(57)【要約】【課題】吐出量の調整機構を簡素化して製造コストを低減できると共に、その外形を変化させることなく吐出量を調整可能として小型化を達成できるプランジャポンプを提供する。【解決手段】モータ３により回転駆動されるクランク５の軸線Ｃmに対して所定角度をなす軸線Ｃpに沿うようにプランジャ８を配置し、プランジャ８の上部に形成した逃げ空間８ａ内にリンク１１の下部１１ａを挿入して傾動ピン１２で傾動可能に軸支する。リンク１１の上部１１ｂにボール１３を角度変化可能に嵌め込み、ボール１３に調整ピン１７の一端を嵌入固定し、調整ピン１７の他端をクランク５のピン結合部５ａに螺合する。ピン結合部５ａに対する調整ピン１７の螺合位置を調整して、クランク５の回転に伴うボール１３の旋回半径を増減可能とし、これによりボール１３の旋回運動がリンク１１及び傾動ピン１２を介してプランジャ８に伝達されたときの往復動ストロークを調整する。【選択図】図１
2017141718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源により第１の軸線を中心として回転駆動されるクランクと、
前記クランク側に向けて開口するように配設されたシリンダと、
前記シリンダ内に配設されてポンプ室を画成すると共に、前記第１の軸線に対して所定角度をなす第２の軸線に沿って往復動可能且つ該第２の軸線を中心として回転可能なプランジャと、
前記クランクの回転に伴って前記第１の軸線を中心としてボールジョイントを旋回させ、該ボールジョイントにより前記クランクと前記プランジャとの間の相対的な位置変位を許容しながら、該ボールジョイントの旋回運動を前記第２の軸線に沿ったスラスト力及び該第２の軸線を中心とした回転力として前記プランジャに伝達し、該プランジャの往復動及び回転により前記ポンプ室に流体の吸入及び吐出を行わせる伝達機構と、
前記ボールジョイントの旋回半径を変更可能な旋回半径調整機構と、
前記ボールジョイントの旋回半径の変更に伴って生じる前記伝達機構内の部材の位置変位を許容する変位許容機構と
を備えたことを特徴とするプランジャポンプ。
【請求項２】
前記伝達機構は、前記ボールジョイントのボールをリンクの一端に角度変化可能に嵌め込むと共に、該リンクの他端を前記プランジャに対し傾動ピンにより傾動可能に軸支して構成され、
前記旋回半径調整機構は、前記ボールジョイントのボールに調整ピンの一端を嵌入固定すると共に、該調整ピンの他端を前記クランクに螺合し、該クランクに対する前記調整ピンの螺合位置を変更することにより前記ボールジョイントの旋回半径を変更するように構成され、
前記変位許容機構は、前記調整ピンの螺合位置の変更に伴って生じる前記リンクの位置変位を、前記ボールジョイントのボールの角度変化及び前記リンクの傾動により許容するように構成された
ことを特徴とする請求項１に記載のプランジャポンプ。
【請求項３】
前記クランクは、動力源側部材とプランジャ側部材とに分割され、
前記伝達機構は、前記ボールジョイントのボールを前記プランジャ側部材に角度変化可能に嵌め込み、該ボールに伝達ピンの一端を軸方向に摺動可能に挿入すると共に、該伝達ピンの他端を前記プランジャに嵌入固定して構成され、
前記旋回半径調整機構は、前記動力源側部材と前記プランジャ側部材とを調整ピンの螺合により連結すると共に、該螺合位置を変更することにより前記ボールの旋回半径を変更するように構成され、
前記変位許容機構は、前記調整ピンの螺合位置の変更に伴って生じる前記ボールの位置変位を、該ボールに対する前記伝達ピンの摺動により許容するように構成された
ことを特徴とする請求項１に記載のプランジャポンプ。
【請求項４】
前記プランジャは、前記シリンダ内から外部に露出した部位に逃げ空間が開口形成され、
前記リンクの他端は、前記逃げ空間内に挿入されて前記傾動ピンにより軸支された
ことを特徴とする請求項２に記載のプランジャポンプ。
【請求項５】
前記プランジャに対する前記リンクの他端の軸支位置を、前記プランジャの軸線から前記ボール側に偏芯させた
ことを特徴とする請求項２または４に記載のプランジャポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プランジャポンプに係り、詳しくは吐出量を調整可能なプランジャポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のプランジャポンプとして、例えば特許文献１に記載のものを挙げることができ、その概略構成を図１４の左側に示す。この図に示すように、プランジャポンプ１０１のポンプヘッド１０２はシリンダ１０３及びプランジャ１０４からなり、ベース台１０５（後述する図１５に示す）上に配設されている。ベース台１０５上にはモータ１０６（同じく図１５に示す）も配設され、その出力軸の軸線Ｃmはプランジャ１０４の軸線Ｃpに対し所定角度α1をなしてクランク１０７が固定されている。
【０００３】
クランク１０７の回転中心からずれた位置にはボールジョイント１０８のボール１０９が角度変化可能に嵌め込まれ、そのボール１０９に伝達ピン１１０の一端が軸方向に摺動可能に挿入されると共に、伝達ピン１１０の他端が軸線Ｃpと直交する方向からプランジャ１０４に嵌入固定されている。
【０００４】
