(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプであって、
内部に配置された内部ハウジングチャンバーを有し、第１のハウジング端部から第２のハウジング端部に延びるハウジングと、
前記ハウジングチャンバー内で軸方向に移動可能に配置された加圧組立体であって、
前記ハウジングの第１の端部に隣接して配置された無孔ヘッドと、前記ヘッドの縁端の周囲に円周状に延び前記ヘッドの縁端を形成する薄肉スカートと、を有する加圧部材であって、前記スカートが、所定の軸方向長さを有し、前記スカートの周辺縁端の周囲に配置されたフランジを有し、前記加圧部材が、内部に部分的に配置された開口を有する背面を備える加圧部材と、
前記加圧部材の背面に結合され、その上に前記スカートを配置できる寸法にされた円筒状の外部表面を有する支持具と、を備える加圧組立体と、
前記支持具を通って前記加圧部材の開口内に突き出し、前記加圧組立体に結合されたシャフトと、
前記ハウジングの第１の端部に取付けられ、流体入口ポートと流体出口ポートとを有する流体チャンバーを備える流体移送本体であって、前記加圧部材のフランジが、前記本体と前記ハウジングとの間に挿入される、流体移送本体と、
前記ハウジングの第２の端部に取付けられ、前記シャフトを動かして前記ハウジングチャンバー内の前記加圧組立体を軸方向運動させるために、内部に配置されたアクチュエータを備えるアクチュエータハウジングと、
前記ハウジングチャンバーと連通し、前記ポンプ内で前記流体チャンバーと前記ハウジングチャンバーとの間の所定の正差圧を維持し、前記加圧組立体の軸方向運動の間、前記スカートに所定の圧力を与えて付勢し、前記スカートを前記ハウジングチャンバー又は支持具の支持表面に接触させるとともに、前記加圧組立体の吸入行程の間、ハウジングチャンバーから外向きに一方向に強制した空気の通路を与えるように構成される逆止弁手段と、
前記流体入口ポート及び流体出口ポートと流体接続し、前記加圧組立体のそれぞれ吸入行程及び排出行程の間、前記流体チャンバーを出入りする流体の強制された一方向流れを確実にする逆止弁手段と、を備え、
前記加圧組立体の軸方向運動が、同軸に配置された前記ハウジングチャンバーと前記支持具との表面間に隣接する、前記加圧部材のスカートの転動によって行われる、ポンプ。
【請求項２】
精密供給ポンプであって、
内部に配置された内部ハウジングチャンバーを有し、第１のハウジング端部から第２のハウジング端部に延びるハウジングと、
前記ハウジングチャンバー内で軸方向に移動可能に配置された加圧組立体であって、
円筒状の外部表面を有する加圧部材であって、前記加圧部材が、
前記ハウジングの第１の端部に隣接して配置されたヘッドと、
前記ヘッドの縁端の周囲に円周状に延び、前記ヘッドの縁端を形成し、加圧組立体の所定の範囲の軸方向運動を与える所定の軸方向長さを有する薄肉スカートと、
前記スカートの周辺縁端の周囲に円周状に配置されたフランジと、を備え、前記加圧部材が、内部に部分的に配置された開口を有する背面を備える、加工組立体と、
更に、前記加圧部材の背面に結合され、前記スカートを配置できる寸法にされた直径を有する円筒状の外部表面を備える支持具と、
前記支持具を通って前記加圧部材の開口内に突き出し、前記加圧組立体に結合されたシャフトと、
前記ハウジングの第１の端部に取付けられ、内部に流体チャンバーを備える流体移送本体であって、前記流体チャンバーが、前記加圧組立体と軸方向に心合わせをして配置され、前記流体チャンバーが流体入口ポートと流体出口ポートとを備え、前記加圧部材のフランジが、前記本体と前記ハウジングとの間に挿入される、流体移送本体と、
前記ハウジングの第２の端部に取付けられ、内部に配置されたアクチュエータを備えるアクチュエータハウジングであって、前記アクチュエータが、前記シャフトに結合された回転作動部材を有する、アクチュエータハウジングと、
前記ハウジングに接続され、前記ハウジングチャンバーと連通する逆止弁手段であって、前記ハウジングチャンバー内に前記流体チャンバー内よりも低い値の所定の圧力を維持して、加圧組立体の軸方向運動の間、前記スカートに所定の圧力を加えて前記スカートを付勢し、前記スカートを前記ハウジングチャンバー及び支持具の隣接する同軸の表面に対して支持されるように接触させるとともに、前記加圧組立体の吸入行程の間、ハウジングチャンバーから外向きに一方向に強制した空気の通路を与えるように構成される逆止弁手段と、
それぞれの前記流体入口ポート及び流体出口ポートと流体接続するように配置され、加圧組立体の軸方向運動の間、前記流体チャンバーを出入りする流体の強制された一方向の通過を確実にする逆止弁とを備え、
前記加圧組立体の軸方向運動が、前記ハウジングチャンバーと前記支持具との隣接する同軸の表面の間の前記加圧部材のスカートの転動によって行われる、精密供給ポンプ。
【請求項３】
マルチポンプ組立体を備える精密供給ポンプであって、各ポンプ組立体が、
内部に配置され第１のハウジング端部から第２のハウジング端部に延びる内部ハウジングチャンバーを有するハウジングと、
前記ハウジングチャンバー内で軸方向に移動可能に配置された加圧組立体であって、
加圧部材であって、
前記ハウジングの第１の端部に隣接して配置され、円筒状の縁端を有するヘッドと、
前記ヘッドの前記縁端の周囲に円周状に延び、前記ヘッドの前記縁端を形成し、所定の度合の軸方向の加圧組立体の運動を与えるのに十分な軸方向長さを有する、薄肉スカートと、
前記スカートの周辺縁端の周囲に円周状に配置され、前記周辺縁端を形成するフランジとを備え、前記加圧部材が、内部に部分的に配置された開口を有する背面を備える、加圧部材と、
前記加圧部材の背面に結合され、上に前記スカートを配置できる寸法にされた円筒状の外部表面を有する支持具と、を備える加圧組立体と、
前記支持具を通って前記加圧部材の開口内に突き出し、前記加圧組立体に結合されたシャフトと、
前記ハウジングの第１の端部に取付けられ、流体入口ポートと流体出口ポートとを有する内部の流体チャンバーを備える流体移送本体であって、前記加圧部材のフランジが前記本体と前記ハウジングとの間に挿入される流体移送本体と、
前記ハウジングの第２の端部に取付けられ、内部に配置され前記シャフトを動かして前記ハウジングチャンバー内の前記加圧組立体を軸方向運動させるアクチュエータを備えるアクチュエータハウジングと、
前記ハウジングに接続され、前記ハウジングチャンバーと連通する逆止弁であって、前記ポンプ内で前記流体チャンバーと前記ハウジングチャンバーとの間の所定の正差圧を維持し、前記加圧組立体の軸方向運動の間、前記スカートに所定の圧力を加えて付勢し、前記スカートを、前記ハウジングチャンバー又は支持具の支持表面に接触させるとともに、前記加圧組立体の吸入行程の間、ハウジングチャンバーから外向きに一方向に強制した空気の通路を与えるように構成される逆止弁と、
それぞれの前記流体入口及び流体出口ポートと流体接続し、前記加圧組立体のそれぞれの吸入及び排出行程の間、前記流体チャンバーを出入りする流体の強制された一方向流れを確実にする流体入口及び流体出口逆止弁手段と、を備え、
前記加圧組立体の軸方向運動が、前記ハウジングチャンバーと前記支持具との隣接する同軸に配置された表面の間の前記加圧部材のスカートの転動によって行なわれ、
各ポンプ組立体の前記流体入口及び流体出口逆止弁手段が、それぞれの流体入口及び流体出口マニホールドと流体接続し、それぞれの流体入口及び流体出口マニホールドが、それぞれのポンプの流体入口及び流体出口と流体接続する、精密供給ポンプ。
【請求項４】
精密供給ポンプであって、
内部に配置され第１のハウジング端部から第２のハウジング端部に延びる内部ハウジングチャンバーを有するハウジングと、
前記ハウジングチャンバー内で軸方向に移動可能に配置された加圧組立体であって、
円筒状の外部表面を有し、一体形構造を有する加圧部材であって、
前記ハウジングの第１の端部に隣接して配置された無孔ヘッドと、
前記ヘッドと一体形で、前記ヘッドの縁端に沿って円周状に延び、前記ヘッドの縁端を形成し、所定の範囲の加圧組立体の軸方向運動を与える所定の軸方向長さを有する、薄肉スカートと、
