JP2009108795A - 往復ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸を用いた伝動機構を有する往復ポンプにおいて、作動時の騒音を低減する。
【解決手段】プランジャポンプは、クランクケース２内でクランク軸３の回転軸に対して偏芯して回転するクランクピン３ａを備える。また、一方の端部が該クランクピン３ａに揺動自在に連結されるコンロッド４と、該コンロッド４の他方の端部に揺動自在に連結されるピストンピン５ａを備えたピストンロッド５を備える。ピストンロッド５の先端部には、プランジャ６が固定されている。また、プランジャ６の入出により流体の吸入および吐出が行われるポンプ室７を備えている。ポンプ室７内には、プランジャ６をクランク軸３側に付勢する圧縮コイルばね２１が備えられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プランジャポンプあるいはピストンポンプ等の往復ポンプに関する。

従来、プランジャポンプやピストンポンプにおいては、例えばモータ等の駆動源からの回転運動を往復運動に変換するためにクランク軸およびコネクティングロッド（コンロッド）を用いたものが知られている。
図３に示すプランジャポンプは、クランクケース２内でクランク軸３の回転軸に対して偏芯して回転するクランクピン３ａと、一方の端部が該クランクピン３ａに揺動自在に連結されるコンロッド４と、このコンロッド４の他方の端部にピストンピン５ａにより揺動自在に連結されるピストンロッド５と、ピストンロッド５の先端部に固定されたプランジャ６と、プランジャ６の往復動により流体の吸入および吐出が行われるポンプ室７とを備えている。

そして、コンロッド４は、その一方の端部にクランクピン３ａが回転自在に挿入された状態となる大端部４ａを有し、他方の端部にピストンピン５ａが回転自在に挿入される小端部４ｂを有する。なお、大端部は、２つの半円環部をボルトで締結した構造となっており、この２つの半円環部にクランクピン３ａを挟み込んで半円環部どうしを締結することでクランクピン３ａに連結されている。

そして、クランク軸３の回転によりクランクピン３ａが円周上を移動し、この回転運動がコンロッド４に伝達されてコンロッド４が揺動し、このコンロッド４の揺動がピストンロッド５に伝達され、ピストンガイド８により一直線上の移動以外の移動を規制されたピストンロッド５が往復動するとともにピストンロッド５の先端部に設けられたプランジャ６が往復動する。
そして、プランジャポンプは、プランジャ６の往復動に基づく入出によりポンプ室７の容積が増減することで、流体の吸入および吐出を行う。なお、ピストンロッドとプランジャとが往復ポンプにおいて往復動することによりポンプ室の容積を増減して流体の吸入と吐出を行う往復動部材となる。

すなわち、ポンプ室７内で、プランジャ６が上死点（図３においてポンプ室の左端部）から下死点（図３においてポンプ室の右端部）に向かうことによりポンプ室７内の容積が増加する。この動作がポンプ室７内に流体を吸入する吸入工程の動作となる。
また、ポンプ室７内で、プランジャ６が下死点から上死点に向かうことによりポンプ室７内の容積が減少する。この動作がポンプ室７内から流体を吐出する吐出工程の動作となる。

また、このようなクランク軸３による運動変換を用いた構造を有するポンプは、その作動音が大きいことが知られており、例えば、クランク軸とコンロッドの周囲を遮蔽する遮蔽板を設けることで作動音の伝達を防止することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１４８３５９号公報

ところで、上述のような作動音は、例えば、以下の理由により発生する。
すなわち、大端部４ａの内周面とクランクピン３ａの外周面との間および小端部４ｂの内周面とピストンピン５ａの外周面との間には、これらが円滑に摺動して相対的に回転するように、摺動部分に潤滑油による油膜厚さ確保のためのクリアランスがある。
そして、プランジャポンプを作動させた場合に、ピストンロッド５は、その周囲に固定的に設けられたオイルシール９との間に摺動抵抗が生じるとともに、ピストンガイド８との間で摺動抵抗が生じることになり、プランジャ６は、その周囲に固定的に設けられたシールパッキン１０，１１との間に摺動抵抗を生じるとともに、ポンプ室７内での流体の入出、特に流体の吐出に際し流体圧による抵抗を受ける。

したがって、上述の吸入工程では、クランクピン３ａがコンロッド４を上述の抵抗に抗して引っ張り、コンロッド４がピストンロッド５およびプランジャ６を上述の抵抗に抗して引っ張ることになる。
この際に、コンロッド４の大端部４ａ内で相対的にクランクピン３ａが図中右側に寄った状態となり、クランクピン３ａの外周面の右端が大端部４ａの内周面の右端にほぼ当接し、クランクピン３ａの外周面の左端と、大端部４ａの内周面の左端との間に上述のクリアランスに対応した隙間が空くことになる。

