JP6616765B2 - 往復動ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、往復動ポンプに関する。

従来、往復動部材が駆動部の駆動に従いシリンダ部内を往復動することにより、当該シリンダ部の先端側に形成されたポンプ室で例えば水等の使用液体のポンプ作用を行う往復動ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の往復動ポンプは、ポンプ室を有する第１マニホルドと、ポンプ室に連通するシリンダ部を有する第２マニホルドと、駆動部を収容したクランクケースと、を備えている。第２マニホルド内には、往復動部材に液密に摺接する高圧シールが配置され、第１マニホルド内と第２マニホルド内とに跨って、往復動部材が挿通する連通管が配置される。そして、第１マニホルド、第２マニホルドがクランクケースに連結されることにより、第１マニホルドの内部に形成された段差と第２マニホルドの内部に形成された段差との間に、連通管、高圧シールが挟持・固定される。このような往復動ポンプでは、駆動部の駆動により往復動部材が往復動し、吸水工程において往復動部材が駆動部側へ向かい後退移動することにより、ポンプ室が減圧されて使用液体がポンプ室へ吸入され、一方、吐出工程において往復動部材が逆方向へ前進移動することにより、ポンプ室が加圧されて使用液体が吐出口へ吐出されるポンプ作用が行われる。

特開２０１０−５３８６１号公報

ここで、上記のような往復動ポンプにあっては、第１マニホルドのポンプ室であって連通管より前側の部分（ポンプ室の連通管寄りの部分で往復動部材が挿通する部分）の内周面は、運転時に、往復動部材の先端側を構成するプランジャが振れ等により接触しないように比較的大きくされ、当該プランジャの外周面との間に比較的大きな隙間が生じる構成となっている。しかしながら、このように比較的大きな隙間があると、吸水工程においてキャビテーションが発生し、プランジャやポンプ室、連通管の内周面等が壊食する虞がある。特に、このようなキャビテーションの問題は、高速運転時に顕著となる。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、キャビテーションの発生を防止でき、プランジャやポンプ室、連通管の内周面等の壊食をなくすことができ耐久性を向上できると共に、キャビテーションの発生を防止できることにより、ポンプ効率を向上できる往復動ポンプを提供することを目的とする。

本発明による往復動ポンプ（１００）は、プランジャ（１ａ）がシリンダ部（２）内を往復動することで、当該シリンダ部（２）の先端側に形成されたポンプ室（３）でポンプ作用を行う往復動ポンプ（１００）であって、ポンプ室（３）を有する第１マニホルド（４）と、ポンプ室（３）に連通するシリンダ部（２）を有し第１マニホルド（４）に連結される第２マニホルド（５）と、第２マニホルド（５）内に配置され、プランジャ（１ａ）に液密に摺接するシール手段（２０）と、第１マニホルド（４）内と第２マニホルド（５）内とに跨って配置されてシール手段（２０）に当接し、プランジャ（１ａ）が挿通する連通管（１９）と、第１マニホルド（４）内に配置されて連通管（１９）に当接し、プランジャ（１ａ）が挿通するカラー（１８）と、を備え、第１マニホルド（４）と第２マニホルド（５）とが連結されることにより、第１マニホルド（４）の内部と第２マニホルド（５）の内部との間に、カラー（１８）、連通管（１９）、シール手段（２０）が挟持され、カラー（１８）は、ポンプ室（３）側に位置し外径が小径の外径小径部（２８）と、当該外径小径部（２８）に段差（３０）を介して連設され外径小径部（２８）より外径が大径の外径大径部（２９）と、を備え、第１マニホルド（４）の内部に形成された段差（３１）に、カラー（１８）の段差（３０）が当接することを特徴としている。

