JPH08200236A

JPH08200236A - 高圧ポンプ用超硬プランジャ

Info

Publication number: JPH08200236A
Application number: JP7046041A
Authority: JP
Inventors: Tahei Tomioka; 太平富岡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-01-30
Filing date: 1995-01-30
Publication date: 1996-08-06

Abstract

(57)【要約】【目的】クラウトポンプ等の高圧ポンプ用プランジャ
に超硬質材料を摺動部に応用して、耐磨耗性の改善を計
ること、及びその製造法を提供する。【構成】プランジャの摺動摩擦部に超硬質材料の円筒
体（１）を配し、内部に高張力材料の軸（２）を設け、
軸（２）は片端が動力伝達側頭（３）に接続し、他の片
端にねじ（２１）を、中央部に平行部（２３）を備え
る。動力伝達側頭（３）及びポンプ室側頭（４）はスパ
ナ掛け（３３、４４）を備え、またポンプ室側頭（４）
はねじ（２１）に嵌合する内ねじ（４１）を備える。シ
ートパッキン（６）、Ｏリング（５）を取付けねじ
（２１、４１）により円筒体（１）を動力伝達側頭
（３）とポンプ室側頭（４）で締付け圧縮して取り付け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、グラウトポンプ等の
高圧ポンプ用プランジャの磨耗する部分に、超硬質材料
の高耐磨耗特性及び高耐圧縮特性を生かして、超硬質材
料円筒体をねじにより締結した、長寿命の高圧ポンプ用
プランジャに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より高圧ポンプ用プランジャは調質
鋼製のもの、調質鋼表面に硬質クロムメッキ処理をして
つくられたもの、超硬質材料の熔射等による肉盛表面硬
化処理をしてつくられたものなどがあり、いずれも表面
を精密仕上げして使用されているが、パッキンや軸受と
の摺動摩擦部の磨耗損傷により、長持ちの点で満足され
ていない。

【０００３】

【発明が解決しょうとする課題】従来より使用されてい
る該プランジャは、いずれもパッキンや軸受との摺動摩
擦部分が磨耗損傷して長持ちせず、メンテナンスに費用
がかかる。またポンプ使用中に磨耗損傷しても処置のた
めの作業中断が困難な場合があり、機械がオーバワーク
になって作業進行に支障をきたすこともあり、さらには
作業現場でのメンテナンスが容易に出来ない不便もあ
る。本発明は上記の欠点を解決するために、ブランジャ
の耐磨耗性向上により長寿命化を計ること、及びその安
価な製造法を提洪することを目的としている。上記目的
達成のために従来より、超硬質材料の応用として、超硬
質材料の表面肉盛製のものがあるが、超硬質材料の肉盛
材質はその特性上、正常な超硬質材料の耐磨耗性に比較
してかなり低レベルであり、多少の材質改善があったと
しても現状では、目的達成のための耐磨耗性には遠くお
よばない。正常な超硬質材料すなわち超硬合金やファイ
ンセラミックスの利用が、課題解決に最適と考えられる
従来からある超硬合金利用の試みはプランジャ全体を超
硬合金にて製作することであったが、これでは取付部の
ねじ加工等が容易に出来ない欠点があり、取付部のみを
鋼製にする場合には、超硬合金に鋼等をろう付けまたは
焼き嵌め等を行い、鋼部分にねじ加工等を施して製作し
なければならなかった。この場合の欠点は熱応力の分布
による強度の問題が残る。また超硬合金を使用する場合
その比重が鋼の約２倍のため、重量の問題がある。もち
ろん高価な超硬合金を多量に使用しその加工費用も高価
なため、かなり高価格の製品になる。なお上述した熱応
力の問題を解決するため、超硬合金と熱膨脹係数がやや
等しいエリンバ系合金等を鋼の代わりに使用することも
考えられるが、さらに高価格の製品になる。ファインセ
ラミックスの利用については、耐蝕性に優れると共に耐
磨耗性にも優れており、比重は鋼に比較して小さいので
重量の問題も例外はあるがむしろ好ましい、しかしなが
らファインセラミックスは強固なろう付けが困難であ
り、超硬合金に比較して引張強さや破壊靭性が小さく、
研削加工性も悪い。それ故取付部に鋼等他の材料を接合
する場合は焼き嵌め、ねじ止め等の方法により機械的に
接合せねばならない難点がある。また素材価格も高価で
あり加工費用も多くを要するので超硬合金に比べてかな
り高価格の製品になる。上記の如く超硬質材料（超硬合
金やファインセラミックス等）の耐磨耗性を利用して下
記（イ）（ロ）（ハ）（ニ）により課題を解決しようと
するものである。（イ）超硬質材料は、圧縮強さが大きく引張強さが比較
的小さい特性があるので、圧縮特性を生かした設計にす
る。（ロ）超硬質材料のうちの超硬合金利用の場合は、材料
節減により重量の軽減を計る。（ハ）超硬質材料は材料自体が高価なため、使用量を少
なくして価格の低減を計る。（ニ）超硬質材料は研削等の機械加工性が悪いので、機
械加工工数の少ない形寸にして工数の低減を計る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、超硬合金やファインセラミックス等の超硬質材料製
の円筒体（１）の内部に高張力材料の軸（２）を設け、
軸（２）の片端は動力伝達側頭（３）に、他の片端は液
もれ防止策が施されるポンプ室側頭（４）にそれぞれ接
続し、軸（２）の片端に設けたねじ（２１）と噛み合う
ポンプ室側頭（４）の内面に設けたねじ（４１）により
ポンプ室側頭（４）と動力伝達側頭（３）とで円筒体
（１）を締付け、圧縮して取り付けた構造によりプラン
ジャの作動中に受ける力の変動を、超硬質材料円筒体
（１）の圧縮弾性と高張力材料軸（２）の引張弾性によ
って吸収し、超硬質材料の耐磨耗性で長寿命化を計る手
段をとった。

