JP2003003966A

JP2003003966A - 高圧発生装置

Info

Publication number: JP2003003966A
Application number: JP2001187375A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Umagami; 光治馬上; Naoyuki Umagami; 直之馬上; Takuya Umagami; 拓也馬上
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】脈動がなく、高圧を発生できる安価なポンプま
たは圧縮機を提供すること。【解決手段】ピストン１の往復動により流体が供給され
加圧される加圧室３（３１、３２、３３）をピストン１
の内部に備え、上記加圧室３を複数連結してなる。ま
た、複数の加圧室は逆流防止手段（８１、８２、８３）
を介して連結され、第１室３１では、ハウジング２の吸
入口２５７を介して流体が供給され、また、流体の加圧
及び吐出が行われる。第２室３２では、ハウジング２の
外部へ流体の吐出と、第１室３１からの流体の供給がな
される。第３室３３では、第２室３２からの流体の供給
と、ハウジング２の外部への流体の吐出が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウォータージェッ
トなどのように高圧の液体を連続吐出する高圧ポンプ装
置、及び、エアコンのコンプレッサなどのように高圧の
気体を連続供給する圧縮機のように、高圧の流体を発生
する高圧発生装置に係る技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、流体、特に液体を高圧で吐出する
ためには、プランジャポンプ（ピストンポンプとも呼ば
れる）が使用される。このプランジャポンプは、シリン
ダ内に液体を吸い込み、シリンダ内でピストンを外部か
らの動力源により駆動し、シリンダ内部の液体をピスト
ンで加圧し、高圧にして吐出する構造である。アキシャ
ル形ポンプ、斜板形ポンプ、ベーンポンプ、ギヤポンプ
など各種形式のものがあるが、いずれもピストンは圧縮
行程を必要とするので、一定の吐出圧力を得る（脈動を
少なくする）ためには、複数のピストンを備え、吐出圧
力の安定化を図っている。

【０００３】また、特公昭６２−２１９９４号公報に
は、２組のピストンとシリンダを用い、ピストンを自動
的に往復動させて高圧の作動油を吐出する圧力変換装置
の技術が示されている。

【０００４】また、エアコンの圧縮機にみられるよう
に、気体を圧縮するコンプレッサにおいては、プランジ
ャ式、ベーン式他、各種形式のものがあるが、多くのも
のはピストンに相当するもので吸入した気体を圧縮し、
複数のピストンで平均化して高圧の気体を吐出してい
る。

【０００５】また、気体の場合は、より高い圧力を得る
ためには多段に圧縮する方が一段で圧縮するよりも効率
が良く、例えば図２３に示すように、ピストン装置Ｃ
１、Ｃ２、Ｃ３を直列に複数連結し、モータＭで駆動軸
を偏心させて駆動する多段式気体圧縮機９９がある。こ
の圧縮機９９は、各ピストン装置のシリンダ径が吸入側
から吐出側に進むのにしたがって小さくされており、気
体Ｇを圧縮しやすくしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した液体用のプラ
ンジャポンプにおいては、吐出圧力に変動のないいわゆ
る無脈動のものが理想的であり、ピストンの数を多くす
るほど吐出圧力の脈動を小さくすることができるが、大
型化し、コストが高くなるというデメリットがある。ま
た、比較的多くのピストンを備えたプランジャポンプで
も高い吐出圧を得ようとすると、例えば図２１に示すよ
うに、吐出圧力ｐが大きな脈動Δｐを発生しやすくなる
場合が多い。

【０００７】液体を加圧する場合、圧力ゼロの状態から
圧縮すると必要な圧力に達するまでに無駄時間がある。
液体中には空気が混入している場合が多く、その無駄時
間は無視できるものでないことが多い。例えば、ウォー
タージェットによる各種材料の切断においては、高速で
切断しようとする場合、圧力の低下は切断残しを生じ
る。また、表面のみを切断する際には切断深さを正確に
管理したい場合があり、一定の圧力を発生する無脈動ま
たはそれに近い高圧ポンプが望まれているが、これらを
満足する物が得られないという問題がある。

【０００８】特公昭６２−２１９９４号公報の圧力変換
装置においても、一方のピストンの圧縮行程において、
圧力ゼロの状態から圧縮する行程となっており、例えば
図２２（ａ）に示すような吐出圧力ｐとなり、ウォータ
ージェットなどに使用できない脈動を生じている。

【０００９】また、気体の圧縮機においても、プランジ
ャポンプと同様に、ピストンの数を多くするほど吐出圧
力の脈動を小さくすることができるが、大型化し、コス
トが高くなるというデメリットがある。加えて、上記気
体の多段圧縮機９９の場合は、複数のピストン、シリン
ダ構造を配管で連結するので構造が複雑になり、高価と
なって、最近の脱フロン問題に対応可能で高圧を発生で
きる安価な圧縮機を得ることができないという問題があ
る。

【００１０】本発明は、このような状況を鑑みてなされ
たもので、脈動がなく、高圧を発生できる安価なポンプ
または圧縮機を提供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明に係る高圧発生装置は、次のような手段を採
用する。

【００１２】即ち、請求項１記載の高圧発生装置は、ピ
ストンの往復動により流体が供給され加圧される加圧室
をピストンの内部に備え、上記加圧室を複数連結してな
る。

【００１３】この手段では、ピストンが往復動してピス
トンの内部に形成された加圧室に流体が供給され、加圧
を行う。この加圧室が複数連結して備えられ、最後に加
圧された流体が吐出される。ここで、流体が液体の場合
は、定圧、定量で吐出が行われる。

【００１４】また、請求項２に記載のように、請求項１
に記載の高圧発生装置において、複数の加圧室は逆流防
止手段を介して連結されたことを特徴とする。

【００１５】この手段では、加圧室の間に逆流防止手段
が設けられ、逆流を防止し、加圧、吐出を容易にしてい
る。

【００１６】また、請求項３に記載のように、請求項１
または２に記載の高圧発生装置において、ピストンの一
方向の移動によりハウジングの吸入口を介して流体が供
給され、ピストンの他方向の移動により流体の加圧及び
吐出が行われる第１室と、ピストンの一方向の移動によ
りハウジングの外部へ流体の吐出が行われ、ピストンの
他方向の移動により第１室から流体が供給される第２室
と、ピストンの一方向の移動により第２室からの流体の
供給が行われ、ピストンの他方向の移動によりハウジン
グの外部へ流体の吐出が行われる第３室とを備えること
を特徴とする。

【００１７】この手段では、ピストンの一方向の移動に
より流体は第２室からハウジング外部へ吐出され、ピス
トンの他方向の移動により流体は第３室からハウジング
外部へ吐出され、連続的な吐出が可能となる。

【００１８】また、請求項４に記載のように、請求項３
に記載の高圧発生装置において、ピストンの他方向の移
動による第３室からの吐出圧力にほぼ等しくなるよう
に、ピストンの他方向の移動による第１室の圧縮容積を
第２室の膨張容積よりも大きくしたことを特徴とする。

【００１９】ここで、圧縮容積とは、ピストンの移動に
より加圧室が圧縮される容積を意味し、また、膨張容積
とは、ピストンの移動により加圧室が膨張する容積を意
味している。この手段では、ピストンの他方向の移動に
よる第３室からの吐出圧力にほぼ等しくなるように、圧
力上昇する第１室の圧縮容積を第２室の膨張容積よりも
大きくして、第２室の圧力を第３室からの吐出圧力にほ
ぼ等しくしている。

【００２０】また、請求項５に記載のように、請求項３
または４に記載の高圧発生装置において、ピストンの一
方向の移動によりハウジングの外部へ吐出される容積
と、他方向の移動によりハウジングの外部へ吐出される
容積をほぼ等しくしたことを特徴とする。

【００２１】この手段では、ピストンの一方向の移動と
他方向の移動における吐出容積を等しくすることで、一
定量の吐出を行うとともに、ピストンの往復による吐出
圧力の差がなくなる。

