JP5369964B2 - 高圧洗浄機用ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、洗浄に用いる高圧水を吐出する高圧洗浄機用ポンプに関する。

従来、この種の高圧洗浄機用ポンプでは、往復動によって水を高圧化するプランジャをシリンダ内に収容し、シリンダの内周面にグランドパッキン（シール材）を配置している（例えば、特許文献１）。この従来技術では、プランジャで高圧化された水がプランジャとシリンダとの間の微少隙間から漏れ出すことをグランドパッキンによって防止するようになっている。

グランドパッキンは、使用により劣化する消耗品であるので、劣化の具合に応じて定期的または不定期的に交換が必要である。因みに、グランドパッキンの材質としては、例えばアラミドが用いられている。

特開平８−７４７４０号公報

しかしながら、上記従来技術では、グランドパッキンを定期的または不定期的に交換しなければならないので、グランドパッキンの交換作業が煩雑である。特に、高圧洗浄機用ポンプを工場の生産ラインに多数台用いる場合には、グランドパッキンの部品費や交換作業の工数が嵩むのみならず、グランドパッキンの交換のために生産ラインを頻繁に停止させることとなって生産性の悪化を招くので、グランドパッキンの交換に伴う損失が莫大になってしまう。

そこで、本発明者は、グランドパッキンを用いることなくシール性を確保すべく、プランジャとシリンダとの間の隙間寸法を極微小寸法にしてプランジャをシリンダの内周面と直接摺動させることを検討した。

しかしながら、この検討例では、プランジャをシリンダの内周面と直接摺動させるので、プランジャの摺動抵抗が増大してプランジャの摺動性が悪化してしまうという問題が新たに発生する。

本発明は上記点に鑑みて、グランドパッキンを用いることなくシール性を確保しつつ、プランジャの摺動性を確保することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、往復動によって水を高圧化するプランジャ（１０）と、
プランジャ（１０）を収容するシリンダ（１２）と、
プランジャ（１０）を往復駆動するクランク軸（１１）とを備え、
プランジャ（１０）がシリンダ（１２）と直接摺動するようにプランジャ（１０）とシリンダ（１２）との間の隙間寸法が設定され、
プランジャ（１０）のうちシリンダ（１２）と直接摺動する摺動部（１０１）、およびシリンダ（１２）は、ステンレスで形成され、
摺動部（１０１）およびシリンダ（１２）には、焼き入れ焼き戻しの熱処理が施され、
さらに摺動部（１０１）には、ダイヤモンドライクカーボンによる表面処理が施されていることを特徴とする。

これによると、プランジャ（１０）の摺動部（１０１）およびシリンダ（１２）をステンレスで形成し、プランジャ（１０）の摺動部（１０１）およびシリンダ（１２）に焼き入れ焼き戻しの熱処理を施し、さらにプランジャ（１０）の摺動部（１０１）にダイヤモンドライクカーボンによる表面処理を施しているので、プランジャ（１０）とシリンダ（１２）との間の隙間寸法を極微小寸法にしてプランジャ（１０）をシリンダ（１２）と直接摺動させてもプランジャ（１０）の摺動抵抗の増大を抑制することができる。

このため、グランドパッキンを用いることなくシール性を確保しつつ、プランジャ（１０）の摺動性を確保することができる。

ここで、プランジャ（１０）をシリンダ（１２）と直接摺動させるべくプランジャ（１０）とシリンダ（１２）との間の隙間寸法を極微小寸法にすると、プランジャ（１０）の摺動性は、ポンプ構成部品の形成誤差や組付誤差といった製造誤差の悪影響を受けやすくなる。

この点に鑑みて、請求項１に記載の発明では、プランジャ（１０）は、シリンダ（１２）内に配置されて摺動部をなす第１プランジャ（１０１）と、第１プランジャ（１０１）とクランク軸（１１）との間に配置された第２プランジャ（１０２）とを遊びを持たせて連結した構成になっていることを特徴とする。

これによると、第１、第２プランジャ（１０１、１０２）の連結に遊びを持たせているので、この遊びによって製造誤差を吸収してプランジャ（１０）の摺動性を向上させることができる。

さらに、請求項１に記載の発明では、第２プランジャ（１０２）には、第１プランジャ（１０１）の一端部（１０１ａ）が挿入される挿入穴（１０２ａ）が形成され、
挿入穴（１０２ａ）の内径は、一端部（１０１ａ）の外径よりも大きく設定され、
一端部（１０１ａ）の外周部には、一端部（１０１ａ）が挿入穴（１０２ａ）から抜けるのを防止する止め輪（１０３）が配置され、
挿入穴（１０２ａ）の内周面には、止め輪（１０３）の外周縁部が挿入される溝部（１０２ｂ）が形成され、
第１、第２プランジャ（１０１、１０２）の径方向において、溝部（１０２ｂ）と止め輪（１０３）との間には隙間（１０４）が形成されていることを特徴とする。

