JPH07324676A - 液体加圧装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 往復動ポンプによる液体加圧装置において、
別の給液用ポンプを用いる必要をなくし、しかも昇圧時
間を短縮する。 【構成】 第１ポンプの加圧断面積よりも第２ポンプの
加圧断面積を小さくし、これら両ポンプのプランジャ
を、駆動原動機により直線往復運動される駆動部材に共
通に連結し、第１ポンプでリザーバから液体を自己吸引
させ、第１ポンプで或る中間圧力まで加圧された液体を
第２のポンプで同一ストローク量で可逆的に吸入して加
圧するという二段加圧を行なう。昇圧の最終段階では、
負荷圧の検出と液体圧縮率に基づく計算によって、負荷
容器内が設定圧に達するのに必要なだけの最小限の吐出
流量を与えるストローク長さに制限してポンプを駆動す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プランジャポンプな
どの往復動ポンプを利用した液体加圧装置及びその運転
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】材料切断や圧力容器内の加圧などに高圧
液体を利用する場合、液体加圧源としてパスカルの原理
による液圧ブースタ方式の高圧ポンプが広く利用されて
いる。液圧ブースタは、入口圧力をプランジャピストン
の受圧面積比に逆比例して増圧し、出口圧力とするもの
であるが、これには大別して１行程毎に断続的に所定流
量の増圧圧力を出口側に送る単動ブースタと、一対の単
動ブースタにチェック弁や方向切換弁を組み合わせて出
口側に連続した流量を送り出す複動ブースタとがある。

【０００３】プランジャの駆動は一般に油圧方式であ
り、これには、出口から取り出される高圧液体（水な
ど）が駆動圧油によって汚染されるのを防止するために
駆動シリンダ室と増圧室との分離を図った油水分離型の
ものもあるが、例えばジャムや果汁又は酒等の製造にお
いて近年注目を集めている高圧液体による食品の加圧処
理に利用するための液体加圧装置としては、駆動圧油に
よる汚染の恐れが全くない電動方式でプランジャを往復
駆動するものがよく用いられている。

【０００４】例えば実開平１−７６５７０号公報には、
電動方式の複動ブースタによる液体加圧装置として、材
料切断等に使用する高圧ウォータージェットを発生させ
る往復動増圧機が示されている。この往復動増圧機で
は、給液用の回転式ポンプから吐出される液体を一対の
往復動プランジャ加圧室に夫々チェック弁を介して導入
し、同軸状に連結された一対のプランジャをボールねじ
機構及び可逆サーボモータによって一体的に往復運動さ
せることにより各加圧室内でプランジャによる交互の加
圧動作を行わせ、各加圧室から交互に吐出される高圧液
を夫々別のチェック弁を介して噴射ノズルに送り、噴射
ノズルからほぼ連続的な高圧液体の噴射を得るようにな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、食品の加圧
処理を用途の視野に入れると、加圧処理に際して衛生面
の確保が求められることから、駆動圧油がプランジャ駆
動軸のシール面を介して加圧室内に混入したり、装置の
メンテナンスに際して周辺を作動油で汚したりするおそ
れのある油圧駆動方式よりも、これらのおそれのない電
動方式のブースタのほうが適していることは述べるまで
もない。

【０００６】しかしながら従来の電動方式のブースタで
は、前述のようにプランジャの加圧室に液体を供給する
ために別にポンプを必要とし、このポンプの容量は加圧
室への給液量が一定ではないため或る程度の余裕をもっ
て選定する必要があり、ポンプの設置によって装置構成
が複雑となるだけでなく、給液用ポンプに回転式ポンプ
が用いられていたので、液体がポンプ内で循環して液質
が変化してしまい、場合によっては加圧室内で加圧され
る前に液体内に気泡が混入し、目標の圧力に達するまで
の時間が長くなるなど、加圧処理の効率にも悪影響を与
えていた。

【０００７】また、従来の電動方式のブースタでは、給
液用ポンプの吐出圧力はブースタの加圧室の初期シール
に不足するほどに低く、小流量の場合にはシール漏れを
起こす場合があり、さらに複動ブースタであっても液圧
系は一段加圧であり、電動機の軸出力を大きくしないと
充分な高圧が得られず、特に食品の加圧処理ではますま
す高圧化の要請があるが、電動機を高出力のものにする
にはコスト増が避けられず、また装置全体が大きくなっ
てしまうという問題点もある。

【０００８】さらにまた、従来の電動方式のブースタで
は、負荷圧が設定値近傍に達してもプランジャのストロ
ーク長さは変わらず、したがって負荷の加圧に必要な吐
出量が加圧室の全容積分未満となっても常に全ストロー
ク長さでプランジャを往復駆動しているため、電動機の
消費電力効率を向上させることができなかった。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点を解決
するためになされたものであり、負荷へ供給されるべき
液体が不必要に循環されることなく、したがって液体の
変質を生じることなく、比較的短時間のうちに目標圧力
まで昇圧することのできる構成の簡単な往復動ポンプ方
式の液体加圧装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】本発明の別の目的は、給液用ポンプを併用
しない場合でも、低流量からシール漏れを生じることな
く効率よく高圧液体を得ることができる往復動ポンプ方
式の液体加圧装置を提供することである。

【００１１】本発明の更に別の目的は、昇圧された液体
圧力を極力有効利用して無駄な電力消費を避けることの
できる電動方式の液体加圧装置を提供することである。

【００１２】更に本発明では、往復動ポンプ方式の液体
加圧装置において昇圧時間に占めるポンプ加圧行程のス
トローク長さを負荷圧との関連で可変制御して設定圧力
までの昇圧時間を実質的に短縮することのできる運転方
法を提供することも目的の一部に含むものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの特徴によ
る液体加圧装置（第１発明）は、前述の課題を達成する
ために、吸入した液体を加圧して吐出する第１の往復動
ポンプ手段と、単位ストローク長さ当りの押しのけ容積
が前記第１の往復動ポンプ手段よりも小さく、且つ前記
第１の往復動ポンプ手段と互いに等しいストローク長さ
で可逆的に連動することにより前記第１の往復動ポンプ
手段から吐出される液体を吸入して更に高圧に加圧して
外部へ吐出する第２の往復動ポンプ手段とを備えてお
り、この場合、前記第１の往復動ポンプ手段の吐出流路
には、前記第１の往復動ポンプ手段からの吐出流量のう
ち前記第２の往復動ポンプ手段へ吸入される流量を超え
る余剰流量を予め設定された圧力で吸収する分岐回路が
接続されている。

【００１４】本発明の別の特徴による液体加圧装置（第
２発明）は、第１発明において、第１と第２の往復動ポ
ンプ手段がそれぞれプランジャポンプからなり、第１の
往復動ポンプ手段を構成するプランジャポンプのプラン
ジャは、第２の往復動ポンプ手段を構成するプランジャ
ポンプのプランジャよりも大きな加圧断面積を有し、第
１と第２のプランジャポンプの各プランジャが一体的に
往復運動されるように駆動原動機により直線的に往復運
動する駆動部材にそれぞれ連結されていることを特徴と
するものである。

【００１５】本発明の更に別の特徴による液体加圧装置
（第３発明）では、前記第１発明において、分岐回路が
第１の往復動ポンプ手段の吐出圧を予め定められた設定
圧力で前記吐出流路外へ放出する圧力制御弁回路を含ん
でいることを特徴とするものである。

【００１６】本発明の更に別の特徴による液体加圧装置
（第４発明）は、前記第１発明において、第１の往復動
ポンプ手段の吐出口に前記余剰流量によって蓄圧動作す
るアキュームレータが接続されていることを特徴とする
ものである。

【００１７】本発明の更に別の特徴による液体加圧装置
（第５発明）は、前記第１発明において、入口から吸入
した液体を第１の往復動ポンプ手段の吸入行程で開かれ
る第１のチェック弁を介して第１の往復動ポンプ手段の
ポンプ室に導く供給流路と、第１の往復動ポンプ手段か
らの吐出液体による押込みでそれぞれ開かれる第２のチ
ェック弁と第３のチェック弁との直列接続を介して第１
の往復動ポンプ手段からの吐出液体を第２の往復動ポン
プ手段のポンプ室に導く接続流路と、第２の往復動ポン
プ手段から吐出される高圧液体による押込みで開かれる
第４のチェック弁を介して第２の往復動ポンプ手段から
吐出される高圧液体を出口へ導く吐出流路とを備えたこ
とを特徴とするものである。

