TWI824797B - 具有插入件的密封件及其製造及使用方法 - Google Patents

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Abstract

一種密封件，其包括：一環形夾套，其包括界定一環形凹部的一後跟、一第一唇、及一第二唇；及一插入件，其包括設置於該環形凹部內接觸該後跟、該第一唇、及該第二唇的至少3個分支。

Description

具有插入件的密封件及其製造及使用方法
本揭露係關於密封件，且更具體而言，係關於經調適以設置至壓力條件下的密封件。
在環境中採用密封件以將流體（液體、氣體、漿體等）彼此分隔。通常，此等密封件可包括夾套及賦能器，其在壓力條件或振動下反覆壓縮及擴展。通常，夾套或賦能器上的壓力負載可能不均勻，導致密封件上更高的應變並縮短其有效壽命。因此，行業繼續要求改進的密封件能夠承受高壓及高振動條件，同時隨著時間的推移保持操作效力。
根據第一態樣，一種密封件可包括一環形夾套，其包括界定一環形凹部的一後跟、一第一唇、及一第二唇；及一插入件，其包括設置於該環形凹部內接觸該後跟、該第一唇、及該第二唇的至少3個分支。
根據另一態樣，一種密封件可包括一環形夾套，其包括界定一環形凹部的一後跟、一第一唇、及一第二唇；賦能器，其設置於該環形凹部內，相鄰於該第一唇或該第二唇中的至少一者；及一插入件，其包括設置於該環形凹部內接觸該後跟、該第一唇、及該第二唇的至少3個分支。
根據又一態樣，一種密封總成可包括一第一構件；一第二構件；及一密封件，其徑向設置於該第一構件與該第二構件之間，該密封件包括：一環形夾套，其包括界定一環形凹部的一後跟、一第一唇、及一第二唇；賦能器，其設置於該環形凹部內，相鄰於該第一唇或該第二唇中的至少一者；及一插入件，其包括設置於該環形凹部內接觸該後跟、該第一唇、及該第二唇的至少3個分支。
結合圖式提供以下描述以幫助理解本文所揭示的教示內容。以下論述將著重於教示內容的特定實施方案及實施例。提供此重點以幫助描述教示內容且不應解釋為限制教示內容之範圍或適用性。然而，可基於本申請案中所揭示之教示內容來使用其他實施例。
用語「包含(comprises/comprising)」、「包括(includes/including)」、「具有(has/having)」或其任何其他變化意欲涵蓋非排他性包括。例如，包含特徵清單之方法、物品、或設備不必然限於彼等特徵，而是可包括未明確列出或此類方法、物品、或設備固有的其他特徵。另外，除非明確相反陳述，否則「或(or)」係指「包含性或(inclusive-or)」且不是「排他性或(exclusive-or)」。例如，藉由下列任一者滿足條件A或B：A係真（或存在）且B係偽（或不存在）；A係偽（或不存在）且B係真（或存在）；以及A及B兩者係真（或存在）。
此外，使用「一(a/an)」以描述本文所述之元件及組件。此僅為方便起見且給出本發明之範圍的一般意義。此描述應理解為包括一個、至少一個，或單數理解為亦包括複數，或反之亦然，除非明確其另有含義。例如，在本文中描述一單一項目時，可使用多於一個項目取代單一項目。類似地，在本文中描述多於一個項目時，單一項目可取代多於一個項目。
除非另有定義，否則本文中所用之所有技術及科學用語具有與本發明所屬領域中具有通常知識者通常所理解相同的含義。材料、方法、及實例僅為說明性且不意欲為限制性。倘若本文未描述，則關於特定材料及處理動作之許多細節係習知的且可在密封件領域內之教科書及其他來源中找到。
首先參考圖1A，根據本文中所描述之一些實施例的密封件100可通常包括夾套102、彈簧108、及插入件122。夾套102可包括本體104，其具有界定環形凹部106的後跟116、第一唇112、及第二唇114。在數個實施例中，彈簧108可設置於環形凹部106內。此外，在數個實施例中，插入件122可設置於環形凹部106內。
在諸如在高壓應用中展現的負載條件之後，彈簧108可在密封件100的軸向或徑向方向的至少一者中變形以便接觸或甚至推抵夾套102的一唇112、114。此外，插入件122可在軸向或徑向方向之至少一者中變形，以便接觸或甚至推抵夾套102的另一唇112、114。因此，唇112、114可分別在總成內對相鄰第一及第二構件提供向外力。同時，在第一構件與第二構件之間被壓縮的唇112及114可在橫向於密封件100的軸向高度的方向上偏壓彈簧108及插入件122，因此產生大致四個偏置力方向，兩個向內軸向力及兩個相對向外軸向力。彈簧108在任一唇112、114上所提供的力可與由插入件在唇112、114之另一者上所提供的力不同。因此，任一唇112、114上的力可與唇112、114中的另一者上的力解耦。換言之，各唇112、114可在總成內獨立於另一者偏置。應注意，在具體應用中，所描述的偏置力可間接加載到彈簧108及插入件122上。
