用于改善来自储存和递送系统的经亚大气分配的流体的流量稳定性的修改的真空致动阀组件和密封机构的制作方法

本发明涉及具有修改和改善的真空致动阀组件的储存和递送系统，以防止流体从容器诸如加压气缸或箱排放，并且在施加预定真空条件时分配存在于阀组件下游侧上的流体。

背景技术：

工业加工和制造应用需要使用高毒性流体。半导体材料的制造代表了一种此类应用，其中高毒性氢化物或卤化物气体及其混合物的安全储存和处理变得必要。此类气体的例子包括硅烷、锗烷、氨气、磷烷、砷烷、三氟化硼、锑化氢、硫化氢、硒化氢、碲化氢、三氟化磷、五氟化砷，以及其他卤化物或氢化物化合物及其气体混合物。由于对毒性和安全的考虑，在工业加工设备中必须谨慎储存和处理这些气体。半导体工业特别依赖于各种气体源，例如，在离子注入中作为砷(as)、磷(p)、硼(b)、硅(si)、锗(ge)、硒(se)和碳(c)的来源的砷烷(ash3)和磷烷(ph3)、硒化氢(h2se)、三氟化硼(bf3)、二硼烷(b2h6)、四氟化硅(sif4)、四氟化锗(gef4)、六氟化硒(sef6)、一氧化碳(co)和二氧化碳(co2)。离子注入系统通常使用纯净气体诸如在其各自蒸气压下储存为液化压缩气体的ash3和ph3，以及纯净气体诸如在高至1500psig的压力下储存在递送容器内的bf3和sif4。由于它们极强的毒性和高蒸气压，因此其使用、运输和储存将对半导体工业造成极大安全隐患。

为了解决各种安全隐患，已经开发了许多系统，以在亚大气条件下将这些氢化物和卤化物化合物递送到离子注入工具。最终用户流速通常在约0.1sccm至10sccm的范围内。装置安全要求在亚大气压下递送气体，使得如果阀打开连通大气，没有任何东西将从气缸中泄漏出来。必须对气缸施加真空条件以获得气流。因此，需要自动防故障的真空致动阀设计。

例如，已知为sds^tm并由atmi公司(atmi，inc.)商业化的化学系统涉及用物理吸附材料填充压缩气缸，并且将掺杂气体可逆地吸附到该材料上。解吸过程涉及对吸附材料/气缸施加真空或热。在实施过程中，来自离子注入机的真空用于从固相吸附剂解吸气体。存在与sds技术相关联的某些局限性，并且这些局限性包括以下方面：1)吸附材料具有有限的负载能力，从而限制在给定尺寸的气缸中可得的产品的量；2)解吸过程可通过将气缸成套设备暴露于热量来引发，从而当气缸暴露于大于70°f的温度时，导致气缸达到大气压和超大气压并且在大气压和超大气压下递送气体，这常见于许多气缸仓库位置和离子注入工具内；3)由于吸附材料上的其他材料/气体的吸附/解吸，从气缸递送的气体的纯度可受损；4)气缸的利用受施加到成套设备上的真空的深度影响，使得气缸可经常被返回残留在成套设备中的明显未使用产品；以及5)吸附剂损耗可致使气体递送系统中发生微粒污染。

单独地，已经开发出许多机械系统用于掺杂气体的亚大气递送。一些系统涉及使用调压器，而另一些系统需要阀装置以在亚大气下控制并递送产品。当将亚大气或真空条件施加到气缸的递送端口时，这些装置被设定为递送或打开。这些装置的确切位置可在端口主体中、颈部腔体中，或者在气缸自身内。在每种情况下，相对于从气缸内部到递送端口的气流，调压器或阀装置位于气缸阀座的上游。

美国专利6,089,027和6,101,816均涉及包括用于保持所需压力的容器的流体储存和分配系统。该容器包含调压器，例如与容器的端口相关联并且设定在预定压力下的单级或多级调压器。例如，包括流量控制装置(诸如阀)的分配组件被布置成与调压器气流/蒸气流连通，由此阀的打开实现了分配来自容器的气体/蒸气。容器中的流体可由液体构成，该液体在普遍温度条件(例如环境(室内)温度)下以超过其液化压力的压力被限制在容器中。

美国专利6,857,447b2公开了一种气体分配组件，其中源容器包含在20至2000psig的范围内的压力下的气体。该装置需要具有大于典型的颈部开口的高压气缸，以容纳沿着流体排放路径串联引入的两个调压器。进气侧上的第一调压器将压力从1000psig(或者当时容器内的实际压力)降至100psig，而第二调压器将压力从100psig降至亚大气压。

美国专利7,905,247公开了一种流体储存和分配容器，该容器具有分配真空致动阀和流量限制构造，以提供用于防止来自加压气缸或箱的流体危险排放的实际自动防故障系统。阀元件包括提升阀32和顶住提升阀32的销42，如图3所示。提升阀32为锥形销装置42，其装配到相匹配的称为阀座36的锥形座腔体中。将弹性体材料模制在提升阀32上。在闭合状况下，弹簧34通常将提升阀32压靠阀座36。当阀32响应于围绕波纹管38的腔室(其在大气压或更高压力下被内密封)的预定真空条件而打开时，波纹管38在纵向方向上膨胀以产生足以将提升阀32向下推动的向下力，从而移动提升阀32远离座36，这样形成用于使气缸内部中的加压气体流过其中的间隙。美国专利6,007,609和6,045,115公开了沿着流体流动路径设置的流量限制器，并且该流量限制器提供毛细管尺寸的开口，该开口在分配阀出现故障的不太可能事件中，最小化来自压缩气缸的有毒气体的任何排放。

替代的真空致动阀设计为如美国专利7,905,247的图2中所示出的o形环设计，该专利公开了环绕销的下底座部分90同心地设置的o形环88，该销的下底座部分通过弹簧衬套保持在适当位置。销43适于在阻止流体沿着流体流动路径流动的密封位置和允许流体沿着流体流动路径流动的打开位置之间移动。具体地，在阀底座84内设置有凹入的埋头孔或沟槽，以容纳o形环88，该o形环通常由设计用于密封以及压缩和松弛的全氟弹性体材料形成。o形环88保持在阀底座84的沟槽内的固定位置中。当阀处于闭合位置时，o形环88被压缩在沟槽内。阀底座84与销43的底座90之间的o形环88的压缩防止了气体的流动。在打开位置，在大气压或更高压力下密封的波纹管腔室50响应于围绕波纹管腔室50的预定真空条件而膨胀，以产生足以将销43的杆部分向下推动的向下力，从而移动销43的底座90远离o形环88，这样形成用于使气缸内部中的加压气体流过其中的间隙。

尽管有相关的储存和递送系统，但亚大气流量不稳定仍然是一个重大的问题。具体地，所有上述真空致动阀和调压器设计持续存在递送压力振荡和打开压力尖峰。离子注入工具趋向于对此类递送压力尖峰和振荡敏感，因为流量不稳定性产生流量尖峰，该流量尖峰可自动闭合在半导体制造工厂处的离子注入工具，从而导致半导体制造商的停机时间增加。另外，存在销-提升阀设计有问题地在所需的下游真空条件下不分配气体的情况。

鉴于此类缺陷，仍然需要一种能够实现流量稳定性的改善的真空致动阀组件。在审查所附的说明书、附图和权利要求书时，本发明的其他目的和方面对本领域的普通技术人员来说将变得显而易见。

