CN110500406A - 密封结构和质量流量控制器 - Google Patents

Abstract

一种密封结构和质量流量控制器。密封结构包括第一挤压结构、金属密封圈、第二挤压结构；第一挤压结构包括环形的结构槽和第一挤压部，结构槽设于流量传感器的第一密封面上，第一挤压部沿结构槽的内周壁设于结构槽的径向内侧，且从结构槽的槽底向结构槽的开放端凸出；第二挤压结构包括环形的定位槽和第二挤压部，定位槽设于流体通道的第二密封面上，第二挤压部设于定位槽内且凸出于定位槽的槽底；金属密封圈设于第一挤压部和第二挤压部之间，以通过第一挤压部和第二挤压部的挤压实现密封，其中，沿垂直于第二密封面的方向，第二挤压部与第二密封面之间的距离为h，金属密封圈的厚度H大于距离h。该密封结构的结构简单，便于装配。

Description

密封结构和质量流量控制器

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，特别涉及一种用于气体质量流量控制器的密封结构。

背景技术

气体质量流量控制器主要用于对气体的质量流量进行精密测量和控制。它在半导体微电子工业、特种材料研制、化学工业、石油工业、医药、环保和真空等多个领域的科研和生产中有着重要的应用。气体质量流量控制器可用于测量各种气体的流量，包括惰性气体、强腐蚀性气体、易燃易爆等危险性气体等。因此，对气体质量流量控制器的密封可靠性有更高的要求。传统的气体质量流量控制器采用橡胶圈进行密封，但是，橡胶圈密封效果只能达到1X10-8 SCC/SEC的水平，且不能承受高温和低温的环境条件。因此，采用橡胶圈密封的气体质量流量控制器只能适用于惰性气体。在一些条件恶劣的高温和低温环境中，在超高真空和极高真空系统和设备中，或者在测量强腐蚀性气体、易燃易爆等危险性气体等场合要求选用全金属密封的气体质量流量控制器。

流量传感器是气体质量流量控制器中的重要部件之一。流量传感器体积小、安装区域有限制，如何实现流量传感器与流体通道之间的金属密封成为全金属密封的气体质量流量控制器的关键技术。现有的金属密封结构存在诸多缺点，主要包括：金属密封圈的结构和制造工艺复杂，制造成本高；通常采用的法兰密封面与刀口的粗糙度和配合精度要求高，加工要求高，且大尺寸法兰加工困难；定位和装配困难。

因此，期待开发一种结构简单、便于装配的密封结构，以实现流量传感器与流体通道之间的密封。

发明内容

本发明的目的是提出一种密封结构，克服现有密封质量流量控制器的金属密封件结构复杂、加工装配困难的缺陷。

本发明一方面提供一种密封结构，用于密封质量流量控制器的流体通道与流量传感器，所述密封结构包括第一挤压结构、金属密封圈、第二挤压结构；

所述第一挤压结构包括环形的结构槽和第一挤压部，所述结构槽设于所述流量传感器的第一密封面上，所述第一挤压部沿所述结构槽的内周壁设于所述结构槽的径向内侧，且从所述结构槽的槽底向所述结构槽的开放端凸出；

所述第二挤压结构包括环形的定位槽和第二挤压部，所述定位槽设于所述流体通道的第二密封面上，所述第二挤压部设于所述定位槽内且凸出于所述定位槽的槽底；

所述金属密封圈设于所述第一挤压部和所述第二挤压部之间，以通过所述第一挤压部和所述第二挤压部的挤压实现密封，其中，沿垂直于所述第二密封面的方向，所述第二挤压部与所述第二密封面之间的距离为h，所述金属密封圈的厚度H大于所述距离h。

优选地，所述第一挤压部为环形，在通过所述结构槽的轴线的截面上，所述第一挤压部的轮廓包括第一边和第二边，所述第一边垂直于所述第一密封面，所述第二边与所述第一边之间形成夹角α1，所述第一边与所述第二边通过第一圆弧形倒角相连接。

