JP4511431B2 - 往復ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、往復ポンプに関し、特に、往復ポンプ装置の駆動部と減速部の構造に関する。

往復ポンプ装置は従来から種々の型式が知られているが、背負式動力噴霧機等に用いられる往復ポンプ装置としては、下記の特許文献１に記載されているようなものがある。この往復ポンプ装置は、小型化を図るために、図３に示すように、シリンダ内でピストンを往復動させるための、クランク軸１００及びコネクションロッド１０２から構成された駆動部１０４と、この駆動部１０４にエンジン（図示しない）からの動力を減速して伝える減速部１０６とを一体的に備えている。

駆動部１０４と減速部１０６はケーシング内に収められているが、ケーシングは、クランク軸１００を支持する軸受１０８ａ，１０８ｂの一方１０８ａを保持する軸受ケース１１０と、クランク軸１００の偏芯カム１１２を収容するクランクケース１１４と、クランク軸１００に設けられた大径の歯車１１６及びこの歯車１１６に噛合して回転を減速して伝えるピニオンギア（小径の歯車）１１８を収容するギアケース１２０と、クランク軸１００を支持するもう一方の軸受１０８ｂ、及びピニオンギア１１８が取り付けられる入力軸１２２を支持する軸受１２４ａ，１２４ｂの一方１２４ｂを保持するとともに、入力軸１２２にエンジンの出力軸を繋ぐクラッチの一部をなすドラム１２６を囲むクラッチケース１２８とから構成されている。なお、入力軸１２２を支持する他方の軸受１２４ａは、ギアケース１２０に保持される。
実用新案登録第２５４５９８５号公報

上述した従来の往復ポンプ装置は、ポンプ自体が２連、直列に配されており、能力の高いものである。しかしながら、この往復ポンプ装置においては、クランク軸の軸受間が比較的長く、大きな曲げ応力がかかる可能性があると考えられる。

そこで、本発明の目的は、クランク軸にかかる曲げ応力を低減することのできる往復ポンプ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、往復ポンプ（１２）のピストン（１４）を駆動するクランク軸（３２）を有する駆動部（３０）と、この駆動部（３０）に隣接して配置され、クランク軸（３２）に取り付けられた大歯車（４４）、及び、大歯車（４４）と噛合し、動力が入力される入力軸（４８）に取り付けられた小歯車（４６）を有する減速部（４２）とを備える往復ポンプ装置（１０）において、入力軸（４８）を回転可能に支持する第１の軸受（５８）及び第２の軸受（６０）を駆動部（３０）とは反対の側に集め入力軸（４８）を片持ち状に支持したことを特徴としている。

この構成においては、小歯車（４６）を駆動部（３０）側に寄せることができ、よって大歯車（４４）も、ピストン（１６）にコネクションロッド（３６）を介して連結されるクランク軸（３２）の偏芯カム（３４）に接近させることができる。これにより、クランク軸（３２）の全長を短くすることが可能となり、曲げ応力が低減される。

また、本発明による往復ポンプ装置（１０）において、第１の軸受（５８）を、入力軸（４８）の軸線に垂直な方向の荷重を支持するとともに、入力軸（４８）の軸線方向に沿う小歯車（４６）から離れる方向の荷重を支持するものとし、第２の軸受（６０）を、入力軸（４８）の軸線に垂直な方向の荷重を支持するとともに、入力軸（４８）の軸線方向に沿う小歯車（４６）に向かう方向の荷重を支持するものとし、更に、減速部（４２）のケース（５２）における第１の軸受（５８）及び第２の軸受（６０）を受容する空間（６２）の内周面に凸部（６４）を設け、この凸部（６４）と小歯車（４６）との間で第１の軸受（５８）を挟持するとともに、凸部（６４）と入力軸（４８）に取り付けられるストッパ手段（５０）との間で第２の軸受（６０）を挟持するようにすることが好適である。ケース（５２）に前もって第１及び第２の軸受（５８，６０）を組み付けておくことができ、組立性が向上するからである。

上述したように、本発明によれば、入力軸（４８）を支持する２つの軸受（５８，６０）を、減速部（４２）の外側に集めて入力軸（４８）を片持ち状とすることで、小歯車（４６）を駆動部（３０）側に寄せ、それによって大歯車（４４）の位置を偏芯カム（３４）の近傍に配置させることを可能としている。これに伴い、クランク軸（３２）の両端を支持している軸受（５４，５６）間の距離が短くなり、クランク軸（３２）にかかる曲げ応力を軽減することができる。これは、軸受（５４，５６）に対する負担も軽減するものであり、往復ポンプ装置（１０）の信頼性も向上させることができる。

また、クランク軸（３２）の短縮化に加えて、入力軸（４８）を支持する軸受（５８，６０）を片側に集めることで、従来におけるギアケースに相当する部材を省略することが可能となる。これにより、部品点数が減り、組立て作業が容易となる。また、組立て時の累積的公差が小さくなり、大歯車（４４）と小歯車（４６）との当たりの精度が向上し、軸受の耐久性向上にも寄与する。

