CN104121434B - 防止管件与管接头松脱的管接头 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种防止管件与管接头松脱的管接头结构，该方法是特别针对用氟树脂材料制造的管接头，该管接头包括接头本体、固定环及组接螺帽；管件一端穿过该组接螺帽后并穿过组接螺帽内的固定环，再使用治具把该管件端部扩张成具圆锥部与圆筒部的扩管部，并套接于该接头本体的管接部上的圆锥面与圆筒面，该组接螺帽紧锁到该管接部的紧锁螺牙上，其内部的内凹曲面将耦合固定环的凸曲面，且能确保固定环的同心位置，使密封面的管壁能均匀成受迫紧力，能稳固地被夹持固定于该管接头中，并达成密封与防止松脱效果。

Description

防止管件与管接头松脱的管接头

技术领域

本发明涉及关于一种以氟树脂制造的管接头，氟树脂包含有PFA、ETFE、PTFE、PVDF、FEP、PCTFE等，用来满足各种高腐蚀药液输送需求，尤其PFA、PTFE等氟树脂制造的管接头可以满足150℃以上的高温高压的应用需求

背景技术

塑料或橡胶材质的管件与管接头广泛用来液体输送并达成密封、防止松脱等效果，但是，管件容易在高压下膨胀、伸长等变形而降低密封效果，而输送高温液体时管接头也会因材料强度降低而降低密封效果，上述情形都可能会有微量泄漏产生；而管接头发生大量泄漏可能来自管路输送过程中发生水锤或不可预期外力拉扯，另外管接头也会因对管件的管壁过度压缩或迫紧，而造成管壁材料疲劳、耐压能力降低或破损而破裂发生泄漏，所以，在工业安全对管路与管接头会有下列的基本要求：

(1)合理耐压与耐温规格，管接头必须满足管路所能承受得液体压力与温度，以避免管接头在各种使用场合下有可能发生泄漏。

(2)具有管件抗拉能力，也就是管接头的管件在承受内部压力所产生的拉力与外部拉力时，能承受一定的拉力以避免管件容易松脱而大量泄漏。

(3)避免被完全拉出脱落，也就是管接头具有特别的机制或结构，能防止管件完全松脱而能避免大量泄漏的情况。

(4)泄漏早期发现，一旦发生泄漏，在微量泄漏发生时就能早期发现早期更换。

满足上述条件(1)与条件(2)者为基本安全管接头，而近一步满足条件(3)者为高安全管接头，而满足条件(4)者为预警管接头。

管件与管接头被特别用在半导体制造、医药品制造、电子工业等工业中输送具高腐蚀性、高毒性、高纯度液体时，会对上述工业安全作进一步要求，例如，对人体或环境有严重危害液体泄漏风险要求更进一步降低，或管接头密封防泄漏的可靠度相对提高，另外，为配合制程使用在输送高纯度液体时，对管路与管接头有新增加的要求。

(5)材质能承受输送液体腐蚀、操作压力与操作温度，包含管接头的所有零件。

(6)材质避免有金属离子析出而污染输送液体。

目前在上述工业应用中，高腐蚀性、高纯度液体输送上只有氟树脂材质的管子及管接头方能满足此要求，此处所述的氟树脂材质选用仍需考虑输送液体的各别腐蚀能力，许多情形会选用全PFA材质，但是氟树脂的物理特性导致传统的管接头结构并无法满足以上的需求，也就是在输送高纯度、高腐蚀等特性的液体时，管件及管接头必须满足以上的6种基本要求，还要满足重复使用的需求，至少20次拆装不能有泄漏情形。

以下为氟树脂的聚四氟乙烯-聚全氟烷氧基(PFA)的基本物理特性：

具有长链形分子结构、具有光滑表面、极低动磨擦系数0.2，长链形分子结构正好能提供管材具有极佳弹性伸展率，300％以上，并有极佳拉伸强度24.5-34.3Mpa与压缩强度16.7Mpa，但在受热后分别在0.45Mpa@75℃、1.81Mpa@50℃会有受压变形或强度降低，最高使用温度260℃，热膨胀系数12E-5/℃，PFA管材加工不易其管外径、管壁厚度及通孔的偏心量都会有5％－10％不等的尺寸公差。

另外，管件在长时间使用下持续承受外力、高压、高温等情况，其管壁材料也同时受腐蚀液侵蚀、渗透而劣化，加上原有密封面的密封泄漏的升高，有可能造成密封面附近管壁发生肉眼观察不到的液体泄漏遽升情形，所以，在高腐蚀、高毒性用途中，早期发现泄漏也是氟树脂材料管接头非常必要具备的功能之一。

依据这些物理特性与使用需求，在设计PFA管的管接头时必须注意下列事项：

(1)PFA光滑表面与低动磨擦系数是表面附着不佳的特性是不利于表面受压方式的密封，极佳的压缩强度代表受压面不容易因压缩强度而破坏或产生疲劳，但也不可以施加过大迫紧力F，导致管壁材料疲劳而无法承受20次拆装无泄漏的要求。

(2)高伸长率代表受压的管壁材料容易在受压力或拉力时，管壁材料会因受拉伸长而容易移动并使壁厚变薄，使得管壁的压缩量会随着材料移动而降低，造成密封效果降低或失效，同时也造成管件受外力拉扯容易松脱。

(3)高温下材料强度会随温度升高而下降，也就是管接头各承受迫紧力的各零件强度降低，受压管壁的压缩力降低而可能导致泄漏。

(4)被安装到管接头时常需要用治具进行加温或不加温的扩管作业，扩管后的圆锥管、圆筒管的壁厚度也会随着外径变大而变薄且厚度公差百分比也会变大，这会使得对管壁厚度做压缩密封时的有效性会相对降低；另外，圆锥管的圆锥角ε愈大时厚度公差也愈大且成形也愈困难，现场施工成本愈高。

(5)密封面：管件的扩管部的圆锥管的管壁能贴合于管接头本体上的管接部的圆锥面，具有圆锥角ε，当固定环上的施压环迫紧圆锥管在圆锥面时，管壁的受压部形成环形的密封面，该密封面在固定环的位置同心度高时为圆形或接近圆形，该位置同心度低或歪斜时该密封面可能为椭圆形或不规则环形，当管接头紧锁时，固定环上的施压环无法迫使圆锥管均匀的贴合于圆锥面来形成密封面时，则该密封面可能无法为圆形，只有圆形的密封面才有高气密能力。

(6)高温泄漏测试：常用的方法是把管接头紧锁后，先放入高温炉中以一定的温度，例如150℃，加热烘烤数小时后缓慢冷却，再拿出放入水中并在管接头内部施以工作压力的氮气(N2)，例如7㎏/㎝2，一段时间后观察外表面气泡产生的情形。

(7)迫紧力F：组接螺帽紧锁在接头本体时会对圆锥管的管壁施加迫紧力F，迫紧力F的施力方向为由组接螺帽的施压环或施力环曲面到圆锥管受压在圆锥面的密封面，具有圆锥角ε，迫紧力F与管件轴心的夹角称为施力角γ，而迫紧力F与圆锥面法线的夹角称为施力夹角θ，θ＝90°－ε－γ；迫紧力F相对于圆锥面可以分为垂直圆锥面的垂直分力Fn，Fn＝F×COS(θ)，与平行于圆锥面的水平分力Fh，Fh＝F×SIN(θ)，施力夹角θ愈大水平分力Fh就愈大，为基本迫紧力；施力夹角θ愈小垂直分力Fn就愈大，为高迫紧力。

(8)抗拉能力：管件拉力T可能来自管内压力或外部，而管件受拉力T时管接头的抗拉能力来自于：首先，迫紧力F在拉力T的方向上有较大的抗拉分力Ft且位于相反方向，Ft＝F×COS(γ)，其次，迫紧力F的垂直分力Fn愈大，受拉力T时愈能阻止管壁材料的移动；若该管件进行拉力测试时受拉变形的长度可以达到原有长度2倍以上的塑性变形，该管接头为具有高抗拉能力。

(9)施压环结构：施压环的结构外形为角形结构，包含有三角形、梯形、小圆角、直角、钝角等，其几何角度称为施压角β；β角过小可能会插入管壁材料产生破坏；施压环沿圆锥面扩张变形会把管壁材料沿圆锥面向外径推挤而会增加密封面外周围管壁的厚度变形；施压环在抵压的密封面的管壁材料在持续受拉力T而移动时，圆锥管内壁面与圆锥面为面接触而有较低的磨擦力，在受拉力下会有较多的材料移动，施压环直接抵压圆锥管外壁面有较高摩擦力，在受拉力下会有较多的材料产生持续性的环状变形堆积，变形堆积愈多愈有助于提升抗拉能力。

