TW201730461A - 密封環與用於高溫端應用的密封環總成 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種適用於高溫應用以及涉及侵蝕性化學反應物、副產物及/或反應環境之應用的密封總成。該總成包括：一外環，該外環具有帶有界定一密封接收區域之兩個朝內延伸突出部的一內部表面；一內環，該內環具有帶有界定一密封接收區域之兩個朝外延伸突出部的一外部表面；以及一中心密封環，其經建構以定位在該外環及該內環之密封接收區域內。當將該密封總成安裝在一高溫應用中時，該彈性中心密封環係圍封於該外環及該內環內，以便在允許該中心密封環熱膨脹的同時保護該中心密封環。在其他具體實例中，亦揭示經結合密封環主體。

Description

密封環與用於高溫端應用的密封環總成
本發明係關於在總成內具有密封環之密封總成的領域，及適用於此類總成之密封環，尤其關於適用於半導體製造應用之彼等，且更特定言之關於包括適用作真空及壓力密封總成(包括真空密封環)的適用於「附屬製造(subfab)」區域之彼等。
密封總成已知用於各種端應用，舉例而言，適用於密封接合部件(諸如門、閘、管道、入口、排出口)及類似接合或可逆配合部件。密封總成典型地併有一或多個密封環且在各種行業中予以採用，諸如流體處置、航空航天及半導體領域。在半導體領域中，存在用於微晶片製造領域中之半導體處理設備中之各種反應腔室之間的門及閘的密封總成。亦存在適用於在製造支援系統中所採用之各種總成的密封件，例如在「附屬製造」環境中，諸如用於反應物之傳入傳送管道、空氣處置管道及排氣真空系統管道。
在許多此等工業端應用中，密封總成及其相關聯之密封環需要符合各種標準。舉例而言，對於真空管道中之密封總成而言，典型的設計可如德國標準，DIN 28404(1981)及/或國際標準ISO 2861(2013)及國 際標準ISO 1206(1986)中所描述。如圖1中所示，展示ISO 2861之標準真空密封，其具有O形環1、兩個真空耦接件或配件2、O形環載體或中心調整環3及夾鉗4。此類設計存在各種變化以適應不同真空密封總成組態。如圖1中所展示之此類典型的密封組態適用於使用溫度自室溫至高達約100℃之大部分應用。超出100℃，典型的先前技術設計可導致密封件損壞及潛在的故障。此外，在此類總成中典型地亦存在不充足的空間以供在較高溫度下熱膨脹。
先前技術之密封總成由各種現有行業規範所指導，包括ISO 2861：2013；ISO 1609：1986；DIN 28404：1986；DIN 28403：1986及PNEUROP 6606：1981。此類設計描述如(例如)圖1中所展示之總成。此類設計將T形金屬中心調整環(O形環支撐件)用作用於內部真空應用之彈性密封環之內徑上的環。。此等設計通常考慮到在超過約180℃之溫度下密封件膨脹之空間，但未考慮到內部壓力條件。如圖1a中所展示之其它設計具有金屬中心調整環(O形環支撐件)、過壓環及彈性體密封件。對於密封件熱膨脹而言，此類設計通常具有不充足空間。此可對密封件造成損壞，尤其在端應用中溫度上升之時。此外，此等設計典型地具有橫截面通常為矩形的金屬內環，其導致密封件對於製程氣體的曝露程度增加。此類設計在自室溫至約100℃下適用。超出此溫度，可對密封件造成損壞，導致潛在的故障。
本申請人具有一種雙重凸起密封件，該雙重凸起密封件改良較高溫度下之密封能力且僅具有內環(Greene，Tweed Seal No.5641-0736-SC513)。此類總成為一種改良品，但密封件仍然保持曝露且仍然可存在熱膨脹造成的影響。
美國專利第No.6,286,839號展示具有在安裝於設備中之後受夾持的內部的、可壓縮的金屬環之真空密封環。該內部金屬環具有側向且面朝外的U形橫截面輪廓。該金屬環包圍具有圓形橫截面之外部彈性密封O形環。在使用中，該密封O形環被壓縮在該金屬環內。此設計不具有在O形環之外部上的外環。該內部金屬環經成形以密封內部空間以免受來自彈性O形環密封件之顆粒。經成形以補充該側向U形內環之內部的具有外部密封件之類似設計係展示於美國專利第6,357,759號中。在壓縮後，填充內部金屬環之內部的外部彈性體密封材料朝外彎曲。
美國專利第7,159，906號教示一種用於真空密封總成(包括具有V形缺口接收區域之真空凸緣)的金屬及/或彈性體環。該金屬凸緣環亦成形在與扁平面向外之表面成角的更為V形的外部表面上。經修改的成V形角部分嚙合凸緣內之V形缺口接收區域。針對與彈性體密封件一起使用，凸緣邊緣壓縮以獲得相對內部密封環的所需密封。
美國專利第6,325,390號展示一種具有帶有周向性凸緣(O形環支撐件)之中心調整環的真空密封總成，該周向性凸緣用於接收具有圓形橫截面輪廓之O形環。中心調整環在其外部上具有上部斜面表面及下部斜面表面，以裝設在上部真空配件及下部真空配件中的配合表面內。夾鉗環用於壓縮彈性體。
美國專利第5,722,668號揭示一種併有兩個彈性體密封件之真空密封總成，彈性體密封件中之一者包含圍繞密封件之熱塑性犧牲保護套環。外部套環可由聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚碸(PES)或聚醯亞胺(PI)形成，而內部密封件由氟彈性體形成。總成套環具有兩個 指形件，該等指形件圍繞O形環密封件之外表面之一部分且亦有助於密封總成所處之空間。此設計用以在彈性體O形環密封件之一側上提供屏蔽效果。
美國專利第6,932,354號教示一種併有密封件之半導體製造腔室閘門，該密封件具有截面圖，該截面圖具有大體上之拋物線形橫截面設計。
