TWI416026B - 焊接隔膜閥 - Google Patents

Description

焊接隔膜閥

本發明主要係關於閥門，且更具體而言係關於具有焊接元件之隔膜閥。

在半導體行業中使用各種類型之閥門來運送流體，包括具有高度腐蝕性之流體。使該等閥門不會在流體流動路線中造成靜止或停滯點甚為重要，其流體靜止之現象將導致流體停滯以及品質下降、或者可能會留置固體物質而造成流體之污染。此外，由於在半導體行業中常常使用具有高度腐蝕性之流體，因而使潛在洩漏來源或密封處之數量保持一最少值甚為重要。

該等閥門必須由能高度抵抗腐蝕性流體之材料製成。一般應避免接觸金屬部件。接觸該等流體之元件通常由含氟聚合物形成，例如由過氟烷氧基(Perfluoroalkoxy，PFA)、聚二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)、或聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)形成。

先前閥門設計之缺點在於，有時會在隔膜總成與閥體之介面之間、或者在閥體或閥室元件之介面間出現流體洩漏點。由於在半導體行業中所用之流體往往具有高度腐蝕性，因而流體洩漏可導致周圍製程線上之設備損壞及/或降低製程之效率，此可增加半導體製造成本。

因此，產業界仍存在針對用於半導體製造中能減小及/或消除流體潛在洩漏之閥門之一需求。

根據本發明，提供一種閥門，其能滿足產業中對減小及/或消除在半導體製造中所用流體之潛在洩漏的需要。在一實施例中，提供一種閥門，其包含一閥體、一隔膜總成及一致動器總成，該致動器總成具有使致動器與周圍大氣相隔離之一殼體。在某些實施例中，該隔膜總成焊接至閥體，以減小及/或消除隔膜總成周圍之流體洩漏。另外或可替代者為，可將致動器總成之殼體焊接至閥體上以減小流體洩漏。在某些實施例中，可使用超音波焊接技術來形成該等閥門。

相應地，該閥門之一實施例包含：一閥體，其界定一入口通道、一出口通道、及一流體室。該流體室具有一內壁及一開口側。入口通道及出口通道於內壁中形成一開口，以使入口通道、出口通道及流體室可相互流體連通。一閥座部分環繞流體室中之入口通道開口。一隔膜總成定位成密封地封閉流體室之開口側。該隔膜具有面朝流體室之一閥門部分，並可選擇性地定位於至少一閥門關閉位置與一閥門開啟位置上，在該閥門關閉位置上，該閥門部分與該閥座部分密封地嚙合，以阻擋流體流過閥門，而在該閥門開啟位置上，該閥門部分與該閥座間隔開，以使流體能夠流過閥門。

在一態樣中，提供一種隔膜閥，其包含：一閥體，其界定一入口通道、一出口通道、及一流體室，該流體室具有一內壁及一開口側。各該入口通道及出口通道於內壁中形成一開口，以使入口通道、出口通道及流體室可相互流體連通。該閥門可更包含：一閥座部分，其環繞流體室中之入口通道開口；及一撓性隔膜總成，其具有面朝流體室之一閥門部分。該撓性隔膜總成可選擇性地於至少一閥門關閉位置與一閥門開啟位置之間移位，在該閥門關閉位置上，該閥門部分與該閥座部分密封地嚙合，以阻擋流體流過閥門，而在該閥門開啟位置上，該閥門部分與該閥座間隔開，以使流體能夠流過閥門。一致動器總成可以可操作方式耦接撓性隔膜總成，以將撓性隔膜總成選擇性地定位於各該閥門開啟位置與閥門關閉位置上。該隔膜總成焊接至閥體上以防止在隔膜總成周圍出現流體洩漏。在某些實施例中，使用超音波焊接將隔膜總成焊接至閥體上。

