JP2813931B2 - 油圧ブースター式超高圧水ポンプの圧力変動調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油圧ブースター式連続吐
出の超高圧水ポンプの圧力変動を改善する油圧ブースタ
ー式超高圧水ポンプの圧力変動調整装置に関する。特に
高圧水ポンプの切替時における圧力変動を調整する油圧
ブースター式超高圧水ポンプの圧力変動調整装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より油圧ブースター式超高圧水ポン
プが知られている。この超高圧水ポンプは一般に往復動
式プランジャー方式であるため、工程間において瞬間的
にではあるが停止して圧力の変動が生じる。この圧力の
変動を防ぐ方法として、通常はアキュムレータを設けて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アキュ
ムレータによって、変動を完全に無くすことは極めて困
難であった。そこで、この圧力変動をなくすため種々の
方法を検討した結果、いわゆるエアスプリングによるス
プリングバック式単動シリンダを２個並列に連結して２
連式にし、これらを切替えてそれぞれを独立して働かせ
ることにより、圧力変動を緩和できることを見出した。
そして、単動シリンダのそれぞれを独立して働かせる場
合、一方の単動シリンダから他方の単動シリンダへの切
替えを円滑に行うことが圧力変動を緩和するために必要
であることがわかり、本発明をするにいたった。

【０００４】本発明は前記従来の問題を解決し、圧力変
動の発生を大幅に改善することができる油圧ブースター
式超高圧水ポンプの圧力変動調整装置を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は油圧ブースター
式超高圧水ポンプの圧力の変動の発生を改善するため
に、スプリングバック式単動シリンダと、高圧水を噴射
するノズルと、該ノズルと前記シリンダの先端部とを連
結する接続管と、前記シリンダを駆動する油を貯えた油
タンクと、前記シリンダの先端部と反対側の後端部と前
記油タンクとを連結する油圧回路とからなり、前記シリ
ンダを加圧して先端部を介して高圧水をノズルに供給す
る油圧ブースター式超高圧水ポンプの圧力変動調整装置
であって、前記スプリングバック式単動シリンダ２連を
単一のノズルに接続管により連結し、前記各シリンダの
油圧回路が加圧配管と戻り配管とからなり、該油圧回路
を切替える電磁弁を設け、該電磁弁を切替える制御装置
を設け、前記各シリンダと前記各電磁弁間に油圧回路を
バイパスする連結管を設け、該連結管に絞り弁を設け、
前記電磁弁により油圧回路を切替えて一方のシリンダか
ら他方のシリンダへ油の供給を切替えるに際し、予め他
方のシリンダに絞り弁を介して油を供給して予圧するこ
とを特徴とする。

【０００６】前記油圧ブースター式超高圧水ポンプの圧
力変動調整装置において、電磁弁が油圧シリンダに対す
る油の流れを中立、加圧、戻りの位置に切替えるもので
あることが好ましい。

【０００７】また前記油圧ブースター式超高圧水ポンプ
の圧力変動調整装置において、前記制御装置がタイマを
有する電気回路からなり、周期的に電磁弁を作動して油
圧回路の連通を切替えて予圧の時間を制御することが好
ましい。

【０００８】

【作用】前記のように、本発明の油圧ブースター式超高
圧水ポンプの圧力変動調整装置は、スプリングバック式
単動シリンダ２連を単一のノズルに接続管により連結
し、前記各シリンダの油圧回路が加圧配管と戻り配管と
からなり、該油圧回路を切替える電磁弁を設け、該電磁
弁を切替える制御装置を設け、前記各シリンダと前記各
電磁弁間に油圧回路をバイパスする連結管を設け、該連
結管に絞り弁を設け、前記電磁弁により油圧回路を切替
えて一方のシリンダから他方のシリンダへ油の供給を切
替えるに際し、予め他方のシリンダに絞り弁を介して油
を供給して予圧する。このようにエアスプリングのスプ
リング作用を用いたスプリングバック式単動シリンダ２
連を並列に設け、単一のノズルに接続管により連結して
いるので、一方のシリンダを使用しているときに、瞬間
的に圧力の変動が生じても、他方のシリンダにより圧力
を緩和することができる。

