JPS6088879A - 自由ピストンポンプ装置 - 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】 この発明は、ガスで作動する自由ピストン・、ｊ９ンゾ
装置に関する。

自由浮動ピストンを駆動して圧力流体をポンプする／こ
めに、圧力ガスを使用することは、従来から知られてい
た。このポンプは電気的タイプのモータ駆動型ポンプを
使用することの必要性を除去するために使用されてきた
。出願人が認識している最も適切な従来技術は、スミス
（Ｎ、Ｖ、Ｓｍ１ｔｈ　）の米国特許第２，８５８，７
６７号に開示されたものであシ、これはデュアルポンプ
の四方向制御弁を使用している。ｌ〜かし、このような
装置は、同期させることが困難であり、あらゆる負荷状
態で動作可能に保持することが難しい。それに加えて、
２個のピストンのみが使用されているので、出力流体は
脈動を生じてし甘う。

この発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、
出力流体が脈動を起すことがなくあらゆる負荷状態で動
作させることが可能の自由ピストンポンプを提供するこ
とを目的とする。

この発明によれば、少くとも３個のピストン組立体を有
するガス作動型自由ピストンポンプ装置が提供される。

各制御弁は第１及び第２の位置を有する。他のピストン
組立体がその排出行程の終了点の近傍にきたときに、こ
れに応答して制御弁をその第１位置に位置させる手段が
設けられている。その第１位置にあるときに、圧力ガス
がその供給源からピストン組立体に連結された制御弁へ
与えられる。その連結されたピストン組立体がその排出
行程を終了したときに、制御弁をその第２の位置に位置
させる手段が設けられている。その第２位置にあるとき
に、圧力ガスがその連結されたピストン組立体から取シ
除かれ、ピストン組立体は排気さｉ］る。

特に、少くとも３個のピストン組立体は、夫々ガス部と
水圧部とに分割された各シリンダ内を往復移動するよう
に位置されている。圧力ガスの供給源は適宜の制御弁を
介して各シリンダのガス部に連結されている。各シリン
ダのガス部はピストンの排出（出力）行程の端部にて離
隔した部分に位置する２個の制御ポートを有する。第１
のポートがピストンにより開けられると、ガス圧が適宜
の通路を介して与えられて第２のピストン組立体用の制
御弁を位置させてその出力行程を開始させる。第２のポ
ートが第１のピストン組立体の出力行程の終端にて開放
されると、そのピストン組立体用の制御弁はそれと圧力
ガス供給源との連結を外し、それを帰還路へ連結するよ
うに作動する。従って、各シリンダは先行するシリンダ
の出力行程の終端に先立ち、圧力ガスで高圧にされ、い
ずれの時にも出力が一定の静水圧に維持される。

以下、添付の図面を参照してこの発明の一実施例につい
て説明する。図面には、ハウジング１２を有する自由ピ
ストンポンプシステム１０が開示でれている。このハウ
ジング１２内には、ポンプ部１４が配設されており、こ
のポンプ部１４はそれと対応するガス制御弁１６及び流
体制御弁１８を有する。ガス制御弁１６はガス供給源２
θからポンプ部１４のガス部への圧力ガスの供給を制御
する。流体制御弁１８はポンプ部１４の水圧部及び貯蔵
器２４から負荷２２への圧力流体の流れ全制御する。

ガス同価）弁１６はポンプ部１４内のピストンの位置に
応じて機能する。ピストンがその出力行程の終了点に近
づくと、ガス制御弁１６は次順のポンプ部へ圧力ガスを
連続的に供給するように作動する。ピスト／がその出力
行程の終端に近づくと、それはシリンダのガス部をガス
帰還路又は雰囲気へ排出し、貯留圧下の水圧流体をピス
トンへ返戻し、弁の水圧部を個別的に次の出力又は排出
行程へ満たさせる。このようにして、自由ピストンポン
プ組立体のポンプ部１４への圧力ガスの供給に応じて、
圧力流体の連続的な流れが与えられる。

