流体产品分配器头部
技术领域
本发明涉及一种与诸如泵或阀的分配器构件相关联的流体分配器头部。分配器头部可集成在分配器构件中或安装在分配器构件上。该分配器头部可包括承载表面，从而构成推动器，使用者在该推动器上按压以致动该分配器构件。在一种变型中，分配器头部不需要具有承载表面，这种类型的流体分配器头部经常用于香料、化妆品和制药领域。
背景技术
常规的分配器头部，例如推动器类型的分配器头部，包括：
承载表面，使用者可用诸如食指的手指按压在该承载表面上；
入口井，用于连接至诸如泵或阀的分配器构件的出口；
轴向组件壳体，限定侧壁和前壁的销在该轴向组件壳体中延伸；以及
杯形喷嘴，包括大致圆柱形壁，该壁具有由形成喷射孔口的喷射壁封闭的端部，喷嘴沿着X轴线组装在轴向组件壳体中，喷嘴的圆柱形壁围绕销接合，并且喷嘴的喷射壁与销的前壁轴向邻接。
通常，入口井通过单个供给管道连接至轴向组件壳体。另外，通常在喷嘴的喷射壁中形成涡流系统。涡流系统通常包括多个切向涡流通道，这些切向涡流通道通向以喷嘴的喷射孔口为中心的涡流室。该涡流系统设置在喷射孔口的上游。
文献EP1878507A2描述了喷嘴的几个实施方式，喷嘴包括喷射壁，该喷射壁穿设有多个喷射孔，这些喷射孔在直径方面基本相同或完全相同，处于约1微米(μm)至约100μm的范围内，公差为20％。这种喷射壁产生液滴尺寸相对均匀的喷雾。在该文献的一个实施方式中，孔设置在同心圆中，其中斜度在约10°至约60°的范围内，并且处于切向的定向，从而产生围绕中心轴线的涡流喷雾。因而，喷雾锥角为零，或非常小。
在文献EP1698399A1中，喷射壁是圆形的，但是孔垂直于壁的平面穿孔，其截面是恒定的，而壁仍然是平面。一旦壁的形状已经被圆形化，则该壁的曲率用于使孔发散。在该文献中，未解释穿孔平面壁的形状如何圆形化或者在什么时候圆形化。在附图中，圆形的曲率是小的，使得喷雾锥角是小的。
发明内容
本发明的一个目的是限定一种平面喷射壁，该喷射壁提供比文献EP1878507A2和EP1698399A1中的壁的喷雾锥角大得多的喷雾锥角。
为了实现这个目的，本发明提出了一种流体分配器头部，该流体分配器头部包括穿设有孔的喷射壁，加压的流体穿过孔，以便以小液滴喷射，喷射壁是平面的，以限定：主平面Pp；与主平面Pp正交的中心轴线Y；法线N，平行于中心轴线Y，且垂直于主平面Pp；正交平面Po，包括中心轴线Y和所考虑的孔的法线N；以及径向轴线X，对应于主平面Pp与正交平面Po之间的相交部分。
该分配器头部的特征在于，孔中的大部分沿着Zn轴线延伸，该Zn轴线相对于相应的法线N形成5°至45°范围内的角度α，角度α有利地在5°至30°范围内。该Zn轴线具有相对于中心轴线Y发散的定向，并且当法向投影到正交平面Po上时沿径向轴线X具有非零径向分量。
因此，术语“径向分量”应理解为表示Zn轴线在所考虑的孔的正交平面Po上沿着X轴线的分量的法向投影，X轴线在主平面Pp中，且与中心轴线Y和法线N相交。在文献EP1878507A2中，切向孔具有零径向分量。
通过这种“径向分量”，孔的Zn轴线相对于中心轴线Y向外发散，从而使喷雾的锥角变宽，而不必使壁具有圆形形状。
所有孔均具有相同的定向，使用单一的角度α，或者相反，所有孔均可具有多个不同的定向，例如角度α具有两个或三个不同的值。
根据本发明的另一特征，孔可具有不同的直径，有利地具有两个或三个不同的直径。具有最大直径的孔的角度α可小于具有最小直径的孔的角度α，或相反地，具有最大直径的孔的角度α可大于具有最小直径的孔的角度α。
