JP4629515B2 - ピストンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、シリンダ及びこのシリンダ内を往復動するピストンを備え、流体を定量又は定圧で圧送するピストンポンプに関する。

例えば塗装装置において塗料をスプレーガンに向けて移送（圧送）するためのポンプとして、図６に示すようなピストンポンプ１（シリンジポンプという場合もある）が知られている（例えば特許文献１参照）。このピストンポンプ１は、円筒状のシリンダ２と、このシリンダ２内を往復動（上下動）するピストン３とを備えて構成され、ピストン３のシャフト４の下端部が、図示しないモータ及びボールねじ機構からなる駆動機構に連結されて上下動されるようになっている。

そして、前記ピストン３には、塗料用流路５がシャフト４の中心を通ってピストン３の上面中心部で開口するように設けられており、この塗料用流路５の下端部が、ホース６等を介して図示しない塗料供給源に接続されるようになっている。一方、シリンダ２の端部（図で上端部）の中心部には、塗料吐出口７が設けられ、この塗料吐出口７に、ホース８を介して図示しないスプレーガンが接続されるようになっている。これにて、ピストン３が下降することにより、塗料用流路５を通してシリンダ２内に塗料が吸入され、その後、ピストン３が上昇することにより、シリンダ２内の塗料が塗料吐出口７からスプレーガンに向けて吐出されるようになっている。
特開２００２−１５９９０７号公報

ところで、上記した塗装装置において、塗装に使用する塗料の種類（色）を切替える際などには、例えばシンナー等の洗浄液により、ピストンポンプ１の内部（シリンダ２内や塗料用流路５、塗料吐出口７部分）等を洗浄した上で、新たな塗料に切替える必要がある。この場合、塗料用流路５を通してシリンダ２内に洗浄液を供給することにより洗浄が行われるようになっている。

しかしながら、上記した従来のピストンポンプ１では、塗料吐出口７がシリンダ２の端部の中心部に軸方向に延びて形成されているので、シリンダ２内の特に外周端部等での流体（液体）の流れが良好であるとは言えない。そのため、その流れの悪い部分での塗料の滞留、ひいてはゲル化や固化が起りやすく、使用を続けるに伴い、固化した塗料が少しずつ剥離して塗料に混入し、スプレーガンに供給されてしまうといった不都合が生じていた。また、洗浄液も良好に流れない事情があって、シリンダ２内を完全に洗浄するには、時間がかかると共に多量の洗浄液を必要とする不具合があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、シリンダ内における流体の流れを良好とし、流体の滞留の抑制や洗浄性の向上を図ることができるピストンポンプを提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明のピストンポンプは、シリンダ及びこのシリンダ内を往復動するピストンを備え、入口穴からの前記シリンダ内への流体の吸入、及び、出口穴からの前記流体の吐出を行うことにより、前記流体を定量又は定圧で圧送するものにおいて、前記シリンダの端部に、前記入口穴及び出口穴の双方が設けられていると共に、前記入口穴及び出口穴の双方が、該シリンダの中心部から外周側にずれた位置に、径方向に対して傾きを有した形態で開口しているところに特徴を有する（請求項１の発明）。

これによれば、入口穴が、シリンダの中心部から外周側にずれた位置に径方向に対して傾きを有した形態で開口しているので、シリンダ内への流体の吸入時に、入口穴から吸込まれる流体は、シリンダ内で回転流を生ずるように吸込まれるようになる。しかも、出口穴が、シリンダの中心部から外周側にずれた位置に径方向に対して傾きを有した形態で開口しているので、流体の吐出時に、やはりシリンダ内で回転流を生ずるようにして出口穴から吐出されるようになる。従って、シリンダ内での流体の流れが良好となって、塗料等の流体が滞留しにくくなると共に、洗浄液の流れも良好となる。

本発明においては、前記シリンダの端部に、前記入口穴及び出口穴の双方を設ける構成としたので、ピストン部分に入口穴を設けるような場合と比較して、構成を簡単に済ませることができる。このとき、前記入口穴及び出口穴の双方が、前記シリンダの中心部から外周側にずれた位置に径方向に対して傾きを有した形態で開口しているので、シリンダ内での流体の流れを、より良好とすることができる。

