JPH09158837A - プランジャ型圧縮機のシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】Ｕ主両パッキンを用いることによりシール空間
を長くしないでシール性能の保持時間を大幅に延長す
る。 【構成】シリンダブロック９に形成されているシリンダ
１０の１部の内面に摺動して往復運動するプランジャ８
とシリンダ１０との間の空間に挿入され径方向の圧縮力
が大きい主パッキン２０と、プランジャ８とシリンダ１
０との間の空間に挿入され径方向の圧縮力が小さいＵパ
ッキン２１とからなり、両パッキンの共同作用によりシ
ール寿命を飛躍的に延長する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プランジャ型圧縮機の
摺動部のシール装置に関する。更に詳しくは、摺動部に
断面矩形のパッキンを用いたプランジャ型圧縮機のシー
ル装置、特に、２種類のパッキン組み合わせによるシー
ル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プランジャポンプ即ちプランジャ型圧縮
機は、シリンダの中で丸棒状のプランジャを往復動させ
て、シリンダ内の容積を変えることによって流体を吸い
込み、送り出しを行う往復動ポンプである。通常プラン
ジャ型圧縮機は、高圧用として用いられている。従っ
て、プランジャとシリンダとの間は、高圧の気密性が要
求される。

【０００３】このようなプランジャ型圧縮機には、シリ
ンダとプランジャとの間の摺動部にパッキンが介装され
ている。被圧縮流体が摺動部から漏洩するのを阻止する
パッキンは、圧縮機の圧縮率を保持する。被圧縮流体が
摺動部から漏洩するのを防止するためのパッキンとし
て、高圧下での気密性を確保するために、断面がくの字
状のパッキン即ちＶパッキンが慣用されている。

【０００４】Ｖパッキンは、グランドにより軸方向に押
さえられ、磨耗の程度にあわせて軸方向に締め直され
る。吐出能力を上げるためにプランジャの往復動の周期
を短くすると、Ｖパッキンの寿命は急激に短くなる。吐
出量を多くしたポンプには、Ｖパッキンに代えられ断面
が矩形状のグランドパッキンが用いられている。

【０００５】このような矩形パッキンを用いるポンプで
あっても、ある程度に圧縮率が低下する状態になると、
微粒子が入り込み急にパッキンのシール面の痛みが進む
とともにプランジャが磨耗し、急激に漏洩防止効果を喪
失する。増し締め効果が小さいので、一度圧縮率が低下
すると、ただちにシリンダ部分を分解してパッキンの交
換をしなければならない。プランジャの一部が磨耗され
ると急激に全体にプランジャの磨耗が開始するので、パ
ッキンの個数の増加はパッキン交換までの時間、即ち、
パッキン寿命を延長させる延長効果をそれほどにはもた
らさない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような技
術的背景に基づいてなされたものであり、下記目的を達
成するものである。

【０００７】本発明の目的は、矩形パッキンを用いた小
型のプランジャ型圧縮機のシール装置を提供することに
ある。

【０００８】本発明の他の目的は、Ｕパッキンとの併用
により矩形パッキンの寿命を延長するプランジャ型圧縮
機のシール装置を提供することにある。

【０００９】本発明の更に他の目的は、シール空間を長
くしないで矩形パッキンのシール性能の保持時間を延長
するプランジャ型圧縮機のシール装置を提供することに
ある。

【００１０】本発明の更に他の目的は、コストをそれほ
どかけないで矩形パッキンのシール性能の保持時間を延
長するプランジャ型圧縮機のシール装置を提供すること
にある。

【００１１】本発明の更に他の目的は、コストを低廉に
するプランジャ型圧縮機のシール装置を提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために次のような手段を採る。

【００１３】本発明１のプランジャ型圧縮機のシール装
置は、前記発明１において、シリンダブロックに形成さ
れているシリンダと、前記シリンダの内面側で摺動して
往復運動するプランジャとからなるプランジャ型圧縮機
のシール装置であり、前記プランジャと前記シリンダと
の間の空間に挿入され径方向の圧縮力が大きい適当個数
の低圧側パッキンと、前記プランジャと前記シリンダと
の間の空間に挿入され径方向の圧縮力が小さく前記低圧
側パッキンの高圧側に配置され前記低圧側パッキンの適
当個数に対応する適当個数のＵパッキンと、前記低圧側
パッキンを軸方向に締め付けるための締付手段とからな
る。

