CN110382122B - 带有束缚阀的塑性体弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括塑性体弹簧的流体泵，该塑性体弹簧具有设置在整体形成的阀室中的束缚阀元件。弹簧包括第一端部和第二端部以及将第一端部连接于第二端部的一个或多个弹簧部段，所述弹簧部段可以在轴向方向上从初始状态压缩到压缩状态并且能随后可以扩展到它们的初始状态。阀室形成在第一端部中。

Description

带有束缚阀的塑性体弹簧

技术领域

本发明涉及用于分配流体的泵类型，更具体地说，涉及一种用于泵中的弹簧，该泵用于分配护肤品和清洁产品例如肥皂、凝胶、消毒剂等。本发明特别涉及可轴向压缩的泵和弹簧，其通过泵室体积的轴向减小而引起分配。

背景技术

各种类型的流体分配器是已知的。特别地，为了分配清洁产品例如肥皂，存在各种手动或自动致动的泵，其将给定量的产品分配到使用者的手中。

消费产品可以包括作为包装一部分的分配出口，由用户按下包装的顶部致动。这种包装使用在液面下方延伸的汲取管和吸入液体并穿过出口喷口向下分配的活塞泵。

商业分配器经常使用倒置的一次性容器，其可以放置在分配装置中，分配装置固定于墙壁上或者内置在洗手间的柜台等中。泵可以集成为一次性容器的一部分，或者可以是永久性分配装置的一部分或两者。这种装置通常更坚固，并且如果它们固定于墙壁，则在致动所需的方向和力的大小上可获得更大的自由度。这样的装置还可以使用识别用户手的位置并且使得单位剂量的产品被分配的传感器。这避免了用户与装置的接触以及相关的交叉污染。它还可以防止可能导致分配机构损坏和过早老化的错误操作。

倒置分配器的特征是需要防止泄漏。由于泵出口位于容器下方，如果泵中有任何泄漏，重力将导致产品逸出。对于相对挥发性的产品例如基于醇的溶液来说，情况尤其如此。实现无泄漏操作通常与相对复杂和昂贵的泵相关。然而，为了便于更换空的一次性容器，泵的至少一部分通常也是一次性的并且必须是制造经济的并且环境可接受的。因此，需要一种可靠且无滴落但又制造简单、经济且环境可接受的泵。此外，还需要精确地确定这种泵的入口和出口止回阀的流动特性。每个止回阀可能需要在不同的流量和压力条件下运行。特别是，对于挥发性或粘性液体，各个阀门的相对开启和关闭压力可能需要仔细匹配。在一体成型过程中使用相同材料制造两个阀门可能会大大限制设计选项。期望提供一种相对于入口阀和出口阀具有更大设计自由度的分配系统。

在WO2009/104992中描述了一种一次性分配系统，其使用泵从倒置的可折叠容器分配单位剂量的液体。泵仅由两个元件即弹性泵室和调节器形成，具有内阀和外阀。泵的操作通过向泵室施加侧向力而发生，使其部分地塌缩并通过外阀排出其内容物。一旦移除侧向力，就通过内阀进行泵室的再充填。由泵室壁的固有弹性提供填充力，该弹性必须足以克服由于抵抗容器塌缩导致的任何背压。尽管泵非常有效，但操作泵所需的侧向力有时会限制其集成到分配器主体中。其他分配系统使用轴向力即指向与分配流体的方向对齐。期望提供一种能够以这种方式操作的泵：其也可以集成到现有的轴向操作的分配方案中。

发明内容

期望有一种泵，该泵可以是一次性的并且在使用时期望是可靠的和无滴落的，还要制造简单、卫生、环境可接受且经济。

本发明特别涉及根据所附权利要求1的塑性体弹簧，并且还涉及根据所附权利要求19的泵，根据所附权利要求28的泵组件，根据所附权利要求29的一次性流体分配包装，根据权利要求30所述的分配流体的方法，具有所附权利要求31的特征的模具，根据所附权利要求32的分配器以及根据权利要求33的一体形成的阀。在所附从属权利要求、以下描述和附图中阐述了实施例。

公开了一种用于流体泵的塑性体弹簧，该弹簧包括第一端部和第二端部以及在它们之间的一个或多个弹簧部段，所述弹簧部段将第一端部连接于第二端部并且可沿弹簧的轴向方向从初始状态压缩为压缩状态，其中第一端部限定了用于束缚地容纳可移动阀元件的阀室，阀室包括阀座，第一阀元件可密封在阀座上以防止流体流过阀室。提供束缚阀元件，就在该阀的设计中引入了相当大的设计自由度。根据该构造的其他方面，阀可以是入口阀或出口阀或两者。在一个实施例中，其设置为入口阀，其具有穿过阀座经过可移动阀元件进入阀室的流动。

在一个实施例中，阀室包括阀支撑元件和盖。阀支撑元件和盖可彼此密封以限定阀室。阀支撑元件的功能可以是确保阀元件在阀室内的正确引导。盖的功能可以是在制造过程中允许阀元件定位在阀室内，或者允许弹簧作为单个部件一体模制。阀座可以围绕穿过盖的开口限定。开口可以是通向阀室的入口，该开口可以通过可移动阀元件关闭。其他构造也是可能的，例如阀座可以限定在阀室的与盖相对的一端处和/或盖中的开口可以构造为从阀室打开的出口。

盖可以制造为与阀支撑元件和/或弹簧的其余部分分离的部件。然而，为了减少部件的数量并便于组装，或者出于其他原因，它也可以与阀室一体形成。这可以使用整体铰链或塑性体材料的幅或带来实现。盖可以简单地关闭在阀支撑元件上并通过其它方式例如胶合、焊接夹紧等被保持就位。可选地，盖和阀支撑元件可被设置为以卡扣、插塞或其他过盈配合机械地接合在一起。

阀元件可以是自由浮动元件，仅通过重力、流体流动或外部场例如磁场被作用。可选地，它可以直接拴系或偏置。它可以具有任何适当的形式，包括球形、半球形、子弹形、盘形等等，这取决于阀座和阀室的形式。它可以是实心的、中空的或部分中空的。

