直動式ポンプ装置
【課題】摺動摩擦を低減し、ピストンの時間当たりの移動量を等しくして、吐出流量変化率を抑え、脈動の少ない直動式ポンプ装置を提供する。
【解決手段】軸ケース５３にピストン軸５２を往復動自在に収納し、軸ケース５３を貫通したピストン軸５２の外端部にピストン５９を固着し、ピストン５９を軸ケース５３に連結したシリンダ６１内に収容し、軸ケースの外部にモータ７９を配置し、モータ７９とピストン軸５２とを動力伝達機構を介して連結し、ピストン軸５２を往復駆動することにより、ピストン５９をシリンダ６１内で往復駆動させると共に、当該ピストン５９の押し退け側に吸込口及び吐出口を備えたポンプ室７１を形成した。
【解決手段】軸ケース５３にピストン軸５２を往復動自在に収納し、軸ケース５３を貫通したピストン軸５２の外端部にピストン５９を固着し、ピストン５９を軸ケース５３に連結したシリンダ６１内に収容し、軸ケースの外部にモータ７９を配置し、モータ７９とピストン軸５２とを動力伝達機構を介して連結し、ピストン軸５２を往復駆動することにより、ピストン５９をシリンダ６１内で往復駆動させると共に、当該ピストン５９の押し退け側に吸込口及び吐出口を備えたポンプ室７１を形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の気体や液体を高圧供給するための工業用の高圧ポンプ等に好適な直動式ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の「往復動ポンプ（プランジャ・ポンプ、ダイアフラム・ポンプ等）」の多くは、モータの回転運動を、「カム機構や回転斜板機構」を用いて直線運動に変換してポンプ作用を実現して来た。この場合、ポンプの小型化を図るために、「カム」部分に直接「ピストン（プランジャ）」底部を配置したとき、「ピストン（プランジャ）」が回転方向の「シリンダ」壁に押し付けられ、摺動摩擦を生じ、磨耗を引き起こす。このため、通常、プランジャ・ポンプでは、充分な摺動接触面積を確保するために、「プランジャ」の直動のための「ガイド」を設けて対応している。また、電磁駆動のリニア・ポンプが市販されている。しかし、該ポンプではピストンの速度制御を行わないため、吐出特性が「カム機構」を用いた場合と同等特性となり、吐出脈動を生じる。そのため、従来、「ピストンが直動」する利点を活かし、３０００ｒｐｍ相当の高速運転を行うことで低脈動化を図っている。また、通常のカム等では吐出流速がサイン波形状を呈するため、吐出圧力が脈動現象を呈することになる。これを防止するために、従来、５連〜７連の多連装ポンプ構成や、特殊なカム形状等の工夫（例えば、特許文献１参照）や、脈動抑制器（例えば、特許文献２参照）等を設けて、脈動抑制を図っている。
【特許文献１】特開２００１−２６３２５３
【特許文献２】特開２００１−６５７８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記多連装ポンプ構成を行ってさえ、脈動の完全な抑制は困難であり、一方では、部品点数の増加を招き、信頼性や安全性を損なう欠点を有する。また、摺動部が少ないと言う「リニア駆動」の特性を活かし、「ピストン速度」を高めて単位時間当たりの脈動を軽減した例もある。しかしながら、この方法は総てのポンプに適用可能な方法であるものの、本質的な改善とはならない。さらに、特殊なカム形状を用いて吐出流速を等しくする方法や、脈動減衰器（＝アキュムレータ）を用いた対応等々では、カムの回転方向に、「プランジャ」を押し付けて、「プランジャ」の摺動摩擦や磨耗を生じる欠点まで改善することは不可能であった。
本発明の目的は、上述した従来技術が有する課題を解消し、摺動摩擦を低減し、ピストンの時間当たりの移動量を等しくして、吐出流量変化率を抑え、脈動の少ない直動式ポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、軸ケースにピストン軸を往復動自在に収納し、前記軸ケースを貫通した前記ピストン軸の外端部にピストンを固着し、前記ピストンを前記軸ケースに連結したシリンダ内に収容し、前記軸ケースの外部にモータを配置し、前記モータと前記ピストン軸とを動力伝達機構を介して連結し、前記ピストン軸を往復駆動することにより、前記ピストンをシリンダ内で往復駆動させると共に、当該ピストンの押し退け側に吸込口及び吐出口を備えたポンプ室を形成したことを特徴とする。
この場合において、軸ケース内に複数のピストン軸を並列に配置してもよく、ピストン軸の両端部に各々ピストンを固着してもよく、ピストンの長さをピストン・ストロークの１．５倍以上としてもよく、軸ケース内に潤滑剤を充填してもよく、さらには、軸ケースに該軸ケース内に連通したタンクを接続してもよい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では、「シリンダ／ピストン」の摺動摩擦（磨耗）がなく、「シリンダ／ピストン」の漏れを防止するために装着された「ピストン・リング」がシリンダライナとの摺動により僅かに摩耗する程度で、吐出圧力（流量）脈動の小さい、「吸・吐出弁」を有する直動式ポンプ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の一実施の形態を添付した図面を参照して説明する。
図１Ａにおいて、符号５１は直動式ポンプを示す。この直動式ポンプ５１は、二本のピストン軸５２ａ，５２ｂを並列に収納した軸ケース５３を備えている。この軸ケース５３は端壁５３ａ，５３ｂを備え、各端壁５３ａ，５３ｂには各々滑り軸受け５５ａ〜５５ｄが配置されている。この滑り軸受けには、ホワイトメタル、ケルメットメタル、アルミニウム合金、銀、青銅、鉛青銅等を使用したメタル軸受けや、低摩擦の滑り性能に優れた樹脂製軸受け等が好適である。
上記軸受け５５ａ〜５５ｄには上記ピストン軸５２ａ，５２ｂが各々軸ケース５３内を往復動自在に支持されている。軸ケース５３の一方の端壁５３ａを貫通したピストン軸５２ａ，５２ｂの各外端部には、各々ピストン５９ａ，５９ｂが固着されており、これらピストン５９ａ，５９ｂは、軸ケース５３の一方の端壁５３ａに連結されたシリンダ６１ａ，６１ｂ内に摺動自在に収容されている。
【０００７】
シリンダ６１ａ，６１ｂにはバルブキット６３が取り付けられ、バルブキット６３には吸込口６７及び吐出口６５が設けられ、吸込口６７及び吐出口６５には、各々ばねで付勢された吸込弁体６７ａ及び吐出弁体６５ａが設けられている。
ピストン５９ａ，５９ｂの押し退け側にはポンプ室７１ａ，７１ｂが形成され、ピストン５９ａ，５９ｂのピストン軸側には背圧室７３ａ，７３ｂが形成されている。各背圧室７３ａ，７３ｂは、軸ケース５３の端壁５３ａ，５３ｂに形成された開口７５を通じて軸ケース５３のケース室７７に連通している。また、軸ケース５３の他方の端壁５３ｂを貫通したピストン軸５２ａ，５２ｂの各外端部は、カバー７４で覆われており、該カバー７４には、近接センサ７６ａ，７６ｂが各々取り付けられている。
【０００８】
軸ケース５３の外側には、図１Ｂに示すように、正逆回転可能な電動モータ７９が配置され、該モータ７９の出力軸７９ａにはカップリング８１を介して駆動軸８３が連結されている。駆動軸８３は封止部８５、及び軸受け８７を介してケース室７７内に延出し、該駆動軸８３の先端には、図１Ａに示すように、ピニオンギア８９が固着されている。
