JPH01203672A - 高圧ポンプ又はコンプレッサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、高圧、特にポンプの場合には数千気圧におよ
ぶ高圧のための、また吐出量が比較的に大きなポンプ又
はコンプレッサ装置に関する。

〔従来技術〕

以下に記す、本願出願人の出願に係わる未公開の特許出
願に開示されているものが、この種装置の最新且つ本発
明に最も近似する装置例であるとおもわれる。

ドイツ連邦共和国特許出願第Ｐ　３７１１６３３．９号
（出願口：　１９８７年４月７日）、日本国昭和６２年
特許出願第８３１１２号（出願臼：昭和６２年４月６日
）、アメリカ合衆国特許出願第０７１０３７９１０号（
出願口：　１９Ｂ７年４月８日）、欧州特許出願第８７
１０５１１８．１号（出願口：　１９８７年４月７日）
上掲先行出願は、千気圧を超える高圧のポンプ又はコン
プレッサの構成上の詳細及び作用効果を開示している。

それら開示事項の１部は本願にも適用されるものであり
、上掲先行出願の発明における構成要素に類似する本発
明の構成要素は、同先行出願に用いたものと同一の符号
により示す。上掲諸国における先行出願は、使用言語は
異なるものの、それらの内容は実質的に同一である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、本願出願人の出願に係わる上掲先行技
術例に開示されたような膜ポンプ又はコンプレッサ装置
（以下、単にポンプ装置と略称）を改良して、膜の所定
外径当りのその吐出量を増大させること、膜の信頬性、
機能及び耐用寿命を改善すること及び適当なものではな
かった膜の周辺部又は周辺部材を改良して、膜の損壊を
紡ぎ得る膜の周辺部構造又は周辺部材を提供することで
ある。

本発明の上記目的は、先に記載した特許請求の範囲及び
以下に行う本発明の好ましい実施例の記載から明瞭な設
計、構成により達成される。

〔発明の構成、効果及び実施例〕

第１図には、本発明に係わる高圧ポンプ又はコンプレッ
サ装置である膜ポンプの１実施例の要部長手方向断面図
が示されている。このポンプ装置は、部分的に、例えば
ボルトにより合体させた本体部材又はハウジング部１及
び９１内に収められている。上方の本体部材、ハウジン
グ部又はカバー１は、それぞれ弁を備えた吸込み口部３
８及び吐出し口部３９を有する。下方の本体部材又はハ
ウジング部９１は、内部に往復運動自在なピストン５２
を設けたシリンダ１５３５を有する。

ピストン５２は、第１図には図示されない駆動手段によ
り、吸込みストローク及び吐出しストロクーを交互に行
うように駆動される。なお、駆動手段は、公知の種類の
ものであるか或いは後に参照する本願の他の図面に示す
ように構成するものであるため、第１図にはその図示を
省略する。挿入部材１５０７及び１５０８の間に膜１５
０６を配し、この膜の上方に内方の室３７及び下方に外
方の室３５を形成する。これらの室３５及び３７は、本
発明の実施例のほとんど全てにおいて形成されるもので
、後に参照する図面に示される他の実施例の説明に際し
ては、室の説明の反復は行わない。上記挿入部材の間に
膜を設ける構成に替えて、膜をハウジング部１及び９１
の間に設ける構成とすることも可能である。内方又は第
２の室３７を吸込み口部及び吐出し口部に連通させる一
方外方又は第１の室３５をシリンダ及びピストンに連通
させである。

従って、ピストンが往復動を行う時、第１の又は潤滑用
の流体を周期的に第１の室にポンプ送し、他方ピストン
の下降或いは吸込みストローク時に第２の流体又は非潤
滑流体を吸込み口部の弁を介し第２の又は内方の室に送
ることが可能で、ピストンが上記の下降ストローク運動
に続き上昇又は吐出ストロークの運動を行うと、流体が
膜を押圧し、これにより膜が第２の室を圧縮し、第２の
流体即ち非潤滑流体を吐出し口部の弁から吐出させるこ
とが出来る。

上述のポンプ又はコンプレッサ装置の作動は、本発明の
全ての実施例においても同様に行われる。第１図を参照
して既に記載したため、また本願出願人の出願に係わる
前掲の先行特許出願中にも開示しであるので、以下に参
照する図面に示される実施例の説明においては、この装
置の作動説明は反復して行わない。

第１図は、以下に記載するように有利な構成特徴の図示
も含んでおり、それらは部分的に新規であり、従って本
発明の特徴を成すものである。例えば、所要量の流体が
吸込み口部３８の弁を介し第２の室３７に入り得ない場
合に備え、予圧（ｐｒｅ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）ポンプ１
５０１を設け、これにより逆止め弁１５０３及び流路１
５１６を介し第２の室３７に流体を送り込むようにしで
ある。ポンプ１５０１又はそれに連通ずる通路又は流路
に安全弁又は過負荷時の逃し弁１５０５を設けることが
可能であり、また図示の例はそれを設けた構成となって
いる。また、ピストンが充分な量の吐出し流体を第１又
は外方の室３５に送ることが出来ない場合に備え、第２
の補助又は補給ポンプ１５０２を設け、それにより流体
を逆止め弁１５０４及び流路又は通路１５１７を介し室
３５内に送り込むように構成することも可能であり、な
お図示の例はそのような構成となっている。ポンプ１５
０２又はそれに連通ずる流路にもまた安全弁又は逃し弁
１５５６を設けることが出来、図示の実施例ではそれを
設けている。膜１５０６の半径方向外端部を密閉部材１
５１１及び１５１２により密閉構成とすることが可能で
あり、この構成により、膜には、それぞれ密閉環溝に挿
入された密閉部材１５１１及び１５１２の半径方向の外
側及び内側に端部分１５３８及び１５３９が形成される
。本体部材即ちハウジング部材及び／又は挿入部材１５
０７及び１５０８を貫通して、符号１５０９にて示され
るように小直径の穴を形成することが出来る。これらの
穴１５０９は、高圧下に膜がそれらの中に入るのを回避
するために直径が小さくまた多数の流路を形成するもの
である。

本発明によれば、穴１５０９の直径は、ポンプ装置が１
千気圧を超える高圧に使用されるものである場合、膜１
５０６の厚さよりも小である。膜１５０６のストローク
を制限しまた第１又は外方の室３５及び第２又は内方の
室３７それぞれの軸方向端部を規定するため、膜１５０
６の上方及び下方に止め面又はストローク制限面１５１
３及び１５１４が形成されている。本発明において、こ
れらの止め面１５１３及び１５１４の形状及び寸法は、
後に行う本発明の説明及び技術的分析から明らかとなる
ように、重要な意味を持つ。例えば膜１５０６の外径の
拡径及び縮径が可能となるように、この膜の半径方向外
方に外方の空間又はすき間１５１５が形成されている。

附属品の装着或いは流体の溜め又は移送のために室部６
９６が形成されている。この室部に連通させて流路を設
けることが可能である。

ここで、本発明の理解をはかるため、幾何・数学的説明
及び検討のために示す第２図及び第３図を参照する。第
２図は、本発明者が、ベレヴイル（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌ
ｅ）ばね又はさらばねと命名しまたしばしば、そのよう
に称される円板ばねの長手方向断面を示す。このばねは
外径Ｒ及び内径ｒを有し、またその厚さはｔで、その脚
（シャンク）部の傾斜角はφである。この円板ばねが軸
方向に圧縮されると、その脚部は半径Ｃの揺動中心周囲
に揺動（ｓｗｉｎｇ）する。

第２図に示される円板ばねが軸方向に完全に圧縮された
時のこのばねの吐出ＩＱ及びこのばねが軸方向に圧縮さ
れた時のそれに生じる応力は以下に記すアイクマンの等
式１）及び（２）により、それぞれ算出される。

上式（１１及び（２）において、 Ｑ＝吐出量（ｎ″／／ストロー ク＝軸方向圧縮のストローク　（ａｍ）Ｐ＝外径（鶴） ｒ＝内径（ｕ＋） Ｃ＝　（Ｒ−ｒ）／　ｌ　、（Ｒ／ｒ）　＝揺動中心（
１１）ｔ＝円板ばねの厚さ（ｎ） Ｅ＝弾性係数（ｋｇ　／鶴り、そして １．０９８９＝　（ｍｙ−ばね鋼のポアッソン比として
）　０．９１＝　（１−νｔ）の逆数。

第３図は、Ｒ／ｒ比と応力因子の比較結果を示す。この
図から、円板ばねの外径に対しその内径が非常に小であ
る場合には応力が著しく増大することが理解出来る。

次の第１表は、ばね鋼の場合の計算データを示す。

（本頁以下余白） 第３図及び上掲第１表から、外径に対し内径が非常に小
である場合応力が非常に高（なることが明らかで、この
ことより内径が比較的に小であるばねは大きな応力のた
め壊れると結論することが出来る。円板ばねを、中央に
穴の無い膜とした場合、その中央及びその近傍の部分に
発生する大きな応力により、その中央部で壊れることに
なろう。

