JP2552654B2 - 無脈動定量ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、往復動形プランジャポンプを使用した無
脈動定量ポンプに係り、特に駆動モータの速度制御を行
うことなく、機械的な構成によって安定した無脈動特性
を得ると共に流量調節も簡便に行うことができる無脈動
定量ポンプの改良に関する。

〔従来の技術〕

一般に、シングルプランジャ式往復動ポンプは、吸入
行程時に吐出量が零となるため、吐出流体は大きさ脈動
を発生することから、２本の同径のプランジャポンプを
使用して各プランジャの往復動の位相を1/2サイクルず
らして各プランジャの合計移動容積が常に一定となるよ
うに制御する無脈動定量ポンプが実施されている。この
種の無脈動定量ポンプは、各プランジャの合計移動容積
が常に一定になるよう作動させる特殊な曲線を有する１
個または２個のカムを使用し、２本のプランジャのポン
プ動作による合計吐出量を理論上無脈動にすることがで
きる。しかしながら、実際にはカムの加工上の問題点か
ら、前述した合成吐出量の脈動を完全に回避することが
困難であり、特に２本のプランジャの合成部分におい
て、流量が局部的に減少すると共に吐出圧力も低下して
脈動が発生する。

このような観点から、出願人は先に、２本のプランジ
ャを駆動するカムに駆動モータを連結すると共に駆動モ
ータに駆動制御回路を接続し、さらに合成吐出量の圧力
を検出して圧力変動位置を検出する回路と、カムの回転
位置を検出する回路とを設けて、これらの回路で得られ
る出力信号を前記駆動制御回路に供給して駆動モータの
速度制御を行うよう構成した無脈動定量ポンプを提案し
特許出願を行った（特開昭57−70976号）。このように
構成された無脈動定量ポンプは、合成吐出量の圧力変動
の生じる位置を検出した圧力検出器の検出信号を発生
し、一方実際のカムの回転位置信号を発生し、これらの
信号に基づいて圧力変動の生じる時点において適宜駆動
モータの速度制御を行うことにより、カム特性に頼る方
式に比べて脈動の発生を極めて小さく抑えることができ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に、この種の定量ポンプにおいては、プランジャ
のストローク長を変更することにより、ポンプ室の容積
変化量を変化させてポンプ吐出量を調整することが可能
である。しかしながら、前述したように、無脈動ポンプ
においては、脈動を防止するために２連のプランジャポ
ンプの吐出方向の単位時間当りの容積変化量の和を常に
一定とするものであり、カム形状は一定となることから
流量は一定となり調整することはできない。このため、
流量調整を行うには、カムを回転駆動させる駆動モータ
の回転数を変化させることにより、単位時間当りの流量
変化を実現することができる。従って、前述した従来の
無脈動定量ポンプにおいては、流量調整を行うために可
変速モータを必要とした。

しかし、可変速モータによって無脈動の安定化や流量
調整を行うためには、制御回路が複雑となり、特に流量
調整を行う場合に無脈動特性が不安定化することも考え
られ、この種ポンプシステムの設備コストが嵩む等の難
点がある。

そこで、本発明の目的は、制御回路が複雑となる可変
速モータを使用することなく、多連プランジャポンプの
各プランジャを同時に連動させて、ストローク長の調整
が可能なカム機構を設けることにより、常に安定した無
脈動特性を保持しながら流量調整を簡便かつ円滑に達成
することができる無脈動定量ポンプを提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る流量調整可能な無脈動定量ポンプは、複
数のプランジャをカム駆動により往復動させて各プラン
ジャのポンプ動作による合成吐出量を得るように構成し
た無脈動定量ポンプにおいて、 前記各プランジャの軸線に対しこれと直交する方向に
延在するカム回転軸における複数のカムの回転方向の任
意の位相におけるプランジャ軸線方向の速度の和が常に
一定にしてかつカムを回転軸方向に変位させた場合のカ
ム回転軸方向の変位量に対して、その回転方向の位相に
おけるプランジャ軸線方向の速度の和の値が直線的に変
化するように構成された相似形の三次元構造にして、か
つプランジャ軸線方向の速度の和が一定でその値の異な
るカム輪郭を大きさの順に無段階連続に積層した形状の
三次元構造を有するカム機構を、前記各プランジャに対
応してそれぞれ軸着し、 前記回転軸の一部に軸方向の移動調節機構を設けると
共に回転駆動手段を結合して、前記回転軸を軸方向に摺
動自在にかつ回転自在に軸支し、カムとプランジャ支持
手段を点接触にて動力伝達し、前記回転軸の軸方向の移
動に際して、各プランジャによるポンプ吐出流量の波形
は形状を変化させることなく出力の大きさのみを変化さ
せて、各プランジャの往復動による単位時間当りの速度
の和が一定となるように構成することを特徴とする。