上記ピニオンギア８９は、各ピストン軸５２ａ，５２ｂに固定されたラックギア９１ａ，９１ｂに噛み合い、モータ７９の駆動により該ピニオンギア８９が回転すると、これに噛み合うラックギア９１ａ，９１ｂを介して、ピストン軸５２ａ，５２ｂが、ケース室２７内を往復運動する。モータ７９、ピニオンギア８９、ラックギア９１ａ，９１ｂ等は動力伝達機構を構成している。
【０００９】
本実施の形態では、モータ７９の正逆回転に対応し、ピニオンギア８９、ラックギア９１ａ，９１ｂを介して、各ピストン軸５２ａ，５２ｂが直線往復運動する。各ピストン軸５２ａ，５２ｂは、軸受け５５ａ〜５５ｄにより強固に保持されているため、シリンダ６１ａ，６１ｂとピストン５９ａ，５９ｂの芯出し精度を高めることにより、シリンダ６１ａ，６１ｂと、ピストン５９ａ，５９ｂとの直接摺動が零となり、ピストン・リングのみがシリンダライナと摺動し、これらの摩擦（磨耗）低減が図られている。
【００１０】
図１の例では、一方（図中下側）のピストン５９ａが、吐出行程を終了して「上死点」に位置し、他方のピストン５９ｂが、吸入行程を終了して「下死点」に位置している。この状態で、モータ７９を駆動し、ピニオンギア８９が、図示のように“左回転（反時計方向の回転）”すると、他方のピストン５９ｂが、「下死点」から「上死点」に移動し、図中上のポンプ室７１ｂの流体を圧縮して吐出行程を行う。
これに対し、一方のピストン５９ａは、「上死点」から「下死点」に移動し、図中下のポンプ室７１ａの流体を膨張させて吸入行程を行う。
この時、モータ７９は、行程間の負荷に関わらず“一定速度で制御”され、結果として、それぞれのピストン５９ａ，５９ｂは“等速度”で直動し、図２に示すように、「吐出｛ロ→ハ→ニ｝・｛へ→ト→チ｝／吸入｛ワ→カ→ヨ｝・｛ヌ→ル→オ｝」の如く、脈動のない一定流速で、流体が吐出／吸入される。
そして、それぞれのピストン５９ａ，５９ｂが「上死点」若しくは「下死点」近くに至った時点で、モータ７９を逆回転させると、モータ７９の回転速度が急速に減衰し、「上死点」若しくは「下死点」で、ピストン５９ａ，５９ｂの速度が「ゼロ」とされる。このために、他方のピストン５９ｂでは「ニ→→ホ（上死点）」、一方のピストン５９ａでは「オ→ホ（下死点）」」のように、吐出／吸入作用が停止され、脈動を発生させる“息継ぎ期間”が生じる。
【００１１】
ついで、それぞれのピストン５９ａ，５９ｂが、「上死点」若しくは「下死点」に達したと同時に、モータ７９が逆回転を始め、ピストン５９ｂでは「ホ（上死点）→ワ」、ピストン５９ａでは「ホ（下死点）→ヘ」のように、吸入／吐出作用が始まり、脈動を発生させる“息継ぎ期間”が生じる。この例では、説明を容易とするため、「ピストン５９ｂ；｛ニ→ホ(上死点)→ワ｝／ピストン５９ａ；｛オ→ホ(上死点)→ヘ｝」の“息継ぎ（＝モータ７９の逆回転）期間”を大きく図示しているが、実際稼動時には、一サイクルに占める当該“息継ぎ（＝モータ７９の逆回転）期間”は「≦１／２０」に確保されるため、これに起因する脈動は無視できる。
このように、２回の“息継ぎ（＝モータ７９の逆回転）期間”を経て、ピストン５９ａ，５９ｂは“等速度”で直動され、「吐出｛ロ→ハ→ニ｝・｛ヘ→ト→チ｝／吸入｛ワ→カ→ヨ｝・｛ヌ→ル→オ｝」の如く、吐出流体は脈動のない一定流速で「吐出／吸入」され、一サイクルに２回の吐出と吸入行程が実行される。
「ピストン」速度を一定に管理するために、上記モータ７９には、「パルス・モータ」や「サーボ・モータ」等の正逆回転モータが使用され、「制御装置（不図示）」により、任意の「ピストン速度で制御」される。また、安全性の確保のために、この例では、近接センサ７６ａ，７６ｂにより、ピストン５９ａ，５９ｂの下死点（＝一方のピストンの上死点）位置が検出され、モータ７９に制御装置（不図示）を介して、モータ７９の停止と逆回転命令が出力される。
【００１２】
本実施の形態では、一方の「ピストン５９ａ」が上死点に有る時、他方の「ピストン５９ｂ」が下死点に有る構成で、両ピストンが同期して、稼動するため、１サイクルで２回の吸入・吐出を行うことで、脈動のないポンプが実現される。
また、「近接センサ７６ａ，７６ｂ」で当該「ピストン５９ａ，５９ｂ」位置を検出し、「ピストン」が所定の位置｛＝上死点、若しくは、下死点位置｝に達した時に、「圧縮(吐出)」、「吸入」作用を反復動作させると共に、「正逆回転可能な、且つ定速度制御」の駆動モータ・システムを用いることにより、安全性の確保が図られる。「上死点、あるいは下死点」位置を検出し、モータを「停止・逆回転」させることで、制御トラブル防止、かつ安全なポンプを構成している。
【００１３】
また、本実施の形態では、モータ７９が軸ケース５３の外側に位置するため、該モータ７９を例えば防爆型等のモータとすれば、ポンプの吐出流体にいかなる流体を採用しても安全性を高めることができる。
【００１４】
図３は、別の実施の形態を示す。
符号１５１は直動式ポンプを示す。この直動式ポンプ１５１は、二本のピストン軸１５２ａ，１５２ｂを並列に収納した軸ケース１５３を備え、この軸ケース１５３は端壁１５３ａ，１５３ｂを備えている。各端壁１５３ａ，１５３ｂには、軸受け１５５ａ，１５５ｂ、及びスラスト軸受け１５６ａ〜１５６ｄが配置され、軸受け１５５ａ，１５５ｂ，１５５ａ〜１５５ｄには、上記ピストン軸１５２ａ，１５２ｂが各々回転自在、かつ軸ケース１５３内を往復動自在に支持されている。
軸ケース１５３の一方の端壁１５３ａを貫通したピストン軸１５２ａ，１５２ｂの各外端部には、各々ピストン１５９ａ，１５９ｂが固着されており、これらピストン１５９ａ，１５９ｂは、軸ケース１５３の一方の端壁１５３ａに連結されたシリンダ１６１ａ，１６１ｂ内に摺動自在に収容されている。
【００１５】
シリンダ１６１ａ，１６１ｂにはバルブキット１６３が取り付けられ、バルブキット１６３には吸込口１６７及び吐出口１６５が設けられ、吸込口１６７及び吐出口１６５には、各々ばねで付勢された吸込弁体１６７ａ及び吐出弁体１６５ａが設けられている。ピストン１５９ａ，１５９ｂの押し退け側にはポンプ室１７１ａ，１７１ｂが形成され、ピストン１５９ａ，１５９ｂのピストン軸側には背圧室１７３ａ，１７３ｂが形成されている。各背圧室１７３ａ，１７３ｂは、軸ケース１５３の端壁１５３ａに形成された開口１７５を通じて軸ケース１５３のケース室１７７に連通している。
また、軸ケース１５３の他方の端壁１５３ｂを貫通したピストン軸１５２ａ，１５２ｂの各外端部は、カバー１７４で覆われており、該カバー１７４には、近接センサ１７６ａ，１７６ｂが各々取り付けられている。
【００１６】
軸ケース１５３の外側には、正逆回転可能な電動モータ１７９が配置され、モータ１７９の出力軸１７９ａにはカップリング１８１を介して駆動軸１８３が連結されている。駆動軸１８３は、封止部１８５、及び軸受け１８７を介してケース室１７７内に延在しており、該駆動軸１８３の先端には、ギア１８９が固着されている。このギア１８９は、動力伝達ギア１８９ａに噛み合い、該ギア１８９ａは駆動ナット１８９ｂの外周に固着されている。上述した一方のピストン軸１５２ｂは、ねじ軸であり、駆動ナット１８９ｂの内周のめねじに螺入されている。駆動ナット１８９ｂの両端は、スラスト軸受け１５６ｃ，１５６ｄで保持されている。
