TW200809119A - Poppet valve - Google Patents

Description

200809119 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體係關於閥門。更具體而言，本發明係關於三通提動 閥’其利用閥桿來控ΐΐ流體在一共用埠與二其他埠間之流動。· 【先前技術】

在半導體工業中使用各種類型之閥門來輸送流體，其中三通閥 係於二交替之流體源間進行切換。由於在半導體工業中常常使用 具有兩度腐蝕性之流體，因而使該等流體源路徑間之潛在洩漏路 徑之數量保持最少甚爲重要。該等閥門必須由能高度耐受腐蝕性 /’1L體之材料製成。一般應避免接觸金屬部件，接觸該等流體之組 件通¥由含氟聚合物形成，例如由全氟烷氧基（pFA )、聚偏二氟 乙烯（PVDF )、或聚四氟乙烯（pTFE )形成。 許多三通閥利用一「隔膜」在受控流體與閥門致動機構間提供 一屏障。為便於說明本申請案起見，在此將一「隔膜 薄=式撓性薄片’具有—靜止之外周緣以及在垂直於該·外周緣所 界疋平面之方向上撓曲之—中央部。該隔膜可具有同心、凹槽或摺 皺’以在撓曲時減小隔膜上之應變。在隔膜閥中所關心之問題係 為隔膜之壽命。隔職佳係為圓形形狀，以避免在撓曲過程中形 成應力集中區，且其直徑通常係三倍或更多倍於輸送管之直徑， 以在致動過程中減小隔膜上之應變。因此，隔膜閥往往相對於所 控制之流道具有較大之佔用面積。 ' 第1圖中所示的由位於Chaska，Minn之E愈gr 5製以之704型讀「堆疊閥」，其在諸多應用中優於隔膜闊 6 200809119 堆疊閥不需要使用笨重之隔膜，仍可保持氣動致動之撓曲性。由 於不存在隔膜，因而能夠達成緊密之共面式設計，藉以減小閥門 之佔用面積。然而，參見第1圖，一現有之堆疊閥總成10利用一 閥桿總成12，其具有位於套管16中之芯桿14，其中芯桿14通常 係由不銹鋼或聚醚酮（PEEK)製成，而套管16係由聚四氟乙烯 (PTFE)或能耐受所控制流體流18、20、22之某種其他材料製成。 閥桿總成12在閥體26之流道24内操作，以控制流體在一共用通 道30與二交替通道32與34間之流動。套管16係壓合至接觸元 件（element)或「提動閥芯」36及38内，該等接觸元件或「提 動閥芯」36及38安排成根據致動方向而交替地隔離該二交替通道 32或34之一，使其不與共用通道30流體連通。此外，端帽40 及42亦壓合至閥體26内，以密封堆疊閥總成10之内腔。 第1圖之設計必須依賴各種壓合組件之完整性。於套管與芯桿 間可能形成一洩漏路徑44，其中入口點位於其中一壓合接合點 處。於壓合接合點與端帽40及42處則可能分別形成其他洩漏路 徑46及48。各種壓合密封件之完整性難以在投入使用之前加以測 試。 第1圖所示構造之另一態樣係需要使用專用工具來完成壓合總 成。能以一種無需使用與壓合操作相關之專用工具及對齊程序， 即可容易地用手組裝及拆卸之閥桿總成是受期待的。 因此，需要一種三通堆疊閥，其不依靠壓合組件來容納與半導 體製程相關之腐蝕性流體，並可藉由最少數量之步驟迅速且容易 地組裝於閥體部内。 7 200809119 【發明内容】 本發明揭示一種三通閥，其具有數通道，與用於例如在半導體 處理應用中之腐蝕性流體處於一共面結構形式。此種閥門之特徵 在於一閥體及一整體式閥桿，該整體式閥桿係由含氟聚合物塑膠 材料模製而成或以其他方式形成。該閥桿具有二提動閥芯，其中 一個與閥桿一體成型，另一個在構造上則以「卡扣式」結構形式 與閥桿相配合。此種卡扣式結構無需對閥門之潤濕部進行壓合組 本發明三通閥之各實施例包含 ▼ 1 〆、丁网f 一第一閥座，其以該中央轴線為中心並朝下；一第二閥座，其定 位於該第一閥座上方，且亦以該中央軸線為中心並朝上；以及一 連接通道，其延伸於該等_間…下部_部可於第—間座下 =連接至閥體部’且-±部_部可於第二閥座上方連接至閥體