このような往復動ポンプ（１００）によれば、第１マニホルド（４）における連通管（１９）よりポンプ室（３）側に、プランジャ（１ａ）が挿通するカラー（１８）が配置されるため、カラー（１８）の内周面とプランジャ（１ａ）の外周面との間に形成される隙間（Ｓ）を、従来の隙間より小さくすることが可能となる。このため、使用液体が入る隙間の容積を低減でき、使用液体から出る空気の量を抑制でき、キャビテーションの発生を防止できる。その結果、プランジャ（１ａ）やポンプ室（３）、連通管（１９）の内周面等の壊食をなくすことができ耐久性を向上できる。また、このようにキャビテーションの発生を防止できることにより、ポンプ効率を向上できる。また、プランジャ（１ａ）の外周側に形成される隙間（Ｓ）が小さくなるため、圧縮比が高くなり、吸水性能を向上できる。

ここで、カラー（１８）は、ポンプ室（３）側に位置し外径が小径の外径小径部（２８）と、当該外径小径部（２８）に段差（３０）を介して連設され外径小径部（２８）より外径が大径の外径大径部（２９）と、を備え、第１マニホルド（４）の内部に形成された段差（３１）に、カラー（１８）の段差（３０）が当接する構成のため、外径小径部（２８）がポンプ室（３）側へ延出し、使用液体が入る隙間の容積を一層低減でき、一層キャビテーションの発生を防止できる。また、第１マニホルド（４）の段差（３１）にカラー（１８）の段差（３０）を突き当てて組み立てれば良いため、組み立てが容易となる。

また、プランジャ（１ａ）が前進限に位置した状態で、カラー（１８）のポンプ室（３）側の端面（３２）が、プランジャ（１ａ）の先端外周縁（１ｃ）より軸線方向に突出していると、プランジャ（１ａ）の外周側に形成される小さい隙間（Ｓ）が、当該プランジャ（１ａ）の先端外周縁（１ｃ）から既に始まることになり、使用液体が入る隙間の容積をより一層低減でき、より一層キャビテーションの発生を防止できる。

また、カラー（１８）の材質は、樹脂であると、運転時にプランジャ（１ａ）が振れてカラー（１８）に接触しても、プランジャ（１ａ）に傷を付けたり、害を与えることはない。また、このようなプランジャ（１ａ）のカラー（１８）への接触により当該プランジャ（１ａ）の振れ幅を小さくすることができる。

このように本発明によれば、キャビテーションの発生を防止でき、プランジャやポンプ室、連通管の内周面等の壊食をなくすことができ耐久性を向上できると共に、キャビテーションの発生を防止できることにより、ポンプ効率を向上でき、加えて、圧縮比を高くでき、吸水性能を向上できる。

本発明の実施形態に係る往復動ポンプの断面図である。 図１中の要部の拡大図である。

以下、本発明に係る往復動ポンプの好適な実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る往復動ポンプの断面図、図２は、図１中の要部の拡大図である。

図１に示すように、往復動ポンプは、前半側にプランジャ１ａ及び後半側にプランジャロッド１ｂを有する往復動部材１がシリンダ部２内を往復動することで、当該シリンダ部２の先端側に形成されたポンプ室３でポンプ作用を行うプランジャポンプ１００である。このプランジャポンプ１００は、ポンプ室３を有する第１マニホルド４と、ポンプ室３に連通するシリンダ部２を有し第１マニホルド４に連結された第２マニホルド５と、第２マニホルド５に連結されたクランクケース６とにより外形が構成されている。そして、ここでは、第１マニホルド４が吐出マニホルドとされ、第２マニホルド５が吸水マニホルドとされている。

クランクケース６は中空に構成され、当該クランクケース６内には、クランク軸７、クランク軸７に回転可能に連結されたコンロッド８、及び、コンロッド８にプランジャロッド１ｂを回転可能に連結するピストンピン９等が配置され、これらにより、往復動部材１を往復駆動させる駆動部１０が構成される。クランクケース６内には、駆動部１０の潤滑・冷却用のオイルが充填され、クランクケース６の第２マニホルド５側には、クランクケース６内のオイルの漏出を防止すべく、往復動部材１の後半側のプランジャロッド１ｂの外周面に液密に摺接するオイルシール１１が配置されている。そして、クランク軸７が回転することによってコンロッド８及びピストンピン９を介して、往復動部材１が図示左右方向に往復動するようになっている。

