(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの圧縮板の間に設置可能なバルブ装置であって、
対向して設けられた第１端部と第２端部を有するバルブ本体と、
上記バルブ本体内に設置されたばね保持構造と、
上記バルブ本体の第１端部に設けられて上記ばね保持構造をバルブ本体内に固定する保持ワッシャと、
開位置と閉位置の間を移動可能であり、バルブ本体を通過する流れを制御するポペット部材と、
上記ばね保持構造と上記ポペット部材との間に搭載されて、このポペット部材を上記閉位置側へ付勢するポペットばねと、
上記保持ワッシャと第１端部材との間に捕獲されており、上記ポペット部材が閉位置にあるときに密封を行うバルブシートと、
上記バルブ本体の第２端部に位置し、バルブ本体と一緒になってスペーサ溝を形成する第２端部材と、
上記第２端部材とバルブ本体との間のスペーサ溝内に搭載されており、バルブ装置が上記圧縮板の間に押し挟まれるときに上記スペーサ溝内部で軸方向に圧縮されて弾性変形するように配置、形成されている環状のスペーサと、
を備え、
上記ポペット部材は略硬質の材料でできており、上記バルブシートはエラストマー材料でできており、
上記バルブシートは、半径方向に離間した第１領域と第２領域を含み、これらの領域は、バルブ装置が上記圧縮板の間に押し挟まれるとき、第２領域が圧縮できるようになる前に上記第１領域が圧縮される必要があるように形成されていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
請求項１記載のバルブ装置において、
上記ポペット部材はセラミックでできており、上記バルブシートはウレタンとポリエステルからなるグループから選ばれた材料でできていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項３】
請求項１記載のバルブ装置において、
上記スペーサの寸法と形状は、このスペーサがスペーサ溝内部で圧縮、変形したときに、上記スペーサ溝に実質的に空間がないようにする寸法と形状であることを特徴とするバルブ装置。
【請求項４】
請求項１記載のバルブ装置において、
上記第１端部材は外側環状溝を画定しており、
さらに、上記外側環状溝内に取りつけられたシール部材を備え、
上記シール部材は、バルブ装置が上記圧縮板の一方によって画定されるポート内に押し込められるとき、上記外側環状溝によって画定される容積全体を略満たすような寸法と形状を有することを特徴とするバルブ装置。
【請求項５】
２つの圧縮板の間に設置可能なバルブ装置であって、
対向して設けられた第１端部と第２端部を有するバルブ本体と、
上記バルブ本体内に設置されたばね保持構造と、
上記バルブ本体の第１端部に設けられて上記ばね保持構造をバルブ本体内に固定する保持ワッシャと、
開位置と閉位置の間を移動可能であり、バルブ本体を通過する流れを制御するポペット部材と、
上記ばね保持構造と上記ポペット部材との間に搭載されて、このポペット部材を上記閉位置側へ付勢するポペットばねと、
上記保持ワッシャと第１端部材との間に捕獲されており、上記ポペット部材が閉位置にあるときに密封を行うバルブシートと、
上記バルブ本体の第２端部に位置し、バルブ本体と一緒になってスペーサ溝を形成する第２端部材と、
上記第２端部材とバルブ本体との間のスペーサ溝内に搭載されており、バルブ装置が上記圧縮板の間に押し挟まれるときに上記スペーサ溝内部で軸方向に圧縮されて弾性変形するように配置、形成されている環状のスペーサと、
を備え、
上記ポペット部材は略硬質の材料でできており、上記バルブシートはエラストマー材料でできており、
上記バルブシートは上記ポペット部材に係合するようになっている内側部と、上記第１端部材に係合するようになっている外側部とを有し、上記外側部は軸方向のシート面によって相互につながれた第１横シート面と第２横シート面とを有し、上記外側部は、これら第１及び第２横シート面にそれぞれ対応する第１及び第２横端部材面と、上記軸方向のシート面に対応する軸方向の端部材面とを有する上記第１端部材の部分と連携し、上記軸方向の端部材面の軸方向の長さは、上記軸方向のシート面の非圧縮時の軸方向の長さよりも短くて、バルブ装置が上記２つの圧縮板間に押し挟まれるとき、上記第２横シート面が上記第２横端部材面によって圧縮できるようになる前に上記第１横シート面が上記第１横端部材面によって圧縮されなければならないようになっていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項６】
