JP2001254683A - プランジャーポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】プランジャーポンプにおいて、プランジャーシ
ールのシール性と摩擦力をモニターして送液精度を高め
る。 【解決手段】ポンプのチャンバー７にプランジャー８を
出入れ自在に構成するポンプヘッド１をポンプ本体に取
付ける。取付トルクの調整によりプランジャー８とプラ
ンジャーシール９間の摩擦力を調整する。プランジャー
８に荷重センサー１４からの信号ラインを、プランジャ
ー駆動部を制御する制御部２６に連結してモニターでき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は送液ポンプに関し、
より詳細には液体クロマトグラフィー化学分析用のプラ
ンジャーポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特表平１１−５０６１８５号には、液体
クロマトグラフィー化学分析用のソレノイド電磁直接駆
動ポンプ装置が開示されている。該発明では、駆動電流
値から駆動力を算出し、駆動力からシールの摩擦力を引
いてポンプチャンバー内の送出流体の圧力を測定する。
然し、圧損があった場合に、シールの摩擦力がプランジ
ャー移動している間に圧力の上昇につれて変化する。駆
動電流値から流体の圧力を正しく算出することが事実上
不可能である。

【０００３】特開平７−７２１３０号は、二つ以上のポ
ンプユニットを設け、各ポンプユニット内に流体連通さ
せた圧力センサーを設け、動作器を備えた切換弁でオフ
ライン状態を維持しながらポンプユニットのシリンダ内
の内容物（流体）の圧縮を、オンラインの状態での送液
を乱すことなく実施する。圧縮完了した後に、システム
への流体を送給し、安定な連続送液が行えるように構成
している。然し、前述のように、ポンプチャンバーに流
体連通させた圧力センサーを使用した場合に、ポンプチ
ャンバーのデッドボリュームが増大し、接液部のノンメ
タル化が難しいと云った問題点がある。然も、「圧力上
昇遅れ段階」が機差やプランジャーシールの摩耗状況等
により、どの圧力範囲で表れるか全く予想できないの
で、ポンプチャンバーに流体連通させた圧力センサーの
使用により安定な連続送液を実現させるのが実用上では
困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにプランシ
ジャーポンプには、プランジャーとプランジャーシール
の間に直接接触した摩擦面あるいは摺動面が存在してい
るので、プランジャーシールの摩耗がポンプの信頼性、
安定性にとって潜在的な問題である。又、プランジャー
シールは保守に最も手間がかかる部品でもある。高圧で
の送液を行った場合に、プランジャーとプランジャーシ
ールの間に存在している摩擦力がポンプの耐久性と云っ
た性能に重大な影響を及ぼす。このような摩擦力がある
範囲では高いほどプランジャーシールのシール性、耐久
性が良く、シールからの液漏れ量も少なくなるので、送
液の正確さが良くなる。然し、摩擦力が高すぎると、プ
ランジャーとプランジャーシールの摩耗が激しく、耐久
性が著しく低下してしまう。逆に摩擦力が低い場合に
は、耐久性を向上させる効果が有るが、高圧での送液精
度、耐圧性が悪くなる。適正な摩擦力はプランジャー往
復運動の線速度、プランジャーとプランジャーシールの
材質、表面粗さなどに依存している。

【０００５】プランジャーシールを製作するときに、そ
の精度はシールの材質、シールの内径、シールに装着し
たスプリングの収縮力などの調整により摩擦力が一応管
理できるが、一旦シールをポンプチャンバー内に取付け
ると、シールが強制的に変形され、摩擦力が大きく変わ
ってしまう。特に、シール取付け相手の寸法やねじの締
付けトルク等にバラツキがあった場合に、摩擦力が大き
く変わってしまうので、ポンプの耐久性、耐圧性及び性
能の安定性を図る品質管理が困難である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ポンプの耐久性、耐圧
性、安定性を改善するために、プランジャーシール取付
けあるいはプランジャーシール交換から使用中まで摩擦
力をモニタリングする必要がある。プランジャーシール
取付けあるいはプランジャーシール交換の時に、締付け
トルク等の調整により適切な摩擦力を得るのが良い。
又、使用中には摩耗によるプランジャーとプランジャー
シールの間の摩擦力が減っていくため、締付けトルク等
の再調整により適正な摩擦力を保つことも必要である。
プランジャーとプランジャーシールの間の摩擦力を常時
モニタリングするために、プランジャーの作動と関連す
る摩擦力をモニターする機構を設けることにより、モニ
タリングの結果により同心度の適正な調整が簡単にで
き、ポンプの耐久性、安定性などが一層改善される。更
に、モニタリングにおいて、チャンバー内の圧力を検知
することはプランジャー前進に対する抵抗する力の極め
て重要であり、他の抵抗たるプランジャーとプランジャ
ーシール間の摩擦たるプランジャー作動の荷重を受ける
センサーと共同することにより、全てのプランジャー前
進に対する抵抗を検知できるもので、チャンバーに流体
連通する圧力センサーが必要である。

