CN1849453A - 用于供应化工液体的软管 - Google Patents
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Abstract
一种软管(20)，具有入口侧固定端(21)、出口侧固定端(22)、以及形成于二者之间的弹性变形部分(23)。弹性变形部分(23)具有凸弧部分(42)。在凸弧部分(42)中，三个顶点(41)在轴向以近似规则的间隔分隔开，该凸弧部分(42)以每个顶点(41)为变形中心以凸的形状向外弯曲，使得具有的曲率半径小于与顶点(41)相切的虚圆(S)的曲率半径。凹弧部分(43)在周向上在每个凸弧部分(42)之间连续形成，并且每个凹弧部分(43)以凹的形状向外弯曲。在弹性变形部分膨胀和收缩时，每个凸弧部分(42)在周向弹性变形，且凹弧部分(43)在径向弹性变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种用在化工液体供应设备中排放定量液体如化工液体的软管。
背景技术
在半导体设备或者液晶板的制造过程中，要使用化学制剂如感光液体。例如，在半导体设备的制造过程中，为了将感光液体供应到半导体晶圆的表面上，感光液体是在半导体晶圆在水平面内旋转的状态下滴在半导体晶圆的表面上。作为一种应用于感光液体的化工液体供应设备，开发出了这样一种泵，其中软管结合在设备主体内，在软管内形成有膨胀/收缩腔，并且在软管外形成有压力腔，如现有专利文献1中所公开的。这种类型的泵也称作管泵。
在这种化工液体供应设备中，如日本特许公开公报第11-230048号(专利文献1)中所公开的，一种类型是：设备主体由导管或者管构件形成，压力媒介(medium)从外面的泵供应到设备主体与软管之间所形成的压力腔中，以改变压力腔的容积；一种类型是：包括软管的设备主体具有直径彼此不同的小风箱和大风箱，且这些风箱轴向可变形以改变压力腔的容积。
还有一种类型是：通过膨胀和收缩软管而使软管如同泵一样进行工作，从入口侧流入到管子中的液体能从出口侧排放到外面。软管包括：如专利文献1中所描述的扁平型，其中在软管的弹性变形部分所形成的具有椭圆形截面的扁平部分可以膨胀和收缩；如日本特许公开公报第2000-234589号中所描述的圆柱型，其中在圆柱形弹性变形部分形成有轴向延伸的多个凹槽。
为了将液体从管子的出口侧排放到外面，要增加压力腔的容积并收缩软管。因此，为了保持排放速率恒定，重要的是软管应当根据压力腔容积的增加以特定的比率收缩。同时，为了增加能通过一个泵送操作排放的液体的体积，重要的是要在收缩时增加容积的变化量。
此外，如上所述，在其弹性变形部分具有近似椭圆形截面的扁平型软管中，由于弹性变形部分是由两个半圆形部分和连接这两个半圆形部分的两个直的部分形成，在排放液体时两个直的部分弹性变形以彼此接近，因此可以根据压力腔容积的增加以特定的比率改变扁平部分的变形量。但是，在扁平型软管被压缩和收缩时，直的部分开始彼此接触，所以如果进一步收缩，压缩量和排放量之间不能保持成比例的关系，因此排放量将变的不准确。另外，由于直的部分较长，所以在受到外部的压力时，两个半圆形部分会向外径侧变形。这时候，扁平部分变形收缩，使其轴向方向的尺寸变长。因此，要求设置大的设备主体直径，以使扁平部分不会接触到设备主体，即用于容纳软管的外壳。
同时，如上所述，在扁平型软管中，弹性变形部分大体上形成为圆柱形状，在其外围表面上形成有轴向延伸的多个凹槽，这些凹槽用于收缩弹性变形部分，每个凹槽在内径方向变形，因此四个弧形部分的每个周向长度可以较短。因此，该管子不会收缩和变形，除非对压力腔施加很高的压力。但是，如果为了收缩和变形而施加很高的压力，则压力腔的压力变化率以及弹性变形部分的弹性变形率不会与弹性变形部分的变形量保持恒定的关系。此外，排放精度会受到外壳或者外壳与泵之间的其它零部件的压力变形的影响。因此，为了减少这些影响，提高排放精度，优选地对压力腔施加较小的压力。
