JP5008940B2 - ピストンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ピストンポンプ、詳しくは、発泡成形するための発泡成形装置などに装備されるピストンポンプに関する。

近年、発泡剤として、高圧状態の二酸化炭素を用いて、押出成形、射出成形あるいは反応射出成形などの各種の成形方法により、発泡成形することが、種々検討されている。

このような発泡成形に用いられる発泡成形装置には、高圧状態の二酸化炭素を供給するための供給装置と、その供給装置から供給された高圧状態の二酸化炭素を発泡剤として、発泡成形するための成型機とを備えている。

たとえば、供給装置として、加圧ポンプを備える発泡成形装置が知られている（たとえば、特許文献１。）。
特開２００４−２３７７２９号公報

しかるに、このような加圧ポンプとしては、流量精度が要求されるため、ピストンポンプが用いられる。

しかし、ピストンポンプは、ピストンを進退させるための動力が必要となるが、このような動力は、ランニングコストを低減するために、低減することが望まれる。

本発明の目的は、簡易な構成により、ランニングコストを低減することのできる、ピストンポンプを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ピストンポンプであって、シリンダと、前記シリンダに流体を流入させるための流入路と、前記シリンダから流体を流出させるための流出路と、前記シリンダと前記流出路の途中とを連通する連通路とを備える流体輸送部と、前記シリンダ内において、前記シリンダと前記流出路との第１接続部分と前記シリンダと前記連通路との第２接続部分との間に、前記シリンダ内を前記第１接続部分と連通する第１空間と前記第２接続部分と連通する第２空間とに区画するように、進退自在に配置され、前記流体の流入圧力または自重の作用により、前記第１空間内の前記流体の圧力が前記第２空間の前記流体の圧力よりも高くなることによって、退避するピストンと、前記ピストンに接続されるロッドと、前記ロッドに設けられ、前記ロッドに対してスライド自在に挿通される駆動部材に対して退避方向上流側に固定されているストッパとを備え、前記第１空間における前記ピストンの進退方向と直交する方向の第１断面積が、前記第２空間における前記ピストンの進退方向と直交する方向の第２断面積の実質的に２倍であることを特徴としている。

このような構成によると、ピストンが進出すると、第１空間内の流体が流出路へ流出されるとともに、流出された流体の一部が流出路の途中から連通路を介してピストンの第２空間内へ流入される。そして、ピストンが退避すると、流体が流入路からシリンダの第１空間内へ流入されるとともに、第２空間内の流体が連通路を介して流出路へ流出される。

そして、この構成では、第１空間の第１断面積が第２空間の第２断面積の実質的に２倍に設定されているので、ピストンの進出状態において、流体が流入路からシリンダの第１空間内へ流入されると、その流体の押圧力でピストンを退避させて、第２空間内の流体を連通路を介して流出路へ流出させることができる。すなわち、流入路からシリンダの第１空間内へ流入される流体の押圧力によって、ピストンを退避させて、第２空間内の流体を連通路を介して流出路へ流出させることができる。

そのため、この構成では、ピストンを退避させる動力が不要であり、ピストンを進出させるための動力のみで、ピストンを進退させて、流体を圧力輸送することができる。その結果、簡易な構成により、ランニングコストを低減することができる。

しかも、このような構成によると、第１断面積が、第２断面積の実質的に２倍であるため、第１空間の最大容量が、第２空間の最大容量の実質的に２倍となる。そのため、ピストンが進出すると、流出路から第１空間の最大容量の半分、つまり、第２空間の最大容量に相当する流体が流出するとともに、残り半分、つまり、第２空間の最大容量に相当する流体が連通路を介して第２空間へ流入される。次いで、ピストンが退避すると、第２空間、つまり、第１空間の最大容量の半分の流体が連通路を介して流出路へ流出される。