本発明のピストンポンプによれば、入口穴又は出口穴の双方を、シリンダの端部に、該シリンダの中心部から外周側にずれた位置に、径方向に対して傾きを有した形態で開口させるようにしたので、シリンダ内での流体の流れが良好となって、塗料等の流体が滞留しにくくなると共に、洗浄液の流れも良好となる。この結果、塗料等が滞留して固まることを抑制することができると共に、シリンダ内の洗浄性の向上を図ることができ、少量の洗浄液で短時間に洗浄を行うことが可能となるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明を塗装装置における流体（塗料）の移送（圧送）用のピストンポンプに適用した実施例について、図１ないし図５を参照しながら説明する。尚、図１〜図４は、塗装装置１１のシステム構成や、ピストンポンプ１８の基本構成を示すものである。ピストンポンプ１８のうち、図１〜図４に記載された構造特にフランジ３２の構成は、本発明の実施例とは異なったいわば参考例とでもいうべきものである。図５に本発明の実施例におけるフランジ５１の構造を示している。
まず、図４は、塗装装置１１のシステムの全体構成を概略的に示している。この塗装装置１１は、流体としての塗料Ｐを供給するための塗料供給源１２、図３にも示す塗料移送装置１３、図示しないワークに対して塗料Ｐを吹付けるスプレーガン１４を備えて構成されている。尚、図示はしないが、この場合スプレーガン１４は２個が設けられており、１個のワークに対して２方向から同時に塗料Ｐの吹付け作業を行うようになっている。

前記塗料供給源１２は、例えば塗料Ｐを収容するタンクから構成されている。また、図示はしないが、塗料Ｐに代えて、流体としてのシンナ等の洗浄液を供給することも可能にされている。この場合、例えば主剤と硬化剤とからなる二液性の塗料を供給する場合には、塗料供給源１２を、主剤供給源及び硬化剤供給源、それら主剤と硬化剤とを所定の比率で混合する混合装置等を含んで構成することができる。更にこのとき、複数種類の塗料（及び洗浄液）を切替えるためのカラーチェンジバルブを設けるようにしても良い。

前記塗料移送装置１３は、塗料供給源１２からの塗料Ｐをスプレーガン１４に向けて定量（或いは定圧）で移送（圧送）するためのものである。図３にも示すように、この塗料移送装置１３は、架台１５上に、周知のダイアフラムポンプ１６、送り側二方バルブ１７、ピストンポンプ１８、戻り側二方バルブ１９などを備えて構成されている。前記ダイアフラムポンプ１６はエア駆動方式とされ、また、送り側二方バルブ１７及び戻り側二方バルブ１９も、エア駆動方式により開閉を切替えるようになっている。

そのうち、送り側二方バルブ１７、ピストンポンプ１８、戻り側二方バルブ１９、及びそれらを接続する管（ホース）に関しては、前記２個のスプレーガン１４に対応して２組が設けられている。そして、図２にも示すように、２つのピストンポンプ１８，１８は、それらを同時に駆動する駆動機構２０と共にユニット化され、ポンプユニット２１として構成されている。詳しくは後述するが、このピストンポンプ１８は、円筒状のシリンダ２２及びそのシリンダ２２内を往復動（上下動）して塗料Ｐの吸入・吐出を行うピストン２３を備えて構成されている。

このとき、架台１５の前面部には、塗料供給管２４及び塗料戻し管２５が上下に延びて設けられている。図４にも示すように、塗料供給管２４の上端部は、前記ダイアフラムポンプ１６の入口に接続され、塗料戻し管２５の上端部は、２個の戻り側二方バルブ１９、１９の出口（共通化されている）に接続されている。また、これら塗料供給管２４及び塗料戻し管２５の下端部が、前記塗料供給源１２に接続されるようになっている。

そして、図４に一方のみ示すように、前記ダイアフラムポンプ１６の２個の出口が、前記各送り側二方バルブ１７，１７の入口側に夫々ホース２６を介して接続され、各送り側二方バルブ１７，１７の出口側が、夫々２個のピストンポンプ１８，１８の入口側にホース２７を介して接続されている。各ピストンポンプ１８，１８の出口側が、ホース２８を介して各スプレーガン１４の塗料供給口に夫々接続されている。スプレーガン１４の戻り口が、戻り側二方バルブ１９、１９の入口に夫々ホース２９を介して接続されている。

これにて、ダイアフラムポンプ１６が駆動されることによって、塗料供給源１２から塗料Ｐが吸込まれ、この状態で、送り側二方バルブ１７が開放し且つピストンポンプ１８が吸入方向に駆動（ピストン２３の下降動作）されることにより、ピストンポンプ１８（シリンダ２２）内に塗料Ｐが吸入される。そして、送り側二方バルブ１７が閉塞し且つピストンポンプ１８が吐出方向に駆動（ピストン２３の上昇動作）されることにより、スプレーガン１４に向けて塗料Ｐが定量（例えば１０〜１５cc／分）で圧送されるのである。

