JP2006169993A - プランジャポンプ - Google Patents

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Mitsuru Matsuda
充 松田
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Abstract

【課題】 プランジャポンプにおいて吐出圧力の脈動を抑制する。
【解決手段】 シリンダ210を構成するポンプハウジング200と、シリンダ210内で往復動するプランジャ100とにより吸入口202から吸入した液体を排出口203から吐出するプランジャポンプPである。プランジャ100は、往動作により容積が増大して吸入口202から液体を吸入するとともに、復動作により容積が減少して液体を排出する吸入室V1と、往動作により容積が減少して排出口203から液体を排出するとともに、復動作により容積が増大して第1室から液体を吸入する吐出室V2とをシリンダ210との間に形成する。プランジャ100の往動作または復動作による吸入室V1の容積変化量は、吐出室V2の容積変化量より大きく設定される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、プランジャを往復動させることで液体を吐出するプランジャポンプに関する。
従来、偏心カムによってプランジャ(ピストンとも呼ばれる)を往復動させることによって液体を吐出するプランジャポンプが知られている。このような形式のポンプは、プランジャの上昇または下降動作の一方で排出側から液体を吐出するとともに、他方で吸入側から液体を吸入するように構成されている。そして、このようなプランジャポンプでは、吐出が間歇的に行われるため、吐出圧力に脈動が生じる。そのため、従来シリンダの吐出側にダンピングチャンバを設けて脈動を抑制させたり(特許文献1)、金属ダイヤフラムにより脈動を吸収させたり(特許文献2)する技術が開示されている。
特開平10−047256号公報 特開平11−247742号公報
ところで、プランジャポンプの能力を高めるためには、往復動するプランジャの直径を大きくする必要があるが、プランジャの直径を大きくすると、前記した吐出圧力の脈動が大きくなる。その結果、この脈動を抑制するためのダンピングチャンバなども大きくする必要があり、プランジャポンプ全体が大型化してしまうという問題がある。
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、吐出圧力の脈動を小さくして、小型化を可能にするプランジャポンプを提供することを課題とする。
前記した課題を解決するため、本発明のプランジャポンプは、シリンダを構成するポンプハウジングと、前記シリンダ内で往復動するプランジャとにより吸入口から吸入した液体を排出口から吐出するプランジャポンプであって、前記プランジャは、往動作により容積が増大して前記吸入口から前記液体を吸入するとともに、復動作により容積が減少して前記液体を排出する第1室と、往動作により容積が減少して前記排出口から前記液体を排出するとともに、復動作により容積が増大して前記第1室から前記液体を吸入する第2室とを前記シリンダとの間に形成し、前記プランジャの往動作または復動作による前記第1室の容積変化量が前記第2室の容積変化量より大きいことを特徴とする。
このようなプランジャポンプによれば、プランジャが往動したときには、吸入口から液体を第1室へ吸入すると共に、第2室から排出口へ液体を吐出する。また、プランジャが復動したときには、第1室から第2室に液体が移動すると共に、第2室の容積は増大する。しかし、プランジャの往動作または復動作による第1室の容積変化量は、プランジャの往動作または復動作による第2室の容積変化量よりも大きく設定されているので、プランジャの復動による第1室の容積の減少、つまり第2室へ移動する液体の容積は、第2室の容積の増大よりも大きい。したがって、第1室から第2室へ移動した液体は、一部がそのまま排出口から排出される。
このようにして、本発明のプランジャポンプは、プランジャの往動作と復動作の両方において液体が吐出されるので、効率よく液体が吐出される。また、間歇的な吐出や、液体の逆流が起こらないため、吐出圧力の脈動を小さくすることができる。