【００１８】本発明の更に別の特徴による液体加圧装置
の運転方法（第６発明）では、前記第１発明〜第５発明
のような往復動ポンプ手段で構成された液体加圧装置を
用いて往復動ポンプ手段から吐出される高圧液体によっ
て既知の一定容積Ｖをもつ負荷容器内を予め定められた
設定圧力値ｐ_M に加圧するに際して、前記負荷容器内が
設定圧力値ｐ_M に達した場合の負荷容器内の液体総容量
Ｗ_M を負荷容器の容積Ｖ及び使用液体の前記設定圧力値
ｐ_M における圧縮率β_M に基づいて予め求めておき、前
記往復動ポンプ手段の吐出行程によって負荷容器へ送ら
れた高圧液体の負荷圧ｐを検出し、前記吐出行程に続く
前記往復動ポンプ手段の吸入行程前に前記負荷圧ｐにお
ける前記液体の圧縮率βと負荷容器の容積Ｖに基づいて
前記負荷圧ｐにおける負荷容器内の液体総容量Ｗを計算
し、液体総容量の差ΔＷ＝Ｗ_M −Ｗと前記往復動ポンプ
手段の予め定められた全ストローク長さでの一回のポン
プ行程による単位吐出量Ｑ₀ との比ΔＷ／Ｑ₀ が１以上
のときは前記往復動ポンプ手段を全ストローク長さで駆
動し、前記比ΔＷ／Ｑ₀ が１未満になったときには直後
の前記往復動ポンプ手段の吸入行程におけるストローク
長さを前記全ストローク長さと前記比との積に相当する
ストローク長さに制限し、この制限されたストローク長
さによる吸入行程の後に前記往復動ポンプ手段を直ちに
吐出行程に反転させる方法である。

【００１９】

【作用】第１発明による液体加圧装置では、第１の往復
動ポンプ手段と第２の往復動ポンプ手段とは互いに等し
いストローク長さで可逆的に連動し、即ち第１の往復動
ポンプ手段が吸入行程にあるときは第２の往復動ポンプ
手段は加圧吐出行程にあり、逆に第１の往復動ポンプ手
段が加圧吐出行程にあるときには第２の往復動ポンプ手
段は吸入行程にあり、また第２の往復動ポンプ手段は、
単位ストローク長さ当りの押しのけ容積が前記第１の往
復動ポンプ手段のそれよりも小さい。

【００２０】第１の往復動ポンプ手段は吸入行程におい
てリザーバなどから液体を吸入し、ストローク端で反転
して加圧吐出行程に入ると、吸入した液体を加圧してそ
の吐出流路に吐出する。従って第１の往復動ポンプ手段
はリザーバなどから液体を自己吸引するので、従来のよ
うな給液用ポンプは用いなくても高圧液体を得ることが
でき、液体内に気泡を含ませない状態で液体を第１の往
復動ポンプ手段に供給できる。このように、本発明で
は、給液ポンプが不要のため装置を簡略にでき、また液
体が不必要に装置内で循環されないので、気泡の発生や
液質の変化は殆ど生じることがない。

【００２１】第２の往復動ポンプ手段は、第１の往復動
ポンプ手段が加圧吐出行程にあるときには第１の往復動
ポンプ手段から吐出される既に或る中間圧力まで加圧さ
れた液体を吸入する。第１の往復動ポンプ手段がストロ
ーク端で反転して吸入行程に入ると第２の往復動ポンプ
手段は加圧吐出行程に入る。この加圧吐出行程では、第
２の往復動ポンプ手段は、先に吸入した中間圧力の液体
を更に高圧に加圧して外部の負荷へ吐出する。このよう
にして往復のストローク運動の間に第１の往復動ポンプ
手段と第２の往復動ポンプ手段による液体の二段加圧が
行われ、これにより第２の往復動ポンプ手段による加圧
量が限られていても、既に或る中間圧力まで加圧された
液体を加圧することになるので、全体としての昇圧時間
を短縮することができる。

【００２２】第２の往復動ポンプ手段は、単位ストロー
ク長さ当りの押しのけ容積が前記第１の往復動ポンプ手
段より小さく、したがって第１の往復動ポンプ手段の吐
出流路には、第１の往復動ポンプ手段の加圧吐出行程に
おいて第２の往復動ポンプ手段に吸入される量より多い
液体が第１の往復動ポンプ手段から吐出されてくる。こ
の第１の往復動ポンプ手段からの吐出流量のうち第２の
往復動ポンプ手段へ吸入される流量を超える余剰流量
は、第１の往復動ポンプ手段の吐出流路に接続された分
岐回路によって予め設定された圧力で吸収される。

【００２３】ここで、負荷として密閉空間を高圧液体で
設定負荷圧まで加圧する場合、前記分岐回路による余剰
流量の吸収を設定負荷圧より低い或る近傍圧力で行わせ
るように分岐回路の圧力設定を行うと、負荷圧が設定値
より低い状態で第１の往復動ポンプ手段の吐出流路の圧
力がこの近傍圧力に達するまでは余剰流量を直接負荷へ
送ることができ、負荷の昇圧時間をさらに短縮すること
が可能である。

【００２４】第２発明においては、第１と第２の往復動
ポンプ手段がそれぞれプランジャポンプからなり、第１
の往復動ポンプ手段を構成するプランジャポンプのプラ
ンジャは、第２の往復動ポンプ手段を構成するプランジ
ャポンプのプランジャよりも大きな加圧断面積を有して
いる。これら第１と第２のプランジャポンプの各プラン
ジャは、駆動原動機により直線的に往復運動する駆動部
材にそれぞれ連結されて一体的に往復運動される。この
場合、駆動原動機としては好ましくは可変設定された反
転周期および回転速度で周期的に反転する例えばサーボ
電動機を利用することが好ましく、駆動部材はこの電動
機の反転回転を直線往復運動に変換する例えばボールね
じ機構によって構成することができる。

【００２５】このような一対のプランジャポンプとその
プランジャ駆動部材との組み合わせによる構成は、装置
の駆動部の構成を単純なものとするものである。この発
明の液体加圧装置では、第２の往復動ポンプ手段へは第
１の往復動ポンプ手段が給液し、第１の往復動ポンプ手
段はリザーバなどから液体を自己吸引するので、従来の
ような給液用ポンプは用いなくても高圧液体を得ること
ができ、従ってこの場合は装置の駆動源は前記一対のプ
ランジャポンプのプランジャ駆動部材を往復運動させる
駆動原動機だけでよい。

【００２６】第３発明による液体加圧装置では、前記第
１発明において、第１の往復動ポンプ手段の吐出圧を予
め定められた設定圧力で前記吐出流路外へ放出する圧力
制御弁回路が分岐回路に含まれている。この圧力制御弁
回路は、例えばリリーフ弁による圧力設定回路であれば
よく、これによって第１の往復動ポンプ手段の吐出圧が
リリーフ弁の設定圧力を超えようとするとリリーフ弁が
開かれて余剰流量がタンクへ放出され、第１の往復動ポ
ンプ手段の吐出流路の圧力がリリーフ弁の設定圧以下に
保たれる。この場合、第１の往復動ポンプ手段の吐出圧
がリリーフ弁の設定圧に達するまでの余剰流量は、第２
の往復動ポンプ手段における加圧行程での圧縮分として
利用されるか、あるいはそのまま負荷へ送られるか、何
れにせよ有効利用されることになる。リリーフ弁の設定
圧は負荷設定圧未満に設定されることは述べるまでもな
い。

