ДОЗИРУЮЩИЙ КЛАПАН С УЛУЧШЕННЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ
PROPORTIONING VALVE WITH IMPROVED PROPORTIONING

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе для дозирования жидкости из источника подачи жидкости через гибкий, упругий клапан, который имеет головку, которая определяет нормально закрытое, дозирующее отверстие и которая является смещаемой наружу к открытой конфигурации, когда давление с внутренней стороны клапана на заданную величину превышает давление с наружной стороны клапана.
Предпосылки к созданию изобретения и технические проблемы, поставленные предшествующим уровнем техники
Системы различных типов для подачи жидкостей, включая переносные контейнеры с дозирующим устройством, становятся общераспространенными для использования с различными жидкими веществами, включая лосьоны, шампуни, чистящие жидкости, напитки, другие жидкие пищевые продукты и т.д. Контейнер одного типа представляет собой по существу гибкую бутылку с дозирующим укупорочным устройством, имеющим дозирующее отверстие и колпачок или крышку, которая шарнирно соединена с корпусом укупорочного устройства и которая может быть открыта, чтобы обнаружить дозирующее отверстие. Затем можно наклонить и сдавить бутылку для дозирования жидкого продукта. Крышку можно возвратить в закрытое положение для предотвращения проливания жидкости в случае падения или опрокидывания контейнера. Кроме того, закрытая крышка может способствовать сохранению содержимого свежим и может уменьшить доступ загрязняющих веществ.
Укупорочное устройство одного типа для контейнеров подобного рода также включает в себя гибкий, самозакрывающийся клапан прорезного типа, установленный в укупорочном устройстве над отверстием контейнера. Этот клапан имеет прорезь или прорези, которые определяют нормально закрытое отверстие, которое открывается для предоставления возможности потока через него в ответ на увеличенное давление внутри контейнера, когда его сдавливают. При снятии увеличенного давления клапан автоматически закрывается для прерывания потока через него.
Конструкции таких клапанов в укупорочных устройствах, в которых используются такие клапаны, описаны в патентах США №5271531, №5927566 и №5934512. Укупорочное устройство обычно включает в себя корпус или основание, установленное на горлышке контейнера, чтобы образовать седло для приема клапана, а также включает в себя стопорное кольцо или другой элемент для удержания клапана на седле в основании (см., например, патенты США №6269986 и №6616016). Клапан является нормально закрытым и может выдерживать вес жидкого продукта, когда бутылка полностью перевернута, так что жидкость не будет вытекать, если только не сдавливать бутылку. С такой улучшенной системой не требуется повторно закрывать крышку или колпачок.
Хотя такая клапанная дозирующая система обладает значительными преимуществами и хорошо действует, желательно усовершенствовать эту систему, так чтобы обеспечить лучшее открывание клапана при меньшем давлении в контейнере и при большем контроле и уменьшенной склонности бить струей.
Кроме того, желательно обеспечить усовершенствованный клапан для сдавливаемого контейнера, так чтобы клапан имел бы способность позволять обратный впуск окружающего воздуха через клапан и в контейнер после дозирования желаемого количества текучего продукта, с тем, чтобы уравнивать давление в контейнере с давлением окружающего воздуха для способствования возврату сдавленной стенки (стенок) контейнера к нормальной, недеформированной форме.
Кроме того, предпочтительно, что такой усовершенствованный клапан может быть легко встроен в дозирующую укупорочную систему, которая могла быть адаптирована для различных систем подачи жидкости, включая бутылки, контейнеры, спортивные гидратационные ранцевые системы для подачи жидкости и т.д., которые имеют различные формы и которые изготавливают из различных материалов.
Кроме того, предпочтительно такой усовершенствованный клапан имеет конструкцию, которая позволяет удерживать клапан в контейнере или другой части системы стопорным кольцом или другим средством, как, например, обжатием, ультразвуковой сваркой, склеиванием, чеканкой и т.д.
Более того, предпочтительно, такой усовершенствованный клапан может обеспечить способы эффективного, высококачественного крупносерийного изготовления с уменьшенным процентом брака изделий для производства клапана с согласующимися рабочими характеристиками от изделия к изделию.
Согласно настоящему изобретению предлагаются усовершенствованные дозирующий клапан и дозирующая система, которые имеют конструкцию, имеющую одну или несколько вышеописанных предпочтений и отличительных признаков.
Сущность изобретения
Согласно широкому аспекту настоящего изобретения предлагается усовершенствованный клапан, который может быть использован в дозирующей укупорочной системе для лучшего контроля процесса дозирования при меньшей склонности бить струей.
Согласно одному широкому аспекту изобретения предлагается клапан для дозирования текучего вещества с по существу круглой конфигурацией относительно продольной оси, вдоль которой может быть выдано текучее вещество из клапана в направлении выпускаемого потока. Клапан имеет наружное осевое направление, которое определяется направлением выпускаемого потока, и внутреннее осевое направление внутрь, которое определяется как направление, противоположное направлению оси наружу. Клапан включает в себя периферийную установочную часть, головку клапана и соединительную юбку, соединяющую головку клапана и периферийную установочную часть. Головка клапана является гибкой и упругой. Головка клапана имеет (1) нормальное закрытое отверстие, которое определяется по меньшей мере одной прорезью и которое может открываться, чтобы позволить выпустить поток вещества, и (2) полностью отведенное назад, закрытое положение, которое является положением по направлению оси внутрь от по меньшей мере другой части клапана. Кроме того, головка клапана имеет наружную поверхность, которая (1) может соприкасаться с окружающей средой с наружной стороны клапана, и (2) имеет по существу углубленную конфигурацию при виде снаружи клапана, когда головка клапана находится в полностью отведенном назад, закрытом положении. Кроме того, головка клапана имеет внутреннюю поверхность, которая (1) может соприкасаться с текучим веществом с внутренней стороны клапана, и (2) выступает по существу по направлению оси внутрь при виде с внутренней стороны клапана, когда головка клапана находится в полностью отведенном назад, закрытом положении. Кроме того, головка клапана имеет периферийную поверхность, простирающуюся от наружной поверхности по направлению к внутренней поверхности.
