TWI717060B - 防止管件與管接頭鬆脫之管接頭及其固定環 - Google Patents

Abstract

本發明係一種應用於擴口型(Flare-type)的氟素料PFA管接頭且用一固定環來迫緊者。該管接頭包括一接頭本體、一固定環及一緊鎖螺帽；該固定環具有一薄圓筒，該薄圓筒能讓該固定環被固定於該緊鎖螺帽的中心孔來方便安裝；管件一端穿過安裝於該緊鎖螺帽中心孔的固定環後，再使用治具把該管件端部擴張成具圓錐管與圓筒管的擴管部，並套接於該接頭本體之具圓錐面與圓筒面之管接部上；緊鎖螺帽內側的施力環曲面與固定環之受力環曲面構成耦合滑動面並傳遞迫緊力F，固定環之受力環曲面的位置配合圓錐面的圓錐角，使施力夾角θ，0°<θ≦15°，以提高圓錐管在圓錐面受迫緊的密封面之Fn分力值的迫緊效果，使密封面能均勻承受迫緊力；固定環在同心引導機制下能維持中心位置，能穩固地被夾持固定於該管接頭中，並達成密封與防止鬆脫效果。

Description

防止管件與管接頭鬆脫之管接頭及其固定環

本發明係有關於一種以氟樹脂製造的管接頭，尤其是擴口型(Flare-type)管接頭且用固定環來迫緊者，氟樹脂包含有過氟烷基化物(PFA)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)等，用來滿足各種高腐蝕藥液輸送需求，尤其PFA、PTFE等氟樹脂製造的管接頭可以滿足200℃以上的高溫高壓的應用需求，尤其適用於高溫200℃用途的PFA材質與PTFE材質的管件，也適合較低溫160℃的FEP材質的管件。

目前習知的Flare-type管接頭是用在金屬管或較硬的塑膠管，例如銅管及PU管等，習知的管接頭之迫緊機構也有用迫緊環來利用材料的局部變形，有擴管或無擴管用面壓方式來達成密封與抗拉，這些金屬或硬塑膠接頭在一般工業應用都可以輕易達成下列要求：

(1)合理耐壓與耐溫規格，管接頭必須滿足管路所能承受得液體壓力與溫度，以避免管接頭在各種使用之用途有可能發生洩漏。

(2)具有管件抗拉能力，也就是管接頭之管件在承受往復泵浦產生的脈動壓力，及內部工作壓力所產生的拉力與外部拉力時，能承受一定的拉力以避免管件容易鬆脫而大量洩漏。

(3)避免被完全拉出脫落，也就是管接頭具有特別的機制或結構，能防止管件完全鬆脫而能避免大量洩漏的情況。

但是目前在高腐蝕性、高純度液體輸送的工業應用中，只有氟樹脂材質的管子及管接頭方能滿足此要求，此處所述的氟樹脂材質選用仍需考慮輸送液體的各別腐蝕能力，許多情形會選用全PFA材質，但是氟樹脂的物理特性導致傳統的管接頭結構並無法滿足以下的需求，也就是在輸送高純度、高腐蝕等特性的液體時，管件及管接頭還要滿足重複使用的需求，至少20次拆裝不能有有洩漏情形，也就是會增加下列需求必須滿足：

(4)洩漏早期發現，一旦發生洩漏，在微量洩漏發生時就能早期發現早期更換。

(5)材質能承受輸送液體腐蝕、操作壓力與操作溫度，包含管接頭的所有零件。

(6)材質避免有金屬離子析出而汙染輸送液體。

以下為氟樹脂之聚四氟乙烯-聚全氟烷氧基(PFA)的基本物理特性：具有長鏈形分子結構、具有光滑表面、極低動磨擦係數0.2，長鏈形分子結構正好能提供管材具有極佳彈性伸展率，300%以上，並有極佳拉伸強度24.5-34.3Mpa與壓縮強度16.7Mpa，但在受熱後分別在0.45Mpa@75℃、1.81Mpa@50℃會有受壓變形或強度降低，最高使用溫度260℃，熱膨脹係數12E-5/℃，PFA管材加工不易其管外徑、管壁厚度及通孔的偏心量都會有5%-10%不等的尺寸公差，由於PFA材質具有高延伸性，300%以上，導致傳統的金屬與硬塑膠管之面壓機構會因材料受力移動而無法滿足需求。

現在最常用在常溫<80℃的PFA氟素料Flare-type管接頭之結構係具有一接頭本體與一緊鎖螺帽，氟素料管一端穿過緊鎖螺帽的一開口端會被成形為一擴管部，該擴管部有一圓筒管與一圓錐管，該緊鎖螺帽之一中心孔內側的環形面作為迫緊面，多數是垂直軸心的直角面，而該直角面的直角部分往往就是實際的迫緊面；管件一端穿過安裝於該緊鎖螺帽中心孔的固定環後，再使用治具把該管件端部擴張成具圓錐部與圓筒部的擴管部，並套接於該接頭本體之管接部上，管接頭本體之管接部有一圓筒面與一圓錐面，用來容納該擴管部，該圓錐面為受壓面且多數為與軸心成45度角的圓錐，該圓錐管之管壁上受該迫緊面與該受壓面形成密封面來達成密封與抵抗拉力，也就是用狹小的環形迫緊面直接壓入管壁材料來達成密封，迫緊面成接近細帶的真圓狀才有密封效能且能抵抗拉力，若迫緊面成寬帶狀或橢圓狀則密封與抵抗拉力效能會大幅降低，但在緊鎖螺帽旋轉時，管壁容易因摩擦破損而且在受迫緊的管壁材料仍然有容易受拉力而有材料移動問題，也就是抗拉力低、管壁直接摩擦與耐高溫200℃等問題都無法滿足；為了改善這樣的問題，增加一個硬度比PFA材質更硬的PVDF材質的固定環，Flare-PVDF-Ring-type管接頭，這樣的對策雖然達到抗拉的目的，但是PVDF的耐蝕性與<200℃不耐高溫問題，也成為許多應用無法被採用的理由，尤其有些設計的PVDF固定環是缺乏滑動面，會隨這緊鎖螺帽轉動，仍然有管壁直接摩擦的問題，因此，又有全部是PFA迫緊環的對策出現，Flare-PFA-Ring-type管接頭，強調PFA固定環具有滑動面且施力角度與同心度的方案可以完全滿足管壁沒有摩擦、抗拉力、耐腐蝕與耐高溫等的需求，依據這些物理特性與使用需求，Flare-PFA-Ring-type管接頭的特徵滿足下列要求事項：

