TWI500868B - 快速作用的氣動式隔膜閥 - Google Patents

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TWI500868B
TWI500868B TW102114994A TW102114994A TWI500868B TW I500868 B TWI500868 B TW I500868B TW 102114994 A TW102114994 A TW 102114994A TW 102114994 A TW102114994 A TW 102114994A TW I500868 B TWI500868 B TW I500868B
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Description

快速作用的氣動式隔膜閥
本發明係相關於氣動式隔膜閥。
對於響應於某些像是電氣訊號及/或氣動致動作用的輸入或輸入而開啟及關閉的閥有許多用途。氣動致動作用基本上為藉著使用較小的電氣螺線管裝置而實現的空氣開關，其用以將例如是壓縮空氣的高壓氣體打開以及關閉，使其到達或不會到達氣體致動的較大的閥。例如是大約60到100 p.s.i.g.(磅每平方吋表壓，4.1到6.9巴，0.41到0.69 MPa，0.41到0.69 MN/m)的氣體壓力係被施加到閥致動器，用以開啟以及關閉一個或多個閥通口，並且螺線管裝置或閥係將到氣動閥致動器的高壓氣體打開及關閉。因此，施加到螺線管的小量電流係將大量的高壓氣體打開及關閉。
某些用途所需要的閥是能夠非常快速地開啟以及關閉，並且在經過許多開啟及關閉循環始終是耐用的、可靠的及準確的，並且可以抵抗腐蝕性且極為容易起反應的氣體。例如、但是並非用於限制的是，在用來控制進入半導體生產反應器之中精確量的反應物氣體的流動或是測量此等反應物氣體的閥之中，特別是用於原子層沉積(ALD)的製程中，其中精確量的反應物氣體流動係被重複且非常快速地開啟及關閉經過許多循環，因為在每次ALD沉積循環期間，薄膜層是由一個或更少的原子層而生 成的。在此等ALD製程中，對於流動控制閥來說，係必須要足夠快速地開啟及關閉，用以在高頻率的閥循環中或是重複地產生實際上數位的完全“開啟”及完全“關閉”的反應物氣體流動來將沉積速率增加到最大的程度，同時保持精確的反應物氣體流動控制。
氣動式隔膜閥(有時候也稱為前導操作的氣動閥、氣動閥等等)對於對於這些種類的許多用途來說通常是較佳的，因為它們很乾淨、不昂貴且很精巧。然而，傳統的或傳統式氣動式隔膜閥具有固有的速度限制以及使用壽命的缺陷，而限制它們在高速應用中的效用，並且缺乏較好的替代方案已經造成ALD技術發展的困難，否則的話ALD技術在可以有希望發展成商業上可實行規模之經濟的半導體製造製程。因此，數年來需要改良方案來使得氣動式隔膜閥能夠以快速得很多的速度及較高的循環頻率有效地操作，而在本發明之前這個係使得閥的製造者感到困難。
一種閥裝置包含有一個氣動閥、一個主要閥體部位、一個主要閥閉合件、一個加壓的前導空氣進入通口以及一個螺線管前導閥。該氣動閥包含有一個沿著在一個活塞容室中之縱向主軸以可以滑動方式移動的活塞，該活塞容室具有一個在該活塞上方的上方容室部位以及一個在該活塞下方的下方容室部位。該活塞具有：(i)一個外圍表面，其係以可以滑動的方式密封於該活塞容室內壁，以及(ii)一個轂部，其係以可以滑動的方式被密封，且可以相對於在上方容室部位中的銷轂縱向地移動，該上方容室部位具有一個將加壓的前導空氣運送到活塞的導管；以及(iii)一個通過該活塞的導管，其係將處於流體流動關係的下方容室部位連接到在該銷轂 之中的導管。
該主要閥體部位帶有一個主要閥開口，該主要閥開口位於在該活塞下方之縱向分隔距離處，使得活塞可以朝向以及遠離主要閥開口移動。主要閥閉合構件係定位在活塞與主要閥開口之間。該主要閥閉合構件係被訂定尺寸及造型成用於關閉該主要閥開口，並且可以響應於活塞朝向以及遠離主要閥開口的運動而朝向以及遠離該主要閥開口移動。前述主要閥閉合構件朝向該主要閥開口的運動係足已關閉主要閥開口，並且前述主要閥閉合構件遠離該主要閥開口的運動則足以開啟主要閥開口。加壓前導空氣進入通口可以連接到一個加壓前導空氣源。
該螺線管前導閥係定位在該加壓前導空氣進入通口與該銷轂之間。前述螺線管前導閥包含有：(i)一個套管，其係定位在該加壓前導空氣進入通口與一個滑軸之間，前述滑軸具有一個出口導管，該出口導管處於與大氣的流體流動關係之中並且係開啟於該套管之中，並且前述滑軸具有一個中間導管，該中間導管處於與在該銷轂中之導管的流體流動關係之中並且開啟於該套管之中；(ii)一個在該套管周圍的線盤，當一電流流過該線盤時，該線盤係產生一個與該套管軸向對準的電磁場；以及(iii)一個轉子，其係以可以滑動的方式定位在該套管中，且可以響應於該電磁場用於在該加壓前導空氣進入通口與該滑軸之間進行來回的往復運動。該轉子係被建構成為一個前導空氣入口的閉合構件，當轉子在一個方向之中移動時該閉合構件係關閉加壓前導空氣入口，而中間導管以及出口導管則以流體流動與彼此相連通，用以將空氣從活塞排出到大氣。該轉子係被建構成為一個空氣出口的閉合構件，當轉子在相反方向之中移動時該閉合構件 係關閉空氣出口導管，而加壓前導空氣入口則開啟以迫使加壓的前導空氣通過該套管、該中間導管、在該銷轂中的導管以及在該活塞中的導管而進入下方容室部位之中，用以移動該活塞。
一個隔膜閥係包含有一個閥流入導管以及一個閥流出導管、一個環狀閥座、一個金屬隔膜以及閥致動器機構，用於將該隔膜移動到該閥座來密封閥座上之隔膜的閥閉合表面，用以關閉該閥，以及用於將該隔膜移動遠離該閥座來開啟閥。該環狀閥座係圍繞著閥流入導管的一個孔口並且包含有一個彈性體材料。該金屬隔膜係定位成鄰接該閥座而具有一個可以移動到以及遠離該閥座的閥閉合表面。
一個提供用於一個氣動閥之快速作動的閥閉合以及開啟的方法係包含有以下步驟：將一個彈性體閥座密封件定位在一個閥流入通口周圍；將一個具有一個閉合表面的閥閉合構件定位成鄰接該彈性體閥座密封件，而使得該閉合表面可以移動到以及遠離該彈性體閥座密封件；將一個氣動活塞定位成鄰接該閉合構件，且一個在該活塞上的隆起部係處於一個將閉合作用力施加到該閉合構件的位置中；將足夠的作用力經由活塞施加在該閉合構件，用以將該閉合表面密封於該彈性體閥座密封件上來關閉該閥；並且用足夠的壓力將前導空氣引導到該活塞之中，用以產生一個與彈簧作用力相反之足夠強大的活塞作用力，用以容許該閉合構件可以移動遠離該彈性體的閥座密封件來開啟該閥。
A‧‧‧區域
B‧‧‧降伏點
C‧‧‧塑性區域
D‧‧‧剩餘的塑性區域
E‧‧‧設備
F‧‧‧扣件
H‧‧‧加熱器
H'‧‧‧部位
10‧‧‧氣動式隔膜閥
10'‧‧‧氣動螺線管閥
12‧‧‧隔膜閥體
14‧‧‧基部區段
15‧‧‧閥
16‧‧‧流入導管
16'‧‧‧凹部
18‧‧‧流出導管
18'‧‧‧凹部
20‧‧‧閥閉合構件
22‧‧‧致動器殼體區段
22'‧‧‧致動器殼體區段
23‧‧‧頸部
23'‧‧‧長形頸部
24‧‧‧氣動閥活塞容室
25‧‧‧端壁表面
26‧‧‧螺線管前導閥
26'‧‧‧替代的螺線管前導閥構造
28‧‧‧流動箭頭
29‧‧‧流動箭頭
30‧‧‧閥座密封件
32‧‧‧流入導管通口
34‧‧‧基座頭部
37‧‧‧銷轂/隆起部
36‧‧‧隔膜閥致動器活塞
38‧‧‧壓縮彈簧
40‧‧‧螺線管核心或轉子
40'‧‧‧轉子
42‧‧‧遠端閉合構件
44‧‧‧進入通口
46‧‧‧壓縮彈簧
48‧‧‧供應裝置/箭頭/前導空氣
50‧‧‧配件
52‧‧‧線圈
54‧‧‧箭頭
56‧‧‧導管
60‧‧‧前導閥支架/支架結構
62‧‧‧導管
62'‧‧‧導管/橫向區段
64‧‧‧活塞容室/下方部位
65‧‧‧上方部位
68‧‧‧壓力箭頭
66‧‧‧底部表面
70‧‧‧排放通口
72‧‧‧箭頭
74‧‧‧隔膜
75‧‧‧閉合表面
76‧‧‧框緣/邊緣部位
78‧‧‧近端
80‧‧‧前導空氣出口導管
80‧‧‧應力對於應變的曲線
80'‧‧‧徑向導管部位
82‧‧‧箭頭
82‧‧‧應力對於應變的曲線
84‧‧‧應力對於應變的曲線
86‧‧‧環狀凹槽/榫接凹槽/塡函
88‧‧‧基部凸緣
90‧‧‧限制器螺帽
92‧‧‧環狀軸環
94‧‧‧環狀密封件
96‧‧‧環狀密封件
98‧‧‧穴部
100‧‧‧縱向主軸
102‧‧‧端壁
104‧‧‧銷轂
106‧‧‧穴部
108‧‧‧導管
110‧‧‧O形環密封件
112‧‧‧滑軸
114‧‧‧套管
116‧‧‧導管
116'‧‧‧延伸部份/縱向導管
118‧‧‧導管
118'‧‧‧延伸部份/縱向導管
120‧‧‧凸緣
122‧‧‧壁部
124‧‧‧O形環密封件
126‧‧‧環狀出口通道
128‧‧‧出口通口
130‧‧‧出口通口
132‧‧‧圓柱形容器
