АЭРОЗОЛЬНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2003 года по МПК F16J15/16 B65D83/14 

Изобретение в основном касается уплотнительной прокладки для герметичного уплотнения отверстий штока аэрозольного клапана.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Аэрозольные контейнеры широко используются для упаковки различных текучих материалов, как жидких продуктов, так и продуктов в виде порошкообразных частиц. Обычно продукт и газ-вытеснитель заключены в контейнере при давлении, превышающем атмосферное, и продукт выходит из контейнера при открывании рукой клапана, вызывающем давление в контейнере для обеспечения подачи продукта через клапан и соединительные каналы к выпускному отверстию.

Клапан дозированной подачи, запрессованный в установочную чашку, имеющую уплотнительную прокладку, обычно установлен в верхнем проходе контейнера, который образован элементом, обычно называемый "валик" прохода контейнера. Установочная чашка включает центральный опорный участок для удержания клапана дозированной подачи, профильный участок, проходящий наружу от опорного участка, который переходит в вытянутый вверх участок корпуса, который переходит в участок канала полукруглой формы, заканчивающийся участком в виде юбки, при этом участок канала имеет конфигурацию, обеспечивающую вставку участка валика прохода контейнера. Уплотнительная прокладка обычно расположена внутри участка канала и во многих примерах выполнения уплотнительных прокладок проходит вниз вдоль части участка корпуса. После того как уплотнительная прокладка будет размещена на установочной чашке, чашка устанавливается на контейнере и прижимается к контейнеру. Операция прижима хорошо известна специалистам в области аэрозольных контейнеров.

Аэрозольный клапан дозированной подачи обычно содержит полый шток клапана с выполненным заодно расширенным участком основания, обычно называемым телом штока клапана, а между штоком клапана и телом штока клапана расположена канавка штока клапана. Корпус клапана окружает тело штока клапана и запрессовывается и удерживается внутри опорного участка установочной чашки. Между дном корпуса клапана и нижней стороной тела штока клапана расположена пружина, и в большинстве случаев от наружного основания корпуса клапана к днищу определенного аэрозольного контейнера отходит полая трубка (погружная трубка).

Канавка штока клапана имеет один проход (проходов) или отверстие (отверстий), проходящих через стенку канавки штока клапана. В кольцевой канавке штока клапана расположена кольцевая уплотнительная прокладка клапана с центральным отверстием для приема штока клапана, при этом отверстие (отверстия) внутри канавки расположены над нижней поверхностью уплотнительной прокладки клапана, когда клапан находится в закрытом положении. Когда клапан открывается нажатием или наклоном штока клапана, шток клапана перемещается в осевом направлении вниз или наклоняется из своего прямого положения, чтобы обеспечить выход отверстия (отверстий) в кольцевой канавке штока клапана из совмещения или герметичного положения с уплотнительной прокладкой. Продукт в аэрозольном контейнере затем под воздействием давления, создаваемого газом-вытеснителем, проходит вверх через погружную трубку в корпус клапана, затем через отверстие (отверстия) в кольцевой канавке штока клапана - в полый шток клапана и наружу через выходное сопло в кнопке, колпачке или сливном желобе исполнительного элемента, установленных сверху штока клапана.

В аэрозольном клапане эффективное герметичное уплотнение между канавкой штока клапана и кольцевой уплотнительной прокладкой, окружающей канавку, имеет важное значение. Кроме того, в аэрозольном клапане дополнительным важным уплотнением является герметичное уплотнение между тем же уплотнением кольцевой прокладки относительно штока клапана и нижней стороны верхней части опоры установочной чашки и кольцевого верхнего конца корпуса клапана.

До сих пор с большим коммерческим успехом использовались кольцевые уплотнительные прокладки для герметичного уплотнения штока клапана, содержащие резиновое кольцо, имеющее центральное отверстие и плоский радиальный участок в форме диска, расположенный по окружности от центрального отверстия, причем эти уплотнительные прокладки вырезаются штамповкой из плоского листа или режутся из резиновой трубки. Известные уплотнительные прокладки были выполнены с равномерным дюрометром, при этом наиболее принятыми составами были неопреновый и "буна" нитрильный каучук, имеющие показатели 72 и 55 дюрометра (по Шору). Несмотря на успешное использование уплотнительных прокладок штока клапана, согласно известному уровню техники, большое количество их было признано непригодным вследствие дефектов уплотнения между уплотнительной прокладкой штока клапана и двойными уплотнительными поверхностями этой прокладки, а именно герметичным уплотнением между внутренней частью, включающей поверхность, образующую центральное отверстие в прокладке, и канавкой штока клапана и верхней и нижней наружной частью прокладки против нижней стороны верхней поверхности опорного участка установочной чашки и участка концевой верхней стенки корпуса клапана соответственно.

