JPH09178005A - 流れ制御用弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改良された流れ制御用弁装置を提供するこ
と。 【解決手段】 一実施形態において、本発明は、内部に
空間部３４が配設された本体アセンブリ３１，３２を備
えている。更に、本体３２は、弁の空間部３４に対して
流体又はガスを導入するための入口流路３５と、導出す
るための出口流路３６とを備えている。入口流路３５と
出口流路３６とは空間部３４に臨む開口部３７，３８を
有している。入口開口部３７と出口開口部３８との間に
は実質的に連続する面３９が配設されている。弁を流れ
る流体又はガスは、薄く可撓性のあるダイアフラム４０
と本体３２の面３９との間の流体抵抗を変えるようダイ
アフラム４０を面３９上に徐々に係合することによって
制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、流体
やガスの弁装置に関する。より詳細には、本発明は、入
口開口部と出口開口部との間の流体の流れ抵抗を変える
よう、両開口部間の面上にダイアフラムを徐々に覆って
いくことにより、流体又はガスの流れを制御する流れ制
御用弁に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】多くの
産業プロセスにおいて流体やプロセスガスの流れを制御
することが必要であることは知られている。半導体産
業、医薬産業及び原子力産業等の多くの産業ないしは工
業においては、使用部位に供給されるプロセスガスや流
体は、高純度であり且つパーティクルフリーである必要
がある。高純度及びパーティクルフリーのガスや流体を
送ることのできるシステムに対する要請を明らかにする
ために、本明細書では、主に半導体プロセスに関連する
要請に限定して説明することとする。しかしながら、か
かる限定は説明のためのみであり、本発明の装置は、他
のいかなるガス供給システムや流体供給システムに応用
可能であることは理解されるべきものである。

【０００３】前述したように、高純度のガスや流体の流
れの供給は、様々な産業分野において非常に重要であ
る。例えば、半導体産業における化学的蒸着（ＣＶＤ）
及びエッチング技術の急速な進展は、半導体製造設備に
おける使用点での超高純度プロセスガスの供給に大いに
依存する製造設備の使用や開発に関わるものである。高
純度ガスの取扱いにとっては、プロセスガスが最小の汚
染物で使用点に配給されることが本質的な問題となる。
これは、ＰＰＢ（parts-per-billion）の不純物レベル
でさえも半導体や他の高純度製品の性能ないしは効能に
悪影響を及ぼし得るからである。

【０００４】前述したように、多くの用途において、使
用部位にガス又は流体の供給量、割合を制御することが
重要である。特に、半導体プロセスにおいては、半導体
デバイスの製造中に供給されるガスの特定の質量を制御
することが、ますます、重要となってきている。次世代
の半導体デバイスの速度は増し、次世代の半導デバイス
のサイズないしは寸法は減少する傾向にあるので、次世
代の半導体デバイスの製造全体における制御及び精度は
向上されなければならない。

【０００５】従来一般の流れ制御用弁には幾つかの形態
がある。ガスや液体の流れを制御するための従来の方法
の一つはニードル弁である。図１は、従来一般のニード
ル式流れ制御用弁装置１０を示している。図１に示すよ
うに、弁本体１２は入口流路１３と出口流路１４とを有
しており、これらの流路１３，１４は弁本体１２内に配
設された空間部１５に対して導かれている。なお、入口
流路１３が細長いテーパ付きの流域１６となるよう開け
られていることに注意されたい。この細長いテーパ領域
は空間部１５内に開放され、細長いテーパ弁体１７を収
容するよう形作られている。ガス又は液体の流れは、領
域１６内で、弁体１７の位置を調節することにより制御
される。弁体１７はステム１８の上下動により位置決め
される。

【０００６】流れの制御にニードル弁を用いることに関
する一つの問題点は、弁体が領域１６の側壁に対して摺
れる傾向があり、パーティクルを生じてガス系又は流体
系に入り込むおそれがある点にある。前述したように、
超清浄半導体分野のような幾つかの用途においては、高
純度ガス流の供給は極めて重要である。例えば、ＣＶＤ
又は他の蒸気に基づく技術による電子的或は光電子的な
高品質薄膜セルの成長はガス供給システム内の不純物に
より制限される。このような不純物は、欠陥を生じさ
せ、不合格の数を増加させて収率を減少させ、その結
果、非常に高価なものとする。

【０００７】ニードル弁に関連する問題点の一つは、そ
れらは一般的に、弁本体とステムとの境界部にポリマー
シールを必要とする点にある。ポリマーシールは腐食を
受け易く、アウトガスを発生し易いので、特に腐食性ガ
スや腐食性流体を供給するシステムにおいては、ポリマ
ーシールの使用は許容できない。

