(57)【要約】駆動シャフト及び従動シャフト間に改良型カップリングを有する往復動ピストンと、ピストンの移動方向を変化させるための高速シフト切り換え機構とによって駆動される流体ポンプアセンブリ。
2005505726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１接続端部に１つまたは複数のデテントを有する第１往復動シャフトと、第２接続端部に１つまたは複数のデテントを有する第２往復動シャフトと、該第１及び第２シャフトを接続するための接続カラーとを備えた往復動シャフト接続部であって、前記接続カラーは、前記第１接続端部の少なくとも１つのデテントにはまり込んで第１弓形接合面を形成する大きさ及び配置の第１突起、及び前記第２接続端部の少なくとも１つのデテントにはまり込んで第２弓形接合面を形成する大きさ及び配置の第２突起を有する往復動シャフト接続部。
【請求項２】
外側カラーが前記接続カラーの周囲に配置される請求項１に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項３】
前記外側カラーの外表面上にリッジをさらに有する請求項２に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項４】
前記外側カラーを前記接続カラーの周囲から取り外す仕方を表示するインジケータを前記外側カラーの前記外表面上にさらに有する請求項３に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項５】
前記外側カラー内の開口と、該開口に挿入される止めねじとをさらに有する請求項２に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項６】
前記止めねじを受け取るためのリセスを前記接続カラー内にさらに有する請求項５に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項７】
前記接続カラーの傾斜外表面と、前記外側カラーの傾斜内表面とをさらに有しており、前記第１及び第２シャフトを接続する時、前記傾斜外表面は前記接続カラーの前記傾斜内表面とはめ合わされる請求項２に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項８】
前記１つまたは複数のデテントは、１つの環状デテントを有し、前記第１および第２突起の各々は、環状突起を有する請求項１に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項９】
２つの接続カラーが設けられている請求項２に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項１０】
さらに、前記第１接続端部のほぼ平坦な第１表面と、前記第２接続端部のほぼ平坦な第２表面とを有しており、前記第１及び第２シャフトを接続する時、ほぼ平坦な前記第１及び第２表面は、ほぼ平行である請求項１に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項１１】
さらに、前記第１接続端部のタブと、前記第２接続端部のタブ開口とを有しており、前記第１及び第２シャフトを接続する時、前記タブは前記タブ開口にはまり込む請求項１に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項１２】
前記タブは、上部を有し、前記タブ開口は、底部を有しており、前記第１及び第２シャフトを接続する時、前記上部及び前記底部間にギャップが存在する請求項１１に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項１３】
前記第１接続端部は、前記タブを取り囲むほぼ平坦な第１環状面を有し、前記第２接続端部は、前記タブ開口を取り囲むほぼ平坦な第２環状面を有しており、前記第１及び第２シャフトを接続する時、ほぼ平坦な前記第１及び第２表面は、ほぼ平行である請求項１１に記載の往復動シャフト接続部。
【請求項１４】
請求項１に記載の往復動シャフト接続部を有する流体ポンプアセンブリ。
【請求項１５】
駆動アセンブリに作動接続され、接続端部に１つまたは複数の駆動デテントを有する駆動往復動シャフト、及び接続端部に１つまたは複数の従動デテントを有して、流体ハウジング内のプランジャに作動接続されている従動往復動シャフトと、
少なくとも２つの内側カラーであって、その各々が、１つまたは複数の駆動デテントにはまり込んで駆動半径方向接合面を形成する大きさ及び配置の駆動内側突起、及び１つまたは複数の従動デテントにはまり込んで従動半径方向接合面を形成する大きさ及び配置の従動内側突起とを有して、前記駆動及び従動シャフトのそれぞれの接続端部の周囲に配置される少なくとも２つの内側カラーと、
該内側カラーの周囲に配置される外側カラーと、
を備えた流体ポンプアセンブリ。
【請求項１６】
前記駆動アセンブリは空気駆動式ピストンアセンブリを備えている請求項１５に記載の流体ポンプアセンブリ。
【請求項１７】
