(57)【要約】ポンプ用のバルブ構造体であって、ポンプチャンバと、協調してポケットと対向するシートとを含んだバルブコンパートメントを形成する相補的凹部を有したポンプヘッドとを含んでいる。フレキシブルなバルブ要素が凹部間に提供され、流体の流れを妨害するバルブシートに対するクローズポジションと、流体の流れを許すバルブシートから離れたオープンポジションとの間で移動するようにアレンジされている。バルブコンパートメントの寸法は、オープンポジションのバルブ要素の動きを制限するように選択される。これでポンプ効率は向上し、バルブ要素への損傷及び/又はバルブのオーバーラップ現象が防止される。
2006528742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ用のバルブ構造体であって、
第１凹部を有したポンプチャンバと、
第２凹部を有したポンプヘッドと、
を含んでおり、該第２凹部は前記第１凹部と協調し、第１バルブポケットと対向第１バルブシートとを含んだ第１バルブコンパートメントを提供し、本バルブ構造体は、
前記第１凹部と前記第２凹部との間に提供され、流体の流れを妨害する前記第１バルブシートに対抗したクローズポジションと、第１方向で流体の流れを許す該第１バルブシートから離れたオープンポジションとの間で移動するようにアレンジされたフレキシブルな第１バルブ要素をさらに含んでおり、
前記第１バルブコンパートメントの寸法は、オープンポジションで前記第１バルブ要素の動きを制限するように選択されることを特徴とするバルブ構造体。
【請求項２】
ポンプチャンバ内に形成された第３凹部と、
ポンプヘッド内に形成された第４凹部と、
をさらに含んでおり、該第４凹部は前記第３凹部と協調し、第２バルブポケットと対向第２バルブシートとを含んだ第２バルブコンパートメントを提供し、本バルブ構造体は、
前記第３凹部と前記第４凹部との間に提供され、流体の流れを妨害する前記第２バルブシートに対抗したクローズポジションと、第２方向で流体の流れを許す該第２バルブシートから離れたオープンポジションとの間で移動するようにアレンジされたフレキシブルな第２バルブ要素をさらに含んでおり、
前記第２バルブコンパートメントの寸法は、オープンポジションで前記第２バルブ要素の動きを制限するように選択されることを特徴とする請求項１記載のバルブ構造体。
【請求項３】
バルブ要素の一方はインレットバルブであり、インレットポートからポンプに流体の流れを許し、バルブ要素の他方はアウトレットバルブであり、該ポンプからアウトレットポートに流体の流れを許し、
第１バルブコンパートメントと第２バルブコンパートメントの寸法は、ポンプを通過させて流体を前記インレットポートから前記アウトレットポートにまでポンプが移動させるとき、該バルブ要素の少なくとも一方が常にクローズポジションとなるよう前記第１バルブ要素と前記第２バルブ要素の動きを制限すべく選択されることを特徴とする請求項２記載のバルブ構造体。
【請求項４】
第１バルブ要素と第２バルブ要素はエラストマー材料を含んで成ることを特徴とする請求項３記載のバルブ構造体。
【請求項５】
第１バルブ要素と第２バルブ要素はエチレンプロピレンジエンテルポリマーを含んで成ることを特徴とする請求項４記載のバルブ構造体。
【請求項６】
第１バルブ要素と第２バルブ要素はフルオロエラストマーを含んで成ることを特徴とする請求項４記載のバルブ構造体。
【請求項７】
第１バルブ要素と第２バルブ要素はペルフルオロエラストマーを含んで成ることを特徴とする請求項４記載のバルブ構造体。
【請求項８】
第１バルブ要素と第２バルブ要素はシリコンを含んで成ることを特徴とする請求項４記載のバルブ構造体。
【請求項９】
第１バルブ要素と第２バルブ要素は４０デュロメータから９０デュロメータの硬度を有していることを特徴とする請求項４記載のバルブ構造体。
【請求項１０】
ポンプ構造体であって、
第１凹部を有したポンプチャンバと、
第２凹部を有したポンプヘッドと、
