JP2011106347A - Ball plunger pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラジアルロータリー(回転)ポンプに関し、特に、ガソリンなどの低粘性液体に適し、複数のボールをピストンとして利用するボールプランジャポンプに関する。 The present invention relates to a radial rotary (rotary) pump, and more particularly to a ball plunger pump that is suitable for low-viscosity liquids such as gasoline and uses a plurality of balls as pistons.
自動車用燃料ポンプ(油圧ポンプ)として、耐久性に優れ、省動力を実現可能であって、簡素な構造を有するボールプランジャポンプが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art As a fuel pump (hydraulic pump) for automobiles, a ball plunger pump that is excellent in durability and can realize power saving and has a simple structure is known (for example, see Patent Document 1).
ボールプランジャポンプでは、実質的に放射状に穿設された複数のシリンダがロータ内に設けられ、各シリンダ内には、シリンダのシリンダ軸方向への移動と自転とが可能になるように、ボールが挿入されている。ボールのシリンダ軸方向に外方への運動を規制するために、ロータの外周にはリング状のカムフェース部材が設けられている。 In a ball plunger pump, a plurality of cylinders that are substantially radially drilled are provided in a rotor, and a ball is placed in each cylinder so that the cylinder can move and rotate in the axial direction of the cylinder. Has been inserted. In order to restrict the outward movement of the ball in the cylinder axis direction, a ring-shaped cam face member is provided on the outer periphery of the rotor.
特許文献1に開示されるボールプランジャポンプは、ボールプランジャポンプのボールとカムフェース部材との接触状態を改善することにより、ボールおよびシリンダ部の磨耗を低減し、ポンプ効率を向上させるものである。
The ball plunger pump disclosed in
しかしながら、特許文献1に開示されるボールプランジャポンプでは、ボールとカムフェース部との接触部分は1点接触となっているため、接触面圧が高くなってしまうとともに、フリクションが大きくなるという問題がある。
However, in the ball plunger pump disclosed in
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボールとカムフェース部との接触部分における接触面圧およびフリクションを低減することができるボールプランジャポンプを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a ball plunger pump capable of reducing contact surface pressure and friction at a contact portion between a ball and a cam face portion.
上記の課題を解決するために、本発明のボールプランジャポンプ(1)は、吸入ポート(11a)および吐出ポート(12a)を有するバルブシャフト(2)と、バルブシャフト(2)の周りを回転するロータ(4)と、ロータ(4)内に実質的に放射状に穿設された複数のシリンダ(9)と、複数のシリンダ(9)の各シリンダ(9)内にあって、シリンダ(9)のシリンダ軸方向への移動と自転とが可能に挿入された複数のボール(10)と、複数のボール(10)の外周に位置して、複数のボール(10)の運動を規制するリング状のカムフェース部材(5)とを備え、バルブシャフト(2)の軸心を基準としたボール公転運動がカムフェース部材(5)によって規制されるボールプランジャポンプ(1)であって、カムフェース部材(5)の複数のボール(10)と当接する部分のバルブシャフト(2)の軸方向に垂直な断面(5a、5b)は、ボール(10)の球面よりも大きい曲率を有する2つの曲線(5a、5b)からなることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a ball plunger pump (1) of the present invention rotates around a valve shaft (2) having a suction port (11a) and a discharge port (12a) and the valve shaft (2). A rotor (4), a plurality of cylinders (9) drilled substantially radially in the rotor (4), and a cylinder (9) in each cylinder (9) of the plurality of cylinders (9); A plurality of balls (10) inserted so as to be able to move and rotate in the cylinder axis direction, and a ring shape that is positioned on the outer periphery of the plurality of balls (10) and restricts the movement of the plurality of balls (10) A ball plunger pump (1) having a cam face member (5), the ball revolving motion of which is regulated by the cam face member (5) with respect to the axis of the valve shaft (2). 5) The cross section (5a, 5b) perpendicular to the axial direction of the valve shaft (2) at the portion in contact with the plurality of balls (10) has two curves (5a) having a larger curvature than the spherical surface of the ball (10). 5b).