また、上記駆動軸１８３のギア１８９は、動力伝達ギア１８９ｄに噛み合い、該ギア１８９ｄは、軸受け１９０で保持したアイドル軸１８９ｃの軸部に固着されている。上記ギア１８９ｄは、動力伝達ギア１８９ｅに噛み合い、ギア１８９ｅは、スラスト軸受け１５６ａ，１５６ｂで保持された駆動ナット１８９ｆの外周に固着されている。上述した他方のピストン軸１５２ｂは、ねじ軸であり、このねじ軸は、駆動ナット１８９ｆの内周のめねじに螺入されている。
【００１７】
上記モータ１７９の駆動によりギア１８９が回転すると、これに噛み合うギア１８９ａ，１８９ｂが回転し、駆動ナット１８９ｂが回転し、駆動ナット１８９ｂの内周に螺合したピストン軸５２ｂが往復運動する。また、ギア１８９が回転すると、これに噛み合うギア１８９ｄ，１８９ｅが回転し、駆動ナット１８９ｆが回転し、駆動ナット１８９ｆの内周に螺合したピストン軸５２ａが往復運動する。これらモータ１７９、各種ギヤ類、駆動ナット等は動力伝達機構を構成する。
【００１８】
本実施の形態では、「モータ１７９」により「ギヤ１８９」が“右回転（矢印Ａ方向）”すると、「ギヤ１８９ａ」が“左回転（矢印Ｂ方向）”し、「ギヤ１８９ａ」と一体に「駆動ナット１８９ｂ」が“左回転（矢印Ｂ方向）”する。「スラスト軸受け１５６ｃ，１５６ｄ」が、「駆動ナット１８９ｂ」の両端を固定しているため、「駆動ナット１８９ｂ」の回転に合わせて、「ピストン軸１５２ｂ」が下死点位置から、上死点方向に直動し、圧縮・吐出作用を行う。そして、ピストン上面圧力が上昇するに合わせて、「吐出弁体１６５ａ」から流体が吐出される。一方、「モータ１７９」の“右回転”により、「ギヤ１８９ｄ」が“左回転（矢印Ｃ方向）”する。そして、「ギヤ１８９ｄ」が「ギヤ１８９ｅ」を回転し、これと一体の「駆動ナット１８９ｆ」が“右回転（矢印Ｄ方向）”する。「駆動ナット１８９ｆ」の両端が「スラスト軸受け１５６ａ，１５６ｂ」で固定されているため、「駆動ナット１８９ｆ」の回転に合わせて、「ピストン軸１５２ａ」が上死点位置から、下死点方向に直動して、膨張・吸入作用を行う。そして、ピストン上面圧力が減圧するに合わせて、「吸込弁体１６７ａ」から流体が流入する。
【００１９】
モータ１７９が上記の方向と逆回転（左回転）した場合には、上記回転と反対の回転となり、モータ１７９が正逆回転を繰り返すことにより、各ピストン軸１５２ａ，１５２ｂが直線往復運動する。
【００２０】
この実施の形態でも、「下死点→上死点」、「上死点→下死点」に至る「モータ１７９」の回転速度は、“一定に制御”されて、各ポンプが稼動する。この結果、図２と同様に、「吐出｛ロ→ハ→二｝・｛ヘ→ト→チ｝／吸入｛ワ→カ→ヨ｝・｛ヌ→ル→オ｝」の如く、吐出流体は脈動のない一定流速で「吐出／吸入」され、一サイクルに「２回の吐出と吸入行程」が実行される。「ピストン」速度を一定に管理するために、「モータ１７９」には、「パルス・モータ」や「サーボ・モータ」等の正逆回転モータが使用され、「制御装置（不図示）」により、任意の「ピストン速度で制御」される。この例の場合も、前掲と同様に、安全性の確保のために、「近接センサ１７６」により、「ピストン」の下死点（＝一方のピストンの上死点）位置が検出され、「モータ１７９」に制御装置（不図示）を介して、「モータ１７９」の停止と逆転命令が指示される。
【００２１】
本構成においても、各ピストン軸１５２ａ，１５２ｂが、軸受け１５５ａ，１５５ｂにより強固に保持されているため、シリンダ１６１ａ，１６１ｂとピストン１５９ａ，１５９ｂの芯出し精度を高めることにより、シリンダとピストンとの直接摺動が零となり、シリンダライナと摺動するピストン・リングが僅かに摩耗するのみである。
【００２２】
本構成では、「ピストン」の直動機構を格納する「密封された部屋１７７」が、ピストン軸側の背圧室１７３ａ，１７３ｂに対し、それぞれ充分な流路１７５を持って連通し、しかも、一方の「ピストン」が上死点にある時、他方の「ピストン」が下死点にある構成｛２台以上のｎ台構成の場合は、３６０度／ｎの角度で構成｝となっており、両ピストンが同期して稼動される。これによれば、ピストンの位置が上下するに関わらず、「直動機構」が配置された「密封部屋」の圧力変化が解消され、「密封部屋１７７」内への例えば「非圧縮性の潤滑剤」の充填（後述する。）を可能とし、高圧吐出においてさえ、「ピストン／シリンダ」間隙からの漏れを防止できる。
【００２３】
図４は、別の実施の形態を示す。
図４において、符号１は直動式ポンプを示す。この直動式ポンプ１は、ピストン軸２を収納した軸ケース３を備え、この軸ケース３は端壁３ａ，３ｂを備えている。各端壁３ａ，３ｂには各々軸受け５ａ，５ｂが配置され、一対の軸受け５ａ，５ｂには上記ピストン軸２が回転自在、かつ軸ケース３内を往復動自在に支持されている。軸ケース３の端壁３ａ，３ｂを貫通したピストン軸２の両外端部には、各々ピストン９ａ，９ｂが固着されており、これらピストン９ａ，９ｂは、軸ケース３の両端に連結されたシリンダ１１ａ，１１ｂ内に摺動自在に収容されている。
【００２４】
シリンダ１１ａ，１１ｂにはバルブキット１３が取り付けられ、バルブキット１３には吸込口１５及び吐出口１７が設けられ、吸込口１５及び吐出口１７には、各々ばねで付勢された吸込弁体１５ａ及び吐出弁体１７ａが設けられている。
ピストン９ａ，９ｂの押し退け側にはポンプ室２１ａ，２１ｂが形成され、ピストン９ａ，９ｂのピストン軸側には背圧室２３ａ，２３ｂが形成されている。各背圧室２３ａ，２３ｂは、軸ケース３の端壁３ａ，３ｂに形成された開口２５を通じて軸ケース３のケース室２７に連通している。軸ケース３の外側には正逆回転可能な電動モータ２９が配置され、該モータ２９の出力軸２９ａにはカップリング３１を介して駆動軸３３が連結されている。駆動軸３３は封止部３５、及び軸受け３７を介してケース室２７内に延出し、該駆動軸３３の先端にはピニオンギア３９が固着されている。
ピニオンギア３９は、ピストン軸２に固定されたラックギア４１に噛み合い、モータ２９の駆動によりピニオンギア３９が回転すると、これに噛み合うラックギア４１を介してピストン軸２がケース室２７内を往復運動する。モータ２９、ピニオンギア３９、ラックギア４１等は動力伝達機構を構成している。
【００２５】
モータ２９には、「パルス・モータ」や「サーボ・モータ」等の正逆回転モータが使用され、「制御装置（不図示）」により、任意の“一定の”「ピストン速度で制御」される。このため、前掲の例と同じく、等しい「吸気・吐出流速」で流体の吐出が行われ、脈動のない吐出が確保される。これらの作動行程は、前掲の場合と同じで、一方のポンプが「圧縮・吐出行程」に有る時、他方のポンプは「膨張・吸入行程」が行われる。そして、いずれかのピストン９が上死点に達すると、ピストン軸２に設けた上死点マーカ（不図示）が、軸ケース３に取り付けた近接センサ８により検知され、モータ２９に制御装置を介し、モータ２９の停止と逆転命令が指示される。
【００２６】
本実施の形態では、「モータ２９」の回転を直線運動に変換させる手段を備えると共に、「ピストン９」に連接するピストン軸２を軸受け５ａ，５ｂで保持して軸方向に移動させているため、シリンダ１１ａ，１１ｂとピストン９ａ，９ｂの芯出し精度を高めることにより、「シリンダ１１ａ，１１ｂ」と「ピストン９ａ，９ｂ」との直接摺動が零となり、従来問題となっていたピストンとシリンダの磨耗から解消される。
【００２７】
図５は、別の実施の形態を示している。なお、図５では、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
