專利名稱：氣囊及其充注方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對氣囊和與其相關的改進。更具體而言，但不排他地，本發(fā)明涉及旨在相對較高的壓力下進行充注且隨后通過焊接所述囊的充注口而進行密封的這種類型的相對較小的氣囊的充注。
例如在EP-A-0757202和EP-A-0821195中描述了相對較小的氣囊，所述氣囊包含在相對較高的壓力下的氣體例如氦氣，且旨在用于通過打破囊的封口而釋放小體積的氣體作為一次使用的劑量。例如在EP-A-0947760中描述了一種充注和密封這種囊的方法。
在用氣體，例如氦氣，充注和密封具有相對較小尺寸的氣囊的過程中，在充注溫度下的蒸氣壓力高于囊要進行充注的壓力，確保密封的囊內(nèi)的氣體壓力在所需壓力限度內(nèi)是特別困難的。這是由于與其它一些小氣囊，例如含有液體二氧化碳的小氣囊不同的是，包含在囊內(nèi)的氣體不是以液體的形式存在的，且充注壓力因此與囊內(nèi)的氣體體積直接相關。
特別地，由于氦氣可滲透通過最小的泄漏路徑的能力，因此氦氣是一種很難被限制在密封容器內(nèi)的氣體，對于小體積的氣囊而言，這有效地不僅需要容器通過焊接進行密封，而且需要在焊接部位中的囊材料的熔合足以確保焊接部位的整體性且確保去除了由于缺陷例如焊縫孔隙造成的任何潛在的泄漏路徑。
在上面提到的EP-A-0947760中描述了一種用于焊接這種囊的方法，所述方法包括當所述囊在壓力下充注有流體時，對所述囊的頸部部分進行壓接，以及隨后釋放所述囊的自由端以使得其焊接能夠在無充注囊的氣體的環(huán)境中進行。
然而，在囊的焊接過程中在其頸部保持氣密壓接部的必要性不僅在制造中是不方便的而且難以在涉及大量囊的快速充注的生產(chǎn)線中實現(xiàn)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種充注和密封大體上如上面所述類型的囊的改進方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種充注具有中空本體部分和被組裝到其上的蓋且包括設置了充注口的莖部的所述類型的氣囊的方法包括以下步驟在組裝本體部分和蓋部之前在所述囊內(nèi)設置塞子構件，所述塞子構件在所述囊內(nèi)是松的；在壓力下用氣體充注所述囊，導致塞子構件處于囊體和充注口之間的位置以阻塞出自所述囊的氣體路徑；并且釋放囊口處的氣體壓力以便導致塞子構件在所述囊內(nèi)的氣體壓力下受力形成與限定出通向囊口的通道的蓋構件的一部分的氣密接合。
本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點，即通過適當選擇塞子構件的構型和材料以及要接收塞子構件的氣體通道的適當構型，可獲得在確保所述囊的有效密封可能需要進行的隨后的焊接步驟中至少足以保持囊內(nèi)所需的氣體壓力的氣密密封。
例如可應用EP-A-0947760中的方法以形成容器的焊接密封，除以下情況之外，所述情況為在容器的頸部中制成的第一壓接部可在關于容器本體的塞子構件的下游側(cè)上的容器莖部的一部分上實現(xiàn)，以便在壓接點處不存在充注氣體的情況下可大體上實現(xiàn)壓接。在焊接工藝中充注氣體滲透到焊接環(huán)境中的可能性因此被大大降低，由此提高了焊接質(zhì)量。
從下面的描述和所附權利要求中將易于理解根據(jù)本發(fā)明的方法的進一步的特征和優(yōu)點。
結合附圖并通過實例的方式對本發(fā)明進行說明，其中

