УКУПОРОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТЕЙНЕРА, КОНТЕЙНЕР ДЛЯ НАПИТКА И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ УКУПОРОЧНОГО УСТРОЙСТВА
CLOSURE FOR CONTAINER, BEVERAGE CONTAINER AND METHOD OF OPERATING CLOSURE

Область техники
Настоящее изобретение относится к укупорочному устройству для контейнера, например, контейнера для напитка.
Уровень техники
Для того чтобы облегчить использование контейнеров для напитков, их оснащают укупорочными устройствами с повторной герметизацией, которыми можно управлять без необходимости отвинчивания крышки или снятия крышки иным способом, что обеспечивает возможность управления одной рукой. Обычные укупорочные устройства с повторной герметизацией, обладающие такими особенностями, могут содержать клапан, управляемый путем оттягивания или нажатия на часть укупорочного устройства для того, чтобы обеспечить возможность вытекания содержащегося в бутылке напитка. После открытия указанный клапан можно либо оставить в открытом положении, обеспечивая непрерывный поток жидкости, либо вернуть в закрытое положение, тем самым, повторно закупоривая контейнер.
Такие укупорочные устройства, как правило, изготавливают массовым производством путем литья полимеров под давлением с использованием многогнездовых пресс-форм, предназначенных для формования различных компонентов, которые необходимо собрать для создания указанных укупорочных устройств. В укупорочных устройствах некоторых типов, например, в которых необходимо наличие клапана с автоматической повторной герметизацией, трудно бывает выдерживать достаточно малые допуски на изготовление, что необходимо для обеспечения одинаковой функциональности готового изделия независимо от того, в каком конкретно гнезде сформирован каждый компонент.
То, каким образом скомпонован указанный клапан с повторной герметизацией, влияет на различные технические аспекты. При этом на качество приема пользователем напитка из контейнера сильное влияние оказывает легкость срабатывания клапана укупорочного устройства, т.е., чем легче открывается клапан, тем легче пользователю употреблять напиток из контейнера. Таким образом, следует обеспечить легкость управления клапаном. Однако, в идеальном случае клапан не должен оставаться открытым, поскольку это может привести к вытеканию содержимого контейнера. Кроме того, важным вопросом является возможность возврата воздуха в бутылку после употребления пользователем напитка для предотвращения деформации бутылки, поскольку теоретически после повторного закрытия клапан должен обеспечивать герметичность. Таким образом, необходимо, чтобы конструкция клапана обеспечивала управляемый возврат воздуха в бутылку после употребления пользователем напитка. Укупорочное устройство для бутылки, имеющее регулируемый клапан с повторной герметизацией и предназначенное для решения указанных выше проблем, раскрыто в опубликованной патентной заявке US 2009/0212061. Выполнение укупорочного устройства таким образом, чтобы при меньшей силе происходил возврат клапана в его закрытое положение, позволяет управлять временем выпуска воздуха.
Однако, конкурирующее требование состоит в том, что мембрана должна быть также устойчивой к повреждению при укусе или жевании при условии, что клапаном будут управлять только воздействием рта. Поскольку пользователями могут быть дети, особенно важным требованием является, чтобы при нормальном использовании отсутствовал риск отделения какого-либо мелкого компонента укупорочного устройства, который может представлять опасность с точки зрения удушения. Типовые требования предусматривают устойчивость к отделению или разрушению при приложении силы до 60 Н. Кроме того, любая отделяемая часть не должна быть настолько мелкой, что может застрять в горле человека. На основании указанных требований Британской ассоциацией безалкогольных напитков были разработаны конкретные стандарты.
