JP2024017730A - 流体噴射装置、及び流体噴射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化及び小型化が図られた構成で、高圧の流体を噴射することが可能な流体噴射装置を提供する。
【解決手段】流体噴射装置は、噴射口を有するシリンダ内に設けられ、付勢部材を介してピストンヘッドと接続され、ピストンヘッドと同方向に移動可能なバルブピンと、シリンダ内の噴射口側に設けられ、ピストンヘッドが噴射口側に移動した際に、バルブピンに設けられた接触部が接触することで、シリンダ内の流体の噴射口からの噴射を規制する封止部と、を備える。封止部は、ピストンヘッドが噴射口側の第１位置まで移動した際に、接触部に接触することでバルブピンの噴射口側への移動を規制し、ピストンヘッドが第１位置よりも噴射口側の第２位置まで移動した際に、バルブピンの噴射口側への移動の規制を解除する。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体噴射装置、及び流体噴射方法に関する。

従来、例えば、洗浄液を収容するタンクと、タンク内の洗浄液を圧送するポンプと、洗浄液を洗浄対象物に向けて噴射するノズルと、ポンプからノズルに洗浄液を供給する電磁弁と、を備える車両用の洗浄装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

国際公開第２０１８／１３５４６９号

しかしながら、従来技術では、高圧の洗浄液をノズルから噴射するために、開閉の応答が高速である電磁弁を使用しており、電磁弁自体が高価であるとともに、ポンプ及び電磁弁のそれぞれに電源が必要になることが懸念された。これにより、装置のコストアップ及び大型化が課題であった。

本発明は、上記の課題に鑑み、低コスト化及び小型化が図られた構成で、高圧の流体を噴射することが可能な流体噴射装置、及び流体噴射方法を提供することを目的とする。

例示的な本発明の流体噴射装置は、噴射口を有するシリンダ内に設けられ、付勢部材を介してピストンヘッドと接続され、ピストンヘッドと同方向に移動可能なバルブピンと、シリンダ内の噴射口側に設けられ、ピストンヘッドが噴射口側に移動した際に、バルブピンに設けられた接触部が接触することで、シリンダ内の流体の噴射口からの噴射を規制する封止部と、を備える。封止部は、ピストンヘッドが噴射口側の第１位置まで移動した際に、接触部に接触することでバルブピンの噴射口側への移動を規制し、ピストンヘッドが第１位置よりも噴射口側の第２位置まで移動した際に、バルブピンの噴射口側への移動の規制を解除する。

本発明の構成によれば、低コスト化及び小型化が図られた構成で、高圧の流体を噴射することが可能になる。

実施形態の流体噴射装置の部分断面図 図１の流体噴射装置のシリンダ及びピストンの斜視図 図１の流体噴射装置の加圧工程の第１段階を示す部分断面図 図１の流体噴射装置の加圧工程の第２段階を示す部分断面図 図１の流体噴射装置の加圧工程の第３段階を示す部分断面図 図１の流体噴射装置の噴射工程の第１段階を示す部分断面図 図１の流体噴射装置の噴射工程の第２段階を示す部分断面図 図１の流体噴射装置の吸入工程の第１段階を示す部分断面図 図１の流体噴射装置の吸入工程の第２段階を示す部分断面図 図１の流体噴射装置の吸入工程の第３段階を示す部分断面図 変形例の流体噴射装置の部分断面図

以下、本発明の例示的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。この説明では、後述するシリンダ２が延びる方向を「軸方向」と呼び、この軸方向を表す矢線Ｄｘを図中に記載した。軸方向Ｄｘは、後述するピストン３（ピストンヘッド３１）及びバルブピン４の「移動方向」である。軸方向Ｄｘのプラス側が「一端部側」（噴射口側）であり、マイナス側が「他端部側」（噴射口側とは反対側）である。さらに、軸方向Ｄｘに関して、直交座標系を表す矢線Ｄｙ、Ｄｚを図中に記載した。また、軸方向Ｄｘと交差する方向を「径方向」と呼ぶ。径方向は、軸方向Ｄｘと直交する方向Ｄｙ、Ｄｚ、すなわちＤｙ－Ｄｚ平面を含み、厳密に直交に限定されるわけではなく、略直交も含む。

図１は、実施形態の流体噴射装置１の部分断面図である。図２は、図１の流体噴射装置１のシリンダ２及びピストン３の斜視図である。なお、図２では、ピストン３の、駆動部６との接続部３３の描画を省略している。

流体噴射装置１は、例えば車両に搭載されたカメラやセンサー等の表面に付着した付着物に対し、流体を噴射して当該付着物を除去する。流体噴射装置１が噴射する流体としては、例えば空気等の気体、及び水等の液体を含む。流体噴射装置１は、車両以外の、例えば船舶、航空機、ロボット等の移動体に搭載されても良いし、移動体以外のものに搭載されても良い。

