JP2019504240A - ベローズ用内部軸受 - Google Patents

Abstract

往復動ポンプは、ハウジングと、ロッドと、ベローズと、軸受とを備える。ハウジングは、ベローズチャンバと吸排チャンバとを取り囲む。ロッドの第１部分は、ベローズチャンバ内に延びる。ベローズは、ハウジングに結合された第１端部と、ロッドに結合された第２端部とを備える。ベローズは、ロッドの第２部分を取り囲み、複数の折りたたみ部を備える。軸受は、ベローズ内でベローズとロッドとの間に配設される。【選択図】図２

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１５年１２月１８日付で出願された「ベローズ用内部軸受」と題する米国特許仮出願第６２／２６９５２４号に基づき優先権を主張するものであり、当該米国特許仮出願における開示内容は、その全体が参照により本明細書に組み入れられるものである。

本発明は、往復動ポンプに関するものであり、より具体的には、ベローズシールを有した往復動ポンプに関するものである。

往復動ポンプにおいては、作業流体が、外部の空気などの別の流体に晒されるのを防止するため、ベローズを用いて非摺動の封止を形成する。往復動ポンプのポンプストロークが長くなるほど、ベローズに必要とされる非摺動の封止の距離も長くなる。

より長いポンプストロークにベローズが適応するのに従い、ベローズは、より変形しやすくなり、最終的に、収縮した状態では不安定になる。このため、ベローズがポンプロッドに接するようになるまで、ベローズによじれが生じたり、曲げが生じたりする可能性がある。ポンプの通常作動の際のベローズとポンプロッドとの接触により、ベローズが摩滅して穴が開く可能性があり、ベローズに不具合が生じるおそれがある。

往復動ポンプは、ハウジングと、ロッドと、ベローズと、軸受とを備えている。ハウジングは、ベローズチャンバと吸排チャンバとを取り囲む。ロッドの第１部分は、ベローズチャンバ内に延びる。ベローズは、ハウジングに結合された第１端部と、ロッドに結合された第２端部とを備える。ベローズは、ロッドの第２部分を取り囲み、複数の折りたたみ部を備える。軸受は、ベローズ内でベローズとロッドとの間に配設される。

往復動ポンプは、ハウジングと、ロッドと、スリーブと、ベローズと、軸受とを備えている。ハウジングは、ベローズチャンバと吸排チャンバとを取り囲む。ロッドの第１部分は、ベローズチャンバ内に延びる。スリーブは、ロッドに取り付けられ、ロッドの一部を取り囲む。ベローズは、ハウジングに結合されると共にスリーブに結合される。ベローズは、スリーブの一部を取り囲み、複数の折りたたみ部を備える。軸受は、ベローズとスリーブとの間に配設され、スリーブに摺動可能に係合する。

往復動ポンプは、ハウジングと、ロッドと、スリーブと、ベローズと、複数の軸受とを備えている。ハウジングは、ベローズチャンバと吸排チャンバとを取り囲む。ロッドの第１部分は、ベローズチャンバ内に延びる。スリーブは、ロッドに取り付けられ、ロッドの一部を取り囲む。ベローズは、ハウジングに結合されると共にスリーブに結合される。ベローズは、スリーブの一部を取り囲み、複数の折りたたみ部を備える。複数の軸受は、ベローズがロッド及びスリーブに接するのを防止するように配置される。

ベローズ及びリリーフバルブを有する往復動ポンプの断面図である。 ベローズ及びベローズ内に配設された軸受を有する往復動ポンプの一部を示す断面図である。 往復動ポンプのスリーブの斜視図である。 往復動ポンプの軸受の斜視図である。 往復動ポンプのシールの斜視図である。 ３つの丸かど部のある断面形状を有した、図３の６−６線に沿うスリーブの断面図である。 ２つの丸かど部のある断面形状を有したスリーブの断面図である。 ４つの丸かど部のある断面形状を有したスリーブの断面図である。 ベローズ内に配設された軸受を有する往復動ポンプの要部として、図２の９−９線で囲む部分を示す断面図である。 軸受の斜視図である。 図１０Ａの１０−１０線に沿う軸受の断面図である。 リリーフバルブの断面図である。 リリーフバルブの分解斜視図である。 リリーフバルブの円錐状バルブエレメントの斜視図である。 円錐状バルブエレメントを有したリリーフバルブの断面図である。

［ポンプ（図１及び図２）］
図１及び図２は、往復動ポンプ１０の断面図である。以下、図１及び図２について、まとめて説明する。

往復動ポンプ１０は、ハウジング１２、ベローズチャンバ１４を有するハウジング１２の上部１３、吸排チャンバ１６を有するハウジング１２の下部１５、シリンダマニホールド１７、ピストン１８、スロートシール１９、流出口２０Ａ、流出口２０Ｂ、流入口２２Ａ、流入口２２Ｂ、導管２４、段部２８と小径部２９とを有するロッド２６、スリーブ３０、スリーブ３０の外面３２、カラー３４、内部空間３８と折りたたみ部４０とを有するベローズ３６、ナット４２、軸受４４、開口部４８と通路５０とを有するエンドキャップ４６、軸受５４、シール５６、及びリリーフバルブ５８を備えている。また、図１には、往復動ポンプ１０を通る流体の流動Ｆも示されている。

往復動ポンプ１０は、塗料及びそれ以外の流体の少なくとも一方を送給するように構成されたベローズ式循環ポンプ機構を備えている。なお、本実施形態では、一例として塗料が用いられているが、これは単なる一例に過ぎず、塗料に代えて別の流体（水、オイル、溶剤など）を送給することも可能であると理解すべきである。非限定的な一実施形態において、往復動ポンプ１０は、先行技術で知られている４ボールポンプのような、４ボール複動式ポンプである。非限定的な一実施形態において、往復動ポンプ１０は、「密閉４ボール下段部」修理／パーツマニュアル（「密閉４ボール下段部」パーツ番号３３３０２２Ｂ、改訂Ｂ、グラコＩｎｃ．、２０１６年５月）に記載されたポンプ機構を備えることが可能であり、参照によりその全てがここに組み入れられる。非限定的な別の実施形態において、往復動ポンプ１０は、単動式ポンプ、またはベローズ付きもしくはベローズなしの別の形式の複動式ポンプとすることが可能である。

