JP6305480B2 - 無脈動ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、往復動ポンプに関し、特に吐出流量が一定である無脈動ポンプの構造に関する。

複数、通常は２つ（２連形）もしくは３つ（３連形）の往復動ポンプからなる無脈動ポンプが用いられている。例えば、２連形のものにおいては、共通の吸込配管、吐出配管、および、カムシャフトとモータ等からなる駆動装置を備え、偏心駆動カムを介して各ポンプのプランジャを所定の位相差（この場合、１８０°の位相差）で駆動するように構成した２つの往復動ポンプから構成されている。そして、両ポンプの吐出流量を合成することにより、この合成吐出流量が、常に一定となるよう、すなわち無脈動が達成されるよう構成されている。

しかし、このような無脈動ポンプにおいては、接液部や油圧駆動部への空気の混入が避けられない。このため、プランジャが作動しても、吐出開始点においては混入している空気が圧縮されて吐出圧力に達するまでに時間が掛り、一方吸込開始点においては、空気が膨脹して吸込負圧に達するまでに時間が掛る。このため、吸込行程から吐出行程へ移行する際に吐出遅れ、吐出流量の欠損が発生する。また、この種のポンプにおいては、駆動部における機械的遊隙の発生が避けられない。このため、遊隙の分だけプランジャの移動が遅れ、機械的遊隙による吐出遅れ、吐出流量の欠損が発生する。

このように、この種の従来の無脈動ポンプにおいては、空気混入および機械的遊隙による吐出遅れ、吐出流量欠損が発生するため、正確な無脈動を達成し得なかった。

このため、吐出行程に移行する直前の行程において吐出流量の欠損分に対する補充分を追加吐出するように駆動カムの形状を設定し、吐出流量の欠損を補正し、無脈動特性を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、吐出行程の直前に追加吐出させる流量が吐出流量の欠損分の最大値よりも大きくなるようなカムの形状とし、過剰な追加吐出分をエア抜き弁から排出するように構成して無脈動特性を向上させることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−１１９６２６号公報 特開平８−１１４１７７号公報

しかし、特許文献１に記載されているような従来技術の無脈動ポンプでは、ポンプを運転する上で設定された吐出圧力である設定圧力によって吐出流量の欠損分が変化する。例えば、設定圧力が高い場合には、混入した空気の体積減少分が大きくなるので、設定圧力に達するまでの時間が掛り、吐出流量の欠損分も大きくなる。逆に設定圧力が低い場合には、吐出流量の欠損分が小さくなる。このため、特許文献１に記載された無脈動ポンプでは、ポンプの設定圧力によって、追加吐出させる流量が吐出流量の欠損分よりも大きくなることにより脈動が発生したり、逆に追加吐出させる流量が吐出流量の欠損分よりも小さくなることにより脈動が発生したりするという問題があった。

また、特許文献２に記載されている従来技術の無脈動ポンプは、特許文献１に記載された従来技術の無脈動ポンプの問題点は解決されるが、設定圧力に応じてエア抜き弁から排出される流量を調整したり、排出容量の異なる調整弁に交換したりすることが必要で、取り扱いが面倒になるという問題があった。

また、特許文献２に記載されている従来技術の無脈動ポンプは、特許文献１に記載された従来技術の無脈動ポンプの問題点は解決され、油圧ダイアフラムタイプでの適用では問題ないが、直接取扱液を圧送するパックドプランジャタイプには適用が困難であった。

そこで、本発明は、設定圧力が変化した場合でも、簡便な方法で多数の用途で脈動の発生を抑制することを目的とする。

本発明の無脈動ポンプは、共通のモータの回転運動を所定の位相差の往復運動に変換するカム機構と、前記カム機構によって所定の位相差で往復運動する複数のクロスヘッドと、前記各クロスヘッドに接続される各プランジャを含み、所定の位相差で駆動する複数の往復動ポンプと、を備え、共通の吐出管に流出する合計吐出流量を一定とする無脈動ポンプであって、吸込行程の後で吐出行程の前に前記往復動ポンプのプランジャを吐出側に微小量だけ移動させる予備圧縮行程を含み、前記クロスヘッドに対する軸方向の位置が変化するように前記クロスヘッドに取り付けられ、前記クロスヘッドと前記プランジャとの間の軸方向の隙間を変化させ、前記予備圧縮行程の間の前記プランジャの有効ストローク長を調整するストッパを有することを特徴とする。

本発明の無脈動ポンプにおいて、前記クロスヘッドは、前端部に前記プランジャの後端の段部が挿入される有底穴を有し、前記ストッパは、前記有底穴の内周面に形成されたねじ部にねじ込まれる円環部を有し、前記円環部の先端が前記プランジャの前記段部の前面に当接することとしてもよい。

