JP2024502978A - ベローズダイアフラムアセンブリ - Google Patents

Abstract

マスフローコントローラ用のダイアフラムアセンブリが開示される。ダイアフラムアセンブリは、開口部と、開口部から伸長して中心軸の周りに配置されており、複数の回旋を含む側壁と、開口部に面する内面及び外部シール面を含むポペットとを備える。ダイアフラムアセンブリの少なくとも一部は、マスフローコントローラの制御弁キャビティ内で移動可能に伸縮する。ポペットの内面から伸長するプッシュロッドは、マスフローコントローラのアクチュエータに応答して動き、ポペットの外部シール面が制御弁キャビティを通る流路を開閉することができる。

Description

本開示の実施形態は概して、質量流量制御のためのシステム及び方法に関し、より具体的には、マスフローコントローラのダイアフラムに関する。

マスフローコントローラは、所望位置へのガスの質量流量を調整するために使用される。例えば、一部のマスフローコントローラは、プラズマ処理システムにおいてなど、処理用途に処理ガスが送達される環境で質量流量を正確に調整する。そのようなマスフローコントローラは、質量流量を調整する際に、「接ガス部」としても知られるガスの流路に沿ったダイアフラムのたわみをしばしば利用する。

マスフローコントローラのダイアフラムはしばしば、直径が典型的には２５ｍｍ以上である円形の薄い金属薄板を備え、これは大きなたわみ（例えば６０～１００ミクロン）を許容し得るが、フットプリントがより小さいマスフローコントローラにはより小さな直径のダイアフラムが必要であり、これは特定用途に必要な大きなたわみを許容し得ない。

そのようなフットプリントがより小さいマスフローコントローラに対する需要が高まっており、従って、現在の欠点のいくつか、特により小さな直径のダイアフラムで大きなたわみ能力を維持することに関連する欠点に対処する新しいダイアフラム設計が当技術分野で必要とされている。

以下では、本明細書に開示される１つ以上の態様及び／又は実施形態に関する簡略化された概要を提示する。従って、以下の概要は、考えられるすべての態様及び／又は実施形態に関連する広範な概観とみなされるべきではなく、また、以下の概要は、考えられるすべての態様及び／又は実施形態に関連する重要又は重大な要素を特定する、又は任意の特定の態様及び／又は実施形態に関連する範囲を描写するものとみなされるべきではない。従って、以下の概要は、以下に提示される詳細な説明に先立って、本明細書に開示される機構に関連する１つ以上の態様に関連する特定の概念を簡略化形式で提示することのみを目的としている。

本開示のいくつかの態様は、制御弁キャビティ入口ポート及び制御弁キャビティ出口ポートを備える制御弁キャビティを含む流路を伴うマスフローコントローラとして特徴付けられ得る。マスフローコントローラは、流路を通って流れるガスの質量流量を測定するように構成されたマスフローメータと、マスフローメータからの質量流量信号に応答してアクチュエータ制御信号を提供するように構成されたコントローラと、アクチュエータ制御信号に応答して動くように構成されたアクチュエータとを備える。マスフローコントローラは、更に、少なくとも一部が制御弁キャビティ内で移動可能に伸縮するように構成されたダイアフラムアセンブリを備える。ダイアフラムアセンブリは、開口部と、開口部から伸長して中心軸の周りに配置されており、複数の回旋を含む側壁と、開口部に面する内面及び制御弁キャビティ入口ポートに面する外部シール面を含むポペットとを備える。プッシュロッドは、ポペットの内面から中心軸に沿って、プッシュロッドがアクチュエータに結合することができる開口部を通って伸長し得る。プッシュロッドは、アクチュエータの動きに応答して中心軸に沿って動き得、ポペットの外部シール面が制御弁キャビティを通る流路を開閉することができる。

本開示の他の態様は、制御弁キャビティ入口ポート及び制御弁キャビティ出口ポートを備える制御弁キャビティを含む流路を伴うマスフローコントローラとして特徴付けられ得る。マスフローコントローラは、流路を通って流れるガスの質量流量を測定するように構成されたマスフローメータと、マスフローメータからの質量流量信号に応答してアクチュエータ制御信号を提供するように構成されたコントローラと、アクチュエータ制御信号に応答して動くように構成されたアクチュエータとを備え得る。マスフローコントローラは、更に、ダイアフラムアセンブリを備え得、ダイアフラムアセンブリは、アクチュエータから離れて制御弁キャビティをシールする手段、制御弁キャビティを通る流路の開閉手段、及びシール手段と開閉手段との間で結合されたベローズを備え得る。ダイアフラムアセンブリがアクチュエータに応答して動くように、プッシュロッドがダイアフラムアセンブリをアクチュエータに結合し得る。

ダイアフラムアセンブリを伴うマスフローコントローラの例示的実施形態の断面図を示す。 形成されたフランジ付き上面を有するダイアフラムアセンブリを伴う図１のマスフローコントローラのノーマリーオープン制御弁アセンブリの拡大断面図を示す。 別個に結合されたフランジ付き上面を有するダイアフラムアセンブリを伴うマスフローコントローラのノーマリーオープン制御弁アセンブリの例示的実施形態の断面図を示す。 ダイアフラムアセンブリ及び付勢バネを伴うマスフローコントローラのノーマリークローズ制御弁アセンブリの例示的実施形態の断面図を示す。 一体化プッシュロッドを有するダイアフラムアセンブリを伴うマスフローコントローラのノーマリークローズ制御弁アセンブリの例示的実施形態の断面図を示す。 クランプブロックと一体化され、形成されたポペットを有するダイアフラムアセンブリを伴うマスフローコントローラのノーマリーオープン制御弁アセンブリの例示的実施形態の断面図を示す。 クランプブロックと一体化され、別個に結合されたポペットを有するダイアフラムアセンブリを伴うマスフローコントローラのノーマリーオープン制御弁アセンブリの例示的実施形態の断面図を示す。 形成されたフランジ付き上面を有するダイアフラムアセンブリの例示的実施形態の断面図を示す。 別個に結合されたフランジ付き上面を有するダイアフラムアセンブリの例示的実施形態の断面図を示す。 一体化プッシュロッド及び形成されたフランジ付き上面を有するダイアフラムアセンブリの例示的実施形態の断面図を示す。 一体化プッシュロッド及び別個に結合されたフランジ付き上面を有するダイアフラムアセンブリの例示的実施形態の断面図を示す。

「例示的」という言葉は、本明細書では「例、実例又は例示として役立つ」ことを意味するために使用される。本明細書で「例示的」として説明される任意の実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましい又は有利であると解釈されるべきではない。

本開示は、マスフローコントローラの小径ダイアフラム（例えば、７～９ｍｍ）が潜在的に大きなたわみ能力（例えば、４０～６０ミクロン）を有することを可能にし得、これにより、以前に可能であったよりも大きい流量（例えば、毎分２０標準リットル（ＳＬＭ））での質量流量制御が可能になり得る。更に本開示は、典型的な制御弁アセンブリのバネ及びプッシュロッドなどの特定の典型的なマスフローコントローラ構成要素を接ガス部から除去することを可能にし、ガス暴露に関連するそのような構成要素の腐食又は他の劣化を潜在的に防止し得る。更に、本開示は、マスフローコントローラの制御弁アセンブリが、従来は制御弁に関連付けられていたバネを必要とせずに動作することを可能にし得る。本開示の装置を実装することにより、マスフローコントローラの大幅な改善が得られ、より小さなフットプリントを伴ってより信頼性が高いマスフローコントローラを潜在的に可能にし得る。

