンバの一方の端部に位置決めされた弁座、を有する調整器本体と；
調整器本体に取り付けられているダイヤフラムハウジングであって、流体移送チャンバに流体連通しているダイヤフラムチャンバを有しているダイヤフラムハウジングと；
ダイヤフラムチャンバの中に配設されたダイヤフラムと；
ダイヤフラムに取り付けられていて、調整器本体の中に配設されている一体型のポペット組立体であって、
閉鎖位置に置かれたとき、弁座に対して漏れ止めシールを提供するために弁座より大きな直径を有するヘッド、及び、
ヘッドが弁座より離れているとき流体を流体移送チャンバの中に通すために、ヘッドに隣接して位置決めされている複数のオリフィスであって、流体移送チャンバの中で同心に位置決めされている複数のオリフィスを具備している一体型のポペット組立体と；
所望の流体出口圧力を生み出すために、ダイヤフラムと一体型のポペット組立体とを制御するための手段と；を具備している流体圧力調整器。
【請求項２】
軸端の一方がダイヤフラムに取り付けられているシャフトと；
ダイヤフラムとは反対側のシャフトの軸端から半径方向外側に広がっていて、調整器本体に固定的に取り付けられているフランジと；
うねり運動によって調整器の中におけるポペットの軸方向変位を促進するために、フランジからヘッドまで半径方向内側に延在している薄い壁部分と；
ヘッドから離れるように軸方向に延びていて、シャフトの一部分の周りに同心に位置決めされているスリーブであって、流体移送チャンバの中に配設されていて複数のオリフィスを具備しているスリーブと；を一体型のポペット組立体が更に具備しているところの、請求項１に記載の流体圧力調整器。
【請求項３】
ポペット組立体が、流体移送チャンバの中にシールを提供するために、オリフィスに隣接して位置決めされたシール部材を更に具備していて、複数のオリフィスが、ヘッドとシール部材との間に設けられているところの、請求項１に記載の流体圧力調整器。
【請求項４】
スリーブの外側面の周りに円周状に位置決めされて半径方向に突出した一つ以上のリップをシール部材が具備しているところの、請求項３に記載の流体圧力調整器。
【請求項５】
不足閉鎖動作の際にヘッドを弁座との密封係合状態に置くためにばね力をポペット組立体に作用させるためのばね組立体を更に具備している、請求項１に記載の流体圧力調整器。
【請求項６】
底蓋を更に具備する請求項５に記載の流体圧力調整器であって、前記底蓋が、ダイヤフラムハウジングとは反対側の調整器本体の端部に取り付けられていて、流体移送チャンバに隣接して位置決めされている中央チャンバを含んでいる底蓋であり、ばね組立体が、中央チャンバの中に配設されてポペット組立体と接触している、請求項５に記載の流体圧力調整器において、ポペットフランジが、調整器本体と底蓋との間に挟まれて配置されて、調整器本体と底蓋との間に漏れ止めシールを形成している、請求項５に記載の流体圧力調整器。
【請求項７】
中央チャンバの中で軸方向に延在している一つ以上のばねと；
一つ以上のばねを包み込むために一つ以上のばねを覆って配設されているばね格納部材であって、ポペットヘッドの下面と接触している軸方向に突出したヘッドを含んでいるばね格納部材と；をばね組立体が具備しているところの、請求項５に記載の流体圧力調整器。
【請求項８】
一つ以上のばねの最も内側部分の中に同心に配設されている内側ばねガイドと；
一つ以上のばねの最も外側部分とばね格納部材との間に挟まれて配置されている外側ばねガイドと；をばね組立体が更に具備しているところの、請求項７に記載の流体圧力調整器。
【請求項９】
ばね組立体の周りに同心に配設された環状ポペット支持体を更に具備していて、ポペットフランジが、ポペット支持体と調整器本体との対向面の間に挟まれているところの、請求項５に記載の流体圧力調整器。
【請求項１０】
ポペット組立体と調整器本体とが、フルオロポリマー材料からそれぞれ形作られているところの、請求項１に記載の流体圧力調整器。
【請求項１１】
調整器本体と、調整器本体の中に配設されている一体型のポペット組立体と、ダイヤフラムハウジングと、ダイヤフラムと、設定値圧力をダイヤフラムの一方の面に作用させるための手段と、を具備する可変流量調整器であって：
前記調整器本体が、調整器本体の対向している軸端の間で調整器本体を貫いて延在している流体移送チャンバを具備しており、調整器本体が、流体移送チャンバとそれぞれ流体連通している流体入口ポートと流体出口ポートとを含んでいて、流体移送チャンバが、流体移送チャンバの軸端部に位置決めされ且つ流体移送チャンバの軸端部と一体の円形の弁座を含んでいる調整器本体であり；
前記一体型のポペット組立体が、
流体移送チャンバを軸方向に通り抜けるシャフトと、
シャフトの軸端と一体の、半径方向に広がるフランジと、
フランジと一体で且つシャフトの方に軸方向に延在している薄い壁部分と、
薄い壁部分と一体で、弁座より僅かに大きな直径を有するヘッドと、
ヘッドと一体で、シャフトの一部分に沿って同心に延びているスリーブであって、スリーブを貫通して配設されている複数のオリフィスと、流体移送チャンバの内側面に対してシールを形成するための、外側スリーブ面に沿った密封手段とを具備しているスリーブと、を具備している一体型のポペット組立体であり；
前記ダイヤフラムハウジングが、調整器本体の軸端部に取り付けられて、そしてダイヤフラムハウジングの中にダイヤフラムチャンバを具備していて、流体移送チャンバと流体連通しているダイヤフラムハウジングであり；
前記ダイヤフラムが、フランジと反対側のポペットシャフトの軸端に取り付けられていて、ダイヤフラムチャンバの中に配設されているダイヤフラムであり；前記設定値圧力をダイヤフラムの一方の面に作用させるための手段が、所望の流体出力圧力を提供するために、調整器作動中に調整器の中でダイヤフラム及びポペット組立体の軸方向運動を制御する、設定値圧力をダイヤフラムの一方の面に作用させるための手段である；ところの可変流量調整器。
【請求項１２】
ダイヤフラムハウジングとは反対側の調整器本体の軸端部に取り付けられている底蓋であって、流体移送チャンバに隣接して位置決めされている中央チャンバを含んでいる底蓋と；