技术实现要素：

本发明部分地涉及用于提高来自储存和递送系统的经亚大气分配的流体的流量稳定性的修改的真空致动阀组件和密封机构。

在第一方面，真空致动阀组件(10)，包括：修改的波纹管(13)，该波纹管至少部分地由封闭腔室(18)限定，该封闭腔室被密封以将所述腔室(18)与围绕波纹管(13)的外部区域(14)隔离开，所述波纹管(13)包括侧面区域(31)，该波纹管被构造成响应于围绕波纹管(13)的外部区域(14)的预定真空条件而纵向膨胀，所述波纹管(13)具有沿着波纹管(13)的外径以螺纹方式接合至端口主体(21)的顶部部分，并且所述波纹管(13)的底部部分基本上由接触板(19)限定；销(17)，该销具有顶端和底端，该顶端朝向波纹管(13)的底部部分延伸，该底端延伸通过固定热塑性座(11)的开口(28)以及在插扣件(12)的顶部部分(16)中的的开口(29)以接触插扣件(12)的表面；固定座(11)，该固定座基本上由热塑性材料组成并且其特征在于不存在弹性体材料，所述固定座(11)包括从座(11)的外表面(27)延伸至座(11)的内密封表面(26)的开口(28)，所述座(11)还包括沿着所述固定座(11)的所述内密封表面(26)延伸的沟槽区域(15)；插扣件(12)，该插扣件包括主体部分(30)和顶部部分(16)，该主体部分和顶部部分中的每一个位于固定座(11)的内部中，固定座(11)的所述内部至少部分地由比顶部部分(16)的外径和主体部分(30)的外径更大的内径限定，从而在插扣件(12)和座(11)之间形成通道(20)；其中插扣件(12)的所述顶部部分(16)紧邻固定座(11)的所述沟槽区域(15)，以便当波纹管(13)处于非膨胀状态时使该顶部部分沿沟槽区域保持机械接合，所述接合形成了可阻塞通道(20)并且防止流体从中流过的密封部，从而形成了阀组件(10)的闭合构型；其中响应于围绕波纹管(13)的外部区域(14)的预定真空条件，波纹管(13)沿着侧面区域(31)在纵向方向上的膨胀以足以抵靠销(17)的顶端将接触板(19)向下推动的增量增加波纹管(13)的侧面区域(31)的长度，从而导致销(17)的所述底端抵靠插扣件(12)的表面向下推动并且沿着固定座(11)的内密封表面(26)推动插扣件(12)的顶部部分(16)远离沟槽区域(15)，从而机械地脱离密封部以解除对通道(20)的阻塞，并且在插扣件(12)的顶部部分(16)和固定座(11)的内密封表面(26)之间形成间隙，以形成阀组件(10)的供流体从中穿过的打开构型。

在第二方面，用于阀组件(10)的密封结构和机构，包括：固定座(11)，其基本上由热塑性材料组成并且其特征在于不存在弹性体材料；固定座(11)包括从固定座(11)的外表面(27)延伸至固定座(11)的内密封表面(26)的开口(28)，所述座(11)还包括沿着所述固定座(11)的所述内密封表面(26)延伸的沟槽区域(15)；座(11)的所述沟槽区域(15)包括压印表面，该压印表面被构造成在与插扣件(12)的顶部部分(29)接合时在预定类弹性区内弹性压缩；插扣件(12)包括主体部分(30)和顶部部分(16)，该主体部分和顶部部分中的每一个都位于固定座(11)的内部中，所述顶部部分(16)具有截头圆锥形状；固定座(11)的内部至少部分地由比顶部部分(16)的外径和主体部分(30)的外径更大的内径限定，从而在插扣件(12)和座(11)之间形成通道(20)；其中插扣件(12)的所述顶部部分(16)适于在闭合构型和打开构型之间移动，所述闭合构型由紧邻固定座(11)的所述沟槽区域(15)的插扣件(12)的所述顶部部分(16)限定，以便使该顶部部分沿沟槽区域保持机械接合，所述接合形成了可阻塞通道(20)的密封部，从而形成了阀组件(10)的闭合构型；打开构型由沿着固定座(11)的内密封表面(26)与沟槽区域(15)间隔开的插扣件(12)的顶部部分(16)限定以便机械地脱离密封部以解除对通道(20)的阻塞，并且在插扣件(12)的顶部部分(16)和固定座(11)的内密封表面(26)之间形成间隙以形成阀组件(10)的打开构型。

在第三方面，用于真空致动阀组件(10)的密封结构和机构，包括：固定座(11)，其基本上由热塑性材料组成并且其特征在于不存在弹性体材料，所述座(11)包括从固定座(11)的外表面(27)延伸至固定座(11)的内密封表面(26)的开口(28)，所述座(11)还包括沿着所述固定座(11)的所述内密封表面(26)延伸的沟槽区域(15)；以及包括主体部分(30)和顶部部分(16)的插扣件(12)；固定座(11)适于接收具有顶部部分(16)的插扣件(12)，该顶部部分被接收在固定座(11)的沟槽区域15中。

附图说明

根据本发明的优选实施例的以下详细描述，并结合附图将更好地理解本发明的优点，在附图中，类似的数字在整个说明书中指代相同的特征部，其中：

图1a为根据本发明的原理的真空致动阀的示意图，其中阀处于闭合构型；

图1b为根据本发明的原理的真空致动阀的示意图，其中阀处于打开构型；

图1c为设置在储存加压气体的气缸内的真空致动阀的示意图；

图2为传统o形环设计的真空致动阀的剖视示意图；

图3为传统销和提升阀设计的真空致动阀的剖视示意图；

图4为如在比较例1中试验并描述的传统真空致动阀组件的打开特性的图示；

图5为如在比较例2中试验并描述的传统真空致动阀组件的打开特性的图示；

图6a和图6b为如在比较例3中试验并描述的传统真空致动阀组件的打开特性的图示；

图7示出了如在实施例1中所述的本发明的修改的真空致动阀组件的打开特性的图示；

图8示出了如在实施例2中所述的本发明的修改的真空致动阀组件的打开特性的图示；

图9a和图9b为如在实施例3中试验并描述的传统真空致动阀组件的打开特性的图示；

图10a至图10c示出了赋予座的压印过程，以便允许部件在特定的弹性区内工作；

图11a至图11d示出了由于压印过程导致的密封和流动现象，由此热塑性座在由图10a至图10c中所描述的压印过程赋予的类弹性区内运行；

图12a至图12d示出了导致图2的传统o形环设计真空致动阀的不期望的形状改变的可能机构的逐步示意图[考虑在图12a至图12d中的每一个中示出波纹管的空间关系]；

图13a示出了修改的波纹管组件具有沿着修改的波纹管的较宽顶部部分的侧面而定位的螺纹，并且图13c示出了图13a的修改的螺纹波纹管组件设置并固定在阀头的端口主体内；

图13b示出了传统波纹管组件具有沿着具有较窄内顶部部分的传统波纹管的内径定位的螺纹，并且图13d示出了图13a的波纹管组件设置并固定在阀头的端口主体内；

图14a示出了根据本发明的原理的插扣件的剖视图；并且

图14b示出了图14a的插扣件的透视图。

具体实施方式

通过以下详细描述可更好地理解本发明的各种元件的关系和功能。详细描述设想了在本公开的范围内的特征、方面和实施例的各种排列和组合。本公开因此可被指定成包括、包含或基本上包括这些具体特征、方面和实施例的任何此类组合和排列，或所选择的它们中的一个或多个。