モータ１０６によりクランク１０７が回転駆動されると、軸線Ｃmを中心としてボール１０９が旋回し、伝達ピン１１０を介してシリンダ１０３内でプランジャ１０４が回転する。上記のような軸線Ｃm，Ｃpの角度設定により、ボール１０９はプランジャ１０４の軸線Ｃpに対して所定の傾きをもって旋回し、これによりプランジャ１０４は回転に同期してストロークＳt1で軸線Ｃp方向に往復動する。このプランジャ１０４の動作により、シリンダ１０３に形成された図示しない吸入ポート及び吐出ポートを開閉しながら、ポンプ室１１１内への流体の吸入及びポンプ室１１１内からの流体の吐出が行われる。
【０００５】
ところで、この種のプランジャポンプ１０１の吐出量を規格内に保ちつつ製造するには、シリンダ１０３、プランジャ１０４、クランク１０７、ボール１０９、伝達ピン１１０等の各部品に極めて高い寸法精度や組付精度が要求されることから、歩留まりが悪くなってコスト面で現実的ではない。そこで、ある程度の寸法精度や組付精度を保った上で、それでも生じる吐出量の誤差を微調整すべく、この種のプランジャポンプ１０１には吐出量の調整機構を備えたものがある。また、これとは別に、この種のプランジャポンプ１０１は車両用や産業用のみならず理化学実験等にも使用されており、理化学実験等では吐出量の調整機能が要求されることもあるため、その要望に応えるべく吐出量の調整機構が備えられる場合もある。
【０００６】
そこで、上記した特許文献１の技術では、ベース台１０５上でポンプヘッド１０２の角度を変更することにより、モータ１０６の出力軸の軸線Ｃmに対するプランジャ１０４の軸線Ｃpの角度をα1からα2（図１４中の右側に示す）まで任意に変更可能としている。なお、ポンプヘッド１０２の角度変更に伴いクランク１０７とプランジャ１０４の位置が相対的に変位するが、このときの位置変位は、ボール１０９の角度変化及びボール１０９に対する伝達ピン１１０の軸方向の摺動により許容される。そして、このポンプヘッド１０２の角度変更によりプランジャ１０４の軸線Ｃpに対するボール１０９の旋回軌跡の傾きが変化することから、プランジャ１０４のストロークをＳt1からＳt2までの範囲で調整して所望の吐出量を実現可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２４８５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されたプランジャポンプ１０１は、吐出量の調整のために、モータ１０６の出力軸の軸線Ｃmに対するプランジャ１０４の軸線Ｃpの角度を変更する構造を採用しているが故に、製造コスト及び小型化の面で問題を抱えている。
【０００９】
まず、プランジャ１０４の軸線Ｃpを角度変更するためには、ベース台１０５上でポンプヘッド１０２全体を角度変更する大掛かりな機構が必要となり、部品点数や組立工数の増加に起因して製造コストが高騰してしまう。
【００１０】
また、個々のプランジャポンプ１０１が有する吐出量の誤差に応じて調整作業が実施された結果、調整後のプランジャポンプ１０１の外形が吐出量の調整代（＝ポンプヘッド１０２の角度変更量）に応じて個々に相違することになる。この要因は、ポンプヘッド１０２の角度変更に大掛かりな機構を要する点と相俟って、プランジャポンプ１０１の小型化を妨げることにつながる。
【００１１】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、吐出量の調整機構を簡素化して製造コストを低減できると共に、その外形を変化させることなく吐出量を調整可能として小型化を達成することができるプランジャポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明のプランジャポンプは、動力源により第１の軸線を中心として回転駆動されるクランクと、前記クランク側に向けて開口するように配設されたシリンダと、前記シリンダ内に配設されてポンプ室を画成すると共に、前記第１の軸線に対して所定角度をなす第２の軸線に沿って往復動可能且つ該第２の軸線を中心として回転可能なプランジャと、前記クランクの回転に伴って前記第１の軸線を中心としてボールジョイントを旋回させ、該ボールジョイントにより前記クランクと前記プランジャとの間の相対的な位置変位を許容しながら、該ボールジョイントの旋回運動を前記第２の軸線に沿ったスラスト力及び該第２の軸線を中心とした回転力として前記プランジャに伝達し、該プランジャの往復動及び回転により前記ポンプ室に流体の吸入及び吐出を行わせる伝達機構と、前記ボールジョイントの旋回半径を変更可能な旋回半径調整機構と、前記ボールジョイントの旋回半径の変更に伴って生じる前記伝達機構内の部材の位置変位を許容する変位許容機構とを備えている（請求項１）。
【００１３】
このように構成したプランジャポンプによれば、動力源によりクランクが回転駆動されると第１の軸線を中心としてボールジョイントが旋回し、クランク側とプランジャ側との位置変位がボールジョイントにより許容されながら、ボールジョイントの旋回運動が伝達機構により第２の軸線に沿ったスラスト力及び第２の軸線を中心とした回転力としてプランジャに伝達され、プランジャの往復動及び回転により流体の吸入及び吐出が行われる。旋回半径調整機構によりボールジョイントの旋回半径が変更されると、旋回半径の変更に伴って生じる伝達機構内の部材の位置変位が変位許容機構により許容されると共に、旋回半径の増減によりプランジャのストロークが増減される。
【００１４】
そして、例えばポンプヘッド全体を角度変更する特許文献１でも、その角度変更に伴う部材の位置変位を許容するために変位許容機構の機能が必要であることから、特許文献１のポンプヘッドの角度変更の機構に代えて、本発明では旋回半径調整機構が備えられたと見なせる。この旋回半径調整機構は、ボールジョイントの旋回半径を変更するだけの機能のため簡素な機構で実現でき、結果として製造コストを低減可能となる。