【０００７】本発明では、上記の点に鑑み直動システム
において、力伝達状況をモニタリングすることにより、
プランジャーシールの使用状態、プランジャーとプラン
ジャーシールの組立又は交換時の摩擦力の最適化及び吐
出遅れ時間のない安定な連続送液を為さんとするもの
で、プランジャー作動と関連して、その作動の荷重を受
けるセンサーを設け、該センサーからの信号によりプラ
ンジャー作動を制御することを特徴とする。

【０００８】又、本発明はプランジャー作動と関連して
その作動の荷重センサーと共にチャンバー内の圧力を同
時にモニターし、ポンプ作動を明確にはアクセントする
もので、プランジャー作動と関連して、その作動の荷重
を受けるセンサーを設けると共に、チャンバーに流体連
通させて圧力センサーを設け、両センサーからの信号に
よりプランジャー作動を制御することを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図に示す実施例により本発
明を詳細に説明する。１はポンプヘッドで、その中央に
穿設したチャンバー７にはプランジャー８が出入り自在
に挿通してある。該チャンバー７に連通して通孔７１を
穿設し、該通孔７１にはインレットチェックバルブ４と
アウトレットバルブ５を夫々設け、一端にインレット導
管３を介して溶媒槽２を連通し、他方にはアウトレット
導管６を介して他のポンプ、供給先等に連通してある。

【００１０】ポンプヘッド１の後端にはチャンバー７に
連通して空処３４を設け、その壁面３４１をテーパー状
に形成してある。３０はシール装着部で、側面３０１を
テーパー状に形成して前記空処３４に装着自在としてあ
る。この際、側面３０１を空処３４に当たるように先端
径を大にしたりテーパー度を形成させることは推奨され
る。９はプランジャーシールで、プランジャー８に挿通
する筒体９１と、その外側に植立した押片９２と、その
間に挿入したプランジャーシールスプリング又はＯリン
グ３３により構成される。該プランジャーシール９は、
シール装着部３０に側面たる押片９２を接し、その後部
はプランジャー８に挿通したバックアップリング１０に
接している。該バックアップリング１０はプランジャー
シール９の材料より硬く、ステンレススチールより軟ら
かいポリマー製のものが推奨される。該バックアップリ
ング１０によりプランジャーシール９を押さえる力を与
え、プランジャーシール９の耐圧性を高め、プランジャ
ー８の保護ガイドとして作動する。そして、ポンプヘッ
ド１はバックアップリング１０等を介してネジ３１によ
り、ポンプヘッド取付ブロック１６に固定され、且つシ
ール摩擦力を調整自在としてある。

【００１１】前記バックアップリング１０を使用しない
ときに、材質の硬い前記ポンプヘッド取付ブロック１６
（通常には、ステンレススチールやセラミックなど）と
前記プランジャー８の間に形成された充分に大きな隙間
３２が存在しないと前記プランジャー８が往復運動する
際に前記ポンプヘッド取付ブロック１６との接触で傷つ
くことがある。逆に必要以上の隙間３２が存在すると、
ポンプチャンバー７内の圧力が高い場合に、プランジャ
ーシール９が変形し、大気圧側に接するプランジャーシ
ール９の非接液部が隙間３２に逃げてしまう。それによ
り、プランジャーシール９の耐圧性あるいはシール性が
悪くなる。適正な硬さのポリマー製のバックアップリン
グ１０を使用することにより、プランジャー８がポンプ
ヘッド取付ブロック１６と接触しないように隙間３２を
若干大きくしても、その隙間３２がバックアップリング
１０によりカバーされるので、プランジャー９が高圧時
に変形して低圧側へ逃げ、耐圧性が悪くなることが防げ
る。又、バックアップリング１０の使用により、プラン
ジャー８とプランジャーシール９の間の最適摩擦力を得
るために、ポンプヘッド１をポンプヘッド取付ブロック
１６へ取付ける際にネジ３１のトルクの調整が簡単にな
る。

【００１２】１１はスプライン軸で、その先端はポンプ
ヘッド取付ブロック１６に形成される円筒形スペース１
６１に挿通自在とし、中央部はスプライン外筒固定部１
８に設けられたスプライン外筒１７により支承されてい
る。より詳しくはスプライン外筒１７の中に支承された
ボール１７１がスプライン軸１１に精密に研削された転
動溝に押圧転動する如くしてある。スプライン軸１１の
先端に設けた空処１１１にはプランジャー基部８１が収
納され、先端に設けたバネ押え１２に支持されるバネ１
３により後方へ弾圧されている。１４は荷重センサー又
はロードセンサー（以下荷重センサーで代表させる。）
で、プランジャー基部８１後部に接して前記バネ１３に
より弾圧して設けられている。該荷重センサー１４には
信号伝達ライン１５が設けられ、制御部２６に連通して
ある。制御部２６はポンプ本体２７の後端に設けたモー
タ２４に連通してある。スプライン軸１１の他端には、
連結ユニット１９を介してボールネジ２０のナット２１
を連結してあり、該ナット２１に螺通したボールネジ２
０は、該ボールネジ２０の径より大で、プランジャー８
の最長ストロークより長く形成した円筒状のスペース２
５に出入り自在としてある。