請求項１記載のバルブ装置において、
上記圧縮板はポンプの入口と出口を画定しており、バルブ装置はこれらの圧縮板間に上記入口と出口の少なくとも一方において取りつけられていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項７】
請求項１記載のバルブ装置において、
上記バルブシートは上記ポペット部材に係合するようになっている環状のシール面を有し、このシール面は、その面に局在する応力を最小にするのに十分大きい面積を有していることを特徴とするバルブ装置。
【請求項８】
請求項１記載のバルブ装置において、
上記ポペットばねは対向して設けられた２つの平坦化された端コイルを有するコイルばねからなり、バルブ装置が上記圧縮板間に搭載されると共に上記ポペット部材が閉位置にあるとき、各平坦化された端コイルの周面の少なくとも半分が、コイルばねのなかの次の最も内側のコイルに係合することを特徴とするバルブ装置。
【請求項９】
請求項８記載のバルブ装置において、
上記２つの平坦化された端部の一方と上記ポペット部材との間および上記２つの平坦化された端部の他方と上記ばね保持構造との間に位置する弾性シール構造をさらに備えたことを特徴とするバルブ装置。
【請求項１０】
請求項９記載のバルブ装置において、
上記弾性シール構造はエラストマー部材を備えていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項１１】
２つの圧縮板の間に設置可能なバルブ装置であって、
対向して設けられた第１端部と第２端部を有するバルブ本体と、
上記バルブ本体内に設置されたばね保持構造と、
上記バルブ本体の第１端部に設けられて上記ばね保持構造をバルブ本体内に固定する保持ワッシャと、
開位置と閉位置の間を移動可能であり、バルブ本体を通過する流れを制御するポペット部材と、
上記ばね保持構造と上記ポペット部材との間に搭載されて、このポペット部材を上記閉位置側へ付勢するポペットばねと、
上記保持ワッシャと第１端部材との間に捕獲されており、上記ポペット部材が閉位置にあるときに密封を行うバルブシートと、
上記バルブ本体の第２端部に位置し、バルブ本体と一緒になってスペーサ溝を形成する第２端部材と、
上記第２端部材とバルブ本体との間のスペーサ溝内に搭載されており、バルブ装置が上記圧縮板の間に押し挟まれるときに上記スペーサ溝内部で軸方向に圧縮されて弾性変形するように配置、形成されている環状のスペーサと、
を備え、
上記スペーサは超高分子量ポリエチレンでできていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項１２】
入口と出口を画定する圧縮板と、
上記入口と出口のうちの少なくとも一方のポートに設置され、上記圧縮板の間で圧縮されるバルブ装置とを備え、
上記バルブ装置は、
上記少なくとも一方のポート内に設置されたバルブ本体と、
バルブ本体を通過する流れを制御するポペット部材と、
流体の密封を行うよう上記ポペット部材と連携するようになっているバルブシートと、
上記バルブシートに押し付けられるシート保持部材と、
上記シート保持部材と圧縮板とバルブ本体との間の相対運動が阻止されるように、上記少なくとも一方のポート内で上記バルブ本体とシート保持部材とを軸方向に圧縮して合体させるように配置、形成されている変形可能な弾性スペーサとを備え、
上記弾性スペーサに押し付けられるクランプワッシャをさらに備え、上記弾性スペーサはこのクランプワッシャとバルブ本体との間に捕獲され、
上記クランプワッシャとバルブ本体は協同して溝を形成し、この溝の中で上記スペーサが弾性変形し、
上記弾性スペーサは超高分子量ポリエチレンでできていることを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明はバルブ装置に関する。より詳しくは、本発明は、高圧ダイアフラムポンプ等の高圧ポンプ内に組み込まれるバルブ装置に関する。
（背景技術）