В упомянутой публикации US 2009/0212061 раскрыто управляемое давлением укупорочное устройство, предназначенное для контейнера для напитка, причем в указанном устройстве герметизирующая мембрана прикреплена между наружной частью укупорочного устройства и центрально расположенной частью с питьевым отверстием. Перемещение указанной части с питьевым отверстием вызывает изгиб мембраны и открытие клапана, что обеспечивает возможность вытекания жидкого содержимого бутылки через питьевое отверстие. Упругость мембраны обеспечивает возврат клапана в его герметизирующее положение в случае прекращения действия пониженного давления, создаваемого во время питья. Вследствие кольцевой формы мембраны ее деформируемая область либо должна быть очень тонкой, либо должна иметь большую продольную протяженность для обеспечения достаточно высокой гибкости мембраны, чтобы обладать практической полезностью. В этом состоит недостаток, свойственный конструкции данного типа, в которой изгиб мембраны происходит в результате экстенсивной геометрической деформации в области, которую вынужденно ограничивают до малого диаметра, т.е. до ширины отверстия бутылки. Кроме того, в одном из вариантов осуществления рассматриваемого технического решения мембрана на своей периферии не жестко соединена с остальной конструкцией укупорочного устройства посредством защелкивающегося замка. Такой способ крепления обеспечивает повышенную свободу перемещения в наружной части мембраны, но затрудняет создание достаточно прочного укупорочного устройства, которое бы отвечало указанным выше нормативным требованиям к прочности на разрыв. Для решения данной проблемы может оказаться необходимым использование для изготовления мембраны пластмассовых материалов нескольких типов, например, использование в области с защелкивающимся замком более жесткого материала, по сравнению с материалом деформируемой области. Такое решение является более сложным с технической точки зрения, что приводит к необходимости использования более дорогой технологии изготовления.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы устранить по меньшей мере одну из указанных выше проблем.
Согласно первому аспекту в настоящем изобретении предложено укупорочное устройство для контейнера, содержащее:
наружную часть, выполненную с возможностью соединения с отверстием, предусмотренным в указанном контейнере;
внутреннюю часть, приводимую в действие в осевом направлении и содержащую уплотнительный элемент, предназначенный для ограничения потока текучей среды через указанное укупорочное устройство, когда указанная внутренняя часть находится в первом положении, и для пропуска текучей среды через указанное укупорочное устройство, когда указанная внутренняя часть находится во втором положении, смещенном в осевом направлении относительно указанной наружной части, и
кольцевую мембрану, соединяющую указанные наружную и внутреннюю части и выполненную с возможностью обеспечения возвратной силы для упругого смещения указанной внутренней части в указанное первое положение таким образом, что указанная возвратная сила меньше, когда указанная внутренняя часть находится во втором положении, чем тогда, когда указанная внутренняя часть находится в первом положении.
Указанная кольцевая мембрана предпочтительно выполнена так, что возвратная сила является максимальной, когда указанная внутренняя часть находится между первым и вторым положениями.
Предлагаемое укупорочное устройство обеспечивает улучшенную ответную реакцию на перепады давления на мембране во время процесса питья, одновременно обеспечивая средство для увеличения толщины мембраны без ухудшения ее свойств изгиба и/или чувствительности и, тем самым, создавая высокую устойчивость к механическому напряжению при использовании, например, укусам, проколам или отрыву.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения указанная кольцевая мембрана может содержать конструктивно ослабленную кольцевую область. Указанная ослабленная кольцевая область может быть предусмотрена на верхней кромке наружной части или рядом с указанной кромкой и/или на нижней кромке внутренней части или рядом с указанной кромкой. Указанная конструктивно ослабленная кольцевая область может быть образована уменьшением толщины по сравнению со смежной частью мембраны. Альтернативно или дополнительно указанная конструктивно ослабленная кольцевая область может быть образована частью материала мембраны, обладающей относительно более высокой гибкостью, например, посредством материала, обладающего относительно более низкой жесткостью.
Указанная кольцевая мембрана может быть изготовлена из того же материала, что и указанные внутренняя и наружная части или из другого материала. В случае использования другого материала материал кольцевой мембраны может иметь более низкую жесткость, чем материал внутренней и наружной частей.
Указанная ослабленная кольцевая область может иметь радиальную ширину от 0,1 до 10 мм, опционально от 0,1 до 1 мм или от 0,1 до 0,5 мм.
Преимущество указанной конструктивно ослабленной кольцевой области заключается в том, что в пресс-форме можно регулировать геометрические элементы, например, путем изменения высоты, формы и/или степени чистовой отделки индивидуального формующего гнезда. Это значительно ускоряет процесс конструирования и снижает затраты на отрегулированное и оптимизированное производственное оборудование. Кроме того, можно достичь более равномерных допусков при использовании многогнездовых форм.
