聚合物波紋管彈簧的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于止回閥中的彈簧，所述彈簧由單件聚合物材料形成并且包括近端、遠(yuǎn)端以及定位在近端和遠(yuǎn)端之間的主體。主體包括壁、壁上的近側(cè)開口和壁上的遠(yuǎn)側(cè)開口，以及在近側(cè)開口和遠(yuǎn)側(cè)開口之間的波紋管。本發(fā)明還包括形成彈簧的方法。
【專利說明】聚合物波紋管彈簧

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及止回閥，并且更特別地涉及用于與止回閥一起使用的聚合物波紋管彈簧以及形成彈簧的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]由于在工藝中使用的化學(xué)制品可能與金屬成分不利地相互作用的風(fēng)險(xiǎn)，因此在化學(xué)輸送工藝應(yīng)用、例如半導(dǎo)體制造工藝中使用的止回閥不能包括任何金屬成分。所以，包括聚合物成分的止回閥是期望的。然而布置在這些止回閥內(nèi)的常規(guī)聚合物彈簧是不一致的，具有通過止回閥的化學(xué)制品的泄漏、不能適當(dāng)?shù)孛芊庵够亻y、止回閥內(nèi)的部件的不對準(zhǔn)以及低流動(dòng)系數(shù)。
[0003]因此，需要用于與止回閥一起使用的改進(jìn)彈簧。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在實(shí)施例中，提供一種用于止回閥中的彈簧，其中所述彈簧由單件聚合物材料形成并且其中所述彈簧包括近端、與所述近端相對定位的遠(yuǎn)端以及定位在所述近端和所述遠(yuǎn)端之間的主體，其中所述主體包括壁，其中所述主體包括在鄰近所述近端的所述壁的一部分上的近側(cè)開口和在鄰近所述遠(yuǎn)端的所述壁的一部分上的遠(yuǎn)側(cè)開口，并且其中所述主體還包括在所述近側(cè)開口和所述遠(yuǎn)側(cè)開口之間的波紋管。
[0005]在另一實(shí)施例中，提供一種止回閥，其中所述止回閥包括外殼以及由單件聚合物材料形成的彈簧，其中所述彈簧包括近端；與所述近端相對定位的遠(yuǎn)端；以及定位在所述近端和所述遠(yuǎn)端之間的主體，其中所述主體包括壁，其中所述主體包括在鄰近所述近端的所述壁的一部分上的近側(cè)開口和在鄰近所述遠(yuǎn)端的所述壁的一部分上的遠(yuǎn)側(cè)開口，并且其中所述主體還包括在所述近側(cè)開口和所述遠(yuǎn)側(cè)開口之間的波紋管。
[0006]在又一實(shí)施例中，提供一種用于形成用于止回閥中的彈簧的方法，其包括提供聚合物材料以及將所述聚合物材料形成彈簧，其中所述彈簧包括近端、與所述近端相對定位的遠(yuǎn)端以及定位在所述近端和所述遠(yuǎn)端之間的主體，其中所述主體包括壁，其中所述主體包括在鄰近所述近端的所述壁的一部分上的近側(cè)開口和在鄰近所述遠(yuǎn)端的所述壁的一部分上的遠(yuǎn)側(cè)開口，并且其中所述主體還包括在所述近側(cè)開口和所述遠(yuǎn)側(cè)開口之間的波紋管。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]實(shí)施例在附圖中作為例子被示出并且不被限制。
[0008]圖1包括根據(jù)本文中所述的實(shí)施例的彈簧的圖示。
[0009]圖2A包括根據(jù)本文中所述的實(shí)施例的止回閥的圖示。
[0010]圖2B包括根據(jù)本文中所述的實(shí)施例的從線A-A看到的圖2A的止回閥的橫截面圖的圖示。
[0011]熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)圖中的元件為了簡化和清楚而被示出并且不必按比例繪制。例如，圖中的一些元件的尺寸可以相對于其它元件放大以有助于改善對本發(fā)明的實(shí)施例的理解。

【具體實(shí)施方式】
[0012]與附圖組合提供以下描述以有助于理解本文中公開的教導(dǎo)。以下論述將聚焦于教導(dǎo)的具體實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)施例。該聚焦被提供以便有助于描述教導(dǎo)并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制教導(dǎo)的范圍或可應(yīng)用性。然而，其它教導(dǎo)當(dāng)然可以在本申請中使用。
[0013]在敘述下面所述的實(shí)施例的細(xì)節(jié)之前，定義或闡釋一些術(shù)語。術(shù)語“平均”旨在表示平均(即算術(shù)平均值)、中值或幾何平均值。
[0014]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”或其任何其它變型旨在涵蓋非排他性包括。例如，包括一列特征的方法、制品或裝置不必僅僅被限制到那些特征，而是可以包括未明確列出或這樣的方法、制品或裝置固有的其它特征。此外，除非相反地明確說明，“或”表示兼或而不是異或。例如，條件A或B由下面的任一項(xiàng)滿足:A為真(或存在)并且B為假(或不存在)，A為假(或不存在)并且B為真(或存在)，以及A和B都為真(或存在)。
[0015]而且，“一”的使用用于描述本文中所述的元件和部件。這樣做僅僅是為了方便和提供本發(fā)明的范圍的一般意義。該描述應(yīng)當(dāng)被理解為包括一個(gè)或至少一個(gè)并且單個(gè)也包括多個(gè)，反之亦然，除非清楚它表示另外含義。例如，當(dāng)在本文中描述單項(xiàng)時(shí)，一個(gè)以上項(xiàng)可以用于代替單項(xiàng)。類似地，在本文中描述一個(gè)以上項(xiàng)的情況下，單項(xiàng)可以代替一個(gè)以上項(xiàng)。
