JP4148425B1

JP4148425B1 - 高圧発生装置

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Publication number: JP4148425B1
Application number: JP2007102198A
Authority: JP
Inventors: 光治馬上; 直之馬上; 拓也馬上
Original assignee: 光治馬上; 直之馬上; 拓也馬上
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2027-03-12
Also published as: JP2008223751A; WO2008120539A1; US20100166573A1

Abstract

【課題】脈動がなく、高圧を発生できる安価なポンプまたは圧縮機を提供すること。
【解決手段】ピストン１の往復動により流体が供給されて加圧される加圧室３（３１、３２、３３）をピストン１の外部に備え、上記加圧室３を連結してなる。加圧室は逆流防止手段（８１、８２、８３）を介して流体が供給され、流体の加圧及び吐出が行われる。第２室３２では、ハウジング２の外部へ流体の吐出と、第１室３１からの流体の供給がなされる。第３室３３では、第２室３２からの流体の供給と、ハウジング２の外部への流体の吐出が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は高圧の液体を連続吐出する高圧ポンプ装置に関わる技術分野に属する。

従来、液体を高圧で吐出するためには、プランジャポンプ（ピストンポンプとも呼ばれる）が使用される。このプランジャポンプは吸入圧縮排出手段を成すピストンが外部からの動力源によりシリンダ内を往復動されて、外部より流体を吸入し、圧縮した高圧の液体を吐出する構造である。

該ピストンを往復動する駆動装置は電気，エンジン又は圧力流体を利用した装置であり、動力軸の回転を往復運動に変換して利用したり、圧力流体を流体圧シリンダに供給して内部の制御用ピストンを往復動させ、該ピストンと一体のピストンロッドと吸入圧縮排出手段を成すピストンを接続して往復動させる様々な態様がある。

液体を一定の圧力にするにはピストンにより液体を圧縮する必要がある。したがって、ピストンは液体を一定の圧力にするために圧縮行程を経た後に、圧縮した高圧の液体を吐出している。吐出圧力の脈動を少なくするために複数のピストンを備えたり、アキュムレータを併用したり、補助タンクを設けて使用されている。

日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集（１９９８．８．２７，２８長野市）往復動型無脈動ポンプの脈動異常の解析小西義昭，小倉哲彦特公昭６２−２１９９４号公報特公第３６５００３１号公報ＵＳ特許ＵＳ７１６５９５１Ｂ２号公報

従来のプランジャポンプにおいては吐出圧力に変動のないいわゆる無脈動のものが理想的であり、ピストンの数を多くするほど吐出圧力の脈動は少なくなり、またアキュムレータや補助タンクを備えて圧力の変動を少なくしているが、大型化し構造が複雑になり、コストが増大する課題があった。

液体を加圧する場合、大気圧の状態から圧縮すると必要な圧力に達するまでに無駄な時間を要し、液体を超高圧にするには液体に混入している空気も圧縮するために圧力の立ち上がりに長い時間を要するという課題があった。

図９に示されている前出願特許（ＵＳ７１６５９５１Ｂ２号公報）の発明は本願発明とは一見類似しているが、ピストンの内部に３つの加圧室を備えているために構造が複雑で、生産する場合要求される精度内に部品を加工するのはきわめて難しいという課題があった。
ハウジング内にピストンが同一軸上で往復動するためには、構成部品は高精度な同芯度と直角度を要求される。構成部品が多いほど誤差は集積されて拡大する。また、機械加工の際に加工物をチャッキングし直して加工すると、初めの加工箇所との同芯度と直角度に大きな誤差を生じる。

そして、高圧発生装置が小型の場合には逆流防止手段はピストンの内部に設けることが不可能になり、態様が整わないという課題がある。

本発明はこれらの問題を解決しようとするものであり、３つの加圧室をピストンの外側に設けることにより、高精度な同芯度と直角度を有した部品による構成品とし、小型で簡易な構造の低価格の高圧発生装置を得ることを目的とする。
なお、駆動装置による作動の初動段階より圧縮した高圧の液体を連続して吐出する高圧発生装置を得ることを目的とする。

本発明は前記の目的を達成するためになされたものであり、ハウジングの内部で嵌合して往復動するピストンの外側に３つの加圧室を備え、吸入圧縮排出手段を成す前記の３つの加圧室を連通し、ピストンを往復動することにより液体を吸入し、圧縮した高圧の液体を連続して吐出する効果を発揮することで解決する。

機械のチャックやテーブル面そのものを利用する従来の加工方法では本発明の請求項１、請求項２の高圧発生装置の主要部品に必要な精度を確保することが極めて困難であった。

請求項１の解決の手段による作用は次の通りである。

吸入圧縮排出手段のピストンの一方向の作動によりハウジングの吸入口を通して液体が第１室に吸入され、他方向の作動により圧縮される第１室から膨張する第２室へ吐出される。第１室の圧縮容積を第２室の膨張容積よりも大きいために第２室へは圧縮した液体が流入する。一方向の作動により第２室から膨張する第３室へ圧縮した液体を吐出し、残りの圧縮した液体をハウジングの吐出口から吐出する。また、他方向の作動により第３室からハウジングの吐出口を通して圧縮した高圧の液体を吐出する。
つまり、ピストンがどちらに作動されても作動当初より圧縮した高圧の液体を吐出する効果を発揮する。