この状態で、スプレーガン１４が自動或いは手動でオンされることにより、ワークに対する塗装（塗料Ｐの吹付け）作業が行われる。スプレーガン１４のオン時には、送り側二方バルブ１７及び戻り側二方バルブ１９は共に閉塞され、スプレーガン１４のオフ時には、送り側二方バルブ１７及び戻り側二方バルブ１９は共に開放される。これにて、スプレーガン１４に余剰に供給（圧送）された塗料Ｐが、塗料供給源１２（タンク）に戻されるようになっている。

尚、前記ダイアフラムポンプ１６や、各二方バルブ１７，１９、ピストンポンプ１８のピストン２３（後述する駆動機構２０のモータ）等は、マイコン等からなる図示しない制御装置により制御されるようになっている。このとき、制御装置には、スプレーガン１４のオン・オフ信号や、後述するピストンポンプ１８のピストン２３の位置信号等が入力されるようになっている。

ここで、前記ピストンポンプ１８及びポンプユニット２１について、図１及び図２を参照しながら説明する。図２に示すように、ポンプユニット２１は、前記架台１５上に上方に延びて設けられたフレーム３０の左右部位に、夫々ピストンポンプ１８を備えると共に、フレーム３０内に駆動機構２０を組込んで構成される。ピストンポンプ１８は、上述のように、シリンダ２２及びピストン２３を備えて構成され、そのうちシリンダ２２の上端部分が、フレーム３０の上部側面から左右に延びて夫々設けられたステイ３１に、上向きに（軸方向を上下方向として）固定されて設けられている。

このとき、シリンダ２２は、両端面が開口した円筒状のシリンダ主部２２ａの上端部にその開口部を液密状態に塞ぐようにフランジ３２を連結して構成されている。このとき、シリンダ主部２２ａの上端外周部には鍔状の径大部が一体に形成され、この径大部とフランジ３２の外周部とが、リング状のクランプ部材３３によって連結されている。前記フランジ３２の詳細については後述する。

前記ピストン２３は、円形のピストン本体２３ａと、このピストン本体２３ａに連結され下向きに延びるシャフト３４とから構成されている。ピストン本体２３ａは、外周部に、塗料用の溶剤に対して体積変化のない材質（例えばフッ素ゴム）で作られたシール材３５を備えており、シリンダ２２（シリンダ主部２２ａ）の内周面を液密に摺動（上下方向に往復動）するようになっている。このとき、シャフト３４は、シリンダ２２の下端開口部を通って下方に延びて配置されている。

前記駆動機構２０は、フレーム３０内の上部に下向きに設けられたモータ３６、このモータ３６の出力軸に連結された減速機３７、フレーム３０の中央部を上下方向に延び回転可能に支持され前記減速機３７の出力により回転されるボールねじ３８、このボールねじ３８に螺合されたボールねじナットを含む移動部材３９等から構成されている。前記移動部材３９には、フレーム３０の側面から左右に突出して延びる一対のアーム４０が設けられており、それらアーム４０の先端部が、前記各ピストンポンプ１８のピストン２３（シャフト３４）の下端部に連結されている。また、各アーム４０の途中部位が、フレーム３０に上下方向に延びて設けられたガイドバー４１に沿って上下方向に移動可能に支持されている。

これにて、モータ３６が一定速度で正逆回転駆動されることに伴い、移動部材３９がボールねじ３８に沿って上下動し、これにより、アーム４０を介して両ピストンポンプ１８のピストン２３が上下動されるのである。尚、図２には、ピストン２３（ピストン本体２３ａ）の最上位置（上死点）を実線で示し、最下位置（下死点）を想像線で示している。このとき、ピストン２３の最上位置では、シリンダ２２端部（フランジ３２）の下面との間に、僅かな（例えば１〜０．５mm）の隙間が生ずるようになっている。また、図示はしないが、センサやスイッチ等の位置検出手段によって、ピストン２３（アーム４０）の上下位置の検出がなされるようになっている。

