JP7469955B2 - 往復動ピストンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、往復動ピストンポンプに関する。

従来、ピストンがシリンダ内を往復動する往復動ピストンポンプとして、以下の特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の往復動ピストンポンプでは、クランクケースに軸支されたクランク軸にピストン棒が連結されており、ピストン棒の先端部には、シリンダ内を往復動する円筒状のピストンパッキン（ピストン）が連結され、ピストンパッキンは、その外周側に、シリンダに摺接するパッキンを円環状に備えている。

ピストンパッキンにおいて、パッキンより内周側には、軸線方向前後に貫通する通孔が周方向に沿って複数穿設されており、軸線方向前側に面する端部には、吸水弁座が形成されている。ピストン棒の先端部において、ピストンパッキンより軸線方向前側には、円筒状の吸水弁（弁体）が軸線方向移動可能に配置されると共に、吸水弁より軸線方向前側には、円筒状のストッパが固定されており、ストッパと吸水弁との間に、吸水弁が吸水弁座に着座（就座）するように押圧するばねが配置されている。

そして、往復動ピストンポンプの吸水工程時にあっては、ピストン棒が軸線方向後方へ移動し、吸水弁がばねの押圧力に抗して吸水弁座から離座し、吸水口からの使用液は、通孔、吸水弁と吸水弁座との間の隙間を通してピストンパッキンより軸線方向前方へ流れていく。

吐出工程に切り替わると、ピストン棒が軸線方向前方へ移動し、吸水弁が吸水弁座に着座して通孔を塞ぐ。すると、ピストンパッキンより軸線方向前方にあった使用液は加圧され、ストッパより軸線方向前方に配置された吐出弁が開となり、使用液は、吐出弁を介して吐出口から外部へ吐出されるようになっている。

実開昭６１－１８１８８１号公報

ここで、上記往復動ピストンポンプにあっては、吸水工程時において吸水弁が吸水弁座から離座する際に、吸水弁座の通孔からの使用液の流れを円滑とし効率良く流すことが望まれている。また、吐出工程時において吸水弁が吸水弁座に着座する際の衝撃の緩和が求められている。また、吐出工程時において吸水弁が吸水弁座に着座する際に、平面同士の接触により水膜を切ってしまうため、吸水弁と吸水弁座との間に真空現象が生じて貼り付き現象が生じ、吸水工程時において吸水弁が吸水弁座から離座する際に、脈動が発生すると共に騒音が増加してしまう。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、吸水弁が離座する際に、吸水弁座の通孔からの使用液の流れを円滑として効率良く流すことができ、また、吸水弁の着座時の衝撃を緩和でき、また、吸水弁が離座する際の脈動の発生を防止できると共に低騒音化を図ることができる往復動ピストンポンプを提供することを目的とする。

本発明による往復動ピストンポンプ（１００）は、軸線方向後端側が駆動部（９）に連結され、シリンダ（３）内を往復動するピストン棒（７）と、円筒状を成しピストン棒（７）に外嵌されて固定され軸線方向前後を連通する通孔（２７）を周方向に沿って複数有する吸水弁座（２２ｂ）及び吸水弁座（２２ｂ）の外周側に円環状に保持されシリンダ（３）の内周面に摺接する弾性体より成るパッキン（２２ａ）を備えたピストンパッキン（２２）と、円筒状を成してピストン棒（７）に軸線方向移動可能に外挿され、吸水弁座（２２ｂ）の軸線方向前側に位置し吸水弁座（２２ｂ）に対して離座／着座することにより通孔（２７）を開閉する吸水弁（２１）と、吸水弁（２１）を吸水弁座（２２ｂ）に着座するように押圧する押圧手段（２３）と、を備えた往復動ピストンポンプ（１００）であって、吸水弁座（２２ｂ）の通孔（２７）は、周方向に沿って等間隔に離間配置され、吸水弁座（２２ｂ）の軸線方向前面には、軸線方向後方へ凹設される凹設溝（２８）が複数の通孔（２７）の軸線方向前端を繋ぐように円環状に設けられていることを特徴としている。