Кроме того, указанная мембрана может быть выполнена с возможностью создания достаточно небольшой силы при открытом положении клапана для обеспечения времени для обратного прохождения воздуха через указанное укупорочное устройство перед закрытием клапана, с сохранением достаточно высокой силы закрытия клапана, когда указанный клапан остается в закрытом положении.
Кроме того, указанное укупорочное устройство может содержать защитную крышку, присоединенную с возможностью снятия к корпусу, содержащему наружную часть укупорочного устройства. Указанная защитная крышка может быть присоединена к корпусу посредством шарнирной части. Может быть предусмотрено одно или несколько разрушаемых соединительных элементов, соединяющих указанную защитную крышку с корпусом. Указанный корпус может содержать резьбовую область, обеспечивающую крепление указанного укупорочного устройства к контейнеру для напитка.
В настоящем изобретении также предложен контейнер для напитка, содержащий укупорочное устройство в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения. Указанный контейнер может представлять собой бутылку или альтернативно может представлять собой контейнер другого типа, пригодный для вмещения жидкости, например, мягкий пакет или жесткий ламинированный пакет. Указанный контейнер для напитка может вмещать в себе жидкий напиток, например, фруктовый напиток.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложено укупорочное устройство для контейнера, содержащее:
наружную часть, выполненную с возможностью соединения с отверстием, предусмотренным в указанном контейнере;
внутреннюю часть, приводимую в действие в осевом направлении и содержащую уплотнительный элемент, предназначенный для ограничения потока текучей среды через указанное укупорочное устройство, когда указанная внутренняя часть находится в первом положении, и для пропуска текучей среды через указанное укупорочное устройство, когда указанная внутренняя часть находится во втором положении, смещенном в осевом направлении относительно указанной наружной части; и
кольцевую мембрану, соединяющую указанные наружную и внутреннюю части и выполненную с возможностью обеспечения возвратной силы для упругого смещения указанной внутренней части в указанное первое положение, причем указанная кольцевая мембрана содержит конструктивно ослабленную кольцевую область.
Указанная конструктивно ослабленная кольцевая область может быть выполнена так, что обеспечиваемая кольцевой мембраной возвратная сила меньше, когда указанная внутренняя часть находится во втором положении, чем тогда, когда указанная внутренняя часть находится в первом положении, и предпочтительно является максимальной, когда внутренняя часть находится либо между первым и вторым положениями, либо в первом положении.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложено укупорочное устройство для контейнера, содержащее:
наружную часть, выполненную с возможностью соединения с отверстием, предусмотренным в указанном контейнере;
внутреннюю часть, приводимую в действие в осевом направлении и содержащую уплотнительный элемент, предназначенный для ограничения потока текучей среды через указанное укупорочное устройство, когда указанная внутренняя часть находится в первом положении, и для пропуска текучей среды через указанное укупорочное устройство, когда указанная внутренняя часть находится во втором положении, смещенном в осевом направлении относительно указанной наружной части; и
кольцевую мембрану, соединяющую верхнюю кромку указанной наружной части с нижней кромкой указанной внутренней части и выполненную с возможностью обеспечения возвратной силы для упругого смещения указанной внутренней части в указанное первое положение,
причем указанное укупорочное устройство выполнено так, что указанная нижняя кромка внутренней части перемещается мимо указанной верхней кромки наружной части при перемещении в осевом направлении из первого положения во второе положение.
Другие необязательные и предпочтительные признаки второго и третьего аспектов настоящего изобретения могут соответствовать признакам по первому аспекту настоящего изобретения.
В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предложен способ эксплуатации укупорочного устройства для контейнера, включающий в себя следующие этапы:
обеспечивают наличие контейнера для напитка, содержащего укупорочное устройство в соответствии с первым или вторым аспектами настоящего изобретения;
приводят в действие внутреннюю часть относительно наружной части для открытия клапана, содержащего уплотнительный элемент, обеспечивая возможность прохождения текучей среды из внутреннего пространства указанного контейнера для напитка через выпускное отверстие, мимо указанного уплотнительного элемента и за пределы укупорочного устройства через питьевое отверстие.