前記スカートと一体形で、前記スカートの周囲に円周状に配置され、前記スカートの周辺縁端を形成するフランジとを備え、前記加圧部材が、内部に部分的に配置された開口を有する背面を備える、加圧部材と、
前記加圧部材の背面に結合され、上に前記スカートを配置できる寸法にされた直径を有する円筒状の外部表面を有する支持具と、を備える加圧組立体と、
前記支持具を通って前記加圧部材の開口内に突き出し、前記加圧組立体に結合された、シャフトと、
前記ハウジングチャンバー内に配置され、前記支持具に取付けられ、前記シャフトを中に配置できるように、中を通して配置された開口を備えるシャフトカップリング部材であって、前記シャフトが、前記カップリング部材に移動可能に結合される、シャフトカップリング部材と、
前記ハウジングの第１の端部に取付けられた流体移送本体であって、前記加圧組立体に隣接して配置された内部の流体チャンバーを備え、前記流体チャンバーが、流体入口ポートと流体出口ポートとを備え、前記加圧部材のフランジが前記本体と前記ハウジングとの間に挿入され、前記加圧部材のフランジが前記本体と前記ハウジングとの間に漏れのない取付けを与える、流体移送本体と、
前記ハウジングの第２の端部に取付けられたアクチュエータハウジングであって、内部に配置され、前記シャフトに結合された回転作動部材を有するアクチュエータを備え、前記シャフトが、前記カップリング部材に結合され、シャフトの回転が、前記ハウジング内の前記カップリング部材、接続された支持具、及び加圧部材の軸方向変位を発生する、アクチュエータハウジングと、
前記ハウジングに接続され、前記ハウジングチャンバーと連通する逆止弁手段であって、加圧組立体の軸方向運動の間、前記ハウジングチャンバー内に前記流体チャンバー内よりも低い所定の値の圧力を維持し、前記スカートに所定の圧力を与えて付勢し、前記スカートを前記ハウジングチャンバー及び支持具の隣接する同軸の表面に支持されるように接触させるとともに、前記加圧組立体の吸入行程の間、ハウジングチャンバーから外向きに一方向に強制した空気の通路を与えるように構成される逆止弁手段と、
それぞれの前記流体入口ポート及び流体出口ポートと流体接続し、ポンプの運転中個別に作動され、前記流体チャンバーを出入りする流体の強制された一方向の通過を確実にする、流体入口及び出口ポペット弁と、を備え、
更に、前記シャフトカップリング部材は、らせん状の溝又はねじの付いた内部開口を有し、シャフトカップリング部材とシャフトとの間に挿入された複数の可動式ボールを介して、シャフトと結合され、
前記加圧組立体の軸方向運動が、前記ハウジングチャンバーと前記支持具との隣接する同軸に配置された表面の間の前記加圧部材のスカートの転動運動によって行われる、精密供給ポンプ。
【請求項５】
前記流体移送本体に接続された第２のハウジングと第２の加圧組立体とを更に備え、前記流体移送本体が、第２の流体入口ポートと第２の流体出口ポートとを有する第２の流体チャンバーを備える、請求項１から４に記載のポンプ又は精密供給ポンプ。
【請求項６】
前記ポンプ又は精密供給ポンプが、前記加圧組立体の軸を地面と平行にして、水平位置に設置され、前記流体入口ポートが前記流体出口ポートの下に配置される、請求項１から４に記載のポンプ又は精密供給ポンプ。
【請求項７】
前記流体チャンバーを出入りする流体の強制された一方向流れを確実にする逆止弁手段が、前記流体入口ポート及び流体出口ポートと連通し、前記逆止弁がそれぞれの流体入口ポート及び流体出口ポートと連通した流体中に配置されているか、又は、前記流体入口及び流体出口の逆止弁手段が、ポペット弁及び前記ポペット弁を駆動する制御手段を備える、請求項１から３に記載のポンプ又は精密供給ポンプ。
【請求項８】
前記制御手段が、位置感知手段を備える、請求項７に記載のポンプ又は精密供給ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に容積式ポンプに関し、特に、極めて正確な方法で流体を反復的又は連続的に供給するように特別に設計された容積式ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
容積式ポンプは、例えば、半導体処理用の腐食処理及び／又は苛性処理のような高純度処理流体を供給する目的で、半導体製造産業で使用される。このような用途では、供給される処理流体の容積が正確であり、流体供給の精度が変わらないことが重要である。また、処理流体の供給が、高レベルの純度を維持する方法で行われることも重要である。従って、このような用途に配置されたポンプは、下流に運ばれて高純度の最終製品例えば半導体等を最終的に損傷又は汚染する可能性がある汚染物質を、持ち込まないことが重要である。
【０００３】
このような高純度処理流体は、特定の半導体製造プロセスを実施する場合、効率を高めるために沸点に近い温度まで過熱されることがしばしばある。従って、このような処理流体を伴う用途に配置された供給ポンプは、高温条件下で故障せずに、このような腐食処理及び／又は苛性処理流体を供給できることが重要である。
【０００４】
このような用途で処理流体の供給に使用される可能性がある従来のポンプには、シリンジポンプと蠕動ポンプが含まれる。一般的に、この種の用途で使用される可能性があるシリンジポンプは、少なくとも２つの理由から許容できない。第１に、シリンジポンプのシールは、何パーセントかの漏れの発生源であることが知られている。このような漏れは、流体の供給が不正確になる可能性があり、かつ供給される処理流体がもし作業環境に流出した場合には、環境汚染による安全性の問題を発生する可能性があるため、望ましくない。更に、シリンジポンプのシールは、使用中に磨耗することが知られている動的部材である。このようなシールの磨耗は、望ましくない微粒子発生源になる可能性があり、望ましくない汚染物質微粒子を処理流体に持込む可能性がある。
【０００５】
このような用途で一般に使用される蠕動ポンプもまた、重大な微粒子発生の問題を有するとともに、産業界で必要とされるレベルの所定の供給精度を、安定して提供できないことが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、半導体製造産業で使用される場合のように、極めて正確な量の流体を安定して供給できるポンプを構成することが望まれる。更に、反復的及び／又は連続的にこのような正確な流体供給を行う方法で、このようなポンプを構成することが望まれる。また、内部に汚染物質を持込まずに、供給される流体の高純度性を維持する方法で前述の作用を行うように、ポンプを構成することが望まれる。最後に、正確な流体供給に有害な影響を与えることがあり、及び／又は何らかの流体漏れに安全性の問題を生じさせることがある、漏れの問題を発生することなく、前述の作用を行うようにポンプを構成することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の精密供給ポンプは、不連続的又は連続的何れにおいても、確実に流体の精密な供給を行うように特に設計されている。本発明の精密供給ポンプは、一般に、ハウジングを備え、ハウジングは、ハウジング内に配置されハウジングの第１の端部からハウジングの第２の端部に延びる内部チャンバーを有する。加圧組立体が、チャンバー内に軸方向移動可能に配置される。この加圧組立体は、ヘッドを有する円筒状の加圧部材を備え、加圧部材は、ハウジングの第１の端部に隣接して配置される。
【０００８】
加圧部材は、ヘッドから延び、薄肉スカートを備え、薄肉スカートは、ヘッドの周りに円周状に延び、ヘッドの縁端を形成する。スカートは、ポンプ内で加圧組立体に一定の軸方向運動を与える軸方向長さを有するように、寸法が決められている。フランジが、スカートの周辺縁端の周りに円周状に配置される。好ましい実施例では、加圧部材は一体形の構成であり、内部にシャフトを配置するために部分的に配置された開口を有する、背面を備える。
【０００９】
加圧組立体は、加圧部材の背面に結合した支持具を備える。支持具は、円筒状の外部表面を有し、この外部表面は、加圧組立体の軸方向運動の間、スカートが、チャンバーの支持表面と支持具との間で転動又は平行移動される時、スカートをその上に配置することができる寸法にされている。シャフトが、支持具の開口を通り、加圧部材開口内に突き出す。このシャフトは、加圧組立体の軸方向運動をさせるように使用され、加圧組立体に結合される。
