JP2007246166A - 製品引込み機能を有する流体ポンプ・ディスペンサー - Google Patents

Abstract

【課題】流体ポンプディスペンサーの吐出時の液だれを防止する製品引き込み機構を提供する。
【解決手段】吐出口１２の端部からの液滴を回避するべく、ポンプ室２１が、吐出流路１３からポンプ室２１に製品を引込ませるために、各々のプランジャーの上り行程の開始時の僅かな間に、空動きのピストンを備え、吐出し部を開放した状態に維持する。ピストン１８と軸１１との間で作用する摩擦力と比較して、ピストン１８とポンプ・シリンダ１６との間で作用する摩擦力を減少させることにより実行される。別の実施例において、吸込み弁組立部品がピストンの軌道に配置される部分を有し、その部分は、吐出し流路のポンプ室との開放された連絡状態を維持するプランジャーの上り行程の開始時に、ばね脚の復元力が、軸と共にピストンを移動させるように、ばね脚により弁部に連接される。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して、中空の軸を経由して吐出口を開放したり閉鎖したりするためのポンプ・シリンダ内でのピストンの往復動の間に、相対的な滑り移動のために中空の軸に装備される中空ピストンを有する手動の製品引込み機能を有する流体ポンプ・ディスペンサーに関し、２０００年４月４日付の米国特許第６，０４５，００８号（出願番号０９／２７１２３９）に関連する。
より詳しくは、本発明は、吐出口での製品のいかなるしたたり（dribble）又は滴下の形成をも避けるために、各々のピストンの戻り行程の開始時におけるポンプ・チャンバへの製品の引込み（retraction）を提供する。
製品引込み機能はいかなる更なる部品も必要とすることなく、ポンプ・シリンダの改良によって実行されるので、ディスペンサーを製造する際に含まれる組立作業及び資金を有意に節減することが可能となる。

上述した関連する米国特許に記載したように、ポンプ・ピストンと共に可変容量ポンプ室を仕切るポンプ・シリンダ内で、中心孔を有する環状ピストンが、往復動のためのポンプ・プランジャーの中空の軸に装備される。
弁制御された吸込み流路（inlet passage；入口流路）はポンプ室内に通じ、中空の軸によって仕切られ吐出し出口開口部を終端として接続する弁制御された吐出し流路はポンプ室から通じる。
ピストンは、吐出し流路に通じる供給ポートを開放するため、及び閉鎖するためにポンプで送りこむ間の相対的な滑り移動のために、軸に装備される。

ピストンとポンプ・シリンダの内壁との間に作用する摩擦力は、典型的には、環状のピストンの孔壁とプランジャー軸の対面する外壁との間に存在する摩擦力より大きい。
従って、操作者が、戻しばねの力に対抗してプランジャーを下へ押すような各々の加圧行程（pressure stroke）の間、摩擦力のこのような差のため、プランジャー軸は、ピストンに先立ってピストンと軸との間に作用する係合停止力（engaging stops）によって定まる与えられた距離を移動する。

ピストンの戻り行程の開始時に、ピストンと軸との間で作用する摩擦力に対する、ピストンとシリンダとの間で作用するより高い摩擦力のため、ピストンの移動に先立って、戻しばねのバイアス力（biasing force）による動作の下に、プランジャー軸が上方に移動し、それにより、ピストンが軸の下端で弁構成要素と係合するように、吐出しポートを閉鎖し、その後、戻り行程の間、プランジャーとその軸と共にピストンを持ち上げる。
従って、その戻り行程の間に移動するピストンはポンプ室の容量を拡大し、大気圧以下に内圧を減少させ、製品を、密着していないチェックバルブを経由して吸込み流路からポンプ室内へ抜き出し、ポンプに再充填する（reprime the pump）。
ポンプに製品を再充填する操作の間、吸込み弁が開放している時、放出弁は閉鎖された状態を維持する。