該流体ポンプアセンブリから、該流体ポンプアセンブリによって圧送された流体を噴霧するスプレーガンに通じる流体導管をさらに備えている請求項１６に記載の流体ポンプアセンブリ。
【請求項１８】
開放位置及び閉鎖位置を有する空気弁スイッチであって、
長手軸及び側部リセスを有する作動プランジャと、
該スイッチが前記閉鎖位置ある時、前記側部リセス内に位置するボールであって、前記プランジャが前記長手軸に沿って移動することにより、前記プランジャから離れる方向に移動するボールと、
前記側部リセスと反対側で前記ボールに隣接配置された空気弁であって、前記ボールに隣接配置されたボールピンを有して、該ボールピンの往復動が該空気弁を開閉させる、空気弁と、
を備えた空気弁スイッチ。
【請求項１９】
前記空気弁は三方弁である請求項１８に記載の空気弁スイッチ。
【請求項２０】
前記プランジャは、アクチュエータピンに作動接続されて、それにより、該アクチュエータピンの移動によって、前記プランジャが前記長手軸に沿って移動する請求項１８に記載の空気弁スイッチ。
【請求項２１】
上端部、底端部、該底端部付近に配置された底部空気入口、及び上端部付近に配置された上部空気入口を有するピストン室と、
該ピストン室内に収容されて、前記ピストン室内で上下に往復動するピストンと、
加圧空気を前記底部空気入口及び前記上部空気入口のいずれかに択一的に送出して、それによって前記ピストンを前記ピストン室内で往復動させる主空気弁と、
前記ピストン室の上端部に配置されて、前記主空気弁に作動接続されたダウンスイッチであって、前記ピストン室内に延出する上部アクチュエータを有し、それにより、前記ピストンが上端部に接近する時、前記ピストンが前記上部アクチュエータに接触する、ダウンスイッチと、
前記ピストン室の底端部に配置されて、前記主空気弁に作動接続されたアップスイッチであって、前記ピストン室内に延出する底部アクチュエータを有し、それにより、前記ピストンが底端部に接近する時、前記ピストンが前記底部アクチュエータに接触する、アップスイッチと、
を備えた空気圧モータ。
【請求項２２】
前記ダウンスイッチはさらに、上部空気弁及び上部空気導管を有しており、該上部空気導管は、前記上部空気弁から前記主空気弁に通じており、前記アップスイッチは、底部空気弁及び底部空気導管をさらに有しており、該底部空気導管は、前記底部空気弁から前記主空気弁に通じている請求項２１に記載の空気圧モータ。
【請求項２３】
空気圧モータと、該空気圧モータに接続されて、塗料をスプレーガンへ圧送するために塗料ポンプの従動シャフトを往復動させる駆動シャフトとを備えた空気駆動式塗料ポンプであって、前記空気圧モータは、室内にピストンを有し、前記駆動シャフトは、該ピストンに接続されて、該ピストンを往復動させることができ、前記空気圧モータは、空気圧ピストンシフト機構を含み、該空気圧シフト機構は、加圧空気を前記室の前記ピストンの上方の上部分及び前記室の前記ピストンの下方の下部分のいずれかに択一的に供給する主空気弁を備えており、前記ピストンは、その行程の上部で第１部材に係合し、該第１部材は、第１空気弁を作動させて空気を前記主弁に送り、それにより、前記主弁が空気を前記室の前記ピストンの上方の上部分に供給するように、前記主弁をシフトさせ、前記ピストンは、その行程の底部で第２部材に係合し、該第２部材は、第２空気弁を作動させて空気を前記主弁に送り、それにより、前記主弁が空気を前記室の前記ピストンの下方の下部分に供給するように、前記主弁をシフトさせる空気駆動式塗料ポンプ。
【請求項２４】
前記主弁は四方弁である請求項２３に記載の空気駆動式塗料ポンプ。
【請求項２５】
前記第１空気弁及び前記第２空気弁の両方は三方弁である請求項２３に記載の空気駆動式塗料ポンプ。
【請求項２６】
前記第１部材及び前記第２部材の両方は前記室内へ延出したばね付勢ピンである請求項２３に記載の空気駆動式塗料ポンプ。
【請求項２７】
前記駆動シャフトは、接続端部に１つまたは複数の駆動デテントを有し、前記従動シャフトは、接続端部に１つまたは複数の従動デテントを有し、前記駆動シャフトは、駆動アセンブリによって前記従動シャフトに接続されており、該駆動アセンブリは、少なくとも２つの内側カラーを有し、その各々は、前記１つまたは複数の駆動デテントにはまり込んで駆動接合面を形成する大きさ及び配置の駆動内側突起と、前記１つまたは複数の従動デテントにはまり込んで従動接合面を形成する大きさ及び配置の従動内側突起とを有しており、前記内側カラーは、前記駆動シャフト及び前記従動シャフトのそれぞれの接続端部の周囲に配置され、また、外側カラーが、前記内側カラーの周囲に配置される請求項２３に記載の空気駆動式塗料ポンプ。
【請求項２８】
前記接続カラーの傾斜外表面と、前記外側カラーの傾斜内表面とをさらに有しており、前記駆動シャフト及び前記従動シャフトを接続する時、前記傾斜外表面は前記接続カラーの前記傾斜内表面とはめ合わされる請求項２７に記載の空気駆動式塗料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、包括的には流体ポンプアセンブリに関する。特に、本発明は、駆動シャフト及び従動シャフト間のカップリング機構であって、シャフトの迅速な接続及び切り離しを可能にしながら、同時に、使用中は適当な接続を維持するカップリング機構に関する。本発明はさらに、ピストン駆動式空気圧ポンプ用の高速動作シフト機構に関する。