ここで圧縮容積とはピストンの作動により加圧室が圧縮される容積を意味し、膨張容積とは加圧室が膨張する容積を意味する。

この手段による作用は圧力流体，電気あるいはエンジンなどを利用した一般的な動力手段による駆動装置により吸入圧縮排出手段のピストンを往復動させ、ハウジングの吸入口を通して液体を外部から吸入し、圧縮した高圧の液体をハウジングの吐出口から連続して吐出する効果を発揮する。

図１１に示す高圧発生装置６１０の例は駆動装置の回転する動力軸に偏芯したカム又は軸受を一体化して構成し、該カム又は軸受を凹状の動力伝達手段によって挟み、吸入圧縮排出手段のピストンと連結した前記の動力伝達手段を往復動させる構成となっている。

図１２に示す高圧発生装置６４０の例は駆動装置の回転する動力軸にクランク機構を用いてピストンを往復動させる構成となっている。

また、図にはないが吸入圧縮排出手段のピストンと連結したボールネジを備え、該ボールネジに螺合するナットを電気モータ又はエンジンの回転する動力軸よりベルト又は歯車を介して回転することにより吸入圧縮排出手段のピストンを往復動させ無脈動ポンプとして提供できる。

この手段は駆動装置の推力に対応して、第１室，第２室と第３室に液体の作用する受圧面面積に応じた圧力が発生することを利用するものである。

駆動装置の推力に均衡する力は、加圧室の液体の作用するピストンの受圧面面積と発生圧力との積で表される。

駆動装置の推力による一方向（左方向）への作動の場合第２室が圧縮され、圧縮した液体が膨張する第３室へ吐出され、同時に残余の圧縮した液体を吐出口から吐出する。駆動装置の推力に均衡するために、第２室において液体の作用する受圧面面積と反対方向に作用する第３室の液体の作用する受圧面面積とに応じた圧力が発生する。該圧力の液体が吐出口より外部へ吐出される。
また、駆動装置の推力による他方向（右方向）への作動の場合第３室が圧縮され、圧縮した液体が吐出される。駆動装置の推力に均衡するために、第３室における液体の作用する受圧面面積に応じた圧力が発生する。該圧力の液体が吐出口より外部へ吐出される。さらに、第１室と第２室の受圧面面積の面積差によって圧力が発生する。

したがって、一方向（左方向）への作動の際の吐出圧力と他方向（右方向）への作動の際の吐出圧力を等しくするには、駆動装置の推力に対応して第２室の液体の作用する受圧面面積と第３室の液体の作用する受圧面面積とを選定することになる。
他方向（右方向）へ作動する場合液体の作用する第１室と第２室の受圧面面積の差の値によって作動が進むにつれて第１室の圧力が上昇する。このために第３室からの吐出圧力は作動とともに下がっていく、又は駆動側の推力に余裕がある場合は吐出圧力は変化せずに駆動側の推力が上昇する。

吐出口から吐出する圧力は吐出先の負荷により決まる。
最高圧力で吐出する場合、例えば本発明の高圧発生装置において微少な口径のノズルから噴射するときの吐出口における圧力は低い吐出圧力の場合は変動はわずかであり、吐出圧力が高いほど変動は大きい。

駆動装置により他方向（右方向）へ作動される場合、液体が作用する第１室の受圧面面積と第２室の受圧面面積の差によって発生する第１室内の圧力により吐出口から外部へ吐出される液体の圧力は作動にともなって変化する。この変化する吐出圧力を３０％以内にするには液体の圧縮率に基づいて第１室と第２室の液体の作用する受圧面面積の差を選定することによる。

請求項２の解決手段による作用は次の通りである。

この手段ではハウジング内に第１室又は第２室に連通する補助室を設け、該補助室の容積を増減する手段を備えることにより液体の圧縮率を増減して発生圧力を正確に制御する効果を発揮する。

ピストンの作動による第１室の圧縮容積と第２室の膨張容積によって液体の圧縮率は定まる。構成部品は加工誤差が生じ、このために発生圧力はバラツキを生じる。
補助室の容積を増加させると圧縮率が小さくなり発生圧力は低くなる。容積を減少させると圧縮率が大きくなり発生圧力は高くなる。

請求項１、請求項２の高圧発生装置の主要部品の製造における加工方法は次の通りである。

高精度を必要とする高圧発生装置の主要部品は、再固定することなく１回の取付固定（ワンチャック）により加工箇所を切削加工して、最終仕上げ加工において被削物が変形するような負荷を与えずに極微少な均一のとりしろ（加工時の切落とし部分）などを切削加工することにより課題は解決する。

以上のように本発明に係る高圧発生装置によれば、吸入圧縮排出手段を成す第１室，第２室と第３室をピストンの外側に備えることで、構成部品の重要箇所の機械加工は１回のチャッキングで加工することになり、このために構成部品は同一軸上を往復動するために要求される同芯度と直角度を有する加工が容易になる。