これにより、簡素な構造でもって、第１、第２プランジャ（１０１、１０２）の連結に遊びを持たせることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の高圧洗浄機用ポンプにおいて、クランク軸（１１）を収容するハウジング（１３）を備え、
第２プランジャ（１０２）はハウジング（１３）内に配置され、
第２プランジャ（１０２）のうち止め輪（１０３）の配置部位には、止め輪（１０３）を第２プランジャ（１０２）の径方向に通過させることが可能な逃がし溝（１０２ｃ）が形成され、
ハウジング（１３）には、逃がし溝（１０２ｃ）と重なり合い、かつ止め輪（１０３）を径方向に通過させることが可能な開口部（１３ａ）が形成されていることを特徴とする。

これにより、第１、第２プランジャ（１０１、１０２）に対する止め輪（１０３）の着脱を、開口部（１３ａ）および逃がし溝（１０２ｃ）を通じて行うことができるので、止め輪（１０３）の交換作業性（メンテナンス性）を良くすることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における高圧洗浄機用ポンプの断面図である。 図１の要部拡大図である。 （ａ）はプランジャ単体を軸方向から見た正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本実施形態の高圧洗浄機用ポンプの全体構成を示す断面図である。図２は、図１の要部拡大図である。図１、図２中の上下の矢印は、高圧洗浄機用ポンプの設置状態における上下方向を示している。

本実施形態の高圧洗浄機用ポンプは、主として工場の生産ラインに用いられるものであり、水を高圧化するプランジャ１０と、プランジャ１０を往復駆動するクランク軸１１と、プランジャ１０を収容するシリンダ１２と、クランク軸１１を収容するハウジング１３とを備えている。

本例では、高圧洗浄機用ポンプは、プランジャ１０の軸方向が水平方向（図１の左右方向）を向くように配置されている。また、本例では図示を省略しているが、プランジャ１０が図１の紙面垂直方向に複数本並んで配置されている。また、本例では、クランク軸１１は、図示しないエンジンによって回転駆動されるようになっている。

ハウジング１３は、製造上やメンテナンス上の都合等により、複数の部分に分割して形成されている。ハウジング１３内には、クランク軸１１を潤滑する潤滑油が封入されている。

シリンダ１２は、介在部材１４を介してハウジング１３に固定されている。シリンダ１２の内部空間のうちプランジャ１０の先端側（図１の右方側）に位置する空間は、プランジャ１０によって水が加圧される加圧室１５を構成している。

シリンダ１２の先端側（図１の右方側）にはヘッド部材１８が配置されている。ヘッド部材１８には、ポンプ内に水を吸入する吸入口１６と、ポンプ外へ高圧水を吐出する吐出口１７とが形成されている。ヘッド部材１８の内部には、吸入空間１８ａと吐出空間１８ｂとが形成されている。吸入空間１８ａは吸入口１６と連通する空間である。吐出空間１８ｂは吐出口１７と連通する空間である。

シリンダ１２とヘッド部材１８との間には、吸入通路１９ａと吐出通路１９ｂとが形成された通路形成部材１９が配置されている。吸入通路１９ａは、吸入空間１８ａと加圧室１５とを連通する通路である。吐出通路１９ｂは、加圧室１５と吐出空間１８ｂとを連通する通路である。通路形成部材１９は、シリンダ１２とヘッド部材１８との間に挟まれて、シリンダ１２およびヘッド部材１８に対して液密に固定されている。

加圧室１５には、吸入通路１９ａを開閉する吸入弁２０と、吸入弁２０を吸入通路１９ａの閉塞方向（閉弁方向）に付勢するバネ部材２１とが配置されている。

吐出空間１８ｂには、吐出通路１９ｂを開閉する吐出弁２２と、吐出弁２２を吐出通路１９ｂの閉塞方向（閉弁方向）に付勢するバネ部材２３とが配置されている。

本例では、プランジャ１０は、シリンダ１２内に配置される第１プランジャ１０１と、第１プランジャ１０１とクランク軸１１との間に配置される第２プランジャ１０２とに分割して形成されており、第１、第２プランジャ１０１、１０２が連結されることでプランジャ１０が構成されている。

