JP2002500317A - 高圧ポンプと共に使用するためのバルブ装置 - Google Patents

高圧ポンプと共に使用するためのバルブ装置

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Abstract

(57)【要約】 本開示は広くはバルブ本体（４４）とこのバルブ本体を通過する流れを制御するポペット部材（５４）とを有するバルブ装置に関する。このバルブ装置は、流体の密封を行うようポペット部材と結合するようになっているバルブシート（５８）とこのバルブシートに押し付けられるようになっているシート保持部材（６０）も有する。さらに、バルブ装置は変形可能な弾性スペーサ（６２）も有する。このスペーサは、上記バルブ本体とシート保持部材とを軸方向に圧縮して合体させるように配置、形成されているので、これらの部材間の相対運動が阻止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明はバルブ装置に関する。より詳しくは、本発明は、高圧ダイアフラムポ
ンプ等の高圧ポンプ内に組み込まれるバルブ装置に関する。 （背景技術） 研磨性スラリー、例えば、タイルつやだし用粘土や、排気管内ガス脱硫剤（fl
ue gas desulferization）, 外層鋳物用のコーティングスラリー等を汲み出すた
めに高圧ポンプが一般的に使用されている。ポンプ寿命は、研磨性スラリーをく
み出すのに適したポンプを設計する際に考えなければならない重要な要素である
。例えば、米国特許第3,775,030号および3,884,598号等に開示されているような
ロータリー駆動背面オイル式（rotary operated oil backed）ダイアフラムポン
プは、本来研磨性スラリーをくみ出すことができる高圧ポンプとして使用される
のに適している。その理由は、このようなポンプは、研磨されやすいスライディ
ングピストンもゴムシールも必要としないからである。このようなポンプの耐久
性の限界は、入口板および出口板や使用されているボールバルブによって制御さ
れるのが一般的である。普通、このような入口板および出口板やボールバルブは
、それ以外のポンプ要素よりもかなり早く破損する。必要とされているものは、
耐摩耗特性が改善されたポンプ用バルブ装置である。 （発明の要旨） 本発明は、広くは、ポンプの寿命を向上させるべく耐摩耗性を改善するための
種々の構成や側面を有するバルブ装置に関する。より詳しくは、バルブ構成部材
間の相対運動が早期のバルブ故障の重要な原因であると、本件発明者によって決
定された。これは、研磨性スラリー等の研磨性材料を取り扱うように設計された
ポンプについて特に言えることである。したがって、本発明の幾つかの側面は、
個々のバルブの異なる部材間の相対的な動きを阻止するようにしたバルブ形状や
設計に関する。
【０００２】 本発明の１つの側面は、ポンプの２つの圧縮板の間に設置可能なバルブ装置に
関する。このバルブ装置は、対向して設けられた第１端部と第２端部を有するバ
ルブ本体を含んでいる。ばね保持構造が上記バルブ本体内に設置されており、保
持ワッシャが上記バルブ本体の第１端部に設けられて、上記ばね保持構造をバル
ブ本体内に固定する。このバルブ装置はバルブ本体を通過する流れを制御するポ
ペット部材も含んでいる。ポペット部材は開位置と閉位置の間を移動可能である
。上記ばね保持構造に取りつけられたポペットばねがポペット部材を上記閉位置
側へ付勢する。バルブ装置は、さらに、上記ポペット部材が閉位置にあるときに
ポペット部材と共に密封を行うように形成されたバルブシートを含む。バルブシ
ートは上記保持ワッシャと第１端部材との間に捕獲されている。このバルブ装置
は、さらに、バルブ本体の第２端部付近に位置すると共に、第２端部材とバルブ
本体との間のスペーサ溝内に搭載された環状のスペーサを含んでいる。環状のス
ペーサは、バルブ装置が上記圧縮板の間に押し挟まれるときに上記スペーサ溝内
部で圧縮されて弾性変形するように配置、形成されている。このようにして、こ
のスペーサは、バルブ装置の種々の構成部材間の圧縮を維持してこれらのバルブ
構成部材間の相対的な動きを禁止するように働く。
【０００３】 本発明の別の側面は、比較的軟質の弾性あるいはエラストマー製のバルブシー
トと連携する比較的硬質のポペット部材を含むバルブ装置に関する。例えば、ポ
ペット部材はセラミック等の材料で作ることができ、一方バルブシートはウレタ
ンやポリエステル等の材料で作ることができる。エラストマーのバルブシートを
使用することにより、ポペット部材およびバルブシート両方の摩耗に抗する事が
できる。なぜならば、バルブシートは望ましいことに十分に軟らかいので、研磨
粒子をポペット部材の中へ押し込ませることがないからである。さらに、バルブ
装置は、エラストマーのバルブシートに局在する応力を最小にするのに十分に大