流体噴射装置１は、シリンダ２と、ピストン３と、バルブピン４と、付勢部材５と、駆動部６と、を備える。

シリンダ２は、軸方向Ｄｘに延びる筒形状に形成される。シリンダ２は、シリンダチューブ２１と、通気部２２と、を有する。

シリンダチューブ２１は、シリンダ２の軸方向Ｄｘ他端部側に配置される。シリンダチューブ２１は、軸方向Ｄｘに延びる筒形状に形成される。シリンダチューブ２１の軸方向Ｄｘ一端部は、閉塞され、通気部２２と連通する。シリンダチューブ２１の軸方向Ｄｘ他端部は、開口している。シリンダチューブ２１は、内部にピストン３のピストンヘッド３１を収容する。

通気部２２は、シリンダ２の、シリンダチューブ２１よりも軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）に配置される。通気部２２は、シリンダチューブ２１と連通する。通気部２２は、軸方向Ｄｘに延び、シリンダチューブ２１よりも小さい内径を有する筒形状に形成される。通気部２２は、噴射口２２１と、封止部２２２と、を有する。

噴射口２２１は、通気部２２の軸方向Ｄｘ一端部側の先端に配置される。すなわち、シリンダ２は、軸方向Ｄｘ一端部に噴射口２２１を有する。噴射口２２１は、軸方向Ｄｘに沿って通気部２２の壁部を内外に貫通する。流体噴射装置１は、噴射口２２１から流体を噴射する。

封止部２２２は、噴射口２２１よりも軸方向Ｄｘ他端部側の内側に配置される。封止部２２２は、通気部２２の内周部に配置され、径方向内側に突出する。封止部２２２は、通気部２２の内周部に沿って周方向に延びる環状に形成される。封止部２２２は、後述するバルブピン４の接触部４２の外径よりも小さい内径を有する。

ピストン３は、シリンダ２に取り付けられ、軸方向Ｄｘに延びる。ピストン３は、軸方向Ｄｘに往復移動可能である。ピストン３は、ピストンヘッド３１と、収容部３２と、接続部３３と、を有する。

ピストンヘッド３１は、ピストン３の軸方向Ｄｘ一端部側に配置される。ピストンヘッド３１は、シリンダ２のシリンダチューブ２１内に配置される。ピストンヘッド３１は、シリンダチューブ２１の内周壁に沿って軸方向Ｄｘに延びる柱形状である。ピストンヘッド３１の外周面は、シリンダチューブ２１の内周壁に接触する。なお、ピストンヘッド３１の外周面は、シリンダチューブ２１内の、ピストンヘッド３１を挟んで軸方向Ｄｘ一端部側と他端部側との間で容易に流体が流通できないようになっており、且つピストン３が軸方向Ｄｘに円滑に往復移動できる程度にシリンダチューブ２１の内周壁に接触していれば良い。

ピストンヘッド３１は、孔部３１１を有する。孔部３１１は、ピストンヘッド３１を軸方向Ｄｘ（ピストンヘッド３１の移動方向）に貫通する。孔部３１１は、後述するバルブピン４の軸部４１が挿入される。

収容部３２は、ピストンヘッド３１の孔部３１１よりも軸方向Ｄｘ他端部側（噴射口２２１側とは反対側）に配置される。収容部３２は、ピストンヘッド３１から軸方向Ｄｘ他端部側に向かって延びる円筒形状である。収容部３２は、その内部に、付勢部材５と、孔部３１１を通して挿入されたバルブピン４の一部と、を収容する。詳細に言えば、収容部３２は、その内部に、付勢部材５と、後述するバルブピン４の移動規制部４３と、を収容する。

接続部３３は、ピストン３の軸方向Ｄｘ他端部に配置される。接続部３３には、駆動部６が接続される。ピストン３は、接続部３３を介し、駆動部６によって軸方向Ｄｘに往復移動される。

バルブピン４は、ピストン３に取り付けられる。バルブピン４は、ピストンヘッド３１から噴射口２２１に向かって軸方向Ｄｘに突出する。バルブピン４は、ピストン３に対して相対的に軸方向Ｄｘに往復移動可能である。言い換えれば、バルブピン４は、ピストンヘッド３１と同方向に移動可能である。バルブピン４は、軸部４１と、接触部４２と、移動規制部４３と、を有する。

軸部４１は、軸方向Ｄｘに延びる。軸部４１は、ピストンヘッド３１の孔部３１１に挿入される。軸部４１の軸方向Ｄｘ一端部側の一部は、孔部３１１に対し、噴射口２２１に向かって軸方向Ｄｘに突出する。軸部４１の軸方向Ｄｘ他端部側の一部は、ピストン３の収容部３２内に収容される。

