專利名稱：用于促動的方法和設備的制作方法
用于促動的方法和設備相關(guān)申請本申請要求了 2005年7月13日提交的題為DUAL MODE ACTUATOR的美國臨時專利申請No 60/698,889和2005年2月14曰 提交的題為METHOD AND ARRANGEMENT FOR DUAL MODE ACTUATION的美國臨時專利申請No60/750，452的優(yōu)先權(quán)，其整個披 露通過參考在此完全合并。
背景技術(shù)：
一些過程可能要求以高循環(huán)頻率促動的閥。換言之，閥以開啟和 關(guān)閉行動之間相對地小的時間量開啟和關(guān)閉。高頻促動器經(jīng)常用于促 動這些應用中的閥。 一個利用了高頻促動器的過程是原子層沉積 (ALD )。 ALD是利用促動器來迅速地開啟和關(guān)閉閥以在基片表面上沉 積多種反應物質(zhì)或化學品的非常薄的層的過程。典型的ALD過程在實 現(xiàn)最終沉積層前數(shù)分鐘期間可能例如要求數(shù)十至數(shù)百個促動循環(huán)。一 旦層被沉積，則基片被移開，引入新的基片，且過程重復。一些過程也可能要求帶有高完整性密封的閥(即通過閥的泄漏 低)。通過閥的泄漏指當閥處于關(guān)閉或密封位置時通過閥的流體(氣體 或液體)的量。在通過將兩個密封構(gòu)件壓在一起形成的密封來關(guān)閉的 閥中，例如在隔膜閥中，增加將密封構(gòu)件壓在一起的力的量一般地降 低了通過閥的泄漏。因此，希望高完整性密封的應用可以設計為利用 較高的密封力。其中閥在相對長的時間期間內(nèi)，例如在系統(tǒng)維護期間 或當過程暫停以改變系統(tǒng)參數(shù)時保持關(guān)閉的應用，受益于低的通過」岡 的泄漏，且一般地依賴于較高的密封力來維持密封。然'而V'當使用較 高的密封力時密封構(gòu)件更易于磨損或損壞，特別是在高循環(huán)頻率或延 長的循環(huán)應用中。發(fā)明內(nèi)容此披露一般地涉及用于促動的方法和設備。在本申請中披露的一 個發(fā)明構(gòu)思涉及用于選擇地提供例如較高和較低的促動力或關(guān)閉力的多個輸出力的設備。在一個實施例中，設備可以包括聯(lián)接到例如閥的 流動控制裝備的促動器，其中促動器可以提供較高的促動器或關(guān)閉力 作為第一輸出，和較低的促動力或關(guān)閉力作為第二輸出。例如，在循 環(huán)期間，設備可以在閥關(guān)閉時在密封構(gòu)件之間提供第一量的力,，然而， 在閥維持關(guān)閉期間或在較低頻率的循環(huán)期間，設備可以在密封構(gòu)件之 間提供第二量的力，其中第二量的力大于第一量的力。在申請中披露的另一個發(fā)明構(gòu)思涉及具有多個促動器的設備，多 個促動器可以相互獨立被促動和/或也可以一起工作以提供促動力。在 一個實施例中，第一促動器在第一位置和第二位置之間可響應于第一 控制信號移動，且第二促動器在第三位置和第四位置之間可響應于第 二控制信號移動。當?shù)谝淮賱悠魈幱诘谝晃恢脮r，第二促動器在第三 位置和第四位置之間選擇地可移動。然而，當?shù)谝淮賱悠魈幱诘诙?置時，第一促動器將第二促動器移動到第四位置。在更特定的實施例 中，設備聯(lián)接到被促動的裝備或流動控制裝備，例如閥。這樣，可以 通過將第一促動器移動到其中第二促動器自由地開啟和關(guān)閉裝備的位 置來控制流過裝備的流體。另外，可以通過以促使第二促動器開啟和 關(guān)閉裝備的方式移動第 一促動器來控制流動通過裝備的流體。在申請中披露的另 一 個發(fā)明構(gòu)思涉及提供預先確定的與時間相關(guān) 的輸出力。在一個實施例中，在第一運行模式中，第一量的輸出力可 以通過設備提供。在第二運行模式中，可以提供抵消促動力以降低輸 出力到第二水平。在預先確定的時間后，抵消促動力可以移除。在更 特定地的實施例中，壓力驅(qū)動的促動器提供了促動力且設備在 一 個模 式期間防止促動器的完全減壓，但在另 一個模式中允許從促動器緩慢 地牙奪放壓力。在申請中#皮露的另 一 個發(fā)明構(gòu)思涉及當以第 一 循環(huán)頻率運行裝備 時提供第一水平的輸出力，且當以第二循環(huán)頻率運行裝備時提供第二 水平的輸出力。在一個實施例中，設備提供了或允許了在較高頻率循 環(huán)時的較低的輸出力，且提供了在較低頻率循環(huán)時的較高的輸出力。在結(jié)合附圖考慮了如下的描述和附帶的權(quán)利要求書時，進 一 步的 優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域 一 般技術(shù)人員將變得顯見。


在合并在說明書中且作為說明書的部分的附圖中圖示了本發(fā)明的 實施例，該實施例與以上給出的本發(fā)明的 一般描述和以下給出的詳細 描述一起用于例證本發(fā)明的實施例。圖1是第一典型實施例的示意性表示； 圖2是第二典型實施例的示意性表示； 圖3是第三典型實施例的截面視圖；圖3A是圖3的實施例的密封件的替代實施例的截面視圖； 圖4是圖3中的實施例在第一關(guān)閉位置的截面視圖； 圖5是圖3中的實施例在第二關(guān)閉位置的截面視圖； 圖6是第四典型實施例的示意性表示； 圖7是第五典型實施例的示意性表示；和 圖8是第六典型實施例的示意性表示。
