JP5711101B2 - ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、これに限定されないが、液体塗料を１または複数のスプレーガン用の圧力ループに供給するためのポンプに関する。

特許文献１は、塗料をポンプ駆動するために各シリンダ内で往復動作可能で相互結合された向き合っている一対のピストンを有しているポンプを開示している。相互に結合されたピストンはエアモーターにより往復動作駆動さる。一方のピストン・シリンダ装置が塗料を加圧し圧力ループ内にポンプ駆動している間、他方のピストン・シリンダ装置は塗料をリザーバからシリンダに吸引、再充填している。次いで、該ピストンが反転動作すると圧力ループに塗料が吐出され、その間、前述の最初のピストンがシリンダに塗料を再充填している。

エアモーターは運転するために外部の圧縮空気源を必要としており、そのような装置はエネルギ利用の観点から効率の悪いものである。更に、エアモーターの往復動作終了時の各々における駆動方向の変化は比較的遅いものであって、ポンプの出力において脈動を増大させている。特許文献２は直流電動モーターにより駆動される比較的大ストロークの単一往復ピストンポンプを開示しているが、該装置は複雑でモーターの制御装置が高価なものとなっている。

米国特許第５０９４５９６号明細書 米国特許第５２２０２５９号明細書

本発明の目的は、対向している２つのピストンを備え簡単で便利な電気駆動式の往復ポンプを提供することである。

本発明において、ポンプが、第１と第２のシリンダの各々において直線往復動作可能な第１と第２のピストンを具備しており、前記第１と第２のピストンが交流電動モーターの作動により各ピストンに対して移動され、前記交流電動モーターの回転式の出力軸は、前記出力軸の回転動作を前記第１と第２のピストンのお互いに１８０°位相のずれた往復動作に変換する定速カムおよびカム従動子機構を含む手段により、前記第１と第２のピストンに連結されている。

好ましくは、前記第１と第２のピストンが軸方向に整列している。
軸方向に整列している前記第１と第２のピストンが各々のカム従動子を介して前記定速カムと協働しており、前記カム従動子は前記定速カムの回転円の真反対の対向端部において前記定速カムと係合している。

好ましくは、前記カム従動子がローラー式カム従動子である。
好ましくは、前記第１と第２のカム従動子がバネ付勢により前記定速カムのカム面に係合している。

好ましくは、前記第１と第２のカム従動子が圧縮バネにより前記定速カムのカム面に同時に係合されている。
或いは、前記第１と第２のカム従動子は、該カム従動子の双方を前記定速カムのカム面に同時に係合させる引張バネ手段により相互接続するようにしてもよい。

好ましくは、第３と第４のシリンダの各々において往復動作可能な軸方向に整列した第３と第４のピストンを含んでおり、前記第３と第４のピストンは、前記交流電動モーターの出力軸により駆動される第２の定速カムにより、お互いに１８０°位相のずれた往復動作するように駆動され、前記第３と第４のピストンの前記往復動作は、前記第１と第２のピストンの前記往復動作に対して９０°位相がずれている。

好ましくは、前記第１、第２、第３および第４のシリンダから吐出された液体が共通の圧力ループに供給されている。
好ましくは、ギヤボックスが前記交流電動モーターの出力軸と、前記定速カムとの間に挟さまれている。

好ましくは、前記ギヤボックスは減速ギヤボックスである。
必要とするなら、フライホイールが前記交流電動モーターの出力軸と、定速カムとの間の伝動装置に組み込まれていてもよい。

ツインピストン式電動ポンプの正面図である。 図１における矢視Ａ−Ａの方向に見た図である。 図１で省略した一対のバネを示めす、図１のポンプの拡大正面図である。 修正実施形態を示す図１と同様の正面図である。

