CN105840822A - 一种灌装阀用活塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灌装阀用活塞，它包括壳体、底座、连接件、弹性支撑体，壳体为半封闭式一体结构、其开口部位设置在远离需要灌装作业时提供密封作用的部位、远离需要清洗作业时提供导流作用的部位，故在壳体与底座结合形成一体结构后产生的唯一的缝隙不影响灌装作业、不影响清洗作业；壳体表面为连续的、无缝的结构。所以，本发明采用一体式壳体以及连接位置即缝隙迁移至合理部位的技术方案，完全消除了现有技术中因为缝隙存在于灌装作业范围导致的卫生隐患和清洗不便的问题。

Description

一种灌装阀用活塞

技术领域

本发明涉及一种灌装阀用活塞。

背景技术

在活塞式计量灌装阀领域，灌装阀中包括了阀体和位于阀体内部的转阀、活塞。例如2010年7月7日公开的公开号为CN101767760A的中国专利，公开了一种食品灌装进料和出料的切换阀，在给阀中活塞直线往复运动并与阀芯的转动过程，实现物料的输送目的。如图1所示，现有技术中，活塞式计量灌装阀使用的活塞都为分离部件组装的结构，包括上盖24、第一密封圈25、支撑块26、第二密封圈27、底盖28，上盖24设有圆盘状的部位和凸出在圆盘状部位的连接部位，底盖28固定安装在上盖24的连接部位处，第一密封圈25、支撑块26、第二密封圈27被夹在它们中间。最终形成的活塞结构在两个密封圈所在位置获得用于与阀体密封连接的部位，受到密封圈两侧连接后必定形成缝隙的原因的影响，在该密封部位表面排列着至少四道环形缝隙，而且缝隙所在位置涉及灌装作业范围即灌装时物料流经缝隙处。如此之多的缝隙严重制约了该活塞式计量灌装阀的使用范围，尤其是对于卫生洁净程度较高的无菌灌装领域，缝隙势必产生卫生隐患，最为突出的问题是即使采取清洗措施来消除卫生隐患，仍然会存在清洗不便的诸多弊端。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何消除活塞表面的缝隙对灌装操作的影响，由此提供一种能够在灌装作业范围呈表面连续的、无缝的灌装阀用活塞。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：该灌装阀用活塞包括壳体、底座、连接件、弹性支撑体，所述壳体为一体式结构、所述壳体设有主体部位和弹性部位，所述主体部位包括导流部位和受力部位，所述导流部位呈扁平状结构、所述受力部位呈管状结构，所述导流部位的外侧设有导流面Ⅰ、内侧的中间位置与受力部位的一端连接，所述壳体在主体部位的横截面呈T形，所述连接件为螺栓、连接件设有凸缘，所述连接件固安装在受力部位上，所述连接件的中心线与壳体中心线重合，所述弹性部位呈管状结构，所述弹性部位分布在导流部位的边缘且与受力部位一起位于导流部位的内侧，所述弹性部位的外表面与导流面Ⅰ连贯，所述弹性部位包括密封部位、塑形部位，所述密封部位的一侧与导流部位连接、所述密封部位的另一侧与塑形部位连接，所述密封部位外表面设有围绕壳体中心线分布的凸起，所述壳体在凸起处的外径最大，所述塑形部位的内表面设有限位面，所述密封部位、塑形部位、导流部位和受力部位之间形成用于容纳弹性支撑体的腔室，所述限位面面向腔室，所述腔室的横截面呈梯形，所述腔室设有一个开口，所述开口朝向塑形部位和受力部位之间的区域，所述限位面到受力部位的表面的距离在开口朝向上逐渐减少，所述弹性支撑体横截面也呈梯形，所述弹性支撑体以压缩状态置于腔室内，所述弹性支撑体与密封部位、导流部位、受力部位都连接而使密封部位、导流部位、受力部位都受到来自弹性支撑体的挤压，所述底座中间设有通孔，所述底座固定连接在塑形部位内，所述底座与塑形部位密封连接，所述凸缘在活塞的中心线延伸方向上位于受力部位和底座之间，所述连接件的一端穿过通孔位于底座的一侧，所述底座、弹性支撑体、塑形部位和受力部位之间设有容纳弹性支撑体变形部位的空腔。