【００２２】また、請求項６に記載のように、請求項１
または２に記載の高圧発生装置において、ピストンの一
方向の移動によりハウジングの吸入口を介して流体が供
給され、ピストンの他方向の移動により流体の加圧及び
吐出が行われる第１室と、ピストンの一方向の移動によ
り流体の加圧及び吐出が行われ、ピストンの他方向の移
動により第１室から流体が供給される第２室と、ピスト
ンの一方向の移動により第２室からの流体の供給が行わ
れ、ピストンの他方向の移動によりハウジングの外部へ
流体の吐出が行われる第３室と、第３室とハウジングの
吐出口との間に逆流防止手段とを備えることを特徴とす
る。

【００２３】この手段では、ハウジング外部への吐出が
第３室から行われるので、とくに気体を多段階に圧縮し
やすくなる。また、第３室とハウジングの吐出口との間
の逆流防止手段がハウジング吐出口からの逆流を防ぎ、
気体の多段階の圧縮による高圧化を容易にする。

【００２４】また、請求項７に記載のように、請求項６
に記載の高圧発生装置において、第１室をピストンの端
面とハウジングで囲まれる空間に形成したことを特徴と
する。

【００２５】この手段では、第１室の容積が大きくとら
れ、気体を圧縮するのに適したものとなる。

【００２６】また、請求項８に記載のように、請求項１
〜７のいずれかに記載の高圧発生装置において、ピスト
ンは、圧力源に接続された作動流体を方向制御弁で切換
え、ピストンの作動方向が切換可能なように作動流体を
作用させる作用面を備えたことを特徴とする。

【００２７】この手段では、圧力源から供給される作動
流体が方向制御弁で切換えられ、ピストンに設けた作用
面に作用してピストンの移動が制御される。

【００２８】また、請求項９に記載のように、請求項８
に記載の高圧発生装置において、ハウジングの吸入口と
第１室との間に開閉弁を設け、上記方向制御弁で切換え
られた作動流体の圧力を上記開閉弁に作用させ、ハウジ
ングの吸入口と第１室との開閉を方向制御弁の方向切換
に連動させたことを特徴とする。

【００２９】この手段では、方向制御弁で切換えられた
作動流体の圧力を利用して開閉弁が切換えられ、開閉弁
は方向制御弁の方向切換に連動する。

【００３０】また、請求項１０に記載のように、請求項
１〜７のいずれかに記載の高圧発生装置において、ピス
トンを往復動させるアクチュエータは、ピストンが往復
動可能なように作動流体の通路を自動的に切換える自動
切換装置であることを特徴とする。

【００３１】この手段では、ハウジングに内蔵されたバ
ルブ機構により作動流体を自動的に切換えて、ピストン
を往復動可能にする。

【００３２】また、請求項１１に記載のように、請求項
１０に記載の高圧発生装置において、上記自動切換装置
は、圧力源から作動流体が導かれピストンの移動方向を
制御するメーンバルブと、移動するピストンで押される
とともにピストンがハウジングの一端近傍に到達すると
作動流体の通路を切換えて上記メーンバルブを他端方向
へ移動可能にする第１のパイロットバルブ構造と、移動
するピストンで押されるとともにピストンがハウジング
の他端近傍に到達すると作動流体の通路を切換えて上記
メーンバルブを一端方向へ移動可能にする第２のパイロ
ットバルブ構造とで構成されることを特徴とする。

【００３３】この手段では、自動切換装置が、メーンバ
ルブと、メーンバルブと連結する作動流体の通路を含む
第１のパイロットバルブ構造と、メーンバルブと連結す
る作動流体の通路を含む第２のパイロットバルブ構造と
で構成され、ピストンの移動方向が２つのパイロットバ
ルブ構造で自動的に切換えられる。

【００３４】また、請求項１２に記載のように、請求項
１〜７のいずれかに記載の高圧発生装置において、ピス
トンはピストンの一部がハウジングの外部に突出する延
長部を備え、ピストンを往復動させるアクチュエータ
は、上記延長部にピストンの往復動を可能にする駆動装
置を備えたことを特徴とする。

【００３５】この手段では、ハウジングの外部に突出す
るピストンの延長部に駆動装置が連結され、ピストンの
往復動が可能にされる。

【００３６】また、請求項１３に記載のように、液体が
供給され加圧される第１室と、第１室で加圧された液体
が供給され加圧されて吐出される第２室と、第２室で加
圧された液体が供給され加圧されて吐出される第３室と
を備えてなる。

【００３７】この手段では、流体は液体であり、第１室
で加圧された流体が第２室又は第３室で加圧されて吐出
されるので、加圧された液体の連続的な吐出が行われ
る。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る高圧発生装置
の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【００３９】図１〜図８は、本発明に係る高圧発生装置
の実施の形態（１）を示すものである。

【００４０】高圧発生装置１００は、流体Ｆが供給され
て高圧の流体を発生させるポンプ装置を示している。高
圧を安定的に発生できる無脈動ポンプとして利用するも
ので、例えば、高圧の水はウォータージェットの噴射口
に連結され、各種対象物を切断することなどに用いられ
て好適なものである。

【００４１】高圧発生装置１００の外観形状は円筒形の
筒形状をなし、図１に示すように、ピストン１と、ハウ
ジング２と、ピストン１の内部に形成された加圧室３
（第１室３１、第２室３２、第３室３３）と、逆流防止
手段である逆止め弁８１、８２、８３とを備え、ピスト
ン１がアクチュエータ６で駆動される構成となってい
る。

【００４２】なお、図１、２では、実施の形態（１）の
高圧発生装置１００の基本的な構造と作動を説明するた
めの図としており、組立可能な構造の図にはなっていな
い。組立可能な構造の図としては、後述する図９〜１１
に示すようなものとなる。

【００４３】ピストン１は、断面Ｈ形状をなし、第１
（右側）ピストン１１と、第２（左側）ピストン１２
と、円筒型の連結部１０とが一体に形成されている。そ
して、ピストン１の連結部１０の第１ピストン１１側に
は、第１室３１を形成するための円筒穴１３が設けら
れ、第２ピストン１２側にも第２室と第３室を形成する
ための円筒穴１４が設けられている。なお、円筒穴１３
の内径Ｄ１は、円筒穴１４の内径Ｄ２より所定の大きさ
だけ大きく形成されている。

【００４４】ピストン１の円筒穴１３と円筒穴１４は、
ピストン１の連結部１０と一体に形成された壁１５で仕
切られており、壁１５には逆止め弁８２が設けられてい
る。この逆止め弁８２は、円筒穴１３（第１室３１を形
成）から円筒穴１４（第２室３２を形成）方向のみに流
体Ｆが流れるように形成されている。逆止め弁８２は、
ボール８２２と、スプリング８２３とで構成されてい
る。また、ピストン１には、後述するアクチュエータ６
による作動流体Ｌが作用する作用面１１２、１２２が設
けられている。

【００４５】ハウジング２は、外周部２０と、右の端面
２１１と、左の端面２６で形成されている。端面２１１
の中心部には、第１突起部２５が一体に設けられてい
る。なお、図１、図２のハウジング２は外周部２０と左
右の端面２１１、２６が一体構造となっておりこのまま
ではピストン１などを挿入できないが、実際は組立可能
なように分割され、連結された構造になっている。そし
て、ピストン１を移動（往復動）可能なように、ハウジ
ング２の内壁面２８ａ、２８ｂで支持している。

【００４６】ハウジング２の第１突起部２５には、流体
Ｆが供給される吸入口２５７と、吸入通路２５４と、逆
止め弁８１が設けられている。この逆止め弁８１は、吸
入口２５７から第１室３１方向へ流体Ｆが流れるように
設けられている。逆止め弁８１は、ボール８１２と、ス
プリング８１３とで構成されている。

【００４７】端面部材２６の第２突起部２６１は、第２
ピストン１２の内径部に延び、第２突起部２６１の先端
に第２室３２と第３室３３を仕切る仕切部材２７が設け
られている。また、第２突起部２６１の先端には逆止め
弁８３が設けられ、吐出通路２６４と、吐出口２６７と
が設けられている。なお、この逆止め弁８３は、第２室
３２から第３室３３方向へ流体Ｆが流れるように設けら
れている。逆止め弁８３は、ボール８３２と、スプリン
グ８３３とで構成されている。