接触部４２は、軸部４１の軸方向Ｄｘ一端部側に配置される。本実施形態において、接触部４２は、軸部４１の軸方向Ｄｘ一端部側の先端に配置される。接触部４２は、通気部２２内に位置する。接触部４２は、軸部４１よりも外径が大きい、径方向に広がる略円板形状を有する。接触部４２は、外傾斜部４２１と、内傾斜部４２２と、を有する。

外傾斜部４２１は、接触部４２の軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）に配置される。外傾斜部４２１は、軸方向Ｄｘ他端部側（噴射口２２１側とは反対側）に向かうにつれて外径が大きくなる傾斜を有する。

内傾斜部４２２は、接触部４２の軸方向Ｄｘ他端部側（噴射口２２１側とは反対側）に配置される。内傾斜部４２２は、軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）に向かうにつれて外径が大きくなる傾斜を有する。

接触部４２の外径は、軸方向Ｄｘに対して外傾斜部４２１と内傾斜部４２２との間の領域において最も大きい。接触部４２は、通気部２２の封止部２２２の内径よりも大きい外径を有する。なお、接触部４２及び封止部２２２の少なくとも一方は、例えばゴム等の弾性体で形成される。

移動規制部４３は、バルブピン４の軸部４１の軸方向Ｄｘ他端部側に配置される。移動規制部４３は、ピストン３の収容部３２内に位置する。移動規制部４３は、軸端部４３１と、フランジ部４３２と、を有する。

軸端部４３１は、軸部４１の軸方向Ｄｘ他端部に位置する。フランジ部４３２は、軸端部４３１よりも軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）に配置される。フランジ部４３２は、バルブピン４の軸部４１よりも外径が大きい。言い換えれば、フランジ部４３２は、バルブピン４の移動方向と交差する方向（径方向）に突出する。

移動規制部４３は、バルブピン４が、ピストン３に対して相対的に軸方向Ｄｘに移動すると、軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）においてフランジ部４３２が収容部３２の内壁３２ａに接触し、軸方向Ｄｘ他端部側（噴射口２２１側とは反対側）において軸端部４３１が収容部３２の内壁３２ｂに接触する。これにより、移動規制部４３は、ピストン３に対するバルブピン４の往復移動の範囲を規制する。

付勢部材５は、ピストン３の収容部３２内に配置される。付勢部材５は、例えば圧縮コイルばねで形成され、軸方向Ｄｘに沿って伸縮可能である。付勢部材５は、収容部３２内において、バルブピン４の移動規制部４３のフランジ部４３２よりも軸端部４３１側（軸方向Ｄｘ他端部側）に配置される。バルブピン４は、付勢部材５を介してピストンヘッド３１と接続される。コイル状である付勢部材５の径方向内側には、軸端部４３１の含むバルブピン４の軸部４１が挿入される。

付勢部材５は、バルブピン４を噴射口２２１に接近させる方向に付勢する。詳細に言えば、付勢部材５は、バルブピン４のフランジ部４３２に接触し、バルブピン４を噴射口２２１側に付勢する。

なお、付勢部材５は、バルブピン４の接触部４２及び通気部２２の封止部２２２の少なくとも一方を構成する弾性体よりも低い弾性率を有する。言い換えれば、バルブピン４の接触部４２及び通気部２２の封止部２２２の少なくとも一方は、付勢部材５よりも弾性率が高い弾性体で形成される。接触部４２及び封止部２２２のうち一方を弾性体で形成した場合、他方は、例えば金属や弾性体よりも硬質の合成樹脂等の材料で形成される。

駆動部６は、ピストン３の接続部３３に接続される。駆動部６は、モータ６１と、ギヤ部６２と、リンク機構６３と、を有する。ギヤ部６２は、例えば互いに噛み合わされた複数のギヤによって構成される。モータ６１は、ギヤ部６２に連結され、ギヤ部６２の複数のギヤそれぞれを回転させる。ギヤ部６２は、モータ６１の駆動力の伝達方向の末端においてリンク機構６３のクランク板６３１に連結し、当該クランク板６３１を回転させる。

リンク機構６３は、スライダクランク機構として構成される。リンク機構６３は、クランク板６３１と、コネクティングロッド６３２と、を含む。スライダクランク機構のいわゆるスライダは、ピストン３である。

クランク板６３１は、ピストン３の往復移動方向である軸方向Ｄｘに対して直交する径方向Ｄｙに延びる軸線回りに回転可能な円板形状である。クランク板６３１は、外周部においてギヤ部６２に連結し、ギヤ部６２を介してモータ６１によって回転される。

コネクティングロッド６３２の軸方向Ｄｘ一端部は、ピストン３の接続部３３に、径方向Ｄｙに延びる軸線回りに回転可能に接続される。コネクティングロッド６３２の軸方向Ｄｘ他端部は、クランク板６３１の外周部に、径方向Ｄｙに延びる軸線回りに回転可能に接続される。

