柳洋，王傳龍，郭偉東，刁厚昌

(四川省宜賓普拉斯包裝材料有限公司，四川 宜賓 644000)

儲(chǔ)物罐是人們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛使用的產(chǎn)品，可以?xún)?chǔ)存生活中的各種雜物以及生活食材，隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升，對(duì)用具的要求也不僅僅是滿(mǎn)足基本功能，對(duì)使用體驗(yàn)也提出了新的需求[1]。但目前市場(chǎng)上的儲(chǔ)物罐產(chǎn)品密封功能性不穩(wěn)定，操作體驗(yàn)不方便，通常需要雙手操作才能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)物罐的開(kāi)啟與關(guān)閉。對(duì)此，本文設(shè)計(jì)了一種按壓開(kāi)啟密封儲(chǔ)物罐，密封功能可靠，且可實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者單手按鈕開(kāi)啟與關(guān)閉。

1 儲(chǔ)物罐的現(xiàn)狀研究

1.1 儲(chǔ)物罐概述

儲(chǔ)物罐是為了便于各類(lèi)物品收納、保存和包裝而使用的一種容器，是日常生活中不可或缺的儲(chǔ)藏容器。按儲(chǔ)物罐材料大致可分為：塑料儲(chǔ)物罐、玻璃儲(chǔ)物罐、陶瓷儲(chǔ)物罐、不銹鋼儲(chǔ)物罐[2]。

1.2 儲(chǔ)物罐結(jié)構(gòu)原理

普通密封儲(chǔ)物罐是傳統(tǒng)的連接型密封容器，大多是由蓋體、密封圈以及罐體三部分組成，密封圈安裝在蓋體邊緣，如圖1 所示，儲(chǔ)物罐的密封主要由蓋體與罐體內(nèi)壁擠壓密封圈產(chǎn)生壓縮變形，使得密封圈與罐體內(nèi)壁緊密貼合，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品密封。

圖1 普通密封儲(chǔ)物罐密封結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 儲(chǔ)物罐存在的問(wèn)題

普通儲(chǔ)物罐的日常開(kāi)啟需要雙手操作，有時(shí)內(nèi)裝物品在開(kāi)蓋過(guò)程中會(huì)由于消費(fèi)者操作不熟練而灑出，當(dāng)密封儲(chǔ)物罐時(shí)，由于罐內(nèi)氣體不易排出，導(dǎo)致蓋體與密封件的組裝件不易完全向下按壓至合適位置，且隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，蓋體受環(huán)境溫度升高以及內(nèi)裝物品發(fā)酵、揮發(fā)等因素而向上移動(dòng)，導(dǎo)致產(chǎn)品密封性能失效，造成內(nèi)裝物品，尤其是食品因密封功能失效而損壞。

2 按壓式密封儲(chǔ)物罐的整體結(jié)構(gòu)

由普通儲(chǔ)物罐的密封原理可知，通過(guò)蓋體與罐體擠壓密封圈產(chǎn)生壓縮變形可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品密封，只需解決儲(chǔ)物罐的啟閉便利性以及密封件位置的鎖止即可獲得一款操作便利、功能完善的產(chǎn)品。本文所設(shè)計(jì)按壓式密封儲(chǔ)物盒主要由可伸縮按鈕裝置和鎖止密封裝置兩部分組成?？缮炜s按鈕裝置利用杠桿彈簧機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)物罐的單手啟閉，提升儲(chǔ)物罐日常操作的舒適性，鎖止密封裝置通過(guò)對(duì)產(chǎn)品密封件工作位置進(jìn)行鎖止，充分保證產(chǎn)品密封功能的可靠性。按壓式密封儲(chǔ)物罐主體和上蓋裝配體爆炸結(jié)構(gòu)分別如圖2、圖3 所示。

