JP4185464B2 - 往復ポンプの弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピストンないしはプランジャ（以下「プランジャ」と称する）の往復動により液体を輸送するための往復ポンプに関する。

プランジャの往復動により液体を輸送するための往復ポンプは、一般に、シリンダと、シリンダ内を往復動するプランジャと、プランジャを駆動する駆動部とから構成されている。また、駆動部と反対側には弁装置が設けられている。

弁装置としては、例えば下記の特許文献１に開示されているように、弁箱に形成された一直線状の中空部分内に吸入弁と吐出弁とが直列に配設されたものが知られている。この種の弁装置は、中空部分の一端が閉じられ、他端が開口されており、この開口はプラグによって閉鎖されるようになっている。また、特許文献１に開示の弁装置は、中空部分におけるプラグ側の部分が吸入口と連通し、他側の部分が吐出口と連通しており、他側から順に吐出弁、吸入弁が配置されている。

通常、吐出弁及び吸入弁はそれぞれ、弁座と、弁体と、弁体を弁座に押し付けるための圧縮ばねと、弁サックとからなる。弁サックは略円筒形であり、圧縮ばねを囲み保持するためのホルダとして機能する。また、吐出弁と吸入弁との間には、両者間の間隔を維持するために、アダプタが介設されている。
実公平４−３３９６６号公報

上述したような従来の往復ポンプの弁装置においては、組立時、吐出弁、アダプタ及び吸入弁を順に開口から中空部分内に組み付けていくが、吐出弁は中空部分の奥（すなわち、閉鎖端部側）に配置されるため、吐出弁を装着するには手間がかかるという問題点がある。また、分解時、吐出弁を取り出すのも困難である。

そこで、本発明は、組立・分解が容易である往復ポンプの弁装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、往復ポンプ（１０）に設けられる弁装置（１６，１１６）であって、往復ポンプ（１０）のシリンダ（１２）に内部が連通され、且つ、一端が開口されている直線状の中空部分（２６）を有する弁箱（１８）と、中空部分（２６）内の、開口とは反対の側に配置される吐出弁（３８）と、中空部分（２６）内の開口側に配置される吸入弁（４８）と、中空部分（２６）内にて吐出弁（３８）と吸入弁（４８）との間に配置される略円筒形のアダプタ（５０，１５０）とを備える弁装置（１６，１１６）において、アダプタ（５０，１５０）の一端に吐出弁（３８）を装着できるようにしたことを特徴とする。

かかる構成により、弁装置（１６，１１６）の組立時には、アダプタ（５０，１５０）と吐出弁（３８）とを一体的に中空部分（２６）内に挿入することができ、分解時には、これらを一体的に中空部分（２６）から取り出すことができる。

吐出弁（３８）が、吐出弁座（５６）と、吐出弁座（５６）に当接される吐出弁体（５４）と、吐出弁体（５４）を吐出弁座（５６）に当接させる圧縮ばね（５２）と、内部にて圧縮ばね（５２）を保持し吐出弁体（５４）を案内する弁サック（４０）とを備えるものである場合には、アダプタ（５０，１５０）の一端に吐出弁座（５６）の一部を嵌合させ、弁サックの一端に吐出弁座（５６）の一部を嵌合させることで、アダプタ（５０，１５０）の一端に吐出弁（３８）を装着することができる。

また、吸入弁（３８）が、吸入弁座（７６）と、吸入弁座（７６）に当接される吸入弁体（７４）と、吸入弁体（７４）を吸入弁座（７６）に当接させる圧縮ばね（７２）と、内部にて前記圧縮ばね（７２）を保持し前記吸入弁体（７４）を案内する弁サック（７０）とを備える場合、弁サック（７０）をアダプタ（５０）の内部に配置することが有効である。この構成では、吸入工程時の圧をアダプタ（５０）が受けるため、弁サック（７０）に作用する力は小さく、これを合成樹脂で製造することが可能となる。弁サック（７０）が合成樹脂製である場合、吸入弁体（７４）が弁サック（７０）との間でかじりを発生させることがない。

