CN1205408A

CN1205408A - 开闭阀

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Publication number: CN1205408A
Application number: CN98116002A
Authority: CN
Inventors: 山田博介; 田村和也; 藤原伸广
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: GB9814275D0; TW374105B; GB2328004A; CN1084856C; KR100284249B1; JPH1130355A; KR19990013590A; DE19828247C2; GB2328004B; US6092782A; DE19828247A1; JP3842870B2

Abstract

一种开闭阀(40)包括ROM（245）,其中存储多个阀关闭程序控制模式,以便当阀关闭时避免液滴。阀(40)还包括一个控制装置(242),以按照阀关闭程序控制模式,通过控制施加在直线音圈式驱动装置(134)的电功率的大小,以在关闭阀的方向上控制阀塞提升位置。

Description

开闭阀

本发明涉及一种开闭阀，用来代替回吸阀。特别是，本发明涉及一种开闭阀，其有可能在阀关闭时，避免例如由连接到开闭阀流体出口侧的流体喷嘴的排出口所引起的液滴，以便可以使流体厚度在施加了液体的表面上稳定。

回吸阀至今例如用于生产半导体片的工序中。回吸阀具有避免所谓液滴的功能，其中当通过操作连接到回吸阀流体流入侧的开闭阀以使阀关闭，从而停止对半导体片供给涂液时，少量涂液从连接到回吸阀流体出口侧的流体喷嘴的排出口滴到半导体片上。

常规回吸阀如图5所示。这样的回吸阀例如在日本实用新型公开No．8-10399中公开。回吸阀10包括一个主阀体18和一个阀帽20，主阀体18和一个把流体入口12与流体出口14连通的流体通道16形成，阀帽20则连接到主阀体18的上部。

例如，涂液供给源23通过一个开闭阀21连接到流体入口。在流体通道16中可位移地设置一个隔膜26，其例如用氟树脂材料形成。由隔膜26封闭的腔17与通道19连通，其在隔膜位移时用于供给和排出腔17中的空气。在隔膜26的中央部分形成一个厚壁部分22，并且在厚壁部分22的周围形成一个薄壁部分22。

在厚壁22的上部形成一个凸部27。凸部27与在活塞30的下端所限定的一个凹部29啮合。因此，隔膜26与活塞30连接。在活塞30上安装一个V形包装件32，它在主阀体18的内壁表面上滑动，并且起一个密封件的作用。在主阀体18中设置一个弹簧34，它总是向上压活塞30。通过阀帽20形成一个压缩空气供给口28。该压缩空气供给口28通过一个用于控制流量的流量控制阀33连接到压缩空气供给源35，以使厚壁部分22按垂直方向移动。标号36表示一个调节螺旋丝杆，通过对接在活塞30上以控制活塞30的位移量，用来调节由隔膜26吸入的涂液的流量。

将示意叙述回吸阀10的操作。在正常状态，开闭阀21为打开，并且涂液从流体入口12供给流体出口14。在这种状态下，控制流量控制阀33以使压缩空气从压缩空气供给源35供给压缩空气供给口28。因此，压缩空气的压力使活塞30向下位移。与活塞30连接的隔膜26如图5中两点链线所示那样伸入流体通道16。

当使流体通道16中涂液的流动停止时，控制流量控制阀33以停止从压缩空气供给源35向压缩空气供给口28供给压缩空气。因此，活塞30和隔膜26借助于弹簧34所施加的弹性力以整体方式向上移动。活塞30对接在调节螺旋丝杆36的前端，并且其位移受到限制。保留在流体通道16中的预定量涂液按照隔膜26所作用的负压被吸入。因此，使得与流体出口14连接的未图解说明的流体喷嘴的涂液供给口处的液滴得到防止。