研磨性スラリー、例えば、タイルつやだし用粘土や、排気管内ガス脱硫剤（flue gas desulferization）, 外層鋳物用のコーティングスラリー等を汲み出すために高圧ポンプが一般的に使用されている。ポンプ寿命は、研磨性スラリーをくみ出すのに適したポンプを設計する際に考えなければならない重要な要素である。例えば、米国特許第3,775,030号および3,884,598号等に開示されているようなロータリー駆動背面オイル式（rotary operated oil backed）ダイアフラムポンプは、本来研磨性スラリーをくみ出すことができる高圧ポンプとして使用されるのに適している。その理由は、このようなポンプは、研磨されやすいスライディングピストンもゴムシールも必要としないからである。このようなポンプの耐久性の限界は、入口板および出口板や使用されているボールバルブによって制御されるのが一般的である。普通、このような入口板および出口板やボールバルブは、それ以外のポンプ要素よりもかなり早く破損する。必要とされているものは、耐摩耗特性が改善されたポンプ用バルブ装置である。
（発明の要旨）
本発明は、広くは、ポンプの寿命を向上させるべく耐摩耗性を改善するための種々の構成や側面を有するバルブ装置に関する。より詳しくは、バルブ構成部材間の相対運動が早期のバルブ故障の重要な原因であると、本件発明者によって決定された。これは、研磨性スラリー等の研磨性材料を取り扱うように設計されたポンプについて特に言えることである。したがって、本発明の幾つかの側面は、個々のバルブの異なる部材間の相対的な動きを阻止するようにしたバルブ形状や設計に関する。
【０００２】
本発明の１つの側面は、ポンプの２つの圧縮板の間に設置可能なバルブ装置に関する。このバルブ装置は、対向して設けられた第１端部と第２端部を有するバルブ本体を含んでいる。ばね保持構造が上記バルブ本体内に設置されており、保持ワッシャが上記バルブ本体の第１端部に設けられて、上記ばね保持構造をバルブ本体内に固定する。このバルブ装置はバルブ本体を通過する流れを制御するポペット部材も含んでいる。ポペット部材は開位置と閉位置の間を移動可能である。上記ばね保持構造に取りつけられたポペットばねがポペット部材を上記閉位置側へ付勢する。バルブ装置は、さらに、上記ポペット部材が閉位置にあるときにポペット部材と共に密封を行うように形成されたバルブシートを含む。バルブシートは上記保持ワッシャと第１端部材との間に捕獲されている。このバルブ装置は、さらに、バルブ本体の第２端部付近に位置すると共に、第２端部材とバルブ本体との間のスペーサ溝内に搭載された環状のスペーサを含んでいる。環状のスペーサは、バルブ装置が上記圧縮板の間に押し挟まれるときに上記スペーサ溝内部で圧縮されて弾性変形するように配置、形成されている。このようにして、このスペーサは、バルブ装置の種々の構成部材間の圧縮を維持してこれらのバルブ構成部材間の相対的な動きを禁止するように働く。
【０００３】
本発明の別の側面は、比較的軟質の弾性あるいはエラストマー製のバルブシートと連携する比較的硬質のポペット部材を含むバルブ装置に関する。例えば、ポペット部材はセラミック等の材料で作ることができ、一方バルブシートはウレタンやポリエステル等の材料で作ることができる。エラストマーのバルブシートを使用することにより、ポペット部材およびバルブシート両方の摩耗に抗する事ができる。なぜならば、バルブシートは望ましいことに十分に軟らかいので、研磨粒子をポペット部材の中へ押し込ませることがないからである。さらに、バルブ装置は、エラストマーのバルブシートに局在する応力を最小にするのに十分に大きいシール面を有しているのが望ましい。
【０００４】
本発明の別の側面は、バルブ本体と、バルブ本体を通過する流れを制御するポペット部材と、ポペット部材を受けて密封を行うバルブシートと、バルブ本体に近接してバルブシートを固定するようになっているシート保持部材とを含むバルブ装置に関する。シート保持部材とバルブシートは互に連携して、バルブ装置が、例えばポンプの圧縮板の間等で圧縮されるとき、第２領域が圧縮できるようになる前に第１領域が圧縮されなければならないようにしている。バルブシートの特定の領域を予圧縮することにより、他のバルブ構成部材に対するバルブシートの動きを制御して、阻止できる。
【０００５】
本発明のさらなる側面は、外側環状溝内に取り付けられた外側シール部材を含むバルブ装置に関する。外側環状溝は、バルブ装置のある構成部材によって画定される。上記シール部材と外側環状溝は、バルブ装置が入側ポートつまり入口あるいは出側ポートつまり出口等の構造内に搭載されたとき、シール部材が圧縮されて、外側環状溝によって画定される容積全体をシール部材が略満たすような相対的な寸法と形状を有する。こうして、外側環状溝は略１００％塞がれているので、シール部材は吸い込み・加圧サイクルに応答して外側環状溝内を自由に前後にスライドできない。