本発明の一例を添付図面に例示する。
添付図面を参照すると、ポンプは、これに限定されないが、主に液体塗料を圧力回路または塗料回路、すなわち１または複数のスプレーガンを備えた回路に供給するように設計されている。該ポンプは、強固なサポートフレーム１１を具備し、該サポートフレーム１１は取付ブロック１２を含む。該取付ブロックは、ベースプレート１２ａと、サイドプレート１２ｂ、１２ｃとを有している。サイドプレートは、ベースプレート１２ａから直角に立設されており、互いに平行に離間している。明瞭にするために図１では省略されているが、図２に図示するように、正面プレート１２ｄがベースプレート１２ａと平行に延設され、かつ、サイドプレート１２ｂ、１２ｃによりベースプレート１２ａから離間されている。プレート１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、どのような方法でもよいが、例えばボルトにより締結され強固なボックス形構造体を形成している。

減速ギヤボックス１４がプレート１２ａの背面に直角に突出しており、該減速ギアボックスにおいてプレート１２ａから離間している端部にA.C.誘導モーター１３が支持されている。該モーター１３のローターの回転軸線はギヤボックス１４の長手軸に一致している。モーター１３の出力軸がギヤボックス１４の入力要素を駆動する。ギヤボックス１４の出力軸は、該ギヤボックス１４の端部において軸受を貫通し、かつプレート１１ａの中央に配置された穴を貫通して突出している。ギヤボックス１４の出力軸１５はプレート１２ａ、１２ｄの間のギャップを横断して突出し、そして該出力軸１５の自由端部はプレート１２ｄに設けられた軸受１６に受容されている。第１のシリンダ組立体１７が、ボルトによりプレート１２ｂの外面に固定され、同一の構成の第２のシリンダ組立体１８がサイドプレート１２ｃの外面に取付けられている。シリンダ組立体１７、１８は軸方向に一直線に並置されている。該シリンダ組立体は夫々シリンダ１７ａ、１８ａを含んでおり、該シリンダはピストン１９、２１を摺動自在に受容している。シリンダ組立体１７、１８各々の外側の端部には、各々のピストン１９、２１によってポンプチャンバー２２、２３が画成される。ポンプチャンバー２２、２３は各々の入口ユニオン２２ａ、２３ａと各々の出口ユニオン２２ｂ、２３ｂとを有している。入口ユニオン２２ａ、２３ａの各々は逆止弁を含んでおり、該逆止弁は、供給ラインから各々のポンプチャンバーへの液体塗料の流入を可能とするが、各々のピストンのポンプ駆動ストローク中に液体塗料が入口ユニオンを介してポンプチャンバーから流出することを防止する。同様に出口ユニオン２２ｂ、２３ｂの各々は逆止弁を含んでおり、各ポンプチャンバー２２、２３から出口ユニオンを介して液体塗料が流出することを可能にするが、各々のピストンの逆ストローク中に液体塗料が各々の出口ユニオン２２ｂ、２３ｂを介してポンプチャンバー２２、２３に逆流することを防止している。

ピストン１９、２１の各々はピストンロッド２４、２５により駆動される。ピストンロッド２４、２５は各シリンダ組立体１７、１８のベース壁面における各々の滑り軸受を貫通し、そして各々のサイドプレート１２ｂ、１２ｃにおける対応する穴を貫通し、プレート１２ａの内面に担持された各々のカム従動子スライダ２６、２７に接続されている。

プレート１２ａの内面には第１と第２のガイドレールまたはガイドロッド２８、２９が取付けられている。ガイドレール２８、２９は、ギヤボックス１４の出力軸が貫通する穴の両側部に同じ間隔を置いて配置され、かつ、互いに平行に延設されている。ガイドレール２８、２９は、軸方向に一直線上に配置されたピストンロッド２４、２５に対して平行に延設されている。スライダ２６、２７はガイドレール２８、２９に摺動自在に取付けられており、プレート１２ａに対してピストンロッド２４、２５の共通の軸方向にガイドされ往復動作する。

