JP3140466B2

JP3140466B2 - オフセット式往復装置

Info

Publication number: JP3140466B2
Application number: JP06518408A
Authority: JP
Inventors: イーデイルハートリー; エフスコットハートリー
Original assignee: シャーフロパンプマニュファクチュアリングカンパニー
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: WO1995010695A1; TW312682B; JPH10505645A; KR960705130A; US5470209A; EP0727012A1

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の背景〕本発明は、流体ポンプ装置に関し、特に、作動中、往
復部材の移動方向の信頼できる切り換えを確実にするた
めの改良弁装置を有する往復ポンプ装置を備える飲料ポ
ンプ装置であって、弁装置が、より小型のハウジングパ
ッケージを得るために往復部材から半径方向に片寄せら
れている、飲料ポンプ装置に関する。

この出願で開示するタイプの流体ポンプ装置は、典型
的には、ソーダ水容器装置等内の飲料シロップのような
ポンプ流体の供給源と、ポンプとを備える。ポンプは、
典型的には、ポンプ流体を加圧するように往復する往復
部材を有する。液体かガスのいずれでもよい圧力駆動流
体が、通常、往復部材を往復させるのに用いられる。例
えば、往復部材は、交互に、圧力駆動流体にさらされた
り排出にさらされたりする第１及び第２の面を有するピ
ストンであるのがよい。

ピストン面を加圧駆動流体にさらし又排出にさらすの
を制御するための弁即ち弁装置が設けられる。弁装置が
その機能を行うために、弁装置は、普通、ピストンの往
復を生じさせるように、必ず一方の位置から他方の位置
に周期的に移動する１以上の弁要素を有する。往復部材
及び弁装置は、普通、従来技術の装置では、軸線方向に
配列され、往復部材の移動は、弁要素の移動を制御する
のに用いることができる。往復部材及び弁装置の軸線方
向の配列では、出来上がったポンプパッケージは、ある
適用についてはかさばりすぎるかもしれない。従って、
これらの適用について必要とされることは、ポンプ及び
弁の配列をより小型にまとめることができるように、ポ
ンプ及び弁の配列を以前とは異なって配列する方法であ
る。

ポンプを加圧駆動ガスによって往復駆動する従来技術
の流体ポンプ装置に設けられた更に他の要素は、駆動ガ
ス供給源とポンプとの間の導管の遮断弁である。遮断弁
は、万一、ポンプ流体の供給が中断されたとき、駆動ガ
スのポンプへの供給も、ポンプ装置の潜在的に有害な乾
き作動を防止するために、直ちに確実に中断する。代表
的な従来技術の弁は、プランジャ弁タイプのものであ
り、ポンプ流体の供給の停止に付随する管路圧力の突然
の低下に応答して迅速に閉じるように設計されている。
従来技術の弁は、それらの設計のため、必ずしもそれら
が安定すべきほど安定しているとは限らないことが課題
である。時々、例えば、ポンプ流体の供給が比較的長時
間中断されるとき、空気がポンプ流体管路に漏れ込むこ
とがある。管路圧力を真空レベルより上に増すこの空気
は、遮断弁を開かせるのに十分な程、管路圧力を増し、
それによって、ポンプを乾き状態下で作動させ、おそら
くポンプを損傷させてしまうかもしれない。

〔発明の概要〕

本発明は、多数の望ましい特徴を有し、簡単かつ確実
に作動する、特にソーダ水容器等に用いられる飲料シロ
ップのような飲料シロップ用の流体ポンプ装置を提供す
る。ここに開示した発明の特徴のため、ポンプパッケー
ジは、従来技術のパッケージより大変小型であり、遮断
弁は非常に安定しかつ信頼できる。

流体ポンプ装置は、室を包囲するハウジングと、室の
中で往復するように圧力駆動流体にさらされる第１及び
第２の面をもっているピストンのような往復部材とを有
するポンプのような往復装置を備える。また、圧力駆動
流体の第１及び第２の面への供給、及び、圧力駆動流体
のそれらの面からの排出を制御するための弁装置を有
し、この弁装置は、好ましい実施の形態ではスプール弁
から成り、それによって、往復部材は、この弁装置と軸
線方向に整列するのではなく、弁装置から半径方向に片
寄せられ、かくして、ポンプ装置を、より小型にまとめ
るのを可能にする。

特に、往復部材即ちピストンは、第１の長手方向軸線
に沿って往復するように配列され、一方、弁装置は、好
ましくは、実質的に第１軸線と平行な第２の長手方向軸
線に沿って配列される。往復部材が弁装置を第１状態と
第２状態との間で切り換えるように作動させることがで
きるように往復部材と弁装置を駆動連結するための装置
が、往復部材と弁装置との間でほぼ半径方向に延びるア
ーム部材を有する。アーム部材が、好ましくは、ほぼド
ッグレッグ形状をなし、長手方向軸線の一方に関してほ
ぼ垂直に配列された第１部分と、第１部分に関してある
角度に傾けられた第２部分とを有する。双安定ばね装置
を有する弁アクチュエータが、また、弁装置をその２つ
の状態間で切り換えるように弁装置に対して軸線方向に
配列される。この構造は、構造上簡単で信頼できる、よ
り小型の設計を与えるので有利である。

本発明の重要な特徴は、往復部材と弁装置を駆動連結
するための装置が内部ピックアップ装置を備えることで
ある。特に、往復部材は、軸に固定して間隔を隔てた第
１及び第２の往復部分を備え、往復部分の各々は、室の
中で往復するように圧力駆動流体にさらされる外側面を
有し、かつまた、内側面を有する。内部ピックアップ装
置は、内側面によって駆動され、好ましくは、第１及び
第２の往復部分の内側面間のスペースで特定方向に向け
られた要素を有する。この要素は、往復部材がハウジン
グ室の中で往復するとき、内側面の各々によって交互に
接触されるように位置決めされる。この装置の要素、好
ましくは従動軸が、往復部分の内側面による交互の接触
に応答して、弁装置のその第１及び第２の状態間での作
動を開始する。上述した半径方向に向けられたアーム部
材は、従動軸と弁装置を駆動連結するように配列され
る。

