JPH11513455A - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 作動液源をピストン・チャンバーに接続する複数のピストン・インレットと、前記インレット内に配置されたボール及び弁座をそれぞれが有する複数の逆止弁側の位置に配置されるように為されている。前記ボールに許容されている開口位置及び閉塞位置の間を移動する距離としては、前記ピストンのそのパワーストロークの開始と略一緒に逆止弁が閉塞して前記ボールが高速の閉塞速度を発生できないように為されている。膜プランジャーは膜停止部と衝突すべく設計された球状面部を含み、該衝突が前記膜停止部と前記プランジャーとの双方の縁から遠ざかった位置で生じている。絶縁リザーバがピストン往復動チャンバーに接続されて、作動液がそのピストン往復動チャンバーを完全に充填してからこの絶縁リザーバ内へ流入するように為されている。摺動弁は少なくとも１つの長尺状スコットを有するハウジングを含み、作動液の前記ピストン・チャンバー内への流入を許容している。

Description

【発明の詳細な説明】 ダイヤフラムポンプ 発明の背景 発明の分野 本発明は改善されたダイヤフラムポンプに関し、より詳細には、圧力供給状 態下で使用する改善されたダイヤフラムポンプに関する。 先行技術の説明 現在、先行技術として存在するダイヤフラムポンプは、膜、該膜の一方側で インレット路及び排出路を含むポンピング・チャンバー、作動液で満たされてい ると共に前記膜によって前記ポンプ・チャンバーから分離されているピストン・ チャンバー、並びに、前記ピストン・チャンバーの一方端を画成すると共にパワ ーストローク及びリターンストロークを画成すべく第１位置と第２位置との間を 往復移動できるピストン・アセンブリを備える。そうしたポンプが米国特許第３ ，８８４，５９８号に開示されている。動作中、ピストンは膜に向かって移動（ パワーストローク）し、該膜から遠ざかるように移動（リターンストローク）す るか、或いは、ピストン・チャンバー内に出入りするかによって、そうした往復 移動がピストン・チャンバーに満ちた作動液によって膜へ転送させられる。ピス トンは膜から遠ざかるように移動すると、膜はポンピング・チャンバーから遠ざ かるように屈曲して、その汲み上げられた流体を入口路を通じてポンピング・チ ャンバー内へ引き入れさせる。ピストンが膜に向かって移動すると、膜はポンピ ング・チャンバーに向かって屈曲して、ポンピング・チャンバー内の流体を排出 路通じて排出させる。 先行技術に係るダイヤフラムポンプは、ピストンの往復を生じさせるある種 のタイプの機構を含む。カム或いはウォブル・プレートを利用すること知られて おり、それはその中心シャフトに対して傾斜させられて、該中心シャフトの回転 がそのウォブル・プレートの往復を生じさせ、その運動をピストンに転送してい る。ウォブル・プレート機構は、典型的には、作動液で満たされた封止コンパー トメント内のピストン・アセンブリに隣接して配置させられている。このように して、作動液はピストン・アセンブリ用の作動液源としての役割をも果たす一方 で、ウォブル・プレート機構を潤滑している。 先行技術に係るダイヤフラムポンプは作動液源からピストン・チャンバーへ のインレットをも含む。典型的には、ある種の再ロード逆止弁がそのインレット 内に配置されて、ピストン・チャンバー内の圧力が作動液源内の圧力よりも小さ い場合にピストン・チャンバーへの作動液の流れを許容し、ピストン・チャンバ ー内の圧力が作動液源内の圧力よりも大きい場合、作動液のピストン・チャンバ ー内への流れを防止している。このようにして、再ロード逆止弁はパワーストロ ークの際に閉塞され、リターンストロークの少なくとも一部の期間中に開口され て、パワーストロークの際にピストンとピストン・ハウジングとの間で失われた ピストン・チャンバー内の作動液を補給させている。 典型的には、摺動弁もこれら先行技術に係るダイヤフラムポンプには利用さ れて、作動液源からピストン・チャンバー内への作動液の流れを、ピストン及び 膜の相対位置に基づき規制している。摺動弁は膜に連結されたシリンダを含み、 シリンダ・ハウジングに向けてバイアスされているピストンの対応するシリンダ ・ハウジング内に配置されている。ピストンのシリンダ・ハウジングは、作動液 インレットとシリンダとの間に位置決めされた円形ポート又は円形穴を含む。ピ ストン・チャンバー内における作動液の変動量によるピストンと膜との間の相対 的移動に基づき、摺動弁は、シリンダ・ハウジング・ポートが開口して作動液の ピストン・チャンバー内への流入を許容する開口位置と、膜に連結するシリンダ がそのポートを塞いで作動液のピストン・チャンバー内への流入を防止する閉塞 位置との間に変動する。 これら先行技術に係るダイヤフラムポンプにおけるピストン・アセンブリは 、ピストン・チャンバー内に膜と隣接して配置される膜停止部を含む。この膜停 止部は、膜のピストンへ向かう戻り移動を制限すべく位置決めされており、圧力 供給状態下でポンプが動作しているときのパワーストローク中に失われた作動液 を ピストン・チャンバーで補給させることを可能としている。膜は当該膜に連結さ れた膜プランジャーを含み、ポンプが圧力供給状態下での作動の際にこの膜プラ ンジャーが膜停止部と接触する。このようにして、圧力供給下でのリターンスト ローク中、リターンストロークを完了すべくピストンが更なる距離を移動続けて いる一方で、膜プランジャーは膜停止部に接して、該ピストンへ向かっての膜の 移動を停止する。これによって、ピストン・チャンバー内の圧力を、作動液源内 の圧力以下に降下することと共にポンピング・チャンバー内の圧力以下に降下す ることを可能としている。この時点で、再ロード逆止弁が開口して、もし必要で あれば、ピストンがそのパワーストロークを開始する前にピストン・チャンバー 内の作動液の補給を可能している。留意して頂きたいことは、リターンストロー クの完了に及んでのピストンの位置は下死点と云われることである。 以上説明したこれらの先行技術は、元々は、汲み上げられる流体が加圧下に ない真空供給状態用に設計されていた。作動中、これら先行技術に係るダイヤフ ラムポンプは真空状態下で充分に作動していた。また、これら先行技術に係るポ ンプは汲み上げられる流体が加圧下で供給される圧力供給用途にも利用されてい た。圧力供給状態下での実際の作動では、しかしながら、これら先行技術に係る ポンプは数多くの問題を経験する。これらの問題で、先行技術に係るポンプが通 常（真空供給）状態下のポンプの予想寿命の約５％だけでポンプ欠損に経る点ま でに、圧力供給状態下でポンプ寿命及び性能を著しく低減するに至る。 先ず、上述したように、膜は圧力供給状態下での各リターンストローク中に膜 停止部と衝突する。これら先行技術に係るダイヤフラムポンプの膜プランジャー は、該プランジャーの線形衝突面が膜停止部の線形衝突面と平行するように設計 されている。これによって、衝突の力がプランジャー及び膜停止部の衝突面全体 に沿って均一に分布することを可能としていた。しかしながら、実際の作動中、 プランジャーは、しばしば、膜の柔軟性又は可撓特性のために膜停止部と正確に 平行とならない変動角度で該膜停止部と衝突する。更には、製造許容差が各パー ツが完全に符合するようになることを排除している。実際間題として、プランジ ャー及び膜停止部の衝突面が密接に平行して、それら面全体に沿っての均一接触 を確保するように製造することは実現可能ではない。むしろ、これら面の製造は 、 プランジャー衝突面の傾斜が、しばしば、膜停止部の対応する傾斜よりも急峻と なったり浅くなったりするように流動的である。 プランジャーが膜停止部と中心を外れて衝突したり、或いはプランジャー又 は膜停止部の衝突面が平行でなく製造されたりする結果、プランジャーが平行で ない変動位置で膜停止部と衝突する。特に、プランジャー及び膜停止部が衝突し て、それによって、その衝突力が、例えば膜停止部の内側縁やプランジャーの外 側縁等の可能性ある接触点としての極端な限界箇所に集中する。時間を経て、こ うした極端な縁に集中されたプランジャー・膜停止部間の繰返し接触は、膜停止 部の内側縁或いはプランジャーの外側縁の欠け又は削れに至らしめる。 ピストン・チャンバーは全体的に封止されているので、膜停止部の内側縁或 いはプランジャーの外側縁からのこうした削りかす又はごみはピストン・チャン バーから逃れる術が全くなく、よってピストン・チャンバー内を動き回って、ビ ストンやピストン・ハウジング等のピストン・アセンブリの様々な構成要素と接 触する。これはピストン・アセンブリの甚大な劣化を招き、ポンプの有効寿命を 低減する。