また、吸入圧縮排出手段のピストンが作動される初動段階から圧縮した高圧流体を吐出するようになり、アキュムレータや補助タンクを備える必要性もなくなり、構造が簡単になり大幅なコストダウンが実現できる。

圧力室をピストンの外側に備える構成のために小型の高圧発生装置においても逆流防止手段を設けることができる。

吸入圧縮排出手段の構成部分と駆動装置との距離を隔てて構成することができるので、耐熱性やお互いの流体の純度の維持においても有利であり、様々な態様の高圧発生装置を提供できる。

高精度を要求される構成品は再固定をすることなく、１回の取付け固定（ワンチャック）状態において重要箇所の加工を行い、最終仕上げにおいて被削物に負担を与えないように極微少な均一の加工代を削除する高精度加工を行うことが重要である。

本発明によれば特殊な加工機械を使わずに済み、加工時間も短くなり、高圧発生装置の主要部品の加工コストを大幅に安くできる。

以下、本発明に係る高圧発生装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の請求項１に係る高圧発生装置の実施の形態（１）の例を図１〜８に示すものである。図１と図２は実施の形態の断面図を示し、図３〜８は作動を説明する断面図である。

高圧発生装置１１０は、ハウジング２の内部に嵌合して往復動するピストン１の外側に吸入圧縮排出手段を成す３つの加圧室（３１，３２，３３）を連通して備え、液体を吸入し、圧縮した高圧の液体を連続して吐出する無脈動ポンプとして利用するものである。
ピストン１はアクチュエータ６により駆動される構成となっている。アクチュエータ６は作動流体Ｌを供給することにより往復動する片ロッド型流体圧シリンダによるものである。

ハウジング２は、内部に大径のシリンダ８ａとシリンダ８ａの奥の端面部の中央にピストン１の小径軸９と嵌合する小シリンダ９ｂを設け、シリンダ８ａの手前の端面部材の中央にピストン１の中径のピストンロッド７と嵌合する貫通穴７ａを設けている。
ピストン１はハウジング２の端面部材より突出する中径のピストンロッド７と小径軸９との中央に大径のピストン部８を一体となって形成され、ハウジング２内のシリンダ８ａに大径のピストン部８が嵌合して、ピストン１が往復動されるように構成されている。大径のピストン部８の側室において小径軸９側の第１室３１と、ピストンロッド７側に第２室３２と、小径軸９の先端の空間に第３室３３を設けている。
ハウジング２には液体が供給される吸入口２５７と第１室への第１流路２５４が設けられ、該流路に逆止め弁８１が備えられている。逆止め弁はボール８１２とスプリング８１３で構成されている。ハウジング２には第１室３１から第２室への第２流路３１１が設けられ、該流路に逆止め弁８２が備えられている。又第２室から第３室への第３流路２７１が設けられ、該流路に逆止め弁８３が備えられている。第３室から液体が外部へ吐出される吐出口２６７への第４流路が設けられている。

図１のように、ピストン１の一方向（左方向）への作動で第１室３１の容積は膨張（増大）し、該室内の圧力が外部の液体Ｆの圧力よりも低くなると、吸入口２５７より液体Ｆが供給（吸入）され、図２のようにピストン１の他方向（右方向）への作動で第１室３１内の液体Ｆの加圧が行われる。そして、逆止め弁８１を閉じて第１室３１内の液体Ｆの圧力はさらに上がるが、後述するように第２室３２は膨張するので逆止め弁８２は開き、第２室３２への液体Ｆの供給（吐出）が行われる。そして、図１０に記載のように第１室３１の小径軸９の外径Ｄ３を第２室３２のピストンロッド７の外径Ｄ２よりも所定の値だけ小さくしているので、第１室３１と第２室３２は同時に加圧される構成となっている。

図１のようにピストン１が一方向（左方向）への作動する際、第２室３２が圧縮し第３室３３が膨張するので逆止弁８３が開き第２室３２内の他方向（右方向）への作動により圧縮流入していた高圧の液体Ｆが第３室３２へ供給されるのに加え、ハウジング２の吐出口２６７より外部へ圧縮した高圧の液体Ｆを吐出される構成となっている。

そして、図２のようにピストン１の他方向（右方向）へ作動する際、第３室３３は圧縮され、吐出口２６７よりハウジングの外部へ圧縮した高圧の液体Ｆが吐出される。

したがって、ピストンの一方向（左方向）への作動では外部から吸入口２５７を通して液体を吸入するに加えて、第２室３２から圧縮した高圧の液体Ｆが吐出口２６７より吐出され、ピストンの他方向（右方向）への作動では第３室３３から圧縮した高圧の液体Ｆが吐出され、液体が連続的に吐出されるように構成されている。

次にこのように構成された高圧発生装置１１０の動作について説明する。図３〜図５はピストン１が他方向（右方向）へ作動する状態から一方向（左方向）へ作動する状態に変化する断面図であり、図３はピストン１が他方向（右方向）へ作動している状態を示し、図４は停止した瞬間の状態を示し、図５は反転してピストン１が一方向（左方向）へ作動している状態を示している。