を含んでおり、該第２凹部は前記第１凹部と協調し、第１バルブポケットと対向第１バルブシートとを含んだ第１バルブコンパートメントを提供し、本バルブ構造体は、
前記第１凹部と前記第２凹部との間に提供された第１厚を有しており、流体の流れを妨害する前記第１バルブシートに対抗したクローズポジションと、第１方向で流体の流れを許す該第１バルブシートから離れたオープンポジションとの間のストローク長を移動するようにアレンジされたフレキシブルな第１バルブ要素をさらに含んでおり、
前記第１バルブコンパートメントの寸法は、前記第１バルブ要素のストローク長を前記第１厚の１．６倍以下とするように選択されることを特徴とするバルブ構造体。
【請求項１１】
ポンプチャンバ内に形成された第３凹部と、
ポンプヘッド内に形成された第４凹部と、
をさらに含んでおり、該第４凹部は前記第３凹部と協調し、第２バルブポケットと対向第２バルブシートとを含んだ第２バルブコンパートメントを提供し、本バルブ構造体は、
前記第３凹部と前記第４凹部との間に提供された第２厚を有しており、流体の流れを妨害する前記第２バルブシートに対抗したクローズポジションと、第２方向で流体の流れを許す該第２バルブシートから離れたオープンポジションとの間のストローク長を移動するようにアレンジされたフレキシブルな第２バルブ要素をさらに含んでおり、
前記第２バルブコンパートメントの寸法は、前記第２バルブ要素のストローク長を前記第２厚の１．６倍以下とするように選択されることを特徴とする請求項１０記載のバルブ構造体。
【請求項１２】
第１バルブコンパートメントと第２バルブコンパートメントの寸法は、第１バルブ要素と第２バルブ要素のストローク長がそれぞれのバルブ要素の厚みの０．１９倍から０．９３倍であることを特徴とする請求項１１記載のバルブ構造体。
【請求項１３】
第１バルブ要素と第２バルブ要素はエラストマー材料を含んで成ることを特徴とする請求項１２記載のバルブ構造体。
【請求項１４】
第１バルブ要素と第２バルブ要素はエチレンプロピレンジエンテルポリマーを含んで成ることを特徴とする請求項１２記載のバルブ構造体。
【請求項１５】
第１バルブ要素と第２バルブ要素はフルオロエラストマーを含んで成ることを特徴とする請求項１２記載のバルブ構造体。
【請求項１６】
第１バルブ要素と第２バルブ要素はペルフルオロエラストマーを含んで成ることを特徴とする請求項１２記載のバルブ構造体。
【請求項１７】
第１バルブ要素と第２バルブ要素はシリコンを含んで成ることを特徴とする請求項１２記載のバルブ構造体。
【請求項１８】
第１バルブ要素と第２バルブ要素は４０デュロメータから９０デュロメータの硬度を有していることを特徴とする請求項１２記載のバルブ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンプに関し、特にはポンプ用のチェックバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのタイプのポンプはチェックバルブを使用する。しかし、ここでは本発明の説明を目的として特にダイアフラムポンプを説明する。典型的なダイアフラムポンプはチェックバルブとしてエラストマー部材を使用し、ポンプのポンプ作用を提供する。典型的にはポンプは２つのバルブを含む。１つはインレットバルブ（吸入バルブ）であり、他方はアウトレットバルブ（排出バルブ）である。ポンプのダウンストローク時すなわち吸引ストローク時においてダイアフラムの吸入作用はインレットバルブをオープンポジション（開口ポジション）にし、アウトレットバルブをクローズポジション（閉鎖ポジション）とする。従って、吸排物（メディア）をインレット側からのみ吸引する。一方、ポンプのアップストローク時すなわち排出ストローク時においてダイアフラムのコンプレッション作用はインレットバルブをクローズポジションとし、アウトレットバルブをオープンポジションとする。よって、吸排物はアウトレット側からのみ排出される。
【０００３】
