JPH10306778A - ポンプヘッド及びそれを用いた往復ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製作、組立、分解が簡単であり、且つ軽量で
信頼性の高いポンプヘッド及びそれを用いた往復ポンプ
を提供する。 【解決手段】 複数のプランジャー３をそれぞれ軸通さ
せる複数のプランジャーケース５と、そのプランジャー
ケース５を平行に並べた状態で支持するとともにクラン
クケースに対して着脱自在に固定させる支持フレーム９
と、各プランジャーケース５の先端側に個別に配置さ
れ、該プランジャーケース５を介して支持フレーム９に
締め付け固定される蓋状部材からなりプランジャーケー
ス５に対応してその蓋状部材に設けられた通路１０ｂの
一方端がプランジャーケース５内のポンプ室５ｃと連通
し、通路１０ｂの他方端が弁接続用の継手に構成されて
いるヘッドプレート１０とを備え、プランジャーケース
５胴部内壁とプランジャー３とのシールを行う構成とす
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に適用されるポンプヘッド
及びそれを用いた往復ポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、往復ポンプは、シリンダー内でプ
ランジャーを往復移動させ、それに対応させて吸込管或
いは吐出管への流路を弁を介して開閉し、ポンプ室内の
流体の容積を変化させることにより、流体を高圧側へ送
り出すように構成されている。

【０００３】この種の往復ポンプは、化学プラント，食
品加工工場，ビルにおける排水溝，船舶等の洗浄用、ま
たは、土木，建設機械の整備及び洗浄用として用いら
れ、また、工作機械における例えばウオータージェット
加工機や電子部品洗浄装置等に組み込まれて使用され
る。

【０００４】往復ポンプの一般的な構成は、図４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６０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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
バルブケースは、通常、鋳造若しくは鍛造によって一体
に形成されたブロック状の重量物で構成されており、工
作機械による精密切削加工を行うことによりその内部に
加圧室６５ａ、吸込通路６５ｂ及び吐出通路６５ｃが複
雑に形成されている。従って、加圧室及びバルブ部の製
作が容易でなく、また、組み立てを行う場合や分解して
補修を行う場合においては、比較的小さい形状の往復ポ
ンプであっても多連式の加圧室及びバルブ部がすべて一
体構造の重量物であるため、複数の作業員がクレーンを
用いて取り扱わなければならず、また、プランジャーや
パッキンを傷つけ、或いは破損させないように慎重に取
り扱わなければならないため、作業性が悪いという問題
がある。さらには、補修の度にバルブケース全体をクラ
ンクケースから取り外さなければならないという不都合
もある。

【０００８】また、従来のバルブケースでは、加圧室６
５ａ、吸込通路６５ｂ及び吐出通路６５ｃを切削加工し
た場合に、バルブケース６５内で加圧室６５ａに対して
吸込通路６５ｂまたは吐出通路６５ｃが直交することに
なり、加圧室と通路が交わる部分には角部が形成されて
しまうことになる。往復ポンプの使用状態においてその
角部が高圧または超高圧の脈流に曝されると、その角部
から低サイクル疲労破壊が起こり易くなり、バルブケー
ス６５が破壊する恐れがある。

【０００９】なお、破壊を生じさせないためには、より
高価な高強度素材を使用するか、或いは焼入れ等の処理
を施した硬質部材を選択することも考えられるが、そう
すれば、バルブケースの軽量化が阻まれることになり、
加工も難しくなって扱いがさらに困難になる。

【００１０】本発明は以上のような従来の往復ポンプの
課題を考慮してなされたものであり、製作、組立て、分
解が簡便であって且つ軽量であり、さらに信頼性の高い
ポンプヘッド及びそれを用いた往復ポンプを提供するも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のポンプヘッド
は、シリンダ内のプランジャーを往復移動させ、それに
対応して吸込流路或いは吐出流路をバルブによって開閉
し、流体を圧送する往復ポンプのポンプヘッドにおい
て、(a) クランクケースから突出する複数のプランジャ
ーをそれぞれ軸通させる複数のプランジャーケースと、
(b) 複数のプランジャーケースを互いに平行に並べた状
態で支持する支持部と、その支持部から延設されて該支
持部をクランクケースに対して着脱自在に固定させる取
付部と、を有する支持フレームと、(c) 各プランジャー
ケースの先端側に個別に配置され該プランジャーケース
を介して支持部に締め付け固定される蓋状部材からな
り、その蓋状部材に穿設された通路の一方端がプランジ
ャーケース内のポンプ室と連通し、通路の他方端に弁接
続用の継手部が形成されているヘッドプレートと、(d)
プランジャーケース内壁とプランジャーとのシールを行
うシール手段と、を備えてなることを要旨とする。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。

