專利名稱：塑料管接頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及形成用于塑料管的接頭領域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種形成與塑料管的永久防漏接頭的方法，特別是由高性能聚合物制成的塑料管。
背景技術：
自塑料管發(fā)明以來，塑料管已越來越多的使用在家用、商用和工業(yè)應用中，這些應用以前都是黃銅管、銅管和鋼管的使用領域。與塑料管的金屬前輩相比，塑料管提供了許多優(yōu)勢。與金屬管相比，塑料管極柔軟，允許快速和容易的安裝。在要求高的應用情況中，廣泛多樣的可用塑料聚合物允許用戶選擇化學屬性上惰性和抗蝕性的管材，以滿足這些應用的獨特需要。由于塑料管并不需要現(xiàn)有的金屬管安裝時所需要的工具箱，因而幾乎任何人都能安裝塑料管。
已經(jīng)研制出各種方法，用于用塑料管制造接頭。大多數(shù)方法包括提供暫時連接的機械結合件。由于現(xiàn)有的機械連接只起到了暫時機械密封的作用，因而當使用這種連接時，存在泄漏的可能。這些類型的機械連接的實例包括使用卷邊加工過的套圈、諸如John Guest國際有限公司制造的推動式配件以及諸如JACO制造公司制造的帶螺紋的卡套式配件。
當用戶面臨要求高的應用時，用戶一般會根據(jù)能為這些應用提供最佳性能的聚合物來選擇合適的管材。當應用的要求需要涉及化學相容性或者高溫問題時，很多用戶將選擇諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)、Feflon和交聯(lián)聚乙烯(PEX)的專業(yè)塑料聚合物。不幸地是，當用戶嘗試制造塑料接頭時，使專業(yè)塑料的使用合乎要求的很多性能也會產(chǎn)生困難。其次，用戶制造與這些專業(yè)塑料的永久防漏接頭的能力問題超過了與諸如尼龍、聚乙烯和聚丙烯的更多標準聚合物相關的問題。
通過PEX管，顯示了與制造永久防漏接頭相關的類型問題的實例。有幾種制造PEX的方法。基本的結果是由于聚乙烯的分子鏈是交聯(lián)的，造成聚合物內(nèi)在較寬的溫度范圍內(nèi)顯示出強度和延展性。不幸地是，這種強度和延展性阻礙了PEX呈現(xiàn)出其它聚合物所共有的化學特性和粘結特性。由于這個局限，已研制出用于制造與PEX管的接頭的各種機械裝置。這些裝置一般包括有卷邊裝置和金屬管接頭。
這種機械裝置的一個實例包括Vanguard CRIMPSERTTM金屬接頭配件。CRIMPSERTTM配件使用接頭配件和由銅或者黃銅制成的卷邊環(huán)。使用卷邊工具，用戶能夠機械地密封接頭。
這種機械密封裝置的另一個實例包括Wirsob ProPEX裝配系統(tǒng)。ProPEX系統(tǒng)利用PEX的成型記憶性能。擴張工具用來擴張PEX管的一端。嵌入配件插入該擴張的管內(nèi)，然后取下擴張工具。PEX管回到它原來的形狀，由此將嵌入配件壓縮和保持在適當?shù)奈恢蒙稀?br> 雖然機械密封裝置可適用于在塑料管內(nèi)制造接頭，用于家用和商用安裝，但是這些機械密封裝置在大量的商業(yè)和制造安裝中具有很少的價值。所需要的是包括快速、可重復并且永久連接的塑料管接頭的接頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的接頭成型技術滿足了在大量安裝中用于密封塑料管的需要，無論管材的聚合物組成如何。本發(fā)明優(yōu)選地使用局部產(chǎn)生的超聲波能量在塑料管和各種裝配組件之間制造永久接頭。
