(57)【要約】【課題】レシプロ式のポンプの機構を小型化して高速運転を可能にする【解決手段】シリンダ１２の内部にピストン１４が配置されている。スプリング３８の一端がキャップ３２に固定されている。スプリング３８の他端はピストン１４の中空部２０に収容されている。スプリング３８は、ピストン１４に対して上死点５０から下死点５２に向かう方向に弾力を付与している。シリンダ１２からキャップ３２の反対側に突き出したピストン１４の端部にはカムフォロワ２２が設けられている。カムフォロワ２２はスプリング３８の弾力によりカム２８に押しつけられている。カム２８が駆動軸３０を軸に回転すると、カムフォロワ２２がピストン１４を下死点５２から上死点５０に向かう方向に移動させたり元の位置に戻したりする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの内部で往復運動をするようにピストンが配置されており、
スプリングの一端が上記シリンダのヘッド部に配置されたキャップに固定され、上記スプリングの他端は上記ピストンの中空部に収容され、上記スプリングは、上記ピストンに対して上死点から下死点に向かう方向に弾力を付与しており、
上記シリンダから上記キャップとは反対の側に突き出した上記ピストンの端部にはカムフォロワが設けられ、
上記カムフォロワは上記スプリングの弾力によりカムに押しつけられていて、
上記カムが駆動軸を軸に回転すると、上記カムフォロワが上記ピストンを上記下死点から上死点に向かう方向に移動させたり元の位置に戻したりする往復運動をすることを特徴とする送液（送気）ポンプ。
【請求項２】
上記スプリングを収容する上記ピストンの中空部は、スプリングの伸縮を妨げず、かつ、スプリングが伸縮運動したときにピストンの軸部に直立したまま折れ曲がることがないような内径を有することを特徴とする請求項１に記載の送液（送気）ポンプ。
【請求項３】
上記ピストンの端部に固定されたカムフォロワが、カムの外周面に接した滑車とその滑車の回転軸を支持する軸受けローラとを備え、上記軸受けが、カムの一部を挟むように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の送液（送気）ポンプ。
【請求項４】
複数のピストンが、カムを取り囲むように放射状に配置され、シリンダブロックには、これらのピストンを収容する空間が設けられ、上記ピストンのカム側に、それぞれ上記カムフォロワが取り付けられていて、１個のカムで複数のシリンダを同時に駆動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の送液（送気）ポンプ。
【請求項５】
上記ピストンは、軸を並行にした３本の筒状の中空部を備え、これらの中空部は、ピストンの中心軸に対して軸対称に配置され、各中空部に、それぞれ１個ずつスプリングが挿入されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の送液（送気）ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機構の小型化と高速運転を可能にする送液（送気）ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ式の送液あるいは送気ポンプは、シリンダーに収容したピストンを往復運動させて駆動する。このために、シリンダープロックの内部にクランクケースが設けられ、クランク軸やコンロッド等の機構が収容される。レシプロ式のポンプは組み立てやすく堅牢な利点があるが、吸入あるいは排出される気体や液体の流れが脈動するという欠点がある。そこで、シリンダーブロックに複数のピストンを設けて、吸入や排気のタイミングをシフトさせて全体としてその脈動を抑制している。さらに、本発明者等は、これを発展させて、複数種類の気体や液体を一個のカムで同時に吸入排出することができる多シリンダー構造のポンプを開発した（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第３１５５４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような既知の構造のポンプは、いずれも、ピストンやクランクやクランクを駆動するための機構に大きなスペースを必要としていた。従って、送液（送気）容量と比較して機構の占めるスペースが大きく、装置全体の小型大容量化を妨げていた。
上記の課題を解決するために、本発明は次のような  送液（送気）ポンプを提供することを目的とする。
（１）レシプロ式の送液あるいは送気ポンプの機構を小型化する。
（２）送液あるいは送気ポンプの機構の簡素化を図り、高速運転を可能にする。
（３）マルチシリンダー構造でも全体として小型軽量化を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
【０００６】
＜構成１＞