【０００２】
［関連出願］
本出願は、共に２００１年１０月５日に出願された米国仮特許出願第６０／３２７，３９４号及び第６０／３２７，５３４号の利益を請求し、それらの開示内容全体は参照によって本明細書に完全に援用される。
【０００３】
［発明の背景］
流体ポンプアセンブリは当該技術分野では周知であり、さまざまな用途がある。１つのそのような用途は、物品にコーティング液を塗布して、塗布後に液体が硬化して物品上に保護または装飾層(aesthetic layer)を形成できるようにすることである。塗料は通常、ブラシまたはスプレーガンを使用してこのように物品に塗布される。流体ポンプアセンブリが、液体を噴霧するか、別の方法でシステム内を移動させるために必要な圧力を供給する。
【０００４】
１つのそのような流体ポンプアセンブリが、米国特許第６，２１２，９９７Ｂ１号に開示されており、その開示内容全体を参照により本明細書に完全に援用する。それに記載されているポンプは、空気弁を介して導入された空気圧に応じて往復動するピストンを備えている。空気弁は、ピストン及び取り付けられた駆動ロッドを上方または下方のいずれかに押すために加圧空気の送出を交互させるように機能する。従動ロッドは、一端部で駆動ロッドに、他端部で油圧ハウジング内に配置されたプランジャに接続されている。プランジャは、油圧ハウジング内に配置された端部付近に圧力ボール逆止め弁を有する内孔を組み込んでいる。ピストンが往復動すると、プランジャも往復動する。圧力ボール逆止め弁の働きにより、往復動力によって流体が加圧状態で内孔内へ、また内孔から外へ押し進められて、他の場所へ加えられる。このポンプでは、従動ロッドが、ねじ式接続によって駆動ロッドに接続されている。
【０００５】
駆動シャフトを従動シャフトに接続する別の手段が、米国特許第６，１６４，１８８号に開示されている。それにおけるカップリングは、２つの往復動シャフトのフランジ付き端部を受け取るリセスを設けた２部材形クランプを有する。当該技術分野において必要なものは、駆動シャフトを従動シャフトに確実に当接させて保持すると共に、２つのシャフトの長手軸を共直線状態に確実に維持することができる往復動シャフト接続アセンブリである。そのような構造は、従来技術には存在していない。
【０００６】
従動シャフトは、空気圧によって往復動するピストンなどの、何らかの機構で往復動させなければならない。米国特許第６，２１２，９９７Ｂ１号に示されているような従来型流体ポンプアセンブリは、空気弁を「アップ」及び「ダウン」空気圧配置(between "up" and "down" air pressure configurations)間で切り換えるために、オーバセンタばねスイッチＳを組み込んでいる。図１は、そのようなばねスイッチＳをより詳細に示している。これらのアセンブリでは、米国特許第６，２１２，９９７Ｂ１号に示されているように、シフトアームの一端部が駆動シャフトに固定され、他端部がプッシュロッドＲ上に摺動可能にはめ付けられている。行程の終端付近で、シフトアームは、プッシュロッドＲ上のストッパに当たって、プッシュロッドＲを移動させる。そのため、図１に示されているように、プッシュロッドＲ上の２つのリングＲ１及びＲ２のうちの、空気弁Ｖに近い方のものが、ばねスイッチＳの延出部分Ｅに接触する。このようにして、ばねスイッチＳを「アップ」及び「ダウン」位置間で移動させる。
【０００７】
オーバセンタばねスイッチＳによって加えられるばね力は通常、高速シフトを達成するために非常に大きい。高速シフトが望ましく、それは、ピストンの方向が変わる時、ピストンがまったく移動しない短時間が必然的に存在するからである。ばね力が大きいと、この時間が最小限に抑えられ、それにより、流体は可能な限り一定の速度で圧送される。そうでなければ、圧送中の流体の噴出（または「ウィンク(wink)」が発生する可能性があり、これは物品へのコーティング液の塗布には望ましくない。ばね力が大きいことは、特にピボット点に位置する部品の摩耗を招き、したがって、時間の経過に伴った部品交換が必要である。また、焼入鋼部材や幾つかの相互連結部品(interconnected parts)が必要である可能性があり、これらは両方ともシステムのコストを増加させる。また、プッシュロッドＲ及びばねスイッチＳにカバーを設けて、使用中に作業者がこれらの部品で怪我をしないように保護する必要がある。
【０００８】
したがって、駆動シャフト及び従動シャフト間のカップリングであって、迅速な接続及び切り離しを可能にすると共に、シャフト間の軸方向整合状態の接続を確実に維持することができるカップリングを有する流体ポンプアセンブリを提供することが望ましい。特に、独力で２つのシャフトを長手方向に押し合わせると共に、それらの長手軸を整合状態に保持する単一のシャフトカップリング機構が必要とされている。
【０００９】
必要な摩耗部品が少なく、メンテナンスが容易で、作業者の安全性を向上させるためにピンチ点をなくした高速シフト切り換え機構を提供することが、さらに望ましい。そのようなスイッチ機構を廉価な部品で製造することが、さらに望ましい。