次に示す第２表においては、ばねの厚さも考慮しである
。なお、この表において、 σＩ＝内方下方端における応力 σ、＝内方上方端における応力 σ１＝外方下方端における応力 σｏＦ＝わん曲部（ｂｏｗｓ）における応力、そして σ、＝円筒部における応力。

（本頁以下余白） 上掲第２表の計算値例から、ばねの厚さが大きくなると
応力が著しく増大することが判る。

本発明が対象とするのは円板ばねではなく、膜である。

しかし、上に検討した円板ばねとの比較検討すると、厚
みの均一な円形膜の応力は、膜の厚さを大きくした場合
応力が著しく増大するため、膜の半径方向中央部におい
て非常に大きくなり膜が破損を起すかも知れない或いは
破損を起すに違いないとの推察が出来る。例えば、第２
図に示される円板ばねを、同図において破線にて示され
るようにｒ＝００（中央部に穴の無い或いは内径を有さ
ない）膜に代えた場合、この膜はその中央の部分、即ち
第２図において破線にて示される部分で破損を起すであ
ろう。

本発明は、膜の同心的な中央の部分に大きな応力の生じ
るのを回避して膜のストロークを増大させ且つその耐用
寿命を延ばすことを、その目的のひとつとしている。

この本発明の目的を達成するためのひとつの解決策が第
５図に示される実施例により得られる。ここに示される
膜の半径方向の外方部分１６２０は、Ｒ／ｒ約２、即ち
応力が最小となる半径を有するように半径方向内方にお
よんでいる。膜を公知例におけるように半径方向内方に
平らに延長形成することに代え、本例においては、円曲
線１６２５の周囲に半径１６２６を有するわん曲部（ｂ
ｏｗ）が形成されている。このわん曲部から膜は、円筒
部１６２２に連なり、その端部が、円形の中心線１６２
８の周囲に半径１６２７を有するもうひとつのわん曲部
１６２３となっている。このわん曲部１６２３に連なり
、半径方向に平らな端部１６１０が形成されている。こ
の膜において、応力のσ工、σ菫、σｍ、σＯＦ及びσ
−は、それぞれ第５図に示される部位において発生する
。

第５図と前掲の第２表と比較すると、ｒ・０．５Ｒの場
合第５図の膜の中央部に発生する応力が第２図の膜に発
生するそれに比べ小さいことが確認出来るであろう、こ
のため、第２図に示される通常の膜に比較し、第５図に
示される膜は耐用寿命が長くなり、ズトロークも増大さ
れまた吐出量Ｑも増大される。要するに、第５図の膜は
、上記した本発明の１目的を、可成りの程度に達成する
ものである。

膜は、例えば非常に薄いゴムシート、テフロン又はこれ
らに類似する高度に可撓性の材料にて製造することが必
要であると一見おもわれるかも知れない。

しかし、実際の試験結果によると、そのような柔性の材
料は数千気圧の圧力の下では収縮してしまうようである
。このような高圧による圧縮は塑性変形の限界を超える
結果となるものとおもわれる。このような高圧の圧縮に
付された膜の部分は圧縮前の元の形状に復帰する能力を
うばわれてしまうものと考えられる。先に記載した、公
知の平板状の円板ばねの場合、形状が波形に変形してし
まう。

以上の事情から、本発明によれば、膜は、その外面に加
えられる圧力を超える大きな内部強度を有さねばならな
いとの結論に達した。例えば、２０００気圧用の膜は、
２０ｋｇ／鰭２を超える強度を有する材料で製造するこ
とが必要である。

このことは、１０００気圧を超える圧力に耐用性を有す
る膜は、ばね鋼、耐錆ステンレスばね鋼等の強力金属又
はアルミニウム、ブロンズ又はそれらと類似する材料に
て製造せねばならないことを意味する。

本発明の目的のための次の、非常に完全な解決策が、第
４図に示される実施例により提供される。この実施例に
おいて、膜１５２０が、外径Ｒ及び内径ｒを有する。輪
板状の平らな円板ばねにより形成されている。応力を最
小にするため、ｒは０．５Ｒにほぼ等しいものとする。

この膜の中央部の穴は、中央の把持部材１５２５により
相互に締付けられた埋め部材１５２３及び１５２４によ
り閉塞されている。膜の半径方向の内方端及び外方端が
、先に記述した円板ばねが行うのと同様な、縮径及び拡
径を行い得るようにするために、膜の半径方向に空間又
はすき間１５２１及び１５２２を形成する。この膜に関
する応力及びストロークは、ワール（Ｗａｈｌ）著ｒｍ
ｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｐｒｉｎｇｓＪ　　（マグロ−
ヒル出版社）に示された次の等式（３）及び（４）によ
り、それぞれ正確に計算することが出来る。

σ＝　Ｋ、−・−−一一−−−−−−−−−・−ｍ−−
−・−−−−−−・−（３）但し、 ・・−−−−−−−−−−・−−−−・−・−・・−−
−−−（５）−・−一一一−−−−−−−−−−・−・
−−−−・−−−−・・　（６）第４図に示される膜１
５２０は、半径方向の圧縮及び拡張時にその半径方向端
部を半径方向に運動させることが出来るので、ストロー
クが太きく、応力が小さくまた吐出ＩＱの大きな円板ば
ねとして充分な可撓性を有すると言える。この点に関す
る限り、この実施例は本発明の目的の理想的な解決策を
なすものである。しかし、それは密閉部材及び埋め部材
を必要とする点に欠点がある。密閉部材及び埋め部材は
費用がかかる。しかし、それはまださ細な問題といえる
。

−層大きな問題は、作動圧が５００気圧を超える場合、
密閉部材により有効な密閉構成を行い長い耐用寿命を実
現するのが困難であるという点にある。ここにいう密閉
部材は、第４図において符号１５２６．１５２７．１５
２８及び１５２９により示されるものであり゛、また埋
め部材は先に符号１５２３及び１５２４により示した。

本体部材又はハウジング部材の面の間の軸方向間隔を規
定するために、密閉シート部材又はスペーサ環部材１５
３０及び１５３７が設けである。これらの部材１５３０
及び１５３７の厚さは実質的に膜１５２０のそれと同一
であるが、本体部材の隣接面間における膜の半径方向端
部の半径方向の運動を一層容易なものとすることが望ま
れる場合には、それらの部材１５３０及び１５３７の厚
さを膜のそれよりも極くわずかだけ大としても良い。

第６図は、第５図に示した実施例を、−層長いストロー
クと一層大きな吐出量を有するように構成し得ることを
示している。これは、図示のように（第６図）、第５図
に示される膜の半径方向の外方部分１６２０に円をなす
中心線１６２９及び１６３０の周囲に半径１６３１及び
１６３２を有するわん曲部（波形部）を形成することに
より実現される。第６図は、第５図、第６図、第７図及
び第８図の実施例において、第１又は外方の室及び第２
又は内方の室に死空間を充填する埋め部材を必要とする
こともまた示している。これらの埋め部材は、第６図に
おいて符号１６８２及び１６８３により示されているが
、これらは膜の止め面又はストローク制限面として機能
する各室の壁面を形成する形状とすべきである。第６図
において符号１６４１にて示される膜の部分は、第５図
において符号１６２２にて示された円筒部に相当する。

第７図もまた吐出量の大きな膜ポンプの本発明による好
ましい１実施例を示す。本例の膜は、固定部１６１２、
そこから延びる第１の円板ばね状部１５９４、そこから
延びる円筒部５５２９、次に続く第２の円板ばね状部１
５９４、それに続く第２の円筒部１６１１更にそれに続
く第３の円板ばね状部１５９４、そしてそれに続く閉塞
端部１６１ｏから成る単品部品となっている。従って、
この実施例においては、３個の円板ばね状部が２個の半
径方向に可撓の円筒部と共に作動を行う。ストロークの
都度、半径方向に変形する円筒部の運動に円板ばね状部
の軸方向に変形する運動が加わり、膜の比較的長い軸方
向のストロークに際し大きな吐出量の吐出を行うことに
なる。

第８図は、本発明の更に他の実施例を示すが、この実施
例によれば、複数の既述の膜を吐出量の非常に大きな、
単一で作動を行う改組立体に組立てることが可能となる
。図示のように、複数の膜の半径方向の端部を把持部材
１６４６及び１６４７により合体固定し、またこれらの
把持部材を内方の締付は部材１６４８により合体締付け
る。締付は部材１６４８に、流路１６５０を形成する穴
１６４９を設け、流路１６５０により膜の合体構成部の
軸方向両端部の各側の室部同志を連通させている。改組
立体を構成するそれぞれの膜の軸方向の端部１６４４は
、それら同志を突き合わせた形で締付は又は把持部材１
６３８及び１６３９により固定する。

第９図は、大きな吐出量を実現するための、本発明の膜
の他の実施例を示す。この膜は、複数の円筒管部１６６
０．１６６２及び１６６３から形成されており、それら
の軸方向端部はわん曲部で合体されている一方、符号１
６６９にて示される半径方向の外方部分は、ハウジング
部材の壁又は部分に密閉固定されており、また符号１６
７０にて示される半径方向内方の端部は、ハウジング部
材の壁の他の部分に密閉固定されている。ピストン５２
が外方の室３５への流体のポンプ送を行い、膜が吸込み
口部３８及び吐出し口部３９を有する内方の室３７への
流体のポンプ送を行う。本実施例の大きな特徴は、ピス
トン５２に長い案内部が得られまた好ましい密閉構成が
可能となり、更に室がピストン及びシリンダを取囲んで
設けられている点にある。これにより、半径方向に関し
コソパクトな構成が実現出来、これと同時に太きな吐出
量が得られる。