図３はピストン１が他方向（右方向）へ作動しているので、第１室は加圧されて逆止め弁８１は閉じるが、第２室３２は膨張して逆止め弁８２が開放されるので、第１室３１の加圧される容積（圧縮容積）をΔＶ_１，第２室の膨張する容積（膨張容積）をΔＶ_２とすると、（ΔＶ_１＋ΔＶ_２）の容積がピストンの他方向（右方向）への作動で容積変化する（加圧される）。
したがって、この容積変化する分に応じて第１室３１の圧力Ｐ_１と第２室３２の圧力Ｐ_２が高められる。

一方、第３室３３はピストン１が他方向（右方向）へ作動することで加圧され、吐出口２６７の外部に設けられている図示しない絞りや圧力負荷などで決まる吐出圧力Ｐ_ｄまで高められた状態の液体が吐出される。ここで、第３室３３からの吐出圧力Ｐ_ｄに等しくなるように第１室３１の圧縮容積ΔＶ_１を第２室の膨張容積より大きくしたので、ピストンが他方向（右方向）へ作動すると第２室の圧力Ｐ_２が第３室の圧力Ｐ_３に近づいてゆき、ピストンが逆方向に反転する際には吐出圧力の変化をほとんどなくすことが可能となる。

なお、第１室の小径軸の外径Ｄ_３と第２室のピストンロッド径Ｄ_２との差は、使用する吐出圧力Ｐ_ｄに応じて決められ、大きな吐出圧力Ｐ_ｄとするほどＤ_２をより大きくすることになる。

ここで、加圧（圧縮）される液体が水の場合、２０℃の水の圧縮率βは１．０１３２５×１０^５Ｐａ〜５００×１．０１３２５×１０^５Ｐａの圧力範囲においてβ＝０．４２８×１０^−９ｍ^２／Ｎという値である。このように圧縮率βが小さいということは、わずかに圧縮するだけで圧力が急激に増大することを意味している。ただし実際には液体に空気が混入することが多く、空気の混入率に応じて圧縮率は低下することになる。

図３から図４の位置付近までは、圧力源Ｐよりの一定の圧力が第１制御室３６に作用してピストンに推力を加えるので、第３室３３から一定の吐出圧力Ｐ_ｄで吐出が行われる。この場合、第１室の圧縮容積と第２室の膨張容積の差により、両室の圧力が徐々に高まることにより、アクチュエータの推力が消費され、吐出圧力Ｐ_ｄはわずかであるが圧力が下がっていく，または駆動側の推力に余力がある場合は吐出圧力Ｐ_ｄは下がらない。
図４のようにピストン１が行程端に達する際に方向制御弁を切換えてピストン１を逆方向（左方向）に移動させるようにする。

この切換時はピストン１は瞬間停止の状態となる。しかし、第２室３２は吐出圧力Ｐ_ｄにほぼ等しい圧力に高められているので、吐出圧力Ｐ_ｄの低下はほとんどなく、ピストン１が一方向（左方向）へ作動することで第３室３３は膨張するので、第２室３２の加圧により吐出した液体Ｆはその一部が第３室３３の容積拡大に費やされる。

図５は図４で反転したピストン１が一方向（左方向）へ作動中の状態を示しており、逆止め弁８３が開放されて、第２室３２から圧縮して高圧になった液体Ｆが吐出されている。一方、第２室３２の高圧により逆止め弁８２は閉じられ、第１室３１が膨張状態にあり負圧になっているので逆止め弁８１は開放されて、吸入口２５７から液体Ｆが吸入されている。この状態はピストン１が一方向（左方向）へ作動中の間、継続される。

図６〜図８はピストン１が一方向（左方向）へ作動している状態から他方向（右方向）へ作動する状態に変化するのを説明する断面図である。

図６はピストン１が一方向（左方向）へ作動している状態を示し、図７は停止した瞬間の状態を示し、図８は反転してピストン１が他方向（右方向）へ作動している状態を示している。図６は図５の状態のまま、ピストン１が左方に寄った状態であるが、逆止め弁の開き方などは図５の状態が継続されている。

図７の位置のようにピストン１が行程端に作動した際に、方向制御弁６０を切換えてピストン１を逆方向（右方向）へ作動させるようにする。
この切換時はピストン１は瞬間停止する状態となる。しかし、第３室３３は吐出圧力Ｐ_ｄに等しい圧力に高められているので、吐出圧力Ｐ_ｄの低下はほとんどなく、ピストン１が他方向（右方向）へ作動するとともに第３室３３からの吐出が行われることになる。そして、第２室３２はピストン１が他方向（右方向）へ作動することで膨張するが、逆止め弁８２が開放され、第３室３３からの吐出圧力に等しくなるように第１室３１の圧縮容積を第２室の膨張容積よりも大きくしているので、第２室３２の圧力Ｐ_２は第１室３１の圧力Ｐ_１と等しく、第３室３３の圧力Ｐ_３と等しい圧力に近づいていく。