【００２７】第４発明による液体加圧装置では、前記第
１発明において、第１の往復動ポンプ手段の吐出口に前
記余剰流量によって蓄圧動作するアキュームレータが接
続されている。このアキュームレータとしては、荷重に
よる重量式、あるいはバネ式など種々のアキュームレー
タを用いることができるが、好ましくは気体圧力によっ
て動力蓄積を行う特にブラダ式のアキュームレータを用
いることにより、良好な蓄圧特性で装置重量を軽減する
ことができる。また特にこのようなアキュームレータを
分岐回路に設けた場合、第１の往復動ポンプ手段の吐出
行程でアキュームレータに蓄圧された残圧が第１の往復
動ポンプ手段の吸入行程でポンプのストローク運動を付
勢する力として有効利用され、動力の軽減による効率の
向上に寄与する効果が得られる。

【００２８】第５発明による液体加圧装置では、前記第
１発明において、供給回路には第１のチェック弁が配置
されており、第１の往復動ポンプ手段の吸入行程で入口
から吸入された液体は第１のチェック弁を押し開いて第
１の往復動ポンプ手段のポンプ室に導入される。この第
１のチェック弁は、第１の往復動ポンプ手段の吐出行程
では供給回路内の逆流れを阻止するように閉鎖される。

【００２９】第１の往復動ポンプ手段からの吐出液体を
第２の往復動ポンプ手段のポンプ室に導く接続流路には
第２のチェック弁と第３のチェック弁との直列接続回路
が設けられ、これらは第１の往復動ポンプ手段からの吐
出液体による押込みでそれぞれ開かれる。第２のチェッ
ク弁と第３のチェック弁は、第１の往復動ポンプ手段の
吸入行程又は第２の往復動ポンプ手段の吐出行程では接
続流路内の逆流れを阻止するように閉鎖される。

【００３０】第２の往復動ポンプ手段から吐出される高
圧液体を負荷への出口へ導く吐出流路には第４のチェッ
ク弁が設けられ、この第４のチェック弁は、第２の往復
動ポンプ手段から吐出される高圧液体による押込みで開
かれると共に、第２の往復動ポンプ手段が吸入行程にあ
るときは吐出流路内の逆流れを阻止するように閉鎖され
る。

【００３１】この場合、前記分岐回路は、第２のチェッ
ク弁と第３のチェック弁との間における前記接続流路か
ら分岐させることができ、この場合の分岐回路には前述
のように例えばリリーフ弁による圧力制御弁回路を接続
することができる。また、分岐回路は第１のチェック弁
と第２のチェック弁との間における前記接続流路から分
岐させることもでき、この場合の分岐回路にはアキュー
ムレータを接続して、前述した蓄圧動作によるポンプ動
力軽減機能を果たすようにすることも可能である。

【００３２】この第５発明による液体加圧装置では、第
１と第２のチェック弁により第１の往復動ポンプ手段の
給排流路の振り分けが行われ、第３と第４のチェック弁
により第２の往復動ポンプ手段の給排流路の振り分けが
行われる。特にこの場合、高圧側ポンプである第２の往
復動ポンプ手段からの吐出液体を負荷へ導く吐出流路側
の圧力が設定負荷圧よりも低いとき、低圧側ポンプであ
る第１の往復動ポンプ手段からの吐出液体の余剰流量が
第３のチェック弁を介して供給されてくると、そのうち
の第２の往復動ポンプ手段への吸入量を超える分の余剰
流量は第４のチェック弁を介して負荷へ送られる。この
様に低圧領域では負荷への流量が多くなり、高圧領域に
なると流量が自動的に少なくなり、効率の良い昇圧が行
われることになる。

【００３３】第６発明は、第１発明〜第５発明のように
往復動ポンプ手段で構成された液体加圧装置を用いて前
記往復動ポンプ手段から吐出される高圧液体によって既
知の一定容積Ｖをもつ負荷容器内を設定圧力値ｐ_M に加
圧する際の装置の運転方法を提供するものであり、そこ
では、液体加圧装置を始動してから負荷容器内の圧力が
設定圧力値に達するまでの昇圧時間を短縮するために、
往復動ポンプ手段を常に全ストロ−ク長さで運動させる
のではなく、昇圧の最終段階では負荷容器内が設定負荷
圧に達するのに必要なだけの最小限の吐出流量を計算
し、ポンプ行程を計算値に相当するストローク長さに制
限するように制御する。

【００３４】即ち、第６発明による液体加圧装置の運転
方法では、往復動ポンプ手段から吐出される高圧液体に
よって既知の一定容積Ｖをもつ負荷容器内を予め定めら
れた設定圧力値ｐ_M に加圧するに際して、前記負荷容器
内が設定圧力値ｐ_M に達した場合の負荷容器内の液体総
容量（総体積）Ｗ_M を負荷容器の容積Ｖ及び使用液体の
前記設定圧力値ｐ_M における圧縮率β_M に基づいて予め
求めておき、前記往復動ポンプ手段の吐出行程によって
負荷容器へ送られた高圧液体の負荷圧ｐを検出し、前記
吐出行程に続く前記往復動ポンプ手段の吸入行程前に前
記負荷圧ｐにおける前記液体の圧縮率βと負荷容器の容
積Ｖに基づいて前記負荷圧ｐにおける負荷容器内の液体
総容量（総体積）Ｗを計算し、液体総容量の差ΔＷ＝Ｗ
_M −Ｗと前記往復動ポンプ手段の予め定められた全スト
ローク長さでの一回のポンプ行程による単位吐出量Ｑ₀
との比ΔＷ／Ｑ₀ が１以上のときには前記往復動ポンプ
手段を全ストローク長さで駆動し、前記比ΔＷ／Ｑ₀ が
１未満になったときには直後の前記往復動ポンプ手段の
吸入行程におけるストローク長さを前記全ストローク長
さと前記比との積に相当するストローク長さに制限し、
この制限されたストローク長さによる吸入行程の後に前
記往復動ポンプ手段を直ちに吐出行程に反転させる。

【００３５】例えば使用液体として水を用いる場合で説
明すると、設定圧力ｐ_M に達した場合の水の圧縮率β_M
から、この圧縮率β_M で圧縮された状態で一定容積Ｖの
負荷容器内を満たすに必要な水の総容量Ｗ_M を計算す
る。

【００３６】まず、或る圧力ｐの状態にある水の圧縮率
βは次式で計算される。但し、ここで圧力の単位は[kgf
/cmm²]である。 β＝｛P(p) - 1｝／ P(p) …(1) ここで、P(p)は、 P(p)＝｛(2.996×10⁸ ＋ｐ× 9.8×10⁴)／ 2.996×10
⁸ ｝^0.1368

【００３７】容積Ｖの負荷容器内を圧力ｐ[kgf/cmm²]の
状態で満たすのに必要な水の容量Ｗは次式で計算され
る。 Ｗ＝Ｖ／（１−β） …(2)

【００３８】したがって、容積Ｖの負荷容器内を設定圧
力ｐ_M [kgf/cmm²]の状態で満たすのに必要な水の容量Ｗ
_M は、 Ｗ_M ＝Ｖ／（１−β_M ） …(3) ただし、 β_M ＝｛P(p_M) - 1 ｝／ P(p_M) P(p_M) ＝｛(2.996×10⁸ ＋ｐ_M × 9.8×10⁴)／ 2.996×
10⁸ ｝^0.1368

【００３９】負荷容器へ吐出される高圧水の負荷圧ｐを
検出することにより、検出時点における高圧水の圧縮率
βが前記式(1) により計算され、この圧縮率βと容器の
容積Ｖとから式(2) によってその時点での容器内の水の
総容量Ｗが計算される。

【００４０】このようにして往復動ポンプの吐出行程の
終了時点における負荷圧ｐの値から式(1)(2)によってそ
の時の水の総容量Ｗを計算し、負荷容器内が設定圧力値
ｐ_Mに達した場合の負荷容器内の水の総容量Ｗ_M との
差、即ちΔＷ＝Ｗ_M −Ｗを計算すると、容器内を設定圧
力値にするには残りどれだけの容量の圧縮された水が容
器内に供給されれば良いかが求められる。

