CN1125916A - 具有预定伸缩模式的可伸缩泵腔 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一个用于液体分配泵装置的可伸缩泵腔，如风箱(40)。该可伸缩泵腔包括一个构成该泵腔的内部容积部分的可伸缩侧壁。该可伸缩侧壁具有一个当该泵装置致动时按预定模式伸缩的结构。例如，该可伸缩的预定模式会导致在初始时每给定的行程长度内具有相对小的内部容积的变化，紧接着在每给定的行程长度内增加内部容积的变化。因此，该泵装置在初始可对分配的产品量提供良好的控制，在部分致动期间给出精确的控制。然而该同一泵装置也能在整体致动期间传送大容量的产品。

Description

具有预定伸缩模式的可伸缩泵腔
发明背景
1.发明领域
本发明涉及用于消费品液体分配泵装置的手动可伸缩泵腔。
2.现有技术的描述
用于消费品容器上的公知液体分配泵装置有多种多样。这些分配泵可用于例如以泡沫、喷雾或液束(例如用于增加水份的清洗)形式传送液体。最普通的这种分配泵装置采用活塞的气缸形泵腔。这种泵腔要求在活塞和气缸之间保持液体运动密封。这种液体密封存在共同的缺点。例如当活塞对气缸运动时产生相当大的摩擦，这是因为这些部件必须配合紧密以形成密封。此外或作为替换方案，各部件本身必须制造在严格的公差范围内以使各部件适当地配合形成密封。此外，随意时间的推移，因摩擦引起的磨损会使这种密封恶化，从而降低泵的效率。此外，这些活塞和气缸分配装置在设计时通常都没有作出足够的努力以减少零部件的数量和总成本。
在某种程度上，根据活塞和气缸式泵的某些缺点，已经开发了几种带有可伸缩壁的泵腔的液体分配泵装置。例如，已采用了气球形泵腔。更普遍地，已采用活动的弹性风箱作为液体分配泵装置中的可伸缩泵腔。这种风箱型的泵允许泵腔在体积上膨胀与收缩，且没有活塞与气缸泵中所需的运动密封的缺点。此外，该风箱可代替活塞、气缸及弹簧，因此减少了模制及装配成本。然而，这些先有技术的液体分配泵装置并不具备本发明此处所述的所有这些优点。
发明概述
根据本发明一方面的内容，提供了一种用于手动操作的液体分配泵装置的可伸缩泵腔。该可伸缩泵腔包括一个构成泵腔内部容积部分的带波纹的环形侧壁。此外，该带波纹的环形侧壁具有一种当泵装置被操作时按预定模式伸缩的结构。最好，该预定的伸缩模式导致在每一给定的行程长度内，内部容积是初始相当小的容积变化，紧接着在每一给定的行程长度内是内部容积部分增大的容积变化。
根据本发明另一方面内容，提供了一种手动操作的液体分配装置。该分配装置包括一个用以将该分配装置密封地安装到一个供给容器上的壳体。该壳体包括一个液体通道部分，用以提供从供给容器下游至排出口的流体连通。一进口阀设置于液体通道内。该进口阀关闭，从而防止流体在正的下游压力期间流过该阀，并且在下游负压期间打开。一出口阀设置于该液体通道中，该出口阀打开，从而允许液体在上游为正压力期间流过该阀，并且在上游为负压力期间关闭。一个可伸缩泵腔构成了进口阀下游和出口阀上游的部分液体通道。该可伸缩的泵腔具有一个构成该泵腔部分的伸缩侧壁。该伸缩侧壁具有一个当泵装置被操作时以适合的预定模式伸缩的结构。
说明书以详细列出并有区别地对本发明提出保护范围的权利要求结束，可以相信，从结合附图的下述说明中将更好地懂得本发明，其中：
图1是用于本发明的液体分配泵的手动可伸缩泵腔的最佳实施例从上部看的分解透视图；
图2是图1的液体分配泵和手动伸缩泵腔从下面看的分解透视图；
图3是沿图1和2所示的组装的液体分配泵装置(带有原始的防滥用凸柄和运输密封)的中线剖开的剖视图；
图4是去除了防滥用凸柄并且运输密封处于开启状态的相似于图3的剖视图；
图5是当可伸缩泵腔伸缩时，在向下行程期间，图1所示泵在工作时，相似于图3的剖视图；
图6是当可伸缩泵腔伸缩时，在向上行程期间，图1所示泵在工作时，相似于图3的剖视图；
图7是在另一个液体分配泵装置中能泵送相对大容量的液体的本发明的另一个优选可伸缩泵腔相似于图3的剖视图；
