ЗАКРЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ШАРНИРНОЙ КРЫШКОЙ И СНИМАЮЩИМИ НАПРЯЖЕНИЯ ВЫЕМКАМИ
CLOSING DEVICE WITH PIVOTED CAP AND STRAIN-RELEASE RECESSES

Настоящее изобретение относится к шарнирной конструкции для соединения двух элементов, которая особенно пригодна для соединения крышки с корпусом емкости.
Разработано множество упаковок, включая дозирующие упаковки или емкости для продуктов личной гигиены, таких как шампуни, лосьоны и др., а также для других жидких веществ. Один из типов закрывающих устройств для таких емкостей обычно содержит шарнирную конструкцию с двумя устойчивыми состояниями, соединяющую крышку с корпусом, установленным на отверстии емкости. Данная шарнирная конструкция проявляет смещающее усилие защелкивающего действия, которое поддерживает крышку в выбранном закрытом или открытом положении.
Шарнирная конструкция для закрывающего устройства, раскрытая в патенте США №4,403,712, содержит один шарнир с единственной основной геометрической осью и две перемычки, каждая из которых образуется посредством двух шарниров, которые расходятся на одной и другой стороне перемычки.
Шарнирной конструкцией с защелкой со значительно улучшенными эксплуатационными характеристиками является двухосная шарнирная конструкция, раскрытая в патенте США №5,642,824. Шарнирная конструкция данного типа включает перемычку, содержащую узкий центральный участок между двумя более широкими концами. Дугообразный шарнир соединяет корпус закрывающего устройства с перемычкой вдоль одной стороны перемычки между концами шарнира. Дугообразный шарнир соединяет крышку с перемычкой вдоль другой стороны перемычки между концами шарнира. Данная шарнирная конструкция включает по меньшей мере одну опорную поверхность, расположенную таким образом, что когда крышка находится в закрытом положении, опорная поверхность продолжается около центральной части перемычки от смежного шарнира к другому шарниру. Во время закрытия и открытия крышки опорная поверхность контактирует с центральной частью перемычки, посредством чего положение перемычки регулируется.
Другая двухосная шарнирная конструкция с защелкой с усовершенствованной конфигурацией раскрыта в патенте США №6,321,923. Данная шарнирная конструкция включает перемычку, содержащую узкий центральный участок между двумя более широкими концами, каждый из которых образует боковой край. Шарнирная конструкция также включает первый дугообразный шарнир, соединяющий крышку устройства с перемычкой вдоль одной стороны перемычки между боковыми краями. Шарнирная конструкция включает другой дугообразный шарнир, соединяющий корпус устройства с перемычкой вдоль другой стороны перемычки между боковыми краями. Перемычка содержит два расположенных на расстоянии друг от друга участка уменьшенной толщины. Участки уменьшенной толщины расположены между дугообразными шарнирами и имеют уменьшенную толщину по сравнению с ними. Каждый участок уменьшенной толщины продолжается в один из смежных боковых краев. Данная шарнирная конструкция имеет повышенную устойчивость к разрушению или отказу. Повышенная отказоустойчивость обусловлена конфигурацией, которая обеспечивает особое распределение напряжения вдоль наружных или боковых краев шарнирной конструкции и одновременное уменьшение напряжения в точках, где наружные края шарнирной конструкции соединяются с обоими элементами, такими как корпус и крышка устройства. Хотя такая шарнирная конструкция имеет улучшенные эксплуатационные характеристики, существуют такие применения, предполагающие значительное количество циклов открытия и закрытия, в которых двухосная шарнирная конструкция (а также другие смещенные шарнирные конструкции или шарнирные конструкции с защелкой с двумя устойчивыми состояниями) с большой долей вероятности может отказать или сломаться.
Предполагается, что в шарнирной конструкции с защелкой, которая включает два или более шарниров и перемычку, содержащую по меньшей мере один широкий конец, напряжения являются более высокими и/или неравномерно распределенными вдоль боковых краев перемычки и в углах перемычки, где заканчивается каждый шарнир. Отказ или разрушение таких шарнирных конструкций обычно начинается в тех участках, где боковой край перемычки шарнирной конструкции соединяется с корпусом и/или крышкой на конце каждого шарнира.
Таким образом, необходимо создать усовершенствованную шарнирную конструкцию с защелкой, в которой можно было бы более точно регулировать напряжения. В частности, предпочтительно такая усовершенствованная конструкция могла иметь меньшие напряжения или уменьшенную концентрацию напряжений на каждом противоположном конце шарнирной конструкции.
Особенно предпочтительно создать шарнирную конструкцию, которая будет иметь уменьшенные напряжения на противоположных концах каждого из двух шарниров в двухосной шарнирной конструкции, соединяющей корпус и крышку.
Предпочтительно такая усовершенствованная шарнирная конструкция могла также по выбору включать конструкцию, которая позволит шарнирной конструкции обеспечивать требуемые углы открытия и закрытия для крышки. Шарнирная конструкция с такой возможностью может обеспечивать эксплуатационные характеристики, которые требуются в особых применениях.
Кроме того, предпочтительно такая усовершенствованная шарнирная конструкция может быть легко встроена в закрывающее устройство, которое будет приспособлено к технологиям производства, обеспечивающим эффективность, высокое качество, высокие объемы при сниженном проценте брака.
Кроме того, предпочтительно такая усовершенствованная конструкция будет приспособлена для использования в закрывающих устройствах с множеством обычных емкостей, содержащих множество обычных окончаний емкостей, таких как обычные конструкции с резьбой или с защелкой.
Настоящее изобретение описывает усовершенствованную шарнирную конструкцию, которая может включать исполнения, имеющие одно или более указанных преимуществ или особенностей.
Краткое изложение существа изобретения
В соответствии с настоящим изобретением создано закрывающее устройство, содержащее шарнирную конструкцию, соединяющую крышку устройства с корпусом устройства, для закрепления на емкости или выполнения в виде отдельного элемента емкости, которая содержит отверстие во внутреннюю часть емкости, в которой может храниться продукт.