本発明のボールプランジャポンプによれば、カムフェース部材のボールとの当接面がボールの球面よりも大きい曲率を有する2つの曲線から構成されるので、シリンダ内を自由に移動するボールは、カムフェース部材の当接面と2点で接触(当接)することとなる。これにより、カムフェース部材の当接面の各接点に対する接触面圧を低減させることができるとともに、カムフェース部材の当接面とボールとのフリクションを低減させることができる。したがって、フリクション損失を低減することができるとともに、ボールやカムフェース部材の当接面の摩耗を低減させることができる。 According to the ball plunger pump of the present invention, the contact surface of the cam face member with the ball is composed of two curves having a curvature larger than the spherical surface of the ball. The contact surface of the face member comes into contact (contact) at two points. Thereby, the contact surface pressure of the contact surface of the cam face member with respect to each contact can be reduced, and the friction between the contact surface of the cam face member and the ball can be reduced. Therefore, friction loss can be reduced, and wear of the contact surfaces of the ball and the cam face member can be reduced.
本発明のボールプランジャポンプでは、曲線(5a、5b)はボール(10)の半径(r)よりも大きい半径(R)を有する円弧であればよい。このような構成とすることにより、例えば、カムフェース部材の当接面を作成するための金型を容易に準備することができる。 In the ball plunger pump of the present invention, the curve (5a, 5b) may be an arc having a radius (R) larger than the radius (r) of the ball (10). With such a configuration, for example, a mold for creating a contact surface of the cam face member can be easily prepared.
本発明のボールプランジャポンプでは、ボール(10)の半径(r)に対する円弧(5a、5b)の半径(R)の比(R/r)は、1.04〜1.12であればよい。このように、半径の比を所定の範囲内にすることにより、カムフェース部材の当接面とボールとを確実に2点接触させることができる。 In the ball plunger pump of the present invention, the ratio (R / r) of the radius (R) of the arc (5a, 5b) to the radius (r) of the ball (10) may be 1.04 to 1.12. In this way, by setting the ratio of the radii within a predetermined range, the contact surface of the cam face member and the ball can be reliably brought into contact with each other at two points.
カムフェース部材(5)の複数のボール(10)と当接する2つの部分(5a、5b)が接合される部分とボール(10)との間には所定のクリアランス(α)が設けられていればよい。これにより、ボールとカムフェース部材の当接部分とをより確実に2点接触させることができる。 A predetermined clearance (α) is provided between a portion of the cam face member (5) where the two portions (5a, 5b) contacting the plurality of balls (10) are joined and the ball (10). That's fine. Thereby, the ball and the contact portion of the cam face member can be brought into contact with each other more reliably at two points.
なお、上記で括弧内に記した図面参照符号は、後述する実施形態における対応する構成要素を参考のために例示するものである。また、上記で括弧内に記した各部の半径等の参照符号は、後述する実施形態における対応する半径等を参考のために例示するものである。 The reference numerals in the parentheses described above exemplify corresponding constituent elements in the embodiments described later for reference. Reference numerals such as the radii of the respective parts described in parentheses above exemplify the corresponding radii and the like in the embodiments described later for reference.
本発明によれば、ボールプランジャポンプのボールとカムフェース部材との接触を2点接触とすることにより、カムフェース部材の当接面の各接点に対する接触面圧を低減させるとともに、カムフェース部材の当接面とボールとのフリクションを低減させることができる。また、接触面圧を低減させることができるので、ボールおよびカムフェース部材の当接面の接触部の磨耗を低減させることができ、これにより、ボールプランジャポンプの構成部品の耐久性を向上させることができる。 According to the present invention, the contact between the ball of the ball plunger pump and the cam face member is a two-point contact, so that the contact surface pressure of the contact surface of the cam face member with respect to each contact is reduced and the cam face member Friction between the contact surface and the ball can be reduced. Further, since the contact surface pressure can be reduced, the wear of the contact portion of the contact surface of the ball and the cam face member can be reduced, thereby improving the durability of the components of the ball plunger pump. Can do.