密封件100（包括夾套102、彈簧108、或插入件122中的至少一者）可由密封領域中的任何合適的材料形成。在一具體實施例中，密封件100（包括夾套102、彈簧108、或插入件122中的至少一者）可至少部分地包括聚合物。聚合物可選自包括下列之群組：聚酮、聚醯胺、聚苯硫醚、聚醚碸、聚苯碸、聚醯胺醯亞胺、超高分子量聚乙烯、氟聚合物、聚苯并咪唑、聚縮醛、聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate, PBT)、聚丙烯(polypropylene, PP)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene, ABS)、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate, PET)、聚醯亞胺(polyimide, PI)、聚醚醯亞胺、聚醚醚酮(polyetheretherketone, PEEK)、聚乙烯(polyethylene, PE)、聚碸、聚醯胺(polyamide, PA)、聚苯醚、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide, PPS)、聚胺甲酸酯、聚酯、液晶聚合物(liquid crystal polymer, LCP)、或其任何組合。聚合物可係熱塑性或熱固性聚合物。在一實施例中，夾套102可包括或甚至基本上由氟聚合物組成。例示性氟聚合物包括聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene, PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醯亞胺(PI)、聚醯胺醯亞胺(polyamide-imide, PAI）、氟化乙烯丙烯(fluorinated ethylene propylene, FEP)、聚二氟亞乙烯(polyvinylidene fluoride, PVDF)、全氟烷氧基(perfluoroalkoxy, PFA)、四氟乙烯、六氟丙烯和二氟亞乙烯的三聚物(terpolymer of tetrafluoroethylene, a hexafluoropropylene and vinylidene fluoride, THV)、聚三氟氯乙烯(polychlorotrifluoroethylene, PCTFE)、乙烯四氟乙烯共聚物(ethylene tetrafluoroethylene copolymer, ETFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ethylene chlorotrifluoroethylene copolymer, ECTFE)、或其任何組合。其他氟聚合物、聚合物、及摻合物可包括在夾套102的組成物中。在另一具體實施例中，密封件100（包括夾套102、彈簧108、或插入件122中的至少一者）可至少部分地包括或甚至基本上由聚乙烯(PE)，諸如超高分子量聚乙烯(ultra-high-molecular-weight polyethylene, UHMWPE)組成。在另一具體實施例中，密封件100（包括夾套102或賦能器108中的至少一者）可包括熱塑性彈性烴嵌段共聚物、聚醚酯嵌段共聚物、熱塑性聚醯胺彈性體、熱塑性聚胺甲酸酯彈性體、熱塑性聚烯烴彈性體、熱塑性硫化橡膠、基於烯烴之共聚物、基於烯烴之三聚物、聚烯烴彈性體、或其组合。在一實施例中，密封件100（包括夾套102、彈簧108、或插入件122中的至少一者）可包括基於苯乙烯之嵌段共聚物，諸如苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-異戊二烯、其摻合物或混合物、及類似者。例示性苯乙烯熱塑性彈性體包括三嵌段苯乙烯嵌段共聚物(styrenic block copolymer, SBC)，諸如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrene-butadiene-styrene, SBS)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(styrene-isoprene-styrene, SIS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(styrene-ethylene butylene-styrene, SEBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(styrene-ethylene propylene-styrene, SEPS)、苯乙烯-乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(styrene-ethylene-ethylene-butadiene-styrene, SEEBS)、苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(styrene-ethylene-ethylene-propylene-styrene, SEEPS)、苯乙烯-異戊二烯-丁二烯-苯乙烯(styrene-isoprene-butadiene-styrene, SIBS)、或其组合。商業實例包括一些等級的Kraton TM以及Hybrar TM樹脂。在一實施例中，密封件100（包括夾套102、彈簧108、或插入件122中的至少一者）可包括彈性體，該彈性體包括丙烯腈丁二烯(NBR)羧基丁腈(XNBR)乙烯丙烯酸酯(AEM, Vamac®)、乙烯丙烯橡膠(Ethylene Propylene Rubber, EPR, EPDM)、丁基橡膠(IIR)、氯丁二烯橡膠(Chloroprene Rubber, CR)、氟碳化物(FKM, FPM)、氟聚矽氧(FVMQ)、氫化腈(HNBR)、全氟彈性體(FFKM)、聚丙烯酸酯(ACM)、聚胺甲酸酯(Polyurethane, AU, EU)、聚矽氧橡膠(Q, MQ, VMQ, PVMQ）、四氟乙烯丙烯(AFLAS®）(FEPM)的至少一者。
