JP2015010587A - 往復動ポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】流体抵抗が低減され且つ弁の開閉の不具合や偏摩耗を抑制する。【解決手段】往復動ポンプ100は、往復動部材8が往復動するシリンダ部材14内のポンプ室13でポンプ作用を行い、ポンプ室13内に液体を導入する吸入路15と、ポンプ室13内で圧縮された液体を吐出する吐出路16とを備え、吸入路15は吸入口5a側から順に吸入弁21及び吸入弁サック22を有し、吐出路16は吸入路15と直角に連通し、吸入弁サック22は吐出路16が連通した部分に配置されシリンダ部材14により押圧固定されており、シリンダ部材14に対向する底壁と、底壁22aの周縁から吸入弁21側へ延びる側壁22bと、底壁22aに形成された第1の開口部22cと、側壁22bに形成された第2の開口部22gと、側壁22bに形成された第3の開口部22hと、を有する。【選択図】図2

Description

本発明は、往復動ポンプに関する。
従来、往復動部材が駆動部の駆動に従いシリンダ部内を往復動することにより、当該シリンダ部内の先端側に形成されたポンプ室で例えば水等の液体のポンプ作用を行う往復動ポンプが知られている(例えば、特許文献1参照)。このような往復動ポンプは、ポンプ室内に吸入口からの液体を導入する吸入路と、ポンプ室内で圧縮された液体を吐出口へ向けて吐出する吐出路とを備えており、吸入路には、吸入口側から順に吸入弁及び吸入弁サックが設けられ、吐出路には、ポンプ室側から順に吐出弁及び吐出弁サックが設けられているのが一般的である。
特開2012−47160号公報
このような往復動ポンプでは、吸入路又は吐出路における部材の構造上、ポンプ室に出入りする液体の流路が狭かったり流れが複雑になる等、流体抵抗が大きくなる傾向があった。流体抵抗が大きいと、ポンプの脈動を誘発して体積効率の低下をもたらしやすい。また、流体の流れが複雑であると、弁周りの液体の流れが乱れて弁の動きが不均一になりやすく、これにより弁の開閉の不具合や偏摩耗を来すおそれがある。
そこで本発明は、流体抵抗が低減され、且つ弁の開閉の不具合や偏摩耗を抑制できる往復動ポンプを提供することを目的とする。
本発明は、往復動部材(8)がシリンダ部材(14)内を駆動部(6,7)の駆動に従い往復動することで、シリンダ部材(14)内の先端側に形成されたポンプ室(13)でポンプ作用を行い、ポンプ室(13)に連通した吸入口(5a)及び吐出口(5b)により液体の吸入及び吐出を行う往復動ポンプ(100)であって、ポンプ室(13)内に吸入口(5a)からの液体を導入する吸入路(15)と、ポンプ室(13)内で圧縮された液体を吐出口(5b)へ向けて吐出する吐出路(16)と、を備え、吸入路(15)は、往復動部材(8)の軸線方向に延びてポンプ室(13)へ連通しており、吸入口(5a)側から順に吸入弁(21)及び吸入弁サック(22)を有し、吐出路(16)は、吸入路(15)のうち吸入弁(21)とポンプ室(13)との間の空間に対して吸入路(15)と直角に連通しており、吸入弁サック(22)は、空間であって吐出路(16)が連通した部分に配置されると共にシリンダ部材(14)により軸線方向に押圧固定されており、シリンダ部材(14)に対向する底壁(22a)と、底壁(22a)の周縁から吸入弁(21)側へ向けて延び当該吸入弁サック(22)の軸線を囲繞するように設けられた側壁(22b)と、底壁(22a)に形成され軸線方向に液体を通液させる第1の開口部(22c)と、側壁(22b)に形成され吸入弁(21)が開とされたときに吸入弁(21)からの液体を側壁(22b)の内側から外側へ通液させる第2の開口部(22g)と、側壁(22b)に形成され液体を側壁の内外に通液させる第3の開口部(22h)と、を有する往復動ポンプ(100)を提供する。
