(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ先端部に相対向してシリンダ室につながるバルブレスの吸込口と吐出口が設けられ、先端部外周にカット面が形成されたプランジャをシリンダ内を回転させながら往復動させて前記吸込口及び吐出口を交互にシリンダ室に連通させることにより流体の移送を行うプランジャポンプを多連設けてなる多連式プランジャポンプであって、
前記プランジャに回転駆動力を与えるモータと、このモータの回転軸が連結されて前記各プランジャポンプの回転軸に前記モータの回転駆動力を伝達するギアとを備え、
全ての前記プランジャポンプは、その吸込口同士及び吐出口同士がそれぞれ連結され、
前記各プランジャポンプは、
前記シリンダ及びプランジャと、
前記プランジャの基端部にプランジャの軸方向と直交する方向に突設されたプランジャ支持ピンと、
前記ギアの回転駆動力によって回転する円筒状のドライブ継手と、
このドライブ継手の内周部に設けられ前記プランジャ支持ピンの先端を支持する球面玉軸受とを備え、
前記プランジャ及びシリンダの中心軸を前記ドライブ継手の回転軸に対して傾けることにより、前記ドライブ継手、球面玉軸受及びプランジャ支持ピンを介して前記プランジャに回転方向及び軸方向の運動を伝達するものであり、
前記ギアは、非円形歯車からなり、
前記全ての前記プランジャポンプによる総合的な流体の吐出量が時間的に平滑化されるように各プランジャポンプからの流体の吐出量の変化の位相をずらしてなる
ことを特徴とする多連式プランジャポンプ。
【請求項２】
前記プランジャの回転方向及び軸方向の運動は、前記各プランジャポンプからの流体吐出時の吐出量の波形が、時間軸に対して平坦になるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の多連式プランジャポンプ。
【請求項３】
前記プランジャの回転方向及び軸方向の運動は、前記プランジャの回転角にして１８０゜を超える期間が流体の吐出時間に充てられるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の多連式プランジャポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プランジャをシリンダ内を回転させながら往復動させて吸込口及び吐出口を交互にシリンダ室に連通させることにより流体の移送を行うプランジャポンプに関し、特に多連式プランジャポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プランジャポンプとして、シリンダ先端部に相対向してシリンダ室につながるバルブレスの吸込口と吐出口を設け、先端部外周にカット面が形成されたプランジャをシリンダ内を回転させながら往復動させて吸込口及び吐出口を交互にシリンダ室に連通させることにより液体の移送を行うものが知られている。  図１０は、この種のプランジャポンプの動作原理を示している。図１０（ａ）のスタート時、プランジャ先端のカット面は吸込口、吐出口のいずれにも対向しない。この状態からプランジャが引き出されて図１０（ｂ）のように９０゜回転すると、カット面が吸い込み口にギャップをもって対向して、吸込口がシリンダ室に連通する。この状態からプランジャが更に引き出されて１８０゜回転した図１０（ｃ）の状態は、吸込から吐出への切り替わりである。そしてプランジャが押し込まれて、図１０（ｄ）のように２７０゜になると、カット面が吐出口にギャップをもって対向した状態、即ち吐出口がシリンダ室に連通した状態となり、液の吐出が行われる。図１０（ｅ）の３６０゜回転でスタート時と同じになる。
【０００３】