在一實施例中，密封件100（包括夾套102、彈簧108、或插入件122中的至少一者）可包括陶瓷，該陶瓷包括玻璃、二氧化矽、黏土雲母、高嶺土、氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氟化鈣、氮化硼、雲母、矽灰石、碳化矽、氮化矽、氧化鋯、碳黑、顏料、或其任何組合中的至少一者。
在一實施例中，密封件100（包括夾套102、彈簧108、或插入件122中的至少一者）可用潤滑材料處理、浸漬、填充、或塗覆。例示性潤滑材料包括二硫化鉬、二硫化鎢、石墨、石墨烯、膨脹石墨、氮化硼、滑石、氟化鈣、或其任何組合。此外，潤滑材料可包括氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氟化鈣、氮化硼、雲母、矽灰石、碳化矽、氮化矽、氧化鋯、炭黑、顏料、或其任何組合。
在一實施例中，密封件100（包括夾套102、彈簧108、或插入件122中的至少一者）可至少部分地包括金屬。根據某些實施例，金屬可包括鐵、銅、鈦、錫、鋁、其合金，或可係另一類型的金屬。在一實施例中，密封件100（包括夾套102、彈簧108、或插入件122中的至少一者）可包括金屬（諸如鋁、鋅、銅、鎂、錫、鉑、鈦、鎢、鐵、青銅、鋼、彈簧鋼、不銹鋼）、金屬合金（包括所列金屬）、陽極氧化金屬（包括所列金屬）、或其任何組合。
密封件100的內徑可在0.254 mm與25,000 mm之間。密封件100的外徑可在0.5 mm與40,000 mm之間。密封件100的高度可在0.24 mm與40,000 mm之間。
如上所述，密封件100可包括夾套102。夾套102可包括界定環形凹部106的複數個唇112、114。在一具體情況下，唇112及114可從本體104的後跟116延伸。在唇一具體實施例中，112及114可從後跟116在相對於彼此大致相同的方向上延伸。在一實施例中，第一唇112可位於第二唇114徑向外部。在另一具體實施例中，唇112及114可彼此平行延伸。在一可選實施例中，唇112及114中的一個或兩個可包括刮削唇（未示出），此刮削唇適於提供刮刀介面，用於密封磨料或粘性材料，或諸如灰塵、碎屑及環境流體的環境組分。在一具體實施例中，後跟116可包括凸緣（未示出），此凸緣可固定到硬體（例如，閥殼體或軸）以防止密封件100相對於總成內的硬體轉動。
在一實施例中，唇112及114中的至少一個可通常自後跟116延伸為平面的。在一實施例中，唇112及114中的至少一個可包括徑向凸出115，其在遠離環形凹部106的方向從相應唇112或114向外延伸。徑向凸出115可圍繞密封件100的整個圓周延伸。類似於上文所描述的刮傷唇，徑向凸出115可防止材料進入或流出，同時表現出較低的摩擦曳力。在另一實施例中，唇112或114中的一個可包括刮削唇，且另一唇112或114可包括徑向凸出115。在另一實施例中，如圖1A中所示，兩個唇112或114均可包括徑向凸出115。
如圖所示，夾套102的唇112及114可在彈簧108安裝之後向外彎曲。在安裝彈簧108之後，唇112及114中的至少一個可係弧形的，如截面所示，由彈簧108或插入件122提供的徑向偏置力向外偏置，如圖1A所示。在安裝彈簧108之後，唇112及114中的至少一個可係直線的或平面的，如截面所示，藉由由彈簧108或插入件122提供的徑向偏置力向外偏置。
在一實施例中，第一唇112或第二唇114中的至少一者可包括徑向定向凸緣121、123。在一些實施例中，徑向定向凸緣121、123可如截面所視係弧形。在一些實施例中，徑向定向凸緣121、123可如截面所視係直線的或平面的。徑向定向凸緣121、123可包括在環形凹部106內凸緣121、123的內部的徑向邊緣。
在一實施例中，在密封件100的軸向方向上測量的後跟116可具有與唇112及114在徑向方向上的厚度大致相同的厚度。在另一實施例中，後跟116可具有延伸厚度。亦即，後跟116可具有從環形凹部106到夾套102的後表面118測量的長度，此長度可係彈簧108直徑的至少20%，諸如彈簧直徑的至少30%，彈簧直徑的至少40%，彈簧直徑的至少50%，彈簧直徑的至少60%，彈簧直徑的至少70%，彈簧直徑的至少80%，彈簧直徑的至少90%，或彈簧直徑的甚至至少100%。在另一實施例中，後跟116的長度可不大於彈簧直徑的1000%。
在一實施例中，密封件100的後表面118可通常係直線的或平面的。亦即，後表面118可大致沿著具有最小表面起伏及偏差的平面。在一更具體實施例中，夾套102的後表面118可係平面的。如下文更詳細地描述，平面或大致平面的後表面118可促進相鄰密封件之間的改良接觸，藉以提供更好的密封特性。
如圖1A所示，彈簧108可至少部分地設置在夾套102的環形凹部106內。彈簧108可係夾套102的環形凹部106中的軸向定向彈簧。在一實施例中，彈簧108可沿著、鄰近、或直接相鄰於第一唇112設置。在一實施例中，彈簧108可沿著、鄰近、或直接相鄰於第二唇114設置。
在一實施例中，如圖1A所示，彈簧108可係軸向地定向在夾套102的凹部106內的彈簧。在一實施例中，彈簧108的直徑可小於環形凹部106的深度的150%，諸如小於環形凹部106的深度的100%，或甚至小於環形凹部106的深度的75%。在一實施例中，彈簧108的直徑可不小於環形凹部106的深度的10%。