【０００６】
本発明のさらなる側面は、コイルばねによって閉位置側に付勢されるポペット部材を有するバルブ装置に関する。コイルばねは、好ましくは平坦化に研がれた端部を有している。平坦化された端部の摩耗を低減するために、コイルばねは、平坦化された端部がコイルばねのなかの次のコイルに係合するように、バルブの中で圧縮される。したがって、ポペット部材が閉位置と開位置との間を動くとき、平坦化された端部とそれに続くコイルとの間には動きは実質的に全く生じない。その結果、平坦化された端部の内側の摩耗は阻止される。さらに、平坦化された端部の外側の摩耗も、エラストマーの被膜や、部材、ディスク、層、あるいは、ワッシャを用いることにより、阻止することができる。
【０００７】
本発明のもう一つの側面は、バルブ本体と、バルブ本体を通過する流れを制御するポペット部材と、ポペット部材と連携して流体の密封を行うようになっているバルブシートと、バルブ本体に近接してバルブシートを固定するシート保持部材とを含むバルブ装置に関する。このバルブ装置はさらに、変形可能な弾性スペーサを有しており、このスペーサは、上記バルブ本体とシート保持部材とを軸方向に圧縮して合体させてこれらの部材間の相対的な動きを阻止するように配置、形成されている。
【０００８】
上記要旨ならびにこれに続く詳細な説明は本発明の数多くの側面を述べている。本発明の原理に沿ったバルブ装置を提供するためにそれらの側面の各々を単独あるいは組み合わせて用いることができることは理解できよう。また、本発明の原理に従ったバルブ装置は、ポンプ等の様々なタイプの流体運搬装置や、耐久性のあるバルブを要する他のタイプの装置の中に組み込めることも理解できよう。
【０００９】
種々の本発明のさらなる利点の一部は、次の詳細な説明に記載されており、他の一部はその詳細な説明から明白であろうし、あるいは、本発明を実施することにより習得されるかもしれない。前記した一般的な記述も、これに続く詳細な説明も、単に例示的なものであって、請求の範囲に記載された発明を制限するものではない。
【００１０】
（詳細な説明）
ここで、添付の図面に例示されている本発明の典型的な様相を詳細に述べる。可能な所において、同一の参照番号は、図面全体で同一または類似した部分を参照するのに用いられる。
【００１１】
図１は、本発明の原理に一致するバルブ装置を組み込むことのできるポンプ２０を示している。ポンプ２０は、本発明の原理に一致するバルブが組み込まれ得る多くの異なる種類のポンプや他の種類の流体搬送装置の一例にすぎないと認識される。従って、ポンプ２０は、本発明が利用され得る環境の種類の一例を提供しようとしているのであり、本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【００１２】
ポンプ２０は、ころ軸受によりポンプ内に取付けられた駆動軸２２を持つ容量形ポンプである。駆動軸２２は、回転運動を線方向または軸方向運動へ変換するようになっている固定角カムまたは揺れ板２３を動かす。ポンプ２０はさらに、揺れ板によって順次に変位させられる３つもしくはそれ以上のピストン２４を有する。ピストンセル内のオイルは、ダイヤフラム２６の後部を交互に加圧・減圧し、ピストンの往復運動に応じてダイヤフラム２６を前後に撓ませ、こうしてポンプ動作を生じる。
【００１３】
ポンプ２０はまた、マニホールド板３０に固定されたバルブ板２８を有する。バルブ板２８は、各ダイヤフラム２６に対応するポンプチャンバ３２（図２を参照）を画定する。チャンバ３２のそれぞれは、チャンバ入口３４およびチャンバ出口３６と流体で連通している。ダイヤフラム２６が収縮すると、流体はチャンバ入口３４を通ってチャンバ３２に入る。逆に、ダイヤフラムが膨張すると、流体はチャンバ入口３６を通ってチャンバ３２から押し出される。チャンバ入口３４間での流体伝達は、マニホールド板３０に形成された径方向内側の環状流路によって生じ、一方、チャンバ出口３６間での流体伝達は、マニホールド板３０に形成された径方向外側の環状流路３７によって生じる。
【００１４】
作動中、ダイヤフラムが収縮すると、流体はマニホールド板３０によって形成されたマニホールド入口３８を通ってポンプ２０に流入する。マニホールド入口３８に入った流体は、ダイヤフラム２６が収縮するにつれてチャンバ入口３４を流れて抜ける。ダイヤフラム２６の前進行程において、流体は、チャンバ３２からチャンバ出口３６の外へと押し出され、マニホールド板３０によって形成されたマニホールド出口４０を通ってポンプから流出する。図１に示された実施形態のダイヤフラム２６は、互いから約１２０°の間隔を等しくあけており、一定で事実上パルス無しの流体の流れを供するために順次に作動する。
