CN1480672A - 旋叶式节流阀 - Google Patents

Abstract

一种旋叶式节流阀，具有一阀体、一固定阀门、二旋转阀门及一转动装置。其中阀体具有一流体导管，其贯穿阀体且约略呈中空圆柱状，而固定阀门位于流体导管之内，并由一固定圆柱及多片固定叶片所构成。二旋转阀门则位于固定圆柱的同侧，并分别由一旋转圆柱及多片旋转叶片所构成。转动装置分别耦接至二旋转阀门，使得二旋转阀门的旋转叶片得以作同轴反向旋转，故可利用二旋转阀门的两对应旋转叶片之间的相对平移，用以缩放固定阀门的二相邻固定叶片与流体导管的内环壁所构成的导孔的横截面积，借以改变流体的流速大小。

Description

旋叶式节流阀

技术领域

本发明有关于一种节流阀(Throttle Valve)，且特别是有关于一种旋叶式节流阀。

背景技术

阀(Valve)是半导体工艺设备里用量最大的一种配件(Parts)，使用阀的目的是为了控制管件内流体的流量，所以几乎整个半导体工艺设备从气体来源处(Gas Source)开始，经过重重的管路到反应器，一直到真空系统的排出端(Exhaust)都有阀的存在。依照阀的用途，可将阀约略区分成开关式(On/Off)的阀及可调整式(Adjustable)的阀。其中，开关式的阀主要是用来断绝或继续流体在某一定点间的流通，而可调整式的阀则是用来调整流体在管件里的流量。

节流阀(Throttle Valve)是现在普遍使用在真空系统里的一种可调整式阀，为了更能精准控制流体的流速，故可将节流阀的阀门连接至一步进马达(Stepper Motor)，只要输入适当的电流，步进马达便会自动调节阀门的位置，因而改变节流阀的传导度(Conductance)，借以控制真空系统的整体有效抽气速率(Pumping Speed)，而目前较为常见的节流阀是蝴蝶阀(Butterfly Valve)。

请参考图1A、图1B，其分别为公知的蝴蝶阀的纵向剖面示意图及横向剖面示意图。蝴蝶阀100主要由阀体110、旋转阀门120及转轴130所构成，阀体110具有一流体导管112，其贯穿阀体110，使得流体可依照图式的箭头方向在流体导管112之内流动。转轴130配置于流体导管112之内，而旋转阀门120则以转轴130为轴心作旋转。因此，当提供转矩使转轴130转动时，旋转阀门120将对应转轴130的转动而转动，故可改变旋转阀门120的位置，进而控制流体的流速。

由于公知的蝴蝶阀的转动行程(stroke)较长，为了大幅改变流体的流速，而须旋转上述的旋转阀门至设定的角度时，将相对花费较长的时间。此外，由于蝴蝶阀的旋转阀门的运动方向平行于流体的流场方向，如此将使得旋转阀门容易受到流体的正向推力的影响，导致蝴蝶阀对于调节流体流速的反应速度将趋于缓慢。

发明内容

本发明的目的在于提出一种旋叶式节流阀，将可大幅缩短阀门的移动行程，借以提高节流阀对于流体流速的反应速度，此外，当利用步进马达提供阀门的转矩时，将可降低步进马达的负载，进而延长步进马达的使用寿命。

基于本发明的目的，本发明提出一种旋叶式节流阀，是由一阀体、一固定阀门、一第一旋转阀门、一第二旋转阀门及一转动装置所构成。阀体具有一流体导管，其贯穿阀体且约略程中空圆柱状。固定阀门是由一固定圆柱及多片固定叶片所组成，其中固定圆柱位于流体导管的轴线上，而这些固定叶片是径向对称突出于固定圆柱的外环面，且辐射状延伸并连接该流体导管的内环壁，其中相邻的固定叶片与该流体导管的内环壁之间分别构成多个导孔。第一旋转阀门及第二旋转阀门均位于固定阀门的同一侧，并分别具有一旋转圆柱及多片旋转叶片，其中二旋转圆柱均与固定圆柱同轴，而旋转叶片则径向对称突出于对应的旋转圆柱的外环面，且辐射状延伸并接近该流体导管的内环壁。转动装置耦接至二旋转圆柱，并适于在固定圆柱的轴向上，分别反向旋转二旋转圆柱，而分别带动第一旋转阀门的旋转叶片及第二旋转阀门的旋转叶片作同轴反向旋转，用以分别缩放对应的导孔的横截面积。

