CN1351697A - 用于喷雾阀杆的一种改进的密封圈 - Google Patents

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Abstract

一种改进的阀杆密封圈,其包括一个具有中间孔(52)的平坦形密封圈(50),其中密封圈的硬度从在密封圈的内部分(A)处的较低值,变化至在密封圈的径向外部分(C)处的较高硬度值,该密封圈从中间孔处径向向外延伸,在径向外部分处,密封圈与阀壳体(26)的上壁部分(36)相接触。在密封圈的一种优选的形式中,密封圈的硬度值是从内部分向外部分逐级变化的。

Description

用于喷雾阀杆的一种改进的密封圈
                        技术领域
本发明通常涉及一种用于密封喷雾阀的阀杆孔的密封圈。
                        背景技术
喷雾容器被广泛应用于包装多种流体材料，既包括液体产品也包括粉状微粒产品。典型地，将产品及推进剂在大气压之上封闭在容器中，通过手工开启分配阀在容器中产生压力来传送产品，从而使产品通过阀及与排放孔相连的管道而将其从容器中排放出。
夹紧到一个安装杯上的分配阀具有一个密封圈，该分配阀通常安装在容器的顶部开口中，该开口由通常被称作容器开口的“珠缘”的一个部件限定。安装杯包括一个用于保持分配阀的中央座部分及从座部分处向外延伸的一个侧面部分，该侧面部分结合到一个向上延伸的基体部分中，基体部分配合到中止于裙部中的一个半球形通道部分中，通道部分用于接受容器开口的珠缘部分。密封圈通常以多种构造布置在通道部分中，且沿着基体部分的一部分向下延伸。在将密封圈布置到安装杯上之后，就将安装杯设置到容器上并将安装杯箝牢到容器上。该箝牢操作对于喷雾容器领域中的技术人员来说是已知的。
喷雾分配阀通常包括一个具有整体式较宽基座部分的中空阀杆，该阀杆通常称为阀杆体。在阀杆和阀杆体之间的中间处布置有一个阀杆槽。围绕阀杆体的阀壳体被夹紧而保持在安装杯的座部分中。在阀壳体的底部和阀杆体下侧之间布置有弹簧，在许多情况下，一中空管(插管)从阀壳体的基座外侧延伸至相应喷雾容器的底部。
阀杆槽具有一个或多个穿过阀杆槽壁的开口或孔。具有一个中间开口而用于接受阀杆的环形阀密封圈布置在环形阀杆槽中，当阀处于闭合位置时，槽中的孔位于阀密封圈的下表面之上。当通过使阀杆下降或倾斜而开启阀时，阀杆轴向向下运动或从其竖直位置倾斜，使环形阀杆槽中的孔与密封圈脱离配合或密封。然后，喷雾容器中的产品在由推进剂产生的压力的作用下向上穿过插管进入壳体，之后穿过环形阀杆槽中的孔进入中空阀杆，并向外穿过安装在阀杆顶上的致动按钮、杯或喷口中的排放喷嘴。
在喷雾阀中，在阀杆槽和环绕槽的环形密封圈之间进行有效密封是很关键的。此外，在喷雾阀中，另一个重要的密封，是在抵靠阀杆和安装杯的基座顶部的下侧和阀壳体的环形上端之间，由相同环形密封圈进行的密封。
迄今为止，对于取得显著商业成功的密封圈来说，用于密封阀杆的环形密封圈包括具有中间开口和平坦盘形径向部分的橡胶环，该平坦盘形径向部分从中间开口处向周向延伸，密封圈是从一个平坦片上模切下来或从橡胶管上切下来的。上述现有技术中的密封圈具有均匀的硬度，其最常用的组成成分聚氯丁橡胶和丁腈橡胶的硬度为72和55(肖氏A级硬度)。而对于现有技术中被认为成功的阀杆密封圈来说，由于阀杆密封圈和所述密封圈的两个密封表面之间不能进行有效密封，致使大量阀被弃用，所述的密封也就是内部分之间的密封，分别包括用于限定密封圈的中间开口的表面、阀杆槽、以及压靠在安装杯的基座部分顶面下侧和阀壳体的上端壁部分的密封圈顶部和底部外侧部分。
现在已认识到：单一硬度密封圈的特性容易引起泄漏问题。对于单一硬度密封圈来说，在单一硬度密封圈中的选择中存在一个折衷方案，以满足在上述的两个密封区域中不同硬度的需要，结果就造成在每个区域中没有利用可产生最大密封性能的密封圈硬度。
