JP2014240632A - ピストンポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンポンプ装置において、対象液体の空気室への漏洩およびピストンの外周面に付着した対象液体が空気室で空気中に曝されたことによって生じる障害を排除すること。【解決手段】ピストン２６の一方の側に第１のポンプ室２８を設け、他方の側に第２のポンプ室３０を設け、ピストン２６の往復動によって第１のポンプ室２８において対象液体のポンプ作用が行われると同時に第２のポンプ室３０において洗浄液のポンプ作用が行われる構造とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンポンプ装置に関し、更に詳細には、アキシャル型のピストンポンプ装置に関する。

樹脂材等を圧送するポンプ装置として、ポンプケース（シリンダブロック）に形成されているシリンダボア内をピストンが軸線方向に往復動するアキシャル型のピストンポンプ装置が知られている（例えば、特許文献１、２）。

この種のピストンポンプ装置のピストンは、シリンダボア内にあって軸線方向の一方の側にポンプ室を画定し、他方の側にピストンロッドが延在する空気室（大気開放室）を画定している。このようなアキシャルピストンポンプ装置では、ピストンの外周面とシリンダボアの内周面との間に、ポンプ室の圧送対象の液体（対象液体）がピストンの外周面とシリンダボアの内周面との摺動間隙から空気室へ漏洩しないように、前記摺動間隙を閉じるＯリング等のシール部材が設けられる。

特開２０００−８７８４７号公報 特開２００１−３１４８０１号公報

しかし、ポンプ室より空気室へ対象液体が漏洩することをＯリング等のシール部材によって完全になくすことは難しい。対象液体がイソシアネートのように空気（湿気）に触れることにより凝固するようなものの場合、空気室に漏洩した対象液体が空気室で凝固し、ピストンの円滑な往復動を阻害する。空気室に漏洩した対象液体は、更にピストンロッドとポンプケースとの間のシール部よりポンプケース外に漏出する虞がある。この対象液体の漏出は、対象液体が毒性の強いものである場合、作業環境を悪化させる。

また、ピストンの往復動過程で、ピストンの外周面には対象液体が膜状に付着する。この現象は対象液体がイソシアネートのように高粘性のものであるほど顕著になる。ピストンの外周面に付着した対象液体は、ピストン後退時に空気室において空気に曝されるから、対象液体がイソシアネートのように空気（湿気）に触れることにより凝固するようなものの場合、ピストンの外周面に凝固層を生成することになり、ピストンの円滑な往復動を阻害する。

この対策として、ピストンの外周面に付着した対象液体あるいはその凝固層をスクレーパによって掻き取ることが考えられるが、完全に掻き取ることは難しく、掻き取られて空気室に存在する対象液体の凝固物の処理と云う新たな問題を生じる。

本発明が解決しようとする課題は、対象液体の空気室への漏洩およびピストンの外周面に付着した対象液体が空気室で空気中に曝されることによって生じる障害を排除することである。

本発明によるピストンポンプ装置は、シリンダボア（１８）を形成されたシリンダブロック（１６）と、前記シリンダボア（１６）内に軸線方向に往復動可能に設けられ、軸線方向の一方の側に前記シリンダブロック（１６）と協働して第１のポンプ室（２８）を画定し、軸線方向の他方の側に前記シリンダブロック（１６）と協働して第２のポンプ室（３０）を画定するピストン（２６）と、一端を前記ピストン（２６）に固定され、他端側が前記第２のポンプ室（３０）を軸線方向に延在して前記シリンダブロック（１６）より外方に突出したピストンロッド（３６）と、前記第１のポンプ室（２８）に流入する圧送対象の液体の流れのみを許す第１の吸引側逆止弁（６２、６４）を備えた対象液体吸引部（５８）と、前記第１のポンプ室（２８）から流出する前記液体の流れのみを許す第１の吐出側逆止弁（７８、８０）を備えた対象液体吐出部（７４）と、前記第２のポンプ室（３０）に流入する洗浄液の流れのみを許す第２の吸引側逆止弁（９４、９６）を備えた洗浄液吸引部（９０）と、前記第２のポンプ室（３０）から流出する前記洗浄液の流れのみを許す第２の吐出側逆止弁（１１０、１１２）を備えた洗浄液吐出部（１０６）と、前記洗浄液吸引部（９０）と前記洗浄液吐出部（１０６）とに接続された洗浄液循環路（１２０、１２２、１２６）とを有する。