(10)紧锁过程：组接螺帽的内径螺牙与管接头本体上的管接部的紧锁螺牙耦合紧锁时，由密封面的管壁开始被夹算起，例如管接头用手直接紧锁的情形可以视为紧锁的起始点，而使用工具或手紧锁到设定的位置则视为紧锁结束，此过程称为紧锁过程；这过程中组接螺帽需要施加更大的扭力以提供紧锁力，并在密封面产生迫紧力。

﹙11﹚紧锁圆周角：管壁承受的迫紧力与紧锁螺牙的螺牙节距有关，组接螺帽旋转一圈就有扭转圆周角360°，就代表整个密封结构承受一个螺牙节距的轴向压缩量，但该轴向压缩量会分配到各相关零件，也代表各相关零件的弹性变形量，密封面的管壁厚也会增加一部份的压缩量，所以，完成紧锁过程时并不一定就是组接螺帽正好转紧一圈。

(12)轴向压缩：紧锁过程中固定环、管壁与管接部的圆锥面、圆筒面都承受组接螺帽的迫紧力而有压缩变形，也包含各零件的结构变形及螺牙的结构变形，这些在弹性范围内的压缩变形也就是密封面获得的迫紧力，只有在密封面是圆形或接近圆形时才能确保均匀压缩变形，但这些压缩变形会因长时间的潜变(CREEP)而丧失部份的弹性也就是降低迫紧力，其中圆锥面与圆筒面保有较适当的厚度时在密封面能维持较佳的迫紧力；当进行高温泄漏测试或输送高温液体时除了会降低强度以外还会加速潜变的发生，也就是氟塑料会因高温而降低其弹性并产生局部的永久变形；重复拆装也会使各相关零件承受相同次数的轴向压缩，这也会加速潜变而降低迫紧力而升高密封泄漏风险；组接螺帽相对承受张力，也有可能会因反复受力或高温而降低迫紧能力，包含螺牙部的螺牙；为了达到密封目的而提高轴向压缩量超过合理限度时，压缩量过高会加速密封面的管壁疲劳变形而无法承受20次的拆装无泄漏的要求，或高温泄漏测试的耐压能力降低。

(13)滑动磨擦：PFA的表面虽有自润性质，但在紧锁过程中密封面的施压环与管壁还可能有相对滑动磨擦，若密封面的管壁、施压环、圆锥面有瑕疵，就有可能对管壁产生破坏的情形。

(14)磨擦风险：在紧锁过程的全程的扭转圆周角都有滑动磨擦发生，则其产生管壁破坏的磨擦风险愈高，而发生滑动磨擦的扭转圆周角度愈小则磨擦风险愈低，若加上施压环有不良变形则管壁的摩擦风险最高，尤其在多次拆装下管壁表面是否会产生瑕疵破坏而导致无法承受20次的拆装无泄漏的要求。

(15)密封能力：能满足150℃以上高温测试、至少20次拆装的要求、高迫紧能力Fn、磨擦风险低及高抗拉能力Ft称为高密封能力，无法满足上述任一条件者则视为基本密封能力。

各种PFA等含氟树脂材料的管接头可以参考工业安全的要求与注意事项进行独特的结构设计，来满足与纯净液体输送的需求，并符合重复使用需求；目前已知防止PFA等氟树脂管件与管接头的密封及防止松脱的方法，最早可溯的专利为1976年美国专利US3977708A，一种由管接头与组合螺帽二件零件构成的结构，其主要功能系由管材外径进形压缩以达成密封功能；1986年日本专利JP61105391A则在组合螺帽内侧增加一个固定环，由三件零件构成，也是用来对管外径进行压缩与夹持以达成密封功能并加强管路抗拉伸能力；但为了满足输送液体温度、压力、管件受拉力及泄漏可靠度需要提高的要求下，1990年日本专利JP2052723A与1992年美国专利US5154453A则把完全嵌入管内壁的固定环改进为嵌入管端部内壁；以下的常用的管接头结构就是由这几种方法改进而来：

引证案一，如图7(A)所示，已知技术的一种PFA材质的管接头，管接头7使用二件零件包括接头本体70以及组接螺帽76。

管件18端部先穿过该组接螺帽76的缩口孔761，在经过治具冷作或加热后扩孔成扩管部180，包含有：圆锥管181及圆筒管182。

接头本体70为具有中空的通孔14用来导通液体，一端为管接部700用来结合该组接螺帽76及管件18，另一端为管螺牙12用来连接其他设备或装置，及中间的工具作用部15用来安装管接头7。

管接部700依次含有圆锥面701、圆筒面702及紧锁螺牙704；用来安装管件18的圆锥管181及圆筒管182，其圆锥面701的圆锥角ε通常为近似于45°，而其紧锁螺牙704是用来紧锁组接螺帽76。

组接螺帽76的内径具有螺牙部766、内环面767与缩口部760，其螺牙部766用来紧锁于管接部700的紧锁螺牙704，其缩口部760中心的缩口孔761的内侧面有施压环762，其施压角β通常为接近90°的直角。

组接螺帽76的紧锁过程中沿管件18的轴向迫紧扩管部180，其施压环762与圆锥面701共同迫紧圆锥管181的管壁成为密封面183，以达成密封效果并防止该管件18受外力拉扯时松脱。

本引证案的密封能力为基本密封能力，是因为其迫紧力F与圆锥面701的施力角γ近似于0°，施力夹角θ近似于45°，迫紧力F有显著的水平分力Fn，只有基本迫紧力。

在紧锁全程中密封面183都有滑动磨擦的高磨擦风险，也就是达成密封所施加的扭力是需要有经验的操作人员仔细管理。

管件受拉力T时，迫紧力F具有相反方向大的抗拉分力Ft，但施力夹角θ近似于45°使Fn分力降低导致抗拉能力无法进一步提升。

另外，2009美国专利US2011210544A1则对本引证案改进，其组接螺帽的缩口段内侧面改进为二个不同直径近似90°直角的施压环的二段式密封面；各施压环的施力角γ近似于0°，施力夹角θ近似于45°，相反方向有大的抗拉分力Ft但Fn分力降低，这种结构仍无法提升抗拉能力；所以该专利同时增大管接部的厚度及使用高刚性紧锁螺牙以提高迫紧力F，并利用二个施压环与密封面来改善在圆锥面的法线分力Fn不足的问题，使密封性与管件抗拉能力提高，但也同时增大外径并需要更大的安装空间；并且对管件的圆筒管外径做适当的限制，该专利因此具有较佳密封能力，但在紧锁全程中密封面都有滑动磨擦，其结构仍有高的磨擦风险。

引证案二，如图7(B)与图7(C)所示，本已知技术是引证案一的延伸结构，增加了一个硬度比管件18高的盘形固定板77来提高抗拉能力，本引证案强调能满足高温、高压、受外力拉扯及反复受力的使用条件，且能避免紧锁过程中滑动磨擦的破坏，管接头7A使用三个件零件包括一管接头本体70、一个盘型固定板77以及组接螺帽76。

管件18端部先穿过该组接螺帽76的缩口孔761与盘型固定板77的中心孔，在经过治具冷作或加热后扩孔成扩管部180，包含有：圆锥管181及圆筒管182。

管接头本体70为具有中空的通孔14用来导通液体，一端为管接部700用来结合该组接螺帽76及管件18，另一端为管螺牙12用来连接其他设备或装置，及中间的工具作用部15用来安装管接头7A。

管接部700依次含有圆锥面701、圆筒面702及紧锁螺牙704；用来安装管件18的圆锥管181及圆筒管182，其圆锥面701的圆锥角ε通常为近似于45°，而其紧锁螺牙704是用来紧锁组接螺帽76。

组接螺帽76的内径具有螺牙部766、内环面767与缩口部760，其螺牙部766用来紧锁于管接部700的紧锁螺牙704，其缩口部760中心有缩口孔761其内侧面为一平面，其结构通常为接近90°的直角，用来耦合盘形固定板77的一面。

盘形固定板77为硬度高于PFA管件的氟素材质，例如PVDF材质，其外径面771小于内环面767的内径，可以装设于组接螺帽76的内部；其受压面770可以紧贴缩口部760的内侧面；其中心孔与缩口孔761约略同一大小；其另一面为施压面772，为具有凸锥角Z，60°≦Z≦90°，的凸出圆锥面或平面，在中心孔边缘具有施压环7721，也就是具有施压角β，60°≦β≦90°，以避免施压角过小而伤害管壁，可以用来迫紧圆锥管181的管壁于管接部700的圆锥面701以提高抗拉力。