【０００５】

【作用】上記のように構成されたプランジャの作動概念
図を［図９、図１０］に示す。吐出工程では、ポンプ室
内のプランジャは全表面に吐出圧と同じ圧力を受け、パ
ッキンと軸受けの摺動部はその摺動摩擦抵抗力を受け
る。また吸込工程では、ポンプ室内のプランジャは液体
吸引のための負圧を全表面に受け、パッキンと軸受けの
摺動部はその摺動摩擦抵抗力を受ける。これらのため、
パッキンと軸受けの摺動部のみに取り付けた超硬質材料
円筒体（１）の軸方向の力は締付けによって生ずる圧縮
応力と、吐出工程で受ける圧縮力が加わり、吸込工程で
は軸（２）が伸びた長さに等しい長さだけ円筒体（１）
が伸びるので、締付けによって生じた圧縮応力はその分
だけ減少する。また同様に力が円筒体（１）の軸の直角
方向に働くので、それらの力を円筒体が吸収する。高張
力材料の軸（２）は、吸込工程で軸方向に締付けによっ
て生ずる引張力と吸込工程で受ける引張力が加わり、吐
出工程では軸方向に円筒体（１）が縮んだ長さの分だけ
軸（２）が縮むので、締付け時に生じた引張応力は、縮
んだ長さに相当する分だけ減少する。さらにねじのゆる
み防止やパッキン作用の確保が必要であるが、それらの
力を主に軸（２）の平行部（２３）が吸収する。