【００１０】
［本発明の概要］
本発明は、駆動及び従動往復動シャフト間に改良型カップリングを設けた新しい流体ポンプアセンブリを対象としている。新しいカップリングは、シャフトを合体保持すると共に、それらを共通の長手軸に沿って整合させる両機能を有する。それはさらに、迅速な接続及び切り離しを可能にする。
【００１１】
本発明はさらに、流体ポンプアセンブリ内の空気ピストンを動作させるための改良型高速シフト切り換え機構を対象としている。
【００１２】
［発明の詳細な説明］
図２〜図５を参照すると、往復動シャフト接続部１０の１つの実施形態が示されている。本説明では、往復動シャフト接続部の特定構造を参照しながら本発明を図示して記載するが、この記載は、本来的に例示のためであって、制限的な意味で解釈されるべきではない。当該技術分野の技術者であれば、本発明が多くの異なった形式及び構造で実現できることを容易に理解できるであろう。１つの態様では、本発明はもっと広い範囲において、接続及び切り離しを容易に行うことができる一方、往復動シャフトの確実な長手方向整合を維持することができる往復動シャフト接続部を提供するという着想を対象としている。
【００１３】
図３は、往復動シャフト接続部の基本部材、すなわち、第１駆動シャフト１２、第２従動シャフト１４、２つの内側カラー１６、１８、及び外側カラー２０を示している。わかりやすくために、２つのシャフト１２、１４は、全くの垂直配置から小さい角度を付けた向きに示されており、駆動シャフト１２が従動シャフト１４の上方に位置している。実際に使用する場合、２つのシャフト１２、１４は垂直配置、水平配置、または垂直及び水平間のある角度をなす共直線配置にすることができる。また、従動シャフト１４を駆動シャフト１２の上方に配置してもよい。
【００１４】
図２は、本発明の空気圧モータに接続された駆動シャフト１２を示す。より詳細に後述するカップリング部材１６、１８、２０によって、駆動シャフト１２は好ましくは、全体的に参照によって本明細書に援用される米国特許第６，２１２，９９７Ｂ１号の従動シャフト２２のような、塗料ポンプ用の従動シャフトに接続される。
【００１５】
駆動シャフト１２は、上述の本発明の空気圧モータに一端部で作動接続されている。この空気圧モータは、詳細に後述するが、駆動シャフト１２を往復動させる。シャフト１２は、従動シャフト１４を往復動させるので、ここでは駆動シャフト１２と呼ぶ。もちろん、図示の駆動アセンブリに対しては、駆動シャフト１２は「従動」シャフトである。同様に、流体ポンプアセンブリによって駆動される流体に対しては、従動シャフト１４は「駆動」シャフトである。
【００１６】
駆動シャフト１２は、連結端部２２で従動シャフト１４の連結端部２４に連結される。駆動シャフト１２の連結端部２２は、（図５に示された）タブ開口２６を有し、従動シャフト１４の連結端部２４にタブ３０が設けられている。タブ開口２６及びタブ３０は、（図示のような）円形、正方形、三角形などの任意の所望形状を有することができる。それらが円形であることが好ましい。２つのシャフト１２、１４が連結される時、タブ３０がタブ開口２６にはまり込む。これは、連結動作中にシャフト１２、１４を整合状態に保持するのを助ける。好ましくは、タブ３０の上部とタブ開口２６の底部との間に（図５に示された）ギャップ３１が残される。このように、タブ開口２６及びタブ３０の周囲で連結端部２２、２４の環状部分が当接する場所で、荷重が担持される。摩耗を防止すると共に、シャフトの整合の維持を助けるために、これらの環状部分がほぼ平坦で、互いにほぼ平行でなければならない。
【００１７】
また、タブ開口２６及びタブ３０が密に嵌合するように構成されている場合、それらはさらに、シャフト１２、１４の往復動中、２つのシャフト１２、１４を共直線軸に沿った向きにするのを助ける。たとえば、タブ開口２６及びタブ３０を円形に形成して、開口２６の半径をタブ３０の半径よりごくわずかだけ大きくすることができる。変更例として、駆動シャフト１２の連結端部２２にタブ３０を設け、従動シャフト１４の連結端部２４にタブ開口２６を設けてもよい。
【００１８】
図３及び図５に最もわかりやすく示されているように、内側カラー１６、１８及び外側カラー２０によって、駆動シャフト１２の連結端部２２が従動シャフト１４の連結端部２４に接続される。最初に、外側カラー２０を駆動シャフト１２にはめて、一時的に連結端部２２から離れた位置に置き、次に、連結端部２２、２４を合わせる。内側カラー１６、１８を２つのシャフト１２、１４の周囲にはめる。２つ以上の内側カラーを使用することができ、図面には、好適な実施形態として、２つの内側カラー１６、１８が示されている。内側カラーは、同一寸法にする必要はなく、そのため、たとえば、第１内側カラーがシャフト１２、１４の円周の１８０°を覆い、第２カラーが９０°を覆い、第３カラーが残りの９０°を覆うことができる。製造して使用しなければならない部品数を減少させることから、同一寸法のカラーが好ましい。また、内側カラーが２つのシャフト１２、１４の円周を完全に包囲する必要はない。しかし、往復動力をできるだけ広い面積に分散させ、それによってさまざまな部品の摩耗を最小限に抑えることができるように、完全に覆うことが好ましい。