シリンダの内部で往復運動をするようにピストンが配置されており、
スプリングの一端が上記シリンダのヘッド部に配置されたキャップに固定され、上記スプリングの他端は上記ピストンの中空部に収容され、上記スプリングは、上記ピストンに対して上死点から下死点に向かう方向に弾力を付与しており、
上記シリンダから上記キャップとは反対の側に突き出した上記ピストンの端部にはカムフォロワが設けられ、
上記カムフォロワは上記スプリングの弾力によりカムに押しつけられていて、
上記カムが駆動軸を軸に回転すると、上記カムフォロワが上記ピストンを上記下死点から上死点に向かう方向に移動させたり元の位置に戻したりする往復運動をすることを特徴とする送液（送気）ポンプ。
【０００７】
＜構成２＞
上記スプリングを収容する上記ピストンの中空部は、スプリングの伸縮を妨げず、かつ、スプリングが伸縮運動したときにピストンの軸部に直立したまま折れ曲がることがないような内径を有することを特徴とする構成１に記載の送液（送気）ポンプ。
【０００８】
＜構成３＞
上記ピストンの端部に固定されたカムフォロワが、カムの外周面に接した滑車とその滑車の回転軸を支持する軸受けローラとを備え、上記軸受けが、カムの一部を挟むように配置されていることを特徴とする構成１または２に記載の送液（送気）ポンプ。
【０００９】
＜構成４＞
複数のピストンが、カムを取り囲むように放射状に配置され、シリンダブロックには、これらのピストンを収容する空間が設けられ、上記ピストンのカム側に、それぞれ上記カムフォロワが取り付けられていて、１個のカムで複数のシリンダを同時に駆動することを特徴とする構成１乃至３のいずれかに記載の送液（送気）ポンプ。
【００１０】
＜構成５＞
上記ピストンは、軸を並行にした３本の筒状の中空部を備え、これらの中空部は、ピストンの中心軸に対して軸対称に配置され、各中空部に、それぞれ１個ずつスプリングが挿入されていることを特徴とする構成１乃至４のいずれかに記載の送液（送気）ポンプ。
【発明の効果】
【００１１】
＜構成１の効果＞
ピストンをカムで駆動し、その中空部に配置したスプリングで復帰させる構造にしたので、ピストンを上下動させる機構が簡素化される。しかも、ピストンを復帰させるスプリングをピストンの内部に配置したので、スプリングが外部に配置されたような従来の装置に比べて十分小型化ができる。
＜構成２の効果＞
ピストンの中空部に収容されたスプリングは、ピストンの往復運動の軌道を安定させて不正な振動を抑制することができる。
＜構成３の効果＞
滑車を軸受けで支持する構造のカムフォロワが、カムを軸受けで挟んでいるので、滑車のブレを防止することができる。
＜構成４の効果＞
マルチシリンダ構造にした場合に、その駆動部分をきわめて小型に構成することができる。
＜構成５の効果＞
ピストンの中空部に複数のスプリングを挿入して駆動することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の送液（送気）ポンプを示し、（ａ）〜（ｃ）は動作中の縦断面図、（ｄ）は側面図である。
【図２】この送液（送気）ポンプの分解斜視図等である。
【図３】マルチシリンダ構造のポンプの実施例を示す縦断面図である。
【図４】ピストンの変形例を示す部分分解斜視図である。
【図５】実施例１のカムフォロワ２２と駆動軸３０の変形例側面図である。
【図６】マルチシリンダ構造の実施例の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は実施例１の送液（送気）ポンプを示し、（ａ）〜（ｃ）は動作中の縦断面図、（ｄ）は側面図である。図２は、この送液（送気）ポンプの分解斜視図等である。
図１（ａ）において、この送液（送気）ポンプは、円筒状のシリンダ１２の内部にピストン１４を配置した構造のものである。ピストン１４は大径部１６と小径部１８とを備えている。シリンダ１２の内部の空間はピストン１４の大径部１６が移動できる上部（この図でみたとき）と、小径部１８が貫通する筒状の下部とを備える。
【００１５】
大径部１６が移動できるシリンダ１２の上部空間の最上部には、キャップ３２が固定されており、ピストン１４の空間を密閉している。キャップ３２の上部には凸部３６が設けられており、ここにはめ込んだＣリング４８が、キャップ３２をシリンダ１２の内壁に固定している。
【００１６】
ピストン１４は全体として円柱状であるが、その軸部に中空部２０が設けられている。その中空部２０には、図に示すようなコイル状のスプリング３８が収容されている。ピストン１４の中空部２０はスプリング３８を収容しスプリング３８の伸縮を妨げず、かつ、スプリング３８が伸縮運動したときにピストン１４の軸部に直立したまま折れ曲がることがないような内径を有する。具体的には、中空部２０はスプリング３８より若干大きい円筒状の空間を形成していればよい。
【００１７】