在一个实施例中，弹簧还可以包括在阀室内的偏置弹簧，用于将可移动阀元件偏压抵靠阀座。可以根据要泵送的流体的性质和/或阀操作的期望响应来调整偏置弹簧的强度。偏置弹簧可以具有任何适当的形式，包括螺旋形、片簧形等，并且可以由任何合适的材料制成，包括金属、橡胶和塑性体。它在设计上也可以与弹簧部段类似。

如上所述，能够制造具有最少数量部件的泵具有相当大的优点。这减少了生产步骤的数量并且还减少了组装步骤的数量。然而，它可能导致设计的复杂性增加，使得模具更加昂贵。因此，是否整体地或分离地制造弹簧阀组合的各部分的选择是这两个标准之间的权衡。在一个实施例中，偏置弹簧和/或可移动阀元件可与第一端部一体形成。偏置弹簧和/或可移动阀元件可以在阀室内模制就位，或者可以在分解位置模制并在组装期间折叠到阀室中。偏置弹簧和/或可移动阀元件也可以在组装期间一体模制并随后(部分地)彼此分离。

关于整体模制或分离制造的选择的另一个考虑因素在于各个部件的材料特性。如果弹簧、阀元件和偏置弹簧是一体模制的，则可能会将它们全部限制为相同的材料。在某些情况下，可能期望用不同的材料制造这些元件中的一种。如果期望用比弹簧更致密的材料例如金属或陶瓷制造阀元件，则可能是这种情况。可选地，可能期望将偏置弹簧形成为具有弹簧常数，该弹簧常数不能由用于弹簧本身的弹簧部段所用的塑性体材料容易地获得。

关于弹簧及其相应的弹簧部段，应注意，通过提供可以这种方式在轴向方向上操作的塑性体元件，可以获得在压缩期间不扭曲或以其他方式变形的稳定弹簧并且可以通过单件注塑成型容易地制造。与金属弹簧不同，通过使用聚合物材料，弹簧可以与多种不同的清洁流体相容，而没有腐蚀或污染的风险。此外，考虑到泵的其他元件也是聚合物材料，可以促进泵的再循环。

弹簧部段可以是菱形的，在相邻的角部处结合在一起。在本文中，对“菱形”的提及并非旨在将弹簧部段限制为具有扁平侧面和尖角的精确几何形状。技术人员将理解，该形状旨在表示允许弹性塌陷的注塑成型形式，同时使用塑性体的材料特性来产生恢复力。此外，由于至少部分地由角部区域处的材料提供结构的弹性，因此这些可以被至少部分地加强、弯曲、切成圆角等，以便优化所需的弹簧特性。在一个实施例中，每个弹簧部段包括沿着铰链线结合在一起的四个扁平叶片，铰链线彼此平行并且垂直于轴向方向。在这种情况下，扁平旨在表示平坦。得到的构造也可以描述为手风琴状。

扁平叶片在其区域上可以具有恒定的厚度。厚度可以在0.5mm-1.5mm之间，这取决于所使用的材料以及泵和弹簧的几何设计。例如，已发现在铰链线之间叶片具有约7mm长度的情况下0.7-1.2mm之间的厚度提供了优异的塌缩特性。换句话说，叶片的厚度与其长度的比率可以是大约1:10，但是可以在1:5的比率至1:15的比率的范围内。本领域技术人员将认识到对于给定的材料，该比值对于确定所得弹簧的弹簧常数具有重要意义。在一个可选方案中，叶片在其中线处可以更厚并且可以朝向它们的边缘变薄或削薄。从成型角度来看，这种削薄可能是有利的，从而允许更容易地从模具中取出。它还可以将大部分弹簧力集中到中线。在弹簧位于圆柱形外壳中的情况下，这是弹簧提供大部分恢复力的那部分。

另外，作为允许弹簧安装在圆柱形外壳或泵室中的措施，弹簧部段可以具有弯曲边缘。然后，弹簧可以具有大致圆形的构造，如在轴向方向上看，即它可以限定圆柱形轮廓。应当理解，弯曲边缘的尺寸可以使得弹簧在其无应力初始状态或其压缩状态下或在这两个极端之间的中间位置处例如在其压缩状态下是圆柱形的。

弹簧的精确构造取决于延伸和弹簧常数所需的特性。确定弹簧延伸程度的一个重要因素是弹簧部段的菱形形状的初始几何形状。在一个实施例中，弹簧部段在其初始状态下结合在具有90和120度内角α的相邻角部处。在完全松弛的弹簧中，角度α可以在60-160或100-130度之间，具体取决于所用弹簧以及泵体的几何形状和材料。当弹簧插入泵室中并且在发生泵压缩之前的初始阶段，角度α通常略高，例如比完全松弛的弹簧高5-10度。对于处于压缩状态的弹簧来说，角度α在压缩状态下朝向180度增加，例如可以是160度至180度。例如，对于初始条件下的弹簧，角度α可以是120度，对于处于压缩状态的弹簧，角度α可以是160度。

所公开的弹簧的特别理想的特征是其能够经受长度显著减小。例如，弹簧部段可被设置为从打开构造压缩到基本上扁平的构造，在扁平构造中弹簧部段或叶片彼此靠近，即菱形弹簧部段的相邻侧变成共面。

在特定实施例中，每个弹簧部段能够轴向压缩至小于其未压缩长度的60％或小于50％。长度的总体减小将取决于弹簧部段的数量，并且在实际操作中，可能既不需要也不期望将每个弹簧部段压缩到最大值。在特定实施例中，弹簧可包括至少三个几何形状相同的弹簧部段。特定实施例具有五个弹簧部段，其在稳定性和压缩范围之间提供了良好的折衷。

本领域技术人员将意识到各种聚合物材料可以提供实现压缩和恢复所需的所需弹性性能而没有过多的滞后损失。可以像弹性体一样起作用的热塑性聚合物通常称为塑性体。在本发明的上下文中，对塑性体材料的提及旨在包括在环境温度下具有弹性并且在升高的温度下可塑性变形的所有热塑性弹性体，使得它们可以作为熔体加工并挤出或注塑成型。