【００１５】
図２は、ポンプ２０のバルブ板２８とマニホールド板３０を通る断面図である。図２に示すように、本発明の原理に一致するバルブ装置４２（明瞭にするために、バルブ装置は図１に示されていない）は、ポンプ２０のチャンバ入口及び出口３４,３６内に取付けられている。ポンプ２０内に取付けられているため、バルブ装置４２は、チャンバ３２を流れる流体を制御する逆止弁として作用する。つまり、ダイヤフラム２６が収縮するとき、バルブ装置４２は、入口３４からチャンバ３２内に流体を流れ込ませ、出口３６からチャンバ３２に流体を流入させないようにする。逆に、ダイヤフラム２６が前進行程をなすとき、バルブ装置４２は、出口３６を通してチャンバ３２から流体を流出させるが、入口３４を通してチャンバから流体を流出させないようにする。
【００１６】
次に、図３Ａ,３Ｂを参照すると、バルブ装置４２は通例、対向して配置された第１端部４６と第２端部４８を持つ中空バルブ本体４４を有する。ばね保持構造つまり保持器５０は、バルブ本体４４内に配置されており、バルブ本体４４の第１端部４６に設けられた保持ワッシャ５２によってバルブ本体４４内に保持されている。バルブ装置４２はまた、バルブ本体４４を通る流れを制御するためのポペット部材５４を有する。ポペット部材５４は、閉位置（図３Ａに図示）と開位置（図３Ｂに図示）の間を移動できる。ポペット部材５４を閉位置の方へ付勢するようになっているポペットばね５６は、ばね保持構造５０に取付けられている。バルブ装置４２はさらに、ポペット部材５４が閉位置にあるときに流体を封止するために、ポペット部材５４と共働するようになっているバルブシート５８を有する。バルブシート５８は、保持ワッシャ５２と環状第１端６０等のシート保持部材との間に捕獲されている。バルブ装置４２はその上、バルブ本体４４の第２端部４８と環状締付ブラケット等の第２端６６との間に形成されるスペーサー溝６４内に取付けられた環状スペーサー６２を有する。スペーサー６２は、バルブ装置４２がバルブ板２８とマニホールド板３０との間で圧縮されるときにスペーサー溝６４内で圧縮され弾性的に変形されるよう、配列、形成される。
【００１７】
バルブ装置４２がポンプ２０内に位置しているとき、バルブ装置４２は、バルブ板２８とマニホールド板３０との間に装置４２をはさむことにより所定の箇所に保持される。幾つかの実施形態において、バルブ板２８とマニホールド板３０は、互いにボルトで締められて、バルブ装置４２と板２８,３０の移動やその結果生じるそれらの摩耗の発生を防ぐためにバルブ装置４２を均一に圧縮するよう整列され配列される。バルブ装置４２への均一な圧縮の持続を補助するために、本発明のある実施形態は、決まった面積に下部を切り取られたマニホールド板３０を有しており、その結果、圧縮力がバルブ装置４２の端片６０,６６に直接集中する。例えば、半径方向外側環状凹部領域４３は、環状流路封止部４５と同様にバルブ装置４２が適当な圧縮を受けるのを確実にするために、マニホールド板３０によって画定される。発明はこれに限定されないが、本発明のある実施形態は、高強度かつ高剛性耐摩耗プラスチックよりなるバルブ板２８とマニホールド板３０を利用することができる。
【００１８】
バルブシート５８は通例環状で、ある実施形態においては、ウレタンやポリウレタンやポリエステル等の比較的軟質で柔軟で弾性のある耐摩耗性材料よりなる。逆に、ポペット部材５４は通例ディスク型で、セラミック等の比較的硬質な材料からなるのが好ましい。比較的軟質なバルブシートと組合せて比較的硬質なポペットを用いることにより、両バルブ要素の摩耗が抑制される。つまり、セラミックのような材料は硬質だが、研磨スラリー中にある特定の粒子はさらに硬質であり得る。従って、セラミックポペットとセラミックシートとの組み合せは、研磨粒子をセラミック片の中へと追いやって、クレータを作り、最後には早期研磨を起こす結果となる。一方、比較的硬質なポペットと組合せて比較的軟質で弾性のあるバルブシートを用いることによって、研磨粒子が必ずしもポペットの中へと追いやられるわけではない。その代わりに、ポペットが閉鎖したとき、ポペットとバルブシートの間で捕獲され圧縮された研磨粒子は、一時的にバルブシート内に埋め込まれたり押し込まれたりする。バルブシートは、弾性材の表面を破壊せずに、これらの閉じ込められた研磨粒子が高圧でポペット内に入れ込まれるのを防ぐのに十分バランスのとれた弾性と強度を持つ弾性材より製造されるのが好ましい。
