JP2010001749A - 往復動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 脈動を抑えて高圧流体を供給可能な往復動ポンプを提供する。
【解決手段】 ケーシング２と、ケーシング２内を往復運動するプランジャー３と、ケーシング２とプランジャー３との間に連結されたダイアフラム４と、を有し、プランジャー３は、第１流入口５と、第１流出口６と、プランジャー３内に形成されて第１流入口５と第１流出口６とを連通させる連通路７と、第１流入口５から連通路７内を介して第１流出口６への流体の流れを許容し逆方向の流れを阻止する第１逆止弁８と、を有し、ケーシング２は、プランジャー３の前端面によって区画されるプランジャー室９内に連通可能な第２流入口１０と、第２流入口１０からプランジャー室９内への流体の流れを許容する第２逆止弁１１と、第１流出口６と連通しダイアフラム４によって仕切られた緩衝室１２と、緩衝室１２に連通する第２流出口１３と、を有することとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、往復動ポンプに関する。

従来、往復動ポンプとして、プランジャーポンプとダイアフラムポンプとが知られている。

プランジャーポンプは、給水口と吐出口とのそれぞれに、逆止弁で構成される給水弁と吐水弁とを備えるのが一般的である（例えば特許文献１）。プランジャーポンプは、吸入と吐出とを弁によって切り換える際に脈動が生じ、この脈動が、ポンプから流体の供給を受ける機器に悪影響を与えることが知られている。

一方、ダイアフラムポンプはプランジャーポンプに比べて脈動は少ないが、例えば１０ＭＰａ以上の高圧の流体を供給する場合、ダイアフラムが破損しやすく、頻繁に交換しなければならない。
実開昭５５−１３２５１７号公報

本発明は、脈動を抑えて高圧流体を供給可能な往復動ポンプを提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る往復動ポンプは、ケーシングと、駆動源に連結されて前記ケーシング内を往復運動するプランジャーと、前記ケーシングと前記プランジャーとの間に連結されたダイアフラムと、を有し、前記プランジャーは、該プランジャーの前端面に形成された第１流入口と、該プランジャーの周側面に形成された第１流出口と、該プランジャー内に形成されて前記第１流入口と前記第１流出口とを連通させる連通路と、前記第１流入口から前記連通路内を介して前記第１流出口への流体の流れを許容し逆方向の流れを阻止する第１逆止弁と、を有し、前記ケーシングは、前記プランジャーの前端面によって区画されるプランジャー室内に連通可能な第２流入口と、該第２流入口から前記プランジャー室内への流体の流れを許容し逆方向への流れを阻止する第２逆止弁と、前記第１流出口と連通し前記ダイアフラムによって仕切られた緩衝室と、該緩衝室に連通する第２流出口と、を有することを特徴とする。

前記ケーシングは、前記ダイアフラムの外側面が当接可能な支持面を備えていることが好ましい。

前記ダイアフラムより小径であって前記プランジャーと前記ケーシングとの間に連結されて前記ケーシングの前記プランジャーを通す軸孔をシールするダイアフラム形シールパッキンを更に備えることが好ましい。

本発明に係る往復動ポンプの一実施形態について、図１〜図３を参照しつつ説明する。図１〜図３は、本発明に係る往復動ポンプの一実施形態を示す断面図である。

往復動ポンプ１は、ケーシング２と、図外の駆動源に連結されてケーシング２内を往復運動するプランジャー３と、ケーシング２とプランジャー３との間に連結されたダイアフラム4と、を有している。

プランジャー３は、プランジャー３の前端面３ａ（ケーシングヘッド側のプランジャーヘッド端面）に形成された第１流入口５と、プランジャー３の周側面に形成された第１流出口６と、プランジャー３内に形成されて第１流入口５と第１流出口６とを連通させる連通路７と、第１流入口５側から連通路７を介して第１流出口６への流れを許容する第１逆止弁８と、を有している。

ケーシング２は、プランジャー３の前端面３ａによって区画されたプランジャー室９内に連通可能な第２流入口１０と、第２流入口１０からプランジャー室９内への流れを許容しその逆方向の流れを阻止する第２逆止弁１１と、第１流出口６と連通しダイアフラム4によって仕切られた緩衝室１２と、緩衝室１２に連通する第２流出口１３と、を有している。

ダイアフラム4は、ダイアフラム4の内周部がプランジャー３の第１流出口６より前方（図の左方）であってプランジャー室９の後方の位置において固定され、ダイアフラム4の外周部がケーシング２の第２流出口１３よりケーシングヘッド側（図の左側）において固定されている。

ダイアフラム4は、高耐久性材料で形成されているものが好ましく、たとえば、シリコーンゴム製のダイアフラムを使用することができる。また、ダイアフラム4の形状は、折返し形ダイアフラム、皿形ダイアフラム等の、断面視湾曲凹状の受圧面４ｐを有するダイアフラムを使用することができる。

駆動源はエンジン又はモーター等（図示せず。）が用いられ得る。図示例では、駆動源（図示せず。）の駆動軸１４に偏心カラー１５がセットボルト１６によって固定されている。偏心カラー１５は、その外形が円形であって、その中心から駆動軸１４を通すボス部１５ａの位置が偏心している。