【００１５】
また、ボールジョイントの旋回半径を変更してもプランジャポンプの外形は変わらないため、吐出量の調整に関わらずプランジャポンプの外形を常に最小限にとどめて小型化を達成可能となる。
【００１６】
その他の態様として、前記伝達機構が、前記ボールジョイントのボールをリンクの一端に角度変化可能に嵌め込むと共に、該リンクの他端を前記プランジャに対し傾動ピンにより傾動可能に軸支して構成され、前記旋回半径調整機構が、前記ボールジョイントのボールに調整ピンの一端を嵌入固定すると共に、該調整ピンの他端を前記クランクに螺合し、該クランクに対する前記調整ピンの螺合位置を変更することにより前記ボールジョイントの旋回半径を変更するように構成され、前記変位許容機構が、前記調整ピンの螺合位置の変更に伴って生じる前記リンクの位置変位を、前記ボールジョイントのボールの角度変化及び前記リンクの傾動により許容するように構成されている（請求項２）。
【００１７】
このように構成したプランジャポンプによれば、クランクに対する調整ピンの螺合位置を変更することによりボールジョイントの旋回半径が変更され、その旋回運動がリンク及び傾動ピンを介してプランジャに伝達されると共に、調整ピンの螺合位置の変更に伴って生じるリンクの位置変位がボールの角度変化及びリンクの傾動により許容される。
【００１８】
その他の態様として、前記クランクが、動力源側部材とプランジャ側部材とに分割され、前記伝達機構が、前記ボールジョイントのボールを前記プランジャ側部材に角度変化可能に嵌め込み、該ボールに伝達ピンの一端を軸方向に摺動可能に挿入すると共に、該伝達ピンの他端を前記プランジャに嵌入固定して構成され、前記旋回半径調整機構が、前記動力源側部材と前記プランジャ側部材とを調整ピンの螺合により連結すると共に、該螺合位置を変更することにより前記ボールの旋回半径を変更するように構成され、前記変位許容機構が、前記調整ピンの螺合位置の変更に伴って生じる前記ボールの位置変位を、該ボールに対する前記伝達ピンの摺動により許容するように構成されている（請求項３）。
【００１９】
このように構成したプランジャポンプによれば、動力源側部材とプランジャ側部材とを連結する調整ピンの螺合位置を変更することによりボールの旋回半径が変更され、その旋回運動が伝達ピンを介してプランジャに伝達されると共に、調整ピンの螺合位置の変更に伴って生じるボールの位置変位がボールに対する伝達ピンの摺動により許容される。
【００２０】
その他の態様として、前記プランジャが、前記シリンダ内から外部に露出した部位に逃げ空間が開口形成され、前記リンクの他端が、前記逃げ空間内に挿入されて前記傾動ピンにより軸支されている（請求項４）。
このように構成したプランジャポンプによれば、傾動ピンを中心としたリンクの傾動が逃げ空間により許容され、逃げ空間内でリンクの他端を傾動ピンで軸支したことでリンクの傾動が小さくなり、ボールの旋回運動を無理なくスラスト力及び回転力としてプランジャに伝達可能となる。
【００２１】
その他の態様として、前記プランジャに対する前記リンクの他端の軸支位置を、前記プランジャの軸線から前記ボール側に偏芯させている（請求項５）。
このように構成したプランジャポンプによれば、リンクの傾動中心である傾動ピンのほぼ直上にボールが位置することから、ボールからのスラスト力をプランジャの軸線方向への往復動のために効率的に利用でき、シリンダの摺動面圧がより均衡する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のプランジャポンプによれば、吐出量の調整機構を簡素化して製造コストを低減できると共に、その外形を変化させることなく吐出量を調整可能として小型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態のプランジャポンプを示す断面図である。
【図２】図１のII-II線断面図である。
【図３】図１のＡ矢視図である。
【図４】ボールの旋回半径ｒ＝ｒ0（中央値）としたときのプランジャストロークＳtの調整状態を示す説明図である。
【図５】平面視によるボールの旋回運動（上段）と側面視によるプランジャのストロークＳt（下段）との関係を示す模式図である。
【図６】ボールの旋回位置θ1に応じたプランジャのストロークＳtの変化を示す特性図である。
【図７】ボールの旋回半径ｒ＝ｒ1（最小値）としたときのプランジャストロークＳtの調整状態を示す説明図である。
【図８】ボールの旋回半径ｒ＝ｒ2（最大値）としたときのプランジャストロークＳtの調整状態を示す説明図である。
【図９】吐出量の調整時の旋回半径ｒに対するストロークＳtの増減状態を示す特性図である。
【図１０】実施形態のプランジャポンプの動作原理を示すブロック図である。
【図１１】プランジャの逃げ空間を浅くした変形例を示す説明図である。
【図１２】プランジャの軸線Ｃpに対して逃げ空間及び傾動ピンを偏芯させた変形例を示す説明図である。
【図１３】特許文献１と同様のクランクとプランジャとの連結構造を採用した変形例を示す説明図である。
【図１４】特許文献１のプランジャポンプの概略構成を示す説明図である。
【図１５】特許文献１のプランジャポンプの動作原理を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明をオートバイの燃料を移送するためのプランジャポンプに具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のプランジャポンプを示す断面図、図２は図１のII-II線断面図、図３は図１のＡ矢視図である。プランジャポンプは種々の姿勢で設置されて使用されるが、以下の説明では、便宜上図１の上下方向を上下と表現する。