【００４８】仕切部材２７は、第２突起部２６１に固定
された静止部材であり、第２室３２と第３室３３を仕切
るもので、その中心部に逆止め弁８３への連通口２７１
が設けられている。

【００４９】なお、ハウジング２の端面２１１には、空
気穴２１３が設けられている。この空気穴２１３は、ピ
ストン１が移動することにより、第１ピストン１１の右
側の端面１１１とハウジング２で囲まれた空間３４が圧
縮されたり、負圧になることによりピストン１の移動が
阻害されるのを防止するためである。また、同様に、左
側の空間３７が圧縮されたり、負圧にならないようにハ
ウジング２の端面部材２６にも空気穴２６８が設けられ
ている。

【００５０】ハウジング２の中央部には、アクチュエー
タ６から作動流体Ｌの供給および排出を行う制御ポート
２２１、２２２が設けられ、第１制御ポート２２１は通
路２２３を介して第１制御室３５に連通している。ま
た、第２制御ポート２２２は通路２２４を介して第２制
御室３６に連通している。第１制御室３５の圧力ｐ３５
は第１ピストン１１の作用面１１２に作用し、第２制御
室３６の圧力ｐ３６は第２ピストン１２の作用面１２２
に作用する構成となっている。

【００５１】加圧室３は、ハウジング２の内部で、ピス
トン１の中心軸を含むピストン１の内側空間に形成した
第１室３１と、第２室３２と、第３室３３との３つの加
圧室を備え、以下に説明するように、加圧された流体が
ハウジング２の吐出口２６７から連続的に吐出されるよ
うに３つの加圧室を直線上に連結している。

【００５２】第１室３１は、ピストン１の円筒穴１３と
第１突起部２５の端面２５８で形成される加圧室であ
り、ハウジング２の吸入口２５７と吸入通路２５４及び
逆止め弁８１を介して連通している。なお、図１はピス
トン１が右方向に移動中の状態を示し、図２はピストン
１が左方向に移動中の状態を示している。第１室３１の
容積は、ピストンの一方向の移動（図２のように左方向
の移動）で増大（膨張）し、ピストンの他方向の移動
（図１のように右方向の移動）で減少（圧縮）される構
成となっている。

【００５３】したがって、図２のようにピストンの左方
向の移動で第１室３１の圧力が供給流体Ｆの圧力ｐｓよ
りも低くなると吸入口２５７より流体Ｆが供給（吸入）
され、図１のようにピストンの右方向の移動で第１室３
１内部の流体Ｆの加圧が行われる。そして、逆止め弁８
１を閉じて第１室３１内部の流体Ｆの圧力はさらに上が
るが、後述するように第２室３２は膨張するので逆止め
弁８２は開き、第２室への流体Ｆの供給（吐出）が行わ
れる。そして、第１室３１の内径を第２室３２の内径よ
り所定の値だけ大きくしているので、第１室３１と第２
室３２は同時に加圧される構成となっている。

【００５４】第２室３２は、ピストン１の円筒穴１４と
仕切部材２７で形成される加圧室であり、第１室３１と
逆止め弁８２を介して連通し、第３室３３及び吐出口２
６７と逆止め弁８３を介して連通している。また、第２
室３２の容積は、ピストンの一方向の移動（図２のよう
に左方向の移動）で減少（圧縮）され、ピストンの他方
向の移動（図１のように右方向の移動）で増大（膨張）
する構成となっている。

【００５５】なお、ピストンの他方向の移動（図１のよ
うに右方向の移動）する際、後述する第３室３３から吐
出される吐出圧力にほぼ等しくなるように、第１室３１
の内径Ｄ１を第２室３２の内径Ｄ２より大きくしてい
る。言い換えれば、第１室３１の圧縮容積を第２室３２
の膨張容積より大きくしている。

【００５６】一方、図２のようにピストンの左方向の移
動では、第１室で加圧された流体Ｆが第２室３２内でさ
らに加圧され、後述するように第３室３３が膨張する容
積を補うように第３室へ流体Ｆを供給するのに加え、逆
止め弁８３を開いてハウジング２の吐出口２６７より外
部へ高圧の流体Ｆが吐出される構成となっている。

【００５７】第３室３３は、ピストン１の円筒穴１４
と、仕切部材２７とで形成される加圧室であり、連通路
３３１及び吐出通路２６４を介して吐出口２６７と連通
している。したがって、第３室３３の圧力ｐ３は、常に
吐出口２６７の圧力ｐｄに等しいものとなっている（た
だし圧力の立ち上がり、立ち下がり時の微小時間におい
て差があることもある）。

【００５８】また、第３室３３の容積は、図１でピスト
ンの他方向（右方向）の移動で減少（圧縮）され、一方
向（左方向）の移動で増大（膨張）する構成となってい
る。したがって、図１のようにピストンの右方向の移動
で、吐出口２６７よりハウジングの外部へ高圧の流体Ｆ
が吐出される。また、ピストンの左方向の移動では上記
のように第２室３２より高圧の流体Ｆが吐出され、第３
室にも供給されるので、第３室３３の圧力ｐ３は、常に
加圧状態となる構成となっている。

【００５９】したがって、ピストンの左方向の移動で
は、第２室３２から高圧の流体Ｆが吐出され、ピストン
の右方向の移動では、第３室３３から高圧の流体Ｆが吐
出され、加圧された流体が連続的に吐出されるように構
成されている。

【００６０】アクチュエータ６は、ピストン１を往復動
させるものであり、圧力を有する作動流体を発生させる
圧力源Ｐと、圧力源に接続され作動流体の作動方向を切
換える方向制御弁６０と、ピストンに設けた作動流体の
作用面１１２、１２２に作動流体を導く通路として、圧
力源Ｐから方向制御弁６０への流路６３と、ハウジング
２の制御ポート２２１、２２２への流路６１、６２と、
方向制御弁６０からドレンタンクＤへの流路６４とで構
成される。

【００６１】方向制御弁６０は、流路を電気的な手段な
どで切換える電磁弁であり、図１の状態では６０２の流
路状態が選択されており、作動流体Ｌは、流路６１から
ハウジング２の第１制御ポート２２１に入り、第１制御
室３５の作用面１１２に作用する。一方、流路６２は流
路６４を介してドレンタンクＤにつながり、第２制御室
３６には圧力が作用せず、ピストン１を図１のように右
方向に押す駆動形態となる。また、図２に示すように、
方向制御弁６０が６０１の状態に切換えられると、作動
流体Ｌは、流路６２からハウジング２の第２制御ポート
２２２に入り、第２制御室３６の作用面１２２に作用す
る。逆に第１制御室３５の作動流体Ｌはドレンされるの
で、ピストン１を図２のように左方向に押す駆動形態と
なるように構成されている。

【００６２】次に、このように構成された高圧発生装置
１００の動作について説明する。図３〜図５は、ピスト
ン１が右に移動する状態から左に移動する状態に変化す
るのを説明する断面図であり、図３はピストン１が右に
移動している状態を示し、図４は停止した瞬間の状態を
示し、図５は反転してピストン１が左に移動している状
態を示している。なお、これらの図でアクチュエータ６
やボルト４などは省略している。

【００６３】図３では、ピストン１が右に移動している
ので、第１室３１が加圧されて逆止め弁８１は閉じる
が、第２室３２は膨張して逆止め弁８２が開放されるの
で、第１室３１の加圧される容積（圧縮容積）をΔＶ
１、第２室の膨張する容積（膨張容積）をΔＶ２とする
と、（ΔＶ１＋ΔＶ２）の容積がピストンの右方向への
移動で容積変化する（加圧される）。したがって、この
容積変化する分だけ第１室３１の圧力ｐ１および第２室
３２の圧力ｐ２が高められる。