134‧‧‧填函
136‧‧‧上方部位
138‧‧‧下方部位
140‧‧‧支承表面
142‧‧‧罩蓋
144‧‧‧軸向搪孔
146‧‧‧座落表面
148‧‧‧O形環密封件
150‧‧‧罩子
152‧‧‧O形環密封件
154‧‧‧螺帽
156‧‧‧暗榫栓釘
158‧‧‧暗榫栓釘
160‧‧‧主要筒形部位
162‧‧‧頸部
164‧‧‧較寬的頭部
166‧‧‧縱向空氣通道
168‧‧‧縱向空氣通道
168'‧‧‧縱向通道
170‧‧‧密封件
170'‧‧‧密封件
172‧‧‧密封件
174‧‧‧絲線
178‧‧‧洞孔
180‧‧‧導管覆蓋
182‧‧‧襯墊
184‧‧‧螺絲
186‧‧‧螺絲
192‧‧‧銷轂
190‧‧‧突出件
194‧‧‧轂部
196‧‧‧主要閥容室
198‧‧‧變寬的頭部
200‧‧‧主要閥密封件構件
202‧‧‧橫向導管
203‧‧‧軸向導管
204‧‧‧橫向導管
206‧‧‧橫向導管
210‧‧‧氣動式隔膜閥
212‧‧‧散熱片
214‧‧‧散熱片
216‧‧‧長形插入部份或延伸部份
218‧‧‧承口
220‧‧‧遠端
結合於本說明書而形成本說明書一部份的隨附圖式說明了由申請範圍所界定之本發明示例性的實施方式，並且此等圖式並不是要用 來表示所主張的發明是被限制於這些或任何特殊實施例或是所說明者。在這些圖式中：圖1為本發明示例性之快速作用氣動式隔膜閥實施方式的等角視圖；圖2為圖1示例性之快速作用氣動式隔膜閥實施方式的前視圖；圖3為圖1示例性之快速作用氣動式隔膜閥實施方式的右側視圖；圖4為圖1示例性之快速作用氣動式隔膜閥實施方式的俯視圖；圖5為圖1示例性之快速作用氣動式隔膜閥實施方式的仰視圖；圖6為圖1示例性之快速作用氣動式隔膜閥實施方式沿著圖3以及圖4的剖面線6-6所截取的放大橫剖面視圖，且該氣動式隔膜閥係位於正常的關閉位置；圖7為圖1示例性之快速作用氣動式隔膜閥實施方式沿著圖4的剖面線7-7所截取的放大橫剖面視圖，且該氣動式隔膜閥係位於正常的關閉位置；圖8為相似於圖6的放大橫剖面視圖，但是該氣動式隔膜閥係被致動到開啟位置；圖9為圖1示例性之快速作用氣動式隔膜閥實施方式沿著圖4的剖面線9-9所截取的放大橫剖面視圖，且該氣動式隔膜閥係被致動到開啟位置；圖10為示例性之螺線管核心的放大等角視圖，該螺線管核心具有使用於圖1之示例性快速作用氣動式隔膜閥之中的縱向空氣通道；圖11為示例性之閥閉合隔膜的等角視圖，該閉合隔膜可以用來關閉在圖1之示例性氣動式隔膜閥之中的一個閥通口；圖12為圖6到圖9中之閥座密封件的放大橫剖面視圖；圖13為相似於圖8的橫剖面視圖，但是其具有供選擇的主要閥閉合構件； 圖14為相似於圖8的橫剖面視圖，但是其具有替代的螺線管前導閥構造；圖15為氣動式隔膜閥的正視圖，該隔膜閥具有用於使用在高溫應用中之選擇性具有散熱片的長形頸部；圖16為相似於圖8的橫剖面視圖，但是其中圖15的替代長形頸部係位於氣動式隔膜閥體上，用於在高溫應用中保護閥致動器的元件；以及圖17為說明了用於塑膠、硬彈性體及軟彈性體材料之典型應力對於應變關係的曲線圖。
一個使用本發明改良之示例性實施方式的示例性快速作用氣動式隔膜閥使用10係顯示在圖1到圖5之中。這些改良是源自於發明人體認到，在傳統氣動式隔膜閥設計中一些互相關聯的問題彼此相組合及彼此影響而造成固有的低速度以及短暫的使用壽命，此等低速度及短暫的使用壽命已經對於工業造成困擾並且如上文所解釋的使得原子層沉積(ALD)製程有希望的發展者感到挫折。舉例來說，用於ALD應用之傳統的氣動式隔膜閥係使用在閥體之中的隔膜來轉移與閥座密封件相關的機械閥閉合動作，同時防止污染物洩漏到閥體之中或是饋入的氣體漏出閥體。由於大部份的饋入氣體非常容易起反應，傳統的隔膜或其他閥閉合構件以及閥體通常是不銹鋼，並且傳統的閥座密封件通常是一種耐化學品的塑膠。此等塑膠閥座密封件所具有的密封件表面係符合在隔膜或其他閥閉合構件上的表面。授予Gotch等人的美國專利第6,189,861號中隔膜閥中的PCTFE(聚三氟氯乙烯)閥座材料是具有塑膠閥座密封件之習知技術隔膜閥的實施例。PCTFE一般來說具有在大約180,000到260,000 p.s.i.(1,240到1,800 MPa)範 圍之中的彈性模數。
有時候稱為楊氏模數的彈性模數為應力對於應變的比率，以及其為材料科學之熟習技術人士所共同用來描述或是量化材料剛性(stiffness)的特徵。為塑性材料之特徵之典型應力對於應變的曲線80係顯示於圖17之中，用於與典型的應力對於應變的曲線82，84相比較，而曲線82，84分別為硬彈性體材料及軟彈性體材料的特徵。應力係以每單位面積的作用力來測量，例如，每平方英吋的磅數(p.s.i.)、巴(Pa)或是每平方公尺的牛頓數。應變為對於原始長度之長度變化的比率，其通常以百分比來表達。而彈性模數或是楊氏模數則為應力除以應變，此等模數的單位也是p.s.i.、Pa或是牛頓/m2 。為了更便利表示數字，有時字頭mega或是M係與Pa一起使用，來表示一百萬(1×106 )巴斯卡(Pascals)。
如上文所提到的，彈性體為彈性聚合物，其具有提供材料“記憶”以將它們在被變形之後回復到其原始形狀及尺寸的內部分子結構，除非此等材料被變形到足以破裂。塑膠也可以具有針對少量初始變形或應變的某種彈性，例如是在圖17中之曲線的區域A，但是它們很快地會達到降伏點，如在圖17中的B點處所示的，超出此降伏點的進一步變形或應變為塑性的，其係使得材料將不再回復其初始的形狀以及尺寸。曲線80，82，84的斜率(應力除以應變)係對應於各個材料的楊氏模數，對於可以彈性變形的材料來說，楊氏模數亦以彈性模數為人所知，並且其係為材料勁度的計量單位，亦即，對於變形的阻力。在圖17中，可以看出的是，特徵曲線80的部位A，的斜率係非常地陡峭，而一般的塑性材料在該部位A處會具有一些初始彈性，此說明了相較於對於一般硬彈性體材料及軟彈性 體材料的曲線82，84的平坦得多的斜率(亦即，彈性模數的數值)，此種塑性材料的彈性模數是相當地高。因此，如同由圖17中的曲線80，82，84所說明的，塑性材料所具有的一個特徵初始彈性具有針對在初始彈性區域A中的高楊氏模數或彈性模數，其係隨著接近降伏點B而降低，且在到達降伏點B時，斜率(楊氏模數)轉變成負的，在斜率變成正的之前對於初始的塑性區域C係降低，且對於剩餘的塑性區域D則再次增加直到材料破裂為止。
與為典型塑性材料的特徵的曲線80相反的是，對於即便是“硬”彈性體之典型彈性體材料之特徵曲線82，84的斜率係比塑性材料應力對於應變的曲線80的初始彈性部位A斜率低得很多，並且它們並不會變成負的。因此，硬的及軟的彈性體材料一般來說會具有比塑性材料的初始彈性變形性質要低得許多的彈性模數數值。在圖17之中的曲線圖並沒有用於應力的單位，因為此曲線圖是要用來說明特徵的關係，而不是對於特定材料的特定應力、應變或楊氏模數的數值。然而，目前已知的塑膠聚合物材料所具有的彈性模數數值大致上會大於50,000 p.s.i.(345 MPa)，而典型的彈性體所具有的彈性模數數值大致上會低於30,000 p.s.i.(207 MPa)，例如5,000 p.s.i.(35 MPa)或更低。
很確定的是，在氣動式隔膜閥中的塑膠閥座密封件有一些非常有利的特質，此等特質並不只是對於化學品的抵抗力、在低於材料玻璃過渡溫度之溫度下的機械強度、及永久地、亦即塑性地、符合匹配的隔膜表面的能力。然而，因為典型塑性材料的高機械強度以及高彈性模數，所以塑膠密封件需要有大的接觸表面積來與閥閉合構件的對應大表面積相匹 配，用以密封抵抗氣體流動或是通過閥的洩漏。使用於傳統式氣動式隔膜閥中之閥座密封件之典型塑性材料的此等高彈性模數數值以及機械強度係限制了表面的變形，並且容許微小的洩漏路徑在閥閉合構件與閥座密封件之間形成。因此，需要大表面積來降低橫過整個密封件之洩漏路徑的可能。結果，用於此等塑性材料所需要的大接觸表面積A係需要在閉合構件上有很大的作用力，用以達到產生有效密封所需的壓力，如由基本物理關係F=P×A所示的，其中F為作用力，P為壓力且A為表面積。這個問題加重了上文所提到的在速度以及循環頻率上之固有限制的負擔，這是因為要產生用於有效密封作用所需壓力之閉合構件上的大彈性作用力係從而需要大面積的活塞來克服用以開啟閥的彈性作用力。因為空氣是一種可壓縮流體，所以大面積的活塞需要大型活塞容室，因此也會需要更多的空氣積體，而更多的空氣體積則需要更多的氣動加壓時間來加壓汽缸，用以發展出用以克服彈性作用力所需要的大活塞作用力。長的氣動加壓時間限制了所能夠達成的速度以及循環頻率。而且，在隔膜上的大彈性作用力造成了在隔膜上有更大應力，從而縮短了隔膜的使用壽命。
