JP2014224517A - シリンジポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】メタリック、パール等の固形物に対する、シリンジ内の洗浄性の向上を図る。
【解決手段】シリンジ２のシリンジ本体部４内の上部を、ピストン３が上下動されその外周のピストン用シール部材１０が弾性的に接触してシールされる通常使用領域とする。シリンジ本体部４の径小部４ａの下方に、ピストン用シール部材１０の外周と隙間が生じる程度の径大部４ｂを設け、洗浄時にピストン３が移動される洗浄領域とする。シリンジ本体部４の下端開口部を塞ぐ底蓋部材６に、上方に立上り、貫通穴６ａと出口穴１３とを隔てる隔壁部１５を一体に設ける。隔壁部１５の上端部に、ピストン３が洗浄領域に下降された際に、円筒部３ａの内周面に接触してシールする隔壁用シール部材１６を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒状のシリンジと、このシリンジ内を上下動するピストンとを備えるシリンジポンプに関する。

例えば塗装装置において塗料をスプレーガンに向けて移送（圧送）するためのポンプとして、シリンジポンプ（ピストンポンプという場合もある）が知られている（例えば特許文献１参照）。このシリンジポンプは、円筒状のシリンジと、このシリンジ内を往復動（上下動）するピストンとを備え、ピストンのロッドの下端部が、モータ及びボールねじ機構等からなる駆動機構に連結されて上下動されるようになっている。

このとき、シリンジの上端部のシリンジヘッドには、吐出用流路が設けられている。一方、ピストンロッドには、その中心軸に沿って吸入用流路が形成されていると共に、ピストンの上部（シール用のＯリングよりも上方）には、その吸入用流路に連通して渦巻き状に液体を放出する放出部が形成されている。前記吸入用流路の下端部は、塗料供給源に接続される。これにて、ピストンが下降することにより、吸入用流路及び放出部を通してシリンジ内に塗料が吸入され、その後、ピストンが上昇することにより、シリンジ内の塗料が吐出用流路からスプレーガンに向けて吐出される。

特開２００９−８２８６７号公報

ところで、塗装装置において、塗装に使用する塗料の種類（色）を切替える際などには、例えばシンナー等の洗浄液により、シリンジ内等を洗浄した上で、新たな塗料に切替える必要がある。特に、メタリック、パール等の固形物を混入させた塗料の場合には、その固形物が沈降してピストンの上端外周とシリンジ内周面との間（Ｏリングによるシール部分）に残りやすく、洗浄しにくい事情がある。シール部分に固形物が残存していると、Ｏリングやシリンジ内周面の摩耗が起こり、シール性を損なう虞がある。

この場合、上記特許文献１では、ピストン上端の放出部から、洗浄液をシリンジ内に渦巻き状に放出することによって、洗浄効果を高めようとしている。しかしながら、上記構成では、洗浄液による渦巻き流は、ピストンのシリンジ内周面に対するシール部分よりも上側で生じるため、シール部分に残っている固形物を排出する点では、十分な効果が得られない。尚、シリンジを下向き（全体を上下逆向き）に配置する構成とすれば、洗浄（残存する固形物の排出）しやすくなるが、シリンジ内部に気体が残りやすくなり、塗料の定量供給に支障をきたす虞があることから、採用することはできない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、シリンジ内の洗浄性の向上を図ることができるシリンジポンプを提供するにある。

本発明のシリンジポンプは、円筒状のシリンジと、このシリンジ内を上下動するピストンと、前記シリンジの上端部に設けられた吸入口及び吐出口とを備え、前記ピストンの下降、上昇により、前記吸入口から前記シリンジ内に液体を吸入し、前記吐出口から吐出するようにしたものにおいて、前記シリンジには、前記ピストンが液体の移送のために上下動される通常使用領域の下方に位置して、当該通常使用領域よりも内径が大きく構成され洗浄時に前記ピストンが移動される洗浄領域が設けられていると共に、前記シリンジの底部には、前記ピストンを駆動するロッドが貫通する貫通穴の外周側に位置して、前記シリンジ内に供給された洗浄液が排出される出口穴が設けられているところに特徴を有する（請求項１の発明）。

