JP7248515B2 - ピストンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、逆流防止機構を有する揺動管方式のピストンポンプに関する。

一般に、揺動管方式のピストンポンプは、例えば図５に示すように、左右一対の吸込吐出口１０１Ｌ、１０１Ｒを有するメガネ板１０８を、輸送対象物が収容されるホッパ１０１の背壁１０１ｂに設けている。各吸込吐出口１０１Ｌ、１０１Ｒの背部には、左右の一対のポンプシリンダ１０４Ｌ、１０４Ｒが併設されている。
ホッパ１０１内には、先端部を左右の吸込吐出口１０１Ｌ、１０１Ｒに臨む連通位置に交互に切換え移動可能な揺動管１０２が設けられている。揺動管１０２は、切換レバー１１１の揺動駆動により、揺動管軸１１０の軸線ＣＬまわりに揺動可能になっている。

従来の揺動管方式のピストンポンプでは、吐出と吸込みの切り替えに揺動管１０２を用いる構造上、図６に模式図を示すように、吐出と吸込みの切り替え時に、同図左側の吐出吸入口１０１Ｌから右側の吐出吸入口１０１Ｒに揺動管１０２の連通口１０２ｔの位置を切り替える途中で、図６（ｂ）に示すように、吐出側と吸込み側とが連通する瞬間が発生する。
このとき、輸送対象物の一部が、高圧な吐出側のポンプシリンダから低圧な吸込側のポンプシリンダに瞬間的に逆流する。このような逆流が生じると、容積効率が低下して振動や衝撃が発生するおそれある。また、このような逆流が生じるピストンポンプは、並列運転ができないという問題がある。

これに対し、逆流防止機構を有する揺動管方式のピストンポンプが提案されている。例えば特許文献１に記載のピストンポンプは、上述した、メガネ板の左右の吸込吐出口の間隔を、揺動管の連通口の開口幅以上としている。
そして、同文献記載の技術では、連通口の両側に位置するシール部を有するウェアプレートを設け、両側のシール部を、一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに形成するとともに、ウェアプレートの背面には、揺動管の切替移動時に、対向するメガネ板に対して、ウェアプレートを摺動自在に挟持するガイド板を設けている。
また、例えば特許文献２に記載の逆流防止機構付のピストンポンプは、メガネ板およびガイド板に対するウェアプレートの摺動面に、潤滑剤を供給する潤滑溝を設けている。

特開２００２－２１３３４８号公報 特開２００３－３４３４２９号公報

しかし、特許文献１および２のいずれに記載される技術においても、揺動管の連通位置の切替移動時に、メガネ板およびウェアプレート相互が面接触により摺動し、また、ガイド板およびウェアプレート相互も面接触により摺動する。
そのため、揺動管の連通位置の切替移動時における摺動抵抗が大きく、揺動管を左右のメガネ板の吸込吐出口に連結するときに大きな駆動力を要する。そのため、各構成部材および駆動装置の大型化を招くという問題がある。

また、この種の逆流防止機構を有するピストンポンプは、輸送対象物として、建築、土木工事における流動性の乏しい低スランプのコンクリートや土砂、あるいは、下水処理場やし尿処理場等で発生する低含水率の脱水汚泥等の圧送に用いられる。
そのため、高圧圧送になるほど、揺動管の連通位置の切替時に、輸送対象物の高い圧力によってウェアプレートが押される。そのため、メガネ板とウェアプレートとの間に隙間ができて、輸送対象物の漏れ量が大きくなってしまうという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、高圧圧送時であっても、揺動管を揺動させる駆動力を小さくし得て、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に揺動管を確実に切替え可能なピストンポンプを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るピストンポンプは、輸送対象物を輸送する輸送管が自身前壁側に接続されるホッパと、前記ホッパの背壁側に設けられて左右一対の吸込吐出口を有するとともに該一対の吸込吐出口相互の間隔が該吸込吐出口の開口幅以上に設定されたメガネ板と、前記ホッパ内に揺動可能に収容されて前記輸送管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通させるように自身先端の開口部を前記一対の吸込吐出口のいずれかに臨む位置に交互に切換え移動可能な揺動管と、前記揺動管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通する位置に揺動させるアクチュエータと、前記一対の吸込吐出口の背部にそれぞれ接続されて前記揺動管との非連通時には前記ホッパ内の輸送対象物を吸引するとともに前記揺動管との連通時には前記吸引した輸送対象物を吐出する左右一対のポンプシリンダと、前記揺動管の先端部外周面に当該先端部外周面に対して揺動軸線の方向に相対的にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着されるとともに、前記揺動管の先端の開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられたシール部を有するウェアプレートと、前記揺動管の揺動範囲の全体に亘って前記ウェアプレートの少なくとも外周部を揺動軸線の前後から複数の転動体を介して常に支承するように設けられたウェアプレート支持部と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係るピストンポンプによれば、ウェアプレート支持部が、揺動管の揺動範囲の全体に亘ってウェアプレートを揺動軸線の前後から複数の転動体を介して常に支承するので、高圧圧送時であっても、揺動管を揺動させる駆動力を小さくして、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に、揺動管を確実に切替えることができる。