このスプリング３８の一端は、キャップ３２のスプリング３８の部分に固定されている。スプリング３８の他端は、ピストン１４の中空部２０に収容されている。スプリング３８は、ピストン１４に対して図の下方に向かう方向に弾力を付与している。図１（ａ）はピストン１４が下死点５２にある状態を示す。図１（ｃ）はピストン１４が上死点５０にある状態を示す。即ち、スプリング３８は、ピストン１４に対して、上死点５０から下死点５２に向かう方向に弾力を付与している。
【００１８】
ピストン１４の小径部１８は、シリンダ１２の下部から下方にその端部を突き出している。この場所は、シリンダ１２の、キャップ３２を設けた場所の反対側に相当する。その小径部１８の端部にはカムフォロワ２２が設けられている。
【００１９】
カムフォロワ２２は、図１（ｄ）に示すように、一対の軸受け２４に回転軸を支持された滑車２６により構成されている。カムフォロワ２２の滑車２６は、スプリング３８の弾力によりカム２８の外周面に押しつけられている。カム２８が駆動軸３０を軸に回転すると、カムフォロワ２２がピストン１４を下死点５２から上死点５０に向かう方向に移動させたり元の位置に戻したりする。
【００２０】
図１（ａ）の状態ではスプリング３８は最も伸びた状態にある。ピストン１４の大径部１６はシリンダ１２の内部で、下死点５２まで押し下げられている。これは、シリンダ１２の内部に最大量の液体または気体を吸い込んだ状態にある。駆動軸３０を中心にカム２８が回転をすると、カム２８に押しつけられているカムフォロワ２２が、スプリング３８を縮める方向に押される。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、カム２８の回転に伴ってカムフォロワ２２が押し上げられ、大径部１６が押し上げられてスプリング３８が縮んでいく。さらに駆動軸３０を中心にカム２８が回転を続けると、図１（ｃ）の状態まで進む。すなわち、カム２８がカムフォロワ２２およびピストン１４を上死点５０まで押し上げて、スプリング３８が最も圧縮された状態になる。その結果、シリンダ１２に吸い込まれた液体あるいは気体が、シリンダ１２から押し出される。
【００２２】
シリンダ１２の側壁には、吸入バルブ５４と排出バルブ５６とが配置されている。吸入バルブ５４と排出バルブ５６とは、シリンダ１２の外壁を貫通して、その内部空間に液体や気体を出入させる。なお、吸入バルブ５４や排出バルブ５６は、キャップ３２の部分に設けても構わない。
【００２３】
図２（ａ）は実施例１の送液（送気）ポンプの分解斜視図である。図２（ｂ）はスプリング３８を除去したポンプの縦断面図である。（ｃ）は部分拡大図である。
図２（ａ）において、ピストン１４には、スプリング３８をちょうど収容できる内径を持つ中空部２０が設けられている。ピストン１４に大径部１６を設けたのは、送液（送気）容量を大きくするためである。ピストン１４全体を同じ外径にするよりも小径部１８を設けた方がピストン１４の軽量化がはかれる。
【００２４】
小径部１８は、スプリング３８の他端４２を必要十分な長さだけ収容できる長さに選定する。中空部２０の全長が短かすぎると、ピストン１４の上死点５０から下死点５２までの長さを十分に長くとれない。この点を考慮してその長さを選定する。スプリング３８をシリンダ１２の外部に設けてピストン１４に外側から弾力を付与することができるが、そうした構造に比べると、この実施例の構造は、十分な小型化を実現できる。また、シリンダ１２やピストン１４の構造を単純化できる。
【００２５】
大径部１６の外周にはピストンリング４４がはめ込まれている。これにより、シリンダ１２と大径部１６の間の隙間を埋めている。キャップ３２は、凹陥部３４と凸部３６とを備えている。凹陥部３４にスプリング３８の一端４０が固定される。スプリング３８の一端４０が簡単に移動しないように固定すれば足りる。キャップ３２の外周にはシールリング４６がはめ込まれて、シリンダ１２の内部を密閉している。凸部３６の外周にはＣリング４８がはめ込まれる。Ｃリング４８は、シリンダ１２の内壁にはまり込んで、キャップ３２を位置決めして固定する。
【００２６】
図２（ｂ）には、シリンダ１２と大径部１６の縦断面図とスプリング３８の側面図とを図示した。小径部１８の下端部に固定されたカムフォロワ２２がカム２８の外周面に真っ直ぐに接していると、シリンダ１２が横ぶれを生じない。そこで、図２（ｃ）に示すように、滑車２６の回転軸を支持する軸受け２４が、カム２８の一部を挟むように配置されている。
【００２７】
以上のように、実施例１の送液（送気）ポンプは、ピストン１４の中空部２０にスプリング３８を収容することによって、カム２８でピストン１４を往復運動させる場合のシリンダ１２の外部の機構を簡素化し、十分な小型化をはかることができる。また、ピストン１４の軸部に折れ曲がらないようにぶれないようにスプリング３８を配置することで、ピストン１４の姿勢を自動的にその往復運動の方向と一致させることができる。従って、ピストン１４の往復運動の軌道を安定させて不正な振動を抑制することができる。