第１プランジャ１０１は、シリンダ１２の内周面と直接摺動する摺動部をなしている。したがって、第１プランジャ１０１の外周面とシリンダ１２の内周面との間の隙間寸法は極微小寸法に設定されている。これに対し、第２プランジャ１０２はハウジング１３内に配置されているので、シリンダ１２と摺動しない。

第１プランジャ１０１およびシリンダ１２は、耐水性に優れたステンレス（ＳＵＳ）で形成されている。また、第１プランジャ１０１およびシリンダ１２には、焼き入れ焼き戻しの熱処理（ＱＴ）が施されている。さらに、第１プランジャ１０１には、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）によるコーティング（表面処理）が施されている。

本実施形態では、第１プランジャ１０１をシリンダ１２と直接摺動させているので、従来用いられていたグランドパッキン（シール材）を第１プランジャ１０１とシリンダ１２との間に配置していない。

すなわち、第１プランジャ１０１とシリンダ１２との間の隙間寸法を極微小寸法に設定することにより、加圧室１５の高圧水が第１プランジャ１０１とシリンダ１２との間の隙間から漏れ出すことを抑制している。

ハウジング１３のうち第１、第２プランジャ１０１、１０２の連結部に対応する部位には、ドレン開口部１３ａが形成されている。ドレン開口部１３ａは、加圧室１５から第１プランジャ１０１とシリンダ１２との間の極微小な隙間を通じてハウジング１３側へ漏れ出す僅かな水をポンプ外部に排出する役割を果たす。

第２プランジャ１０２の外周面には、ハウジング１３内に封入された潤滑油がドレン開口部１３ａに漏れ出すのを防止するオイルシール２４が配置されている。

図３（ａ）は、プランジャ１０単体を軸方向から見た正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

第２プランジャ１０２には、第１プランジャ１０１の一端部１０１ａが挿入される挿入穴１０２ａが形成されている。第２プランジャ１０２の挿入穴１０２ａの内径は、第１プランジャ１０１の一端部１０１ａの外径よりも若干大きく設定されている。

第１プランジャ１０１の一端部１０１ａにおける外周部には、第１プランジャ１０１の一端部１０１ａが第２プランジャ１０２の挿入穴１０２ａから抜けるのを防止するサークリップ（止め輪）１０３が配置されている。

サークリップ１０３は、全体としてＣリング状に形成されている。本例では、サークリップ１０３は、耐水性に優れたステンレス（ＳＵＳ）で形成されている。サークリップ１０３の内周縁部には、サークリップ１０３の中心側に向かって突出する突起部１０３ａが複数個（図３（ａ）の例では３個）形成されている。

第１プランジャ１０１の一端部１０１ａにおける外周面には、サークリップ１０３の突起部１０３ａが嵌め込まれる溝部１０１ｂが形成されている。第２プランジャ１０２の挿入穴１０２ａの内周面には、サークリップ１０３の外周縁部が挿入される溝部１０２ｂが形成されている。

本例では図３（ａ）に示すように、第１プランジャ１０１の溝部１０１ｂおよび第２プランジャ１０２の溝部１０２ｂは環状に形成されている。溝部１０２ｂの内径は、サークリップ１０３の外径よりも若干大きく設定されている。換言すれば、第１、第２プランジャ１０１、１０２の径方向において、第２プランジャ１０２の溝部１０２ｂとサークリップ１０３との間に若干の隙間が形成されている。

このように、第２プランジャ１０２の挿入穴１０２ａの内径を第１プランジャ１０１の一端部１０１ａの外径よりも若干大きく設定するとともに、溝部１０２ｂの内径をサークリップ１０３の外径よりも若干大きく設定することにより、第１、第２プランジャ１０１、１０２は、径方向に遊びを持って連結されることとなる。

第２プランジャ１０２のうちサークリップ１０３の配置部位には、サークリップ１０３を第２プランジャ１０２の径方向に通過させることが可能な逃がし溝１０２ｃが形成されている。逃がし溝１０２ｃは、第２プランジャ１０２の円周方向において一部の範囲に形成されている。

本例では、図１〜図３に示すように、逃がし溝１０２ｃを第２プランジャ１０２の下方部に形成しているので、サークリップ１０３は逃がし溝１０２ｃを上下方向に通過することができる。

さらに、逃がし溝１０２ｃは、ハウジング１３のドレン開口部１３ａと重なり合うようになっている。ここで、ドレン開口部１３ａは、逃がし溝１０２ｃと同様に、サークリップ１０３を第２プランジャ１０２の径方向に通過させることが可能に形成されている。