【００２５】
全体としてプランジャポンプ１は、金属板からなるベースプレート２に対して各部材が組み付けられており、ベースプレート２の上側にはモータ３（動力源）が配設され、ベースプレート２の下側にはシリンダ７やプランジャ８等からなる機構部４が配設されている。
【００２６】
まずモータ３側の構成について説明すると、ベースプレート２上にはモータ３が図示しないビスにより固定され、モータの出力軸３ａはベースプレート２に貫設された軸孔２ａを経て下方に突出している。出力軸３ａには金属製のクランク５が固定され、モータ３によりクランク５は出力軸３ａの軸線Ｃm（第１の軸線）を中心として回転駆動されるようになっている。クランク５にはピン結合部５ａが一体形成され、このピン結合部５ａはモータ３の出力軸３ａの軸線Ｃmから偏芯した位置で下方に向けて延設され、その下部には軸線Ｃmに対して接離方向に雌ネジ５ｂが貫設されている。
【００２７】
次いで機構部４側の構成について説明すると、特に図３に示すように、ベースプレート２の両側は下方に折曲されて相対向する一対の連結片２ｂが形成され、両連結片２ｂの間には合成樹脂製のシリンダホルダ６が配設されて図示しないビスにより固定されている。ベースプレート２の下面に対してシリンダホルダ６の上面は所定の間隙を介して相対向すると共に、シリンダホルダ６全体が両連結片２ｂの並設方向と直交する一側方（図１に示す）に傾斜した姿勢で配置されている。
【００２８】
シリンダホルダ６には金属製のシリンダ７が上方（クランク５側）に開口するように埋設され、シリンダ７内にはプランジャ８が軸線Ｃp（第２の軸線）に沿って往復動可能且つ軸線Ｃpを中心として回転可能に配設され、その下側にポンプ室９を画成している。上記したシリンダホルダ６の傾斜配置により、モータ３の出力軸３ａの軸線Ｃmに対してプランジャ８の軸線Ｃpも一側方に所定角度（後述するθ2）で傾斜している。
【００２９】
シリンダホルダ６の下部には相対向して吸入ポート６ａ及び吐出ポート６ｂが形成され、それらのポート６ａ，６ｂはそれぞれポンプ室９内と連通すると共に、燃料ホースを接続可能な外形をなしている。軸線Ｃpを中心としたプランジャ８の回転に伴って吸入ポート６ａ及び吐出ポート６ｂが所定のタイミングで開閉されるように、図示はしないがプランジャ８の下部は断面Ｄ字状に形成されている。
【００３０】
プランジャ８の上部はシリンダ７内から外部に突出すると共に、上方に開口する逃げ空間８ａが軸線Ｃpに沿って形成され、この逃げ空間８ａ内には金属製のリンク１１の傾動部１１ａが挿入されている。傾動部１１ａはロッド状をなして最下部（他端）に傾動ピン１２が固着され、傾動ピン１２の両端がプランジャ８に回動可能に軸支されることにより、傾動部１１ａは逃げ空間８ａ内で傾動ピン１２を中心として一側方と他側方に沿って傾動可能となっている。傾動部１１ａの上部（一端）には軸受部１１ｂが一体形成され、これらの傾動部１１ａと軸受部１１ｂとによりリンク１１が構成されている。
【００３１】
プランジャ８の軸線Ｃpを基準として、軸受部１１ｂは傾動部１１ａの傾動方向に沿った方向に偏芯して位置すると共に、偏芯方向の反対側に向けて開口している。軸受部１１ｂ内にはボール１３が全方向に角度変化可能に嵌め込まれて脱落防止リング１４により脱落を防止され、軸受部１１ｂとボール１３との間には、ボール１３の角度変化に伴う摺動を円滑にするために樹脂層１５が介装されている。これらの軸受部１１ｂ、ボール１３、脱落防止リング１４及び樹脂層１５によりボールジョイント１６が構成されている。
【００３２】
ボール１３には調整ピン１７の一端が嵌入固定され、調整ピン１７の他端に形成された雄ネジ１７ａは、上記したクランク５のピン結合部５ａの雌ネジ５ｂに螺合している。雌ネジ５ｂから露出した調整ピン１７の端部にはマイナスドライバを係合可能であり、調整ピン１７の回転操作に応じてピン結合部５ａに対する調整ピン１７の螺合位置を任意に調整し得る。調整ピン１７の螺合位置に応じてピン結合部５ａとボール１３との距離、ひいてはモータ３の軸線Ｃmを中心としたボール１３の旋回半径（本発明では、ボールジョイント１６の旋回半径として表現する）が変化し、任意の螺合位置でピン結合部５ａの両側のセットボルト１８を締めてロック可能となっている。
【００３３】
次に、以上のように構成されたプランジャポンプ１の動作を説明する。
図４はボール１３の旋回半径ｒ＝ｒ0としたときのプランジャストロークＳtの調整状態を示す説明図であり、その左側はプランジャ８の下死点を、右側は上死点を示す。
ピン結合部５ａに対する調整ピン１７の螺合位置の調整は、例えば調整ピン１７の長さ、或いはプランジャ８の逃げ空間８ａ内で許容されるリンク１１の傾動部１１ａの傾動角度等の制限を受け、これらの要件により自ずと螺合位置の調整範囲が定まっている。図４は、螺合位置を調整範囲の中央（ｒ＝ｒ0）に固定した場合を示しており、逃げ空間８ａ内でリンク１１の傾動部１１ａはプランジャ８の軸線Ｃpにほぼ沿った直立姿勢に保たれている。
【００３４】