上記構成によれば、液体の吸入時には、吸入弁(21)が開となり吸入口(5a)から吸入弁サック(22)の内側へと吸入された液体は、吸入弁サック(22)の第2の開口部(22g)から吸入弁サック(22)の外側へ移動し、続いて第3の開口部(22h)から再び吸入弁サック(22)の内側へ移動し、続いて第1の開口部(22c)から吸入弁サック(22)の外側へ移動して、ポンプ室(13)内に導入される。ここで、吸入弁サック(22)の内側から第1の開口部(22c)を通ってポンプ室(13)に連通する流路では液体が直進することができるため、吸入時の流体抵抗が低減される。一方、液体の吐出時には、ポンプ室(13)内で圧縮された液体は、ポンプ室(13)を出た後、吸入弁サック(22)の第1の開口部(22c)から吸入弁サック(22)の内側へ移動し、続いて第3の開口部(22h)から吸入弁サック(22)の外側へ移動する。吸入弁サック(22)の外側には、吸入弁サック(22)と直交する吐出路(16)が配置されているため、吸入弁サック(22)の外側へ移動した液体は、直ちに吐出路(16)内を移動して、吐出口(5b)から吐出される。ここで、吸入弁サック(22)の底壁(22a)に形成された第1の開口部(22c)は、往復動部材(8)の軸線方向に液体を通液させるため、液体の吐出時、圧縮された液体がポンプ室(13)を出たとき、液体は直進を保ったまま吸入弁サック(22)の内側へ移動することができるため、流体抵抗が低減される。また、吸入弁サック(22)は、吸入路(15)と吐出路(16)とが交差する部分に配置されているため、吸入弁サック(22)の第3の開口部(22h)から吸入弁サック(22)の外側に移動した液体は、直ちに吐出路(16)へ向うことができ、これにより、吐出時の流体抵抗が低減される。また、吸入路(15)においては、往復動部材(8)の軸線方向に沿ってポンプ室(13)、吸入弁サック(22)及び吸入弁(21)が並んでいるため、液体の吐出時、上記のように直進して吸入弁サック(22)の内側へ移動した液体は、吸入弁(21)に正対して均一に当たる。このため、吸入弁(21)に対して液体が偏向して不均一に当たる場合に比べて、弁の動きが均一になり、これにより弁の開閉の不具合や偏摩耗が抑制される。
本発明では、シリンダ部材(14)による吸入弁サック(22)の押圧が、シリンダ部材(14)と吸入弁サック(22)との間に配置されたコイルバネ(23)を介してなされていることが好ましい。これによれば、シリンダ部材(14)と吸入弁サック(22)との間のコイルバネ(23)の巻線間に液体の流路となる隙間が生じ、この隙間から液体を通液させることができ、流路を増大できる。
また、吸入弁サック(22)の押圧がコイルバネ(23)を介してなされているとき、吸入弁サック(22)は、第1の開口部(22c)の周囲において、当該吸入弁サック(22)の軸線を中心とした径の外側から内側に向けて凹むように段違いに形成された段部(22i)を有し、コイルバネ(23)の一方の端部は、段部(22i)のうちポンプ室(13)に対向する面(22m)に当接していることが好ましい。これによれば、当該段部(22i)を利用することでコイルバネ(23)の組み付けが容易となり、且つコイルバネ(23)の巻線間の隙間の流路を増大できる。
本発明によれば、流体抵抗が低減され、且つ弁の開閉の不具合や偏摩耗を抑制できる往復動ポンプを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る往復動ポンプを示す縦断面図である。 図1の部分拡大図である。 吸入弁サックの底面図である。 図3の側面図である。 図3の斜視図である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る往復動ポンプを示す縦断面図、図2は、図1の部分拡大図である。