以下、本発明による往復ポンプ装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明による往復ポンプ装置の部分断面図であり、図２は、図１のII−II線に沿っての部分断面図である。図示の往復ポンプ装置１０は、２つの往復ポンプ１２が互いに反対向きの状態で直列に配置されている。各往復ポンプ１２は、シリンダ１４と、シリンダ１４内を往復動するピストン１６と、吐出弁１８と、吸水弁２０とを備え、ピストン１６の往復動によって吸水口２８から液体が流路２６を通り、更に流路２４を通って吐出口２２から吐出されるようになっている。各往復ポンプ１２は交互に動作するため、流路２４には間断なく液体が供給され、液体は吐出口２２から高効率で安定して吐出される。

ピストン１６を駆動させるための駆動部３０は２つの往復ポンプ１２の間にあり、クランク軸３２と、クランク軸３２の偏芯カム３４に取り付けられ各往復ポンプ１２のピストン１６に接続されるコネクションロッド３６とから基本的に構成されている。クランク軸３２の偏芯カム３４とコネクションロッド３６との間には、摩耗を低減するために軸受３８が配置されている。クランク軸３２が回転すると、軸受３８及びコネクションロッド３６を介して回転運動が往復運動に変換されて、ピストン１６が往復動することとなる。クランク軸３２、コネクションロッド３６及び軸受３８は第１のケース４０内に収容されている。

また、クランク軸３２への動力は適当な外部駆動源、例えばエンジン（図示しない）から与えられるが、エンジンの出力軸の回転速度は高速であるため、適当な回転速度に減速してクランク軸３２に伝える減速部４２が駆動部３０に隣接して一体的に設けられている。これにより、往復ポンプ装置１０は全体として小型となり、背負式動力噴霧機等に適している。

減速部４２は、クランク軸３２に取り付けられた大歯車４４と、この大歯車４４に噛合するピニオンギア（小歯車）４６とを備えている。ピニオンギア４６は、エンジンからの動力が入力される入力軸４８に取り付けられ、この入力軸４８の外側端部にはドラム（ストッパ手段）５０と称されるクラッチ機構の一部が取り付けられている。クラッチ機構は、エンジンの出力軸の回転駆動力を断接可能に入力軸４８に伝えるものである。減速部４２はこのような構成となっているので、エンジンにより高速の回転が入力軸４８に伝えられると、その回転は歯数の少ないピニオンギア４６から、より歯数の多い大歯車４４に伝えられて所望の回転速度に減速される。

減速部４２の大歯車４４及びピニオンギア４６は、第１のケース４０と、これに結合される第２のケース５２との間に空間に収容され、また、入力軸４８及びドラム５０は第２のケース５２内に収められる。

クランク軸３２の両端部は軸受５４，５６により回転可能に支持されている。一方の軸受５４は第１のケース４０に保持され、他方の軸受５６は第２のケース５２により保持されている。

一方、入力軸４８の駆動部３０側の端部には軸受はなく、ピニオンギア４６が取り付けられている。そして、入力軸４８を支持するための第１及び第２の軸受５８，６０が、ピニオンギア４６から、駆動部３０とは反対側に延びる部分に並設され、入力軸４８を片持ち状に支持している。

第１及び第２の軸受５８，６０は、第２のケース５２に形成された円筒状の空間６２に受容される。この空間６２の内周面には環状の凸部６４が形成されており、この凸部６４を挟むようにして第１及び第２の軸受５８，６０が配置されている。更に、これらの軸受５８，６０は、ピニオンギア４６とドラム５０とによって挟持され、空間６２から脱落しないようになっている。

本実施形態においては、第１及び第２の軸受５８，６０は共に玉軸受であり、入力軸４８の軸線に垂直な方向の荷重（ラジアル荷重）と、入力軸４８の軸線に沿う方向の荷重（スラスト荷重）とを支持することができる、いわゆるラジアル・スラスト型である。第１の軸受５８に関しては、入力軸４８に駆動部３０とは反対側への荷重、すなわち外側に向かうスラスト荷重が作用した場合、これを支持できるよう、その向きが定められ、凸部６４とピニオンギア４６との間で挟持される。一方、第２の軸受６０は、入力軸４８に駆動部３０側への荷重、すなわちピニオンギア４６に向かうスラスト荷重が作用した場合、これを支持できるよう、第１の軸受５８とは反対向きとされ、凸部６４とドラム５０との間で挟持される。かかる構成により、入力軸４８は、その軸線に沿う両方向のスラスト荷重と、径方向のラジアル荷重とに関し、確実に支持されることとなる。

