JPH06504828A - 高圧ポンプ用シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高圧ポンプ用シール （技術分野） 本発明は、高圧力下の水等、例えば約５，０００　ｐｓｉの液体に供給する高圧 ポンプに関し、特に、本発明は、この種の往復動式プランジャーポンプおよびこ のようなプランジャーなシールするためのシールに関する。

、　（背景技術） 高圧の水ポンプは、多くの異なる分野において使用されている。例えば、高圧の 水噴射器は、種々の表面を清浄し、あるいは異なる材料を切断する。本発明の譲 受人であるトロ社により最近紹介されている、高圧水の新しい応用は、芝生に空 気を含ませることである。この応用では、高圧の水噴射器は地面に向けられて芝 生に複数の孔を形成する。

このような種々の応用に使用するための高圧水を供給する種々のポンプが知られ ている。１つのポンプは、個別のポンプ室に各々収納される複数の往復動可能な プランジャーを有している。水は入口通路を通って各ポンプ室に導かれる。プラ ンジャーは回転クランク軸に連結されている。このクランク軸が回転すると、各 プランジャーは順番にそのポンプ室で往復動し、そのなかに収容されている水の 圧力を増大させ、そして、この水を出口通路から汲み上げる。米国特許第４，３ ５２，４９９号明細書には、この形式の往復動式プランジャーポンプが示されて いる。　水がプランジャーに沿って戻り、プランジャーの高圧側から漏れるのを 防止するためシールがこのプランジャーを取り囲む、このシールは、通常、金属 製のバックアップ部材により裏打ちされた■形状のシール部材からなっている。

このバックアップ部材は黄銅または同様な材料で良く作られる。しかしながら、 本発明者は、このシールは約５，０００　ｐｓｉまでの圧力に耐えられる寿命を 有していないことがわかった。

（発明の開示） したがって、本発明の第１の目的は、少な（とも約５．０００　ｐｓｉまでの圧 力に耐えられる寿命および性能を有して、往復動式プランジャーポンプに使用す る高圧シールを提供することである。

本発明の他の目的は、プランジャーの周囲をシールする手段をプランジャーの高 圧側に設けた、往復動式プランジャー型流体ポンプを具現化することである。

このシール手段は、屈曲可能な材料で作られ、所定の断面構造を有するシール部 材から構成される。比較的固いバックアップ部材はシール部材を受け入れるため の内孔を備え、シール部材な内孔に受け止めてシール部材がバックアップ部材に 当接できるようになっている。このバックアップ部材は高強化繊維で強化された プラスチック材料から作られている。

（図面の簡単な説明） 本発明の実施例は、以下の図面に基づいて詳細に説明される。この図面において 同一な要素は同一符号で示している。

第１図は１本発明に従う改良型往復動式プランジャーポンプの断面図であり、特 に１つのポンプ室とポンプのプランジャーおよびプランジャーの回りに設けたシ ールアセンブリを示している。

第２図は、本発明の改良型シールの断面図である。

第３図は、第２図におけるシール部分からなるバックアップ部材の断面図である 。

（発明を実施するための最良の形態） 本発明は、第１図において、参照符号２で示すボンブブに関し、このポンプは約 ５，０００　ｐｓｉに達する圧力で水を汲み上げる。ポンプ２は、少なくとも１ つ、好ましくは１つ以上のポンプ室６を有するポンプヘッド４を備える。一方、 １つのポンプ室６は第１図に示されており、この形式のポンプは通常少なくとも ３つのポンプ室６を備えている。往復動式プランジャー８はそれぞれポンプ室６ を収納されている。

プランジャー８はポンプ室６に収納される作業端部あるいは高圧端部１０を有す る。プランジャー８の他端１２はポンプヘッド４から外側に延在し、通常の連結 ロッド（図示路）によって回転自在なりランク軸１４に連結される。

適当な駆動源により、クランク軸１４が回転すると、プランジャー８は、各ポン プ室６において往復動する作業端部１０を有する。一般的に、プランジャー８は 互いに位相をずらして循環する。

ポンプヘッド４は水をポンプ室６に流入させる入口通路１６を備える。プランジ ャー８がポンプ室６において引き出しまたは引き戻される（すなわち、第１図右 側）と、ポンプ室６において吸引が開始され、水を入口通路１６からポンプ室６ に引き入れる。加えて、ポンプヘッド４は、またポンプ室６にある水を通す出口 通路１８を備える。これにより、プランジャー８がポンプ室６から閉鎖端部の方 に戻される（第１図左側）。

このプランジャー８の動きにより水の圧力を上昇させ、そして水をポンプ室６か ら出口通路１８へ導く、チェック弁は入口及び出口通路に設けられて水の逆流を 防止する。

プランジャー８は、一定の外形寸法を有する金属製シリンダロッドである。しか し、プランジャー８はここで示す形状とは異なるものであってもよい。プランジ ャー８はポンプ室６内で往復動する単純な部材であり、ポンプ室６に導かれた水 を汲み出しかつ圧力を加える。この形式の往復動式プランジャーは良く知られて いる。

