JPH08296549A - 往復動プランジャポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電動方式往復動プランジャポンプにおいて、
複数本のボ−ルねじ軸とナットを用いて、構造の簡略化
と使用ボ−ルねじ軸のサイズを小型化したプランジャポ
ンプを提供する。 【構成】 回転運動を直線運動に変換するボ−ルねじ機
構を採用した電動方式往復動プランジャポンプにおい
て、ボ−ルねじ機構部が複数のボ−ルねじ軸とナットを
用いてなり、各ボ−ルねじ軸をそれぞれ平行に配置し、
ボ−ルねじ軸の回転により軸方向に左右直線移動するナ
ットに互いにガイドの役割を行うように連結部材を垂直
に固設して構成され、連結部材上にボ−ルねじ軸と平行
にプランジャを固定し、ナットの動きにあわせてプラン
ジャを左右直線運動させ加圧するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ポンプ室内でプラン
ジャの直線往復運動をボ−ルねじ機構で行う電動式往復
動プランジャポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】材料切断や圧力容器内の加圧などに高圧
液体を利用する場合、液体加圧源としてパスカルの原理
による液圧ブ−スタ方式の高圧ポンプが広く利用されて
いる。液圧ブ−スタは、入口圧力をプランジャピストン
の受圧面積比に逆比例して増圧し、出口圧力とするもの
であるが、これには大別して１行程毎に断続的に所定液
量の増圧圧力を出口側に送る単動ブ−スタと、一対の単
動ブ−スタにチェック弁や方向切換弁を組み合わせて出
口側に連続した流量を送り出す複動ブ−スタとがある。

【０００３】プランジャの駆動は一般に油圧方式であ
り、これには、出口から取り出される高圧液体（水な
ど）が駆動圧油によって汚染されるのを防止するために
駆動シリンダ室と増圧室との分離を図った油水分離型の
ものもあるが、例えばジャムや果汁又は酒等の製造にお
いて近年注目を集めている高圧液体による食品の加圧処
理に利用するための液体加圧装置としては、駆動圧油に
よる汚染の恐れが全くない電動方式であって、ボ−ルね
じ機構を備えた直線運動手段によってプランジャを往復
駆動するものが最近用いられ始めている。

【０００４】例えば実開平１−７６５７０号公報には、
電動方式の複動ブ−スタによる液体加圧装置として、材
料切断等に使用する高圧ウォ−タ−ジェットを発生させ
る往復動増圧機が示されている。この往復動増圧機で
は、給液用の回転式ポンプから吐出される液体を一対の
往復動プランジャ加圧室に夫々チェック弁を介して導入
し、同軸上に連結された一対のプランジャをボ−ルねじ
機構及び可逆サ−ボモ−タによって一体的に往復運動さ
せることにより各加圧室内でプランジャによる交互の加
圧動作を行わせ、各加圧室から交互に吐出される高圧液
を夫々別のチェック弁を介して噴射ノズルに送り、噴射
ノズルからほぼ連続的な高圧液体の噴射を得るようにな
っている。

【０００５】ところで、食品の加圧処理を用途の視野に
入れると、加圧処理に際して衛生面の確保が求められる
ことから、駆動圧油がプランジャ駆動軸のシ−ル面を介
して加圧室内に混入したり、装置のメンテナンスに際し
て周辺を作動油で汚したりするおそれのある油圧駆動方
式よりも、これらのおそれのない電動方式のブ−スタの
ほうが適していることは述べるまでもない。

【０００６】しかしながら従来の電動方式のブ−スタポ
ンプでは、１）プランジャの加圧室への給液ポンプが別
に必要、２）負荷圧が設定値近傍に達してもプランジャ
のストロ−ク長さが変わらない等の構造面及び作業効率
面の問題があり、本出願人においてこれらの問題点を解
決するため、構造が簡略化されまた昇圧時間の短縮化を
可能とした二段階方式の液体加圧装置を特願平０６−１
３７８５２にて既に出願した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の電動方式のブ−
スタポンプの場合、プランジャの軸線上にボ−ルねじ機
構の駆動軸を１本のみ配置した構造でありプランジャを
一体的に往復動させるために、歯車またはタイミングベ
ルトとプ−リによる回転伝達手段でモ−タの回転軸と連
結して、ナットまたはボ−ルねじ軸を回転させて、ボ−
ルねじ軸またはナットを直線移動させるが、ねじ部とナ
ットが共回りをしないようなガイド機構（直線案内）が
必要となり、構造が複雑になりコストもかかるという問
題点があった。