本发明的旋叶式节流阀是利用二旋转阀门的两对应旋转叶片之间的相对转动平移，用以缩放固定阀门的固定叶片与流体导管的内环壁所构成之导孔的横截面积，进而控制调节流体的流速，同时缩短两旋转阀门的缩放导孔大小的行程，因而提高节流阀的反应速度。

此外，本发明的旋转叶片的移动方向垂直于流场方向，故其移动方向的受力面积远小于公知的节流阀(蝴蝶阀)的旋转阀门的受力面积，故较不容易受到流场方向的影响。另外，本发明的旋转阀门的旋转叶片为薄片状，因而大幅减轻其重量，因此，除了可以增加节流阀的反应速度之外，亦可降低步进马达的负载，延长其使用寿命。

附图说明

图1A、图1B分别为公知的蝴蝶阀的纵向剖面示意图及横向剖面示意图；

图2为本发明的较佳实施例的旋叶式节流阀的纵向剖面示意图；

图3为固定阀门与二旋转阀门的立体图；以及

图4A～图4C分别为固定叶片与旋转叶片间作相对运动的示意图。

100：蝴蝶阀           110：阀体

112：流体导管         120：旋转阀门

130：转轴             200：旋叶式节流阀

210：阀体             212：流体导管

214：内环壁           216：导孔

220：固定阀门         222：固定圆柱

224：固定叶片         226：平面

228：轴承             230：第一旋转阀门

232：旋转圆柱         234：旋转叶片

236：平面             240：第二旋转阀门

242：旋转圆柱         244：旋转叶片

246：平面             250：转动装置

252：传动机构         254：心轴

256：管轴             258：齿轮组

260：步进马达         262：外壳

具体实施方式

请同时参考图2及图3，其中图2为本发明的较佳实施例的旋叶式节流阀的纵向剖面示意图，而图3为固定阀门与二旋转阀门的立体图。如图2所示，旋叶式节流阀200主要由阀体210、固定阀门220、第一旋转阀门230、第二旋转阀门240及转动装置250所构成。阀体210具有一流体导管212，其贯穿阀体210，并约略呈中空圆柱状，且具有一内环壁214，而流体则依照图式的空心箭头方向，同向或反向地流动于流体导管212之内。

如图2及图3所示，固定阀门220由一固定圆柱222及多片固定叶片224所构成，其中固定圆柱222位于流体导管212的轴线上，而固定叶片224则在固定圆柱222的径向上对称突出于固定圆柱222的外环面，且辐射状延伸并连接流体导管212的内环壁214。值得注意的是，两相邻的固定叶片224与流体导管212的内环壁214之间分别构成导孔216，如图3的组件标号216所示，用以让流体通过，值得注意的是，导孔216的横截面积约略等于固定叶片224的横截面积。

同样如图2及图3所示，第一旋转阀门230位于固定阀门220的一侧，并可与固定阀门220至少部分重叠，且第一旋转阀门230主要由一旋转圆柱232及多片旋转叶片234所构成，其中旋转圆柱232与固定圆柱222同轴，而旋转叶片234则在旋转圆柱232的径向上对称突出于旋转圆柱232的外环面，且辐射状延伸并接近流体导管212的内环壁214，并使得旋转叶片234约略呈扇形薄片状，其中旋转叶片234的数目等于固定叶片224的数目，即等于导孔216的数目，而旋转叶片234的面积约略大于等于导孔216的面积的一半，且旋转叶片234的接近固定叶片224的平面236约略共面于固定叶片224的接近旋转叶片234的平面226，即这些旋转叶片234贴近固定叶片224。

同样如图2及图3所示，第二旋转阀门240与第一旋转阀门230同样位于固定阀门220的同一侧，并可与固定阀门220至少部分重叠，且第二旋转阀门240的结构约略与第一旋转阀门230相同，亦由一旋转圆柱242及多片旋转叶片244所构成，其中旋转圆柱242与固定圆柱222同轴，而旋转叶片244则在旋转圆柱242的径向上对称突出于旋转圆柱242的外环面，且辐射状延伸并接近流体导管212的内环壁214，使得旋转叶片244约略呈扇形薄片状，其中旋转叶片244的数目等于固定叶片224的数目，即等于导孔216的数目，而旋转叶片244的面积同样约略为导孔216的面积的一半，即约略等于第一旋转阀门230的旋转叶片234的面积，并且旋转叶片244的接近固定叶片224的平面246约略共面于固定叶片224的接近旋转叶片244的平面226，即这些旋转叶片244均贴近固定叶片224，且这些旋转叶片234与这些旋转叶片244依序交错间隔排列于固定叶片224之下。

