JP2501814B2 - 増圧型ピストンポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、作用面積の異なるピストンを用いて超高圧
を発生させる増圧型ピストンポンプに関する。

［従来技術］ かかる増圧型ピストンポンプは種々知られており、各
種の用途に用いられており、例えばノズルから高圧水を
噴射してコンクリート構造物等を切削する場合の超高圧
発生装置として好適なものである。

その従来技術を第６図を参照して説明すると、全体を
符号Ａで示すピストンシリンダユニットは、中央に大径
のピストン１を有し、そのピストン１の両側に延びるプ
ランジャ2a、2bは小径のピストンを構成している。そし
て油タンクT1から原動機M1で駆動されるポンプP1によっ
て加圧された一次側の液（油）は、チェック弁３と切換
弁４とを通ってピストン１の両側の室5a、5bに選択的に
供給されるようになっており、そして戻り液はラインL1
を通って油タンクT1に戻される。図中６は圧力計、７は
安全弁、８はオイルクーラ、９はチェック弁である。

他方、給水タンクT2からの給水は原動機M2で回転駆動
されるポンプP2によって給水ラインL2に流れ、そしてチ
ェック弁10a、10bを介して液圧室11a、11bに流入する。
大径ピストン１の左右方向の動きによって液圧室11a、1
1b内の液は増圧され、チェック弁12a、12bを介して二次
側ラインL3に流れ、アキュームレータ13とフィルタ14と
開閉弁15とを介してノズルＮから高圧水ジェットＪとし
て噴出し、例えばコンクリート構造物等を粉砕するよう
になっている。ラインL2には圧力計16および安全弁17が
設けられている。なおプランジャ2a、2bはそれぞれシー
ル18a、18bによって密封されている。

かかる増圧型ピストンポンプにおいて、切換弁４の切
換作業は、一般的にピストン１のストローク端近傍に設
けた位置検出器19a、19bからの出力信号によって行われ
ている。しかしながら、ピストン１の右行および左行の
各行程の時間は、油圧回路、切換弁、ピストンシリンダ
ユニットの器差又は特性に差が生ずるために、必ずしも
一致させることは困難であり、そのために液は時間的に
不規則に吐出される傾向があった。

第７図は時間ｔと二次側圧力Ｐとの関係を示し、図示
の如く圧力変動時間が不規則となり、特に２台のピスト
ンポンプを並列運転する場合は、第８図（イ）、
（ロ）、（ハ）に示すように、第１のピストンポンプ
（第８図（イ））と第２のピストンポンプ（第８図
（ロ））との圧力低下時が一致すると、第８図（ハ）に
示すように、ラインL3の二次側圧力には比較的に大きな
圧力変動ΔＰを生じてしまう。

実開昭48−106801号公報にはピストンが限界位置にお
いて押棒を押すと、ピストンの進行方向が切替わる技術
が開示されている。しかしながら、かかる公知技術では
ピストンが限界位置に到達する時間は、回路や弁の特性
によって定まるので、規則正しい周期的は動きをするこ
とはできない。

また、特開昭55−134768号公報にはポンプ操作にタイ
マを用いる技術が開示されているが、この公知技術は機
器の故障の表示を目的とするもので、往復動ピストンの
ストロークの時間の変動を無くすことはできない。

［解決する課題］ したがって、本発明の目的は、回路や弁の器差や特性
の差による往復動ピストンのストロークの時間の変動が
ない増圧型ピストンポンプを提供するにある。

