具有快速連接性能的可置換分離組件的製作方法
2023-10-17 01:39:39 2
專利名稱：具有快速連接性能的可置換分離組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種液體分離裝置，更確切地說，涉及這樣一種裝置，該裝置包括易更換和易置換液體分離組件，所說組件能與和其相配的連接裝置相嚙合並保持液體密封關係。
多年來一直採用上述類型的液體分離裝置來控制工業過程中的雜質。這種裝置是生產包括藥物、食品和飲料等多種產品時的重要組成部分。但是，目前最需要對雜質進行有效控制的是半導體製造業。由於所涉及的範圍必然是亞微米範圍和更小的特徵尺寸，所以控制半導體處理液中的粒子、離子、有機物和其它雜質是非常必要的。而且，由於半導體裝置是在淨室中製造的，所以將生產環境的潛在汙染控制到最小是很重要的。因此，在半導體生產過程中最好設置一些可置換的液體分離裝置以便將生產線和淨室的汙染減至最小。
在使用現場(POU)需經處理的半導體處理液的例子包括在光刻過程(光化學)中使用的化學品。光化學品包括底塗料、粘接促進劑、光刻膠、邊緣去除劑、消反射塗料、顯影劑、絕緣材料等物質。這些化學品通常是用特定的泵施加到矽片上接著利用所謂的施壓塗覆使這些物質分散成均勻薄膜，在POU情況下對這些化學品進行淨化對生產合格的產品是很必要的。
通常有兩種液體分離裝置。在第一種中，分離部件是可更換(replaceable)部件，而包裹分離部件的高壓容器，即，外殼是可重複使用的。外殼上帶有適合與液體處理系統其他部分相連的液體接頭。更換液體分離部件時，需要打開外殼，移出分離部件，把更換的分離部件裝入外殼，然後封閉外殼。這種液體分離裝置存在很多缺點。首先，更換操作很費時，特別是當通向外殼的入口很窄時尤其不便。其次，由於外殼中包含一定量的被處理液體，而液體分離部件通常充滿了液體，常常會發生液體洩漏現象。在所含液體是危險液體的情況下，洩漏將危及區域內正常工作的人並且對附近的設備造成潛在損壞。最後，打開外殼將使液體處理系統的內表面暴露在外，從而受到周圍環境的汙染。
第二種類型的分離裝置是一種把分離部件永久裝到外殼上的分離裝置，這種裝置也同樣包括與液體處理系統其他部分相連以形成完整組件的接頭。在這種情況下，更換過程包括將整個分離組件從液體處理系統上拆下和將一個更換組件重新連接到系統上。用這種方式，可以很容易地完成更換操作，且最大限度地減少了操作者暴露於危險化學品面前的機會，明顯提高了連接的可靠性，減小了因環境因素造成的液體處理系統的汙染。由於只要分離部件需要更換就將整個組件取下所以這種分離裝置稱為可置換(disposable)組件。
在工業應用中採用不同類型的可置換分離組件。所謂的「直列式」可置換組件具有設置在外殼兩端的輸入和流出連接器。雖然這種結構有其自身的優點，但是也存在許多缺點。首先，當把組件從液體處理系統上拆下時，容易出現液體損失，因此需採取特殊措施減少液體從組件中漏出，而且隨後在與組件相連的設備上也會出現洩漏。其次，被設計成稱之為直列式組件的液體系統由於需要設置兩組液體接頭，其中一組處於組件的入口端而另一組位於出口端，所以其結構更複雜，因此不能很快地適應快速連接組件的需要。
另一種可置換組件的所有接頭都位於外殼的一端上，其輸入和滲透連接件通常垂直於外殼的主體而且彼此相對，因而使組件成為「T」形。這種組件因此被稱為「T形」組件。T形組件解決了很多與直列式組件有關的問題。特別是，如果帶有接頭的端部處於頂端那麼T形組件就能防止或減小更換時的液體流失，而且由於所有液體連接器都聚集在一個位置上，所以簡化了液體處理系統。然而，T形組件會在分離部件的底部和外殼之間產生死空間，或形成不流動的液體體積，這是不希望出現的問題。
