KR20100092951A - 오-링리스 시일 커플링 - Google Patents

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KR20100092951A
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frustoconical
fluid
sealing
mating
annular
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KR1020107012085A
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티모시 더블유 타울
더글라스 디 노리스
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엔테그리스, 아이엔씨.
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Abstract

작동 유체 장치는 유체를 수용하기 위해 유체 밀봉 연결부에서 서로 연결 가능한 불소 중합체 본체부 및 불소 중합체 격납부를 포함하며, 2개의 절두원추형 표면은 먼저 서로 대면하고, 그 후에 연결부가 형성되면서 서로 결합되고, 상기 절두원추형 표면 중 하나는 볼록형이고, 다른 하나는 오목형이며, 상기 표면이 결합하기 전에 서로 대면하고 있을 때, 이들 표면은 각도적으로 부정합을 이루고, 상기 절두원추형 표면의 제1 밀봉 접촉은 각각의 상기 절두원추형 표면 상의 반경방향 내측 환형 위치이면서 상기 내부 근방에서 이루어지고, 상기 정합부가 함께 압박됨에 따라 상기 밀봉 접촉이 반경방향 내측 환형 위치로부터 반경방향 외측으로 연장되어 각도적으로 부정합 상태인 2개의 절두원추형 표면 중 적어도 하나의 대부분을 포함한다. 절두원추형 표면으로부터 반경방향 외측의 환형 링 및 환형 홈부를 포함하는 적합한 환형 구조가 절두원추형 표면이 결합될 때 절두원추형 표면에 대한 반경방향 억제부를 제공할 수 있으며, 이러한 환형 구조는 추가적인 환형 보충 시일을 제공할 수 있다.

Description

오-링리스 시일 커플링{O-RINGLESS SEAL COUPLINGS}
본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는 2007년 11월 2일자로 출원된 오-링리스 피팅(O-RINGLESS FITTINGS)이라는 명칭의 미국 가특허 출원 제60/985,103호의 이익을 향유한다.
본 개시내용은 일반적으로 유체 시일에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 개시내용의 실시예는 중요 유체 관리에서의 사용을 위한 액체 여과 장치, 밸브 및 센서와 같은 작동 유체 장치용 오-링리스 유체 시일 커플링에 관한 것이다.
수많은 산업분야 및 많은 적용예에서 금속관, 피팅, 및 주요 유체 유동을 다루고 제어하기 위한 여러 다른 "배관" 구성요소가 사용된다. 이러한 구성요소는 구리, 스테인리스강 또는 강과 같은 금속으로 만들어질 수 있다. 종래의 유체 시일은 탄성중합체 오-링 또는 개스킷을 포함한다. 비록, 이러한 시일이 상대적으로 저렴할 수 있고, 대부분의 경우에 있어서 효과적인 밀봉이 가능하지만, 이러한 시일은 모든 환경에 대해 효과적인 것은 아니다. 반도체 처리와 같은 특정 적용예에 있어서, 관련된 유체는 금속성 구성요소, 종래의 개스킷 또는 탄성중합체 오-링과 반응하고, 그리고/또는 이들의 사용으로 인해 오염될 수 있다. 따라서, 이러한 산업분야에 있어서, 배관 구성요소는 불소 중합체와 같은 고도의 불활성 재료로 만들어진다.
일 예로서, 초소형 전자공학 처리-유체의 액체 여과시에 겪게 되는 가혹한 화학적 환경에서는, 종종 내화학적 재료[예를 들어, 칼레즈(등록상표)(KALREZ®)]로 만들어진 오-링이 사용되어야 한다. 그러나, 이들 오-링은 고가일 수 있고, 빈번한 교체가 필요한 경우가 있을 수 있다.
더욱이, 처리-유체가 쉽게 결정화될 수 있는 적용예에서는, 레이디얼(radial) 또는 페이스-시일(face-seal) 오-링 주위의 적은 체적의 무용 공간에서도 처리-유체가 결정화될 수 있으며, 이로써 시일의 누설을 야기하거나 처리-유체에 다른 바람직하지 않은 영향을 미치게 된다. 또한, 오-링 밀봉면 상의 버(burr) 및 다른 표면 결함이 장치 사이의 추가적인 누설 지점을 제공할 수 있다.
가혹한 화학적 환경에서, 내화학적 재료로 만들어진 개스킷[예를 들어, 칼레즈(등록상표)]이 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 설계는 매우 큰 폐쇄력을 요구할 수 있으며 고가일 수 있다.
따라서, 가혹한 화학적 환경 유체 시스템에서의 사용을 위한, 예를 들어 전술한 결함을 나타내는 초소형 전자 공학 처리-유체용 액체 여과 장치와의 사용을 위한 개선된 오-링리스 유체 시일에 대한 요구가 대두된다.
가혹한 화학적 환경에서의 사용에 적합한, 그리고 작동 유체 장치에 적합한 오-링리스 유체 시일은 시일을 형성하기 위한 작동 유체 장치 및 방법을 포함한다.