本例では、図１、図２に示すように、ドレン開口部１３ａを第２プランジャ１０２の下方側に形成しているので、サークリップ１０３は、ドレン開口部１３ａを上下方向に通過することができる。

図３（ａ）に示すように、逃がし溝１０２ｃ内においてサークリップ１０３と第１プランジャ１０１との間には、貫通空間１０５が形成されている。貫通空間１０５は、サークリップ１０３のうち突起部１０３ａの非形成部位の内周側に形成されており、サークリップ１０３と第１プランジャ１０１との間を第１、第２プランジャ１０１、１０２の軸方向に貫通している。本例では、貫通空間１０５が２つ形成されている。

貫通空間１０５は、サークリップ１０３を第１、第２プランジャ１０１、１０２から取り外す際に利用される。ここで、サークリップ１０３を第１、第２プランジャ１０１、１０２から取り外す手順を説明する。

まず、棒状の工具（図示せず）をポンプ外部（本例ではポンプの下方側）からドレン開口部１３ａおよび逃がし溝１０２ｃに挿入する。ここで、棒状の工具の先端部には、サークリップ１０３の内周縁部に引っ掛けることのできる爪が形成されている。

次に、工具の爪を貫通空間１０５に挿入してサークリップ１０３の内周縁部に引っ掛ける。そして、工具を逃がし溝１０２ｃおよびドレン開口部１３ａからポンプ外部に引っ張り出すことによって、サークリップ１０３を第１、第２プランジャ１０１、１０２から簡単に取り出すことができる。

本例では、貫通空間１０５が２つ形成されているので、工具の爪も貫通空間１０５に対応して２つ設けることによって、サークリップ１０３を第１、第２プランジャ１０１、１０２からより簡単に取り出すことができる。

サークリップ１０３を第１、第２プランジャ１０１、１０２に再び取り付ける際は、サークリップ１０３を第１、第２プランジャ１０１、１０２の溝部１０１ｂ、１０２ｂに嵌め込む作業を、ドレン開口部１３ａおよび逃がし溝１０２ｃを通じて行えばよい。

本実施形態によると、第１プランジャ（摺動部）１０１およびシリンダ１２をステンレスで形成し、第１プランジャ１０１およびシリンダ１２に焼き入れ焼き戻しの熱処理を施し、さらに第１プランジャ１０１にダイヤモンドライクカーボンによる表面処理を施しているので、第１プランジャ１０１とシリンダ１２との間の隙間寸法を極微小寸法にして第１プランジャ１０１をシリンダ１２と直接摺動させても第１プランジャ１０１の摺動抵抗の増大を抑制することができる。

このため、グランドパッキンを用いることなくシール性を確保しつつ、プランジャ１０の摺動性を確保することができる。

ここで、プランジャ１０をシリンダ１２と直接摺動させるべく第１プランジャ１０１とシリンダ１２との間の隙間寸法を極微小寸法にすると、プランジャ１０の摺動性は、ポンプ構成部品の形成誤差や組付誤差といった製造誤差の悪影響を受けやすくなる。

この点に鑑みて、本実施形態では、第１、第２プランジャ１０１、１０２の連結に遊びを持たせているので、第１、第２プランジャ１０１、１０２の連結部で製造誤差を吸収してプランジャ１０の摺動性を向上させることができる。

特に、本実施形態では、第２プランジャ１０２の挿入穴１０２ａの内径を第１プランジャ１０１の一端部１０１ａの外径よりも若干大きく設定するとともに溝部１０２ｂの内径をサークリップ１０３の外径よりも若干大きく設定することによって第１、第２プランジャ１０１、１０２の連結に遊びを持たせているので、簡素な構造でもって第１、第２プランジャ１０１、１０２の連結に遊びを持たせることができる。

さらに、本実施形態では、第２プランジャ１０２のうちサークリップ（止め輪）１０３の配置部位に、サークリップ１０３を第２プランジャ１０２の径方向に通過させることが可能な逃がし溝１０２ｃを形成し、ハウジング１３に、逃がし溝１０２ｃと重なり合い、かつサークリップ１０３を第２プランジャ１０２の径方向に通過させることが可能なドレン開口部（開口部）１３ａを形成しているので、第１、第２プランジャ１０１、１０２に対するサークリップ１０３の着脱を、ドレン開口部１３ａおよび逃がし溝１０２ｃを通じて行うことができる。