塑性体弹簧可以通过注塑成型形成，并且根据一个特别重要的方面，弹簧可以与附加元件例如作为流体泵的一部分所需的那些元件一体形成。特别地，第一和第二端部可以形成为与泵的其他部件相互作用以将弹簧保持就位。在一个实施例中，它们可以形成圆柱形或部分圆柱形的塞子。第一和第二端部也可以形成有通道或管道，以允许流体沿着弹簧流过或穿过这些相应的部分。

在一个实施例中，弹簧还可包括一体形成的第二阀元件。一体形成的第二阀元件可以与第一阀元件相同或不同。在一个实施例中，第二阀元件可包括形成在第二端部上的周向裙部，该周向裙部向外突出并远离第一端部延伸。第二阀元件可围绕第二端部或轴向延伸超出第二端部。在一个实施例中，第二阀元件可以是圆锥形或截锥形，在远离第一端部的方向上加宽。一个或多个阀元件与弹簧的集成减少了必须制造的部件的数量，并且还简化了组装操作。鉴于这些组件是相同的材料，它们的处理也可以是单个操作。

流体泵可以包括这样的泵体：其具有围绕弹簧并且从邻近第一端部的泵入口延伸到邻近第二端部的泵出口的细长泵室。如上所述，泵室可以是圆柱形的并且弹簧还可以具有圆柱形的外部轮廓，以匹配和适配泵腔。弹簧可具有对应于泵室内部截面的外部截面形状。在一个实施例中，泵室是圆柱形的，并且弹簧在该区域中限定大致圆柱形的包络外形。

如上所述，泵体和/或弹簧的材料可以是塑性体。塑性体可以通过其性质来定义，例如肖氏硬度、脆性温度和维卡软化温度、弯曲模量、极限拉伸强度和熔体指数。取决于例如待分配的流体的类型以及泵体或弹簧的尺寸和几何形状，泵中使用的塑性体材料可以从软质材料变化到硬质材料。因此，形成至少弹簧的塑性体材料的肖氏硬度可以为50肖氏A(ISO 868，在23℃下测量)至70肖氏D(ISO 868，在23℃下测量)。使用肖氏A硬度为70-95或肖氏D硬度为20-50例如肖氏A硬度为75-90的塑性体材料，可以获得最佳结果。此外，塑性体材料可具有低于-50摄氏度例如从-90到-60℃的脆性温度(ASTM D476)以及30-90摄氏度例如40-80摄氏度的维卡软化温度(ISO 306/SA)。塑性体可另外具有15-40MPa、20-30MPa或25-27MPa(ASTM D-790)的挠曲模量。同样，塑性体的极限拉伸强度可以在3-10MPa或5-8MPa(ASTM D-638)的范围内。另外，熔体流动指数可以至少为10dg/min，或者在20-50dg/min(ISO标准1133-1，在190摄氏度下测量)的范围内。

合适的塑性体包括天然和/或合成聚合物。特别合适的塑性体包括苯乙烯嵌段共聚物、聚烯烃、弹性体合金、热塑性聚氨酯、热塑性共聚酯和热塑性聚酰胺。在聚烯烃的情况下，聚烯烃可以作为至少两种不同聚烯烃的共混物和/或作为至少两种不同单体的共聚物使用。在一个实施方案中，使用来自热塑性聚烯烃共混物群组或者在某些情况下来自聚烯烃共聚物群组的塑性体。塑性体的特定群组是乙烯α-烯烃共聚物群组。其中，已显示乙烯1-辛烯共聚物特别合适，特别是具有如上定义的性质的那些。合适的塑性体可从ExxonMobilChemical Co.以及Dow Chemical Co.获得。

应该理解的是，弹簧可以以许多不同的方式结合到泵中以辅助泵送动作。在特定实施例中，泵室可以与弹簧一起在轴向方向上压缩。这可以通过为泵室提供柔性壁来实现，该柔性壁在例如波纹管或可拉伸管形式的泵室的压缩期间变形。在一个实施例中，当弹簧压缩时，柔性壁可以翻转或卷起。然后，泵的总弹簧常数将是弹簧和泵室的组合效果。弹簧可在其变形期间为泵室提供支撑。在本文中，支撑旨在表示它防止泵腔不受控制地变形到可能无法自行恢复的位置。它还可以有助于控制变形，以确保在返回冲程期间更稳定的恢复。应注意，泵体或泵室还可为弹簧提供支撑，以允许其以所需方式轴向压缩。

为了使弹簧和泵体有效地共同操作，第一和第二端部可分别与泵入口和泵出口接合，以在泵室压缩期间保持这种接合。为此，端部可以是如上所述的塞子形式，其分别紧密地适配在入口和出口中的圆柱形凹槽中，同时允许流体通过。

根据一个实施例，弹簧和泵体可以由相同材料注塑成型。从再循环的角度来看这是特别有利的并且在制造期间减少了材料流。

更有利的是，由于上面讨论的有效设计，流体泵的整个结构可以仅使用两个部件即泵体和弹簧来实现，其中弹簧包括单向入口阀并且泵体和弹簧相互作用以限定单向出口阀。如下面将进一步讨论的，可移动阀元件保持在阀室内并且密封抵靠阀座以形成入口阀，而第二阀元件可以接合泵出口的壁以形成出口阀。

在特定实施例中，阀室包括如上文和下文所讨论的盖，并且泵体接合并保持盖。盖可以限定通向阀室的开口，并且泵体对盖的保持可以是密封连接，使得没有流动可以绕过盖即流过盖与泵体之间。附加地或可选地，盖可以密封于限定泵室的阀支撑元件。泵体可用于将盖机械地接合在阀支撑元件上。在一个实施例中，泵体具有环形槽，并且阀支撑元件具有与环形槽接合的环形元件。盖也可以例如与环元件一起接合在这样的环形槽中。

可以使用各种制造程序来形成泵，包括吹塑、热成型、3D打印和其他方法。形成泵的一些或所有元件可以通过注射成型制造。在特定实施例中，泵体和弹簧均通过注射成型形成。泵体和弹簧可以是相同的材料，或者每个可以使用不同的材料独立地优化。如上所述，材料可以针对其塑性体质量以及其对注塑成型的适应性进行优化。另外，尽管在一个实施例中，弹簧由单一材料制成，但不排除它可由多种材料制成。