これはポンプを完全な故障に至らしめることすらあり得て、もし削り かすがピストンとピストン・ハウジングとの間に留った場合にはピストン共々ロ ックさせてしまう。留意すべきことは、膜停止部及びプランジャーの削りかすに 関するこの問題は、図３に示されるようなリターンストローク中、膜プランジャ ーが膜停止部と通常接触しないので真空供給状態下ではあり得ない。 これら先行技術に係る圧力供給状態下でのダイヤフラムポンプに関しての他 の問題は、パワーストローク中のピストン・チャンバー内における過剰圧力の蓄 積に関する。図１９に示されるグラフは、先行技術に係るダイヤフラムポンブに おける、圧力供給状態下でのパワーストローク中のピストン移動に対する、ピス トン・チャンバー内の圧力蓄積（ラインＡ）を示す。パワーストローク中のピス トン速度もこのグラフ上に示されている（ラインＢ）。このグラフに示された特 定ポンプの場合、パワーストローク中の予想圧力は約１，０００ｐｓｉ（ポンド ／平方インチ）である。グラフで示されているように（ラインＡ）、ピストン・ チャンバー内で経緯する実際の圧力は約３，０００ｐｓｉ又は予想圧力の３倍ま での複数の圧力ピークを含む。圧力供給下のポンプ作動中、これらの極端な圧力 振動は、真空供給状態下よりも、相当より速い率でピストン・アセンブリ構成要 素を著しく劣化しがちである。 圧力供給状態下におけるピストン・チャンバー内のこの過剰な圧力蓄積の原 因に関しては幾つかの説明がある。第１として、再ロード逆止弁の閉塞時間が、 パワーストロークの始動中に圧力蓄積を顕著に引き起こす。上述したように、膜 プランジャーが膜停止部に衝突し、ピストンが追加的な制限された距離を移動し てリターンストロークを完了した後にだけ、ピストン・チャンバーは圧力供給状 態下でその作動液を補給することができる。これによってピストン・チャンバー が作動液源内のレベル（大気圧）以下まで減圧させられる。この制限された期間 中、パワーストローク中とリターンストロークの殆どの期間中に既に閉じられた 再ロード逆止弁が作動液源からの作動液によって開口され、ボールをその開口位 置まで駆動する。作動液はそのボール回りから作動液インレットへ流れてピスト ン・チャンバー内へ入って、パワーストローク中に失われた全ての作動液を補給 する。ピストン・アセンブリがリターンストロークの終端に到達すると、ピスト ンは、再度、前方へ移動し始め、ピストン・チャンバー内の作動液は作動液イン レットを通じて逃れようとして再ロード逆止弁のボールをその弁座に対して付勢 し作動液インレットを閉じる。ボールが開口位置から閉塞位置に移動するまで、 ピストン・チャンバー内の圧力はその蓄積をピストンがそのパワーストロークを 始めるように開始することができない。留意されるべきことは、ボールが開口位 置から閉塞位置まで移動する距離は、図８で参照されるようなボール・リフトと 呼称される。 再ロード逆止弁が開口している時間は、圧力供給状態下、相対的に短いので 、これら先行技術に係るダイヤフラムポンプにおける再ロード逆止弁は、パワー ストローク中に失われた作動液を完全に補給するべくピストン・チャンバー内へ の充分な作動液流量の確保を充分に満たすようなボール・リフトを伴って設計さ れてきた（図８を参照のこと）。しかしながら、ピストン・チャンバーの再ロー ド完了を確保するために充分なボール・リフトを設計することによって、再ロー ド逆止弁のための閉塞時間が、再ロード逆止弁が閉塞する前のパワーストローク 中にピストンがその最大速度の顕著な部分を達成すべく加速を始めるように為さ れ ている。図１９におけるグラフに示されるように、ピストンがその最大速度の約 ３０％に到達すると共にウォブル・プレートの入力シャフトがパワーストローク の約１／１０を既に回転するまで、再ロード逆止弁は閉塞せず且つピストン・チ ャンバー内に圧力蓄積を許容しない（ラインＢ）。換言すれば、ピストン速度は 再ロード逆止弁が閉塞する前に急激に増大してから圧力蓄積が開始し得る。再ロ ード逆止源が閉塞するまで、ピストン・チャンバー内の作動液は圧力蓄積を何等 経験せず、略ゼロ速度である。ひとたび再ロード逆止弁が閉じれば、既に加速し ているピストンがピストン・チャンバー内の作動液本体に「ドン」とぶつかり、 圧力蓄積を開始する。圧力蓄積が始まるときにピストンの増大している速度によ り、ピストン・チャンバーは圧力に関して苛酷な振動を経験する。この苛酷な複 数の圧力振動又は「圧力リング」は、図１９におけるグラフに示されるように、 パワーストローク中にピストン・チャンバー内で予想される圧力の３倍以上のピ ーク圧力に達する。 これらの圧力リングの苛酷性を際立たせる役割を果たす他の要因は、ピスト ン・チャンバー内への空気の導入から生ずる。もし、ピストン・チャンバー内で 失われた作動液を再ロードすべくそれがピストン・チャンバー内へ流入する際に 、作動液源内の作動液が何等かの空気と混合されていると、またこれがパワース トローク中の圧力蓄積に影響することになる。ピストンがそのパワーストローク を開始して、再ロード逆止弁が閉じた後、ピストンはピストン・チャンバー内に 作動液の圧力蓄積を開始することができる。しかしながら、もしピストン・チャ ンバー内に作動液と混合された空気が存在すれば、パワーストローク中のピスト ンの移動は、作動液の圧力蓄積を始めることができて実質的に非圧縮性物質とな す前に、先ず空気を圧縮して高圧縮性物質とする。よって、ピストン・チャンバ ー内に含まれる何等かの空気を圧縮するためにかかる時間が、ピストンがそのパ ワーストロークを開始してから圧力蓄積が始まるまでの遅延を増大する。この追 加された遅延によって、圧力蓄積が始まる前にピストン速度を更に一層増大する ことが可能となって、それはパワーストローク中のピストン・チャンバー内で経 験される複数の圧力リングの苛酷性を増大する。 空気と混合された作動液の問題は、作動液源の配置から生ずる。上記で議論 したように、作動液はピストン・アセンブリに隣接したチャンバー内に取容され ており、それは往復動機構又はウォブル・プレートをも格納している。典型的に は、このチャンバーは作動液で充填されて、そのウォブル・プレート機構全体が 覆われている。しかしながら、特定量の自由空気が作動液の上面とウォブル・プ レート・チャンバーの上部との間に存在している（図１７参照）。これが必要な 理由は、ウォブル・プレート機構の作動に及んで作動液が加熱すると、作動液が 作動液充填チューブにおける通気孔から溢れ出すことなしにウォブル・プレート ・チャンバー内で膨張する余地を有するためである。 ポンプの作動中、ウォブル・プレート機構はウォブル・プレート・チャンバ ー内の作動液を強力に攪拌して、該チャンバー内に存する何等かの自由空気と混 合することになる。その結果、ウォブル・プレート・チャンバー内に作動液と空 気との泡立った混合物が生ずる。ウォブル・プレート・チャンバーからの作動液 はピストン・チャンバーを再ロードすべくインレットに入ると、この圧縮性の作 動液-空気の混合物がピストン内へ流入して、ピストン・チャンバー内に空気を 閉じ込めてしまって上述したような効果を生ずる。 圧力供給状態下の先行技術に係るダイヤフラムポンプでの他の重要な問題は 、再ロード逆止弁内におけるボールの弁座に対する衝突に関する。上記で議論し たように、圧力供給状態下、パワーストローク中と、膜が膜停止部と衝突するま での殆どのリターンストローク中、再ロード逆止弁は閉塞し、そして、ピストン がリターンストロークを完了すべく更なる短い距離を移動する。この短い期間の 間、再ロード逆止弁は開口して作動液をピストン・チャンバー内へ許容し、ピス トンがそのパワーストロークを開始すると迅速に閉塞する。再ロード逆止弁のボ ールは開口位置まで駆動されて、弁座の内側縁に当接すべく直ちにその閉塞位置 まで戻されるように付勢される。（図８及び図９１参照）。これら先行技術に係 るダイヤフラムポンプの典型的な再充填時間は約０．００５秒である。再充填の ためのこの短い時間のため、再ロード逆止弁のボールは弁の開口及び閉塞の双方 において高速度まで進展する。特に、圧力供給状態下のボールの場合の閉塞速度 は弁座及びボールの損傷に至る程に充分に高速である。ボールがこうした高速度 に達し得る理由としては、一部には、上記で議論したように完全な再ロードにと って 充分な流量の作動液を許容する程に充分に大きなボール・リフト距離にある（図 ８及び図９参照）。ボールの高速閉塞速度は、ボールと弁座の内側縁との間の強 力な衝突力となる（図８参照）。これは、弁座の内側縁の欠け又は削れと共にボ ールの損傷を生ずる。膜停止部の欠け又は削れと同様に、弁座の内側縁からのこ うした欠け又は削れは、こうした欠け又は削れを逃す手段が何等存しないピスト ン・チャンバー内へ作動液によって移送される。