优选地，所述第二挤压部为环形，在通过所述定位槽的轴线的截面上，所述第二挤压部的轮廓包括第三边和第四边，所述第三边垂直于所述第二密封面，所述第四边与所述第三边之间形成夹角α2，所述第三边与所述第四边通过第二圆弧形倒角相连接。

优选地，所述第一圆弧形倒角朝向所述第二圆弧形倒角，且所述第一边与所述第三边对齐。

优选地，所述第一圆弧形倒角和所述第二圆弧形倒角的半径R0的范围均为R0≤0.2mm。

优选地，所述夹角α1和所述夹角α2的范围均为75°～85°。

优选地，所述金属密封圈的厚度H与所述距离h之差的范围为0.25～0.35mm。

优选地，所述第一挤压部的高度h1等于所述结构槽的深度d1。

优选地，所述定位槽的外径与所述金属密封圈的外径相适应，以便所述金属密封圈能够置于所述定位槽内且通过所述定位槽被径向定位。

优选地，所述金属密封圈为平垫圈，和/或所述金属密封圈的材质选自不锈钢、铜、铝、银和黄金之一。

本发明另一方面提供一种质量流量控制器，包括相连接的流体通道与流量传感器，还包括所述的密封结构，所述密封结构用于密封所述流体通道与所述流量传感器。

本发明的有益效果在于：

1、通过金属密封圈的挤压变形实现密封，密封结构的结构简单，便于装配；

2、第一挤压部和第二挤压部设置夹角α1和α2，可以减小挤压部与金属密封圈之间的接触面积，从而较小的挤压力就能实现较好的密封效果，且对流量传感器的性能影响小，有利于保证流量传感器的测量精度；

3、通过调整金属密封圈的厚度H与距离h之差，一方面确保密封效果，另一方面避免第一密封面第二密封面之间的装配关系发生移动或倾斜时导致的流体外漏；

4、定位槽能够提高装配效率，还能够实现金属密封圈的径向定位。

本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1显示根据本发明示例性实施例的密封结构的安装示意图；

图2显示根据本发明示例性实施例的密封结构的装配前示意图；

图3显示根据本发明示例性实施例的密封结构的装配后示意图；

图4显示根据本发明示例性实施例的密封结构的第一挤压结构的剖视图；

图5显示根据本发明示例性实施例的密封结构的第一挤压结构的俯视图；

图6显示根据本发明示例性实施例的金属密封圈的结构示意图；

图7显示根据本发明示例性实施例的密封结构的第二挤压结构的剖视图。

附图标记说明：

1第一挤压结构，11结构槽，12第一密封面，13第一挤压部，2金属密封圈，3第二挤压结构，31定位槽，32第二挤压部，33第二密封面，4密封结构，5流量传感器，6螺钉，7流体通道。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1显示根据本发明示例性实施例的密封结构的安装示意图，图2和图3分别显示密封结构的装配前示意图和装配后示意图。

如图1至图3所示，根据示例性实施例的密封结构用于密封质量流量控制器的流体通道与流量传感器。其中，参考图1所示，流量传感器5通过螺钉6与流体通道7相连接，用于测量通过流体通道7的流体流量。流量传感器5与流体通道7的接触面为流量传感器的第一密封面12和流体通道的第二密封面33。第一密封面12设于流量传感器5的底面，第一密封面12上设有第一采集孔；第二密封面33设于流体通道7的外周，第二密封面33上设有第二采集孔，第二采集孔连通至流体通道内部的流道，且与第一采集孔对应连通。流量传感器5利用通过第一采集孔和第二采集孔采集的信号(例如压差信号)实现流量测量。关于流量传感器的测量原理属于本领域的现有技术，在此不再赘述。

参考图2和图3所示，密封结构包括第一挤压结构1、金属密封圈2、第二挤压结构3。其中，第一挤压结构1包括环形的结构槽11和第一挤压部13，结构槽11设于流量传感器5的第一密封面12上，第一挤压部13沿结构槽11的内周壁设于所述结构槽的径向内侧，且从结构槽11的槽底向结构槽11的开放端凸出。