同样如图2及图3所示，转动装置250耦接至旋转圆柱232及旋转圆柱242，用以在固定圆柱222的轴向上，分别带动旋转叶片234及旋转叶片244作同轴反向旋转，借以缩放对应的导孔216的横截面积。转动装置250可包括一传动机构252，其具有一心轴254及一管轴256，其分别径向连接旋转圆柱232及旋转圆柱242，且彼此同轴套接，并分别耦接至齿轮组258，而齿轮组258则由一步进马达260所驱动，其中心轴254的一端入固定圆柱222的轴承228之中，而轴承228例如为一滚珠轴承。当步进马达260作正向旋转时，通过齿轮组258的传动，将分别提供反向的转矩至心轴254及管轴256，进而分别带动第一旋转阀门230及第二旋转阀门240作同轴反向旋转。其中转动装置250的传动机构252除了上述的齿轮传动机构之外，更包括皮带传动机构。而转动装置更包括一外壳262，用以包覆转动装置250的其它构件。此外，转动装置250不只限于在旋转圆柱232及旋转圆柱242上，来提供转矩至第一旋转阀门230及第二旋转阀门240，亦可在第一旋转阀门230及第二旋转阀门240的外环周围，例如以齿轮或皮带令其作同轴反向旋转。

请参考图4A～图4C，其分别为固定叶片与旋转叶片间作相对运动的示意图。如图4A所示，旋转叶片234a及旋转叶片244a分别位于固定叶片224a及固定叶片224b的下侧，如此使得导孔216a的横截面积为最大，此时流体具有最小流速。此外，如图4B所示，为了提高流体的流速或提高流体的压力，可分别将旋转叶片234a及旋转叶片244a朝导孔216a的中心方向转动，如此将可缩小导孔216a的横截面积，进而提高流体的流速或流体的压力。如图4C所示，当旋转叶片234a及旋转叶片244a相靠拢时，将使得导孔216a的横截面积为最小，此时流体具有最高压力。因此，通过旋转叶片234a与旋转叶片244a之间的靠拢或分离，可对应缩放导孔216a的横截面积，进而控制调节流体的压力。

为了避免具腐蚀性的流体经过本发明的旋叶式节流阀时，而容易腐蚀节流阀的各个构件，因此本发明的旋叶式节流阀的构件，其材质可包括铝合金及不锈钢，或是其它耐腐蚀的材质，或者是在构件的表面形成一层铁氟龙(Teflon)，如此即可提升节流阀的抗腐蚀性，以延长节流阀的使用寿命。

本发明的旋叶式节流阀除通过两旋转阀门之间的相对移动来缩放导孔的横截面积，也可通过单一旋转阀门来缩放导孔的横截面积，进而控制调节流体的流速。此外，本发明的旋叶式节流阀不仅应用在半导体工艺设备，也可应用在其它输送流体的管件，用以控制流体的流速。

综上所述，本发明的旋叶式节流阀，具有下列优点：

(1)本发明利用二旋转阀门的两对应旋转叶片之间的相对转动平移，用以缩放固定阀门的固定叶片与流体导管的内环壁所构成的导孔的横截面积，借以控制调节流体的流速或压力，同时缩短两旋转阀门的缩放导孔大小的行程，因而提高节流阀的反应速度。

(2)本发明的旋转叶片的移动方向垂直于流场方向，故其受力面积较小于公知的节流阀(蝴蝶阀)的旋转阀门，因而较不易受到流场方向的影响。

(3)本发明的旋转阀门的旋转叶片为薄片状，因而大幅减轻重量，除可增加节流阀的反应速度外，也可降低步进马达的负载，延长其使用寿命。

Claims (16)

1.一种旋叶式节流阀，其特征是，至少包括：

一阀体，具有一流体导管，其中该流体导管呈中空圆柱状，并贯穿该阀体，且具有一内环壁；

一第一阀门，配置该流体导管之内，并具有一第一圆柱及数个第一叶片，其中该第一圆柱实质上位于该流体导管的轴线上，而该些第一叶片在该第一圆柱的径向上对称突出于该第一圆柱的外环面，且辐射状延伸并邻接该流体导管的该内环壁，并且相邻的该些第一叶片与该流体导管的该内环壁分别构成一导孔；