中央チャンバの中に配設されていて、ポペット組立体と接触しているばね組立体と；を更に具備する請求項１１に記載の可変流量調整器において、
ポペットフランジが、調整器本体と底蓋との間に差し挟まれて、調整器本体と底蓋との間に漏れ止めシールを形成する、請求項１１に記載の可変流量調整器。
【請求項１３】
中央チャンバの中で軸方向に延在している一つ以上のばねと；
一つ以上のばねを包み込むために一つ以上のばねを覆うように配設されているばね格納部材であって、ポペットヘッドの下側面と接触する軸方向に突出した部分、を含むばね格納部材と；をばね組立体が具備するところの、請求項１２に記載の可変流量調整器。
【請求項１４】
一つ以上のばねの最も内側部分の中に同心に配設された内側ばねガイドと；
一つ以上のばねの最も外側部分とばね格納部材との間に挟まれて配置された外側ばねガイドと；をばね組立体が更に具備するところの、請求項１３に記載の可変流量調整器。
【請求項１５】
ばね格納部材が、無孔ヘッドと、概ね円筒状の側壁と、フランジとを具備していて：
前記無孔ヘッドが、ポペットヘッドの下側面と接触している無孔ヘッドであり；
前記概ね円筒状の側壁が、無孔ヘッドから離れるように軸方向に延在して、薄い壁部分を含んでいる概ね円筒状の側壁であり；
前記フランジが、側壁の薄い壁部分から離れるように半径方向に広がり、フランジから軸方向外側に突出している舌状部を含んでいて、底蓋とポペット支持体との対向面の間に挟まれているフランジであり、舌状部が、ポペット支持体の凹溝の中に配設されて、凹溝と共に漏れ止めシールを提供する；ところの請求項１３に記載の可変流量調整器。
【請求項１６】
ばね組立体の周りに同心に配設された環状ポペット支持体を更に具備している請求項１２に記載の可変流量調整器において、ポペットフランジが、ポペット支持体と調整器本体との対向面の間に挟まれている、請求項１２に記載の可変流量調整器。
【請求項１７】
ポペットフランジが、ポペットフランジから軸方向に突出している舌状部を含んでいて、舌状部が、調整器本体の凹溝の中に配設されて、舌状部と調整器本体の凹溝との間に漏れ止めシールを形成するところの、請求項１２に記載の可変流量調整器。
【請求項１８】
ポペット組立体と調整器本体とがそれぞれフルオロポリマー材料から形成されるところの、請求項１２に記載の可変流量調整器。
【請求項１９】
ポペット密封手段が、円形の様式でスリーブの周りに配設された一つ以上のリップの形をしていて、前記リップの各々がスリーブから離れるように半径方向にある距離突出しているところの、請求項１２に記載の可変流量調整器。
【請求項２０】
調整器本体が、弁座の周りに同心に配設された凹溝を更に具備するところの、請求項１２に記載の可変流量調整器。
【請求項２１】
調整器本体と、底蓋と、ダイヤフラムハウジングと、調整器本体及び底蓋及びダイヤフラムハウジングの中に配設された一体型のポペット組立体と、密封手段と、ダイヤフラムと、制御手段と、を具備する可変流量調整器であって：
前記調整器本体が、調整器本体の対向している軸端の間で調整器本体を貫いて延在している流体移送チャンバを具備して、流体移送チャンバとそれぞれ流体連通している流体入口ポートと流体出口ポートとを含んでいて、流体移送チャンバが、流体移送チャンバの一方の端部に位置決めされた円形の弁座を含んでいる調整器本体であり；
前記底蓋が、弁座に隣接する調整器本体の軸端部に取り付けられていて、また流体移送チャンバに隣接して位置決めされた中央チャンバを具備している底蓋であり；
前記ダイヤフラムハウジングが、底蓋とは反対側の調整器本体の軸端部に取り付けられていて、流体移送チャンバと流体連通しているダイヤフラムチャンバを具備しているダイヤフラムハウジングであり；
前記一体型のポペット組立体が、
流体移送チャンバを軸方向に貫いて通っているシャフトと、
底蓋に隣接して位置決めされたシャフトの軸端と一体で、前記軸端から半径方向外側に延在しているフランジと、
フランジと一体で、半径方向内側とシャフトの方の軸方向とに延在している薄い壁部分と、
弁座より僅かに大きな直径を有していて、薄い壁部分と一体の無孔ヘッドであって、弁座に対して漏れ止めシールを提供するために弁座に隣接して位置決めされている無孔ヘッドと、
無孔ヘッドと一体で、無孔ヘッドから軸方向に延在していて、無孔ヘッドより僅かに小さい直径を有してシャフトの一部分の周りに同心に延在しているスリーブであって、スリーブを貫通して配設された複数のオリフィスを具備していて、流体移送チャンバの中に少なくとも部分的に配設されているスリーブと、を具備している一体型のポペット組立体であり；
前記密封手段が、流体移送チャンバの内側面に対して密封を形成するための、スリーブ外側面に沿った密封手段であり、複数のオリフィスが、スリーブに沿って軸方向に無孔ヘッドと密封手段との間に配置されている密閉手段であり；
前記ダイヤフラムが、フランジと反対側のポペットシャフトの軸端に取り付けられて、ダイヤフラムチャンバの中に配設されているダイヤフラムであり；
前記制御手段が、所望の出力流体圧力を提供するために、調整器作動中に調整器の中でダイヤフラムとポペット組立体との運動を制御するための制御手段である；ところの可変流量調整器。
【請求項２２】
周縁に沿って設けられていて周縁から軸方向に延びていて調整器本体の凹溝の中に位置決めされる舌状部をポペットフランジが、舌状部と調整器本体の凹溝との間に漏れ止めシールを提供するために含んでいるところの、請求項２１に記載の可変流量調整器。
【請求項２３】
制御手段が、調整器本体に取り付けられている上蓋を具備して、上蓋と、隣接するダイヤフラム面との間に閉鎖容積を形成し、上蓋が、設定値空気圧を閉鎖容積に供給するために、及び供給の結果として生じる圧力をダイヤフラム面に作用させるために空気供給ポートを具備するところの、請求項２１に記載の可変流量調整器。
【請求項２４】