【０００８】図２は、ガス系や流体系において流量を制
御するために一般的に用いられている他の従来の弁装置
を示している。図２の弁装置には、半導体プロセスチャ
ンバ内へのガスの流れを制御するマスフローコントロー
ラがある。図２に示すように、弁装置２０は弁本体２１
を有しており、この弁本体２１には、その内部に配設さ
れた空間部２４内に導かれる入口流路２２と、当該空間
部２４から出る出口流路２３とが含まれている。出口流
路２２は、空間部の開口部で、隆起したリップ部２８を
有するオリフィス２７を含んでいる。弁装置２０は、弁
座２６を有するプランジャアセンブリを含んでいる。弁
座２６はプランジャ２５の端部に取り付けられており、
オリフィス２７を通るガスの流れを制御する操作中に、
閉鎖位置からリップ部２８の近傍の位置に移動される。
ニードル弁は可変オリフィスの考え方であるが、図２の
弁装置は固定オリフィス型の流れ制御装置とみなされる
ものである。

【０００９】図２の従来の弁装置に関連する問題点は多
数ある。第１に、繰返し可能な態様の中で同じ流れ状態
を得ることが本来できないために、精度に限界がある。
図２の弁装置において、プランジャ２５が極く僅かだけ
移動しても、流利用は大きく変化してしまう。更に、弁
の温度が小さく変化した場合に、プランジャ２５及び／
又は弁本体２１の膨張が生ずる場合がある。プランジャ
２５又は弁本体２１の膨張は、オリフィスの流れ口に影
響を与え、弁を流れる流量を変動させる。また、図２の
弁装置は流れ制御範囲が限られている。例えば、弁装置
２０は、一般に、最小制御流量を最大スケールの１０％
未満にすることのできない用途に限られている。弁が所
期の制御範囲外で作動された場合、弁の精度レベルは大
きく減じられる。これは、プロセスの始めには小流量で
プロセスチャンバ内へのガスを制御し、プロセスの終わ
りには非常に多量の流量で制御する（その逆も）のが望
ましい用途において、問題を生ずる。このゆえに、図２
の流れ制御装置を用いて前述のプロセス処方内で可変流
量を達成するためには、異なる寸法のオリフィスを有す
る複数の制御弁が必要となる。従って、ガスや流体の流
れを制御する現在の方法は、プロセスの生産性を向上さ
せるために流量を最適化することを妨げていることは明
らかである。

【００１０】従って、使用部位に対するガスないしは流
体の流れを制御するのに関連される問題点を解決する装
置が必要とされている。しかして、本発明は、上述の問
題点を解決する改良型の流れ制御用弁を提供するもので
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以下、改良された流れ制
御用の弁装置を説明する。一実施形態において、本発明
は、内部に空間部が配設された本体アセンブリを備えて
いる。更に、本体は、弁の空間部に対して流体又はガス
を導入するための入口流路と、導出するための出口流路
とを備えている。入口流路と出口流路とは空間部に臨む
開口部を有している。入口開口部と出口開口部との間に
は実質的に連続する面が配設されている。流体又はガス
は、薄く可撓性のあるダイアフラムと本体の面との間の
流体抵抗を変えるようダイアフラムを前記面上に徐々に
係合することによって、弁により制御される。

【００１２】他の実施形態において、本体の面は、ダイ
アフラムが面上に被覆された際に面とダイアフラムとの
間に所望の流体抵抗を与えるよう、テクスチュア構造と
されている。

【００１３】更に他の実施形態において、ダイアフラム
が本体の面上に漸次的に係合された際に面とダイアフラ
ムとの間に所望の流体抵抗を与えるべく、面には特定形
状の凹部が形成されている。

【００１４】以下、本発明を図示説明するが、本発明は
添付図面の図面によって制限されるものではない。

【００１５】

【発明の実施の形態】改良型の流れ制御用弁について説
明する。以下の説明において、本発明を完全に理解する
ために、材料の種類や寸法等、多数の特定の詳細を述べ
た。しかし、そのような特定の詳細事項がなくとも、本
発明は実施できることは当業者にとり明らかであろう。
また、周知の構造と処理工程については、本発明を不必
要に不明瞭化するので、詳細には示していない。更に、
以下の説明全体においては流体供給システムの様々な要
素について述べられていることに注意すべきである。ま
た、以下の説明及び前述において、「流体」という用語
は、弁装置内を流通することができるガス、液体その他
のあらゆる媒体を含むものとする。

