CN100416145C - 具有改进的流导控制的阀装置 - Google Patents

Abstract

阀装置包括外壳、滑板和密封圈，其中外壳具有流道和环绕流道的环形表面；滑板可以运动至关闭位置；密封圈位于环形表面与滑板之间。密封圈包括第一和第二侧面、第一表面以及第二表面，其中第一表面在第一与第二侧面之间延伸并且面向外壳的环形表面；第二表面与第一表面轴向间隔开并且在第一与第二侧面之间延伸并且面向滑板。第二表面包括连续环形密封部分和至少一个通道，所述连续环形密封部分在密封圈压靠在滑板上时接触滑板以至于流体密封可以形成于连续环形密封部分与滑板之间，所述通道位于环形密封部分与第二侧面之间。

Description

具有改进的流导控制的阀装置

技术领域

本发明一般地涉及阀装置，更具体地说，涉及一种新型的改进的阀装置，其包括提供改进的流导控制的通道。

背景技术

滑阀或闸阀装置通常包括形成在入口与出口之间延伸的流道的外壳。例如，滑阀装置可以连接在处理室与真空泵之间以形成高纯气体传输系统的一部分，该系统例如是用于在很低压力(高度真空)下，例如在一托或更低压力级别上进行的半导体制造或其它薄膜涂布处理的系统。在这种情况下，阀装置的入口凸缘被固定到处理室上，而阀装置的出口凸缘被固定到真空泵上。

滑阀装置包括相对于阀装置的轴线在打开和关闭位置之间横向运动的滑板。在摆动式滑阀装置中，滑板通过枢轴臂与可旋转的轴相连。在完全打开位置，滑板运动到外壳的流道之外以至于流体可以自由进入和流出流道，而在关闭位置，滑板运动至与环绕阀装置出口的阀座或环形表面紧密接触，以至于通过流道的流导受到限制。

在摆动式滑阀装置中，滑板的运动通常需要在完全打开位置与中间位置之间的旋转(即，枢轴或横向)运动，然后至少一些从中间位置到滑板与出口的阀座紧密接触的位置的纵向(即，平移、直线或轴向)运动。为了获得这种旋转和平移运动的组合，一些现有的摆动式滑阀通常使用多个致动元件。摆动式滑阀装置通过下面方式帮助控制处理室与真空泵之间的气体流动，即控制滑板在位于流道之外的第一打开位置、位于流道内的第二打开位置以及靠着阀座的最小可控流导位置之间的位置。

一些现有的摆动阀在密封圈靠着滑板独立驱动时使用密封圈提供完全密封(隔离)。完全密封非常有用，例如在清洁处理室的过程中非常有用，并且通常仅仅发生在半导体处理操作之间。例如，转让给VAT Holding AG的、发明人是Brida的美国专利No.5577707公开了一种摆动式滑阀，该滑阀包括具有流道的外壳、用于控制通过流道的流动的滑板和环绕流道的密封圈。当滑板枢轴转动至关闭位置时，密封圈可以朝向和背离滑板运动。当滑板位于其关闭位置时，密封圈使用弹簧或压缩空气压靠在滑板上以至于靠着阀座紧密关闭滑板并且形成滑板与密封圈之间的密封。密封圈通常为阀装置提供隔离功能并且不用于控制流导。通常，密封圈被保持为静止而滑板运动以控制流导。

应该注意到，由于各种原因，处理室与真空泵之间的距离优选尽可能小，例如，为了节约处理设备制造空间并且使处理室与真空泵之间的流导达到最大。因此，摆动阀装置和其它类型的滑阀或闸阀在入口和出口的外凸缘之间的尺寸(即，“凸缘-凸缘尺寸”)尽可能最小。

一些现有闸阀或摆动阀的一个缺陷在于阀在阀的初始开启过程中提供很差的流动(流导)控制。例如，当闸板开始通过阀外壳的开口时，流导快速增加。因为在闸板和开口之间通常存在重叠(即，闸板的直径比开口的直径大)，闸板的初始运动如果导致流导变化，也只是导致很小的流导变化。因此，总流导包括很小的流导变化，接着是非常快速的流导变化(当闸板关闭时，反之亦然)，这导致在阀的该操作范围内很差的流导控制。