上記構成によれば、シリンジには、上部の通常使用領域の下方に位置して、通常使用領域よりも内径が大きい洗浄領域が設けられているので、ピストンを、その洗浄領域に移動させることにより、ピストンの外周（シール部）と、シリンジの内周面との間に隙間を設けることができる。そして、その状態で、シリンジ内の上部に洗浄液を供給すると、洗浄液は、ピストンの外周と、シリンジの内周面との間を通って流れるようになり、出口穴から排出される。

このとき、洗浄液を、ピストンの外周部のシール部分を下方に流すことにより、シール部の外周部分を容易に洗浄することができ、シール部分に溜まった固形物等の異物を洗浄液と共に効果的に排出することができる。尚、シリンジは上向きに設けられるので、空気等の気体を容易にシリンジ内から排出することができ、シリンジ内における気体の残存に起因する不具合の発生を未然に防止することができる。

本発明においては、前記ピストンの下部に、下面が開口する円筒部を下方に延びて設けると共に、前記シリンジの内底部は、前記貫通穴の外周を囲むように位置して上方に延び該貫通穴と前記出口穴とを隔てる隔壁部を設け、前記隔壁部の外周面部に、前記洗浄領域に移動されたピストンの前記円筒部の内周面に接触してシールするシール部材を設けることができる（請求項２の発明）。

これによれば、洗浄時において、洗浄液は、洗浄領域に移動されたピストンの下部の円筒部の外周面を通って、隔壁部の外周側を流れて出口穴から排出される。このとき、隔壁部の外周面と円筒部の内周面との間がシール部材によりシールされることにより、洗浄液や残存していた異物等が、隔壁部の内側に浸入することを防止でき、ピストンのロッドに付着したり、貫通穴部分に堆積したりすることはなくなり、確実に出口穴のみから排出させることができる。

また、シール部材のシール面は下向きとなるので、シール部材部分に固形物等の異物が堆積して溜まるといったことを抑制することができる。また、シール部材は、洗浄領域への移動時のみに円筒部の内周面を摺動してシール作用を得るので、シール部材を長時間に渡って使用することができる。

本発明のシリンジポンプによれば、シリンジに、ピストンが液体の移送のために上下動される通常使用領域の下方に位置して、当該通常使用領域よりも内径が大きく構成され洗浄時に前記ピストンが移動される洗浄領域を設けると共に、シリンジの底部に、ピストンのロッドが貫通する貫通穴の外周側に位置して、シリンジ内に供給された洗浄液が排出される出口穴を設けたので、シリンジ内の洗浄性の向上を図ることができるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施例を示すもので、ピストンが通常使用領域（最上位置）にある状態のシリンジポンプの要部の縦断面図 ピストンが洗浄領域にある状態のシリンジポンプの要部の縦断面図

以下、本発明を具体化した一実施例について、図面を参照しながら説明する。尚、本実施例は、塗装装置における塗料の定量供給（圧送）用のシリンジポンプに本発明を適用したものである。まず、図示はしないが、本実施例の塗装装置の全体構成について簡単に述べておく。

塗装装置は、液体としての塗料を収容する複数のタンク等の塗料供給源、複数種類の塗料（及びシンナ等の洗浄液）を切替えるためのカラーチェンジバルブ、塗料移送装置、ワークに対して塗料を吹付けるスプレーガン等を備えて構成されている。前記塗料移送装置は、塗料供給源（カラーチェンジバルブ）から供給路を通して供給される塗料を前記スプレーガンに向けて定量（或いは定圧）で移送（圧送）するためのものである。このとき、前記塗料には複数種類が使用され、その中には、メタリック、パール等の微粉状の固形物を含むものもある。