【００１６】図３の（Ａ）を参照すると、本発明の一実
施形態の断面図が示されている。図３の（Ａ）に示すよ
うに、弁装置３０は、入口流路３５と出口流路３６とを
有する下部本体アセンブリ３２を備えており、下部本体
アセンブリ３２と上部本体アセンブリ３１との間に配置
されたキャビティないしは空間部３４に対して入口流路
３５は導き入れられ、また、出口流路３６はそこから延
びている。入口流路３５と出口流路３６とは、それぞ
れ、入口開口部３７と出口開口部３８とで空間部３４と
連通している。入口開口部３７と出口開口部３８との間
には、空間部３４の下部壁面を画成する湾曲面３９が配
設されている。空間部３４内には可撓性のダイアフラム
４０が配置されており、このダイアフラム４０は上部本
体アセンブリ３１と下部本体アセンブリ３２との間で固
定されている。弁装置３０内を流通する流体の流れは、
湾曲面３９上にダイアフラム４０を漸次的に係合又は分
離することにより制御され、それにより、弁の空間部を
流れる流体を制限したり自由に流通させたりする。図３
の（Ａ）の実施形態において、上部本体アセンブリ３１
には、ダイアフラム４０の位置を調節するために、プラ
ンジャ４１が設けられている。

【００１７】図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）に示される
実施形態におけるダイアフラム４０と湾曲面３９、プラ
ンジャの係合面４２の拡大断面図である。図３の（Ｃ）
は面３９の斜視図を示している。

【００１８】なお、図３の（Ａ）及び図３の（Ｂ）は、
完全分離位置にあるダイアフラム４０を示しており、こ
の位置ではダイアフラム４０と面３９との間の流体抵抗
は最小である。他方、図４の（Ａ）も図３の（Ａ）の弁
装置を示すものであるが、ダイアフラム４０は湾曲面３
９上に部分的に係合されている。従って、図４の（Ａ）
においては、空間部３４を通る流体の流れは制限されて
いる。本発明の重要な特徴の一つは、弁装置を流れる流
れを制御する方法にある。本発明の流れ制御方法は、ダ
イアフラム４０と湾曲面３９との間の流体抵抗を調節す
るよう湾曲面３９上に沿ってダイアフラム４０を漸次的
に係合もしくは被覆することによって達成される。

【００１９】図４の（Ｂ）は、図４の（Ａ）に示される
流れ制御用弁装置のダイアフラム、湾曲面及びプランジ
ャの領域を示す拡大断面図である。図４の（Ｂ）に示す
ように、面３９とダイアフラム４０との間の接触面積
は、プランジャ４１に下向きの力をかけるにつれて増加
される。面３９とダイアフラム４０との間の接触面積が
増加すると、２つの部材間の流体抵抗も大きくなること
は理解されよう。このように、本発明においては、流体
の流れは、面３９とダイアフラム４０との間の流体抵抗
を変化させるよう面３９上に沿ってダイアフラム４０を
徐々に被覆ないしは被包することにより制御される。図
３の（Ａ）の状態の流れ制御用弁装置にあっては、ダイ
アフラム４０が面３９と殆ど或は全く接していないの
で、ダイアフラム４０と面３９との間の流体抵抗は最小
である。その結果として、空間部３４を通る流れの流量
は、ダイアフラム４０が完全分離位置にあるとき、最大
となる。一方、図４の（Ｂ）に示されている流れ制御用
弁装置においては、空間部３４を通る流量は、ダイアフ
ラム４０が面３９を覆っているので、減じられている。

【００２０】図４の（Ｃ）は、図４の（Ｂ）の状態にお
ける湾曲面３９とダイアフラム４０との間の接触エリア
を示す拡大図である。完全に平坦な面は、仮に存在した
としても非常に少ないことは、当業者にとり明らかであ
る。研磨された面であっても、極小のヒビ割れや隆起、
その他の面歪みを有している。勿論、面の歪みの深さ、
幅及び高さは特に面の仕上げに依存するものである。例
えば、１６ＲＡ（Roughness Average：平均粗さ）の面
は、平均して、２５ＲＡの面仕上げの面よりも少ない歪
みとなる。また、１６ＲＡの面仕上げの面における歪み
は、平均して、２５ＲＡの面仕上げの面よりも浅く、狭
く、また短いものとなることは理解されよう。