Соединительная юбка является гибкой и упругой, и юбка определяет по существу трубчатую форму на по меньшей мере части длины юбки. Соединительная юбка простирается между периферийной установочной поверхностью и указанной головкой клапана и соединяет их в конфигурацию, которая в случае, когда клапан подвергается достаточному перепаду давления, прогибается и выворачивается в указанном направлении оси наружу по мере того, как головка клапана движется от полностью отведенного назад, закрытого положения к выдвинутому положению, которое является положением по направлению оси наружу от полностью отведенного назад, закрытого положения и которое обеспечивает открывание отверстия. Соединительная юбка соединена с головкой клапана в месте, в котором периферийная поверхность головки клапана в наибольшей степени простирается по направлению оси внутрь.
Многочисленные другие преимущества и отличительные признаки настоящего изобретения станут легко очевидными из последующего подробного описания изобретения, из формулы изобретения и из сопровождающих чертежей.
Краткое описание чертежей
На сопровождающих чертежах, образующих часть описания, повсюду для обозначения одинаковых частей применяются одинаковые позиции.
Фиг.1 - перспективный вид клапана для дозирования жидкости согласно настоящему изобретению, содержащегося внутри установочного устройства в виде укупорочного устройства, установленного на контейнере;
фиг.1А - увеличенный вид в разрезе части в овале, обозначенный как «фиг.1А» на фиг.1;
фиг.2 - перспективный вид внутренней поверхности клапана, показанного на фиг.1, но при этом клапан извлечен из укупорочного устройства;
фиг.3 - вид сверху внутренней поверхности клапана;
фиг.4 - вид клапана сбоку;
фиг.5 - вид, сходный с видом на фиг.2, но на фиг.5 клапан показан в частичном разрезе;
фиг.6 - вид снизу наружной поверхности клапана;
фиг.7 - вид в разрезе по существу по плоскости 7-7 на фиг.3;
фиг.8 - вид в разрезе по существу по плоскости 8-8 на фиг.3;
фиг.8А - вид, сходный с видом на фиг.8, но на фиг.8А показана головка клапана, перемещенная (в ответ на перепад давления через клапан) к по существу полностью выдвинутому положению непосредственно до открывания клапана для выпуска текучего вещества;
фиг.9 - вид, сходный с видом на фиг.8, но на фиг.9 клапан показан в полностью открытой, выпускной конфигурации;
фиг.10 - вид, сходный с видом на фиг.4, но на фиг.10 клапан показан в полностью открытой выпускной конфигурации, соответствующей аналогичной конфигурации, изображенной на фиг.9;
фиг.11 - вид, сходный с видом на фиг.2, но на фиг.11 клапан показан в полностью открытой выпускной конфигурации, соответствующей конфигурациям, изображенным на фиг.9 и 10;
фиг.12 - вид, сходный с видом на фиг.8, но на фиг.12 клапан показан в частично открытой внутрь, впускной конфигурации;
фиг.13 - вид, сходный с видом на фиг.4, но на фиг.13 клапан показан в частично открытой внутрь, впускной конфигурации, соответствующей конфигурации, изображенной на фиг.12;
фиг.14 - перспективный вид внутренней поверхности клапана, показанного на фиг.2-13, но на фиг.14 клапан показан в частично открытой, впускной конфигурации, соответствующей конфигурации, изображенной на фиг.12 и 13;
фиг.15 - вид, сходный с видом на фиг.14, но на фиг.15 клапан показан в частичном разрезе и в частично открытой, впускной конфигурации, соответствующей конфигурации, изображенной на фиг.12-14;
фиг.16 - перспективный вид внутренней поверхности клапана по второму варианту выполнения до установки в укупорочное устройство;
фиг.17 - вид в разрезе по существу, по плоскости 17-17 на. фиг.16;
фиг.18 - вид в разрезе по существу по плоскости 18-18 на фиг.16;
фиг.19 - перспективный вид клапана по второму варианту выполнения в частичном разрезе, показывающем клапан в полностью открытой, выпускной конфигурации;
фиг.20 - перспективный вид клапана по второму варианту выполнения в полностью открытой, выпускной конфигурации, соответствующей аналогичной конфигурации, изображенной на фиг.19;
фиг.21 - вид, сходный с видом на фиг.17, но на фиг.21 показан вид в разрезе клапана по второму варианту выполнения в частично открытой внутрь, впускной конфигурации; и
фиг.22 - перспективный вид, показывающий клапан по второму варианту выполнения в частично открытой внутрь, впускной конфигурации, соответствующей конфигурации, изображенной на фиг.21.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Хотя это изобретение может быть воплощено в различных формах, в этом описании и на сопровождающих чертежах раскрываются только некоторые конкретные формы в качестве примеров изобретения. Однако, как предполагается, изобретение не ограничивается описанными здесь вариантами его осуществления. Объем изобретения охватывается в прилагаемой формуле изобретения.
Для простоты описания на многих из фигур, иллюстрирующих изобретение, показано укупорочное устройство, содержащее дозирующий клапан в разъемном дозирующем устройстве, и укупорочное устройство показано при обычной ориентации, при которой укупорочное устройство расположено наверху контейнера, когда контейнер хранится вертикально на основании, а термины, как, например, «верхний», «нижний, «горизонтальный» и т.д. используются относительно этого положения. Однако, как понятно, клапан согласно этому изобретению можно изготавливать, хранить, транспортировать, использовать и продавать при другой ориентации, чем описанное положение.
Клапан согласно изобретению пригоден для использования в целом ряде обычных или специальных дозирующих систем, в том числе в выпускных спортивных гидратационных системах и в контейнерах, имеющих разнообразные конструкции, детали которых (хотя и не показанные и не описанные) очевидны для специалистов в данной области техники. Такие контейнеры и системы, сами по себе, которые описаны здесь, не образуют никакой части (и, следовательно, как предполагается, не ограничивают) главнейших аспектов клапана, сами по себе, согласно настоящему изобретению. Как также понятно специалистам в данной области техники, новые и неочевидные изобретательские аспекты воплощены в одном лишь описанном клапане.