そして、前記プランジャの往動または復動による前記第1室の容積変化量は前記第2室の容積変化量の2倍であるのが望ましい。
このようにすることで、往動作時と復動作時のそれぞれで吐出される液体の量が同じになるので、吐出圧力の脈動を極力小さくすることができる。
また、本発明は、シリンダを構成するポンプハウジングと、前記シリンダ内で往復動するプランジャとにより吸入口から吸入した液体を排出口から吐出するプランジャポンプであって、前記プランジャは、往動作により容積が増大して前記吸入口から前記液体を吸入するとともに、復動作により容積が減少して前記液体を排出する第1室と、往動作により容積が減少して前記排出口から前記液体を排出するとともに、復動作により容積が増大して前記第1室から前記液体を吸入する第2室とを前記シリンダとの間に形成し、前記第1室における前記プランジャの受圧面積は、前記第2室における前記プランジャの受圧面積より大きいことを特徴とする。
このようなプランジャポンプによれば、プランジャが往動したときには、吸入口から液体を第1室へ吸入すると共に、第2室から排出口へ液体を吐出する。また、プランジャが復動したときには、第1室から第2室に液体が移動すると共に、第2室の容積は増大する。しかし、第1室におけるプランジャの受圧面積は、第2室におけるプランジャの受圧面積より大きく設定されているので、プランジャの復動による第1室の容積の減少、つまり第2室へ移動する液体の容積は、第2室の容積の増大よりも大きい。したがって、第1室から第2室へ移動した液体は、一部がそのまま排出口から排出される。
このようにして、本発明のプランジャポンプは、プランジャの往動作と復動作の両方において液体が吐出されるので、効率よく液体が吐出される。また、間歇的な吐出や、液体の逆流が起こらないため、吐出圧力の脈動を小さくすることができる。
そして、前記第1室における前記プランジャの受圧面積は、前記第2室における前記プランジャの受圧面積の2倍であるのが望ましい。
このようにすることで、往動作時と復動作時のそれぞれで吐出される液体の量が同じになるので、吐出圧力の脈動を極力小さくすることができる。
また、本発明のプランジャポンプを構成するため、前記吸入口と前記第1室の間の流路に設けられ、前記液体の前記吸入口から前記第1室への流通のみを許容する第1逆止弁と、前記第1室と前記第2室の間の流路に設けられ、前記液体の前記第1室から前記第2室への流通のみを許容する第2逆止弁と、を前記プランジャ内に設けることができる。
このようにすることで、プランジャポンプが取り付けられる基体に逆止弁を設ける必要が無く、機能をプランジャポンプに集約させてプランジャポンプの組み付けを容易にすることができる。
また、前記第1逆止弁および前記第2逆止弁を、前記プランジャ内に設ければ、プランジャが挿入されるポンプハウジングなどに逆止弁を設ける必要がなく、プランジャに機能を集約して組立の容易化を図ることができる。
さらに、前記排出口の少なくとも一部にオリフィスを設けるのが望ましい。
このようにすることで、プランジャポンプの脈動をより一層小さくすることができる。
本発明によれば、プランジャポンプの脈動を抑制することができ、小型化を図ることもできる。
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図において、図1は、実施形態に係るプランジャポンプの断面図であり、図2は、プランジャの受圧部分を示す図であり、(a)は、図1のA−A断面に相当する図、(b)は、図1のB−B断面に相当する図である。なお、以下の説明において、図1を基準に上下の方向を称する。
本実施形態に係るプランジャポンプは、例えばブレーキ用液圧制御装置などの油圧発生装置として用いられるが、これに限られるものではない。
図1に示すプランジャポンプPは、プランジャ100と、ポンプハウジング200と、キャップ300とからなる。