「ハート形」の定速カム３１が、プレート１２ａ、１２ｄの間において、出力軸と共に回転するように該出力軸に取付けられている。スライダ２６、２７にはカム従動子ローラー３２、３３が取付けられている。該カム従動子ローラーは、出力軸１５の回転軸線に平行な軸線を中心として回転する。ローラー３２、３３の回転軸線はカム３１の回転円の直径と交差している。スライダ２６、２７は互いに弾力的に付勢されている。こうして、ローラー３２、３３は、カムの回転円の直径方向に互いに反対側で、カム３１のカム外周面に係合している。カムが回転すると、ローラーは該カムのカム面上で回転し、そしてカムの動きに追従する。

スライダ２６、２７は、一対の引張バネ３４（一方のみを図２、３に図示する）により、カム３１を挟さんで両側で互いの方向に押し付けられている。バネ３４はフック端部を有しているヘリカルコイル形引張バネである。該フック端部は、スライダ２６、２７から突出する各々の支柱３５の周囲に係合している。各スライダ２６、２７は四本の支柱３５を備えており、必要に応じて二本または四本のバネによりスライダを相互接続できるようになっている。バネは、ローラー３２、３５および出力軸１５の回転軸線を含む平面の両側で等しい力のバネとすることが望ましい。ハート形定速カム３１は、その頂点および回転軸線を通過する平面に関して対称である。従って、カム３１の回転中、スライダ２６、２７の動作は互いに位相が１８０°ずれており、かつ、スライダ２６、２７の往復動作の方向が変化する場合を除いて、カム３１の回転による直線動作の速度は一定である。

シリンダ１７ａ、１８ａの各々の壁面と各々のピストン１９、２１との間には既知の方法で摺動シールが設けられている。然しながら、シールから多少のリークが発生するので、各シリンダ組立体１７、１８はドレン装置３６、３７を備えており、ピストンとシリンダの間のシールから漏れた液体塗料を各シリンダ組立体から排出することができるようになっている。望ましくは、図１に図示するように、ピストンとシリンダの間のシールから漏れた液体塗料は、ドレン装置３６、３７により、チャンバー２２、２３の入口ユニオン２２ａ、２３ａに戻される。更に、ベローズシール３８、３９がピストンロッド２４、２５の各々とシリンダ組立体１７、１８の各々の内壁面とに係合しており、ピストンロッドと各シリンダ組立体の間の摺動境界面をシールするようになっている。

モーター１３は、出力軸が所定の回転速度となるように作動する。A.C.誘導モーター１３は従来のインバータコントロールシステムで制御され、本発明の係わるものではない。カム３１が図１、３に示す位置から回転すると、カム３１によってローラー３３が右方へ駆動され、スライダ２７がガイドレール２８、２９上を右方へ移動する。スライダ２７はピストンロッド２５に連結されているので、ピストン２１が右方へ変位し、液体塗料が満たされているポンプチャンバー２３の容積が減少する。カム３１によってスライダ２７が変位すると、入口ユニオン２３ａの逆止弁が閉じ、塗料がチャンバー２３から出口ユニオン２３ｂを介してスプレーシステムの圧力ループ内へ吐出される。これと同時に、ピストンロッド２４およびピストン１９を担持するスライダ２６は、スライダ２６、２７を弾性的に相互接続しているバネ３４の作用により、ガイドレール２８、２９に沿って右方へ牽引される。従ってローラー３２は、定速カム３１のカム面と接触したままである。ピストン１９が右方への移動すると、ポンプチャンバー２２の体積が増加し、入口ユニオン２２ａを介して供給源から液体塗料が吸引される。この段階で、入口ユニオン２２ａの逆止弁が開き、出口ユニオン２２ｂの逆止弁は閉じて、圧力ループからポンプチャンバー２２への液体塗料の逆流が防止される。カム３１が１８０°回転する間、液体塗料は圧力ループ内へ定速で継続的にポンプ駆動される。カム３１の最高点がローラー３３を通過するとき、ローラー３２はカムの最下点に作用する。その後、カムが回転する間、スライダ２６が左方へ駆動され、ピストン１９はチャンバー２２に対してポンプ駆動行程となり、液体塗料が出口ユニオン２２ｂから圧力ループ内へを吐出される。それと同時に、バネによって連結されているスライダ２７は左方へスライダ２６と共に移動する。従って、ピストン２１は吸入行程となって、入口ユニオン２３ａから液体塗料がポンプチャンバー２３内へ吸引される。ピストン１９、２１の往復動作は、モーター１３がカム３１を駆動している間継続される。