На фиг.1-15 показан предпочтительный в настоящее время, первый вариант выполнения дозирующего клапана согласно настоящему изобретению, как части дозирующей укупорочной системы или укупорочного устройства, которое обозначено в целом позицией 20 на фиг.1. В показанном предпочтительном варианте выполнения дозирующее укупорочное устройство 20 включает в себя дозирующий клапан 22, который удерживается цельным установочным кольцом или стопорным кольцом 24 в корпусе 30 укупорочного устройства, с которым шарнирно соединена крышка 31. В других предполагаемых вариантах выполнения (не показаны) крышка 31 могла быть отдельной, съемной крышкой или вообще могла отсутствовать. Комбинация из клапана 22, стопорного кольца 24 и корпуса 30 укупорочного устройства (и крышки 31, если она используется) рассматривается как укупорочное устройство 20.
Показанный предпочтительный вариант укупорочного устройства 20, в частности, приспособлен для крепления или установки на контейнере 33, который обычно содержал бы текучее вещество. Контейнер обычно включает в себя (1) корпус 35, горлышко 37, ограничивающее отверстие внутрь контейнера, и (2) наружную резьбу 39 для сопряжения с внутренней резьбой 44 на дозирующем укупорочном устройстве 20. Дозирующее укупорочное устройство 20 может быть также установлено на или в других типах устройств или систем для дозирования текучих веществ вместо установки на контейнере, сами по себе.
В тех случаях, когда укупорочное устройство 20 установлено на контейнере, контейнер 33 может иметь корпус с любой подходящей конфигурацией, а выступающее вверх горлышко может иметь другой размер поперечного сечения и/или форму, чем у корпуса контейнера. (С другой стороны, контейнер сам по себе не обязательно должен иметь горлышко. Вместо этого контейнер может состоять просто из корпуса с отверстием). Контейнер обычно имеет несколько гибкую стенку или стенки.
Хотя контейнер, сам по себе, не является частью основного аспекта настоящего изобретения, само по себе понятно, что в одном предполагаемом варианте выполнения (не показан) по меньшей мере часть укупорочного устройства 20 может быть выполнена как объединенная часть (или продолжение) верха контейнера (или другой дозирующей системы или устройства). Однако в показанном предпочтительном варианте выполнения дозирующее укупорочное устройство 20 является совершенно отдельным изделием или устройством (например, отдельным дозирующим укупорочным устройством 20), которое содержит клапан 22 наряду с одним или несколькими другими частями укупорочного устройства и которое выполнено с возможностью быть съемно (или несъемно) установлено на ранее изготовленном контейнере (или другом устройстве для дозирования текучего вещества). Далее дозирующее укупорочное устройство 20 будет проще называться укупорочным устройством 20.
Показанный, предпочтительный вариант выполнения укупорочного устройства 20 выполнен с возможностью использования с контейнером, имеющим отверстие для обеспечения доступа внутрь контейнера и для содержания продукта в нем. Укупорочное устройство 20 может быть использовано для дозирования многих веществ, включая, но не ограничиваясь ими, жидкости, суспензии, смеси и т.д. (как, например, вещества, составляющего средство личной гигиены, пищевого продукта, промышленного или бытового очищающего средства или других, имеющих значение композиций (например, композиций для использования в сферах деятельности, связанных с производством, торговлей или бытовым обслуживанием, строительством, сельским хозяйством, медициной, военными операциями и т.д.)).
Контейнер 33, с которым может быть использовано укупорочное устройство 20, обычно был бы сдавливаемым контейнером, имеющим гибкую стенку или стенки, которые могут быть схвачены пользователем и сдавлены или сжаты для увеличения внутреннего давления внутри контейнера, с тем чтобы выдавливать продукт из контейнера и через открытое укупорочное устройство. Такая гибкая стенка контейнера обычно имеет достаточную, присущую ей упругость, так что при снятии усилий сдавливания стенка контейнера возвращается в свою нормальную, ненапряженную форму. Такой сдавливаемый контейнер предпочитается во многих случаях применения, но он может не быть обязательным или предпочтительным в других случаях применения. Например, в некоторых случаях применения может быть желательным использование по существу жесткого контейнера, при котором либо внутренним поршнем (или другим устройством для повышения давления) повышают давление внутри контейнера в выбранное время, либо понижают внешнее окружающее давление вокруг наружной стороны укупорочного устройства, с тем чтобы всасывать вещество через открытое укупорочное устройство.
Как предполагается в настоящее время, многие случаи применения укупорочного устройства 20 будут преимущественно осуществлены посредством формования по меньшей мере некоторых из частей укупорочного устройства 20 из подходящего термопластичного материала или материалов. В показанном предпочтительном варианте выполнения стопорное кольцо 24, корпус 30 укупорочного устройства и крышка 31 укупорочного устройства могут быть формованы из подходящего термопластичного материала, как, например, (но не ограничиваясь им) полипропилена. Части укупорочного устройства могут быть отдельно формованы и могут быть формованы из разных материалов. Материалы могут иметь одинаковые или разные цвета и текстуры.
В предполагаемых альтернативных вариантах выполнения (не показаны) клапан 22 мог быть подходяще прикреплен к объединенному установочному элементу в укупорочном устройстве или иначе фиксирован в укупорочном устройстве различными средствами, включая обжатие, чеканку, приклеивание, ультразвуковую сварку и т.д. В другом предполагаемом альтернативном варианте выполнения (не показан) корпус 30 клапана мог быть формован для образования по существу жесткой, объединенной конструкции, а затем клапан 22 мог быть формован двойным литьем под давлением на корпусе 30 для образования укупорочного устройства без необходимости в стопорном кольце 24.
Как можно видеть на фиг.1, корпус 30 включает в себя основание 42 и юбку 43, которая простирается вниз от основания 42 и имеет внутреннюю резьбу 44 для резьбового соединения с наружной резьбой 39 горлышка контейнера, когда дозирующее укупорочное устройство 20 установлено на горлышке 37 контейнера.
С другой стороны, корпус 30 контейнера мог быть снабжен каким-нибудь другим средством соединения с контейнером, как, например, защелкивающим буртиком или пазом (не показан) для зацепления с соответствующим пазом или буртиком (не показан) на горлышке контейнера. Кроме того, корпус 30 укупорочного устройства вместо этого мог быть постоянно прикреплен к контейнеру посредством индукционного плавления, ультразвуковой сварки, приклеивания и т.п.в зависимости от материалов, использованных для корпуса 30 укупорочного устройства и контейнера 33. Кроме того, корпус 30 укупорочного устройства мог быть образован как объединенная часть (или удлинение) контейнера.