组接螺帽76的紧锁过程中沿管件18的轴向迫紧扩管部180，使施压环7721与圆锥面701共同迫紧圆锥管181的环形管壁成为密封面183。

本引证案的密封能力为基本密封能力，说明如下：

施力角γ近似于0°，施力夹角近似于45°，相反方向有大的抗拉分力Ft但Fn分力降低，这种结构仍无法提升抗拉能力。

高的磨擦风险是因为在紧锁全程中受压面770紧贴缩口部760的内侧面使盘形固定板77转动，使得密封面183在紧锁过程有滑动磨擦产生，也就是达成密封所施加的扭力是需要有经验的操作人员仔细管理，另外，盘形固定板77在紧锁过程中并无法确保其位置于中心，也就是无法确保迫紧力F的施力角γ会造成非圆形或椭圆形的不均匀分布，而降低密封效果与抗拉能力。

PVDF材质的盘形固定板77在高温用途上受限于材质的温度特性而无法满足高温测试，例如，150℃；而且盘形固定板77使用硬度更软的PFA材质时，其施压环7721会受限于施力角γ近似于0°使受力变形不佳，Fn分力更为降低而无法满足抗拉力测试与高温测试。

引证案三，如图8与图9所示，本引证案系取自2004年美国专利US6776440B2Method and structure for preventing slipping-off of a tubein a pipe joint made of resin，该管接头8包含有管接头本体80、组接螺帽86以及嵌入式固定环87，都是PFA材质。

管件19端部先穿过该组接螺帽86的缩口孔861，在经过治具冷作或加热后在管端部嵌入嵌入式固定环87，并使管端部的外型结构形成扩管部190，包含有：前圆锥管191、收缩管192、圆筒管193及塑性变形的密封面194。

管接头本体80为具有中空的通孔14用来导通液体，一端为管接部800用来结合该组接螺帽86及管件19，另一端为管螺牙12用来连接其他设备或装置，及中间的工具作用部15用来安装管接头8。

管接部800依次含有前内圆锥面801、内环面802、凸内圆锥面803、紧锁螺牙804以及凹槽805，该凹槽805位于在内环面802与凸内圆锥面803之间；其前内圆锥面801与凸内圆锥面803各具有不同的圆锥角ε用来安装嵌入式固定环87；而其紧锁螺牙804是用来紧锁组接螺帽86。

组接螺帽86的内径具有螺牙部866与缩口部860，其螺牙部866用来紧锁于管接部800的紧锁螺牙804，其缩口部860中心的缩口孔861的内侧面有施压环862，其施压角β通常为接近90°的直角。

嵌入式固定环87为中空管状结构，包含有前圆锥面870、最大直径872、收缩锥面873、止推面874、圆筒面875、凹内圆锥面876以及凸环878；该凸环878位在圆筒面875与凹内圆锥面876之间；嵌入式固定环87必须使用专用施工治具以嵌入方式经由管端部嵌入管件19的内侧，其前圆锥面870、最大直径872、收缩锥面873均被扩管部190包覆且管件19的开口端并抵住止推面874，前圆锥面870的圆锥角ε通常为小于45°；在前圆锥面870的前圆锥鼻端8701设有近似于90°的抵压面，该抵压面能配合管壁塑性变形的密封面194；嵌入式固定环87的另一端为圆筒面875、凸环878，其内径侧设有内圆锥面876。

在组装时把嵌入式固定环87的圆筒面875安装到接头本体80的内环面802内，而且凸环878会密合嵌入凹槽805内，凹内圆锥面876与凸内圆锥面803紧密结合。

组接螺帽86的紧锁过程中沿管件19的轴向迫紧扩管部190，使用组接螺帽86的施压环862与前圆锥面870的前圆锥鼻端8701抵压管壁形成密封面194，以达成密封效果并防止该管件19受外力拉扯时松脱。

本引证案的密封能力在为基本密封能力，说明如下：

具有较佳迫紧能力是因为其抵压迫紧力F垂直于前圆锥鼻端8701的抵压面，而且密封面194已经先专用治具压合产生塑性变形以增加强度，为第一密封部，施力角γ接近于0°且施力夹角θ也近似于0°，相反方向有大的抗拉分力Ft且Fn分力很高，这种结构大幅提升抗拉能力。

在高温下，第一密封部的前圆锥鼻端8701的结构相对薄弱，材料强度降低时施压环862的迫紧容易导致前圆锥鼻端8701变形，而降低密封面194的管壁迫紧压力降低仍然会有泄漏风险增加的问题。

管件19的收缩管192同时由嵌入式固定环87的收缩锥面873与接头本体80的前内圆锥面801所迫紧密封，为第二密封部。

第二密封部的扩管部190相对于最大直径872的管壁厚度变薄且公差变大，尤其在高温变形下其压缩强度降低，不利于利用管壁厚度的压缩密封。

嵌入式固定环87的圆筒面875由管接部800的内环面802所固定，凸环878密合嵌入凹槽805内，而且凹内圆锥面876与凸内圆锥面803相互偶合迫紧密封，为第三密封部。

第三密封部的复杂耦合结构强度相对薄弱，在高温与迫紧过程中的会因此而产生变形，接头本体80与嵌入式固定环87内部之间会会因结构较薄弱且复杂，而容易因受力变形而有间隙产生导致液体残留，该第三密封部的薄弱结构长导致变形，使得维修时必须使用专用施工治具把嵌入式固定环87从接头本体80内拉出，这样容易伤害嵌入式固定环87，并且导致固定环87与接头本体80整组换新，不利于管接头8的重复使用并且会增加维修工时与材料成本。

高的磨擦风险是因为在紧锁全程中密封面都有滑动磨擦，虽然密封面194受治具加工而具有比较高的硬度，但是在施压环862在紧锁过程中全程都有直接的滑动摩擦，故仍有很高的摩擦风险，也就是达成密封所施加的扭力是需要有经验的操作人员仔细管理，也包含可能无法满足20次拆装无泄漏的要求。

本引证案系由相关专利逐步改善而来，1990年日本专利JPH02117494U及1992美国专利US5154453，虽然在密封效果与抗拉能力有一些改善，但仍面临整体结构复杂化、容易变形与可能需要更换嵌入式固定环87与接头本体80等问题，加上必须使用专用治具都会增加施工及维修的负担与成本，而且密封面194的滑动磨差会在紧锁过程全程发生，而无法降低管壁受破坏的风险，也包含可能无法满足20次拆装无泄漏的要求。

引证案四，2009年日本专利JP4208226b2，本引证案强调能满足高温、高压、受外力拉扯及反复受力的使用条件，该管接头使用三个主要零件及一个辅助零件，主要零件包括：接头本体、组接螺帽及一个具C形开口的径向迫紧环，并还有一个具施压环的盘形固定板作为辅助零件。

管件端部先穿过该组接螺帽的缩口孔与径向迫紧环中心孔，有安装盘形固定板时也会穿过其中心孔，在经过治具冷作或加热后扩孔成扩管部含圆锥管及圆筒管。

管接头本体系具有中空的通孔用来导通液体，一端为管接部用来结合该组接螺帽及管件。

管接部依次含有一圆锥面、一圆筒面及一紧锁螺牙，用来安装管件的圆锥管及圆筒管；其圆锥面的圆锥角ε通常为近似于45°，而其紧锁螺牙是用来紧锁组接螺帽，该圆筒面上设有一环形圆弧凹槽。

组接螺帽的内径有螺牙部、凸环与缩口部；其螺牙部用来紧锁于管接部的紧锁螺牙；其缩口部中心的缩口孔的内侧面有施压环，其结构通常为接近90°的直角，且缩口部的内侧面能安装盘形固定板；其凸环位于内径底部但其内径小于螺牙部的内径，而稍大于盘形固定板的外径与圆筒管的外径，用来迫紧径向迫紧环作径向弯折收缩变形，以迫紧圆筒管的管壁在圆筒面上的圆弧凹槽内，该处的环形迫紧面为密封面，以达成管件密封与抗拉的效能。

径向迫紧环为硬度高于管件及管接头本体的材料制成，为具有切开口的C形结构，其截面为中间较薄而两端有较厚具内径侧内凹环的扁平状结构，其中一侧具有施压环，其施压角β＜45°，受组接螺帽的凸环迫紧时，其具有施压环的一端能作径向弯折收缩变形。

组接螺帽的紧锁过程中沿管件的轴向迫紧扩管部，其凸环抵触径向迫紧环的一端并使作径向弯折收缩变形，而迫使圆筒管被径向迫紧在圆筒面的环形圆弧凹槽内，使管壁厚度在密封面受到压缩变形以达成密封效果，并防止管件受外力拉扯时松脱，为第一密封面。

盘形固定板为硬度高于管件的材质，在需要增强管接头的管件抗拉力时才使用，其被安装在组接螺帽的缩口部内侧面，其中心孔与缩口孔同一大小，其一面紧贴缩口部内侧面，在另一面为具凸锥角Z，60°≦Z≦90°，的凸出圆锥面，其具有一施压环位在中心孔边缘，也就是施压角β，60°≦β≦90°，且施压角度不小于60°，以避免施压角过小而伤害管壁，可以用来迫紧圆锥管的管壁于管接部的圆锥面形成密封面，以提高抗拉力为第二密封面。