為了對抗這種固有的閥速度以及循環頻率的限制，本發明係針對：將必須被加壓來發展出將閉合構件密封在閥座上所需作用力的空氣體積減少到最小程度，藉此將氣動加壓時間減少到最小程度。較少的氣動加壓時間能夠有較高的閥開啟及關閉速度以及較高的循環頻率。空氣體積是藉著以下方式而被減少到最小程度：針對閥座密封件使用一種彈性體材料而不是一種塑性材料，以及藉著將螺線管前導閥整合於閥體之中，而將介於前導閥與活塞之間的空氣體積減少到最小程度，如將會於下文中更加 詳細描述的。針對閥座密封件使用一種彈性體材料而不是一種塑性材料減少了用以實現適當密封作用來關閉閥所需要的壓縮作用力，這是因為彈性體較軟(較不堅硬)並且具有比塑膠更低的彈性模數數值。因此，必須施加到閉合構件來關閉閥的彈性作用力以及必須發展出來開啟閥的活塞反作用力二者都可以藉著針對閥座密封件使用一種彈性體而不是一種塑膠而被大致上降低。因此，對於任何給定之所使用的氣動壓力來說，像是開啟閥所需要的較小活塞作用力係能夠使用較小面積的活塞，因此能夠使用較小體積的活塞容室，並且用以發展出所需活塞作用力之壓力的必須被壓縮空氣體積也會較小。
如上文所提到的，快速作用氣動式隔膜閥10係為精巧的，且被建構成用以將介於螺線管前導閥26與隔膜閥致動器活塞36之間的空氣體積減少到最小程度，如將會於下文中更加詳細描述的，以便於將增壓時間減少到最小程度以及藉此能夠以較快且較高的循環頻率閥操作。這種構造至少部份地藉著以下方式來達成：將螺線管致動器元件(例如，圖1到圖12之實施方式中的轉子40、線圈52、滑軸112、套管114、填函134、以及罩蓋142)整合到在隔膜閥體12之內的前導閥26中，並且包括有、但是不限制於、引導氣動前導閥的操作空氣通過螺線管元件，以作用如同一個用於在隔膜閥體12中之氣動閥啟動物的前導閥。整合的螺線管前導閥26係軸向地裝設在活塞36上，其方式也能夠將導管及其他元件中的空氣體積減少到最小程度，前導空氣係在此等元件處被引導進入及離開在活塞36之下的活塞容室64。而且，閥座密封件30是一種彈性體而不是一種塑膠，用以將所需的閉合作用力減少到最小程度，而此係能夠使用較小面積的活塞 36，因此使用較小體積之必須被壓壓來開啟的閥15的空氣，如將會更加詳細地在下文中解釋的。為了便利起見，示例性的氣動式隔膜閥10係被描述成用空氣來操作，但是可以了解的是，該隔膜閥10能夠以任何氣體來操作，而不只是空氣。
為了要解釋示例的氣動式隔膜閥10，現在主要參照圖6的放大橫剖面視圖。如圖6所示，隔膜閥體12包含有一個基部區段14，該基部區段14包括有一個流入導管16以及一個流出導管18，用於引導流體流動進入及離開要被主要閥15打開及關閉的隔膜閥10。該隔膜閥體12也包含有一個用於封閉住氣動閥活塞容室24以及其他氣動致動器元件的致動器殼體區段22，其將會更加詳細地描述於下文之中。圖6中的隔膜閥10係被顯示成如同正常閉合的閥，亦即，沒有壓縮前導空氣的供應裝置48或是在螺線管前導閥26的線圈52中沒有電流，主要閥15的閥閉合構件20係被關閉且防止了流體流出流入導管16而到達流出導管18，如圖6所說明的。然而，一旦了解了本發明的原理，在有需要時，隔膜閥10也可以被建構成用以提供正常開啟的閥。當開啟閥閉合構件20時，如圖8所示，隔膜閥10所控制的流體可以從流入導管16流到流出導管18，亦即，通過隔膜閥10的基部區段14以及主要閥15，如在圖8中的流動箭頭28，29所表示的。當然，如果有需要的話，可以反轉流動方向，亦即，使得導管18成為流入導管及使得導管16成為流出導管。
再次主要參照圖6中之正常關閉模式的示例性隔膜閥10。閥座密封件30以及閥閉合構件20一起係包含有該主要閥15。主要閥15的閉合構件20係被迫進入起被保持在抵抗環狀閥座密封件30的閉合位置中， 該環狀閥座密封件30環繞著流入導管通口32以防止流體從流入導管16流到流出導管18。在像是銷轂37之隆起部遠端上的基座頭部34係從活塞36轂部處向下延伸，該基座頭部34是被一個例如線圈壓縮彈簧38的彈簧推抵著閉合構件20，用以關閉主要閥15。彈簧38的作用力應該至少能夠足以藉著足夠的壓力抵抗閥座密封件30而推動主要閥閉合構件20，用以充份地壓縮閥座密封件30來提供適當的密封作用，亦即，用以當主要閥15是在閉合模式之中時防止受到控制的流體從流入導管16洩漏到流出導管18。然而，為了要克服摩擦並且獲得高速的閥操作，彈簧38應用到活塞36上的作用力可以比用以壓縮(變形)閥座密封件30而足以產生適當密封作用的小作用力大得多。因此，隆起部37的長度係被製做成：當活塞36的底部表面接觸並且“觸底”在殼體22的端壁表面25上時，使得該基座頭部34以及閉合構件20會壓縮閥座密封件30正好達到在主要閥15中產生有效密封座用所需要的份量，藉此提供一“限制止動器”，其限制了該活塞36與該隆起部37之移動或者行程，因此無論該彈簧38施加於活塞36之作用力大小，而在一定程度上限制彈性體閥密座封件30被壓縮的程度。舉例來說，但是不是限制的是，如果閥座密封件30必須被壓縮0.005英吋用於使得該密封件可以產生有效的密封的話，那麼當活塞36的底部在藉由端壁表面25所提供的限制止動器上“觸底”時，隆起部37的長度就足以導致閉合構件20壓縮閥座密封件30所需要的0.005英吋。因此，即便此種閥座密封件30之壓縮作用僅需要例如5磅的作用力來建立一有效的密封，在活塞36上的彈簧38負載可能會大得多，例如20到40磅，來藉此用以提供所需的速度。在同一時間，閥座密封件30上的限制壓縮變形作用，如藉由限制止動器作 用於該活塞36般被限制，係將閥座密封件30上的壓縮作用力限制，其在一定程度上限制了該彈性體閥座密封件30被壓縮的程度，因此限制了實際上的該壓縮閉合力量在5磅或是無論是怎樣的其他作用力數值，此種被限制的壓縮變形作用係在針對閥座密封件30所採用的特殊彈性體或其他材料中發展出來，除了其藉由該彈簧38施加於該活塞36的足足20至40磅之作用力，如於以下文中所討論的。因此，如以上說明，此限制止動器特徵有利於，當藉由該彈簧38透過該活塞36、隆起部37以及閉合構件20以一較小作用力量所施加於該彈性體閥座密封件30而限制有效的閉合作用力時，使用強力彈簧作用力作用於該活塞而具更快速的致動速度。此一較小作用力之實際值取決於藉由該彈性體閥座密封件30在所述例子中所限制其壓縮之0.005吋所發展壓縮之抗力，如藉由限制止動器所容許於該活塞38上之作用，其係直接地相關於特定用來使用於該閥座密封件30的彈性體材料之彈性壓縮模數。
在這點值得注意的是，在圖6閉合閥模式之中的螺線管核心或轉子40具有一個遠端閉合構件42，該遠端閉合構件42被一個線圈壓縮彈簧46保持在一個用以關閉一個進入通口44的位置之中，使得加壓的前導空氣(藉著在配件50中之充滿斑點及箭頭48所概略地說明的)無法進入閥10。只要螺線管轉子40是被保持在此閉合位置之中，作用在活塞36上的彈簧38就無法將主要閥15之閥閉合構件20的閉合表面75保持抵靠著閥座密封件30，用以使主要閥15保持閉合。當然，在使用時，加壓的前導空氣48係藉著管子或管件(未顯示於圖中)從某個加壓來源(未顯示於圖中)被供應，該管子或管件會被連接到配件50，如熟習該項技術的人士將會了解 的。當抵抗前導螺線管閥彈簧46的作用力用磁力的方式拉動轉子40而足以將轉子40軸向地移動遠離前導空氣進入通口44時，加壓的前導空氣48係急促地進入閥10之中，而導致氣動活塞36可以克服彈簧38的作用力並且開啟主要閥15，如將在下文中更加詳細討論的。
現在主要參照針對開啟閥模式的圖8，當電流流過螺線管前導閥26的線圈52時會產生一個磁場，該磁場係將螺線管26的金屬核心轉子40軸向地拉離前導空氣進入通口44，如以箭頭54表示的，使得加壓前導空氣48可以急促地進入閥10之中，如上文所提及的。在隔膜閥10內側，加壓的前導空氣係縱向地流過螺線管前導閥26以及流過前導閥支架60端壁之中的一個導管108而到達主要閥致動器活塞36，如在圖8以充滿斑點的部份所概略地說明的。在活塞36中的導管62係引導加壓的前導空氣通過活塞36而到達活塞36下方之閥活塞容室24的下方部位64。在活塞容室24的下方部位64之中，加壓的前導空氣承載在活塞36的底部表面66上，如由壓力箭頭68所指示的，用以向上推動活塞36。活塞容室24的上方部位65係通過在殼體22中的排放通口70而對大氣開放。因此，被應用在活塞36底部表面66上的前導空氣壓力會在活塞36上產生一個向上的淨作用力向上，用以如箭頭72所表示地抵抗壓縮彈簧38的作用力向上移動活塞36。當然，前導空氣必須具有應用於活塞36之足夠淨表面積66上的足夠壓力來克服在活塞36上之壓縮彈簧38方向向下的作用力，以便於向上推動活塞36。熟習該項技術的人士具有充分的能力來製做這些種類的設計計算以及選擇所需的任何尺寸的閥。