駆動部６においてモータ６１が駆動すると、クランク板６３１が、例えば図１における時計方向に回転する。クランク板６３１が回転することで、スライダクランク機構であるリンク機構６３の作用によってピストン３が軸方向Ｄｘに往復移動する。すなわち、駆動部６は、ピストン３を軸方向Ｄｘに沿って移動させる。

次に、流体噴射装置１の動作について、図１に加え、図３から図１０を用いて説明する。図３、図４及び図５は、図１の流体噴射装置１の加圧工程の第１段階、第２段階及び第３段階を示す部分断面図である。図６及び図７は、図１の流体噴射装置１の噴射工程の第１段階及び第２段階を示す部分断面図である。図８、図９及び図１０は、図１の流体噴射装置１の吸入工程の第１段階、第２段階及び第３段階を示す部分断面図である。

流体噴射装置１において加圧工程の開始時、例えば図１に示すように、ピストン３は、シリンダ２に対し、噴射口２２１から軸方向Ｄｘ他端部側に最も離れた位置（下死点）にある。バルブピン４は、付勢部材５によって噴射口２２１に接近する方向に付勢され、移動規制部４３のフランジ部４３２が軸方向Ｄｘ一端部側において収容部３２の内壁３２ａに接触することで移動が規制されている。バルブピン４の接触部４２は、シリンダ２の封止部２２２に対して軸方向Ｄｘ他端部側に離間している。

クランク板６３１が回転すると、ピストンヘッド３１及びバルブピン４は、同時に軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）に移動する。そして、図３に示すように、バルブピン４の接触部４２が封止部２２２に接触する。

接触部４２及び封止部２２２の少なくとも一方が付勢部材５よりも弾性率が高い弾性体で形成されるため、続いてクランク板６３１が回転すると、図４に示すように、バルブピン４の軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）への移動が規制され、ピストン３（ピストンヘッド３１）のみが、付勢部材５の付勢力に抗して軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）へ移動する。すなわち、封止部２２２は、ピストンヘッド３１が軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）の第１位置Ｐ１（図３参照）まで移動した際に、接触部４２に接触することでバルブピン４の軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）への移動を規制する。

接触部４２と封止部２２２との接触が維持された状態で、ピストンヘッド３１は、噴射口２２１側に移動する。流体は、封止部２２２の箇所においてシリンダチューブ２１側から噴射口２２１へ向かう流通が規制され、シリンダチューブ２１内において加圧される。

さらに、ピストン３（ピストンヘッド３１）のみが軸方向Ｄｘ一端部側へ移動してシリンダチューブ２１内の加圧が続くと、図５に示すように、バルブピン４の移動規制部４３の軸端部４３１が、軸方向Ｄｘ他端部側において収容部３２の内壁３２ｂに接触する。

続いてクランク板６３１が回転すると、移動規制部４３によってピストン３に対する相対移動が規制されたバルブピン４がピストン３によって押されるため、ピストンヘッド３１及びバルブピン４は、同時に軸方向Ｄｘ一端部側に移動しようとする。駆動部６によるピストン３の駆動力は、接触部４２或いは封止部２２２を構成する弾性体の弾性力よりも大きいため、接触部４２或いは封止部２２２を弾性変形させる。そして、図６に示すように、バルブピン４の接触部４２は、封止部２２２を乗り越えて噴射口２２１に接近する方向に移動する。

封止部２２２による規制が無くなることで、バルブピン４は、付勢部材５による付勢力と、シリンダチューブ２１内の流体の圧力とにより、噴射口２２１に接近する方向に移動する。すなわち、封止部２２２は、ピストンヘッド３１が第１位置Ｐ１よりも軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）の第２位置Ｐ２まで移動した際に、バルブピン４の軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）への移動の規制を解除する。これにより、シリンダチューブ２１内において加圧された流体は、一気に噴射口２２１に向かって流通し、噴射口２２１から噴射される。

そして、図７に示すように、ピストン３は、噴射口２２１に対して軸方向Ｄｘ一端部側に最も接近した位置（上死点）に移動する。このとき、バルブピン４は、付勢部材５によって噴射口２２１に接近する方向に付勢され、移動規制部４３のフランジ部４３２が軸方向Ｄｘ一端部側において収容部３２の内壁３２ａに接触している。

続いてクランク板６３１が回転すると、図８に示すように、ピストンヘッド３１及びバルブピン４は、同時に軸方向Ｄｘ他端部側に移動する。そして、図９に示すように、バルブピン４の接触部４２がシリンダ２内の封止部２２２に接触する。