円筒状に構成された膜又は膜部材を有する、第９図及び
その他の図面に示される実施例の場合、各膜又は膜部材
の半径方向の変形及び内部応力の計算には以下の等式が
適用される。

ｄ δ＝［］□　　・−・−−−一〜・−−−−−−〜−−
−・−−−−−（７）σ＝　［］　Ｐ　　　　−−−−
−−−−−−−−−−−−一・−・−−−−−（８）ま
た、上式中δ及びσはそれぞれ膜の半径方向の変形及び
最大応力を規定する。吐出量Ｑは各膜部材の半径方向の
変形に断面積をかけたものに相当する。注意すべきこと
は、各膜部材の軸方向の拡縮変位にそれらの断面積をか
けたちのに相当する、いわば追加の吐出ｆｉＱが生じる
ということである。軸方向の拡張（収縮）はフックの法
則により次の等式により計算し得る。

ΔＬ＝σＬ／Ｅ　　　−・−・−・−・−・−・−−−
−−−−−−−−（ｌ［Ｉ＋第９図の構成例において膜
の組立体の固定端部である外方部分１６６９を保持する
ハウジング部材のふたつの部分をボルトにより共に締付
けることが出来る。内方の端部１６７０は、部材１６７
１を用い、これにナツトを螺合させてこの部材１６７１
を上方に引きつけ、端部１６７０を本体部材の１部であ
るカバー１に締付は固定するのが適当である。

第１０図に示した実施例においては、複数の管状の膜部
材を、それらの軸方向の端部分１６７３及び１６７４で
合体させることにより、密閉構成で１体的に固定組立で
ある。この点を除けば、この実施例は第９図に示した実
施例と実質的に同一である。

第１１図は、本発明の最も簡単又は単純な構成例を示す
。この実施例においては、単一の管状の膜１６８４を用
い、その軸方向の端部を装置本体部材及び／又は実質的
に本体部材を形成する部材の１部に固定している。この
単純な、管状の膜は中程度の作動圧用のもので、例えば
簡単に捨て去られるコカ・コーラ罐に用いられるような
アルミニウム製品であって良い。−層高い作動圧用には
、第２の室３７に流動させる非潤滑流体が例えば水であ
る場合、この膜１６８４は通常ステンレス鋼により製造
される。

第１２図は、第１０図に示した実施例に類似する本発明
の実施例を示す。しかし、第１２図の実施例においては
、膜の管状の部分或いは管状の膜部材の端部を密閉合体
固定するのにねじ付きの強力な固定部材を利用している
。膜の管状の部分又は管状の膜部材は符号１６７８．１
６７９．１６８０及び１６８１により示されるものであ
り、軸方向の１方の端部に用いられた固定部材１６５８
．１６８６．１６８９．１６９０．１６９１及び１６９
２にはねじ１６９５がきられており、軸方向の他方の端
部にはねじ１６９５のきられた固定部材１６８４．１６
８７及び１６８８が設けられている。膜部材１６７８．
１６７９．１６８０及び１６８１から成る膜の最終両端
部は、部材１６７７及び１６７１により締付は固定され
ている。膜部材１６８１の強力な固定を可能とするよう
、テーバ面の形成された部材１６７５及び１６７７を組
立てるために、符号１６７６にて示される軸方向の空間
又はすき間を形成する。この実施例においては、隣接膜
部材間に死空間が形成されるので、流体の高圧下に高い
性能を実現するための死空間の充填又は埋め部材１６８
２及び１６８３を設けるのがよい。

ピストン即ち吐出ピストン５２は、これらよりも大直径
の駆動ピストンにより共通に駆動されるので、駆動ピス
トンのシリンダ２２４に圧抜き流路１２２を形成するが
、この流路１２２はピストン５２を密閉する部分と駆動
ピストンの間にあるピストン５２の部分を包囲するシリ
ンダ２２４の部分に設ける。

第１３図は、高圧用のためには、膜は第１及び第２の室
の間で自由に作動を行うのではなく、その作用がストロ
ーク制限面１５１３及び１５１４により制限されるよう
に構成すべきであるという、本発明の検討結果の結論を
図示説明する図面である。膜１７０１の中立位置が破線
１７０２により示され、また上昇ストローク完了後のわ
ん曲した状態の膜が符号１７０１により示されている。

本明細書において既に記述したところから明らかなよう
に、膜は肉の薄いものでなければならず、従ってそのよ
うな膜がシリンダ又は吸込み口部及び吐出し口部内に圧
入されることのないよう留意する必要がある。この観点
から、吸込み口部３８及び吐出し口部３９はまず集積室
１７０５に開口し、この集積室から、小直径の穴１７０
６により形成された通路を介し内方又は第２の室３７に
連通させである。非常に高い圧力下で膜１７０１に支障
の生じることのないよう、穴１７０６の直径は膜１７０
１の厚さを超えるものであってはならない。

第１４図に示す実施例によれば、本発明の目的を一層確
実に達成し得る。即ち、この実施例によれば、膜の厚さ
ｔをその半径方向の内方部分で大きくすることにより、
膜の内方部分の破損のおそれを回避している。この膜の
内方部分を符号１７０９により示す。また、本実施例に
おいては、穴１７０６は、厚肉とした内方部分１７０９
に相当する、膜の半径方向域内のみに形成されている。

なお、符号１７０ρ（又はＯ）は、ピストン５２の軸を
示す。

第１５図は、高圧下での膜の障害回避の観点から最も安
全度の高い本発明の実施例を示す。先に、例えば第１３
図を参照して述べたように、非常に高い高圧を対称とす
る時、穴１７０６の直径を非常に小さくするが、すると
これらの穴１７０６の目詰り及び流体の流動不良のおそ
れが生じ、或いは非常に細径の穴を多数形成することが
必要なため、穴あけ加工（ドリル加工）に時間がかかり
、従って費用がかかるおそれが生じる。この問題を克服
するため、本実施例においては、軸方向に往復動を行う
流路制御弁１７１６を設けた。

第１５図において、この制御弁１７１６はカバー１内に
設けられており、また外方の室３５の壁は、シリンダ、
ピストン５２及び室３５の集積室への流路１７１３を設
けた挿入部分１７６８により形成されている。ハウジン
グ部材のひとつであるカバー１に密閉（シール）部材の
ためのシート部１７１１及び１７１２を形成して、膜及
びその隣接部材の全てをポンプ又はコンプレッサ装置の
円筒状室内に設けることが可能である。

流路制御弁１７１６は、円筒形の外周面部１７２４を有
し、この部分がカバー１の円形穴の面１７１５上を軸方
向に往復動するようになっている。円形穴は、外周面部
１７１４が比較的密にそれと当接する形状のものである
。シート部１７１７に設けたばね１７１８が流路制御弁
１７１６を第１５図において下方に押圧するが、この弁
１７１６には、そのストロークを規制するために止め輸
１７２５を設けである。

更に、流路制御弁１７１６は、先端のヘッド面及び後端
のヘッド面を有し、その後端のヘッド面でハウジングの
上方の壁面に当接し、その上昇ストロークが規制される
ようになっている。第１５図において、流路制御弁１７
１６は、その閉じ位置にある。弁１７１６のこの位置及
び姿勢において、その先端のヘッド面は、内方の室３７
の壁面１５１３と整合しており、従って弁１７１６は、
その先端のヘッド面でストローク制御面のひとつを形成
している。弁１７１６の先端部にはテーパ面又は斜面部
１７２１が形成されており、その周囲に環状の空間１７
２３が形成されている。この空間１７２３は、テーパ面
部１７２１と、カバー１に形成された、下端部から上端
部に向い半径方向外方に拡径するテーパ面部１７２２と
の間に形成されるものである。

この空間１７２３から、実質的に軸方向におよぶ流路１
７１９が端部の空間１７１４に連通している。

上記のように、第１５図に、本発明による重要な流路制
御弁１７１６を、その閉じ位置又は姿勢において示した
が、第１６図の下方部分に開位置又は姿勢にあるこの弁
１７１６を示す。第１６図において、流路制御弁１７１
６は、その最下方位置にまで下降し、止め輪１７２５が
端部の空間１７１４の底壁面１７６１に接触している。

このため、弁１７１６の更に下方への運動は妨げられる
。第１６図の下方部分から、斜面部１７２１が、案内部
材を成すカバー１のテーパ面部１７２２から大きく離れ
て移動していることもまた判る。即ち、流路制御１７６
１とカバー１との間に比較的広い環状のすき間１７６３
が形成されたわけである。流体は、このすき間１７６３
の広い横断面域を通り、吸込み口部から第２又は内方の
室３７へと、またその逆方向にと流動し得る。装置の吸
込みストロークにおいて第２の又は非潤滑性の流体がす
き間１７６３を通り内方の室３７内に流入すると、膜１
７０４は下方にわん曲する運動を行い、その吸込みスト
ロークに入る。

