УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ
LIQUID DOSING DEVICE

Область применения
Настоящее изобретение относится к устройству и способу для многократного дозирования управляемых количеств жидкости. Предпочтительной областью применения изобретения являются бытовые устройства для дозирования, содержащие чистящие составы, например составы для чистки твердых поверхностей, кондиционеры для ткани и аналогичные бытовые химические составы. Прочие возможности применения изобретения включают устройства для дозирования жидкостей для мытья посуды вручную и в посудомоечных машинах, изделий для ухода за волосами и полостью рта, таких как, например, эликсиров для рта.
Уровень техники
Существует потребность в устройствах, позволяющих дозировать повторяющиеся дозы жидкости без необходимости всякий раз при этом переворачивать резервуар. Существует также потребность в дозирующей системе, работа которой основана не только исключительно на действии силы тяжести. Кроме того, существует особая потребность в устройствах, которые обеспечивали бы упомянутые выше преимущества и при этом были компактными и имели простую конструкцию. Такие требования к устройствам выдвигаются по целому ряду причин. В частности, устройство должно быть гибким и простым в использовании, простым в изготовлении, иметь длительный срок надежной эксплуатации и приемлемую стоимость.
Предложен ряд конструкций дозирующего устройства в целом трубчатой формы, которое может быть вставлено в отверстие контейнера. Такое устройство обычно содержит множество камер, расположенных таким образом, что на различных этапах операции дозирования различные камеры определенным образом сообщаются друг с другом (пример такого устройства описан в патенте США 5129561). Устройство действует таким образом, что при отклонении контейнера от вертикального положения наполняется дозирующая камера. При обратном переводе контейнера в вертикальное положение содержимое дозирующей камеры переходит в приемную камеру. При следующем отклонении контейнера содержимое приемной камеры выходит из контейнера, а в дозирующую камеру входит новая доза.
Такое устройство имеет ряд недостатков, которые будут очевидны сведущим в данной области техники. В частности, такая конструкция будет достаточно громоздкой, особенно если требуется дозирование больших доз. Действительно, объем такого устройства включает как минимум объем одной дозы, умноженный на количество камер в устройстве. Это, в свою очередь, повышает сложность производства изделия, его стоимость и материалоемкость. Кроме того, пользователь получает неудобства в виде громоздкого аппарата и необходимости отклонения контейнера от вертикального положения всякий раз для дозировки жидкости.
Прочие имеющиеся устройства для дозирования задаваемых количеств жидкости предусматривают использование сжимаемых резервуаров для жидкости (пример такого устройства описан в патенте США 2730270). Такие устройства обычно содержат сжимаемый контейнер, трубопровод для текучей среды, протяженный в такой контейнер, и мерную трубку. Требуемая доза отмеряется путем сжатия контейнера, находящегося в вертикальном «стоячем» положении, в результате чего жидкость поступает в трубопровод и далее в мерную трубку. После заполнения мерной трубки устройство отклоняют от вертикального положения и выпускают отмеренное количество жидкости. И наконец, чтобы отмерить новую дозу, устройство возвращают обратно в вертикальное «стоячее» положение.
Недостатком такой системы является необходимость в переворачивании устройства всякий раз для выпуска новой дозы. Еще одним недостатком является зависимость дозы от объема мерной трубки, что накладывает ограничения на компактность устройства. Кроме того, точность дозирования может искажаться из-за обратного всасывания некоторого количества жидкости через трубопровод при снятии давления с контейнера.
В некоторых типах устройств (одно из таких устройств описано в патенте EP 0274256 A1) происходит отпуск жидкости при нажатии на контейнер, или за счет иного способа создания в нем повышенного давления. Пользователю такого устройства необходимо отклонить контейнер от вертикального положения и сжать его, в результате чего в контейнере возрастает давление, и жидкость через специальные выходные отверстия выталкивается в камеру управления. В это же самое время жидкость вытекает через небольшое отверстие в дне упомянутой камеры, перемещая поршень в сторону выходного патрубка для жидкости. Как только поршень достигает выходного патрубка, истечение жидкости прекращается, и требуемая доза отпущена. Когда контейнер переворачивают обратно в вертикальное положение, поршень медленно возвращается в исходное положение, и устройство готово для отпуска следующей дозы. Недостатком такой системы, однако, является то, что она также требует переворота устройства всякий раз при отпуске новой дозы.
Одна из попыток решения данной проблемы описана в публикации WO 2005/049477. В частности, описано устройство для отпуска задаваемых доз жидкости при сжатии контейнера. Устройство содержит клапан сброса, расположенный на задней стенке камеры управления и обеспечивающий ускоренный выход жидкости из камеры управления за затвор после выпуска дозы и для ускоренного возврата затвора в заднее (исходное) положение. Во время выпуска дозы жидкости клапан сброса закрывается, под действием силы тяжести или давления жидкости, приложенного в прямом направлении. После выпуска дозы клапан открывается, под действием силы тяжести или давления жидкости, приложенного в обратном направлении. Однако недостатками такой конструкции являются возрастающее количество частей и возможное застревание затвора после выпуска дозы, вызванное накапливающимся остатком жидкости на дне камеры управления, который может засохнуть. Это, в свою очередь, может ухудшать точность дозировки.
Поэтому остается потребность в простом, недорогом, эффективном в использовании и компактном устройстве и способе, обеспечивающих многократный отпуск управляемых доз жидкости, с улучшенным дренажем дозирующей камеры. Остается также потребность в таких устройствах, обладающих большей универсальностью в отношении отпускаемых доз, точностью и скоростью дозирования и устойчивостью работы даже при малых сжимающих усилиях.
Изобретателями было обнаружено, что предлагаемое в настоящем изобретении устройство обеспечивает дозирование жидкости в сущности в постоянном количестве, на которое в сущности не влияют флуктуации давления, вызванные непостоянством сжимающего усилия и уровня заполнения контейнера в процессе использования устройства.
Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что достигается в сущности постоянная доза отпуска жидкости, даже когда продукт в контейнере практически заканчивается.
Прочие цели, элементы и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из приведенного ниже подробного описания, сопровождаемого прилагаемыми чертежами.
Сущность изобретения
-1
В первом воплощении изобретения предлагается дозирующее устройство для выпуска дозы жидкости, содержащее упруго сжимаемый контейнер, крышку, функционально связанную с упомянутым контейнером и содержащую сопло, на вершине которого имеется выходное отверстие. С упомянутой крышкой функционально связана дозирующая камера, содержащая основание, имеющее выпускное отверстие, боковые стенки, протяженные вверх вдоль периметра упомянутого основания, и по меньшей мере одно входное отверстие, расположенное проксимально по отношению к упомянутым боковым стенкам. Проксимально к упомянутому выпускному отверстию расположено по меньшей мере одно регулирующее отверстие. В упомянутой дозирующей камере имеется плунжер, выполненный с возможностью перемещения относительно упомянутой камеры и перемещающийся при сжатии упомянутого контейнера до положения закрытия сопла. Под упомянутым основанием расположен элемент, удерживающий клапан. В упомянутом элементе, удерживающем клапан, имеется клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым положением, при котором жидкость протекает через упомянутое выпускное отверстие, и закрытым положением, в котором клапан перекрывает упомянутое выпускное отверстие. При этом отношение суммарной площади упомянутых входных отверстий к суммарной площади упомянутых регулирующих отверстий составляет от 2 до 17, и при этом вязкость упомянутой жидкости составляет от 1 мПа·с до 600 мПа·с (измеренная при 10 c и 20°C).
Во втором воплощении изобретения предлагается способ дозирования с применением устройства, содержащего упруго сжимаемый контейнер, крышку, функционально связанную с упомянутым контейнером и содержащую сопло, на вершине которого имеется выходное отверстие. С упомянутой крышкой функционально связана дозирующая камера, содержащая основание, имеющее выпускное отверстие, боковые стенки, протяженные вверх вдоль периметра упомянутого основания, и по меньшей мере одно входное отверстие, расположенное проксимально по отношению к упомянутым боковым стенкам. Проксимально к упомянутому выпускному отверстию расположено по меньшей мере одно регулирующее отверстие. В упомянутой дозирующей камере имеется поршень, выполненный с возможностью перемещения относительно упомянутой камеры и перемещающийся при сжатии упомянутого контейнера до положения закрытия сопла. Ниже упомянутого основания расположен элемент, удерживающий клапан. В упомянутом элементе, удерживающем клапан, имеется клапан, выполненный с возможностью перемещения между открытым положением, при котором жидкость протекает через упомянутое выпускное отверстие, и закрытым положением, в котором клапан перекрывает упомянутое выпускное отверстие. Способ содержит этапы: ориентирования устройства вниз головой; сжатия упомянутого контейнера для создания в нем давления от 2 кПа до 12 кПа, в течение не более чем 1,5 секунды, предпочтительно не более чем на одну секунду, для выпуска дозы; снятия сжимающего усилия с упомянутого контейнера, в результате чего упомянутый клапан открывается, упомянутая жидкость может выйти из упомянутой дозирующей камеры через упомянутое выпускное отверстие, и плунжер может возвратиться в исходное положение; и, возможно, повторного сжатия контейнера для выпуска второй дозы без переворачивания контейнера.
Краткое описание чертежей
Фиг.1A. Вид спереди дозирующего устройства в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.
Фиг.1B. Вид сбоку дозирующего устройства в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.
Фиг.2. Дозирующее устройство в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения, в разобранном виде.
Фиг.3. Разрез дозирующего устройства в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения по плоскости А-А (Фиг.1A).
Фиг.4. Изометрический вид поршня дозирующего устройства в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.
Фиг.5. Осевой разрез устройства в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения. Показан путь прохождения жидкости в дозирующую камеру.
Фиг.6. Изометрический вид дозирующей камеры дозирующего устройства в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения.
Фиг.7. Разрез дозирующего устройства в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения по плоскости А-А (Фиг.1A).
Фиг.8A. Осевой разрез еще одного воплощения дозирующего устройства.
Фиг.8B. Дозирующая камера и клапан дозирующего устройства в соответствии с воплощением, изображенным на фиг.8A.
Фиг.9. Осевой разрез еще одного воплощения дозирующего устройства.
Фиг.10A-10C. Осевые разрезы воплощения настоящего изобретения, отображающие положение поршня и клапана на различных стадиях дозирования жидкости.
Фиг.11. График, отображающий изменения объема дозы при различных уровнях заполнения контейнера, отношениях площади входных отверстий к площади регулирующих отверстий, в широком диапазоне вязкости жидкости.
Фиг.12. График зависимости объема дозы от отношения площади входных отверстий к площади регулирующих отверстий, в широком диапазоне вязкости жидкости.
Фиг.13. График зависимости давления, времени сжатия контейнера и объема дозы от отношения площади входных отверстий к площади регулирующих отверстий.
Подробное описание изобретения
При описании того или иного элемента, упоминаемого в единственном числе, подразумевается «по меньшей мере один» такой элемент.
В контексте настоящего описания термин «доза» означает отмеренное количество жидкости, которое должно быть отпущено устройством. «Доза» начинается, как только жидкость начинает выходить из сопла, и заканчивается, как только истечение упомянутой жидкости прекращается.
В контексте настоящего описания термин «в сущности не зависящий от давления» означает, что при различных значениях давления отклонение от заданного объема дозы составляет менее чем 10%.
В контексте настоящего описания термин «в сущности постоянный отпуск (дозирование) жидкости» означает, что отклонение от заданного значения объема дозы составляет менее чем 10%.
В контексте настоящего описания термин «упруго сжимаемый» означает, что после снятия с него сжимающего усилия контейнер вновь принимает исходную форму, не претерпевая какой-либо необратимой деформации.
