TW201621196A

TW201621196A - 具有焊接隔膜以協助開啟力之閥

Info

Publication number: TW201621196A
Application number: TW104127044A
Authority: TW
Inventors: 威廉Ｈ格林; 帝默西葛瑞特古雷
Original assignee: 鐵鎖公司
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2016-06-16
Also published as: JP2016044813A; US20160053899A1; KR20160022794A

Abstract

一種無彈簧隔膜閥及相關聯隔膜具有用於開啟該閥之增大提升力。在一項實施例中，該隔膜係一圓頂形隔膜與一偏置部件之一隔膜總成，該圓頂形隔膜具有接觸閥座以閉合該閥之一表面，該偏置部件亦可為一圓頂形隔膜。該隔膜具有例如藉由一焊接附接至該偏置部件之一中心部分。該隔膜及該偏置部件可被嵌套在一起且各可為圓形及包含一圓頂形部分。該焊接係較佳在該隔膜之靠近該隔膜之頂點或幾何中心之一中心部分中。

Description

具有焊接隔膜以協助開啟力之閥

相關申請案

本申請案主張2014年8月20日針對VALVE WITH WELDED DIAPHRAGM TO ASSIST OPENING FORCE申請之待審美國臨時專利申請案第62/039,543號之權利，該案之全部揭示內容以引用的方式完全併入本文中。

本發明係關於流體流動及遞送裝置及方法，且更特定言之係關於用於控制流體流動及遞送之隔膜閥。

眾所周知隔膜閥用作氣體及液體流體遞送之流動控制裝置。在半導體產業以及其他產業中，使用閥(例如，高純度隔膜閥)控制在各種處理操作期間之處理化學品之遞送。隔膜閥之一些更常見應用係化學氣相沈積(CVD)及原子層沈積(ALD)。

本文中提出之一第一發明概念提供一種隔膜閥，其具有施加一提升力至隔膜之一偏置部件或裝置。在一項實施例中，該隔膜包括較佳焊接至該隔膜之一中心區域之一偏置部件。本文中提出此概念之額外實施例。

本文中提出之一第二發明概念提供一種用於一隔膜閥之隔膜，其中該隔膜包括施加一提升力至該隔膜之一偏置部件或裝置。在一項實施例中，該隔膜包括較佳焊接至該隔膜之一中心區域之一偏置部件。本文中提出此概念之額外實施例。

本文中提出之一第三發明概念提供一種用於一隔膜閥之隔膜，其中該隔膜包括施加一提升力至該隔膜之一偏置部件或裝置。在一項實施例中，該隔膜包括一圓頂形隔膜且該偏置部件或裝置較佳焊接至該圓頂形隔膜之一中心區域。本文中提出此概念之額外實施例。

本文中提出之一第四發明概念提供一種隔膜閥，其具有施加一提升力至隔膜之一偏置部件或裝置。在一項實施例中，該隔膜包括一圓頂形隔膜且該偏置部件或裝置較佳焊接至該圓頂形隔膜之一中心區域。本文中提出此概念之額外實施例。

本文中提出之一第五發明概念提供一種用以增大一隔膜閥中之一隔膜上之開啟力之方法。在一項實施例中，該方法包括將一偏置部件或裝置焊接或以其他方式附接至該隔膜之一較佳中心區域之步驟。本文中提出此概念之額外實施例。

本文中提出之一第六發明概念提供一種隔膜閥，其具有施加一提升力至隔膜之一偏置部件或裝置。在一項實施例中，該隔膜包括較佳附接至該隔膜之一中心區域之一偏置部件或裝置。本文中提出此概念之額外實施例。

本文中提出之一第七發明概念提供一種用於一隔膜閥之隔膜，其中該隔膜包括施加一提升力至該隔膜之一偏置部件或裝置。在一項實施例中，該隔膜包括一圓頂形隔膜且該偏置部件或裝置較佳附接至該圓頂形隔膜之一中心區域。本文中提出此概念之額外實施例。

本文中提出之一第八發明概念提供一種用於一隔膜閥之隔膜，其中該隔膜包括施加一提升力至該隔膜之一偏置部件或裝置。在一項實施例中，該隔膜包括較佳附接至該隔膜之一中心區域之一偏置部件。本文中提出此概念之額外實施例。

本文中提出之另一發明概念提供一種用於一隔膜閥之圓頂形隔膜，該圓頂形隔膜具有施加隔膜之一提升力之結構。在一項實施例中，該圓頂形隔膜包括具有一上部或非濕潤表面結構之一單一金屬薄片，相較於無該結構之隔膜，該上部或非濕潤表面結構增大該圓頂形隔膜之提升力。本文中提出此概念之額外實施例。