流路制御弁１７１６は、膜の中央部の上記のような下降
運動に従動するのであるが、この点に関し、本発明に従
い次のように構成することが重要である。即ち、流路制
御弁１７１６が膜と決して接触することのないように、
弁１７１６の軸方向ストロークの距離又は長さを膜の半
径方向の中央部のそれよりも小さ（設定することが重要
である。

これは、もし弁１７１６が膜に接触すると、膜が損傷し
てしまうおそれがあるからである。

流路制御弁１７１６は、その機能及び作用から、内方又
は第２の室３７に通じる流路の断面積の大きさを制御す
る制御弁といえる。この点に関し、本発明によれば、弁
１７１６の案内部材であるカバー１に円筒状の外表面１
７６４を形成し、また弁１７１６の先端頭部の部分に円
筒状の外表面１７６５を形成することが重要である（第
１６図参照）。高圧用の装置の場合、上記外表面１７６
４及び１７６５の相対的な寸法が非常に重要である。こ
れら２表面１７６４及び１７６５の間に半径方向に小寸
法の環状のすき間１７７２が形成される。高圧装置にお
いて、このすき間１７７２の半径方向の寸法は、高圧下
に膜１７０４いかなる部分も決してすき間１７７２中に
圧入されることのないようにするために、膜１７０４の
厚さ又は軸方向の寸法よりも小とする。流路制御弁１７
１６の第１５図に示される閉じた位置と第１６図の下方
の部分に示される開いた位置を比較すると、環状のすき
間即ち流路１７６３が第１６図に示される開弁状態時に
は大きな横断面積を有するのに対し、第１５図に示され
る開弁状態時にはこの横断面積が非常に小となっている
ことが理解されよう。第１５図の閉弁状態時、流路１７
６３のこの横断面積は、半径方向に見て上記外表面１７
６４及び１７６５の半径上の差に相当する。この半径上
の差は、１千気圧を超える非常に高い圧力下で膜１７０
４の円形の部分がすき間１７７２に圧入されるおそれが
あり、またこれにより膜が短時間で破損するおそれがあ
るので、膜１７０４の厚味ｔよりも小さくなければなら
ない。

第１５図の実施例においても、膜１７０４の半径方向の
中央部分又は内方部分１７０９を、この膜の半径方向の
外方部分に比較し軸方向に厚肉としてあり、これにより
ポンプ又はコンプレッサ装置の高圧作動時に膜に支障を
来すことのないようにしている。しかし、上記のような
特別な形状に膜の表面を加工するのは実際上困難である
。

そこで、本願の出願人（且つ本発明の発明者）は、最近
提出した特許出願において、半径方向の全域にわたり厚
さが均一の膜を提案した。このような膜を用いることに
より、本発明によれば外表面１７６４及び１７６５間の
半径方向のすき間１７７２を狭くすることが可能となる
。１千気圧を超える高圧装置の場合、膜は通常０．１な
いし０．５鶴の厚さを有する強力な金属から製造され、
この場合外表面１７６４及び１７６５間のすき間１７７
２の半径方向の寸法は０．０８ないし０．４　ｍである
。

第２２図は、本発明による膜の直径とその吐出量の関係
を示すグラフである。このグラフによれば、膜の直径が
大きくなるにつれその吐出量が大幅に増大することが判
る。しかし、大直径の膜を用いると、その結果ポンプ又
はコンプレッサ装置の寸法及び重量が非常に大きくなっ
てしまう、そこで本発明は、外径寸法及び重量が小さな
ポンプ又はコンプレッサ装置或いはモータを製造するこ
ともその目的のひとつとするものである。

第１６図及び第１７図は、直上に述べた本発明の目的を
達するために、いかに外径寸法の小さな装置を製造する
かを示す図面である。これらの図面において、軸方向に
一連に配した複数の外方又は第１の室３５と内方又は第
２の室３７の間に複数の膜を設けている。この構成によ
れば、組立てられた膜の全てが同時に作動し、個々の膜
の吐出流体が共通又はひとつの吐出流体流となり、これ
により吐出量の増大化をはかることが出来る。

更に詳説すると、第１６図において、複数の膜１７０４
が軸方向に一連に設けられている。流路制御弁１７１６
が案内部材１７５３．１７５６及び１７５８内に配され
ているが、これらの案内部材は膜１７ｏ４の吐出ストロ
ークを制限するストローク制限面を形成する部材でもあ
る。外方の室３５からピストン５２又はピストン５２．
１７３２及び１７３３に通ずる流路がハウジング部材又
は本体部材１又は９１或いは挿入又は埋め部材１７５４
及び１７５７を貫通する流路１７５９により示されてい
る。上記の部材１７５３．１７５４．１７５６．１７５
７．１７５８等は相互に密閉構成とする必要があるが、
これはそれらの部材に密閉部材のシート部１７１１．１
７４３．１７４４及び１７４５を設け、そこに塑性変形
の可能な密閉環等の密閉部材を組込むことにより行うこ
とが出来る。上記の案内部材及び挿入部材の全て或いは
１部を本体部材ｌ又は９１に形成した穴の中に収容設置
する場合には、それら部材の円筒状外周面１７４１と本
体部の穴の周面１７４０を密に嵌合する構成とし、非常
に高い高圧下に密閉部材の部分が外周面１７４１と周面
１７４０との間に入り込むことのないようにすることが
必要である。内方又は第２の室３７のそれぞれに、案内
部材、例えば部材１７５３．１７５６及び１７５８に貫
通形成した流路又は吐出流路１７６０を連通させる。流
路１７６０の全てを、共通の吐出流路１７３９に集中さ
せ、この流路１７３９を装置のそれぞれの室３７又は吐
出し口部３９の弁に連通させる。

この多数の膜を有する組立体装置において、全ての外方
の室３５に共通に作用を行うよう、先に説明したピスト
ン５２を比較的に大直径かつ大ストロークのものとする
ことは可能である。しかし、外方又は第１の室３５のそ
れぞれに、シリンダ内に往復動を行うピストン５２．１
７３２．１７３３等を個別に設けることも可能である。

このように、室３５に連通する流路１７５９を有する複
数のシリンダ・ピストン装置を個別に設けることにより
、死空間を形成する流路の長さ及び容積を抑制し得ると
いう効果がある。この構成によれば、ピストン１７３２
及びそのシリンダの長さは、第１６図において装置の最
下底部から二番目の室３５まで、またピストン１７３３
とそのシリンダの長さは最上方の室３５までとすること
が出来る。更に、ｅストン５２の長さは最下方の室５３
の下底部近傍までとなり、ピストン１７３２及び１７３
３に連通する流路１７５９に相当するその流路の長さ及
び容積を減少させることが出来、従って流体を非常に高
圧に圧縮することが出来、装置の効率を向上させること
が出来る。従って、本例の構成によれば、本発明装置の
効率及び信頼性を一層向上させることが可能となる。

第１７図は、第１６図と同様に多数又は多段の膜及び室
を有する組立体装置の構成例を示す。しかし、第１７図
の装置例においては、各膜が傾斜角を有して、若干傾斜
姿勢に設けられている。

これは、流体中に混入している可能性のある空気を確実
に排出させるための構成である。外方の室３５それぞれ
の最高位部分に、符号１７３８及び１７５１で示すよう
に排気通路を設ける。これらの排気通路を共通の排気通
路１７３９に集中させ、これを排気口部１７２９に連通
させることが出来る。

排気流の制御を行い、室３５外への排気が完全に行われ
た時に排気通路を閉じるようにするために、本願出願人
（且つ本発明の発明者）の出願に係わる公開又は未公開
の先の出願に開示したような通路開閉手段又は弁手段を
適宜設けることが可能である。内方の室３７の最高位部
に排出通路を設けることにより、これら室３７からの排
気を自動的に行わせることが出来る。第１７図はまた、
外方の室３５及び内方の室３７に吐出し口部及び吸込み
口部の逆止め弁１７３４及び１７３６を設ける構成も示
している。本体部材及び埋め部材と流路の相互の間の安
全な密閉構成のために、口部又は流路１７５３’及び１
７５４’を形成する。第１７図の構成例においては、埋
め部材又は挿入部材に上記の逆止め弁１７３４及び１７
３６並びに流路又は口部１７５３’及び１７５４’　を
設ける一方、本体部材又は埋め部材に多数の密閉部材の
ためのシート部１７４２．１７４３．１７４４．１７４
５．１７４６．１７４７．１７４８．１７４９．１７５
０を設けている。

第１８図ないし第２１図は、膜に生じる応力及びその吐
出量並びに本発明による膜に関する幾何学的測定及び数
学的計算の説明のための説明図を・示す。

膜に生じる応力及びそれらが損傷又は破壊にいたるまで
の耐用寿命又はストローク数に関する非常に正確なデー
タは現在のところ未知である０日本国政府の認可を受け
た、本発明者の日本国における工場及び研究所において
、高圧ポンプ又はコンプレッサ装置に関する研究及び試
験をこれまで広範に行って来た。半径方向の内方端及び
外方端のいずれも固定しない円板ばねの場合には、次の
基本法則が検討の対象となる。