本開示のいくつかの実施形態は、入口ポート及び出口ポートを伴う制御弁キャビティを含む流路を有するマスフローコントローラを備え得る。マスフローコントローラは、更に、流路を通って流れるガスの質量流量を測定するように構成されたマスフローメータと、マスフローメータからの質量流量信号に応答してアクチュエータ制御信号を提供するように構成されたコントローラとを備え得る。マスフローコントローラは、更に、アクチュエータ制御信号に応答して動くように構成されたアクチュエータを備え得る。アクチュエータは、例えば、圧電、ソレノイド、又は当技術分野で知られている他のアクチュエータによって実現され得る。マスフローコントローラは、更に、少なくとも一部が制御弁キャビティ内で移動可能に伸縮するように構成されたダイアフラムアセンブリを備え得、これは、流路を通るガスフローの制御を可能にし得る。ダイアフラムアセンブリは、開口部と、開口部から伸長して中心軸の周りに配置されており、複数の回旋を含む側壁と、開口部に面する内面及び入口ポートに面する外部シール面を含むポペットとを備え得る。複数の回旋を伴う側壁は、ベローズとも称され得る。本明細書で「ベローズダイアフラムアセンブリ」（又はより簡単に「ダイアフラムアセンブリ」）と称されるそのような独自のダイアフラムアセンブリ設計は、従来のダイアフラムアセンブリよりも小さな直径でより大きなたわみを可能にし得る。マスフローコントローラは、更に、ポペットの内面から中心軸に沿って、プッシュロッドをアクチュエータに結合することができる開口部を通って伸長するプッシュロッドを備え得、プッシュロッドは、アクチュエータの動きに応答して中心軸に沿って動き、ポペットの外部シール面が制御弁キャビティを通る流路を開閉することができ、制御弁キャビティを通る流路の開閉手段を提供する。

いくつかの実施形態では、ダイアフラムアセンブリは、フランジ付き上面を含み得、フランジ付き上面は、制御弁キャビティをシールするように構成され、流路内の圧力を制御及び維持することができる。更に、フランジ付き上面によって提供されるシールは、プッシュロッド及び他のマスフローコントローラ構成要素が流路内のガスへの曝露から保護されることを可能にし得、潜在的に腐食又は他のガス関連劣化を防止する。従って、フランジ付き上面は、アクチュエータから離れて制御弁キャビティをシールするための手段を提供し得、ベローズは、フランジ付き上面などのシール手段と、ポペットの外部シール面などの制御弁キャビティを通る流路の開閉手段との間に連結され得る。フランジ付き上面及びポペットの夫々は、ダイアフラムアセンブリの側壁と一体化された部品として形成され得、又は代替的に、溶接によってなど、ダイアフラムアセンブリの側壁に結合された機械加工部品であり得、フランジ付き上面は開口部に近接して結合され、ポペットは開口部の反対側の端部に結合される。

いくつかの実施形態では、ポペットの内面は、プッシュロッドを受容するように構成された、円錐形ノッチなどの凹部を含み得る。そのような凹部は、適切な弁閉鎖を妨害し得るプッシュロッドの横方向の動きを防止することによって、マスフローコントローラの信頼性を潜在的に向上させることを可能にし得る。

他の実施形態では、プッシュロッドは、ポペットの内面と一体化されて、それにより、１つの部品に形成され得る。プッシュロッドの一体化は、上記のポペット凹部と同様に、横方向のプッシュロッドの動きを防止することで信頼性を潜在的に向上させることができ得、また、部品の数を減らすことで、より単純化された堅牢な構造を可能にし得、個別に製造された部品の組み合わせに関連する誤差伝播を潜在的に制限する。

いくつかの実施形態では、ダイアフラムアセンブリの回旋即ちベローズは、ダイアフラムアセンブリの中心軸に沿って変形し、変形すると復元力を及ぼすように構成され得る。この復元力は、プッシュロッドによってなど、他の力によって乱されない場合、ポペットをデフォルトの静止位置に固定し得る。その結果、ダイアフラムアセンブリ自体がマスフローコントローラ内のバネとして機能し得、従来は制御弁に関連付けられていた追加のバネなしでマスフローコントローラを動作させることができる。ダイアフラムアセンブリのバネ様の機能は、一部の実施形態では、制御弁に関連付けられた１つ以上のバネと連携して作用し、ダイアフラムアセンブリがデフォルトの静止位置に戻る傾向を強めるためにバネ及び逆方向復元力を及ぼすダイアフラムアセンブリを伴う構成など、機能が改善された様々な構成を可能にするために利用され得る。壁厚、ねじれ、及び回旋のジオメトリを変更して、特定の有効バネ定数を達成し得る。ダイアフラムアセンブリの復元力は、用途及びマスフローコントローラ設計に応じて、例えば圧縮又は膨張バネ力として利用され得る。

いくつかの実施形態では、制御弁キャビティを通る流路がノーマリーオープンであるように、ポペットの外部シール面がデフォルトの静止位置に配置され得る。例えば、ポペットの外部シール面の静止位置は、制御弁キャビティの入口ポートと出口ポートとの間に非阻害流路を残して、退縮状態にあり得る。プッシュロッドは、ポペットを押し出して伸長状態にし、ポペットの外部シール面に制御弁キャビティの入口ポートと出口ポートとの間の流路を阻害させ得る。プッシュロッドからの力が通常レベルに減少すると、ポペットの外部シール面はデフォルトの静止位置に戻り、制御弁キャビティを通る流路がそのノーマリーオープン状態に戻り得る。

他の実施形態では、制御弁キャビティを通る流路がノーマリークローズであるように、ポペットの外部シール面はデフォルトの静止位置に配置され得る。例えば、ポペットの外部シール面の静止位置は、制御弁キャビティの入口ポートと出口ポートとの間の流路を阻害する伸長状態にあり得る。プッシュロッドによってポペットに加えられる力が減少し得、それにより、ポペットの外部シール面が退縮し、制御弁キャビティの入口ポートと出口ポートとの間に非阻害流路を残し得る。プッシュロッドからの力が通常レベルまで増加すると、ポペットの外部シール面が伸長してデフォルトの静止位置に戻り、制御弁キャビティを通る流路がそのノーマリークローズ阻害状態に戻り得る。

ここで図面を参照すると、図１は、ダイアフラムアセンブリ１３０を伴うマスフローコントローラ１００の例示的実施形態の断面図を示す。マスフローコントローラ１００は、マスフローコントローラ入口ポート１０２を介してガスを受容し、マスフローコントローラ１００のバイパス部分１０４にガスを流入させる流路を有し得、ガスの一部はマスフローメータ１０６に分流され、その後に下流でガスの主流路に再合流する。制御弁キャビティ１１０を通る流路が、開いた非阻害状態にある場合、ガスは、バイパス部分出口ポート１０８を通る流路に沿って制御弁キャビティ入口ポート１０９に進み、制御弁キャビティ１１０に入り得る。そして、ガスは、制御弁キャビティ出口ポート１１１を通る流路に沿って進み、マスフローコントローラ出口ポート１１２を通ってマスフローコントローラ１００から流出し得る。

流路に沿ったガスのフローは、アクチュエータ１１４、モーションブースタアセンブリ１１６、プッシュロッド１１８、クランプブロック１２０、及びダイアフラムアセンブリ１３０を備え得るマスフローコントローラ１００の制御弁アセンブリを使用して調節され得る。制御弁アセンブリは、マスフローコントローラベースプレート１２２に結合され得る。マスフローメータ１０６は、流路を通って流れるガスの質量流量を測定し、ガスの質量流量に基づく質量流量信号１２５を発するように構成され得る。マスフローコントローラ１００のコントローラ１２６は、マスフローメータ１０６からの質量流量信号１２５に基づいて応答し、アクチュエータ制御信号１２７をアクチュエータ１１４に提供するように構成され得る。質量流量セットポイント１２８は、質量流量セットポイント信号１２９を介してコントローラ１２６に伝達され得、コントローラ１２６は、質量流量信号１２５を質量流量セットポイント信号１２９と比較して、適切なアクチュエータ制御信号１２７を決定してアクチュエータ１１４に送信し得る。アクチュエータ１１４は、アクチュエータ制御信号１２７に応答して動くように構成され得、例えば、圧電、ソレノイド、又は当技術分野で知られている他のアクチュエータによって実現され得る。アクチュエータ１１４は、アクチュエータ１１４の動きを拡大してプッシュロッド１１８に伝達し得るモーションブースタアセンブリ１１６とインターフェースし得る。プッシュロッド１１８は、ダイアフラムアセンブリ１３０とインターフェースして、ダイアフラムアセンブリ１３０を退縮ノーマリーオープン状態から伸長し得る力を提供し得る。