ばね組立体を更に具備している請求項２１に記載の可変流量調整器であって、前記ばね組立体が、中央チャンバの中に配設されていて、ポペット組立体に対して付勢ばね圧力を作用させるためにポペット組立体と接触している、請求項２１に記載の可変流量調整器。
【請求項２５】
中央チャンバの中で軸方向に延在している一つ以上のばねと；
一つ以上のばねを包み込むために一つ以上のばねを覆うように配設されている軸方向に可動なばね格納部材であって、ポペットヘッドの下側面と接触する軸方向に突出した部分を含んでいるばね格納部材と；をばね組立体が具備するところの、請求項２４に記載の可変流量調整器。
【請求項２６】
一つ以上のばねと同心に、かつ軸方向に整列して、位置決めされているばねガイド手段をばね組立体が更に具備しているところの、請求項２５に記載の可変流量調整器。
【請求項２７】
ばね格納部材が、無孔ヘッドと、概ね円筒状の側壁と、フランジとを具備するところの、請求項２５に記載の可変流量調整器であって：
前記無孔ヘッドが、ポペットヘッドの下側面と接触している無孔ヘッドであり；
前記概ね円筒状の側壁が、無孔ヘッドから離れるように軸方向に延在していて、軸方向に可動な薄い壁部分を含んでいる概ね円筒状の側壁であり；
前記フランジが、概ね円筒状の側壁から離れるように半径方向外側に広がっていて、軸方向に突出した舌状部を含んで、底蓋とポペット支持体との対向面の間に挟まれているフランジであり、格納部材のフランジの前記舌状部が、ポペット支持体の凹溝の中に配設されて、凹溝と共に漏れ止めシールを提供する；請求項２５に記載の可変流量調整器。
【請求項２８】
ばね組立体の周りに同心に配設されて中央チャンバの中に配設されている環状ポペット支持体を更に具備していて、ポペットフランジが、ポペット支持体と調整器本体との対向面の間に挟まれているところの、請求項２４に記載の可変流量調整器。
【請求項２９】
ポペット組立体と調整器本体とが各々、フルオロポリマー材料から形作られているところの、請求項２１に記載の可変流量調整器。
【請求項３０】
ポペット密封手段が、スリーブの周りに円形の様式に配設された一つ以上のリップの形をしていて、前記一つ以上のリップの各々が、スリーブから離れるように半径方向にある距離突出しているところの、請求項２１に記載の可変流量調整器。
【請求項３１】
調整器本体が、弁座の周りに同心に配設された凹溝を更に具備しているところの、請求項２１に記載の可変流量調整器。
【請求項３２】
入口圧力を有する入口流体を圧力調整器の流体移送チャンバの中に導く段階であって、圧力調整器が、圧力調整器の中に配設されている可動ポペットを具備する圧力調整器であり、可動ポペットが、弁座に隣接して位置決めされたポペットヘッドを有し、且つポペットヘッドから下流の流体移送チャンバ内でポペットヘッドに隣接して位置決めされたスリーブを含む可動ポペットであるところの、入口圧力を有する入口流体を圧力調整器の流体移送チャンバの中に導く段階と；
スリーブの中に配設された複数のオリフィスを通過してダイヤフラムチャンバまで流体が通るところの所定の程度の流体通過であり、流体移送チャンバから、スリーブの下流に位置するダイヤフラムチャンバまでの所定の程度の流体通過を可能にするために圧力調整器の中でポペットの運動を制御する段階と；
調整器から出てゆく流体が流体入口圧力より低い圧力であるところの、ダイヤフラムチャンバまで通された流体を調整器の流体出口に送り出す段階と；を含んで成る流体出口圧力を調整するための方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して高い供給圧力で供給された流体の望ましく低下された出力圧力を提供することに対して有用な調整器に関するものであり、より具体的には、望ましくない内部調和振動チャタリング、望ましくない騒音、及び前記調和振動チャタリングと騒音とに結びついた消耗を解消するか又は最小限に抑えるような様態で、流体出口圧力を調整若しくは制御するように特に作られた調整器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体圧力調整器は当該技術分野で公知の装置であり、前記装置は、供給圧力で供給された流体の圧力を、次に続く流体の処理に便利な所望の出口圧力に低下させるために使用されるものである。例示的用途では、調整器は、化学的に攻撃的で及び／又は高純度な流体の供給圧力を、例えば半導体製造産業においては、次に続く処理のために流体を分配するのに適した所望の出力圧力まで低下させるために使用され得るものである。
【０００３】
流体圧力調整器は、一般的には内部ダイヤフラムを含んでおり、前記ダイヤフラムは、ダイヤフラムの全域に作用している圧力差を媒介として調整器の中に入る流体の出口圧力を制御するように働く。ダイヤフラムの一方の側に加えられた第一圧力は、設定値圧力に一致する。この設定値圧力は、空圧的に若しくは機械的にのどちらかで利用されることが可能である。ダイヤフラムの反対側に作用している第二圧力は、供給圧力で調整器の中に入る流体によって提供される圧力である。一般的にダイヤフラムは、ダイヤフラムの全域に作用している圧力差によって開くか又は閉じる弁部材に取り付けられている。
【０００４】
そのような上述の調整器の作動中に、調整器の内部部材が望ましくない振動をする傾向があることが知られている。特にダイヤフラム及び／又は弁部材が、調和振動の振動数を引き起こす特定の流体流量において、流体が調整器を通過する際にチャタリングを起こすことが知られている。調整器内部部材の調和振動は、それが、望ましくない騒音を生み出して、ダイヤフラム及び／又は弁部材のような内部構成要素の加速された消耗を引き起こすので望ましくない。更に調整器内部で生じた調和振動は、調整器に連結されている弁及びパイプのような、流体移送システムにおける他の流体処理部材に伝わることがあり、このことは、これら連結された部材に対する損傷を引き起こすか、又は前記連結された部材の適正な作動を阻害することがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、流体調整器が、動作中の内部調和振動の可能性を排除するか又は最小限に抑えるような様態で作られることが望まれている。そのような調整器が、性能低下することあるいは汚染物質を流体の中にもたらすような別な様態で機能することなしに、化学的に攻撃的で及び／又は高純度な流体とともに、調整器の作動ができるように構成されることも望まれている。そのような調整器が、調整器を通る流体漏出路の数を減らすような様態で作られていることが更に望まれており、そのことによって化学物質の外部環境への漏出の可能性が低減される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