本発明の目的は、加圧行程及び吸込み行程の間、軸を経由して吐出しポートに通じる供給ポートを開放及び閉鎖を行なって相対的に移動する環状ピストンを提供し、上述したタイプの手動ポンプ・ディスペンサーを改善することである。
本発明によれば、製品引込み機能は、吐出し出口開口部での製品のいかなる液滴の生成をも回避して、ポンプ室内への製品引込みを実行すべく、ポンプの孔の独特な改良を行なったものである。
このような機能の供給は、更なる部品を必要とせず、既存の部品を単に再構築するだけで、ディスペンサーの全体的な費用のいかなる増加も回避される。
製品引込みのための本発明に係るポンプ・ディスペンサーの適応は、単純で簡単な操作であり、更に非常に効果的で経済的でもある。

本発明によると、各々のピストンの戻り行程の開始時に、環状ピストンが、プランジャー軸と共に、ポンプ孔（pump bore）外面を移動し、吐出し流路が、圧力低下を発生させる拡大中のポンプ室との連絡を維持するように、吐出しポートを開放した状態に保持する。
吐出しポートを開放した状態での短時間のこの圧力低下は、吐出し流路から、拡大しているポンプ室へ製品を引込み、これにより、吐出し流路の出口端での、見苦しく望まれていない製品の泡及びしたたりの生成が回避される。

本発明によると、ピストンとポンプ・シリンダ壁との間の締りばめ（interference fit）は、その間に作用する摩擦力を、環状ピストンの中心孔の壁と、囲まれたプランジャー軸との間に存在する摩擦力より小さくするために、シリンダの下端で調整される。
これによって、プランジャーの戻り行程の開始時に、軸がピストンと共に移動することを可能にし、このことにより、ピストンが戻る短い間に、吐出し部を開放した位置に維持する。
吐出し流路が、拡大しているポンプ室と開放された連絡状態を維持するので、拡大しているポンプ室により生成した負圧は、吐出し流路からポンプ室内へ製品を引き出すと同時に、吸込み流路を経由してポンプ室内に製品を引き出し始める。
その効果は、吐出し経路の出口端部からポンプ内部への製品の抜き出し除去である。

本発明の別の実施例によると、吸込み弁は往復動方向にバイアスされ（bias）、ピストンの往復動軌道に位置する復元（restoring）ばね手段を有する。
従って、各々の加圧行程の終わりに、ピストンはばね手段に衝突し、これにより、続いて起こる戻り行程の間、ピストンはプランジャー軸と共に移動し、吐出し部を開放状態に維持し、短い間に拡大しているポンプ室との連絡を維持する。
拡大しているポンプ室により、このように生成される負圧は、吐出し流路からポンプ室へ製品を抜き出すと共に、吸込み流路を経由してポンプ室へ製品を抜き出すように機能する。
従って、製品は、いかなるしたたり又は滴下の生成をも回避するために吐出し口の末端部から引込まれ除去される。

本発明の他の目的、利点、及び、新しい機能は、添付図面と関連付けて後述する本発明の詳細な説明により明らかになるだろう。

以上より、単純で経済的な、更に非常に有効な方法が、各々の加圧行程の終わりでの製品液滴の形成を回避するためになされ、このことにより、詰まりを引き起こし得る吐出し口の端部での、僅かではない汚れた状態を回避し、製品と外気との接触を最小にすることが分かる。

上記の教示に照らして、明らかに、本発明の他の改良及び変更が多数可能となる。各請求項に記載の範囲内で、本発明が、特に記載された以外においても、実施され得ることは理解されるだろう。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
複数の図に亘って、対応する部分に同じ参照番号がついている図面において、本発明の一つの実施例に係る流体ディスペンサーは、通常、図１の１０のように図示され、吐出し流路１３を仕切る吐出し口（discharge spout）１２をその上端に有する細長い中空のプランジャー軸１１を有するポンプを含む点で、上述した米国特許出願番号０９／２１７２３９において開示される流体ディスペンサーと類似する。
周囲の裾部１４は、分配される製品の容器（図示せず）にディスペンサーを装備するために、内部をねじ切られた栓蓋（closure cap）１７が装備されるポンプ・シリンダ１６を仕切るポンプ本体の上端内部で固定される内部ライナー（inner liner）１５において係合したり、外されたりするように設計されている。
該プランジャーは、図１では上に伸びた状態でロックされた位置で示されているが、上述した出願において詳細に記載されているように、プランジャーが下がった位置にもロックされ得る。
本発明は、同様に、本発明の範囲内において、プランジャーが上に伸びた状態でも、又は下に下がった状態でもロックされないようなディスペンサー内に組み込まれるのにも適している。