ポンプボディBは、プランジャポンプPが挿入して取り付けられる取付穴B1を有し、取付穴B1の底部(図1における下端)にはプランジャポンプPのプランジャ100を露出させる開口である作動孔B11が形成されている。ポンプボディBには、油路が複数形成され、取付穴B1には、プランジャポンプPに液体を供給する吸入路B2と、プランジャポンプPから吐出される液体が通る排出路B3とが形成されている。吸入路B2は、取付穴B1の周壁のうち底部付近に形成され、排出路B3は、吸入路B2より取付穴B1の開口側(上側)の周壁に形成されている。
ポンプハウジング200は、取付穴B1に挿入される略円筒形状の部材であり、ポンプハウジング200の軸線に沿ったシリンダ210は、プランジャ100とキャップ300の外径に合わせて、下方から軸支持部210A、プランジャ作動部210B、キャップシール部210Cの順に配置され、この順に大きくなる直径で形成されている。
ポンプハウジング200の外周220には、ポンプボディBの吸入路B2に対応した吸入口202と、排出路B3に対応した排出口203が形成されている。これらの吸入口202と排出口203は、ポンプハウジング200の外周220から内周、つまりシリンダ210まで貫通し、プランジャ100とポンプボディBとの間の液体の行き来を可能にしている。また、排出口203は、吸入路B2、排出路B3、および吸入口202や、プランジャ100内に形成される液体の流路よりも小さな流路断面で形成されており、プランジャ100から吐出される液体の脈動を抑制するためのオリフィスを兼ねている。なお、このようなオリフィスは、排出口203の一部のみに形成することもできるし、排出路B3内に形成することも可能である。
また、ポンプハウジング200の外周220には、ポンプハウジング200とポンプボディBの間の隙間から液体が漏れるのを防止するため、吸入口202の下側と、排出口203の上側に、それぞれシール部材としてのOリング221,223が配置されている。また、吸入口202と排出口203の間の液体の圧力漏れを防止するため、外周220の吸入口202と排出口203の間にもOリング222が配置されている。
なお、ポンプハウジング200は、クリップ229により取付穴B1からの抜け止めがなされている。
プランジャ100は、ポンプハウジング200のシリンダ210内で上下に往復動して動作するものであり、軸部材110と、ピストン部材120と、スプリングリテーナ130とを含んで構成されている。ピストン部材120は、シリンダ210との間に第1室としての吸入室V1と、第2室としての吐出室V2を形成している。より詳しくは、ピストン部材120の下方に吸入室V1が形成され、ピストン部材120の上方に吐出室V2が形成されるため、ピストン部材120が下降してシリンダ210から退出する動作、つまりプランジャ100の復動作により吸入室V1の容積が減少すると同時に吐出室V2の容積が増大し、ピストン部材120が上昇してシリンダ210に進入する動作、つまりプランジャ100の往動作により、吸入室V1の容積が増大すると同時に吐出室V2の容積が減少する。なお、プランジャ100は、必ずしもこのような3分割で構成される必要はなく、必要な機能を満たす限り、一体にもしくは分割して構成することができる。
軸部材110は、ポンプハウジング200の軸支持部210Aと同じ直径に形成された円柱状の部材である。軸部材110の下端面111は、平面状に形成され、偏心カム400の外周に当接している。偏心カム400は、外周が円形のカムであり、外周の円から偏心した回転軸410を中心に図示しないモータなどにより回転される。
軸部材110の外周112には、吸入口202に対応した吸入穴113が貫通して形成されている。また、外周112の吸入穴113の開口部付近には、プランジャ100の往復動があっても吸入口202と吸入穴113の連通を確保するための溝114が全周にわたって形成されている。
軸部材110には、その軸心に沿って上方に開口するバルブ穴115が形成されている。バルブ穴115は、下方が漏斗状に縮径して弁座115aが形成され、弁座115aは、その下端で開口してバルブ穴115と吸入穴113とを連通している。バルブ穴115には、弁体であるバルブボール141が収容され、バルブボール141がコイルスプリング151により下方に付勢されている。そのため、バルブボール141は、弁座115aとの協働により逆止弁(第1逆止弁)として機能し、吸入口202、吸入穴113からバルブ穴115、吸入室V1へ向けての液体の流通のみが許容される。