ハウジング１２は、硬質で、概ね円筒状の形状を有して封じられた管状部材となっている。ハウジング１２は、鋼、アルミニウム、またはそれ以外の金属材料といった材料で形成することが可能である。ハウジング１２の上部１３は、ハウジング１２の上端部分またはその近傍に位置するハウジング１２の上側部分である。ベローズチャンバ１４は、ハウジング１２の上部１３内の部屋である（図１に示すとおり）。ハウジング１２の下部１５は、ハウジング１２の下端部分またはその近傍に位置するハウジング１２の下側部分である。吸排チャンバ１６は、ハウジング１２の下部１５内の部屋である（図１に示すとおり）。吸排チャンバ１６は、当該吸排チャンバ１６内の作業流体の調整及び移動を行うように構成される。シリンダマニホールド１７は、当該シリンダマニホールド１７内の作業流体の調整及び移動を行うために、硬質材料からなる部材によって構成される。ピストン１８は、様々な組立部品からなり、吸排チャンバ１６を介して作業流体の送給を行うように構成される。スロートシール１９は、当該スロートシール１９を越えて流体が移動しないように構成された高圧シールである。流出口２０Ａは、ハウジング１２の上部１３から延設された中空形状の管路であり、この流出口２０Ａを介し、ハウジング１２から導管２４へと流体が移動するように構成される。流出口２０Ｂは、ハウジング１２から延設された中空形状の管路であり、ハウジング１２からハウジング１２の外部へと流体が移動するように構成される。流入口２２Ａは、ハウジング１２の上部１３から延設された中空形状の管路であり、ハウジング１２の外部からハウジング１２のベローズチャンバ１４内へと流体が移動するように構成される。流入口２２Ｂは、ハウジング１２から延設された中空形状の管路であり、導管２４からハウジング１２内へと流体が移動するように構成される。導管２４は、中空の管路である。

ロッド２６は、中実の棒状部材である。ロッド２６の上端部近傍には、当該ロッド２６に段差として形成された段部２８を有する。また、ロッド２６は、小径部２９を有しており、この小径部２９は、これ以外のロッド２６の部分の径より内側に入り込んだ径、即ち小さな径を有したロッド１６の部位である。非限定的な一実施形態において、小径部２９は、段部２８の上方に位置する（図２に示すとおり）。スリーブ３０は、硬質材料からなる円筒状、または管状部材である。外面３２は、スリーブ３０の外周面である。カラー３４は、硬質材料からなるリングであって、当該カラー３４をロッド２６に取り付けるための形状または手段を有している。ベローズ３６は、複数の折りたたみ部４０を有した可撓性スリーブであり、これら折りたたみ部４０は、ベローズ３６の表面に沿って、山折り部と谷折り部とを交互に有することにより、ハウジング１２のベローズチャンバ１４内で、ベローズ３６が伸縮できるようになっている。非限定的な一実施形態において、ベローズ３６の素材は、ポリテトラフルオロエチレン、別のタイプのテトラフルオロエチレン、またはそれ以外の、耐摩耗性を有した材料とすることが可能である。ベローズ３６の断面形状（図１及び図２には示さず）は、円形形状、または複数の丸かど部を有した丸かど形状とすることができる。

ナット４２は、硬質材料からなり、ネジ山が設けられたリング状部材である。軸受４４は、超高分子量ポリエチレン、またはそれ以外のタイプの熱可塑性物質及びポリエチレンの少なくとも一方で形成される。エンドキャップ４６は、硬質材料からなるディスクであり、当該エンドキャップ４６に形成された様々な開口及び孔を有している。また、エンドキャップ４６は、開口部４８及び通路５０を備える。開口部４８は、エンドキャップ４６を貫通する孔または通路であり、エンドキャップ４６の底面からエンドキャップ４６の上面にかけて上下方向（図２における上下の方向）に延設されている。通路５０は、流体が移動する通路である。軸受５４は、耐摩耗性のある表面を有した、硬質材料からなるリングである。シール５６は、柔軟なシール面を有したリング状部材である。リリーフバルブ５８は、往復動ポンプ１０に対して出入りする流体の流れを調整するバルブである。

流動Ｆは、往復動ポンプ１０を通る流体の経路を示している。非限定的な一実施形態において、流動Ｆの流体は、塗料、オイル、ガス、水、作動液、溶剤、洗剤、またはそれ以外の産業用流体といった、気体または液体とすることができる。

往復動ポンプ１０は、モータに連結され、当該モータで駆動することができる。非限定的な一実施形態において、往復動ポンプ１０は、空気モータ、油圧モータ、または電動モータに連結することができる。ハウジング１２のベローズチャンバ１４及び吸排チャンバ１６は、ハウジング１２の一部によって隔てられている。ピストン１８は、ロッド２６の下端部に取り付けられている。スロートシール１９は、ロッド２６がスロートシール１９に対して相対的に上下動可能となるようにロッド２６に装着され、ロッド２６との間の封止を行う。また、スロートシール１９は、ハウジング１２の下部１５の上端部に固定される。流出口２０Ａは、ハウジング１２のベローズチャンバ１４に連通している。また、流出口２０Ａは、導管２４を介して流入口２２Ｂに連通しており、導管２４は、流出口２０Ａから流入口２２Ｂへと流体を移動させるために、流出口２０Ａからハウジング１２の流入口２２Ｂまで延設されている。流入口２２Ａは、ハウジング１２のベローズチャンバ１４に連通している。また、流入口２２Ｂは、ハウジング１２の吸排チャンバ１６に連通している。