そのため、この構成では、ピストンが進出または退避ごとに、同容量の流体が流出するので、このピストンの進退により、一定流量で流体を圧力輸送することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明は、前記ロッドには、前記ピストンの退避方向の最下流側位置を設定するために、前記最下流側位置よりも前記ロッドが退避方向下流側へ移動することを規制する退避規制部材が設けられていることを特徴としている。

このような構成によると、退避規制部材によって、ロッドがピストンの退避方向の最下流側位置よりも退避方向下流側へ移動することが規制される。そのため、ロッドを進出させるときにはロッドを押圧し、ロッドを退避させるときにはロッドを引っ張らないようにすれば、本発明のピストンポンプとはストロークが相違する他の進退駆動手段を、ロッドを進出させるための駆動源とすることができる。その結果、本発明のピストンポンプに専用の駆動源を設ける必要がなく、ストロークが相違する他の進退駆動手段を本発明のピストンポンプの駆動源として兼用させることができ、ランニングコストのさらなる低減を図ることができる。

しかも、この構成では、退避規制部材により、ピストンの退避方向の最下流側位置を任意に設定することができるので、退避規制部材により、ピストンの退避範囲、つまり、ストロークを調整することができる。そのため、退避規制部材により、ピストンポンプの流量を任意に調整することができる。

請求項１に記載の発明によれば、ピストンを退避させる動力が不要であり、ピストンを進出させるための動力のみで、ピストンを進退させて、流体を圧力輸送することができる。その結果、簡易な構成により、ランニングコストを低減することができる。

しかも、ピストンの進退により、一定流量で流体を圧力輸送することができる。

請求項２に記載の発明によれば、本発明のピストンポンプに専用の駆動源を設ける必要がなく、ストロークが相違する他の進退駆動手段を本発明のピストンポンプの駆動源として兼用させることができ、ランニングコストのさらなる低減を図ることができる。

しかも、退避規制部材により、ピストンポンプの流量を任意に調整することができる。

図１は、本発明のピストンポンプの一実施形態の進退途中状態を示す概略構成図、図２は、図１に示すピストンポンプの進出状態を示す概略構成図、図３は、図１に示すピストンポンプの退避状態を示す概略構成図である。なお、以下の説明では、便宜的に、後述するピストン３の進退方向を上下方向、ピストン３の進退方向と直交する方向を左右方向とする。

図１において、このピストンポンプ１は、流体輸送部としてのブロック２と、ブロック２のシリンダ５内に進退自在に配置されるピストン３と、ピストン３に接続されるロッド４と、ロッド４が挿通される規制板１７とを備えている。

ブロック２は、たとえば、円柱形状をなし、シリンダ５、シリンダ５に流体としての液化ガス（液体）を流入させるための流入路６、シリンダ５から液化ガスを流出させるための流出路７、および、シリンダ５と流出路７の途中とを連通する連通路８が形成されている。

また、ブロック２には、シリンダ５とブロック２との外方とを連通させて、ロッド４を挿通させるための貫通孔２３が、シリンダ５の下方において、軸線（左右方向中心）において上下方向に沿って貫通するように形成されている。

シリンダ５は、ブロック２の軸線に沿って上下方向に延びる円筒形状に形成されている。なお、シリンダ５の上端および下端は、それぞれ、ブロック２の上端より下方、下端より上方に配置されている。

流入路６は、入口９が、ブロック２の上部から径方向外方（左方向）に向けて開口され、出口１０が、シリンダ５の上端内面に下方に向けて開口される、液化ガスの通路として形成されている。より具体的には、流入路６は、入口９が出口１０に対して下方に配置され、入口９から径方向内方（右方向）へ延び、その後略直角に屈曲して、シリンダ５の上端内面よりも上方まで上方へ延び、再度略直角に屈曲して、シリンダ５の上端と上下方向において重なるまで径方向内方（右方向）へ延び、その後略直角に屈曲して、出口１０まで下方へ延びるように、形成されている。