さて、基本構成のピストンポンプ１８において、前記シリンダ２２の端部を構成する参考例のフランジ３２は、次のように構成されている。即ち、このフランジ３２は、図１に示すように、シリンダ２２の上端部を塞ぐ大きさの厚みをもった円板状をなすと共に、その上面中心部から上方に延びる管状部３２ａを一体に有している。そして、このフランジ３２には、シリンダ２２内への流体（塗料Ｐや洗浄液）の吸入を行うための入口穴４２、及び、吸入した流体をシリンダ２２内から吐出するための出口穴４３が設けられている。

そのうち出口穴４３は、フランジ３２の下面の中心部から、管状部３２ａの上端部まで軸方向に沿って延びて貫通するように形成されている。前記管状部３２ａの先端部に、前記ホース２８の一端側が接続されるようになっている。そして、フランジ３２の上面側の中心から図１（ｃ）で左側外周寄り部には、有底のねじ穴からなるホース接続口３２ｂが形成されているのであるが、前記入口穴４２は、そのホース接続口３２ｂの底面からフランジ３２の下面の中心から斜め左前方にずれた位置に開口するように、いわば接線方向に延びて形成されている。

従って、入口穴４２は、フランジ３２の下面において、シリンダ２２の中心部から外周側にずれた位置に、径方向に対して傾きを有した形態で開口するように設けられている。このとき、入口穴４２は、図１（ｂ）に示すように、下から見て、ホース接続口３２ｂの底面開口部とフランジ３２中心とを結ぶ径方向に延びる線に対し、角度α（例えば４３．４°）傾いて延び、且つ、図１（ｄ）に示すように、側方から見て、フランジ３２の下面（水平面）に対して角度β（例えば２９．７°）傾いて延びている。尚、前記ホース接続口３２ｂには、コネクタ４４（図２参照）を介して前記ホース２７の一端側が接続されるようになっている。

次に、上記構成の作用について述べる。上述のように、ダイアフラムポンプ１６が駆動されると共に送り側二方バルブ１７が開放され、その状態で、駆動機構２０によりピストンポンプ１８のピストン２３が下降動作されると、入口穴４２からシリンダ２２内に塗料Ｐが吸入され、以て吸入工程が行われる。塗料Ｐの吸入は、ピストン２３の最下位置まで行われ、シリンダ２２内に例えば１００cc程度の塗料Ｐが吸入されるようになる。尚、この吸入工程では、スプレーガン１４は待機状態（オンできない状態）とされ、また、戻り側二方バルブ１９は開放されている。

そして、その後、送り側二方バルブ１７が閉塞された状態で、駆動機構２０によりピストンポンプ１８のピストン２３が上昇動作されると、シリンダ２２内の塗料Ｐが出口穴４３からスプレーガン１４に向けて吐出され、以て吐出工程が行われる。この吐出工程は、例えばピストン２３が最上位置に至るまで連続して行われ、この吐出工程において、スプレーガン１４がオンされることにより、ワークに対する塗装（塗料Ｐの吹付け）作業が行われる。またこのときには、戻り側二方バルブ１９は、スプレーガン１４のオン時に閉塞され、オフ時に開放されるようになっており、従って、余剰の塗料Ｐは塗料供給源１２に戻されるようになる。尚、吐出工程が終了すると、上記した吸入工程に戻り、両工程が交互に繰返される。

ここで、上記吸入工程にあっては、塗料Ｐが入口穴４２を通ってシリンダ２２内に吸込まれるのであるが、このとき、入口穴４２が外周側にずれた位置に径方向に傾いて（接線方向に）指向するように形成されているので、塗料Ｐは、例えば図１（ｂ）に矢印Ａで示すように、シリンダ２２内で渦を巻くような回転流を生じながら吸込まれるようになる。従って、シリンダ２２内での塗料Ｐの流れが良好となって、シリンダ２２内の上端部の外周部においても、塗料Ｐが滞留しにくくなり、ゲル化や固化の発生を抑制することができるのである。

さらに、塗装に使用する塗料Ｐの種類（色）を切替える際（或いは塗装作業の終了時）などには、例えばシンナ等の洗浄液により、ピストンポンプ１８（シリンダ２２）の内部など（ダイアフラムポンプ１６やスプレーガン１４の内部等も含めた塗料の経路全体）を洗浄する洗浄工程が実行される。この洗浄工程では、塗料Ｐに代えて洗浄液を供給しながら、ダイアフラムポンプ１６を駆動させると共に、送り側二方バルブ１７及び戻り側二方バルブ１９が開放され、さらにピストンポンプ１８のピストン２３が上下に往復駆動されることにより行われる。