可変流量流体圧力調整器が、動作中の内部調和振動の可能性を排除あるいは最小限に抑える様態で作られており、それによって前記内部調和振動から引き起こされる内部の規則的な損傷を最小限に抑え、及び／又は排除して、実用通常運転期間を延長する。調整器は調整器本体を具備しており、調整器本体はそれを貫いて配設された流体移送チャンバを有している。流体入口ポート及び流体出口ポートは、流体移送チャンバと流体連通しており、また弁座が流体移送チャンバの一方の端部に位置決めされている。ダイヤフラムハウジングが、調整器本体に取り付けられており、また流体移送チャンバに流体連通しているダイヤフラムチャンバを有している。
【０００７】
一体型のポペット組立体が、ダイヤフラムに取り付けられており、そして本体の中に配設されている。ポペット組立体は、弁座の直径より大きいサイズの直径を有したヘッドを具備していて、閉鎖位置に置かれたとき弁座に対する漏れ止めシールを提供する。ヘッドが弁座から離れたとき流体を流体移送チャンバに通すために、ポペット組立体は、ヘッドから下流に位置決めされた複数のオリフィスも具備している。複数のオリフィスは、流体移送チャンバの中で同心に配置されている。調整器は、所望の流体出口圧力を生み出すために、ダイヤフラムとポペット組立体とを制御するための手段を含んでいる。
【０００８】
本発明の圧力調整器は、化学的に攻撃的で及び／又は高純度な流体とともに動作が可能な材料から形作られていて、性能低下したりあるいは前記流体の中へ汚染物質をもたらすような別な様態で機能することがない。本発明の圧力調整器は、それを通る流体漏出路が最小限の数で作られてもいて、そのことにより化学物質の外部環境への漏出の可能性が低下する。
【０００９】
本発明の、これらの及び他の、特徴、様態、並びに利点が、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面について斟酌されたときより完全に理解されるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施により作られた可変流量調整器は、調整器本体の中に位置決めされた一体型のポペット組立体を具備している。ポペット組立体は、一体型部材で構成されており、本体の中で弁座と相互作用をするポペットヘッドと複数のオリフィスを有していて、前記複数のオリフィスは、ポペットヘッドとポペット密封リップとの軸方向の間に位置決めされたポペットスリーブを貫いて配設されている。ポペット組立体は、密封可能なように本体に取り付けられており、又ポペットの軸方向うねり変位を本体の中で可能にするために、可動の薄い壁部分を含んでいる。
【００１１】
ポペット組立体は、このように構成されていて、複数のオリフィスを経由して調整器を通る流体の移動を制御するように働き、それによって作動の際の調整器内のポペット調和振動の可能性を排除するか、若しくは最小限に抑える。加えて、本発明の調整器は、化学的に攻撃的な処理流体に曝されることによる望ましくない劣化に抵抗するために、フルオロポリマー材料から形成された液濡れ部品を含んでいる。
【００１２】
図１を参照すると、本発明の実施により提供された可変流量調整器１０の例示の実施例が、調整器本体１２、調整器本体１２の底部（図１に関して）に取り付けられた底蓋１４、及び調整器本体の最上部に取り付けられたダイヤフラムハウジング１６を具備している。調整器本体１２は、調整器の中に流体を受け入れるために、本体側壁部分を通して延びている流体入口ポート１８を含んでおり、また調整器から流体を取り去るために、反対側の本体側壁部分を通して延びている流体出口ポート２０を含んでいる。流体入口及び出口ポートは、流体処理システムの中で調整器の取付けを可能にするために、相補的継手２２及び２４との取付けをそれぞれ提供するように構成されている。調整器の所望の構造体への取り付けを容易にするために、位置決めリング２６が底蓋１４に取り付けられている。
【００１３】
図１及び２を参照して、図の下端から上方に移動すると、流量調整器位置決めリング２６が、底蓋１４の外径の周囲に配設されているのが示されており、そして蓋ショルダ２８のリングに対する相互作用によって蓋を支持面に保持するように働いている。リング２６は、取付けボルト（図示されない）若しくは他の在来の取付け手段を開口３０の中に収容するために、リング２６を貫いて配設された一つ以上の開口３０を含んでいる。
【００１４】
底蓋１４は、中央チャンバ３２を含んでおり、前記中央チャンバ３２は、底蓋をとおる中心軸に沿ってベース３４から開放端３６まで軸方向に延在している。底蓋は、中央チャンバの中に配設されたばね組立体４０を含んでおり、前記ばね組立体４０は、ばね格納部材（５２、以下に記載）のヘッド部に所望の駆動力を提供して、そのようなヘッド部とポペットヘッド（１１０、以下に記載）との間に接触を維持し、その結果、調整器内におけるポペット組立体の軸方向に向いた運動を支える。ばね組立体４０は、下流における適切な圧力が不足したとき、即ちチャンバ１４６における流体圧力が不足したとき、ポペット組立体を本体内の密封位置に配置するようにも機能する。ばね組立体４０は、中央チャンバ３２の中で中央に配置された内側ばねガイド４２を具備しており、前記内側ばねガイド４２は、ベース３４から所定の長さだけ軸方向上方に突き出ている。第一ばね４４が、内側ばねガイド４２の外側面の周りで同心に位置決めされており、また第一ばね４４は、ばねの一方の端部のあるベースの中に凹になった溝４６と、ばねの他方の端部のある外側ばねガイド４８との軸方向の間で挟まれている。第二ばね５０は第一ばね４４の周りで同心に配設されている。第一ばね４４と同様に第二ばねも、ベース溝４６と外側ばねガイド４８との軸方向の間に挟まれている。
