JP2016089714A - プランジャポンプとその製造方法及びプランジャポンプ用ラバーシリンダ - Google Patents

Abstract

【課題】従来、プランジャの摺動摩擦に対する対応とラバーシリンダの加圧効率を高める方策として、中央部の径が両端部の径より小さくくびれた形状の筒状弾性体を用いることが行われてきたが、この形状の筒状弾性体は、多数回の激しい往復摺動によって括れ部に掛る負担が大きく、その部分の耐久力が弱く破損し易いという問題があった。
【解決手段】ラバーシリンダ２の形状を中央部が両端部の径より縮径された括れ小径部２１に構成し、その小径部の外周に環状肉厚部２２を形成し、前記プランジャ３を往復摺動させることにより膨縮するラバーシリンダに臨ませて、ラバーシリンダの膨縮により吸入バルブから吸入した流体を吐出バルブから高圧流体として送出するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は構築基礎地盤の強化支保、或いは地盤の安定化や止水を目的として対象地盤に地盤硬化材を高圧注入する際等に用いる流体を加圧圧送するためのプランジャポンプ及びプランジャポンプ用ラバーシリンダに関するものである。

従来、この種のプランジャポンプは、流体通路に吸入バルブと吐出する吐出バルブとを設け、両バルブの間の流体通路にプランジャを往復摺動可能に収納したシリンダを臨ませて設け、プランジャの往復駆動によるシリンダ内の内圧変動で吸入バルブと吐出バルブとを交互に開閉制御して流体通路内の流体を吸入バルブから吸引し、吐出バルブから吐出するようにしているが、送給される流体がセメントミルクのように粒子物質を含んだものとなると、その粒子がプランジャとシリンダの摺動摩擦を高め、プランジャを早期に摩耗させると共に、摩擦熱を発生させシリンダが過熱するという問題があった。

この問題に対応して、例えば特許文献１記載発明のように弾性変形可能な膜体でシリンダと流体通路を仕切り、流体通路から仕切られたプランジャ側内部空間に潤滑油を充填したプランジャポンプが提案されている。また、特許文献２では圧送される流体とプランジャ摺動部とを隔離し、直接接触させないようにする提案もなされている。

更に、プランジャの摺動摩擦に対する対応とラバーシリンダの加圧効率を高める方策として、中央部の径が両端部の径より小さくくびれた形状の筒状弾性体を用いること（特許文献３）が本願出願人によって提案されている。
特開平１ー３１８７７３号公報 特開昭６４ー５６９７５号公報 特許第３１３５２２７号公報

しかしながら、特許文献３における中央部が小さくくびれた形状の筒状弾性体によるラバーシリンダは、加圧効率を従来に比して飛躍的に高める効果を有しているものの、多数回の激しい往復摺動によって括れ部に掛る負担が大きく、その部分の耐久力が弱く破損し易いという問題があった。

また、特許文献３においては、ラバーシリンダを流体通路内に支持する支持体が、前端の円錐状コーン部と後端の円盤状台座部を円筒状態柱部によって連結され、台座部はポンプケースの側腹部を覆蓋する放熱板に着接されているので、オイル通路孔によりオイルの流通は行われるものの、オイルが充填されたラバーシリンダ内スペースの後端部が閉鎖されているためオイルの給排はシリンダ室に設けられたオイル注入口と排出口に頼らざるを得ず、オイル回流にも不利であり、オイル交換に多大な時間と労力を要するという問題があった。

更に、特許文献３においては、プランジャの往復摺動による発熱に対応するため、プランジャを中空とする等して充填オイルの量を多くして放熱するようにしてきたが、オイルは水に比して体積効率が悪く、量が多くなるとポンプの加圧効率を下げる問題がある。

すなわち、４０メガパスカルの圧力に対して水は１．４％しか圧縮しないが、プランジャポンプの潤滑油として用いられるオイルは６．４％圧縮するもので、この体積効率の差により１００％の理論吐出量に対して実吐出量は８５％しか得られない結果となる。

