(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を連続して圧送する多連式ポンプ装置に用いられるポンプであって、
回転軸をなすピン(30)を備え、プランジャーに連結したクロスヘッド(24)と、
前記クロスヘッドのピン(30)に軸支された同軸の２つのカムフォロワーローラ(33)(53)と、
一方のカムフォロワーローラ(33)を介して前記クロスヘッド(24)を押し出す吐出用の板カム(31)と、
他方のカムフォロワーローラ(53)を介して前記クロスヘッド(24)を引っ張る吸引用の板カム(51)と、を有しており、
前記吐出用の板カム(31)と前記吸引用の板カム(51)が一体的に形成され、前記クロスヘッド(24)の押し出し終了と同時に引っ張りを開始し、また、引っ張り終了と同時に押し出しを開始するように構成され、
前記カムフォロワーローラ(33)に対する前記板カム(31)の位置ずれを防止するガイド板(7a)(7b)が、前記クロスヘッド(24)に設けられていることを特徴とする微小脈動流ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
開示技術は、所定の配管に対し進退動するプランジャーの脈動を可及的に微小にする定量ポンプの構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、ポンプは多くの水利事業に用いられているがプランジャー型定量ポンプの宿命ともいうべき脈動の発生は工程のインライン化や連続化に支障を来すばかりでなく、製品の不均一化や配管の振動によるトラブル等さまざまな問題を引き起こしやすいために、今まで多くの生産プロセスにおいては、未だに渦巻きポンプやギヤポンプが多く使われている。
【０００３】
しかしながら、その出力の大きさ、耐久性、効率の良い等の点からプランジャータイプのポンプが多く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、当該プランジャータイプのポンプにおいては、一般にプランジャーがクランク機構等で進退動する。したがって、その圧力は図５（イ）の一連型プランジャー脈動状型に示す如く、サインカーブ１をえがき、その吐出圧の脈動が避けられない。そこでこれに対処するに、図５（ロ）に示すように、プランジャーの進退動を正規のサインカーブ１に対しその位相を１８０度変えた２の点線に示す様なサインカーブをえがくように併設し複数のプランジャーの進退動により脈動の平滑化を図るようにしたりしている。ところが、それでも滑らかな流れは得られず、且つ、３連式以上となるとプランジャーとバルブ部分が多くなりコスト高となる。
【０００５】
また、等速カムを用いて可及的に滑らかな図６に示す脈動の小さな吐出圧を得るようにしている技術も案出されているが、圧力３ａと３ｂと重なる部分Ａが３ｃの波型となり脈動流を微小にするようにされているが、それでも、完全に滑らかな吐出圧は得られない。
【０００６】
これは、図７に示す様にクロスヘッド４に連結されるプランジャー５がそのシール対策としてパッキン６を嵌装し、その締着力に対しクロスヘッド４に嵌装するスプリング８をして、バックストロークを行うようにしているがために、該スプリング８の反発力をパッキン６の緊締力よりも大きく強くしなければならず、したがって、当然のことながら、大きな吐出力を有するポンプにおいては、スプリング８のサイズが大きくなり、装置が大型になる欠点があり、更に、吐出工程における動力は、吐出圧プラスパッキン６の緊締力にスプリング８の圧縮力が加算されて、大きくなりエネルギーロスとなる。
【０００７】
また、スムーズな動作が保証出来難くポンプ量が安定し難く、吐出ポンプ量が安定し難いという難点があった。
【０００８】
また、スプリング８の反発動作はスムーズでなく、プランジャーの動作もスムーズでなくなるという不具合があった。
【０００９】
また、図８に示す様に、立体カム９にカムフォロワーローラ１０，１０を介して一対のプランジャー５´，５´を進退動させるようにする技術もあるが、当該立体カム９の摺動面にはクリアランスがあり、吐出工程と吸引工程との間にガタツキが生じ脈動が小さくはならないという不都合さがあり、いずれのタイプにしても脈動の完全平滑化が行えず、スムーズな動作が保証されないデメリットがあった。
