部件与部件的密封方法及其装置的制作方法

专利名称：部件与部件的密封方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体流动部件；尤其涉及含氟聚合物联接器。
在例如半导体工艺的典型应用中，流体与所使用的金属部件、常规垫片和弹性O型环易于发生反应和/或受到其污染。因此，在这种工业应用中，管道部件由惰性材料如含氟聚合物，即PFA和PTFE制得以用于受流体浸润的部件。在这些应用中，弹性O型环通常由两种材料制成，第一种材料为常规的弹性材料，例如硅，被包覆在含氟聚合物膜层中。这些O形环非常昂贵，且易于损坏，通常被认为是一次性使用的。
各种含氟聚合物基的管件和联接器被用于含氟聚合物部件之间的连接而不使用O型环。参考

图1所示的现有技术，所示为在工业应用中已知的一种典型的管接头即FLARETEK接头。FLARETEK是Fluoroware有限公司的一个注册商标，也是本专利申请的受让人。在这种管接头30中，细长锥形的凸出部分32带有一个带螺纹的短管34，在管状端头部分36内部啮合，所述的管端头部分36张开以便套在锥形凸出部分上。张开部分38有一个内圆柱面40，所述的内圆柱面40的内径尺寸与凸出部分32的外圆柱面42的外径尺寸相配。从而可使凸出部分“插入”张开部分38中。螺母44将张开部分紧固在凸出部分上，从而在管接头体和管状部分的张开部分之间形成密封46。通常，通过加热管件并将经过加热的有延展性的管件端部利用钢模模制成所需的张开形状，从而制得管件的张开端部。
现有技术中已有各种其它类型的含氟聚合物接头。有些使用分离的压板部分或内套圈。可参考U.S.专利号为3,977,708和4,848,802的例子。对于含氟聚合物阀门和部件如含氟聚合物集管之间的连接，部件之间的整体密封通常可用垫圈或包覆有含氟聚合物的O型环来实现。在某些情况下，没有O型环或垫圈的圆环状舌-槽连接也得到成功使用。这些连接器的缺点是它们必须被精确地加工，即公差为.0005英寸，并且很难对准所要匹配的部件。而且，这种连接很容易形成裂口和划痕，并且裂口和划痕可在整个连接部分形成。这种舌-槽接头已由U.S.专利5,645,301描述，U.S.专利号3,977,708、4,848,802和5,645,301一并作为参考。
在优选实施例中，联接器包括一个阳凸出部分(也称作凸出端)，一个凹阴接收部分及一个紧固装置。紧固装置有一个内螺纹表面，用来啮合相应的阳凸出部分的螺纹部分。一般来说，阳凸出部分被制成收敛圆锥截头体，具有外表面，一个主密封表面，一个第一阻挡面，一个第二协同阻挡面及一个流体流动管。流体流动管优选位于中央部位。
凹部部分有一个圆周边，一个向内伸出的圆环，一个第一协同阻挡面，一个第二阻挡面及一个流体流动管。凹部部分的流体流动管设计为与阳凸出部分的流体流动管相配合，以使形成一个连续的供流体流动的通孔。阳凸出部分通过与主密封表面和圆环密封环配合形成一个密封。
与其它已知的部件与部件的密封系统相比，本发明的具体实施例的优点和特征是阳凸出部分对公差的要求不严格，因此更易于制造。
本发明的具体实施例的另一优点和特征是密封部件是自居中的，因此易于安装。
本发明的具体实施例的另一优点和特征是基对基的接触提供了一个前挡板，使螺栓的附加扭矩不会影响密封部分的密封特性。而且，圆环的最佳压力可设计在阻挡面的接触处。
本发明的具体实施例的另一优点和特征是密封面的负荷与啮合方向偏转一个角度。这样就减小了部件之间的压力的可靠性，可用于有效的密封。
图2是根据本发明的阀门集管和阀门的透视图。
图3是图2所示的根据本发明的阀门集管和阀门的剖面图。
图4是图2的阀门集管的顶平面图。