本発明は、設定圧力が変化した場合でも、簡便な方法で多数の用途で脈動の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態における無脈動ポンプの構成を示す断面図である。 本発明の無脈動ポンプのストローク調整機構の構成を示す断面図であって、予備圧縮行程開始時のクロスヘッドとプランジャとの位置関係を示す図である。 図２に示すストローク調整機構の構成を示す断面図であって、予備圧縮行程中にクロスヘッドとプランジャとの隙間がゼロとなった状態を示す図である。 図２に示すストローク調整機構の構成を示す断面図であって、吐出行程中のクロスヘッドとプランジャとの位置関係を示す図である。 図２に示すストローク調整機構の構成を示す断面図であって、吸込行程開始時のクロスヘッドとプランジャとの位置関係を示す図である。 図２に示すストローク調整機構によってクロスヘッドとプランジャとの隙間をゼロとした場合の予備圧縮行程中のクロスヘッドとプランジャとの位置関係を示す図である。 図２に示すストローク調整機構によってクロスヘッドとプランジャとの隙間をゼロとした場合の吐出行程中のクロスヘッドとプランジャとの位置関係を示す図である。 図１に示す無脈動ポンプのプランジャ速度と合計吐出流量の時間変化を示すグラフである。 図１に示す無脈動ポンプのプランジャ位置の時間変化を示すグラフである。 設定圧力Ｐ^＊が設計圧力Ｐｄと同一で、クロスヘッドとプランジャとの隙間をゼロとした場合の図１に示す無脈動ポンプの吐出圧力の時間変化を示すグラフである。 設定圧力Ｐ^＊が設計圧力Ｐｄよりも小さい場合で、クロスヘッドとプランジャとの隙間をゼロとした場合の図１に示す無脈動ポンプの吐出圧力の時間変化を示すグラフである。 設定圧力Ｐ^＊が設計圧力Ｐｄよりも小さい場合で、クロスヘッドとプランジャとの隙間を所定の幅ｄとした場合の図１に示す無脈動ポンプの吐出圧力の時間変化を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本実施形態の無脈動ポンプ１００について説明する。図１に示すように、本実施形態の無脈動ポンプ１００は、フレーム１０と、フレーム１０の中心に配置されてモータ１１によって回転する特殊形状の回転カム１５と、回転カム１５によって１８０°の位相差で前後に往復動するクロスヘッド２８，４８と、クロスヘッド２８，４８に接続されたプランジャ２６，４６を含む往復動ポンプである第１，第２ポンプ２０，４０と、プランジャ２６，４６の有効ストローク長を調整するストローク調整機構８０とを備えている。

図１に示すように、回転カム１５は、モータ１１によって回転駆動されるシャフト１３の回転軸に傾斜して固定された円盤状のカムで、その先端が第１ポンプ２０のクロスヘッド２８に固定された２つのローラ２９の間に挟み込まれている。また、回転カムの反対側は、第２ポンプ４０のクロスヘッド４８に固定された２つのローラ４９の間に挟みこまれている。そして、モータ１１によって回転カム１５が回転すると、回転カム１５は、クロスヘッド２８，４８をそれぞれ１８０°の位相差で前後に往復動させる。図１は、第１ポンプ２０のプランジャ２６が押し出し位置（吐出行程の位置）にあり、第２ポンプのプランジャ４６が引き位置（吸込行程の位置）にある状態を示している。なお、図中に破線で示す回転カム１５は、実線で示す状態からシャフト１３が１８０°回転した際の回転カム１５の位置を示している。なお、シャフト１３と回転カム１５とクロスヘッド２８，４８に取り付けられたローラ２９，４９とは、共通のモータ１１の回転運動を１８０°の位相差の複数の往復運動に変換するカム機構１６を構成する。

第１ポンプ２０は、油を貯留する油圧室２２と、流体を吸込、吐出するポンプ室２５とを備えている。油圧室２２とポンプ室２５とはダイアフラム２３によって仕切られている。また、油圧室２２には、クロスヘッド２８に接続されて油圧室２２内の中を前後に往復動し、油圧室２２の容積を変化させるプランジャ２６が収容されている。プランジャ２６の外周面と油圧室２２の内周面との間にはパッキン２７が配置され、油圧室２２の油が外部に漏れないよう構成されている。なお、クロスヘッド２８とプランジャ２６との接続構造についは、後で説明する。

第１ポンプ２０のポンプ室２５には、流体をポンプ室２５の中に吸い込む吸込管３０と、ポンプ室２５から流体を吐出する吐出管３２が接続されている。また、吸込管３０、吐出管３２には流体の逆流を防止する逆止弁３１，３３が取り付けられている。

第２ポンプ４０は、第１ポンプ２０と同一構造である。図１において、第１ポンプ２０と同様の部分には、一の位が同一の４０番台の符号を付してその説明は省略する。また、第２ポンプ４０の吸込管５０、吐出管５２も第１ポンプ２０の吸込管３０、吐出管３２と同様に逆止弁５１，５３が取り付けられている。

図１に示すように、第１ポンプ２０の吸込管３０と第２ポンプ４０の吸込管５０とは、それぞれ共通吸込管３５に接続されている。また、第１ポンプ２０の吐出管３２と第２ポンプ４０の吐出管５２とは、それぞれ共通吐出管３６に接続されている。