圖1是在采用根據(jù)本發(fā)明的一個實施例所述的方法進行充注和密封后的氣囊的剖視圖；圖2至圖6以示意圖的形式示出了用于充注和密封圖1所示類型的囊的根據(jù)本發(fā)明的工藝中的步驟；圖7是在圖1所示的囊口處形成焊接密封的方法的示意圖；和圖8是與圖1相似的剖視圖，圖中示出了所述囊的一種變型形式。
參見圖1，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例進行充注和密封的氣囊。以已公知的方式，所述囊包括通過蓋2被封閉住的本體部分1，所述本體部分和蓋均具有大體上圓柱形的構造。囊的本體在端部1a處被封閉且在1b處漸細以形成頸部，蓋2的緣部2a接合在所述頸部上，緣部2a的自由邊緣通過填角焊縫，未示出，被焊接到本體1a的頸部上。蓋2具有一體的莖部3，所述莖部的前端部3a具有減小的直徑且旨在通過焊接進行密封。
如圖1所示，莖部3包含以由例如硅橡膠材料制成的彈性體球4的形式存在的塞子構件，所述塞子構件能夠通過壓靠在莖部頂部3a上游的莖部3的收縮部分3b上而形成氣密密封。在圖1所示的位置中，球4在所述囊的本體1內(nèi)含有的氣體壓力下以將在下面進行更詳細地描述的方式已經(jīng)受力形成與莖部3的接合。然而，在這個階段應該提到的是，盡管在圖1中為了方便起見，示出球4具有球形形狀，但實踐中所述球會產(chǎn)生彈性變形以符合莖部3的內(nèi)表面。所述球4可具有比莖部3的內(nèi)徑略小的直徑。在蓋2的更寬部分和莖部3的孔之間的接合處形成了圓錐形表面5，所述圓錐形表面幫助引導球4進入莖部3內(nèi)。
下面結合圖2-圖6對充注圖1所示的囊的方法進行更詳細的描述。
在組裝本體1和蓋2之前，一開始球4被引入本體1內(nèi)，以使得球4被松散地容納在本體1內(nèi)且通過蓋2被截留在所述本體中。如圖2所示，本體1和蓋2通過激光焊接進行結合。當被保持在包括在上部分6和下部分7的夾具內(nèi)時，所述上部分和下部分保持本體和蓋處于緊密接合狀態(tài)，所述夾具圍繞囊的縱向軸線進行旋轉(zhuǎn)，如箭頭8所示，同時激光束9被引導至本體1和蓋2之間的接合處以形成上面提到的填角焊縫。在焊接過程中，球4位于蓋2的上端部內(nèi)。
在從夾具6、7中去除后，所述囊被倒置成圖3所示的位置，且氣體壓力通過頂部3a被施加到蓋2的口上，以便確保球4移動遠離蓋2且松散地放置在本體1內(nèi)。在圖4所示的第二步驟中，所述囊通過莖部3被排空且隨后在高壓下充注氦氣，如圖5所示。
可根據(jù)所述囊的預期用途選擇囊的充注壓力，且所述充注壓力通常在10和80巴之間。
當氣體壓力被保持在所需水平時，囊被倒置，如圖6所示，以便導致球4落入蓋2內(nèi)，以使得根據(jù)球的直徑，所述球或者落入莖部3內(nèi)或者保持受到表面5的周邊的支承。施加在頂部3a的口處的氣體壓力隨后被釋放，導致球4受到囊內(nèi)的氣體壓力的驅(qū)動，以使得其被制動以在莖部的收縮部分3b處形成密封。所述囊隨后處于圖1所示的狀態(tài)。
在圖1所示的狀態(tài)下，囊實際上為含有在高壓下的氣體的密封容器。根據(jù)氣體充注的性質(zhì)，由球4形成的密封可證明對于囊的所需用途是有效的。當用氦氣充注囊時，由于氦氣氣體的滲透特性，由硅橡膠球4形成的密封不足以形成永久密封，且因此莖部3的頂部3a必須通過焊接進行密封。