更に、アダプタ（１５０）を、弁サックとして機能させることもできる。これにより、部品点数を減らすことができる。

上述したように、本発明によれば、弁装置（１６，１１６）の組立・分解時等に、アダプタ（５０，１５０）と吐出弁（３８）とを一体的に取り扱うことができ、作業性が向上する。特に、吐出弁（３８）は中空部分（２６）の開口から離れた奥まった位置に置かれるため、アダプタ（５０，１５０）と共に吐出弁（３８）を取り出せることは、吐出弁（３８）のメンテナンス時に有効となるものである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、「上」、「下」等の方向を示す語は図に示す状態を基準とし、便宜的な語である。

図１は本発明の実施形態に係る弁装置を備えた往復ポンプを部分的に示す断面図である。図示の往復ポンプ１０自体は、シリンダ１２と、シリンダ１２内を往復動するプランジャ１４とが３対、平行に設けられている一般的な３連式のものであり、図示しないが、３本のプランジャ１４の末端は駆動部におけるクランク軸に連結されている。

シリンダ１２の先端（図１においては左端）側には弁装置１６が配置されている。弁装置１６は、マニホールド１８を弁箱として備えている。マニホールド１８は、ポンプ本体２０にボルト２２等により連結される。また、ポンプ本体２０は、水等の流体の吸入口２４を備えている。

マニホールド１８には、断面が円形である３本の中空部分２６が上下方向に一直線状に、且つ、互いに平行に形成されている。各中空部分２６は、上端は開口され、下端が閉鎖されている。なお、閉鎖端部は、中実部分として完全に閉じられている必要はなく、例えば水抜き穴や、弁装置１６の構成要素を押し出す軸を挿入するための穴が設けられ、その穴をプラグで閉じた構成も含まれる。また、中空部分２６の中央部はそれぞれ対応のシリンダ１２の内部と連通している。なお、本実施形態では、中空部分２６は、その軸線がシリンダ１２の軸線と直交する関係で形成されている。

ここで、中空部分２６を５つの領域に分け、下側から順に、第１部分２８、第２部分３０、第３部分３２、第４部分３４、第５部分３６と称することとする。これは主として内径の違いから分類したものである。

第１部分２８の内径は、他の部分３０〜３６よりも小さくされている。以下で詳細に説明するが、この第１部分２８は、吐出弁３８の弁サック４０の位置決め手段として作用する。

第２部分３０は、第１部分よりも大きな内径を有する。第２部分３０には、１本の流路３１が横方向（図の紙面に直交する方向）に貫通しており、これにより３本の中空部分２６が互いに連通される。また、この第２部分３０は、吐出口（図示しない）に通じている。

第３部分３２は、第２部分３０よりも更に大きな内径を有している。この第３部分３２がシリンダ１２内と連通している。

第４部分３４の内径は、第３部分３２の内径よりも小さいが、第２部分３０の内径よりも大きい。

第５部分３６の内径は第４部分３４と同一であってもよいが、第５部分３６は、弁装置１６の内部構成要素を導入するための入口となるものであり、第４部分３４の内径よりもやや大きいことが好ましい。また、第５部分３６にはプラグ４２が着脱可能に取り付けられ、中空部分２６を密閉するようになっている。なお、図示実施形態では、プラグ４２はボルト４４によりマニホールド１８に取り付けられるが、プラグ４２と第５部分３６とを螺合させることで取り付けてもよい。更に、第５部分３６は、ポンプ本体２０に形成された吸入口２４と流路４６を介して連通されている。