中心孔１９を有する中空の環状ピストン１８は、ポンプ・シリンダ内でプランジャーと共に往復動を行ない、それに加えて、可変容量ポンプ室２１を仕切るために、プランジャー軸の下端に装備される。
該環状ピストンはまた、手動の往復動間の相対的な滑り移動のために、プランジャー軸に装備される。
この目的のために、該プランジャー軸の内側の端部は先細りになり、図１に示されるプランジャーの完全に持ち上げられた位置において、ピストンに形成される対面する内側の肩部２３から間隔を置いて配置される肩部２２を与える。
プランジャー戻しばね２４は、ピストンを図１の静止位置に配置させるために、プランジャーの裾部１４の内面上にある適切なリブ２５等と、内部ライナー１５の内側のフランジ２６との間で伸びる。

弁構成要素２７は、プランジャー軸の内側の端部に固定されるが、該弁構成要素２７は、図示したように、軸の下端に、障害のない吐出しポート３３を確立するために、プランジャー軸の先の細くなった端部で中心孔２９内に押圧して嵌合された又は固定された一組の直立脚（upstanding leg）２８を有する。

弁構成要素２７は、ピストンから垂下する環状弁フランジ３２を受け入れるための弁座を仕切る上方へ開いた環状溝３１（図２）を備える。

プランジャーの静止位置、及び／又は上に伸びた状態でロックした位置において、可変容量ポンプ室２１と吐出し流路１３との間の連絡は、環状弁フランジ３２と環状溝３１との間の密閉した係合により、弁調整で遮断されるので、吐出しポート３３は閉鎖されたままである。
また、ピストンの直立環状フランジ３４は、内部ライナー１５の内側のフランジ２６から垂下する環状シール３６を受け入れるための開いた環状溝３５を有する。これにより、図１の状態のポンプ室からの製品のいかなるリークも、回避される。

図２で示すように、プランジャーの下り行程での位置及び下がった状態でロックした位置において、弁構成要素２７から垂下する環状フランジ３７は、ポンプ・シリンダの最下端の直立フランジ３８内で密閉して係合する。
ディスペンサーが装備される容器内に伸び、吸込みボール逆止弁４２等により制御されるポンプ室内への吸込み流路４１を仕切る典型的なディップ・チューブ（dip tube；浸漬された管）がシリンダの最下端から垂下する。

操作において、図１の上に伸びた位置からプランジャーのロックを外し、最初に、肩部２２，２３が接触するまで、プランジャーに与えられる下方への手動圧力により、環状ピストン１８に相対的にプランジャー軸１１を移動させ、続いて、吐出しポート３３を開放するために、環状弁フランジ３２から弁構成要素２７を遠ざける。
プランジャーに与えられる連続的な下方への圧力は、ポンプ室においてプランジャーの往復動の間に製品に加圧するため、及び、吐出し流路を経由して吐出し口１２の端部から製品を吐出すために、シリンダ内でピストンを往復運動させるのに役立つ。
戻しばねの復原力により実行されるような、プランジャーの各々の引き続いて起こる上り行程（upstroke；アップストローク）の間、ポンプ室容量は拡大し、それにより生成する負圧は、製品を、開放された吸込み流路を経由してポンプ室内に抜き出す。
通常の態様においても見られるように、玉押えケージ（ball cage）が、ボール弁の座からの移動を制限するために、ポンプ・シリンダのスロート内に備えられてもよい。

典型的に、加圧行程及び戻り行程の間、プランジャーとピストンとの間に与えられる「空動き（lost motion）」により、ピストンより先にプランジャーの下り行程（downstroke；ダウンストローク）の終わりからプランジャー軸が戻ることが可能となり、これにより環状弁フランジ３２を環状溝３１に対して再び密着させることができ、従って、吐出し口を閉鎖し、ピストンをプランジャーと共に図１の位置に戻すことを可能にする。
上述したような加圧行程と戻り行程との間のプランジャーの往復動の間、吐出しポートが閉鎖する前のプランジャーの下り行程の終わりに、製品の液滴が、しばしば吐出し口の端部で生成する。
この液滴形成が作業者のための望ましくない状態を示すので、この液滴形成は問題を含む。