本发明的总目的是提供一种开闭阀，其有可能在关闭阀的过程期间通过控制流量，以避免流体喷嘴出口的液滴。

本发明的主要目的是提供一种开闭阀，其中使常规开闭阀和回吸阀结合在一个装置中。

本发明的上述和其它目的，特点和优点将从以下连同附图所作的叙述变得更加显而易见，其中本发明的优选实施例作为说明性例子表示。

图1表示纵断面图，说明按照本发明实施例的开闭阀的示意布置；

图2A表示按照本发明实施例的开闭阀的部分放大纵断面图；

图2B表示部分放大断面图，说明图2A所示阀塞的详细情况；

图3表示流程图，说明在关闭阀过程期间按照本发明实施例的开闭阀的功能；

图4示意表示按照本发明实施例用于回吸阀的阀关闭程序控制模式；以及

图5表示示意纵断面图，说明常规回吸阀。

参考图1，标号40表示按照本发明实施例的开闭阀。该开闭阀40包括一个阀体42。在阀体42的一端形成一个第一口48，并且在其另一端形成一个第二口50。对第一和第二口48，50设置连接部件54a，54b，以使管52a，52b的前端分别与它们啮合。管52a，52b的端部与在连接部件54a，54b的外围形成的阶式部分56a，56b啮合。因此，使管52a，52b定位。在阀体42的端部上刻有外螺纹58a，58b。使螺帽60a，60b拧入外螺纹58a，58b。因此，使管52a，52b按不透光方式分别连接到阀体42的第一口48和第二口50。

通过阀体42限定一个流体通道62，它使得第一口48与第二口50之间连通。形成流体通道62以与阀体42的凹部66连通。

如图2A和2B所示，开闭阀40包括一个阀塞168，它由隔膜形成，并且与凹部66的壁部分上形成的阶式部分166啮合。阀塞168由相互层叠的第一薄膜170和第二薄膜172组成。在第二薄膜172中限定多个小孔174。

在第一薄膜170的中央部分形成一个厚壁部分176。因此，当通过柔性弯曲第一薄膜170以使厚壁部分176按箭头A方向位移时，那么使厚壁部分176安置在流体通道62开口处所形成的支座部分180上，并且使流体通道62阻塞。另一方面，当厚壁部分176按箭头B方向位移，并且它与支座部分180分开时，那么第一口48与第二口50连通。在厚壁部分176的顶部限定一个大致具有V形断面的凹部182。在厚壁部分176的外壁形成一个外切凹槽184。

阀体42设有一个保持部件186，它环绕阀体42。第一薄膜170和第二薄膜172以它们的边缘置入保持部件186与阀体42的阶式部分166之间。相对保持部件186形成腔187，它由阀塞168封闭。通过保持部件186限定一个通道188，它与腔187连通。形成通道188以与外部连通。保持部件用向下伸出的凸部190形成。通过凸部190的中央部分限定一个孔192。阀塞168的厚壁部分176插入孔192并与孔192配合。在形成孔192的壁上形成一个衬套194。

体196固定在保持部件186的顶部。在体196中限定一个凹部198，它与孔192连通。在凹部198的开口处设置一个O形环200。在体196的上部限定一个凹部204，它通过孔202与凹部198连通。

如图1所示，在凹部204中设置一个直线音圈式驱动装置134，它由一个电致动器组成。直线音圈式驱动装置134包括一个壳136。壳136有一个腔138，其中按箭头A或B方向可移动地设置一个长杆140。在腔138中上部中央位置设置一个固定铁心142。形成固定铁心142以沿壳136的纵向延伸预定长度。

在腔138中安排固定磁铁极146。固定磁铁极146与固定铁心142分开预定间距，并且它借助于支持部件144固定在壳136的内壁表面上。在本实施例中，在固定磁铁极146与固定铁心142之间形成大致水平的磁场。在固定铁心142与固定磁铁极146之间安置一个位移部件(线轴)150，在它周围缠绕电磁线圈148。位移部件150借助于一个连接销(未示出)可与杆140整体地位移。在固定铁心142与位移部件150之间形成预定间隙。标号152表示引线，使电流可以从控制装置242流到电磁线圈148，以操作杆140。

通过支持部件144在壳136的内壁表面上设置导向部件154。导向部件154与杆140中起以下作用的凹部156啮合。亦即，使杆140直线导向，并且使杆140的位移量受到限制。

通过支持部件158把一个编码器(提升探测装置)160固定在与导向部件154相对侧安排的壳136的内壁部分上。编码器160包括一个未图解说明的光敏器件，它固定在壳136的侧壁上，以及一个未图解说明的玻璃刻度尺，它固定在杆140的侧壁上，并且具有以恒定间距形成的刻度值。在本实施例中，借助于玻璃刻度尺由未图解说明的光敏器件来探测杆140的位移量。由光敏器件给定的脉冲探测信号通过引线162按反馈方式供给控制装置242。

把一个棒形位移部件206固定在直线音圈式驱动装置134的杆140的底部。使位移部件206插入孔202和凹部198。如图2A所示，在位移部件206的外围形成一个凸缘部分208。使螺旋弹簧210的一端安置在凸缘部分208的上表面上。使螺旋弹簧210的另一端安置在形成凹部198的上表面部分上。

