按压式密封储物罐的结构设计

柳洋，王传龙，郭伟东，刁厚昌

(四川省宜宾普拉斯包装材料有限公司，四川 宜宾 644000)

储物罐是人们日常生活中广泛使用的产品，可以储存生活中的各种杂物以及生活食材，随着人们生活质量的不断提升，对用具的要求也不仅仅是满足基本功能，对使用体验也提出了新的需求[1]。但目前市场上的储物罐产品密封功能性不稳定，操作体验不方便，通常需要双手操作才能实现储物罐的开启与关闭。对此，本文设计了一种按压开启密封储物罐，密封功能可靠，且可实现消费者单手按钮开启与关闭。

1 储物罐的现状研究

1.1 储物罐概述

储物罐是为了便于各类物品收纳、保存和包装而使用的一种容器，是日常生活中不可或缺的储藏容器。按储物罐材料大致可分为：塑料储物罐、玻璃储物罐、陶瓷储物罐、不锈钢储物罐[2]。

1.2 储物罐结构原理

普通密封储物罐是传统的连接型密封容器，大多是由盖体、密封圈以及罐体三部分组成，密封圈安装在盖体边缘，如图1 所示，储物罐的密封主要由盖体与罐体内壁挤压密封圈产生压缩变形，使得密封圈与罐体内壁紧密贴合，从而实现产品密封。

图1 普通密封储物罐密封结构示意图

1.3 储物罐存在的问题

普通储物罐的日常开启需要双手操作，有时内装物品在开盖过程中会由于消费者操作不熟练而洒出，当密封储物罐时，由于罐内气体不易排出，导致盖体与密封件的组装件不易完全向下按压至合适位置，且随着储存时间的延长，盖体受环境温度升高以及内装物品发酵、挥发等因素而向上移动，导致产品密封性能失效，造成内装物品，尤其是食品因密封功能失效而损坏。

2 按压式密封储物罐的整体结构

由普通储物罐的密封原理可知，通过盖体与罐体挤压密封圈产生压缩变形可实现产品密封，只需解决储物罐的启闭便利性以及密封件位置的锁止即可获得一款操作便利、功能完善的产品。本文所设计按压式密封储物盒主要由可伸缩按钮装置和锁止密封装置两部分组成。可伸缩按钮装置利用杠杆弹簧机构与凸轮机构进行组合，可实现储物罐的单手启闭，提升储物罐日常操作的舒适性，锁止密封装置通过对产品密封件工作位置进行锁止，充分保证产品密封功能的可靠性。按压式密封储物罐主体和上盖装配体爆炸结构分别如图2、图3 所示。

图2 按压式密封储物盒主体示意图

图3 上盖装配体爆炸结构示意图

3 按压式密封储物罐的工作原理

按压式密封储物罐设计的目的是提供一款密封功能可靠，且可实现消费者单手按钮开启与关闭的产品。其工作原理可分为两大部分：第一部分为可伸缩按钮装置，利用杠杆弹簧机构与凸轮机构进行组合，可实现储物罐的单手操作，提升产品日常操作的舒适性；第二部分为锁止密封装置，该装置主要由变向盘与变向柱组成，变向盘与变向柱圆周方向均布设置棘齿，利用棘齿所设螺纹面在力的作用下变向盘绕变向柱进行圆周转动，可实现对密封件以及顶部压盘位置的锁止与释放，即实现产品的密封与开启。

4 按压式密封储物罐的装置介绍

4.1 可伸缩按钮装置

可伸缩按钮装置主要由凸轮机构与杠杆弹簧机构组成，如图4 所示，杠杆底部设有凸轮，凸轮两侧设有转轴，底板中心位置安装有弹簧、弹簧两侧设有与外盖安装孔对应的安装支架，支架设有与凸轮转轴对应的铰接孔，底板支架穿过外盖安装孔与杠杆转轴进行铰接。可伸缩按钮机构通过按压顶部压盘推动杠杆，杠杆在凸轮机构作用下驱使底板向上移动，当停止对压盘施加向下的压力时，在弹簧作用下，压盘与底板恢复至初始状态。机构原理简图如图5 所示。