本発明の更に他の重要な特徴は、弁のより大きな安定
性を保証する駆動ガス遮断弁の設計と関係があり、それ
によって、シロップ供給源が空になったときにポンプの
作動を一層良く防止する。流体ポンプ装置は、加圧ガス
によって駆動されるポンプと、ポンプ流体供給源をポン
プのポンプ流体流入口に連結するための第１導管と、加
圧駆動ガス供給源をポンプの駆動ガス流入口に連結する
ための第２導管とを備える。遮断弁が、第２導管に設け
られる。この遮断弁の目的は、第１導管の中を通した圧
送に利用できるポンプ流体が十分にあるときに第２導管
を開き、それによって、駆動ガスがポンプを駆動するよ
うに第２導管の中を流れるのが可能になることであり、
更に、ポンプが乾き入力状態で作動することがないよう
に、第１導管の中を通した圧送に利用できるポンプ流体
が十分に無いときに第２導管を閉じることである。遮断
弁は、第１導管の第１の高い方の圧力で開き、その中の
第２の低い方の圧力で閉じるように構成されるのが重要
である。第１導管の中に実際の実質的なシロップ流れが
無いときにポンプ作動の可能性を大いに減じるこの特徴
は、弁がその閉鎖状態にあるときに弁座に密封係合する
ようになっている遮断弁の密閉面（好ましくは、Ｏリン
グ）を挟んで異なる面積比を形成することによって得ら
れ、上流の圧力が密閉面に作用する面積は、下流の圧力
が密閉面に作用する面積より大きい。所望の異なる面積
比を得る好ましい方法は、弁座がスプール弁本体が向け
られた長手方向軸線に関してある角度で向けられるよう
に弁座を傾けることである。

本発明の追加の特徴及び利点と共に本発明を、添付し
た実例となる図面についてなされる以下の説明を参照す
ることによって最も良く理解することができる。

〔図面の簡単な説明〕

図１は、本発明によって構成された往復装置を有する
１つの流体ポンプ装置の概略線図である。

図２は、明瞭のために本発明の一部を形成しないいく
つかの要素を取り除いた、右に向かって移動する往復ポ
ンプ部材及び半径方向に片寄せられているスプール弁を
示す、ほぼ図６の線２−２における、本発明によって構
成された往復装置の軸線方向断面図である。

図2Aは、スプール弁をその２つの軸線方向の位置の一
方で示す、図２に示す往復装置の線2A−2Aに沿った断面
図である。

図2Bは、スプール弁を右方向に移動させてスプール弁
の他方の軸線方向の位置にする双安定ばね装置の作動を
示す、図2Aの断面図と類似した断面図である。

図３は、左に向かって移動する往復部材を示す、図２
の軸線方向断面図と類似した軸線方向断面図である。

図3Aは、スプール弁をその右方向の軸線方向の位置で
示す、図３に示す往復装置の線3A−3Aに沿った断面図で
ある。

図3Bは、スプール弁を移動させてスプール弁の左方向
の軸線方向の位置に戻す双安定ばね装置の作動を示す、
図3Aの軸線方向断面図と類似した軸線方向断面図であ
る。

図４は、往復装置のポンプ室の流出弁の拡大部分断面
図である。

図５は、図１に略図で示した駆動ガス遮断弁を示す、
図６の線５−５に沿った断面図である。

図5Aは、図５に示すガス遮断弁の一部の拡大部分断面
図である。

図5Bは、ガス遮断弁を閉鎖位置で示す、図5Aと類似し
た拡大部分断面図である。

図5Cは、本発明の重要な作動原理をより明瞭に示すた
めに、いくつかの要素を省略したガス遮断弁を閉鎖位置
で示す部分断面線図である。

図６は、本発明によって構成された往復装置の端面図
である。

〔好ましい実施の形態の説明〕

今、図１を参照すると、各タイプのソーダ用シロップ
がカップ又はピッチャーの中へ小出しにされる前にソー
ダ水と所定割合に混合されるようにディスペンサーに圧
送され、好ましくは、ソーダ水容器のような飲料ディス
ペンサー用液体ポンプ装置11を示す。このような装置
は、典型的には、好ましくは箱入り袋タイプの２以上の
ソフトドリンクシロップ容器13及び15を有し、このソフ
トドリンクシロップは、それぞれの導管17及び19から切
換弁21に送られる。導管19を図１に破線で表わされ、図
示した瞬間では、切換弁21が飲料シロップを導管17、弁
21及び導管23を通して小出しするように容器13を選択し
ていて、この導管23から飲料シロップは往復装置即ちポ
ンプ25に入る事を表わす。従って、導管19は遮断され
る。

図示されているように、シロップが容器13から圧送さ
れた一定時間後、その容器内のシロップの供給は尽き始
める。その結果、レストラン客の便宜上、ソーダ水容器
のとぎれない作動を確保するために、装置が他方の容器
15からシロップを出すように装置を切り換えるのが望ま
しい。在来のものであり、２つの導管間で流体流れを切
り換えることができる周知のタイプの弁から成る切換弁
21を手動で作動させてもよいし、また好ましくは、シロ
ップの供給がなくなったときに容器13の出口で見られる
圧力低下に応答して自動的に作動させてもよい。

弁21から導管23の中を流れる飲料シロップはポンプ25
に入り、このポンプ25によって飲料シロップは加圧さ
れ、次に、導管27から液体容器ディスペンサー29に小出
しされる。ポンプ25は、ガス供給源31からの加圧ガスに
よって駆動されるガス駆動式往復ポンプである。

ある時点で、万一、選択されていないシロップ容器1
3、15が再び満たされず、他方の容器が空になっていく
とすれば、容器の両方が空になり、装置11は作動を続け
ることができない。このような場合、液体容器が、シロ
ップ対水の正しくない割合を有する品質の悪い飲料を小
出しするのを阻止するためだけでなく、装置の中に空気
を圧送しようとして装置を損傷させないように、直ちに
ポンプ25を止めることが望ましい。この目的のために、
ガス供給源31をポンプガス流入口36（図2A）を介してポ
ンプ25に連結する導管35に遮断弁33が設けられる。好ま
しい実施の形態では、遮断弁33は、ポンプガス流入口36
に設けられるポンプ25の構成部品から成るが、もし所望
ならば、遮断弁は勿論、別個の構成部品であってもよ
い。