彈簧108可係弧形的，如截面所視。在一些實施例中，彈簧108可如截面所視係直線的或平面的。如圖1A所示，彈簧108可接觸夾套102的唇112、114中的至少一個。在一實施例中，彈簧108可實質上接觸軸向方向上的唇112、114中的至少一個的整體。在一實施例中，彈簧108可接觸夾套102的唇112、114的環形凸緣121、123中的至少一個。彈簧108可實質上接觸夾套102的唇112、114的環形凸緣121、123中的至少一個的整體。彈簧108可接觸夾套102的唇112、114的環形凸緣121、123中的至少一個的內軸邊緣。
如本文所述的至少一個實施例中所設想的，彈簧108可包括形成為具有複數個線圈的螺旋彈簧的一定長度的材料。在一實施例中，彈簧108可包括至少2個線圈，諸如至少3個線圈、至少4個線圈、至少5個線圈、至少10個線圈、至少100個線圈、至少200個線圈、至少300個線圈、至少400個線圈、至少500個線圈、或甚至至少1000個線圈。形成彈簧108的材料的長度可具有多邊形或橢圓形截面。例如，在一實施例中，彈簧108可由圓形線形成。在另一實施例中，彈簧108可由卷繞成複數個線圈的材料帶形成。彈簧108的線圈可彼此相鄰或甚至部分重疊。在一具體情況下，線圈可彼此平行。在另一情況下，線圈可相對於彼此傾斜。亦即，線圈可相對於彼此成角度地偏移及成角度。
在鬆弛狀態下，彈簧108可具有大致圓形的截面。亦即，如上所述，彈簧108可係螺旋彈簧。在其他實施例中，彈簧108可界定大致多邊形的截面輪廓。在一更具體的實施例中，彈簧108可具有大致T形的截面輪廓。在另一實施例中，彈簧108可具有橢圓形截面。例如，在一未示出的實施例中，彈簧108可具有卵形或圓形截面輪廓。在又一實施例中，彈簧108的截面可係部分橢圓形及部分多邊形。亦即，彈簧108的截面可具有線性部分及弧形部分。形成彈簧108的線圈的線的截面可係矩形、正方形、圓形、橢圓形或梯形。形成彈簧108的線圈的線可以0.025 mm與25.4 mm之間的節距轉動。形成彈簧108的線圈的線的線直徑可在0.025 mm與25.4 mm之間。形成彈簧108的線圈的線的彈簧直徑可在.05 mm與40,000 mm之間。
在一實施例中，彈簧108可圍繞密封件100的整個圓周延伸。在一更具體實施例中，彈簧108可具有圍繞密封件100的整個圓周的均勻形狀及材料特性。在另一更具體實施例中，彈簧108可具有圍繞密封件100的圓周的不同形狀或材料選擇。在另一實施例中，彈簧108可僅圍繞密封件100的圓周的一部分延伸。在一更具體實施例中，彈簧108可包含複數個彈簧108，此些彈簧至少部分地彼此分隔開。在此類實施例中，相鄰彈簧108之間可存在圓周空間。
彈簧108可包括上面列出的任何材料。在一具體情況下，彈簧108可至少部分地包括或甚至基本上由金屬（諸如鋼）或甚至更具體地彈簧鋼組成。金屬可經塗佈或表面處理以防止來自環境暴露之腐蝕或另一非所欲作用。在另一實施例中，彈簧108可至少部分地包括，或者甚至基本上由例如Eligloy、Inconel、Hastelloy、或其组合組成。
在又一實施例中，彈簧108可包括鈷、鉻、鎳、鐵、鉬、錳、鈹銅、或其组合。在一具體實施例中，彈簧108可包括至少10 wt%的鈷，諸如至少20 wt%的鈷、至少25 wt%的鈷、至少30 wt%的鈷、至少35 wt%的鈷、或甚至至少40 wt%的鈷。彈簧108可具有小於1200 MPa的屈服強度，諸如小於1100 MPa、小於1000 MPa、或甚至小於900 MPa。在一具體情況下，彈簧108可經熱處理或表面處理以增強其性質。
彈簧108可提供抵靠夾套102的偏置力。具體而言，彈簧108可接觸第一唇112或第二唇114中的至少一者，並向其提供向外徑向偏置力。在一具體實施例中，彈簧108抵靠唇112、114的偏置力可係至少0.001 N/mm，諸如至少0.01 N/mm。在另一實施例中，偏置力可係小於1000 N/mm，諸如小於500 N/mm、小於400 N/mm、小於300 N/mm、小於200 N/mm、小於100 N/mm、小於50 N/mm、小於25 N/mm、或甚至小於10 N/mm。在數個實施例中，針對第一唇112的徑向偏置力可係與針對第二唇114的徑向偏置力不同，如下文進一步詳細描述。
在軸向加載條件下，諸如在高壓應用中表現出的軸向加載條件，彈簧108可從卸載位置變形到加載位置。在一實施例中，彈簧108可具有未負載的內徑D U，如在鬆弛狀態中所量測，及最小負載內徑D L，如在操作狀態中所量測，兩者彼此不同。在一具體實施例中，D U/D L可係至少1.01，諸如至少1.05、至少1.1、至少1.15、至少1.2、或甚至至少1.25。在另一具體實施例中，D U/D L可不大於10.0，諸如不大於5.0、不大於4.0、不大於3.0、不大於2.0、不大於1.75、不大於1.5、或甚至不大於1.3。由於D U/D L定義彈簧偏轉的比率，D U/D L可利用插入件122的調整、形狀或材料選擇、或者甚至彈簧108的形狀、設計或材料選擇來調整。
如圖1A所示，夾套102可包括設置於環形凹部106內的插入件122。插入件122可沿著、鄰近、或直接鄰近環形凹部106的徑向唇112、114的至少一者設置。在一實施例中，插入件122可沿著、鄰近、或直接相鄰於第一唇112設置。在一實施例中，插入件122可沿著第二唇114設置。具體而言，插入件122可形成環形凹部106的表面。
插入件122可包括上文所列材料中的任一者。在插入件一具體情況下，122可至少部分地包括或甚至基本上由UHMWPE或氟聚合物（諸如PTFE）或諸如PEEK的材料組成。插入件122可至少部分地包括或甚至基本上由金屬（諸如鋼）組成。