图8是图1所示液体分配泵装置中的图7所示可伸缩泵腔的相似于图3的剖视图。
本发明的详细描述
在图1所示的最佳实施实施例中，本发明提供了一种用于液体分配泵装置(总体标号为20)的手动可压缩泵腔40。该分配泵装置20尤其是可与液体产品供给容器22(图2中示出一部分)一起使用。该图示的液体分配泵20主要包括一上壳体24，一下壳体26；一出口阀件30及一进口阀件34，一下垂管38及一可伸缩泵腔40。
本文所用的术语“可伸缩泵腔”定义为这样的泵腔，即该泵腔至少部分是由弹性壁围成的；该弹性壁响应于手动压力以这样的方式运动，即在该泵腔中的体积减小而在构成该泵腔的任何元件之间不存在滑动摩擦。这样的可伸缩泵腔可包括气球形的膜片及由诸如热塑性弹性材料，弹性热固性材料(包括橡胶)制成的球胆等。例如(未示出)，该可伸缩泵腔可以包括围绕一种弹性材料的(或由该弹性材料覆盖的)螺旋形金属或塑料弹簧；从而产生一封闭的泵腔。然而，该图示的并且优选的可伸缩泵腔是一种风箱40，例如一种大约圆柱形空心结构，带有手风琴式的壁。由于各风箱可制成弹性的，如一弹簧作用那样，因此各风箱取消了对弹簧的需要。此外，该可伸缩泵腔是这样设计的，即它根据预定的模式进行伸缩。此外，该手动可伸缩泵腔最好还包括外加的各整体部件。此文所用的术语“整体”定义为模制或成形为一单个的不可分的部件。
参见图3，上壳体24套接在下壳体26上，并由环形凸缘25和环形肋27之间的配合部夹住。该下壳体26包括将该泵装置20密封地连接到容器22上的螺纹28。另外，该下壳体26可采用卡口式连接结构(未示出)，例如于1988年11月1日授予Dunning等人的美国专利4781311或1975年10月7日授予Foster的美国专利3910444中所述的那样。
另外，下壳体26包括一个带一内锥形进口阀座35的进口通道42，该阀座35与进口阀件34配合构成进口阀34和35。此外，该下壳体26包括三个等间隔设置的限位凸柄36，该凸柄36如以下所述在泵装置20工作期间对进口阀件34进行限位。此外，也可以使用球阀(未示出)。该下壳体26还包括通气孔37，三个等间隔设置的致动凸缘44，一个连接凸缘45及三个等间隔设置的抗转动凸缘46。摩擦地配合在下壳体26的进口通道42上的是一个朝下伸入容器22中的下垂管38。
上壳体24包括一个终止于分配孔50中的出口通道48。一内部圆柱形壁52以相对出口通道48成一定角度而位于上壳体24内并与该出口通道48连接。另外，(如图2所示)该上壳体24有一凸缘25，该凸缘25带有三个等间隔设置的致动通道54，三个止动体56，三对触觉式凸体58，一个突出体60及一个可拆卸的防滥用凸柄62。本文所用的术语“防滥用”定义为提供泵已事先致动的证据；当产品不被滥用时不需要(因整个泵装置可拧下并更换)。在这种意义上讲，滥用证据是重要的，因为它不鼓励从货架上进行产品抽样。此外，该壳体24和26可包括在先有技术中公知的表示已经从容器22上去除泵装置20的任何防滥用特征(未示出)。
通过壳体24和26的是一个由几个部分构成的液体通道，包括下垂管38，下壳体26的进口通道42，上壳体24的出口通道48及可伸缩泵腔40。该液体通道使从下垂管38在供给容器22内的末端沿下游方向至排出孔保持流体连通。本文所用的术语“下游”定义为从供给容器22至排出孔50的方向，而“上游”则定义由从排出孔50至供给容器22的方向。相似地，本文所用的术语“进口端”是指上游，而“出口端”是指下游端。
部分液体通道是由可伸缩泵腔40限定而成。该可伸缩泵腔40具有一种弹性的可手动压缩的结构，因此而减小在可伸缩泵腔40中的容积。尽管可使用弹簧(未示出)以辅助该可伸缩泵腔40返回至初始形态，但该可伸缩泵腔40本身最好具有足够的弹性，从而当手动压缩力卸除后可返回至其初始形态。