Корпус 30 укупорочного устройства может иметь любую подходящую конфигурацию для приспособления к выступающему вверх горлышку контейнера 33 или для приспособления к любой другой части контейнера, которая, как предполагается, должна воспринимать конкретную конфигурацию корпуса 30 укупорочного устройства, даже если контейнер не имеет горлышка, сам по себе. Главная часть контейнера или корпуса 35 контейнера может иметь другую форму поперечного сечения, чем у горлышка 37 контейнера или корпуса 30 укупорочного устройства. Кроме того, корпус 30 укупорочного устройства может быть выполнен с возможностью установки на других типах дозирующего устройства, машин или оборудования.
Кроме того, корпус 30 укупорочного устройства может включать в себя внутренний, кольцевой уплотнительный элемент (не показан), простирающийся вниз от нижней стороны основания 42 корпуса укупорочного устройства вблизи юбки 43. Такой уплотнительный элемент мог быть обычным двойным V-образным уплотнением, уплотнением с профилем «пробки», уплотнением типа «крабовой клешни», плоским уплотнением или каким-нибудь другим таким обычным или специальным уплотнением в зависимости от конкретного случая применения.
Как можно видеть на фиг.1, основание 42 корпуса укупорочного устройства определяет выпускной канал 47. В другом предполагаемом варианте выполнения (не показан) основание 42 могло включать в себя выступающее наружу сопло вокруг канала 47.
Как показано на фиг.1А, вокруг выпускного канала 47 основание 42 образует кольцевую опорную поверхность 70 для соприкосновения с периферийной частью клапана 22, как это описано ниже. Это обеспечивает посадку клапана 22 в корпусе 30 укупорочного устройства. Опорная поверхность 70 предпочтительно имеет форму усеченного конуса и действует как кольцевая, наклоненная внутрь зажимная поверхность для соприкосновения с периферийной частью клапана 22, как это подробно объяснено ниже.
Кольцевой заплечик 72 (фиг.1А) простирается по направлению оси внутрь от основания 42 корпуса укупорочного устройства вокруг стопорного кольца 24, с тем чтобы удерживать на месте стопорное кольцо 24, как это подробно описано ниже. Предпочтительным вариантом выполнения клапана 22 является срабатывающий под давлением, гибкий клапан прорезного типа, который удерживается на поверхности 70 внутри корпуса 30 укупорочного устройства посредством стопорного кольца 34, как это подробно описано ниже.
Клапан 22 предпочтительно формован как цельный элемент из материала, который является гибким, податливым, эластичным и упругим. Такой материал может быть из числа эластомеров, как, например, синтетических термореактивных полимеров, включая силиконовый каучук, как, например, силиконовый каучук, продаваемый в Соединенных Штатах Америки компанией Dow Corning Corp.под торговым обозначением D.C. 99-595-НС. Другой подходящий силиконовый каучук продается в Соединенных Штатах Америки компанией Wacker Silicone Company под обозначением Wacker 3003-40. Эти два материала имеют показатель твердости 40 по Шору А. Клапан 22 мог быть также формован из других термореактивных материалов, или из других эластомерных материалов, или из термопластичных полимеров или термопластичных эластомеров, включая те, которые основаны на таких веществах, как термопластичный пропилен, этилен, уретан и стирол, включая их галогенированные разновидности.
В показанном предпочтительном варианте выполнения клапан 22 включает в себя кое-что из конфигурации и конструкции имеющегося на рынке клапана, по существу описанных в патенте США №5676289 в отношении описанного в нем клапана 46. Конфигурация и принцип действия клапана такого типа дополнительно описаны в отношении сходного клапана, который обозначен позицией 3d в патенте США №5409144.
Клапан 22 является гибким и изменяет конфигурацию между (1) отведенным назад, закрытым, исходным положением (на фиг.1А показан закрытым в укупорочном устройстве 20, имеющим ориентацию, которую укупорочное устройство 20 имело бы при установке на контейнере в упаковке, которая перевернута до дозирования текучего вещества из контейнера через клапан 22), и (2) расширенным, активным, открытым положением (показанным на фиг.9, 10 и 11, когда из перевернутой упаковки выдается текучий продукт). Как показано на фиг.5, клапан 22 включает в себя (1) периферийную установочную часть или борт 74, (2) головную часть или головку 76 клапана с гибкой, центральной стенкой и (3) соединительную юбку 78, которая простирается между бортом 74 и головкой 76 и соединяет их. Когда клапан 22 не приведен в действие и находится в отведенном назад, закрытом, исходном положении (фиг.1А), головка 76 имеет вогнутую конфигурацию (при виде снаружи укупорочного устройства, показанного на фиг.1А).
Согласно первому предпочтительному варианту выполнения, показанному на фиг.2, 3 и 8, клапан 22 имеет по существу круглую конфигурацию вокруг центральной продольной оси 80, проходящей через клапан 22 (фиг.3). В одном предпочтительном варианте выполнения, показанном на фиг.7 и 8, борт 74, юбка 78 и головка 76 ориентированы при по существу круглой конфигурации и концентричном взаимном расположении относительно продольной оси 80, вдоль которой текучее вещество может быть выдано из клапана 22 в направлении выпускаемого потока. Клапан 22 может быть характеризован как имеющий направление оси наружу, которое определяется направлением выпускаемого потока. Клапан 22 может быть также характеризован как имеющий направление оси внутрь, которое определяется как направление, противоположное направлению оси наружу.
Головка 76 клапана 22 имеет дозирующее отверстие, которое в предпочтительном варианте выполнения определяется одной или несколькими прорезями 82 (фиг.2, 3 и 7). Предпочтительно имеются две или несколько прорезей 82, которые расходятся по радиусу от продольной оси 80. Предпочтительнее имеются четыре прорези 82, которые расходятся по радиусу от оси 80. С другой стороны, четыре расходящиеся прорези 82 могут быть характеризованы как две пересекающиеся поперечные прорези 82. Могло быть использовано меньшее или большее число прорезей 82. Прорези 82 предпочтительно простираются радиально (поперечно) в толщу головки 76 и продольно через нее при ориентациях, которые включают в себя продольную ось 80 и параллельны ей.