在该技术方案中，壳体为半封闭式一体结构、其开口部位设置在远离需要灌装作业时提供密封作用的部位、远离需要清洗作业时提供导流作用的部位，故在壳体与底座结合形成一体结构后产生的唯一的连接部位不影响灌装作业、不影响清洗作业；壳体表面为连续的、无缝的结构。所以，本发明采用一体式壳体以及连接部位迁移至合理部位(非工作区域)的技术方案，完全消除了现有技术中因为缝隙存在于灌装作业范围导致的卫生隐患和清洗不便的问题。

活塞与其它部件建立的密封连接关系，是依靠活塞挤压其它部件的表面，进而形成紧密的连接关系，该连接关系是指活塞与其它部件之间建立过盈配合，由此产生密封连接的效果。壳体的密封部位是活塞与其它部件形成密封连接关系的唯一部位，为了能让密封部位与其它部件接触更为紧密，首先密封部位被设计为整个活塞壁厚最薄的部位，使密封部位获得弹性形变能力；第二，弹性支撑体安装在壳体内，安装后弹性支撑体处于收缩状态并处于展开的趋势而持续不断的挤压密封部位向外变形。最终，密封部件向外侧凸出，其凸起紧紧压在其它部件的表面，例如灌装阀的阀体内表面。

弹性支撑体的作用在于维持密封部位的变形趋势和承担外力作用(该外力主要是其它部件反馈的反作用力)。在初始状态下弹性支撑体并非以自然展开方式位于壳体内部，而是受到来自密封部位、导流部位、受力部位的包裹作用而呈被挤压的状态、它与密封部位、导流部位、受力部位紧密连接；用于容纳弹性支撑体的腔室的作用是容纳弹性支撑体并且使弹性支撑体发生变形，确保弹性支撑体能够推动密封部位向外侧变形而凸出。

控制弹性支撑体变形趋势的关键是腔室的形状，在本申请的技术方案中限位面的作用不仅仅是确保弹性支撑体的位置受到限制，更重要的是控制弹性支撑体始终具有向密封部位处伸展的趋势，达到推动密封部位向外侧变形的目的。

在使用该活塞时过盈配合状态迫使密封部位往内收缩，如此，密封部位内侧推动弹性支撑体，使得弹性支撑体变形，弹性支撑体变形后局部部位向底座、弹性支撑体、塑形部位和受力部位之间的空腔迁移。空腔在活塞应用过程中至关重要，它起到了直接缓冲弹性支撑体的变形量的作用，对产生过盈配合具有关键作用。

活塞往复运动的理想状态是保持固定姿态，活塞的中心线平行于活塞的运动方向，应当避免活塞的中心线倾斜于运动方向的情况，但是在实施过程中该情况会受到诸多原因而引起，例如安装不到位、加工缺陷、部件受损、作业对象不稳定等等。一旦出现活塞倾斜的情况，壳体上除了凸起的其它部位(尤其是端部)会有与其它部件的表面接触的情况，活塞运动受到的摩擦力因此增加。但是，此时壳体上的凸起仍能与其它部件的表面建立密封连接，也就是说密封部位仍处于有效的工作状态。为了消除摩擦力的影响，本申请中塑形部位的主体部分的外径都被设置成了小于密封部位的外径的结构，这样在壳体的弹性部位处形成了阶梯状结构，在活塞倾斜时壳体的端部能够远离其它部件的表面，从而避免活塞会受到额外的摩擦力。

