專利名稱：焊接式隔膜閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及閥，并且更特定地，涉及具有焊接式組件的隔膜閥。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體行業(yè)中，使用各種類型的閥來輸送包括強腐蝕性流體在內(nèi)的流體。 確保在流體流動過程中這些閥不會產(chǎn)生靜止區(qū)或死區(qū)非常重要，因為靜止區(qū)或 死區(qū)可導(dǎo)致流體停滯和降解，其也可沉積固體而污染流體。此外，由于半導(dǎo)體 行業(yè)通常采用強腐蝕性流體，將潛在滲漏源或封口的數(shù)量控制到最少也極為重 要。
這些閥必須以具有較強的抗腐蝕性流體性能的材料制成。閥通常應(yīng)避免與 金屬部件相接觸。與流體接觸的組件一般由諸如過氟烷氧基(PFA)、聚偏二 氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)之類的含氟聚合物制成。
現(xiàn)有的閥設(shè)計存在這樣的弊端在隔膜裝置的接口和閥體之間，或者在閥 體組件或外殼組件的接口之間，流體有時會發(fā)生滲漏。由于半導(dǎo)體行業(yè)中使用 的流體往往是強腐蝕性的，流體滲漏可破壞周圍的生產(chǎn)線設(shè)備并且/或者降低生 產(chǎn)效率，這增加了半導(dǎo)體的制造成本。
因此，需要改進閥以減少和/或消除半導(dǎo)體生產(chǎn)中所使用流體的潛在滲漏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種閥，其針對減少和/或消除半導(dǎo)體生產(chǎn)中所使用流體的潛在 滲漏這一行業(yè)需求。在實施例中，閥包括閥體、隔膜件和致動器組件，致動器 組件的殼體將致動器與環(huán)境空氣隔離。在一些實施例中，將隔膜件焊接到閥體 以減少和/或消除在隔膜件周圍的流體滲漏。此外或作為替代，可將致動器組件 的殼體焊接到閥體以減少流體滲漏。在一些實施例中，可采用超聲波焊接技術(shù) 來構(gòu)造閥。
因此，閥實施例包括閥體，其界定了進口流道、出口流道和流體室。流體 室具有內(nèi)壁和開口側(cè)。進口流道和出口流道在內(nèi)壁中形成開口 ，使得進口流道、 出口流道和流體室互相成流體連通。閥座部圍繞流體室內(nèi)的進口流道開口。隔
膜件設(shè)置成密閉流體室的開口側(cè)，并且隔膜件被圍繞開口側(cè)延伸的連續(xù)焊縫焊 接就位。隔膜件具有一朝向流體室的閥部，隔膜件可選擇性地處于至少一個閉 閥位置和一個開閥位置。當(dāng)處于閉閥位置時，閥部與閥座部密封配合以阻止流 體流動通過閥；當(dāng)處于開閥位置時，閥部與閥座分離以使流體能夠流動通過閥。
一方面，隔膜閥包括閥體，其界定了進口流道、出口流道和具有內(nèi)壁和開 口側(cè)的流體室。進口流道和出口流道各在內(nèi)壁中形成一個開口，使得進口流道、 出口流道和流體室互相成流體連通。閥還可包括閥座部和彈性隔膜件，閥座部 圍繞流體室中的進口流道開口，彈性隔膜件具有一朝向流體室的閥部。彈性隔 膜件可選擇性地在至少一個閉閥位置和一個開閥位置之間變換。當(dāng)處于閉閥位 置時，閥部與閥座部密封配合以阻止流體流動通過閥；當(dāng)處于開闊位置時，閥 部與閥座分離以使流體能夠流動通過閥。致動器組件可與彈性隔膜件結(jié)合操 作，以選擇性地使彈性隔膜件處于開閥和閉閥位置之一。將隔膜件焊接在閥體 上形成連續(xù)焊縫，以避免在隔膜件周圍發(fā)生流體滲漏。在一些實施例中，采用 超聲波焊接技術(shù)將隔膜件焊接到閥體。
另一方面，本發(fā)明可包括制備隔膜閥的方法，該方法包括制備閥體，閥體 界定了進口流道、出口流道以及具有內(nèi)壁和開口側(cè)的流體室。進口流道和出口 流道各在內(nèi)壁中形成開口，使得進口流道、出口流道和流體室互相成流體連通。 閥體還可包括圍繞流體室內(nèi)的進口流道開口的閥座部，使隔膜件密閉流體室的 開口側(cè)。隔膜件具有一朝向流體室的閥部。彈性隔膜閥可選擇性地處于至少一 個閉閥位置和一個開閥位置。當(dāng)處于閉閥位置時，閥部與閥座部密封配合以阻 止流體流動通過閥；當(dāng)處于開閥位置時，閥部與閥座分離以使流體能夠流動通 過閥。方法還包括采用超聲波焊接技術(shù)將隔膜件焊接到閥體以減少在隔膜件周 圍的流體滲漏。