偏心カラー１５の外周にベアリング１７を介して、コンロッドまたはコネクティングロッドと呼ばれる連接棒１８の大径環部１８ａが装着されている。連接棒１８の小径環部１８ｂは、プランジャー３に固定されたピン１９に連結されている。従って、駆動軸１４が回転駆動することによって、偏心カラー１５の偏心回転に伴い、連接棒１８がプランジャー３を往復運動させる。なお、偏心カラー１５及び連接棒１８による往復運動機構に代えて、クランクシャフト等の他の往復運動機構を採用することも可能である。

プランジャー３は、大径部３ｂと小径部３ｃとによって構成されている。小径部３ｃは、連接棒１８とピン１９によって連結されている。大径部３ｂは、さらに、本大部３ｂ１とヘッド部３ｂ２とによって構成されている。大径部３ｂと小径部３ｃとは、螺子結合部２０によって螺子結合されており、本大部３ｂ１とヘッド部３ｂ２も螺子結合部２１によって螺子結合されている。

ヘッド部３ｂ２は、第１流入口５と、軸線方向に延びて連通路７の一部を構成する通孔７ａが形成されている。本大部３Ｂ１は、ヘッド部３Ｂ２の連通部７ａと連通する軸方向孔７ｂと、軸方向孔７ｂと交差して本大部３ｂ１の周側面に開口する径方向孔７ｃと、バネ受け凹部３ｄとが形成されている。軸方向孔７ｂの内径は、ヘッド部３ｂ２の通孔７ａより小径に形成されていて、その段差部によって弁体８ａが着座する座部が形成されている。弁体８ａは、軸方向孔７ｂ内に摺動自在に嵌入され、弁体８ａにバネ８ｂが連結されている。バネ８ｂが、バネ受け凹部３ｄの底に当接していて、弁体８ａをヘッド部３ｂ２の前記座部に押し付ける方向に付勢している。これらの弁体８ａ、弁体８ａの着座する座部、及びバネ８ｂによって第１逆止弁８が構成されている。第１逆止弁８は、図示例の構成に限らず、第１流入口５から連通路７を介して第１流出口６への流体の流れを許容しその逆の流れを阻止できる構成であれば良い。

ケーシング２内のプランジャー３を通す軸孔２ｓをシールするために、ダイアフラム形シールパッキン２２が設けられている。ダイアフラム形シールパッキン２２は、円環状をしていて、その中央通孔が大径部３ｂの雄螺子部２０ａに外嵌され、大径部３ｂと小径部３ｃとによって挟持されている。なお、ダイアフラム形シールパッキン２２に代えて、プランジャー３に、ピストンリングのようなリングや、メカニカルシール等を設けてシールすることもできる。

ケーシング２は、ヘッドカバー部２ａ、ヘッド側ブロック２ｂ、ボディブロック２ｃ、及び、リアカバー部２ｄを備え、これらが、各々に形成されたボルト孔を通るボルト２３とナット２４とによって、締め付けられて固定されている。ボディブロック２ｃに、第２流出口１３が形成されている。ヘッドカバー部２ａに、第２流入口１０と第２逆止弁１１とが設けられている。

ダイアフラム形シールパッキン２２の外周部は、平坦状をしていて、ボディブロック２ｃとリアカバー部２ｄとによって挟持されている。ダイアフラム4の外周部は、平坦状をしていて、ヘッド側ブロック２ｂとボディブロック２ｃとによって挟持されている。

ヘッド側ブロック２ｂは、プランジャー３のヘッド部３ｂ２の周面が摺動する摺動面２６を備える。ヘッド側ブロック２ａは更に、摺動面２６と交差角を為し、且つ、ダイアフラム4の外側面４ａが当接可能な支持面２７を備えることができる。支持面２７は、プランジャー３が最後退位置にあるときに、ダイアフラム4の外側面４ａの凸端部に当接し、プランジャー３が最前進位置にあるときに、ダイアフラム4の変形に伴い、ダイアフラム4の凸端部から内周側の部分の外側面４ａが当接可能となっている（図２参照）。

第２逆止弁１１は、図示例では、ヘッド側ブロック２ｂとヘッドカバー部２ａとに挟持された円環状で流体流通孔３０ａの形成された座板３０に、弁体１１ａが当接する方向（閉方向）へバネ１１ｂによって付勢されている。第２逆止弁１１についても、図示例の構成に限らず、種々形態の逆止弁を採用し得る。また、第２流入口１０は、図示例の如くヘッドカバー部２ａに形成せず、ヘッド側ブロック２ｂの周側面に開口するように形成することもできる。

上記構成を有する往復動ポンプ１の作動について、以下に説明する。

図１は、プランジャー３が最後退位置（下死点）にある状態を示している。なお、説明の都合上、この状態において、プランジャー室９内には流体が充満しているものとする。図１に示された状態から、駆動軸１４を回転させると、偏心カラー１５の作用により連接棒１８を通じてプランジャー３を前進（図２の矢印Ａ方向への移動）させる。

