马桶座圈铰链和制造方法

专利名称：马桶座圈铰链和制造方法
技术领域：
本发明涉及马桶座圈铰链、涉及活动铰链、以及涉及注射模制技术。
背景技术：
单一材料活动铰链已有数十年的历史。单一材料活动铰链具有仅 仅一种形成被以枢转方式连接的部分和柔性连接部分这两者的材料。 被转让给本受让人的美国专利No.4， 939， 796披露了一种带有单一材 料活动铰链的马桶座圈铰链。能够在多种产品上发现通常使用烯烃材 料的这些铰链。最近，使用两种材料，即两种材料的活动铰链生产产 品。与办公家具和门窗(fenestration)市场共同地是，已经几乎完全地使 用塑料处理中的挤出方法制造这些两组分设计。因为烯烃活动铰链由 于在处理期间的制造和材料变量不可避免地引起断裂而通常导致的破 裂/分层，这些近来的应用是有必要的。通常在已经预期重复挠曲是在 产品寿命期间的应有行为时发现这种情形。
关于这个问题，本受让人的使用与柔性铰链概念相结合的马桶座 圈铰链盖体的经历是具有代表性的。当盖体被反复地打开以紧固铰链-到-瓷器螺栓时，通常引起活动铰链破裂或者分层。
两组分注射模制仍然是较新的。虽然对于过去的大约十年，这种 工艺已经是普遍的，但是夹杂第二种材料已被最为普遍地用于为产品提供柔软触感或者友好感觉的目的。这已经主要通过在产品的结构部 分上执行包覆成型工艺而得以实现。第二种、远远没有那么普遍的两 组分注射模制是共注射工艺。在这种工艺中，在具有类似或者非类似 材料的型芯上模制表皮以形成三层部件。这种工艺主要被用来在成品 件结构中减少打底或者纯净材料的使用以降低成本。仅仅能够利用双 筒体的被专门设计的机器实现共注射。

发明内容
本发明提供一种改进的马桶座圈铰链。
在本发明的一个方面中，所述铰链由两种不同的材料制成，带有 将被附接到马桶的刚性部分和形成活动铰链的柔性部分。优选地，所 述活动铰链由热塑性弹性体制成。
在本发明的另一个方面中，所述马桶座圈铰链在所述铰链的底部 上具有柔性或者可压缩材料。所述底部材料能够与所述铰链结构或者 活动铰链材料相同或者不同。
本发明还提供一种注射模制由至少两种材料制成的物体的改进方 法。优选地，所述方法被用于制造带有由热塑性弹性体制成的活动铰 链的马桶座圈铰链。
在本发明的一个方面中，利用具有一种材料的刚性部分和具有另 一种材料的柔性部分注射模制马桶座圈铰链。分成两次地使用两个独 立的模具制成铰链。所述刚性部分被注射在一个模具中，然后被移动 到在其中注射所述柔性部分的另一个模具。
在本发明的一个方面中，利用具有一种材料的刚性部分和具有另 一种材料的柔性部分注射模制马桶座圈铰链。这使用带有用于模制刚 性材料的模腔和用于柔性材料包覆成型的模腔的一个模具。该部件被从所述第一模腔转移到所述第二模腔。
在本发明的一个方面中，利用具有一种材料的刚性部分和具有另 一种材料的柔性部分注射模制马桶座圈铰链。这使用带有用于模制刚 性材料的模腔和用于柔性材料包覆成型的模腔的一个模具。该部件被 从所述第一模腔旋转到所述第二模腔。
本发明的一个方面中，利用具有一种材料的刚性部分和具有另一 种材料的柔性部分注射模制马桶座圈铰链。这使用在其中最终注射柔 性材料的空间中带有可縮回型芯的单一模腔。当所述型芯就位时注射 刚性材料，从而刚性材料并不填充在其中最终注射柔性材料的空间。 然后所述型芯縮回并且将柔性材料注射到所述空出的空间中。
所提出的铰链设计消除了与使用一种材料同时提供基本铰链强度 及其柔性相关的问题。与现有设计相关的问题或者担心是，随着时间，