［課題を解決する手段］ 本発明の増圧型ピストンポンプは、一次側の液圧ライ
ン（La）に圧油を印加することにより往復作動する大径
のピストン（１）を有し、その大径ピストン（１）と連
動する一対の小径のプランジャ（2a、2b）によって高圧
を発生する増圧型ピストンポンプにおいて、大径のピス
トン（１）がピストンシリンダユニット（Ａ）の一端か
ら他端まで移動する時間より短い一定時間毎にタイマ
（TM）によって切換えられる第１の切換弁（20）と、そ
の第１の切換弁（20）によって印加されるパイロット圧
で作動する第２の切換弁（４）とを備え、その第２の切
換弁（４）は大径のピストン（１）の両側の室（5a,5
b）に至る一次側液圧ライン（La、Lb）に接続され、前
記第１の切換弁（20）から第２の切換弁（４）に至る各
パイロットライン（P2、P3）に、第１および第２のチェ
ック弁（22、24）と該チェック弁に並列して第１および
第２の絞り（21、23）を設け、かつ一方のパイロットラ
イン（P2）から分岐して並列に接続された別のパイロッ
トライン（P4）に大径のピストン（１）限界位置に位置
したときにそれぞれの位置検知器（19a、19b）からの信
号で前記パイロットライン（P4）を開閉する第３の切換
弁（25）と第３の絞り（26）とを直列に接続しており、
第１の絞り（21）の絞り量（絞り21の下流側の流量）は
第２の絞り（23）の絞り量（絞り23の下流側の流量）よ
りも小さいが、第３の絞り（26）と第１の絞り（21）と
が並列になった場合には、第３の絞り（26）と第１の絞
り（21）との総絞り量（第３の絞り26の下流側の流量
と、第１の絞り21の下流側の流量との和）が第２の絞り
（23）の絞り量よりも大きくなる様にに設定されてい
る。

［発明の作動原理］ 第１図は本発明の作動原理を分りやすく説明するため
の図である。

ピストン１がピストンシリンダユニットＡの端部に移
動した位置を限界位置といい、今ピストン１が図示の如
く左端限界位置にあるものとし、第２の切換弁が液圧室
5aに圧液を印加し、したがってピストン１は図面では右
側方向へ移動するものとする。そしてピストン１が点ａ
まで移動すると、タイマによって第１の切換弁が切換わ
るので、そのパイロット圧によって第２の切換弁が切換
えられピストンは左行し、そしてピストンが点ｂまで移
動するとタイマによって第１の切換弁が切換わる。この
場合、タイマの切換時間が同じであってもピストン１の
移動距離すなわちストロークが第１の切換弁のパイロッ
トラインのパイロット圧により制御され、もって右行お
よび左行のストローク図示の如く制御されている。点
ｃ、点ｄでは前述と同様に移動方向が変り、そして点ｅ
においてピストン１は右限界位置に達するので、位置検
知器19bが信号を発し、第３の切換弁が切換わる。する
と、第２の切換弁は切換えられ、点ｆまで左側方向へ移
動し、以下前述の如くタイマによる第１の切換弁の作動
によって点ｇ、点ｈ、点ｉ、点ｊの位置に大径のピスト
ンは往復運動しつつ、左限界位置に達する。すると位置
検知器19aが作動して、第３の切換弁を切換えて右側方
向への移動を繰返す。

［作用効果の説明］ 以上の如く本発明によれば、第１の切換弁によって大
径のピストンを往復作動させ、その往復作動中はパイロ
ット圧によって大径のピストンの移動距離を制御し、そ
して大径のピストンが左右の限界位置に達したときは第
３の切換弁によって切換えられるので、大径のピストン
が端部のシリンダ端に衝突することなく、往復運動をす
る。またタイマによって第１の切換弁が切換えられるの
で、大径のピストンの往復運動における圧力波形は第２
図に示すように均一なものとなる。パイロット圧による
制御は、パイロット油量を絞りを切換えて制御するの
で、二次側圧力とは無関係にピストンストロークを制御
できる。

タイマの設定時間を同じにすれば、往動と復動とのスト
ロークの違いは、パイロット圧制御手段である第１、第
２、第３の絞りと第３の切換弁により制御が行われる。
そして、該ストロークの違いに密接な関係を有する第２
の切換弁の位置を切り換える切り換え速度については、
戻り側となったラインに介装される絞りが速度（切り換
え速度）に影響する方式が採用されており、所謂「メー
タアウト」の絞りが構成されている。

上述したストロークの違いは、第１及び第２の絞りの
絞り量の差、及び並列に接続された第１及び第３の絞り
と第２の絞りの絞り量の差、によって決定される。第２
の切換弁の切換速度はパイロットラインの絞りで変化す
るので、第１の絞りの絞り量を第２の絞りの絞り量より
も小さくすれば、ピストンは前述の様に往復運動を繰り
返しながら一方向に移動する。そして、第３の切換弁を
開けて第１の絞りと第３の絞りとを並列に接続すると、
第１の絞りと第３の絞りとの総絞り量が第２の絞りの絞
り量よりも大きくなるので、ピストンは往復運動を繰り
返しながら他方向（上記「一方向」の反対の方向）に移
動する。

