JPS643821Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案はカム機構により往復動するプランジ
ヤを有する往復ポンプにおけるプランジヤ戻し装
置に関するものである。

この考案はポンプに限らず各種のカム式往復機
械に応用することができる。

従来の技術 往復ポンプはシリンダの内部におけるプランジ
ヤ、ピストン等（以下プランジヤと総称する）の
往復運動によつて液体の吸入および吐出といつた
ポンプ作用を行うものである。

カム機構によりプランジヤを往復動させるよう
にした往復ポンプは、第４図に示すように、液体
の加圧室４１と、シリンダ４２と、一端が加圧室
４１内に進退しうるごとくシリンダ４２内に軸方
向摺動自在に延在するプランジヤ４３と主要構成
要素としている。加圧室４１は一方では加圧室４
１へ流入する液体の流通のみを許容する吸入弁４
４を介して流体の吸入口４５と連絡し、他方では
加圧室４１から流出する液体の流通のみを許容す
る吐出弁４６を介して液体の吐出口４７と連絡し
ている。

プランジヤ４３の他端にはカムフオロア４８を
軸支してある。カムフオロア４８がカム軸４９に
装着してあるカム５０に追従するように、プラン
ジヤ４３を図中右方に付勢する必要がある。

考案が解決しようとする課題 プランジヤの復帰用にスプリングを用いること
が一般に行われているが、スプリングの特性とし
て伸縮時の圧力に差があるため、すべての運転状
況にマツチさせるためには相当強力なスプリング
を使用せざるを得ず、無駄なエネルギーを消費す
ることになり、しかも耐久性を考慮しなければな
らない。

溝カムを使用することもできるが、高度の精密
性を要求される定量ポンプの場合、カム溝とカム
フオロアとの間のギヤツプが問題となり、製作お
よび組立に困難が伴う。

この考案は、簡単な構成でしかもあらゆる運転
状況の下で円滑確実にプランジヤに戻し力を与え
うる往復ポンプのプランジヤ戻し装置を提供せん
とするものである。

課題を解決するための手段 この考案の往復ポンプのプランジヤ戻し装置
は、３連のプランジヤポンプの各々に設けた、所
定圧力の液体を収容するとともにプランジヤと連
動して拡張・収縮する液体チヤンバからなり、す
べての液体チヤンバを相互に連通せしめたことを
特徴とする。

しかしてこの考案は次のようなカム機構を採用
することを前提とする。すなわち、３枚の板カム
を順次120゜宛取付け角度を異ならせ、かつ、それ
ぞれプランジヤのカムフオロアと当接するように
して同一軸上に固定する。各板カムの輪郭は、次
に述べるような変位線図が描かれるように設定す
る。すなわち、回転角が増大するに伴つて変位の
増大する上昇域と、この上昇域とは線対称をな
し、回転角が増大するに伴つて変位の減少する下
降域とからなり、上昇域もしくは下降域のうちプ
ランジヤの吐出行程に対応する方が、変位の加速
的に変化する加速部と、変位の直線的に変化する
等速部と、変位の減速的に変化する減速部とを含
み、加速部における単位回転角当たりの変位と減
速部における対応する単位回転角当たりの変位と
の和が、等速部における単位回転角当たりの変位
に等しい。

作 用 上記３連のプランジヤポンプにおける各プラン
ジヤポンプのストロークの変化態様は回転角60゜
毎に交替する二種類だけである。すなわち、ある
１のプランジヤポンプが吐出行程にあるとともに
残りの２のプランジヤポンプが共に吸込行程にあ
る60゜の区間と、ある２のプランジヤが共に吐出
行程にあるとともに残りの１のプランジヤポンプ
が吸込行程にある別の60゜の区間とが、交互に現
れる。そうして、共通の吐出管への総合吐出量
は、常に一定である。また、変位線図の上昇域と
下降域とは対称つまり、鏡像の関係にあることか
ら、総合ストロークは不変である。したがつて、
３連のプランジヤポンプのうちの吐出行程にある
１のプランジヤポンプの流体チヤンバから押し出
される液体は、吸込行程にある残る２のプランジ
ヤポンプの液体チヤンバに分配流入してそれぞれ
対応するプランジヤを復動せしめる。また、２の
プランジヤポンプが複合吐出行程にあるときにこ
れらのプランジヤポンプの液体チヤンバから押し
出される液体は、吸込行程にある残る１のプラン
ジヤポンプの液体チヤンバに流入してそのプラン
ジヤを復動せしめる。このようにして各プランジ
ヤポンプは常に、カムフオロアとカムの当接を維
持するように付勢される。