こうして、弁座からのこれら欠 け又は削れは長期にわたってピストン・チャンバー内に定住して、様々なピスト ン構成要素の損傷を引き起こす。 図８に示されるように、これら先行技術に係るダイヤフラムポンプの再ロー ド逆止弁としては、ボールが弁座の内側縁と衝突してその弁を閉塞するように設 計されている。弁座はその内側縁に向かって僅かに傾斜して、ボールをその弁座 の内側縁に向かうように仕向ける一方で、図９に示されるように、作動液再ロー ドにとって充分な流量をボール回りに許容している。相対的な大きなボール・リ フトによって、ボールは、開口位置と閉塞位置との間を駆動されると、再ロード 逆止弁内を動き回ることもできて、弁座の内側縁と変動する角度で衝突し得て、 弁座の欠け又は削れを増大する結果となる。 こうした先行技術に係るダイヤフラムポンプに係る更なる問題は、圧力供給 状態下の作動液の部分的な再ロードに関わる。上記で議論したように、再ロード 逆止弁は充分なボール・リフトを具備して設計され、再ロードの短い期間中にピ ストン・チャンバー内へ充分な流量の作動液を提供する。しかしながら、実際の 作動に際してこうしたポンプは圧力供給状態下に部分的再ロードのみが生ずるよ うに大雑把に動作しがちである。これは、作動液インレットをピストン・チャン バーに接続するピストンのシリンダ・ハウジングにおける円形ポート又は円形開 口のためであると信ぜられる（図１５参照）。このポートの円形状は、圧力供給 状態下で完全な再ロードが達成されることを確保すべくピストン・チャンバー内 へ充分な流量を許容しない。部分的な再ロードは、ピストンがポンピング・チャ ンバーに向かって最大変位を移転されないので、ポンプにとっての流量搬送の損 失となる。留意されるべきことは、部分的な再ロードが真空供給状態下では問題 とならず、それはピストン・アセンブリがリターンストロークの全長を通じて作 動液を再ロードするからである。 他の間題は中間圧力流量状態下でのポンプ流量に関する。実際の作動におい て、これら先行技術に係るダイヤフラムポンプは中間圧力供給でポンプ流量の点 に関して降下を経験する。これは、再ロード逆止弁の閉塞時間によって生ずるも のと信ぜられる。再ロードのために充分な作動液流量を確保すべく要求される相 対的に大きなボール・リフトのために、閉塞時間が、再ロード逆止弁が閉塞可能 となる前に、作動液の大きな部分がピストン・チャンバーから逃れて作動液源内 へ向かうインレットに戻すように為されている。これはパワーストローク中のピ ストン・チャンバー内の作動液量を低減し、それによって膜によるポンピング・ チャンバーの変位を低減する。これは中間圧力供給状態下でのポンプの流量を低 減することになる。 必要とされていることは、圧力供給状態下での使用のための改善されたダイ ヤフラムポンプであり、パワーストローク中に圧力蓄積に伴ってのピストン・チ ャンバー内での苛酷な圧力振動を最少化し、ピストン・チャンバー内でのごみの 量を最少化すべく再ロード逆止弁損傷や、膜停止部或いはプランジャー損傷を一 層削減する一方で、ポンプの最大効率を維持すべくピストン・チャンバーに対す る作動液の完全な再ロードを確保することである。 発明の概要 本発明は、圧力供給条件下での使用のための改善されたダイヤフラムポンブ を提供することであり、往復移動に適合されたピストン、可撓性膜、前記膜の一 方側におけるポンピング・チャンバー、前記膜の他方側におけるピストン・チャ ンバー、前記ピストン・チャンバーに接続されて該ピストン・チャンバー内への 作動液を許容する作動液源、前記膜に対しての前記ピストンの運動を転送する役 割を果たす前記ピストン・チャンバー内の作動液、並びに、ピストン往復動機構 を備えるダイヤフラムポンプを提供することである。 本発明の１つの局面に従えば、ピストン・アセンブリは前記作動液源を前記 ピストン・チャンバーに接続する複数のピストン・インレットと、それぞれが前 記インレット内に配置された複数の逆止弁とを含む。逆止弁は、好ましくは、ボ ール及び弁座を有するボール弁であり、該ボール弁が閉塞位置と開口位置との間 を移動可能であって、該ボール弁が閉塞位置にある際に前記ボールが前記弁座に 当接関係に配置されるように為される。前記弁座は前記作動液インレット内側へ 向かって傾斜させられた円錐区域を含むと共に、前記インレットに隣接する内側 縁を有する。その円錐区域の傾斜が、ボールが閉塞位置にある際にボール及び弁 座の間の正接接点がその円錐区域上における前記弁座の内側縁から外側の位置に 配置されるように為されている。更に、ボールが開口位置及び閉塞位置の間を移 動すべく許容された距離は、ボール弁がピストンがそのパワーストロークを始め るのと略一緒に閉じ、ボールが開口位置から閉塞位置まで移動する際に高速の閉 塞速度を発生できないように為されている。 本発明の他の局面に従えば、ピストン・アセンブリは内側縁部を有する膜停 止部を含み、これがポンピング・チャンバーから遠ざかる膜の移動を制限してい る。膜プランジャーが好ましくは設けられて、これが圧力供給状態下でのピスト ンのリターンストローク中に膜停止に接触する。このプランジャーは球状面部を 含んで、該球状面部が膜停止部に、該膜停止部の内側縁から外側であり且つブラ ンジャーの外側縁から内側である位置で衝突し、脆弱な縁で接触することを防止 して、摩滅ごみのソースを削除している。 ダイヤフラムポンプは、好ましくは、ピストンに隣接したピストン往復動チ ャンバーを含み、該ピストン往復動チャンバー内には作動液源が配置されている ポンプは、好ましくは、そのピストン往復動チャンバーに隣接すると共にこれに 接続された絶縁リザーバを含んで、作動液がピストン往復動チャンバーを完全に 充填からその絶縁リザーバ内へ流入して、該絶縁リザーバ内で作動液の上方面を 形成している。 本発明の他の局面に従えば、ピストン・アセンブリは膜及びピストンの間の 相対移動に応じて作動液源からピストン・チャンバー内への作動液の流量を制御 するための摺動弁を含む。この摺動弁は膜と接続するシリンダ弁と、ピストンと 接続されて内部にそのシリンダ弁を受入れるに適合するシリンダ弁ハウジングと を含む。このシリンダ弁ハウジングはシリンダ弁に隣接して配置する少なくとも １つの長尺状スロットを含んで、これが作動液のピストン・チャンバー内への流 入を許容している。 上述した特徴及び長所は、新規性ある他の様々な長所及び特徴と共に、本出 願の一部を形成する本出願の請求の範囲に詳細に指摘されている。しかしながら 、本発明のより良好な理解のために、その長所やその使用によって得られる目的 は本出願の更なる一部を形成する図面と、本発明の例示的且つ解説的な好適実施 例がある添付の記述とを参照すべきである。 図面の簡単な説明 図１は、圧力供給状態下、リターンストローク完了時点且つパワーストロー ク直前（下死点）での第１位置にあるピストン及び膜を具備する、本発明の原理 に従ったピストン・アセンブリの断面図である。 図２は、圧力供給状態下、パワーストローク完了時点で且つリターンストロ ーク直前でのピストン及び膜を具備する、図１に示されたピストン・アセンブリ の断面図である。 図３は、真空供給状態下、リターンストローク完了時点且つパワーストロー ク直前での第１位置にあるピストン及び膜を具備する、図１に示されたピストン ・アセンブリの断面図である。 図４は、真空供給状態下、パワーストローク完了時点で且つリターンストロ ーク直前でのピストン及び膜を具備する、図１に示されたピストン・アセンブリ の断面図である。 図５は、閉塞位置に示されたボール弁を具備する、本発明の原理に従ったビ ストン・アセンブリの断面図である。 図５Ａは、図５に示されたボール及び弁座の拡大断面図である。 図６は、開口位置に示されたボール弁を具備する、図５に示されたピストン ・アセンブリの断面図である。 図７は、ボール弁の配置を示している、図５に示されたピストン・アセンブ リの上面図である。 図８は、閉塞位置にあるボール弁を示している、先行技術に係るダイヤフラ ムポンプの部分的なピストン・アセンブリの断面図である。 図９は、開口位置にあるボール弁を示している、図８に示された部分的なピ ストン・アセンブリの断面図である。 図１０は、本発明の原理に従った膜プランジャーの断面図である。 図１１は、先行技術に係るダイヤフラムポンプの膜プランジャーの断面図で ある。 図１２は、膜停止部と接触している膜プランジャーを示している、図１のピ ストン・アセンブリにおける一部の断面図である。 図１３は、図１２の膜プランジャー及び膜停止部における一部の拡大断面図 である。 図１４は、本発明の原理に従ったシリンダ弁ハウジングの断面図である。 