JP6475259B2 - 定容積形ポンプにおける流量微調節装置 - Google Patents

Description

本出願は、２０１３年１２月１３日付け出願の米国予備出願第 61/915,878 号の優先権を主張するものであり、その内容は、本参照により、本明細書に事実上取り込まれるものである。

バルブを持たないポンプのグループが当該分野では知られている。これらは、中央部に特殊な取付け手段を有するもので、この取付け手段は、駆動モータとポンプヘッドとの間に介装され、通常ベースと称される。これらベースは通常は射出成形プラスチックであり、かつ、上部と下部とを分ける一体形ヒンジ (living hinge) を有している。ベースの上部は、前記一体形ヒンジの可撓性によって下部に対して傾けることが可能となっている。上部と下部との間の相対角が一回転毎のポンプ吐出容積を決定することになる。この全体メカニズムに関しては、共願とされた特許文献１及び特許文献２に全て開示されている。

従来、前記角度の調節及び設定の方法は、前記ベースの２つの位置に存在する回動ピンとのネジ係合を調節することによりなされていた。２つの位置は、ベースの中心軸線の反対側に位置している。複数のポンプについて１回転あたりの目標吐出量が同じになることを要求されることがある。これは、調節可能な前記調節ネジ及び回動ピンの替りに固定リンク手段を用いることで達成される。該固定リンクはプラスチック樹脂から射出成形され、かつ、これらリンクを成形するのに用いられるツールによって異なる長さを創り出すことができ、これにより目標ポンプ吐出量を平常的に変えられる。

前記調整可能なネジ機構に対してこの固定リンク構造を持ち込もうとした当初の意図はコスト削減であった。それについては達成されたが、固定リンクコンセプトには付加的な優位点が存在する。すなわち、１）バックラッシュの問題が解消されることによる優れた機械的安定性、２）環境温度の変化の存在下における吐出容量の安定性の向上、及び、３）調節ネジの場合に比して格段に優れた、固定リンクを有したベースアッセンブリの全体剛性、である。

温度差の問題に関しては、プラスチックリンクが、角度が変化しなようにプラスチックベースと一体的に膨張・収縮することにより改良される。ステンレス鋼製調整ネジとプラスチック製ベースとにおける熱膨張係数の大きな差は、周囲温度の変化によって明らかに角度変化をもたらす程である。

米国特許第 5,020,980 号明細書 米国特許第 4,941,809 号明細書

固定リンクを用いることはこのような優位性を有するものであるが、さらなる応用の場においてより広い使用をしようとした場合には一つの欠点が存在する。部品が一旦組み込まれた後に容量を精密に較正するよう微調整するための手段がないということである。単に目標容積に近づけるということであれば、何百、何千というポンプのために多くの出願があるが、それでは充分でない。そのようなやり方では、正確なアウトプットがなされるように、各ポンプを個々に微調整する必要がある。このような精度を目標値の±１％でずっと出し続けなければならない。他の部品の変形、加えて、固定リンクの成形長さの僅かな違いによって、精度は通常、目標値の±６％より良くなることはない。

したがって、固定リンク構成を採用する際の吐出容量の微調節に対する要求を満たす手段を提供することが望ましい。

本明細書は、一形態において、ポンプ及びモータの為の角度調節機構を開示するものである。この機構は、概して、ベース、偏心ブッシュ、及び固定リンクを備える。前記ベースは、モータを取り付けるためのモータフランジと、ポンプを取り付けるための、前記モータフランジと対向したポンプフランジと、前記モータフランジと前記ポンプフランジとの間に構成されたヒンジと、該ヒンジに対向して形成された、離間した一対の開口と、を有する。前記偏心ブッシュは、前記ベースの前記開口の一つに受け入れられた本体部と、該本体部の中心軸線からオフセットされた中心軸線を持った内部ボアとを有する。前記固定リンクは、前記偏心ブッシュの前記内部ボア内に受け入れられた第１ピン部と、前記ベースの前記開口の他方に受け入れられた第２ピン部とを備える。この構成により、偏心ブッシュを回転させると前記ベースの前記開口間の距離が変化し、よって、前記ヒンジ回りの前記モータフランジと前記ポンプフランジとの間の角度が変化する。