実施例 第１図および第２図において、往復ポンプはカ
ム機構１０を介して駆動される三連のプランジヤ
ポンプからなる。

カム機構１０はカムボツクス１１内に軸受１２
で回転自在に軸承されたカム軸１３と、このカム
軸に順次120゜宛取付け角度を異ならせて固定し
た、軸方向に離隔する３枚の板カム１４とを含
む。

第３図は縦軸に従節（カムフオロア）の変位Ｈ
をとり、横軸にカム軸の回転角θ（θ＝wt）をと
つた変位線図である。各連毎の動きがわかるよう
にそれぞれ実線、一点鎖線、および二点鎖線で示
してある。カムフロオアがかかる変位線図を描く
ように板カムの輪郭を決定する。

各板カムの変位線図ａ，ｂ，ｃは回転角が増大
するに伴つて変位の増大する上昇域（変位線図ａ
について言えばθ＝0゜〜180゜の区域）と、逆に回
転角が増大するに伴つて変位の減少する下降域
（同じくθ＝180゜〜360゜の区域）とを有する。上
昇域は変位が加速的に変化する加速部（変位線図
ａについて言えばθ＝0゜〜60゜の区域）と、変位
が直線的に変化する等速部（同じくθ＝60゜〜
120゜の区域）と、変位が減速的に変化する減速部
（同じくθ＝120゜〜180゜の区域）とを含んでいる。
図示例では上昇域と下降域とは線対称である。図
面から分かるように変位線図ａ〜ｃは相互に120゜
宛位相が異なるのみで同一形状であつて、相互の
交錯の態様は60゜毎に交換する２種類（図中，
で示す）のみである。

加速部における単位回転角Δθ当たりの変位Δh₁
と、減速部における対応する単位回転角Δθ当た
りの変位Δh₂との和が、等速部における単位回転
角Δθ当たりの変位ΔHに等しくなるように設計す
る。すなわち、区域のあらゆる角度位置におい
てΔh₁＋Δh₂＝ΔHなる関係が成立するように、
加速部もしくは減速部のいずれか一方または両方
を修正する。かくすることにより、この場合上昇
域に関する限り、カム機構全体としては単位回転
角当たりの変位が常に一定となる。

再び第１図および第２図を参照すると、各プラ
ンジヤポンプは液体の加圧室２１と、シリンダ２
２と、シリンダ２２内で一端が加圧室２１に進退
し得るごとく軸方向摺動自在に延在するプランジ
ヤ２３とを主要構成要素としている。加圧室２１
は一方では加圧室２１へ流入する液体の流通のみ
を許容する逆止弁２４を介して液体の吸入口２５
と連絡し、他方では加圧室２１から流出する液体
の流通のみを許容する逆止弁２６を介して液体の
吐出口２７と連絡している。吐出口２７はすべて
共通の吐出管（図示せず）に接続する。

シリンダ２２はカムボツクス１１に固設したシ
リンダケース２８に取り付けてある。プランジヤ
２３の他端はシリンダケース２８内に軸方向摺動
自在に延在するガイドピストン２９と同軸状に一
体的に結合している。ガイドピストン２９の端部
にはカムフオロア３０を回転自在に軸支してあ
る。プランジヤ２３およびガイドピストン２９の
軸線は、カムフオロア３０の回転軸線およびカム
軸１３の回転軸線と直交する。カムフオロア３０
は板カム１４と当接して転動する。

シリンダケース２８内にはシリンダ２２の端面
３１とガイドピストン２９の端面３２とでプラン
ジヤ２３の周りに環状のチヤンバ３３が画成され
る。このチヤンバ３３はシリンダケース２８に穿
設した孔３４と連通している。３本のプランジヤ
２３にそれぞれ対応する３つのチヤンバ３３は孔
３４に接続した管路３５を通じて相互に連通して
いる。管路３５の一端は油ポンプもしくはアキユ
ムレータのような圧力源３６に接続し、管路３４
の他端はレリーフバルブ３７（圧力源がアキユム
レータである場合は不要）に通じている。しかし
てチヤンバ３３内には常に加圧液体が充満する。
この加圧液体はガイドピストン２９の端面３２に
作用して、ガイドピストン２９およびプランジヤ
２３を図中右方へ移動させる戻し力を生ぜしめ
る。端面２３の面積と加圧液体の圧力はプランジ
ヤ２３に必要最小限の復行程の戻し力を与えるこ
とができるように設定すればよい。斯くしてカム
フオロア３０は常に板カム１４に押圧せしめられ
る。

