本发明涉及泵，特别涉及一种安装在自行车上的手动打气筒。 现已设计了多种手动打气筒用于自行车。许多这种打气筒利用自行车架的一部分作为打气筒外壳和腔室。大多数这些打气筒的主要优点在于不必将打气筒从自行车上取下即可进行手动操作。在很多情况中，车座与带有活塞的打气筒的一个臂结合在一起，以允许打气筒活塞的往复运动。
这些类型的打气筒有一些缺点。首先，由于车架构成了打气筒的一部分，打气筒无法从自行车上取下。在许多情况中，这类打气筒有许多部件安装在焊在一起的车架构件内，若不损害自行车架或表面涂层，在修理时就很难或无法接触到这些部件。大多数自行车架采用的管材较薄，只有一般的商业级质量。这样的管材在有穿孔的区域强度削弱且容易受腐蚀，比如在安装打气筒接头部件的地方。
还有一些用于自行车的打气筒具有独立的打气筒外壳，可以从容纳打气筒的自行车架上取下。这种打气筒的主要缺点是操作时必须从自行车架上取下。
这些手动打气筒的另一个主要缺点是其压缩能力有限。实质上，所有这些打气筒采用一种柔性隔膜作为活塞密封件，当打气筒腔室吸入一部分空气时，它允许空气通过，而当打气筒腔室内压缩空气时它阻止空气跑出。然而，这种设计的最高压缩压力约100磅/每平方英寸，甚至更小，一旦超过，密封隔膜就要漏气。
一方面，本发明的手动打气筒包括一个一端封闭地打气筒腔室的外壳，一个带有位于腔室内的活塞的活塞组件，一个具有与活塞相连接的第一端及相对的第二端的连接臂，一个穿过活塞并大致沿轴向延伸的空气通道。打气筒还包括与连接臂相连接的用于以手动使腔室内的活塞作往复运动的装置;一装在活塞上的第一单向阀装置，当活塞沿第一轴向移动时该阀关闭，使腔室的封闭端内的空气被压缩，而当活塞沿轴向离开腔室封闭端时它允许空气进入腔室的封闭端;一第二单向阀装置，当活塞沿第一轴向移动时它允许空气从腔室进入空气通道，而当活塞沿相反方向移动时它阻止空气通过空气通道进入腔室。
另一方面，本发明的高压手动打气筒包括一个带有打气筒腔室的外壳，一个位于腔室内的活塞，一个与活塞相连接的用于使活塞在腔室内往复运动的手动装置，以及一个位于活塞上的单向阀装置。此单向阀组件包括一环形阀门部件以及用以容纳活塞上的环形阀门部件的沿活塞外表面周向延伸的环槽装置。环槽装置的一部分的轴向尺寸大于阀门部件的相邻部分的最大轴向尺寸，这样阀门部件的相邻部分可沿环槽装置的那部分作轴向移动，使单向阀装置开启，以允许流体通过此单向阀装置。单向阀装置还包括位于环槽装置一个轴向端面上的环形锥面阀座。当环形阀门部件座落于锥面阀座上时，单向阀装置关闭。
再一方面，本发明的自行车打气筒包括一第一细长管，其长度和外径足以使之可拆卸地装在自行车架的车座管内。它还包括一第二细长管，其长度比第一细长管短，外径比第一细长管小，第二管的长度和外径足以使之可拆卸地装在并夹持在自行车鞍座的支承夹圈内。第一管和第二管两者之一构成打气筒腔室，另一个与腔室内的活塞相连接，用以使活塞作往复运动。打气筒还包括用来将第一和第二细长管可拆开地固定在一起的装置、一个从第二细长管延伸的空气软管、以及位于空气软管开放端的一个气门接头。
附图中：
图1 为安装在自行车上的手动打气筒的第一实施例的等角视图;
图2 是图1中的打气筒从自行车上取下后的侧视图;
图3 是图1和图2中的打气筒在压缩行程中的剖视图;
图4 是类似于图3的在吸气行程中的剖视图;
图5 是图1至图4的打气筒的气阀连接件的放大侧视图;
图6 是第二实施例的打气筒在吸气行程时的剖视图;
图7 是图6中的打气筒在压缩行程时沿线7-7的剖视图;
图8 是在压缩行程时沿图7中的线8-8的横剖视图;
图9 是第三实施例的打气筒在吸气行程时的剖视图;
图10是图9的打气筒在压缩行程时的端视图;
图11是第四实施例的打气筒在吸气行程时的剖视图;