【０００９】さらに、前記単動シリンダを切替えて使用
する場合には、他方のシリンダに切替える前に一方のシ
リンダが定常運転している内に、予め他方のシリンダに
絞り弁を介して油を供給してこのシリンダを予圧し、そ
の後電磁弁を切替えて他方のシリンダを定常運転に切替
える。その結果、定常運転のシリンダを切替える際に生
じる圧力変動を調整することができ、圧力変動を緩和す
ることができる。また、両シリンダ間で周期的に作動を
切替えることにより、さらにより円滑に超高圧水ポンプ
の圧力変動を減らすことができる。

【００１０】前記油圧ブースター式超高圧水ポンプの圧
力変動調整装置において、電磁弁が油圧シリンダからの
油の流れを中立、加圧、戻りの位置に切替える構成とす
ることにより、電磁弁を作動させて、一方のシリンダを
加圧状態で運転しているときに、他方のシリンダは独立
して中立、戻り若しくは加圧の状態の運転ができ、加圧
の状態に切替えて運転することにより、この他方のシリ
ンダでの予圧ができる。その結果、切替えの際に生じる
圧力変動を調整することができ、圧力変動を緩和するこ
とができる。

【００１１】前記単動シリンダを切替えて使用する場合
には、他方のシリンダに切替える前に一方のシリンダが
定常運転している内に、予め他方のシリンダに絞り弁を
介して油を供給して予圧するので、切替えの際に生じる
圧力変動をなくすことができる。

【００１２】前記油圧ブースター式超高圧水ポンプの圧
力変動調整装置において、前記制御装置がタイマを有す
る電気回路からなり、周期的に電磁弁を作動して油圧回
路の連通を切替えて予圧の時間を制御する好ましい構成
によれば、制御装置のタイマにより、周期的に両シリン
ダ間で作動を切替える運転ができ、予圧の時間を最適の
長さに制御できる。その結果、圧力変動を大幅に調整を
することができ、圧力変動を緩和することができる。ま
た、タイマをセットしておけば周期的に電磁弁を切替え
るので、面倒な操作なしに超高圧水ポンプの圧力変動を
大幅に調整をすることができ、圧力変動を緩和すること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明を図面に示す一実施例により説
明する。図１は本発明の油圧ブースター式超高圧水ポン
プの圧力変動調整装置の一実施例を示す断面図である。
図１において、１はスプリングバック式単動シリンダ
で、本実施例では、スプリングバック式単動シリンダ
１，１’が２連並列に配列される。以下スプリングバッ
ク式単動シリンダ１と１’とはそれぞれ第１シリンダ、
第２シリンダ又は単にシリンダと称呼する。シリンダ
１，１’は、それぞれ対応する後端部の油圧シリンダ
２，２’と、この油圧シリンダ２，２’内に配置され往
復動する油圧ピストン３，３’と、先端部の水圧シリン
ダ４，４’と、油圧ピストン３，３’にそれぞれ連結さ
れた水圧プランジャ５，５’と、油圧シリンダ２，２’
と水圧シリンダ４，４’との間に介装されたパッキング
ボックス６，６’とからなっている。

【００１４】第１シリンダ１と第２シリンダ１’は、そ
れぞれの水圧シリンダ４，４’とは並列に設けられ、そ
れらの先端部に接続管７を連結し、この接続管７の他端
がノズル８に連結されている。

【００１５】第１と第２の各シリンダ１，１’と油タン
ク１０を連通する油圧回路９，９’の配管の途中にはそ
れぞれ第１電磁弁１７ａと第２電磁弁１７ｂが介設され
ている。油圧回路９，９’は作動する油を加圧供給する
ポンプ１１、油を貯えるアキュムレータ１２が介設され
た供給配管と、電磁弁１７ａ，１７ｂを介して油を油タ
ンク１０に戻す戻り配管とからなっている。