【００６４】一方、第３室３３は、ピストン１が右に移
動することで加圧され、吐出口２６７の外部に設けられ
る図示しない絞りや圧力負荷などで決まる吐出圧ｐｄま
で高められ、吐出が行われる。ここで、第３室３３から
の吐出圧力ｐｄにほぼ等しくなるように第１室３１の圧
縮容積ΔＶ１を第２室の膨張容積ΔＶ２より大きくした
ので、第２室の圧力ｐ２がピストンの右方向への移動の
間、第３室の圧力ｐ３とほぼ同じ圧力になり、逆止め弁
８３の開閉頻度が多くなるのを防止できる。また、ピス
トンが逆方向の移動に反転する際に吐出圧力の変化をほ
とんどなくすことが可能となる。

【００６５】なお、第１室の内径Ｄ１と第２室の内径Ｄ
２の差は、使用される吐出圧力ｐｄに応じて決められ、
大きな吐出圧力ｐｄとするほどＤ１をより大きくするこ
とになる。

【００６６】ここで、加圧（圧縮）される流体Ｆが水の
場合、２０℃の水の圧縮率βは１．０１３２５×１０⁵
Ｐａ〜５００×１．０１３２５×１０⁵Ｐａの圧力範囲
においてβ＝０．４２８×１０^-9ｍ²／Ｎという値であ
る。このように圧縮率βが小さいということは、わずか
に圧縮するだけで圧力が急激に増大することを意味して
いる。ただし、実際には流体Ｆに空気が混入するので、
空気の混入率に応じて圧縮率βは低下することになる。
ピストン１の第１ピストン１１は第１制御室３５の作用
面積を大きくして大きな力を与えて第１室３１の圧力ｐ
１、第２室３２の圧力ｐ２、第３室３３の圧力ｐ３を高
められるようにしている。

【００６７】図３の位置から図４の位置付近までは、圧
力源Ｐで一定の圧力が作られ、一定の力で第１ピストン
１１を押すので、第３室３３から一定の吐出圧ｐｄで吐
出が行われる。そして、図４の位置のように、ピストン
１１の端面１１１がハウジング２の端面２１１の内壁面
に当たる少し前に移動した際に、方向制御弁６０を切換
えてピストン１を逆方向（左方向）に移動させるように
する。

【００６８】この切換時は、ピストン１は瞬間停止する
状態となる。しかし、第２室３２は吐出圧ｐｄにほぼ等
しい圧力に高められているので、吐出圧ｐｄの低下はほ
とんどなく、ピストン１が左方向に移動するとともに第
２室３２からの吐出が行われる。しかし、第３室３３は
ピストン１が左方向に移動することで膨張するので、第
２室３２の加圧により吐出した流体Ｆはその一部が第３
室３３の容積拡大に費やされる。ここで、ピストンの一
方向（図２のように左方向）の移動による吐出容積と、
他方向（図１のように右方向）の移動による吐出容積を
ほぼ等しくしている。

【００６９】すなわち、所定時間におけるストローク量
をｓ、第１室３１の径をＤ１、第２室３２の径をＤ２、
突起部２６１の外径をＤ３とすると、ピストン１の右方
向の移動による第３室３３からの吐出容積ＶＲ（ほぼ吐
出量に等しい）は、ＶＲ＝（π／４）×（Ｄ２²−Ｄ３²）×ｓ（１）式一方、ピストン１の左方向の移動による吐出容積ＶＬ
は、第２室３２の圧縮容積Ｖ３２（ほぼ吐出量に等し
い）から第３室３３の膨張容積Ｖ３３を引いたものとな
り、第２室３２と第３室３３の外径が等しいことから、
第３室の内径Ｄ３の分だけ吐出されることになり、ＶＬ＝（π／４）×Ｄ３²×ｓ（２）式ＶＲ＝ＶＬとすることにより、吐出圧力ｐｄを一定に保
持可能となるので、（１）式と（２）式から、（π／４）×（Ｄ２²−Ｄ３²）×ｓ＝（π／４）×Ｄ３
²×ｓ簡略化して、Ｄ２²＝２Ｄ３² Ｄ２＝√２×（Ｄ３）（３）式したがって、第２室３２の径をＤ２を突起部２６１の外
径Ｄ３の√２倍（約１．４１４倍）にすればよい。

【００７０】図５は、図４で反転したピストン１が左方
向に移動中の状態を示しており、逆止め弁８３が開放さ
れて第２室３２から高圧になった流体Ｆが吐出されてい
る。一方、第２室３２の高圧により逆止め弁８２は閉じ
られ、第１室３１が膨張状態にあり負圧になっているの
で、逆止め弁８１が開放され、吸入口２５７から流体Ｆ
が吸入されている。この状態はピストン１が左方向に移
動中の間、継続される。

【００７１】図６〜図８は、ピストン１が左に移動して
いる状態から右に移動する状態に変化するのを説明する
断面図であり、図６はピストン１が左に移動している状
態を示し、図７は停止した瞬間の状態を示し、図８は反
転してピストン１が右に移動している状態を示してい
る。図６は、図５の状態のまま、ピストン１が左方に寄
った状態であるが、逆止め弁の開き方などは図５の状態
が継続されている。

【００７２】図７の位置のように、第２ピストン１２の
端面１２１が端面部材２６の内壁面に当たる少し前に移
動した際に、方向制御弁６０を切換えてピストン１を逆
方向（右方向）に移動させるようにする。

【００７３】この切換時は、ピストン１は瞬間停止する
状態となる。しかし、第３室３３は吐出圧ｐｄに等しい
圧力に高められているので、吐出圧ｐｄの低下はほとん
どなく、ピストン１が右方向に移動するとともに第３室
３３からの吐出が行われることになる。そして、第２室
３２はピストン１が右方向に移動することで膨張する
が、逆止め弁８２が開放され、第３室３３からの吐出圧
にほぼ等しくなるように第１室３１の圧縮容積を第２室
３２の膨張容積よりも大きくしているので、第２室３２
の圧力ｐ２は第１室３１の圧力ｐ１、第３室３３の圧力
ｐ３とほぼ同じ圧力となる。

【００７４】図８は、図３と同じ状態を示しており、図
３から図８までで１サイクルが形成される。

【００７５】図２２は、以上説明した高圧発生装置１０
０による吐出圧力ｐｄの圧力波形を、従来のものに比べ
て理論検討したグラフである。図２２（ａ）は従来の技
術（例えば特公昭６２−２１９９４号公報）による油圧
ポンプによる圧力波形ｐの理論検討結果であり、本発明
の高圧発生装置１００において第１室がない装置に相当
するものである。一方、図２２（ｂ）が高圧発生装置１
００による吐出圧力の理論検討結果である。

【００７６】図２２（ａ）、（ｂ）において、ＬＨはピ
ストン１が左に移動している状態を示し、ＲＨはピスト
ン１が右に移動している状態を示している。また、Ｓは
ピストンの移動方向が切り替わる瞬間停止状態を示して
いる。ここで、従来のものは、図２２（ａ）に示すよう
に、ピストンが左方向に移動する際、圧力ゼロの第２室
を加圧することになり、圧力上昇の遅れ（Ａ部）を生じ
る。

【００７７】一方、高圧発生装置１００による吐出圧力
ｐｄは、図２２（ｂ）に示すように運転開始時は圧力ゼ
ロから加圧が１回だけあるものの、その後は常に加圧さ
れた流体Ｆを吐出するので、ピストンの移動方向が切り
替わる瞬間停止状態Ｓを除き、圧力は一定に保持される
ことになる。

【００７８】この高圧発生装置１００によれば、ピスト
ン１を一定の力で押し込むことにより一定の圧力で連続
的に流体Ｆを吐出することが可能である。しかも、左右
反転時に、従来の往復動式のウォータージェット用の増
圧器などが圧力が一時的にゼロに低下するのを防ぐため
にアキュムレータなどを設ける必要があるが、この高圧
発生装置１００では、吐出圧ｐｄの低下がほとんどない
のでアキュムレータを用いる必要がなく、脈動のない高
圧ポンプが得られる。