圖1是本發(fā)明的隔膜閥的俯視圖2是圖1的閥沿圖1中的A-A線的橫剖視圖3是圖1的閥沿圖1中的B-B線的橫剖視圖3a是圖3中的標(biāo)示3a處區(qū)域的局部放大圖3b是圖3中的標(biāo)示3b處區(qū)域的局部放大圖；以及
圖4是圖1的閥的立體圖。
具體實施例方式
閥10—般包括本體12、隔膜件14和致動器組件16。本體12具有中央部 18，中央部18配有一對外凸的接管20、 22。進口流道24從接管20延伸至中
央部18，向上翻轉(zhuǎn)并終止于流體室26內(nèi)。闊座28圍繞流體室26內(nèi)進口流道 24的終端。出口流道30從流體室26延伸通過中央部18和接管22。接管20、 22各具有一個用于接收螺紋壓配套管40的螺紋區(qū)域38，使得閥10可連接于 管道或管線(未示出)。作為替代，當(dāng)然可采用其它任何類型的配件或連接方 式來將管道或管線連接到閥10,包括活接頭連接、直螺紋連接或焊接。
隔膜件14包括主隔膜件42和隔膜固定器44。通常，在閥10中可采用能 對流動通過閥體12的流體進行調(diào)節(jié)的任何隔膜件。題為"三通塑料閥"的 10/886,938號美國專利申請和6,575,187號美國專利中描述了合適的隔膜件，通 過引用將兩者合并在此。
主隔膜件42可一體成型，并且通常包括由隔膜66相連接的中央閥件62 和外圍環(huán)64。中央閥件62界定了閩面68，其用于當(dāng)閥處于閉合位置時配合閥 座28以封堵流體流動。中央閥件62還界定了面朝上的螺紋凹槽70。
隔膜固定器44通常包括一體式殼體部72，其界定了中心孔74和面向外的 肩部76。肩部76界定了外圍槽78。
在一些實施例中，如圖3a所示，隔膜件14與闊體12相焊接以形成連續(xù)密 封連結(jié)縫或焊縫200，這可減少和/或消除在隔膜件14周圍的流體滲漏。優(yōu)選 地，焊縫200在主隔膜件42周圍是連續(xù)的。在一些實施例中，隔膜件14和閩 體12可以PFA或PFA合成物制成，使得焊縫200將一層PFA或PFA合成物 表面連結(jié)到第二層PFA或PFA合成物表面。可采用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)將隔膜件 14焊接到閥體12，例如超聲波焊接、摩擦焊接、振動焊接、熱焊接、熔焊接 或其任何組合等。題為"焊接含氟聚合物管道和配件"的4，929，293號美國專 利中描述了采用紅外熱連結(jié)聚合物的方式，通過引用合并在此。
如上所述，在一些實施例中，可通過超聲波焊接將隔膜件14焊接到閥體 12。通常，超聲波焊接涉及采用機械振動以形成接縫或焊縫。在一些超聲波焊 接方法中，將要焊接的組件保持一起放置在振蕩喇叭和固定砧之間，受到與接 觸區(qū)成直角的振動。通過交替的高頻壓力，接縫界面處生成熱量以產(chǎn)生合適的 焊縫。通常，振動是高頻的，諸如約10kHz至約70kHz。在其它實施例中，頻 率可為約20kHz至約40kHz。題為"具有壓敏斷路器的氣密抗裂、超聲波焊接、 填充有聚合物的電容器"的5,381,301號美國專利以及題為"包含焊接部的熱 塑性結(jié)構(gòu)件"的6,676,781號美國專利中描述了聚合物的超聲波焊接，通過引 用合并在此。
致動器組件16用來選擇性地變換中央閥件62以對流動通過閥10的流體 進行調(diào)節(jié)。致動器組件16通常包括致動器外殼114，優(yōu)選地，其由諸如PVDF、 PFA、 PTFE或其組合的含氟聚合物制成。致動器組件16通常還包括活塞106、 彈簧套件108和密封環(huán)110、 111、 112、 113?；钊?06滑動地設(shè)置于外殼114
內(nèi)，并且通常包括桿部118和裙部120，其由連接部122連接。
桿部118具有從底端123a延伸出來的螺紋凸部123。凸部123容置在螺紋 凹槽70內(nèi)以將桿部118連接到中央閥件62。桿部118可滑動地穿入隔膜固定 器44的中心孔74。桿部118還界定了用于容置密封環(huán)113的外圍槽123b。
裙部120界定了用于容置密封環(huán)110的外圍槽130，其利用外殼114的內(nèi) 壁132形成滑動密封。優(yōu)選地，活塞106界定了方向朝上的杯狀凹部134。彈 簧套件108安裝在凹部134內(nèi)，抵住凹部134的內(nèi)表面和外殼114的內(nèi)壁132， 以使活塞106和隔膜件14向下偏置。
