JP2007100663A - 膜式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】上流の一次ポンプで送出された主流体を更に加圧して送出する膜式ポンプについて、一次ポンプの吐出圧力による負荷が膜部材に加わることを回避して、その耐久性を良好なものとする。
【解決手段】ベローズ３１で背圧室３０Ａと区画された主流体加圧室２５Ａに主流体を充填し、カム室３０内のカム１６の回動により往復摺動するプランジャ２４Ａで背圧室３０Ａ内の作動流体に脈圧を与え主流体をさらに加圧して送出する膜式ポンプ３Ａにおいて、プランジャ２４Ａに背圧室３０Ａとカム室３０とを連通させる連通路２４１が設けられてプランジャ２４Ａの所定位置で開通するものとし、且つ、カム室３０に一次ポンプ圧が導入され連通路２４１が開通する所定のタイミングで背圧室３０Ａに一次ポンプ圧が導入されて背圧室３０Ａと主流体加圧室２５Ａの圧力とが一致する行程を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、膜部材内側の背圧室に充填した作動流体に脈圧を与えることにより、背圧室と膜部材で区画されてなる主流体加圧室に充填した主流体を圧送する膜式ポンプに関し、殊に、上流側に配設した一次ポンプで圧送された主流体にさらに圧力をかけて送出する膜式ポンプに関する。

従来より、膜式ポンプは大流量・低吐出圧系のポンプ装置に多用され、供給配管中の主流体がポンプ摺動部に触れないという利点から主に薬品や食品用に用いられており、一般に図５に示すような機構を採用している。即ち、駆動軸に設けられたカム１５の回動により供給配管中の二つのチェック弁２８ａ，２８ｂで区画されてなる主流体加圧室２５Ｄに内側を接続したベローズ等の膜部材３４を、カム１５の回動で外側から直接圧縮・拡大させることにより脈圧を生じさせ、充填した主流体を圧送するものであり、主流体に潤滑油が混入したり主流体が膜式ポンプ３Ｄ外部に漏出したりすることを回避できるものとなっている。

しかし、このように膜部材を機械的に作動させる方式のポンプは、圧力が直接膜部材にかかることからその寿命が短いものとなりやすく、消耗部品交換のための手間とコストが問題となっている。この問題に対し、例えば特開平６−１７３８１１号公報に記載され、図４に示すような膜式ポンプ３Ｃが実用化されるに至っている。

この膜式ポンプ３Ｃは、送出する主流体を直接加圧するのではなく、カム１５の回動によりプランジャ２４Ｃで作動流体を一旦加圧し、加圧された作動流体が膜部材３３で主流体加圧室２５Ｃと区画された背圧室３０Ｃに圧出され、この膜部材３３を介して主流体加圧室２５Ｃの流体を加圧して送出する方式を採用している。このような方式とすることで、プランジャ２４Ｃが突出する加圧時に膜部材３３の内外に生じる圧力差が殆ど無くなるため、膜部材３３の耐久性を高めることが可能となる。

ところが、図２に示すように、例えばエンジンの燃料供給システムのように、送出する主流体に所定の高圧を与えようとする場合、貯蔵容器１の付近で一次ポンプ１ａにより加圧して送出し、その下流側の二次ポンプとしての膜式ポンプ３Ｂで更に加圧することにより目的圧力まで上昇させる方式としたものがある。この場合、一次ポンプ１ａによる送出圧力が膜式ポンプ３Ｂの主流体加圧室２５Ｂ内に導入されて膜部材３２に負荷がかかることになる。

即ち、一次ポンプ１ａ作動に基づく主流体の圧力により、膜部材３２のプランジャ２４Ｂの非加圧時において一次ポンプ１ａが無い場合の自然高さ位置Ｘから、膜部材３２がさらに一次ポンプ圧で圧縮された高さ位置Ｙとなるため、上述した流体作動式の膜式ポンプの長所を損なうことになり、膜式ポンプ３Ｂの本来のポンプ機能を発揮しにくい状態となるとともに膜部材３２の耐久性を悪化させることにより、膜式ポンプ３Ｂ全体としても耐久性を損なうことになる。
特開平６−１７３８１１号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、上流の一次ポンプで送出された主流体を更に加圧して送出する膜式ポンプについて、一次ポンプの吐出圧力による負荷が膜部材に加わることを回避して、その耐久性を良好なものとすることを課題とする。