В настоящем изобретении предлагается устройство (1) для многократного дозирования некоторого количества жидкости. Устройство (1) содержит упруго сжимаемый контейнер (2), крышку (3), функционально связанную с контейнером, дозирующую камеру (4), функционально связанную с упомянутой крышкой (3), плунжер, расположенный в упомянутой дозирующей камере (4), элемент (6), удерживающий клапан, и клапан (7). Устройство (1) может иметь продольную ось (YY), протяженную вдоль и/или в сущности параллельно центральной оси устройства (1). Упомянутая продольная ось (YY) может быть также параллельна направлению потока текучей среды во время ее выпуска на одном из отрезков данного потока.
Как показано на фиг.2 и 3, крышка (3) содержит сопло (8), протяженное в сущности параллельно продольной оси (YY) и содержащее выходное отверстие (9), расположенное на вершине сопла, и входной патрубок (10), протяженный вниз, то есть в направлении от упомянутого выходного отверстия (9). Упомянутое выпускное отверстие (9) предпочтительно содержит щелевой клапан, для уменьшения или даже полного предотвращения подтекания капель жидкости. Входной патрубок (10) может быть протяженным вертикально вниз, в сущности параллельно продольной оси (YY), так, что он будет по меньшей мере частично расположен в объеме дозирующей камеры (4). Крышка (3) может дополнительно содержать верхний колпачок (17), который может входить в зацепление с соплом (8), обеспечивая его плотное закрытие. Верхний колпачок (17) предпочтительно выполнен с возможностью вращения вокруг оси (18), расположенной на поверхности крышки (3). Сведущим в данной области техники будет понятно, что могут также использоваться и прочие конструкции и элементы закрытия крышки. Так, могут использоваться крышки, открывающиеся и закрывающиеся путем их скручивания, закручивания, нажатия, стягивания и прочие.
Дозирующая камера (4) содержит основание (12), в котором расположено выпускное отверстие (13). Выпускное отверстие (13) предпочтительно расположено по центру основания (12), что позволяет быстро спустить жидкость, скапливающуюся в объеме (11) дозирующей камеры (4) под плунжером, обратно в контейнер (2) после окончания сжатия контейнера. Проксимально по отношению к выпускному отверстию (13) расположено по меньшей мере одно регулирующее отверстие (16). Дозирующая камера (4) имеет также боковые стенки (14), протяженные вверх вдоль периметра основания (12), и по меньшей мере одно входное отверстие (15), расположенное проксимально по отношению к упомянутым боковым стенкам (14). Входные отверстия (15) предпочтительно расположены ближе к верхним частям боковых стенок (14), то есть противоположным основанию (12) дозирующей камеры (4). Основание (12) дозирующей камеры (4) может быть воронкообразным, то есть иметь наклонную поверхность, протяженную от боковых стенок (14) до выпускного отверстия (13). Упомянутая наклонная поверхность предпочтительно является в сущности линейно протяженной от упомянутых боковых стенок (14) до упомянутого выпускного отверстия (13). Такая ее форма обеспечивает эффективный дренаж жидкости из дозирующей камеры (4), без образования каких-либо остатков, особенно поблизости боковых стенок (14), которые, высыхая, приводили бы к застреванию плунжера.
-1
Отношение суммарной площади входных отверстий (15) к площади регулирующих отверстий (16) предпочтительно составляет от 2 до 17, предпочтительно от 6 до 12, более предпочтительно - от 6 до 9 и наиболее предпочтительно - от 6 до 8. Вязкость жидкости предпочтительно составляет от 1 до 600 мПа·с, предпочтительно от 40 до 600 мПа·с, более предпочтительно - от 40 до 300 мПа·с, еще более предпочтительно - от 80 до 300 мПа·с, еще более предпочтительно - от 80 до 250 мПа·с и наиболее предпочтительно - от 80 до 220 мПа·с (измеренная при 10 с и 20°C). Преимущества такой конфигурации будут очевидны из нижеследующего описания и прилагаемых чертежей.
Плунжер предпочтительно выполнен в виде поршня (5) и имеет возможность перемещения относительно дозирующей камеры (4) при сжатии перевернутого контейнера (2). Поршень (5) перемещается из исходного положения, в котором он находится дальше всего от входного патрубка (10), в блокирующее положение, в котором по меньшей мере часть поршня (5) находится в контакте с входным патрубком (10), перекрывая его и прекращая дозирование. Движение поршня (5) предпочтительно является линейным и параллельным продольной оси (YY); при этом, однако, подразумевается, что для выработки дозы может быть одинаково подходящим и любой другой тип движения, например вращательное движение или сочетание вращательного и поступательного движения.
Элемент (6), удерживающий клапан, расположен под основанием (12) дозирующей камеры (4) и и может быть протяженным вертикально вниз от упомянутого основания (12) в направлении, в сущности параллельном продольной оси (YY). Элемент (6), удерживающий клапан, предпочтительно выполнен за единое целое с дозирующей камерой (4). Это позволяет уменьшить количество частей, а также дает дополнительные преимущества, такие как уменьшение сложности производства, легкость в сборке и меньшая себестоимость изделия.
Клапан (7) предпочтительно является однонаправленным (то есть открывающимся и закрывающимся только в одном направлении) и расположен в элементе (6), удерживающем клапан. Клапан (7) выполнен с возможностью перемещения между открытым положением, в котором возможно течение жидкости через выпускное отверстие (13), и закрытым положением, в котором клапан перекрывает упомянутое выпускное отверстие (13).