図８は図３と同じ状態を示しており、図３から図８までで１サイクルが形成される。

駆動装置であるアクチュエータの実施の形態の例として、片ロッド型流体圧シリンダの構成を図１と図２に示すものである。

アクチュエータとして、１つの制御用ピストン４３を有する片ロッド型流体圧シリンダを用いており、シリンダチューブ４７をヘッドカバー４４と，ピストンロッド４６との嵌合穴を中央に持つロッドカバー４５とで閉塞し、ロッドカバー４５とヘッドカバー４４の一部分がシリンダチューブと嵌合し、嵌合部分にパッキン４８を設けて、作動流体Ｌの外部への漏れを防いでいる。
シリンダチューブ４７内に嵌合して往復動する制御用ピストン４３にパッキン４９を設け、該ピストンと一体のピストンロッド４６の外周面をシールするパッキン５０をロッドカバー４５内に設ける。ロッドカバー４５をハウジング２に接し、ヘッドカバー４４の外側よりボルト４によってハウジング２にネジ込み、固定している。

ピストン１はハウジング２の端面部材より突出したピストンロッド７の延長部がアクチュエータ６のピストンロッド４６と連結し、アクチュエータの作動と連動する構成である。アクチュエータ６のロッドカバー４５とヘッドカバー４４には作動流体Ｌの供給及び排出を行う第１制御ポート２２１と第２制御ポート２２２が設けられ、第１制御ポート２２１は第１制御室３５に連通している。また、第２制御ポート２２２は第２制御室３６に連通している。第１制御室３５の圧力Ｐ３５は、制御用ピストン４３の作用面１１２に作用し、第２制御室３６の圧力Ｐ３６は制御用ピストン４３の作用面１２２に作用する構成となっている。

圧力源Ｐに接続され作動流体Ｌの作動方向を切換える方向制御弁６０は電気的手段などで流路を切換える弁であり、図１の状態では６０１の流路状態が選択され、作動流体Ｌは流路６１から第１制御ポート２２１に入り、第１制御室３５の作用面１１２に作用する。一方、流路６２は流路６４を通してドレンタンクＤにつながり、第２制御室３６には圧力が作用せず、ピストン１を図１のように一方向（左方向）へ作動させる駆動形態となる。

また、図２に示すように方向制御弁６０が６０２の流路状態に切換えられると、作動流体Ｌは流路６２から第２制御ポート２２２に入り、第２制御室３６の作用面１２２に作用する。逆に第１制御室３５の作動流体Ｌはドレンされるので、ピストン１は図２のように他方向（右方向）へ作動される駆動形態となるように構成されている。

駆動装置として流体圧シリンダを用いる場合は、作動流体Ｌの流量が一定であると、ピストンは一定の速度で作動することになる。したがって、吐出する液体Ｆは変動のない一定の流量を得ることになる。

圧力を有する作動流体Ｌを発生させる圧力源Ｐと、圧力源から作動流体の流れる方向を切換える方向制御弁６０を介して制御用ピストンの作用面１１２，１２２に交互に作動流体を作用させて制御用ピストンを往復動させる。
作動流体の通路として、圧力源から方向制御弁６０への流路６３と，ヘッドカバーとロッドカバーに設けられた制御用ピストンの側室に連通する制御ポート２２２，２２１への流路６２，６１と方向制御弁６０からドレンタンクＤへの流路６４とを備えている。

１つの制御用ピストン４３を有する片ロッド型シリンダは作動流体を受ける制御用ピストン４３の両作用面１１２，１２２の受圧面面積は異なるので、制御用ピストン４３の外径とピストンロッド４６の外径寸法はピストン１の外側の加圧室の液体Ｆが作用する受圧面面積との関係で定められる。（後述の請求項２の実施例の（４）式に基づいて決められている。）

図１３は、以上説明した高圧発生装置１１０による吐出圧力Ｐ_ｄの圧力波形を従来のものに比べて理論検討したグラフである。図１３（ａ）は、従来の技術（例えば特公昭６２−２１９９４号公報）による圧力波形Ｐの理論検討結果であり、本発明の高圧発生装置において第１室がない装置に相当するものである。一方、図１３（ｂ）が高圧発生装置１１０による吐出圧力Ｐ_ｄの理論検討結果である。

高圧発生装置１１０による吐出圧力Ｐ_ｄは図１３（ｂ）に示すように、運転開始時は圧力ゼロから加圧が１回だけあるものの、その後は常に加圧された液体Ｆを吐出するので、ピストンの作動方向が切換わる瞬間停止状態Ｓを除き、圧力は一定に保持されることになる。したがって、この高圧発生装置１１０では吐出圧力Ｐ_ｄの低下がほとんどないのでアキュムレータを用いる必要がなく、脈動のない高圧ポンプを得られる。

高圧発生装置の実施の形態（２）は図１と図２と図１０（図１の部分拡大した断面図）に基づいて説明する。

吸入圧縮排出手段のピストンの一方向（左方向）への作動によりハウジングの外部へ吐出される液体の圧力と、他方向（右方向）への作動によりハウジングの外部へ吐出される液体の圧力の差を３０％以内にするには、駆動装置による一方向（左方向）への推力と他方向（右方向）への推力が働いた場合に第１室３１，第２室３２と第３室３３に液体Ｆの作用する受圧面面積に応じた圧力が発生することを基本として第１室３１，第２室３２と第３室３３の受圧面面積を決定することにある。