まず、往復動ポンプの全体構成について説明する。図1に示されるように、往復動ポンプ100は概略図示右側から左側へ向ってクランクケース1、プレート2、シールケース3、シリンダパイプ4及びマニホルド5をこの順に連結して備えている。クランクケース1の内部には、クランク軸6、コンロッド7が配置され、クランクケース1からプレート2及びシリンダパイプ4に亘る内部には、クランクケース1側の第1のプランジャ8aとシリンダパイプ4側の第2のプランジャ8bとを連結してなる往復動部材8が配置される。第1のプランジャ8aは、クランクケース1側の端部がコンロッド7を介してクランク軸6に連結され、クランク軸6の回転駆動に従い、往復動部材8がシリンダパイプ4内を往復動する。
クランクケース1内には、注油口9から潤滑油が充填されており、往復動部材8が通る位置には、当該往復動部材8に摺接しクランクケース1内の潤滑油が漏洩することを防止するためのオイルシール10が配設される。クランクケース1内の潤滑油は、オイルゲージ11により視認可能とされ、必要に応じてドレインプラグ12により排出可能である。
シールケース3は、プレート2及びシリンダパイプ4の内部においてこれらの間に跨がって往復動部材8を包囲するように配置されている。シールケース3の内部には、往復動部材8に液密に摺接する低圧シール3aが配置されている。低圧シール3aは、例えば合成ゴム等を供える環状体である。
マニホルド5は、図2に示されるように、シリンダパイプ4側へ向けて小径の開口部5c及びこれに連設して拡径された大径の開口部5dを有すると共に、後述するポンプ室13内に使用液体(以降「液体」と呼ぶ)を導入する吸入口5aとポンプ室13内で圧縮された液体を吐出する吐出口5bとを有している。なお、吐出口5bは、紙面の奥側に向けて連通して設けられており、図には現れていない。更に、マニホルド5は、ポンプ室13内に吸入口5aからの液体を導入する吸入路15と、ポンプ室13内で圧縮された液体を吐出口5bへ向けて吐出する吐出路16とを収容しており、吸入路15には吸入弁21が、吐出路16には吐出弁31がそれぞれ設けられている。
シリンダパイプ4の内部には、連通管(シリンダ部材)14が内挿され、プレート2及びシールケース3を介してマニホルド5側に押圧固定されている。図2に示されるように、連通管14のマニホルド5側は、その端部外周側が他の部位よりも小径とされた小径部14bを有し、この小径部14bがマニホルド5の小径の開口部5cに差し込まれて嵌合する。このとき、連通管14の小径部14bとこれより後ろ側の大径部14cとの間の段部と、マニホルド5の開口部における小径部5cと大径部5dとの間の段部とが突き当たり、連通管14の差し込み深さが規制される。連通管14のクランクケース1側の内部は大径化されており、大径化された部分の内面には、往復動部材8に液密に摺接する高圧シール14aが配置されている。高圧シール14aは、例えば合成ゴム等を供える環状体である。
連通管14内部の先端側には、往復動部材8の先端が上死点及び下死点を限界点として往復する空間として、ポンプ室13が形成されている。往復動部材8が連通管14内を図1及び図2中の左右方向に往復動することでポンプ室13が往復動部材8によって加圧/減圧される構成とされている。
具体的には、往復動部材8がクランク軸6側に向かって(下死点に向かって)移動すると、ポンプ室13が減圧され、マニホルド5に設けられた吸入弁21及び吐出弁31が各々開及び閉となり、液体が吸入口5aから吸入路15を通ってポンプ室13へ吸入される。一方、往復動部材8がクランク軸6と反対側に向かって(上死点に向かって)移動すると、ポンプ室13が加圧され、吸入弁21及び吐出弁31が各々閉及び開となり、ポンプ室13の液体が吐出路16を通って、吐出口5bへ吐出される。このように、ポンプ室13は液体を吸入し吐出するポンプ作用を行う構成とされている。