ポンプ部１４は３個の独立したポンプセクションＰＳ１
．ＰＳ２及びＰＳ３を有する。ＰＳｌは圧力流体がそれ
に供給された圧力ガスに応じて追い出される排出行程又
は出力行程が終了する位置が示されている。ＰＳ２はそ
の出力行程が開始するところが示されている。ＰＳ３は
出力行程を開始するだめの準備位置が示されている。こ
の位置において、ＰＳ３の水圧セクションは圧力ガスの
供給に応じて排除される流体で完全に満たされている。

しかしながら。圧力ガスはＰ８３へは与えられない。

ＰＳｌはチャンバーＣ１及びＨｌに分割されるシリンダ
１を有する。圧力流体がチャンバエ（１内に存在する間
、圧力ガスがチャンバＣＩに供給される。ピストンロッ
ド２６によシ連結されたピストンＰ１及びＰ４がシリン
ダ１内に往復移動可能に設置されている。ピストンＰ４
がチャンバＣ１内に位置している間、ピストンＰ１はチ
ャンバＣ１内に位置している。チャン／ＳＣ１は出力行
程の終端にてピストンＰ）により占められたチャンバＣ
１の部分の近傍に長手方向に離隔した１対のポー）Ａ及
びＢを区画する。

ポンプセクションＰＳ２はＰＳｌと同様に構成されてお
シ、チャンバＣ２及びＨ２に分割されたシリンダ２を有
し、このチャンノ々Ｃ２及びＨ２内には夫々ピストンＰ
２及びＰ５が位置している。ピストンＰ２及びＰ５はピ
ストンロッド２８によシ相互に連結されている。ポート
Ｃ及びＤはチャンバＣ２内に位置しており、チャンバＡ
及びＢと同様に配設されている。

ピストンセクションＰＳ３は前述のセクションに類似し
ており、チャンノ々Ｃ３及びＨ３に分割されたシリンダ
３を有し、このチャン・ＺＣ３及びＨ３内にはピストン
ロッド３０により相互に連結されたピストンＰ３及びＰ
６が位置している。チャンバＣ３は前述の如く位置する
ポートＥ及びＦを区画する。

ガス制御弁セクション１６は３個の弁Ｖ７゜ｖ２及びｖ
３を廟する。制御弁ＶノはポンプセクションＰＳ１と連
結しておシ、制御弁ｖ２はポンプセクションＰＳ２と連
結しておシ、制御弁Ｖ３はポンプセクションＰＳＥと連
結している。

６弁Ｖ１．Ｖ２及び■３は供給源２ｏからチャンバＣ１
，Ｃ２及びＣ３への圧力ガスの供給を制御するか、又は
ガス帰還路又は出力ポート３２にて示される雰囲気への
チャンバＣ１，Ｃ２及びＣ３の排気を制御する。

弁ｖノはポート３８．４０及び４２を区画するシリンダ
３６内に位置するスツール３４を有する。スプール３４
上のランド４４及び４６は夫々ポート３８及び４２を開
閉してチャンバＣ７を夫々圧力ガスの供給源２ｏ又は帰
還路へ連結する。スプール３４はもどシ止め４８にょシ
制御される２位置のうち１位置のみとることができる。

スプール３４は凹所５２内に位置するときには、第１図
に示す位置にスプール３４を保持し、凹所５０内に位置
するときには、スプール３４をポート４２が閉じられポ
ート３８が開いた位置に保持する。

弁ｖ２は弁ｖ１と同様に構成されておシ、ポート５８．
６０及び６２を区画するシリンダ５６内に移動可能に設
置されたスプール５４を有する。ランド６４及び６６は
夫々ポート５８及び６２を開閉する。もどり止め６８は
凹所又は溝７０及び７２によシ表わされる２位置にスツ
ール５４を位置させる。図面に示される位置にあるとき
には、ランド６４は７１？−ト５Ｂを開放し、圧力をチ
ャンバＣ２に供給する。