【００１６】シリンダ１，１’とそれぞれの対応する電
磁弁１７ａ，１７ｂの間の油圧回路９，９’を相互に結
ぶ連結管１４を設け、これらの油圧回路をバイパスして
いる。そして、この連結管１４に絞り弁１３を設け、油
圧の圧力差が１００〜２００ｋｇ／ｃｍ^２の場合で数ｃ
ｃ／秒程度流れるようにしている。

【００１７】また、第１と第２の各シリンダ１，１’の
油圧ビストン３，３’の油供給側と反対側には圧縮空気
管１５が連結されている。この圧縮空気管１５は弁２１
を介し、図示しない５〜９ｋｇ／ｃｍ^２の圧縮空気を供
給するコンプレッサ等の供給源に連結されている。

【００１８】また、第１と第２の各シリンダ１，１’の
水圧プランジャ５，５’の先端側には給水管１６が連結
され、この給水管１６は図示しない超高圧水ポンプに連
結されている。超高圧水ポンプから供給される超高圧水
は、それぞれ、水圧シリンダ４と水圧シリンダ４’のそ
れぞれのチェックバルブ１９ａ，１９ｂを介して水圧プ
ランジャ５，５’の先端側に入りそれぞれのチェックバ
ルブ１８ａ，１８ｂを経て、接続管７によりノズル８に
送られて噴射する。

【００１９】図２及び図３は油圧シリンダ２，２’にお
けるピストン３，３’の位置変化と油の流れを中立、加
圧、戻りと切替える第１と第２の電磁弁１７ａ，１７ｂ
との関係を示す工程図である。図中Ｐはポンプ１１に連
結する加圧配管であることを示し、Ｔは油タンク１０に
直接に連結する戻り配管であることを示している。第１
と第２の電磁弁１７ａ，１７ｂはともに４ポート３位置
スプリングセンター型電磁弁である。先ず、弁２１をオ
ンし圧縮空気管１５から圧縮空気を再シリンダ１，１’
に供給しエアによりスプリングバックするようにし、そ
の後、弁２１を閉じる。

【００２０】図２（Ａ）は、第１電磁弁１７ａが作動さ
れ、第１シリンダ１の油圧シリンダ２に油ポンプ１１側
の加圧配管Ｐから油が供給され、予圧されて油圧シリン
ダ２が移行しはじめる前、即ち第１電磁弁１７ａがスタ
ートした時点の状態を示す図である。この時点では第２
電磁弁１７ｂは加圧状態にあり、第２シリンダ１’の油
圧シリンダ２’は油が供給される通常の加圧（作動）状
態を保っており、両油圧シリンダ２，２’はともに加圧
される位置状態にある。

【００２１】図２（Ｂ）は、第１シリンダ１の油圧シリ
ンダ２の予圧が完了し、第２電磁弁１７ｂを戻り状態に
切替え、第２シリンダ１’の油圧シリンダ２’から油を
戻す位置にある状態を示している図である。このとき、
電磁弁１７ａは切替えられず、通常の加圧（作動）状態
に入り、ポンプ１１から油は引続き油圧シリンダ２に供
給されている。

【００２２】図２（Ｃ）は、油圧シリンダ２が加圧がさ
れて通常の作動状態になり、第２電磁弁１７ｂを切替え
て、第２シリンダ１’の油圧シリンダ２’への油圧回路
を閉じた第２電磁弁１７ｂが中立位置の状態を示す図で
ある。このとき、電磁弁１７ａは切替えられず、通常の
加圧（作動）状態を保っており、ポンプ１１から油は引
続き油圧シリンダ２に供給されている。

【００２３】図２（Ｄ）は、第２電磁弁１７ｂを切替え
て第２シリンダ１’の油圧シリンダ２’へ油を供給して
予圧し、油圧シリンダ２が移行しはじめる前、即ち第２
電磁弁１７ｂがスタートした時点の予圧位置にあるとき
の状態を示す図である。このとき、電磁弁１７ａは切替
えられず油圧シリンダ２にＰから油が供給されている加
圧状態である。