バルブ穴115の上端には、ピストン部材120と螺合するための雌ねじが形成されているとともに、雌ねじの下方には外周に貫通する吸入室連通孔116が形成されている。吸入室連通孔116は、シリンダ210の軸支持部210Aの上端に形成された拡径部211Aと軸部材110の間の空間を介して吸入室V1とバルブ穴115とを連通している。
ピストン部材120は、バルブ穴115の雌ねじに螺合する雄ねじを有する接続部121と、プランジャ作動部210Bと同じ直径に形成されたピストン部122と、ピストン部122の上方に連続し、ピストン部122より若干小さな直径となる吐出室形成部123とにより構成されている。
ピストン部材120は、その軸心に沿って上方に開口するバルブ穴125が形成されている。バルブ穴125は、下方が漏斗状に縮径して弁座125aが形成され、弁座125aは、その下端で開口してバルブ穴125と軸部材110のバルブ穴115とを連通している。バルブ穴125には、弁体であるバルブボール142が収容され、バルブボール142がコイルスプリング152により下方に付勢されている。そのため、バルブボール142は、弁座125aとの協働により逆止弁(第2逆止弁)として機能し、吸入室V1およびバルブ穴115からバルブ穴125および吐出室V2へ向けての液体の流通のみが許容される。
バルブ穴125の上端は、若干拡径してスプリングリテーナ130と螺合するための雌ねじが形成されている。また、バルブ穴125の周壁には、吐出室形成部123の外周へ通じる吐出室連通孔126が貫通して形成されている。バルブ穴125は、吐出室連通孔126を介して吐出室V2と連通している。
ピストン部122の下面、より正確にいえば下面のうち軸部材110と対面せずに露出している面は、吸入室V1の受圧面S1として機能する。また、ピストン部122の上面は、吐出室V2の受圧面S2として機能する。吐出室形成部123の直径は、軸部材110の直径より大きく、そのため、図2(a),(b)に示すように、受圧面S1の面積(受圧面積A1)は、受圧面S2の面積(受圧面積A2)より大きくなっている。受圧面積A2は、プランジャ100が上昇するときの吐出容積を規定し、受圧面積A2にプランジャ100のストロークを乗じた容積がプランジャ100の上昇時の吐出容積となる。また、受圧面積A1と受圧面積A2の差は、プランジャ100が下降するときの吐出容積を規定し、この差(A1−A2)にプランジャ100のストロークを乗じた容積がプランジャ100の下降時の吐出容積となる。したがって、より好ましくは受圧面積A1が受圧面積A2の2倍になるようにピストン部材120を形成することにより、プランジャ100の往復動による吸入室V1の容積変化量を吐出室V2の容積変化量の2倍とする。これにより、プランジャ100の上昇時と下降時の吐出容積を同じにできるため、吐出量の変動が小さくなる結果、プランジャポンプPの吐出圧力の変動(脈動)をより効果的に抑えることができる。
なお、図2(a),(b)に示す受圧面S1,S2は、プランジャ100の軸方向(往復動方向)からみた投影部分であり、受圧面積A1,A2もこの投影面積により計算する。たとえば、受圧面S1,S2がプランジャ100の軸方向に直交する面に対して傾斜している場合でも、受圧面積A1,A2は、プランジャ100の軸方向から見た投影面積により計算する。
なお、接続部121の下端の開口の周縁にはコイルスプリング151の内径に対応した突起が形成されていることで、コイルスプリング151の上端を位置決めしている。
スプリングリテーナ130は、上半分の外周がピストン部材120の吐出室形成部123と同じ直径に形成され、下半分にバルブ穴125の上部の雌ねじに螺合する雄ねじが形成されている。また、下端には、コイルスプリング152の内径に対応した突起が形成されている。スプリングリテーナ130は、ピストン部材120のバルブ穴125に螺合されることで、コイルスプリング152の上端を支持している。
このようなプランジャ100は、コイルスプリング153により下方の偏心カム400側、すなわち吸入室V1の容積を減少させ、吐出室V2の容積を増大させる方向へ付勢されている。コイルスプリング153は、ピストン部材120の受圧面S2とキャップ300の下面311の間で付勢力を発生している。