望ましい場合には、ピストン１９、２１の戻り動作によって液体塗料をポンプチャンバー２２、２３に吸引するのではなく、入口ユニオン２２ａ、２３ａに接続された塗料供給源を低い圧力に保持しながら、塗料供給源を加圧することによって、ポンプチャンバー２２、２３内への塗料の適時の流れを補助するようにしてもよい。

カム３１は定速カムであるので、周期中にピストン１９、２１が方向転換する時点を除いて、塗料は、スプレーシステムの圧力ループへ一定に圧送、供給される。その方向転換は、カムとカム従動子から成る構成によって迅速に行なわれる。ピストン２１がポンプ駆動している間、ピストン１９によってチャンバー２２が再充填可能となっており、また、その逆もある。

図４では、引張バネ３４が四本の圧縮バネ４１に置換されている。該圧縮バネの各々は、その一端においてＬ形ブラケット４２の外向きに突出した腕部４３に作用している。Ｌ形ブラケットの他方の腕部はボルトによってスライダ２６、２７に取着されている。

ブラケット４２は二対として、一対のブラケットをポンプの長手の中心軸線に関して各側部に配置するようにできる。各ブラケット４２の腕部４３には貫通孔が形成されている。ブラケットの各対につき１本の細長い保持ロッド４４が配設されており、該保持ロッドは、ブラケットの各対の腕部４３の貫通孔を摺動自在に貫通している。各ロッド４４において腕部４３を貫通し突出した部分の周囲にバネ４１が配設されている。ナット４５が各ロッド４４の両側に螺合されており、該ナットは各バネ４１の外側端部と係合して、該バネ４１の各々に軸方向の所定の予荷重を各ブラケット腕部４３に抗して与えている。

前記ロッドは所定の長さのロッドであるが、ナット４５は、バネ４１によってブラケットの各腕部４３に所定の予荷重が印加されるように、バネ４１の全長およびレーティングとに従って選択されたロッド４４沿いの所定長さに亘ってねじ込まれる。

バネ４１は、カム従動子ローラー３２、３３がカム３１のカム面に係合するようにスライダ２６、２７を互いの方向へ付勢している。従って、バネ４１は前述の実施形態におけるバネ３４と同様に機械的に作用しているが、バネ４１は引張りではなく圧縮する。ブラケット４２およびロット４４は、双方の中心軸線を含む共通平面がカム３１およびカム従動子ローラー３２、３３の中央平面と一致し、かつ、ポンプ装置のピストンロッド２４、２５の長手の中心軸線を含むように位置決めされている。

図４において、ポンプの右側のシリンダ組立体１８は、図面を明瞭にするために、付属品とともに省略されている。従って、スライダ２７に連結されているピストンロッド２５は図４に図示されていない。

図４において、ピストンロッド２４は玉継手４６を介してスライダ２６に連結されている。玉継手４６は、組立てる個々のコンポーネントの公差により生じるスライダ装置の長手の中心線に対するピストンロッド２４の多少の芯ずれを吸収する。玉継手４６は、長手方向に両方向へスライダ２６の移動をロッド２４に伝達する。同様の玉継手によってスライダ２７がピストンロッド２５に連結されている。図１、２、３を参照して既述した組立体に同様の玉継手を組込むことができる。