В одном предпочтительном варианте выполнения прорези 82 простираются вбок из общей исходной точки на продольной оси 80, определяя четыре створки или лепестка 83 (фиг.2 и 11), которые могут отгибаться наружу (как это видно на фиг.11), чтобы избирательно позволять потоку продукта выходить из контейнера через клапан 22. Створки 83 открываются наружу от точки пересечения прорезей 82 в ответ на увеличивающийся перепад давления через клапан, когда перепад давления имеет достаточную величину, как это по существу описано в патенте США №5409144.
Как можно видеть на фиг.5, при предпочтительном расположении каждая прорезь 82 оканчивается в радиально наружном конце 84 в головке 76 клапана. Концы 84 прорезей предпочтительно ориентированы вдоль прямых линий, которые параллельны продольной оси 80 (фиг.8). В одной предпочтительной конструкции прорези 82 имеют одинаковую радиальную длину, хотя прорези 82 могли иметь неодинаковую длину. В предпочтительном варианте выполнения каждая прорезь 82 является плоской, и плоскость каждой прорези 82 содержит в себе центральную, продольную ось 80 клапана 22. Прорези 82 предпочтительно расходятся радиально из исходной точки на продольной оси 80 и ограничивают равные по размерам углы между каждой парой прорезей 82, с тем чтобы створки 83 (фиг.2) имели одинаковый размер. Четыре прорези 82 предпочтительно расходятся под углами в 90 градусов, образуя две взаимно перпендикулярные, пересекающиеся, более длинные прорези. Прорези 82 предпочтительно образуют так, чтобы противоположные боковые поверхности смежных створок 83 клапана тесно примыкали друг к другу, когда дозирующее отверстие, определяемое прорезями, находится в своем нормальном, полностью закрытом положении. Длину и расположение прорезей 82 можно регулировать для изменения заданного давления открывания клапана 22, а также других характеристик процесса дозирования.
Клапан 22 мог быть формован с прорезями 82. С другой стороны, клапан может быть формован без прорезей, а прорези 92 затем могут быть подходящими обычными способами прорезаны в центральной головке 76 клапана 22. Необходимо понять, что дозирующее отверстие клапана может определяться другими элементами, чем показанными прорезями 82. Если отверстие определяется прорезями, то тогда прорези могут принимать другие формы, размеры и/или конфигурации в соответствии с желаемыми характеристиками процесса дозирования. Например, отверстие может также включать в себя пять или большее число прорезей.
Соединительная юбка 78 клапана 22 простирается от головки 76 клапана до периферийной установочной части 74. Юбка 78 на своем наружном крае соединяется с увеличенной, намного более толстой, периферийной установочной частью или бортом 74, который в продольном поперечном сечении имеет, по существу, форму «ласточкина хвоста» (при виде на фиг.7 и 8).
Для посадки клапана 22 в корпус 30 укупорочного устройства (показан на фиг.3 и 4) обращенная наружу поверхность борта 74 клапана с поперечным сечением в форме «ласточкина хвоста» имеет такие же самые конфигурацию и угол усеченного конуса, как и поверхность 70 усеченного конуса в корпусе укупорочного устройства (фиг.1А).
Другая поверхность борта 74 клапана (т.е. обращенная внутрь поверхность) зажата стопорным кольцом 24 (фиг.1 и 1А). Стопорное кольцо 24 включает в себя обращенную вверх, кольцевую зажимную поверхность 90 усеченного конуса (фиг.1А) для соприкосновения с внутренней поверхностью борта 74 клапана под углом, который сопрягается с углом примыкающей, внутренней поверхности борта 74 клапана с поперечным сечением в форме «ласточкина хвоста».
Периферийная часть стопорного кольца 24 включает в себя выступающий наружу заплечик или буртик 94 (фиг.1А) для соединения с защелкиванием с внутренней стороной заплечика 72 корпуса укупорочного устройства вблизи буртика 98 (фиг.1А), выступающего внутрь от заплечика 72, и это прочно удерживает кольцо 24 в корпусе 30 укупорочного устройства, с тем чтобы крепко зажимать клапан 22 внутри корпуса 30 укупорочного устройства. Внутреннее пространство кольца 24 является достаточно большим, чтобы позволить области вблизи юбки 78 клапана быть по существу открытой, свободной и незанятой, с тем чтобы дать пространство для перемещения юбки 78 клапана, как это описано ниже.
Далее будет конкретнее описана новая конфигурация клапана 22 со ссылкой, среди прочих, на фиг.7 и 8. Головка 76 клапана может быть охарактеризована как имеющая наружную поверхность 102. Наружная поверхность 102 может соприкасаться с окружающей средой снаружи клапана. Наружная поверхность 102 имеет, по существу, углубленную конфигурацию при виде снаружи клапана, когда головка 76 клапана находится в полностью отведенном назад, закрытом положении (показано на фиг.1 и 1А).
Кроме того, головка 76 клапана включает в себя внутреннюю поверхность 104 (фиг.7 и 8). Внутренняя поверхность 104 может соприкасаться с жидким веществом внутри клапана. Как можно видеть на фиг.3, 5 и 8, внутренняя поверхность 104 головки клапана включает в себя радиально наружную часть 106 с выпуклой изогнутой конфигурацией при виде изнутри клапана, когда клапан находится в полностью отведенном назад, закрытом положении. Как можно видеть на фиг.5, в предпочтительном варианте клапана 22 прорези 82 отверстия клапана простираются каждая радиально наружу до по меньшей мере радиально наружной части 106 поверхности (см. также фиг.8).
Внутренняя поверхность 104 головки клапана дополнительно включает в себя центральную внутреннюю часть 108 поверхности, которая (1) расположена радиально внутрь от радиально наружной части 106 поверхности и (2) имеет по существу круглую, плоскую конфигурацию. В других предполагаемых вариантах выполнения (не показаны) головка 76 клапана могла иметь другую конфигурацию (например, внутренняя поверхность могла быть непрерывно изогнутой без плоской центральной внутренней части 108 поверхности).