В настоящее время признано, что природа уплотнительной прокладки с единым показателем дюрометра способствует возникновению утечки. С уплотнительной прокладкой единого показателя дюрометра существует компромисс выбора уплотнительной прокладки с единим показателем дюрометра для удовлетворения необходимых требований твердости по дюрометру в двух зонах уплотнения, которые были указаны выше, вследствие чего показатели дюрометра для уплотнительной прокладки, которые могли бы обеспечить максимальные свойства герметичного уплотнения в каждой зоне, остаются без применения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей изобретения является создание уплотнительной прокладки для штока клапана с улучшенными характеристиками герметичного уплотнения.

Усовершенствованная уплотнительная прокладка штока клапана настоящего изобретения содержит плоскую уплотнительную прокладку в форме диска с центральным отверстием, в которой дюрометр уплотнительной прокладки изменяется от относительно низкого значения твердости во внутренней части уплотнительной прокладки, проходящей в радиальном направлении наружу от центрального отверстия, до относительно более высокого значения твердости наружной в радиальном направлении части уплотнительной прокладки, в которой уплотнительная прокладка будет входить в контакт с верхней частью стенки корпуса клапана. В предпочтительном виде уплотнительной прокладки изменение значения дюрометра будет происходить от внутренней части уплотнительной прокладки к наружной в радиальном направлении части прокладки. В еще более предпочтительной форме, где уплотнительная прокладка этого изобретения будет использоваться с корпусом клапана, имеющего зубчатую верхнюю наружную стенку, расположенная по периметру часть уплотнительной прокладки, выходящая за пределы части уплотнительной прокладки, в которой нижняя сторона прокладки запрессовывается отходящей вверх стенкой корпуса, расположенной внутрь от наружной зубчатой стенки корпуса, имеет более низкий показатель дюрометра, чем уплотнительная прокладка в точке запрессовки отходящей вверх стенки и нижней стороны уплотнительной прокладки.

На чертежах показана:
Фиг. 1 - вид в поперечном сечении обычного аэрозольного клапана предшествующего уровня техники в закрытом положении.

Фиг. 2 - вид в поперечном сечении обычного аэрозольного клапана предшествующего уровня техники в открытом положении.

Фиг. 3 - увеличенное поперечное сечение уплотнительной прокладки штока клапана настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРА РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показан узел аэрозольного клапана, показанного цифровой позицией 10. Более конкретно, узел клапана включает шток клапана/тело штока клапана, обозначенные цифровой позицией 14, при этом шток клапана/тело штока клапана имеет верхний участок 16 штока клапана с проходящим через него каналом 18, участок 20 тела штока клапана и участок 22 кольцевой канавки между верхним участком 16 штока клапана и участком 20 тела штока клапана, участок канавки имеет отверстия 24, проходящие через стенку участка канавки и соединяющиеся с каналом 18. Тело 20 штока клапана окружено корпусом 26 клапана, имеющим отходящий патрубок 28 с каналом 30, проходящим через него, при этом патрубок 28 предназначен для приема погружной трубки 29 (показана в частичном сечении). Корпус 26 клапана запрессован в опорный участок 32 установочной чашки (показана в частичном сечении). Сверху верхней стенки 36 корпуса 26 клапана и нижней стороны 38 опорного участка 32 расположена кольцевая уплотнительная прокладка 40, которая установлена внутри участка 22 канавки, в положении герметичного уплотнения с отверстием (отверстиями) 24, когда клапан находится в закрытом положении, как показано на фиг.2. Над штоком 16 клапана расположен исполнительный элемент 42, имеющий проходящий через него канал 44 и оканчивающийся в выпускном отверстии 46. Между телом 20 штока клапана и основанием 27 корпуса 26 клапана размещена пружина 31.

На фиг. 2 показан узел аэрозольного клапана в открытом положении. Когда клапан находится в открытом положении в результате приложенного вниз на исполнительный элемент усилия, продукт и газ-вытеснитель в аэрозольном контейнере будут проходить через погружную трубку 29 внутрь корпуса 25 клапана к отверстиям 24, в канал 18 штока клапана и затем через канал в исполнительном элементе 42 и, наконец, к выходному соплу 46. Освобождение исполнительного элемента 42 от направленного вниз усилия приведет к тому, что шток клапана/тело 14 штока клапана вернется в свое положение герметичного уплотнения направленным вверх усилием пружины 31. Все изложенное выше является известным в области аэрозольных клапанов.