そこで、本発明は、所定の主流体を貯留容器から目的箇所まで供給する配管中に配設され、背圧室と、膜部材で背圧室と区画されるとともに吸込側および吐出側にそれぞれ配設されたチェック弁間に形成される主流体加圧室とを備えており、上流側に配設した一次ポンプで加圧された主流体を主流体加圧室に導入し、カム室内に配設されたカムの回動により往復摺動するプランジャで背圧室内の作動流体に脈圧を与えることにより膜部材を介して主流体をさらに加圧して送出するものとした膜式ポンプにおいて、背圧室内に先端側を突出するプランジャに背圧室とプランジャ基端側のカム室とを連通させる連通路が設けられてプランジャの所定位置で連通路が開通するものとされ、且つ、カム室に一次ポンプ圧が導入されるようになっており、連通路が開通する所定のタイミングで背圧室に一次ポンプ圧が導入されて背圧室の圧力と主流体加圧室の圧力とが一致する行程を有するものとした。

これにより、主流体による一次ポンプ圧の膜部材への負荷のうち、膜部材の耐久性に影響を与えやすい負荷タイミングに一致させて背圧側に同じ圧力を導入することで膜内外の圧力に均衡を保つことができ、膜部材への負荷を最小限としてその耐久性を確保できるようにした。

また、このカム室への一次ポンプ圧の導入は、一次ポンプから主流体加圧室に接続する供給配管の途中で分岐した配管が、カム室に連通した作動流体室と所定の膜部材で区画・分離された主流体室に接続されて、膜部材を介して導入されるものとすれば、主流体に作動流体が混入することなく確実に一次ポンプ圧をカム室側に導入することができる。

更に、上述した膜式ポンプにおいて、プランジャの連通路の開通は、プランジャの下死点位置のタイミングで所定時間開通するものとすれば、非加圧時に膜部材の自然高さ位置が確保されて一次ポンプが無い状態と同様の膜部材への負荷状態および高さ位置とすることができ、その耐久性の確保が容易なものとなる。

所定のタイミングで背圧室に一次ポンプ圧を導入するという本発明により、一次ポンプ圧の負荷が膜部材に加わることを回避して膜部材の耐久性を良好なものとすることができる。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の膜式ポンプ３Ａを配置した流体供給システムの配置図を示しており、膜式ポンプ３Ａは縦断面図で示している。本流体供給システムは、例えば燃料を所定の高圧にしてエンジンに供給する燃料供給システム等に適用できるものであり、流体貯留容器１に充填した燃料などの主流体を一次ポンプ１ａで送出し、供給配管２を経て膜式ポンプ３Ａに導入し、膜式ポンプ３Ａ内で主流体をさらに加圧してエンジンなどの目的箇所に送出するものである。

流体貯留容器１から延出された供給配管２は、膜式ポンプ３Ａ内の燃料通路入口側と出口側にそれぞれ配設されたチェック弁２８ａ，２８ｂの間で形成される主流体加圧室２５Ａに接続され、主流体加圧室２５Ａとは柔軟な膜部材からなるベローズ３１で隔てられた背圧室３０Ａ内の圧力変動により、主流体加圧室２５Ａに充填された主流体を加圧して送出する。

背圧室３０Ａは、例えば高粘度で潤滑性の高いエンジン用潤滑オイルなどからなる作動流体が充填されており、カム室３０内でカム１６の回動により基端側を押されたプランジャ２４Ａがシリンダ２３Ａ内で往復摺動することで、先端側が背圧室３０Ａ内で突出・没入してベローズ３１を拡大・縮小させて作動流体に圧力変動を与える。

また、プランジャ２４Ａの先端面側と基端側周面側に亘って穿設された連通路２４１が設けられ、プランジャ２４Ａの下死点付近でその基端側開口部がシリンダ２３Ａ外部に露出して背圧室３０Ａとカム室３０との連通が開通する。

一方、カム室３０は、作動流体を充填した作動流体室４２および主流体を充填した主流体室４３とこれらを区画する膜部材４１とを備えた一次ポンプ圧導入部４０に接続され、その作動流体室４２に連通して作動流体を充填している。そして、一次ポンプ圧導入部４０の主流体室４３には、一次ポンプ１ａと主流体加圧室２５Ａとを接続する供給配管２が途中で分岐した配管２ａが接続され、一次ポンプ圧を主流体室４３に導入する。