ロッド２６は、エンドキャップ４６の開口部４８を貫通し、ハウジング１２のベローズチャンバ１４内に延びている。また、ロッド２６の一部は、吸排チャンバ１６内にも延びている。ロッド２６は、丸かど部を有した断面形状により、エンドキャップ４６内の軸受５４と相互に作用することで、ロッド２６と軸受５４との間での相対的な回転が防止されるようになっている。スリーブ３０は、当該スリーブ３０がロッド２６の一部を取り囲むようにして、ロッド２６に結合されている。スリーブ３０の一部は、ロッド２６の段部２８に当接している。スリーブ３０は、ネジ止め式固定部材、ボルト、クリップ、または、それ以外の形式の機械的固定部材を用い、ロッド２６に固定される。スリーブ３０は、ロッド２６の上から取り付けられ、ロッド２６の段部２８に係止した状態となっている。カラー３４は、ロッド２６の段部２８にスリーブ３０を当接させて保持した状態で、カラー３４が、スリーブ３０をロッド２６に固定するようにして、スリーブ３０の上方でロッド２６に取り付けられている。また、カラー３４は、ロッド２６の小径部２９に取り付けられる。非限定的な一実施形態において、カラー３４は、ネジ止め機構、固定具、接着剤、または、それ以外で公知の取付手段を用い、ロッド２６に取り付けられる。ロッド２６及びスリーブ３０は、軸受５４を貫通して延設される。

ベローズ３６は、ナット４２により、ロッド２６及びスリーブ３０に固定されており、ナット４２が、ベローズ３６の下端部をスリーブ３０に押圧して密着させることにより、スリーブ３０とベローズ３６との間の相対的な回転運動が防止されるようになっている。また、ベローズ３６は、エンドキャップ４６とハウジング１２の上部１３との間に固定され、ベローズ３６とハウジング１２との間の相対的な回転運動が防止されるようになっている。軸受４４は、ベローズ３６内のスリーブ３０に設けられており、それぞれの軸受４４が、ベローズ３６の折りたたみ部の１つと径方向に並んで配置されている。

エンドキャップ４６は、ハウジング１２の上部１３に配置されて固定されている。エンドキャップ４６の一部を通過する通路５０は、ベローズ３６の内部空間３８をリリーフバルブ５８に連通する。エンドキャップ４６とスリーブ３０との間に介装されている軸受５４は、スリーブ３０に摺動可能に係合しており、ロッド２６及びスリーブ３０が、ハウジング１２に対して出入りし、移動できるようになっている。軸受５４は、エンドキャップ４６の開口部４８に密着して嵌合されている。軸受５４の形状は、エンドキャップ４６の開口部４８の形状に適合するものとなっている。シール５６は、エンドキャップ４６とスリーブ３０（またはロッド２６）との間に介装されており、シール５６により、ロッド２６とエンドキャップ４６との間での流体の移動を防止する。リリーフバルブ５８は、エンドキャップ４６に取り付けられており、螺合によりエンドキャップ４６に組み付け可能となっている。また、リリーフバルブ５８は、エンドキャップ４６の通路５０に連通する。

非限定的な一実施形態において、往復動ポンプ１０は、ベローズ３６の第１端部をスリーブ３０の第１端部に取り付けることによって組み立てが行われる。ベローズ３６の第１端部は、ナット４２を用い、ナット４２がベローズ３６の第１端部をスリーブ３０に押し付けて密着させるようにして、ベローズ３６をスリーブ３０に固定することにより、スリーブ３０の第１端部に取り付けられる。ベローズ３６を取り付けたスリーブ３０は、上方からロッド２６の一部に装着され、ロッド２６に固定される。このとき、スリーブ３０がロッド２６の段部２８に当接するように、スリーブ３０がロッド２６に装着される。カラー３４が、ロッド２６の段部２８に対してスリーブ３０の一部を押し付けた状態で保持するようにして、スリーブ３０の上方で、ロッド２６に取り付けられる。スリーブ３０は、ネジ止め式固定部材、ボルト、またはクリップを用いて、スリーブ３０をロッド２６に取り付けることにより、ロッド２６に固定される。スリーブ３０及びロッド２６は、往復動ポンプ１０のハウジング１２内に挿入される。スリーブ３０及びロッド２６が組み付けられたエンドキャップ４６は、少なくとも１つのネジ止め式固定部材を用い、往復動ポンプ１０のハウジング１２に固定される。ベローズ３６の第２端部は、往復動ポンプ１０のハウジング１２のエンドキャップ４６に取り付けられる。エンドキャップ４６は、ネジ止め式固定部材を用いて往復動ポンプ１０のハウジング１２に固定される。

往復動ポンプ１０の作動の際、ロッド２６は、ピストン２８と共に、ハウジング１２内で上下に往復動するように駆動される。ロッド２６及びスリーブ３０は、ハウジング１２に対し、スリーブ３０がロッド２６と共に相対運動すると共に、スリーブ３０がロッド２６に対して静止した状態を維持するように取り付けられている。ハウジング１２にはスロートシール１９が取り付けられており、ベローズチャンバ１４と吸排チャンバ１６との間の流体の移動がスロートシール１９によって規制されるようになっている。軸受５４及びシール５６は、ロッド２６がハウジング１２に対して出入りして往復動する際に、ロッド２６とエンドキャップ４６との間の封止を行う。ベローズ３６とスリーブ３０との結合により、スリーブ３０とベローズ３６との結合部分を介して作業流体がベローズ３６の内部空間３８に入り込むのを防止可能な固定的な封止が形成される。ベローズ３６は、スリーブ３０との間で非摺動の封止を形成し、往復動ポンプ１０の作業流体が外部の空気に晒されるのを防止する。ロッド２６が、ハウジング１２内に向けて移動する際には、ベローズ３６が伸張し、ベローズ３６の長さが増大する。また、ロッド２６が、ハウジング１２の外に向けて移動する際には、ベローズ３６が収縮し、ベローズ３６の長さが減少する。