図１５は、先行技術に係るダイヤフラムポンプのシリンダ弁ハウジングの断 面図である。 図１６は、本発明の原理に従ったダイヤフラムポンプの断面図である。 図１７は、先行技術に係るダイヤフラムポンプの断面図である。 図１８は、本発明の原理に従ったダイヤフラムポンプのピストン・チャンバ ー内での圧力（ラインＡ）と、圧力供給状態下でのパワーストロークを通じての ウォブル・プレートにおける入力シャフト回転の関数としてのピストン速度（ラ インＢ）とのグラフである。 図１９は、先行技術に係るダイヤフラムポンプのピストン・チャンバー内で の圧力（ラインＡ）と、圧力供給状態下でのパワーストロークを通じてのウォブ ル・プレートにおける入力シャフト回転の関数としてのピストン速度（ラインＢ ）とのグラフである。 図２０は、圧力供給状態下での幾つかのピストン・サイクルを通じてのウォ ブル・プレートにおける入力シャフト回転の関数としての、先行技術に係るダイ ヤフラムポンプのピストン・チャンバー内での圧力のグラフである。 図２１は、圧力供給状態下での幾つかのピストン・サイクルを通じてのウォ ブル・プレートにおける入力シャフト回転の関数としての、４つのピストン・イ ンレット及びボール弁内の低減されたボール・リフトで変更されたダイヤフラム ポンプのピストン・チャンバー内での圧力のグラフである。 図２２は、圧力供給状態下での幾つかのピストン・サイクルを通じてのウォ ブル・プレートにおける入力シャフト回転の関数としての、本発明の好適実施例 の全てを含むように変更されたダイヤフラムポンプのピストン・チャンバー内で の圧力のグラフである。 図２３は、圧力供給状態下でのパワーストロークを通じてのウォブル・プレ ートにおける入力シャフト回転の関数としての、本発明の原理に従ったダイヤフ ラムポンプにおける下死点から遠ざかるピストン位置とピストン速度とのグラフ である。 発明の詳細な説明 同様要素が全般的に同等に番号付けされている図面で参照されるように、好 適実施例の説明が提供されている。図１６において、本発明の原理に従ったダイ ヤフラムポンプの断面が１０で示されている。 図１で参照されるように、本発明のダイヤフラムポンプは、米国特許第３， ８８４，５９８に記載されたタイプの高圧の液圧的に平衡化された多重ピストン 型ダイヤフラムポンプに適用されるピストン・アセンブリを含む。本発明の装置 は、第１位置と第２位置との間の移動可能なピストン・アセンブリ、ピストン・ アセンブリの移動に応じて第１位置と第２位置との間を移動可能な膜アセンブリ 、並びに、膜の移動に応じてポンプで汲み上げられた汲み上げ流体をインレット 路を介してポンピング・チャンバー内へ引き入れ、排出路を介しての排出を付勢 するポンピング・アセンブリを含む。より詳細には、ピストン・アセンブリは、 端部区域２２と、該端部区域２２と一体的に形成され且つ該端部区域の外側縁か ら下方へ延出するピストン・スリーブ区域２４とを含む相対的に円筒形のピスト ン２０を備える（図１参照）。基部区域２６がシール３０によって封止されるよ うにピストン・スリーブ２４の内側面に連結されて、当該基部区域２６が端部区 域２２及びスリーブ区域２４を伴って移動可能となっている。ピストン２０はピ ストンシリンダ１６内に摺動可能に嵌合しており、該ピストンシリンダがポンプ ・ケージング１２と一体的に形成されていると共に、該ピストンシリンダの内側 円筒面がピストン・スリーブ区域２４の外側円筒面と接近して、ピストン２０の 往 復の際、スリーブ区域２４の外側面とピストンシリンダ１６の内側面との間にピ ストン２０によって部分的に画成されたピストン・チャンバー３４からの作動液 の流れを実質的に防止している（図１参照）。留意すべきことは、スリーブ区域 ２４とシリンダ１６との間の密接な嵌合関係は充分に緊密であるので、ピストン ２０の往復移動は以下に議論されるように膜アセンブリ８０の対応する往復移動 を引き起こすが、そうした面間の嵌合は、ピストン２０の下方移動又はパワース トローク中に限られた量の作動液のピストン・チャンバー３４からの漏れを許容 するに足る程にゆるいことである。この制御された漏れはスリーブ区域２４及び シリンダ１６の摺動面を潤滑して、ピストン・チャンバー液が補給された際にそ うした液の冷却を補助する役割を果たす。 図１６で参照されるように、往復動機構５０が提供されて第１位置と第２位 置との間にピストン２０を往復させている。カム又はウォブル・プレート５２が 提供され、シャフト５３の中心線に対して傾いている。半球脚５６がピストン端 部区域２２の上方面内の対応する窪み内に配置され、該半球脚部５６がカム又は ウォブル・プレート５２の下方面と摺動可能に係合すべく適合して、そのウォブ ル・プレート５２の往復動をピストン２０へ転送している。ポンプ作動中、ウォ ブル・右レート５２は往復動を為して、ピストン２０の対応する往復動を引き起 こしている。図１及び図２は、ピストン２０がパワーストロークとリターンスト ロークとの間を移動することによる該ピストン２０の上方位置と下方位置とを示 している。ピストンの図１の位置から図２の位置までの下方移動（パワーストロ ーク）の後、ピストン２０は、該ピストン２０の基部区域２６によって支持され た一方端とピストン・シリンダ１６の一部によって支持された他方端とを有する コイルバネ３２によって図１の位置まで戻される（リターンストローク）。 ウォブル・プレート機構５０はポンプのウォブル・プレート・チャンバー内に 配置されている。このウォブル・プレート・チャンバーは、ウォブル・プレート 機構５０を潤滑すると共に、ピストン２０の端部区域２２に隣接する作動液源を 提供する役割を果たしている（図１６参照）。ピストン２０はウォブル・プレー ト・チャンバー５８をピストン・チャンバー３４と接続する作動液インレット３ ６を含む。再ロード逆止弁７０はこのインレット３６内に配置されて、ピストン ・チャンバー内の圧力がウォブル・プレート・チャンバー５８内の圧力よりも小 さい場合に作動液のピストン・チャンバー３４内への流れを許容し、ピストン・ チャンバー内の圧力がウォブル・プレート・チャンバー５８内の圧力よりも大き い場合に作動液のピストン・チャンバー３４内への流れを防止している。このよ うにして、再ロード逆止弁はパワーストロークの際に閉じられており、リターン ストロークの少なくとも一部の際に開けられて、パワーストローク中にピストン ・スリーブ区域２４とピストンシリンダ１６との間のピストン・チャンバーから 失われた作動液の補給を可能としている。 図５に示されているように、作動液インレット３６はピストン２０の端部区 域２２内に形成された上方区域３８を含む。ボール７２及び弁座７４を含む再ロ ード逆止弁７０は、作動液インレット３６の上方区域３８に隣接して配置されて いる（図５及び図６参照）。ボール停止部材２７は、ピストン２０の端部区域２ ２と基部区域２６との間で再ロード逆止弁７０に隣接して配置されている。この ボール停止部材２７は再ロード逆止弁７０の基部を形成しており、該基部に対し て、再ロード逆止弁７０のボール７２はその再ロード逆止弁が開口位置にある際 に停止又は静止している。ピストン２０の基部区域２６は、該基部区域２６の内 部にシリンダ弁ハウジング２８を受容するように適合している。このシリンダ弁 ハウジング２８の外側面は、当該シリンダ弁ハウジング２８と中空円筒スリーブ ３９を形成する基部区域２６との間に小さなギャップ又は間隙が存在するように 寸法付けされている（図５及び図６参照）。シリンダ弁ハウジング２８の外側壁 は円筒中空スリーブに隣接する開口部２９を含む。円筒中空スリーブは再ロード 逆止弁７０に隣接して配置されて、作動液インレット３６の下方区域３９を形成 していることによって、ウォブル・プレート・チャンバー５８内に保持された作 動液がそのインレットの上方区域３８を通って流れ、再ロード逆止弁７０回りを 巡って、該インレット３６の下方区域３９まで下り、円筒弁ハウジング開口部２ ９を通じてピストン・チャンバー３４に到達する。下方シール３１が提供されて 、基部区域２６の底部と円筒弁ハウジング２８とを封止している。 図１及び図１２に示されるように、膜アセンブリ８０はピストン・チャンバ ー３４の一方端に配置されると共にその一方端を画成しており、ポンプ・ケージ ング１２，１４間に封止された状態で配置された可撓性膜又は柔軟性膜８２と、 該可撓性膜８２の底部又はポピング側に固定された基部プレート８４と、該可撓 性膜８２の直上に配置された膜プランジャー８６と、該膜プランジャー８６から ピストン・チャンバー内へ上方へ延びる膜ステム（膜軸）９０とを含む。膜ステ ム９０は下方端部９４を具備する内側ボア９３を有し、該内側ボアには、ネジ９ ８が基部プレート８４及び膜８２に通されて当該膜ステム９０の下方端部９４と 係合して、膜アセンブリ８０を固定的に連結するような内部ねじ切り部が設けら れている。 