【００１４】本発明２のプランジャ型圧縮機のシール装
置は、前記発明１において、前記低圧側パッキンは、断
面が矩形であることを特徴としている。

【００１５】本発明３のプランジャ型圧縮機のシール装
置は、前記発明１又は２において、前記低圧側パッキン
は少なくとも２体が用いられ、前記Ｕパッキングは１体
のみであることを特徴としている。

【００１６】本発明４のプランジャ型圧縮機のシール装
置は、前記発明３において、前記低圧側パッキンの間に
弾性材で形成されるスペーサが介設されていることを特
徴としている。

【００１７】本発明５のプランジャ型圧縮機のシール装
置は、前記発明４において、前記低圧側パッキンは、フ
ッ化カーボン、テフロン、ガラス繊維の群から選ばれる
少なくとも１材料が用いられていることを特徴としてい
る。

【００１８】本発明のプランジャ型圧縮機のシール装置
は、プランジャと前記シリンダとの間の空間に挿入され
径方向の圧縮力が大きい適当個数の低圧側パッキン及び
プランジャとシリンダとの間の空間に挿入され径方向の
圧縮力が小さく低圧側パッキンの高圧側に配置され低圧
側パッキンの適当個数に対応する適当個数のＵパッキン
が用いられている。径方向の圧縮力が大きい低圧側パッ
キンである主パッキンとしては、断面が矩形の矩形パッ
キンが用いることができる。径方向の圧縮力が小さいパ
ッキンとしては、Ｕパッキンを用いることができる。

【００１９】径方向の圧縮力が小さいためプランジャに
対して密着性を回復しやすいＵパッキンは、低圧側即ち
矩形パッキン側に対して圧力降下効果も大きい。このた
め、矩形パッキンとプランジャとの間に入り込む流体圧
は、Ｕパッキンの高圧側に対し水頭降下効果を受けて低
くなっている。径方向内方に高圧を受けるＵパッキン
は、復元性がよく低圧パッキンに対して寿命が比較的に
長い。また、Ｕパッキンは、構造上磨耗しにくい。径方
向の圧縮率が大きいために磨耗を受けやすいが低圧化さ
れた矩形パッキンの摺動面に、ゴミ、微粒子等が入り込
みにくく、圧力降下により振動が少なくせん断破壊が起
こり難くなっているので、摩耗しにくい。

【００２０】このため、固形物がプランジャと低圧側パ
ッキンの間の摺動面に入りにくいので、プランジャの磨
耗が軽減される。高圧側と低圧側のパッキンの寿命を同
期させることにより、全体の寿命を延長することができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明のプランジャ型圧縮
機のシール装置の実施形態について説明する。図１は、
本発明のプランジャ型圧縮機のシール装置の実施形態を
示す正面断面図である。図２に示すように、圧縮機１は
内部に適宜の原動機（図示せず）に連結されるクランク
軸２を有している。クランク軸２には、クランク３、ピ
ン４、スライダ５、連接棒６、カップリング７などを介
してプランジャ８が連結されている。

【００２２】プランジャ８は、シリンダブロック９に形
成されるシリンダ１０にはめられている。プランジャ８
はシリンダ１０の中でほぼ同軸に往復運動自在に設けら
れている。プランジャ８は、後述するように、圧縮空
気、圧縮液体などの圧縮流体を圧縮するためのピストン
として用いられる。吸入口１１は、流体を吸い込むため
の吸込口である。

【００２３】吸入弁機構１２は、吸入口１１から吸入し
た流体を吸入して圧縮時には閉鎖するためのバルブ機構
である。吐出口１３は、圧縮流体を吐出する吐き出し口
である。吐出弁機構１４は、このための吐き出し弁の機
構である。吸入口１１と吐出口１３との間の圧縮部１５
は、圧縮室１６を備えている。圧縮室１６にプランジャ
８の先頭部が突入し進退動する。