孔可设置为同心圆，或者，在一个变型中，孔以对齐方式沿着线段设置，任一线段中的孔均具有相同的角度α和相同的直径。每个线段可具有2至20个孔。这些线段可平行设置。具有不同直径的孔的线段可平行设置。在一个变型中，具有不同直径的孔的线段以交替的方式设置。孔可具有大致为多边形的设置，例如三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、八边形或十边形。多边形的侧部由孔的线段形成，这些孔都具有相同的角度α和相同的直径。
在香料、化妆品领域以及有时在制药领域常规的实际实施方式中，分配器头部包括：
入口井，用于连接至诸如泵或阀的分配器构件的出口；
轴向组件壳体；
供给管道，将入口井连接至轴向组件壳体；以及
喷嘴，包括接合在轴向组件壳体中的组装壁，喷射壁固定至喷嘴。
该头部可为具有顶部承载表面的传统推动器的形式，使用者可用诸如食指的手指按压在该顶部承载表面上。因而，轴向壳体横向地打开。
通过指示，孔的数量可在10至500个的范围内，并且孔可具有约1μm至约100μm范围内的直径，直径有利地在约5μm至约30μm的范围内，且优选在约5μm至约20μm的范围内。孔越多，它们的直径必然越小，反之，孔越少，它们的直径必然越大。所有孔的组合横截面优选为小于100000平方微米(μm2)。
本发明的精神在于在平面喷射壁中形成发散的孔，以便产生具有较大锥角的喷雾，并且该锥角与具有上游涡流系统的单孔的传统头部的锥角大致相当。
附图说明
下面参考附图来更全面地描述本发明，附图通过非限制性实例示出了本发明的几个实施方式。
图1是装配有本发明的分配器头部的泵的竖直剖视图；
图2是图1的分配器头部较大比例的剖视图；
图3a是显示制造本发明的喷嘴的方法的非常概略的视图；
图3b是使用图3a的方法制造的喷嘴的立体图；
图3c是使用图3a的方法制造且结合在图3b的喷嘴中的喷嘴的喷射壁的立体图；以及
图4a至图4c是示出本发明的第一实施方式的视图；
图5是示出用于限定本发明的喷射壁的孔的特性的各种几何参数的示意图；
图6是示出用于喷射壁的本发明的第二实施方式的视图；
图7a至图7b示出了图6的喷射壁的孔的定向；
图8a至图8b示出了图6的喷射壁的孔的可替代定向；
图9a至图9b示出了图6的喷射壁的孔的可替代定向；
图10a至图10c是示出用于喷射壁的本发明的第三实施方式的视图；
图11是示出用于喷射壁的本发明的第四实施方式的视图；
图12a至图12b是示出用于喷射壁的本发明的第五实施方式的视图；
图13a至图13b是示出用于喷射壁的本发明的第六实施方式的视图；
图14a至图14b是示出用于喷射壁的本发明的第七实施方式的视图；以及
图15a至图15d是示出用于喷射壁的本发明的第八实施方式的视图。
具体实施方式
在图1中，分配器头部T安装在分配器构件P上，例如泵或阀，分配器构件P在香料和制药领域中具有完全常规的设计。通过使用者使用诸如食指的手指轴向按压头部T来致动分配器构件P。
对于泵，通过轴向按压而在泵P和头部T内的流体产生的正常压力在约5巴至约6巴的范围内，优选在约5.5巴至约6巴的范围内。然而，在7巴至8巴范围内的峰值也是可能的，但是是在异常使用条件下。相反，当接近2.5巴时，喷雾被削弱；在2.5巴至2.2巴的范围内，喷雾被显著削弱；且在2巴以下，不再有任何喷雾。
对于装配有阀的气溶胶，由推进剂气体产生的初始压力在约12巴至约13巴的范围内，然后随着气溶胶排空而下降至约6巴。10巴的初始压力在香料和化妆品领域中很常见。