中空部分２６には、下から、吐出弁３８、吸入弁４８が配置され、これらの弁３８，４８の間にアダプタ５０が配置されている。

吐出弁３８は、中空部分２６の第１部分２８及び第２部分３０に位置し、弁サック４０と、圧縮ばね５２と、吐出弁体５４と、吐出弁座５６とから構成されている。

弁サック４０は合成樹脂製の略円筒体であり、その内部にて圧縮ばね５２を保持することができるようになっている。また、弁サック４０の下端部は縮径されている。この縮径部５８の外径と高さは中空部分２６の第１部分２８の内径と深さと概ね一致しており、縮径部５８を第１部分２８に嵌挿することで、弁サック４０を中空部分２６に対して同軸に位置決めすることができる。縮径部５８よりも上側にある弁サック４０の部分の最大外径は中空部分２６の第２部分３０の内径よりも小さく、弁サック４０の外周面と第２部分３０の内周面との間に環状の間隙が形成されるようになっている。なお、弁サック４０の側壁部には貫通孔４１が形成されており、この貫通孔４１によって弁サック４０の内部と中空部分２６の第２部分３０、従って吐出口とが連通されている。

吐出弁座５６は、外径が弁サック４０の上端部の外径と実質的に同一である金属製の略円筒体である。また、吐出弁座５６の下端部は縮径されており、その外径は弁サック４０の上端部の内径と実質的に同一又はそれ以上とされている。これにより、吐出弁座５６の下端部は弁サック４０の上端部に、いわゆるスナップ嵌め可能となっている。吐出弁座５６の下端面には、弁サック４０の内部に配置された金属製の吐出弁体５４が圧縮ばね５２のばね力によって当接される。吐出弁体５４は円板形状であり、弁サック４０の内周面によって案内される

吐出弁３８の上部にはアダプタ５０が配置される。アダプタ５０は金属製の略円筒体であり、中空部分２６の第２部分３０の上部から第３部分３２、そして第４部分３４の下部にかけて概ね位置される。

アダプタ５０の下端部は縮径されており、その外径は中空部分の第２部分３０の内径と実質的に同一とされている。また、アダプタ５０の下端部の内径は吐出弁座５６の外径と実質的に同一である。従って、図１に示す組立完成状態において、アダプタ５０の下端部６０は吐出弁座５６と中空部分２６の第２部分３０との間の間隙に嵌合される。この嵌合状態では、アダプタ５０の下端部の段差が、第２部分３０と第３部分３２との間の段差と係合し、正確に位置決めがなされる。また、アダプタ５０の内周面には内向きフランジ６２が形成されており、この内向きフランジ６２が吐出弁座５６を押さえ付けるよう機能する。

更に、この嵌合状態において、吐出弁座５６の外周面に設けられたシール部材６４と、アダプタ５０の下端部６０の外周面に設けられたシール部材６６とにより、吐出弁座５６とアダプタ５０との間、及び、アダプタ５０と第２部分３０との間は液密にシールされている。なお、シール部材６４によって吐出弁座５６はアダプタ５０の内側で保持され、アダプタ５０と吐出弁座５６とを一体的に取り扱うことが可能となっている。

下端部６０よりも上側に位置するアダプタ５０の部分は円筒形の外周面となっており、その外径は第４部分３４の内径と実質的に同一である。また、当該部分の高さは、第３部分３２の高さよりも大きいため、アダプタ５０の上端部は第４部分３４に位置し、第４部分３４の内周面によって支持される。また、中空部分２６の第３部分３２の内径は第４部分３４の内径よりも大きいため、アダプタ５０の外周面と第３部分３２の内周面との間には環状の間隙が形成される。アダプタ５０の側壁部には貫通孔６８が形成されているので、この貫通孔６８によってアダプタ５０の内部と第３部分３２、従ってシリンダ１２内とが連通される。

吸入弁４８は、吐出弁３８と同様に、弁サック７０と、圧縮ばね７２と、吸入弁体７４と、吸入弁座７６とから構成されている。

弁サック７０は、アダプタ５０の内部に配置されるようになっている。弁サック７０は合成樹脂製の略円筒体である。弁サック７０の最大外径はアダプタ５０の内径よりも小さい。また、弁サック７０の下端の外径は内向きフランジ６２の内径よりも大きい。従って、弁サック７０をアダプタ５０内に挿入した場合、弁サック７０はフランジ６２の上面により支持され、弁サック７０の外周面とアダプタ５０の内周面との間には環状の間隙が形成される。なお、この間隙と弁サック７０の内部とを連通するために、側壁部には貫通孔７１が形成されている。