[0016]除非另外限定，本文中使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同的含義。材料、方法和例子僅僅是示例性的并且不旨在限制。在本文中未描述的范圍內(nèi)，關(guān)于特定材料和處理措施的許多細(xì)節(jié)是常規(guī)的并且可以在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域和相應(yīng)的制造領(lǐng)域內(nèi)的參考書和其它資料中找到。
[0017]本發(fā)明提供一種用于止回閥中的彈簧。止回閥是允許流體在期望方向上流動(dòng)并且防止流體在與期望方向相反的方向或反向方向上流動(dòng)的閥的類型。根據(jù)本發(fā)明的彈簧在止回閥中使用以允許流體在期望方向上流動(dòng)通過止回閥并且防止流體在反向方向上流動(dòng)。彈簧包括任何合理的尺寸。在實(shí)施例中，彈簧具有大約2英寸到大約5英寸之間的高度,包括大約3英寸到大約4英寸之間的高度。彈簧包括大約I英寸到大約5英寸之間的直徑,包括大約1.5英寸到大約4英寸之間的直徑,或大約2英寸到大約3.5英寸之間的直徑。
[0018]在一個(gè)特定實(shí)施例中，彈簧由單件的任何合理的聚合物材料形成。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，聚合物材料包括含氟聚合物。預(yù)見任何合理的含氟聚合物。一種示例性的含氟聚合物包括由單體形成的均聚物、共聚物、三元共聚物或聚合物共混物，所述單體例如四氟乙烯、六氟丙烯、氯三氟乙烯、三氟乙烯、偏氟乙烯、氟乙烯、全氟丙基乙烯基醚、全氟甲基乙烯基醚或它們的任意組合。
[0019]含氟聚合物可包括包含如上單體中的一種或多種的聚合物、聚合物共混物和共聚物，如氟化乙烯丙烯(FEP)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚四氟乙烯-全氟丙基醚(PFA)、聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚(MFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)和四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯(THV)。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，含氟聚合物可包括聚四氟乙烯(PTFE)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，聚合物材料可包括高純度含氟聚合物。在另一實(shí)施例中，聚合物材料可包括100%高純度PTFE。例如，聚合物材料可包括基本上不含任何添加劑的PTFE。如本文所用的“基本上不含”指以聚合物材料的總重量計(jì)少于約1.0wt.如少于約0.5wt.或甚至少于約0.1wt.%的添加劑。聚合物材料可以可見地顯示為具有高純度，無斑點(diǎn)、褪色或類似缺陷。也希望選擇聚合物材料，使得聚合物材料抵抗將與彈簧接觸的任何化學(xué)品的腐蝕作用。這種化學(xué)品可包括例如氟化氫、氯化氫和多種研磨漿料。還希望選擇聚合物材料，使得聚合物材料在特定條件下適當(dāng)操作而無聚合物材料的降解。所述條件可包括約0°C至約100°C之間的溫度范圍和至多約90psig的一系列表壓或相對于當(dāng)?shù)卮髿鈮夯颦h(huán)境壓力的壓力。也希望選擇聚合物材料，使得聚合物材料滿足用于使用彈簧的工業(yè)的任何現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，包括但不限于Semi F57(用于超純水和液體化學(xué)品分配系統(tǒng)中的聚合物組分的臨時(shí)說明書)。
[0021]彈簧包括近端和與近端相對定位的遠(yuǎn)端。近端和遠(yuǎn)端的每一個(gè)可以包括任何合理的尺寸，包括大約2英寸到大約3.5英寸之間的直徑。近端和遠(yuǎn)端的每一個(gè)也可以包括任何合理形狀的橫截面。例如，近端和遠(yuǎn)端的每一個(gè)的橫截面包括圓形。彈簧還包括定位在近端和遠(yuǎn)端之間的主體，其中主體包括壁。壁可以包括任何合理的平均厚度，包括大約0.01英寸到大約0.02英寸之間、例如大約0.011英寸到大約0.019英寸之間、例如大約0.012英寸到大約0.018英寸之間、乃至大約0.013英寸到大約0.017英寸之間的厚度的范圍。在實(shí)施例中，壁包括大約0.015英寸到大約0.018英寸之間的平均厚度。
[0022]彈簧的主體包括在鄰近近端的壁的一部分上的至少一個(gè)近側(cè)開口和在鄰近遠(yuǎn)端的壁的一部分上的至少一個(gè)遠(yuǎn)側(cè)開口。近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)開口包括在壁上的任何合理的開口，包括孔、槽、口、縫或它們的任何組合。近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)開口的每一個(gè)包括任何合理的構(gòu)造，例如圓形、卵形、矩形、方形、四邊形或它們的任何組合。近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)開口的每一個(gè)也包括任何合理的尺寸。在實(shí)施例中，近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)開口的每一個(gè)包括大約0.2英寸到大約0.5英寸之間的高度。例如，近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)開口的每一個(gè)包括大約0.3到0.4英寸之間的高度?？梢灶A(yù)見近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)開口的任何長度，條件是保持彈簧的機(jī)械完整性。