:。與該中央軸線對齊之-開孔設置於上部閥帽部中，藉以容納 體=部件。與閥體部-體成型之—共用流道係與該連接通道流 二具有第-流動軸線之第—流道係與龍部—體成型，並 與職接通道㈣連通。具有第二流 —凌道係與令央本體部一體成型 、，苐 道流體連通。且有一繼. 弟-閥座與該連接通 ，、有近^與一运端之閥桿貫穿嗲筮一叫产 通道及第二閥座，、'^閥座、連接 觸元侔/ 仏之近端連接至致動部件。-第-接 ::成型於閥桿上，且其定向能夠 二接 械配合之方式形成，…向： /央机動軸線、共用流動轴線、第一及第二流 200809119 動軸線係處於一共面結構形式。在致動部件向上運動時，會使第 一接觸元件嚙合該第一閥座，並使該第一流道與共用流道隔離而 不流體連通。而在致動部件向下運動時，則會使該第二接觸元件 嚙合該第二閥座，並使該第二流道與共用流道隔離而不流體連 通。閥桿與第一接觸元件可由同一材料製成。此外，閥桿及本體 部所用材料亦可為含氟聚合物材料。 本發明某些實施例相對於典型之隔膜型三通閥之一特徵及優點 在於：源通道與共用通道係為共面的，從而使該閥門能夠用於空 間非常寶貴之場合中。本發明在以氣動方式致動時仍具有該特徵 並提供其撓曲性。 本發明具體實施例相對於隔膜閥之又一特徵及優點在於··無需 使用隔膜來控制閥門，藉以減少組件數量、降低組裝成本、並使 閥門能夠較現有三通閥佔據較小之空間。 本發明各實施例相對於現有堆疊閥設計之另一特徵及優點係扣 合於一起之三維控制輪扉總成，使閥芯得無需使用壓配合工具便 可迅速、高效地組裝。因此，閥門之製造成本低於當前之三通閥。 本發明具體實施例之再一優點在於：閥體可模製而成而非機械 加工而成。 本發明具體實施例之次一特徵及優點在於：可迅速、容易地自 連接通道上卸下三維控制輪廓來進行更換。 與適用於半導體處理工業及適用於處理腐蝕性流體之塑膠閥門 有關之其他揭示内容可見於美國專利第5,335,696、5,279,328號、 以及美國申請案第08/843,456號，其現為美國專利第5,924,441 9 200809119 號，其皆讓與於本發明之受讓人。該二專利及該申請案於此一倂 列入參考。 【實施方式】 _ 應注意，儘管下文說明係將各組件描述為「上部」及「下部」 組件，然而，此等說明僅係相對性的；所揭示實施例既不要求具 有任何特定取向，亦不要求閥門之某一部分位於另一部分上方。