弁■３は弁ｖノ及びｖ２と同様であり、ポート７８．８
０及び８２を区画するシリンダ７６内に位置するスツー
ル７４を有する。ランド８４及び８６は夫々月？−）７
．９及び８２を開閉−４゛る。もど９止め８８は凹所又
は溝９０及び９２内に位置してスツール７４をその各位
置の一つに位置させる。第１図に示す位置にあるときに
は、ポート８２は開放され、ガス帰還路又は写囲気をナ
ヤンバＣ３に連結する。

水圧弁セクションノ８は夫々３個の弾性付勢されたチェ
、り弁を２セツト有する。チェック弁ＣＶＩ　、　ＣＶ
２及びＣＶ３は夫々貯留庫２４からチャンバＨ１，Ｈ２
及びＨ３への圧力流体の供給を制御する。チェック弁Ｃ
■１はスプリング１０２によシ図面上で右方に連続的に
付勢されたポペット弁１００を有する。ポ被ット弁１０
０はポペット弁１００が図面に示す位置にあるときに、
水圧流体がそれを介してチャンバＨ１内に流入するポー
ト１０４を区画する。弁座１０６はポペット弁１０θを
収納してガス圧力がチャンバＣ１に伺加されたときにチ
ャンバＨ１内に貯留庫２４から圧力流体の流れを排除し
、ピストンＰ４は圧力流体を以下に詳述するように月？
ンビングする。

チェック弁ＣＶ２はチェック弁Ｃｖ１と同様であり、ス
プリング１１２により右方に連続的に付勢されたポート
１１４を形成するポペット弁１１０を有する。弁座１１
６は７３Ｙ　””−ヮト弁１１０を収納して下記の如く
流体の流れをブロックする。

チェック弁ＣＶ　、？はチェック弁ＣＶＩ及びＣＶ２と
同様であり、スプリング１２２にょシ右方に弾性負荷さ
れたＩイツト１２ｏを有し、このポペット１２０はそれ
を介して流体が貯留庫２４からチャンバＨ３内に流入す
るポート１２４を形成する。弁座１２６はポペット１２
ｏを収納して、チャンバＨ３内に流入する流体の流れを
シールし、ブロックする。

？ベット弁ＥＶＺ　、　ＥＶ２及びＥＶ３は弾性負荷さ
れており、ポンプセクションＰｓＩ、Ｐｓ２及びＰＳ３
の出力行程の間に１夫々チヤンバＨ７゜Ｈ２及びＨ３か
ら圧力流体が流れることを許容するように機能する。パ
ピベット弁ＥＶ１はスプリング１３２によシ図面上で上
方に弾性負荷されたポペット１３０を有し、このポペッ
ト１３０は図示の位置にあるときにポート１３４を閉じ
、アウトレットを介して流体が負荷２２へ流れることを
ブロックする。明らかなように、ピストンＰ４がその出
力行程の終端に移動すると、それ以上の圧力流体がチャ
ンバＨノから負荷２２へＩンプされなくなる。従って、
スプリング１３２がポペット１３０を位置させて２−ト
１３４をシールさせる。以下に詳述する如く、スプール
３４がポート４２を開放するので、チャンバＣ１は排気
され、従って、貯留庫内の圧力を有する流体はチェック
弁ＣＶＩを開放して圧力流体がチャンバＨノに入ること
を許容し、ピストンＰＩ　、Ｐ４を左方に向けて移動を
開始させ、これによシチャンバＨノを圧力流体で充填す
る。

ポペット弁ＥＶ２はポペット弁ＥＶＩと同様であり、ス
フ０リング１３８により弾性負荷されてｙｌ−ト１４ｏ
を制御するポペット１３６を有する。上述したところか
ら明らかな如く、弁■２のスツール５４の設置の結果と
して、圧力ガスがｙｉ−トｓ８及び６０を介してチャン
バＣ２に供給され、それを圧縮しピストンＰ２及びＰ５
を図面の右方に移動させる。この移動は圧力をチャンバ
Ｈ２内の圧力流体に供給し、これによりポート１４０を
スプリング１３８の力に抗して開放し、圧力流体がアウ
トレットを介して負荷２２へ流れることを許容する。