好ましい実施形態において、前記偏心ブッシュは、前記本体部の一端で終端する頭部を備え、偏心ブッシュを容易に回転できるようになっている。この頭部は、好ましくは六角形状であり、さらに好ましくは、前記内部ボアの前記中心軸線から最も距離を置いた位置に切欠きを有している。

前記ベースの前記ヒンジは、好ましくは、ベースと一体的に構成された一体形ヒンジ (living hinge) である。

好ましくは、前記固定リンクは、一対の相補的なセグメントを備える。各セグメントは、挿入ピン部及びピン受容部を有し、各セグメントの前記挿入ピン部が、他のセグメントの前記受容部内に受け入れられる。

開示される本本発明の他の形態では、モータ・ポンプ組立体 (motor and pump assembly) が提供される。モータは前記ベースの前記モータフランジに取り付けられ、かつポンプは前記ベースの前記ポンプフランジに取り付けられている。前記モータは回転軸線回りに回転可能であり、かつ前記ポンプは、回転軸線回りに回転可能かつ該回転軸線に沿った直線運動可能なピストンを備え、このポンプピストンは前記モータシャフトに結合されている。前記偏心ブッシュが回転することによって前記ベースの前記開口間の距離は変化し、これにより、前記ヒンジを挟んだ前記モータシャフトの前記回転軸線と前記ポンプピストンの前記回転軸線との間の角度が変化する。

開示される本発明の他の形態では、モータのモータシャフトとポンプのポンプピストンとの間の角度設定を調節する方法が開示されている。この方法によれば、前記モータと前記ポンプとの間に上述したベースが設けられ、かつ、前記偏心ブッシュが、離間した両開口の一方内で回転させられ、前記ヒンジを挟んだ前記モータシャフトと前記ポンプピストンとの間の角度が変えられる。

したがって、前記ベースの下半分における広げられた穴へのぴったりとした係合のための円筒外径を持つ特別なブッシュを用いる調節機構が提供される。この穴は、かつて、上述したネジ調節機構のための回動ピン、あるいは固定リンクの丸いボスを係合するのに用いられていたものである。本発明におけるこの態様では、この穴は、上述のブッシュを受容するように、１／４インチ（約６．４ｍｍ）から５／１６インチ（約７．９ｍｍ）に拡げられている。該ブッシュには１／４インチ（約６．４ｍｍ）の貫通孔が形成されており、該貫通孔の軸線はその外径部と平行であるが約０．０２インチ（約０．５ｍｍ）オフセットされている。ブッシュの一端には、レンチと係合する六角形のフランジが形成されている。加えて、該ブッシュには、最大オフセット位置を示す切欠きが形成されており、ポンプの最終較正における微調整をするのに役立つ。

前記偏心ブッシュは、前記ベース内の拡大された穴の内部に組み付けられており、また、前記固定リンクは、上部ベース回動ピン孔と、偏心ブッシュの前記中央オフセットボア内に組み込まれている。最終較正では、薄型レンチを用いて偏心ブッシュを回す。こうすることで、該プラスチックリンクの下部ボスは、ベースの上部との係合点に近付くよう、あるいは係合点から遠ざかるように動く。下部ブッシュが偏心していることによって、ポンプの吐出量は約±１０％調節される。これにより、固定リンクポンプを用いて、非常に正確な較正が実現される。従って、このようなポンプは、要求される精度を満たしつつ、上述した固定リンクの卓越した優位性によってもたらされる利益を得ることができる。

上記説明した特徴は、添付の図面を参照した下記の詳細な説明から明らかにされる。ただし、示した図面は一例に過ぎず、この開示内容を制限するものではないことを理解すべきである。