【００７９】また、圧力源Ｐや方向制御弁６０は既存の
市販品を使用でき、本体と別体にできるので防爆装置と
なり、コンパクトで安価な高圧ポンプとすることができ
る。

【００８０】また、ピストン１の内部で高圧が形成さ
れ、高圧が吐出される構造なので、コンパクトで安価で
あることに加え、従来の往復動式のウォータージェット
用の増圧器などのように高圧配管部を必要とせず、バー
ストなどの懸念が未然に防止できる。

【００８１】図９〜図１２は、本発明に係る高圧発生装
置の実施の形態（２）を示すものである。

【００８２】図９、図１１の高圧発生装置２００は、図
１、図２の高圧発生装置１００を実際に組立可能な製品
形状で示したものである。ここで、図９はピストン１が
右方向に移動中の状態で図１に相当し（図１０は図９の
中心部の拡大図）、図１１はピストン１が左方向に移動
中の状態で図２に相当している。なお、実施の形態
（１）と共通する構成要素については同じ符号とし、説
明を省略、または簡素化する。

【００８３】高圧発生装置２００は、外観形状は図１２
に示すように、中間部を直方体とした円筒形の筒形状を
なし、図９に示すように、ピストン１と、ハウジング２
と、ハウジング２の内部に形成された加圧室３（第１室
３１、第２室３２、第３室３３）と、逆止め弁８１、８
２、８３とを備え、ピストン１がアクチュエータ６で駆
動される構成となっている。

【００８４】ピストン１は、断面Ｈ形状をなし、第１
（右側）ピストン１１と、第２（左側）ピストン１２
と、円筒型の連結部１０とで主に構成されている。そし
て、第２ピストン１２と円筒型の連結部１０とは一体に
形成され、連結部１０の先端部には雄ねじが切られ、第
１ピストン１１の内径部に設けられた雌ねじと螺合して
いる。また、連結部１０と第１ピストン１１の内径部の
嵌合部にはシール溝１０１にシール部材１０２が設けら
れている。

【００８５】円筒穴１３と円筒穴１４は、ピストン１の
連結部１０と一体に形成された壁１５で仕切られてお
り、壁１５には逆止め弁８２が設けられている。この逆
止め弁８２は、第１室３１からの流体Ｆの流れを許容す
るもので、ボール座８２１と、ボール８２２と、スプリ
ング８２３と、スプリング受け８２４とで構成されてい
る。

【００８６】ピストン１の円筒穴１４には、その入り口
部に第３室を形成するための蓋部材１６が設けられ、蓋
部材１６には雄ねじが切られ、第２ピストン１２の内径
部に設けられた雌ねじと螺合している。また、蓋部材１
６と第２ピストン１２の内径部の嵌合部にはシール溝１
６１にシール部材１６２が設けられ、蓋部材１６はピス
トン１と一体のように形成されている。

【００８７】ハウジング２は、第１ピストン１１側の第
１ハウジング２１と、中央ハウジング２２と、第２ピス
トン１２側の第２ハウジング２３と、キャップ２４で構
成される外周面と、右の端面２１１及び左の端面部材２
６で形成されている。第１ピストン１１側の端面は、第
１ハウジング２１の外周面が一体に端面２１１を構成
し、端面２１１の中心部の開口２１２には、第１突起部
２５のはめあい部２５１が僅かな隙間で嵌合し、第１突
起部２５のセンターが位置出しされている。そして、は
めあい部２５１には抜け止め部材２５３が嵌合する嵌合
溝が設けられ、第１突起部２５は抜け止め部材２５３に
よりハウジング２の端面２１１に固定されている。そし
て、ピストン１を移動（往復動）可能なように、ハウジ
ング２の内壁面２８ａ、２８ｂで支持している。

【００８８】また、第２ピストン１２側の端面には、突
起部２６１を一体に備えた端面部材２６が第２ハウジン
グ２３の端面２３１に当接するとともに、端面部材２６
は第２ハウジング２３の内径面２３２と僅かな隙間によ
るはめあいによりセンターが位置出しされ、キャップ２
４が第２ハウジング２３にねじ込まれる力で固定されて
いる。

【００８９】第１突起部２５は、第１ハウジング２１に
固定された延長部材であり、流体Ｆが供給される吸入口
２５７と、吸入口２５７に配管が連結されるためのねじ
部２５２と、吸入通路２５４と、逆止め弁８１と、２組
のシール溝２５５及びシール部材２５６とで構成されて
いる。この逆止め弁８１は、吸入口２５７から第１室方
向へ流体Ｆが流れるように設けられている。逆止め弁８
１は、ボール座８１１と、ボール８１２と、スプリング
８１３と、スプリング受け８１４とで構成されている。

【００９０】端面部材２６の第２突起部２６１は、第２
ピストン１２の内径部に延び、第２突起部２６１の先端
に設けられた雄ねじに第２室３２と第３室３３を仕切る
仕切部材２７がねじ込まれ、固定されている。また、第
２突起部２６１は、蓋部材１６と微小隙間を有して嵌合
し、その嵌合部にはシール溝１６３にシール部材１６４
が設けられ、第３室３３からの流体Ｆの漏れを防止して
いる。また、第２突起部２６１の先端には逆止め弁８３
が設けられ、さらには、吐出通路２６４と、吐出口２６
７と、吐出口２６７に配管が連結されるためのねじ部２
６２が設けられている。なお、この逆止め弁８３は、第
２室３２から第３室３３方向へ流体Ｆが流れるように設
けられている。逆止め弁８３は、ボール座８３１と、ボ
ール８３２と、スプリング８３３とで構成されている。

【００９１】仕切部材２７は、第２突起部２６１に固定
された静止部材であり、第２室３２と第３室３３を仕切
るもので、逆止め弁８３のボール座８３１がはめ込ま
れ、その中心部に逆止め弁８３への連通口２７１が設け
られている。また、仕切部材２７の外周部にはシール溝
２７５にシール部材２７６が設けられ、第２室３２と第
３室３３の流体Ｆの相互の漏れを防止している。

【００９２】また、第１ハウジング２１、中央ハウジン
グ２２、第２ハウジング２３は、これらのフランジ部２
１４、２２４、２３４に設けたボルト孔にボルト４を貫
通させ、座金４１、ナット４２で締め付ける構成として
いる。ここで用いるボルトはハウジング内部に生じる圧
力を常に受けるので、高圧発生装置１００の設計寿命に
おける耐久性能を満たす強度が必要なことは当然である
が、圧力を受けてボルトが変形すると第１室３１などの
圧力上昇に遅れを生じるので、圧力発生に問題を生じな
い程度に強度の高いボルトを使用することが望ましい。

【００９３】第３室３３は、ピストン１の円筒穴１４に
おいて、仕切部材２７と蓋部材１６とで形成される加圧
室であり、連通路３３１及び吐出通路２６４を介して吐
出口２６７と連通している。

【００９４】なお、組立については、初めに、各シール
部材、及び、逆止め弁８１、８２をそれぞれの組み込む
部品（第１突起部２５、ピストン１）に組み込んでお
く。また、逆止め弁８３は、蓋部材１６を端面部材２６
の突起部２６１にはめ込み、逆止め弁８３のスプリング
８３３とボール８３２を入れて仕切部材２７をねじ込ん
でおく。

【００９５】第１突起部２５を第１ハウジング２１に組
み込み、ピストン１に第２ハウジング２３と中央ハウジ
ング２２をはめ込み、且つ、第１ピストン１１をねじ込
んだものを第１突起部２５及び第１ハウジング２１に挿
入させ、ボルト４、ナット４２で３個のハウジングを締
め付ける。

【００９６】そして、途中まで組み立てた端面部材２６
をピストン１の円筒穴１４にはめ込み、端面部材２６の
円弧形長孔２６９から差し込んだ特殊工具（図示しな
い）で蓋部材１６のねじ込み用孔６５を回転させ、蓋部
材１６をピストン１にねじ込む。そして、最後にキャッ
プ２４を第２ハウジング２３にねじ込んで組立が完成す
る。