弁ＥＶ３は弁ＥＶＩ及びＥＶ２と同様であシ、スプリン
グ１４４により図面に示す位置に弾性負荷されてポート
１４６を閉塞するポペット１４２を有する。前述の如く
、図示の位置において、スプール７４は雰囲気とチャン
バＣ３とを２−ト８２及び８０を介して連結する。圧力
流体はチャンバＨ３を満たすべく弁ＣＶ３を介して既に
流れている。この圧力流体の流れは、ポンプセクション
Ｐ８３のピストン組立体が左方へ移動し、チャンバＨ３
を圧力流体で完全に満たすことによシ、圧力ガスがその
供給源からチャンノ々Ｃ３へ供給されたときに、ポンプ
セクションＰＳＪが圧力流体をポンプすることを可能に
させるような態様でなされる。

図示の如く、通路Ｇ、Ｈ及び工が夫々チャンバＣ３，Ｃ
２及びＣ１を夫々ポート８０．６０及び４０へ連結する
。雰囲気へ排気する出口ポート３２は通路１５０によシ
ポート４２　、６２及び８２へ連結されている。他方、
通路１５３は圧力ガスをその供給源２０からインレット
３１を介してポート３８．５８及び７８へ供給する。

次に、この装置の動作について説明する。上述の図面に
開示されたシステムにおいては各３個のポンプセクショ
ンが圧力流体を夫々アウトレットを介して各チャン・ぐ
−から負荷ヘポンプするように動作する。次順のポンプ
セクションが圧縮され、先行するポンプセクションのピ
ストンがその出力行程の終了近傍になるようにポンプし
始める。従って、一時的に、２個のピストンセクション
が同時に圧力流体を負荷へ排出する。この態様において
は、出力流の脈動は実質的に除去されている。

これを達成するためには、ピストンＰ１が図示の位置か
ら左方へ向う位置にあシ、その結果、ポートＡ及びＢが
いずれも閉塞されていると仮定し、更に、スプール３４
が図示の位置から右方へ向う位置にあり、その結果、ポ
ート４２が閉塞されポート３８が開放されていて、これ
によりチャンバＣＩを圧縮すると仮定する。この条件に
おいて、ＩンゾセクションＰＳ１のピストンは出力行程
のその終端近傍にある。ピストンＰ１力電？−トＡを通
過すると、これによシポートＡが解放されてチャンバＣ
１内に存在する圧力を通路１５１を介して弁ｖ２のスプ
ール５４の左側にちるチャンバ１５２へ供給する・この
圧縮により弁ｖ２が図示の位置に動かされ、ポート５８
を解放し圧力ガスを通路Ｈを介してチャンバＣ２へ供給
する。これにより、チャン／々Ｃ２を圧縮し、ポンプセ
クションＰＳ２のピストンを右方ヘスタートさせて、ポ
ート１４０を介して圧力流体の流れを開始させ、アウト
レットを介して負荷２２へ供給する。同時に、チャンバ
Ｃ１はポートＢが解放されるときまで圧縮されているか
ら、ピストンＰ１は右方への移動を継続する。ボー）Ｂ
が解放されると、チャンバＣ１内の圧力は通路１５４を
介してスプール３４の右側にあるチャンバ１５６に供給
される。このようにもて供給されたガスはスプール３４
を図示の位置に向けて左方へ移動させ、Ｉ−ト３８を閉
塞してチャンバＣ１からガスを除去すると共に、同時に
ポート４２を解放してチャンバＣ１を大気へ導くポート
３２へ連結する。

このようにしてチャンバＣ１は大気へ排気され、導入通
路内の圧力流体がＣＶＩを図示の左方に移動させること
を可能にする。この移動は圧力流体がポペット１００内
のｓ＝−トｘｏ４を介して通過し、チャンバＨ１に入る
ことを可能にし、これによりピストンＰ４及びＰｌを図
示の左方に向けて移動させる。