当包括头部T以及泵或阀的组件安装在流体储存器上时，所得到的流体分配器是完全手动的，而不需要任何能量供应，特别是电力供应。
相比之下，在超声振动喷射装置(具体为压电喷射装置)的技术领域中，喷嘴处的流体压力大约为1巴，即大气压，或略小一些。给定这种超声振动喷射装置所使用的压力值和能量，它们在本发明的范围之外。
参考图1至图2，以便详细描述根据本发明制造的分配器头部T的组成部分、以及分配器头部T的组成部分如何相对于彼此设置。
分配器头部T包括两个基本部件，即头部主体1和喷嘴2。这两个部件可通过注塑成型塑料材料制成。头部主体1优选地制成为单个部件：然而，头部主体1可由组装在一起的多个部件制成。喷嘴2可由单个材料制成单个部件，但其优选地通过重叠模塑(overmolding)制成，如下所述。
头部主体1包括基本上为圆柱形的周边裙部10，该周边裙部10在其顶端由盘14封闭。头部主体1还包括连接套筒15，在本实施方式中，连接套筒15在周边裙部10内以同轴线方式延伸。连接套筒15从盘14向下延伸。连接套筒的内部限定入口井11，入口井11在其底端开口，并且在其顶端由盘14封闭。连接套筒15用于安装在分配器构件P的致动器杆P5的自由端上。致动器杆P5可沿纵向轴向下和向上移动。致动器杆P5是中空的，以便限定与阀或泵P的计量室Po连通的流管。入口井11向上延伸，使致动器杆P5延伸，使得来自计量室Po的流体可流入入口井11。如图2所示，头部主体1还限定了将入口井11连接至组件壳体12的供给管道13。轴向组件壳体12具有大致圆柱形配置，从而限定了基本上为圆柱形的内壁。供给管道13以中心方式通向组件壳体12。还应该注意到的是，组件壳体12的内壁具有紧固件轮廓121，该紧固件轮廓121使得能够更牢固地保持喷嘴2，如下所述。
可选地，头部主体1可接合在盖3中，盖3包括手指可按压在其上的顶部承载表面31、以及形成喷嘴2可穿过的侧开口33的侧壳体32。
喷嘴2具有大致圆柱形配置，该配置为两端均开口的小套筒20的形式，但在内部由喷射壁26封闭，在该喷射壁26中形成有多个喷射孔或孔口O。更准确地说，套筒20的形状大致为圆柱形，并且优选地围绕Y轴线对称，如图2所示。因而，在轴向组件壳体12的入口出现之前，喷嘴2不需要成角度地定向。然而，由于喷嘴2的喷射壁26不是轴线对称的，因而有时有必要定向喷嘴2。套筒20形成外组装壁21，其有利地设置有凸起的紧固件部分，该紧固件部分适于与组装壳体12的紧固件轮廓121协作。应注意的是，喷射壁26延伸至外组件壁21，在外组件壁处，喷射壁形成多个突片27，突片27咬合到组件壳体12中。一旦轴向组装完成，喷嘴2就处于如图1和图2所示的配置。
参照图3a，可看到如何制造喷嘴。最初，使用带B，该带B有利地由不锈钢制成。第一步骤包括穿孔下面限定的孔O。该穿孔步骤可使用激光技术来执行。第二步骤包括在孔O周围冲出切口C，从而留下多个桥27a。然后，可选的步骤B包括使带B在孔O处变形使其变圆。下一步骤包括在围绕孔O和桥27a的区域上重叠模塑套筒20。最后的步骤包括围绕套筒20切割桥27a，以便留下突片27，该突片27用于改进喷嘴2保留在组件壳体12中。应注意的是，不必非常靠近套筒20切割桥27a，这会很困难且昂贵。制造具有平面或圆形喷射壁的喷嘴的方法构成了本身可被保护的主题，即，独立于这些与孔的形成、尺寸、数量和定向相关的特性。在喷射壁26上重叠模塑套筒20同时留下突片的事实是本身可进行保护的特性，即，独立于这些与孔的形成、尺寸、数量和定向相关的特性。