キャップ300は、外径がキャップシール部210Cに圧入される大きさに形成され、内径が前記スプリングリテーナ130およびピストン部材120の吐出室形成部123が摺動可能なシリンダ状に形成された、下方に開口する有底円筒状の部材である。キャップ300の有底部分にあたる上部には、キャップ300とスプリングリテーナ130の間に形成される空間の容積変化を可能にするための空気孔310が形成されている。
キャップ300は、ポンプハウジング200のキャップシール部210Cに液密に圧入されている。
プランジャ100とポンプハウジング200との間には、液体の圧力漏れを防止するためのシール部材としてのOリングが複数配置されている。具体的には、軸部材110の外周のうち、吸入穴113の下と上にそれぞれOリング161,162が配置され、ピストン部122の外周にOリング163が配置されている。また、スプリングリテーナ130の外周にスプリングリテーナ130とキャップ300の間をシールするOリング164が配置されている。
以上のように構成されたプランジャポンプPの動作について図3を参照しながら説明する。図3は、実施形態に係るプランジャポンプの動作を説明する断面図であり、(a)は下死点、(b)はプランジャの上昇中、(c)は上死点、(d)は、プランジャの下降中を示す。
図3(a)に示すように、偏心カム400の回転により上下に往復動されるプランジャ100が下死点にあるときには、吸入室V1の容積が最小(図3(a)においてはほぼ0)となり、吐出室V2の容積が最大となっている。
そして、偏心カム400の回転によりプランジャ100が上昇し始めると、図3(b)に示すように、吐出室V2の容積が減少するとともに、吸入室V1の容積が増大する。
このとき、吐出室V2の容積減少により吐出室V2の圧力が上昇する。吐出室V2内の圧力上昇は、第2逆止弁であるバルブボール142によりバルブ穴115とバルブ穴125の間の流路を閉じ、その結果、吐出室V2内の液体は、吐出室V2の容積が減少した分だけ排出口203から排出される。
一方、吸入室V1の容積増大により吸入室V1内の圧力は低下する。吸入室V1の圧力低下は、第1逆止弁であるバルブボール141により吸入穴113とバルブ穴115の間の流路を開き、その結果、吸入口202から、吸入穴113を介して吸入室V1に液体が吸入される。より詳しくいえば、吸入口202から、吸入穴113、バルブ穴115、吸入室連通孔116、および拡径部211Aと軸部材110の間の空間を通って吸入室V1へと液体が流れる。
次に、プランジャ100が上昇を続けて上死点にくると、図3(c)に示すように吸入室V1の容積が最大となり、吐出室V2の容積が最小になる。
さらに、偏心カム400の回転によりプランジャ100が下降を始めると、図3(d)に示すように吸入室V1の容積が減少するとともに、吐出室V2の容積が増大する。
このとき、吸入室V1の容積減少により吸入室V1内の圧力は上昇する。吸入室V1の圧力上昇は、第1逆止弁であるバルブボール141により吸入穴113とバルブ穴115の間の流路を閉じるとともにバルブ穴115とバルブ穴125の間の流路を開く。その結果、吸入室V1の容積減少量に応じた容積の液体が吸入室V1から吐出室V2へ流れる。より詳しくいえば、吸入室V1から拡径部211Aと軸部材110の間の空間、吸入室連通孔116、バルブ穴115、バルブ穴125、吐出室連通孔126を通って吐出室V2へ液体が流れる。
一方、吐出室V2は、容積が増大するものの、その容積増大量よりも吸入室V1からの液体の流入量が大きいため、全体としては圧力が上昇し、流入量と容積増大量の差の分だけの液体が排出口203から排出される。