図１０においてシリンダ８ａの内径をＤ_１，ピストンロッド７の外径をＤ_２，小径軸９の外径をＤ_３とすると、第１室３１の受圧面面積Ｂ_１と第２室３２の受圧面面積Ｂ_２と第３室の受圧面面積Ｂ_３は次のように表される。

図２に記載の高圧発生装置において、アクチュエータ６によりピストン１が他方向（右方向）へ作動される場合、駆動装置による推力ｆ_１はアクチュエータの制御用ピストン４３の制御室３６内の作用面１２２の受圧面面積Ａ_１と該受圧面面積Ａ_１に作用する作動流体Ｌの圧力Ｐ_３６との積によって表される。該推力に対して第３室３３に液体Ｆの圧力が発生することによる力で釣り合うことになる。該力は第３室の受圧面面積Ｂ_３と発生圧力Ｐ_３との積である。該発生圧力Ｐ_３が吐出圧力Ｐ_ｄとなる。

実際にピストン１が他方向（右方向）へ作動する場合第１室３１が圧縮されて逆止め弁８２が開き、膨張する第２室３２に液体Ｆが流入する。第１室３１の圧縮容積を第２室３２の膨張容積より大きくしているために、第１室３１の圧力はアクチュエータ６の行程に伴い徐々に上昇する。このため、アクチュエータの推力をわずかであるが、費やすことになる。
したがって、ピストン１が他方向（右方向）へ作動する場合、吐出口２６７からの吐出圧力Ｐ_ｄはわずかであるが徐々に低くなる。またはアクチュエータ６の制御室３６の圧力Ｐ_３６にゆとりがある場合には吐出圧力Ｐｄは変化せずに制御室３６の圧力Ｐ_３６が高くなる。
第１室３１の受圧面面積Ｂ_１と第２室３２の受圧面面積Ｂ_２との差、すなわちＢ_１−Ｂ_２と発生圧力との積の値がアクチュエータの推力を費やす力である。

ピストン１が他方向（右方向）へ作動するに従い零から徐々に大きくなっていく。この結果、吐出圧力Ｐ_ｄは低くなっていくのである。

ただし、上述の吐出圧力の変動が生じるのは吐出先の負荷により発生することであり、例えば最高吐出圧力で吐出する場合には吐出圧力Ｐ_ｄは変動する。

図１に記載の高圧発生装置において、アクチュエータによりピストンが一方向（左方向）へ作動される場合、駆動装置による推力ｆ_２はアクチュエータの制御用ピストンの作用面１１２の受圧面面積Ａ_２と該受圧面面積に作用する作動流体Ｌの圧力Ｐ_３５との積で表される。この推力に対して第２室３２に液体Ｆの圧力Ｐ_２が発生し、該圧力により逆止め弁８３が開放して第２室３２と反対方向に力が働く第３室３３に圧力Ｐ_２が作用して釣り合うことになる。該発生推力Ｐ_２が吐出圧力Ｐ_ｄとなる。

ここで、アクチュエータの制御室３５と３６に流入する作動流体Ｌの圧力Ｐ_３５とＰ_３６は等しく、また液体Ｆの吐出口２６７よりの吐出圧力Ｐ_ｄについて他方向（右方向）時の吐出圧力Ｐ_３と一方向（左方向）時の吐出圧力Ｐ_２とが等しいとすると
（１）式と（３）式より

となる。該（４）式は本発明の高圧発生装置の基本となるものである。

したがって、ピストン１の一方向（左方向）時と他方向（右方向）時の吐出圧力を等しくするにはアクチュエータ６の制御用ピストン４３の作動流体Ｌが作用する受圧面面積に対してピストン１の第２室３１の受圧面面積Ｂ_２と第３室３３の受圧面面積Ｂ_３を前述の（４）式が成立するように選定することが重要である。
（４）式に記載の値は高圧発生装置の吐出口２６７より吐出する液体Ｆの圧力Ｐ_ｄに対するアクチュエータへの作動流体Ｌの供給圧力Ｐ_３５とＰ_３６は増圧比である。

圧縮率ｎ％は、ピストンの他方向（右方向）への作動前の第１室と第２室の総容積Ｖ_０と他方向（右方向）への作動後の総容積Ｖ_１によって定まる。

Ｂ_１−Ｂ_２によって流体の圧縮率は定まる。しかし、流体が液体の場合第１室と第２室の容積に余分の容積が少ないほど圧縮率は高くなり、実際は構造上余分な容積があり、また空気が混入しているため（Ｂ_１−Ｂ_２）／Ｂ_２は小さくしたいが大きく設定することになる。
流体が水の場合水は圧縮することにより高い圧力になり、７５℃のとき２００ＭＰａに昇圧するには６．７９％，３．９℃のとき４．３９％圧縮して得られる。水の中に混入空気があると更に圧縮することになる。