ここで、本発明の一態様に係るピストンポンプにおいて、前記揺動管の先端部の内周面に当該先端部の内周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されるとともに前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着される円筒状のウェアリングを更に備え、前記ウェアプレートは、前記揺動管の先端部の外周面に当該先端部の外周面および前記ウェアリングの外周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面に対して摺接するように装着されるとともに、前記シール部が、前記ウェアリングの開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に、前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられていることは好ましい。
このような構成であれば、ウェアプレートとウェアリングとを分離した構造なので、圧送圧力が高くなるほど、揺動管の先端部内周面に設けられたウェアリングがメカニカルシールとして機能し、メガネ板との対向面にウェアリングを強く密着させてシール力をより高める上で好適である。

また、本発明の一態様に係るピストンポンプにおいて、前記ウェアプレート支持部は、前記ウェアプレートを揺動軸線の前側であって前記ホッパ内側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持する軌道盤と、前記ウェアプレートを揺動軸線の後側であって前記ホッパ外側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持するセットプレートと、を有し、前記軌道盤および前記セットプレートは、前記ウェアプレート側を向く面にそれぞれ形成された凹の転動体装着部に、前記複数の転動体が収容されていることは好ましい。
このような構成であれば、高圧圧送時であっても、揺動管を揺動させる力を小さくして、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に、揺動管を確実に切替るウェアプレート支持部を構成する上で好適である。

また、本発明の一態様に係るピストンポンプにおいて、前記ウェアプレートは、自身中央に位置する開口部が、前記メガネ板の一対の吸込吐出口それぞれに合致する位置おいて、前記軌道盤に装着された前記複数の転動体および前記セットプレートに装着された前記複数の転動体で前記揺動軸線の前後から、前記ウェアプレートの外周部および内周部が常に支承されるとともに、前記開口部と合致していない側の吸込吐出口の開口を前記ホッパの内部に連通させるように、前記シール部の内周端部および外周端部が、周方向に向けて突設されていることは好ましい。

このような構成であれば、各シール部の左右両側に張り出した端面が、複数の転動体との協働により、揺動管の揺動範囲の全体に亘って、ウェアプレートの内外周部を揺動軸線の前後から常に支承する構成として好適である。特に、左右のシール部の周方向に張り出した端面が、ウェアプレートの回動時に、ホッパ内に満たされた礫等の輸送対象物を滑らかに切断または押しのけるギロチン機能を奏するので、ウェアプレートの回動時における、礫等の輸送対象物の噛み込みによるトラブルを防止または抑制する上で好適である。

また、本発明の一態様に係るピストンポンプにおいて、前記軌道盤および前記セットプレートは、それぞれの前記転動体装着部の底面と前記複数の転動体との間に、各転動体を転動可能に保持する受動体が介装されていることは好ましい。
このような構成であれば、受動体および転動体を単純な形状で構成できるので、超硬合金やセラミックス等の耐摩耗材料で構成可能であり、受動体と転動体の耐久性を高めることができる。よって、高圧圧送時であっても、揺動管を揺動させる力を小さくして、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に揺動管を確実に切替る上でより好適である。

また、本発明の一態様に係るピストンポンプにおいて、前記軌道盤は、自身の前記転動体装着部に装着された前記受動体の背面に、磁石が装着されるとともに、前記受動体と前記転動体との間に、磁性流体が介在されて潤滑させており、前記セットプレートは、自身の前記転動体装着部に設けられた前記受動体の背面に、磁石が装着されるとともに、前記受動体と前記転動体との間に、磁性流体が介在されて潤滑させるように構成されていることは好ましい。

この場合において、例えば、軌道盤の受動体背面およびセットプレートの受動体背面に磁石を装着し、受動体には、その磁性材料がＷＣ－Ｃｏ系、ＷＣ－ＴｉＣ－Ｃｏ系、ＷＣ－ＴａＣ－Ｃｏ系、ＷＣ－ＴｉＣ－ＴａＣ－Ｃｏ系等の磁性材種の超硬合金を用い、転動体には、ＷＣ－Ｎｉ系、ＷＣ－Ｎｉ－Ｃｒ系等の非磁性材種の超硬合金、またはジルコニアや窒化珪素等の非磁性材種のセラミックスを用い、受動体と転動体との間に、磁性流体を介在させて潤滑させるように構成することは好ましい。

さらに、上記課題を解決するために、本発明の他の一態様に係るピストンポンプは、輸送対象物を輸送する輸送管が自身前壁側に接続されるホッパと、前記ホッパの背壁側に設けられて左右一対の吸込吐出口を有するとともに該一対の吸込吐出口相互の間隔が該吸込吐出口の開口幅以上に設定されたメガネ板と、前記ホッパ内に揺動可能に収容されて前記輸送管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通させるように自身先端の開口部を前記一対の吸込吐出口のいずれかに臨む位置に交互に切換え移動可能な揺動管と、前記揺動管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通する位置に揺動させるアクチュエータと、前記一対の吸込吐出口の背部にそれぞれ接続されて前記揺動管との非連通時には前記ホッパ内の輸送対象物を吸引するとともに前記揺動管との連通時には前記吸引した輸送対象物を吐出する左右一対のポンプシリンダと、前記揺動管の先端部の内周面に当該先端部の内周面とは揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されるとともに前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着される円筒状のウェアリングと、前記揺動管の先端部の外周面に当該先端部の外周面および前記ウェアリングの外周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面に対して摺接するように装着されるとともに、前記ウェアリングの開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に、前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられたシール部を有するウェアプレートと、を備えることを特徴とする。