以上のように、このタイプのプランジャポンプは、バルブレスで液体移送が可能である。従って、弁によるトラブルがないという基本的特徴を有する。また、真空部への直接定量注入や高圧部からの定量引き抜きが可能である。更に、ポンプをファインセラミックス製とすることにより、研磨性の高粘性液や各種薬品液の移送に適したポンプとして注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１１は、上述した従来のプランジャポンプのプランジャ回転角に対するプランジャの軸方向の速度、変位及び加速度のカーブを示した図である。図示のように、プランジャは、正弦波に従って往復動する。これによりプランジャポンプからの液体の吐出量の時間的変化は、図１２に示すように、正弦波となり脈動を生じるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、脈動のない多連式プランジャポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多連式プランジャポンプは、シリンダ先端部に相対向してシリンダ室につながるバルブレスの吸込口と吐出口が設けられ、先端部外周にカット面が形成されたプランジャをシリンダ内を回転させながら往復動させて前記吸込口及び吐出口を交互にシリンダ室に連通させることにより流体の移送を行うプランジャポンプを多連設けてなる多連式プランジャポンプであって、前記プランジャに回転駆動力を与えるモータと、このモータの回転軸が連結されて前記各プランジャポンプの回転軸に前記モータの回転駆動力を伝達するギアとを備え、全ての前記プランジャポンプは、その吸込口同士及び吐出口同士がそれぞれ連結され、前記各プランジャポンプは、前記シリンダ及びプランジャと、前記プランジャの基端部にプランジャの軸方向と直交する方向に突設されたプランジャ支持ピンと、前記ギアの回転駆動力によって回転する円筒状のドライブ継手と、このドライブ継手の内周部に設けられ前記プランジャ支持ピンの先端を支持する球面玉軸受とを備え、前記プランジャ及びシリンダの中心軸を前記ドライブ継手の回転軸に対して傾けることにより、前記ドライブ継手、球面玉軸受及びプランジャ支持ピンを介して前記プランジャに回転方向及び軸方向の運動を伝達するものであり、前記ギアは、非円形歯車からなり、前記全ての前記プランジャポンプによる総合的な流体の吐出量が時間的に平滑化されるように各プランジャポンプからの流体の吐出量の変化の位相をずらしてなることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、先端にカット面を有するプランジャがシリンダ内を回転及び往復動して流体の移送を行うプランジャポンプが多連配置され、これら多連配置されたプランジャポンプによる総合的な流体の吐出量が時間的に平滑化されるように、全プランジャポンプを連動動作させるようにしているので、総合的な移送流体の吐出曲線が平滑化され、脈動の発生を抑制することができる。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記プランジャの回転方向及び軸方向の運動は、前記各プランジャポンプからの流体吐出時の吐出量の波形が、時間軸に対して平坦になるように設定される。このように、プランジャの運動特性の速度波形を台形形状とすることにより、脈動はより低減される。
【０００９】
本発明の更に好ましい実施の形態によれば、前記プランジャの回転方向及び軸方向の運動は、前記プランジャの回転角にして１８０゜を超える期間が流体の吐出時間に充てられるように設定される。このように、吐出時間を延ばすことにより、各プランジャポンプの切り替わり時点での吐出量が少なくなるのを防止して脈動の発生を更に抑制することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、この発明の一実施例に係る２連式プランジャポンプの外観を示す斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は、このポンプの要部を取り出して示した斜視図である。
図１に示すように、板状のベース１の上にはギアハウジング２が取付けられており、このギアハウジング２の前端側に２連のプランジャポンプ３ａ，３ｂが取り付けられ、後端側にモータ４が取り付けられている。
【００１６】
