專利名稱：具有可伸縮元件的塑料閥的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及閥，更具體地說，本發(fā)明涉及主要由塑料制成的閥，這種閥具有可伸縮的管狀閥元件。
現(xiàn)在已知到利用可伸縮的塑料閥元件制成的塑料閥，所述可伸縮的塑料閥元件利用全氟烷氧基物質(zhì)(PFA)制成，參見Timothy Collins et al的美國(guó)專利No.5,297,773可了解該技術(shù)內(nèi)容，該專利已授讓給本發(fā)明的擁有者，因此，該專利在此作為參考。所述的Collins閥利用多個(gè)PFA層來形成可伸縮的閥元件。疊合夾層的縱向邊緣被焊接在一起，而閥元件的可伸縮部分的端部焊接到管狀端部上。這種可伸縮的閥元件的“正?！钡臓顟B(tài)為該閥元件處于開啟的位置，并且通過一個(gè)凸出部件來封閉，這種封閉是根據(jù)需要而通過將所述凸出部件楔壓到一個(gè)夾緊部分上，以壓縮閥元件的可伸縮部分。雖然在壓力狀態(tài)下這種閥對(duì)于控制流體的流動(dòng)是很有效的，但如果流體的流動(dòng)是在負(fù)壓下或低于大氣壓力的情況下，閥部件的可伸縮部分就不能可靠的工作。因此，該閥就沒有主動(dòng)的擴(kuò)張功能。在Collins專利中所示的閥只用合成塑料材料制造。
屬于Press的美國(guó)專利No.3,791,617披露了一種具有可伸縮的閥元件的閥，所述可伸縮的閥元件由壓制的PTFE管形成。在壓制的管上加工出凸起，所述凸起由金屬連接器連接到閥機(jī)構(gòu)上，這樣就為閥提供了一個(gè)主動(dòng)的擴(kuò)張功能，從而可使閥在流體低于空氣壓力的條件下運(yùn)行。這種閥元件包括由PTFE形成的單個(gè)層。此外，由PTFE構(gòu)成的單個(gè)的管狀閥元件與同樣厚度的多個(gè)層相比，它具有更顯著的抗壓縮和擴(kuò)張性能。
在半導(dǎo)體加工工業(yè)中，由PFA制成的流體導(dǎo)管是優(yōu)選的材料。與PFA相關(guān)的一個(gè)問題是將PFA部件焊接在一起比較困難。接觸焊接可將PFA粘合到焊接元件上而使其表面不規(guī)則。非接觸焊接，如屬于Osgar的美國(guó)專利No.4,929,293中所顯示的那樣，該技術(shù)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部的焊珠，這種焊珠對(duì)于流體在閥中的穩(wěn)定流動(dòng)是不利的，因而在多種情況下通常不需要這種焊接技術(shù)，上述專利由該申請(qǐng)的受讓人所擁有。不過PTFE被認(rèn)為是一種惰性物質(zhì)，因?yàn)楹茈y或不可能將PTFE模塑入裝置中，并且很難或不可能將一個(gè)PTFE部件與另一個(gè)PTFE部件焊接在一起。此外，加工者經(jīng)常寧愿將加工系統(tǒng)生產(chǎn)線中的所有濕面均利用PFA制成。與PFA相比，PTFE具有較穩(wěn)定的可加工性且其彎曲疲勞壽命較高。美國(guó)專利No.4,929,293和No.5,297,773在此均作為參考。
在由PFA制成的可伸縮閥元件上很難生成凸起且生成的凸起易于失效。相反，在由PTFE制成的閥元件上形成的凸起被證明比較可靠。
因此，就需要一種具有可伸縮閥元件的閥，所述可伸縮的閥元件由多個(gè)層形成，所述的層具有只有PFA形成的濕面，所述閥元件具有一個(gè)凸起而為其提供主動(dòng)的擴(kuò)張，所述閥元件還具有PFA的裝配部件，閥在可伸縮的閥元件和PFA閥裝配部件之間具有平滑的無焊珠焊接。
發(fā)明概述一種具有可伸縮的閥元件的閥，所述閥元件由PFA形成的一個(gè)內(nèi)層和一個(gè)由PTFE形成的外層構(gòu)成，所述外層具有一個(gè)凸起而為閥元件提供主動(dòng)壓縮和主動(dòng)擴(kuò)張。收縮部分焊接到具有管狀端部的PFA閥裝配部件上，這樣本發(fā)明就具有了這樣一些優(yōu)勢(shì)即具有凸起的PTFE層和僅由PFA形成的濕面。所述閥利用了一種具有一個(gè)支架的閥機(jī)構(gòu)，該支架可徑向地朝著或遠(yuǎn)離可伸縮的閥元件運(yùn)動(dòng)，而從支架臂處伸展的連接件連接到可伸縮的閥元件的相對(duì)兩側(cè)。當(dāng)外層主動(dòng)擴(kuò)張時(shí)，在外部的PTFE層和內(nèi)部的PFA層之間的氣密密封可使內(nèi)層向外伸展，這樣就使閥在負(fù)壓下起到控制流體的作用。本發(fā)明還包括一種制造多層的閥元件的方法，該方法在閥元件的可伸縮的部分和閥裝配部件之間提供平滑的焊接。