还应当理解，附图不是按比例的，并且在某些情况下，已省略附图中对于理解实施例并非必需的细节，诸如制造和组装的常规细节。本文提供的附图旨在说明可通过其执行本发明的原理。

本文中的术语“流体”旨在表示气体、液体、蒸气或其任何组合。如本文所用，除非另外指明，所有浓度都以基于流体总体积的体积百分比(“体积％”)表示。

本发明已经认识到，由于具有不可靠的密封机构，传统真空致动阀组件通常尚不能从气缸内部递送稳定的亚大气加压气流。由此类密封机构产生的不稳定的流动特性通常涉及递送压力尖峰和振荡，并且甚至在某些情况下，涉及不存在由阀从闭合构型到打开构型的致动故障引起的分配流体。此类递送压力不稳定性和故障产生各种下游过程无法承受的不稳定的流动特性，所述下游过程包括离子注入工具，该离子注入工具包括被设计成当遇到相比于目标设定值的流速偏差时闭合的自动中止系统。

因此，本发明涉及修改的阀组件，其特征在于用于确保稳定的流动特性的新颖的密封结构和机构。如下文将描述的实施例证明了用本发明的真空致动阀组件实现了流量稳定性的显著提高。

在图1a和图1b中示出了根据本发明的原理的示例性真空致动阀组件10。图1a和图1b分别示出了处于闭合构型和打开构型的阀组件10的结构元件。应当理解，阀组件10的结构特征未按比例绘制，并且为了清楚起见，有意地省略了一些特征以便说明本发明的原理。附图以为了示出密封机构以及相比于传统真空致动装置此类密封机构如何产生优异的流量稳定性的方式来描绘。优选地，如图1c中所示，阀组件10整个设置在气缸2的内部区域内。另选地，阀组件10可设置在除了气缸之外的其他类型的容器成套设备中。

图1c示出了用于加压流体的储存和亚大气递送的系统1。系统1包括气缸2，该气缸包含优选地处于气相或部分气相的加压流体3。双端口气缸阀头4被示出为在气缸2的顶端以螺纹方式接合。双端口气缸阀头4可为由罗达莱克斯公司(rotarex，inc.)商购获得的双端口阀。阀头4具有填充口6，通过该填充口向气缸2填充流体。在填充时，流体3可通过用户端口8被抽出。一般而言，响应于位于系统1(如图1c中的向上箭头所示)下游的预定真空条件，在压力下储存在气缸2内部的流体3将经由流量排放路径流入真空致动阀组件10的入口中。柄部7允许控制流体沿着流体路径通过用户端口8。尽管参考单端口阀气缸头，但是这种类型的流体储存和分配系统在美国专利5937895和6007609以及6045115中有所描述，并且所述专利据此全文以引用方式并入本文中。

在一个示例中，系统1连接至离子注入工具(未示出)。流体导管从用户端口8的出口延伸至离子注入工具的入口。压力传感器和质量流量控制器优选地沿着导管定位，用于测量递送压力(torr)和流速(sccm)并记录数据。

如在图1a和图1b将显而易见的是，当阀组件10从闭合构型致动到打开构型时，形成流量排放路径，现在将更详细地讨论。即使当持续长时间暴露于有毒和有害流体时，组件10在重复基础上以所需的真空压力致动的能力归因于新颖的密封组件。密封组件的特征可在于定制的固定座11和可移动的插扣件结构12。如本文所用的术语“固定的”或“非移动的”旨在表示在座11的使用寿命期间实质上不存在座的永久移动(向上或向下)。如将会说明的是，座11被设计成在阀组件10闭合和打开期间承受受控的弹力。座11由合适的硬化热塑性材料形成。所选择的热塑性座11凭借其刚性而不会经受不期望的形状改变以致不利地影响流量稳定性，并且因此在阀组件10的打开构型和闭合构型之间的一个或多个转变循环期间，该热塑性座趋向于保持形状基本上不变。相比之下，弹性体o形环阀设计(图2)经受实质上不期望的形状改变(这将在下文更详细地说明)以致引起o形环的形状改变，这在打开构型和闭合构型之间的循环期间不利地影响流量稳定性。另外，固定的热塑性座11不向座11中产生插扣件12的所谓的“楔入效应”(如将在下文中参照销-提升阀设计来说明)。在一个优选的实施例中，固定座11由称为聚三氟氯乙烯(pctfe)的热塑性含氟聚合物形成，其可从大金工业株式会社(daikinindustriesltd.)商购获得并作为neoflon^tm材料出售。相比于用于o形环设计(图2)和模制销-提升阀设计(图3)的弹性体材料，该材料凭借其特定的三氟氯乙烯聚合结构在承受载荷时具有更高的抗压强度和更低的变形。可利用不经受不期望的形状变化的其他合适的热塑性材料。此类材料可包括但不限于：聚四氟乙烯、pfa(四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚的共聚物)、fep(四氟乙烯和六氟丙烯的全氟共聚物)、etfe(四氟乙烯和乙烯的共聚物)、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺。然而，根据本发明的原理，座11不由在承受压缩载荷时趋向于变形并且遭受不期望的形状改变的弹性体材料形成，该形状改变破坏密封并且在分配气体期间产生流量不稳定性。当用插扣件12(图1a)形成密封时，硬化热塑性允许固定座11在承受压缩载荷时保持其结构完整性。因此，固定座11在气体储存和递送期间不会遭受不期望的形状改变。热塑性座11不发生膨胀。

在本发明之前，o形环和销-提升阀的密封组件由弹性体材料形成，因为弹性体材料具有变形和承受压缩载荷的能力。就这一点而言，本发明是反直观的，并且相反地发现当在阀组件10中结合了将关于座11和插扣件12进行描述的其他设计考虑时，不经受高变形和压缩载荷的刚性热塑性材料可有助于形成相对于弹性体密封部的优异密封机构。由于弹簧5压靠着座11，所以座11在形成密封(图1a)和打破密封(图1b)期间保持固定。座11保持固定，因为其被限制在弹簧5和阀主体的周围壳体(未示出)之间，所以不能移动。

因此，除了由特定热塑性材料形成的固定热塑性座11之外，还需要如图1a和图1b中所示的插扣件12。插扣件12是优选地由金属材料或其他硬化材料制成的结构，其与座11接合以形成密封(图1a的闭合构型)，并且与座11脱离以打破密封(图1b的打开构型)以及形成流量排放路径以供包含在气缸2内的气体3流过其中。打开构型和闭合构型取决于围绕波纹管13的外部区域14中的预定真空压力，如将在描述通过其形成和打破密封的机构时说明。插扣件12具有开口29(在图14a和图14b中看得更清楚)，销17延伸通过该开口并接触插扣件12的顶表面。插扣件12可由合适的金属基材料诸如不锈钢、镍基合金或与被递送气体相容的其他材料形成。也可利用具有类似类型硬度的其他类型的硬质材料，举例来说，诸如红宝石或蓝宝石。弹簧5环绕插扣件12的至少一部分延伸，并且在不存在由膨胀的波纹管13产生足够的向下力的情况下，将插扣件12抵靠座11向上偏压。

顶部部分16由具有开口29的圆状结构限定，如在图14a和图14b中看得更清楚。设计开口29的尺寸以在顶部部分16与座11的沟槽区域15接合(图1a)和脱离(图1b)期间接收销17的底部部分。插扣件12的顶部部分16被构造成接合在固定座11的互补内密封面26内，该顶部部分沿着热塑性固定座11的压痕或沟槽区域15延伸，从而在固定座11的沟槽区域15内形成密封部，如图1a中所示。