【００１５】
外側ばねガイド４８は、円筒形状側壁を含んでおり、前記円筒形状側壁は、ベース３４に隣接して位置決めされた開放端から、凸状上面を有する閉鎖端まで軸方向に延在している。内側ばねガイド４２及び外側ばねガイド４８は、前記ガイド間に形成される一定の環状空間の中にばねを収容するために協働しており、前記一定の環状空間は、望ましくない結合若しくはばねの軸方向の正しい動きに対する他の障害を防ぐ規定された行程経路を提供するためのものである。
【００１６】
一体のばね格納部材５２が、外側ばねガイド４８の外側面の周りで同心に位置決めされており、またラジアルフランジ５６から離れるように軸方向に延びる円筒形状側壁面５４を含んでいる。ラジアルフランジ５６は、ばね格納部材の周縁を形成しており、また前記周縁から所定の距離だけ軸方向に突出した舌状部を含んでいる。以下に説明されるように、フランジ舌状部は、ポペット支持体５８の中に設けられた溝の中に配設される。側壁面５４は、フランジを架橋している薄い壁部分を含んでいる。ばね格納部材は、フランジ壁面の薄い壁部分が溝４６に軸方向に隣接して位置決めされるように、中央チャンバ３２の中で位置決めされる。ばねが圧縮されて外側ばねガイド４８と格納部材５２とがベース３４へ向かって軸方向にそれぞれ移動するとき、この配置は、薄い壁部分が軸方向に移動する空間を提供するので、重要である。薄い壁部分は、外側ばねガイド４８の隣接する外側面によって支持され、また外側ばねガイド４８と接して離れてうねる。
【００１７】
ばね格納部材５２が、うねる薄い壁部分を持つ壁面を有するように説明され又図解されてきたが、格納部材が、中央チャンバの中のばねの軸方向の動きを提供するために異なって構成されることが可能であるということが理解されるべきである。例えば、ばね格納部材が、所望の軸方向運動を可能にするために、蛇腹若しくはアコーディオン式構造を有する壁面を含むことが可能である。ばね格納部材５２は、ある距離だけ軸方向上方に突き出ている硬性ヘッド６０を有する閉鎖端部を含んでいる。後述されるように、ヘッドは、接触して、ポペット組立体６２に対する支持面を提供するように構成されている。
【００１８】
環状ポペット支持体５８は、中央チャンバ３２の中に配設されていて、中央開口６４を含んでおり、前記中央開口６４は、ベース３４に隣接して位置決めされている第一軸端から、ポペット組立体６２に隣接して位置決めされている第二軸端まで環状ポペット支持体５８を貫いて延在している。前述のように、ポペット支持体の第一軸端は、その中に凹んだ円形溝を含んでおり、前記円形溝は、その中にラジアルフランジ５６からの舌状部の配置を提供するように大きさを決められている。好適な実施例では、溝は、溝と舌状部との間に漏れ止めの界面嵌め合いを提供するために、舌状部の厚さより僅かに小さい幅を有するように大きさを決められている。
【００１９】
中央開口６４は、二つの異なるサイズの直径部分、即ち、第一直径部分と第二直径部分とを具備しており、前記第一直径部分は、第一軸端から離れる軸方向にある距離だけ延びており、前記第二直径部分は、第一直径部分から第二軸端まで延びている。第一直径部分は、ばね格納部材５２の周りに同心に設けられており、そして第一直径部分の中でばね格納部材の軸方向自由運動を可能にするように構成されている。第二直径部分は、第一直径部分より小さな大きさになっており、そしてばね格納部材ヘッド６０の周りに同心に設けられている。以下に説明されるように、第二直径部分は、第二直径部内におけるヘッドの軸方向自由運動を可能にすること、及びポペット組立体６２の薄い壁部分の配置とうねり運動とを第二直径部分の中に収容することの両方のために、ヘッドより僅かに大きいサイズになっている。
【００２０】
環状ポペット支持体５８は、中央チャンバ３２の中に空き空間６８を提供するように作られた外側壁面６６を具備している。環状ポペット支持体５８は、流体路７０を更に含んでおり、前記流体路７０は、中央チャンバの中に漏出した流体の、調整器本体の中の漏れ検出ポート７２への経路を定めるために、中央開口６４の第一直径部分から外側壁面６６まで半径方向に延在している。
【００２１】
調整器本体１２は、対向する第一軸端７６と第二軸端７８との間で軸方向に調整器本体１２を貫いて延在している流体移送チャンバ７４を含んでいる。本体第一軸端及び本体第二軸端の各々は、底蓋１４及びダイヤフラムハウジング１６とのねじ結合をそれぞれ提供するためにねじ付き外面を含んでいる。特に本体第一軸端は、底蓋１４の相補的ねじ付き壁にねじ結合される。調整器本体は、概ね円筒状の内側壁面８０により形成される空き空間を第一軸端に隣接して含んでいる。内側壁面８０は、その中にポペット支持体５８の配置を収容するように、大きさを決められて作られている。本体内側壁面は、ポペット支持体５８からの漏出流体の通過を円滑にするために必要な空き空間６８を提供するように、大きさを決められて作られている。
【００２２】
本体の中を第一軸端７６から上方に視線を移動すると、内側壁面が、ショルダ８２を含んでおり、前記ショルダ８２は、細くされた直径により形成されたものであり、又環状凹溝８４を含んでいる。以下に説明されるように、溝は、ポペット組立体から外側に突出している舌状部を溝の中に保持するように大きさを決められて作られて、舌状部との漏れ止め連結を提供している。
【００２３】
ショルダ８２から内側半径方向に移動すると、本体内側壁面が、入口流体キャビティ８６を含んでおり、前記入口流体キャビティ８６は、本体の中に軸方向に凹となっていて、ショルダ８２からある距離離れて位置決めされている。図３で最良に示されているように、入口流体キャビティ８６は、入口流路８８を介して流体入口ポート１８と流体連通しており、前記入口流路８８は最初本体に半径方向に入り、次いで軸方向下方に延びて入口流体キャビティに合流している。