クランクケース６に当接する第２マニホルド５には、ポンプ室３に例えば水等の使用液体を導入するための吸入口１２が設けられ、第２マニホルド５に当接する第１マニホルド４には、ポンプ室３内で圧縮された使用液体を吐出するための吐出口１３が設けられる。吸入口１２とポンプ室３とを連通する流路１６には、吸入弁１４が設けられ、ポンプ室３と吐出口１３とを連通する流路１７には、吐出弁１５が設けられる。

第１マニホルド４と第２マニホルド５とは、カラー１８、連通管１９、高圧シール（シール手段）２０を介して接続されている。これらのカラー１８、連通管１９、高圧シール２０は、ポンプ室３側からクランクケース６側へ向かってこの順に並設されている。

高圧シール２０は、往復動部材１の前半側のプランジャ１ａとの間を使用液体が伝ってポンプ室３からクランクケース６側へ漏出するのを防止するためのものであり、第２マニホルド５内に収容される。高圧シール２０は、図２に示すように、軸線方向に積層された円環状のＶパッキン２１と、積層されたＶパッキン２１を両側から挟む円環状のオスアダプタ２２及びメスアダプタ（バックアップリング）２３を備える。オスアダプタ２２はポンプ室３側に配置され、メスアダプタ２３は、クランクケース６側に配置される。

Ｖパッキン２１は、例えばゴム等の弾性体より成り、プランジャ１ａに液密に摺接するものである。オスアダプタ２２は、例えば樹脂等より成り、その内周面とプランジャ１ａの外周面との間にプランジャ１ａが挿通する隙間を有する。メスアダプタ２３は、例えば樹脂等より成り、その内周面とプランジャ１ａの外周面との間に僅かな隙間を有する。そして、メスアダプタ２３が、第２マニホルド５の内部に形成された段差２４に当接する。

なお、第２マニホルド５おいて高圧シール２０からクランクケース６側に離れた位置には、万一、高圧シール２０から使用液体が漏出した場合に、当該使用液体がクランクケース６側へ漏出するのを防止するための例えばＵパッキン等の低圧シール２５が、プランジャ１ａの外周面に液密に摺接するように配置されている。

連通管１９は、例えば金属等より成り、円筒状に構成されて、その外径が、高圧シール２０の外径と略同一とされる。連通管１９は、第１マニホルド４内と第２マニホルド５内とに跨って収容され、オスアダプタ２２に当接する。連通管１９は、その内周面とプランジャ１ａの外周面との間にプランジャ１ａが挿通する隙間を有し、第１マニホルド４と連通管１９の外周面との間に第１のＯリング２６が配置されると共に、第２マニホルド５と連通管１９の外周面との間に第２のＯリング２７が配置され、これらのＯリング２６，２７が、連通管１９の外周面を伝って使用液体が漏出するのを防止する。

カラー１８は、例えば樹脂等より成り、段付き円筒状に構成される。カラー１８は、ポンプ室３側に位置し外径が小径の外径小径部２８と、当該外径小径部２８に段差３０を介して連設され、外径小径部２８より外径が大径で、内径は外径小径部２８と同一の外径大径部２９と、を備え、第１マニホルド４内に収容される。外径大径部２９の外径は、連通管１９の外径より小径且つ連通管１９の内径より大径とされ、カラー１８の段差３０が、第１マニホルド４の内部に形成された段差３１に当接し、外径大径部２９が連通管１９に当接している。この状態で、カラー１８の外径小径部２８は、第１マニホルド４内でポンプ室３側へ延出している。また、この状態で、カラー１８の外径小径部２８及び外径大径部２９の外周面は、第１マニホルド４の内面と密着している。また、カラー１８は、その内周面とプランジャ１ａの外周面との間にプランジャ１ａが挿通する隙間Ｓを有する。