在本文中之例示性實施例中，隔膜閥較佳係一無彈簧隔膜閥，其使用一圓頂形隔膜或兩個或兩個以上堆疊圓頂形隔膜。

在下文中全面揭示此等及其他發明概念且鑑於隨附圖式熟習此項技術者將自例示性實施例之以下詳細描述容易地理解此等及其他發明概念。

10‧‧‧閥及致動器總成

12‧‧‧致動器總成

14‧‧‧閥總成/閥/隔膜閥

16‧‧‧閥蓋

18‧‧‧把手

20‧‧‧驅動部件/致動器桿

22‧‧‧閥桿

24‧‧‧隔膜/圓頂形隔膜

24a‧‧‧表面/濕潤表面/凹濕潤表面/濕潤側/隔膜濕潤表面

24b‧‧‧非濕潤側/非濕潤表面

24c‧‧‧外周邊部分/周邊部分

26‧‧‧固定螺釘

28‧‧‧閥座

30‧‧‧彈簧

34‧‧‧第一端口/入口端口

36‧‧‧第二端口/出口端口

38‧‧‧閥腔

40‧‧‧凸緣/閥蓋凸緣

42‧‧‧閥蓋螺母

44‧‧‧螺紋部分

46‧‧‧螺紋部分

48‧‧‧凸緣/閥蓋螺母凸緣

50‧‧‧夾持表面/閥體夾持表面

52‧‧‧閥座凹部

54‧‧‧環形支撐壁/支撐壁

56‧‧‧漸縮平頭截錐狀外表面

60‧‧‧傳統堆疊圓頂形隔膜總成/隔膜總成/圓頂形隔膜總成/先前技術隔膜

60a‧‧‧第一或上部圓頂形隔膜/上部隔膜

60b‧‧‧第二或下部圓頂形隔膜/第二隔膜/下部隔膜

100‧‧‧隔膜總成/焊接隔膜總成/熔合總成

102‧‧‧隔膜/圓形隔膜/第一隔膜/圓頂形隔膜/偏轉隔膜/圓頂隔膜

102a‧‧‧表面/濕潤表面

104‧‧‧偏置部件

106‧‧‧中心部分

108‧‧‧焊接

110‧‧‧主圓頂形部分

110a‧‧‧主圓頂形部分/圓頂形部分/隔膜圓頂形部分

110b‧‧‧主圓頂形部分/圓頂形部分

112‧‧‧幾何中心點/中心點

114a‧‧‧平坦周邊邊緣/邊緣

114b‧‧‧平坦周邊邊緣/邊緣

116‧‧‧中心線

120‧‧‧隔膜

122‧‧‧圓頂形部分

124‧‧‧中心點

126‧‧‧平坦化周邊邊緣/邊緣

128‧‧‧表面

130‧‧‧經蝕刻區段/區段

132‧‧‧未蝕刻肋部

134‧‧‧中心部分

140‧‧‧隔膜

142‧‧‧主圓頂形部分/圓頂形部分

144‧‧‧中心點

146‧‧‧平坦化周邊邊緣/邊緣/隔膜邊緣

148‧‧‧材料帶/帶/帶彈簧

150‧‧‧凸的非濕潤表面

152‧‧‧點焊

154‧‧‧中心部分

160‧‧‧隔膜總成

162‧‧‧隔膜

164‧‧‧主圓頂形部分/圓頂形部分

166‧‧‧中心點

168‧‧‧平坦化周邊邊緣/邊緣

170‧‧‧圓形平坦盤形彈簧/盤形彈簧

172‧‧‧區段或支腿/可撓性支腿

174‧‧‧中心體

176‧‧‧環形間隔件/間隔件

178‧‧‧濕潤側

180‧‧‧點焊

182‧‧‧中心部分

184‧‧‧徑向寬度

186‧‧‧敞開中心區域

X‧‧‧縱軸

圖1繪示根據本文中之所揭示教示及繪示在閥閉合狀態中之一無彈簧隔膜閥之一實施例，圖2係用於一隔膜閥之兩個隔膜之一先前技術隔膜堆疊之一放大剖面，其展示為流動受阻，圖3係根據本文中之發明及教示之一焊接隔膜之一剖面圖，圖4係圖3之焊接隔膜之一平面圖，圖5A至圖5D繪示可與圖3及圖4之隔膜一起使用之一焊接件之各種實例之剖面表示，圖6係比較一傳統單一圓頂形隔膜與本文中所揭示之一焊接隔膜及偏置部件實施例之提升力對衝程之一曲線圖，圖7係具有分段式部分之一圓頂形隔膜之一替代實施例之一等角視圖，圖8係一圓頂形隔膜之一替代實施例之一等角視圖，該圓頂形隔膜具有附接至該隔膜之呈一材料帶之形式之一偏置部件，圖9A/圖9B係一圓頂形隔膜之一替代實施例之一分解及組裝等角視圖，該圓頂形隔膜具有附接至該隔膜之呈一盤形彈簧之形式之一偏置部件。