本発明によると、供給ポートが閉鎖する前に、大気圧より低圧の状態の拡大したポンプ室と吐出し流路との間の開放された連絡が、少量の製品を吐出し流路からポンプ室に引込むように、ポンプ室容量が拡大する一方、吐出しポート３３はプランジャーの戻り行程の開始時に、短い間、開放されたままにされる。
このような引込みにより、製品を吐出し口の端部の内部へ吸込まれるようにし、これにより、以前のようなプランジャーの下り行程の終わりでの吐出し口からの製品の液滴の生成を防ぐ。

プランジャーの下り行程の間、ピストンシール（piston seal）４３，４４と、ポンプ・シリンダの内壁との間で作用する摩擦力は、ピストンの中心孔１９の壁と、プランジャー軸の先細り部の外壁４５との間で作用する摩擦力より大きい。
これにより、プランジャーの下り行程の間の軸が、肩部２２，２３によって動きが限定されるピストンに対し相対的に移動することを可能にする。
プランジャーの上り行程の開始時に、中心孔１９と外壁４５との間に現れる摩擦力と比較して、より大きな摩擦力が、ピストンシールとポンプ・シリンダの壁との間に現れ、これが、逆動（reverse movement）、即ち、吐出し部を閉鎖するために、ピストンの戻りより僅かに先立つプランジャーの戻りの原因となる。

図１〜図４に示される本発明の一実施例において、最下部４６での、ポンプ・シリンダの内径ｄは、そのポンプ・シリンダの他の部分（remainder）での標準内径Ｄより僅かに大きい。
内径ｄは、図２に示すような下り行程の終わりにおいて、ピストンシール４３，４４とポンプ・シリンダの内壁との間の密閉性に影響を及ぼさないように寸法決めされ、それにも関わらず、ピストンシール４３，４４とポンプ・シリンダの内壁との間の摩擦力を減少させ、その減少した摩擦力が、外壁４５とピストンの中心孔１９の壁との間の摩擦力より小さくなるように寸法決めされる。

ポンプ・シリンダのピストンと内壁との間で確立されるこの可変の干渉部（interference；締りばめ）は、図２の位置から図３の位置までのプランジャーの上り行程の開始時に、軸と共にピストンが戻るような移動を容易にする。
吐出しポート３３が開放されたままであり、従って、可変容量ポンプ室２１と吐出し流路１３との間の連絡が開放された状態に維持される間、最下部４６でのピストンシール４３，４４とポンプ・シリンダの内壁との間で確立される摩擦力を超える外壁４５と中心孔１９との間で確立されるより大きな摩擦力は、ピストンが、プランジャーの戻りと共に一瞬で戻ることを可能にする。
ポンプ室容量の拡大の間に確立されるこの開放された吐出し状態は、少量の製品が、吐出し流路からポンプ室に引込まれ、これにより、吐出し口の端部での液滴の生成を避けることを可能にすると同時に、ポンプ室容量の拡大により、密閉されていない吸込みボール逆止弁を経由して吸込み流路から製品を吸込むことが開始される。
図４に示すように、ピストンシール４４がシリンダの内径Ｄ部に到達する時、通常の態様においても見られるように、ポンプ室の容量が拡大し、ポンプ室に再充填するために吸込み流路から製品を抜き出すので、軸の先細り部の外壁４５とピストンの中心孔１９との間のより小さな摩擦力と比較して、より大きなピストンシール４４とシリンダの内壁部との間の摩擦力により、ピストンに対するプランジャーの相対的な移動が起こり、これにより、吐出しポート３３が閉鎖される。