上述と同様の動作がポンプセクションＰ８２及びＰＳ３
についてなされる。例えば、ピストンＰ２がポー）Ｃを
解放すると、圧力ガスが通路１５８を介してスプール８
４の左側にあるチャンバ１６０へ供給され、スプール８
４を右方へ移動させて戻シ止め８８を溝９０に係合させ
、これによシポート８２を閉塞してチャンバＣ３から外
気を取シ除く。同時に、ポート７８が解放されて、圧力
ガスを通路Ｇを介してチャンバＣ３へ供給する。この動
作はポンプセクションＰＳＥ内のピストンを右方に向け
てスタートさせ、チャ？バＨ３内の圧力流体を圧縮する
。この圧縮に１、ポペット１４２を下方に押すことによ
りポート１４６を解放し、ポンプセクションＰＳ２によ
る出力行程の終了点の直前で、圧力流体をアウトレット
を介して負荷へ供給し始める。ポートＤがピストンＰ２
により解放されると、チャンバＣ２内の圧力ガスが通路
１６２を介してスプール５４の右方にあるチャンバ１６
４へ供給される。これはスプール５４を左方へ向けて移
動させ、戻シ止め６８を溝７２に係合させる。

これによシ、スプール５４をその他の位置に固定させて
チャンバＣ２を解放されたポート６２を介して大気へ解
放させ、同時に、ｆ　−ト５　Ｂを圧力源から遮断する
。ポンプセクションＰＳＥ内のピストンがその行程を終
了すると、ピストンＰ３は先ずポートＥを解放してチャ
ンバＣ３内の圧力ガスを通路１６６を介してスプール３
４の左方にあるチャンバ１６８へ供給し、それを右方へ
移動させて戻シ止め４８を溝５０に係合させ、ポート４
２を閉塞しポート３８を解放する。これによシ圧力ガス
がシリンダＣ１に供給され、これが右方に移動されて上
述のサイクルが繰シ返される。

弁ＩＶＩ　、　ＩＶ２及びＩＶ３は夫々制御弁Ｖｌ。

ｖ２及びｖ３に連結されている。弁ＩＶＩ、ＩＶ、ｌ’
及びＩＶＪはシステムが開始される前に制御弁を予め位
置させるために使用される。６弁ＩＶ１゜ＩＶ２及びＩ
ＶＪはスプリング付勢されたプランジャー１６８を有し
、このプランジャー１６８はスプリングの付勢力に応じ
て、圧力ガスが存在しない場合に、弁ｖ１を図面上でそ
の最も右側の位置に位置させ、弁ｖ２及びｖ３をその最
も左側の位置に位置させる。圧力ガスが導管１５３へ供
給されると、各プランジャーは図示の位置に退避し、シ
ステムから圧力ガスが取り除かれるまで機能しない。ノ
ランノヤーＩＶ１゜ＩＶ、？及びＩＶ３によシ弁Ｖｌ、
Ｖ２及びｖ′３が位置すると、弁が適当な位置に配”置
されて上述の連続動作がシステムへの圧力の供給により
常に生じる。

シリンダ１，２及び３の非圧縮側が符号１６７及び１６
９で示される外気へ排気される。これにより、各ガス又
は流体ピストンを通過してガス又は流体のリークが生じ
、ポンプセクションＰＳ１．ＰＳ２及びＰＳ３の弁が外
気に排気される。

ポンプセクションＰＳ１．ＰＳ２及びＰＳＥ内のピスト
ン組立体の移動を制限するために、ＰＳｌ及びＰＳＥに
て最もよく示されているように、流体の捕獲体積が設け
られる。図面に示すように、ピストン組立体が全て右へ
進行しているときに、圧力流体の環状体積１７０がピス
トンＰ４とチャンバＨ１の壁との間に捕獲される。流体
の捕獲された体積がピストン組立体のそれ以上の移動を
制限し、それが底に着くことを阻止する。