В предпочтительном воплощении упомянутый клапан (7) может иметь форму шара и может перекрывать выпускное отверстие (13), по меньшей мере частично входя в дозирующую камеру (4). Упомянутый клапан предпочтительно касается по меньшей мере части поршня (5), когда поршень (5) находится в исходном положении, а клапан (7) находится в закрытом положении. Такая конструкция позволяет клапану легко и точно принять правильное положение в выпускном отверстии при сжатии контейнера (2), и отпадает необходимость в специальных средствах для поддержания требуемой ориентации клапана. Еще одним преимуществом такой конструкции, при которой клапан (7) может по меньшей мере частично входить в дозирующую камеру (4), является то, что при этом клапан (7) работает, как предшественник, толкающий поршень вверх и тем самым предотвращающий возможное застревание поршня (5).
В предпочтительном воплощении, показанном на фиг.3 и 4, поршень (5) может иметь в сущности плоскую поверхность, предпочтительно совершенно плоскую поверхность, и может содержать стабилизаторы (24), протяженные вверх и в сущности параллельно продольной оси (YY). Стабилизаторы (24) предпочтительно расположены вдоль окружности боковой поверхности поршня (5). Стабилизаторы (24) могут быть пространственно разнесены друг от друга, что позволяет снизить расход материала и их возможное трение о боковые стенки (14) дозирующей камеры (4). Диаметр поршня (5) может быть меньше, чем диаметр дозирующей камеры (4), также в целях снижения возможного трения между их поверхностями. Поршень (5) предпочтительно дополнительно содержит выступы (25), протяженные от дна поршня точно напротив стабилизаторов (24), с тем отличием, что выступы (25) имеют меньшую длину, чем стабилизаторы (24). И хотя теоретически это не обязательно, можно ожидать, что преимуществом плоской поверхности дна поршня является то, что сводится к минимуму возможная разность между давлением жидкости, протекающей через входные отверстия (15), и давлением жидкости, текущей через регулирующие отверстия (16), в результате чего скорость подъема поршня (5) и, следовательно, доза, будут зависеть преимущественно от отношения площадей отверстий и вязкости жидкости. Дополнительное преимущество дают выступы (25), которое состоит в том, что они уменьшают степень контакта поршня с основанием (12) дозирующей камеры (4), и соответственно уменьшается вероятность застревания поршня (5).
Как показано на фиг.5, при приложении силы к перевернутому контейнеру (2) стенки контейнера (2) деформируются, и в нем создается давление, под действием которого клапан (7) закрывает выпускное отверстие (13). Это заставляет жидкость перетекать в дозирующую камеру (4) через регулирующие отверстия (16) и входные отверстия (15). Пути течения жидкости при этом показаны стрелками A и B на фиг.5. Часть жидкости, которая течет через регулирующие отверстия (16), толкает поршень (5) в сторону входного патрубка (10), в то время как та часть жидкости, которая протекает через входные отверстия (15), непосредственно выталкивается из контейнера (2) через входной патрубок (10) и далее из сопла (8). Как только поршень достигает входного патрубка (10), поток жидкости прекращается, и доза отпущена. Снятие сжимающего усилия с перевернутого контейнера (2) вызывает упругий возврат стенок контейнера в исходное положение. Возникающий при этом вакуум, вследствие возврата стенок контейнера (2) из сплюснутого положения в нормальное, приводит к открытию клапана (7) и фактическому дренажу дозирующей камеры (4), в то время как поршень (5) возвращается в исходное положение. В то же самое время объем над поршнем заполняется воздухом, который всасывается через сопло (8). Воздух проходит далее в контейнер (2), который из деформированного состояния возвращается в исходное. После этого может быть отпущена новая доза, путем повторного сжатия стенок контейнера (2), без необходимости поворота устройства (1) обратно в нормальное вертикальное положение (дном вниз).
Как показано на фиг.3 и 6, в предпочтительном воплощении настоящего изобретения дозирующая камера (4) может содержать боковые стенки (14), протяженные вертикально вверх вдоль периметра основания (12) и параллельно продольной оси (YY), и по меньшей мере два лепестка (18), протяженных вертикально вверх от верхней части боковых стенок (14), в направлении от основания (12). Такие лепестки (18) могут быть пространственно разнесены друг от друга, в результате чего в верхней части дозирующей камеры (4) формируются прорези. Такие лепестки (18), а именно промежутки между ними, могут образовывать входные отверстия (15). Периметр основания (12) предпочтительно является в сущности круглым, однако сведущим в данной области техники будет понятно, что подходящими являются также и другие формы, например овальная, квадратная, треугольная и так далее. Такая конструкция обеспечивает простоту изготовления входных отверстий (15). Дозирующая камера (4) предпочтительно содержит множество лепестков (18), образующих множество входных отверстий (15).
В одном из воплощений лепестки (18) могут дополнительно содержать зазубрины (19), повторяющие контур внутренней поверхности лепестков (18), протяженные на некоторое расстояние в сторону продольной оси (YY) и сопрягающиеся с канавкой (20), расположенной на поверхности крышки (3). Содержащая такую канавку поверхность крышки (3) предпочтительно обращена от продольной оси (YY) и расположена на первой юбке (21). Первая юбка (21) может быть протяженной вниз и в сущности параллельной продольной оси (YY) от первой поверхности крышки (3). Дозирующая камера (4) может быть присоединена к крышке (3) путем защелкивания лепестков (18) на первой юбке (21). Такая конструкция обеспечивает легкость сборки.
В альтернативном воплощении дозирующая камера (4) может быть выполнена за единое целое с упомянутой крышкой (3). В таком воплощении сопло (8), выходное отверстие (9) и входной патрубок (10) предпочтительно содержатся в отдельном компоненте в виде горлышка, присоединенного к крышке (3) защелкиванием или аналогичным образом. Характер защелкивания может быть таким, что между горлышком и крышкой (3) обеспечивается неразъемное соединение. Более предпочтительно, чтобы в таком соединении расстояние между входным патрубком (10) компонента в виде горлышка и основанием (12) дозирующей камеры (4) можно было менять путем вращения компонента в виде горлышка относительно крышки (3). Еще более предпочтительно, чтобы компонент в виде горлышка содержал лепестки створок, протяженные от поверхности компонента в виде горлышка, проксимальной по отношению к соединительной части, так, чтобы при вращении компонента в виде горлышка относительно крышки (3) менялся размер входных отверстий (15). Под «соединительной частью» в данном контексте подразумевается часть компонента в виде горлышка, посредством которой осуществляется его связь с крышкой (3).