Головка 76 клапана имеет периферийную поверхность 110 (фиг.5, 7 и 8), которая простирается от наружной поверхности 102 по направлению к внутренней поверхности 104. В первом варианте выполнения, показанном на фиг.5, 7 и 8, периферийная поверхность 110 представляет собой цилиндрическую поверхность, которая параллельна продольной оси 80, когда клапан находится в полностью отведенном назад, закрытом положении.
Соединительная юбка 78 простирается от периферийной части головки 76 клапана и определяет по существу трубчатую форму на по меньшей мере части длины юбки. Конкретнее, юбка 78 определяет по существу трубчатую стенку, которая при виде в поперечном сечении вдоль плоскости, перпендикулярной к продольной оси 80, имеет по существу кольцевое поперечное сечение, когда клапан 22 находится в полностью отведенном назад, закрытом положении. Как можно видеть на фиг.7, в этом показанном варианте клапана 22 юбка 78 имеет первую часть 120, которая простирается вбок или радиально наружу от места, в котором периферийная поверхность 110 головки клапана в наибольшей степени простирается по направлению оси внутрь. Внутренняя боковая поверхность юбки 78 (включая часть 120 юбки) наиболее предпочтительно соединена с внутренней поверхностью 104 головки клапана по окружности внутренней поверхности 104 головки клапана.
У радиально наружной периферии части 120 юбки юбка 78 имеет вторую часть 122, которая простирается по направлению оси наружу (вниз при виде на фиг.7 и 8), но которая, кроме того, расширяется радиально наружу до некоторой степени, пока не соединится с периферийной установочной частью или бортом 74 клапана. Со ссылкой на фиг.7 и 8 соединительная юбка 78 может быть также характеризована как по существу расширяющаяся радиально наружу смежно с периферийной поверхностью 110 головки клапана. Кроме того, диаметр наружной стороны трубчатой стенки юбки 78 может быть характеризован как увеличивающийся с увеличением расстояния вдоль юбки 78 по направлению оси наружу.
Кроме того, в первом варианте выполнения клапана 22, показанном на фиг.1-15, соединительная юбка 78 клапана включает в себя выступающий радиально наружу кольцевой буртик 124 для придания жесткости (фиг.7 и 8).
Соединительная юбка 78 является сравнительно гибкой и упругой, с тем чтобы в случае, когда клапан 22 подвергается достаточному перепаду давления, юбка 78 могла прогибаться и выворачиваться по направлению оси наружу (вдаль от внутреннего пространства контейнера) по мере того, как головка 76 клапана движется от полностью отведенного назад, закрытого положения (фиг.1А, 2, 5, 7 и 8) к выдвинутому положению (фиг.9, 10 и 11), которое является положением по направлению оси наружу от полностью отведенного назад, закрытого положения, посредством чего осуществляется открывание отверстия, определенного прорезями 82.
Для дозирования продукта упаковку обычно наклоняют вниз или полностью перевертывают и затем сдавливают. На фиг.1 и 1А показана ориентация клапана 22 в укупорочном устройстве 20, когда пользователь перевертывает упаковку и затем сдавливает контейнер 33 (фиг.1). (Или, с другой стороны, могло быть понижено внешнее атмосферное давление вблизи наружной стороны клапана 22). Контейнер 33 (фиг.1) обычно сдавливают для увеличения давления внутри контейнера выше окружающего внешнего атмосферного давления. Это приводит к выдавливанию продукта в контейнере по направлению к клапану 22 и на него и вытеснению клапана 22 из утопленного или отведенного назад положения (показано на фиг.1-8) по направлению к выдвинутому наружу положению (показано на фиг.8А-11). Вытеснение наружу центральной головки 76 клапана 22 обеспечивается сравнительно тонкой, гибкой юбкой 78. Юбка 78 движется от выступающего внутрь, исходного положения к смещенному наружу, поджатому положению, и это происходит в результате «вывертывания» юбки 78 наружу по направлению к наружному концу упаковки (по направлению к положению, показанному на фиг.8А).
Во время процесса открывания головка 76 клапана первоначально перемещается наружу, все еще сохраняя свою по существу вогнутую, закрытую конфигурацию. Первоначальное перемещение наружу закрытой, вогнутой головки 76 обеспечивается сравнительной тонкой, гибкой юбкой 78. Юбка 78 движется от утопленного, исходного положения к поджатому положению, при этом юбка 78 выдвигается наружу по направлению к открытому концу (и могла даже выдвигаться за него) устройства, в котором установлен клапан 22 (фиг.8А). А именно, когда головка 76 клапана перемещается по направлению к полностью выдвинутому положению, юбка 78 выдвигается по направлению оси наружу (т.е. наружу в направлении выпускаемого потока вещества, подлежащего дозированию через клапан 22). Однако клапан 22 не открыт (т.е. прорези 82 не раскрыты) до тех пор, пока клапан 76 не переместится по существу на всем пути к полностью выдвинутому положению (фиг.8А). Действительно, когда головка 76 клапана перемещается по направлению оси наружу, головка 76 клапана подвергается сжимающим силам, которые направлены радиально внутрь и стремятся дополнительно сопротивляться раскрытию прорезей 82. Кроме того, головка 76 клапана обычно сохраняет свою закрытую конфигурацию при ее движении вперед и даже после того, как юбка 78 и головка 76 клапана достигают полностью выдвинутого положения (фиг.8А). Однако, когда внутреннее давление становится достаточно большим по сравнению с внешним давлением, прорези 82 в выдвинутой головке 76 клапана тогда быстро раскрываются для дозирования продукта (фиг.9-11). Затем текучее вещество выталкивается или выпускается через раскрытые прорези 82.
Вышеописанное дозирующее действие клапана 22 обычно происходило бы после (1) передвижения крышки (если она имеется) в открытое положение, (2) наклона или перевертывания упаковки и (3) сдавливания контейнера. Давление на внутреннюю сторону клапана 22 будет вызывать открывание клапана, когда перепад между внутренним и внешним давлением достигнет заданного значения. Клапан 22 предпочтительно рассчитан для открывания после действия на него достаточно большого перепада давления (например, вызванного сдавливанием контейнера с достаточной силой (если контейнер не является жестким контейнером) и/или вызванного достаточно уменьшенным давлением (т.е. разрежением), приложенным к внешней стороне клапана 22).