本実施の形態では、上記の実施の形態と比べて、ピストン軸２の直動機構が異なっている。軸ケース３の外側には、正逆回転可能な電動モータ２９が配置され、モータ２９の出力軸２９ａにはカップリング３１を介して駆動軸３３が連結されている。駆動軸３３は、封止部３５、及び軸受け３７を介してケース室２７内に延在し、該駆動軸３３の先端には、駆動ギア２８９が固着されている。
該ギア２８９は、動力伝達ギア２８９ａに噛み合い、該ギア２８９ａは駆動ナット２８９ｂの外周に固着されている。ピストン軸２は、ねじ軸であり、駆動ナット２８９ｂの内周のめねじに螺入され、駆動ナット２８９ｂの両端は、スラスト軸受け２５６ａ，２５６ｂで保持されている。
【００２９】
上記モータ２９の駆動で、ギヤ２８９が左回転（矢印Ａ方向）すると、ギヤ２８９ａを介して駆動ナット２８９ｂが、左回転（矢印Ｂ方向）する。「駆動ナット２８９ｂ」の両端は、「スラスト軸受け２５６ａ，２５６ｂ」により保持されているため、ねじの作用で、ピストン軸２が往復動し、一方のポンプが「圧縮・吐出行程」を実行すべく、上死点方向（Ｃ方向）にピストン９ａを移動させる。他方のポンプにおいては、ピストン９ｂが下死点方向に移動し、「膨張・吸入行程」を実行する。本構成では、ケース室２７に、「ピストン５９ａ，５９ｂ」を直動（リニア駆動）させる共通の機構が配置され、その左右両端に、充分な流路２５を持って、「シリンダ」、「ピストン」、「吸・吐出弁」が、それぞれ、左右対称に配置され、当該「ピストン」が、「直動軸」により連接される。そのため、一方の「ピストン」が上死点にある時、他方の「ピストン」は下死点にある構成で、両ピストンが同期して稼動する。すなわち、１サイクルで２回の吸入・吐出を行うことで、脈動のないポンプが実現される。
【００３０】
図６は、別の実施の形態を示す。
本構成は、図４と類似している。異なる点として、軸ケース３の上部に、該軸ケース３内に連通したタンク１００が接続され、タンク１００の上部空間に空気室を残した状態で、タンク１００及び軸ケース３のケース室２７に、ＣmＨn等の潤滑剤が充填されている。また、漏洩防止のため、ピストン長がピストン・ストロークの「≧１．５倍」の長さを有するピストン９ａ，９ｂから構成され、「ピストン９ａ，９ｂ」にはピストン上面側、ピストン下面側、中間の合計４箇所の部位に、ピストン・リング１０１，１０２，１０３，１０４が設けられている。
【００３１】
本構成では、２つの「ピストン」が対になって“逆の動作”を行うことから、「ピストン」の直動機構を格納した「ケース室２７」内の圧力は、ピストン移動に関わらず変化することがない。そのため、ケース室２７を非圧縮性の「潤滑油」等で満たすことが可能になり、このことから、ピストン／シリンダ間からの吐出流体の漏洩を防止できる。この場合において、「ピストン」背面部２３に充填された潤滑剤が、ケース室２７との間で、抵抗なく行き来できるように、充分な流路面積を有した「開口２５」を設けることが望ましい。ただし、ピストン稼動により、潤滑剤温度が上昇するため、潤滑剤は冷却システム（不図示）により冷却することが望ましい。
【００３２】
また、「潤滑剤」の温度上昇による膨張（＝圧力変化）を防止するため、ポンプ上部に、「タンク１００」を付設してもよい。潤滑剤温度が低い場合は、「タンク１００」に充填された潤滑剤が「ケース室２７」に供給され、逆に、潤滑剤温度が高い場合は、「ケース室２７」の潤滑剤が「タンク１００」に還流される。「ケース室２７」の潤滑剤が、ピストン上面の吐出流体を汚損しないようにするため、あるいは、吐出流体が「ケース室２７」側に漏洩することを防止するため、ピストン長が、ピストン・ストロークの「≧１．５倍」のピストン」を用いている。
【００３３】
図７は、ピストンの詳細図である。
「ピストン９」の高さ＝（１１／６）×ストロークの関係にある。「ピストン９」には、３〜４個の「ピストン・リング１０１，１０２，１０３，１０４」が装着される（図示の例では、４個）。図中の符号Ｓｔは、「ピストン」上面の変位量（下死点←→上死点）を示し、符号Ｓｄは、「ピストン」下面の変位量（下死点←→上死点）を示している。「ピストン」が下死点（図７Ａ）から上死点（図７Ｂ）に移動する際には、「ピストン・リング」により、シリンダ壁面に付着した「吐出流体」と「潤滑剤」とが混在するおそれがある。本実施の形態では、「ピストン」が下死点近傍にある場合に、図７Ａに示すように、ピストン・リング１０２が、中間点Ｐに位置し、「ピストン」が上死点近傍にある場合には、図７Ｂに示すように、中間点Ｐに、ピストン・リング１０３が位置する。すなわち、下死点側においては、「ピストン・リング１０３，１０４」が、潤滑剤領域のみでの作動となり、上死点側においては、「ピストン・リング１０１，１０２」が、吐出流体領域のみでの作動となる。この形態で言えば、「トップ・リング」と「ボトム・リング」とは、それぞれの流体に暴露されることなく、稼動する。
【００３４】
このため、摺動条件に優れる「ピストン・リング１０４」（＝潤滑剤の存在、吐出流体に暴露されない、等）により漏洩をほぼ完全に防止でき、（１）吐出流体の「ピストン・リング」を介した漏洩の１００％の解消と、（２）「吐出流体」と「潤滑剤」との混合をほぼ完全に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】Ａは、本発明の一実施の形態を示す断面図であり、Ｂは、Ａの軸ケースをモータ取付け側より見て示した図である。
【図２】一サイクルにおける吐出、吸入の変化を示す図である。
【図３】別の実施の形態を示す断面図である。
【図４】別の実施の形態を示す断面図である。
【図５】別の実施の形態を示す断面図である。
【図６】別の実施の形態を示す断面図である。
【図７】ピストン・リングの配置の説明図であり、Ａは、下死点近傍での図、Ｂは、上死点近傍での図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，５１，１５１ 直動式ポンプ
２，５２ａ，５２ｂ ピストン軸
３，５３，１５３ 軸ケース
５９ａ，５９ｂ ピストン
６１ａ，６１ｂ シリンダ
７１ａ，７１ｂ ポンプ室
２９，７９，１７９ モータ
８３，１８３ 駆動軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の気体や液体を高圧供給するための工業用の高圧ポンプ等に好適な直動式ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の「往復動ポンプ（プランジャ・ポンプ、ダイアフラム・ポンプ等）」の多くは、モータの回転運動を、「カム機構や回転斜板機構」を用いて直線運動に変換してポンプ作用を実現して来た。この場合、ポンプの小型化を図るために、「カム」部分に直接「ピストン（プランジャ）」底部を配置したとき、「ピストン（プランジャ）」が回転方向の「シリンダ」壁に押し付けられ、摺動摩擦を生じ、磨耗を引き起こす。このため、通常、プランジャ・ポンプでは、充分な摺動接触面積を確保するために、「プランジャ」の直動のための「ガイド」を設けて対応している。また、電磁駆動のリニア・ポンプが市販されている。しかし、該ポンプではピストンの速度制御を行わないため、吐出特性が「カム機構」を用いた場合と同等特性となり、吐出脈動を生じる。そのため、従来、「ピストンが直動」する利点を活かし、３０００ｒｐｍ相当の高速運転を行うことで低脈動化を図っている。また、通常のカム等では吐出流速がサイン波形状を呈するため、吐出圧力が脈動現象を呈することになる。これを防止するために、従来、５連〜７連の多連装ポンプ構成や、特殊なカム形状等の工夫（例えば、特許文献１参照）や、脈動抑制器（例えば、特許文献２参照）等を設けて、脈動抑制を図っている。