このような往復動ピストンポンプ（１００）によれば、吸水弁座（２２ｂ）において、周方向に沿って複数が等間隔で離間配置され軸線方向前後を連通する通孔（２７）が設けられると共にこれら複数の通孔（２７）の軸線方向前端を円環状に繋ぐ凹設溝（２８）が軸線方向前面に設けられているため、吸水弁（２１）が吸水弁座（２２ｂ）から離座する際に、吸水弁座（２２ｂ）の複数の通孔（２７）から出てくる使用液が、通孔（２７）を周方向に繋いでいる凹設溝（２８）により一旦リング状に纏められて吸水弁（２１）へ当たり、均一な力で吸水弁（２１）を離座させることができ、使用液の流れが円滑とされ使用液が効率良く流される。また、このように、均一な力で吸水弁（２１）を離座させることができるため、吸水弁（２１）が傾くことも防止される。また、吸水弁（２１）が吸水弁座（２２ｂ）に着座する際に、吸水弁座（２２ｂ）の通孔（２７）の前端を周方向に繋ぐ凹設溝（２８）に使用液が滞在しているため、クッション代わりとなり、衝撃が緩和される。また、吸水弁座（２２ｂ）の軸線方向前面に設けられた凹設溝（２８）により、吸水弁（２１）が吸水弁座（２２ｂ）に着座する際に水膜を切ることが抑止され、吸水弁（２１）と吸水弁座（２２ｂ）との間の真空現象が緩和されて貼り付き現象が抑止される。その結果、吸水弁（２１）が吸水弁座（２２ｂ）から離座する際に、脈動の発生が防止されると共に、低騒音化が図られる。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成としては、具体的には、通孔（２７）は、軸線方向視において円弧状を成す長孔である構成が挙げられる。この構成によれば、円形の孔に比して、一層上記作用が高められる。

このように本発明によれば、吸水弁が離座する際に、吸水弁座の通孔からの使用液の流れを円滑として効率良く流すことができると共に吸水弁が傾くことも防止でき、また、吸水弁の着座時の衝撃を緩和でき、また、吸水弁が離座する際の脈動の発生を防止できると共に低騒音化を図ることができる往復動ピストンポンプを提供できる。

本発明の実施形態に係る往復動ピストンポンプを示す縦断面図である。 図１中のピストンパッキンを示す縦断面図である。 図１中のピストンパッキンの正面図である。 往復動ピストンポンプの吸水工程時の要部の動作説明図である。 往復動ピストンポンプの吐出工程時の要部の動作説明図である。

以下、本発明による往復動ピストンポンプの好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る往復動ピストンポンプを示す縦断面図、図２は、ピストンパッキンの縦断面図、図３は、ピストンパッキンの正面図、図４は、往復動ピストンポンプの吸水工程時の要部の動作説明図、図５は、往復動ピストンの吐出工程時の要部の動作説明図である。

本実施形態の往復動ピストンポンプは、例えば、動力噴霧機等を始めとした機器に用いられるものであり、往復動ピストンポンプに用いられる使用液としては、用途に応じて種々の液体が用いられる。

図１に示すように、往復動ピストンポンプ１００は概略、図示右側から左側に向かって、クランクケース１、吸水側マニホールド２、シリンダパイプ（シリンダ）３、吐出側マニホールド４をこの順に連結して備えている。クランクケース１の内部には、クランクケース１に軸支されたクランク軸５、クランク軸５に回転可能に連結されたコンロッド６、及び、コンロッド６にピストン棒７の後端部を回転可能に連結するピストンピン８等が配置され、これらクランク軸５、コンロッド６、及び、ピストンピン８等により、ピストン棒７を往復駆動させる駆動部９が構成されている。ピストン棒７は、クランクケース１からシリンダパイプ３に亘る内部に往復動可能に配置されている。