(1)PFA光滑表面、低動磨擦係數與極佳的壓縮強度，但也不可以施加過大迫緊力F，導致管壁材料疲勞而無法承受20次拆裝無洩漏的要求。

(2)高伸長率，代表管壁材料會因受拉伸長而容易移動並使壁厚變薄，造成密封效果降低、失效或容易鬆脫。

(3)高溫下材料強度會隨溫度升高而下降。

(4)擴管後的圓錐管、圓筒管的壁厚度也會隨著外徑變大而變薄且厚度公差百分比也會變大。

(5)密封面：迫緊面成細環圓形狀才有密封效能且能抵抗拉力，若迫緊面成寬環帶狀或橢圓狀則密封與抵抗拉力效能會大幅降低。

(6)高溫洩漏測試：習用的方法是把管接頭緊鎖後，先放入高溫爐中，例如150℃，加熱烘烤數小時後緩慢冷卻，再拿出放入水中並在管接頭內部施以工作壓力的氮氣(N2)，例如7kg/cm2，一段時間後觀察外表面氣泡產生的情形。

(7)迫緊力F：迫緊力F與圓錐面法線的夾角稱為施力夾角θ，施力夾角θ愈小垂直分力Fn就愈大，為高迫緊力。

(8)施壓環結構：固定環上的施壓環的結構外形為角形結構，施壓環沿圓錐面擴張變形會把管壁材料沿圓錐面向外徑推擠產生環狀變形堆積的材料堆積增厚環狀變形，進而解決管壁材料受拉力的移動而變薄的問題。

(9)抗拉能力：拉力多數來自往復泵浦的脈動壓力，而迫緊力F的施力夾角θ愈小則垂直分力Fn愈大，配合角形施壓環結構，使管壁材料產生抗拉所需的環狀厚度變形，受拉力T時愈能阻止管壁材料的移動。

(10)潛變：壓縮變形會因長時間的潛變(CREEP)而喪失部份的彈性也就是降低迫緊力，尤其高溫會加速潛變的發生；重複拆裝也會加速潛變而降低迫緊力而升高密封洩漏風險，承受20次的拆裝無洩漏的要求。

(11)摩擦風險：緊鎖過程中固定環與緊鎖螺帽有滑動面，密封面的施壓環與管壁沒有滑動磨擦，不會對管壁產生破壞的情形。

(12)多次拆裝：在緊鎖過程沒有滑動磨擦發生，滿足能承受20次的拆裝無洩漏的要求。

(13)密封能力：能滿足200℃以上高溫測試、至少20次拆裝的要求、高迫緊能力Fn、磨擦風險低及高抗拉能力Ft的高密封能力。

滿足以上的第1項到第13項新的對策方案將符合200℃用途，而且迫緊力F的施力夾角θ，0°<θ≦15°，與配合角形施壓環結構；但是這樣的對策會因獨立的PFA環在工程安裝上與安全檢查上確出現問題，因為獨立的PFA環在安裝時容易掉出而浪費安裝時間，而且管接頭緊鎖後PFA環位在緊鎖螺帽內部，不容易用目視檢查是否正確安裝，更不容易看到安裝的變色試紙，也就是仍然無法滿足以下第14項與第15項的要求：

(14)容易安裝：Flare-PFA-Ring-type管接頭且用固定環來迫緊者，該固定環係一小型分離零件，在安裝時往往會因掉落工作現場而耽誤工作之進行。

(15)容易檢查：Flare-PFA-Ring-type管接頭且用固定環來迫緊者，該固定環係安裝在緊鎖螺帽內部，PFA在高溫成形時材料容易形成結晶狀態而不透明，往往無法經由緊鎖螺帽來目視檢查反應試紙變色來判定洩漏，PFA材 質的固定環困難於染色，加上緊鎖螺帽不透明更無法目視檢查固定環是否安裝正確。

相關的習知技術有以下的參考專利案：

參考案一，日本專利1989年，JPH01145488A-PIPE JOINT，本參考案是一個FLARE-type管接頭但是增加一個斜錐固定環作徑向迫緊，施力夾角θ=0°，但迫緊面為寬環帶狀無法造成管壁材料產生抗拉所需的環狀厚度變形無法提升抗拉能力。

參考案二，日本專利1992年，JPH0439490A-TUBE JOINT，該參考案的擴管部安裝在閥體的管接部上，該管接部具有一環型槽，一固定環則安裝在該擴管部的外表面，且該固定環具有一內徑凸環可以跟該環型槽配合而對擴管部做徑向迫緊，施力夾角θ=0°，但迫緊面為寬環帶狀無法造成管壁材料環狀厚度變形無法提升抗拉能力。

