JP2019173874A - シール構造及びプランジャポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】液漏れを防止することができる。【解決手段】シリンダ内のプランジャの往復動により、流体の吸い込み及び吐出しを行うプランジャポンプにおいて、シリンダとプランジャの間に配置されたシール構造は、第１シール部材４０と、第１シール部材４０と隣接する第２シール部材５０と、を有するシール３０を備える。第１シール部材４０と第２シール部材５０はそれぞれ、軟質材料で環状に形成され、内周面に凸部４２、５２が設けられている。【選択図】 図２

Description

本発明は、シール構造及びプランジャポンプに関する。

従来から、シリンダ内のプランジャの往復動により、流体の吸い込み及び吐出しを行うプランジャポンプが知られている。これに関して、例えば特許文献１には、プランジャ表面に摺動自在に密封接触するシールリップを有するオイルシールと、プランジャ表面に摺動自在に密封接触する樹脂リング及び樹脂リングをプランジャ表面に付勢するＯリングから構成された高剛性シールと、を備えることで、高圧に対応し、かつ、良好なシール性を発揮する密封装置が開示されている。

特許第２７２２０６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明ではシールリップが１つしか設けられていないため、流体として油系を含むスラリー液を処理する場合には、プランジャ表面に付着した油をシールリップで除去しきれず、これにより液漏れが発生するおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、プランジャ表面に付着した油を確実に掻き取って除去し、もって液漏れを防止することができるシール構造及びプランジャポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るシール構造は、シリンダ内のプランジャの往復動により、流体の吸い込み及び吐出しを行うプランジャポンプのシール構造であって、前記シリンダと前記プランジャの間に配置され、第１シール部材と、前記第１シール部材と隣接する第２シール部材と、を有するシールを備え、前記第１シール部材と前記第２シール部材は、それぞれ、軟質材料を用いて環状に形成され、内周面に凸部が設けられていることを特徴とする。

本発明に係るシール構造では、流体として油系のスラリー液を吸い込み及び吐出しを行う場合、プランジャ表面にスラリー液の油が付着する。しかしながら、本発明に係るシール構造によれば、第１シール部材と第２シール部材にそれぞれ形成された凸部がプランジャ表面（外周）に当たって変形し、プランジャ表面に密着することで、プランジャ表面に付着した油を確実に掻き取ることができ、もって液漏れを防止することができる。

また、本発明に係るシール構造では、前記第１シール部材は、前記第２シール部材よりも前記プランジャの先端側に配置され、前記第１シール部材における凸部の突出量は、前記第２シール部材における凸部の突出量よりも大きくてもよい。

この構成によれば、プランジャの先端側にある第１シール部材で、まずプランジャ表面に付着した油を掻き取ることができ、仮にプランジャ表面に付着した油が掻き取りきれなかったとしても、第２シール部材でプランジャ表面に付着した油を掻き取ることができる。したがって、シール性を高めることができる。

また、本発明に係るシール構造では、前記シールは、前記第２シール部材よりも前記プランジャの後端側に配置され、硬質材料で形成された第３シール部材を更に有してもよい。

この構成によれば、第３シール部材により第１シール部材と第２シール部材の軸方向への変形を抑えて、シリンダとプランジャの間のシール性を高めることができる。

また、本発明に係るシール構造では、前記シールよりも前記プランジャの後端側に配置される低圧シールを更に備え、前記低圧シールは、軟質材料を用いて環状に形成されたリングを有し、前記リングの内周面に凸部が設けられていてもよい。

この構成によれば、仮にシールで液漏れしても、低圧シールで液漏れを防止することができるとともに、低圧シールにも凸部が設けられていることで、当該凸部がプランジャ表面（外周）に当たって変形し、プランジャ表面に密着することで、プランジャ表面に付着した油を掻き取ることができ、もって液漏れをより抑制することができる。

また、本発明に係るプランジャポンプは、シリンダと、前記シリンダ内に配置され、往復動可能なプランジャと、前記シリンダと前記プランジャの間に配置された、上述のシール構造と、を備え、プランジャの表面には、撥油表面処理剤が塗布されていてもよい。

この構成によれば、プランジャ表面に油が付着することを抑制でき、もって液漏れをより抑制することができる。

本発明によれば、プランジャ表面に付着した油を確実に掻き取って除去し、もって液漏れを防止することができる。

本発明の一実施形態であるプランジャポンプ１０の概略構成を示す断面図である。 高圧シール３０の断面図である。 （Ａ）は、高圧シール３０の断面図であり、（Ｂ）は、高圧シール３０をプランジャポンプ１０に配置した場合の断面図である。 低圧シール３２の断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるプランジャポンプ１０の概略構成を示す断面図である。本発明のプランジャポンプ１０は、高圧（例えば３００ＭＰａ程度）下で用いられるものである。なお、図１では、一部の構成について断面を示すハッチングを省略する。

