特許 7495374 往復動ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-27

(45)【発行日】2024-06-04

(54)【発明の名称】往復動ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 53/16 20060101AFI20240528BHJP

   F04B 53/12 20060101ALI20240528BHJP

【ＦＩ】

F04B53/16 D

F04B53/12

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021065325

(22)【出願日】2021-04-07

(65)【公開番号】P2022160856

(43)【公開日】2022-10-20

【審査請求日】2024-01-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000141174

【氏名又は名称】株式会社丸山製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140682

【弁理士】

【氏名又は名称】妙摩 貞茂

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 広太

【審査官】岩田 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２１７１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０７３９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１８９４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第８７０７８５３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】中国実用新案第２７０４６９９（ＣＮ，Ｙ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ５３／１６

Ｆ０４Ｂ ５３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の流入口（１１）が設けられたクランクケース（１０）と、
前記クランクケース（１０）内に配置され、前記クランクケース（１０）によって回転自在に支持されたクランク軸（２０）と、
前記クランク軸（２０）に接続された複数のポンプ（３０）と、を備え、
前記複数のポンプ（３０）のそれぞれは、
前記クランク軸（２０）に接続されたコンロッド（３１）と、
前記クランク軸（２０）の回転に伴って往復動するピストン（３３）であって、前記コンロッド（３１）に接続され、往復動方向に沿って延びる前記流体の流路（３４ｅ）を含むピストン元（３４）、及び、前記ピストン元（３４）に設けられ、前記ピストン元（３４）から前記往復動方向に沿って前記コンロッド（３１）と逆側に突出するピストンロッド（３５）、を含む前記ピストン（３３）と、
前記往復動方向に沿って前記ピストン元（３４）をガイドし、前記流路（３４ｅ）を通過した前記流体を収容するガイド孔（３６）と、
前記ガイド孔（３６）に連通して、前記ピストンロッド（３５）を収容するポンプ室（３７）であって、前記流体を吐出する吐出弁（５５）を含む前記ポンプ室（３７）と、
前記ピストンロッド（３５）に設けられ、前記ガイド孔（３６）に収容された前記流体を前記ポンプ室（３７）に流通させる弁体（３９）と、を含み、
前記複数のポンプ（３０）のうちの少なくとも一対のポンプ（３０）において、一方のポンプ（３０）の前記ガイド孔（３６）と他方のポンプ（３０）の前記ガイド孔（３６）とは、連通路（６０）によって互いに連通されている、往復動ポンプ。

【請求項2】

前記連通路（６０）は、前記ピストン（３３）が上死点（Ｐ１）にあるときに、前記往復動方向において、前記ピストン元（３４）よりも前記ピストンロッド（３５）側に位置している、請求項１に記載の往復動ポンプ。

【請求項3】

前記複数のポンプ（３０）は、３つ以上のポンプ（３０）であり、
前記複数のポンプ（３０）のそれぞれの前記ガイド孔（３６）は、前記複数のポンプ（３０）の他の全ての前記ガイド孔（３６）のそれぞれと前記連通路（６０）によって互いに連通されている、請求項１又は２に記載の往復動ポンプ。

【請求項4】

前記複数のポンプ（３０）は、３つのポンプ（３０）であり、
前記往復動方向から見たときに、前記３つのポンプ（３０）のそれぞれの前記ガイド孔（３６）の中心同士を結んだ形は、三角形状をなしている、請求項３に記載の往復動ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、往復動ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、往復動ポンプが開示されている。この往復動ポンプは、液体が供給されるクランクケースと、クランクケース内に収容されるクランク軸及びコンロッドと、コンロッドに接続されるピストンとを備えている。ピストンは、クロスヘッド（ピストン元）と、クロスヘッドに設けられたプランジャ（ピストンロッド）を含む。クロスヘッドには、クランクケース内の液体をプランジャ側に流通させる流路が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－２１７１４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の往復動ポンプでは、ピストン元に形成された流路を介して液体がプランジャ側に供給される。この構成では、プランジャ側に供給される液体の流量は、流路の大きさと、流路を流れる液体の流速に依存する。この場合、流量を大きくするために流速を大きくすると、例えばキャビテーションが発生することが考えられる。