[0023]主體包括任何合理數(shù)量的近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)開口。在實(shí)施例中，在鄰近近端的壁的一部分上有多個(gè)近側(cè)開口。例如，多個(gè)近側(cè)開口環(huán)繞鄰近近端的壁的一部分或者可以包括相對于彼此的任何其它合理的取向。在另一實(shí)施例中，在鄰近遠(yuǎn)端的壁的一部分上有多個(gè)遠(yuǎn)側(cè)開口，多個(gè)遠(yuǎn)側(cè)開口包括相對于彼此的任何合理的取向。在又一實(shí)施例中，在鄰近彈簧的兩個(gè)端部的壁的部分上有多個(gè)開口，使得在鄰近近端和遠(yuǎn)端的每一個(gè)的壁的一部分上有一個(gè)以上的開口。在有多個(gè)開口的情況下，開口的每一個(gè)可以包括相同的形狀、尺寸或相對于另一開口的取向，或者開口的每一個(gè)可以在形狀、尺寸或相對于另一開口的取向上不同。開口可以平衡使得鄰近彈簧的任一端部有相同數(shù)量的開口，或者開口可以不平衡使得鄰近彈簧的任一端部有不同數(shù)量的開口。
[0024]在實(shí)施例中，彈簧也可以包括內(nèi)腔。內(nèi)腔在彈簧的主體內(nèi)。內(nèi)腔包括任何合理的橫截面、例如圓形橫截面，和任何合理的直徑、例如大約1.5英寸到大約4英寸之間的直徑。例如，內(nèi)腔包括大約2英寸到大約3英寸之間的直徑。內(nèi)腔可以連續(xù)地延伸通過主體,并且在實(shí)施例中，可以延伸通過彈簧的遠(yuǎn)端以允許流體流動(dòng)通過其中。在實(shí)施例中，內(nèi)腔不延伸通過彈簧的近端。在又一實(shí)施例中，內(nèi)腔不延伸通過彈簧的近端或遠(yuǎn)端。
[0025]在實(shí)施例中，近側(cè)開口或遠(yuǎn)側(cè)開口或兩者可以提供到達(dá)內(nèi)腔的流體連通。在特定實(shí)施例中，流體可以通過流動(dòng)通過彈簧的外部進(jìn)入近側(cè)開口而進(jìn)入彈簧，通過內(nèi)腔，并且可以通過流出遠(yuǎn)側(cè)開口而離開彈簧。在另一實(shí)施例中，流體可以通過流動(dòng)通過彈簧的外部進(jìn)入遠(yuǎn)側(cè)開口而進(jìn)入彈簧，通過內(nèi)腔，并且可以通過流出近側(cè)開口而離開彈簧。在另一實(shí)施例中，流體可以通過近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)開口兩者流入或流出內(nèi)腔而進(jìn)入或離開彈簧。如果內(nèi)腔也延伸通過遠(yuǎn)端，則近側(cè)或遠(yuǎn)側(cè)開口或兩者可以便于通過內(nèi)腔和遠(yuǎn)端的流體連通。
[0026]主體還包括在近側(cè)開口和遠(yuǎn)側(cè)開口之間的波紋管。波紋管可以包括允許波紋管響應(yīng)環(huán)境條件的變化而變形的任何合理的構(gòu)造，例如具有同心環(huán)的線圈狀構(gòu)造或具有折疊的手風(fēng)琴狀構(gòu)造。例如，當(dāng)暴露于壓力或力或類似條件的增加、例如流體壓力的增加時(shí)波紋管可以從初始位置壓縮，并且當(dāng)暴露于該條件的減小時(shí)波紋管也可以膨脹或返回到初始位置。當(dāng)波紋管變形時(shí)，彈簧的端部和壁上的開口都可以不類似地變形。有助于限定波紋管的壁的部分包括與壁的其它部分相同的平均厚度或不同的平均厚度。
[0027]提供具有單件構(gòu)造和在波紋管的任一側(cè)包含到彈簧的結(jié)構(gòu)中的開口的聚合物彈簧的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是更高水平的可重復(fù)性。也就是說，包括如上所述的彈簧的止回閥在改善的密封和減小的泄漏方面具有更長期的更好的性能。在實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的止回閥包括大約250，000個(gè)周期的預(yù)期壽命。
[0028]彈簧可以包括任何合理的機(jī)構(gòu)以便于期望的流體流動(dòng)并且防止通過止回閥的非希望的流體流動(dòng)。例如，彈簧可以包括在彈簧的近端上的密封唇邊或另一突起或表面。密封唇邊包括任何合理的形狀，例如環(huán)繞近端的圓形。密封唇邊可以包括任何合理的尺寸，例如大約2英寸到大約3英寸之間的直徑。密封唇邊可以從近端突出以與止回閥的外殼接合或脫離，并且這樣的突起可以包括任何合理的高度，包括大約0.1英寸到大約0.2英寸之間的高度。在實(shí)施例中，近端和密封唇邊離止回閥的外殼的入口比離外殼的出口更近地定位以便于在期望方向上的流體流動(dòng)并且防止在反向方向上的流體流動(dòng)。
[0029]密封唇邊構(gòu)造成與止回閥的外殼接合和脫離。例如，當(dāng)彈簧的波紋管被壓縮時(shí)密封唇邊可以與外殼脫離。在實(shí)施例中，密封唇邊的至少一部分與包括環(huán)繞外殼的入口的表面的外殼的近側(cè)內(nèi)表面相接觸。在特定實(shí)施例中，近側(cè)內(nèi)表面可以包括外殼的近側(cè)密封內(nèi)表面。當(dāng)在入口內(nèi)沒有流體時(shí)或者當(dāng)在近側(cè)的壓力由于通過入口的流體流動(dòng)而不足以克服止回閥的開啟壓力時(shí)，彈簧保持初始位置，其中波紋管膨脹并且密封唇邊接觸外殼的近側(cè)密封內(nèi)表面。該初始位置防止在任一方向上通過止回閥的流體流動(dòng)。當(dāng)例如通過流體進(jìn)入入口并且擠壓近端使近端暴露于等于或大于止回閥的開啟壓力的足夠壓力時(shí)，彈簧的波紋管壓縮，使密封唇邊從近側(cè)密封內(nèi)表面脫離并且朝著彈簧的遠(yuǎn)端移動(dòng)近端。這樣的運(yùn)動(dòng)允許流體通過流動(dòng)通過近側(cè)開口并且在實(shí)施例中也通過遠(yuǎn)側(cè)開口而流動(dòng)通過止回閥。在特定實(shí)施例中，流體也可以圍繞近端流動(dòng)。在另一特定實(shí)施例中，流體也可以流動(dòng)通過可以延伸通過彈簧的遠(yuǎn)端的彈簧中的內(nèi)腔并且通過外殼的出口。