バルブはポンプの各サイクルで前記作用を１回実行する。ダイアフラムポンプでは、このことは１回転につき１回となる。よって、４０００ＲＰＭで作動するダイアフラムポンプではバルブは６７回/秒回転する。ポンプ速度は、ポンプがストローク毎に移動させる体積を考慮に入れ、どの大きさの力がバルブ起動に適用されるかを決定し、物理的に制限されなければバルブがどれだけの距離を移動するかを直接的に決定する。もしこのバルブ移動距離が適正にコントロールされないと、バルブは必要以上に移動する。あるいは規制過剰になると必要距離を移動できない。いずれの場合もポンプ効率を低下させ、及び/又は不都合なノイズを発生させる。
【０００４】
従って、コントロールされたストロークを提供するポンプバルブが必要とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の１目的は、フレキシブルなバルブのストロークが制限されて非効率性と過剰ノイズの発生を防止するバルブ構造体の提供である。
【０００６】
本発明の別目的は、吸引バルブと排気バルブのオーバーラップを回避させるバルブ構造体の提供である。
【０００７】
本発明の別目的は、バルブ要素を過剰移動させることなく良好な封密特性を提供するバルブ構造体の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これら及び他の目的は本願発明によって達成される。本願発明の１好適実施態様はポンプ用バルブ構造体を提供する。このバルブ構造体は、第１凹部を有したポンプチャンバと、第２凹部を有したポンプヘッドとを含んでいる。第２凹部は第１凹部と協調し、第１バルブポケットと、対向する第１バルブシートとを含んだ第１バルブコンパートメントを提供する。バルブ構造体はさらに、第１凹部と第２凹部との間に提供され、流体の流れを妨害する第１バルブシートに対抗したクローズポジションと、第１方向で流体の流れを許す第１バルブシートから離れるオープンポジションとの間で移動するようにアレンジされたフレキシブルな第１バルブ要素を含んでいる。第１バルブコンパートメントの寸法は、オープンポジションで第１バルブ要素の移動を制限するように選択される。
【０００９】
本発明の別な好適実施態様は、ポンプチャンバ内に形成された第３凹部と、ポンプヘッド内に形成された第４凹部とをさらに含んだバルブ構造体を提供する。第４凹部は第３凹部と協調し、第２バルブポケットと、対向する第２バルブシートとを含んだ第２バルブコンパートメントを提供する。バルブ構造体はさらに、第３凹部と第４凹部との間に提供され、流体の流れを妨害する第２バルブシートに対抗したクローズポジションと、第２方向で流体の流れを許す第２バルブシートから離れるオープンポジションとの間で移動するようにアレンジされたフレキシブルな第２バルブ要素を含んでいる。第２バルブコンパートメントの寸法は、オープンポジションで第２バルブ要素の移動を制限するように選択される。
【００１０】
本発明の別な好適実施態様では、バルブ要素の１つはインレットポートからポンプへ流体を流すインレットバルブであり、他方のバルブ要素はポンプからアウトレットポートへ流体を流すアウトレットバルブである。第１バルブコンパートメントと第２バルブコンパートメントの寸法は、ポンプが流体をインレットポートからポンプを介してアウトレットポートへ流すとき第１バルブ要素と第２バルブ要素の移動を規制し、少なくとも一方のバルブ要素を常にクローズポジションにしておくように選択される。
【００１１】
本発明の別な好適実施態様によれば、第１バルブ要素と第２バルブ要素はエラストマー材料を含んでいる。
【００１２】
本発明の別な好適実施態様によれば、第１バルブ要素と第２バルブ要素はエチレンプロピレンジエンテルポリマーを含んでいる。
【００１３】
本発明の別な好適実施態様によれば、第１バルブ要素と第２バルブ要素はフルオロエラストマーを含んでいる。
【００１４】
本発明の別な好適実施態様によれば、第１バルブ要素と第２バルブ要素はペルフルオロエラストマーを含んでいる。
【００１５】
本発明の別な好適実施態様によれば、第１バルブ要素と第２バルブ要素はシリコンを含んでいる。
【００１６】