きいシール面を有しているのが望ましい。
【０００４】 本発明の別の側面は、バルブ本体と、バルブ本体を通過する流れを制御するポ
ペット部材と、ポペット部材を受けて密封を行うバルブシートと、バルブ本体に
近接してバルブシートを固定するようになっているシート保持部材とを含むバル
ブ装置に関する。シート保持部材とバルブシートは互に連携して、バルブ装置が
、例えばポンプの圧縮板の間等で圧縮されるとき、第２領域が圧縮できるように
なる前に第１領域が圧縮されなければならないようにしている。バルブシートの
特定の領域を予圧縮することにより、他のバルブ構成部材に対するバルブシート
の動きを制御して、阻止できる。
【０００５】 本発明のさらなる側面は、外側環状溝内に取り付けられた外側シール部材を含
むバルブ装置に関する。外側環状溝は、バルブ装置のある構成部材によって画定
される。上記シール部材と外側環状溝は、バルブ装置が入側ポートつまり入口あ
るいは出側ポートつまり出口等の構造内に搭載されたとき、シール部材が圧縮さ
れて、外側環状溝によって画定される容積全体をシール部材が略満たすような相
対的な寸法と形状を有する。こうして、外側環状溝は略１００％塞がれているの
で、シール部材は吸い込み・加圧サイクルに応答して外側環状溝内を自由に前後
にスライドできない。
【０００６】 本発明のさらなる側面は、コイルばねによって閉位置側に付勢されるポペット
部材を有するバルブ装置に関する。コイルばねは、好ましくは平坦化に研がれた
端部を有している。平坦化された端部の摩耗を低減するために、コイルばねは、
平坦化された端部がコイルばねのなかの次のコイルに係合するように、バルブの
中で圧縮される。したがって、ポペット部材が閉位置と開位置との間を動くとき
、平坦化された端部とそれに続くコイルとの間には動きは実質的に全く生じない
。その結果、平坦化された端部の内側の摩耗は阻止される。さらに、平坦化され
た端部の外側の摩耗も、エラストマーの被膜や、部材、ディスク、層、あるいは
、ワッシャを用いることにより、阻止することができる。
【０００７】 本発明のもう一つの側面は、バルブ本体と、バルブ本体を通過する流れを制御
するポペット部材と、ポペット部材と連携して流体の密封を行うようになってい
るバルブシートと、バルブ本体に近接してバルブシートを固定するシート保持部
材とを含むバルブ装置に関する。このバルブ装置はさらに、変形可能な弾性スペ
ーサを有しており、このスペーサは、上記バルブ本体とシート保持部材とを軸方
向に圧縮して合体させてこれらの部材間の相対的な動きを阻止するように配置、
形成されている。
【０００８】 上記要旨ならびにこれに続く詳細な説明は本発明の数多くの側面を述べている
。本発明の原理に沿ったバルブ装置を提供するためにそれらの側面の各々を単独
あるいは組み合わせて用いることができることは理解できよう。また、本発明の
原理に従ったバルブ装置は、ポンプ等の様々なタイプの流体運搬装置や、耐久性
のあるバルブを要する他のタイプの装置の中に組み込めることも理解できよう。
【０００９】 種々の本発明のさらなる利点の一部は、次の詳細な説明に記載されており、他
の一部はその詳細な説明から明白であろうし、あるいは、本発明を実施すること
により習得されるかもしれない。前記した一般的な記述も、これに続く詳細な説
明も、単に例示的なものであって、請求の範囲に記載された発明を制限するもの
ではない。
【００１０】 （詳細な説明） ここで、添付の図面に例示されている本発明の典型的な様相を詳細に述べる。
可能な所において、同一の参照番号は、図面全体で同一または類似した部分を参
照するのに用いられる。
【００１１】 図１は、本発明の原理に一致するバルブ装置を組み込むことのできるポンプ２
０を示している。ポンプ２０は、本発明の原理に一致するバルブが組み込まれ得
る多くの異なる種類のポンプや他の種類の流体搬送装置の一例にすぎないと認識
される。従って、ポンプ２０は、本発明が利用され得る環境の種類の一例を提供
しようとしているのであり、本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきでは
ない。
【００１２】 ポンプ２０は、ころ軸受によりポンプ内に取付けられた駆動軸２２を持つ容量
形ポンプである。駆動軸２２は、回転運動を線方向または軸方向運動へ変換する
ようになっている固定角カムまたは揺れ板２３を動かす。ポンプ２０はさらに、
揺れ板によって順次に変位させられる３つもしくはそれ以上のピストン２４を有
する。ピストンセル内のオイルは、ダイヤフラム２６の後部を交互に加圧・減圧
し、ピストンの往復運動に応じてダイヤフラム２６を前後に撓ませ、こうしてポ
ンプ動作を生じる。
【００１３】 ポンプ２０はまた、マニホールド板３０に固定されたバルブ板２８を有する。
バルブ板２８は、各ダイヤフラム２６に対応するポンプチャンバ３２（図２を参
