TWI225136B - Stop valve - Google Patents

Description

1225136 ⑴ 玖、發明說明 [相關申請案] 本申請案主張來自美國臨時申請案第6 〇/4 0 0 5 2 8 0號 在2 002年7月31日提出之優先權。 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種用於控制流體經過流體管線之流動之 斷流閥，及特別有關一種經過多階段模製處理製成之斷流 閥，以包含一密封式有彈性之流體控制套管及一用於旋轉 該套管之更堅硬閥桿。 【先前技術】 斷流閥係一種遮斷閥，以允許在一配管夾具上達成墊 圈之替換或其他之修理工作，而不須關掉一整個配管系 統。該斷流閥一般係位於一壁面及該固定裝置間之固定裝 置供給線中。斷流閥大致上係能以二種基本樣式應用。一 種樣式係已知爲一角形斷流閥，該角形斷流閥之入□及出 口彼此呈直角。另一標準架構係一直通式配置，其中該入 口及出口係彼此同軸地對齊。 一種實際及有效率之角形斷流閥係揭露於發給脫爾諾 等人之美國專利第4,562,994及4,609，177號中，且以引 用的方式倂入本文中。角形斷流閥之另一範例係揭露在發 給摩菲之美國專利第5，0 76,540號中及發給席根之第 5，6 9 5，1 6 9 號中。 (2) (2)1225136 於所有這些先前揭露專利中，該斷流閥具有一由低摩 擦有彈性之熱塑性材料、諸如Sant〇preneTM材料製成之控 制套管。該把手係由一耐用之塑膠材料、諸如丙燦晴·丁 二烯-苯乙烯（ABS)所形成。該閥由該打開至關閉位置之操 作係該把手之一簡單之四分之一轉動。該閥控制套管之有 彈性塑膠材料提供該供水之一完全遮斷。如同所有斷流 閥，這些塑膠斷流閥可能保持在該開著位置中達很多月， 且甚至達數年而沒有接觸之。於該遮斷閥之長時期使用下 允許大量之礦物沉澱在該閥上，這可能使該閥黏合在該閥 體內。所導致之黏合作用需要使用增加之扭矩，以施加至 該閥上而打破礦物沉澱之黏合層，以便移動該閥至該關閉 或遮斷位置。另外，斷流閥需要耐得住氧化劑、冰凍狀 態、及侵蝕性之水軟化狀態。包含單一塑膠控制套管之先 前本發明在所有水軟化狀態下未能提供充分之性能。打破 這些黏合障礙所需之扭矩有時候造成該閥桿破裂，扭轉成 像一螺栓，或由該控制套管斷開，而未留下用於關閉該斷 流閥之機構。本發明藉著使用一多次射出成形處理克服先 前習知斷流閥之缺點，以提供一於該密封區中具有撓性壁 面及一用於機械控制之硬塑膠閥桿之控制套管。 【發明內容】 本發明藉著使用一多次射出成形處理克服先前習知斷 流閥之缺點，以提供一於該密封區中具有撓性壁面及一用 於機械控制之硬塑膠閥桿之控制套管。 -6- (3) (3)1225136 按照本發明之一論點，一配管閥包含具有一入口及一 出口之閥體。該有彈性控制套管之撓性構件係位在用以於 一打開及關閉位置之間旋轉之閥體內。該套管係在其軸向 入口端打開及具有一延伸於該打開入口端點及該端壁間之 圓形剖面側壁。該側壁具有至少一與該入口端點流體相通 之出口通孔。該套管側壁之輪廓及尺寸係設計成可合身 地、但可旋轉地承接在該閥體之一承接孔內，用於打開及 關閉該閥。 該控制套管之關閉端壁具有一由其軸向地伸出之硬塑 膠把手嚙合閥桿區段。該把手嚙合閥桿區段包含一與該把 手咬合之幾何形狀。可藉著該閥體內之一對應幾何形狀或 一來自該閥體之突出部份獲得該把手止動旋轉該突出部份 與該把手之一體成形部件咬合。