モータ３によりクランク５が回転すると軸線Ｃmを中心としてピン結合部５ａが旋回し、そのピン結合部５ａに対して１８０°反対側で、同じく軸線Ｃmを中心としてボール１３が旋回する。ボール１３の旋回運動はリンク１１及び傾動ピン１２を介して軸線Ｃpを中心とした回転力としてプランジャ８に伝達され、シリンダ７内でプランジャ８が回転する。出力軸３ａの軸線Ｃmに対してプランジャ８の軸線Ｃpが所定角度で傾斜しているため、ボール１３はプランジャ８の軸線Ｃpに対して所定の傾きをもって旋回し、これによりプランジャ８は軸線Ｃpに沿ったスラスト力を伝達されて回転に同期して軸線方向に往復動する。
【００３５】
図４の左右の比較から判るように、ボール１３の旋回に伴い調整ピン１７とリンク１１との間（本発明のクランク５側とプランジャ８側との間に相当）の相対的な位置は周期的に変位するが、この位置変位は軸受部１１ｂ内でのボール１３の角度変化により許容される（後述する図１０に示す一自由度節の球面）。
【００３６】
そして、図４の左側に示すように、ボール１３がモータ３の軸線Ｃmを中心とした一側方にあるときにはプランジャ８が下死点に位置しており、この状態からモータ３の駆動によりボール１３が他側方に向けて旋回する過程ではプランジャ８が下死点から上昇する。このときプランジャ８により吸入ポート６ａが開放されているため、プランジャ８の上昇に伴って吸入ポート６ａからポンプ室９内に燃料が吸入される。
【００３７】
図４の右側に示すように、旋回中のボール１３が他側方に到達した時点でプランジャ８は上死点に達して吸入ポート６ａを閉鎖し、さらにボール１３が一側方に向けて旋回する過程ではプランジャ８が上死点から下降し、このときプランジャ８により吐出ポート６ｂが開放されているため、プランジャ８の下降に伴ってポンプ室９内の燃料が吐出ポート６ｂから吐出される。そして、図４の左側に示すように、再びボール１３が一側方に到達した時点でプランジャ８が下死点に達し、吐出ポート６ｂが閉鎖されて初期の状態に戻る。以上の吸入及び吐出の行程がボール１３の１旋回毎に繰り返されて、吸入ポート６ａから吐出ポート６ｂへの燃料の移送が行われる。
【００３８】
本実施形態では、以上のリンク１１、傾動ピン１２及びボールジョイント１６により本発明の伝達機構が構成され、クランク５、ボールジョイント１６及び調整ピン１７により本発明の旋回半径調整機構が構成され、リンク１１、傾動ピン１２及びボールジョイント１６により本発明の変位許容機構が構成されている。
【００３９】
以上のようにボール１３の旋回運動がプランジャ８の往復動に変換される過程をさらに詳述する。
図５は平面視によるボール１３の旋回運動（上段）と側面視によるプランジャ８のストロークＳt（下段）との関係を示す模式図、図６はボール１３の旋回位置θ1に応じたプランジャ８のストロークＳtの変化を示す特性図である。
【００４０】
図５の上段に示すように、モータ３の出力軸３ａの軸線Ｃmを中心としてボール１３は反時計回りに旋回運動を行っている。図では、ボール１３の旋回位置をθ１で表し、説明の便宜上、モータ３の軸線Ｃmを中心とした一側方（プランジャ８の下死点に相当）をθ１＝０°としている。
【００４１】
上記のようにボール１３の旋回半径ｒは、ピン結合部５ａに対する調整ピン１７の螺合位置に応じて調整可能であり、図中の実線は、螺合位置を調整範囲の中央（ｒ＝ｒ0）とした場合のボール１３の旋回軌跡を示し、破線は、螺合位置を調整範囲の最小値（ｒ＝ｒ1＜ｒ0）及び最大値（ｒ＝ｒ2＞ｒ0）とした場合の旋回軌跡を示している。
【００４２】
上記のようにプランジャ８を往復動させる原理は、プランジャ８の軸線Ｃpに対してボール１３が傾きをもって旋回することにあるため、ボール１３の旋回成分の中でプランジャ８の往復動に寄与するのは、プランジャ８の軸線Ｃpの傾斜方向（一側方と他側方）に沿った成分、即ち、図５中のθ1＝０°−θ1＝１８０°方向の成分であり、これと直交する成分は寄与しない。このため、ボール１３が半径ｒで旋回している場合、プランジャ８の往復動に寄与する成分を実効変位ｒ’（図中では、ｒ0に対するｒ0’として例示）とすると、実効変位ｒ’はボールの旋回位置θ1に応じて次式(1)に従って変化する。
ｒ’＝ｒ・cosθ1 ……(1)
【００４３】
一方、図５の下段に示すように、出力軸の軸線Ｃmに対するプランジャ８の軸線Ｃpの傾斜角がθ2である場合、実効変位ｒ’によって発生するプランジャ８の変位量Ｐhは、次式(2)で表すことができる。
Ｐh＝ｒ’・sinθ2 ……(2)
【００４４】
実効変位ｒ’はボール１３の旋回位置θ1＝０°とθ1＝１８０°とで最大値（＝ｒ）となるが、その正負が逆であることから、旋回半径ｒで得られるプランジャ８のストロークＳtは次式(3)で表すことができる。
Ｓt＝２・Ｐh＝２・ｒ・cos０・sinθ2……(3)
【００４５】
即ち、図６に示すように、ボールが１旋回（θ１＝０〜３６０°）する間にプランジャ８のストロークは０（下死点）からピーク（上死点）を経て０まで戻るが、式(3)からは、旋回半径ｒによりプランジャ８のストロークＳtをピーク値として導出できる。そして、このときのストロークＳtは、例えば旋回半径ｒ＝ｒ0の場合には、図５の下段に実線で示すように、２・ｒ0の斜辺を有する直角三角形の高さＳt0として表すことができる。
【００４６】
一方、旋回半径ｒ＝ｒ0の状態からピン結合部５ａに対する調整ピン１７の螺合位置を変更すると、ボール１３の旋回半径ｒの増減に応じてプランジャ８のストロークＳtも増減する。例えば図７に示すように、螺合位置を最小の旋回半径ｒ＝ｒ1に調整した場合には、プランジャ８のストロークＳtが最小値Ｓt1まで減少し、図８に示すように、螺合位置を最大の旋回半径ｒ＝ｒ2に調整した場合には、プランジャ８のストロークＳtが最大値Ｓt2まで増加する。
【００４７】