従来技術による流量調節角度変更手段を用いた、従来のモータ／ポンプ接続の斜視図である。 従来技術による固定リンクを用いた、従来のモータ／ポンプ接続の斜視図である。 従来技術による流量調節角度変更手段を用いた従来のモータ／ポンプ・ベースの斜視図である。 従来装置のベースのみを示した斜視図である。 従来の固定リンクを用いたベースの斜視図である。 従来の固定リンクの２つの部品を示す斜視図である。 本発明によって形成された偏心ブッシュを示す斜視図である。 図７に示した偏心ブッシュの斜視背面図である。 本発明によって形成されたモータ／ポンプベースを示す斜視図である。 本発明によって構成された、容積長さがレンチによって調節可能とされたモータ／ポンプベースを、モータ及びポンプに取り付けた状態で示す斜視図である。

図１は、ベース１４を介してポンプ１２に接続された従来のモータ１０を示す。このモータ１０は回転軸線周りに回転するシャフトを有し、かつ前記ポンプは、回転軸線周りに回転するとともに該回転軸線方向に移動するピストンを有する。前記モータの前記シャフトは前記ポンプの前記ピストンに接続されており、該モータのシャフトが回転することによりポンプのピストンは回転する。また、ポンプのピストンの回転軸線をモータのシャフトの回転軸線に対し傾けることにより、モータのシャフトの回転が、以下でさらに詳しく説明するように、ポンプのピストンに直線移動を生ぜしめる。このタイプのポンプ及びモータ支持機構に関しては、共同所有の米国特許第 4,941,809 号明細書及び米国特許第 5,020,980 号明細書に開示しており、その開示内容は、目的によらず、当該参照により全て本明細書に組み入れられるものとする。

このようなポンプ及びモータは以下のように作動する。モータ１０のシャフトはポンプ１２のピストンに接続されている。前記モータのシャフトの一回転が前記ポンプの前記ピストンを回転させる。前記ポンプと前記モータの間に設定された角度によって、モータのシャフトの一回転はさらにポンプのピストンを軸線方向に往復動させて流体の吸込みと押出しとを交互に実施し、流体を該ポンプの入口と出口の間で移送する。ピストンのストロークの大きさによって、ポンプの入口と出口との間を運ばれる流体量が定まる。モータに対するポンプの角度を変えることによりピストンのストロークは調節され、これにより、入口と出口との間を移動する流体体積が調節される。

このような従来のポンプ及びモータ構成において、モータのシャフトの回転毎にポンプから提供される流量が所要のものとなるように、モータ１０に対するポンプ１２の角度はベース１４を介して調節される。従って、ポンプの軸線とモータのシャフトとの間の角度を調節するのに適合したベース１４を設けることが好ましい。

図１は、従来装置の調節可能なベース１４の一例を示すもので、モータ１０が取り付けられたフランジと、ポンプ１２が取り付けられた対向フランジとを有している。これら２つのフランジの間には、可撓性を有した一体形ヒンジが設けられている。該一体形ヒンジは、該ヒンジに対する前記両フランジの角度を変更させる回動動作を可能とするものである。該ヒンジに対向して２つのベースが存在し、両ベース間に、流量調節角度変更手段が設けられている。図１の例では、該流量調節角度変更手段は、前記ベースのそれぞれのボスに挿入された回動ピン間に接続された、ネジ−ナット機構である。

ネジ上のナットを回転させることにより、前記ボスに挿入された前記回動ピン間の長さを選択的に伸長または短縮させ、これにより、前記ポンプのフランジに対する前記モータのフランジの角度が調節される。

ただし、このような装置の不都合点として、ワーク環境に応じた材料の違いによる熱膨張の問題を孕んでいることもある。前記調節可能なネジ機構はまた安定性に乏しくかつ緩みやすく、従って前記角度は、望まれず変更されることがある。この機構はまた、組立を複雑にするいくつかの部品を有しており、それ故コスト上昇を招く。

図２は、ベースを用いた従来のモータ／ポンプ接続の他の一例を示す。この場合のベースは、図１に示したものに類似するが、対向したボス間に設けられた固定リンクを用いている。特に、図２に示すベース１４は、既に説明したものと同様に、可撓性一体形ヒンジの対向側に、モータに取り付けられるフランジと、ポンプに取り付けられるフランジとを有する。該ヒンジに対向して対向するボスが設けられ、これら双方のボス間に固定リンクが設けられ、ポンプとモータとの間の角度を設定している。該固定リンクの長さは、ポンプによって生じさせるべき所望の体積流量に基づいて選択される。ある場合には、ポンプの容量を所定の範囲で調節するために 長さを異ならせた種々の固定リンクを設けることができる。