일 실시예에서, 작동 유체 장치는 유체를 수용하기 위해 유체 밀봉 연결부에서 서로 연결 가능한 불소 중합체 본체부 및 불소 중합체 격납부를 포함하며, 2개의 절두원추형 표면은 먼저 서로 대면하고, 그 후에 연결부가 형성되면서 서로 결합되고, 상기 절두원추형 표면 중 하나는 볼록형이고, 다른 하나는 오목형이며, 상기 표면이 결합하기 전에 서로 대면하고 있을 때, 이들 표면은 각도적으로 부정합을 이루고, 상기 절두원추형 표면의 제1 밀봉 접촉은 각각의 상기 절두원추형 표면 상의 반경방향 내측 환형 위치이면서 상기 내부 근방에서 이루어지고, 상기 정합부가 함께 압박됨에 따라 상기 밀봉 접촉이 반경방향 내측 환형 위치로부터 반경방향 외측으로 연장되어 각도적으로 부정합 상태인 2개의 절두원추형 표면 중 적어도 하나의 대부분을 포함한다. 환형 링 및 환형 홈부를 포함하는 적합한 환형 구조가 절두원추형 표면이 결합될 때 절두원추형 표면에 대한 반경방향 억제부를 제공할 수 있으며, 이러한 환형 구조는 추가적인 환형 보충 시일을 제공할 수 있다.
실시예에 있어서, 유체 밀착 시일을 통해 본체부에 연결되는 중합체 격납부는 유체 제어부, 유체 여과부 및 유체 측정부 중 하나를 포함하는 내부를 형성한다. 본체부 및 중합체 격납부는 유체 밀착 시일에서 원통형 내벽부를 형성하고, 공통 축선을 갖는다.
특정 실시예에서, 오-링리스 유체 시일을 형성하기 위해 제1 및 제2 정합부가 결합됨에 따라, 3개의 밀봉면 중 적어도 1개, 2개 또는 3개가 변형 또는 변위되거나, 그렇지 않으면 각각의 정합부에 대해 비-밀봉된 구성으로부터 비틀릴 수 있다.
임의의 실시예에서, 초소형 전자 공학 공정-유체 시스템에서 액체 여과 소자를 여과 하우징에 결합하기 위해 오-링리스 유체 결합이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 단일 오-링리스 유체 시일이 커플링에 생성된다. 다른 실시예에서, 2개의 오-링리스 유체 시일이 커플링에 생성된다. 다른 실시예에서, 3개의 오-링리스 유체 시일이 생성된다.
임의의 실시예에 따라, 제1 정합부 및 제2 정합부를 포함하는 오-링리스 유체 밀착 시일이 2개의 구성요소 사이의 밀봉 연결부를 생성하기 위해 개시된다. 제1 정합부는 제2 정합부를 수용하기 위한 근단부를 갖는다. 제1 정합부는 또한 구성요소 중 하나에 작동식으로 부착되는 원단부를 갖는다. 제1 정합부는 또한 제1 림부, 제2 림부 및 제1 림부와 제2 림부 사이에 개재되는 환형 그루브부를 갖는다. 제1 림부는 제1 밀봉면 및 제2 밀봉면을 갖는다. 제2 림부는 제3 밀봉면을 갖는다. 제1 각도는 축선에 평행한 단면에서 취해진 원통형 내벽부와 제1 밀봉면에 의해 형성되며, 제2 각도는 축선에 평행한 단면에서 취해진 제3 밀봉면과 환형 그루브에 의해 형성된다.
제2 정합부는 제1 정합부를 수용하기 위한 근단부를 갖는다. 제2 정합부는 다른 구성요소에 작동식으로 부착되는 원단부를 갖는다. 제2 정합부는 또한 제3 림부, 제1 정합 밀봉면 및 제3 정합 밀봉면을 갖는다. 제3 림부는 제2 정합 밀봉면을 갖는다. 제3 각도는 제1 정합 밀봉면과 원통형 내벽부에 의해 형성되고, 제4 각도는 제3 밀봉면과 원통형 내벽부에 의해 형성된다.
제1 및 제2 정합부는 제1 각도가 제3 각도와 동일하지 않고, 제2 각도가 제4 각도와 동일하지 않도록 구성된다.
2개의 정합부는 이들이 함께 조립될 수 있도록 구성된다. 부품이 이들 부품에 작용하는 임의의 축선방향 압축력 없이 조립될 때, 환형 링은 제3 림부를 수용하도록 구성되고, 제1 밀봉면은 제1 정합 밀봉면과 대면하고, 제2 밀봉면은 제2 정합 밀봉면에 반경방향으로 인접하며, 제3 밀봉면은 제3 정합 밀봉면과 대면한다.
제1 정합부를 제2 정합부로 축선방향으로 가압하도록 힘이 작용되는 경우, 이 힘은 제1 밀봉면이 제1 정합 밀봉면에 대해 가압되도록 제1 및 제2 정합부 양자를 통해 전달된다. 이 압축력으로 인해 제1 밀봉면과 제1 정합 밀봉면 중 적어도 하나에 굴절이 발생한다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 제1 정합부를 제2 정합부로 축선방향으로 가압하도록 힘이 작용되는 경우, 제1 밀봉면 및 제1 정합 밀봉면 중 적어도 하나가 변형된다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 제1 정합부를 제2 정합부로 축선방향으로 가압하도록 힘이 작용되는 경우, 제2 밀봉면이 제2 정합 밀봉면에 대해 가압되도록 힘이 제1 및 제2 정합부 양자를 통해 전달된다. 이러한 압축으로 인해 제2 밀봉면과 제2 정합 밀봉면 중 적어도 하나에 굴절이 발생한다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 압축은 또한 제3 밀봉면과 제3 정합 밀봉면 중 적어도 하나에 굴절을 발생시킨다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 제1 각도는 약 45°(2°이내)이고, 제2 각도는 약 50°(2°이내)이며, 제3 각도는 약 40°(2°이내)이고, 제4 각도는 약 45°(2°이내)이다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 장치는 일부가 결합될 하나의 구성요소는 초소형 전자 공학 공정-유체의 여과를 위해 사용되는 액체 여과 조립체이고, 다른 구성요소는 필터 하우징이다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 제1 정합부는 불소 중합체로 구성된다. 본 발명의 다른 실시예에 따라 불소 중합체는 퍼플루오로알콕시 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 제2 정합부는 불소 중합체로 구성된다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 불소 중합체는 퍼플루오로알콕시 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
시일 커플링에 대한 실시예의 특징 및 이점은 함께 시일을 형성하는데 적은 결합력만이 요구된다는 점이다.