この洗浄工程においては、洗浄液が入口穴４２を通ってピストンポンプ１８（シリンダ２２）内にシリンダ２２内に吸込まれるのであるが、このときにも、洗浄液はシリンダ２２内で回転流を生ずるように吸込まれるようになる。従って、シリンダ２２内での洗浄液の流れも良好となり、上記したシリンダ２２内で塗料Ｐが滞留しにくくなっていることと併せて、シリンダ２２内の洗浄を短時間で効率的に行うことができるのである。

このように基本構成のピストンポンプ１８によれば、流体（塗料Ｐ，洗浄液）の吸入時に、シリンダ２２内で回転流が生ずるように入口穴４２を設けたので、従来のようなシリンダ２内での流体の流れが悪いため、塗料の滞留が生じやすく、洗浄性に劣っていたものと異なり、シリンダ２２内での流体の流れが良好となり、シリンダ２２内での塗料Ｐの滞留を抑制することができると共に、洗浄液の流れも良好とすることができる。この結果、シリンダ２２内における塗料Ｐのゲル化や固化に起因する不具合を未然に防止することができると共に、少量の洗浄液で短時間に洗浄を行うことが可能となる。

また、シリンダ２２の端部を構成するフランジ３２に、入口穴４２及び出口穴４３を設けるようにしたので、構成を比較的簡単に済ませることができると共に、ピストンポンプ１８内における洗浄すべき経路も短く済んで、洗浄性により優れたものとなるメリットも得ることができる。

図５は、本発明の実施例を示すものであり、ピストンポンプ１８のシリンダ２２の端部を構成するフランジ５１の構成が、上記基本構成（参考例のフランジ３２）と異なっている。即ち、このフランジ５１には、入口穴５２及び出口穴５３の双方が設けられているのであるが、これら入口穴５２及び出口穴５３は、共にシリンダ２２の中心（軸心）部から外周側にずれた位置に径方向に対して傾きを有した形態で開口する構成とされている。この場合、入口穴５２については、上記実施例の入口穴４２と同様の位置及び角度で形成されており、出口穴５３は、フランジ５１（シリンダ２２）の中心を通り前記入口穴４２の延びる方向と平行な線に関して線対称となるように形成されている。

この構成においては、吸入工程にあって、流体（塗料Ｐや洗浄液）が入口穴５２を通ってシリンダ２２内に吸込まれる際に、矢印Ａで示すように、シリンダ２２内で渦を巻くような回転流を生じながら吸込まれるようになる。そして、吐出工程にあっては、シリンダ２２内の流体が、やはり矢印Ａ方向の回転流を生ずるようにしながら出口穴５３から吐出されるようになる。従って、シリンダ２２内における流体の流れがより良好となり、シリンダ２２内での塗料Ｐの滞留の抑制効果や、洗浄性の向上の効果をより一層高めることができるものである。

尚、例えばシリンダやピストンの構造、駆動機構の構成、塗装装置全体の構成などについては種々の変更が可能であり、また、本発明のピストンポンプは塗装装置用に限らず各種用途に適用することができる等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で、適宜変更して実施し得るものである。

基本構成のピストンポンプにおける、シリンダの端部に設けられるフランジの構成を示す縦断正面図（ａ）、底面図（ｂ）、平面図（ｃ）、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図（ｄ） 一部を縦断面で示すポンプユニットの正面図 塗料移送装置の正面図 塗装装置の構成を概略的に示す図 本発明の実施例を示す図１（ｂ）相当図 従来例を示すもので、ピストンポンプの縦断正面図

符号の説明

図面中、１８はピストンポンプ、２０は駆動機構、２１はポンプユニット、２２はシリンダ、２３はピストン、３２，５１はフランジ、４２，５２は入口穴、４３，５３は出口穴を示す。

Claims (1)

1. シリンダ（２２）及びこのシリンダ（２２）内を往復動するピストン（２３）を備え、入口穴（５２）からの前記シリンダ（２２）内への流体の吸入、及び、出口穴（５３）からの前記流体の吐出を行うことにより、前記流体を定量又は定圧で圧送するピストンポンプ（１８）において、
   前記シリンダ（２２）の端部（５１）に、前記入口穴（５２）及び出口穴（５３）の双方が設けられていると共に、前記入口穴（５２）及び出口穴（５３）の双方が、該シリンダ（２２）の中心部から外周側にずれた位置に、径方向に対して傾きを有した形態で開口していることを特徴とするピストンポンプ。

Images