スリーブ３０を用いることにより、ロッド２６を単一部材とすることが可能となり、ロッド２６の強度及び信頼性を向上させることができる。このような往復動ポンプ１０の構成により、ベローズ３６の交換のために、往復動ポンプ１０を完全に分解する必要がなくなる。エンドキャップ４６とカラー３４とをハウジング１２から取り外せば、往復動ポンプ１０の上端から、ベローズ３６と共にスリーブ３０を引き出すことができる。

スリーブ３０のもう１つの利点は、ロッド２６を取り外さずに、往復動ポンプ１０からスリーブ３０とベローズ３６とを取り外すことができることである。例えば、現場でベローズ３６に不具合が生じた場合、ユーザは、カラー３４を取り外し、エンドキャップ４６を取り外して、スリーブ３０とベローズ３６とを往復動ポンプ１０から取り外すことができる。その後、スリーブ３０のベローズ３６を交換してからロッド２６に装着し、往復動ポンプ１０に組み込む。後は、逆の手順で往復動ポンプ１０を組み立てればよい。このように、ロッド２６を取り外す必要がないので、ハウジング１２の吸排チャンバ１６の信頼性を低下させる可能性のあるロッド及びピストンシールへの接触は必要なくなることになる。

［丸かど部を有するスリーブ（図３〜図８）］
図３は、スリーブ３０の一実施形態を示す斜視図であって、スリーブ３０は、ロッド軸線Ａ_Ｒの周囲に配置された３つの丸かど部６０を有した丸かど形状を有している。丸かど部６０は、スリーブ３０の製造工程で形成することが可能である。丸かど部６０は、スリーブ３０及び丸かど部６０が単一部材となるように形成することが可能であるが、スリーブ３０に丸かど部６０を取り付けまたは固定するように構成することも可能である。スリーブ３０の断面形状は、例えば、２つ、３つ、４つ、または更に多くの丸かど部というように、少なくとも２つの丸かど部を有した丸かど形状とすることができる（図６〜図８も参照）。

軸受５４、シール５６、及びエンドキャップ４６の開口部４８は、スリーブ３０の断面形状における丸かど形状に適合するように構成される。軸受５４が、エンドキャップ４６の開口部４８に密着して嵌合し、スリーブ３０が、軸受５４内に密着して係合することにより、エンドキャップ４６、軸受５４、及びスリーブ３０は、ハウジング１２に対するスリーブ３０の相対回転を防止するように構成される。

既存の往復動ポンプの場合、作動時または組立時に、ポンプハウジングに対してポンプロッドが相対回転する可能性があり、これによって構造的に、または機能面で、ベローズを劣化させるおそれがある。既存の解決策は、平坦な側面及びコーナ径の小さいＤ字状断面のロッドを使用するものであるが、これは製造が困難であると共に、封止が困難になる可能性がある。

スリーブ３０の丸かど形状、及びこれに対応する軸受５４、シール５６、及びエンドキャップ４６の開口部４８の形状は、ハウジング１２に対するスリーブ３０の相対回転を防止するための回転防止機構を提供する。スリーブ３０は、ハウジング１２のエンドキャップ４６に係合し、往復動ポンプ１０の組立時または作動時において、スリーブ３０が回転しないようにする。スリーブ３０の丸かど形状は、往復動ポンプ１０及びシール５６が適正に機能する上で必要となる高い精度及び良好な表面仕上げをもって、スリーブ３０に容易に研削して形成することが可能である。特に、３つの丸かど部を有した丸かど形状は、往復動ポンプ１０におけるシール５６など、往復動ベローズポンプ内の補助シールに適合する最小限のコーナ径をスリーブ３０に確保しつつ、その３つの丸かど部により、内在する特性として芯出し特性をスリーブ３０に与える。また、このスリーブ３０の内在する芯出し特性は、ロッド２６及びスリーブ３０が丸かど形状であることにより、ベローズ３６がロッド２６及びハウジング１２に対して自動的に芯出しされるという点で、ベローズ３６にも及んでいる。

回転防止の利点は、シール５６によって、エンドキャップ４６との間、及びロッド２６との間に、封止された境界面が形成され、エンドキャップ４６やロッド２６との境界面を介して、流体がハウジング１２の外に流出するのを防止することができることである。また、スリーブ３０の丸かど形状の断面により、ロッド２６及びスリーブ３０の少なくとも一方をＤ字状断面とした場合に比べ、スリーブ３０とエンドキャップ４６との間に、より優れた封止を形成することが可能となるだけでなく、往復動ポンプ１０のどの構成要素にもダメージを生じない状態で、ロッド２６とハウジング１２との間で、より大きなトルクを加えることが可能となる。

図４は、往復動ポンプ１０の軸受５４の斜視図である。軸受５４は、スリーブ３０の丸かど形状に適合するように構成される。図４において、軸受５４は、３つの丸かど部６２を有して示されている。非限定的な別の実施形態として、軸受５４は、２つ、４つ、または更に多くの丸かど部というように、３つより多い、または少ない丸かど部６２を有した断面形状とすることが可能である。

図５は、往復動ポンプ１０のシール５６の斜視図である。シール５６は、スリーブ３０の丸かど形状に適合するように構成される。図５において、シール５６は、３つの丸かど部６４を有して示されている。非限定的な別の実施形態として、シール５６は、２つ、４つ、または更に多くの丸かど部というように、３つより多い、または少ない丸かど部６４を有した断面形状とすることが可能である。