従来、オイルの充填注入は、シリンダ室４に設定されたオイル注入孔７３から行い、排出もオイル排出孔７４のみで行われてきていたが、充填スペースの形状が複雑化するに従って適切な充填圧をもってオイルを注入することが困難となり、オイルの円滑迅速な排出にも不適切な状況となり、頻度を増すオイル交換にも対応し切れなくなっている。

本発明は、上記の課題に対応してこれを解決するため、ラバーシリンダの形状を中央部が両端部の径より縮径された括れ小径部に構成し、その小径部の外周に環状肉厚部を形成し、前記プランジャを往復摺動させることにより膨縮するラバーシリンダに臨ませて、ラバーシリンダの膨縮により吸入バルブから吸入した流体を吐出バルブから高圧流体として送出するようにした。

即ち、プランジャの作動によりラバーシリンダの内圧が高まって括れ小径部の径が拡張すると、最も大きな引張力を受ける括れ部に形成された環状肉厚部が破壊力に対抗すると共に薄くなる径部の肉厚を補充し、堅牢な弾力構造を維持すると共に、強力な膨縮作動により加圧力の強化が行われるようにした。

また、往復摺動するプランジャを膨縮するラバーシリンダに臨ませて、充填オイルに作用させることにより、ラバーシリンダに直接プランジャの作動を作用させないようにしてラバーシリンダの素材を保護し損傷を与えないようにした。

次いで、従来、プランジャの中空部等によって充填オイルの量を大きくして行ってきたプランジャ往復摺動による発熱の抑制を、ラバーシリンダ支持体の形状を変えることによるオイル回流効果によって対応し、加圧流体に対する充填オイルの量を少なくして体積効率を挙げ、ポンプの加圧効果を向上させるようにした。

更に、シリンダケース２０の上部に高圧バルブ７１を介してオイルカップ７を設定してオイルカップ７により一挙にオイルを供給し、ポンプケース側腹開口部の蓋体６に設けた上下開口部と相俟って、高圧バルブ７１により注入排出を迅速に調整できるようにした。

本発明は以上のように構成したことにより、ラバーシリンダの堅牢性を高め、その作動力も強化されたことにより、流体の体積効率が挙がりプランジャポンプの加圧能力を著しく強化する効果がある。

本発明の実施例を示すもので、本発明によるプランジャポンプの全体構造を示す要部を断面とした縦断面側面図 同じく、往復摺動するプランジャの作動状況を示すもので、（ア）はプランジャが基準位置にある状態、（イ）はプランジャが下支点にある状態、（ウ）はプランジャが上支点にある状態を示す摸式的要略図 同じく、本発明によるプランジャポンプに内装されるラバーシリンダの斜視図 同じく、本発明によるプランジャポンプに内装されるラバーシリンダを覆着する支持体の１例を示す斜視図 同じく、本発明によるプランジャポンプのオイルが充填されたラバーシリンダ内スペースの後端部の側腹部を覆蓋する覆蓋盤の要部を透視図とした斜視図部分拡大正面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明すると、１は流体通路で、吸入口１１に供給される流体を吸入して加圧し、吐出口１２から加圧流体として吐出する通路となっており、吸入側に負圧により開弁する吸入バルブ１３、吐出側に内圧の高まりにより開弁する吐出バルブ１４が設けられ、両バルブの間に供給される流体を加圧圧送するラバーシリンダ２が設定されている。

ラバーシリンダ２は、中央部が両端部の径より縮径された括れ小径部２１となっている筒状弾性体から成り、小径部２１の外周に環状肉厚部２２が形成され、流体通路１を横断してプランジャ３を収納するシリンダ室４に臨む部位に設置される支持体５によって流体通路１内に設定される。