吐出圧力に対して如何に総圧縮率を小さくするかが構造上において重要なことである。

また、本発明による駆動装置が前述の（４）式に基づく液体圧シリンダの高圧発生装置に作動流体Ｌを供給して、液体圧シリンダを作動させて仕事をする場合、駆動側の推力に余裕があると吐出口２６７から吐出する液体Ｆの吐出圧力は変動しないで高圧発生装置に供給する作動流体Ｌの圧力が上昇することになる。すなわち、高圧発生装置の第１室を圧縮しながら第３室の圧縮により液体Ｆを吐出する際に吐出圧力は変動しないで作動流体Ｌの圧力が上昇することになる。そして、吐出口２６７からの吐出する液体Ｆと作動流体Ｌの流量は変動しない。

図２においてアクチュエータの制御用ピストン４３の側室である第２制御室３６に作動流体Ｌが流量Ｑで流入し、第２制御室の制御用ピストン４３の受圧面面積Ａ_１に作用し、制御用ピストン４３を他方向（右方向）へ移動速度υ_１で作動させる。この作動により第３室３３は圧縮し、第３室の受圧面面積Ｂ_３が作用して、高圧の液体Ｆを流量ｑ_１で吐出口２６７を通して吐出する。

また、図１においてアクチュエータの制御用ピストン４３の側室である第１制御室３５に作動流体Ｌが流量Ｑで流入し、第１制御室の制御用ピストン４３の受圧面面積Ａ_２に作用し、制御用ピストン４３を一方向（左方向）へ移動速度υ_２で作動させる。この作動により第２室３２は圧縮し、第２室の受圧面面積Ｂ_２が作用して高圧の液体Ｆの一部を膨張する第３室３３へ吐出し、他の高圧の液体Ｆを流量ｑ_２で吐出口２６７より吐出する。

上記の（５）式と（６）式より

アクチュエータが他方向（右方向）へ作動する際に吐出口２６７から吐出される流量ｑ_１と，一方向（左方向）へ作動する際に吐出される流量ｑ_２を等しいとすると、
（７）式より

前述の（４）式と同じ結果を得られる。

したがって、ピストンの他方向（右方向）の際と一方向（左方向）の際の吐出圧力Ｐ_ｄが等しいということは吐出流量も等しいということでもある。

駆動装置による推力が他方向（右方向）と一方向（左方向）の際の推力が等しい場合には（４）式より

したがって、第２室３２の流体Ｆが作用する受圧面面積Ｂ_２を第３室３３の液体Ｆが作用する受圧面面積Ｂ_３の２倍にすれば、吐出口２６７から等しい圧力，等しい流量の高圧の液体Ｆを吐出することが可能となる。

したがって、例えば電気又はエンジンなどを利用した回転する動力を駆動装置とする高圧発生装置の場合には上記の（８）式によることになる。

本発明の請求項２に係る高圧発生装置の実施の形態（３）を図１の部分拡大した断面図である図１０に基づいて説明する。

第２室３２に連通する補助室５２のために、ハウジング２に円筒穴５３を形成し、該円筒穴の口元にネジを施し、円筒穴は流路５２１によって第２室に連通している。
前記の円筒穴５３に嵌合する円筒軸と該円筒軸に連なる延長部に外径ネジを施したアジャストスクリュウ５４を、ハウジング２の円筒穴５３に挿入してネジ込み、ハウジングより突出した雄ネジ部に廻り止め用ナット９３を螺合して固定する。アジャストスクリュウ５４の先端の円筒穴の空間が補助室５２である。アジャストスクリュウの円筒軸の外周部のパッキン装着用溝にパッキング５１を装着して、補助室から外部へ流体が洩れないようにしている。
アジャストスクリュウ５４を回転することにより、螺合に沿って円筒軸が円筒穴５３を前進したり、後進して補助室の内容積を増減することが可能な構成である。

ピストンの他方向（右方向）への作動により第１室３１が圧縮し、逆止め弁８２が開放し、同時に第２室３２は膨張する。その際に圧縮容積の方が膨張容積よりも大きいので、液体の圧力は上昇する。

圧縮容積から膨張容積を引いた容積に対する第１室と第２室と補助室と導通路の総容積の比によって、第２室に発生する圧力Ｐ_２が定まる。

したがって、補助室５２の容積をアジャストスクリュウ５４の回転により増やすと発生圧力Ｐ_２は低くなり、容積を減らすと発生圧力Ｐ_２は高くなる。液体の場合、発生圧力は混入空気量，又温度によっても左右される。しかし、補助室の容積を増減する手段により室内に生じる最高圧力Ｐ_２を正確に設定することが可能となる。

以下、請求項１、請求項２に係る高圧発生装置の生産方法を説明する。

高圧発生装置の主要部分は０．００１５〜０．０１５ｍｍの公差を基準とする同芯度，直角度と真円度において０．００８以内の精度の仕上げが必要である。従来の方法では、図面指示の例として２カ所の加工面の同芯度は１回の固定（ワンチャック）手段による加工において最大０．０２ｍｍ、再固定（トンボ）加工の際は最大０．０５ｍｍとして指示される例がある。実際の仕上がりは前述の値の半分以下で仕上がり、本発明の高圧発生装置の主要部品の加工には不十分である。