駆動部６によるピストン３の駆動力は接触部４２或いは封止部２２２を弾性変形させ、図１０に示すように、接触部４２は、封止部２２２を乗り越えて噴射口２２１から離間する方向に移動する。これにより、噴射口２２１からシリンダチューブ２１内に流体が流入し、流体のシリンダ２内への吸入が行われる。そして、ピストン３は、図１に示すように、シリンダ２に対し、噴射口２２１から軸方向Ｄｘ他端部側に最も離れた位置（下死点）に移動する。

上記構成によれば、高圧の流体を噴射口２２１から一気に噴射することができる。そして、流体噴射装置１は、高価な電磁弁等の他の機能部材を必要としない。さらに、流体噴射装置１は、高圧流体の噴射に対し、駆動部６以外の電源を必要としない。また、加圧及びバルブ開閉のタイミングを制御する必要が無く、制御回路も必要としない。したがって、低コスト化及び小型化が図られた構成で、高圧の流体を噴射することが可能になる。

また、シリンダ２は、シリンダチューブ２１と、シリンダチューブ２１よりも小さい内径を有するとともに噴射口２２１及び封止部２２２を有する通気部２２と、を有する。この構成によれば、シリンダチューブ２１と通気部２２との連通領域を小さくすることができ、シリンダチューブ２１内の流体の周囲の多くをシリンダ２の壁部で覆うことができる。したがって、シリンダチューブ２１内の流体の圧力を高め易くすることが可能である。さらに、噴射口２２１からの流体の噴射時、シリンダチューブ２１から噴射口２２１に向かう流体の流速を、より一層高速にすることができる。

また、バルブピン４の移動規制部４３は、軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）においてフランジ部４３２がピストン３の収容部３２の内壁３２ａに接触し、軸方向Ｄｘ他端部側（噴射口２２１側とは反対側）において軸端部４３１がピストン３の収容部３２の内壁３２ｂに接触し、バルブピン４の往復移動の範囲を規制する。この構成によれば、ピストン３に取り付けられたバルブピン４の、ピストン３に対する相対移動を容易に実現できる。また、収容部３２内の付勢部材５により移動規制部４３を噴射口２２１に接近させる方向に付勢することで、接触部４２の封止部２２２への接触と、接触部４２の封止部２２２の乗り越えとの間に時間差を生じさせることができる。したがって、この間に、シリンダチューブ２１内において高圧の流体を生成することが可能である。

また、接触部４２は、外傾斜部４２１と、内傾斜部４２２と、を有する。接触部４２が外傾斜部４２１を有することで、接触部４２が軸方向Ｄｘ他端部側から封止部２２２に接触するときに、接触部４２と封止部２２２との密着性を高めることができる。したがって、シリンダチューブ２１内において高圧の流体を生成することが可能である。また、接触部４２が外傾斜部４２１及び内傾斜部４２２を有することで、接触部４２が軸方向Ｄｘに沿って封止部２２２を乗り越えるとき、バルブピン４の、より円滑な移動を実現することが可能である。

また、本実施形態において、封止部２２２は、弾性体で形成される。封止部２２２は、例えばゴム等で形成される。接触部４２は、封止部２２２よりも硬い材料で形成される。接触部４２は、例えば金属や弾性体よりも硬質の合成樹脂等の材料で形成される。この構成によれば、バルブピン４全体を単一の材料で形成することができる。したがって、バルブピン４に関して言えば、部品を容易に形成することができ、低コスト化を図ることができる。そして、接触部４２が封止部２２２を乗り越えるとき、封止部２２２を弾性変形させ、バルブピン４を軸方向Ｄｘに移動させることが可能である。

なお、接触部４２を弾性体で形成し、封止部２２２を接触部４２よりも硬い材料で形成しても良い。この構成によれば、シリンダ２全体を単一の材料で形成することができる。したがって、シリンダ２に関して言えば、部品を容易に形成することができ、低コスト化を図ることができる。そして、接触部４２が封止部２２２を乗り越えるとき、接触部４２を弾性変形させ、バルブピン４を軸方向Ｄｘに移動させることが可能である。

また、封止部２２２及び接触部４２のそれぞれを弾性体で形成しても良い。この構成によれば、接触部４２が封止部２２２を乗り越えるとき、封止部２２２及び接触部４２のそれぞれを弾性変形させ、バルブピン４を軸方向Ｄｘに移動させることが可能である。

図１１は、変形例の流体噴射装置１の部分断面図である。なお、図１１に示す変形例の基本的な構成は、図１から図１０を用いて先に説明した実施形態と同じであるので、共通する構成要素には前と同じ符号または同じ名称を付してその説明を省略する場合がある。

図１１に示す変形例の流体噴射装置１は、シリンダ２と、ピストン７と、バルブピン８と、付勢部材５と、駆動部６と、を備える。

ピストン７は、シリンダ２に取り付けられ、軸方向Ｄｘに延びる。ピストン７は、軸方向Ｄｘに往復移動可能である。ピストン７は、ピストンヘッド７１と、接続部７３と、を有する。

