CN101365904A - 焊接式隔膜阀 - Google Patents

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CN101365904A CNA2007800019148A CN200780001914A CN101365904A CN 101365904 A CN101365904 A CN 101365904A CN A2007800019148 A CNA2007800019148 A CN A2007800019148A CN 200780001914 A CN200780001914 A CN 200780001914A CN 101365904 A CN101365904 A CN 101365904A
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约翰·A·雷斯
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Abstract

一种隔膜阀，其包括阀体、隔膜件和致动器组件，该致动器组件具有壳体将致动器与环境空气相隔离。将隔膜件焊接到阀体以减少与/或消除在隔膜件周围的流体渗漏。此外或替代地，用于致动器组件的壳体可焊接到阀体以减少流体渗漏。可采用超声波焊接技术进行焊接。

Description

焊接式隔膜阀
相关申请
本申请要求60/756,829号美国临时申请的优先权，通过完全引用合并在此。
技术领域
本发明大致涉及阀，并且更特定地，涉及具有焊接式组件的隔膜阀。
背景技术
半导体行业中，使用各种类型的阀来输送包括强腐蚀性流体在内的流体。确保在流体流动过程中这些阀不会产生静止区或死区非常重要，因为静止区或死区可导致流体停滞和降解，其也可沉积固体而污染流体。此外，由于半导体行业通常采用强腐蚀性流体，将潜在渗漏源或封口的数量控制到最少也极为重要。
这些阀必须以具有较强的抗腐蚀性流体性能的材料制成。阀通常应避免与金属部件相接触。与流体接触的组件一般由诸如过氟烷氧基(PFA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)之类的含氟聚合物制成。
现有的阀设计存在这样的弊端：在隔膜装置的接口和阀体之间，或者在阀体组件或外壳组件的接口之间，流体有时会发生渗漏。由于半导体行业中使用的流体往往是强腐蚀性的，流体渗漏可破坏周围的生产线设备并且/或者降低生产效率，这增加了半导体的制造成本。
因此，需要改进阀以减少和/或消除半导体生产中所使用流体的潜在渗漏。
发明内容
本发明提供一种阀，其针对减少和/或消除半导体生产中所使用流体的潜在渗漏这一行业需求。在实施例中，阀包括阀体、隔膜件和致动器组件，致动器组件的壳体将致动器与环境空气隔离。在一些实施例中，将隔膜件焊接到阀体以减少和/或消除在隔膜件周围的流体渗漏。此外或作为替代，可将致动器组件的壳体焊接到阀体以减少流体渗漏。在一些实施例中，可采用超声波焊接技术来构造阀。
因此，阀实施例包括阀体，其界定了进口流道、出口流道和流体室。流体室具有内壁和开口侧。进口流道和出口流道在内壁中形成开口，使得进口流道、出口流道和流体室互相成流体连通。阀座部围绕流体室内的进口流道开口。隔膜件设置成密闭流体室的开口侧，并且隔膜件被围绕开口侧延伸的连续焊缝焊接就位。隔膜件具有一朝向流体室的阀部，隔膜件可选择性地处于至少一个闭阀位置和一个开阀位置。当处于闭阀位置时，阀部与阀座部密封配合以阻止流体流动通过阀；当处于开阀位置时，阀部与阀座分离以使流体能够流动通过阀。
一方面，隔膜阀包括阀体，其界定了进口流道、出口流道和具有内壁和开口侧的流体室。进口流道和出口流道各在内壁中形成一个开口，使得进口流道、出口流道和流体室互相成流体连通。阀还可包括阀座部和弹性隔膜件，阀座部围绕流体室中的进口流道开口，弹性隔膜件具有一朝向流体室的阀部。弹性隔膜件可选择性地在至少一个闭阀位置和一个开阀位置之间变换。当处于闭阀位置时，阀部与阀座部密封配合以阻止流体流动通过阀；当处于开阀位置时，阀部与阀座分离以使流体能够流动通过阀。致动器组件可与弹性隔膜件结合操作，以选择性地使弹性隔膜件处于开阀和闭阀位置之一。将隔膜件焊接在阀体上形成连续焊缝，以避免在隔膜件周围发生流体渗漏。在一些实施例中，采用超声波焊接技术将隔膜件焊接到阀体。