この構成によれば、ピストン（２６）の往復動によって第１のポンプ室（２８）において対象液体のポンプ作用が行われると同時に第２のポンプ室（３０）において洗浄液のポンプ作用が行われ、第２のポンプ室（３０）が洗浄液によって満たされると共に、第２のポンプ室（３０）を洗浄液が循環する。これにより、第１のポンプ室（２８）より第２のポンプ室（３０）に漏洩した対象液体は、第２のポンプ室（３０）にて空気と触れることがなく、第２のポンプ室（３０）にて凝固等の反応をすることがない。対象液体は、洗浄液によって希釈されつつ洗浄液と共に上述の経路をもって循環するから、他の部分で空気との接触によって反応を生じることがなく、毒性も弱められる。

本発明によるピストンポンプ装置は、好ましくは、前記洗浄液循環路は、途中にリザーバタンク（１２２）を有する。

この構成によれば、第２のポンプ室（３０）の容積変化による洗浄液循環路（１２０、１２２、１２６）における洗浄液の増減がリザーバタンク（１２２）の液位変化によって吸収され、非圧縮流体である洗浄液の内圧が異常上昇することがない。

本発明によるピストンポンプ装置によれば、ピストンの往復動によって第１のポンプ室において対象液体のポンプ作用が行われると同時に第２のポンプ室において洗浄液のポンプ作用が行われ、第２のポンプ室が洗浄液によって満たされると共に、第２のポンプ室を洗浄液が循環するから、対象液体の第２のポンプ室への漏洩およびピストンの外周面に付着した対象液体が空気室で空気中に曝されたことによって生じる障害が排除される。

本発明によるピストンポンプ装置の一つの実施形態を示す断面図。

以下に、本発明によるピストンポンプ装置の一つの実施形態を、図１を参照して説明する。

ピストンポンプ装置はポンプ本体１０を有する。ポンプ本体１０は、第１ブロック１２と第２ブロック１４との分解可能な組立体によるシリンダブロック１６を有する。なお、説明の都合上、図１で見て、第１ブロック１２の側を右側、第２ブロック１４の側を左側とする。これにより、第２ブロック１４は第１ブロック１２の左側に存在することになる。

第１ブロック１２には、横断面形状が円形のシリンダボア１８が形成されている。シリンダボア１８は、左右方向に延在し、右側を第１ブロック１２の端壁部１２Ａによって閉じられている。第１ブロック１２の左側には円筒形状のスリーブ２０が設けられている。

スリーブ２０は、第１ブロック１２に形成された左側開口のスリーブ取付孔１２Ｂに抜き差し可能（取り外し可能）に嵌挿され、第１ブロック１２と第２ブロック１４とで挟み込まれるようにしてこれらに固定されている。スリーブ２０は、軸線方向右側にあってシリンダボア１８に直接に連通したシリンダボア１８と同一径の延長シリンダボア２２と、軸線方向左側にあって延長シリンダボア２２に直接に連通したシリンダボア１８よりも大きい内径の拡径ボア２３とをシリンダボア１８と同心（同一軸線上）に有する。なお、以下の説明では、シリンダボア１８と延長シリンダボア２２との全体を単にシリンダボア１８と云うことがある。

第２ブロック１４には、シリンダボア１８と同心に拡径ボア２３の内径にほぼ等しい内径のシリンダボア２４が形成されている。シリンダボア２４と拡径ボア２３とは隣り合って互いに連通している。

シリンダボア１８内には、円柱形状のピストン２６が軸線方向（左右方向）に往復動可能に設けられている。ピストン２６は、軸線方向の一方の側（右側）に第１ブロック１２と協働してシリンダボア１８による第１のポンプ室２８を画定し、軸線方向の他方の側（左側）に第２ブロック１４と協働してシリンダボア２４による第２のポンプ室３０を画定している。第１のポンプ室２８と第２のポンプ室３０とは、ピストン２６の往復動によって互いに反転する関係で内容積を増減する。ピストン２６とスリーブ２０とは、拡径ボア２３の部分において、ピストン２６の外周面を取り囲んで円環状に延在し、且つ第２のポンプ室３０に向けて開口された拡張室３４を画定している。なお、以下の説明では、第２のポンプ室３０と拡張室３４との全体を単に第２のポンプ室３０と云うことがある。