上述每種可置換組件仍然需要分別製造與液體處理系統相連的每個接頭。一個液體接頭需要通常包括一個陽連接件和一個陰連接件的兩個相互配合的連接件，以及三個分離器以完成連接，即，兩個相互配合的連接件主體同軸，陽連接件的主體嚙合到陰連接件中形成液密密封，使兩個連接件的相互位置定位以便在處理狀態下保持液密密封。必須將相互配合的連接件設計成使其具有形成液密密封的能力和包括一些將連接件保持在裝置中的機構。
這種通用連接件的連接件主體為圓形截面，陽連接的主體形狀為柱形套筒，而陰連接件的形狀為柱形管。要將兩個連接件的尺寸設計成只要其相互嚙合，它們之間就形成密封配合，即液體能夠在沒有任何液體流失的情況下從一個連接件流到另一個連接件，密封發生在兩個相配合的連接件之間的一個圓形界面上。藉助螺紋固緊器(例如螺釘和螺帽對)實現相互配合的連接件在液體密封嚙合狀態下的定位。通過只簡單地採用圓形表面便可使這種接頭形成可靠地密封，而且每一個接頭與其他接頭互相獨立，即，不存在兩個接頭共用的連接件主體或密封界面/表面。
不管採用哪一種連接件設計，可置換組件通常需要多個接頭，一般來說至少是兩個接頭，大多數情況下為三或四個接頭。而且，螺紋固緊器很不方便而且有時很難嚙合，因此顯得費時費力。此外，在進行順序連接時必須將組件保持就位，由於需要同時完成兩種操作(即，將組件保持就位和順序安裝每個連接件)，所以使得連接過程更困難。最後，在與液體處理系統進行的永久性連接為非剛性連接的情況下，如上述實例所述，當採用柔性管道時，如果連接時沒有嚙合好就會再現液體漏出的傾向。所有這些問題都會增加更換可置換組件所需的時間和努力，此外，仍然會使操作者暴露於危險品面前並造成生產環境的汙染。
因此，已經設計了一些具有以「快速連接」模式將組件迅速和容易地連接到液體處理系統上等特徵的可置換分離組件。這些類型的快速連接組件包括一組連接件，這些連接件通過唯一的和簡單的一次性動作或操作就能密封地嚙合到與之相配的一組連接件上，這組連接件固定在一個可重複使用的基底上。為完成快速連接定位而設計了不同類型的機構，至今為止，所有這些機構都需要在陽連接件和其陰對應物之間形成一些相對運動，最常用的是旋轉作用。
Thomsen等人在美國專利4,654,142中描述了一種用於水處理的過濾系統，其揭示了利用分離器和可重複使用的端頭的實例，所說端頭上帶有連接口，該連接口與可置換水淨化濾筒上的連接口密封地配合。為了便於更換可置換組件，而將兩個連接口設置在可更換組件的同一端上，並使之形成同軸密封設置。在組件上安裝一個卡口型鎖定裝置以便將其保持在可重複使用的端頭上。使用時，以液體密封的形式將兩個開口以及鎖定裝置聯接到與之相配的端頭上便可固定組件。
在另一個實例中，Groezinger等人在美國專利4719023中公開了一種類似的組件和安裝裝置，其將組件描述為「旋在可置換過濾器」上的組件。根據該公開文本，組件和安裝裝置的連接方式是，首先把組件上的卡口突緣對準安裝裝置中相應的卡口凹槽，將組件連接件同軸地插入安裝裝置的孔中，然後繞組件的縱軸轉動組件使卡口突緣嚙合，並由此來保持可置換過濾器。
儘管快速連接機構對可置換液體分離組件來說使用時比較方便，但是也存在一些缺陷。首先，連接件在液體入口和出口之間形成共用密封件這是不理想的，因為輸入口上所用密封件的洩漏會導致滲透流受到未淨化的輸入流的汙染；此外，這種汙染可能並未被察覺。其次，使液體分離組件相對於安裝裝置轉動將其鎖在一起的動作必然會隨著密封表面的相對轉動而使兩個部件產生微粒，從而汙染液體通道並最終汙染被淨化的液體。最後，這些組件要求連接口聚集在組件的轉軸附近，這需要綜合考慮液體的流線譜，所以使得設計更加複雜並使組件外殼和連接口的製造受到約束。而且，還要求提供一種快速連接型的液體分離組件，這種組件採用可靠的液體接頭和固位機構，其不要求在一個連接件和與之相配的對應物之間有相對運動。