本引证案的密封能力为基本密封能力，说明如下：

第一密封面，施力角γ接近于90°且施力夹角θ近似于0°，相反方向的抗拉分力Ft小且Fn分力很高，而且径向迫紧环上的切开口会降低其迫紧结构的均匀受力，若没有使用盘形固定板则这种结构迫紧力高但抗拉能力低，而且径向迫紧环没有滑动摩擦可以降低管壁破损风险；

若有使用盘形固定板，第二密封面，其施压环直接抵压于圆锥面，施力角γ近似于0°，施力夹角近似于45°，相反方向有大的抗拉分力Ft但Fn分力降低，这种结构仍无法提升抗拉能力，类似于引证案二的结果，另外，盘形固定板在紧锁过程中并无法确保其位置于中心，也就是无法确保迫紧力F的施力角γ会造成非圆形或椭圆形的不均匀分布，而降低密封效果与抗拉能力。

PVDF材质的盘形固定板在高温用途上受限于材质的温度特性而无法满足高温测试，例如，150℃。

另外，该盘形固定板会因紧贴于组装螺帽的缩口部内侧面而会转动，导致紧锁过程中第二密封面都有滑动磨差，而无法降低管壁受破坏的摩擦风险。

引证案五，2011年台湾专利TW-I335395，如图7(D)与图7(E)所示，本引证案强调能满足高温、高压、受外力拉扯及反复受力的使用条件，且能避免紧锁过程中滑动磨擦的破坏，该管接头1使用三个零件，包括：接头本体10、组接螺帽16、一个双圆锥固定环17。

氟树脂管件18端部先穿过该组接螺帽16的缩口孔161与双圆锥固定环17的中心孔179，在经过治具冷作或加热后扩孔成扩管部180，包含有：圆锥管181及圆筒管182。

接头本体10为具有中空的通孔14用来导通液体，一端为管接部100用来结合该组接螺帽16及管件18，另一端为管螺牙12用来连接其他设备或装置，及中间的工具作用部15用来安装管接头1。

管接部100依次含有圆锥面101、圆筒面102、止推面103及紧锁螺牙104；用来安装管件18的圆锥管181及圆筒管182，其圆锥面101的圆锥角ε通常为近似于45°，而其紧锁螺牙104是用来紧锁组接螺帽16。

组接螺帽16的内径有螺牙部166、内环面167、内凹圆锥面162与缩口部160；其螺牙部166用来紧锁于管接部100的紧锁螺牙104；内环面167的内径空间用来安装双圆锥固定环17，其内径稍大于双圆锥固定环17的外径；其缩口部160中心有缩口孔161，其内侧面为具有圆锥角Φ的内凹圆锥面162，30°≦Φ≦95°，能与双圆锥固定环17的凸出圆锥面170相耦合。

双圆锥固定环17为硬度较高的PVDF材质制成，具中心孔179且两端为具有圆锥角Φ的凸出圆锥面170的圆环状结构，其截面为梯形结构，外径面171有较短轴向长度，中心孔179有较长轴向长度，圆锥面170靠近中心孔处为迫紧管壁的施压环1701，其施压角β等于圆锥角Φ，30°≦β≦95°，30°≦Φ≦95°，其一侧的凸出圆锥面170与组接螺帽16的内凹圆锥面162相耦合成耦合滑动面。

组接螺帽16的紧锁过程中沿管件18的轴向迫紧扩管部180的圆锥管181成密封面183，使双圆锥固定环17能藉由内凹圆锥面162来保持在中心位置，并且双圆锥固定环17与组接螺帽16的耦合滑动面有滑动磨擦，并使密封面183不会有滑动磨擦产生，迫紧力F会经由组接螺帽16的内凹圆锥面162传递给双圆锥固定环17的圆锥面170，并使施压环1701与管接部100的圆锥面101迫紧圆锥管181的环形管壁成为密封面183，以达成密封效果并防止该管件18受外力拉扯时松脱。

本引证案的密封能力为基本密封能力，说明如下：

双圆锥固定环17的外径小于组接螺帽16的内环面167的内径，且二者的圆锥角Φ会有尺寸公差，这二个因素使得双圆锥固定环17可能会因位置歪斜而无法被保持在中心位置，也就是使得受力接触点位置有非同心的变异情形，也就是迫紧力F的施力角γ会造成非圆形或椭圆形的不均匀分布，施力角γ受圆锥角Φ的影响，但是这些角度在圆周分布上并不稳定，而且基本上也都会有显著的水平分力，使得法线分力Fn降低密封面183的迫紧力降低。

另外，在抗拉力方向有大的抗拉分力Ft但Fn分力降低，仍然无法进一步提升抗拉能力，也不利于管壁产生持续性的环状堆积变形。

当双圆锥固定环17无法被保持在中心位置时，耦合圆锥面就无法保持正确的滑动而使双圆锥固定环17一起转动，使得密封面183有滑动摩擦情形，也就是仍有很高的磨擦风险。

PVDF材质的双圆锥固定环17在高温用途上受限于材质的温度特性而无法通过150℃高温测试；双圆锥固定环17使用硬度更软的PFA材质时，其施压环1701的施力角γ会受限于受圆锥角Φ的影响使受力变形不佳，Fn分力更为降低而无法满足抗拉力测试与高温测试，其抗拉力测试与高温测试也都无法满足；而且双圆锥固定环17改用硬度更软的PFA材质时其施压环1701会有更大的变形而使Fn分力更为降低，使得密封能力更为降低。

有关提高管件抗拉能力也有许多方案被提出，1995年美国专利US5472244A与2003年美国专利US6543815B2都提出不同方案以防止管件被完全拉出松脱，但都需要更专业的工具来施工，而这二件已知技术的施力角γ约略接近于0°，施力夹角θ近似于45°，Fn分力较低，在抗拉分力Ft效果显著，但整体密封能力仅达到基本密封能力而非高密封能力。

前述管接头的结构都可满足不同需求的密封与防止松脱功效但仍有些改进的空间，因此，本发明是针对上述引证案的缺点提出进一步改善，在于提供一种全氟树脂材质，尤其全PFA材质，能满足150℃以上的高温测试、至少20次拆装的要求、高迫紧能力的Fn、磨擦风险低、高抗拉能力的Ft、微量泄漏早期警告的高密封能力管接头，且具有结构简单、施工容易及低成本等优点，符合工业安全与纯净液体输送需求。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种可以符合工业安全与纯净液体输送需求且具有高密封能力的全氟树脂材质管接头。

本发明管接头的结构特征为：能确保固定环被保持在中心位置，使得迫紧力F的位置分布有较佳的同心度，并且配合其接头本体上圆锥面的圆锥角ε，使施力夹角θ近似于10°，来提高管接部的圆锥面的法线分力，以有效夹挤管件的圆锥管的壁厚，以下为本发明的特点：

特点1：管接头由接头本体、组接螺帽、固定环三个零件构成，其接头本体上圆锥面的圆锥角ε，50°≦ε≦90°。

特点2：固定环能经由引导结构而位于中心位置。

特点3：组接螺帽内侧的内凹曲面的施力环曲面与固定环的受力环曲面构成耦合滑动面并传递迫紧力F，该耦合滑动面的接触面积受限在一定范围，以确保滑动状态使密封面的滑动磨差风险降低。

特点4：受力环曲面的位置配合圆锥面的圆锥角ε，迫紧力F的施力角γ，0°≦γ≦30°，1≧(Ft/F)≧0.86，施力夹角θ，0°≦θ≦15°，1≧(Fn/F)≧0.96，以提高密封面的迫紧效果及管接头抗拉能力。

特点5：施压环上的施压角β，50°≦β≦75°，会使管壁产生持续性的变形堆积以增强抗拉能力。

特点6：圆柱形固定环的外环面有足够轴向长度可以装设试纸，在高腐蚀、高毒性用途中能提早发现任何原因引起的微量泄漏。

本发明的含氟树脂管接头组接于氟树脂管件端部，该管接头包含有：接头本体、组接螺帽以及固定环；

管件端部先穿过该组接螺帽的缩口孔与固定环的中心孔，在经过治具冷作或加热后扩孔成扩管部含圆锥管及圆筒管。

管接头本体系具有中空的通孔用来导通液体，一端为管接部用来结合该组接螺帽及扩管部，另一端为管螺牙用来连接其他设备或装置，及中间的工具作用部用来安装管接头。

管接部包含有：紧锁螺牙、圆锥面、圆筒面；该紧锁螺牙用来紧锁组接螺帽，该圆锥面与该圆筒面用来安装管件的圆锥管及圆筒管，其圆锥面的圆锥角ε，50°≦ε≦90°，圆锥角ε为90°时圆锥面成垂直面，该管接部的圆筒面具有足够厚度来承受迫紧力能均匀变形，其较佳的厚度至少为管件壁厚的1.6倍。