共通吐出管３６には、共通吐出管３６の圧力Ｐ３を監視する圧力センサ６３が取り付けられている。これは、脈動の検出ができればよく、例えば、流量センサであってもよい。

次に、図２を参照しながらクロスヘッド２８とプランジャ２６の接続構造とストローク調整機構８０の構造について説明する。図２に示すように、クロスヘッド２８の前端部には、プランジャ２６の後端２６ｇに設けられた段部２６ａの外径よりも内径が少し大きい有底穴２８ａが設けられている。有底穴２８ａの底面２８ｂには、プランジャ２６の後端面２６ｄに対向する補強部材８３が取り付けられている。補強部材８３の外径は、有底穴２８ａの内径よりも小さく、補強部材８３の外面と有底穴２８ａの内面との間に付勢部材であるコイルスプリング８４が取り付けられている。また、クロスヘッド２８の有底穴２８ａの開放側の内面には内ねじ２８ｃが設けられている。

ストローク調整機構８０は、本体８１と、支持リング８５と、本体８１に対して前後方向にスライドするストッパ８２とを備えている。

ストッパ８２は、外面に外ねじが設けられた円環部８２ａと、円環部８２ａから半径方向に延びる複数のアーム８２ｂと、各アーム８２ｂの先端に設けられたスライダ８２ｃとを備えている。円環部８２ａは、後で説明するように、プランジャ２６の貫通部２６ｅが貫通する。

本体８１は、内面にスライダ８２ｃをガイドする複数のガイド８１ａを備える円環状部材でフレーム１０の側に円筒面８１ｂを備えている。また、本体８１のフレーム１０の側の端面には、円筒面８１ｂよりも外径側に張り出したフランジ８１ｃが設けられている。

支持リング８５は、内側の円筒面８５ａの直径が本体８１の円筒面８１ｂの外径よりも少しだけ大きい円環状の部材で、本体８１のフランジ８１ｃに対応する位置に切欠き８５ｂが設けられている。また、支持リング８５には、半径方向に抜差し可能なボルト８７が取り付けられている。

プランジャ２６の後端２６ｇは、ストッパ８２の円環部８２ａの内径よりも細い貫通部２６ｅと、その外径が円環部８２ａの内径よりも大きい段部２６ａと、貫通部２６ｅと同様の直径の後端部２６ｆとを備えている。

図２に示すように、クロスヘッド２８の有底穴２８ａに補強部材８３を挿入し、補強部材８３と有底穴２８ａの内面との間にコイルスプリング８４を取り付けた後、プランジャ２６の後端２６ｇを有底穴２８ａに挿入すると、プランジャ２６の段部２６ａの後面２６ｃがコイルスプリング８４の一端に当たる。このため、コイルスプリング８４は、有底穴２８ａの底面２８ｂとプランジャ２６の段部２６ａの後面２６ｃとの間に挟みこまれる。

次に、ストローク調整機構８０の支持リング８５をボルト８６によってフレーム１０に組み付けると、支持リング８５の切欠き８５ｂが本体８１のフランジ８１ｃをフレーム１０に押し付けて本体８１がフレーム１０に組み付けられる。支持リング８５の円筒面８５ａの直径は本体８１の円筒面８１ｂの外径よりも少しだけ大きくなっているので、本体８１は、フレーム１０に対して回転可能に取り付けられる。そして、ストッパ８２の円環部８２ａの先端をクロスヘッド２８の内ねじ２８ｃに合わせる位置まで後ろ側に押し込んだ後、本体８１を時計周りに回転させると、円環部８２ａの外面に形成された外ねじがクロスヘッド２８の内ねじ２８ｃにねじ込まれ、ストッパ８２の円環部８２ａは、クロスヘッド２８の中に入り込んでいく。すると、円環部８２ａの先端面がプランジャ２６の段部２６ａの前面２６ｂに当接する。そして、それ以上、本体８１を時計周りに回転させていくと、ストッパ８２の円環部８２ａの先端面は、プランジャ２６の段部２６ａを介してコイルスプリング８４を押し付けていく。組立の際には、プランジャ２６の後端面２６ｄと補強部材８３の前端面８３ａとの間の隙間が所定の幅ｄとなるまで本体８１を回転させる。プランジャ２６の後端面２６ｄと補強部材８３の前端面８３ａとの間の隙間が所定の幅ｄとなったら、ボルト８７をねじ込んで、本体８１が回転しないように固定する。

このようにして、クロスヘッド２８とプランジャ２６とストローク調整機構８０とを組み立てると、図２に示すように、プランジャ２６は、コイルスプリング８４によってクロスヘッド２８からストッパ８２の方に付勢され、プランジャ２６の後端面２６ｄと補強部材８３の前端面８３ａとは所定の幅ｄだけ隙間が開いている状態となる。隙間の幅ｄは、本体８１の回転させることによってストッパ８２の軸方向位置を調整することにより調整することができ、本体８１を更に時計周りにねじ込んで、図６に示すように、隙間の幅ｄをゼロとすることも可能である。なお、ストッパ８２は、スライダ８２ｃが本体８１のガイド８１ａにガイドされてクロスヘッド２８と共に前後に往復動移動する。