Корпус выполнен так, что он продолжается от емкости на ее отверстии и образует выпускное отверстие для соединения с указанным отверстием емкости.
Крышка может перемещаться между закрытым положением, в котором она закрывает отверстие, и открытым положением, в котором она находится на расстоянии от отверстия.
Шарнирной конструкцией является непрерывная шарнирная конструкция, отформованная за одно целое с корпусом и крышкой для включения (а) перемычки, содержащей узкий участок и по меньшей мере один более широкий конец, (b) шарнира корпуса, соединяющего корпус с перемычкой вдоль одной стороны перемычки и содержащего по меньшей мере один край, и (с) шарнира крышки, соединяющего крышку с перемычкой вдоль другой стороны перемычки и содержащего по меньшей мере один край.
Специальная выемка для снятия напряжений образована на крае шарнира в корпусе и/или крышке. Предпочтительно шарнир корпуса содержит два края, тогда выемка для снятия напряжений образуется по меньшей мере в корпусе смежно каждому краю шарнира корпуса. Более предпочтительно крышка также включает выемку для снятия напряжений на каждом крае шарнира крышки.
В предпочтительном виде настоящего изобретения на каждом крае шарнира корпуса выемка корпуса продолжается как (1) в корпус в направлении удаления от стороны шарнира корпуса, так и (2) из края шарнира корпуса в направлении в сторону от края шарнира корпуса.
В предпочтительном варианте, на каждом концевом крае шарнира крышки, выемка крышки продолжается как (1) в крышку в направлении от стороны шарнира крышки, так и (2) от концевого края шарнира крышки в направлении вбок от концевого края шарнира крышки.
В предпочтительном варианте, шарнирная конструкция является конструкцией защелкивающего действия с двумя устойчивыми состояниями.
Предпочтительное выполнение шарнирной конструкции включает перемычку, содержащую узкий центральный участок между двумя более широкими концами, каждый из которых образует боковой край. Шарнирная конструкция также включает дугообразный шарнир крышки, соединяющий крышку с перемычкой вдоль одной стороны перемычки между боковыми краями перемычки. Шарнирная конструкция включает дугообразный шарнир корпуса, соединяющий корпус с перемычкой вдоль другой стороны перемычки между боковыми краями перемычки. Перемычка содержит два расположенных на расстоянии друг от друга участка уменьшенной толщины. Участки уменьшенной толщины расположены между дугообразными шарнирами и имеют меньшую толщину по сравнению с ними. Каждый участок уменьшенной толщины продолжается в один из боковых краев перемычки.
Множество других преимуществ и признаков настоящего изобретения станут понятны из приведенного ниже подробного описания, формулы изобретения и сопроводительных чертежей.
На чертежах, образующих часть описания, подобные ссылочные номера использованы для обозначения подобных элементов.
Фиг.1 - изометрический вид первого варианта шарнирной конструкции по изобретению, встроенной в закрывающее устройство, показанное в открытом положении после формования.
Фиг.2 - частичный вид в изометрии участка в пунктирном круге на фиг.1.
Фиг.3 - вид, аналогичный фиг.2, но с другой перспективой.
Фиг.4 - частичный вид сверху конструкции по фиг.3.
Фиг.5 - вид в сечении по 5-5 на фиг.4.
Фиг.6 - вид в сечении по 6-6 на фиг.4.
Фиг.7 - вид сзади закрывающего устройства в закрытом положении.
Фиг.8 - вид, аналогичный фиг.3, но показывающий второй вариант шарнирной конструкции.
Фиг.9 - частичный вид сверху второго варианта шарнирной конструкции по фиг.8.
Фиг.10 - вид в сечении по 10-10 на фиг.9.
Фиг.11 - вид в сечении по 11-11 на фиг.9.
Хотя настоящее изобретение может быть осуществлено во множестве разных видов, данное описание и сопроводительные чертежи раскрывают только некоторые конкретные варианты в качестве примеров настоящего изобретения. Настоящее изобретение не должно ограничиваться описанными вариантами, и объем изобретения будет определен в прилагаемой формуле.
Для облегчения понимания, закрывающее устройство, содержащее шарнирную конструкцию по изобретению, описано в различных положениях, и такие термины, как верхний, нижний, горизонтальный и др., используются со ссылкой на эти положения. Однако необходимо понимать, что закрывающее устройство может изготавливаться, храниться и использоваться в ориентациях, отличающихся от описанных ориентации.
Как показано на чертежах, первый вариант шарнирной конструкции по изобретению показан на фиг.1-7 как встроенный в закрывающее устройство, в целом обозначенное позицией 40. Закрывающее устройство 40 пригодно для размещения на емкости (не показана), которая может содержать обычное входное отверстие или отверстие, образованное посредством горлышка или другой подходящей конфигурации.
Емкость может храниться и использоваться в вертикальной ориентации, в которой закрывающее устройство 40 находится в верхней части емкости. Емкость, как правило, может также храниться в перевернутом положении (не показано). При хранении в перевернутом положении закрывающее устройство 4 0 используется в качестве опоры для емкости.
Хотя емкость как таковая не входит в рассмотрение самых широких аспектов настоящего изобретения как такового, необходимо понимать, что по меньшей мере корпус закрывающего устройства 40 по изобретению по выбору может быть выполнен как отдельный элемент или продолжение верхней части емкости. Однако в показанном предпочтительном варианте закрывающим устройством 40 является отдельный предмет или элемент (например, дозирующее устройство), пригодный для установки с возможностью удаления или без возможности удаления на предварительно изготовленной емкости, которая содержит отверстие, проходящее во внутреннюю часть емкости.
Показанный предпочтительный вариант закрывающего устройства 40 приспособлен для использования с емкостью, содержащей отверстие для обеспечения доступа во внутреннюю часть емкости и для размещения в ней продукта. Закрывающее устройство 40 может быть использовано для дозирования множества веществ, к которым среди прочих относятся относительно маловязкие или высоковязкие жидкости, кремы, гели, суспензии, смеси, лосьоны и др. (например, вещество, являющееся продуктом питания, напитком, предметом личной гигиены, производственным или бытовым очищающим продуктом или другими химическими соединениями (например, соединениями для использования в видах деятельности, связанных с производством, торговлей или бытовым обслуживанием,
строительством, сельским хозяйством, медицинским обслуживанием, боевыми операциями и др.)).