このように第１および第３の切換弁によって大径のピ
ストンの移動方向を切換える第２の切換弁を切換えるの
で、均一な圧力波形が得られ、しかも大径のピストンが
シリンダ壁と衝突するのを防ぐことができる。したがっ
て二次圧が比較的安定しており、負荷に対して極めて好
適である。

［実施例］ 次に第３図を参照して本発明の実施例を説明する。

第３図において、ポンプPOの吐出油は油圧切換弁装置
ＣのポートＰに接続されており、このポートＰには圧油
ラインLaが接続され、この圧油ラインLaは第２の切換弁
４を介してポートB1又はB2に選択的に接続されている。
このポートB1は液圧室5aに接続され、そしてポートB2は
液圧室5Bに接続されている。そしてポートB2は第２の切
換弁４を介して戻りラインLbに接続され、ラインLbはポ
ートＴから油槽Ｏに戻されている。したがって第２の切
換弁４を切換えることによってピストン１は左右に切換
作動する。こうして、図示の通りピストン１はピストン
シリンダユニットＡの一端から他端まで、また、その反
対方向に動くことができる。そして、ピストン１が一端
部に移動したとき位置検知器19aが作動し、他端部に移
動したとき位置検知器19bが作動する。

圧油ラインLaから分岐したパイロットラインP1は第１
の切換弁20を介して第２の切換弁を切換え、パイロット
ラインP2、P3に選択的に接続され、このパイロットライ
ンP2は並列に接続された第１の絞り21およびチェック弁
22が介装され、パイロットラインP3には並列に接続され
た第２の絞り23およびチェック弁24が接続されている。
図中PdはパイロットＲドレンラインである。そしてパイ
ロットラインP2から分岐しているパイロットラインP4に
は直列に接続した第３の切換弁25と第３の絞り26が設け
られ、このパイロットラインP4はパイロットラインP2と
並列に接続されている。したがって第３の切換弁25が導
通すると、パイロットラインP2は第１の絞りと第３の絞
りとが並列に接続される。この第１の絞り21は第２の絞
り23より小さく絞られている。すなわち、第１の絞り21
の絞り量（絞り21の下流側の流量）は、第２の絞り23の
絞り量（絞り23の下流側の流量）よりも小さい。しか
し、第３の切換弁25が導通し、第３の絞り26と第１の絞
り21とが並列になると、第３の絞り26と第１の絞り21と
の総絞り量（第３の絞り26の下流側の流量と、第１の絞
り21の下流側の流量との和）は、第２の絞り23の絞り量
よりも大きくなる様に設定されている。換言すれば、第
３の切換弁25が導通し、第３の絞り26と第１の絞り21と
が並列になると、第２の絞り23よりも絞られていない状
態なる。タイマTMを有する制御装置30には位置検知器19
a、19bからの信号が入力され、そしてタイマTMからは第
１の切換弁20のソレノイドSOLa、SOLbへの出力信号が出
力されると共に、制御装置から第３の切換弁25のソレノ
イドSOLcへ出力信号が出力されるようになっている。

第３図で示す実施例の作動において、ポートＰからラ
インLaに圧油が流入する際に、第１の切換弁20のソレノ
イドSOLaが励磁されていると、パイロットラインP2に圧
油が流入する。ここで、第２の切換弁４は位置（イ）に
あるので、ラインLaに流入した圧油はポートB1から液圧
室5aに入り、ピストン１は図面で右方に動く。そして液
圧室5bの油は、ポートb2から戻りラインLbを通ってポー
トＴに流れ、ドレンされる。

逆に第１の切換弁20のソレノイドSOLbが励磁される
と、パイロットラインP3に圧油が流れるので、第２の切
換弁４は位置（ロ）に切換えられ、圧油はポートB2から
液圧室5bに流入し、ピストン１は左方に動く。ここで、
パイロットラインP2、P3には絞りが設けられているの
で、第２の切換弁４の切換速度はその絞り量によって変
化する。