在另一態樣中，本發明可包含藉由一種方法製成之一隔膜閥，該方法包含：提供一閥體，其界定一入口通道、一出口通道、及具有一內壁及一開口側之一流體室，各該入口通道及出口通道於內壁中形成一開口，以使入口通道、出口通道及流體室可彼此流體連通，該閥體可更包含環繞流體室中入口通道開口之一閥座部分；形成一隔膜總成，以用於密封地封閉流體室之開口側，該隔膜總成具有面朝流體室之一閥門部分。該撓性隔膜總成可選擇性地定位於至少一閥門關閉位置與一閥門開啟位置上，在該閥門關閉位置上，閥門部分與閥座部分密封地嚙合，以阻擋流體流過閥門，而在該閥門開啟位置上，閥門部分與閥座間隔開，以使流體能夠流過閥門。該方法更包含將隔膜總成藉超音波焊接至閥體上，以減小隔膜總成周圍之流體洩漏。

一閥門10大體包含一閥體12、一隔膜總成14、及一致動器總成16。閥體12具有一中央部分18，其帶有一對凸出之螺紋接管20、22。一入口通道24自螺紋接管20延伸入中央部分18內、向上轉向並終止於一流體室26中。一閥座28環繞入口通道24在流體室26中之終止點。一出口通道30自流體室26延伸穿過中央部分18及螺紋接管22。各該螺紋接管20、22具有一帶螺紋區域38，以用於容納一帶螺紋壓縮式管接頭套管40，藉以使閥門10可附連至管道或管(未顯示)上。或者，當可使用任一其他類型之管接頭或接頭將管道或管連接至閥門10，包括擴口式接頭、直螺紋接頭、或焊接。

隔膜總成14包含一主隔膜總成42及一隔膜定位圈44。一般而言，任何可調節流過閥體12之流體流量之隔膜總成皆可用於閥門10中。舉例而言，適宜之隔膜總成闡述於美國專利申請案第10/866,938號及名稱為「三通塑膠閥門(Three－Way Plastic Valve)」之美國專利第6,575,187號中，二者皆併入本文中做為參考。

主隔膜總成42可形成為一整體件，且大體包含與隔膜66相耦合之中央閥門部件62與周緣環64。中央閥門部件62界定用於嚙合閥座28之閥面68，以在閥門處於關閉位置時隔絕流體流動。中央閥門部件62亦界定面朝上之帶螺紋凹槽70。

隔膜定位圈44大體包含一件式主體部分72，其界定中央孔74及面朝外之凸肩76。凸肩76界定周緣槽78。

在某些實施例中，如在第3a圖中所示，隔膜總成14焊接至閥體12，以形成一結合面或一焊縫200，其可減少及/或消除隔膜總成14周圍之流體洩漏。在某些實施例中，隔膜總成14及閥體12可由PFA或PFA複合材料製成，因而焊縫200將一PFA或PFA複合材料表面結合至一第二PFA或PFA複合材料表面。隔膜總成14可藉由任意適當之技術焊接至閥體12，例如包括超音波焊接、摩擦焊接、振動焊接、熱焊接、熔化焊接、及其組合。使用紅外線熱量之聚合物結合係闡述於發明名稱為「含氟聚合物管道及管接頭之焊接(Welding Fluoropolymer Pipe and Fittings)」之美國專利第4,929,293號中，藉此併入本文中做為參考。

如上文所述，在某些實施例中，可藉由超音波焊接將隔膜總成14焊接至閥體12上。一般而言，超音波焊接涉及使用機械振動來形成一接合面或焊縫。在某些超音波焊接製程中，將各待焊接元件一同固定於一振蕩喇叭與一固定之砧座之間，並經受與接觸區域垂直之振動。藉由使高頻應力交替變化，可在接合介面處產生熱量，藉以形成一適宜之焊縫。具代表性地，振動係高頻的，例如自約10 kHz至約70 kHz。在其他實施例中，頻率可自約20 kHz至約40 kHz。對聚合物之超音波焊接闡述於發明名稱為「帶有壓敏電路斷續器且防洩漏及破裂、以超音波焊接、聚合物囊封之電容器(Leak－Tight and Rupture Proof,Ultrasonically Welded,Polymer－Encased Electrical Capacitor With Pressure Sensitive Circuit Interrupter)」之美國專利第5,381,301號及發明名稱為「含焊接部分之熱塑性結構件(Thermoplastic Structural Piece Containing Welded Portion)」之美國專利第6,676,781號中，二者皆併入本文中做為參考。