【００１０】
流体移送本体が、ハウジングの第１の端部でハウジングに取付けられる。この流体移送本体は、流体チャンバーを備え、流体チャンバーは、加圧部材のヘッドに隣接して配置され、流体入口ポートと流体出口ポートとを有する。加圧部材は、ハウジングと本体の間の向き合った表面の間にフランジを配置することによって、ハウジングに固定式に取付けられる。
【００１１】
ポンプは、ハウジングの第２の端部に取付けられたアクチュエータハウジングを備える。アクチュエータが、ハウジング組立体内に配置され、シャフトを移動させてハウジングチャンバー内で加圧組立体の軸方向運動を発生させる。ポンプは、ポンプ内で流体チャンバーとハウジングチャンバーとの間で所定の正差圧を維持する、ハウジングに接続された手段を備えることができる。このような手段は、加圧組立体の軸方向運動の間、スカートに所定の圧力をかけ、スカートを付勢して、ハウジングチャンバーの支持表面又は支持具に対してスカートを接触させる目的で必要とされる。
【００１２】
ポンプは、流体入口ポートと流体出口ポートとの流体接続中に、逆止弁手段を更に備える。逆止弁手段は、加圧組立体の吸入及び排出行程のそれぞれの間、流体チャンバーを出入りする流体を、確実に一方向に強制して通過させる目的で備えられる。
【００１３】
このように構成した精密供給ポンプは、不連続的又は連続的に、半導体製造産業で使用されるような極めて正確な流体量を安定して供給することができる。本発明のポンプは、流体内に汚染物質を持込むことなく、供給される流体の高純度性を維持する方法で、流体の正確な供給を与える。
【００１４】
本発明のこれらの特徴及び他の特徴と利点は、明細書、請求項及び図面を参照することによって認識されるとともによりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の原理により構成される第１の実施例の精密供給ポンプの側面断面図であり、デュアルポンプ組立体を有する図である。
【図２】図１の断面２−２に沿った、第１の実施例の精密供給ポンプの断面図である。
【図３】第１の実施例の精密供給ポンプの図２の詳細３の拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例の精密供給ポンプの側面図であり、シングルポンプ組立体を有する図である。
【図５】図４の第２の実施例の精密供給ポンプの上面図である。
【図６】図４の第２の実施例の精密供給ポンプの端面図である。
【図７】本発明の第３の実施例の精密供給ポンプの上面図であり、デュアル供給部材を有する図である。
【図８】第３の実施例の精密供給ポンプの側面断面図であり、図７の断面８−８に沿った図である。
【図９】第３の実施例の精密供給ポンプの断面図であり、図７の断面９−９に沿った図である。
【図１０】図９のポペット弁の詳細拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は処理流体を運ぶのに有用なポンプに関し、特に、半導体製造産業で使用されるような高純度処理流体の安定した精密供給のために有用なポンプに関する。本発明のポンプは、転動形ダイアフラム円筒状加圧部材を使用し、円筒状加圧部材は、直線的な流体排出が行程運動をするようにし、それによって予測可能で厳密に制御された、高度に正確な流体排出を確実にする。ポンプは、加圧部材を含む内部接液部材を備え、内部接液部材は、腐食性処理流体、研磨性処理流体、及び苛性処理流体に対して耐性を有する化学的に不活性な材料でできており、金属で形成されるのではなく、また動的シールを使用せずに構成される。ポンプは、加圧部材の裏面に真空補助部を備えることもでき、転動形ダイアフラム壁をポンプの支持構造に対して接触した状態で保持し、ポンプの入口及び出口は、流体供給精度を更に向上させる流体移動制御手段を備える。
【００１７】
本発明のポンプは、流体の反復的で正確な供給を与えるようにされた、加圧組立体ハウジングチャンバーと、チャンバー内に配置された対応する加圧組立体とを備えるシングルポンプ組立体とを備えることができ、又は、２以上のポンプ組立体を備え、それぞれが、各々固有の加圧組立体ハウジングチャンバーとチャンバー内に配置されたそれぞれの加圧組立体とを備え、流体の正確な供給を連続的に与えるよう構成され運転されることができる。本発明のポンプは、電動機、空気圧等のような従来の駆動手段で駆動されることができる。
【００１８】
図１は、デュアルポンプ組立体の形態の、即ち以下更に詳細に説明するように２つの加圧チャンバーと、それぞれの加圧組立体とを備える、本発明の第１の実施例の精密供給ポンプ１０を示す。デュアルポンプ組立体を図示したが、本発明の精密供給ポンプは、シングルポンプ組立体、即ち単一の加圧チャンバーと、関連する加圧組立体とを有する形態、又はマルチポンプ組立体、即ち１より多い加圧チャンバーと関連する加圧組立体とを有する形態で構成することも可能であることが理解されるだろう。ポンプの特定の構成はポンプの特定の用途に依存する。例えば、連続的な流体の精密供給を要求する用途の場合、本発明のポンプはマルチポンプ組立体を有するよう構成され、不連続的な流体の精密供給を要求する用途の場合、シングルポンプ組立体で十分なことがある。
【００１９】
一般に、ポンプ１０は、チャンバー本体１２と、本体に取付けられた加圧組立体ハウジング１４とを備える。効率的に説明する目的で、デュアルポンプ組立体部材の一方だけを説明するが、もう一方のポンプ組立体部材も同一であることが理解されるだろう。特定の実施例に応じて、ポンプは、加圧組立体ハウジング内に配置されたアクチュエーター組立体を備えることができ、又は加圧組立体ハウジングに取付けられた専用アクチュエータハウジング１６内に配置されたアクチュエーター組立体を備えることができる。チャンバー本体１２は、流体チャンバー１８を備え、流体チャンバー１８は、ポンプに出入りする流体の流れを容易にする流体入口ポート及び流体出口ポート（それぞれ図２の２０及び２２）を有するようにされる。
【００２０】
流体チャンバー１８は、特定の用途に応じて流体の所定の供給量を与える寸法と形状をしている。好ましい実施例では、流体チャンバーは、チャンバーの開いた端部２４から第１の深さ２６まで動く略円筒状の形状を有するよう構成される。チャンバーは、第１の深さ２６からチャンバーの閉じた端部２８まで動き、テーパ即ち連続的に減少する直径を有するようにされる。流体入口ポート及び出口ポートはチャンバーの閉じた端部２８に隣接して配置される。
【００２１】
このチャンバー本体は、ネック３０を備え、ネック３０は、本体の第１の端部２４からある距離だけ外側に突き出し、その周囲に円周状に配置される。このネック３０は、ねじ付き外部表面３２を備え、加圧組立体ハウジング１４を環状保持部材３４に取付けるために、環状保持部材３４との接続を容易にする。
【００２２】
本体１２は、非金属材料、例えばポリマー材料から形成するのが好ましい。本体のチャンバーはポンプの接液部分なので、本体を形成するために使用する材料は、化学的に耐性を有し運転中に汚染持込の発生源とならないことが更に望まれる。適切なポリマー材料は、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシフルオロカーボン樹脂（ＰＦＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレンクロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ポリビニル（ＰＶＦ）等からなるグループから選択したフッ素樹脂材料である。本体１２を形成する特に好適な材料はＰＴＦＥ又は改質ＰＴＦＥである。本体はまた、ＰＦＡから形成することもできる。或は、半導体用途でない場合には、金属材料を含む他のタイプの構造的に剛性の材料を使用することができる。本体は成形又は機械加工プロセスによって形成することができる。一例として、本体は機械加工によって形成される。
【００２３】
