JPH0267471A - 無脈動定量ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、往復動プランジャポンプを使用した無脈動
定量ポンプに係り、特に２基の定量ポンプをその流体の
流れが直列となるように配置し、駆動モータの速度制御
を行うことなく、機械的な構成によって安定した無脈動
特性を得ると共に、流量調節も簡便に行うことのできる
無脈動定量ポンプの改良に関する。

〔従来の技術〕

一般に、シングルプランジャ式往復動ポンプは、吸込行
程時に吐出量が零となるため、吐出流体は大きな脈動を
発生することから、２基の同径のプランジャポンプを使
用して各プランジャの往復動の位相を１／２サイクルず
らして各プランジャの合計移動容積が常に一定となるよ
うに制御する無脈動定量ポンプが実施されている。この
種の無脈動定量ポンプは、各プランジャの合計移動容積
が一定になるよう作動させる特殊な曲線を有する１個ま
たは２個のカムを使用し、２本のプランジャのポンプ動
作による合成吐出量を理論上無脈動にすることができる
。

しかしながら、実際にはカムの加工上の問題点から、前
述した合成吐出量の脈動を完全に回避することが困難で
あり、特に２本のプランジャの合成部分において、流量
が局部的に減少すると共に吐出圧力も低下して脈動が発
生する。

このような観点から、出願人は先に、２本のプランジャ
を駆動するカムに駆動モータを連結すると共に駆動モー
タに駆動制御回路を接続し、さらに合成吐出流体の圧力
を検出して圧力変動位置を検出する回路と、カムの回転
位置を検出する回路とを設けて、これらの回路で得られ
る出力信号を前記駆動制御回路に供給して駆動モータの
速度制御を行うよう構成した無脈動定量ポンプを提案し
特許出願（特開昭５７−７０９７６号）を行った。

このように、構成された無脈動定量ポンプは、合成吐出
量の圧力変動の生じる位置を圧力検出器の検出信号で検
出し、一方実際のカムの回転位置信号を発生し、これら
の信号に基づいて圧力変動の生じる時点において適宜駆
動モータの速度制御を行うことにより、カム特性に頼る
方式に比べて脈動の発生を極めて小さく抑えることがで
きる。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、この種の無脈動定量ポンプにおいては、第４図
に示す通り、２基の定量ポンプ７０．７２を並列に配置
し、これらの定量ポンプは吸込口同志７４．７４および
吐出口同志７６．７６を配管接続して流体の流れがそれ
ぞれ並列になるよう構成されている。従って、このよう
な定量ポンプの配列では、それぞれのポンプに設けられ
た配管は集合接続されるため、これら配管により占めら
れる空間の領域は必要以上に拡大され、ポンプ設置場所
の制約を受けると共に配管構成が複雑なため配管作業が
困難となり結果的にトータルコストが高価になる難点を
有していた。

さらに、この種の定量ポンプにおける吐出量の調整は、
プランジャのストローク長を変更することにより、ポン
プ室の容積変化量を変化させて行っていた。

しかし、可変速モータによって無脈動の安定化や流量調
整を行うためには、制御回路が複雑となり、特に流量調
整を行う場合に無脈動特性が不安定化することも考えら
れ、この種ポンプシステムの設備コストが嵩む等の雑煮
がある。

そこで、本発明の目的は２基の定量ポンプをその流体の
流れが直列となるように上下に配置し、吸込、吐出配管
を単一化して全体としてコンパクトな構成とすると共に
制御回路が複雑となる可変速モータを使用することなく
、２連のプランジャポンプのプランジャを同時に連動さ
せてストローク長の調整が可能なカム機構を設けること
により、常に安定した無脈動特性を保持しながら流量調
整を簡便かつ円滑に達成することができる無脈動定量ポ
ンプを提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