该可伸缩泵腔是一种带有一确保该风箱40按预定模式伸缩的结构的风箱40。通常，该风箱40最好具有几个质量参数。例如，该风箱40应使该泵装置易于致动。这就常常意味着该风箱具有从大约3磅至大约5磅的弹性力。该风箱40还应具有优良的弹性、最小滞后与蠕变。此外，该风箱40最好在径向方向具有良好的刚度(圆周强度)，以确保该风箱40在正常工作条件下不发生径向变形。最后，该风箱40最好具有优良的容积效率，即除以完全膨胀的内部容积而得的内部容积的变化。
能用于使该风箱40具备合适的质量品质的一些几何特征包括风箱40的直径。直径越大，弹性力越低，径向刚度也越低。尽管通常都希望风箱具有较低的弹性力，但较低的径向刚度确是一个问题，例如，该风箱40在预压缩板机式喷雾器中可突然漏气。增加波纹处的壁厚将增加径向刚度，但这会增加弹性力，从而导致该风箱的容积效率降低。减小波纹角常常会减小弹性力但也减小容积效率。该波纹角是两个角之集合角，该两角为在垂直于轴线并通过波纹的起点的一条线上方的角及该线下方的角。最好在该法线上方的波纹角为大约30°而该法线下方的波纹角为大约45°(使该风箱从芯销上卸除更容易)。增加波纹数量将降低弹性力也降低容积效率。
尽管不希望受下列因素约束，但应相信弹性力的主要成份是壁厚，上下波纹角，而主要的弹性成份是材料的选择。因此，一种使该风箱首先具有可伸缩的部分(图中风箱40的较小直径部分)的方式就是在这些区域利用更薄的壁及更锐的波纹角。实际上，如图3所示，图示风箱40的侧壁从底部至顶部逐渐变薄。相应地波纹角逐渐变成更锐的角。因此，这种风箱40开始在其上端上进行伸缩但分配相对较少的容积，故可对小容量进行优良的控制。随着该泵装置20继续致动并假定保持恒定的致动速度，则流量将逐渐增加。
材料的选择也可辅助使该风箱40具有合适的质量品质。通常，该材料最好是具有杨氏模量低于10000psi的材料。对于清洗泵，材料之杨氏模量低于3000psi较好。材料应可能保持所要求的机械性能及稳定的尺寸并能抵抗应力破裂。这些特性在用空气及用液体产品时都应具备。因此，对于通常用于喷射包含大量的水的酸或碱清洗产品的板机式喷雾器而言，其材料应该对pH值不敏感并且不会进行水解作用。这种材料的范例包括：聚烯烃例如聚丙烯、低密度聚乙烯、极低密度聚乙烯、乙烯醋酸乙烯脂。可使用的其它材料包括热固性(如橡胶)及热塑性弹性材料。板机式喷雾器最好采用的材料是带有醋酸乙烯脂含量为大约10％和20％之间的高分子乙烯醋酸乙烯脂。对于其它泵(例如清洗泵)pH值和水解作用可能不存在问题。用高弹性代替低弹性力可能是更重要的。在这种情况下，用低模量乙烯醋酸乙烯脂或极低密度的聚乙烯较好。
该手动可压缩泵腔40的进口端由摩擦配合连接至下壳体26的大致圆柱形内壁上。当连接时，风箱40进口端上的三个等间隔设置的槽口47与下壳体26上的三个抗转动凸缘46配合。该可伸缩泵腔40包括一个在其进口端附近的整体环形伸展的凸缘64。该凸缘64与下壳体26的内表面抵靠密封，从而形成一通气阀26和64。因此，该通气阀26和64包括用作阀件的凸缘64及提供阀座的下壳体26。
类似地，可伸缩泵腔40的出口端由摩擦配合连接到上壳体24的内圆柱壁52上。该可伸缩泵腔40的出口端包括一个带有一整体出口阀座32的细长通道66，该阀座32与出口阀件30配合形成出口阀30和32。该细长通道66还包括一整体的出口孔68。
进口阀件34和35和出口阀件30和32位于液体通道中。这些阀可以是现有技术中公知的任何类型的阀，包括鸭嘴式阀、球阀、提升阀等等。该出口阀件30最好是提供以下讨论的倒吸作用的轻重量球阀件或提升阀件。
如图3所示，液体分配泵20处于关闭位置，在该位置，风箱40的出口孔68与出口通道48没有对准，从而形成流体运输密封。该运输密封包括几个功能元件，即出口孔68及相对出口孔68可运动的圆柱形壁52，从而将出口孔68密封住。因此，流过下垂管38、下壳体26的进口通道42、风箱40及上壳体24的出口通道48的液体通道被封密地密封住，从而形成运输密封。