參考圖1，在一例示性實施例中，一閥及致動器總成10可包含一致動器總成12及一閥總成14。該致動器總成12可堆疊於該閥總成14之頂部上或以其他方式與該閥總成14可操作地耦合以開啟及閉合閥。儘管此例示性實施例繪示一手動致動器之使用，然替代實施例可使用自動致動器(例如，一氣動致動器)。該閥總成14可用於控制一流體(諸如液體或氣體)之流動。

致動器總成12及閥總成14可但不必方便地實現為可自俄亥俄州索倫市之Swagelok公司商業購得之一DP系列或一DF系列無彈簧隔膜閥。該等DP系列及DF系列閥亦展示於線上公開可得且可以其他方式自Swagelok公司獲得且以引用的方式完全併入本文中之標題為SPRINGLESS DIAPHRAGM VALVES及HIGH FLOW SPRINGLESS DIAPHRAGM VALVES之產品目錄中。然而，可替代性地使用許多其他致動器設計及隔膜閥設計。

為方便起見，致動器總成12可為與DP系列或DF系列隔膜閥一起商業銷售之一致動器總成。因此，致動器總成12之一詳細說明未必理解及實踐本發明。圖式中之構形係用於一手動致動器總成，但替代性地可用自動致動器(例如，一氣動或液壓或機電致動器)實踐閥及致動器總成10。

例示性致動器總成12包含閥蓋16及一把手18，該把手18支撐於該閥蓋16上且可相對於該閥蓋16旋轉。該把手18可手動轉動以開啟及閉合閥總成14。該把手18可操作耦合至一驅動部件20，使得該把手之旋轉引起該驅動部件20之旋轉。該驅動部件20可螺紋式耦合至一閥桿 22。該閥桿22接觸一隔膜24之一非濕潤側(24b)。儘管歸因於比例其在圖1中不可辨識，然隔膜24較佳包括一隔膜及一偏置部件(例如，一第二隔膜或其他結構)，如下文進一步說明。一固定螺釘26限制閥桿22隨著致動器桿20轉動。因此，致動器桿20之旋轉引起閥桿22之取決於把手18被旋轉的方向之向上及向下軸向移位。閥14在圖1中展示為處於一閉合位置中。為閉合閥14，如在圖式中所觀看順時針轉動把手18，此引起致動器桿20順時針旋轉，此繼而引起閥桿22軸向向下平移以便將隔膜24壓抵於一閥座28。隔膜24可包含一表面24a，該表面24a被按壓成與該閥座28接觸以閉合閥14(此係圖1中所繪示之狀態)。在本文中之例示性實施例中，該表面24a係一凹表面，此係因為隔膜24較佳為一圓頂形隔膜。接觸閥座之表面24a曝露於流動穿過閥14之工作流體且在本文中亦被稱為濕潤表面24a。提供一彈簧30且該彈簧30施加一閉合力至閥桿22。此依據彈簧力限制施加至隔膜24之閉合力以藉此防止把手18的過度擰緊損壞閥座28。當轉動把手18以閉合閥14時，閥桿22推抵於隔膜24之頂部。隔膜24之上側(其係一圓頂形隔膜之一凸表面)未曝露於工作流體且因此被稱為隔膜之一非濕潤側24b。

為開啟閥14，如在圖式中觀看逆時針轉動把手18。此引起致動器桿20逆時針轉動，此引起閥桿22軸向向上平移，此在一圓頂形隔膜之實例中容許隔膜24返回至其自然圓頂形形狀，其中凹濕潤表面24a與閥座28分離藉此開啟閥14以流動。

隔膜24較佳可為圓頂形以具有一類彈簧效應，其中隔膜24之自然未受應力狀態將返回至其圓頂形彎曲形狀(意謂濕潤側24a係凹的)。隔膜24可由適於流動穿過閥14之工作流體之任何材料製成。例如，隔膜24可完全由不銹鋼製成，但其他材料可視需要用於包含非金屬隔膜之特定應用，或隔膜可包含由不同材料製成之部分。用於隔膜24(及下文所描述之偏置部件)之合適材料包含(但不限於)：埃爾基洛伊耐蝕游絲合金(Elgiloy)、MP35N、不銹鋼、哈氏合金(Hastalloy)，此僅舉幾個例子。然而，本發明並不限於金屬隔膜且亦可與塑膠隔膜或複合隔膜(例如，使用塑膠及金屬、不同金屬或諸如陶瓷之複合材料等之一混合物之隔膜)一起使用。

隔膜閥14通常被稱為一無彈簧隔膜閥，此係因為隔膜24在無需致動器總成12施加一力(諸如透過一彈簧或以其他方式)以使隔膜24移動以開啟閥14的情況下歸因於其固有類彈簧動作而返回至一自然未受應力狀態或形狀。此與一束縛隔膜型閥形成對比，在該束縛隔膜型閥中，隔膜附接至閥桿，使得該閥桿之移動迫使該隔膜之移動，且正是閥桿而非隔膜之一表面接觸閥座以閉合閥。在如本文中所描述之一無彈簧隔膜閥中，閥桿及隔膜未彼此附接或以未其他方式連接在一起。