通常の場合、すなわち第３の切換弁25のソレノイドSO
Lcは励磁せず、第３の絞り26と第１の絞り21とが並列に
はなっていない状態では、第２の切換弁４を位置（イ）
から位置（ロ）に切換える場合には、パイロットライン
P3に導入された圧油が、主としてチェック弁24を通って
（パイロットラインP3では、チェック弁24が開く方向に
圧油は流れる）第２の切換弁４に供給され、パイロット
ラインP2からは前記パイロットラインP3に導入された圧
油と同量の油がドレン側に導かれ、該切換弁４の位置を
切り換える。ここで、パイロットラインP2では、チェッ
ク弁22を閉鎖する側へ圧油が流れるので、圧油は全て第
１の絞り21を通過する。従って、位置（イ）から位置
（Ｄ）に切換わる速度（切り換え速度）は、第１の絞り
21の絞り量が大きければ速く、絞り量が小さければ遅く
なる。還元すれば、位置（イ）から位置（ロ）に切換わ
る切換わる切り換え速度は、第１の絞り21が絞り込まれ
ていなければ速く、絞り込まれていると遅くなるのであ
る。

一方、第２の切換弁４を位置（ロ）から位置（イ）に
切換える場合には、パイロットラインP2に導入された圧
油が、主としてチェック弁22を通って（パイロットライ
ンP2では、チェック弁22が開く方向に圧油が流れてい
る）第２の切換弁４に供給され、パイロットラインP3か
らは前記パイロットラインP2に導入された圧油と同量の
油がドレン側に導かれ、該切換弁４位置を切り換える。
ここで、パイロットラインP3では、チェック弁24を閉鎖
する側へ圧油が流れるので、圧油は全て第２の絞り23を
通過する。従って、位置（ロ）から位置（イ）に切換わ
る速度は、（切り換え速度）は、第２の絞り23の絞り量
が大きければ速く、絞り量が小さければ遅くなる。換言
すれば、位置（ロ）から位置（イ）に切換わる切り換え
速度は、第２の絞り23が絞り込まれていなければ速く、
絞り込まれていると遅くなる。

すなわち、第２の切換弁４の位置（イ）、（ロ）を切
換える速度は、第２の切換弁４に供給された圧油がドレ
ン側へ送られる際に通過するラインに介装された絞り
（第１或いは第２の絞り21、23の絞り量：第３の切換弁
25のソレノイドSOLcが励磁して第３の絞り26と第１の絞
り21とが並列になった場合には、第３の絞り26も含む）
の絞り量によって制御され、所謂「メータアウト」（戻
り側となったラインに介装された絞りが速度に影響する
方式）の絞りとして構成されている。

ここで、第１の絞り21の絞り量は第２の絞り23の絞り
量よりも小さい（第１の絞り21は第２の絞り23よりも絞
り込まれている）ので、第２の切換弁４を位置（ロ）か
ら位置（イ）に切換える速度（戻り側のラインに介装さ
れた絞りは第２の絞り23）は、第２の切換弁４を位置
（イ）から位置（ロ）に切換える速度（戻り側のライン
に介装された絞りは第１の絞り21）よりも速くなる。し
たがって、タイマTMの設定時間内に、ピストン１の右行
程のためにポートB1から液圧室5aに流入する油量は、ピ
ストン１の左行程のためにポートB2から液圧室5bに流入
する油量よりも多くなる。その結果、ピストン１が往復
運動を繰返しながらピストン１の移動範囲は徐々に右側
方向に移動する。この作動は、第１図において点ａか点
ｅを参照して説明した通りである。

ピストン１がシリンダの右限界位置にくると、位置検
知器19bからの信号によって制御装置30は第３の切換弁2
5のソレノイドSOLcを励磁し続ける。ソレノイドSOLcが
励磁されると、第３の絞り26は（パイロットラインP2に
ついて）第１の絞り21と並列に接続されるので、並列な
第１の絞り21の絞り量と第３の絞り26の絞り量との和
（すなわち総絞り量）は、第２の絞り23の絞り量よりも
大きくなる。その結果、第２の切換弁４を位置（イ）か
ら位置（ロ）に切換える速度（戻り側のラインに介装さ
れた絞りは第１の絞り21及び第３の絞り26）は、位置
（ロ）から位置（イ）に切換える速度（戻り側のライン
に介装された絞りは第２の絞り23）に比較して速くな
り、ピストン１は往復運動を繰返しながら徐々に左方に
移動する。この作動は第１図において、点ｆから点ｊに
示されている。