【００１９】
次に、図５を参照すると、バルブシート５８は内側シール面６８を有しており、内側シール面６８は、流体を密封するために、ポペット部材５４の外側部つまり外表面付近に形成された対応の外側シール面７０と係合するようになっている。内側及び外側シール面６８,７０は通例環状であり、バルブシート５８上に局在する応力を最小限に抑えられるほど十分に大きい面積であるのが好ましい。内側及び外側シール面６８,７０の寸法と形状の選択にあたり、バルブシート５８の突出を抑制するためにバルブシート５８上の応力を低く保てるものが望ましい。本発明のある特有の実施形態において、バルブシート５８は、４００psig.までの７５〜８５ジュロメーターショアＡ硬度を持つ材料よりなる。そのような硬度を持つバルブシートを備えているときのシール面６８,７０の好ましい形状は、球面の第１半径７３により形成される外境界７２と球面の第２半径７５により形成される内境界７４とを有する。第１及び第２半径７３と７５は、１７〜２７°の範囲で角度θを作るように配列されるのが好ましい。
【００２０】
図５に示すように、シール面６８,７０は、球面の曲率と一致する曲率を持つ。従って、バルブシート５８が平頭球面状の開口を形成するのに対し、ポペット部材５４は平頭の球面の形状を持つ。シール面６８,７０が平頭の球面の形状を持つよう例示されているけれども、これらの面はまた、封止を供するために円錐台の形状や他の適する形状であっても良いことは理解できよう。また、上述の描写された封止構成は、本発明の一実施形態の典型ではあるが、本発明の範囲を制限するものと解釈されることを意図しない。
【００２１】
次に、図４を参照すると、バルブシート５８はまた、第１端６０の内面と接合する外面を有する。バルブシート５８の外面は、第１及び第２横シート面７６,７８を有しており、それらは第１端６０上に形成された対応する第１及び第２横シート保持面８０,８２に面している。第１及び第２横シート面７６,７８は、軸方向のシート面８４によって連結されている。同様に、第１及び第２横シート保持面８０,８２は、軸方向のシート面８４に面している軸方向のシート保持面８６によって連結されている。軸方向のシート保持面８６は、軸方向長さＬ1を有しており、それは軸方向のシート面８４の圧縮されていない軸方向長さＬ2より短い。従って、バルブ装置４２がバルブ板２８とマニホールド板３０との間に組み込まれて圧縮されるとき、第１横シート面７６は、第２横シート面７８が第２横シート保持面８２により圧縮される前に、第１横シート保持面８０により圧縮される必要がある。その結果、バルブシート５８の半径方向に最も内側の部分つまり領域は、バルブシート５８の半径方向に最も外側の部分よりも圧縮される。本発明のある典型的な実施形態において、半径方向に最も外側の部分の呼称圧縮が.００８”であるのに対し、半径方向に最も内側の部分の呼称圧縮は.０１５”である。
【００２２】
バルブシート５８はまた、半径方向内側一次領域８８と一次領域８８から半径方向外側に張り出した二次領域９０とを有する。一次領域８８は、二次領域９０よりも強い圧縮を受ける。これは、両方の要求された圧縮点が、要求された製造許容値に関係無く常に圧縮されることを確実にする。全要素を圧縮された状態に保つことにより、いかなるつまり全てのバルブ部材の相対的な動きとその結果生じる摩耗を抑制している。
【００２３】
図３Ａおよび図３Ｂを再び参照すると、バルブ装置４２はまた、バルブ装置４２とバルブ板２８の間を密封するための外部シール部材９２を含んでいる。ある特定の実施例において、外部シール部材９２は、第１端部材６０によって形成された外側環状溝９４内に取り付けられたＯリングである。バルブ装置４２がバルブ板２８の入口３４あるいは出口３６のどちらかにおいて圧縮されるときに、シール部材９２が外側環状溝９４の全容積を実質的に完全に塞ぐように（図２参照）、外部シール部材９２と外側環状溝９４は、好ましくは相対的に形状および寸法決定される。即ち、外部シール部材９２は、好ましくは、ポンプ２０内に取り付けられたときに、外側環状溝９４を実質的に１００％塞ぐように設計されている。外側環状溝９４を実質的に完全に塞ぐことによって、外部シール部材９２、バルブ板２８および第１端部材６０の間の動きが抑制される。
【００２４】