本発明の他の一態様に係るピストンポンプによれば、ウェアプレートとウェアリングとを分離した構造なので、揺動管の先端部内周面に設けられたウェアリングがメカニカルシールとして機能し、圧送圧力が高くなるほど、メガネ板との対向面に強く密着してシール力を高めることができる。さらに、別箇に設けられたウェアプレートによって逆流防止機能を奏しつつ、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に揺動管を確実に切替えることができる。これにより、ウェアプレートとウェアリングとを一体構造とした場合に比べて、高圧圧送時であっても、シール力を高めつつ、揺動管を揺動させる力を小さくして、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に揺動管を確実に切替ることができる。

上述したように、本発明によれば、高圧圧送時であっても、揺動管を揺動させる力を小さくして、メガネ板の左右の吸込吐出口との連通位置に揺動管を確実に切替ることができる。

本発明の一態様に係る逆流防止機構を有する揺動管方式のピストンポンプの一実施形態の縦断面図である。 図１のピストンポンプをポンプシリンダ側から見たＹ－Ｙ断面図である。 ウェアプレートがスラスト荷重を受けるウェアプレート支持部の部分の構造を示しており、同図（ａ）は図１の要部拡大図、（ｂ）は図３（ａ）のＺ－Ｚ断面図である。 図１のピストンポンプにおける逆流防止機構の作動説明図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）であり、同図は、図１のＸ－Ｘ断面から見た動作のイメージを示している。 従来の揺動管方式のピストンポンプの一例を説明する縦断面図である。 従来の揺動管方式のピストンポンプの作動説明図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。本実施形態のピストンポンプは、逆流防止機構を有する揺動管方式のものであり、輸送対象物として、例えば、流動性の乏しい低スランプのコンクリートや土砂、あるいは低含水率の脱水汚泥の圧送に用いられる。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

本実施形態のピストンポンプは、図１に示すように、上部に開口するホッパ１を備える。ホッパ１内部には、略Ｓ字状に屈曲形成された揺動管２が揺動可能に収容されている。ホッパ１内の揺動管２は、その基端部２ｂがホッパ１の前壁１ｆの下部の位置に回動可能に支持されている。
揺動管２の基端部２ｂには、輸送管接続用のカップリング５が設けられている。カップリング５には、不図示の輸送管が接続され、揺動管２の基端部２ｂが輸送管に連通するように配置される。

揺動管２の中間部２ｍの上部には、軸線が水平な揺動管軸１０の一端が固定されている。揺動管軸１０の一端は、ホッパ１の背壁１ｂに回動可能に支持されている。揺動管軸１０の他端は、ホッパ１の背壁１ｂの外側に延出され、切換レバー１１が固着されている。揺動管軸１０の回転中心ＣＬ１と、揺動管２の基端部２ｂの回転中心ＣＬ２とは、水平な一の揺動軸線ＣＬ上にある。
ホッパ１の背壁１ｂの下部には、一対の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒを左右に有するメガネ板８が設けられている。メガネ板８は、揺動管２の先端部２ｔが摺接する部分に配置されている。メガネ板８は、ホッパ１の背面側から交換可能に装着される。

揺動管２の先端部２ｔは、メガネ板８に圧接された状態で摺動する。そのため、揺動管２の先端部２ｔには、交換可能なウェアプレート（wear plate）１２が取付けられている。本実施形態では、メガネ板８およびウェアプレート１２には、耐摩耗材が使用されている。
ホッパ１の背部には、メガネ板８の一対の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒに対向する位置に、それぞれ一端が開口した一対のポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒが、互いの軸線を揺動軸線ＣＬと平行にして取付けられている。

一対のポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒは、各ポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒ内に搬送ピストン７をそれぞれ有する。各搬送ピストン７は、不図示の駆動シリンダによって、油圧駆動で交互に往復動されるようになっている。
各ポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒは、対応する吸込吐出口１Ｌ、１Ｒが揺動管２との非連通時にはホッパ１内の輸送対象物を吸引し、揺動管２との連通時にはその吸引した輸送対象物を吐出するように駆動される。

図２に示すように、上記切換レバー１１とホッパ１との間には、一対の切換シリンダ３Ｌ、３Ｒがアクチュエータとして取付けられている。一対の切換シリンダ３Ｌ、３Ｒは、切換シリンダ３Ｌ、３Ｒの一方が伸長するとき、他方が縮小するようになっている。
一対の切換シリンダ３Ｌ、３Ｒが伸縮に対応して、揺動管軸１０が揺動軸線ＣＬまわりに所定タイミングで回動し、揺動管２が所定の回動範囲にて左右に揺動される。これにより、図１に示す、揺動管２の先端部２ｔが、左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒのいずれかに臨む位置に交互に移動するようになっている。

ここで、本実施形態のピストンポンプは逆流防止機構を備える。
本実施形態の逆流防止機構は、図４（ｂ）に示すように、メガネ板８の左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの間隔が、ウェアプレート１２と一体で回動するウェアリング２０の開口部２０ｍの幅以上とされている。
そして、ウェアプレート１２は、ウェアプレート１２の開口部１３の左右両端にシール部１４Ｌ、１４Ｒを有する。左右のシール部１４Ｌ、１４Ｒは、メガネ板８との対向面と自身とが摺接しつつ回動されるように設けられている。
本実施形態のシール部１４Ｌ、１４Ｒは、揺動管２の回動方向において、メガネ板８に形成された一対の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの開口幅以上の広さにそれぞれ設けられる。なお、本実施形態において、一対の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの開口形状は円形であり、相互の開口径は同一である。