致動器總成16用以使中央閥門部件62選擇性地移位，以調節流過閥門10之流體流量。致動器總成16大體包含致動器外殼114，其較佳由含氟聚合物製成，例如，舉例而言，由PVDF、PFA、PTFE、或其組合製成。致動器總成16通常更包含活塞106、彈簧包裝108、及密封圈110、111、112、113。活塞106可滑動地設置於外殼114中，且一般包含藉由連接板部122相連之桿部118及裙部120。

桿部118具有自底端123a伸出之帶螺紋凸起123。凸起123係容納於帶螺紋凹槽70中，以將桿部118耦合至中央閥門部件62。桿部118係可滑動地容納於隔膜定位圈44之中央孔74內。桿部118更界定周緣槽123b，以用於容納密封圈113。

裙部120界定周緣槽130，以用於容納密封圈110，其與閥室114之一內壁132形成一滑動密封。活塞106較佳地界定朝上之杯形凹槽134。彈簧包裝108配合於凹槽134內，並壓抵凹槽134之內表面及外殼114之內壁132，藉以對活塞106及隔膜總成14施加一向下之偏置力。

外殼114在頂壁146中界定孔145。活塞106之桿部118貫穿孔145並在孔145內滑動。密封圈112裝套於桿部118上並容納於周緣槽147中。密封圈112用以防止經由孔145及在桿部118周圍出現洩漏。可使一電動或手動致動裝置(未顯示)與桿部118相嚙合，以使活塞106能夠在外殼114內選擇性地運動。在某些實施例中，致動器外殼114包含入口150及152。一般而言，入口150及152各包含具有孔之一主體，該孔可提供一流動路徑以使氣體經由致動器外殼114側面中之開口進入致動器外殼114之內部區域。閥門154可設置於致動器外殼114之開口中，以調節流入及流出致動器外殼114內部區域之氣體流量。在該等實施例中，可使用氣體來移動致動器總成16。

如在第3b圖中所示，在某些實施例中，致動器外殼114可焊接至閥體12，以形成一結合面或焊縫202，此可減少及/或消除洩漏出閥門10之流體。在某些實施例中，致動器外殼114及閥體12可由PVDF或PVDF複合材料製成，且因而該焊縫可將一PVDF或PVDF複合材料表面結合至一第二PVDF或PVDF複合材料表面。在某些實施例中，焊縫202可藉由超音波焊接形成。其他適宜之焊接技術已揭示於上文中。

在運作中，彈簧包裝108於閥門關閉位置向下偏置活塞106及隔膜總成14，從而使閥門部件62與閥座28密封地嚙合，藉以關閉斷開流過閥門10之流體流。可隨後使活塞106選擇性地向上移位，反抗彈簧包裝108之偏置力，從而將閥門部件62移動至遠離閥座28之一閥門開啟位置，藉以使流體能夠流經入口通道24、流體室26及出口通道30。因此，隔膜總成14及閥門部件62可選擇性地定位於一閥門開啟位置或一閥門關閉位置上。

上述各實施例旨在作為例示性而非限定性實施例。其他實施例亦屬於申請專利範圍之範疇。儘管上文係參照特定實施例來說明本發明，然而，熟知此項技術者可了解於不脫離本發明之精神及範圍內於形式及細節上作出各種改動。