附圖簡(jiǎn)述

圖1為本發(fā)明中的閥的一個(gè)正視圖；圖2為沿圖1中的線2-2而作的閥的剖視圖；圖3為沿圖1中的線3-3而作的閥的剖視圖；圖4為圖1-3中所示的閥的分解視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)閥元件的透視圖；圖6為制造圖5中所示的閥元件所用的四個(gè)層部分的透視圖7為一個(gè)透視圖，圖中顯示了一個(gè)在焊接到圖6中所示的層部分之前的裝配部件；圖8為圖7中的部件的平面視圖，圖中一層膜包敷在被焊接的接頭周圍圖9為一個(gè)焊接裝置的平面圖；圖10為一個(gè)適宜于焊接管狀端部的便攜式焊接裝置的透視圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述參考圖1、2、3和4，圖中顯示了本發(fā)明中的閥且該閥通常用參考數(shù)字20標(biāo)示。所述閥主要包括一個(gè)閥體22、一個(gè)閥元件28和一個(gè)閥機(jī)構(gòu)30，所述閥體22具有閥體部分23和24。閥機(jī)構(gòu)30是由一個(gè)致動(dòng)器34來操縱的，致動(dòng)器34可以是氣動(dòng)式的、或通過適當(dāng)?shù)膭?dòng)力裝置包括手工操作來運(yùn)行。所述閥機(jī)構(gòu)30包括一個(gè)支架38、一根與所述支架相連并伸入到所述致動(dòng)器中的軸40、連接件42、44和夾緊部分46、48。
此處所述的“連接”、“連接性地”和“被連接”是指部件機(jī)械性地耦合或連接，這些術(shù)語不要求這些部件進(jìn)行直接接觸。相連接的元件可通過一個(gè)或多個(gè)附加的元件相連接。
將在下文中進(jìn)行詳細(xì)描述的閥元件具有一個(gè)第一側(cè)50和一個(gè)第二側(cè)51。所述夾緊部分46、48分別與閥元件的第一側(cè)和第二側(cè)相配合。閥元件具有的凸起54和56可利于夾緊部分的結(jié)合，而連接件也使夾緊部分較容易地結(jié)合到閥元件上。所述凸起為凸緣形且具有一個(gè)T形的截面形狀，滑動(dòng)部分62可滑動(dòng)地配合到所述凸起上，滑動(dòng)部分62還與托架66上的銷子64相配合。所述托架66通過銷子70安裝在連接件42、44上。銷子70明顯地延伸入耐磨盤76中的槽74中。所述槽74在徑向上延伸，閥元件的壓縮和擴(kuò)張均發(fā)生在徑向上。連接件42、44通過銷子80而連接到支架38上，銷子80也與耐磨盤76中的垂直槽82相配合。這樣，與所述垂直槽82和水平槽74相配合的銷子，就可將支架38的垂直運(yùn)動(dòng)較容易地轉(zhuǎn)化為用來壓縮閥元件28的橫向或水平運(yùn)動(dòng)。耐磨盤76之間的固定是通過支柱90和孔隙92來進(jìn)行的。支撐元件96可將閥元件適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉陂y體中，并有利于夾緊部分46和48的正確定位和運(yùn)行?？赏ㄟ^適當(dāng)構(gòu)造的支架和連接件而提供一個(gè)超過中心的位置，這樣，閥機(jī)構(gòu)就可將閥元件鎖定在一個(gè)封閉的位置中。
閥體部分23、24可通過卡箍98固定在一起，所述卡箍98的結(jié)構(gòu)使其只卡裝在所述部分的凸緣99上。所述閥可包括一個(gè)閥座100以便于閥的裝配或安裝。
參考圖5、6、7、8和9，這些圖中顯示了閥元件的詳細(xì)情況和閥元件的構(gòu)造方法。閥元件28主要包括一個(gè)可伸縮或可壓縮的部分104、凸起54和56、管狀端部和一個(gè)流體管道或通道112。所述可伸縮的部分104是由多層含氟聚合物材料構(gòu)造而成的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，第一層120和第二層122是矩形的且用PFA來形成。第三層124和第四層126是由PTFE形成的。Hoerchst公司的由TFM-1700形成的PTFE是比較適用的。所述的第三層和第四層是外層，它們包括有凸起54、56，第三層和第四層可在壓力下焊接在一起，并通過傳導(dǎo)加熱而形成一個(gè)焊接，如圖中利用虛線標(biāo)識(shí)出并利用參考數(shù)字130來指示?