Изобретение касается замены уплотнительной прокладки штока клапана согласно предшествующему уровню техники на усовершенствованную уплотнительную прокладку 50, пример реализации которой показан на фиг.3.

На фиг.3 показана уплотнительная прокладка, обозначенная цифровой позицией 50, которая имеет центральное отверстие 52 и три зоны изменяющегося показателя дюрометра, а именно зоны А, В и С. Внутренняя зона А (наиболее близкая к отверстию 52) имеет самый низкий показатель дюрометра. Смежной с внутренней зоной А является зона В, которая имеет более высокий показатель дюрометра. Зона С, наружная зона уплотнительной прокладки 50, имеет самый высокий показатель дюрометра.

Типичная, обыкновенная аэрозольная уплотнительная прокладка имеет:
(а) наружный диаметр 0,355 дюйма;
(б) центральное отверстие, имеющее диаметр 0,100 дюйма;
(в) толщину 0,045 дюйма.

Уплотнительная прокладка может быть выполнена из любых эластомерных материалов, примеры которых показаны ниже в таблице. Все зоны изменяющихся показателей дюрометра могут состоять из одного и того же материала, или каждая может состоять из различных типов эластомерного материала или любых их комбинаций. Для аэрозольных уплотнительных прокладок широко используется тип нитрильного каучука, который обычно имеет название Буна Н. Усовершенствованная уплотнительная прокладка может быть выполнена из каучука Буна Н с показателями дюрометров от 50 до 60, 63-73 и 75-85 (твердости по Шору) в зонах А, В и С соответственно. Однако в предпочтительной конструкции усовершенствованной уплотнительной прокладки используется ТПК (термопластичный каучук) из категории ТПВ (термопластичных вулканизаторов). В этом случае используется материал ТПВ, имеющий тонкоизмельченный каучук ЭПДМ для эластомерной фазы, рассеянный в непрерывной матрице полипропилена. Показатель дюрометра этого материала должен составлять 50-60, 63-73 и 75-85 (по Шору) в зонах А, В и С соответственно.

Указанные в таблице термореактивные каучуки все должны быть вулканизированы добавлением серы или перекиси водорода или с помощью облучения; эти процессы хорошо известны специалистам в области изготовления материала прокладок.

Уплотнительная прокладка с изменяющимся показателем дюрометра согласно настоящему изобретению может быть изготовлена при помощи обычного оборудования для выдавливания биметаллического профиля. Например, для изготовления переменного показателя дюрометра на фиг.3 трубчатый элемент, имеющий три материала с изменяющимся показателем дюрометра, получают одновременным выдавливанием. Затем отделенные уплотнительные прокладки изготовляют резкой трубчатого элемента на требующуюся толщину.

Помимо этого, в описании изобретения и формуле изобретения дается ссылка на твердость по Шору, относящаяся к протоколу испытания, изложенному в виде обозначения стандарта ASTM (Американского общества по испытанию материалов): D-2240-91.

Предполагается, что усовершенствование этого изобретения может дать результат, если показатель дюрометра изменяется в пределах между 45-85 по Шору. Следует отметить, что несмотря на то, что предпочтительной формой является уплотнительная прокладка с изменяющимися в трех зонах показателями дюрометра, изобретение также предусматривает две зоны и четыре или более зон. Для изобретения важно то, чтобы зона, которая наиболее близко расположена к центральному отверстию прокладки, имела более низкий показатель дюрометра, чем зона, расположенная в радиальном направлении наружу, в которой происходит запрессовка верхней стенки корпуса клапана и нижней стороны уплотнительной прокладки.

В другом примере реализации уплотнительной прокладки настоящего изобретения часть уплотнительной прокладки, имеющая низкий показатель дюрометра, может отходить от центрального отверстия прокладки к части прокладки, в которой стенка корпуса клапана запрессовывается и входит в контакт с нижней стороной прокладки, где твердость по дюрометру увеличивается для нескольких или всех зон контакта между стенкой корпуса клапана и нижней стороной прокладки.