この場合、回転軸の移動調節機構は、回転軸の一端部
に継手を介して調節ねじ軸を結合し、この調節ねじ軸を
ダイヤルで回転することにより回転軸を移動させて流量
調整を行うよう構成することができる。

〔作用〕

本発明に係る無脈動定量ポンプによれば、プランジャ
の往復動を制御するためのカム機構につき、前記各プラ
ンジャの軸線に対しこれと直交する軸方向に変位しかつ
その変位と共に変位量が次第に変化する相似形の一体構
成とすることにより、前記カム機構の回転軸を軸方向に
移動調節すれば、前記各プランジャに対するカム機構の
変位量が相似的に変化してそのストローク長が加減調節
されて、流量調整を簡便かつ円滑に達成することができ
る。

〔実施例〕

次に、本発明に係る無脈動定量ポンプの実施例につき
添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図は、本発明に係る無脈動定量ポンプの一実施例
を示す機構説明図である。第１図において、参照符号1
0,12は２本の平行に配置したプランジャを示し、これら
のプランジャ10,12の一端部をクロスヘッド14,16の一端
部に固定すると共にクロスヘッド14,16の他端部に球受1
8,20を設けて、これらの球受18,20にそれぞれカムフォ
ロアとしての硬球22,24を転動自在に収納配置する。そ
こで、本実施例において、前記カムフォロアとしての硬
球22,24と点接触により当接するカム26a、26bは、クロ
スヘッド14、16と直交するカム回転軸28に対して、前記
カム26a、26bの任意の位相におけるプランジャ10、12の
軸線方向の変位量がカム回転軸方向の変位量に対し直線
的に変化するように構成された相似形の三次元構造を有
するものである。この場合、前記カム26a,26bはその間
に平歯車30を介して一体構造とされ、吐出行程時の２本
のプランジャ10,12の合計移動容積が常に一定となるよ
うな速度曲線（第４図参照）を有するよう位相を180゜
ずらして前記回転軸28に軸着する。一方、前記カム26a,
26bに対し、クロスヘッド14,16の外周にスプリング32,3
4を設けて前記硬球22,24が常に点接触により当接して圧
接するように設定する。また、回転軸28は、それぞれ軸
受36,38を介して回転自在に支承すると共に、その一端
を継手40等を介して調節ねじ軸42に結合し、この調節ね
じ軸42に設けたダイヤル44を操作することにより前記調
節ねじ軸42をその軸方向に進退させて回転軸28を移動さ
せ、カム26a,26bと硬球22,24との点接触による当接位置
を変化し得るように構成する。

なお、プランジャ10,12の他端部は、それぞれポンプ
室46,48にグランドシール50,52を介して挿通する。この
場合、各ポンプ室46,48に連通される流体吸込配管は、
それぞれ逆止弁を介して共通の流体供給源54と接続し、
また各ポンプ室46,48から導出される流体吐出配管はそ
れぞれ逆止弁を介して合流点Ａで合流するよう配管構成
する。

さらに、前記カム26a,26bと一体的に設けられた平歯
車30に対し、これと噛合すると共にその軸方向の移動を
許容し得るよう構成した平歯車56を回転駆動軸58に設け
る。従って、この回転駆動軸58を電動モータ等の駆動源
（図示せず）に結合して駆動することにより、カム26a,
26bを回転軸28を中心にして偏心回転させることができ
る。

第２図および第３図は、前述したカム26a,26bを回転
させるための駆動手段の別の実施例を示すものである。
すなわち、第２図においては、回転軸28の他端部にウオ
ームホイール60を結合すると共にウオームホイール60に
ウオーム62を噛合させてこのウオーム軸64を駆動源に結
合するよう構成したものである。また、第３図において
は、回転軸28の他端部に駆動源の出力軸66を直接同軸結
合したものである。このように駆動手段を構成すれば、
カム26a,26bから平歯車30を省略することができるの
で、構成が簡略化される。

次に、このように構成した本発明に係る無脈動定量ポ
ンプの動作につき説明する。

今、第１図に示す状態において、カム26a,26bが回転
すると、これらのカム26a,26bの所定位置と硬球22,24を
介して弾力的に当接するクロスヘッド14,16は、それぞ
れプランジャ10,12と共に回転軸28に対し遠心方向と求
心方向（二次元の変位）にそれぞれ180゜の位相差を以
って変位する。この時、各プランジャ10,12の遠心方向
（吐出行程）のみの速度の和が常に一定となるように設
定され（第４図参照）、実質的にポンプ吐出配管の合流
点Ａでは無脈動定量吐出特性が得られる。