得當的是，該把手具有第 一環狀區段，該第一環狀區段之內部幾何剖面與該控制套 管之硬塑膠區段咬合。該把手係藉著使用一緊固裝置或使 該把手與該硬質閥桿上之一突出部份咬合固定至該控制套 管。 按照該斷流閥之一較佳具體實施例，該硬質閥桿有助 於充分扭矩之施加，以打破有時候在此閥中發現之結合 力。再者，用於模製該控制套管之較柔軟材料提供一密封 韌性，以防止流體滲漏通過該控制套管。該多次射出成形 製程允許該閥桿模製至先前模製之控制套管。能使用額外 之模製步驟以將一鎖扣止動器模製至該閥件及密封件，這 相當於一體成形之0形環密封件。 -7- (4) (4)1225136 本發明之其它目的、特色及優點將由以下之詳細敘述 伴以所附之相關圖面而變得明顯。 【實施方式】 首先參考圖1及2 ，在此顯示一按照本發明所製成及 設計用以控制流體經過一閥1 2之流動之閥件1 0。如將隨 後敘述者，該閥件1 〇係製成具有充分強度及硬度，以承 受與閥件1 〇之操作有關之扭矩，及具有充分之柔性及韌 性以防止流體滲漏。這些雙重之材料性質提供一有用及有 效之控制流體流經該閥1 2之機構。將會同一角閥（圖2 ) 及一直通閥（圖3 )敘述本發明之閥件10。該閥件10用於 兩種閥門型式之操作及性質係類似。 該閥1 2包含一閥體1 4具有一用於承接該閥件1 0之 殼室16。該閥體14包含一最好連接至流體源之入口 18 及一連接至諸如豎管等配管夾具之出口 20，該豎管連接 至一水龍頭（未不出）。該閥1 2係設計成可控制流體由該 流體源至該固定裝置之流動。於該角閥1 2中，該入口 1 8 及出口 20彼此設置成一直角。該閥體14之一端壁22包 含一孔隙24，該閥件1 0如隨後將敘述地延伸經過該孔 隙。該閥體14之殼室16具有一設有內部表面26之實質 上圓柱形架構。 ^ 該閥件1 0係可旋轉地承接在該閥體1 4內以控制所流 經流體之流動。於本發明之一較佳具體實施例中，該閥件 1 0係由二零組件所形成：一耐得住施加至該閥件]〇之扭 (5) (5)1225136 矩之硬質閥桿2 8，及一用於改善流體密封性之更有彈性 之閥套管3 0。 該閥桿2 8具有一實質上圓柱形部份3 2，該圓柱形部 份設計成可嚙合一用於操作該閥件1 〇之閥把手3 4。該閥 把手3 4可咬合地承接該閥桿2 8之圓柱形部份3 2及可固 定至該閥桿2 8，諸如藉著一壓配合之緊固裝置36。該閥 桿26延伸穿過該端壁22之孔隙24。於一較佳具體實施 例中，該閥桿2 8包含至少一方栓3 8，以有助於旋轉動作 之傳送至該閥件1 〇。該閥桿2 8亦包含一具有徑向延伸凸 緣42及齒部44之基底部份40，該閥套管30係附著至該 基底部份。 該閥套管3 0最好係於一多次射出成形操作中直接模 製至該閥桿2 8。然而，可使用其他習知方法附著該零組 件，包含埋入射出、立樁、超音波焊接、震動及任何其他 習知機械及熱機械製程。該最終結果係由二不同材料形成 一閥件1 〇，造成一用於斷流閥之硬質閥桿2 8及有彈性之 套管3 0。於該較佳方法中，該套管3 0係首先由一更柔軟 之彈性材料模製成。此後，一更硬質之材料係用於模製該 閥桿2 8。當然，應了解該閥件1 0之零組件可用相反之順 序模製。於該模製流程期間，該套管3 0係模製環繞著該 閥桿2 8之基底部份4 0，以造成一材料接合於該閥套管3 0 及該閥桿28之間。該閥桿28之徑向凸緣42及齒44提供 增加之表面積及用於該零組件之接合之機械式互鎖作用。 