韓國專利公開案第KR 2014-073081A號展示一種用於具有鳩尾凹槽之真空總成的密封件。具體實例亦展示具有更為「筒」狀的經修改密封件。
M & EE Technology Co.,Ltd之韓國專利第KR 1-471772 B1號教示一種經結合密封件。其具有結合至全氟彈性體(FFKM)密封件之金屬部分。內環及外環100a、100b差不多為側向棱錐形形狀且由FFKM形成。橫跨兩個環之間的連接件係由氟化樹脂形成。
儘管此類設計試圖創造保護密封材料免受損壞及/或來自密封件所接觸之環境的污染之方法，但在本領域中，仍然需要用於密封構件之間的各種密封組態之密封總成，其為密封環中之密封材料之熱膨脹提供足夠空間且在較高溫度下阻止對密封環之損壞，同時在安裝時及工業應用(諸如內部真空、內部壓力及衛生液體密封總成)中使用時保持有內聚力的總成。
在本文中之一具體實例中，本發明包括用於高溫應用之密封總成，其包含：具有內部表面之外環，該內部表面具有界定密封接收區域 之兩個朝內延伸突出部；具有外部表面之內環，該外部表面具有界定密封接收區域之兩個朝外延伸突出部；中心密封環，該中心密封環經建構以定位在外環及內環之密封接收區域內，其中當將密封總成安裝在高溫應用中時，彈性體中心密封環係圍封於外環及內環內，以便在允許中心密封環熱膨脹的同時保護中心密封環。
高溫應用可為適用於半導體製造之真空密封總成。在本文中之具體實例中，高溫應用可為約100℃至約300℃之使用溫度，且在另一具體實例中為約180℃至約300℃之使用溫度。
中心密封環可包含彈性體，較佳氟彈性體或全氟彈性體。
在一較佳具體實例中，上文所描述之總成的外環之密封接收區域具有面朝內的經截斷V形之縱向橫截面輪廓。外環之面朝內的突出部可各自彼此間隔開，且各自與外環之內部表面的縱向中心間隔開外環之內部表面之高度的約50%至約60%之距離。外環之每一面朝內的突出部可相對於穿過外環之橫向中心軸且相對於彼此偏離，且各自可與外環之橫向中心軸形成約5°至約25°之角，且較佳地與外環之橫向中心軸形成約10°至約20°之角。
在一較佳具體實例中，內環之密封接收區域可具有面朝外的經截斷V形之縱向橫截面輪廓。內環之面朝外的突出部可各自彼此間隔開，且各自與內環之外部表面之縱向中心間隔開內環之外部表面之高度的約43%至約53%之距離。內環之每一面朝外的突出部可相對於穿過內環之橫向中心軸且相對於彼此偏離，且各自可與內環之橫向中心軸形成約5°至約25°之角，且較佳地與內環之橫向中心軸形成約10°至約20°之角。
在另一較佳具體實例中，外環之密封接收區域具有面朝內的經截斷V形之縱向橫截面輪廓且內環之密封接收區域具有面朝外的經截斷V形之縱向橫截面輪廓。在此具體實例中，外環之面朝內的突出部可各自彼此間隔開，且可各自與外環之內部表面之縱向中心間隔開外環之內部表面之高度的約50%至約60%之距離。內環之面朝外的突出部可各自彼此間隔開，且各自與內環之外部表面之縱向中心間隔開內環之外部表面之高度的約43%至約53%之距離。此外，外環之每一面朝內延伸突出部相對於穿過外環之橫向中心軸且相對於彼此偏離，且各自可與外環之橫向中心軸形成約5°至約25°之角，較佳約10°至約20°，且內環之每一面朝外的突出部亦可相對於穿過外環之橫向中心軸且相對於彼此偏離，且各自亦可與內環之橫向中心軸形成約5°至約25°之角，較佳約10°至約20°。
亦在此具體實例中，中心密封環可具有變化的形狀，其包括：具有側向筒形之縱向橫截面；具有扁平之面向內側面及弧形之面向外側面的經截斷側向淚滴形狀，其中面向內側面小於面向外側面；以及具有弧形之面向內側面及弧形之面向外側面的經截斷側向淚滴形狀，且其中面向內側面小於面向外側面。中心密封環亦可具有帶有扁平之面向內側面及扁平之面向外側面的經截斷側向淚滴形狀，且其中面向內側面小於面向外側面。
在本文中之另一具體實例中，本發明包括用於高溫應用之密封總成，其包含：具有內部表面之外環，該內部表面具有界定密封接收區域之兩個朝內延伸突出部；具有外部表面之內環，該外部表面在內環之外部表面之中心部分上具有朝外延伸矩形部分及自該矩形部分朝外延伸的另 外圓形突出部；具有縱向橫截面之中心密封環，該縱向橫截面為面朝內的且通常為C形以界定內環接收區域，其中中心密封環經建構以定位在外環之密封接收區域內並在內環接收區域內接收內環之朝外延伸圓形突出部，且其中當將密封總成安裝在高溫應用中時，彈性體中心密封環係圍封於外環內且壓抵內環，以便在允許中心密封環熱膨脹的同時保護中心密封環。
在此具體實例中的外環之密封接收區域可具有面朝內的經截斷V形之縱向橫截面輪廓。外環之面朝內的突出部可各自彼此間隔開，且各自與外環之內部表面之縱向中心間隔開外環之內部表面之高度的約50%至約60%之距離。外環之每一面朝內的突出部可相對於穿過外環之橫向中心軸且相對於彼此偏離，且各自與外環之橫向中心軸形成約5°至約25°之角，且較佳地與外環之橫向中心軸形成約10°至約20°之角。
在此具體實例中的外環及/或內環可包含金屬、金屬合金或含氟聚合物中之一或多者。外環及/或內環可包含金屬或金屬合金，諸如鋁6061、鋁7075、不鏽鋼316及/或不鏽鋼304。外環及/或內環亦可包含含氟聚合物，諸如聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷基乙烯基醚(PAVE)與四氟乙烯(TFE)之共聚物(諸如鐵氟龍PFA)及其它類似可熔融處理之共聚物，及/或六氟丙烯(HFP)與PTFE(諸如鐵氟龍FEP)之共聚物及類似可熔融處理之共聚物。中心密封環可包含氟彈性體或全氟彈性體。