同様に、コンロッド４の小端部４ｂ内で相対的にピストンピン５ａが図中左側に寄った状態となり、ピストンピン５ａの外周面の左端が小端部４ｂの内周面の左端にほぼ当接し、ピストンピン５ａの外周面の右端と、小端部４ｂの内周面の右端との間に上述のクリアランスに対応した隙間が空くことになる。

また、吐出工程では、クランクピン３ａがコンロッド４を上述の抵抗に抗して押し、コンロッド４がピストンロッド５およびプランジャ６を上述の抵抗に抗して押すことになる。
この際に、コンロッド４の大端部４ａ内で相対的にクランクピン３ａが図中左側に寄った状態となり、クランクピン３ａの外周面の左端が大端部４ａの内周面の左端にほぼ当接し、クランクピン３ａの外周面の右端と、大端部４ａの内周面の右端との間に上述のクリアランスに対応した隙間が空くことになる。

同様に、コンロッド４の小端部４ｂ内で相対的にピストンピン５ａが図中右側に寄った状態となり、ピストンピン５ａの外周面の右端が小端部４ｂの内周面の右端にほぼ当接し、ピストンピン５ａの外周面の左端と、小端部４ｂの内周面の左端との間に上述のクリアランスに対応した隙間が空くことになる。

以上のことから、吸入工程と吐出工程とを繰返し、流体をほぼ連続的に吸入して吐出する場合に、プランジャが上死点位置および下死点位置に達した際に、大端部４ａ内をクランクピン３ａが相対的に左右に移動するとともに、小端部４ｂ内をピストンピンが相対的に左右に移動する。この際に、大端部４ａとクランクピン３ａとの接触部位の移動や、小端部４ｂとピストンピン５ａとの接触部位の移動等のがたつきによる衝撃でこれら部材同士から大きな作動音が発生することなる。

また、上述のように吸入工程と吐出工程で大端部４ａおよびクランクピン３ａの接触位置と、小端部４ｂおよびピストンピン５ａの接触位置が変化すると、クランクピン３ａからプランジャ６先端までの長さが、上述のクリアランスに対応して吸入工程では伸び、吐出工程では縮むことになる。これにより、プランジャの上死点から下死点までの距離が短くなってしまい、吐出量が僅かであるが低下してしまう。
すなわち、クランクピン３ａの実ストロークが、プランジャ６のストロークに完全には反映されず、容積効率の低下を招いている。

また、上述のような各部材の動きにより、吸水工程では、コンロッド４、ピストンロッド５、プランジャ６には引張応力が作用し、クランクピン３ａおよびピストンピン５ａにはせん断応力が作用する。また、吐出工程では、コンロッド４、ピストンロッド５、プランジャ６に圧縮応力が働き、クランクピン３ａおよびピストンピン５ａにはそれぞれ吸水工程と逆方向のせん断応力が働く。そして、上述のように上死点と下死点で吸水工程で働く応力と吐出工程で働く応力が切り替わり、各部材に働く繰返し荷重の振幅が大きくなり、各部材の耐用期間の短縮を招くことになる。

それに対して、特許文献１の発明に示されるように、クランク軸３およびコンロッド４の部分を遮蔽壁で囲むことにより、クランク軸３およびコンロッド４の部分で発生する騒音を低減することができる。
しかし、この対策では、作動音の周囲への拡散を防止できるが、作動音の発生事態を低減しているものではなく、根本的な解決にはなっていない。
また、特許文献１の発明では、上述の体積効率の低下や、各部材における耐用期間の短縮を防止することができない。
なお、往復ポンプとしてプランジャポンプを例にとったが、上述のプランジャポンプと同様にクランク軸およびコンロッドを有するピストンポンプにおいても同様の問題が生じる。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、クランク軸を用いた伝動機構を有し、かつ、作動時の騒音を低減することができる往復ポンプを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の往復ポンプは、クランク軸（３）の回転運動をコネクティングロッド（４）を介して往復動部材（５，５ｂ，６）に伝達して当該往復動部材（５，５ｂ，６）を往復運動させることにより、ポンプ室（７）の容積を増減して流体を吸入および吐出する往復ポンプにおいて、
前記往復動部材（５，５ｂ，６）を往復方向のうちのいずれか一方の方向に付勢する付勢手段（２１）が設けられていることを特徴とする。
ここで、本発明の往復ポンプには、クランク軸とコネクティングロッドとを有するプランジャポンプ、ピストンポンプが含まれる。

