JP4388827B2 - 流体循環機構 - Google Patents

Description

本発明は、主としてステージ注入工法や動的地盤改良工法等に使用されるプランジャポンプにオイルを循環せしめる流体循環機構に関し、更に詳しくは、頗る簡単な構成でプランジャ等の各消耗品の寿命を大幅に延ばすことができると共に、長時間でも安定した連続運転を可能にした有用な流体循環機構に関する。

従来、プランジャポンプとしては、例えば、特開２０００−５４９６６号公報に開示されたものが従来例として周知である。この特開２０００−５４９６６号公報に開示のプランジャポンプは、クランク軸のクランクピンにコンロッドを介して連結されたプランジャと、該プランジャを軸線方向に摺動させるシリンダと、該シリンダと前記プランジャとの間の摺動部に送入されるパッキン要素を含むパッキン群とからなり、鉱物粒子を含む液体を高圧化するのに使用されている（特許文献１参照）。
特開２０００−５４９６６号公報

しかしながら、上述した特開２０００−５４９６６号公報に開示された従来のプランジャポンプにあっては、グリース、オイル等を手動にて注入しなければならないため、消耗品の交換時期が、各作業者の対応・判断に委ねられる等、非常に不安定であり、また、プランジャ、パッキン等の交換作業の頻度が高いため、長時間に亘る稼働運転ができないといった問題があり、更には、グリースの垂れ流しによる作業環境の改善が要望されている。

本発明はこのような従来の問題点及び要望に鑑みてなされたもので、シリンダ内への漏れ、すなわち、水、セメント、粉塵等などが流入することによる摩耗の原因を完全に除去することにより、パッキン、プランジャ等の各消耗品の寿命を大幅に延ばすことができると共に、常時、流体（グリース、オイル）を循環させることにより更なる耐摩耗性の向上と発熱（焼き付き）の低減が可能になるため、長時間の連続運転をも可能にした有用な流体循環機構を提供することを目的としたものである。

上述の如き従来の問題点を解決し、所期の目的を達成するため本発明の要旨とする構成は、プランジャポンプ等の流体圧送手段と、該流体圧送手段に連通される貯留手段と、該貯留手段の流体を前記流体圧送手段に環流せしめる流体環流手段とを備えてなる流体循環機構において、前記流体圧送手段は、シリンダ本体内に摺動自在に配設されたプランジャと、該プランジャの外周に水密に装着されたシールドと、該シールドを前記シリンダに固定すると共に、シリンダ内に流体を環流するための流体環流孔を備えてなるシリンダカバーとを備え、前記シールドは、前記プランジャの外周面に被装される第１シールドと、外周端側が前記シリンダ本体に支持され内周端側が前記第１シールドを包持すべく前記プランジャに周設される第２シールドとからなり、前記シリンダカバーは、前記プランジャの外周面との間に環状溝が形成されていることを特徴とする流体循環機構に存する。

更に、前記流体環流手段は、貯留手段と流体圧送手段とを循環式に連通せしめる油還流ラインと、該油還流ラインに配置されて前記貯留手段内の流体を前記流体圧送手段へ強制的に送り込む電動ポンプとを備えるのが良い。