スリーブ２０の延長シリンダボア２２部分の内周面には、軸線方向に間隔をおいて２個の周溝２０Ａが形成されている。各周溝２０Ａには、軸線方向に間隔をおいてゴム状弾性体製のＯリング３２が取り付けられている。Ｏリング３２は、ピストン２６の外周面に摺接し、ピストン２６の外周面と延長シリンダボア２２の内周面との間に形成される摺動間隙（ピストン２６の軸線方向の往復動に必須の径方向間隙）を塞ぐ。このようにして、Ｏリング３２は、第１のポンプ室２８の圧送対象の液体（対象液体）が摺動間隙を通って第２のポンプ室３０へ漏洩することを防ぐシール部材をなす。

ピストン２６の左側（第２のポンプ室３０の側）にはピストンロッド３６の一端（右端）が固定されている。ピストンロッド３６の他端側は、第２のポンプ室３０を軸線方向に延在し、第２ブロック１４の端壁部１４Ａに形成された貫通孔３８を貫通して第２ブロック１４より外方（左方）に突出している。

貫通孔３８の内周部には、周溝１４Ｂが形成されている。周溝１４Ｂには、ゴム状弾性体製のＯリング４０が取り付けられている。Ｏリング４０は、ピストンロッド３６の外周面に摺接し、ピストンロッド３６の外周面と貫通孔３８の内周面との間に形成される摺動間隙（ピストンロッド３６の軸線方向の往復動に必須の径方向間隙）を塞ぐ。このようにして、Ｏリング４０は、第２のポンプ室３０の後述する洗浄液が摺動間隙を通って第２のポンプ室３０外へ漏洩することを防ぐシール部材をなす。

ピストンロッド３６の先端部（左端部）には、ピン４２によってリンク部材４４の一端が枢動可能に連結されている。リンク部材４４の他端は、ピン４６によってクランクアーム４８の先端に枢動可能に連結されている。クランクアーム４８は、基端を回転軸５０に固定され、回転軸５０の中心軸線周りに回転する。回転軸５０は電動モータ（不図示）によって時計廻り方向に回転駆動される。

このようにして回転運動を直線往復運動に変換する滑りクランク機構が構成され、電動モータ（不図示）による回転軸５０の回転によってピストン２６が左右方向に繰り返し往復動する。

第１ブロック１２には、外部接続口５２と、第１のポンプ室２８に開口した吸引ポート５４と、外部接続口５２と吸引ポート５４との間に形成された弁室５６とを含む対象液体吸引部５８が設けられている。外部接続口５２は、配管（不図示）によって対象液体、例えばイソシアネートの供給源に接続される。

弁室５６は、第１ブロック１２に取り外し可能にねじ係合したねじプラグ６０によって閉じられている。弁室５６には、ボール弁体６２と、圧縮ばね６４とが設けられている。圧縮ばね６４は、ねじプラグ６０とボール弁体６２との間に設けられ、ボール弁体６２を第１ブロック１２に形成された弁座部６６に向けて付勢している。ボール弁体６２は、圧縮ばね６４と協働して第１の吸引側逆止弁をなすものであり、ピストン２６が左方へ移動する第１ポンプ側（対象液体側）の吸引行程時には、外部接続口５２と吸引ポート５４との対象液体の圧力差によって圧縮ばね６４のばね力に抗して弁座部６６より離間して外部接続口５２より第１のポンプ室２８に流入する対象液体の流れのみを許し、それ以外の時には、圧縮ばね６４のばね力によって弁座部６６に着座して第１のポンプ室２８より外部接続口５２への対象液体の逆流を阻止する。

第１ブロック１２には、外部接続口６８と、第１のポンプ室２８に開口した吐出ポート７０と、外部接続口６８と吐出ポート７０との間に形成された弁室７２とを含む対象液体吐出部７４が設けられている。外部接続口６８には、対象液体を供給先に送る配管（不図示）が接続される。

弁室７２は、第１ブロック１２に取り外し可能にねじ係合したもう一つのねじプラグ７６によって閉じられている。弁室７２には、ボール弁体７８と、圧縮ばね８０とが設けられている。圧縮ばね８０は、ねじプラグ７６とボール弁体７８との間に設けられ、ボール弁体７８を第１ブロック１２に形成された弁座部８２に向けて付勢している。ボール弁体７８は、圧縮ばね８０と協働して第１の吐出側逆止弁をなすものであり、ピストン２６が右方へ移動する第１ポンプ側の吐出行程時には、外部接続口６８と吐出ポート７０との対象液体の圧力差によって圧縮ばね８０のばね力に抗して弁座部８２より離間して第１のポンプ室２８から外部接続口６８へ流出する対象液体の流れのみを許し、それ以外の時には、圧縮ばね８０のばね力によって弁座部８２に着座して外部接続口５２より第１のポンプ室２８への対象液体の逆流を阻止する。