そしてピストン１が左限界位置に達すると、位置検知
器19aからの信号によって、第３の切換弁25のソレノイ
ドSOLcが消勢し、パイロットラインP2については第１の
絞り21のみが介装されている状態となるので、ピストン
１は右側に徐々に往復移動する。

本発明の実施に際して、第３図に示す装置を複数個設
け、その二次側を連結すると、さらに脈動の少ない均一
な二次圧を得ることができる。

例えば２台の増圧型ピストンポンプＡを用いた場合、
第１のポンプを第４図（イ）に示す作動とし、第２のポ
ンプを第４図（ロ）に示すようにタイマTMによる位相が
丁度半分の位置になるように時間ΔＴだけ遅らせて設定
する。すると合成された二次側圧力の変動ΔＰは小さく
なり、第８図（ハ）と比べると格別の効果がある。

［発明の効果］ 以上の如く、本発明によれば下記のすぐれた効果を奏
する。

（ｉ）往復動を繰返しながら大径のピストンが左右の限
界点に達するので、圧力波形を均一にできる。

（ii）位置検出器によって大径ピストンが左右の限界位
置に達したときに第３の切換弁によって切換えられるの
で、シリンダ端に衝突することがない。

（iii）二次圧が比較的に安定し、負荷に対して好適で
ある。

（iV）二次圧の脈動が少なく、圧力変化が規則的であ
る。

（Ｖ）タイマの設定値を一定であって絞りで往復動を制
御するので制御が確実かつ容易である。

（Vi）器差や特性の差による影響がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理の説明図、第２図は本発明による
二次側圧力の変動を示す図、第３図は本発明の実施例を
示す配管図、第４図（イ）、（ロ）は２台のポンプを用
いた場合の二次側圧力の変動を示す図、第５図は第４図
（イ）、（ロ）の合成圧力波形を示す図、第６図は従来
の技術を示す配管図、第７図は従来技術による二次側圧
力の変動を示す図、第８図（イ）、（ロ）、（ハ）は従
来技術により２台のポンプの場合のそれぞれの圧力波形
および合成波形を示す図である。 Ａ…ピストンシリンダユニット、PO…ポンプ、１…大径
のピストン、４…第２の切換弁、19a、19b…位置検出
器、20…第１の切換弁、21…第１の絞り、23…第２の絞
り、25…第３の切換弁、26…第３の絞り、30…制御装
置、TM…タイマ、SOLa、SOLb、SOLc…ソレノイド

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次側の液圧ライン（La）に圧油を印加す
   ることにより往復作動する大径のピストン（１）を有
   し、その大径のピストン（１）と連動する一対の小径の
   プランジャ（2a、2b）によって高圧を発生する増圧型ピ
   ストンポンプにおいて、大径のピストン（１）がピスト
   ンシリンダユニット（Ａ）の一端から他端まで移動する
   時間より短い一定時間毎にタイマ（TM）によって切換え
   られる第１の切換弁（20）と、その第１の切換弁（20）
   によって印加されるパイロット圧で作動する第２の切換
   弁（４）とを備え、その第２の切換弁（４）は大径のピ
   ストン（１）の両側の室（5a,5b）に至る一次側液圧ラ
   イン（La、Lb）に接続され、前記第１の切換弁（20）か
   ら第２の切換弁（４）に至る各パイロットライン（P2、
   P3）に、第１および第２のチェック弁（22、24）と、該
   チェック弁に並列して第１および第２の絞り（21、23）
   を設け、かつ一方のパイロットライン（P2）から分岐し
   て並列に接続された別のパイロットライン（P4）に大径
   のピストン（１）が限界位置に位置したときにそれぞれ
   の位置検知器（19a、19b）からの信号で前記パイロット
   ライン（P4）を開閉する第３の切換弁（25）と第３の絞
   り（26）とを直列に接続しており、第１の絞り（21）の
   絞り量は第２の絞り（23）の絞り量よりも小さいが、第
   ３の絞り（26）と第１の絞り（21）とが並列になった場
   合には、第３の絞り（26）と第１の絞り（21）との総絞
   り量が第２の絞り（23）の絞り量よりも大きくなる様に
   設定されていることを特徴とする増圧型ピストンポン
   プ。