既存のポンプの場合、ロッド及びこれに対応するシールは、ロッドとシールとの間で封止を行うのが難しい小さいコーナ径を有している。スリーブ３０及びシール５６の丸かど形状により、スリーブ３０の丸かど部６０の丸いコーナ外周面にシール５６を適合させることが可能となり、既存のシール構造よりも確実な封止を、スリーブ３０とシール５６との間に得ることが可能となる。

図６は、図３の６−６線に沿うスリーブ３０の断面図である。スリーブ３０は、３つの丸かど部６０がある丸かど形状の断面を有している。丸かど部６０は、スリーブ３０を機械加工または製造する際に、スリーブ３０と一体に形成される。非限定的な別の実施形態として、丸かど部６０は、スリーブ３０に取り付けるようにすることが可能である。上述したように、スリーブ３０及びシール５６の丸かど形状により、スリーブ３０の丸かど部６０の丸いコーナ外周面にシール５６を適合させることが可能となり、スリーブ３０とシール５６との間に、確実な封止を得ることが可能となる。更に、スリーブ３０の３つの丸かど部を有した丸かど形状は、往復動ポンプ１０におけるシール５６などの補助シールに適合する最小限のコーナ径を確保しつつ、内在する特性として芯出し特性をスリーブ３０に与える。

図７は、スリーブ３０’の断面図である。スリーブ３０’は、２つの丸かど部６０’のある丸かど形状の断面を有している。２つの丸かど部６０’を有して構成されるスリーブ３０’は、ハウジング１２のエンドキャップ４６に係合し、往復動ポンプ１０の組立時及び作動時に、スリーブ３０’及びロッド２６が回転しないようにする。

図８は、スリーブ３０”の断面図である。スリーブ３０”は、４つの丸かど部６０”のある丸かど形状の断面を有している。４つの丸かど部６０”を有して構成されるスリーブ３０”は、ハウジング１２のエンドキャップ４６に係合し、往復動ポンプ１０の組立時及び作動時に、スリーブ３０”及びロッド２６が回転しないようにする。

［軸受（図９、図１０Ａ、及び図１０Ｂ）］
図９は、図２の９−９線で囲んだ往復動ポンプ１０の要部の断面図である。図９には、ハウジング１２、ロッド２６、スリーブ３０、スリーブ３０の外面３２、ベローズ３６、ベローズ３６の内部空間３８、折りたたみ部４０、ナット４２、及び軸受４４が示されている。

軸受４４は、ベローズ３６の内部空間３８において、ベローズ３６とスリーブ３０との間に介装されている。軸受４４は、スリーブ３０の外面３２の周囲に延在し、ベローズ３６の折りたたみ部４０と径方向で並んだ位置にあって、例えば、ロッド軸線Ａ_Ｒから径方向に見て並んだ位置に配置される。軸受４４は、スリーブ３０に摺動可能に係合し、ベローズ３６がスリーブ３０に対して相対移動する際には、矢印Ｒ_Ｍで示すように、スリーブ３０が軸受４４に対して軸線方向に相対移動できるようになっている。例えば、ベローズ３６が伸縮する際、折りたたみ部４０のそれぞれは、ロッド２６及びスリーブ３０に対して軸線方向に相対移動する。ベローズ３６が伸縮する際には、軸受４４のそれぞれが折りたたみ部４０の１つと径方向に並んで位置した状態で、軸受４４のそれぞれが折りたたみ部４０と共に移動する。

軸受４４は、ベローズ３６が伸縮する際に、ベローズ３６がロッド２６に接触するのを防止するために設けられる。往復動ポンプ１０の作動中、軸受４４は、ロッド２６上を上下動し、ベローズ３６を支持すると共に、よじれたり異常変形したりしない状態にベローズ３６を保持する。ベローズ３６がよじれたり異常変形したりするのを防止することにより、ベローズ３６を損傷する可能性のあるスリーブ３０との接触に至らないようにベローズ３６が保護される。ベローズ３６の損傷を防止することにより、作業流体がベローズ３６の内部空間に入り込むのを防止して、往復動ポンプ１０に故障が生じるのを防止することができる。

往復動ポンプ１０における軸受４４の数は、１または複数とすることができる。非限定的な一実施形態において、軸受４４は、ベローズ３６の内部空間３８に沿って、互いに概ね等間隔で配置することが可能である。非限定的な別の実施形態として、軸受４４は、ベローズ３６及び往復動ポンプ１０の長さや作動特性に対応し、均一な間隔パターンまたは不均一な間隔パターンで配置することが可能である。

図１０Ａは、３つの丸かど部を有したスリーブ３０に適合するように構成された軸受４４の一実施形態を示す斜視図である。また、図１０Ｂは、図１０Ａの１０−１０線に沿う軸受４４の断面図である。以下、図１０Ａ及び図１０Ｂについて、まとめて説明する。

軸受４４は、スナップリングであって、スリット６６、隆起部６８、及び内周面７０を備えている。スリット６６は、軸受４４における切れ目の部分である。スリット６６は、軸受４４に形成された斜めの切れ目を含む。非限定的な別の実施形態として、スリット６６は、傾斜した直線以外に、湾曲形状、ジグザグ形状、鋸歯状形状、またはそのほかの幾何学的形状といった面形状を有することも可能である。隆起部６８は、軸受４４の概ね径方向外方に延設された、軸受４４の薄板状の部分である。隆起部６８は、軸受４４の一部として一体形成することが可能であり、また、軸受４４に取り付けるようにすることも可能である。