第二挤压结构3包括环形的定位槽31和第二挤压部32，定位槽31设于流体通道7的第二密封面33上，第二挤压部32设于定位槽31内且凸出于定位槽31的槽底。

金属密封圈2设于第一挤压部13和第二挤压部32之间，以通过第一挤压部13和第二挤压部32的挤压实现密封，其中，沿垂直于第二密封面33的方向，第二挤压部32与第二密封面33之间的距离为h，金属密封圈2的厚度H大于距离h。

根据示例性实施例的密封结构的工作原理如下详述。结构槽11和定位槽31均为环形，分别环绕待密封处即第一采集孔和第二采集孔设置。进行流量传感器5与流体通道7之间的密封时，首先将金属密封圈2放置在定位槽31内，然后在金属密封圈2上安装流量传感器5，使流量传感器5的第一密封面12大致与流体通道7的第二密封面33相接触。然后通过螺钉6连接流量传感器5和流体通道7，拧紧螺钉6使第一密封面12与第二密封面33重合时，由于金属密封圈2的厚度H大于第二挤压部32与第二密封面33之间的距离h，金属密封圈2的两个端面分别受到第一挤压部13和第二挤压部32的挤压而发生变形，从而实现密封，避免第一采集孔和第二采集孔内的流体泄漏至第一密封面12和第二密封面33之间。根据示例性实施例的密封结构具有结构简单的优点，且通过螺钉连接即可进行装配。

可选的，第一挤压部13为环形，在通过结构槽11的轴线的截面上，第一挤压部13的轮廓包括第一边和第二边，第一边垂直于第一密封面12，第二边与第一边之间形成夹角α1，第一边与第二边通过第一圆弧形倒角相连接。第一边也即结构槽11的内周壁。

第二挤压部32为环形，在通过定位槽31的轴线的截面上，第二挤压部32的轮廓包括第三边和第四边，第三边垂直于第二密封面33，第四边与第三边之间形成夹角α2，第三边与第四边通过第二圆弧形倒角相连接。

第一挤压部13和第二挤压部32也均为环形，第一挤压部13的第一边与第二边之间形成夹角α1，第一边与第二边通过第一圆弧形倒角相连接，第二挤压部32的第三边和第四边之间形成夹角α2，第三边与第四边通过第二圆弧形倒角相连接。设置夹角α1和α2可以减小挤压部与金属密封圈2之间的接触面积，从而较小的挤压力就能实现较好的密封效果。此外，挤压力越小，流量传感器的密封面的变形就越小，对流量传感器的性能影响也越小，有利于保证流量传感器的测量精度。

图4和图5分别显示根据本发明示例性实施例的密封结构的第一挤压结构的剖视图和俯视图。参考图4和图5所示，制造第一挤压部13时，可首先在流量传感器5的底面上加工第一密封面12，然后在第一密封面12上环绕第一采集孔加工环形的结构槽11，结构槽11的截面为长方形，结构槽11的内径为D0，其内周壁和外周壁均垂直于第一密封面12。然后，沿结构槽11的内周壁朝径向内侧加工斜面，使斜面与结构槽11的内周壁之间形成夹角α1。最后，在夹角α1的顶点处加工圆弧形倒角，圆弧形倒角的半径为R0。

图7显示根据本发明示例性实施例的密封结构的第二挤压结构的剖视图。参考图7所示，制造第二挤压部32时，可首先在流体通道7的外周加工第二密封面33，然后在第二密封面33上加工定位槽31和第二挤压部32。

可选地，夹角α1和夹角α2的范围均为75°～85°，更为优选地，夹角α1和夹角α2均为80°。

可选地，第一圆弧形倒角朝向第二圆弧形倒角，且第一边与第三边对齐，从而金属密封圈2被挤压在第一圆弧形倒角和第二圆弧形倒角之间，且金属密封圈2与第一圆弧形倒角的接触点和金属密封圈2与第二圆弧形倒角的接触点沿金属密封圈2的轴向对齐，保证密封效果。