【実施例２】
【００２８】
図３はマルチシリンダ構造のポンプの実施例を示す縦断面図である。
図３（ａ）に示すように、この図の例では、合計９個のピストン１４が、カム２８を取り囲むように放射状に配置されている。シリンダブロック５８には、これらのピストン１４を収容する９個の空間が設けられている。ピストン１４のカム２８側には、それぞれ既に説明した構造のカムフォロワ２２が取り付けられている。
【００２９】
そして、このカム２８が駆動軸３０を中心にして回転すると、すべてのピストン１４が、カムフォロワ２２の働きによって、シリンダブロック５８の内部で往復運動をする。その動作は既に実施例１で説明したとおりである。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。この図のように、この実施例では、シリンダブロック５８の一方の側面に吸入バルブ５４を設け、他方の側面に排出バルブ５６を配置している。
【００３０】
その結果、シリンダブロック５８の一方の側面に設けられた９個の吸入バルブ５４から液体や気体を吸入し、シリンダブロック５８の他方の側面に設けられた９個の排出バルブ５６からそれを排出する。その流れは、全体として平均化されて脈動しない。また、９個のピストン１４のうちいくつかを別の液体または気体の吸入や排出に使用することもできる。また、このように１個のカムで９個のピストン１４を同時駆動するので、特許文献１と比較をした場合でも、著しく小型化できることが明らかである。
【実施例３】
【００３１】
図４は、ピストンの変形例を示す部分分解斜視図である。
図のピストン６０は、その軸を並行にした３本の筒状の中空部６２を備えている。これらの中空部６２は、ピストン６０の中心軸に対して軸対称に配置されている。各中空部６２には、それぞれ１個ずつスプリング３８が挿入される。中空部６２の上端（この図面でみたとき）から突出したスプリング３８の端部は、図示しないシリンダの蓋に固定される。
【００３２】
ピストン６０の下端には、カムフォロワ６４が設けられている。カムフォロワ６４はピストン６０を収容するシリンダの下端から突き出していればよい。実施例３のカムフォロワ６４の機能や動作とピストン６０の動作は実施例１と全く同様である。この実施例によれば、ピストン６０の外形を十分に大きくすることができる。しかも、複数のスプリング３８が、ピストン６０の中心軸に対して軸対称に配置されるので、ピストン６０の姿勢を自動的にその往復運動の方向と一致させることができる。
【実施例４】
【００３３】
図５は、実施例１のカムフォロワ２２と駆動軸３０の変形例側面図である。
実施例１のカムフォロワ２２と駆動軸３０とは、正確な向きで常時隙間なく接触していなければならない。そこで、図５（ａ）の実施例では、カム６８の外周面に溝を設けた。そして、カムフォロワ６６のローラがこの溝にはまり込んで回転する。これにより、カム６８とカムフォロワ６６とが常にこの関係を維持できる。
【００３４】
また、図５（ｂ）の実施例では、カム７２の外周面に少し幅広の溝を設けた。そして、カムフォロワ７０の先端には、ボールペンの先端のようにベアリングがはめ込まれている。このベアリングが、カム７２の溝にはまり込んで回転する。これにより、カムフォロワ７０とカム７２とが常にこの関係を維持できる。
【実施例５】
【００３５】
図６はマルチシリンダ構造の実施例の縦断面図である。
この図に示した実施例は、３本のピストン１４が互いに平行に配列されたものである。各ピストン１４とキャップ３２とカムフォロワ２２等の構造は、実施例１と全く同様である。シリンダブロック７４はこの３本のピストン１４を収容するために３個の空洞を備える。また、これらの３本のピストン１４を同期させて往復運動させるために、３個のカム２８を設けている。これらのカム２８は１本のカム軸７６に一体に固定されて回転駆動される。その結果、各ピストン１４は、位相を１２０度ずつシフトさせて往復運動するように構成されている。その効果は、すでに説明したとおりである。
【符号の説明】
【００３６】
１２  シリンダ
１４  ピストン
１６  大径部
１８  小径部
２０  中空部
２２  カムフォロワ
２４  軸受け
２６  滑車
２８  カム
３０  駆動軸
３２  キャップ
３４  凹陥部
３６  凸部
３８  スプリング
４０  一端
４２  他端
４４  ピストンリング
４６  シールリング
４８  Ｃリング
５０  上死点
５２  下死点
５４  吸入バルブ
５６  排出バルブ
５８  シリンダブロック
６０  ピストン
６２  中空部
６４  カムフォロワ
６６  カムフォロワ
６８  カム
７０  カムフォロワ
７２  カム
７４  シリンダブロック
７６  カム軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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