制御管路37が遮断弁33を切換弁21とポンプ25との間で
導管23に相互連結する。ポンプ25が空の容器13及び15の
両方から切換弁21を介して空気を出し始めるて導管23内
の管路圧力を減じるときには、生じた真空が制御管路37
を介して遮断弁33によって検出される。かくして、遮断
弁は作動されて、以下で更に十分に説明する方法で導管
35の中の流れを遮断し、その結果、加圧ガスの供給がポ
ンプ25から遮断され、それによって、ほとんど直ちにポ
ンプはシロップの供給源を再び満すことができるまで作
動をやめる。

今、特に図２、図2A、図2B及び図６を参照すると、ポ
ンプ25を大変詳細に示す。主本体部分41、左端キャップ
43及び右端キャップ45から成るポンプハウジング39がポ
ンプを包囲する。上部キャップ47がスプール弁49を包囲
し、このスプール弁49は、往復部材55を往復させるため
に、第１駆動室51及び第２駆動室53への加圧駆動ガスの
流れを交互に制御する。端キャップ及び上部キャップ
は、周知の手段によって、例えば、図６に示すようなね
じ締結具即ちねじ56によって主本体部分41に固定され
る。左端キャップ43は第１駆動室51を包囲し、右端キャ
ップ45は第２駆動室53を包囲する。

往復部材55は、好ましくはピストンから成るが、往復
部材55は、また、ダイヤフラム、ベローズ等から成って
いても良い。ピストン55は、ハウジング39によって構成
された室59内に、第１の長手方向軸線57に沿って往復運
動可能に摺動自在に取付けられる。ピストン55は異なる
構造のものであってもよいけれども、図示した形態で
は、ピストン55は軸65によって互いに接合され、かつ、
駆動面67及びポンプ面73を有するピストン部分61と、駆
動面69及びポンプ面73を有するピストン部分63とを備え
る。環状のローリングタイヤフラム74及び75が、それぞ
れ、主ポンプ本体41と端キャップ43及び45との間の界面
を密閉し、ハウジング39と、これと関連したピストン部
分61及び63との間にシールを形成する。ピストン軸65
は、ピストン部分76及び77に連結され、かつ、二重軸シ
ール78に軸線方向の摺動運動可能に取付けられる。この
構造は、ピストン55の両端に上述した駆動室51及び53
を、又、ピストン部分61と63との間に密閉されたポンプ
室79及び80を形成する。ポンプ室79及び80は、ハウジン
グ39の隔壁81を含む適当な構造体によって互いに密閉さ
れる。隔壁81は、一対のポンプ流体流入室82（図２）及
びポンプ流体流出室83（図４）を包囲し、かつ、シール
78を支持する。

スプール弁49は、上記したように、供給源31から駆動
室51及び53への圧力駆動流体の供給を制御し、かつま
た、大気又は低い圧力の他の部分への駆動室の排出を制
御する。スプール弁49を少なくとも第１及び第２の位置
間で適当に作動することによって、ピストン55を室59の
中で往復させる。

ピストン55が図２に示すように右方向に移動すると
き、ポンプ室79の飲料シロップはピストン部分61のポン
プ面71によって押されて、流出口84（図２及び図４）及
び逆止め弁85を通して室を出て、ポンプ流体流出室83に
流入する。逆止め弁85及び流出室83の構造を、図４に、
より明瞭に示す。流出室83から、加圧シロップは出口通
路86及び流出ニップル86a（図６）の中を流れ、導管27
（図１）の中に入り、導管27から加圧シロップはディス
ペンサー29に流入する。一方では、ポンプ流体即ちシロ
ップがポンプ室79から出るとき、シロップは、同時に、
流入導管23からポンプ室80の中に吸い込まれ、連続的に
流入ニップル86b（図６）、流入室82及び流入逆止め弁8
7（図２）の中を流れる。ピストン55が図３に示すよう
に方向を逆転し、左方向に移動を始めるとき、ポンプ室
80内のシロップはピストン部分63によって、第２流出口
88及び第２流出逆止め弁89（図３及び図４）から流出室
83の中に入れられ、流出室83からこのシロップは上述し
たように出口通路86に流入し、流出ニップル86aの中を
流れる。シロップは、同時に、流入室82から第２流入逆
止め弁91を介してポンプ室79に吸い込まれる。ピストン
55が前後に往復するときの効果は、加圧シロップの実質
的に脈動の無い流れを、最適な作動のために液体容器デ
ィスペンサー29に利用できることである。

再び図２、図2A及び図2Bを参照すると、スプール弁49
は、ほぼ円筒形の弁室97を構成する内壁面95を有する弁
ハウジング93を備える。弁ハウジング93の内壁面95は、
一連の交互の環状ランド99及び環状アンダーカット即ち
溝101から成る。スプール弁本体105が弁室97内にロッド
103のまわりに軸線方向に摺動自在に取付けられ、この
スプール弁本体105は、交互の一連の環状ランド109及び
溝111で形成された外部面107を有する。複数のＯリング
113が弁本体ランド109の溝内に保持され、これらのＯリ
ング113は、弁本体105が弁ハウジングランド99と弁本体
ランド109が整列した位置に止められたとき、各ランド9
9がそれぞれのＯリング113と密封係合しているように向
けられる。ロッド103は、弁本体105とは無関係に軸線方
向に移動することができる。ロッド103は、弁室97から
左方向にスペース117の中へ延び、このスペース117は、
好ましい実施の形態では、消費された駆動流体の排出プ
レナムから成る。緩衝ナット119が、ロッド103の最も左
側にねじ込み取付けされ、この緩衝ナット119の目的に
ついては、以下で、より十分に説明する。