参考图14a的剖视图和图14b的透视图，插扣件12的顶部部分16远离主体部分30延伸并且终止为圆环状或凸缘状结构，该结构沿着座11中的沟槽区域15与座成基本上360度接触地包围座。相比于o形环设计(图2)，圆环状顶部部分16被设计成最小化与座11的沟槽区域15的接触表面积。就这一点而言，顶部部分16具有圆环状或凸缘状结构，该结构具有显著减小的半径或有效宽度，其产生优选地与当o形环88与销42接合时用o形环阀组件(图2)所产生的接触表面积相比小至少9/10的所得接触表面积。在另一个实施例中，顶部部分16产生比用o形环阀产生的接触表面积小最多至约50倍，并且更优选地小最多至75倍的所得接触表面积。举例来说，顶部部分16的圆环状结构可具有在约.0005英寸至约.0010英寸的范围内的半径。

优选地，顶部部分16比主体部分30窄，并且插扣件12为加工成最终尺寸的整体件。两种设计属性都产生能够承受相对高的量的压缩应力而不会发生显著变形的结构。应当理解，插扣件12的其他几何形状可与合适的构造材料(例如，金属合金)结合使用，并且插扣件12可被制造为单独的部件。

本发明的所得密封部是通过顶部部分16与对应的沟槽区域15的机械接合产生的(图1a)。该密封部与由o形环(图2)和销-提升阀(图3)形成的表面接触密封部相对比。在本发明之前，增加接触表面积被认为是提供有效的密封，以切断来自气缸2内部的气体3的流动。然而，本发明意外地发现了相比于o形环和销-提升阀设计，减小密封部的接触表面积减小了座11和插扣件12的顶部部分16之间的所谓“静摩擦”。如本文所用的术语“静摩擦”被定义为一个物体附着于另一个物体的趋势。本发明的在插扣件12和座11之间减小的静摩擦消除了由销-提升阀设计观察到的所谓的“楔入效应”。

另外，减小接触表面积有利地产生较高的应力，这是由于插扣件12的顶部部分16施加其向上取向的力到座11的压痕15中所通过的接触面积更小。更高的应力与座11的压痕15形成改善的密封，该密封比较不容易受到传统真空致动装置的递送压力尖峰和流量不稳定性影响，如将在实施例中被证明。

所得的密封部切断流量排放路径，来自气缸2的气体3可通过该流量排放路径环绕波纹管13行进，如图1b中的箭头所示。在图1a的闭合的阀组件10的构造中，气体3保持被捕集并且不可流出密封部外。通过参考图1a可理解由阀组件10产生的密封的强度，其中储存的流体3占据从气缸2的底部沿着插扣件12的外表面和座11的内表面之间的环形区域20(即，通道)向上延伸(如箭头所示)并且之后终止在密封部处的区域。密封部的加压侧处于气缸压力(例如，1200psig)下，而密封部的低压侧处于真空(例如，200torr至600torr)下。座11和插扣件12的新颖特征允许形成具有减小的接触面积的密封部，该接触面积能够在其任一侧上实现压力的此类突然过渡。

结合在密封部的接合和脱离期间不经受不期望的形状改变的热塑性座11明显地提高了流量稳定性和致动特性，以便减少传统真空致动阀组件中通常遇到的流量尖峰/振荡。这种设计转变是反直观的，并且产生意想不到的优异特性，如将在实施例中所示。

图1a为示出在插扣件12和座11之间形成的密封的剖视示意图。当插扣件12接合以抵靠热塑性座11的压痕15施加向上的力时形成密封。热塑性座11在形成密封期间保持固定或不可移动。弹簧5偏压插扣件12，以便向上推动插扣件12抵靠座11的沟槽区域，从而使得插扣件12保持形成密封，并从而切断通过其中的气流。所得密封保持沿着座11的密封内表面26的沟槽区域15直到在波纹管13纵向膨胀时产生足够的力，如将在下文中说明。

如图1c中所示，阀组件10优选地设置在气缸2内。气缸2的用户端口8的出口连接至最终用户装置。在一个示例中，最终用户装置为离子注入工具。流体导管从用户端口8的出口延伸至离子注入工具的入口。离子注入工具具有预定的真空度(例如，200torr至400torr)，在该真空度下离子注入过程利用储存并从气缸2分配的流体(例如，掺杂气体3)。应当理解，任何类型的流体3都可利用阀组件10储存和递送以用于任何类型的过程。利用真空泵来减小工具中的压力，以及减小围绕波纹管腔室13并在该波纹管腔室外部的区域14中的压力。波纹管13的腔室18优选在大气压下密封，并且为如美国专利7708028、7905247、5937895、6007609、6045115以及6959724中所述的可膨胀的手风琴状腔室，所述专利中的每个专利据此全文以引用方式并入本文中。在从围绕波纹管13的外部区域14到工具之间存在经由在其间延伸的导管的连续流动路径。因此，存在用于真空的直接路径，该路径可在工具中被拉动通过导管和围绕波纹管13的区域14。

现在将说明用于打破密封并且从图1a的闭合阀组件10构造转变到图1b的打开阀组件10构造的机构。当区域14中的压力落在可接受的真空度的范围内时，如图1b中所示，凭借波纹管13的封闭腔室18(其优选地在大气压下密封)和围绕波纹管13的区域14之间的压差(举例来说，其可在200torr至400torr的范围内)，波纹管13沿着其侧面区域31在纵向方向上膨胀。如图1b中所示，波纹管13的膨胀产生使接触板19移位的向下力。接触板19抵靠销17的顶部部分向下推动，该销在接触板19的底部和插扣件12的顶表面之间延伸。所传递的力导致销17抵靠插扣件12的顶表面向下推动，从而推动插扣件12的顶部部分16远离保持固定的热塑性座11。顶部部分16的向下移动使插扣件12的顶部部分16与座11脱离。如图1b中所示，新形成的间隙机械地脱离座11与插扣件12的顶部部分之间的密封部或打破该密封。随着密封被打破，存在用于供流体3(例如，气体)流过其中的间隙。这允许气体3流过新形成的间隙，如图1b的箭头所示。气体3现在能够流动穿过插扣件12；并且随后沿着流量排放路径流动，该流量排放路径沿着销通道并环绕销17向上延伸；沿着波纹管13的外部区域14流动；并且之后离开阀组件10的顶部并通过用户端口8离开(图1c)。因此，图1b的箭头表示待从气缸2的内部分配的气体3的流量排放路径。举例来说，所形成的间隙可在0.002”至0.030”、优选地0.001”至0.020”并且更优选地0.0005”至0.010”的范围内。

现在将说明用于重新建立密封并且从图1b的打开阀组件10构造转变到图1a的闭合阀组件10构造的机构。当区域14中的压力增加时，凭借波纹管13的封闭腔室18(其优选地在大气压下密封)和波形管围绕区域14(其可接近波形管腔室18内的压力，举例来说，诸如大气压)之间的最小或基本为零的压差，波纹管13通过沿着其侧面区域31收缩来恢复到其非膨胀状态，如图1a中所示。如图1a中所示，缺少足够的压差导致波纹管13恢复到其非膨胀状态。随着波纹管13恢复到其非膨胀状态，弹簧5使插扣件12向上移动并且向上推压销17。随着弹簧5向上推动插扣件12，插扣件12的顶部部分16被推进到保持固定的热塑性座11的沟槽区域15中。插扣件12的顶部部分16与热塑性座11的对应的沟槽区域15的这种接合重新建立密封，如图1a中所示。不存在用于供气体3流过其中的间隙。气体3保持储存在气缸2的内部。

