JP2007309192A - 膜式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で膜式ポンプの背圧室側に充填される作動油の劣化を最小限に抑えるようにして、作動油交換に要する手間およびコストを軽減する。
【解決手段】カム室４０Ａ内に配設したカム１６の回動で往復摺動するプランジャ２４Ａにより背圧室３０Ａ内の作動流体に脈圧を与え主流体室２５Ａの主流体を加圧して送出するものであって、プランジャ２４Ａに背圧室３０Ａとカム室４０Ａとを連通させる連通路が設けられた膜式ポンプ１Ａにおいて、プランジャ２４Ａに、略下死点位置で開通してカム室４０Ａの作動油を背圧室３０Ａに導入するインレット用の連通路２４１ａと、略上死点位置で開通して背圧室３０Ａの作動油をカム室４０Ａに送出するアウトレット用の連通路２４１ｂとを備えており、プランジャ２４Ａの往復摺動により背圧室３０Ａとカム室４０Ａとの間を作動油が循環する。
【選択図】図１

Description

本発明は背圧室の作動流体に脈圧を与えることにより、これと膜部材で区画された主流体加圧室の主流体を圧送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として薬品や食品用に用いられており、例えば特開平６−１７３８１１号公報に記載され図５に示すようなものが実用化されている。

この膜式ポンプ１Ｃ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と仕切られた背圧室３０Ｃに圧出され、膜部材３３を介し主流体加圧室２５Ｃの流体を加圧して送出する方式を採用している。

このような構成とすることで、プランジャ２４Ｃが突出する加圧時の膜部材３３の内外に生じる圧力差を殆どなくすことができるため、膜部材３３の耐久性を高めることが可能となる。しかし、このような膜式ポンプ１Ｃにおいては、作動流体が比較的狭い背圧室３０Ｃ内に封入されて循環がないことから短期間でその劣化が顕著となりやすく、作動油を定期的に交換する必要が生じてメンテナンスの手間およびコストが問題となりやすい。

これに対し、例えば特開２００６―８３７９２号公報に記載され、図４に示すような膜式ポンプ１Ｂが知られている。この膜式ポンプ１Ｂは、シリンダ２３Ｂに背圧室３０Ｂ側とカム室４０Ｂ側とを連通させる連通孔２４１ｃを設けるとともにカム室４０Ｂに作動油を充填したものとし、プランジャ２４Ｂの下死点付近で連通孔２４１ｃが開通しカム室４０Ｂ側から作動油を導入できるものとして、作動油全体の容量を拡大するとともに、作動油がカム１６やプランジャ２４Ｂ等の可動部の潤滑油を兼ねるようにしたものである。

しかしながら、このようにして作動油の容量を拡大した膜式ポンプ１Ｂは、プランジャ２４Ａの往復動作中に背圧室３０Ｂとカム室４０Ｂとが連通して作動油の全容量は拡大するものの、作動油が流動性に乏しく充填された作動油の総てが有効に利用されるとは限らないため、作動油の劣化対策としては充分とは言えない。そのため、カム室４０Ｂと別個に設けた作動油貯留容器とを接続して適宜補充するようにして対応することが多く、ポンプ装置の大型化・高価格化に繋がりやすいものとなっている。
特開平６−１７３８１１号公報 特開２００６―８３７９２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、簡易な構成で膜式ポンプの背圧室側に充填される作動油の劣化を最小限に抑えて、作動油交換に要する手間およびコストを軽減することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明は、主流体を所定の貯留箇所から目的箇所まで輸送する配管中に配設され、膜部材で背圧室と区画された主流体加圧室を備えており、カム室内に配設し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、膜部材を介して主流体を加圧して送出するものであって、先端側を背圧室内に突出し基端側をカム室内に突出するプランジャに、背圧室とカム室とを連通させる連通路が設けられ、プランジャの所定位置で連通路が開通するものとした膜式ポンプにおいて、プランジャに、略下死点位置で開通してカム室側の作動油を背圧室に導入するインレット用の連通路と、略上死点位置で開通して背圧室側の作動油をカム室に送出するアウトレット用の連通路とを備えており、プランジャの往復摺動により作動油が背圧室とカム室との間を循環することを特徴とする。

このように簡易な構成のポンプとすることで、プランジャの上死点で一方の連通路が開通して背圧室の作動油がカム室に送出され、下死点で他方の連通路が開通してカム室の作動油が背圧室に導入されるものとなり、作動油の流動性が高まって背圧室内とカム室内との間で活発に循環するようになるため、カム室内に充填した作動油が充分に利用されるようになって作動油の劣化を大幅に軽減できるものとなる。