參考案三，日本專利1998年，JPH1078180A-TUBE JOINT，該參考案有一突出部2a的內環與一內顎2b的外環，二者焊接在氟素管的擴徑部1a，用該突出部2a來克服管接頭鬆脫與管件脫出，該參考案的該突出部2a由緊鎖螺帽迫緊可以達到很好效果，但施工時的焊接製程耗費時間，其次，該突出部2a也是做徑向迫緊，但這樣的結構在氟素管之屈折部1b無法讓緊鎖螺帽完全迫緊，而且PFA材料受拉力時的材料移動，屈折部1b的功能容易喪失而完全依賴該突出部2a的阻擋能力，況且該突出部2a的徑向迫緊變形也容易受拉力影響而造成液體殘留在擴管部內徑面。

參考案四，日本專利1995年，JPH07190271(A)Resin Pipe Joint and Connection Method for Pipe Material，該參考案係使用一個嵌入環，一端為 一圓筒部，具有厚度與垂直面的，另一端具有反向凹折部，該圓筒部嵌入氟素料管一端的一擴管部，且該反向凹折部可以容納該擴管部的開口端，而該閥體的出入口都可以設有一環形凹槽用來容納該擴管部與該嵌入環，當緊鎖螺帽與閥體的螺牙緊鎖時，該垂直迫緊面與該圓筒部的受壓面相迫緊圓錐管且位在閥體中，其中一個實施例的圓筒部具有凹陷圓錐迫緊面，且該該圓筒部也有一內凹受壓面，該圓錐管被迫緊在迫緊面與受壓面之間，其又一個實施例中，增加一個固定環套裝在緊鎖螺帽的中央孔，氟素料管穿過固定環中心孔，該固定環的截面為有一定厚度的圓錐面能承受緊鎖螺帽的迫緊壓力，且能與該中央孔的內徑圓錐面相耦合，且該固定環的尾部伸出該中央孔且有一環狀結構能扣住緊鎖螺帽，該固定環的前端具有一垂直迫緊面，當緊鎖螺帽與閥體的螺牙緊鎖時，該垂直迫緊面與該圓筒部的受壓面相迫緊圓錐管且位在閥體中，以上的實施例其施力夾角θ=0°或θ<0°，但迫緊面為寬環帶狀無法造成管壁材料環狀厚度變形無法提升抗拉能力，但是無法建立滑動面有摩擦風險。

參考案五，日本專利1998年，JPH10252968(A)Tube Joint，本參考案是具有一嵌入環與一固定環的管接頭，管接頭係具有內外圓筒的同心結構，在二圓筒間有一環形槽，在外圓筒之內徑面且靠近環形槽底部有一內凹圓錐面為迫緊面，在外圓筒的外環面為緊鎖螺牙，內圓筒為管接部，在組裝時PFA管穿過緊鎖螺帽的中心孔與該固定環的中心孔，該固定環位於緊鎖螺帽內側，該固定環內徑圓錐面為迫緊面，並在該PFA管開口端的內徑安裝該嵌入環，該嵌入環具有一圓弧面的環型結構，該圓弧面為受壓面，其內徑套在管接部的外徑，當緊鎖螺帽與閥體的螺牙緊鎖時，該環形槽與該固定環之迫緊面與該嵌入環的受壓面相迫緊管壁且位在閥體之該環形槽中，實施例其施力夾角θ≧45°， 而且迫緊面為寬環帶狀無法造成管壁材料環狀厚度變形無法提升抗拉能力，緊鎖螺帽中心孔的迫緊面還做成向內的內錐面迫緊在管接部的端面；本參考案的管壁材料直接承受緊鎖螺帽之迫緊面摩擦。

參考案六，美國專利2011年，US2011210544A1 Resinous Tube Joint，管接頭係具有內外圓筒的同心結構，在二圓筒間有一環形槽，在外圓筒的外環面為緊鎖螺牙，內圓筒為管接部，在組裝時PFA管穿過緊鎖螺帽的中心孔，其緊鎖螺帽之中心孔的直角部分面改進為近似90°直角之施壓環；實施例其施力夾角θ=45°且施壓環為直角錐形面結構仍無法造成管壁材料環狀厚度變形，這種結構仍無法提升抗拉能力；而且管壁材料直接承受緊鎖螺帽之迫緊面摩擦；另一個美國專利，2011年，US2011221190(A1)Tube Joint Consisting of Resin，也是相似設計也沒有提出好的解決方案。

參考案七，日本專利1990年，JPH02117494U Pipe joint made of resin，1992美國專利US5154453及2004年美國專利US6776440B2，雖然在密封效果與抗拉能力有一些改善，實施例其施力夾角θ>45°，且施壓環為直角錐形面結構仍無法造成管壁材料環狀厚度變形無法提升抗拉能力，而且仍面臨整體結構複雜化、容易變形與可能需要更換嵌入式固定環與接頭本體等問題，加上必須使用專用治具都會增加施工及維修的負擔與成本，而且密封面的滑動磨差會在緊鎖過程全程發生，而無法降低管壁受破壞的風險，也包含可能無法滿足20次拆裝無洩漏的要求。

參考案八，2009年日本專利JP4208226b2，本參考案強調能滿足高溫、高壓、受外力拉扯及反覆受力的使用條件，該管接頭使用三個主要零件 及一個輔助零件，主要零件包括：一接頭本體、一緊鎖螺帽及一個具C形開口的徑向迫緊環，並還有一個具施壓環的盤形固定板作為輔助零件。

緊鎖螺帽的內徑之縮口部的內側面能安裝盤形固定板；且緊鎖螺帽的內徑具有一凸環位於內徑底部，能用來迫緊徑向迫緊環作徑向彎折收縮變形，以迫緊圓筒管之管壁在圓筒面上的圓弧凹槽內，該處的環形迫緊面為帶狀的密封面，無法達成管件密封與抗拉之效能。