可选地，为了确保挤压部与金属密封圈2之间的接触面积足够小，第一圆弧形倒角和第二圆弧形倒角的半径R0越小越好，且R0应满足：R₀≤0.2mm。

可选地，金属密封圈的厚度H与距离h之差的范围为0.25～0.35mm。金属密封圈的厚度H与距离h之差不能过大，也不能过小。如果该差H-h过大，流量传感器5装配于金属密封圈2上之后，第一密封面12无法与第二密封面33紧密接触，经过一段时间后或者在外力作用下，第一密封面12与第二密封面33之间的装配关系发生移动或倾斜，可能导致流体外漏；如果该差H-h过小，金属密封圈2受到的挤压力过小，密封效果不佳。因此，金属密封圈的厚度H与距离h之差的范围通常为0.25～0.35mm，且优选为0.3mm。

可选地，第一挤压部的高度h1等于结构槽的深度d1，从而只需要调整金属密封圈的厚度H与距离h之差即可确保密封效果。

可选地，定位槽31的外径与金属密封圈2的外径相适应，以便金属密封圈2能够置于定位槽31内且通过定位槽31被径向定位。一般情况下，定位槽31的外径略大于金属密封圈2的外径，从而金属密封圈2可以方便地置于定位槽31内，便于装配、提高装配效率，且定位槽31的槽壁能够阻碍金属密封圈2沿径向窜动，实现金属密封圈2的径向定位。

可选地，金属密封圈为平垫圈，如图6所示。金属密封圈的材质选自不锈钢、铜、铝、银和黄金之一。

经过试验测试，根据示例性实施例的密封结构的密封效果可以达到1X10^-11SCC/SEC的水平。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (11)

1.一种密封结构，用于密封质量流量控制器的流体通道与流量传感器，其特征在于，所述密封结构包括第一挤压结构、金属密封圈、第二挤压结构；

所述第一挤压结构包括环形的结构槽和第一挤压部，所述结构槽设于所述流量传感器的第一密封面上，所述第一挤压部沿所述结构槽的内周壁设于所述结构槽的径向内侧，且从所述结构槽的槽底向所述结构槽的开放端凸出；

所述第二挤压结构包括环形的定位槽和第二挤压部，所述定位槽设于所述流体通道的第二密封面上，所述第二挤压部设于所述定位槽内且凸出于所述定位槽的槽底；

所述金属密封圈设于所述第一挤压部和所述第二挤压部之间，以通过所述第一挤压部和所述第二挤压部的挤压实现密封，其中，沿垂直于所述第二密封面的方向，所述第二挤压部与所述第二密封面之间的距离为h，所述金属密封圈的厚度H大于所述距离h。

2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述第一挤压部为环形，在通过所述结构槽的轴线的截面上，所述第一挤压部的轮廓包括第一边和第二边，所述第一边垂直于所述第一密封面，所述第二边与所述第一边之间形成夹角α1，所述第一边与所述第二边通过第一圆弧形倒角相连接。

3.根据权利要求2所述的密封结构，其特征在于，所述第二挤压部为环形，在通过所述定位槽的轴线的截面上，所述第二挤压部的轮廓包括第三边和第四边，所述第三边垂直于所述第二密封面，所述第四边与所述第三边之间形成夹角α2，所述第三边与所述第四边通过第二圆弧形倒角相连接。

4.根据权利要求3所述的密封结构，其特征在于，所述第一圆弧形倒角朝向所述第二圆弧形倒角，且所述第一边与所述第三边对齐。

5.根据权利要求3所述的密封结构，其特征在于，所述第一圆弧形倒角和所述第二圆弧形倒角的半径R0的范围均为R0≤0.2mm。

6.根据权利要求3所述的密封结构，其特征在于，所述夹角α1和所述夹角α2的范围均为75°～85°。

7.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述金属密封圈的厚度H与所述距离h之差的范围为0.25～0.35mm。

8.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述第一挤压部的高度h1等于所述结构槽的深度d1。

9.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述定位槽的外径与所述金属密封圈的外径相适应，以便所述金属密封圈能够置于所述定位槽内且通过所述定位槽被径向定位。

10.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述金属密封圈为平垫圈，和/或所述金属密封圈的材质选自不锈钢、铜、铝、银和黄金之一。

11.一种质量流量控制器，包括相连接的流体通道与流量传感器，其特征在于，还包括根据权利要求1-10中任一项所述的密封结构，所述密封结构用于密封所述流体通道与所述流量传感器。