本发明的密封机构的另一个独特方面可归因于压印。“压印”是指在一定温度和压力下在座11的密封面中形成互补的沟槽区域或压痕的过程，所述温度和压力大于在使用寿命期间压痕将会暴露于的温度和压力。具体地讲，在高于特定热塑性座11(例如，neoflon^tm座)的屈服条件的温度和压力条件下执行压印。在此类条件下，插扣件12的顶部部分16的平滑表面沿着其表面压靠热塑性座11的任何表面不平处，以便产生针对插扣件12的圆形顶部部分16的相对平滑的压印配合内密封表面26。图10c示出了在完成压印之后所得的密封面，由此在热塑性座11内形成压痕15。为了清楚起见，已有意地省略了结构细节。除了去除任何表面粗糙度之外，插扣件12的顶部部分16还在热塑性座11的内密封面26上形成受压的几何形状，该几何形状适形于顶部部分16的形状。该过程示于图10a至图10c中。在阀组件10的运行期间，座11的这些特征(不存在表面粗糙度和受压几何形状)在插扣件12的顶部部分16与热塑性座11接合时均实现了优异的密封。此外，压印表面允许阀组件10具有平滑或稳定的致动特性，如实施例1至实施例3中所证明。在一个示例中，压印的条件按以下步骤执行：将座15和插扣件顶部部分16组装成闭合构型，并且将该单元加热至可在110到160华氏度的范围内的温度，同时将在2000psig到3000psig的范围内的压力施加到阀装置(插扣件12和座11)的上游(插扣件)侧。将组件在这些条件下保持大约1小时，然后释放压力，并且允许将阀装置冷却至室温。

在压印之后沿着沟槽/锯齿区域15延伸的所得密封面或表面26示于图11a至图11d中。图11a至图11d旨在示出由于压印过程而导致的密封和流动现象，由此热塑性座11在由图10a至图10c中所描述的压印过程赋予的类弹性区内运行。图11b至图11d为图11a的环绕区域的放大视图。黑实线(图11b至图11d中)旨在示出座11的沟槽或锯齿区域15内的基本平滑的密封面26。在阀组件10的正常运行条件下，存在压印的热塑性座11在其中运行的类弹性区107。图11b示出了类弹性区107，为了清楚起见，省略了插扣件12的顶部部分16。在该类弹性区107内，热塑性座11压缩(不会遭受不期望的形状改变，如将结合图12a至图12d进行描述)。

图11d示出了插扣件12的顶部部分16的圆形周边，其向上并且沿着压印的热塑性座11的沟槽或压痕15接合。在该类弹性区107中发生压缩，以允许在插扣件12的上游施加压力时形成密封(即，图11d的闭合位置，其中波纹管13未处于足以推动销17和插扣件12的膨胀构造)。在图11d中以虚线105示出了在该类弹性区107内，座11相对于打开状态(图11c)向上压缩和移动的深度。当在波纹管13的膨胀下在向下方向上推压插扣件12时，如从图11d过渡至图11c时所说明的那样，由于波纹管13向下推动插扣件12并使其远离座11，热塑性座11松弛而不发生不期望的形状改变。图11c示出了插扣件12的顶部部分16(以实线表示)以受控量移动远离沟槽区域15，并且座11松弛且相对于闭合状态(图11d)向下移动。因此，在座11的锯齿表面15和插扣件12的顶部部分16之间形成流量排放路径以供气流流过。这是如图11c中所示的打开状态。当波纹管13缩回(即，当围绕波纹管13的区域14的压力增加到高于波纹管13的腔室18的密封压力时，波纹管恢复到其非膨胀状态)时，插扣件12向上移动并且再次弹性地向上压缩座11(不会遭受不期望的形状改变)，以沿着热塑性座11的锯齿区域15形成密封(图11d)。可以设想，该类弹性区107的厚度可根据运行条件而在1微米至100微米的范围内。存在由于压印形成的该类弹性区107在阀组件10的运行中提供再现性和可靠性，如在实施例1至实施例4中所证明的。

阀组件10的新颖结构克服了传统o形环设计真空致动阀所经历的递送压力尖峰和振荡。具体地讲，本发明已经发现，如图2中所示的o形环阀设计在使用寿命期间会遭受o形环的形状改变。申请人确定形状改变会导致如在比较例1至比较例4中所观察、所描述和所图示的流量不稳定性。图2为传统o形环设计的真空致动阀的剖视示意图。当销42与o形环88接合时，o形环88用作弹性体密封部。o形环88保持在阀底座84的沟槽内的固定位置中。当o形环阀处于闭合位置时，o形环88通过销42而被压缩在阀底座84的沟槽内。申请人已经发现，o形环88具有在施加各种力(包括由销42施加的力的压缩载荷和气缸内气体的压力)时变得容易受到显著变形和形状改变影响的趋势。变形和形状改变可发生达到o形环88可影响密封完整性，从而在o形环阀致动时产生流量不稳定性的程度。

图12a至图12d示出了这样一种可能的机构的示意图：其导致图2中传统真空致动阀组件的o形环88发生不期望的形状改变。图12a示出了处于闭合或密封构造的阀。由图12a中的o形环88和销42产生的密封未被打破。因此，在o形环88与销42及阀底座84的任何表面之间不存在流量排放路径。o形环88处于在fg的作用下已变形的形状，其中fg为通过储存在气缸中的加压气体而施加在o形环88的一部分上的力。在图12a中，用箭头指示力fg。

不受任何特定理论的约束，据信施加到o形环88上的各种其他力(如图12b和图12c中所示)会改变其形状，以使o形环88的形状进一步变形或改变，从而产生如图12b和图12c中所示的伸长形状。fad是防止o形环88从销42和阀底座84的表面释放的附着力；ffr是防止o形环88沿着阀底座84滑动的沿阀底座表面作用的摩擦力；fs是由o形环88发出的试图恢复到其自然圆形形状的力。图12b和图12c中所示的现象可同时出现，以产生伸长的o形环88构造。o形环88的这种伸长构造在阀底座84的沟槽内占据更多的空间，并且因此推动销42进一步向下并远离波纹管。销42相对于图12a的进一步向下移动由阀底座84(其保持固定)和销42之间增加的间隔l2表示，如图12b和图12c中所示。销42相对于图12a的向下移动由间隔l2表示，该间隔大于图12a的间隔l1。其结果是，波纹管50与销42的顶部部分间隔开(图2)。因此，必须产生更大的真空用于使波纹管50发生额外膨胀，以使波纹管50能够接合并向下推动销42的顶部，并且打破图12b和图12c的密封构造。随着o形环88伸长，其将达到克服摩擦力和附着力(分别为ffr和fad)的地步。密封在较低的真空压力下被打破，并且o形环88从销42和阀底座84的表面释放，从而允许阀从闭合构型致动到打开构型。当o形环88重新获得其自然圆形形状时，销42向上移动以产生图12d中所示的构造，其中l3小于l2。图12d中的o形环88已经在阀底座84的沟槽区域内恢复到其自然形状，从而导致波纹管13外部的围绕区域14中的压力瞬间增加，由此产生打开时的递送压力尖峰，如在比较例中所观察和所图示的。当出现打开时的递送压力尖峰时，在o形环88和销表面42之间会发生气体流动(图12d)，如箭头所示。位于o形环阀下游的质量流量控制器的上游压力也增加了，如在比较例中通过流量尖峰所示。由于质量流量控制器不能够瞬间补偿压力变化，故而造成流速过冲。该流量尖峰对于许多过程是破坏性的，包括对离子注入机也是破坏性的，其中流量偏差导致离子注入机闭合并进入报警模式。