시일 커플링에 대한 실시예의 다른 특징 및 이점은 시일을 생성함에 있어 적은 밀봉력만이 요구된다는 점이다.
본 발명의 실시예의 다른 특징 및 이점은 유체 시일이 비-탄성중합체, 비-탄성중합체 재료이지만 유체 제어 장치 하우징의 강성 재료로 적합한 강성 재료로 형성된다.
시일 커플링에 대한 실시예의 다른 특징 및 이점은 유체 챔버에 인접한 밀봉면의 압축 부하가 반경방향 외측으로 감소되어 유체 챔버에 인접한 최적의 고정 시일을 제공한다는 점이다.
시일 커플링에 대한 실시예의 추가적인 특징 및 이점은 낮은 클램핑력으로 높은 유체 압력에서 사용될 수 있는 일체형 시일이 형성될 수 있다는 점이다.
시일 커플링에 대한 실시예의 다른 특징 및 이점은 실질적으로 무용 공간이 없는 직선-관통 유동 경로(true straight-through flow path)가 형성된다는 점이다.
다중 시일 커플링의 배열에 대한 실시예의 특징 및 이점은 강화된 제조 공차가 가능하다는 점이다.
본 발명의 여러 실시예에 대한 전술한 요약은 본 발명의 예시된 각각의 실시예 또는 모든 실행을 설명하고자 하는 것은 아니다. 오히려, 실시예는 당업자가 본 발명의 원리 및 실시를 인식하고 이해할 수 있도록 선택되고 설명된다. 이하의 도면 및 상세한 설명은 이들 실시예를 더욱 구체적으로 보여준다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면과 관련한 여러 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 고려하여 더욱 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 2개의 구성요소를 밀봉식으로 연결하기 위한 오-링리스 유체 밀착 시일을 갖는 장치의 단면도.
도 1a는 도 1에 도시된 오-링리스 유체 밀착 시일의 정합부 중 하나의 상세 단면도.
도 1b는 도 1에 도시된 오-링리스 유체 밀착 시일의 정합부 중 다른 하나의 상세 단면도.
도 2는 장치, 본 발명의 일 실시예에 따라 여과 하우징에 결합된 액체 여과 조립체의 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 오-링리스 유체 밀착 시일의 대응하는 정합부로서, 오-링리스 유체 밀착 시일이 전혀 형성되어 있지 않은 정합부의 상세 단면도.
도 4a는 도 1에 도시된 오-링리스 유체 밀착 시일의 대응하는 정합부로서, 오-링리스 시일을 형성하는 정합부의 상세 단면도.
도 4b는 도 1에 도시된 오-링리스 유체 밀착 시일의 대응하는 정합부로서, 2개의 오-링리스 시일을 형성하는 정합부의 상세 단면도.
도 4c는 도 1에 도시된 오-링리스 유체 밀착 시일의 대응하는 정합부로서, 3개의 오-링리스 시일을 형성하는 정합부의 상세 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 오-링리스 유체 밀착 시일 배열체로서, 오-링리스 유체 밀착 시일이 인접하여 위치되는 배열체의 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 오-링리스 유체 밀착 시일 배열체로서, 오-링리스 유체 밀착 시일이 동심 구성인 배열체의 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 다중 오-링리스 유체 밀착 시일 배열체의 연결 유체 채널의 평면 단면도.
비록, 본 발명이 다양한 변형예 및 대안적 형태로 적용 가능하지만, 그 상세가 도면에 예로서 도시되었으며, 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 이는 본 발명을 설명된 특정 실시예로 한정하고자 하는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 반대로, 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 모든 변형예, 동등물 및 대안예를 포함하고자 한다.
본 발명에 따른 장치는 다양한 적용예, 예를 들어 초소형 전자 공학 공정-유체 시스템에서 액체 여과 소자를 여과 하우징에 결합하기 위해 사용될 수 있다.
"유체 제어"는 미터링(metering), 밸빙(valving), 스토어링(storing) 및 스위칭(switching)을 포함하고, "유체 조절"은 유체의 온도 또는 압력과 같은 특정 상태 또는 제형(formulation) 또는 순도(purity)를 변경하는 것을 포함하며; "유체 측정"은 유체의 상태 또는 특성을 검출하는 것을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 경우 "일체를 이룬"(integral)은 언급된 2개의 구성요소, 부분 또는 인자가 단일화되고 연속적인 공통 재료로 형성된 것을 의미한다.
도 1로 돌아가서, 본 발명의 임의의 실시예에 따라, 유체를 다루기 위한 작동 유체 장치(14)는 일반적으로 유체 밀봉 연결부에서 서로 결합되는 중합체 본체부(24) 및 중합체 격납부(22)를 포함한다. 중합체 본체부(24) 및 중합체 격납부(22)가 결합될 때, 유체 밀봉 연결부에 의해 오-링리스 유체-밀착 시일이 생성된다.
도 1 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 임의의 실시예에 따라, 중합체 본체부(24)는 일반적으로 정합부(26), 수나사부(28), 내부(30), 원통형 내벽부(128), 유체-밀착 시일의 원통형 벽면부(38), 축선(a1), 한 쌍의 유체 유동 도관(120, 122)을 포함하고, 근단부(48) 및 원단부(50)를 갖는다. 원통형 내벽부(128) 및 원통형 벽면부(38) 양자는 축선(126)에 대하여 실질적으로 원형이다.