また、請求項２に記載の往復ポンプは、請求項１に記載の発明において、
前記付勢手段（２１）は、前記ポンプ室（７）の先端側壁部とポンプ室（７）内に挿入される往復動部材（５，５ｂ，６）の先端部との間に設けられた圧縮ばね（２１）を備え、前記往復動部材（５，５ｂ，６）を前記クランク軸（３）側に向かって付勢していることを特徴とする。

また、請求項３に記載の往復ポンプは、請求項１に記載の発明において、
前記ポンプ室（７）の外側で、前記往復動部材（５，５ｂ，６）の周囲に配置されて当該往復動部材（５，５ｂ，６）の往復動の方向をガイドするガイド部材（８）を備え、
前記往復動部材（５，５ｂ，６）が前記ガイド部材（８）にガイドされる被ガイド部（５ｂ）を備え、
前記付勢手段は、前記被ガイド部（５ｂ）と前記ガイド部材（８）もしくはガイド部材（８）に固定された部材との間に設けられた圧縮ばね（２１）を備え、前記往復動部材（５，５ｂ，６）を前記クランク軸（３）側に向かって付勢していることを特徴とする。

なお、上記における括弧内の符号は、図面において対応する要素を便宜的に表記したものであり、したがって本発明は図面上の記載に限定されるものではない。これは、「特許請求の範囲」の記載についても同様である。

請求項１に記載の往復ポンプによれば、往復動部材が往復方向のうちのいずれか一方に付勢されているが、例えば、クランク軸側に付勢されている場合、すなわち、吸入工程における往復動部材の進行方向側に往復動部材が付勢されている場合に、吐出工程においては、クランクピンの動作によってコンロッドおよび往復動部材がポンプ室側に押されるとともに、上述の摺動抵抗等と付勢手段の付勢力によってコンロッドおよび往復動部材がクランク軸側に押され、コンロッドおよび往復動部材に圧縮応力が作用した状態となる。この場合に従来に比較して圧縮応力に付勢手段の付勢力が加えられた状態となる。

一方、吸入工程においては、クランクピンの動作によってコンロッドおよび往復動部材がクランク軸側に引っ張れられるとともに、上述の摺動抵抗等によりポンプ室側に引っ張られた状態となり、コンロッドおよび往復動部材に引張応力が作用した状態となるが、付勢手段の付勢力によってコンロッドおよび往復動部材がクランク軸側に押されるので、この引張応力が低減されるか、無くなることになる。すなわち、クランクピンの動作によってコンロッドおよび往復動部材を引っ張っても、摺動抵抗等が付勢手段の付勢力により相殺されれば、コンロッドおよび往復動部材に引張応力が生じないことになる。

これにより、往復動部材の上死点および下死点において、上述のようにコンロッドの大端部および小端部内でのクランプピンおよびピストンピンの位置が変化することによる作動音の発生を抑制し、作動音を低減することができる。
また、吐出工程においてクランクピンからピストンピンまでの距離はクリアランス分だけ縮んだ状態となるが、吸入工程において、クランクピンからピストンピンまでの距離が伸びた状態となるのを防止できるので、容積効率の低下も防止できる。

また、吐出工程で各部材に作用する圧縮応力やせん断応力が少し高まるが、吸入工程における引張応力およびせん断応力が低減されるので、上死点や下死点において応力の方向が大きく変化するのを防止できる。これにより各部材に繰返し作用する力の振幅が減少し、各部材の耐用期間の延長を図ることができる。

また、逆に、往復動部材がポンプ室側に付勢されている場合、すなわち、吐出工程における往復動部材の進行方向側に往復動部材が付勢されている場合に、吸入工程においては、クランクピンの動作によってコンロッドおよび往復動部材がクランク軸側に引っ張られるとともに、上述の摺動抵抗等と付勢手段の付勢力によってコンロッドおよび往復動部材がポンプ室側に引っ張られ、コンロッドおよび往復動部材に引張応力が作用した状態となる。この場合に従来に比較して引張応力に付勢手段の付勢力が加えられた状態となる。

一方、吐出工程においては、クランクピンの動作によってコンロッドおよび往復動部材がポンプ室側に押されるとともに、上述の摺動抵抗等によりクランク軸側に押された状態となり、コンロッドおよび往復動部材に圧縮応力が作用した状態となるが、付勢手段の付勢力によってコンロッドおよび往復動部材がポンプ室側に引っ張られるので、上述の圧縮応力が低減されるか、無くなることになる。すなわち、クランクピンの動作によってコンロッドおよび往復動部材を押しても、摺動抵抗等が付勢手段の付勢力により相殺されれば、コンロッドおよび往復動部材に圧縮応力が生じないことになる。

これにより、上述のように、往復動部材の上死点および下死点において、作動音の発生を抑制し、作動音を低減することができる。
また、吸入工程においてクランクピンからピストンピンまでの距離はクリアランス分だけ延びた状態となるが、吐出工程において、クランクピンからピストンピンまでの距離が縮んだ状態となるのを防止できるので、容積効率の低下も防止できる。