图12是图11的打气筒在压缩行程时的端视图;
图13是第五实施例的打气筒在吸气行程时的剖视图;
图14是第五实施例的打气筒在压缩行程时的剖视图。
图1至图5显示了第一实施例的安装在自行车12上的高压手动打气筒10。打气筒10用作车座支杆，将车座14连接于自行车架16。打气筒10的下端位于车架12的车座管件26内，并且用车座管件26上口部的夹圈28夹持在车架12上。打气筒10的上端插入在并夹持在车座14的车座支承夹圈30（图1）内。
参看图2，打气筒10包括一第一细长管18和一第二细长管20，第二管20比第一管18短且与之同轴。第一管18的外径足以使之可滑动地插入车架16的车座管件26内并由夹圈28（图1）夹持在车架上。最好是，管18的外径介于约7/8至1英寸之间。第一管18足够长以便适当调节车座14的高度，最好约有12英寸。
第二管20的外径小于第一管18的外径，并能可滑动地插入并夹持在车座14的车座支承夹圈30内，此外径约为7/10英寸至8/10英寸之间，第二管20的长度只要能使之插入车座支承夹圈30内就行了，所以其长度小于第一管长度，最好约为2.5英寸或更小。
装置32用来可拆开地将第一和第二细长管18和20连接在一起并防止细长管18和20相对移动或转动。装置32包括一个第一配对件或称第一平面长法兰34，它从第一管18的端径向地向外伸出。装置32还包括相同的第二个平面长法兰36构成的第二配对件，它从第二管20的一端径向地向外伸出。平面法兰互相平行以相互接合。第一和第二法兰34、36用传统方法，比如焊接68，分别固定于第一和第二管18、20。图2还示出了第一可卸紧固件42、柔性支撑件41、第二固定紧固件42以及一个其开口端48接有气门接头50的软管44。
参看图3和图4，第一细长管18构成打气筒的外壳并在其内形成了具有封闭端54的圆柱形打气筒腔室52。活塞组件56包括一个位于腔室52内的活塞58，一个具有与活塞58相连接的第一端62和第二端64的连接臂60，以及一个沿轴向延伸并穿过活塞58的空气通道66。通道66进一步穿过连接臂60。连接臂60的第二端64用适当方法，比如螺纹连接，固定连接于第二法兰部件36。第二法兰部件36又用比如焊接68的方式固定支撑第二细长管20。第二法兰部件36和第二细长管20上有用于夹紧连接臂60和手动使活塞58在腔室52内作往复运动的装置。另外还有装在活塞58上的第一单向阀装置70和沿空气通道66的第二单向阀装置88。第一单向阀装置70开启时，空气可从活塞58周围进入腔室52的封闭端54，关闭时，腔室的封闭端内的空气被压缩。当封闭端内的空气压力超过空气通道内的压力时，第二单向阀装置88开启，在封闭端54内被被压缩的空气进入空气通道66;当空气通道内的压力超过封闭端54内的压力时，第二单向阀装置88关闭，以阻止空气从空气通道66进入腔室52。
第一单向阀装置70包括一个环状O形圈阀门部件72和位于活塞58上的用来接纳环状阀门部件72的环槽装置。环槽装置包括一主槽或称第一槽74和一对辅助槽84。主槽74沿活塞58外表面周向延伸并接纳环状阀门部件72。主槽74对称于至少一个径向平面以及所有轴向平面，其轴向尺寸大于环状阀门部件72的最大轴向尺寸，以允许阀门部件72沿主槽74作轴向移动。活塞58是由第一和第二环状部件76和78构成的，环状部件76、78用螺纹连接在连接臂64的第一端62上。环状部件76的一端直径减小，构成主槽74的底。部件76的其余部分直径较大，构成限定主槽74的一侧或一端的环槽脊面83。另一个环状部件78具有靠在并朝向第一部件76小直径端的锥面82。锥面82构成了环状阀门部件72的阀座。锥面82位于环槽装置的离腔室52的封闭端54远的那一端。阀座82和环槽脊面83将O形圈72保持在主槽74内和活塞58上。两个相对的辅助84沿着主槽74下面的第一环状部件76的圆周表面轴向地延伸，并构成了穿过环槽脊面83的通道。这些辅助槽84构成了一部分环槽装置，其形状使得当阀门部件72沿主槽74从阀座表面82移开时，空气能通过环状阀门部件72下方的第一单向阀装置70并通过活塞58。当活塞58作离开腔室52的封闭端54的运动时就会发生这种情形。