加圧組立体ハウジング１４は一般に、チャンバー本体１２に取付けるよう構成され、チャンバー本体１２の内部で加圧組立体３６を軸方向変位させるように構成される。ハウジング１４は、略円筒状の壁３８を備え、壁３８は、第１の端部４０から第２の端部４２まで延び、両者間の内部に加圧組立体チャンバー４４を形成する。壁３８の外部表面は、異なる形状にすることもできるが、加圧チャンバー組立体と同様の円筒状の形状を有し、所定の壁厚さに基づく寸法とすることが好ましい。
【００２４】
ハウジング１４は、プラスチック、ポリマー材料、複合材料、金属及び金属合金等のような構造的に剛性の材料ならどのような材料からでも形成することができる。例えば、約４０℃以下のような低温運転では、ハウジングは、成形又は機械加工した、ポリプロピレン、ポリエチレン等のようなポリマー材料で製造することができる。しかし、約４０℃以上の高温運転では、温度に起因した構造的弱さ又は変形を避けるため、ハウジングはステンレス鋼等のような金属又は金属合金で製造することが望ましい。１実施例では、ハウジングは超高分子量ポリエチレンから機械加工される。
【００２５】
ハウジングの第１の端部４０の次に、加圧組立体３６が、転動形ダイアフラムの形態の加圧部材４６を備える。１実施例では、加圧部材４６は、一般に円筒状の形状を有し、中央に配置された無孔ヘッド４７を備える一体形の構成である。円筒状の加圧部材は、加圧部材がハウジングチャンバー１４内で本体チャンバー１８の中に動かされる間、ポンプ内での行程運動に対して直線的な流体排出を与える。
【００２６】
１実施例では、ヘッドは、第１の部分を有するように形成され、第１の部分は、所定の軸方向長さに対して一般に六角形であり、以下更に詳細に説明する支持具に加圧部材を取付けるために使用される。ヘッドは、この第１の部分の次に、半径方向外側にテーパを有する。一般に、ヘッドの第１の部分から始まるテーパの角度は、深さ２６から閉じた端部２８までのチャンバー本体部分の角度と一致するか又は同様であることが望ましい。
【００２７】
加圧部材４６は、中心開口５２を備え、中心開口５２は、ヘッド部分の内側である開いた端部５４から閉じた端部５６までの部分的な距離だけ軸方向に延びる。中心開口は、ハウジング１４内で加圧部材を作動させるために、内部にシャフト５８が配置できるようにされている。中心開口５２は、ポンプを運転するために使用する特定の駆動方法に応じてシャフト５８のねじ付き外部表面を受容するために、ねじ付きであってもよく、ねじ付きでなくてもよい。１実施例では、シャフトは、ハウジング及び本体を形成するため上述で説明したような、非金属材料で形成される。好ましい実施例では、シャフトはＰＥＥＫで形成される。
【００２８】
中心開口５２を有する加圧部材は、外側は、カラー６０によって形成され、カラー６０は、ヘッド４７から軸方向外側に突き出し、ヘッド４７と一体である。加圧組立体は、加圧部材支持具６２を備え、加圧部材支持具６２は、一般に、加圧部材４６とハウジングチャンバー４４との間に同軸に挿入された環状の部材である。即ち、支持具６２は、チャンバー４４内を軸方向に摺動する寸法の、外部円筒壁表面６４を有し、加圧部材のカラー６０の外部表面６６と協働して取付け部を形成する、内部壁表面６８を有する。好ましい実施例では、支持具の内部表面６８とカラーの外部表面６６とは、相互のねじ係合と取付けを容易にするために各々ねじが切られている。
【００２９】
更に、１実施例では、支持具６２は、中心開口６３を備え、中心開口６３は、シャフト５８が貫通できるような寸法で、シャフトとねじ係合できるように更にねじが切られている。このようにして、支持具６２は、シャフトから支持具へのねじ結合、及び支持具から加圧部材のカラーへのねじ結合を介して、加圧部材をシャフトに結合するように作用する。
【００３０】
このようにして、支持具は、ハウジング１４内で駆動される場合に、加圧部材と共に軸方向に移動する。支持具は、ポンプ内で、加圧部材及び加圧組立体の所定の範囲の移動を可能にするのに十分な、軸方向長さを有する寸法にされ、加圧部材の、ヘッドのテーパ部分に隣接する背面にぴったり合い、背面を支持する、端部７０を備える。即ち、ポンプによる流体の移動は、支持具６２を流体チャンバー１８の中に入れる、スカート７２の動きによって行われる。
【００３１】
支持具は、成形又は機械加工プロセスによって形成することができ、ハウジング１４又は本体１２を形成するために使用される材料と同じ材料で構成することができる。１実施例では、支持具は、非金属材料で形成される。好ましい材料は、ＰＶＤＦ又は超高分子量ポリエチレンである。
【００３２】
加圧部材４６は、加圧部材のヘッドのテーパ部分から半径方向外側に延び、薄肉スカート７２を備え、薄肉スカート７２は、ヘッドと一体でありヘッドから所定の距離だけ外側に配置される。スカート７２は一定の直径を有し、ハウジングチャンバー４４の一定の直径の部分７４に沿って配置される。以下更に説明するように、スカート７２は、ハウジング１４内での加圧組立体３６の軸方向運動に応答して、スカートをスカート自身に沿って転動することができるような、十分な厚さと軸方向長さの薄肉構造を有する。
【００３３】
スカート７２は、内部及び外部の表面を有する。加圧組立体がハウジングチャンバー４４内に引っ込められる場合には、即ち、加圧組立体が吸入行程にある場合には、スカートの内部表面は、隣接するハウジングチャンバーの内壁表面７４に向き合って配置されている。加圧組立体がハウジングチャンバーから外側に動く場合には、即ち、加圧組立体が排出行程にある場合には、スカートの内部表面はハウジングチャンバーの壁表面７４から支持具６２の隣接する外部表面に転動する。
【００３４】
従って、スカートは、吸入及び排出運動それぞれの間、その各側面で支持されているので、このような運動を可能にするために必要な転動ができるような、十分な薄肉構造を有するスカートを製造することができる。１実施例では、加圧部材は、ポンプの接液部材なので、本体１２を形成するため上述で説明したような、非金属材料で、成形又は機械加工によって形成されることが好ましい。好ましい実施例では、加圧部材はＰＴＦＥ又は改質ＰＴＦＥで成形される。
【００３５】
このような所定の転動を行うために、加圧部材のスカート７２は、約０．０１から１ミリメートルの範囲内の壁厚さを有し、１実施例では、約０．１から１．５ｍｍにすることができる。スカートの壁厚さは、個々のポンプの用途、加圧部材を形成するために使用される材料の種類、及び処理流体のパラメータに応じて変化し得ることが理解されるだろう。例えば、約４０℃以上の高温条件では、温度に誘発される望ましくない軟化及び／又は変形を避けるために、低温条件で使用されるより厚いスカート壁を有する加圧部材を使用するのが望ましいであろう。
【００３６】
スカートの軸方向長さは、所定の供給量を与えるため、ポンプ内で加圧部材が所定の量だけ軸方向変位できるのに十分でなければならない。１実施例では、スカートは、加圧部材の所定の軸方向行程距離よりも大きい軸方向長さを有する。
【００３７】
加圧部材は、フランジ７６を更に備え、フランジ７６は、スカート７２から半径方向外側に離れて延び、スカート７２の周辺縁端を形成する。フランジ７６は、本体の開いた端部４０内の各溝の外形とおおむね同じ寸法の外形を有する。舌が、本体に向かう方向に、フランジ７６から離れるように軸方向に突き出し、本体の開いた端部で溝との気密シール及び液封シールを与えるように設計される。好ましい実施例では、舌７６は、２段構成を有し、半径方向外側に向かって順に、第１の比較的短い階段部分と第２の比較的背の高い階段部分とを備える。
【００３８】
加圧部材のフランジは、本体の開いた端部２４とハウジングの第１の端部４０の軸方向に突き出す端部部分との間に挿入される。フランジは、ハウジングが本体に取付けられた場合に、本体とハウジングとの間の漏れのない係合状態に保持される。１実施例では、ハウジングは、環状保持部材３４を使用して本体に取付けられる。環状部材３４は、半径方向内側に向いた端部７８を有し、端部７８は、肩部８０の上に嵌合するように作用し、肩部８０は、ハウジングから半径方向外側に突き出す。保持部材は、ねじを切った内表面を備え、ねじを切った内表面は、保持部材と本体のカラーの間をねじ取付けするために、本体のカラー３０にねじ係合する。
【００３９】