また、吸入工程で各部材に作用する引張応力やせん断応力が少し高まるが、吐出工程における圧縮応力およびせん断応力が低減されるので、上死点や下死点において応力の方向が大きく変化するのを防止できる。これにより各部材の耐用期間の延長を図ることができる。

請求項２、３に記載の発明によれば、往復動部材を前記クランク軸側に向かって付勢することにより、上述の請求項１に記載の発明と同様の効果を奏することができるとともに、極めて簡単な構成で、往復動部材をクランク軸側に付勢することができる。
したがって、従来の往復ポンプに対して大きな設計変更を行うことなく、本発明を適用することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る往復ポンプを示す断面図である。
本実施形態の往復ポンプの特徴は、往復動部材としてのプランジャおよびピストンロッドを往復動の経路に沿って付勢する付勢手段を有することにあり、その他の構成および作用は前述した従来の構成および作用と同様であるため、同様の構成要素については、図３と同じ符号を付して説明を簡略化する。

図１に示すように、本発明の往復ポンプは、プランジャポンプであり、クランクケース２内でクランク軸３の回転軸に対して偏芯して回転するクランクピン３ａと、一方の端部が該クランクピン３ａに揺動自在に連結されるコンロッド４と、このコンロッド４の他方の端部にピストンピン５ａにより揺動自在に連結されるピストンロッド５と、ピストンロッド５の先端部に固定されたプランジャ６と、プランジャ６の入出により流体の吸入および吐出が行われるポンプ室７とを備えている。

クランクケース２は、箱状のケースであり、内部にクランク軸３が回転駆動されるように配置されている。また、クランクケース２内には潤滑油が収容されている。そして、クランクケース２内には、クランク軸３の回転軸に対して偏芯したクランクピン３ａが備えられ、このクランクピン３ａにコンロッド４の一方の端部に設けられた大端部４ａが取り付けられている。
大端部４ａは、環状の構造を有し、円筒状の内周面を有するものとなっている。そして、この円筒状の内周面内に円柱状のクランクピン３ａが挿入された状態となっている。クランクピン３ａの外径は、大端部４ａの内周面の内径より僅かに小さなものとされ、大端部４ａの内周面と、クランクピン３ａの外周面との間には、潤滑油の油膜分の厚さに対応したクリアランスが確保され、潤滑油を供給された状態でクランクピン３ａに対してコンロッド４が相対的に円滑に回転可能となっている。

また、コンロッド４の他方の端部に設けられた小端部４ｂには、ピストンロッド５の基端部に設けられたピストンピン５ａが取り付けられている。小端部４ａは、環状の構造を有し、円筒状の内周面を有するものとなっている。そして、この内周面内に円柱状のピストンピン５ａが挿入された状態となっている。ピストンピン５ａの外周面の外径は、小端部４ｂの内周面の内径より僅かに小さなものとされ、小端部４ｂの内周面と、ピストンピン５ａの外周面との間には、潤滑油の油膜分の厚さに対応したクリアランスが確保され、潤滑油を供給された状態でピストンピン５ａに対してコンロッド４が相対的に円滑に回転可能となっている。

ピストンロッド５には、その基端部に、クランクケース２のピストンガイド８に案内されて一直線上で往復動する被ガイド部５ｂが設けられている。ピストンガイド８は、クランクケース２内に当該クランクケース２と一体に形成された円筒体であり、その基端部側（図中右側）がクランク軸３側に向けて開放され、先端部側（図中左側）が後述のマニホールド１３のポンプ室側に向けて開放された状態となっている。

前記被ガイド部５ｂは、有蓋筒状に形成され、クランク軸３側が開放された状態となっている。そして、被ガイド部５ｂの内部にピストンロッド５の軸方向に直交し、かつ、クランク軸３の軸方向と平行に前記ピストンピン５ａが挿入されている。
また、被ガイド部５ｂの先端の蓋部には、ピストンロッド５が固定された状態となっている。

そして、被ガイド部５ｂは、円筒状のピストンガイド８の内周面より僅かに小さな外周面を有し、ピストンガイド８と被ガイド部５ｂとの間に潤滑油の油膜が形成された状態で、ピストンガイド８内を被ガイド部５ｂが先端部と後端部との間でピストンガイド８の軸方向に沿って前後に円滑に往復移動可能となっている。
また、ピストンロッド５の先端部には、中心軸部分にボルト孔が貫通する円柱状のプランジャ６が、前記ボルト孔内を挿通して、ピストンロッド５の先端部となる蓋部に形成されたねじ孔に締結されるボルトにより固定されている。