【００２１】再度、図４の（Ｃ）を参照すると、ダイア
フラム４０が面３９としっかりと接している状態が示さ
れている。図４の（Ｃ）は、ダイアフラム４０が面３９
上に沿って被覆又は被包した際におけるダイアフラム４
０と面３９との間に存在する接触エリアの典型的な断面
を表したものである。ダイアフラム４０の面９３と面３
９とはそれぞれ、歪みを有している。その結果として、
２つの面が接すると、一連の接点９１及び空間（ボイ
ド）９２が接触境界部に沿って形成される。面９３と面
３９とが接触境界部に沿って完全に接してはいないの
で、空間９３を通って流体が流れる。２つの面間を流れ
る流体の流量は多数の要因により決定される。その要因
は、ダイアフラム４０と面３９との間の開放エリア、面
９３，３９の面仕上げ、ダイアフラム４０の可撓性、境
界部を流れる流体の特性、境界部における圧力差等であ
る。例えば、面９３と面３９の接触面積が大きくなる
と、より多くの制限部（接点９１）が存在することとな
り、２つの面の間の流体抵抗を効果的に増加させる。逆
に、面９３，３９の面粗さが増加すると、境界部に沿っ
て空間が多くなり、接点は少なくなる。その結果、２つ
の面の間における流体抵抗は小さくなる。ダイアフラム
４０と面３９との間の流体抵抗が大きくなると、２つの
部材間の流量は減じられる（圧力や温度のような他のパ
ラメータは一定に維持されると仮定）。他方、ダイアフ
ラム４０と面３９との間の流体抵抗が減少すると、２つ
の部材間の流量は増加する。

【００２２】一実施形態において、図３の（Ａ）に示す
弁装置全体はステンレス鋼から成る。しかし、他の色々
な金属やセラミック等も、制御弁の用途や特殊使用に応
じて用いられ得ることに注意すべきである。また、入口
開口部３７及び出口開口部３８の形状や寸法は特定の用
途に応じて変更される。一実施形態において、入口流路
３５は、直径が約０．１５ｉｎ．（約３．８１ｍｍ）の
実質的に円形の断面形状を有している。出口流路３６も
また実質的に円形の断面を有しており、その直径は約
０．１０ｉｎ．（約２．５４ｍｍ）である。面３９の曲
率や面仕上げは、流量や制御条件等の色々な要因に依存
している。一実施形態において、面３９の曲率は約２．
５ｉｎ．（約６３．５ｍｍ）の半径を有している。面３
９の面仕上げは、代表的には、１６ＲＡ（平均粗さ）以
上の仕上げに維持される。ダイアフラム４０は、約０．
００５ｉｎ．（約０．１２７ｍｍ）の厚さと、面３９の
曲率よりも僅かに大きな曲率とを有する薄い金属円板か
ら成るものが代表的である。例えば、面３９が２．５ｉ
ｎ．（約６３．５ｍｍ）の直径の曲率を有する実施形態
においては、ダイアフラム４０は約２．７５〜３．０ｉ
ｎ．（６９．８５〜７６．２ｍｍ）の直径の曲率を有す
るとよい。ポリマーのような非金属のダイアフラムは、
共用できる低温の流体を制御する弁に用いられ得ること
は理解すべきである。金属のダイアフラム、特にステン
レス鋼のダイアフラムは、高温で腐食性の流体が流れる
環境において用いられる。また、ダイアフラム４０の面
仕上げ或は通水性も流量や制御条件により左右される。

【００２３】前述したように、上部本体アセンブリ３１
は、弁装置３０を通る流体の流量を制御するために面３
９上にダイアフラム４０を強制的に係合させるよう用い
られるプランジャアセンブリを有している。プランジャ
４１とプランジャ係合面４２の寸法と形状は種々様々に
することができ、特定の設計条件に依存する。一実施形
態において、プランジャ面４２は略円形形状をなし、プ
ランジャアセンブリの中心線から計測した場合、約２．
２５ｉｎ（約５７．１５ｍｍ）の直径の曲率を有してい
る。一般的に、上部本体アセンブリ３１とプランジャ４
１のステム９６はそれぞれ、ねじ部材を有しており、こ
れらのねじ部材は、ステムを上部本体アセンブリ３１に
対して回転させるとプランジャ４１を上下動させるよ
う、互いに係合している。ステム９６は、手で、或は、
例えば電動モータのような従来から一般に知られた他の
何等かの手段により、回転される。

【００２４】図５の（Ａ）は、本発明の他の実施形態を
示す断面図である。図３の（Ａ）の弁装置３０と図５の
（Ａ）の弁装置５０との間の違いは、下部本体アセンブ
リの接触面３９，４９の形状である。図５の（Ｂ）は面
４９の斜視図を示している。図３の（Ａ）の実施形態に
おいて、面３９は湾曲されているが、図５の（Ａ）の実
施形態においては、面３１は円錐形である。（図３の
（Ｂ）及び図５の（Ｂ）を参照されたい。）面３９と面
４９の形状は異なっているが、弁装置３０，５０の操作
方法は本質的に同様である。弁の空間部３４を通る流体
の流れは、面４９上にダイアフラム４０を漸次的に係合
することにより制御される。図５の（Ａ）において、プ
ランジャアセンブリ４１とプランジャ係合面４２は図３
の（Ａ）に示される実施形態と同様な形状を有している
よう示されている。しかし、略円錐形の係合面を有する
プランジャアセンブリが用いられてもよいことは注意す
べきである。前述したように、プランジャ係合面４２は
広汎な形状や寸法を採用し得るものである。面４２の形
状は面４９の形状に大いに依存し、また、ダイアフラム
４０の材料の特性や弁装置の特定の流れ条件により影響
されるものである。