閥總成14包含一閥體32且可具有供流體流動穿過該閥體之兩個或兩個以上端口。該閥體32具有與閥座28之一中心線同軸之一縱軸X。該軸X可但不必為閥體32之一中心縱軸。除非本文中另有說明，否則本文中對軸向及徑向對準或方向的所有提及係參考軸X。本文中提及方向性移動(諸如，舉例而言向上及向下)係為了方便結合圖式之說明但並無需閥14相對應於軸X之一特定定向或對準。

閥體32可包含一第一或入口端口34(在本文中亦被稱為入口)及一第二或出口端口36(在本文中亦被稱為出口)，其等兩者在閥開啟時皆與一閥腔38流體連通。閥座28圍繞該入口端口34。藉由隔膜24及閥座28密封該閥腔38。當隔膜24藉由閥桿22之向下移動而向下偏轉時(如在圖式中且特定言之在圖1中觀看)，該隔膜之濕潤表面24a抵壓閥座28且阻斷入口端口34與出口端口36之間的流動。當閥桿22向上移動時(如在圖式中觀看)，減小藉由閥桿22抵靠非濕潤側24b隔膜24施加之閉合負載，使得隔膜24可用一類彈簧動作朝向自然未受應力狀態(此較佳為一圓頂形形狀)返回。圓頂形隔膜24之此類彈簧動作在本文中亦被稱為隔膜24之提升力，其中該提升力為圓頂形隔膜24協助圓頂形隔膜24提離閥座28且返回至隔膜24之自然未受應力狀態之一固有特性。是否允許隔膜完全返回至一完全未受應力狀態係一設計選項問題，但較佳係使流體流動最大化。但替代性地，隔膜24可返回至未達完全未受應力但仍未阻斷隔膜閥14之入口與出口之間的流體流動之一狀態。可在閥桿22將隔膜迫抵於閥座28時變形為一略微平坦化輪廓(參見圖1)之圓頂形隔膜24結合一彈簧力或提升力起作用，該彈簧力或提升力使隔膜24返回至未受應力圓頂形輪廓(參見圖3)且脫離與閥座28之接觸。隔膜24至其自然未受應力狀態之此鬆弛導致隔膜濕潤表面24a移出與閥座28之接觸，使得入口端口34及出口端口36透過閥腔38彼此流體連通。可視需要提供額外端口。流體流動可在第一端口34與第二端口36之間的任一方向上，使得本文中提及一入口端口34及一出口端口36係僅為方便描述。

閥蓋之與把手18端相對之一末端包含一凸緣40。一閥蓋螺母42可用於將閥蓋16夾持及固持於閥體32上。例如，閥體32可包含與閥蓋螺母42之一螺紋部分46配接之一螺紋部分44。閥蓋螺母42亦包含一凸緣48，該凸緣48接合閥蓋之凸緣40，使得當將閥蓋螺母42向下擰緊至閥體上時，閥蓋凸緣40被捕獲且軸向加載於閥蓋螺母凸緣48與閥體32之一夾持表面50之間。隔膜24之較佳為平坦或平面且亦較佳具有界定為一圓之一圓周之一外周邊部分24c可被夾持於閥蓋凸緣40與閥體32之夾持表面50之間。此提供一本體密封件，該本體密封件密封閥腔38以免至周圍環境之流體損耗。圓頂形部分(圖3中之110)係被該外周邊部分24c圓周圍繞。該圓頂形部分(110)因此以一彎曲方式延伸出周邊部分24c之平面。隔膜24因此呈現：濕潤表面24a，其對於一圓頂形隔膜而言係面向閥座28之一凹表面；及一非濕潤表面24b，其對於一圓頂形隔膜而言係面向閥桿22之一凸表面。

閥座28可被安置於閥體32之一閥座凹部52中。該閥座凹部52圍繞入口端口34且可包含對閥座凹部52定界之一環形支撐壁54。該環形支撐壁54可如所展示向內及視情況熔接(staked)以將閥座28捕獲及緊固於閥座凹部52中。因此，支撐壁54在被熔接時呈現一漸縮平頭截錐狀外表面56。

閥總成14可由許多不同材料製成。DP系列及DF系列包含由不銹鋼製成之閥體及隔膜。閥座28通常由非金屬材料製成，例如，包含(但不限於)：PFA(全氟烷氧基)、PTFE(聚四氟乙烯)、PCTFE(聚三氟氯乙烯)、PEEK(聚醚醚酮)、PI(聚醯亞胺)及彈性體。

圖2繪示以剖面展示之根據先前技術之一傳統堆疊圓頂形隔膜總成60之一實例，其具有一第一或上部圓頂形隔膜60a及一第二或下部圓頂形隔膜60b(該第二隔膜60b係濕潤隔膜)。因為該隔膜總成60係藉由閥蓋凸緣40及閥體夾持表面50而夾持於其周邊處，所以在移除致動器閉合力或負載時圓頂形隔膜總成60將經歷一彈簧力以返回至其未受應力狀態。圓頂形隔膜總成60之各隔膜可具有0.004英吋至0.005英吋之一厚度以用於(例如)針對低壓閥之一英寸直徑之一隔膜。