本発明の独特かつ重要な特徴はその小型の形態であ
り、この形態は、スプール弁49が、第１の長手方向軸線
57から半径方向に片寄せられかつ間隔を隔て、かつ好ま
しくは実質的にこの軸線57と平行の第２の長手方向軸線
121に沿って配列されるので可能になる。オフセット式
取付けアーム123が、従動軸125に固定して取付けられ、
一方、この従動軸125は、一対のエラストマー軸受127及
び129内に軸支される。軸受127及び129は、それぞれ、
隔壁81の一部を形成する一対のポンプハウジングフラン
ジ部分130及び131に取付けられる。アーム123は、ポン
プハウジング39の出入孔132から上方に上部キャップ47
で囲まれたスペースの中へ延び、そのスペースで、アー
ム123は弁アクチュエータ133によって弁ロッド103と相
互に連結される。取付けアーム123は、ドッグレッグ形
状をなし、第１部分135が軸線57及び121の両方に関して
ほぼ垂直に配列され、第２部分137が、往復ポンプ装置
を、より小型にまとめることができるように第１部分13
5に関して鋭角に傾けられる。更に、第３部分139が、再
び、軸線57及び121に関してほぼ垂直に配列される。勿
論、取付けアーム123を所望のポンプハウジング構造を
可能にするのに必要な任意の方法で配列することができ
るように望むだけ多くのアーム部分を用いても良い。

更に図２、図2A及び図2Bを見ると、弁アクチュエータ
133は連結部分141を備え、該連結部分は空動き室143を
有し、取付けアーム123の第３部分139がこの空動き室の
中へ延びる。等しい剛体のレバー147及び149（図2A及び
図2B）から成る双安定ばね装置145が空動き室143の左方
向にある。レバー147及び149は、好ましくは、ステンレ
ス鋼で構成される。双安定ばね装置145は、上部キャッ
プ47に取付けられた等しいＵ字形ばね151及び153を更に
備える。レバー147及び149はタブ155及び157をそれらの
レバーの外端に有し、このタブ155及び157はＵ字形ばね
151及び153の開口部（図示せず）に受け入れられ、それ
によって、レバー147及び149をばね151及び153に取付
け、レバーが連結部分141に向かって付勢される。この
ような取付け形態は、ここに援用される米国特許第4,61
0,192号に示されかつ開示されている。勿論、他の周知
の従来技術の取付け方法を、特許請求の範囲に記載した
発明の効力を弱めること無しに、等しく同様に利用して
もよい。ばね151及び153は、特許第4,610,192号に示さ
れているばねのようなウェブによって交互に連結された
１つのばねに一体化されてもいいし、或いは、図示した
ように別個のばね要素であってもよい。連結部分141は
凹部159及び161を有し、該凹部は連結部分141の周囲に
向かって半径方向に延びるにつれて徐々に広くなり、こ
れにより、レバーの各々を関連した凹部に内端で回転軸
線を中心に回動させることができる。レバー147、149は
連結部分141に向かって付勢されるので、連結部分141
は、凹部159及び161の各々の徐々に広くなる性質によっ
てレバーの回動軸線を形成する。

今、特に図１、図５、図5A、図5B及び図5Cを参照する
と、本発明の更に別の重要な観点を示す。シロップ供給
源が空になり始めるときにガス供給源31の加圧ガス流れ
を遮断する遮断弁33を、図５に詳細に示す。ガス供給導
管35からの加圧ガスは、流入通路163を介して弁33に入
る。遮断弁33は、プランジャータイプのものである。加
圧ガスは、流入口163から弁室165に入り、ハウジング
は、その左端でベント166によって通気される。プラン
ジャー弁本体167が、弁室165内で軸線方向に摺動自在で
あり、かつ、複数のランド169と、ランド169に位置決め
された密閉面即ちＯリング171とを有する。この実施の
形態では、ダイヤフラムを有する往復部材即ちピストン
173が弁本体167と軸線方向に整列しかつそれと一体であ
り、ピストン173がピストン室175内で往復するとき、弁
本体167をその開放位置と閉鎖位置との間で軸線方向に
摺動するように作動させる。ベント通路176が、図５に
示すようにピストン173を貫通する。タップ179が、ピス
トン173と、遠位のピストン室壁177との間にあり、この
タップ179は制御管路37（図１）を介して導管23のシロ
ップ圧力を検出する。通常の作動状態のもとで、シロッ
プが導管23からポンプ25の中に流入するように利用され
るとき、ばね189が、弁本体167をその開放位置に弾性的
に保持する。これらの状態のもとでは、ポンプの吸入口
側からのタップ179での真空シロップ圧力は、ばね189に
打ち勝って弁を閉じるのに不十分である。弁が開いてい
るとき、加圧ガスは、図5Aに最も明瞭に示すように、流
入口163からＯリング171の１つと円錐形弁座183との間
の間隙181の中に流れる。次に、加圧ガスは、出口通路1
85（図５）から弁33とポンプ25との間の導管35に流入
し、そこから加圧ガスはガス流入ニップル186を介して
ポンプに入り、ポンプ駆動ガス流入導管187（図３に概
略的に示す）からスプール弁49に流入する。

しかしながら、シロップの供給源が空になるとき、導
管35から往復ポンプ25を駆動するような加圧ガスの供給
を直ちにやめるのが望ましい。その結果、タップ179が
制御管路37を介して圧力の著しい低下を検出するとき、
より高い真空圧状態のため、ピストン室175内の圧力は
ピストン173を右に引くのに十分な程下がり、それによ
って、付勢ばね189に打ち勝つ。ピストン室175内の圧力
は弁本体167を右に引き、ついにはＯリング171は図5Bに
示すように弁座183に着座し、それによって、間隙181を
閉じ、かつ、加圧ガスの出口通路185への流れを阻止す
る。

本発明の独特かつ重要な特徴は、弁座183は円錐形で
あり、すなわち、弁本体167及びピストン173を向ける軸
線191と鋭角に向けられることである。今、弁33を閉鎖
位置で示し、明瞭のためにいくつかの要素を省略した図
5Cを参照すると、円錐形弁座のために、異なる面積比
が、上流の圧力P₁が作用する面積A₁と下流の圧力P₂が反
対方向から作用する面積A₂との間に形成されることがわ
かる。弁座が典型的には弁本体とほぼ同軸であるときの
この異なる面積比は特に有利である。というのは、従来
技術で普通に利用される弁より大変安定した弁となるか
らである。面積A₁は面積A₂より実質的に大きいから、圧
力P₁と圧力P₂が等しくかつ弁が閉じられるとき、圧力P₁
が圧力P₂より大きい面積に作用するので、ランド169及
びＯリング171の正味の流体力が閉鎖方向にあること
が、この安定性の理由である。この正味の流体力は、弁
が開いているときは存在しない。その結果、弁を開くに
はそれを閉じるより高いタップ179での圧力を必要とす
る。これは、特に容器13及び15のシロップ供給が長時間
止まるとき、時がたつにつれて空気がしばしば装置に漏
れ込むので重要である。この空気は供給管路23の圧力を
ある程度増し、ある場合、その増えた圧力は従来技術の
装置で遮断弁を開かせるのに十分であり、それによっ
て、ポンプを乾き状態のもとで作動させる。しかしなが
ら、本発明の装置は、その円錐形弁座、異なる圧力比及
び結果の改良安定性により、このような空気漏れにより
引き起こされた比較的少ないタップ圧力の増加によって
誤って作動することはない。