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)當(dāng)夾持在焊接裝置部分之間的層的邊緣被加熱至670°F達(dá)兩分半鐘，所述四個(gè)層的邊緣部分適于被焊接。下面的內(nèi)容描述了將可伸縮部分104焊接到一個(gè)管狀端部108上。一個(gè)具有橢圓形截面形狀的心軸被插入到管狀端部108的開口端134，同時(shí)插入到疊合而被焊接在一起的四個(gè)層的開口136中。一個(gè)聚酰胺膜層包裹在處于裝配部件110和四個(gè)層部分139之間的接頭142周圍，所述聚酰胺模層例如由Dupont Electronics生產(chǎn)的注冊(cè)商標(biāo)為Kapton牌的聚酰胺制成。所述模層的端部可用氰基丙烯酸黏合劑密封在一起。將這些組合在一起的元件插入到一個(gè)傳熱焊接裝置150中，并向該焊接裝置部分提供徑向壓力，通過膜141而向所述接頭傳送足夠多的熱量，從而將裝配部件焊接到四個(gè)層部分上。然后將焊接后的部件從加熱器150上移開并進(jìn)行冷卻，將破損的膜141除去并處理掉。這種焊接過程可阻止PFA粘合到焊接裝置上這種難題的產(chǎn)生，并提供了非常平滑和均勻的焊接，且在焊接過程中消除了在焊接裝置結(jié)合處形成的閃弧。
被除去的心軸可以是由聚酰胺、PTFE、鹽或其他合適材料形成的獨(dú)立部分。這個(gè)過程可在其他裝配中重復(fù)進(jìn)行。閥的管狀端部可被同樣地焊接到其他管狀端部上，如被焊接到一個(gè)管道部分上?？擅黠@看出，該方法通常適合用來焊接PFA裝配部件、管道和管路的管狀端部。
參考圖10，圖中顯示了一個(gè)便攜式焊接裝置152，該裝置包括鉸接在一起的焊接裝置部分154、156，所述焊接裝置部分夾緊在一對(duì)將要被焊接的PFA管狀端部160、162的周圍。一個(gè)阻熱膜包裹件166延伸圍繞將被焊接的接頭168。這樣，由焊接裝置提供的熱量可受到適當(dāng)?shù)南拗?，從而將溫度超過塑性部件的熔化溫度的管狀端部的那部分限制在由包裹件覆蓋的部分之內(nèi)?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)將要被結(jié)合的部分可被放置到焊接裝置部分中，該焊接裝置部分在焊接處已被預(yù)熱至640°F。將該溫度提高到650°F，然后冷卻至400°F，在該溫度點(diǎn)處可將被焊接的部件移開。現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)在圖9中所示的焊接裝置中應(yīng)用1001bs．的徑向力是比較適當(dāng)?shù)?。通過適當(dāng)?shù)臏y(cè)試可容易地確定合適的焊接參數(shù)，這些焊接參數(shù)將根據(jù)被焊接部件和焊接裝置的具體特點(diǎn)而明顯變化。應(yīng)用的膜應(yīng)是具有彈性的，且可在上述的條件下具有抗熱性能，所述膜應(yīng)具有足夠的硬度，以便在焊接操作之后能將其從焊接點(diǎn)處除去。
在不脫離本發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)的情況下，可用其他具體的形式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，因此，應(yīng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的實(shí)施例是示范性的而不是限制性的，不是前面的描述而是附加的權(quán)利要求指示了本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于控制流體的流動(dòng)的塑料閥，該閥包括a)一個(gè)內(nèi)部開啟的閥體；b)一個(gè)可伸縮的閥元件，該閥元件具有一個(gè)可使流體通過的管道，所述閥元件位于閥體中，用來控制流體的流動(dòng)的閥元件是可壓縮和可擴(kuò)張的；所述閥元件包括一個(gè)與流體的流通管道相鄰的內(nèi)層和一個(gè)外層；和c)一個(gè)包含在閥體中的閥機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括一個(gè)可朝向及遠(yuǎn)離閥元件而移動(dòng)的支架部件，該支架部件具有一對(duì)位于閥元件的相對(duì)兩側(cè)的臂；一對(duì)連接件，一個(gè)連接件從支架部件