當然，當活塞36如由箭頭72.所指示且如上文所描述地向上 移動時，其係容許主要閥閉合構件20可以移動而遠離閥座密封件30，用以容許受到控制的流體可以如由流動箭頭28，29所指示地從流入導管16流到流出導管18，亦即，用以開啟主要閥15。在圖1到圖9所示的示例性氣動式隔膜閥10中，主要閥閉合構件20包含有一個可彈性變形的、一般為向上成碟狀的隔膜74，如最清楚地從圖11以及圖12看出的。因此，當活塞36的頭部34如圖6所示的在閉合構件20的隔膜74上向下推時，隔膜74係向下變形來抵靠著閥座密封件30密封其閉合表面75。然而，當活塞36向上移動時，如圖8以及圖12所示的，彈性的隔膜74會彈回或“突然扣回(snaps)”到其正常向上的碟形造型並且遠離該閥座密封件30，用以開啟該主要閥15。一個圍繞在隔膜74(圖11)周圍的框緣76可以被設置，用於將隔膜74裝設及保持在適當位置之中，如圖6到圖9所示且將在下文中更加詳細地解釋的。
只要電流流過該螺線管線圈52，轉子40係會任由前導空氣進入通口44開啟，因此加壓的前導空氣可保持氣動式隔膜閥致動器活塞36像上並且該主要閥閉合構件20繼續保持在開啟位置之中，如圖8以及圖12所示的。在這點值得注意的是，在保持轉子40遠端42遠離前導空氣進入通口44時，如圖8所示的，轉子40的近端78係接近在螺線管滑軸112中的一個前導空氣出口導管80，使得加壓的前導空氣無法逃出氣動閥元件內部。然而，一旦在螺線管線圈52中的電流被關掉，電磁場會崩潰，並且該線圈壓縮彈簧46可以再次將轉子40向上推動，如在圖6中的箭頭82所表示的，用以關閉前導空氣進入通口44並且在同時開啟該前導空氣出口導管80。因此，藉著轉子40移動到如圖8所示的位置，在隔膜閥10之內部元件 之中的前導空氣，包括在活塞容室24下方部位64之中的前導空氣，會被加壓且釋放通過該出口導管80以及通過在圖6以及圖8中以虛線概略顯示出來的徑向導管部位80'。從滑軸112的導管80，80'處，被釋放的前導空氣會流入活塞容室24的上方部位65，該上方部位65係經由在殼體22中的排放通口70對於閥10外側的大氣開放。藉著壓抑在活塞36下方之容室之下方部位64之中的前導空氣，主要閥彈簧38可以再次向下推動活塞36，如由在圖6中由箭頭84所表示的，用以將主要閥15的閉合構件20移動到閥座密封件30上的關閉位置之中。
只要電流流過該螺線管線圈52，轉子40係會任由前導空氣進入通口44開啟，因此加壓的前導空氣可保持氣動式隔膜閥致動器活塞36像上並且該主要閥閉合構件20繼續保持在開啟位置之中，如圖8以及圖12所示的。在這點值得注意的是，在保持轉子40遠端42遠離前導空氣進入通口44時，如圖8所示的，轉子40的近端78係接近在螺線管滑軸112中的一個前導空氣出口導管80，使得加壓的前導空氣無法逃出氣動閥元件內部。然而，一旦在螺線管線圈52中的電流被關掉，電磁場會崩潰，並且該線圈壓縮彈簧46可以再次將轉子40向上推動，如在圖6中的箭頭82所表示的，用以關閉前導空氣進入通口44並且在同時開啟該前導空氣出口導管80。因此，藉著轉子40移動到如圖8所示的位置，在隔膜閥10之內部元件之中的前導空氣，包括在活塞容室24下方部位64之中的前導空氣，會被加壓且釋放通過該出口導管80以及通過在圖6以及圖8中以虛線概略顯示出來的徑向導管部位80'。從滑軸112的導管80，80'處，被釋放的前導空氣會流入活塞容室24的上方部位65，該上方部位65係經由在殼體22中的排放 通口70對於閥10外側的大氣開放。藉著壓抑在活塞36下方之容室之下方部位64之中的前導空氣，主要閥彈簧38可以再次向下推動活塞36，如由在圖6中由箭頭84所表示的，用以將主要閥15的閉合構件20移動到閥座密封件30上的關閉位置之中。
而且，快速作動、高頻率的循環具有數個另外的固有問題。舉例來說，由於來自於特別是在高溫中快速移動的致動器活塞36的高慣性作用力，閥座密封件係傾向於在經過一段時間之後退化，並且不管隔膜是金屬、塑膠或其他典型的隔膜材料，隔膜會因為材料疲勞而破裂。因此，如以下說明的，閥10係建構成能夠容易移除及替換那些元件。
現在主要參照圖6，如上文所解釋的，閥10的基部區段14具有流入以及流出導管16，18，並且其具有一個用於限制閥座密封件30的環狀凹槽86。設有一個基部凸緣88，用於將閥10裝設在任何所需平台上或設備元件上，並且係設有凹部16'，18'用於密封件(未顯示於圖中)。
閥10的主要主體12係可移除地裝設在基部區段14上，並且藉著一個限制器螺帽90而被固定在該處，限制器螺帽90係被螺結於基部區段14的邊緣上。在螺帽90被定位在頸部23周圍之後，環狀軸環92係被熔接到致動器殼體區段22的頸部23，使得將螺帽22鎖緊在軸環92上也會將殼體區段22扣緊於基部區段14。閉合構件20也被螺帽90保留在適當位置之中，而該螺帽90係被鎖緊來擠壓閉合構件20(隔膜)介於環狀軸環92與基部區段14之間的一個邊界的邊緣部位76。因此，閉合構件20以及閥座密封件30二者都可以容易地取用，用於簡單地藉著旋開螺帽90以及將基部區段14從主要主體12處分開而移除以及更換。圖6所示的環狀閥座密封 件30係被一個榫接凹槽或填函86保留在基部區段14之中，如最清楚地可以在圖12中看出的，該榫接凹槽或填函86具有圓形邊緣的梯形橫剖面，並且其係為一種彈性體材料而不是通常在傳統氣動式隔膜閥中使用於閥座密封件的塑性材料，如將會更加詳細地在下文中解釋的。
雖然主要閥座密封件30可以使用塑膠以及其他材料，針對閥座密封件30使用一種彈性體材料具有數個顯著優點，包括有、但是不限制於、主要閥15的使用壽命長、經確、速度以及可重複性。如上文所提到的，這個氣動式隔膜閥10係被設計成用於其中這些特質、及特別是速度、很重要的應用中。塑膠的缺點是，需要相當的作用力大小來密封，如上文所解釋的，這是因為它們在閥座密封件與閉合構件之間需要一個很大的界面或匹配表面積，用以防止在閉合模式中發生洩漏。施加這麼大的作用力於閥閉合構件以及閥座密封件具有至少二個缺點。首先，其需要一個較為強大的彈簧來將較強大的作用力施加到該閥座密封件，因此其係需要一個較大的活塞面積或是更大的前導空氣壓力、或二者皆需要，用以向上推動活塞抵抗如此的較大彈簧作用力，以便於開啟主要閥。這些需求，亦即，較大的活塞面積及較大的彈簧作用力，的其中任一個或二者係增加了閥的作用時間，因此，由於上文所解釋的原因而使得閥變得更慢。其次，如此的大作用力係導致，與如果較少作用力係施加於隔膜的情況相較，主要閥閉合構件的隔膜會在重複進行較少次循環之後破裂。
對於這種快速作用氣動式隔膜閥10來說，理想的閥座密封件30將會是能夠以最小的作用力以及不會有變形達成適當防止洩漏的密封件，而這個在真實的世界中是無法獲致的。為了在以下情形要提供適當的 以及可重複的密封：介於閉合構件20與閥座密封件30之間，例如，如圖12所示的介於隔膜74的閉合表面75與閥座密封件30之間，以介於閥座密封件30與基部區段14或其他其中形成有密封限制凹槽或填函86或其他密封件限制結構的材料之間，閥座密封件30會需要一些彈性變形。因此，已經決定的是，將閥開口增加到最大以及用於高速氣動式隔膜閥10之閉合速度的最佳操作條件將會是低的壓縮作用力以及主要閥15元件的小量變形，而仍然能夠達成完美的密封件。然而，以目前可以獲得的塑性材料，會需要非常大的壓縮作用力來獲致適當的密封件。如果塑性材料萬一變成能夠獲得30,000 p.s.i.(207 MPa)或更少，較佳的是15,000 p.s.i.(103 MPa)或更少，及甚至更佳的是5,000 p.s.i.(34 MPa)的彈性模數數值，提供適當密封件連同以此種塑性材料製做的閥座密封件所需要的壓縮作用力會是足夠低以有利地影響尺寸被制定成用於增進主要閥15的高速操作的主要閥彈簧38以及主要致動器活塞36。由於彈性體一般來說具有比目前可獲得的塑膠顯著較低的彈性模數數值，它們可以有利地使用於主要閥座密封件，用以藉著將所需的壓縮作用力保持很低，例如，比目前可獲得塑膠閥座密封件所需要的低得很多，來增進氣動式隔膜閥10的閥操作速度能力，同時仍然能夠提供適當的密封作用。彈性體一般來說具有小於5,000 p.s.i.(34 MPa)的彈性模數數值。因此，對於在這個快速作用氣動式隔膜閥10中的閥座密封件30來說，該密封件係為了其用以藉著小界面面積來進行密封的能力而需要彈性體，以便於將關閉主要閥15所需要的彈簧作用力減少到最小程度，如上文所解釋的。也會需要的是，形成具有小量壓縮變形的密封件，以便於將閉合構件必須行進來達到該密封件的距離縮短到最小程度。因此，一 些彈性體可以具有比這種應用的其他材料更好的性質。舉例來說，如果彈性體材料太軟的話，亦即，如果彈性模數太低的話，必須只有在壓縮以及壓下閥座密封件之中消耗掉閉合構件20所行進的相當份量。因此，為了要調和如此的壓縮作用，活塞36以及閉合構件20將必須要是其下任一種情形：(i)被製做成行進得更遠，此係需要更多時間來開啟及關閉主要閥15，從而使得氣動式隔膜閥10較慢，或是(ii)當主要閥15是開啟時在閉合構件20與座位密封件30之間留下較小的空隙，此將會限制流體通過主要閥15的質量流率(流動傳導性)，藉此降低了主要閥15的流動容量。