【００２４】プランジャ８とシリンダ１０との間には、
図１に詳しく示すように、主パッキン２０とＵパッキン
２１とが、プランジャ８の往復運動方向（軸方向）に間
隔を置いて配置されている。各主パッキン２０は、プラ
ンジャ８の外周面２２との間の摺動面積が大きく径方向
に圧縮するための圧縮力が大きく、径方向にも軸方向に
も圧縮変形性に乏しい。Ｕパッキンは、摺動面積が大き
く径方向の圧縮力が小さく径方向の圧縮変形性が豊かで
ある。

【００２５】研磨された円筒外周面２２を持つプランジ
ャ８と研磨された円筒内周面２３を持つシリンダ１０と
の間に４個の主パッキン２０，２０，２０，２０が運動
方向即ち軸方向に間隔をおいて配置されている。摺動方
向に隣り合う２体の主パッキン２０，２０の間には、弾
性材で形成されるスペーサ２４が介設されている。スペ
ーサ２４の弾性材としてはテフロンが用いられている。
テフロンに代えて、ポリイミドカーボン、各種エラスト
マ等を用いることができる。各主パッキン２０の断面
は、正方形、長方形であり矩形である。この矩形は、概
ね矩形であればよく、周縁は面取りされている。

【００２６】１群の主パッキン群２０Ｇの高圧側端部に
は、低圧側が軸直角面に形成されたパッキン押さえ２６
が設けられている。パッキン押さえ２６は、シリンダ１
０とプランジャ８との間にはめ込まれている。高圧側の
主パッキン２０の高圧側面がパッキン押さえ２６の前記
軸直角面に密着している。パッキン押さえ２６はシリン
ダ１０の１部の小径部１０ａに圧接している。低圧側パ
ッキン押さえ２５の低圧側端面は、増締用摺動管２７の
高圧側端面で受け止められている。

【００２７】外周面に雄ねじが切られた増締用摺動管２
７は、シリンダ１０の内周面に切られた雌ねじに螺合し
ている。回転する増締用摺動管２７は、プランジャ８の
往復運動方向に前進後退する。パッキン押さえ２６の高
圧側に１個のＵパッキン２１が配置されている。Ｕパッ
キン２１は、パッキン押さえ２６の内周面とプランジャ
の円筒外周面２２との間に挟まれている。Ｕパッキン２
１は、１８０度異なる位置に現れる２つの断面の内の１
つの断面の形状がＵの字状である。Ｕの字の凹部面が高
圧側に面している。即ち、Ｕの字は軸方向に向き、Ｕの
字の上側が高圧側である。

【００２８】シリンダ１０には、潤滑用空気と混合され
たオイルミスト又はオイルをプランジャ８の周面に導入
するための潤滑油注入用穿孔２９が開けられている。増
締用摺動管２７の外周面と内周面に輪溝３０，３１が設
けられ、両輪溝は接続穴３２により接続されている。増
締用摺動管２７とプランジャ本体８との間にシールリン
グ３３が介設されている。

【００２９】主パッキン２０の材料は、フッ化カーボ
ン、テフロン、ガラス繊維の群から少なくとも１種が選
択される。

【００３０】次に、実施例１の作用を説明する。プラン
ジャ８の１部は、弾性的な主パッキン２０、Ｕパッキン
２１に支持されている。クランク軸２の回転運動に連動
して往復運動する連接棒６にカップリング７を介して往
復運動力の伝達を受けるプランジャ８は、わずかな角度
であるが方向無限定な揺動角を持って径方向に振動す
る。高圧流体が、Ｕパッキン２１の凹部面に作用しＵパ
ッキン２１の内周面である摺動面をプランジャ８の外周
面２２に押しつける。