的每個(gè)臂處延伸，以與閥元件的一側(cè)相連接，這樣，可通過支架部件的移動(dòng)來壓縮閥元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其中，所述的閥元件包括一個(gè)第一側(cè)和一個(gè)第二側(cè)，所述第一側(cè)包括一個(gè)由含氟聚合物塑料制成的第一層，所述第二側(cè)包括一個(gè)由含氟聚合物塑料制成的第二層，所述的每個(gè)層均具有軸向伸展的兩個(gè)邊緣，所述每個(gè)層的邊緣之一粘合到確定流體流通管道的外層的一個(gè)邊緣上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥，其中，所述的第一層由全氟烷氧基樹脂形成，所述的第二層由全氟烷氧基樹脂形成，其中閥元件的第一側(cè)還包括一個(gè)由聚四氟乙烯樹脂形成的第三層，所述閥元件的第二側(cè)還包括一個(gè)由聚四氟乙烯樹脂形成的第四層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥，其中，所述的第三層和第四層均具有一個(gè)凸起，其中所述閥還包括一對(duì)夾緊部分，所述的一對(duì)夾緊部分分別位于閥元件的相對(duì)兩側(cè)，每個(gè)夾緊部分均與凸起之一相連，其中所述連接件通過夾緊部件分別與閥元件的相對(duì)兩側(cè)相連。
5.一種用于控制流體的流動(dòng)的塑料閥，該閥包括a)一個(gè)內(nèi)部開啟的閥體；b)一個(gè)可伸縮的閥元件，該閥元件具有一個(gè)可使流體通過的管道，所述閥元件位于閥體中，用來控制流體的流動(dòng)的閥元件是平整的；所述閥元件包括一個(gè)與流體的流通管道相鄰的內(nèi)層和一個(gè)外層；和c)一個(gè)包含在閥體中的閥機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括一個(gè)可朝向及遠(yuǎn)離閥元件而移動(dòng)的支架部件，該支架部件具有一對(duì)位于閥元件的相對(duì)兩側(cè)的臂；一對(duì)位于閥元件的相對(duì)兩側(cè)的夾緊部分；和一對(duì)連接件，一個(gè)連接件從支架部件的每個(gè)臂處延伸至一個(gè)夾緊部分，這樣，可通過支架部件的移動(dòng)來壓縮閥元件。
6.一種閥，該閥包括a)一個(gè)閥體；b)一個(gè)可伸縮的閥元件，該閥元件具有一個(gè)可使流體通過的管道，所述閥元件位于閥體中，用來控制流體的流動(dòng)的閥元件是平整的；所述閥元件包括一個(gè)內(nèi)層和一個(gè)外層，所述內(nèi)層和外層具有不相互粘合在一起的相鄰部分，在所述的相鄰部分之間可進(jìn)行滑動(dòng)接觸，所述內(nèi)層包含有全氟烷氧基物質(zhì)而所述外層包含有聚四氟乙烯；c)一個(gè)包含在閥體中的閥機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可用來使閥元件平整。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥，其中，所述的外層具有一個(gè)凸起；所述的閥機(jī)構(gòu)與該凸起相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥，其中，所述閥機(jī)構(gòu)向內(nèi)推動(dòng)所述凸起而使閥元件平整，向外拉動(dòng)所述凸起而使所述閥元件擴(kuò)張，其中所述內(nèi)層和外層均具有邊緣部分，所述邊緣部分氣密密封在一起，當(dāng)閥機(jī)構(gòu)向外拉動(dòng)所述外層時(shí)，所述內(nèi)層由于氣密密封的作用而被向外拉動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥還包括至少部分地被包含在閥體中的一個(gè)閥機(jī)構(gòu)，所述閥機(jī)構(gòu)包括一個(gè)凸起部件，所述可移動(dòng)性的凸起部件用來平整所述閥元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的閥，其中，所述閥機(jī)構(gòu)包括一個(gè)朝向及遠(yuǎn)離閥元件而運(yùn)動(dòng)的支架部件，該支架部件具有一對(duì)位于閥元件的相對(duì)兩側(cè)的臂，用來使所述閥元件平整及擴(kuò)張。