在弹簧一体形成以包括入口阀和出口阀的情况下，设计者面临两个相互矛盾的要求，在很大程度上取决于将被泵送的流体：

1.阀应足够柔韧，以保证良好的密封；

2.弹簧应足够坚硬，以提供所需的弹簧常数来泵送流体。

本发明还涉及一种泵组件，其包括如上所述的泵，以及一对套筒，所述套筒被设置为在泵送冲程期间可滑动地相互作用以引导泵，包括与泵入口接合的固定套筒和与所述泵出口接合的滑动套筒。固定套筒和滑动套筒可以具有相互作用的制动表面，防止它们分离并限定泵送冲程。此外，固定套筒可包括具有轴向延伸的凸部的插座，并且泵入口具有外径，外径的尺寸适于接合在插座内并包括护套部分，其翻卷到自身上以接收凸部。

此外，本公开涉及一次性流体分配包装，其包括如上所述的泵或如之前所述的泵组件，其密封地连接于可收缩的产品容器。

本发明还涉及一种如上所述或下文中通过在泵入口与泵出口之间的泵体上施加轴向力以导致弹簧的轴向压缩和泵室体积减小来分配来自流体泵的流体的方法。

本发明还提供一种一体形成的阀，其包括如上所述或下文进一步描述的束缚阀元件。一体形成的阀包括阀支撑元件和盖，支撑元件和盖通过活动铰链一体地连接在一起并且共同形成阀室，该盖包括通向阀室的入口。该阀还包括具有偏置弹簧的阀元件，该偏置弹簧与阀支撑元件一体地形成，该偏置弹簧用于将阀元件抵靠围绕入口形成的阀座偏压。

附图说明

参考以下多个示例性实施例的附图，将理解本公开的特征和优点，其中：

图1示出了分配系统的透视图；

图2示出了处于打开构造的图1的分配系统；

图3以侧视图示出了一次性容器和泵组件；

图4A和4B示出了图1的泵在操作中的局部剖视图；

图5以分解透视图示出了图3的泵组件；

图6以透视图示出了图5的弹簧；

图7以正剖视图示出了图6中弹簧；

图8以侧视图示出了图6的弹簧；

图9以俯视图示出了图6的弹簧；

图10以仰视图示出了图6的弹簧；

图11示出了沿着线XI-XI穿过图8的弹簧的剖视图；

图12以正视图示出了图5的泵室；

图13示出了泵体指向泵出口的仰视图；

图14是沿图13中XIV-XIV方向的泵体的纵剖视图；

图15-18是处于不同操作阶段的图3的泵组件的剖视图；

图17A是图17的泵出口的透视细节；

图18A是图18的泵入口的透视细节，其中入口阀打开；

图19是模制的图6的弹簧的第一端部的细节；

图20是根据本发明的弹簧的第二实施例的前视图；

图21是图20的弹簧的第一端部的细节；和

图22是根据本发明的弹簧的第三实施例的第一端部的细节。

具体实施方式

图1示出了分配系统1的透视图，其中可以实现如所附权利要求中要求保护的本发明。分配系统1包括用于洗手间等的可重复使用类型的分配器100，其可从SCAHYGIENEPRODUCTS AB以名称TorkTM获得。在WO2011/133085中更详细地描述了分配器100，其内容通过引用整体并入本文。应当理解，该实施例仅仅是示例性的，并且本发明也可以在其他分配系统中实施。

分配器100包括后壳110和前壳112，后壳110和前壳112接合在一起以形成可以使用锁118固定的封闭外壳116。外壳116通过支架部分120固定于墙壁或其他表面。外壳116的下侧处是致动器124，通过该致动器可以手动操作分配系统1以分配一定剂量的清洁流体等。如下面将进一步描述的操作在手动致动器的背景下描述，但是本发明同样适用于例如使用电机和传感器的自动致动。

图2以透视图示出了分配器100，其中外壳116处于打开构造并且其中包含一次性容器200和泵组件300。容器200是WO2011/133085以及WO2009/104992中所述类型的1000ml可塌陷容器，其内容也通过引用整体并入本文。容器200是大体上圆柱形的，并且由聚乙烯制成。本领域技术人员将理解，其他体积、形状和材料同样适用，并且可根据分配器100的形状并根据待分配的流体调整容器200。

泵组件300具有基本上对应于WO2011/133085中描述的外部构造。这允许泵组件300可与现有的分配器100互换使用。然而，泵组件300的内部构造不同于WO2011/133085的泵和WO2009/104992的泵，下面将进一步描述。

图3以侧视图示出了一次性容器200和泵组件300。可以看出，容器200包括两个部分。硬的后部210和软的前部212。两个部分210、212由相同的材料制成但具有不同的厚度。随着容器200被清空，前部210随着泵组件300分配液体而塌陷到后部中。这种结构避免了在容器200内建立真空的问题。本领域技术人员将理解，尽管这是用于容器形式的示例，但是本公开内容中也可以使用其他类型的储存器，包括但不限于袋子、小袋、圆筒等，它们都是闭合的并且向大气开放。容器可以填充肥皂、洗涤剂、消毒剂、护肤制剂、保湿剂或任何其他合适的流体甚至药物。在大多数情况下，流体将是含水的，但本领域技术人员将理解，在适当的情况下可以使用其他物质，包括油、溶剂、醇等。此外，尽管下面将参照的是液体，但是分配器1也可以分配流体例如分散剂、悬浮液或颗粒。

在容器200的下侧处，设置有具有连接凸缘216的刚性颈部214。连接凸缘216与泵组件300的固定套筒310接合。泵组件300还包括终止于孔口318处的滑动套筒312。滑动套筒312带有一个致动凸缘314，而固定套筒具有定位凸缘316。两个套筒310、312都是由聚碳酸酯注射成型的，但是本领域技术人员会很清楚可使用其他相对刚性的可模制材料。在使用中，如下面将进一步详细描述的，滑动套筒312可相对于固定套筒310移动距离D，以便实施单次泵送动作。

图4A和4B示出了穿过图1的分配器100的局部剖视图，示出了操作中的泵组件300。根据图4A，定位凸缘316被后壳110上的定位凹槽130接合。致动器124在枢轴132处枢转至前壳112并且包括接合部分134，接合部分134接合在致动凸缘314下方。