第２ブロック１４には、外部接続口８４と、第２のポンプ室３０に開口した吸引ポート８６と、外部接続口８４と吸引ポート８６との間に形成された弁室８８とを含む洗浄液吸引部９０が設けられている。

弁室８８は、第２ブロック１４に取り外し可能にねじ係合したねじプラグ９２によって閉じられている。弁室８８には、ボール弁体９４と、圧縮ばね９６とが設けられている。圧縮ばね９６は、ねじプラグ９２とボール弁体９４との間に設けられ、ボール弁体９４を第２ブロック１４に形成された弁座部９８に向けて付勢している。ボール弁体９４は、圧縮ばね９６と協働して第２の吸引側逆止弁をなすものであり、ピストン２６が右方へ移動する第２ポンプ側（洗浄液側）の吸引行程時には、外部接続口８４と吸引ポート８６との洗浄液の圧力差によって圧縮ばね９６のばね力に抗して弁座部９８より離間して外部接続口８４より第２のポンプ室３０に流入する洗浄液の流れのみを許し、それ以外の時には、圧縮ばね９６のばね力によって弁座部９８に着座して第２のポンプ室３０より外部接続口８４への洗浄液の逆流を阻止する。

第２ブロック１４には、外部接続口１００と第２のポンプ室３０に開口した吐出ポート１０２と、外部接続口１００と吐出ポート１０２との間に形成された弁室１０４とを含む洗浄液吐出部１０６が設けられている。

弁室１０４は、第２ブロック１４に取り外し可能にねじ係合したもう一つのねじプラグ１０８によって閉じられている。弁室１０４には、ボール弁体１１０と、圧縮ばね１１２とが設けられている。圧縮ばね１１２は、ねじプラグ１０８とボール弁体１１０との間に設けられ、ボール弁体１１０を第２ブロック１４に形成された弁座部１１４に向けて付勢している。ボール弁体１１０は、圧縮ばね１１２と協働して第２の吐出側逆止弁をなすものであり、ピストン２６が左方へ移動する第２ポンプ側の吐出行程時には、外部接続口１００と吐出ポート１０２との洗浄液の圧力差によって圧縮ばね１１２のばね力に抗して弁座部１１４より離間して第２のポンプ室３０から外部接続口１００へ流出する洗浄液の流れのみを許し、それ以外の時には、圧縮ばね１１２のばね力によって弁座部１１４に着座して外部接続口１００より第２のポンプ室３０への対象液体の逆流を阻止する。

吸引側の外部接続口８４は、配管１２０によってリザーバタンク１２２の下部に設けられた出口管１２４に接続されている。吐出側の外部接続口１００は、配管１２６によってリザーバタンク１２２の天井部（上部）に接続されている。かくして、途中にリザーバタンク１２２を含んで両端を洗浄液吸引部９０と洗浄液吐出部１０６とに接続された洗浄液循環路が構成される。

リザーバタンク１２２は、液位Ｌまで対象液体の洗浄に適した洗浄液を貯容している。リザーバタンク１２２の液位Ｌより上方は空気層であり、第２のポンプ室３０の容積変化に伴う液位Ｌの変化を許容する。これにより、第２のポンプ室３０の容積変化による洗浄液循環路における洗浄液の増減がリザーバタンク１２２の液位変化によって吸収され、非圧縮流体である洗浄液の内圧が異常上昇することが回避される。

配管１２０には、ドレンコック１２８によって開閉されるドレン弁１３０が接続されている。ドレン弁１３０は、洗浄液の交換時に開かれ、リザーバタンク１２２を含む洗浄液循環路全体の洗浄液の排出を行う。なお、リザーバタンク１２２の上部には、洗浄液の注入口（不図示）が設けられている。

つぎに、上述の構成によるピストンポンプ装置の作用について説明する。

回転軸５０の回転によってピストン２６が右側に移動すると、対象液体吸引部５８より第１のポンプ室２８に対象液体が吸引されると共に、第２のポンプ室３０より洗浄液吐出部１０６へ洗浄液が吐出される。つぎにピストン２６が左側に移動すると、第１のポンプ室２８より対象液体吐出部７４へ対象液体が吐出されると共に、洗浄液吸引部９０より第２のポンプ室３０に洗浄液が吸引される。これにより、ピストン２６の往復動によって、第１のポンプ室２８の側では対象液体のポンプ作用が行われると同時に第２のポンプ室３０の側では洗浄液のポンプ作用が行われる。