一第二阀门，配置于该流体导管之内，而位于该第一阀门的一侧，并可与该第一阀门至少部分重叠，其中该第二阀门具有一第二圆柱及数个第二叶片，而该第二圆柱实质上同轴于该第一圆柱，且该些第二叶片在该第二圆柱的径向上对称突出于该第二圆柱的外环面，而辐射状延伸并邻近该流体导管的该内环壁；

一第三阀门，配置于该流体导管之内，而与该第二阀门位于该第一阀门的同一侧，并可与该第一阀门至少部分重叠，其中该第三阀门具有一第三圆柱及数个第三叶片，其中该第三圆柱约略同轴于该第一圆柱，且该些第三叶片在该第三圆柱的径向上对称突出于该第二圆柱的外环面，而辐射状延伸并邻近该流体导管的该内环壁：以及

一转动装置，耦接至该第二阀门及该第三阀门，适于在该第一圆柱的轴向上，分别带动该些第二叶片及该些第三叶片作同轴反向旋转，用以缩放该些导孔的横截面积。

2.如权利要求1所述的旋叶式节流阀，其特征是，该些导孔的横截面积约略等于该些第一叶片的横截面积。

3.如权利要求2所述的旋叶式节流阀，其特征是，该些第二叶片的数目等于该些第一叶片的数目，且该些第二叶片的面积约略等于该些导孔的面积的一半。

4.如权利要求3所述的旋叶式节流阀，其特征是，该些第二叶片的接近该些第一叶片的平面约略共面于该些第一叶片的接近该些第二叶片的平面。

5.如权利要求3所述的旋叶式节流阀，其特征是，该些第三叶片的数目等于该些第一叶片的数目，且该些第三叶片的面积约略等于该些导孔的面积的一半。

6.如权利要求5所述的旋叶式节流阀，其特征是，该些第三叶片接近该些第一叶片的平面约略共面于该些第一叶片的接近该些第三叶片的平面。

7.如权利要求1所述的旋叶式节流阀，其特征是，该转动装置包括一传动机构及一步进马达。

8.如权利要求7所述的旋叶式节流阀，其特征是，该传动机构包括齿轮传动机构。

9.如权利要求7所述的旋叶式节流阀，其特征是，该传动机构包括皮带传动机构。

10.一种旋叶式节流阀，其特征是，至少包括：

一阀体，具有一流体导管，其中该流体导管呈中空圆柱状，并贯穿该阀体，且具有一内环壁；

一第一阀门，配置该流体导管之内，并具有一第一圆柱及数个第一叶片，其中该第一圆柱约略位于该流体导管的轴线上，而该些第一叶片在该第一圆柱的径向上对称突出于该第一圆柱的外环面，且辐射状延伸并邻接该流体导管的该内环壁，并且二相邻的该些第一叶片与该流体导管的该内环壁分别构成一导孔；

至少一第二阀门，配置于该流体导管之内，而位于该第一阀门的一侧，并可与该第一阀门至少部分重叠，其中该第二阀门具有一第二圆柱及数个第二叶片，而该第二圆柱约略同轴于该第一圆柱，且该些第二叶片在该第二圆柱的径向上对称突出于该第二圆柱的外环面，而辐射状延伸并邻近该流体导管的该内环壁；以及

一转动装置，耦接至该第二旋转阀门，适于在该第一圆柱的轴向上，带动该些第二叶片作旋转，用以缩放该些导孔的横截面积。

11.如权利要求10所述的旋叶式节流阀，其特征是，该些导孔的横截面积约略等于该些第一叶片的横截面积。

12.如权利要求11所述的旋叶式节流阀，其特征是，该些第二叶片的数目等于该些第一叶片的数目，且该些第二叶片的面积约略等于该些导孔的面积。

13.如权利要求12所述的旋叶式节流阀，其特征是，该些第二叶片接近该些第一叶片的平面约略共面于该些第一叶片的接近该些第二叶片的平面。

14.如权利要求10所述的旋叶式节流阀，其特征是，该转动装置包括一传动机构及一步进马达。

15.如权利要求14所述的旋叶式节流阀，其特征是，该传动机构包括齿轮传动机构。

16.如权利要求14所述的旋叶式节流阀，其特征是，该传动机构包括皮带传动机构。

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