在一實施例中，插入件122可圍繞密封件100的整個圓周延伸。在一更具體實施例中，插入件122可具有圍繞密封件100的整個圓周的均勻形狀及材料特性。在另一更具體實施例中，插入件122可具有圍繞密封件100的圓周的不同形狀或材料選擇。在另一實施例中，插入件122可僅圍繞密封件100的圓周的一部分延伸。在一更具體實施例中，插入件122可包含至少部分彼此分隔開的複數個插入件122。在此類實施例中，可在相鄰插入件122之間存在圓周空間。
在一實施例中，插入件122可具有大致多邊形截面。例如，插入件122可具有大致三角形截面、大致四邊形截面、大致五邊形截面、或包括大致直側壁區段的任何截面。在另一實施例中，插入件122可具有大致橢圓形截面。在又一實施例中，插入件122可具有部分多邊形及部分橢圓形截面輪廓。亦即，插入件122可具有具弧形部分及直部分的截面。插入件122可如截面所視係弧形的。在一些實施例中，插入件122可如截面所視係直線的或平面的。在數個實施例中，插入件122可包括至少3個分支112a、112b、112c。分支可被定義為自中心座延伸的突出部分。在數個實施例中，如圖1A所示，插入件122可包括形成「Y形狀」的至少3個分支112a、112b、112c。在數個實施例中，如圖1B所示，插入件122可包括形成「X形狀」的至少4個分支112a、112b、112c、112d。在一實施例中，插入件122可包括多於3個的分支。在一實施例中，分支112a、112b、112c中的至少一個可具有大致三角形截面、大致四邊形截面、大致五邊形截面、或包括大致直側壁區段的任何截面。在另一實施例中，分支112a、112b、112c的至少一個可具有大致橢圓形截面。在又一實施例中，分支112a、112b、112c中的至少一個可具有部分多邊形及部分橢圓形的截面輪廓。亦即，分支112a、112b、112c中的至少一個可具有具弧形部分及直部分的截面。在一具體情況下，插入件122的截面輪廓可圍繞插入件122的圓周為均勻的。在另一具體情況下，插入件122的截面輪廓可圍繞插入件122的圓周係不一致的。例如，插入件122可在第一圓周位置具有第一截面輪廓並在第二圓周位置具有第二截面輪廓，其中第一截面輪廓及第二截面輪廓彼此不同。這在期望具體或不均勻壓力的應用中可能是有利的。
插入件122可具有由插入件122在相對於密封件122的徑向方向上的寬度與插入件122相對於密封件100的軸向方向上的高度H I之比或寬度/高度定義的縱橫比。在一實施例中，插入件122的寬度/高度可不大於1.0，諸如不大於0.9、不大於0.8、不大於0.7、不大於0.6、不大於0.5、不大於0.4、不大於0.3、不大於0.25、不大於0.2、或甚至不大於0.15。在另一實施例中，插入件122的寬度/高度可不小於0.001，諸如不小於0.01、或甚至不小於0.1。
在一實施例中，如圖1A所示，插入件的第一分支112a及第二分支112b的相交處可形成角度α。在一實施例中，插入件的第一分支112a及第二分支112的相交處可形成角度α，其中α可係不大於180°，諸如不大於160°，諸如不大於145°，諸如不大於120°，或諸如不大於90°。
在一實施例中，如圖1A所示，插入件的第一分支112a及第三分支112c的相交處可形成角度δ。在一實施例中，插入件的第一分支112a及第三分支112c的相交處可形成角度δ，其中δ可係不大於180°，諸如不大於160°，諸如不大於145°°，諸如不大於120°，或諸如不大於90°。
在一實施例中，如圖1A所示，插入件的第二分支112b及第三分支112c的相交處可形成角度ϴ。在一實施例中，插入件的第二分支112b及第三分支112c的相交處可形成角度ϴ，其中ϴ可不大於180°，諸如不大於160°，諸如不大於145°，諸如不大於120°，諸如不大於90°，諸如不大於75°，諸如不大於60°，諸如不大於45°，或諸如不大於30°。
在一實施例中，插入件122的第一分支122a可固定在環形凹部106的內腔107內。在一實施例中，第一分支122a可經由壓縮配合固定。在一實施例中，第一分支122a可經由第一分支122a與內腔107之間的低公差間隙固定。
如圖1A所示，插入件122可接觸夾套102的唇112、114的至少一個。在一實施例中，插入件122可實質上接觸軸向方向上的唇112、114中的至少一個的整體。在一實施例中，第二分支122b接觸第一唇112長度L FL的至少30%，諸如至少35%，諸如至少40%，諸如至少45%，諸如至少50%，或諸如第一唇112長度L FL的至少60%。在一實施例中，第三分支122c接觸第二唇114長度L SL的至少30%，諸如至少35%，諸如至少40%，諸如至少45%，諸如至少50%，或諸如第二唇114長度L SL的至少60%。
根據夾套一具體實施例，當在鬆弛狀態時，插入件122可與彈簧108及/或102分隔開。因此，在一實施例中，環形凹部106可包括插入件122與彈簧108之間的空隙145。空隙145的體積可係環形凹部106體積的至少5%，諸如至少10%，諸如至少15%，諸如至少20%，或諸如至少25%。在另一實施例中，空隙145的體積可小於環形凹部106體積的50%，諸如小於45%、小於40%、小於30%、小於25%、小於20%、小於15%、小於10%、或甚至小於5%。