前記塗料移送装置は、本実施例に係るシリンジポンプ１を複数個（２個または３個以上）備えると共に、各シリンジポンプ１を駆動する駆動機構、シリンジポンプ１の吸入側に設けられた吸入側バルブ、シリンジポンプ１の吐出側に設けられた吐出側バルブなどを備えて構成される。前記シリンジポンプ１は、円筒状のシリンジ２及びそのシリンジ２内を往復動（上下動）して塗料の吸入・吐出を行うピストン３を備えている。以下、このシリンジポンプ１について、図面を参照して詳述する。

図１、図２に示すように、前記シリンジ２は、上下両端面が開口した円筒状のシリンジ本体部４の上面開口部に、フランジ５を連結すると共に、シリンジ本体部４の下面開口部に底蓋部材６を配置して構成されている。前記シリンジ本体部４の上端外周部には鍔状の径大部が一体に形成され、この径大部とフランジ５の外周部とが、それらの間に上端シール部材７を挟んだ状態で、液密状態に連結されている。

前記フランジ５は、シリンジ本体部４の上端開口部を塞ぐ大きさの厚みをもった円板状をなし、その内面（下面）側は、下から見て、上方に向けて中心部が最も窪むような緩やかなすり鉢状に構成されている。このフランジ５には、シリンジ２内への液体（塗料や洗浄液）の吸入を行うための吸入口８、及び、吸入した液体をシリンジ２内から吐出するための吐出口９が設けられている。この場合、前記吸入口８は、フランジ５の外周寄り部分に設けられ、前記吐出口９は、フランジ５の中心部に設けられている。図示はしないが、前記吸入口８には、塗料等が供給されるホースが接続され、前記吐出口９には、スプレーガン側につながるホースが接続されるようになっている。

前記ピストン３は、薄型の円柱状をなすと共に、その下半部には、下面が開口する円筒部３ａが一体に設けられている。円筒部３ａは、ピストン３の上部と外周が連続する（外形寸法が一定の）薄肉状に構成されている。このピストン３の外周の上端部寄り部分には、Ｏリング用の溝３ｂが形成され、この溝３ｂ内にピストン用シール部材１０が設けられている。このピストン用シール部材１０は、例えば塗料用の溶剤に対して体積変化のない材質（例えばフッ素ゴム）で作られたＯリングからなる。このピストン用シール部材１０がシリンジ２（シリンジ本体部４）のうち、上部の通常使用領域の内周面に、液密に摺動（上下方向に往復動）するようになっている。

このピストン３は、その下面中心部から下方に延びるロッド１１を一体に備えている。このロッド１１の先端は、後述する底蓋部材６の貫通穴６ａを貫通してシリンジ２の下方に延び、前記駆動機構の駆動アーム１２（一部のみ図示）に連結されている。図示は省略しているが、前記駆動機構は、サーボモータ、減速機、ボールねじ機構などを備えて構成され、ボールねじ機構のナットが前記駆動アーム１２に連結されている。

これにて、前記サーボモータが一定速度で正逆回転駆動されることに伴い、駆動アーム１２を介してシリンジポンプ１のピストン３が上下動される。ピストン３が下降動作されることによって、吸入口８を通してシリンジ２内に塗料が吸入され、その後、ピストン３が上昇動作されることによって、吸入された塗料が吐出口９からスプレーガンに向けて吐出（圧送）されるのである。このとき、後述するように、通常の塗料圧送時（塗装作業時）においては、ピストン３は、シリンジ２内の上半部の通常使用領域の範囲内で、上下に往復動作されるようになっている。

さて、図１、図２に示すように、前記シリンジ２のシリンジ本体部４は、全体として軸方向を上下向きとした円筒状をなすのであるが、シリンジ本体部４の内径は、上部（ほぼ上半部）において比較的径小な径小部４ａとされている。この径小部４ａの内径寸法は、前記ピストン３の外周のピストン用シール部材１０が弾性的に接触してシールするように構成されており、この径小部４ａ内（シリンジ２内の上部空間）が、ピストン３が液体の移送のために上下動される通常使用領域とされている。