また、本実施形態のピストンポンプでは、揺動管２の先端部２ｔに、ウェアプレート１２の中央の開口部１３と同軸となる位置に、円筒状のウェアリング（wear ring）２０が装着されている。本実施形態のウェアリング２０は、揺動管２の先端部２ｔの内周面に、内周面の端面に対してＯリング９０を介装してインロー篏合されている。これにより、揺動管２のウェアリング２０は、先端部２ｔの内周面とは揺動軸線ＣＬの方向にスライド可能になっている。

また、ウェアリング２０の後端面が、メガネ板８の対向面と摺接するように装着される。ウェアリング２０の内径の開口形状は円形であり、その開口径は、一対の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの開口径と同一である。本実施形態のウェアリング２０は、カップリング５側からの水流による内圧を利用したメカニカルシール機能を奏する。
つまり、このウェアリング２０は、非連通位置でカップリング５側からの水流により揺動管２の内圧が上昇すると、Ｏリング９０の介装端面が受圧面となって、ウェアリング２０が軸方向背面側に向けて押圧される。これにより、ウェアリング２０の後端面がメガネ板８の対向面に向けて押圧されるシール構造になっており、揺動管２の内圧が上がるほどシール力が強くなるように構成されている。

そして、本実施形態のウェアプレート１２は、揺動管２の先端部２ｔの外周面に、当該先端部２ｔの外周面およびウェアリング２０の外周面に対して、揺動軸線ＣＬの方向にスライド可能にインロー篏合され、さらに、メガネ板８の対向面とは摺接するように装着される。
このように、本実施形態では、ウェアリング２０およびウェアプレート１２の揺動管２の先端部２ｔとの嵌合部は、それぞれがインロー関係になっており、組み立てる際は、揺動行程の中間位置（図４（ｂ）の位置）で、搬送ピストン７側から各部品を図１に示されている順に軸方向に嵌め込むことで組み立てられる。
ここで、本実施形態のピストンポンプは、ウェアプレート１２が揺動管２と共に揺動したときに、メガネ板８の左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒに合致する位置においても、ウェアプレート１２両側のシール部１４Ｌ、１４Ｒが、複数の転動体を介して支承されるウェアプレート支持部１００が設けられている。

以下、ウェアプレート支持部１００について詳しく説明する。
本実施形態のウェアプレート支持部１００は、図３に拡大図示するように、プレート下部支持部１００ｓと、プレート上部支持部１００ｕと、を有する。プレート下部支持部１００ｓは、ウェアプレート１２のシール部１４Ｌ、１４Ｒの下部に設けられており、揺動管２の揺動の全行程で、複数の転動体を介してウェアプレート１２の下部を常時支承する。プレート上部支持部１００ｕは、ウェアプレート１２のシール部１４Ｌ、１４Ｒの上部に設けられており、揺動管２の揺動の全行程で、複数の転動体を介してウェアプレート１２の上部を常時支承する。

より詳しくは、プレート下部支持部１００ｓは、図１に示すように、ホッパ１の下部に一体に設けられた、円弧溝状の固定壁１８を有する。固定壁１８は、側面視が略Ｌ字状をなし、その略Ｌ字状の内側面には、ウェアプレート１２の下部案内用の円弧状の下部軌道盤３０が収容されている。ウェアプレート１２の背面側には、正面視が半円状のセットプレート４０が設けられる。
そして、固定壁１８は、略Ｌ字状の水平部分の後端面が、ホッパ１の背壁１ｂの背面側に、背壁１ｂの背面の上部と面一に張り出しており、背面側から装着される半円状のセットプレート４０の下部側の支持部になっている。

図３に示すように、円弧状の下部軌道盤３０には、ウェアプレート１２の外周部前面との対向面に、複数の窪み穴により転動体装着部３０ｓが形成されている。各転動体装着部３０ｓには、底部から順に、磁石７１、凹の半円弧状円筒面を有する受動体５１、円筒状の複数の転動体６１が挿入されている。受動体５１および転動体６１は、グリス状磁性コロイド溶液からなる磁性流体８１が、転動体装着部３０ｓの凹部内に充填されている。

また、同様にして、セットプレート４０の側には、ウェアプレート１２の外周部後面に対向して、下部軌道盤３０に対向する位置に、複数の窪み穴により転動体下部装着部４０ｓが形成されている。各転動体下部装着部４０ｓには、底部から順に、磁石７２、凹の半円弧状円筒面を有する受動体５２、円筒状の複数の転動体６２が挿入されている。受動体５２および転動体６２は、グリス状磁性コロイド溶液からなる磁性流体８２が、転動体下部装着部４０ｓの凹部内に充填されている。