以下、添付図面を参照して本発明のボールプランジャポンプの好適な実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a ball plunger pump of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明のボールプランジャポンプ1の断面図を示し、図1(a)は、バルブシャフト2の軸方向に水平な面で取られた断面図(すなわち、図1(b)の矢視1A−1A部分断面図)であり、図1(b)は、図1(a)の矢視1B−1B部分断面図である。このボールプランジャポンプ1は、図示しないモータ等により外部から駆動され、ガソリンや軽油などの低粘性の燃料(流体)を図示しないエンジンの燃焼室(ピストン)に供給するものである。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a
図1(a)および図1(b)に示すように、ボールプランジャポンプ1では、ハウジング3の内面には、リング状のカムフェース部材(ステータリングともいう)5が固定的に設けられている。カムフェース部材5は、バルブシャフト(ピントルともいう)2の軸心に対して偏心して設けられている。バルブシャフト2はハウジング3と一体的に設けられる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, in the
カムフェース部材5の内側には、周辺に複数のボール(本例では、8つ)が実質的に放射状に穿設された複数のシリンダ9を有するロータ4がカムフェース部材5に対して相対回転可能に設けられている。カムフェース部材5には、図1(b)に示すように、その内周面にボール10のロータ4の外周方向への移動(ボールの公転運動)を規制(案内)するための凹部(当接面5a、5b)が設けられる。凹部の詳細については後述する。
Inside the
ロータ4は、複数のベアリング8を介してハウジング3に軸支され、駆動シャフト7によって回転駆動される。駆動シャフト7は図示しないモータ等に連結されている。バルブシャフト2内には、外部と連通した吸入通路11と吐出通路12とが設けられる。各通路11、12は、それぞれ、吸入ポート11aおよび吐出ポート12aを介してバルブシャフト2の円筒面上に開口している。バルブシャフト2は、ロータ4が回転されているにもかかわらず固定状態となる。そのため、ロータ4の回転に応じて、バルブシャフト2内の吸入ポート11aおよび吐出ポート12aが複数のシリンダ9のいずれかと連通・遮断を繰り返すようになっている。
The
ボール10は、各シリンダ9内に設けられ、シリンダ9のシリンダ軸方向(ロータ4の中心から放射方向)への移動と自転とが可能に挿入される。シリンダ9とボール10とにより画成されるポンプ室は、吸入ポート11aに連通して燃料を吸入し、ロータ4の回転に応じてボール10がシリンダ9内に移動することにより燃料を圧縮して、吐出ポート12aに連通して圧縮された燃料を吐出するようになっている。
The
なお、バルブシャフト2とロータ4との嵌合状態は、固定されたバルブシャフト2に対してロータ4が相対的に回転自在であるが、燃料(流体)の漏洩を最小限に抑止可能なようになっている。なお、ハウジング3の駆動シャフト7用の開口近傍には、ロータ4から燃料が漏洩しないようにオイルシール6が設けられている。
The valve shaft 2 and the
また、図1(b)に示すように、カムフェース部材5の図において左右側面には、可変調整ネジ13が設けられている。このボールプランジャポンプ1では、可変調整ネジ13により、ロータ4の位置に対して、カムフェース部材5の位置を相対的に調整することができる。
As shown in FIG. 1B,
次に、カムフェース部材5とボール10との当接状態を説明する。図2は、カムフェース部材5とシリンダ9に対するボール10の当接状態を示す図であり、図2(a)は、図1(b)のロータ4(ロータ4内のシリンダ9やボール10も含む)およびカムフェース部材5のみを示すものであり、図2(b)は、図2(a)の矢視2B−2B部分断面図であり、図2(a)において左側を図2(b)の上側として示している。図3は、図2(b)の領域X部分の拡大図である。
Next, the contact state between the
図2(b)および図3に示すように、ボール10は、カムフェース部材5の凹部と当接することにより、ロータ4の公転運動における移動を規制される。この凹部は、図3に示すように、2つの当接面5a、5bから構成される。バルブシャフト2の軸方向に垂直な断面において、この当接面5a、5bは2つの曲線として示される。本実施形態のボールプランジャポンプ1では、この曲線の曲率は、ボール10の球面の曲率よりも大きいものとなっている。このように、カムフェース部材5の凹部がボール10の球面よりも大きい曲率を有する2つの当接面5a、5bから構成されているので、ロータ4の回転運動に応じてシリンダ9内を自由に移動するボール10は、カムフェース部材5の当接面5a、5bと2点B1、B2で接触(当接)することとなる。これにより、カムフェース部材5の当接面5a、5bの各接点B1、B2に対する接触面圧を低減することができる。また、カムフェース部材5の当接面5a、5bとボール10とのフリクションを低減させることができる。したがって、フリクション損失を低減することができるとともに、ボール10やカムフェース部材5の当接面5a、5bの摩耗を低減させることができ、ボールプランジャポンプ1の構成部品(特に、ボール10やカムフェース部材5)の耐久性を向上させることができる。
As shown in FIGS. 2B and 3, the
ここで、本実施形態のボールプランジャポンプ1では、当接面5a、5bの上記断面は、ボール10の半径rよりも大きい半径Rを有する2つの円弧となる。このような構成とすることにより、例えば、カムフェース部材5の当接面5a、5bを作成するための金型を容易に準備することができる。
Here, in the ball plunger pump 1 of the present embodiment, the cross sections of the contact surfaces 5 a and 5 b are two arcs having a radius R larger than the radius r of the