单一材料设计不可避免的破裂/分层将极有可能导致失效。通过使用热 塑性弹性体以提供连续的使用挠曲，以及商品塑料以提供必要的结构， 形成了用于任何压縮模制的马桶座圈的接近寿命的铰链。引入被专门 地挑选用以在单一铰链中实现本质上不同的任务的材料将这种设计与 现有方案区分开来。
所述新设计的第二个没有那么明显的优点在于从更加广泛的原材 料供应选择两种材料的能力。关于单一材料设计，有必要提供这样一 种材料，该材料足够坚硬以满足强度要求，然而同时又是足够柔性的 以提供活动铰链。 一种材料的这两个特征是目的分岐的并且能够导致 折衷。对于两种材料的铰链则并不存在这个问题。
另一个优点是，在铰链的底部上结合柔性材料。当前铰链设计的 其中一个总是存在的麻烦在于周期性地需要将螺栓再次紧固从而将铰 链可靠地保持到玻璃瓷。可能的是，在铰链的下面添加可压縮材料层将更长地将螺母和螺栓更紧地保持，并且，即使当松动时，也将针对 瓷器提供更加黏性的表面以减轻表面滑移。
最终，这种多材料铰链的优选制造方法不同于传统的方法。鉴于 两种柔软材料区域结合三个独立部件的事实，使用一些方法将是困难 的。如果该三个部件被移动到工具中的第二模腔中以将柔性材料包覆 成型到它们的表面上，则应该相当地加以小心以保证该三个部件的对 准是几乎完美的。薄的柔性材料区域或者该三个部件的任何翘曲均能 够易于导致部件失效。这能够通过旋转所述部件而被克服。然而，从 或者机器或者加工的观点看，这是昂贵的并且增加了循环时间。该优 选方法提供了一个单独的通道，用于第二筒体在被拉出的型芯区域已 经提供了用于填充柔性材料的必要空间之后填充所述部件。因为在脱 模之前，最初模制的部件不被移动，这消除了与移动所述部件或者旋 转它们相关的问题。


图1是包括体现本发明的铰链的马桶座圈的透视图2是座圈的侧视图3是座圈的顶视图4是它的盖体被关闭的铰链的透视图5是它的盖体被打开的铰链的透视图6是它的盖体被打开的铰链的后透视图7是它的盖体被打开的铰链的底部透视图8是它的盖体被打开的铰链的截面视图9是在环圈和盖立起或者打开时座圈的侧视图IO是在环圈和盖立起或者打开时座圈的透视图11是在盖立起并且环圈放下时座圈的侧视图12是在盖立起并且环圈放下时座圈的透视图13是带有倒钩叶片的可替代铰链的透视图14是带有两个独立盖体的另一可替代铰链的透视图；图15是用于制造铰链的模具的局部截面视图，该模具为用于第一 次材料注射定位的可移动型芯；
图16是类似于图15的视图，示出为第二次材料注射而被縮回的
型芯；
图17示出在第二次注射之后形成的铰链的一个部分；
图18是它的盖体打开的另一可替代铰链的前透视图19是它的盖体打开的铰链的后透视图20是它的盖体打开的铰链的前视图21是沿着图20中的线21-21截取的截面视图2 2是它的盖体打开的铰链的侧视图23是它的盖体打开的铰链的后视图24是铰链的局部截面视图，示出盖叶片到盖的连接。
图25是另一可替代铰链的侧视图。
在详细地解释本发明的任何实施例之前，应该理解本发明在其应 用中不限于在下面的说明中阐述或者在下面的附图中示意的构件的构 造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例并且被以各种方式实践 或者执行。而且，应该理解，在这里使用的措词和术语是用于说明的 目的，而不应该被视为限制。"包括(including)"、"包括(comprising)" 或者"具有(having)"及其变化的使用在这里旨在涵盖此后列出的条目 及其等价形式以及另外的条目。除非另外规定或者限制，术语"安装 (mounted)"、"连接(connected)","支撑(supported)"和"联接(coupled)" 及其变化被一般性地使用并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑、和 联接。此外，"连接(connected)"和"联接(coupled)"不限于物理或者