軸受４４の内周面７０は、スリーブ３０の丸かど形状に適合するように形成された断面形状を有する軸受４４の内側の面である。軸受４４の内周面７０の断面形状は、３つの丸かど部を有する丸かど形状とすることができる。非限定的な別の実施形態として、軸受４４の内周面７０の断面形状は、２つ、４つ、または更に多くの丸かど部を有した丸かど形状とすることができる。非限定的な更に別の実施形態として、軸受４４の内周面７０の断面形状は、例えば、円形などのように、丸かど形状以外の任意の形状とすることも可能である。本実施形態の内周面７０の場合、軸受４４の内周面７０に、スリーブ３０の３つの丸かど部を有した丸かど形状との３つの当接点が形成され、丸かど形状とされた内周面７０の形状を変えずに、軸受４４の軸線の位置が維持される。このような構成により、ロッド２６及びスリーブ３０の少なくとも一方と同軸状に軸受４４を配置させることになる。

スリット６６により、軸受４４の組み付けの際に、軸受４４をベローズ３６内に挿入することができるように、軸受４４を変形させることが可能となる。スリット６６により、軸受４４の一部が分かれて内側に曲げることができるようになる。ベローズ３６内への軸受４４の組み付けの際、軸受４４を内側に曲げることによって、軸受４４の径を減少させる。軸受４４が内側に曲げられているので、軸受４４の有効径は減少している。減少した径の状態で、軸受４４がベローズ３６内に挿入される。ベローズ３６の折りたたみ部４０の１つと横並びになった時点で、軸受４４の内側への曲げを解除し、軸受４４の有効径を増大させる。軸受４４の径が増大すると、軸受４４は、ベローズ３６の折りたたみ部４０の１つに係止する。軸受４４がベローズ３６の折りたたみ部４０の１つに係止するときには、隆起部６８が、ベローズ３６の折りたたみ部４０の１つに入り込む。隆起部６８がベローズ３６の折りたたみ部４０の１つに入り込んだ状態となることより、軸受４４は、ベローズ３６の折りたたみ部４０の１つに対する所定位置で保持され、軸受４４と折りたたみ部４０との間の軸線方向の相対変位が防止される。ベローズ３６が、ロッド２６及びスリーブ３０に沿って伸縮する際、軸受４４は、ベローズ３６の折りたたみ部４０の１つと共に移動し、ベローズ３６とスリーブ３０との接触が防止される。

非限定的なもう１つの実施形態として、軸受４４は、ベローズ３６の折りたたみ部の中に設けられた専用の受容溝を用いて、ベローズ３６と接続することが可能である。この専用の受容溝は、軸受４４を受容する溝を有したスリーブ状カラーによって設けることが可能である。専用受容溝の部材は、ベローズ３６内に軸受４４を組み込む前に、ベローズ３６の折りたたみ部４０内に、当該折りたたみ部４０に沿って配置することができる。

［リリーフバルブ（図１１、図１２、図１３Ａ、及び図１３Ｂ）］
図１１は、リリーフバルブ５８の断面図である。また、図１２は、リリーフバルブ５８の分解斜視図である。以下、図１１及び図１２について、まとめて説明する。ここで、リリーフバルブ５８は、往復動ポンプ１０と共に用いられるものとして説明するが、非限定的な別の実施形態として、リリーフバルブ５８は、ダイヤフラムポンプのような別の形式のポンプや、それ以外の静的に密封された組立体と共に用いることが可能である。

リリーフバルブ５８は、ハウジング７２、流入口７４、流出口７６、第１チャンバ７８、第２チャンバ８０、通路８１、側路８２、第１バルブシート８４、第２バルブシート８６、バネ付勢チェックバルブ素子９０とバネ９２とを有した第１バルブエレメント８８、及びバール９６Ａとボール９６Ｂとを有した第２バルブエレメント９４を備える。

ハウジング７２は、概ね円筒状の部材であり、第１チャンバ７８、第２チャンバ８０、流入口７４、及び流出口７６を備える。流入口７４及び流出口７６は、ハウジング７２から外方に向けて延設された硬質材料からなる管状部分である。流入口７４及び流出口７６は、いずれも、固定または取付を行うための、螺合機構またはそれ以外の機構を備えることが可能である。第１チャンバ７８及び第２チャンバ８０は、液体または気体などの流体の移動を行うために、ハウジング７２内に形成された部屋である。通路８１は、ハウジング７２の一部を通って延設された流体用通路である。側路８２は、第２チャンバ８０の壁に沿って、当該壁に形成されたスリット、切り欠き、または通路である。本実施形態において、第１バルブシート８４及び第２バルブシート８６は、シール面を有したＯリングである。第１バルブエレメント８８は、バネ付勢チェックバルブ素子９０と、バネ９２とを有する。バネ付勢チェックバルブ素子９０は、バネ９２に結合されたボールバルブ素子である。第２バルブエレメント９４は、プラスチックのような浮揚性の高い素材からなるバール９６Ａ及びボール９６Ｂを有する。非限定的な別の実施形態として、第２バルブエレメント９４は、中空のボール、楕円体、円錐体、円筒体、またはそれ以外の形状の部材を１以上備えることが可能である。

リリーフバルブ５８の流入口７４は、ハウジング１２のエンドキャップ４６に取り付けられ、エンドキャップ４６内の通路５０を介し、ベローズ３６の内部空間３８に連通している。第１チャンバ７８は、第１バルブエレメント８８及び第１バルブシート８４を収容し、流入口７４に連通すると共に、第２チャンバ８０に連通する。第２チャンバ８０は、第２バルブエレメント９４及び第２バルブシート８６を収容し、流出口７６に連通すると共に、第１チャンバ７８に連通する。通路８１は、第１チャンバ７８と第２チャンバ８０とを連通させる。側路８２は、第２チャンバ８０の壁の一部に沿って延設される。第１バルブシート８４は、第２チャンバ８０とは反対側の方の第１チャンバ７８の端部に配置され、ハウジング７２内の、流入口７４と第１バルブエレメント８８との間に配設されている。第１バルブシート８４は、第１バルブエレメント８８が第１バルブシート８４に接する状態となったときに、第１バルブエレメント８８との間で封止を形成するように構成された形状を有している。