また、この流入路６の途中、より具体的には、入口９から径方向内方（右方向）へ延び、その後略直角に屈曲して上方に延びる管路の途中に、流入側逆止弁２６が設けられている。この流入側逆止弁２６によって、後述するピストン３の進出により、上側空間１５内の液化ガスが流入路６の出口１０から流入路６内へ逆流することを防止している。

流出路７は、第１接続部分としての入口１１が、シリンダ５の上端内面において流入路６の出口１０と並ぶように下方に向けて開口され、出口１２が、ブロック２の下部から径方向外方（右方向）に向けて開口される、液化ガスの通路として形成されている。より具体的には、流出路７は、入口１１が出口１２に対して上方に配置され、入口１１から上方へ延び、その後略直角に屈曲して、シリンダ５の上端と上下方向において重ならなくなるまで流入路６と反対側の径方向外方（右方向）へ延び、再度略直角に屈曲して、シリンダ５の下端近傍まで下方へ延び、再度略直角に屈曲して、出口１２まで流入路６と反対側の径方向外方（右方向）へ延びるように、形成されている。

また、この流出路７の途中、より具体的には、入口１１の近傍の管路の途中に、流出側逆止弁２７が設けられている。この流出側逆止弁２７によって、後述するピストン３の退避により、流出路７内の液化ガスが流出路７の入口１１から上側空間１５内へ逆流することを防止している。

連通路８は、一端１３が、流出路７における、シリンダ５の下端近傍まで下方へ延びる通路と、出口まで径方向外方（右方向）へ延びる通路との屈曲部分に連通され、第２接続部分としての他端１４が、その一端から径方向内方（左方向）に向かって延び、シリンダ５の下端部側面に径方向内方（左方向）に向けて開口されてシリンダ５の下端部と連通するように、形成されている。

ピストン３は、シリンダ５の内径とほぼ同径の厚板円板形状をなし、シリンダ２内において、軸線方向（上下方向）に沿って、流出路７の入口１１と連通路８の他端１４との間に、進退自在に配置されている。このピストン３は、シリンダ５の軸線方向に沿って、その外周面がシリンダ５の内周面と摺動しながら進退される。

これによって、シリンダ５内は、ピストン３を境界として、流入路６の出口１０および流出路７の入口１１と連通する第１空間としての上側空間１５と、連通路８の他端１４と連通する第２空間としての下側空間１６とに区画される。

ロッド４は、棒状をなし、シリンダ５の軸線において上下方向に沿って配置され、その一端が、シリンダ５内においてピストン３の下面に接続（固定）されている。また、その他端は、貫通孔２３を挿通して、ブロック２の下方へ延びている。

なお、貫通孔２３は、ロッド４の挿通状態において、シール部材２４によってシールされている。

これによって、このピストンポンプ１では、第１断面積としての上側空間１５における径方向断面積（円形：シリンダ５の断面）が、第２断面積としての下側空間１６における径方向断面積（円環形：シリンダ５にロッド４が挿通された断面）の、実質的に２倍となるように設定されている。

また、ロッド４には、上下方向に互いに間隔を隔てて、退避規制部材としての上側ストッパ１８と、下側ストッパ１９とが設けられている。

上側ストッパ１８は、その外径がロッド４の外径よりも大径に形成されているナットからなり、ロッド４の周りに設けられている。この上側ストッパ１８は、ピストン３がストロークの下死点（ピストン３の退避方向の最下流側位置）に位置したときに、その下面が規制板１７の上面と当接する位置において、ロッド４に固定されている（図３参照）。

下側ストッパ１９は、その外径がロッド４の外径よりも大径に形成されているナットからなり、上側ストッパ１８の下方において、ロッド４の周りに設けられている。この下側ストッパ１９は、後述する駆動部材２１が上死点（駆動部材２１の進出方向の最下流側位置）に位置したときに、ピストン３がストロークの上死点（ピストン３の進出方向の最下流側位置）に位置するように、駆動部材２１との当接位置が調整されて、ロッド４に固定されている（図２参照）。