Новая конструкция согласно настоящему изобретению успешно функционирует для обеспечения более плавного открывания при меньшем выдавливании струей выпускаемого текучего вещества и большем контроле над выпускаемым текучим веществом благодаря соединению соединительной юбки 78 с головкой 76 клапана в месте соединения, в котором периферийная поверхность 110 головки клапана в наибольшей степени простирается по направлению оси внутрь. Это до некоторой степени может рассматриваться как точка «поворота» для головки 76 клапана относительно соединительной юбки 78. Это шарнирообразное крепление или присоединение соединительной юбки 78 к головке 76 клапана способствует более плавному процессу открывания при меньшем выталкивании струей выпускаемого текучего вещества и большем контроле над процессом дозирования.
В зависимости от конкретной конструкции клапана открытый клапан 22 может закрываться при уменьшении перепада давления, или клапан может оставаться открытым, даже если перепад давления уменьшается до нуля. В предпочтительном варианте выполнения клапана 22, показанном на фиг.1-15, клапан 22 сконструирован для закрывания при уменьшении перепада давления до заданного значения или ниже него. Таким образом, при снятии давления сдавливания на контейнер клапан 22, в конце концов, закрывается, а головка 76 клапана отводится назад к ее утопленному, исходному положению внутри укупорочного устройства 20.
Клапан 22 предпочтительно сконструирован так, чтобы выдерживать вес жидкости на внутреннюю сторону клапана 22, когда контейнер 33 полностью перевернут.При такой конструкции в случае, если контейнер 33 перевернут, но не сдавлен при закрытом клапане, один лишь вес текучего вещества на клапан 22 не вызывает открывание клапана 22 или оставление его открытым. Кроме того, если контейнер, на котором установлен закрытый клапан 22, нечаянно опрокинут (после открывания крышки, если она имеется), то тогда продукт все еще не вытекает из клапана 22, потому что клапан 22 остается закрытым.
В одном предпочтительном варианте выполнения клапана 22 створки 83 клапана открываются только наружу, когда головка 76 клапана подвергается заданному перепаду давления, действующему в направлении градиента давления, при этом давление на внутреннюю поверхность 104 головки клапана превышает - на заданную величину - местное окружающее давление на наружную поверхность 102 головки клапана. Продукт затем может выдаваться через открытый клапан 22 до тех пор, пока перепад давления не уменьшится ниже заданного значения, после чего полностью закрываются створки 83.
Кроме того, клапан 22 сконструирован так, чтобы быть достаточно гибким для обеспечения впуска окружающего воздуха (как подробно описывается ниже), с тем чтобы закрывающиеся створки 83 могли продолжать движение дальше внутрь, позволяя клапану 22 открываться внутрь, когда направление градиента перепада давления изменяется на обратное, при этом давление на наружную поверхность 102 головки клапана на заданную величину превышает давление на внутреннюю поверхность 104 головки клапана.
Для некоторых случаев применения процесса дозирования может быть желательным, чтобы клапан 22 не только дозировал продукт, но и также обеспечивал такой впуск окружающего воздуха (например, с тем, чтобы позволить сжатому контейнеру, на котором установлен клапан, возвращаться к своей первоначальной форме). Такая способность к впуску может быть обеспечена выбором соответствующего материала для конструкции клапана и выбором соответствующих толщин, форм и размеров для различных частей головки 76 клапана с учетом конкретного материала клапана и его общего размера. Толщина, форма, гибкость и упругость головки клапана и, в частности, створок 83 могут быть рассчитаны или установлены так, что створки 83 будут отгибаться внутрь (как показано на фиг.12-15), когда они будут подвергаться достаточному перепаду давления, действующему через головку 76 в направлении градиента, которое является обратным или противоположным от направления градиента перепада давления во время дозирования продукта. Такой обратный перепад давления может создаваться, когда пользователь освобождает сжатый, упругий контейнер, на котором установлен клапан 22. Упругость стенки (стенок) контейнера будет вызывать возврат стенки к нормальной, большей по объему конфигурации. Увеличение объема внутреннего пространства контейнера будет вызывать временное, скоротечное падение внутреннего давления. Когда внутреннее давление упадет достаточно ниже внешнего окружающего давления, перепад давления через клапан 22 будет достаточно большим для отгибания створок 83 клапана внутрь, чтобы позволить впуск окружающего воздуха. Однако в некоторых случаях возможно, что впуск не будет происходить с желаемой скоростью или в желаемом количестве до тех пор, пока контейнер не возвратится к по существу вертикальной ориентации, которая позволит продукту под действием силы тяжести течь от клапана 22.
В тех случаях, когда клапан 22 используется с контейнером, клапан 22 предпочтительно выполняют для использования вместе с конкретным контейнером и с конкретным видом продукта, с тем чтобы достигнуть желаемых характеристик процесса дозирования (и необязательных характеристик по впуску). Например, вязкость и плотность текучего продукта могут быть факторами при конструировании конкретного выполнения клапана 22 для жидкостей наряду с формой, размером и прочностью контейнера. Жесткость и твердость материала клапана - и размер, и форма головки 76 клапана - также имеют отношение к достижению желаемых характеристик процесса дозирования и могут быть согласованы как с контейнером, так и с текучим веществом, выдаваемым из него.
Как установлено, новое выполнение клапана 22 - особенно места крепления соединительной юбки 78 к головке 76 клапана - обеспечивает улучшенные характеристики относительно впуска воздуха. Этот клапан 22 позволяет конструировать клапан для лучшего обеспечения впуска - даже в тех случаях, когда контейнер обеспечивает для впуска только слабый перепад давления через клапан 22.
На фиг.16-22 показан второй вариант выполнения клапана согласно настоящему изобретению, при этом на фиг.16-22 клапан по второму варианту выполнения обозначен в целом позицией 22А. На фиг.16-22 клапан 22А по второму варианту выполнения показан по существу при ориентации, которую он имел бы, если клапан 22А был бы установлен в укупорочном устройстве, как, например, укупорочном устройстве 22, описанном выше со ссылкой на фиг.1 и 1А, и если это укупорочное устройство было бы установлено на перевернутом контейнере 33, описанном выше со ссылкой на фиг.1.