２本のプランジャをカム駆動により各ポンプ室内を往復
動させてそれぞれのプランジャのポンプ動作により合成
吐出量を得るよう構成した無脈動定量ポンプにおいて、 前記各プランジャの往復動により吸込、吐出される流体
をその流れが直列となるよう各ポンプ室を接続配置し、
前記各プランジャの軸線に対しこれと直交し回転自在に
かつ軸方向に摺動自在に回転軸を軸支し、この回転軸に
吸込側ポンプ室のプランジャ往復動作に正弦運動を与え
るべく軸方向に変位しかつその変位量と共に偏心量が次
第に変化するように設けられた第１のカム部材と、この
第１のカム部材と同一軸方向に変位しかつ第１のカム部
材に対し相対的に半径方向に変位し前記正弦波との合成
吐出波形が一定となるよう吐出側ポンプ室のプランジャ
を往復動作させる第２のカム部材を設け、さらに前記回
転軸の一部に軸方向の移動調節機構を設けると共に回転
駆動手段を結合することを特徴とする。

この場合、前記第１、第２のカム部材は略円錐形からな
り、これら第１、第２のカム部材とそれぞれ当接するプ
ランジャの当接部は相互に点接触するよう構成すれば好
適である。

また、前記回転軸の移動調節機構は、回転の一端部に継
手を介して調節ねじ軸を結合し、この調節ねじ軸をダイ
ヤルの回転で回転軸を軸方向に移動させて流量調整を行
うよう構成しても良い。

さらに、前記回転軸の回転駆動手段は、回転軸の一部と
駆動軸とを平歯車もしくはウオームホイールを介して結
合するかまたは駆動軸と直結する構成としても良い。

〔作　用〕

本発明に係る無脈動定量ポンプによれば、回転駆動手段
の駆動により回転軸を介して一対のカム部材が回転する
。このカム部材の回転によりその軸直角断面において各
プランジャは前記回転軸に対し遠心方向と求心方向（二
次元の変位）にそれぞれ１８０°の位相差を以って変位
する。この場合、ポンプ室を前記プランジャの往復動に
より吸込、吐出される流体をその流れが直列となるよう
接続配置し、各プランジャを往復動させる一対のカム曲
線と逆止弁との組合せにより、各プランジャの吐出波形
の合成波形を実質的に一定とすることができる。さらに
、前記回転軸を軸方向に移動調節すれば、前記各プラン
ジャに対するカムの半径方向の変位量が次第に変化して
そのストローク長が加減調節されて、三次元偏心調整が
可能となり流量調整を簡便かつ円滑に達成することがで
きる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る無脈動定量ポンプの実施例につき添
付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図は、本発明に係る無脈動定量ポンプの一実施例を
示す要部断面図である。第１図において、１０はカムハ
ウジング１２とプランジャハウジング１４とからなるポ
ンプハウジングであり、カムハウジング１２には回転軸
１６が軸受１８，２０により垂直方向に回転自在に軸支
されている。また前記回転軸１６の下側にはウオームホ
イール２２が軸受２０により回転自在に支承され、この
ウオームホイール２２には回転軸１６の一端（図中下方
）がキー２４を介して軸方向摺動可能に挿嵌されている
。さらに、ウオームホイール２２にはモータ等からなる
駆動源（図示せず）の出力軸２８にキー３０を介して固
着されたウオーム２６が噛合し、これにより回転軸１６
は所定の減速比で回転駆動される。一方、前記回転軸１
６の他端（図中上方）側を支持している軸受１８の内輪
にはボス３２が嵌合し、このボス３２にはキー３４を介
して回転軸を軸方向摺動可能に挿嵌している。

前記カムハウジング１２の上部には小型のハウジング３
６が載設され、このハウジング３６には回転軸１６の移
動調節機構３８が設けられている。すなわち、この移動
調節機構３８は前記ハウジング３６の貫通ねじ穴４０に
螺合する調節ねじ軸４２と、この調節ねじ軸４２の一端
に延在する小径軸４４の端部に取付けられたダイヤル４
６と、さらに調節ねじ軸４２の他端（図中下方）にはこ
の調節ねじ軸４２と回転軸１６とを相互に同一軸線上で
回転自在に接続する継手４８とで構成される。また、前
記ダイヤル４６の一端外周には目盛りが刻設されると共
に、前記ハウジング３６上部に取付けられた円筒ケース
５０側部にも目盛りが刻設され、これらの目盛りの組合
せで回転軸１６の軸方向移動量を読取り、または、設定
することができる。