規制板１７は、左右方向に沿って延び、ロッド４が進退自在に挿通される挿通孔２０が形成されている。挿通孔２０は、上側ストッパ１８および下側ストッパ１９よりも、小径に形成されている。そして、規制板１７は、上側ストッパ１８および下側ストッパ１９の間において、挿通孔２０にロッド４がスライド自在に挿通され、ピストン３がストロークの下死点（ピストン３の退避方向の最下流側位置）に位置したときに、上側ストッパ１８の下面が規制板１７の上面と当接する上下方向位置に配置され、その位置で固定されている。

そして、このピストンポンプ１には、ロッド４を進退させるために、他の進退駆動手段としての、たとえば、図示しない油圧シリンダやエアシリンダなどの駆動シリンダに連動して上下移動する駆動部材２１が装着されている。

この駆動部材２１は、下側ストッパ１９よりも下方において、ロッド４にスライド自在に挿通されている。すなわち、この駆動部材２１には、下側ストッパ１９よりも小径のスライド孔２２が形成されている。そして、駆動部材２１は、下側ストッパ１９の下方において、スライド孔２２にロッド４がスライド自在に挿通されている。

なお、図示しない駆動シリンダのストローク（進退距離）は、ピストンポンプ１のピストン３のストローク（進退距離）よりも大きく、駆動部材２１は、その駆動シリンダのシトローク（進退距離）に一致した距離を、ロッド４に沿ってスライド自在に上下方向に移動する。

また、このピストンポンプ１の流入路６の入口９には、液化ガスを供給するための図示しない供給ラインが接続されている。

また、このピストンポンプ１の流出路７の出口１２には、液化ガスを排出するための図示しない排出ラインが接続されている。

次に、このピストンポンプ１の動作について説明する。

まず、図１の実線矢印で示すように、図示しない駆動シリンダの進出動作（または退避動作）に連動して、駆動部材２１がロッド４に沿って上方に移動すると、その駆動部材２１の上面が下側ストッパ１９の下面に当接して、下側ストッパ１９を押し上げる。すると、ロッド４が進出して、ピストン３が進出し、上側空間１５内の液化ガスが流出路７の入口１１から流出路７内へ流出される。

流出路７内へ流出された液化ガスは、下方の屈曲部分において分岐され、一方が、連通路８の一端１３から連通路８内に流入され、連通路８の他端１４からシリンダ５の下側空間１６内へ流出される。また、他方が、流出路７の出口１２から図示しない排出ラインへ流出される。

そして、図２に示すように、駆動部材２１が上死点に至ると、ピストン３も上死点に至り、このとき、下側空間１６へ流出される液化ガスの容量と、流出路７の出口１２から流出される液化ガスの容量とが、同量となる。

次いで、図２の仮想線矢印で示すように、図示しない駆動シリンダの退避動作（または進出動作）に連動して、駆動部材２１がロッド４に沿って下方に移動すると、ピストン３に負荷されていた進出方向の押圧力が解除される。

そして、上側空間１５における径方向断面積が下側空間１６における径方向断面積よりも大きいことから、図示しない供給ラインからの液化ガスの流入圧力または自重の作用により、上側空間１５内の液化ガスの圧力が、下側空間１６内の液化ガスの圧力よりも高くなり、液化ガスが、流入路７の入口９から流入路７内へ自然に流入し、流入路７の出口１０からシリンダ５の上側空間１５内へ自然に流入し、上記した圧力差によってピストン５が退避する。

そして、図１の仮想線矢印で示すように、ピストン５が退避すると、下側空間１６内の液化ガスが、連通路８の他端１４から連通路８内へ流入し、連通路８の一端１３から流出路７内へ流入し、流出路７の出口１２から図示しない排出ラインへ流出される。

その後、図３に示すように、ピストン５が下死点に至ると、上側ストッパ１８の下面が規制板１７の上面に当接して、ロッド４のそれ以上の退避が規制される。一方、駆動部材２１のストロークはピストン５のストロークよりも大きいので、駆動部材２１は、ロッド４の退避停止後も、ロッド４に対してスライド移動して、駆動部材２１の下死点まで下方へ退避する。