具體實施方式
雖然在此描述的典型實施例在包括聯(lián)接到常閉的閥的促動器或由 偏置構(gòu)件和流體壓力促動的促動器的設備的上下文中描述，但本領(lǐng)域 一般技術(shù)人員將容易地認識到，本發(fā)明可以通過其他方式構(gòu)造。例如， 設備可以構(gòu)造為使用聯(lián)接到被促動的裝備的分開的促動器或具有與被 促動的裝備整合的促動功能。進一步地，設備可以構(gòu)造為包括不同的 促動器，例如液壓促動器，不同的4皮促動的裝備，例如常開閥或與閥 不同的裝備。這些例子和所披露的典型實施例意圖于圖示了本發(fā)明的 廣泛的應用且不意圖于提供對本發(fā)明的限制。雖然本發(fā)明的多種發(fā)明的方面、構(gòu)思和特征可以在此描述且圖示 為結(jié)合典型實施例實施，但這些多種方面、構(gòu)思和特征可以單獨地或 以多種組合和子組合而使用在許多替代實施例中。除非明確地在此排 除，所有這些組合和子組合意圖于在本發(fā)明的范圍內(nèi)。再進一步地， 雖然在此可以描述關(guān)于本發(fā)明的多種方面、構(gòu)思和特征的多種替代實 施例，例如替代材料、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、方法、回路、裝備和部件、軟件、 硬件、控制邏輯、關(guān)于形式、配合和功能的替代物等，但這樣的描述 不意圖于是目前已知或隨后發(fā)展的可獲得的替代實施例的完整的或詳 盡的列表。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以容易地在附加的實施例中采取本 發(fā)明的方面、構(gòu)思或特征的一個或多個，且即4吏這樣的實施例在此不明確地披露也使用在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，即使本發(fā)明的一些特征、 構(gòu)思或方面可以在此描述為優(yōu)選設備或方法，這樣的描述不意圖于建 議要求或需要這樣的特征，除非明確地陳述。再進一步地，可以包括 典型的或代表性的值和范圍以幫助理解本披露，然而這樣的值和范圍 不解釋為限制性意義且意圖于僅在明確地陳述時才是關(guān)鍵值或范圍。 此外，雖然多種方面、特征和構(gòu)思可以在此明確地識別為本發(fā)明的發(fā) 明部分或形成部分，但這樣的識別不意于是排外的，而是可以具有完 全地在此描述的發(fā)明方面、構(gòu)思和特征，而不明確地識別為這樣的特 定的發(fā)明或特定發(fā)明的部分，本發(fā)明作為替代在附帶的權(quán)利要求書中 闡明。典型的方法或過程的描述不限制于包括如在所有情況中要求的 所有步驟，步驟提出的次序也不解釋為要求的或需要的，除非明確地 如此陳述。指示了方向和定向的術(shù)語，例如上部、下部、頂部、底部、上方 和下方在此僅用于在參考附圖時解釋方便，且不意圖于形成結(jié)構(gòu)或使 用限制或參考本發(fā)明。參考圖1， 一般地設備l可以包括促動器2，促動器響應于控制函 數(shù)4可以選擇地提供或允許第一輸出6和第二輸出8。如杲閥聯(lián)接到促 動器1或與促動器1整合，則輸出6和8例如可以是不同量的促動力 或不同量的關(guān)閉力。根據(jù)一個發(fā)明方面，在延長的閥關(guān)閉期間可以提供較高的促動力 以用于低的通過閥的泄漏，且可以在較高的頻率促動期間4是供較低的 促動力以用于更快的促動速度、降低的部件磨損、較低的微粒生成和促動和在第二模式中可以在較高的促動力下提供低的通過閥的泄漏的 設備可以改進受益于兩個模式的過程。可以受益于兩個模式的過程的例子是ALD。在高頻率促動期間， A L D過程可以比在系統(tǒng)維護期間或當過程處于其中希望低的通過閥的 泄漏的備用模式中時典型地容許更高水平的通過閥的泄漏。因此，可 以在較高的促動力下提供低的通過閥的泄漏與在較低的促動力下的高 頻促動性能結(jié)合的設備提供了用于ALD和其他應用的改進的解決方 法。然而，ALD僅是可以受益于所披露的設備的過程的特定的例子.， 本領(lǐng)域一般技術(shù)人員將認識到，在此所披露的設備可以使用在許多其10他應用和過程中。
圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理的設備的典型實施例的示意性表示。 設備可以實現(xiàn)為具有較高力促動器組件12和較低力促動器組件14的 促動器10。較高力促動器組件12可以包括限定了隔間18的殼體16, 可滑動地布置在隔間內(nèi)的活塞組件2 0,和布置在活塞組件2 0上方的偏 置元件22。偏置元件22可以是彈簧或其他合適的裝置，以向下接合和 偏置活塞20?？梢蕴峁┟芊庠?4、 26,例如O型圏，以密封在活塞 20下方的隔間18的區(qū)，以形成第 一可加壓室28。流體入口 30和流體 路徑32提供了用于對室28加壓的通路。
較低力促動器組件14可以聯(lián)接到較高力促動器組件12。此實施例 圖示了處于線性構(gòu)造的促動器組件12、 14;然而，此圖示是典型的， 且促動器組件可以以多種方式構(gòu)造。較低力促動器組件14包括限定了 隔間36的殼體34、可滑動i也布置在隔間內(nèi)的活塞38和布置在活塞38 下方的偏置元件40?？梢蕴峁┟芊庠?6、 42以密封活塞上方的隔間 36的區(qū)，以形成第二可加壓室44。流體入口 46和流體路徑48提供了 用于對室44加壓的通路。