【００１９】
内側カラー１６、１８は、はめ合い突起及びデテントによってシャフト１２、１４を合体保持する。たとえば、図示のように、連結端部２２、２４がそれぞれ環状デテント２８、３２を有し、２つの内側カラー１６、１８の各々が２つの環状突起３４、３６を有する。環状突起３４が環状デテント２８にはまり、環状突起３６が環状デテント３２にはまる。変更例として、内側カラーの環状デテントにはまる環状突起を連結端部２２、２４に設けてもよい。さらに、円周方向に途切れないで延在する環状の代わりに、もっと離散形の突起／デテント組み合わせ体を用いてもよい。たとえば、各内側カラー１６、１８に２つ以上の突起を円周方向に間隔をおいて設けて、密に嵌合する大きさにしたシャフト１２、１４側の対応デテントにそれらをはめ込んでもよい。これは、往復動シャフト及び内側カラー部材間の相対回転を防止することができ、それは一部の用途では有用であろう。
【００２０】
内側カラー１６、１８をシャフト１２、１４上に適当に配置した後、外側カラー２０を（駆動シャフト１２上の連結端部２２から間隔をおいた）一時的位置から、２つの内側カラー１６、１８を覆う静止位置へ移動させる。好ましくは、外側カラー２０は、内側カラー１６、１８の傾斜外表面４０に対応した傾斜内表面３８を有する。これにより、内側カラー１６、１８を往復動シャフト１２、１４に押し付けて保持する圧縮力が生じる。
【００２１】
多くの使用例では、傾斜表面３８、４０に沿って生じる摩擦が、外側カラー２０が内側カラー１６、１８から滑り落ちるのを防止するのに役立つであろう。しかし、外側カラー２０を１つまたは複数のカラー留め具によって内側カラー１６、１８にもっと強力に固定してもよい。カラー留め具は、安全性を高めるためだけに、または、往復動が特に激しい場合にも有用であろう。好ましくは、内側カラー１６、１８を十分に密に嵌合させて、カラー留め具には、往復動力を駆動シャフト１２から従動シャフト１４に伝達することではなく、外側カラー２０を所定位置に保持することだけを頼るようにする。カラー留め具は、たとえば、外側カラー２０の上部で駆動シャフト１２の周囲に配置される弾性スナップリングまたはクリップにすることができるが、ピンを駆動シャフト１２内に収容して、外側カラー２０の直ぐ上方に配置するか、あるいは、外側カラー２０内のピン穴にはめ込み可能にしてもよい。
【００２２】
好ましくは、図示のように、１つまたは複数の止めねじ４２をカラー留め具として使用する。止めねじ４２は、外側カラー２０内のねじ部付きねじ開口４４に挿通してもよい（ねじ部は図示されていない）。必須ではないが、好ましくは、止めねじ４２は、内側カラー１６、１８のリセスにはめ込まれる。そのようなリセスは、図示のように、外側環状デテント４６を有してもよいが、内側カラー１６、１８に円周方向に間隔をおいて設けられた一連の外側開口（各止めねじ４２に１つずつ）を有することもできる。止めねじ４２と内側カラー１６、１８の環状デテント４６または外側開口との間の干渉により、外側カラー２０が内側カラー１６、１８から滑り落ちるのが防止される。
【００２３】
外側カラー２０の外表面に幾つかのリッジ４８が示されている。これらのリッジ４８により、使用者は、シャフト接続部の連結または切り離しのいずれにおいても外側カラー２０をよりうまく把持することができる。たとえば、一定期間にわたって使用した後では、外側カラー２０が内側カラー１６、１８に固着する傾向があるので、これが役立つであろう。リッジ４８は、外側カラー２０を内側カラー１６、１８から滑らせて外すために、手で把持するか、ねじ回しまたは他の工具で押し出すのに便利な場所を提供する。内側カラー１６、１８から滑らせて外すために外側カラー２０をどの方向に移動させるべきかを示すために、外側カラー２０上か、またはシャフト１２、１４の一方にインジケータ５０を付けてもよい。
【００２４】
もちろん、シャフト及びカラーの材料選択は、これらの部材に加えられる荷重に左右される。本出願人が意図する使用例では、シャフトは、約１０，０００ポンドの力を受けるであろう。そのレベルの力の場合、さまざまな部材を作製するために鋼を使用することが適切であろう。部材に対する環境作用の防止を助けるために、３０３型鋼(Type 303 steel)を使用することができる。本出願人は、内側カラー１６、１８の部品用には４１４０型鋼で十分であり、外側カラー２０用には３０３型鋼で十分であることがわかった。もっと小さい力を伝達する用途の場合、これらの部材用にプラスチックを使用するのが適切であろう。
【００２５】
図５に最もわかりやすく示されているように、このカップリングは、内側カラー１６、１８及びシャフト１２、１４間の接合面として、半径方向表面を生じる。具体的に言うと、環状突起３４、３６及び環状デテント２８、３２の支持表面は、これらの部材間に弓形接合面を生じる。したがって、傾斜接合面３８、４０は、同時に２つの目的を果たす。それは、連結端部２２、２４を合体保持すると共に、シャフト１６、１８を整合させて、それらの長手軸がほぼ共直線状態になるようにする。
【００２６】