一种现有摆动阀使用旋转凸轮机构改进流导控制。转让给本发明受让人的、发明人是Olmsted的美国专利No.6089537公开了一种改进的摆动阀装置，该装置使用准确控制滑板在完全打开位置和完全关闭位置之间的旋转和纵向运动的简单旋转凸轮机构，该发明的内容在此被引作参考。该阀有利地提供了关闭位置附近的精密流导控制。全部转让给本发明受让人的美国专利No.6161576、6328051和6409149也公开了改进的摆动阀装置和系统，其内容在此被引作参考。

然而，仍然期望提供改进的流导而不需要增加阀装置的凸缘-凸缘尺寸的摆动阀装置。

发明内容

本发明提供了一种新型的改进的阀装置，该装置提供改进的流导而不需要增加阀装置的凸缘-凸缘尺寸。该新型的改进的阀装置包括外壳、滑板和密封圈，其中外壳具有流道和环绕流道的环形表面；滑板位于外壳中并且可以横向于流道的轴线在关闭位置与打开位置之间运动，其中在关闭位置，滑板阻塞通过流道的流动，在打开位置，滑板允许通过流道的流动；密封圈位于外壳的环形表面与滑板之间。密封圈包括第一侧面、第二侧面、第一表面和第二表面，其中第一侧面通常与流道的轴线平行地延伸；第二侧面自第一侧面径向向外间隔并且通常与流道的轴线平行地延伸；第一表面在第一与第二侧面之间延伸并且面向外壳的环形表面；第二表面与第一表面轴向间隔开并且在第一与第二侧面之间延伸并且面向滑板。

根据一个示例性实施例，密封圈的第二表面包括连续环形密封部分和至少一个通道，所述连续环形密封部分在密封圈压靠在滑板上时接触滑板以至于流体密封可以形成于连续环形密封部分与滑板之间，所述通道位于环形密封部分与第二侧面之间用于在滑板环绕密封圈运动的过程中增加密封圈与滑板之间的流导。

在其它方面和优势中，本发明的阀装置提供了一种摆动阀装置，该装置包括用于在滑板的最小可控流导位置附近提供额外流导控制的通道。具体地说，通道设置在密封圈中以至于当阀打开后滑板朝向密封圈运动时提供改进的流导控制。通道有利地提供改进的流导而不需要增加阀装置的凸缘-凸缘尺寸。

根据另一个示例性实施例，面对密封圈的滑板表面包括连续环形密封部分和至少一个通道，所述连续环形密封部分在密封圈压靠在滑板上时接触密封圈以至于流体密封可以形成于连续环形密封部分与密封圈之间，所述通道位于环形密封部分与滑板的径向外侧之间用于在滑板环绕密封圈运动的过程中增加密封圈与滑板之间的流导。

根据另一个示例性实施例，阀装置没有设置密封圈，并且滑板与外壳环形表面中一者包括至少一个通道用于在滑板运动的过程中增加滑板与环形表面之间的流导。

阅读下面的详细说明，本发明的其它方面和优势将很容易为本领域的技术人员所理解，其中显示并说明了本发明的示例性实施例，仅仅作为为实现本发明而设计的最佳模式的说明。可以认识到，本发明能够具有其它的不同实施例，并且其若干细节能够在各个明显的方面进行修改，所有这一切都不脱离本发明。因此，附图和说明部分将实际上被认为是示例性的，而非限制性的。