软管44的第一端46利用一个环形塞件86穿过臂60，塞件86把软管46的这一端夹在此塞件和连接臂60的内表面之间。塞件86的外表面经精加工，比如车出螺纹，以更牢地扳抓住软管44的第一端。软管44的第一端与活塞组件56及第二管20固定连接，并与活塞58内的空气通道相通。
参看图4，塞件86形成了位于空气通道66内的第二单向阀装置88的一端。第二单向阀装置88的其余部分有一内腔90，它形成于第一环状部件76内，还有一构成单向阀装置88的阀座的O形圈92，以及一个可运动的阀门部件或球94。
图3还显示了用于将第一和第二细长管连接在一起的装置32。装置32包括第一和第二法兰34、36，第一和第二紧固件40、42，一个穿过第一法兰部件34的光孔96，一个穿过第二法兰部件36的螺纹孔98。螺纹孔98和光孔96对准，以接纳紧固件40的螺纹部分40a，从而将相配的第一和第二法兰34和36可拆开地固定在一起。第二紧固件42是一个铆钉，它在管18和20的与第一紧固件40径向相对的一侧穿过第一法兰34并固定在其上。当法兰34、36转到使孔96和98对齐时，铆钉的一部分插在开口36a里，此开口36a开在第二法兰36的一端。铆钉42的头部42a和第一法兰34阻止了第二法兰36的相对轴向移动，从而将管18、20固定在一起。在管18、20相对两侧的第一和第二紧固件40、42防止打气筒在法兰34、36处发生弯曲。
第一细长管18的远离封闭端54的开口端可用一个第三环状部件100部分地封闭，此部件100有中心孔102，使臂60的第二端64从第一管18中伸出，还有一个辅助孔104，使空气可自由进出第一管18。部件100可防止灰尘进入第一管18，并可为臂60提供一部分支撑和导向。
图5显示了气门连接件50的一种较好的结构。连接件50安装在软管44第二端48上，它包括中央管状部件106，部件106的锥形外表面108的一端塞入软管44的端部48中。紧固件112夹在端部48上，这样中央部件106的一端就将连接件50固定在软管上。一螺纹套管114可旋转地支撑在中央部件106另一端的环肩上。螺纹套管114的尺寸适于拧在常规的气门杆上，以将软管44连接于气门杆。还有一个O形圈密封垫118。可以注意到，与常规气门连接件不同，本发明的连接件50没有用来压下气门杆内的空气阀的中心杆或其它实体结构。这是因为打气筒10能使空气足够压缩，从而不必直接接触气门就能推压气门。
打气筒10的管18、20可用一定尺寸的适当材料制成，比如用1018至1027软钢无缝钢管，其壁厚约为50密耳（0.05英寸），这样打气筒10就可用作支撑常规车架16上的常规车座14的座杆。
使用打气筒10时，将软管44从存放袋15（图1）取出，然后将气门连接件50与常规的带螺丝的气门杆相连接。从第二法兰36上拧下紧固件40，旋转管18和20以使铆钉42从法兰36上松开。仍旧固定在车座14上的第二管20可通过提高或放低车座14而上升或下降，而打气筒仍安装在自行车12上以使活塞58沿腔室52往复运动。使用后，可将铆钉42与开口36a相配合，紧固件40的螺纹部分可再次穿过光孔96拧入螺纹孔98，以使第一和第二管18、20固定在一起。
打气筒10可作为车座撑杆安装在各种常规尺码的自行车上或从车上取下，而不必改装自行车或车座。