較低力促動器組件14可以通過合適的裝置，例如通過閥蓋螺母52 聯(lián)接到被促動的裝備，例如閥或閥體50。閥體50包括入口端口 52和 出口端口 54。流過閥50的流體由包4舌密4:N勾件56和閥座58的密封"i殳 備控制。密封構(gòu)件56可以聯(lián)接到較低力促動器組件14內(nèi)的活塞38且 定位在閥座58上方，閥座58位于靠近入口端口 52。在此典型實施例 中，密封構(gòu)件56是密封塊。然而，可以使用其他密封構(gòu)件，例如在圖 3至圖5的典型實施例中示出的隔膜。
促動器10可以以兩種模式運行。在第一種模式中，較高力促動器 12內(nèi)的第一可加壓室28可以加壓以移動專支高力促動器到第一位置，離 開與較低力促動器14的接合。這允許較低力促動器14通過選擇地加 壓較低力促動器內(nèi)的第二可加壓室44打開和關(guān)閉閥50。因此，在典型 的實施例中，到第一和第二可加壓室28、 44內(nèi)的壓力信號可以相互獨 立，以允許較高力促動器12保持在第一位置而較低力促動器14在第 三和第四位置之間循環(huán)。
在第二沖莫式中，在第一可加壓室28內(nèi)的壓力一皮移除，從而允許偏 置元件22促使較高力活塞組件20到第二位置，該較高力活塞組件20接合較低力活塞組件38。因為由較高力促動器組件12的偏置元件22 施加的力超過了由4交低力促動器組件14的偏置元件40施加的力，所 以4吏高力活塞組件20可以通過4;K氐力活塞組件38工作，以選i奪地打 開和關(guān)閉閥50。因此，循環(huán)壓力信號到第一可加壓室28可以將閥50 獨立于到第二可加壓室44的任何壓力信號循環(huán)。然而，在第二可加壓 室44內(nèi)的壓力可以用于提供附加的促動力到閥50。在圖2中圖示的設 備10布置為使得閥50在低力促動器移動到第四位置時關(guān)閉。然而， 設備10和/或閥50可以另外地構(gòu)造，例如使閥在接收到來自促動器12 、 14的輸出力時開啟。
圖3至圖5圖示了另一個典型實施例。促動器100 —般地類似于 圖2的促動器10,其中它包括聯(lián)接到較低力促動器組件104的較高力 促動器組件102,該較低力促動器組件104聯(lián)接到被促動的裝備，例如 閥106或其他流動控制裝備。雖然典型實施例圖示了包括兩個促動器 組件102、 104的促動器100,本領(lǐng)域一^:4支術(shù)人員將i人識到，可以添 加附加組件，例如第三、第四組件等。
在圖3至圖5的典型實施例中圖示的較高力促動器組件102在2005 年6月1日提交的題為FLUID ACTUATOR的美國專利申請No 11/143,411中詳細4皮露，其完整"l皮露在此通過參考完全地合并。因此， 較高力促動器組件102在此將僅一般地討論。較高力促動器組件102 可以包括下殼體108、上殼體110和蓋112。上殼體110可以與下殼體 108組裝，使得下殼體和上殼體限定了下隔間114。蓋112可以與上殼 體110組裝，使得上殼體和蓋限定了上隔間116。
第一活塞118可移動地布置在下隔間116內(nèi)，且第二活塞120可 移動地布置在上隔間116內(nèi)對抗偏置元件的偏置，偏置元件可以實現(xiàn) 為彈簧122。活塞118、 120 Jf關(guān)結(jié)《吏;浮它們可以作為單^f牛較高力促動器 活塞124移動。
流體通道126與位于蓋112內(nèi)的流體入口 128流體連通。通道126 允許加壓流體通過端口 130和132進入到活塞120、 118下方的下隔間 114和/或上隔間116內(nèi)。加壓流體作用在活塞118、 120上以驅(qū)動它們 從第 一位置或關(guān)閉位置向上抵抗彈簧122的力向第二位置或打開位置
密封元件134可以提供在活塞118、 120上以形成活塞和殼體108、 110之間的滑動密封件?；瑒用芊饧ㄟ^限制加壓流體泄漏到不希望的區(qū)和不利地影響促動器性能而允許活塞118、 120下方的隔間114、 116 的區(qū)形成可加壓室135、 136。
較低力促動器組件104通過合適的方式，例如通過螺紋連接而3關(guān) 接到較高力促動器組件102。較低力促動器組件104包括形成活塞隔間 138的殼體137。較低力促動器活塞140可移動地布置在活塞隔間138 內(nèi)?？梢詫崿F(xiàn)為彈簧的偏置元件142布置在活塞140下方，以將活塞 向上偏置。
流體端口 146和流體通道148允許加壓流體到活塞組件140上方 的隔間138內(nèi)。例如O型圈的密封件144可以與較低力活塞40結(jié)合， 以形成活塞和殼體136之間的滑動密封件。密封件144與較高力活塞 組件124上的密封元件協(xié)作，從而允許較低力活塞組件140上方的隔 間138的區(qū)形成可加壓室141。
較低力活塞組件140的上部分149占據(jù)了可加壓室141的4艮多體 積。這使得室141內(nèi)的壓力迅速地建立，從而導致當希望時較低力活 塞組件140的迅速促動。