今、開示したシロップポンプ装置の作動に関して、少
なくとも１つの容器13及び15内にポンプ流体即ちシロッ
プの供給が十分にあり、切換弁21がシロップを流入導管
23を経てポンプ25に供給するように容器の一方をすでに
選択しているものと先ず第１に仮定する。また、ポンプ
流体通路の全部がすでに完全に満たされているものと仮
定する。十分なシロップ圧力が導管23内にあるために、
すなわち、ポンプ25の吸入口で真空圧はあまり高くな
く、ばね189は弁本体167を開いておき、加圧駆動ガスが
上述した方法で弁33からガス流入ニップル186を介して
ポンプ25に流入するのを可能にする。

駆動ガスは流入ニップル186及び導管187を介してポン
プ25に入り、スプール弁49の第１環状室部分193（図２
及び図2A）の中に入る。スプール弁本体105は、この
際、第１位置にあって、流体が第１駆動室51と連通する
流体導管195（図２）を介して室部分193を出るようにす
る。加圧駆動流体の駆動室51への流入により、ピストン
55を右に移動させ、それによって、加圧シロップは流入
逆止め弁85から左側ポンプ室79を出され、駆動流体は駆
動室53から図２に概略的に示す出口流体導管197を介し
て排出される。排出導管197はスプール弁49の第２環状
室部分199（図２）と連通する。次に、環状室部分199か
ら、排出流体は排出通路201を介して、ガス流出ニップ
ル202から大気、排気だめ、又は、他の低い圧力の機器
に流れる。ピストン55が右に向かって移動するとき、ピ
ストン部分61のポンプ面71は従動軸125の左端面203（図
２）と接触して、軸を右に押し、その結果、オフセット
式取付けアームが軸125と共に右に移動する。その結
果、第３アーム部分139は、空動き室143の中を右方向に
移動し、ついには、第３アーム部分139は空動き室壁面2
05と接触する。この接触で弁アクチュエータ133を右に
押し、それによって、双安定ばね装置145のレバー147及
び149を右に押し、レバー147及び149は、図2Aに示すよ
うに右に回動させる第１位置から中立位置を通して中心
点を越えて回動する。

レバー147及び149が中心点を越えて回動するとき、ば
ね151及び153の弾性は、迅速にレバーを中心点を更に越
えて、図2Bに示すように、右に回動された第２位置へ押
す。レバー147及び149のこの迅速な移動は、レバーが中
心点を越えた箇所を更に通り過ぎて移動するにつれて、
より強くなり、弁アクチュエータ133及び関連した弁ロ
ッド103を通しく迅速に右に押す。ロッド103が右に移動
するとき、取付けられた緩衝器119もロッド103と共に右
にスペース117の中を移動し、ついには、緩衝器119は弁
本体105の左側面207と接触する（図2A及び図2Bに最も明
瞭に示す）。緩衝器119の右への迅速な移動によって弁
本体105に加えられた力は、図2Bに示すように、弁本体
をその第２の軸線方向位置まで右方向に移動させ始め
る。スペース117と空動き室143は一緒になって、往復ポ
ンプ25が適当に機能することができるのに十分な距離、
ピストン55が移動するまで、確実にスプール弁49をその
交互の位置に作動させないようにする。

本発明の重要な観点は、ばね付勢式レバー147及び149
を、スプール弁49をその２つの位置の一方から他方に移
動させるのに必要な起動力を与えるために、オーバーセ
ンター装置を形成するように構成することである。しか
しながら、時折、オーバーセンター装置の適当な作動を
確実にする機械的な代替物に対する要求があるかもしれ
ない。もし、何かの理由で、切り換えが初期に双安定ば
ね装置145によって達成されないならば、ピストンそれ
自身が、双安定の装置が弁を確実にその交互の位置に切
り換えることができるための代替手段になることが、従
来技術を超える本発明の利点である。再び、図２、図2A
及び図2Bを参照すると、万一、上述したようにその中立
位置から中心点を越えて移動するばね装置145が、弁49
のその第１位置から第２位置への移動を開始しそこねる
ならば、ピストン55、及び、アーム123によるそれと関
連した弁アクチュエータ133は、右に向かって移動し続
け、関連したスプール弁ロッド103をも右に引く。いっ
たん緩衝器119が弁本体105の左側面207と衝突すると、
弁本体を無理やり軸線方向に右方向に摺動させ、弁本体
が密閉ランド99を通り、摩擦のないアンダーカット領
域、即ち切換帯域101の中に入ることができる。これに
より、双安定ばね145の蓄えられたエネルギは、弁本体1
05を摩擦の無い環境で他の密閉位置に向かって加速する
ことができる。いったん弁49が切り換えられると、以下
で更に十分に説明するように、駆動流体流れ通路は変わ
り、ピストン49は方向を逆転する。