10．．．閥門

12．．．閥體

14．．．隔膜總成

16．．．致動器總成

18．．．中央部分

20．．．螺紋接管

22．．．螺紋接管

24．．．入口通道

26．．．流體室

28．．．閥座

30．．．出口通道

38．．．帶螺紋區域

40．．．帶螺紋壓縮式管接頭套管

42．．．主隔膜總成

44．．．隔膜定位圈

62．．．中央閥門部件

64．．．周緣環

66．．．隔膜

68．．．閥面

70．．．帶螺紋凹槽

72．．．整體式主體部分

74．．．中央孔

76．．．凸肩

78．．．周緣槽

106．．．活塞

108．．．彈簧包裝

110．．．密封圈

111．．．密封圈

112．．．密封圈

113．．．密封圈

114．．．致動器外殼

118．．．桿部

120．．．裙部

122．．．連接板部

123．．．帶螺紋凸起

123a．．．底端

123b．．．周緣槽

130．．．周緣槽

132．．．內壁

134．．．凹槽

145．．．孔

146．．．頂壁

147．．．周緣槽

150．．．入口

152．．．入口

154．．．閥門

200．．．焊縫

202．．．焊縫

第1圖係為本發明隔膜閥之俯視圖；第2圖係為第1圖所示閥門沿第1圖中之A－A線剖切之剖面圖；第3圖係為第1圖所示閥門沿第1圖中之B－B線剖切之剖面圖；第3a圖係為在第3圖中插圖3a內所表示區域之局部放大圖；第3b圖係為在第3圖中插圖3b內所表示區域之局部放大圖；以及第4圖係為第1圖所示閥門之立體圖。

12．．．閥體

14．．．隔膜總成

16．．．致動器總成

18．．．中央部分

20．．．螺紋接管

22．．．螺紋接管

24．．．入口通道

26．．．流體室

28．．．閥座

30．．．出口通道

38．．．帶螺紋區域

40．．．帶螺紋壓縮式管接頭套管

42．．．主隔膜總成

44．．．隔膜定位圈

62．．．中央閥門部件

64．．．周緣環

66．．．隔膜

68．．．閥面

70．．．帶螺紋凹槽

72．．．整體式主體部分

74．．．中央孔

76．．．凸肩

106．．．活塞

108．．．彈簧包裝

110．．．密封圈

111．．．密封圈

112．．．密封圈

113．．．密封圈

114．．．致動器外殼

134．．．凹槽

147．．．周緣槽

Claims (17)