外殼114界定了頂壁146內(nèi)的孔隙145。活塞106的桿部118延伸通過孔 隙145并在孔隙內(nèi)滑動。密封環(huán)112套住桿部118，并且其容置在外圍槽147 內(nèi)。密封環(huán)112用于防止透過孔隙145和圍繞桿部118發(fā)生滲漏。電動或手動 致動器裝置(未示出)可與桿部118配合以使活塞106能夠在外殼114內(nèi)選擇 性地運動。在一些實施例中，致動器外殼114包括進口 150和152。通常進口 150和152各包括具有孔的本體，該孔可提供流路，以使氣體經(jīng)由致動器外殼 114側(cè)部內(nèi)的開口流入致動器外殼114的內(nèi)部區(qū)域。閥154可配備在致動器外 殼114的開口內(nèi)以對流入和流出致動器外殼114內(nèi)部區(qū)域的氣體流量進行調(diào) 節(jié)。在這些實施例中，氣體可用于使致動器組件16移動。
如圖3b所示，在一些實施例中，致動器外殼114可被焊接到隔膜固定器 44以形成連續(xù)的密封接縫，或焊縫202，其可減少與/或消除流體從閥10的滲 漏。此外，優(yōu)選地，焊縫202是連續(xù)地圍繞在隔膜固定器44的外圍。在一些 實施例中，致動器外殼114和閥體12可以PVDF或PVDF合成物制成，因而 焊縫可將一層PVDF或PVDF合成物表面連結(jié)到第二層PVDF或PVDF合成物 表面。在一些實施例中，焊縫202可通過超聲波焊接形成。以上也揭示了其它 合適的焊接技術(shù)。
操作中，彈簧套件108將活塞106和隔膜件14向下偏置處于閉閥位置， 使得閥件62與閥座28密封配合，從而關(guān)閉流動通過閥10的流體?？蛇x擇性 地向上移動活塞106克服彈簧套件108的偏置，以將閥件62移動至開閥位置 而遠離閥座28，從而使流體流動通過進口流道24、流體室26和出口流道30。 因而，隔膜件14和閥件62可選擇性地位于開閥位置或閉閥位置。
上述實施例是示意性的而非限制性的。附加的實施例都在權(quán)利要求的范圍 內(nèi)。雖然參照特定實施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解可以做出更改 而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種隔膜閥，其包括閥體，所述閥體中界定了流體流道，有一閥座位于所述流體流道中；隔膜件，其包括由彈性隔膜部相連接的閥件和外圍密封部，其中所述外圍密封部焊接到所述閥體上形成連續(xù)的密封焊縫，使得隔膜件可操作地密封連接于所述閥體；并且其中所述閥件可選擇性地在第一位置和第二位置之間切換，在所述第一位置，所述閥件與所述閥座配合以阻止流體流動通過所述流體流道，在所述第二位置，所述閥件與所述閥座脫離以使流體能夠流動通過所述流體流道；以及可與所述隔膜件可操作地結(jié)合的致動器組件，其用于將所述閥件選擇性地在所述第一位置和第二位置之間切換。
2. 如權(quán)利要求1所述的隔膜閥，其中通過將一層PFA表面連結(jié)到第二層 PFA表面、超聲波焊接、摩擦焊接、振動焊接、熱焊接或其任何組合將所述外 圍密封部焊接到所述閥體。
3. 如權(quán)利要求1所述的隔膜閥，其中所述流體流道包括進口部、中央部和 出口部，所述中央部包括與所述進口部成流體連通的流體室，所述出口部與所 述中央部成流體連通。
4. 如權(quán)利要求3所述的隔膜閥，其中所述閥體在其外表面內(nèi)界定有凹部， 所述凹部具有壁面并形成外圍，其中所述隔膜件的所述外圍密封部圍繞所述凹 部的所述外圍悍接，并且其中所述流體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. 如權(quán)利要求4所述的隔膜閥，其中所述閥座界定在所述凹部的所述壁面內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求1所述的隔膜閥，其中所述致動器組件包括致動器外殼。
7. 如權(quán)利要求6所述的隔膜閥，其中通過將一層PVDF表面連結(jié)到第二層 PVDF表面、超聲波焊接、摩擦焊接、振動焊接、熱焊接或其任何組合將所述 致動器外殼焊接到所述閥體或所述隔膜件。