【００１２】本発明のポンプヘッドにおいては、各プラ
ンジャーケースは取付方向に向かって外径が段階的に減
少しているシリンダからなり、支持フレームの支持部に
は、それらのシリンダが挿入される貫通孔が配列され、
シリンダにおける大径端部が貫通孔の周縁に当接するこ
とによりプランジャーケースの挿入深さが決められるよ
う構成することが好ましい。また、支持フレームの取付
部及びヘッドプレートは、ボルトを用いてクランクケー
ス及び支持部に固定することが好ましい。

【００１３】また、シール手段は、プランジャーの軸方
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、プランジャーケース内壁とプ
ランジャー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。

【００１４】本発明の往復ポンプは、プランジャーケー
ス毎に独立して蓋をするようにヘッドプレートを構成
し、各ヘッドプレートそれぞれに弁を接続してなること
を要旨とする。

【００１５】また、本発明の往復ポンプは、各プランジ
ャーケースに共通して蓋をするようにヘッドプレートを
一体構造で形成し、そのヘッドプレートの弁接続用の継
手部に弁を接続してなることを要旨とする。

【００１６】本発明のポンプヘッドに従えば、流体を吸
い込んで吐出する弁と、流体を加圧する加圧室とを別体
に構成するとともに、ポンプヘッドについては、シリン
ダ内をプランジャーが往復移動するだけの単純な加圧機
能のみとしたため、ポンプヘッドにおいて高圧または超
高圧の脈流に曝される部分について角部が残るような直
交孔の穿設加工が解消される。

【００１７】また、プランジャー毎にポンプヘッドを独
立して設け、各ヘッドプレートには弁を接続することが
できるように継手を形成したため、上記ヘッドプレート
の継手に弁を接続してなる往復ポンプに従えば、クラン
クケースに対してポンプヘッドを容易に着脱することが
でき、さらにそのポンプヘッドに対して弁を容易に着脱
することができるため、往復ポンプの製作、組立て、分
解補修作業が簡便になる。

【００１８】

【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
発明の一実施形態を示す縦断面図である。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、自動調芯機構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。

【００１９】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５内に
挿入されており、スプリング受け４が挿入されることに
よって形成されるプランジャーケース５胴部内壁とプラ
ンジャー３胴部との隙間には、シール手段としてのシー
ル部６が設けられている。このシール部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方向に付勢されており、液密性が長期に亘っ
て維持できるようになっている。

【００２０】上記シール部６は、詳しくは図２に示すよ
うに、プランジャー３を軸通させて配置されるグランド
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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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（図３参照）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。

【００２４】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。

【００２５】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
内に加圧室が形成される。

【００２６】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。

【００２７】継手部１０ｃには接続管１３を介してバル
ブケース１４が接続されており、プランジャー３が矢印
Ａ方向に移動して吸込みポート１４ａから逆止弁１４ｂ
を介して導入された流体は、プランジャー３が矢印Ｂ方
向に移動することによって逆止弁１４ｃを介し吐出ポー
ト１４ｄから排出されるようになっている。

【００２８】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１２に螺合されてい
るナット１２ａ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。

【００２９】次に、上記構成を有する往復ポンプの動作
について説明する。吸込み行程では、プランジャー３が
矢印Ａ方向に移動してポンプ室５ｃの容積が拡張され、
逆止弁１４ａが開いて吸込みポート１４ａから流体が吸
い込まれ、ポンプ室５ｃ内に流体が導入される。このと
き、逆止弁１４ｃは閉じた状態にある。

【００３０】圧縮行程では、プランジャー３が矢印Ｂ方
向に移動し、ポンプ室５ｃの容積が縮小されることによ
ってポンプ室５ｃ内の圧力が高まり、逆止弁１４ｃが開
いて吐出ポート１４ｄから流体が圧送される。このと
き、逆止弁１４ａは閉じた状態にある。

【００３１】従来の往復ポンプでは、加圧室を構成して
いるプランジャーケース５とバルブケース１４とが一体
に構成されているため、故障時や点検整備時において分
解作業を行う場合には、まず、バルブ部を分解してプラ
ンジャー部を分解することになる。バルブ部を分解する
には、ソケットレンチを用いてバルブ部の盲栓を外し、
プライヤ等を用いてバルブアッセンブリをマニホールド
から取り外すことになるが、バルブケースを取り外す場
合には、マニホールドのナットを全てクランクケースか
ら取り外し、それによりバルブケースがクランクケース
から外れる。この際、マニホールドでプランジャー及び
パッキン等を傷つけ、若しくは破損しないように十分注
意を払わなければならない。

【００３２】このようにして取り外したバルブケースを
組み立てる際においても、クランクケースから突出して
いるそれぞれのプランジャーが正しくバルブケースのプ
ランジャー案内筒部に挿入されるよう慎重に位置決めを
行った後、プランジャー及びパッキン等を傷つけないよ
うにして組立てなければならない。