本発明の加工方法は次のように実施する。
旋盤，ミーリング，マシニング，研削による加工は被削物を１回の取り付け（ワンチャック）状態にて行う。旋盤加工の際は回転する被削物とバイトの間で反発力を生じたり、引き合う力が生じたりすることのない中間の状態にバイトをセットし、また刃物（バイト）の形状選定においても前述のように中間の状態を保持する刃先形状にして加工を行う。切削中に被削物の固定部分に余分な負荷を与えたり、振動の発生，熱発生，構成刃先の発生を極力抑えるようにする。また研削加工の際は被削物の表面に残留応力を残さないために下向き研削加工にて研削速度が速いと引張応力，遅いと圧縮応力を残すので中間の速度の設定と切込み量を定めて、残留応力を残しにくいポラゾン砥石を使用して仕上げ加工を行う。

前記の取付治具にあらかじめ加工した基準面に被削物に設けた基準面を密着させながら被削物の加工部に歪みを与えないようにして被削物を取付治具に固定する。この状態において被削物の切削加工を行い又研削加工を行う。
両端にセンター受けを設けた主要部品の最終研削加工は被削物を両端よりセンターにて挟んだ状態で回転を与え、側面より下向き研削加工にて仕上げ加工を行う。

必要な加工精度を確保する上記の加工方法により加工した主要部品は加工完了後の精度検査も容易にする。

組立作業の際に構成部品に損傷を与えることなく短時間内に容易に組み立てられることが必要であり、ピストンの端部に案内部を設けて極微少すきまの嵌合作業を容易にする。この案内部を設ける加工方法は限界ゲージである円筒形プラグゲージにも使用できる。

本発明に係る高圧発生装置の実施の形態（１）の例を示す断面図である。本発明に係る高圧発生装置の実施の形態（１）を示す断面図で、作動状態の異なるものである。本発明に係る高圧発生装置の実施の形態（１）において、作動を説明する断面図である。本発明に係る高圧発生装置の実施の形態（１）において、作動を説明する断面図である。本発明に係る高圧発生装置の実施の形態（１）において、作動を説明する断面図である。本発明に係る高圧発生装置の実施の形態（１）において、作動を説明する断面図である。本発明に係る高圧発生装置の実施の形態（１）において、作動を説明する断面図である。本発明に係る高圧発生装置の実施の形態（１）において、作動を説明する断面図である。前出願特許（ＵＳ７１６５９５１Ｂ２号公報）の高圧発生装置の実施の形態を示す断面図である。図１の中心部の拡大図において、実施の形態（２）及び実施の形態（３）を示す断面図である。本発明に係る高圧発生装置の実施の形態の例を示す断面図である。本発明に係る高圧発生装置の実施の形態の例を示す断面図である。本発明と従来の高圧発生装置による吐出圧力の理論検討結果を示すグラフである。

符号の説明

１ピストン
２ハウジング
３加圧室
６アクチュエータ
７ピストンロッド
７ａ貫通穴
８ピストン部
８ａシリンダ
９小径軸
９ｂ小シリンダ
１７延長部
３１第１室
３２第２室
３３第３室
３５第１制御室
３６第２制御室
４３制御用ピストン
４４ヘッドカバー
４５ロッドカバー
４６ピストンロッド
４７シリンダチューブ
４８，４９，５０，５１パッキン
５２補助室
５４アジャストスクリュウ
６０方向制御弁
８１，８２，８３逆流防止手段（逆止め弁）
１１２，１２２作用面
２２１第１制御ポート
２２２第２制御ポート
２５４第１流路
２５７吸入口
２６７吐出口
２７１第３流路
３１１第２流路
１１０，６１０，６４０高圧発生装置

Claims

液体の吸入口と吐出口を有し内部に大径のシリンダを形成したハウジングと、該ハウジング内に嵌合して往復動されるピストンを備え、ピストンはハウジングの端面部材より突出する中径のピストンロッドと、他方の端面部の小シリンダに嵌合する小径軸との中央に大径のピストン部が一体となって形成され、大径のピストン部は前記の大径のシリンダに嵌合し、ハウジング内の前記のピストン部の側室において小径軸側の空間にピストンの往復動により吸入圧縮排出手段を成す第１室と、ピストンロッド側のピストン部の側室に吸入圧縮排出手段を成す第２室と、ハウジング内の小径軸の先端の空間に吸入圧縮排出手段を成す第３室とを備え、吸入口から第１室への第１流路と、第１室から第２室への第２流路と、第２室から第３室への第３流路と、第３室から吐出口への第４流路とを備え、前記の第１流路，第２流路と第３流路とに逆流防止手段を具備し、ピストンが他方向へ作動するときの推力に対する前記第３室の液体の作用するピストンの受圧面面積との比と、前記他方向とは逆の一方向へ作動するときの推力に対する前記第２室、及び前記第３室双方の液体の作用するピストンの受圧面面積の差分との比に等しくなるように、該第２室及び該第３室双方の前記受圧面面積を設定したものであることを特徴とする高圧発生装置。
吸入圧縮排出手段を成す第１室又は第２室に連通する補助室を備え、該補助室の容積を増減する手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の高圧発生装置。