なお、この半径Rを有する円弧は、図3に示すように、それぞれ中心A1、A2を有し、半径Rは線分A1−B1、線分A2−B2に対応する。これらの線分は、ボール10が当接面5a、5bに当接しているとき、このボール10の中心線b上でボール10の中心aよりもロータ4の中心に近い位置Dを通るものであり、ボール10の上端、すなわち、当接面5aと当接面5bの接する点に対して、ともに角度θをなす。このように、当接面5a、5bは、図3の上下方向に向かう面に対して左右対称になっている。これにより、2つの当接面5a、5bの一方だけに大きな接触面圧が加わらないようになっている。
As shown in FIG. 3, the arc having the radius R has centers A1 and A2, respectively, and the radius R corresponds to the line segment A1-B1 and the line segment A2-B2. These line segments pass through a position D closer to the center of the
また、ボール10とカムフェース部材5の当接面5a、5bの接触部分Cとの間には、図3に示すように、一定のクリアランスαが設けられるようになっている。このように一定のクリアランスαが設けられることにより、ボール10とカムフェース部材5の当接面5a、5bとをより確実に2点接触させることができる。
Further, as shown in FIG. 3, a certain clearance α is provided between the
ここで、本実施形態のボールプランジャポンプ1では、ボール10の半径rに対する当接面5a、5bの円弧の半径Rの比R/rは、1.04〜1.12であることが好ましい。このように、この半径の比R/rを所定の範囲内にすることにより、カムフェース部材5の当接面5a、5bとボール10とを確実に2点接触させることができる。すなわち、半径の比R/rが1.04よりも小さい場合、特に、半径の比R/rが1に近い値である場合には、従来のように、ボール10は、ボール10の球面全体でカムフェース部材5の当接面5a、5bと当接するか、1点にて当接することとなってしまい、ボール10とカムフェース部材5の当接面5a、5bとのフリクションを増大させてしまう。一方、半径の比R/rが1.12よりも大きい場合には、ボール10とカムフェース部材5の当接面5a、5bとを確実に2点接触させることができるものの、カムフェース部材5の強度を低下させ、結果としてボールプランジャポンプ1の耐久性を結果させることとになってしまう。
Here, in the ball plunger pump 1 of the present embodiment, the ratio R / r of the radius R of the arc of the contact surfaces 5a, 5b to the radius r of the
これに対して、カムフェース部材5を上述のように構成することにより、ボール10と当接面5a、5bとのフリクション損失を低減することができるとともに、ボール10やカムフェース部材5の当接面5a、5bの摩耗を低減させることができ、ボールプランジャポンプ1の構成部品(特に、ボール10やカムフェース部材5)の耐久性を向上させることができる。
In contrast, by configuring the
以上のように、本発明のボールプランジャポンプ1によれば、吸入ポート11aおよび吐出ポート12aを有するバルブシャフト2と、バルブシャフト2の周りを回転するロータ4と、ロータ4内に実質的に放射状に穿設された複数のシリンダ9と、複数のシリンダ9の各シリンダ9内にあって、シリンダ9のシリンダ軸方向への移動と自転とが可能に挿入された複数のボール10と、複数のボール10の外周に位置して、複数のボール10の運動を規制するリング状のカムフェース部材5とを備え、バルブシャフト2の軸心を基準としたボール公転運動がカムフェース部材5によって規制されるボールプランジャポンプ1であって、カムフェース部材5の複数のボール10と当接する部分(当接面5a、5b)のバルブシャフト2の軸方向に垂直な断面は、ボール10の球面よりも大きい曲率を有する2つの曲線5a、5bからなるように構成した。このように、カムフェース部材5のボール10との当接面5a、5bがボール10の球面よりも大きい曲率を有する2つの曲線5a、5bから構成されるので、シリンダ9内を自由に移動するボール10は、カムフェース部材5の当接面5a、5bと2点で接触(当接)することとなる。これにより、カムフェース部材5の当接面5a、5bの各接点B1、B2に対する接触面圧を低減するとともに、カムフェース部材5の当接面5a、5bとボール10とのフリクションを低減させることができる。したがって、フリクション損失を低減することができるとともに、ボール10やカムフェース部材5の当接面5a、5bの摩耗を低減させることができ、ボールプランジャポンプ1の構成部品(特に、ボール10やカムフェース部材5)の耐久性を向上させることができる。
As described above, according to the ball plunger pump 1 of the present invention, the valve shaft 2 having the
本発明のボールプランジャポンプ1では、曲線5a、5bはボール10の半径rよりも大きい半径Rを有する円弧であればよい。このような構成とすることにより、例えば、カムフェース部材5の当接面5a、5bを作成するための金型を容易に準備することができる。
In the ball plunger pump 1 of the present invention, the
本発明のボールプランジャポンプ1では、ボール10の半径rに対する当接面5a、5bの円弧の半径Rの比R/rは、1.04〜1.12であればよい。このように、この半径の比R/rを所定の範囲内にすることにより、カムフェース部材5の当接面5a、5bとボール10とを確実に2点接触させることができる。これにより、上述のように、フリクション損失を低減することができるとともに、ボール10やカムフェース部材5の当接面5a、5bの摩耗を低減させることができ、ボールプランジャポンプ1の構成部品(特に、ボール10やカムフェース部材5)の耐久性を向上させることができる。
In the ball plunger pump 1 of the present invention, the ratio R / r of the radius R of the arc of the contact surfaces 5a, 5b to the radius r of the