固定环具中心孔而二端为为凸曲面，其中一端在靠近中心孔处有一施压环而能确实迫紧圆锥管的管壁在圆锥面上，而且中心孔的边缘有足够的导角空间，来避免施压环迫紧在圆锥管的小圆锥径处，该处容易有管壁硬化情形而使密封面不易达到良好密封，该施压环的施压角β，50°≦β≦75°；该固定环的截面为接近梯形的对称或不对称结构，外径有较短轴向长度而中心孔有较长轴向长度，其一端的凸曲面系由外径处朝向中心的平滑曲面具有受力环曲面，用来与组接螺帽的施力环曲面相接触以构成耦合滑动面；由于耦合滑动面受限在一定范围，可以减少二者尺寸公差的影响来确保耦合滑动面有滑动。

固定环的外径面设有环形试纸槽用来装设试纸，当管接头密封面的微量泄漏增加时，该试纸的颜色变化依照试剂对酸碱药液的反应而定，例如试纸的颜色会变为红色或蓝色，该组接螺帽系呈半透明状，所以，该试纸的颜色变化容易由外部观察得知；管接头在累积一段使用时间下，其微量泄漏量也会累积到试纸的试剂会产生化学变化，也就是可以做为建立管接头定期维护时程表的参考。

组接螺帽的内径有螺牙部与缩口部；其螺牙部用来紧锁于管接部的紧锁螺牙；其缩口部中心有缩口孔，其内侧面为平顺的内凹曲面，包含有施力环曲面；该施力环曲面能耦合并施力于固定环的受力环曲面成耦合滑动面，该耦合滑动面的接触面积受限在一定范围，来确保二者间的滑动状态以减少密封面尺寸公差所产生的不良影响而降低密封面的滑动磨差风险。

组接螺帽的紧锁过程中，使固定环沿管件的轴向迫紧扩管部的圆锥管成密封面；配合其施压角β，50°≦β≦75°，会使管壁产生持续性的变形堆积以增强抗拉能力；而固定环经由耦合滑动面的滑动，使密封面滑动磨擦风险降到最低；配合圆锥面的圆锥角ε，迫紧力F经由耦合滑动面传递给施压环而施加在密封面上，迫紧力F的施力角γ，0°≦γ≦30°，施力夹角θ，0°≦θ≦15°，来提高法线分力Fn并有大的抗拉分力Ft；固定环在紧锁过程中受引导机构来维持位于中心位置，该引导机制可以依管接部的结构使用紧锁螺帽的内凹曲面或管接部的引导内径或以上二者同时使用来保持同心位置；经由上述紧锁过程来达成密封效果并防止该管件受外力拉扯时松脱。

本发明的密封能力为高密封能力，说明如下：

紧锁时固定环能位在中心位置，使得迫紧力F的位置分布有较佳的同心度，密封面的受力分布更均匀，管接头进行150℃高温烘烤程序后，能承受7㎏/㎝2的压力而无泄漏的要求。