Указанную внутреннюю часть можно удерживать смещенной относительно указанной наружной части посредством дифференциального давления всасывания на мембране. Когда дифференциальное давление всасывания снимают, внутренняя часть предпочтительно возвращается в первое положение за счет возвратной силы, обеспечиваемой мембраной, для повторной герметизации укупорочного устройства.
Краткое описание чертежей
Далее приведено подробное описание различных аспектов и предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 представлено аксонометрическое изображение укупорочного устройства в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения.
На фиг. 2 указанное укупорочное устройство показано на виде сбоку.
На фиг. 3 представлено другое аксонометрическое изображение указанного укупорочного устройства.
На фиг. 4 представлен другой вид сбоку на указанное укупорочное устройство.
На фиг. 5 на виде сбоку показано указанное укупорочное устройство с защитной крышкой в открытом положении.
На фиг. 6 детально показан индикатор снятия крышки.
На фиг. 7 указанное укупорочное устройство показано в продольном разрезе.
На фиг. 8 в продольном разрезе показана часть укупорочного устройства, содержащая мембрану.
На фиг. 9 и 10 упрощенно, в разрезе показана часть мембраны укупорочного устройства согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения в закрытом и открытом положении, соответственно.
На фиг. 11 и 12 упрощенно, в разрезе показана часть мембраны укупорочного устройства согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения в закрытом и открытом положении, соответственно.
На фиг. 13 и 14 упрощенно, в разрезе показана часть мембраны укупорочного устройства согласно еще одному альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения в закрытом и открытом положении, соответственно.
На фиг. 15 и 16 упрощенно, в разрезе показана часть мембраны укупорочного устройства согласно еще одному альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения в закрытом и открытом положении, соответственно.
На фиг. 17 и 18 упрощенно, в разрезе показана часть мембраны укупорочного устройства согласно еще одному альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения в закрытом и открытом положении, соответственно.
На фиг. 19 и 20 упрощенно, в разрезе показана часть мембраны укупорочного устройства согласно еще одному альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения в закрытом и открытом положении, соответственно.
На фиг. 21 представлен график зависимости силы изгиба мембраны от расстояния при приведении в действие укупорочных устройств, которые имеют две различные мембраны.
На фиг. 22 и 23 в продольном разрезе показано укупорочное устройство, раскрытое в заявке США №2009/0212061, в закрытом и открытом положении, соответственно.
Осуществление изобретения
На фиг. 1-4 представлен внешний вид укупорочного устройства 100 согласно одному из аспектов настоящего изобретения. При этом на фиг. 1 и 3 представлены различные аксонометрические изображения указанного укупорочного устройства 100, а на фиг. 2 и 4 указанное укупорочное устройство 100 проиллюстрировано на различных видах сбоку. На фиг. 5 указанное укупорочное устройство 100 показано с полностью открытой защитной крышкой 102. Укупорочное устройство 100 содержит корпус 101 и защитную крышку 102. Указанная защитная крышка 102 соединена с указанным корпусом 101 укупорочного устройства посредством шарнирной части 103 и двух индикаторов 104 снятия крышки. Защитную крышку 102 можно открыть посредством направленного вверх усилия, приложенного пальцем, упирающимся в маркированную зону 105 захвата и верхний захват 106 для пальца, что приводит к разрушению указанных индикаторов 104 снятия крышки 104 и обнажению внутренней части 107 с питьевым отверстием 108, причем указанная внутренняя часть 107 соединена с наружной частью 109 укупорочного устройства 100 посредством мембраны 110.
Наружная окружная поверхность корпуса 101 укупорочного устройства 100 содержит группу ребер 111, которые служат для улучшения захвата во время установки укупорочного устройства на контейнер и снятия его с контейнера, например, бутылки. При снятии укупорочного устройства 100 с контейнера (не показан) на указанном контейнере для напитка остается кольцо 112, обеспечивающее защиту от несанкционированного вскрытия.