次に、以上のように構成された無脈動ポンプ１００の動作について説明する。無脈動ポンプ１００は、モータ１１によって回転カム１５を回転させると、回転カム１５によって各クロスヘッド２８，４８が１８０°の位相差で往復動し、ポンプ室２５，４５の流体を交互に共通吐出管３６に吐出して流体を無脈動で圧送するものである。以下の説明では、ポンプを運転する上で設定された吐出圧力を設定圧力Ｐ^＊、予備圧縮行程での回転角φに対するプランジャ２６の速度のカーブを決定する際の吐出圧力を設計圧力Ｐｄとして説明する。

＜設定圧力Ｐ^＊が設計圧力Ｐｄと同一でクロスヘッドとプランジャとの隙間をゼロとした場合の無脈動ポンプの動作＞
最初に、ポンプを運転する上で設定された吐出圧力である設定圧力Ｐ^＊が、予備圧縮行程での回転角φに対するプランジャ２６の速度のカーブを決定する際の吐出圧力である設計圧力Ｐｄと同一の場合における無脈動ポンプ１００の動作について説明する。この場合、図６、図７に示すように、クロスヘッド２８とプランジャ２６との間の隙間の幅はゼロとなるように調整されており、クロスヘッド２８とプランジャ２６とは予備圧縮行程、圧縮行程、休止行程、吸込行程中、常に一体となって前後方向に往復移動する。

図８Ａにおいて、実線９２はシャフト１３の回転角φ、つまり、モータ１１の回転角φに対する第１ポンプ２０のプランジャ２６の速度を示し、破線９３は第２ポンプ４０のプランジャ４６の速度を示し、一点鎖線９１は、第１ポンプ２０と第２ポンプ４０との合計吐出流量、つまり、共通吐出管３６に吐出される流体流量の変化を示している。図８Ａにおいて、プラスのプランジャ速度は、プランジャ２６がポンプ室２５から流体を吐出する方向に移動する（前進する）ことを示し、マイナスのプランジャ速度は、プランジャ２６がポンプ室２５に流体を吸込む方向に移動する（後進する）ことを示す。

本実施形態の無脈動ポンプ１００においては、油圧室２２，４２への空気の混入が避けられず、また、駆動部における微小な遊隙も存在する。そこで、本実施形態の無脈動ポンプ１００では、吸込行程から吐出行程に移行する直前の行程においてプランジャ２６，４６を吐出側（前側）に微小移動させた後にプランジャ２６，４６を一旦停止させ、油圧室２２、４２の圧力を高めて混入した気泡を予め圧縮させるとともにプランジャ２６，４６の運動方向が変わることで微小な遊隙によるプランジャ２６，４６の不稼働部を吐出開始前になくして、吐出流量の欠損を補充する予備圧縮行程を有している。

図８Ａの実線９２に示すように、第１ポンプ２０は、回転角φが−φ０から０°の間が上記の予備圧縮行程、回転角φが０°から回転角φ１までの間が吐出行程、回転角φ１から回転角φ２まで間が休止行程、回転角φ２から（３６０°−φ０）までの間が吸込行程、そして、回転角φが（３６０°−φ０）（＝−φ０）からは、先と同様に予備圧縮行程、吐出行程、休止行程、吸込行程が繰り返される。

一方、図８Ａの破線９３に示すように、第２ポンプ４０は、回転角φが−φ０から回転角φ３までの間は吐出行程、回転角φ３から回転角φ４までの間が休止行程、回転角φ４から回転角φが（１８０°−φ０）までの間が吸込行程、回転角φが（１８０°−φ０）から１８０°まで間が予備圧縮行程、回転角φが１８０°以降が吐出行程となる。第２ポンプ４０は、第１ポンプ２０と回転角φが１８０°ずれて予備圧縮行程、吐出行程、休止行程、吸込行程が繰り返される。

図８Ａの実線９２に示すように、第１ポンプ２０では、回転角φが−φ０から０°の予備圧縮行程において、プランジャ２６は、特殊形状の回転カム１５により、回転角φ３から回転角φが１８０°の間の吐出行程における定常速度よりも小さい微小速度で流体を吐出する方向に移動する。そして、回転角φがφ1になると移動を停止する。この際のプランジャ２６の位置を図８Ｂの実線９５に示す。図８Ｂの実線９５に示すように、回転角φが−φ０から回転角φが０°の直前までプランジャ２６は、０％位置（引き位置）からゆっくりと上昇し、回転角φが0°になると一旦、プランジャ２６の移動が停止する（予備圧縮行程）。このように、プランジャ２６が吐出方向にゆっくりと移動することにより、油圧室２２内の気泡がつぶれ、油圧室２２の油圧が上昇する。そして、図８Ｃの実線９７に示すように、回転角φが０°において、ダイアフラム２３がポンプ室２５の側に移動を開始し、ポンプ室２５の圧力Ｐ１は、共通吐出管３６の圧力Ｐ３、つまり、設定圧力Ｐ^＊と略同様の圧力に達し、ポンプ室２５から流体が共通吐出管３６に流体の吐出が開始される。一方、図８Ａの破線９３に示すように、第２ポンプ４０は、回転角０°からプランジャ速度、吐出流量が低下を開始する。第１ポンプ２０の回転角φが０°からの吐出量の増加と第２ポンプの回転角φが０°からの吐出量の低下とが相殺し、共通吐出管３６には、一定流量の流体が流れる。また、共通吐出管３６の圧力Ｐ３も設定圧力Ｐ^＊一定に保たれる。そして、特殊形状の回転カム１５によって回転角φが０°から回転角φ３までは、プランジャ２６の速度は一定の割合で増加し、その後一定速度で吐出方向に移動していく（吐出行程）。なお、図８Ａに示すようなプランジャ２６の速度変化は、特殊形状の回転カム１５によるもので、モータ１１の回転数は一定である。