【００２４】
入口流体キャビティ８６は、流体移送チャンバ７４に達するまで、本体の中で半径方向内側にある距離延びており、前記流体移送チャンバ７４は入口流体キャビティの直径より小さな直径を有している。本体は円形弁座９０を含んでおり、前記円形弁座９０は、入口流体キャビティと流体移送チャンバとの半径方向の間に挟まれて、流体移送チャンバ７４への入口を形成している。好適な実施例では、弁座は本体と一体化されており、すなわち本体それ自身の一部から成形されたり機械加工されたりしている。例示の実施例では、本体は、弁座の周囲に同心に配設された凹溝９２を含んでいる。凹溝９２は、弁座とポペット組立体の界面部分との間の順応性を高めるために僅かな程度での弁座の移動を提供する逃げとして働き、それによってポペット組立体の界面部分と弁座との間の漏れ止めシールを確実にする。
【００２５】
流体移送チャンバ７４は、調整器本体を貫通して本体第二軸端７８まで軸方向にある距離延びている。流体移送チャンバから離れて第二軸端の方に軸方向に視線を移動すると、本体は、流体キャビティ９６とショルダ９８とによって画成された内側壁面９４を含んでいる。図３で最良に示されているように、流体移送チャンバ７４は、出口流路１００を介して流体出口ポート２０と流体連通しており、前記出口流路１００は、最初に流体移送チャンバから本体の中で軸方向に延び、次いで半径方向に本体を通って延びている。
【００２６】
図２に戻ってこれを参照すると、ポペット支持体５８は、底蓋１４と調整器本体１２との軸方向の間に差し挟まれている。ポペット組立体６２は、本体１２の中に配設されていて、第一軸端にフランジ１０４と、ねじ付きの反対側の第二軸端とを有するポペットシャフト１０２を含んだ一体型構造体を含んでなるものであり、前記フランジ１０４はポペットシャフト１０２から半径方向外側にある距離延在している。図２及び４を参照すると、フランジ１０４は、概ね円盤形状の部材であり、本体１２とポペット支持体５８との軸方向の間に差し挟まれている。フランジは、その周縁に沿って設けられた、軸方向に突出した舌状部１０６を含んでおり、前記舌状部１０６は、本体ショルダ８２の環状凹溝８４の中に配設されている。舌状部は、溝の幅より僅かに大きな厚さを有するように大きさを決められて、溝とともに漏れ止め界面嵌め合いを提供している。
【００２７】
フランジ１０４から半径方向内側に移動すると、ポペット組立体は薄い壁部分１０８を含んでおり、前記薄い壁部分１０８は、フランジ１０４と（ポペットシャフトを通って延びる軸に関して）中央に位置決めされたポペットヘッド１１０との間に挟まれている。薄い壁部分１０８は、ポペット組立体の移行部分を形作り、そしてばね格納部材ヘッド６０の外径面に沿った薄い壁部分のうねり作用によって、不動のフランジ１０４に対するポペットの軸方向運動を可能にするように作られている。従って、ポペットヘッド１１０は、凹状下面を有するように作られており、前記凹状下面は、その中にばね格納部材ヘッドの配置を可能にするように大きさを決められて作られている。このように構成され配置されて、ばね格納部材ヘッドは、ポペットの薄い壁部分１０８に対する必要な支持を提供して、前述のポペットのうねり運動を円滑にする。
【００２８】
ポペットヘッド１１０は、本体弁座９０の外径より十分大きい外径を有するように大きさを決められて、ポペット組立体が調整器本体の中で軸方向上方に移動したときに、本体弁座９０に対して漏れ止め界面を提供する。好適な実施例では、ポペットヘッドは、弁座と連結するために、所望の角度、例えば角度４５度でテーパを付けられた外側面を有するように作られている。簡単に前述したように、弁座の周りに設けられた溝９２は、ポペットヘッドと弁座との間の完全な密封接触を提供するために弁座が僅かに変形することを可能にして、ポペットヘッドと弁座との間の漏れ止めシールを確実にする。
【００２９】
ヘッド１１０から離れて軸方向に移動するとポペット組立体はスリーブ１１４を含んでおり、前記スリーブ１１４は、シャフトの一部分の周りに同心状に延在している。スリーブ１１４は複数のオリフィス１１６を含んでおり、前記複数のオリフィス１１６は各々、スリーブの外側面からスリーブを貫通してスリーブとポペットシャフトとの間の環状空間まで延在している。スリーブ１１４はシール部材１１８も含んでおり、前記シール部材１１８は、ポペットヘッドと反対側のスリーブの軸端に隣接して位置決めされて、流体移送チャンバ７４の側壁部分に対する漏れ止めシールを形成する。例示の実施例では、シール部材は、スリーブを取り囲んだ一つ以上のリップの形をしており、又流体移送チャンバの隣接する面との漏れ止め嵌め合いを保証するのに十分な距離だけ半径方向外側に突出している。好適な実施例では、シール部材はそのようなリップのペアを含んで成るものである。
【００３０】
図２に最良に示されているように、スリーブを貫通している複数のオリフィス１１６は、ポペットヘッド１１０とシール部材１１８との軸方向の間に一方の端と途方の端を挟まれており、このことによって、ポペット組立体が本体の中に十分引き込まれたとき弁座からヘッドを離して、流体移送チャンバの中へ流体を通すことを可能にする。以下により良く説明されるように、シール部材は、スリーブと流体移送チャンバとの間のバイパス流れを排除するように作られており、そのことによって、調整器内の流体が複数のオリフィスを通過するようにしている。この特徴は、調整器作動中の望ましくない調和振動と、その結果生じるポペットのチャタリングとを除去するか最小限に抑える目的のために重要である。
【００３１】