图3显示了在压缩行程中第一和第二单向阀装置70、88的位置，此时活塞组件56沿第一轴向朝第一管18内并向腔体52的封闭端54移动。图4显示了在反向运动的吸气行程时两个单向阀装置70、88的情形，此时活塞58沿相反方向移动。
参看图3和图4，在压缩行程中，活塞58使第一单向阀装置70关闭，腔室52封闭端54内的空气得到压缩。O形圈阀门部件72在活塞58向封闭端54移动时在腔室52内壁上轻微移动，抵靠在锥面阀座82上，从而关闭第一单向阀装置使腔室封闭端密封。随着活塞继续移动，O形圈受腔壁的摩擦阻力的拉动并受到进一步压缩的空气的作用而紧靠在阀座82上移动。阀座82的锥面使O形圈72径向向外扩张并进一步与腔室52的内表面紧密接触。随着活塞58所压缩的空气压力的增高时，O形圈72被更有力地压在阀座82上并进而进入阀座82的锥面和腔室52内表面之间的狭窄缝隙120内。这增加了密封效果，并使打气筒将空气压缩到至少约200磅/每平方英寸的压力。
第一管18构成了外壳和圆柱形打气筒腔室。第一管18的最佳外径必须足够大，以便将此管夹持在车座管夹圈28内，而通过采用装在第一细长管内的第二细长管（未示），可以减少圆柱形腔室的直径，从而减少腔室52的横截面积和必须施加在活塞组件上以实现预定压缩的总的力。
在压缩行程中，第二单向阀装置88的阀门球体94最后在压缩空气压力超过空气通道66内的空气压力时在压力作用下离开O形圈92，使压缩空气得以从腔室52进入空气通道66。
在吸气行程中，活塞58向相反方向移动。O形圈阀门部件72与腔室52内壁之间的摩擦力使部件72从锥面阀座82上移开并在轴向延伸的环槽84上移动，从而使从孔104进入的空气从活塞58圆周间隙经过并穿过辅助槽84进入腔室封闭端54。同时，空气通道66内的压缩空气和/或封闭端54内形成的任何真空度使球体94座落到O形圈92上，从而防止空气穿过空气通道66进入腔室52。
虽然不是非常需要，也可以用一个非弹性环状阀门部件，比如用聚四氟乙烯或尼龙制成，以及一个可弹性变形的锥面阀座82。当阀门部件72受到腔室52内的压缩空气的作用而抵靠在阀座82上密封了环形缝隙120时，此阀门部件72径向向外扩张而与腔室52的内表面接触。
图6-8以不同视图显示了打气筒10的活塞组件56′的第二种结构。此活塞组件56′包括一个整体活塞77′和一个用于将连接臂60′和软管44的第一端连接于活塞77′的改进的环形塞件86′。部件77′、60′、44和86′的尺寸适于相互间形成压紧摩擦配合，以使管44的第一端及臂60′的一端固定在环形塞件86′和活塞77′的同心凸肩之间。
图6-8中的实施例包括一改进的第一气阀装置70′。改进的气阀装置70′包括带有位于活塞77′外周面上的主槽74′的环槽装置，还有一个位于活塞77′上并形成主槽74′一端的截头锥形阀座82′，以及由弹性O形圈构成的环状阀门部件72。位于活塞77′端部的两个径向相对的环槽面83′构成了环槽脊面装置。位于锥形阀座82和环槽脊面83′之间的主槽74′的轴向长度稍大于O形圈72的轴向长度。在两个对称的位置上，主槽74′在两环槽脊面83′之间沿活塞77′轴和延伸到活塞77′的接近封闭端54的那一端形成辅助槽84′。辅助槽84′的轴向长度大于靠在其上的O形圈阀门部件72的最大轴向长度。
图6显示了在吸气行程时活塞组件56′的动作。当活塞组件56′作离开封闭端54的运动时，辅助槽允许O形圈阀门部件72的相靠部分沿着环槽装置的那些对应部分轴向移动。在此运动中，由于与由第一管18所构成的腔室52的内圆柱表面的摩擦接触和/或由于第二单向阀装置88的动作而在封闭端54内所形成的部分真空度，O形密封圈72靠在辅助槽84′上的那些部分受到阻止，这使O形圈72的这些部分离开阀座82，破坏了活塞77′和腔室52内周面之间的这些区域的气封。弹性O形圈72将继续向封闭端54方向伸展直到它与活塞77′以及腔室52内周壁之间形成足够间隙以允许空气通过辅助槽84′进入腔室52的封闭端。为减小O形圈的弯曲程度，活塞77′在辅助槽84′区域的径向切槽可以比主槽74的整个周缘区域切得深，这样在辅助槽84′区域的活塞外表面和腔室52的内周面之间就可以形成较大的间隙。