【００４１】往復動ポンプの全ストローク長さでの一回
のポンプ行程による単位吐出量Ｑ₀はポンプに固有の値
として既知であり、従ってΔＷとＱ₀ との比ΔＷ／Ｑ₀
が設定圧力値までの加圧に必要なストローク数を与え
る。

【００４２】第６発明では、このようにして往復動ポン
プの吐出行程の終了時点で計算された比ΔＷ／Ｑ₀ の値
が１以上のときは、往復動ポンプを全ストローク長さで
駆動し、比ΔＷ／Ｑ₀ の値が１未満になったときには、
直後の吸入行程におけるストローク長さを前記全ストロ
ーク長さと前記比との積に相当するストローク長さに制
限し、しかもこの制限されたストローク長さによる吸入
行程の後に往復動ポンプ手段を直ちに吐出行程に反転さ
せるのである。

【００４３】このようにすることによって、昇圧の最終
段階で往復動ポンプに無駄なストローク長さのポンプ行
程を行わせることが防止され、吸入行程及び吐出行程の
双方でストローク長さの無駄がなくなるので昇圧時間が
一層短縮され、前記のように制限されたストローク長さ
での吐出行程が終了した時点では負荷容器内が設定圧力
値に達することになる。

【００４４】一般的にこの種の高圧往復動ポンプでは吸
入行程と吐出行程との往復ストローク長さ時間は数十秒
程度以上であるから、吐出行程の終了時点における負荷
圧ｐを取り込んで吐出行程の開始までに必要な演算を済
ませることは通常の電子技術で容易に可能である。

【００４５】尚、第６発明の運転方法は、第１発明〜第
５発明のいずれにも適用可能であるだけでなく、一般的
な単動もしくは復動ブースタによる高圧往復動ポンプで
構成された液体加圧装置にも適用可能である。

【００４６】

【実施例】本発明の一実施例に係る液体加圧装置の構成
を図１に示す。この実施例に係る液体加圧装置では、負
荷として一定容積の食品加圧処理用圧力容器７０に高圧
液体を供給し、該容器７０内の食品７２を加圧処理する
場合を例に示しているが、高圧液体噴射による材料切断
等のためのノズル装置を負荷としても良いことは述べる
までもない。

【００４７】図１において、第１の往復動ポンプ手段と
してのプランジャポンプ１０Ａは、低圧側シリンダ１１
Ａと、このシリンダ１１Ａ内で往復動することによりポ
ンプ室１２Ａの容積を周期的に変化させる比較的大径の
プランジャ１３Ａとによって構成され、プランジャ１３
Ａは、図示の矢印Ａ方向に移動することによりポンプ室
１２Ａに液体を吸入し（吸入行程）、逆に矢印Ｂ方向に
移動することにより前記吸入行程で吸入した液体を加圧
して吐出する（吐出行程）。

【００４８】第２の往復動ポンプ手段としてのプランジ
ャポンプ１０Ｂは、高圧側シリンダ１１Ｂと、このシリ
ンダ１１Ｂ内で往復動することによりポンプ室１２Ｂの
容積を周期的に変化させる比較的小径のプランジャ１３
Ｂとによって構成され、プランジャ１３Ｂは、図示の矢
印Ｂ方向に移動することによりポンプ室１２Ｂに液体を
吸入し（吸入行程）、逆に矢印Ａ方向に移動することに
より前記吸入行程で吸入した液体を加圧して吐出する
（吐出行程）。

【００４９】これらプランジャポンプ１０Ａと１０Ｂの
単位ストローク長さ当りの押しのけ容積は、それぞれの
プランジャ１３Ａ，１３Ｂの加圧断面積（ポンプ室１２
Ａ，１２Ｂの断面積）に応じて、プランジャポンプ１０
Ａよりもプランジャポンプ１０Ｂのほうが単位ストロー
ク長さ当りの押しのけ容積が小さい。

【００５０】プランジャポンプ１０Ａと１０Ｂは、シリ
ンダハウジング１１の両端に低圧シリンダ１１Ａと高圧
シリンダ１１Ｂとを一体に固定することにより、互いの
プランジャ尾端が向き合うように逆向きにほぼ同軸上に
配置され、互いに向き合ったプランジャ尾端の間は、駆
動原動機により直線的に往復運動する駆動部材としての
精密ボールねじ軸１３によって一体に連結されている。
このボールねじ軸１３を周期的に軸方向に往復動させる
ことにより、両プランジャ１３Ａ，１３Ｂは互いに等し
いストローク長さで可逆的に連動して一体的に往復運動
し、これによりプランジャポンプ１０Ａと１０Ｂは、一
方が吸入行程にあるときには他方は吐出行程を行うよう
に、いわゆるプッシュプル加圧動作を行うようになって
いる。

【００５１】プランジャポンプ１０Ａ，１０Ｂの各プラ
ンジャ１３Ａ，１３Ｂをボールねじ軸１３によって一体
的に往復運動させるために、シリンダハウジング１１に
は図示しないサーボ制御装置によって周期的に回転方向
が逆転されるように制御される可逆サーボモータ２１が
取りつけられ、また前記ボールねじ軸１３とボールを介
して精密に螺合する回転ナット１４がハウジング１１の
固定位置にて回転自在に軸受されており、サーボモータ
２１の回転軸と回転ナット１４との間は、歯付エンドレ
スベルト２２による回転伝達機構により連結されてい
る。これにより、モータ２１が一方の方向に回転すると
回転ナット１４の回転によってボールねじ軸１３が矢印
Ａ方向に移動し、モータ２１が他方の方向に回転すると
回転ナット１４の回転によってボールねじ軸１３が矢印
Ｂ方向に移動する。

【００５２】液体はリザーバ１６に貯えられており、リ
ザーバ１６内には入口としてのフィルタ付き吸引口１８
が液中に開口している。吸引口１８とポンプ室１２Ａと
の間を接続する供給流路３２には第１のチェック弁４２
が設けられ、このチェック弁４２は、低圧側プランジャ
ポンプ１０Ａの吸入行程においては吸引口１８から吸引
される液体をポンプ室１２Ａに導入するように供給流路
３２を開くと共に、ポンプ１０Ａの吐出行程ではその吐
出圧によって供給流路３２を閉鎖することによりポンプ
室１２Ａからの吐出液体がリザーバ１６に逆流するのを
阻止する。

【００５３】低圧側ポンプ室１２Ａと高圧側ポンプ室１
２Ｂとの間は接続流路３４によって接続され、この接続
流路３４には、低圧側プランジャポンプ１０Ａからの吐
出液体による押込みでそれぞれ開かれる第２のチェック
弁４４と第３のチェック弁４６とが直列に設けられてい
る。これらのチェック弁４４と４６は、それぞれポンプ
室１２Ａ側からポンプ室１２Ｂ側への液体流れを許容
し、逆流れは阻止する向きに配置されている。

【００５４】高圧側プランジャポンプ１０Ｂのポンプ室
１２Ｂから吐出される高圧液体を出口から負荷（圧力容
器７０）へ導くための吐出流路３６には、第３のチェッ
ク弁４６またはポンプ室１２Ｂからの加圧液体による押
込みで開かれる第４のチェック弁４８が設けられ、この
チェック弁４８は負荷からの逆流を阻止する。

【００５５】低圧側プランジャポンプ１０Ａの吐出流路
である前記接続流路３４には、前記第２のチェック弁４
４と第３のチェック弁４６との間の流路から分岐回路５
０が分岐されており、図１の実施例では、この分岐回路
５０は低圧側プランジャポンプ１０Ａの吐出圧の上限を
設定するためのリリーフ弁５２による圧力制御回路を含
んでいる。このリリーフ弁５２を有する分岐回路５０
は、後述のように、低圧側プランジャポンプ１０Ａから
の吐出流量のうち高圧側プランジャポンプ１０Ｂのポン
プ室１２Ｂへ吸入される流量を超える余剰流量を予め設
定された圧力で吸収する。尚、接続流路３４に接続され
た圧力計測器６２はこのリリーフ弁５２によって制御さ
れる流路の圧力を検出する低圧側圧力検出手段であり、
また吐出流路３６に接続された圧力計測器６４は負荷圧
を検出する高圧側圧力検出手段である。