중합체 본체부(24)와 일체를 이루는 정합부(26)는 일반적으로 제1 환형 링(32), 제2 환형 링(34) 및 간극 또는 환형 그루브(36)를 포함한다. 제1 환형 링(32)은, 팁(40) 상에 위치되고 원통형 벽면부(38)에 인접하는 오목한 절두원추형 밀봉면(42)을 갖는다. 오목한 제1 절두원추형 밀봉면(42)과 축선(a1)에 의해 예각(θ1)이 형성된다.
단면으로 볼 때, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 환형 링(32), 제2 환형 링(34), 및 간극(36)은 각각 축선(a1)에 실질적으로 평행하다. 제2 환형 링(34)은 본체부(24)로부터 축선방향으로 멀리 연장되고, 간극(36)에 의해 제1 환형 링(32)으로부터 이격된다. 제2 환형 링(34)은 팁(54)을 갖고, 제1 환형 링(32)의 팁(40)보다도 본체부로부터 축선방향으로 더 멀리 돌출한다. 간극(36)의 원단부(50)에는 반원처리된 면(radiused surface; 86)이 있다.
제2 환형 링(34)은 제3 밀봉면(56)을 갖는다. 내향면(52)에도 평행하는 공통 축선(a1)과 제3 밀봉면(56)에 의해 예각(φ2)이 형성된다.
도 1 및 도 1a를 참조하면, 중합체 격납부(22)는 일반적으로 본 발명의 임의의 실시예에 따라, 정합부(58), 여기서는 필터로서 도시된 작동부(60), 하우징(62), 내부(64), 숄더(90), 원통형 내벽부(130), 유체-밀착 시일에서의 원통형 벽면부(82), 및 축선(a1)을 포함한다. 중합체 격납부(22)는 원단부(66) 및 근단부(68)를 갖는다. 원통형 내벽부(130) 및 원통형 벽면부(82) 양자는 축선(a1)에 대해 실질적으로 원형이다.
중합체 격납부(22)와 일체를 이루는 정합부(58)는 일반적으로 제3 환형 링(70) 및 오목한 절두원추형 밀봉면(74)을 포함한다. 볼록한 제2 절두원추형 밀봉면(74) 및 볼록한 절두원추형 밀봉면(74)에 인접한 원통형 벽면부(82)에도 평행한 공통 축선(a1)에 의해 예각(θ3)이 형성된다. 외향면(84)에도 평행한 공통 축선(a1)과 제3 밀봉면(76)에 의해 예각(φ4)이 형성된다.
단면으로 볼 때, 도 1a에 도시된 바와 같이, 제3 환형 링(70)의 내향 및 외향면은 축선(a1)에 실질적으로 평행한다.
제2 환형 링(34)은 본체부(24)로부터 축선방향으로 멀리 연장되고, 간극(36)에 의해 제1 환형 링(32)으로부터 이격된다. 제2 환형 링(34)은 팁(54)을 갖고, 제1 환형 링(32)의 팁(40)보다도 본체부로부터 축선방향으로 더 멀리 돌출하여 절두원추형 밀봉면을 보호한다.
제3 환형 링(70)의 원단부(50)에는 반원처리된 면(88)이 있다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 각도(θ1)는 각도(θ3)와 동일하지 않다. 일 실시예에서, 각도(θ1)는 대략 45°일 수 있으며, 각도(θ3)는 대략 40°일 수 있다. 다른 실시예에서, 각도(θ3)는 대략 30°내지 60°의 범위 내 일 수 있으며, 각도(θ1)는 각도(θ3)+ 대략 3°내지 15°와 동일할 수 있다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 각도(φ2)는 각도(φ4)와 동일하지 않다. 일 실시예에서, 각도(φ2)는 대략 50°일 수 있으며, 각도(φ4)는 대략 45°일 수 있다. 다른 실시예에서, 각도(φ4)는 대략 30°내지 60°의 범위 내 일 수 있으며, 각도(φ2)는 각도(φ4)+ 대략 4°내지 8°, 바람직하게는 약 5°와 동일할 수 있다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 격납 조립체(22)의 정합부(58)는 PFA(퍼플루오로알콕시) 또는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)와 같은 불소 중합체로 제조될 수 있다. 본 발명의 임의의 실시예에 따라, 여과 하우징(24)의 정합부(26)는 PFA(퍼플루오로알콕시) 또는 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)과 같은 불소 중합체로 제조될 수 있다. 본 발명의 임의의 실시예에 따라, 격납부(22)의 정합부(58) 및 본체부(24)의 정합부(26)는 상이한 재료로 제조될 수 있다. 본 발명의 임의의 실시예에 따라, 격납부(22)의 정합부(58) 및 본체부(24)의 정합부(26)는 모두 동일한 재료로 제조될 수 있다. 특히, 하우징용으로 충분한 강성을 갖는 재료, 예를 들어 PFA가 실제 밀봉면에 사용된다.
너트(92)는 숄더(94) 및 암나사부(96)를 갖는다. 숄더(94)는 격납부(22)의 숄더(90)와 협력하여 작동하도록 형상화된다. 암나사부(96)는 수나사부(28)와 결합하도록 대응관계로 나사 가공된다.