Емкостью, с которой может быть использовано закрывающее устройство 40, обычно является сжимающаяся емкость, содержащая гибкую стенку или стенки, которые могут захватываться пользователем и сдавливаться или сжиматься для увеличения внутреннего давления в емкости, для того чтобы выдавливать продукт из емкости через открытое закрывающее устройство. Такая гибкая стенка емкости обычно обладает достаточной собственной упругостью, так что после устранения сдавливающих усилий стенка емкости возвращается в свою обычную ненапряженную форму. Такая сжимающаяся емкость предпочтительна во многих применениях, но может быть необязательной или непредпочтительной в других применениях. Например, в некоторых применениях может быть предпочтительно использование в целом жесткой емкости и повышение давления во внутренней части емкости в выбранные моменты времени при помощи поршня или другого нагнетающего устройства или понижение давления внешней среды, для того чтобы отсасывать вещество через открытое закрывающее устройство.
В данный момент предполагается, что многие применения, использующие закрывающее устройство 40, удобно реализовать посредством формования закрывающего устройства 40 из подходящего термопластика или термопластиков. В предпочтительном варианте закрывающее устройство может быть отформовано из подходящего термопластика, например из полипропилена.
Закрывающее устройство 40 включает корпус 50 (фиг.1) для прикрепления к емкости. Корпус 50 включает юбку 52 (фиг.1), которая содержит обычный внутренний край или углубление (невидимые) или другое пригодное средство для зацепления с пригодным взаимодействующим средством, таким как сопряженный край или углубление (невидимые) на емкости таким образом, чтобы прикрепить корпус 50 закрывающего устройства к емкости. В качестве альтернативы корпус 50 может включать внутреннюю стенку кольцевого соединительного элемента с внутренними резьбами для вхождения в зацепление с внешними резьбами на емкости.
В верхней части юбки 52 корпус 50 содержит поперечную поверхность 56 (фиг.1), которая продолжается над верхним удаленным концом емкости, когда закрывающее устройство 40 установлено на емкости. Как показано на фиг.1, поверхность 56 включает горлышко 62, выступающее вверх для образования выпускного отверстия над отверстием горлышка емкости. Поверхность 56 обычно содержит проходящую вниз кольцевую конструкцию внутреннего уплотнения (невидимую), которая расположена против внутреннего края отверстия емкости таким образом, чтобы обеспечить герметичное уплотнение между поверхностью 56 и емкостью.
Закрывающее устройство 40 содержит крышку 70 (фиг.1), соединенную с корпусом 50 шарнирной конструкцией 80 (фиг.1 и 2). Крышка 70 содержит периферийную юбку 82 (фиг.1), образующую периферийную опорную поверхность 84. Периферийная опорная поверхность 84 юбки крышки приспособлена для контактирования или по меньшей мере расположения против корпуса 50, когда крышка 70 закрыта. Как показано на фиг.1, предпочтительно корпус 50 образует периферийный заплечик 86 с выемкой под основной частью поверхности 56, при этом заплечик 86 расположен противоположно опорной поверхности 84 юбки 82 крышки, когда крышка 70 закрыта.
Крышка 70 включает поперечную поверхность или площадку 88 (фиг.1). От нижней стороны площадки 88 крышки продолжается кольцевой элемент 90, который приспособлен для установки и вхождения в зацепление с возможностью уплотнения с внутренней частью горлышка 62, когда крышка 70 закрыта.
Шарнирная конструкция 80 отформована за одно целое в виде единого элемента закрывающего устройства с корпусом 50 и крышкой 70. Одним из предпочтительных материалов для формования закрывающего устройства является полипропилен. Было обнаружено, что данный материал обеспечивает относительно прочное, долговечное закрывающее устройство. Данный материал работает в шарнирной, конструкции 80 с требуемыми смещающими усилиями, способен выдерживать обычные нагрузки, прикладываемые пользователем закрывающего устройства, когда он открывает и закрывает крышку 70, и способен обеспечить относительно большое количество циклов открытия и закрытия без отказа.
Как показано на фиг.4, предпочтительный вид шарнирной конструкции 80 включает перемычку 100, содержащую центральный узкий участок между двумя более широкими боковыми краями или концами 102. В показанном предпочтительном варианте, когда крышка 70 открыта, оба боковых края или конца 102 обычно или по существу параллельны. Шарнирная конструкция 80 содержит некоторые основные элементы, раскрытые в патенте США №6,321,323, который включен сюда путем ссылки в объеме, не противоречащем настоящему описанию.
Как показано на фиг.4, первый дугообразный шарнир 121 (шарнир корпуса) соединяет корпус 50 с перемычкой 100 вдоль одной стороны перемычки 100 между концами 102. Второй дугообразный шарнир 122 (шарнир крышки) соединяет крышку 70 с перемычкой 100 вдоль другой стороны перемычки 100 между концами 102. Как показано на фиг.4, первый шарнир 121 расположен на дуге, которая обычно концентрична с дугой, образующей смежный периферийный участок корпуса 50, и второй шарнир 122 расположен на дуге, образующей смежный периферийный участок крышки 70. Как показано на фиг.3, 4 и 6, первый шарнир 121 расположен на выпуклой вверх кривой на стороне корпуса 50, и второй шарнир 122 расположен на вогнутой вверх кривой на стороне крышки 70.