図１２で参照されるように、膜停止部１００はピストン・チャンバー３４内 で膜アセンブリ８０に隣接して配置されている。膜停止部１００はピストン・チ ャンバー１６から内側へ延出して、圧力供給状態下でピストン２０がそのリター ンストロークの終端に近付くと膜８２の一部と係合すべく位置決めされている。 特に、膜停止部１００は膜プランジャー８６に隣接して配置された衝突面１０２ を含む。以下により詳細に議論されるように、膜停止部１００は膜８２のピスト ン２０へ向かう移動を制限すべく位置決めされており、ピストン・チャンバー３ ４が、ポンプが圧力供給状態下で作動している際のパワーストローク中に失われ た作動液で補給されること可能とする。 膜ステム９０は、該膜ステム９０の上方部に形成されたシリンダヘッド９２ を含み、これがピストン２０のシリンダ弁ハウジング２８内に配置されている。 バネ９９がシリンダヘッド９２とシリンダ弁ハウジング２８の底部との間に配置 されて、膜アセンブリ８０をピストン・チャンバー３４へ向けて付勢している（ 図１２参照）。膜ステム９０のシリンダヘッド９２とピストン２０のシリンダ弁 ハウジング２８とは協働して摺動弁アセンブリ１０６を形成して、作動液インレ ット３６とピストン・チャンバー３４との間の作動液の流れを制御している。（ 図２参照）。摺動弁アセンブリ１０６は、シリンダヘッド９２がシリンダ弁ハウ ジング２８における開口部２９に配置された際に開口位置となるので、作動液イ ンレット３６の下方区域３９における作動液は膜ステム９０の内側ボアに接続さ れた複数の孔９６を通じてピストン・チャンバー３４内に入ることができる。（ 図１２参照）。摺動弁アセンブリは、シリンダヘッド９２がシリンダ弁ハウジ ング２８内の開口部２９に当接配置してこれをブロックして作動液がピストン・ チャンバー３４に入ることを防止する際に閉塞する（図３及び図４）。 膜アセンブリ８０直下に配置されているのは、ポンピング・チャンバー４０ 及びポンピング弁アセンブリである。ポンピング弁アセンブリはインレット弁４ ０及び排出弁４６を含み、供給ダクト４４からインレット弁４２を通じてポンピ ング・チャンバー４０内へ、そして、ポンピング・チャンバー４０から排出弁４ ６を通じて排出ダクト４８へ作動液を流すことができるようにこれらインレット 弁４２及び排出弁４６を配向している（図１及び図２参照）。ポンプの基本サイ クルは、汲み上げ液を供給ダクト４４からインレット弁４２を通じてポンピング ・チャンバー４０内へ引き入れるピストン２０のリターンストロークを介しての 移動と、ピストン・チャンバー内の作動液が膜８２をポンピング・チャンバー４ ０へ向けて前方へ付勢して、ポンピング・チャンバー４０内の汲み上げ液を変位 してその汲み上げ液を排出弁４６から排出ダクト４８へ排出するピストンの引き 続くパワーストロークを介しての移動とから成る。 本発明に係るダイヤフラムポンプの全般的な装置の上述した説明は、汲み上 げられる液が加圧されていない通常のポンプ状態、即ち真空供給状態に良好に適 合するポンプを提供している（図３及び図４参照）。以下の説明は、汲み上げら れる液が加圧されて供給される圧力供給状態下でのダイヤフラムポンプの信頼性 、性能、並びに長期摩耗性の改善を為すように設計された、本発明に係るダイヤ フラムポンプの特定の好適実施例に関する。理解して頂けるように、これら特定 の実施例に係るダイヤフラムポンプは圧力供給状態下での著しく改善された性能 のみを示すばかりではなく、真空供給状態の場合にも良好に適合している。 先ず、圧力供給状態下での本発明に係るダイヤフラムポンプ性能特性を概説 してから、その好適実施例の説明に進むことが役立つ。圧力供給状態下、ピスト ン２０及び膜アセンブリ８０は図１及び図２に示される位置の間を往復する。パ ワーストローク中、再ロード逆止弁７０は、ピストン・チャンバー３４内の作動 液の力により且つ作動液インレット３６の下方区域３９が再ロード逆止弁７０の ボール７２に当接することにより閉塞している（図２）。ピストン２０がそのリ ターンストロークで戻るとしても（復動）、ポンピング・チャンバー４０の（圧 力供給下の）圧力と、ピストン・チャンバー３４との対応する圧力とが、ウォブ ル・プレート・チャンバー５８内の作動液の圧力である大気圧以上に依然として あるので再ロード逆止弁７０は閉じたままである。ピストン２０がそのリターン ストロークの終端付近であれば、膜アセンブリ８０は膜停止部１００と衝突して 、リターンストロークを完了すべくピストン２０が短い付加的な距離を戻り続け る一方で膜８２のピストン２０へ向かう更なる移動を防止する（図１）。これに よってピストン・チャンバー３４がポンピング・チャンバー４０内の圧力以下に 減圧されることと共に、ウォブル・プレート・チャンバー５８内の作動液圧力以 下に減圧されることを可能とする。次いで再ロード逆止弁７０は、ピストン・チ ャンバー３４内の失われた作動液を再ロードすべく、作動液インレット３６の上 方区域３８を通じて入る作動液の力によって開口するように駆動させられる。こ の再ロード期間又は補給期間の間、摺動弁アセンブリ１０６は、作動液をピスト ン・チャンバー３４内へ許容すべく、シリンダ弁ハウジング２８の開口部２９上 に位置決めされた膜シリンダヘッド９２によって開口させられている（図１参照 ）。留意されるべきことは、圧力供給状態下、摺動弁アセンブリ１０６は、一般 に、開口位置のままであり、再ロード逆弁７０は、全往復サイクルの殆どの間、 閉塞状態のままとなることである。 膜アセンブリ８０が膜停止部１００と接触してピストン２０が上記した短い 付加的距離を戻った後、ピストン２０はそのパワーストロークを開始し、ピスト ン・チャンバー３４内の作動液は作動液インレット３６から逃れようとして、結 果的に再ロード逆止弁７０を閉じることによって、ピストン・チャンバー３４は ピストンのパワーストロークに関連された圧力蓄積を開始することができる。 好適実施例に従えば、本発明に係る再ロード逆止弁７０は、ボール７２或い は弁座７４に対する何等かの可能性ある損傷を最小化する一方で当該再ロード逆 止弁７０の迅速な閉塞を促進すべく設計されている。図５で参照されるように、 再ロード逆止弁７０は、先行技術に係るダイヤフラムポンプ（図８参照）と比べ て、低減されたボール・リフト７３を有する。これは、ピストン２０がそのパワ ーストロークをし始めるときの再ロード逆止弁７０の閉塞に要求される時間を低 減する。再ロード逆止弁７０の閉塞時間を低減することによって、ピストン・チ ャンバー３４内の作動液は、ピストン２０のパワーストロークの開始と略一緒に 圧力蓄積を始めることができる。この位置でのピストン速度は、ピストン２０が そのパワーストロークを通じての加速を正にし始めるときであるのでまだ相対的 に低い（図１８及び図２３参照）。結果的に、ピストン・チャンバー３４内の圧 力蓄積に関連された圧力ピーク又は圧力リングは本発明の場合には、より大きな リフトを具備する先行技術に係るダイヤフラムポンプと比べて著しく低減されて いる。（図１９参照） 図１８のグラフは、圧力蓄積が、本発明の場合、ピストン２０のパワースト ローク開始と略一緒に開始していることを示す（下死点から、入力シャフト５３ の回転で約２度以内）。これは先行技術に係るダイヤフラムポンプに比較して相 当より迅速な圧力蓄積であり、先行技術のダイヤフラムポンプの場合、ウォブル ・プレート機構５０の入力シャフト５３がパワーストロークの約１／１０（又は １８度）に亙って既に回転するまで圧力蓄積は開始しない（図１９のグラフ参照 ）。 この低減された閉塞時間は、先行して説明した中間圧力状態下でのポンプ流 量減衰（降下）の問題を削減する補助をも為す。この低減閉塞時間は、ピストン ・チャンバー３４内の作動液が、再ロード逆止弁７０がパワーストロークの開始 時に閉塞する前にインレット３６から逃れる量を少なくすることができる。この より少量の作動液の損失は、中間圧力状態下での顕著な流量減衰なしに、より良 好なポンプ性能を作り出す。更には、低減されたボール・リフトはより良好な計 量ポンプを提供する。作動液のインレット３６から戻る損失を低減することによ って、ピストン・チャンバー３４内の作動液の体積が維持されることによって、 回転毎のポンピング・チャンバー４０の変位はより一貫している。これは、どの 程度の汲み上げ液がポンプを通じて搬送されたかを正確に知ることが必要な場合 により良好な計量を提供する。 再ロード逆止弁７０における低減されたボール・リフト７３の他の結果とし ては、より低いボール閉塞速度である。