因此，位移部件206处在沿箭头A方向由螺旋弹簧210的弹性力推动的状态。在位移部件206的前端形成一个锥形部分212。锥形部分212伸入厚壁部分176的凹部182。厚壁部分176置于锥形部分212与拧入位移部件206上所形成的外螺纹214的筒形部件216之间。

构造编码器160，杆140，位移部件206，以及阀塞168，以在箭头A或B方向形成整体位移。

控制装置242包括一个脉冲计数器243，以接收和计数编码器160输出的脉冲探测信号，以得到与阀塞168的提升位置相对应的计数值；一个电流放大器244，以放大电流值信号，并且把放大的电流施加在电磁线圈148上；ROM(存储装置)245，以存储用于控制后文所述的中央处理单元246的控制程序，以及用来关闭阀的多个阀关闭程序控制模式；以及中央处理单元246，以把基于脉冲计数器243所得到计数值的阀塞168的提升位置与基于阀关闭程序控制模式的阀塞168的提升位置比较，以在ROM 245中所存储控制程序的控制下确定它们之间的差，以便把基于该差的电流值信号供给电流放大器244。

在该实施例中，中央处理单元246功能上包括一个计时器装置246a，以在每预定时间间隔测量时间；一个差计算装置246b，以确定在每预定时间间隔时基于阀关闭程序控制模式的阀塞168的提升位置与基于脉冲计数器243所得到计数值的阀塞168的提升位置之间的差；以及电流值控制装置(电流量控制装置)264c，以基于该差值输出电流值信号，以便使差计算装置246b所确定的差为零。

ROM 245除外，编码器160及电流放大器244，脉冲计数器243，计时器装置246a，差计算装置246b，以及电流值控制装置246c起一个控制装置作用。

按照本发明实施例的开闭阀40基本上如上述构成。其次，将说明其操作，功能和作用。

如图1所示，使涂液滴下装置236连接到与开闭阀40的第二口50连通的管52b，该涂液滴下装置236设有一个流体喷嘴234，以使涂液滴向半导体片230。另一方面，使涂液供给源232连接到与第一口48连通的管52a，在该涂液供给源232中存储待滴向半导体片230的涂液，以按预定压力供给涂液。控制装置242分别连接到直线音圈式驱动装置134和编码器160。

当由控制装置242操作用于开闭阀40的直线音圈式驱动装置134，以允许电流流过电磁线圈148时，在电磁线圈148中产生电磁力。按照所谓弗来明左手定则，借助于该电磁力与固定磁铁极146和固定铁心142所形成的磁场之间的作用，使杆140和缠绕有电磁线圈148的位移部件150沿箭头A方向整体地位移。通过适当调节允许流过电磁线圈148的电流大小，可以调节电磁力以给出希望大小和持续时间。通过变换允许流过电磁线圈148的电流的极性，可以使力的方向变为箭头A或B方向。

当杆140沿箭头B方向位移时，那么位移部件206逆着螺旋弹簧210的弹性力位移，并且阀塞168的厚壁部分176与支座部分180分开。因此，第一口48与第二口50连通。

在上述准备阶段之后，当操作涂液供给源232时，那么涂液通过一个管52a，流体通道62，以及另一个管52b，并且供给涂液滴下装置236。涂液从流体喷嘴234滴到半导体片230上。结果，在半导体片230上形成具有希望厚度的涂膜(未示出)。

其次，将参考图3所示流程图说明关闭开闭阀40的过程。

当指令开闭阀40打开阀时，开始执行程序。控制装置242读出按照一种流体而为涂液设定的粘度指令信号和表面张力指令信号(步骤S1)。

特别是，阀关闭程序控制模式受到涂液供给源232所供给涂液的粘度和表面张力及涂液的压力，环境温度，以及从开闭阀40到流体喷嘴234的前端包括涂液滴下装置236的容积的影响。然而，在设有本发明开闭阀40的装置中，在安装开闭阀40之前确立涂液供给源232所供给涂液的压力，环境温度，以及从开闭阀40到流体喷嘴234的前端包括涂液滴下装置236的容积。因此，假定这些参数已经反映到ROM 245中存储的阀关闭程序控制模式。本实施例图解说明一种情况，其中该系统适用于仅改变所使用的涂液。