上記構成の往復ポンプは次のように作動する。

駆動装置（図示せず）が始動してカム軸１３が
回転すると、３個のカムフオロア３０が順次120゜
宛位相の異なる変位線図（第３図）を描くように
運動する。これは３本のプランジヤ２３が同様の
変位線図に対応して往復運動を行うことにほかな
らない。つまり３本のプランジヤは吸入・吐出サ
イクルが順次120゜宛異なるようにして往復動す
る。プランジヤ２３が図中左方への往行程つまり
吐出行程にあるときは、逆止弁２４により吸入口
２５への液体の逆流は阻止されるから、加圧室２
１内の液体は加圧されて、逆止弁２６を通つて吐
出口２７から共通の吐出管へ吐出される。プラン
ジヤ２３が図中右方への復行程にあるときは、吸
入口２５から逆止弁２４を通つて加圧室２１内に
液体が吸入される。このとき逆止弁２６は吐出口
２７から加圧室２１へ向かつて液体の逆流を阻止
する。

カム機構１０とプランジヤポンプの運動との関
係についていま少し詳しく述べる。第２図は第３
図の変位線図における回転角θ＝０の状態に対応
する。この状態からカム軸１３の矢印方向に回転
すると、変位線図ａで表されるごとく、最初の
60゜の間に第１のプランジヤが加速的に第２図中
左方へ移動し、次の60゜の間に減速的に同方向に
移動して行程端へ至る。第２、第３のプランジヤ
も順次120゜宛遅れて上述のごとき運動を行う。

上記最初の60゜の間についてみると、第１の
プランジヤが加速的往行程にあるとき、第２のプ
ランジヤは変位線図ｂで表されるごとく等速復行
程にあり、第３のプランジヤは変位線図ｃで表さ
れるごとく減速的往復行程にある。次の60゜の間
では第１のプランジヤが等速往行程に入り、第
２のプランジヤが減速復行程、第３のプランジヤ
が加速的復行程にある。したがつて、往（吐出）
行程だけについてみれば、回転角60゜毎に、いず
れか１つのプランジヤの等速往行程と、残る２の
プランジヤの複合往工程とが交替する。

第３図にで示した60゜の区間では変位線図ａ
に対応するプランジヤのみが吐出行程にあり、吐
出量はΔQ：Δθで表される。で示したいまひと
つの60゜の区間では、別の２のプランジヤによる
複合吐出が行われ、吐出量は（Δq₁＋Δq₂）：Δθ
で表される。カム機構について既に述べたよう
に、各板カムの輪郭は、変位線図の加速部におけ
る単位回転角当たりの変位Δh₁と減速部における
対応する単位回転角当たりの変位Δh₂との和が、
等速部における単位回転角当たりの変位ΔHに等
しくなるようにしてある。したがつて、ΔQ＝
Δq₁＋Δq₂なる関係が成立し、当該往復ポンプの
吐出量は常に一定となる。

また、既述のとおり各板カム１４を変位線図の
上昇域と下降域とが線対称となるような輪郭にし
てあるので、等速往行程にあるいずれか１つのプ
ランジヤの移動量が、複合往行程にある残る２つ
のプランジヤの移動量の和に等しく、かつ、複合
往行程にあるいずれか２つのプランジヤの移動量
の和が、等速復行程にある残る１つのプランジヤ
の移動量に等しくなる。したがつて、プランジヤ
復帰用の液体は３つのチヤンバ３３間を互いに行
き来するだけで全体としては同量のままであり、
理論上増減はないから、管路３５の両端は閉じて
いてもよい。もつとも実際上は、リーク等を考慮
してその分を補給する極小容量のポンプを設けて
もよい。圧力源としてはポンプのほかにアキユム
レータやスプリングピストンを利用た補充容器を
用いることもできる。

考案の効果 この考案によれば、あるプランジヤの往動時に
それに対応するチヤンバから押し出される流体は
他の復動中のプランジヤに対応するチヤンバに分
配流入してそれぞれ対応するプランジヤを復動さ
せる作用をなす。このように総てのチヤンバおよ
びそれらを連通せしめる管路中の液体の総量は常
に概ね一定であり、プランジヤの復動作を円滑に
行わしめる。この液体の圧力はプランジヤの復動
に必要な最低圧力で充分であり、しかも常に一定
であるからスプリングのようにエネルギーロスが
ない。また、プランジヤの復動の間にカムフオロ
アにかかる面圧が常に同じであるためカムの偏摩
等を防止でき、合理的なメカニズムである。