另一方面，本发明可包括制备隔膜阀的方法，该方法包括制备阀体，阀体界定了进口流道、出口流道以及具有内壁和开口侧的流体室。进口流道和出口流道各在内壁中形成开口，使得进口流道、出口流道和流体室互相成流体连通。阀体还可包括围绕流体室内的进口流道开口的阀座部，使隔膜件密闭流体室的开口侧。隔膜件具有一朝向流体室的阀部。弹性隔膜阀可选择性地处于至少一个闭阀位置和一个开阀位置。当处于闭阀位置时，阀部与阀座部密封配合以阻止流体流动通过阀；当处于开阀位置时，阀部与阀座分离以使流体能够流动通过阀。方法还包括采用超声波焊接技术将隔膜件焊接到阀体以减少在隔膜件周围的流体渗漏。
附图说明
图1是本发明的隔膜阀的俯视图；
图2是图1的阀沿图1中的A-A线的横剖视图；
图3是图1的阀沿图1中的B-B线的横剖视图；
图3a是图3中的标示3a处区域的局部放大图；
图3b是图3中的标示3b处区域的局部放大图；以及
图4是图1的阀的立体图。
具体实施方式
阀10一般包括本体12、隔膜件14和致动器组件16。本体12具有中央部18，中央部18配有一对外凸的接管20、22。进口流道24从接管20延伸至中央部18，向上翻转并终止于流体室26内。阀座28围绕流体室26内进口流道24的终端。出口流道30从流体室26延伸通过中央部18和接管22。接管20、22各具有一个用于接收螺纹压配套管40的螺纹区域38，使得阀10可连接于管道或管线(未示出)。作为替代，当然可采用其它任何类型的配件或连接方式来将管道或管线连接到阀10，包括活接头连接、直螺纹连接或焊接。
隔膜件14包括主隔膜件42和隔膜固定器44。通常，在阀10中可采用能对流动通过阀体12的流体进行调节的任何隔膜件。题为“三通塑料阀”的10/886,938号美国专利申请和6,575,187号美国专利中描述了合适的隔膜件，通过引用将两者合并在此。
主隔膜件42可一体成型，并且通常包括由隔膜66相连接的中央阀件62和外围环64。中央阀件62界定了阀面68，其用于当阀处于闭合位置时配合阀座28以封堵流体流动。中央阀件62还界定了面朝上的螺纹凹槽70。
隔膜固定器44通常包括一体式壳体部72，其界定了中心孔74和面向外的肩部76。肩部76界定了外围槽78。
在一些实施例中，如图3a所示，隔膜件14与阀体12相焊接以形成连续密封连结缝或焊缝200，这可减少和/或消除在隔膜件14周围的流体渗漏。优选地，焊缝200在主隔膜件42周围是连续的。在一些实施例中，隔膜件14和阀体12可以PFA或PFA合成物制成，使得焊缝200将一层PFA或PFA合成物表面连结到第二层PFA或PFA合成物表面。可采用任何适当的技术将隔膜件14焊接到阀体12，例如超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热焊接、熔焊接或其任何组合等。题为“焊接含氟聚合物管道和配件”的4,929,293号美国专利中描述了采用红外热连结聚合物的方式，通过引用合并在此。
如上所述，在一些实施例中，可通过超声波焊接将隔膜件14焊接到阀体12。通常，超声波焊接涉及采用机械振动以形成接缝或焊缝。在一些超声波焊接方法中，将要焊接的组件保持一起放置在振荡喇叭和固定砧之间，受到与接触区成直角的振动。通过交替的高频压力，接缝界面处生成热量以产生合适的焊缝。通常，振动是高频的，诸如约10kHz至约70kHz。在其它实施例中，频率可为约20kHz至约40kHz。题为“具有压敏断路器的气密抗裂、超声波焊接、填充有聚合物的电容器”的5,381,301号美国专利以及题为“包含焊接部的热塑性结构件”的6,676,781号美国专利中描述了聚合物的超声波焊接，通过引用合并在此。
致动器组件16用来选择性地变换中央阀件62以对流动通过阀10的流体进行调节。致动器组件16通常包括致动器外壳114，优选地，其由诸如PVDF、PFA、PTFE或其组合的含氟聚合物制成。致动器组件16通常还包括活塞106、弹簧套件108和密封环110、111、112、113。活塞106滑动地设置于外壳114内，并且通常包括杆部118和裙部120，其由连接部122连接。
杆部118具有从底端123a延伸出来的螺纹凸部123。凸部123容置在螺纹凹槽70内以将杆部118连接到中央阀件62。杆部118可滑动地穿入隔膜固定器44的中心孔74。杆部118还界定了用于容置密封环113的外围槽123b。