なお、図１及び図５は、クランク軸５の回転によりピストン棒７が軸線方向前方へ移動する吐出工程において上死点に位置した状態を示し、図４は、ピストン棒７が軸線方向後方へ移動する吸水工程において下死点に位置した状態を示している。

クランクケース１内には、潤滑油が充填されており、ピストン棒７が通る位置には、当該ピストン棒７に摺接しクランクケース１内の潤滑油の吸水側マニホールド２側への漏洩を防止するためのオイルシール１０が配設される。また、吸水側マニホールド２内には、ピストン棒７に摺接し吸水側マニホールド２側の使用液のオイルシール１０側への漏洩を防止するためのシールパッキン１１が配設される。吸水側マニホールド２には、使用液を内部に吸い込むための吸水口１５が設けられている。

シリンダパイプ３より前方で吐出側マニホールド４内の先端部には、流路を開閉し、開により使用液を吐出口１６へ吐出する吐出弁１７が設けられている。なお、吐出側マニホールド４には、吐出される使用液の圧力を調節するための調圧弁１８が設けられると共に、吐出される使用液の脈動を緩衝する空気室１９が設けられている。

また、シリンダパイプ３内には、ピストン棒７と共に軸線方向に往復動し、ピストン棒７が軸線方向後方へ移動する吸水工程時において吸水口１５から使用液を吐出弁１７側へ吸水するように開となり、ピストン棒７が軸線方向前方へ移動する吐出工程時において吐出弁１７側の使用液を加圧するように閉となる吸水弁機構２０が設けられている。

吸水弁機構２０は、図４及び図５に示すように、吸水弁２１、シリンダパイプ３の内周面に摺接するパッキン２２ａ及び吸水弁座２２ｂを備えたピストンパッキン２２、吸水弁２１を吸水弁座２２ｂに着座するように押圧する押圧手段としてのスプリング２３を主体として備えると共に、さらに、カラー２４、座金２５、六角ナット２６を備える。

吸水弁２１は、中央にカラー２４を通すための貫通穴を備えた円板であり、ピストンパッキン２２より軸線方向前側に配置されている。カラー２４は、中央にピストン棒７を通すための貫通穴を備えた円筒であり、軸線方向後端部の外周面が縮径されている。この縮径された縮径部２９に吸水弁２１が外挿され、軸線方向移動可能とされている。

図２に示すように、ピストンパッキン２２を構成する吸水弁座２２ｂは、吸水弁２１が離座／着座するものであり、中央にピストン棒７を通すための貫通孔を備え略円筒状に構成され、吸水弁２１及びカラー２４の軸線方向後側に配置されている（図４及び図５参照）。図２及び図３に示すように、吸水弁座２２ｂは、軸線方向前後を連通する通孔２７を周方向に沿って等間隔に複数離間して備えている。通孔２７は、ここでは、軸線方向視において軸線を中心として円弧状を成す長孔とされ、４個が設けられている。吸水弁座２２ｂの軸線方向前面には、軸線方向後方へ凹設される凹設溝２８が円環状に設けられており、凹設溝２８の底面（図２の右面）に、通孔２７の軸線方向前端が配置されている。

ピストンパッキン２２を構成するパッキン２２ａは、例えばゴム等の弾性体より円環状に形成され、吸水弁座２２ｂの外周に設けられた円環状溝に押し込まれ収容保持されている。

そして、図４及び図５に示すように、ピストン棒７の先端側から、ピストンパッキン２２、縮径部２９に吸水弁２１が外挿されたカラー２４、座金２５がこの順に嵌装されると共に、吸水弁２１と座金２５との間に、スプリング２３が介装され、ピストン棒７の先端に形成された雄螺子３０に六角ナット２６が螺合し締め込まれることによって、ピストンパッキン２２の吸水弁座２２ｂの軸線方向後端面が、ピストン棒７の拡径された段差部３１に突き当てられ、これらのピストンパッキン２２、カラー２４、座金２５が、段差部３１と六角ナット２６との間に挟持・固定されている。

