JPH10306776A - 高圧ポンプのシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シール効果を安定させることができ、それに
より、シール材の寿命を長くすることができる高圧ポン
プのシール構造を提供する。 【解決手段】 シリンダ５内を往復移動する軸体３と、
シリンダ５内壁との間に形成される有底筒状の隙間に嵌
挿されるシール材６と、そのシール材６と上記隙間底面
との間に配置されるコイルスプリング７と、シール材６
におけるコイルスプリング配置側と反対側に配置され、
シール材６を介してコイルスプリングによる付勢力を受
けつつ、シール材６を上記付勢力と反対方向に押圧する
増締めボルト１２とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液相下で高圧、超
高圧を発生させる高圧ポンプのシール構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、高圧流体を扱う往復ポンプの一般
的な構成は、図３に示すように、クランクケース６０内
に設けられたクランク軸６１と、そのクランク軸６１に
対して一方端部が連結されているコンロッド６２と、そ
のコンロッド６２の他方端部に連結されシリンダ６３内
を往復移動するプランジャー６４と、クランクケース６
０の開口部を閉塞するようにしてその先端部に取り付け
られるバルブケース６５とから主として構成されてい
る。

【０００３】その動作は、吸込行程では、同図( ａ) に
示すように、プランジャー６４が左へ移動し、その移動
した容積分だけバルブケース６５内の容積が大きくなる
とともに減圧され、大気圧の力により給水口６６から流
体が吸入され、吸込側弁６７を介してバルブケース６５
内に流体が取り込まれる。また、吐出行程では、同図(
ｂ) に示すように、プランジャー６４が右に移動し、プ
ランジャー６４の前方の流体は、吐出側弁６８を押し開
いて吐出口６９から排出される。

【０００４】また、プランジャー６４が往復する構成で
は、吐出流れにおいて圧力や流量が変動するため、一般
的に、吐出管路の途中に圧力脈動吸収用のアキュムレー
タを設けて脈動を軽減させたり、シリンダ数を多くする
ことにより、いわゆる多連式とすることによりクランク
軸が１回転する間の吐出回数を多くして流れを平均化し
ている。

【０００５】この種の往復ポンプのシール構造は、プラ
ンジャーとそのプランジャーを収納しているシリンダ内
壁との隙間に、プランジャーの軸に沿ってリング状の樹
脂製パッキンを複数枚積層配置したものが一般的であ
る。そして、パッキンの加工誤差等を吸収するために、
パッキンの一方側から圧縮コイルスプリングを用いて押
圧するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
のシール構造では、パッキンの加工誤差に加えてスプリ
ング自体の弾性力においてもばらつきがあって押圧力が
安定しておらず、シール部分から漏れが始まると、もは
やシール材の寿命が尽きていることになり、規定されて
いる漏れ量を超えると、シール材を直ちに交換しなけれ
ばならなかった。従って、漏れが生じた際にシール効果
をさらに高めてシール材の寿命を長くすることができる
シール構造が要望されていた。

【０００７】本発明は以上のような従来のシール構造の
課題を考慮してなされたものであり、シール効果を安定
させることができるとともに、漏れが生じた際にシール
効果を高めてシール材の寿命を長くすることができる高
圧ポンプのシール構造を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダ内を
往復移動する軸体とシリンダ内壁との間に形成される有
底筒状の隙間に嵌挿されるシール材と、該シール材と隙
間底面との間に配置されるコイルスプリングと、シール
材におけるコイルスプリング配置側と反対側に配置さ
れ、シール材を介してコイルスプリングによる付勢力を
受けつつ、シール材を付勢力と反対方向に押圧する増締
め手段と、を備えてなる高圧ポンプのシール構造であ
る。本発明において、増締め手段の一例としては、軸体
を軸通した状態でシリンダと螺合するように構成されて
いる例えばボルトから構成することができる。

【０００９】本発明において、シール材は、軸体の軸方
向にラミーシールと樹脂製バックアップリングとを交互
に多数積層したもので構成することが好ましい。このよ
うなシール構造によれば、シリンダ内壁と軸体との液密
性が高められ、スラリーを高圧で扱う場合においても液
密性が確保される。本発明における流体とは、液体、及
び粉体からなる素材を含む液状流体を示す。

【００１０】本発明のシール部構造に従えば、シリンダ
内に軸体を組み込んだ際に増締め手段は、漏れのない最
小の締め代でシール材を受けるものとし、漏れが発生し
た場合には漏れがなくなるまで押圧力を徐々に高めるこ
とができ、増締めが行われることによって、シール材の
寿命を大幅に延長させることができる。また、シール材
に加える押圧力を、シール機能の低下に応じて徐々に大
きくすることができるため、シリンダ内壁と軸体とのシ
ール効果が安定する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した好ましい実施
の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本
発明を往復ポンプに適用した場合の一実施形態を示した
ものである。なお、説明に際しては、往復ポンプのヘッ
ド側を前、クランクケース側を後ろとして説明する。同
図において、駆動部ピストン１の後端は、連結棒を介し
てクランクケース内のクランク軸に連結されており（図
示しない）、駆動部ピストン１の先端には、プランジャ
ー接続部２を介してセラミック製円筒スリーブ付きのプ
ランジャー若しくは円柱形のプランジャー（軸体）３が
接続されている。なお、同図においては駆動部ピストン
１が上死点に位置する状態を示している。