【００５６】今、吐出流路３６の出口に負荷としての圧
力容器７０を接続し、吐出流路３６から吐出される高圧
液体によって圧力容器７０内の液体で満たされた加圧チ
ャンバを設定圧力まで加圧する場合、サーボモータ２１
を図示しない制御装置によって予め設定された反転周期
および回転速度で周期的に反転するように回転させる
と、この反転回転運動は、回転ナット１４及びボールね
じ軸１３によって直線往復運動に変換され、ボールねじ
軸１３の両端に連結された一対のプランジャ１３Ａ，１
３Ｂがモータ２１の設定周期及び速度に従って図中の矢
印ＡＢ方向に一体的に往復運動する。

【００５７】このプランジャ１３Ａ，１３Ｂの往復運動
によって低圧側プランジャポンプ１０Ａと高圧側プラン
ジャポンプ１０Ｂとは互いに等しいストローク長さで可
逆的に連動し、即ちプランジャ１３Ａ，１３Ｂが矢印Ａ
方向に移動するときは低圧側プランジャポンプ１０Ａが
吸入行程、高圧側プランジャポンプ１０Ｂが吐出行程に
あり、逆にプランジャ１３Ａ，１３Ｂが矢印Ｂ方向に移
動するときは低圧側プランジャポンプ１０Ａが吐出行
程、高圧側プランジャポンプ１０Ｂが吸入行程にあり、
また高圧側プランジャポンプ１０Ｂは、単位ストローク
長さ当りの押しのけ容積が前記低圧側プランジャポンプ
１０Ａのそれよりも小さい。

【００５８】プランジャ１３Ａ，１３Ｂが矢印Ａ方向に
移動し始めると低圧側プランジャポンプ１０Ａは吸入行
程に入り、プランジャ１３Ａの移動によってポンプ室１
２Ａの容積が漸次増加することにより供給流路３２を介
してリザーバ１６内の液体をポンプ室１２Ａ内に自己吸
引する。この場合、供給流路３２中の第１のチェック弁
４２は吸引口１８側よりもポンプ室１２Ａ側が負圧にな
るので開かれ、一方、接続流路３４中の第２のチェック
弁４４は、接続流路３４側よりもポンプ室１２Ａ側が負
圧になることによって閉じたままである。このように、
低圧側プランジャポンプ１０Ａがリザーバ１６から液体
を自己吸引するので従来のような給液用ポンプはなくて
もよく、液体が不必要に循環されないので、気泡の発生
や液質の変化は殆ど生じることがない。

【００５９】矢印Ａ方向への移動ストローク端でプラン
ジャ１３Ａが反転して矢印Ｂ方向に移動し始めると低圧
側プランジャポンプ１０Ａは吐出行程に入り、プランジ
ャ１３Ａの移動によってポンプ室１２Ａの容積が漸次減
少することによりポンプ室１２Ａ内の液体を加圧して接
続流路３４に吐出する。このときに低圧側プランジャポ
ンプ１０Ａのポンプ室１２Ａから吐出される液体は、第
１のチェック弁４２を閉鎖すると共に接続流路３４の第
２のチェック弁４４と第３のチェック弁４６を押し開い
て高圧側へ送られ、このとき高圧側プランジャポンプ１
０Ｂは吸入行程にあるので、チェック弁４６から流出し
てくる液体はポンプ室１２Ｂへ吸入される。

【００６０】低圧側プランジャポンプ１０Ａの吐出行程
でチェック弁４６から流出してくる液体は既に或る中間
圧力まで加圧されており、高圧側プランジャポンプ１０
Ｂは吸入行程においてこの中間圧力に加圧された液体を
ポンプ室１２Ｂに吸入する。低圧側プランジャポンプ１
０Ａが矢印Ｂ方向の移動ストローク端で再び反転して吸
入行程に入ると、高圧側プランジャポンプ１０Ｂは吐出
行程に入る。この吐出行程では、高圧側プランジャポン
プ１０Ｂは、先に吸入した中間圧力の液体を更に高圧に
加圧して第４のチェック弁４８を介して出口に接続され
た圧力容器７０の加圧チャンバへ吐出する。

【００６１】このようにして往復のストローク運動の間
に低圧側プランジャポンプ１０Ａと高圧側プランジャポ
ンプ１０Ｂによる液体の二段加圧が行われ、これにより
高圧側プランジャポンプ１０Ｂによる加圧量が限られて
いても、既に或る中間圧力まで加圧された液体を加圧す
ることになるので、全体としての昇圧時間を短縮するこ
とができる。

【００６２】高圧側プランジャポンプ１０Ｂは、単位ス
トローク長さ当りの押しのけ容積が前記低圧側プランジ
ャポンプ１０Ａより小さく、したがって低圧側プランジ
ャポンプ１０Ａの吐出流路（接続流路３４）には、低圧
側プランジャポンプ１０Ａの吐出行程において高圧側プ
ランジャポンプ１０Ｂに吸入される量より多い液体がポ
ンプ室１２Ａから吐出されてくる。この低圧側プランジ
ャポンプ１０Ａからの吐出流量のうち高圧側プランジャ
ポンプ１０Ｂのポンプ室１２Ｂに吸入される流量を超え
る余剰流量は、低圧側プランジャポンプ１０Ａの吐出流
路である接続流路３４に接続された分岐回路５０によっ
てリリーフ弁５２に予め設定された圧力で吸収され、リ
ザーバ１６へ還流される。

【００６３】ここで、負荷として液体で満たされた密閉
空間としての加圧チャンバを高圧液体で設定圧まで加圧
する場合、前記分岐回路５０による余剰流量の吸収を設
定圧より低い或る近傍圧力で行わせるようにリリーフ弁
５２の圧力設定を行うと、負荷圧が設定圧力値より低い
状態で低圧側プランジャポンプ１０Ａの吐出流路である
接続流路３４の圧力がこの近傍圧力に達するまでは、余
剰流量をチェック弁４６からポンプ室１２Ｂへ圧縮分と
して、或いは更にチェック弁４８を介して圧力容器７０
に直接送ることができ、負荷の昇圧時間をさらに短縮す
ることが可能である。

【００６４】なお、本実施例ではリリ−フ弁５２による
圧力制御回路を備えた分岐回路５０を第２のチェック弁
４４と第３のチェック弁４６の間から分岐させている
が、この分岐回路５０の代わりに、或いは分岐回路５０
に加えて、図２Ａまたは図２Ｂに示すように、第１のチ
ェック弁４２と第２のチェック弁４４との間の接続流路
３４から別の分岐回路５０Ａを分岐させ、この分岐回路
５０Ａにアキュムレ−タ５４または５５を設けてもよ
い。

【００６５】図２Ａのアキュームレータ５４は、低圧側
プランジャポンプ１０Ａからの吐出流量のうちの前記余
剰流量を吸収することにより蓄圧動作し、その作動圧力
値は前記リリーフ弁５２と併用する場合はリリーフ弁５
２の設定圧より低い値とし、リリーフ弁５２を安全弁と
して機能させるようにすることもできる。

【００６６】図２Ａに示したアキュームレータ５４は、
気体圧力によって動力蓄積を行うブラダ式のアキューム
レータであり、この形式のアキュームレータを用いた場
合には、良好な蓄圧特性で装置重量を軽減することがで
きる。また図２Ｂに示したアキュームレータ５５は、ス
プリング５６で付勢されたピストン５７をシリンダ５８
内に有するバネ式アキュームレータであり、この例で
は、ピストン５７が或る程度後退すると例えばリザーバ
１６などの外部へ開かれる開口５９がシリンダ５８に設
けられており、これにより低圧側プランジャポンプ１０
Ａの吐出圧が過大になったときに分岐回路５０Ａをリザ
ーバ側に解放する安全弁機能をアキュームレータ５５に
持たせてある。尚、分岐回路５０Ａには例示した形式以
外の例えば荷重による重量式など種々の形式のアキュー
ムレータを用いることができ、本発明は図２Ａおよび図
２Ｂの例示に限定されるものではない。