図３は、図１に示したものに類似した調節可能なネジ−ナット機構を更に詳細に示したものである。図３からは、ネジに対するナット１６の回転によって、各ボス１８内に設けられた回動ピン間の距離がどのように延び、あるいは縮むのかが理解される。前記ボス１８間の距離が延長あるいは短縮されると、可撓性ヒンジ２４が屈曲することにより、モータ取付けのフランジ２０とポンプ取付けのフランジ２２との間の角度が変化する。

図４は、従来のベース１４を、調整機構を省いた状態で示したものである。図４に示すベース１４は、上述の２つの従来技術の何れにも、かつ、以下で詳述する本発明にも用いることが出来ることが分かる。該ベース１４は、モータ取付けのためのフランジ２０と、内部に開口を形成するボス１８と、ポンプ取付けのためのフランジ２２と、前記ボスの反対側に位置した一体形ヒンジ２４とを備える。

図５は、上述した従来のベース１４を示すが、さらに、双方のボス１８の間の距離を設定し、それにより前記一体形ヒンジ２４に対してモータフランジ２０及びポンプフランジ２２の間の角度を設定するための固定リンク２６を備える。

図６により詳細に示すように、前記リンク２６は、好ましくは、射出成形された一対の相補的なリンクセグメントを備える。各リンクセグメントは、対向するリンクセグメントに設けられた適合サイズのピン受容部２９内に受け入れられる挿入ピン部２８を有している。各リンクのピン受容部２９は、ベース１４の受容ボス１８内の対応サイズとされた穴内に嵌合するサイズとされている。繰り返しになるが、各リンク２６の挿入ピン部２８とピン受容部２９との間の長さがポンプとモータとの角度を規定する。

従って、図５に示すベース１４に、２つの前記ボス１４間の長さを変化させるために、異なる長さを有した種々の固定リンク２６を設けることができる。固定リンクの長さを変えることは、前記ヒンジ２４が自身の回動点回りに異なる角度となるよう回動することとなり、これにより所望のモータ対ポンプ角度に設定することができる。

図２、図５、および図６に示した前記固定リンクシステムによる利点の一つとしては、熱膨張に対する感度がより小さく、ベースの安定性が向上することが挙げられる。しかしながら、射出成形の公差及びポンプ及びモータ間の公差によって、リンクの長さを適正に選択したとしても、望まれる正確な所望体積流量が常に得られるとは限らない。従って、固定リンクの利点を全て備えながら、固定リンクの長さ調節による利益が追加された装置が望まれていた。

従って、本発明は、ベース１４の前記受容ボスの開口間の長さの調節可能性を有した固定リンク機構を提供するものである。これは、図７及び図８に示すように、ベースのボス１８の前記開口１９の一方又は双方の内部に受け入れられた偏心ブッシュ３０を設けることによって達成される。

本発明による前記偏心ブッシュ３０は、頭部３２と、該頭部３２と同軸的に延出した本体部３４とを有している。頭部３２は、後述する理由により、好ましくは六角形を呈している。前記本体部３４は好ましくは円筒形で、かつ、前記ベース１４の前記ボス内に形成された貫通孔１９の少なくとも一つの内側に嵌合される外径を有している。好ましくは、本体部３４の長さも、前記ベースの各ボスに形成された貫通孔１９の長さと適合するように選択される。

前記本体部３４及び前記頭部３２には、それらの軸線方向に沿ってボア３６が、該ブッシュの長さにわたって形成されている。ボア３６は、本体部３４の中心軸線３４′からオフセットした中心軸線３６′を有している。すなわち、ボア３６の中心線３６′は本体部３４の中心線３４′と同軸ではない。従って、該ブッシュ３０は、本体部３４の外径部に対して偏心形成された軸方向貫通孔３６を有し、これにより、本体部がその中心線３４′回りに回転すると、中心軸線３６′が本体部の中心軸線３４′回りを回るものとなる。