ピストンヘッド７１は、ピストン７の軸方向Ｄｘ一端部側に配置される。ピストンヘッド７１は、シリンダ２のシリンダチューブ２１内に配置される。ピストンヘッド７１は、シリンダチューブ２１の内周壁に沿って軸方向Ｄｘに延びる柱形状である。ピストンヘッド７１の外周面は、シリンダチューブ２１の内周壁に接触する。

ピストンヘッド７１は、フック部７１１を有する。フック部７１１は、ピストンヘッド７１の軸方向Ｄｘ一端部側であって、噴射口２２１と対向する壁面７１ａに配置される。フック部７１１は、１つであっても良いし、複数であっても良い。フック部７１１は、ピストンヘッド７１から噴射口２２１に向かって軸方向Ｄｘに突出する。フック部７１１は、バルブピン８の後述する円板部８３の挿通孔８３２に挿入される。

フック部７１１の軸方向Ｄｘ一端部側の先端７１１ａは、円板部８３よりも軸方向Ｄｘ一端部側に突出し、径方向に折れ曲がっている。フック部７１１の先端７１１ａの径方向長さは、挿通孔８３２の径よりも長い。これにより、ピストン７が軸方向Ｄｘ他端部側に移動すると、フック部７１１の先端７１１ａがバルブピン８の円板部８３に引っ掛かる。

接続部７３は、ピストン３の軸方向Ｄｘ他端部に配置される。接続部７３には、駆動部６が接続される。ピストン３は、接続部７３を介し、駆動部６によって軸方向Ｄｘに往復移動される。

バルブピン８は、ピストン７の軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）に配置される。バルブピン８は、ピストンヘッド７１に対し、噴射口２２１に向かって軸方向Ｄｘに突出する。バルブピン８は、ピストン７に対して相対的に軸方向Ｄｘに往復移動可能である。言い換えれば、バルブピン８は、ピストンヘッド７１と同方向に移動可能である。

バルブピン８は、軸部８１と、接触部８２と、円板部８３と、移動規制部８４と、を有する。

軸部８１は、軸方向Ｄｘに延びる。軸部８１は、円板部８３の、軸方向Ｄｘ一端部側及び他端部側に延びる。

接触部８２は、軸部８１の軸方向Ｄｘ一端部側に配置される。本実施形態において、接触部８２は、軸部８１の軸方向Ｄｘ一端部側の先端に配置される。接触部８２は、通気部２２内に位置する。接触部８２は、軸部８１よりも外径が大きい、径方向に広がる略円板形状を有する。接触部８２は、外傾斜部８２１と、内傾斜部８２２と、を有する。

接触部８２は、通気部２２の封止部２２２の内径よりも大きい外径を有する。なお、接触部８２及び封止部２２２の少なくとも一方は、例えばゴム等の弾性体で形成される。

円板部８３は、軸部８１の軸方向Ｄｘ他端部側に配置される。円板部８３は、シリンダチューブ２１内に配置される。円板部８３は、シリンダチューブ２１の中心軸線に対して径方向に広がる円板状である。円板部８３の外周面は、シリンダチューブ２１の内周壁に接触する。なお、円板部８３の外周面は、バルブピン８が軸方向Ｄｘに円滑に往復移動できる程度にシリンダチューブ２１の内周壁に接触していれば良い。

円板部８３は、通気孔８３１と、挿通孔８３２と、を有する。通気孔８３１及び挿通孔８３２は、円板部８３を軸方向Ｄｘ（ピストンヘッド７１の移動方向）に貫通する。本実施形態において、通気孔８３１は、挿通孔８３２よりも径方向外側に配置される。通気孔８３１及び挿通孔８３２は、各々１つずつでも良いし、複数であっても良い。挿通孔８３２は、ピストンヘッド７１のフック部７１１と同数である。

通気孔８３１は、シリンダチューブ２１内の、円板部８３を隔てた軸方向Ｄｘ一端部側の空間及び他端部側の空間を連通させ、互いの空間の間の流体の流通を可能にする。挿通孔８３２には、ピストンヘッド７１のフック部７１１が挿入される。

移動規制部８４は、バルブピン８の軸部８１の軸方向Ｄｘ他端部側に配置される。移動規制部８４は、軸端部８４１と、内端部８４２と、を有する。

軸端部８４１は、軸部８１の軸方向Ｄｘ他端部であって、円板部８３よりも軸方向Ｄｘ他端部側に位置する。内端部８４２は、円板部８３の挿通孔８３２よりも径方向内側に位置し、挿通孔８３２に隣接している。内端部８４２は、円板部８３の軸方向Ｄｘ一端部側の径方向に広がる壁部の一部である。