本発明は、高圧側端部１０上の各プランジャー８の周囲に設けた改良型シールア センブリ２０を備えている。

シールアセンブリ２０はプランジャー８の外周面に沿って水が漏れるのを防ぐ。

シールアセンブリ２０は、ポンプヘッド４に形成した保持用凹部２１に担持され 、かつプランジャー８がポンプ室６に挿入されるときにプランジャー８を同心的 に取り囲むようにしている。シールアセンブリ２０はポンプヘッド４がポンプ２ の残りのハウジング部分にボルトで固定されるときに凹部２１の適所に保持され る。

シールアセンブリ２０の主要部品は、屈曲可能なＶ形状のシール部材と、この部 材に当接するバックアップ部材２４である。シール部材２２はシェブロンシール として知られており、ニトリル含浸繊維材料または他の適当なシール材料から作 られている。

第３図において、バックアップ部材２４は比較的固い環状リングでなり、隣接の シール部材２２上に■形状の内孔２６を有する。第１図に示すように、バックア ップ部材２４はシール部材２２に直接接触しており、シール部材２２は、嵌合Ｖ 形状の内孔２６に受け入れられる。

第２図を参照すると、シールアセンブリ２０はまた前側リング２８を有し、この リングは、シール受容凹部２１の閉鎖側前方端に接するシール部材２２のＶ７断 面内に受け入れられる。リング２２はバックアップ部材２４に対しシール部材２ ２を保持する。加えて、金属製のシール保持部材３０はバックアップ部材２４の 他端側すなわち背面側に位置している。シール保持部材３０は、ポンプヘッド４ がボルトで締結されるとき、バックアップ部材２４とポンプ２の残余ハウジング 部分との間に挟持される。シール保持部材３０は、一般に、プランジャー８に対 してさらにシールを施すために、Ｕ形状の低圧の水シール部材３２を備えている 。

この低圧シール部材３２は第１のシール部材２２を越えて流出した水の更なる漏 れを防止する。

通常のポンプ２において、バックアップ部材２４は一般に固い金属材料、例えば 黄銅で作られている。このようなポンプを用いて約５，０００　ｐｓｉに達する 圧力で水を汲み上げる試みは、種々の理由から上記シール２０では用をなさない ことが本発明者により見出された。黄銅のバックアップ部材２４は、シール部材 ２２に熱が伝わりシールリップの内径に損傷を生じさせるため寿命が短くなる。

加えて、シール部材２２は上記圧力により黄銅製バックアップ部材２４から突き 出され、シール効果が達成できな（なる。

このようなシール寿命の問題を解決するため、本発明者は、水中で、すなわち膨 張せずに使用可能となるように選択されたプラスチック材料を用いて、バックア ップ部材２４を作ることを考えた。このプラスチック製バックアップ部材は、プ ランジャー８とそれを取り囲むケース壁との間のギャップに充満する高圧下にお いて、ある程度屈曲性または湾曲性を有して、シール部材２２の突き出しを良好 に防止するように考え出された。

しかしながら、発明者はまた、クランク軸の回転により加わる力によって、バッ クアップ部材２４がプランジャー８の側方から相当な負荷にさらされることを認 めた。このように、シール部材２２はプランジャー８の軸受部材としての機能も 持っている。

発明者は適切なバックアップ部材を設計するために種々の材料を試みてきた。ナ イロンは水に対して膨張する傾向があり、適しているとは考えられなかった。バ ックアップ部材２４は、種々のプラスチック、例えばテフロンやデルリンで作ら れたし、また炭素繊維で強化したりもした。しかしながら、これらの材料では側 方からの負荷に十分対応できず、また摩耗に対しても十分ではなかった。

その後、発明者は、バックアップ部材２４を高強度繊維で強化されたプラスチッ ク部材、例えばケブラーとして知られたアラミド繊維から製造することを考えた 。特に、あるバックアップ部材２４は、アセタール・ポリマーブラツチック、例 えば、デルリン形材料に、約３７８インチ長さに切断したケブラー繊維を加えた ペレットを混合して製造された。このケブラー繊維は、この混合物のうち重量比 が約３０％である。この混合物は、その後通常の射出成形法を用いてバックアッ プ部材２４として一体成形された。デルリンとケブラーは両方ともデュポン社の 登録商標であり、良く知られた優良な製品である。

デルリンにケブラー繊維を強化したバックアップ部材２４は、優秀なバックアッ プ部材を提供する。このバックアップ部材２４は、５，０００　ｐｓｉに達する 圧力でのシール突き出しを防止する。加えて、熱がシール部材２２に伝わらない ので、優秀な摩擦特性を有している。さらに、往復動式プランジャー／クランク 軸構造に加えられる側方負荷に十分対応できる。したがって、経済的な構造のポ ンプ２は、少なくとも約５，０００　ｐｓｉに達する圧力で水を汲み上げること ができる。