また、この膜式ポンプにおいて、カム室内に、アウトレット用の連通路開口位置付近からカム室内を通ってインレット用の連通路開口位置付近まで作動油を誘導する誘導路が形成されたものとし、カム室内で作動油の循環が一方向に規制されるものとすれば、カム室内に充填された作動油の動きが一つの流れとなってその殆どが循環することになり、作動油が停滞するデッドスペースが殆どないものとなるため、カム室の容量を過大に大きくしなくても作動油の劣化を最小限に抑えることが可能となる。

背圧室とカム室との間で作動油が循環するものとした簡易な構成の本発明により、膜式ポンプの背圧室側に充填される作動油の劣化を最小限に抑えることができる。また、これにより、メンテナンスに要する手間およびコストを大きく軽減することができる。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明の膜式ポンプ１Ａの縦断面図を示している。膜式ポンプ１Ａ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することができ、図示しない流体貯留容器に充填した主流体を、供給配管２を経て導入し、膜式ポンプ１Ａ内で主流体を加圧して目的箇所に送出するものである。

供給配管２は、膜式ポンプ１Ａ内の燃料通路の入口側と出口側とにそれぞれ配設されたチェック弁２８ａ，２８ｂとの間で形成される主流体加圧室２５Ａに接続され、柔軟なゴムなどの膜部材からなるベローズ３１で主流体加圧室２５Ａと隔てられた背圧室３０Ａ内の圧力変動により、主流体加圧室２５Ａ内の主流体を加圧するようになっている。

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等からなる作動流体が充填されており、カム室４０Ａ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、戻しばね２６等で戻されてシリンダ２３Ａ内で往復摺動することにより、先端側が背圧室４０Ａ内で突出・没入して作動流体に圧力変動を与えるようになっている。

また、プランジャ２４Ａは、その先端面側と基端側周面側に亘って穿設された連通路２４１ａを有しており、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外に露出して背圧室３０Ａとカム室４０Ａとの連通が開通するようになっており、このこと自体は上述した従来の技術と同様である。

そして、プランジャ２４Ａの下死点付近で開通する連通路２４１ａに加え、プランジャ２４Ａの上死点付近で開通して背圧室３０Ａからカム室４０Ａに作動油を送出させるアウトレット用の連通路２４１ｂがプランジャ２４Ａに設けられており、これにより連通路２４１ａはインレット用とされている点が、本発明における第１の特徴部分となっている。

即ち、連通路２４１ｂは、プランジャ２４Ａ基端寄り周面に開口した連通路２４１ａの略対向位置となるプランジャ２４Ａ先端寄りの周面から基端側に亘って穿設され、プランジャ２４Ａが上死点付近に来たときに周面の開口部がカム室４０Ａ側でシリンダ２３Ａ外に露出して、背圧室３０Ａとカム室４０Ａとの連通が開通するようになっており、背圧室３０Ａの作動油をカム室４０Ａ側に送出するアウトレット用の通路となっている。

一方、カム室４０Ａは、所定の駆動軸の軸端に設けられたカム１６がプランジャ２４Ａの基端側に接するように収装されて内部に作動油が充填されたものであるが、その内部においてシリンダ２３Ａの基端側においてアウトレット用の連通路２４１ｂ開口位置付近から導入した作動油をカム室４０Ａ内を循環させてプランジャ２４Ａのインレット専用の連通路２４１ａ開口位置付近まで誘導する誘導路４１０が形成されており、作動油が一方向に循環して流れるように規制している点が本発明の第２の特徴部分となっている。

次に、本実施の形態の作用について、図２（Ａ），（Ｂ）のプランジャ２４Ａの動作を説明するための縦断面部分図、および図３のカム角度位置に対応する各データを示すグラフを参照しながら詳細に説明する。尚、グラフは実線が本発明によるものであり、破線が従来例によるものである。

図２（Ａ）および図３のグラフ左側を参照して、先ず、プランジャ２４Ａが下死点付近にあるとき、インレット用の連通路２４１ａが開通している。このとき、ベローズ３１内外の圧力差はなく、図３中段のグラフに示すように、ベローズ３１の膜位置は自然高さ位置となっている。