該閥套管3 0具有一實質上圓柱形之橫截面架構，並 (6) (6)1225136 設有一緊密地順應於該閥體].4內部表面2 6之外部表面 4 6。於一較佳具體實施例中，該閥套管3 〇係形成有一分 離之桶狀架構，該架構沿著該中間區段具有一稍微較大之 直徑，以便密封在該閥件1 4內。該閥套管3 0亦能具有一 凸出或突出部份4 5，以環繞該通孔5 0抵住該閥體1 4密 封該區域。該閥套管3 0係形成有一內部流體室4 8，該流 體室在一與該閥體14之入口 18相通之端點打開。一出口 通孔5 0係形成在該閥套管3 〇之壁面中，用於與該閥件之 出口 2 0選擇性地相通。形成在該閥套管3 〇之外部表面 46中者係至少一環狀密封唇部52，該唇部嚙合該閥體1 4 之表面2 6，以防止流體滲漏通過該閥桿2 8。一 〇形環密 封件可用於取代該環狀密封唇部5 2以控制流體流動。當 該閥套管3 0係加壓時，該閥套管3 0之彈性性質改善該閥 體1 4內之密封性。該流體室4 8內之流體壓力將該閥套管 3 0之壁面向外推抵住該閥體1 4之內部表面2 6，以防止流 體滲漏於該閥套管3 0及該閥體1 4之間。 該閥桿2 8亦可接收一嚙合該閥體1 4內部壁面5 2之 額外輔助密封件5 1或0形環密封。該額外之輔助密封件 5 1防止可危及該閥1 0之操作之污染物經過該孔隙24進 入該閥體1 4。 於圖3所示直通閥1 1 2中，該閥件1 1 0係承接在該閥 體1 1 4內，使得該流體橫亙地流經該閥件II 0。爲了將該 閥件1 1 〇維持在該閥體1 1 4內，一卡環1 60係緊接該閥桿 ]2 8至該閥套管]3 0之接合處同軸地安裝至該閥件1] 0。 -10 - 14 (7)1225136 該卡環]6 Ο (圖4 )包含一設計成可鎖扣地嚙合該閥體] 之環狀鎖扣凸緣1 62。以此方式，可防止該閥件被不小 地推經該閥體1 1 4之孔隙1 24。該卡環1 60包含第二凸 1 64，該第二凸緣形成一用於承接◦形環密封1 68之環 凹口 1 66。 該輔助密封件1 5 1密封地嚙合該閥體1丨4之內部壁 1 5 2，以防止污染物進入該閥體1 1 4。該止動肩部1 5 4 撐該密封1 5 1抵住該閥桿1 2 8。一 ◦形環密封1 5 3係支 在形成於該卡環160上之環狀凹口 166內。 形成於該閥套管1 3 0之外部表面1 4 6者係一壓力溝 1 7 〇，其於該關閉位置中與該閥套管1 3 0之入口通孔1 相通。該壓力溝槽1 7 〇於打開該閥1 1 2之前維持該內部 體室1 4 8內之壓力，以便加壓該閥套管1 3 0向外抵住該 體1 1 4之內部表面1 26。該閥套管1 3 0本質上向外膨脹 密封地嚙合閥體及改善該閥I 1 2之操作。 該閥件（21 0,3 10)之另一具體實施例係顯示在圖7及 中。於這些具體實施例中，一無修飾之孔隙27 0或一半 圓形孔隙3 7 0有助於與該內部流體室24 8，3 4 8流體相通 該開口 2 7 0 5 3 7 0於該關閉位置中與該入口 11 8相通，以 持該閥件2 1 0 5 3 1 0之內部加壓抵住該閥體。該開口 2 7 0 爲任何允許與該內室流體相通之架構。 該閥體14最好係由一壓製黃銅所形成’且隨後機 加工至形成所需之鑽孔及開口。 該控制套管3 0可藉著射出成形、液體或反應射出 心 緣 狀 面 支 撐 槽 72 流 閥 至 8 橢 〇 保 可 器 成 -11 - (8) (8)Ϊ225136 形、或任何其他合適之製程由一熱塑性材料製成，該合適 之製程係指諸如壓縮成形或迴轉成形而用於形成熱塑性材 料。