弁サック７０の内部には圧縮ばね５２が保持されている。また、弁サック７０の上端部には吸入弁座７６が嵌合され、中空部分２６の第４部分３４に配置される。吸入弁座７６は、外径が第４部分３４の内径と実質的に同一である金属製の略円筒体である。また、吸入弁座７６の下端部は縮径されており、その外径は弁サック７０の上端部の内径と同一又はそれ以上とされている。これによって、吸入弁座７６の下端部は弁サック４０の上端部に、いわゆるスナップ嵌め可能となっている。吸入弁座７６の下端面には、弁サック７０の内部に配置された金属製の吸入弁体７４が圧縮ばね７２のばね力によって当接される。吸入弁体７４は円板形状であり、弁サック７０の内周面によって案内される

また、吸入弁座７６は、図１に示すように、アダプタ５０の上端面にて支持される。この状態において、吸入弁座７６の嵌着されている弁サック７０の下端がアダプタ５０の内向きフランジ６２に接し、確実に支持されるよう、弁サック７０の高さは、アダプタ５０のフランジ６２の上面からアダプタ５０の上端面までの高さと同一、好ましくはそれ以上とされている。

なお、吸入弁座７６の外周面にはシール部材７８が装着されており、吸入弁座７６と第４部分３４の内周面との間を液密にシールしている。

中空部分２６の第５部分３６にはプラグ４２がボルト４４により装着され、中空部分２６を密閉している。プラグ４２は、第５部分３６内に配置される円筒部分８０を備えており、この円筒部分８０の下端面は吸入弁座７６の上面に接し、これを下方に押さえ付けることができる。この押付け力により、吸入弁４８、アダプタ５０及び吐出弁３８は中空部分２６の内部にてガタ付くことなく確実に固定される。

円筒部分８０にはスリット８２が形成されており、このスリット８２を介して吸入口２４及び流路４６が円筒部分８０の内部、そして吸入弁座７６の内部と連通している。

次に、以上のような構成において、往復ポンプ１０を作動させた場合について説明する。まず、駆動源（図示しない）を起動して、プランジャ１４をシリンダ１２内で往復動させる。そして、プランジャ１４が上死点から下死点への方向（図１において右方）に移動する場合、弁装置１６におけるマニホールド１８の中空部分２６の第３部分３２内、より詳細には吸入弁４８の弁サック７０内が減圧され、吐出弁体５４が吐出弁座５６に当接した状態のまま、吸入弁体７４が吸入弁座７６から離れる。このため、吸入口２４から流体が流路４６、プラグ４２の円筒部分８０内及び吸入弁座７６を経て弁サック７０内に流入する（吸入工程）。

この吸入工程の際、アダプタ５０の下端面には吐出側から力を受けるため、アダプタ５０は堅固な金属から形成されているが、吸入弁４８の弁サック７０はアダプタ５０に囲まれ、吐出側からの力の大部分をアダプタ５０が受けるので、弁サック７０は合成樹脂から製造することが可能となっている。

従来、例えば上記特許文献１に記載の弁装置にあっては、弁サックは吸入弁座と共締めを行うという観点から弁サックも金属製となっていた。そのため、弁サック内で摺動する金属製の弁体と弁サックとの間でかじりが発生していたが、本実施形態に係る構成においては、弁サック７０は合成樹脂製であるので、かかるかじりは発生せず、吸入弁４８の開閉動作は円滑に行われる。