旋回半径ｒの減少に伴ってボール１３はクランク５のピン結合部５ａに引き寄せられ、旋回半径ｒの増加に伴ってボール１３はピン結合部５ａから遠ざけられ、これによりリンク１１は傾動ピン１２を中心として傾動する。リンク１１の傾動は逃げ空間８ａにより許容されると共に、この傾動によりリンク１１はクランク５側及びプランジャ８側に対して位置変位を生じる。図７，８から判るように、このときのリンク１１の位置変位は、クランク５側に対しては軸受部１１ｂ内でのボール１３の角度変化により許容され（後述する図１０に示す一自由度節の球面）、プランジャ８側に対しては傾動ピン１２を中心としたリンク１１の傾動により許容される（同じく図１０に示す一自由度節の傾動）。
【００４８】
以上のような調整ピン１７の螺合位置の変更により、図５の上段に示すようにボール１３の旋回半径ｒがｒ0からｒ1やｒ2に変化し、それに応じて図５の下段に示す直角三角形も斜辺２・ｒの増減に伴って拡大または縮小され、結果としてプランジャ８のストロークＳtがＳt0から最小値Ｓt1や最大値Ｓt2に増減する。この点は、式(3)に従って旋回半径ｒの増加時には増加側のストロークＳtが導出され、旋回半径ｒの減少時には減少側のストロークＳtが導出されることでも裏付けられる。
【００４９】
そして、式(3)及び図５の下段に示した直角三角形から判るように、プランジャ８のストロークＳtとボール１３の旋回半径ｒとは比例関係にあり、さらに旋回半径ｒを調整する際の調整ピン１７の回転角度と旋回半径ｒの増減量に関しても、ネジ５ｂ,１７ａのピッチにより定まる比例関係にある。従って、調整ピン１７を回転操作すると、その回転角度に比例してボール１３の旋回半径ｒ、プランジャ８のストロークＳt、プランジャポンプ１の吐出量がそれぞれ増減することになる。
【００５０】
プランジャポンプ１を所望の吐出量に調整する作業では、その吐出量に対応するプランジャ８のストロークＳtを目標値とし、ストロークＳtを計測しながら調整ピン１７を回転操作する工程を繰り返すが、調整ピン１７の回転角度に比例してストロークＳtが変化することから、直感的な操作により極めて容易に所望の吐出量に調整することができる。また、この調整作業を自動化した場合でも、目標ストロークＳtと計測ストロークＳtとの偏差から必要な調整ピン１７の回転角度を簡単且つ正確に割り出すことができる。このため、調整作業の自動化を容易に実現できる上に、個々のポンプ１の調整作業を短時間で完了することができる。
【００５１】
図９はこのときの旋回半径ｒに対するストロークＳtの増減状態を示す特性図である。
この図に実線で示すように、本実施形態によれば、調整範囲の中央値ｒ0から旋回半径ｒの調整代が増加或いは減少すると、それに比例してプランジャ８のストロークＳtも増加或いは減少しており、この特性図に基づいても、上記した吐出量の調整に関する作用効果が裏付けられる。
【００５２】
これに対して、図中に破線で示すように、ポンプヘッド１０２を角度変更する特許文献１のプランジャポンプ１０１では、軸線角度の調整代とプランジャ１０４のストロークＳtとの関係が線形を保っていないため、直感的な操作が望めずに吐出量の調整が非常に煩雑な作業となる。また調整作業を自動化する場合でも、必要なポンプヘッド１０２の角度変更量の割り出しが複雑且つ不正確であることから、調整作業の自動化が困難な上に、個々のポンプ１に対する調整作業の所要時間も長引いてしまう。
【００５３】
次いで、本実施形態のプランジャポンプ１と特許文献１のプランジャポンプ１０１との比較に基づき説明を続ける。
［背景技術］で述べたように、特許文献１に記載されたプランジャポンプ１０１は、吐出量の調整のために、モータ１０６の出力軸の軸線Ｃmに対するプランジャ１０４の軸線Ｃpの角度を変更する構造を採用している。この特許文献１のプランジャポンプ１０１の動作原理を図１５のブロック図に示す。
【００５４】
ベース台１０５に対してモータ１０６が固定されているのに対し、吐出量の調整のためにポンプヘッド１０２はベース台１０５上で角度変更可能に配設されている。ポンプヘッド１０２の角度変更に伴いクランク１０７とプランジャ１０４の位置が相対的に変位するため、その位置変位を許容すべく、ボール１０９が角度変化して一自由度節（球面）として機能し、伝達ピン１１０が摺動して一自由度節（摺動）として機能する。
【００５５】
そして、プランジャポンプ１０１の作動中には、モータ１０６の回転力がクランク１０７によりボール１０９の旋回に変換され、ボール１０９から伝達ピン１１０を介して伝達されるスラスト力及び回転力によりシリンダ１０３内でプランジャ１０４が往復動及び回転し、ポンプ室１１１を経た燃料の吸入及び吐出が行われる。
【００５６】
このような特許文献１のプランジャポンプ１０１では、以下に述べる問題を抱えている。なお、問題点１）及び２）は、［発明が解決しようとする課題］で述べた事項である。
１）ベース台１０５上でポンプヘッド１０２全体を角度変更するには大掛かりな機構を要することから、製造コスト面で不利である。
２）同じくポンプヘッド１０２の角度変更に起因する問題として、角度変更に大掛かりな機構を要する上に、吐出量を調整後のプランジャポンプ１０１の外形が個々に相違するため小型化が困難である。
【００５７】