また、ピストン５が下死点に至るときの、下側空間１６から流出路7の出口１２へ流出される液化ガスの容量は、ピストン５の進出により、上側空間１５から流出路7の出口１２へ流出される液化ガスの容量と、同量となる。

そして、再度、駆動部材２１がロッド４に沿って上方に移動すると、図１の実線矢印で示すように、その駆動部材２１の上面が下側ストッパ１９の下面に当接して、下側ストッパ１９を押し上げ、上記したように、上側空間１５内の液化ガスが、流出路７の出口１２と下側空間１６とに流出される。また、再度、駆動部材２１がロッド４に沿って下方に移動すると、図１の仮想線矢印で示すように、上側空間１５内の液化ガスの圧力によってピストン５が退避して、上側空間１５内へ液化ガスが流入されるとともに、下側空間１６内の液化ガスが、流出路７の出口１２から流出される。

ピストンポンプ１では、上記のようなピストン５の進退により、液化ガスの定量の圧力輸送が達成される。

そして、このようなピストンポンプ１では、上記したように、ピストン５が上死点にあるときに、液化ガスが流入路７の出口１０からシリンダ５の上側空間１５内へ流入されると、上側空間１５における液化ガスの圧力が、下側空間１６における液化ガスの圧力よりも高くなり、その圧力差により、ピストン５を退避させて、下側空間１６内の液化ガスを連通路８を介して流出路７の出口１２へ流出させることができる。

そのため、ピストンポンプ１では、ピストン５を退避させる動力が不要であり、ピストン５を進出させるための動力のみで、ピストン５を進退させて、液化ガスを圧力輸送することができる。その結果、簡易な構成により、ランニングコストを低減することができる。

また、ピストンポンプ１では、上側空間１５における径方向断面積が下側空間１６における径方向断面積の実質的に２倍であるため、上側空間１５の最大容量が、下側空間１６の最大容量の実質的に２倍となる。そのため、ピストン５が進出すると、流出路７から上側空間１５の最大容量の半分、つまり、下側空間１６の最大容量に相当する液化ガスが流出するとともに、残り半分、つまり、下側空間１６の最大容量に相当する液化ガスが連通路８を介して下側空間１６へ流入される。次いで、ピストン５が退避すると、下側空間１６、つまり、上側空間１５の最大容量の半分の液化ガスが連通路８を介して流出路７へ流出される。そのため、このピストンポンプ１では、ピストン５が進出または退避ごとに、同容量の液化ガスが、流出路７の出口１２から流出するので、このピストン５の進退により、一定流量で液化ガスを圧力輸送することができる。

さらに、このピストンポンプ１では、上側ストッパ１８によって、ロッド４がピストン５の下死点よりも退避することが規制される。一方、駆動部材２１は、ロッド４の退避停止後も、ロッド４に対してスライド移動して、駆動部材２１の下死点まで下方へ退避する。つまり、駆動部材２１は、ロッド４を進出させるときには、上側ストッパ１８に当接してロッド４を押圧し、ロッド４を退避させるときには、ロッド４を引っ張らずスライド移動される。

そのため、駆動シリンダが、このピストンポンプ１のピストン５のストロークとはストロークが相違するものであっても、ロッド４を進出させるための駆動源として用いることができる。その結果、このピストンポンプ１に専用の駆動源を設ける必要がなく、ストロークが相違する他の装置に設けられる駆動シリンダをピストンポンプ１の駆動源として兼用させることができ、ランニングコストのさらなる低減を図ることができる。

なお、このピストンポンプ１においては、上側ストッパ１８または規制板１７の上下位置を任意に設定することができるので、これら上側ストッパ１８または規制板１７の上下位置を任意に変更すれば、ピストン３の退避範囲、つまり、ストロークを調整することができる。そのため、ピストンポンプ１の流量を任意に調整することができる。