在执行步骤S1之后，控制开闭阀40以便其打开。

在随步骤S1后控制开闭阀40为打开状态之后，根据已读入系统的涂液的粘度指令信号和表面张力指令信号，从ROM 245读出对应的阀关闭程序控制模式。把阀关闭程序控制模式送到并存储在未图解说明的RAM(步骤S2)。阀关闭程序控制模式的一例示于图4。

如图4亦清晰可见，显示了相对于从指令关闭阀的时间t₀开始所经过时间的阀的开度，即阀塞168的提升位置。设定阀关闭程序控制模式，以便使阀塞168相对于时间按预定陡斜度向关闭阀的方向移动，直到阀塞168的提升位置到达位置P₁为止，而在提升位置到达位置P₁之后，使阀塞168相对于时间按预定平缓斜度向关闭阀的方向移动，直到关闭。采用这样的阀关闭程序控制模式的理由将在后文叙述。

在步骤S2之后，程序等待关闭阀的指令(步骤S3)。当给定关闭阀的指令时，用计时器装置246a起动时间测量(步骤S4)。随后，读出由脉冲计数器243所得到的计数值(步骤S5)。在步骤S5之后，检查阀塞168是否到达全闭位置(步骤S6)。

如果在步骤S6判断阀塞168未到达全闭位置，则参考阀关闭程序控制模式。由阀关闭程序控制模式读出阀塞168的提升位置(步骤S7)，其对应于计时器装置246a所执行的下次时间测量定时。确定在步骤S7读出的阀塞168的提升位置与基于脉冲计数器所得到计数值的阀塞168的提升位置之间的差(步骤S8)。根据步8所确定的差向电流放大器244发送一个电流值控制信号(步骤S9)。

对电磁线圈148发送电流，该电流具有已收到电流值控制信号的电流放大器244所输出的电流值。因此，使阀塞168沿关闭阀的方向驱动。这种状态继续到预定的下次时间测量定时到来为止(步骤S10)。如果在步骤S10判断已经到达下次时间测量定时，则在步骤S10之后从步骤S5开始进行重复以再执行程序。

沿关闭阀方向以连续方式重复地进行重复执行，直到在步骤S6判断阀塞168到达全闭位置为止。

在本实施例中，因为下述原因，在随后步骤S7从阀关闭程序控制模式读出阀塞168的提升位置，它与紧接步骤S5读出阀塞168的提升位置时的定时之后的时间测量定时相对应。亦即，意图是在阀关闭开始时(t₀)立刻发送电流值控制信号。

因此，在对半导体片230施加预定量涂液之后，用控制装置242以沿关闭阀的方向驱动开闭阀40的阀塞168。操作直线音圈式驱动装置134以遵照阀关闭程序控制模式，并且使杆140沿箭头A方向位移。如图2A所示，使阀塞168的厚壁部分176连续地向支座部分180方向移动，并且使前者最终对接在后者上。因此，阻塞了第一口48与第二口50之间的连通。因此，使涂液停止从涂液滴下装置236的流体喷嘴234滴到半导体片230上。

当按照上述阀关闭程序控制模式执行控制时，采用阀塞168的阀关闭模式，它遵照图4所示阀关闭程序控制模式。在该过程中，当指示阀塞168以从打开状态开始关闭阀时，那么沿关闭阀的方向按陡斜度驱动阀塞168，直到位置P₁为止，并且阀塞168在短时段期间到达位置P₁。在到达位置P₁之后，沿关闭阀的方向按平缓斜度驱动阀塞168，直到阀关闭位置。

现在将按照上述阀关闭程序控制模式，对于经受阀关闭控制的开闭阀40，说明涂液的液滴。

下述事实已经由实验证实。亦即，在阀关闭过程开始时，待滴到半导体片230的涂液保留在流体喷嘴234中。在这种状态下，当使阀塞168的提升位置迅速降低到位置P₁，并且使阀塞168沿关闭阀的方向按平缓斜度连续地驱动时，那么在阀关闭过程开始时仍保留在流体喷嘴234中的涂液保持为存储在从开闭阀40到流体喷嘴234的管中的状态。涂液不作为液滴从流体喷嘴234滴下。

在这种情况下，从阀打开状态到位置P₁的斜度和从位置P₁到阀关闭状态沿关闭阀方向的斜度取决于涂液的粘度和表面张力。已经揭示，这些斜度例如根据各种特性，如涂液的粘度和表面张力，涂液的压力，以及直至流体喷嘴234前端在内的容积来确定。