前述したように、バルブ装置４２の磨耗を抑制するには、装置の種々の構成部材間の相対運動を抑制するのが望ましい。この点において、バルブ装置４２は、好ましくは、バルブ装置４２の種々の構成部材間で比較的高レベルの一定の圧縮力を維持するための手段が備わっている。バルブ装置４２のスペーサ６２は、バルブ部材間の圧縮力を維持するための一例の形状あるいは技術を提供している。ある特定の実施例において、スペーサ６２は、一般的に管状であり、ばねのような特性を有している。例えば、スペーサ６２は、弾性、ゴム弾性、変形性、あるいは圧縮性の材料で作ることができる。必要な弾性特性を有する材料の一例はポリエチレンである。
【００２５】
図３Ａおよび３Ｂを再度参照すると、スペーサ６２は、バルブ本体４４の第２端部４８と第２端部材６６の間に形成されたスペーサ溝６４に取り付けられている。スペーサ溝６４は、バルブ本体４４の第２端部４８によって形成された第１環状ショルダ９６と、第２端部材６６によって形成された第２環状ショルダ９８とによって形成されている。第２端部材６６はまた、バルブ装置４２がバルブ板２８やマニホールド板３０などの圧縮板間で圧縮されるとき、バルブ本体４４の第２端部４８に係合するようになっている内端１００を含んでいる。
【００２６】
バルブ装置４２を使用する場合において、構成部品は、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように位置合わせされており、入口あるいは出口、例えばポンプ２０の入口３４と出口３６の一方に配置される。入口あるいは出口に配置されると、バルブ装置４２の構成部品は、互いに対して自由に動くことができる。バルブ板２８やマニホールド板３０などの対向する圧縮板は、バルブ装置４２の構成部品を互いに固定してしまうために用いられる。例えば、バルブ板２８とマニホールド板３０が互いにボルト締めされると、バルブ装置４２はその間で圧縮される。特に、第１および第２端部材６０と６６が、バルブ板２８とマニホールド板３０によって、互いに向かって係合させられ、圧縮される。バルブ装置４２が圧縮されると、スペーサ６２は、好ましくは座屈したり、圧縮力を失うことなく、変形させられる。ある特定の実施例では、スペーサは、座屈したり、圧縮力を失うことなく、約０．０２０〜０．０４０”変形している。スペーサ６２が変形すると、第２端部材６６の内端１００とバルブ本体４４の第２端部４８の間の間隙１０３（図３Ａおよび図３Ｂ参照）は、内端１００がバルブ本体４４にほぼ係合するところまで小さくなる。第２端部材６６の内端１００がバルブ本体４４にほぼ係合するとき、スペーサ６２は、好ましくは、スペーサ溝６４の容積を実質的に完全に満たすだけの容積を有している。即ち、図２に示されるように、スペーサ６２は、バルブ装置４２が軸方向に完全に圧縮されるとき、スペーサ溝６４を実質的に１００％塞ぐように設計されている。
【００２７】
前述したように、ポペット部材５４は、ポペットばね５６によって、図３Ａに示された閉位置に向かって付勢される。ポペット部材５４をそのような閉位置に向かって付勢するために、様々なばね形状あるいはその他のゴム弾性部材が用いられ得ることが分かるであろう。また、“ばね”という用語は、ポペットを閉位置に向かって付勢するのに適したいかなる種類の弾性あるいはゴム弾性構造をも含むことを意味している。従って、本発明は、図示され、かつこの次に詳述される特定のばね形状に限られるものではい。
【００２８】
図示された特定の実施例において、ポペットばね５６はコイルばねからなっている。ポペットばね５６は、バルブ本体４４に配置されたばね保持構造５０の上に取り付けられている。様々な形状を用いることができるが、ばね保持構造５０は、中央ハブ部１０４から外側へ向かって突き出る複数のラジアル脚１０２を含んでいる。この脚１０２の中間部分は、バルブ本体４４内に形成された内側環状ショルダ１０６に係合している。脚１０２の遠位端は、ばね保持構造５０がバルブ本体４４内に保持されるように、保持リング／ワッシャ５２に係合している。ポペットばね５６は、ばね保持構造５０とポペット部材５４の間に取り付けられている。詳しくは、ポペットばね５６の一端は、ばね保持構造５０のハブ１０４の周りに形成された環状のくぼみあるいは溝１０８に嵌合している。ポペットばね５６の他端は、ポペット部材５４の内側側面あるいは表面に形成された円形くぼみ１１０に嵌合している。
【００２９】