11.一種閥，該閥包括a)一個(gè)閥體；b)一個(gè)布置在閥體中的可伸縮的閥元件，該可平整及可擴(kuò)張的閥元件用來控制流體的流動(dòng)，所述閥元件具有多個(gè)層，所述的多個(gè)層具有一個(gè)內(nèi)層和一個(gè)外層，所述內(nèi)層具有與流體相接觸的一個(gè)第一內(nèi)表面，所述外層具有一個(gè)凸起；c)一個(gè)與所述凸起相連接并運(yùn)行的閥機(jī)構(gòu)，該閥機(jī)構(gòu)可使所述凸起徑向向內(nèi)運(yùn)動(dòng)而壓縮閥元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥，其中，可操作的閥機(jī)構(gòu)徑向向外移動(dòng)所述凸起而向外拉動(dòng)所述的外層，其中所述的內(nèi)層和外層氣密密封在一起，這樣當(dāng)所述外層被向外拉動(dòng)時(shí)，所述內(nèi)層就隨著外層一起運(yùn)動(dòng)，因此，當(dāng)流體管道中的流體低于大氣壓力時(shí)，可伸縮的閥元件就擴(kuò)張。
13.一種用來為可伸縮的管路閥制造閥元件的方法，所述閥元件具有可伸縮的部分，閥元件具有一對(duì)可伸縮的相對(duì)側(cè)，所述的相對(duì)側(cè)由含氟聚合物形成且確定了一個(gè)流體通道和兩個(gè)開口端，所述閥元件還具有一對(duì)由含氟聚合物形成的管狀端部，每個(gè)所述管狀端部的尺寸是確定的，依據(jù)一個(gè)如下步驟，該方法包括a)將一個(gè)管狀端部靠接在可伸縮的部分上以確定一個(gè)將要被焊接的接頭；b)利用一層彈性的不滲透膜覆蓋將被焊接的接頭，所述不滲透膜的熔化溫度要高于由含氟聚合物形成的管狀端部的熔化溫度，且高于由含氟聚合物形成的可伸縮側(cè)面的熔化溫度；c)在一個(gè)傳導(dǎo)加熱器中將被焊接的接頭加熱至足夠高的溫度，以將所述管狀端部熔化到可伸縮的部分上；d)將不滲透膜從接頭上除去。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法還包括如下步驟即選擇一種聚酰胺膜作為彈性的不滲透膜層。
15.一種用來將一對(duì)由含氟聚合物形成的管狀端部結(jié)合在一起的方法，該方法包括下面的步驟a)將一對(duì)管狀端部靠接在一起以確定一個(gè)將被焊接的接頭；b)利用一層彈性的不滲透膜層覆蓋將被焊接的接頭，所述不滲透膜層的熔化溫度要高于由含氟聚合物形成的管狀端部的熔化溫度；c)在一個(gè)傳導(dǎo)加熱器中將被焊接的接頭加熱至足夠高的溫度，以在接頭處將所述管狀端部熔接；d)將不滲透膜從接頭上除去。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法還包括如下步驟即選擇一種聚酰胺膜作為彈性的不滲透膜層。
全文摘要
一種閥(20)具有一個(gè)可伸縮的閥元件(28),該閥元件由一個(gè)內(nèi)層和一個(gè)外層構(gòu)成,所述內(nèi)層由PFA形成,所述外層由PTFE形成,且外層具有一個(gè)凸起(54、56)以為閥元件提供主動(dòng)壓縮和擴(kuò)張。將伸縮部分焊接到一個(gè)PFA管狀端部上,這樣就產(chǎn)生了PTFE層具有一個(gè)凸起且以PFA材料形成其表面的優(yōu)點(diǎn)。該閥利用了一個(gè)閥機(jī)構(gòu)(30),閥機(jī)構(gòu)具有一個(gè)支架(38),支架可徑向地朝著和遠(yuǎn)離可伸縮的閥元件運(yùn)動(dòng),該閥具有連接件(42、44),連接件從支架臂處延伸,與可收縮的閥元件的相對(duì)兩側(cè)相連。因此閥元件就可主動(dòng)關(guān)閉和開啟。在外部的PTFE層和內(nèi)部的PFA層之間的密封可在外層主動(dòng)擴(kuò)張時(shí)引起內(nèi)層向外擴(kuò)張,使閥在負(fù)壓下對(duì)流體進(jìn)行控制。本發(fā)明還包括用來制造具有多層閥元件的方法。
文檔編號(hào)B29C65/32GK1319167SQ99810105
公開日2001年10月24日 申請(qǐng)日期1999年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月10日
發(fā)明者托馬斯·J·麥克皮克, 詹姆斯·C·林德, 杰弗里·J·麥肯齊, 史蒂文·A·梅爾博斯泰德, 邁克爾·W·約翰遜 申請(qǐng)人:熒光制品公司