【００２４】さらに、続いて第２シリンダ１’の油圧シ
リンダ２’において、予圧、加圧（作動）、戻りのサイ
クルを第１シリンダ１と同様に行い、第１シリンダ１の
油圧シリンダ２においては、対応した油圧シリンダ２’
の工程を行う。

【００２５】図４は前記のようにして繰り返される予
圧、加圧、戻り、中立の工程からなるサイクルの電磁弁
とタイマの作動状態の一実施例を説明するタイムチャー
トである。この図４において、電磁弁１、電磁弁２はそ
れぞれ第１電磁弁１７ａ、第２電磁弁１７ｂを意味して
いる。電磁弁１−Ａ、電磁弁２−Ａは、それぞれ第１電
磁弁１７ａ、第２電磁弁１７ｂが加圧状態にあることを
示し、電磁弁１−Ｂ、電磁弁２−Ｂは、それぞれ第１電
磁弁１７ａ、第２電磁弁１７ｂが戻り状態にあることを
示し、電磁弁１−中立、電磁弁２−中立は、それぞれ第
１電磁弁１７ａ、第２電磁弁１７ｂが中立で、油が流れ
ない状態を示している。また、ツインタイマとは、２つ
のスイッチを独立作動するタイマ２つが１つのセットに
されたタイマの商品名である。

【００２６】次に、各タイマ（リレー）のオンして働く
時間（作動時間）と、これにより作動する電磁弁の状態
を図４のタイムチャートにより説明する。スタートし
て、ツインタイマＴＲ１，ＴＲ２の第１の組合せ（図４
ではツインタイマＴＲ１がオンでＴＲ２がオフの状態）
になると、タイマＴ２がオンし、電磁弁１−Ａがオン
し、油圧シリンダ２を加圧する状態にする。また、電磁
弁２−Ａがオンし、油圧シリンダ２’を加圧する状態に
なる。この条件のとき、図３における電磁弁１７ａ，１
７ｂの位置は図３（Ｄ）の状態である。これから約１秒
間すると、タイマＴ２がオフし、タイマＴ４がオンし、
電磁弁２−Ｂがオンし、油圧シリンダ２’を戻りの状態
に切替える。

【００２７】そして、このタイマＴ４がオンしてから約
５秒後（スタートから約６秒間経過後）にオフすると、
電磁弁２−中立の状態、即ち油圧シリンダ２’を中立の
状態に切替える。電磁弁１−Ａはオンしたままである。

【００２８】スタートから約１０秒間経過後、ツインタ
イマＴＲ１，ＴＲ２の第２の組合せ（図４ではツインタ
イマＴＲ１がオフでＴＲ２がオンの状態）になると、タ
イマＴ１がオンし、油圧シリンダ２’を中立の状態から
加圧する状態に切替える。そして予圧を開始する。約１
秒間が経過し、タイマＴ１がオフし、タイマＴ３がオン
し、電磁弁１−Ａがオフし、電磁弁１−Ｂがオンし、油
圧シリンダ２を加圧状態から戻り状態に切替える。

【００２９】そして、前記の切替えから約５秒後、スタ
ートしてから約１６秒間経過すると、タイマＴ３がオフ
し、電磁弁１−Ｂがオフし、電磁弁１−中立に切替え
る。電磁弁２−Ａはオンしたまま、即ち油圧シリンダ
２’は加圧状態を維持したままである。