這些選擇沒有一個是特別有吸引力的。然而，這個問題係藉著針對閥座密封件30使用相當“硬的”彈性體材料而被緩和。如由圖17所說明的，“硬的”彈性體所具有的彈性模數係稍微高於“軟的”彈性體，但是其仍然比典型塑性材料的彈性模數要小得很多。再次地，在圖17中的曲線圖並不具有單位，這是因為其係被提供如同典型相對材料特徵一般視覺指示，但是已經決定的是，具有大約1,000 p.s.i.(6.9 MPa)彈性模數的VitonTM 彈性體材料(一種氟彈性體)提供了一種適當的密封件，該密封件在足夠小的壓縮作用力之下具有足夠小的變形而不會妨礙到傳導性，並且已經決定的是，甚至更硬而具有大約1,700 p.s.i.(11.7 MPa)之彈性模數的ChemrazTM 彈性體材料(一種全氟彈性體)係甚至更好，其具有甚至較小的變形，而在比使用塑膠閥座密封件的典型隔膜數值小得很多的壓縮作用力之下仍然能夠提供適當的密封。根據這些結果以及觀察，甚至較硬的彈性體材料，例如，彈性模數高達5,000 p.s.i.(34 MPa)，及可能高達15,000 p.s.i.(103 MPa)或甚至高達30,000 p.s.i.(207 MPa)，對於最佳化具有足夠小的壓縮作用力的小變形，而 能夠達成閥的操作速度以及上文及下文所討論之使用壽命長的優點來說係甚至為更好的，然而彈性模數的數值高達5,000 p.s.i.(34 MPa)以及較高的彈性體在目前來說是無法獲得的。因此，為了緩和上文討論之閥的傳導以及閉合構件的前進問題，否則的話這些問題可能會與對於閥座密封件30所使用的彈性體材料有關，使用“硬的”彈性體包括有具有1,000 p.s.i.(6.9 MPa)或以上之彈性模數數值的彈性體，此等彈性體現在是已可以獲得或是可能變成可以獲得的。在任何情況中，實驗結果已經顯示出：彈性體閥座密封件30係因為以下原因而在性能上勝過塑膠：(1)大致上需要較小的作用力到製做適當的密封件；以及(2)與塑膠相比彈性體稍微較高的變形並不會在流動傳導性上有顯著的負面影響，此也可以藉著機械設計參數而被緩和，如將於下文中討論的。而且，彈性體閥座密封件係比塑膠的閥座密封件更容易很多來移除以及更換，塑膠係傾向於形狀塑性地變成一致的並且在它們周圍的保留結構使得它們會非常困難移除。
彈性體閥座密封件30需要在主要閥15中達成適當密封所需要的壓縮變形量也可以藉著使用圓形的梯形橫剖面構造，連同如圖6以及圖12所示之保留凹槽或填函86的梯形或是“鳩尾形”橫剖面構造而被減輕。具有圓形橫剖面的傳統式彈性體O形環也可以使用於閥座密封件30，但是，以目前可以獲得的彈性體材料，此等傳統式O形環構造必須在它們直徑的百分之10到20的範圍中壓縮，用以會在典型半導體製造饋送氣體應用中遭遇到之例如1到3,000托爾(torr)的典型差動流體壓力中進行有效的密封。此變形量會導致上文所討論的傳導問題，當更硬的彈性體亦如上文所討論的變成可以獲得時，此問題可以藉著此等甚至更硬的彈性體而被 減輕，或藉著機械設計調整而被減輕，例如，藉著使用與流入通口16之閥之直徑相關之較大直徑的O形環，如將在下文中討論的。
另一方面，彈性體座位密封件30連同其在圖6以及圖12中所示之“鳩尾形”填函86中且以例如是在0.040到0.060英吋範圍內的垂直尺寸之ChemrazTM 全氟彈性體所製做的圓形梯形構造，係提供了有效的密封覆蓋區，該覆蓋區僅需要0.002到0.008英吋(0.05到0.15 mm)的壓縮，其為在垂直方向中的厚度的大約百分之2到10，用以形成具有上文所提及之典型差動流體壓力範圍的有效密封件，並且如此的壓縮可以藉著在彈性體閥座密封件30上大約1到5磅的作用力來提供。因此，藉著針對閥座密封件30使用具有圓形梯形橫剖面的彈性體密封件、如上文所描述之結合氣動式隔膜閥10較小空氣體積的氣動元件，相較於對於相較於商業上可獲得之大部份其他氣動式隔膜閥的15到20毫秒，此氣動式隔膜閥10的開啟時間只有大約只有大約3到4毫秒。圓形的梯形橫剖面也會增進在主要閥15結構之中的密封件壽命、減少微粒作用(particulation)、改善安裝、消除由於在凹槽86中之密封件30之扭轉的故障。以一種全氟彈性體聚合物材料製做的彈性體密封件在商業上為可獲得的，例如可以從美國賓州Kulpsville的Greene,Tweed & Co、在商標ChemrazTM 之下所獲得的，其包括有圓形的梯形橫剖面。
如上文所提到的，在流動傳導性上的限制在某種程度上也可以被機械設計參數所緩和，例如，閥座密封件30相對於該閥座密封件30所定位而環繞的流入導管16的尺寸的直徑或是流出導管18的尺寸，如果此二者尺寸不相等的話，不管哪一個是較小的。對於例如流入導管16來說， 該流動路徑所具有的橫剖面積係等於流入導管16的橫剖面積，對於圓形的橫剖面導管16來說此橫剖面積為π r2 ，其中r為流入導管16的半徑。如圖6及圖12所示，閥座密封件30為環狀的並且圍繞著具有直徑D的流入導管16。閉合構件20的密封表面75與閥座密封件30之間的流動面積應該至少與流入導管16的流動路徑(或是如果流出導管18小於流入導管16的話，則為流出導管18的流動路徑)一樣大。介於密封表面75與閥座密封件30之間的流動面積為π D δ，其中D為閥座密封件30的直徑且δ為介於密封表面75與閥座密封件30之間的距離或空隙。因此，當主要閥15完全開啟時，如果π D δ大於或等於π r2 的話，那麼當主要閥15完全開啟時，主要閥15的流動傳導性將不會被閥閉合構件20以及閥座密封件30所妨礙。因此，對於特定的流入導管16的尺寸(或是如果流出導管18較小的話，則為流出導管18)來說，閥座密封件30的直徑D或是空隙δ或是二者可以被調整，用以獲得所需的關係π D δ>π r2 。空隙δ係等於閉合構件20的行進扣除閥座密封件30的壓縮變形。閉合構件20所行進的越少，主要閥15就能開啟以及開啟得越快，並且，如果閉合構件20是一個如圖6以及圖12所示的隔膜74的話，行進距離可以被嚴格地限制在該隔膜74可以屈曲的量。當然，可以容易地提供較大直徑D的閥座密封件30，以便於增加π D δ的數值，但是較大直徑D的閥座密封件30也會需要較大的作用力，而對於如上文所解釋的其他速度以及持續期間的考量會產生不良後果。因此，這些參數：閥座密封件的直徑D、閥座密封件的變形、以及作用力可以改變，並且相關於彼此平衡，用以提供最佳的速度以及其他操作參數。如上文所解釋的，針對閥座密封件30使用彈性體材料而不是塑膠係會在作用力減少 中產生很大的報酬，用於小量損失壓縮變形中，並且使用“硬的”彈性體及/或圓形梯形橫剖面更減少了壓縮變形以及維持流動傳導性所需的直徑D二者。例如、但是並非用來限制的是，對於r=0.090英吋及D=0.307英吋，連同0.050英吋的隔膜行程(行進)來說，如同藉著如上文所描述的“硬的”彈性體以及閥座密封件30構造所獲得的小於0.010英吋的閥座密封件30變形可以維持大於0.040英吋的空隙δ，其係滿足關係式π D δ>π r2 且提供高流動傳導性的主要閥15。
閥體12的致動器殼體區段22係包圍含有氣動致動器活塞36的活塞容室24，如上文所描述的。活塞36亦如上文所描述地在容室24之中向上及向下移動，而在活塞36周圍的環狀密封件94，96則頂抵活塞殼體區段22的內側表面以可以滑動的方式密封，用以在閥開啟以及關閉循環的開啟部份期間將加壓空氣限定在活塞36下方。將活塞36向下推動來關閉主要閥15的壓縮彈簧38則位於活塞36上方的活塞容室24之中。
一個支架結構60係設在閥體12之中，用於將螺線管前導閥26裝設在處於與活塞36軸向對準中的活塞容室24之中。如圖6到圖9所示，支架結構60可以藉著例如將其螺結於示例性氣動式隔膜閥10中致動器殼體區段22的上方端部之中，而被裝設在閥體12之中。說明於圖6到圖9中之示例性支架結構60具有一個具有縱向主軸的長形圓柱形穴部98，該縱向主軸較佳地、但是並不必須要、與活塞36的縱向主軸100對齊。支架穴部98係在其上端處開啟，用於接收螺線管前導閥26，並且以端壁102終止在其下端處。端壁102係支撐及限制該螺線管前導閥26於支架60的穴部98之中，且其具有一個向下突伸的銷轂104，該銷轂104軸向地延伸到一個 穴部106之中，該穴部106的尺寸以及形狀係匹配在活塞36的轂部之中，使得活塞36的轂部可以在銷轂104上向上及向下滑動。該銷轂104可以是圓柱形而具有圓形或任何其他曲弧的橫剖面形狀，或是其可以具有多邊形橫剖面。在銷轂104中的一個導管108係在以上描述循環的開啟閥部份期間將加壓前導空氣從螺線管前導閥26引導到活塞36，並且其在循環的關閉閥部份期間係引導下壓的排出空氣遠離活塞36。在一個圍繞銷轂104周圍的環狀凹槽之中的O形環密封件110係防止在循環的開啟閥部份期間，被運送通過導管108的加壓前導空氣漏出銷轂104與活塞36之間而進入氣動活塞容室24的上方部位65。