机械连接或者联接。
具体实施例方式
图1到图3示出体现本发明的马桶座圈组件10。如在本技术领域 中已知地，座圈组件IO包括具有盖14和环圈18的马桶座圈12。组件 IO还包括用于将马桶座圈12连接到马桶桶部(未示出)的铰链22。铰链22被以枢转方式连接到盖14以及环圈18。如在图4到图6中所示， 如在本技术领域中已知地，铰链22包括坐置于马桶桶部的顶部上的基 部26。基部26中具有凹进处30(图6)，该凹进处30具有与马桶桶部的 凸缘中的孔相对准的螺丝孔或螺栓孔34。螺栓(未示出)延伸通过孔34 并且通过凸缘中的孔，并且螺母(未示出)被拧到螺栓上以将铰链22紧 固到马桶桶部。螺栓端头位于凹进处30中。铰链22还包括被活动铰 链42连接到基部26从而在打开(图5和图6)和关闭(图4)位置之间运动 的盖体38。当盖体38处于关闭位置中时，盖体38覆盖螺栓端头并且 关闭凹进处30。
铰链22还包括从基部26向上延伸的支撑部分或者铰链柱46。优 选地，基部26和铰链柱46是整体式结构。环圈铰链叶片50被活动铰 链54连接到铰链柱46，并且盖铰链叶片58被活动铰链62连接到铰链 柱46。环圈铰链叶片50中具有螺丝孔66(图5)并且被延伸通过孔66 并进入环圈18中的螺钉(未示出)连接到环圈18。盖铰链叶片58中具有 螺丝孔70并且被延伸通过孔70并进入盖14中的螺钉(未示出)连接到 盖14。如在图中所示，环圈18和盖14均能够在升高或者立起和降低 或者放下位置之间枢转。
基部26、铰链柱46以及铰链叶片50和58能够由在本技术领域 中已知的任何适当的刚性材料制成，尤其是适用于注射模制的材料， 诸如刚性热塑性塑料，优选地聚烯烃，诸如聚丙烯或者聚乙烯。活动 铰链42、 54和62优选地由热塑性弹性体制成，但是能够由任何适当 的柔性材料制成。 一般性术语热塑性弹性体或者TPE能够被细分成子 集，例如热塑性聚烯烃TPO、热塑性聚安酯TPU、热塑性硫化橡胶TPV、 氧化苯乙烯共聚物SBC、共聚多脂COPE和共聚酰胺COPA。根据在 铰链的非柔性部分中使用的树脂，也能够使用并非真正的弹性体的其 它柔性热塑性塑料例如柔性PVC和乙烯醋酸乙烯酯EVA。如果聚烯烃、 聚丙烯或者聚乙烯被用于铰链的非柔性部分，则TPO和TPV似乎提供 至U铰链的弹性体部分的最好地粘结。Dow塑料公司(Dow Plastics)提供Engage系列的TPO。 GLS以系 歹ij名称Kraton、 Dynaflex、 Versaflex、 Versalloy禾口 Versollan提供各种 TPO、 TPV禾口TPU。其它商丰示包J舌Nexprene、 Santoprene禾口 Sarlink。
在下面描述注射模制铰链22的方式。
在图13中示出一种可替代铰链100。替代螺丝孔地，铰链叶片50 和58上具有用于连接到环圈18和盖14的倒钩或者插脚104。插脚104 被插入环圈和盖中的孔(未示出)中并被胶结到环圈或者盖。这种连接方 法在本技术领域中是已知的。