弁本体105の図2Aに示すその第１位置から図2Bに示す
その第２位置への移動は、弁本体ランド109の各々を弁
室ランド99間の距離と等しい全軸線方向距離移動させ
し、各Ｏリング113は、それが以前に整列していたラン
ド99に隣接したランド99に密封係合で整列する。今、特
に図３及び図3Aを参照すると、往復ポンプ25を、弁49が
その第２位置にある状態で示す。その結果、位置を変え
たＯリング113のため、供給管路187からの加圧駆動流体
は、異なる第３環状室部分209の中に供給される。駆動
室51の中に入る流れ導管195は、それから、介在するＯ
リング113によって供給導管187から遮断され、今や、駆
動流体は、他の駆動室53と連通する流体導管197の中に
差し向け直される。加圧駆動流体の駆動室53の中に入る
流入がピストンの移動方向を逆転させ、ピストンを左に
駆動させ、それによって、加圧シロップが第２流出逆止
め弁89（図４）からポンプ室80を出て行き、駆動流体が
駆動室51から流体導管195を介して排出される。導管195
は、図３及び図3Aに示すように、スプール弁49の第４環
状室部分211を介して排出プレナム117と連通する。ピス
トン55の左に戻る移動により、ピストン部分63のポンプ
面73は従動軸125の右端面213と接触し、この移動は軸を
左に押し、オフセット式取付けアームは軸125と共に左
に移動する。その結果、第３アーム部分139は空動き室1
43の中で左方向に移動し、ついには、第３アーム部分13
9は空動き室壁面215と接触する。この接触は弁アクチュ
エータ133を左に押し、それによって、双安定ばね装置1
45のレバー147及び149を、図3Aに示すようにそれらを右
に回動させたそれらの第２位置から中立位置まで、そし
て中心点を越えて回動させる。レバー147及び149が中心
点を越えて回動するとき、ばね151及び153の弾性は、レ
バーを中心点を更に越えて、図3Bに示すように、左に回
動されたそれらの第１位置へ押す。レバーが中心点を越
えた箇所を更に通り過ぎて移動するとき、より強くなる
レバー147及び149のこの迅速な移動は、弁アクチュエー
タ133及び関連した弁ロッド103を等しく迅速に左に押
す。弁アクチュエータ133は、上述したレバーの移動に
応答して左方向に移動し、ついには、左端面217が弁本
体の右側面219と接触する。この接触は、弁本体のその
第１位置（図3B）まで左に戻る移動を開始する。弁49の
この切り換えは、再び駆動流体流れ通路を図２に示す構
造に変え、それによって、再びピストンの移動方向を逆
転させ、新しいサイクルを始める。

図２に関して説明したように、ばね付勢式レバー147
及び149は、切り換えを確実に開始させるのに必要な起
動力を与える。再び図３、図3A及び図3Bを参照すると、
万一、上で開示したように、ばね装置145の中立位置か
らその中心点を越えて移動するばね装置145が、弁のひ
っかかり等のためにばね装置145の第２位置からその第
１位置までの移動を開始しそこねるならば、ピストン49
はアクチュエータ133と同様に左に向かって移動し続
け、ついには、左端面217は弁本体の右側面219と接触す
る。この接触は、弁本体105の摩擦の無いアンダーカッ
ト帯域、即ち切換帯域101に向かう左に戻る移動を開始
する。これにより、蓄えられたばねのエネルギを開放す
ることができ、このエネルギは、弁本体105をその第１
位置に向かって摩擦の無い環境において加速する。

上記したように、ピストン部分61の左ポンプ面71及び
ピストン部分63の右ポンプ面73は、ピストンが往復する
とき、従動軸125のそれぞれの端203及び213と接触し、
それによって、従動軸を往復させ、かくして、弁装置を
アーム123を介して作動させる。この特徴は、従動軸125
がピストン部分61と63との間の領域内からピストン55に
よって駆動され、即ち、動き出す（ピックアップされ
る）ため、弁切換装置を駆動するための「内部ピックア
ップ」装置と称される。なぜなら、この特徴はポンプ25
を大変小型にまとめるのを可能にするので有利である。
それに反して、多数の従来技術の装置は、ポンプの往復
部材から軸線方向及び又は半径方向に延びる「ピックア
ップ装置」を利用し、より大きい、よりかさばったポン
プパッケージを必要とする。更に、設計が小型であるこ
とにより、より小さい駆動室51及び53を用いることがで
きるので、ポンプを作動させるのに要する駆動ガスは少
なくて済み、それによって、コスト及び駆動ガス貯蔵要
求の両方を減ずることが、内部ピックアップ構造の別の
利点である。

この発明の更に別の基本的な観点はスプール弁49の有
利な構造であり、この構造では、スプール弁49は液圧で
釣り合わされる。ピストンの移動方向を切り換えるのに
ポペット弁を用いる従来技術の装置では、弁は装置の流
体圧力によって付勢され、弁を切り換えるために流体圧
バイアスに打ち勝つのに、より大きい双安定ばね力を必
要とする。かくして、高い圧力の適用のために、強いば
ねを弁の切り換えを確実にするのに用いなければならな
い。この比較的高いばね力は、装置が使用中でないとき
でさえ、往復部材を２つの位置のどちらかで保持し、結
果として、弁の座面は望ましくない永久歪を受けること
につながる。しかしながら、本発明の装置では、スプー
ル弁49は、単に、双安定ばねにより作られた比較的小さ
いばね力によってその位置のどちらかで保持されるよう
に設計され、この双安定ばねは、故意でない切り換えの
可能性を除去するために、弁の切換工程の開始に先立っ
て、弁本体105を適所に保持する。Ｏリング113とそれら
に対応するランド99との間の密封係合によって創り出さ
れた摩擦は、また、弁本体を適所に保持するための第２
の手段として役立つ。かくして、双安定ばね装置145
は、弁本体105の一方位置から他方への移動を開始する
ように、ばね装置自身のバイアス及び摩擦力に打ち勝つ
必要があるだけで、より小さい力のばねを使用すること
を可能にする。

従来技術で普通用いられる簡単なドリル孔ではなく、
スプール弁49の流入流体流れ通路及び流出流体流れ通路
を形成するために完全に環状の溝即ちアンダーカット10
1を使用することにより、弁を切り換えるのに必要な力
及び力の持続時間を更に減ずる本発明の追加の利点であ
る。弁本体105がその位置の一方から他方位置に軸線方
向に移動するとき、Ｏリング113の各々は１つのランド9
9からその次のランドに移動し、Ｏリングは、それらが
環状のアンダーカットを越えて移動するときに摩擦が無
いことが、環状のアンダーカットの利点である。従っ
て、いったん、双安定ばねのバイアス、及び、Ｏリング
113の各々と、それに対応するランド99との間の密封係
合による摩擦に打ち勝つのに十分な力が弁本体105に加
えられ弁本体105の移動を開始すると、弁本体は、ラン
ド99間の距離と等しい軸線方向距離移動するのに十分で
あり、かくして、弁本体の他の位置に移動するのに十分
な運動量を有する。アンダーカット101全域でのＯリン
グ113の実質的に摩擦の無い移動は、上記運動量を低下
させない。