３）クランク１０７からのスラスト力はボール１０９を介してプランジャ１０４に入力されるため、シリンダ１０３内でプランジャ１０４を円滑に往復動させるには、可能な限り軸線Ｃpの近接位置にボール１０９を配置することが望ましい。特許文献１では、ボール１０９をクランク１０７側の回転中心からずれた位置に設けて伝達ピン１１０を介してプランジャ１０４側と連結しているため、必然的にボール１０９の位置はプランジャ１０４の軸線Ｃpから大きく偏芯し、プランジャ１０４へのスラスト力も大きく偏芯した位置で入力される。このため、スラスト力の分力がプランジャ１０４を倒す方向に作用してシリンダ１０３の摺動面圧を不均衡とし、プランジャポンプ１０１の耐久性を低下させる要因になる。
【００５８】
４）問題点１）と関連する事項であるが、ポンプヘッド１０２を角度変更するために大掛かりな機構を要するが故に、製造コスト等の面から吐出量の調整機構を製品バリエーションとして標準設定し難い。また、その対策として吐出量の調整機構を備えないプランジャポンプ１０１を製品バリエーションに加えると、各部品に極めて高い寸法精度や組付精度が要求されることから歩留まりが悪くなり、やはりコスト低減の対策にはなり得ない。
【００５９】
５）同じくポンプヘッド１０２の角度変更のための大掛かりな機構を要するが故に、その調整作業も煩雑なものとなる。この問題は、上記のようにポンプヘッド１０２の角度調整代とプランジャ１０４のストロークＳtとの関係が線形を保たずに直感的な操作が望めない点により助長される。
【００６０】
一方、本実施形態のプランジャポンプ１の動作原理を図１０のブロック図に示す。
本実施形態では、吐出量の調整のためにクランク５のピン結合部５ａに対して調整ピン１７の螺合位置を調整可能とし、これによりボール１３の旋回半径を変更している。調整ピン１７の螺合位置の調整に伴いクランク５側及びプランジャ８側に対してリンク１１が位置変位するため、その位置変位を許容すべく、リンク１１の軸受部１１ｂ内でボール１３が角度変化して一自由度節の球面として機能し、リンク１１が傾動して一自由度節の傾動として機能しており、これらが本発明の変位許容機構による機能に相当する。
【００６１】
なお、これらの２つの自由度節の機能は、特許文献１のプランジャポンプ１０１が有する２つの自由度節の機能と対応するものであり、その構成は相違するが、本実施形態の構成を採用したことに付随して新たに追加したものではない。
【００６２】
そして、プランジャポンプ１の作動中には、モータ３の回転力がクランク５によりボール１３の旋回に変換され、ボール１３からリンク１１及び傾動ピン１２を介して伝達されるスラスト力及び回転力により、シリンダ７内でプランジャ８が往復動及び回転してポンプ室９を経た燃料の吸入及び吐出を行う。
【００６３】
次に、このように構成された本実施形態のプランジャポンプ１において、上記した特許文献１の問題点が如何に解決されているかについて述べる。
問題点１）について
上記のように本実施形態の２つの自由度節は、特許文献１の２つの自由度節と対応することから、特許文献１のポンプヘッド１０２の角度変更の機構に代えて、本実施形態では調整ピン１７の螺合位置の調整機構が備えられたと見なせる。この調整機構は、調整ピン１７の他端に雄ネジ１７ａを形成してピン結合部５ａの雌ネジ５ｂに螺合しただけのため、ポンプヘッド１０２全体を角度変更する特許文献１に比較して格段に簡素な機構となり、その製造コストを大幅に低減することができる。
【００６４】
また、仮に従来からの吐出量の調整機構を備えないプランジャポンプ（ストローク固定）をベースとして本実施形態のプランジャポンプ１に仕様変更する場合であっても、調整ピン１７による簡素な調整機構を追加するだけの非常に簡単な仕様変更で実現することができる。
【００６５】
付言すると、本実施形態のプランジャポンプ１の構成では、ボールジョイント１６のボール１３に多様な役割を担わせた点にも特徴がある。例えば吐出量の調整機構を備えないプランジャポンプでは、図１中のボール１３が伝達ピン（本実施形態の調整ピン１７に相当）を介してクランク５のピン結合部５ａ側と連結され、ボール１３の役割は、プランジャポンプの作動中にボール１３の旋回に伴って生じる伝達ピンとリンク１１との周期的な位置変位を許容する機能のみとなる。
【００６６】
これに対して本実施形態では、吐出量の調整するために伝達ピンに代えて調整ピン１７を採用し、その螺合位置を調整することでボール１３の旋回半径ｒを増減させている。そして、調整ピン１７の螺合位置に応じてクランク５側に対してリンク１１が位置変位することから、これを許容すべく軸受部１１ｂ内でのボール１３の角度変化を利用している。
【００６７】
加えて螺合位置の調整の際には、調整ピン１７と共に軸受部１１ｂ内でボール１３が回転する。即ち、このときの調整ピン１７は、リンク１１側との連結を保ったまま回転を許容される必要があるが，そのために軸受部１１ｂ内でのボール１３の回転を利用しているのである。
以上のようにボール１３に多様な役割を担わせていることは部品点数の減少、ひいては機構部４全体の構成の簡素化に貢献し、プランジャポンプ１の製造コストの一層の低減、及びプランジャポンプ１の小型化につながる。
【００６８】
問題点２）について
本実施形態では、最小旋回半径ｒ１の状態を示す図７と最大旋回半径ｒ２の状態を示す図８との比較から明らかなように、両者の違いがリンク１１の僅かな位置変位だけである。しかも、リンク１１はベースプレート２の一対の連結片２ｂ間に配設されているため、吐出量の調整によりリンク１１が位置変位してもプランジャポンプ１の外形は全く変わらない。結果として、吐出量の調整代（調整ピン１７の螺合位置）に関わらずプランジャポンプ１の外形が常に最小限にとどめられ、その小型化を達成することができる。
【００６９】
問題点３）について