【０００６】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。（イ）超硬質材料円筒体（１）は材料を超硬合金Ｖ２０
（ＪＩＳＢ４０５３）を使用し形状を［図５］に示
す。長さはブランジャの作動時パッキンや軸受けが摺動
する摺動部の長さにブランジャの取付け位置を考慮して
設定し、外径は従来品外径と同径で、内径は組み立て時
の締付けの力と作動時に受ける力に安全性を配慮して設
定した。左右端部内周（１１、１２）及び左右端面（１
４、１５）は、それぞれ左右同形寸にして左右の位置交
換が可能なるよう設定した。また面の仕上げ程度は、外
周表面（１６）は精密ラップ仕上げにし、端部内周（１
１、１２）を除く内周部（１３）は焼き肌のままとした
が、これは荒研削面でもよい。その他の面は上〜中研削
面とする。上記により材料使用量を節減し、したがって
重量の減少と材料費の節減が得られ、さらには加工工数
の節減も計る。なお上記超硬質材料は超硬合金Ｖ２０の
みに限らず、硬さＨＲＡ８４以上で巣孔の少ない広範囲
の超硬合金材料を使用し、耐蝕性等に特別な配慮を要す
る場合はアルミナ系、ジルコニヤ系、窒化硅素系等のフ
ァインセラミックスやサーメットを使用してもよい。（ロ）軸（２）、動力伝達側頭（３）、ポンプ室側頭
（４）の材料は、いずれもＳＣＭ−４４０調質鋼（ＪＩ
ＳＧ４１０５）を用いたが、それに限らず機械構造用
炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼等広範囲の材料の中から
目的に見合う材料を選択して使用しても良い。（ハ）軸（２）は［図６］に示す通り片端に締付けねじ
（２１）を配し、他の端は動力伝達側頭（３）と一体
か、またはねじ（２１）と同等以上の容量のねじ（２
０、３０）で接続し中央部に締付けねじ（２１）の谷
径より細い径の出来るだけ長い平行部を設ける。その平
行部によって組立て時の締付けで発生した引張力と、作
動中にプランジャが受ける引張力を吸収し、ねじ（２
１、４１）のゆるみ防止とパッキン（６）のパッキン作
用を確保する。（ニ）動力伝達側頭（３）は［図６］に示す。円筒体
（１）の芯合わせのための突起（３１）、円筒体（１）
への加圧面（３２）を持ち、複数面のスパナかけ（３
３）を配備する。また必要により軸（２）の接続ねじ
（２０）に噛み合う内ねじ（３０）を設けてもよい。（ホ）ポンプ室側頭（４）は［図７］に示す通り袋ナッ
ト形に出来ており軸（２）の締付けねじ（２１）に噛み
合う内ねじ（４１）と、円筒体の芯合わせのための突起
（４２）、円筒体（１）への加圧面（４３）、Ｏリング
溝（４５）、複数面からなるスパナかけ（４４）を配備
する。（ヘ）液もれ防止策は、ポンプ室側頭（４）の袋ナット
形、Ｏリング溝（４５）へのＯリング（５）の装着、ポ
ンプ室側頭（４）の加圧面（４３）と円筒体（１）の端
面（１４）との間に用いるシートパッキン（６）などに
より行う。Ｏリング（５）は１種Ｂ固定用Ｏリング（Ｊ
ＩＳＢ２４０１）を用いるが他の高耐圧のものでも良
く、シートパッキン（６）は４弗化エチレン樹脂製シー
トを使用するが目的によっては他の樹脂製シートや金属
薄板でも良い。（ト）上述した部品を組立てるが、組立に当たっては軸
（２）のねじ（２１）、ポンプ室側頭（４）のねじ（４
１）及びＯリング溝（４３）とＯリング（５）に油を塗
付し［図１］のごとく組み込む。（チ）円筒体（１）の締付け圧縮は、まず常温で設定し
た締付けトルクで締付けた後、全体を設定温度に加熱
し、再びきめられた締付けトルクで締付けて、自然冷却
する。この加熱締付けは軸（２）の平行部（２３）にか
かる捩じり応力を小さくするためであり、場合によって
は加熱なしでも良い。なお本発明の高圧ポンプ用超硬プランジャは「図８］に
示すごとく軸（２）の締付けねじ（２１）が動力伝達側
にあるので、それに噛み合う内ねじ（３４）を動力伝達
側頭（３）に配備し、軸（２）の他の端はポンプ室側頭
（４）と一体またはねじにより接続する構造でもよい。

【０００７】

【発明の効果】上述により完成した高圧ポンプ用超硬プ
ランジャを、調質鋼表面に硬質クロムメッキ処理をした
従来品と同じ使用条件で使用し比較すると、価格は約３
倍で高価ではあるが寿命の点で数倍以上の期待が出来る
ので、メンテナンス費用の節減が出来る。したがってこ
の種のポンプに本発明を応用することにより、ポンプ作
業費が大幅に節減出来、産業上有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に使用した超硬プランジャの一
部断面にした組立図

【図２】［図１］のＡ−Ａ´断面図

【図３】［図１］のＢ−Ｂ´断面図

【図４】［図１］のＣ−Ｃ´断面図

【図５】本発明の実施例に使用した超硬質材料円筒体
（１）の断面図

【図６】本発明の実施例に使用したプランジャ軸（２）
及び動力伝達頭（３）の部分断面図

【図７】本発明の実施例に使用したプランジャのポンプ
室側頭（４）の断面図

【図８】本発明の超硬プランジャで、締付けねじ（２
１、４１）が動力伝達側頭（３）側に設けられた超硬プ
ランジャの一部断面にした組立図

【図９】本発明超硬プランジャの作動における吐出工程
の説明図

【図１０】本発明超硬プランジャの作動における吸込工
程の説明図

【符号の説明】

１超硬質材料円筒体２プランジャ軸３動力伝達側頭４ポンプ室側頭５Ｏリング６シートパッキン１１、１２円筒体端部内面１３円筒体内面、但両端部を除く１４、１５円筒体端面１６円筒体外面２１、４１締付けねじ２１、３４締付けねじ２０、３０仮想接続ねじ２３軸（２）の平行部３１、４２取付け位置合わせのための突起３２、４３円筒体（１）への加圧面３３、４４スパナ掛け４５Ｏリング取付け溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超硬合金やファインセラミックス等超硬
材料の、円筒体（１）の内部に高張り材料の軸（２）を
設け、軸（２）の片端は動力伝達側頭（３）に、他の片
端はポンプ室側頭（４）にそれぞれ接続し、軸（２）の
片端に設けたねじ（２１）と噛み合うポンプ室側頭
（４）の内面に設けたねじ（４１）により、ポンプ室側
頭（４）と動力伝達側頭（３）とで円筒体を締め付け圧
縮して取り付け、プランジャの作動中に受ける力の変動
を超硬質材料円筒体（１）の圧縮弾性と高張力材料の軸
（２）の引張弾性によって吸収する、高圧ポンプ用超硬
プランジャ。