前述したように、何らかの機構が、２つのシャフト１２、１４を往復動させなければならない。１つのそのような機構は、図２に示されていると共に図６に断面図で示された、空気圧で駆動されるピストンである。主弁１００が、加圧空気が下側通路１０４または上側通路１０６のいずれを通ってピストン室１０２に流入するかを制御する。本明細書で使用する時、「上側」、「下側」及び同様な関係用語は、図示の実施形態を参照する時の便宜的な表示用に使用される。実際の使用では、駆動シャフト１２が図示のように上側からではなく、下方から駆動されることが望まれる場合、図示の実施形態を実際には上下逆転させることができることは、理解されるであろう。
【００２７】
空気が下側通路１０４を通って流入する時、ピストン１０８は押し上げられて、ピストン室１０２の上部分から押し出された空気が、上側出口ポート（図示せず）から排出される。空気が上側通路１０６を通って流入するとき、ピストン１０８は押し下げられて、ピストン室１０２の下部分から押し出された空気が、下側出口ポート（図示せず）から排出される。ピストン１０８が往復動する時、駆動シャフト１２も往復動する。
【００２８】
主弁１００は、以下のように動作する。２つの小径部分１１６、１１８を有するほぼ円筒形の弁棒１１４が、主弁１００内を上下移動する。図６には、弁棒１１４が上方位置に示されている。加圧空気が、入口１２０から主弁１００に流入する。中間Ｏリング１２２が、弁棒１１４の外周に密接して、加圧空気を下側環状リセス１１６から下側通路１０４内へ、または上側環状リセス１１８から上側通路１０６内へ向かわせることができる。このように、弁棒１１４の上下移動によって、主弁１００の切り換えが進む。
【００２９】
本発明の好適な実施形態では、その切り換えは、２つのスイッチ１２４で行われる。図６〜図８に示されているように、一方のスイッチ１２４がピストン室１０２の上部に配置され、他方がピストン室１０２の底部に配置されている。図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図８Ａ及び図８Ｂは、ピストン室１０２の上部のスイッチ１２４だけを示しているが、それがピストン室１０２の底部のスイッチ１２４と同様に動作するからである。一般的に、スイッチは、垂直プランジャ１２８と、三方弁１２５とを有する。
【００３０】
ピストン１０８が上り行程の最上部付近にある時、それはスイッチ１２４のアクチュエータピン１２６に当たる。図７Ａ〜図７Ｃは、ピストン１０８が最初にアクチュエータピン１２６に接触する時点におけるスイッチ１２４を断面図で示している。アクチュエータピン１２６は、プランジャハウジング１２９内に収容されている垂直プランジャ１２８と一体化しているか、またはそれに（螺着などによって）固定して取り付けられているかのいずれかである。垂直プランジャ１２８は、さらに後述するように、三方弁１２５のボール１３２を受け取るためのリセス１３０を有する。垂直プランジャは、上側内孔１３４も有し、その内部には、ばね１３６によって包囲されたばね整合ロッド１３８がはめ込まれている。ばね１３６は、垂直プランジャ１２８を下方に押し付ける。さまざまなＯリングが、スイッチ１２４を通ってピストン室１２に流出入する空気の通路を密封する。上昇中のピストン１０２は、ばね１３６のバイアスに逆らってアクチュエータピン１２６を垂直方向に変位させて、スイッチ１２４を作動させる。
【００３１】
作動前には、図７Ａ〜図７Ｃに示されているように、ボール１３２は、ボールばね１４４のバイアスの作用で動くボールピン１４２によって、垂直プランジャ１２８のリセス１３０に押し込まれている。プランジャハウジング１２９は好ましくは、三方弁１２５に面する側部に平坦領域１４６が形成されていることを除いて、ほぼ円筒形である。平坦領域１４６は、ボール１３２をリセス１３０内に適正に整合させることを含めて、プランジャハウジング１２９に対する三方弁１２５の整合を助ける。それはまた、三方弁１２５を最初に取り外さなくても、プランジャハウジング１２９をピストン室１０２の上壁１４８から取り外すことができるようにする。
【００３２】
図８Ａおよび図８Ｂは、スイッチ１２４が作動位置にあるところを示している。垂直プランジャ１２８がピストン１０８によって押し上げられると、ボール１３２がボールばね１４４のバイアスに逆らって水平方向に変位して、図８Ａおよび図８Ｂに示された位置に達する。理想的には、垂直プランジャ１２８のリセス１３０を画定する下面１５０に角度を付けて、それが常に（作動前、作動中及び作動後）ボール１３２の外表面に接するようにすべきであろう。これは、スイッチ１２４の速度を最大化する。下面１５０の正確な角度は、三方弁１２５を開くために必要なボール１３２の水平変位量によって決定される。リセス１３０の主要機能は、ボール１３２を水平方向に変位させることであり、そのため、リセス１３０が図示のように垂直プランジャ１２８の周囲全体に延在する必要はない。しかしながら、製造及び組み立てが簡単になるため、この環状リセスが好ましい。
【００３３】