在本文中之又一另外具體實例中，本發明包括用於高溫應用之經結合密封總成，其包含：具有縱向橫截面之密封環主體，該縱向橫截面具有外環部分、內環部分及在外環部分與內環部分之間延伸的中心橫向延伸橋；其中外環部分具有朝內延伸矩形部分且內環部分具有朝內延伸矩 形部分，定位內環部分及外環部分之矩形部分中之每一者，以便相對於穿過密封環主體之中心橫軸而縱向地定中心；其中橋具有上表面及下表面，且其中外環部分及內環部分與橋一起界定上部密封接收區域及下部密封接收區域；以及上部密封凸起部部分及下部密封凸起部部分，其各自分別地結合至橋之上表面及下表面且各自分別地位於密封環主體之密封接收區域內，其中上部密封凸起部部分及下部密封凸起部部分分別地具有朝上延伸及朝下延伸的大體拋物線形的縱向橫截面。
在此具體實例中，密封環主體可包含金屬、金屬合金及/或含氟聚合物。上部密封凸起部部分及下部密封凸起部部分可包含彈性體。密封環主體及密封凸起部部分可化學地或機械地結合。
密封環主體可另外為金屬或金屬合金，諸如鋁6061、鋁7075、不鏽鋼316及/或不鏽鋼304。密封環主體可包括含氟聚合物，諸如PTFE、PAVE及TFE之共聚物以及HFP及TFE之共聚物。密封凸起部部分中之彈性體可包含全氟彈性體或氟彈性體。
當結合附圖閱讀時，將更佳地理解前文發明內容以及下文本發明之具體實施方式。出於說明本發明之目的，在圖式中示出目前較佳之具體實例。然而，應理解，本發明不限於所示精確排列及手段。在圖式中：圖1為僅具有中心調整環的先前技術真空密封總成之縱向截面圖。
圖1A為具有內部中心調整環及外部超壓環的先前技術真空密封總成之縱向截面圖。
圖2為適用於根據本發明的密封總成之各種具體實例之外環的透視圖。
圖3為圖2之外環的頂部正視圖。
圖4為沿線4-4截取的圖3之外環之縱向截面圖。
圖5為圖4之外環的經放大部分。
圖6為圖2之外環的側視圖。
圖7為適用於根據本發明的密封總成之各種具體實例之內環的透視圖。
圖8為圖7之內環的頂部正視圖。
圖9為沿線9-9截取的圖8之內環之縱向截面圖。
圖10為圖9之內環的經放大部分。
圖11為圖7之內環的側視圖。
圖12為具有側向筒形中心密封環的根據本文中的具體實例之密封總成之側面正視圖。
圖13為沿線13-13截取之根據圖12的密封總成之縱向截面圖。
圖14為圖13之中心密封環的頂部正視圖。
圖15為圖13之中心密封環的縱向截面圖。
圖16為圖15之中心密封環的經放大部分。
圖17為圖13之中心密封環的側視圖。
圖18為具有經截斷側向淚滴形狀的根據本發明之另一具體實例之密封總成的側視圖，其中面向內側面為扁平的及面向外側面為弧形的，且其中面向內側面小於面向外側面。
圖19為沿線19-19截取之根據申請專利範圍第18項之密封總成的縱向截面圖。
圖20為圖19之中心密封環的透視圖。
圖21為圖19之中心密封環的頂部正視圖。
圖22為沿線22-22截取之圖21之中心密封環的縱向截面圖。
圖23為圖22之中心密封環的經放大部分。
圖24為圖19之中心密封環的側視圖。
圖25為具有經截斷側向淚滴形狀的根據本發明之另一具體實例之密封總成的側視圖，該經截斷側向淚滴形狀具有弧形的面向內側面及弧形的面向外側面，其中面向內側面小於面向外側面。
圖26為根據圖25的密封總成之縱向截面圖。
圖27為圖26之總成之中心密封環的透視圖。
圖28為圖27之中心密封環的頂部正視圖。
圖29為沿線29-29截取之圖28之中心密封環的縱向截面圖。
圖30為圖29之密封環的經放大部分。
圖31為圖27之中心密封環的側視圖。
圖32為具有經截斷側向淚滴形狀的根據本發明之另一具體實例之密封總成的側視圖，該經截斷側向淚滴形狀具有扁平的面向內側面及扁平的面向外側面，且其中面向內側面小於面向外側面。
圖33為沿線33-33截取之圖32的密封總成之縱向截面圖。
圖34為圖33之總成之中心密封環的透視圖。
圖35為圖34之中心密封環的頂部正視圖。
圖36為沿線36-36截取之圖35之中心密封環的縱向截面圖。
圖37為圖36之中心密封環的經放大部分。
圖38為圖34之中心密封環的側視圖。
圖39為本文中之密封總成之另外具體實例的側視圖，其中中心密封環面朝內且通常為C形。
圖40為沿線40-40截取之圖39之密封總成的縱向截面圖。
圖41為適用於本文中的密封總成之各種具體實例之外環的透視圖。
圖42為圖41之外環的頂部正視圖。
圖43為沿線43-43截取的圖42之外環的縱向截面圖。
圖44為圖43之外環的經放大部分。
圖45為圖41之外環的側視圖。
圖46為與圖40之密封總成一起使用之內環的透視圖。
圖47為圖46之內環的頂部正視圖。
圖48為沿線48-48截取的圖47之內環的縱向截面圖。
圖49為圖48之內環的經放大部分。
圖50為圖46之內環的側視圖。
圖51為適用於圖40之總成之中心密封環的透視圖。
圖52為圖51之中心密封環的頂部正視圖。
圖53為沿線53-53截取之圖52之中心密封環的縱向截面圖。
圖54為圖53之中心密封環的經放大部分。
圖55為圖51之中心密封環的側視圖。
圖56為經結合密封總成之側視圖。
圖57為沿線57-57截取之圖56之經結合密封總成的縱向截面圖。
圖58為圖57之總成之經結合密封環主體的頂部正視圖。
圖59為沿線59-59截取之圖58之經結合密封環主體的縱向截面圖，該 縱向截面圖具有塗黑部分以便在圖式任一側上突出顯示密封環主體(圖61)或經結合密封環主體(圖60)之上部密封凸起部及下部密封凸起部。