換言すれば、ポンプを分解することなくサークリップ１０３の着脱を行うことができるので、サークリップ１０３の交換作業性（メンテナンス性）が良好である。

特に、本実施形態では、上述のごとく、逃がし溝１０２ｃ内においてサークリップ１０３と第１プランジャ１０１との間に貫通空間１０５が形成されているので、この貫通空間１０５と図示しない工具とを利用してサークリップ１０３を非常に簡単に取り外すことができる。

（他の実施形態）
なお、上記一実施形態では、第１、第２プランジャ１０１、１０２の連結にサークリップ１０３を用いているが、これに限定されることなく、第１、第２プランジャ１０１、１０２の連結構造として種々の構造を用いることができる。

また、上記一実施形態では、第１、第２プランジャ１０１、１０２を遊びを持たせて連結しているが、これに限定されるものではない。すなわち、ポンプ構成部品の形成精度や組付精度等を十分に確保した場合には、第１、第２プランジャ１０１、１０２を硬直的に連結したり、第１、第２プランジャ１０１、１０２に分割することなくプランジャ１０を一体成形したりしても、プランジャ１０の摺動性を確保することができる。

また、上記一実施形態では、クランク軸１１をエンジンによって駆動しているが、これに限定されることなく、クランク軸１１をモータ等の種々の駆動源によって駆動してもよい。

また、上記一実施形態における吸入口１６、吐出口１７、吸入弁２０および吐出弁２２等は、水の吸入経路および高圧水の吐出経路の一構成例に過ぎず、これに限定されることなく、水の吸入経路および高圧水の吐出経路の構成を種々変形可能である。

１０ プランジャ
１１ クランク軸
１２ シリンダ
１３ ハウジング
１３ａ ドレン開口部（開口部）
１０１ 第１プランジャ（摺動部）
１０２ 第２プランジャ
１０１ａ 一端部
１０２ａ 挿入穴
１０２ｂ 溝部
１０２ｃ 逃がし溝
１０３ サークリップ（止め輪）
１０４ 隙間

Claims (2)

1. 往復動によって水を高圧化するプランジャ（１０）と、
   前記プランジャ（１０）を収容するシリンダ（１２）と、
   前記プランジャ（１０）を往復駆動するクランク軸（１１）とを備え、
   前記プランジャ（１０）が前記シリンダ（１２）と直接摺動するように前記プランジャ（１０）と前記シリンダ（１２）との間の隙間寸法が設定され、
   前記プランジャ（１０）のうち前記シリンダ（１２）と直接摺動する摺動部（１０１）、および前記シリンダ（１２）は、ステンレスで形成され、
   摺動部（１０１）および前記シリンダ（１２）には、焼き入れ焼き戻しの熱処理が施され、
   さらに前記摺動部（１０１）には、ダイヤモンドライクカーボンによる表面処理が施されており、
   前記プランジャ（１０）は、前記シリンダ（１２）内に配置されて前記摺動部をなす第１プランジャ（１０１）と、前記第１プランジャ（１０１）と前記クランク軸（１１）との間に配置された第２プランジャ（１０２）とを遊びを持たせて連結した構成になっており、
   前記第２プランジャ（１０２）には、前記第１プランジャ（１０１）の一端部（１０１ａ）が挿入される挿入穴（１０２ａ）が形成され、
   前記挿入穴（１０２ａ）の内径は、前記一端部（１０１ａ）の外径よりも大きく設定され、
   前記一端部（１０１ａ）の外周部には、前記一端部（１０１ａ）が前記挿入穴（１０２ａ）から抜けるのを防止する止め輪（１０３）が配置され、
   前記挿入穴（１０２ａ）の内周面には、前記止め輪（１０３）の外周縁部が挿入される溝部（１０２ｂ）が形成され、
   前記第１、第２プランジャ（１０１、１０２）の径方向において、前記溝部（１０２ｂ）と前記止め輪（１０３）との間には隙間（１０４）が形成されていることを特徴とする高圧洗浄機用ポンプ。
2. 前記クランク軸（１１）を収容するハウジング（１３）を備え、
   前記第２プランジャ（１０２）は前記ハウジング（１３）内に配置され、
   前記第２プランジャ（１０２）のうち前記止め輪（１０３）の配置部位には、前記止め輪（１０３）を前記第２プランジャ（１０２）の径方向に通過させることが可能な逃がし溝（１０２ｃ）が形成され、
   前記ハウジング（１３）には、前記逃がし溝（１０２ｃ）と重なり合い、かつ前記止め輪（１０３）を前記径方向に通過させることが可能な開口部（１３ａ）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の高圧洗浄機用ポンプ。

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