ボール７２が開口位置から弁座７４に当 接する閉塞位置まで移動するより短い距離を有するので、ボール７２はより大き なボール・リフト（図８参照）を具備する先行技術に係るダイヤフラムポンプに おけるような高速の閉塞速度を達成できない。ボール７２のこの低減された閉塞 速度は、ボール７２が弁座７４と接触して再ロード逆止弁７０を閉じる際により 低い衝突力となる。このより低速の閉塞速度は、上記で議論されたより高速の閉 塞速度を有する先行技術に係るダイヤフラムポンプに見られるような弁座及びボ ール損傷を引き起こす程に高速ではない。 再ロード逆止弁におけるより短いボール・リフトが、上述したような著しい 利益を伴ってボール弁閉塞時間及びボール閉塞速度を短縮する一方で、再ロード 逆止弁７０を通じての作動液の流量が図５に示されるようなこのより小さなボー ル・リフト７３によって低減されている。ピストン２０の各往復毎にピストン・ チャンバー３４の完全な再ロードを確保するために、作動液インレット３６を通 じての充分な作動液流量が必要である。再ロード中の作動液流量は、もし再ロー ド用として相対的な短い時間であれば、圧力状態下において特に重要である。こ の流量需要を満たすために、本発明に係る再ロード逆止弁７０は、複数の作動液 インレット３６と、該インレット３６内に配置された低減ボール・リフト７３を 有する対応する複数のボール弁７１とを含む。図５及び図６に示されるように、 上方インレット３８及びボール弁７１はピストン２０の端部２２内に位置決めさ れて、各ボール弁が作動液インレット３６の中空スリーブ又は下方区域３９に隣 接している。この構成によって、ボール弁７１は短い閉塞時間と低いボール閉塞 速度と経ることとなり、そしてしかも複数のインレット３６を通じての作動液流 量は、圧力供給状態下での再ロード期間中にピストン・チャンバー３４の再ロー ドを完了するに充分である。 好適実施例において、４つのインレットがピストン２０の端部区域２２回り に配置されて、低減されたボール・リフト７３を有する４つのボール弁７１が具 備されている（図７参照）。この好適実施例において、ボール・リフト７３はボ ール径の０．０８より小さいか或いはそれと同等に設計されている。理解して頂 けるように、様々な他の多重的なインレット−ボール弁の組合わせを本発明の原 理に従って利用することができる。ボール弁７１が圧量蓄積に関連された圧力リ ングを制御する最小閉塞時間と、弁座或いはボールを損傷する程に高速ではない ボールの低閉塞速度とを維持する限り、ボール・リフト７３は変動させることが できる。インレット数もまた、圧力供給状態下、ピストン・チャンバー３４の完 全な再ロード用として充分な作動液流量を確保すべく選択されたボール・リフト ７３に基づき、変動させることができる。また理解して頂けるように、適切なボ ール・リフト７３は、作動液の粘性等のポンプ作動条件に応じて可変である。よ り大きな粘性の作動液はボール弁をより迅速に閉塞することとなって、より大き なボール・リフト７３を容認できるように為す。 好適実施例の他の局面に従えば、ボール弁７１は改善された弁座構成を含む 。図５、図５Ａ並びに図６で参照されるように、ボール弁７１の弁座７４はボー ルの弁座７４に対する衝突によっての損傷を削除するように設計されている。ボ ール座７４は、作動液インレット３６の上方区域３８へ向けて内側に傾斜して、 内側縁７６で終了している円錐区域７５を含む（図６参照）。この傾斜円錐状区 域７５はボール７２を弁座７４の中心軸線７９へ向けて指向させる補助を為して 、ボール弁７１の効率的な閉塞を促進する。図５乃至図６に示されるように、円 錐状区域７５の傾斜（又は角度）７７は、ボール７２と弁座７４との間の正接接 点７８が弁座７４の内側縁７６から外側となる、円錐状区域７５上の位置に位置 決めされるように設計されている（図５参照）。このようにして、ピストン２０ がそのパワーストロークを開始すると、ボール７２が弁座７４をパタンと打ち、 繰返し衝突で欠け又は削りが生じがちな弁座７４の内側縁７６とボール７２が衝 突することがない（図５Ａ参照）。これは弁座或いはボールに対する可能性ある 損傷を最小化すると共に、ボールが弁座の内側縁と衝突する弁座構成を具備する 先行技術に係るダイヤフラムポンプ（図８乃至図９参照）と比較して、圧力供給 状態下のダイヤフラムポンプの長期間寿命を著しく改善する。 留意されるべきことは、傾斜角７７（図６）は本発明の原理に従ったある特 定の範囲内で変動できることである。この傾斜角７７は、欠け又は削れを防止す べく、ボール７２が内側縁７６から充分遠方へ隔たった所で円錐状区域７５と正 接させるようにしなければならい。しかしながら、この傾斜角７７はあまりにも 急峻過ぎてはならず、さもないと、これはボール弁７１を通じての流量を著しく 低減する結果を招き、圧力供給状態下のピストン・チャンバーの完全な再ロード に対して作動液流量を充分に提供する能力に影響することがあり得る。 一実施例において、傾斜角７７は、弁座７４の内側縁７６から少なくとも０ ．０１５インチで正接接点を提供するように選択される。好適実施例では、この 傾斜角７７が弁座７４の内側縁７６から約０．０２０インチで正接接点を提供す るように選択される（図５Ａ参照）。この寸法は弁座７４の内側縁７６から充分 遠方で正接接点を付勢すべく選択されて、内側縁７６と接触しないことを確保し ている。ボール７２が弁座７４と接触するとき、ある特定量の弾性変形がボール ７２と弁座７４との間に生じ、円形正接接触点を取囲む接触領域を形成する。こ の接触領域又はゾーンは約０．００５から０．０１０インチの幅である。それ故 に、弁座７４の内側縁７４から少なくとも０．０１５インチの所まで正接接点を 指向させるように弁座７４の傾斜７７を設計することによって、ボール７２と弁 座７４との間の０．００５から０．０１０インチの接触領域又はゾーンが決して 弁座７４の内側縁７６にまで伝播しないことを確保している。これはボール衝突 による弁座の欠け又は削れの可能性を除去する。 本発明の他の好適な局面に従えば、好適な膜プランジャー８６が図１０に示 されるように提供されている。上記で議論したように、膜プランジャー８６は圧 力供給状態下のピストン２０のリターンストロークに及んで膜停止部１００と接 触する。膜プランジャー８６は球状衝突面８８を含み、それが、膜停止部１００ の内側縁１０４から外方の位置であり且つプランジャー８６の外側縁８９から内 方の位置である膜停止部１００の対応する下方面１０２と衝突するように設計さ れている（図１２参照）。これら縁８９，１０４は圧力供給状態下での繰返し衝 突に及んで欠け又は削れる傾向がある。 図１３に示されるように、膜プランジャー８６の球状衝突面８８は、膜停止 部１００の内側縁１０４とプランジャー８６の外側縁８９とから遠ざかった位置 での膜停止部１００の下方面１０２と接触する。このようにして、球状面８８は 衝突力を膜停止部１００の一部に沿って分配して、その衝突力が膜停止部１００ 上の単一点に局存化しないようになっている。理解して頂けるように、プランジ ャー衝突面８８のそうした設計は膜プランジャー８６が膜停止部１０の内側縁１ ０４或いは当該プランジャーの外側縁８９と接触することを防止しており、これ は先行技術のダイヤフラムポンプと比較して、膜停止部１００及びプランジャー ８６の脆弱な縁部１０４，８９の欠け又は削れの可能性を著しく低減するもので あり、先行技術のダイヤフラムポンプでは、膜プランジャーの衝突面が線形面と なって、膜停止部の内側縁或いはプランジャー８６の外側縁８９での衝突を許容 している（図１１参照）。 更に理解して頂けるように、この球状衝突面８８は停止部１００及びプラン ジャー８６の製造公差における変動をもより大きく容認するか、或いは、その球 状面８８が、たとえプランジャー衝突の角度が変動したとしてもプランジャー８ ６及び膜停止部１００の間の接触をそれら停止部１００及びプランジャー８６の 縁部から遠ざけることを確保するための中心を外れたプランジャー衝突をもより 大きく容認する（図１３参照）。好適実施例において、球状面８８の半径は、膜 停止部１００の内側縁１０４とプランジャー８６の外側縁８９との間の中間点で プランジャー８６が膜停止部１００に衝突するように選択されている。（図１２ ，図１３参照）これは、中心を外れたプランジャー衝突の場合或いはプランジャ ー８６及び停止部１００の設計寸法からの製造上のずれの場合、プランジャー８ ６及び停止部１００の縁部から両方向への誤差の最大公差を提供する。これは圧 力供給状態下でのプランジャー８６或いは停止部１００の内の何れかの縁での接 触の可能性を最少化して、これら末端の縁部８９，１０４での欠け又は削れの可 能性を著しく低減する。 