圖60為突出顯示上部密封凸起部及下部密封凸起部的圖59之經結合密封環主體之經放大部分。
圖61為突出顯示密封環主體的圖59之經結合密封環主體之經放大部分。
圖62為圖59之經結合密封環主體之側視圖。
本發明在此提供密封總成之各種組態，其在本領域中提供解決方案以阻止由於高溫端應用中出現之問題(由於先前技術設計不能適應總成、尤其內部密封構件之足夠熱膨脹，及/或由於密封件受侵蝕性反應物或密封環境之影響而劣化，此影響可在高溫應用中進一步加劇)導致的密封損壞及/或密封故障。不意欲限制，本總成提供充分的熱膨脹空間，在高溫端應用中使用時維持內聚密封總成且亦保護中心密封構件。
此類密封總成適用於流體處置、航空航天及半導體領域以及其它各種領域的多種端應用中，且代表了對此類領域中所涉及之問題的解決方案，尤其在以下領域：(i)密封總成之密封構件在任何使用溫度範圍下遭到因侵蝕性製程反應物或副產物及/或因侵蝕性製程環境的損壞及/或劣化，及/或(ii)當在高溫端應用(諸如超過100℃之使用溫度之彼等應用)中採用包括密封構件之密封總成時。舉例而言，此類總成在半導體製造設施之「附屬製造」領域中所採用之真空密封總成中特別有用，但其亦適用於處理設備閘、門及類似者。
如本文所使用，參見隨附圖式且相對於如圖式中所展示之密封總成之定向，諸如「內部」及「外部」、「上部」及「下部」、「頂部」及「底部」、「左側」及「右側」、「朝內」及「朝外」的詞及類似意義的詞意欲協助理解本發明之較佳具體事例，而不意欲限制本發明之範圍或將本發明範圍限制於展示於圖式中之較佳具體事例。本文中之具體實例各自使用相同參考編號以指代如本文所描述且如圖式中所展示的本發明之類似特徵，使得在無描述特定特徵之替代組態的相反敍述的情況下；熟習此項技術者將基於揭示內容及所附圖式理解一個該種特徵之描述係適用於另一具體實例中之類似特徵，除非在本文中另外規定。
密封總成在此提供具有特製橫截面組態之密封環，當與總成中之經特製內環及外環組合時，該等組態在增加填函體積的同時減少密封體積，以便為密封構件之熱膨脹創造空間且在侵蝕性及/或高溫端應用中使用時有助於阻止損壞密封環。亦設計特製輪廓以在使用時保持內環及外環及密封構件內聚在一起，以輔助整個密封總成輕鬆地裝入(例如)管道組件中。特用內環及外環有助於減少中心密封環之直接處理曝露之量。
在本文中之第一具體實例中，展示圖2至圖38中之不同中心密封環橫截面組態，本發明包括一密封總成，通常在本文中被稱作總成10。該總成包括外環12，其具有內部表面14及外部表面15。內部表面14包括兩個朝內延伸突出部16，經分別識別為16a、16b，其一起界定密封接收區域18。該突出部較佳地圍繞完整外環沿圓周延伸，然而，若終端使用者選擇併有其，則熟習此項技術者將基於本發明理解提供間隙或開口或週期性開口在本發明之範圍內，而不背離本發明。為達成密封保護之最佳水 準且使總成維持內聚，突出部16較佳地圍繞整個外環12延伸。
突出部16之面向外側面20可相對於穿過外環的橫向中心軸AOR平行或成角地定向。如所展示，各別突出部16a、16b之各面向外側面20a、20b係平行於軸AOR。突出部16之面向內側面22可與面向外側面類似地定向，或更佳如所展示，每一面向內側面22a、22b相對於外環之中心橫軸AOR以各別的角α、α'成角。該等角較佳地相同，但可視密封構件設計而變化。如所展示，其為相同的。
較佳地各自形成下文所描述之外環以及內環，以便包括金屬、金屬合金或可熱成型抑或可熱燒結之含氟聚合物中之一或多者。因此，外環及/或內環可包括適用於經指明之端應用的各種金屬或其合金。適用於半導體及/或高溫處理應用之合適的金屬及金屬合金包括(但不限於)鋁6061、鋁7075、不鏽鋼316及/或不鏽鋼304。合適的含氟聚合物包括(但不限於)：聚四氟乙烯(PTFE)以及可熔融處理之氟塑膠含氟聚合物，諸如全氟烷基乙烯基醚(PAVE)與四氟乙烯(TFE)之共聚物(通常在此項技術中稱為鐵氟龍TM PFA)；六氟丙烯(HFP)與TFE之共聚物(諸如鐵氟龍TM FEP)及其他合適的可熔融處理之共聚物。取決於末端用途，其它複合物或聚合模製材料可為合適的，包括(但不限於)：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、乙烯-丙烯共聚物、聚醚碸、聚烯烴、聚乙烯氯化物、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醯胺、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸伸乙酯及類似者。
如本文所使用，當涉及高溫端應用時，本申請人的意圖為此術語係關於約100℃至約300℃之使用溫度，且在其他具體實例中係關於約180℃至約300℃之使用溫度。此等溫度在本技術中被視為舉例而言適用於 半導體製造之真空密封總成的高溫端應用。
外環將具有經建構以與恰當大小的總成凸緣及夾鉗配件配合之尺寸，以便適應現有管道或其它裝配部件。合適的外環尺寸包括約3cm至約8cm之外徑(OD)。視在突出部上方或下方量測內徑(ID)，抑或在突出部之間的密封接收區域18內量測內徑，內徑將在某種程度上變化。在突出部(外部表面20a、20b)上方及下方的外環之部分上，ID較佳地為約2.7cm至約7.7cm。在密封接收區域18內，如於中心橫軸AOR所量測，ID為約2.5cm至約7.5cm。外環亦可視端應用而具有變化的高度，如沿外環之外部縱向地所量測，為約6cm至約1.2cm。外環12之突出部16較佳地創造朝外延伸之密封接收區域，以便進入外環主體，同時使在突出部外部之外環之部分更厚(如上文相對於ID尺寸所提及)。基於本發明，熟習此項技術者將理解，突出部角、環厚度及大小可在本發明之範圍內變化。