图5是根据本发明的联接器的阳凸出部分和相应的阴接收部分的详细剖面图。
图6是图5的阳凸出部分与凹阴接收部分部分啮合的详细剖面图。
图7是图5的阳凸出部分与凹阴接收部分充分啮合的详细剖面图。
图8是用于两个管状部分密封的本发明的实施例的透视图。
图9是图8的联接器剖面图。
图10是具有两个主密封的本发明的实施例的详细剖面图。
图11是图10的联接器剖面图。
图12是根据本发明的紧固装置的剖面图。
图13是根据本发明的实施例的双开口联接器的顶视图。
图14是沿图13的线A-A的侧剖面图。
图15是图14的详细剖面图。
图16是根据本发明的实施例的双开口联接器的底视图。
图17是图13的双开口联接器的局部顶视图。
图18是沿图17的线B-B的侧剖面图。
图19是图13的双开口联接器的局部底视图。
图20是沿图19的线C-C的侧剖面图。
图21是图15的联接器的凹阴接收部分的剖面图。
图22是一个本发明的实施例的剖面图。
具体实施例方式
根据本发明的塑性联接器可有各种不同的应用，例如通过将两个管状部分偶联使管状部分连接到如阀门或集管的部件上，或使阀门连接到集管上。
参考图2至4，根据本发明的一个实施例，示出了安装在集管52上的阀门50。在本实施例中所示出的阀门50为常规的气动隔膜阀，具有两个流量管，为便于说明，将其指定为流体流入口54和流体流出口56。很明显，流体可作任一方向的流动。集管52大体上可制成块状51，其中具有流体流动通道58。块状集管52在通道58处可连接一个行业已知的FLARETEK形联接器60。类似地，每一个阀门入口可适当地通过FLARETEK形偶接器60与管道相连。集管52的阀门50依次通过如下所述的联接器61偶联到块51上，并由如螺栓和螺母的夹紧装置59紧固。
参考图3、5、6和7，对联接器的实施例进行了详细的描述，所述的联接器包括一个作为凸头的阳凸出部分62和一个凹阴接收部分64。螺母有一个内螺纹面90用于对应啮合阳凸出部分的螺纹部分88。
阳凸出部分62有一个凸缘67，一个收敛的弧形圆锥截头体65.1，一个轴a1，一个外表面68，一个主密封部分71，一个主密封表面69，一个第一阻挡面78，一个第二协同阻挡面82和一个流体流动管70。本实施例的流体流动管位于截锥体的中央部位。
凹阴接收部分64包括一个具有圆周边缘72的凹部部分65和一个中间部分69.1，一个轴a2，一个带有主密封表面75的沿径向向内凸出的整体圆环74，一个作为上平面的第一协同阻挡面80，一个作为下平面的第二协同阻挡面76，及一个流体流动管70。在这个实施例中，圆环的断面为一拐角形状。凹部部分的流体流动管与凸出部分的流体流动管共同形成一个流体流动通路58用于流体流动。
应该注意到第一和第二阻挡面也可作为第二密封面。
参考图5、6和7，如阀门与集管啮合的部件，阳凸出部分62与凹阴接收部分64在圆环74的接触面84和外表面68处相对。当阳凸出部分插进凹阴接收部分时，如图6所示，圆环74与外表面68相接触。在这个点上，在第二阻挡面76和第一阻挡面78之间以及在第一协同阻挡面80和第二协同阻挡面82之间有一个微小间隙86。
可通过将夹紧装置59滑动到联接器的阳凸出部分62的螺纹部分88上，并旋紧所述的夹紧装置，从而实现密封。当夹紧装置旋紧时，间隙86很窄，圆环74在接触面84处向外表面68施加增加的力。将夹紧装置旋紧直到间隙86被消除，第二阻挡面76与第一阻挡面78相接触，并且第一协同阻挡面80与第二协同阻挡面82相接触。当间隙消除时，圆环74有如图7所示的变形。这种变形是由于外表面作用于圆环74所产的接触应力引起的。优选圆环74的变形约为0.0075英寸及外表面68的变形可忽略。