如上文所提到的，螺線管前導閥26係定位在支架結構60的穴部98之中。其包含有一個纏繞著一個滑軸112以及一個套管114之導電絲線的線圈52。套管114係裝設在滑軸112的上方端部上且從該上方端部處向上延伸。二個導管116，118係縱向地延伸通過滑軸112，該滑軸112平行於、但是側向地偏離縱向主軸100，用於在循環的開啟閥部份期間引導加壓的前導空氣到活塞36，以及用於在循環的關閉閥部份期間將下壓的排出空氣引導離開活塞36，如將在下文中更加詳細描述的。
在滑軸112下方端部處的凸緣120係側向地向外延伸到支架60的壁部122，且係有助於將絲線限定在線圈52之中。位於凸緣120底部中之環狀凹槽之中的O形環密封件124係環繞中間導管116，118，且防止在循環的開啟閥部份期間加壓的前導空氣漏出凸緣120與支架60的端壁102之間。在滑軸112中出口導管80的一個徑向部位80'係徑向地延伸通過該凸緣120而到達一個在該凸緣120周圍中的環狀出口通道126，該環狀出口通 道126係在循環的關閉閥部份期間，將排出空氣引導到在支架60壁部122之中的出口通口128，130。
一個圓柱形容器132係從凸緣120的周圍處向上延伸，並且該容器係包圍、容納以及保護線圈52。一個填函134被插入容器132的上方端部之中且超過套管114的上方端部，用以穩定該套管114以及用以幫助將絲線限定在線圈52之中。該填函134具有一個縱向地延伸通過其中間的軸向搪孔。填函134的下方部位138具有大致上與套管40內徑相配合的直徑係以及一個上方部位136，該上方部位係變得夠寬以容納壓縮彈簧46以及用以提供用於壓縮彈簧46下方端部的一個支承表面140。
轉子40係以可以滑動的方式延伸通過填函134的搪孔136，138，並且可以軸向地向上及向下移動，如上文所解釋的。一個具有進入通口44的罩蓋142係在其下方區段處被訂定尺寸且造型，用以以相配的方式安裝在填函134上方，且其具有一個進入其上方區段之中的軸向搪孔144，用以容置轉子40的上方端部。在填函134上方端部處的一個座落表面146與轉子40上方端部相干涉，用以在上文描述之循環的關閉閥部份期間密封閉合進入通口44。在一個圍繞填函134周圍的凹槽之中的O形環密封件148係防止加壓的前導空氣在循環的開啟閥部份期間從填函134與罩蓋142之間漏出。
包括有前導空氣供應進入配件50的罩子150係定位在螺線管前導閥罩蓋142上方且在支架結構60的上方端部上方，用以關閉閥10的頂部以及用以提供用於加壓前導空氣供應裝置的進入配件50。在罩蓋142頂部表面中之環狀凹槽之中的O形環密封件152係防止加壓的前導空氣從 該罩蓋142與該罩子150之間漏出。螺結在支架結構60上的一個螺帽154係將罩子150旋緊在罩蓋142上，且亦寬鬆地將螺線管前導閥26保留在支架60的穴部98之中。設有暗榫栓釘156，158來將罩子150適當地定向在支架結構60上，用以確保絲線174(圖9)不會變成扭轉的或是因為罩子150沒有對齊而受到傷害。
如上文所提到的，螺線管轉子40係以可以滑動的方式定位在套管114、填函134,及罩蓋142之中，用以響應於由線圈52之中的電流所產生的電磁場而向下移動，並且接著當電流被關掉時響應於彈簧46作用力而向上移動。當轉子40被向下移動來開啟前導空氣進入通口44時，加壓的前導空氣係被縱向地引導離開進入通口44、通過罩蓋142之中的搪孔144、通過在填函134之中的搪孔136，138及通過套管114而到達在滑軸112之中的中間導管116，118。因此，轉子40係被建構成可以容許如此的加壓前導空氣可以流過及/或沿著套管114中轉子40的側邊。有一些可以容許如此的縱向前導空氣流過螺線管前導閥26的轉子及/或套管以及填函構造，這種構造的一個實施例係說明於圖6以及圖10之中。
現在主要參照圖10連同繼續參照圖6，顯示於其中的示例性轉子40包含有長形的圓柱形軸桿，該軸桿具有一個主要筒形部位160、一個較窄的頸部162及一個較寬的頭部164。較寬的頭部164提供一個用於壓縮彈簧46的承載表面，如圖6所示且如上文所描述的。窄頸部162係被設成使得彈簧46不會擦到轉子40或與轉子40結合，且用以提供較寬的空氣通道。
為了要順應加壓前導空氣通過套管114到滑軸112之中之中 間導管116，118的通過，如上文中關於圖6所描述的，至少一個，但是選擇地為數個，縱向空氣通道166係凹入於頭部164之中，且至少一個，但是選擇地為數個，縱向空氣通道168係凹入轉子的筒形部位160之中，如可以最清楚地在圖10中看出的。因此，即便有如上文所描述之定位在套管114、填函134及罩蓋142之中的轉子40，來自於進入導管44的加壓前導空氣可以藉著流過在轉子40中的縱向通道166，168而縱向地流過螺線管前導閥26的套管114。
當然，也可以使用用以順應加壓前導空氣縱向地通過螺線管前導閥26之流動的替代技術。舉例來說，一個或多個縱向通道(未顯示於圖中)可以凹入罩蓋142、填函134以及套管114的內壁之中，而不是凹入轉子40之中的通道166，168或是除了凹入轉子40之中的通道166，168之外。而且，取代通道166，168或除了通道166，168之外，內部導管(未顯示於圖中)可以被縱向地鑽孔通過轉子40。而且，為了要順應加壓的前導空氣從套管114的通道166，168及/或內部流入在滑軸112之中的中間導管116，118之中，中間導管116，118的延伸部份116'，118'可以被鑽孔或是加工於套管114的下方端部之中，如圖6所示的。
亦如圖6以及圖10所示，一個密封件170可以設在轉子40下方端部上，用以在循環的開啟閥部份期間幫助出口導管80的密封件關閉，使得當活塞36被施加壓力而舉起以及開啟主要閥15時，加壓的無法前導空氣通過出口通口80而漏出。密封件170可以如圖6及圖10所示的為平坦的，或是為任何其他適當的形狀，並且其可以由例如是彈性體橡膠、彈性體、塑膠、尼龍、軟性金屬、金屬箔片或是其他形成且維持在出口導管 80開口上的密封作用的材料所製做的。當然，這種密封功能也可以是藉著在出口導管80開口周圍之滑軸112中的一個環狀密封件(未顯示於圖中)來提供。
同樣地，另一個密封件172可以設在轉子40的上方端部上，用以當來自於活塞36當來自於的空氣被排出以關閉主要閥15時，在循環的關閉閥部份期間幫助密封進入導管44。這個密封件172可以是如圖6所示的為平坦的或是為任何其他適當形狀，並且其可以由例如是彈性體橡膠、彈性體、塑膠、尼龍、軟性金屬、金屬箔片、或是其他形成且維持在進入罩蓋142中之進入導管44開口上的密封作用的材料所製做的。這個功能也可以由一個在進入導管44周圍之罩蓋142之中的環狀密封件(未顯示於圖中)來提供，而該進入導管44可以由轉子40的上方端部所接觸。
總的來說，在如圖6所示的閉合閥模式中，並不會有電流流過螺線管閥26的線圈52，因此並不會有電磁場，並且彈簧46係使得轉子40被向上推動，如同由箭頭82所表示的，用以關閉在罩蓋142中的前導空氣進入導管44以及用以開啟在滑軸112之中的出口導管80。因此，在活塞36下方的加壓空氣會被放掉通過導管62，108，116，118，80以及80'而進入活塞容室24的上方部位65，而加壓空氣則從該上方部位65處經由排出通口70被排放到大氣。在不同定向(參見圖4)中閥10之橫剖面的圖7係更加清楚地顯示出出口導管80的徑向部位80'，出口導管80係將排放的空氣引導到在滑軸凸緣120之中的環狀通道126，用於在關閉閥模式之中排放到活塞容室24的上方部位65之中。在圖7的橫剖面定向中，是不能看見縱向中間導管116，118的。
為了開啟主要閥15，通過螺線管線圈52的電流係被打開，並且所產生的電磁場係將轉子40向下拉動，如由在圖8的箭頭54所表示的。因此，如圖8所示，在轉子40上方遠端處的密封件172係被移動而遠離前導空氣進入導管44，並且在轉子40下方近端處的密封件170係關閉在滑軸112之中的出口導管80。因此，加壓的前導空氣無法離開閥體12，因此該前導空氣係會流過在滑軸112之中的導管116，118、通過在銷轂104之中的導管108、及通過在活塞36之中的導管62，62'，而進入氣動活塞容室24的下方部位64之中，在該下方部位64處，前導空氣係如壓力箭頭68所指示地作用在活塞36的底部表面66上。結果，前導空氣壓力68係迫使活塞36向上，如由箭頭72所指示的，使得隔膜閉合構件20可以移動遠離閥座密封件30，其係開啟主要閥15並且容許受到控制的流體可以從流入導管16處流到流出導管18，如由流動箭頭28，29所指示的。