與總成10一起使用之內環24具有外部表面26及內部表面28。外部表面26較佳地具有一起界定密封接收區域32之兩個朝外延伸突出部30(分別為30a、30b)。突出部30較佳地圍繞整個內環沿圓周延伸，然而，熟習此項技術者將理解基於本發明若終端使用者選擇併有其，則提供間隙或開口或週期性開口在本發明之範圍內，而不背離本發明。然而，為達成密封保護之最佳水準且使總成維持內聚，突出部30較佳地圍繞整個內環24延伸。
突出部30之面向外側面34(分別為34a、34b)可相對於穿過內環之橫向中心軸AIR平行或成角地定向。如所展示，各別的突出部30a、30b之各面向外側面34a、34b係平行於軸AIR突出部30之面向內側面36(分 別為36a、36b)可與面向外側面類似地定向，或更佳如所展示，每一面向內側面36a、36b相對於內環之中心橫軸AIR以各別的角β、β'成角。該等角較佳地相同，但可視密封構件設計而變化。如所展示，其為相同的。
可使用上文相對於外環12提及之材料中之任一者形成內環24。內環將具有經建構以與恰當大小的總成凸緣及夾鉗配件配合的尺寸，以及使得內環24之突出部30a、30b分別地與外環12之突出部16a、16b接觸或配合。內環尺寸(類似於外環尺寸)應係變化的，以便適應於現有管道或其它裝配部件。合適的內環尺寸包括約1.5cm至約6.2cm之內徑(ID)。視在突出部30a、30b上方或下方量測，抑或在突出部30之間的密封接收區域32內量測，外徑(OD)將在某種程度上變化。。在突出部(外部表面34a、34b)上方及下方的內環之部分上，OD較佳地為約1.0cm至約5.3cm。在密封接收區域32內，如於中心橫軸AIR處所量測，OD為約1.2cm至約5.7cm。內環亦可視端應用而具有變化的高度，如沿內環之外部縱向地所量測，為約7cm至約1.4cm。外環24之突出部30較佳地創造自外部表面朝內延伸至內環主體之密封接收區域32，同時使在突出部30外部之內環之部分更厚(如上文相對於OD尺寸提及)。基於本發明，熟習此項技術者將理解，突出部角、環厚度及大小可在本發明之範圍內變化。
在一較佳具體實例中，上文所描述之總成10之外環12的密封接收區域18具有如圖2至圖5中所展示的面朝內的經截斷「V」形之縱向橫截面輪廓。外環12之面朝內的突出部16較佳地彼此間隔開，且各自亦較佳地與外環12之內部表面(外環AOR之橫向縱軸)之縱向中心間隔開外環12之內部表面14之高度HOR的約50%至約60%之距離。如上文所論述之 外環12之各面朝內的突出部16可相對於穿過外環AOR之橫向中心軸且相對於彼此偏離，且各自可與外環之橫向中心軸分別地形成約5°至約25°之角α、α'，且較佳地與外環之橫向中心軸形成約10°至約20°之角。
更佳的係，內環24之密封接收區域32具有面朝外的經截斷「V」形縱向橫截面輪廓。內環24之面朝外的突出部30a、30b可各自彼此間隔開，且各自與內環AIR之外部表面之縱向中心(亦即，縱軸)間隔開內環24之外部表面之高度HIR的約43%至約53%之距離。內環24之各面朝外的突出部30a、30b可相對於穿過內環24之橫向中心軸AIR且相對於彼此偏離，且各自較佳地與內環之橫向中心軸AIR形成約5°至約25°之角β、β'，更佳與內環之橫向中心軸形成約10°至約20°之角。
在另一較佳具體實例中，外環之密封接收區域及內環之密封接收區域二者具有如圖2至圖4、圖7至圖10及圖13所展示及如上文相對於各環單獨地所描述之面朝內的經截斷「V」形及面朝外的經截斷「V」形的縱向橫截面輪廓。
總成10另外包括中心密封環38，其經建構以分別地定位在外環12及內環24之密封接收區域18、32內。當將密封總成10安裝在高溫應用中時，如所展示(參見圖12、圖13)，彈性體中心密封環38被圍封在外環12及內環24內，以便在允許中心密封環38熱膨脹的同時保護中心密封環38。如圖13中所展示，圍繞中心密封環38組裝外環及內環且將外環及內環定位於兩個配合部件(諸如真空部件40)之間。就位後，外環12被安放使得其外部環主體部分在部件40外，且突出部16a、16b在部件40之間朝內延伸。部件40具有配合凸緣42，其經建構以壓抵所組裝之外環及內 環之接觸或配合突出部16、30。將內環24安放在部件40內，以使得內環主體定位於配合凸緣42內側且內環之突出部30在配合凸緣42內。在使用時，為本領域中所熟知之任何適合組態之夾鉗可用於將凸緣按壓在一起，以便將密封總成固持在適當位置。
中心密封環38較佳地由彈性體材料(其可具有本領域中所熟知之各種添加劑)形成。對於高溫及/或高壓下之應用或採用侵蝕性環境或反應物的應用而言，氟彈性體(FKM)或全氟彈性體(FFKM)係較佳的。合適的材料係購自多個供應商，包括(但不限於)：Kulpsville,PA之Greene,Tweed、Minneapolis,Minnesota之Dyneon、日本之Daikin Industries公司、意大利之Solvay以及Wilmington,DE之DuPont Elastomers,LLC。對於其他端應用，可使用其它彈性體，其包括聚矽氧彈性體、腈彈性體及各種二烯彈性體、乙烯-丙烯橡膠及類似者。