優(yōu)選的實施例包括裝配組件，該裝配組件在將塑料管與非管組件連接和密封中使用。本發(fā)明優(yōu)選地使用超聲波焊接，旋轉焊接或者剪切焊接，但是最優(yōu)選地是剪切焊接。目前，優(yōu)選實施例的組件通過注塑成型熱塑料材料而形成。使用ABS用于制造夾頭和連接器主體，使用PPO(聚苯醚)用于制造套圈，已經(jīng)獲得了令人滿意的結果。這種設備允許大量使用本發(fā)明，同時保持較高的質(zhì)量或者再現(xiàn)性。組件的實例包括水過濾設備、器具和管道連接，在這些實例中可實施所述的本發(fā)明涉及一種用于在一定長度的塑料管內(nèi)制造塑料管接頭的連接器組件，所述塑料管具有遠端、近端和中空腔，所述連接器組件包括在鄰近塑料管近端處，通過喇叭形套圈在塑料管內(nèi)形成錐形孔，該套圈設置在塑料管腔內(nèi)并在所述的錐形孔和塑料管近端之間形成空隙，該空隙由套圈和夾頭之間限定出，塑料管縮入該空隙中，并在套圈和鄰近套圈喇叭形部分的夾頭之間形成頸部，所述頸部基本永久地鎖住縮入空隙內(nèi)的塑料管；和使所述的夾頭基本永久地粘結在連接器主體上。本發(fā)明還涉及用于同時在塑料管對內(nèi)形成塑料管接頭的連接器組件，還涉及用于在塑料管對內(nèi)同時形成塑料管接頭的方法。


圖1是本發(fā)明連接器組件的截面?zhèn)纫晥D；圖2是套圈的透視圖；圖2a是套圈的第一端視圖；圖2b是沿圖2a中的B-B線所得到的套圈的截面?zhèn)纫晥D；圖2c是套圈的側視圖；圖3是夾頭的第一透視圖；圖4是夾頭的第二透視圖；圖5是本發(fā)明連接器組件的第二實施例的側視圖；圖5b是圖5中實施例的一端視圖；圖5c是沿圖5b中的5-5線所得到的連接器組件的截面圖；圖6是雙夾頭的透視圖；
圖6a是雙夾頭的平面視圖；圖6b是沿圖6a中的B-B線所得到的雙夾頭的截面圖；圖6c是雙夾頭的側視圖；圖7是本發(fā)明連接器組件又一實施例的截面圖；圖8是與圖7中的連接器組件一起使用的夾頭的側視圖；圖9是圖8中的夾頭的截面圖；圖10是套圈的透視圖；圖11是圖10中套圈的截面圖；和圖12是連接器組件的截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的連接器組件在附圖中一般以標記10顯示。所述的連接器組件10用于將塑料管100永久連接在另一設備上。連接器組件10的第一實施例由套圈110、夾頭115和連接器主體120構成，如圖1所示。
塑料管100限定有近端130和遠端140。塑料管100包括管壁150和中空腔160。該塑料管100優(yōu)選地由柔軟、彈性的塑料材料制成。
所述的套圈110優(yōu)選地由如上所述的塑料材料制成。參照圖2-2c，所述的套圈100具有與其縱軸同心限定出的中心孔111。該套圈110具有管端112和相對的連接器端113。套圈110的外緣具有喇叭形部分114，該部分從管端112向內(nèi)延伸至第一圓筒形部分116。第一圓筒形部分116通過臺階連接在第二圓筒形部分117上。與第一圓筒形部分116的直徑相比，該第二圓筒形部分117具有減小的直徑。所述的第二圓筒形部分117連接在凸緣118上，其具有顯著大于所述兩個圓筒形部分116、117的直徑。具有非常輕微錐度的部分119從凸緣118延伸至套圈110的連接器端113。
密封件140可放置在所述的錐形部分119上，并且該密封件140抵靠凸緣118，如圖1所示。該密封件140可以是彈性體O形環(huán)。
參照圖1、3和圖4，優(yōu)選地是，夾頭115也由如上所述的塑料材料制成，且基本上為圓形。更具體地說，夾頭115具有穿過它限定出的軸孔121。該軸孔121具有喇叭形入口122。所述的喇叭形入口122結合在較短的、基本圓筒形的第一部分123上。所述的第一部分終止于淺臺階124。臺階124連接在第二部分125上，該第二部分也是基本圓筒形，且具有略微大于第一部分123的直徑。