図８Ｂの実線９５に示すように、プランジャ２６は回転角φ１において１００％位置（押し出し位置）に達し、回転角φ２まで１００％位置（押し出し位置）の状態を保つ（休止行程）。その後、図８Ａの実線９２に示すようにプランジャ２６の速度がマイナスになると、プランジャ２６は、１００％位置（押し出し位置）から０％位置（引き位置）に向かってポンプ室２５と反対側に向かって移動する。これにより、回転角φがφ２となると、図８Ｃの実線９７のようにポンプ室２５の圧力Ｐ１は負圧の吸込み圧力となり、ポンプ室２５に流体が吸込まれる（吸込行程）。回転角φが（３６０°−φ０）に吸込行程が終了すると、ポンプ室２５の圧力Ｐ１は、共通吸込管３５に接続されている吸込タンク（図示せず）の水頭圧力と略同様の若干の正圧、例えば、０．０１Ｍｐａ程度、となる。そして、回転角φが（３６０°−φ０）からは、先に説明したと同様、予備圧縮行程、吐出行程、休止行程、吸込行程が繰り返される。

第２ポンプ４０のプランジャ４６は、図８Ｂの破線９４、図８Ｃの破線９８に示すように、図８Ｂの実線９５、図８Ｃの実線９７に示す第１ポンプ２０のプランジャ２６と回転角φが１８０°ずれて０％位置（引き位置）と１００％位置（押し出し位置）とを往復する。

このように、第１ポンプ２０のプランジャ２６と第２ポンプ４０のプランジャ４６とが回転角φが１８０°ずれて０％位置（引き位置）と１００％位置（押し出し位置）とを往復し、設定圧力Ｐ^＊が設計圧力Ｐｄと同一の場合で、図６に示すようにクロスヘッド２８とプランジャ２６との間の隙間がゼロとなるように調整されている場合には、予備圧縮行程終了時（回転角φが０°）において、第１ポンプ２０のポンプ室２５の圧力Ｐ１が共通吐出管３６の圧力Ｐ３（設定圧力Ｐ^＊）と略同様の圧力となるので、第１ポンプ２０の吐出行程開始と同時にポンプ室２５から遅れなく流体が共通吐出管３６に吐出される。そして、第１ポンプ２０の回転角φが０°からの吐出量の増加と第２ポンプ４０の回転角φが０°からの吐出量の低下とが相殺し、第１ポンプ２０と第２ポンプ４０の合計吐出流量は、図８Ａの一点鎖線９１に示すように脈動がない一定の定格流量となる。また、共通吐出管３６の圧力Ｐ３も図８Ｃの一点鎖線９６に示すように脈動がない一定圧力となる。

＜設定圧力Ｐ^＊が設計圧力Ｐｄよりも低い場合でクロスヘッドとプランジャとの隙間をゼロとした場合の無脈動ポンプの動作＞
共通吐出管３６の圧力Ｐ３、つまり、設定圧力Ｐ^＊が設計圧力Ｐｄよりも低い場合には、吐出流量の欠損が小さく、先に説明したと同様にクロスヘッド２８とプランジャ２６との隙間をゼロとしてモータ１１を一定回転させて予備圧縮行程を行うと、図８Ｄの実線９７ａに示すように、予備圧縮行程が終了する前、例えば、回転角φが、−φ０´の際に、ポンプ室２５の圧力Ｐ１が共通吐出管３６の圧力Ｐ３（設定圧力Ｐ^＊）に達してしまい、予備圧縮行程の間にポンプ室２５から共通吐出管３６に流体が吐出されてしまう。回転角φが−φ０´では図８Ａの破線９３に示すように、第２ポンプ４０のプランジャ４６は一定速度で吐出方向に移動し、所定の流量をポンプ室４５から共通吐出管３６に吐出している。このため、共通吐出管３６に流れる流体の流量は、第２ポンプ４０から吐出される一定の流量に第１ポンプ２０から吐出される流体流量の合計流量となり、共通吐出管３６の圧力Ｐ３は、図８Ｄの一点鎖線９６ａに示すように設定圧力Ｐ^＊を超えてしまい、合計吐出流量に脈動が発生してしまう。そこで、本実施形態の無脈動ポンプ１００は、設定圧力Ｐ^＊が設計圧力Ｐｄよりも低い場合には、図２に示すように、ストローク調整機構８０のストッパ８２を回転させてクロスヘッド２８とプランジャ２６との間の隙間が幅ｄとなる様にすることによって予備圧縮行程の間の有効ストローク長を調整し、脈動の発生を抑制する。以下、説明する。なお、以下の説明では、幅ｄは、回転角φが−φ０から−φ０´まで移動した際のクロスヘッド２８の前進距離と等しい長さであるとして説明する。