前記クランクケース２の先端部側（図中左側）には、マニホールド１３が取り付けられている。また、マニホールド１３は、クランクケース２側とヘッド側とに２分割されており、これらの分割部分が互いにボルトにより接合されているとともに、クランクケース２側の部分がクランクケース２にボルトにより接合されている。
そして、前記ピストンロッド５、被ガイド部５ｂおよびプランジャ６により一直線上を往復動する往復動部材が形成されている。

マニホールド１３内には、流体（液体）が吸入、吐出される前記ポンプ室７が形成されている。そして、ポンプ室７内では、プランジャ６の先端がポンプ室７の閉塞された先端側に至る上死点と、ポンプ室７の開放された基端部に至る下死点との間で往復動するようになっている。なお、ポンプ室７は、有蓋円筒状に形成され、先端側が閉塞されるとともに基端側がプランジャ６を挿入可能に開放している。
また、ポンプ室７の先端部には、マニホールド１３に形成されて流体を吸入するための吸入路１３ａと、同じくマニホールド１３に形成されて流体を吐出するための吐出路１３ｂとが連通している。

また、吸入路１３ａは、ポンプ室７の先端部に連通する一端から、他端側となるマニホールド１３に形成されて外部に開放した吸入口１３ｃに至るようになっている。そして、吸入路１３ａの一端から他端の間に吸入弁が形成され、当該吸入弁１３ｄにより流体の吸入口１３ｃからポンプ室７に至る流動が許容され、ポンプ室７から吸入口１３ｃへの流動が規制される。

また、吐出路１３ｂは、ポンプ室７の先端部に連通する一端から、他端側となるマニホールド１３に形成されて外部に開放した吐出口１３ｅに至るようになっている。そして、吐出路１３ｂの一端から他端の間に吐出弁１３ｆが形成され、当該吐出弁１３ｆにより流体のポンプ室７から吐出口１３ｅに至る流動が許容され、吐出口１３ｅからポンプ室７への流動が規制される。

前記クランクケース２の先端部内には、胴部に穴が形成されている概略円筒状のシール押え１４が設けられている。このシール押え１４は、クランクケース２とマニホールド１３との間に介在されているとともに、プランジャ６の位置が図１に示す下死点にある場合にプランジャ６の後端部分の外側を覆っている。
ピストンガイド８の先端部の内周面は、ピストンガイド８の他の部分より内径が大きくなるように２段に拡径されており、奥側（後側）のオイルシール装着部としての第１拡径部８ａにはオイルシール９が嵌め込まれているとともに、第１拡径部８ａよりも径が大きい先端側（前側）の第２拡径部８ｂには円環板状の押え部材（座金）１５が挿入されている。第２拡径部８ｂの先端側は開放されており、この第２拡径部８ｂにシール押え１４の後端部が挿入されて、シール押え１４の後端によって押え部材１５が第２拡径部８ｂの後壁（段差部）に押し付けられることにより、押え部材１５が第２拡径部８ｂの奥に固定されており、この位置固定された押え部材１５よりオイルシール９が第１拡径部８ａから抜け出るのを阻止されている。
オイルシール９は、その内周面内にピストンロッド５が挿入された状態で、クランクケース２内の潤滑油がポンプ室７側に漏出しないようにシールしている。

また、マニホールド１３のポンプ室７の基端側には、その内周面に前後２つのシールパッキン１０，１１が設けられ、ポンプ室７内の流体が漏出しないようにプランジャ６の外周面をシールしている。なお、前記シール押え１４の先端部の外周の段差部がマニホールド１３の端面に突き当てられるとともに、マニホールド１３内に挿入されたシール押え１４の先端により、後側のシールパッキン１１がマニホールド１３から抜け出るのを阻止されている。
したがって、往復動部材においては、その往復動に際し、被ガイド部５ｂがピストンガイド８に摺動し、ピストンロッド５がオイルシール９に摺動し、プランジャ６がシールパッキン１０，１１に摺動している。

また、この例のプランジャポンプにおいては、上述のクランク軸３、コンロッド４、往復動部材およびポンプ室７の組合せが例えば３つ等の複数個設けられた構成となっている。すなわち、１つのクランク軸３に例えば３つのクランクピン３ａが備えられ、各クランクピン３ａにそれぞれコンロッド４を介して往復動部材が備えられ、それぞれの往復動部材が例えば１２０度の位相差で往復動するようになっている。

そして、本発明のポイントとなる付勢手段としての圧縮コイルばね２１がポンプ室７内に設けられている。
圧縮コイルばね２１は、ポンプ室７内において、往復動部材と同じ軸方向に配置されており、往復動部材の軸方向と圧縮コイルばね２１とがほぼ同軸上に配置されている。すなわち、往復動部材の往復方向と、圧縮コイルばね２１による付勢方向とがほぼ一致した状態となっている。