好適実施例の付加的な局面に従えば、図２０乃至図２２のグラフは、様々な ダイヤフラムポンプでの数ピストン・サイクルの過程にわたるピストン・チャン バー内の圧力を示している。図２０は発明の背景において説明された先行技術に 係るダイヤフラムポンプの場合であり、図２１は上述したようなピストン・チャ ンバー内へ向かう４つのインレットを有すると共に各ボール弁内の低減されたボ ール・リフトを有するように変更されたポンプの場合である。これら２つのグラ フを比較すると、変更ポンプが先行技術に係るダイヤフラムポンプと比べて、パ ワーストロークの開始中において著しく低減された圧力ピークを有することが留 意される。しかしながら、圧力リングは依然として顕著に存在しており、ピスト ン・サイクル全体を通じて圧力が上下動（波動）している。（図２１参照）。こ れら圧力リング及び圧力上下動を更に低減すべく、以下に説明されるような付加 的な変更をポンプに為すことが必要であり、それによって図２２のグラフに示さ れるようなより一貫し且つ穏やかな圧力を得る。 好適実施例の１つの局面に従って、ダイヤフラムポンプ１０は、好ましくは 、作動液絶縁リザーバ６４を含んで、ポンプ作動中におけるピストン・チャンバ ー３４内への空気閉じ込めの可能性を低減する。図１６で参照されるように、作 動液絶縁リザーバ６４はウォブル・プレート・チャンバー５８と隣接すると共に その上方位置に配置されている。作動液充填チューブ６０が提供され、それが作 動液絶縁リザーバ６４を貫通してウォブル・プレート・チャンバー５８内へ延出 して、ポンプに必要とされる作動液を充填することを可能としている。 作動液絶縁リザーバ６４はウォブル・プレート・チャンバー５８と少なくと も１つの通路６２を通じて接続されている。好適実施例において、その通路６２ は作動液充填チューブ６０の回りに延在して、作動液がウォブル・プレート・チ ャンバー５８と作動液絶縁リザーバ６４との間に自由に流れることができる（図 １６参照）。このようにして、ダイヤフラムポンプ１０は使用に先立って作動液 で満たされて、ウォブル・プレート・チャンバー５８全体が作動液で満たされ、 作動液が作動液絶縁リザーバ６０の一部内へ更に流れて、該作動液絶縁リザーバ ６４内に作動液の上方面６６を形成するようにしている。作動液から成るこの上 方面６６は、作動液絶縁リザーバ６４内の特定量の自由空気と隣接している。作 動中、ウォブル・プレート・チャンバー５８内でのウォブル・プレート機構５０ の運動は、ウォブル・プレート・チャンバー５８内に自由空気が何等存在しない ので、作動液に空気を混合する役割を果たすことがない。むしろ、特定量の自由 空気と隣接する作動液絶縁リザーバ６４内の作動液はウォブル・プレート機構の 運動によって擾乱させられず、よって、圧縮混合物を形成すべく作動液は自由空 気と混合しない。また留意されるべきことは、通路６２はウォブル・プレート・ チャンバー５８内の作動液がポンプ作動中に温度上昇で膨張して、充填チューブ ６０を溢れさせることなしに、絶縁リザーバ６４内へ流すことを可能としている 。 この絶縁リザーバ６４は、図１７に示されるような絶縁リザーバ無しの先行 技術に係るダイヤフラムポンプと比較して、ピストン・チャンバー３４内への空 気閉じ込めの可能性を著しく低減する。本発明の作動液絶縁リザーバ６４は改善 されたポンプ性能をもたらし、ピストンのパワーストローク中のピストン・チャ ンバー内における初期的な圧力蓄積中に該ピストン・チャンバー３４内での如何 なる圧力ピーク或いはリングの可能性及び苛酷性を低減するものである（図２２ ）。作動中、ダイヤフラムポンプ１０は作動液絶縁リザーバ６４内の作動液の最 少レベルを維持する必要があって、自由空気がウォブル・プレート・チャンバー ５８に何等入ることができないように確保すべきことを注記する。これは、通路 ６２が作動液絶縁リザーバ６４及びウォブル・プレート・チャンバー５８に接続 していると云う観点から、充填チューブ６０を通じて作動液を充填することで達 成される。理解して頂けるように、本発明の原理に従って、ウォブル・プレート ・チャンバー５８内の作動液による完全な充填を維持したまま、ウォブル・プレ ート・チャンバー５８に対する作動液絶縁リザーバ６４の配置及び接続を変更し 得る。 好適実施例の他の局面に従って、摺動弁アセンブリ１０６はシリンダ弁ハウ ジング２８内に好適な開口部２６を含む。図１４に示されるように、シリンダ弁 ハウジング２８は長尺状スロット開口部２９を含み、これが作動液インレット３ ６をピストン・チャンバー３４に接続している。上述したように、圧力供給状態 下の作動液再ロードに対する期間は相対的に短く、シリンダ弁ハウジング２８内 における長尺状スロット開口部２９は作動液インレット３６からピストン・チャ ンバー３４内への作動液の効率的な流れを促進している。好適実施例において、 ３つのスロット２９はシリンダ弁ハウジング２８回りに対称的に配置されて流量 を高めている。 上記したように、摺動弁アセンブリ１０６は、圧力供給状態下の全再充填期 間中、一般に開口している（図１及び図２参照）。この長尺状スロット開口部２ ９は、図１５に示されたような先行技術に係るダイヤフラムポンプの摺動弁アセ ンブリにおける円形ポートと比較して、作動液のより迅速な再ロードを提供する 。この改善されたスロット開口部２９は圧力供給状態下での部分的な再ロードの 可能性を減じて、ダイヤフラムポンプの全てにわたる信頼性及び性能を改善する 。理解して頂けるように、矩形或いは長円形等を含む様々な長尺形状が、本発明 の原理に従う適切な開口を提供するスロット開口部として利用され得る。 留意されることは、上述したダイヤフラムポンプのこうした好適実施例の組 合わせは圧力供給状態下で使用するダイヤフラムポンプの著しい改善となる。図 １８におけるラインＡで参照されるように本発明のダイヤフラムポンプは、パワ ーストローク中にピストン・チャンバー内で劇的に低減された圧力ピーク又はリ ングを示し、これは、ピストンがパワーストロークを始めるのと略一緒に圧力蓄 積を始めることを伴うものであり、先行技術に係るダイヤフラムポンプの同様グ ラフ（図１９参照）とは対照的である。この結果、ポンピング・サイクルの全て の位相でより一貫した流量及び圧力と、圧力供給下でのより長い長期性能とを伴 う。 図２１及び図２２に示されるように、全ての変更を組み入れたダイヤフラム ポンプの組合わせは（図２２）、付加的なピストン・インレット及びボール弁内 での低減されたボール・リフトだけで変更されたポンプ（図２１）と比較して、 パワーストローク中の圧力ピークを低減する点に関して付加的な改善を提供する 。本発明に係るダイヤフラムポンプに全ての変更を組み入れた場合、ピストン・ サイクルの全体を通じて圧力上下動も低減される（図２１及び図２２）。 プランジャー-停止部衝突及びボール-弁座衝突によるピストン構成要素劣化 に関して、本発明で実行された試験は、長期使用でのポンプ信頼性及び性能の点 において著しい改善を示した。圧力供給状態下での使用後でのピストン構成要素 の検査では、プランジャー、停止部縁、或いは弁座に損傷或いは欠け又は削れを 実質的に何等示しておらず、上述した先行技術に係るダイヤフラムポンプと比較 して、ポンプ故障率を著しく低減している。 理解して頂けるように、本発明の種々実施例の数多くの特性及び長所等は、 本発明の種々の実施例の構造及び機能の詳細と共に、上記の記述において詳述し てはいるが、この開示は例示的目的のみのものであり、細部にわたった変更、特 に形状、大きさ、並びに、パーツの配列等の変更を、添付の請求の範囲で表現さ れた用語の広範な一般的意味合いによって示される全幅に及んで、本発明の原理 の内で行うことができる。 本発明の他の変更は上記の記載を鑑みて当業者には明らかであろう。これら の記載は、本発明を明確に開示する実施例の特定例を提供することが意図されて いる。従って、本発明は記述された実施例に限定されたり、特定の要素、寸法、 材料、或いはそれらに含まれる構成の使用に限定されたりすることがない。