В предпочтительном воплощении регулирующие отверстия (16) могут быть расположены в основании (12) дозирующей камеры (4). Предпочтительно, чтобы регулирующие отверстия (16) были расположены достаточно близко к выпускному отверстию (13), и осевая линия регулирующих отверстий (16) была параллельна осевой линии выпускного отверстия (13). Преимуществом такой конфигурации является поддержание ламинарности потока, что обеспечивает постоянное по величине и сбалансирование усилие, действующее на поршень. И хотя теоретически это не обязательно, можно ожидать, что турбулентный поток будет нарушать плавность движения поршня.
В особо предпочтительном воплощении (не показано) регулирующие отверстия (16) могут быть выполнены в виде множества прорезей, протяженных на определенное расстояние от выпускного отверстия (13) в сторону боковых стенок (14), через основание (12) дозирующей камеры (4). В таком воплощении поршень (5) содержит кольцеобразный выступ, протяженный в сущности параллельно продольной оси (YY) в сторону основания (12). Такой кольцеобразный выступ, находясь в исходном положении, может закрывать множество прорезей и выпускное отверстие (13), за счет того, что он находится в некотором контакте с соответствующей поверхностью основания (12) дозирующей камеры (4). Преимущество такой конфигурации состоит в том, что значительно предотвращается, а то и вовсе исключается образование пузырьков в регулирующих отверстиях при переворачивании заправленного контейнера вверх ногами без его сжатия. И хотя теоретически это не обязательно, можно ожидать, что при удерживании устройства (1) в перевернутом положении, особенно под некоторым углом к вертикали, или когда часть жидкости в контейнере уже израсходована, через регулирующие отверстия (16) может проходить воздух, создавая противодавление, под действием которого некоторое количество жидкости будет поступать в дозирующую камеру (4) через входные отверстия (15), и подтекать наружу. Поэтому предлагаемое устройство обеспечивает большее постоянство дозы при различных углах отклонения от вертикали, а также при различных уровнях заполнения контейнера.
Еще в некоторых воплощениях регулирующие отверстия (16) могут быть расположены в клапане (29, 33), как показано на фиг.8A-B и 9.
В предпочтительном воплощении основание (12) дозирующей камеры (4) может иметь воронкообразную форму, так, что оно будет определять первую область и вторую область. Первая область предпочтительно ограничивается боковыми стенками (14) дозирующей камеры (4), а вторая область может образовывать боковую поверхность выпускного отверстия (13). Более предпочтительно, чтобы вторая область была расположена ниже первой области, и осевая линия первой области совпадала с осевой линией второй области
Как показано на фиг.7, в одном из воплощений настоящего изобретения крышка (3) может содержать вторую юбку, образующую уплотнение в виде пробки (22), протяженной вниз и расположенной в непосредственной близости к первой юбке (21), и V-образный гребень (23), расположенный проксимально по отношению ко второй юбке (22). Пробка-уплотнение (22) и V-образный гребень (23) могут по меньшей мере частично входить в зацепление с самой верхней поверхностью контейнера (2), обеспечивая надежное средство уплотнения и предотвращающее утечки жидкости во время отпуска дозы. Преимуществом такой конструкции является уменьшение количества частей, поскольку не требуется дополнительных элементов уплотнения, таких как, например, уплотнительное кольцо и им подобные.
В одном из воплощений настоящего изобретения (не показано) первая юбка (21) может содержать лепестки створок, выполненные в виде фланцев или им подобных элементов, по меньшей мере частично закрывающих входные отверстия (15). В качестве альтернативы первая юбка (21) может содержать лепестки-створки, сформированные частями первой юбки (21), противолежащими на различных расстояниях от плоскости, в сущности параллельной продольной оси (YY), и предпочтительно образующие линейный градиентный ряд по всей окружности боковой поверхности первой юбки (21). В таком воплощении первая юбка (21) может быть выполнена с возможностью вращения относительно дозирующей камеры (4), что позволяет изменять размер входных отверстий (15). Это обеспечивает большую функциональность устройства, а именно позволяет пользователю дозировать различные количества жидкости путем поворота крышки (3). При повороте крышки (3) меняется размер входных отверстий и соответственно отношение площади входных отверстий (15) к площади регулирующих отверстий (16).
Еще в одном воплощении настоящего изобретения входной патрубок (10) выполнен с возможностью его смещения в направлениях вверх и вниз параллельно продольной оси (YY) при повороте крышки (3). И хотя теоретически это не обязательно, можно ожидать, что при изменении высоты входного патрубка (10) меняется ход поршня, что позволяет пользователю дозировать различные количества жидкости просто путем вращения крышки (3).
В предпочтительном воплощении изобретения, изображенном на фиг.6, элемент (6), удерживающий клапан, может быть сформирован из по меньшей мере трех гибких крючкообразных выступов (26), протяженных вниз от основания (12), в направлении от боковых стенок (14) дозирующей камеры (4) и в сущности параллельно продольной оси (YY). Преимуществом таких крючкообразной формы выступов (26) является упрощении операции извлечения детали из формы при изготовлении изделия, так как это позволяет вытянуть деталь из формы без необходимости выполнения в форме сложных сдвигаемых элементов. Еще одним преимуществом таких крючкообразных выступов (26) является то, что они позволяют легко собрать клапан (7) путем простого его защелкивания в выступы, и в то же время уменьшают контакт между клапаном (7) и крючкообразными выступами (26), что предотвращает возможное застревание клапана.