Как показано на фиг.1-7, в предпочтительном варианте внутренняя поверхность первого шарнира 121 имеет особую конфигурацию, когда крышка 70 полностью открыта. Более конкретно, как показано на фиг.4, внутренняя поверхность первого шарнира 121 (когда крышка 70 полностью открыта) имеет криволинейную радиусную поверхность, образованную между дугообразной линией 128 и другой дугообразной линией 132. Смежно стороне основания шарнира 121 находится радиусная поверхность 124, образованная между дугообразной линией 128 и дугообразной линией 126. Дугообразная линия 126 определяет геометрическое место точек касания между радиусной поверхностью 124 и смежной поверхностью заплечика 136 на корпусе 50. Дугообразная линия 128 определяет геометрическое место точек касания между радиусной поверхностью 124 и радиусной поверхностью первого шарнира 121. Дугообразная линия 132 определяет геометрическое место точек касания между радиусной поверхностью первого шарнира 121 и смежным участком перемычки 100.
В рассматриваемом коммерческом варианте выполнения, в котором закрывающее устройство 40 изготовлено из полипропилена, радиус поверхности 124 составляет 0,01 дюйм, радиус направленной вверх внутренней поверхности шарнира 121 (как показано на фиг.4) составляет 0,03 дюйма, и толщина перемычки 100 вдоль линии 132 составляет 0,012 дюйма.
Второй шарнир 122 имеет конфигурацию, обычно аналогичную конфигурации первого шарнира 121, конечно, за исключением того, что второй шарнир 122 ориентирован в противоположном направлении для соединения перемычки 100 с крышкой 70. Когда крышка полностью открыта (фиг.4), внутренняя поверхность второго шарнира 122 имеет криволинейную радиусную поверхность, образованную между дугообразной линией 128А (фиг.4) и дугообразной линией 132А (фиг.4). Вдоль стороны второго шарнира 122 находится радиусная поверхность 124А (фиг.4). Радиусная поверхность 124А образована между дугообразной линией 128А и дугообразной линией 126А.
Дугообразная линия 126А определяет геометрическое место точек касания между радиусной поверхностью 124А и смежным заплечиком 136А крышки 70. Дугообразная линия 12 8А определяет геометрическое место точек касания между радиусной поверхностью 124А и смежной радиусной поверхностью второго шарнира 122. Линия 132А определяет геометрическое место точек касания между радиусной поверхностью второго шарнира 122 и смежного участка перемычки 100.
Предпочтительно второй шарнир 122 имеет такую же конфигурацию и размеры, как первый шарнир 121. Следовательно, радиус поверхности 124А и радиус поверхности второго шарнира 122 равны радиусу поверхности 124 и радиусу поверхности первого шарнира 121 соответственно.
Как показано на фиг.2 и 3, когда крышка 70 полностью открыта, радиусная поверхность на наружной (внешней) поверхности каждого шарнира 121 и 122 вдоль внешней стороны перемычки 100 обозначена позицией 140. В предпочтительном, предположительно коммерческом варианте, радиус поверхности 140 приблизительно составляет 0,012 дюйма, но в центре шарнира радиус составляет 0,010 дюйма, и на каждом боковом крае радиус составляет 0,015 дюйма, при этом радиус постепенно увеличивается от центра до двух боковых краев.
Шарнирная конструкция 80 расположена в корпусе закрывающего устройства смежно углублению 142, образованному на юбке 52 корпуса (фиг.3). Подобным образом шарнирная конструкция 80 размещена в крышке 70 смежно углублению 14 4 на юбке 82 (фиг.3).
Предпочтительно перемычка 100 является по существу симметричной относительно средней линии 135 (фиг.4). Другая линия 137 перпендикулярна средней линии 135 и продолжается через центры корпуса 50 и крышки 70 закрывающего устройства.
Расстояние между средней линией 135 и точкой пересечения линии 137 с шарниром 121 равно расстоянию между средней линией 135 и точкой пересечения линии 137 с шарниром 122.
Обычно максимальные наружные размеры заплечика 86 на юбке 52 корпуса закрывающего устройства на 0,01 дюйма больше, чем соответствующие максимальные наружные размеры юбки 82 крышки на опорной поверхности 84 юбки крышки. В результате середина шарнирной конструкции 80 вдоль линии 137 немного смещена к с крышке 70 по сравнению с точкой средней линии, соединяющей центры крышки 70 и корпуса 50 (на пересечении линии 137).
Центральная часть перемычки 100 шарнирной конструкции 80 имеет меньшую ширину по сравнению с двумя концами 102. Самая широкая часть шарнирной конструкции 80 находится на каждом боковом крае или конце 102. Предпочтительно ширина обеих боковых краев или концов 102 одинаковая. Основную часть ширины каждого бокового края или конца 102 определяет линейный сегмент 102' (фиг.4), который предпочтительно образует прямолинейный край, когда крышка 70 находится в полностью открытом положении. Предпочтительно сегмент 102' расположен симметрично относительно продольной средней линии 135 шарнирной конструкции 80. На одном конце сегмента 102' конец первого шарнира 121 образован посредством края 102'', и на другом конце сегмента 102' конец второго шарнира 122 образован посредством края 102A''.
Каждый конец радиусной поверхности 124 образован посредством края 102''', и каждый конец радиусной поверхности 124А образован посредством края 102А'''. Когда крышка 70 закрыта (фиг.7), напряжение стремится вызвать небольшое искривление каждого концевого сегмента 102' каждого конца 102 перемычки 100.
В предпочтительном варианте, показанном на фиг.1-7, заплечик 136 уменьшается по ширине от каждого конца шарнирной конструкции 80 к середине шарнирной конструкции 80, где ширина заплечика 136 на стороне корпуса становится очень малой или предпочтительно по существу сходит на нет. Это обусловлено наличием ориентированной в вертикальном направлении опорной поверхности 150 (фиг.3 и 4) для регулирования положения перемычки 100 при закрытии и открытии крышки 70. В показанном предпочтительном варианте опорная поверхность 150 отформована как отдельный элемент корпуса 50.