为了变形软管，使排放速率在从排放开始到结束的整个排放过程中恒定，优选地通过小压力来收缩软管。然而，由于软管的两端固定到设备主体的接头部分，并且软管是由诸如氟树脂(fluoro resin)等材料形成，即该材料的伸长率小于硅橡胶或类似材料的伸长率，因此需要对压力腔施加更大的压力以通过减小弧形部分的宽度使软管变形。该压力不仅根据软管的变形量而变化，而且还会传递给位于软管外侧的设备主体、即外壳，这会导致压力损失。因此，压力腔的压力变化率和弹性变形部分的弹性变形率不会变的恒定，并且这些变化率将根据软管的变形量而变化。如果使软管变形所必须的压力变化率在泵的排放过程的开始和结束之间存在差异，则排放率在整个液体排放过程中将不会恒定，排放精度将会下降。
本发明的目的是提供一种从排放开始到结束都能按照特定的排放量和高的精度来排放液体的软管。
发明内容
根据本发明的用于供应化工液体的软管，该软管装在化工液体供应设备中，并划分出位于软管内部的膨胀/收缩腔和位于软管外部的压力腔，其中所述软管具有固定到化工液体供应设备上的管状入口侧固定端，固定到化工液体供应设备上的管状出口侧固定端，以及位于入口侧固定端和出口侧固定端之间的弹性变形部分；弹性变形部分具有凸弧部分和凹弧部分，所述凸弧部分的变形中心是在周向上以近似规则的间隔分隔开的三个顶点，并且所述凸弧部分以凸的形状弯曲，使得比与顶点外切的虚圆具有更小的曲率半径且向外突出，所述凹弧部分在周向上的每个凸弧部分之间向外连续弯曲成凹的形状；并且在弹性变形部分膨胀和收缩时，凸弧部分在周向上以顶点作为变形中心弹性变形，且凹弧部分在径向上弹性变形。
根据本发明的用于供应化工液体的软管，该软管装在化工液体供应设备中，并划分出位于软管内部的膨胀/收缩腔和位于软管外部的压力腔，其中所述软管具有固定到化工液体供应设备上的管状入口侧固定端，固定到化工液体供应设备上的管状出口侧固定端，以及位于入口侧固定端和出口侧固定端之间的弹性变形部分；弹性变形部分形成有轴向变形部分，该轴向变形部分在径向弯曲，在周向延伸，并且在轴向弹性变形；并且在弹性变形部分膨胀和收缩时，轴向变形部分弹性变形。
根据本发明的用于供应化工液体的软管，其中轴向变形部分形成在弹性变形部分的整个圆周上。或者，轴向变形部分形成在弹性变形部分的两端。
在本发明的软管中，在弹性变形部分膨胀和收缩时，每个凸弧部分在周向以顶点为中心弹性变形，且凹弧部分在径向弹性变形。因此，当弹性变形部分收缩时，体积改变量很大，直到管子的内部接触，并且该大的液体体积能够通过一次收缩变形而排放。弹性变形部分的变形可以恒定，与变形状态无关，并且从排放开始到结束可以高的精度排放特定排放量的液体，因此能够提高液体的排放精度。与传统技术相比，在获得相同排放体积的情况下，能够减小外壳的尺寸。
在本发明的软管中，在轴向弹性变形的轴向变形部分形成在弹性变形部分内，在径向弯曲，在周向延伸，并且轴向变形部分在弹性变形部分膨胀和收缩时可以弹性变形。因此，弹性变形部分能够在不增加从软管外面施加的压力的情况下进行膨胀和收缩，因此能够提高液体的排放精度。
附图说明
图1是使用软管的化工液体供应设备的截面图。
图2是另一种类型的使用软管的化工液体供应设备的截面图。
图3(A)是图1和图2中所示的软管的透视图；图3(B)是沿着图3(A)中的箭头3B方向获取的视图；图3(C)是沿着图3(A)中的线3C-3C截取的截面图；图3(D)是沿着图3(B)中的箭头3D方向获取的视图；图3(E)是沿着图3(B)中的箭头3E方向获取的视图；以及图3(F)是沿着图3(B)中的线3F-3F截取的截面图。
图4(A)是表示弹性变形部分收缩前状态的截面图；以及图4(B)是收缩的弹性变形部分的截面图。
图5是表示软管的一种变化实施例的截面图。
图6是表示作为一种比较例的软管的截面图。
图7(A)是表示软管的一种变化实施例的透视图；图7(B)是沿着图7(A)中的线7B-7B截取的截面图；以及图7(C)是沿着图7(A)中的线7C-7C截取的截面图。