徑向迫緊環為硬度高於管件及管接頭本體的材料製成，為具有切開口的C形結構，其截面為中間較薄而兩端有較厚具內徑側內凹環的扁平狀結構，其中一側具有一施壓環，受緊鎖螺帽的凸環迫緊時，其具有施壓環的一端能作徑向彎折收縮變形是第一密封面，其施力夾角θ=0°，且迫緊面為寬環帶狀無法造成管壁材料環狀厚度變形無法提升抗拉能力。

盤形固定板為硬度高於管件的材質，在需要增強管接頭之管件抗拉力時才使用，其被安裝在緊鎖螺帽的縮口部內側面，其中心孔與縮口孔同一大小，其一面緊貼縮口部內側面，在另一面為具凸錐角Z，60°≦Z≦90°，的凸出圓錐面，其具有一施壓環位在中心孔邊緣，也就是施壓角β，60°≦β≦90°，且施壓角度不小於60°，以避免施壓角過小而傷害管壁，可以用來迫緊圓錐管的管壁於管接部的圓錐面形成密封面，以提高抗拉力為第二密封面，其施力夾角θ≧45°且施壓環為直角錐形面結構仍無法造成管壁材料環狀厚度變形無法提升抗拉能力。

PVDF材質的盤形固定板在高溫用途上受限於材質之溫度特性而無法滿足高溫測試，例如150℃。

另外，該盤形固定板會因緊貼於緊鎖螺帽之縮口部內側面而會轉動，導致緊鎖過程中第二密封面都有滑動磨差，而無法降低管壁受破壞的摩擦風險。

類似方案被提出，1995年美國專利US5472244A Apparatus for manufacturing pipe joint portions。

參考案九，2011年日本專利JP2010038267(A)Resin Pipe Joint，本參考案的管接頭使用三個零件，包括：一接頭本體、一緊鎖螺帽、一個固定環，該接頭本體裝設有一管接部的一端具有一凹型環槽隔開的一內環與外環，該內環就是管接部而氟素料管的擴管部可以安裝在該管接部上；該固定環成長圓筒狀分為前段、中段與尾段三個部分，前段部分為平滑圓筒可以伸入該環型槽，中段部分的外環面有環形凸環，內環面有二個直角環內徑伸出，尾段部分圍常圓筒結構，但尾端附有一圈凸環；該緊鎖螺帽的縮口部中心有縮口孔，其內側面設有一迫緊面能與該固定環之中段的環形凸環相耦合來達成迫緊，同時中段內徑的雙直角還能把擴管部的管壁材料迫緊在管接部的圓錐面上，固定環的尾段穿過並緊貼在緊鎖螺帽的中心孔，並且尾端的凸環扣在該中心孔的外側面，其施力夾角θ=45°無法在管壁材料成環狀厚度變形能提升抗拉能力；固定環的前段結構***環型槽有助於中心定位的增進，但尾段與緊鎖螺帽的中心孔貼合會影響固定環的同心度，因為緊鎖螺帽不一定會與環型槽同心，而且尾段的厚度與結構強度會把偏心傳遞於固定環導致密封面無法中心定位；為了裝置固定環到緊鎖螺帽，固定環上有一縱向狹縫可以在圓周方向緊縮固定環以方便安裝，但把管壁迫緊在圓錐面時會有受力不均勻或歪斜問題，也不利固定環的同心定位；尾段之尾端的凸環卻有助於解決問題14與問題15；固定環與緊鎖螺 帽之中心孔的內側面有大面積結合無法產生滑動面，會造成迫緊面之管壁有摩擦產生。

參考案十，2011年台灣專利TW-I335395，相同發明人也申請了2012年美國專利US2012133131(A1)Hose Connector，本參考案強調能滿足高溫、高壓、受外力拉扯及反覆受力的使用條件，且能避免緊鎖過程中滑動磨擦的破壞，該管接頭使用三個零件，包括：一接頭本體、一緊鎖螺帽、一個雙圓錐固定環。

緊鎖螺帽的縮口部中心有縮口孔，其內側面為具有圓錐角Φ的內凹圓錐面，30°≦Φ≦95°，能與雙圓錐固定環之凸出圓錐面相耦合。

雙圓錐固定環為硬度較高的PVDF材質製成，其截面為梯形結構，外徑面有較短軸向長度，中心孔有較長軸向長度，圓錐面靠近中心孔處為迫緊管壁的施壓環，其施力夾角θ≧45°且施壓環為錐形面結構仍無法造成管壁材料環狀厚度變形無法提升抗拉能力。

當雙圓錐固定環無法被保持在中心位置時，耦合圓錐面就無法保持正確的滑動而使雙圓錐固定環一起轉動，使得密封面有滑動摩擦情形，也就是仍有很高的磨擦風險。

PVDF材質的雙圓錐固定環在高溫用途上受限於材質之溫度特性而無法通過150℃高溫測試。

參考案十一，2016年日本專利JP5961692(B2)Coupling and Coupling Assembly，也同時申請2014年台灣專利TW201411019(A)Coupling and Coupling Assembly，本參考案類似於參考案十類似採用PVDF材質的固定環，因為PFA與PTFE有相似的彈性係數，都是提供一個矩形剖面的固定環來迫緊圓錐 管於管接頭的圓錐面，而且限定固定環的材質之彈性係數高於管件，等同於PVDF的材質，其密封原理系把密封環壓縮至超出彈性範圍後提供彈力來密封；本參考案完全無視於PFA管材的高度延伸性，實務上完全無法阻止管件受拉力時的材料移動，當然也沒有考慮施力夾角θ，更沒有考慮接觸磨擦造成圓錐管壁破損問題，完全無法滿足200℃的使用需求。