【特許文献１】特開２００１−２６３２５３
【特許文献２】特開２００１−６５７８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記多連装ポンプ構成を行ってさえ、脈動の完全な抑制は困難であり、一方では、部品点数の増加を招き、信頼性や安全性を損なう欠点を有する。また、摺動部が少ないと言う「リニア駆動」の特性を活かし、「ピストン速度」を高めて単位時間当たりの脈動を軽減した例もある。しかしながら、この方法は総てのポンプに適用可能な方法であるものの、本質的な改善とはならない。さらに、特殊なカム形状を用いて吐出流速を等しくする方法や、脈動減衰器（＝アキュムレータ）を用いた対応等々では、カムの回転方向に、「プランジャ」を押し付けて、「プランジャ」の摺動摩擦や磨耗を生じる欠点まで改善することは不可能であった。
本発明の目的は、上述した従来技術が有する課題を解消し、摺動摩擦を低減し、ピストンの時間当たりの移動量を等しくして、吐出流量変化率を抑え、脈動の少ない直動式ポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、軸ケースにピストン軸を往復動自在に収納し、前記軸ケースを貫通した前記ピストン軸の外端部にピストンを固着し、前記ピストンを前記軸ケースに連結したシリンダ内に収容し、前記軸ケースの外部にモータを配置し、前記モータと前記ピストン軸とを動力伝達機構を介して連結し、前記ピストン軸を往復駆動することにより、前記ピストンをシリンダ内で往復駆動させると共に、当該ピストンの押し退け側に吸込口及び吐出口を備えたポンプ室を形成したことを特徴とする。
この場合において、軸ケース内に複数のピストン軸を並列に配置してもよく、ピストン軸の両端部に各々ピストンを固着してもよく、ピストンの長さをピストン・ストロークの１．５倍以上としてもよく、軸ケース内に潤滑剤を充填してもよく、さらには、軸ケースに該軸ケース内に連通したタンクを接続してもよい。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では、「シリンダ／ピストン」の摺動摩擦（磨耗）がなく、「シリンダ／ピストン」の漏れを防止するために装着された「ピストン・リング」がシリンダライナとの摺動により僅かに摩耗する程度で、吐出圧力（流量）脈動の小さい、「吸・吐出弁」を有する直動式ポンプ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の一実施の形態を添付した図面を参照して説明する。
図１Ａにおいて、符号５１は直動式ポンプを示す。この直動式ポンプ５１は、二本のピストン軸５２ａ，５２ｂを並列に収納した軸ケース５３を備えている。この軸ケース５３は端壁５３ａ，５３ｂを備え、各端壁５３ａ，５３ｂには各々滑り軸受け５５ａ〜５５ｄが配置されている。この滑り軸受けには、ホワイトメタル、ケルメットメタル、アルミニウム合金、銀、青銅、鉛青銅等を使用したメタル軸受けや、低摩擦の滑り性能に優れた樹脂製軸受け等が好適である。
上記軸受け５５ａ〜５５ｄには上記ピストン軸５２ａ，５２ｂが各々軸ケース５３内を往復動自在に支持されている。軸ケース５３の一方の端壁５３ａを貫通したピストン軸５２ａ，５２ｂの各外端部には、各々ピストン５９ａ，５９ｂが固着されており、これらピストン５９ａ，５９ｂは、軸ケース５３の一方の端壁５３ａに連結されたシリンダ６１ａ，６１ｂ内に摺動自在に収容されている。
【０００７】
シリンダ６１ａ，６１ｂにはバルブキット６３が取り付けられ、バルブキット６３には吸込口６７及び吐出口６５が設けられ、吸込口６７及び吐出口６５には、各々ばねで付勢された吸込弁体６７ａ及び吐出弁体６５ａが設けられている。
ピストン５９ａ，５９ｂの押し退け側にはポンプ室７１ａ，７１ｂが形成され、ピストン５９ａ，５９ｂのピストン軸側には背圧室７３ａ，７３ｂが形成されている。各背圧室７３ａ，７３ｂは、軸ケース５３の端壁５３ａ，５３ｂに形成された開口７５を通じて軸ケース５３のケース室７７に連通している。また、軸ケース５３の他方の端壁５３ｂを貫通したピストン軸５２ａ，５２ｂの各外端部は、カバー７４で覆われており、該カバー７４には、近接センサ７６ａ，７６ｂが各々取り付けられている。
【０００８】
軸ケース５３の外側には、図１Ｂに示すように、正逆回転可能な電動モータ７９が配置され、該モータ７９の出力軸７９ａにはカップリング８１を介して駆動軸８３が連結されている。駆動軸８３は封止部８５、及び軸受け８７を介してケース室７７内に延出し、該駆動軸８３の先端には、図１Ａに示すように、ピニオンギア８９が固着されている。
上記ピニオンギア８９は、各ピストン軸５２ａ，５２ｂに固定されたラックギア９１ａ，９１ｂに噛み合い、モータ７９の駆動により該ピニオンギア８９が回転すると、これに噛み合うラックギア９１ａ，９１ｂを介して、ピストン軸５２ａ，５２ｂが、ケース室２７内を往復運動する。モータ７９、ピニオンギア８９、ラックギア９１ａ，９１ｂ等は動力伝達機構を構成している。
【０００９】
本実施の形態では、モータ７９の正逆回転に対応し、ピニオンギア８９、ラックギア９１ａ，９１ｂを介して、各ピストン軸５２ａ，５２ｂが直線往復運動する。各ピストン軸５２ａ，５２ｂは、軸受け５５ａ〜５５ｄにより強固に保持されているため、シリンダ６１ａ，６１ｂとピストン５９ａ，５９ｂの芯出し精度を高めることにより、シリンダ６１ａ，６１ｂと、ピストン５９ａ，５９ｂとの直接摺動が零となり、ピストン・リングのみがシリンダライナと摺動し、これらの摩擦（磨耗）低減が図られている。
【００１０】
図１の例では、一方（図中下側）のピストン５９ａが、吐出行程を終了して「上死点」に位置し、他方のピストン５９ｂが、吸入行程を終了して「下死点」に位置している。この状態で、モータ７９を駆動し、ピニオンギア８９が、図示のように“左回転（反時計方向の回転）”すると、他方のピストン５９ｂが、「下死点」から「上死点」に移動し、図中上のポンプ室７１ｂの流体を圧縮して吐出行程を行う。
これに対し、一方のピストン５９ａは、「上死点」から「下死点」に移動し、図中下のポンプ室７１ａの流体を膨張させて吸入行程を行う。
この時、モータ７９は、行程間の負荷に関わらず“一定速度で制御”され、結果として、それぞれのピストン５９ａ，５９ｂは“等速度”で直動し、図２に示すように、「吐出｛ロ→ハ→ニ｝・｛へ→ト→チ｝／吸入｛ワ→カ→ヨ｝・｛ヌ→ル→オ｝」の如く、脈動のない一定流速で、流体が吐出／吸入される。
そして、それぞれのピストン５９ａ，５９ｂが「上死点」若しくは「下死点」近くに至った時点で、モータ７９を逆回転させると、モータ７９の回転速度が急速に減衰し、「上死点」若しくは「下死点」で、ピストン５９ａ，５９ｂの速度が「ゼロ」とされる。このために、他方のピストン５９ｂでは「ニ→→ホ（上死点）」、一方のピストン５９ａでは「オ→ホ（下死点）」」のように、吐出／吸入作用が停止され、脈動を発生させる“息継ぎ期間”が生じる。
【００１１】