Как указывалось ранее, в случае когда наружная стенка корпуса клапана выполнена зубчатой, предпочтительным примером реализации является использование уплотнительной прокладки, имеющей более низкий показатель дюрометра, например такой, как во внутренней зоне уплотнительной прокладки, или еще ниже. Такой корпус клапана показан и описан в патентах США 4015752 ('752) на фиг.2 и в относящемся к нему описании патента '752 и 4015757 ('757) на фиг.3 и в относящемся к нему описании патента '757, которые включены сюда в качестве ссылки.

Было обнаружено, что уплотнительные прокладки с более низким показателем дюрометра обеспечивают лучшее герметичное уплотнение отверстий в кольцевой канавке штока клапана, но что механические свойства такой прокладки хуже, например такие, как прочность на растяжение, остаточная деформация при сжатии, пластическая деформация и большее набухание. Уплотнительные прокладки того же материала, имеющие более высокие показатели дюрометра, в основном обладают худшими уплотняющими качествами (относительно прокладок с низким показателем дюрометра), но их механические свойства лучше, и они меньше набухают. Уплотнительные прокладки с более высокими показателями дюрометра образуют более устойчивый узел в зоне запрессовки клапана в установочной чашке. В уплотнительных прокладках с низким показателем дюрометра могут образовываться дорожки для утечки в зоне запрессовки вследствие сжатия и пластической деформации. Кроме того, большее набухание прокладок с низким показателем дюрометра может привести к плохой работе клапана с точки зрения степени усилия, необходимого для приведения клапана в действие или, в чрезвычайных обстоятельствах, к несрабатыванию клапана. Наконец, увеличение показателя дюрометра проходящей в радиальном направлении поверхности прокладки снижает проникновение газа-вытеснителя через прокладку.

Несмотря на то что описанное здесь изобретение направлено на решение упомянутых выше задач, понятно, что специалистами в этой области могут быть предложены многочисленные модификации и примеры реализации изобретения, и прилагаемые пункты патентования должны охватывать все такие модификации и примеры реализации изобретения, чтобы они не выходили за рамки сущности и объема настоящего изобретения.