照）を画定する。チャンバ３２のそれぞれは、チャンバ入口３４およびチャンバ
出口３６と流体で連通している。ダイヤフラム２６が収縮すると、流体はチャン
バ入口３４を通ってチャンバ３２に入る。逆に、ダイヤフラムが膨張すると、流
体はチャンバ入口３６を通ってチャンバ３２から押し出される。チャンバ入口３
４間での流体伝達は、マニホールド板３０に形成された径方向内側の環状流路に
よって生じ、一方、チャンバ出口３６間での流体伝達は、マニホールド板３０に
形成された径方向外側の環状流路３７によって生じる。
【００１４】 作動中、ダイヤフラムが収縮すると、流体はマニホールド板３０によって形成
されたマニホールド入口３８を通ってポンプ２０に流入する。マニホールド入口
３８に入った流体は、ダイヤフラム２６が収縮するにつれてチャンバ入口３４を
流れて抜ける。ダイヤフラム２６の前進行程において、流体は、チャンバ３２か
らチャンバ出口３６の外へと押し出され、マニホールド板３０によって形成され
たマニホールド出口４０を通ってポンプから流出する。図１に示された実施形態
のダイヤフラム２６は、互いから約１２０°の間隔を等しくあけており、一定で
事実上パルス無しの流体の流れを供するために順次に作動する。
【００１５】 図２は、ポンプ２０のバルブ板２８とマニホールド板３０を通る断面図である
。図２に示すように、本発明の原理に一致するバルブ装置４２（明瞭にするため
に、バルブ装置は図１に示されていない）は、ポンプ２０のチャンバ入口及び出
口３４,３６内に取付けられている。ポンプ２０内に取付けられているため、バ ルブ装置４２は、チャンバ３２を流れる流体を制御する逆止弁として作用する。
つまり、ダイヤフラム２６が収縮するとき、バルブ装置４２は、入口３４からチ
ャンバ３２内に流体を流れ込ませ、出口３６からチャンバ３２に流体を流入させ
ないようにする。逆に、ダイヤフラム２６が前進行程をなすとき、バルブ装置４
２は、出口３６を通してチャンバ３２から流体を流出させるが、入口３４を通し
てチャンバから流体を流出させないようにする。
【００１６】 次に、図３Ａ,３Ｂを参照すると、バルブ装置４２は通例、対向して配置され た第１端部４６と第２端部４８を持つ中空バルブ本体４４を有する。ばね保持構
造つまり保持器５０は、バルブ本体４４内に配置されており、バルブ本体４４の
第１端部４６に設けられた保持ワッシャ５２によってバルブ本体４４内に保持さ
れている。バルブ装置４２はまた、バルブ本体４４を通る流れを制御するための
ポペット部材５４を有する。ポペット部材５４は、閉位置（図３Ａに図示）と開
位置（図３Ｂに図示）の間を移動できる。ポペット部材５４を閉位置の方へ付勢
するようになっているポペットばね５６は、ばね保持構造５０に取付けられてい
る。バルブ装置４２はさらに、ポペット部材５４が閉位置にあるときに流体を封
止するために、ポペット部材５４と共働するようになっているバルブシート５８
を有する。バルブシート５８は、保持ワッシャ５２と環状第１端６０等のシート
保持部材との間に捕獲されている。バルブ装置４２はその上、バルブ本体４４の
第２端部４８と環状締付ブラケット等の第２端６６との間に形成されるスペーサ
ー溝６４内に取付けられた環状スペーサー６２を有する。スペーサー６２は、バ
ルブ装置４２がバルブ板２８とマニホールド板３０との間で圧縮されるときにス
ペーサー溝６４内で圧縮され弾性的に変形されるよう、配列、形成される。
【００１７】 バルブ装置４２がポンプ２０内に位置しているとき、バルブ装置４２は、バル
ブ板２８とマニホールド板３０との間に装置４２をはさむことにより所定の箇所
に保持される。幾つかの実施形態において、バルブ板２８とマニホールド板３０
は、互いにボルトで締められて、バルブ装置４２と板２８,３０の移動やその結 果生じるそれらの摩耗の発生を防ぐためにバルブ装置４２を均一に圧縮するよう
整列され配列される。バルブ装置４２への均一な圧縮の持続を補助するために、
本発明のある実施形態は、決まった面積に下部を切り取られたマニホールド板３
０を有しており、その結果、圧縮力がバルブ装置４２の端片６０,６６に直接集 中する。例えば、半径方向外側環状凹部領域４３は、環状流路封止部４５と同様
にバルブ装置４２が適当な圧縮を受けるのを確実にするために、マニホールド板
３０によって画定される。発明はこれに限定されないが、本発明のある実施形態
は、高強度かつ高剛性耐摩耗プラスチックよりなるバルブ板２８とマニホールド
板３０を利用することができる。
【００１８】 バルブシート５８は通例環状で、ある実施形態においては、ウレタンやポリウ
レタンやポリエステル等の比較的軟質で柔軟で弾性のある耐摩耗性材料よりなる
。逆に、ポペット部材５４は通例ディスク型で、セラミック等の比較的硬質な材
料からなるのが好ましい。比較的軟質なバルブシートと組合せて比較的硬質なポ