プランジャ１ａは、前進限（上死点）に位置したときに、ここでは、その先端外周縁１ｃが、流路１６，１７の第２マニホルド５側の縁Ｐ，Ｑの付近に位置するようになっている。このようにプランジャ１ａが前進限に位置した状態にあっては、カラー１８のポンプ室３側の端面である外径小径部２８の端面３２は、プランジャ１ａの先端外周縁１ｃより軸線方向に若干突出するように配置構成が成されている。

そして、クランクケース６に対して第２マニホルド５を介して第１マニホルド４を、複数の締結手段である例えばボルト等により固定することによって、第１、第２マニホルド４，５、クランクケース６が一体に連結され、第１マニホルド４の内部の段差３１と第２マニホルドの内部の段差２４との間に、カラー１８、連通管１９、高圧シール２０が挟持された状態となる。

この状態で、カラー１８とオスアダプタ２２の内径差は、１ｍｍ以下とするのが好ましい。また、カラー１８、連通管１９、オスアダプタ２２の内径とプランジャ１ａの外径との差は、２ｍｍ以下とするのが好ましい。

そして、このようなプランジャポンプ１００にあっては、クランク軸７が回転し、クランク軸７にコンロッド８、ピストンピン９を介して連結された往復動部材１が往復動し、吸水工程において往復動部材１が駆動部１０側へ向かい後退移動することによってポンプ室３が減圧され、マニホルド４，５の吸入弁１４、吐出弁１５がそれぞれ開、閉となり、使用液体は、吸入口１２、吸入弁１４を通してポンプ室３へ吸入される一方で、吐出工程において往復動部材１が逆方向へ前進移動することによりポンプ室３が加圧され、吸入弁１４、吐出弁１５がそれぞれ閉、開となり、ポンプ室３の使用液体は吐出弁１５を通して吐出口１３へ吐出されるポンプ作用が行われる。

ここで、従来にあっては、カラー１８がなく、プランジャ１ａの外周面と第１マニホルド４の内周面Ｒ（図２参照）との間に比較的大きな隙間が形成され、この比較的大きな隙間が、連通管１９から一定幅でポンプ室３へ繋がっていたため、吸水工程においてプランジャ１ａが後退限（下死点）へ向かって後退移動すると、ポンプ室３内が負圧となって使用液体から空気が分離する瞬間があり、上記従来の大きな隙間に起因してキャビテーションが生じる虞があった。

しかしながら、本実施形態においては、第１マニホルド４における連通管１９よりポンプ室３側に、プランジャ１ａが挿通するカラー１８が配置されているため、カラー１８の内周面とプランジャ１ａの外周面との間に形成される隙間Ｓを、従来の隙間より小さくできる。このため、使用液体が入る隙間Ｓの容積を低減でき、使用液体から出る空気の量が抑制されており、ポンプとして影響がでるようなキャビテーションの発生を防止できる。その結果、プランジャ１ａやポンプ室３、連通管１９の内周面等の壊食をなくすことができ、耐久性を向上できる。また、このようにキャビテーションの発生を防止できることにより、ポンプ効率を向上できる。また、プランジャ１ａの外周側に形成される隙間Ｓが小さくなるため、圧縮比が高くなり、吸水性能を向上できる。

また、本実施形態においては、カラー１８は、ポンプ室３側に位置し外径が小径の外径小径部２８と、当該外径小径部２８に段差３０を介して連設され外径小径部２８より外径が大径の外径大径部２９と、を備え、第１マニホルド４の内部に形成された段差３１に、カラー１８の段差３０が当接し、外径小径部２８がポンプ室３側へ延出する構成のため、使用液体が入る隙間Ｓの容積を一層低減でき、一層キャビテーションの発生を防止できる。また、第１マニホルド４の段差３１にカラー１８の段差３０を突き当てて組み立てれば良いため、組み立てが容易となる。

また、プランジャ１ａが前進限に位置した状態で、カラー１８のポンプ室３側の端面３２が、プランジャ１ａの先端外周縁１ｃより軸線方向に突出しているため、プランジャ１ａの外周側に形成される小さい隙間Ｓが、当該プランジャ１ａの先端外周縁１ｃから既に始まることになり、使用液体が入る隙間Ｓの容積をより一層低減でき、より一層キャビテーションの発生を防止できる。