另外，当运输密封封闭时，致动凸缘44与阻止泵装置20致动的致动通道54不对准。没有这一特征，在运输密封封闭时，试图对泵装置20的致动所引起在可伸缩泵腔40内的压力增加可能会损坏可伸缩泵腔40。在封闭位置，每个致动凸缘44上端的一侧位于抵靠住每个止动体56的一端的位置处。每个致动凸缘44的另一侧位于抵靠住触觉式凸体58之一位置处。
此外，防滥用凸柄62通常是水平地从上壳体24伸展过下壳体26的顶端。图示的防滥用凸柄62包括一条与锁定凸缘45配合的槽缝63，从而防止上壳体24相对下壳体26转动。因此，不卸除该防滥用凸柄62，运输密封就不能打开。此外，不卸除该防滥用凸柄62，泵装置20不能致动。
如图4所示，液体分配泵20处于开启位置。一旦防滥用凸柄62被卸除，则上壳体24就可相对下壳体26从关闭位置转至开启位置。该防滥用凸柄62可通过将其简单地朝上转动而卸除。这种转动使突伸体60与防滥用凸柄62相互作用，从而产生一个将凸柄62推离上壳体24的作用力。该作用力使该凸柄62沿着将该凸柄62连接到该上壳体24上的细线而脱离该上壳体24。因此，由于该作用力，如果该凸柄62旋转至锁定槽缝63和锁定凸缘45松开之点，继续旋转该凸柄62将引起该凸柄62断裂。因此，直至该防滥用凸柄62断裂前，该运输密封不能打开。因此毫无问题，这就防止了通过泵装置20的致动来从液体产品货架上取样而不留下这种取样的证据。
随着上壳体24旋转，每个致动凸缘44从抵靠一个止动体56的位置运动至抵靠相隔90°的相邻止动体56的位置。在转动期间，每个致动凸缘44对着触觉式凸体58运动，该凸体58提供该分配泵装置20的运输密封(首先从关闭位置再至开启位置)正在运动的触觉和/或听觉式信号。该触觉式凸体58通过与致动凸缘44相互作用还可辅助使该泵装置20保持于开启或关闭位置。
参见图4，在开启位置，致动凸缘44与致动通道54对准。此外，整体式分配孔68与出口通道48对准，从而开通液体通道。当上壳体24相对下壳体26旋转时，上壳体24也相对风箱40旋转。部分是由于风箱40的进口端上的凹槽70与下壳体26的抗旋转凸缘46之间的配合，该风箱40相对下壳体26保持静止。相反，直至出口孔68与出口通道48对准前，风箱40的细长通道66在上壳体24的内圆柱壁52内旋转。
参见图5，一旦泵装置处于开启位置，它就便于用于手动致动。该泵装置的手动致动是使上壳体24相对下壳体26作轴向往复运动而实现的。当该往复运动完成时，致动凸缘44在致动通道54中滑动。在该往复运动的向下行程期间，进口阀件34密封在进口阀座35上。这将引起可伸缩泵腔40内的压力增加，从而引起出口阀件30运动离开出口阀座32，从而开启出口阀30和32。因此，位于减少体积的可伸缩泵腔40内的液体通过整体式出口孔68和出口通道48而分配排出。当该液体被分配排出时，它提供向上的力作用于出口阀件30上，使出口阀件30朝整体式细长通道66的末端运动。
如图5所示，该风箱40将在其具有更薄的壁和更锐的波纹角的上端开始伸缩。风箱40的这个部分(如上端)朝底部直径逐渐增大。因此，对每个给定的初始的并逐渐增大的行程长度，在初始伸缩时导致分配相对较小体积的液体。因此，如果需要小容量的液体，该风箱在初始致动期间可提供良好的控制。如果需要大容量的液体，继续致动该风箱将在每个给定的行程长度内可分配更多体积的产品，从而增加流量。
当手动压力卸除时，风箱40因其弹性而开始膨胀。作为替换方案，可增设一弹簧(未示出)代替或补偿风箱40的弹性。这一膨胀在可伸缩泵腔40中形成一负压(例如低于大气压)。因此，大气压推动出口通道48中的液体(至少是相对粘性液体)返回至风箱40，直到出口阀件30再密封在出口阀座32上为止，从而关闭出口阀30和32。当然，整体式细长通道66越长，阀件30密封到阀座上所需的时间越长，从而倒吸入风箱40中的液体越多。这种倒吸是所希望的，因为它可帮助保持两种工况之间分配流体通道的洁净。