支持体５は、底部に複数の通孔５１ａが開口する皿状の被着体５１を先端部に設け、基端部にケースカバー１０の内側との着合構造とケースカバー側に抜ける通孔５２ａを備えた円筒状の被着体５２とを先端側が細く基端側が太い連結杆５３によって連結して構成され、ラバーシリンダ２の先端側を被着体５１に覆着してポンプケース１０の側腹開口部１０ａから突入させ、シリンダ室４の尾端に形成された嵌着部２０ａに突合嵌着させて固定すると共に、ラバーシリンダ２の尾端側を被着体５２に覆着してポンプケース１０の側腹開口部１０ａの蓋体６の内側と着合させて固定するものである。

ポンプケース側腹開口部１０ａの蓋体６には、支持体５の被着体５２に設定された通孔５２ａに接合すると共に、上下にキャップ６ｄによって開閉される開口部６ｂが設けられたオイル導通孔６ａが設けられており、シリンダ室４、ラバーシリンダ２と支持体５の間隙スペース、蓋体のオイル導通孔６ａがオイル充填スペースを形成することになる。

ポンプケース側腹開口部１０ａに対向する側腹には、プランジャ３を往復摺動可能に収納するシリンダケース２０が形成されており、プランジャ３の往復動によりラバーシリンダ２が膨縮駆動して流体を加圧し、高圧流体として吐出するものである。

すなわち、先ず、蓋体６の上部開口部６ａのキャップを外してオイル注入時にエアーが抜けるようにし、プランジャ３を、図２の（ア）に示すように、位置決め治具Ｐにより下支点から１／３ストローク出たシリンダ内の基準位置に設定し、高圧バルブを開いてオイル充填スペースにオイルを注入セットして前記上部開口部６ａのキャップを締める。

次いで、（イ）に示すように、プランジャ３を下支点まで移動させることによりラバーシリンダ２が縮径し、流体通路内に負圧が生じ、吸入バルブ１３が開いて流体を流体通路１内に吸引する。次いで、（ウ）に示すようにプランジャ３を上支点まで移動させることによりラバーシリンダ２が膨張拡径し、流体通路内の内圧が４０メガパスカル程度まで高まり、吐出バルブ１４が開いて流体を吐出口１２から吐出する。

この際、ラバーシリンダ２には、括れ小径部２１が存在することにより筒状弾性体の膨縮作動が拡張されると共に、小径部２１の外周に環状肉厚部２２が形成されているので、膨縮作動の破壊力に対抗すると共に薄くなる径部の肉厚を補充し、堅牢な弾力構造を維持すると共に、強力な膨縮作動により加圧力の強化が行われる。

また、支持体５は先端側が細く基端側が太い連結杆５３によって連結先端側が細く基端側が太い連結杆５３によって連結され、被着体５１に複数の通孔５１ａ、被着体５２に通孔５２ａが備えられているので、ラバーシリンダ２内を流動する充填オイルは、先後の通孔と連結杆５３の外周に沿って円滑に移動し、ラバーシリンダ２の滑らかな膨縮作動が行われる。

実施例２は、プランジャ３を収納するシリンダケース２０の上部に高圧バルブ７１を介してオイルカップ７を設定し、シリンダ室４に連通するオイル導入孔７２を通じてオイル充填スペースに対するオイルの給排を行えるようにしたものである。

更に、ポンプケース側腹開口部１０ａの蓋体６には、支持体５の被着体５２に設定された通孔５２ａに接合すると共に、上下にキャップ６ｄによって開閉される開口部６ｂが設けられているので、通常のオイルの排出はキャップ６ｄをはずしたオイル導通孔６ａを通じて簡易に行うことが出来るようになっている。

この実施例は、シリンダケース２０の上部に高圧バルブ７１を介してオイルカップ７を設定してオイルカップ７により一挙にオイルを供給し、ポンプケース側腹開口部の蓋体６に設けた上下開口部と相俟って、高圧バルブ７１により注入排出を迅速に調整できるようにしたものである。