參考案十二，2014年台灣專利TW201441520(A)Method and structure for preventing pull-off of fluororesin tube fitting，相同專利權人也申請2017年美國專利US9746118(B2)Method and structure for preventing slipping-off of a tube in a pipe joint made of fluororesin，本參考案強調能滿足高溫、高壓、受外力拉扯及反覆受力的使用條件，且能避免緊鎖過程中滑動磨擦的破壞，該管接頭使用三個零件，包括：一接頭本體、一緊鎖螺帽、一個雙圓錐固定環。

該接頭本體裝設有一管接部的一端具有一環型槽隔開的一內環與外環，該內環就是管接部而氟素料管的擴管部可以安裝在該管接部上，雙圓錐固定環的外環面可以由該外環的內徑面引導而被保持在中心位置。

緊鎖螺帽的縮口部中心有縮口孔，其內側面設有一迫緊面能與雙圓錐固定環之受力環曲面相耦合且成為滑動面，雙圓錐固定環在靠近中心孔處為迫緊管壁的圓錐面施壓環，其施力夾角0°<θ

15°能在管壁材料成環狀厚度變形能提升抗拉能力，緊鎖螺帽內的迫緊面與固定環的受力環曲面能產生滑動，使得固定環之施壓環部會在迫緊管壁產生模擦。

緊鎖螺帽與雙圓錐固定環的相對滑動，使得密封面沒有滑動摩擦情形，也就是沒有磨擦風險；PFA材質的雙圓錐固定環在高溫用途可以通過200℃高溫測試。

但是雙圓錐固定環是一個獨立零件，在裝配管接頭時常有掉落情形，造成施工者困擾，另外緊鎖螺帽在材料形成結晶時變成不透明也無法觀察試蕊是指是否變色，以及無法觀察固定環是否正確安裝，也就是無法滿足問題14與問題15的需求。

前述的參考案之管接頭的結構都可滿足不同需求的密封與防止鬆脫功效但仍有些改進的空間，並沒有一個參考案完全滿足共15項需求，而台灣專利TW201441520(A)Method and structure for preventing pull-off of fluororesin tube fitting只有問題14與問題15沒有滿足，因此，本創作係針對上述參考案的缺點提出進一步改善，在於提供一種全氟樹脂材質，尤其全PFA材質，能滿足200℃以上的高溫測試、至少20次拆裝的要求、高迫緊能力的Fn、磨擦風險低、高抗拉能力的Ft、微量洩漏早期警告的高密封能力管接頭，且能滿足問題14容易安裝與問題15容易檢查的需求。

本發明是繼承台灣專利TW201441520(A)Method and structure for preventing pull-off of fluororesin tube fitting做進一步研發，主要目的在於提供一種可以符合工業安全與純淨液體輸送需求且具有高密封能力的全氟樹脂材質管接頭，能確保固定環被保持在中心位置，使得迫緊力F的位置分佈有較佳的同心度，並且配合其接頭本體上圓錐面的圓錐角ε，使施力夾角θ，0°<θ≦15°，來提高管接部在圓錐面的法線分力Fn，以有效夾擠管件之圓錐管，以下為本發明之特點：

特點1：管接頭由接頭本體、緊鎖螺帽、固定環三個零件構成。

特點2：固定環能經由同心引導機制而位於中心位置，同心引導機制有二可以擇一實施；一是由閥本體之環形槽的內徑面引導；二是由緊鎖螺帽的內環面緊貼在擴管部的外環面，讓管接部的結構強度協助緊鎖螺帽位於同心位置並保持固定環位於中心位置。

特點3：緊鎖螺帽內側的施力環曲面與固定環之受力環曲面構成耦合滑動面並傳遞迫緊力F，該耦合滑動面的接觸面積受限在一定範圍，以確保滑動狀態使圓錐管與圓錐面之間的密封面之滑動磨差風險降低。

特點4：受力環曲面的位置配合圓錐面的圓錐角，使施力夾角θ，0°<θ≦15°，以提高圓錐管在圓錐面之間的密封面Fn法線分力值能增加的迫緊效果，且密封面成細環圓形狀。

特點5：固定環在受力環曲面的一端裝設有一薄圓筒結構，在該薄圓筒結構的尾端還裝設有一徑向環，該徑向環可以扣在緊鎖螺帽中心孔的外側，以方便組裝並可以裝設試紙，當固定環受迫緊時該薄圓筒結構容易變形不會影響固定環的同心位置，在高腐蝕、高毒性用途中能提早發現任何原因引起的微量洩漏。

特點6：適用於高溫200℃用途的PFA材質與PTFE材質的管件，也適合較低溫160℃的FEP材質的管件。

本發明之含氟樹脂管接頭組接於一氟樹脂管件端部，該管接頭包含有：一接頭本體、一緊鎖螺帽以及一固定環；該接頭本體具有一管接部，該管接部包含有：一緊鎖螺牙、一圓錐面、一圓筒面；該緊鎖螺牙用來緊鎖緊鎖螺帽，該圓錐面與該圓筒面用來安裝管件的圓錐管及圓筒管。

緊鎖螺帽的內徑有一螺牙部與一縮口部；其螺牙部用來緊鎖於管接部的緊鎖螺牙；其縮口部中心有中心孔，其內側面為平順的內凹曲面，包含有一施力環曲面；該施力環曲面能耦合並施力於固定環之受力環曲面成一耦合滑動面，該耦合滑動面的接觸面積受限在一定範圍，來確保二者間的滑動狀態以減少圓錐管與圓錐面之間的密封面尺寸公差所產生的不良影響而降低圓錐管與圓錐面之間的密封面的滑動摩擦風險。