吾等將圖2中之隔膜總成60展示為經安裝且在其中已自隔膜總成60移除致動器閉合力以開啟閥之一狀態下。但，如所展示之隔膜且特定言之圓頂形部分可單獨移動，使得上部隔膜60a歸因於其固有彈簧力而提離，但下部隔膜60b會變成黏附至閥座28或以其他方式固抵於閥座28而使得閥無法開啟。先前技術提供可為金屬(例如，不銹鋼)之一單一薄片或層或金屬之多層或多個薄片之隔膜。例如，在一多隔膜設計中，兩個或兩個以上隔膜可彼此垂直上下堆疊。在先前技術多隔膜設計中(諸如圖2)，隔膜總成60包含堆疊或嵌套在一起之兩個或兩個以上隔膜。堆疊隔膜亦可在其等周邊邊緣處被焊接，然而，個別隔膜尤其在圓頂形部分之區域中以其他方式相對於彼此自由滑動及偏移以在隔膜經變形時促進該等個別隔膜之撓曲以閉合閥。

在一多隔膜設計中，最內隔膜面向閥座且係接觸閥座以閉合閥之唯一隔膜。當移除閥桿閉合力以開啟閥時，堆疊中之全部隔膜必須返回至其等未受應力之圓頂形狀態。然而，當閥用於一真空應用中(即，下游壓力相對於上游壓力為負的)時，最內隔膜可變為黏至閥座(例如，歸因於與流體之化學相互作用或壓力或溫度效應)或可固抵於閥座。最內隔膜在閉合位置中變為黏住之此效應(圖2)可能發生，此係因為即使堆疊之周邊邊緣諸如藉由一焊接附接在一起，隔膜堆疊中之其他隔膜仍自由返回至其等未受應力狀態。因此，最初需要一較高開啟力或提升力以使最內隔膜移動或釋放離開閥座以使最內隔膜返回至其未受應力狀態。

參考圖3至圖5，在本文中之教示及發明之一實施例中，用一隔膜總成100(其可對應於圖1中之隔膜24)取代先前技術隔膜60(僅圖2)，該隔膜總成100在一實施例中包含一隔膜102及附接或連接至該隔膜102之一偏置部件104。藉由偏置部件104意指附接至隔膜102之一結構或裝置，其中隔膜102具有接觸閥座28以閉合閥14(即，阻斷入口與出口之間的流動)之一表面102a。因此，舉一實例，在一多隔膜堆疊中，偏置部件較佳藉由一直接附接而附接至面向閥座28之最內隔膜(在使用兩個或兩個以上隔膜之情況下，偏置部件104可附接至全部隔膜)。

偏置部件104增大用於隔膜102之開啟力或提升力以協助隔膜102朝向其自然未受應力狀態返回或移動。換言之，偏置部件104施加一提升力至該偏置部件104所附接至之隔膜102。偏置部件104之此提升力較佳係將隔膜102提離閥座28之固有力之補充來開啟閥14以流動。當移除致動器閉合力時，隔膜102較佳但不一定返回至一完全未受應力自然狀態。包含偏置部件104容許設計者設計具有一無彈簧隔膜設計之益處及優點之一隔膜閥。此等優點尤其包含使用較薄隔膜及隔膜堆疊以增加衝程、循環壽命及使流動最大化。但，使用較薄隔膜減小隔膜之提升力，使得本文中之發明為一隔膜或隔膜堆疊之結構及方法提供更高提升力，所述提升力被施加至接觸閥座之隔膜。

在一項實施例中，隔膜102較佳為一圓頂形隔膜且可但不必為諸如與上文提及之DF及DP系列無彈簧隔膜閥一起使用之已知設計之一圓頂形隔膜(圓頂形隔膜)。儘管一圓頂形隔膜係較佳的，然其無需為如此項技術者對該術語所理解之圓頂形。可替代性地使用其他隔膜，其中歸因於一經施加之致動力，隔膜可經變形或受應力以接觸一閥座以閉合閥，但接著在自隔膜移除致動力時釋放或返回至其自然未受應力狀態以開啟閥。例示性隔膜102在平面圖中可為圓形但並無需一圓形隔膜102。例如，隔膜102可替代性地為卵形或具有一更正方形外觀。在一隔膜堆疊中，隔膜102係具有接觸閥座28以封鎖或阻斷穿過閥14之流動之一表面102a之該隔膜。表面102a因此為一濕潤表面，此意謂表面102a曝露於流動穿過閥總成14之工作流體。偏置部件104在一實施例中可為一第二圓頂形隔膜。在一例示性實施例中，隔膜102之一中心部分106(在本文中亦被稱為一中心區域)可藉由(例如)呈一焊接108之形式之一附接而附接至偏置部件104。在該例示性實施例中，第一隔膜102及呈一第二圓頂形隔膜之形式之偏置部件104可堆疊或嵌套在一起或以其他方式方便地配置以便容許將焊接108提供於第一隔膜102之該中心部分106處。