セットプレート４０は、図２に示すように、複数の装着ボルト１９によって、ホッパ１の背壁１ｂの背面（下部に設けられた固定壁１８の後端面を含む）に着脱可能にその周囲が固定されており、固定壁１８の凹部内の軌道盤１７は、セットプレート４０を固定する複数の装着ボルト１９によって挟持状態で保持されるようになっている。
これにより、本実施形態のプレート下部支持部１００ｓは、ウェアプレート１２の下部を揺動軸線ＣＬの前後から複数の転動体６１、６２を介して常に支承するように設けられる。本実施形態では、ウェアプレート１２の前後の複数の転動体６１、６２による支承範囲は、少なくとも、各吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの中心の延長線上の位置まで設けられている。

一方、プレート上部支持部１００ｕは、ウェアプレート１２のインロー部の上部の位置に、ウェアプレート１２の上部案内用の円弧状の上部軌道盤３１を有する。図３に示すように、上部軌道盤３１は、装着ボルト１９Ｂによって、ホッパ１の背壁１ｂに固定される。上部軌道盤３１には、ウェアプレート１２の内周部前面との対向面に、複数の窪み穴により転動体装着部３１ｕが形成されている。

各転動体装着部３１ｕには、底部から順に、磁石７３、凹の半円弧状円筒面を有する受動体５３、円筒状の複数の転動体６３が挿入されている。受動体５３および転動体６３は、グリス状磁性コロイド溶液からなる磁性流体８３が、転動体装着部３１ｕの凹部内に充填されている。上部軌道盤３１の転動体装着部３１ｕ内の磁石７３、受動体５３および転動体６３は、セットプレート４０を固定する複数の装着ボルト１９によって、ウェアプレート１２の内周部前面との間に挟持状態で保持されるようになっている。

また、同様にして、セットプレート４０の側には、ウェアプレート１２の上部との対向面に、複数の窪み穴により転動体上部装着部４０ｕが形成されている。各転動体上部装着部４０ｕには、底部から順に、磁石７４、凹の半円弧状円筒面を有する受動体５４、円筒状の複数の転動体６４が挿入されている。受動体５４および転動体６４は、グリス状磁性コロイド溶液からなる磁性流体８４が、転動体上部装着部４０ｕの凹部内に充填されている。

セットプレート４０の転動体上部装着部４０ｕ内の磁石７４、受動体５４および転動体６４は、セットプレート４０を固定する複数の装着ボルト１９によって、ウェアプレート１２の内周部後面との間に挟持状態で保持されるようになっている。
これにより、プレート上部支持部１００ｕは、ウェアプレート１２の上部を揺動軸線ＣＬの前後から複数の転動体６３、６４を介して常に支承するように設けられている。本実施形態では、複数の転動体６３、６４による支承範囲は、少なくとも、各吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの中心の延長線上の位置まで設けられている。

ここで、本実施形態のピストンポンプでは、図３に示したように、ウェアプレート支持部１００には、上下の軌道盤３０、３１の各受動体５３、５４の背面に磁石７３、７４が装着され、また、セットプレート４０の上下の各受動体５１、５２の背面に磁石７１、７２が装着されている。
磁石７１、７２、７３、７４が背面に装着された各受動体５１、５２、５３、５４は、磁性材料がＷＣ－Ｃｏ系、ＷＣ－ＴｉＣ－Ｃｏ系、ＷＣ－ＴａＣ－Ｃｏ系、ＷＣ－ＴｉＣ－ＴａＣ－Ｃｏ系等の磁性材種の超硬合金を用いている。なお、各受動体５１、５２、５３、５４は、転動体６１、６２、６３、６４との対向面が、転動体６１、６２、６３、６４の円筒状外周面に対応した凹の円筒面とされている以外は、単純な直方体形状である。

また、各部の転動体６１、６２、６３、６４は、単純な円筒状のころであって、各部の転動体６１、６２、６３、６４には、ＷＣ－Ｎｉ系、ＷＣ－Ｎｉ－Ｃｒ系等の非磁性材種の超硬合金、または、ジルコニアないし窒化珪素等の非磁性材種のセラミックスを用いている。
受動体５１、５２、５３、５４と転動体６１、６２、６３、６４間には、磁性流体８１、８２、８３、８４を介在されて潤滑させるように構成されている。なお、各部の磁性流体８１、８２、８３、８４は同一のものを充填している。

このような構造により、本実施形態のピストンポンプでは、ウェアプレート支持部１００は、ウェアプレート１２の外周前側を支持する複数の転動体６１と、ウェアプレート１２の外周後側を支持する複数の転動体６２と、ウェアプレート１２の内周前側を支持する複数の転動体６３と、ウェアプレート１２の内周後側を支持する複数の転動体６４とをそれぞれ設けて、ウェアプレート１２上下の表裏に配置された各転動体装着部３０ｓ、４０ｓ内で、各部の転動体６１、６２、６３、６４がそれぞれ自転する自転タイプとすることで、礫の浸入に強く、また、噛み込み不良の問題も防止または軽減されるようになっている。

なお、各部を支持する複数の転動体６１、６２、６３、６４が各転動体装着部３０ｓ、４０ｓ内で自転する自転タイプに限らず、上下の軌道盤３０、３１の軌道面に沿って円弧延在方向に複数の転動体６１、６２、６３、６４が有限軌道の範囲で転動可能な公転タイプとしてもよい。
なおまた、本実施形態のピストンポンプのウェアプレート支持部１００は、ウェアプレート１２の外周側と内周側にそれぞれ転動体装着部３０ｓ、４０ｓ設けた例を示したが、これに限らず、ウェアプレート１２の少なくとも外周側に複数の転動体６１、６２を配置したウェアプレート支持部（つまり、この例ではプレート下部支持部１００ｓのみ）とすることができる。