如图7所示，在打气开始前，O形圈72完全位于环槽装置的主槽部分74′内。充气行程（图6）之后，伸展的O形圈72的弹性会有助于使O形圈完全进入主槽部分74′内以初步关闭第一单向阀装置70′。封闭端54内的空气被活塞77′和第一单向阀装置70′封住并被压缩。压缩空气作用在O形圈72上将它压靠到锥形阀座82上，阀座82使O形圈径向向外扩展，同时使O形圈更深更完全地进入在活塞77′和第一细长管18的内周面之间形成的环状缝隙内。图6-8的第二实施例的整体活塞与图1-5中的多件组合式活塞相比结构更简单、更有效，制造及装配的费用更低。
第三种活塞组件156（图9）包括一活塞158，活塞158的一端接纳连接臂60′的光滑端和软管44的一端。连接臂60′及软管44的端部利用具有扩张头部187的塞件186固持在活塞158的圆柱形部分179内。活塞头177是整体的，并用诸如热塑性塑料之类的易加工材料制成。第一单向阀装置170位于活塞头177外周面上的周向主槽174内，主槽174接纳如弹性O形圈之类的环状阀门部件。当活塞158沿第一轴向移动时，第一单向阀装置170使腔室52的封闭端内的空气压缩。主槽174的一侧面由圆周表面182形成，构成了O形圈的阀座。主槽174的另一轴向端有一环槽脊面183，环槽脊面183沿活塞头177整个周面延伸，但在辅助槽184所在点附近除外，辅助槽是位于主槽174的下方，并从主槽174往下延伸到活塞158的端面。环槽脊面183的这个断口在图10中看得最清楚。还有第二单向阀装置88和空气通道166。
几乎环绕整个活塞158周面的环槽面183的扩展部分和终止在辅助槽184附近的环槽脊面183的较小部分使O形圈72能轴向移过环槽脊面183因而使用时易遭损坏的那部分减到最少。辅助槽184的轴向范围较大，以致于只要O形圈72稍微离开阀座182就立刻在O型圈周边形成通往腔室52的封闭端的开口。
在图11、12所示的第四个实施例中，活塞258包括一个圆柱形部分279，此圆柱部分279接纳连接臂60′以及软管44的端部并进而接纳具有扩张头部187的塞件186。活塞258还包括一环形头部277，此环形头部277的外圆周稍小于形成腔室52的管18的内圆周，以允许空气从其周围通过。在其轴端具有一对径向向外延伸的环槽脊面283（图120的环形杆281同轴地支撑于头部277并朝向腔室52的封闭端。环槽脊面283将一环形阀门部件272保持在环形杆281上，环形杆281允许此阀门部件移向或移开活塞头277的相对端面上的平表面282。当阀门部件272被压靠到平表面282上时，在表面282和阀门部件272之间形居了一个大的密封表面区域，阻止空气通过中心开口284及杆281的外周表面。开口284大于杆281的横截面，当阀门部分272从平表面282移开时空气能从其间通过。平表面282和环槽脊面283之间的杆281的那部分构成了环槽装置的主槽，而杆281端部的平面285构成辅助槽装置。虽然本实施例没有锥面的阀座，但由于表面282形成的较大的阀座可起相似的作用。打气筒腔室52的封闭端内的空气压力越大，则作用在阀门部件272上的力就越大，它与平表面282之间的密封也就越有效。阀门部件272还包括一裙部273，此裙部273向腔室52的封闭端延伸并径向向外扩张，在厚度上递减。裙部273构成了部件272和管18的内壁之间的密封。裙部283为阀门部件272提供一个朝向腔室52封闭端的凹部。第二单向阀装置88轴向地沿着空气通道66并位于活塞组件156中。