在另一个实施例中，如图22所示，圆环74位于阳凸出部分62的外表面68上或与阳凸出部分62的外表面成为一个整体。在这个实施例中，凹阴接收部分64没有圆环，但有接触面67，用于接触圆环。
在另外的实施例中，如图10-22所示，在凹阴接收部分64上有一个第二圆环73。在这个实施例中，在第二协同阻挡面82和第一协同阻挡面80之间没有间隙。取而代之的是第二圆环73与第二协同阻挡面82在第三接触面85处接触。当第一阻挡面78和第二阻挡面76之间的剩余间隙被消除时，在第一接触面83和第二接触面85处均形成主密封。
参考图5-12和22，在接触面84处的存在的力F会形成一个更完全的密封。在第二阻挡面76和第一阻挡面78之间以及在第一协同阻挡面80和第二协同阻挡面82之间的接触，形成附加的密封装置。各个面76、78、80、82的接触提供一个前挡块，可防止使用者过度旋紧夹紧装置59从而影响联接器的密封特性。由于这一前挡块的存在，进一步旋紧螺母时不会在接触面84处产生附加的力。
用来偶联两个管件的夹紧装置，如图8-12所示，优选是一个带有螺纹的螺母。螺母92有一个缝隙，当阴管状部分64与阳管状部分62啮合时，被阴管状部分64的凸缘部分96压紧。螺母92有一个内螺纹面90，用来与阳管状部分的螺纹部分88相啮合。本领域的技术人员将会理解各种其它的夹紧装置可用来偶联管件，例如用来夹紧每个部件凸缘部分的多个螺钉。
参考图2-7，用于集管中的夹紧装置不使用螺母，而是，将阀体50用紧固件65紧固至集管52上。紧固件优选是一个帽螺钉，与块体51中的螺纹孔相啮合。然而，在不偏离本发明的宗旨和范围的情况下，也可使用其它合适的夹紧装置。
如上所述，这里所描述和要求的联接器是自定中心的。凸出部分62的第一啮合面78的直径比凹部部分64的圆周面72的直径要小一些。由于外表面68为圆锥形，当两部分连接在一起时，使凸出部分将被引导到中心与凹部部分对齐。
如图7所示，在接触面84处施加到角形部分74上的力F的方向偏移了啮合的方向，如E所示。偏移量是外表面68坡度的函数。
在接触面84处的密封减小了保持非常小的尺寸公差的需要。
如图13-21所示的本发明的另一个实施例，提供了一种同心双凸联接器100。同心双凸联接器包括一个阳凸出部分102和一个凹阴接收部分104，一个第一流体流动通道106和一个第二流体流动通道108。如图13、17、18、19和20所示，阳凸出部分102有一个第一流动口107和一个第二流体流动口110，使管中的流体分别进入第一流体流动通道106和第二流体流动通道108。第二流体流动通道108与第一流体流动通道106通过一个共同的孔111相连。
在如图18和20的剖面图中，阳凸出部分102有多个圆形外表面。这些外表面是第一主密封面112，第二主密封面114，第一阻挡面116和第二阻挡面118。
参考图21，凹阴接收部分有多个密封特征。这些特征是第一圆环120，第二圆环122，第一协同阻挡表面126和第二协同阻挡表面124。
参考图14和15，阳凸出部分102接触凹阴接收部分104，形成一个完全同心的双凸联接器100。当接触发生时，第二圆环120与第二主密封表面114在第二接触面130处接触。同时，第一圆环122与第一主密封面112在第一接触面128处接触。当各个接触刚开始时，在第二协同阻挡面124和第二阻挡面118之间有一个小的第一间隙132。在第一协同阻挡面126和第一阻挡面116之间还有第二间隙134。
阳凸出部分102和凹阴接收部分104还通过紧固件136的紧固来强制连接在一起。紧固件优选为带有螺纹的螺钉。螺钉136与凹阴接收部分的螺纹孔138相啮合，将阳凸出部分固定到凹阴接收部分上。在不偏离本发明的宗旨和范围的情况下，也可使用其它合适的紧固件。