これに対し、シリンジ本体部４の径小部４ａの下方（ほぼ下半部）に位置して、径小部４ａよりも内径がやや大きい径大部４ｂが形成されている。この径大部４ｂの径寸法は、前記ピストン３の外周のピストン用シール部材１０の外周とわずかな隙間が生じる程度とされており、この径大部４ｂ内（シリンジ２内の下部空間）が、洗浄時に前記ピストン３が移動（下降）される洗浄領域とされている。尚、前記径小部４ａと径大部４ｂとの境界部分は、径が緩やかに変化していくテーパ部４ｃとされている。

そして、シリンジ本体部４の下端開口部を塞ぐようにして、前記底蓋部材６が設けられるのであるが、この底蓋部材６は、次の構成を備えている。即ち、この底蓋部材６は、シリンジ本体部４の下端開口部を塞ぐ大きさの円板状をなすと共に、その中央部に、前記ロッド１１が移動可能に挿通される（ロッド１１の外径よりもやや径大な）貫通穴６ａが形成されている。また、この底蓋部材６には、前記貫通穴６ａよりも外周側に位置して、後述する出口穴１３が形成されている。

この底蓋部材６の上面部には、外周寄り部分に位置して上方に凸となるリング状の嵌合凸部６ｂが一体に設けられている。底蓋部材６は、前記嵌合凸部６ｂの外周部が、シリンジ本体部４の下端開口部の内周部に嵌合した形態で、シリンジ本体部４に連結されている。このとき、嵌合凸部６ｂの外周面には、シリンジ本体部４の内周面に密着するＯリング等の下端シール部材１４が設けられており、シリンジ本体部４の下端と底蓋部材６との間の液密性が保たれるようになっている。

さらに、この底蓋部材６には、前記嵌合凸部６ｂの上端から連続して上方に立上る隔壁部１５が一体に設けられている。この隔壁部１５は、円筒状をなし、前記貫通穴６ａの外周を囲むように位置され、貫通穴６ａと出口穴１３とを隔てている。この隔壁部１５は、前記ピストン３が下降された際に、前記円筒部３ａの内周部に嵌合可能な外径寸法を有し、その上端部外周面に、リング溝１５ａが形成されていると共に、そのリング溝１５ａに、シール部材としてのＯリングからなる隔壁用シール部材１６が装着されている。これにて、図２に示すように、ピストン３が通常使用領域（径小部４ａの内側）を越えて洗浄領域（径大部４ｂの内側）まで下降された際に、隔壁用シール部材１６が円筒部３ａの内周面に接触し、隔壁部１５との間が液密にシールされるようになっている。

前記出口穴１３は、底蓋部材６のうち、例えば図で右側に位置して形成され、上端部が隔壁部１５の外周面部の、嵌合凸部６ｂのすぐ上部（隔壁用シール部材１６よりも下方）で開口し（開口部１３ａ）、下端部が底蓋部材６の下面で開口するように、嵌合凸部６ｂ中を上下方向に貫通するように形成されている。図示はしないが、底蓋部材６の下面部の出口穴１３の下面開口部には、ホースが接続され、排液回収部に排液（後述する洗浄液等）が回収されるようになっている。

尚、上記のように構成されたシリンジポンプ１の駆動機構（サーボモータ）や、塗装装置のその他の各機構は、コンピュータ等からなる図示しない制御装置により制御され、自動で塗装の作業を実行する。このとき、制御装置は、複数のシリンジポンプ１について、吸入、吐出の時期をずらせながら制御を行うことにより、時間当り所定量の塗料がスプレーガンに向けて連続的に供給（圧送）されるようになっている。また、後述する洗浄の工程についても、制御装置の制御により自動で実行される。