【００２５】図６は、ダイアフラム４０が下部本体アセ
ンブリ３２の面４９上に部分的に係合している状態の図
５の（Ａ）の弁装置５０を示している。図４の（Ａ）の
実施形態において前述したのと同様な態様で、空間部３
４を通る流れが制限される。

【００２６】図４の（Ａ）と図６において、ダイアフラ
ム４０が面３９，４９と漸次的に係合すると、ダイアフ
ラム４０は面３９，４９上に沿って連続的に接している
よう示されている点に注目することが重要である。しか
しながら、このタイプの係合は本発明の実行には本質的
なものではないことに注意されたい。幾つかの用途にお
いて、ダイアフラム４０と面３９，４９との間の接触エ
リアないしは接点は、ダイアフラム４０の係合位置が変
わると、面３９，４９に沿って移動する。

【００２７】次に図７を参照すると、本発明の他の実施
形態の断面図が示されている。図示するように、弁装置
６０は、下部本体アセンブリ３２に環状の凹部４５が付
加されている点を除き、図３の（Ａ）に示される実施形
態と同様である。凹部４５は、必要とされるならば、よ
り多量の流量を容易に得るために、また、面３９に沿っ
ての流れの配分を均等にするために、弁装置に設けられ
得る。一実施形態において、凹部４５は、約０．０２５
ｉｎ．（約０．６３５ｍｍ）の深さと約０．１５ｉｎ．
（約３．８１ｍｍ）の幅を有する略矩形の断面形状を備
えている。しかしながら、凹部４５は色々な寸法や形状
とすることができることは理解されよう。例えば、矩形
の断面形状の代りに、凹部４５は０．０２５ｉｎ．（約
０．６３５ｍｍ）の直径の半円形形状を有するものであ
ってもよい。

【００２８】上では、下部本体アセンブリの接触面３９
（図３の（Ａ）、図３の（Ｂ）、図４の（Ａ）及び図
７）及び接触面４９（図５の（Ａ）、図５の（Ｂ）及び
図６）が均質で連続的な面仕上げを有しているという本
発明の幾つかの実施形態について説明した。広い流量範
囲にわたり流れを制御しなければならない幾つかの用途
において、均質で連続的な面仕上げを有する接触面の使
用では不十分であると考えられる。例えば、５リットル
／分〜１０ｓｃｃｍの流量変化を呈する流れ制御用弁に
おいて、流量変化の上限にて流れを制御できることは、
均質で連続的な面仕上げを有する接触面を用いても、困
難である。図８の（Ａ）は図７に示される下部本体アセ
ンブリ３２の他の実施形態を示しており、これは、大流
量で高度の制御を可能とするものである。図示するよう
に、面３９は、その周方向に等間隔に配置された複数の
矩形形状の凹部８５を有している。前述したように、流
れは主として、ダイアフラム４０と面３９との間の流体
抵抗を変えることにより制御される。図８の（Ａ）の実
施形態においては、ダイアフラム４０を面３９上に径方
向に係合させた際にダイアフラム４０と面３９との間で
得られる最大接触面積を規定することで、流体抵抗は制
御される。図８の（Ａ）に示すように、ダイアフラム４
０が面３９上に径方向内方に係合するにつれて、ダイア
フラム４０と面３９との間の得られうる最大接触エリア
は増加する。面３９に凹部８５が形成されている利点
は、大流量を制御しようとする場合に、特に顕著とな
る。仮に凹部領域がない場合には、ダイアフラム４０と
面３９との間の流量は、ダイアフラム４０が面３９の外
縁に沿って最初に接触したとき、大きく減じられる。面
３９に凹部８５を設けることにより、面３９に沿っての
ダイアフラム４０の最初の係合時、そしてその後の被覆
の際、より多量の流量が維持される。大流量での制御
は、凹部領域８５にてダイアフラム４０と面３９との間
に形成される空間の存在によって可能となる。図８の
（Ｂ）及び図８の（Ｃ）は、それぞれ、８Ｂ−８Ｂ線及
び８Ｃ−８Ｃ線に沿っての凹部８５の断面を示してい
る。一実施形態において、凹部８５は、その深さが０．
０１ｉｎ．（０．２５４ｍｍ）であり、幅は、最も広い
点で０．１０ｉｎ．（２．５４ｍｍ）、最も狭い点で
０．００５ｉｎ．（０．１２７ｍｍ）である。しかしな
がら、凹部８５の寸法や形状、深さは特定の流れ条件に
応じて変更されることは理解されよう。例えば、図８の
（Ａ）に示される凹部よりも深く且つ幅の広い凹部が用
いられてもよい。また、一定の幅で深さが変化する溝を
用いてもよい。更に、同様な効果を得るために、面３９
上に、凹部ではなく隆起領域が形成されてもよいことに
注意すべきである。例えば、面３９上に隆起リブパター
ンやその他の色々な幾何学的パターンが形成されてもよ
い。