用於該控制套管之合適熱塑性材料可包含、但不限於 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、 尼龍、聚酯、諸如聚對苯二甲酸乙二酯（PET)或聚對苯二 甲酸丁二酯（PBT)。熱固彈性體材料亦可使用包含、但不 限於三元乙丙膠（EPDM)、睛橡膠（nitriIe)，氟彈性體 (Vito η)、丁一烯聚合物（Buna N)或合成橡膠材質 (NEOPRENE)。適用於該控制套管3 〇之更佳材料包含已知 爲熱塑性彈性體之材料群族，包含、但未限於來自AES 公司在Santoprene商品名下、諸如Sant〇prene 24 3 ·4〇之 材料群族。又另一材料可來自習知爲TPSIV之熱塑性矽 酸鹽之群族。可使用其他之熱塑膠彈性體，諸如聚脂熱塑 膠彈性體（C Ο P E)、聚醢氨熱塑膠彈性體（c 〇 p A)或丁苯乙 稀丁燒（SEBS)。當該控制套管30旋轉時，爲達成適當之 扭矩範圍，上述材料可係攙入任何習知之內部潤滑劑，諸 如聚四氟乙烯（PTFE)粉末、矽氧樹脂油、聚四氟乙烯潤滑 劑、或一 I曰肪酸。另一選擇是，爲有助於該控制套管3 〇 之旋轉’读控制套管3 0可塗上~合適之材料，諸如一潤 滑劑。任何合適之隔離阻抗塗覆材料可用作該套管3 〇上 之一塗劑。 該閥桿2 8能由一金屬或於一寬廣範圍之熱塑性材料 之耐用塑膠材料所形成，該材料包含、但未限於聚丙烯、 聚碳酸酯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（ABS)、聚對苯二甲酸 -12- (9) (9)1225136 乙二酯（PET)、聚對苯二甲酸丁二酯（PBT)、尼龍、聚苯氧 (P P 0) /耐沖擊性聚苯乙烯（Η IP S )混合物。爲於該最終之閥 桿2 8中達成一想要之硬度，該熱塑性材料可充滿玻璃纖 維或任何合適之礦物塡料，諸如滑石，或該玻璃纖維及礦 物塡料之一混合物。一較佳之充塡式熱塑性材料係充塡聚 丙烯之玻璃纖維；該玻璃纖維含量之範圍可由〇至高達用 於塑造該閥桿2 8之製程所允許者。不顧熱塑性材料之選 擇，該材料必須使得該最終之閥桿擁有適當之韌性，以允 許其以上述之方式組合至該閥體1 4。 該閥桿2 8及控制套管3 0可使用如上面所述之合適材 料模製成單一整體元件。該閥桿2 8及控制套管3 0最好係 在一二次射出成形製程中連續地製成，其中當第一次射出 成形時首先用一較低模數之材料、諸如一熱塑性彈性體模 製該套管，隨之用一高模數材料、諸如充塡百分之30之 聚丙烯之玻璃纖維作第二次射出成形，以形成如上面所述 之整合式閥桿及控制套管塑膠閥。該第一及第二次射出成 形間之介面可爲任何設計，只要其允許扭矩由該把手3 4 及該閥桿2 8之傳送至該控制套管3 0。 以此方式，該把手3 4及該閥桿2 8間之連接提供用於 傳送增加之扭矩，以克服任何可將該控制套管3 0附著在 該閥體內之長期礦物積聚或其他沉澱物，或克服任何如上 面所述由於該出口通孔內之彈性控制套管之任何鼓脹所.增 加之摩擦。 大幅增加該最大扭矩之傳送能力允許具有該習知想要 -13- (10) (10)1225136 材料之此一閥結構被更普遍地接收，特別是於具有各種礦 物之硬水係爲一般標準之地理區域中。 再者，具有該改良閥桿連接裝置之閥門可確信地用於 使用該遮斷閥間之過渡時期可爲很多年之管線中，其可允 許各種沉澱物之豐富積聚，而可用別的方式將該閥黏合於 該打開位置中。 