ついで、それぞれのピストン５９ａ，５９ｂが、「上死点」若しくは「下死点」に達したと同時に、モータ７９が逆回転を始め、ピストン５９ｂでは「ホ（上死点）→ワ」、ピストン５９ａでは「ホ（下死点）→ヘ」のように、吸入／吐出作用が始まり、脈動を発生させる“息継ぎ期間”が生じる。この例では、説明を容易とするため、「ピストン５９ｂ；｛ニ→ホ(上死点)→ワ｝／ピストン５９ａ；｛オ→ホ(上死点)→ヘ｝」の“息継ぎ（＝モータ７９の逆回転）期間”を大きく図示しているが、実際稼動時には、一サイクルに占める当該“息継ぎ（＝モータ７９の逆回転）期間”は「≦１／２０」に確保されるため、これに起因する脈動は無視できる。
このように、２回の“息継ぎ（＝モータ７９の逆回転）期間”を経て、ピストン５９ａ，５９ｂは“等速度”で直動され、「吐出｛ロ→ハ→ニ｝・｛ヘ→ト→チ｝／吸入｛ワ→カ→ヨ｝・｛ヌ→ル→オ｝」の如く、吐出流体は脈動のない一定流速で「吐出／吸入」され、一サイクルに２回の吐出と吸入行程が実行される。
「ピストン」速度を一定に管理するために、上記モータ７９には、「パルス・モータ」や「サーボ・モータ」等の正逆回転モータが使用され、「制御装置（不図示）」により、任意の「ピストン速度で制御」される。また、安全性の確保のために、この例では、近接センサ７６ａ，７６ｂにより、ピストン５９ａ，５９ｂの下死点（＝一方のピストンの上死点）位置が検出され、モータ７９に制御装置（不図示）を介して、モータ７９の停止と逆回転命令が出力される。
【００１２】
本実施の形態では、一方の「ピストン５９ａ」が上死点に有る時、他方の「ピストン５９ｂ」が下死点に有る構成で、両ピストンが同期して、稼動するため、１サイクルで２回の吸入・吐出を行うことで、脈動のないポンプが実現される。
また、「近接センサ７６ａ，７６ｂ」で当該「ピストン５９ａ，５９ｂ」位置を検出し、「ピストン」が所定の位置｛＝上死点、若しくは、下死点位置｝に達した時に、「圧縮(吐出)」、「吸入」作用を反復動作させると共に、「正逆回転可能な、且つ定速度制御」の駆動モータ・システムを用いることにより、安全性の確保が図られる。「上死点、あるいは下死点」位置を検出し、モータを「停止・逆回転」させることで、制御トラブル防止、かつ安全なポンプを構成している。
【００１３】
また、本実施の形態では、モータ７９が軸ケース５３の外側に位置するため、該モータ７９を例えば防爆型等のモータとすれば、ポンプの吐出流体にいかなる流体を採用しても安全性を高めることができる。
【００１４】
図３は、別の実施の形態を示す。
符号１５１は直動式ポンプを示す。この直動式ポンプ１５１は、二本のピストン軸１５２ａ，１５２ｂを並列に収納した軸ケース１５３を備え、この軸ケース１５３は端壁１５３ａ，１５３ｂを備えている。各端壁１５３ａ，１５３ｂには、軸受け１５５ａ，１５５ｂ、及びスラスト軸受け１５６ａ〜１５６ｄが配置され、軸受け１５５ａ，１５５ｂ，１５５ａ〜１５５ｄには、上記ピストン軸１５２ａ，１５２ｂが各々回転自在、かつ軸ケース１５３内を往復動自在に支持されている。
軸ケース１５３の一方の端壁１５３ａを貫通したピストン軸１５２ａ，１５２ｂの各外端部には、各々ピストン１５９ａ，１５９ｂが固着されており、これらピストン１５９ａ，１５９ｂは、軸ケース１５３の一方の端壁１５３ａに連結されたシリンダ１６１ａ，１６１ｂ内に摺動自在に収容されている。
【００１５】
シリンダ１６１ａ，１６１ｂにはバルブキット１６３が取り付けられ、バルブキット１６３には吸込口１６７及び吐出口１６５が設けられ、吸込口１６７及び吐出口１６５には、各々ばねで付勢された吸込弁体１６７ａ及び吐出弁体１６５ａが設けられている。ピストン１５９ａ，１５９ｂの押し退け側にはポンプ室１７１ａ，１７１ｂが形成され、ピストン１５９ａ，１５９ｂのピストン軸側には背圧室１７３ａ，１７３ｂが形成されている。各背圧室１７３ａ，１７３ｂは、軸ケース１５３の端壁１５３ａに形成された開口１７５を通じて軸ケース１５３のケース室１７７に連通している。
また、軸ケース１５３の他方の端壁１５３ｂを貫通したピストン軸１５２ａ，１５２ｂの各外端部は、カバー１７４で覆われており、該カバー１７４には、近接センサ１７６ａ，１７６ｂが各々取り付けられている。
【００１６】
軸ケース１５３の外側には、正逆回転可能な電動モータ１７９が配置され、モータ１７９の出力軸１７９ａにはカップリング１８１を介して駆動軸１８３が連結されている。駆動軸１８３は、封止部１８５、及び軸受け１８７を介してケース室１７７内に延在しており、該駆動軸１８３の先端には、ギア１８９が固着されている。このギア１８９は、動力伝達ギア１８９ａに噛み合い、該ギア１８９ａは駆動ナット１８９ｂの外周に固着されている。上述した一方のピストン軸１５２ｂは、ねじ軸であり、駆動ナット１８９ｂの内周のめねじに螺入されている。駆動ナット１８９ｂの両端は、スラスト軸受け１５６ｃ，１５６ｄで保持されている。
また、上記駆動軸１８３のギア１８９は、動力伝達ギア１８９ｄに噛み合い、該ギア１８９ｄは、軸受け１９０で保持したアイドル軸１８９ｃの軸部に固着されている。上記ギア１８９ｄは、動力伝達ギア１８９ｅに噛み合い、ギア１８９ｅは、スラスト軸受け１５６ａ，１５６ｂで保持された駆動ナット１８９ｆの外周に固着されている。上述した他方のピストン軸１５２ｂは、ねじ軸であり、このねじ軸は、駆動ナット１８９ｆの内周のめねじに螺入されている。
【００１７】
上記モータ１７９の駆動によりギア１８９が回転すると、これに噛み合うギア１８９ａ，１８９ｂが回転し、駆動ナット１８９ｂが回転し、駆動ナット１８９ｂの内周に螺合したピストン軸５２ｂが往復運動する。また、ギア１８９が回転すると、これに噛み合うギア１８９ｄ，１８９ｅが回転し、駆動ナット１８９ｆが回転し、駆動ナット１８９ｆの内周に螺合したピストン軸５２ａが往復運動する。これらモータ１７９、各種ギヤ類、駆動ナット等は動力伝達機構を構成する。
【００１８】
本実施の形態では、「モータ１７９」により「ギヤ１８９」が“右回転（矢印Ａ方向）”すると、「ギヤ１８９ａ」が“左回転（矢印Ｂ方向）”し、「ギヤ１８９ａ」と一体に「駆動ナット１８９ｂ」が“左回転（矢印Ｂ方向）”する。「スラスト軸受け１５６ｃ，１５６ｄ」が、「駆動ナット１８９ｂ」の両端を固定しているため、「駆動ナット１８９ｂ」の回転に合わせて、「ピストン軸１５２ｂ」が下死点位置から、上死点方向に直動し、圧縮・吐出作用を行う。そして、ピストン上面圧力が上昇するに合わせて、「吐出弁体１６５ａ」から流体が吐出される。一方、「モータ１７９」の“右回転”により、「ギヤ１８９ｄ」が“左回転（矢印Ｃ方向）”する。そして、「ギヤ１８９ｄ」が「ギヤ１８９ｅ」を回転し、これと一体の「駆動ナット１８９ｆ」が“右回転（矢印Ｄ方向）”する。「駆動ナット１８９ｆ」の両端が「スラスト軸受け１５６ａ，１５６ｂ」で固定されているため、「駆動ナット１８９ｆ」の回転に合わせて、「ピストン軸１５２ａ」が上死点位置から、下死点方向に直動して、膨張・吸入作用を行う。そして、ピストン上面圧力が減圧するに合わせて、「吸込弁体１６７ａ」から流体が流入する。
【００１９】
モータ１７９が上記の方向と逆回転（左回転）した場合には、上記回転と反対の回転となり、モータ１７９が正逆回転を繰り返すことにより、各ピストン軸１５２ａ，１５２ｂが直線往復運動する。
【００２０】