圖2 按壓式密封儲(chǔ)物盒主體示意圖

圖3 上蓋裝配體爆炸結(jié)構(gòu)示意圖

3 按壓式密封儲(chǔ)物罐的工作原理

按壓式密封儲(chǔ)物罐設(shè)計(jì)的目的是提供一款密封功能可靠，且可實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者單手按鈕開(kāi)啟與關(guān)閉的產(chǎn)品。其工作原理可分為兩大部分：第一部分為可伸縮按鈕裝置，利用杠桿彈簧機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)物罐的單手操作，提升產(chǎn)品日常操作的舒適性；第二部分為鎖止密封裝置，該裝置主要由變向盤(pán)與變向柱組成，變向盤(pán)與變向柱圓周方向均布設(shè)置棘齒，利用棘齒所設(shè)螺紋面在力的作用下變向盤(pán)繞變向柱進(jìn)行圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)密封件以及頂部壓盤(pán)位置的鎖止與釋放，即實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的密封與開(kāi)啟。

4 按壓式密封儲(chǔ)物罐的裝置介紹

4.1 可伸縮按鈕裝置

可伸縮按鈕裝置主要由凸輪機(jī)構(gòu)與杠桿彈簧機(jī)構(gòu)組成，如圖4 所示，杠桿底部設(shè)有凸輪，凸輪兩側(cè)設(shè)有轉(zhuǎn)軸，底板中心位置安裝有彈簧、彈簧兩側(cè)設(shè)有與外蓋安裝孔對(duì)應(yīng)的安裝支架，支架設(shè)有與凸輪轉(zhuǎn)軸對(duì)應(yīng)的鉸接孔，底板支架穿過(guò)外蓋安裝孔與杠桿轉(zhuǎn)軸進(jìn)行鉸接?？缮炜s按鈕機(jī)構(gòu)通過(guò)按壓頂部壓盤(pán)推動(dòng)杠桿，杠桿在凸輪機(jī)構(gòu)作用下驅(qū)使底板向上移動(dòng)，當(dāng)停止對(duì)壓盤(pán)施加向下的壓力時(shí)，在彈簧作用下，壓盤(pán)與底板恢復(fù)至初始狀態(tài)。機(jī)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖如圖5 所示。

圖4 可伸縮按鈕裝置爆炸結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 可伸縮按鈕裝置機(jī)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖

4.2 鎖止密封裝置

由物理學(xué)知識(shí)可知，傾斜面上，物體受重力G、正壓力N、摩擦力f的作用，當(dāng)傾斜角θ大于臨界角時(shí)，物體就會(huì)往下滑動(dòng)。

鎖止密封裝置依據(jù)以上物理學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要由變向盤(pán)、變向柱以及密封圈組成，變向盤(pán)與變向柱圓周方向均布設(shè)置棘齒，變向盤(pán)內(nèi)圓周表面均布設(shè)置4 顆棘齒，每顆棘齒均設(shè)有變向面A, 鎖止面B, 變向柱圓周方向均布設(shè)置與變向盤(pán)對(duì)應(yīng)的4 個(gè)導(dǎo)向槽，以及變向面C、鎖止面D、變向面E以及導(dǎo)向面F，如圖6 所示。其中變向面A、變向面C、變向面E為螺距相同的左旋螺紋面，鎖止面B、鎖止面D、導(dǎo)向面F為螺距相同的右旋螺紋面，利用棘齒所設(shè)螺紋面在力的作用下變向盤(pán)繞變向柱進(jìn)行圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)密封件以及頂部壓盤(pán)位置進(jìn)行鎖止與釋放，即實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的密封與開(kāi)啟。