裙部120界定了用于容置密封环110的外围槽130，其利用外壳114的内壁132形成滑动密封。优选地，活塞106界定了方向朝上的杯状凹部134。弹簧套件108安装在凹部134内，抵住凹部134的内表面和外壳114的内壁132，以使活塞106和隔膜件14向下偏置。
外壳114界定了顶壁146内的孔隙145。活塞106的杆部118延伸通过孔隙145并在孔隙内滑动。密封环112套住杆部118，并且其容置在外围槽147内。密封环112用于防止透过孔隙145和围绕杆部118发生渗漏。电动或手动致动器装置(未示出)可与杆部118配合以使活塞106能够在外壳114内选择性地运动。在一些实施例中，致动器外壳114包括进口150和152。通常进口150和152各包括具有孔的本体，该孔可提供流路，以使气体经由致动器外壳114侧部内的开口流入致动器外壳114的内部区域。阀154可配备在致动器外壳114的开口内以对流入和流出致动器外壳114内部区域的气体流量进行调节。在这些实施例中，气体可用于使致动器组件16移动。
如图3b所示，在一些实施例中，致动器外壳114可被焊接到隔膜固定器44以形成连续的密封接缝，或焊缝202，其可减少与/或消除流体从阀10的渗漏。此外，优选地，焊缝202是连续地围绕在隔膜固定器44的外围。在一些实施例中，致动器外壳114和阀体12可以PVDF或PVDF合成物制成，因而焊缝可将一层PVDF或PVDF合成物表面连结到第二层PVDF或PVDF合成物表面。在一些实施例中，焊缝202可通过超声波焊接形成。以上也揭示了其它合适的焊接技术。
操作中，弹簧套件108将活塞106和隔膜件14向下偏置处于闭阀位置，使得阀件62与阀座28密封配合，从而关闭流动通过阀10的流体。可选择性地向上移动活塞106克服弹簧套件108的偏置，以将阀件62移动至开阀位置而远离阀座28，从而使流体流动通过进口流道24、流体室26和出口流道30。因而，隔膜件14和阀件62可选择性地位于开阀位置或闭阀位置。
上述实施例是示意性的而非限制性的。附加的实施例都在权利要求的范围内。虽然参照特定实施例描述了本发明，本领域技术人员应理解可以做出更改而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种隔膜阀，其包括：阀体，所述阀体中界定了流体流道，有一阀座位于所述流体流道中，所述阀体由含氟聚合物材料构成；由含氟聚合物材料构成的隔膜件，其包括由弹性隔膜部相连接的阀件和外围密封部，其中所述外围密封部焊接到所述阀体上形成连续的密封焊缝，使得隔膜件可操作地密封连接于所述阀体；并且其中所述阀件可选择性地在第一位置和第二位置之间切换，在所述第一位置，所述阀件与所述阀座配合以阻止流体流动通过所述流体流道，在所述第二位置，所述阀件与所述阀座脱离以使流体能够流动通过所述流体流道；以及可与所述隔膜件可操作地结合的致动器组件，其用于将所述阀件选择性地在所述第一位置和第二位置之间切换。2.如权利要求1所述的隔膜阀，其中所述含氟聚合物材料是PFA，以及通过将一层PFA表面连结到第二层PFA表面、或采用超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热焊接或其任何组合将所述外围密封部焊接到所述阀体。3.如权利要求1所述的隔膜阀，其中所述流体流道包括进口部、中央部和出口部，所述中央部包括与所述进口部成流体连通的流体室，所述出口部与所述中央部成流体连通。4.如权利要求3所述的隔膜阀，其中所述阀体在其外表面内界定有凹部，所述凹部具有壁面并形成外围，其中所述隔膜件的所述外围密封部围绕所述凹部的所述外围焊接，并且其中所述流体流道的所述中央部由所述凹部的所述壁面和所述隔膜件界定。5.如权利要求4所述的隔膜阀，其中所述阀座界定在所述凹部的所述壁面内。6.如权利要求1所述的隔膜阀，其中所述致动器组件包括致动器外壳。7.如权利要求6所述的隔膜阀，其中通过将一层PVDF表面连结到第二层PVDF表面、超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热焊接或其任何组合将所述致动器外壳焊接到所述阀体或所述隔膜件。8.如权利要求6所述的隔膜阀，其中所述致动器组件包括：滑动地设置于所述致动器外壳内的活塞，所述活塞可操作地与所述隔膜件结合；以及弹簧套件，所述弹簧套件设置成将所述活塞相对于所述致动器外壳和阀体偏置。