ポペットシャフト１０２は、ポペットヘッドから軸方向に離れるように突出して、流体移送チャンバ７４を貫いて配設されている。ポペットシャフト１０２は、流体移送チャンバより外側に突出して、ダイヤフラムハウジング１６内に形成されているダイヤフラムチャンバ１２０の中に突き出ている。図２に示されるように、ダイヤフラムハウジング１６は、第一ハウジング端部１２２においてねじ接続によって調整器本体第二軸端７８に取り付けられている。ダイヤフラムチャンバ１２０は流体移送チャンバ７４と流体連通をしている。ダイヤフラムハウジングは、ダイヤフラムチャンバの環状縁から軸方向外側に突出している舌状部１２４を含んでおり、前記舌状部１２４は、調整器本体１２の内側に位置決めされた相補的溝の中に収まる。前記溝は、舌状部の厚さより僅かに小さな幅を有するように大きさを好ましく決められて、溝と舌状部との間の漏れ止め界面嵌め合いを提供する。
【００３２】
ダイヤフラムチャンバは、調整器本体からダイヤフラムハウジングの中に軸方向に沿って減少するテーパの付いた断面直径を有するように作られている。ダイヤフラムチャンバ１２０は、ネック１２６によって形成される最小直径部分を有している。ネック１２６から離れるように軸方向に沿って、ダイヤフラムチャンバは、半径方向外側に広がって、内壁面１３０によって画成される最大直径を有するフレア部１２８を形成している。以下に説明するように、フレア部１２８は、その中にダイヤフラムの配置を提供するように作られている。
【００３３】
ダイヤフラム１３２は、ダイヤフラムハウジング１６の中に位置決めされていて、その中央位置でポペットシャフトの軸端に取り付けられている。ダイヤフラムは、概ね円盤形状の部材の形をしている。例示の実施例では、ダイヤフラム１３２は、開口１３４を具備しており、前記開口１３４は、下面の中央に設けられていて、ダイヤフラム１３２の中に部分的にだけ延びている。開口１３４は、ポペットシャフト軸端のねじ付き面と補完するように作られた、ねじ付き側面を含んでいる。このように作られているので、ダイヤフラムとシャフトは、ねじ接続によって結合される。
【００３４】
ダイヤフラム１３２は、ダイヤフラムハウジング１６と上蓋１３５との軸方向の間に挟まれており、前記上蓋１３５は、ハウジング開放端１３７を介してハウジングの中に位置決めされている。上蓋はハウジングの中に嵌り合うように大きさを決められて作られており、同時に、ダイヤフラムの軸方向の所要の動きを収容するためにハウジングの中に所要量の空間を保っている。ダイヤフラムは、ダイヤフラムから離れるように半径方向外側に突出している可動の薄い壁部分１３６を含んでおり、前記薄い壁部分１３６は、対向しているハウジングと上蓋面とに固定的に取付けられるように作られている。例示の実施例では、薄い壁部分１３６はダイヤフラムから半径方向外側に広がっていて、薄い壁部分１３６の各々が軸方向に突出した舌状部１３８を具備しており、前記舌状部１３８が、ダイヤフラムの周縁を形成している。それぞれの薄い壁部分１３６の各々の舌状部１３８は、反対側の方向に軸方向に突出しており、対向しているハウジングと上蓋との中に凹になった溝の中に収まる。そのような例示の実施例では、スペーサ１４０が薄い壁部分の対向する舌状部１３８の間に差し挟まれて、舌状部のそれぞれの溝の中での積極的な係合を保証し、また二つの部分の間での漏れの検出を提供する。好適な実施例では、舌状部は、溝の幅より僅かに大きな厚さを有するように大きさを決められて、溝と共に所望の漏れ止め界面嵌め合いを提供している。
【００３５】
上蓋１３５は、環状リング１４２を使って調整器ハウジング１６上の所定の位置に保持されており、前記環状リング１４２は、上蓋の外縁部に嵌り合うように作られていて、調整器ハウジングの壁部分とねじインターフェイスを提供している。環状リング１４２は、縮小された直径部分を含んでおり、前記縮小された直径部分は、上蓋の端部に嵌り合うように大きさを決められていて、リングと本体との間のねじ接続によって上蓋の調整器本体への取り付けを保持している。取り付けられた上蓋及び本体は、共に合わさって、閉じたダイヤフラムチャンバを提供し、前記閉じたダイヤフラムチャンバは、ダイヤフラムの上、即ちダイヤフラムの上面と上蓋の内側面との間に置かれた第一容積１４４を含んで成り、またダイヤフラムの下、即ちダイヤフラムの下面と調整器本体の内側面との間に置かれた第二容積１４６を含んで成るものである。
【００３６】
図２に示された例示の調整器は、空気圧制御の流体出力圧力設定点を有するものである。従って、上蓋１３５は、上蓋を通過して第一容積１４４の中に入る空気供給ポート１４８を有するように作られている。以下に説明されるように、空気供給ポートは、ダイヤフラムの上に空気圧を加えて所望の流体出口圧力を供給する目的で備えられている。しかしながら、本発明の可変流量調整器が、他の従来型の設定値制御手段を使って作動するように作ることができることか理解されるべきである。例えば、空気圧制御手段の使用に代えて、本発明の可変流量調整器が、所望の流体出口圧力を供給するために所望の圧力をダイヤフラムの上に作用させる、機械的制御手段、即ちばね手段を使うように作られることが可能である。
【００３７】
上述されて説明された可変流量調整器は、規定の出力圧力を有する可変の流量で流体出力を供給するために以下の様態で機能する。図１、２及び３を参照すると、流体は、流体入口ポート１８を経由して調整器本体１２の中に入り、入口流路８８を通過して、弁座９０及び流体移送チャンバ７４から上流に位置している、本体内の流体チャンバ１５０の中に入る。流入流体は、所望の流体出口圧力より高い供給圧力で供給されている。設定値空気圧が、空気供給ポート１４８を経由して調整器上蓋１３５を通って、第一容積１４４の中に導かれる。
【００３８】
最初は、空気圧の設定値は、流体チャンバ１４６内の流体圧力より高く、そのことにより下方に向けられた差圧をダイヤフラム上に生み出し、前記差圧が、ポペット組立体６２を調整器内で軸方向下方に移動させる。この下方の移動は、ポペットヘッド１１０を弁座９０から離れさせ、流入流体が、流体移送チャンバ７４の中に流れ込み、そして上方にダイヤフラムチャンバ１２０に流れ込むことを可能にする。
【００３９】
複数のオリフィス１１６及びシール部材１１８を具備するポペットの構造に起因して、流入流体は、ポペットヘッドと弁座の間のバイパスよりも複数のオリフィス１１６を通る経路で流体移送チャンバの中に入る。この特徴は、複数のオリフィスが、流体が流れる際に在来の調整器内で発生することが知られている望ましくないどんな調和振動も除去するように大きさを決められて作られるという点において意義深いものである。