如圖7示意性地示出的，所述囊處于圖1所示的直立位置，且莖部3的頂部3a通過由下部的一對壓接夾爪10形成的第一壓接部進行封閉，所述下部壓接夾爪剛好在收縮部分3b上方接合頂部3a，且頂部3的自由端隨后通過上部的一對壓接夾爪11進行壓接。在釋放夾爪11后，頂部3a的端部以已經(jīng)在上面描述的方式通過激光焊接進行密封。此外，依照根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選特征，導致第三對夾爪12在球4下面的一點處使莖部3收縮，以阻止球在密封后移出莖部3外。應該意識到，一旦頂部3a的端部通過焊接被永久密封，氣體例如氦氣的滲透將使得氣體壓力能夠在球4的上面和下面的點處變得相等，且因此存在球4可在莖部3不產(chǎn)生變形以便將球4截留在適當位置的情況下被釋放回所述囊的本體1內(nèi)的可能性。
應該意識到，可在不偏離所附權利要求的范圍的情況下，對上面描述的本發(fā)明的方法做出各種改變。因此，盡管在所述方法中導致球4在重力的影響下移動成圖6所示的位置，但可以想到可通過其它手段實現(xiàn)運動，因此避免了倒置所述囊的需要。如圖8所示，所述方法可被應用到所述囊的一種變型形式上，其中莖部3的收縮部3b以更逐漸錐形漸細體的形式而不是以階梯狀肩部的形式存在。錐形漸細的收縮部3b可更適于在更低的氣體壓力下充注囊，這是因為相應地增加了莖部的部分3b在施加氣體壓力的情況下在使球4收縮方面的機械優(yōu)勢。圖8所示的囊可以與在上面結合圖7所描述的方式相似的方式設有焊接密封。
在實踐中，本發(fā)明的方法已經(jīng)證明在形成暫時密封方面是成功的，所述暫時密封足以在囊的充注和用以形成永久密封的頂部3a隨后的焊接之間的相對校短的期間將充注氣體例如氦氣保持在所述囊內(nèi)。
應該意識到，在所描述的本發(fā)明的實施例中實現(xiàn)的氣體密封的有效性取決于對用于囊和塞子構件的合適材料以及相應的部件的相對尺寸、其表面光潔度和莖部3的收縮部分3b的錐角的適當選擇。盡管這些參數(shù)可易于通過試驗和實驗被確定，但實踐中已經(jīng)獲得了滿意的結果，其中所述囊的本體部分和蓋可通過由鋁的深沖壓形成，莖部3在收縮部3b上游端處的內(nèi)徑在2.15和2.25mm之間。收縮部分3b相對于莖部3的縱向軸線的錐角可以在用于圖8所示的漸細莖部的7°和用于圖1所示的莖部的實施例的60°之間。采用具有這種尺寸的莖部，球4可被形成作為硅酮彈性體的球體，所述硅酮彈性體球體具有2.0mm至2.3mm范圍內(nèi)的直徑且具有45至65 IRHD范圍內(nèi)的肖氏硬度。為了阻止具有這種尺寸的彈性體球在充注工藝中由于靜電被粘附到鋁囊的內(nèi)壁上，優(yōu)選通過將適當比例的導電材料例如碳黑加入硅酮彈性體中，或者通過利用導電材料例如石墨粉對其表面進行處理而使其具有導電性。
在實踐中，上述參數(shù)的選擇已經(jīng)使得能夠?qū)τ射X制成的囊進行令人滿意的密封，所述囊具有3-5毫升的內(nèi)部體積且在10至80巴的壓力下用氦氣進行充注。
權利要求
1.一種充注包括中空本體部分和被組裝到其上的蓋的且包括設置了充注口的莖部的氣囊的方法，所述方法包括以下步驟在組裝本體部分和蓋部分之前在所述囊內(nèi)設置塞子構件，所述塞子構件在所述囊內(nèi)是松的；在壓力下用氣體充注所述囊，導致塞子構件處于所述囊的本體和所述充注口之間的位置以阻塞出自所述囊中的氣體路徑；并且釋放所述囊的所述口處的氣體壓力以便導致所述塞子構件在所述囊內(nèi)的氣體壓力下受力形成與限定出通向所述囊的所述口的通道的所述蓋構件的一部分的氣密接合。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述通道被形成以使得其包括在所述莖部內(nèi)的孔，所述孔具有直徑減小的收縮部分，且所述塞子構件被形成作為彈性材料的球，所述球形成一定尺寸以使得在所述氣體壓力下，其受力進入所述孔內(nèi)且被截留形成與所述收縮部分的流體緊密接合。