9.如权利要求8所述的隔膜阀，其中所述活塞偏置，使得所述阀件朝向闭阀位置偏置。10.一种隔膜阀，其包括：阀体，其界定了流体流道，有一阀座位于所述流道中，所述阀体由含氟聚合物材料构成；由含氟聚合物材料构成的隔膜件，其包括由弹性隔膜部相连接的阀件和外围密封部，其中所述外围密封部焊接到所述阀体使得所述隔膜件可操作地密封连接于所述阀体，并且其中所述阀件可选择性地在第一位置和第二位置之间切换，在所述第一位置，所述阀件与所述阀座配合以阻止流体流动通过所述流体流道，在所述第二位置，所述阀件与所述阀座脱离以使流体流动通过所述流体流道；以及用于选择性地在所述第一位置和第二位置之间切换所述阀件的装置。11.如权利要求10所述的隔膜阀，其中所述含氟聚合物材料是PFA，以及通过将一层PFA表面连结到第二层PFA表面、采用超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热焊接或其任何组合将所述外围密封部焊接到所述阀体。12.如权利要求10所述的隔膜阀，其中所述流体流道包括进口部、中央部和出口部，所述中央部包括与所述进口部成流体连通的流体室，所述出口部与所述中央部成流体连通。13.如权利要求12所述的隔膜阀，其中所述阀体在外表面内界定有凹部，所述凹部具有壁面并形成外围，其中所述隔膜件的所述外围密封部围绕所述凹部的所述外围焊接，并且其中所述流体流道的所述中央部由所述凹部的所述壁面和所述隔膜件界定。14.如权利要求13所述的隔膜阀，其中所述阀座界定在所述凹部的所述壁面内。15.如权利要求10所述的隔膜阀，其中所述用于选择性地在所述第一和第二位置之间切换所述阀件的装置包括具有致动器外壳的致动器组件。16.如权利要求15所述的隔膜阀，其中通过将一层PVDF表面连结到第二层PVDF表面、超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热焊接或其任何组合将所述致动器外壳焊接到所述阀体或所述隔膜件。17.如权利要求15所述的隔膜阀，其中所述致动器组件包括：滑动地设置于所述致动器外壳内的活塞，所述活塞可操作地与所述隔膜件结合；以及弹簧套件，所述弹簧套件设置成使得所述活塞相对于所述致动器外壳和阀体偏置。18.如权利要求17所述的隔膜阀，其中所述活塞偏置，使得所述阀件朝向闭阀位置偏置。19.一种制造隔膜阀的方法，其包括：以含氟聚合物材料制成阀体，所述阀体界定了进口流道、出口流道以及具有内壁和开口侧的流体室，所述进口流道、出口流道各在内壁中形成开口，使得所述进口流道、所述出口流道与所述流体室互相成流体连通；所述阀体还包括围绕所述流体室内的所述进口流道开口的阀座部；以含氟聚合物材料制成弹性隔膜件，所述弹性隔膜件其包括阀件部和弹性隔膜部；以及在所述流体室的所述开口侧上焊接所述弹性隔膜件，所述阀件部朝向所述流体室内，以及其中所述弹性隔膜件可选择性地位于至少一个闭阀位置和一个开阀位置；在所述闭阀位置，所述阀件部与所述阀座部密封配合以阻止流体流动通过所述阀；在所述开阀位置，所述阀件部与所述阀座部脱离以使流体能够流动通过所述阀。20.如权利要求19所述的方法，还包括：提供包括致动器外壳的致动器组件；以及将所述致动器外壳焊接到所述阀体或所述隔膜件上。

Claims (20)

1.一种隔膜阀，其包括：
阀体，所述阀体中界定了流体流道，有一阀座位于所述流体流道中；
隔膜件，其包括由弹性隔膜部相连接的阀件和外围密封部，其中所述外围密封部焊接到所述阀体上形成连续的密封焊缝，使得隔膜件可操作地密封连接于所述阀体；并且其中所述阀件可选择性地在第一位置和第二位置之间切换，在所述第一位置，所述阀件与所述阀座配合以阻止流体流动通过所述流体流道，在所述第二位置，所述阀件与所述阀座脱离以使流体能够流动通过所述流体流道；以及
可与所述隔膜件可操作地结合的致动器组件，其用于将所述阀件选择性地在所述第一位置和第二位置之间切换。
2.如权利要求1所述的隔膜阀，其中通过将一层PFA表面连结到第二层PFA表面、超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热焊接或其任何组合将所述外围密封部焊接到所述阀体。