Как показано на фиг. 3, указанная шарнирная часть 103 имеет выступ 113, отходящий от наружной окружной кромки корпуса 101 укупорочного устройства и выполненный с возможностью вхождения в соответствующее углубление 114, предусмотренное в защитной крышке 102, при открытии указанной крышки 102 за счет изгиба указанной шарнирной части 103. Во время открытия тонкие участки 115 шарнира 103 растягиваются и загибаются вокруг верхних участков 116 шарнира и нижних участков 117 шарнира. На той же стороне крышки 102, на которой предусмотрен шарнирный участок 113, выполнена выемка 118, которая обеспечивает возможность полного открытия крышки 102 без препятствия со стороны корпуса 101, при этом указанная шарнирная часть 103 полностью отогнута, как показано на фиг. 5.
На фиг. 5 на виде сбоку показано укупорочное устройство 100 в полностью открытом положении. Индикаторы 104 снятия крышки разорваны, а крышка 102 повернута почти на 180° вокруг шарнирной части 103 относительно корпуса 101 укупорочного устройства 100. В указанном положении выступ 113 входит в углубление 114, а указанные тонкие участки 115 растянуты и изогнуты относительно верхних участков 116 шарнира и нижних участков 117 шарнира. Как было описано выше, указанная выемка 118 в крышке 102 обеспечивает возможность большего изгиба шарнира.
На фиг. 6 детально показаны компоненты, которые образуют индикаторный механизм 104 снятия крышки, обеспечивающий защиту от несанкционированного вскрытия указанного укупорочного устройства. Указанный индикаторный механизм 104 состоит из хрупкой соединительной части 601, выполненной в виде индикаторной ленты и прикрепленной своим первым концом 602 к корпусу 101 укупорочного устройства, а вторым концом 603, противоположным указанному первому концу, к указанной крышке 102. При первом открытии крышки 102 указанная индикаторная лента 601 разрывается в точке между первым и вторым концами 602, 603, что однозначно указывает на открытие крышки.
На фиг. 7 указанное укупорочное устройство 100 показано в продольном разрезе. Клапан 701 сформирован уплотнительным элементом 704, который плотно закрывает выпускное отверстие 702, образованное внутренней стенкой 703 корпуса 101 укупорочного устройства 100, причем указанный уплотнительный элемент 704 проходит через указанное выпускное отверстие 702 корпуса 101. Уплотнительный элемент 704 соединен с внутренней частью 107 укупорочного устройства 100 и образует ее часть. Как показано на фиг. 7, указанная внутренняя часть 107 содержит продольные ребра 706, соединенные с уплотнительным элементом 704 с образованием путей 707 для прохождения текучей среды между смежными ребрами 706. Приведение в действие указанной внутренней части 107 в осевом направлении, обозначенном стрелкой 705, вызывает прогиб мембраны 110, соединяющей внутреннюю часть 107 с наружной частью 109 (как схематично показано на следующих чертежах), что, в свою очередь, приводит к отсоединению уплотнительного элемента 704 от внутренней стенки 703 и, тем самым, обеспечивает возможность прохождения текучей среды через укупорочное устройство 100 сквозь выпускное отверстие 702 и питьевое отверстие 108. Упругость мембраны 110 обеспечивает силу смещения, которая при снятии приводной силы с внутренней части 107 стремится вернуть указанную внутреннюю часть 107 в закрытое положение, показанное на фиг. 7, обеспечивая повторную плотную установку уплотнительного элемента 704 относительно внутренней стенки 703 и закрывая выпускное отверстие 702.
На фиг. 7 также показана часть резьбовой области 708, обеспечивающей крепление укупорочного устройства 100 к контейнеру для напитка. Указанное кольцо 112, обеспечивающее защиту от несанкционированного вскрытия, имеет несколько ослабленных зон 709, разрываемых, когда внутренний гребень 710 стремится оставить кольцо 112 на контейнере для напитка путем вхождения в ответный паз, предусмотренный в контейнере (не показан). При отвинчивании укупорочного устройства 100 с контейнера указанные ослабленные зоны 709 разрываются, а указанное индикаторное кольцо 112 остается на контейнере.
На фиг. 8 в продольном разрезе показана приводимая в действие часть 800 описанного выше укупорочного устройства 100. Указанная приводимая в действие часть 800 содержит внутреннюю часть 107 с уплотнительным элементом 704, наружную часть 109 и соединительную мембрану 110. Питьевое отверстие 108 проходит через центр указанной внутренней части 107. Указанная мембрана 110 проходит радиально между нижней кромкой 801 внутренней части 107 и верхней кромкой 802 наружной части 109, при этом указанная наружная часть 109 образует окружную стенку 803 корпуса 101 укупорочного устройства 100.