【００３０】この状態が約４秒間継続した後（スタート
から約２０秒間経過後）、再び、ツインタイマＴＲ１，
ＴＲ２が第１の組合せとなり、タイマＴ２がオンする。
これにより、電磁弁１−Ａがオンし、油圧シリンダ２を
中立の状態から加圧する状態に切替える。この条件のと
き、電磁弁１７ａ，１７ｂの位置は図２（Ａ）の状態に
もどる。そして、約１秒間後にタイマＴ２がオフし、タ
イマＴ４がオンし、電磁弁１−Ａがオフし、電磁弁１−
Ｂがオンし、油圧シリンダ２を加圧状態から戻り状態
（電磁弁１７ａ，１７ｂの位置は図２（Ｂ）の状態）に
切替え、それを約５秒間続けて、電磁弁１−Ｂはオフ
し、油圧シリンダ２’を戻り状態から中立状態（電磁弁
１７ａ，１７ｂの位置は図３（Ｃ）の状態）に切替え
る。

【００３１】この状態が約４秒間続いた後（スタートか
ら約３０秒間経過後）、ツインタイマＴＲ１，ＴＲ２の
第２の組合せの操作に入る。前記と同様なサイクルに従
って操作を繰り返す。

【００３２】図５は前記の図４のように繰り返される予
圧、加圧、戻り、中立の工程の操作に電磁弁の位置を切
替える制御を行う制御装置の一実施例を示す電気回路の
一部を省略したシーケンス図である。図において、ＴＲ
１，ＴＲ２は前記のツインタイマで、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ
３，Ｔ４はタイマ、リレーで、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ
４，Ｒ５はリレーである。Ｖ１−Ａ，Ｖ１−Ｂは第１電
磁弁１７ａの切替え位置をそれぞれ加圧、戻り位置に作
動するスイッチで、Ｖ２−Ａ，Ｖ２−Ｂは第２電磁弁１
７ｂの切替え位置をそれぞれ加圧、戻り位置に作動する
スイッチである。

【００３３】そして、このように構成してタイマを所定
の周期、例えば図４で説明した周期に設定して、第１電
磁弁１７ａ及び第２電磁弁１７ｂを前記のように、加
圧、戻り、中立の位置に切替えるようにタイマをオン、
オフして、油を油圧シリンダ２，２’に供給して加圧、
又は戻して減圧する。以下にこのシーケンスを図５の電
気回路を用いて説明する。

【００３４】まず、給水ポンプ、油圧ポンプの運転開始
し、ツインタイマＴＲ１，ＴＲ２の第１の作動がオンに
すると、リレーＲ３，Ｒ５がオンするとともに、リレー
Ｒ２がオンし、タイマＴ２もオンする。第１電磁弁１７
ａはツインタイマのオンでＶ１−Ａがオンの加圧状態に
なる。

【００３５】タイマＴ２の所定の設定時間（前記では１
秒間）が経過すると、タイマＴ２がオフする。すると、
リレーＲ２がオフしてリレーＲ４がオンし、タイマＴ４
もオンする。第２電磁弁１７ｂのＶ２−Ａがオフし、Ｖ
２−Ｂがオンの戻り状態に切替わる。

【００３６】タイマＴ４の所定の設定時間（前記では５
秒間）が経過すると、タイマＴ４がオフする。すると、
リレーＲ４がオフして第２電磁弁１７ｂのＶ２−Ｂがオ
フしてＶ２−中立の中立状態に切替わる。

【００３７】ツインタイマＴＲ１，ＴＲ２の第２の作動
がオン（スタートから１０秒間経過後）すると、リレー
Ｒ１，Ｒ４がオンし、タイマＴ１，Ｔ３もオンする。第
２電磁弁１７ｂはＶ２−中立がオフし、Ｖ２−Ａがオン
の運転状態に切替わる。まだ、第１電磁弁１７ａはＶ１
−Ａがオンの加圧状態であり、第２電磁弁１７ｂが予圧
に入ったことになる。

【００３８】タイマＴ１の所定の設定時間（前記では１
秒間）が経過すると、タイマＴ１がオフする。すると、
リレーＲ１がオフし、リレーＲ３がオンし、タイマＴ４
もオンする。第１電磁弁１７ａのＶ１−Ａがオフし、Ｖ
１−Ｂがオンの戻り状態に切替わる。