本発明の流体循環機構は、プランジャポンプ等の流体圧送手段と、該流体圧送手段に連通される貯留手段と、該貯留手段の流体を前記流体圧送手段に環流せしめる流体環流手段とを備えてなる流体循環機構において、前記流体圧送手段は、シリンダ本体内に摺動自在に配設されたプランジャと、該プランジャの外周に水密に装着されたシールドと、該シールドを前記シリンダに固定すると共に、シリンダ内に流体を環流するための流体環流孔を備えてなるシリンダカバーとを備え、前記シールドは、前記プランジャの外周面に被装される第１シールドと、外周端側が前記シリンダ本体に支持され内周端側が前記第１シールドを包持すべく前記プランジャに周設される第２シールドとからなり、前記シリンダカバーは、前記プランジャの外周面との間に環状溝が形成されていることによって、前記流体圧送手段と貯留手段との間で、常時、流体を循環させることができるため、従来の如きオイルを絶えず人手により注入しなければならないといった手間を省略できると共に、オイルの垂れ流し状態が皆無となるため、作業環境の改善を図ることができる。
また、水、セメント、粉塵、スラリー等などが流入することによる摩耗原因を完全に除去することができるため、パッキン、プランジャ等の各消耗品の寿命を大幅に延ばすことができ、また、常時、流体を循環できることも相俟って、更なる耐摩耗性の向上と発熱（焼き付き）の低減が可能になり、長時間の連続運転を実現できる。
特に、シリンダカバーは、プランジャの外周面との間に環状溝が形成されていることによって、この環状溝は、プランジャのシリンダ本体内における往復運動が繰り返されるうちに、特に高圧側からプランジャの外表面とシリンダカバーとの間に高圧流体（若しくはスラリー：液体と固形体の混合物）が入り込み始めるが、その際、高圧流体と共に紛れ込む粉塵等の固形体が滞留し、この溜まった固形体がスクレバーとして機能し、環状溝より低圧側への流体の入り込みを減少させる結果、シールドの摩耗を押さえることができるといった効果を奏するものである。

更に、前記流体環流手段が、貯留手段と流体圧送手段とを循環式に連通せしめる油還流ラインと、該油還流ラインに配置されて前記貯留手段内の流体を前記流体圧送手段へ強制的に送り込む電動ポンプとを備えることによって、潤滑不足に起因する発熱、焼き付けを解消することができるといった効果を奏するものである。

このように本発明は、パッキン、プランジャ等の各消耗品の寿命を大幅に延ばすことができると共に、常時、流体を循環させることにより、更なる耐摩耗性の向上と発熱（焼き付き）の低減が可能になるため、長時間の連続運転をも実現でき、また、構成が単純であるため、大量生産に適し、価格も低廉なものとして需要者に供給できる等、本発明を実施することはその実益的価値が甚だ大である。

シリンダ本体内に摺動自在に配設されたプランジャと、該プランジャの外周に水密に装着されたシールドと、該シールドを前記シリンダに固定すると共に、シリンダ内に流体を環流するための流体環流孔を備えてなるシリンダカバーとを備え、かつ、前記シールドを、前記プランジャの外周面に被装される第１シールドと、外周端側が前記シリンダ本体に支持され内周端側が前記第１シールドを包持すべく前記プランジャに周設される第２シールドとで構成するのが良い。

次に、本発明に係る流体循環機構の実施の一例を図面を参照しながら説明する。図中Ａは、本発明に係る流体循環機構であり、この流体循環機構Ａは、図１に示すように、プランジャポンプ等の流体圧送手段１と、該流体圧送手段１に連通されたタンク等の貯留手段２と、該貯留手段２内のオイル（流体）２ａを流体圧送手段１に環流せしめる流体環流手段３とを備えている。

流体圧送手段１は、例えば、プランジャポンプ、シリンジポンプ、ベーンポンプなどからなり、図２乃至図３に示すように、シリンダ本体４内に摺動自在に配設されたプランジャ５と、該プランジャ５の外周に水密に装着されたシールド６と、該シールド６を前記シリンダ本体４に固定せしめるシリンダカバー７と、該シリンダケース７の上位に配設されたクランクケース８とを備えている。

また、貯留手段２は、オイル２ａを一時的或いは長期的に溜めて置くことができるものであれば良く、タンク、容器、水槽、油槽などが挙げられる。

更に、流体環流手段３は、前記流体圧送手段１と貯留手段２とを循環式に連通せしめる油還流ライン３ａ，３ｂと、該油還流ライン３ａ，３ｂに配置された電動モータ式の定圧ポンプ（電動ポンプ）３ｃとを備えてなり、貯留手段２内のオイル２ａを、常時、流体圧送手段１へと強制的に環流することができる。

前記シールド６は、前記プランジャ５の外周面に被装される第１シールド６ａと、外周端６ｂ_１ 側が前記シリンダ本体４に支持され内周端６ｂ_２ 側で前記第１シールド６ａを包持（外装）すべく前記プランジャ５に周設される環状の第２シールド６ｂとから構成されており、その外周面に環状溝６ｃが周設されている。