8. 如權(quán)利要求6所述的隔膜閥，其中所述致動器組件包括 滑動地設(shè)置于所述致動器外殼內(nèi)的活塞，所述活塞可操作地與所述隔膜件結(jié)合；以及彈簧套件，所述彈簧套件設(shè)置成將所述活塞相對于所述致動器外殼和閥體 偏置。
9. 如權(quán)利要求8所述的隔膜閥，其中所述活塞偏置，使得所述閥件朝向閉閥位置偏置。
10. —種隔膜閥，其包括閥體，其界定了流體流道，有一閥座位于所述流道中；隔膜件，其包括由彈性隔膜部相連接的閥件和外圍密封部，其中所述外圍 密封部焊接到所述閥體使得所述隔膜件可操作地密封連接于所述閥體，并且其 中所述闊件可選擇性地在第一位置和第二位置之間切換，在所述第一位置，所 述閥件與所述閥座配合以阻止流體流動通過所述流體流道，在所述第二位置， 所述閥件與所述閥座脫離以使流體流動通過所述流體流道；以及用于選擇性地在所述第一位置和第二位置之間切換所述閥件的裝置。
11. 如權(quán)利要求10所述的隔膜閥，其中通過將一層PFA表面連結(jié)到第二 層PFA表面、超聲波焊接、摩擦焊接、振動焊接、熱焊接或其任何組合將所述 外圍密封部焊接到所述閥體。
12. 如權(quán)利要求IO所述的隔膜閥，其中所述流體流道包括進口部、中央部和出口部，所述中央部包括與所述進口部成流體連通的流體室，所述出口部與 所述中央部成流體連通。
13. 如權(quán)利要求12所述的隔膜閥，其中所述閥體在外表面內(nèi)界定有凹部，所述凹部具有壁面并形成外圍，其中所述隔膜件的所述外圍密封部圍繞所述凹 部的所述外圍焊接，并且其中所述流體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. 如權(quán)利要求13所述的隔膜閥，其中所述閥座界定在所述凹部的所述壁 面內(nèi)。
15. 如權(quán)利要求IO所述的隔膜閥，其中所述用于選擇性地在所述第一和第 二位置之間切換所述閥件的裝置包括具有致動器外殼的致動器組件。
16. 如權(quán)利要求15所述的隔膜閥，其中通過將一層PVDF表面連結(jié)到第二 層PVDF表面、超聲波焊接、摩擦焊接、振動焊接、熱焊接或其任何組合將所 述致動器外殼焊接到所述閥體或所述隔膜件。
17. 如權(quán)利要求15所述的隔膜閥，其中所述致動器組件包括 滑動地設(shè)置于所述致動器外殼內(nèi)的活塞，所述活塞可操作地與所述隔膜件結(jié)合；以及彈簧套件，所述彈簧套件設(shè)置成使得所述活塞相對于所述致動器外殼和閥 體偏置。
18. 如權(quán)利要求17所述的隔膜閥，其中所述活塞偏置，使得所述閥件朝向 閉閥位置偏置。
19. 一種制造隔膜閥的方法，其包括提供閥體，所述閥體界定了進口流道、出口流道以及具有內(nèi)壁和開口側(cè)的 流體室，所述進口流道、出口流道各在內(nèi)壁中形成開口，使得所述進口流道、所述出口流道與所述流體室互相成流體連通；所述閥體還包括圍繞所述流體室 內(nèi)的所述進口流道開口的閥座部；形成彈性隔膜件，其包括閥件部和彈性隔膜部；以及在所述流體室的所述開口側(cè)上焊接所述彈性隔膜件，所述閥件部朝向所述 流體室內(nèi)，以及其中所述彈性隔膜件可選擇性地位于至少一個閉閥位置和一個 開閥位置；在所述閉閥位置，所述閥件部與所述閥座部密封配合以阻止流體流 動通過所述閥；在所述開閥位置，所述閥件部與所述閥座部脫離以使流體能夠 流動通過所述閥。20.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括提供包括致動器外殼的致動器組件；以及將所述致動器外殼焊接到所述閥體或所述隔膜件上。
全文摘要
一種隔膜閥，其包括閥體、隔膜件和致動器組件，該致動器組件具有殼體將致動器與環(huán)境空氣相隔離。將隔膜件焊接到閥體以減少與/或消除在隔膜件周圍的流體滲漏。此外或替代地，用于致動器組件的殼體可焊接到閥體以減少流體滲漏?？刹捎贸暡ê附蛹夹g(shù)進行焊接。
文檔編號F16K41/00GK101365904SQ200780001914
公開日2009年2月11日 申請日期2007年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月6日
發(fā)明者約翰·A·雷斯, 邁克·施萊歇爾 申請人:安格斯公司