発明の例示的な実施の形態を図示かつ説明したけれど
も、多数の変更、変形及び置換が、本発明の精神及び範
囲から必然的に逸脱することなく当該技術分野において
通常の技術を有する者によってなされるであろう。

フロントページの続き (72)発明者ハートリーエフスコットアメリカ合衆国カリフォルニア州 93012 カマリロヴィスタアルセド 2033 (56)参考文献特開昭56−81283（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 43/06 F04B 9/08 - 9/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】室を有するハウジング（39）と、前記室の中に設けられ、かつ、第１の長手方向軸線（5
7）に沿って前記室の中で往復するように圧力駆動流体
にさらされる第１の面（67）及び第２の面（69）を有す
る往復部材（55）と、前記圧力駆動流体の前記第１の面（67）及び前記第２の
面（69）への供給、及び、前記圧力駆動流体の前記第１
の面（67）及び前記第２の面（69）からの排出を制御す
るための、第２の長手方向軸線（121）に沿って向けら
れたスプール弁（49）とを備え、それによって、前記往
復部材（55）を前記室の中で往復させることができ、前
記第２の長手方向軸線（121）は、前記第１の長手方向
軸線（57）から半径方向に片寄せられており、前記スプ
ール弁（49）は、前記スプール弁（49）が前記圧力駆動
流体を前記第１の面（67）に供給し、かつ、前記圧力駆
動流体を前記第２の面（69）から排出させる第１状態
と、前記スプール弁（49）が前記圧力駆動流体を前記第
２の面（69）に供給し、かつ、前記圧力駆動流体を前記
第１の面（67）から排出させる第２状態とを有してお
り、前記往復部材（55）が、前記スプール弁（49）を前記第
１状態と前記第２状態との間で切り換えるように作動さ
せることができるように、前記往復部材（55）と前記ス
プール弁（49）を駆動連結するための装置を備え、前記
往復部材（55）と前記スプール弁（49）を駆動連結する
ための前記装置は、前記往復部材（55）に駆動連結され
た第１端部分と、前記スプール弁（49）に駆動連結され
た第２端部分とを有するアーム部材（123）を含み、前
記アーム部材（123）は、前記往復部材（55）と前記ス
プール弁（49）との間でほぼ半径方向に配置されてお
り、第１位置と、第２位置と、前記第１位置と前記第２位置
との間の中立位置とを有する双安定ばね装置（145）を
備え、前記アーム部材（123）の前記第２端部分は、前
記往復部材（55）が前記双安定ばね装置（145）を前記
第１位置から前記中立位置まで移動させることができる
ように前記双安定ばね装置（145）に駆動連結されてお
り、前記双安定ばね装置（145）の弾性は、前記双安定
ばね装置（145）を前記中立位置から前記第２位置まで
移動させるのを少なくとも補助し、前記双安定ばね装置
（145）の前記中立位置から前記第２位置への移動が、
前記スプール弁（49）を前記第１状態と前記第２状態と
の間で切り換えるように作動させ、前記双安定ばね装置
（145）は、前記第２位置から前記中立位置まで前記往
復部材（55）により移動可能であり、前記双安定ばね装
置（145）の弾性は、前記双安定ばね装置（145）を前記
中立位置から前記第１位置まで移動させるのを少なくと
も補助し、前記双安定ばね装置（145）の前記中立位置
から前記第１位置への移動が、前記スプール弁（49）を
前記第２状態から前記第１状態に切り換えるように作動
させる、ことを特徴とする往復装置。
【請求項２】前記アーム部材（123）は、前記長手方向
軸線（57,121）のうちの１つに対してほぼ直交して配置
された第１部分（135）と、前記往復装置を、より小型
にまとめることができるように前記第１部分に対してあ
る角度に傾けられた第２部分とを有することを特徴とす
る、請求の範囲第１項に記載の往復装置。
【請求項３】前記アーム部材の第１端部分は、前記長手
方向軸線（57）とほぼ平行に配列された従動軸（125）
に固定して取付けられ、前記従動軸は、前記往復部材
（55）の往復運動に応答して往復するようになってい
て、それによって、前記アーム部材（123）を往復させ
て前記スプール弁（49）を作動させることを特徴とす
る、請求の範囲第１項又は第２項に記載の往復装置。
【請求項４】前記往復部材（55）のある方向の移動の始
動と、これに応答した前記従動軸（125）の同じ方向の
移動との間にいくらかの空動きがあり、それによって、
前記往復部材（55）が、逆動する前に、確実にその全ス
トローク長さまで移動するようにすることができる、請
求の範囲第３項に記載の往復装置。
【請求項５】前記往復部材（55）と前記スプール弁（4
9）を駆動連結するための前記装置は、空動き室を有し
ており、前記アーム部材（123）は、前記長手方向軸線
（57,121）のうちの一方に対してほぼ垂直に配列された
第３部分（139）を有し、前記アーム部材が前記往復部
材（55）の往復運動に応答して軸線方向に往復するとき
に前記第３部分（139）は前記空動き室の中に延び、前
記第３部分（139）は、前記空動き室の中を軸線方向に
移動し、ついには、前記空動き室の内部端壁（205,21
5）に接触し、その接触の後に、前記第３部分（139）と
前記内部端壁（205,215）との間の接触は、前記スプー
ル弁（49）の作動状態のうちの一方から前記スプール弁
（49）の作動状態のうちの他方まで、前記スプール弁
（49）を軸線方向に作動させることを特徴とする、請求
の範囲第２項から第４項のいずれか１項に記載の往復装
置。
【請求項６】前記スプール弁（49）は、弁室（97）を有する弁ハウジング（93）を備え、前記弁
室（97）は、前記弁室（97）に配列された複数のランド
（99）と、前記弁室（97）のランド（99）間に交互形式
で配列された複数のアンダーカット環状溝（101）とを
有する内部壁面（95）によって構成され、前記弁室（97）内に摺動自在に取付けられた弁本体（10
5）を備え、前記弁本体（105）は、前記弁本体（105）