本發明克服了已有技術的缺陷和限制，其提供一種能以快速連接模式連接到液體處理系統的可置換液體分離組件，所述組件利用與已有(非快速連接)組件中所使用的相同類型的工業上可行的連接件得到可靠和乾淨的接頭。所謂的快速連接模式是指一種能快速和容易地連接分離組件的連接機構，其連接方式為，在相互配合的連接件之間基本上同時形成嚙合和液密密封並通過一次動作而不需在相互配合的連接件之間產生相對運動即可將組件定位。按照本發明，把以快速連接模式連接的分離組件的所有連接件都設在組件的同一端上，以便利用一次運動或操作完成組件連接。此外，連接件的主體是平行的或基本平行的以便於它們的同時嚙合。組件上還具有固定到外殼上的裝置，該裝置用於在連接件嚙合之後把整個組件保持在固定的液體密封位置上。
本發明的一個重要方面是必須實現可靠的液體密封連接，組件連接件不與任何其它連接件共享密封件，從而也不共享連接件主體和密封界面，且連接件包含的密封界面不多於一個。在此所使用的連接件被稱之為獨立連接件。本發明的快速連接組件是在固位時不需(實際上是禁止)旋轉操作的獨立連接件，這是因為除了由平行連接件的共用嚙合軸確定的方向之外，獨立連接件限制組件在任何方向上的運動。
將所有這些特性結合構成的液體分離裝置提供了至今沒有的綜合優點。
因此本發明的目的是提供一種快速連接型的可置換液體分離組件，其克服了已有技術中所述與這種組件有關的問題。本發明的另一個目的是提供一種易於使用、能快速連接的可置換液體分離組件，這種組件易於製造並能形成可靠密封。本發明的再一個目的是提供一種快速連接機構，其在連接過程中不會產生附加的汙染。
下面將結合附圖詳細說明本發明的這些和其它方面及特徵。
圖1是在光化學的POU滲濾中使用的本發明優選實施例的透視圖，其表示作為配送泵整體一部分且與可置換分離組件相配合的液體管座，所述可置換分離組件上帶有將其安裝並定位到管座上的法蘭。
圖2是圖1中的組件和管座下部的透視圖，其更詳細地表示了組件在配送泵上的定位和密封。
圖3a和3b是圖2中的組件和相應的組件安裝體的透視圖，其更詳細地表示了組件是如何安裝到組件安裝體上的。
圖4a和4b是本發明的另一個實施例中使用的分離組件的側視圖，其表示了組件連接口和用於把組件保持在可重複使用的管座上的凹槽等細節。
圖5a、5b、5c和5d是與圖4所示分離組件相配的可重複使用的管座的局部剖面圖，它特別適合於管座與液體處理系統的其它部件不成一體的場合，這些圖表示了管座和把組件保持在管座上的機構等細節。
圖6是圖5中所示實施例使用的保持板的正視圖。
本發明的應用例是在微電子製造工業中使用的光化學品POU淨化的實例。通常將光化學品配送泵和POU液體分離裝置設在安裝於旋壓塗覆裝置之下的櫃中。有時每個櫃中裝的泵達八臺之多，這嚴重地限制了泵與POU液體分離裝置的連通，液體分離裝置需密合到配送泵上以省去額外的外部管路和消除潛在的汙染。特別合適的配送泵和分離裝置是美國專利5,262,068中公開的那種形成完整系統的泵和分離裝置，在此引用這份公開文本作為參考文件。在該申請中優選使用能以快速連接模式連接的用戶喜歡的分離組件。
圖1、2和3中示出了本發明的優選實施例。圖1表示光化學品配送系統1的透視圖，其包括可置換的滲濾組件2、管座3、泵4和組件安裝體5。還示出了泵控制器6,其控制送給泵和來自泵的電氣動力信號。配送泵的設計和工作原理與美國專利5,262,068中公開的相類似。裝到泵4上的管座3可重複使用而且如下面將詳細說明的那樣，把管座3設計成使其能配合地容納和保持組件2。