図５〜図８に示される本発明の別の実施例によると、ポンプ・シリンダの内径Ｄは、その全体の長さに亘って一定であり、図５で示すように、吸込みボール逆止弁は、吸込み流路４１を弁調節するために、通常は吸込み流路４１のスロート部に対して密着される部分球形部（part spherical portion）４８を有する吸込み弁組立部品４７により置換可能である。
吸込み弁組立部品４７は、複数（例えば２又は３以上）のばね脚５１を経由して、部分球形部４８と一体的に連結される直立環状壁４９を更に含む。
直立環状壁４９は、ポンプ・シリンダの内壁に備えられる突起５３に対する相対的な直立環状壁４９の移動範囲を確立するために、軸方向に間隔を置いて配置される外側の突起５２を有してもよい。

操作中には、直立環状壁４９を僅かに下方へ移動させるために、プランジャーの端部で下り行程のピストンシール４３が、その経路にある吸込み弁組立部品４７の直立環状壁４９に押し付けられ、これにより、ばね脚５１が変形し、部分球形部４８とその弁座との間に密着した密閉性が生じる。
従って、上述した関連出願によって開示されているような、プランジャーが下がってロックされている状態において、船積及び貯蔵の間の吸込み流路を経由した製品のいかなる漏洩も回避される。

図６に示すように、プランジャーの戻り行程の開始では、プランジャー軸は、いかなる通常の態様においても見られるように、プランジャー戻しばね２４の復原力によって、戻り始める。
戻り行程の開始で上述したような吸込み弁組立部品４７を備えることにより、ばね脚５１の復元力は上方へ直立環状壁４９を移動させ、これに対応してピストンを軸の移動と共に移動させるので、吐出しポート３３を開放された状態に維持し、環状弁フランジ３２が環状溝３１に密着されていないので、吐出し流路１３とポンプ室との間の開放された連絡が短い間、保持される。
ポンプ室の容量が拡大し、それにより、吐出し口の端部でのいかなる製品の液滴生成をも除去するために、吐出し流路からポンプ室に製品を引込む間、この開放された状態が存在する一方、同時にばね脚５１の部分球形部４８に対する押圧から解放され、製品が吸込み流路を経由してポンプ室に吸込まれ始めることを可能にする。

図７に示すように、一旦ばね脚５１がそれらの原形に戻ると、ピストンに作用するだろう唯一の力は、ピストンシール４３，４４と、ポンプ・シリンダの内壁との間に作用する摩擦による力である。
環状弁フランジ３２はその環状溝３１内に再び密着するので、外壁４５と、ピストンの中心孔１９の壁との間で確立される摩擦力より大きいこの摩擦力は、この段階におけるプランジャー軸が、吐出し部が閉鎖されて密閉されるピストンに対する相対的なその上り行程の移動を続けることを可能にする。
上り行程が続く間、ポンプ室は図７の状態から図８の状態まで容量が増加し、そうすると、ばね脚５１の部分球形部４８に対する押圧が解放され、製品が吸込み流路を経由してポンプ室内に吸込まれることを可能にする。
突起５２と５３との作用（cooperation）は、弁の移動を制限し、ディスペンサー部品を組立する間、同様に弁組立部品を所定の位置に保持する。

本発明の一実施例を含む製品引込み機能を有する流体ポンプ・ディスペンサーの部分縦断面図である。 下り行程終了時のプランジャー軸及びピストンを示す図１の流体ポンプ・ディスペンサーの部分縦断面図である。 上り行程開始直後のピストン及びプランジャー軸を示す図１の流体ポンプ・ディスペンサーの部分縦断面図である。 上り行程を開始した後の上り行程の間の、ピストン及びプランジャー軸を示す図１の流体ポンプ・ディスペンサーの部分縦断面図である。 加圧行程終了時のピストン及びプランジャー軸を示す本発明の別の実施例の製品引込み機能を有する流体ポンプ・ディスペンサーの部分縦断面図である。 上り行程開始時のピストン及びプランジャー軸を示す図５の流体ポンプ・ディスペンサーの部分縦断面図である。 上り行程を開始した後の閉鎖された状態の吐出し弁を示す図５の流体ポンプ・ディスペンサーの部分縦断面図である。 上り行程を開始した後の上り行程の間の、ピストン及びプランジャー軸を示す図５の流体ポンプ・ディスペンサーの部分縦断面図である。