図２は、図１の例示的実施形態のマスフローコントローラ１００のノーマリーオープン制御弁アセンブリ２００の拡大断面図を示し、ダイアフラムアセンブリ１３０はフランジ付き上面２３６を有し、これは一体化部品として形成され得る。ダイアフラムアセンブリ１３０は、開口部２３１と、開口部２３１から下方に伸長して中心軸の周りに配置されており、ベローズを形成する複数の回旋を含む側壁２３４と、開口部２３１に面する内面及び制御弁キャビティ入口ポート１０９に面する外部シール面を含むポペット２３２とを備え得る。ダイアフラムアセンブリ１３０は、その少なくとも一部が制御弁キャビティ１１０内で移動可能に伸縮するように構成され得、これにより流路を通るガスフローの制御を可能にし得る。ダイアフラムアセンブリ１３０の設計は、従来の金属薄板ダイアフラムアセンブリよりも小さい直径でより大きなたわみを可能にし得る。プッシュロッド１１８は、ポペット２３２の内面から中心軸に沿って開口部２３１を通って伸長し得、プッシュロッド１１８がモーションブースタアセンブリ１１６を介してアクチュエータ１１４に結合することができ、モーションブースタアセンブリ１１６は、ヒンジ様の機構を介してプッシュロッド１１８へのアクチュエータ１１４の動きを拡大して伝達し得る。アクチュエータ１１４及びプッシュロッド１１８は、丸みを帯びた表面を伴うモーションブースタアセンブリ１１６とインターフェースし得、モーションブースタアセンブリ１１６はそのようなインターフェースによって過度の応力を生成することなく枢動することができる。プッシュロッド１１８は、アクチュエータ１１４の動きに応答して中心軸に沿って動き、ポペット２３２の外部シール面が制御弁キャビティ１１０を通る流路を開閉することを可能にし得、制御弁キャビティ１１０を通る流路の開閉手段を提供する。

ダイアフラムアセンブリ１３０は、フランジ付き上面２３６を含み得、フランジ付き上面２３６は、制御弁キャビティ１１０をシールするように構成され、流路内の圧力を制御及び維持することができる。更に、フランジ付き上面２３６によって提供されるシールは、プッシュロッド１１８及び他のマスフローコントローラ構成要素が流路内のガスへの曝露から保護されることを可能にし得、腐食又は他のガス関連劣化を潜在的に防止する。従って、フランジ付き上面２３６は、アクチュエータ１１４及びモーションブースタアセンブリ１１６から離れて制御弁キャビティ１１０をシールする手段を提供し得る。側壁２３４即ちベローズは、フランジ付き上面２３６などのシール手段と、ポペット２３２の外部シール面などの制御弁キャビティを通る流路の開閉手段との間に結合され得る。図示のフランジ付き上面２３６は、開口部２３１に近接する側壁２３４と一体化された部品として形成される一方、ポペット２３２は、溶接によってなど、開口部２３１の反対側の端部で側壁２３４に結合される機械加工部品などの別個の部品であり得る。ポペット２３２の内面は、丸みを帯びた端部を有し得るプッシュロッド１１８を受容するように構成された、円錐形ノッチなどの凹部を含み得る。そのような凹部は、適切な弁閉鎖を妨害し得るプッシュロッド１１８の横方向の動きを防止することによって、マスフローコントローラ１００の信頼性を潜在的に増加させることを可能にし得る。しかし、他の実施形態は、様々なプッシュロッドジオメトリ、例えば凹部なしでポペットと直接にインターフェースし得る平坦端部を伴うプッシュロッドを潜在的に特徴とし得る。

ダイアフラムアセンブリ１３０は、制御弁キャビティ１１０内に着座され得、クランプブロック１２０とマスフローコントローラベースプレート１２２との間の所定位置に固定され得る。ダイアフラムアセンブリ１３０のフランジ付き上面２３６は、マスフローコントローラベースプレート１２２のオリフィス内に着座され、オリフィス内に伸長してフランジ付き上面２３６をオリフィス内のリップに押し込んで制御弁キャビティ１１０のシールを確保するクランプブロック１２０の突出部によって所定位置に保持され得る。オリフィス内のクランプブロック１２０とマスフローコントローラベースプレート１２２との間に、金属ＯリングなどのＯリングを配置し得る。クランプブロック１２０は、プッシュロッド１１８を受容するように構成された凹部を含み得、例えばネジ又は他の締結具を介してマスフローコントローラベースプレート１２２に結合され得る。

ダイアフラムアセンブリ１３０の側壁２３４の回旋即ちベローズは、ダイアフラムアセンブリ１３０の中心軸に沿って変形し、変形時に復元力を及ぼすように構成され得る。この復元力は、プッシュロッド１１８を介してなど、他の力によって乱されない場合、ポペット２３２をノーマリーオープン静止位置に付勢し得る。その結果、ダイアフラムアセンブリ１３０自体は、マスフローコントローラ１００内のバネとして機能し得、マスフローコントローラ１００は、従来は制御弁に関連付けられていた追加のバネなしで動作することができる。側壁２３４の壁厚、ねじれ、及び回旋のジオメトリは、特定の有効バネ定数を達成するために変更され得る。

ポペット２３２の外部シール面の静止位置はノーマリーオープン退縮状態に配置され得、それにより、制御弁キャビティ入口ポート１０９と制御弁キャビティ出口ポート１１１との間の制御弁キャビティ１１０を通る流路は、ノーマリーオープン非阻害状態にあるが、ダイアフラムアセンブリ１３０は、開いていない静止位置である伸長した閉状態で示されている。プッシュロッド１１８は、ポペット２３２をそのような伸長状態に押し込み得、ポペット２３２の外部シール面に制御弁キャビティ入口ポート１０９と制御弁キャビティ出口ポート１１１との間の流路を阻害させる。いくつかの例では、ポペット２３２の外部シール面は、制御弁キャビティ入口ポート１０９とインターフェースするように完全に伸長し、制御弁キャビティ１１０を通るいかなるフローも防止し得る。プッシュロッド１１８によって提供される力が通常の静止レベルまで減少すると、ポペット２３２の外部シール面は、ノーマリーオープン静止位置に戻り得、ダイアフラムアセンブリ１３０の復元力がポペット２３２の外部シール面を退縮させ、制御弁キャビティ１１０を通る流路をそのノーマリーオープン状態に戻すことを可能にする。マスフローコントローラ１００を通るガスのフローは、アクチュエータ１１４を介してダイアフラムアセンブリ１３０のこの伸縮を制御することによって調節され得る。

ここで図３を参照すると、別個に結合されたフランジ付き上面３３６を有するダイアフラムアセンブリ３３０を伴うマスフローコントローラのノーマリーオープン制御弁アセンブリ３００の例示的実施形態の断面図が示されている。図３の制御弁アセンブリ３００は、ダイアフラムアセンブリ３３０のフランジ付き上面３３６とクランプブロック３２０との特徴を除いて、図２に示す制御弁アセンブリ２００と実質的に同じである。特に、ダイアフラムアセンブリ３３０のフランジ付き上面３３６とポペット３３２とのそれぞれは、機械加工部品などの別個の部品であり、これは、溶接によってなど、ダイアフラムアセンブリ３３０の側壁３３４に結合され、フランジ付き上面３３６は開口部３３１に近接して配置され、ポペット３３２は開口部３３１と反対側の端部に配置されている。その結果得られるフランジ付き上面３３６は、図２の実施形態の形成されたフランジ付き上面２３６よりも大きな厚さを有する。その結果、開口部３３１は、図２の実施形態の開口部２３１と比較してわずかに細長い。更に、クランプブロック３２０は、図２の実施形態のようにクランプブロック１２０の突出部で圧力を加えるのではなく、クランプブロック３２０の平らな底面で圧力を加えることによって、より厚いフランジ付き上面３３６を所定位置に保持し、制御弁キャビティ１１０のシールを確保する。フランジ付き上面３３６のこのシール構成により、流路内の圧力を制御及び維持することを可能にし得る。更に、フランジ付き上面３３６によって提供されるシールは、プッシュロッド１１８及び他のマスフローコントローラ構成要素が流路内のガスへの曝露から保護されることを可能にし得、潜在的に腐食又は他のガス関連劣化を防止する。従って、フランジ付き上面３３６は、アクチュエータ１１４及びモーションブースタアセンブリ１１６から離れて制御弁キャビティ１１０をシールするための手段を提供し得る。その他の態様のすべてにおいて、図３の実施形態は、図２の実施形態と同一である。