次に、上記構成の作用について述べる。上記シリンジポンプ１においては、通常使用時つまり塗料の圧送時には、ピストン３は、シリンジ２内の径小部４ａ内（通常使用領域）を上下動される。この場合、上記したように、ピストン３が図１に示す最上位置から下降されると、吸入口８からシリンジ２内に塗料が吸込まれ、その後、ピストン３が上昇されることにより、シリンジ２内の塗料が吐出口９から吐出される。

このとき、ピストン３の外周に設けられたピストン用シール部材１０が、シリンジ本体４の径小部４ａの内周面を摺動することにより、高いシール性が保たれ、塗料や気体等の漏れを防止して塗料の移送が良好に行われる。また、シリンジ２は上向きに設けられるので、空気等の気体を、吐出口９を通して容易にシリンジ２内から排出することができ、シリンジ２内の気体の残存に起因する不具合の発生を未然に防止することができる。

そして、塗装に使用する塗料種類（色）の変更時（或いは塗装作業終了時）には、シリンジ２内（更には塗料の経路全体）を、例えばシンナ等の洗浄液により洗浄する工程が実行される。ここで、メタリック、パール等の固形物を混入させた塗料を使用した場合には、固形物がシリンジ２内で沈降し、ピストン用シール部材１０の上面部に残存しやすく、その固形物がピストン用シール部材１０とシリンジ２の内周面（径小部４ａ）との間で噛み込まれて摩耗が起こり、ピストン用シール部材１０を損傷させてシール性を損なう等の支障を来す虞がある。

そこで、本実施例では、シリンジ２内の洗浄の工程が次のように実行される。即ち、洗浄時には、図２に示すように、まず、ピストン３が、シリンジ２内を下方へ移動され、径大部４ｂの内側の洗浄領域に位置される。この状態では、ピストン３の外周のピストン用シール部材１０の外周と、シリンジ２（径大部４ｂ）の内周面との間に、隙間が形成される。また、このときには、ピストン３の下部に一体に設けられた円筒部３ａが、シリンジ２内の底部の隔壁部１５の外周部に嵌合するようになり、隔壁部１５の上端外周面と円筒部３ａの下端内周面との間が隔壁用シール部材１６によりシールされる。

次に、この状態で、洗浄液が吸入口８からシリンジ２内に供給される。すると、シリンジ２の内面やピストン３の上面等が洗浄液により洗浄されると共に、洗浄液は、ピストン３の外周と、シリンジ２（径大部４ｂ）の内周面との間を通って下方に流れるようになり、上部開口部１３ａを通って出口穴１３から排出される。このとき、洗浄液が、ピストン３の外周（ピストン用シール部材１０）部分を下方に流れることにより、シール部分に残存していた固形物等の異物を洗浄液と共に効果的に排出することができる。

この洗浄時においては、隔壁部１５の外周面と円筒部３ａの内周面との間が隔壁用シール部材１６によりシールされることにより、洗浄液や残存していた異物等が、隔壁部１５の内側に浸入することを防止でき、ピストン３のロッド１１に付着したり、貫通穴６ａ部分に堆積したりすることがなくなり、洗浄液等を確実に出口穴１３のみから排出させて回収することができる。このとき、前記隔壁用シール部材１６のシール面は下向きとなるので、隔壁用シール部材１６に固形物等の異物が堆積して溜まるといったことを抑えることができる。この隔壁用シール部材１６は、ピストン３の洗浄領域への移動時のみに円筒部３ａの内周面を摺動してシール作用を得るので、劣化は遅く、隔壁用シール部材１６を長時間に渡って使用することができる。

尚、上記構成においては、洗浄時に排出されるべきメタリック、パール等の固形物が、底蓋部材６とシリンジ本体部４の下端部内周面との間（下部シール部材１４の上面部）に残存して溜まることが予想される。ところが、この下部シール部材１４は固定的に設けられるものであり、上記したピストン用シール部材７等と異なり、固形物が付着（残存）していても摺動部の摩耗といった悪影響を及ぼすことはなく、また、下部シール部材１４自体の耐久性が低下することもない。