在此較佳具體實例中，中心密封環38可具有變化的形狀。如圖13至圖17中所展示，中心密封環38具有帶有側向筒形的縱向橫截面。中心密封環38具有面向內部之表面44及面向外部之表面46。其各自為經截斷扁平表面，該表面可具有當各自分別接合上表面及下表面48、50時的略微圓形或尖銳的邊緣。如圖16中所最佳展示，上表面及下表面具有以向上及向下方向朝外延伸之弧形凸塊。弧形凸塊緊密地與各別的外環及內環12、24之接觸或配合突出部16、30相抵密封。
如所展示之筒形具體實例較佳地具有約1.5cm至約5.6cm之ID及約2.5cm至約6.8cm之OD。橫越上表面及下表面48、50上之各上部弧形凸塊及下部弧形凸塊之中心所量測之密封件的最大尺寸處之高度分 別為約0.45cm至約0.51cm。在ID及OD處，高度h 1量測為約0.25cm至約0.40cm。在本發明之範圍內，在經截斷側向筒具體實例內大小及成角組態可變化以適應變化的突出部及環設計。
如圖18至圖24中所展示，提供具有外環112及內環124之總成100，該等環基本上與總成10之外環及內環12、24相同，應理解在中心密封環組態變化時，吾人可在必要時調整外環及內環尺寸。如圖19及圖21至圖23中所展示，總成100具有中心密封環138，其具有為扁平之面向內側面144及為弧形之面向外側面146的經截斷側向淚滴形狀，其中面向內側面144在高度上較佳地小於面向外側面146。此設計的高度將在中心密封環138之上部側面148及下部側面150二者上以恆定的高度減少速率減少，以提供所需形狀。
如所展示之經截斷側向淚滴形狀具體實例較佳地具有約1.5cm至約5.9cm之ID及約2.5cm至約7cm之OD。在分別在上部表面及下部表面148、150中之每一者上之外部部分上的最高點與最低點之間量測的最大尺寸處的在密封件之OD之高度h 2約為0.45cm至約0.51cm。在ID處，高度h 3量測為約0.27cm至約0.33cm。在本發明之範圍內，在具有扁平內部側面及圓形外部側面的經截斷側向淚滴形狀具體實例內，大小及成角組態可變化，以適應變化的突出部及環設計。
如圖25至圖31中所展示，提供具有外環212及內環224之總成200的另一具體實例，該等環亦基本上與總成10之外環及內環12、24相同，應理解在中心密封環組態變化時，吾人可在必要時調整外環及內環尺寸。如圖26及圖28至圖30中所展示，總成200具有中心密封環238，其 具有為弧形之面向內側面244及為弧形之面向外側面246的經截斷側向淚滴形狀，其中面向內側面244在高度上較佳地小於面向外側面246。此設計的高度將在中心密封環238之上部側面248及下部側面250二者上以恆定的高度減少速率減少，以提供所需形狀。
如圖25至圖31中所展示之經截斷側向淚滴形狀具體實例較佳地具有約1.4cm至約5.7cm之ID及約2.5cm至約7cm之OD。密封件之OD處之高度h 4被量測為分別在上部表面及下部表面248、250中之每一者上之外部部分上的最高點與最低點之間的最大尺寸，為約0.45cm至約0.51cm。在ID處，沿密封環之內部上的最高點及最低點所量測的高度h 5量測為約0.31cm至約0.36cm。在本發明之範圍內，在具有圓形側面的經截斷側向淚滴具體實例內，大小及成角組態可變化，以適應變化的突出部及環設計。
如圖32至圖38中所展示，提供具有外環312及內環324之總成300的另一具體實例，該等環亦基本上與總成10之外環及內環12、24相同，應理解在中心密封環組態變化時，吾人可在必要時調整外環及內環尺寸。如圖33至圖37中所展示，總成300具有中心密封環338，其具有通常為扁平之面向內側面344及為扁平之面向外側面的經截斷側向淚滴狀，如所展示在密封環之外部部分上併有斜面邊緣352。內部亦可為斜面的、略圓的或扁平邊緣的。面向內側面344較佳地小於面向外側面346。
如所展示之具體實例300中的展示於圖33至圖38中的具有帶有扁平側面344、346的經截斷側向淚滴形狀的中心密封環338較佳地具有約1.5cm至約5.8cm之ID及約2.5cm至約6.9cm之OD。OD處密封件之高度h 6被量測為分別在上部表面及下部表面348、350中之每一者上之外 部部分上的最高點與最低點之間的最大尺寸，約為0.45cm至約0.51cm。在ID處，沿密封環之內部部分上的最高點及最低點所量測的高度h 7量測為約0.28cm至約0.33cm。在本發明之範圍內，在具有扁平側面的經截斷側向淚滴具體實例內，大小及成角組態可變化，以適應變化的突出部及環設計。
在本文中之又一另外具體實例400中，本發明包括具有外環412之用於高溫應用的密封總成，該外環具有帶有界定密封接收區域418之兩個朝內延伸突出部416的內部表面。該外環基本上與具體實例10之外環相同。總成400包括具有外部表面456及內部表面458的經修改內環454。外部表面456在沿中心橫軸AIR之中心部分上及內環之外部表面上具有朝外延伸矩形部分460。另一圓形突出部462經定位以便自矩形部分460朝外延伸。
中心密封環438具有面朝內的且通常為「C」形輪廓的如圖40及圖51至圖54中所最佳展示之縱向橫截面。「C」形中心密封環438界定內環接收區域464。中心密封環438經建構以定位在外環412之密封接收區域418內，且如圖40中所最佳展示在內環接收區域464內接收內環454之朝外延伸圓形突出部462。當將密封總成400安裝在高溫應用中時，彈性體中心密封環438係圍封於外環412內並壓抵內環454，以便在允許中心密封環438熱膨脹的同時保護中心密封環438。