更に、シリンダカバー７は、シリンダ本体４内に流体を環流するための流体環流孔７ａ，７ｂを備えている。流体環流孔７ａは、流体環流ライン３ａが接続される流体注入孔（ＩＮ）であり、流体環流孔７ｂは、流体環流ライン３ｂが接続される流体排出孔（ＯＵＴ）である。

また、シリンダカバー７は、プランジャ５の外周面との間に環状溝７ｃが形成されている。この環状溝７ｃは、プランジャ５のシリンダ本体４内における往復運動が繰り返されるうちに、特に高圧側からプランジャ５の外表面とシリンダカバー７との間に高圧流体（若しくはスラリー：液体と固形体の混合物）が入り込み始めるが、その際、高圧流体と共に紛れ込む粉塵等の固形体が滞留し、この溜まった固形体がスクレバーとして機能し、環状溝７ｃより低圧側への流体の入り込みを減少させる結果、シールド６の摩耗を押さえることができる。

一方、クランクケース８内には、クランク軸８ａが回動自在に配設されており、該クランク軸８ａに、コンロッド８ｂ及びピストンシリンダ８ｃを介して前記プランジャ５が往復動作自在に連動されている。

クランク軸８ａは、クランクジャーナル８ｄ、クランクアーム８ｅ及びクランクピン８ｆとからなり、偏心ホイール９の中心とクランク軸８ａの軸心とを同心にすべく固着してあり、この偏心ホイール９の偏心部位に前記クランクピン８ｆが固着されている。

クランクピン８ｆは、耐摩耗性のための熱処理が施されるなど精密仕上げがなされているものであるが、好ましくは半割式のベアリング１０を介してコンロッド８ｂの大端部側を連結せしめるのが良い。

半割式のベアリング１０としては、例えば、上半身部と下半身部とに二分割されたニードルベアリングが挙げられ（半割式）、クランクピン８ｆへの着脱操作が簡素化されると共に、コンロッド８ｂの作動をより円滑にすることができる。

換言すれば、この上下半身部は、半割式の内周リング（図示せず）を介してローラが回動自在に位置決め固定されるため、同ローラをクランクピン８ｆの外周面に接地すべく環状に整合させた状態で、後述するコンロッド８ｂの大端部側を堅固に包持することができる。

一方、コンロッド８ｂは、大端部側が大端上半部と大端下半部とに分割されるものを使用するのが良く（図示せず）、ベアリング１０の上下半身部を包持すべく組み付けて、ネジ（図示せず）を介してクランクピン８ｆに枢着される。

また、斯かる大端上半部と大端下半部との内側接合部には、図示はしないが、流油用の切欠部が形成されている。これは、クランクケース８内の潤滑油が、コンロッド８ｂが回動する度に、切欠部からベアリング１０の外周面に注がれると共に、ベアリング１０の割れ目（上半身部と下半身部との間）を通じてクランクピン８ｆの接地面にも、より効果的に流入でき、従来のベアリング式における軸（クランクピン）への潤滑不足に起因する焼き付けを解消するものである。

更に、このコンロッド８ｂは、小端部側がプランジャ５から延設した後述のピストンピン８ｉに枢着してあり、クランク軸８ａの回転運動をプランジャ５の往復運動に変換するように構成されている。

他方、ピストンシリンダ８ｃは、内腔のシリンダ室内に摺動自在に配設されたライナー８ｇと、該ライナー８ｇに連結されたピストンロッド（連接棒）８ｈと、前記ライナー８ｇ内に位置して前記コンロッド８ｂの内端部側を枢着するピストンピン８ｉとを備えている。

このように構成される本実施例の流体循環機構は、流体圧送手段（プランジャポンプ）１の吸入段階においては、如何なる高圧ポンプの場合でも、内部圧力は、大気圧以下となるため、吸入バルブ（図示せず）が開弁してオイル２ａが吸い込まれる。同時に定圧の電動ポンプ３ｃで加圧されたオイル２ａが逆止弁（図示せず）を開弁し、油還流ライン３ａ、流体環流孔（ＩＮ）７ａを通ってプランジャ５とシールド６との間に定量が注入される。