緊鎖螺帽的緊鎖過程中，使固定環沿管件之軸向迫緊擴管部之圓錐管，使圓錐管與接頭本體之圓錐面構成一密封面，會使管壁產生持續性的變形堆積以增強抗拉能力；而固定環經由耦合滑動面的滑動，使密封面滑動磨擦風險降到最低；迫緊力F經由耦合滑動面傳遞給固定環上的施壓環而施加在密封面上，迫緊力F的施力夾角θ，0°<θ≦15°，來提高法線分力Fn並有大的抗拉分力Ft；固定環能經由同心引導機制，例如在該緊鎖螺帽上的一種引導內徑，而使該固定環位於中心位置，同心引導機制有二，可以擇一實施；一是閥本體之環形槽的內徑面引導，二是管接部與擴管部的外環面緊貼在緊鎖螺帽內側的內環面，讓管接部的結構強度協助緊鎖螺帽位於同心位置並保持固定環位於中心位置；經由上述緊鎖過程來達成密封效果並防止該管件受外力拉扯時鬆脫。

固定環具中心孔而二端為為凸曲面，其中一端在靠近中心孔處有一施壓環而能確實迫緊圓錐管的管壁在圓錐面上，而且中心孔的邊緣有足夠的導角空間，來避免施壓環迫緊在圓錐管的小圓錐徑處，該處容易有管壁硬化情形而使密封面不易達到良好密封；該固定環的截面為接近梯形的對稱或不對稱結構，外徑有較短軸向長度而中心孔有較長軸向長度，其一端的凸曲面具有一受力環曲面，用來與緊鎖螺帽的施力環曲面相接觸以構成耦合滑動面；由於耦 合滑動面受限在一定範圍，可以減少二者尺寸公差的影響來確保耦合滑動面有滑動。

固定環在受力環曲面的一端裝設有一薄圓筒結構，一體成形或另外附加，在該薄圓筒結構的尾端還裝設有一徑向凸出結構，該徑向凸出結構可以是多個相鄰的凸出結構或是凸出的環形結構，該徑向凸出結構可以扣在緊鎖螺帽中心孔的外側，以方便組裝並可以裝設試紙，當固定環受迫緊時該薄圓筒結構容易變形不會影響固定環的同心位置，該薄圓筒結構的厚度介於0.2mm至0.5mm之間。

11:試紙

12:管件

120:擴管部

121:圓錐管

122:圓筒管

123:小圓錐徑

2:管接頭

20:接頭本體

201:管接部

202:圓錐面

203:圓筒面

204:緊鎖螺牙

21:緊鎖螺帽

211:螺牙部

212:定位內環面

213:縮口部

2131:中心孔

2132:施力環曲面

22:固定環

220:凸曲面

2201:施壓環

2202:受力環曲面

2203:導角空間

221:外徑面

222:中心孔

223:薄圓筒

2231:徑向凸出結構

2232:軸向縫

3:管接頭

30:接頭本體

301:環形槽

302:內環

3021:管接部

3022:圓錐面

3023:圓筒面

303:外環

3031:引導內徑

3032:緊鎖螺牙

31:緊鎖螺帽

311:螺牙部

312:定位內環面

313:縮口部

3131:中心孔

3132:施力環曲面

32:固定環

320:凸曲面

3201:施壓環

3202:受力環曲面

3203:導角空間

321:外徑面

322:中心孔

323:薄圓筒

3231:徑向凸出結構

3232:軸向縫

F:迫緊力

N:法線

Fn:法線方向迫緊分力

θ:施力夾角

[第一圖(A)]係本發明第一實施例之管接頭之結構剖面示意圖。

[第一圖(A’)]係第一圖(A)的局部放大圖。

[第一圖(B)]係本發明第一實施例之固定環之結構剖面示意圖。

[第一圖(C)]係本發明第一實施例之固定環之立體外觀圖。

[第一圖(D)]係本發明第一實施例之固定環的第二種示意圖。

[第二圖(A)]係本發明第二實施例之管接頭之結構剖面示意圖。

[第二圖(A’)]係第二圖(A)的局部放大圖。

[第二圖(B)]係本發明第二實施例之固定環之結構剖面示意圖。

[第二圖(C)]係本發明第二實施例之固定環之立體外觀圖。

[第二圖(D)]係本發明第二實施例之固定環的第二種示意圖。

第一實施例：

如第一圖(A)、第一圖(A’)、第一圖(B)與第一圖(C)所示，本發明第一實施例之管接頭(2)使用三個零件，包括：一接頭本體(20)、一緊鎖螺帽(21)、一個固定環(22)，都是PFA材質氟素材料製成。

該接頭本體(20)的一管接部(201)依序含有一圓錐面(202)、一圓筒面(203)及一緊鎖螺牙(204)；該圓錐面(202)與該圓筒面(203)用來安裝一管件(12)***該接頭本體(20)後形成包含一圓錐管(121)及一圓筒管(122)的一擴管部(120)，且該圓錐管(121)的內壁面貼合於該圓錐面(202)；該圓筒面(203)壁厚能支撐該管接頭(2)的整體軸向壓縮變形；該緊鎖螺牙(204)是用來緊鎖該緊鎖螺帽(21)。

該緊鎖螺帽(21)的內徑有一螺牙部(211)、一定位內環面(212)與一縮口部(213)；該螺牙部(211)用來緊鎖於該管接部(201)的該緊鎖螺牙(204)；該縮口部(213)有一中心孔(2131)與一施力環曲面(2132)；該定位內環面(212)可當作引導內徑，在緊鎖時會緊貼該圓筒管(122)的外表面保持滑動迫緊，並且由該管接部(201)的結構強度引導該緊鎖螺帽(21)位於同心位置，進而引導該固定環(22)位於中心位置；在緊鎖時該施力環曲面(2132)能耦合該固定環(22)之一受力環曲面(2202)並限制接觸面積的範圍而能成滑動面，並傳遞迫緊力F施力於該固定環(22)之一施壓環(2201)。