【００４０】
流体移送チャンバ７４の中に流入する流体は、ダイヤフラムハウジングを満たし、そしてダイヤフラム１３２の下面に対して上方に向いた圧力を加えて、ダイヤフラム上の下方に向いた設定値空気圧をある程度まで打ち消す。ポペットヘッドが弁座から離れると、流体は、ダイヤフラムハウジングの中、及び出口流路１００と出口ポート２０とを介して調整器の外、の両方に流れ、前記ダイヤフラムハウジングと出口流路１００とは、それぞれ流体移送チャンバ７４と流体連通しており、又弁座９０の下流に配設されている。ダイヤフラムに作用する差圧は、ばね組立体と共に、所望の流体出口圧力を提供するために異なる流量若しくは可変流量で調整器を通る流体の移動を制御するように作用する。
【００４１】
必要に応じて、調整器は漏れ検出能力をもつように構成されることができ、そこでは損傷した若しくは損耗したポペットの薄い壁部分１０８を通過した流体の漏れ、及び環状ポペット支持体５８とばね格納部材５２との間の流体の漏れが、ばね格納部材と流体路７０とを通って、本体を貫いて通っている漏れ検出ポート７２の中に導かれる。漏れ検出システムは、本体を内部流体漏出について監視するために、本体漏れ検出ポート７２に取り付けられることが可能である。
【００４２】
本発明の可変流量調整器の特徴は、ポペットヘッドとスリーブシール部材との間に挟まれた複数のオリフィスを具備する一体型のポペット組立体の使用である。そのようなポペットの使用は、小流量若しくは大流量の際のポペット及び弁座の望ましくない調和振動を除去するような様態で、調整器を通る流体の流れを制御して導く。本発明の可変流量調整器の他の特徴は、薄い壁部分を具備するポペット組立体の構造であり、前記薄い壁部分は、うねり運動を媒介としたポペットの軸方向運動を可能にし、前記うねり運動は、ポペットが動いたとき調整器内の流体に対するポペットの表面積に目立つほどの影響を与えない。本発明の可変流量調整器の更なる特徴は、ポペットスリーブシール部材の構造であり、前記ポペットスリーブシール部材の構造は、複数のオリフィスを通る流体の流れを導き、さらに小さなシール抵抗を有するゼロ漏出シールを提供するように特別に構成されている。
【００４３】
別の特徴は、調整器内において漏出流体と金属ばねとの間の接触の可能性を回避するための、ばね格納部材５２によるばねの完全な格納であり、それによって流体汚染の可能性を取り除く。本発明の調整器の更に別の特徴は、溝に入った舌状部によるシールを全体にわたって使用することであり、液濡れの若しくは液濡れする可能性のある調整器部材をつかって漏れ止めシールを形成することである。そのような溝に入った舌状部によるシールは、調整器を通る可能性のある漏出路の数、及び調整器内の好ましからざる流体ホールドアップ体積の両方を最小限に抑える。
【００４４】
本発明の可変流量調整器を構成するために使用される材料は、意図された用途に従って変わりうるものである。例えば、移送される流体が、攻撃的化学物質ではない、及び／又は高純度ではない、厳しくない用途に関しては、調整器を作り上げるさまざまな部材が、在来の調整器を作るので知られた在来の構造材料、例えば高分子材料及び／又は金属のような材料から形作られることができる。しかしながら、攻撃的化学物質及び／又は高純度化学物質が使用されるところの、半導体製造の用途における使用に関しては、調整器の液濡れ部材が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシルフルオロカーボン樹脂（ＰＦＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレンクロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリふっ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ弗化ビニル（ＰＶＦ）等を含んだグループから選択されたふっ素ポリマー材料から形成されることが望ましい。
【００４５】
好適な実施例では、そこでは調整器がそのような半導体処理工程で使用され、ポペット組立体、調整器本体、ダイヤフラム、及びダイヤフラムハウジングのような液濡れ部品が、それぞれそのようなふっ素ポリマー材料から形作られている。内側ばねガイド、外側ばねガイド、ばね格納部材、ポペット支持体、底蓋、上蓋、および環状リングを含んでなる液濡れしない部品は、それぞれポリプロピレン等のポリマー材料から形作られることが可能である。調整器部材は、選択した材料の個々のタイプ、特有の製造数量、及び事業の予算に従って機械加工若しくは成形工程によって形作られることができる。
【００４６】
したがって、特許請求の範囲のなかで、本発明の原理により作られた可変流量調整器が、本書で詳しく説明されたもの以外の形で具体化されてよいことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の原理によって作られた可変流量調整器の側面図である。
【図２】図２は、図１の可変流量調整器の断面２−２に沿って得られた側面断面図であり、可変流量調整器が、そこを通る流体の通過を制御するために閉作動状態にあるときの図である。
【図３】図３は、図１及び２の可変流量調整器の調整器本体の側面断面図である。
【図４】図４は、図１及び２の可変流量調整器のポペット組立体の側面断面図である。
【符号の説明】
１０…可変流量調整器
１２…調整器本体
１６…ダイヤフラムハウジング
１８…流体入口ポート
２０…流体出口ポート
６２…ポペット組立体
６０…ポペットヘッド
１１６…オリフィス
１３２…ダイヤフラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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