此具體實例中之外環412之密封接收區域418較佳地具有如同具體實例10之外環12的面朝內的經截斷「V」形之縱向橫截面輪廓。外環412之面朝內突出部416a、416b可各自彼此隔開，且各自與沿外環412之內部表面414之橫向中心軸AOR的縱向中心間隔開外環412之內部表面之 高度HOR'的約50%至約60%之距離。外環412之各面朝內的突出部416可相對於穿過外環AOR之橫向中心軸且相對於彼此偏離，且每一較佳類似的具體實例10亦與外環之橫向中心軸形成約5°至約25°之角，且更佳地與外環之橫向中心軸形成約10°至約20°之角。
此具體實例中之外環及/或內環可由用於具體實例10、100、200及300的相同材料形成。
相對於圖56至圖62，在本文中之另外具體實例500中，本發明包括用於高溫應用之經結合密封總成500。此具體實例提供具有縱向橫截面之密封環主體566，其具有外環部分568、內環部分570及在外環部分與內環部分568、570之間延伸的中心橫向延伸橋572。外環部分568具有朝內延伸矩形部分574且內環部分具有朝內延伸矩形部分576。定位外環部分及內環部分576之矩形部分574、576中之每一者以便相對於穿過密封環主體之中心橫軸ASRB而縱向地定中心。橋572具有上表面578及下表面580。外環部分及內環部分568、570與橋572一起進一步界定上部密封接收區域582及下部密封接收區域584。
具體實例另外包括上部密封凸起部部分586及下部密封凸起部部分588，各密封部分586、588分別結合至橋572之上表面578及下表面580。各凸起部部分586、588因此分別地位於密封環主體566之各別的密封接收區域582、584中之每一者內。上部密封凸起部部分及下部密封凸起部部分586、588各自分別具有朝上延伸及朝下延伸的大體拋物線形縱向橫截面，如圖59、圖60及圖61中最佳展示。當密封材料接近拋物線形輪廓之底部邊緣時，在上部部分及下部部分上形成凹槽T，以供環之壓縮及膨 脹。密封材料(參見圖60)較佳地沿密封主體566之內部沿密封接收區域582、584之周界延伸。
在此具體實例中，密封環主體566可由上文相對於先前具體實例提及之金屬、金屬合金及/或含氟聚合物中之任一者形成。上部密封凸起部部分及下部密封凸起部部分較佳地包含彈性體。
密封環主體及密封凸起部部分可化學地或機械地結合。在機械地結合密封件時，可在密封環主體中面向密封接收區域之表面上形成較小開口；且在模製及固化後，彈性體材料將硫化並膨脹，以機械地將密封凸起部鎖固到位。在化學地結合時，可將在本領域中已知或待研發之與用於形成密封突起部之材料(其可為在本文中之其他處所提及的各種彈性體)相容的任何化學結合劑用於用以形成密封環主體之材料。
熟習此項技術者應瞭解，在不脫離本發明之寬廣發明理念之情況下，可對上述具體實例進行改變。因此，應理解，本發明不限於所揭示之特定具體實例，但預期涵蓋所附申請專利範圍所限定之本發明精神及範圍內之修改。

Claims (36)

  1. 一種用於一高溫應用的密封總成，其包含：一外環，該外環具有包含界定一密封接收區域的兩個朝內延伸突出部的一內部表面；一內環，該內環具有包含界定一密封接收區域的兩個朝外延伸突出部的一外部表面；一中心密封環，該中心密封環經建構以定位在該外環及該內環之密封接收區域內，其中當將該密封總成經安裝在一高溫應用中時，該中心密封環係圍封於該外環及該內環內，以便在允許該中心密封環熱膨脹的同時保護該中心密封環。
  2. 如申請專利範圍第1項之密封總成，其中該高溫應用為適用於半導體製造之一真空密封總成。
  3. 如申請專利範圍第2項之密封總成，其中該高溫應用包括約100℃至約300℃之一使用溫度。
  4. 如申請專利範圍第3項之密封總成，其中該高溫應用包括約180℃至約300℃之一使用溫度。
  5. 如申請專利範圍第1項之密封總成，其中該中心密封環包含一彈性體。
  6. 如申請專利範圍第5項之密封總成，其中該彈性體為一氟彈性體或一全氟彈性體。
  7. 如申請專利範圍第1項之密封總成，其中該外環之該密封接收區域具有一面朝內的經截斷V形之一縱向橫截面輪廓。
  8. 如申請專利範圍第7項之密封總成，其中該外環之該等面朝內的突出 部係各自彼此間隔開，且係各自與該外環之該內部表面之一縱向中心間隔開該外環之該內部表面之一高度的約50%至約60%之一距離。
  9. 如申請專利範圍第7項之密封總成，其中該外環之每一面朝內的突出部係相對於穿過該外環之一橫向中心軸且相對於彼此偏離，且各自與該外環之橫向中心軸形成約5°至約25°之一角。
  10. 如申請專利範圍第9項之密封總成，其中該外環之每一面朝內的突出部與該外環之該橫向中心軸形成約10°至約20°之一角。
  11. 如申請專利範圍第1項之密封總成，其中該內環之該密封接收區域具有一面朝外的經截斷V形之一縱向橫截面輪廓。
  12. 如申請專利範圍第11項之密封總成，其中該內環之該等面朝外的突出部係各自彼此間隔開，且係各自與該內環之該外部表面之一縱向中心間隔開該內環之該外部表面之一高度的約43%至約53%之一距離。
  13. 如申請專利範圍第11項之密封總成，其中該內環之每一面朝外的突出部係相對於穿過該內環之一橫向中心軸且相對於彼此偏離，且各自與該內環之該橫向中心軸形成約5°至約25°之一角。
  14. 如申請專利範圍第13項之密封總成，其中該內環之每一面朝外的突出部與該內環之該橫向中心軸形成約10°至約20°之一角。
  15. 如申請專利範圍第1項之密封總成，其中該外環之該密封接收區域具有一面朝內的經截斷V形之一縱向橫截面輪廓，且該內環之該密封接收區域具有一面朝外的經截斷V形之一縱向橫截面輪廓。