アイクマンの等式 −・・−・・−・−・−・・−・・−・−・−＠本発明
者の研究所から、幾何学的及び数学的な詳細に関するｒ
　ＲＥＲリポート」誌が多数刊行されているが、それら
は膨大な量であるため本明細書中に引用するわけにはい
かない０円板ばねに関する計算法を膜の場合に適用する
には特別の考慮が必要であるが、これは膜の場合には、
その半径方向の外方端部でハウジング部材９１とカバー
１の間或いは埋め部材等の部材の間で半径方向に固定さ
れるからである。第４図に示した例を除き、膜は中央部
に穴を有さす、それは環状ではなくて円板形状となって
いる。

他方、本発明によれば、本体部材等の部材にストローク
制限面１５１３及び１５１４を形成し、これらにより内
方及び外方の室の軸方向の端部を正確に画定しまた膜が
これらの面１５１３及び１５１４に当接した時にそれら
のストロークが強制的に終了させられるようになってい
る。このように、本発明によるストローク制限面により
膜のストローク（軸方向の運動又は変位行程）が制限さ
れ、本発明による膜が、それらのストロークの終わりに
おける最大ストローク値において、本発明の規定する特
殊の位置に配されまた特殊の形状にされる。膜がこの特
殊の位置となりまた特殊の形状となった場合に上記のフ
ックの法則及びアイクマンの等式（２）又は（２）を適
用することが出来る。これらの等式は、膜の吐出量の計
算に関しては非常に正確である。しかし、膜の内部の応
力の計算に関しては、現在のところ完全に正確であると
はいえない。これは、本発明の膜の（半径方向に平らに
変化すると仮定する）内方の径即ち半径ｒの寸法が、現
在正確には判明していないからである。しかし、この半
径ｒの最適値の範囲は、本発明者の刊行したｒ　ＲＥＲ
リポートｊ誌に発表した多数の計算及び検討の結果並び
に多様な試験用膜及び実際に製造した装置を用いての実
験結果から、今や非常にせばめられて来ている。

本発明者は、種々の検討の結果から、第２１Ｄ図に示す
横断形状を有する膜の場合に膜の耐用寿命及び吐出量を
最高のものとすることが出来るとの感触を得た。第２１
０図に示すように、膜の半径方向の外方部分に、その外
方Ｒと内径ｒの間の半径方向のほぼ中間部において連続
する、対向方向の半径Ｒｂｂ及びＲ１を有する曲面部を
形成するのが好ましい。従って、このような半径Ｒｂｂ
を計算することを可能とすることが望まれる。

第１９図は、数学及び幾何学において一般的な文献から
知り得る円に関する幾何学上の概念を示す説明図である
。半径ｒが与えられれば、扇形、弧の長さｂ等は計算し
得る。しかし、第２１Ｄ図に示されるような横断面形状
の膜の半径Ｒｂｂは、常にふたつの値が未知であるので
、公知の計算式から計算することが出来ない。

第２０図は、上記の数学上の問題を本発明者が解決した
方法を説明するための説明図である。

本発明者により、第１９図に示される中心角μを有する
弧すを２分割して中心角μ／２を有する弧Ｂとし、これ
を更に２分割して中心角μ／４を有するふたつ扇形とす
る。このようにして、第２０図に示される関係が得られ
、内角の等しい相似三角形（群）が示される。この結果
、第２図の半径Ｑが計算可能となるが、以下この半径を
ρとする０本発明者により得られた、このρの計算式を
以下に示す。

この重要な等式が得られた以上、第２０図に示される他
の全ての値が計算し得ることになった。

計算例はｒ　ＲＥＲリポート」誌に示した。

第２１Ａ図、第２１Ｂ図、第２１Ｃ図及び第２１Ｄ図に
おいて、外径及びストロークは同一であるが形状が異な
る膜の吐出量の比較検討を行う。第２１Ａ図及び第２１
Ｂ図に示される膜の吐出量は先に示した等式（１）から
計算し得る。第２１Ｃ図に示される膜は公知例のひとつ
とみてよいものである。第２１０図は本発明による膜の
１例を示す。

第２１Ｃ図及び第２１Ｄ図に示される膜の吐出量の計算
方法は、本発明者の刊行したｒ　ＲＥＲリポート」誌及
び本発明者が先に行った欧州特許出願の公報に示されて
いる。比較すると、第２１Ｂ図に示される膜の吐出量が
第２１Ａ図に示される膜のそれを大きく超えること及び
本発明による第２１Ｄ図に示される膜の吐出量が第２１
Ｃ図に示される膜のそれを大きく超えることが判る。更
に、外径Ｒに対し内径ｒを大きくするにつれ、本発明に
よる第２１Ｄ図の膜の吐出量が第２１Ｃ図に示される従
来技術の膜のそれを大きく超える。第２１図に示される
本発明による膜は、第２１Ｃ図に示される従来技術の膜
の吐出量を最高７０％超える吐出を行うことが可能であ
る。寸法が同一でしかも最高７０％を超える流体吐出量
の増大をなし得たということは、明らかに本発明が大成
功をおさめたことを示す。

第２２図は、第２１Ｄ図に示される本発明による膜の吐
出量とこの膜の有効ストロークの外径との関係を示すグ
ラフである。

第２３図は、第２１Ｄ図に示される本発明による膜の半
径方法のほぼ１部分を拡大して示す横断面図である。こ
の第２３図には半径ろが示されている。中心角をμ　（
但しｓｉｎμ＝Δろ／ρ）とすると、前記等式（２）が
膜のあらゆる部分における局部応力を計算し得る。

次の第３表は、本発明による、第２１Ｄ図に示される形
状の数種の膜の計算値例を示す。

（本頁以下余白） 上掲第３表中、１及び２はそれぞれ半径ろの半径方向の
内方部分及び外方部分を示し、Ｌは膜の半径方向の変形
又は変位、σは応力、肝は半径方向のみの拡縮を受ける
膜の厚さ方向中間の中間層、またはＯＦは膜の厚さｔに
起因して、追加的な半径方向の拡縮が起る膜の軸方向の
外層部分をそれぞれ示す。この第３表が、軸方向の拡縮
に起因する応力と膜の厚さｔに起因する応力との関係を
良く示していることに留意されたい。

本発明による膜の内径ｒの半径方向内方部分を（均−又
は）平らに形成すること或いはその部分の肉厚を増大さ
せることは、膜の半径方向の中央部分の損傷又は破壊を
防ぐために行われる。本発明者によれば、内径ｒの内方
の中央部分を平らにすることにより、半径方向の拡張に
対する強度が得られ、このため膜の半径方向中央部分の
破壊が防止されるものと考えられる。

このことは、比較的早期に破壊してしまう従来技術の膜
に比較し、本発明により重要な改良がなし得たことを意
味する点に注目されたい。

第１８図には、膜の１部分の断面が略示されている。こ
の第１８図は、膜の種々の半径部位における断面積及び
応力を示している。種々の半径位置における断面積は、 Ａ、＝２ｒπｔ、　Ａｃ＝２Ｃπを及びＡＩ”２Ｒπｔ
・−−−−−・・−・−・−・−・・−・−・−・−・
−α荀にて示されており、それらの位置又は部位におけ
る力は、Ｋ、　＝σｒＡｒ、に、＝σｃＲｃ及びに、　
＝σｌｌＡｌ１・・・（至）である。

これらの力を均等にすると、Ｋｃ＝　Ｋ、　＝　Ｋ、・
・・Ｑｌσｃ２Ｃπｔ＝σ＊２Ｒπｔ＝σ、２Ｒπ１　
・・・αηそして、σｃｃ＝σｌＩＲ＝σ、ｒ・・・α
ｌである。

従って、σ貢＝ＣσＪＲ又はσ、＝Ｃσｃ／ｒ・・・Ｑ
ｌｌとなる。

この結果、膜の耐用寿命の最初の予測のために、単一の
計算式（２鴫によりその大まかな予想が可能であると考
えられる。膜の耐え得る応力の約Ａ以下の負荷を膜にか
けた場合、３０，０００，０００回のストロークに耐え
得る寿命の膜が得られるならば、そのような膜は充分な
耐用寿命を有する装置に使用し得るものである。上記の
単一の計算式（２１とは、次のようなものとなるであろ
う。

１．０９８９　ｔ！／ｒ　−−−−−−−−−−−（２
ｍこの式は、先に記載した等式（１）又は（２）に類似
・・・（社）は中立因子であり、これに半径の寸法をか
けることにより膜の中央部分の拡張の寸法が得られる。

また、（−ｓｉｎφ）の値は、膜の厚さｔに起因する膜
の外方部分の応力の計算に用い得るものである。

第２２図には、吐出量Ｑがストローク当りの立方センチ
メートル、ＣＣ／Ｓにて示されている。左側の目盛は、
膜が中立の平らな位置から軸方向のいずれか１方にスト
ロークを行う場合の吐出１１Ｑを示す。本発明の装置に
おいては、膜は２軸方向の限界、即ちストローク制限面
１５１３及び１５１４間に完全なストロークを行うよう
利用されるものであり、この場合の吐出ＩＱが右側の目
盛により示されている。