ボール１３２の水平変位によって、三方弁１２５が開く。上述したように、圧送された流体の噴出をさけるために、この作動を可能な限り高速にすることが望ましい。すなわち、本実施形態では、垂直プランジャ１２８のごくわずかな垂直移動の結果として、ボール１３２の水平変位（したがって、三方弁１２５の開放）が迅速に生じることが望ましい。垂直プランジャ１２８の外径が、ボール１３２の直径とほぼ同一か、それより大きい場合、これがさらに容易に達成される。
【００３４】
ボール１３２によって作動するいずれの三方弁でも、本発明の目的を達成するであろう。本実施形態で記載する三方弁１２５もうまく働く。弁ハウジング１５２の外形はほぼ円筒形であって、入口環状部分１５４、送出環状部分１５６及び排出環状部分１５８の３つの環状リセスを有する。弁ハウジング１５２内の円筒形内孔が移動体(transfer body)１５９を保持しており、一方側に端部キャップ１６１が螺着されている（変更例として、端部キャップ１６１を移動体１５９と一体的に形成してもよい）。移動体１５９は、保持ばね１６５及び閉鎖キャップ１６４によって、弁ハウジング１５２内のカウンタボア１６３に当接した所定位置に保持されている。閉鎖キャップ１６４は、接着剤、螺着、締まりばめ(tight fight)などで三方弁１２５内の所定位置に保持することができる。移動体１５９内には、移動プラグ１６８及び排出プラグ１８２を有する移動シャフト１６７が収容されている。
【００３５】
加圧空気が、上壁１４８の入口通路１５５から入口環状部分１５４に供給される。１つまたは複数の入口穴１６０によって、加圧空気が入口環状部分１５４から弁ハウジング１５２内の、閉鎖キャップ１６４及び移動体１５９間の入口室１６２へ流れることができる。図７Ａ〜図７Ｃの不作動位置では、移動体１５９の移動ポート１６６(transfer port)が、移動ばね１７０によって閉鎖位置へ押し付けられた移動プラグ１６８によって閉鎖されている。したがって、三方弁１２５が閉鎖位置にあって、加圧空気が入口室１６２内に捕らえられる。
【００３６】
移動ポート１６６は、移動体１５９内の送出室１７２に通じている。１つまたは複数の移動穴１７１が、送出室１７２から移動体１５９の外側環状部分１７３に通じている。そこから１つまたは複数の送出穴１７４によって、空気が送出室１７２及び送出環状部分１５６間を移動することができる。さらに後述するように、送出環状部分１５６内の空気は、上壁１４８の送出通路１５７を経て主弁１００へ移動することができる。
【００３７】
三方弁１２５が図７Ａ〜図７Ｃの不作動位置にある時、空気は、移動体１５９内の排出ポート１７８を通って送出室１７２及び排出室１７６間を自由に流れることができる。１つまたは複数の排出穴１７９が、排出室１７６から排出環状部分１５８に通じており、上壁１４８内の排出通路１６９が、そこから大気に通じている。排出ポート１７８は、ボールピン１４２内の、１つまたは複数の出口穴１８０（２つが図示されている）を有する中央内孔として形成されている。排出ポート１７８は、送出室１７２内に配置された排出プラグ１８２によって閉鎖することができるが、三方弁１２５が閉鎖されている時、排出ポート１７８は開いたままである。したがって、三方弁１２５が図７Ａ〜図７Ｃの閉鎖位置にある状態では、空気は送出室１７２及び排出室１７６間を自由に移動することができる。
【００３８】
ボール１３２が垂直プランジャ１２８によって図８Ａおよび図８Ｂに示された位置へ押し戻される時、三方弁１２５が開く。これにより、ボールピン１４２がボールばね１４４のバイアスに逆らって移動し、やがてボールピン１４２が排出プラグ１８２に当接して、これにより、排出ポート１７８を閉鎖する。ボールピン１４２が移動体１５９の内孔を通って押し戻されるので、ほぼ同時に出口穴１８０が閉鎖される。この時点で、排出室１７６が送出室１７２から隔離される(sealed away)一方、この送出室１７２はまだ入口室１６０から隔離されている。
【００３９】
ボール１３２がさらに移動することによって、ボールピン１４２が排出プラグ１８２を押して、したがって、移動ばね１７０のバイアスに逆らって移動シャフト１６７を移動させる。このようにして、移動プラグ１６８が移動ポート１６６から押し離され、それにより、加圧空気が入口室１６２から送出室１７２へ自由に移動することができる。排出室１７６が送出室１７２から隔離されているため、空気は、送出環状部分１５６を経て三方弁１２５から押し出される。
【００４０】
三方弁１２５は以下のように動作する。図７Ａ〜図７Ｃの閉鎖位置では、入口環状部分１５４を経て供給された加圧空気は、入口室１６２内に保持される。さらに、送出環状部分１５６は、排出環状部分１５８に開いている。三方弁１２５が閉鎖位置にある状態で、空気通路が送出環状部分１５６から主弁１００に通じているため、加圧空気は主弁１００にまったく送出されない。反対に、図８Ａおよび図８Ｂの開放位置では、入口環状部分１５４を経て供給された加圧空気は、送出環状部分１５６に自由に流入することができる。同時に、排出環状部分１５８は、入口環状部分１５４及び送出環状部分１５６の両方から隔離されている。そのため、開放位置にある時、加圧空気は以下のようにして主弁１００へ送られる。空気は、送出環状部分１５６に流入し、送出通路１５７を通って空気管路２０２に流れ込む。空気管路２０２は、内孔２００に接続されて（図２）、主弁１００内の上部室１８８に入る。加圧空気が室１８８に流入すると、それはシャフト１１４を図２において下方へ押して、空気流を上側通路１０６に向かわせ、それにより、空気が室１０２の上部に流れ込み、ピストン１０８の移動方向が逆になって、図２において下向きになる。