Уплотнительная прокладка для штока аэрозольного клапана с центральным отверстием, в которой ее дюрометр изменяется от относительно низкого значения твердости во внутренней части уплотнительной прокладки, проходящей в радиальном направлении наружу от центрального отверстия, до относительно более высокого значения твердости наружной в радиальном направлении части уплотнительной прокладки. Уплотнительная прокладка входит в контакт с частью верхней стенки корпуса клапана. В предпочтительном виде уплотнительной прокладки изменение значения дюрометра будет постепенно происходить от внутренней части уплотнительной прокладки к наружной в радиальном направлении части уплотнительной прокладки. Изобретение повышает надежность уплотнения. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Аэрозольный клапан, имеющий полый шток, тело штока клапана, корпус клапана, окружающий тело штока клапана, промежуточный участок между штоком клапана и телом штока клапана, имеющий по меньшей мере одно отверстие, соединяющее внутреннюю полость штока клапана и внутреннюю полость корпуса клапана, и уплотнительную прокладку для штока аэрозольного клапана, причем уплотнительная прокладка имеет центральное отверстие, окружающее и герметично уплотняющее все отверстия в промежуточном участке, при этом промежуточный участок выполнен с возможностью перемещения для предотвращения контакта по меньшей мере одного отверстия в промежуточном участке с прокладкой для штока клапана и обеспечения открытия клапана, причем прокладка имеет множество зон с изменяющимся показателем дюрометра, зона, наиболее близко расположенная к центральному отверстию и уплотняющая отверстие в промежуточном участке, имеет более низкий показатель дюрометра относительно показателя дюрометра зоны, расположенной дальше в радиальном направлении наружу от отверстия. 2. Клапан по п. 1, в котором множество зон содержит первую зону, расположенную наиболее близко к центральному отверстию, имеющему относительно низкий показатель дюрометра, промежуточную зону, расположенную в радиальном направлении наружу от первой зоны, имеющую относительно более высокий показатель дюрометра, чем показатель дюрометра первой зоны, и наружную зону, расположенную в радиальном направлении наружу от промежуточной зоны, имеющую показатель дюрометра относительно выше, чем промежуточная зона. 3. Клапан по п. 1, в котором множество зон прокладки имеет различный показатель дюрометра четырех или более зон с первой зоной, наиболее близко расположенной к центральному отверстию, имеющей относительно низкий показатель дюрометра, и каждой последующей зоной, расположенной в радиальном направлении наружу, имеющей показатель дюрометра относительно выше. 4. Клапан по п. 1, в котором зона, расположенная наиболее близко к центральному отверстию множества зон прокладки, имеет показатель дюрометра в пределах от 45 до 65 по Шору, а зона, расположенная дальше в радиальном направлении наружу от зоны, расположенной наиболее близко к центральному отверстию, имеет показатель дюрометра в пределах от 70 до 85 по Шору. 5. Клапан по п. 2, в котором первая зона множества зон прокладки имеет показатель дюрометра в пределах от 45 до 65 по Шору, промежуточная зона имеет показатель дюрометра в пределах от 60 до 75 по Шору и наружная зона имеет показатель дюрометра в пределах от 70 до 85 по Шору, при этом каждая последующая зона, расположенная в радиальном направлении наружу, имеет более высокий показатель дюрометра. 6. Клапан по п. 3, в котором градиент показателя дюрометра для зон составляет от 45 до 85 по Шору. 7. Аэрозольный клапан, имеющий полый шток, тело штока клапана, корпус клапана, имеющий верхнюю стенку и буртик, окружающий тело штока клапана, промежуточный участок между штоком клапана и телом штока клапана, имеющий по меньшей мере одно отверстие, соединяющее внутреннюю полость штока клапана и внутреннюю полость корпуса клапана, уплотнительную прокладку, имеющую верхнюю и нижнюю стороны и центральное отверстие, окружающее и герметично уплотняющее все отверстия в промежуточном участке, установочную чашку, имеющую опорный участок, в котором запрессован корпус клапана для создания герметичного уплотнения между нижней стороной уплотнительной прокладки и буртиком корпуса клапана, при этом уплотнительная прокладка имеет множество зон с изменяющимся показателем дюрометра, причем зона, наиболее близко расположенная к центральному отверстию, имеет относительно низкий показатель дюрометра, а зона в пространстве, где буртик корпуса запрессован для создания герметичного уплотнения между нижней стороной уплотнительной прокладки и верхней стенкой корпуса, имеет более высокий показатель дюрометра, чем зона, наиболее близко расположенная к центральному отверстию. 8. Клапан по п. 7, в котором множество зон содержит первую зону, расположенную наиболее близко к центральному отверстию, имеющую относительно низкий показатель дюрометра, промежуточную зону, расположенную в радиальном направлении наружу от первой зоны, имеющую относительно более высокий показатель дюрометра, чем показатель дюрометра первой зоны, и наружную зону, расположенную в радиальном направлении наружу от промежуточной зоны, имеющую показатель дюрометра относительно выше, чем промежуточная зона. 9. Клапан по п. 8, в котором первая зона имеет показатель дюрометра в пределах от 45 до 65 по Шору, промежуточная зона имеет показатель дюрометра от 60 до 75 по Шору, а наружная зона имеет показатель по дюрометру в пределах от 70 до 85 по Шору, при этом каждая последующая зона, расположенная в радиальном направлении наружу, имеет более высокий показатель дюрометра. 10. Клапан по п. 7, в котором множество зон прокладки имеет четыре или более зон с первой зоной, наиболее близко расположенной к центральному отверстию, имеющей относительно низкий показатель дюрометра, и каждой последующей зоной, расположенной в радиальном направлении наружу, имеющей показатель дюрометра относительно выше. 11. Клапан по п. 10, в котором градиент показателя дюрометра для зон составляет от 45 до 85 по Шору. 12. Клапан по п. 7, в котором зона, наиболее близко расположенная к центральному отверстию множества зон прокладки, имеет показатель дюрометра в пределах от 45 до 65 по Шору, а зона, расположенная дальше в направлении наружу в пространстве, где буртик корпуса запрессован для создания герметичного уплотнения между нижней стороной уплотнительной прокладки и верхней стенкой корпуса, имеет показатель дюрометра в пределах от 70 до 85 по Шору. 13. Клапан по п. 7, в котором корпус клапана имеет кольцевую зубчатую наружную стенку и кольцевой направленный вверх элемент, расположенный в радиальном направлении внутрь от наружной стенки, которая запрессована в нижней стороне уплотнительной прокладки штока клапана, при этом часть прокладки, расположенная по периметру запрессовки между буртиком корпуса и нижней стороной прокладки, имеет меньшее значение дюрометра, чем значение дюрометра в точке запрессовки. 14. Клапан по п. 13, в котором значение дюрометра прокладки по периметру запрессовки имеет то же или более низкое значение дюрометра, чем значение дюрометра в части уплотнительной прокладки, наиболее близкой к центральному отверстию прокладки.