特に、本実施形態のシール部１４Ｌ、１４Ｒは、ウェアリング２０の開口部２０ｍの左右両側であって、メガネ板８の対向面と各シール部１４Ｌ、１４Ｒとが摺接する部分が、ウェアプレート１２の内周部と外周部がウィング状の形状を呈するように、メガネ板８の一対の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの開口幅以上の広さに左右の周方向に張り出している。

つまり、本実施形態の各シール部１４Ｌ、１４Ｒは、図４に示すように、シール内周端張出部１５ｎと、シール外周端張出部１５ｇとをそれぞれ有する。これにより、本実施形態のウェアプレート支持部１００は、各シール部１４Ｌ、１４Ｒの左右両側に張り出した各張出部１５ｎ、１５ｇの端面は、対応する各部の複数の転動体６１、６２、６３、６４との協働により、揺動管２の揺動範囲の全体に亘って、ウェアプレート１２の内外周部を揺動軸線ＣＬの前後から常に支承可能になっている。
さらに、本実施形態のウェアプレート支持部１００は、左右のシール部１４Ｌ、１４Ｒの周方向に張り出した各張出部１５ｎ、１５ｇの端面が、ウェアプレート１２の回動時に、ホッパ１内に満たされた礫を滑らかに切断または押しのけるギロチン機能を有している。これにより、ウェアプレート１２の回動時における、礫の噛み込みによるトラブルを防止または抑制できるようになっている。

次に、本実施形態のピストンポンプの動作および作用効果について説明する。
本実施形態のピストンポンプは、ホッパ１内の輸送対象物を圧送する際は、揺動用の切換シリンダ３Ｌ、３Ｒの駆動により、揺動管２を左右方向に揺動させるとともに、２本のポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒ内の搬送ピストン７を駆動して交互に前進後退させる。

これにより、ホッパ１内の輸送対象物が、一方の吸込吐出口１Ｌまたは１Ｒから対応するポンプシリンダ４Ｌまたは４Ｒ内に吸入される。このとき、他方の吸込吐出口１Ｒまたは１Ｌは、対応するポンプシリンダ４Ｒまたは４Ｌが揺動管２と連通し、内部に吸入されていた輸送対象物が、対応するポンプシリンダ４Ｒまたは４Ｌの搬送ピストン７の前進により圧送されて揺動管２から輸送管へと吐出される。

連通位置では、搬送ピストン７側から輸送対象物を押し出すときには、揺動管２内で逆向きに作用するカップリング５側からの水流圧（例えば８ＭＰａ）よりも大きな力で押し出すことができる。
よって、本実施形態のピストンポンプによれば、２本のポンプシリンダ４Ｌ、４Ｒ内の搬送ピストン７の前後進の動作に合わせて、切換シリンダ３Ｌ、３Ｒを所定のタイミグで駆動することにより揺動管２を左右に揺動させ、ホッパ１内の輸送対象物を、揺動管２から輸送管を通して連続的に吐出できる。

そして、本実施形態のピストンポンプによれば、ウェアプレート１２を用いた逆流防止機構を備えるので、揺動管２を揺動させてその先端部２ｔを一方の吸込吐出口１Ｌから他方の吸込吐出口１Ｒへ（ウェアプレート１２を図４（ａ）の位置から図４（ｃ）の位置へ）、または、他方の吸込吐出口１Ｒから一方の吸込吐出口１Ｌへ（ウェアプレート１２を図４（ｃ）の位置から図４（ａ）の位置へ）、切換える過程で、図４（ｂ）に示す途中の位置に達しても、左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒ相互が連通する状態が生じることがなく逆流を確実に防止できる。

ここで、この種のピストンポンプは、揺動管がホッパ内の輸送対象物中に没入している。そのため、揺動管を左右に揺動させて一対の吸込吐出口の切り換え動作を行うときの抵抗が大きい。特に、建築や土木工事等における流動性に乏しい低スランプのコンクリートや土砂の圧送、あるいは、し尿処理場や下水処理場等の処理場で発生する低含水率の脱水汚泥の圧送など、ホッパ内の輸送対象物の性状や揺動管の長さ等により切換え時の抵抗は大きく変化する。

これに対し、本実施形態に係る逆流防止機構を有する揺動管方式のピストンポンプによれば、ウェアプレート１２の回動支持構造として、揺動管２の揺動範囲の全体に亘って、ウェアプレート１２を上下の軌道盤３０、３１とセットプレート４０の上下に装着された受動体５１、５２、５３、５４と転動体６１、６２、６３、６４とで支承するウェアプレート支持部１００を採用している。
そのため、本実施形態に係る逆流防止機構を有する揺動管方式のピストンポンプによれば、高圧圧送時であっても、揺動管２を揺動させる力を小さくして、ウェアプレート１２の回動動作を円滑にすることができる。そのため、メガネ板８の左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒに揺動管２を確実に切替ることができる。