【００２９】凹部領域を用いる他の重要な利点は、それ
らが広い流量範囲にわたって直線的な流量制御を行うの
に用いられることができる点にある。直線的な流量制御
は、ダイアフラム４０が面３９に沿って係合するにつれ
てダイアフラム４０と面３９との間の流体抵抗が線形的
ないしは直線的に変化するように、特別な寸法及び形状
の凹部ゾーンを面３９に沿って意図的に設けることによ
り、達成され得る。

【００３０】図９の（Ａ）は、図７に示される下部本体
アセンブリの他の実施形態を示している。図９の（Ａ）
に示すように、面３９は、当該面３９の色々な領域にお
いて特定の面粗さが与えられるよう織目状ないしはテク
スチュア状に構成されている。図９の（Ａ）において、
面３９は、２つのテクスチュア領域８６，８７を有して
いる状態で示されている。各領域は異なる面粗さを有し
ている。一実施形態において、外側の領域８６における
面粗さは、内側の領域８７における面粗さよりも粗い。
図９の（Ｂ）及び図９の（Ｃ）は、それぞれ、９Ｂ−９
Ｂ線及び９Ｃ−９Ｃ線に沿っての断面を示している。面
３９に複数のテクスチュア領域を径方向に配設すること
により、流れは、より広い流量範囲にわたって、より高
精度に制御され得る。これは、ダイアフラム４０と面３
９とが接触した際にダイアフラム４０と面３９との間に
形成される接点及び空間の数を効果的に制御することに
よって達成される。図９の（Ａ）には２つのテクスチュ
ア領域が示されているが、特定の流れ効果を得るために
は、如何なる数のテクスチュア領域が用いられてもよい
ことは明らかであろう。

【００３１】図８の（Ａ）及び図９の（Ａ）の実施形態
において、面３９は凹部８５或はテクスチュア領域８
６，８７を有していると述べた。しかし、ダイアフラム
４０も、同様な結果を達成するために、凹部及び／又は
テクスチュア領域を有することとしてもよいことは理解
すべきである。更に、所望の流れ制御システムを得るた
めに、面３９及びダイアフラム４０に凹部及び／又はテ
クスチュア領域の組合せが形成されてもよいことは理解
されよう。

【００３２】図１０は、図７に示した実施形態の変形形
態を示している。図示するように、弁装置７０は、入口
開口部３７の周囲に境界を形成する凸部５２を備えてい
る。図３の（Ａ）及び図５の（Ａ）に示される制御弁は
遮断弁として機能することを意図したものではないが、
各弁装置を通る流体の流れを調節するよう特に設計され
ていることは、当業者にとり明らかであろう。図１０の
実施形態において、弁を通る流れを遮断するための手段
を弁装置７０に提供するするために、凸部５２が備えら
れている。弁装置７０の流体流れ制御方法は、図７の弁
装置と同様にして行われる。しかし、弁装置７０におい
ては、ダイアフラム４０が凸部５２と接した場合に、装
置を通る流体の流れが遮断される。凸部は下部本体アセ
ンブリ３２に一体に形成されてもよいし、機械加工され
てもよい。当業者ならば、他の色々な弁座や係合デザイ
ンが本発明を実施するのに用いられることは理解されよ
う。例えば、下部本体アセンブリに凸部ないしは弁座を
一体的に形成する代りに、入口開口部３７内にポリマー
や金属製の弁座インサートが配置されてもよい。更に、
かかる構造の寸法や形状は特定の使用や用途に応じて変
更されることは理解されるであろう。