                        发明内容
本发明的一个目的为提供一种具有改进密封性能的阀杆密封圈。
本发明改进的阀杆密封圈包括一个具有中间孔的平坦盘形密封圈，其中，密封圈的硬度从密封圈的内部分中的较低硬度值，变化到在密封圈的径向外部分处的较高硬度值，密封圈的内部分从中间孔处径向向外延伸，在密封圈的径向外部分处，密封圈将与阀壳体的上壁部分相接触。在密封圈的一种优选形式中，密封圈的硬度值将从密封圈的内部分到密封圈的径向外部分变化。在另一个优选的形式中，本发明的密封圈将与具有如城堡形的上外壁的阀壳体一起应用，超过密封圈的外缘部分的硬度值，小于密封圈在向上延伸的壁和密封圈的下侧的夹紧点处的硬度值，在所述的外缘部分处，密封圈的下侧由从外城堡形壳体壁向内设置，且由向上延伸的壳体壁夹紧。
                         附图说明
图1为现有技术中的常用喷雾阀处于闭合位置时的剖视图；
图2为现有技术中的常用喷雾阀处于开启位置时的剖视图；
图3为本发明的阀杆密封圈的放大剖视图。
                        具体实施方式
图1显示了通常以数字10所指示的一个喷雾阀组件。更具体地说，该阀组件包括：一个以数字14指示的阀杆/阀杆体，该阀杆/阀杆体具有一个上阀杆部分16，管路18穿过该上阀杆部分16；一个阀杆体部分20和处于上阀杆部分16和阀杆体部分20之间中间部分的环形槽部分22；所述槽部分具有穿过槽部分的壁的孔24，所述槽部分通过所述孔与管路18相连通。阀壳体26围绕阀杆体20，所述阀壳体具有一个延伸的管接头28，管路30穿过该延伸的管接头28，设计的管接头28用于接受插管29(图中显示了一部分)。阀壳体26限制在安装杯34(图中显示了一部分)的基座部分34中。环形密封圈40布置在阀壳体26的上壁36的顶上及座部分32的下侧38处，当阀处于图1中所示的闭合位置时，环形密封圈40以与孔24相密封的关系布置在槽部分22中。在阀杆16的顶上布置有一个致动器42，致动器42中具有一个管路44，该管路44穿过致动器42而中止于排放孔46。在阀杆体20和阀壳体26的基座27之间布置有一根弹簧31。
图2显示了一个处于开启位置的喷雾阀组件。在由于对致动器施加了向下的作用力而使阀处于开启位置的情况下，喷雾容器中的产品和推进剂，就穿过插管29进入阀壳体25的内部而到达孔24，然后，进入阀杆的管路18，并穿过致动器44中的管路，最后到达排放喷嘴46。释放作用在致动器44上的向下作用力，将使阀杆/阀杆体14在弹簧31的向上作用力的作用下，回复至其密封位置。上面描述的所有内容在喷雾阀领域中均是常用的。
本发明的内容是涉及利用一种改进的密封圈50来替代现有技术中的阀杆密封圈，图3显示了该改进密封圈的一个实施例。
在图3中，通常以数字50指示的密封圈具有一个中间孔52和三个硬度不同的区即区A、B、C。内区A(离孔52最近的区)的硬度最低。与A区相邻的B区具有较高的硬度。密封圈50的外部分即C区的硬度最高。
典型的常用喷雾阀密封圈具有：
(a)外径为0.355″；
(b)中间孔的直径为0.100″；
(c)厚度为0.045″。
该密封圈可用任何弹性材料制成，其中的例子如下表1中所示。硬度不同的区均可用相同的材料构成，或每个区由不同类型的弹性材料或上述材料的任一种组合来构成。一种通常被称作Buna N的丁腈橡胶被广泛用于制作喷雾密封圈。一种改进的密封圈可利用Buna N橡胶制成，其在A、B、C区中的肖氏A级硬度分别为50-60、63-73、75-85。但是，改进的密封圈的优选结构利用了一种选自TPV(热塑性硫化橡胶)范畴的TPR。在这种情况下，利用了一种TPV材料，该TPV(热塑性硫化橡胶)材料具有弹性体相的精分的EPDM(乙丙三元橡胶)，且以连续的聚丙烯矩阵分布。这种材料的硬度在A、B和C区中应分别为肖氏A级硬度50-60、63-73及75-85。