【0005】

本発明は、ピストン元に形成された流路における流速を抑制できる往復動ポンプを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一例の往復動ポンプは、流体の流入口（１１）が設けられたクランクケース（１０）と、クランクケース（１０）内に配置され、クランクケース（１０）によって回転自在に支持されたクランク軸（２０）と、クランク軸（２０）に接続された複数のポンプ（３０）と、を備え、複数のポンプ（３０）のそれぞれは、クランク軸（２０）に接続されたコンロッド（３１）と、クランク軸（２０）の回転に伴って往復動するピストン（３３）であって、コンロッド（３１）に接続され、往復動方向に沿って延びる流体の流路（３４ｅ）を含むピストン元（３４）、及び、ピストン元（３４）に設けられ、ピストン元（３４）から往復動方向に沿ってコンロッド（３１）と逆側に突出するピストンロッド（３５）、を含むピストン（３３）と、往復動方向に沿ってピストン元（３４）をガイドし、流路（３４ｅ）を通過した流体を収容するガイド孔（３６）と、ガイド孔（３６）に連通して、ピストンロッド（３５）を収容するポンプ室（３７）であって、流体を吐出する吐出弁（５５）を含むポンプ室（３７）と、ピストンロッド（３５）に設けられ、ガイド孔（３６）に収容された流体をポンプ室（３７）に流通させる弁体（３９）と、を含み、複数のポンプ（３０）のうちの少なくとも一対のポンプ（３０）において、一方のポンプ（３０）のガイド孔（３６）と他方のポンプ（３０）のガイド孔（３６）とは、連通路（６０）によって互いに連通されている。

【0007】

上記の往復動ポンプでは、クランク軸（２０）の回転動に伴うピストン（３３）の往復動によって、流入口（１１）から吸入されたクランクケース（１０）内の流体が吐出弁（５５）から吐出される。すなわち、ピストン（３３）が上死点から下死点に向かうときに、クランクケース（１０）内の流体がピストン元（３４）の流路（３４ｅ）及びピストンロッド（３５）の弁体（３９）を通ってポンプ室（３７）に流入する。そして、ピストン（３３）が下死点から上死点に向かうときに、ポンプ室（３７）の流体が吐出弁（５５）から吐出される。上記の往復動ポンプは、２つのガイド孔（６）同士を連通する連通路（６０）を有している。そのため、一のガイド孔（３６）においてピストン（３３）が上死点から下死点に向かうときには、クランクケース（１０）から流路（３４ｅ）を介して一のガイド孔（３６）に流体が流入するとともに、他のガイド孔（３６）からも連通路（６０）を介して一のガイド孔（３６）に流体が流入し得る。また、ピストン（３３）が下死点から上死点に向かうときには、ガイド孔（３６）内の流体が流路（３４ｅ）を介してクランクケース（１０）に戻るとともに、連通路（６０）を介して他のガイド孔（３６）へと流体が流出し得る。このように、ガイド孔（３６）内の流体が流路（３４ｅ）及び連通路（６０）を流通しているため、ピストン元（３４）に形成された流路（３４ｅ）における流速が抑制される。

【0008】

一例の連通路（６０）は、ピストン（３３）が上死点（Ｐ１）にあるときに、往復動方向において、ピストン元（３４）よりもピストンロッド（３５）側に位置していてもよい。この構成では、ガイド孔（３６）に形成された連通路（６０）の出入り口（６０ａ）がピストン元（３４）に覆われることがなく、一のガイド孔（３６）と他のガイド孔（３６）とが常時連通することになる。

【0009】

一例において、複数のポンプ（３０）は、３つ以上のポンプ（３０）であり、複数のポンプ（３０）のそれぞれのガイド孔（３６）は、複数のポンプ（３０）の他の全てのガイド孔（３６）のそれぞれと連通路（６０）によって互いに連通されていてもよい。この構成では、一つのガイド孔（３６）が少なくとも他の２つ以上のガイド孔（３６）と、それぞれ連通路（６０）によって連通されることになる。

【0010】

一例において、複数のポンプ（３０）は、３つのポンプ（３０）であり、往復動方向から見たときに、３つのポンプ（３０）のそれぞれのガイド孔（３６）の中心同士を結んだ形は、三角形状をなしていてもよい。この構成では、例えば、三角形状の辺に沿って連通路（６０）を設けることにより、３つのポンプ（３０）のそれぞれのガイド孔（３６）同士を互いに連通させることができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ピストン元に形成された流路における流速を抑制できる往復動ポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一例の往復動ポンプの外観を示す図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。