そこで、例えば、ダイヤル44を操作して調節ねじ軸42
を進退させて、回転軸28を軸方向に移動させれば、硬球
22,24が当接するカム26a,26bの部分は変位量が変化（三
次元の変位）することになる。すなわち、図示例におい
て、カム26a,26bが右へ移動すれば変位量が増大し、ま
たカム26a,26bが左へ移動すれば変位量が減少する。

このように、２つのカムを軸方向に変位させること
で、ポンプの吐出・吸込流量波形（正弦波形）が同一形
状のまま出力の大きさを変化させることができる。な
お、この場合のポンプ吐出配管の合流点Ａにおける吐出
流量の変化は第４図に示す通りである。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれ
ば、２本のプランジャを往復動させて各プランジャのポ
ンプ動作による合成吐出量を得て無脈動定量吐出特性を
得るため、前記プランジャをカム駆動させるカム機構に
つき、前記２本のプランジャのストローク長を同時にし
かも対称的に調整し得るよう三次元の変位量調整が可能
な構成とすることにより、このカム機構の回転軸の軸方
向位置調整を行うだけで、簡便にしかも無脈動特性に影
響を与えることなく適正な流量調整を行うことができ
る。

特に、本発明に係る無脈動定量ポンプによれば、前述
したような特殊なカム構造を採用することにより、簡単
な構成でしかも調整操作も容易にして精度の高い流量調
整を行うことができる。従って、従来のように、カム機
構の駆動を行う駆動源としての電動モータに高価な可変
速モータを使用して高精度の速度制御を行う必要もなく
なり、この種無脈動定量ポンプシステムを低コストに製
作することができる。

また、本発明に係る無脈動定量ポンプにおいて、流量
調整を行う場合は、従来のカムの回転速度を変化させて
単位時間当りの流量を変化させる方法を併用すること
で、流量制御範囲が各々の積となる広い範囲で制御でき
るという利点が得られる。

以上、本発明の好適な実施例として、２本のプランジ
ャからなる無脈動定量ポンプの場合について説明した
が、本発明はこの実施例に限定されることなく、例えば
３本、４本等の複数のプランジャを使用する場合におい
ても、有効に適用することができ、その他本発明の精神
を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得る
ことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る無脈動定量ポンプの一実施例を示
す機構説明図、第２図および第３図は本発明に係る無脈
動定量ポンプのカム機構の駆動手段のそれぞれ異なる実
施例を示す要部機構説明図、第４図は本発明に係る無脈
動定量ポンプの吐出流量特性を示す波形図である。 10,12……プランジャ、14,16……クロスヘッド 18,20……球受、22,24……硬球 26……カム、28……回転軸 30……平歯車、32,34……スプリング 36,38……軸受、40……継手 42……調節ねじ軸、44……ダイヤル 46,48……ポンプ室、50,52……グランドシール 54……流体供給源、56……平歯車 58……回転駆動軸、60……ウオームホイール 62……ウオーム、64……ウオーム軸 66……出力軸

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のプランジャをカム駆動により往復動
   させて各プランジャのポンプ動作による合成吐出量を得
   るように構成した無脈動定量ポンプにおいて、 前記各プランジャの軸線に対しこれと直交する方向に延
   在するカム回転軸における複数のカムの回転方向の任意
   の位相におけるプランジャ軸線方向の速度の和が常に一
   定にしてかつカムを回転軸方向に変位させた場合のカム
   回転軸方向の変位量に対して、その回転方向の位相にお
   けるプランジャ軸線方向の速度の和の値が直線的に変化
   するように構成された相似形の三次元構造にして、かつ
   プランジャ軸線方向の速度の和が一定でその値の異なる
   カム輪郭を大きさの順に無段階連続に積層した形状の三
   次元構造を有するカム機構を、前記各プランジャに対応
   してそれぞれ軸着し、 前記回転軸の一部に軸方向の移動調節機構を設けると共
   に回転駆動手段を結合して、前記回転軸を軸方向に摺動
   自在にかつ回転自在に軸支し、カムとプランジャ支持手
   段を点接触にて動力伝達し、前記回転軸の軸方向の移動
   に際して、各プランジャによるポンプ吐出流量の波形は
   形状を変化させることなく出力の大きさのみを変化させ
   て、各プランジャの往復動による単位時間当りの速度の
   和が一定となるように構成することを特徴とする流量調
   整可能な無脈動定量ポンプ。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の無脈動定量ポ
   ンプにおいて、回転軸の移動調節機構は、回転軸の一端
   部に継手を介して調節ねじ軸を結合し、この調節ねじ軸
   をダイヤルで回転することにより回転軸を移動させて流
   量調整を行うように構成してなる流量調整可能な無脈動
   定量ポンプ。