В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг. 8, мембрана 110 содержит ослабленную кольцевую область 804 рядом с верхней кромкой 802 наружной части 109, причем указанная ослабленная область 804 создана за счет уменьшения толщины мембраны 110 относительно непосредственно прилегающей к ней стенки 803 и смежной части мембраны 110.
В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг. 8, указанная стенка 803, образующая наружную часть 109, содержит крепежное основание 805 у нижнего конца 806 наружной части 109. Указанное основание 805 обеспечивает постоянное соединение стенки с остальной частью корпуса 101 укупорочного устройства 100.
На фиг. 9 частично, в разрезе показана приводимая в действие часть 900, содержащая мембрану 910 без ослабленного участка стенки, причем указанная мембрана 910 имеет по существу одинаковую толщину на участке между наружной частью 109 и внутренней частью 107. При приведении в действие внутренней части 107 относительно наружной части 109 указанная мембрана 110 изгибается, принимая конфигурацию, показанную на фиг. 10. Поскольку указанная мембрана 910 не имеет тонкой или ослабленной кольцевой области, изгиб мембраны по существу остается жестким, причем полученная в результате изгиба мембрана принимает характеристическую S-образную форму. Это приводит к значительному увеличению приводной силы, необходимой для перемещения внутренней части 107, что, в свою очередь, ведет к ухудшению качества приема пользователем напитка из контейнера.
На фиг. 11 частично, в разрезе показана приводимая в действие часть 800 укупорочного устройства 100, подобная той, что представлена на фиг. 8, При этом мембрана, предусмотренная в рассматриваемой части 800, оснащена кольцевой конструктивно ослабленной зоной 804 в той области мембраны, которая примыкает к верхней кромке 802 наружной части 109. На фиг. 12 показана приводимая в действие часть 800, причем внутренняя часть 107 смещена в осевом направлении относительно наружной части 109, в результате чего происходит изгиб соединительной мембраны 110. По сравнению с мембраной 910, представленной на фиг. 9 и 10, мембрана 110 обладает значительно большей гибкостью за счет конструктивно ослабленной зоны 804, вследствие чего форма изгиба получается иной. Соответственно, приводная сила, необходимая для удержания внутренней части 107 в задействованном положении, снижена благодаря уменьшению жесткости мембраны 110 без существенного нарушения целостности укупорочного устройства.
Дифференциальное давление всасывания во время питья, действующее на мембрану 110, находящуюся в задействованном положении, показанном на фиг. 12, в случае отсутствия конструктивно ослабленной зоны 804, оказалось бы значительно более высоким для того, чтобы удержать мембрану в изогнутой конфигурации и, тем самым, удержать клапан в открытом положении. Однако при использовании конструктивно ослабленной зоны указанное давление всасывания, необходимое для удержания клапана в открытом положении, снижено, и все же мембрана сохраняет большую силу закрытия, когда приводимая в действие часть 800 находится в закрытом положении (фиг. 11).
На фиг. 13 частично, в разрезе представлен альтернативный вариант осуществления приводимой в действие части 1300 укупорочного устройства 100, согласно которому мембрана 1310 имеет вторую конструктивно ослабленную кольцевую область 1304b в дополнение к первой конструктивно ослабленной кольцевой области 1304а, при этом первая конструктивно ослабленная кольцевая область 1304а подобна той, что описана со ссылкой на фиг. 11 и 12. В данном варианте осуществления настоящего изобретения вторая ослабленная кольцевая область 1304b предусмотрена на мембране 1310 рядом с нижней кромкой 801 внутренней части 107 и представляет собой область с уменьшенной толщиной относительно смежной части мембраны 1310. Сила, приложенная к внутренней части 107 для приведения в действие клапана, создает более высокое напряжение изгиба в обеих ослабленных кольцевых областях 1304а, 1304b, вызывая иной изгиб мембраны, который проиллюстрирован на фиг. 14, причем внутренняя часть 107 показана в задействованном положении. Как можно видеть на чертеже, в данном случае деформация мембраны в значительной мере ограничена указанными ослабленными областями 1304а, 1304b. В результате, дифференциальное давление всасывания, необходимое для удержания клапана в открытом положении, снижается еще больше, при этом возвратная сила при нахождении внутренней части 107 в закрытом положении сохраняется.