第２３図及び先に示した第３表から、Δろ、及びΔろ２
が等しくなる半径Ｍ　＝　（Ｒ＋ｒ／２）の部位で応力
が最大になるものとおもわれる。

ここで、応力の計算に完全な正確さが期し得ないことを
再度注記する。しかし、本明細書に示す等武威いは計算
式は、本発明による膜ポンプ又はモータ装置の設計上、
大きな実際上の価値を有するものである。将来いつの日
にか秀れた数学者が完全に正確な計算式又は等式を確立
する時まで待っていたのでは、技術の進歩はなし得ない
。そこで、耐用寿命が長く、信顛性も高く且つ最も大き
な吐出能のある膜を得るためには、譲歩が必要となる。

そのような譲歩が本発明により、また本発明者の提案す
る式により、非常に近似値的に得られたのである。外径
Ｒに対し内径ｒが大きければ大きい程、吐出量が増大す
る。しかし、それにつれ応力もまた増大する。本発明の
提案する譲歩は、ｒをＲの約４０％とするということで
ある。こうすると、膜の平らな中央部分の部位に流路制
御弁を設けるのに充分な空間が得られ、また半径方向の
外方部分の中間の半径Ｍがほぼ次の式（２）に等しいも
のとなる。

ろ＝ＪＴｉ弓７σ乃二　　〜−−−−−−・−−−−−
−−−−−−（２）この等式（２）は、平らな円形板の
半径方向の全体にわたり等しく横断面積を ｆ２ろπｔａ　、（”　＝　／２３πｔｄろ／／′る−
・−・−■）とし積分することにより本発明者が発展さ
せたものである。

円形の膜のあらゆる半径部位において横断面積が等しい
ということは、外方の半径Ｒにおいて厚みが最小でまた
半径Ｏの膜の中心で厚みが最大であるテーパ形状の半径
方向の横断面形状であることを意味する。しかし、その
ような形状の膜を製造することは、非常に高価につく。

これは、耐用寿命の長いそのような膜を作るには、極度
に秀れた表面加工技術が要るばかりでなく、膜の材質の
内部の密度が均一であることが必要だからである。

第２３図は、膜の中間層部分解、外層部分ＯＦ、半径Ｏ
ｓ　ｒ　ｓ　ｒｏｓ　Ｍ及びＲのそれぞれの位置並びに
半径ろ及び中心角μを示している。

第２４図は、第１図に示される小径の穴１５０９、第１
４図に示される同様な穴１７０６及び第１５図に示され
る流路制御弁１７１６に代える構成例を示す。

流路制御弁１７１６を設ける空間のない装置又はこの弁
１７１６を設けるのが高価となってしまうような装置の
場合に、この第２４図に示す実施例を適用することが出
来る。この実施例においては、本体部材等の部材°１．
９１．１７５３等に直径りの穴を設け、その中に直径ｄ
を存する丸棒１８０１及び１８０２を挿入する。この構
成により、直径りと直径ｄの差に相当する環状のすき間
を形成する。

穴は正確な寸法でドリル又はリーム加工により、形成す
ることが出来、また丸棒も非常に正確な寸法に研摩加工
し得るので、直径りと直径ｄの差の非常に小寸法のすき
間を比較的安価に且つ幾何学的に容易に形成することが
出来る。また、このすき間の半径方向の寸法を膜の厚み
ｔよりも小とすることも容易になし得る。従って、膜が
このすき間に圧入されるおそれは全くなくなり、膜に支
障を来すおそれがなくなる。流体は、上記のように形成
されたすき間を通じ流動する。

穴の、第２４歯において上方の端部に流体の集積室１８
０４を設けることが出来、また丸棒１８０１及び１８０
２を本体部材の部分１８０３に固定又は溶接し得る。こ
の場合、ストローク制限面１５１３又は１５１４の加工
を本体部材１．９１等の機械加工時に同時に行い、更に
丸棒１８０１等の内方端部の加工も同一時に行うことが
出来、これにより本体部材１．９１等及び丸棒１８０１
及び１８０２等により形成されるストローク制限面１５
１３及び１５１４の完全な形状加工が行い得る。このよ
うな構成は、他の流れ制御及び流体の給排構造にも利用
し得る。

第２５図は、高圧膜ポンプ装置の非常に大きな吐出量を
得るための、本発明の好ましい実施例を断面図にて示す
。このポンプ装置は、コンプレッサ又は低圧ポンプ装置
としても利用し得るものである。本発明のこの実施例の
特徴は、複数の平らな板部材及び膜が設けられており、
また板部材のそれぞれが複数の機能を果すという点にあ
る。この装置は、内部に往復動可能なピストン５２を備
えた単一のシリンダを有し、この単一のピストンが膜に
流体の供給を行う前に複数の外方の室に流体を供給する
構成であって良い。この場合の板部材は、符号１８１１
及び１８１３により示されている。上記構成に代え、板
部材が隣接するポンプ装置部の少なくともふたつの内方
の室３７のそれぞれから流体の供給を受ける構成として
もよい。この場合の板部材は１８１１．１８１３及び１
８１５により示されている。

隣接する板部材の間にはそれぞれ１枚の膜１７０１が設
けられており、板部材は、例えば、ナツトによるか又は
ねし穴へのねじ込みにより固定されるボルト９２により
、軸方向に相互に強固に固定されている。第２５図の実
施例において、膜１７０１に塑性変形の可能な密閉部材
を設けることが可能であるが、そのような密閉部材を省
略することも出来る。内方及び外方の室の密閉は、板部
材と膜を共に圧押することにより行い得る。

この押圧式の密閉構成に支障のあった場合、２種の相異
なる流体の分離維持を安全に行うために、外方の室３５
から洩れる流体を集積するための逃し凹所１８２０を設
けると共に、内方の室３７からの洩れ流体を集積するた
め逃し凹所１８２１も設けである。逃し凹所１８２０を
流路１８２２により、ハウジングの内部に連通させ、洩
れ流体をハウジング内の潤滑流体に合流させることが出
来る。

他方の逃し凹所１８２１は流路１８２３により水溜め又
は非潤滑流体溜めに連通させればよい。

板部材１８１２内左側のピストン５２は、この板部材１
８１２の左右の外方の室３５の両者へのポンプ送を行う
。これと同様に、板部材１８１４内の右側のピストン５
２は、この板部材１８１４の左右の外方の室３５の両者
へのポンプ送を行う。板部材１８１１．１８１３及び１
８１５は、それぞれ、左右の内方の室３７、左右の流路
制御弁１７１６、吸込み口部及び吐出し口部への流路１
８２７及び単一の吸込み口部３８又は吐出し口部３９の
弁或いは複数の吸込み口部３８及び吐出し口部３９の弁
を有している。左側のピストン５２の側方の膜からの第
２の又は非潤滑流体は板部材１８１１及び１８１３中に
ポンプ送され、また板部材１８１４のピストン５２は、
板部材１８１３及び１８１５中への非潤滑流体の送りを
行う。板部材１８１４の省略部を示す破断線の部位に吸
込み口部３８の弁が示しであるが、この弁は実際には板
部材１８１１及び１８１３中の吐出し口部３９の周囲に
配されるものである。吐出し口部３９の弁及び吸込み口
部３８の弁をカートリッジ状挿入部品１８２８又は１８
２５に組み込んだものとすることが可能である。鋼板を
使用する場合に、符号１８２４により示されるブロンズ
のブツシュ又は滑動面形成特性の高い材のブツシュを、
ピストンを包囲し、密閉するために板部材にはめ込み利
用するのがよい。ピストン５２の往復動は、傾斜姿勢で
回転する斜板カム又は偏心式に回転する環又は輪１８１
７のストローク案内面１８１８により行うことが出来る
。軸５６４に偏心外表面を有する複数のカムを設け、そ
れらの外表面にころ（又はニードル）軸受（減摩軸受）
１８１６を支承させ、これにより環又は輪１８１７の回
転を可能なように構成することが出来る。ピストン５２
とストローク案内面１８１８の間にピストンシュー５４
１を設け、このピストンシューの滑動面１８１９をスト
ローク案内面１８１８上に滑動させる。軸５６４を回転
させると、外方の室内の予圧（ｐｒｅ−ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ）と共に偏心したストローク案内面１８１８がピスト
ン５２を往復ポンピング運動に駆動する。

右側のピストン５２は、外方の室３５からの流体が、こ
のピストン５２の長手方向に貫通する流路１８２９によ
り、ピストンヘッドの先端部にある流体圧溝（環状溝）
１８３１に、この流体の有する圧力を伝えるようになっ
ているように示されている。流路１８３０から供給され
るこの流体圧はまた上記環状溝１８３１の下方の流路か
らピストンシューの環状溝１８３２及び１８３３内にも
送られる。このｔｉ成により、ピストンとピストンシュ
ーの間及びピストンシューとストローク案内環又は輸１
８１７の間に流体静力学的な軸受構成が形成される。