本発明の別な好適実施態様によれば、第１バルブ要素と第２バルブ要素は約４０デュロメータから約９０デュロメータの硬度を有している。
【００１７】
本発明の別な好適実施態様のポンプ構造体は第１凹部を有したポンプチャンバと、第２凹部を有したハウジングを含むポンプヘッドとを含んでいる。第２凹部は第１凹部と協調し、第１バルブポケットと、対向する第１バルブシートとを含んだ第１バルブコンパートメントを提供する。ポンプ構造体はさらに、第１凹部と第２凹部との間に提供された選択第１厚を有し、流体の流れを阻止する第１バルブシートに対抗するクローズポジションと、流体を流す第１バルブシートから離れたオープンポジションとの間で１ストローク長だけ移動するようにアレンジされているフレキシブルな第１バルブ要素を含む。第１バルブコンパートメントの寸法は第１バルブ要素のストローク長を第１厚の約１．６倍以下に制限するように選択される。
【００１８】
本発明の別な好適実施態様によれば、バルブ構造体はポンプチャンバ内に形成された第３凹部と、ポンプヘッド内に形成された第４凹部とをさらに含んでいる。第４凹部は第３凹部と協調し、第２バルブポケットと、対向する第２バルブシートとを含んだ第２バルブコンパートメントを提供する。バルブ構造体はさらに、第３凹部と第４凹部との間に提供された選択第２厚を有し、流体の流れを阻止する第２バルブシートに対抗するクローズポジションと、流体を第２方向に流す第２バルブシートから離れたオープンポジションとの間で移動するようにアレンジされているフレキシブルな第２バルブ要素を含む。第２バルブコンパートメントの寸法は第２バルブ要素のストローク長を第２厚の約１．６倍以下に制限するように選択される。
【００１９】
本発明の別な好適実施態様によれば、第１バルブコンパートメントと第２バルブコンパートメントの寸法は、第１バルブ要素と第２バルブ要素のストローク長がバルブ要素の厚みの約０．１９倍から０．９３倍となるように選択される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を添付図面を利用してさらに詳細に解説する。図１は従来技術のダイアフラムポンプ構造体の一部を図示する。ヘッド１０はチャンバ１２に取り付けられている。ヘッド１０とチャンバ１２は合わせてポンプヘッド１４を提供する。インレットコネクション１６とアウトレットコネクション１８はヘッド１０から延び出ている。それぞれのコネクションはポンプヘッド１４を通過して、ポンプヘッド１４の下方部材２０に取り付けられた既知タイプのダイアフラムポンプ体（図示せず）に通じる流体通路と連通する。ヘッド１０とチャンバ１２はそれぞれ補完関係の凹部２２を内蔵する。ヘッド１０がチャンバ１２に組み入れられると、それら凹部２２は協調してインレットバルブコンパートメント２４とアウトレットバルブコンパートメント２６を提供する。インレットダイアフラムバルブ２８とアウトレットダイアフラムバルブ３０はそれらコンパートメント内に受領され、ヘッド１０とチャンバ１２との間で保持される。インレットバルブコンパートメント２４の上方部分は、ヘッド１０内に形成された環状でアール状のインレットバルブシート３２により提供される。インレットバルブ２８はクローズポジションでインレットバルブシート３２に対抗して封密する。インレットバルブコンパートメント２４の下方部分は、インレットバルブシート３２に対向するチャンバ１２内のインレットバルブポケット３４によって提供される。
【００２１】
アウトレットバルブコンパートメント２６はインレットバルブコンパートメント２４と流方向を除けば実質的に同一である。アウトレットバルブコンパートメント２６の上方部分はヘッド１０内に形成されたアウトレットバルブポケット３６により提供される。アウトレットバルブコンパートメント２６の下方部分はアウトレットバルブポケット３６に対向するチャンバ１２内の環状でアール状のアウトレットバルブシート３８によって提供される。アウトレットバルブ３０はクローズポジションでアウトレットバルブシート３８に対抗して封密される。
【００２２】