本実施形態では、ボール１３をプランジャ８側に設けて調整ピン１７を介してクランク５側と連結しているため、必然的にボール１３がプランジャ８の軸線Ｃpに近接する位置に配置されることになり、プランジャ８は軸線Ｃpの近くでスラスト力を受ける。このため、スラスト力の大半がプランジャ８の軸線Ｃp方向への往復動のために効率的に利用されてシリンダ７の摺動面圧が均衡となり、プランジャポンプ１の耐久性を大幅に向上させることができる。
【００７０】
問題点４）について
本実施形態では、吐出量を調整するための調整ピン１７の螺合位置の調整機構が非常に簡素なものであり、ほとんどコストアップの要因にならないことから、製品バリエーションとして標準設定できる。そのため、吐出量の調整機構を備えないプランジャポンプを製品バリエーションに加える必要がなくなり、この点も製造コストの低減に貢献する。
【００７１】
問題点５）について
本実施形態では、吐出量の調整作業の際には、セットボルト１８を緩めてロックを解除した上で、調整ピン１７をマイナスドライバで回転操作するだけで簡単に実施できる。この要因は、上記のように調整ピン１７の回転数に対しプランジャ８のストロークＳtが比例して直観的な操作ができる点と相まって、吐出量の調整作業の容易化に大きく貢献する。
【００７２】
ところで、本発明の態様は本実施形態に限るものではなく任意に変更可能であり、以下に実施形態の変形例として説明する。
まず、図１１に示すように、プランジャ８の逃げ空間８ａを図４の実施形態に比較してより浅く形成してもよい。但し、この場合にはリンク１１の傾動中心である傾動ピン１２がより上方に位置することから、同一の調整ピン１７の調整代においてリンク１１の傾動は実施形態の場合よりも大きくなる。このため力学的には、リンク１１の傾動が小さい実施形態の方が、ボール１３の旋回運動を無理なくスラスト力及び回転力としてプランジャ８に伝達できる。よって、プランジャ８の長さ等による制限の範囲内で可能な限り逃げ空間８ａを深く形成して、傾動ピン１２を下方に位置させることが望ましい。
【００７３】
また、図１２に示すように、プランジャ８の軸線Ｃpからボール１３側に偏心した位置に逃げ空間８ａを形成して、その内部にリンク１１の最下部を傾動ピン１２により軸支してもよい。この場合には、プランジャ８の軸線Ｃpとボール１３との位置関係は実施形態と相違ないが、リンク１１の傾動中心（軸支位置）である傾動ピン１２のほぼ直上にボール１３が位置することから、ボール１３からのスラスト力をプランジャ８の軸線Ｃp方向への往復動のために一層効率的に利用でき、シリンダ７の摺動面圧をより均衡させることができる。
【００７４】
また、図１３に示すように、クランク５とプランジャ８（この変形例では部材番号２４を付す）との間の連結構造として、図１４に示す特許文献１のものを採用してもよい。具体的には、クランク５の回転中心からずれた位置にボールジョイント２１（軸受け部材）のボール２２を角度変化可能に嵌め込み、そのボール２２に伝達ピン２３の一端を軸方向に摺動可能に挿入すると共に、伝達ピン２３の他端を軸線Ｃpと直交する方向からプランジャ２４に嵌入固定する。
【００７５】
そして、クランク５をモータ側部材２５（動力源側部材）とプランジャ側部材２６とに分割して図示しないガイドレールにより接離方向に案内する共に、両クランク２５，２６を調整ピン２７の螺合により連結し、その螺合位置の変更によりボール２２の旋回半径を変更可能とすればよい。
より具体的には、例えば調整ピン２７を双方のクランク２５，２６にそれぞれ螺合させ、それぞれのクランク２５，２６に対する調整ピン２７の螺合方向を所謂逆ネジ（左ネジ）にすればよい。これにより、調整ピン２７の回転操作に応じてモータ側部材２５に対しプランジャ側部材２６が接近または離間し、それに伴ってボール１３の旋回半径ｒが増減する。よって本実施形態と同様に吐出量を調整可能になると共に、このときのボール２２の位置変位がボール２２に対する伝達ピン２３の摺動により許容される。
【００７６】
この変形例では、以上のボールジョイント２１及び伝達ピン２３により本発明の伝達機構が構成され、モータ側部材２５、プランジャ側部材２６及び調整ピン２７により本発明の旋回半径調整機構が構成され、ボールジョイント２１及び伝達ピン２３により本発明の変位許容機構が構成される。
【００７７】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、オートバイの燃料移送用のプランジャポンプに具体化したが、これに限るものではなく、その用途及び流体の種別は任意に変更可能である。例えば、工場等で各種流体を移送するための産業用ポンプ、或いは理化学実験等で使用する実験用ポンプに適用してもよい。
【符号の説明】
【００７８】
３  モータ（動力源）
５  クランク（旋回半径調整機構）
７  シリンダ
９  ポンプ室
８，２４  プランジャ
１１  リンク（伝達機構、変位許容機構）
１２  傾動ピン（伝達機構、変位許容機構）
１３,２２  ボール
１６  ボールジョイント（伝達機構、旋回半径調整機構、変位許容機構）
１７  調整ピン（旋回半径調整機構）
２１  ボールジョイント（伝達機構、変位許容機構）
２３  伝達ピン（伝達機構、変位許容機構）
２５  モータ側部材（動力源側部材、旋回半径調整機構）
２６  プランジャ側部材（旋回半径調整機構）
２７  調整ピン（旋回半径調整機構）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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