該製程產生一有效之模製閥件以控制經過一閥之流 動。該二次射出成形法形成一具有硬塑膠柄部或閥桿之閥 件及一有彈性之塑膠圓筒。另一選擇是，該閥桿可由黃銅 所形成或機器加工，且該有彈性之塑膠圓筒超模壓製於該 閥桿上。於一較佳具體實施例中，該軸輪廓包括三方栓， 以便將施加至該把手之扭矩傳送至該閥件。該閥圓柱體包 含嚙合該閥體之內部表面以防止滲漏之唇部密封件。爲消 除該直通閥中閥件之縱向移動，該卡環係用於將該插裝閥 固定在該閥體內。 爲淸楚理解故已給與前面之詳細敘述，應了解其僅只 供說明及不必要限制之，因一些修改對熟諳此技藝者將係 明顯的，卻未脫離所附申請專利之範圍及精神。 【圖式簡單說明】 當會同所附圖面閱讀時，藉著參考本發明之一較佳具 體實施例之以下詳細敘述將更充分地了解本發明，其中遍 及各視圖之類似參考字母意指類似零件，及其中： 圖1係根據本發明一多次射出成形插裝閥之一透視 -14- (11) (11)1225136 圖2係具體化本發明之角形斷流閥之一橫截面視圖； 圖3係具體化本發明之直通斷流閥之一橫截面視圖； 圖4係一用於該直通閥之閥門盤之一透視圖； 圖5係該閥件之一透視圖； 圖6係該閥件之一端視圖； 圖7係另一選擇閥件之透視圖；及 圖8係另一選擇閥件之透視圖。 主要元件對照表 10 閥件 1 2 閥 14 閥體 16 殼室 18 入口 20 出口 22 端壁 24 孔隙 26 內部表面 28 閥桿 30 閥套管 32 圓柱形部份 34 閥把手 3 6 緊固裝置 -15- 1225136 (12) 38 方栓 40 基底部份 42 凸緣 44 齒咅B 45 突出部份 46 外部表面 48 流體室 50 通孔1/ 5 1 輔助密封件 52 密封唇部 110 閥件 112 直通閥 114 閥體 1 1 8 入口 1 24 孔隙 1 26 內部表面 128 閥桿 130 閥套管 146 外部表面 148 流體室 15 1 輔助密封件 1 52 內部壁面 1 53 〇形環密封 1 54 止動肩部

-16 1225136 (13) 160 卡環 162 凸緣 1 64 凸緣 166 環狀凹口 1 68 〇形環密封 1 70 壓力溝槽 1 72 入口通孔 2 10 閥件 24 8 流體室 270 孔隙 3 10 閥件 348 流體室 3 70 孔隙

Claims (1)

1225136 (1) v7 拾、申請專利範圍 1 · 一種閥件，適於可旋轉地容置在一閥體內以控制 流體在該閥體之入口及出口間之流動，該閥件包含： 一閥桿，其由該閥體伸出，以有助於該閥件在該閥體 內之操縱，該閥桿具有一大致剛性之材料特性；及 一閥套管’其附著至該閥桿，使得該閥桿之操縱係傳 送至該閥套管，該閥套管包含一內室及一出口通孔，其中 該閥套管係可選擇性地移動於一打開位置及一關閉位置之 間，在該打開位置可引導流體由該閥體入口經過該出口通 孔流至該閥體出口，在該關閉位置可防止流體流經該閥 體，該閥套管比該閥桿較不具剛性，以改善該閥體內之密 封性。 2 ·如申請專利範圍第1項之閥件，其中該閥套管係 模製於該閥桿，以將該閥套管連結至該閥桿。 3 ·如申請專利範圍第1項之閥件，其中該閥桿包含 具有至少一方栓之上部，該上部適於容置一把手，以有助 於該閥件之操縱。 4 ·如申請專利範圍第2項之閥件，其中該閥桿包含 一放大之基底部份，該閥套管模製至該基底部份。 