附图说明

参考附图，其中在全部附图中具有相同参考标记的元件表示相同元件，其中：

图1是根据现有技术构成的阀装置的一个示例性实施例的一部分的底部透视图，显示了阀装置的滑板和密封圈；

图2是图1中摆动阀装置的密封圈的放大底部透视图；

图3是图1中阀装置的一部分的截面透视图，显示了位于与阀装置出口阀座隔开的部分打开位置的阀装置的滑板，而密封圈背离滑板压靠；

图4是图1中阀装置的一部分的截面透视图，显示了位于靠着阀装置出口阀座的关闭位置的滑板，而密封圈背离滑板压靠；

图5是通过图1中阀装置的轴向流导相对于图1中阀装置的滑板与出口阀座之间的轴向距离(“轴向间隙”)的关系曲线；

图6是通过图1中阀装置的总流导相对于图1中阀装置的滑板的枢轴位置或角度的关系曲线；

图7是根据本发明构成的阀装置的一个示例性实施例的一部分的底部透视图，显示了阀装置的滑板和密封圈；

图8是图7中摆动阀装置的密封圈的放大底部透视图；

图9是图7中阀装置的一部分的截面透视图，显示了位于与阀装置出口阀座隔开的部分打开位置的阀装置的滑板，而密封圈背离滑板压靠；

图10是图7中阀装置的一部分的截面透视图，显示了位于靠着阀装置出口阀座的关闭位置的滑板，而密封圈背离滑板压靠；

图11是通过图7中阀装置的轴向流导相对于图7中阀装置的滑板与出口阀座之间的轴向距离(“轴向间隙”)的关系曲线；

图12是通过图7中阀装置的总流导相对于图7中阀装置的滑板的枢轴位置或角度的关系曲线；

图13是图7中摆动阀装置的密封圈的一部分的放大剖视图；

图14是根据本发明构成、用于图7中摆动阀装置的密封圈的另一个示例性实施例的一部分的放大剖视图；

图15是根据本发明构成、用于图7中摆动阀装置的密封圈的另一个示例性实施例的一部分的放大剖视图；

图16是根据本发明构成、用于图7中摆动阀装置的密封圈的另一个示例性实施例的一部分的放大剖视图；和

图17是根据本发明构成、用于图7中摆动阀装置的密封圈的另一个示例性实施例的一部分的放大剖视图。

具体实施方式

参考图1、图3和图4，根据现有技术构成的摆动阀装置10的一个示例性实施例通常包括外壳12，所述外壳形成一在入口18和出口20之间延伸的流道14。阀座22、24环绕入口18、20的边缘设置在外壳12的流道14中。如图所示，该装置包括可操作地安装在外壳内部并且具有滑板26的摆动阀16，其中滑板26可以在完全位于流道14之外的第一打开位置与如图3所示位于流道14内部的第二打开位置之间枢轴运动。当位于流道14内部的第二打开位置时，滑板26允许通过出口20的减小的流体流动。滑板26进一步从位于流道14内部的第二打开位置侧向或轴向运动至如图4所示靠着出口20的阀座24的最小可控流导位置，基本上阻止通过出口20的流体流动。在该软关闭位置，滑板26可以物理上接触或者不接触出口20的阀座24，并且可以具有很小的间隙。

尽管没有显示，摆动阀装置10的入口18可以，例如，与处理室相连并且出口20可以与真空泵相连以形成高纯气体传输系统的一部分，所述系统例如是用于在很低压力(高度真空)下，例如在一托或更低压力级别上进行的半导体制造或其它薄膜涂布处理的系统。一般说来，工件，如半导体晶片被放在处理室中，而处理气体被引入处理室中以预定方式与工件发生化学反应。

摆动阀装置10通过控制滑板26在完全位于流道14之外的第一打开位置、如图3所示位于流道14内部的第二打开位置以及如图4所示靠着出口20的阀座24的最小可控流导位置之间的位置，帮助控制处理室与真空泵之间的流导。因此摆动阀装置10可以用于通过控制流导控制处理室内部的压力。应该注意到，优选的是，使处理室与真空泵之间的距离尽可能小，以至于，摆动阀装置10在入口18和出口20之间具有最小的尺寸(即，“凸缘-凸缘尺寸”)。

参考图2，阀装置10还包括密封圈30，所述密封圈以同轴方式环绕流道14并且位于外壳12的入口18中并处于滑板26与入口18的阀座22之间。如图3和图4中最佳显示，密封圈30具有面向入口18的第一表面38和面向出口20和滑板26的第二表面40，以及从第一表面38伸入入口18的接套32。在入口18的内表面19与入口18的阀座22之间设置台肩21用于容纳接套32。密封圈30支承两个O形圈34、36，所述O形圈由弹性体材料形成并且位于形成于密封圈30中的各个凹槽中。一个O形圈34在密封圈30与滑板26之间位于第二表面的凹槽中，而另一个O形圈36在接套32与入口18的台肩之间位于接头32的凹槽中。

