(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内のプランジャの往復摺動によってシリンダ内にスラリー液を吸引するとともに該スラリー液を加圧して排出する高圧プランジャポンプの、前記シリンダと前記プランジャとの間に形成される環状間隙を封止して高圧部と低圧部とを仕切るために、前記環状間隙内に前記高圧部側から順に剛性のトップアダプタリングと、弾性リングと、該弾性リング圧縮用のパッキンリングと、該パッキンリングよりも高い降伏強度を有するバックアップリングとを、配置した封止装置において、
前記パッキンリングは、前記バックアップリングの端面に接して前記シリンダとプランジャ間を塞ぐ大径端部と、該大径端部より高圧側に延在して前記シリンダ内周径より小さい外周径を持つとともに前記弾性リングの内周側で前記プランジャの外周面に接する平行円筒状部とを備えた断面略Ｌ字形状を有し、
前記平行円筒状部は、内周面にスラリー固形体が溜まる複数本の環状溝が形成されており、高圧部側に位置する環状溝を低圧部側に位置する環状溝より深くすることを特徴とする封止装置。
【請求項２】
前記平行円筒状部は、前記弾性リングの内周径より大きい外周径を持つことを特徴とする請求項１に記載の封止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧プランジャポンプのシリンダ内で高圧部と低圧部を仕切るための封止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高圧プランジャポンプは、衝突による分散・乳化あるいは微粒化や被衝突対象物質の表面処理等を目的として、セラミックス、金属、顔料などの各種スラリー液を直接加圧して高圧噴射するのに利用されている。
【０００３】
このスラリー液の高圧噴射は、シリンダ内をプランジャが往復移動することによって行われるが、通常、プランジャとシリンダとの間をシールして高圧側と低圧側とを仕切るための封止装置が設けられている。
【０００４】
このような封止装置としては、図３に例示するように、シリンダ部材１１とプランジャ１２との間に形成される環状間隙１３内に高圧側から順に剛性のトップアダプタリング１４と弾性リング１５とパッキンリング１７と該パッキンリング１７よりも高い降伏強度を有するバックアップリング１８と剛性のボトムアダプタリング１９とが配置されシリンダ１１に固定されたものがある。
【０００５】
この封止装置では、樹脂またはゴム製のパッキンリング１７がトップアダプタリング１４の端面とシリンダ１１の内壁面との間で断面略台形状の環状空間１６を形成するような縮径テーパ面を有しており、この環状空間１６内に合成ゴム等の復元力を持つ部材からなる断面五角形状の弾性リング１５が嵌合されて環状空間１６の各面に対して面接触している。
【０００６】
従って、弾性リング１５が圧縮状態にあるとき、弾性リング１５は全周に密着状態となり、その復元力がパッキンリング１７をプランジャ１２側に押圧させる方向に作用してプランジャ１２との間に接面圧力を生じせしめ、これら弾性リング１５とパッキンリング１７によるシール状態が達成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如き高圧プランジャポンプでスラリー液の加圧を行っていると、プランジャの封止装置に対する摺動が繰り返されるに従って、プランジャと封止装置との間にスラリーが入り込み、パッキンリングを急速に摩耗、減肉させる。これによってパッキンリングによるシール状態が維持できなくなり、封止装置の機能が失われてしまう。これに伴って部品交換が頻繁に必要となり、高圧プランジャポンプの駆動も中断され作業効率に悪影響を及ぼすことになる。
【０００８】
またこのような悪影響を解消しようと、スラリーがプランジャと封止装置との間へ入り込むことを防ぐために専用スクレーパを設けたとしても、スクレーパ自身が摩耗し、異物としてスライリー液中に混入して液成分が変化してしまうという問題が生じてしまう。
【０００９】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、スラリー液中への異物混入などの問題を生じることなくシール寿命の長期化を可能とした高圧プランジャポンプの封止装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る封止装置は、シリンダ内のプランジャの往復摺動によってシリンダ内にスラリー液を吸引するとともに該スラリー液を加圧して排出する高圧プランジャポンプの、前記シリンダと前記プランジャとの間に形成される環状間隙を封止して高圧部と低圧部とを仕切るために、前記環状間隙内に前記高圧部側から順に剛性のトップアダプタリングと、弾性リングと、該弾性リング圧縮用のパッキンリングと、該パッキンリングよりも高い降伏強度を有するバックアップリングとを、配置した封止装置において、前記パッキンリングは、前記バックアップリングの端面に接して前記シリンダとプランジャ間を塞ぐ大径端部と、該大径端部より高圧側に延在して前記シリンダ内周径より小さい外周径を持つとともに前記弾性リングの内周側で前記プランジャの外周面に接する平行円筒状部とを備えた断面略Ｌ字形状を有し、前記平行円筒状部は、内周面にスラリー固形体が溜まる複数本の環状溝が形成されており、高圧部側に位置する環状溝を低圧部側に位置する環状溝より深くすることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、請求項２に記載の発明に係る封止装置は、請求項１に記載の封止装置において、前記平行円筒状部は、前記弾性リングの内周径より大きい外周径を持つものである。