因此，隔膜總成100在一實施例中較佳為兩個或兩個以上圓頂形隔膜之一堆疊，其中各隔膜具有自第一隔膜102之一幾何中心點112徑向延伸至一較佳平坦周邊邊緣114(在圖3中針對隔膜102指示為114a且針對偏置部件104指示為114b)之一主圓頂形部分110(針對隔膜102指示為110a且針對偏置部件104指示為110b)。該邊緣114不必為平坦的且較佳可但不必在圓周上為一圓。各邊緣114提供用於將各自隔膜102、104夾持於閥蓋凸緣40與閥體夾持表面50之間之一穩定表面。可視需要取決於用於將隔膜緊固至閥體以形成一本體密封件之夾持配置之類型而使用其他邊緣幾何形狀。例如，邊緣114a及邊緣114b可彎曲在一邊角上方或可不僅彼此焊接而且可焊接至夾持表面之一或多者。圓頂形部分110a及110b可但不一定在形式上為球形，但可替代性地為包括兩個或兩個以上半徑之一彎曲表面。

隔膜102之中心部分106較佳為涵蓋隔膜102之幾何中心點112之一表面區域。較佳地，焊接108(或其他合適附接技術)定位於一中心部分106內，該中心部分106近似具有隔膜102之直徑之10%之一直徑且其內包含幾何中心點112。此有助於確保焊接108不會定位於在隔膜102及偏置部件104之偏轉期間經受升高之剪切應力之一區域上方。儘管較佳在此中心部分106(且因此靠近中心點112)且更佳在中心點112處將隔膜102與偏置部件104焊接在一起，然此可能並非總是需要且可視需要使用除可視為一「中心」部分106，或涵蓋隔膜102之一中心點112或在隔膜102之該中心點112處之位置以外之其他焊接部位。因為經附接之偏置部件104之效應係產生在圓頂隔膜102返回至自然未受應力狀態時作為該圓頂隔膜102之固有提升力的補充之一提升力，故諸如焊接108之附接可能經歷剪切應力。因此，較佳但非必要係，將附接(例如，焊接108)設計為耐受藉由偏置部件104之提升力引發之應力而不損及焊接108之足夠尺寸、深度及強度；但亦較佳係具有儘可能小以便減小藉由隔膜102及偏置部件104之撓曲引發之應力之焊接108。亦較佳係使尤其在隔膜102之濕潤表面102a上由焊接程序引起之熱影響區最小化。

亦較佳但非必要係，在將一焊接用於附接時，焊接108幾何形狀呈經完全填充之一圓形焊接之形式。然而，替代性地，焊接108幾何形狀可呈一環形或圓環之形式，如下文進一步說明。

作為一焊接的較佳使用之替代，偏置部件104可視需要藉由其他技術附接至隔膜102，該等其他技術包含(但不限於)一黏著劑、一硬焊連接、一機械連接(例如，一螺紋式或按扣式連接)、互鎖表面等。

焊接108較佳被安置於隔膜102圓頂形部分110a之頂點(其可對應於隔膜102之幾何中心點112)處，該頂點係在隔膜102之撓曲期間隔膜102與偏置部件104之間的減小之剪切應力之一區域或節點。

圖5A至圖5D繪示可用於將隔膜102與偏置部件104附接在一起之焊接108之以放大剖面展示之焊接件類型之實例。在所展示之各項實施例中，焊接108較佳至少穿透至隔膜102之中心線116以提供焊接108在隔膜衝程期間抵抗作用於該焊接108上之應力之固持強度。較佳係焊接108之焊池穿透至隔膜102中但並未完全穿過隔膜102。然而，在一些應用中，可接受係使焊接108穿透過隔膜102。可使用許多不同焊接技術，包含(但不限於)雷射焊接、電子束焊接、單點穿透焊接、電阻點焊接、圓形掃描束焊接等。一電阻焊接並非一穿透焊接，而是形成於兩個焊接部件(在此情況中，隔膜102與偏置部件104)之間的介面處。自該介面，焊接接著延伸至隔膜102及偏置部件104中，使得存在對隔膜102之濕潤表面102a的最小破壞或無破壞。

如本文中所教示之焊接隔膜概念尤其有利於簡單更換現有隔膜閥(庫存或現場中之隔膜閥)中之預安裝隔膜。此益處源自以下事實：隔膜總成100可經構形以具有與先前隔膜或隔膜堆疊相同之幾何形狀以用於就地更換。