【００１０】
【発明の目的】
この出願の発明の目的は上述従来技術に基づくカムクランク方式によるプランジャーの進退動を介しての吐出圧力と吸引力との間の脈動を完全に防げない問題点を解決すべき技術的課題とし、吐出工程と吸引工程にも板カムを使用し、該両板カムを一体成形、或いは、一体的に組立てし吸引工程にも大きな力がかけられるので、高い吐出圧力とか大口経のプランジャー等で大きなパッキンの摩擦があっても使用が出来、吐出工程、吸引工程とも別々に加工成形することが出来ることにより、製造精度が向上し、カムのガタツキもなく、脈動が極力抑制でき、ほぼ完全に近い平滑化が可能であり、且つ、運転動力を最少におさえることが出来るようにして、水利産業におけるポンプ技術利用分野に益する優れた微小脈動流ポンプを提供せんとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述目的に沿い、先述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成は前述課題を解決するために、パッキンを嵌装したプランジャーに連結した所定数のクロスヘッドが回転数調整用のウォームギヤを有してカムクランクに連係している微小脈動ポンプにおいて、上記カムクランクが該カムクランクに吐出用の板カムと吸引用の板カムを一体的に形成されクロスヘッドピンに連係され、該クロスヘッドに平行にガイド板とか溝又はスライドベアリングが配設されていることを基幹とし、上記吐出用の板カムと吸引用の板カムとが一体成形されているようにし、上記吐出用の板カムと吸引用の板カムとが一体的に組付されているようにもし、上記吸引用の板カムが所定のプランジャーに連結したクロスヘッドに取付けられたクロスヘッドピンに装着されたカムフォロワーローラを介し吸引用板カムにより該プランジャーが吸引され、したがって、該プランジャーはベアリング、クロスヘッドピン、クロスヘッドを介してカムによる機械的な強制力で吸引されるのでプランジャーのパッキンの締付け力が大きくなっても、吸引が可能であり、パッキンの締付け力の大きくなる大径のプランジャーとが高圧力のポンプにも適用されるようにした技術的手段を講じたものである。
【００１２】
【作用】
上述構成において、プランジャーポンプをして水利事業等に用いるに際し、そのパッキン等の緊締力が大きくても、全体サイズを小型化することも可能であるようにし、カムクランクが該カムクランクに対する吐出用と吸引用の板カムを一体成形するようにしたり一体的に組付けるように、吸引用板カムは内側に接して取付けられたカムフォロワーローラからクロスヘッドピンを介してクロスヘッド、プランジャーを動かすが、吸引力はカムフォロワーローラからクロスヘッドピンに片持ち力として作用するため、クロスヘッドピン及びクロスヘッドを微小傾斜裡に回転させる力となる。
【００１３】
したがって、該クロスヘッドを回転させないため、クロスヘッドにガイド板或いは溝又はスライドベアリングを配設し、押し出しカムの側面をガイドとして該クロスヘッドの回転を防ぎ、クロスヘッド、プランジャーのスムーズで効率的な作動が保証出来るようにしたものである。
【００１４】
なお、ガイド板を取付けることはクロスヘッドが正常に且つスムーズに動くための簡易、且つ安価な方法とに採用したものであり、該クロスヘッドにガイド板とか溝又はスライドベアリングをつけたり、又は角型にすることでも目的を達することが出来、この出願の発明の範疇に入るものである。
【００１５】
【発明を実施するための形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
図示態様は適宜の水利事業の揚水に使用するプランジャーポンプの態様である。
図１に示す態様はこの出願の発明の微小脈動流プランジャーポンプの要部を示した断面図であり、図示しない配管に臨ませたプランジャー２５はクロスヘッド２４に連結されている。このクロスヘッド２４には、スプライン式のクロスヘッドピン３０が設けられている。クロスヘッドピン３０には、吐出用カム３１に接するカムフォロワーローラ３３と、吸引用カム５１に接するカムフォロワーローラ５３が装着されている。吐出用カム３１と吸引用カム５１は、回転軸６４に連結されてクロスヘッド２４を押圧して吐出することが出来るようにされている。