該固定環(22)之兩端為一凸曲面(220)、一外徑面(221)與一中心孔(222)，該固定環(22)其截面為對稱或不對稱的梯形之環形結構，該外徑面(221)有較短軸向長度；該固定環(22)的一端之該凸曲面(220)靠近該中心孔(222)處為迫緊該管件(12)之管壁的該施壓環(2201)，而且該中心孔(222)的邊緣有足夠的導角空間(2203)，來避免該施壓環(2201)迫緊在該圓錐管(121)的該小圓錐徑 (123)處，該處容易有管壁硬化情形而使圓錐管(121)與圓錐面(202)之間的密封面不易達到良好密封；該固定環(22)的其另一端之該凸曲面(220)有該受力環曲面(2202)用來與該施力環曲面(2132)相耦合成滑動面；迫緊力F的傳遞方向由該受力環曲面(2202)傳遞到該施壓環(2201)，並與該圓錐面(202)的法線N成一施力夾角θ，0°<θ≦15°，該圓錐管(121)受該施壓環(2201)迫緊在該圓錐面(202)形成的迫緊面為細環圓形狀。

該固定環(22)在該受力環曲面(2202)的一端裝設有一薄圓筒(223)之結構，可一體成形或另外附加，如第一圖(B)與第一圖(D)所示。在該薄圓筒(223)結構的尾端還裝設有一徑向凸出結構(2231)，該徑向凸出結構(2231)可以是多個相鄰的凸出結構或是凸出的環形結構，該薄圓筒(223)的外徑貼合於該緊鎖螺帽(21)的該中心孔(2131)的內徑面，而該徑向凸出結構(2231)可以扣在該中心孔(2131)的外側面，以方便組裝並可以裝設一試紙(11)，當該固定環(22)受迫緊變形時該薄圓筒(223)結構容易變形不會影響該固定環(22)的同心位置；在該薄圓筒(223)上可以裝設軸向縫(2232)方便組裝。

第二實施例：

如第二圖(A)、第二圖(A’)、第二圖(B)與第二圖(C)所示，本創作第二實施例之管接頭(3)係由第一實施例改進而來，該管接頭(3)使用三個零件，包括：一接頭本體(30)、一緊鎖螺帽(31)、一個固定環(32)，都是PFA材質氟素材料製成。

該接頭本體(30)具有一環形槽(301)、一內環(302)與一外環(303)，該內環(302)上設有一管接部(3021)依序含有一圓錐面(3022)、一圓筒面(3023)；該外環(303)上面設有一引導內徑(3031)與在外環面的一緊鎖螺牙(3032)；該圓 錐面(3022)與該圓筒面(3023)用來安裝該管件(12)的該圓錐管(121)及該圓筒管(122)，且該圓錐管(121)的內壁面貼合於該圓錐面(3022)；該圓筒面(3023)壁厚能支撐該管接頭(3)的整體軸向壓縮壓縮變形；該緊鎖螺牙(3032)是用來緊鎖該緊鎖螺帽(31)。

該緊鎖螺帽(31)的內徑有一螺牙部(311)、一定位內環面(312)與一縮口部(313)；該螺牙部(311)用來緊鎖於該緊鎖螺牙(3032)；該縮口部(313)有一中心孔(3131)與一施力環曲面(3132)；在緊鎖時該施力環曲面(3132)能耦合該固定環(32)之一受力環曲面(3202)並限制接觸面積的範圍而能成滑動面，並傳遞迫緊力F施力於該固定環(32)之一施壓環(3201)；在緊鎖時該固定環(32)之一外環面(321)會緊貼該外環(303)上的該引導內徑(3031)保持滑動迫緊，進而引導該固定環(32)位於中心位置。

該固定環(32)之兩端為一凸曲面(320)、一外徑面(321)與一中心孔(322)，該固定環(32)其截面為對稱或不對稱的梯形之環形結構，該外徑面(321)有較短軸向長度；該固定環(32)的一端之該凸曲面(320)靠近該中心孔(322)處為迫緊管壁的該施壓環(3201)，而且中心孔(322)的邊緣有足夠的導角空間(3203)，來避免該施壓環(3201)迫緊在該圓錐管(121)的該小圓錐徑(123)處，該處容易有管壁硬化情形而使圓錐管(121)與圓錐面(3022)之間的密封面不易達到良好密封；該固定環(32)的其另一端之該凸曲面(320)有該受力環曲面(3202)用來與該施力環曲面(3132)相耦合成滑動面；迫緊力F的傳遞方向由該受力環曲面(3202)傳遞到該施壓環(3201)，並與該圓錐面(3022)的法線N成一施力夾角θ，0°<θ≦15°，該圓錐管(121)受該施壓環(3201)迫緊在該圓錐面(3022)形成的迫緊面為細環圓形狀。

該固定環(32)在該受力環曲面(3202)的一端裝設有一薄圓筒(323)之結構，一體成形或另外附加，如第二圖(B)與第二圖(D)所示，在該薄圓筒(323)結構的尾端還裝設有一複數個徑向凸出結構(3231)，該薄圓筒(323)的外徑貼合於該緊鎖螺帽(31)的該中心孔(3131)的內徑面，而該徑向凸出結構(3231)可以扣在該中心孔(3131)的外側面，以方便組裝並可以裝設一試紙(11)，當該固定環(32)受迫緊變形時該薄圓筒(323)結構容易變形不會影響該固定環(32)的同心位置；在該薄圓筒(323)上可以裝設軸向縫(3232)方便組裝。