プランジャー３の前進に伴って、プランジャー室９内は容積減少による加圧状態となり、第２逆止弁１１は閉じらた状態を維持する一方、第１逆止弁８の弁体８ａがバネ８ｂの力に抗して押され、そして、軸方向孔７ｂと径方向孔７ｃとが連通すると、プランジャー室９内の流体が第１流出口６から流出する（図２参照）。一方、プランジャー３の前進とともに、ダイアフラム4のプランジャー連結部分もケーシングヘッド側（図の左側）へ移動するため緩衝室１２内の容積が増加する。緩衝室１２の容積は、第１流出口６から流出する流体の流量の増加に伴って拡大して流体を受け入れることができるため、いわゆるポンプの脈動を緩衝させる作用が働く。それともに、ダイアフラム４の弾性素材に基づく緩衝作用も働く。なお、プランジャー３の前進時、ダイアフラム形シールパッキン２２のプランジャー連結部分もケーシングヘッド側へ移動することにより緩衝室１２の容積を減少させるが、ダイアフラム形シールパッキン２２がダイアフラム4より小径であるので、緩衝室１２の容積は全体としては増加することになる。

プランジャー３が最前進位置（上死点）に達した後、プランジャー３が後退動（図３の矢印Ｂ方向への移動）すると、プランジャー室９の容積拡大に伴う負圧によって第２逆止弁１１が開き、第２流入口１０から流体をプランジャー室９に吸引する（図３参照）。プランジャ−３の後退動とともに、第１逆止弁８の弁体８ａがバネ８ｂのバネ力とプランジャー室９内の負圧によって閉弁方向へ移動し、第１逆止弁８が閉じられる。プランジャー３の後退移動に併せてダイアフラム4の半径方向内側部のプランジャー連結部が後退移動させられるので、緩衝室１２内の容積を減容することにより、緩衝室１２内の流体が第２流出口１３から吐出される。即ち、ダイアフラム４の作動により流体が吐出される。

上記のように、流体の吸引はプランジャー３によって行われるため、ダイアフラムの負担が減少又は無くなる。

特に高圧流体を吐出させる必要がある場合、ダイアフラムだけの従来のダイアフラムポンプでは、吸引時において、図４に仮想線で示すようにダイアフラムの受圧面Ｐである凹面が反対方向へ突出する方向への変形が過度のストレスを生じさせ、耐久性に著しい影響を及ぼし、短期間でダイアフラムが破損してしまうが、本発明によれば、上記したように吸引時のダイアフラムの負荷が減少又は無くなるため、長期間にわたり破損することがない。プランジャー３の前進によって緩衝室１２が拡大する容積を、第１流出口６から吐出される流体の体積とほぼ同等とするかそれより少し小さい程度としておくことが好ましい。

また、ダイアフラム4の外側面が当接可能な支持面２７を備えていれば、ダイアフラム4の負荷を一層軽減することが可能となる。

さらに、ダイアフラム形シールパッキン２２を設けることで、ダイアフラム形シールパッキン２２によってもダイアフラム４と同様の緩衝作用により、ポンプの脈動抑制に貢献し得る。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。

本発明に係る往復動ポンプの一実施形態を示す断面図である。 図１の往復動ポンプであってプランジャーの前進状態を示す断面図である。 図１の往復動ポンプであってプランジャーの後退状態を示す断面図である。 従来のダイアフラムポンプにおけるダイアフラムの作動状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 往復動ポンプ
２ ケーシング
３ プランジャー
４ ダイアフラム
５ 第１流入口
６ 第１流出口
７ 連通路
８ 第１逆止弁
９ プランジャー室
１０ 第２流入口
１１ 第２逆止弁
１２ 緩衝室
１３ 第２流出口
１４ 駆動軸
２２ ダイアフラム形シールパッキン
２７ 支持面

Claims (3)

1. ケーシングと、駆動源に連結されて前記ケーシング内を往復運動するプランジャーと、前記ケーシングと前記プランジャーとの間に連結されたダイアフラムと、を有し、
   前記プランジャーは、該プランジャーの前端面に形成された第１流入口と、該プランジャーの周側面に形成された第１流出口と、該プランジャー内に形成されて前記第１流入口と前記第１流出口とを連通させる連通路と、前記第１流入口から前記連通路内を介して前記第１流出口への流体の流れを許容し逆方向の流れを阻止する第１逆止弁と、を有し、
   前記ケーシングは、前記プランジャーの前端面によって区画されるプランジャー室内に連通可能な第２流入口と、該第２流入口から前記プランジャー室内への流体の流れを許容し逆方向の流れを阻止する第２逆止弁と、前記第１流出口と連通し前記ダイアフラムによって仕切られた緩衝室と、該緩衝室に連通する第２流出口と、を有することを特徴とする往復動ポンプ。
2. 前記ケーシングは、前記ダイアフラムの外側面が当接可能な支持面を備えていることを特徴とする請求項２に記載の往復動ポンプ。
3. 前記ダイアフラムより小径であって前記プランジャーと前記ケーシングとの間に連結されて前記ケーシングの前記プランジャーを通す軸孔をシールするダイアフラム形シールパッキンを更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動ポンプ。

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