【００１３】
本発明においては、パッキンリングを断面略Ｌ字形状とし、弾性リングの復元力によってプランジャ表面に押圧されて接面圧力が生じる領域である平行円筒状部の内周面に一本以上の環状溝を形成したものであるため、プランジャとパッキンリングとの間にスラリーが入り込んでも、環状溝内にスラリー固形体が溜る。またこの溜ったスラリー固形体はスクレーパとして機能するため、その環状溝部より低圧側のパッキンリングのシール領域へのスラリーの入り込みが減少し、パッキンリングの摩耗が抑えられ、シール状態がより長く維持されて封止装置の長寿命化が図れる。しかも、別部材によるスクレーパを設けた場合のようにスラリー液にスクレーパの摩耗で発生した異物が混入する問題も無い。
【００１４】
なお、スラリーは高圧側から入り込み易いため、本発明の環状溝は前記平行円筒状部の高圧側に設けることが好ましい。これは、環状溝のスクレーパ効果でスラリーの入り込みが防がれてシール力が維持される低圧側領域をより広く確保するためである。
【００１５】
従って、このような環状溝を複数本設けることは、スクレーパが複数個設けられると共に環状溝同士間に形成される複数のシール領域でシールされることとなり、高圧側から低圧側に亘って段階的にスラリーの入り込みが防がれて、低圧側ほどパッキンリングの摩耗がより少なくなると同時にシール状態の維持が長期化し、封止装置全体としての寿命はより長いものとなる。
【００１６】
このように複数の環状溝を設ける場合、高圧側からスラリーが入り込み易いことから、高圧側の環状溝を低圧側のものより深くしてスラリーの取り込み容積を大きくしておけば、スラリー入り込みの防御がより効率的に行える。
【００１７】
また、前記平行円筒状部の外周径を弾性リングの内周径より大きくしておくことが好ましい。これにより、パッキンリングは弾性リングにより強制的にプランジャ表面に押圧されるため、より強固なシール状態が得られるとともに、パッキンリング内面がスラリーの入り込みにより摩耗して減肉しても、弾性リング内周径より大きいパッキンリングの肉厚分がそれを補ってシール性を維持することができるため、封止装置の長寿命化が図れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態による高圧プランジャポンプの封止装置を以下に示す。図１（ａ）は、パッキンリングに２本の環状溝が形成されている封止装置が配された高圧プランジャポンプのシリンダの断面図であり、図１（ｂ）は封止装置部分の概略拡大図である。
【００１９】
本封止装置は、シリンダ部材１とプランジャ２との間に形成される環状間隙３内に高圧側から順に剛性のトップアダプタリング４とゴム製弾性リング５と剛性樹脂製パッキンリング７と該パッキンリング７よりも高い降伏強度を有するバックアップリング８と剛性のボトムアダプタリング９とが配置されシリンダ１に固定されたものである。
【００２０】
この封止装置では、パッキンリング７は、バックアップリング８の端面に接してシリンダ１とプランジャ２間を塞ぐ大径端部７ａと、該大径端部７ａより高圧側に延在して弾性リング５の内周側でプランジャ２の外周面に接する平行円筒状部７ｂとからなる断面略Ｌ字形状を有するものとした。
【００２１】
この断面略Ｌ字形状のパッキンリング７の上面とシリンダ１内面およびトップアダプタリング４の端面とによって形成される環状空間６内に断面略五角形状の弾性リング５が嵌め込まれている。
【００２２】
この弾性リング５の圧縮状態において、弾性リング５の復元力の作用によって平行円筒状部７ｂがプランジャ２の外周面に対し接触面圧を生じ、押圧によるシール状態が達成されるが、平行円筒状部７ｂは、従来のパッキンリングに比べてプランジャ軸方向に亘る面圧接触領域が広く設定されている。
【００２３】
なお本実施形態においては、平行円筒上部７ｂの外径を弾性リング５の内径より若干大きく設定した。これにより、弾性リング５がパッキンリングを強制的にプランジャ２側へ押圧し、より強固なシール状態が得られるとともに、弾性リング内周径より大きいパッキンリングの肉厚分がスラリーによる摩耗の減肉を補ってシール性を維持することができ、封止装置の寿命を延ばすことができる。
【００２４】