[0030]密封唇邊也可以與外殼接合。例如，當(dāng)彈簧的波紋管膨脹時(shí)密封唇邊可以接觸外殼的近側(cè)密封內(nèi)表面。在實(shí)施例中，流體可以進(jìn)入出口，表示在反向方向上的流體流動(dòng)。在特定實(shí)施例中，如果內(nèi)腔延伸通過遠(yuǎn)端，則流體可以通過彈簧的遠(yuǎn)端進(jìn)入彈簧。由于反向方向上的流體流動(dòng)引起的壓力導(dǎo)致彈簧的波紋管膨脹，再次朝著外殼的近側(cè)密封內(nèi)表面移動(dòng)彈簧的近端。這樣的運(yùn)動(dòng)將密封唇邊定位成與外殼的近側(cè)密封內(nèi)表面接觸并且通過有效地密封入口和防止流體流動(dòng)超出近端進(jìn)入入口而防止流體在反向方向上流動(dòng)通過止回閥。
[0031]如上所述的密封唇邊的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于密封唇邊不太可能變?yōu)榕c外殼的近側(cè)密封內(nèi)表面不對準(zhǔn)。例如，與包括借助于擋板聯(lián)接到彈簧的密封盤的常規(guī)止回閥設(shè)計(jì)相比，密封唇邊可以與彈簧一體化。在常規(guī)止回閥設(shè)計(jì)中看到的止回閥內(nèi)的密封表面的不對準(zhǔn)導(dǎo)致從止回閥的流體泄漏、缺少由彈簧進(jìn)行的適當(dāng)密封和降低的流動(dòng)系數(shù)。如上所述的一體化密封唇邊的另一優(yōu)點(diǎn)在于它是用于彈簧的單件設(shè)計(jì)的一部分，這減小活動(dòng)零件的數(shù)量并且類似地降低密封表面將在止回閥內(nèi)變?yōu)椴粚?zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0032]彈簧也可以包括任何合理的機(jī)構(gòu)以將彈簧穩(wěn)定在止回閥的外殼內(nèi)。例如，彈簧可以包括在彈簧的遠(yuǎn)端處的引導(dǎo)件。引導(dǎo)件可以包括任何合理的構(gòu)造，例如槽口、臺階、鎖、接片、夾子、支架或它們的任何組合。在例子中，引導(dǎo)件將彈簧保持在相對于外殼的適當(dāng)取向。在實(shí)施例中，引導(dǎo)件可以包括環(huán)繞遠(yuǎn)端的任何合理厚度的接片。例如，引導(dǎo)件可以包括具有大約0.1英寸到大約0.4英寸之間、例如大約0.2英寸到大約0.3英寸之間的的平均厚度的接片。引導(dǎo)件也可以包括任何合理的直徑，包括大約2英寸到大約3英寸之間的直徑，例如大約2.5英寸到大約3.5英寸之間的直徑。在特定實(shí)施例中，引導(dǎo)件的直徑可以大于密封唇邊的直徑。例如，引導(dǎo)件可以包括大約0.5英寸到大約I英寸之間的直徑，例如大約0.15到大約0.3英寸之間的直徑，大于密封唇邊的直徑。
[0033]引導(dǎo)件可以使用任何合理的手段將彈簧穩(wěn)定在外殼內(nèi)。例如，引導(dǎo)件可以接觸外殼的遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面。在實(shí)施例中，引導(dǎo)件接觸或抵靠環(huán)繞外殼的出口的外殼的第一遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面。在特定實(shí)施例中，引導(dǎo)件也接觸或抵靠環(huán)繞彈簧放置在其中的外殼的內(nèi)室的第二遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面。通過抵靠遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面之一或兩者，當(dāng)波紋管壓縮或膨脹時(shí)并且當(dāng)流體流動(dòng)通過止回閥時(shí)引導(dǎo)件能夠使彈簧保持穩(wěn)定。例如，當(dāng)彈簧的波紋管壓縮時(shí)，彈簧的遠(yuǎn)端抵靠遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面之一或兩者用摩擦力保持穩(wěn)定以允許流體流動(dòng)通過外殼的入口、彈簧的近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)開口并且在一些實(shí)施例中通過彈簧的內(nèi)腔和通過遠(yuǎn)端。當(dāng)彈簧的波紋管膨脹時(shí)，彈簧的遠(yuǎn)端保持抵靠遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面之一或兩者，同時(shí)密封唇邊接觸環(huán)繞入口的外殼的近側(cè)密封內(nèi)表面。如上所述的引導(dǎo)件的優(yōu)點(diǎn)在于彈簧(相關(guān)地，密封唇邊)不太可能在外殼內(nèi)變?yōu)椴粚?zhǔn)，這減小從止回閥的流體泄漏的風(fēng)險(xiǎn)和不適當(dāng)?shù)孛芊庵够亻y的風(fēng)險(xiǎn)，并且增加止回閥的流動(dòng)效率。另一優(yōu)點(diǎn)在于作為彈簧的一體化特征的引導(dǎo)件不需要與外殼的任何附加機(jī)械或化學(xué)聯(lián)接以適當(dāng)?shù)胤€(wěn)定彈簧。
[0034]本發(fā)明也涉及一種止回閥，其包括外殼和包含在外殼內(nèi)的如上所述由單件聚合物材料形成的彈簧。止回閥包括任何合理的尺寸，例如大約I英寸到大約5英寸之間的尺寸，例如大約2英寸到大約4英寸之間的尺寸,或例如大約2.5英寸到大約3.5英寸之間的尺寸。在實(shí)施例中，止回閥包括2英寸止回閥，其可以用于各種工業(yè)中，包括半導(dǎo)體制造工藝工業(yè)。止回閥也包括任何合理的材料。例如，類似于彈簧，外殼包括聚合物材料、例如含氟聚合物。在特定實(shí)施例中，外殼包括高純度含氟聚合物，包括高純度PTFE。止回閥也可以包括任何其它合理的參數(shù)。例如，止回閥可以包括衡量止回閥允許流體流動(dòng)通過止回閥的效率的流動(dòng)系數(shù)值Cv。在實(shí)施例中，止回閥可以包括至少35、例如至少36、至少37、至少38、至少40或至少42或乃至至少45的流動(dòng)系數(shù)值。在特定實(shí)施例中，止回閥可以包括至少40、例如大約35到大約40之間的值的范圍的流動(dòng)效率值。止回閥也可以包括開啟壓力參數(shù)。例如，止回閥可以包括衡量允許流體流動(dòng)通過止回閥的閾值計(jì)示壓力的開啟壓力值。在實(shí)施例中，止回閥可以包括大約0.5psig到大約1.0psig之間、例如大約0.5psig到大約0.9psig之間、或大約0.5psig到大約0.75psig之間、或大約0.6psig到大約1.0psig之間、或大約0.75psig到大約1.0psig之間的開啟壓力范圍。