管件进行拉力测试时受拉变形的长度可以达到原有管件长度2倍以上的塑性变形长度。

低磨擦风险是因为耦合滑动面能保有滑动情形，能使密封面产生静态压缩而大幅降低磨擦风险。

附图说明

图1(A)为本发明第一实施例的管接头的结构剖面示意图。

图1(B)为本发明第一实施例的管接头本体示意图。

图1(C)为本发明第一实施例的组接螺帽示意图。

图1(D)为本发明第一实施例的固定环示意图。

图1(E)为本发明第一实施例的紧锁迫紧示意图。

图2(A)为本发明第二实施例的管接头的结构剖面示意图。

图2(B)为本发明第二实施例的管接头本体示意图。

图2(C)为本发明第二实施例的组接螺帽示意图。

图2(D)为本发明第二实施例的固定环示意图。

图2(E)为本发明第二实施例的紧锁迫紧示意图。

图3(A)为本发明第三实施例的管接头的结构剖面示意图。

图3(B)为本发明第三实施例的管接头本体示意图。

图3(C)为本发明第三实施例的组接螺帽示意图。

图3(D)为本发明第三实施例的固定环示意图。

图3(E)为本发明第三实施例的紧锁迫紧示意图。

图4(A)为本发明第四实施例的管接头的结构剖面示意图。

图4(B)为本发明第四实施例的管接头本体示意图。

图4(C)为本发明第四实施例的组接螺帽示意图。

图4(D)为本发明第四实施例的固定环示意图。

图4(E)为本发明第四实施例的紧锁迫紧示意图。

图5(A)示出管接头经拉力测试后管接头(2)的扩管部变形。

图5(B)示出管接头经拉力测试后管接头(7)的扩管部变形。

图5(C)示出管接头经拉力测试后管接头(7A)的扩管部变形。

图5(D)示出管接头经拉力测试后管接头(1)的扩管部变形。

图6(A)为密封面管壁材料的移动方向U的说明与比较，施压角β＝70°，圆锥角ε＝45°。

图6(B)为密封面管壁材料的移动方向U的说明与比较，施压角β＝70°，圆锥角ε＝60°。

图6(C)为密封面管壁材料的移动方向V的说明与比较，施压角β＝90°，圆锥角ε＝60°。

图6(D)为密封面管壁材料的移动方向V的说明与比较，施压角β＝70°，圆锥角ε＝60°。

图6(E)为密封面管壁材料的移动方向V的说明与比较，施压角β＝60°，圆锥角ε＝60°。

图7(A)为引证案一的已知管接头的结构剖面示意图。

图7(B)为引证案二的已知管接头的结构剖面示意图。

图7(C)为引证案二的已知管接头的盘形固定板示意图。

图7(D)为引证案五的已知管接头的结构剖面示意图。

图7(E)引证案五的已知管接头的固定环剖面示意图。

图8为引证案三的已知管接头的零件平面分解示意图。

图9为引证案三的已知管接头紧锁后的剖面示意图。

【主要组件符号说明】

(1)管接头

(10)接头本体

(100)管接部

(101)圆锥面

(102)圆筒面

(103)止推面

(104)紧锁螺牙

(11)试纸

(12)管螺牙

(14)通孔

(15)工具作用部

(16)组接螺帽

(160)缩口部

(161)缩口孔

(162)内凹圆锥面

(166)螺牙部

(167)内环面

(17)固定环

(170)圆锥面

(1701)施压环

(171)外径面

(179)中心孔

(18)管件

(180)扩管部

(181)圆锥管

(182)圆筒管

(183)密封面

(184)直管部

(185)环形圈

(186)小圆锥径

(19)管件

(190)扩管部

(191)前圆锥管

(192)收缩管

(193)圆筒管

(194)密封面

(2)管接头

(20)接头本体

(200)管接部

(201)圆锥面

(202)圆筒面

(203)止推面

(204)紧锁螺牙

(26)组接螺帽

(260)缩口部

(261)缩口孔

(262)内凹曲面

(2621)定位曲面

(2622)施力环曲面

(2623)圆锥面

(2624)轴向间隙

(266)螺牙部

(267)内环面

(27)固定环

(270)凸曲面

(2701)施压环

(2702)受力环曲面

(271)外径面

(2711)试纸槽

(279)中心孔

(3)管接头

(30)接头本体

(300)管接部

(301)圆锥面

(302)圆筒面

(304)紧锁螺牙

(3051)引导内径

(3052)内环槽

(3053)止推面

(36)组接螺帽

(360)缩口部

(361)缩口孔

(362)内凹曲面

(3622)施力环曲面

(3623)斜曲面

(3624)轴向间隙

(366)螺牙部

(367)内环面

(37)固定环

(370)凸曲面

(3701)施压环

(3702)受力环曲面

(371)外径面

(379)中心孔

(4)管接头

(40)接头本体

(400)管接部

(401)圆锥面

(402)圆筒面

(404)紧锁螺牙

(4051)引导内径

(4052)内环槽

(4053)止推面

(46)组接螺帽

(460)缩口部

(461)缩口孔

(462)内凹曲面

(4622)施力环曲面

(4623)斜曲面

(4624)轴向间隙

(466)螺牙部

(467)内环面

(47)固定环

(470)凸曲面

(4701)施压环

(4702)受力环曲面

(471)外径面

(479)中心孔

(5)管接头

(50)接头本体

(500)管接部

(501)圆锥面

(502)圆筒面

(504)紧锁螺牙

(5051)引导内径

(5052)内环槽

(5053)止推面

(5054)凸肋

(56)组接螺帽

(560)缩口部

(561)缩口孔

(562)内凹曲面

(5622)施力环曲面

(5623)斜曲面

(5624)轴向间隙

(566)螺牙部

(567)内环面

(57)固定环

(570)凸曲面

(5701)施压环

(5702)受力环曲面

(571)外径面

(5711)凹槽

(579)中心孔

(7)管接头

(7A)管接头

(70)接头本体

(700)管接部

(701)圆锥面

(702)圆筒面

(704)紧锁螺牙

(76)组接螺帽

(760)缩口部

(761)缩口孔

(762)施压环

(766)螺牙部

(767)内环面

(77)盘型固定板

(770)受压面

(771)外径面

(772)施压面

(7721)施压环

(8)管接头

(80)接头本体

(800)管接部

(801)前内圆锥面

(802)内圆筒面

(803)凸内圆锥面

(804)紧锁螺牙

(805)凹槽

(86)组接螺帽

(860)缩口部

(861)缩口孔

(862)施压环

(866)螺牙部

(87)嵌入式固定环

(870)前圆锥面

(8701)前圆锥鼻端

(872)固定环最大外径

(873)收缩锥面

(874)止锥面

(875)圆筒面

(876)内圆锥面

(878)凸环

F迫紧力

N法线

Fn法线方向迫紧分力

Fh平行圆锥面方向分力

Ft拉力T方向的抗拉分力

T管件拉力

U圆锥面管壁材料移动方向

V施压环面管壁材料移动方向

β施压角

γ施力角

δ堆积壁厚

λ材料移动夹角

θ施力夹角

ε圆锥角

Φ圆锥角

Z凸锥角：

具体实施方式

第一实施例：

如图1(A)、图1(B)、图1(C)、图1(D)、图1(E)图所示，本发明第一实施例的管接头2的组合图，如图1(A)，该管接头2使用三个零件，包括：接头本体20、组接螺帽26、个固定环27，都是PFA材质氟素材料制成。

PFA氟树脂管件18端部先穿过该组接螺帽26的缩口孔261与固定环27的中心孔279，在经过治具冷作或加热后扩孔成扩管部180，包含有：圆锥管181及圆筒管182。

如图1(B)所示，接头本体20为具有中空的通孔14用来导通液体，一端为管接部200用来结合该组接螺帽26及管件18，另一端为管螺牙12用来连接其他设备或装置，及中间的工具作用部15用来安装管接头2。

管接部200依次含有圆锥面201、圆筒面202、止推面203及紧锁螺牙204；该圆锥面201与该圆筒面202用来安装管件18的圆锥管181及圆筒管182，且圆锥管181的内壁面贴合于该圆锥面201，圆锥面201的圆锥角ε，50°≦ε≦70°；圆筒面壁厚能使管接头的整体轴向压缩压缩有较均匀变形；其紧锁螺牙204是用来紧锁组接螺帽26。

如图1(C)所示，组接螺帽26的内径有螺牙部266、内凹曲面262与缩口部260；如图1(A)所示其螺牙部266用来紧锁于管接部200的紧锁螺牙204；其缩口部260中心有缩口孔261，其内侧面为内凹曲面262；该内凹曲面262包含有施力环曲面2622及斜曲面2623；内凹曲面262的外缘有一定位曲面2621以圆弧平顺内凹缩，能配合受力环曲面2702而引导固定环27位于中心位置；施力环曲面2622能耦合受力环曲面2702成滑动面，并传递迫紧力F施力于固定环27；斜曲面2623有比施力环曲面2622更大的轴向间隙2624，以限制滑动面的接触面积的范围而能减少尺寸公差所产生的不良影响，并能降低滑动磨差风险。

如图1(D)所示，固定环27具中心孔279且两端为具有凸曲面270的圆环状结构，其截面为对称或不对称的梯形结构，外径面271有较短轴向长度，其上的试纸槽2711可以安装试纸11，一端的凸曲面270靠近中心孔279处为迫紧管壁的施压环2701并有施压角β，50°≦β≦75°，而且中心孔的边缘有足够的导角空间，来避免施压环2701迫紧在圆锥管181的小圆锥径186处，该处容易有管壁硬化情形而使密封面不易达到良好密封；其另一端有一受力环曲面2702用来与组接螺帽26的施力环曲面2622相耦合成滑动面，由受力环曲面2702的受力点到施压环2701的联机与中心孔279中心线的夹角也就是迫紧力F的施压角γ，10°≦γ≦30°。

如图1(E)所示，组接螺帽26的紧锁过程中沿管件18的轴向迫紧扩管部180的圆锥管181成密封面183；配合其施压角β，50°≦β≦75°，会使管壁产生持续性的变形堆积以增强抗拉能力；固定环27在紧锁过程中受引导机构来维持位于中心位置，该引导机制系由内凹曲面262的定位曲面2621配合受力环曲面2702而引导固定环27位于中心位置，使迫紧力F能在在圆周方向均匀分布，迫紧力F的施力角γ，10°≦γ≦30°，得到施力夹角θ，5°≦θ≦15°，使得法线分力Fn提高并有大的抗拉分力Ft，来达成密封效果并防止该管件受外力拉扯时松脱；当固定环27受压变形时施力环曲面2622与受力环曲面2702所构成的滑动面会因变形而使接触面积加大，为了避免因受压面积加大而让滑动失效使固定环27转动，斜曲面2623的轴向间隙2624可以让滑动面的受力变形被局限在一定的范围以确保持续滑动的情形，也就是固定环27与组接螺帽26的耦合滑动使密封面183不会有滑动磨擦产生，也就是达成密封所施加的扭力是不需要有经验的操作人员仔细管理，达成密封效果且防止该管件18受外力拉扯时松脱。

第二实施例：

如图2(A)、图2(B)、图2(C)、图2(D)、图2(E)图所示，本实施例有不同于第一实施例的管接头本体30的管接部300结构，本发明第二实施例的管接头3的组合图，如图2(A)，该管接头3使用三个零件，包括：接头本体30、组接螺帽36、个固定环37，都是氟素材料制成。

PFA氟树脂管件18端部先穿过该组接螺帽36的缩口孔361与固定环37的中心孔379，在经过治具冷作或加热后扩孔成扩管部180，包含有：圆锥管181及圆筒管182。

如图2(B)所示，接头本体30为具有中空的通孔14用来导通液体，一端为管接部300用来结合该组接螺帽36及管件18，另一端为管螺牙12用来连接其他设备或装置，及中间的工具作用部15用来安装管接头3。

管接部300含有圆锥面301、圆筒面302、紧锁螺牙304，其构成为由环型槽3052隔开的二个同心的外环与内环结构；该外环的外表面有装设紧锁螺牙304，该内环的外表面设有该圆锥面301与该圆筒面302，且该圆筒面302与引导内径3051的间构成该环型槽3052，且其底部为止推面3053，该环型槽3502的空间足以容纳圆筒管181；该圆锥面301与该圆筒面302用来安装管件18的圆锥管181及圆筒管182，且圆锥管181受迫紧时，其内壁面贴合于该圆锥面301，圆锥面301的圆锥角ε，50°≦ε≦75°；圆筒面302的壁厚能使管接头的整体轴向压缩有较均匀变形；其紧锁螺牙304是用来紧锁组接螺帽36。

如图2(C)所示，组接螺帽36的内径有螺牙部366、内凹曲面362与缩口部360；其螺牙部366用来紧锁于管接部300的紧锁螺牙304；其缩口部360中心有缩口孔361，其内侧面为内凹曲面362；该内凹曲面362包含有施力环曲面3622及斜曲面3623；施力环曲面3622能耦合受力环曲面3702成滑动面，并传递迫紧力F施力于固定环37；斜曲面3623有比施力环曲面3622更大的轴向间隙3624，以限制滑动面的接触面积的范围而能减少尺寸公差所产生的不良影响，并能降低滑动磨差风险。

如图2(D)所示，固定环37具中心孔379且为二端具有凸曲面370的圆环状结构，其截面为对称或不对称的梯形结构，外径面371有较短轴向长度，该外径面371能配合管接部300的引导内径3051而引导固定环37位于中心位置；一端的凸曲面370在靠近中心孔379处为施压环3701具有施压角β用来迫紧圆锥管181管壁，55°≦β≦75°，而且中心孔的边缘有足够的导角空间，来避免施压环3701迫紧在圆锥管181的小圆锥径186处，该处容易有管壁硬化情形而使密封面不易达到良好密封；其另一端有受力环曲面3702用来与组接螺帽36的施力环曲面3622相耦合成滑动面，由受力环曲面3702的受力点到施压环3701的联机与中心孔379中心线的夹角也就是迫紧力F的施压角γ，10°≦γ≦30°。