ペットを用いることにより、両バルブ要素の摩耗が抑制される。つまり、セラミ
ックのような材料は硬質だが、研磨スラリー中にある特定の粒子はさらに硬質で
あり得る。従って、セラミックポペットとセラミックシートとの組み合せは、研
磨粒子をセラミック片の中へと追いやって、クレータを作り、最後には早期研磨
を起こす結果となる。一方、比較的硬質なポペットと組合せて比較的軟質で弾性
のあるバルブシートを用いることによって、研磨粒子が必ずしもポペットの中へ
と追いやられるわけではない。その代わりに、ポペットが閉鎖したとき、ポペッ
トとバルブシートの間で捕獲され圧縮された研磨粒子は、一時的にバルブシート
内に埋め込まれたり押し込まれたりする。バルブシートは、弾性材の表面を破壊
せずに、これらの閉じ込められた研磨粒子が高圧でポペット内に入れ込まれるの
を防ぐのに十分バランスのとれた弾性と強度を持つ弾性材より製造されるのが好
ましい。
【００１９】 次に、図５を参照すると、バルブシート５８は内側シール面６８を有しており
、内側シール面６８は、流体を密封するために、ポペット部材５４の外側部つま
り外表面付近に形成された対応の外側シール面７０と係合するようになっている
。内側及び外側シール面６８,７０は通例環状であり、バルブシート５８上に局 在する応力を最小限に抑えられるほど十分に大きい面積であるのが好ましい。内
側及び外側シール面６８,７０の寸法と形状の選択にあたり、バルブシート５８ の突出を抑制するためにバルブシート５８上の応力を低く保てるものが望ましい
。本発明のある特有の実施形態において、バルブシート５８は、４００psig.ま での７５〜８５ジュロメーターショアＡ硬度を持つ材料よりなる。そのような硬
度を持つバルブシートを備えているときのシール面６８,７０の好ましい形状は 、球面の第１半径７３により形成される外境界７２と球面の第２半径７５により
形成される内境界７４とを有する。第１及び第２半径７３と７５は、１７〜２７
°の範囲で角度θを作るように配列されるのが好ましい。
【００２０】 図５に示すように、シール面６８,７０は、球面の曲率と一致する曲率を持つ 。従って、バルブシート５８が平頭球面状の開口を形成するのに対し、ポペット
部材５４は平頭の球面の形状を持つ。シール面６８,７０が平頭の球面の形状を 持つよう例示されているけれども、これらの面はまた、封止を供するために円錐
台の形状や他の適する形状であっても良いことは理解できよう。また、上述の描
写された封止構成は、本発明の一実施形態の典型ではあるが、本発明の範囲を制
限するものと解釈されることを意図しない。
【００２１】 次に、図４を参照すると、バルブシート５８はまた、第１端６０の内面と接合
する外面を有する。バルブシート５８の外面は、第１及び第２横シート面７６, ７８を有しており、それらは第１端６０上に形成された対応する第１及び第２横
シート保持面８０,８２に面している。第１及び第２横シート面７６,７８は、軸
方向のシート面８４によって連結されている。同様に、第１及び第２横シート保
持面８０,８２は、軸方向のシート面８４に面している軸方向のシート保持面８ ６によって連結されている。軸方向のシート保持面８６は、軸方向長さＬ1を有 しており、それは軸方向のシート面８４の圧縮されていない軸方向長さＬ2より 短い。従って、バルブ装置４２がバルブ板２８とマニホールド板３０との間に組
み込まれて圧縮されるとき、第１横シート面７６は、第２横シート面７８が第２
横シート保持面８２により圧縮される前に、第１横シート保持面８０により圧縮
される必要がある。その結果、バルブシート５８の半径方向に最も内側の部分つ
まり領域は、バルブシート５８の半径方向に最も外側の部分よりも圧縮される。
本発明のある典型的な実施形態において、半径方向に最も外側の部分の呼称圧縮
が.００８”であるのに対し、半径方向に最も内側の部分の呼称圧縮は.０１５”
である。
【００２２】 バルブシート５８はまた、半径方向内側一次領域８８と一次領域８８から半径
方向外側に張り出した二次領域９０とを有する。一次領域８８は、二次領域９０
よりも強い圧縮を受ける。これは、両方の要求された圧縮点が、要求された製造
許容値に関係無く常に圧縮されることを確実にする。全要素を圧縮された状態に
保つことにより、いかなるつまり全てのバルブ部材の相対的な動きとその結果生
じる摩耗を抑制している。
【００２３】 図３Ａおよび図３Ｂを再び参照すると、バルブ装置４２はまた、バルブ装置４
２とバルブ板２８の間を密封するための外部シール部材９２を含んでいる。ある
特定の実施例において、外部シール部材９２は、第１端部材６０によって形成さ
れた外側環状溝９４内に取り付けられたＯリングである。バルブ装置４２がバル
ブ板２８の入口３４あるいは出口３６のどちらかにおいて圧縮されるときに、シ
ール部材９２が外側環状溝９４の全容積を実質的に完全に塞ぐように（図２参照