圖3A是用于較低力活塞組件140的密封件的替代實施例。在圖3 中的密封件144圖示為O型圏。在圖3A中的密封件144'圖示為彈簧激 勵的密封件。如在本領(lǐng)域中已知，彈簧激勵的密封件144'可以包括外 密封材料150,例如PTFE、彈性體、熱塑性部件或其他聚合物部件。 外密封材料150可以由金屬彈簧、彈性體O型圈或其他類似的偏置裝 置152激勵。與 型圈或彈簧激勵的密封件不同的密封件可以用于密 封件144'。例如，在圖6的典型實施例中使用了波紋管型密封元件。
閥體106可以與較低力促動器組件104通過閥蓋螺母154或其他 合適的裝置組裝。閥體106與入口端口 158和出口端口 159限定了流 動路徑156。包括密封構(gòu)件160和閥座162的密封設備控制流體流過閥 體106。密封構(gòu)件160在圖3至圖5的典型實施例中實現(xiàn)為隔膜。隔膜 160可以通過閥蓋螺母154和閥蓋164夾在較低力促動器組件104和閥 體106之間，如在本領(lǐng)域中已知。按鍵166可以聯(lián)接到較低力促動器 活塞140以移動隔膜160進入和離開與閥座162的接觸?；钊M件124、 140—般地以與圖2的典型實施例中所描述的方式相同的方式移動 然 而，因為隔月夷160的自然形狀是彎頂形形狀(如在圖3中最好地可見)， 當隔膜160變形以密封靠著閥座162 (如在圖4中最好地可見)時，隔膜160可以具有將隔膜160向其自然官頂形形狀偏置的彈性特性。這 些彈性特性可能在較低力促動器活塞140上產(chǎn)生力，該力有助于將活 塞向其最上方位置移動。當較低力促動器活塞140上方的可加壓室141 被減壓時，由隔膜160添加的力可能造成用于移動較低力促動器活塞 的較快的響應時間，因此產(chǎn)生了閥流動路徑156的較快的開啟。
雖然促動器組件102、 104和閥體106已描述且示出為通過閥蓋螺 母聯(lián)接在一起或組裝，但任何將部件相互固定的方法是可以的。這包 括直接和間接的方法。例如，其中將較高力促動器組件102和較低力 促動器組件104每個固定到定位在促動器組件102、 104之間的共同部 件的設備是可以的。
促動器100可以以兩個才莫式運4亍，且活塞組件124、 140可以在兩 個位置之間移動。較高力促動器活塞組件124可以在第一位置和第二 位置之間移動。4交〗氐力促動器活塞組件140可以在第三位置和第四位 置之間移動。圖3示出了在最上方位置的兩個活塞組件124、 140,圖 4示出了在最下方位置的兩個活塞組件，且圖5示出了在其最上方位置 的較高力促動器活塞組件和在其最下方位置的較低力促動器活塞組 件。組件124、 140的位置由通過偏置元件122、 142且通過可加壓室 135、 136和141內(nèi)的流體壓力指向活塞組件的力來控制。
較高力促動器組件102的彈簧122在較高力促動器活塞組件124 上施加了力，該力將組件向其最4氐位置偏置。將活塞組件124下方的 室135、 136加壓可以4氐消彈簧力。壓力3氐抗彈簧122的偏置將活塞124 向其最上方位置偏置。引導到可加壓室135、 136內(nèi)的流體可以是空氣， 但可以是任何流體，包括液體。較低力促動器組件104可以以類似方 式運行。在圖示的4交4氐力促動器組件104中，彈簧142位于較低力活 塞140下方，且因此將活塞組件140向其最上方位置偏置..在較低力 促動器活塞組件140上方的室141內(nèi)的流體壓力將活塞組件向其最下 方位置偏置。
特別地參考圖3,兩個活塞組件124、 140示出為處于其最上方位 置。較高力促動器活塞組件124位于此位置，因為通過對室135、 136 加壓而施加到組件的力克月l了由彈簧122施加的偏置力。較低力促動 器活塞140處于此位置，因為由彈簧142施加在活塞組件140上的力 大于由室141內(nèi)的流體壓力施加到組件上的力，該室141可以^皮減壓。當促動器10處于圖3中示出的位置時，流動路徑156開啟且流體可以 流動通過閥體106。
特別地參考圖4，活塞組件124、 140示出為處于其最下方位置.， 較高力促動器活塞組件124處于此位置，因為由彈簧122施加的力大 于由可加壓室135、36內(nèi)的流體壓力施加到組件的力，該可加壓室135、 136可以被減壓。較低力促動器活塞組件140處于此位置，因為較高力 促動器活塞組件124由彈簧142偏置以接合較低力促動器組件且將其 向其最下方位置移動。因此，由彈簧122施加的偏置力克服了由彈簧 142施加的偏置力。如果較低力促動器活塞組件140上方的可加壓室 141被加壓，則室141內(nèi)的壓力將進一步促使較低力促動器活塞組件 140到其最下方位置。當雙模式促動器100處于圖4中示出的位置時， 密封構(gòu)件160移動為與閥座162接合且通過閥體106的流動停止。因 為較高力促動器102通過較低力促動器104或與其協(xié)同工作以造成較 高的密封力，所以在隔膜160和閥座162之間造成的密封可以導致低 的通過閥的泄漏。
參考圖5,較高力促動器活塞組件124處于其最上方位置且較低力 促動器活塞組件140處于其最下方位置。較高力促動器活塞組件124 當由室135、 136內(nèi)的壓力而保持在其最上方位置時不與較低力促動器 活塞140的移動相互作用或干涉較低力促動器活塞140的移動。因此， 當組件上方的室141被加壓和減壓時，較低力促動器活塞組件140可 以選擇地接合和分離密封構(gòu)件160和閥座162。因此，/人可加壓室141 施加到較低力促動器活塞組件140的壓力將隔膜160移動為與閥座162 接觸而與較高力促動器102無關(guān)。彈簧142的相對地低的彈簧力和較 低力活塞組件140的構(gòu)造便于當較低力促動器活塞上方的室141被加 壓和減壓時迅速i也移動組件。