次に、往復動ポンプ100の弁構造について説明する。上述のとおり、マニホルド5には、吸入路15及び吐出路16が形成され、吸入路15は、吸入口5aの側から往復動部材8の軸線方向に延びてポンプ室13へ連通しており、吸入路15には、吸入口5a側から順に吸入弁21及び吸入弁サック22が配置されている。吸入弁21は、略中央に軸線方向に流路を有する弁座21a、及び弁座21aの開口に蓋をする弁体21bからなる。
吸入弁サック22のクランクケース1側は、マニホルド5の小径の開口部5cに差し込まれた連通管14の端部である小径部14b及びポンプ室13と対向している。そして、吸入弁サック22と連通管14の端部14bとの間には、圧縮コイルバネ23が介在しており、吸入弁サック22は圧縮コイルバネ23の付勢力により押圧されている。更に、吸入弁サック22の吸入口5a側の端部は弁座21aに当接しており、圧縮コイルバネ23の付勢力により、弁座21a及び吸入弁サック22は吸入路15内に固定配置されている。
また、吸入弁21と吸入弁サック22内部との間にはコイルバネ24が介在しており、吸入弁21の弁体21bは、吸入弁サック22を間に介して連通管14の端部14b及びポンプ室13と対向している。弁体21bは、通常時、コイルバネ24により弁座21aへ押圧されて吸入弁21が閉とされている。このように、弁座21a、弁体21b、コイルバネ24及び吸入弁サック22は一体型の組立て弁を構成し、これらが圧縮コイルバネ23により吸入路15に組み付けられている。
一方、吐出路16は、吸入路15のうち吸入弁21とポンプ室13との間の空間に対して吸入路15と直角に連通しており、吸入弁サック22は、この空間であって吐出路16が連通した部分に配置されている。吐出路16には、吸入弁サック22から離れる順に、弁座31aと弁体31bからなる吐出弁31、コイルバネ34、及び吐出弁サック32が配置されている。
次に、吸入弁サック22について説明する。図3は吸入弁サック22の底面図、図4は図3の側面図、図5は図3の斜視図である。吸入弁サック22は、底壁22aと、底壁22aの周縁から立ち上がる側壁22bを有する部材であり、吸入路15内に配置された状態では、底壁22aが連通管14及びポンプ室13に対向し、側壁22bは吸入弁21側へ向けて延びている。
図3及び図5に示されるように、底壁22aには、吸入弁サック22の軸線と交差する部分を中心とする円形の第1の開口部22cが形成されている。また、図3〜図5に示されるように、側壁22bは、周方向に四等配の位置で底壁22aから高さ方向(軸線方向)に延びる四つの支柱22d、支柱22dの底壁22aとは反対側の端部を四つの支柱22dをつなぐように周方向に延びる桁22e、及び、高さ方向の中央付近において四つの支柱22dをつなぐように周方向に延びる桁22fを備えている。そして、桁22eと桁22fと支柱22dとの間に周方向に沿って四つの開口が第2の開口部22gとして形成され、また、桁22fと底壁22aと支柱22dとの間に周方向に沿って四つの開口が第3の開口部22hとして形成されている。
また、底壁22aは、第1の開口部22cの周囲(支柱22dの基端となる位置)において、吸入弁サック22の軸線を中心とした径の外側から内側に向けて凹むように段違いに形成された段部22iを有する。そして、吸入弁サック22と連通管14の端部との間に介在している圧縮コイルバネ23の吸入弁サック22側の端部は、図2に示されるように、段部22iのうち連通管14及びポンプ室13に対向する面22mに当接することにより、前述のように吸入弁サック22を押圧する構成とされている。