[0035]外殼包括流體可以流動(dòng)通過的入口，例如通道、管或內(nèi)腔。在特定實(shí)施例中，流體通過流動(dòng)通過入口而進(jìn)入止回閥。外殼也包括出口，所述出口可以包括與入口相同或不同的構(gòu)造。在特定實(shí)施例中，流體通過流動(dòng)通過出口而離開止回閥。外殼還包括定位在入口和出口之間的內(nèi)室并且內(nèi)室也可以包括通道、管或內(nèi)腔。在實(shí)施例中，如上所述的彈簧定位在內(nèi)室內(nèi)。在特定實(shí)施例中，內(nèi)室的直徑可以小于入口、出口或入口和出口兩者的直徑。在另一實(shí)施例中，內(nèi)室的直徑可以大于入口、出口或兩者的直徑。第一遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面可以出現(xiàn)在內(nèi)室和出口相交處，這樣的第一遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面用于與彈簧的引導(dǎo)件進(jìn)行接觸，如上所述。內(nèi)室的直徑可以限定彈簧的引導(dǎo)件也可以抵靠的第二遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面，如上所述。近側(cè)內(nèi)表面、例如近側(cè)密封內(nèi)表面也可以出現(xiàn)在入口和內(nèi)室相交處。該近側(cè)密封內(nèi)表面可以用于與彈簧的密封唇邊進(jìn)行接觸，如上所述。
[0036]參見用于形成用于止回閥中的彈簧的方法，可以提供用于形成彈簧的聚合物材料。可以使用任何合適的聚合物材料，包括含氟聚合物、例如PTFE，并且在特定實(shí)施例中，可以使用高純度含氟聚合物。可以取決于彈簧將暴露的環(huán)境條件和彈簧必須符合的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選擇聚合物材料。在實(shí)施例中，彈簧將由單件被選擇聚合物材料形成。在另一實(shí)施例中，彈簧將由一件以上的被選擇聚合物材料形成以產(chǎn)生具有最后特征、例如壁上的開口的彈簧，如上所述。聚合物材料可以采用任何合理的初始形式。例如，聚合物材料可以初始包括粉末或其它顆粒形式，其被壓縮模制以制備用于形成的材料。
[0037]聚合物材料然后使用任何合理的方法形成彈簧。形成彈簧包括形成彈簧的近端和遠(yuǎn)端，在近端和遠(yuǎn)端之間具有壁的主體，如上所述的壁上的近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)開口，以及波紋管。在一些情況下，形成彈簧也包括形成主體內(nèi)的內(nèi)腔使得近側(cè)和遠(yuǎn)側(cè)開口可以提供到達(dá)內(nèi)腔的流體連通。在特定實(shí)施例中，內(nèi)腔形成為延伸通過遠(yuǎn)端。在另一實(shí)施例中，彈簧形成為包括密封唇邊和引導(dǎo)件，如上所述。聚合物材料可以通過機(jī)加工形成以產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的彈簧?？梢灶A(yù)見任何合理的機(jī)加工。
[0038]參見圖1，提供彈簧的圖示。彈簧100包括任何合理的聚合物材料，包括含氟聚合物、例如高純度PTFE。彈簧100由單件聚合物材料形成。彈簧100包括近端110和與近端110相對的遠(yuǎn)端120。彈簧100也包括定位在近端110和遠(yuǎn)端120之間的主體117。主體117包括平均厚度115和由聚合物材料形成的壁113。
[0039]主體117包括在鄰近近端110的壁113的一部分上的近側(cè)開口 130。圖1顯示鄰近近端I1的兩個(gè)近側(cè)開口 130，但是應(yīng)當(dāng)理解在本發(fā)明中可以包括任何數(shù)量的近側(cè)開口130。盡管示出為卵形，但是近側(cè)開口 130的每一個(gè)可以包括任何合理的形狀、尺寸和相對于另一近側(cè)開口 130的取向。主體117也包括在鄰近遠(yuǎn)端120的壁113的一部分上的遠(yuǎn)側(cè)開口 140。圖1示出鄰近遠(yuǎn)端120的一個(gè)遠(yuǎn)側(cè)開口 140，但是也應(yīng)當(dāng)理解在本發(fā)明中可以包括任何數(shù)量的遠(yuǎn)側(cè)開口 140。在實(shí)施例中，近側(cè)開口 130的數(shù)量等于遠(yuǎn)側(cè)開口 140的數(shù)量。在另一實(shí)施例中，近側(cè)開口 130的數(shù)量不等于遠(yuǎn)側(cè)開口 140的數(shù)量。盡管示出為卵形，但是遠(yuǎn)側(cè)開口 140的每一個(gè)可以包括任何合理的形狀、尺寸和相對于另一遠(yuǎn)側(cè)開口 140的取向。遠(yuǎn)側(cè)開口 140可以類似于或不類似于近側(cè)開口 130。
[0040]主體117還包括在近側(cè)開口 130和遠(yuǎn)側(cè)開口 140之間的波紋管150。波紋管150可以包括任何合理的構(gòu)造，例如具有同心環(huán)的線圈狀構(gòu)造，如圖1中所示，或具有折疊的手風(fēng)琴狀構(gòu)造。波紋管150能夠響應(yīng)環(huán)境條件的變化而變形。例如，當(dāng)暴露于壓力或力或類似條件的增加、例如流體壓力的增加時(shí)波紋管150可以從包括初始高度155的初始位置壓縮到具有小于初始高度155的高度的位置。當(dāng)暴露于相同條件或不同條件的減小時(shí)波紋管150也可以膨脹或返回到初始位置、例如初始高度155。當(dāng)波紋管150變形時(shí)，近端110、遠(yuǎn)端120、近側(cè)開口 130和遠(yuǎn)側(cè)開口 140可以不類似地變形。類似地，當(dāng)波紋管150壓縮時(shí)，波紋管150可以不在另一尺寸上變形。例如，當(dāng)波紋管150變形時(shí)波紋管150不在直徑上增加或減小。有助于限定波紋管150的壁113的部分包括與壁113的其它部分相同的平均厚度115或不同的平均厚度115。