【図4】図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。

【図5】連通路と上死点との関係を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0014】

図１は、一例の往復動ポンプの外観を示す図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図であり、図２と直交する面を示す往復動ポンプの断面図である。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図であり、ピストン軸に直交する面を示す往復動ポンプの断面図である。図示のとおり、往復動ポンプ１は、クランクケース１０と、クランク軸２０と、複数のポンプ３０と、を備える。

【0015】

クランクケース１０は中空に構成されている。この中空部分は、使用される液体が流れる流路となっており、当該液体を収容している。クランクケース１０の側面には、液体の流入口１１が設けられている。クランクケース１０には、開口部１２が形成されており、この開口部１２は、ボルト締結された蓋１３により閉じられている。クランクケース１０には、電動モータ等の駆動源と接続するための接続部材１５が設けられている。接続部材１５は、クランクケース１０の内側に連通する筒状体１７と、筒状体１７から径方向外側に延在するフランジ１８とを含む。例えば、駆動源は、フランジ１８によって支持され得る。

【0016】

クランク軸２０は、クランクケース１０内に配置されている。クランク軸２０は、クランクケース１０に設けられた一対の軸受１９ａ，１９ｂによって、回転自在に支持されている。一対の軸受１９ａ，１９ｂは、クランクケース１０を構成する互いに対向する一対の壁部１０ａ，１０ｂに設けられている。一方の軸受１９ｂは、駆動源と接続される接続部材１５に並設されている。軸受１９ａ，１９ｂに支持されたクランク軸２０は、駆動源の動力によって回転可能となっている。

【0017】

複数のポンプ３０は、クランク軸２０に接続されている。例えば、複数のポンプ３０は、３つ以上のポンプであってよい。図示例では、複数のポンプ３０は、同様の構成を有する３つのポンプである。ポンプ３０は、コンロッド３１と、ピストン３３と、ガイド孔３６と、ポンプ室３７と、弁体３９とを含んで構成されている。

【0018】

コンロッド３１は、クランク軸２０に接続されている。一例のコンロッド３１は、図１及び図２に示すように、後側（クランク軸２０側）の大径部３１ａが、円筒状の軸受３１ｂを介して、クランク軸２０のクランクピンに回転自在に連結されている。コンロッド３１において、大径部３１ａと逆側には小径部３１ｃが設けられている。小径部３１ｃは、クランク軸２０と平行な軸線を有する円筒状をなしている。なお、一例の往復動ポンプ１では、３つのポンプ３０の動作タイミングが互いにずれるように（例えば位相が互いに１２０°ずれるように）、それぞれのコンロッド３１がクランク軸２０に接続されている。

【0019】

一例のピストン３３は、ピストン元３４と、ピストンロッド３５とを含む。ピストン元３４は、略円柱状をなしている。ピストン元３４において往復動方向のコンロッド３１側には、コンロッド３１と逆側に凹む凹部３４ａが形成されている。凹部３４ａには、往復動方向に直交する方向に延在するピストンピン３４ｂが形成されている。このピストンピン３４ｂは、円筒状の軸受３４ｃを介してコンロッド３１の小径部３１ｃに回転自在に接続されている。凹部３４ａの底面には、往復動方向に沿ってピストン元３４を貫通する貫通孔３４ｄが形成されている。これにより、ピストン元３４における径方向の内側には、凹部と貫通孔とによって、往復動方向に沿って延びる流体の流路３４ｅが形成される。

【0020】

ガイド孔３６は、往復動方向に沿ってピストン元３４をガイドし、ピストン元３４の流路３４ｅを通過した流体を収容し得る。一例において、ガイド孔３６は、クランクケース１０の中空分部分の一部を構成する円柱状空間によって構成されている。円柱状空間の軸方向は、ピストン３３の往復動方向に一致している。円柱状空間の内周面には、円筒状をなすガイド部材３６ａが配置されている。なお、一例の往復動ポンプ１は、３つのポンプ３０を含む多連式であるため、クランクケース１０の中空部分は、クランク軸２０が配置される空間と、当該空間に接続される３つの円柱状空間（ガイド孔３６）とを含んでいる。

【0021】

ピストンロッド３５は、ピストン元３４に設けられ、ピストン元３４から往復動方向に沿ってコンロッド３１と逆側に突出する。一例において、ピストンロッド３５の直径は、ピストン元３４の直径よりも小さい。また、ピストン元３４の中心軸とピストンロッド３５の中心軸とは一致している。