圖2是可置換組件2的透視圖和管座3下部的局部剖面圖，其示出了能夠使組件2以快速連接模式與管座3相連的特徵細節。組件2在其頂端上具有三個陰液體連接件21，並與外殼23中的分離部件(未示出)液體連通。分離部件可以是美國專利5,262,068中描述的扁平片狀薄膜型分離部件，或更優選由Niermeyer和delos Reyes在1996年6月28日申請的同時轉讓並同樣待審查的申請No.__________中描述的空心纖維薄膜型分離部件，在此引用該文本作為參考文件。
連接件21是彼此分離、平行和獨立的，從而使它們能以快速連接模式密封地嚙合到管座3上與之配合的陽連接件25上。陽連接件25是泵4上液體通道的管狀延伸體，設置在泵4的最下部。藉助於裝到每個陽連接件25上的O型圈可實現彼此配合的連接件對21和25的液密密封。裝在外殼23上的法蘭22使整個組件2定位並進一步將組件2固定到與組件安裝體5相結合的管座3上，這樣有助於保持組件2與管座3的密封嚙合。在該特定實施例中，法蘭22包括幫助組件2在可安放可置換組件的組件安裝體5中精確定位的突起24。組件2上的連接件21和法蘭22的尺寸、形狀和位置應使得組件2能夠以快速連接模式連接到與組件安裝體5相結合的管座3上。
圖3a和3b是組件安裝體5(在這些圖中將其從泵4上移出)的透視圖，安裝體固定到使組件2在安裝體5中定位的管座3上。法蘭22與安裝體主體中的一對凹槽32相配合。藉助鉸鏈33將組件安裝體連接到管座3上，鉸鏈33可以在縱向有限的範圍內產生基本上為直線的運動，由此使可置換組件2與管座上的陽連接器25形成密封嚙合和彼此脫離。此外，藉助一個彈簧鎖34將組件安裝體固定到泵4上，鎖的一端構成手柄34a，其另一端具有半圓形切口34b，切口34b與固定到管座上的保持柱36上的槽35形成聯鎖。該機構能使組件在安裝後保持與泵密封嚙合。彈簧鎖34可以水平滑動(即圖3b平面中的內和外)以便從保持柱上的槽中脫出，從而使安裝體5繞鉸鏈33向下轉動以便更換組件。當相互配合的連接件脫離嚙合時，切口34b在拉力作用下靠在保持柱36上。
通過向前拉手柄34a即可完成更換可置換滲濾組件2的過程，所謂「向前」是指與使陰連接件21和陽連接件25嚙合所需的運動方向基本垂直的方向。這可使彈簧鎖34與保持柱36脫離並使組件安裝體5的無鉸鏈端與泵4脫開，這樣整個組件2就可以繞鉸鏈上的樞軸向下轉動一定距離，該距離足以把組件上的連接件21移出，使之脫離與管座3上的配合連接件25的密封嚙合。在組件安裝體5處於該下部位置時，可以通過將組件2滑出凹槽32而將其移出配送系統。然後將更換的滲濾組件插入凹槽，隨後使組件安裝體5繞樞軸向上轉動使連接件21和管座上與之相配的連接件25形成密封嚙合。當更換的組件2與和它相配的連接件25處於密封嚙合狀態時，切口34b自動地鎖入槽35中，從而使滲濾組件在液體處理過程中與管座密封嚙合。
從上面對移出和安裝滲濾組件2的描述中可以看出，通過使其在平行於由連接件主體確定的軸向上產生第一次基本上呈直線的運動，便可有效地實現相互配合的連接件21和25之間的嚙合和密封。然後通過與連接件的嚙合和密封相應的第一次運動相垂直的方向上產生的第二次基本上為直線的運動，在相互配合的連接件之間沒有相對運動的情況下完成配合件的聯鎖和組件的固位。而且很顯然，這種快速連接裝置使可置換滲濾組件2頂端的所有連接件同時完成連接和密封。然而，很明顯，即使是組件安裝體5以較大弧度轉動和即使是配合連接件在嚙合時要按順序嚙合，所得到的效果也是相同的，而且能夠迅速完成定位，其程度足以稱為「快速接連」。變型實施例圖4a和4b表示本發明的另一個實施例。在該實施例中，可置換滲濾組件40包括外殼41、位於外殼頂端上的陽連接件42和一對凹槽43，凹槽43以開口的形式設在每個陽連接件42基座附近的相對側上。連接件與外殼內包含的分離部件(未示出)通過液體連通。連接件42和組件上的凹槽43的尺寸、形狀和位置應使得組件40能以快速連接模式連接到可重複使用的管座上，這將在下面進行說明。