參見第2及3圖，其以直立取向之等角投影圖形式顯示根據本 ® 發明之一三通堆疊閥50之構造。三通堆疊閥50使流體在一共用 通道52與一上部通道54或一下部通道56間交替流動。通道52、 54及56可形成於一閥體58内，且上面亦可形成有螺紋60，以耦 接外部管道（未顯示）。亦可使用一覆蓋物61來覆蓋堆疊閥50之 上部工件（如下文所述）。閥體58可藉由一含氟聚合物材料經由 一射出成型及/或機加工程序製成Q 上部通道54擴展入一上部室62内，該上部室62亦形成於閥體 内之。同樣地’ 一下部通道56分叉入一下部室64内。大體以一 中央軸線68為中心之一連接通道66於上部室62與下部室64間 建立流體連通。連接通道66亦與共用通道52流體連通。 與中央軸線68對齊之一上部閥座70係位於上部室62之底部72 處，由此於上部室62與連接通道66間形成一流動過渡部。同樣 地，與中央轴線68對齊之一下部閥座74形成於下部室64之上端 76處，其於下部室64與連接通道66間形成過渡部。 第3圖所示實施例之上部室62包含一上部閥門總成78,其具有 一上部提動閥芯部80、一撓性部82及一上部閥帽部84。上部閥 200809119 門總成78亦可由所選的能耐受腐蝕性製程流體之含氟聚合物材料 製成。如在下文說.明中所證實，選擇彈性材料將存在某些優點。 上部提動閥芯部80與上部閥座70對齊，並與上部閥座70於構 造上相配合，以在上部提動閥芯部80承坐於上部閥座70上時， 將上部室62與連接通道66隔離。一致動桿或部件86連接至上部 提動閥芯部80，向上貫穿撓性部82並貫穿上部闊帽部84中之一 進入埠88。於第3圖中描繪致動部件86與上部提動閥芯部80間 之可螺合連接；然而，亦可利用熟習此項技術者所知道之任何連 接手段。第3圖之繪示圖亦將上部提動閥芯部80描繪成在上部提 動閥芯部80之一下表面94上具有一凹入容座90，其具有一開口 92。容座90係用於接納一下部閥門總成96(在下文中予以說明）。 較佳地，上部閥門總成78之各個部分80、82及84間係一體成 型，或者由一單一接續材料製成，或者熔合、膠合或以其他方式 永久性地接合於一起，以於流體流18與容納致動部件86之上部 閥門總成78之内腔間形成一不滲透性屏障。 第3圖之實施例將撓性部82繪示成具有一摺皺壁98,其使上部 提動閥芯部80能夠沿中央軸線68跟隨致動部件86。摺皺壁98 於上部閥門總成78之内腔與流體流18間提供一撓性屏障。因此， 摺皺壁98於一較小的直徑或佔用面積内提供類似於隔膜之撓性。 亦可採用撓性部82之其他構造，例如彈性套管、或一對在其間具 有滑動密封之同心套管、抑或熟知此項技術者所知之其他線性可 延伸之屏障。 藉由將上部閥帽部84於上部室62之上端100處安裝至閥體58 11 200809119 上’上部閥門總成78將懸置於上部室62内。上部閥帽部84可構 造成承坐於一徑向槽102内，該徑向槽1〇2與上部室62在閥體58 上、上部室62之上端1〇〇處附近配合形成一連續之唇緣1〇4。上 部閥帽部84係藉由一插塞ι〇6緊固於定位上，插塞1〇6承坐於閥 體58之一上表面110上的一凹槽108中。插塞1〇6具有與中央軸 線68對齊之一進入埠112，致動部件86即穿過該進入琿112。〇 形環或其他密封件114及116設置於進入埠112内及插塞1〇6之 % 周緣與凹槽108間之界面，藉以容納於上部閥帽部84與閥體％ 間可能洩漏之任何流體。 下部室64在一下端118上由一下端帽12〇限界。下端帽12〇可 構造成承坐於一徑向槽122内，徑向槽122與下部室64相結合， :在下部室64之下端118附近形成一連續之唇緣124。下端帽12〇 藉由連接（未顯示連接）至閥體58之一盲板126緊固於定位上。