上述制造方法是有利的制造方法，但不是唯一的制造方法。喷射壁26可通过任何其它方式紧固至套筒20，例如通过双注射、卡扣、卷边、滚压等。
喷射壁26可为由单一材料制成的单件部件、多个部件组成的组件或诸如层压件的多层结构。喷射壁可由金属、塑料材料、陶瓷、玻璃或其组合制成。更一般地，可使用适于用小孔或孔口穿孔的任何材料。形成孔O的喷射壁26的厚度在约10μm至约100μm的范围内，并且优选为约50μm。孔O的数量在大约20至500个的范围内。形成孔O的喷射壁26的直径在约0.5毫米(mm)至5mm的范围内。在实践中，喷射壁26优选地在其两个面上完全是平面的，从而使其厚度恒定。然而，可想象上游面不是平面，而下游面是平面。壁26不向外部凸出。在壁26上的孔O的密度可为均匀的，或相反，在壁26上的孔O的密度可不均匀，例如从壁的中心增加或减小。
孔O可形成包括两个不同尺寸的孔O系列的孔网络，其中单个系列的孔O具有相同的孔尺寸，忽略不超过10％的制造公差。因而，对于穿设有一百个孔O的喷射壁26，可包括各自具有10μm直径的第一系列的五十个孔O、以及各自具有20μm直径的第二系列的五十个孔O。第一系列的五十个孔O产生具有呈现相对较窄的高斯分布形成的峰的尺寸分布曲线的小液滴的喷雾，而第二系列的五十个孔O产生具有也呈现相对较窄的高斯分布形成的峰的尺寸分布曲线的较大液滴的喷雾，但其能抵消且不同于第一系列的第一高斯分布。由此获得具有与两个高斯尺寸分布曲线相对应的两种液滴尺寸的喷雾。
各系列之间的份额可在10％至90％的范围内变化，每个系列最少有五个孔O。第一系列的孔尺寸可在15μm至50μm的范围内变化，而第二系列的孔尺寸可在5μm至20μm的范围内变化，其中第一系列的尺寸始终显著大于第二系列的尺寸，至少大于约30％。
在本发明中，大多数孔O相对于中心轴线Y向外发散。然而，一些孔可平行于中心轴线Y，具体是定位为最靠近Y轴线的孔。通常，离Y轴线最远的孔比离Y轴线最近的孔发散得更多。可以说的是，发散随着远离Y轴线而增大。然而，这不是绝对的规则。
图4a、图4b和图4c示出了第一实施方式，其中所有孔O均仅位于中心轴线Y的一侧，具体地在Y轴线的下方。孔O以对齐的方式沿着三个线段L1、L2和L3设置，这三个线段彼此平行且有利地等距。线段L1具有三个孔O，线段L2具有五个孔O，并且线段L3还具有五个孔O。所有孔O均可具有相同的直径或可具有不同的直径。优选地，任何一个线段中的所有孔O均具有相同的直径。在该实施方式中，由于有三个线段，所以最多有三个不同的直径。
在图4c中，应该观察到的是，喷射壁完全是平面的。图4是在包含Y轴线且垂直于线段L1、L2和L3的平面上的剖视图，以穿过图4b中的Y轴线下方对齐的三个孔O。在图4c中，还可看出孔O沿着Z1、Z2和Z3轴线延伸，Z1、Z2和Z3轴线分别相对于Y轴线形成角度α1、α2和α3。这些角度彼此不同：线段L1的角度α1小于线段L2的角度α2，并且线段L3的角度α3最大。因而，线段Ln离Y轴线越远，角度αn越大。角度αn可在0°至45°的范围内变化。
在本发明中，任何一个线段中的所有孔都具有相同的直径。换言之，单个线段的所有孔O均彼此平行。因而可说的是，任何一个线段中的所有孔均相对于所考虑的孔的壁的平面的法线形成相同的角度αn。