プランジャポンプ３ａ（３ｂも同一構成）は、次のように構成されている。即ち、図２に詳細を示すように、ポンプブラケット１１に収納された円筒状のシリンダ１２の内部にはプランジャ１３の先端側が挿入されている。シリンダ１２の先端部には、上下に相対向するように、シリンダ室Ｂにつながるバルブレスの吸込口１４と吐出口１５とが取り付けられている。図３にも示すように、プランジャ１３の先端部にはカット面１３ａ（Ｄカット）が形成されている。プランジャ１３の後端部には円筒状のカム１６が同軸固定され、このカム１６の更に後端側には、回転軸１７が同軸固定されている。カム１６の外周面には、プランジャ１３の往復動作を規定する溝１８が形成されている。この溝１８には、カム１６を内部に収容するカムシリンダー１９の側面上部から内側に突設された固定ピン２０が係合されている。固定ピン２０は、ネジ２２によってカムシリンダ１９に固定されている。
【００１７】
一方、ギアハウジング２の内部には、モータ４の回転軸に固定された歯車３１を中心とし、その両側にこの歯車３１と噛み合う歯車３２，３３が配置されている。歯車３２，３３には、回転軸１７の後端側に設けられたスプライン２２と係合するスプラインボス２３が設けられ、このスプラインボス２３とスプライン２２とにより、モータ４の回転駆動力をプランジャ１３に伝達すると共に、プランジャ１３の往復動を可能にする回転伝達手段が構成されている。スプラインボス２３は、軸受３４を介してギアハウジング２に回転可能に支持されている。
【００１８】
２つのプランジャポンプ３ａ，３ｂの吸込口１４同士及び吐出口１５同士は、それぞれ吸込管５及び吐出管６によって統合されており、２連式プランジャポンプ全体として１つの吸込経路及び吐出経路を形成するようになっている。
【００１９】
次に、このように構成された２連式プランジャポンプの動作について説明する。
図４は、１台のプランジャポンプ３ａ（３ｂ）のプランジャ１３の回転角度に対する往復運動方向（軸方向）の速度、変位及び加速度の波形をそれぞれ示した図である。いま、プランジャ１３がシリンダ１２から最も引き出された状態、即ち図１０（ｃ）の状態を変位０、回転角０゜と規定すると、図示のように、プランジャ１３は、回転角度０゜から約２１５゜までほぼ一定の速度でシリンダ１２に押し込まれる。この過程が吐出工程である。回転角度２１５゜から３６０゜までは、正弦波状の速度カーブに従ってプランジャ１３がシリンダ１２から引き出される。２連のプランジャポンプ３ａ，３ｂのプランジャ１３の回転角度の位相差を１８０゜にすると、図５に示すように、２連分の総合的な吐出波形は平坦になる。
【００２０】
このポンプの特徴は、▲１▼吐出時間が吸込時間よりも長いこと、及び、▲２▼吐出時のプランジャ１３の運動特性の速度波形が台形状であること、である。これにより、ポンプ全体の総合的な吐出量の脈動は抑えられる。このような速度波形は、カム１６の溝１８を、図４の回転角度に対する変位波形に合わせて形成すれば実現できる。
【００２１】
なお、上記実施例では、プランジャ１３側にスプライン２２を設け、ギア３２，３３側にスプラインボス２３を設けることにより回転伝達手段を構成したが、図６に示すように、カム４１側にスプラインボス４２を形成し、ギア４３側にスプライン４４を設けることにより回転伝達手段を構成するようにしても良い。
【００２２】
また、上記実施例では、カム１６を外周面に溝１８が形成された円筒状カムとしたが、図７に示すように、円筒状カムに代えて、後端にカム面５１を有するカム５２を使用して、バネ５３によってカム５２を固定ピン２０側に所定圧をもって押し付ける、スプリングバック方式を用いるようにしても良い。この場合でも、カム面５１を上述した変位波形が得られる曲面とすることで同様の効果を得ることができる。
【００２３】
図８及び図９は、本発明の更に他の実施例に係る２連式プランジャポンプを示す模式図である。
この実施例では、プランジャポンプ６１ａ，６１ｂが、先端側のポンプヘッド６２と基端側の円筒状のドライブ継手６３とから構成されている。ポンプヘッド６２は、前述と同様にポンプブラケット７１に収容された円筒状のシリンダ７２と、このシリンダ７２に先端側が挿入された、先端にカット面７３ａが形成されたプランジャ７３とを有する。シリンダ７２の先端近くには、相対向するように、シリンダ室Ｂにつながるバルブレスの吸込口７４と吐出口７５とが設けられる。プランジャ７３の基端部には、プランジャ７３の中心軸と直交するプランジャ支持ピン７６が突設され、このピン７６の先端が、ドライブ継手６３の内周部に設けられた球面玉軸受７７に回動自在に支持されている。