【００４１】
ピストン１０８が行程の底部に到達して、図２において下側アクチュエータピン１２６に当たると、下側三方弁１２５は、上側三方弁１２５について上述した通りに、加圧空気を下側三方弁１２５から空気管路２０６に流し、この管路２０６は、図２の内孔２０４に接続されている。内孔２０４は、加圧空気を下側室１９０内へ流入させ、これによって再びシャフト１１４の移動方向が逆になり、図２において上向きに移動して、空気を上側通路１０６から下側通路１０４へ変更して送る。これにより、ピストン１０８の移動方向が逆になって、それを再び図２において上向きに移動させて、サイクルが完了する。
【００４２】
したがって、駆動シャフト１２が往復動して、完全に空気圧式のモータピストンシフトシステムによって駆動されるシャフト１４によって駆動されるポンプによって塗料を圧送し、重いばね(heavy spring)を伴った機械式シフトリンク機構が必要ない。この完全な空気圧システムでは上記の利点、すなわち、摩耗部品を少なくすること、メンテナンスが容易であること、作業員の安全性が高くなることが得られる。
【００４３】
図面では外部空気管路２０２、２０４が示されているが、変更例として、完全に上壁１４８及び主弁１００内に配置された内部通路を通して空気を三方弁１２４から主弁１００に流すことができる。
【００４４】
理想的には、不作動時に、スイッチ１２４は加圧空気が上部室１８８または下部室１９０に送出されることを完全に防止するであろう。実際には、不作動状態の三方弁１２５は、加圧空気を主弁１００へ漏出させるであろう。その場合、弁棒１１４は、主弁１００内である程度だけ移動して、望ましくない中間位置に達するであろう。その位置では、入口１２０に供給された加圧空気が、下側通路１０４及び上側通路１０６の両方に供給されるであろう。したがって、ピストン室１０２内で圧力が等化して、ポンプが失速するであろう。そのような失速の可能性は、ピストンのサイクル頻度が低いほど増加する。
【００４５】
そのような失速を回避するために、弁棒１１４をその上方及び下方位置により確実に保持することができる。たとえば、弁棒１１４にデテントを設け、主弁１００の内孔の壁内にばねボールを配置して、弁棒１１４が２つの適正位置の一方にある時、ボールをデテントに押し込むことができる。三方弁１２５を通って漏出する加圧空気は、スイッチ１２４の作動時に送出される空気より低圧であろう。そのため、ボールばねの背後のばね力は、漏出空気による弁棒１１４の移動を防止する一方で、スイッチ１２４の作動時の移動を可能にするように調節することができる。しかし、これは、システム内に、すなわちボールばね及びデテントに摩耗点を招くであろう。
【００４６】
弁棒１１４の望ましくない移動を防止するが、摩耗点を追加しない別の方法は、スイッチ１２４と上部室１１８及び下部室１９０との間の空気路内に配置された四方二位置弁１９２（図６及び図９）を使用することである。図６に部分的に示されているように、主弁１００内の通路２０８が、弁１９２から上部室１８８及び下部室１９０に通じることができる。図９は、市販品として容易に入手できるそのような四方弁１９２を組み込んだシステム用の概略的空気回路を示している。矢印は、空気が少しでも流れる場合、空気がさまざまな通路をどの方向に流れるかを表す。加圧空気は、空気コンプレッサ１９４から各三方弁１２５、主弁１００、及び四方弁１９２に供給される。
【００４７】
本発明は、本発明を実現するために考えられる最良の態様または好適な態様として開示されている特定の実施形態または変更実施形態に制限されないが、本発明は、添付の特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】当該技術分野において既知のばねスイッチＳを示す図である。
【図２】本発明が好適に使用される環境を示す図である。
【図３】本発明に従った往復動シャフト接続部の、切り離し状態における斜視図である。
【図４】図３の往復動シャフト接続部の、連結状態における斜視図である。
【図５】図４の往復動シャフト接続部の、連結状態における断面図である。
【図６】空気圧によって駆動されるピストンの断面図である。
【図７Ａ】不作動位置にあるスイッチの断面図である。
【図７Ｂ】不作動位置にあるスイッチの断面図である。
【図７Ｃ】不作動位置にあるスイッチの、図７Ｂに示されたＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、スイッチから伸びた空気通路も示す図である。
【図８Ａ】作動位置にあるスイッチの断面図である。
【図８Ｂ】作動位置にあるスイッチの断面図である。
【図９】流体ポンプシステム用の概略的空気回路図である。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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