図4は、本実施形態にかかるプランジャポンプによる液体の吐出量(積算値)と時間の関係を示したグラフである。図4に示すように、本実施形態のプランジャポンプPによれば、プランジャ100の上昇(往動作)時と下降(復動作)時の双方において液体が排出されるため、吐出圧力の変動が抑えられる。さらに、本実施形態のプランジャポンプPでは、排出口203が、流路断面が小さいオリフィスとなっていることから、吐出圧力の脈動をさらに抑えることができる。また、吐出圧力の脈動を抑えるための他の機構やダンピングチャンバを大きく設ける必要がないので、プランジャポンプの小型化を図ることもできる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。例えば、ポンプハウジング200を独立に設けることなく、ポンプハウジング200に相当するシリンダをポンプボディBに形成してもよい。また、このとき、図5に示すようにオリフィスを形成する絞り部材B31を排出路B3に設けてもよい。
また、実施形態においては、第1逆止弁および第2逆止弁をプランジャ内に設けたが、これらをポンプハウジング200やポンプボディBに設けることもできる。
実施形態に係るプランジャポンプの断面図である。 プランジャの受圧部分を示す図であり、(a)は、図1のA−A断面に相当する図、(b)は、図1のB−B断面に相当する図である。 実施形態に係るプランジャポンプの動作を説明する断面図であり、(a)は下死点、(b)はプランジャの上昇中、(c)は上死点、(d)は、プランジャの下降中を示す。 液体の吐出量と時間の関係を示す図である。 プランジャポンプの他の例を示す図である。
符号の説明
100 プランジャ
115 バルブ穴
125 バルブ穴
141 バルブボール
142 バルブボール
200 ポンプハウジング
202 吸入口
203 排出口
210 シリンダ
400 偏心カム
A1 受圧面積
A2 受圧面積
P プランジャポンプ
S1 受圧面
S2 受圧面
V1 吸入室
V2 吐出室

Claims (6)

  1. シリンダを構成するポンプハウジングと、前記シリンダ内で往復動するプランジャとにより吸入口から吸入した液体を排出口から吐出するプランジャポンプであって、
    前記プランジャは、往動作により容積が増大して前記吸入口から前記液体を吸入するとともに、復動作により容積が減少して前記液体を排出する第1室と、往動作により容積が減少して前記排出口から前記液体を排出するとともに、復動作により容積が増大して前記第1室から前記液体を吸入する第2室とを前記シリンダとの間に形成し、
    前記プランジャの往動作または復動作による前記第1室の容積変化量が前記第2室の容積変化量より大きいことを特徴とするプランジャポンプ。
  2. 前記プランジャの往動作または復動作による前記第1室の容積変化量は前記第2室の容積変化量の2倍であることを特徴とする請求項1に記載のプランジャポンプ。
  3. シリンダを構成するポンプハウジングと、前記シリンダ内で往復動するプランジャとにより吸入口から吸入した液体を排出口から吐出するプランジャポンプであって、
    前記プランジャは、往動作により容積が増大して前記吸入口から前記液体を吸入するとともに、復動作により容積が減少して前記液体を排出する第1室と、往動作により容積が減少して前記排出口から前記液体を排出するとともに、復動作により容積が増大して前記第1室から前記液体を吸入する第2室とを前記シリンダとの間に形成し、
    前記第1室における前記プランジャの受圧面積は、前記第2室における前記プランジャの受圧面積より大きいことを特徴とするプランジャポンプ。
  4. 前記第1室における前記プランジャの受圧面積は、前記第2室における前記プランジャの受圧面積の2倍であることを特徴とする請求項3に記載のプランジャポンプ。
  5. 前記吸入口と前記第1室の間の流路に設けられ、前記液体の前記吸入口から前記第1室への流通のみを許容する第1逆止弁と、
    前記第1室と前記第2室の間の流路に設けられ、前記液体の前記第1室から前記第2室への流通のみを許容する第2逆止弁と、
    を前記プランジャ内に設けたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のプランジャポンプ。
  6. 前記排出口の少なくとも一部にオリフィスを設けたことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のプランジャポンプ。
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