このように、液体を利用した復動式となすこと
により従来の方式に伴う不利を解消するのみなら
ず次のような利点もある。

定量ポンプの諸運転状況（例えば高速運転、低
速運転、粘度の高い液体を扱う場合等々）に応じ
て、レリーフバルブを操作することにより迅速容
易に最適の復動作に必要な流体圧力を与えること
ができる。

液体圧力を操作することによりプランジヤによ
る液体の吐出圧に応じた圧力をチヤンバ３３内の
液体に与えることができるから、シリンダ（加圧
室）からの液体の漏れを減少させることができ
る。例えば液体の吐出口圧力の1/2の圧力をチヤ
ンバ内の液体に与えると、液体が加圧室から大気
に漏れる場合に比べて漏れを1/2以下に抑えるこ
とができる。さらにまた、この場合、プランジヤ
復動用の液体に適当な潤滑油を使用してプランジ
ヤの潤滑をも行うようにすれば、当該定量ポンプ
の耐久性向上に大いに寄与する。勿論プランジヤ
と復動用ピストンとの間に大気圧帯を設けて加圧
室内の移送液体とチヤンバ内の潤滑油を完全に分
離し、互のリークの混合を防ぐようにすることも
可能である。

さらに、高温の移送液体を扱う場合、プランジ
ヤ復動用の液体を循環させることによつて冷却効
果も期待できる。プランジヤの冷却のみならず、
プランジヤおよびシリンダから他の構成要素（シ
リンダケース、ガイドピストン、カム機構等）へ
の熱の伝達を遮断してそれら構成要素を保護する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案のプランジヤ戻し装置を備え
た単動三連式往復ポンプの平面図、第２図はある
プランジヤポンプの軸線に沿う第１図の往復ポン
プの断面図、第３図は第１図の往復ポンプで利用
しているカムの変位線図で、縦軸はカムフオロア
の変位を表し、横軸は回転角を表す、第４図は通
常の往復ポンプの模式図である。 ２２……シリンダ、２３……プランジヤ、２８
……シリンダケース、３０……カムフオロア、３
３……液体チヤンバ、３４……孔、３５……管
路、３６……圧力源、３７……レリーフバルブ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 吐出口を共通の吐出管に接続した３連のプラ
   ンジヤポンプと、駆動装置とプランジヤポンプ
   との間に介在してプランジヤを往復動させるカ
   ム機構とからなり、各プランジヤポンプが吸入
   口、吐出口、および前記両口と連絡する加圧室
   を有するシリンダと、一端が加圧室内に進退し
   うるごとくシリンダ内に軸方向摺動自在に延在
   するプランジヤと、プランジヤの他端に回転自
   在に軸支したカムフオロアと、カムフオロアを
   カムに常に当接せしめるごとくプランジヤを付
   勢するプランジヤ戻し装置とを包含する往復ポ
   ンプにおいて、前記カム機構が、順次120゜宛取
   付け角度を異ならせ、かつ、それぞれ前記カム
   フオロアと当接するごとく同一軸上に固定した
   ３枚の板カムからなり、各板カムの変位線図
   が、板カムの回転角が増大するに伴つて変位が
   増大する上昇域と、板カムの回転角が増大する
   に伴つて変位が減少する下降域とを有し、前記
   上昇域と前記下降域とは線対称をなし、前記上
   昇域もしくは下降域のうちプランジヤの吐出行
   程に対応する方が、変位の加速的に変化する加
   速部と、変位の直線的に変化する等速部と、変
   位の減速的に変化する減速部とを含み、加速部
   における単位回転角当たりの変位と減速部にお
   ける対応する単位回転角当たりの変位との和
   が、等速部における単位回転角当たりの変位に
   等しく、前記プランジヤ戻し装置が各プランジ
   ヤポンプに設けた、所定圧力の液体を収容する
   とともにプランジヤと連動して拡張・収縮する
   液体チヤンバからなり、すべての液体チヤンバ
   が相互に連通していることを特徴とする往復ポ
   ンプのプランジヤ戻し装置。 (2) 前記液体チヤンバが管路で相互に接続され、
   該管路の一端が圧力源に接続していることを特
   徴とする実用新案登録請求の範囲(1)の往復ポン
   プのプランジヤ戻し装置。 (3) 前記圧力源がアキユムレータであつて、か
   つ、前記管路の他端が閉じていることを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲(2)の往復ポンプの
   プランジヤ戻し装置。 (4) 前記圧力源がポンプであつて、かつ、前記管
   路の他端がレリーフバルブに通じていることを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲(2)の往復ポ
   ンプのプランジヤ戻し装置。