亦即，证明了下述假设。使开闭阀40按陡斜度迅速驱动到接近阀关闭状态的位置P₁，以迅速降低通过开闭阀40的涂液量。然而，在位置P₁存在涂液从开闭阀40流出则降低了由水锤现象所产生的最大压力。此外，少量涂液从开闭阀40流出。因此，保留在开闭阀40到流体喷嘴234范围内的涂液不经历从流体喷嘴234的液滴，否则这种情况会因克服涂液的表面张力而引起。其后，使阀塞168按平缓斜度从接近阀关闭状态的位置P₁到完全关闭的阀关闭状态连续地经受阀关闭。因此，通过开闭阀40的涂液平缓地减少。对保留在开闭阀40到流体喷嘴234范围内的涂液不供给足够使涂液克服涂液表面张力以从流体喷嘴234排出的一定动能。因此，无液滴发生。

如上所述，例如根据温度，涂液压力，管道容积，以及涂液粘度和表面张力，设定阀关闭程序控制模式，即位置P₁，从开闭阀40的打开位置到阀塞168的位置P₁的移动斜度，以及从位置P₁到阀关闭状态的斜度，可以避免涂液的液滴。

直线音圈式驱动装置134受电控制。因此，有可能容易并准确地控制杆140的位移。因此，阀塞168能如图4实线所示那样平滑地位移。

控制装置242根据直线音圈式驱动装置134的编码器160所输入的杆140的位移量所相应的信号，控制杆140的位移。因此，有可能高度准确地控制阀塞168的位移。因此，有可能高度准确地控制开闭阀40所吸入的涂液量。

在本实施例中，电致动器为直线音圈式驱动装置134。然而，对此没有限制。例如，允许使用一种未图解说明的直线式直流电动机或一种直线式脉冲电动机。可选择地，允许使用一种直线式电致动器，其包括滚珠丝杆，设置在旋转直流电动机或旋转步进电动机的转轴上，其中利用位移部件把滚珠丝杆的旋转运动变换成直线运动。

Claims

1．一种开闭阀，包括一个流体通道(62)，通过驱动一个电致动器(134)以使其控制为打开和关闭，所述开闭阀包括：

一个存储装置(245)，存储多个与允许流过所述流体通道(62)的流体的特性相对应的阀关闭程序控制模式，以便当所述阀关闭时避免液滴，所述模式由第一斜度和第二斜度限定，所述第一斜度与从指令关闭所述开闭阀的定时开始，到阀塞提升位置到达预定阀塞提升位置的时间有关，所述第二斜度与所述阀塞提升位置从所述到达所述预定阀塞提升位置开始，直到关闭所述阀为止的时间有关，所述第二斜度比所述第一斜度平缓；以及

一个控制装置(160，243，244，246)，根据允许流过所述通道(62)的所述流体的所述特性，按照从所述存储装置(245)读出的所述阀关闭程序控制模式，通过控制施加在所述电致动器(134)的电功率大小，以在关闭所述阀方向控制所述阀塞提升位置。

2．按照权利要求1的开闭阀，其中所述流体的所述特性包括所述流体的粘度和表面张力。

3．按照权利要求1的开闭阀，其中根据所述流体的粘度和表面张力，确定所述预定阀塞提升位置，所述第一斜度，以及所述第二斜度。

4．按照权利要求1的开闭阀，其中所述控制装置包括一个提升探测装置(160)，以探测所述阀塞提升位置；一个差计算装置(246b)，以确定所述提升探测装置(160)所探测的所述阀塞提升位置与基于所述阀关闭程序控制模式的所述阀塞提升位置之间的差；以及一个电流值控制装置(246c)，以根据所述差计算装置(246b)所确定的所述差，对所述电致动器(134)发送一个电流值。

5．按照权利要求4的开闭阀，其中所述提升探测装置包括一个编码器(160)，安装在所述开闭阀的杆上；以及一个计数器(234)，以对所述编码器(160)的输出进行计数。

6．按照权利要求1的开闭阀，其中所述阀关闭程序控制模式预先存储在ROM(245)中。

7．按照权利要求4的开闭阀，其中所述阀关闭程序控制模式预先存储在ROM(245)中。

8．按照权利要求1的开闭阀，包括一个由隔膜组成的阀塞(168)，该隔膜包括第一薄膜(170)和第二薄膜(172)，它们相互层叠。