加圧組立体ハウジングの第２の端部４２は、部分的に閉じており、シャフト５８を貫通させる中心開口８２を有する。１実施例では、シール８４が、中心開口内に配置され、シャフトとハウジングとの間に所定のシールを与える。ポンプは、ハウジング内に第２の端部４２に隣接して配置された逆止弁８６を備えることができ、逆止弁８６は、ハウジングチャンバーと外部の空気環境との間を接続するようにし、流体チャンバー１８とハウジングチャンバー４４との間の所定の正差圧を維持し、加圧部材のスカート７２が支持表面に対して確実に保持されるようにする。１実施例では、逆止弁８６は、ハウジングチャンバー４４から外向きに一方向に強制した空気の通路を与えるように構成される。
【００４０】
ポンプの運転中に、チャンバー４４内の圧力を、流体チャンバー１８内の圧力より低いレベルに維持し、薄肉スカート７２が、上述の正差圧によって、チャンバー７４又は支持具６２の支持表面に対して、常に確実に付勢されるようにすることが望ましい。例えば、加圧組立体の吸入行程の間、そこから出る空気の一方向排気通路を与えることによって、逆止弁は、供給行程の間発生する漏れによる、チャンバー４４内の望ましくない圧力の増大の可能性を防ぐ。例えば、供給行程の間、逆止弁は、チャンバーへの空気の通過を防止する。
【００４１】
逆止弁は、本発明の真空補助式ポンプの実施例に備えることができ、真空補助式ポンプは、加圧部材の軸方向運動を介して、又は別個の真空生成手段、例えば従来の電動式又は空気駆動式真空生成機構によって、ハウジングチャンバー内に真空を発生させる。電動式又は空気駆動式真空発生装置を利用する設計は、逆止弁を使用する必要はないが、所望する場合には、逆止弁を使用してもよい。
【００４２】
図１には示していないが、本発明の精密供給ポンプは、真空ポート（図８に示す）を備えることができ、真空ポートは、ハウジングを介して配置され、ハウジングチャンバー４４と接続される。真空ポートは、ハウジングチャンバー内の真空レベルを強制して、所定の真空レベルが確実に維持され、転動形ダイアフラムの適切な支持を確実に行うか、又は外部真空生成機構の使用により、加圧組立体へ所望の度合の真空補助を与えるように、作用することができる。例えば、電動式又は空気駆動式真空生成装置が真空ポートに取付けられ、チャンバー内に所望の度合の真空を与えることができる。
【００４３】
吸入行程がポンプ内で発生する場合、わずかな負圧又は真空が本体チャンバー１８内に存在し、チャンバー壁に対して支持する位置から内側に、スカートを動かすか又は引っ張る可能性がある。スカートは薄肉構造なので、加圧部材の軸方向変位の間、常に支持された状態にあることが重要である。スカートに潜在するこの引っ張り作用を相殺するため、真空ポートを介してわずかな真空をチャンバーに加える。付加される真空は、本体チャンバー１８内の真空を相殺して本体チャンバーとハウジングチャンバーとの間に正差圧を発生させ、スカートをハウジングチャンバー壁に対して支持し続けるのに十分な量が与えられる。
【００４４】
或は、比較的厚い壁構造を有するスカートが形成されたポンプの実施例では、真空補助を使用しなくてもよい。このような厚い壁構造の使用は、吸入行程又は充填サイクルの間、スカートがポンプ内に発生する差圧に耐えるようにすることができる。
【００４５】
アクチュエータハウジング１６は、加圧組立体ハウジング１４に取付けられ、その内部に配置され加圧部材の軸方向変位を発生させる、アクチュエータ手段８８を備える。アクチュエータ手段は、電動式、油圧式、空気圧式アクチュエータ等のような従来のアクチュエータの形態とすることができる。１実施例では、この第１の実施例の精密供給ポンプに使用されるアクチュエータは、電動機、例えばステッピングモーターの形態で与えられる電動式アクチュエータである。
【００４６】
ステッピングモーター８８は、突き出した回転シャフト８９を備え、回転シャフト８９は、シャフト５８の端部で中心開口を介してねじで結合される。運転する場合、ステッピングモーターは、シャフト８９を回転させ、シャフト８９は次に、シャフト５８を回転させる。シャフト５８の回転は、支持具６２及び結合された加圧部材４６を、シャフト５８の回転方向に応じて、一方向又は他の方向に、軸方向に動かす。従って、加圧部材と支持具とを備える加圧組立体は、このような運転の間チャンバー内で回転しないことが理解される。或は、もしポンプが空気圧手段によって運転されるならば、シャフト５８は、実際に軸方向に変位し、ハウジングチャンバー４４内の加圧組立体の軸方向変位を発生するために回転されることはないであろう。
【００４７】
アクチュエータは、適切な制御手段によって制御され、電動機を作動させ、加圧組立体の所定の軸方向変位を引き起こし、例えば吸入及び排出行程、又は吸入及び排出サイクルを発生させる。１実施例では、この第１の実施例のポンプでは、制御装置はステッピングモーターと別個に備えられる。
【００４８】
アクチュエータハウジングは、環状保持部材９０の使用を介して、加圧組立体ハウジングに取付けられる。アクチュエータハウジング１６は、加圧組立体ハウジングに隣接して配置された端部を備え、この端部は、ねじ付きの外部表面を有する。加圧組立体ハウジングの第２の端部４２は、外側に突き出す部材９２を備え、保持部材が、半径方向内側に突き出す部分を備え、保持部材は、ハウジングの外部表面の周囲に嵌合うが、突き出し部材９２より大きくない寸法にされている。好ましい実施例では、外側突き出し部材９２は、ハウジングと一体の部材ではなく、ハウジングの外側表面内に配置された溝の中に配置された環状リングの形態で備えられる。
【００４９】
このような構成で、アクチュエータハウジング１６は、ハウジングの外側表面の上に保持部材９０を配置し、溝の中にリングを設置し、保持部材をリングと係合するように動かし、アクチュエータハウジングを加圧組立体ハウジングの中に下げ、アクチュエータハウジングを保持部材とねじで係合し、相互間にねじ取付けを与えることによって、加圧組立体ハウジング１４に取付けられる。
【００５０】
図２は、それぞれの本体流体チャンバー１８の各々と接続する流体入口ポート２０及び流体出口ポート２２を図示するのに助けとなるチャンバー本体１２の断面図である。本発明の第１の実施例の精密供給ポンプは、デュアルポンプ組立体を備えているので、チャンバー本体は、吸入流体を２つの入口ポート２０各々に導く入口マニホールド９４と、排出流体を２つの出口ポート２２各々から導く出口マニホールド９６とを備える。この特定の実施例では、入口及び出口流体は、チャンバー本体を通して配置された単一の流体入口１０２及び単一の流体出口１０４を介して、デュアルポンプ組立体に出入りし、単一の流体入口１０２及び単一の流体出口１０４は、それぞれ従来の流体継手に接続される。
【００５１】
チャンバー本体内の流体入口ポート及び流体出口ポート各々は、流体チャンバーに出入りする流体の、一方向に強制された流れを与える手段を備える。図３は、本発明の精密供給ポンプと共に使用可能なこのような手段の、１つのタイプを説明するのに有用である。１実施例では、流体の一方向に強制された流れを与える手段は、フラップ形逆止弁の形態で与えることができる。この形式は、流体の一方向に強制された流れを与えるのに有用な１つの弁形式にすぎず、フラップ形又はフラッパ弁以外の弁もまた、この目的に使用することができ、本発明の範囲内であることが理解されるであろう。
【００５２】
入口逆止弁１０６は、入口マニホールド９４の各端部で、チャンバー本体１２内に配置され、各端部は、マニホールドに接続された入口１０８と、本体流体チャンバー１８に延びる入口ポート２０に接続された出口１１０とを備える。弁は、入口マニホールド９４から入口ポート２０への流体の一方向だけの流れを可能にするよう設計され、弁を通る流体の逆流を防止するフラッパ１０７を備え、従って、入口ポート及び入口マニホールドを介して弁を通る流体の外向きの流れを防止する。
【００５３】
同様に、出口逆止弁１１２は、入口マニホールド９６の各端部で、チャンバー本体１２内に配置され、各端部は、流体チャンバー１８に延びる出口ポート２２に接続された入口１１４と、出口マニホールド９６に接続された出口１１６とを備える。弁は、出口ポート２２から出口マニホールド９６への流体の一方向だけの流れを可能にするよう設計され、弁を通る流体の逆流を防止するフラッパ１１７を備え、従って、出口マニホールド及び出口ポートを介して弁を通る流体の内向きの流れを防止する。