Опорная поверхность 150 выступает в наружном направлении от корпуса 50. Корпус закрывающего устройства имеет ориентированные в вертикальном направлении стенки 157 (фиг.3 и 4), каждая из которых продолжается из одного конца углубления 142 и соединяется с опорной поверхностью 150. Корпус 50 обычно также содержит ориентированную в вертикальном направлении дугообразную поверхность 158 (фиг.4 и 5), которая продолжается из верхней поверхности заплечика 86 и за верхнюю часть вертикальной опорной поверхности 150. Дугообразная поверхность 158 продолжается вокруг периферии поверхности 56 корпуса, и периферийный заплечик 86 выступает от нее в наружном направлении на одной и другой стороне опорной поверхности 150. Периферийный край поверхности 56 закруглен. То есть периферия поверхности 56 содержит выпуклую радиусную поверхность, образованную между верхней круговой касательной линией 155 и нижней круговой касательной линией 153 в верхней части вертикальной поверхности 158.
Опорная поверхность 150 выступает в наружном направлении от поверхности 158, как показано на фиг.3. Горизонтальная поверхность или выступ 162 образован в верхней части опорной поверхности 150 и выступает от дугообразной вертикальной поверхности 158. Наружный край (т.е. верхний край) выступа 162 может быть образован посредством небольшой выпуклой радиусной поверхности, которая соединяется с вертикальной опорной поверхностью 150. В предполагаемом на данный момент коммерческом варианте радиусная поверхность имеет радиус, приблизительно равный 0,01 дюйма.
Дугообразный шарнир 121 корпуса расположен на некотором расстоянии ниже поверхности 56, ниже выступа 162 в верхней части опорной поверхности 150 и ниже поверхности заплечика 86 корпуса.
В области шарнирной конструкции 80 углубление 142 в стенке 52 корпуса образовано вдоль его дна заплечиком 136 (фиг.4), который уменьшается по ширине к центру шарнирной конструкции 80. Смежно центральной части шарнирной конструкции 80 ширина поверхности заплечика 136 уменьшается почти до нуля, поскольку выступающая опорная поверхность 150 выступает дополнительно в наружном направлении в поверхность заплечика 136.
Радиус дугообразной вертикальной поверхности 158 (на наружном крае поверхности 56 смежно шарнирной конструкцией 80) больше радиуса наружной вертикальной поверхности опорной поверхности 150. Кроме того, внутренний и наружный радиусы заплечика 136 больше радиуса наружной вертикальной поверхности опорной поверхности 150.
Предпочтительно, опорной поверхностью 150 является дугообразная поверхность, ориентированная в вертикальном направлении, которая предпочтительно расположена симметрично относительно концов перемычки 102 таким образом, что поверхность 150 выступает в наружном направлении от цилиндрической поверхности 158 в заплечик 136. В показанном предпочтительном варианте опорная поверхность 150 на средней линии 137 шарнирной конструкции 80 может отличаться тем, что она продолжается как (1) вверх для поднятия над поверхностью заплечика 86 корпуса, так и (2) вниз до заплечика 136 немного ниже первого шарнира 121 (т.е. шарнира 121 корпуса).
Выступ 162 в верхней части опорной поверхности 150 содержит выемку под верхней поверхностью поверхности 56 корпуса. Высота опорного выступа 162 определяется так, чтобы поверхность заплечика 136А крышки (фиг.4) не сталкивалась с выступом 162 опорной поверхности, когда крышку 70 закрывают.
Опорная поверхность 150 образует вертикальную опору, за которую перемычка шарнира 100 не может выходить, когда крышку 70 закрывают и открывают. Опорная поверхность 150 регулирует положение перемычки шарнирной конструкции 100 при закрытии и открытии крышки 70. Предпочтительно опорная поверхность 150 имеет вертикальную высоту на участке вдоль центра шарнирной конструкции 80 (по средней линии 137, соединяющей центры корпуса 50 и крышки 70), которая находится на уровне или выше второго шарнира 122, когда крышка 70 полностью закрыта. Другими словами, по продольной оси шарнирной конструкции 80 (по средней линии 137) опорная поверхность 150 продолжается вверх выше шарнира 121 на расстояние, которое больше, чем минимальное расстояние между шарнирами 121 и 122.
При закрытии или открытии крышки 70 перемычка шарнирной конструкции 100 входит в зацепление с опорной поверхностью 150 таким образом, что положение перемычки 100 регулируется, как более подробно описано в патенте США №5,642,824. Обычно перемычка 100 сгибается внутрь по направлению и к опорной поверхности 150, когда крышка 70 частично закрыта. Предпочтительно, опорная поверхность 150 продолжается смежно центральной части перемычки 100 от первого шарнира 121 ко второму шарниру 122 (когда крышка закрыта) больше, чем на половину минимального расстояния между шарнирами (измеренного по средней линии 137 между концами перемычки 102). Однако предпочтительно опорная поверхность 150 по средней линии 137 шарнирной конструкции 80 продолжается от начала до конца и немного выходит за пределы шарнира 122, когда крышка 70 закрыта, и на данный момент считается, что это обеспечивает максимально точный контроль.
Радиальный размер выступающей опорной поверхности 150 может легко изменяться во время изготовления в соответствии с характеристиками шарнира, которые требуются для конкретного применения. Если опорная поверхность 150 выступает в наружном направлении на значительное расстояние, то перемычка шарнирной конструкции 100 легче контактирует с опорной поверхностью 150 во время процесса закрытия. Если выступ опорной поверхности 150 уменьшается, то перемычка шарнирной конструкции 100 будет контактировать с опорной поверхностью 150 с задержкой в процессе закрытия или только, когда крышка по существу полностью закрыта.
Когда опорная поверхность 150 выступает дополнительно наружу, смещающее действие шарнирной конструкции 80 может быть увеличено для обеспечения открытия и закрытия с более жестким «зажимом» или усилием. Когда выступ опорной поверхности 150 уменьшается, смещающее усилие может быть уменьшено, и открытие и закрытие крышки будет более «мягким». Кроме того, когда опорная поверхность 150 выступает дополнительно наружу, полностью открытое положение крышки 70 определяет больший угол открытия по отношению к корпусу 50 по сравнению с вариантом, когда опорная поверхность 150 выступает наружу на меньшее расстояние.