偏心した前記軸方向貫通孔３６は内径を有しており、該内径は、前記固定リンク２６の前記ピン受容部２９（図６）の一つを接触状態又は嵌合状態に受け入れるサイズとされている。従って、図９及び図１０に示すように、ボス１８の貫通孔１９内に装入された前記偏心ブッシュ３０において、ボス１８に対してブッシュ３０が回転すると、どのようにして、前記ボス１８の前記貫通孔１９に対するブッシュのボア３６の位置が変わるか、を見ることが出来る。固定リンク２６の前記ピン受容部２９の軸方向位置が変わることで、該固定リンクに基づき、ベース１４の対向するボス１８同士間の距離がどのように効果的に変更されるかが理解できる。

特に、ボス１９の開口１９の内部でのブッシュ３０の回転によって、内部ボア３６の前記中心軸線３６′の位置が変化する。ただし、該固定リンク２６の長さは変わらないため、偏心ブッシュの回転が、該ブッシュを受け入れているボス１８に対してカムとして働き、これにより、図９に示されるようにボスの開口間の間隔はＬからＬ′への変化する。この距離を変えることで、前記ヒンジ２４が開く方向あるいは閉じる方向に屈曲し、これにより前記ポンプのフランジ２２と前記モータのフランジ２０との間の角度位置が変化する。

前記ブッシュ３０の前記頭部３２の六角形状により、ブッシュ３０を回転させるレンチ４０の使用が容易となっている。好ましくは、ブッシュ３０の頭部３２には切欠き３８が形成され、前記本体部３４に対する前記貫通孔３６の最大偏心箇所が視覚的に分るようになっている。従って、この切欠き３８は、好ましくは、前記頭部３２における、前記ボア３６の中心線３６′から最も離れた位置に設けられる。

前記ボス１８の各穴内にそれぞれ偏心ブッシュを設けることも可能であり、この場合はより優れた安定性が得られる。

以上本発明の実施形態についていくつかを詳細に図示及び／又は説明してきたが、当業者は、本発明の精神及び意図された技術的範囲を逸脱することなく、本発明の改良及び変形例が可能であることを理解するであろう。

１０ モータ
１２ ポンプ
１４ ベース
１８ ボス
２０ モータフランジ
２２ ポンプフランジ
２４ ヒンジ
２６ 固定リンク
２８ 挿入ピン部
２９ ピン受容部
３０ 偏心ブッシュ
３２ 頭部
３４ 本体部
３４′（本体部の）中心軸線
３６ ボア
３６′（ボアの）中心軸線
３８ 切欠き

Claims (14)