【0022】

弁体３９は、ピストンロッド３５に設けられている。弁体３９は、ガイド孔３６に収容された流体をポンプ室３７に流通させる。図示例では、ピストンロッド３５に設けられた吸水弁機構４０に弁体３９が含まれている。一例の吸水弁機構４０は、弁体３９、弁体３９が離座／着座する弁座（スリーブ）４１、カラー４３、留め具（ナット）４５等を備え、これらが円筒状に構成され、圧縮バネ４６と共にピストンロッド３５に外挿される。

【0023】

弁座４１は、円筒状をなしている。弁座４１には、軸方向に沿った複数の貫通孔４１ａが設けられている。複数の貫通孔４１ａは、周方向に沿って互いに離間している。貫通孔４１ａは、クランクケース１０内からの使用液をポンプ室３７へ流すため流路として機能する。弁座４１よりも下流側には、カラー４３が配置されている。このカラー４３の上流端には、弁体３９が外挿されている。

【0024】

カラー４３よりも下流側には、留め具４５が配置され、この留め具４５と弁体３９との間に、カラー４３を囲繞するように圧縮バネ４６が配置される。吸水弁機構４０では、圧縮バネ４６の作用により弁体３９が弁座４１に着座することにで、貫通孔４１ａが閉じられて吸水弁が閉となる。また、ガイド孔から貫通孔４１ａに流れ込む流体の圧力により弁体３９が弁座４１から離座することにより、貫通孔４１ａが開けられて吸水弁が開となる。

【0025】

ポンプ室３７は、ガイド孔３６に連通した空間であり、ピストンロッド３５及び吸水弁機構４０を収容し得る。一例のポンプ室３７は、クランクケース１０に接続された円筒状の接続管５１の内側空間によって構成されている。接続管５１の中心軸とガイド部材３６ａの中心軸とは一致している。すなわち、ピストンロッド３５は、ポンプ室３７内を軸方向に沿って往復動する。

【0026】

ポンプ室３７は、流体を吐出する吐出弁５５を含む。一例においては、ポンプ室３７を構成する接続管５１がマニホルド５３に接続されており、ポンプ室３７とマニホルド５３の接続部分に吐出弁５５が配置されている。吐出弁５５は、吸水弁機構４０のポンプ作用によるポンプ室３７の加圧／減圧により流路を開閉し、開によりポンプ室３７内の加圧された使用液をポンプ室３７外に吐出させる。

【0027】

以上の構成を備える往復動ポンプ１では、クランク軸２０の回転動に伴うピストン３３の往復動によって、流入口１１からクランクケース１０内に吸入された流体が吐出弁５５から吐出される。すなわち、ピストン３３が上死点から下死点に向かうときに、クランクケース１０内の流体がピストン元３４の流路３４ｅを通りガイド孔３６内に至る。そして、ガイド孔３６内に至った流体はピストンロッド３５の吸水弁機構４０を通ってポンプ室３７に流入する。そして、ピストン３３が下死点から上死点に向かうときに、ポンプ室３７の流体が吐出弁５５から吐出される。

【0028】

このような往復動ポンプ１では、ガイド孔３６内に供給される液体の流量は、流路３４ｅの大きさと、流路３４ｅを流れる液体の流速に依存し得る。この場合、流量を大きくするために、流速を大きくすると、例えばキャビテーションが発生し得る。また、流量を大きくするために、例えば、流路３４ｅの断面積を大きくすることが考えられるが、流路３４ｅの断面積を大きくした場合には、ピストン元３４が大型化してしまう。

【0029】

そこで、一例の往復動ポンプ１は、図２に示すように、連通路６０を有している。連通路６０は、複数のポンプ３０のそれぞれのガイド孔３６同士を連通する流路であり、クランクケース１０に形成されている。連通路６０は、例えば断面円形状を有する直線状の流路であってもよい。それぞれのポンプ３０のガイド孔３６は、他の全てのポンプ３０のガイド孔３６と連通路６０によって互いに連通されている。本例の往復動ポンプ１は、３つのポンプ３０を有しているため、３つのポンプ３０におけるそれぞれのガイド孔３６同士が３の連通路６０によって互いに接続されている。図４に示すように、往復動方向から見たときに、３つのポンプ３０のそれぞれのガイド孔３６の中心同士を結んだ形は、三角形状をなしている。３つの連通路６０は、当該三角形の辺に沿って配置されている。