В рассматриваемом коммерческом варианте выполнения для одного типичного размера закрывающего устройства радиус опорной поверхности 150 составляет 0,553 дюйма, и диаметр дугообразной поверхности 158, из которой она выступает, составляет около 1,320 дюйма. Высота опорной поверхности 150 (на поверхности выступа 162) составляет 0,03 дюйма от плоскости разъема штампа, определяемой посредством внутренней поверхности перемычки шарнира 100, когда крышка после формования находится в полностью открытом положении. В предполагаемом же коммерческом варианте, когда крышка 70 находится в закрытом положении, самая нижняя часть второго шарнира 122 (на средней линии 137 между концами перемычки шарнира 102) будет находиться на 0,005 дюйма ниже выступа опорной поверхности 162. Таким образом опорная поверхность 150 продолжается наверх немного выше за самую нижнюю точку шарнира крышки 122, когда крышка 70 закрыта.
Включение опорной поверхности 150 в шарнирную конструкцию 80 по изобретению не является необходимым элементом настоящего изобретения. Шарнирная конструкция по изобретению может быть использована с другими шарнирными конструкциями, которые не используют опорную поверхность 150 и/или которые используют неподвижный центральный шарнир между двумя расположенными на расстоянии друг от друга шарнирами 121 и 122.
В рассматриваемом коммерческом варианте выполнения обычно предпочтительно создать шарнирную конструкцию 80, в которой напряжение в шарнирной конструкции 80 не является избыточным, когда крышка 70 находится в полностью закрытом положений. Это минимизирует тенденцию шарнирной конструкции 80 терять свою смещающую способность с защелкой, когда крышка 70 удерживается в течение длительных периодов времени в полностью закрытом положении.
В альтернативных вариантах, в которых шарнирная конструкция 80 будет иметь более высокое напряжение, когда крышка 70 находится в полностью закрытом положении, напряжение может со временем привести к пластической деформации материала крышки и последующему ослаблению. Это уменьшит величину смещающего усилия, которое шарнирная конструкция будет оказывать во время открытия и закрытия крышки.
Работа описанной здесь шарнирной конструкции 80 подробно описана в патенте США №6,321,923. Обычно, когда шарнирная конструкция 80 перемещается из открытого в закрытое положение и наоборот, изменения расстояния между шарнирами 121 и 122 около концов 102 относительно меньших изменений расстояния между шарнирами 121 и 122 по средней линии 137 создают значительное усилие натяжения или «растяжение» на самых удаленных концах 102. Это приводит к неустойчивости шарнирной конструкции 80 в любом положении между полностью открытым и полностью закрытым положениями. В результате получается шарнирная конструкция 80, имеющая собственное смещение (когда крышка находится между полностью открытым и полностью закрытым положениями). Это заставляет шарнирную конструкцию 80 принимать одно из двух устойчивых положений (либо полностью открытое, либо полностью закрытое).
Растяжение или напряжение в шарнирной конструкции 80 служит для создания временной деформации в шарнирной конструкции, которое является достаточным для автоматического перемещения крышки 70 к закрытому положению или к открытому положению, когда она освобождена из любого положения между полностью открытым и полностью закрытым положениями. Крышка будет автоматически перемещаться в полностью закрытое положение, если она освобождена из первоначального положения, которое ближе к полностью закрытому положению. С другой стороны, крышка будет автоматически перемещаться в полностью открытое положение, если крышка будет освобождена из первоначального положения, которое ближе к полностью открытому положению.
Необходимо понимать, что полностью открытое положение крышки, показанное на чертежах, соответствует первоначальному положению после формования. Предпочтительно в данном положении после формования корпус и крышка открыты под углом, приблизительно равным 180°. Когда крышку 70 сначала закрывают и после этого открывают и удерживают без любых внешних усилий, шарнирная конструкция обычно будет поддерживать крышку в «полностью открытом» положении, которое имеет угол открытия, немного меньше, чем угол открытия в первоначальном открытом положении после формования, равный по существу 180°.
Предпочтительно шарнирная конструкция 80 приспособлена для обеспечения выбранного напряжения или специального распределения напряжений вдоль наружных боковых краев или концов 102 перемычки 100. В частности, в одной возможной конфигурации было обнаружено, что уменьшение толщины перемычки на участках 200 (фиг.4) увеличивает напряжение в средней точке участка 200 и вдоль каждого бокового края или конца 102 смежно участку 200. Это приводит к уменьшению напряжения в тех местах, где края концов перемычки 102 соединяются с корпусом 50 и крышкой 70. Именно на данных соединительных участках, вероятнее всего, начинается отказ или разрушение шарнирной конструкции 80. Таким образом, уменьшение напряжений в данных четырех точках шарнирной конструкции 80 уменьшает вероятность отказа шарнирной конструкции 80.
В одном предпочтительном, но необязательном на данный момент варианте конструкции 80 перемычка 100 включает два расположенных на расстоянии друг от друга участка 200 (фиг.4), которые определяют уменьшенную толщину в перемычке между и относительно шарниров 121 и 122. Предпочтительно каждый участок 200 продолжается в сторону до смежного бокового края или конца 102 перемычки 100.
В предпочтительном на данный момент, но с устройством по выбору варианте перемычка 100 имеет по существу постоянную толщину между шарнирами 121 и 122, и каждый участок 200 уменьшенной толщины обеспечивает уменьшение толщины перемычки приблизительно на одну треть. В предпочтительном варианте, показанном на фиг.1-7, перемычка 100 может отличаться тем, что она имеет (1) внутреннюю поверхность, обращенную к корпусу и крышке (когда закрывающее устройство находится в закрытом положении), и (2) наружную поверхность, противоположно направленную от внутренней поверхности. Каждый участок уменьшенной толщины 200 образован на внутренней поверхности перемычки посредством выемки по существу трапецеидальной формы, имеющей одну сторону вдоль одного из боковых краев 102. Глубина выемки в показанном предпочтительном варианте составляет приблизительно одну треть от толщины смежного участка постоянной толщины перемычки 100. Предполагается, что в полипропиленовой шарнирной конструкции, в которой участок по существу постоянной толщины перемычки имеет толщину приблизительно от 0,010 дюйма до 0,015 дюйма и предпочтительно приблизительно 0,012 дюйма, предпочтительная толщина участка уменьшенной толщины 200 составляет по меньшей мере приблизительно 1/2 или более от толщины смежного участка постоянной толщины перемычки.