移動規制部８４は、バルブピン８が、ピストン７に対して相対的に軸方向Ｄｘに移動すると、軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）において内端部８４２がフック部７１１の先端７１１ａに接触し、軸方向Ｄｘ他端部側（噴射口２２１側とは反対側）において軸端部８４１がピストンヘッド７１の軸方向Ｄｘ一端部側の径方向に広がる壁面７１ａに接触する。これにより、移動規制部８４は、ピストン７に対するバルブピン８の往復移動の範囲を規制する。

付勢部材５は、ピストンヘッド７１とバルブピン８の円板部８３との間に配置される。付勢部材５は、例えば圧縮コイルばねで形成され、軸方向Ｄｘに沿って伸縮可能である。バルブピン８は、付勢部材５を介してピストンヘッド７１と接続される。コイル状である付勢部材５の径方向内側には、軸端部８４１の含むバルブピン８の軸部８１が挿入される。付勢部材５は、バルブピン８を噴射口２２１に接近させる方向に付勢する。

変形例の流体噴射装置１において、クランク板６３１が回転すると、ピストンヘッド７１及びバルブピン８は、同時に軸方向Ｄｘ一端部側（噴射口２２１側）に移動し、バルブピン８の接触部８２が封止部２２２に接触する（図１１参照）。

続いて、接触部８２と封止部２２２との接触が維持された状態で、ピストンヘッド７１は、噴射口２２１側に移動する。流体は、封止部２２２の箇所においてシリンダチューブ２１側から噴射口２２１へ向かう流通が規制され、シリンダチューブ２１内において加圧される。

さらに、ピストン７（ピストンヘッド７１）のみが軸方向Ｄｘ一端部側へ移動してシリンダチューブ２１内の加圧が続くと、バルブピン８の移動規制部８４の軸端部８４１が、軸方向Ｄｘ他端部側においてピストンヘッド７１の壁面７１ａに接触する。

続いてクランク板６３１が回転すると、移動規制部８４によってピストン７に対する相対移動が規制されたバルブピン８がピストン７によって押されるため、ピストンヘッド７１及びバルブピン８は、同時に軸方向Ｄｘ一端部側に移動しようとする。駆動部６によるピストン７の駆動力は、接触部８２或いは封止部２２２を構成する弾性体の弾性力よりも大きいため、接触部８２或いは封止部２２２を弾性変形させる。そして、バルブピン８の接触部８２は、封止部２２２を乗り越えて噴射口２２１に接近する方向に移動する。

封止部２２２による規制が無くなることで、バルブピン８は、付勢部材５による付勢力と、シリンダチューブ２１内の流体の圧力とにより、噴射口２２１に接近する方向に移動する。これにより、シリンダチューブ２１内において加圧された流体は、一気に噴射口２２１に向かって流通し、噴射口２２１から噴射される。

ピストン７は、噴射口２２１に対して軸方向Ｄｘ一端部側に最も接近した位置（上死点）に移動する。このとき、バルブピン８は、付勢部材５によって噴射口２２１に接近する方向に付勢され、移動規制部８４の内端部８４２が軸方向Ｄｘ一端部側においてフック部７１１の先端７１１ａに接触している。

続いてクランク板６３１が回転すると、ピストンヘッド７１及びバルブピン８は、同時に軸方向Ｄｘ他端部側（噴射口２２１側とは反対側）に移動し、バルブピン８の接触部８２がシリンダ２内の封止部２２２に接触する。

駆動部６によるピストン３の駆動力は接触部８２或いは封止部２２２を弾性変形させ、接触部８２は、封止部２２２を乗り越えて噴射口２２１から離間する方向に移動する。これにより、噴射口２２１からシリンダチューブ２１内に流体が流入し、流体のシリンダ２内への吸入が行われる。そして、ピストン７は、シリンダ２に対し、噴射口２２１から軸方向Ｄｘ他端部側に最も離れた位置（下死点）に移動する。

上記変形例の構成においても、高圧の流体を噴射口２２１から一気に噴射することができる。そして、流体噴射装置１は、高価な電磁弁等の他の機能部材を必要としない。さらに、流体噴射装置１は、高圧流体の噴射に対し、駆動部６以外の電源を必要としない。また、加圧及びバルブ開閉のタイミングを制御する必要が無く、制御回路も必要としない。したがって、低コスト化及び小型化が図られた構成で、高圧の流体を噴射することが可能になる。

本明細書中で実施形態として開示された種々の技術的特徴は、その技術的創作の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれる。また、本明細書中で示した複数の実施形態は、可能な範囲で適宜組み合わせて実施して良い。