第２バルブシート８６は、第１チャンバ７８とは反対側となる第２チャンバ８０の端部に配置され、ハウジング７２内の、流出口７６と第２バルブエレメント９４との間に配設されている。第２バルブシート８６は、第２バルブエレメント９４が第２バルブシート８６に接する状態となったときに、第２バルブエレメント９４との間で封止を形成するように構成された形状を有している。バネ付勢チェックバルブ素子９０は、第１チャンバ７８内に配置される。第１バルブエレメント８８のバネ９２は、第１バルブシート８４に向けてバネ付勢チェックバルブ素子９０を付勢し、第１バルブシート８４とは反対側となる第１チャンバ７８の端部において、ハウジング７２に結合されている。第２バルブエレメント９４は、第２チャンバ８０内に配設され、第２チャンバ８０内で支障なく移動することができるように、第２チャンバ８０内に収容されている。第２バルブエレメント９４は、ハウジング７２により、第２チャンバ８０の中心軸線に対応する位置に配置されるようになっている。

既存のポンプの場合、ベローズは、非摺動の封止を形成して、作業流体が外の空気に晒されないようにするために用いられる。好ましくない流体の漏洩を防止するため、補助シールを用い、ベローズで取り囲まれるポンプロッドの封止を行うことが可能である。しかしながら、補助シールは、ベローズの後部を封止し、ベローズが伸縮する際にベローズが内部の空気を出し入れすることはできない。これにより、ベローズに繰り返しの疲労や変形を引き起こす可能性がある。スクリーンまたは網を設けた単純な通気孔をベローズと補助シールとの間に設けた場合、この通気孔を介して空気が流入可能になると共に、作業流体が通気孔を介して流出する可能性があり、ベローズが破損した場合には、ポンプが作動を継続できなくなってしまう。

バネ付勢チェックバルブ素子９０を有した第１バルブエレメント８８は、流体がベローズ３６の内部空間から出て、バネ付勢チェックバルブ素子９０を通過できるようにする一方で、流体がリリーフバルブ５８を通ってベローズ３６の内部空間内に入り込むのを防止することができるように構成されている。また、バネ付勢チェックバルブ素子９０を有した第１バルブエレメント８８は、実質的に大気圧を上回ろうとするベローズ３６内の圧力を、ベローズ３６の外に逃がして、往復動ポンプ１０の通常の作動中に、ベローズ３６の内部空間３８が加圧されることがないようにする。ベローズチャンバ１４内の圧力が大気圧を下回る場合には、第１バルブエレメント８８を第１バルブシート８４に押し付けた状態に維持することにより、ベローズ３６が破損した後、第１バルブエレメント８８によってポンプ作動が維持される。ベローズ３６の内部空間３８は、往復動ポンプ１０の吸入動作により、ベローズ３６に不具合がある間は、大気圧より低下した圧力となる可能性がある。

第２バルブエレメント９４は、空気などの低粘度の流体を、リリーフバルブ５８から逃がすことができるようにするために用いられるが、往復動ポンプ１０から流出しようとしてリリーフバルブ５８に流入する作業流体の場合には、作業流体中で第２バルブエレメント９４が浮き上がってバルブシート８６に押し付けられる。このため、リリーフバルブ５８からの液体の流出は遮断され、流体は、ベローズ３６の内部空間３８内から出ることができなくなる。但し、第２バルブエレメント９４は、第２バルブエレメント９４より高密度の流体だけに持ち上げられるので、第２チャンバ８０内に液体が存在する場合だけ、遮断がなされ、即ち閉じることになる。このような構成により、第１チャンバ７８のバネ付勢チェックバルブ素子９０が、ベローズ３６の内部空間３８から空気を排出させることが可能となり、ベローズ３６に不具合が生じた場合は、第２バルブエレメント９４により、作業流体がリリーフバルブ５８から流出するのを防止することが可能となる。

非限定的な一実施形態において、リリーフバルブ５８の第２バルブエレメント９４は、ボール９６Ａ及びボール９６Ｂのように、２つの中空のプラスチック製ボールとすることが可能である。非限定的な別の実施形態において、第２バルブエレメント９４の数、大きさ、形状、及び素材は、必要とされる浮力や流動特性に応じて選定することができる。中空のプラスチック製ボールの特徴の一つは、リリーフバルブ５８の第１バルブエレメント８８を介してベローズ３６から空気を排出しているときに問題を生じる可能性のある液体が存在する場合に、リリーフバルブ５８内で浮揚して封止を行う程度に極めて軽量なものとして構成することができる点にある。排出している空気が急速に移動すると、ボール９６Ａ及びボール９６Ｂが持ち上がり、第２バルブシート８６に押し付けられて封止がなされ、空気を排出することができなくなる可能性がある。第２バルブエレメント９４を持ち上げて第２バルブシート８６に当接させる可能性のある、このような空気の排出の際の問題に対応するため、ハウジング７２に形成された側路８２により、第２バルブエレメント９４をハウジング７２の中心に保持したままで、第２バルブエレメント９４を迂回する空気の通り道を提供している。側路８２により、第２バルブエレメント９４を通過または迂回する空気の通り道が得られる。

ベローズ３６に不具合または破損がある間、リリーフバルブ５８の構成により、空気が往復動ポンプ１０内に流入するのを防止すると共に、作業流体が往復動ポンプ１０を駆動しないようにする。リリーフバルブ５８は、往復動ポンプ１０が正常に作動しているときに、ベローズ３６の内部空間３８の圧力が過剰に上昇するのを防止し、ベローズ３６が破損していて、ベローズチャンバ１４内の圧力が大気圧を下回る場合には、空気がベローズ３６の内部空間３８に流入するのを防止し、ベローズ３６の内部空間３８、またはハウジング１２のベローズチャンバ１４内の圧力が大気圧を上回る場合には、液体が往復動ポンプ１０から押し出されるのを防止する。