Как можно увидеть на фиг.4, каждая выемка трапецеидальной формы на каждом участке 200 содержит две боковые стенки 204, каждая из которых параллельна или концентрична смежному шарниру 121 или 122. Как показано на фиг.4, ширина участка уменьшенной толщины 200 образована на одном конце посредством концевой стенки 224, которая по существу параллельна боковому краю или концу 102. Предпочтительно верхними краями боковых стенок выемки 204 и верхним краем концевой стенки выемки 224 являются выпуклые поверхности, которые соединяются с смежной верхней поверхностью перемычки 100. Предпочтительно нижними частями боковых стенок выемки 204 и концевой стенки выемки 224 являются вогнутые поверхности, которые соединяются с смежной нижней плоской поверхностью выемки 200. Это сделано с целью уменьшения концентрации напряжений в перемычке 100 вокруг каждого участка выемки 200 внутри бокового края или конца перемычки 102.
Действительное напряжение в средней точке длины бокового края или конца перемычки 102, смежного участку уменьшенной толщины 200, выше, чем напряжение в средней точке края перемычки шарнира известного уровня техники, показанной в патенте США №5,642,824, которая имеет либо по существу постоянную толщину, либо увеличенную толщину вдоль края между шарнирами. В предпочтительном виде крышки в соответствии с вариантом настоящего изобретения напряжение вдоль бокового края или конца 102 перемычки 100 является максимальным в средней точке длины бокового края или конца 102, и напряжение уменьшается в наружном направлении от центрального участка бокового края или конца 102 к шарнирам 121 и 122. Более высокое напряжение в центре каждого бокового края или конца 102 уменьшает напряжения в тех местах, где конец 102 перемычки 100 соединяется с шарнирами 121 и 122.
Уменьшение напряжения в этих четырех точках или участках шарнирной конструкции 80 минимизирует вероятность начала инициации отказа шарнира в данных точках.
В альтернативной конфигурации (не показанной) перемычка 100 может также содержать внешний участок уменьшенной толщины на другой стороне перемычки (т.е. на внешней стороне перемычки 100), и такой внешний участок уменьшенной толщины может иметь такую же конфигурацию, как участок уменьшенной толщины 200, который может находиться на внутренней поверхности перемычки 100 или который вообще может отсутствовать.
Необходимо понимать, что формы участков уменьшенной толщины (таких как участки 200 в предпочтительном первом варианте шарнирной конструкции, показанном на фиг.1-7), могут быть изменены для обеспечения разных степеней эффективности при получении требуемого распределения напряжений вдоль бокового края или конца перемычки шарнира. Таким образом, это позволяет регулировать степень уменьшения напряжения на четырех участках шарнирной конструкции, где боковые края перемычки соединяются с шарнирами. Уменьшение напряжения имеет особое значение в тех случаях, когда шарнирная конструкция подвергается напряжению во время нормальной работы, например, когда шарнирная конструкция смещается из своего первоначального положения после формования.
В еще одном варианте устройства (не показан) участки уменьшенной толщины 200 могут вообще отсутствовать, и концентрации напряжений на концах шарниров 121 и 122 могут быть уменьшены исключительно посредством использования новой конструкции по изобретению, подробно описанной ниже. Однако в предпочтительном варианте новая конструкция по изобретению используется в сочетании с конфигурированными участками уменьшенной толщины 200 в перемычке 100, предпочтительно как показано на фиг.1-7.
В соответствии с настоящим изобретением специальное предохранительное углубление или выемка для снятия напряжений размещена на одном или на обоих концах одного или обоих шарниров 121 и 122. Предпочтительно выемки для снятия напряжений расположены на каждом крае как шарнира 121 корпуса, так и шарнира крышки 122. Как можно видеть на фиг.3, 4 и 7, углубление 142 в юбке корпуса 50 размещает участок перемычки 100, и углубление 144 в юбке крышки размещает участок перемычки 100. На каждом конце шарнира корпуса закрывающего устройства 121 (как можно увидеть на фиг.7) углубление 142 в корпусе 50 образует выемку, которая находится смежно краю шарнира корпуса закрывающего устройства 121 и которая продолжается в направлении в сторону от края шарнира корпуса закрывающего устройства 121. Кроме того, данная выемка продолжается вниз в юбке 52 корпуса 50 в направлении от стороны шарнира 121 корпуса. Более конкретно, как показано на фиг.7, выемка продолжается вниз до по существу горизонтального края 260, и данный край 260 находится ниже конца смежного шарнира 121 корпуса.
Углубление 144 в юбке 82 крышки 70 образует выемку смежно каждому концу шарнира 122 крышки. В частности, выемка крышки продолжается от края шарнира 122 крышки в направлении в сторону от края шарнира 122 крышки. Выемка также продолжается вверх в юбке 82 крышки 70 в направлении от стороны шарнира 122 крышки. В частности, как показано на фиг.7, верхняя часть выемки на каждом конце шарнира 122 крышки образована верхним горизонтальным краем 270. Верхний край 270 расположен выше смежного конца шарнира крышки 122.
Описанная выше выемка (которая продолжается в сторону за каждый конец шарнира, а также в направлении от стороны каждого шарнира) образует пространство между концами шарнира и стенками крышки. Это разгружает всю высоту или длину каждого конца шарнира на стенках крышки, где часто может начинаться разрушение шарнира.
Геометрия шарниров 121 и 122 обладает гибкостью и работает на изгиб во время открытия и закрытия крышки 70. Таким образом, части шарнирной конструкции, которые обладают гибкостью и работают на изгиб во время открытия и закрытия, расположены на расстоянии от участков, которые во время формования могут в противном случае стать точками или участками напряжения, где две половины стальной пресс-формы стыкуются. Благодаря выемкам на каждом конце шарнирной конструкции участки соединения концов шарниров с остальными частями конструкции крышки расположены на расстоянии от плоскости разъема половин пресс-формы таким образом, что участок вокруг каждого конца шарнира может находиться в одной из половин пресс-формы (например, верхней половине пресс-формы или нижней половине пресс-формы). Таким образом, во время прессования крышки обе половины пресс-формы не стыкуются на участке, смежном концам шарнира, что в противном случае могло бы создавать нежелательное напряжение или концентрации напряжений.