图8(A)是表示软管的一种变化实施例的透视图；图8(B)是沿着图8(A)中的线8B-8B截取的截面图；以及图8(C)是沿着图8(A)中的线8C-8C截取的截面图。
具体实施方式
下面，将参照附图具体说明本发明的实施方式。
图1中所示的化工液体供应设备具有管状的设备主体、即外壳，并且该设备所属的类型是：其中，压力媒介从外部的泵供应到设备主体与软管之间所形成的压力腔中以改变压力腔中的容积。如图1所示，外壳10由圆柱体11形成，圆柱体11的一端具有入口侧接头12，另一端具有出口侧接头13，其中供应侧流体通道14连接到入口侧接头12，并且该供应侧流体通道14连接到作为化工液体容器的化工液体罐15。排放侧流体通道16连接到出口侧接头13，并且该排放侧流体通道16连接到作为化工液体排放单元的喷嘴17。如果要从喷嘴17向半导体晶圆的表面上喷涂感光液体时，就在化工液体罐15内存放感光液体。
在供应侧流体通道14上具有用于打开和关闭该流体通道的供应侧开/关阀18，并且在排放侧流体通道16上具有用于打开和关闭该通道的排放侧开/关阀19。这些阀18、19可以是通过电信号操作的螺线管阀，或者是通过气压操作的气控阀，或者也可以是止回阀。
软管20装在外壳10内，并且该软管20包括固定到入口侧接头12的管状入口侧固定端21，以及固定到出口侧接头13的管状出口侧固定端22，其中弹性变形部分23形成于这两个固定端21、22之间。由于软管内的膨胀/收缩腔24和软管外的压力腔25被软管20隔开，所以压力腔25形成于外壳10和软管20之间。压力腔25内充满不可压缩流体，例如作为压力媒介M的液体，并且压力媒介M是从外部通过外壳10内形成的供应端口26而供应到压力腔25中。通过压缩和供应压力媒介M到压力腔25中，或者通过从压力腔25中抽吸和排放压力媒介M，软管20将膨胀和收缩。泵27连接到供应端口26，该泵27具有风箱29，该风箱29连接到能往复直线运动的杆28，通过驱动装置如电动机或者驱动器使杆28往复运动，则软管20将膨胀和收缩。
因此，在膨胀/收缩腔24内充满液体的状态下，当压力媒介M从泵27供应到压力腔25中时，软管20的弹性变形部分23将发生收缩变形，从而膨胀/收缩腔24收缩，液体将从喷嘴17排放。此时，供应侧开/关阀18关闭，排放侧开/关阀19打开。另一方面，当压力腔25中的压力媒介M通过泵27排出时，软管20发生膨胀变形，膨胀/收缩腔24膨胀，化工液体罐15中的液体流入到膨胀/收缩腔24中。此时，供应侧开/关阀18打开，排放侧开/关阀19关闭。因此，通过软管20的弹性变形部分23的膨胀和收缩，化工液体罐15中的液体将被连续地送向喷嘴17。
图2中所示的化工液体供应设备所属的类型是：其中，在用于容纳软管的设备主体内具有直径彼此不同的小风箱和大风箱，并且压力腔中的容积根据这些风箱的轴向变形而改变。如图2所示，外壳10包括连接有入口侧接头12a的固定盘31，和连接有出口侧接头13a的固定盘32。在固定盘31内具有大风箱33，在固定盘32内具有小风箱34。在两个风箱33、34之间设置有操作盘35，并且构成外壳10的一些构件由树脂整体形成。为了通过两个风箱33、34的轴向变形来改变压力腔的容积，为外壳10提供了泵驱动单元36。泵驱动单元36包括由电机37驱动的螺杆38，以及与螺杆38啮合并与操作盘35接合的螺母39。因此，通过电机37使螺母39直线往复运动，软管20的弹性变形部分23将膨胀和收缩，如同图1中所示的化工液体供应设备那样，化工液体罐15中的液体将被连续送向喷嘴17。请注意，在图2中，那些与图1中的构件相同的构件通过相同的标记数字表示。
图3(A)至3(F)中的每一者表示图1和图2中所示的装在化工液体供应设备中的软管20的一种实施例，该软管20由氟树脂中的PFA(全氟烷氧基树脂(tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer))整体形成。软管20的入口侧和出口侧固定端21、22固定到设备主体、即外壳10，并且每个都形成圆柱体形状以适应每个接头的形状，并且弹性变形部分23通过锥形部分40形成于这两个固定端21、22之间。请注意，每个固定端21、22不限于圆柱体形状，还可以形成为四边形或者多边形形状。