圖5a、5b、5c和5d表示適用於組件40且可重複使用的管座50的多個視圖，管座50包括主體51和滑動保持板52，保持板52藉助於端板53保持在主體51上。設置主體51下端的陰連接件54與40上的配合連接件42形成液密密封嚙合。密封是由O型圈58完成的，O型圈58由設在每個陰連接件54上的O型圈保持器59保持就位。通常將液體連接件55設置在主體51的頂端並通過管路(未示出)和配合螺母57將其與液體處理系統(未示出)相連。滑板52上帶有長形開孔56(參見圖6)，孔的形狀為帶有三個擴大的圓形開口62的長槽，圓形開口的尺寸和形狀應使得當滑板52處於縮進(未鎖緊)的位置(圖5a和5b)時，組件40與管座50形成密封嚙合。在組件40密封地嚙合之後，滑板52移到鎖定位置(圖5c和5d)而且長形開孔56上的三個窄口64與組件40上的槽相配合從而牢固地把組件40保持到管座50上。雖然可通過固定連接件55而將管座3單獨裝到液體處理系統上，但是也可以如上所述使管座成為一個分離的獨立部件，主體51還可以包括支架或其它固定裝置(未示出)以便永久地把管座固定到液體處理系統上。
更換失效組件並用快速連接模式連接一個新組件的方法，其包括以下步驟1.將滑板縮回(如圖5a和5b所示的位置)；2.豎直向下拉動失效組件40將其移出；3.把新組件置於可重複使用管座50的下部並將其固定，以便使陽連接件42處於陰連接件54的豎直下方；4.豎直向上推動組件40使其與管座50嚙合；5.將滑板52推到鎖定位置(圖5c和5d)使組件40與管座50保持密封嚙合。
雖然本實施例說明了本發明的通用性及其主要特徵，但是很顯然，有大量的變化有時優於本文所述。一些在此文中未表明但卻被本發明覆蓋的變化包括不需使用O型圈的密封件；垂直於外殼縱軸(即垂直於圖中所示連接件的方向)的組件液體連接件；把分離部件固定到管座上的其它裝置，例如用外殼上的鏜孔內含物代替法蘭和凹槽；在組件與管座嚙合時產生所需的其它機構，例如，採用可伸縮夾緊裝置或傳動裝置；使組件和液體管座保持密封嚙合的其它裝置，例如採用凸輪、槓桿或螺栓代替彈簧鎖和滑板。此外，雖然以上對特定的分離部件類型進行了說明，但是本發明對本領域技術人員所熟知的各種分離組件都是有用的，例如，這些分離組件包括傳統的過濾器、薄膜過濾器(MF、UF和RO)、色層分離柱、吸附介質濾芯(例如離子交換、活性碳和特定配合體)以及嵌有吸附樹脂介質的薄膜過濾器。最後，應該認識到，雖然上面所涉及的領域是半導體工業，以及該工業中的一些特殊用途，但是其它工業中的其它應用領域也有類似的需要，例如在核工業、生物工程、生物製藥工業中也對安全性、密封性和過濾器的易更換性有極高要求。
權利要求
1.可置換分離組件，其特徵在於包括外殼，該外殼的一端上設有多個連接裝置，這些連接裝置與外殼內部通過液體連通；位於所說外殼內的分離部件；所說外殼包括第一配合部件，其尺寸和形狀與基底上可重複使用的第二配合部件相適應；所說連接裝置彼此平行且相互分離並且獨立，因此，能夠按快速連接模式把所說組件連接到所說基底上。
2.根據權利要求1所述的組件，其特徵在於所說第一配合部件是一個固定到外殼上的法蘭，所說法蘭具有伸到外殼主體之外用於與裝到所說基底上的安裝體嚙合的表面。
3.根據權利要求2所述的組件，其特徵在於所說法蘭的側向表面包括用於把所說法蘭定位在所說安裝體內的突起裝置。
4.根據權利要求3所述的組件，其特徵在於所說法蘭安裝在外殼頂部且緊靠所說多個連接裝置。
5.根據權利要求2所述的組件，其特徵在於所說法蘭安裝在所說外殼的頂部且緊靠所述多個連接裝置。