【００５４】
好ましい実施例では、この第１の実施例のポンプで使用する逆止弁は、適切な非金属フッ素樹脂材料で形成した一体形構造を有するモジュール形態を備える。このように構成されたので、逆止弁モジュールは、問題又は故障が生じた場合、特殊な訓練又は工具を必要としない方法で、容易にチャンバー本体から取外し、交換することが可能である。
【００５５】
図４から図６は、本発明によって構成された第２の実施例の精密供給ポンプ２００を示す。上述で開示し図１から図３で示した第１のポンプの実施例と異なり、第２の実施例の精密供給ポンプは、シングルポンプ組立体を備え、即ち、単一の加圧チャンバーと、対応する加圧組立体とを備える。更に、第２の実施例のポンプは、第１の実施例について説明したものとは異なる、一方向に強制された、ポンプからの入口及び出口流れを与える手段を備える。
【００５６】
一般に、第２の実施例のポンプ２００は、加圧組立体ハウジング２０４に取付けられたチャンバー本体２０２と、加圧組立体ハウジング２０４に取付けられたアクチュエータハウジング２０６とを備える。加圧組立体ハウジングは、加圧組立体を囲み、加圧組立体は、上述で第１の実施例について説明したものと同様のいくつかの部材を備える。しかし、以下本発明の第３の実施例のポンプに関連して説明するいくつかの相違点が存在する。
【００５７】
チャンバー本体２０２は、弁本体２０３に取付けられ、弁本体２０３は、各々、本体の流体チャンバー（図示せず）から延びる流体入口ポート及び流体出口ポートと流体接続する、流体入口２１０及び流体出口２１２を備える。加圧組立体ハウジング２０４及び弁本体２０３の内部の詳細は、本発明の第３の実施例のデュアルポンプ組立体の実施例に関連して、以下更に詳細に説明する。チャンバー本体２０２は、ねじによる取付けのような、従来の方法によって弁本体に取付けることができる。
【００５８】
第１の実施例のポンプで使用したフラップ形逆止弁と異なり、第２の実施例のポンプは、弁本体内に配置され、ポンプを通る流体の強制された一方向流れを与える、ポペット弁機構を使用する。図６を参照すると、１実施例では、弁本体２０３は、流体入口及び流体出口各々用の、ポペット弁機構２１６及び２１８を備える。１実施例では、ポペット弁機構は空気圧で作動する。従って、ポペット弁機構２１６及び２１８各々は、作動用加圧空気を供給する、空気入口２１４を備える。
【００５９】
加圧組立体ハウジング２０４及びアクチュエータハウジング２０６は、各々上述で第１の実施例の精密供給ポンプについて開示したものと略同じ方法で構成され、上述で本発明の第１の実施例のポンプについて開示したものと同じ方法で同じ種類の材料で形成することができる。
【００６０】
第２の実施例の精密供給ポンプは、シングルポンプ組立体を備え、流体の連続的ではなく反復的又は不連続的な供給が要求される用途のために有用である。１実施例では、このようなシングルポンプ組立体は、約３８．５立方センチメートル／サイクルの量を正確に反復して供給するよう構成することができ、約２５０立方センチメートル／分までの供給を制御することができる。
【００６１】
図７から図１０は、本発明により構成された第３の実施例の精密供給ポンプ３００を図示する。上述で開示し図１から図３で示した第１のポンプの実施例と同様に、第３の実施例の精密供給ポンプもまた、デュアルポンプ組立体を備え、即ち、２つの加圧チャンバーとそれぞれの加圧組立体とを備える。しかし、加圧組立体を備える加圧組立体ハウジング内に配置された部材は、第１の実施例のポンプについて開示されたものといくらか異なっており、第１の実施例のポンプと違い、第３の実施例のポンプは、ポンプからの一方向に強制された入口及び出口の流れを与える手段を備え、この手段は、一般に第２のポンプの実施例について説明したものと同様であり、即ちフラップ形弁を使用しない。
【００６２】
図７は、本発明の第３の実施例の精密供給ポンプ３００を示し、第１及び第２のポンプ組立体３０２及び３０４を備える。各ポンプ組立体は、上述で第２の実施例について説明し図４で例示したものと同じ、全体的な構成要素を備える。一般に、各ポンプ組立体は、加圧組立体ハウジング３０８に取付けられた流体チャンバー３０７を有するチャンバー本体３０６と、加圧組立体ハウジング３０８に取付けられたアクチュエータハウジング３１０とを備える。このデュアル精密供給ポンプの実施例の２つのポンプ組立体は、互いに同一であることが理解されるだろう。
【００６３】
図７及び図８を参照すると、加圧組立体ハウジング３０８は、加圧組立体３１２を含み、加圧組立体３１２は、転動形ダイアフラムの形態の一体形加圧部材３１４を備え、一体形加圧部材３１４は、無孔ヘッド３１６と、ヘッドから離れるように軸方向に突き出すカラー３１８と、ヘッドから離れるように軸方向に突き出し薄肉構造を有するスカート３２０と、スカートの周りに円周状に配置されスカートの周辺縁端を形成するフランジ３２２とを備える。加圧部材は、一部が背面内に配置された中心開口を備え、内部にシャフト３２４を配置する。
【００６４】
第１の実施例のポンプの加圧部材と異なり、第２及び第３の実施例のポンプの加圧部材３１４は、ドーム形又は凸形のヘッド３１６を有し、ヘッド３１６は、流体チャンバー３０７の凹形の閉じた端部３２６に適合するように構成する。加圧部材は、円筒状の部材で、所定の直線的な流体排出が行程動作をするようにし、それによって正確で、予測可能で、厳密に制御された流体供給を確実にする。実際の供給量は、ポンプチャンバー内に入る、スカートに収容された支持具によって発生する。
【００６５】
加圧組立体３１２は、支持具３２８を備え、支持具３２８は、加圧部材に結合され、加圧部材が排出行程の間ハウジング内を軸方向に動く場合に、スカート３２０の表面を支持する。第１の実施例のポンプと異なり、本発明の第２及び第３の実施例のポンプの加圧組立体は、環状シャフトカップリング部材３３０を更に備え、環状シャフトカップリング部材３３０は、一方の端部が支持具に取付けられ、シャフト３２４の通路を形成する中心開口を備える。
【００６６】
１実施例では、シャフトカップリング部材３３０は、らせん状の溝又はねじの付いた内部開口を有するようにされ、シャフトカップリング部材とシャフトとの間に挿入された複数の可動式ボール３３１を介して、シャフトと結合される。このようにして、シャフトの回転運動は、ボールねじ機構によって、ハウジング内のシャフトカップリング部材３３０の軸方向変位を発生する。回転するアクチュエータ部材の運動を加圧組立体の軸方向運動に変換する他の機構が、本発明の範囲内で利用できることが理解されるであろう。
【００６７】
シャフトカップリング部材３３０は、信頼性の高いボールねじ機構を提供することができる適切な構造材料で形成することができる。１実施例では、シャフト３２４及びシャフトカップリング部材は、各々金属材料で形成される。しかし、ボールねじ機構が作動する間所定の度合の信頼性を与える限り、非金属材料が有用である可能性がある。
【００６８】
加圧組立体ハウジング３０８は、第１の実施例のポンプに関連して上述で説明したように作動する逆止弁３２５を備えることができ、逆止弁３２５は、加圧組立体の吸入行程の間、ハウジングチャンバーから外側に一方向の流れを与える。加圧組立体ハウジングはまた、上述に記載した理由で、ハウジング壁を通して配置される真空ポート３２７を備えることができる。１実施例では、真空ポートは、適切な真空源に接続され、ハウジング内に所定の度合の真空を発生させ、流体チャンバー３１４とハウジングチャンバーとの間の正差圧を維持して、加圧部材のスカートを、ハウジングの壁に対して配置され適切に支持されるように保持する。
【００６９】
１以上のスラスト軸受３３３が、ハウジング３０８の端部内及びシャフト３２４の一部の周りに配置される。スラスト軸受は、ハウジングに対するシャフト３２４の軸方向変位を制御し、それによってアクチュエータを、加圧組立体により発生する軸方向負荷から保護する。１実施例では、スラスト軸受３３３は、加圧組立体ハウジング３０８とアクチュエータハウジング３１０との間に挿入される。このようにして、加圧組立体の軸方向変位は、ハウジング内で、ハウジングチャンバー壁に沿った支持具３２８の摺動運動を介して外向きに案内され、また、スラスト軸受３３３内のシャフト３２４の回転を介して内向きに案内される。