塑形部位是壳体与底座连接的部位。底座与塑形部位之间可以通过过盈配合方式固定连接、也可以通过粘结剂固定连接。无论哪种连接方式都对于塑形部位的柔韧性具有特定要求，而柔韧性取决于塑形部位的壁厚程度，壁厚值越大、柔韧性越差，壁厚值越小、柔韧性越好。为使塑形部位达到合理的柔韧性，所述塑形部位的壁厚被设计为大于密封部位在凸起处的壁厚，但仍需保持密封部位的外径大于塑形部位的外径。

密封部位位于塑形部位和导流部位之间，密封部位一侧与导流部位连为一体、密封部位另一侧与塑形部位连为一体。密封部位表现出的柔韧性比塑形部位的柔韧性要更加柔韧，密封部位比塑形部位更具弹性。弹性支撑体推挤密封部位的情况下极易使密封部位向外侧弯曲，在壳体上表现为在密封部位向外鼓起。因此，密封部位的变形特征是保证该活塞能与其它部件建立的密封连接关系的重要因素。密封部位上通过变形获得最大位移量的部位应该在密封部位的中间位置，通过凸起设置于密封部位的中间区域，能够使凸起与其它部件建立更为紧密的连接关系。最重要的是，这样设置后活塞在凸起处获得了补偿功能，因为较大的位移量确保了凸起在磨损状态下能够通过变形获得向外延伸的反应机制，从而在凸起磨损的情况下可以通过自身变形来获得补偿。

底座为圆盘状结构，它只在其侧面与塑形部位固定连接，通过在塑形部位内侧设置环形的限位槽，并且限位槽宽度等于底座的边缘的厚度；当底座的边缘嵌入在限位槽内，底座的一侧直接与壳体接触并受到壳体限制，底座另一侧的表面就与壳体的表面连贯而形成一体。限位槽的设计可以有效提高安装底座的效率和安装精度。

为了能够提高底座与壳体的连接程度，所述底座的中间设有凹槽，所述凹槽与通孔连通，所述受力部位嵌入在凹槽内。受力部位嵌入在凹槽内，受力部位和底座建立紧密的连接关系；使得壳体与底座之间连接更牢固。凸缘的设计同样能增加连接件与受力部位以及底座之间的连接程度。

作为本发明的优选，所述导流面Ⅰ呈由圆台的侧面和上底面组成的形状。导流面Ⅰ的结构有利于液体在重力作用下向壳体周边流动而离开活塞，确保导流面Ⅰ不会堆积液体，便于彻底清洗活塞。

同样为了彻底清洗活塞，所述底座上设有导流面Ⅱ，所述导流面Ⅱ呈圆台的侧面的形状，所述塑形部位的外表面与导流面Ⅱ连贯。

为了避免产生缝隙的潜在情况，使整个活塞表面无论处在灌装作业范围、还是远离灌装作业范围都呈现为连续、无缝的特征，所述底座的边缘与塑形部位之间通过粘结剂固定连接，所述塑形部位的外表面与底座的外表面连贯。该粘结剂可以完全填充到壳体与底座之间的狭小缝隙内，通过去除溢出在壳体表面的粘结剂的方式在粘结剂所在部位获得能与塑形部位的外面、底座的外表面连贯的表面。活塞的整个表面呈现出连续、无缝的特征，彻底消除了缝隙的影响。

本发明采用上述技术方案：灌装阀用活塞具有了一体式的表面结构，并将表面唯一的连接部位置于远离灌装作业范围的位置，从而保证活塞表面以连续的、无缝的特征位于物料流经的区域。活塞的表面洁净程度可以满足无菌灌装的要求，活塞的使用领域得到扩大。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为现有技术灌装阀用活塞的结构示意图；