图5试图示出可限定孔O的定向的几何特征的几何参数。喷射壁26限定主平面Pp，喷射壁26还限定了中心轴线Y。在孔O在喷射壁26的下游面上打开的位置，可限定垂直于平面Pp且平行于Y轴线的法线N。因而，可限定包含Y轴线和法线N的正交平面Po、以及在主平面Pp中与Y轴线和法线N相交的X轴线二者。每个孔O均沿着可在正交平面Po上印刻的Zn轴线延伸。在这种简单配置中，很容易确定沿X轴线的、Zn轴线的径向分量x。当Zn轴线未印刻入其正交平面Po时，必须将其法向地投影到其正交平面Po上，以便能够确定其径向分量x。
回到图4a至图4c中的实施方式，由此可确定三个线段L1、L2、L3的孔O的Zn轴线的分量x，并且可观察到的是，所有孔O均具有不为零且也是正的径向分量x，这意味着所有孔O均相对于中心轴线Y径向地发散。图4c中的3个孔O在图4b中的Y轴线下方对齐，沿着该3个孔O的公共正交平面Po内切的Zn轴线延伸。因而，径向分量x在公共正交平面Po上直接可见。相反，其它孔O沿着Zn轴线延伸，该Zn轴线不在它们各自的正交平面Po中印刻。因而，有必要将这些Zn轴线法向地或正交地投影到它们各自的正交平面Po上，以便能够确定它们沿着X轴线的径向分量x。通常可说的是，在已将Zn轴线投影到各自的正交平面Po上之后，测量径向分量x，不管Zn轴线是否印刻在各自的正交平面Po中。
在图6中，喷射壁26a包括两对的三个线段L1、L2和L3，该两对的三个线段L1、L2和L3以对称的方式围绕中心轴线Y设置。这些线段可与图4a至图4c的实施方式中的线段相同或相似。
图7a和图7b示出了图6的喷射壁26a的线段的孔O的定向和直径，这些线段在中心轴线Y的上方和下方对齐。由两个线段L1的中心孔形成的角度α1是5°。由两个线段L2的中心孔形成的角度α2为10°。由两个线段L3的中心孔形成的角度α3为15°。两个线段L1的所有孔O相对于它们各自的法线N形成5°的角α1，两个线段L2的所有孔O相对于它们各自的法线N形成10°的角α2，两个线段L3的所有孔O相对于它们各自的法线N形成15°的角α3。
另外，两个线段L1的所有孔O均具有15μm的直径。线段L2和L3的所有孔O均具有10μm的直径。所产生的喷雾呈现具有两个高斯分布的液滴尺寸，其中喷雾锥几乎是固体，锥角为约30°。
图8a和图8b示出了图6、图7a和图7b的变形实施方式，其中，线段的孔O的定向和直径不同。具体地，喷射壁26b的所有孔O均具有相同的定向，具体地在所示的实施方式中具有15°的定向。在0°至45°范围内的任何其它定向都是可能的。两个线段L1的所有孔O均具有15μm的直径，两个线段L2的所有孔O均具有10μm的直径，两个线段L3的所有孔O均具有5μm的直径。所产生的喷雾呈现具有三个高斯分布的液滴尺寸，其中喷雾锥是中空的，锥角为约30°。
图9a和图9b示出了图6、图7a和图7b的另一变形实施方式，其中有两对具有沿着Y1轴线至Y4轴线的不同定向的四个线段L1至L4。Y1轴线相对于其各自的法线N形成0°的角度α1，Y2轴线相对于其各自的法线N形成10°的角度α1，Y3轴线相对于其各自的法线N形成20°的角度α1，Y4轴线相对于其各自的法线N形成45°的角度α1。所有孔O均具有在10μm至30μm范围内的单个直径。所产生的喷雾呈现具有单一高斯分布的液滴尺寸，其中喷雾锥为固体，具有约90°的大锥角。