【0030】

図５は、連通路と上死点との関係を説明するための模式図である。図５では、ガイド孔３６と、ガイド孔３６に形成された連通路６０と、往復動するピストン元３４とが模式的に描かれている。図５に示すように、一例の往復動ポンプ１では、連通路６０は、ピストン元３４が上死点Ｐ１にあるときに、往復動方向において、ピストン元３４よりもピストンロッド３５側（下死点側）に位置している。すなわち、連通路６０の出入り口（開口）６０ａは、ピストン３３が上死点Ｐ１にあるときに、ピストン元３４によって完全に覆われることがなく、少なくとも一部が常時露出している。図示例の位置関係においては、ピストン３３が上死点Ｐ１にある状態で、連通路６０の出入り口６０ａが半分程度露出している。なお、連通路６０の出入り口６０ａは、ピストン３３が上死点Ｐ１にある状態で、完全に露出していてもよい。

【0031】

このような往復動ポンプ１によれば、一のガイド孔３６においてピストン３３が上死点から下死点に向かうときには、クランクケース１０から流路３４ｅを介して一のガイド孔３６に流体が流入するとともに、他のガイド孔３６からも連通路６０を介して一のガイド孔３６に流体が流入し得る。また、ピストン３３が下死点から上死点に向かうときには、ガイド孔３６内の流体が流路３４ｅを介してクランクケース１０に戻るとともに、連通路６０を介して他のガイド孔３６へと流体が流出し得る。このように、ガイド孔３６内の流体が流路３４ｅのみならず連通路６０も流通しているため、ピストン元３４に形成された流路３４ｅにおける流速が抑制される。また、ピストン３３を大型化することなく、流量を増大させることができる。

【0032】

一例の連通路６０は、ピストン３３が上死点にあるときに、往復動方向において、ピストン元３４よりもピストンロッド３５側に位置している。この構成では、ガイド孔３６に形成された連通路６０の出入り口６０ａがピストン元３４に覆われることがなく、一のガイド孔３６と他のガイド孔３６とが常時連通することになる。そのため、ピストン３３が上死点から下死点に向かうときには、動作の初期から、連通路６０を介してのガイド孔３６への流体の流入が許容される。また、ピストン３３が下死点から上死点に向かうときには、動作の最後まで、連通路６０を介しての流体の流出が許容される。

【0033】

一例において、複数のポンプ３０は、３つ以上のポンプ３０であり、複数のポンプ３０のそれぞれのガイド孔３６は、複数のポンプ３０の他の全てのガイド孔３６のそれぞれと連通路６０によって互いに連通されている。この構成では、一つのガイド孔３６が少なくとも他の２つ以上のガイド孔３６と、それぞれ連通路６０によって連通されることになる。

【0034】

一例において、複数のポンプ３０は、３つのポンプ３０であり、往復動方向から見たときに、３つのポンプ３０のそれぞれのガイド孔３６の中心同士を結んだ形は、三角形状をなしている。この構成では、例えば、三角形状の辺に沿って連通路６０を設けることにより、３つのポンプ３０のそれぞれのガイド孔３６同士を互いに連通させることができる。この場合、３つの連通路６０の長さを互いに同じすることが容易である。

【0035】

以上、本開示の例示的な実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されない。例えば、３つのポンプ同士が互いに連通路６０で接続される例を示したが、複数のポンプのうちの少なくとも一対のポンプにおいて、一方のポンプのガイド孔と他方のポンプのガイド孔とが、連通路によって互いに連通されていればよい。

【0036】

また、断面円形状の連通路６０によって、ガイド孔３６同士が接続される例を示したが、連通路６０の態様はこれに限定されない。連通路６０は、ガイド孔３６同士を互いに連通していれば、その形状は特に限定されない。例えば、３つのポンプのそれぞれのガイド孔の中心同士を結んだ形が三角形状をなしている場合、当該三角形状をなす平面状の連通空間によってガイド孔同士が連通されてもよい。

【符号の説明】

【0037】

１…往復動ポンプ、１０…クランクケース、２０…クランク軸、３０…ポンプ、３１…コンロッド、３３…ピストン、３４…ピストン元、３５…ピストンロッド、３４ｅ…流路、３６…ガイド孔、３７…ポンプ室、３９…弁体、５５…吐出弁、６０…連通路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】