夾頭的端邊緣127基本上是平的，不過具有在端邊緣上形成的圓形能量引導器126，所述的引導器截面上可以是三角形，具有升高的尖頂。
圖1描繪了連接器主體120。所述的連接器主體120優(yōu)選地由如上所述的塑料材料制成，并且可以一體形成在例如需要連接管100的設備上，諸如過濾器組件的岐管。通過粘結或者另外的連接方式，該連接器主體120還可以可操作地結合在該設備上。
連接器主體120具有中心縱向孔130。該縱向孔130具有基本圓筒形部分131，該部分131結合在連接器主體120的遠端129上?？撞糠?31終止于連接在基本圓筒形部分133上的臺階132上?？撞糠?33具有大于部分131的直徑?？撞糠?33終止于連接在基本圓筒形部分135的臺階134上。部分135具有大于部分133的直徑。部分135在喇叭形部分136處向外擴張至連接器主體120的近端138。近端138基本上是平的，并可具有織構化的表面，以提高它的粘結性能。
在組裝中，將套圈110與適當位置上的密封件140一起插入連接器主體120的孔130中。密封件優(yōu)選地被徑向壓縮在套圈的外邊緣和孔130的孔部分135之間。凸緣118并不必須地、但是可以密封地將密封件140壓縮在凸緣118和臺階134以及連接器主體120的孔部分135之間。
管100的近端130滑過錐形部分114。該錐形部分114使管100徑向向外擴張。推動管100向左移動，如圖1所示，直到該近端130抵靠凸緣118的側面邊緣為止。在經(jīng)過錐形部分114與第二圓筒形部分117相接觸后，彈性管110縮回到它原來的形狀。
隨著套圈110與塑料管100一起移動進入孔130，方向向左的偏移力施加在塑料管100和夾頭115上。在壓縮設備的作用下，夾頭115被向左推動，壓縮設備包括活塞或者類似的力施加器。能量引導器126被推動與連接器主體120的優(yōu)選織構化的近端138相接觸。淺臺階124壓縮地與管100相接合，并與套圈110的表面協(xié)同形成窄頸部，由此鎖住管100圍繞圓筒形表面117收縮的部分。
在保持夾頭115和連接器主體120之間緊密接觸的同時，使用者啟動超聲波發(fā)生器(未示出)。啟動超聲波發(fā)生器使得夾頭115和連接器主體120之間的接觸面在表面127、138處加熱。通過推動能量引導器126與連接器主體120的優(yōu)選織構化的近端138相接觸，增強了加熱。加熱有效地使能量引導器126軟化和變形，并促進了與優(yōu)選織構化的近端138的粘結。熱量與施加在管100上的向左引導的力協(xié)同作用，進一步使得管100的近端軟化，并進一步充滿所述的間隙，該間隙由套圈110的圓筒形表面117和凸緣118以及夾頭115的圓筒形表面125在接近喇叭形部分114處限定出。由超聲波能量所施加的熱量使得近表面127、138熔化，隨后的冷卻將夾頭115基本永久地粘結在連接器主體120上，并且基本永久地和機械地將管100鎖在夾頭115和套圈110之間。任何適度的力的作用都不會使管100退出。這就是管100和套圈110、夾頭115、和/或連接器主體120之間不用化學連接的機械式管連接。
圖5和圖6描繪了本發(fā)明的又一個實施例，用于同時將兩個管100接在連接器主體120a上。在連接器組件10的這個實施例中，夾頭115a和連接器主體120a形成有用于一對管100的雙插口。兩個套圈110與上述套圈110相同地形成。相對于單個管100的實施例，夾頭115a和連接器主體120a的各種特征都如上述。相對于將單個管100接在連接器主體120上，實現(xiàn)將所述的這對管100接在連接器主體120a上的操作與上述的相同。本實施例的優(yōu)點是消除了在使用處于接近狀態(tài)下的兩個管100時的連接過程。
圖7-12描繪了本發(fā)明的還一個實施例。圖7-11中的連接器組件10包括標示出與上述的附圖標記相同的通用組裝件的若干附圖標記。