参见图6，一旦出口阀30和32关闭，随着风箱40之继续膨胀，风箱40中产生负压，从而引起进口阀件34运动离开进口阀座35，从而打开进口阀34和35。该进口阀件34由三个限位凸柄36限定不致于离开阀座35太远。因此，从容器22中来的液体经下垂管38通过进口阀34和35吸入风箱40中。同时，空气绕环形凸缘通气阀件64和通气阀座26的杯形密封装置通过并经通气孔37流入容器22以补偿排出容器22的液体的体积。
参照图7，提供了一种本发明的分配泵装置的分配大容量液体的实施例，总体用标号120。这种泵120与前述的泵装置20基本上是相同的。但下壳体126伸入容器122中，从而允许风箱140增加长度。防滥用凸柄162连接在下壳体126上而不是上壳体124上。虽然防滥用凸柄162不阻止泵装置120在关闭和开启运输密封位置之间的转动；但当该运输密封处于开启位置时，它可防止因出口通道148周围的喷嘴的干扰而引起的泵装置120的致动。这种泵装置120的操作与前述相对泵装置20而作的讨论是基本上相同的。
风箱140之直径为常数。但风箱140包括一个其上端的相对的薄壁部分和一个其下端的相对的厚壁部分。另外，上端的波纹角比厚壁部分的波纹角具有更锐的角。因此，该风箱140的上端将首先伸缩，然后该风箱140之下端再伸缩。由于直径基本上不变，因伸缩而在每给定的行程长度中所分配的液体体积基本保持不变。然而，如图8所示，这种风箱同样适用于图1所示的泵装置。
尽管本发明的具体实施例由附图示出并由文字作了说明，但在不脱离本发明之教示的情况下可做出各种修改。例如，液体可以简单的液束(如清洗泵中用的一样)排出，其中喷嘴是开式通道；或者以泡沫排出，其中，在泡沫形成装置或其附近(如一滤网或静态混合器)将空气与液体混合(例如通过使用文丘利喷管)。因此，本发明包括所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (6)

1.一种用于手动致动液体分配泵装置的可伸缩泵腔，其特征在于：有一个构成该泵腔部分并具有一个当该泵装置致动时适合按预定的模式伸缩的结构的波纹环形侧壁。
2.一种用于手动致动液体分配泵装置的可伸缩泵腔，其包括：
一个构成该泵腔的内部容积部分并具有一个当该泵装置致动时适合按预定的模式伸缩的结构的波纹环形侧壁，该预定的伸缩模式导致在初始时每给定的行程长度内具有相对小的内部容积部分内的容积变化，紧接着在每给定的行程长度内增加内部容积部分内的容积变化。
3.一种用于从一供给容器泵送液体并通过一排出孔排出液体的手动致动分配泵装置，其包括：
(a)一个用以将分配泵装置密封地装到供给容积上的壳体，该壳体包括一个从供给容器下游至排出孔提供流体连通的液体通道部分；
(b)一个位于该液体通道内的进口阀，该阀关闭以防止液流在正的下游压力期间流过该阀并在负的下游压力期间打开该阀；
(c)一个位于该液体通道内的出口阀，该出口阀打开以允许液流在正的上游压力期间流过该阀并且在负在上游压力期间关闭该阀；
(d)一个构成进口阀下游和出口阀上游的液体通道部分的可伸缩泵腔，该可伸缩泵腔具有一个构成该泵腔部分的伸缩侧壁，该伸缩侧壁具有一个当该泵装置致动时适合按预定模式伸缩的结构。
4.如上述任一权利要求所述的可伸缩泵腔，其特征在于：该波纹环形侧壁具有一厚度，并且该波纹环形侧壁厚度的变化使该结构的某些部分适合于当该泵装置致动时使该侧壁按预定的模式伸缩。
5.如上述任一权利要求所述的可伸缩泵腔，其特征在于：该侧壁具有波纹角，并且该波纹环形侧壁的波纹角的变化使该结构的某些部分适合于当该泵装置致动时使该侧壁按预定的模式伸缩。
6.如上述权利要求任一所述的手动致动分配泵装置，其特征在于：该侧壁构成了泵腔的内部容积部分，并具有一个当该泵装置致动时适合于按预定模式伸缩的结构，该预定的伸缩模式导致在初始时每给定的行程长度内具有相对小的内部容积变化，紧接着在每给定的行程长度内增加内部容积的变化。
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