バネを用いてカム従動子ローラーをカム３１に付勢する構成には、該バネによってカムに対するローラーの所定の予荷重を提供することができ、そしてカムおよびローラーの製作公差および損耗を所定の制限範囲内に吸収することができるとの利点がある。制御された予荷重は、ローラーとカムと間の過大な荷重による損傷を防止し、バネは損耗や公差を吸収するための複雑な調節機構を必要としない。スライダを連結し、またカムとの係合に予荷重を付与するためにバネを使用することによって、カムと一方または双方のローラーとの間にギャップの発生が防止される。ギャップが生じると、行程の終了時にピストンの方向転換に遅れが生じ、その結果ポンプ出力に変動が生じる。

装置の能力を増大したり、或いは、ピストン１９、２１の往復動方向の変化中における圧力ループの圧力脈動を最小化することが望ましい場合には、カム３１と同一の第２のカムを９０°位相をずらして軸１５によって同時に駆動するようにしてもよい。第２の定速カムは、スライダ２６、２７と同一のスライダと協働し、出力軸１５の軸方向に離間している。２つの追加スライダは、スライダ２６、２７に連結されたものと同一の第３のピストン・シリンダ組立体と、第４のピストン・シリンダ組立体とに連結される。そのような装置では、ピストン・シリンダ組立体１７、１９および１８、２１が往復動作の終了時点にあるとき、第３のピストン・シリンダ組立体および第４のピストン・シリンダ組立体は往復動作の中央にある。従って、軸１５がどの回転位置にあっても、少なくとも１つのピストン・シリンダ組立体がポンプ駆動行程を実行しており、関連するスプレーガンシステムの圧力ループに加圧された液体塗料を輸送している。追加のシリンダ組立体をサイドプレート１２ｂ、１２ｃの延長部分に支持するようしたり、或いは、スライダをプレート１２ｄまたはプレート１２ａ、１２ｄと平行な追加プレートに支持するようにできる。

従来の脈動除去装置を圧力ループに接続することによって、圧力ループにおける圧力脈動は更に滑らかなものとなろう。

定速カムは、ギヤボックス１４を介してモーター１３によって駆動されているが、望ましい場合には、ピストンの往復動作の方向転換時に生じるシステム内の荷重変動作用を最小にするために、モーター１３とギヤボックス１４との間にフライホイールを配設してもよい。

圧力作動スイッチが出力ループまたは各ポンプチャンバーの出口ユニオンに組み込まれており、例えばフィルタ若しくは配管が詰まったり、或いは、出口ユニオンの逆止弁が損傷して、出力圧力が所定の安全弁の設定値を超過した場合に、モーター１３を停止しポンプ駆動を停止するようになっている。

図１のポンプの１つの実施例では、各ピストンは３０〜８０mm、好ましくは４０mmの比較的短かいストロークを有しており、従って定速カム３１を介してピストンを駆動するA.C.モーターの使用が容易となっている。更に、短かいストロークのツインピストン装置を選択することによって、６０〜１５０mm、好ましくは１００mmの比較的大きなピストン口径の使用を容易なものなり、モーター１３は、ポンプが１０〜５５リットル／min（４シリンダポンプでは１１０リットル／minまで）の範囲で吐出するように運転される。

１１ サポートフレーム
１２ 取付ブロック
１３ モーター
１４ ギヤボックス
１５ 出力軸
１６ 軸受
１７ シリンダ組立体
１８ シリンダ組立体
１９ ピストン
２１ ピストン
２２ ポンプチャンバー
２３ ポンプチャンバー
２４ ピストンロッド
２５ ピストンロッド
２６ スライダ
２７ スライダ
２８ ガイドレールまたはガイドロッド
２９ ガイドレールまたはガイドロッド
３１ 定速カム
３２ ローラー
３３ カム従動子ローラー
３４ 引張バネ
３８ ベローズシール
３９ ベローズシール
４１ バネ
４２ ブラケット
４３ 腕部
４４ ロッド
４５ ナット
４６ 玉継手

Claims (13)