1. ポンプ及びモータのための角度調節機構であって、
   モータを取り付けるためのモータフランジと、ポンプを取り付けるための、前記モータフランジと対向したポンプフランジと、前記モータフランジと前記ポンプフランジとの間に構成されたヒンジと、該ヒンジの反対側に位置し、互いに離間した一対の開口と、を有するベースと、
   前記ベースの前記開口の一つに受け入れられた本体部を有するとともに、該本体部の中心軸線からオフセットされた中心軸線を持った内部ボアを有した偏心ブッシュと、
   前記偏心ブッシュの前記内部ボアに受け入れられた第１ピン部と、前記ベースの前記開口の他方に受け入れられた第２ピン部と、を備えた固定リンクと、備え、
   前記偏心ブッシュを回転させることにより前記ベースの前記開口間の距離が変化し、これにより、前記ヒンジを挟む、前記モータフランジと前記ポンプフランジとの間の角度が変えられる、角度調節機構。
2. 請求項１記載の角度調節機構において、前記偏心ブッシュが、該偏心ブッシュの回転を容易にするように前記本体部の一端で終端する頭部を備える、角度調節機構。
3. 請求項２記載の角度調節機構において、前記頭部が六角形状である、角度調節機構。
4. 請求項２記載の角度調節機構において、前記頭部が、前記内部ボアの前記中心軸線から最も距離を置いた位置に切欠きを有している、角度調節機構。
5. 請求項１記載の角度調節機構において、前記ベースの前記ヒンジは、前記ベースと一体的に構成された一体形ヒンジである、角度調節機構。
6. 請求項１記載の角度調節機構において、前記固定リンクは、一対の相補的なセグメントを備え、各セグメントが、挿入ピン部及びピン受容部を有し、各セグメントの前記挿入ピン部が他のセグメントの前記ピン受容部に受け入れられる、角度調節機構。
7. モータ・ポンプ組立体であって、
   モータフランジと、前記モータフランジと対向したポンプフランジと、前記モータフランジと前記ポンプフランジとの間に構成されたヒンジと、該ヒンジの反対側に位置し、互いに離間した一対の開口と、を有するベースと、
   前記ベースの前記モータフランジに取り付けられたモータであって、回転軸線周りに回転可能なシャフトを有したモータと、
   前記ベースの前記ポンプフランジに取り付けられたポンプであって、回転軸線周りに回転可能でありかつ該回転軸線に沿った直線移動が可能なピストンを備え、該ピストンが前記モータのシャフトに結合されてなるポンプと、
   前記ベースの前記開口の一つに受け入れられた本体部を有するとともに、該本体部の中心軸線からオフセットされた中心軸線を持った内部ボアを有した偏心ブッシュと、
   前記偏心ブッシュの前記内部ボアに受け入れられた第１ピン部と、前記ベースの前記開口の他方に受け入れられた第２ピン部と、を備えた固定リンクと、備え、
   前記偏心ブッシュを回転させることにより前記ベースの前記開口間の距離が変化し、これにより、前記ヒンジを挟む、前記モータのシャフトの前記回転軸線と前記ポンプのピストンの前記回転軸線との間の角度が変えられる、モータ・ポンプ組立体。
8. 請求項７記載のモータ・ポンプ組立体において、前記偏心ブッシュが、該偏心ブッシュの回転を容易にするように前記本体部の一端で終端する頭部を備える、モータ・ポンプ組立体。
9. 請求項８記載のモータ・ポンプ組立体において、前記頭部が六角形状である、モータ・ポンプ組立体。
10. 請求項８記載のモータ・ポンプ組立体において、前記頭部が、前記内部ボアの前記中心軸線から最も距離を置いた位置に切欠きを有している、モータ・ポンプ組立体。
11. 請求項７記載のモータ・ポンプ組立体において、前記ベースの前記ヒンジは、前記ベースと一体的に構成された一体形ヒンジである、モータ・ポンプ組立体。
12. 請求項７記載のモータ・ポンプ組立体において、前記固定リンクは、一対の相補的なセグメントを備え、各セグメントが、挿入ピン部及びピン受容部を有し、各セグメントの前記挿入ピン部が他のセグメントの前記ピン受容部に受け入れられる、モータ・ポンプ組立体。
13. モータのモータシャフトとポンプのポンプピストンとの間の角度位置を調節する方法であって、
    モータを取り付けるためのモータフランジと、ポンプを取り付けるための、前記モータフランジと対向したポンプフランジと、前記モータフランジと前記ポンプフランジとの間に構成されたヒンジと、該ヒンジの反対側に位置し、互いに離間した一対の開口とを有するベースを、前記モータと前記ポンプとの間に設ける段階と、
    前記開口の一つに受け入れられた本体部を有するとともに該本体部の中心軸線からオフセットされた中心軸線を持った内部ボアを有した偏心ブッシュを設ける段階と、
    前記偏心ブッシュの前記内部ボアに受け入れられる第１ピン部と、前記ベースの前記開口の他方に受け入れられる第２ピン部と、を備えた固定リンクを設ける段階と、を有し、
    前記偏心ブッシュを回転させることにより前記ベースの前記開口間の距離を変化させ、これにより、前記ヒンジ回りの前記モータシャフトと前記ポンプピストンとの間の角度を変化させることを特徴とする、モータのモータシャフトとポンプのポンプピストンとの間の角度位置を調節する方法。
14. 請求項１３記載の方法において、前記偏心ブッシュを、該偏心ブッシュの六角形頭部に係合するレンチを使用して回転させる、前記方法。

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