また、前記回転軸１６には第１のカム部材５２と第２の
カム部材５４とからなる一対のカム部材が上下に配設さ
れている。

一方、プランジャハウジング１４内には前記回転軸１６
と直交する２本のプランジャ５６．５８が前記第１、第
２のカムに対応して上下に平行に設けられ、このプラン
ジャ５６．５８の後端（図中左側）のホルダ６０６２に
回転自在に保持された鋼球６４，６６は、前記第１、第
２のカム部材外周にそれぞれ当接している。

さらに、前記鋼球６４．６６はコイルばね６８．７０の
作用で前記第１、第２のカム部材５２．５４に押圧付勢
されている。

また、前記プランジャハウジング１４の右側面には内部
に第１のポンプ室７２が形成された第１のポンプゲージ
ング７４と、第２のポンプ室７６が形成された第２のポ
ンプケーシング７８が上下に配設されている。前記各ポ
ンプ室７２．７６内には前記プランジャ５６．５８の先
端（図中右側）が進退可能に挿入し、その挿入部分はそ
れぞれシール部８０．８２によりシールされている。前
記プランジャハウジング右側面下側に設けられた第２の
ポンプゲージング７８には吸込口８４が設けられ、この
吸込口８４と第２のポンプ室７６間には逆止弁８６が組
込まれている。

また、前記第２のポンプケーシング７８の吐出口とその
上方に設けられた第１のポンプケーシング７４の吸込口
間は逆止弁８８を介して連通接続され、さらに第１のポ
ンプケーシング７４の上方には吐出口９０が設けられて
いる。尚、この場合、前記吐出口９０には逆止弁を設け
る必要はないが、殊に逆流防止、または整流のためにこ
れを設けることは妨げない。

このようにして、プランジャの往復動によりポンプ作用
を行う定量ポンプがそれぞれ逆止弁を介してプランジャ
ハウジングの右側面にその流体の流れが直列となるよう
配設される。

つぎに、上下に配設された第１の定量ポンプ９２と第２
の定量ポンプ９４によるポンプ作動について説明する。

下側に設けられた第２のポンプ室７６内に一端を挿入し
ているプランジャ５８は第２のカム部材５４の回転動作
により変位した分、後退移動し、この移動により流体は
逆止弁８６を通過して第２のポンプ室７６内に流入する
。

さらに、第２のカム部材５４が回転軸１６と共に回転す
ると、この第２のカム部材は半径方向に変位し、プラン
ジャ５８を前進させる。これにより第２のポンプ室７６
内で圧縮された液体は逆止弁８８を通過して第１のポン
プ室７２内に流入する。この場合、同時に第１のポンプ
室７２内に進退自在に挿入している上側のプランジャ５
６は、前記第２のカム部材５４と１８０°の位相差をも
って形成された第１のカム部材５２により、下側のプラ
ンジャ５８とは相対的な往復運動、すなわち後退動作が
開始される。従って、前記第２のポンプ室７６内の液体
が第１のポンプ室７２内に流入する。さらに第１のカム
部材５２が回転するとプランジャ５６は再び前進動作に
入り、第１のポンプ室７２内の液体を吐出口９０より吐
出し、直列の流体の流れが形成される。

従来から、それぞれのプランジャの動作を相対的に行わ
せて吸込、吐出行程を同時に行うことで、それぞれの流
量波形で生ずる山、谷（パルス）をそれぞれ打消し合い
、合成吐出量を一定にすることにより、脈動を防止する
並列型の無脈動ポンプは知られている。しかしながら、
合成吐出量の脈動を完全に回避するにはカム形状が複雑
となり困龍とされてきた。