В предпочтительном на данный момент варианте устройства, показанном на фиг.7, различные элементы имеют следующие размеры: (1) нижний край выемки 260 находится на расстоянии приблизительно 0,020 дюйма ниже конца смежного шарнира 121 корпуса, (2) верхний край 27 0 выемки находится на расстоянии приблизительно 0,020 дюйма выше конца смежного шарнира крышки 122, (3) и на каждом конце каждого шарнира 121 и 122 боковое расстояние между концом шарнира и наружным краем выемки или углубления (142 в корпусе 50 или 14 4 в крышке 70) приблизительно равно 0,042 дюйма (при измерении в горизонтальном направлении, параллельном плоскости открытия и закрытия крышки). Такие размеры выемки будут использоваться в полипропиленовых закрывающих устройствах типовых размеров, имеющих номинальный диаметр наружного корпуса, равный приблизительно от 10 миллиметров до 100 миллиметров. Настоящее изобретение не ограничено вариантами, имеющими такие размеры выемки и диаметры закрывающих устройств.
На Фиг.8-11 показан вариант закрывающего устройства, в котором использована другая форма выемок для снятия напряжений по изобретению. В частности, закрывающее устройство, показанное на фиг.8-11, включает корпус 50А и крышку 70А. Углубление корпуса 142А продолжается дополнительно в сторону и дополнительно наклонено наружу по сравнению с углублением в соответствии с первым вариантом 142 (фиг.6). Подобным образом крышка 70А содержит углубление 144А, которое продолжается дополнительно в сторону по сравнению с углублением крышки в соответствии с первым вариантом (Фиг.5).
Углубление 142А в корпусе 50А образует выемку, содержащую нижний край 260А, расположенный в корпусе 50А на расстоянии от стороны шарнира 121А корпуса на конце шарнира 121А корпуса. Подобным образом углубление 144А крышки образует выемку, содержащую верхний край 270A, расположенный в крышке 70A на расстоянии от стороны шарнира крышки 122А на конце шарнира крышки 122А. Остальные части шарнирной конструкции в соответствии с альтернативным вариантом выполнения закрывающего устройства могут быть аналогичны остальным частям шарнирной конструкции, рассмотренной выше для первого варианта, показанного на фиг.1-7.
В другой (не показанной) альтернативной конфигурации шарнирная конструкция может содержать одну неподвижную центральную ось и две расположенные на расстоянии друг от друга перемычки, имеющие треугольную форму. Каждая такая треугольная перемычка образована между шарниром корпуса и шарниром крышки и может быть расположена на конце центральной оси и ориентирована так, что вершина перемычки находится на конце оси. Каждая такая перемычка может содержать боковой край, расположенный противоположно вершины на неподвижной оси. Каждая такая перемычка может также содержать участок уменьшенной толщины, смежный боковому краю. Одна или более выемок для снятия напряжений, описанных выше в соответствии с настоящим изобретением, могут быть предусмотрены для такой шарнирной конструкции.
Обычно шарнирная конструкция формуется первоначально в полностью открытом положении. То есть, когда такая шарнирная конструкция первоначально отформована как часть закрывающего устройства, это устройство отформовано с крышкой, находящейся первоначально в открытом положении. После формования шарнирная конструкция устройства по существу находится в ненапряженном состоянии. Напряжения появляются в шарнирной конструкции, когда она смещается из своего первоначально отформованного открытого положения (например, когда крышка перемещается из открытого положения к закрытому положению). Напряжение в шарнирной конструкции достигает максимума в средней точке (т.е. в промежуточном положении между закрытым и открытым положениями). Напряжение в шарнирной конструкции немного уменьшается, когда крышка перемещается в полностью закрытое положение, но шарнирная конструкция находится под достаточным напряжением для смещения и удержания крышки в закрытом положении. Именно во время смещения крышки из полностью открытого положения к закрытому положению повышенные напряжения могут вызвать отказ шарнира. Поскольку настоящее изобретение уменьшает рабочие напряжения шарнира на четырех участках вокруг концов обоих шарниров, шарнирная конструкция может быть рассчитана на множество циклов открытия и закрытия без отказа и/или может быть рассчитана с меньшим расходом материала и/или использованием менее дорогих, но менее прочных материалов.
Таким образом, понятно, что настоящее изобретение описывает закрывающее устройство с усовершенствованной шарнирной конструкцией, которая особенно пригодна для использования в тех случаях, когда требуется, чтобы крышка срабатывала защелкиванием при перемещении в закрытое положение и из закрытого положения.
Шарнирная конструкция выступает на минимальное расстояние от задней части устройства, когда оно находится в закрытом положении. Это совместимо с высокоскоростным оборудованием для установки закрывающих устройств, используемым в обычных линиях для заполнения емкостей продуктом. Это позволяет использовать данное устройство с емкостями, обрабатываемыми на высокоскоростных линиях.
Следует понимать, что закрывающее устройство по изобретению содержит корпус и крышку, которые могут быть соединены при помощи многоосной шарнирной конструкции с двумя устойчивыми состояниями или шарнирной конструкции с одной неподвижной осью и двумя устойчивыми состояниями. Перемычка шарнирной конструкции при желании может содержать участки уменьшенной толщины, и шарнирная конструкция может при желании содержать взаимодействующую посредством зацепления опорную поверхность, которая может быть рассчитана для обеспечения малого или большого смещающего усилия и малого или большого угла открытия крышки.
Понятно, что закрывающее устройство по изобретению может иметь множество конфигураций дозирующего отверстия.
Из вышеприведенного подробного описания настоящего изобретения и иллюстраций к нему понятно, что возможно множество других изменений и модификаций без отхода от сущности и объема настоящего изобретения.