【０００８】さらに、ポンプの高圧化あるいはポンプ駆
動動力をより大きくする場合には、１本のボ−ルねじ部
の外径を大きくする必要があるが、移動部のボ−ルねじ
軸径を大きくすれば当然重量が重くなり、重量増加の割
に耐荷重が大きくならないため効率の低下をまねくとい
う問題点もあった。

【０００９】本発明はこのように従来の問題点を解決す
るためになされたものであり、ボ−ルねじ軸の回転によ
りナットが共回りせず、また大きくて重い駆動軸を使用
せずに昇圧できる比較的に簡単な構造の電動方式往復動
プランジャポンプを提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴による往復
動プランジャポンプ（第１発明）は、前述の課題を達成
するために、シリンダと該シリンダ内を往復動するプラ
ンジャとで加圧室を形成し、前記プランジャを往復動さ
せるために回転駆動手段から回転伝達手段を介して伝達
された回転運動を直線運動に変換するボ−ルねじ機構に
よる直線運動手段を備えた往復動プランジャポンプにお
いて、前記直線運動手段がボ−ルねじ軸線を互いに平行
に配置した複数のボ−ルねじ軸と、ボ−ルを介して前記
ボ−ルねじ軸にそれぞれ螺合した複数のナットと、前記
ボ−ルねじ軸の軸線に対して垂直に配置しそれぞれの前
記ナットを軸方向に同様な直線運動を行わせるように固
設した連結部材とからなり、前記連結部材にプランジャ
軸線が前記ボ−ルねじ軸線と並行になるように一体的に
固定したプランジャを備えたことを特徴とするものであ
る。

【００１１】本発明の別の特徴による往復動プランジャ
ポンプでは、第１発明において、前記複数のボ−ルねじ
軸が、各ボ−ルねじ軸芯を幾何学的に仮想した一つの同
円周上に等間隔になるように配置して構成されることを
特徴とするものである。

【００１２】本発明のさらに別の特徴による往復動プラ
ンジャポンプでは、第１発明において前記連結部材上に
一体的に固定するプランジャが、ボ−ルねじ軸芯を等間
隔に配置して１つの同円周を構成する仮想の円の中心点
位置と前記プランジャ軸線とを一致させた位置に固定さ
れて構成されることを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】本発明によるボ−ルねじ機構の直線運動手段で
あれば、２本以上の複数本の同仕様のボ−ルねじ軸にボ
−ル又はロ−ラを介してそれぞれ螺合された２個以上の
複数の同仕様のナットを１個の連結プレ−トにより互い
に接続し固定させたため、ボ−ルねじ軸が互いにガイド
の役割をはたし、電動モ−タや可逆サ−ボモ−タ等の駆
動機の回転により回転伝達手段を通してボ−ルねじ軸を
回転させるだけでナットは共回りをせずボ−ルねじ軸方
向で直線運動を行い、また駆動機の回転を逆転させれ
ば、逆の軸方向へ直線運動を行う往復動作動が可能とな
った。

【００１４】このようにすることによって、直線案内用
ガイド機構を別に設置した複雑な構造にする必要が無
く、さらに複数本のボ−ルねじ軸を使用しているため荷
重を分散でき、１本あたりに荷重を小さくすることが可
能になった。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例としてボ−ルねじ機構に２
本のボ−ルねじ軸を採用した電動式往復動プランジャポ
ンプの構成を図１に示す。この実施例に係る往復動プラ
ンジャポンプでは、プランジャ１本の単動式ポンプの例
を示しているが、図１に示した連結プレ−トに接続した
プランジャの連結プレ−トをはさんだ対称位置に軸線を
一致させたプランジャを一体的に接続した復動式ポンプ
にも適用できることは述べるまでもない。

【００１６】図１において、ねじ径及びピッチ等すべて
の仕様が同じである２本のボ−ルねじ軸３Ａと３Ｂをそ
れぞれの両端部に軸受を介して往復動プランジャポンプ
のボ−ルねじ機構部２のハウジング４に回転自在に平行
に係止し、一端部に減速器５Ａと５Ｂを介してそれぞれ
同仕様のプ−リ６Ａと６Ｂを接続する。図示しない可逆
電動モ−タ等の回転駆動軸に接続されたプ−リ７の回転
をボ−ルねじ軸側のプ−リ６Ａと６Ｂに伝達可能とする
ためタイミングベルト８を使用し、図２に示したように
すべてのプ−リを連結させる。なお、回転伝達手段とし
ては、プ−リとタイミングベルトでの連結のかわりにそ
れぞれの軸に互いの歯がかみあい確実に回転を伝達でき
る歯車でも代用が可能である。