また、一般的なピストンポンプでは、Ｖパッキンなどを用いて、ピストンとシリンダとの間の摩擦抵抗を高くして、輸送液体の圧力によってピストンが進退移動しないように構成する必要があり、さらには、摩擦抵抗による発熱を抑制するために、冷媒を循環させる構成なども必要になる場合がある。また、摩擦抵抗によりピストンが磨耗して、耐久性に乏しいなどの不具合がある。

しかし、このピストンポンプ１では、Ｖパッキンなどのシール機構や、冷媒の循環機構などを不要とすることができ、また、耐久性にも優れている。

なお、上記の説明において、液化ガスとしては、圧縮性または非圧縮性を問わず、たとえば、二酸化炭素、窒素、アルゴン、燃焼性ガス（炭化水素など）水などが含まれる。

また、このピストンポンプ１は、その用途は特に制限されないが、昇圧により液化ガスを供給する用途、たとえば、発泡成形装置において、発泡剤（液化ガス）の供給装置として、有効に用いることができる。

また、上記の説明では、ロッド４に対して、規制板１７を上方、駆動板２１を下方に配置したが、この逆、すなわち、ロッド４に対して、駆動板２１を上方、規制板１７を下方に配置することもできる。この場合には、この下側ストッパ１９は、ピストン３がストロークの下死点（ピストン３の退避方向の最下流側位置）に位置したときに、その下面が規制板１７の上面と当接する位置において、ロッド４に固定される。また、上側ストッパ１８は、駆動部材２１が上死点（駆動部材２１の進出方向の最下流側位置）に位置したときに、ピストン３がストロークの上死点（ピストン３の進出方向の最下流側位置）に位置するように、駆動部材２１との当接位置が調整されて、ロッド４に固定される。

また、上記の説明では、ブロック２を円柱形状として説明したが、ブロック２の形状は特に制限されず、さらには、上記した、シリンダ５、流入路６、流出路７および連通路８を設けることができれば、ブロック２に形成する必要もなく、適宜、独立した部材により、これらを構成することもできる。

本発明のピストンポンプの一実施形態の進退途中状態を示す概略構成図である。 図１に示すピストンポンプの進出状態を示す概略構成図である。 図１に示すピストンポンプの退避状態を示す概略構成図である。

符号の説明

１ ピストンポンプ
２ ブロック
３ ピストン
４ ロッド
５ シリンダ
６ 流入路
７ 流出路
８ 連通路
１１ 流出路の入口
１４ 連通路の他端
１５ 上側空間
１６ 下側空間
１７ 規制板
１８ 上側ストッパ

Claims (2)

1. シリンダと、前記シリンダに流体を流入させるための流入路と、前記シリンダから流体を流出させるための流出路と、前記シリンダと前記流出路の途中とを連通する連通路とを備える流体輸送部と、
   前記シリンダ内において、前記シリンダと前記流出路との第１接続部分と前記シリンダと前記連通路との第２接続部分との間に、前記シリンダ内を前記第１接続部分と連通する第１空間と前記第２接続部分と連通する第２空間とに区画するように、進退自在に配置され、前記流体の流入圧力または自重の作用により、前記第１空間内の前記流体の圧力が前記第２空間の前記流体の圧力よりも高くなることによって、退避するピストンと、
   前記ピストンに接続されるロッドと、
   前記ロッドに設けられ、前記ロッドに対してスライド自在に挿通される駆動部材に対して退避方向上流側に固定されているストッパとを備え、
   前記第１空間における前記ピストンの進退方向と直交する方向の第１断面積が、前記第２空間における前記ピストンの進退方向と直交する方向の第２断面積の実質的に２倍であることを特徴とする、ピストンポンプ。
2. 前記ロッドには、前記ピストンの退避方向の最下流側位置を設定するために、前記最下流側位置よりも前記ロッドが退避方向下流側へ移動することを規制する退避規制部材が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のピストンポンプ。

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