【００１７】
なお、３はバルブ部である。
【００１８】
また、クロスヘッド２４にはガイド板７ａ，７ｂ、或いは、溝、又は図９に示すスライドベアリング２３も配設されることが可能である。吸引用のカム５１には、そのフランジの内部に吸引用のカム溝５２が設けられて、該カム溝５２にはカムフォロワーローラ５３が配設されている。
【００１９】
したがって、クロスヘッド２４は押用のカム３１に連係すると共に、吸引用のカム５１にも一体的に連係されていることになり、押圧作用は押用の吐出用のカム３１により行われ、吸引作用はカム５１のカムフォロワーローラ５３により行われるようにされている。
【００２０】
したがって、当該態様においては、吸引用の在来態様の如き、スプリングは何等設けられていないことになる。
【００２１】
勿論、吸引用のカムフォロワーローラ５３にはベアリングが装備されている。
【００２２】
そして、吐出用のカム３１と吸引用のカム５１とは、一体成形により１ブロックとして回転軸６３及び６４により回転することが出来るようにされている。
【００２３】
図２（イ）（ロ）は、押出しカム３１と、カムフォロワーローラ３３と、吸引カム５１と、カムフォロワーローラ５３の作用関係を示す。
【００２４】
押出し工程においては、押出しカム３１にカムフォロワーローラ３３がＡ点で圧接してクロスヘッドピン３０を介しクロスヘッド２４を押し出し、Ｂ点で押出しが終了し、次にＣ点で吸引カム５１とカムフォロワーローラ５３が圧接し、クロスヘッドピン３０を介しクロスヘッド２４を吸引し始めＤ点で吸引が終り、Ａ点の押出し工程へ連続作動を繰り返す。
【００２５】
押出しカム３１の圧接面の形は等速運動をするように設計されて、吸引カム５１のカム溝５２はＣ点からＤ点迄、押出しカム３１の等速運動に沿うように作られている。
【００２６】
したがって、吸引カム５１の作用はＣ点からＤ点迄であり、Ｚの形でも良い。而しながら、カムフォロワーローラ５３がスムーズにカム溝５２に入らせることと強度をもたせるため図示２の様に円盤状としている。
【００２７】
なお、クロスヘッド用の吸引用のカム５１には内部にカム溝５２が凹設されてカムフォロワーローラ５３に内接している。
【００２８】
また、ガイド板７ａ，７ｂが吐出カム３１を挾層して設けられていることにより、また、クロスヘッド２４に配設されていることによりその高頻度の進退動に際しても、スムーズに作動し、傾倒したり回転することはないものである。
【００２９】
而して、図１，図２の実施例の態様は１連装タイプのプランジャーポンプに用いられるものであるが、図３に示す実施例の態様は２連装式の態様であり、カム３１，５１は軸方向に１８０度位相を変えて配管における脈動が可及的に滑らかになるようにされているものであり、各機構部は１連のフレームにより一体連結化されており、パッキン６は締付ネジ１１で適宜に締付られるようになっており、また、回転軸６３はカップリングを介し図示しないモータに連結されると共に、減速用ウォームギヤ６７，ウォームホイール６８を介し回転軸６４からカム３１，５１に連結しポンプとして機能されている。
【００３０】
なお、当該態様において、２７は、クロスヘッド２４に対するベアリング作用を行う軸受である。
【００３１】
なお、この出願の発明の実施態様は上述実施例に限るものでないことは勿論であり、例えば、各カムは一体カムにする等種々の態様が採用可能である。
【００３２】
また、この出願の発明のポンプはプランジャーポンプに限らず、ダイヤフラムポンプ等にも応用が出来るものであることは勿論のことである。
【００３３】
そして、吐出用のカムと吸引用のカムとは一体成形的に形成されていても良いが別体に形成して組付け作業により一体化成形出来るようにする等も可能であることは勿論のことである。
【００３４】
なお、ストロー長調整に際しては図示しないハンドルを回転を介し適宜のギヤ機構とリンク機構をクロスヘッド２４に連係することにより、ストローク長を調節可能にすることは当業者にとり極めて容易なことである。