当紧固件136将同心双凸联接器100的顶部和底部强制连接在一起时，缝隙132和134减小直至消除。在这一点上，支撑面124和126分别与它们的接触面116和118相接触。由于在接触面128和130上所产生的力，圆环120和122形成一个密封。如上所述，由于这一强制接触，圆环产生了微小变形。阳凸出部分102的外表面仅产生了一个可忽略的变形。密封力的方向作为主密封面112、114坡度的函数而偏转。通过在各个阻挡面和协同阻挡面之间的接触，提供了辅助密封。
在另一个实施例中，接触面128、130可顺序形成，而不是同时形成。此外，变形量可以不同和/或在接触面处的力的方向可以不同。
根据本发明各种不同的实施例的联接器可通过注模或机器加工制得。如上所述的密封连接可用于其它部件-到-部件的连接。在理想的实施例中，被连接的部件可由含氟聚合物制得，如PFA或PTFE。
在不偏离本发明的宗旨和实质特征的情况下，本发明可有其它具体实施例形式，因此，本发明的实施例的各个方面都应当被认为是描述性的，而不是限制性的，在确认本发明范围时，应参考所附的权利要求，而不是参考对本发明的范围的上述描述。
权利要求
1.一种用于密封连接两个部件的联接器，所述联接器包括一个连接到其中一个部件上的阳凸出部分，所述阳凸出部分具有一个轴和一个沿轴向延伸并贯通阳凸出部分的孔，阳凸出部分的一端的端部带有第一阻挡面，一个从端部伸出的截锥体，一个相对于截锥体位于端部对面的第一凸缘部分，截锥体上具有一个圆环主密封表面；一个连接到其中另一个部件的接收部分，所述接收部分设计用于接收阳凸出部分；所述接收部分包括一主体部分和一个第二凸缘部分，第二凸缘部分有一个与阳凸出部分的第二阻挡面配合的阻挡面，接收部分还具有一个垂直于凸缘部分的轴，一个凹部部分和一个孔，所述凹部部分从凸缘部分轴向延伸并具有一个带中间部分的周边，所述的中间部分朝向孔向内收敛，中间部分还具有一个向内伸出的圆环，与接收部分形成一体，接收部分在邻接孔的凹部处还具有一个阻挡面，用来与第一阻挡面相配合；阳凸出部分与接收部分装配在一起，从而其圆环接触阳凸出部分的圆环主密封表面，因此，当阳凸出部分被夹紧到接收部分时，向内伸出的圆环在相对于凸出部分轴向的倾斜方向上承受压力，联接器具有一个充分啮合的位置，其中第一阻挡面与接收部分的第一配合阻挡面相啮合，第二阻挡面与接收部分的第二配合阻挡面相啮合。
2.根据权利要求1所述的联接器，其特征在于第一阻挡面和第二阻挡面是平面并垂直于阳凸出部分轴线。
3.根据权利要求1所述的联接器，其特征在于其上连接阳凸出部分的部件上具有第二个阳凸出部分，其中接收部分的凹部部分具有第二个整体圆环。
4.根据权利要求3所述的联接器，其特征在于接收部分有一个位于整体圆环中间的流动通路。
5.根据权利要求1所述的联接器，其特征在于圆环的横截面为带有两个表面的直角。
6.根据权利要求4所述的联接器，其特征在于其中一个表面与阳凸出部分和接收部分的轴同轴。
7.根据权利要求1所述的联接器，其特征在于阳凸出部分与阀体连成一体，接收部分与集管连成一体。
8.根据权利要求1所述的联接器还包括一个夹紧装置用于将阳凸出部分紧固到接收部分上。
9.一种含氟聚合物联接器包括一个具有一个轴和一个在轴向贯通的孔的阳凸出部分，一个从端部延伸并在截锥体部分上有主圆环密封面的截锥体，一个与截锥体相对的位于端部对面的第一凸缘部分；一个连接到另一部件的接收部分，接收部分被设计为接收阳凸出部分；接收部分包括一个体部分和一个第二凸缘部分，接收部分包括一个轴，一个凹部及一个孔，凹部从凸缘部分轴向向孔延伸，并包括一个具有中间部分的周边，所述中间部分向内朝向孔收敛，中间部分包括一个向内伸出的与接收部分连成一体的圆环；阳凸出部分与接收部分装配在一起，使圆环面对阳凸出部分的圆环主密封表面，因此当阳凸出部分被紧固在接收部分上时，向内伸出的圆环受到压力。