【００３３】上記説明において、薄く柔軟なダイアフラ
ムと弁本体の面との間の流体抵抗を変化させるよう弁本
体の面上にダイアフラムを徐々に係合することによって
流体の流れを調節する制御弁について述べた。なお、上
記実施形態における弁装置に対して流入・流出する流体
の流れを逆転し、それにより流体を流路３５から空間部
３４内に流入させ、流路３６を通って空間部から流出さ
せてもよいことに注目することは重要である。

【００３４】図１１を参照すると、入口流路７５及び出
口流路７６を有する本発明の更に他の実施形態が示され
ている。図１１に示されるように、弁装置９０は、入口
流路７５と出口流路７６とを含む下部本体アセンブリ７
２を備えており、両流路７５，７６は、下部本体アセン
ブリ７２と上部本体アセンブリ７１との間に設けられた
空間部７４に導かれている。入口流路７５と出口流路７
６とは、それぞれ、入口開口部７７と出口開口部７８と
で空間部７４と連通している。入口開口部７７と出口開
口部７８との間には、空間部７４の下部壁面を画成する
湾曲面７９が配設されている。空間部７４内には可撓性
のあるダイアフラム８０が配置されており、このダイア
フラム８０は上部本体アセンブリ７１と下部本体アセン
ブリ７２との間で固定されている。湾曲面７９に対して
ダイアフラム８０を漸次的に係合又は分離し、それによ
ってダイアフラム８０と面７９との間の流体抵抗を変化
させることにより、弁装置９０を流通する流体の流れは
制御される。図１１の実施形態においては、ダイアフラ
ム８０の位置を調節するためにプランジャ８１が上部本
体アセンブリ７１内に設けられている。なお、上部本体
アセンブリ７１と下部本体アセンブリ７２とはねじ手段
７３により互いに取り付けられている。

【００３５】以上、本発明の幾つかの実施形態について
説明し、弁を通る流体の流れを制御する新規な方法論を
論証した。各実施形態において、プランジャないしプラ
ンジャアセンブリは、下部本体アセンブリの接触面にダ
イアフラムを係合させるための手段として説明した。し
かし、他の様々な係合装置が本発明を実施するのに用い
られ得ることは、当業者ならば明らかであろう。例え
ば、プランジャアセンブリに代えて、加圧空気が係合手
段として用いられてもよい。

【００３６】本発明の方法と装置は色々な技術で用いら
れるものである。本明細書で述べた関連の寸法や形状、
材料、プロセス技術等は開示された実施形態の例示にす
ぎないことは理解されたい。本発明についての色々な変
形や変更が上記説明を読んだ当業者にとり疑いもなく明
らかなものであるので、図示説明された特定の実施形態
に制限することを意図するものでは決してないことは理
解すべきである。従って、図面の詳細部に対する説明
は、本発明の本質として扱われる特徴のみを記した請求
の範囲を制限するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の流れ制御用弁を示す図である。

【図２】他の従来の流れ制御用弁を示す図である。

【図３】（Ａ）は本発明の一実施形態における流れ制御
用弁の断面図、（Ｂ）は図３の（Ａ）に示す流れ制御用
弁のダイアフラム、湾曲面及びプランジャの部分を示す
拡大断面図、（Ｃ）は図３の（Ａ）に示す湾曲面の斜視
図である。

【図４】（Ａ）は図３の（Ａ）の流れ制御用弁を示す図
であり、ダイアフラムが下部本体アセンブリの湾曲面上
に部分的に係合されている状態を示す図、（Ｂ）は図４
の（Ａ）に示す流れ制御用弁のダイアフラム、湾曲面及
びプランジャの部分を示す拡大断面図、（Ｃ）は図４の
（Ａ）における湾曲面とダイアフラムとの間の接触エリ
アを示す拡大断面図である。

【図５】（Ａ）は本発明の他の実施形態における流れ制
御用弁の断面図、（Ｂ）は図５の（Ａ）に示す面の斜視
図である。

【図６】図５の（Ａ）の流れ制御用弁を示す図であり、
ダイアフラムが下部本体アセンブリの平坦な面上に部分
的に係合されている状態を示す図である。

【図７】本発明の更に他の実施形態における流れ制御用
弁の断面図である。

【図８】（Ａ）は図７に示す弁における下部本体アセン
ブリであって、その湾曲面に凹部が形成されているもの
を示す斜視図、（Ｂ）は図８の（Ａ）の８Ｂ−８Ｂ線に
沿っての凹部の断面図、（Ｃ）は図８の（Ａ）の８Ｃ−
８Ｃ線に沿っての凹部の断面図である。

【図９】（Ａ）は図７に示す弁における下部本体アセン
ブリであって、その湾曲面がテクスチュア構造とされて
いるものを示す斜視図、（Ｂ）は図９の（Ａ）の９Ｂ−
９Ｂ線に沿ってのテクスチュア面の断面図、（Ｃ）は図
９の（Ａ）の９Ｃ−９Ｃ線に沿ってのテクスチュア面の
断面図である。