[0041]彈簧100也可以包括內(nèi)腔165。在實(shí)施例中，內(nèi)腔165可以定位在主體117內(nèi)并且可以從近側(cè)開口 130延伸到遠(yuǎn)側(cè)開口 140使得近側(cè)開口 130和遠(yuǎn)側(cè)開口 140可以提供進(jìn)入或離開內(nèi)腔165的流體連通。在實(shí)施例中，內(nèi)腔165延伸通過遠(yuǎn)端120。
[0042]彈簧100也包括密封唇邊114，如上所述。密封唇邊114可以環(huán)繞近端110。密封唇邊114可以包括任何合理的尺寸以使它能夠接觸止回閥的外殼的近側(cè)密封內(nèi)表面以密封止回閥。彈簧100也包括引導(dǎo)件124，如上所述。引導(dǎo)件124環(huán)繞遠(yuǎn)端120。盡管示出為接片，但是引導(dǎo)件124可以包括任何合理的尺寸以使它能夠接觸止回閥的外殼的一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面以穩(wěn)定彈簧100。
[0043]參見圖2A，提供止回閥的圖示。止回閥200包括任何合理尺寸的止回閥。止回閥200包括外殼210，所述外殼可以包括任何合理的聚合物材料，包括與形成彈簧100相同或不同的聚合物材料。在實(shí)施例中，外殼210可以包括可以使用任何合理的密封手段聯(lián)接在一起的一個(gè)以上部件。例如，外殼210可以包括陽部件203，所述陽部件使用任何合理的聯(lián)接手段、例如突舌和凹槽設(shè)計(jì)或使用螺紋裝置接合陰部件205。外殼210可以使用任何合理的手段聯(lián)接到管道213和管道215以便于流體流動(dòng)。例如，陽部件203可以使用螺紋軸環(huán)217聯(lián)接到管道213并且陰部件205可以使用螺紋軸環(huán)219聯(lián)接到管道215。外殼210聯(lián)接到管道213和215以允許從管道215、通過外殼210并且朝著管道213的流體流動(dòng)的方向。流體流動(dòng)的該方向可以平行于所示的方向C和D并且可以是止回閥200的期望流動(dòng)方向。由于止回閥200布置成防止在反向方向上的流體流動(dòng)，因此止回閥200例如可以布置成防止流體通過進(jìn)入管道213和離開管道215而流動(dòng)通過外殼210。反向流動(dòng)方向可以平行于所示的方向E和F。止回閥200可以使用任何合理的手段以防止流體在平行于方向E和F的方向上流動(dòng)，包括彈簧100。
[0044]參見圖2B，提供從線A-A看到的止回閥200的橫截面圖的圖示。止回閥200包括在外殼210的內(nèi)室240內(nèi)的彈簧100。如圖所示，彈簧100定向成使得近端110更靠近外殼210的入口 220，而遠(yuǎn)端120更靠近外殼210的出口 230。這樣的取向便于止回閥200的流體流動(dòng)的期望方向使得流體經(jīng)由使用螺紋軸環(huán)219聯(lián)接到陰部件205的管道215進(jìn)入入口 220，流動(dòng)通過外殼210，并且朝著使用螺紋軸環(huán)217聯(lián)接到陽部件203的管道213離開出口 230。
[0045]外殼210包括內(nèi)室240和入口 220相交處的近側(cè)密封內(nèi)表面245。近側(cè)密封內(nèi)表面245可以包括環(huán)繞入口 220的表面。密封唇邊114接觸近側(cè)密封內(nèi)表面245的至少一部分以提供止回閥200的密封。外殼210包括內(nèi)室240和出口 230相交處的第一遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面247。第一遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面247可以包括環(huán)繞出口 230的表面。外殼210也包括可以環(huán)繞內(nèi)室240的第二遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面249。引導(dǎo)件124接觸第一遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面247或第二遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面249或兩者的至少一部分以將彈簧100穩(wěn)定在外殼210內(nèi)。例如，彈簧100在外殼210內(nèi)定向成使得彈簧100的縱軸線平行于外殼210和止回閥200的縱軸線。彈簧100的這樣的取向最大化通過止回閥200的流動(dòng)并且最小化從止回閥200的流體泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。如果例如響應(yīng)流體流動(dòng)或止回閥200的其它破壞彈簧100的取向?qū)⒆兓沟脧椈?00的縱軸線不平行于外殼210的縱軸線(例如，相對外殼210的縱軸線成非零角)，則彈簧100的改變?nèi)∠驎?huì)增加從止回閥200的流體泄漏的風(fēng)險(xiǎn)和降低止回閥200的流動(dòng)系數(shù)。然后引導(dǎo)件124通過抵靠遠(yuǎn)側(cè)內(nèi)表面247和249之一或兩者而提供外殼210內(nèi)的彈簧100的穩(wěn)定，以最小化彈簧100將在外殼210內(nèi)變?yōu)椴粚?zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0046]止回閥200可以使用彈簧100允許流體在期望方向、例如平行于方向C和D的方向上流動(dòng)。在實(shí)施例中，流體可以通過入口 220經(jīng)由管道215進(jìn)入外殼210。