以下に、本実施の形態における膜式ポンプ３Ａの作用について、図１およびプランジャの変位とこれに対応する膜変位および膜応力値の変化を示す図３のグラフを参照しながら詳細に説明する。

貯留容器１から取り出された主流体は、一次ポンプ１ａにより加圧され供給配管２を通って、一方は膜式ポンプ３Ａに入口へ、一方は途中で分岐して配管２ａを通り一次ポンプ圧導入部４０の作動流体室４２に送出される。

プランジャ２４Ａが下降して吸入行程に入ると、吸入側のチェック弁２８ａが開き主流体加圧室２５Ａに主流体が充填されるが、この主流体には一次ポンプ圧がかかった状態となっている。しかし、プランジャ２４Ａが下死点付近になると、背圧室３０Ａとカム室３０とが連通路２４１の開通により連通するとともにカム室３０が一次ポンプ圧導入部４０の作動流体室４２に連通していることから、作動流体室４２に加わった一次ポンプ圧は膜部材４１とカム室３０とを介して背圧室３０Ａに導入され、主流体加圧室２５Ａの圧力と背圧室３０Ａの圧力は同一となって釣り合う。

図３のグラフを参照して、破線で表した従来の膜式ポンプにおけるプランジャ変位に対応したベローズ３１の膜変位および膜応力値の波形に示すように、一次ポンプ圧が主流体加圧室に導入されることにより、膜変位および膜応力値が一次ポンプの無い場合の自然高さ位置および本来の応力値よりも縮み側および圧縮側となり、膜部材に余分な負荷がかかってその耐久性を損なう結果となっていた。

これに対し、実線の波形で示す本実施の形態の膜変位および膜応力値においては、プランジャ２４Ａの下死点付近で主流体加圧室２５Ａの圧力と背圧室３０Ａの圧力が同一となって釣り合うことから、自然高さ位置および本来の膜応力値が確保されて一次ポンプ１ａが無い状態と同様の状態となっている。従って、ベローズ３１には余分な負荷がかかることがなく、一次ポンプ１ａが無い状態と同様のポンプ仕事ができるとともに、その耐久性を損なわないものとしたものである。

本発明の実施の形態を示す配置図、一部縦断面図。 従来例を示す配置図、一部縦断面図。 図１の膜式ポンプの作用を説明するためのグラフ。 従来例を示す縦断面図。 従来例を示す縦断面図。

符号の説明

１ 貯留タンク、 １ａ 一次ポンプ、 ２ 供給配管、 ２ａ 配管、 ３Ａ 膜式ポンプ、 １６ カム、 ２４Ａ プランジャ、 ２５Ａ 主流体加圧室、 ２８ａ，２８ｂ チェック弁、 ３０ カム室、 ３０Ａ 背圧室、 ３１ ベローズ、 ４０ 一次ポンプ圧導入部、 ４１ 膜部材、 ４２ 作動流体室、 ４３ 主流体室、２４１ 連通路

Claims (3)

1. 所定の主流体を貯留容器から目的箇所まで供給する配管中に配設され、背圧室と、膜部材で背圧室と区画されるとともに吸込側および吐出側にそれぞれ配設したチェック弁間に形成される主流体加圧室とを備えており、上流側に配設した一次ポンプで加圧された主流体を前記主流体加圧室に導入し、カム室内に配設されたカムの回動により往復摺動するプランジャで前記背圧室内の作動流体に脈圧を与えることにより前記膜部材を介して主流体をさらに加圧して送出する膜式ポンプにおいて、
   前記背圧室内に先端側を突出する前記プランジャには前記背圧室と該プランジャ基端側の前記カム室とを連通させる連通路が設けられて前記プランジャの所定位置で連通路が開通するものとされ、且つ、前記カム室に前記一次ポンプ圧が導入されるようになっており、前記連通路が開通する所定のタイミングで前記背圧室に前記一次ポンプ圧が導入されて前記背圧室の圧力と前記主流体加圧室の圧力とが一致する行程を有していることを特徴とする膜式ポンプ。
2. 前記カム室への前記一次ポンプ圧の導入は、前記一次ポンプから主流体加圧室に接続する供給配管の途中で分岐した配管が、前記カム室に連通した作動流体室と所定の膜部材で区画・分離された主流体室に接続されて前記膜部材を介して導入される請求項１に記載の膜式ポンプ。
3. 前記連通路の開通は、前記プランジャが下死点位置のタイミングで所定時間開通する請求項１または２に記載の膜式ポンプ。
   

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