图11-12中的实施例的好处是腔室52封闭端的空气压力迫使第一单向阀装置的环形部件272进一步紧靠在活塞258上。由于空气通过阀门部件272的中央而不是其边缘，阀门部件272可制成比已有技术中的柔性橡胶或皮革膜碗具有更大的刚性。环形阀门部件272不一定是弹性的，只要能回复原状且不易磨损就行。裙部273的轴向长度和阀门部件272朝向封闭端的凹入形状进一步有利于裙部273和管18侧壁之间的密封。
图13和图14分别显示了第五个实施例的活塞组件356在吸气和压缩行程时的情形。活塞组件356包括活塞358和连接臂60′。连接件60′的一端和空气软管44的一端接纳在一圆柱端379内，它们由环形部件186可压缩地并靠摩擦力固持在圆柱端279内。活塞385还包括一个环形头部377，后者的外圆周稍小于管18的内圆周。一轴端具有呈可折式弹簧挡圈383形式的环槽脊面装置的环形杆381同轴地支撑于头部377。弹簧挡圈383卡在杆381上的圆周环槽386内，将环形部件372挡固在活塞258上。弹性O形圈302装在围绕部件372周向延伸的环槽304内。环槽304的轴向端面有一锥形环状表面306。环形部件327有一尺寸略大于杆381径向尺寸的中心开口308，以允许空气从杆381和环形部件372之间通过。环形部件372还有从中心孔308向外扩张的另一个锥形环状表面312。一O形圈320套在杆381的根部，在那里杆381与有效地构成活塞358一部分的平表面382相交。当活塞头377压靠到环形部件372上时O形圈320接触环状锥形表面312。一第一单向阀装置370由头部377、活塞358的O形圈320、环形部件372及O形圈302组成，当活塞358沿第一轴向移动时，它使空气压缩，当活塞358相反轴向移动时，它允许空气进入腔室52（图13）。环形部件372就是这样被固持在弹簧挡圈383和活塞头部377之间的杆381上，起着一个浮动阀座的作用，而活塞头部377及其携带的O形圈320起着阀门的作用。主槽装置由位于表面382和弹簧挡圈383之间的杆381来构成。
弹簧挡圈383的一臂384和与之对称的另一臂（未示）之间的开口以及弹簧挡圈383弯曲端处的开口385允许空气即使在活塞358吸气行程中环形部件372紧靠在挡圈383上时也能通过挡圈383，并在第一单向阀装置370上构成辅助槽装置。
第二单向阀装置388轴向穿过活塞358，当活塞358沿第一轴向移动时，它允许空气从腔室52的封闭端54进入空气通道66，而当活塞358沿第二轴向移时，它阻止空气通过空气通道66进入腔室52。在此实施例中，采用了一个环形锥面阀座392。
在向上行程中，部件372开始时静止在第一管18的内周面上直到被弹簧挡圈383接触。O形圈302使部件372在活塞358上升过程中继续靠在弹簧挡圈383上。这时，空气自由通过头部377外周表面和管18的内周表面之间，通过平表面382和与之相对的环形部件372的上表面之间，以及孔308的内周面和杆381的外周面之间进入。同时，在通道66内的空气压力和/或腔室52内形成的部分真空度间作用下，第二单向阀装置388关闭。
在压缩行程中，活塞头部377向腔室的封闭端54移动直到杆381上的O形圈320接触到环形部件372上的锥面312而关闭第一单向阀装置370。活塞358向封闭端的进一步移动使空气压缩。此压缩空气作用在O形圈302上，使此O形圈靠在锥面306上，从而增加了密封效果。空气压力的增加进一步迫使O形圈320进入环状锥面312和活塞头部377的相对平表面382之间的狭缝内。球阀部件94最终在空气压力作用下离开锥面阀座392，开启第二单向阀装置388，使压缩空气得以进入空气通道66。空气压力可达150磅/平方英寸或更大。