また、カラー１８の材質を、樹脂としているため、運転時にプランジャ１ａが振れてカラー１８に接触しても、プランジャ１ａに傷を付けたり、害を与えることはない。また、このようなプランジャ１ａのカラー１８への接触により当該プランジャ１ａの振れ幅を小さくすることができる。

さらに、本実施形態においては、連通管１９を間に挟む樹脂製のカラー１８及びオスアダプタ２２があるため、プランジャ１ａの振れ幅を、より一層小さくすることができる。勿論、プランジャ１ａの場合と同様に、プランジャ１ａが振れてオスアダプタ２２に接触しても、プランジャ１ａに傷を付けたり、害を与えることはない。

なお、カラー１８、オスアダプタ２２の材質は樹脂に限定されるものではなく、プランジャ１ａと接触しても当該プランジャ１ａに傷を付けたり、害を与えない材質であれば良い。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、高圧シール（シール手段）２０を、Ｖパッキン２１を有するシールとしているが、他のパッキンやシール部材でも良い。

また、本発明は、駆動部１０の駆動に従いプランジャ１ａが往復動しポンプ室３でポンプ作用を行う往復動ポンプに対して適用できる。

１ａ…プランジャ、１ｃ…プランジャの先端外周縁、２…シリンダ部、３…ポンプ室、４…第１マニホルド、５…第２マニホルド、１８…カラー、１９…連通管、２０…高圧シール（シール手段）、２１…Ｖパッキン、２４…第２マニホルドの段差（第２マニホルドの内部）、２８…外径小径部、２９…外径大径部、３０…カラーの段差、３１…第１マニホルドの段差（第１マニホルドの内部）、３２…カラーのポンプ室側の端面、１００…プランジャポンプ（往復動ポンプ）。

Claims (3)

1. プランジャ（１ａ）がシリンダ部（２）内を往復動することで、当該シリンダ部（２）の先端側に形成されたポンプ室（３）でポンプ作用を行う往復動ポンプ（１００）であって、
   前記ポンプ室（３）を有する第１マニホルド（４）と、
   前記ポンプ室（３）に連通する前記シリンダ部（２）を有し前記第１マニホルド（４）に連結される第２マニホルド（５）と、
   前記第２マニホルド（５）内に配置され、前記プランジャ（１ａ）に液密に摺接するシール手段（２０）と、
   前記第１マニホルド（４）内と前記第２マニホルド（５）内とに跨って配置されて前記シール手段（２０）に当接し、前記プランジャ（１ａ）が挿通する連通管（１９）と、
   前記第１マニホルド（４）内に配置されて前記連通管（１９）に当接し、前記プランジャ（１ａ）が挿通するカラー（１８）と、を備え、
   前記第１マニホルド（４）と前記第２マニホルド（５）とが連結されることにより、前記第１マニホルド（４）の内部と前記第２マニホルド（５）の内部との間に、前記カラー（１８）、前記連通管（１９）、前記シール手段（２０）が挟持され、
   前記カラー（１８）は、ポンプ室（３）側に位置し外径が小径の外径小径部（２８）と、当該外径小径部（２８）に段差（３０）を介して連設され前記外径小径部（２８）より外径が大径の外径大径部（２９）と、を備え、
   前記第１マニホルド（４）の内部に形成された段差（３１）に、前記カラー（１８）の前記段差（３０）が当接することを特徴とする往復動ポンプ（１００）。
2. 前記プランジャ（１ａ）が前進限に位置した状態で、前記カラー（１８）の前記ポンプ室（３）側の端面（３２）が、前記プランジャ（１ａ）の先端外周縁（１ｃ）より軸線方向に突出していることを特徴とする請求項１記載の往復動ポンプ（１００）。
3. 前記カラー（１８）の材質は、樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載の往復動ポンプ（１００）。

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