図１に示すように、プランジャポンプ１０は、主として、シリンダ１２と、プランジャ１４と、シール構造１６と、を備える。

シリンダ１２は、例えば円筒状に形成されている。このシリンダ１２の先端側の部材には、吸入口２０と、吐出口２２とが形成されている。また、シリンダ１２の内部には、シリンダ１２とプランジャ１４の先端との間に吸込室２４が形成されている。これらの吸入口２０、吐出口２２、吸込室２４は互いに連通している。

プランジャ１４は、例えば円柱状の棒材であり、シリンダ１２内に同軸状に嵌合されている。このプランジャ１４は、シリンダ１２内を往復動可能に構成されている。この往復動により、プランジャ１４は、吸込室２４の体積を変化させて、流体Ｓを吸入口２０から吸込室２４内へ吸入して吐出口２２から排出する。すなわち、プランジャポンプ１０は、プランジャ１４の往復動により、流体Ｓの吸い込み及び吐出しを行う。本実施形態では、流体Ｓは、油系のスラリー液である。また、プランジャ１４は、流体Ｓ中の油をはじくという観点から、撥油表面処理剤が塗布されている。

シール構造１６は、一又は複数のシールで構成される。本実施形態では、シール構造１６は、２つのシールで構成され、高圧シール３０と、低圧シール３２と、を有する。

高圧シール３０と低圧シール３２はそれぞれ、環状に形成されている。また、高圧シール３０と低圧シール３２はそれぞれ、シリンダ１２とプランジャ１４の間に配置され、その間をシールする機能を有する。高圧シール３０は、プランジャ１４の先端側（吸込室２４側）に配置され、低圧シール３２は、高圧シール３０よりもプランジャ１４の後端側に配置されている。なお、高圧シール３０と低圧シール３２との間には、例えば金属製のランタンリング３４を設けてもよい。

図２は、高圧シール３０の断面図である。なお、図２に示す高圧シール３０は、プランジャポンプ１０から取り外した状態である。

図２に示すように、高圧シール３０は、複数のシール部材で構成されている。本実施形態では、主として、高圧シール３０は、第１シール部材４０と、第１シール部材４０と隣接する第２シール部材５０と、第２シール部材５０と隣接する第３シール部材６０と、の３つのシール部材を有する。第１シール部材４０、第２シール部材５０及び第３シール部材６０は、それぞれ環状に形成されている。

第１シール部材４０は、第２シール部材５０よりもプランジャ１４の先端側に配置されている。第３シール部材６０は、第２シール部材５０よりもプランジャ１４の後端側に配置されている。

第１シール部材４０と第２シール部材５０はそれぞれ、軟質材料を用いて形成されている。ここで、軟質材料とは、硬度が低い材料であり、例えば「ＪＩＳ Ｋ ６２５３」で定義されるＳｈｏｒｅＡ硬さが８０以下である材料である。さらに、ＳｈｏｒｅＡ硬さが４０以下であることが望ましい。軟質材料として、具体的には、熱可塑性ポリエステルエラストマーや、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）やブチラール樹脂（ＰＶＢ）、シリコーン、軟質エポキシなどを挙げることができる。本実施形態では、軟質材料は、熱可塑性ポリエステルエラストマーの一つであるハイトレル（登録商標）である。

また、第１シール部材４０と第２シール部材５０にはそれぞれ、内周面において全周にわたって凸部４２、５２が設けられている。凸部４２、５２は、第１シール部材４０の周面における平面部４４から突出した部分であり、半径方向に変形可能に形成されている。

凸部４２は、第１シール部材４０の内部に設けられた付勢部材としてのスプリング４６によって第１シール部材４０の先端の外径が広げられる。スプリング４６は、金属により形成される。

図３（Ａ）は、図２と同様、高圧シール３０の断面図である。図３（Ｂ）は、高圧シール３０をプランジャポンプ１０に配置した場合の断面図である。ただし、図３（Ｂ）においては、煩雑さを避けるため、高圧シール３０のハッチングは省略している。

凸部４２、５２は、シリンダ１２とプランジャ１４とに挟まれることで変形し、プランジャ１４を押圧する。具体的には、第１シール部材４０がシリンダ１２とプランジャ１４とに挟まれると、スプリング４６が変形し、スプリング４６が元に戻ろうとする力により凸部４２がプランジャ１４を押圧する。また、第２シール部材５０がシリンダ１２とプランジャ１４とに挟まれて変形することで、凸部５２がプランジャ１４を押圧する。このように凸部４２、５２がプランジャ１４を押圧することで、プランジャ１４表面に付着した油を掻き取る。

一段目の第１シール部材４０でプランジャ１４に付着した油を掻き取り、シール性を高めるという観点から、図３（Ａ）に示す変形前の状態において、凸部４２の突出量を凸部５２の突出量よりも大きくすることが好ましい。言い換えれば、高圧シール３０がシリンダ１２とプランジャ１４とに挟まれた状態において、凸部４２の変形量を凸部５２の変形量より大きくすることが望ましい。凸部４２はスプリング４６によりプランジャ１４に押しつけられることからも、凸部４２がプランジャ１４に当接したときの凸部４２の変形量を、凸部５２がプランジャ１４に当接したときの凸部５２の変形量よりも大きくすることが可能である。