격납부(22)와 본체부(24)의 결합에 의해 오-링리스 유체 밀착 시일이 생성된다. 작동 시, 격납부(22) 및 본체부(24)는 너트(92)의 사용을 통해 결합된다. 작업자가 격납부(22)의 근단부(68)로 너트(92)를 전진시켜 숄더(94)가 숄더(90)에 맞닿게 된다. 너트(92) 및 격납부(22) 양자가 전진하여 반원처리된 면(88)의 근단부(68)가 도 3에 도시된 바와 같이 간극(36)의 근단부(48)로 삽입된다. 그 후, 작업자가 너트(92)를 회전시켜 암나사부(96)가 수나사부(28)와 결합하게 되고, 계속하여 너트(92)를 회전시켜 정합부(26)가 정합부(58)와 결합하여 먼저 절두원추형 표면이 서로 마주하게 되고, 그 후에 결합한다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 밀봉면(74)의 근단부(68)는 제1 밀봉면(42)의 원단부(50)와 접촉하지만, 각도(θ1) 및 각도(θ3)의 값이 상이한 결과, 볼록한 절두원추형 밀봉면(74)과 오목한 절두원추형 밀봉면(42) 사이에 웨지-형상의 간극(100)이 존재한다. 이때, 제3 밀봉면(76)과 제3 밀봉면(56) 사이에 간극(98)이 존재한다. 림부(70)의 표면과 환형 그루브부(36)의 표면 사이에도 간극이 존재한다. 초기 결합은 본체부 및 격납부에 의해 형성되는 내부 또는 유체 챔버(71)에 근접한다.
너트(92)의 추가적인 회전에 의해 오-링리스 시일이 실행되어 축선방향 압축력이 절두원추형 밀봉면(74, 42) 상에 가해질 수 있다. 너트(92)는 간극(98, 100)의 단면적이 도면부호(98', 100')에 의해 표시된 바와 같이, 감소될 때까지 조여진다. 이때, 본 발명의 임의의 실시예에 따라, 밀봉면(74)이 변형되거나 변위되며; 또는 밀봉면(42)이 변형되거나 변위되며; 또는 밀봉면(74) 및 밀봉면(42) 양자가 변형되거나 변위된다. 밀봉면(74)이 변형되어 오-링리스 시일(102)을 생성하는 예시적인 실시예가 도 4a에 도시된다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 너트(92)의 추가적인 회전에 의해 추가적인 오-링리스 시일이 실행되어 축선방향 압축력을 증가시킨다. 밀봉면(42)과 밀봉면(74)의 각진 기하학적 형상 및 축선방향 압축력의 상호작용으로 인해, 제2 밀봉면(46) 및 제2 밀봉면(78)이 접촉하게 될 수 있다. 너트(92)의 추가적인 회전은 축선방향 압축력을 추가로 증가시켜, 제2 밀봉면(46) 및 제2 밀봉면(78) 중 적어도 하나의 변형 또는 변위를 초래할 수 있다. 제2 밀봉면(46)이 변형되어 오-링리스 시일(104)을 생성하는 예시적인 실시예가 도 4b에 도시된다. 이때, 간극(98', 100')의 단면적은 도면부호(98", 100")로 표시된 바와 같이 추가로 감소되었다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 너트(92)의 추가적인 회전에 의해 추가적인 오-링리스 시일이 실행되어 축선방향 압축력이 증가하게 된다. 축선방향 압축력으로 인해, 간극(98")이 추가적으로 감소될 수 있고, 제3 밀봉면(76)의 근단부(68)가 제3 밀봉면(56)의 원단부(50)와 접촉하지만, 각도(φ2) 및 각도(φ4)의 값이 동일하지 않은 결과, 제3 밀봉면(76)과 제3 밀봉면(56) 사이에 웨지형 간극(106)이 여전히 존재할 수 있다. 너트(92)의 추가적인 회전에 의해 추가적인 오-링리스 시일이 실행되어 간극(106)의 단면적이 감소될 수 있다. 이때, 제3 밀봉면(76)이 변형되거나 변위되고, 또는 제3 밀봉면(56)이 변형되거나 변위되며, 또는 제3 밀봉면(76) 및 제3 밀봉면(56) 양자가 변형되거나 변위된다. 제3 밀봉면(56)이 변형되어 오-링리스 시일(108)을 생성하는 예시적인 실시예가 도 4c에 도시된다. 밀봉면(42) 및 밀봉면(74)의 각진 기하학적 형상, 제3 밀봉면(56) 및 제3 밀봉면(76)의 각진 기하학적 형상 및 축선방향 압축력의 상호작용으로 인해, 제2 밀봉면(46) 및 제2 밀봉면(78) 중 적어도 하나의 변형 또는 변위가 추가로 야기된다.
본 발명의 임의의 실시예에 따라, 정합부(26, 58)는 견고한 멈춤부로 구성될 수 있으며, 이 멈춤부는 정합부(58)에 대한 정합부(26)의 전진이 미리 결정된 거리를 초과하는 것을 방지한다. 일 실시예에서, 정합부(26, 58)는 반원처리된 면(88)이 반원처리된 면(86)에 맞닿아 견고한 멈춤부를 생성하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 정합부(26, 58)는 오목한 절두원추형 밀봉면(74)의 원단부(66)가 오목한 절두원추형 밀봉면(42)의 근단부(48)에 맞닿아 견고한 멈춤부를 생성하도록 구성될 수 있다.
중합체 본체부(24)가 중합체 격납부(22)와 결합하여, 오-링리스 유체 밀봉 연결부가 형성될 때, 유체 유동 도관(120, 122)의 각각은 작동부(60)에 작동 가능하게 연결된다.