そして、図１に示すようにプランジャ６が下死点にある状態で、プランジャ６の先端面に圧縮コイルばね２１の後端が接触し、ポンプ室７の先端側内面（先端側壁部）に圧縮コイルばねの先端が接触した状態となっている。この状態で圧縮コイルばね２１が僅かに圧縮された状態で、プランジャ６をクランク軸３側に押圧している。
すなわち、プランジャポンプが流体を吸入する吸入工程に有る際の往復動部材の移動方向が付勢手段として圧縮コイルばね２１の付勢方向となっている。
したがって、付勢手段は、往復動部材を往復方向のうちのいずれか一方の方向に付勢している。

また、圧縮コイルばね２１による付勢力は、例えば、上述の被ガイド部５ｂがピストンガイド８に摺動した際の摺動抵抗、ピストンロッド５がオイルシール９に摺動した際の摺動抵抗、プランジャ６がシールパッキン１０，１１に摺動した際の手動抵抗と、プランジャポンプが吸入工程に有る際に流体を吸入する際の抵抗とを合わせた抵抗力より僅かに大きなものとなっている。

なお、後述するように、作動音を減少させる上では、必ずしも前記付勢力が前記抵抗力より大きくなくても良く、例えば、付勢力と抵抗力とが等しくてもよく、付勢力が抵抗力より弱くてもよい。また、付勢力が大きくなると、付勢力に抗して往復動部材を動作させる際に、大きな駆動力が必要となり、付勢力が抵抗力より大きくなりすぎることは好ましくない。付勢力はクランク軸３の駆動力より小さい必要がある。また、図１に図示されている圧縮コイルばね２１は、単に圧縮コイルばね２１の配置位置を示しているものであり、圧縮コイルばね２１のコイル平均径、ピッチ、巻き数、太さ、密着高さ等は、正確に図示されたものではない。後述の図２においても同様である。

ここで、圧縮コイルばね２１の自由高さは、下死点にあるプランジャ６の先端面と、ポンプ室７の先端側内面（先端側壁部）までの距離より僅かに高く、プランジャ６が下死点にある場合もプランジャを付勢した状態となっている。また、圧縮コイルばねの密着高さは、上死点にあるプランジャ６の先端面と、ポンプ室の先端側内面との距離より低いものとなっている。すなわち、圧縮コイルばねを圧縮することにより、プランジャ６は、下死点から上死点まで移動可能となっている。

上述のように圧縮コイルばね２１の付勢力が吸入工程における上述の抵抗力より僅かに大きな状態で、プランジャポンプを作動させると、吸入工程では、クランク軸３の回転により円運動するクランクピン３ａにコンロッド４が引っ張られ、コンロッド４によりピストンロッド５およびプランジャ６が引っ張れる状態になるが、プランジャ６が圧縮コイルばね２１にクランク軸３側に付勢されているので、プランジャ６を含む往復動部材がクランク軸３側に押された状態に移動することになる。

ここで、圧縮コイルばね２１の付勢力が作用しなければ、吸入工程では、上述のように被ガイド部５ｂ、ピストンロッド５、プランジャ６に、ピストンガイド８、オイルシール９およびシールパッキン１０，１１の摺動抵抗が作用するとともに、吸入される流体の抵抗が作用するので、これらの抵抗力とクランクピン３ａの動作とによりコンロッド４と、ピストンロッド５およびプランジャ６が引っ張られた状態となる。

これにより、従来は、コンロッド４の大端部４ａ内で相対的にクランクピン３ａが図中右側に寄った状態となり、クランクピン３ａの外周の左端が大端部４ａの内周の左端からクリアランス分だけ離れた状態となり、コンロッド４の小端部４ｂ内で相対的にピストンピン５ａが図中左側に寄った状態となり、ピストンピン５ａの外周の右端が小端部４ｂの内周の右端からクリアランス分だけ離れた状態になる。したがって、クランクピン３ａからプランジャ６先端までの距離が伸びた状態となる。

それに対して、この例では、上述のように圧縮コイルばね２１により往復動部材が押された状態に移動するので、コンロッド４の大端部４ａ内で相対的にクランクピン３ａが図中左側に寄った状態となり、クランクピン３ａの外周の左端が大端部４ａの内周の左端に当接した状態となり、コンロッド４の小端部４ｂ内で相対的にピストンピン５ａが図中右側に寄った状態となり、ピストンピン５ａの外周の右端が小端部４ｂの内周の右端に当接した状態になる。したがって、吸入工程においては、従来と異なりクランクピン３ａからプランジャ６先端までの距離が縮んだ状態となる。