【００６７】また、特にこのようなアキュームレータを
有する分岐回路５０Ａをポンプ室１２Ａに常時連通する
ように設けることにより、低圧側プランジャポンプ１０
Ａの吐出行程でアキュームレータに蓄圧された残圧が低
圧側プランジャポンプ１０Ａの吸入行程でプランジャ１
３Ａの矢印Ａ方向への移動を付勢する力として有効利用
され、ポンプ動力の軽減による効率の向上が可能であ
る。

【００６８】以上に述べたような矢印ＡＢ方向の往復ポ
ンプ行程の繰り返しにより、主に矢印Ａ方向へのプラン
ジャ移動による高圧側プランジャポンプ１０Ｂの吐出動
作のたびに負荷としての圧力容器７０の加圧チャンバ内
が段階的に昇圧され、その昇圧の様子は圧力計測器６４
による圧力検出によって監視され、容器７０内が予め設
定された圧力値に達したときはモータ２１の駆動が停止
される。

【００６９】本実施例において、サーボモータ２１の反
転周期の制御に関連して、プランジャ１３Ａ，１３Ｂの
ストローク運動中の位置をモータ２１のサーボ制御系に
与えるために、サーボモータ２１の回転出力系からプラ
ンジャ１３Ａ，１３Ｂおよびボールねじ軸１３からなる
往復運動部までの適当な部位に、例えばパルスエンコー
ダ等の位置検出器を設けることは好ましいことである。

【００７０】この場合、前記位置検出器によるプランジ
ャ位置の検出結果を高圧側圧力計測器６４の検出圧力値
と共に利用して、サ−ボモ−タ２１の反転タイミングを
変化させることにより、既知の一定容積Ｖをもつ圧力容
器７０内を設定圧力値ｐ_M に加圧するに際して、容器７
０内の圧力が設定圧力値に達するまでの昇圧時間を短縮
するような運転制御を行うことができる。

【００７１】即ち、この場合は、プランジャポンプ１０
Ａ，１０Ｂを常に全ストロ−ク長さで往復動作させるの
ではなく、昇圧の最終段階では容器７０内が設定圧ｐ_M
に達するのに必要なだけの最小限の吐出流量を計算し、
ポンプ行程を計算値に相当するストローク長さに制限す
るようにサーボモータ２１を制御する。この運転方法の
実施例について、図１および動作フローを示す図３と共
に以下に説明する。

【００７２】今、高圧側プランジャポンプ１０Ｂから吐
出される高圧液体によって既知の一定容積Ｖをもつ圧力
容器７０内を予め定められた設定圧力値ｐ_M に加圧する
場合を例にとると、まず圧力容器７０内が設定圧力値ｐ
_M に達した場合の容器内の液体総容量（総体積）Ｗ_M を
圧力容器７０の容積Ｖ及び使用液体の設定圧力値ｐ_Mに
おける圧縮率β_M に基づいて前述の式(3) により予め求
めておく。

【００７３】高圧側プランジャポンプ１０Ｂの吐出行程
の完了時点における圧力容器７０内の負荷圧ｐを圧力計
測器６４の検出結果から取り込み、この吐出行程に続く
高圧側プランジャポンプ１０Ｂの吸入行程前に、取り込
まれた負荷圧ｐにおける前記液体の圧縮率βと圧力容器
７０の容積Ｖに基づいて前述の式(1)(2)により負荷圧ｐ
における圧力容器７０内の液体の総容量Ｗを計算する。

【００７４】本実施例では使用液体として水を用いてお
り、従って設定圧力ｐ_M [kgf/cm²]に達した場合の水の
圧縮率β_M は、 β_M ＝｛P(p_M) - 1 ｝／ P(p_M) ただし、 P(p_M) ＝｛(2.996×10⁸ ＋ｐ_M × 9.8×10⁴)／ 2.996×
10⁸ ｝^0.1368 である。

【００７５】この圧縮率β_M で圧縮された状態で一定容
積Ｖの圧力容器７０内を満たすに必要な水の総容量Ｗ_M
は、前述式(3) の通り、 Ｗ_M ＝Ｖ／（１−β_M ） となる。

【００７６】同様に、任意の負荷圧ｐ[kgf/cm²] の状態
にある水の圧縮率βは、前述式(1)の通り、 β＝｛P(p) - 1｝／ P(p) ここで、P(p)は、 P(p)＝｛(2.996×10⁸ ＋ｐ× 9.8×10⁴)／ 2.996×10
⁸ ｝^0.1368 である。

【００７７】従って容積Ｖの圧力容器７０内を圧力ｐの
状態で満たすのに必要な水の総容量Ｗは、前述式(2) の
通り、 Ｗ＝Ｖ／（１−β） となる。

【００７８】このようにして高圧側プランジャポンプ１
０Ｂの毎回の吐出行程の終了時点における負荷圧ｐの値
から式(1)(2)によって水の総容量Ｗを計算し、圧力容器
７０内が設定圧力値ｐ_M に達した場合の容器内の総容量
Ｗ_M との差、即ちΔＷ＝Ｗ_M−Ｗを計算すると、容器７
０内を設定圧力値にするには残りどれだけの量の圧縮さ
れた水が容器内に供給されれば良いかが求められる。

【００７９】高圧側プランジャポンプ１０Ｂの全ストロ
ーク長さでの一回のポンプ行程による単位吐出量をＱ₀
とすると、ΔＷとＱ₀ との比ΔＷ／Ｑ₀ は設定圧力値ま
での加圧に必要なストローク数である。

【００８０】図３に示す制御動作のフローでは、高圧側
プランジャポンプ１０Ｂの吐出行程の終了時点で計算さ
れた比ΔＷ／Ｑ₀ の値が１以上のときは、プランジャを
全ストローク長さで駆動し、比ΔＷ／Ｑ₀ の値が１未満
になったときには、直後の吸入行程におけるストローク
長さを前記全ストローク長さと前記比との積に相当する
ストローク長さに制限し、しかもこの制限されたストロ
ーク長さによる吸入行程の後にポンプを直ちに吐出行程
に反転させる。

【００８１】即ち、図３において、ステップ３０１は、
装置の動作スタートに伴ってサーボモータ２１によりボ
ールねじ軸１３と共に各プランジャ１３Ａ及び１３Ｂを
矢印Ｂ方向のストローク端（低圧側移動制限端）から矢
印Ａ方向に移動させ、低圧側プランジャポンプ１０Ａで
は吸入行程を、高圧側プランジャポンプ１０Ｂでは吐出
行程を行なわせる動作ステップであり、このステップ３
０１によってポンプ室１２Ｂから吐出される高圧水がチ
ェック弁４８を介して圧力容器７０へ供給されると、ス
テップ３０２では圧力計測器６４の検出信号に基づいて
負荷圧が設定圧力値に達したか否かが判定される。

【００８２】ステップ３０２で負荷圧が設定圧力値に達
したことが判定された場合には、ステップ３０３に進ん
でサーボモータ２１の駆動を停止し、プランジャの往復
運動を停止するが、負荷圧が設定圧力値に達していない
ときには、ステップ３０４に進む。

【００８３】ステップ３０４では、前述したような位置
検出器によるプランジャ１３Ｂの位置検出結果に基づい
てプランジャ１３Ｂが矢印Ａ方向のストローク端（高圧
側移動制限端）に達したか否かが判定される。位置検出
器からの制限端到達信号がＯＦＦのときはプランジャ１
３Ｂが未だ高圧側移動制限端に達していないので、制御
の流れは再びステップ３０２に戻り、この判定動作を繰
り返す。プランジャ１３Ｂが高圧側移動制限端に到達す
ると位置検出器からの制限端到達信号がＯＮになり、制
御の流れはステップ３０５に進む。