【００２４】
ポンプヘッド６２は、ドライブ継手６３の回転軸に対して、プランジャ７３の回転軸が所定の振り角度θとなるように配置される。この角度θによりプランジャ７３のストロークが決定される。プランジャ７３の基端部は、プランジャ支持ピン７６を介してドライブ継手６３の球面玉軸受７７に保持され、ドライブ継手６３の回転駆動により、球面玉軸受７７がドライブ継手６３の回転軸の周りを円運動し、且つその円軌道がプランジャ７３の中心軸に対して傾いているため、プランジャ７３は、回転しながらシリンダ７２内を往復動する。
【００２５】
この実施例では、図９に示すように、モータ８１の回転駆動力が、非円形歯車８２，８３，８４を介して各ドライブ継手６３に伝達されるようになっている。このように、モータ８１の回転駆動力を非円形歯車８２，８３，８４によって各ドライブ継手６３に伝達するようにすると、プランジャ７３の回転は、不等速回転となり、プランジャ７３の往復動も変速度となる。従って、速度波形が図４に示した波形となるように非円形歯車８２〜８４の形状を設定し、２連のプランジャポンプ６１ａ，６１ｂのプランジャ７３の回転角度の位相差を１８０゜に設定することにより、先の実施例と同様に、脈動のないポンプが得られる。
【００２６】
なお、以上の実施例では、２連式のプランジャポンプを例に取り説明したが、３連式プランジャポンプを構成する場合には、プランジャの回転角度の位相を１２０゜ずつずらすようにすればよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、先端にカット面を有するプランジャがシリンダ内を回転及び往復動して流体の移送を行うプランジャポンプが多連配置され、これら多連配置されたプランジャポンプによる総合的な流体の吐出量が時間的に平滑化されるように全プランジャポンプを連動動作させるようにしているので、総合的な移送流体の吐出曲線が平滑化され、脈動の発生を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例に係る２連式プランジャポンプの外観斜視図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】  同ポンプの要部を示す斜視図である。
【図４】  同ポンプのプランジャ回転角に対する速度、変位及び加速度を示す波形図である。
【図５】  同ポンプのプランジャ回転角に対する吐出量を示す波形図である。
【図６】  本発明の第２の実施例に係る２連式プランジャポンプの要部を示す斜視図である。
【図７】  本発明の第３の実施例に係る２連式プランジャポンプの要部を示す断面図である。
【図８】  本発明の第４の実施例に係る２連式プランジャポンプの模式図である。
【図９】  同ポンプの動作を示す模式図である。
【図１０】  プランジャポンプの動作原理を説明するための図である。
【図１１】  従来のプランジャポンプのプランジャ回転角に対する速度、変位及び加速度を示す波形図である。
【図１２】  従来のプランジャポンプのプランジャ回転角に対する吐出量を示す波形図である。
【符号の説明】
３ａ，３ｂ，６１ａ，６１ｂ…プランジャポンプ、４，８１…モータ、１２，７２…シリンダ、１３，７３…プランジャ、１４，７４…吸込口、１５，７５…吐出口、１６，４１，５２…カム、２２，４４…スプライン、２３，４２…スプラインボス、３１〜３３，４３…歯車、６３…ドライブ継手、８２〜８４…非円形歯車。
【図１】
0004230081.tif 000002
【図２】
0004230081.tif 000003
【図３】
0004230081.tif 000004
【図４】
0004230081.tif 000005
【図５】
0004230081.tif 000006
【図６】
0004230081.tif 000007
【図７】
0004230081.tif 000008
【図８】
0004230081.tif 000009
【図９】
0004230081.tif 000010
【図１０】
0004230081.tif 000011
【図１１】
0004230081.tif 000012
【図１２】
0004230081.tif 000013