一方、吐出工程では、クランクピン３ａがコンロッド４と、ピストンロッド５およびプランジャ６とを上述の抵抗力および圧縮コイルばね２１の付勢力に抗して押すことになる。この際に、コンロッド４の大端部４ａ内で相対的にクランクピン３ａが図中左側に寄った状態となり、クランクピン３ａの外周の左端が大端部４ａの内周の左端にほぼ当接し、コンロッド４の小端部４ｂ内で相対的にピストンピン５ａが図中右側に寄った状態となり、ピストンピン５ａの外周の右端が小端部４ｂの内周の右端にほぼ当接した状態となる。
したがって、吐出工程においては、従来と同様に、クランクピン３ａからプランジャ６先端までの距離が縮んだ状態となる。

したがって、プランジャが上死点もしくは下死点に達し、往復動において往路から復路へ、もしくは、復路から往路へ往復動部材の進行方向が変換する際に、大端部４ａ内におけるクランクピン３ａの相対的位置および小端部４ｂ内のピストンピン５ａの位置が変換せず、これらの位置が変化する状態、すなわち、がたついた状態による作動音を防止することができる。

また、上述のように吸入工程と、吐出工程とで、クランクピン３ａからプランジャ６先端までの距離が縮んだ状態で変化しないので、クランクピン３ａの往復方向の移動距離（ストローク）と、プランジャ６（を含む往復動部材）の往復方向の移動距離（ストローク）とが等しくなるとともに、プランジャ６の移動距離が往路と復路とで等しくなり、ポンプ室７における吸入と吐出とにおける容積効率の低下を防止することができる。
また、上述のようにクランクピン３ａからプランジャ６先端まで、吸入工程でも圧入工程でも圧縮方向に力が作用することになり、上死点および下死点で瞬間的に力の係る方向が逆転することなく、力の大きさだけが変化することになり、従来よりも各部材の耐用期間の延長を図ることができる。

なお、圧縮コイルばね２１の付勢力が上述の抵抗力と同じか小さければ、クランクピン３ａからプランジャ６先端までの部材の動きは、従来とほぼ同様となる可能性が高いが、上死点および下死点における衝撃が、圧縮コイルばね２１により緩和されるので、少なくとも作動音の低減と、耐用期間の延長を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を図２を参照して説明する。第２の実施の形態では、上述の第１の実施形態に対して、圧縮コイルばね２１の位置が異なる以外の基本的な構成および作用は、第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態と同様の構成要素については、同様の符号を付してその説明を省略する。
第２の実施形態においては、第１の実施形態において、ポンプ室７内に配置されていた圧縮コイルばね２１をピストンガイド８内に配置している。

そして、圧縮コイルばね２１は、ピストンガイド８およびピストンガイド８内のピストンロッド５とほぼ同軸上に配置されている。そして、圧縮コイルばね２１は、ピストンガイド８内に挿入された状態で、かつ、圧縮コイルばね２１内にピストンロッド５が挿入された状態となっている。そして、プランジャ６が下死点にある状態で、圧縮コイルばね２１の基端がピストンロッド５より径の大きな被ガイド部５ｂの先端面に接触し、圧縮コイルばね２１の先端がピストンガイド８の先端部の内周面に取り付けられたオイルシール９の後端面に接触している。なお、オイルシール９は、その先端面側が押え部材１５に当接して支持されることにより、圧縮コイルばね２１により生じる応力に対抗できるようになっている。

この状態で、圧縮コイルばね２１は、圧縮方向に僅かに変形した状態となっており、プランジャ６を含む上述の往復動部材を第１の実施の形態と同様にクランク軸３側に付勢している。そして、往復動部材のプランジャ６ではなく、被ガイド部５ｂを付勢することにより往復動部材を付勢しているが、往復動部材をクランク軸３側に付勢することで、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

以上の第１および第２の実施形態では、付勢手段となる圧縮コイルばね２１を用いて往復動部材をクランク軸側に付勢することで、コンロッド４の大端部４ａおよび小端部４ｂに、油膜の厚み分に対応して確保されたクリアランスをあけてクランクピン３ａおよびピストンピン５ａが配置されることにより、クランクピン３ａからプランジャ６（往復動部材）までの距離が伸び縮みする状態で、縮んだ状態に維持することができる。これにより、上死点および下死点において運動方向が逆転する際の各部材の連結部での衝撃を緩和し、動作音の低減、耐用期間の向上を図るとともに、上述の伸び縮みを防止し縮んだ状態を維持するによりクランクピン３ａのストロークの長さをそのままプランジャ６のストロークの長さとして伝達可能となり、上述の伸び縮みによる容積効率の低下を防止できる。
なお、付勢手段による付勢力が上述の抵抗力と同じかそれより弱く、クランクピン３ａからプランジャ６（往復動部材）までの距離を縮んだ状態に維持できなくても、上述の衝撃は緩和され、作動音の低減および耐用期間の延長を図ることができる。