導管62在活塞36之銷轂37之中的橫向區段62'係由虛線概略地顯示出來，這是因為該區段無法在圖8中之橫剖面視圖的定向中被看見。然而，該區段可以在其中圖9中之橫剖面視圖中的定向中被看見，該橫向區段62'係在直徑方向中延伸通過活塞36的銷轂部位37，用以將導管62的縱向區段連接到氣動活塞容室24的下方部位64。
將電流供應到螺線管前導閥26之線圈52的絲線174也可以在圖9看見。該等絲線174的路線係從線圈52處通過在填函134之凸緣部位中的一個洞孔178、通過在罩子150中的另一個洞孔、且通過在一個導管覆蓋180中的一個襯墊182而到達閥10的外部。如亦說明於圖1到圖4中的，導管覆蓋180係用二個螺絲184，186被扣緊到罩子150。
另一個示例性的主要閥閉合組件係顯示在圖13之中，圖13係為相似於圖8的橫剖面視圖。在這個實施例中，主要閥閉合組件包含有一個螺結於一個銷轂192之中的突出件190，該銷轂192則從活塞36的轂部194處向下延伸，而該轂部194則以可以滑動的方式向下延伸到位於致動器殼體22底部處的頸部23之中。突出件190係延伸通過隔膜20的中心且俘獲該中心，使得隔膜20的中心可以與活塞36和諧地向上及向下移動。在突出件190遠端上的一個變寬的頭部198具有一個裝設在其上的主要閥密封件構件200，用以當活塞36向下移動以藉此關閉主要氣動閥15時關閉該流入導管16。該密封件200應該以一種材料製做，該材料能夠符合在該導管16周圍的閥座，包括有任何不規則部位，用以獲得良好的密封件，並且該材料可能必須是對於化學品為惰性的且可以抵抗反應，此係取決於要流過閥15的流體的本質。舉例來說，對於腐蝕性或易反應的流體來說，密封件構件200可以是一種彈性體，像是可以從美國德拉威州Wilmington的Dupont Performance Elastomers所取得的Viton®或Kalrez®、可以從美國賓州Kulpsville的Green,Tweed & Co.所取得的Chemraz®、或是上文所描述之用於圖6密封件30的任何材料。當然，相似於圖6之中且描述於上文中之環狀密封件30的一個環狀密封件(未顯示於圖中)可以與突出件190一起使用，而不是如圖12所示的平坦密封件200。該隔膜20可以是一種可以抵抗化學品的材料，像是不銹鋼，用以將活塞36及密封件94，96從任何流過主要閥容室196之可以起化學反應的流體分開及隔離。
替代的螺線管前導閥26'構造係顯示於圖14之中，其中，該轉子40'具有一個軸向導管203，該軸向導管203係被一個橫向導管202連接 到縱向通道168'，用以安排加壓前導空氣的路線從前導空氣進入通口44到在滑軸112之中的軸向導管80。因此，在這個螺線管前導閥26'構造之中，軸向導管80係將加壓的前導空氣引導到在支架60銷轂104之中的軸向導管108，而當螺線管組件26'的轉子40'如箭頭54所指示的被向下移動時，該前導空氣係從該導管處被引導到活塞36，用以如上文描述的開啟主要閥15。在轉子40'的這個“下方”位置中，亦即，當到達螺線管線圈52的電流被轉開時，在轉子40'底端(近端)上的密封件170'係會關閉在滑軸112中之縱向導管116'，118'的開口，該等縱向導管116'，118'在這個螺線管前導閥26'構造中係作用如同空氣出口導管。因此，當到達線圈52的電流被關掉而使得彈簧46可以將轉子40'向上移回來關閉前導空氣進入通口44時，轉子40'的底端係與密封件170'一起移動遠離導管116'，118'，用以容許來自活塞36下方之容室部位64的加壓前導空氣可以漏出並且排放到大氣，隨之，作用在該活塞36上的彈簧38係如上文所述地關閉主要閥15。因此，該等縱向導管116，118係被橫向導管204，206連接到環狀凹槽126，從該環狀凹槽126處，已經使用的前導空氣係經由排出通口130被排放到大氣。
在一些應用中，氣動式隔膜閥所連接的流體管線或設備必須保持在高溫，用以維持被氣動式隔膜閥控制的流體所需的特徵，用以例如防止凝結等等。在此等情況中，通常也會需要的是將閥加熱以及維持在那些較高溫度，用以維持所需的流體特徵。如此的較高溫度對於螺線管以及氣動式隔膜閥的其他致動器元件可能是有害的，即使主要閥閉合構件以及閥座元件為可以忍受溫度的也是如此，特別是當閥致動器元件是如上文所述的為關閉的而接近閥閉合構件以及閥座。
因此，氣動式隔膜閥的另一個實例210係被設計成用於如此較高的溫度應用，如顯示於圖15及圖16之中的。顯示於圖15及圖16之中的氣動式隔膜閥210係具有一個包圍設備E部件的加熱器H(並非本發明的一部份)，其中該氣動螺線管閥210係裝設在該設備E上。顯示於圖15及圖16中之加熱器H的一個部位H'係由一個扣件F限制在閥體12一個部位周圍，而該主要閥15係被容置於該部位中，亦即，限制在基部區段14以及頸部23'的下方部位周圍，用以將包括有隔膜閉合構件20的主要閥15維持在所需的升高溫度。然而，螺線管前導閥26的某些元件以及其他閥致動器元件，像是絲線、密封件、彈簧等等，可能無法抵抗如此的高溫並且在經過一段時間之後可能會惡化。因此，為了要提供抵抗熱的某種保護作用，在圖15以及圖16中氣動式隔膜閥實例210的致動器殼體區段22'係設有一個介於活塞容室24與基部區段14之間的長形頸部23'，使得會有較長的流動路徑，用於使熱量從基部區段14以及頸部的下端(遠端)處流到殼體區段22'的中間以及上方部位，並且設有從長形頸部23'處徑向而向外延伸的散熱片212，用以將顯著的熱量在到達致動器元件之前，從延伸的頸部22'發散出來。一些散熱片214也被設在致動器殼體區段22'的中間部位上，用以將甚至更多的熱發散到大氣。
如圖16所示，包括有螺線管前導閥26的所有主要閥15以及致動器元件可以是大部份與上文描述的相同，例如氣動螺線管閥10及10'，除了必須進行某種順應性調整來轉移活塞36往復的機械動作為通過長形頸部23'到達閥閉合構件20的較長距離。在活塞36底部上的隆起部或銷轂37可以正好被製做成較長來達到閥閉合構件20。然而，可以藉著提供從 一種高衝擊、抵抗溫度以及低熱傳導塑性材料製做的長形插入部份或延伸部份216來獲得一些另外的隔熱優點，此材料係例如是聚醯亞胺，其可以從美國賓州Reading的Quadrant工程塑膠產品公司(瑞士蘇黎世Quadrant AG的一個部門)在商標“Celazole”之下獲得的，此種材料比不銹鋼較不會傳熱20到50倍。結果，來自加熱器H、來自流過主要閥15的氣體、或是來自設備E之非常少的熱量會被傳導通過塑膠延伸部份216而到達活塞36。塑膠延伸部份216可以用任何方便的方是被接附到活塞36，例如是藉著一種在一個從活塞36隆起部或銷轂37的遠端處延伸之承口218之中的黏著劑，並且該延伸部份係夠長，而使得其遠端220可以接觸該主要閥致動器20，在圖16的實施例之中其係為隔膜74。因此，雖然在高溫實例210中，包括有活塞36的閥致動器元件係會致使主要閥致動器20以大部份與上文針對其他氣動式隔膜閥實例及實施方式所描述的相同的方式開啟以及關閉主要閥15，較長的頸部23'、散熱片212，214及低熱傳導的塑膠接觸構件延伸部份216全部都可以防止來自該加熱器H、流過主要閥15的氣體、及該設備E之過量的熱到達活塞36以及其他螺線管以及致動器零件以及在活塞36上及上方的元件。
前述的說明提供了說明本發明原理的實施例，本發明係由以下的申請專利範圍來界定。由於許多不顯著的修改以及改變對於那些熟習該項技術人士來說在一旦了解本發明就將會立刻產生，並不需要將本發明限制於以上所示以及描述的精確示例性構造以及加工程序。而且，如果有需要的話，整合的螺線管前導閥特點、軸向前導閥以及活塞配置、或是彈性體閥座密封件特點的其中任一者可以彼此獨立地使用。據此，可以憑藉 係落入由申請專利範圍所界定之本發明的範圍之中之所有適當的組合、子組合、修改以及同等物。用詞“包含有”、“包括有”、“包含”、“包括”、“由其所構成”以及“由其所組成”在使用於本說明書之中時，包括有申請專利範圍，是要用來指明存在所描述的特點、整體、元件或步驟，但是它們並不是要排除存在或是增加一個或多個其他特點、整體、元件、步驟或它們的群組。在本說明中的用詞上方、向上、下方、底部、頂部、下面、向下、垂直、水平以及其他方向性用詞是參照描繪於圖式中的概略定向，並且在本說明中不只是為了方便以及清楚而使用的，除非以其他方式指明。它們並不是要用來在實際使用的應用中將閥10或其他實例，例如，10'以及210，限制於任何特殊定向，並且事實上，快速作用氣動式隔膜閥可以被定位及使用在任何所需定向中。
10‧‧‧氣動式隔膜閥
12‧‧‧隔膜閥體
14‧‧‧基部區段
15‧‧‧閥
16‧‧‧流入導管
16'‧‧‧凹部
18‧‧‧流出導管
18'‧‧‧凹部
20‧‧‧閥閉合構件
22‧‧‧致動器殼體區段
23‧‧‧頸部
23'‧‧‧長形頸部
24‧‧‧氣動閥活塞容室
25‧‧‧端壁表面
26‧‧‧螺線管前導閥
30‧‧‧閥座密封件
32‧‧‧流入導管通口