如图3(C)所示，弹性变形部分23具有在周向以规则间隔形成并间隔开大约120度的三个顶点41，每个顶点41位于距离软管20的中心O相同的径向位置。弹性变形部分23具有凸弧部分42，每个凸弧部分42具有的曲率半径小于外接三个顶点41的虚圆S的曲率半径，并以凸的形状向外弯曲。三个凸弧部分42以顶点41为中心在周向形成以对应顶点41的数量，并且每个凸弧部分42之间的部分在周向上是以凹的形状向外连续弯曲的凹弧部分43。因此，在软管20的弹性变形部分23中，凸弧部分42位于三个凹弧部分43中的两个凹弧部分43之间。在凸弧部分42中，与虚圆S相切的部分是顶点41。三个凸弧部分42和三个凹弧部分43在周向上交替形成。
图4(A)是表示膨胀状态的截面图，其中类似于图3(A)至3(F)的情形，来自外部的压力没有施加到软管20，弹性变形部分23通过管子自身的弹性而展开；图4(B)表示的状态是来自外部的压力施加到软管20，使弹性变形部分23收缩到极限程度。如图所示，三个凸弧部分42以近似规则的间隔在周向上形成，每个凸弧部分42的曲率半径小于虚圆S的曲率半径。因此，当弹性变形部分23收缩时，每个凸弧部分42以顶点41作为变形中心弹性变形，使凸弧部分42的每个相对的面可以彼此接近，即在周向上折叠。此时，凹弧部分43根据凸弧部分42在周向上的弹性变形而向软管20的中心作径向弹性变形。但是，顶点41不会在径向向内或者向外移动。
因此，当弹性变形部分23的截面形状为三叶形(trifoliate)时，可以增加收缩之前和之后的横截面差异，因此与扁平型软管相比，这种软管20的一个收缩过程能排放更大体积的液体。此外，当提供了三个顶点41时，每个顶点41不会在径向上变形，而只是在径向向内方向发生轻微变形，而不会在径向向外方向变形，因此可以减小外壳10的尺寸，由此可以减小压力媒介M的体积。
对于上述具有扁平的弹性变形部分的软管以及本发明的软管，测量每者的排放量。在进行这种测量时，使用的软管具有相同轴向长度的弹性变形部分以及相同外径的固定端。结果，本发明软管的排放体积是扁平型软管的1.5倍多。当收缩到极限程度时，本发明软管在最大尺寸部分的宽度要小于扁平型软管的75％。因此，能够减小外壳10的尺寸。而且在扁平型软管中，在收缩时直线部分彼此接触之后，如果继续收缩，压缩量和排放量之间将不再成比例，所以排放量将不再准确。
在图3所示的弹性变形部分23中，三个顶点41间隔120度，在周向上以规则间隔设置。但是，在收缩时，凸弧部分42以顶点41为变形中心进行弹性变形，使凸弧部分42的相对的面彼此接触并在周向上折叠，此时，三个顶点41会稍微偏离120度直到顶点41在径向上不再移动。
图5是表示软管20的一种变化实施例中的弹性变形部分23的截面图。图3中所示的弹性变形部分23的凸弧部分42的角度小于半圆，而图5中所示的凸弧部分42则具有半圆部分42a和直的部分42b，其中凸弧部分42由半圆部分42a和直的部分42b形成，并且每个直的部分42b与凹弧部分43连续。
图6是表示作为一种比较例显示的软管的弹性变形部分的截面图。在这种弹性变形部分23中，提供了在周向上以近似90度间隔开的四个凸弧部分42。如图6所示，为了收缩弹性变形部分23，每个顶点41必须以径向向内的方向向中心移动，因此在完成收缩之后需要大的压力来排放定量的液体。当向压力腔施加大的压力时，任何大的压力还会被施加到外壳10上。因此，除了出现压力传递损失，软管20的弹性变形量也不会关于压力变化而线性改变，并且根据管子的变形状态，压力变化率和弹性变形率不会恒定，因此容易出现二者之间的差异。另外，外壳或者其它构件会由于压力而变形，因此对排放精度的影响大于压力较低时的影响。结果，通过实验证明，无法得到高精度的排放率。