본 발명의 임의의 실시예의 다른 태양은 도 5에 도시된 바와 같이 다수의 정합부(200, 202, 204)의 배치가 밀착 상태일 수 있다. 다른 실시예에서, 다수의 정합부(208, 210, 212)의 배치는 동심일 수 있다. 정합부(26, 58)의 동심 배열은 도 6에 개략적으로 도시되는 바와 같이, 최내측 커플링(208)이 단일 정합부(26) 및 단일 정합부(58)로 조립될 것을 요구한다. 제1 커플링의 동심으로 외측에 배열된 각각의 연속적인 커플링, 예를 들어 커플링(210, 212)의 경우에, 오-링리스 시일의 "젖음"("wet") 측면에만 접촉하는 유체 경로를 생성하도록 한 쌍의 정합부(26)가 한 쌍의 정합부(58)와 조립될 수 있다. 이러한 동심 배열의 유체 경로(214)는 도 6 및 도 7에 도시된다.
사진평판 필터의 경우에서와 같은 적용예에 있어서, 3개의 오-링리스 커플링이 단일의 성형 여과 하우징(206)에 요구될 수 있다(입구, 출구 및 벤트 각각에 하나씩). 몰딩 및 경화 공정 동안 성형부의 치수 변경의 영향으로 인해, 도 5 및 도 6에 도시된 그룹화는 커플링 정합부의 선형 배치에 비해 더욱 밀착된 공차를 이룰 수 있다.
비록, 특정 예가 본 명세서에 예시되고 설명되었지만, 동일한 목적을 달성하도록 의도된 임의의 배열이 개시된 특정 예를 대체할 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 본 명세서는 본 요지의 개조예 또는 변형예를 포함하고자 한다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 이의 법적 등가물에 의해 정의되고자 한다. 예를 들어, 절두원추형 표면은 경사 윤곽을 갖고 기하학적으로 완전히 "원추형"이 아닌 표면을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 절두원추형 표면은 상이한 외경을 가지며, 이로써 완전한 밀봉 결합 시, 절두원추형 표면 중 하나는 내경에서 외경에 이르기까지 변형되어 결합될 것이며, 다른 하나는 더욱 제한적인 영역에서 결합될 것이다.
a1: 축선
14: 작동 유체 장치
22: 중합체 격납부
24: 중합체 본체부
26: 정합부
28: 수나사부
30: 내부
38: 유체-밀착 시일의 원통형 벽면부
42: 오목한 절두원추형 밀봉면
48: 근단부
50: 원단부
60: 작동부
62: 하우징
66: 원단부
90: 숄더
92: 너트
94: 숄더
96: 암나사부

Claims (20)

  1. 유체 밀봉 연결부에서 서로 결합하는 중합체 본체부 및 중합체 격납부와,
    유체를 수용하고 상기 본체부 및 격납부에 의해 형성되며 공통 축선을 갖는 내부에 적어도 부분적으로 포함되는 작동부를 포함하며,
    상기 작동부는 유체 제어, 유체 조절 및 유체 측정 중 하나를 제공하고,
    상기 본체부는 한 쌍의 유체 유동 도관을 포함하고, 유체 밀착 시일(fluid tight seal)에서 제1 원통형 벽면부와 함께 제1 원통형 내벽부를 형성하며,
    상기 격납부는 상기 유체 밀착 시일에서 제2 원통형 내벽면부 및 제2 원통형 내벽부를 형성하고,
    상기 제1 및 제2 내벽부는 유체와 접촉하도록 위치되며,
    상기 유체 밀착 시일은,
    상기 본체부와 일체를 이루는 제1 정합부 및 상기 격납부와 일체를 이루는 제2 정합부를 포함하며,
    상기 제1 정합부는, 제1 내벽면부에 인접하고 상기 본체부로부터 축선방향으로 멀리 연장되는 제1 환형 링의 팁 상에 위치되는 오목한 절두원추형 밀봉면을 가지며, 상기 제1 정합부는, 상기 제1 환형 링에 평행하고 간극만큼 상기 제1 환형 링으로부터 이격되며 상기 본체부로부터 축선방향으로 멀리 연장되는 제2 환형 링을 더 포함하고, 상기 제2 환형 링은 둥근 팁을 가지며 상기 제1 환형 링의 팁보다도 상기 본체부로부터 축선방향으로 더 멀리 돌출되며,
    상기 제2 정합부는 제2 내벽면부에 인접하는 볼록한 절두원추형 밀봉면을 갖고, 상기 볼록한 절두원추형 밀봉면의 반경방향 외측 에지는 상기 격납부로부터 반경방향으로 멀리 연장되는 제3 환형 링에 인접하고, 상기 제3 환형 링은 상기 제1 정합부의 간극 내에 끼워지도록 크기 설정되며, 상기 제3 환형 링은 팁을 갖고, 상기 볼록한 절두원추형 밀봉면보다 상기 격납부로부터 더 멀리 돌출되며,
    상기 격납부는 상기 본체부에 가압되어 연결 가능하고,
    상기 절두원추형 표면은 상기 격납부가 상기 본체부에 가압되어 연결될 때 오-링이나 개스킷 없이 결합 및 밀봉되도록 위치되며, 상기 절두원추형 표면 각각은 상기 공통 축선으로부터 측정된 예각을 가지며, 상기 절두원추형 표면이 결합되기 전의 상기 예각은 서로 상이하여 상기 격납부가 상기 본체부에 가압되어 연결됨에 따라 상기 절두원추형 표면 사이의 초기 접촉이 상기 내벽면부 중 적어도 하나에 인접하게 되는 작동 유체 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절두원추형 표면 각각은 결합시의 내경을 가지며, 오목한 절두원추형 표면은 볼록한 절두원추형 표면의 내경과 동일하거나 3% 이내인 내경을 갖는 작동 유체 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 작동부는 필터인 작동 유체 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 작동부는 밸브인 작동 유체 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절두원추형 표면의 결합 이전에 상기 공통 축선으로부터 측정된 절두원추형 표면의 예각 중 하나는 43°내지 47°의 범위에 있으며, 상기 절두원추형 표면의 결합 이전에 상기 공통 축선으로부터 측정된 절두원추형 표면의 예각 중 다른 하나는 48°내지 53°인 작동 유체 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부 및 상기 격납부는 퍼플루오로알콕시 및 폴리테트라플루오로에틸렌 중 적어도 하나로 구성되는 작동 유체 장치.