＜設定圧力Ｐ^＊が設計圧力Ｐｄよりも低い場合でクロスヘッドとプランジャとの隙間を所定の幅ｄとした場合の無脈動ポンプの動作＞
設定圧力Ｐ^＊が設計圧力Ｐｄよりも低い場合には、図２に示すように、ストローク調整機構８０のストッパ８２を回転させてクロスヘッド２８とプランジャ２６との間の隙間が幅ｄとなる様に調整する。ここで、幅ｄは、回転角φが−φ０から−φ０´まで移動した際のクロスヘッド２８の前進距離と等しい長さである。

先に図８Ｃを参照して説明したように、回転角φがφ２から（３６０°−φ０）までの吸込み行程においては、ポンプ室２５の圧力Ｐ１は負圧の吸込み圧力となる。このため、クロスヘッド２８が後退してもプランジャ２６は後退せず、クロスヘッド２８とプランジャ２６との間には隙間が開いて行く。そして、隙間が幅ｄとなると、図５に示すように、クロスヘッド２８の先端にねじ込まれたストッパ８２の円環部８２ａの後側面がプランジャ２６の段部２６ａの前面２６ｂに接触してプランジャ２６を０％位置（引き位置）に引き戻しだす。従って、回転角φがφ２から（３６０°−φ０）までの吸込行程においては、図５に示すように、クロスヘッド２８とプランジャ２６との間の隙間が幅ｄとなっている。そして、吸込行程終了後、予備圧縮行程開始時（回転角φが３６０°−φ０、−φ０）でも、図２に示すように、クロスヘッド２８とプランジャ２６との間の隙間は幅ｄとなっている。

先に説明したように、第１ポンプ２０の吸込行程終了時（予備圧縮行程開始時）の回転角φが−φ０（３６０°−φ０）では、図８Ｅの実線９７ｂに示すようにポンプ室２５の圧力Ｐ１は、共通吸込管３５に接続されている吸込タンク（図示せず）の水頭圧力と略同様の若干の正圧、例えば、０．０１Ｍｐａ程度、となっている。

図８Ｂに示すように、回転角φが−φ０から予備圧縮行程が開始されると、モータ１１が回転し、クロスヘッド２８が前進を開始する。先に述べたように、予備圧縮行程開始時（回転角φが−φ０）におけるポンプ室２５の圧力Ｐ１は、例えば、０．０１Ｍｐａ程度で、コイルスプリング８４の付勢力は、ポンプ室２５からプランジャ２６に加わる力よりも小さいので、図８の一点鎖線９５ａに示すように、モータ１１の回転によってクロスヘッド２８が前進してもプランジャ２６は前進せず、プランジャ２６とクロスヘッド２８との間に取り付けられているコイルスプリング８４が圧縮されていく。

そして、回転角φが−φ０´に達すると、図３に示すように、クロスヘッド２８とプランジャ２６との間の隙間はゼロとなり、図８Ｂの一点鎖線９５ａに示すようにモータ１１の回転によりプランジャ２６が吐出方向に移動し始める。回転角φが−φ０´からは、モータ１１の回転によりプランジャ２６が吐出方向に移動することにより、油圧室２２内の気泡がつぶれ、油圧室２２の油圧が上昇して来る。ただし、ダイアフラム２３はまだ移動を開始していないので、図８Ｅの実線９７ｂに示すように、ポンプ室２５の圧力Ｐ１はまだ変化しない。そして、回転角φが０°になると、ダイアフラム２３がポンプ室２５の側に移動を開始するので、図８Ｅの実線９７ｂに示すように、ポンプ室２５の圧力Ｐ１は、共通吐出管３６の圧力Ｐ３、つまり、設定圧力Ｐ^＊と略同様の圧力に達し、ポンプ室２５から流体が共通吐出管３６に流体の吐出が開始される。そして、回転角φを０°から増加させて吐出行程を開始すると、図４に示すようにクロスヘッド２８とプランジャ２６とは一体となって前進して流体をポンプ室２５から共通吐出管３６に吐出していく。

一方、図８Ａの破線９３に示すように、第２ポンプ４０は、回転角０°からプランジャ速度、吐出流量が低下を開始する。第１ポンプ２０の回転角φが０°からの吐出量の増加と第２ポンプの回転角φが０°からの吐出量の低下とが相殺し、共通吐出管３６には、一定流量の流体が流れる。また、共通吐出管３６の圧力Ｐ３も設定圧力Ｐ^＊一定に保たれる。特殊形状の回転カム１５によって回転角φが０°からは回転角φ３までは、プランジャ２６の速度は一定の割合で増加し、その後、回転角φが１８０°までは一定速度で吐出方向に移動していく（吐出行程）。なお、図８Ａに示すようなプランジャ２６の速度変化は、特殊形状の回転カム１５によるもので、モータ１１の回転数は一定である。