因此，如图3和图4所示，当弹性变形部分23的截面形状为三叶形时，在收缩变形时，每个凸弧部分42在周向上以顶点41为变形中心折叠变形，顶点41不会径向移动，从而弹性变形部分23在不对压力腔25施加大的压力的情况下即可变形。因此，从弹性变形部分23的变形开始到结束，液体排放率都可以保持恒定，并且液体能以恒定的体积和高的精度进行排放。
图7(A)至7(C)中的每个表示本发明软管另一特定实施例的视图，其中在弹性变形部分23的两端，形成有轴向变形部分45以便在径向向外的方向弯曲和突出。如图7(C)所示，轴向变形部分45每个形成为圆弧形并在周向突出，从而以凹弧部分43为中心到达凸弧部分42的一部分。在图7(A)至7(C)所示的软管20中，由于两个轴向变形部分45形成于弹性变形部分23两端的每一端，所以总共形成有12个轴向变形部分45。但是，轴向变形部分45的这个数目可以根据软管20的厚度或者长度或者其它因素而自由设定。
如果弹性变形部分23在压缩软管20时收缩，则张力将在轴向上作用到弹性变形部分23，并且在弹性变形部分23内出现拉伸应力。此时，由于轴向变形部分45在轴向变形而成为扁平，所以弹性变形部分23能通过相对较小的压力而收缩。
图8是表示根据本发明的软管的另一特定实施例的视图，其中在弹性变形部分23的两端，有两对轴向变形部分45分别连续形成为在弹性变形部分23的所有圆周上的环形。但是，轴向变形部分45的数目并不限于两对，而可以设定为任意数目。因此，通过使在所有圆周上连续形成环形的轴向变形部分45，与图7的情况类似，当弹性变形部分23收缩时，轴向变形部分45发生变形，从而弹性变形部分23通过受到相对较小的压力即可收缩。
在图7和图8所示的情况下，轴向变形部分45设置在弹性变形部分23的两端。但是，轴向变形部分45并不限于上述结构，也可以设置在弹性变形部分23的轴向中心，或者在整个的弹性变形部分23上。
本发明不限于上述实施方式，在不背离本发明宗旨的前提下可以进行各种修改。例如，软管20的材料不限于氟树脂，根据要排放的液体类型，可以是PC(聚碳酸酯)、PP(聚丙烯)、以及聚乙烯、等等。
工业实用性
本发明的软管装在化工液体供应设备中。该化工液体供应设备用于在半导体设备或者液晶板的制造过程中将化工液体如感光液体供应到半导体晶圆或者类似物上。
Claims (4)
1、一种用于供应化工液体的软管，该软管装在化工液体供应设备中，并划分出位于软管内部的膨胀/收缩腔和位于软管外部的压力腔，该软管包括：
固定到化工液体供应设备的管状入口侧固定端，固定到化工液体供应设备的管状出口侧固定端，以及在入口侧固定端和出口侧固定端之间的弹性变形部分，所述入口侧固定端和出口侧固定端以及弹性变形部分设置在所述软管上；以及
凸弧部分，该凸弧部分的变形中心是以近似规则的间隔在周向上间隔开的三个顶点，并且该凸弧部分以凸的形状弯曲，以便具有的曲率半径小于与该顶点相切的虚圆的曲率半径且向外突出；以及凹弧部分，该凹弧部分以凹的形状在每个凸弧部分之间在周向连续向外弯曲，所述凸弧部分和凹弧部分形成于弹性变形部分中；
其中，在弹性变形部分膨胀和收缩时，凸弧部分在周向以顶点为中心弹性变形，且凹弧部分在径向弹性变形。
2、一种用于供应化工液体的软管，该软管装在化工液体供应设备中，并划分出位于软管内部的膨胀/收缩腔和位于软管外部的压力腔，该软管包括：
固定到化工液体供应设备的管状入口侧固定端，固定到化工液体供应设备的管状出口侧固定端，以及在入口侧固定端和出口侧固定端之间的弹性变形部分，所述入口侧固定端和出口侧固定端以及弹性变形部分设置在所述软管上；以及
在径向弯曲的轴向变形部分，形成为在周向延伸，并且在轴向弹性变形，该轴向变形部分形成于弹性变形部分中；
其中，在弹性变形部分膨胀和收缩时，轴向变形部分弹性变形。
3、如权利要求2所述的用于供应化工液体的软管，其中轴向变形部分形成在弹性变形部分的所有圆周上。
4、如权利要求2所述的用于供应化工液体的软管，其中轴向变形部分形成在弹性变形部分的两端。
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