平行円筒状部７ｂの内周面には、２本の環状溝（１０ｘ，１０ｙ）を設けた。この２本の環状溝（１０ｘ，１０ｙ）により、パッキンリング７は、高圧側の環状溝１０ｘと低圧側環状溝１０ｙとの間のシール領域Ｓ１と環状溝１０ｙより低圧側のシール領域Ｓ２と、実質的に二つのシール領域を有することとなる。
【００２５】
上記の構成を備えた封止装置において、高圧プランジャポンプによるスラリー液の高圧噴射を開始し、プランジャ２のシリンダ１内における往復摺動が繰り返されるうちに、特に高圧側からプランジャ２の外表面とパッキンリング７との間にスラリーが入り込み始めるが、まず高圧側の環状溝１０ｘ内にスラリー固形体が入り込んで溜っていき、この溜ったスラリー固形体がスクレーパとして機能し、この環状溝１０ｘより低圧側へのスラリーの入り込みを減少させることができる。従って、環状溝１０ｘより低圧側のパッキンリング内面の摩耗を抑えることができる。
【００２６】
さらに、環状溝１０ｘを越えて低圧側へ入り込むスラリーがあっても、スラリーは低圧側の環状溝１０ｙ内に入り込み、この溝内に溜っていき、また第２のスクレーパとして機能し、環状溝１０ｙより低圧側へのスラリーの入り込みが防止される。従って、環状溝１０ｘを越えて入り込んだスラリーによりパッキンリング内面のシール領域Ｓ１に摩耗が生じてシール性が弱まっても、環状溝１０ｙより低圧側のシール領域Ｓ２によるシール性が維持されているため、封止装置としての機能はさらに続く。
【００２７】
上記実施形態の封止装置を備えた高圧プランジャポンプにおいて、電子部品用材料等のセラミックを純水に混合したスラリー液の１５０〜２５０ＭＰａでの高圧噴射を検討したところ、封止装置が配置される領域のシリンダ内周径が４０〜８０ｍｍ、プランジャ外周径が３０〜６０ｍｍであって、パッキンリング７の平行円筒状部７ｂの外周径が３５〜７０ｍｍである場合、深さ０．３〜１．０ｍｍ幅（プランジャ軸方向）２．０〜４．０ｍｍの環状溝を１〜３本設けると、環状溝を設けない従来型で同レベルの高圧プランジャポンプと比べて、シール性の維持時間、即ち封止装置の寿命は約４倍となったことが確認できた。
【００２８】
また、自然状態における弾性リングの内周径に対してパッキンリング７の平行円筒状部７ｂの外周径を０．５〜２．５ｍｍ大きくした場合、両径を同一にした場合に比べて封止装置の寿命は１．５〜２倍となった。
【００２９】
環状溝の深さや幅、本数、位置などの設計は、プランジャの径などに応じて適宜設定すれば良く、プランジャ径が大きくなるほど、環状溝の深さや幅もおおきくし、本数も多くしていけばよい。
【００３０】
また、環状溝を複数本設ける場合、図２に示すように、高圧側の環状溝１０ａを低圧側の環状溝１０ｙより深いものとすれば、よりスラリーが入り込みやすい高圧側の環状溝１０ａでのスラリーの取り込み量が多くなり、スラリー入り込みの防止効率が向上する。このとき、深い環状溝１０ａの低圧側に隣接して小さい環状溝１０ｂを副溝として設けておくことが好ましい。これは、高圧側の溝からあふれ出たスラリーが、次の溝までの間で部分的に堆積することを防ぐためである。なお、次の溝との間にスラリーを溜めないことで、この間のシール効果も期待できる。
【００３１】
以上のように、上記実施形態による封止装置を配した高圧プランジャポンプでは、スラリー液の高圧噴射において、プランジャ外周面とパッキンリング内周面との間へのスラリーの入り込みが環状溝によって高圧側から防がれ、環状溝より低圧側のパッキンリングの摩耗・減肉が抑えられ、シール性が長時間維持でき、封止装置の寿命が長くなる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の封止装置を配して高圧プランジャポンプによれば、従来のものにくらべてパッキンリングの摩耗が抑えられ、良好なシール状態が長時間維持され、封止装置の長寿命化が可能となって高圧プランジャポンプによるスラリー液高圧噴射作業の封止装置の交換等による中断が減少し、作業効率が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による封止装置を配した高圧プランジャポンプの概略部分構成図であり、（ａ）はシリンダ内部分断面図、（ｂ）は封止装置の拡大断面図である。
【図２】図１とは異なる環状溝が設けられたパッキンリングが配置された封止装置の断面図である。
【図３】従来の封止装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１：シリンダ
２，１２：プランジャ
３，１３：環状間隙
４，１４：トップアダプタリング
５，１５：弾性リング
６，１６：環状空間
７，１７：パッキンリング
７ａ：大径端部
７ｂ：平行円筒上部
８，１８：バックアップリング
９，１９：バックアダプタリング
１０ｘ，１０ｙ，１０ａ，１０ｂ：環状溝
【図１】
0004236074.tif 000002
【図２】
0004236074.tif 000003
【図３】
0004236074.tif 000004