特に、本実施形態のピストンポンプによれば、上下の軌道盤３０、３１の受動体５１、５３の背面には磁石７１、７３を装着し、また、セットプレート４０上下の受動体５２、４５の背面には磁石７２、７４を装着するとともに、これらの受動体５１、５２、５３、５４とこれに対向する転動体６１、６２、６３、６４との間には磁性流体８１、８２、８３、８４を介在させて、各部の受動体５１、５２、５３、５４と転動体６１、６２、６３、６４間の摺動面を潤滑させるようにウェアプレート支持部１００を構成したので、揺動管２を揺動させる力を小さくして、メガネ板８の左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒに揺動管２を確実に切替る上で好適である。

また、本実施形態のピストンポンプによれば、各部の受動体５１、５２、５３、５４および転動体６１、６２、６３、６４が単純な形状なので、上述したような、超硬合金やセラミックス等の耐摩耗材料で構成可能であり、各部の受動体５１、５２、５３、５４および転動体６１、６２、６３、６４の耐久性を高めることができる。
さらに、本実施形態のピストンポンプによれば、ウェアプレート１２とウェアリング２０とを分離構造としたので、ウェアプレート１２の回動動作を円滑にするとともに、圧送圧力が高くなるほど、メカニカルシール機能を有するウェアリング２０が、メガネ板８により強く密着して、シール力を一層高めることができる。

つまり、本実施形態のピストンポンプによれば、揺動管２の先端部２ｔの内周面に設けられたウェアリング２０が、メカニカルシールとして機能し、圧送圧力が高くなるほど、メガネ板８との対向面にウェアリング２０が強く密着してシール力を高めることができるとともに、別箇に設けられたウェアプレート１２によって逆流防止機能を奏しつつ、メガネ板の左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒとの連通位置に揺動管２を確実に切替えることができる。
そのため、例えばウェアプレート１２とウェアリング２０とを一体構造とした場合に比べて、高圧圧送時であっても、シール力を高めるとともに逆流防止機能を奏し且つ揺動管２を揺動させる力をより小さくして、揺動管２を左右のメガネ板の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒとの連通位置に確実に切替る構成として極めて優れているといえる。

以上説明したように、本実施形態の逆流防止機構付ピストンポンプによれば、高圧圧送時であっても、揺動管２を揺動させる力を小さくして、メガネ板８の左右の吸込吐出口１Ｌ、１Ｒの位置に、揺動管２を確実に切替ることができる。
なお、本発明に係る逆流防止機構付ピストンポンプは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。

１ ホッパ
１ｂ 背壁
１ｆ 前壁
１Ｌ、１Ｒ 吸込吐出口
２ 揺動管
２ｂ 基端部
２ｔ 先端部
３Ｌ、３Ｒ 切換シリンダ（アクチュエータ）
４Ｌ、４Ｒ ポンプシリンダ
５ カップリング
７ 搬送ピストン
８ メガネ板
１０ 揺動管軸
１１ 切換レバー
１２ ウェアプレート
１３ （ウェアプレートの）開口部
１４Ｌ、１４Ｒ （ウェアプレートの）シール部
１５ｎ （ウェアプレートの）シール内周端張出部
１５ｇ （ウェアプレートの）シール外周端張出部
１６ 加圧ピース
１８ 固定壁
１９ 装着ボルト
１９Ｂ 装着ボルト
２０ ウェアリング
２０ｍ （ウェアリングの）開口部
３０ 下部軌道盤
３０ｓ （下部軌道盤の）転動体装着部
３１ 上部軌道盤
３１ｕ （上部軌道盤の）転動体装着部
４０ セットプレート
４０ｕ （セットプレートの）転動体上部装着部
４０ｓ （セットプレートの）転動体下部装着部
５１、５２、５３、５４ 受動体
６１、６２、６３、６４ 転動体
７１、７２、７３、７４ 磁石
８１、８２、８３、８４ 磁性流体
９０ Ｏリング
１００ ウェアプレート支持部
１００ｕ プレート上部支持部
１００ｓ プレート下部支持部
ＣＬ 揺動軸線

Claims (7)