图14示意另一种可替代铰链200。铰链200具有用于螺栓孔34 的两个独立的凹部204，并且具有用于凹部204的两个独立的盖体208。 每个盖体208均被活动铰链212连接到基部。
优选地，在图15到图17中示意的两次注射工艺中注射模制铰链 22。关于第一次注射，利用至少两个模具件300和304限定模腔，并 且进一步利用两个可縮回型芯A(在图15中示出两个)限定每一个活动 铰链。在第一次注射期间，将形成刚性基部、铰链柱和铰链叶片的材 料308注射到模具中。型芯A防止这种材料填充活动铰链将处于其中 的空间B。在第一次注射之后，如在图16中所示，型芯A向上縮回， 并且将形成活动铰链包括铰链42的材料312注射到活动铰链42将处 于其中的、现在能够进入的空间中。在图17中部分地示出所形成的铰 链22。
用于这种工艺的注射模制机器优选地具有两个筒体，每一种材料 使用一个筒体。第一筒体与形成刚性基部、铰链柱和铰链叶片的模具 空间连通，并且第二筒体与形成活动铰链的模具空间包括上述空间B 的模具空间连通。应该理解，这种注射模制工艺能够用于制作除了马桶座圈铰链之 外的多材料物体。而且，能够使用另外的筒体注射另外的材料。
还应该理解，能够使用其它注射模制方法，诸如上述的那些。
图18到图24示意另一种可替代铰链400。铰链400具有与铰链 22共有的很多元件，并且共有元件已被给予相同的附图标记。优选地 利用与在图15到图17中所示意的工艺类似的工艺制成铰链400。
替代用于连接到环圈18以及盖14的螺丝孔，铰链叶片50和58 每一个均在其上具有延伸到环圈中的以及盖中的互补凹部405中的弓 形或者半圆形舌片404。在图24中示出盖叶片58到盖14的连接。胶 水406将叶片50紧固到环圈并将叶片58紧固到盖。每个舌片404的 一侧上均具有(见图18和图19)平行肋408，并且每个舌片404的相对 侧上均具有隆起或者凸起412的图案。每个舌片404均具有贯通的孔 隙416。肋408和凸起412接合相关凹部405的壁以在舌片404和所被 附接的环圈或者盖之间提供紧密配合，同时还留出用于胶水的空间。 凸起412和孔隙416形成胶水能够流入其中从而当胶水硬化时在舌片 404和环圈或者盖之间提供机械连接或者互锁的空间。优选的是具有这 种机械互锁，这是因为胶水可能未可靠地附着到舌片404的塑料材料。
替代单独的活动铰链54和62，铰链400具有将叶片50和58这 两者连接到铰链柱46的单一活动铰链420。活动铰链420能够由上述 材料中的任何一种制成。如在图21和图22中可见，活动铰链420延 伸到铰链柱46的顶部之上并且连接到叶片50和58这两者。在活动铰 链420和每个叶片之间的界面是非平面的(不在单一平面上)。更加具体 地，该界面具有阶梯形或者搭接设计。柔性材料到刚性材料的这种连 接增加了在两种材料之间的粘结面积并且因此降低了在界面上的应 力，从而形成更强的连接。台阶的半径有助于塑料材料在注射期间流动并且减轻了锐利角部形成的应力集中。
如在图21中可见，活动铰链420沿着其大部分长度将铰链柱从叶 片完全地分离。然而，邻近活动铰链420的相对端部，形成铰链柱46 以及叶片50和58的刚性材料层或者薄片424延伸到活动铰链420之 下并将铰链柱46连接到叶片50和58。可在图22中最好地看到薄片 424。刚性材料薄片424用于几个目的。最终形成薄片424的空间用作 塑料的流动路径，从而在注射模制工艺的第一次注射中利用刚性材料 填充(形成叶片50和58的)叶片模腔。薄片424还用于在为了第二次注 射柔性材料而关闭模具之前保持叶片50和58相对于铰链柱46的几何 位置。在最终铰链中，薄片424还为叶片50和58到铰链柱46的连接 增加了一定的强度。