在一實施例中，第二分支122b可接觸第一唇112以在第一唇112上提供偏置力。具體而言，插入件122的第二分支122b可在第一唇112處接觸，且向其提供向外徑向偏置力。在一具體實施例中，插入件122的第二分支122b抵靠第一唇112的偏置力可係至少0.001 N/mm 2，諸如至少0.01 N/mm 2。在另一實施例中，偏置力可係小於1000 N/mm 2，諸如小於500 N/mm 2、小於400 N/mm 2、小於300 N/mm 2、小於200 N/mm 2、小於100 N/mm 2、小於50 N/mm 2、小於25 N/mm 2、或甚至小於10 N/mm 2。
在一實施例中，第三分支122c可接觸第二唇114以在第二唇114上提供偏置力。具體而言，插入件122的第三分支122c可在第二唇114處接觸，並抵靠其提供向外徑向偏置力。在一具體實施例中，插入件122的第三分支122c抵靠第二唇114的偏置力可係至少0.001 N/mm 2，諸如至少0.01 N/mm 2。在另一實施例中，偏置力可係小於1000 N/mm 2，諸如小於500 N/mm 2、小於400 N/mm 2、小於300 N/mm 2、小於200 N/mm 2、小於100 N/mm 2、小於50 N/mm 2、小於25 N/mm 2、或甚至小於10 N/mm 2。在一實施例中，第一唇112上的第二分支122b的偏置力可係與第二唇114上的第三分支122c的偏置力相同。在一實施例中，第一唇112上的第二分支122b的偏置力可係與第二唇114上的第三分支122c的偏置力不同。
在又一實施例中，插入件122可與夾套102的環形凹部106內的彈簧108分隔開。例如，插入件122的高度可係小於彈簧108內表面直徑的100%，諸如小於99%直徑、小於98%直徑、小於97%直徑、小於96%直徑、小於95%直徑、或甚至小於90%直徑。在另一實施例中，插入件122的高度可係不小於內表面直徑的10%，諸如不小於25%直徑、或甚至不小於50%直徑。
圖2A包括根據一實施例的密封總成內密封件的截面透視圖。如圖2A所示，密封件200可沿中心軸3000徑向放置在密封總成2000內的第一構件202與第二構件204之間，作為徑向密封件。第一構件202可係軸。第二構件204可係殼體。第一構件202或第二構件204中的至少一個可相對於密封件200中的至少一個致動，或相對於第一構件202或第二構件204中的另一個致動。致動可係旋轉、徑向或軸向移動。圖2A的密封件200的組件可係與上文在圖1A至圖1B中所描述的彼等組件相同。在一實施例中，在密封總成內，第一唇212或第二唇214中的至少一者可係靜態的，而第一唇212或第二唇214中的另一者可係動態的。這可能會對密封件200造成不必要的壓力。此外，第一構件202可由具有與第二構件204膨脹係數不同的膨脹係數的材料製成，或反之亦然。這可能會對密封件200造成不必要的壓力。
圖2B包括根據一實施例的密封總成內密封件的截面透視圖。如圖2B所示，密封件200可沿中心軸3000軸向放置在密封總成2000內的第一構件202與第二構件204之間，作為面密封件。第一構件202可係軸。第二構件204可係殼體。第一構件202或第二構件204中的至少一個可相對於密封件200中的至少一個致動，或相對於第一構件202或第二構件204中的另一個致動。致動可係旋轉、徑向或軸向移動。圖2B的密封件200的組件可係與上文在圖1A至圖1B中所描述的彼等組件相同。在一實施例中，在密封總成內，第一唇212或第二唇214中的至少一者可係靜態的，而第一唇212或第二唇214中的另一者可係動態的。這可能會對密封件200造成不必要的壓力。此外，第一構件202可由具有與第二構件204膨脹係數不同的膨脹係數的材料製成，或反之亦然。這可能會對密封件200造成不必要的壓力。
根據本文實施例所描述的密封件可形成可用於雙向壓力應用的總成。根據本文實施例所描述的密封件可定向並防止流體沿軸向向前洩漏，或者密封件可定向並防止流體沿著中心軸沿軸向向後洩漏。根據本文實施例所描述的密封件可定向並防止流體沿徑向向內洩漏，或者密封件可定位並防止流體在垂直於中心軸的方向上沿徑向向外洩漏。就此而言，根據本文實施例所描述的密封件可經選擇以具有特定特徵，其允許在彼等具體定向中有效密封。根據本文實施例所描述的密封件可部署為徑向、軸向或面密封件。具體適合的應用包括低溫閥、活塞、海底雙向聯接器、及其間需要密封的其他可移動組件。
根據本文實施例所描述的密封件可允許密封件的組件具有更長的壽命，這是由於適當放置的力，此力減少了由於在低溫下密封件或總成內的其他組件的快速高壓振動或致動而導致的單個組件（例如彈簧、插入件夾套）的重複壓縮及應力。此外，根據本文實施例的插入件可更好地分配跨夾套的壓力負載，藉以保護空腔及夾套後跟。因此，組件及密封件本身的壽命可隨著密封件壽命內的洩漏及密封負載效能的提高而提高。
許多不同態樣及實施例係可能的。下文描述彼等態樣及實施例中的一些。在閱讀本說明書之後，所屬技術領域具有通常知識者將瞭解，彼等態樣及實施例僅係說明性且不限制本發明的範疇。實施例可根據如下文所列項目的任何一或多個項目。
實施例1：一種密封件，其包含：環形夾套，其包含界定環形凹部的後跟、第一唇及第二唇；及插入件，其包含設置於環形凹部內接觸後跟、第一唇及第二唇的至少3個分支。
實施例2：一種密封件，其包含：環形夾套，其包含界定環形凹部的後跟、第一唇及第二唇；賦能器，其設置於該環形凹部內，相鄰於該第一唇或該第二唇中的至少一者；及插入件，其包含設置於環形凹部內接觸後跟、第一唇及第二唇的至少3個分支。
實施例3：一種密封總成，其包含：第一構件；一第二構件；及密封件，其徑向設置於第一構件與第二構件之間，此密封件包含：環形夾套，其包含界定環形凹部的後跟、第一唇及第二唇；賦能器，其設置於該環形凹部內，相鄰於該第一唇或該第二唇中的至少一者；及插入件，其包含設置於環形凹部內接觸後跟、第一唇及第二唇的至少3個分支。