上記洗浄の工程が終了すると、ピストン３は上昇されて通常使用領域に戻される。その際、径大部４ｂから径小部４ｂに移行するときに、テーパ部４ｃを通過することにより、スムーズな移動が可能となる。また、ピストン３を通常使用領域に戻した後、更にシリンジ２内に洗浄液を供給し、今度はその洗浄液を吐出口９から吐出させることにより、シリンジ２よりも下流部分の塗料経路を洗浄することができる。

このように本実施例のシリンジポンプ１によれば、シリンジ２に、ピストン３が液体の移送のために上下動される通常使用領域の下方に位置して、径大な洗浄領域を設け、ピストン３を洗浄領域に移動させて洗浄を行うように構成したので、ピストン３の外周部のピストン用シール部材１０の外周部分を容易に洗浄することができ、残存していた固形物等の異物を洗浄液と共に効果的に排出することができる。この結果、従来のような洗浄効果に劣っていたものと異なり、シリンジ２内の洗浄性の向上を図ることができるという優れた効果を得ることができる。

しかも、特に本実施例では、ピストン３の下部に円筒部３ａを設けると共に、前記シリンジ２の内底部に隔壁部１５を設け、この隔壁部１５の外周面部に、ピストン３が洗浄領域に移動された際に円筒部３ａの内周面に接触してシールする隔壁用シール部材１６を設けるようにした。これにより、洗浄液や残存していた異物等が、隔壁部１５の内側に浸入することを防止でき、異物等がピストン３のロッド１１に付着したり、貫通穴６ａ部分に堆積したりすることがなくなり、また隔壁用シール部材１６部分に異物が堆積して溜まることも防止することができるといった利点を得ることができる。

尚、上記実施例では、ピストン３の下部に円筒部３ａを一体的に設け、シリンジ２の内底部の隔壁部１５に隔壁用シール部材１６を設けるようにしたが、この部分のシール部材を省略することも可能である。その他、塗装装置の全体のシステム構成や、例えば吸入口や吐出口の位置等のシリンジポンプの各部の具体的な形状や構造についても、様々な変更が可能であるなど、本発明は上記した一実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

図面中、１はシリンジポンプ、２はシリンジ、３はピストン、３ａは円筒部、４はシリンジ本体部、４ａは径小部、４ｂは径大部、４ｃはテーパ部、５はフランジ、６は底蓋部材、６ａは貫通穴、８は吸入口、９は吐出口、１０はピストン用シール部材、１１はロッド、１３は出口穴、１５は隔壁部、１６は隔壁用シール部材（シール部材）を示す。

Claims (2)

1. 円筒状のシリンジと、このシリンジ内を上下動するピストンと、前記シリンジの上端部に設けられた吸入口及び吐出口とを備え、前記ピストンの下降、上昇により、前記吸入口から前記シリンジ内に液体を吸入し、前記吐出口から吐出するようにしたシリンジポンプにおいて、
   前記シリンジには、前記ピストンが液体の移送のために上下動される通常使用領域の下方に位置して、当該通常使用領域よりも内径が大きく構成され洗浄時に前記ピストンが移動される洗浄領域が設けられていると共に、
   前記シリンジの底部には、前記ピストンを駆動するロッドが貫通する貫通穴の外周側に位置して、前記シリンジ内に供給された洗浄液が排出される出口穴が設けられていることを特徴とするシリンジポンプ。
2. 前記ピストンの下部には、下面が開口する円筒部が下方に延びて設けられていると共に、
   前記シリンジの内底部には、前記貫通穴の外周を囲むように位置して上方に延び該貫通穴と前記出口穴とを隔てる隔壁部が設けられ、
   前記隔壁部の外周面部には、前記洗浄領域に移動されたピストンの前記円筒部の内周面に接触してシールするシール部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載のシリンジポンプ。

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