）、外部シール部材９２と外側環状溝９４は、好ましくは相対的に形状および寸
法決定される。即ち、外部シール部材９２は、好ましくは、ポンプ２０内に取り
付けられたときに、外側環状溝９４を実質的に１００％塞ぐように設計されてい
る。外側環状溝９４を実質的に完全に塞ぐことによって、外部シール部材９２、
バルブ板２８および第１端部材６０の間の動きが抑制される。
【００２４】 前述したように、バルブ装置４２の磨耗を抑制するには、装置の種々の構成部
材間の相対運動を抑制するのが望ましい。この点において、バルブ装置４２は、
好ましくは、バルブ装置４２の種々の構成部材間で比較的高レベルの一定の圧縮
力を維持するための手段が備わっている。バルブ装置４２のスペーサ６２は、バ
ルブ部材間の圧縮力を維持するための一例の形状あるいは技術を提供している。
ある特定の実施例において、スペーサ６２は、一般的に管状であり、ばねのよう
な特性を有している。例えば、スペーサ６２は、弾性、ゴム弾性、変形性、ある
いは圧縮性の材料で作ることができる。必要な弾性特性を有する材料の一例はポ
リエチレンである。
【００２５】 図３Ａおよび３Ｂを再度参照すると、スペーサ６２は、バルブ本体４４の第２
端部４８と第２端部材６６の間に形成されたスペーサ溝６４に取り付けられてい
る。スペーサ溝６４は、バルブ本体４４の第２端部４８によって形成された第１
環状ショルダ９６と、第２端部材６６によって形成された第２環状ショルダ９８
とによって形成されている。第２端部材６６はまた、バルブ装置４２がバルブ板
２８やマニホールド板３０などの圧縮板間で圧縮されるとき、バルブ本体４４の
第２端部４８に係合するようになっている内端１００を含んでいる。
【００２６】 バルブ装置４２を使用する場合において、構成部品は、図３Ａおよび図３Ｂに
示されるように位置合わせされており、入口あるいは出口、例えばポンプ２０の
入口３４と出口３６の一方に配置される。入口あるいは出口に配置されると、バ
ルブ装置４２の構成部品は、互いに対して自由に動くことができる。バルブ板２
８やマニホールド板３０などの対向する圧縮板は、バルブ装置４２の構成部品を
互いに固定してしまうために用いられる。例えば、バルブ板２８とマニホールド
板３０が互いにボルト締めされると、バルブ装置４２はその間で圧縮される。特
に、第１および第２端部材６０と６６が、バルブ板２８とマニホールド板３０に
よって、互いに向かって係合させられ、圧縮される。バルブ装置４２が圧縮され
ると、スペーサ６２は、好ましくは座屈したり、圧縮力を失うことなく、変形さ
せられる。ある特定の実施例では、スペーサは、座屈したり、圧縮力を失うこと
なく、約０．０２０〜０．０４０”変形している。スペーサ６２が変形すると、
第２端部材６６の内端１００とバルブ本体４４の第２端部４８の間の間隙１０３
（図３Ａおよび図３Ｂ参照）は、内端１００がバルブ本体４４にほぼ係合すると
ころまで小さくなる。第２端部材６６の内端１００がバルブ本体４４にほぼ係合
するとき、スペーサ６２は、好ましくは、スペーサ溝６４の容積を実質的に完全
に満たすだけの容積を有している。即ち、図２に示されるように、スペーサ６２
は、バルブ装置４２が軸方向に完全に圧縮されるとき、スペーサ溝６４を実質的
に１００％塞ぐように設計されている。
【００２７】 前述したように、ポペット部材５４は、ポペットばね５６によって、図３Ａに
示された閉位置に向かって付勢される。ポペット部材５４をそのような閉位置に
向かって付勢するために、様々なばね形状あるいはその他のゴム弾性部材が用い
られ得ることが分かるであろう。また、“ばね”という用語は、ポペットを閉位
置に向かって付勢するのに適したいかなる種類の弾性あるいはゴム弾性構造をも
含むことを意味している。従って、本発明は、図示され、かつこの次に詳述され
る特定のばね形状に限られるものではい。
【００２８】 図示された特定の実施例において、ポペットばね５６はコイルばねからなって
いる。ポペットばね５６は、バルブ本体４４に配置されたばね保持構造５０の上
に取り付けられている。様々な形状を用いることができるが、ばね保持構造５０
は、中央ハブ部１０４から外側へ向かって突き出る複数のラジアル脚１０２を含
んでいる。この脚１０２の中間部分は、バルブ本体４４内に形成された内側環状
ショルダ１０６に係合している。脚１０２の遠位端は、ばね保持構造５０がバル
ブ本体４４内に保持されるように、保持リング／ワッシャ５２に係合している。
ポペットばね５６は、ばね保持構造５０とポペット部材５４の間に取り付けられ
ている。詳しくは、ポペットばね５６の一端は、ばね保持構造５０のハブ１０４
の周りに形成された環状のくぼみあるいは溝１０８に嵌合している。ポペットば
ね５６の他端は、ポペット部材５４の内側側面あるいは表面に形成された円形く
ぼみ１１０に嵌合している。
【００２９】 図３Ａと図３Ｂは、ポペットばね５４の概略図である。ポペットばね５４のよ