3.如权利要求1所述的隔膜阀，其中所述流体流道包括进口部、中央部和出口部，所述中央部包括与所述进口部成流体连通的流体室，所述出口部与所述中央部成流体连通。
4.如权利要求3所述的隔膜阀，其中所述阀体在其外表面内界定有凹部，所述凹部具有壁面并形成外围，其中所述隔膜件的所述外围密封部围绕所述凹部的所述外围焊接，并且其中所述流体流道的所述中央部由所述凹部的所述壁面和所述隔膜件界定。
5.如权利要求4所述的隔膜阀，其中所述阀座界定在所述凹部的所述壁面内。
6.如权利要求1所述的隔膜阀，其中所述致动器组件包括致动器外壳。
7.如权利要求6所述的隔膜阀，其中通过将一层PVDF表面连结到第二层PVDF表面、超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热焊接或其任何组合将所述致动器外壳焊接到所述阀体或所述隔膜件。
8.如权利要求6所述的隔膜阀，其中所述致动器组件包括：
滑动地设置于所述致动器外壳内的活塞，所述活塞可操作地与所述隔膜件结合；以及
弹簧套件，所述弹簧套件设置成将所述活塞相对于所述致动器外壳和阀体偏置。
9.如权利要求8所述的隔膜阀，其中所述活塞偏置，使得所述阀件朝向闭阀位置偏置。
10.一种隔膜阀，其包括：
阀体，其界定了流体流道，有一阀座位于所述流道中；
隔膜件，其包括由弹性隔膜部相连接的阀件和外围密封部，其中所述外围密封部焊接到所述阀体使得所述隔膜件可操作地密封连接于所述阀体，并且其中所述阀件可选择性地在第一位置和第二位置之间切换，在所述第一位置，所述阀件与所述阀座配合以阻止流体流动通过所述流体流道，在所述第二位置，所述阀件与所述阀座脱离以使流体流动通过所述流体流道；以及
用于选择性地在所述第一位置和第二位置之间切换所述阀件的装置。
11.如权利要求10所述的隔膜阀，其中通过将一层PFA表面连结到第二层PFA表面、超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热焊接或其任何组合将所述外围密封部焊接到所述阀体。
12.如权利要求10所述的隔膜阀，其中所述流体流道包括进口部、中央部和出口部，所述中央部包括与所述进口部成流体连通的流体室，所述出口部与所述中央部成流体连通。
13.如权利要求12所述的隔膜阀，其中所述阀体在外表面内界定有凹部，所述凹部具有壁面并形成外围，其中所述隔膜件的所述外围密封部围绕所述凹部的所述外围焊接，并且其中所述流体流道的所述中央部由所述凹部的所述壁面和所述隔膜件界定。
14.如权利要求13所述的隔膜阀，其中所述阀座界定在所述凹部的所述壁面内。
15.如权利要求10所述的隔膜阀，其中所述用于选择性地在所述第一和第二位置之间切换所述阀件的装置包括具有致动器外壳的致动器组件。
16.如权利要求15所述的隔膜阀，其中通过将一层PVDF表面连结到第二层PVDF表面、超声波焊接、摩擦焊接、振动焊接、热焊接或其任何组合将所述致动器外壳焊接到所述阀体或所述隔膜件。
17.如权利要求15所述的隔膜阀，其中所述致动器组件包括：
滑动地设置于所述致动器外壳内的活塞，所述活塞可操作地与所述隔膜件结合；以及
弹簧套件，所述弹簧套件设置成使得所述活塞相对于所述致动器外壳和阀体偏置。
18.如权利要求17所述的隔膜阀，其中所述活塞偏置，使得所述阀件朝向闭阀位置偏置。
19.一种制造隔膜阀的方法，其包括：
提供阀体，所述阀体界定了进口流道、出口流道以及具有内壁和开口侧的流体室，所述进口流道、出口流道各在内壁中形成开口，使得所述进口流道、所述出口流道与所述流体室互相成流体连通；所述阀体还包括围绕所述流体室内的所述进口流道开口的阀座部；
形成弹性隔膜件，其包括阀件部和弹性隔膜部；以及
在所述流体室的所述开口侧上焊接所述弹性隔膜件，所述阀件部朝向所述流体室内，以及其中所述弹性隔膜件可选择性地位于至少一个闭阀位置和一个开阀位置；在所述闭阀位置，所述阀件部与所述阀座部密封配合以阻止流体流动通过所述阀；在所述开阀位置，所述阀件部与所述阀座部脱离以使流体能够流动通过所述阀。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
提供包括致动器外壳的致动器组件；以及
将所述致动器外壳焊接到所述阀体或所述隔膜件上。
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