活动铰链420包括邻近于叶片50的轴向延伸肋450和邻近于叶片 58的轴向延伸肋458。"轴向延伸"指的是肋450和458在活动铰链 420的相对端部之间延伸。肋450和458在第二次注射中被模制并因此 由柔性材料制成。肋450和458用作柔性唇形密封件，该密封件适应 于所附接的环圈或者盖的表面以防止一旦铰链400被组装到环圈和盖 时产生任何间隙。在图24中示出其中肋450接合环圈18的方式。
图25示意另一种可替代铰链500。铰链500具有与铰链400共有 的很多元件，并且共有元件已被给予相同的附图标记。在铰链400和 铰链500之间的唯一差异在于，铰链500的基部26在它的下表面上具 有可压縮或者柔性材料504，例如热塑性弹性体。在铰链下面的可压縮 材料层更长地将螺母和螺栓保持地更紧，并且针对马桶桶部508的陶 瓷提供更加黏性的表面，以减轻表面滑移。因此，该材料应该具有相 对于陶瓷的高摩擦系数。可压縮材料504优选地从基部26之下围绕其 整个周边稍微地延伸出来以形成唇形密封件，这有助于保持不需要的 物质到达基部26之下。
权利要求
1. 一种马桶座圈铰链，包括可连接到马桶桶部的基部，所述基部由相对刚性的材料制成；可连接到马桶座圈的叶片部分，所述叶片部分由相对刚性的材料制成；和将所述基部以枢转方式连接到所述叶片部分的活动铰链部分，所述活动铰链部分由相对柔性的材料制成。
2. 根据权利要求l所述的铰链，其中所述基部、所述叶片部分和 所述活动铰链部分被注射模制到一起。
3. 根据权利要求2所述的铰链，其中所述活动铰链部分由热塑性 弹性体制成。
4. 根据权利要求3所述的铰链，其中所述基部和所述叶片部分由 刚性热塑性塑料制成。
5. 根据权利要求1所述的铰链，其中所述马桶座圈包括环圈和盖， 并且其中所述叶片部分包括可连接到所述环圈的环圈叶片和可连接到 所述盖的盖叶片，并且其中所述活动铰链部分将所述环圈叶片以枢转 方式连接到所述基部并将所述盖叶片以枢转方式连接到所述基部。
6. 根据权利要求5所述的铰链，其中所述活动铰链部分由被连接 到所述环圈叶片和所述盖叶片的单块材料形成。
7. 根据权利要求7所述的铰链，其中所述活动铰链部分上具有邻 近于所述环圈叶片的轴向延伸肋和邻近于所述盖叶片的轴向延伸肋。
8. 根据权利要求5所述的铰链，其中所述环圈叶片和所述盖叶片每一个均具有相对端部和在所述端部之间延伸的轴向长度，其中所述活动铰链部分在所述环圈叶片的大部分长度上将所述环圈叶片从所述 基部分离，并且其中所述活动铰链部分在所述盖叶片的大部分长度上 将所述盖叶片从所述基部分离。
9. 根据权利要求8所述的铰链，其中所述铰链进一步包括邻近于所述环圈叶片的所述端部将所述环圈叶片连接到所述基部的相对刚性 的材料制成的薄片，和邻近于所述盖叶片的所述端部将所述盖叶片连 接到所述基部的相对刚性的材料制成的薄片。
10. 根据权利要求9所述的铰链，其中所述基部、所述环圈叶片、 所述盖叶片和所述薄片由单块相对刚性的材料制成。
11. 根据权利要求IO所述的铰链，其中所述活动铰链部分、所述 基部、所述环圈叶片、所述盖叶片和所述薄片被注射模制到一起。