このような軸受構成そのものは新規ではなく、本発明者
が先に得た特許に係わる発明に一般的に採用されている
ものである。しかし、この構成を１千気圧を超える高圧
の場合に適合させた点は新規であり、本発明の実施態様
となるものテする。この高圧への適合化は、ピストンヘ
ッドの半径をピストン５２の外周の半径の約２倍以上と
すること、環状溝１８３１．１８３２及び１８３３の外
径をピストン５２の直径の１０％を超えない範囲で同直
径よりも太き（すること、ピストンに対するピストンシ
ューの相対回転運動の範囲を１５度（２方向回転角度の
和）に制限すること、但し、非常に高い作動圧の場合に
は斜板カムの傾斜角度又は偏心カムのそれを５度ないし
はこれをわずかに超える角度に制限することを組合わせ
ることにより実現される。しかし、数千気圧或いは１千
気圧を超える高圧の場合には、これは容易には実現し得
ない。ピストンヘッド及びピストンシューの等しい半径
を有する表面の正確な機械加工及びラップ仕上げが極め
て正確に行い得るようになることが、そのような高圧の
場合には強く求められる。環状溝１８３１．１８３２及
び１８３３の半径方向の外方の当接部には多数の潤滑凹
部１８３４及び１８３５を設けることが必要である。

極めて高い圧力の場合、第２５図における右側のピスト
ン５２に関する上記の構成の信顛性が充分でないおそれ
のある時は、或いは外方の室内の予圧がピストンを外方
に強力に圧接させるのに充分でないおそれのある時には
、第２６図に示す構成が非常に有利である。

即ち、第２６図は本発明の好ましい更に他の実施例が示
されている。この実施例の装置は、平らな端面を有する
本体部材又はハウジング部材ｌ及び９１を有する。これ
らの部材１及び９１の間に膜１７０１が設けられ、全体
にボルト９２により強力なトルクがかけられている。洩
れ流体の逃し溝１８２０及び１８２１が、第２５図の場
合と同様に形成されている。膜１７０１は、ポルト９２
の外周面の最も近接する部分の間にほぼ合致する外径を
有している。従って、膜１７０１は装置の組立て時、自
動的に心決めが可能である。カバー１には、内方の室３
７、流路制御弁１７１６と、第２６図には図示が省略さ
れているが、吸込み口部３８及び吐出し口部３９の弁が
設けられている。ハウジング部材９１には、外方の室３
５、この室の１部分の形でシリンダ及びこのシリンダ内
を往復動するピストン５２が設けである。非常に高い圧
力において、ピストン５２が非常に密にシリンダに嵌入
しているためまたその外径が比較的に小であるために、
外方の室３５内の予圧が比較的に低く、ピストン５２の
吸込みストローク時それが強力に下方に押圧されないと
いうことが起る場合がある。そこで、比較的に大直径の
駆動ピストン１８４０をシリンダ１８４５内に配して設
け、ポンプ作用又は吐出し用のピストン５２を、駆動ピ
ストン１８４０に固定し、このピストン１８４０と同一
のストロークを行うように構成しである。半径方向に調
節可能にピストン５２及びピストン１８４０を連結する
構成は、駆動ピストン１８４０内で両ピストン間に半球
部材又は部品１８４１を設け、ピストン５２に設けた、
半径方向の拡径部１８４２を円板ばね１８４４及び止め
輪１８４３により半球部品１８４１に係合保持すること
により行われている。ピストンシュー１８４９が、駆動
ピストン１８４０の下底部の回転床部内に支承されてお
り、またその滑動面１８５２が、駆動ピストンの軸を中
心として回転する時ピストンのストローク案内部材とし
て作動する傾斜姿勢の斜板カム１８５０のストローク案
内面１８５１上を滑動するようになっている。この装置
において、外方の室の予圧を制御する流体は、ピストン
５２の外方へのストローク時、流路１８４６から大径の
シリンダ１８４５に流れ、大径の駆動ピストン１８４０
の比較的に広い断面に作用してこの駆動ピストン１８４
０を下方に駆動し、これによりピストン５２が下方に引
き下げられる。流路１８４６からシリンダ１８４５内に
入った予圧流体は、次にシリンダ１８４５から流路１８
４７の１方向弁１８４８を通り外方の室３５に向いまた
その中へと流れる。吐出しストローク時には、外方の室
３５内の圧力は１千気圧を超える圧力に上昇し、このた
め１方向弁１８４８が閉じられて、外方の室からシリン
ダ１８４５内への流体の流れは防止される。

第２７図は、第１１図に示した実施例とは逆に構成した
実施例を示す。第１１図において、管状の膜の半径方向
内方に外方の室を設けたのとは逆に、第２７図の実施例
においては、外方の室３５を膜１８５３の、半径方向外
方に設けている。ピストン５２もまた膜１８５３の半径
方向外側に設けられている。内方の室３７は、半径方向
において膜１８５３の内方に形成されており、本体部材
１は、半径方向において膜１８５３の内方におよんでい
て、吸込み口部３８及び吐出し口部３９の弁を有してい
る（先に参照した図面において示したため、第２７図に
おいてこれらの弁は単に引出し線により略示しである）
。膜１８５３には、その部分が穴、弁又は吸込み口部３
８及び吐出し口部３９内に入るおそれを避けるため大型
又は厚肉の頂部１８５４が形成されている０本実施例の
特徴は、吐出しストローフ時膜１８５３が、先に記載し
た実施例の場合と異なり、拡張されず、逆に収縮される
点にある。種々の部材又は部品は、収縮によれば拡張又
は膨張によるほど容易には損傷又は破壊されず、従って
第２７図に示す構成によれば、膜１８５３の耐用寿命を
延ばし得ることが約束される。頂部１８５４を設け、膜
を「コツプ型膜」としたことにより、例えば第１１図に
示したように膜の両端部を本体部材１及び９１に固定す
る必要をなくすことが出来る。

第１６図、第１７図及び第２５図を参照して、第２５図
に示される複数の平らな板部材又は環部材を第１６図又
は第１７図の構成例に設けることも可能であることが理
解されよう。第２５図において、ピストンは半径方向に
およぶが、第１６図及び第１７図においてはそれらは軸
方向に長い構成となっている。従って、第１６図又は第
１７図の組立体に板部材又は環部材１８１１．１８１２
．１８１３．１８１４及び１８１５を設ける場合には、
ピストン５２を板部材１８１２及び１８１４内に半径方
向に設けるのではなく、これら板部材又は環部材の半径
方向のひろがり方向に対し垂直な方向におよぶように設
け、またこの場合にはシリンダ及びピストンに代え板部
材又は環部材１８１２及び１８１４にシリンダから第１
の又は外方の室３５に連通する流路を形成する。

流体の圧縮により流路に死空間の生じるおそれを回避す
るために、それらの流路に非圧縮性材の往復動部品又は
部材を組込み構成することが可能である。

第１３図ないし第２６図を参照して行った記載内容の補
足説明を以下に行う。

円板状の膜の、第２３図に符号Ｍにて示す部分の傾斜角
は、角φの２倍である。前掲等式（２）のくない程大き
くなる。ＡＢＢ−２または５Ｏ５−６３０にて製造した
場合、直径１００ｎｕａの膜の厚さｔは０．２ないし０
．５　ｖ＠ｖａである。膜のストロークｆはその直径の
約百分の−である。

このような薄い膜は、数気圧或いは１気圧以下といった
低圧でさえも、完全なストロークｆを行った場合たわみ
を起す。膜が止め面又はストローク制限面により制限を
受けないとすると、それらは数気圧において既にストロ
ークｒの値の多数倍のたわみを起し、損傷するであろう
。

要するに、膜のストロークの寸法及び形態を制服する止
め面を設けない場合には、膜は、それらが作動時にさら
される気圧の百分の−又は子分の−の圧力で既に破壊を
起すであろう、また、膜はそれらの両面から高圧を受け
るしまた圧力が非常に高いものであるため、膜の材料が
ＡＢＢ−２又は５ＯＳ−６３０であってさえも収縮を起
すことにも注意を要する。このことから、テフロン又は
ナイロン製の膜が収縮し、波打ってしまい、元の形状に
戻らなくなることが容易に理解されよう。本明細書に記
載した諸等式又は計算式は部分的には精密さを欠くが、
それでも膜に関する限界或いは臨界値を把握するのに役
立つと共に膜を利用する高圧ポンプ及びモータの実際的
な設計を可能とするものである。全ゆる応力に関し完全
に正確な計算式というものは確立されていないが、将来
には確立されるものとおもわれる。これもまた注意すべ
きことであるが、膜は先ずそれらの中央部分で軸方向の
たわみを起し、流路制御弁又は部材１７１６の先端面に
接触し、未だその期ではない時点でそれを閉じてしまう
おそれがある。このような場合のために、第２４図に示
した解決策は有用である。従って、最も好ましい膜を得
るためには、止め面又はストローク制限面１５１３．１
５１４等の寸法及び形状を本発明の提案するところに従
い設計することが非常に重要なのである。

これもまた御留意いただきたい点であるが、第２５図に
示した吸込み口部３８の弁及びカートリッジ式挿入部品
１８２５は、実際には板部材１８１３の吐出し口部３９
の周囲に設けられていることである。上記の弁及び部品
１８２５が第２５図において板部材１８１４に設けたよ
うに示しであるが、これは第２５図においてそれらは吐
出し口部３９の背後（又は前面）にあり、従って第２５
図において板部材１８１３内に示し得ないからである。