バックアップ部材２４を製造する場合、ケブラー繊維は、デュポン社製のデルリ ン材料と良（混合しないことが判明した。しかしながら、セラニース社もまたデ ルリン形材料、即ち、セルコンとして知られたアセタールポリマーを製造してい る。ケブラー繊維はセルコンブランドのアセタールポリマーとは良く混合する。

このようにして、バックアップ部材２４は、ケブラー繊維にセラニース社により 製造され販売されている商品名「セルコン」のアセタールポリマーとを混合する ことにより製造することが好ましい。

本発明は、当業者に明らかなように種々の変形例が可能であり、本発明の請求の 範囲は、添付されたクレームによってのみ制限されるものである。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも１つのポンプ室を有するポンプヘッドと、 流体を前記ポンプ室に流入させるための入口手段、および前記ポンプ室内で流体 が加圧された後に流体がポンプ室から流出できるようにする出口手段と、前記ポ ンプ室に収納される高圧端部を有し、前記高圧端部がポンプ室の一端側に移動す るときポンプ室内に収容した前記流体を圧縮して加圧するプランジャーと、 前記流体を少なくとも約５，０００ｐｓｉまで加圧するのに十分な力により、前 記ポンプ室内でプランジャーを往復動ずる駆動手段と、 前記プランジャーの高圧端部に位置し、プランジャーの周囲をシールし、ポンプ 室内の加圧流体がプランジャー周囲とポンプ室の間から漏れることを防止するた めに、シール部材および比較的固いバックアップ部材からなるシール手段を備え 、 前記シール部材は、屈曲可能な材料で作られ、前面と裏面の間に延在する所定の 断面形状を有しており、前記バックアップ部材は、前記シール部材の断面形状を 受け入れる内孔を備え、前記シール部材の裏面を前記内孔に当接させて面同士を 合わせ、前記シール部材を前記バックアップ部材の内孔によって支持し、しかも 、バックアップ部材が高強化繊維で強化されたプラスチック材料で作られている ことを特徴とする、往復動式プランジャー型流体ポンプ。
2. ２．プラスチック材料が、アセタールポリマーからなることをを特徴とする請求 項１の往復動式プランジャー型流体ポンプ。
3. ３．高強化繊維は、バックアップ部材の重量比で約３０％を含有していることを 特徴とする請求項２の往復動式プランジャー型流体ポンプ。
4. ４．請求項２の往復動式プランジャー型流体ポンプ。
5. ５．高強化繊維は、バックアップ部材の重量比で約３０％を含有していることを 特徴とする請求項５の往復動式プランジャー型流体ポンプ。
6. ６．高強化繊維は、アラミド繊維であることを特徴とする請求項１の往復動式プ ランジャー型流体ポンプ。
7. ７．シール部材は、略Ｖ形状断面構造を有するシェプロン形シールであり、バッ クアップ部材の内孔はその中にシール部材を受け入れるためにＶ形状となってい ることを特徴とする請求項１の往復動式プランジャー型流体ポンプ。
8. ８．少なくとも１つのポンプ室を有し、流体を前記ポンプ室に流入させるための 入口手段、および前記流体がポンプ室から流出する出口手段を含む、ポンプヘッ ドと、 ポンプ室内に収容される第１の高圧側端部とポンプヘッドから外方に延在する第 ２の端部を有する往復動式プランジャーと、 入口手段を通りポンプ室に収容された流体を加圧するために、ポンプの動作中、 前記ポンプ室内でプランジャーを連続的に往復動させる駆動手段と、高圧側のプ ランジャーの周面をシールし、該周面とポンプ室との間での流体の漏れを防止し 、プランジャーがポンプ室内に収納されるときにプランジャーを同心的に取り囲 むシールアセンブリとを備え、該シールアセンブリは、 屈曲可能なＶ形状のシール部材と、このシール部材に当接するバックアップ部材 とを備え、前記バックアップ部材は、シール部材に隣接するバックアップ部材の 側壁にＶ形状の内孔を有する、比較的固い環状リングで構成され、 バックアップ部材は、前記シール部材の一側に直接接触して、シール部材をＶ形 状の内孔にはめ合わせており、しかもバックアップ部材は、高強化繊維により強 化されたアセタールプラスチック材料から作られていることを特徴とする、比較 的高圧下で流体を供給するポンプ。
9. ９．駆動手段は、プランジャーの第２端部に連結された回転自在なクランク軸を 含んでいることを特徴とする請求項８のポンプ。
10. １０．前記繊維は、アラミド繊維であることを特徴とする請求項９のポンプ。
11. １１．駆動手段は、ポンプ室内で少なくとも約５，０００ｐｓｉまで流体を加圧 するように構成されていることを特徴とする請求項１０のポンプ。
12. １２．アラミド繊維は、バックアップ部材の重量比で約３０％を含有しているこ とを特徴とする請求項１０のポンプ。
13. １３．駆動手段は、ポンプ室内で少なくとも約５，０００ｐｓｉまで流体を加圧 するように構成されていることを特徴とする請求項８のポンプ。
14. １４．前記繊維は、アラミド繊維であることを特徴とする請求項１３のポンプ。