6.根據權利要求1所述的組件，其特徵在於所說第一配合部件是設在每個連接裝置側壁上的槽形裝置，其用於與安裝到所說基底或所說第二配合部件上的可運動鎖相嚙合。
7.根據權利要求6所述的組件，其特徵在於所說槽形裝置是橫向延伸的水平槽。
8.液體分離裝置，其特徵在於包括可置換的分離組件；液體連接件；所說分離組件包括外殼；包含在所說外殼內的分離部件；第一組多個連接裝置，這些裝置位於所說外殼的一端上並與外殼內部通過液體連通，以便將液體引入外殼內部和從內部將液體排出，所說第一組連接裝置是彼此平行和分離的而且相互獨立，和所說液體連接件包括第二組多個連接裝置，其位置、尺寸和形狀應能與和其嚙合的所說第一組連接裝置形成液密密封關係。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於包括定位裝置，其可連續地完成如下操作(a)使所說第一組連接裝置密封地且基本上同時地與所說第二組連接裝置相配合，(b)使所說第一組連接裝置與所說第二組連接裝置基本上同時脫離。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於所說定位裝置包括保持器，該保持器可以在所說分離組件和所說液體連接件之間不產生相對運動的情況下把所說分離組件鎖定到所說液體連接件上。
11.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於所說的液密嚙合是通過第一運動完成的，所說第一運動是在嚙合過程中與所說第一和第二組連接裝置的軸線平行並基本上呈直線的運動，所說裝置還包括用於把所說分離組件鎖定到所說液體連接件上的保持器，其中通過基本上垂直於所說第一運動的第二運動完成所說的鎖定。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於所說保持器包括裝在所說液體連接件上用於接納、定位和保持所說分離組件的安裝體，而且還進一步包括安裝在所說液體連接件或所說分離組件上的可運動鎖定裝置，所說鎖定裝置可在基本上垂直於所說第一運動的平面內運動並由此把所說連接件鎖定到所說分離部件上。
13.根據權利要求12所述的裝置，其特徵在於所說安裝體是鉸鏈連接的以便在第一運動期間產生基本上為直線的運動。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特徵在於所說液體連接件一體地連接到液體處理系統的部件上。
15.根據權利要求14所述的裝置，其特徵在於所說部件是泵，其用於輸送和過濾所說液體處理系統中的光化學溶液。
16.可置換分離組件，其特徵在於包括外殼，其一端上設有多個連接裝置，連接裝置與外殼內部通過液體連通；設在外殼內的分離部件；所說連接裝置是彼此平行、分離和獨立的而且其位置應使得所說多個連接裝置與基底上與之配合的連接件同時形成液密嚙合；和所說外殼包括第一配合部件，其尺寸和形狀應使得該第一配合部件與所說基底上的第二可重複使用的配合部件形成聯鎖從而使所說組件與所說基底保持液密關係。
全文摘要
本發明公開了一種能以快速連接模式與液體處理系統連通的可置換分離組件。該組件包括外殼,外殼內裝有分離組件,外殼的一端上設有多個液體連接件,這些連接件相互平行且彼此獨立。這種裝置能使液體連接件基本上同時地和液體處理系統中與之相配的連接件形成液密密封。所述裝置還包括保持機構,其能夠在相互配合的連接件之間不產生相對運動的情況下,通過一次動作使整個組件保持液密嚙合。
文檔編號B01D63/00GK1182632SQ9711222
公開日1998年5月27日 申請日期1997年7月11日 優先權日1996年7月12日
發明者J·卡爾·尼爾邁爾, 加斯頓·德洛斯·雷耶, 克里斯多福·R·瓦格, 理察·L·米勒, 史蒂芬·K·格雷拉 申請人:米利波爾公司