申请人已经发现o形环88形状的变形和改变还受到所储存及所分配气体的特定类型以及储存气体的压力的影响。某些有毒气体(诸如bf3)可导致弹性体o形环膨胀，特别是当o形环密封长时间(例如，24小时或以上)暴露于所储存的bf3时。该膨胀可进一步改变o形环88的尺寸。o形环88可经受更大的伸长，这可引起递送压力尖峰增加和/或流量偏移增大。

本发明凭借不易于发生不期望的形状改变、变形和膨胀的阀组件10来消除因o形环设计而引发的递送压力尖峰和流量尖峰。其结果是得到优异的阀致动特性，能够产生稳定的递送压力和流动特性。

阀组件10的新颖结构也克服了销-提升阀所谓的“无流动”故障模式。图3为传统销和提升阀设计的真空致动阀的横截面示意图。图3将提升阀32示为锥形销装置，其装配到相匹配的称为阀座36的锥形座腔体中。将弹性体材料模制在提升阀32上。在闭合状况下，弹簧34通常将提升阀32压靠在阀座36上。然而，提升阀32的模制弹性体具有紧紧楔入座36内的趋势，以至于波纹管的膨胀不能产生足够的推力以向下推动提升阀32。销-提升阀在任何真空条件下都不会致动，因此无流动产生。如比较例5所述，观察到称为“楔入效应”的此类故障模式。

本发明利用插扣件12和固定座11来克服销-提升阀设计的“楔入效应”问题。本发明的阀组件10被压印以允许发生弹性移动从而产生密封，该密封可在不遇到任何可引起无流动的楔入效应的情况下被打破或释放。

上述真空致动装置的各种流量不稳定现象也造成了递送压力和致动压力之间的差异，其中如本文所用的“递送压力”旨在表示在波纹管13外部的围绕区域14中的压力，并且如本文所用的“致动压力”旨在表示发生流动穿过间隙的压力，该间隙通过打破插扣件12和热塑性座11的密封接触而产生。本发明的真空致动装置10至少部分地因其不容易受到变形或膨胀影响的热塑性材料而不具有此类在递送压力和致动压力之间的差异，如将在下文实施例中所证明。

优选地，图1a至图1c中已经描述和示出的波纹管13为修改的波纹管组件，以增强对递送压力的控制。图13a示出了修改的波纹管组件13具有沿着该修改的波纹管组件13的较宽顶部部分25的侧面而定位的螺纹22，并且图13c示出了图13a的修改的螺纹波纹管组件13设置并固定在阀头的端口主体21内。修改的波纹管13至少部分地被封闭腔室限定，该封闭腔室适于响应于围绕波纹管13的外部区域14的预定真空条件而膨胀。波纹管13具有沿着波纹管13的外径以螺纹方式接合至端口主体21的顶部部分25。波纹管13的底部部分由接触板19限定。参考图13a，沿着波纹管13的螺纹22被构造至波纹管13的较宽顶部部分25的垂直外径，并且螺纹22的间距减小，以便使每英寸内包含更多的螺纹。结果是相比于并入图13d的图13b的波纹管24(其代表了传统设计，即图2的o形环和图3的销-提升阀)，这种设计能更好地控制递送压力，由此波纹管的螺纹23沿着波纹管24位于中心的内部部分定位，并且螺纹23明显更粗糙。更好地控制递送压力归因于修改的波纹管13的以下能力：其能以垂直构造渐进地定位，使得波纹管13的膨胀施加所需的向下力到销17和插扣件12上，从而在围绕波纹管13的外部区域14中在预定真空条件下产生流动所需的间隙。另外，螺纹的位置变化和较小的螺纹尺寸(即，每英寸内螺纹增加)显著降低了波纹管组件13在波纹管13垂直定位期间倾斜远离其垂直轴线的趋势。这些特征允许人们以可实现更好地控制由膨胀的波纹管13施加到插扣件12上的力的方式对波纹管13的垂直定位进行精调，从而转换成之前用传统真空致动装置无法做到的更好地控制递送压力。

参考图13c，修改的波纹管组件13在端口主体21内的特定垂直位置处具有螺纹(顺时针或逆时针)，以便将适当的递送压力设定为具备更大的增量控制。相比于o形环(图2)设计和销-提升阀(图3)设计的传统波纹管24，使螺纹22的位置和尺寸沿着修改的波纹管13的较宽顶部部分25的侧面发生变化，允许对递送压力进行更大的增量控制。例如，参考图13c，当与本发明的真空致动阀组件10结合使用时，修改的波纹管13可显著改善递送压力控制，使得波纹管旋转一度导致波纹管13的垂直位置改变约0.0005英寸，继而引起约10torr的递送压力变化。相比之下，相对于并入传统真空致动的销-提升阀装置(图13d)中的传统波纹管组件24(图13b)而言，波纹管24旋转一度导致波纹管的垂直位置改变约0.005英寸，继而引起约100torr的递送压力变化。本发明能够使得人们对递送压力的控制增加10倍。通过本发明对递送压力进行更精细的调整还带来了显著更佳的再现性，以确保真空致动阀中的每一个可被致动以在基本上相同的压力下打开并进行递送，从而提高阀与阀的一致性。

应当理解，本发明具有通用性，可用于需要使气体在亚大气压下流动至最终用户场所的任何类型的应用。举例来说，本发明可用于半导体、led、太阳能、平板显示器、航空、航天和国防应用。还应当理解，除了真空致动阀装置之外，可向其他阀装置中并入新颖的密封结构和机构。

本发明可作为用于储存和递送的任何系统(诸如通常用于气体和流体递送的气缸或其他已知容器)的一部分而并入。更进一步来讲，本发明可与通常用于流体递送的任何其他合适的配件结合使用。

本发明设想了其他修改形式。例如，除了被设计成与座11的内密封表面配合的截头圆锥形状外，插扣件顶部部分16可具有其他合适的几何形状。另外，座11可由在密封的接合和脱离期间不容易受到不期望的形状变形影响的其他合适的热塑性材料形成。

当与传统真空致动阀组件相比较时，本发明的密封机构的新颖结构转化成了改善的流动特性性能。就这一点而言，本文用传统阀和本发明的阀进行了各种试验，以证明后者的流动特性显著提高。下文的比较例和实施例对试验进行了描述。对于本领域的技术人员来说应显而易见的是，本发明不限于本文提供的实施例，提供这些实施例仅用于证明本发明的可操作性。

比较例1(o形环设计；1200psig下15％xe-h2；图4中的试验)

将传统真空致动阀组件插入到气体亚大气压递送及高压储存气缸中。所利用的传统阀为o形环设计，如图2中所示。进行流动试验以评估阀组件的阀打开特性。将15体积％的xe和剩余部分的氢气的气体混合物(xe-h2)填充到气缸中，使得通达阀组件上的入口压力为1200psig。将气缸连接至流动歧管，该流动歧管包括质量流量控制器和压力传感器。质量流量控制器位于气缸出口的下游，并且设定为0.5sccm。将压力传感器放置在气缸的出口和质量流量控制器之间，测量来自气缸的xe-h2气体混合物的递送压力。真空泵位于质量流量控制器的下游，并且用于通过歧管产生真空。