實施例4：如實施例2至3中任一項之密封件或密封總成，其中賦能器係圓周線圈彈簧。
實施例5：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中插入件包含第一分支、第二分支、及第三分支。
實施例6：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中插入件係Y形插入件。
實施例7：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中插入件係X形插入件。
實施例8：如實施例5的密封件或密封總成，其中第一唇具有長度L FL，其中第二分支接觸第一唇的長度L FL的至少30%。
實施例9：如實施例5的密封件或密封總成，其中第二唇具有長度L SL，其中第三分支接觸第二唇的長度L SL的至少30%。
實施例10：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中環形凹部包含容納插入件的分支的內腔。
實施例11：如實施例10之密封件或密封總成，其中插入件的分支固定於內腔內。
實施例12：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中插入件的分支接觸第一唇以提供對第一唇的偏置力。
實施例13：如實施例12之密封件或密封總成，其中插入件的分支接觸第二唇以提供對第二唇的偏置力。
實施例14：如實施例13之密封件或密封總成，其中抵靠第一唇的徑向偏置力與抵靠第二唇的徑向偏置力不同。
實施例15：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中插入件對第一唇提供0.001至1,000 N/mm之間的徑向偏置力。
實施例16：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中插入件對第二唇提供0.001至1,000 N/mm之間的徑向偏置力。
實施例17：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中第一唇位於第二唇的外部。
實施例18：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中插入件包含金屬。
實施例19：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中賦能器包含金屬。
實施例20：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中插入件包含陶瓷。
實施例21：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中賦能器包含陶瓷。
實施例22：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中插入件包含聚合物。
實施例23：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中賦能器包含聚合物。
實施例24：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中夾套包含金屬。
實施例25：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中夾套包含聚合物。
實施例26：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中夾套包含陶瓷。
實施例27：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中第一唇或第二唇中的至少一者包含凸出區。
實施例28：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中第一唇或第二唇中的至少一者包含直線區。
實施例29：如實施例5之密封件或密封總成，其中第一分支與第二分支的相交處形成角度α，其中α不大於180°，諸如不大於160°，諸如不大於145°，諸如不大於120°，或諸如不大於90°。
實施例30：如實施例5之密封件或密封總成，其中第一分支與第三分支的相交處形成角度δ，其中δ不大於180°，諸如不大於160°，諸如不大於145°，諸如不大於120°，或諸如不大於90°。
實施例31：如實施例5之密封件或密封總成，其中第二分支與第三分支的相交處形成角度ϴ，其中ϴ不大於180°，諸如不大於160°，諸如不大於145°，諸如不大於120°，諸如不大於90°，諸如不大於75°，諸如不大於60°，諸如不大於45°，或諸如不大於30°。
實施例32：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中賦能器以0.025 mm與25.4 mm之間的節距轉動。
實施例33：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中賦能器的線直徑在0.025 mm與25.4 mm之間。
實施例34：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中賦能器的彈簧直徑在0.05 mm與40,000 mm之間。