本発明に係るプランジャポンプ及びプランジャポンプ用ラバーシリンダは、従来のダイヤフラム等に相当する膨縮弾性体に筒状のラバーシリンダを用いたので、変形量が大きく、更に、対象流体とプランジャ摺導部とを隔離できるので、軟弱地盤の改良や止水壁の造成に用いられる地盤硬化材の注入等、セメントミルク等の固形粒子を含んだ流体にも広く適用でき、土木建設産業上に高度の利用価値を有するものである。

１ 流体通路
１１ 流体通路の吸入口
１２ 流体通路の吐出口
１３ 吸入バルブ
１４ 吐出バルブ
２ ラバーシリンダ
２１ ラバーシリンダの括れ小径部
２２ ラバーシリンダ括れ小径部外周の環状肉厚部
３ プランジャ
４ プランジャを収納するシリンダ室
５ ラバーシリンダ支持体
５１ 支持体先端側の被着体
５１ａ 先端側先端被着体底部の通孔
５２ 支持体基端側の被着体
５２ａ 基端側被着体のケースカバー側に抜ける通孔
５３ 両端被着体を連結する連結杆
６ ポンプケース側腹開口部を覆蓋する蓋体
６ａ 上下に開口部が設けられた蓋体のオイル導通孔
６ｂ 蓋体のオイル導通孔上下に開口部
６ａ 蓋体上下開口部のキャップ
７ オイル供給用オイルカップ
７１ 高圧バルブ
７２ シリンダ室に連通するオイル導入孔
７３ オイル注入孔
７４ オイル排出孔
１０ ポンプケースカバー
１０ａ ポンプケースカバー側腹開口部
２０ シリンダケースカバー
２０ａ シリンダ室尾端に形成された嵌着部
Ｐ 位置決め治具

Claims (6)

1. 流体を吸入する吸入バルブと吐出する吐出バルブとを設けた流体通路に、
   プランジャを往復摺動可能に収納したシリンダケースと、
   中央部が両端部の径より縮径された括れ小径部となっており、その小径部の外周に環状肉厚部を形成し、前記プランジャを往復摺動させることにより膨縮するラバーシリンダを臨ませて、
   ラバーシリンダの膨縮により吸入バルブから吸入した流体を吐出バルブから高圧流体として送出するようにしたプランジャポンプ
2. プランジャ先端を、摺動スペースを残してシリンダ室内径と略同径の円筒形状とすると共に、プランジャを収容するシリンダケースによるシリンダ室と、これに続くラバーシリンダの内部スペースにオイルを充填するようにした請求項１記載のプランジャポンプ
3. プランジャが往復摺動するシリンダ室の上部に、高圧バルブを介してオイル充填スペースにオイルを給排するオイルカップを設けると共に、オイルが充填されるラバーシリンダ内スペースの後端部を覆蓋する覆蓋板にオイル充填スペースと連通するオイル給排孔を設けるようにした請求項１又は請求項２記載のプランジャポンプ
4. 底部に複数の通孔が開口する皿状の被着体を先端部に設け、基端部にケースカバーの内側との着合構造とケースカバー側に抜ける通孔を備えた円筒状の被着体とを先端側が細く基端側が太い連結杆によって連結した支持体に、ラバーシリンダを覆着してケースカバー側から流体通路を横断して嵌入し、シリンダケースによるシリンダ室の端部に形成された嵌着部に支持体の先端を嵌着させることによりラバーシリンダを着装するようにした請求項１又は請求項２又は請求項３記載のプランジャポンプ
5. オイルが充填されたラバーシリンダ内スペースの後端部を、同スペースに連通するオイル通孔を穿設し上下に給排口を穿設した覆蓋盤によって覆蓋するようにした請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４記載のプランジャポンプ
6. 中央部が両端部の径より縮径された括れ小径部となっており、その小径部の外周に環状肉厚部を形成したプランジャポンプ用ラバーシリンダ

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