在典型的實施例中，室141可以一皮加壓和減壓，《吏得閥例如在所 發(fā)出的大致20毫秒的指令信號內(nèi)開啟和關(guān)閉。這允許雙模式促動器100 作為高頻促動器運行，這又允許雙模式促動器100進行ALD和類似的
所以發(fā)生低的密封力。由于迅速的循環(huán)，閥部件可能經(jīng)歷升高的溫度； 然而，低密封力最小化了對例如密封構(gòu)件160或閥座162的部件的損 壞和變形，這可能延長閥的使用壽命。另外，低密封力更不可能引起由于例如密封構(gòu)件160和閥座162的閥部件的磨損導致的微粒。
當需要較高力密封件時，較高力促動器活塞組件124可以移動到 其最下方位置且通過較低力促動器活塞組件140接合密封構(gòu)件160,以 形成密封構(gòu)件160和閥座162之間的較高力密封，這可以產(chǎn)生低的通 過閥的泄漏。較高力促動活塞組件124可以通過降低或消除活塞118、 120下方的室135、 136內(nèi)的氣動壓力而移動到其最下方位置.這允許 彈簧122移動較高力促動活塞組件124以造成密封構(gòu)件160和閥座162 之間的4^高力密封。
促動器的特征為較高力和較低力。例如但不限制于較高力促動器 可以提供大致50 lbs或更高的力到閥座，而較低力促動器可以提供大 致50 lbs或更低的力到閥座。在典型實施例中，較高力促動器提供大 致70 lbs壓力到閥座，且較低力促動器提供大致20 lbs壓力到閥座。
如在圖3至圖5中示出，設備的另一個特征是雙模式促動器100 的正常或缺省位置封閉流動路徑156。如果在空氣供給中發(fā)生故障，則 較高力促動器組件102的彈簧122施加了將較高力促動器活塞組件124 移動到最下方位置的力，這將密封或封閉通過閥體106的流動路徑。 這降低了因系統(tǒng)故障而使得不希望的流動通過閥體106的可能性.，
圖6示意性地圖示了實現(xiàn)為雙模式促動器170的設備的另一個典 型實施例。促動器170大體上類似于圖2的促動器10在于促動器170 包括聯(lián)接到較低力促動器174的較高力促動器172，較低力促動器174 聯(lián)接到閥體176。較低力促動器174包括可滑動地布置在活塞隔間180 內(nèi)的活塞組件178。
然而，在此實施例中，密封元件42 (如在圖2中示出)實現(xiàn)為波 紋管182。波紋管182密^f了活塞組件178上方的隔間180的區(qū)且在活 塞178的上部分下方延伸。雖然波紋管182的主要目的是密封活塞178 上方的隔間180的區(qū)，但波紋管182接附到活塞，使得它當活塞從其 最上方位置移動到其最下方位置時壓縮。波紋管182典型地具有彈性 特征，該彈性特征促使波紋管返回到其自然位置。這些彈性特征在較 低力促動器活塞組件178上造成了向上的力，它將活塞組件向其最上 方位置移動。因此，類似于圖3至圖5的隔膜160,波紋管182可以造 成更快的響應時間以開啟閥176。另外，波紋管182可以由金屬構(gòu)造， 這使得它更不易于受到因高頻促動期間生成的熱的損壞或變形。雖然為這些實施例提供的描述和圖示示出了密封設備包括密封塊56和隔膜160作為密封構(gòu)件，但任何能開啟或關(guān)閉閥的部件或方法考 慮為用于本發(fā)明的范圍的密封設備。此外，設備10、 100和170已示 出帶有彈簧和氣動力控制了活塞的移動。這些移動活塞的方法僅是典 型的且不以任何方式限制本發(fā)明。任何在兩個位置之間移動活塞的結(jié) 構(gòu)或方法在此合并。例如，彈簧可以由另外的可加壓室替代以在活塞 上施加力。在另一個例子中，彈簧可以定位在較高力促動器活塞下方 且可加壓室可以布置在活塞上方。類似地，彈簧可以定位在4交低力促 動器活塞上方，且可加壓室可以布置在活塞下方。進一步地，設備實 施例10、 100、 170包括線性地連接了較低力促動器的較高力促動器， 以將力在促動器之間線性傳遞，且傳遞到被促動的裝備。然而，設備 可以構(gòu)造為非線性方式或非線性傳遞力，例如以包括旋轉(zhuǎn)運動或被傳 遞的力的方式。圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理的設備的另一個典型實施例的示意 圖。在此實施例中，設備200可以包括聯(lián)接到-皮促動的裝備204的促 動器202，以響應于輸入206運行裝備204。纟皮促動的裝備204例如可 以是常閉隔膜閥，類似于圖3至圖5中的閥106。然而，被促動的裝備 204可以是任何由促動器202運^f亍的裝備，其中希望與時間相關(guān)地施加 力，例如在閥的密封構(gòu)件之間的與時間相關(guān)的密封力，或來自促動器 的與時間相關(guān)的促動力。促動器202可以例如是類似于在圖3至圖5 中的較高力促動器組件102的雙活塞促動器。然而，促動器202可以 是任何能提供或被控制為提供與時間相關(guān)的促動力的裝備。輸入206可以實現(xiàn)為流體地聯(lián)4妻到促動器202的壓力源，以提供 要求的壓力信號來運行被促動的裝備204 。例如螺線管導向閥的切換裝 備208串聯(lián)地定位在壓力源206和促動器202之間。切換裝備208可 以在第一位置210和第二位置212之間切換，在第一位置210中壓力 源208放置為與促動器202流體連通且在第二位置212中壓力源206 與促動器202流體分離且促動器放置為與排泄路徑214流體連通,.