一方、プランジャ１４が下死点から上死点への方向に移動すると、中空部分２６の第３部分３２内、ひいては弁サック７０内がシリンダ１２内の流体により加圧され、吸入弁体７４は吸入弁座７６に接して閉じた状態となり、吐出弁体５４が圧縮ばね５２の力に抗して吐出弁座５６から押し下げられる。これにより、吸入工程で弁サック７０内に流入した流体は、弁サック７０から吐出弁座５６内を通って弁サック４０に流入し、最終的には第２部分３０を経て吐出口（図示しない）から吐出される（吐出工程）。

この吐出工程では、中空部分２６の第２部分３０に位置している吐出弁３８の弁サック４０に作用する力は小さく、よってこの弁サック４０も合成樹脂から構成することが可能となっている。従って、この吐出弁３８の動作も円滑に行われる。

次に、上記構成の弁装置１６の組立手順について説明する。弁装置１６を組み立てる場合、マニホールド１８の各中空部分２６内に、吐出弁３８、アダプタ５０、そして吸入弁４８の構成要素を下側から順に組み付けていけばよいが、図示実施形態では、予め吐出弁座５６をアダプタ５０の下端部に嵌合させて一体化しておく。また、吐出弁３８の弁サック４０内に圧縮ばね５２及び吐出弁体５４を配置した後、弁サック４０の上端部に吐出弁座５６の下端部をスナップ嵌めする。これによって、アダプタ５０及び吐出弁３８を一体化しておく。吸入弁４８についても、予め、弁サック７０内に圧縮ばね７２及び吸入弁体７４を配置し、吸入弁座７６を弁サック７０の上端部にスナップ嵌めし、これらを一体的に取り扱えるようにしておく。

その結果、一体化された吐出弁３８とアダプタ５０とをマニホールド１８の中空部分２６の最深部に挿入し、次いで、一体化された吸入弁４８を挿入し、最後にプラグ４２を中空部分２６の第５部分３６に嵌めてボルト４４で締め付けるだけで、弁装置１６は完成する。

従来、吐出弁はアダプタとは別体であったので、吐出弁を挿入した後、更にアダプタを挿入する手間が必要であったが、本実施形態ではかかる二度手間は不要となり、作業性が向上する。勿論、メンテナンスの際等に、吐出弁３８を交換したい場合には、本実施形態ではアダプタ５０をマニホールド１８から引き抜くだけでよい。アダプタ５０の上端部は、広口の第５部分３６の近傍位置にあるので、アダプタ５０の引出し自体、非常に容易であり、吐出弁座５６を簡単に外部に取り出すことができるのである。

プラグ４２の取付けにより、吸入弁４８、アダプタ５０及び吐出弁３８はプラグ４２とマニホールド１８の底部との間で挟持される。この際、合成樹脂製の弁サック４０，７０が圧縮変形されるようにすることで、吸入弁４８、アダプタ５０及び吐出弁３８はより確実に固定されることとなる。すなわち、弁サック４０，７０は、組立完了時の寸法（高さ）よりも若干大きくしておくことが有効である。また、このように寸法を大きくできることから、弁サック４０，７０の製造も容易化される。

図２は、本発明による弁装置の第２実施形態を示す断面図である。この第２実施形態に係る弁装置１１６は、アダプタ１５０が吸入弁４８の弁サックの機能を併せ持っている点でのみ、第１実施形態に係る弁装置１６と相違しているが、その他の点については弁装置１６と実質的に同様であるので、同一又は相当部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図２に示すように、アダプタ１５０の外形形状については、図１に示すアダプタ５０と略同一であるが、アダプタ１５０の肉厚はアダプタ５０に比して大きくされ、アダプタ１５０の内周面は、図１のアダプタ５０の内側に弁サック７０を装着した状態での弁サック７０の内周面と同等のものとなっている。これによって、アダプタ１５０の内側に圧縮ばね５２及び吸入弁体７４を配置し、アダプタ１５０の上端部に吸入弁座７６の下端部を嵌着させることができるようになっている。この結果、弁装置１１６の組立前に、吸入弁座７６、吸入弁体７４及び圧縮ばね７２とアダプタ１５０とを一体化させ、更に、アダプタ１５０の下端部に吐出弁３８を保持させることができるので、吐出弁３８、アダプタ１５０及び吸入弁４８を一体化させることができる。従って、第２実施形態に係る弁装置１１６は、第１実施形態に係る弁装置１６に比して、より一層、組立・分解作業が容易化されることになる。