この実施の形態でも、「下死点→上死点」、「上死点→下死点」に至る「モータ１７９」の回転速度は、“一定に制御”されて、各ポンプが稼動する。この結果、図２と同様に、「吐出｛ロ→ハ→二｝・｛ヘ→ト→チ｝／吸入｛ワ→カ→ヨ｝・｛ヌ→ル→オ｝」の如く、吐出流体は脈動のない一定流速で「吐出／吸入」され、一サイクルに「２回の吐出と吸入行程」が実行される。「ピストン」速度を一定に管理するために、「モータ１７９」には、「パルス・モータ」や「サーボ・モータ」等の正逆回転モータが使用され、「制御装置（不図示）」により、任意の「ピストン速度で制御」される。この例の場合も、前掲と同様に、安全性の確保のために、「近接センサ１７６」により、「ピストン」の下死点（＝一方のピストンの上死点）位置が検出され、「モータ１７９」に制御装置（不図示）を介して、「モータ１７９」の停止と逆転命令が指示される。
【００２１】
本構成においても、各ピストン軸１５２ａ，１５２ｂが、軸受け１５５ａ，１５５ｂにより強固に保持されているため、シリンダ１６１ａ，１６１ｂとピストン１５９ａ，１５９ｂの芯出し精度を高めることにより、シリンダとピストンとの直接摺動が零となり、シリンダライナと摺動するピストン・リングが僅かに摩耗するのみである。
【００２２】
本構成では、「ピストン」の直動機構を格納する「密封された部屋１７７」が、ピストン軸側の背圧室１７３ａ，１７３ｂに対し、それぞれ充分な流路１７５を持って連通し、しかも、一方の「ピストン」が上死点にある時、他方の「ピストン」が下死点にある構成｛２台以上のｎ台構成の場合は、３６０度／ｎの角度で構成｝となっており、両ピストンが同期して稼動される。これによれば、ピストンの位置が上下するに関わらず、「直動機構」が配置された「密封部屋」の圧力変化が解消され、「密封部屋１７７」内への例えば「非圧縮性の潤滑剤」の充填（後述する。）を可能とし、高圧吐出においてさえ、「ピストン／シリンダ」間隙からの漏れを防止できる。
【００２３】
図４は、別の実施の形態を示す。
図４において、符号１は直動式ポンプを示す。この直動式ポンプ１は、ピストン軸２を収納した軸ケース３を備え、この軸ケース３は端壁３ａ，３ｂを備えている。各端壁３ａ，３ｂには各々軸受け５ａ，５ｂが配置され、一対の軸受け５ａ，５ｂには上記ピストン軸２が回転自在、かつ軸ケース３内を往復動自在に支持されている。軸ケース３の端壁３ａ，３ｂを貫通したピストン軸２の両外端部には、各々ピストン９ａ，９ｂが固着されており、これらピストン９ａ，９ｂは、軸ケース３の両端に連結されたシリンダ１１ａ，１１ｂ内に摺動自在に収容されている。
【００２４】
シリンダ１１ａ，１１ｂにはバルブキット１３が取り付けられ、バルブキット１３には吸込口１５及び吐出口１７が設けられ、吸込口１５及び吐出口１７には、各々ばねで付勢された吸込弁体１５ａ及び吐出弁体１７ａが設けられている。
ピストン９ａ，９ｂの押し退け側にはポンプ室２１ａ，２１ｂが形成され、ピストン９ａ，９ｂのピストン軸側には背圧室２３ａ，２３ｂが形成されている。各背圧室２３ａ，２３ｂは、軸ケース３の端壁３ａ，３ｂに形成された開口２５を通じて軸ケース３のケース室２７に連通している。軸ケース３の外側には正逆回転可能な電動モータ２９が配置され、該モータ２９の出力軸２９ａにはカップリング３１を介して駆動軸３３が連結されている。駆動軸３３は封止部３５、及び軸受け３７を介してケース室２７内に延出し、該駆動軸３３の先端にはピニオンギア３９が固着されている。
ピニオンギア３９は、ピストン軸２に固定されたラックギア４１に噛み合い、モータ２９の駆動によりピニオンギア３９が回転すると、これに噛み合うラックギア４１を介してピストン軸２がケース室２７内を往復運動する。モータ２９、ピニオンギア３９、ラックギア４１等は動力伝達機構を構成している。
【００２５】
モータ２９には、「パルス・モータ」や「サーボ・モータ」等の正逆回転モータが使用され、「制御装置（不図示）」により、任意の“一定の”「ピストン速度で制御」される。このため、前掲の例と同じく、等しい「吸気・吐出流速」で流体の吐出が行われ、脈動のない吐出が確保される。これらの作動行程は、前掲の場合と同じで、一方のポンプが「圧縮・吐出行程」に有る時、他方のポンプは「膨張・吸入行程」が行われる。そして、いずれかのピストン９が上死点に達すると、ピストン軸２に設けた上死点マーカ（不図示）が、軸ケース３に取り付けた近接センサ８により検知され、モータ２９に制御装置を介し、モータ２９の停止と逆転命令が指示される。
【００２６】
本実施の形態では、「モータ２９」の回転を直線運動に変換させる手段を備えると共に、「ピストン９」に連接するピストン軸２を軸受け５ａ，５ｂで保持して軸方向に移動させているため、シリンダ１１ａ，１１ｂとピストン９ａ，９ｂの芯出し精度を高めることにより、「シリンダ１１ａ，１１ｂ」と「ピストン９ａ，９ｂ」との直接摺動が零となり、従来問題となっていたピストンとシリンダの磨耗から解消される。
【００２７】
図５は、別の実施の形態を示している。なお、図５では、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
本実施の形態では、上記の実施の形態と比べて、ピストン軸２の直動機構が異なっている。軸ケース３の外側には、正逆回転可能な電動モータ２９が配置され、モータ２９の出力軸２９ａにはカップリング３１を介して駆動軸３３が連結されている。駆動軸３３は、封止部３５、及び軸受け３７を介してケース室２７内に延在し、該駆動軸３３の先端には、駆動ギア２８９が固着されている。
該ギア２８９は、動力伝達ギア２８９ａに噛み合い、該ギア２８９ａは駆動ナット２８９ｂの外周に固着されている。ピストン軸２は、ねじ軸であり、駆動ナット２８９ｂの内周のめねじに螺入され、駆動ナット２８９ｂの両端は、スラスト軸受け２５６ａ，２５６ｂで保持されている。
【００２９】
上記モータ２９の駆動で、ギヤ２８９が左回転（矢印Ａ方向）すると、ギヤ２８９ａを介して駆動ナット２８９ｂが、左回転（矢印Ｂ方向）する。「駆動ナット２８９ｂ」の両端は、「スラスト軸受け２５６ａ，２５６ｂ」により保持されているため、ねじの作用で、ピストン軸２が往復動し、一方のポンプが「圧縮・吐出行程」を実行すべく、上死点方向（Ｃ方向）にピストン９ａを移動させる。他方のポンプにおいては、ピストン９ｂが下死点方向に移動し、「膨張・吸入行程」を実行する。本構成では、ケース室２７に、「ピストン５９ａ，５９ｂ」を直動（リニア駆動）させる共通の機構が配置され、その左右両端に、充分な流路２５を持って、「シリンダ」、「ピストン」、「吸・吐出弁」が、それぞれ、左右対称に配置され、当該「ピストン」が、「直動軸」により連接される。そのため、一方の「ピストン」が上死点にある時、他方の「ピストン」は下死点にある構成で、両ピストンが同期して稼動する。すなわち、１サイクルで２回の吸入・吐出を行うことで、脈動のないポンプが実現される。
【００３０】
図６は、別の実施の形態を示す。
本構成は、図４と類似している。異なる点として、軸ケース３の上部に、該軸ケース３内に連通したタンク１００が接続され、タンク１００の上部空間に空気室を残した状態で、タンク１００及び軸ケース３のケース室２７に、ＣmＨn等の潤滑剤が充填されている。また、漏洩防止のため、ピストン長がピストン・ストロークの「≧１．５倍」の長さを有するピストン９ａ，９ｂから構成され、「ピストン９ａ，９ｂ」にはピストン上面側、ピストン下面側、中間の合計４箇所の部位に、ピストン・リング１０１，１０２，１０３，１０４が設けられている。
【００３１】