本発明の上記以外の詳細構成が冒頭の特許請求の範囲に
記載されており、従って、特許請求の範囲は本発明の好
ましい実施例の詳細な説明の一部をなすものと認められ
るべきである。

以上に本発明に係わるポンプ、コンプレッサ又はモータ
装置の全体構成の図示及び説明は行わなかったが、それ
は本明細書の「３、発明の詳細な説明」の項の「従来技
術」の部分に記載した本願出願人の出願に係わる先の出
願において詳細に開示しである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図ないし第１７図及び第２４図ないし第２
７図は、本発明の好ましい実施例に係わるポンプ又はコ
ンプレッサ装置の部分を示す長手方向断面図である。 第２図、第３図及び第１８図ないし第２３図は、本発明
の幾何学的及び数学的理解をはかるための略示図であり
、幾何学的及び／又は数学的な説明図である。 １５０６、１５２０．１６８４．１７０１．１７０４．
１８５３・・・膜、１．９１・・・本体部材又はハウジ
ング部材（１・・・カバー、９１・・・下方部材）、３
５・・・第１の又は外方の室、３７・・・第２の又は内
方の室、５２．１？３２．１７３３゜１８４０・・・ピ
ストン（１８４０・・・駆動ピストン）、３８・・・吸
込み口部（又はその弁）、３９・・・吐出し口部（又は
その弁）、１５０９．１７０６・・・（小径の）穴、１
７０９゜１８５４・・・（厚肉の）中央又は内方部分（
１８５４・・・頂部）、１５１３．１５１４・・・止め
面又はストローク制限面、１６１０・・・端部、１６２
０・・・（半径方向の）外方部分、１６２２・・・筒状
部、１７１６・・・流路制御弁、１７２５゜１８４３・
・・止め手段又は止め輪。 代理人　弁理士　小　川　信　−

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．　内部に往復動自在なピストンを設けたシリンダに
   連通させた第１の室と吸込み口部及び吐出し口部に連通
   させた第２の室の２室を膜を介して隣接させて設け、上
   記膜に、その吐出量を増大させる手段及び／又はその耐
   用寿命を延長させる手段を組合わせて設けた高圧ポンプ
   又はコンプレッサ装置。
2. ２．　前記膜が中央部に穴を有し且つ実質的に平板な環
   状の円板ばねであり、その半径方向の内方及び外方端部
   を保持及び／又は密閉部材及び／又は手段により包囲し
   た請求項１記載の高圧ポンプ又はコンプレッサ装置。
3. ３．　前記室を、前記膜の厚さよりも小さな直径の穴を
   形成した本体部材により包囲して形成した請求項１記載
   の高圧ポンプ又はコンプレッサ装置。
4. ４．　前記膜の半径方向中央部に厚肉の中央部を形成し
   、前記室の壁形成する本体部材の、上記膜の厚肉の中央
   部の半径方向域内の部材に穴を設けた請求項１記載の高
   圧ポンプ又はコンプレッサ装置。
5. ５．　前記膜の軸方向運動を制限するためのストローク
   制限面により前記室の壁を形成した請求項１記載の高圧
   ポンプ又はコンプレッサ装置。
6. ６．　前記ストローク制限面が、その半径方向内方部で
   平面部を形成すると共にその半径方向外方部で、円曲線
   周囲に半径を有する曲面部を形成している請求項５記載
   の高圧ポンプ又はコンプレッサ装置。
7. ７．　前記膜が、半径方向に実質的に平らな半径方向外
   方部と、この部分の半径方向内端部に実質的に軸方向に
   およぶパイプ状部とを有し、このパイプ状部の軸方向端
   部に実質的に半径方向の端部分を有している請求項１記
   載の高圧ポンプ又はコンプレッサ装置。
8. ８．　前記膜を複数設け、これらの膜の軸方向又は半径
   方向の端部分を支持及び密閉手段により合体させた請求
   項７記載の高圧ポンプ又はコンプレッサ装置。
9. ９．　前記膜が、パイプ状円筒部材及び半径方向に実質
   的に平らな軸方向端部材と１体的な円板ばね状部材から
   成る請求項１記載の高圧ポンプ又はコンプレッサ装置。
10. １０．　前記膜が、円筒管からなり、その軸方向端部を
    装置のハウジング部又は本体部材に固定した請求項１記
    載の高圧ポンプ又はコンプレッサ装置。
11. １１．　前記膜が、相互の間に曲げ端部又は固定手段を
    備えた、複数の円筒部から成る構成及び／又は前記ピス
    トンが、前記円筒管の軸方向寸法の少なくとも相当な部
    分に沿い、軸方向におよんでいる構成とした請求項１０
    記載の高圧ポンプ又はコンプレッサ装置。
12. １２．　前記第２の室を形成する本体部材を設け、この
    部材内に、軸方向に制限された範囲内を運動自在な流路
    制御弁を設け、この弁を軸方向に運動させて上記第２の
    室に連通する流路の拡径及び縮径制御を行うように構成
    し且つこの弁の閉弁時に、この弁と上記本体部の間に前
    記膜の厚さよりも小さい寸法の狭い環状のすき間を形成
    するよう構成した請求項１記載の高圧ポンプ又はコンプ
    レッサ装置。
13. １３．　前記弁と前記本体部に、相互の間に一時的に環
    状の室部分を形成するテーパ面を設け、上記室部分から
    前記第２の室の吸込み口部及び吐出し口部におよぶ流路
    を設け、また上記弁と本体部分に円筒状の案内面を形成
    し、それにより上記弁の軸方向の運動を上記本体部と同
    軸の方向に案内させる構成とした請求項１２記載の高圧
    ポンプ又はコンプレッサ装置。
14. １４．　前記弁及び前記本体部に止め手段及び止め面を
    設けて、上記弁の軸方向運動のストロークを前記膜の運
    動ストロークよりも短くした構成及び／又は前記弁の縮
    径制御位置以外の部位で、この弁及び上記膜が係合する
    のを防ぐ手段を設けた構成とした請求項１２記載の高圧
    ポンプ又はコンプレッサ装置。
15. １５．　前記膜、第１の室及び第２の室をそれぞれ複数
    個、実質的に軸方向に連接状に設け、それらに、共通の
    集積流路に通ずる流路をそれぞれ設け、前記ピストンの
    吐出ストローク時に上記膜の吐出する流体の一斉吐出を
    行う構成とした請求項１記載の高圧ポンプ又はコンプレ
    ッサ装置。
16. １６．　前記膜のそれぞれに往復動ピストンを設け、各
    シリンダからの前記第１の室にいたる流路の長さを抑制
    し、これにより各シリンダ及びピストンの端部をそれぞ
    れの第１の室の近傍に配した請求項１記載の高圧ポンプ
    又はコンプレッサ装置。
17. １７．　隣接状に設けた半径方向に平板状の環又は円板
    の間に前記膜を配して複数の膜の組立体を設け、上記環
    又は円板のひとつに、内部に往復運動の自在なピストン
    を備えたシリンダを設け、この環又は円板の軸方向の両
    端部の膜に通す流路を設け、これにより上記ピストンが
    同時に２枚の膜にポンピング作用を行うように構成し、
    隣接する環又は円板に吸込み口手段及び吐出し口手段を
    設け、これらの手段を、上記隣接する環又は円板の軸方
    向両端部の第２の室に連通させた請求項１記載の高圧ポ
    ンプ又はコンプレッサ装置。
18. １８．　前記室の１方の壁を形成する本体部材が、内部
    に円筒管を備えた穴を有しており、この穴の内径が上記
    円筒管の外径よりもわずかに大きく、これらの穴の壁と
    円筒管の間に環状のすき間が形成されており、またこの
    すき間が半径方向に前記膜の厚さよりも短い寸法となっ
    ている請求項１記載の高圧ポンプ又はコンプレッサ装置
    。
19. １９．　前記ピストンに、長手方向にそれを貫通する流
    路を形成し、この流路をピストンの先端部に形成した環
    状溝に連通させ、またこのピストンの先端部を同ピスト
    ンの外周の半径の１．５倍を超える半径を有する球の実
    質的に半分に相当する半球の形に形成し、更にこの半球
    状のピストンの先端部に、それと補完的な球面を有する
    ピストンシューを回動自在に支承させた請求項１記載の
    高圧ポンプ又はコンプレッサ装置。
20. ２０．　比較的に大直径の駆動ピストンを比較的に小直
    径の吐出ピストンに接続し、上記駆動ピストンを比較的
    に小直径のシリンダ内に往復動させると共に上記吐出ピ
    ストンを比較的に大直径のシリンダ内に往復動させる構
    成及び／又は予圧源から、前記比較的に小直径の吐出ピ
    ストンの１部を囲む、前記比較的に大径のシリンダの室
    部にいたる流路を設け、上記室部から装置の上記第１の
    室にいたる、逆止め弁を備えた流路を設けた構成及び／
    又は上記吐出ピストン及び駆動ピストンの間に、吐出ピ
    ストンの拡径された端部に半球状の部材を設け、また上
    記拡径された端部を上記駆動ピストンの１端部分に設け
    たばね及び環部材により保持する構成とした請求項１記
    載の高圧ポンプ又はコンプレッサ装置。