【００９７】この高圧発生装置２００によれば、実施の
形態（１）の高圧発生装置１００と同様に、ピストン１
を一定の力で押し込むことにより一定の圧力で連続的に
流体Ｆを吐出することが可能であり、脈動のない高圧ポ
ンプが得られる。

【００９８】さらに、ハウジング２やピストン１などが
製作可能な構成となっており、組立を考慮したコンパク
トな高圧ポンプとなっている。

【００９９】図１３、図１４は、本発明に係る高圧発生
装置の実施の形態（３）を示すものである。なお、以下
に示す他の実施の形態は、図１のように基本的な構造、
作用を説明するための図面で説明するものがあるが、組
立可能な実際の製品においては図９のような部品構成を
とることが可能である。

【０１００】この実施の形態（３）における高圧発生装
置３００は、実施の形態（１）に対し、吸入口２５７と
第１室３１との間の逆止め弁８１の代わりに開閉弁８５
を設け、上記方向制御弁６０で切換えられた作動流体Ｌ
の圧力を開閉弁８５に作用させ、吸入口２５７と第１室
３１との開閉を方向制御弁８５の方向切換に連動させた
ものである。その他の構成部品は実施の形態（１）と同
じものとしている。

【０１０１】開閉弁８５は、スプールバルブ８５０と、
作動流体Ｌのバイパス路２２５と、吸入通路２５４と、
吸入口２５７のバイパス路２５９で構成されている。ま
た、スプールバルブ８５０は、ランド部８５１と、スプ
ール軸８５２と、弁体部８５３で構成されている。

【０１０２】次に、このように構成された高圧発生装置
３００の動作について説明すると、図１３に示すよう
に、ピストン１が右方向に移動時は第１室３１が加圧状
態にあるため、第１室３１の圧力ｐ１は高く、また、バ
イパス路２２５を通ってスプールバルブ８５０のランド
部８５１の左面８５１ａに作用する作動流体Ｌの圧力が
右方向に作用しているので、開閉弁８５の弁体部８５３
は閉じた状態にある。

【０１０３】そして、ピストン１が図４に示したような
右の端部近傍まで移動した際、方向制御弁６０が切り替
わって、流路６１がドレンされ、流路６２に作動流体Ｌ
が供給されるようになる。すると、ピストン１は瞬間的
に停止した後、左方向に移動するようになるので、第１
室３１の圧力が低下し、バイパス路２２５の作動流体Ｌ
もドレンされる。したがって、スプールバルブ８５０を
右方向に押す力はなくなり、供給流体Ｆの圧力がスプー
ルバルブ８５０のランド部８５１の頭部８５１ｂ及び弁
体部８５３を押すとともに第１室３１の負圧により、開
閉弁８５の弁体部８５３が開放され、第１室３１に流体
Ｆが吸入される。

【０１０４】その後、ピストン１が左方向に移動中の状
態は、図１４に示すように、開閉弁８５以外は実施の形
態（１）に示した通りの作動となるが、ピストン１が図
７に示したような左の端部近傍まで移動した際、この開
閉弁８５による効果が明確に現れる。すなわち、方向制
御弁６０が切り替わって、流路６２がドレンされ、流路
６１に作動流体Ｌが供給されるようになり、ピストン１
は瞬間的に停止した後、右方向に移動するようになる。
しかし、ピストン１が右方向に移動して第１室３１の圧
力ｐ１が高くなる前に、バイパス路２２５を通ってスプ
ールバルブ８５０のランド部８５１の左面８５１ａに作
動流体Ｌの圧力が作用するので、開閉弁８５の弁体部８
５３は瞬時に閉じられる。

【０１０５】この高圧発生装置３００によれば、ピスト
ン１の移動方向に切り替わりの際に、開閉弁８５が逆止
め弁８１よりもさらに短時間で開閉する（特に短時間で
閉じる）ので、無駄な時間が少なくなり、圧縮の効率を
向上できる。したがって、効率の高い高圧ポンプが得ら
れる。

【０１０６】図１５は、本発明に係る高圧発生装置の実
施の形態（４）を示すものである。

【０１０７】この実施の形態（４）における高圧発生装
置４００では、アクチュエータ６は、ピストン１がスト
ロークの限界位置近傍に移動したことを検出し、ピスト
ン１を動かすための作動流体Ｌの通路を自動的に切換
え、ピストン１を異なる方向に移動させる自動切換装置
７０とした。その他の構成部品は、実施の形態（１）と
同様としている。

【０１０８】自動切換装置７０は、圧力を有する作動流
体Ｌを発生させる圧力源Ｐと、作動流体Ｌが導かれピス
トン１の移動方向を制御するメーンバルブ７１と、作動
流体Ｌが作用するピストン１の一方の作用面１２２で押
されるとともにピストン１がハウジング２の一方の内壁
２１５近傍に到達すると作動流体Ｌの通路を切換えてメ
ーンバルブ７１を他端方向へ移動可能にする第１のパイ
ロットバルブ構造７２と、作動流体が作用するピストン
１の他方の作用面１１２で押されるとともにピストン１
がハウジング２の他端の内壁２６ａ近傍に到達すると作
動流体Ｌの通路を切換えて上記メーンバルブ７１を一端
方向へ移動可能にする第２のパイロットバルブ構造７３
とで構成される。

【０１０９】メーンバルブ７１は、供給ポート７０ａに
供給された作動流体Ｌを第１制御室３５に導くか、第２
制御室３６に導くかを切換えるバルブである。図１５の
状態は、作動流体Ｌは通路７０ｂを介して第１制御室３
５に導かれている状態を示しており、ピストン１は右方
向に移動中の状態である。なお、メーンバルブ７１が左
に動いて供給ポート７０ａが通路７０ｃにつながると、
作動流体Ｌは通路７０ｃを介して第２制御室３６に導か
れる状態になる。

【０１１０】図１５の状態からさらに右方向に移動する
と、第１のパイロットバルブ構造７２のロッド７２１
は、スプール７２２に摺動可能に挿入されているので、
ロッド７２１がピストン１の一方の作用面１２２でさら
に押され、ロッド７２１の径大部７２１ａでスプール７
２２を右方向に押すことになる。すると、通路７０ｄを
介して第１のパイロットバルブ構造７２のスプール７２
２で遮断されていた作動流体Ｌが第１のパイロットバル
ブ７２の内部に流入し、通路７０ｅを介してメーンバル
ブ７１の右端部７１ａに導かれる。これにより、メーン
バルブ７１は左方向に押されピストン１の移動方向の切
換が自動的に行われる。

【０１１１】ピストン１が左に移動時は、ピストン１の
他方の作用面１１２がロッド７３１を押すようになり、
第２のパイロットバルブ構造７３は第１のパイロットバ
ルブ構造７２と左右対称形状に形成されているので、上
記と同様に自動的なメーンバルブ７１の切換が行われ
る。

【０１１２】この高圧発生装置４００では、アクチュエ
ータ６を以上のような自動切換装置７０としたので、作
動流体Ｌを供給ポート７０ａに供給するだけで（作動流
体Ｌが一定の流量と圧力であることは必要）実施の形態
（１）に示した効果に加え、方向制御弁６０ような電気
的な切換手段を使用しないので、より信頼性の高いシス
テムとなる。

【０１１３】図１６は、本発明に係る高圧発生装置の実
施の形態（５）を示すものである。

【０１１４】この実施の形態（５）における高圧発生装
置５００は、ピストン１はピストン１の一部がハウジン
グ２の外部に突出する延長部１７を備え、アクチュエー
タ６は、上記延長部１７にピストン１の往復動を可能に
する駆動装置７５を備えた構成としている。その他の構
成部品は、実施の形態（１）と同様としている。

【０１１５】すなわち、図１６に示すように、ピストン
の延長部１７に自在継手７５ａを連結し、さらに自在継
手７５ａに回転運動−直線運動変換機構７５ｃを連結
し、図示しないモータなどの回転動力装置の駆動軸７５
ｂで回転運動−直線運動変換機構７５ｃを回転させる
と、ピストン１の往復動を行うことができる。なお、ピ
ストン１の往復動による高圧の流体Ｆの吐出について
は、実施の形態（１）で説明したとおりである。