【００７０】
加圧組立体３１２は、シャフト３２４の回転と、シャフトカップリング部材３３０とのボールねじによる係合によって、ハウジング３０８内で軸方向に動かされる。アクチュエータ３３２は、アクチュエータハウジング内に配置され、シャフト３２４の回転を発生させる。１実施例では、アクチュエータは、上述で第１の実施例のポンプについて説明した電動ステッピングモーターの形態で備えられる。好ましい実施例では、ステッピングモーター３３２は、フレキシブルカップリング３３５を介してシャフト３２４に接続され、フレキシブルカップリング３３５は、モーターに加わる半径方向の負荷を低減及び／又は除去する。第１の実施例のポンプと異なり、好ましい実施例では、第２及び第３の実施例のポンプは、ステッピングモーターを備え、ステッピングモーターは、組込み形のモーター、ドライバー、及び制御装置を備え、即ち、制御インテリジェンスがステッピングモーターに組込まれている。
【００７１】
各チャンバー本体３０６は、それぞれの弁本体３３４に取付けられ、弁本体３３４は、流体チャンバー３０７と流体接続される。上述で簡単に説明したように、各弁本体３３４は、ポペット弁機構（図９に示す）を備え、ポペット弁機構は、各ポンプ組立体の流体チャンバー３０７に出入りする流体の強制された一方向流れを与えるように構成され、運転される。好ましい実施例では、ポペット弁機構は、空気入口ポート３３６によって供給される空気によって空気圧で作動する。好ましい実施例では、チャンバー本体は、ねじによる取付けによってそれぞれの弁本体に取付けられる。
【００７２】
図８及び図９に最もよく示されているように、各流体チャンバー３０７は、流体入口ポート３３８及び流体出口ポート３４０を備え、これらのポートは、チャンバー本体３０６を通って延びる。各ポンプ組立体の流体入口及び出口ポート３３８及び３４０は、各々弁本体３３４に取付けられた共通の流体入口マニホールド３４２及び流体出口マニホールド３４４と流体接続されている。
【００７３】
ポンプの効率を低下させ、流体供給精度に有害な影響を与え得る、ポンプ内の望ましくない空気の巻き込み又は捕捉を最少化する目的で、ポンプは、流体がポンプを通って、（地表レベルを基準として）低い点から出発して、比較的高い点に流れるように配置される。即ち、図８に示すようにポンプを水平位置に設置する場合、流体入口マニホールドと、各ポンプ組立体への個々の流体入口通路及び流体入口ポートは、地表に関して、各ポンプ組立体からの流体出口ポートと流体出口通路、及び流体出口マニホールドより下に配置される。この構成は、浮力の自然原理を利用して、ポンプを通る空気の捕捉又は泡を強制排出し、即ち空気パージ行うように意図されている。
【００７４】
図９は、弁本体３３４内のポペット弁の配置を示す。この実施例では、２つの異なる弁本体が存在し、各ポンプ組立体に対して１つずつ存在する。各弁本体は、流体入口ポペット弁と、流体出口ポペット弁とを備える。従って、第１のポンプ組立体３０２の流体チャンバー３０７と流体接続する第１の入口ポペット弁３４６及び第１の出口ポペット弁３４８と、第２のポンプ組立体３０４の流体チャンバー３０７と流体接続する第２の入口ポペット弁３５０及び第２の出口ポペット弁３５２とが存在する。
【００７５】
図９及び図１０を参照すると、個々のポンプ組立体用のポペット弁は、共通の弁本体３３４を共有する。各ポペット弁は、弁本体内に配置された流体輸送チャンバー３５６を備え、弁本体は、その中にポペット組立体３５８を配置し、軸方向運動をするように構成されている。ポペット弁が入口又は出口どちらの強制流れの中に配置されるかに応じて、チャンバー３５６は、それぞれポンプの流体入口ポート３３８又は流体出口ポート３４０と流体接続される。ポペット組立体３５８は、チャンバー３５６内に配置された弁ステム３６０を備え、弁ステム３６０は、一方の端部でアクチュエータ部材３６２と接続され、また、反対側の端部で拡大したヘッド３６４に接続される。
【００７６】
チャンバーは、ヘッドに隣接して、直径の拡大した部分３６６を備え、ヘッドがその中で移動できるようにする。チャンバーの直径の拡大した部分は、ポペット弁が流体入口又は流体出口どちらの強制流れの中に配置されるかに応じて、流体入口通路３６８又は流体出口通路３７０と流体接続される。流体入口通路３６８は、各流体入口ポペット弁のチャンバーを、共通の入口マニホールド３４２に接続し、流体出口通路３７０は、各流体出口ポペット弁のチャンバーを、共通の出口マニホールド３４４に接続する。
【００７７】
チャンバーの拡大した直径部分３６６は、チャンバーの直径が縮小する遷移点又は肩の周囲に、円周状に配置された弁座３７２を備える。流体入口ポート及び出口ポート３３８及び３４０は、チャンバー内の、直径の拡大した部分にではなく、直径が縮小する点にそれぞれ配置される。更に、弁ステムは、流体入口又は流体出口ポートに隣接した直径の縮小した部分３７３を有し、ヘッド３６４まで延びて流体の流れを容易にするように構成される。弁座３７２は、チャンバー内の流体入口又は流体出口通路と、それぞれの流体入口ポート及び流体出口ポートとの間に配置される。このようにして、（流体入口ポート及び出口ポート３３８、３４０と、それぞれの流体入口通路及び出口通路３６８、３７０との間の）弁を通る流体流れは、それぞれの弁座３７２に対するポペット組立体ヘッド３６４の配置によって制御される。
【００７８】
１実施例では、流体出口側に配置されたポペット弁３４８及び３５０は、弁本体内に配置され、ポペットヘッド３６４及びそれぞれの弁座３７２が、それぞれ流体出口ポート３４０の下流に配置されるようにする。出口弁をこのように配置することは、弁が閉じている場合、流体チャンバー内の、流体出口通路と流体接続する部分に、わずかな体積の増加を生じる。この体積の増加は、出口弁が閉じている場合、流体出口通路内にわずかな吸い込みを発生し、流体の正確な供給を確実にするように作用する。
【００７９】
好ましい実施例では、ポペット弁は、加圧空気の制御された流れによって空気圧で作動される。加圧空気は、アクチュエータハウジング３７４を通って延びる各弁の空気入口３３６の中に導かれる。ポペット弁の設計は、本発明の精神から離れることなく、他の作動手段、例えば、機械式、ソレノイド式、油圧式作動手段等に適応するように変更できることが理解されるであろう。
【００８０】
アクチュエータハウジング３７４は、弁本体３３４の端部３７７にねじで取付けられたキャップ３７６の形態で備えられる。中間部材３７８は、キャップの内部表面３７９と弁本体の端部との間に挿入され、相互間に漏れのないシールを与えるように作用すると共に、中間部材とキャップ内部表面との間にアクチュエータ空気チャンバー３８０を形成するように作用する。
【００８１】
中間部材３７８は、中央開口部３８２を有し、中央開口部３８２は、その内部を貫通する弁ステムのアクチュエータ部材３６２を配置できる寸法とされる。アクチュエータ部材は、その端部に、可動式ダイアフラム３８４を備え、可動式ダイアフラム３８４は、アクチュエータ空気チャンバー３８０内に配置され、また、中間部材とキャップとの間の周辺縁端の周りを円周状にシールされ、空気入口３３６を介してアクチュエータ空気チャンバー３８０に入る加圧空気が、アクチュエータ部材及び弁ステムに加わる駆動力を発生する。
【００８２】
好ましい実施例では、本発明の精密供給ポンプと共に使用するように構成されたポペット弁は、フェイルシャットモードの作用をする。このような実施例では、ポペット弁は、アクチュエータの反対側のチャンバーの端部に配置されたばね３８６を有するように構成され、ばね３８６は、ポペット組立体に対して所定の付勢力を与え、アクチュエータハウジングに空気圧が全く導入されないか、又は不十分な量しか導入されない場合に、ポペットヘッド３６４を弁座３７２に係合させる。従って、弁を通る流体流れを発生するために弁を作動させるためには、ばねの付勢力を相殺するのに十分な量の空気圧が必要である。