そこで、本発明は第１、第２の定量ポンプをその流れが
直列となるよう配置することにより前記問題を一気に解
決した。

すなわち、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示され
る流量波形を得るべく各プランジャ５６．５８の動作を
与える第１、第２のカム部材５２．５４の組合せで解決
することができる。しかるに、第２のカム部材５４は回
転軸１６に対する軸直角断面が偏心円形カムとなるよう
な偏心軸を回転軸に対して変位させた円錐形のカムによ
り、プランジャ５８の動きは第２図（ｃ）に示される正
弦波が描かれるよう構成することができる。これにより
、第１のポンプ室７２から吐出される合成吐出流量波形
を第２図（ａ）に示される波形とすべく、第２のカム部
材の軸直角断面の形状をプランジャ５６が第２図（ｂ）
に示される波形を得るよう形成し、第１、第２のカム部
材の組合せにより脈動を回避することができる。この場
合、第１のカム部材５２は第２のカム部材５４と同様偏
心軸を回転軸１６に対し変位させた略円錐形の特殊カム
が形成される。すなわち、第１、第２のカム部材はそれ
ぞれ軸方向の変位量と軸断面における偏心量とは比例す
るよう形成されている。従って、それぞれのカム部材５
２．５４を有する回転軸１６をダイヤル４６の回転によ
り調節ねじ軸４２の作用で軸方向に移動させることによ
り、変位量に比例して各プランジャ５６゜５８のストロ
ーク長が比例的に変位し、吐出量を適宜調節することが
できる。

しかるに、第２のポンプの吐出量を９１、第１のポンプ
の吐出量を９２とすると、最大吐出量をＡとしたとき、
回転軸１６の回転角度をθとすれば ｑ、　＝Ａ　Ｓｉｎθ　　　　　　　　　（１）および ただし０≦θ≦π ＝Ａ／π　　　　　　　　　　　　　　（３）ただしπ
≦θ≦２π となる。

尚、第１、第２のカムをそれぞれ特殊形状のカムとした
場合の流量波形は必ずしも正弦波形状とはならないこと
は勿論である。

すなわち、これを第３図に示す特殊形状のカムを用いた
場合の流量波形説明に基づいて説明すると、第２の定量
ポンプ９４の流量波形をに−ｆ（θ）とした場合（ｋは
回転軸１６の軸方向変位量、θは回転軸１６の回転角と
する）、ｆ（θ）＝０（吐出、吸込の切換え時）となる
点をθ。、θ１とすると、ボとなる。ここで、第１の定
量ポンプ９２の流量波形をｋ・９（θ）とすると、 θ。≦θ≦θ、の範囲では となる。また、ｑ（θ）−〇となる点をθ２゜θ３とす
ると第１の定量ポンプ９２において従って、（４）弐〜
（８）式の関係を満足する流量波形が得られれば正弦波
形状の必要はない。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明に係る無脈
動定量ポンプによれば、各プランジャの往復動により吸
込、吐出される流体をその流れが直列となるように各ポ
ンプを接続配置することにより、従来の並列形の無脈動
定量ポンプに必要な吸込、吐出配管が不要となり、ポン
プが空間を占める領域が削減されて省スペース化が達成
できる。

さらに、回転軸上に吸込側ポンプ室のプランジャ往復動
作に正弦運動を与えるべく軸方向に変位しかつその変位
量と共に偏心量が次第に変化するよう設けられた第１の
カム部材と、この第１のカム部材と同一軸上にこの軸と
同一軸方向に変位しかつ第１のカム部材に対し相対的に
半径方向に変位し前記正弦波との合成吐出波形が一定と
なるよう吐出側ポンプ室のプランジャを往復動させるカ
ム部材を設け、さらに前記回転軸の一部に軸方向の移動
調節８１梢を設けて構成することにより、２本のプラン
ジャのストローク長を同時にしかも対称的に調整し得る
よう三次元の偏心量調整が可能となり、軸方向変位調整
を行うだけで、簡便にしかも無脈動特性に影響を与える
ことなく適正な流量調整を行うことができる。