ここで図４を参照すると、ダイアフラムアセンブリ１３０及び付勢バネ４２４を伴うマスフローコントローラのノーマリークローズ制御弁アセンブリ４００の例示的実施形態の断面図が示されている。図４の制御弁アセンブリ４００は、制御弁アセンブリ４００のノーマリークローズ配置を除いて、図２に示される制御弁アセンブリ２００と大部分が同じであり、制御弁アセンブリ４００は、関連する付勢バネ４２４を伴う異なるモーションブースタアセンブリ４１６の設計と、マスフローコントローラベースプレート４２２内に含まれるわずかに異なる制御弁キャビティ入口ポート４０９とによって達成される。制御弁キャビティ入口ポート４０９は、制御弁キャビティ入口ポート４０９がバイパス部分出口ポート１０８に近接する追加の隆起部を特徴とすることを除いて、図２の実施形態に示される制御弁キャビティ入口ポート１０９とほぼ同一である。制御弁キャビティ入口ポート４０９は、平坦であるか、又は追加の隆起部を有することができる。追加の隆起部は、シール面を作成する別の方法である。追加の隆起部は、接触面積を減少させることによって、ポペット２３２と制御弁キャビティ入口ポート４０９との間の圧力を増加させる。

モーションブースタアセンブリ４１６は、支点４１７の両側でプッシュロッド１１８及びアクチュエータ１１４とインターフェースして、てこ様の機構を介してアクチュエータ１１４の動きを拡大してプッシュロッド１１８に伝達することを可能にし得、プッシュロッド１１８によりポペット２３２に加えられる力を変更する。例えば、アクチュエータ１１４が下方に伸長又は移動し、支点４１７の右側でモーションブースタアセンブリ４１６に力を加えた場合、モーションブースタアセンブリ４１６を介してプッシュロッド１１８に加えられる力は、支点４１７の左側にあるモーションブースタアセンブリ４１６の部分が上方に枢動すると減少し、プッシュロッド１１８がダイアフラムアセンブリ１３０の中心軸に沿って上方に移動することを可能にする。プッシュロッド１１８は、アクチュエータ１１４の動きに応答してダイアフラムアセンブリ１３０の中心軸に沿って移動し得、ポペット２３２の外部シール面が制御弁キャビティ１１０を通る流路を開閉することができ、制御弁キャビティ１１０を通る流路の開閉手段を提供する。

モーションブースタアセンブリ４１６は、プッシュロッド１１８に近接して支点４１７の左側に配置された付勢バネ４２４とインターフェースし得る。モーションブースタアセンブリ４１６は、付勢バネ４２４の中央凹部内に上向きに伸長する突出部を有し得、それにより、付勢バネ４２４は作動中、時間の経過とともにその位置を維持することを可能にし得る。付勢バネ４２４は、モーションブースタアセンブリ４１６とは反対側の端部で制御弁アセンブリ４００の壁に取り付けられ得、変形するとモーションブースタアセンブリ４１６の上面に復元力を及ぼし得る。例えば、付勢バネ４２４は、モーションブースタアセンブリ４１６に下向きの力を加えることによって、ポペット２３２の外部シール面をノーマリークローズ伸長静止状態に向けて付勢し得、圧縮されるとポペット２３２の外部シール面が伸長静止状態から退縮する。付勢バネ４２４によって加えられる力は、プッシュロッド１１８及びモーションブースタアセンブリ４１６を介してポペット２３２に伝達され得る。アクチュエータ１１４は、モーションブースタアセンブリ４１６を介して付勢バネ４２４によって加えられる力に対抗して、ポペット２３２の外部シール面を退縮させて制御弁キャビティ１１０を通るノーマリークローズ流路を開かせ得る。更に、ダイアフラムアセンブリ１３０のバネ様の機能をまた利用して、付勢バネ４２４及びダイアフラムアセンブリ１３０が反対の復元力を及ぼしてダイアフラムアセンブリ１３０とポペット２３２の外部シール面とがデフォルトの静止位置に戻る傾向を増加させることができる構成においてなど、モーションブースタアセンブリ４１６に関連する付勢バネ４２４と協働させ得る。或いは、付勢バネ４２４及びダイアフラムアセンブリ１３０は、付勢バネ４２４及びダイアフラムアセンブリ１３０の両方に加えられる負荷を減少させ、両方の部品の寿命を潜在的に延ばすことを可能にする非対向復元力を及ぼすように構成され得る。

ポペット２３２の外部シール面の静止位置は、ノーマリークローズ伸長状態に配置され得、それにより、制御弁キャビティ入口ポート４０９と制御弁キャビティ出口ポート１１１との間の制御弁キャビティ１１０を通る流路が、示されているようにノーマリークローズで阻害されている。いくつかの例では、ポペット２３２の外部シール面は、完全に伸長して制御弁キャビティ入口ポート４０９とインターフェースし、制御弁キャビティ１１０を通るいかなるフローも防止し得る。プッシュロッド１１８によってポペット２３２に加えられる力は、モーションブースタアセンブリ４１６を介してプッシュロッド１１８に伝達されるアクチュエータ１１４の動きによってなど、減少され得、それにより、ポペット２３２の外部シール面を退縮させ、制御弁キャビティ入口ポート４０９と制御弁キャビティ出口ポート１１１との間に非阻害流路を残し得る。ポペット２３２の外部シール面は、アクチュエータ１１４が上方に移動又は退縮するにつれてアクチュエータ１１４によりモーションブースタアセンブリ４１６へ加えられた力が減少したときなど、プッシュロッド１１８によって提供される力が通常の静止レベルまで増加すると、伸長してノーマリークローズ静止位置に戻り得、付勢バネ４２４及びダイアフラムアセンブリ１３０のうちの少なくとも１つの復元力がポペット２３２の外部シール面を伸長させて制御弁キャビティ１１０を通る流路をそのノーマリークローズ阻害状態に戻すことができる。ガスのフローは、アクチュエータ１１４を介してダイアフラムアセンブリ１３０のこの伸縮を制御することによって調節され得る。

ここで図５を参照すると、一体型プッシュロッド５３９を有するダイアフラムアセンブリ５３０を伴うマスフローコントローラのノーマリークローズ制御弁アセンブリ５００の例示的実施形態の断面図が示されている。図５の制御弁アセンブリ５００は、一体化プッシュロッド５３９を有するダイアフラムアセンブリ５３０、わずかに異なるモーションブースタアセンブリ５１６の設計、付勢バネの欠如、及び制御弁キャビティ入口ポート１０９が図２の実施形態に示す制御弁キャビティ入口ポート１０９と同一であることを除いて、図４に示す制御弁アセンブリ４００とほぼ同じである。

ダイアフラムアセンブリ５３０は、ポペット５３２の内面と一体化された一体型プッシュロッド５３９を有し得、それにより、１つの部品に形成される。前述の実施形態のプッシュロッドと同様に、一体化プッシュロッド５３９は、ポペット５３２の内面からダイアフラムアセンブリ５３０の中心軸に沿って側壁５３４の間で開口部５３１を通って、近位フランジ付き上面５３６を伴って伸長し得、一体化プッシュロッド５３９がモーションブースタアセンブリ５１６を介してアクチュエータ１１４に結合でき、それにより、てこ様の機構を介してアクチュエータ１１４の動きを拡大して一体化プッシュロッド５３９に伝達し得る。一体化プッシュロッド５３９は、アクチュエータ１１４の動きに応答してダイアフラムアセンブリ５３０の中心軸に沿って移動し得、ポペット５３２の外部シール面が制御弁キャビティ１１０を通る流路を開閉することを可能にし、制御弁キャビティ１１０を通る流路の開閉手段を提供する。一体化プッシュロッド５３９の一体化は、横方向のプッシュロッドの動きを防止することによって信頼性の潜在的向上を可能にし得、また、部品の数を減少させることによって、より単純化された堅牢な構造を可能にし得、個別に製造された部品の組み合わせに関連する誤差の伝播を潜在的に制限する。

モーションブースタアセンブリ５１６は、支点５１７の両側で一体型プッシュロッド５３９及びアクチュエータ１１４とインターフェースし得、てこ様の機構を介してアクチュエータ１１４の動きを拡大して一体型プッシュロッド５３９に伝達することを可能にし、一体型プッシュロッド５３９によりポペット５３２に加えられる力を変更する。例えば、アクチュエータ１１４が下向きに伸長又は移動し、支点５１７の右側でモーションブースタアセンブリ５１６に力を加えた場合、支点５１７の左側にあるモーションブースタアセンブリ５１６の部分が上方に枢動するため、モーションブースタアセンブリ５１６を介して一体化プッシュロッド５３９に上向きの力が加えられ、一体化プッシュロッド５３９を上方に移動させ、取り付けられたポペット５３２を同じように上方に引っ張る。