なお、入力軸４８の回転が妨げられないように、凸部６４は第１及び軸受５８，６０の外レースのみに接し、ピニオンギア４６は第１の軸受５８の内レースのみ、ドラム５０は第２の軸受６０の内レースのみに接する。

上述したような構成においては、第１及び第２の軸受５８，６０を入力軸４８の片側に集めたため、入力軸４８の駆動部３０側の端部がピニオンギア４６から突出させないですむ。このため、ピニオンギア４６を駆動部３０側に近づけることが可能となる。よって、ピニオンギア４６に噛合する大歯車４４を偏芯カム３４に接近させることができ、ひいてはクランク軸３２の全長を短くすることが可能となる。これは、図１と従来構成の図３とを比較することで容易に理解されよう。クランク軸３２は、その両端が軸受５４，５６で支持されているが、軸受５４，５６間の距離も短くなることから、クランク軸３２に作用する径方向の力による曲げ応力を低減することが可能となる。勿論、軸受５４，５６に作用する反力も低減される。従って、クランク軸３２及び軸受５４，５６の耐久性が向上し、往復ポンプ装置１０の信頼性が向上するとともに、寿命も延びる。

また、上記構成においては、入力軸４８を支持する第１及び第２の軸受５８，６０を片側に集め、ピニオンギア４６とドラム５０とで挟持させることとしているため、第２のケース５２にピニオンギア４６、第１及び第２の軸受５８，６０、入力軸４８及びドラム５０を予め組み付けておくことができる。このため、本実施形態では、図１から理解されるように、２つのケース４０，５２のみで駆動部３０と減速部４２を収めることが可能となる。従来においては、図３に示すように入力軸１２２の両端に軸受１２４ａ，１２４ｂを取り付けることとしていたため、駆動部１０４側となる軸受１２４ａを保持するためのケース（ギアケース）１２０を別個に用意しておく必要があり、組立工程も多く手間がかかることは勿論、組付部品点数が多いことによる累積的公差が大きくなるという問題点があったが、本実施形態ではかかる問題点はない。よって、大歯車４４とピニオンギア４６との間の精度も出しやすく、その結果、大歯車４４やピニオンギア４６、軸受５４，５６，５８，６０の耐久性の向上にも寄与する。このこともまた、往復ポンプ装置１０の信頼性向上等に資するものである。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限られないことはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、第１及び第２の軸受５８，６０をドラム５０で固定することとしているが、軸受固定専用のリングのようなストッパ手段を入力軸４８に取り付けてもよい。また、往復ポンプが１つだけ、或いは、３つ以上備える往復ポンプ装置にも本発明は適用可能である。

本発明による往復ポンプ装置の一実施形態を示す部分断面図である。 図１のII−II線に沿っての部分断面図である。 従来の往復ポンプ装置を示す部分断面図である。

符号の説明

１０…往復ポンプ装置、１２…往復ポンプ、１４…シリンダ、１６…ピストン、３０…駆動部、３２…クランク軸、３４…偏芯カム、３６…コネクションロッド、４０…第１のケース、４２…減速部、４４…大歯車、４６…ピニオンギア（小歯車）、４８…入力軸、５０…ドラム（環状体）、５２…第２のケース、５８…第１の軸受、６０…第２の軸受、６２…空間、６４…凸部。

Claims (1)

1. 往復ポンプ（１２）のピストン（１４）を駆動するクランク軸（３２）を有する駆動部（３０）と、前記駆動部（３０）に隣接して配置され、前記クランク軸（３２）に取り付けられた大歯車（４４）、及び、前記大歯車（４４）と噛合し、動力が入力される入力軸（４８）に取り付けられた小歯車（４６）を有する減速部（４２）とを備える往復ポンプ装置（１０）において、
   前記入力軸（４８）を回転可能に支持する第１の軸受（５８）及び第２の軸受（６０）を前記駆動部（３０）とは反対の側に集め前記入力軸（４８）を片持ち状に支持しており、
   前記第１の軸受（５８）は、前記入力軸（４８）の軸線に垂直な方向の荷重を支持するとともに、前記入力軸（４８）の軸線方向に沿う前記小歯車（４６）から離れる方向の荷重を支持するものであり、
   前記第２の軸受（６０）は、前記入力軸（４８）の軸線に垂直な方向の荷重を支持するとともに、前記入力軸（４８）の軸線方向に沿う前記小歯車（４６）に向かう方向の荷重を支持するものであり、
   前記減速部（４２）のケース（５２）における前記第１の軸受（５８）及び前記第２の軸受（６０）を受容する空間（６２）の内周面に凸部（６４）を設け、前記凸部（６４）と前記小歯車（４６）との間で第１の軸受（５８）を挟持するとともに、前記凸部（６４）と前記入力軸（４８）に取り付けられるストッパ手段（５０）との間で前記第２の軸受（６０）を挟持するようにしたことを特徴とする、往復ポンプ装置。

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