或其他密封構件128設置於盲板126與閥體％間，以容 納於下端帽120與閥體58間可能洩漏之任何流體。 下部閥Η總成96包含-整體式閥桿132及—下部提動闊芯 134。「整體式」意指閥桿132係由—單—實心材料製成而無覆 套管’從而使_外表面與所㈣之製程流體形成潤濕接觸。 體式間桿132之—上部136形成為與上部提動閥芯部8〇之容座 相配合。在第3圖所示構造中，將整體式閥桿之上部I%綠八 =-凸出錐台部138及，14〇。若上部提動閱二 係由-彈性材料製成，則錐台部13δ有助於將下部間門涵成96 入凹入容座9G内。在組裝過程中，#上部136穿過開口^ 12 200809119 凸出錐台部138使凹入容座90之開口 92在瞬間擴張。一但掣子 部140穿過開口 92，容座90之開口 92便彈性地收縮或「恢復」 至原位’且掣子部140嚙合圍繞開口 92之周緣142内部，藉以將 下部閥門總成96緊固於定位上。 _ 相應地，在此將一「卡扣（snap〇n)」、「扣合（snapfit)」或「卡 扣於一起（snap together)」總成定義為一種如下總成：其中當一 凸出組件穿過或進入一彈性凹入組件時，該彈性凹入組件之某些 • 部分彈性地伸展或擴張，而在該等組件接合之後，該凹組件便實 質回復至其原始形狀。 或者，可使容座92與整體式閥桿132之上部136藉由螺紋嚙合， 如在第4圖中所示。此種構造排除了第3圖所示實施例之「扣合」 總成’但仍容易用手組裝。一可螺合之喃合13〇特別適用於缺之 彈性之材料。 乂仏地，第3圖中之下部閥帽部134及整體式閥桿η]係一體 =，：:亦可分別形成並藉由溶合、螺合或藉由熟知此項技術 3知之其他接合手段相接合。下部閥門總成％係與下部闕座μ 承坐於下部閥座74上時，下部提動閥芯部134 整體弋n 、 ^至64與連接通道66隔離。由於 正篮式間桿132 #由一置_ jrt ^ 圖中所示之護套16;因而，不會开/而無需使用第1 第3圖中構造之組裝方法:二提二整:式閥桿132。 其中之in之上部室62、—ησ/\_58’其具有形成於 及-凹槽108。亦提供一上，τ部至64、-連接通道66 上州門總成78、-下部閱門總成96、 13 200809119 一下端帽120、一盲板126、一插塞106以及一致動部件％。將致 動部件86穿過上部閥帽部84之進入埠88及上部閥門總成了谷 撓性部82，並將致動部件連接至上部提動閥芯部8〇上。將上部間 門總成78置於上部室62内，放置上部閥帽部84，以便在上部I 62上方形成-封罩。藉由將插塞廳之進入埠112滑套於致動= 件86上並滑入凹槽108内，且將插塞1〇6緊固至閥體別上， 將上部閥門總成78緊固於定位上。將下部閥門總成％穿過開口 之下部室64及連接通道64，使整體式閥桿132之上部與位於 上部提動閥抑8G下端上容座9Q之開σ92對齊。對下部闊門總 成96施加力’從而當整體式閥桿132之上部136穿過容座卯之 開口 92時，下部接觸元件96之上部136之錐台部US使容座 之開…先擴張、然後扣回原位。放置下端帽12〇，以便形成 下部室64之-封罩。藉由將盲板126連接至閥體 緊固於定位上。 訂「娜|目 參見第5圖，其繪示一替代^ ^ ^ ^ μ心㈣― 代之堆邊閥構k 51，其中-上部閥門 w成 取代下部提動閥芯部148盥一整 . 型。具有一開口 158之—r /、整體式閱桿I44 一體成 58之—谷座150以如上文參昭 同方式形成於下部提動闊芯部148内，體弟3圖所述之相 合。第5圖中所 整體式閥桿144相配 配合與第3圖之眚#^山 知動閥芯部148間之 之貫^例中之對應配合部件且 端部152具有方便 :相同之特徵-即- 緊固於容座150内之1=一，及用於將整體式閥桿 弟5圖中之構造之喻法如下:提供1體58 ,其具有形成 14 200809119