ＰＳ３については、同様の捕獲体積１７２がロッド３０
によシ形成される凹角の孔１７４内に配設される。この
孔はその中に案内ロッド１７６を収納する。孔１７４は
体積１７２を形成するために通路１７８によシ排気され
る。従ってＡロッド１７６の端部が排気１７８を通過し
たときに、体積１７２内に残留する流体（ガス）はその
圧縮度に応じてピストン組立体の移動を制限するように
機能する。

以上詳細に述べたように、この発明によれば、３個のピ
ストンポンプがガス圧力を流体の圧縮に変換し、負荷に
よる要求によってのみ、流れが脈動しない一定の流れを
提供する。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例に係る自由ピストンポンプ組
立体の模式図である。 １０　ポンプシステム、１２；ハウジング、１４、ポン
プ部、１６：がス制御弁、１８：流体制御弁、２０：供
給源、２８．３０：ピストンロッ　ド。 手続補正書（万幻 ５１へ９・へ−１８ 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 特願昭５８−］　９］　０８８号 °１・、光明の８朽・ 目出ピストンポンプ装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 工イチアール・テキストロン・インコーホレーテッド４
、代理人 昭和５９年１月３１日 ６、補正の創縁　１田匍

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）　吸入及び排出行程を介して各シリンダ内に往復
   移動可能に設けられた少くとも３個の、第１．第２及び
   第３のピストン組立体を有し７、制御された圧力ガスの
   供給に応じて圧縮液体を供給するガス作動型自由ピスト
   ンポンプ装置において、 各ピストン組立体について設けられ、夫々第１及び第２
   の位置を有する三方向制御弁と、他のピストン組立体が
   そのポンプ排出行程の終点に近づいた場合に、それに応
   じて、各ピストン組立体に連結された制御弁をその第１
   位置に位置させて圧力ガスをその連結されたピストン組
   立体に供給する第１手段と、 その連結されたピストン組立体がそのポンプ排出行程を
   終了することに応じて各ピストン組立体に連結された制
   御弁をその第２位置に位置させて前記連結されたピスト
   ン組立体から圧力ガスを除失し前記連結されたピストン
   組立体を排出する第２手段と、を有することを特徴とす
   る自由ピスト／ポンダ装置。
2. （２）各制御弁は各制御弁をその第１及び第２位置に交
   互に確実に位置させる戻シ止め手段を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）圧力ガスが供給されない場合に各制御弁を所定の
   位置に位置させる位置手段を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の装置。
4. （４）位置手段は各制御弁についてスプリングで付勢さ
   れたプランジャーを有し、このプランジャーは圧力ガス
   が供給されない場合にその対応する制御弁と接触し、圧
   力ガスが供給されたときに非接触位置に退避するように
   配設されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の装置。
5. （５）　各ぎストン組立体はピストンロッドにょり相互
   に連結された第１及び第２のピストンと、第１及び第２
   のピストンを夫々収納するガスシリンダチャンバ及び液
   体シリンダチャンバとを有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の装置。
6. （６）　前記第１の手段は各ガスシリンダにより形成さ
   れ通常は閉塞された第１のポートと、この第１のポート
   を別のピストン組立体に連結された制御弁に連結する通
   路手段とを有することを特徴とする特許請求の範囲第５
   項記載の装置。
7. （７）前記第２の手段は各ガスシリンダにより形成され
   通常は閉塞された第２のポートと、この第２のポートを
   それに連結された制御弁に連結する通路手段とを有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の装置。
8. （８）第１及び第２のポートは第１のピストンにより開
   放され、第１のポートは第１のピストンがその排出行程
   の終端に近づいたときに開放され、第２のポートは第１
   のピストンがその排出行程を終結するときに開放される
   特許請求の範囲第７項記載の装置。
9. （９）液体シリンダと第２のピストンは排出行程の終点
   にて液体の捕獲された体積を形成してピストン組立体の
   移動を制限することを特徴とする特許請求の範囲第５項
   記載の装置。 ０Ｑ　ガスシリンダと第１のピストンは吸入行程の終点
   にてガスの捕獲された体積を形成してピストン組立体の
   移動を制限することを特徴とする特許請求の範囲第５項
   記載の装置。