  16. 如申請專利範圍第15項之密封總成，其中該外環之該等面朝內的突出部係各自彼此間隔開，且係各自與該外環之該內部表面之一縱向中心 間隔開該外環之該內部表面之一高度的約50%至約60%之一距離，且其中該內環之該等面朝外的突出部係各自彼此間隔開且各自與該內環之該外部表面之一縱向中心間隔開該內環之該外部表面之一高度的約43%至約53%之一距離。
  17. 如申請專利範圍第15項之密封總成，其中該外環之每一朝內延伸突出部相對於穿過該外環之一橫向中心軸且相對於彼此偏離，且各自與該外環之該橫向中心軸形成約5°至約25°之一角，且其中該內環之每一朝外延伸突出部相對於穿過該內環之一橫向中心軸且相對於彼此偏離，且各自與該內環之該橫向中心軸形成約5°至約25°之一角。
  18. 如申請專利範圍第1項之密封總成，其中該中心密封環具有一縱向橫截面，該縱向橫截面具有一側向筒形。
  19. 如申請專利範圍第1項之密封總成，其中該中心密封環具有一縱向橫截面，該縱向橫截面具有包含一面向內的扁平側面及一面向外的弧形側面的一經截斷側向淚滴形狀，其中該面向內的扁平側面係小於該面向外的弧形側面。
  20. 如申請專利範圍第1項之密封總成，其中該中心密封環具有一縱向橫截面，該縱向橫截面具有包含一面向內的弧形側面及一面向外的弧形側面的一經截斷側向淚滴形狀，且其中該面向內的弧形側面係小於該面向外的弧形側面。
  21. 如申請專利範圍第1項之密封總成，其中該中心密封環具有一縱向橫截面，該縱向橫截面具有包含一面向內的扁平側面及一面向外的扁平側面的一經截斷側向淚滴形狀，且其中該面向內的扁平側面係小於該 面向外的扁平側面。
  22. 一種用於一高溫應用的密封總成，其包含：一外環，該外環具有包含界定一密封接收區域的兩個朝內延伸突出部的一內部表面；一內環，該內環具有一外部表面，該外部表面在該內環之該外部表面之一中心部分上具有一朝外延伸矩形部分及自該矩形部分朝外延伸的一另外圓形突出部；一中心密封環，該中心密封環具有面朝內且通常為C形的一縱向橫截面以界定一內環接收區域，其中該中心密封環經建構以定位在該外環之該密封接收區域內且在該內環接收區域內接收該內環之該朝外延伸圓形突出部，且其中當將該密封總成經安裝在一高溫應用中時，該中心密封環係圍封於該外環內且壓抵該內環，以便在允許該中心密封環之熱膨脹的同時保護該中心密封環。
  23. 如申請專利範圍第22項之密封總成，其中該外環之該密封接收區域具有一面朝內的經截斷V形之一縱向橫截面輪廓。
  24. 如申請專利範圍第23項之密封總成，其中該外環之該等面朝內的突出部係各自彼此間隔開，且係各自與該外環之該內部表面之一縱向中心間隔開該外環之該內部表面之一高度的約50%至約60%之一距離。
  25. 如申請專利範圍第23項之密封總成，其中該外環之每一面朝內的突出部係相對於穿過該外環之一橫向中心軸且相對於彼此偏離，且係各自與該外環之該橫向中心軸形成約5°至約25°之一角。
  26. 如申請專利範圍第25項之密封總成，其中該外環之該等面朝內的突出 部係各自與該外環之該橫向中心軸形成約10°至約20°之一角。
  27. 如申請專利範圍第22項之密封總成，其中該外環及該內環包含一金屬、一金屬合金或一含氟聚合物。
  28. 如申請專利範圍第27項之密封總成，其中該外環及/或該內環包含由鋁6061、鋁7075、不鏽鋼316及不鏽鋼304組成之群中選出的一金屬或金屬合金。
  29. 如申請專利範圍第27項之密封總成，其中該外環及/或該內環包含一含氟聚合物，該含氟聚合物選自聚四氟乙烯、全氟烷基乙烯基醚與四氟乙烯之共聚物以及六氟丙烯與四氟乙烯之共聚物。
  30. 如申請專利範圍第22項之密封總成，其中該中心密封環包含一氟彈性體或一全氟彈性體。
  31. 一種用於一高溫應用的經結合密封總成，其包含：一密封環主體，該密封環主體具有一縱向橫截面，該縱向橫截面具有一外環部分、一內環部分及在該外環與該內環部分之間延伸的一中心橫向延伸橋，其中該外環部分具有一朝內延伸矩形部分且該內環部分具有一朝內延伸矩形部分，定位該內環部分及該外環部分之該等矩形部分中之每一者，以便相對於穿過該密封環主體之一中心橫軸縱向地定中心，其中該橋具有一上表面及一下表面，且其中該外環部分及內環部分與該橋一起界定上部密封接收區域及下部密封接收區域；及一上部密封凸起部部分及一下部密封凸起部部分，其各自分別地結合至該橋之該上表面及該下表面且各自分別地位於該密封環主體之該等密封接收區域內，其中該上部密封凸起部部分及該下部密封凸起部部分分 別地具有一朝上延伸及一朝下延伸的大體拋物線形縱向橫截面。
  32. 如申請專利範圍第31項之經結合密封總成，其中該密封環主體包含一金屬、一金屬合金及/或一含氟聚合物；該上部密封凸起部部分及該下部密封凸起部部分包含一彈性體；及該密封環主體及該等密封凸起部部分為化學地結合。
  33. 如申請專利範圍第32項之經結合密封總成，其中該密封環主體為由鋁6061、鋁7075、不鏽鋼316及不鏽鋼304所組成之群中選出的一金屬或金屬合金。
  34. 如申請專利範圍第32項之經結合密封總成，其中該密封環主體為一含氟聚合物，該含氟聚合物選自聚四氟乙烯、全氟烷基乙烯基醚與四氟乙烯之共聚物及六氟丙烯與四氟乙烯之共聚物。
  35. 如申請專利範圍第31項之經結合密封總成，其中該彈性體為一全氟彈性體或一氟彈性體。
  36. 如申請專利範圍第31項之經結合密封總成，其中該密封環主體及該等密封凸起部部分為機械地結合。
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