【００３１】Ｕパッキン２１は、主パッキン２０に較べ
てもともとシール性能がよい。Ｕパッキン２１のプラン
ジャ８に対して摺動する摺動面の面積は、各主パッキン
２０の摺動面の面積と同程度かこれより大きい。Ｕパッ
キン２１は、高圧流体のこのような大きい押しつけ力を
考慮して、初期圧縮力が適正に定められている。Ｕパッ
キン２１は、多少とも余裕がある空間２８の中で軸方向
及び径方向に膨張しやすいように設けられているので、
プランジャ８の往復運動により無理な圧縮力を受けにく
い。

【００３２】Ｕパッキン２１のシール性能は元来すぐれ
ているが、高圧流体の漏洩を完全に防止することはでき
ない。Ｕパッキン２１の摺動面に高圧で浸透して主パッ
キン２０の所に達した圧力流体は、Ｕパッキン２１の漏
洩面で受ける抵抗分だけ低圧化されている。比較的に低
圧の圧力流体は、主パッキン２０の軸直角面及び摺動面
に作用する。主パッキン２０が圧力流体から受ける径方
向の圧縮力は、比較的に小さい。主パッキン２０は、締
め付け手段である増締め摺動管２７により軸方向に初期
的に圧縮されている。この圧縮力により、主パッキン２
０の摺動面とプランジャ８の円筒状外周面との間の応力
が初期的に調整されている。主パッキン２０の内周面と
プランジャ８の外周面との間の密着力は大きい。こよう
な摺動面に漏洩してくる圧力流体は、Ｕパッキン２１に
より圧力降下を受けているために漏洩速度は遅い。

【００３３】流体として建設現場で泥水、セメントミル
クである場合がある。一般に、圧力液体中の塵埃・固形
分が摺動面に入り込むと主パッキン群の摩耗が激しく起
こるが、Ｕパッキンンにより圧力低下している主パッキ
ン群の所の漏洩流体中の塵埃による摩耗は、大幅に軽減
される。

【００３４】Ｕパッキン２１よりも各主パッキン２０の
摩耗が激しい。主パッキン群２０Ｇの内周面側の劣化が
起こりシール性能が低下したときは、増締用摺動管２７
を右回転させる。１／４回転で、増締用摺動管２７は
０．５ｍｍ前進する。増締用摺動管２７の前進により各
主パッキン２０は、圧縮を受け径方向に膨張し主パッキ
ン２０とプランジャ８との圧接力が復帰する。主パッキ
ン２０を交換しなければならない時期とＵパッキン２１
の性能劣化時期が一致することにより、全体の寿命が大
幅に延びる。 実験結果 吐出量が１ｍ／ｓを越えると寿命が極端に短くなるＶパ
ッキンのみ使用つポンプと同型のポンプでＶパッキンを
１つ減らしてその代わりにＵパッキンを１つ高圧側に用
いた実験では、２ｍ／ｓに吐出能力を高めた場合でも寿
命の急激な短縮は起きなかった。従来、２ｍ／ｓに吐出
能力を高める場合はＶパッキンを用いないで矩形状のパ
ッキンすなわちグランドパッキンを用いて寿命の急激な
短縮を防止していた。しかし、泥水中の固形分が摺動面
に入り込むとプランジャの磨耗が起きる。高圧側にＵパ
ッキンが設けられている本発明のポンプでは、Ｕパッキ
ンにより泥水のグランドパッキン側への移動が阻止され
るために、プランジャの磨耗が少ない。Ｕパッキンの使
用により、寿命を２倍に延長することができた。 作用の推定 このように著しく耐久時間を延長しポンプ性能を向上さ
せたＵ主両パッキンの併用の作用を次の通り推定する。
Ｕパッキンはプランジャに対して密着性がよい。径方向
内方に弾力性が豊かなＵパッキンは、高圧側にあって泥
水中の固形分により磨耗されやすいが、その弾性変形に
より密着性が急速に悪くなることはない。このため、泥
水中の固形分がＵパッキンにより低圧側への移動を有効
に阻止される時間が長い。