图4B示出了使用者在致动器124上施加力P时泵组件300的位置。在该视图中，致动器124已绕枢轴132逆时针旋转，使得接合部分134以力F抵靠在致动凸缘314上，使其向上移动。到目前为止，分配系统1及其操作基本上与从WO2011/133085中已知的现有系统的操作相同。

图5以分解透视图示出了图3的泵组件300，示出了沿轴线A轴向对齐的固定套筒310、滑动套筒312、弹簧400和泵体500。固定套筒310在其外表面上设置有三个轴向延伸的导向装置340，每个导向装置具有一个制动表面342。滑动套筒312设有三个穿过其外表面轴向延伸的槽口344，其功能将在下面进一步描述。

图6示出了弹簧400的放大透视图，弹簧400由来自ExxonMobil Chemical Co.的乙烯辛烯材料注射成型为单件。弹簧400包括沿轴线A彼此对齐且通过多个菱形弹簧部段406结合在一起的第一端部402和第二端部404。在该实施例中，示出了五个弹簧部段406，但是本领域技术人员将理解，根据所需的弹簧常数可以存在更多或更少的这种部段。每个弹簧部段406包括沿着铰链线410结合在一起的四个扁平叶片408，铰链线410彼此平行并且垂直于轴线A。叶片408具有弯曲边缘428并且弹簧部段406在相邻角部412处结合。

第一端部402包括通过铰链444连接在一起的圆柱形阀支撑元件416和盖442。穿过阀支撑元件416形成出口418。

第二端部404具有肋430和截头圆锥形主体432，该截头圆锥形主体432在远离第一端部402的方向上变窄。在其外表面上，截头圆锥形主体432形成有两个径向相对的流动通道434。在其末端处，设置有一体形成的第二阀元件436，该第二阀元件436向外锥形地突出并且远离第一端部延伸。

图7-10分别是弹簧400的前横截面、侧面以及第一和第二端部正视图。

从图7开始，第一端部402以剖视图示出，其中盖442部分打开。可以看出，阀支撑元件416是中空的，限定了阀室413，阀室中设置有包括偏置弹簧421的第一阀元件420。阀室413由盖442关闭，盖442设有在其中心处的入口417。围绕入口417的是入口阀座446，第一阀元件420可以密封在入口阀座446上。圆柱形阀支撑元件416延伸到环形元件414，环形元件414抵靠盖442接合。盖442和环形元件414具有相同的直径，如下面将进一步说明。在阀室413内还可见到键槽448，键槽448在轴向方向上朝向出口418延伸。键槽448是阶梯状的，由此将第一阀元件420保持在阀室413内。

在根据图7的该视图中，可以清楚地看到弹簧部段406的菱形形状。弹簧400被描绘为处于其无应力状态，并且角部412限定了大约115°的内角α。本领域技术人员将认识到，可以调节该角度以改变弹簧特性，并且可以在60-160度、100-130度或90-120度之间变化。同样可见的是第二端部404的截头圆锥形主体432，其具有肋430和第二阀元件436。

图8以侧视图示出了在弹簧部段406的菱形平面中观察的弹簧400。在该视图中，可以看到铰链线410，图中还可以看到弯曲边缘428。将注意到相邻弹簧部段406结合处的角部412明显长于相邻扁平叶片408结合处的铰链线410。

图9是第一端部402的视图，示出了盖442，其中入口417和第一阀元件420位于阀室413内。图10示出了从与图9相对的一端观察的弹簧400，其中第二阀元件436位于中心处，第二端部404的截头圆锥形主体432位于其后面，被流动通道434所中断。在第二端部404后面，可以看到相邻弹簧部段406的弯曲边缘428，其在该视图中限定了基本上圆形的形状。在所示实施例中，环形元件414是弹簧400的最宽部分。

图11是沿图8中的线XI-XI的横剖视图，示出了在铰链线410处穿过扁平叶片408的厚度变化。可以看出，每个叶片408在其中线位置Y-Y处最厚并且朝向更薄的弯曲边缘428被削薄。这种逐渐变细的形状将弹簧的材料强度朝向中线集中且围绕中线集中力并且围绕轴线A集中力。

图12以更详细的正视图示出了图5的泵体500。在该实施例中，泵体500也由与弹簧400相同的塑性体材料制成。这在制造和处理的背景下都是有利的，但是本领域技术人员将理解，也可以将不同的材料用于各个部件。泵体500包括泵室510，泵室510从泵入口502延伸到泵出口504。泵出口504的直径小于泵室510的直径，并且终止于喷嘴512，喷嘴512最初由拧盖514所关闭。从喷嘴512向后设置的是环形突起516。泵入口502包括翻卷到自身上并且终止于加厚边沿520的护套部分518。

图13示出了指向泵出口504上的泵体500的端视图。泵体500是旋转对称的，除了矩形的拧盖514之外。可以看到泵出口504、泵室510和加厚边沿520之间的直径变化。

图14是沿图13中的XIV-XIV方向截取的泵体500的纵剖视图。泵室510包括柔性壁530，其具有邻近于泵入口502的厚壁部段532和邻近于泵出口504的薄壁部段534。薄壁部段534和厚壁部段532在过渡部分536处结合。薄壁部段534的厚度从过渡部分536逐渐锥斜，壁厚朝向泵出口504逐渐减小。厚壁部段532的厚度从过渡部分536逐渐锥斜，壁厚朝向泵入口502增加。除了泵室510的壁厚变化之外，还在泵入口502处的泵体500内提供了环形槽540和在护套部分518的外表面上设置密封脊542。在泵出口504处，喷嘴512被挡板513包围，挡板513呈朝向泵室510轴向向内延伸的环形突出部的形式。

图15是穿过图3的泵组件300的剖视图，示出了弹簧400、泵体500和套管310、312，它们在使用之前连接在一起。固定套筒310包括朝向其上侧开口的插座330。插座330具有向上延伸的凸形部分332，其尺寸适于接合在泵体500的护套部分518内。插座330还包括在其内表面上向内指向的凸轮334，其尺寸与容器200的刚性颈部214上的连接凸缘216卡扣连接接合。由于被夹持在连接凸缘216与固定套筒310的相对更刚性材料之间的泵体500的材料的柔性特性，这三个部分的接合导致流体密封。另外，在护套部分518的外表面上的这些密封脊542以止动件的方式接合在刚性颈部214内。在所描绘的实施例中，该连接是永久连接，但是应该理解可以在泵组件300和容器200之间提供其他连接例如可释放的连接。