次に、往復動ポンプ100の動作及びこれにより奏される効果について説明する。上記のように構成された往復動ポンプ100によれば、液体の吸入時には、ポンプ室13が減圧となり、コイルバネ24が縮んで弁体21bが図示右側に移動して吸入弁21が開となり、吸入口5a側の液体が吸入弁サック22の内側へと吸入される。このとき、弁体21bは吸入弁サック22の段部に当接して吸入弁サック22を蓋し、液体が第2の開口部22gよりポンプ室13側へ直進するのを阻止する。一方、弁体21bより吸入口5a側に流入した液体は、吸入弁サック22の第2の開口部22gから吸入弁サック22の外側へ移動し(図2の矢印A1)、続いて第3の開口部22hから再び吸入弁サック22の内側へ移動し(図2の矢印A2)、続いて第1の開口部22cから吸入弁サック22の外側へ移動して、ポンプ室13内に導入される(図2の矢印A2)。あるいは、第2の開口部22gから吸入弁サック22の外側へ移動した液体は、圧縮コイルバネ23の巻線間の隙間から進入して(図2の矢印A3)ポンプ室13内に導入される。
ここで、吸入弁サック22の内側から第1の開口部22cを通ってポンプ室13に連通する流路では、第1の開口部22cが設けられているために、液体が通液する流路域が広く、且つ、液体が直進することができる。これにより、吸入時の流体抵抗が低減され、脈動の発生も低減されるため、体積効率が向上する。また、流体温度の上昇も抑制され、流路内の各部品やポンプ全体の寿命が長くなる。
一方、液体の吐出時には、弁体21bが弁座21aに着座して吸入弁21が閉となると共に、ポンプ室13内で加圧されて圧縮された液体は、ポンプ室13を出た後、吸入弁サック22の第1の開口部22cから吸入弁サック22の内側へ移動し(図2の矢印A4参照)、続いて第3の開口部22h及び第2の開口部22gから吸入弁サック22の外側へ移動する(図2の矢印A2参照)。吸入弁サック22の外側には、吸入弁サック22と直交する吐出路16が配置されているため、吸入弁サック22の外側へ移動した液体は、直ちに吐出路16内を移動し、弁体31bが弁体31aから離座して吐出弁31が開となった吐出弁31を介して吐出口5bから吐出される。あるいは、ポンプ室13を出た液体は、圧縮コイルバネ23の巻線間の隙間を通して吐出路16内に移動する(図2の矢印A4)。
ここで、吸入弁サック22の底壁22aに形成された第1の開口部22cは、往復動部材8の軸線方向に液体を通液させるため、液体の吐出時、圧縮された液体がポンプ室13を出たとき、液体は直進を保ったまま吸入弁サック22の内側へ移動することができる(図2の矢印A5)。従って、吐出時の流体抵抗が低減される。
また、吸入弁サック22は、吸入路15と吐出路16とが交差する部分に配置されているため、吸入弁サック22の第3の開口部22h及び第2の開口部22gから吸入弁サック22の外側に移動した液体は、直ちに吐出路16へ向うことができ、これにより、吐出時の流体抵抗が一層低減される。
また、吸入路15においては、往復動部材8の軸線方向に沿ってポンプ室13、吸入弁サック22及び吸入弁21が並んでいるため、液体の吐出時、上記のように直進して吸入弁サック22の内側へ移動した液体(図2の矢印A5)は、吸入弁21に正対して均一に当たる。このため、吸入弁21に対して液体が偏向して不均一に当たる場合に比べて、吸入弁21の動きが均一になり、これにより吸入弁21の開閉の不具合や偏摩耗が抑制される。
また、吸入弁サック22を押圧する圧縮コイルバネ23の一方の端部は、段部22iのうち連通管14及びポンプ室13に対向する面22mに当接しているため、当該段部22iを利用することで、吸入路15における弁座21a、弁体21b、コイルバネ24及び吸入弁サック22からなる一体型の組立て弁を、圧縮コイルバネ23により組み付けることが容易となり、且つ圧縮コイルバネ23の巻線間の隙間の流路を増大できる。