1. 回転軸によって駆動されるハート形のカムプロフィールを有した定速カムと、
   第１と第２のシリンダと、
   前記第１と第２のシリンダに対して往復運動可能な第１と第２のピストンと、
   第１と第２のカム従動子であって、前記定速カムと共に、前記回転軸を前記第１と第２のピストンに結合して、前記定速カムの回転動作を前記第１と第２のピストンの互いに１８０°位相のずれた往復運動に変換する第１と第２のカム従動子ローラーと、
   前記ピストンの往復運動に平行な軸線沿いに延びる一対のガイドレールと、
   前記ガイドレールに摺動自在に装着され、前記第１と第２のカム従動子ローラーを取付けた第１と第２のカム従動子スライダと、
   前記第１と第２のカム従動子ローラーの各々に作用し、前記第１と第２のカム従動子ローラーを互いに接近方向に付勢し、前記定速カムのカム面に係合させる一対のバネとを具備し、
   前記一対のバネの各々が、前記第１と第２のシリンダに対して移動可能となっており、
   前記バネが前記カム従動子ローラーの回転軸線を含む平面の両側で力が等しくなっているポンプ。
2. 前記一対のバネが圧縮バネから成る請求項１に記載のポンプ。
3. 前記一対のバネが引張バネから成る請求項１に記載のポンプ。
4. 前記引張バネが前記第１と第２のカム従動子スライダに直接連結されており、該カム従動子スライダを互いに接近方向に付勢し、前記定速カムのカム面に係合させるようにした請求項３に記載のポンプ。
5. 前記第１と第２のカム従動子スライダ間に延設され、該第１と第２のカム従動子スライダに係合する第１と第２の端部を有した保持ロッドを更に具備し、
   前記圧縮バネが、前記保持ロッドの前記第１の端部と前記第１のカム従動子スライダとの間に取付けられており、該保持ロッドの第１の端部を前記第２のカム従動子スライダから離反する方向に付勢し、以て、前記第１と第２のカム従動子の双方を同時に互いに接近方向に付勢して、前記定速カムのカム面に係合させるようにした請求項２に記載のポンプ。
6. 前記第１と第２のカム従動子スライダに取着され、第１と第２の貫通穴が形成されている第１と第２のブラケットと、
   前記第１と第２の貫通穴に挿通され、該第１と第２の貫通穴を越えて突出する第１と第２の端部を有した保持ロッドとを更に具備し、
   前記一対のバネが、前記保持ロッドの第１と第２の端部の各々と、前記第１と第２のブラケットとの間に配設された第１と第２の圧縮バネを具備しており、前記第１と第２のカム従動子の双方を同時に互いに接近方向に付勢して、前記定速カムのカム面に係合させるようにした請求項１に記載のポンプ。
7. 前記第１と第２のピストンは軸方向に一直線上に配置されている請求項１に記載のポンプ。
8. 前記カム従動子は、前記定速カムの回転円の直径上の両側で前記定速カムと係合している請求項７に記載のポンプ。
9. 更に、第３と第４のシリンダと、
   前記回転軸によって駆動される第２の定速カムと、
   軸方向に一直線上に配置され前記第３と第４のシリンダの各々において往復動作可能な第３と第４のピストンとを具備し、
   前記第３と第４のピストンは、前記第２の定速カムによって、互いに１８０°位相のずれた往復動作するように駆動され、前記第３と第４のピストンの前記往復動作は、前記第１と第２のピストンの前記往復動作に対して９０°位相がずれている請求項１に記載のポンプ。
10. 前記第１、第２、第３および第４のシリンダから吐出された液体が共通の圧力ループに供給される請求項９に記載のポンプ。
11. 前記出力軸と前記定速カムとの間に配設された減速ギヤボックスを更に具備する請求項１に記載のポンプ。
12. 前記出力軸と定速カムとの間の伝動装置に組み込まれたフライホイールを更に具備する請求項１に記載のポンプ。
13. 前記第１と第２のカム従動子を前記第１と第２のピストンに結合する第１と第２の玉継手を更に具備する請求項１に記載のポンプ。

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