ここで、付勢手段による往復動部材の付勢方向を逆にして、往復動部材をクランク軸から遠ざかる方向に付勢するものとしてもよい。この場合には、クランクピン３ａからプランジャ６（往復動部材）までの距離を延びた状態に維持することになり、この場合も、縮んだ状態に維持した場合と同様の作用効果を奏することができる。
この場合は、吐出工程において、往復動部材に作用する抵抗力、すなわち、上述の吸入工程と逆方向に移動する往復動部材に対する摺動抵抗と、流量の吐出に要する圧力とからなる抵抗力より僅かに大きな付勢力を往復動部材にかけることになる。これにより、プランジャ６が上死点側に常時押された状態となり、上述のようにクランクピン３ａからプランジャ６までの距離が上述のクリアランス分だけ伸びた状態が維持される。これにより、往復動部材を下死点側（クランク軸側）に付勢したのと同様に、上死点と下死点において、上述の衝撃を緩和して、第１および第２の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

このような構成は、例えば、上述の第１および第２の実施形態において、圧縮コイルばね２１が配置される部分に引張コイルばねを配置し、かつ、引張コイルばねの両端部をそれぞれ往復動部材のいずれかの部分と、クランクケース２もしくはマニホールド１３のいずれかの部分に固定する。上述の第１の実施の形態の構成においては、例えば、引張コイルばねの基端側をプランジャ６に固定し、先端側をポンプ室７の先端側内面（先端側壁部）に固定する。また、第２の実施の形態の構成においては、例えば、引張コイルばねの基端側を被ガイド部５ｂに固定し、先端側をピストンガイド部８の先端部に固定する。

また、この場合も圧縮ばねを用いるものとして、例えば、プランジャ６の後端面と、押え部材１５との間に圧縮コイルばねを配置して、プランジャ６を含む往復動部材をクランク軸から離れる方向に付勢するものとしてもよい。
また、本発明は、ピストンポンプにも適用可能でプランジャポンプと同様の作用効果を得ることができるが、ピストンポンプの場合に、ピストンの裏側とシリンダの後端との間に圧縮コイルばねを配置するものとしてもよい。なお、ピストンポンプにおいても、プランジャ６に変えてピストンヘッドを配置し、ポンプ室７をシリンダとして上述のプランジャポンプと同様に、圧縮コイルばね２１や引張コイルばねを配置する構造とすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る往復ポンプを示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る往復ポンプを示す断面図である。 従来の往復ポンプを示す断面図である。

符号の説明

３ クランク軸
４ コンロッド（コネクティングロッド）
５ ピストンロッド（往復動部材）
５ｂ 被ガイド部（往復動部材）
６ プランジャ（往復動部材）
７ ポンプ室
８ ピストンガイド（ガイド部材）
２１ 圧縮コイルばね（圧縮ばね：付勢手段）

Claims (3)

1. クランク軸（３）の回転運動をコネクティングロッド（４）を介して往復動部材（５，５ｂ，６）に伝達して当該往復動部材（５，５ｂ，６）を往復運動させることにより、ポンプ室（７）の容積を増減して流体を吸入および吐出する往復ポンプにおいて、
   前記往復動部材（５，５ｂ，６）を往復方向のうちのいずれか一方の方向に付勢する付勢手段（２１）が設けられていることを特徴とする往復ポンプ。
2. 前記付勢手段（２１）は、前記ポンプ室（７）の先端側壁部とポンプ室（７）内に挿入される往復動部材（５，５ｂ，６）の先端部との間に設けられた圧縮ばね（２１）を備え、前記往復動部材（５，５ｂ，６）を前記クランク軸（３）側に向かって付勢していることを特徴とする請求項１に記載の往復ポンプ。
3. 前記ポンプ室（７）の外側で、前記往復動部材（５，５ｂ，６）の周囲に配置されて当該往復動部材（５，５ｂ，６）の往復動の方向をガイドするガイド部材（８）を備え、
   前記往復動部材（５，５ｂ，６）が前記ガイド部材（８）にガイドされる被ガイド部（５ｂ）を備え、
   前記付勢手段は、前記被ガイド部（５ｂ）と前記ガイド部材（８）もしくはガイド部材（８）に固定された部材との間に設けられた圧縮ばね（２１）を備え、前記往復動部材（５，５ｂ，６）を前記クランク軸（３）側に向かって付勢していることを特徴とする請求項１に記載の往復ポンプ。

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