於其中之-開Π之上部室62、-開σ之下部室64、—連接通道66 及一凹槽⑽。亦提供-上部間門總成78、—下部闊門總成96、 一下端帽盲板126、—插塞1G6以及—致動部件86。將致 動部件86穿過上部閥帽部84之進人物及上部閥心成78之 撓性部.並將致動部件連接至上部提動閱芯部8〇_J將上部闕 門總成78置於上部冑62内，使整體式閥桿144冑質居中於連接 通道66内。放置上部閥帽部84 ’以便在上部室&上方形成一封 罩。藉由將插塞106之進入埠112滑套於致動部件％上並滑入凹 槽⑽内’且將插塞106緊固至閱體58上，而將上部闊門總成78 緊固於定位上。穿過下部室64之開口，使容座15()之開口與整體 式閥桿144之端部152對齊。對下部提動閱芯部148施加一力， 從而當整體式閥桿144之端部152穿過容座}50之開口 158時， 整體式閥桿144之端部152上之錐台部154使容座150之開口 158 首先擴張、然後扣回原位。放置下端帽12〇，以便形成下部室64 之一封罩。藉由將盲板126連接^至閥體58,以將下端帽緊固於定 位上。 參見第6及7圖，可藉由利用少數修改第5圖之實施例以進行 簡便拆卸。具體而言，第6圖繪示整體式閥桿144之一端部152， 其不具有掣子。而是，取消該等掣子而採用一斜面16〇，其角度可 實質類似於在整體式閥桿144與整體式閥桿144之端部152間進 行過渡之錐台部154之表面角度。當下部室64處於「開口」位置 (即不承上於下部閥座74上）時，如在第6圖中所示，藉由斜面 160來輔助下部提動閥芯148之拆卸。根據與在組裝過程中「卡扣」 15 200809119 提動閥芯時相同之動力，當端部152穿過開口時，斜面160將使 容座150之開口 158加寬。然而，如在第7圖中所示，當藉由一 承座力166使下部提動閥芯148承坐於「關閉」位置（即承坐於 下部閥座74上）時，具有一徑向向内分量164之一反作用力162 將施加於下部提動閥芯148,以防止斜面160擴張容座150之開口 158 ;因而，在第6圖之實施例中，不需要使用掣子來緊固下部提 動閥芯148。 相應地，可藉由在下部室64向連接通道66開啟時抓握下部提 動閥芯148，並將其拉離整體式閥桿144之端部152，而很容易地 拆下第6圖中之下部提動閥芯148。一旦拆下下部提動閥148，便 可藉由拆下下部盲板126及插塞106而容易地拆卸堆疊閥總成50。 本發明可以其他具體形式來加以實施，此並不背離本發明之精 神或實質屬性，因此期望在每一方面皆將本實施例視為例示性而 非限定性實施例。 【圖式簡單說明】 第1圖係為一先前技術三通閥之圖式； 第2圖係為根據本發明之一三通閥之立體圖； 第3圖繪示根據本發明一實施例之一三通閥； 第4圖繪示本發明一實施例中之一閥桿； 第5圖例示根據本發明之一三通閥之一實施例； 第6圖例示在本發明一實施例中所用之一提動閥芯；以及 第7圖繪示在本發明一實施例中所用之一提動閥芯。 16 200809119 【主要元件符號說明】 10 堆疊閥總成 14 芯桿 18 流體流 22 流體流 26 閥體 32 通道 36 接觸元件/提動閥芯 _ 40端帽 44 洩漏路徑 48 洩漏路徑 52 共用通道 56 下部通道 60 螺紋 62 上部室 0 66 連接通道 70 上部閥座 74 下部閥座 78 上部閥門總成 82 撓性部 86 致動桿 90 凹入容座 94 下表面 98 皺摺壁 12閥桿總成 16套管 20流體流 ~ 24流道 30共用通道 34通道 38接觸元件/提動閥芯 42端帽 46洩漏路徑 50三通堆疊閥 54上部通道 58閥體 61覆蓋物 64下部室 68中央軸線 72底部 76上端 80上部提動閥芯部 84上部閥帽部 88進入埠 92開口 96下部閥門總成 100 上端 17 200809119

102 徑向槽 104 唇緣 106 插塞 108 凹槽 110 上表面 112 進入埠 114 密封件 116 密封件 118 下端 120 下端帽 122 徑向槽 124 唇緣 126 盲板 128 密封構件 130 可螺合之嚙合 132 整體式閥桿 134 下部閥帽部 136 上部 138 錐台部 140 掣子部 142 周緣 144 整體式閥桿 146 上部閥門總成 148 下部提動閥芯部 150 容座 152 端部 154 錐台部 156 掣子部 158 開口 160 斜面 162 反作用力 164 徑向向内分量 166 承座力 18