その際、シールド６が、プランジャ５の外周面に被装される第１シールド６ａと、外周端側が前記シリンダ本体４に支持され内周端側が前記第１シールド６ａを包持すべく前記プランジャ５に周設される第２シールド６ｂとから構成されていることによって、望まれないセメント、粉塵、スラリーなどの流入を二重に防止できるため、従来より指摘されていたシールド６の摩耗原因を完全に除去することができる。

更に、流体圧送手段１と貯留手段２とを油還流ライン３で環流式に連通せしめ、電動ポンプ３ｃで、常時、貯留手段２内の流体を流体圧送手段１へ強制的に送り込むことができるため、パッキン、プランジャ等の各消耗品の寿命を大幅に延ばすことができ、更なる耐摩耗性の向上と発熱（焼き付き）の低減が可能になり、長時間の連続運転をも実現でき、また、オイルを目視することで消耗品の交換時期が分かり易く、グリースを垂れ流していた従来に比べ、作業環境を改善でき、施工に悪影響を及ぼすこともない。

また、前記クランクピン８ｃの外周に半割式のベアリング１０を介してコンロッド８ｂを連結せしめれば、クランクピン８ｃへの着脱操作が簡単にでき、また、クランクピン８ｃの強度が図れると共に、接地面の摩耗をも滅減できるものであり、しかも、コンロッド８ｂの連結部（大端上半部，大端下半部）に切欠部（図示せず）を連通することで、連結部の接地面に効果的に潤滑油を注げると共に、クランクピン８ｃの表面に油膜が発生し易くなり、焼き付けを防止することができる。

尚、本発明の流体循環機構は、本実施例に限定されることなく、本発明の目的の範囲内で自由に設計変更し得るものであり、本発明はそれらの全てを包摂するものである。

本発明に係る流体循環機構を示す説明図である。 同流体循環機構の流体圧送手段を示す縦断面図である。 同流体圧送手段の縦断側面図である。 同流体圧送手段のクランク部分を示す横断面図である。

符号の説明

Ａ 流体循環機構
１ 流体圧送手段
２ 貯留手段
２ａ オイル（流体）
３ 流体環流手段
３ａ 油還流ライン
３ｂ 該油還流ライン
３ｃ 電動ポンプ
４ シリンダ本体
５ プランジャ
６ シールド
６ａ 第１シールド
６ｂ 第２シールド
６ｂ_１ 外周端
６ｂ_２ 内周端
７ シリンダカバー
７ａ 流体環流孔（ＩＮ）
７ｂ 流体環流孔（ＯＵＴ）
８ クランクケース
８ａ クランク軸
８ｂ コンロッド
８ｃ ピストンシリンダ
８ｄ クランクジャーナル
８ｅ クランクアーム
８ｆ クランクピン
８ｇ ライナー
８ｈ ピストンロッド
８ｉ ピストンピン
９ 偏心ホイール
１０ ベアリング

Claims (2)

1. プランジャポンプ等の流体圧送手段と、該流体圧送手段に連通される貯留手段と、該貯留手段の流体を前記流体圧送手段に環流せしめる流体環流手段とを備えてなる流体循環機構において、
   前記流体圧送手段は、シリンダ本体内に摺動自在に配設されたプランジャと、該プランジャの外周に水密に装着されたシールドと、該シールドを前記シリンダに固定すると共に、シリンダ内に流体を環流するための流体環流孔を備えてなるシリンダカバーとを備え、
   前記シールドは、前記プランジャの外周面に被装される第１シールドと、外周端側が前記シリンダ本体に支持され内周端側が前記第１シールドを包持すべく前記プランジャに周設される第２シールドとからなり、
   前記シリンダカバーは、前記プランジャの外周面との間に環状溝が形成されていること
   を特徴とする流体循環機構。
2. 前記流体環流手段は、貯留手段と流体圧送手段とを循環式に連通せしめる油還流ラインと、該油還流ラインに配置されて前記貯留手段内の流体を前記流体圧送手段へ強制的に送り込む電動ポンプとを備えてなること
   を特徴とする請求項１に記載の流体循環機構。

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