图10a至图10c示出了喷射壁26d，该喷射壁26d穿设有以三个同心圆的形式设置的孔O。最小圆的孔O的Z1轴线都处于相同的角度α1，例如可为大约5°；中间圆的孔O的Z2轴线都处于相同的角度α2，例如可为大约15°；最大圆的孔O的Z3轴线都处于相同的角度α3，例如可为大约30°。最小圆的孔O的直径大于其它两个圆的孔O的直径。所有的孔O均可定向为使所有的Yn轴线在它们各自的正交平面Po中印刻。因而，角度αn可相对于Y轴线以及相对于它们各自的法线N二者以相同的方式读取。
在图11中，喷射壁26e包括设置成三角形的三个系列的三个线段L1、L2和L3。这些线段可与图4a至图4c、图6、图7a和图7b或图8a和图8b中的实施方式中的线段相同或相似。角度αn可相同或不同，处于0°至45°的范围内。孔O的直径可相同或不同，在1μm至100μm的范围内。
图12a和图12b示出了喷射壁26f，其包括设置成正方形的四个系列的三个线段L1、L2和L3。这些线段可与图4a至图4c、图6、图7a和图7b或图8a和图8b中的实施方式中的线段相同或相似。角度αn可相同或不同，处于0°至45°的范围内。孔O的直径可相同或不同，在1μm至100μm的范围内。
图13a和图13b示出了喷射壁26g，其包括设置成五边形的五个系列的三个线段L1、L2和L3。这些线段可与图4a至图4c、图6、图7a和图7b或图8a和图8b中的实施方式中的线段相同或相似。角度αn可相同或不同，处于0°至45°的范围内。最小五边形的孔O的直径大于其它两个五边形的孔的直径。
图14a和图14b示出了喷射壁26h，其包括八个系列的三个线段L1、L2和L3，设置为八边形。这些线段可与图4a至图4c、图6、图7a和图7b或图8a和图8b中的实施方式中的线段相同或相似。角度αn可相同或不同，处于0°至45°的范围内。最大八边形的孔O的直径大于中间八边形的孔O的直径，中间八边形的孔O的直径又大于最小八边形的孔O的直径。
图15a至图15d示出了包括一对的三个线段L11、L12、L3和L21、L22、L23的喷射壁26g，这三个线段L11、L12、L3和L21、L22、L23不以关于中心轴线Y对称的方式设置，而是相反地以交错或交替的方式设置。
作为示例，可通过用形成向上角度α1的孔O对三个线段L11、L12和L13进行穿孔来开始。线段L11位于Y轴线的下方，而其它两个线段L12和L13位于Y轴线的下方。线段L11的孔O的直径大于其它两个线段L12和L13的直径。
此后，在其它三个线段L21、L22和L23中打孔得到孔O，以形成向下的角度α2。线段L21位于Y轴线下方，而其它两个线段L22和L33位于Y轴线下方。线段L21的孔O的直径大于其它两个线段L22和L23的直径。
角α1和α2的绝对值可相同。线段L11和L21的孔O的直径可相同，线段L12、L13、L22和L23的孔O的直径可相同，线段L13和L23的孔O可对齐。相反地，线段L12和L21的孔O以交错的配置设置，并且线段L11和L22的孔O也以交错的配置设置，以避免来自孔O的射流碰撞并产生不良的效果。
因而，一般地，除了当Zn轴线平行于中心轴线Y时，所有其它Zn轴线均呈现径向分量x，在大多数情况下，该径向分量x在Zn轴线远离中心轴线Y的意义上是正的。
当Zn轴线平行于中心轴线Y时，角度αn为0°；或与中心轴线Y一致时，其可大至45°。约30°的角度αn得到令人满意的结果。αn的最小非零角为约5°。
孔的总数、喷射壁中的孔的设置、每个线段或圆的孔的数量、孔的定向和孔的直径都是对喷雾特性有影响的参数。这些参数应确定为要喷射的流体和所希望的多种功能的函数：具有窄锥角的浓缩喷雾或具有大锥角的宽喷雾、中空或实心的喷雾锥、具有一个或多个高斯分布的喷雾等。