图15还示出了弹簧400与泵体500之间的接合。弹簧400的入口部分402的尺寸适于装配在泵入口502内，其中环形元件414和盖442共同接合在凹槽540中。

在泵体500的另一端处，出口部分404接合在泵出口504内。肋430的直径大于泵出口504，并用于将截头圆锥形主体432和第二阀元件436定位在泵出口504内。泵出口504的外部也接合在滑动套筒312的孔口318内，其中喷嘴512略微突出。环形突起516的尺寸设计成略大于孔口318并将泵出口504保持在孔口318内的正确位置处。第二阀元件436的外径略大于泵出口的内径504，藉此还施加了轻微的预加载，足以在没有任何外部压力的情况下保持流体密封。

图15还示出了套管310、312如何在操作中接合在一起。滑动套筒312的直径略大于固定套筒310并围绕它。固定套筒310的外表面上的三个轴向引导件340接合在滑动套筒中的相应槽口344内。在图15所示的位置中，弹簧400处于其初始状态，经受轻微的预压缩，并且制动表面342抵靠致动凸缘314接合。

在图15所示的位置，容器200和泵组件300永久地连接在一起，并作为单个一次性单元被供应和处理。插座330与容器200上的连接凸缘216之间的卡扣连接防止固定套筒310与容器200分离。制动表面342防止滑动套筒312从其围绕固定套筒310的位置移开并且泵体500和弹簧400保持在套管310、312内。

图16示出了与图15类似的视图，其中移除了拧盖514。泵组件300现在准备使用，并且可以安装到如图2所示的分配器100中。为了下面的描述，泵室510充满了待分配的流体，但是也可以理解为，在首次打开拧盖514时，泵室510可以充满空气。在这种情况下，第二阀元件436密封泵出口504的内径，防止任何流体通过喷嘴512排出。为清楚起见，仅示出弹簧400的轮廓。

图17示出了图16的泵组件300，其中对应于图4A和4B描述的动作开始分配冲程的致动。如先前关于那些附图所描述的，致动器124被使用者的接合导致接合部分134抵靠致动凸缘314接合以施加力F。在该视图中，为了清楚起见省略了容器200。

力F使致动凸缘314移动脱离与制动表面342和滑动套筒312的接合，从而相对于固定套筒310向上移动。该力也通过孔口318和环形突起516传递到泵出口504，使其与滑动套筒312一起向上移动。通过泵入口502与固定套筒310的插座330的接合，防止泵体500的另一端向上移动。

滑动套筒312相对于固定套筒310的运动导致轴向力施加到泵体500。该力通过泵室510的柔性壁530传递，其最初在其最弱点即邻近于泵出口504的薄壁部段534处开始塌缩。随着泵室510的塌缩，其体积减小并且流体通过喷嘴512排出。通过第一阀元件420防止流体穿过泵入口502反向流动，第一阀元件420通过偏置弹簧421和泵室510内的附加流体压力被压靠在入口阀座446上。

另外，借助于肋430与泵出口504之间的接合以及环形元件414在泵入口502处接合在槽540中，力通过弹簧400传递。这使得弹簧400压缩，由此角部412处的内角α增大。

图17A是图17的泵出口504的透视细节，更详细地示出了第二阀元件436如何操作。在该视图中，弹簧400被示为未分段。可以看出，薄壁部段534已通过在环形突起516附近部分地翻转到自身上而塌缩。在环形突起516下方，泵出口504具有相对较厚的壁并且被支撑在孔口318内，保持其形状和防止扭曲或塌缩。从该视图中还可以看出，肋430在流动通道434处被中断，流动通道434沿截头圆锥形主体432的外表面延伸到第二阀元件436。该流动通道434允许流体从泵腔室510流出从而与第二阀元件436接合并在其上施加压力。压力导致第二阀元件436的材料弯曲远离与泵出口504内壁的接合，由此流体可以通过第二阀元件436并到达喷嘴512。第二阀元件436塌缩的精确方式将取决于力F的施加程度和速度以及其他因素例如流体的性质、第二阀元件436上的预载荷及其材料和尺寸。这些可以根据需要进行优化。在该视图中还可以注意到挡板513如何使泵出口504内的流动偏转。特别地，经过第二阀元件436的流动不能直接进入喷嘴512，而是在以集中射流朝向喷嘴反向之前轴向向上偏转。这确保了来自喷嘴512的更均匀的出口流。在本文中，本发明还涉及一种泵室，其具有呈环形裙部形式的出口阀和中心出口喷嘴，在出口阀与喷嘴之间设置有挡板从而在远离喷嘴的方向上使得穿过环形裙部的液体流偏转。

图18示出了图17的泵组件300在完成致动冲程时处于完全压缩状态。滑动套筒312相对于图16的初始位置已向上移动距离D，并且致动凸缘314已经与定位凸缘316邻接。在该位置，泵室310已经塌缩到其最大程度，由此薄壁部段534完全翻转。弹簧400也已经塌缩到最大程度，所有菱形弹簧部段406完全塌缩成基本上扁平的构型，其中叶片408彼此靠近，并且实际上所有的叶片408几乎彼此平行。应注意的是，尽管参照了完全压缩和塌缩的情况，但不一定是这种情况，并且泵组件300的操作可以仅在相应部件的整个运动范围的一部分上进行。

由于弹簧部段406塌缩，角部412处的内角α接近180°，此时弹簧400的总直径增大。如图18所示，最初与柔性壁530略微间隔开的弹簧400与泵室接触。至少在薄壁部段534的区域中，弹簧部段406在柔性壁530上施加力，使其伸展。

一旦泵到达图18的位置，就不会进一步压缩弹簧400并且流体停止流过喷嘴512。第二阀元件436再次关闭以与泵出口504密封接合。在所示实施例中，由距离D限定的冲程约为10mm，分配的流体体积约为1.1ml。应该理解，这些距离和体积可以根据需要进行调整。