例如帶有預先設定或用戶可調(diào)節(jié)的破裂壓力的安全閥或止回閥的 壓力保持裝備216包括在排泄路徑214內(nèi)。在設備中也包括泄漏或旁 通^各徑218。在圖7的典型實施例中，壓力保持裝備218可以包括止回 閥i殳計且泄漏^各徑218可以包^fe在止回閥的密去j"構(gòu)件處的標定的泄漏或繞止回閥旁通的管路，二者都使得壓力能從促動器202內(nèi)側(cè)緩慢消散。壓力保持裝備216可以具有多種構(gòu)造且位于多種位置內(nèi)u例如， 壓力保持裝備216可以整合到促動器202、整合到切換裝備218或作為 位于切換裝備208和促動器202之間，在切換裝備208后或一些其他 合適的位置處的分開的部件安裝。在圖7中典型的實施例中，壓力保 持裝備216安裝在排泄路徑214中，在切換裝備208下游。此實施例 實現(xiàn)了希望的結(jié)果而不需要另外的部件。對于圖7中典型的實施例，在運行中，當切換裝備208處于第一 位置210時，壓力源206與促動器202流體連通。作為結(jié)果，來自壓 力源206的壓力信號允許促動器202抵抗例如彈簧220的偏置元件的 偏置開啟閥204。當切換裝備208切換到第二位置212時，壓力源不再 與促動器202流體連通。作為替代，促動器202放置為與排泄路徑214 流體連通，使得來自壓力信號的促動器內(nèi)的壓力可以通過排泄徑釋 放。釋放促動器202內(nèi)的壓力允許閥204在偏置元件220的偏置下移 動到關(guān)閉位置。因此，將切換裝備208在第一位置210和第二位置212 之間移動4吏得閥204分別在開啟位置和關(guān)閉位置之間循環(huán)。在高循環(huán) 頻率運4t中，例如ALD中，閥204頻繁地循環(huán)，例如每分鐘20次循 環(huán)。在循環(huán)時，排泄路徑214內(nèi)的壓力保持裝備216限制了從促動器 202釋放的壓力的量。例如，如果壓力源206向促動器202供給了大致 70 psi的壓力且壓力保持裝備216包括帶有大約30psi的破裂壓力的止 回閥，則當切換裝備208移動到第二位置212時，壓力保持裝備216 暴露于促動器202內(nèi)的大致70 psi的壓力。促動器202內(nèi)的壓力導致 壓力保持裝備216開啟，從而允許壓力的釋放。然而，當壓力下降到 大致30 psi時，壓力保4奪裝備216關(guān)閉，從而防止任何另外的壓力通 過裝備的釋放。作為結(jié)果，大致30 psi的壓力保持在促動器202內(nèi)。 在促動器202內(nèi)保持的壓力起作用從而抵抗或抵消來自偏置元件的偏 置或關(guān)閉力的一些，使得閥204的密封構(gòu)件上的密封力小于偏置元件 可以提供的全部密封力。來自偏置構(gòu)件和促動器的力的實際的量由使 用者確定，且可以例如通過改變壓力^f果持閥216的石皮裂壓力或偏置元 件的偏置力來調(diào)整和定制。因此，當閥204快速循環(huán)(例如每秒一次循環(huán))時，密封力相對 地低(例如20 lbs)。作為結(jié)果，在促動器202內(nèi)保持的壓力降低了密 封構(gòu)件之間提供的密封力，這降低了與高速促動和較高的密封力相關(guān) 的密封件破壞和微粒生成的可能性，因此延長閥的壽命。泄漏路徑218構(gòu)造為使得即使當壓力保持裝備216關(guān)閉以防止壓 力通過裝備釋放時，壓力也可以通過泄漏路徑218釋放，盡管以非常 低的速度釋放。作為結(jié)果，如果閥204維持在關(guān)閉位置的時間期間長 于在高循環(huán)頻率運行期間預期的，例如30秒，則由壓力保持裝備216 保持在促動器202內(nèi)的壓力將通過泄漏路徑218釋放。壓力釋放的速 度可以基于泄漏路徑218的構(gòu)造定制或調(diào)整。例如，如果泄漏路徑218 構(gòu)造為打開到大氣的路徑，則路徑的相對尺寸可以確定壓力釋放速度。因此，設備200緩慢地允許氣動促動器202釋放所保持的壓力的 全部且使得能施加全部偏置力以關(guān)閉閥204且造成帶有低的通過閥的 泄漏的密封件。以此方式，設備200提供了高完整性密封，但在高頻 循環(huán)期間不使用較高的密封力。圖8示意性地圖示了設備的另一個典型實施例。在此實施例中， 設備230包括促動器232、被促動的裝備234、壓力源236、切換裝備 238、壓力保持裝備240和排泄路徑242，它們可以在設計上類似于圖 7所述的實施例。進一步的，設備230大致類似于圖7的設備200運行。 然而，在此實施例中，壓力保持裝備240定位在切換裝備238和促動 器232之間，且泄漏路徑244圖示為繞壓力保持裝備240旁通。另夕卜， 設備可以包4舌防止促動器246內(nèi)的壓力通過止回閥246釋放的止回閥 246。止回閥246也可以具有預先i殳定或4吏用者可調(diào)整的破裂壓力，例 如5 psi。如在圖7和圖8中通過例子圖示，本發(fā)明可以通過提供或允許施 加例如促動力或關(guān)閉力的第 一量的力同時提供或允許施加不同量的該 力而提供兩個或更多的輸出。當輸入條件改變時，圖7和圖8的例子 提供了 一個水平的輸出力，且在輸入條件改變后的 一段時間期間后， 提供了第二水平的輸出力。在圖7和圖8的例子中，輸出之間的改變與時間相關(guān)。