添付 の請求の範囲の精神及び広範な範囲内に入る本発明の全ての代替変更及び変形が 包含されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． パワーストロークを画成する第１位置から第２位置までとリターンス トロークを画成する第２位置から第１位置までとの往復移動に適合されたピスト ンと、第１位置及び第２位置の間を移動可能な膜と、前記膜の一方側のポンピン グ・チャンバーと、前記膜の他方側で前記ピストン及び膜の相対的位置によって 部分的に画成される容積を有するピストン・チャンバーと、前記ピストン・チャ ンバーに接続されて該ピストン・チャンバー内への作動液を許容する作動液源と 、前記膜に対する前記ピストンの運動を移転する役割を果たす前記ピストン・チ ャンバー内の作動液と、前記ピストンを往復動させるための手段と、を有するダ イヤフラムポンプであって、 前記作動液源を前記ピストン・チャンバーに接続する複数のピストン・イン レットと、 前記ピストン・チャンバー内の圧力が前記作動液源内の圧力よりも小さい場 合に前記作動液源から前記ピストン・チャンバーへの作動液流を許容し、前記ピ ストン・チャンバー内の圧力が前記作動液源内の圧力よりも大きい場合に前記作 動液流を防止する逆止弁手段であり、当該逆止弁手段が、複数のボール弁を含み 、該ボール弁の各々がボール及び弁座を有し、それらボール及び弁座が前記作動 液源から前記ピストン・チャンバーへ向かう前記複数のインレット内に配置され 、前記ボール弁が閉塞位置と開口位置との間を移動可能で、該ボール弁が前記閉 塞位置にある場合に前記ボールが前記弁座に当接して配置されており、前記弁座 が、前記作動液インレットへ向かって内側に傾斜した円錐区域を含むと共に、前 記インレットに隣接した内側縁を有し、前記円錐区域の前記傾斜としては、前記 ボール弁が前記閉塞位置にある際の前記ボール及び前記弁座の間の正接接点が、 前記円錐区域上における前記弁座の前記内側縁から外側の位置に配置するように 為されており、前記ボールに許容されている前記開口位置及び前記閉塞位置の間 を移動する距離としては、前記ピストンのそのパワーストロークの開始と略一緒 に前記ボール弁が閉じ、前記ボールが前記開口位置から前記閉塞位置まで移動す る際に高速閉塞速度を発生できないように為すことから成る逆止弁手段と、 を備えるダイヤフラムポンプ。 ２． 前記逆止弁ボールに許容されている前記開口位置及び前記閉塞位置の 間を移動する距離が、前記ボールの径である０．０８よりも小さいか或いは同等 である、請求項１に記載のダイヤフラムポンプ。 ３． 前記弁座の前記円錐区域における前記傾斜が、前記ボール弁が閉塞位 置にある際に前記ボール及び前記弁座の正接接点が該弁座の前記内側縁から０． ０１５インチと同等か或いはそれ以上であるように為されている、請求項１に記 載のダイヤフラムポンプ。 ４． 前記弁座の前記円錐区域における前記傾斜が、前記ボール弁が閉塞位 置にある際に前記ボール及び前記弁座の正接接点が該弁座の前記内側縁から０． ０２０インチと同等か或いはそれ以上であるように為されている、請求項１に記 載のダイヤフラムポンプ。 ５． 前記逆止弁手段が、前記作動液源から前記ピストン・チャンバーへ向 かう４つのインレット内に配置された４つのボール弁を含む、請求項１に記載の ダイヤフラムポンプ。 ６． 前記ポンピング・チャンバーから遠ざかる前記膜の移動を制限する膜 停止部を更に備え、当該膜停止部が、内側縁と、前記膜に連結されて圧力供給状 態下のピストンのリターンストローク中に当該膜停止部と接触する膜プランジャ ーとを有し、前記プランジャーが外側縁を有すると共に球状面部を含み、該球状 面部が、前記プランジャーが前記膜停止部と接触する際、前記膜停止部の前記内 側縁から外側で且つ前記プランジャーの前記外側縁から内側の位置で前記膜停止 部に接触する、請求項１に記載のダイヤフラムポンプ。 ７． 前記プランジャーの前記球状面部が、前記膜停止部の前記内側縁と前 記プランジャーの前記外側縁との間の中間点で前記膜停止部に接触する、請求項 ６に記載のダイヤフラムポンプ。 ８． 前記作動液源が内部に配置されて前記ピストンに隣接するピストン往 復動チャンバーと、前記ピストン往復動チャンバーに隣接すると共にこれと接続 された絶縁リザーバであり、前記作動液が前記ピストン往復動チャンバーを完全 に充填してから当該絶縁リザーバ内の作動液の上方面を形成すべく当該絶縁リザ ーバ内へ流れるように為された絶縁リザーバと、を更に備える請求項１に記載の ダイヤフラムポンプ。 ９． 前記膜及びピストンの間の相対的移動に応じて、前記作動液源から前 記ピストン・チャンバー内への作動液の流れを制御するための摺動弁手段を更に 備え、当該摺動弁手段が、前記膜と接続されたシリンダ弁と、前記ピストンに接 続され且つ前記シリンダ弁を内部に受入れるシリンダ弁ハウジングと、を含み、 前記シリンダ弁ハウジングが前記シリンダ弁に隣接して配置する少なくとも１つ の長尺状スロットを含んで作動液の前記ピストン・チャンバー内への流入を許容 している、請求項１に記載のダイヤフラムポンプ。 １０． パワーストロークを画成する第１位置から第２位置までとリターンス トロークを画成する第２位置から第１位置までとの往復移動に適合されたピスト ンと、第１位置及び第２位置の間を移動可能な膜と、前記膜の一方側のポンピン グ・チャンバーと、前記膜の他方側で前記ピストン及び膜の相対的位置によって 部分的に画成される容積を有するピストン・チャンバーと、前記ピストン・チャ ンバーに接続されて該ピストン・チャンバー内への作動液を許容する作動液源と 、前記膜に対する前記ピストンの運動を移転する役割を果たす前記ピストン・チ ャンバー内の作動液と、前記ピストンを往復動させるための手段と、を有するダ イヤフラムポンプであって、 前記作動液源を前記ピストン・チャンバーに接続する複数のピストン・イン レットと、 前記ピストン・チャンバー内の圧力が前記作動液源内の圧力よりも小さい場 合に前記作動液源から前記ピストン・チャンバーへの作動液流を許容し、前記ビ ストン・チャンバー内の圧力が前記作動液源内の圧力よりも大きい場合に前記作 動液流を防止する逆止弁手段であり、当該逆止弁手段が、複数のボール弁を含み 、該ボール弁の各々がボール及び弁座を有し、それらボール及び弁座が前記作動 液源を前記ピストン・チャンバーに接続する前記複数のインレット内に配置され 、前記ボール弁が閉塞位置と開口位置との間を移動可能で、該ボール弁が前記閉 塞位置にある場合に前記ボールが前記弁座に当接して配置されており、前記弁座 が、前記作動液インレットへ向かって内側に傾斜した円錐区域を含むと共に、前 記インレットに隣接した内側縁を有し、前記円錐区域の前記傾斜としては、前記 ボール弁が前記閉塞位置にある際の前記ボール及び前記弁座の間の正接接点が、 前記円錐区域上における前記弁座の前記内側縁から外側の位置に配置するように 為されており、前記ボールに許容されている前記開口位置及び前記閉塞位置の間 を移動する距離としては、前記ピストンのそのパワーストロークの開始と略一緒 に前記ボール弁が閉じ、前記ボールが前記開口位置から前記閉塞位置まで移動す る際に高速閉塞速度を発生できないように為されていることから成る逆止弁手段 と、 前記ポンピング・チャンバーから遠ざかる前記膜の移動を制限する、内側縁 を有する膜停止部と、 前記膜に接続されて、圧力供給状態下の前記ピストンのリターンストローク 中に前記膜停止部と接触する膜プランジャーであり、当該プランジャーが外側縁 を有すると共に球状面部を含んで、該球状面部が、当該プランジャーが前記膜停 止部と接触するに際して前記膜停止部の前記内側縁から外側で且つ当該プランジ ャーの外側縁から内側の位置で前記膜停止部に接触するように為されていること から成る膜プランジャーと、 前記作動液源が内部に配置されて、前記ピストンに隣接するピストン往復動 チャンバーと、 前記ピストン往復動チャンバーに隣接すると共にこれに接続された絶縁リザ ーバであり、前記作動液が前記ピストン往復動チャンバーを完全に充填してから 当該絶縁リザーバ内の作動液の上方面を形成すべく当該絶縁リザーバ内へ流れる ように為された絶縁リザーバと、 前記膜及びピストンの間の相対的移動に応じて、前記作動液源から前記ピス トン・チャンバー内への作動液の流れを制御するための摺動弁手段であり、当該 摺動弁手段が、前記膜と接続されたシリンダ弁と、前記ピストンに接続され且つ 前記シリンダ弁を内部に受入れるシリンダ弁ハウジングと、を含み、前記シリン ダ弁ハウジングが前記シリンダ弁に隣接して配置する少なくとも１つの長尺状ス ロットを含んで作動液の前記ピストン・チャンバー内への流入を許容しているこ とから成る摺動弁手段と、 を備えるダイヤフラムポンプ。 １１． 前記逆止弁ボールに許容されている前記開口位置及び前記閉塞位置の 間を移動する距離が、前記ボールの径である０．０８よりも小さいか或いは同等 であり、前記弁座の前記円錐区域における前記傾斜が、前記ボール弁が閉塞位置 にある際に前記ボール及び前記弁座の正接接点が該弁座の前記内側縁から０．０ １５インチと同等か或いはそれ以上であるように為されている、請求項１０に記 載のダイヤフラムポンプ。 １２． 前記プランジャーの球状面部が、前記膜停止部の前記内側縁と前記ブ ランジャーの外側縁との間の中間点で前記膜停止部に接続されている、請求項１ ０に記載のダイヤフラムポンプ。