【００３９】タイマＴ３の所定の設定時間（前記では５
秒間）が経過すると、タイマＴ３がオフする。すると、
リレーＲ３がオフし、第１電磁弁１７ａのＶ１−Ｂがオ
フし、Ｖ１−中立の中立状態に切替わる。

【００４０】その後、ツインタイマＴＲ１，ＴＲ２の第
１の作動がオンし、前記のスタートからの同じ制御を繰
り返す。このように本発明によれば、スプリングバック
式単動シリンダを２連並列に設け、電磁弁を設けて油圧
回路を切替えて予圧するようにするとともに、タイマを
有する電気回路を組み合わせて電磁弁の開閉を制御す
る。そのため、超高圧水ポンプの圧力変動を改善するこ
とができる。なお、本発明においては、タイマの切替え
は前記実施例に限られず、もっと長く又は短く設定して
もよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は２連のシ
リンダの油圧回路の連通を切替える電磁弁を制御装置に
より切替え、一方のシリンダから他方のシリンダへ油の
供給を切替えるに際し、予め他方のシリンダに絞り弁を
介して油を供給して予圧するようにしているので、超高
圧水ポンプの圧力変動を改善することができ、切替え工
程を円滑にし、工程間に生じる圧力変動を大幅に調整す
ることができ、圧力変動を改善することができる。さら
に前記制御装置がタイマから構成し、周期的に予圧の時
間を制御するとともに電磁弁を作動して油圧回路の連通
を切替えることにより、一層圧力変動を調整することが
でき、圧力変動を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の油圧ブースター式超高圧水ポンプの圧
力変動調整装置の一実施例の一部を示す断面図である。

【図２】本発明の油圧シリンダにおけるピストン位置と
電磁弁の位置の関係を説明する一部の工程を示す工程図
である。

【図３】図２に続く一部の工程を示す工程図である。

【図４】本発明の油圧シリンダと電磁弁の作動を説明す
るタイムチャートである。

【図５】本発明の電磁弁を作動す制御装置を説明するシ
ーケンス図である。

【符号の説明】

１，１’ スプリングバック式単動シリンダ ２，２’ 油圧シリンダ ３，３’ 水圧ピストン ４，４’ 水圧シリンダ ５，５’ 水圧プランジャ ６，６’ パッキングボックス ７ 接続管 ８ ノズル ９，９’ 油圧回路 １０ 油タンク １１ 油圧ポンプ １３ 絞り弁 １４ 連結管 １７ａ，１７ｂ 電磁弁

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スプリングバック式単動シリンダと、高
   圧水を噴射するノズルと、該ノズルと前記シリンダの先
   端部とを連結する接続管と、前記シリンダを駆動する油
   を貯えた油タンクと、前記シリンダの先端部と反対側の
   後端部と前記油タンクとを連結する油圧回路とからな
   り、前記シリンダを加圧して先端部を介して高圧水をノ
   ズルに供給する油圧ブースター式超高圧水ポンプの圧力
   変動調整装置であって、前記スプリングバック式単動シ
   リンダ２連を単一のノズルに接続管により連結し、前記
   各シリンダの油圧回路が加圧配管と戻り配管とからな
   り、該油圧回路を切替える電磁弁を設け、該電磁弁を切
   替える制御装置を設け、前記各シリンダと前記各電磁弁
   間に油圧回路をバイパスする連結管を設け、該連結管に
   絞り弁を設け、前記電磁弁により油圧回路を切替えて一
   方のシリンダから他方のシリンダへ油の供給を切替える
   に際し、予め他方のシリンダに絞り弁を介して油を供給
   して予圧することを特徴とする油圧ブースター式超高圧
   水ポンプの圧力変動調整装置。
2. 【請求項２】 前記電磁弁が油圧シリンダに対する油の
   流れを中立、加圧、戻りの位置に切替える請求項１の油
   圧ブースター式超高圧水ポンプの圧力変動調整装置。