尽管没有显示，密封圈30在远离滑板26的第一表面38上具有多个连续的、圆周分布的孔。这些孔分别与形成于阀座22中的孔对齐。阀座22中的孔延伸至以同轴方式环绕流道14的环形腔室52。没有示出的多个紧固件延伸穿过阀座22的孔并且固定在密封圈30的对应孔中。配备有O形圈的环形活塞54位于腔室52中并且固定在紧固件上。腔室52包括入口管道，所述入口管道相对于活塞54设置以至于从中流过的流体，如压缩空气只作用于活塞54固定到紧固件的第一侧面上。还设置有作用于环形活塞54远离紧固件的相对侧面上的多个弹簧58(作为选择，可以设置两个通向环形腔室52的入口管道，使得流体压力作用于环形活塞54的相对侧面上，由此取消弹簧)。这种布置的一个例子在2003年2月20日提出、名称为“用于摆动阀装置的密封圈”的专利申请号为10/369952的美国专利申请中得到更详细的说明，该发明被转让给本发明的受让人，并且其内容在此被引作参考。

当滑板26枢轴旋转进入流道14，但是保持在如图3中所示的打开位置时，密封圈30保持靠着阀座22。在密封圈30的该位置，压力介质流入环形腔室52，以至于环形活塞54逆着弹簧58的压靠力与密封圈30一起移位。当滑板26位于其如图4中所示靠着(或非常接近)阀座24的最小可控流导，或者“软”关闭位置时，密封圈30保持靠着阀座22。但是，为了完全密封关闭的滑板26，压力流体被从环形腔室52中抽空，以至于弹簧58可以将环形活塞54与相连的紧固件60和密封圈30一起推靠在滑板26上，滑板26被压在阀座24上以提供“硬”关闭位置。例如，在没有进行半导体处理时清洁处理室的过程中，关闭的滑板26通过密封圈30完全密封。

滑板26的开启反过来进行。压力流体被供应至环形腔室52中以至于环形活塞54与紧固件一起背离滑板26运动，背离滑板26移动密封圈30。然后，滑板26同时被提升并且枢轴旋转至流道14之外。

如图1中所示，装置10可以包括旋转凸轮机构62，所述机构准确控制滑板26在完全打开位置与完全关闭位置之间的旋转和纵向运动。适当的旋转凸轮机构的例子示于美国专利No.6089537中，该发明转让给本发明的受让人并且其内容已经在此被引作参考。该旋转凸轮机构有利地提供了滑板26的关闭位置附近的精密流导控制。

一种根据本发明构成的、新型的改进的摆动阀装置100示于图7、图9和图10中。阀装置100与图1、图3和图4中所示的阀装置10相似，相似元件具有相同的参考标记。但是，另外如图8和图13中所示，阀装置100包括根据本发明构成的、新型的改进的密封圈200的示例性实施例。

密封圈200包括第一侧面202、第二侧面204、第一表面206和第二表面208，其中第一侧面202与流道的轴线大致平行地延伸；第二侧面204与第一侧面202径向向外间隔开并且与流道14的轴线大致平行地延伸；第一表面206在第一与第二侧面202、204之间延伸并且面向阀座22；第二表面208与第一表面206轴向间隔开并且在第一与第二侧面之间202、204延伸并且面向滑板26。第二表面208包括连续环形密封部分210，所述连续环形密封部分用于在密封圈200压靠在滑板26上时接触滑板26，从而可以在连续环形密封部分210与滑板26之间形成流体密封。

参考图7至图10和图13，本发明的密封圈200设置有至少一个位于环形密封部分210与第二侧面204之间的通道212。当滑板朝向密封圈运动时，通道212用于在环形密封部分210接触滑板26之前允许密封圈200与滑板26之间的流导。通道212确保滑板26与阀座24之间的流导很小，于是在滑板26与密封圈200之间形成真实密封之前，不管滑板26的位置多么靠近密封圈200，都可以更好地控制滑板26与密封圈200之间的流导。(应该注意到，滑板26的径向外表面与通道212的径向内表面之间的距离大于滑板26与阀座24之间的距离，因此滑板26与阀座24之间的流导更小。)