【００３３】これに対して本実施形態の往復ポンプで
は、各プランジャー毎に加圧室とバルブケースが独立し
て構成されているため、例えば吐出流路における圧力が
低下して往復ポンプを分解、点検する必要が生じた場
合、まずバルブケースのみをプランジャーポンプから取
り外して点検することができ、さらに必要に応じて加圧
室をクランクケースから取り外して分解することができ
る。このように本実施形態では、従来の構成の如くバル
ブ部全体を常にクランクケースから取り外す必要がな
く、しかもプランジャーとプランジャーケースとの適正
な係合状態を、プランジャー毎に個別に調整することが
できるため、組立て、分解を短時間で且つ簡単に行うこ
とができる。

【００３４】なお、本発明の支持部は、上記実施形態で
は枠状のフレームで構成したが、これに限らず、プラン
ジャーケースをクランクケースに対して固定させること
ができるものであれば、任意の形状のフレームで構成す
ることができる。

【００３５】また、上記実施形態では、プランジャーケ
ース毎に独立してヘッドプレートを設け、各ヘッドプレ
ートにバルブケースを接続したが、これに限らず、ヘッ
ドプレートを、各プランジャーケースに共通して蓋をす
る一体構造で構成することもできる。なお、各プランジ
ャーに対応して吸込み部及び吐出部が内蔵された一体構
造のバルブケースをヘッドプレートに接続することもで
きる。

【００３６】また、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。本発
明のポンプヘッド及びそれを用いた往復ポンプは、液相
下で高圧、超高圧を発生させる任意の高圧ポンプに使用
することができる。

【００３７】

【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、製作、組み立てが簡単であり、且つ軽
量で信頼性の高いポンプヘッド及びそれを用いた往復ポ
ンプを提供することができるという長所を有する。

【００３８】また、加圧室と弁部とを別構成としたた
め、ポンプヘッドの構造を簡単にすることができるとと
もに、高圧に曝される部分のみを高強度部材で構成すれ
ばよく、また摩耗した場合であっても弁部全体を交換す
る必要がないため、ポンプヘッド及びそれを用いた往復
ポンプのコストダウンが図れる。

【００３９】また、従来は多連式のポンプにおいて一つ
のシリンダに対するシール交換であってもポンプ全体を
分解していたが、本発明では、各シリンダについて個別
にシール交換できるため、シール交換作業が殆どである
ポンプ補修作業が簡便になるという長所がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の往復ポンプの構成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】図１の平面図である。

【図４】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 自動調芯機構 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 シール部 ７ コイルスプリング ８ スプリング受け座 ９ 支持フレーム １０ ヘッドプレート １１ 取付ボルト １４ バルブケース

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内のプランジャーを往復移動さ
   せ、それに対応して吸込流路或いは吐出流路をバルブに
   よって開閉し、流体を圧送する往復ポンプのポンプヘッ
   ドにおいて、 (a) クランクケースから突出する複数のプランジャーを
   それぞれ軸通させる複数のプランジャーケースと、 (b) 前記複数のプランジャーケースを互いに平行に並べ
   た状態で支持する支持部と、その支持部から延設されて
   該支持部を前記クランクケースに対して着脱自在に固定
   させる取付部と、を有する支持フレームと、 (c) 前記各プランジャーケースの先端側に個別に配置さ
   れ該プランジャーケースを介して前記支持部に締め付け
   固定される蓋状部材からなり、その蓋状部材に穿設され
   た通路の一方端が前記プランジャーケースのポンプ室と
   連通し、前記通路の他方端に弁接続用の継手部が形成さ
   れているヘッドプレートと、 (d) 前記プランジャーケース内壁と前記プランジャーと
   のシールを行うシール手段と、を備えてなることを特徴
   とするポンプヘッド。
2. 【請求項２】 前記各プランジャーケースは取付方向に
   向かって外径が段階的に減少しているシリンダからな
   り、前記支持フレームの支持部には、前記シリンダが挿
   入される貫通孔が配列され、前記シリンダにおける大径
   端部が前記貫通孔の周縁に当接することにより前記プラ
   ンジャーケースの挿入深さが決められる請求項１記載の
   ポンプヘッド。
3. 【請求項３】 前記支持フレームの取付部及び前記ヘッ
   ドプレートが、ボルトを用いて前記クランクケース及び
   前記支持部に固定される請求項１または２に記載のポン
   プヘッド。
4. 【請求項４】 前記シール手段が、前記プランジャーの
   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１〜３のいずれか
   に記載のポンプヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載のヘッド
   プレートが、前記プランジャーケース毎に独立して蓋を
   するように構成され、該ヘッドプレートそれぞれに弁を
   接続してなることを特徴とする往復ポンプ。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載のヘッド
   プレートが、前記各プランジャーケースに共通して蓋を
   する一体構造からなり、該ヘッドプレートの弁接続用の
   継手部に弁を接続してなることを特徴とする往復ポン
   プ。