實施例35：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中賦能器具有矩形、正方形、或梯形截面線。
實施例36：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中賦能器具有圓形截面線。
實施例37：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中密封件的內徑在0.254 mm與25,000 mm之間。
實施例38：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中密封件的外徑在0.5 mm與40,000 mm之間。
實施例39：如前述實施例中任一項之密封件或密封總成，其中密封件的高度在0.24 mm與40,000 mm之間。
應注意，並非所有上述特徵都是必需的，特定特徵的一部分可能不是必需的，並且除了所描述的特徵之外，還可提供一或多個特徵。此外，描述特徵的順序不一定是安裝特徵的順序。
為了清楚起見，本文在單獨實施例的上下文中描述了某些特徵，也可在單個實施例中組合提供。相反，為了簡潔起見，在單個實施例的上下文中描述的各種特徵也可單獨地或以任何子組合來提供。
益處、其他優點及問題解決方案已關於特定實施例進行描述，但益處、優點、問題解決方案及可能導致任何益處、優點或解決方案的任何特徵不應解釋為任何或所有申請專利範圍的關鍵、所需或必需特徵。
本文所描述的實施例的說明書及圖式意欲提供對各種實施例的結構的一般理解。說明書及圖式不意欲充當使用本文所述結構或方法的設備及系統的所有元件及特徵的詳盡及全面描述。單獨實施例亦可組合提供於單一實施例中，且相反地，為了簡潔起見，在單個實施例的上下文中描述的各種特徵也可單獨或以任何子組合提供。此外，對範圍中所述值的引用包括此範圍內的每個值。只有在閱讀本說明書之後，許多其他實施例對於所屬技術領域具有通常知識者而言才是顯而易見的。可使用並從本揭露中導出其他實施例，使得可在不脫離本揭露的範圍的情況下進行結構替換、邏輯替換、或任何改變。因此，本揭露被視為說明性而非限制性的。
100:密封件 102:夾套 104:本體 106:環形凹部 107:內腔 108:彈簧 112:第一唇 112a,112b,112c,112d:分支 114:第二唇 115:徑向凸出 116:後跟 118:後表面 121,123:環形凸緣 122:插入件 145:空隙 2000:密封組件 200:密封件 202:第一構件 204:第二構件 212:第一唇 214:第二唇 3000:中心軸 H I:高度 W I:寬度 L FL:長度 L SL:長度
實施例以舉實例來說明且非意欲在附圖中限制。 〔圖1A〕包括根據一實施例的密封件的截面透視圖。 〔圖1B〕包括根據一實施例的密封件的截面透視圖。 〔圖2A〕包括根據一實施例的密封總成的截面透視圖。 〔圖2B〕包括根據一實施例的密封總成的截面透視圖。
所屬技術領域中具有通常知識者瞭解，圖式中的元件是為了簡單及清楚而繪示，且不一定按比例繪製。例如，圖式中的一些元件的尺寸可相對於其他元件誇大，以幫助改善對本發明的實施例的理解。
100:密封件
102:夾套
104:本體
106:環形凹部
107:內腔
108:彈簧
112:第一唇
112a,112b,112c:分支
114:第二唇
115:徑向凸出
116:後跟
118:後表面
121,123:環形凸緣
122:插入件
HI:高度
WI:寬度
LFL:長度
LSL:長度

Claims (9)

  1. 一種密封件，其包含：一環形夾套，其包含界定一環形凹部的一後跟、一第一唇、及一第二唇；及一插入件，其包含設置於該環形凹部內接觸該後跟、該第一唇、及該第二唇的至少3個分支，其中該環形凹部包含一內腔，該內腔容納該插入件的一分支。
  2. 一種密封件，其包含：一環形夾套，其包含界定一環形凹部的一後跟、一第一唇、及一第二唇；一賦能器，其設置於該環形凹部內，相鄰於該第一唇或該第二唇中的至少一者；及一插入件，其包含設置於該環形凹部內接觸該後跟、該第一唇、及該第二唇的至少3個分支，其中該環形凹部包含一內腔，該內腔容納該插入件的一分支。
  3. 一種密封總成，其包含：一第一構件；一第二構件；及一密封件，其徑向設置於該第一構件與該第二構件之間，該密封件包含：一環形夾套，其包含界定一環形凹部的一後跟、一第一唇、及一第二唇；一賦能器，其設置於該環形凹部內，相鄰於該第一唇或該第二唇中的至少一者；及一插入件，其包含設置於該環形凹部內接觸該後跟、該第一唇、及該第二唇的至少3個分支，其中該環形凹部包含一內腔，該內腔容納該插入件的一分支。
  4. 如請求項1-3中任一項之密封件或密封總成，其中該插入件包含一第一分支、一第二分支、及一第三分支。
  5. 如請求項1-3中任一項之密封件或密封總成，其中該插入件係一Y形插入件。
  6. 如請求項1-3中任一項之密封件或密封總成，其中該插入件係一X形插入件。
  7. 如請求項4之密封件或密封總成，其中該第一分支及該第二分支的相交處形成一角度α，其中α不大於180°。
  8. 如請求項4之密封件或密封總成，其中該第一分支及該第三分支的相交處形成一角度δ，其中δ不大於180°。
  9. 如請求項4之密封件或密封總成，其中該第二分支及該第三分支的相交處形成一角度θ，其中θ不大於180°。
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