図１３Ａは、別の実施形態として、リリーフバルブ５８の第２バルブエレメント９４’を示す斜視図である。また、図１３Ｂは、第２バルブエレメント９４’有したリリーフバルブ５８の断面図である。以下、図１３Ａ及び図１３Ｂについて、まとめて説明する。

第２バルブエレメント９４’は、円錐状の形状を有し、高い浮揚性のある素材で形成されている。図１３Ａに示すように、上端部分には、バルブシート８６に係合して封止を生成し、第２チャンバ８０からリリーフバルブ５８を出ようとする液体の移動を防止するように設定された形状を有している。図１１及び図１２に基づき説明した第２バルブエレメント９４と同様に、第２バルブエレメント９４’は、ハウジング７２に形成された側路８２と組み合わせて用いられ、空気が第２チャンバ８０を通過して移動しないようにする第２バルブエレメント９４’を通過または迂回できるようにして、リリーフバルブ５８から流出する空気のために、第２バルブエレメント９４’がリリーフバルブ５８を閉じてしまうのを防止する。

具体的な実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であると共に、均等物で本発明の各構成要素を置き換えることが可能であることが当業者に理解されよう。また、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況やものを本発明の教示に適合させるための様々な変形が可能である。従って、本発明は、開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内に包含される全ての態様を含むものである。

Claims (20)

1. ベローズチャンバと吸排チャンバとを取り囲むハウジングと、
   第１部分が前記ベローズチャンバ内に延びるロッドと、
   前記ハウジングに結合された第１端部と、前記ロッドに結合された第２端部とを有し、前記ロッドの第２部分を取り囲み、複数の折りたたみ部を備えるベローズと、
   前記ベローズ内で前記ベローズと前記ロッドとの間に配設される軸受と
   を備えることを特徴とする往復動ポンプ。
2. 前記軸受は、前記ベローズの前記複数の折りたたみ部の１つと径方向に並んで配置されることを特徴とする請求項１に記載の往復動ポンプ。
3. 前記軸受は、スリットを有したスナップリングとして形成されることを特徴とする請求項１に記載の往復動ポンプ。
4. 前記ロッドに取り付けられるスリーブを更に備え、
   前記スリーブは、前記ロッドの一部を取り囲む
   ことを特徴とする請求項１に記載の往復動ポンプ。
5. 前記軸受は、前記ベローズと前記スリーブとの間に配設され、前記スリーブに摺動可能に係合することを特徴とする請求項４に記載の往復動ポンプ。
6. 前記軸受は、前記スリーブの外面の周りに延在することを特徴とする請求項４に記載の往復動ポンプ。
7. 前記スリーブは、前記ベローズが前記スリーブに対して相対移動する際に、前記軸受に対して軸線方向に相対移動するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の往復動ポンプ。
8. 前記軸受は、耐摩耗性を有した材料からなることを特徴とする請求項１に記載の往復動ポンプ。
9. 前記耐摩耗性を有した材料は、熱可塑性物質からなることを特徴とする請求項８に記載の往復動ポンプ。
10. 前記耐摩耗性を有した材料は、超高分子量ポリエチレンからなることを特徴とする請求項９に記載の往復動ポンプ。
11. ベローズチャンバと吸排チャンバとを取り囲むハウジングと、
    第１部分が前記ベローズチャンバ内に延びるロッドと、
    前記ロッドに取り付けられ、前記ロッドの一部を取り囲むスリーブと、
    前記ハウジングに結合されると共に前記スリーブに結合され、前記スリーブの一部を取り囲み、複数の折りたたみ部を備えるベローズと、
    前記ベローズと前記スリーブとの間に配設され、前記スリーブに摺動可能に係合する軸受と
    を備えることを特徴とする往復動ポンプ。
12. 前記スリーブは、前記ベローズが前記スリーブに対して相対移動する際に、前記軸受に対して軸線方向に相対移動するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の往復動ポンプ。
13. 前記軸受は、スリットを有したスナップリングとして形成されることを特徴とする請求項１１に記載の往復動ポンプ。
14. 前記軸受は、耐摩耗性を有した材料からなることを特徴とする請求項１１に記載の往復動ポンプ。
15. 前記耐摩耗性を有した材料は、熱可塑性物質からなることを特徴とする請求項１４に記載の往復動ポンプ。
16. 前記耐摩耗性を有した材料は、超高分子量ポリエチレンからなることを特徴とする請求項１５に記載の往復動ポンプ。
17. ベローズチャンバと吸排チャンバとを取り囲むハウジングと、
    第１部分が前記ベローズチャンバ内に延びるロッドと、
    前記ロッドに取り付けられ、前記ロッドの一部を取り囲むスリーブと、
    前記ベローズチャンバ内に設けられ、前記ハウジングに結合されると共に前記スリーブに結合され、前記スリーブの一部を取り囲み、複数の折りたたみ部を備えるベローズと、
    前記ベローズが前記ロッド及び前記スリーブに接するのを防止するように配置される複数の軸受と
    を備えることを特徴とする往復動ポンプ。
18. 前記複数の軸受のそれぞれは、前記ベローズと前記スリーブとの間に配設され、前記スリーブに摺動可能に係合し、前記スリーブの外面の周りに延在し、前記スリーブに対して軸線方向に相対移動するように構成されることを特徴とする請求項１７に記載の往復動ポンプ。
19. 前記スリーブの断面は、丸かど部のある丸かど形状を有し、
    前記複数の軸受のそれぞれは、前記スリーブの丸かど形状の断面形状に適合するように構成されることを特徴とする請求項１７に記載の往復動ポンプ。
20. 前記複数の軸受のそれぞれは、前記ベローズの内部空間に配置され、前記ベローズの前記複数の折りたたみ部の１つと径方向に並んで配置されることを特徴とする請求項１７に記載の往復動ポンプ。

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