如图8中最佳显示，密封圈200的示例性实施例的第二表面208包括多个通道212，所述通道位于环形密封部分210与第二侧面204之间用于在滑板26接触环形密封部分210之前允许密封圈200与滑板26之间的流导。通道212具有相同尺寸并且环绕密封圈200的第二表面208以环形方式连续间隔开。优选的是，通道212位于密封圈200的固定到环形活塞54的紧固件上的部分之间，以至于密封圈的连接点保持坚固。但是，作为选择，密封圈200可以包括在环形密封部分210与第二侧面204之间环绕密封圈连续延伸的单个通道，或者具有不同尺寸或形状的多个间隔通道。

在图7至图10和图13所示的示例性实施例中，通道包括位于密封圈200的第二表面208中的凹陷212，所述凹陷完全延伸至密封圈的第二侧面204。但是，通道可以采取其它形式。例如，在图15所示的实施例中，通道由位于密封圈200的第二表面208中的凹陷312构成，所述凹陷位于第二表面的环形密封部分与密封圈的第二侧面之间，即凹陷没有完全延伸至密封圈的第二侧面204。在图16所示的实施例中，通道412为封闭的，即形成与表面凹陷或凹槽相对的管道，并且在密封圈200的第二表面208与密封圈的第一表面206之间延伸。在图17所示的实施例中，通道512为封闭的，即形成管道，并且在密封圈200的第二表面208与密封圈的第二侧面204之间延伸。

在所示的示例性实施例中，密封圈200还包括从第一表面206延伸的接套220、位于第二表面208的环形密封部分210的凹槽中的O形圈34和位于接套220的凹槽中的O形圈36。但是，应该认识到，密封圈200可以不设置O形圈，如图14所示的实施例所示。O形圈可以放在阀装置100的外壳12的凹槽中和滑板26的凹槽中。

图5是通过图1中阀装置10的轴向流导相对于图1中阀装置10的滑板26与阀座24之间的距离(“轴向间隙”)的关系曲线，显示了曲线a，而图11是通过图7中阀装置100的轴向流导相对于图7中阀装置100的滑板26与阀座24之间的距离(“轴向间隙”)的关系曲线，显示了曲线a′。曲线图表明，当阀装置初始开启时图7中的阀装置100提供了比图1中阀装置10更大的轴向流导。

图6是通过图1中阀装置10的总流导相对于图1中阀装置10的滑板26的枢轴位置的关系曲线，显示了曲线a并且还显示了在转折点c与曲线a相连的曲线b。图12是通过图7中阀装置100的总流导相对于图7中阀装置100的滑板26的枢轴位置的关系曲线，显示了曲线a′并且还显示了在转折点c′与曲线a′相连的曲线b′。曲线图表明，图7中的阀装置100提供了曲线a′与b′之间更平滑、更不明确的转折c′，这一点在闭环系统中特别有利。

因此，根据本发明构成的、新型的改进的摆动阀装置100已经得到说明。在本说明书中所述的示例性实施例已经作为示例而非限制进行了说明，并且本领域的技术人员可以进行各种修改、组合和替代而不脱离在所附权利要求书中提出的、更广范意义上的本发明的精髓或范围。例如，本发明不限于摆动式滑阀，并且还适用于直线位移滑板或闸阀。

另外，密封圈200中的所示通道212还可以，或者作为选择，设置于滑板26或阀座22中。例如，滑板26面向密封圈200的表面可以设置有至少一个通道，用于在滑板的运动过程中增加密封圈与滑板之间的流导。如果阀装置不设置密封圈，那么滑板26和外壳的环形表面22中一者可以设置有至少一个通道，用于在滑板的运动过程中增加滑板与环形表面22之间的流导。

这里所公开的本发明的阀装置100及其全部元件都包含在下面至少一个权利要求的范围内。这里期望对目前公开的阀装置的全部元件提出权利要求。

Claims (17)