【００１７】一方、各ボ−ルねじ軸にボ−ルを介して螺
合された互いに同仕様であるそれぞれのナット９Ａと９
Ｂに前記ボ−ルねじ軸線と一致した前記ナットの軸線に
対して垂直になるように一体的に連結プレ−ト１０を接
続し固定させ、複数の前記ナット９Ａと９Ｂを軸方向の
直線作動が常に一致するように連結する。さらに、連結
プレ−ト１０上において、２本のボ−ルねじ軸線を互い
に結ぶ垂直線上の中心位置をプランジャ１１の軸線位置
と一致させ単動式ポンプの場合は連結プレ−ト１０の片
側に、また復動式ポンプの場合は連結プレ−ト１０の両
側にそれぞれプランジャ１１を接続し一体的に固定す
る。つまり、ナット９Ａと９Ｂの動作方向及び動作量と
連動してまったく同様な動作をプランジャ１１が行うよ
うな構成である。

【００１８】なお、前記本実施例のボ−ルねじ軸３Ａと
３Ｂの配置及び連結プレ−ト１０上のプランジャ１１の
位置については、ボ−ルねじ軸が２本の場合での構成で
あるが、ボ−ルねじ軸が３本以上の複数本の場合には、
図３に示したようにそれぞれのボ−ルねじ軸芯３０６を
幾何学的に仮想された一つの同円周３０１上に等間隔で
ボ−ルねじ軸線が互いに平行となるように配置し、それ
ぞれのナット３０２をボ−ルを介してボ−ルねじ軸３０
３に螺合し、前記２本のボ−ルねじ軸の場合と同様に連
結プレ−ト３０４にナット３０２を固定する。さらに、
等間隔に配置したボ−ルねじ軸３０３の軸芯３０６を通
る前記円周３０１を幾何学上構成する仮想の円の中心点
位置３０５をプランジャ３０７の軸線位置とを一致させ
る構成となる。

【００１９】このように構成されたプランジャがシリン
ダ内で左右往復動することにより、吸入行程と吐出行程
をくり返す通常の往復動プランジャポンプとして稼働可
能となる。図１に示す実施例に基づき本発明の往復動プ
ランジャポンプを使用した液体加圧装置の作動につき以
下に説明する。

【００２０】加圧される液体（多くの場合水であるが）
はリザ−バ２２に貯えられており、リザ−バ２２内には
入口としてのフィルタ付き吸引口２３が液中に開口して
いる。吸引口２３と加圧室１との間を接続する供給流路
２４には第１のチェック弁２５が設けられ、このチェッ
ク弁２５はプランジャポンプの吸入行程においては吸引
口２３から吸引される液体を加圧室１に導入するように
供給流路２４を開くと共に、プランジャポンプの吐出行
程ではその吐出圧によって供給流路２４を閉鎖すること
により加圧室１からの吐出液体がリザ−バ２２に逆流す
るのを阻止する。

【００２１】また、プランジャポンプの加圧室１から吐
出される高圧液体を出口から負荷（噴射ノズル３１や圧
力容器３２）へ導くための吐出流路２７には加圧室１か
らの加圧液体による押込みで開かれる第２のチェック弁
２６が設けられ、このチェック弁２６は負荷からの逆流
を阻止する。

【００２２】回転駆動手段としての図示しない電動モ−
タ、好ましくは、よりきめの細かい圧力制御を可能とす
るため可逆サ−ボモ−タの正逆回転によりモ−タ軸に取
り付けたモ−タ側プ−リ７が正逆回転すると、タイミン
グベルト８で互いに連結された２個のボ−ルねじ軸側プ
−リ６Ａと６Ｂも同方向に回転する。それぞれのボ−ル
ねじ軸側プ−リ６Ａと６Ｂから入力した回転力は減速器
５Ａと５Ｂで増幅され、それぞれのボ−ルねじ軸３Ａと
３Ｂを同回転数で同方向に回転させる。ボ−ルねじ軸３
Ａと３Ｂとナット９Ａと９Ｂはボ−ルを介して螺合され
ており、同仕様であるボ−ルねじ機構によりそれぞれの
ナット９Ａと９Ｂはボ−ルねじ軸３Ａと３Ｂ上で同方向
・同速度・同ストロ−クの直線運動を行う。なお、ナッ
ト９Ａと９Ｂは連結プレ−ト１０により固定されている
ため２本のボ−ルねじ軸が互いにガイド機構の作用を働
かせながら作動している。

【００２３】また、プランジャ１１は連結プレ−ト１０
を介してナット９Ａと９Ｂに連結されているため、ナッ
ト９Ａと９Ｂの動作と連動して同方向に同速度で同スト
ロ−クの直線移動をすることになる。つまり、サ−ボモ
−タを図示しない制御装置によって予め設定された反転
周期及び回転速度で周期的に反転するように回転させる
とこの反転回転運動は、ボ−ルねじ軸３Ａと３Ｂ及びナ
ット９Ａと９Ｂによって直線往復運動に変換され、ナッ
ト９Ａと９Ｂと連動するプランジャ１１もサ−ボモ−タ
の設定周期及び速度に従って往復運動する。