【００３５】Ｕパッキンとプランジャとの間の摺動面に
浸透して主パッキン側に漏洩した流体の圧力は、Ｕパッ
キンとプランジャの間の摺動面を液体が浸透する際の浸
透圧力分だけ低下している。このような水頭圧降下は、
Ｕパッキンの特性である。隣り合う２体の主パッキン間
に浸透する圧力はこのように低減しているので、締付手
段２７により軸方向に強く圧着している隣り合う２個の
主パッキン間及び主パッキンとプランジャ間の摺動面に
隙間が生じない。もし、隣り合う２個の主パッキン間に
浸透する圧力Ｐが高い場合は、摺動面の隙間がそれだけ
大きくなり、また、主パッキンの歪みが大きく主パッキ
ンに振動的変形が増幅されますます摺動面の隙間が大き
くなる。このような複数個の主パッキンは剛体化されて
いないので、プランジャの１往復により１回の強烈な振
動力を受ける。ゴムはこのような振動には脆弱であるの
で、段々に部分が欠落する。これに対して締め付け手段
により締め付けられている隣り合う２個の主パッキンの
境界面に浸透する低圧化された流体によっては、隙間が
振動的に生じない。即ち、パッキン群は剛体化されてい
るので、各主パッキンはプランジャからの摺動摩擦を受
けて摺動摩擦理論による摩耗作用を受けるが、強い振動
力による脆弱化作用を受けないので、摩耗が抑えられ
る。

【００３６】このため、主パッキンとプランジャの摺動
面に入り込む固形分が少なくなり、プランジャの磨耗が
低減化され、プランジャの寿命が延長される。

【００３７】

【その他の実施の形態】本発明のプランジャ型圧縮機の
シール装置の実施例は、Ｕ主両パッキンの個数の組み合
わせは自由である。パッキン材質、耐圧限界、圧力流体
の種類により変更が行われる。

【００３８】

【発明の効果】本発明のプランジャ型圧縮機のシール装
置は、Ｕ主両パッキンの個数の組み合わせにより、圧縮
流体の種類及び圧縮率（高圧化の程度）に対応できる。
また、Ｕ主両パッキンの個数の組み合わせにより材質を
任意に選ぶことができる。このような対応を可能にしな
がらＵ主両パッキンの寿命を同期させることにより、シ
ール性能の保持時間を大幅に延長できる。シール空間の
長さを増大させない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のプランジャ型圧縮機のシール
装置の実施例１を示す正面断面図である。

【図２】図２は、本発明に係わるプランジャ型圧縮機の
全体構成を示す正面断面図である。

【符号の説明】

８…プランジャ ９…シリンダブロック １０…シリンダ ２０…主パッキン ２１…Ｕパッキン ２７…増締用摺動管（締付手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダブロックに形成されているシリン
   ダと、前記シリンダの内面側で摺動して往復運動するプ
   ランジャとからなるプランジャ型圧縮機のシール装置で
   あり、 前記プランジャと前記シリンダとの間の空間に挿入され
   径方向の圧縮力が大きい適当個数の低圧側パッキンと、 前記プランジャと前記シリンダとの間の空間に挿入され
   径方向の圧縮力が小さく前記低圧側パッキンの高圧側に
   配置され前記低圧側パッキンの適当個数に対応する適当
   個数のＵパッキンと、 前記低圧側パッキンを軸方向に締め付けるための締付手
   段とからなるプランジャ型圧縮機のシール装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記低圧側パッキンは、断面が矩形であることを特徴と
   するプランジャ型圧縮機のシール装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、 前記低圧側パッキンは少なくとも２体が用いられ、 前記Ｕパッキングは１体のみであることを特徴とするプ
   ランジャ型圧縮機のシール装置。
4. 【請求項４】請求項３において、 前記低圧側パッキンの間に弾性材で形成されるスペーサ
   が介設されていることを特徴とするプランジャ型圧縮機
   のシール装置。
5. 【請求項５】請求項４において、 前記低圧側パッキンは、フッ化カーボン、テフロン、ガ
   ラス繊維の群から選ばれる少なくとも１種が用いられて
   いることを特徴とするプランジャ型圧縮機のシール装
   置。