洗浄液は、ピストン２６の往復動によって、リザーバタンク１２２→配管１２０→洗浄液吸引部９０→第２のポンプ室３０→洗浄液吐出部１０６→配管１２６→リザーバタンク１２２と云う経路で循環することになり、第２のポンプ室３０と拡張室３４とは洗浄液によって満たされ、且つ第２のポンプ室３０を洗浄液が循環し、第２のポンプ室３０に洗浄液の流れが生じる。

これにより、第１のポンプ室２８より第２のポンプ室３０に漏洩した対象液体は、第２のポンプ室３０にて空気と触れることがないので、第２のポンプ室３０にて凝固することがない。対象液体は、洗浄液によって希釈されつつ洗浄液と共に上述の経路をもって循環するから、リザーバタンク１２２にて空気に触れても凝固することがない。

また、ピストン２６の外周面に付着した対象液体は、第２のポンプ室３０および拡張室３４において空気に触れることなく洗浄液によって洗い流される。本実施形態では、拡張室３４の存在により、第２ピストンポンプ側の吐出行程でピストン２６が左側へ移動した時に、ピストン２６の外周面が洗浄液中に浸漬する軸長が長くなり、ピストン２６の外周面に付着した対象液体の洗浄が良好に行われる。これにより、ピストン２６の外周面に付着した対象液体がピストン２６の外周面に付着した状態で凝固することがない。

このような作用により、対象液体が第２のポンプ室３０に漏洩しても、対象液体がピストン２６の外周面に付着して第２のポンプ室３０に移送されても、ピストン２６の円滑な往復動が阻害されることがない。洗浄液と共に対象液体がＯリング４０によるシール部よりポンプ本体１０外に漏出しても、対象液体は洗浄液によって希釈されているので、対象液体が毒性の強いものであっても、作業環境を大きく悪化させることがない。

上述の構成によるピストンポンプ装置は、第１ブロック１と第２ブロック１４とを分解することによって、スリーブ２０を取り外し可能であり、第１のポンプ室２８、第２のポンプ室３０やＯリング３２の配置部の洗浄を容易に行うことができる。また、ねじプラグ６０、７６、９２、１０８を取り外すことにより、各弁室５６、７２、８８、１０４の分解洗浄を容易に行うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により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で適宜変更可能である。

例えば、洗浄液循環路の途中には、リザーバタンク１２２に代えてアキュームレータ等が接続されていもよい。また、ポンプ本体１０に複数個のシリンダボア１８が並列に形成されていて多連のアキシャルピストンポンプ装置を構成するものであってもよい。

また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１０ ポンプ本体
１６ シリンダブロック
１８ シリンダボア
２０ スリーブ
２２ 中心開口部
２４ シリンダボア
２６ ピストン
２８ 第１のポンプ室
３０ 第２のポンプ室
３６ ピストンロッド
４４ リンク部材
４８ クランクアーム
５０ 回転軸
５８ 対象液体吸引部
６２ ボール弁体
７４ 対象液体吐出部
７８ ボール弁体
８６ 吸引ポート
９０ 洗浄液吸引部
９４ ボール弁体
１０６ 洗浄液吐出部
１１０ ボール弁体
１２２ リザーバタンク
１３０ ドレン弁

Claims (2)

1. シリンダボアを形成されたシリンダブロックと、
   前記シリンダボア内に軸線方向に往復動可能に設けられ、軸線方向の一方の側に前記シリンダブロックと協働して第１のポンプ室を画定し、軸線方向の他方の側に前記シリンダブロックと協働して第２のポンプ室を画定するピストンと、
   一端を前記ピストンに固定され、他端側が前記第２のポンプ室を軸線方向に延在して前記シリンダブロックより外方に突出したピストンロッドと、
   前記第１のポンプ室に流入する圧送対象の液体の流れのみを許す第１の吸引側逆止弁を備えた対象液体吸引部と、
   前記第１のポンプ室から流出する前記液体の流れのみを許す第１の吐出側逆止弁を備えた対象液体吐出部と、
   前記第２のポンプ室に流入する洗浄液の流れのみを許す第２の吸引側逆止弁を備えた洗浄液吸引部と、
   前記第２のポンプ室から流出する前記洗浄液の流れのみを許す第２の吐出側逆止弁を備えた洗浄液吐出部と、
   前記洗浄液吸引部と前記洗浄液吐出部とに接続された洗浄液循環路とを有するピストンポンプ装置。
2. 前記洗浄液循環路は、途中にリザーバタンクを有する請求項１に記載のピストンポンプ装置。

Images