34‧‧‧基座頭部
36‧‧‧隔膜閥致動器活塞
37‧‧‧銷轂/隆起部
38‧‧‧壓縮彈簧
40‧‧‧螺線管核心或轉子
42‧‧‧遠端閉合構件
44‧‧‧進入通口
46‧‧‧壓縮彈簧
48‧‧‧供應裝置/箭頭/前導空氣
50‧‧‧配件
52‧‧‧線圈
60‧‧‧前導閥支架/支架結構
62‧‧‧導管
64‧‧‧活塞容室/下方部位
65‧‧‧上方部位
70‧‧‧排放通口
74‧‧‧隔膜
75‧‧‧閉合表面
76‧‧‧框緣/邊緣部位
80‧‧‧前導空氣出口導管
80'‧‧‧徑向導管部位
82‧‧‧箭頭
86‧‧‧環狀凹槽/榫接凹槽/填函
88‧‧‧基部凸緣
90‧‧‧限制器螺帽
92‧‧‧環狀軸環
94‧‧‧環狀密封件
96‧‧‧環狀密封件
98‧‧‧穴部
100‧‧‧縱向主軸
102‧‧‧端壁
104‧‧‧銷轂
106‧‧‧穴部
108‧‧‧導管
110‧‧‧O形環密封件
112‧‧‧滑軸
114‧‧‧套管
116‧‧‧導管
116'‧‧‧延伸部份/縱向導管
118‧‧‧導管
118'‧‧‧延伸部份/縱向導管
120‧‧‧凸緣
122‧‧‧壁部
124‧‧‧O形環密封件
126‧‧‧環狀出口通道
128‧‧‧出口通口
130‧‧‧出口通口
134‧‧‧填函
136‧‧‧上方部位
138‧‧‧下方部位
140‧‧‧支承表面
142‧‧‧罩蓋
144‧‧‧軸向搪孔
146‧‧‧座落表面
148‧‧‧O形環密封件
150‧‧‧罩子
154‧‧‧螺帽
156‧‧‧暗榫栓釘
158‧‧‧暗榫栓釘
166‧‧‧縱向空氣通道
168‧‧‧縱向空氣通道
170‧‧‧密封件
172‧‧‧密封件

Claims (20)

  1. 一種隔膜閥，其係包含有：一個閥流入導管以及一個閥流出導管；一個環狀閥座，該環狀閥座係圍繞著閥流入導管的一個孔口並且包含有一個彈性體材料，其具有一垂直方向上的厚度以及具有一個在1,000到30,000p.s.i.(6.9到207MPa)之範圍中的彈性壓縮模數；一個金屬隔膜，該金屬隔膜係定位成鄰接該閥座而具有一個可以移動到以及遠離該閥座的閥閉合表面，以彈性地壓縮該彈性體材料一足夠的量來加以密封閥座上之隔膜的閥閉合表面而關閉該閥的方式來施加一閉合作用力於該閥座上；一閥致動器，其包含一構件，該構件被定位成用以接觸該隔膜並且支承在該隔膜上，其中該構件係以該構件朝向該閥座之移動造成該隔膜移動至該閥座而關閉該閥座之方式而可往復地移動朝向以及遠離該閥座；一閉合彈簧，其被定位成施加一朝向該閥座的彈簧作用力於該構件來關閉該閥，其中前述彈簧作用力係大於該閉合作用力；以及一活塞，其被定位成來施加一相反於該彈簧作用力的活塞作用力於該構件，該活塞重複地為可致動的與解除致動的來克服該彈簧作用力以開啟該閥並且因此容許該彈簧作用力來重複地關閉該閥；以及一限制止動器，其被定位成用以藉由該彈簧作用力將該彈性體材料在垂直方向上的厚度壓縮百分之2至10的程度上限制該構件朝向該閥座的運動，以提供有效的覆蓋區，同時防止該閉合彈簧、構件、以及隔膜施加較閉合作用力更大的力量於該閥座。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的隔膜閥，其中該隔膜具有一個彈性體的彈性記憶，其係傾向於抵抗閉合表面朝向閥座的運動且其係傾向於移動該閉合表面遠離閥座。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的隔膜閥，其中承抵於該隔膜上之該構件包含在該活塞上的一個隆起部，其係被定位成用以將該隔膜推到該閥座，並且其中該閉合彈簧係被定位以承抵在該活塞上，用以將活塞以及該隆起部推向該閥座，使得在該活塞上的隆起部可以施加閉合作用力到該隔膜，用以迫使閉合表面抵抗閥座來關閉該閥。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的隔膜閥，其包括有一個介於該活塞與該閉合表面之間的隔熱塑膠插入件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的隔膜閥，其中該塑膠插入件包括有一個接附到該隆起部的長形接觸頭部。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的隔膜閥，其中該隆起部以及隔熱塑膠插入件係從該活塞處延伸通過一個長形頸部而到該閉合構件。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的隔膜閥，其包括有從長形頸部處向外延伸的複數個散熱片。
  8. 一種提供用於一個氣動閥之快速作動的閥閉合以及開啟的方法，該方法包含有：將一個具有1,000到30,000p.s.i.(6.9到207MPa)之範圍中的彈性壓縮模數之彈性體閥座密封件定位在一個閥流入通口周圍；將一個具有一個閉合表面的閥閉合構件定位成鄰接該彈性體閥座密封件，而使得該閉合表面可以移動到以及遠離該彈性體閥座密封件；將一個氣動活塞定位成鄰接該閉合構件，且一個在該活塞上的隆起部係處於一個將閉合作用力施加到該閉合構件的位置中；以一提升的速度來移動該活塞以經由活塞施加該閉合作用力於閉合構件之方式，將一較閉合作用力更大之作用力施加於該活塞，用以壓縮該彈性體閥座密封件至一足以密封該閉合表面於該彈性體閥密封件上的程度，來關閉該閥，當藉由該彈簧之作用力在一定程度上限制該活塞朝向該彈性 體閥密封件之行程時，其於該彈性體閥密封件中藉由該彈性體閥密封件之壓縮所發展出的壓縮性抵抗作用力係小於該彈簧之作用力；以及用足夠的壓力將前導空氣引導到該活塞之中，用以產生一個與彈簧作用力相反之足夠強大的活塞作用力，用以容許該閉合構件可以移動遠離該彈性體的閥座密封件來開啟該閥。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，包括在一定程度上限制該活塞之行程而造成施加到該閉合構件以關閉該閥的作用力為在一個1到5磅的範圍內。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中該彈簧作用力係具足夠強度而使施加到該活塞以克服彈簧作用力的前導空氣壓力是在一個60到100psi的範圍內。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的方法，其中該前導空氣係被施加到一個淨活塞區域，其係產生與彈簧作用力相反的活塞作用力，以及其中前述的淨活塞區域係在一個2到6cm2 的範圍內。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該閉合構件的行程被限制而不會超過1.5mm。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其包括有定位一個軸向地對準該活塞的螺線管前導閥介於該閥之一前導空氣入口與該活塞間，用以將介於一個前導空氣入口與該淨活塞區域之間的該前導空氣體積減少到最小的程度。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，包括有將一個可以縱向移動的轉子定位在該螺線管前導閥之中，用以分別開啟以及關閉該前導空氣入口，且同時分別關閉以及開啟一個前導空氣出口導管。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其包括有將該前導空氣從該前導空氣入口處流過相對於轉子為縱向關係的該螺線管前導閥。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的方法，包括有將轉子的縱向主軸對準該活塞的縱向主軸。
  17. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中透過該行程限制活塞施加到該閉合構件來關閉該閥的閉合作用力係在該彈性體閥座密封件垂直厚度之0.05到0.15mm的一個範圍內壓縮該彈性體閥座密封件。
  18. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該彈性體閥座密封件具有一個在1,000到5,000p.s.i.(6.9到34MPa)之範圍中的彈性模數。
  19. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該彈性體閥座密封件具有一個在1,000到15,000p.s.i.(6.9到103MPa)之範圍中的彈性模數。
  20. 如申請專利範圍第8項所述的方法，包括在彈性體閥座密封件的垂直方向之中於一個其厚度之百分之2到10的範圍之內壓縮該彈性體閥座密封件。
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