り詳細な図が、図６Ａおよび図６Ｂに示されている。図６Ａに示されているよう
に、ポペットばね５６は、研削などの手段によって平坦化された端コイル１１２
を含んでいる。端コイル１１２は、ばね５４の内側コイル１１４に対して傾斜し
ている。この内側コイル１１４は、互いに対し略平行になっている。
【００３０】 端コイル１１２は平坦化されているため、その端部は、ばねの最も弱い、ある
いは薄い部分に相当する。従って、その平坦化された部分１１２の磨耗を抑制す
るようにされた形状を与えることが望ましい。一例の形状としては、ばね５６が
バルブ装置４２に取り付けられ、ポペット部材５４が閉位置にあるときに、各平
坦化された端コイル１１２の周面の少なくとも２分の１が隣りの最も内側のコイ
ル１１５に接触するように、バルブ装置４２に応じた所定の大きさと形をばね５
６に与えることが必要である。そのような圧縮形状が図６Ｂに示されている。図
６Ｂにおいて、コイル端部は互いに対して約１８０°偏位しているので、平坦化
された端コイル１１２とその隣りの最も内側のコイル１１５の間の接触は、平坦
化された端コイル１１２の一つについてのみ見ることができるのが分かるであろ
う。
【００３１】 本発明のある実施例において、コイルは、ポペットばね５６のフリーレングス
Ｌf（図６Ａ参照）の約５０％〜７０％である架設長Ｌi（図６Ｂ参照）を有して
いる。ばねの架設長Ｌiは、ばねがバルブ装置４２に取り付けられ、ポペット部 材５４が閉位置にあるときのばね５６の長さである。ポペット部材５４が閉位置
にあるときでも、ポペットばねが相当の予荷重を有するようにポペットばね５６
を設計することにより、ポペット部材５４が開位置と閉位置の間を移動させられ
るとき、平坦化された端部１１２とその隣りの最も内側のコイル１１４の間の相
対運動が抑制される。従って、平坦化された端部１１２の内側の磨耗もまた抑制
される。
【００３２】 本発明の他の実施例において、増加したコイル数を有するばねを使ってコイル
間の間隔を減少させることによって、ポペットばねのコイル間の相対運動を減少
させることができる。さらに、コイルが直径の変化のために互いに接触すること
がない一定力の円錐形圧縮ばねあるいはその他の種類のばねも同様に用いること
ができる。
【００３３】 ポペットばね５６の磨耗はまた、平坦化された端部１１２の外側を保護するた
めの構造を与えることによって抑制することができる。例えば、外側の磨耗を減
少させるために、ゴム弾性構造あるいはコーティングをばね５８の端部付近に施
すことができる。図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、ゴム弾性ワッシャ１１
６が、ばね保持部材５０の環状溝１０８内に配置されている一方、ゴム弾性ディ
スク１１８が、ポペット部材５４によって形成された円形くぼみ１１０内に配置
されている。ある実施例において、ワッシャあるいはディスクは、同様のゴム弾
性特性を示すポリウレタンか、あるいはその他の材料で作ることができる。
【００３４】 上記説明について、本発明の範囲から逸脱することなく、細部において、特に
採用される構成材料や、部品の大きさ、形状、および配置の点において変更する
ことができるものと解釈されるべきである。本発明の本当の範囲および趣旨を下
記請求の範囲の広い意味で表して、明細書および叙述された実施例はほんの例に
過ぎないものとみなすことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理に従ったバルブ装置を使用できるポンプの具体例を
示している。
【図２】 図１のポンプのバルブ板とマニホールド板を通って切断された横
断面図で、本発明の原理に従ったバルブ装置がバルブ板内に設置されている状態
が示されている。
【図３Ａ】 図２のバルブ装置の横断面図で、バルブ装置が閉位置にあると
ころが示されている。
【図３Ｂ】 図２のバルブ装置の横断面図で、バルブ装置が開位置にあると
ころが示されている。
【図４】 図３Ａ、３Ｂのバルブ装置のバルブシートとバルブ保持部材を示
した拡大図である。
【図５】 図３Ａ、３Ｂのバルブ装置のバルブシートとポペットヘッドを示
した拡大図である。
【図６Ａ】 図３Ａ、３Ｂのバルブ装置の中に組み込まれるばねを示してお
り、ばねが非圧縮状態にあることが示されている。
【図６Ｂ】 図３Ａのバルブ装置内に搭載された際の圧縮された状態にある
図６Ａのばねを示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3H059 AA05 BB24 CC01 CD05 CF14 EE01 FF01 FF12 3H071 AA01 BB01 CC26 DD12 DD13 EE07 EE11