                          表1
                      弹性体的类型
常用/热固性橡胶类型：
通用名称                     化学名称
天然橡胶                     聚乙戊二烯
丁基橡胶                     聚异丁烯-异戊二烯
腈橡胶                       丙烯腈-丁二烯共聚物
EPDM(乙丙三元橡胶)橡胶       乙烯、丙烯和二烯单基的
                             三元共聚物
聚氯丁橡胶                   聚氯丁烯
TPR/热塑性橡胶类型：
常用名称
热塑性共聚多酯(COP)
热塑弹性烯族烃(TEO)
热塑性硫化橡胶(TPV)
热塑性苯乙烯块共聚物
上面所显示的热固性橡胶均须利用硫磺或过氧化氢的添加剂进行硬化或通过辐射硬化；这些工艺过程对于制备密封圈材料领域中的技术人员来说是已知的。
利用常用的共挤压设备可生产本发明的变硬度密封圈。例如，为制备图3中所示的变硬度密封圈，同时共挤压具有三种不同硬度材料的管状部件。随后，通过将管形部件模切成所需的厚度就形成了单个的密封圈。
另外，在说明书和权利要求中，参考的肖氏A级硬度根据ASTMDesignation(美国材料试验学会标准编号)：D-2240-91来设定检测方案。
现在已确信：如果硬度在肖氏A级硬度45-85之间变化就可达到本发明的改进。应认识到：在将分为三个区的不同硬度密封圈作为优选形式的情况下，本发明也考虑了将密封圈分为二个区或四个区或更多区域。本发明的关键之处在于距密封圈的中间孔最近的区的硬度要小于径向向外的区，阀壳体的上壁和密封圈的下侧将夹紧该径向向外的区。
在本发明的密封圈的另一个实施例中，密封圈的较低硬度部分可从密封圈的中间开口处延伸至密封圈部分即阀壳体壁挤压入密封圈且与密封圈的下侧相接触的部分。在此处，在阀壳体壁和密封圈的下侧之间相接触的一些区域或全部区域的硬度增大。
如前面较早所述的那样，在外部阀壳体成城堡形的场合下，本发明的一个优选实施例是利用具有较低硬度的密封圈，如密封圈的内部区域具有较低硬度，或利用具有更低硬度的密封圈。在美国专利Nos.4,015,752(′752)的附图2中显示并描述了这样一种阀壳体，而在专利′752和专利4,015,757(′757)的图3中显示了相关的构成材料，在专利′757中也显示了相关构成材料，所述的这些美国专利部分在此均作为参考。
现在已发现：通常情况下，具有较低硬度的密封圈在环形阀杆槽中的孔处可提供较好的密封，但是，所述具有较低硬度的密封圈具有较差的机械性能，如抗张强度、压缩永久变形、蠕变流动/冷变形、以及较大的膨胀。而由相同材料制造的具有较高硬度的密封圈在通常情况下的密封质量较差(相对于低硬度密封圈来说)，但却具有良好的机械性能和较低的膨胀。硬度较高的密封圈在阀的夹紧区域中形成一个更稳定的组件而与安装杯配合。硬度较低的密封圈由于压缩永久变形及蠕变流动/冷却变形，可能在夹紧区域中形成泄漏路径。另外，从致动阀所需力的大小的出发点来说，在硬度较低的密封圈中产生较大的膨胀可导致阀的性能较差，或者在特殊情况下不能进行致动。最后，在密封圈的径向延伸表面上增大硬度可减少通过密封圈的推进剂的渗透作用。
从描述的内容可明确：此处所披露的本发明经精确计算可达到前面所述的目的。应认识到本领域的技术人员可设计出多种变更方案和实施例，本发明附加的权利要求可覆盖所有这些变更方案和实施例，这些变更方案和实施例均落入本发明的精神实质和范围之内。