Claims (1)

1. 200809119 十、申請專利範圍： 1 · 種二通閱總成，包含： 一第-流動通道’具有-第-流動軸線； 一第二流動通道，具有一第二流動軸線； 一共用流動通道，具有一共用流動軸線； 一連接通道’具有—中央軸線，該連接通道與該第一、 第二及共用流動通道流體連通，

   2. 二閥座’實質上居中圍繞該中央軸線’並於該連接通道 與該第一流動通道間形成一過渡部； 仟 1〜 π —响矸，孩第 造成與一接觸元件以螺合方式相嚙合或卡扣於—起 j接觸元件具有-第-端部及—第二端部，該接觸元件 之該第一端部構造成嚙合該閥座； 第一及第二流動 其中該中央流動軸線、共用流動軸線 軸線實質上共面； 元件嚙合 觸元件遠 其中該閥桿於-第-方向上之運動造成該_ 該閥座，且關桿於1二方向上之運動造成該接 離該閥座運動；以及 其中該三通閥總成不利用一隔膜。 如請求項i所述之三通閥總成，其中該_係為整體式的 如請求項1所述之三通閥總成，更包含： -撓性部’自該’之該第二端部沿轴向伸出；以及 -致動部件，貫穿該撓性部並連接至該閥桿 二 部， Λ矛一 19 3· 200809119 其中該撓性部容納該致動部件於一平行於該中央軸線之 方向上之運動，同時於該致動部件與該第二流動通道間提供 流體隔離。 4· 如請求項3所述之三通閥總成，其中該撓性部係為一摺皺。 5. 如請求項1所述之三通閥總成，更包含 一撓性部，自該接觸元件之該第二端部沿軸向伸出；以 及 一致動部件，貫穿該撓性部並連接至該接觸元件之該第 二端部， 其中該撓性部容納該致動部件於一平行於該中央軸線之 方向上之運動，同時於該致動部件與該第一流動通道間提供 流體隔離。 6. 如請求項5所述之三通閥總成，其中該撓性部係為一摺皺。 7. 一種用以控制單一或複數製程流體之流動之三通閥，包含： 一本體部，具有一連接通道； 一閥座，與該連接通道流體連通； 一閥桿，具有一端部並貫穿該閥座， 一接觸元件，其形成為與該閥桿之該端部卡扣於一起或 以螺合方式相嚙合，該接觸元件構造成嚙合該閥座； 該整體式閥桿具有一外表面，直接接觸該等製程流體； 該閥桿於一第一方向上之運動造成該接觸元件嚙合該閥 座，且該閥桿於一第二方向上之運動造成該接觸元件遠離該 閥座運動。 20 200809119 8. —種三通閥，包含·· -含氟聚合物本體’其中形成有—連接通道、一第一流 動通道、n動通道及—制流動通道， “連接通道與該第―、第二及共料動通道流體連通； -整體式含氟聚合物閥桿，伸人該本體部内；

   钱其中该閥桿於—第_方向上之運動造成該第—流動通道 〜、“用机動通道及該第二流動通道隔離*不流體連 通’且該閥桿於—第二方向上之運動造成該第二流動通道變 ^與該共職動通収該第—流料道隔離㈣越連通。 種組裝一三通閥之方法，包含如下步驟： 提供一閥體，具有·· 、卜至了自5亥閥體之該第一端進入； 一第二室’可自該閥體之該第二端進入； =接通道，於該第—室與該第二㈣建立流體連通； 第一端二接觸元件及—閥桿，該閥桿具有-第—端部，該 弟翊稍該接觸元件構造成卡扣於—起. =閥料室錄人料接通勒以使該 于之5亥弟一端部凸伸至該第二室内； 將該接觸元件推至該第—端部上’ 至該闕桿之該第1部上為止。U雜^件卡扣 21