Еще в одном воплощении элемент (6), удерживающий клапан, может дополнительно содержать по меньшей мере одну плоскую пластину, протяженную вниз от основания (12) и в сущности параллельно продольной оси (YY). Такие пластины предпочтительно расположены в промежутках между крючкообразными выступами (26). Такая конструкция обеспечивает надежное расположение клапана (7) внутри элемента (6), удерживающего клапан, и не позволяет клапану выйти из элемента (6), удерживающего клапан, после его установки.
В предпочтительном воплощении (не показано) элемент (6), удерживающий клапан, может быть сформирован по меньшей мере двумя нависающими элементами и предпочтительно тремя нависающими элементами, протяженными вниз от основания (12), в направлении от боковых стенок (14) дозирующей камеры (4), в сущности параллельно продольной оси (YY). В данном воплощении к вершинам упомянутых нависающих элементов может быть присоединено защелкивающееся кольцо, в результате чего по центру между элементами формируется отверстие для вставки через него клапана. Защелкивающееся кольцо может быть протяженным в сторону к центру отверстия для вставки клапана и может быть отклонено на некоторый угол от плоскости, перпендикулярной продольной оси (YY). Данный угол предпочтительно составляет 35° до вставки клапана через упомянутое отверстие, а после вставки клапана через отверстие защелкивающееся кольцо выгибается в сторону к основанию (12). После вставки клапана упомянутый угол между защелкивающимся кольцом и плоскостью, перпендикулярной продольной оси (YY), предпочтительно составляет - 45°. Нависающие элементы и защелкивающееся кольцо предпочтительно выполнены за единое целое с дозирующей камерой (4). Преимуществом такой конструкции является то, что предотвращается возможное спутывание дозирующих камер друг с другом в процессе изготовления изделий.
Еще в одном воплощении настоящего изобретения, показанном на фиг.8A и 8B, элемент (6), удерживающий клапан, может быть выполнен в виде выступа (32), протяженного от основания (12) в направлении от боковых стенок (14), в зацеплении с которым находится гибкий однонаправленный дисковый клапан (33), который является очень чувствительным (то есть срабатывает при очень малом давлении протекающей через него жидкости). Клапан (33) может быть введен в зацепление с таким элементом (6), удерживающим клапан, путем его защелкивания по центру, или иным способом, при котором обеспечивается возможность перемещения клапана (33) относительно выступа (32). Клапан (33) может быть в сущности плоским и иметь круглую форму, хотя подразумевается, что могут использоваться и другие подходящие формы, такие как, например, куполообразная форма или форма зонтика. Клапан (33) может содержать протяженные через него регулирующие отверстия (16). Преимуществом такой конструкции является то, что могут быть уменьшены общие габаритные размеры дозирующей камеры, а также общая сложность конструкции, за счет такой защелкивающейся посадки клапана по его центру.
В воплощении, показанном на фиг.9, клапан (29) может иметь форму пули. Это означает, что клапан имеет в сущности плоскую поверхность (30) на одном его конце, и в сущности выпуклую поверхность (31) на противоположном конце. Клапан (29) может быть вставлен в элемент (6), удерживающий клапан, путем защелкивания или другим подходящим способом, обеспечивающем возможность перемещения клапана (29) относительно элемента (6), удерживающего клапан; при этом элемент (6), удерживающий клапан, функционирует также, как направляющий элемент для клапана и предотвращает возможное изменение ориентации клапана. Плоская поверхность клапана может содержать отверстие, диаметр которого составляет более чем 50% диаметра клапана (29), а выпуклая поверхность (31) может содержать одно или более регулирующих отверстий (16), расположенных поблизости к вершине упомянутой выпуклой поверхности. Клапан (29) может быть ориентирован таким образом, что выпуклая поверхность (31) будет обращена к выпускным поверхностям (13), а плоская поверхность (30) будет обращена вовнутрь контейнера (2). Преимуществом такой конструкции является легкость изготовления клапана.
Как показано на фиг.1B, предпочтительное воплощение контейнера (2) может содержать переднюю (27) и заднюю (28) поверхности, обращенные друг к другу. Данные передняя и задняя поверхности (27) и (28) имеют большую площадь по сравнению в остальными поверхностями контейнера (2) и пространственно разнесены друг от друга таким образом, что расстояние (d) между передней и задней поверхностями (27) и (28) составляет от 30 мм до 100 мм. Было определено, что такой диапазон является оптимальным, и такие размеры позволяют пользователю удобно и правильно взяться за контейнер и эффективно его сжимать.
Контейнер (2) может быть изготовлен из любого гибкого материал, однако предпочтительно его материал выбран из группы, состоящей из полипропилена, полиэтилен-терефталата, полиэтилена или их смесей. Вместимость контейнера (2) может составлять от 5 мл до 150 мл, предпочтительно от 10 мл до 80 мл жидкости, без наступления необратимой деформации контейнера. И хотя теоретически это не обязательно, можно ожидать, что необратимая деформация контейнера приведет к появлению в нем трещин, или стенки контейнера не будут возвращаться в исходное положение, что будет приводить к уменьшению вместимости контейнера при каждом последующем его использовании, что, в свою очередь, будет ухудшать точность дозировки.
В предпочтительном воплощении (не показано) контейнер (2) может содержать индицирующий элемент, указывающий пользователю на допустимый угол наклона устройства (1) для достижения эффективной дозировки. Действительно, в некоторых случаях пользователю может быть необходимо держать устройство (1) под углом из-за пространственных ограничений или просто из соображений удобства пользователя. Однако если держать устройство (1) под слишком малым углом к горизонту, это может привести к снижению точности дозировки, особенно когда через входные отверстия (15) начнет проходить воздух. Такая ситуация может наступить, когда жидкость в контейнере заканчивается. В таком случает может требоваться как можно сильнее наклонить устройство (1), но так, чтобы при этом жидкость все-таки покрывала входные отверстия (15). Чтобы пользователь мог видеть, что жидкость покрывает входные отверстия (15), может быть желательно наличие индицирующего элемента. Таким индицирующим элементом предпочтительно является прозрачное окно, расположенное на контейнере (2) проксимально к месту соединения крышки (3) с контейнером (2). Альтернативным вариантом такого индицирующего элемента может быть полностью прозрачный контейнер. Дополнительным преимуществом такой конструкции является то, что пользователь может видеть, что жидкость заканчивается, и это препятствует правильной работе клапана и поршня.