10.根据权利要求9所述的含氟聚合物联接器，其特征在于所设计的向内伸出的圆环面及截锥体，使在向内伸向圆环上所受的压力相对于凸出部分的轴是斜向的。
11.根据权利要求9所述的含氟聚合物联接器，其特征在于阳凸出部分包括一个阻挡面和接收部分包括一个协同阻挡面，当圆环受到所希望的压力时，阻挡面处于啮合状态。
12.根据权利要求9所述的联接器，其特征在于与阳凸出部分相连接的部件上有一个第二阳凸出部分，其特征还在于接收部分的凹部上有一个第二完整的圆环。
13.根据权利要求12所述的联接器，其特征在于接收部分有一个流动通道位于整体圆环的中央部位。
14.一种含氟聚合物联接器包括一个具有第一阳凸出部分的第一部件，所述的第一阳凸出部分具有一个轴和一个沿轴向延伸并贯通阳凸出部分的孔，阳凸出部分包括一个其一端带有阻挡面的端部，在另一端为一个凸缘部分，一对同轴位于端部和凸缘部分中间的圆锥截体部分，第一个圆锥截体部分上具有一个主密封表面；一个连接到另一个部件的接收部分，接收部分设计用来接收阳凸出部分；接收部分包括一个体部分和一个第二凸缘部分，接收部分具有一个轴、一个凹部和一个孔，凹部从凸缘部分轴向向孔延伸并具有一个带中间部分的外周边，所述的中间部分朝向孔向内收敛，中间部分具有一对向内伸出的圆环，与接收部分形成一体，每一个都与圆锥截体部分主密封面之一相啮合。
15.根据权利要求14所述的含氟聚合物联接器，其特征在于圆环设计为向内伸出，所设计的截锥体使向内伸出的圆环上的压力斜向凸出部分的轴。
16.一种含氟聚合物联接器包括一个阳凸出部分，具有一个轴和一个沿轴向延伸并贯通阳凸出部分的孔，一个从端部伸出的截锥体，一个相对于截锥体位于端部对侧的第一凸缘部分；一个连接到另一个部件的接收部分，接收部分可设计为用来接收阳凸出部分；接收部分包括一个体部分和一个第二凸缘部分，接收部分具有一个轴，一个凹部和一个孔，凹部从凸缘部分轴向伸出并具有一个带中间部分的外周，所述的中间部朝向孔分向内收敛；一个向内伸出的圆环与截锥体部分和中间部分二者之一形成一体，并与截锥体和中间部分中的另一个相啮合；阳凸出部分与接收部分装配在一起，当阳凸出部分紧固接收部分时，向内伸出圆环在阳凸出部分的轴的倾斜方向受到压力。
全文摘要
一种理想地适用于密封两个部件或偶联管端部分的联接器，使用所述部件的结构可确定密封表面，所述的部件如含氟聚合物阀体和含氟聚合物集管。在优选实施例中，联接器包括一个阳凸出部分(也称作凸出端)，一个凹部的阴接收部分和一个紧固装置。紧固装置有一个内螺纹表面，用来与阳凸出部分的相应螺纹部分啮合。一般来说，阳凸出部分的形状为收敛弧形锥形截面，具有一个外表面，一个主密封面，一个第一阻挡面，一个第二协同阻挡面和一个流体流动管。流体流动管优选为位于中央部位。凹部部分有一个圆环外周，一个内向凸出的圆环，一个第一协同阻挡面，一个第二阻挡面和一个流体流动管。凹部部分的流体流动管设计为与阳凸出部分的流体流动管相配合，以便形成一个连续的供流体流动的管孔。阳凸出部分通过接触主密封表面和圆环密封环形成一个密封。
文档编号F16K27/00GK1415060SQ00818071
公开日2003年4月30日 申请日期2000年12月29日 优先权日1999年12月29日
发明者史蒂文·A·费希尔, 米切尔·A·施泰因, 杰弗瑞·C·库贝施, 托德·J·埃德隆德, 詹姆斯·多诺霍, 埃瑞克·瑟德斯特伦, 米切尔·斯托克 申请人:安格斯公司