図２の説明に戻る。第３シール部材６０は、軸方向への圧力に耐えられるように設けられる部材であり、第１シール部材４０と第２シール部材５０に比べて硬度が高い硬質材料を用いて形成されている。硬質材料として、例えば、ポリエーテルエーテルケトン、スチール、ポリエチレン系等を挙げることができる。本実施形態では、硬質材料は、クッション性を確保するという観点から、ポリエーテルエーテルケトンである。

図４は、低圧シール３２の断面図である。なお、図４に示す低圧シール３２は、プランジャポンプ１０から取り外した状態である。

図４に示すように、低圧シール３２は、主として、リング７０と、リング７０の外周を囲むＯリング７２とを有する。リング７０は、軟質材料を用いて環状に形成されている。本実施形態では、この軟質材料はプラスチックである。リング７０の内周面には、全周にわたって凸部７４が設けられている。凸部７４は、低圧シール３２の内周における平面部７６から突出した部分であり、半径方向に変形可能に形成されている。凸部７４は、プランジャ１４表面に当たって変形し、プランジャ１４表面に付着した油を掻き取る。

本実施の形態によれば、流体Ｓとして油系のスラリー液を吸い込み及び吐出しを行う場合に、第１シール部材４０と第２シール部材５０にそれぞれ形成された凸部４２、５２がプランジャ１４表面に当たって変形し、プランジャ１４表面に密着することで、プランジャ表面に付着した油を掻き取って除去することができ、もって液漏れを防止することができる。また、本実施の形態に係るシール構造１６によれば、また、第１シール部材４０と第２シール部材５０が軟質材料であることから、変形が容易で、プランジャ表面に密着し易く、且つ、凸部４２、５２の内径を小さくすることができる。

また、本実施の形態によれば、第１シール部材４０における凸部４２の変形量は、第２シール部材５０における凸部５２の変形量よりも大きいので、プランジャ１４の先端側にある第１シール部材４０で、まずプランジャ表面に付着した油を掻き取ることができ、仮に第１シール部材４０でプランジャ表面に付着した油を掻き取りきれずに液漏れしたとしても、第２シール部材５０で液漏れを防止することができる。したがって、シール性を高めることができる。

また、本実施の形態によれば、高圧シール３０は、第２シール部材５０よりもプランジャ１４の後端側に配置され、硬質材料で形成された第３シール部材６０を含むので、第１シール部材４０と第２シール部材５０の軸方向への変形を抑えて、シリンダ１２とプランジャ１４の間のシール性を高めることができる。

また、本実施の形態によれば、低圧シール３２を更に備え、この低圧シール３２は、軟質材料で形成され、内周面に凸部７４が設けられているので、仮に高圧シール３０で液漏れしても、低圧シール３２で液漏れを防止することができるとともに、凸部７４がプランジャ１４表面に当たって変形し、プランジャ１４表面に密着することで、プランジャ１４表面に付着した油を掻き取ることができ、もって液漏れをより抑制することができる。

また、本実施形態によれば、プランジャ表面には、撥油表面処理剤が塗布されているので、プランジャ表面に油が付着することを抑制でき、もって液漏れをより抑制することができる。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

例えば、高圧シール３０が、第３シール部材６０を備える場合を説明したが、第３シール部材６０が省略されてもよい。

１０：プランジャポンプ
１２：シリンダ
１４：プランジャ
１６：シール構造
３０：高圧シール
３２：低圧シール
４０：第１シール部材
４２：凸部
５０：第２シール部材
５２：凸部
６０：第３シール部材
７４：凸部

Claims (5)

1. シリンダ内のプランジャの往復動により、流体の吸い込み及び吐出しを行うプランジャポンプのシール構造であって、
   前記シリンダと前記プランジャの間に配置され、第１シール部材と、前記第１シール部材と隣接する第２シール部材と、を有するシールを備え、
   前記第１シール部材と前記第２シール部材は、それぞれ、軟質材料を用いて環状に形成され、内周面に凸部が設けられている
   ことを特徴とするシール構造。
2. 前記第１シール部材は、前記第２シール部材よりも前記プランジャの先端側に配置され、
   前記第１シール部材における凸部の突出量は、前記第２シール部材における凸部の突出量よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
3. 前記シールは、前記第２シール部材よりも前記プランジャの後端側に配置され、硬質材料で形成された第３シール部材を更に有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のシール構造。
4. 前記シールよりも前記プランジャの後端側に配置される低圧シールを更に備え、
   前記低圧シールは、軟質材料を用いて環状に形成されたリングを有し、前記リングの内周面に凸部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシール構造。
5. シリンダと、
   前記シリンダ内に配置され、往復動可能なプランジャと、
   前記シリンダと前記プランジャの間に配置された、請求項１乃至４の何れか１項に記載のシール構造と、
   を備え、
   前記プランジャの表面には、撥油表面処理剤が塗布されている
   ことを特徴とするプランジャポンプ。

Images