更に、吸入弁サック22の段部は、底壁のうち、側壁22bとして残された支柱22dの基端となる部分に設けられているため、圧縮コイルバネ23による付勢力を支柱22dで支えることができる。これにより、往復動ポンプ100を長時間運転しても吸入弁サック22が変形しにくく、吸入弁21は正常な開閉を行うことができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態では吸入弁サック22を圧縮コイルバネ23により固定したが、吸入弁サック22と連通管14とは隙間なく互いに当接していてもよい。この場合、吸入弁サック22の弾性を利用して吸入弁サック22が固定される。また、上記実施形態では、吸入弁サック22は、底壁22aのうち、その軸線と交差する部分を中心として円形の第1の開口部22cが形成されているが、必ずしも中心部に第1の開口部22cが設けられている必要はなく、中心からずれた位置に、中心を囲うように複数の開口部が形成されたものであってもよい。
5…マニホルド、5a…吸入口、5b…吐出口、8…往復動部材、13…ポンプ室、14…連通管(シリンダ部材)、15…吸入路、16…吐出路、21…吸入弁、22…吸入弁サック、22a…底壁、22b…側壁、22c…第1の開口部、22g…第2の開口部、22h…第3の開口部、22i…段部、23…圧縮コイルバネ、31…吐出弁、100…往復動ポンプ。

Claims (3)

  1. 往復動部材(8)がシリンダ部材(14)内を駆動部(6,7)の駆動に従い往復動することで、前記シリンダ部材(14)内の先端側に形成されたポンプ室(13)でポンプ作用を行い、前記ポンプ室(13)に連通した吸入口(5a)及び吐出口(5b)により液体の吸入及び吐出を行う往復動ポンプ(100)であって、
    前記ポンプ室(13)内に前記吸入口(5a)からの前記液体を導入する吸入路(15)と、前記ポンプ室(13)内で圧縮された前記液体を前記吐出口(5b)へ向けて吐出する吐出路(16)と、を備え、
    前記吸入路(15)は、前記往復動部材(8)の軸線方向に延びて前記ポンプ室(13)へ連通しており、前記吸入口(5a)側から順に吸入弁(21)及び吸入弁サック(22)を有し、
    前記吐出路(16)は、前記吸入路(15)のうち前記吸入弁(21)と前記ポンプ室(13)との間の空間に対して前記吸入路(15)と直角に連通しており、
    前記吸入弁サック(22)は、前記空間であって前記吐出路(16)が連通した部分に配置されると共に前記シリンダ部材(14)により前記軸線方向に押圧固定されており、前記シリンダ部材(14)に対向する底壁(22a)と、前記底壁(22a)の周縁から前記吸入弁(21)側へ向けて延び当該吸入弁サック(22)の軸線を囲繞するように設けられた側壁(22b)と、前記底壁(22a)に形成され前記軸線方向に前記液体を通液させる第1の開口部(22c)と、前記側壁(22b)に形成され前記吸入弁(21)が開とされたときに前記吸入弁(21)からの前記液体を前記側壁(22b)の内側から外側へ通液させる第2の開口部(22g)と、前記側壁(22b)に形成され前記液体を前記側壁の内外に通液させる第3の開口部(22h)と、を有する、往復動ポンプ(100)。
  2. 前記シリンダ部材(14)による前記吸入弁サック(22)の押圧が、前記シリンダ部材(14)と前記吸入弁サック(22)との間に配置されたコイルバネ(23)を介してなされている、請求項1記載の往復動ポンプ(100)。
  3. 前記吸入弁サック(22)は、前記第1の開口部(22c)の周囲において、当該吸入弁サック(22)の軸線を中心とした径の外側から内側に向けて凹むように段違いに形成された段部(22i)を有し、
    前記コイルバネ(23)の一方の端部は、前記段部(22i)のうち前記ポンプ室(13)に対向する面(22m)に当接している、請求項2記載の往復動ポンプ(100)。
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