在使用者释放致动器124或者以其他方式中断力F之后，被压缩的弹簧400将在泵体500上施加净恢复力。本实施例中描绘的弹簧在其完全压缩状态下施加20N的轴向力。该力作用在环形元件414与肋430之间，并在泵入口502与泵出口504之间施加恢复力，以使泵室510恢复到其原始状态。泵体500通过其与套管310、312的接合也使这些元件返回其初始位置，如图16所示。

随着弹簧400膨胀，泵室510的体积也增加，导致泵室510内容纳的流体内的负压。第二阀元件436关闭，任何负压使得第二阀元件436更牢固地抵靠泵出口504的内表面接合。图18A详细示出了在该操作阶段期间阀400的第一端部402。随着泵室510内的压力减小，容器200内的相对较高的压力在第一阀元件420上产生净力，向下作用抵抗偏置弹簧421的偏压。第一阀元件420移出与入口阀座446的接合，使得流体穿过阀室413流入泵室510。在该视图中还可见环形密封件415，其与泵室510的厚壁部段532接合，防止流体沿着圆柱形阀支撑元件416的外表面通过。

如本领域技术人员所理解的，弹簧可在返回冲程期间提供主要恢复力。然而，随着弹簧400的延伸，其力也可以通过从泵室510的柔性壁530作用在其上的径向压力而部分地增强。泵室510也可以在滑动套筒312上施加其自身的恢复力，这是由于薄壁部段534试图恢复到其原始形状的翻转。弹簧400的恢复力和泵腔510的恢复力都不是线性的，但两者可以一起调整以提供所期望的弹簧特性。特别地，泵室510可以在图17所示的位置处施加相对强的恢复力，在该位置处柔性壁530刚刚开始翻转。当弹簧400在根据图18的位置被完全压缩时，弹簧400可以施加其最大恢复力。

图6-11的弹簧400和图12-14的泵体500的尺寸做成适于泵送约1-2ml的体积，例如1.1ml。在尺寸被做成用于1.1ml的泵中，扁平叶片408具有约7mm的长度，以它们绕其弯曲的铰链线410之间的距离来测量。它们在中线处的厚度约为1毫米。弹簧的总长度约为58毫米。泵体400的总长度约为70mm，泵室510的直径约为40mm，内径约为15mm，最小壁厚约为0.5mm。本领域技术人员将理解，这些尺寸仅仅是示例。

泵/弹簧在压缩时可产生1N至50N之间或20N至25N之间的最大阻力。此外，空泵的反向冲程的泵/弹簧偏压可以在1N-50N之间、1N-30N之间、5N-20N之间或10N-15N之间。通常，压缩和偏置力可以取决于泵的预期体积并与之成比例。上面给出的值可能适用于1毫升泵冲程。

图19以剖视图示出了一个实施例中制造的图6的弹簧400的第一端部402的放大视图。可以看出，盖442通过铰链444附连于阀支撑元件416。这使得两个部件一体地一起模制并且随后铰接闭合以形成阀室413。第一阀元件420和偏置弹簧421在这种情况下与阀支撑元件416分离，而是在铰链线410处通过腹板445连接于上弹簧部段406，该腹板445随后在组装期间被断开。在该视图中，还可以理解第一阀元件420的构造，其具有大致子弹形状，其具有在与偏置弹簧421相反的方向上开口的孔423。孔423限制第一阀元件420的材料厚度。从而减少了注射成型过程中可能的部件变形。

图20和21示出了弹簧1400的第二实施例，其中与第一实施例相同的元件由前面加上1000的类似附图标记表示。在图20中，弹簧以对应于图7的视图的正视图示出。除了第一端部1402的结构之外，弹簧1400在其他方面与弹簧400相同。从该视图中可以看出，阀室1413在马镫形阀支撑元件1416的前侧和后侧处设置有出口1418，在环形元件1414中出口1418在其上侧处终止。可以看到第一阀元件1420及其偏置弹簧1421在阀室1413内。如在第一实施例中那样，第一端部1402包括通过铰链1444连接于环形元件1414的盖1442。

图21以放大的剖视图示出了弹簧1400的第一端部1402。在该视图中，可以理解的是，偏置弹簧1421与阀室1413的基部一体地形成。出口1418和阀支撑元件1416的马镫形状允许模制工具进入以允许在第一阀元件1420就位的情况下将弹簧1400注射成型为单件同时盖1442被铰链1444连接。在组装期间，当弹簧1400插入相应的泵体500时，盖1442仅需要在环形元件1414上闭合。图21还示出了围绕支撑元件1416的外圆周的环形密封件1415。

图22示出了弹簧2400的第三实施例，其相应地紧邻弹簧1400并且其中相同的元件由前面加上2000的类似参考标记表示。在该实施例中，第一端部2402在盖2442关闭的状态下以横截面示出。与前面的实施例不同，盖2442设置有中心引导件2443，中心引导件2443通过支柱2449被支撑在入口2417内。中心引导件2443接合在第一阀元件2420的孔2423内并且有助于稳定第一阀元件2420的运动以及保持其与轴线A对齐。另外在该实施例中，阀座2446是被削薄的，以形成锋利的边缘，以便更好地密封例如挥发性液体。应当理解，这种阀座也可以在任何先前的实施例中形成，并且阀座的选择将取决于特定的预期用途。

因此，已经参考上面讨论的实施例描述了本发明。应当认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，对这些实施例的各种修改和替代形式对于本领域技术人员来说是公知的。

Claims (40)

1.一种用于流体泵的塑性体弹簧，该弹簧包括第一端部和第二端部以及位于第一端部和第二端部之间的一个或多个弹簧部段，所述弹簧部段将所述第一端部连接至所述第二端部并且能沿所述弹簧的轴向方向从初始状态压缩至压缩状态，其中所述第一端部限定用于束缚地容纳可移动阀元件的阀室，所述阀室包括阀座，所述阀元件可抵靠该阀座密封以防止流体流过所述阀室，所述阀室还包括阀支撑元件和盖，所述阀支撑元件的盖被布置成允许在制造过程中阀元件定位于阀室中，其中所述阀座围绕穿过所述盖的开口限定。