流體將壓力施加到近端110。如果壓力不超過止回閥200的開啟壓力、例如大約0.5psig到大約1.0psig的開啟壓力范圍，則近端110不移動(dòng)并且密封唇邊114保持與近側(cè)密封內(nèi)表面245密封接觸。如果壓力超過開啟壓力，則近端110和密封唇邊114朝著遠(yuǎn)端120移動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)通過響應(yīng)壓力而波紋管150的變形(例如，壓縮)得以實(shí)現(xiàn)。流體流動(dòng)通過近側(cè)開口 130中的至少一個(gè)并且也可以流動(dòng)通過遠(yuǎn)側(cè)開口 140中的至少一個(gè)。彈簧100可以包括內(nèi)腔165，所述內(nèi)腔延伸通過遠(yuǎn)端120并且近側(cè)開口 130和遠(yuǎn)側(cè)開口 140提供到達(dá)所述內(nèi)腔的流體連通。流體流動(dòng)通過內(nèi)腔165并且可以通過遠(yuǎn)端120離開彈簧100。遠(yuǎn)端120不響應(yīng)流體流動(dòng)或波紋管150的運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，原因是引導(dǎo)件124將遠(yuǎn)端120穩(wěn)定在外殼210內(nèi)。彈簧100的穩(wěn)定性使止回閥200能夠具有更高的流動(dòng)系數(shù)，例如至少35的流動(dòng)系數(shù)，并且最小化彈簧100將在外殼210內(nèi)變?yōu)椴粚?zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)，所述風(fēng)險(xiǎn)會(huì)導(dǎo)致從止回閥200的流體泄漏的增加風(fēng)險(xiǎn)。流體通過出口 230朝著管道213離開外殼210。當(dāng)由流體施加的壓力降到低于開啟壓力時(shí)，波紋管150朝著近側(cè)密封內(nèi)表面245移動(dòng)近端110和密封唇邊114以密封止回閥200。例如，波紋管150膨脹返回到初始位置、例如初始高度155，使密封面114與近側(cè)密封內(nèi)表面245接觸。
[0047]止回閥200可以使用彈簧100防止流體在反向方向、例如平行于方向E和F的方向上流動(dòng)。在實(shí)施例中，流體可以通過出口 230經(jīng)由管道213進(jìn)入外殼210并且可以流入彈簧100中。例如，流體可以通過延伸通過遠(yuǎn)端120的內(nèi)腔165流入彈簧100中。然而防止流體流動(dòng)超出近端110，原因是波紋管150膨脹以使密封唇邊114與近側(cè)密封內(nèi)表面245接觸從而使入口 220與內(nèi)室240密封隔離。阻止流動(dòng)超出近端110，流體也不通過入口 220流動(dòng)到管道215并且止回閥200不允許在反向方向上的流體流動(dòng)。
[0048]為了清楚起見在獨(dú)立實(shí)施例的上下文中的本文中所述的某些特征也可以在單實(shí)施例中組合地被提供。相反地，為了簡潔起見在單實(shí)施例的上下文中所述的各特征也可以獨(dú)立地或以任何子組合被提供。此外，對以范圍敘述的值的引用包括該范圍內(nèi)的每一個(gè)值。
[0049]上面已關(guān)于具體實(shí)施例描述了益處、其它優(yōu)點(diǎn)和問題的解決方案。然而，益處、優(yōu)點(diǎn)、問題的解決方案以及可以導(dǎo)致任何益處、優(yōu)點(diǎn)或解決方案產(chǎn)生或變得更明顯的任何(一個(gè)或多個(gè))特征不應(yīng)當(dāng)被理解為任何或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵的、需要的或必要的特征。
[0050]本文中所述的實(shí)施例的說明書和圖示旨在提供各實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一般理解。說明書和圖示不旨在用作使用本文中所述的結(jié)構(gòu)或方法的裝置和系統(tǒng)的所有元件和特征的窮盡和全面描述。獨(dú)立實(shí)施例也可以在單實(shí)施例中組合地被提供，并且相反地，為了簡潔起見在單實(shí)施例的上下文中描述的各特征也可以獨(dú)立地或以任何子組合被提供。此外，對以范圍敘述的值的引用包括該范圍內(nèi)的每一個(gè)值。熟練技術(shù)人員僅僅在閱讀該說明書之后可以顯而易見許多其它實(shí)施例。其它實(shí)施例可以被使用并且從本公開導(dǎo)出，使得可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)替代、邏輯替代或另一變化而不脫離本公開的范圍。因此，本公開應(yīng)當(dāng)被視為示例性的而不是限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于止回閥中的彈簧，其中所述彈簧由單件聚合物材料形成并且其中所述彈簧包括: 近端; 與所述近端相對定位的遠(yuǎn)端；以及 定位在所述近端和所述遠(yuǎn)端之間的主體，其中所述主體包括壁，其中所述主體包括在鄰近所述近端的所述壁的一部分上的近側(cè)開口和在鄰近所述遠(yuǎn)端的所述壁的一部分上的遠(yuǎn)側(cè)開口，并且其中所述主體還包括在所述近側(cè)開口和所述遠(yuǎn)側(cè)開口之間的波紋管。
2.一種止回閥，其包括: 外殼；以及 包含在所述外殼內(nèi)的彈簧，其中所述彈簧由單件聚合物材料形成，其中所述彈簧包括近端；與所述近端相對定位的遠(yuǎn)端；以及定位在所述近端和所述遠(yuǎn)端之間的主體，其中所述主體包括壁，其中所述主體包括在鄰近所述近端的所述壁的一部分上的近側(cè)開口和在鄰近所述遠(yuǎn)端的所述壁的一部分上的遠(yuǎn)側(cè)開口，并且其中所述主體還包括在所述近側(cè)開口和所述遠(yuǎn)側(cè)開口之間的波紋管。