图2为本发明的使用示意图；

图3为本发明的活塞结构示意图；

图4为本发明的活塞的壳体的结构示意图；

图5为本发明的活塞的壳体的主体部位的结构示意图；

图6为本发明的活塞的壳体的弹性部位的结构示意图；

图7为本发明的活塞的壳体的弹性部位的密封部位的结构示意图；

图8为本发明的活塞的壳体的弹性部位的塑形部位的结构示意图；

图9为本发明的活塞的连接件的结构示意图；

图10为本发明的活塞的底座的结构示意图。

具体实施方式

如图2至10所示，灌装阀设有阀体1和活塞2，阀体1内部中空以用于容纳活塞2和物料。活塞2活动安装在阀体1内，并与阀体1形成密封连接关系。如图3所示，该灌装阀用活塞包括了壳体3、底座4、连接件5、弹性支撑体6。壳体3和底座4为食品级塑料、连接件5为金属部件、弹性支撑体6为具有弹性的橡胶部件。底座4、以及弹性支撑体6都安装在壳体3内，整个活塞2的外表面由壳体3的外表面和底座4的一个侧面组成；连接件5虽然也安装在壳体3内，但是其有一端凸出在底座4的侧面，即凸出于壳体3的外表面。

如图3、4所示，壳体3为一体式结构，它具有主体部位7和弹性部位8，主体部位7又包括导流部位9和受力部位10，弹性部位8又包括密封部位11和塑形部位12。

如图5所示，壳体3的主体部位7的横截面为T形结构，导流部位9呈扁平结构、受力部位10呈管状结构。导流部位9呈圆台形状，导流部位9的表面呈由圆台的侧面和上底面组成的形状且该表面为导流部位9的导流面Ⅰ13，导流面Ⅰ13属于壳体3的外表面；受力部位10位于导流部位9内侧且在导流部位9的中间位置，受力部位10的一端与导流部位9连接，整体上看，两者属于一体结构的两个部分。受力部位10的中心线与导流部位9的中心线重合，且这两者的中心线都与活塞2的中心线重合。

如图3、5、9所示，连接件5与受力部位10固定连接，连接件5的表面设有外螺纹，连接件5一端的外螺纹与受力部位10的内螺纹啮合，使连接件5与受力部位10固定连接；在连接件5的中间部位设有凸缘14，凸缘14的外径与受力部位10的外径相同，凸缘14紧贴在受力部位10的末端即未与导流部位9连接的该端。凸缘14在依靠连接件5的本体与受力部位10的紧密的连接关系实现了与受力部位10的端部紧密连接的目的，因此连接件5整体上与壳体3形成了非常紧密的连接关系。连接件5另一端也设有外螺纹。

如图3、4、6所示，弹性部位8分布在导流部位9的边缘，弹性部位8的外表面与导流面Ⅰ13连贯，并且弹性部位8与受力部位10一起都位于导流部位9的同一侧，从整体上来看，弹性部位8和受力部位10都位于导流部位9的内侧。

弹性部位8的密封部位11、塑形部位12都为壁厚较薄的管状结构。密封部位11设有壁厚最小的部位以及外径最大的部位。如图7所示，密封部位11上设有围绕壳体3中心线即受力部位10的中心线分布的凸起15，在活塞2中心线的延伸方向上，凸起15分布于密封部位11的中间区域，这使得密封部位11的横截面呈凸形，密封部位11除凸起15之外的部位呈壁厚最薄的部位，而凸起15的外径成是整个活塞2最大。密封部位11的一侧直接与导流部位9连接，密封部位11的另一侧与塑形部位12连接。如图6、8所示，塑形部位12在与密封部位11连接的该侧设有渐进式结构，其外径和内径在沿着活塞2中心线的延伸方向上都呈逐渐变化的状态。塑形部位12在与密封部位11连接的该侧的外径小于等于弹性部位8的外径，而塑形部位12在与密封部位11连接的该侧的内侧表面即内表面到受力部位10的表面的距离在沿着活塞2中心线的延伸方向上呈逐渐变化的状态，该内表面为塑形部位12的限位面16。塑形部位12的主体的外径小于密封部位11的外径，塑形部位12的壁厚大于密封部位11在凸起15处的壁厚。塑形部位12的内侧设有环形的限位槽17，塑形部位12在限位槽17所在位置的横截面轮廓呈L形。