Claims (14)

1、一种喷雾阀，具有一个中空的阀杆、一个阀杆体、围绕阀杆体的一个阀壳体、处于阀杆和阀杆体之间的一个中间部分，该中间部分具有至少一个将中空阀杆的内部与阀壳体的内部相连通的孔，以及一个阀杆密封圈，其环绕且密封中间部分中的所有孔，改进之处包括：阀杆密封圈具有多个硬度不同的区域，距中间孔最近的区域的硬度低于从中间孔进一步径向向外的区域的硬度。
2、根据权利要求1的喷雾阀，其中所述的多个区域包括距中间孔最近且硬度较低的第一区域，从第一区域径向向外的一个中间区域，该中间区域的硬度相对高于第一区域的硬度，以及从中间区域径向向外的一个外部区域，该外部区域的硬度相对高于中间区域的硬度。
3、根据权利要求1所述的喷雾阀，其中密封圈具有四个或多个区域，距离中间孔最近的第一区域具有较低的硬度，径向向外延伸的每个连续区域均具有更高的硬度。
4、根据权利要求1所述的喷雾阀，其中密封圈距中间孔最近的区域的硬度在肖氏A级硬度45-65之间，从距中间孔最近的区域径向向外的另一个区域的硬度在肖氏A级硬度70-85之间。
5、根据权利要求2所述的喷雾阀，其中第一区域的硬度在肖氏A级硬度45-65之间，中间区域的硬度在肖氏A级硬度60-75之间，外部区域的硬度在肖氏A级硬度70-85之间，此外，径向向外延伸的每个连续区域均具有更大的硬度。
6、根据权利要求3所述的喷雾阀，其中所述区域的硬度梯度在肖氏A级硬度45-85之间。
7、一种喷雾阀，具有一个中空的阀杆、一个阀杆体、围绕阀杆体的一个阀壳体、处于阀杆和阀杆体之间的一个中间部分，该中间部分具有至少一个将中空阀杆的内部与阀壳体的内部相连通的孔，以及一个具有中间孔的阀杆密封圈，其环绕且密封中间区的所有孔，阀壳体被夹紧在具有基座部分的安装杯中，而在密封圈的下侧和阀壳体的台肩之间形成密封，改进之处包括：阀杆密封圈具有多个硬度不同的区域，距中间孔最近的区域的硬度相对较低，而在壳体的台肩被夹紧而在密封圈的下侧和壳体的顶壁之间形成密封的区域中的硬度，大于距中间孔最近的区域的硬度。
8、根据权利要求7所述的喷雾阀，其中所述的多个区域包括距中间孔最近且硬度相对较低的第一区域，从第一区域径向向外的一个中间区域，该中间区域的硬度相对高于第一区域的硬度，以及从中间区域径向向外的一个外部区域，该外部区域的硬度相对高于中间区域的硬度。
9、根据权利要求7所述的喷雾阀，其中密封圈具有四个或多个区域，距离中间孔最近的第一区域具有较低的硬度，径向向外延伸的每个连续区域均具有相对较高的硬度。
10、根据权利要求7所述的喷雾阀，其中密封圈距中间孔最近的区域的硬度在肖氏A级硬度45-65之间，在另一个向外的区域，即阀壳体的顶部台肩被夹紧而在密封圈的下侧和壳体顶壁之间形成密封的区域中的硬度，在肖氏A级硬度70-85之间。
11、根据权利要求8所述的喷雾阀，其中第一区域的硬度在肖氏A级硬度45-65之间，中间区域的硬度在肖氏A级硬度60-75之间，外部区域的硬度在肖氏A级硬度70-85之间，此外，径向向外延伸的每个连续区域均具有更大的硬度。
12、根据权利要求9所述的喷雾阀，其中所述区域的硬度梯度在肖氏A级硬度45-85之间。
13、根据权利要求7所述的喷雾阀，其中阀壳体具有一个环形的城堡形外壁和一个环形竖直部件，该竖直部件径向布置在外壁的内部，该外壁被夹紧到阀杆密封圈的下侧中，密封圈在壳体的台肩和密封圈的下侧之间被夹紧的圆周延伸部分的硬度值小于被夹紧处的硬度值。
14、根据权利要求7所述的喷雾阀，其中密封圈被夹紧处的周向延伸部分的硬度值，等于或小于距密封圈的中间开口最近部分处的硬度值。
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