Одно из преимуществ настоящего изобретения заключается в том, что оно позволяет получить постоянную дозировку в сущности независимо от флуктуации давления, вызванных разной силой сжатия контейнера пользователем и разным уровнем заполнения контейнера в процессе его использования. Так, было установлено, что для одного из воплощений настоящего изобретения объем дозы может быть рассчитан по следующей формуле:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Д</mi><mi>о</mi><mi>з</mi><mi>и</mi><mi>р</mi><mi>у</mi><mi>е</mi><mi>м</mi><mi>ы</mi><mi>й</mi><mtext> объем </mtext><mo>=</mo><mtext> объемный расход </mtext><mo>×</mo><mtext> время </mtext><mo>=</mo><mtext> {min[входное отверстие,</mtext></mtd></mtr><mtr><mtd><mtext>выходное отверстие]/регулирующее отверстие} </mtext><mo>×</mo><mtext> C</mtext><mo>×</mo><mtext>R</mtext><mo>×</mo><mtext>P ,                     (1)</mtext></mtd></mtr></mtable>
где:
входное отверстие, выходное отверстие, регулирующее отверстие - означают суммарную площадь соответствующих отверстий.
C - постоянная, определяемая геометрией контейнера, в частности постоянными размерами дозирующей камеры (4) и ходом поршня (5).
R - реологический коэффициент, который является функцией профиля вязкости, приложенного касательного напряжения и типа потока (ламинарный, переходной или турбулентный).
P - давление, приложенное к жидкости. Давление Р рассчитывается как сила сжатия, приложенная к единице площади контейнера, за вычетом потерь давления в процессе деформации контейнера и потерь давления на вытеснение воздуха (от заполненного состояния до порожнего состояния).
Было определено, что давление не влияет существенно на точность дозировки, а наиболее важным параметром для достижения постоянства дозировки является отношение суммарной площади входных отверстий к суммарной площади регулирующих отверстий. И хотя теоретически это не обязательно, можно ожидать, что, как только приложено достаточное давление, чтобы начать истечение жидкости, давление, вырабатываемое на верхней поверхности плунжера, и давление, вырабатываемое на нижней поверхности плунжера, выравниваются друг с другом, и поэтому они не влияют на постоянство дозировки. Подходящее давление составляет от 2 кПа до 12 кПа, предпочтительно от 2 кПа до 10 кПа, более предпочтительно - от 2 кПа до 7 кПа, и наиболее предпочтительно - от 2 кПа до 5 кПа. С другой стороны, приложение к контейнеру повышенного давления, путем сжатия его с большей силой, может увеличивать скорость дозировки.
На фиг.11 показана зависимость объема дозировки при различных уровнях заполнения контейнера, для нескольких значений отношения площади входных отверстий (15) к площади регулирующих отверстий (16) и для жидкостей с вязкостью, значения которой находятся в широком диапазоне. Из данного чертежа видно, что при больших отношениях площадей наступает больший разброс в объеме дозировке при различных уровнях заполнения контейнера.
На фиг.12 показана зависимость объема отпущенной дозы от отношения площади входных отверстий (15) к площади регулирующих отверстий (16) для широкого диапазона вязкости жидкости. Из данного чертежа видно, что имеет место практически линейная зависимость между количеством дозируемой жидкости и указанным отношением, а именно объем дозы увеличивается с ростом отношения площади входных отверстий (15) к площади регулирующих отверстий (16).
На фиг. 13 показано изменение давления от начала до конца дозирования для ряда значений отношения площади входных отверстий (15) к площади регулирующих отверстий (16). На этом же чертеже показано, как изменяется объем дозировки при изменении отношения площади входных отверстий (15) к площади регулирующих отверстий (16) при указанных значениях давления. На данном чертеже показано также время сжатия контейнера при заданных отношениях площади входных отверстий (15) к площади регулирующих отверстий (16) при указанных значениях давления. Как видно из данного чертежа, меньшие отклонения давления во время дозирования имеют место, когда отношение суммарной площади входных отверстий (15) к суммарной площади регулирующих отверстий (16) составляет от 6 до 9, предпочтительно от 6 до 8. Из данного чертежа видно также, что при указанных отношениях от 6 до 9, предпочтительно от 6 до 8, объем дозировки в сущности не зависит от давления, то есть достигается в сущности предсказуемая и постоянная дозировка. Из данного чертежа видно также, что при времени сжатия контейнера, превышающем 1 с, возникают большие отклонения объемов дозировки.
Поэтому в воплощениях настоящего изобретения время дозирования, как правило, меньше или равно 1,5 с, предпочтительно меньше или равно 1 с и еще более предпочтительно - меньше или равно 0,75 с. И хотя теоретически это не обязательно, если требуемое время сжатия является слишком большим, это приведет к тому, что прилагаемая пользователем сила сжатия будет сильно варьировать, причем наибольшее значение силы будет достигаться ближе к концу сжатия, и, кроме того, это приведет к нежелательной усталости пользователя, особенно в случаях, когда требуется многократная дозировка.
Испытания, на основании которых были получены данные для фиг. 11-13, проводили следующим образом. Собирали и взвешивали пустое устройство в соответствии с настоящим изобретением. После этого контейнер устройства наполняли жидким составом и снова его взвешивали, чтобы точно рассчитать уровень заполнения контейнера. Для измерений давления на руку, которая сжимала контейнер, надевали перчатку с датчиком (система «I-scan Grip» производства Tekscan с датчиком модели 4256Е).