На фиг. 15 частично, в разрезе показан еще один альтернативный вариант осуществления приводимой в действие части 1500 укупорочного устройства 100, согласно которому конструктивно ослабленная кольцевая область 1504 предусмотрена на верхней кромке 802 наружной части 109. Как видно на фиг. 16, где представлена приводимая в действие часть 1500 с внутренней частью 107, находящейся в открытом положении, результат такого технического решения подобен тому результату, который обеспечивается при выполнении конструктивно ослабленной кольцевой области рядом с верхней кромкой 802 наружной части. В рассматриваемом варианте осуществления настоящего изобретения деформация мембраны сконцентрирована в наружной кромке, что позволяет увеличить степень открытия клапана благодаря меньшей деформации мембраны 1510.
На фиг. 17 частично, в разрезе представлен еще один альтернативный вариант осуществления приводимой в действие части 1700 укупорочного устройства 100, согласно которому конструктивно ослабленная кольцевая область 1704 предусмотрена на нижней кромке 801 внутренней части 107, примыкающей к мембране 1700. Как видно на фиг. 18, где представлена приводимая в действие часть 1700 с внутренней частью 107, находящейся в открытом положении, результат такого технического решения состоит в том, что происходит снижение прилагаемой силы, необходимой для приведения в действие клапана, до величины между величиной в немодифицированном варианте (фиг. 9 и 10) и величиной в варианте с конструктивно ослабленной кольцевой областью вдоль наружной кромки мембраны (фиг. 11 и 12).
На фиг. 19 частично, в разрезе показан еще один альтернативный вариант осуществления приводимой в действие части 1900 укупорочного устройства 100, согласно которому конструктивно ослабленные кольцевые области 1904а, 1904b предусмотрены как на нижней кромке 801 внутренней части 107, так и на верхней кромке 802 наружной части 109. При этом указанные конструктивно ослабленные кольцевые области 1904а, 1904b заданы разностью между внутренним и наружным радиусами у кромок, где мембрана 1910 соединяется с внутренней и наружной частями 107, 109, причем в каждом случае внутренний радиус меньше наружного радиуса. Если указанная разность достаточно велика, то полученные конструктивно ослабленные кольцевые области могут значительно способствовать снижению силы, необходимой для удержания клапана в открытом положении, и увеличению возможного перемещения клапана. На фиг. 20 показана приводимая в действие часть 1900 с фиг. 19, причем внутренняя часть 107 находится в положении, смещенном в осевом направлении, а мембрана 1910 полностью изогнута. В рассматриваемом варианте осуществления настоящего изобретения форма изогнутой мембраны подобна той, что присуща мембране, выполненной согласно варианту осуществления, описанному выше со ссылкой на фиг. 13 и 14. Деформация в мембране 1910 сконцентрирована у периферийных кромок в конструктивно ослабленных кольцевых областях 1904а, 1904b, а перемещение клапана увеличено благодаря меньшей требуемой деформации мембраны.