１ 流体噴射装置
２ シリンダ
３ ピストン
４ バルブピン
５ 付勢部材
６ 駆動部
２１ シリンダチューブ
２２ 通気部
３１ ピストンヘッド
３２ 収容部
４１ 軸部
４２ 接触部
４３ 移動規制部
２２１ 噴射口
２２２ 封止部
４２１ 外傾斜部
４２２ 内傾斜部
４３１ 軸端部
４３２ フランジ部
Ｄｘ 軸方向

Claims (9)

1. 噴射口を有するシリンダ内に配置されたピストンヘッドを往復移動させることで、前記シリンダ内の流体を前記噴射口から噴射させる流体噴射装置であって、
   前記シリンダ内に設けられ、付勢部材を介して前記ピストンヘッドと接続され、前記ピストンヘッドと同方向に移動可能なバルブピンと、
   前記シリンダ内の前記噴射口側に設けられ、前記ピストンヘッドが前記噴射口側に移動した際に、前記バルブピンに設けられた接触部が接触することで、前記シリンダ内の流体の前記噴射口からの噴射を規制する封止部と、
   を備え、
   前記封止部は、前記ピストンヘッドが前記噴射口側の第１位置まで移動した際に、前記接触部に接触することで前記バルブピンの前記噴射口側への移動を規制し、前記ピストンヘッドが前記第１位置よりも前記噴射口側の第２位置まで移動した際に、前記バルブピンの前記噴射口側への移動の規制を解除する、
   流体噴射装置。
2. 前記封止部は、前記バルブピンの前記接触部の外径よりも小さい内径を有する環状に形成され、
   前記接触部及び前記封止部の少なくとも一方は、前記付勢部材よりも弾性率が高い弾性体で形成される、
   請求項１に記載の流体噴射装置。
3. 前記シリンダは、
   内部に前記ピストンヘッドを収容するシリンダチューブと、
   前記シリンダチューブの前記噴射口側に配置されて前記シリンダチューブと連通し、前記シリンダチューブよりも小さい内径を有するとともに前記噴射口及び前記封止部を有する通気部と、
   を有する、
   請求項１に記載の流体噴射装置。
4. 前記ピストンヘッドを前記ピストンヘッド移動方向に貫通し、前記バルブピンが挿入される孔部と、
   前記ピストンヘッドの前記孔部よりも前記噴射口側とは反対側に配置され、前記付勢部材と、前記孔部を通して挿入された前記バルブピンの一部と、を収容する収容部と、
   を有し、
   前記バルブピンは、前記収容部内において、
   前記バルブピンの前記噴射口側とは反対側の端部に位置する軸端部と、
   前記軸端部よりも前記噴射口側に配置され、前記バルブピンの移動方向と交差する方向に突出するフランジ部と、
   を有し、
   前記付勢部材は、前記収容部内において前記フランジ部よりも前記軸端部側に配置され、前記フランジ部に接触して前記バルブピンを前記噴射口側に付勢し、
   前記バルブピンは、
   前記噴射口側において前記フランジ部が前記収容部の内壁に接触し、前記噴射口側とは反対側において前記軸端部が前記収容部の内壁に接触することで、移動範囲が規制される、
   請求項１に記載の流体噴射装置。
5. 前記バルブピンは、
   前記接触部の前記噴射口側に配置され、前記噴射口側とは反対側に向かうにつれて外径が大きくなる傾斜を有する外傾斜部と、
   前記接触部の前記噴射口側とは反対側に配置され、前記噴射口側に向かうにつれて外径が大きくなる傾斜を有する内傾斜部と
   を有する、
   請求項１に記載の流体噴射装置。
6. 前記封止部は、弾性体で形成され、
   前記接触部は、前記封止部よりも硬い材料で形成される、
   請求項１に記載の流体噴射装置。
7. 前記接触部は、弾性体で形成され、
   前記封止部は、前記接触部よりも硬い材料で形成される、
   請求項１に記載の流体噴射装置。
8. 前記封止部及び前記接触部は、弾性体で形成される、
   請求項１に記載の流体噴射装置。
9. 噴射口を有するシリンダ内に配置されたピストンヘッドを往復移動させることで、前記シリンダ内の流体を前記噴射口から噴射させる流体噴射方法において、
   前記ピストンヘッドを前記噴射口側に移動させ、
   前記ピストンヘッドが前記噴射口側の第１位置まで移動した際に、前記ピストンヘッドと同方向に移動可能に付勢部材を介して前記ピストンヘッドに接続されたバルブピンを前記シリンダ内の前記噴射口側に設けられた封止部に接触させることで前記バルブピンの前記噴射口側への移動を規制して前記流体の前記噴射口からの噴射を規制し、
   前記ピストンヘッドが前記第１位置よりも前記噴射口側の第２位置まで移動した際に、前記バルブピンの前記噴射口側への移動の規制を解除して前記流体を前記噴射口から噴射する、
   流体噴射方法。

Images