调节质量流量控制器以允许0.5sccm的流量流过其中。自试验在t＝0秒开始直到t＝400秒，真空致动阀组件未被致动并且保持闭合，在此期间流过质量流量控制器的xe-h2由歧管中所包括的剩余气体的体积以目标流速0.5sccm提供。在试验开始的大约400秒，歧管中的压力从约325torr减小至略低于250torr，此时阀组件被致动进入打开位置，从而释放xe-h2。换句话讲，需要更大的真空以将阀组件从闭合位置致动至打开位置。当阀打开时，由压力传感器测量的歧管中的递送压力瞬间从约250torr增加至约400torr，从而产生图4中所示的递送压力尖峰。因为质量流量控制器不能立即补偿质量流量控制器上游递送压力的突然变化，所以该递送压力尖峰导致了流速过冲。流量从0.5sccm急剧增加至高于2sccm。最终，质量流量控制器能够使流速稳定下来回到0.5sccm，但是只有在已出现流速尖峰之后才会发生这种情况，如图4中所示。图4示出了在大约400秒时并且在递送压力尖峰之后出现的大于2sccm的流速尖峰。图4中的圆圈区域示出了在阀打开期间的该递送压力尖峰和相应的流速尖峰特性。认为流量尖峰对于离子注入机是破坏性的，并且流量偏差会导致离子注入机闭合。当递送压力稳定在大约325torr至350torr时，观察到通过质量流量控制器的流速稳定在其目标值0.5sccm。图4还表明，在比发生气体递送的打开压力高出大约75torr的压力下会观察到阀闭合。

该试验证明了在需要更高的真空度以打开阀时会出现递送压力尖峰。因此，在阀打开时，气体流速更大并且导致产生流量尖峰。

比较例2(o形环设计；1200psig下的bf3；图5中的试验)

使图2中所示并且在比较例1中试验的传统真空致动阀组件经受与比较例1中相同的流量试验和条件。然而，将bf3而不是xe-h2填充到高压气缸中。将bf3充入到气缸中，使得通达阀组件上的入口压力为1200psig。

在试验的首个大约600秒，阀组件保持闭合，在此期间流过质量流量控制器的bf3由歧管中所包括的剩余气体的体积以目标流速0.5sccm提供。随后，歧管中的压力从约400torr减小至略低于300torr，此时真空致动阀组件被致动进入打开位置以释放bf3。换句话讲，需要更大的真空以将阀组件从闭合位置致动至打开位置。当阀打开时，由压力传感器测量的歧管中的递送压力瞬间从约300torr增加至约400torr，从而产生图5中所示的递送压力尖峰。因为质量流量控制器不能立即补偿质量流量控制器上游递送压力的突然增加，说要该递送压力尖峰导致了流速过冲(流量大于0.5sccm)。因此，质量流速实际上超过了其目标值0.5sccm。最终，质量流量控制器能够使流速稳定下来回到0.5sccm。图5示出了在大约600秒时并且在递送压力尖峰之后立即出现的最大至约4sccm的流速尖峰。图5中的圆圈区域示出了在阀打开期间的该递送压力尖峰和相应的流速尖峰特性。当递送压力稳定在大约400torr时，观察到通过质量流量控制器的流速稳定在其目标值0.5sccm。图5还表明，在比发生气体递送的打开压力高出大约75torr至100torr的压力下会观察到阀闭合。

该试验证明了在需要更高的真空度以打开阀时会出现递送压力尖峰。因此，在阀打开时，气体递送压力更大，这会导致产生流量尖峰。bf3的长时间暴露以吸收到弹性体o形环材料中的方式结束，从而更改其形状，据信这会导致递送压力发生波动。

比较例3(o形环设计；40000次循环+在1280psig下将bf3保持13天；图6a和图6b中的试验)

将传统o形环设计的真空致动阀组件插入到气体亚大气压递送及高压储存气缸中，如图2中所示。在使阀组件经受一系列各种试验之后，在一系列流速下评估阀组件的流量稳定性，所述各种试验包括40000次打开/闭合循环，随后在1250psig和104°f下将bf3保持13天。阀组件的单次打开和闭合表示单次循环。使用bf3气体执行每次循环。将阀打开并闭合5000次循环，随后进行减停试验，该试验包括使bf3以4sccm从处于1250psi压力下的气缸流出，直到气缸接近流空状况。重复该规程，直到完成总共40000次循环。

接下来，以1250psig的bf3和0.5sccm、2sccm、5sccm和7sccm的流速执行流量试验，随后用1250psig的bf3将加压bf3在40℃下在气缸内保持13天。将bf3保持13天这一操作被设计用于评估传统o形环阀长时间暴露于bf3的影响。

在执行了上述试验中的每一个之后，在各种流速下评估o形环阀的打开特性。具体地讲，参考图6a和图6b，亚大气压流过质量流量控制器的情况出现在0.5sccm、2sccm、5sccm和7sccm处。监测递送压力和流速并记录数据，结果示于图6a和图6b中。图6a示出了每种流速下的递送压力漂忽不定并且在整个试验期间从不稳定，首个900秒的情况尤为如此。递送压力尖峰和波动发生在整个试验期间。图6b示出了当流过质量流量控制器的流量为0.5sccm时，图6a中试验的首个900秒的放大图。递送压力在200torr下特别不稳定，并且流速在0.5sccm下表现出振荡。图6b表明，在比发生气体递送的打开压力高出大约100torr的压力下会观察到阀闭合。

该试验证实了o形环阀组件在任何流速下都不能保持稳定的流动特性。得出结论，将bf3长时间暴露不利地影响了o形环真空致动阀从气缸中分配bf3的能力。

比较例4(图2的o形环设计；在1500psig下的不稳定流量)

将图2的o形环真空致动阀插入到气体亚大气压递送及高压储存气缸中。评估阀组件在高于比较例1中那些压力的压力下的流量稳定性。将氩气充入到高压气缸中，使得通达阀组件上的入口压力为1500psig。采用与比较例1相同的试验配置。特别地，将气缸连接至如比较例1中所述的流动歧管。具体地讲，流动歧管包括质量流量控制器和压力传感器。质量流量控制器位于气缸出口的下游，并且设定为2sccm。将压力传感器放置在气缸的出口和质量流量控制器之间，测量来自气缸的氩气的递送压力。真空泵位于质量流量控制器的下游，并且用于通过歧管产生真空。

试验表明，相比于比较例1，o形环设计产生了更大的流量不稳定性。在试验期间o形环阀打开时的递送压力尖峰导致了漂忽不定的流动特性。

比较例5(图3的销-提升阀设计；楔入效应故障模式；在900psig下实现无流动)

将图3的销和提升阀设计的真空致动阀插入到气体亚大气压递送及高压储存气缸中。评估销-提升阀的流量稳定性。将氩气充入到高压气缸中，使得通达阀组件上的入口压力为900psig。采用与比较例4中所述相同的试验配置。

试验期间销-提升阀在所产生的任何真空度下都不会致动，因此无流动产生。该试验代表了与销-提升阀设计相关联的常见故障模式，其中销的模制弹性体具有紧紧地环绕销而楔入的趋势，以至于波纹管的膨胀不能产生足够的推力以向下推动销。

实施例1(修改的阀组件；1200psig下15％xe-h2；图7中的试验)