モーションブースタアセンブリ５１６は、支点５１７の左側に配置された上向きのソケット内の一体化プッシュロッド５３９の端部にある球状突起を受容し得る。ダイアフラムアセンブリ５３０は、バネとして作用して一体化プッシュロッド５３９を介して伝達される復元力を、変形時にモーションブースタアセンブリ５１６の上向きのソケットに及ぼし得、制御弁アセンブリ５００がより少ない必要部品で機能することを可能にする。例えば、ダイアフラムアセンブリ５３０は、拡張力を加えることによってポペット５３２の外部シール面をノーマリークローズ伸長静止状態に向けて付勢し得、静止状態から圧縮されると、モーションブースタアセンブリ５１６に下向きの力を加え得る一方、ポペット５３２の外部シール面が伸長静止状態から退縮する。アクチュエータ１１４は、上述のように、ダイアフラムアセンブリ５３０によってモーションブースタアセンブリ５１６に加えられる力に対抗して、ポペット５３２の外部シール面を退縮させ、制御弁キャビティ１１０を通るノーマリークローズ流路を開き得る。その結果、一体化プッシュロッド５３９は、アクチュエータ１１４の動きに応答してダイアフラムアセンブリ５３０の中心軸に沿って移動し得、ポペット５３２の外部シール面が制御弁キャビティ１１０を通る流路を開閉することを可能にし、制御弁キャビティ１１０を通る流路の開閉手段を提供する。

ポペット５３２の外部シール面の静止位置は、ノーマリークローズ伸長状態に配置され得、それにより、制御弁キャビティ入口ポート１０９と制御弁キャビティ出口ポート１１１との間で制御弁キャビティ１１０を通る流路が、示されているようにノーマリークローズであり阻害されている。いくつかの例では、ポペット５３２の外部シール面は、制御弁キャビティ入口ポート１０９とインターフェースするように完全に伸長し、制御弁キャビティ１１０を通るいかなるフローも防止し得る。一体型プッシュロッド５３９によりポペット５３２へ加えられる上向きの引っ張り力は、モーションブースタアセンブリ５１６を介して一体型プッシュロッド５３９に伝達されるアクチュエータ１１４の動きによってなど、増加させられ得、それにより、ポペット５３２の外部シール面を退縮させ、制御弁キャビティ入口ポート１０９と制御弁キャビティ出口ポート１１１との間に非阻害流路を残し得る。ポペット５３２の外部シール面は、アクチュエータ１１４が上方に移動又は退縮するにつれて、アクチュエータ１１４によってモーションブースタアセンブリ５１６に加えられる力が減少する場合など、一体型プッシュロッド５３９によって提供される上向きの引っ張り力が通常の静止レベルに減少すると、伸長してノーマリークローズ静止位置に戻り得、ダイアフラムアセンブリ５３０の復元力がポペット５３２の外部シール面を伸長させて制御弁キャビティ１１０を通る流路をそのノーマリークローズ阻害状態に戻すことを可能にする。ガスのフローは、アクチュエータ１１４を介してダイアフラムアセンブリ５３０のこの伸縮を制御することによって調節され得る。

ここで図６を参照すると、クランプブロック６２０と一体化され、形成されたポペット６３２を有するダイアフラムアセンブリ６３０を伴うマスフローコントローラのノーマリーオープン制御弁アセンブリ６００の例示的実施形態の断面図が示されている。制御弁アセンブリ６００は、マスフローコントローラベースプレート６２２に結合され得、これは、制御弁キャビティ６１０を通る流路が開放非阻害状態にある場合に、ガスがバイパス部分出口ポート６０８から制御弁キャビティ入口ポート６０９に通過し、制御弁キャビティ６１０に流れ込むことを可能にする流路を有し得る。ガスはそして、制御弁キャビティ出口ポート６１１を通る流路に沿って進み、マスフローコントローラ出口ポート６１２を通ってマスフローコントローラから流出し得る。

ダイアフラムアセンブリ６３０は、開口部６３１と、開口部６３１から下方に伸長して中心軸の周りに配置されており、ベローズを形成する複数の回旋を含む側壁６３４と、開口部６３１に面する内面及び制御弁キャビティ入口ポート６０９に面する外部シール面を含むポペット６３２とを備える。ダイアフラムアセンブリ６３０は、少なくとも一部が制御弁キャビティ６１０内で移動可能に伸縮するように構成され得、それにより、流路を通るガスフローを制御することを可能にし得る。ダイアフラムアセンブリ６３０の設計により、従来の金属薄板ダイアフラムアセンブリよりも小さな直径で大きなたわみが可能になり得る。図示のアクチュエータ１１４及びモーションブースタアセンブリ１１６は、図２の実施形態のものと同じである。プッシュロッド６１８は、ポペット６３２の内面から中心軸に沿って開口部６３１を通って伸長し得、プッシュロッド６１８がモーションブースタアセンブリ１１６を介してアクチュエータ１１４に結合することができ、それにより、ヒンジ様の機構を介してアクチュエータ１１４のプッシュロッド６１８への動きを拡大及び伝達し得る。アクチュエータ１１４及びプッシュロッド６１８は、丸みを帯びた表面を伴うモーションブースタアセンブリ１１６とインターフェースし得、モーションブースタアセンブリ１１６はそのようなインターフェースに沿って過度の応力を生成することなく枢動することができる。プッシュロッド６１８は、アクチュエータ１１４の動きに応答して中心軸に沿って移動し得、ポペット６３２の外部シール面が制御弁キャビティ６１０を通る流路を開閉することを可能にし、制御弁キャビティ６１０を通る流路の開閉手段を提供する。

ダイアフラムアセンブリ６３０は、溶接によってなど、クランプブロック６２０に一体化されて単一の部品を形成するフランジ付き上面を有し得、フランジ付き上面とクランプブロック６２０との一体化は、制御弁キャビティ６１０をシールして流路内の圧力を制御及び維持することができるように構成される。更に、フランジ付き上面とクランプブロック６２０との一体化によって提供されるシールは、プッシュロッド６１８及び他のマスフローコントローラ構成要素が流路内のガスへの曝露から保護されることを可能にし得、腐食又は他のガス関連劣化を潜在的に防止する。従って、フランジ付き上面とクランプブロック６２０との一体化は、アクチュエータ１１４及びモーションブースタアセンブリ１１６から離れて制御弁キャビティ６１０をシールするための手段を提供し得る。側壁６３４即ちベローズは、一体化フランジ付き上面及びクランプブロック６２０などのシール手段と、ポペット６３２の外部シール面などの制御弁キャビティ６１０を通る流路の開閉手段との間で結合され得る。ポペット６３２は、開口部６３１と反対側の端部でダイアフラムアセンブリ６３０の側壁６３４と一体化された部品として形成され得る。ポペット６３２の内面は、丸みを帯びた端部を有し得るプッシュロッド６１８を受容するように構成された、幅広のくぼみなどの凹部を含み得る。そのような凹部は、適切な弁閉鎖を妨害し得るプッシュロッド６１８の横方向の動きを防止することによって、マスフローコントローラの信頼性を潜在的に増加させることを可能にし得る。しかし、他の実施形態は、様々なプッシュロッドジオメトリ、例えば凹部なしでポペットと直接にインターフェースし得る平坦な端部を伴うプッシュロッドを潜在的に特徴とし得る。

ダイアフラムアセンブリ６３０は、制御弁キャビティ６１０内及びクランプブロック６２０の凹部内に着座され得、開口部６３１に近接するクランプブロック６２０とフランジ付き上面との一体化、及びクランプブロック６２０の上面によって所定位置に固定され得る。ダイアフラムアセンブリ６３０の側壁６３４に近接したマスフローコントローラベースプレート６２２のオリフィス内で、クランプブロック６２０とマスフローコントローラベースプレート６２２との間に、金属ＯリングなどのＯリングが配置され得る。クランプブロック６２０は、例えばネジ又は他の締結具を介してマスフローコントローラベースプレート６２２に結合され得る。

ダイアフラムアセンブリ６３０の側壁６３４の回旋即ちベローズは、ダイアフラムアセンブリ６３０の中心軸に沿って変形し、変形時に復元力を及ぼすように構成され得る。この復元力は、プッシュロッド６１８を介してなど、他の力によって乱されない場合に、ポペット６３２をノーマリーオープン静止位置に付勢し得る。その結果、ダイアフラムアセンブリ６３０自体が付勢バネとして機能し得、制御弁アセンブリ６００は、従来は制御弁に関連付けられていた追加のバネなしで動作することができる。側壁６３４の壁厚、ねじれ、及び回旋のジオメトリは、特定の有効バネ定数を達成するために変更され得る。