-1
Модельная система была синхронизирована с видеокамерой, и ее настройки позволяли определять давление и время сжатия. Во всех испытаниях устройство поворачивали из исходного «стоячего» вертикального положения на угол примерно 135° и сжимали контейнер, пока не заканчивался отпуск дозы. После этого устройство снова взвешивали, чтобы точно рассчитать объем отпущенной дозы и новый уровень заполнения контейнера. После этого устройство оставляли стоять в его исходном вертикальном положении в течение примерно 10 с, чтобы жидкость наверняка могла уйти из дозирующей камеры. Испытания проводили при различных отношениях площадей входных отверстий и регулирующих отверстий, а также для жидкостей с различной вязкостью, от 40 мПа·с до 600 мПа·с, измеренной при 10 с при 20°C (с помощью прибора AR 1000 производства ТА Instruments, с использованием шпинделя диаметром 40 мм, углом схождения 2°1'5'' и величиной сужения 57 мкм). Испытания повторяли дважды при каждом наборе условий.
Было определено, что отношение суммарной площади входных отверстий (15) к площади выходного отверстия (9) также может влиять на дозировку, особенно если площадь выходного отверстия меньше суммарной площади входных отверстий. Однако, если размер выходного отверстия (9) слишком велик, может происходить подтекание жидкости, что потребует введения в конструкцию устройства дополнительных элементов для сведения такого подтекания к минимуму, таких как, например, щелевые клапаны из силикона или термопластических эластомеров, и/или крестообразные надрезы в корпусе выходного отверстия. Упомянутое отношение суммарной площади входных отверстий (15) к площади выходного отверстия (9) может составлять от 4 до 0,25 и предпочтительно равно 1.
-1
Вязкость жидкости также может влиять на точность и скорость дозировки. Было определено, что жидкости, имеющие реологический профиль Ньютонового типа и вязкость, выходящую за пределы указанных ниже диапазонов, дают неудовлетворительные показатели постоянства дозировки. И что удивительно, было обнаружено, что жидкости с вязкостью в диапазоне от 1 до 600 мПа·с, предпочтительно от 40 до 300 мПа·с, более предпочтительно - от 40 до 250 мПа·с, еще более предпочтительно от 80 до 220 мПа·с, измеренной при 10 с и 20°C, обеспечивают постоянство дозировки, независимо от уровня жидкости в контейнере (даже до полного исчерпания жидкости в контейнере). Измерения вязкости проводили с помощью прибора AR 1000 производства ТА Instruments, с использованием шпинделя диаметром 40 мм, углом схождения 2°1'5'' и величиной сужения 57 мкм.
Составы, подходящие для использования в устройстве в соответствии с настоящим изобретением, являются жидкими составами, предпочтительно содержащими воду, более предпочтительно в количестве от 10% до 99% по весу от суммарного веса состава. Подходящие составы могут быть кислыми, или щелочными, или и теми, и другими и могут дополнительно содержать абразивные чистящие частицы, вещества, способствующие образованию взвесей, хелатирующими веществами, поверхностно-активными веществами, веществами, выводящими свободные радикалы, ароматизаторы, полимеры-модификаторы поверхности, растворители, наполнители, буферы, бактерицидные вещества, гидротопы, стабилизаторы, отбеливающие вещества, активаторы отбеливания, вещества, связывающие пот, такие как, например, жирные кислоты, ферменты, вещества, препятствующие загрязнению, вещества, препятствующие пылеобразованию, дисперсанты, пигменты, загустители и/или красители.
Способ применения
На фиг.10A-C показан возможный принцип использования устройства (1). На фиг.10A устройство (1) показано в положении покоя, то есть до его использования. Пользователь выводит из зацепления верхнюю крышку (17) или открывает выходное отверстие (9) и наклоняет устройство (1), практически переворачивая его «вверх ногами». После этого пользователь сжимает контейнер (2) одной рукой, прикладывая к нему давление от 2 кПа до 12 кПа, предпочтительно от 2 кПа до 10 кПа, более предпочтительно от 2 кПа до 7 кПа и наиболее предпочтительно от 2 кПа до 5 кПа, для начала дозирования. Возникающий поток жидкости заставляет клапан (7) закрыть выпускное отверстие (13), а жидкость, текущая через регулирующие отверстия (16), вызывает движение поршня (5) в сторону входного патрубка (10). Одновременно с этим жидкость, проталкиваемая через входные отверстия (15), выпускается наружу через входной патрубок (10) и из сопла (8). На фиг.10B устройство (1) показано в положении дозирования, и поршень (5) находится в среднем положении. Для завершения отпуска дозы пользователю следует сжать контейнер не более чем на 1,5 с, предпочтительно не более чем на 1 с. Объем жидкости, дозируемой при каждом сжатии контейнера (2), может составлять от 1 мл до 80 мл, предпочтительно от 3 мл до 40 мл, более предпочтительно от 10 мл до 30 мл и еще более предпочтительно от 10 мл до 25 мл. На фиг.10C устройство (1) показано в конце дозирования. Как только поршень (5) достигнет входного патрубка (10) и закроет его, выпуск дозы закончен, и пользователь может снять сжимающее усилие с контейнера (2). После этого клапан открывается за счет перепада давлений, образующегося при возвращении упругого контейнера (2) в исходное положение, и при этом жидкость выпускается в контейнер (2) через выпускное отверстие (13), что позволяет поршню (5) вернуться в исходное положение. Теперь пользователь снова может сжать контейнер (2) для выпуска новой дозы, без необходимости переворачивать устройство (1). При необходимости данный процесс может быть повторен для любого количества необходимых доз.
Размеры и их значения, содержащиеся в данном документе, не следует рассматривать как строго ограниченные в точности приведенными значениями. Напротив, если не оговорено особо, под приведенным значением понимается данное значение в точности и все значения, находящиеся в функционально эквивалентной его окрестности. Так, например, значение, обозначенное как 40 мм, следует рассматривать как «примерно 40 мм».