12. 根据权利要求11所述的铰链，还包括在所述环圈叶片与所述 盖叶片中的每一个和所述活动铰链部分之间的阶梯形界面。
13. 根据权利要求1所述的铰链，其中所述基部具有下表面，所 述下表面上具有能够与所述马桶桶部接合的柔性或者可压縮材料。
14. 一种制造马桶座圈铰链的方法，所述方法包括注射模制由相 对刚性的材料制成的基部、由相对刚性的材料制成的叶片部分、和将 所述基部以枢转方式连接到所述叶片部分的活动铰链部分，所述活动 铰链部分由相对柔性的材料制成。
15. 根据权利要求14所述的方法，还包括利用带有可縮回型芯的 单一模腔，首先当型芯就位时注射刚性材料以形成所述基部和所述叶片部分，此后縮回所述型芯，并且此后将所述柔性的材料注射到由所述型芯空出的空间中以形成所述活动铰链部分。
16. 根据权利要求14所述的方法，其中所述活动铰链部分由热塑 性弹性体制成。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述基部和所述叶片部分 由刚性热塑性塑料制成。
18. —种制造工件的方法，所述方法包括注射模制由相对刚性的 材料制成的第一部分、由相对刚性的材料制成的第二部分、和将所述 第一部分以枢转方式连接到所述第二部分的第三部分，所述第三部分 由相对柔性的材料制成。
19. 一种马桶组件，包括马桶桶部； 马桶座圈；禾口将所述马桶座圈以枢转方式连接到所述马桶桶部的铰链，所述铰 链包括连接到所述马桶桶部的基部，所述基部由相对刚性的材料制成； 连接到所述马桶座圈的叶片部分，所述叶片部分由相对刚性的材 料制成；和将所述基部以枢转方式连接到所述叶片部分的活动铰链部分，所 述活动铰链部分由相对柔性的材料制成。
20. 根据权利要求19所述的组件，其中所述活动铰链部分上具有 密封地接合所述马桶座圈的轴向延伸肋。
21. 根据权利要求19所述的组件，其中所述基部、所述叶片部分 和所述活动铰链部分被注射模制到一起，其中所述活动铰链部分由热 塑性弹性体制成，并且其中所述基部和所述叶片部分由刚性热塑性塑料制成。
22. 根据权利要求19所述的组件，其中所述叶片部分具有相对端 部和在所述端部之间延伸的轴向长度，并且其中所述活动铰链部分在 所述叶片部分的大部分长度上将所述叶片部分从所述基部分离。
23. 根据权利要求22所述的组件，其中所述铰链进一步包括邻近 于所述叶片部分的所述端部将所述叶片部分连接到所述基部的相对刚 性的材料制成的薄片。
24. 根据权利要求23所述的组件，其中所述基部、所述叶片部分 和所述薄片由单块相对刚性的材料制成并且被与所述活动铰链部分注 射模制到一起。
25. 根据权利要求19所述的组件，其中所述基部具有下表面，所 述下表面上具有接合所述马桶桶部的柔性或者可压縮材料。
全文摘要
一种马桶组件，包括马桶桶部；马桶座圈；和，将马桶座圈以枢转方式连接到马桶桶部的铰链，所述铰链包括被连接到马桶桶部的基部(26)，所述基部由相对刚性的材料制成；被连接到马桶座圈的叶片部分(50，58)，所述叶片部分(50，58)由相对刚性的材料制成；和，将基部(26)以枢转方式连接到叶片部分(50，58)的活动铰链部分(420)，所述活动铰链部分(420)由相对柔性的材料制成。
文档编号A47K13/12GK101534690SQ200780038161
公开日2009年9月16日 申请日期2007年10月12日 优先权日2006年10月13日
发明者兰迪·许尔泽布斯, 加里·范德伯格, 彼德·F·碧美斯, 约瑟夫·汉德 申请人:碧美斯制造公司