ポペット６３２の外部シール面の静止位置は、ノーマリーオープン退縮状態に配置され得、それにより、制御弁キャビティ入口ポート６０９と制御弁キャビティ出口ポート６１１との間の制御弁キャビティ６１０を通る流路は、ノーマリーオープン非阻害状態にあるが、ダイアフラムアセンブリ６３０は、開いていない静止位置である伸長した閉じた状態で示されている。プッシュロッド６１８は、ポペット６３２をそのような伸長状態に押し込み得、ポペット６３２の外部シール面に制御弁キャビティ入口ポート６０９と制御弁キャビティ出口ポート６１１との間の流路を阻害させる。いくつかの例では、ポペット６３２の外部シール面は、制御弁キャビティ入口ポート６０９とインターフェースするように完全に伸長し、制御弁キャビティ６１０を通るいかなるフローも防止し得る。プッシュロッド６１８によって提供される力が通常の静止レベルまで減少すると、ポペット６３２の外部シール面はノーマリーオープン静止位置に戻り得、ダイアフラムアセンブリ６３０の復元力がポペット６３２の外部シール面を退縮させ、制御弁キャビティ６１０を通る流路をそのノーマリーオープン状態に戻すことを可能にする。ガスのフローは、アクチュエータ１１４を介してダイアフラムアセンブリ６３０のこの伸縮を制御する制御弁アセンブリ６００によって調節され得る。

ここで図７を参照すると、クランプブロック７２０と一体化され、別個に結合されたポペット７３２を有するダイアフラムアセンブリ７３０を伴うマスフローコントローラのノーマリーオープン制御弁アセンブリ７００の例示的実施形態の断面図が示されている。制御弁アセンブリ７００は、マスフローコントローラベースプレート７２２に結合され得、これは、制御弁キャビティ７１０を通る流路が開いた非阻害状態にある場合に、ガスがバイパス部分出口ポート７０８からオリフィス要素７１３を通って制御弁キャビティ入口ポート７０９に通過し、制御弁キャビティ７１０に入ることができる流路を有し得る。オリフィス要素７１３は、フローに影響を与える構造的ジオメトリを提供することによって、動作中の方向性、速度、及び乱流など、制御弁キャビティ７１０へのフローの特定態様のより優れた制御を可能にし得る。例えば、オリフィス要素７１３は、より狭いジオメトリを提供して、制御弁キャビティ７１０への流速を増加させ得る。ガスはそして、制御弁キャビティ出口ポート７１１を通る流路に沿って進み、マスフローコントローラ出口ポート７１２を通ってマスフローコントローラから流出し得る。

ダイアフラムアセンブリ７３０は、開口部７３１と、開口部７３１から下方に伸長して中心軸の周りに配置されており、ベローズを形成する複数の回旋を含む側壁７３４と、開口部７３１に面する内面及び制御弁キャビティ入口ポート７０９に面する外部シール面を含むポペット７３２とを備え得る。ダイアフラムアセンブリ７３０は、少なくとも一部が制御弁キャビティ７１０内で移動可能に伸縮するように構成され得、それにより、流路を通るガスフローの制御を可能にし得る。ダイアフラムアセンブリ７３０の設計は、従来の金属薄板ダイアフラムアセンブリよりも小さな直径でより大きなたわみを可能にし得る。図示のアクチュエータ１１４及びモーションブースタアセンブリ１１６は、図２の実施形態のものと同じである。プッシュロッド７１８は、ポペット７３２の内面から中心軸に沿って開口部７３１を通って伸長し得、プッシュロッド７１８がモーションブースタアセンブリ１１６を介してアクチュエータ１１４に結合することができ、これは、ヒンジ様の機構を介してプッシュロッド７１８へのアクチュエータ１１４の動きを拡大及び伝達し得る。アクチュエータ１１４及びプッシュロッド７１８は、丸みを帯びた表面を伴うモーションブースタアセンブリ１１６とインターフェースし得、モーションブースタアセンブリ１１６はそのようなインターフェースに沿って過度の応力を生成することなく枢動することができる。プッシュロッド７１８は、アクチュエータ１１４の動きに応答して中心軸に沿って移動し得、ポペット７３２の外部シール面が制御弁キャビティ７１０を通る流路を開閉することを可能にし、制御弁キャビティ７１０を通る流路の開閉手段を提供する。

ダイアフラムアセンブリ７３０は、溶接によってなど、クランプブロックに一体化されて単一の部品を形成するフランジ付き上面を有し得、フランジ付き上面とクランプブロック７２０との一体化は、制御弁キャビティ７１０をシールするように構成され、流路内の圧力を制御及び維持することができる。更に、フランジ付き上面とクランプブロック７２０との一体化によって提供されるシールは、プッシュロッド７１８及び他のマスフローコントローラ構成要素が流路内のガスへの曝露から保護されることを可能にし得、腐食又は他のガス関連劣化を潜在的に防止する。従って、フランジ付き上面とクランプブロック７２０との一体化は、アクチュエータ１１４及びモーションブースタアセンブリ１１６から離れて制御弁キャビティ７１０をシールするための手段を提供し得る。側壁７３４即ちベローズは、一体化されたフランジ付き上面及びクランプブロック７２０などのシール手段と、ポペット７３２の外部シール面などの制御弁キャビティを通る流路の開閉手段との間で結合され得る。ポペット７３２は、溶接によってなど、開口部７３１と反対側の端部で側壁７３４に結合される、機械加工部品などの別個の部品であり得る。ポペット７３２の内面は、丸みを帯びた端部を有し得るプッシュロッド７１８を受容するように構成された、幅広のくぼみなどの凹部を含み得る。そのような凹部は、適切な弁閉鎖を妨害し得るプッシュロッド７１８の横方向の動きを防止することによって、マスフローコントローラの信頼性を潜在的に増加させることを可能にし得る。しかし、他の実施形態は、様々なプッシュロッドジオメトリ、例えば、凹部なしでポペットと直接にインターフェースし得る平坦な端部を伴うプッシュロッドを潜在的に特徴とし得る。

ダイアフラムアセンブリ７３０は、制御弁キャビティ７１０内及びクランプブロック７２０の凹部内に着座され得、開口部７３１に近接するクランプブロック７２０とフランジ付き上面との一体化及びクランプブロック７２０の上面によって所定位置に固定され得る。ダイアフラムアセンブリ７３０の側壁７３４に近接したマスフローコントローラベースプレート７２２のオリフィス内で、クランプブロック７２０とマスフローコントローラベースプレート７２２との間に、金属ＯリングなどのＯリングが配置され得る。クランプブロック７２０は、例えばネジ又は他の締結具を介してマスフローコントローラベースプレート７２２に結合され得る。

ダイアフラムアセンブリ７３０の側壁７３４の回旋即ちベローズは、ダイアフラムアセンブリ７３０の中心軸に沿って変形し、変形時に復元力を及ぼすように構成され得る。この復元力は、プッシュロッド７１８を介してなど、他の力によって乱されない場合、ポペット７３２をノーマリーオープン静止位置に付勢し得る。その結果、ダイアフラムアセンブリ７３０自体は、付勢バネとして機能し得、制御弁アセンブリ７００は、従来は制御弁に関連付けられていた追加のバネなしで動作することができる。側壁７３４の壁厚、ねじれ、及び回旋のジオメトリは、特定の有効バネ定数を達成するために変更され得る。

ポペット７３２の外部シール面の静止位置は、ノーマリーオープン退縮状態に配置され得、それにより、制御弁キャビティ入口ポート７０９と制御弁キャビティ出口ポート７１１との間の制御弁キャビティ７１０を通る流路は、ノーマリーオープン非阻害状態にあるが、ダイアフラムアセンブリ７３０は、ノーマリーオープン静止位置ではない伸長した閉じた状態で示されている。プッシュロッド７１８は、ポペット７３２をそのような伸長状態に押し込み得、ポペット７３２の外部シール面に制御弁キャビティ入口ポート７０９と制御弁キャビティ出口ポート７１１との間の流路を阻害させる。いくつかの例では、ポペット７３２の外部シール面は、制御弁キャビティ入口ポート７０９内に配置されたオリフィス要素７１３とインターフェースするように完全に伸長し、制御弁キャビティ７１０を通るいかなるフローも防止し得る。ポペット７３２の外部シール面は、プッシュロッド７１８によって提供される力が通常の静止レベルまで減少するとノーマリーオープン静止位置に戻り得、ダイアフラムアセンブリ７３０の復元力がポペット７３２の外部シール面を退縮させ、制御弁キャビティ７１０を通る流路をそのノーマリーオープン状態に戻すことができる。ガスのフローは、アクチュエータ１１４を介してダイアフラムアセンブリ７３０のこの伸縮を制御する制御弁アセンブリ７００によって調節され得る。