符号の説明

１０ 流体ポンプ・ディスペンサー（流体ディスペンサー）
１１ プランジャー軸
１２ 吐出し口
１３ 吐出し流路
１４ 裾部
１５ 内部ライナー
１６ ポンプ・シリンダ
１７ 栓蓋
１８ 環状ピストン
１９ 中心孔
２１ 可変容量ポンプ室
２２ 肩部
２３ 肩部
２４ プランジャー戻しばね
２５ リブ
２６ フランジ
２７ 弁構成要素
２８ 直立脚
２９ 中心孔
３１ 環状溝
３２ 環状弁フランジ
３３ 吐出しポート
３４ 直立環状フランジ
３５ 環状溝
３６ 環状シール
３７ 環状フランジ
３８ 直立フランジ
３９ ディップ・チューブ
４１ 吸込み流路
４２ 吸込みボール逆止弁
４３ ピストンシール
４４ ピストンシール
４５ 外壁
４６ 最下部
４７ 吸込み弁組立部品
４８ 部分球形部
４９ 直立環状壁
５１ ばね脚
５２ 突起
５３ 突起

Claims (4)

1. 加圧行程と戻り行程との間で、手動で移動可能であり、ポンプ室から通じる吐出し流路を仕切る中空の軸の一端にあるピストンであって、
   中空の軸の他端にある吐出し口を経由して液体製品を分配するための可変容量ポンプを仕切るポンプ・シリンダ内にあり、手動の往復動の間、相対的な滑り移動のために前記一端に装備されるピストンと、前記ポンプ室に通じる弁制御された吸込み流路と、吐出し部の開放位置と閉鎖位置との間の相対的な滑り移動を制限するために、前記軸と前記ピストンとの間に作用する手段と、吐出し部の閉鎖位置において前記ピストンと密着して係合する前記軸の前記一端上にある弁構成要素と、第一の摩擦力を確立する前記一端と前記ピストンとの間に作用する第一の係合面と、第二の摩擦力を確立する前記ピストンと前記ポンプ・シリンダとの間に作用する第二の係合面とからなる製品引込み機能を有する流体ポンプ・ディスペンサーであって、
   戻り行程の開始時に、前記第一の摩擦力は前記第二の摩擦力より大きいため、前記ピストンが前記軸と共に移動し、吐出し口からの製品のしたたりを回避すべく、製品を前記吐出し流路及び前記吐出し口から前記ポンプ室へ引込むために、吐出し部の開放位置においてポンプ室を拡大する、製品引込み機能を有する流体ポンプ・ディスペンサー。
2. 前記第二の係合面を仕切る前記ポンプ・シリンダの一部が、前記ポンプ・シリンダの他の部分の内径より大きな所定のサイズの内径を有する請求項１記載の流体ポンプ・ディスペンサー。
3. 外端に吐出し開口部を有し、内端に弁構成要素を有する吐出し流路を仕切る細長い往復動可能な中空のプランジャー軸と、吐出し開放位置と吐出し閉鎖位置との間の前記弁構成要素の相対的な移動のために、前記内端での前記ピストン軸の先細り部に装備された中空のピストンであって、前記吐出し閉鎖位置で前記弁構成要素が密着して係合し、可変容量ポンプ室を仕切るためにポンプ・シリンダ内で往復動可能であり、第一の摩擦力を定めるために、前記先細り部と係合する面を有する中心孔を有し、第二の摩擦力を定めるために、前記ポンプ・シリンダの内端で、内面部と係合する環状ピストンシールを有する中空のピストンと、からなる製品引込み機能を有する流体ポンプ・ディスペンサーであって、
   前記吐出し開放位置において、前記ポンプ室の容量を増大させるために、前記ピストンが、前記軸と共に移動するようになるように、前記第一の摩擦力は前記第二の摩擦力より大きく、それにより、製品は、前記開口部からの製品のいかなるしたたりをも回避するために、前記吐出し流路及び前記吐出し開口部から前記ポンプ室内へ引込まれる、製品引込み機能を有する流体ポンプ・ディスペンサー。
4. 前記内面部が、前記ポンプ・シリンダの他の部分の内径より大きな所定のサイズの直径を有する請求項３記載のディスペンサー。

Images