1. 輸送対象物を輸送する輸送管が自身前壁側に接続されるホッパと、
   前記ホッパの背壁側に設けられて左右一対の吸込吐出口を有するとともに該一対の吸込吐出口相互の間隔が該吸込吐出口の開口幅以上に設定されたメガネ板と、
   前記ホッパ内に揺動可能に収容されて前記輸送管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通させるように自身先端の開口部を前記一対の吸込吐出口のいずれかに臨む位置に交互に切換え移動可能な揺動管と、
   前記揺動管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通する位置に揺動させるアクチュエータと、
   前記一対の吸込吐出口の背部にそれぞれ接続されて前記揺動管との非連通時には前記ホッパ内の輸送対象物を吸引するとともに前記揺動管との連通時には前記吸引した輸送対象物を吐出する左右一対のポンプシリンダと、
   前記揺動管の先端部外周面に当該先端部外周面に対して揺動軸線の方向に相対的にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着されるとともに、前記揺動管の先端の開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられたシール部を有するウェアプレートと、
   前記揺動管の揺動範囲の全体に亘って前記ウェアプレートの少なくとも外周部を揺動軸線の前後から複数の転動体を介して常に支承するように設けられたウェアプレート支持部と、
   前記揺動管の先端部の内周面に当該先端部の内周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されるとともに前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着される円筒状のウェアリングと、
   を備え、
   前記ウェアプレートは、前記揺動管の先端部の外周面に当該先端部の外周面および前記ウェアリングの外周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面に対して摺接するように装着されるとともに、
   前記シール部が、前記ウェアリングの開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に、前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられていることを特徴とするピストンポンプ。
2. 輸送対象物を輸送する輸送管が自身前壁側に接続されるホッパと、
   前記ホッパの背壁側に設けられて左右一対の吸込吐出口を有するとともに該一対の吸込吐出口相互の間隔が該吸込吐出口の開口幅以上に設定されたメガネ板と、
   前記ホッパ内に揺動可能に収容されて前記輸送管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通させるように自身先端の開口部を前記一対の吸込吐出口のいずれかに臨む位置に交互に切換え移動可能な揺動管と、
   前記揺動管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通する位置に揺動させるアクチュエータと、
   前記一対の吸込吐出口の背部にそれぞれ接続されて前記揺動管との非連通時には前記ホッパ内の輸送対象物を吸引するとともに前記揺動管との連通時には前記吸引した輸送対象物を吐出する左右一対のポンプシリンダと、
   前記揺動管の先端部外周面に当該先端部外周面に対して揺動軸線の方向に相対的にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着されるとともに、前記揺動管の先端の開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられたシール部を有するウェアプレートと、
   前記揺動管の揺動範囲の全体に亘って前記ウェアプレートの少なくとも外周部を揺動軸線の前後から複数の転動体を介して常に支承するように設けられたウェアプレート支持部と、
   を備え、
   前記ウェアプレート支持部は、
   前記ウェアプレートを揺動軸線の前側であって前記ホッパ内側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持する軌道盤と、
   前記ウェアプレートを揺動軸線の後側であって前記ホッパ外側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持するセットプレートと、を有し、
   前記軌道盤および前記セットプレートは、前記ウェアプレート側を向く面にそれぞれ形成された凹の転動体装着部に、前記複数の転動体が収容されていることを特徴とするピストンポンプ。
3. 前記ウェアプレート支持部は、
   前記ウェアプレートを揺動軸線の前側であって前記ホッパ内側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持する軌道盤と、
   前記ウェアプレートを揺動軸線の後側であって前記ホッパ外側の位置で、前記ウェアプレートの少なくとも外周部を支持するセットプレートと、を有し、
   前記軌道盤および前記セットプレートは、前記ウェアプレート側を向く面にそれぞれ形成された凹の転動体装着部に、前記複数の転動体が収容されている請求項１に記載のピストンポンプ。
4. 前記ウェアプレートは、自身中央に位置する開口部が、前記メガネ板の一対の吸込吐出口それぞれに合致する位置おいて、前記軌道盤に装着された前記複数の転動体および前記セットプレートに装着された前記複数の転動体で前記揺動軸線の前後から、前記ウェアプレートの外周部および内周部が常に支承されるとともに、前記開口部と合致していない側の吸込吐出口の開口を前記ホッパの内部に連通させるように、前記シール部の内周端部および外周端部が、周方向に向けて突設されている請求項２または３に記載のピストンポンプ。
5. 前記軌道盤および前記セットプレートは、それぞれの前記転動体装着部の底面と前記複数の転動体との間に、各転動体を転動可能に保持する受動体が介装されている請求項２～４のいずれか一項に記載のピストンポンプ。
6. 前記軌道盤は、自身の前記転動体装着部に装着された前記受動体の背面に、磁石が装着されるとともに、前記受動体と前記転動体との間に、磁性流体が介在されて潤滑させており、
   前記セットプレートは、自身の前記転動体装着部に設けられた前記受動体の背面に、磁石が装着されるとともに、前記受動体と前記転動体との間に、磁性流体が介在されて潤滑させるように構成されている請求項５に記載のピストンポンプ。
7. 輸送対象物を輸送する輸送管が自身前壁側に接続されるホッパと、
   前記ホッパの背壁側に設けられて左右一対の吸込吐出口を有するとともに該一対の吸込吐出口相互の間隔が該吸込吐出口の開口幅以上に設定されたメガネ板と、
   前記ホッパ内に揺動可能に収容されて前記輸送管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通させるように自身先端の開口部を前記一対の吸込吐出口のいずれかに臨む位置に交互に切換え移動可能な揺動管と、
   前記揺動管を前記一対の吸込吐出口に交互に連通する位置に揺動させるアクチュエータと、
   前記一対の吸込吐出口の背部にそれぞれ接続されて前記揺動管との非連通時には前記ホッパ内の輸送対象物を吸引するとともに前記揺動管との連通時には前記吸引した輸送対象物を吐出する左右一対のポンプシリンダと、
   前記揺動管の先端部の内周面に当該先端部の内周面とは揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されるとともに前記メガネ板の対向面とは摺接するように装着される円筒状のウェアリングと、
   前記揺動管の先端部の外周面に当該先端部の外周面および前記ウェアリングの外周面に対して揺動軸線の方向にスライド可能に篏合されて且つ前記メガネ板の対向面に対して摺接するように装着されるとともに、前記ウェアリングの開口部の左右両側であって前記メガネ板の対向面と自身とが摺接する部分に、前記メガネ板の一対の吸込吐出口の開口幅以上の広さに設けられたシール部を有するウェアプレートと、
   を備えることを特徴とするピストンポンプ。

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