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述孔設有鄰近所述囊的所述本體部分的具有更寬直徑的第一部分和鄰近所述充注口的具有更窄直徑的第二部分，且其中所述收縮部分包括肩部，所述肩部聯(lián)接所述更寬和更窄的部分且形成用于在所述氣體壓力下受到所述球的接合的座。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述孔設有鄰近所述囊的所述本體部分的具有更寬直徑的第一部分和鄰近所述充注口的具有更窄直徑的第二部分，且其中所述收縮部分包括在所述更寬和更窄部分之間延伸的所述孔的漸細部分，由此在所述氣體的壓力下，所述彈性球受力沿所述漸細部分且被壓縮至某個點處，在所述點處其被截留在所述孔內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的方法，其中所述本體部分和所述蓋由鋁或鋁合金形成。
6.根據(jù)權利要求2或從屬于權利要求2的權利要求3-5中任一項所述的方法，其中所述球由硅橡膠形成。
7.根據(jù)權利要求2或從屬于權利要求2的權利要求3-6中任一項所述的方法，其中在使所述球進入所述孔內(nèi)后，所述莖部永久地向內(nèi)變形以使所述囊的本體和所述球之間的所述孔收縮，以便將所述球截留在所述蓋的所述莖部內(nèi)。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的方法，其中在所述釋放所述莖部的所述充注口處的氣體壓力后，所述莖部的所述頂部被焊接以封閉所述口。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述焊接步驟包括以下步驟在緊鄰所述口的第一對壓接夾爪之間對所述莖部進行壓接以便壓平并封閉后者；在第二對壓接夾爪之間在與所述口間隔一定距離的點處對所述莖部進行壓接；當所述莖部位于所述第二對夾爪之間時，釋放第一對壓接夾爪；并且通過引導激光束沿由壓平的口形成的線焊接所述口。
10.根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的方法，其中在壓力下進行用氣體充注所述囊的所述步驟之前，所述囊首先用氣體進行沖刷且隨后被排空，在沖刷和排空過程中設置所述囊的取向使所述充注口位于向上的位置，由此導致所述塞子構件在所述排空步驟中松散地放置在所述囊的底部中。
11.根據(jù)權利要求1-10中任一項所述的方法，其中導致所述塞子構件采用所述位置，以在重力的影響下通過設置所述囊的取向使所述充注口處于向下的位置，從而阻塞氣體路徑。
12.一種采用權利要求1-9中任一項所述的方法生產(chǎn)的包含充注氣體的囊。
全文摘要
一種氣囊包括中空本體部分(1)和蓋(2)，所述蓋包括設置了充注口(3A)的莖部(3)。在組裝所述本體部分(1)和所述蓋(2)之前，塞子構件(4)被松松地插入所述囊內(nèi)。在用氣體充注所述囊的過程中，所述塞子構件(4)位于所述囊的所述本體內(nèi)，且在釋放所述囊的所述口(3A)處的氣體壓力之前，通過例如使囊倒置以使得塞子構件在重力下不能落入所述囊(1)體和所述充注口(3A)之間的位置，使所述塞子構件移動以阻塞出自所述囊中的氣體路徑。氣體壓力隨后被釋放以使得所述塞子構件(4)在氣體壓力下受力進入所述莖部(3)內(nèi)以形成封閉所述充注口(3A)的氣密密封。所述充注口(3A)可隨后進行焊接以形成永久封閉。
文檔編號F17C13/06GK1723362SQ200480001989
公開日2006年1月18日 申請日期2004年1月7日 優(yōu)先權日2003年1月9日
發(fā)明者M·A·巴雷特 申請人:英國氧氣集團有限公司