【図１０】入口開口部を囲む隆起部を有する図７の流れ
制御用弁を示す図である。

【図１１】本発明の別の実施形態における流れ制御用弁
を示す断面図である。

【符号の説明】

３０，５０，６０，７０，９０…流れ制御用弁装置、３
１…上部本体アセンブリ、３２…下部本体アセンブリ、
３４…空間部、３５…入口流路、３６…出口流路、３７
…入口開口部、３８…出口開口部、３９…湾曲面、４０
…ダイアフラム、４１…プランジャ、４９…円錐形の
面、８５…凹部、８６，８７…テクスチュア領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム マノフスキ， ジュニア アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ヤーバ バンク コート 2593 (72)発明者 マイケル イー． ウィルマー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ポルトラ ロード 1111

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空間部と、流体を前記空間部内に第１の
   開口部を通して流入することができる入口流路と、流体
   を前記空間部から第２の開口部を通して流出させること
   ができる出口流路とを有する本体であって、前記第１の
   開口部と前記第２の開口部との間に配設された実質的に
   連続する面を有している前記本体と、 前記空間部内に配置されたダイアフラムと、 前記空間部を流通する前記流体の流れを制御するために
   前記面と前記ダイアフラムとの間の流体抵抗を変化させ
   るよう、前記ダイアフラムを前記面上に漸次的に係合さ
   せるための、前記ダイアフラムに機能的に関連された手
   段と、を備える弁装置。
2. 【請求項２】 前記面が湾曲されている請求項１に記載
   の弁装置。
3. 【請求項３】 前記面が円錐形である請求項１に記載の
   弁装置。
4. 【請求項４】 前記ダイアフラムが前記面上に係合した
   際に前記流体の流れに所定の抵抗を与えるよう、前記面
   がテクスチュア構造とされている請求項１に記載の弁装
   置。
5. 【請求項５】 前記ダイアフラムが前記面上に係合する
   につれて変化する抵抗を前記流体の流れに与えるよう、
   前記面がテクスチュア構造とされている請求項１に記載
   の弁装置。
6. 【請求項６】 前記面には少なくとも１つの凹部が形成
   されている請求項１に記載の弁装置。
7. 【請求項７】 前記面に沿って少なくとも１つの隆起さ
   れた領域が形成されている請求項１に記載の弁装置。
8. 【請求項８】 前記可撓性部材を前記湾曲面上に強制的
   に係合させるための、前記ダイアフラムに機能的に関連
   された前記手段が加圧空気から成る請求項１に記載の弁
   装置。
9. 【請求項９】 前記第１の開口部が凸部により区切られ
   ている請求項１に記載の弁装置。
10. 【請求項１０】 前記ダイアフラムに機能的に関連され
    た前記手段が、前記第１の開口部を流通する前記流体の
    流れを遮断するよう前記凸部に前記ダイアフラムを強制
    的に押し付けるようになっている請求項９に記載の弁装
    置。
11. 【請求項１１】 内部に空間部が配設された上部本体及
    び下部本体と、 それぞれ、前記空間部に対して第１のポート及び第２の
    ポートを通して流体を流入及び流出させることができる
    よう、前記下部本体に配設された入口流路及び出口流路
    と、 前記第１のポートと前記第２のポートとの間に配設され
    た実質的に連続する第１の面と、 前記第１の面の周りに実質的に配設された凹部であっ
    て、前記第２のポートが開口している前記凹部と、 第２の面と第３の面とを有し、前記空間部内に配置され
    た可撓性部材と、 前記空間部を流通する前記流体の流れを調節するために
    前記第１の面に前記第２の面を漸次的に係合するため
    の、前記可撓性部材に機能的に関連された手段と、を備
    える弁装置。
12. 【請求項１２】 前記第１の面には少なくとも１つの凹
    部が形成されている請求項１１に記載の弁装置。
13. 【請求項１３】 前記第１の面に沿って少なくとも１つ
    の隆起された領域が形成されている請求項１１に記載の
    弁装置。
14. 【請求項１４】 前記第２の面が前記第１の面上に係合
    した際に前記流体の流れに所定の抵抗を与えるよう、前
    記第２の面がテクスチュア構造とされている請求項１１
    に記載の弁装置。
15. 【請求項１５】 前記第２の面が前記第１の面上に係合
    するにつれて変化する抵抗を前記流体の流れに与えるよ
    う、前記第２の面がテクスチュア構造とされている請求
    項１１に記載の弁装置。