1. 一種隔膜閥，其包含：一閥體，以界定具有一閥座之一流體流動通道；一隔膜總成，其包括藉由一撓性隔膜部分耦接之一閥門部件與一周緣密封部分，其中該周緣密封部分焊接至該閥體，以使該隔膜總成以可操作方式密封地附連至該閥體，且其中該閥門部件可於一第一位置與一第二位置之間選擇性地移位，在該第一位置上，該閥門部件與該閥座嚙合，以阻擋流體流過該流體流動通道，而在該第二位置上，該閥門部件與該閥座分離，以使流體能夠流過該流體流動通道；及一致動器總成，其以可操作方式耦接該隔膜總成，以使該閥門部件於該第一位置與該第二位置之間選擇性地移位；其中，該致動器總成包括一致動器外殼，且該致動器外殼藉由將一PVDF表面黏合至一第二PVDF表面而焊接至該閥體。
2. 如請求項1所述之隔膜閥，其中該周緣密封部分藉由如下方式焊接至該閥體：將一PFA表面黏合至一第二PFA表面、超音波焊接、摩擦焊接、振動焊接、熱焊接、或其任一組合。
3. 如請求項1所述之隔膜閥，其中該流體流動通道包含一入口部分、包含與該入口部分流體連通之一流體室之一中央部分、及與該中央部分流體連通之一出口部分。
4. 如請求項3所述之隔膜閥，其中該閥體於其一外表面中界定一凹槽，該凹槽具有一壁面並提供一周緣，其中該隔膜總成之該周緣密封部分焊接於該凹槽之周緣周圍，且其中由該凹槽之壁面及該隔膜總成界定該流體流動通道之中央部分。
5. 如請求項4所述之隔膜閥，其中該閥座界定於該凹槽之壁面中。
6. 如請求項1所述之隔膜閥，其中該致動器外殼藉由如下方式焊 接至該閥體：超音波焊接、摩擦焊接、振動焊接、熱焊接、或其任一組合。
7. 如請求項1所述之隔膜閥，其中該致動器總成包含：一活塞，其以可滑動方式設置於該致動器外殼中，該活塞以可操作方式耦接該隔膜總成；及一彈簧包裝，該彈簧包裝以使該活塞相對於該致動器外殼及閥體偏斜之方式安排。
8. 如請求項7所述之隔膜閥，其中偏斜該活塞，以使該閥門部件朝該閥門關閉位置偏斜。
9. 一種隔膜閥，其包含：一閥體，以界定具有一閥座之一流體流動通道；一隔膜總成，其包括藉由一撓性隔膜部分耦接之一閥門部件與一周緣密封部分，其中該周緣密封部分焊接至該閥體，以使該隔膜總成以可操作方式密封地附連至該閥體，且其中該閥門部件可於一第一位置與一第二位置之間選擇性地移位，在該第一位置上，該閥門部件與該閥座嚙合，以阻擋流體流過該流體流動通道，而在該第二位置上，該閥門部件與該閥座分離以使流體能夠流過該流體流動通道；及用於使該閥門部件於該第一位置與該第二位置之間選擇性地移位之一裝置，該裝置包含具有一致動器外殼之一致動器總成；其中，該致動器外殼藉由將一PVDF表面黏合至一第二PVDF表面而焊接至該閥體。
10. 如請求項9所述之隔膜閥，其中該周緣密封部分藉由如下方式焊接至該閥體：將一PFA表面黏合至一第二PFA表面、超音波焊接、摩擦焊接、振動焊接、熱焊接、或其任一組合。
11. 如請求項9所述之隔膜閥，其中該流體流動通道包含一入口部分、包含與該入口部分流體連通之一流體室之一中央部分、及 與該中央部分流體連通之一出口部分。
12. 如請求項11所述之隔膜閥，其中該閥體於其一外表面中界定一凹槽，該凹槽具有一壁面並提供一周緣，其中該隔膜總成之該周緣密封部分焊接於該凹槽之周緣周圍，且其中由該凹槽之壁面及該隔膜總成界定該流體流動通道之中央部分。
13. 如請求項12所述之隔膜閥，其中該閥座界定於該凹槽之壁面中。
14. 如請求項9所述之隔膜閥，其中該致動器外殼藉由如下方式焊接至該閥體：超音波焊接、摩擦焊接、振動焊接、熱焊接、或其任一組合。
15. 如請求項9所述之隔膜閥，其中該致動器總成包含：一活塞，其以可滑動方式設置於該致動器外殼中，該活塞以可操作方式耦接該隔膜總成；及一彈簧包裝，該彈簧包裝以使該活塞相對於該致動器外殼及閥體偏斜之方式安排。
16. 如請求項15所述之隔膜閥，其中偏斜該活塞，以使該閥門部件朝該閥門關閉位置偏斜。
17. 一種製造一隔膜閥之方法，其包含：提供一閥體，其界定一入口通道、一出口通道、及具有一內壁及一開口側之一流體室，各該入口通道及該出口通道於該內壁中形成一開口，以使該入口通道、該出口通道及該流體室相互流體連通，該閥體更包括環繞該流體室中該入口通道開口之一閥座部分；形成一撓性隔膜總成，其具有一閥門部件部分及一撓性隔膜部分；將該撓性隔膜總成焊接於該流體室之該開口側上面，使該閥門部件部分面朝該流體室內，且其中該撓性隔膜總成可選擇 性地定位於至少一閥門關閉位置與一閥門開啟位置上，在該閥門關閉位置上，該閥門部件部分與該閥座部分密封地嚙合，以阻擋流體流過該閥門，而在該閥門開啟位置上，該閥門部件部分與該閥座間隔開，以使流體能夠流過該閥門；提供一致動器總成，其包含一致動器外殼；及將該致動器外殼焊接至該閥體。