2.根据权利要求1所述的弹簧，其中所述盖与所述阀室一体形成并铰接于所述阀室。

3.根据权利要求1或2所述的弹簧，还包括位于所述阀室内的偏置弹簧，用于抵靠所述阀座偏压所述可移动阀元件。

4.根据权利要求3所述的弹簧，其中所述偏置弹簧和/或所述可移动阀元件与所述第一端部一体地形成。

5.根据权利要求1或2所述的弹簧，其中每个弹簧部段包括四个扁平叶片，所述叶片沿着彼此平行并且垂直于所述轴向方向的铰链线结合在一起以限定菱形形状。

6.根据权利要求5所述的弹簧，其中所述叶片从相对较厚的中线被削薄到相对较薄的边缘。

7.根据权利要求1或2所述的弹簧，其中每个弹簧部段具有弯曲边缘，使得所述弹簧在沿轴向方向观察时具有圆形的构造。

8.根据权利要求1或2所述的弹簧，其中每个弹簧部段被设置为从打开构造压缩至平坦的构造。

9.根据权利要求1或2所述的弹簧，其中每个弹簧部段能轴向地压缩至其未压缩长度的不到60％。

10.根据权利要求9所述的弹簧，其中每个弹簧部段能轴向地压缩至其未压缩长度的不到50％。

11.根据权利要求1所述的弹簧，其中多个弹簧部段在相邻的角部处串联结合在一起并且在所述轴向方向上彼此对齐，以将所述第一端部连接至所述第二端部。

12.根据权利要求11所述的弹簧，其中在它们的初始状态下，所述弹簧部段在相邻角部处结合，所述相邻角部具有60-160度之间的内角。

13.根据权利要求11或12所述的弹簧，包括至少三个弹簧部段。

14.根据权利要求13所述的弹簧，所述至少三个弹簧部段相同。

15.根据权利要求1或2所述的弹簧，其中至少所述弹簧部段包括具有在15-40Mpa范围内的挠曲模量的材料。

16.根据权利要求15所述的弹簧，其中至少所述弹簧部段包括具有在20-30MPa范围内的挠曲模量的材料。

17.根据权利要求16所述的弹簧，其中至少所述弹簧部段包括具有在25-27MPa范围内的挠曲模量的材料。

18.根据权利要求1或2所述的弹簧，其中至少所述弹簧部段包括具有在3-10Mpa范围内的极限抗拉强度的材料。

19.根据权利要求18所述的弹簧，其中至少所述弹簧部段包括具有在5-8MPa范围内的极限抗拉强度的材料。

20.根据权利要求1或2所述的弹簧，其中至少所述弹簧部段包括具有至少为10dg/min的熔体流动指数的材料。

21.根据权利要求20所述的弹簧，其中至少所述弹簧部段包括具有在20-50dg/min范围内的熔体流动指数的材料。

22.根据权利要求1或2所述的弹簧，其中至少所述弹簧部段包括乙烯-α-烯烃共聚物。

23.根据权利要求22所述的弹簧，其中至少所述弹簧部段包括乙烯辛烷。

24.根据权利要求1或2所述的弹簧，还包括一体形成的第二阀元件，所述第二阀元件形成为向外突出的周向元件。

25.根据权利要求24所述的弹簧，所述第二阀元件形成为从所述第二端部延伸出的平坦盘、周向裙部或截锥中的一个。

26.一种泵，包括：泵体，其具有细长的泵室；以及根据前述权利要求中任一项所述的弹簧，其位于所述泵室内并且从邻近所述第一端部的泵入口延伸到邻近所述第二端部的泵出口。

27.根据权利要求26所述的泵，其中所述泵室与所述弹簧一起在所述轴向方向上可压缩。

28.根据权利要求27所述的泵，其中所述泵室包括柔性壁，所述柔性壁在所述泵室的压缩期间翻转。

29.根据权利要求26-28中任一项所述的泵，其中所述第一和第二端部分别与所述泵入口和泵出口接合，从而在所述泵室的压缩期间保持这种接合。

30.根据权利要求26-28中任一项所述的泵，其中所述泵体和/或所述弹簧由相同材料注射成型。

31.根据权利要求26-28中任一项所述的泵，其中所述泵体和/或所述弹簧由不同材料注射成型。

32.根据权利要求26-28中任一项所述的泵，其中所述弹簧包括保持在所述阀室内的可移动阀元件，用于允许流体在从所述第一端部朝向所述第二端部的方向上流过所述阀室，但防止流体在相反方向上流动。

33.根据权利要求26-28中任一项所述的泵，其中所述泵体和所述第二端部相互作用以限定单向出口阀，允许从所述第一端部朝向所述第二端部流动。

34.根据权利要求26-28中任一项所述的泵，其中所述阀室包括盖，并且所述泵体接合并保持所述盖。

35.一种泵组件，包括根据权利要求26至34中任一项所述的泵，以及一对套筒，所述一对套筒被设置为可滑动地相互作用以在泵送冲程期间引导所述泵，所述一对套筒包括与所述泵入口接合的固定套筒和与所述泵出口接合的滑动套筒。

36.一次性流体分配包装，包括根据权利要求26至34中任一项所述的泵或根据权利要求35所述的泵组件，所述泵或泵组件密封地连接至可收缩产品容器。

37.一种从根据权利要求26-34中任一项所述的泵分配流体的方法，所述方法包括在所述泵入口与所述泵出口之间在所述泵体上施加轴向力，以引起所述弹簧的轴向压缩和所述泵室的体积减小。

38.一种注射成型用模具，其具有根据权利要求1-25中任一项所述的弹簧的形状。

39.一种分配器，其包括根据权利要求36所述的一次性流体分配包装并且构造成在根据权利要求36所述的一次性流体分配包装上实施根据权利要求37所述的方法。

40.一种一体形成的阀，包括阀支撑元件和盖，所述阀支撑元件和盖通过活动铰链一体地连接在一起并且共同形成阀室，所述盖包括通向所述阀室的入口，所述阀还包括具有偏置弹簧的阀元件，所述偏置弹簧与所述阀支撑元件一体地形成，所述偏置弹簧用于将所述阀元件抵靠围绕所述入口形成的阀座偏压。

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