因此，圖7、10和11中描繪的套圈110實質(zhì)上與上述的套圈110是相同的。
在某些方面，夾頭115b不同于上述的夾頭115和115a。夾頭115b具有基本平面的端部邊緣127。優(yōu)選地是，端部邊緣127具有相對粗糙的表面。圓形導出槽128在端部邊緣127中形成。
夾頭115b的孔121包括凹陷126。當夾頭115b與套圈110配合時，凹陷126基本與喇叭形部分114相對，并鄰近套圈110的圓筒形部分116。凹陷126和喇叭形部分114以及第一圓筒形部分116之間的空間限定出塑料管100所必須穿過的、基本擴張的路徑，該路徑在擴張的下游收縮。
夾頭115b具有一對六邊形邊緣140，這對邊緣140限定出夾頭115b的部分外邊緣。各個六邊形邊緣140與限定在夾頭115b中的相應的孔121同心。
圖7中描繪的連接器主體120包括六邊形孔部分136a，其形成孔130的端部。
在組裝中，當夾頭115b與連接器主體120配合時，夾頭115b的六邊形邊緣140緊密地處于連接器主體120的六邊形孔部分136a內(nèi)。以這種方式，保證了夾頭115b與連接器主體120對準。
管連接的實現(xiàn)如上所述。在施加聲能的同時，在夾頭115b上施力。所述表面127、138的粗糙度促進了該表面127、138的交界面上的熔化。這種熔化連同施加在夾頭115b上的力一起使夾頭115b更接近連接主體120移動大約0.05英寸。然后，所述表面127、138的交界面上所產(chǎn)生的熔融物流入導出槽128中。隨后的冷卻在所述表面127、138的接觸面上，通過導出槽128內(nèi)顯露出的熔融材料使得在夾頭115b和連接器主體120之間產(chǎn)生粘結。以這種方式，使塑料管100機械地鎖在套圈110和夾頭115b之間。
對于本領域技術人員而言，除了這里所描述的實施例之外，在本發(fā)明范圍內(nèi)指出其它的實施例將是顯而易見的。因此，本申請應當只由所附的權利要求限定。
權利要求
1.一種連接器組件，用于在一定長度的塑料管內(nèi)制造塑料管接頭，所述的塑料管具有遠端、近端和中空腔，所述的組件包括在鄰近塑料管的近端處，通過具有喇叭形部分的套圈在塑料管內(nèi)形成喇叭形部分，所述喇叭形部分設置在塑料管腔內(nèi)并在喇叭形部分和塑料管近端之間形成空隙，所述的空隙由套圈與夾頭協(xié)同限定，一部分塑料管縮入該空隙中，并在套圈和鄰近套圈喇叭形部分的夾頭之間形成頸部，所述頸部基本永久地將塑料管的縮入空隙中的部分鎖??；和使夾頭基本永久地粘結在連接器主體上，由此將套圈鎖在限定于連接器主體中的孔內(nèi)。
2.如權利要求1所述的連接器組件，所述的組件還包括壓縮地設置在套圈和連接器主體之間的密封件。
3.如權利要求1所述的連接器組件，所述的連接器主體和夾頭包括雙管連接。
4.如權利要求2所述的連接器組件，其中，所述的套圈包括用于壓縮地接合密封件的凸緣。
5.如權利要求2所述的連接器組件，其中，所述的密封件是彈性體O形環(huán)。
6.如權利要求1所述的連接器組件，其中，所述連接器主體和夾頭包括協(xié)同粘結的對，它們是能量引導器和表面。
7.如權利要求6所述的連接器組件，其中，所述連接器主體和夾頭通過在鄰近能量引導器和所述表面的交界面上引導施加的超聲波能所產(chǎn)生的熱量而粘結在一起，其中所述表面是織構化的。
8.一種用于在一對塑料管內(nèi)同時形成塑料管接頭的連接器組件，每個塑料管都具有遠端、近端和中空腔，所述連接器組件包括通過在每個塑料管上施加平移力，并在每個塑料管上施加軟化熱量，將每個塑料管的近端部分強制性地設置在相應的空隙內(nèi)，通過在套圈和夾頭之間的協(xié)同作用下形成的頸部，將每個塑料管的近端部分鎖??；和將夾頭基本永久地粘結在連接器主體上，所述的夾頭和連接器主體形成得適應將間隔開的所述塑料管對同時連接在連接器主體上。