【０１１６】この高圧発生装置５００によれば、前述の
各実施の形態のように、作動流体Ｌの圧力によるピスト
ン１の駆動ではなく機械によるダイレクトな駆動なので
より効率の高い駆動が可能となる。

【０１１７】図１７は、本発明に係る高圧発生装置の実
施の形態（６）を示すものである。

【０１１８】この実施の形態（６）における高圧発生装
置６００は、実施の形態（５）と同様にピストン１はピ
ストン１の一部がハウジング２の外部に突出する延長部
１７を備え、延長部１７はコ字型に形成されている。そ
して、延長部１７の間に図示しないモータなどの回転動
力装置の駆動軸７６ｂと、カム７６ａが設けられ、カム
７６ａと接触する延長部１７の各辺部１７ａ、１７ｂに
は摺動部材１７ｃ、１７ｄが設けられている。その他の
構成部品は、実施の形態（１）と同様としている。

【０１１９】すなわち、図１７に示すように、駆動軸７
６ｂが回転するとカム７６ａと接触する摺動部材１７
ｃ、１７ｄの位置がカム７６ａの形状に合わせて移動す
るのでピストン１が往復動することになる。この高圧発
生装置６００も、実施の形態（５）の高圧発生装置５０
０と同様の効果を得ることができる。

【０１２０】また、実施の形態（４）（５）（６）に示
したように、各種アクチュエータで高圧発生装置の本体
部を駆動可能としたので、使用形態に合わせて高圧発生
装置の形式を選択することができる。

【０１２１】図１８、図１９は、本発明に係る高圧発生
装置の実施の形態（７）を示すものである。

【０１２２】この実施の形態（７）における高圧発生装
置７００は、気体を高圧にする圧縮機として好適なもの
である。この高圧発生装置７００が実施の形態（２）の
高圧発生装置２００などと異なっている点は、第１室３
１と、第３室３３の構成、及び、４つ目の逆止め弁８４
を設けている点である。

【０１２３】すなわち、この第１室３１をピストンの端
面とハウジングで囲まれる空間に形成し、第１室３１の
内径Ｄ１をハウジング２の内壁面の径に等しくしてい
る。また、第３室３３は、逆止め弁８４により吐出通路
２６４と仕切られ通路３３２を含めて独立した加圧室と
なっており、第２室３２から供給された流体（気体Ｇ）
の圧縮及びハウジング２外部への吐出が行われるものと
なっている。また、逆止め弁８４は第３室３３と吐出通
路２６４の間で、第３室からの気体Ｇの流れを許容する
ように設けられ、第２突起部２６１の先端部を彫り込み
ボール座８４４が形成され（逆止め弁８３のスプリング
受けを兼ねる）、ボール８４２とスプリング８４３で構
成されている。

【０１２４】高圧発生装置７００は、ピストン１の左方
向の移動により逆止め弁８１が開いて第１室３１に気体
Ｇが供給（吸入）され、ピストン１の右方向の移動によ
り第１室３１内の気体Ｇが圧縮され、実施の形態（１）
などと同様に第２室３２は膨張するが、第２室３２の内
径に比べ第１室の内径が圧倒的に大きいので、逆止め弁
８２を開いて第１室３１及び第２室３２の圧力が高めら
れる。

【０１２５】なお、ピストン１の左方向の移動時は気体
Ｇの吸入と同時に、第２室３２の気体Ｇの圧縮が行わ
れ、逆止め弁８３を開いて気体Ｇが第３室３３に供給さ
れる。ここで、第３室３３は膨張しているが第３室３３
の容積は第２室３２に比べ小さいので、第２室３２から
の気体Ｇの供給により第３室３３は圧縮されて圧力が高
められる。ここで、吐出口２６７に連結される負荷の圧
力が低い場合は、第３室３３の膨張容積を差し引いた気
体Ｇが第３室３３からハウジング２の外部に吐出され
る。なお、吐出口２６７に連結される負荷の圧力が高い
場合は、第３室３３の圧力を高めるように第２室３２か
らの供給が行われ、負荷の圧力を上回った時点で気体Ｇ
の吐出が行われることになる。

【０１２６】また、ピストン１の右方向の移動時は第１
室３１、第２室３２内の気体Ｇが圧縮されるのと同時に
第３室３３の容積が小さくなり、第３室３３の気体Ｇが
圧縮されてハウジング２の外部に吐出される。よって、
吐出口２６７に連結される負荷の圧力が低い場合は、連
続的にハウジング２の外部に吐出が可能となっている。

【０１２７】なお、ピストン１はその中央部の径大部１
８の左右面１８１、１８２に作動流体Ｌの作用する面を
備える構成としている。しかしこの形式だけでなく、図
９に示したように、ピストンの左右端部に作動流体Ｌの
作用する面を備える構成とすることも可能である。ま
た、第２突起部２６１の外周面と蓋部材１６の内周面と
の間にシール部材１６４（溝１６３）を４つ設けている
のは、液体Ｆに比べ気体Ｇが漏れやすいので、確実にシ
ールを行うためである。

【０１２８】この高圧発生装置７００によれば、供給さ
れた気体Ｇが３段階に圧縮され、効率の良い高圧化が可
能となっている（気体は一段よりも多段で高圧に圧縮し
た方が発熱が小さく効率がよい）。また、吐出圧力の脈
動がほとんどなく、従来の気体の多段圧縮機９９がピス
トンを複数備えているのに比べ、１つのピストンでコン
パクトに構成されており、小型で安価な圧縮機となって
いる。

【０１２９】なお、さらなる高圧化を必要とする場合
は、図示はしないが第４室を設けることも可能である。

【０１３０】また、各実施の形態における説明ではピス
トン１の右方向に移動、左方向に移動としたが、図で左
右が逆にされればその方向になることは言うまでもなく
当然である。

【０１３１】なお、各実施の形態（実施の形態（７）を
除き）では、高圧を発生するポンプとして好適な形態を
示したが、第１、２制御室３５、３６の作動流体の作用
面積を小さくし、その分、加圧室３の容積を大きくし
て、低圧で大流量のポンプとすることもできる。これ
は、建設機械、灌漑用ポンプ、消火用ポンプなどに用い
ると好適である。

【０１３２】

【実施例】第９図に示した設計に基づき試作品を製作
し、ハウジング２の吐出口２６７に一定圧の負荷を連結
してピストンを作動させ、吐出圧力ｐｄの時間変化を測
定した。図２０は、負荷が２０ＭＰａの場合、その圧力
波形を時間に対して記録したものであり、縦軸に吐出圧
力ｐｄ（単位：ＭＰａ）、横軸に時間をとっている。ピ
ストンの往復動（ストローク）の速度は、往復で約１秒
としており、約０．５秒ごとに短時間のわずかな圧力の
低下Δｐｄが見られるのは、ピストン１が移動方向を切
り替わる際に、瞬間停止することによる圧力変化であ
る。しかし、このレベルの圧力変動（４％程度の変動）
は従来の高圧ポンプに比べ大幅に小さく、時間的にもご
く短い圧力変動なので、無視できるレベルであり、この
発明による高圧ポンプの性能が優れていることが分か
る。さらには、従来のポンプはサージ圧力と呼ばれる高
周波で吐出圧力が振動する現象があり、各種不具合の原
因となっているが、この発明による高圧ポンプにはそれ
がないことも有利な点である。

【０１３３】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る高圧発生装
置によれば、ピストンの往復動により流体が供給され加
圧される加圧室をピストンの内部に備え、上記加圧室を
複数連結したので、加圧された流体が連続的にハウジン
グの外部へ吐出されるようになり、脈動がほとんどな
く、高圧を発生できる液体用のポンプまたは気体用の圧
縮機を得ることができる。

【０１３４】また、各種アクチュエータで高圧発生装置
の本体部を駆動可能としたので、使用形態に合わせて高
圧発生装置の形式を選択することができるという効果が
ある。

【０１３５】また、ピストンの内部で高圧が形成され、
吐出される構造としたので、コンパクトで安価であるこ
とに加え、高圧流体の配管がバーストするという危険性
を未然に防止できるという効果がある。