この状態で、吸水弁２１と座金２５との間に介装されたスプリング２３により吸水弁２１が押圧され、図１及び図５に示す吐出工程時においては吸水弁座２２ｂに着座し、通孔２７及び凹設溝２８が塞がれた状態となっている。

このような往復動ピストンポンプ１００において、クランク軸５が回転駆動するとピストン棒７がシリンダパイプ３内を往復動し、上死点から下死点へ移動する吸水工程（図４参照）と、下死点から上死点へ移動する吐出工程（図５参照）を繰り返す。

ここで、吐出工程から吸水工程に切り替わると、ピストン棒７が軸線方向後方へ移動し、図４に示すように、吸水弁２１がスプリング２３の押圧力に抗して吸水弁座２２ｂから離座し、吸水弁２１と吸水弁座２２ｂとの間に隙間が生じ（吸水弁機構２０の吸水弁２１が開となり）、通孔２７が開となって、吸水口１５からの使用液は、矢印の流れで示すように、通孔２７及び凹設溝２８を通り、ピストンパッキン２２の軸線方向前方へ吸水される。

このように、吸水弁２１が吸水弁座２２ｂから離座する際に、吸水弁座２２ｂの複数の通孔２７から出てくる使用液が、通孔２７を周方向に繋いでいる凹設溝２８により一旦リング状に纏められて吸水弁２１へ当たることになるため、均一な力で吸水弁２１を離座させることができ、使用液の流れを円滑とし使用液を効率良く流すことができる（吸水効率を向上できる）。また、このように、均一な力で吸水弁２１を離座させることができるため、吸水弁２１が傾くことも防止できる。

また、通孔２７は、軸線方向視において円弧状を成す長孔のため、円形の孔に比して、一層上記作用・効果を高めることができる。

一方、吸水工程から吐出工程に移行すると、ピストン棒７が軸線方向前方へ移動し、図５に示すように、吸水弁２１がスプリング２３の押圧力により吸水弁座２２ｂに着座し、吸水弁２１により通孔２７及び凹設溝２８が塞がれ（吸水弁機構２０の吸水弁２１が閉となり）、通孔２７が閉となる。

このとき、吸水弁座２２ｂの通孔２７の前端を周方向に繋ぐ凹設溝２８に使用液が滞在しているため、クッション代わりとなり、衝撃を緩和できる。

また、吸水弁座２２ｂの前面に設けられた凹設溝２８により、吸水弁２１が吸水弁座２２ｂに着座する際に水膜を切ることが抑止されている（面接触が低減されている）。このため、吸水弁２１と吸水弁座２２ｂとの間の真空現象が緩和され、吸水弁２１の吸水弁座２２ｂに対する貼り付き現象が抑止されている。

また、ピストン棒７の軸線方向前方への移動と同調してパッキン２２ａがシリンダパイプ３の内周面に摺接しながら前方へ移動することで水圧が生じ、より強い押圧力で吸水弁２１が吸水弁座２２ｂに押し付けられ、シール性が高められて使用液の流れが確実に遮断されている。

そして、ピストンパッキン２２より前方の使用液は、ピストンパッキン２２の軸線方向前方への移動によって、矢印の流れで示すように、吐出弁１７を開き、吐出口１６から外部へ吐出される。

この後、吐出工程から吸水工程に切り替わり、ピストン棒７が軸線方向後方へ移動し、図４に示すように、吸水弁２１が吸水弁座２２ｂから離座するが、前述したように、凹設溝２８により、吸水弁２１の吸水弁座２２ｂに対する貼り付き現象が抑止されているため、吸水弁２１が吸水弁座２２ｂから離座する際の脈動の発生を防止できると共に、低騒音化を図ることができる。