發明效果：

固定環在增加薄圓筒結構後，完全解決問題14與問題15的需求；而且管接頭的結構在實施例的解說下，都顯示具有高密封能力，因為固定環都能被確實固定在中心位置，使密封面的迫緊力Fn分力能均勻分佈，而且施力夾角θ都能接近於10°而提高Fn分力。

11:試紙

12:管件

120:擴管部

121:圓錐管

122:圓筒管

123:小圓錐徑

2:管接頭

20:接頭本體

201:管接部

202:圓錐面

203:圓筒面

204:緊鎖螺牙

21:緊鎖螺帽

211:螺牙部

212:定位內環面

213:縮口部

2131:中心孔

2132:施力環曲面

22:固定環

2201:施壓環

2202:受力環曲面

221:外徑面

222:中心孔

223:薄圓筒

2231:徑向凸出結構

2232:軸向縫

F:迫緊力

N:法線

θ:施力夾角

Claims (10)

1. 一種防止管件與管接頭鬆脫之管接頭，該管接頭係由氟樹脂材質製成用來緊固一氟樹脂材質管件、PFA管件、PTFE管或FEP管的一端，該管接頭包含有：一管接頭本體、一緊鎖螺帽、一固定環，其中：該管件端部先穿過該緊鎖螺帽的中心孔與固定環的中心孔，並擴管成擴管部，該擴管部含圓錐管及圓筒管；該管接頭本體係具有中空的通孔用來導通液體，一端為管接部用來結合該緊鎖螺帽及該管件；該管接部包含有一圓錐面、一圓筒面及一緊鎖螺牙，用來安裝該管件之擴管部的圓錐管及圓筒管，而該緊鎖螺牙是用來緊鎖該緊鎖螺帽；該緊鎖螺帽的內徑有一螺牙部、一定位內環面與一縮口部；該螺牙部用來緊鎖於該管接部的緊鎖螺牙；該縮口部中心有一中心孔，其內側面為一施力環曲面；該施力環曲面能耦合並施力於該固定環之一端的受力環曲面，二者間有耦合滑動面而能降低圓錐管與圓錐面之間的一密封面的滑動摩擦風險；該固定環具中心孔且至少一端為凸曲面，該凸曲面上有一施壓環，另一端具有一受力環曲面，其截面為接近梯形的對稱或不對稱結構；該受力環曲面用來與該緊鎖螺帽的施力環曲面相接觸以構成耦合滑動面；該施壓環用來迫緊圓錐管之管壁在該圓錐面上成該密封面；該緊鎖螺帽的緊鎖過程中，並經由耦合滑動而確保該固定環降低轉動風險，迫緊力F由耦合滑動面傳遞給施壓環而施加在該密封面上，並與圓錐面的法線N成一施力夾角θ，0°<θ≦15°；其專利特徵為： 該固定環係由一具有引導內徑的同心引導機制而保持在中心位置，且在受力環曲面的一端裝設有一薄圓筒結構，在該薄圓筒結構的尾端還裝設有一徑向凸出結構，該薄圓筒的外徑貼合於該緊鎖螺帽的中心孔的內徑面，而該徑向凸出結構可以扣在緊鎖螺帽的中心孔的外側面，其中，該薄圓筒結構的厚度不超過管件的壁厚，厚度範圍在0.2mm-0.5mm之間，容易變形不會影響固定環的同心位置。
2. 如請求項1所述之防止管件與管接頭鬆脫之管接頭，其中，固定環的薄圓筒外徑面上裝設有可以與洩漏液體反應的變色試紙。
3. 如請求項1所述之防止管件與管接頭鬆脫之管接頭，其中，該固定環具有施壓環的一端，其中心孔的邊緣有導角，來避免施壓環迫緊在圓錐管的小圓錐徑處。
4. 如請求項1所述之防止管件與管接頭鬆脫之管接頭，其中，固定環兩端為具有凸曲面之圓環狀結構，其截面為對稱或不對稱的梯形結構。
5. 如請求項1所述之防止管件與管接頭鬆脫之管接頭，其中，固定環經由該引導內徑能同心而保持在中心位置，該引導內徑係由緊鎖螺帽之定位內環面與在緊鎖時會緊貼圓筒管的外表面保持滑動迫緊，讓管接部的結構強度引導緊鎖螺帽位於同心位置，並引導固定環能位於中心位置。
6. 如請求項1所述之防止管件與管接頭鬆脫之管接頭，其中，管接部由一環型槽隔開的二個同心的外環與內環構成；該外環的外表面裝設該緊鎖螺牙，該外環的內徑設有引導內徑；該內環的外表面有該圓錐面與該圓筒面。
7. 如請求項1與請求項6任一項所述之防止管件與管接頭鬆脫之管接頭，該同心引導機制係由該管接部的引導內徑配合該固定環的外徑面，使該固定環能軸向移動且保持位於中心位置。
8. 如請求項1所述之防止管件與管接頭鬆脫之管接頭，其中，固定環之薄圓筒有一縫。
9. 如請求項1所述之防止管件與管接頭鬆脫之管接頭，其中，該薄圓筒結構的尾端的徑向凸出結構係多個相鄰的凸出結構或是凸出呈徑向環的環形結構。
10. 一種管接頭的固定環，用於防止一管件與一管接頭鬆脫，該管接頭係由氟樹脂材質製成用來緊固該管件的一端，該管件係為氟樹脂材質PFA，該固定環具中心孔且至少一端為凸曲面，該凸曲面上有一施壓環，另一端具有一受力環曲面，其截面為接近梯形的對稱或不對稱結構，在受力環曲面的一端裝設有一薄圓筒結構，在該薄圓筒結構的尾端還裝設有一徑向凸出結構，其中，該薄圓筒結構的厚度不超過管件的壁厚，厚度範圍在0.2mm-0.5mm之間，容易變形不會影響固定環的同心位置。

Images