本発明のボールプランジャポンプ1では、カムフェース部材5の複数のボール10と当接する2つの当接面5a、5bが接合される部分Cとボール10との間には所定のクリアランスαが設けられていればよい。これにより、ボール10とカムフェース部材5の当接部分5a、5bとをより確実に2点接触させることができる。
In the ball plunger pump 1 of the present invention, a predetermined clearance α is provided between the
以上、本発明のボールプランジャポンプの実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明したが、本発明は、これらの構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲、明細書および図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書および図面に記載のない形状・構造・機能を有するものであっても、本発明の作用・効果を奏する以上、本発明の技術的思想の範囲内である。すなわち、ボールプランジャポンプを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。 The embodiments of the ball plunger pump of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these configurations, and is described in the claims, the specification, and the drawings. Various modifications are possible within the scope of the technical idea. In addition, even if it has a shape, structure, or function that is not directly described in the specification and drawings, it is within the scope of the technical idea of the present invention as long as it has the effects and advantages of the present invention. That is, each part which comprises a ball plunger pump can be substituted with the thing of the arbitrary structures which can exhibit the same function. Moreover, arbitrary components may be added.
なお、上述の実施形態では、ボールプランジャポンプ1として、カムフェース部材5の形状がロータ4に対して偏心されている非平衡型ポンプを例に挙げて説明したが、本発明は、このようなボールプランジャポンプに限らず、カムフェース部材がどのような形状のボールプランジャポンプにも適用可能である。
In the above-described embodiment, the
1 ボールプランジャポンプ
2 バルブシャフト
3 ハウジング
4 ロータ
5 カムフェース部材
5a、5b 当接面
9 シリンダ
10 ボール
11 各通路
11 吸入通路
11a 吸入ポート
12 吐出通路
12a 吐出ポート
13 可変調整ネジ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記バルブシャフトの周りを回転するロータと、
前記ロータ内に実質的に放射状に穿設された複数のシリンダと、
前記複数のシリンダの各シリンダ内にあって、該シリンダのシリンダ軸方向への移動と自転とが可能に挿入された複数のボールと、
前記複数のボールの外周に位置して、前記複数のボールの運動を規制するリング状のカムフェース部材と
を備え、
前記バルブシャフトの軸心を基準としたボール公転運動が前記カムフェース部材によって規制されるボールプランジャポンプであって、
前記カムフェース部材の前記複数のボールと当接する部分の前記バルブシャフトの軸方向に垂直な断面は、前記ボールの球面よりも大きい曲率を有する2つの曲線からなることを特徴とするボールプランジャポンプ。 A valve shaft having a suction port and a discharge port;
A rotor rotating about the valve shaft;
A plurality of cylinders drilled substantially radially in the rotor;
A plurality of balls inserted in each cylinder of the plurality of cylinders so as to be able to move and rotate in the cylinder axial direction of the cylinders;
A ring-shaped cam face member that is located on the outer periphery of the plurality of balls and regulates the movement of the plurality of balls;
A ball plunger pump in which a ball revolving motion based on the axis of the valve shaft is regulated by the cam face member,
The ball plunger pump according to claim 1, wherein a cross section perpendicular to the axial direction of the valve shaft of a portion of the cam face member that comes into contact with the plurality of balls comprises two curves having a curvature larger than a spherical surface of the ball.
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