【００８４】ステップ３０４では、前述のようにその時
点での圧力計測器６４から取り込んだ負荷圧ｐの値から
前述式(1)(2)によって容器７０内の高圧水の総容量Ｗを
計算し、また予め計算しておいたＷ_M （圧力容器７０内
が設定圧力値ｐ_M に達した場合の容器７０内の高圧水の
総容量）との差、即ちΔＷ＝Ｗ_M −Ｗを計算し、更に高
圧側プランジャポンプ１０Ｂの全ストローク長さでの一
回のポンプ行程による単位吐出量Ｑ₀ との比ΔＷ／Ｑ₀
を計算し、この計算された比ΔＷ／Ｑ₀ の値が１以上の
ときはプランジャ移動量の指令値として全ストローク長
さを、また比ΔＷ／Ｑ₀ の値が１未満になったときには
プランジャ移動量の指令値として前記全ストローク長さ
と前記比との積に相当する制限されたストローク長さを
サーボモータ２１の制御系に与える。

【００８５】以上のようなプランジャ移動量の指令値が
サーボ制御系に与えられるとステップ３０６による反転
移動動作が行なわれる。このステップ３０６では、サー
ボモータ２１によりボールねじ軸１３と共に各プランジ
ャ１３Ａ及び１３Ｂを矢印Ａ方向のストローク端（高圧
側移動制限端）から矢印Ｂ方向に移動させ、低圧側プラ
ンジャポンプ１０Ａでは吐出行程を、高圧側プランジャ
ポンプ１０Ｂでは吸入行程を行なわせるが、そのときの
矢印Ｂ方向へのプランジャ移動量はステップ３０５で与
えられる指令値にしたがって制御される。

【００８６】即ち、ステップ３０５において計算された
比ΔＷ／Ｑ₀ の値が１以上のときはプランジャ移動量の
指令値として全ストローク長さが与えられるので、サー
ボモータ２１はプランジャ１３Ａ，１３Ｂを矢印Ｂ方向
へ全ストローク長さだけ移動させ、その後、ステップ３
０１に戻って反転させて再び矢印Ａ方向への移動を行な
う。この場合の指令値によるサーボモータ２１の移動量
の制御は、サーボモータ２１の機械出力系の移動量を検
出するエンコーダからの信号によるフィードバック制御
で行なうことができ、あるいは単純に低圧側移動制限端
に設けた位置検出器の作動による駆動方向の反転制御で
もよい。

【００８７】一方、ステップ３０５において計算された
比ΔＷ／Ｑ₀ の値が１未満になったときには、プランジ
ャ移動量の指令値として前記全ストローク長さと前記比
との積に相当する制限されたストローク長さが与えられ
るので、サーボモータ２１はプランジャ１３Ａ，１３Ｂ
を矢印Ｂ方向へこの制限されたストローク長さだけ移動
させ、その後、ステップ３０１に戻って反転させて直ち
に矢印Ａ方向への移動を行なう。この場合の指令値によ
るサーボモータ２１の移動量の制御は、サーボモータ２
１の機械出力系の移動量を検出するエンコーダからの信
号によるフィードバック制御で行なうことができる。

【００８８】本実施例では、このようにして高圧側プラ
ンジャポンプ１０Ｂについて毎回の吐出行程の終了時点
で比ΔＷ／Ｑ₀ を計算し、比ΔＷ／Ｑ₀ の値が１以上の
ときはプランジャポンプを全ストローク長さで駆動し、
比ΔＷ／Ｑ₀ の値が１未満になったときには直後の吸入
行程におけるストローク長さを前記全ストローク長さと
前記比との積に相当するストローク長さに制限し、しか
もこの制限されたストローク長さによる吸入行程の後に
プランジャポンプを直ちに吐出行程に反転させる。

【００８９】これによって、昇圧の最終段階でプランジ
ャポンプに無駄なストローク長さのポンプ行程を行わせ
ることがなく、吸入行程及び吐出行程の双方でストロー
ク長さの無駄がなくなるので昇圧時間が一層短縮され、
前記のように制限されたストローク長さでの吐出行程が
終了した時点では負荷容器内が設定圧力値に達すること
になり、ステップ３０３で装置の加圧動作が停止される
ことになる。

【００９０】尚、加圧動作が停止した後に負荷圧が設定
圧力値から低下すれば、ステップ３０２、３０４を介し
て再びステップ３０５が開始され、低下圧力分の補給に
見合った量だけの吸入行程と吐出行程が高圧側プランジ
ャポンプ１０Ｂによって行なわれる。この場合、設定圧
力値からの圧力低下の大きさに対して制御フローの再開
に適当な不感帯を与えておくことが好ましいことは述べ
るまでもない。

【００９１】具体的な数値例を示すと、全ストローク長
さ当たりの単位押し退け容積Ｑ₀ が１０[cc]の高圧プラ
ンジャポンプを用いて加圧した水により、容積２００[c
c]の圧力容器の加圧チャンバ内を設定圧力１００００[k
gf/cm²] に加圧した場合、式(3) においてＰ(p_M)＝１．
２１９７、圧縮率β_M ＝０．１８０１となるから、設定
圧力での容器内の水の総容量Ｗ_M は２４３．９[cc]とな
り、大気圧下での加圧を考えると、２００[cc]の容積の
容器内が水で満たされてから約４０[cc]程度の圧縮分に
相当する水が供給されれば容器内が設定圧に加圧される
ことが判る。

【００９２】本実施例による場合、高圧プランジャポン
プの１ストローク時間は２５．７秒（吸入行程１０．０
秒および吐出行程１５．７秒）であり、容器内に水が満
たされた後の吐出行程の開始で圧力計測器６４による負
荷圧の値が上昇し始めてから９２．８秒後の４回目の吐
出行程の終了時点で負荷圧が８４００[kgf/cm²] を示
し、そのときの圧縮率βは式(1) から０．１６５３、ま
た容器内の水の総容量Ｗは式(2) から２３９．６[cc]で
ある。

【００９３】設定圧での総容量との差ΔＷは４．３[cc]
であり、ΔＷ／Ｑ₀ ＝０．４３となるから、次の吸入行
程は全ストローク長さの４３％に制限され、４３％のス
トローク長さで高圧プランジャポンプが吸入行程を行な
ったのち、直ちに吐出行程に反転された。この吐出行程
も残り４３％のストローク長さを残していたが、これが
ストローク端に達したときには圧力計測器６４による負
荷圧の値が設定圧力値である１００００[kgf/cm²] を示
した。

【００９４】この場合、高圧プランジャポンプの昇圧動
作の最終ストローク運動は吸入行程及び吐出行程が共に
４３％の制限されたストローク長さで行なわれており、
従って毎回の動作を全ストロ−ク長さで行なうよりも設
定圧力までの昇圧時間が短縮された。

【００９５】

【発明の効果】以上に述べたように、第１発明によれ
ば、第１の往復動ポンプ手段がリザーバなどから液体を
自己吸引するので、別の給液用ポンプを用いなくても高
圧液体を得ることができ、液体内に気泡が生じたり液質
を変化させたりすることも殆どなく、また第１の往復動
ポンプ手段で或る中間圧力まで加圧された液体を第２の
往復動ポンプ手段で同一ストローク量で可逆的に吸入し
て加圧するという二段加圧を行なうので、一回当たりの
ストローク動作による加圧量を大きくして昇圧時間を短
縮することができる。

【００９６】また第２発明によれば、第１発明に加え
て、第１のポンプ手段を構成する第１のプランジャポン
プの加圧断面積よりも、第２のポンプ手段を構成する第
２のプランジャポンプの加圧断面積を小さくし、これら
両プランジャポンプのプランジャを、駆動原動機により
直線往復運動される駆動部材に共通に連結したので、装
置の駆動部の構成を簡略化することができると共に、装
置の駆動源としては駆動部材を往復運動させる駆動原動
機だけでよい。

【００９７】また第３発明によれば、第１発明に加え
て、第１の往復動ポンプ手段の吐出圧を予め定められた
設定圧力でリザーバなどへ放出する圧力制御回路を有す
る分岐回路を備えているので、第１の往復動ポンプ手段
の吐出圧が設定圧力に達するまでは第２の往復動ポンプ
手段の吸入量以外の余剰流量が圧縮分または負荷への供
給分として有効利用され、昇圧時間の短縮が可能であ
る。