ここで図８Ａを参照すると、図１、図２及び図４の実施形態に示されるダイアフラムアセンブリ１３０など、形成されたフランジ付き上面を有するダイアフラムアセンブリ８３０ａの例示的実施形態の断面図が示されている。ダイアフラムアセンブリ８３０ａは、ほぼ円筒形であり得、開口部８３１ａと、開口部８３１ａから下方に伸長して中心軸８４０の周りに配置されており、ベローズを形成する複数の回旋を含む側壁８３４ａと、開口部８３１ａに面する内面及び流路内のガスと相互作用するように構成された図示のフランジを含み得る外部シール面を含むポペット８３２ａとを備え得る。ダイアフラムアセンブリ８３０ａは、例えば、ダイアフラムアセンブリ８３０ａの少なくとも一部がマスフローコントローラの流路に沿って制御弁キャビティ内に配置された状態で、移動可能に伸縮するように構成され得、それにより、流路を通るガスフローの制御を可能にし得る。ダイアフラムアセンブリ８３０ａの設計は、従来の金属薄板ダイアフラムアセンブリよりも小さい直径でより大きなたわみを可能にし得る。ポペット８３２ａの内面は、丸みを帯びた端部などの様々なジオメトリを伴う端部を有し得るプッシュロッドを受容するように構成された、描かれた円錐形ノッチなどの凹部８３８ａを含み得る。そのような凹部は、適切な弁閉鎖を妨害し得るプッシュロッドの横方向の動きを防止することにより、マスフローコントローラの信頼性を潜在的に向上させることを可能にし得る。側壁８３４ａは、凹部８３８ａによって受容されるプッシュロッドを取り囲み得、プッシュロッドがポペット８３２ａの内面から中心軸８４０に沿って、潜在的にアクチュエータに結合させる開口部８３１ａを通って伸長することを可能にする。プッシュロッドは、アクチュエータの動きに応答して中心軸８４０に沿って移動し得、ポペット８３２ａの外部シール面が、例えば制御弁キャビティを通る流路を開閉することを可能にし、制御弁キャビティを通る流路の開閉手段を提供する。

ダイアフラムアセンブリ８３０ａは、横方向に伸長するフランジ付き上面８３６ａを有し得、例えば制御弁キャビティをシールするように構成され得、マスフローコントローラの流路内の圧力を制御及び維持することができる。更に、フランジ付き上面８３６ａによって提供されるシール機能により、アクチュエータ、モーションブースタアセンブリ、プッシュロッド、又は付勢バネなどのマスフローコントローラ構成要素を、流路内のガスへの曝露から保護することを可能にし得、腐食又は他のガス関連劣化を潜在的に防止する。従って、フランジ付き上面８３６ａは、アクチュエータ及びモーションブースタアセンブリから離れて制御弁キャビティをシールする手段を提供し得、側壁８３４ａ即ちベローズは、フランジ付き上面８３６ａなどのシール手段と、ポペット８３２ａの外部シール面などの制御弁キャビティを通る流路の開閉手段との間で結合され得る。図示のフランジ付き上面８３６ａは、開口部８３１ａに近接する側壁８３４ａと一体化された部品として形成され得る一方、図示のポペット８３２ａは、溶接によってなど、開口部８３１ａの反対側の端部で側壁８３４ａに結合された機械加工部品などの別個の部品であり得る。フランジ付き上面８３６ａは、ダイアフラムアセンブリ８３０ａを固定するための手段を提供し得る。例えば、ダイアフラムアセンブリ８３０ａは、マスフローコントローラの制御弁キャビティ内に着座され得、フランジ付き上面８３６ａは、クランプブロックとマスフローコントローラベースプレートとの間で押圧されて、ダイアフラムアセンブリ８３０ａを所定位置に固定し得る。

ダイアフラムアセンブリ８３０ａの側壁８３４ａの回旋即ちベローズは、ダイアフラムアセンブリ８３０ａの中心軸８４０に沿って変形し、変形時に復元力を及ぼすように構成され得る。例えば、この復元力は、プッシュロッドを介してなど、他の力によって阻害されない場合、ポペット８３２ａをデフォルトの静止位置に付勢し得る。その結果、ダイアフラムアセンブリ８３０ａ自体は、制御弁アセンブリ内で付勢バネとして機能し得、従来は制御弁に関連付けられていた追加のバネなしでの動作を可能にする。側壁８３４ａの壁厚、ねじれ、及び回旋のジオメトリは、特定の有効バネ定数を達成するために変更され得る。ダイアフラムアセンブリ８３０ａは、金属などの非脆性材料を含み得、これは、変形時のより大きな復元力を可能にし、ダイアフラムアセンブリ８３０ａを破壊から保護し得る。

ここで図８Ｂを参照すると、図３の実施形態に示すダイアフラムアセンブリ３３０のように、別個に結合されたフランジ付き上面８３６ｂを有するダイアフラムアセンブリ８３０ｂの例示的実施形態の断面図が示されている。図８Ｂのダイアフラムアセンブリ８３０ｂは、フランジ付き上面８３６ｂとわずかに厚い側壁８３４ｂとを除いて図８Ａに示すダイアフラムアセンブリ８３０ａと実質的に同じである。図８Ａの実施形態のように、ダイアフラムアセンブリ８３０ｂは、ほぼ円筒形であり得、開口部８３１ｂと、開口部８３１ｂから下方に伸長して中心軸８４０の周りに配置されており、ベローズを形成する複数の回旋を含む側壁８３４ｂと、凹部８３８ｂを含み得る開口部８３１ｂに面する内面及び図示のフランジを含み得て流路内のガスと相互作用するように構成された外部シール面を含むポペット８３２ｂとを備え得る。図８Ａの実施形態とは対照的に、ダイアフラムアセンブリ８３０ｂのフランジ付き上面８３６ｂ及びポペット８３２ｂのそれぞれは、溶接によってなど、ダイアフラムアセンブリ８３０ｂの側壁８３４ｂに結合された機械加工部品などの別個の部品であり、フランジ付き上面８３６ｂは開口部８３１ｂに近接して配置され、ポペット８３２ｂは開口部８３１ｂの反対側の端部に配置されている。結果として得られるフランジ付き上面８３６ｂは、図８Ａの実施形態の形成されたフランジ付き上面８３６ａよりも大きな厚さを有する。更に、側壁８３４ｂは、フランジ付き上面８３６ｂ内に伸長する細長いネック８５０を含む。

フランジ付き上面８３６ａ及び８３６ｂはシール面であり、その結果、フランジ付き上面８３６ａ及び８３６ｂは、金属Ｏリングでシールされ得る。（より薄い図８Ａのフランジ付き上面８３６ａとは対照的に）図８Ｂのフランジ付き上面８３６ｂのより大きな厚さは、フランジ付き上面８３６ｂを変形又は損傷させることなく、金属Ｏリングでシールするために必要な力をより多く扱うことができる。細長いネック８５０により、フランジ付き上面８３６ｂをダイアフラムアセンブリ８３０ｂの側壁８３４ｂに合わせて溶接することができる。

いくつかの例では、フランジ付き上面８３６ｂ及びポペット８３２ｂなどの形成されていない別個の部品は、交換可能で互換性がある構成要素で製造する際の柔軟性をより高めることを可能にし得る。例えば、ダイアフラムアセンブリ８３０ｂ全体の製造プロセスを変更することなく、ポペット８３２ｂの代替設計を製造及び交換し得、これにより潜在的に製造コストを削減し得る。