图4 可伸缩按钮装置爆炸结构示意图

图5 可伸缩按钮装置机构原理简图

4.2 锁止密封装置

由物理学知识可知，倾斜面上，物体受重力G、正压力N、摩擦力f的作用，当倾斜角θ大于临界角时，物体就会往下滑动。

锁止密封装置依据以上物理学原理进行设计，主要由变向盘、变向柱以及密封圈组成，变向盘与变向柱圆周方向均布设置棘齿，变向盘内圆周表面均布设置4 颗棘齿，每颗棘齿均设有变向面A, 锁止面B, 变向柱圆周方向均布设置与变向盘对应的4 个导向槽，以及变向面C、锁止面D、变向面E以及导向面F，如图6 所示。其中变向面A、变向面C、变向面E为螺距相同的左旋螺纹面，锁止面B、锁止面D、导向面F为螺距相同的右旋螺纹面，利用棘齿所设螺纹面在力的作用下变向盘绕变向柱进行圆周转动，可实现对密封件以及顶部压盘位置进行锁止与释放，即实现产品的密封与开启。

图6 锁止结构示意图

顶部压盘与变向盘为卡扣连接，变向盘可绕压盘中心轴进行圆周转动，变向柱通过卡扣固定在外座中心轴位置处，当向压盘施加向下的压力时，变向盘所设棘齿通过变向柱所设V形导向段滑入导向槽中，变向面A在变向面C作用下带动变向盘逆时针转动至P点，停止向下按压，在杠杆弹簧机构作用下，压盘带动变向盘向上滑动，变向盘所设锁止面B在变向柱所设锁止面D的作用下继续逆时针转动至G点，此时产品密封圈在底板、外盖以及罐体内壁三者作用下产生压缩变形，密封圈与罐体内壁紧密贴合，从而实现产品密封。当需要开启产品时，再次按压顶部压盘，变向盘所设变向面A在变向柱所设变向面E的作用下逆时针转动至Q点，停止按压时，在杠杆弹簧机构作用下，压盘带动变向盘所设棘齿在变向柱所设导向面F作用下逆时针转动滑入第二导向槽中，变向盘与变向柱实现分离，此时，底板向下移动，密封圈得到释放，消费者抓取压盘拿掉上盖装配体，实现产品开启。按压式密封储物罐开启与密封结构状态如图7、图8 所示。

图7 锁止密封状态结构示意图

图8 释放开启状态结构示意图

5 按压式密封储物罐部件材料选择

（1）按压式密封储物罐中密封圈需压缩变形而形成密封，且密封圈与罐体内部食材接触，因此密封圈的选材至关重要，首先密封圈的材质必须满足食品安全国家相关标准，其次材质的软硬直接影响产品开启体验，材质过硬，压缩变形越困难，按压操作所需力越大，材质过软，则密封性能不可靠。通过工艺测试，选用邵氏硬度值为40～50 A 范围内硅橡胶最佳。

（2）按压式密封储物罐中杠杆、变向柱、变向盘为高强度受力磨损部件，因此，生产中该类型工况部件通常选用聚甲醛（POM）材料，该材料具有有类似金属的硬度、强度和钢性，在很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性[3]。

（3）储物罐罐体通常选用高透材质生产，便于消费者日常使用中快速辨别储物罐所储物品类型，通常选用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或者丙烯腈- 苯乙烯树脂（AS）进行生产，以上材质可直接用于食品包装，且透明度高。

6 结语

本文设计的按压式密封储物罐主要由可伸缩按钮装置与锁止密封装置组成。该储物罐操作简单、组装方便，可靠性好，上盖主体采用易拆卸结构，便于用户清洗维护，按压机构结构巧妙，相比普通储物罐操作简单、密封功能可靠，为存储包装领域提供了一种新的结构技术方案参考。