吾等已發現在移除致動器力且隔膜圓頂形部分110a返回至自然未受應力狀態時，焊接108的使用顯著增加隔膜102之固有提升力。由偏置部件104提供之此增加提升力在曝露於真空或負壓之隔膜閥中尤其但不唯一地有益，該真空或負壓可以其他方式趨於將隔膜102固抵於閥座28且可能引起隔膜102歸因於一些流體之化學性質或其他原因而黏抵於閥座28。

圖6係在隔膜102之中心點112處之以磅為單位之隔膜提升力對隔膜衝程之一例示性曲線圖。此曲線圖比較一傳統的先前技術單一圓頂形隔膜與根據本文中之教示之具有焊接在一起之一隔膜102及偏置部件104之一焊接隔膜總成100。此曲線圖明顯展示在本發明中心焊接之兩個堆疊隔膜(曲線A)與傳統單一隔膜(曲線B)之間的提升力之增大。

例如，藉由定位焊(tack-welding)將多個隔膜熔合或焊接在一起增大有效開啟力。將熔合點置於一策略性位置中(諸如在隔膜之中心點處之一節點處或涵蓋該節點)趨於使熔合總成100中之應力集中點(stress riser)最小化，使得可維持循環壽命及隔膜衝程。

將定位焊置於隔膜圓頂形部分110a之中心部分106中(例如，在偏轉隔膜102之一低應力節點處)可用於維持與閥座28之密封能力且對隔膜102之循環壽命具有最小影響。此亦使隔膜總成100成為更容易為了原始建置及先前所安裝隔膜之改裝/更換兩者而以一防錯方式安裝之一單一單元。

中心定位焊之多隔膜堆疊概念可使用一圓形焊接路徑以獲得更高焊接強度(參見圖4及圖5D中之一例示性剖面)。在此情況中，焊接強度受焊接之寬度影響。在二維圓形焊接中，此相當於圓之面積；圓愈大，焊接介面之面積愈大，導致一較強焊接。獲得像這樣的較大焊接之一方法將係增加焊接設備之焊點尺寸。取決於所使用之焊接程序，此將導致焊接功率之一增加以達到實現一焊接所需之功率密度。

除了藉由圓形焊接路徑遞送之一整體較低焊接功率之外，亦可仔細控制焊接之穿透深度。在雷射或電子束焊機之情況中，一點焊之穿透分佈取決於遞送至焊接之功率以及波束之功率分佈。藉由使用圓形焊接路徑來代替一單一焊點(參見作為一實例之圖5D)，獨立於焊接之整體形狀及介面區域來判定焊接穿透。此實現對於適當焊接穿透之控制，較佳以便不使隔膜102之濕潤表面102a穿孔以及達成提供應用所需之強度之一合適焊接區域。

一單一隔膜看似可代替性地與相較於傳統隔膜具有一較厚剖面之一圓頂形部分一起使用。此亦將提供一固有較大彈簧力或提升力。然而，類似直徑及圓頂高度之較厚隔膜將展現相對於一傳統較薄隔膜之大得多的彎曲應力。此較高應力可導致永久變形且因此衝程損耗或較低疲勞壽命。本文中之發明概念及教示避免將由提供一較厚隔膜而引起之問題。

圖7至圖8繪示用於額外增大一圓頂形隔膜之提升力之額外替代實施例。在此等實施例中，為提供在釋放致動器力之後協助使隔膜返回至其未受應力自然圓頂形形狀之額外彈簧力，隔膜自身可包含一傳統平滑圓頂形隔膜之結構修改或一傳統平滑圓頂形隔膜可具有額外結構提升力部件或裝置。

在圖7實施例中，一隔膜120較佳為在平面圖中為圓形之一圓頂形隔膜，其中該隔膜具有自隔膜120之一中心點124徑向向外延伸至一較佳平坦化周邊邊緣126之一圓頂形部分122。該邊緣126無需為平坦的且較佳為平面圖中之一圓。邊緣126提供一穩定表面，該穩定表面用於將隔膜120夾持於閥蓋凸緣40與閥體夾持表面50之間(針對圖1之例示性閥實施例)。可視需要取決於用於將隔膜緊固至閥體以形成如上文所提及之一本體密封件之夾持配置之類型而使用其他邊緣幾何形狀。圓頂形部分122可但不一定在形式上為球形但替代性地可為由兩個或兩個以上半徑形成之一彎曲表面。

在一項實施例中，隔膜120之一表面128(在所繪示之實施例中為凸的上部或非濕潤表面)經蝕刻或以其他方式刻劃或修改以提供一結構以相較於無該結構之一隔膜增大隔膜之提升力。例如，可提供增加圓頂形部分122之撓曲之呈複數個經蝕刻區段130(為清楚起見，未用指引線標註所有區段130)之形式之一結構。此外，表面128之部分未被蝕刻以(例如)提供未蝕刻肋部132，該等未蝕刻肋部132較佳自圓頂形部分122之一中心部分134徑向向外延伸。此等未蝕刻肋部132將展現不同於經蝕刻肋部之一可撓性且因此引入可用於增大隔膜120之固有提升力之一彈簧力。替代性地，蝕刻可施加至圓頂形部分122之底側上之凹濕潤表面，此有效引入一彈簧力，該彈簧力起作用以將圓頂形部分122推回至其未受應力自然圓頂形形狀。