図２、図３及び図４は１実施例によるバルブ４０を図示する。このバルブはダイアフラムポンプで使用されるインレットバルブ２８とアウトレットバルブ３０の両方を代表する。バルブ４０は、狭幅部４６のペアでタブ４４のペアに接続する中央部４２を有した平坦で長形であるエラストマー材料部材である。この実施例ではバルブ４０は約１３．５ｍｍの全長“Ｌ”、約５．２ｍｍの幅“Ｗ”及び約０．６９ｍｍの厚み“Ｔ”を有している。これら寸法は特定の適用形態に合わせて変更できる。
【００２３】
インレットバルブ２８とアウトレットバルブ３０はそれぞれ、全開ポジションから全閉ポジションまでの中央部の変位として定義される“ストローク”を有している。図５と図６は図１のポンプヘッド１４のインレットバルブコンパートメント２４を通る一部断面図を示す。典型的な適用法では、従来のインレットバルブポケット３４の深さ“Ｄ”は、インレットバルブストロークを約１．１４ｍｍとするものである。同様に、アウトレットバルブ（図５と図６では図示せず）は約１．２７ｍｍのストロークを有する。従来バルブポケットの深さＤは本質的に非制御ストロークを提供し、バルブの過移動を招いていた。
【００２４】
アウトレットバルブ３０がアップストローク時に過移動すると、続くダウンストローク時に吸排物はインレット側及び一定時間アウトレット側を通じて吸引されるであろう。このことでポンプの全体の効率が低下し、最大充填ポイント（加圧または真空）を達成する能力が低下する。ポンプの次のアップストローク中に同一現象がインレットバルブ２８で発生するであろう。インレットバルブ２８は前回のダウンストロークで過移動したので、吸排物はアウトレット側に加えて一定時間インレット側で排出されるであろう。これら両条件はバルブの“オーバーラップ”として説明でき、この種のポンプでは不都合である。
【００２５】
図７は本発明の例示的ポンプヘッド１１４のインレットバルブコンパートメントを通過する一部断面図である。図８は図７で図示されたポンプヘッド１１４の部分“Ａ”を示す。図５と図６は従来ポンプヘッド１４の同一領域の詳細を図示する。ポンプヘッド１１４は上述の従来ポンプヘッド１４と実質的に類似し、チャンバ１１２、ヘッド１１０及びインレットバルブ１２８を含む。チャンバ１１２は従来のものより減少した深度“ｄ”のインレットバルブポケットを有する。この実施例では、インレットバルブポケット１３４の深度“ｄ”は同一適用条件でインレットバルブ移動距離が従来のインレットバルブ２８の場合の１．１４ｍｍではなく約０．６４ｍｍだけ移動するようにアレンジされている。これでインレットバルブ１２８の過移動は阻止される。アウトレットバルブ（図示せず）の移動はヘッド１１０のアウトレットバルブポケットの深度を変えることで同様に規制される。
【００２６】
過移動の逆は移動不足である。もしバルブが十分な距離を移動できなければ、吸排物のポートを通過する流れは規制され、ポンプの効率は阻害される。この条件を克服するためには、ポンプ速度を速めて固有規制に対抗し、さらに多くのエネルギーを消費し、さらに高いノイズレベルで作動しなければならないであろう。よって、バルブ移動距離を単に減少させるべきではない。バルブ移動距離はポンプの性能要求とバルブ材料の特性にマッチしなければならない。例えば、エラストマーデュロメータ硬度はバルブ移動距離をどのようにコントロールすべきかに影響を及ぼす。低デュロメータ材料硬度である、例えば４０デュロメータの材料は、例えば９０デュロメータの材料よりもずっと大きな非制限移動距離を有し、バルブ移動距離のさらに厳密なコントロールを要求するであろう。移動距離不足はバルブに使用されるエラストマー材料の選択でコントロールできる。例えば９０デュロメータである高デュロメータ硬度のエラストマーはオープン時に過剰延長することはないであろうが、クローズ時にバルブシートに対して良好な封密状態を提供せず、移動距離不足となるであろう。
【００２７】