また、吸込側ポンプのカム形状は単純な円錐形状となり
、吐出側ポンプのみ特殊形状のカムとすれば足り、従っ
て製作が容易で製造価格が低源となり、簡単な構成でし
かも調整操作も容易にして精度の高い流量調整を行うこ
とができる。しかるに、従来のように、カム機構の駆動
を行う駆動源としての電動モータに高価な可変速モータ
による速度制御が不要となり、トータルコストの低廉化
が図れる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更を
なし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る無脈動定量ポンプの要部断面図、
第２図は本発明に係る無脈動定量ポンプの吐出量波形図
を示し、第２図（ａ）は合成波形図、第２図（ｂ）は第
１の定量ポンプの流量波形図、第２図（Ｃ）は第２の定
量ポンプの流量波形図、第３図は特殊形状のカムの場合
の流量波形説明図、第４図は従来の無脈動定量ポンプの
全体斜視図である。 １０・・・ポンプハウジング １２・・・カムハウジング １４・・・プランジャハウジング １６・・・回転軸　　　　１８．２０・・・軸受２２・
・・ウオームホイール ２４．３０．３４・・・キー　　２６・・・ウオーム２
８・・・出力軸 ３６・・・ハウジング ４０・・・貫通ねじ穴 ４４・・・小径軸 ４８・・・継手 ５２・・・第１のカム部材 ５４・・・第２のカム部材 ５６、５８・・・プランジャ ６０、６２・・・ホルダ ６８、７０・・・コイルばね ７２・・・第１のポンプ室 ７４・・・第１のポンプケーシング ７６・・・第２のポンプ室 ７８・・・第２のポンプゲージング ８０、８２・・・シール部　８４・・・吸込口８６．８
８・・・逆止弁　　９０・・・吐出口９２・・・第１の
定量ポンプ ９４・・・第２の定量ポンプ １００．１０２・・・定量ポンプ １０４・・・吸込口　　　１０６・・・吐出口３２・・
・ボス ３８・・・移動調節機構 ４２・・・調節ねじ軸 ４６・・・ダイヤル ５０・・・円筒ケース ６４　、６６・・・鋼球 ＦＩＧ。 ＦＩＧ。 （ａ） ＦＩＧ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）２本のプランジャをカム駆動により各ポンプ室内
   を往復動させてそれぞれのプランジャのポンプ動作によ
   り合成吐出量を得るよう構成した無脈動定量ポンプにお
   いて、 　前記各プランジャの往復動により吸込、吐出される流
   体をその流れが直列となるよう各ポンプ室を接続配置し
   、前記各プランジャの軸線に対しこれと直交し回転自在
   にかつ軸方向に摺動自在に回転軸を軸支し、この回転軸
   に吸込側ポンプ室のプランジャ往復動作に正弦運動を与
   えるべく軸方向に変位しかつその変位量と共に偏心量が
   次第に変化するように設けられた第１のカム部材と、こ
   の第１のカム部材と同一軸方向に変位しかつ第１のカム
   部材に対し相対的に半径方向に変位し前記正弦波との合
   成吐出波形が一定となるよう吐出側ポンプ室のプランジ
   ャを往復動作させる第２のカム部材を設け、さらに前記
   回転軸の一部に軸方向の移動調節機構を設けると共に回
   転駆動手段を結合することを特徴とする無脈動定量ポン
   プ。
2. （２）前記第１、第２のカム部材は略円錐形からなり、
   これら第１、第２のカム部材とそれぞれ当接するプラン
   ジャの当接部は相互に点接触するよう構成してなる請求
   項１記載の無脈動定量ポンプ。
3. （３）前記回転軸の移動調節機構は、回転軸の一端部に
   継手を介して調節ねじ軸を結合し、この調節ねじ軸をダ
   イヤルの回転で回転軸を軸方向に移動させて流量調整を
   行うよう構成してなる請求項１記載の無脈動定量ポンプ
   。
4. （４）前記回転軸の回転駆動手段は、回転軸の一部と駆
   動軸とを平歯車もしくはウォームホイールを介して結合
   するかまたは駆動軸と直結してなる請求項１記載の無脈
   動定量ポンプ。