9.如權利要求8所述的連接器組件，所述的組件包括在鄰近每個塑料管近端處，通過在套圈上形成的喇叭形部分而在塑料管內(nèi)形成喇叭形部分，所述的喇叭形部分設置在相應的塑料管腔內(nèi)，并在所述喇叭形部分和相應塑料管的近端之間部分地限定出相應的空隙。
10.如權利要求9所述的連接器組件，所述的組件包括在套圈和夾頭之間限定出相應的空隙，使每個塑料管在經(jīng)過套圈喇叭形部分之后縮入相應的空隙中。
11.如權利要求8所述的連接器組件，所述的組件還包括壓縮地設置在相應的套圈和連接器主體之間的兩個相應的密封件。
12.如權利要求11所述的連接器組件，每個套圈都包括有凸緣，該凸緣用于壓縮地接合各相應的密封件。
13.如權利要求11所述的連接器組件，其中，每個密封件都是彈性體O形環(huán)。
14.如權利要求10所述的連接器組件，其中，所述連接器主體和夾頭包括兩個協(xié)同粘結的對，每個粘結對都是相應的能量引導器和基本平的表面。
15.如權利要求14所述的連接器組件，其中，所述連接器主體和夾頭通過在鄰近相應能量引導器和所述表面的交界面上引導施加的超聲波能量所產(chǎn)生的熱量而粘結在一起，其中所述表面是織構化的。
16.一種用于同時在一對塑料管內(nèi)形成塑料管接頭的方法，每個塑料管都具有遠端、近端和中空腔，所述方法包括步驟通過在每個塑料管上施加平移力，強制性地將每個塑料管一部分置于空隙中；將軟化熱量傳導至每個塑料管上；通過由套圈和夾頭協(xié)作形成的頸部，將每個塑料管位于空隙中的部分鎖?。粚⑺龅膴A頭和連接器主體形成以適應同時連接間隔開的塑料管對；和將夾頭基本永久地粘結到連接器主體上。
17.如權利要求16所述的方法，所述方法包括步驟在鄰近塑料管近端處，通過喇叭形套圈在塑料管內(nèi)形成喇叭形部分，所述的套圈設置在相應的塑料管腔內(nèi)并在所述的喇叭形部分和相應的塑料管近端之間限定出空隙。
18.如權利要求16所述的方法，所述方法還包括步驟將相應的密封件壓縮地設置在相應的套圈和連接器主體之間。
19.如權利要求18所述的方法，所述方法包括步驟通過在套圈上形成的凸緣，壓縮地接合相應的密封件。
20.如權利要求18所述的方法，所述方法包括步驟形成各彈性體O形環(huán)密封件。
21.如權利要求16所述的方法，所述方法包括步驟在連接器主體和夾頭上形成兩個協(xié)作粘結的對，每個粘結對都是相應的能量引導器和相應的、基本平的平面。
22.如權利要求21所述的方法，所述方法包括步驟通過在鄰近能量引導器和所述表面的交界面上引導施加的超聲波能量所產(chǎn)生的熱量而將所述連接器主體和夾頭粘結在一起，其中所述表面是織構化的。
全文摘要
一種用于在一定長度的塑料管內(nèi)制造塑料管接頭的連接器組件，所述塑料管具有遠端、近端和中空腔，所述的連接器組件包括在鄰近塑料管近端處，通過喇叭形套圈在塑料管內(nèi)形成錐形孔，該套圈設置在塑料管腔內(nèi)并在所述的錐形孔和塑料管近端之間形成空隙，該空隙在套圈和夾頭之間限定出，塑料管縮入該空隙內(nèi)，并在套圈和鄰近套圈喇叭形部分的夾頭之間形成頸部，所述頸部基本永久地鎖住縮入空隙內(nèi)的塑料管；和使所述的夾頭基本永久地粘結在連接器主體上。還包括用于在塑料管對內(nèi)同時形成塑料管接頭的連接器組件，以及用于在塑料管對內(nèi)同時形成塑料管接頭的方法。
文檔編號F16L47/02GK1774595SQ200480009696
公開日2006年5月17日 申請日期2004年4月9日 優(yōu)先權日2003年4月11日
發(fā)明者內(nèi)森·E·馬克斯 申請人:庫諾公司