本構成では、２つの「ピストン」が対になって“逆の動作”を行うことから、「ピストン」の直動機構を格納した「ケース室２７」内の圧力は、ピストン移動に関わらず変化することがない。そのため、ケース室２７を非圧縮性の「潤滑油」等で満たすことが可能になり、このことから、ピストン／シリンダ間からの吐出流体の漏洩を防止できる。この場合において、「ピストン」背面部２３に充填された潤滑剤が、ケース室２７との間で、抵抗なく行き来できるように、充分な流路面積を有した「開口２５」を設けることが望ましい。ただし、ピストン稼動により、潤滑剤温度が上昇するため、潤滑剤は冷却システム（不図示）により冷却することが望ましい。
【００３２】
また、「潤滑剤」の温度上昇による膨張（＝圧力変化）を防止するため、ポンプ上部に、「タンク１００」を付設してもよい。潤滑剤温度が低い場合は、「タンク１００」に充填された潤滑剤が「ケース室２７」に供給され、逆に、潤滑剤温度が高い場合は、「ケース室２７」の潤滑剤が「タンク１００」に還流される。「ケース室２７」の潤滑剤が、ピストン上面の吐出流体を汚損しないようにするため、あるいは、吐出流体が「ケース室２７」側に漏洩することを防止するため、ピストン長が、ピストン・ストロークの「≧１．５倍」のピストン」を用いている。
【００３３】
図７は、ピストンの詳細図である。
「ピストン９」の高さ＝（１１／６）×ストロークの関係にある。「ピストン９」には、３〜４個の「ピストン・リング１０１，１０２，１０３，１０４」が装着される（図示の例では、４個）。図中の符号Ｓｔは、「ピストン」上面の変位量（下死点←→上死点）を示し、符号Ｓｄは、「ピストン」下面の変位量（下死点←→上死点）を示している。「ピストン」が下死点（図７Ａ）から上死点（図７Ｂ）に移動する際には、「ピストン・リング」により、シリンダ壁面に付着した「吐出流体」と「潤滑剤」とが混在するおそれがある。本実施の形態では、「ピストン」が下死点近傍にある場合に、図７Ａに示すように、ピストン・リング１０２が、中間点Ｐに位置し、「ピストン」が上死点近傍にある場合には、図７Ｂに示すように、中間点Ｐに、ピストン・リング１０３が位置する。すなわち、下死点側においては、「ピストン・リング１０３，１０４」が、潤滑剤領域のみでの作動となり、上死点側においては、「ピストン・リング１０１，１０２」が、吐出流体領域のみでの作動となる。この形態で言えば、「トップ・リング」と「ボトム・リング」とは、それぞれの流体に暴露されることなく、稼動する。
【００３４】
このため、摺動条件に優れる「ピストン・リング１０４」（＝潤滑剤の存在、吐出流体に暴露されない、等）により漏洩をほぼ完全に防止でき、（１）吐出流体の「ピストン・リング」を介した漏洩の１００％の解消と、（２）「吐出流体」と「潤滑剤」との混合をほぼ完全に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】Ａは、本発明の一実施の形態を示す断面図であり、Ｂは、Ａの軸ケースをモータ取付け側より見て示した図である。
【図２】一サイクルにおける吐出、吸入の変化を示す図である。
【図３】別の実施の形態を示す断面図である。
【図４】別の実施の形態を示す断面図である。
【図５】別の実施の形態を示す断面図である。
【図６】別の実施の形態を示す断面図である。
【図７】ピストン・リングの配置の説明図であり、Ａは、下死点近傍での図、Ｂは、上死点近傍での図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，５１，１５１ 直動式ポンプ
２，５２ａ，５２ｂ ピストン軸
３，５３，１５３ 軸ケース
５９ａ，５９ｂ ピストン
６１ａ，６１ｂ シリンダ
７１ａ，７１ｂ ポンプ室
２９，７９，１７９ モータ
８３，１８３ 駆動軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸ケースにピストン軸を往復動自在に収納し、
前記軸ケースを貫通した前記ピストン軸の外端部にピストンを固着し、
前記ピストンを前記軸ケースに連結したシリンダ内に収容し、
前記軸ケースの外部にモータを配置し、
前記モータと前記ピストン軸とを動力伝達機構を介して連結し、
前記ピストン軸を往復駆動することにより、前記ピストンをシリンダ内で往復駆動させると共に、当該ピストンの押し退け側に吸込口及び吐出口を備えたポンプ室を形成したことを特徴とする直動式ポンプ装置。
【請求項２】
前記軸ケース内に複数のピストン軸を並列に配置したことを特徴とする請求項１に記載の直動式ポンプ装置。
【請求項３】
前記ピストン軸の両端部に各々ピストンを固着したことを特徴とする請求項１に記載の直動式ポンプ装置。
【請求項４】
前記ピストンの長さをピストン・ストロークの１．５倍以上としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の直動式ポンプ装置。
【請求項５】
前記軸ケース内に潤滑剤を充填したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の直動式ポンプ装置。
【請求項６】
前記軸ケースに該軸ケース内に連通したタンクを接続したことを特徴とする請求項５に記載の直動式ポンプ装置。
【請求項１】
軸ケースにピストン軸を往復動自在に収納し、
前記軸ケースを貫通した前記ピストン軸の外端部にピストンを固着し、
前記ピストンを前記軸ケースに連結したシリンダ内に収容し、
前記軸ケースの外部にモータを配置し、
前記モータと前記ピストン軸とを動力伝達機構を介して連結し、
前記ピストン軸を往復駆動することにより、前記ピストンをシリンダ内で往復駆動させると共に、当該ピストンの押し退け側に吸込口及び吐出口を備えたポンプ室を形成したことを特徴とする直動式ポンプ装置。
【請求項２】
前記軸ケース内に複数のピストン軸を並列に配置したことを特徴とする請求項１に記載の直動式ポンプ装置。
【請求項３】
前記ピストン軸の両端部に各々ピストンを固着したことを特徴とする請求項１に記載の直動式ポンプ装置。
【請求項４】
前記ピストンの長さをピストン・ストロークの１．５倍以上としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の直動式ポンプ装置。
【請求項５】
前記軸ケース内に潤滑剤を充填したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の直動式ポンプ装置。
【請求項６】
前記軸ケースに該軸ケース内に連通したタンクを接続したことを特徴とする請求項５に記載の直動式ポンプ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２０８７５７（Ｐ２００８−２０８７５７Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４４９４０（Ｐ２００７−４４９４０）
【出願日】平成１９年２月２６日（２００７．２．２６）
【出願人】（５９１１６０３３８）株式会社技術開発総合研究所 (12)
【出願人】（５０６１４７７４４）榎本工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２６日（２００７．２．２６）
【出願人】（５９１１６０３３８）株式会社技術開発総合研究所 (12)
【出願人】（５０６１４７７４４）榎本工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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