【００１２】プランジャー３は、スリーブからなるスプ
リング受け４を介して筒状のプランジャーケース（シリ
ンダ）５内に挿入されており、プランジャーケース５胴
部内壁とプランジャー３胴部とスプリング受け４とによ
って仕切られる有底筒状の隙間内には、シール材６が嵌
挿されている。このシール材６は、スプリング受け４を
支えとしている圧縮コイルスプリング７によって矢印Ａ
方向に付勢されている。

【００１３】上記シール材６は、詳しくは図２に示すよ
うに、プランジャー３を軸通しているグランドパッキン
としてのラミーシール６ａと、パッキンスペーサとして
の樹脂製リング６ｂとを交互に複数枚積層することによ
って構成されている。ラミーシール６ａは、麻にテフロ
ン樹脂またはシリコン樹脂を含浸させたパッキンであ
り、帯状のものを輪状に成形して接続したものである。
そしてその接続部分は、プランジャー３を軸通させたと
きにプランジャー３の軸方向にその接続位置が揃わない
よう、９０゜ずつずらした状態（プランジャー直径方向
断面において）で配置されるものとする。

【００１４】一方、樹脂製リング６ｂは、耐溶剤性、靭
性及び成形性に優れた例えばポリエーテルエーテルケト
ン，ポリエチレン，高密度ポリエチレン，超高分子量ポ
リエチレン，ポリアミド，ポリアセタール，ポリカーボ
ネート，ポリフェニレンオキシド，ポリブチレンテレフ
タレート，ポリサルフォン，ポリフェニレンサルファイ
ド，ポリアミドイミド，フッ素系樹脂，シリコン系樹脂
等の中のいずれか一種または二種以上を用いてリング状
に成形したものである。なお、例示したこれらの樹脂
は、処理流体に応じて使い分けられる。

【００１５】また、スプリング７と樹脂製リング６ｂと
の間にはスプリング受け座８が挿入されている。このよ
うにラミーシール６ａと樹脂製リング６ｂとを交互に組
み合わせた構成によれば、液密状態を確実に維持した状
態でアルミナ、炭酸カルシウム等の無機物を含むスラリ
ーを圧送することができる。なお、図２において、符号
Ｂ₁ は駆動部ピストン１が上死点に位置するときのプラ
ンジャー３の先端位置を示し、符号Ｂ₂ は同じく下死点
に位置するときのプランジャー３の先端位置を示してい
る。

【００１６】図１において、プランジャーケース５は窓
枠状の支持フレーム９を介して図示しないクランクケー
スに固定されており、プランジャーケース５と支持フレ
ーム９とは、プランジャーケース５を支持フレーム９の
支持部９ａに形成されている貫通孔９ｂ内に嵌合させる
ことによって組み合わすことができるようになってい
る。

【００１７】詳しくは、プランジャーケース５はその取
付け方向（矢印Ａ方向）に向かって外径が段階的に減少
する大径部と小径部とを有し、小径部５ａが上記貫通孔
９ｂ内に嵌合され、小径部５ａと大径部５ｂとの境界で
ある階段部端面が貫通孔９ｂの開口周縁に係止され、そ
れによってプランジャーケース５の挿入深さ、すなわち
位置決めができるようになっている。

【００１８】また、支持フレーム９に位置決めされたプ
ランジャーケース５の先端側にはプランジャーケース５
の先端側を閉塞するようにしてヘッドプレート１０が配
置され、このヘッドプレート１０は、取付ボルト１１を
用いて支持部９ａに締め付け固定されるようになってい
る。ヘッドプレート１０には取付ボルト１１を貫通させ
るための貫通孔１０ａが４箇所形成されており、ヘッド
プレート１０の貫通孔１０ａそれぞれに取付ボルト１１
に軸通させ、ヘッドプレート１０をプランジャーケース
５の前端面に当接させ、ナット１１ａを取付ボルト１１
に螺合して締め付けを行うことにより、支持部９ａとプ
ランジャーケース５とヘッドプレート１０がそれぞれ一
体化される。また、それによってプランジャーケース５
内に加圧室５ｃが形成される。

【００１９】また、ヘッドプレート１０には、プランジ
ャー３先端と対応する位置に通路１０ｂが形成されてお
り、この通路１０ｂの一方端としての入口はポンプ室５
ｃと連通しており、通路１０ｂの他方端としての出口
は、後述する弁としてのバルブケースを接続するための
継手部１０ｃと連通している。

【００２０】ヘッドプレート１０は、ナット１１ａを取
り外すことによりプランジャーケース５から取り外すこ
とができ、次いでプランジャーケース５を支持部９ａか
ら取り外せば、プランジャー３が現れる。さらに、クラ
ンクケースに植えられているボルト１３に螺合されてい
るナット１３ａを取り外せば、支持フレーム９をクラン
クケースから取り外すことができる。