柔らかい材料を使用する利点は、エラストマーバルブとバルブシートとの間のさらに良好な封密状態の提供である。柔らかいエラストマーである、例えば４０デュロメータの材料は封密表面の形状にさらに良好に形状一致させることができるため、効果的な封密を提供する。しかし、それ以上にフレキシブルな材料はバルブの作動時に延び過ぎ、必要以上にオープン状態が継続する。本発明のバルブストロークの限定は、ポケット深度の制限によってバルブの比較的に柔らかいエラストマーの使用を可能にする。
【００２８】
上述のようにバルブ移動距離をコントロールすることでポンプはさらに効率が良くなり、ポンプの全体的な性能が向上する。バルブストロークをさらに効率的なポイントに規制するだけで、ポンプの音レベルは低減される。さらに、ポンプの全体的な性能が向上するため、性能を望むレベルに戻すようにポンプ速度を減少させることができる。ポンプ速度は音レベルに大きく影響する要因であるため、このことはノイズレベルの低減に大きく貢献する。
【００２９】
最良のバルブストロークは、ポンプの型、バルブ材料及び吸排物によって異なる。例えば、７０デュロメータのエチレンプロピレンジエンテルポリマー（ＥＰＤＭ）バルブを使用した空気ポンプは０．６４ｍｍのバルブストロークで最も効率が良かろう。例えば、８０デュロメータのＶＩＴＯＮバルブ材料を使用した低性能ポンプは０．１３ｍｍ程度のバルブストロークで利益を受けるであろう。ポンプヘッドの全サイズも適正なストローク長の決定に関与する。例えば、さらに大きなポンプはさらに長く、大きな封密用表面積を有した大きなバルブを有し、さらに長いバルブストロークで効率を高めるであろう。インレットバルブとアウトレットバルブは異なるストローク距離で最良の性能を発揮するであろう。重要なことは、バルブストロークが充分に大きくて吸排物の非制限流を提供するが、大き過ぎてバルブを破壊したり、大きなノイズを出したり、バルブオーバーラップをすることがないようにバルブ材料とバルブポケット深度を選択することである。シリコン等、これら制限を充足させる他の材料も利用できる。本発明の技術は空気用ポンプでも液体用ポンプであっても利用できる。
【００３０】
バルブストロークを制限することは他の利点も提供する。例えば、腐食性の気体状化学剤や液体状化学剤のごとき吸排対象物はバルブ材料を腐食させ、劣化させる。よって、ペルフルオロエラストマーのごとき腐食化学剤に対して抵抗性がある特別な材料を利用してバルブを製造する。これら材料は比較的に曲げ強度が低く、極端な曲げに脆弱である。もしこれら材料が限界以上に曲げられたら、ひび割れたり破壊されるであろう。標準的なバルブ変形で機能不良を起こすこともあろう。バルブの変形を制御するためさらに低い曲げ強度を有した特殊材料が、妥協産物のバルブを理由とするポンプの故障のリスクを招かずに利用できる。
【００３１】
以上、ダイアフラムポンプに使用するバルブを解説した。本発明を特定の実施例で説明したが、本発明の範囲内でのそれらの種々な変形は可能である。また、ダイアフラムポンプ以外のポンプでの応用も可能である。よって、それら実施例は本発明を制限するものではなく、本発明の説明のみに供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は本発明のポンプヘッドの分解斜視図である。
【図２】図２は本発明で使用するバルブの斜視図である。
【図３】図３は図２のバルブの平面図である。
【図４】図４は図２のバルブの側面図である。
【図５】図５は休止ポジションであるクローズポジションにある従来式バルブの断面側面図である。
【図６】図６は最大に延びたオープンポジションにある従来式バルブの断面側面図である。
【図７】図７はバルブが最大に延びたオープンポジションにある本発明のバルブコンパートメントの断面側面図である。
【図８】図８は本発明のポンプヘッドの断面側面図である。
【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７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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