在圖7和 圖8的例子中，當裝備保持在笫二位置預先確定的時間量時，施加了 不同的力。這例如當裝備在一個運行模式中循環(huán)且在另 一 個運行模式中靜止時，或當裝備以第 一循環(huán)頻率在一個模式中運行且以第二循環(huán) 頻率在第二模式中運行時可以發(fā)生。本發(fā)明已參考優(yōu)選實施例描述。當閱讀和理解了此說明書時將想 到修改和改變。意圖于包括所有這樣的修改和改變，只要它們在附帶 的權(quán)利要求書或其等價物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種促動器設備，包括在第一位置和第二位置之間可移動的第一活塞組件；和在第三位置和第四位置之間可移動的第二活塞組件；當?shù)谝换钊M件處于第一位置時，第二活塞組件選擇地在第三位置和第四位置之間可移動；且其中當?shù)谝换钊M件移動到第二位置時，第一活塞組件將第二活塞組件移動到第四位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的促動器設備，進一步包括第一偏置構(gòu)件 以將第一活塞偏置向第二位置，和第二偏置構(gòu)件以將第二活塞偏置向 第三位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的促動器設備，其中第一偏置構(gòu)件的偏置 力大于第二偏置構(gòu)件的偏置力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的促動器設備，進一步包括至少一個位于 靠近第一活塞組件的可加壓室，以在加壓時將第一活塞組件向第一位 置偏置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的促動器設備，進一步包括至少一個位于 靠近第二活塞組件的可加壓室，以在加壓時將第二活塞組件向第四位 置偏置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的促動器設備，其中第二活塞組件適合于 當處于第四位置時關(guān)閉閥。
7—種促動器設備，包括第一促動器；和可由第一促動器接合的第二促動器；其中第二促動器能與第一促動器無關(guān)地提供第一量的力； 且其中通過第二促動器作用的第一促動器能選擇地提供第二量的 力，該第二量的力大于第一量的力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的促動器組件，進一步包括至少一個可加 壓室，其中對該至少一個可加壓室的加壓選擇地提供第二量的力.，
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥組件，其中第一促動器包括在第一活 塞隔間內(nèi)可移動的第 一法塞組件，以選擇^L接合和脫離第二促動器內(nèi) 的第二活塞組件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的閥組件，其中在第一模式中，流體壓力將第一活塞組件移動離開與第二活塞組件的接合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的閱組件，進一步包括布置為靠近第一活 塞組件的第一偏置構(gòu)件，以將第一活塞組件偏置為與第二活塞組件接 合。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥組件，進一步包括布置為靠近第二 活塞組件的第二偏置構(gòu)件，以將第二活塞組件偏置為離開與密封構(gòu)件 的接合。
13. 閥組件，包括 第一促動器，包括 限定了第一隔間的第一殼體部分；和 可滑動地布置在第 一隔間內(nèi)的第 一活塞組件； 可由第一促動器接合的第二促動器，第二促動器包括 聯(lián)接到第一殼體部分的第二殼體部分，第二殼體部分限定了第二隔間；；f 口可滑動地布置在第二隔間內(nèi)的第二活塞組件； 與第二促動器組裝的閥體，閥體限定了流動路徑；和 可與閥體接合的密封構(gòu)件，以密封流動路徑； 其中第二促動器能與第 一促動器無關(guān)地選擇地施加第 一量的力到 密封構(gòu)件，以密封流動路徑；且其中第 一促動器能通過第二促動器選擇地施加第二量的力到密封構(gòu)件，以密封流動^各徑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的間組件，其中第一活塞組件在第一位 置和第二位置之間可移動，且其中第一偏置構(gòu)件布置在第一隔間內(nèi)， 以將第 一 活塞組件偏置到第二位置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所迷的閥組件，其中第二量的力由將第一活 塞組件偏置到第二位置的第一偏置構(gòu)件生成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥組件，其中第二活塞組件在第三位 置和第四位置之間可移動，且其中第二偏置構(gòu)件布置在第二隔間內(nèi)， 以將第二活塞組件偏置到第三位置。
17. 才艮據(jù)權(quán)利要求13所述的閥組件，其中通過增加至少一個位于 靠近第 一活塞組件的可加壓室內(nèi)的流體壓力來降低第二量的力.