【００８３】
上述に記載したように、１実施例では、各ポンプ組立体の流体入口及び流体出口ポペット弁は、共通の弁本体を共有する。このようにして、流体入口及び出口マニホールド３４２及び３４４は、ねじによる取付け等のような従来の方法によって２つの弁本体に取付けるように構成された、別々の部材３８８及び３９０として備えられる。マニホールドと弁本体との間の漏れのない嵌合を確実にするために、流体入口及び流体出口マニホールドは、流体入口及び流体出口通路３６８及び３７０を取り囲む弁本体の協働する表面部分の周りに、円周状にさねはぎシールを備えるように構成される。
【００８４】
第３の実施例のポンプの特定の実施例が説明され、図示され、ポンプ組立体の入口及び出口ポペット弁の共通の弁本体を備えていたが、本発明の範囲内で他の設計が可能であることが理解されるであろう。例えば、各ポペット弁が、固有の弁本体を有し、ポンプ組立体からの流体の流れを制御するために使用される他のポペット弁と独立しているように構成することができる。或は、この特定の実施例の４つのポペット弁全てが、共通の弁本体を、即ち、この特定の実施例で使用される４つのポペット弁全てに対して同じ弁本体を、共有するように構成することができる。
【００８５】
本発明の第２及び第３の実施例のポンプと共に使用される弁本体及びポペット弁の接液部品は、ポンプの接液部品を形成するために上述に記載したのと同じ非金属材料で、同じ方法で、形成することができる。好ましい実施例では、これらの部品は、ＰＴＦＥで成形又は機械加工される。ポペット弁のアクチュエータキャップ、中間部材、及びポペット弁の他の非接液部品は、ポンプの非接液構成要素を形成するために上述で記載した材料と同じタイプの材料で形成することができる。マニホールドは、ポペット弁及びポンプの接液部品を形成するために使用される材料と同じタイプの材料で形成することができ、ＰＴＦＥで形成することが好ましい。
【００８６】
デュアルポンプ組立体を備える本発明の第３の実施例のポンプは、不連続的又は連続的どちらにおいても、流体の正確な供給を必要とする用途において有用である。例えば、両方のポンプ組立体を同時に作動させ、吸入及び排出行程を同時に与え、２つのポンプの供給量を備える流体の不連続的供給を与えることができる。或は、一方のポンプ組立体が排出行程を生じる間にもう一方が吸入行程を生じ、流体の連続的な供給を与えるように、両方のポンプ組立体を逆のインターバルで作動させることができる。１実施例では、本発明の第３の実施例のポンプは、約５００立方センチメートル／分まで連続的に、流体の正確な供給を与えるように構成することができる。
【００８７】
この容積供給量は１つの特定の実施例を表すものであり、デュアルポンプ組立体を備える本発明の精密供給ポンプの容積供給量は、個々の用途に応じて変化する可能性があり、かつ変化するであろうことが理解されるだろう。例えば、より高い体積供給量が必要ならば、ポンプ組立体は、より大きな流体チャンバーと加圧部材の行程長を有するように構成するか、又は２つより多いポンプ組立体を有するように構成することができる。
【００８８】
ポペット機構の流体逆止弁を備える本発明の第２及び第３の実施例のポンプは、以下の方法で制御される。第２の実施例のポンプと単一のポンプ組立体とを参照すると、ポンプは、吸入行程では、加圧組立体を動かすように駆動されるので、同時に、流体入口ポペット弁が、ポンプ本体の流体チャンバーから又は流体チャンバーに流体を流すように駆動される。吸入行程が完了したら、ポペット弁は、作動を停止され、ポンプ本体の流体チャンバーへの流れを遮断し、加圧組立体の吸入行程の作動が停止される。
【００８９】
ポンプの加圧部材は、次に、排出行程に駆動され、その時出口ポペット弁は、出口ポペット弁を通って流体流れを供給するために、ポンプ本体の流体チャンバーから流体流れを通過させるように駆動される。排出行程が完了したら、ポンプの排出行程の作動は停止され、出口ポペット弁は、作動を停止されて閉位置となり、ポンプから流体がそれ以上流出又は供給されないようにする。このサイクルは、ポンプからの流体の供給が必要とされる都度繰り返される。
【００９０】
ポンプ及びポペット弁の作動は、適切な制御手段又は制御装置を使用して制御することができる。例えば、入口及び出口ポペット弁の作動は、位置感知手段によって制御することができ、位置感知手段は、侵入型又は非侵入型の何れでもよく、ポンプに結合されて加圧組立体の位置を感知するように動作する。第１の実施例のポンプでは、モーターストールにならない限り、ステッピングモーターの制御装置が常にポンプのヘッドがどの位置にあるかを正確に認識しているので、位置感知手段は備えていない。第２及び第３の実施例のポンプでは、ステッピングモーターは、モーターストールを感知する内蔵エンコーダを有する。
【００９１】
上述に記載したセンサーは、より基本的な空気圧式、油圧式、又は電動式作動システムで最も使用される可能性が高い。しかし、位置センサーは、良好な供給を検証又は確認するために、現在の実施例に追加してもよい。
【００９２】
本発明の第２及び第３の実施例のポンプは、駆動式ポペット弁を有するように構成され、ポンプからの精度の高い流体供給を与えるように動作する。入口ポペット弁は、流体の所定の量が、吸入行程の間、ポンプの流体チャンバーから引き出され、この流体の所定の量が、排出行程の間、ポンプの流体チャンバーから追い出され、ポンプ内で発生する漏れ又はその他の事象により供給量の意図せぬ変化が生じないことを保証するように作動する。弁は、対向するダイアフラムを備え、弁が駆動された場合、仮に容積変位があったとしてもわずかであるように設計される。従って、ポンプを出入りする流れのポペット弁によるこのような調節は、ポンプの運転中の流体の移動を厳密に制御するように作動し、それによって流体の供給精度を高める。
【００９３】
本用途の原理によって構成された精密供給ポンプの特徴は、反復的又は不連続的又は連続的何れかの基準で、流体の正確な供給を与えるよう特に設計されていることである。本発明の精密供給ポンプは、加圧部材を備え、加圧部材は、行程運動に直線的な流体排出を与え、それによって高度に正確な、予測可能で厳密に制御された流体排出を確実にするように特に設計されている。更に、本発明の精密供給ポンプは、処理流体を汚染するか、さもなければ処理流体に微粒子状物質を持込む可能性を伴わずに、流体のこのような正確な供給を行う。
【００９４】
本発明の精密供給ポンプの他の特徴は、ポンプ及び弁の全ての接液部品が、化学的に不活性な非金属材料、例えば、フッ素樹脂材料で完全に形成され、それによって、劣化又は腐食する材料から発生するかもしれない処理流体の汚染の可能性を、除去していることである。本発明の精密供給ポンプの他の特徴は、転動形ダイアフラムの形態の加圧部材の設計であり、それによって加圧部材は、薄肉スカートの転動動作又は転動移動によって、それぞれの加圧組立体ハウジングチャンバー内で、往復運動することができる。このような転動形ダイアフラムの使用は、過剰応力及び／又は可撓性部分の支持がされないことによる加圧部材の故障の可能性を最小とする。
【００９５】
本発明の精密供給ポンプのまた別の特徴は、ステッピングモーター及びステッピングモーター制御の使用であり、この使用は、ポンプの制御に対して非常に多くの方法を可能とし、ポンプの能力を増加する。例えば、ステッピングモーター制御装置は、一定の「サックバック」能力を提供するように構成することができ、この能力は、供給が完了した後、所定の量の流体を流体出口ポートに「サックバック」することができる。本明細書では、本発明の精密供給ポンプの限定された実施例が、詳細に説明され、図示されたが、様々な修正及び変形ができることが、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって明らかであろう。従って、請求項の範囲内で、本発明の原理による精密供給ポンプが、本明細書で特に説明した以外にも実施することができることが理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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