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つの圧縮板の間に設置可能なバルブ装置であって、 対向して設けられた第１端部と第２端部を有するバルブ本体と、 上記バルブ本体内に設置されたばね保持構造と、 上記バルブ本体の第１端部に設けられて上記ばね保持構造をバルブ本体内に固
    定する保持ワッシャと、 開位置と閉位置の間を移動可能であり、バルブ本体を通過する流れを制御する
    ポペット部材と、 上記ばね保持構造と上記ポペット部材との間に搭載されて、このポペット部材
    を上記閉位置側へ付勢するポペットばねと、 上記保持ワッシャと第１端部材との間に捕獲されており、上記ポペット部材が
    閉位置にあるときに密封を行うバルブシートと、 上記バルブ本体の第２端部に位置し、バルブ本体と一緒になってスペーサ溝を
    形成する第２端部材と、 上記第２端部材とバルブ本体との間のスペーサ溝内に搭載されており、バルブ
    装置が上記圧縮板の間に押し挟まれるときに上記スペーサ溝内部で軸方向に圧縮
    されて弾性変形するように配置、形成されている環状のスペーサと、 を備えたことを特徴とするバルブ装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のバルブ装置において、 上記ポペット部材は略硬質の材料でできており、上記バルブシートはエラスト
    マー材料でできていることを特徴とするバルブ装置。
  3. 【請求項３】 請求項２記載のバルブ装置において、 上記ポペット部材はセラミックでできており、上記バルブシートはウレタンと
    ポリエステルからなるグループから選ばれた材料でできていることを特徴とする
    バルブ装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のバルブ装置において、 上記スペーサの寸法と形状は、このスペーサがスペーサ溝内部で圧縮、変形し
    たときに、上記スペーサ溝に実質的に空間がないようにする寸法と形状であるこ
    とを特徴とするバルブ装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載のバルブ装置において、 上記第１端部材は外側環状溝を画定しており、 さらに、上記外側環状溝内に取りつけられたシール部材を備え、 上記シール部材は、バルブ装置が上記圧縮板の一方によって画定されるポート
    内に押し込められるとき、上記外側環状溝によって画定される容積全体を略満た
    すような寸法と形状を有することを特徴とするバルブ装置。
  6. 【請求項６】 請求項２記載のバルブ装置において、 上記バルブシートは、半径方向に離間した第１領域と第２領域を含み、これら
    の領域は、バルブ装置が上記圧縮板の間に押し挟まれるとき、第２領域が圧縮で
    きるようになる前に上記第１領域が圧縮される必要があるように形成されている
    ことを特徴とするバルブ装置。
  7. 【請求項７】 請求項２記載のバルブ装置において、 上記バルブシートは上記ポペット部材に係合するようになっている内側部と、
    上記第１端部材に係合するようになっている外側部とを有し、上記外側部は軸方
    向のシート面によって相互につながれた第１横シート面と第２横シート面とを有
    し、上記外側部は、これら第１及び第２横シート面にそれぞれ対応する第１及び
    第２横端部材面と、上記軸方向のシート面に対応する軸方向の端部材面とを有す
    る上記第１端部材の部分と連携し、上記軸方向の端部材面の軸方向の長さは、上
    記軸方向のシート面の非圧縮時の軸方向の長さよりも短くて、バルブ装置が上記
    ２つの圧縮板間に押し挟まれるとき、上記第２横シート面が上記第２横端部材面
    によって圧縮できるようになる前に上記第１横シート面が上記第１横端部材面に
    よって圧縮されなければならないようになっていることを特徴とするバルブ装置
    。
  8. 【請求項８】 請求項１記載のバルブ装置において、 上記圧縮板はポンプの入口と出口を画定しており、バルブ装置はこれらの圧縮
    板間に上記入口と出口の少なくとも一方において取りつけられていることを特徴
    とするバルブ装置。
  9. 【請求項９】 請求項２記載のバルブ装置において、 上記バルブシートは上記ポペット部材に係合するようになっている環状のシー
    ル面を有し、このシール面は、その面に局在する応力を最小にするのに十分大き
    い面積を有していることを特徴とするバルブ装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載のバルブ装置において、 上記ポペットばねは対向して設けられた２つの平坦化された端コイルを有する
    コイルばねからなり、バルブ装置が上記圧縮板間に搭載されると共に上記ポペッ
    ト部材が閉位置にあるとき、各平坦化された端コイルの周面の少なくとも半分が