  7. 서로 연결 가능한 중합체 본체부 및 중합체 격납부와, 상기 본체부 및 상기 격납부가 서로 연결되어 유체를 수용할 때 상기 본체부 및 격납부에 의해 형성되는 내부와, 상기 내부에 적어도 부분적으로 포함되는 작동부를 포함하며,
    상기 작동부는 유체 제어, 유체 조절 및 유체 측정 중 하나를 위해 구성되고, 상기 본체부 및 상기 격납부 각각은 이들이 연결될 때 한 쌍의 정합부에서 서로 결합되며, 상기 정합부는 개스킷 또는 오-링 없이 유체 밀봉 연결부를 형성하고,
    상기 유체 밀봉 연결부는,
    먼저 서로 대면하고, 그 후에 연결부가 형성되면서 서로 결합되는 2개의 절두원추형 표면으로서, 상기 절두원추형 표면 중 하나는 볼록형이고, 다른 하나는 오목형이며, 상기 표면이 결합되기 전에 서로 대면하고 있을 때, 이들 표면은 각도적으로 부정합을 이루고, 상기 절두원추형 표면의 제1 밀봉 접촉은 각각의 상기 절두원추형 표면 상의 반경방향 내측 환형 위치에서 그리고 상기 내부 근방에서 이루어지고, 상기 정합부가 함께 압박됨에 따라 상기 밀봉 접촉이 반경방향 내측 환형 위치로부터 반경방향 외측으로 팽창되어 각도적으로 부정합 상태인 2개의 절두원추형 표면 중 적어도 하나의 대부분을 포함하고, 상기 정합부의 각각은, 상기 절두원추형 표면의 각각으로부터 반경방향 외측에 위치되고 각각의 절두원추형 표면의 축선방향 전방으로 연장되는 축선방향 연장 환형 링을 갖는 작동 유체 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 정합부의 각각은 다른 정합부 상의 환형의 축선방향 돌출부와 결합하는 환형의 축선방향 연장홈을 포함하는 작동 유체 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 정합부의 각각은 일체를 이루고, 각각 불소 중합체 본체부 및 불소 중합체 격납부로 형성되는 작동 유체 장치.
  10. 유체 밀봉 연결부에서 결합 가능하고, 축선을 가지며, 유체를 수용하기 위한 내부를 형성하는 중합체 본체부 및 중합체 격납부와, 상기 내부에 적어도 부분적으로 포함되고, 유체 제어, 유체 조절 및 유체 측정 중 하나를 위해 구성되는 작동부를 포함하며,
    오-링 또는 개스킷을 사용하지 않는 상기 유체 밀봉 연결부는,
    상기 연결부가 형성될 때 서로 대면하는 2개의 절두원추형 표면으로서, 상기 절두원추형 표면 중 하나는 볼록형이고, 상기 축선으로부터 측정된 예각을 가지며, 다른 절두원추형 표면은 오목형이고, 상기 축선으로부터의 예각을 가지며, 양 표면이 서로 대면할 때 상기 볼록한 절두원추형 표면의 예각은 상기 절두원추형 오목 표면의 예각보다 작은 작동 유체 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 절두원추형 표면이 초기에 제1 밀봉 접촉 동안 결합할 때, 상기 결합은 각각의 상기 절두원추형 표면 상의 반경방향 내측 환형 위치에서 이루어지고, 정합부가 함께 압박됨에 따라, 상기 절두원추형 표면이 축선방향으로 적재될 때 반경방향 내측 환형 초기 결합 위치로부터 반경방향 외측으로 팽창되어 각도적으로 부정합 상태인 2개의 절두원추형 표면의 대부분을 포함하는 유체 밀봉 연결부.
  12. 불소 중합체로 형성된 제1 정합부 상의 오목한 절두원추형 밀봉면을 불소 중합체로 형성된 제2 정합부 상의 축선방향으로 정렬된 볼록한 절두원추형 밀봉면과 대면시키는 단계로서, 상기 절두원추형 밀봉면 각각은 작동 유체 장치의 한 쌍의 연결 가능한 하우징 구성요소와 일체를 이루고, 상기 절두원추형 밀봉면 각각은 유체 격납 영역을 둘러싸고, 상기 절두원추형 밀봉면은 각도적으로 부정합을 이루는 상기 대면 단계와,
    한 쌍의 축선방향 연장 환형 링으로 상기 절두원추형 밀봉면을 반경방향으로 억제하여 축선방향 정렬을 유지하면서 상기 절두원추형 밀봉면을 가압하여 축선방향으로 적재하는 단계로서, 상기 환형 링 중 하나는 상기 제1 정합부의 오목한 절두원추형 밀봉면과 일체를 이루고, 상기 환형 링 중 다른 하나는 상기 제2 정합부의 볼록한 절두원추형 밀봉면과 일체를 이루며, 상기 환형 링 각각은 각각의 절두원추형 표면의 축선방향 전방으로 연장되고, 상기 절두원추형 표면은 먼저 상기 각각의 표면 상에서의 반경방향 내측 밀봉 결합시에 결합되고, 상기 절두원추형 표면의 변형에 의해 상기 결합이 반경방향으로 팽창되어 상기 밀봉 결합을 증가시킴으로써 상기 절두원추형 밀봉면 중 적어도 하나의 대부분을 포함하는 상기 적재 단계를 포함하는 유체 밀봉 연결부 형성 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 한 쌍의 하우징 구성요소 중 하나와 일체를 이루고, 2개의 절두원추형 표면으로부터 반경방향 외측으로 이격되는 추가적인 한 쌍의 밀봉면을 제공하는 단계를 더 포함하는 유체 밀봉 연결부 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서, 제13항의 상기 추가적인 한 쌍의 밀봉면으로부터 반경방향 외측으로 이격되는 추가적인 한 쌍의 밀봉면을 제공하는 단계를 더 포함하는 유체 밀봉 연결부 형성 방법.