3.一種用于形成用于止回閥中的彈簧的方法，其包括: 提供聚合物材料；以及 將所述聚合物材料形成彈簧，其中所述彈簧包括近端、與所述近端相對定位的遠(yuǎn)端以及定位在所述近端和所述遠(yuǎn)端之間的主體，其中所述主體包括壁，其中所述主體包括在鄰近所述近端的所述壁的一部分上的近側(cè)開口和在鄰近所述遠(yuǎn)端的所述壁的一部分上的遠(yuǎn)側(cè)開口，并且其中所述主體還包括在所述近側(cè)開口和所述遠(yuǎn)側(cè)開口之間的波紋管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任一項(xiàng)所述的彈簧、止回閥或方法，其中所述聚合物材料是含氟聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彈簧、止回閥或方法，其中所述聚合物材料是聚四氟乙烯(PTFE)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任一項(xiàng)所述的彈簧、止回閥或方法，其中所述彈簧還包括在所述主體內(nèi)的內(nèi)腔并且其中所述近側(cè)開口和所述遠(yuǎn)側(cè)開口提供到達(dá)所述內(nèi)腔的流體連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任一項(xiàng)所述的彈簧、止回閥或方法，其中所述止回閥具有大約1英寸到大約5英寸的尺寸，例如大約2英寸到大約4英寸的尺寸,或者例如大約2.5英寸到大約3.5英寸的尺寸,或者例如大約2英寸的尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任一項(xiàng)所述的彈簧、止回閥或方法，其中所述止回閥在化學(xué)輸送應(yīng)用中使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的彈簧、止回閥或方法，其中所述化學(xué)輸送應(yīng)用包括半導(dǎo)體制造工藝。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任一項(xiàng)所述的彈簧、止回閥或方法，其中所述止回閥包括至少35、例如至少36、至少37或至少38的流動(dòng)系數(shù)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的彈簧、止回閥或方法，其中所述止回閥包括至少40、例如至少42或至少45的流動(dòng)系數(shù)值。
12.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任一項(xiàng)所述的彈簧、止回閥或方法，其中所述止回閥包括大約0.5psig到大約1.0psig之間、例如大約0.5psig到大約0.9psig之間、或大約0.5psig到大約0.75psig之間、或大約0.6psig到大約1.0psig之間、或大約0.75psig到大約1.0psig之間的開啟壓力范圍。
13.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任一項(xiàng)所述的彈簧、止回閥或方法，其中所述壁具有大約0.01英寸到大約0.02英寸之間、例如大約0.011英寸到大約0.019英寸之間、例如大約0.012英寸到大約0.018英寸之間、或例如大約0.013英寸到大約0.017英寸之間的平均厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的彈簧、止回閥或方法，其中所述壁具有大約0.015英寸到大約0.018英寸之間的平均厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1和3中任一項(xiàng)所述的彈簧或方法，其中所述彈簧包括構(gòu)造成與所述止回閥的外殼接合和脫離的密封唇邊。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的彈簧或方法，其中當(dāng)所述波紋管壓縮時(shí)所述密封唇邊與所述外殼脫離以允許流體流動(dòng)通過所述止回閥并且通過所述近側(cè)開口和所述遠(yuǎn)側(cè)開口。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的彈簧或方法，其中當(dāng)所述波紋管膨脹時(shí)所述密封唇邊與所述外殼接合以防止流體流動(dòng)通過所述止回閥。
18.根據(jù)權(quán)利要求2所述的止回閥，其中所述彈簧包括構(gòu)造成與所述外殼接合和脫離的密封唇邊。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的止回閥，其中當(dāng)所述波紋管壓縮時(shí)所述密封唇邊與所述外殼脫離以允許流體流動(dòng)通過所述止回閥并且通過所述近側(cè)開口和所述遠(yuǎn)側(cè)開口。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的止回閥，其中當(dāng)所述波紋管膨脹時(shí)所述密封唇邊與所述外殼接合以防止流體流動(dòng)通過所述止回閥。
21.根據(jù)權(quán)利要求1和3中任一項(xiàng)所述的彈簧或方法，其中所述彈簧包括引導(dǎo)件以將所述彈簧穩(wěn)定在所述止回閥的外殼中。
22.根據(jù)權(quán)利要求2所述的止回閥，其中所述彈簧包括引導(dǎo)件以將所述彈簧穩(wěn)定在所述外殼中。
23.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中形成所述聚合物材料包括機(jī)加工所述聚合物材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中形成所述聚合物材料包括任何形成選擇。
【文檔編號】F16K15/12GK104379978SQ201380032366
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月28日
【發(fā)明者】H·B·阮, T·A·迪恩, C·E·阿雷拉諾 申請人:美國圣戈班性能塑料公司