    、コイルばねのなかの次の最も内側のコイルに係合することを特徴とするバルブ
    装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載のバルブ装置において、 上記２つの平坦化された端部の一方と上記ポペット部材との間および上記２つ
    の平坦化された端部の他方と上記ばね保持構造との間に位置する弾性シール構造
    をさらに備えたことを特徴とするバルブ装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載のバルブ装置において、 上記弾性シール構造はエラストマー部材を備えていることを特徴とするバルブ
    装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１記載のバルブ装置において、 上記スペーサは超高分子量ポリエチレンでできていることを特徴とするバルブ
    装置。
  14. 【請求項１４】 ２つの圧縮板の間に設置可能なバルブ装置であって、 バルブ本体と、 開位置と閉位置の間を移動可能であり、バルブ本体を通過する流れを制御する
    ポペット部材と、 第１圧縮領域と第２圧縮領域を有し、上記ポペット部材が閉位置にあるときに
    密封を行うようポペット部材と連携するようになっているバルブシートと、 上記バルブシートに係合するようになっているシート保持部材とを備え、 上記シート保持部材とバルブシートは互に連携して、バルブ装置が上記圧縮板
    の間に押し挟まれるとき、上記第２領域が圧縮できるようになる前に上記第１領
    域が圧縮されなければならないようにして両者の圧縮を確実に行うことを特徴と
    するバルブ装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載のバルブ装置において、 上記バルブシートは上記ポペット部材に係合するようになっている内側部と、
    上記シート保持部材に係合するようになっている外側部とを有し、上記外側部は
    軸方向のシート面によって相互につながれた第１横シート面と第２横シート面と
    を有し、上記外側部は、これら第１及び第２横シート面にそれぞれ対応する第１
    及び第２横シート保持面と、上記軸方向のシート面に対応する軸方向のシート保
    持面とを有する上記シート保持部材の部分と連携し、上記軸方向のシート保持面
    の軸方向の長さは、上記軸方向のシート面の非圧縮時の軸方向の長さよりも短く
    て、バルブ装置が上記２つの圧縮板間に押し挟まれるとき、上記第２横シート面
    が上記第２横シート保持面によって圧縮できるようになる前に上記第１横シート
    面が上記第１横シート保持面によって圧縮されなければならないようになってい
    て両者の圧縮を確実に行うことを特徴とするバルブ装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１４記載のバルブ装置において、 上記圧縮板はポンプの入口と出口を画定しており、バルブ装置はこれらの圧縮
    板間に上記入口と出口の少なくとも一方において取りつけられていることを特徴
    とするバルブ装置。
  17. 【請求項１７】 入口と出口を画定する圧縮板と、 上記入口と出口のうちの少なくとも一方のポートに設置され、上記圧縮板の間
    で圧縮されるバルブ装置とを備え、 上記バルブ装置は、 上記少なくとも一方のポート内に設置されたバルブ本体と、 バルブ本体を通過する流れを制御するポペット部材と、 流体の密封を行うよう上記ポペット部材と連携するようになっているバルブ
    シートと、 上記バルブシートに押し付けられるシート保持部材と、 上記シート保持部材と圧縮板とバルブ本体との間の相対運動が阻止されるよ
    うに、上記少なくとも一方のポート内で上記バルブ本体とシート保持部材とを軸
    方向に圧縮して合体させるように配置、形成されている変形可能な弾性スペーサ
    とを備えたことを特徴とするポンプ。
  18. 【請求項１８】 請求項１７記載のポンプにおいて、 上記弾性スペーサに押し付けられるクランプワッシャをさらに備え、上記弾性
    スペーサはこのクランプワッシャとバルブ本体との間に捕獲されることを特徴と
    するポンプ。
  19. 【請求項１９】 請求項１８記載のポンプにおいて、 上記クランプワッシャとバルブ本体は協同して溝を形成し、この溝の中で上記
    スペーサが弾性変形することを特徴とするポンプ。
  20. 【請求項２０】 請求項１９記載のポンプにおいて、 上記弾性スペーサは超高分子量ポリエチレンでできていることを特徴とするポ
    ンプ。
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