在圖8實施例中，一隔膜140較佳為在平面圖中為圓形之一圓頂形隔膜，其中隔膜層具有一主圓頂形部分142，該主圓頂形部分142自隔膜140之一中心點144徑向向外延伸至一較佳平坦化周邊邊緣146。該邊緣146無需為平坦的且較佳在平面圖中為圓形。邊緣146提供一穩定表面，該穩定表面用於將隔膜140夾持於閥蓋凸緣40與閥體夾持表面50之間(針對圖1之例示性閥實施例)。可視需要取決於用於將隔膜緊固至閥體以形成如上文所提及之一本體密封件之夾持配置之類型而使用其他邊緣幾何形狀。圓頂形部分142可但不一定在形式上為球形但替代性地可為由兩個或兩個以上半徑形成之一彎曲表面。

呈一分離材料帶148之形式之一偏置部件覆蓋圓頂形部分142之一凸的非濕潤表面150，且較佳但不一定附接至圓頂形部分142。例如，帶148可為與隔膜140類似或相同之材料或與隔膜140不同之材料且在帶彈簧之性質中提供一增加之剛度，該剛度提供作為隔膜140之固有提升力的補充之一提升力。例如，帶148可為比用於隔膜140之材料件更厚之一材料件，其中藉由隔膜之衝程所需之彈簧力或提升力之量來判定增加之厚度。替代性地，帶或帶彈簧148可提供於圓頂形部分142之凹的濕潤底側表面上。用於將帶彈簧148附接至隔膜140之一例示性及較佳技術係在圓頂形部分142之一中心部分154中之一點焊 152但可視需要替代性地使用其他附接位置。帶彈簧148之其餘部分無需但可附接至隔膜表面。帶彈簧148較佳向外延伸至隔膜邊緣146，且如上文所描述用該隔膜邊緣146夾持於閥體與閥蓋之間。

在圖9A及圖9B替代實施例中，圖9A係一隔膜總成160之一分解透視圖且圖9B係一隔膜總成160之一透視圖。該隔膜總成160可包含一傳統隔膜162，該傳統隔膜162較佳為具有一主圓頂形部分164之一圓頂形隔膜，該主圓頂形部分164自隔膜162之一中心點166徑向向外延伸至一較佳平坦化周邊邊緣168。又，該邊緣168無需為平坦的。隔膜在平面圖中可且較佳為圓形。圓頂形部分164可但不一定在形式上為球形但替代性地可為由兩個或兩個以上半徑形成之一彎曲表面。

一較佳但不一定圓形平坦盤形彈簧170可由具有經蝕刻或切割之各種部分之一薄的材料薄片形成，使得其餘形式提供一系列區段或支腿172，該等區段或支腿172容許一中心體174用一所產生的經引發彈簧力上下撓曲。一選用環形間隔件176可被安置於盤形彈簧170與隔膜162之濕潤側178之間。較佳地，間隔件176及盤形彈簧170具有與隔膜162相同之外直徑。用於將盤形彈簧170附接至隔膜162之一例示性及較佳技術係至圓頂形部分164之一中心部分182之一點焊180但可視需要替代性地使用其他附接位置。圖9B展示經完成及焊接之隔膜總成160。間隔件176係較佳環形，具有與邊緣168之寬度相當或相同之一徑向寬度184。間隔件176因此呈現一敞開中心區域186，該敞開中心區域186容許可撓性支腿172在致動器施加力至盤形彈簧170及隔膜162時移位或偏轉。盤形彈簧170因此施加作為隔膜162之固有提升力的補充之一提升力。當移除致動器力時(例如，一閥開啟狀態)，間隔件176較佳容許盤形彈簧170返回至一平坦或未受應力狀態。此在圓頂形部分164在致動器力被移除之情況下亦處於一未受應力狀態中時較佳減小或防止施加至圓頂形部分164之一向下偏置。在一項實施例中，間隔件176可經設定尺寸以具有與圓頂形部分164之高度相同或幾乎相同之一高度。盤形彈簧170及間隔件176可替代性地提供於隔膜162之濕潤側上。

亦提供一種用以增大用於一隔膜閥中之一隔膜之提升力之方法。在一項實施例中，該方法包含提供一隔膜及將一偏置部件附接至該隔膜之一中心區域。在一較佳實施例中，將偏置部件焊接至隔膜。在另一實施例中，在隔膜之包含該隔膜之一幾何中心點之一區域中形成焊接件。

本發明旨在不限於所揭示之用於執行本發明之特定實施例，而是本發明將包含落在隨附申請專利範圍之範疇內之全部實施例。