5 ·如申請專利範圍第1項之閥件，其中該閥套管具 有一大致上圓柱形之架構，並具有一順應於該閥體之內部 表面之外表面，該閥套管具有彈性之性質，使得該套管室 內之流體壓力將該外表面移入與該閥體之內部表面密封接 觸。 -18 - (2) (2) 1225136 6 ·如申請專利範圍第5項之閥件，其中該閥套管包 含嚙合該閥體之內部表面的至少一環狀密封唇部。 7 ·如申請專利範圍第5項之閥件，且尙包含一壓力 開口，其形成於該閥套管之外表面中及與該套管室流體相 通，以便選擇性地加壓該閥套管之內部。 8 ·如申請專利範圍第7項之閥件，其中該壓力開口 係一形成在該閥套管之壁面上之孔隙。 9 .如申請專利範圍第7項之閥件，其中該壓力開口 係一形成於該閥套管之外表面中及與該閥套管之內部相通 之溝槽。 1 0 ·如申請專利範圍第3項之閥件，且尙包含一同軸 地安裝至該閥桿及閥套管之卡環，該卡環可選擇性地與該 閥體嚙合’以鎖扣地將該閥件止動在該閥體內。 1 1 · 一種閥門，用於在流體入口及配管夾具之間控制 流體流動，該閥門包含： 一閥體’其具有一殼室，該殻室具有一與該流體入口 相通之入口通孔及一與該配管夾具相通之出口通孔，該閥 體包含一孔隙； 一閥件’其可旋轉地容置在該閥體內，該閥件包含： 一閥桿，其由該閥體之孔隙伸出，以有助於該閥件在 該閥體內之操縱，該閥桿具有一大致剛性之材料特性；及 一閥套管，其附著至該閥桿，使得該閥桿之操縱係傳 送至該閥套管，該閥套管包含一內室及一出口通孔，該閥 套管之彈性體性質係比該閥桿較不具剛性，以改善該閥體 -19- (3) (3)1225136 之殼室內之密封性；及 一把手，其連接至該閥桿，用於選擇性地操縱該閥體 內之閥件。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之閥門，其中該閥套管係 模製於該閥桿，以將該閥套管連結至該閥桿。 1 3 .如申請專利範圍第1 1項之閥門，其中該閥桿包含 具有至少一方栓之大致圓柱形部份，該圓柱形部份被設計 成適於容置一把手，以有助於該閥件之操縱。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之閥門，其中該閥桿包含 一放大之基底部份，該閥套管模製至該基底部份。 1 5 ·如申請專利範圍第1 1項之閥門，其中該閥套管具 有一大致圓柱形之架構，並具有一順應於該閥體之內部表 面之外表面，該閥套管具有彈性之性質，使得該套管室內 之流體壓力將該外表面移入與該閥體之內部表面密封接 觸。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項之閥門，其中該閥套管包 含嚙合該閥體之內部表面的至少一環狀密封唇部。 1 7 .如申請專利範圍第1 5項之閥門，且尙包含一壓力 開口’其形成於該閥套管之外表面中及與該套管室流體相 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項之閥門，其中該壓力開口 係一形成在該閥套管之壁面中之孔隙。 1 9·如申請專利範圍第1 7項之閥門，其中該壓力開口 係一形成於該閥套管之外表面中及與該閥套管之內部相通 • 20- (4) (4)1225136 之溝槽。 20.如申請專利範圍第1 3項之閥門，且尙包含一同軸 地安裝至該閥桿及閥套管之卡環，該卡環可選擇性地與該 閥體嚙合，以鎖扣地將該閥件止動在該閥體內。 -21 -