【００９８】また第４発明によれば、第１発明に加え
て、第１の往復動ポンプ手段の吐出口に前記余剰流量に
よって蓄圧動作するアキュームレータが接続されている
ので、蓄圧された残圧が第１の往復動ポンプ手段の吸入
行程でポンプのストローク運動を付勢する力として有効
利用され、動力の軽減による効率の向上に寄与する効果
が得られる。

【００９９】また第５発明によれば、第１発明に加え
て、第１と第２のチェック弁により第１の往復動ポンプ
手段の給排流路の振り分けが行なわれ、第３と第４のチ
ェック弁により第２の往復動ポンプ手段の給排流路の振
り分けが行なわれ、高圧側の第２の往復動ポンプ手段か
らの吐出液体を負荷へ導く吐出流路側の圧力が設定圧力
値よりも低いときには、低圧側の第１の往復動ポンプ手
段からの吐出液体の余剰流量が第３のチェック弁から供
給されてくると第２の往復動ポンプ手段への吸入量を超
える分の余剰流量が第４のチェック弁を会して負荷へ直
接送られ、従って低圧領域では負荷への流量が多くな
り、高圧領域になるとこの流量が自動的に少なくなり、
効率のよい昇圧を行なうことができる。

【０１００】更に第６発明によれば、高圧往復動ポンプ
で一定容積の負荷容器を加圧するに際して、往復動ポン
プを常に全ストローク長さで動作させずに、昇圧の最終
段階では負荷圧の検出と液体圧縮率に基づく計算によっ
て、負荷容器内が設定圧力値に達するのに必要なだけの
最小限の吐出流量を与えるストローク長さに制限するよ
うに制御してポンプを駆動するので、昇圧の最終段階で
ポンプに無駄な動作をさせずに済み、吸入行程及び吐出
行程の双方でストローク長さの無駄がなくなるので昇圧
時間が一層短縮されるという効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例に係る液体加圧装置の構成を示
す模式説明図である。

【図２】Ａ図とＢ図はそれぞれ図１の実施例の変形例を
要部について示す模式説明図である。

【図３】本発明の一実施例に係る液体加圧装置の運転方
法のフロ−チャ−トである。

【符号の説明】

１０Ａ 低圧側プランジャポンプ（第１の往復動ポンプ
手段） １０Ｂ 高圧側プランジャポンプ（第２の往復動ポンプ
手段） １１ シリンダハウジング １１Ａ 低圧側シリンダ １１Ｂ 高圧側シリンダ １２Ａ 低圧側ポンプ室 １２Ｂ 高圧側ポンプ室 １３ 精密ボールねじ軸（駆動部材） １３Ａ 低圧側プランジャ １３Ｂ 高圧側プランジャ １４ 回転ナット １６ リザーバ １８ 吸引口 ２１ 可逆サーボモータ（駆動原動機） ２２ 歯付エンドレスベルト装置 ３２ 供給流路 ３４ 接続流路 ３６ 吐出流路 ４２ 第１のチェック弁 ４４ 第２のチェック弁 ４６ 第３のチェック弁 ４８ 第４のチェック弁 ５０ 分岐回路 ５２ リリーフ弁（圧力制御弁回路） ５４ アキュームレータ ５５ アキュームレータ ６２ 低圧側圧力計測器 ６４ 高圧側圧力計測器 ７０ 圧力容器（負荷容器） ７２ 加圧処理食品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝前 正紀 富山県魚津市本江2410 株式会社スギノマ シン内 (72)発明者 山岸 伸考 富山県魚津市本江2410 株式会社スギノマ シン内 (72)発明者 金三津 雅則 富山県魚津市本江2410 株式会社スギノマ シン内 (72)発明者 杉森 正 富山県魚津市本江2410 株式会社スギノマ シン内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸入した液体を加圧して吐出する第１の往
   復動ポンプ手段と、単位ストローク長さ当りの押しのけ
   容積が前記第１の往復動ポンプ手段よりも小さく、且つ
   前記第１の往復動ポンプ手段と互いに等しいストローク
   長さで可逆的に連動することにより前記第１の往復動ポ
   ンプ手段から吐出される液体を吸入して更に高圧に加圧
   して外部へ吐出する第２の往復動ポンプ手段とを備え、
   前記第１の往復動ポンプ手段からの吐出流量のうち前記
   第２の往復動ポンプ手段へ吸入される流量を超える余剰
   流量を予め設定された圧力で吸収する分岐回路が前記第
   １の往復動ポンプ手段の吐出流路に接続されていること
   を特徴とする液体加圧装置。
2. 【請求項２】第１と第２の往復動ポンプ手段がそれぞれ
   プランジャポンプからなり、第１の往復動ポンプ手段を
   構成するプランジャポンプのプランジャが、第２の往復
   動ポンプ手段を構成するプランジャポンプのプランジャ
   よりも大きな加圧断面積を有し、第１と第２のプランジ
   ャポンプの各プランジャが一体的に往復運動されるよう
   に駆動原動機により直線的に往復運動する駆動部材にそ
   れぞれ連結されていることを特徴とする請求項１に記載
   の液体加圧装置。
3. 【請求項３】前記分岐回路が第１の往復動ポンプ手段の
   吐出圧を予め定められた設定圧力で前記吐出流路外へ放
   出する圧力制御弁回路を含んでいることを特徴とする請
   求項１に記載の液体加圧装置。
4. 【請求項４】第１の往復動ポンプ手段の吐出口に前記余
   剰流量により蓄圧動作するアキュームレータが接続され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の液体加圧装
   置。
5. 【請求項５】入口から吸入した液体を第１の往復動ポン
   プ手段の吸入行程で開かれる第１のチェック弁を介して
   第１の往復動ポンプ手段のポンプ室に導く供給流路と、
   第１の往復動ポンプ手段からの吐出液体による押込みで
   それぞれ開かれる第２のチェック弁と第３のチェック弁
   との直列接続を介して第１の往復動ポンプ手段からの吐
   出液体を第２の往復動ポンプ手段のポンプ室に導く接続
   流路と、第２の往復動ポンプ手段から吐出される高圧液
   体による押込みで開かれる第４のチェック弁を介して第
   ２の往復動ポンプ手段から吐出される高圧液体を出口へ
   導く吐出流路とを備えたことを特徴とする請求項１に記
   載の液体加圧装置。
6. 【請求項６】往復動ポンプ手段で構成された液体加圧装
   置を用いて前記往復動ポンプ手段から吐出される高圧液
   体によって既知の一定容積Ｖをもつ負荷容器内を予め定
   められた設定圧力値ｐ_M に加圧するに際して、前記負荷
   容器内が設定圧力値ｐ_M に達した場合の負荷容器内の液
   体総容量Ｗ_M を負荷容器の容積Ｖ及び使用液体の前記設
   定圧力値ｐ_M における圧縮率β_M に基づいて予め求めて
   おき、前記往復動ポンプ手段の吐出行程によって負荷容
   器へ送られた高圧液体の負荷圧ｐを検出し、前記吐出行
   程に続く前記往復動ポンプ手段の吸入行程前に前記負荷
   圧ｐにおける前記液体の圧縮率βと負荷容器の容積Ｖに
   基づいて前記負荷圧ｐにおける負荷容器内の液体総容量
   Ｗを計算し、液体総容量の差ΔＷ＝Ｗ_M −Ｗと前記往復
   動ポンプ手段の予め定められた全ストローク長さでの一
   回のポンプ行程による単位吐出量Ｑ₀ との比ΔＷ／Ｑ₀
   が１以上のときは前記往復動ポンプ手段を全ストローク
   長さで駆動し、前記比ΔＷ／Ｑ₀ が１未満になったとき
   には直後の前記往復動ポンプ手段の吸入行程におけるス
   トローク長さを前記全ストローク長さと前記比との積に
   相当するストローク長さに制限し、この制限されたスト
   ローク長さによる吸入行程の後に前記往復動ポンプ手段
   を直ちに吐出行程に反転させることを特徴とする液体加
   圧装置の運転方法。