【００３５】
【発明の効果】
以上、この出願の発明によれば、基本的にプランジャーポンプにおいて、クロスヘッドに作用する等速用のカムが押用と吸引用のカムを一体的に形成してその位相を変えることにより複連装式のポンプとすることにより、その脈動を極力抑制することが出来、また、パッキンの締付けをかなり大きくして、シール能力を大にしてもクロスヘッドの吸引用カムが吐出用のカムに一体的に設けられていることにより強力な吸引作用が行われ、したがって、脈動の微小なプランジャーポンプとするこが出来る優れた効果が奏される。
【００３６】
したがって、ポンプを駆動する力も平均化され、少なくなる。
【００３７】
また、カムは吐出用と吸引用が別々に製造加工することが出来るので極めて高い精度で成形が出来、カムのガタツキがなく、脈動が極力押さえることができるという優れた効果が奏される。
【００３８】
なお、この出願の発明のプランジャーポンプは２連装タイプを通常とするが、３連装以上の多連装ポンプとすることにより脈動は極めて微小に押さえられ、滑らかな出力が得られるという優れた効果が奏される。
【００３９】
そして、在来態様のプランジャーポンプの吸引用にスプリング等を用いなくてすむために、スプリングがパッキンの締付け力以上の力を有する大型にせずとも良くなり、装置のコンパクト化が図れ、嵩高にならずにすみ、コスト的に安くつくという利点がある。
【００４０】
また、吸引用スプリングを配設した在来ポンプは吐出時には吸引用スプリングを圧縮する力が余分に必要であり、動力損失があるが、この出願の発明はこの問題を解決した省エネルギー型であると言える。
【００４１】
また、吐出用のカムと吸引用のカムとがクロスヘッドを介し一体的に連接されているために両カムのベアリングを介しての耐久性は等しくメンテナンス等もやり易いという利点もある。而して、クロスヘッドの当接面、或いは、カムの側面に対するガイド板や溝、又は、スライドベアリングを配設することによってのスムーズな当接により耐久性が良いという優れた効果が奏される。
【００４２】
また、旧来の如く、アキュームレーターやエアチャンバー等の負稼施設を設けなくてもすむために物理的に機構が簡単になり、コスト的に安すくつくというメリットがある。
【００４３】
そして、吐出用のカムと吸引用のカムとの設計によっては脈動を微量にすることが出来、また、殆ど脈動がないポンプとすることも出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】  カムとクロスヘッドの動作を示す図である。
【図３】  ２連装タイプの横断面図である。
【図４】  同縦断面図である。
【図５】  従来技術に基づく１サイクルの圧力変化図であり、（イ）はモノサイクルのグラフ図であり、（ロ）は逆移送のモノサイクルのグラフ図である。
【図６】  複合ピストンのサイクルの平滑化グラフ図である。
【図７】  従来技術に基づくプランジャーポンプの基本的概念縦断面図である。
【図８】  同従来技術に基づく立体カムによるプランジャーポンプの側面図である。
【図９】  スライドベアリングの概略図である。
【符号の説明】
４      クロスヘッド
５      プランジャー
５´    プランジャー
６      パッキン
７ａ    ガイド板
７ｂ    ガイド版
８      スプリング
９      立体カム
１０    カムフォロワーローラ
１１    締付ネジ
１３    カムフォロワーローラ
２３    スライドベアリング
２４    クロスヘッド
２５    プランジャー
２７    軸受
３０    クロスヘッドピン
３１    吐出用カム
３３    カムフォロワーローラ
５１    吸引用カム
５２    カム溝
５３    カムフォロワーローラ
６３    回転軸
６４    回転軸
６７    減速用ウォームギヤ
６８    ウォームホイール
【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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