【００２１】プランジャーケース５の後端部には深さ
“ｄ”からなるねじ孔部５ｄが形成されており、このね
じ孔部５ｄに対し、増締め手段としての貫通孔を備えた
増締めボルト１２が螺合されている。上記ねじ孔部５ｄ
における深さ“ｄ”は増し締め代となる。

【００２２】増締めボルト１２には、上記ねじ孔部５ｄ
と螺合する雄ねじ部１２ａが形成されており、その先端
には、シール材６が挿入されている環状溝部内に嵌挿し
得る筒状部１２ｂが形成されている。この筒状部１２ｂ
は、シール材６の後端に当接してシール材６を矢印Ｂ方
向に押圧するようになっている。

【００２３】また、増締めボルト１２の後端には、増締
めボルト１２締め付け用として、六角レンチが取り付け
られる六角頭部１２ｃが形成されている。なお、六角頭
部１２ｃは、これに限らず、フックスパナ用の引掛け用
溝を円周方向に６箇所以上形成したものであってもよ
い。また、雄ねじ部１２ａには緩み止めナット１４が螺
合され、プランジャーケース５の後端面と当接るように
なっている。なお、増締めボルト１２の後端部には、往
復移動するプランジャー接続部２先端部を避けるように
して空隙部が形成されている。

【００２４】次に、上記構成を有する増締め構造の動作
について説明する。プランジャーケース５内にプランジ
ャー３を軸通させた状態で、プランジャーケース５に増
締めボルト１２が螺合される。そして増締めボルト１２
を所定深さ締め込んだときにスプリング７の付勢力が働
き、増締めボルト１２はスプリング７によって押圧され
るシール材の後端を支持する。すなわち、増締めボルト
１２は、漏れのない最小の締め代でシール材６を支持し
ている。

【００２５】往復ポンプの運転により、シール部分にお
いて漏れが発生すると、増締めボルト１２の六角頭部１
２ｃに六角レンチを取り付けて締め込み、漏れがなくな
るまで増締めボルト１２の締め付け力を徐々に高めてい
く。

【００２６】従来、例えばＶパッキン等を用いたシール
構造においても、漏れが生じた場合に増し締めを行い、
漏れを止める方法が採られている。しかしながら、従来
のシール構造では、シール材の一方が壁面によって固定
されているため、増し締めにおける締め付け力を高くす
ると、プランジャー３の摩擦抵抗が急激に大きくなると
いう問題がある。すなわち、従来のシール構造では締め
代が小さいため、増締めを微調整することが困難であ
る。

【００２７】これに対して本発明では、増し締めを行う
につれてコイルスプリング７が徐々に収縮されるため、
増締め代“ｄ”の範囲において増締めによる締め付け力
を、徐々に高めていくことができる。すなわち、締め代
が大きいため、容易に増締めを微調整することができ
る。

【００２８】なお、上記実施形態では、プランジャーケ
ース５の大径部５ｂ端部を、支持部９ａの貫通孔９ｂの
周縁に当接して位置決めする構成であったが、これに限
らず、支持部９ｂに座ぐり加工を施し、円筒形プランジ
ャーケースをその座ぐり加工した底面に当接するように
挿入することによって位置決めすることもできる。ま
た、本発明は、上記実施形態に示した往復ポンプに限ら
ず、液相下で高圧、超高圧を発生させる任意の高圧ポン
プのシール部構造に適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば、高圧ポンプにおいてシール効果を安定
させることができるとともに、漏れが生じた際にシール
効果を高めてシール材の寿命を長くすることができる。
また、補修に係わる時間を大幅に低減させることができ
るという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシール部構造を示す正面縦断面図であ
る。

【図２】図１のシール部の構造を示す要部縦断面図であ
る。

【図３】従来の往復ポンプの構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 駆動部ピストン ２ プランジャー接続部 ３ プランジャー ４ スプリング受け ５ プランジャーケース ６ シール材 ７ コイルスプリング ９ 支持フレーム １２ 増締めボルト １４ 緩み止めナット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内を往復移動する軸体と前記シ
   リンダ内壁との間に形成される有底筒状の隙間に嵌挿さ
   れるシール材と、 該シール材と前記隙間底面との間に配置されるコイルス
   プリングと、 前記シール材における前記コイルスプリング配置側と反
   対側に配置され、前記シール材を介して前記コイルスプ
   リングによる付勢力を受けつつ、前記シール材を前記付
   勢力と反対方向に押圧し得る増締め手段と、 を備えてなることを特徴とする高圧ポンプのシール構
   造。
2. 【請求項２】 前記押圧手段は、前記軸体を軸通した状
   態で前記シリンダと螺合できるように構成されている請
   求項１記載のシール構造。
3. 【請求項３】 前記シール材は、前記軸体の軸方向にラ
   ミーシールと樹脂製バックアップリングとを交互に多数
   積層したものである請求項１または２に記載のシール構
   造。