【００２４】このプランジャ１１の往復運動によって、
プランジャポンプでは吸入行程と吐出行程をくり返すこ
とになる。すなわち、プランジャ１１は図示の矢印Ａ方
向に移動することにより加圧室１にリザ−バ２２からチ
ェック弁２５を通して液体を吸入する吸入行程となり、
前記プランジャ１１が図示の矢印Ｂ方向に移動すること
により、前記吸入行程により加圧室１に吸入した液体を
加圧してチェック弁２６を通して吐出流路２７を介して
負荷側（噴射ノズル３１または圧力容器３２）へ高圧流
体が吐出される。

【００２５】なお、復動式ポンプの場合は、左右のプラ
ンジャが連結プレ−トに一体的にそれぞれのプランジャ
軸線を一致させて接続され、互いに等しいストロ−ク長
さで可逆的に連動しているため左の加圧室で吸引行程に
なる時には右の加圧室で吐出行程になり、図示しない供
給流路及び吐出流路さらに第３及び第４チェック弁の追
加により連続的に負荷への高圧流体の吐出が可能とな
る。

【００２６】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば往
復動プランジャポンプが往復直線運動を作動中に複数本
のボ−ルねじ軸が互いにガイドの役割をするため、従来
のボ−ルねじ軸機構を採用する場合に必要であったまわ
り止め機構が不要となり、構造が簡単になりさらに複数
本のボ−ルねじ軸に荷重が分散でき、１本あたりの耐荷
重を小さくできたため小さなねじ径のボ−ルねじ軸が採
用でき重量の増加をおさえ寿命を伸ばすことが可能とな
り、コストダウンも達成されるという効果を得ることが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる液体加圧装置の構成
を示す模式説明図である。

【図２】図１のＣ−Ｃ’矢印断面模式説明図である。

【図３】本発明の別の実施例である３本のボ−ルねじ軸
を使用した場合の連結部材面上のボ−ルねじ軸の配置と
プランジャ位置を示す模式図である。

【図４】従来例を示す模式図である。

【符号の設明】

１ 加圧室 ２ ボ−ルねじ機構部 ３Ａ、３Ｂ ボ−ルねじ軸 ４ ハウジング １０、１１ 連結プレ−ト １２ ボ−ルねじ軸線 ９Ａ、９Ｂ ナット ３０１ 各ボ−ルねじ軸芯を通る仮想の円周 ３０２ ナット ３０３ ボ−ルねじ軸 ３０４、３０７ 連結プレ−ト ３０５ 仮想の円周を構成する円の中心点 ３０６ ボ−ルねじ軸線 ４０３ ボ−ルねじ軸 ４０４ ハウジング ４０５、４０６ プランジャ ４１３ ボ−ルねじ軸 ４１４ ハウジング ４１５、４１６ プランジャ

【手続補正書】

【提出日】平成７年９月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】追加

【補正内容】

【図５】従来例を示す模式図である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦沢 正 富山県魚津市本江2410番地 株式会社スギ ノマシン内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダと該シリンダ内を往復動するプ
   ランジャとで加圧室を形成し、前記プランジャを往復動
   させるために回転駆動手段から回転伝達手段を介して伝
   達された回転運動を直線運動に変換するボ−ルねじ機構
   による直線運動手段を備えた往復動プランジャポンプに
   おいて、前記直線運動手段がボ−ルねじ軸線を互いに平
   行に配置した複数のボ−ルねじ軸と、ボ−ルを介して前
   記ボ−ルねじ軸にそれぞれ螺合した複数のナットと、前
   記ボ−ルねじ軸の軸線に対して垂直に配置しそれぞれの
   前記ナットを軸方向に同様な直線運動を行わせるように
   固設した連結部材とからなり、前記連結部材にプランジ
   ャ軸線が前記ボ−ルねじ軸線と平行になるように一体的
   に固定したプランジャを備えたことを特徴とする往復動
   プランジャポンプ。
2. 【請求項２】 前記複数のボ−ルねじ軸が、各ボ−ルね
   じ軸芯を幾何学的に仮想した一つの同円周上に等間隔に
   なるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の
   往復動プランジャポンプ。
3. 【請求項３】 前記連結部材上に一体的に固定したプラ
   ンジャが、ボ−ルねじ軸芯を等間隔に配置し幾何学的に
   仮想した一つの同円周を構成する円の中心点位置と前記
   プランジャの軸線とを一致させた位置に固定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の往復動プランジャポ
   ンプ。