ここで図９Ａを参照すると、図５の実施形態に示すダイアフラムアセンブリ５３０のように、一体化プッシュロッド９３９ａ及び形成されたフランジ付き上面９３６ａを有するダイアフラムアセンブリ９３０ａの例示的実施形態の断面図が示されている。図９Ａのダイアフラムアセンブリ９３０ａは、一体化されたプッシュロッド９３９ａを有し、図８Ａの実施形態の凹部８３８ａを欠いている点を除いて図８Ａに示すダイアフラムアセンブリ８３０ａと実質的に同じである。図８Ａの実施形態のように、ダイアフラムアセンブリ９３０ａは、ほぼ円筒形であり得、開口部９３１ａと、開口部９３１ａから下方に伸長して中心軸８４０の周りに配置されており、ベローズを形成する複数の回旋を含む側壁９３４ａと、開口部９３１ａに面する内面及び流路内のガスと相互作用するように構成された図示のフランジを含み得る外部シール面を含むポペット９３２ａとを備え得る。

図８Ａの実施形態とは対照的に、ダイアフラムアセンブリ９３０ａは、ポペット９３２ａの内面と一体化された一体型プッシュロッド９３９ａを有し得、それにより、１つの部品に形成される。前述の実施形態のプッシュロッドと同様に、一体化プッシュロッド９３９ａは、ポペット９３２ａの内面からダイアフラムアセンブリ９３０ａの中心軸８４０に沿って側壁９３４ａの間で開口部９３１ａを通って、近接側のフランジ付き上面９３６ａを伴って伸長し得、一体化プッシュロッド９３９ａが潜在的にアクチュエータに結合することを可能にする。一体化プッシュロッド９３９ａの上端は、例えば、マスフローコントローラのモーションブースタアセンブリ又はアクチュエータとインターフェースするように構成された球状突起を含み得る。一体化プッシュロッド９３９ａは、例えばアクチュエータの動きに応答してダイアフラムアセンブリ９３０ａの中心軸８４０に沿って移動し得、ポペット９３２ａの外部シール面が制御弁キャビティを通る流路を開閉することができ、制御弁キャビティを通る流路の開閉手段を提供する。一体化プッシュロッド９３９ａの一体化は、横方向のプッシュロッドの動きを防止することによって信頼性の潜在的向上を可能にし得、また、部品の数を減らすことによってより単純化された堅牢な構造を可能にし得、別個に製造された部品の組み合わせに関連する誤差の伝播を潜在的に制限する。

ここで図９Ｂを参照すると、一体化プッシュロッド９３９ｂ及び別個に結合されたフランジ付き上面９３６ｂを有するダイアフラムアセンブリ９３０ｂの例示的実施形態の断面図が示されている。図９Ｂのダイアフラムアセンブリ９３０ｂは、フランジ付き上面９３６ｂとわずかに厚い側壁９３４ｂとを除いて図９Ａに示すダイアフラムアセンブリ９３０ａと実質的に同じである。図９Ａの実施形態のように、ダイアフラムアセンブリ９３０ｂは、ほぼ円筒形であり得、開口部９３１ｂと、開口部９３１ｂから下方に伸長して中心軸８４０の周りに配置されており、ベローズを形成する複数の回旋を含む側壁９３４ｂと、開口部９３１ｂに面する内面及び流路内のガスと相互作用するように構成された図示のフランジを含み得る外部シール面を含むポペット９３２ｂとを備え得る。ダイアフラムアセンブリ９３０ｂは、ポペット９３２ｂの内面と一体化された一体化プッシュロッド９３９ｂを有し得、それにより、ポペット９３２ｂと一体の部品に形成される。図９Ａの実施形態とは対照的に、フランジ付き上面９３６ｂ及びポペット９３２ｂのそれぞれは、ダイアフラムアセンブリ９３０ｂの一体化プッシュロッド９３９ｂを伴って、溶接によってなど、ダイアフラムアセンブリ９３０ｂの側壁９３４ｂに結合される、機械加工部品などの別個の部品であり、フランジ付き上面９３６ｂは、開口部９３１ｂに近接して配置され、ポペット９３２ｂは、開口部９３１ｂの反対側の端部に配置されている。結果として得られるフランジ付き上面９３６ｂは、図９Ａの実施形態の形成されたフランジ付き上面９３６ａよりも大きな厚さを有する。その結果、開口部９３１ｂは、図９Ａの実施形態の開口部９３１ａと比較してわずかに細長い。

開示された実施形態の前述の説明は、当業者が本発明を作製又は使用することができるために提供されたものである。これらの実施形態に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義される一般的原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。従って、本発明は、本明細書に示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。

Claims (17)

1. 制御弁キャビティ入口ポート及び制御弁キャビティ出口ポートを備える制御弁キャビティを含む流路と、
   前記流路を通って流れるガスの質量流量を測定するように構成されたマスフローメータと、
   前記マスフローメータからの質量流量信号に応答してアクチュエータ制御信号を提供するように構成されたコントローラと、
   前記アクチュエータ制御信号に応答して動くように構成されたアクチュエータと、
   少なくとも一部が前記制御弁キャビティ内で移動可能に伸縮するように構成されたダイアフラムアセンブリであって、
   開口部と、
   前記開口部から伸長して中心軸の周りに配置されており、複数の回旋を含む側壁と、
   前記開口部に面する内面及び前記制御弁キャビティ入口ポートに面する外部シール面を含むポペットと
   を備えるダイアフラムアセンブリと、
   前記ポペットの前記内面から前記中心軸に沿って、自身を前記アクチュエータに結合することができる前記開口部を通って伸長するプッシュロッドであって、前記アクチュエータの動きに応答して前記中心軸に沿って動き、前記ポペットの前記外部シール面が前記制御弁キャビティを通る前記流路を開閉することができる、プッシュロッドと
   を備える、マスフローコントローラ。
2. 前記ポペットは、前記側壁と一体化された部品として形成されている、請求項１に記載のマスフローコントローラ。
3. 前記ポペットは、前記側壁に結合された機械加工部品である、請求項１に記載のマスフローコントローラ。
4. 前記ポペットの前記内面は、前記プッシュロッドを受容するように構成された凹部を含む、請求項１に記載のマスフローコントローラ。
5. 前記プッシュロッドは、前記ポペットの前記内面と一体化されている、請求項１に記載のマスフローコントローラ。
6. 前記ダイアフラムアセンブリは、フランジ付き上面を含み、前記フランジ付き上面は、前記制御弁キャビティをシールするように構成されている、請求項１に記載のマスフローコントローラ。
7. 前記フランジ付き上面は、前記側壁と一体化されている、請求項６に記載のマスフローコントローラ。
8. 前記フランジ付き上面は、前記開口部に近接する前記側壁に結合される機械加工部品である、請求項６に記載のマスフローコントローラ。
9. 前記側壁の前記回旋は、前記中心軸に沿って変形し、変形時に復元力を及ぼすように構成されている、請求項１に記載のマスフローコントローラ。
10. 前記制御弁キャビティを通る前記流路がノーマリーオープンであるように、前記ポペットの前記外部シール面を配置する手段を備える、請求項１に記載のマスフローコントローラ。
11. 前記制御弁キャビティを通る前記流路がノーマリークローズであるように、前記ポペットの前記外部シール面を配置する手段を備える、請求項１に記載のマスフローコントローラ。
12. 制御弁キャビティ入口ポート及び制御弁キャビティ出口ポートを備える制御弁キャビティを含む流路と、
    前記流路を通って流れるガスの質量流量を測定するように構成されたマスフローメータと、
    前記マスフローメータからの質量流量信号に応答してアクチュエータ制御信号を提供するように構成されたコントローラと、
    前記アクチュエータ制御信号に応答して動くように構成されたアクチュエータと、
    前記アクチュエータから離れて前記制御弁キャビティをシールする手段、
    前記制御弁キャビティを通る前記流路の開閉手段、及び
    前記シールする手段と前記開閉手段との間で結合されたベローズ
    を備えるダイアフラムアセンブリと、
    前記ダイアフラムアセンブリが前記アクチュエータに応答して動くように、前記ダイアフラムアセンブリを前記アクチュエータに結合するプッシュロッドと
    を備える、マスフローコントローラ。
13. 前記ベローズは、復元力を提供して前記開閉手段を静止位置に配置する、請求項１２に記載のマスフローコントローラ。
14. 前記静止位置は、開位置である、請求項１３に記載のマスフローコントローラ。
15. 前記静止位置は、閉位置である、請求項１３に記載のマスフローコントローラ。
16. 前記開閉手段は、前記プッシュロッドを受容するように構成された凹部を伴うポペットを含む、請求項１２に記載のマスフローコントローラ。
17. 前記開閉手段は、前記プッシュロッドと一体的に形成されたポペットを含む、請求項１２に記載のマスフローコントローラ。

Images