【０１３６】また、第１室の内径をハウジングの内壁面
として大きくとり、逆流防止手段で第３室を吐出通路と
仕切ったので、供給された気体Ｇが３段階に圧縮され、
効率の良い高圧化が可能となり、吐出圧力の脈動がほと
んどなく、従来の気体の圧縮機に比べ小型で安価な圧縮
機が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（１）を示す断面図である。

【図２】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（１）を示す断面図で、作動状態の異なるものである。

【図３】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（１）において、作動を説明する断面図である。

【図４】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（１）において、作動を説明する断面図である。

【図５】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（１）において、作動を説明する断面図である。

【図６】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（１）において、作動を説明する断面図である。

【図７】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（１）において、作動を説明する断面図である。

【図８】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（１）において、作動を説明する断面図である。

【図９】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（２）を示す断面図である。

【図１０】図９の中心部の拡大断面図である。

【図１１】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（２）を示す断面図で、作動状態の異なるものである。

【図１２】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（２）を示す斜視図である。

【図１３】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（３）を示す断面図である。

【図１４】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（３）を示す断面図で、作動状態の異なるものである。

【図１５】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（４）を示す断面図である。

【図１６】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（５）を示す断面図である。（ａ）と（ｂ）は作動が異
なった状態を示すものである。

【図１７】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（６）を示す断面図である。

【図１８】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（７）を示す断面図である。

【図１９】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（７）を示す断面図で、作動状態の異なるものである。

【図２０】本発明に係る高圧発生装置の実施の形態
（２）の装置により測定されたグラフである。

【図２１】従来の高圧発生装置による吐出圧力の一例
を示すグラフである。

【図２２】本発明と従来の高圧発生装置による吐出圧
力の理論検討結果を示すグラフである。

【図２３】従来の高圧発生装置の一例を示すシステム
図である。

【符号の説明】

１ピストン２ハウジング３加圧室４ボルト６アクチュエータ１０連結部１１第１ピストン１２第２ピストン１３円筒穴１４円筒穴２０外周部２１第１ハウジング２５第１突起部２６端面２７仕切部材２８ａ、２８ｂハウジングの内壁面３１第１室３２第２室３３第３室３５第１制御室３６第２制御室６０方向制御弁６１、６２流路８１、８２逆流防止手段（逆止め弁）８３、８４逆流防止手段（逆止め弁）１００、２００高圧発生装置２１１端面２５７吸入口２６１第２突起部２６７吐出口３００、４００高圧発生装置５００、６００高圧発生装置７００高圧発生装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０４Ｂ 9/08 Ｆ０４Ｂ 11/00 Ｚ 11/00 23/00 Ｚ 23/00 23/06 23/06 37/12 37/12 21/04 Ａ 53/16 21/08 Ｚ (72)発明者馬上光治千葉市花見川区朝日ヶ丘町3243番地の６ (72)発明者馬上直之千葉市花見川区朝日ヶ丘町3243番地の６ (72)発明者馬上拓也千葉市花見川区朝日ヶ丘町3243番地の６Ｆターム(参考） 3H070 AA00 AA03 AA05 BB04 BB07 BB15 CC01 CC21 CC35 DD01 DD11 DD22 DD26 DD31 3H071 AA01 AA02 AA06 BB01 CC11 CC25 CC34 DD03 DD06 DD14 DD31 DD32 DD35 DD42 3H075 AA01 AA06 AA18 BB03 BB13 BB17 BB21 CC03 CC25 CC35 DA03 DA04 DA06 DA09 DB01 DB10 DB22 DB23 DB42 3H076 AA02 AA10 AA12 BB02 BB26 BB28 BB38 BB40 BB41 BB43 CC26 CC28 CC43 CC44 CC92 CC93 CC94 CC95

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストンの往復動により流体が供給され
加圧される加圧室をピストンの内部に備え、上記加圧室
を複数連結してなる高圧発生装置。
【請求項２】請求項１に記載の高圧発生装置におい
て、加圧室は逆流防止手段を介して連結されたことを特
徴とする高圧発生装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の高圧発生装置
において、ピストンの一方向の移動によりハウジングの
吸入口を介して流体が供給され、ピストンの他方向の移
動により流体の加圧及び吐出が行われる第１室と、ピス
トンの一方向の移動によりハウジングの外部へ流体の吐
出が行われ、ピストンの他方向の移動により第１室から
流体が供給される第２室と、ピストンの一方向の移動に
より第２室からの流体の供給が行われ、ピストンの他方
向の移動によりハウジングの外部へ流体の吐出が行われ
る第３室とを備えることを特徴とする高圧発生装置。
【請求項４】請求項３に記載の高圧発生装置におい
て、ピストンの他方向の移動による第３室からの吐出圧
力にほぼ等しくなるように、ピストンの他方向の移動に
よる第１室の圧縮容積を第２室の膨張容積よりも大きく
したことを特徴とする高圧発生装置。
【請求項５】請求項３または４に記載の高圧発生装置
において、ピストンの一方向の移動によりハウジングの
外部へ吐出される容積と、他方向の移動によりハウジン
グの外部へ吐出される容積をほぼ等しくしたことを特徴
とする高圧発生装置。
【請求項６】請求項１または２に記載の高圧発生装置
において、ピストンの一方向の移動によりハウジングの
吸入口を介して流体が供給され、ピストンの他方向の移
動により流体の加圧及び吐出が行われる第１室と、ピス
トンの一方向の移動により流体の加圧及び吐出が行わ
れ、ピストンの他方向の移動により第１室から流体が供
給される第２室と、ピストンの一方向の移動により第２
室からの流体の供給が行われ、ピストンの他方向の移動
によりハウジングの外部へ流体の吐出が行われる第３室
と、第３室とハウジングの吐出口との間に逆流防止手段
とを備えることを特徴とする高圧発生装置。
【請求項７】請求項６に記載の高圧発生装置におい
て、第１室をピストンの端面とハウジングで囲まれる空
間に形成したことを特徴とする高圧発生装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の高圧発
生装置において、ピストンは、圧力源に接続された作動
流体を方向制御弁で切換え、ピストンの作動方向が切換
可能なように作動流体を作用させる作用面を備えたこと
を特徴とする高圧発生装置。
【請求項９】請求項８に記載の高圧発生装置におい
て、ハウジングの吸入口と第１室との間に開閉弁を設
け、上記方向制御弁で切換えられた作動流体の圧力を上
記開閉弁に作用させ、ハウジングの吸入口と第１室との
開閉を方向制御弁の方向切換に連動させたことを特徴と
する高圧発生装置。
【請求項１０】請求項１〜７のいずれかに記載の高圧
発生装置において、ピストンを往復動させるアクチュエ
ータは、ピストンが往復動可能なように作動流体の通路
を自動的に切換える自動切換装置であることを特徴とす
る高圧発生装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の高圧発生装置にお
いて、上記自動切換装置は、圧力源から作動流体が導か
れピストンの移動方向を制御するメーンバルブと、移動
するピストンで押されるとともにピストンがハウジング
の一端近傍に到達すると作動流体の通路を切換えて上記
メーンバルブを他端方向へ移動可能にする第１のパイロ
ットバルブ構造と、移動するピストンで押されるととも
にピストンがハウジングの他端近傍に到達すると作動流
体の通路を切換えて上記メーンバルブを一端方向へ移動
可能にする第２のパイロットバルブ構造とで構成される
ことを特徴とする高圧発生装置。
【請求項１２】請求項１〜７のいずれかに記載の高圧
発生装置において、ピストンはピストンの一部がハウジ
ングの外部に突出する延長部を備え、ピストンを往復動
させるアクチュエータは、上記延長部にピストンの往復
動を可能にする駆動装置を備えたことを特徴とする高圧
発生装置。
【請求項１３】液体が供給され加圧される第１室と、
第１室で加圧された液体が供給され加圧されて吐出され
る第２室と、第２室で加圧された液体が供給され加圧さ
れて吐出される第３室とを備えてなる高圧発生装置。