  15. 유체 밀봉 연결지점에서 결합되는 한 쌍의 하우징 구성요소와, 유체를 수용하기 위해 상기 한 쌍의 하우징 구성요소에 의해 형성되는 내부에 적어도 부분적으로 포함되는 작동부를 포함하며,
    상기 작동부는 유체 제어, 유체 조절 및 유체 측정 중 하나를 제공하고, 상기 본체부 및 격납부 각각은 상기 유체 밀봉 연결지점에서 한 쌍의 원통형 내벽면부를 형성하고, 상기 한 쌍의 원통형 내벽면부는 유체와 접촉하도록 위치되며,
    상기 유체 밀봉 연결지점은,
    2개의 하우징 구성요소 중 하나와 각각 일체를 이루고, 연결부가 형성될 때 서로 대면하는 각도적으로 부정합을 이루는 2개의 절두원추형 표면 중 하나를 각각 갖는 한 쌍의 2개의 정합부로서, 상기 절두원추형 표면 중 하나는 볼록형이고, 다른 하나는 오목형이며, 이로써 상기 절두원추형 표면의 제1 밀봉 접촉이 상기 절두원추형 표면 상의 반경방향 내측 환형 위치에서 형성되고, 상기 정합부가 함께 압박됨에 따라, 상기 밀봉 접촉이 상기 반경방향 내측 환형 위치로부터 반경방향 외측으로 팽창되어 상기 각도적으로 부정합을 이루는 2개의 절두원추형 표면 대부분을 포함하는 작동 유체 장치.
  16. 중합체로 형성되는 오목한 절두원추형 밀봉면을 중합체로 형성되는 축선방향으로 정렬된 볼록한 절두원추형 밀봉면과 대면시키는 단계로서, 이러한 대면 동안 상기 절두원추형 밀봉면이 각도적으로 부정합을 이루는 상기 대면 단계와,
    상기 절두원추형 표면 각각의 축선방향 전방으로 돌출하는 환형 링으로 상기 절두원추형 밀봉면을 반경방향으로 억제하여 축선방향 정렬을 유지하면서 상기 절두원추형 밀봉면을 가압하여 축선방향으로 적재하는 단계로서, 상기 절두원추형 표면은 초기에 상기 각각의 절두원추형 밀봉면 상에서의 반경방향 내측 밀봉 결합시에 결합되고, 상기 절두원추형 표면의 변형에 의해, 상기 결합이 반경방향으로 팽창되어 상기 밀봉 결합을 증가시킴으로써 상기 절두원추형 밀봉면이 가압되어 축선방향으로 적재될 때 상기 절두원추형 밀봉면 중 적어도 하나의 대부분을 포함하는 상기 적재 단계를 포함하는 오-링 또는 개스킷이 없는 유체 밀봉 연결부 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 한 쌍의 절두원추형 밀봉면으로부터 반경방향 외측의 추가적인 한 쌍의 환형 밀봉면을 밀봉 결합하는 단계를 더 포함하는 유체 밀봉 연결부 형성 방법.
  18. 서로 직접 결합할 수 있는 제1 중합체 정합부 및 제2 중합체 정합부를 포함하며,
    상기 제1 정합부는 유체 도관을 형성하는 내벽면부에 인접하는 오목한 절두원추형 밀봉면을 갖고,
    상기 제2 정합부는 역시 유체 도관을 형성하는 내벽면부에 인접하는 볼록한 절두원추형 밀봉면을 가지며,
    상기 제1 정합부는 축선방향으로 연장되는 환형 링을 갖고,
    상기 제2 정합부는 축선방향으로 연장되는 환형 링을 가지며,
    이에 따라 상기 제1 정합부가 상기 제2 정합부와 결합될 때, 상기 축선방향으로 연장되는 링은 상기 절두원추형 표면이 서로 대면하고 결합함에 따라 상기 절두원추형 밀봉면을 반경방향으로 억제하는 오-링 또는 개스킷이 없는 중합체 유체 밀봉 커플링.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 정합부의 상기 축선방향으로 연장되는 환형 링은 상기 오목한 절두원추형 밀봉면의 축선방향 전방으로 연장되고, 상기 제2 정합부의 상기 축선방향으로 연장되는 환형 링은 상기 볼록한 절두원추형 밀봉면의 축선방향 전방으로 연장되는 오-링 또는 개스킷이 없는 중합체 유체 밀봉 커플링.
  20. 입구용 커플링, 벤트용 커플링 및 출구용 커플링의 3개의 커플링을 가지며, 상기 3개의 커플링 각각은 제18항 또는 제19항에서와 같이 구성되는 포토리소그래픽 필터.
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