図８Ｂの実線９５に示すように、プランジャ２６は回転角φ１において１００％位置（押し出し位置）に達する。図４に示すように、回転角φ１ではクロスヘッド２８とプランジャ２６との間の隙間はゼロとなっている。プランジャ２６は回転角φ２まで１００％位置（押し出し位置）の状態を保つ（休止行程）。その後、図８Ａの実線９２に示すようにプランジャ２６の速度がマイナスになると、プランジャ２６は、１００％位置（押し出し位置）から０％位置（引き位置）に向かってポンプ室２５と反対側に向かって移動する。これにより、回転角φ２から吸込行程が開始されると、図８Ｅの実線９７ｂに示すように、ポンプ室２５の圧力Ｐ１は負圧の吸込み圧力となる。先に説明したように、クロスヘッド２８が後退してもプランジャ２６は後退せず、クロスヘッド２８とプランジャ２６との間には隙間が開いて行く。そして、隙間が幅ｄとなると、図５に示すように、クロスヘッド２８の先端にねじ込まれたストッパ８２の円環部８２ａの後側面がプランジャ２６の段部２６ａの前面２６ｂに接触してプランジャ２６を０％位置（引き位置）に引き戻しだす。このため、回転角φがφ２から（３６０°−φ０）までの吸込行程においては、クロスヘッド２８とプランジャ２６との間の隙間が幅ｄとなっている。回転角φが（３６０°−φ０）に吸込行程が終了すると、ポンプ室２５の圧力Ｐ１は、共通吸込管３５に接続されている吸込タンク（図示せず）の水頭圧力と略同様の若干の正圧、例えば、０．０１Ｍｐａ程度、となる。そして、回転角φが（３６０°−φ０）からは、先に説明したと同様、予備圧縮行程、吐出行程、休止行程、吸込行程が繰り返される。

第２ポンプ４０のプランジャ４６は、図８Ｂの破線９４、図８Ｅの破線９８ｂに示すように、図８Ｂの一点鎖線９５ａ、図８Ｅの実線９７ｂに示す第１ポンプ２０のプランジャ２６と回転角φが１８０°ずれて０％位置（引き位置）と１００％位置（押し出し位置）とを往復する。

このように、第１ポンプ２０のプランジャ２６と第２ポンプ４０のプランジャ４６とが回転角φが１８０°ずれて０％位置（引き位置）と１００％位置（押し出し位置）とを往復し、設定圧力Ｐ^＊が設計圧力Ｐｄよりも低い場合でも、図２、図５に示すようにクロスヘッド２８とプランジャ２６との間の隙間が幅ｄとなるように調整されている場合には、予備圧縮行程終了時（回転角φが０°）において、第１ポンプ２０のポンプ室２５の圧力Ｐ１が共通吐出管３６の圧力Ｐ３（設定圧力Ｐ^＊）と略同様の圧力となるので、第１ポンプ２０の吐出行程開始と同時にポンプ室２５から遅れなく流体が共通吐出管３６に吐出される。そして、第１ポンプ２０の回転角φが０°からの吐出量の増加と第２ポンプ４０の回転角φが０°からの吐出量の低下とが相殺し、第１ポンプ２０と第２ポンプ４０の合計吐出流量は、図８Ａの一点鎖線９１に示すように脈動がない一定の定格流量となる。また、共通吐出管３６の圧力Ｐ３も図８Ｅの一点鎖線９６ｂに示すように脈動がない一定圧力となる。

以上説明したように、幅ｄの隙間を設けた場合、予備圧縮行程の間（例えば、回転角φが−φ０´まで）はクロスヘッド２８が前進してもプランジャ２６は前進せず、予備圧縮行程の間のプランジャ２６の前進距離が小さくなる、つまり、予備圧縮行程の間のプランジャ２６の有効ストローク長が短くなるので、設定圧力Ｐ^＊が低い場合に予備圧縮行程中にポンプ室２５を過度に圧縮して予備圧縮行程中にポンプ室２５から流体が吐出することを抑制し、脈動の発生を抑制することができる。

本実施形態の無脈動ポンプ１００では、油圧室２２、４２に混入した空気の体積減少分が大きい設定圧力Ｐ^＊が高い場合には、隙間の幅を小さくして、プランジャ２６の有効ストローク長を長くし、混入した空気の体積減少分が小さい設定圧力Ｐ^＊が低い場合には、隙間の幅を大きくして、プランジャ２６の有効ストローク長を短くし、いずれの場合も回転角φが０°の予備圧縮行程終了時にポンプ室２５の圧力Ｐ１がちょうど設定圧力Ｐ^＊に達して流体の吐出が開始されるように隙間の幅を調整することによって脈動の発生を抑制することができる。

また、予備圧縮行程中のプランジャ２６，４６の移動量を大きめに設計し、ストッパ８２の軸方向位置の調整範囲を大きくして隙間の幅の調整可能範囲を大きくすることによってより広い設定圧力Ｐ^＊の範囲で脈動を抑制することができる。