如图3、4、8所示，密封部位11、塑形部位12、导流部位9、受力部位10共同形成了腔室18，该腔室18的横截面呈梯形、用于容纳弹性支撑体6。弹性支撑体6为环状结构，其横截面呈梯形、弹性支撑体6的横截面与腔室18的横截面形状相同并且弹性支撑体6的横截面的面积大于腔室18的横截面的面积。弹性支撑体6安装在腔室18内会受到壳体3的限制而处于压缩状态，弹性支撑体6仅仅挤压密封部位11的表面、塑形部位12的限位面16、受力部位10的表面、导流部位9的表面，弹性支撑体6始终处于挤压壳体3的密封部位11、导流部位9和受力部位10的状态。由于密封部位11具有柔韧的弹性形变的特征，故在弹性支撑体6的挤压作用下向远离活塞2的中心线的方向拱起，密封部位11的凸起15就被置于远离活塞2中心线的位置。

腔室18只设有一个开口，使得腔室18为半封闭式结构。开口朝向塑形部位12和受力部位10之间的区域并且开口朝向与活塞2的中心线的延伸方向平行，限位面16到受力部位10的表面的距离在开口朝向上逐渐减少。限位面16的作用使得腔室18在开口方向上的宽度逐渐减小，限制弹性支撑体6的活动范围。

如图3、10所示，底座4呈圆盘状，中间设有通孔19和凹槽20，通孔19的中心线和凹槽20的中心线重合，凹槽20与通孔19连通，通孔19、凹槽20使得底座4中间的空间的横截面呈T形，凹槽20的直径与受力部位10的外径相同，底座4的边缘的厚度等于限位槽17的宽度。安装时，只在底座4的侧面涂抹粘结剂，再将底座4的边缘嵌入在限位槽17内，使底座4固定安装在壳体3上；受力部位10的一端嵌入到凹槽20内，使得凸缘14在活塞2的中心线延伸方向上位于受力部位10和底座4之间；连接件5的另一端穿过通孔19，从而连接件5设有外螺纹的一端凸出在底座4的一侧。

安装后，底座4的一个表面的边缘处受到塑形部位12的阻挡而被限位，在底座4、弹性支撑体6、塑形部位12和受力部位10之间还形成了容纳弹性支撑体6变形部位的空腔23。底座4的另一个表面位于壳体3的外部而作为壳体3的外表面的一部分，该外表面为导流面Ⅱ21，导流面Ⅱ21为圆台的侧面的形状，塑形部位12的外表面与导流面Ⅱ21连贯；而底座4在该表面的中间呈平面，在使用时用于与设有内螺纹的连接杆对接。

活塞2安装在壳体3内，凸起15受到弹性支撑体6的作用而与壳体3紧紧接触，活塞2与壳体3形成密封连接。弹性支撑体6受到挤压而发生变形，变形使得弹性支撑体6有部位向空腔23内迁移。此时，弹性支撑体6被集聚压缩，因此，促使凸起15与壳体3之间的接触程度非常紧密。由于，弹性支撑体6是处于压缩状态，一旦密封部位11处的连接关系发生改变，这些改变包括了凸起15磨损的情况，就能通过弹性支撑体6继续推动剩余凸起15紧紧挤压在壳体3上，并继续形成紧密的密封连接关系。最为重要的是活塞2表面的连接部位位于阀体1不参与灌装作业的区域，活塞2上的连接部位不会接触物料、而只有活塞2连续的、光洁的表面会接触物料。

Claims (9)