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥組件，其中通過增加至少一個位于靠近第二活塞組件的可加壓室內(nèi)的流體壓力來增加第 一量的力。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥組件，其中密封構(gòu)件是隔膜.，
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥組件，其中第二量的力大于第一量 的力。
21. —種控制閥的方法，包括使用第一量的促動力來關(guān)閉閥，以控制通過閥的流體流動；和 使用第二量的促動力來將閥維持處于關(guān)閉位置； 其中第一量的促動力大于第二量的促動力。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中第一量的力用于在開啟位 置和關(guān)閉位置之間循環(huán)閥。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中第一促動器可移動構(gòu)件能 使閥在開啟位置和關(guān)閉位置之間在少于大約20毫秒內(nèi)循環(huán)。
24. —種用于從促動器提供輸出力的方法，包括 將第一可移動促動器構(gòu)件移動為離開與第二可移動促動器構(gòu)件的接合；將第二可移動促動器構(gòu)件獨立于第一可移動促動器構(gòu)件移動，以提供第一量的力；和將第一可移動促動器構(gòu)件移動為與第二可移動促動器構(gòu)件接合， 以移動第一可移動促動器構(gòu)件和第二可移動促動器構(gòu)件來提供第二量 的力。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中第一量的力小于第二量的力。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中通過彈簧的偏置力，第一 促動器可移動構(gòu)件移動為與第二促動器可移動構(gòu)件接合。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中通過靠近第一促動器構(gòu)件 的可加壓室內(nèi)的流體壓力使第一促動器可移動構(gòu)件移動為離開與第二促動器可移動構(gòu)件的接合。
28. —種控制促動器的方法，包括 響應于第一輸入信號從促動器提供第一量的輸出力；和 在接收第 一輸入信號后經(jīng)歷了預先確定的時間期間后從促動器提供第二量的輸出力。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中來自促動器的第二量的輸出力超過第一量的輸出力。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中輸入信號是將供給到促動 器的流體壓力從第 一量降低到第二量。
31. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中在經(jīng)歷了預先確定的時間 期間后從促動器提供第二量的輸出力包括將促動器內(nèi)的壓力的量從第 二量降低到第三量。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中第三量大體上是零。
33. —種運行壓力促動的裝備的方法，包括如下步驟 將第 一量的壓力供給到促動器，以將裝備移動到第 一位置； 降低壓力的量到第二量，以將裝備移動到第二位置；和將壓力從第二量降低到第三量，同時將裝備一般地維持在第二位置。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中第三量的壓力大體上是零。
35. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中促動的裝備包括閥且其中 第 一位置對應于閥開啟且第二位置對應于閥關(guān)閉。
36. —種用于運行促動的裝備的設備，包括適合于在第 一位置和第二位置之間循環(huán)的壓力驅(qū)動的促動器； 用于當促動器處于第二位置時維持促動器內(nèi)的壓力的量的壓力保 持裝備；和能從被壓力保持裝備維持的促動器釋放壓力的排泄路徑，同時促 動器保持在第二位置。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的設備，其中偏置元件將促動器向第一 位置偏置。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的設備，其中促動的裝備是閥，第一位 置對應于閥開啟且第二位置對應于閥關(guān)閉。
39. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的設備，其中壓力保持裝備包括止回閥。
40. —種與高循環(huán)頻率閥一起使用的設備，系統(tǒng)包括 促動器；能將促動器加壓的壓力源； 能從促動器釋放壓力的排泄路徑；用于選擇地將促動器置于與壓力源和排泄路徑流體連通的切換裝 備，以使促動器在第一位置和第二位置之間移動；用于限制從促動器通過排泄路徑釋放的壓力的量的壓力保持裝 備；和用于通過壓力保持裝備釋放促動器內(nèi)保持的壓力的泄漏路徑。
全文摘要
本申請涉及用于選擇地提供多個輸出力的設備，例如較低輸出力和較高輸出力或預先確定的與時間相關(guān)的輸出力。在一個實施例中，第一活塞組件在第一位置和第二位置之間可移動，且第二活塞組件在第三位置和第四位置之間可移動。當?shù)谝换钊M件處于第一位置時，第二活塞組件選擇地在第三位置和第四位置之間可移動。當?shù)谝换钊M件移動到第二位置時，它將第二活塞組件移動到第四位置。
文檔編號F16K31/122GK101263329SQ200680033686
公開日2008年9月10日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者W·H·格利姆 申請人:斯瓦戈洛克公司