また、本実施形態の無脈動ポンプ１００では、ストローク調整機構８０の本体８１を回転させることによって隙間の幅の調整を行うことができるので、無脈動ポンプ１００が停止している場合のみならず、無脈動ポンプ１００が運転中の場合にも隙間の幅の調整を行うことができる。このため、無脈動ポンプ１００を運転中に脈動が最小となるように、隙間の幅の調整を行うことが可能である。

以上説明した実施形態では、予備圧縮行程の間におけるプランジャ２６の有効ストローク長を調整するストローク調整機構８０をクロスヘッド２８とプランジャ２６の間に配置することとして説明したが、これに限らず、例えば、回転カム１５とクロスヘッド２８との間、プランジャ２６の中間等に同様の機能を持たせるように構成してもよい。また、本実施形態では、付勢部材としてコイルスプリング８４を用いることとして説明したが、付勢力を与えることができるものであれば、これに限らず、例えば、ゴムや樹脂等の弾性体のリングを用いても良いし、板ばねを組み合わせたようなものを用いてもよい。更に、クロスヘッド２８の補強部材８３とプランジャ２６の後端面２６ｄとの衝撃音が大きいような場合には、その間にダンパー機構やクッション材を配置するようにしてもよい。

また、以上説明した実施形態では、有底穴２８ａの底面２８ｂには、プランジャ２６の後端面２６ｄに対向する補強部材８３が取り付けられており、補強部材８３の外面と有底穴２８ａの内面との間に付勢部材であるコイルスプリング８４が取り付けられていることとして説明したが、有底穴２８ａの底面２８ｂがプランジャ２６の後端面２６ｄの接触圧に十分耐えられる場合には、補強部材８３は設けなくてもよい。また、コイルスプリング８４は、吸込み圧が高く、パッキン摺動抵抗よりその吸込み圧によるプランジャ２６の押し付け力が大きく、幅ｄの隙間ができない場合や、クロスヘッド２８とプランジャ２６の後端面２６ｄが接触圧を和らげる緩衝材が必要な場合に設け、吸込圧力が低い場合には設けないようにしてもよい。更に、コイルスプリング８４に代えて弾性部材を用いるようにしてもよい。

なお、上記の実施形態では、予備圧縮行程の終了する回転角φが０°、１８０°において、プランジャ２６、４６の速度がゼロとなるとして説明したが、本発明は、予備圧縮行程の終了する際にプランジャ２６，４６の速度がゼロとならない場合にも適用可能であるので、予備圧縮行程の終了する回転角φが０°、１８０°において、プランジャ２６、４６の速度をゼロとしないようにしてもよい。

１０ フレーム、１１ モータ、１２，１３ シャフト、１５ 回転カム、１６ カム機構、２０，４０ ポンプ、２２，４２ 油圧室、２３，４３ ダイアフラム、２５，４５ ポンプ室、２６，４６ プランジャ、２６ａ 段部、２６ｂ 前面、２６ｃ 後面、２６ｄ 後端面、２６ｅ 貫通部、２６ｆ 後端部、２６ｇ 後端、２７ パッキン、２８，４８ クロスヘッド、２８ａ 有底穴、２８ｂ 底面、２９，４９ ローラ、３０，５０ 吸込管、３１，３３，５１，５３ 逆止弁、３２，５２ 吐出管、３５ 共通吸込管、３６ 共通吐出管、６３ 圧力センサ、７０ 制御部、７１ ＣＰＵ、７２ メモリ、７３ インターフェース、８０ ストローク調整機構（位置調整機構）、８１ 本体、８１ａ ガイド、８１ｂ 円筒面、８１ｃ フランジ、８２ ストッパ、８２ａ 円環部、８２ｂ アーム、８２ｃ スライダ、８３ 補強部材、８３ａ 前端面、８４ コイルスプリング、８５ 支持リング、８５ａ 円筒面、８６，８７ ボルト。

Claims (2)

1. 共通のモータの回転運動を所定の位相差の往復運動に変換するカム機構と、
   前記カム機構によって所定の位相差で往復運動する複数のクロスヘッドと、
   前記各クロスヘッドに接続される各プランジャを含み、所定の位相差で駆動する複数の往復動ポンプと、を備え、共通の吐出管に流出する合計吐出流量を一定とする無脈動ポンプであって、
   吸込行程の後で吐出行程の前に前記往復動ポンプのプランジャを吐出側に微小量だけ移動させる予備圧縮行程を含み、
   前記クロスヘッドに対する軸方向の位置が変化するように前記クロスヘッドに取り付けられ、前記クロスヘッドと前記プランジャとの間の軸方向の隙間を変化させ、前記予備圧縮行程の間の前記プランジャの有効ストローク長を調整するストッパを有する無脈動ポンプ。
2. 請求項１に記載の無脈動ポンプであって、
   前記クロスヘッドは、前端部に前記プランジャの後端の段部が挿入される有底穴を有し、
   前記ストッパは、前記有底穴の内周面に形成されたねじ部にねじ込まれる円環部を有し、前記円環部の先端が前記プランジャの前記段部の前面に当接する無脈動ポンプ。

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