如图2(E)所示，组接螺帽36的紧锁过程中沿管件18的轴向迫紧扩管部180的圆锥管181成密封面183；配合其施压角β，55°≦β≦75°，会使管壁产生持续性的变形堆积以增强抗拉能力；固定环37在紧锁过程中受引导机构来维持位于中心位置，该引导机制为由管接部300的引导内径3051配合固定环37的外径面371而引导固定环37位于中心位置，使迫紧力F能在在圆周方向均匀分布；迫紧力F的施力角γ，10°≦γ≦30°，施力夹角θ，5°≦θ≦15°，使得法线分力Fn提高并有大的抗拉分力Ft，来达成密封效果并防止该管件受外力拉扯时松脱；当固定环37受压变形时施力环曲面3622与受力环曲面3702所构成的滑动面会因变形而使接触面积加大，为了避免因受压面积加大而让滑动失效使固定环37转动，斜曲面3623的轴向间隙3624可以让滑动面的受力变形被局限在一定的范围以确保持续滑动的情形，也就是固定环37与组接螺帽36的耦合滑动使密封面183不会有滑动磨擦产生，也就是达成密封所施加的扭力是不需要有经验的操作人员仔细管理，并且达成密封效果且防止该管件18受外力拉扯时松脱。

第三实施例：

如图3(A)、图3(B)、图3(C)、图3(D)、图3(E)图所示，本实施例与第二实施例的差异在管接头本体40的管接部400的圆锥面401结构，本发明第三实施例的管接头4的组合图，如图3(A)所示，该管接头4使用三个零件，包括：接头本体40、组接螺帽46、一个固定环47，都是氟素材料制成。

如图3(B)所示，管接部400含有圆锥面401、圆筒面402、紧锁螺牙404，其构成为由环型槽4052隔开的二个同心的外环与内环结构；管接部400的圆锥面401为垂直面，其圆锥角ε，ε＝90°，且圆锥管181受迫紧时，其管壁受施压环4701迫紧的部份会作较多的变形，使其密封面的内壁面紧密贴合于该圆锥面401；圆筒面402的壁厚能使管接头的整体轴向压缩有较均匀变形。

如图3(C)所示，组接螺帽46的内径有螺牙部466、内凹曲面462与缩口部460；其缩口部460的内侧面为内凹曲面462，该内凹曲面462包含有位于中心孔附近的施力环曲面4622及斜曲面4623；施力环曲面4622能耦合受力环曲面4702成耦合滑动面，并传递迫紧力F施力于固定环47；斜曲面4623有比施力环曲面4622更大的轴向间隙4624，该耦合滑动面的接触面积受到限制而能减少不良影响，并能降低密封面的滑动磨差风险。

如图3(D)所示，固定环47具中心孔479且至少一端为具有凸曲面470的圆环状结构，其截面为对称或不对称的梯形结构，外径面471有较短轴向长度，该外径面471能配合管接部400的引导内径4051而引导固定环47位于中心位置；一端的凸曲面470在靠近中心孔479处为施压环4701，具有施压角β用来迫紧圆锥管181管壁，55°≦β≦75°，而且中心孔的边缘有足够的导角空间，来避免施压环4701迫紧在圆锥管181的小圆锥径186处，该处容易有管壁硬化情形而使密封面不易达到良好密封；其另一端有位于中心孔479附近的受力环曲面4702与组接螺帽46的施力环曲面4622相耦合成滑动面，由受力环曲面4702的受力点到施压环4701的联机与中心孔479中心线的夹角也就是迫紧力F的施压角γ，0°≦γ≦10°。

如图3(E)所示，组接螺帽46的紧锁过程中沿管件18的轴向迫紧扩管部180的圆锥管181，并迫使圆锥管181作局部变形而有环形面贴合于圆锥面401，ε＝90°，该环形面为密封面183；配合其施压角β，55°≦β≦75°，会使管壁产生持续性的变形堆积以增强抗拉能力；固定环47在紧锁过程中受引导机构来维持位于中心位置，该引导机制系由管接部400的引导内径4051配合固定环47的外径面471而引导固定环47位于中心位置，使迫紧力F能在在圆周方向均匀分布；迫紧力F的施力角γ，0°≦γ≦10°，施力夹角θ，0°≦θ≦15°，使得法线分力Fn提高并有大的抗拉分力Ft，来达成密封效果并防止该管件受外力拉扯时松脱；当固定环47受压变形时施力环曲面4622与受力环曲面4702所构成的滑动面会因变形而使接触面积加大，为了避免因受压面积加大而让滑动失效使固定环47转动，斜曲面4623的轴向间隙4624可以让滑动面的受力变形被局限在一定的范围以确保持续滑动的情形，也就是固定环47与组接螺帽46的耦合滑动使密封面183不会有滑动磨擦产生，也就是达成密封所施加的扭力是不需要有经验的操作人员仔细管理，并且达成密封效果且防止该管件18受外力拉扯时松脱。

第四实施例：

如图4(A)、图4(B)、图4(C)、图4(D)、图4(E)图所示，本实施例与第三实施例的差异在确保固定环57完全不会转动；本发明第四实施例的管接头5的组合图，如图4(A)所示，该管接头5使用三个零件，包括：接头本体50、组接螺帽56、一个固定环57，都是氟素材料制成。

如图4(B)所示，管接部500含有圆锥面501、圆筒面502、紧锁螺牙504，其构成为由环型槽5052隔开的二个同心的外环与内环结构；管接部500的圆锥面401为垂直面，其圆锥角ε，ε＝90°，且圆锥管181受迫紧时，其管壁受施压环5701迫紧的部份会作较多的变形，使其密封面的内壁面紧密贴合于该圆锥面501；圆筒面502的壁厚能使管接头的整体轴向压缩有较均匀变形。

如图4(C)所示，组接螺帽56的内径有螺牙部566、内凹曲面562与缩口部560；其缩口部560的内侧面为内凹曲面562，该内凹曲面562包含有位于中心孔附近的施力环曲面5622；施力环曲面5622能耦合受力环曲面5702成耦合滑动面，并传递迫紧力F施力于固定环57。

如图4(D)所示，固定环57具中心孔579且至少一端为具有凸曲面570的圆环状结构，其截面为对称或不对称的梯形结构，外径面571有较短轴向长度，该外径面571能配合管接部500的引导内径5051而引导固定环57位于中心位置；而且该外径面571有复数轴向凹槽5711能配合管接部500的引导内径5051的复数凸肋5052相配合，使固定环57不会转动而能完全消除密封面183的滑动摩擦；一端的凸曲面570在靠近中心孔579处为施压环5701，具有施压角β用来迫紧圆锥管181管壁，55°≦β≦75°，而且中心孔的边缘有足够的导角空间，来避免施压环5701迫紧在圆锥管181的小圆锥径186处，该处容易有管壁硬化情形而使密封面不易达到良好密封；其另一端有位于中心孔579附近的受力环曲面5702与组接螺帽56的施力环曲面5622相耦合成滑动面，由受力环曲面5702的受力点到施压环5701的联机与中心孔579中心线的夹角也就是迫紧力F的施压角γ，0°≦γ≦10°。

如图4(E)所示，组接螺帽56的紧锁过程中沿管件18的轴向迫紧扩管部180的圆锥管181成密封面183；配合其施压角β，55°≦β≦75°，会使管壁产生持续性的变形堆积以增强抗拉能力；固定环57在紧锁过程中受引导机构来维持位于中心位置，该引导机制系由管接部500的引导内径5051配合固定环57的外径面571而引导固定环57位于中心位置，使迫紧力F能在在圆周方向均匀分布；迫紧力F的施力角γ，0°≦γ≦10°，施力夹角θ，0°≦θ≦15°，使得法线分力Fn提高并有大的抗拉分力Ft，来达成密封效果并防止该管件受外力拉扯时松脱；固定环57外径面571的轴向凹槽5711能配合管接部500的引导内径5051的凸肋5054相配合，使组接螺帽56的紧锁过程中，固定环57只能沿管件18的轴向移动而不会转动，而能完全消除密封面183的滑动摩擦，达成密封效果且防止该管件18受外力拉扯时松脱。

请参考表一所示，分别为管接头2、管接头3、管接头7、管接头7A、管接头1以一端为熔接密封的管件18进行紧锁，经过150℃高温烘烤程序后，进行耐压测试的最高耐压值，只有管接头2与管接头3能承受大于表压力7bar的无泄漏要求，也就是密封面的迫紧力Fn分力能均匀分布时，管接头2与管接头3在紧锁时各部零件都有均匀的压缩变形，这些在弹性范围内的压缩变形会因150℃高温加热而丧失部份的弹性也就是降低迫紧力，但均匀的压缩变形仍能在密封面183维持较佳的迫紧力。

表一

请参考表二所示，1英吋PFA管的基本管壁厚度为1.6㎜，管件18二端的扩管部180用下列四种管接头紧锁，中间为直管部184的长度将会被拉长，该拉力值为管件18一端有被拉出的情形为准，伸长率系指管件18被拉出后直管部184最终的塑性变形长度与原有长度的比值；由测试结果可知，本发明的管接头的抗拉能力最优且具2倍以上的伸长率。