如图1a至图1c中所示，将本发明的修改的真空致动阀组件插入到气体亚大气压递送及高压储存气缸中。进行流量试验以评估修改的阀组件的阀打开特性。将15％的xe和剩余部分的氢气的气体混合物(xe-h2)填充到气缸中，使得通达阀组件上的入口压力为1200psig。将气缸连接至与比较例1和比较例2中所述构造相同的流动歧管。在与比较例1和比较例2中所述相同的条件下执行流量试验。

在试验开始的大约50秒，修改的阀组件被致动进入打开位置以分配xe-h2。图7示出了在阀打开时没有出现递送压力尖峰或振荡。因此，由质量流速控制器所测量的流量在其目标值0.5sccm下保持稳定。未观察到流量偏移。图7表明，在比发生气体递送的打开压力高出仅20torr的压力下会观察到阀闭合，这表明了阀与比较例1至比较例3的传统阀组件形成对比的灵敏度。

相比于比较例1中所试验的传统阀组件，修改的阀在分配xe-h2时表现出显著提高的流量稳定性。总体来说，该试验证明了修改的阀与所试验的传统o形环阀(图2)和销-提升阀(图3)组件形成对比的流量稳定性。

实施例2(修改的设计；1200psig下的bf3；图8中的试验)

如图1中所示，将本发明的修改的真空致动阀组件插入到气体亚大气压递送及高压储存气缸中。利用与比较例2中相同的规程进行流量试验，以评估修改的阀组件的阀打开特性。将bf3气体充入到气缸中，使得通达阀组件上的入口压力为1200psig。将气缸连接至如比较例1和比较例2以及实施例1中那样构造的流动歧管。在与比较例1和比较例2以及实施例1相同的条件下执行流量试验。

在试验开始的大约50秒，修改的阀组件打开。图8示出了在阀打开时没有出现递送压力尖峰。因此，由质量流速控制器所测量的流量在其目标值0.5sccm下保持稳定。修改的阀在分配bf3时表现出与比较例2中所试验的传统阀组件形成对比的流量稳定性。图8表明，在比发生气体递送的打开压力高出仅20torr的压力下会观察到阀闭合，这表明了阀与比较例1至比较例3的传统阀组件形成对比的灵敏度。

通过试验所展现出的稳定的流动特性确定了不存在bf3被吸收到neoflon^tm座中的情况。因此，neoflon^tm座不容易受到不期望的形状变形的影响，这大大超越了采用o形环阀设计进行的流量试验。

总体来说，相比于传统o形环阀(图2)和销-提升阀(图3)，该试验证明了修改的阀的流量稳定性显著提高。

实施例3(修改的阀组件；40000次循环+在1280psig下将bf3保持13天；图9a和图9b中的试验)

将本发明的修改的真空致动阀组件插入到气体亚大气压递送及高压储存气缸中，如图1中所示。在使阀组件经受与比较例3中相同的条件(即，一系列各种试验)之后，在一系列流速下评估阀组件的流量稳定性，所述各种试验总计40000次循环，随后在1250psig和104°f下将bf3保持13天。阀组件的单次打开和闭合表示单次循环。使用bf3气体执行每次循环。将阀打开并闭合5000次循环，随后进行减停试验，该试验包括使bf3以4sccm从处于1250psi压力下的气缸流出，直到气缸接近流空状况。重复该规程，直到完成总共40000次循环。接下来，以1250psig的bf3和来自气缸的0.5sccm、2sccm、5sccm和7sccm的流量执行流量试验，随后用1250psig的bf3将加压bf3在40℃下在气缸内保持13天。将bf3保持13天这一操作被设计用于评估修改的阀长时间暴露于bf3的影响。

在执行了上述试验中的每一个之后，在各种流速下评估修改的阀的打开特性。具体地讲，参见图9a和图9b，亚大气压流过质量流量控制器的情况出现在0.5sccm、2sccm、5sccm和7sccm处。监测递送压力和流速并记录数据，结果示于图9a和图9b中。图9a示出了在每种流速下的递送压力是稳定的。在试验的任何部分都没有出现递送压力尖峰和波动。图9b示出了当流过质量流量控制器的流量为0.5sccm时，图9a中试验的首个900秒的放大图。递送压力在大约350torr下保持稳定，并且流速在目标值0.5sccm下未表现出振荡。另外，在比发生气体递送的打开压力高出仅20torr的压力下会观察到阀闭合，表明了阀与比较例1至比较例3中所试验的传统o形环阀组件形成对比的灵敏度。

该试验证实了修改的阀组件能够在任何流速下保持稳定的流动特性，这与比较例3的传统真空致动阀形成对比。得出结论，将bf3长时间暴露不影响修改的真空致动阀从气缸中分配bf3的能力。

实施例4(在1800psig下针对修改的阀组件的非故障模式试验)

将本发明的修改的阀组件插入到气体亚大气压递送及高压储存气缸中，如图1中所示。评估阀组件在更高压力下的流量稳定性。将氮气充入到气缸中，使得通达阀组件上的入口压力在70°f下为1800psig。将气缸连接至如比较例1中所述的流动歧管。阀组件经受20000次循环。每次循环包括以下过程：由于向用户端口提供10秒全真空，氮气发生流动，从而迫使阀打开。接下来，向用户端口提供35秒大气压以迫使阀闭合。对这些参数进行选择，以模拟在阀的正常运行期间非预期遇到的恶劣条件。在循环8000次和循环16000次时，暂停循环并且测量阀座两端的泄漏率。在这两种情况下，泄漏率大约为1e-7atm-cc/sec氦气，该泄漏率比由销-提升阀和o形环阀中的每一者在经受阀循环之前所导致的泄漏率低大约一个数量级。另外，在20000次循环之前和之后使用氮气评估阀流动性能，尽管试验条件恶劣，但是没有观察到亚大气压递送性能变化。修改的阀在1800psig下表现出稳定的递送特性。相比较而言，用传统设计(o形环和销-提升阀)中的任一个都无法达到这种高压。事实上，本发明人试验并观察到，销-提升阀设计具有大约750psig的压力上限，而o形环设计具有大约1500psig的压力上限。在这些上限处，这两种设计或者无法递送产品，或者递送产品时随机出现振荡和尖峰。我们发现本发明的新型修改阀设计能意想不到地在1800psig的高压下运行。所有循环的递送压力都是稳定的，并且观察到流动特性稳定而没有尖峰。阀组件在20000次循环之后不发生故障。该试验证明，即使当通达阀组件上的入口压力在70°f下为1800psig时，阀也能够重复地打开和闭合。

该试验证明，本发明产生密封的密封结构和机构产生了图2和图3中的o形环和销-提升阀真空致动装置所无法产生的优异流量稳定性，其中这两种装置被认为是传统真空致动装置的代表。此外，该新颖的密封结构能够在长时间暴露于有毒气体的情况下保持其结构完整性，而不会遭受不期望的形状变形。这与o形环设计形成直接对比，o形环设计在暴露于有毒气体(诸如bf3)时易于发生o形环膨胀和变形。此外，消除可检测的递送压力尖峰和振荡的能力降低了最终用户设备停机的风险。更进一步地，本发明无需使用如wo2014047522中所述的外部限流孔板(rfo)作为在递送流体时解决压力尖峰特性的装置。

应当理解，上述阀和密封机构可按各种实施例的形式并入，其中仅有一些实施例已经在上文示出和描述。虽然已示出和描述了被认为是本发明的某些实施例，但当然应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可轻易地对其形式或细节作出修改和改变。因此，本发明并不局限于本文所示和所述的具体形式和细节，也不局限于本文所公开的以及后文所要求的本发明整体之内的任何内容。