圖6 鎖止結(jié)構(gòu)示意圖

頂部壓盤(pán)與變向盤(pán)為卡扣連接，變向盤(pán)可繞壓盤(pán)中心軸進(jìn)行圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，變向柱通過(guò)卡扣固定在外座中心軸位置處，當(dāng)向壓盤(pán)施加向下的壓力時(shí)，變向盤(pán)所設(shè)棘齒通過(guò)變向柱所設(shè)V形導(dǎo)向段滑入導(dǎo)向槽中，變向面A在變向面C作用下帶動(dòng)變向盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至P點(diǎn)，停止向下按壓，在杠桿彈簧機(jī)構(gòu)作用下，壓盤(pán)帶動(dòng)變向盤(pán)向上滑動(dòng)，變向盤(pán)所設(shè)鎖止面B在變向柱所設(shè)鎖止面D的作用下繼續(xù)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至G點(diǎn)，此時(shí)產(chǎn)品密封圈在底板、外蓋以及罐體內(nèi)壁三者作用下產(chǎn)生壓縮變形，密封圈與罐體內(nèi)壁緊密貼合，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品密封。當(dāng)需要開(kāi)啟產(chǎn)品時(shí)，再次按壓頂部壓盤(pán)，變向盤(pán)所設(shè)變向面A在變向柱所設(shè)變向面E的作用下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至Q點(diǎn)，停止按壓時(shí)，在杠桿彈簧機(jī)構(gòu)作用下，壓盤(pán)帶動(dòng)變向盤(pán)所設(shè)棘齒在變向柱所設(shè)導(dǎo)向面F作用下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)滑入第二導(dǎo)向槽中，變向盤(pán)與變向柱實(shí)現(xiàn)分離，此時(shí)，底板向下移動(dòng)，密封圈得到釋放，消費(fèi)者抓取壓盤(pán)拿掉上蓋裝配體，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)啟。按壓式密封儲(chǔ)物罐開(kāi)啟與密封結(jié)構(gòu)狀態(tài)如圖7、圖8 所示。

圖7 鎖止密封狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 釋放開(kāi)啟狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖

5 按壓式密封儲(chǔ)物罐部件材料選擇

（1）按壓式密封儲(chǔ)物罐中密封圈需壓縮變形而形成密封，且密封圈與罐體內(nèi)部食材接觸，因此密封圈的選材至關(guān)重要，首先密封圈的材質(zhì)必須滿(mǎn)足食品安全國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其次材質(zhì)的軟硬直接影響產(chǎn)品開(kāi)啟體驗(yàn)，材質(zhì)過(guò)硬，壓縮變形越困難，按壓操作所需力越大，材質(zhì)過(guò)軟，則密封性能不可靠。通過(guò)工藝測(cè)試，選用邵氏硬度值為40～50 A 范圍內(nèi)硅橡膠最佳。

（2）按壓式密封儲(chǔ)物罐中杠桿、變向柱、變向盤(pán)為高強(qiáng)度受力磨損部件，因此，生產(chǎn)中該類(lèi)型工況部件通常選用聚甲醛（POM）材料，該材料具有有類(lèi)似金屬的硬度、強(qiáng)度和鋼性，在很寬的溫度和濕度范圍內(nèi)都具有很好的自潤(rùn)滑性[3]。

（3）儲(chǔ)物罐罐體通常選用高透材質(zhì)生產(chǎn)，便于消費(fèi)者日常使用中快速辨別儲(chǔ)物罐所儲(chǔ)物品類(lèi)型，通常選用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）或者丙烯腈- 苯乙烯樹(shù)脂（AS）進(jìn)行生產(chǎn)，以上材質(zhì)可直接用于食品包裝，且透明度高。

6 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的按壓式密封儲(chǔ)物罐主要由可伸縮按鈕裝置與鎖止密封裝置組成。該儲(chǔ)物罐操作簡(jiǎn)單、組裝方便，可靠性好，上蓋主體采用易拆卸結(jié)構(gòu)，便于用戶(hù)清洗維護(hù)，按壓機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)巧妙，相比普通儲(chǔ)物罐操作簡(jiǎn)單、密封功能可靠，為存儲(chǔ)包裝領(lǐng)域提供了一種新的結(jié)構(gòu)技術(shù)方案參考。