Клапан 22А по второму варианту выполнения по существу сходен с клапаном 22 по первому варианту выполнения, описанным выше со ссылкой на фиг.1-15. Как показано на фиг.17, клапан 22А по второму варианту выполнения включает в себя периферийную установочную часть или борт 74А, головку 76А клапана и соединительную юбку 78А. Юбка 78А является гибкой и упругой, определяет по существу трубчатую форму на по меньшей мере части длины юбки 78А, простирается между периферийной установочной частью или бортом 74А и головкой 76А клапана и соединяет их.
Головка 76А клапана 22А по второму варианту выполнения несколько отличается от головки 76 клапана по первому варианту выполнения. Конкретно, как показано на фиг.17, головка 76А клапана по второму варианту выполнения имеет периферийную поверхность 110А, которая не является цилиндрической, как периферийная поверхность 110 головки в клапане по первому варианту выполнения. Периферийная поверхность 110А головки в клапане по второму варианту выполнения является скорее поверхностью в форме усеченного конуса, которая сужается радиально внутрь с увеличением расстояния по направлению оси наружу (по направлению оси наружу - это по направлению потока текучего вещества, выпускаемого из клапана, или по направлению вниз при виде клапана на фиг.17).
Головка 76А клапана по второму варианту выполнения включает в себя одну или несколько прорезей 82А, как, например, четыре пересекающиеся поперечные прорези 82А, показанные на фиг.16-22. Прорези 82А определяют четыре створки 83А, которые могут открываться для выпуска текучего вещества из контейнера через клапан (фиг.19 и 20) и которые могут открываться по направлению оси внутрь для обеспечения впуска воздуха в контейнер (фиг.21 и 22). В зависимости от конкретного случая применения клапана 22А может быть не нужно изготавливать клапан настолько гибким, чтобы он обеспечивал впуск воздуха, если впуск воздуха не является необходимым или желаемым.
В предпочтительной разновидности клапана 22А по второму варианту выполнения головка 76А клапана (фиг.17) имеет наружную поверхность 102А, имеющую такую же самую конфигурацию, как и у наружной поверхности 102 клапана 22 по первому варианту выполнения, описанного выше со ссылкой на фиг.1-15. Головка 76А клапана 22А по второму варианту выполнения также включает в себя внутреннюю поверхность 104А, которая имеет (1) радиально наружную часть 107А поверхности в форме усеченного конуса, (2) промежуточную, изогнутую (частично сферическую) часть 106А поверхности и (3) центральную, внутреннюю часть 108А поверхности. Центральная, внутренняя часть 108А поверхности имеет такие же самые плоскую конфигурацию и ориентацию, как и у соответствующей поверхности 108 в клапане 22 по первому варианту выполнения, описанном выше со ссылкой на фиг.1-15.
В предпочтительной разновидности клапана 22А по второму варианту выполнения прорези 82А клапана имеют ориентацию, при которой каждая прорезь 82А клапана оканчивается в радиально наружном конце 84 (фиг.17), и этот наружный конец 84 прорези ориентирован вдоль прямой линии, которая параллельна продольной оси клапана. Как можно видеть на фиг.17, имеется угол Х между линией, определяющей конец 84 прорези в головке 76 клапана, и периферийной поверхностью 110А в форме усеченного конуса. В варианте выполнения, предпочитаемом в настоящее время, угол Х равен около 35 градусов. В предполагаемых вариантах осуществления изобретения, предпочитаемых в настоящее время, угол Х имеет предпочтительный интервал от около 0 градусов до около 45 градусов.
Как можно видеть на фиг.17, соединительная юбка 78А по второму варианту выполнения имеет внутреннюю часть или первую часть 150А по направлению оси, которая слегка расширяется радиально наружу вблизи периферийной поверхности 110А головки клапана. Часть 150А юбки и периферийная поверхность 110А могут рассматриваться как определяющие внутренний угол между ними, который не больше 90 градусов и который в предпочтительном варианте, показанном на фиг.17, меньше 90 градусов.
Соединительная юбка 78А включает в себя вторую часть 152А (фиг.17), которая простирается от первой части 150А. Вторая часть 152А слегка расширяется радиально наружу от первой части 150А по направлению к периферийной установочной части или борту 74А.
Наконец, соединительная юбка 78А включает в себя третью часть 154А, которая простирается между второй частью 152А и периферийной установочной частью или бортом 74А. Третья часть 154А соединительной юбки включает в себя обратно изогнутую или дуговидную конфигурацию, которая простирается дальше радиально наружу и которая также простирается до места несколько внутрь по направлению оси, где третья часть 154А соединяется с установочным бортом 74А клапана.
В отличие от клапана 22 по первому варианту выполнения, описанного выше со ссылкой на фиг.1-15, клапан 22А по второму варианту выполнения не включает в себя кольцевой буртик для придания жесткости (т.е. буртик 124 для придания жесткости, описанный выше со ссылкой на первый вариант выполнения, показанный на фиг.5).
Подобно клапану 22 по первому варианту выполнения место крепления соединительной юбки 78А клапана по второму варианту выполнения к головке 76А клапана находится там, где периферийная поверхность 110А головки клапана простирается в наибольшей степени по направлению оси внутрь. Внутренняя сторона юбки 78А наиболее предпочтительно соединена с внутренней поверхностью 104А головки клапана по окружности внутренней поверхности 104А головки клапана. Как установлено, это выполнение способствует улучшенным рабочим характеристикам клапана, особенно в отношении обеспечения более плавного открывания при меньшем выдавливании струей и большем контроле дозирования.
Клапан 22А по второму варианту выполнения действует способом, сходным с вышеописанным способом действия клапана 22 по первому варианту выполнения, показанного на фиг.1-15. Клапан 22А по второму варианту выполнения может быть сконструирован достаточно гибким, чтобы легко обеспечивать впуск воздуха в тех случаях, когда это желательно, и на фиг.21 и 22 показаны створки 83А клапана при впуске воздуха.
Как легко отметить из предшествующего подробного описания изобретения и из его иллюстраций, могут быть осуществлены многочисленные другие изменения и модификации, не отклоняясь от сущности и не выходя за пределы новых идей или отличительных признаков этого изобретения.