表二

请参考图5为管件18在拉力测试后扩管部180与直管部184的变形的情形，其中，图5(A)为管接头2、图5(B)为管接头(7)、图5(C)为管接头7、图5(D)为管接头1，管件18在受拉力后密封面183的管壁的材料的移动方式，会跟密封面的迫紧力Fn分力是否能均匀分布有关。

管接头2与管接头3的直管部184长度被拉长有大于2倍而且扩管部180被拉长成规则圆锥状，其开口端部还形成一圈厚度较厚的环形圈185，且该环形圈接近正圆，显示密封能力最佳。

管接头7的直管部184长度被拉长小于2倍且扩管部180被拉长成不规则圆锥状，其开口端部没有环形圈185形成，显示密封能力差。

管接头7A的直管部184长度被拉长小于2倍且扩管部180被拉长成不规则圆锥状，其开口端部几乎没有环形圈185形成，显示密封能力差，显示盘形固定板77有助于提升密封能力但仍未符合需求。

管接头1的直管部184长度被拉长小于2倍且扩管部180被拉长成不规则圆锥状，其开口端部有非圆形的环形圈185形成，显示密封能力差，显示固定环17有助于大幅提升密封能力但仍未符合需求。

以上的测试由扩管部180的拉伸变形，可以进一步了解密封面183的迫紧力Fn分力是否有均匀分布，如管接头2为规则的圆锥状则为均匀分布，其余的情形为不均匀分布。

图6(A)、图6(B)、图6(C)、图6(D)、图6(E)所示，近一步说明环形圈185的形成与外形，在密封面183的迫紧力Fn分力足够情形下，密封面的管壁再受拉力T作用时，圆锥面管壁材料移动方向U与施压环面管壁材料移动方向V二者相对于拉力T方向的夹角λ，也是代表密封面管壁材料在受力变形后移动时必须改变的方向，而且密封面管壁的二个面的材料移动方向是大为不同。

当圆锥面的圆锥角ε是45°时，圆锥面管壁材料移动方向U的材料移动夹角λ为45°，材料的移动变成要转弯45°，当圆锥角ε是60°时，材料移动夹角λ也上升为60°移动困难度提升，材料的移动变成要转弯60°；

当施压角β是90°时，施压环面管壁材料移动方向V的材料移动夹角λ为90°，当施压角β是70°时，材料移动夹角λ也上升为110°，很显然移动困难度提升，因为材料的移动变成要绕过110°，当施压角β是60°时，材料移动夹角λ也上升为120°，很显然材料的移动很困难，因为管壁材料需要绕施压角以120°移动。

由上述材料移动夹角λ的大小就可以得知在圆锥面上的管壁材料相对容易移动，需要在密封面183施予足够的迫紧力Fn分力，才能减少材料移动过多降低抗拉能力，而施压角β上的管壁材料相对不容易移动，施压角β愈小移动愈困难，当有足够的迫紧力Fn分力时，在受拉力下在施压角β上的管壁材料会有较多的材料产生持续性的环状变形堆积壁厚δ，堆积壁厚δ是材料塑性变形所产生，受拉力时会持续向管开口端部相对移动形成一圈厚度较厚的环形圈185，当施压角β为90°时，施压环面管壁材料移动方向V的材料移动夹角λ为90°，这时管壁材料只要要绕施压角以90°移动相对容易，不容易产生持续性的环状变形堆积壁厚δ，也就不容宜在管开口端部形成环形圈185，且无法得到高抗拉能力；如图6(D)与图6(E)所示，施压角β分别为70°与60°，当施压角β小于90°时，施压环面管壁材料移动方向V的材料移动夹角λ会大于90°，这时管壁材料绕施压角会大于90°移动，而且施压角β变小时材料移动夹角λ会愈大而更不容易移动，这会更容易产生持续性的环状变形堆积壁厚δ，也就容易在管开口端部形成环形圈185，且得到高抗拉能力。

【发明效果】

管接头2、管接头3与管接头4在本实施例的试验结果显示具有高密封能力，因为固定环27、固定环37与固定环47都能被确实固定在中心位置，使密封面183的迫紧力Fn分力能均匀分布，以维持施压夹角θ接近于10°而提高Fn分力；本发明的实施例经过拉伸测试都有产生管壁材料的环状变形堆积来提升抗拉能力，管接头5更能确保固定环57完全不会转动而完全消除密封面的滑动摩擦风险。

Claims (13)

1.一种防止管件与管接头松脱的管接头，该管接头用来紧固管件的一端，该管接头为使用含氟树脂材质组接于PFA氟树脂材质的管件端部，该管接头包含有：管接头本体、组接螺帽、固定环；

该管件端部先穿过该组接螺帽的缩口孔与固定环的中心孔，并扩管成扩管部含圆锥管及圆筒管；

该管接头本体为具有中空的通孔用来导通液体，一端为管接部用来结合该组接螺帽及该管件；

该管接部包含有圆锥面、圆筒面及紧锁螺牙，用来安装该管件的扩管部的圆锥管及圆筒管，该圆锥面的圆锥角ε，50°≦ε≦90°，而该紧锁螺牙是用来紧锁该组接螺帽；

该组接螺帽的内径有螺牙部、内凹曲面与缩口部；该螺牙部用来紧锁于该管接部的紧锁螺牙；该缩口部中心有缩口孔，其内侧面为该内凹曲面；

该内凹曲面包含有施力环曲面能耦合并施力于该固定环的一端的受力环曲面，二者间有耦合滑动面而能降低密封面的滑动摩擦风险；

该固定环具中心孔且至少一端为为凸曲面，该凸曲面上有施压环，另一端具有受力环曲面，其截面为接近梯形的对称或不对称结构；

该受力环曲面用来与该组接螺帽的内凹圆锥曲面的施力环曲面相接触以构成耦合滑动面；

该施压环用来迫紧圆锥管的管壁在该圆锥面上成一密封面，其施压角β，55°≦β≦75°；

该组接螺帽的紧锁过程中，固定环由引导机制而保持在中心位置，并经由耦合滑动而确保该固定环降低转动风险，迫紧力F由耦合滑动面传递给施压环而施加在该密封面上，其施力夹角θ，0°≦θ≦15°。

2.如权利要求1所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，固定环的外径面上装设有可以与泄漏液体反应的变色试纸。

3.如权利要求1所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，该固定环具有施压环的一端，其中心孔的边缘有导角空间，来避免施压环迫紧在圆锥管的小圆锥径处。

4.如权利要求1所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，该管接部的圆筒面具有足够厚度来承受迫紧力能均匀变形，其较佳的厚度至少为管件壁厚的1.6倍。

5.如权利要求1所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，管接部依次含有圆锥面、圆筒面、止推面及紧锁螺牙的结构，该圆锥面的圆锥角ε，50°≦ε≦70°；固定环两端为具有凸曲面的圆环状结构，其截面为对称或不对称的梯形结构，固定环的受力环曲面靠近外径侧，其迫紧力F的施力角γ，10°≦γ≦30°，且施力夹角θ，5°≦θ≦15°。

6.如权利要求5所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，降低密封面的滑动摩擦风险系由斜曲面增加轴向间隙以限制耦合滑动面的接触面积。

7.如权利要求5所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，固定环经由引导机制而保持在中心位置，系由施力环曲面外缘的定位曲面引导固定环的受力环曲面而能位于中心位置。

8.如权利要求1所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，管接部由环型槽隔开的二个同心的外环与内环构成；该外环的外表面装设该紧锁螺牙，该内环的外表面有该圆锥面与该圆筒面；且该圆筒面与引导内径之间构成该环型槽，该环型槽用来容纳该圆筒管。

9.如权利要求8所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，固定环经由引导机制而保持在中心位置，该引导机制系由该管接部的引导内径配合该固定环的外径面，使该固定环能轴向移动且保持位于中心位置。

10.如权利要求8所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，降低密封面的滑动摩擦风险系由斜曲面增加轴向间隙以限制耦合滑动面的接触面积。

11.如权利要求8所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，该圆锥面的圆锥角ε，50°≦ε≦75°，固定环的受力环曲面靠近外径侧，其迫紧力F的施力角γ，10°≦γ≦30°，且施力夹角θ，5°≦θ≦15°。

12.如权利要求8所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，管接部的圆锥面的圆锥角ε，ε≦90°，固定环的受力环曲面位于中心孔附近，其迫紧力F的施压角γ，0°≦γ≦10°，且施力夹角θ，0°≦θ≦10°，且圆锥管受迫紧时，其密封面的内壁面紧密迫紧于该圆锥面。

13.如权利要求8所述的防止管件与管接头松脱的管接头，其中，降低密封面的滑动摩擦风险系由固定环的外径面的轴向凹槽配合管接部的引导内径的凸肋相配合，使组接螺帽的紧锁过程中，固定环只能沿管件的轴向移动而不会转动，而能完全消除密封面的滑动摩擦。