勿論、吸入弁４８の弁サックが不要になることから、部品点数を低減させるという効果がある。また、弁サックを省略したことで、アダプタ１５０の外径を小さくすることもでき、これによって弁装置１６の小型化を図ることも可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態の往復ポンプ１０は３連式であるが、単式や、２又は４以上の多連式であってもよい。

本発明の一実施形態に係る往復ポンプにおける弁装置を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る往復ポンプにおける弁装置を示す縦断面図である。

符号の説明

１０…往復ポンプ
１２…シリンダ
１４…プランジャ
１６，１１６…弁装置
１８…マニホールド（弁箱）
２０…ポンプ本体
２４…吸入口
２６…中空部分
３８…吐出弁
４０…（吐出弁の）弁サック
４２…プラグ
４８…吸入弁
５０，１５０…アダプタ
５４…吐出弁体
５６…吐出弁座
７０…（吸入弁の）弁サック
７４…吸入弁体
７６…吸入弁座
１１６…弁装置

Claims (3)

1. 往復ポンプ（１０）に設けられる弁装置（１６，１１６）であって、
   前記往復ポンプ（１０）のシリンダ（１２）に内部が連通され、且つ、一端が開口されている直線状の中空部分（２６）を有する弁箱（１８）と、
   前記中空部分（２６）内の、前記開口側とは反対の側に配置される吐出弁（３８）と、
   前記中空部分（２６）内の前記開口側に配置される吸入弁（４８）と、
   前記中空部分（２６）内にて前記吐出弁（３８）と前記吸入弁（４８）との間に配置される略円筒形のアダプタ（５０，１５０）と、
   を具備し、
   前記吐出弁（３８）が、吐出弁座（５６）と、前記吐出弁座（５６）に当接される吐出弁体（５４）と、前記吐出弁体（５４）を前記吐出弁座（５６）に当接させる圧縮ばね（５２）と、内部にて前記圧縮ばね（５２）を保持し前記吐出弁体（５４）を案内する弁サック（４０）とを備え、
   前記アダプタ（５０，１５０）の一端に前記吐出弁座（５６）の一部が嵌合され、前記弁サック（４０）の一端に前記吐出弁座（５６）の一部が嵌合されることによって、前記アダプタ（５０，１５０）の一端に前記吐出弁（３８）が装着され前記アダプタ（５０，１５０）と前記吐出弁（３８）とが一体化されており、
   更に、前記弁サック（４０）の他端（５８）が前記弁箱（１８）の中空部分（２６）の閉鎖側における縮径された部分（２８）に嵌挿されて、前記吐出弁（３８）及び前記アダプタ（５０，１５０）が位置決めされるようになっている、往復ポンプの弁装置。
2. 前記吸入弁（３８）が、吸入弁座（７６）と、前記吸入弁座（７６）に当接される吸入弁体（７４）と、前記吸入弁体（７４）を前記吸入弁座（７６）に当接させる圧縮ばね（７２）と、内部にて前記圧縮ばね（７２）を保持し前記吸入弁体（７４）を案内する弁サック（７０）とを備え、
   前記弁サック（７０）が前記アダプタ（５０）の内部に配置されている請求項１に記載の往復ポンプの弁装置。
3. 前記吸入弁（３８）が、吸入弁座（７６）と、前記吸入弁座（７６）に当接される吸入弁体（７４）と、前記吸入弁体（７４）を前記吸入弁座（７６）に当接させる圧縮ばね（７２）とを備え、
   前記アダプタ（１５０）が、その内部にて前記圧縮ばね（７２）を保持し前記吸入弁体（７４）を案内する弁サックとして機能するようになっている請求項１に記載の往復ポンプの弁装置。

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