に配列された複数のランド（109）を有するほぼ円筒形
の外部面（107）を備え、前記弁本体（105）のランド
（109）は、前記スプール弁（49）が前記第１状態およ
び前記第２状態のうちの一方に配置されたときに、この
状態に対応する弁室のランドに密封作用を及ぼす密封面
を含むように構成されており、前記スプール弁（49）は、前記スプール弁（49）が前記
第１状態又は前記第２状態のいずれにあるときでも、実
質的な流体圧力バイアス無しで釣り合わされ、前記往復
部材（55）と前記スプール弁（49）を駆動連結するため
の前記装置は、前記往復部材（55）と前記弁本体（10
5）を駆動連結することを特徴とする、請求の範囲第１
項から第５項のいずれか１項に記載の往復装置。
【請求項７】室を有するハウジング（39）と、前記室の中に設けられ、かつ、前記室の中で往復するよ
うに圧力駆動流体にさらされる第１の面（67）及び第２
の面（69）を有する往復部材（55）と、前記加圧駆動流体の前記第１の面（67）及び前記第２の
面（69）への供給、及び前記加圧駆動流体の前記第１の
面（67）及び前記第２の面（69）からの排出を制御する
ための弁装置とを備え、それによって、前記往復部材
（55）を前記室の中で往復させることができ、前記弁装
置は、前記往復部材（55）から半径方向に片寄せられて
おり、前記往復部材（55）が、前記弁装置を第１状態と第２状
態との間で切り換えるように作動させることができるよ
うに、前記往復部材（55）と前記弁装置を駆動連結する
ための装置を備え、前記往復部材（55）と前記弁装置を
駆動連結するための前記装置は、前記往復部材（55）及
び前記弁装置に駆動連結されたアーム部材（123）を有
し、前記アーム部材（123）は、前記往復部材（55）と
前記弁装置との間でほぼ半径方向に配置され、かつ、前
記往復装置を、より小型にまとめることができるよう
に、ほぼドッグレッグ形状をなしており、前記第１の面（67）及び前記第２の面（69）は外側面で
あり、前記往復部材（55）は第１の内側面（71）及び第
２の内側面（73）を有し、かつ、前記弁装置を作動させ
るための前記第１の内側面（71）及び前記第２の内側面
（73）によって駆動される内部ピックアップ装置を含
む、ことを特徴とする往復装置。
【請求項８】圧送すべき流体の供給源（13,15）及び加
圧ガスの供給源（31）に連結される、流体を圧送するた
めの装置であって、圧送流体の流入口及び駆動ガスの流入口を有し、かつ、
加圧ガスによって駆動されるようになっているポンプ
（25）と、圧送すべき流体の供給源（13,15）を前記ポンプの圧送
流体の流体流入口に連結するための第１導管（23）と、加圧ガスの供給源（31）を前記ポンプの前記駆動ガスの
流入口に連結するための第２導管（35）と、圧送に利用できる圧送流体が十分にあるときに、前記第
２導管（35）を開くことによって、駆動ガスを前記第２
導管（35）の中を流れさせて、前記ポンプを駆動するこ
とを可能にし、かつ、圧送に利用できる圧送流体が十分
に無いときに、前記ポンプが乾き入力状態で作動するこ
とが無いように前記第２導管（35）を閉じるための、前
記第１導管（23）の流体圧力に応答する前記第２導管
（35）に設けられた遮断弁（33）とを備え、前記遮断弁（33）は、前記第１導管（23）の高い方の第
１の圧力で開き、前記第１導管（23）の低い方の第２の
圧力で閉じるように構成される、ことを特徴とする、流体を圧送するための装置。
【請求項９】前記遮断弁（33）は、弁座（183）と、前
記遮断弁（33）がその閉鎖状態にあるときに前記弁座
（183）に密封係合するようになっている密封面（171）
とを備え、上流の圧力が作用する面積は下流の圧力が作
用する面積より大きいように異なる面積比が形成され、
それによって、前記遮断弁（33）の安定性を増すことを
特徴とする、請求の範囲第８項に記載の流体を圧送する
ための装置。
【請求項１０】前記遮断弁（33）は、プランジャ弁室
（165）を囲むハウジングと、前記密封面（171）を含む
プランジャ弁本体（167）とを有するプランジャタイプ
の弁とを更に備え、前記密封面（171）は、加圧駆動ガ
スが前記ポンプの駆動ガス流入口に供給されることがで
きないように、前記遮断弁（33）が閉鎖位置にあるとき
に前記弁ハウジングの前記弁座（183）に係合するよう
になっていて、前記弁座（183）は、前記プランジャ弁
本体（167）を向けた長手方向軸線に対してある角度で
向けられることを特徴とする、請求の範囲第９項に記載
の流体を圧送するための装置。
【請求項１１】室を有するハウジング（39）と、前記室の中に設けられた軸（65）と、前記室の中に設けられ、かつ、前記軸（65）に固定して
間隔を隔てた第１の往復部分（61）及び第２の往復部分
（63）を有する往復部材（55）とを備え、前記第１の往
復部分（61）及び前記第２の往復部分（63）の各々は、
前記往復部材（55）を前記室の中で往復させるように、
前記圧力駆動流体にさらされる外側面（67,69）を有
し、かつ、内側面（71,73）を更に有し、前記圧力駆動流体の前記第１の往復部分（61）および前
記第２の往復部分（63）の外側面（67,69）への供給、
及び、前記圧力駆動流体の前記第１の往復部分（61）お
よび前記第２の往復部分（63）の外側面（67,69）から
の排出を制御するための弁装置を備え、それによって、
前記往復部材（55）を前記室の中で往復させることがで
き、前記弁装置は、前記往復部材（55）から半径方向に
片寄せられており、前記往復部材（55）と前記弁装置を駆動連結する内部ピ
ックアップ装置を備え、前記内部ピックアップ装置は、
前記第１の往復部分の内側面（71）と前記第２の往復部
分の内側面（73）との間のスペースで特定方向に向けら
れ、かつ、前記往復部材（55）が前記ハウジング室の中
で往復するときに前記内側面（71、73）の各々によって
交互に接触されるように構成された要素（125）を有
し、前記内部ピックアップ装置の要素（125）は、前記
交互の接触に応答して、前記第１状態と前記第２状態と
の間で前記弁装置の作動を開始することを特徴とする往
復装置。