1. 一种阀装置，包括：

外壳，其具有流道和环绕流道的环形表面以便限定流道的轴线；

滑板，其位于外壳中，并且能够：(a)横向于流道的轴线在打开位置与软关闭位置之间运动，其中在打开位置，滑板允许通过流道的流动并且沿着流道的轴线不阻塞流道的横截面，在软关闭位置，滑板位于流道的横截面内；以及(b)沿着流道轴线从软关闭位置轴向移动至硬关闭位置，其中通过流道的流动被阻塞；以及

密封圈，其位于外壳的环形表面与滑板之间；

其中，密封圈包括第一侧面、第二侧面、第一表面和第二表面，其中第一侧面与流道的轴线大致平行地延伸；第二侧面自第一侧面径向向外间隔并且与流道的轴线大致平行地延伸；第一表面在第一与第二侧面之间延伸并且面向外壳的环形表面；第二表面与第一表面轴向间隔开并且在第一与第二侧面之间延伸并且面向滑板，其中，第二表面包括一表面区域，布置在第二表面的表面区域的主要部分上的至少一个通道，以及连续环形密封部分，所述连续环形密封部分在密封圈压靠在滑板上时接触滑板，从而能够在连续环形密封部分与滑板之间形成流体密封，并且所述至少一个通道位于密封圈的环形密封部分与第二侧面之间，用于当滑板在软关闭位置和硬关闭位置之间运动时增加密封圈与滑板之间的流导。

2. 根据权利要求1所述的阀装置，其特征在于，所述通道具有相同尺寸并且环绕密封圈以环形方式连续间隔开。

3. 根据权利要求1所述的阀装置，其特征在于，所述密封圈的通道在密封圈的第二表面与密封圈的第二侧面之间延伸。

4. 根据权利要求3所述的阀装置，其特征在于，所述密封圈的通道每个包括密封圈的第二表面中的凹陷，所述凹陷延伸至密封圈的第二侧面。

5. 根据权利要求1所述的阀装置，其特征在于，所述密封圈的通道每个包括密封圈的第二表面中的凹陷，所述凹陷位于密封圈的第二侧面与密封圈的第二表面的环形密封部分之间。

6. 根据权利要求1所述的阀装置，其特征在于，所述密封圈的通道每个在密封圈的第二表面与密封圈的第一表面之间延伸。

7. 根据权利要求1所述的阀装置，其特征在于，密封圈具有同轴伸入流道的接套。

8. 根据权利要求7所述的阀装置，其特征在于，所述接套具有位于接套外表面中的环形凹槽，并且在凹槽中设置有O形圈。

9. 根据权利要求1所述的阀装置，其特征在于，所述密封圈的第二表面的环形密封部分具有环形凹槽，并且在凹槽中设置有O形圈。

10. 根据权利要求1所述的阀装置，还包括轴，所述轴通过从该轴大致侧向延伸的枢轴臂固定连接到滑板上，该轴至少部分安装在外壳内部，绕轴的纵向轴线旋转以允许滑板旋转进入流道至打开位置，并且还与流道的轴线基本上平行地滑动以允许滑板在打开位置和关闭位置之间纵向运动。

11. 根据权利要求10所述的阀装置，还包括连接在轴与外壳之间的凸轮机构，用于为轴提供旋转运动与滑动的组合运动。

12. 根据权利要求11所述的阀装置，其特征在于，所述凸轮机构包括：

由外壳形成的凸轮表面；和

固定在所述轴上与外壳的凸轮表面相接合的凸轮从动件。

13. 根据权利要求1所述的阀装置，还包括可移位地设置在外壳环形表面的多个孔中的多个紧固件，并且密封圈被固定到所述紧固件上。

14. 根据权利要求13所述的阀装置，其特征在于，所述密封圈可拆卸地固定到所述紧固件上。

15. 根据权利要求13所述的阀装置，其特征在于，外壳还包括环形腔室，所述环形腔室以同轴方式环绕流道并且形成于环形表面中的孔通入所述环形腔室中，并且阀装置还包括位于所述环形腔室中并且与所述紧固件相连的环形活塞。

16. 根据权利要求15所述的阀装置，其特征在于，外壳还包括至少一个与环形腔室流体连通的管道。

17. 根据权利要求15所述的阀装置，还包括容纳在腔室中并且将活塞朝向密封圈压靠的多个弹簧。

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