以上、本実施形態の主立った作用・効果を述べてきたが、本実施形態によれば、以下の作用・効果も奏する。

すなわち、使用液の流れが一方向に流れるため、吸水効率が高く往復動ピストンポンプ自体の省エネ化を図ることができる。また、使用液の流れを、直線状に近づけることができるため、使用液の流れが円滑となり、吸水効率をより高めることができる。

また、ピストンパッキン２２がピストン棒７の移動に同調して移動するため、脈動を防止でき安定した性能を発揮できる。

また、固定式の吸水弁座２２ｂに対し可動式の吸水弁２１が離座／着座することにより吸水弁２１を開閉する構造で、尚且つ、吸水弁２１の重量が吸水弁座２２ｂより小さいため、吸水弁２１の開閉時の衝撃力を小さくでき、低騒音化を図ることができる。また、吸水弁２１を樹脂より形成することにより、大きな低騒音効果を得ることができる。

また、吸水弁２１の開閉をピストン棒７の移動に合わせて強制的に行うため、ロスが少なく確実に開閉することができる。

また、特開２０１４－２２４４６９号公報に記載の強制弁式ピストンポンプのように、吸水弁の開閉の際に、吸水弁がストッパ、吸水弁座にそれぞれ当接するという構成ではなく、吸水弁２１の当接回数は、吸水弁座２２ｂに着座する１回のため、低騒音化を図ることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、パッキン２２ａを、特に好ましいとしてゴムとしているが、弾性体であれば良い。

また、スプリング２３により吸水弁２１を押圧して吸水弁座２２ｂに着座させるようにしているが、スプリング２３以外の押圧手段であっても良い。

また、上記実施形態においては、特に好ましいとして、往復動ピストンポンプ１００を動力噴霧機に対して適用した例を述べているが、清水によるキャビテーション発生や打撃音による騒音が気になる細霧冷房やミスト用の往復動ピストンポンプを始めとした他の往復動ピストンポンプに対しても同様に適用できる。

３…シリンダパイプ（シリンダ）、７…ピストン棒、２１…吸水弁、２２…ピストンパッキン、２２ａ…パッキン、２２ｂ…吸水弁座、２３…スプリング（押圧手段）、２７…通孔、２８…凹設溝、１００…往復動ピストンポンプ。

Claims (1)

1. 軸線方向後端側が駆動部（９）に連結され、シリンダ（３）内を往復動するピストン棒（７）と、
   円筒状を成し前記ピストン棒（７）に外嵌されて固定され軸線方向前後を連通する通孔（２７）を周方向に沿って複数有する吸水弁座（２２ｂ）及び前記吸水弁座（２２ｂ）の外周側に円環状に保持され前記シリンダ（３）の内周面に摺接する弾性体より成るパッキン（２２ａ）を備えたピストンパッキン（２２）と、
   円筒状を成して前記ピストン棒（７）に軸線方向移動可能に外挿され、前記吸水弁座（２２ｂ）の軸線方向前側に位置し前記吸水弁座（２２ｂ）に対して離座／着座することにより前記通孔（２７）を開閉する吸水弁（２１）と、
   前記吸水弁（２１）を前記吸水弁座（２２ｂ）に着座するように押圧する押圧手段（２３）と、を備えた往復動ピストンポンプ（１００）であって、
   前記吸水弁座（２２ｂ）の前記通孔（２７）は、周方向に沿って等間隔に離間配置され、
   前記吸水弁座（２２ｂ）の軸線方向前面には、軸線方向後方へ凹設される凹設溝（２８）が複数の前記通孔（２７）を繋ぐように円環状に設けられており、
   前記通孔（２７）は、軸線方向視において円弧状を成す長孔であることを特徴とする往復動ピストンポンプ（１００）。

Images