На фиг. 21 в виде графика представлен ряд измерений силы изгиба, необходимой для механического приведения в действие (т.е. открытия) клапана, в двух вариантах осуществления укупорочного устройства, имеющего мембрану без конструктивно ослабленных кольцевых областей (кривая А) и с конструктивно ослабленной кольцевой областью согласно одному из аспектов настоящего изобретения (кривая В). Кривая В отображает силу, необходимую для приведения в действие клапана, в зависимости от перемещения приводимой в действие части в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 11 и 12, тогда как кривая А отображает силу, необходимую для приведения в действие клапана, в зависимости от перемещения приводимой в действие части в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 9 и 10. Как можно видеть из графика, необходимая для перемещения клапана сила резко отличается даже при наличии только одной конструктивно ослабленной кольцевой области. В каждом случае сила, необходимая для приведения клапана в действие, которая в значительной степени соответствует возвратной силе, обеспечиваемой мембраной, достигает максимума 211, 212 между первым, закрытым положением при малом (но не нулевом) перемещении и вторым, открытым положением при максимальном перемещении. Максимальное перемещение может быть ограничено концевым упором, например, когда внутренняя часть 107 соприкасается с внутренней стенкой 703 корпуса 101 (фиг. 7), в результате чего обеспечиваемая мембраной возвратная сила является максимальной, при этом внутренняя часть 107 находится между первым (закрытым) и вторым (открытым) положениями. Укупорочное устройство может быть выполнено таким образом, что максимальная возвратная сила действует тогда, когда клапан находится в закрытом положении, для повышения уплотняющей силы до максимальной величины. Преимущество формы кривой зависимости силы от перемещения, представленной на фиг. 21, заключается в том, что сила, необходимая для удержания клапана в открытом положении, может быть уменьшена по сравнению с силой, необходимой для открытия клапана. С учетом вязкоупругой природы полимерного материала, который может быть использован для изготовления приводимой в действие части укупорочного устройства, снижение возвратной силы при максимальном перемещении обеспечивает время для возврата воздуха через укупорочное устройство перед тем, как внутренняя часть вернется в закрытое положение после снятия дифференциального давления всасывания с мембраны. При соответствующей конструкции мембраны может быть получена достаточно небольшая возвратная сила, обеспечивающая достаточное время для возврата воздуха, с сохранением при этом достаточно высокой возвратной силы при закрытом положении клапана для обеспечения, тем самым, герметичности клапана в закрытом положении. Укупорочное устройство может быть даже спроектировано таким образом, что клапан сохраняет устойчивость как в открытом, так и в закрытом положениях, хотя такая компоновка менее предпочтительна из-за вероятности вытекания, поскольку клапан остается открытым после окончании процесса питья.
На фиг. 22 в продольном разрезе показано укупорочное устройство, раскрытое в ранее опубликованной патентной заявкой US 2009/0212061. В данном укупорочном устройстве тонкая и гибкая область 44 соединена с относительно жесткой мембраной 42, которая на своем среднем участке присоединена к внутренней части 38, содержащей питьевое отверстие 32. Тонкая область 44 соединена с кольцевой фланцевой частью, присоединяемой защелкиванием к остальной конструкции.
На фиг. 23 указанное укупорочное устройство с фиг. 22 показано в продольном разрезе, но уже в открытом положении. В данном случае указанная тонкая и гибкая область 44 деформировалась, причем ее форма изменилась. Однако остальная часть мембраны 42 вследствие своей жесткости осталась недеформированной. Как было описано выше, когда значительные деформации происходят в небольшой кольцевой области, это приводит к высокому сопротивлению деформации. При этом силы, необходимые для перемещения мембраны, нелинейны и увеличиваются в геометрической прогрессии по мере увеличения расстояния, на которое перемещается указанная внутренняя часть 38 в осевом направлении. В результате, к материалу, из которого изготавливают укупорочное устройство, предъявляют высокие требования. Для обеспечения достаточного движения в деформируемой зоне 44 материал должен быть относительно мягким, но в то же время достаточно жестким для передачи сил от остальных частей мембраны 42 без глубокого деформирования. Одно из решений состоит в том, чтобы обеспечить как можно большую разницу между толщиной материала в жесткой мембране и в гибкой области 44. Однако, это негативно сказывается на возможности равномерного формования укупорочного устройства и, скорее всего, приведет к браку при массовом производстве.
Другое отличие предлагаемого укупорочного устройства от устройства, раскрытого в заявке US 2009/0212061, состоит в том, что нижняя кромка 801 внутренней части 107 укупорочного устройства (см., например, фиг. 11 и 12) перемещается мимо верхней кромки 802 наружной части 109 при приведении в действие внутренней части для перехода из первого (закрытого) положения во второе (открытое) положение. Данная особенность связана с различными формами изгиба мембраны, соединяющей внутреннюю и наружную части, что обеспечивает возможность получения более низкой возвратной силы в смещенном втором положении внутренней части.
Другие варианты осуществления настоящего изобретения подпадают под объем защиты изобретения, который определен формулой изобретения.