図３のグラフを参照して、プランジャ２４Ａが上がり始めると（上段参照）、インレット用の連通路２４１ａは閉じ、油圧が生じてベローズ３１は圧縮方向に変位を開始する（中段参照）。そして、プランジャ２４Ａが上死点付近に到達すると（上段参照）、図２（Ｂ）に示すようにアウトレット用の連通路２４１ｂが開通し、背圧室３０Ａ内の圧力（主流体加圧室２５Ａの圧力と等価）と外部との圧力差およびベローズ３１のばね反力により、背圧室３０Ａからカム室４０Ａに向かって作動油が流出し、膜位置は一気に自然位置付近に戻る（中段参照）。

次に、プランジャ２４Ａが下がり始めると（上段参照）、アウトレット用の連通路２４１ｂが閉じ、背圧室３０Ａ内の圧力は下がって膜位置は自然位置からさらに下降し始める（中段参照）。尚、このとき膜ポンプとしては吸入行程となり、主流体加圧室２５Ａにおいて主流体の吸入が行われる（下段参照）。

更に、プランジャ２４Ａが下死点に近づくと（上段参照）、インレット用の連通路２４１ａが開口し（図２（Ａ）参照）、背圧室３０Ａとカム室４０Ａとが連通して圧力差により作動流体がカム室４０Ａから背圧室３０Ａに流入し、やがて圧力差はなくなりベローズ３１の膜位置は自然位置へと戻る（中段参照）。

このようにインレット用の連通路２４１ａとアウトレット用の連通路２４１ｂとがプランジャ２４Ａの往復摺動に合わせて交互に開通するようにしたことで、作動油が背圧室３０Ａとカム室４０Ａとの間で活発に循環するようになり、充填した作動油が停滞することなくその殆ど総てが均一に利用されることになる。従って、作動油貯留容器等を併設する等して作動油の充填量を大きくしなくても、作動油の劣化を少ないものとすることができる。

また、図１に示すように、インレット用の連通路２４１ａとアウトレット用の連通路２４１ｂとが、プランジャ２４Ａの中心軸線の対向位置に設けられその開口部も対向位置とされていることに加え、カム室４０Ａ内においてこれら連通路の開口位置が離れた位置とされ、作動油がカム室４０Ａ内に形成された誘導路４１０により連通路２４１ｂの開口位置からカム室４０Ａ内を一方向に大きく回って連通路２４１ｂの開口位置に到達するようになっている。そのため、背圧室３０Ａ内およびカム室４０Ａ内に充填された作動油がほぼ一方向に流れてまんべんなく循環使用できるようになっている。

従って、図４の従来例において背圧室３０Ａとカム室４０Ｂとが連通してもカム室４０Ｂ内の作動油がまんべんなく利用されにくく作動油の劣化対策が不充分となりやすいため対応策として複雑な構成が必要とされていたのに対し、本発明により、簡易な構成でも作動流体の劣化を最小限に抑えることができるものである。

本発明の実施の形態を示す縦断面図。 （Ａ），（Ｂ）は図１の膜式ポンプの作用を説明するための縦断面部分図。 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

１Ａ 膜式ポンプ、２ 供給配管、１６ カム、２３Ａ シリンダ、２４Ａ プランジャ、２５Ａ 主流体加圧室、２６ 戻しばね、３０Ａ 背圧室、３１ ベローズ、４０Ａ カム室、２４１ａ，２４１ｂ 連通路、４１０ 誘導路

Claims (2)

1. 主流体を所定の貯留箇所から目的箇所まで輸送する配管中に配設され、膜部材で背圧室と区画された主流体加圧室を備えており、カム室内に配設し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、前記膜部材を介して主流体を加圧して送出するものであって、先端側を前記背圧室内に突出し基端側を前記カム室内に突出する前記プランジャに、前記背圧室と前記カム室とを連通させる連通路が設けられ、該プランジャの所定位置で前記連通路が開通するものとした膜式ポンプにおいて、前記プランジャに、略下死点位置で開通して前記カム室の作動油を前記背圧室に導入するためのインレット用の連通路と、略上死点位置で開通して前記背圧室の作動油を前記カム室に送出するためのアウトレット用の連通路とを備え、前記プランジャの往復摺動により作動油が前記背圧室と前記カム室との間を循環することを特徴とする膜式ポンプ。
2. 前記カム室内に、前記アウトレット用の連通路開口位置付近から前記カム室内を通って前記インレット用の連通路開口位置付近まで作動油を誘導する誘導路が形成されており、前記カム室内で作動油の循環が略一方向に規制されていることを特徴とする請求項１に記載した膜式ポンプ。
   

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