1.一种灌装阀用活塞，其特征在于：该灌装阀用活塞包括壳体(3)、底座(4)、连接件(5)、弹性支撑体(6)，所述壳体(3)为一体式结构、所述壳体(3)设有主体部位(7)和弹性部位(8)，所述主体部位(7)包括导流部位(9)和受力部位(10)，所述导流部位(9)呈扁平状结构、所述受力部位(10)呈管状结构，所述导流部位(9)的外侧设有导流面Ⅰ(13)、内侧的中间位置与受力部位(10)的一端连接，所述壳体(3)在主体部位(7)的横截面呈T形，所述连接件(5)为螺栓、连接件(5)设有凸缘(14)，所述连接件(5)固安装在受力部位(10)上，所述连接件(5)的中心线与壳体(3)中心线重合，所述弹性部位(8)呈管状结构，所述弹性部位(8)分布在导流部位(9)的边缘且与受力部位(10)一起位于导流部位(9)的内侧，所述弹性部位(8)的外表面与导流面Ⅰ(13)连贯，所述弹性部位(8)包括密封部位(11)、塑形部位(12)，所述密封部位(11)的一侧与导流部位(9)连接、所述密封部位(11)的另一侧与塑形部位(12)连接，所述密封部位(11)外表面设有围绕壳体(3)中心线分布的凸起(15)，所述壳体(3)在凸起(15)处的外径最大，所述塑形部位(12)的内表面设有限位面(16)，所述密封部位(11)、塑形部位(12)、导流部位(9)和受力部位(10)之间形成用于容纳弹性支撑体(6)的腔室(18)，所述限位面(16)面向腔室(18)，所述腔室(18)的横截面呈梯形，所述腔室(18)设有一个开口，所述开口朝向塑形部位(12)和受力部位(10)之间的区域，所述限位面(16)到受力部位(10)的表面的距离在开口朝向上逐渐减少，所述弹性支撑体(6)横截面也呈梯形，所述弹性支撑体(6)以压缩状态置于腔室(18)内，所述弹性支撑体(6)与密封部位(11)、导流部位(9)、受力部位(10)都连接而使密封部位(11)、导流部位(9)、受力部位(10)都受到来自弹性支撑体(6)的挤压，所述底座(4)中间设有通孔(19)，所述底座(4)固定连接在塑形部位(12)内，所述底座(4)与塑形部位(12)密封连接，所述凸缘(14)在活塞(2)的中心线延伸方向上位于受力部位(10)和底座(4)之间，所述连接件(5)的一端穿过通孔(19)位于底座(4)的一侧，所述底座(4)、弹性支撑体(6)、塑形部位(12)和受力部位(10)之间设有容纳弹性支撑体(6)变形部位的空腔(23)。

2.根据权利要求1所述灌装阀用活塞，其特征在于：所述塑形部位(12)的上设有外径小于密封部位(11)的外径的部位。

3.根据权利要求2所述灌装阀用活塞，其特征在于：所述塑形部位(12)的壁厚大于密封部位(11)在凸起(15)处的壁厚。

4.根据权利要求1所述灌装阀用活塞，其特征在于：所述凸起(15)位于密封部位(11)的中间区域。

5.根据权利要求1所述灌装阀用活塞，其特征在于：所述塑形部位(12)内侧设有环形的限位槽(17)，所述限位槽(17)宽度等于底座(4)的边缘的厚度，所述底座(4)的边缘嵌入在限位槽(17)内。

6.根据权利要求1或5所述灌装阀用活塞，其特征在于：所述底座(4)的中间设有凹槽(20)，所述凹槽(20)与通孔(19)连通，所述受力部位(10)嵌入在凹槽(20)内。

7.根据权利要求1所述灌装阀用活塞，其特征在于：所述导流面Ⅰ(13)呈由圆台的侧面和上底面组成的形状。

8.根据权利要求1所述灌装阀用活塞，其特征在于：所述底座(4)上设有导流面Ⅱ(21)，所述导流面Ⅱ(21)呈圆台的侧面的形状。

9.根据权利要求1所述灌装阀用活塞，其特征在于：所述底座(4)的边缘与塑形部位(12)之间通过粘结剂固定连接，所述塑形部位(12)的外表面与底座(4)的外表面连贯。