図３Ａと図３Ｂは、ポペットばね５４の概略図である。ポペットばね５４のより詳細な図が、図６Ａおよび図６Ｂに示されている。図６Ａに示されているように、ポペットばね５６は、研削などの手段によって平坦化された端コイル１１２を含んでいる。端コイル１１２は、ばね５４の内側コイル１１４に対して傾斜している。この内側コイル１１４は、互いに対し略平行になっている。
【００３０】
端コイル１１２は平坦化されているため、その端部は、ばねの最も弱い、あるいは薄い部分に相当する。従って、その平坦化された部分１１２の磨耗を抑制するようにされた形状を与えることが望ましい。一例の形状としては、ばね５６がバルブ装置４２に取り付けられ、ポペット部材５４が閉位置にあるときに、各平坦化された端コイル１１２の周面の少なくとも２分の１が隣りの最も内側のコイル１１５に接触するように、バルブ装置４２に応じた所定の大きさと形をばね５６に与えることが必要である。そのような圧縮形状が図６Ｂに示されている。図６Ｂにおいて、コイル端部は互いに対して約１８０°偏位しているので、平坦化された端コイル１１２とその隣りの最も内側のコイル１１５の間の接触は、平坦化された端コイル１１２の一つについてのみ見ることができるのが分かるであろう。
【００３１】
本発明のある実施例において、コイルは、ポペットばね５６のフリーレングスＬf（図６Ａ参照）の約５０％〜７０％である架設長Ｌi（図６Ｂ参照）を有している。ばねの架設長Ｌiは、ばねがバルブ装置４２に取り付けられ、ポペット部材５４が閉位置にあるときのばね５６の長さである。ポペット部材５４が閉位置にあるときでも、ポペットばねが相当の予荷重を有するようにポペットばね５６を設計することにより、ポペット部材５４が開位置と閉位置の間を移動させられるとき、平坦化された端部１１２とその隣りの最も内側のコイル１１４の間の相対運動が抑制される。従って、平坦化された端部１１２の内側の磨耗もまた抑制される。
【００３２】
本発明の他の実施例において、増加したコイル数を有するばねを使ってコイル間の間隔を減少させることによって、ポペットばねのコイル間の相対運動を減少させることができる。さらに、コイルが直径の変化のために互いに接触することがない一定力の円錐形圧縮ばねあるいはその他の種類のばねも同様に用いることができる。
【００３３】
ポペットばね５６の磨耗はまた、平坦化された端部１１２の外側を保護するための構造を与えることによって抑制することができる。例えば、外側の磨耗を減少させるために、ゴム弾性構造あるいはコーティングをばね５８の端部付近に施すことができる。図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、ゴム弾性ワッシャ１１６が、ばね保持部材５０の環状溝１０８内に配置されている一方、ゴム弾性ディスク１１８が、ポペット部材５４によって形成された円形くぼみ１１０内に配置されている。ある実施例において、ワッシャあるいはディスクは、同様のゴム弾性特性を示すポリウレタンか、あるいはその他の材料で作ることができる。
【００３４】
上記説明について、本発明の範囲から逸脱することなく、細部において、特に採用される構成材料や、部品の大きさ、形状、および配置の点において変更することができるものと解釈されるべきである。本発明の本当の範囲および趣旨を下記請求の範囲の広い意味で表して、明細書および叙述された実施例はほんの例に過ぎないものとみなすことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理に従ったバルブ装置を使用できるポンプの具体例を示している。
【図２】  図１のポンプのバルブ板とマニホールド板を通って切断された横断面図で、本発明の原理に従ったバルブ装置がバルブ板内に設置されている状態が示されている。
【図３Ａ】  図２のバルブ装置の横断面図で、バルブ装置が閉位置にあるところが示されている。
【図３Ｂ】  図２のバルブ装置の横断面図で、バルブ装置が開位置にあるところが示されている。
【図４】  図３Ａ、３Ｂのバルブ装置のバルブシートとバルブ保持部材を示した拡大図である。
【図５】  図３Ａ、３Ｂのバルブ装置のバルブシートとポペットヘッドを示した拡大図である。
【図６Ａ】  図３Ａ、３Ｂのバルブ装置の中に組み込まれるばねを示しており、ばねが非圧縮状態にあることが示されている。
【図６Ｂ】  図３Ａのバルブ装置内に搭載された際の圧縮された状態にある図６Ａのばねを示している。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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