【００１３】プランジャー８が往復運動をする時に、プ
ランジャー８が対プランジャーシール９の中心振れ及び
プランジャー８の回転運動を防ぐために、ボールスプラ
インを採用することは推奨される。該ボールスプライン
は、スプライン外筒１７に組み込まれたボールが、精密
研削されたスプライン軸１１の転動溝を滑らかな直線運
動をしながらトルク転達ができる直動システムである。
又、プランジャー８は、前記スプライン外筒１７で与圧
を与えることにより、外部の振動、衝撃等を殆ど受け
ず、位置決めの高精度化構造の簡単化が実現できる。ポ
ンプ本体２７に設けたモータ２４の回転運動がカプリン
グ２３を介してボールネジ２０に伝わり、ボールネジ２
０のナット２１がスプライン軸１１を駆動し、プランジ
ャー８の往復直線運動を実現させる。

【００１４】スプライン軸１１の前後進により、プラン
ジャー８がポンプチャンバー７に進入、後退し、進入時
には液を押出しアウトレット導管へ送出すことになる。
この際、プランジャー８の前進により液より受ける圧力
をプランジャー基部８１を介して荷重センサー１４に伝
達し、その信号は、信号伝達ライン２５を経て制御部２
６に送られる。制御部２６からの信号はモータ２４に送
られ、モータ２４の回転を制御する。該ポンプ２７を二
つ以上使用する際には、制御部２６に夫々の荷重センサ
ーからの信号により相互のポンプ作動を制御し、脈動の
ない平滑な送液が可能となる。

【００１５】図２は、図１のＢ−Ｂ断面のＡ部の拡大図
である。この構造は、プランジャー８とプランジャーシ
ール９の同心度を保ち、プランジャー８とプランジャー
シール９の間の摩擦力を最適な値に調整することを可能
とする。ポンプヘッド１にテーパー状スペース３４を形
成させ、そこにプランジャーシール装着部３０を装着さ
せる。該プランジャーシール装着部３０はポリマー製で
あり、先端部の外径が収束しており、後部の外径より小
さい。該プランジャーシール装着部３０が前記テーパー
状スペース３４に取付けられる際に、先端が絞られてプ
ランジャーシール９の先端部をプランジャー８に垂直な
方向に圧迫し、プランジャーシール９に装着したスプリ
ング３３を介しプランジャー８をシールする。然も、調
整ネジ３１を締めるほど、プランジャーシール装着部３
０の先端部が絞られてプランジャーシール９に与える圧
迫力が大きく、プランジャー８の往復運動時にプランジ
ャー８とプランジャーシール９の間の摩擦力も大きくな
る。逆に、調整ネジ３１を緩めていくと、プランジャー
シール装着部３０の先端部が徐々に開放され、プランジ
ャー８の往復運動時にプランジャー８とプランジャーシ
ール９の間の摩擦力が小さくなる。前記調整ネジ３１の
トルク調整により、プランジャー８とプランジャーシー
ル９の間の摩擦力を最適な値に簡単に調整することを可
能とする。

【００１６】又、ポンプヘッド１内にプランジャーシー
ル９を、該プランジャーシール９の後ろに前記シールの
材質より硬くステンレススチールより軟らかポリマー製
のバックアップリング１０を装着し、前記ポンプヘッド
１をポンプヘッド取付ブロック１６に取付ける際に、前
記バックアップリング１０が前記プランジャーシール９
を押える力を与えることは推奨される。前記バックアッ
プリング１０の使用目的は、前記プランジャーシール９
の耐圧性を高めることと、プランジャー８の保護ガイド
としては働くことにある。

【００１７】前記バックアップリング１０を使用しない
時に、材質の硬い前記ポンプヘッド取付ブロック１６
（通常は、ステンレススチールやセラミックなど）と前
記プランジャー８の間に形成された充分に大きな隙間３
２が存在しないと、前記プランジャー８が往復運動する
際に前記ポンプヘッド取付ブロック１６との接触で傷付
くことがある。逆に、必要以上に隙間３２が存在する
と、ポンプチャンバー７内の圧力が高い場合に、プラン
ジャーシール９が変形し、大気圧側に接するプランジャ
ーシール９の非接液部が隙間３２に逃げてしまう。それ
により、プランジャーシール９の耐圧性或いはシール性
が悪くなる。

【００１８】適切な硬さのポリマー製のバックアップリ
ング１０を使用することにより、プランジャー８がポン
プヘッド取付ブロック１６と接触しないように隙間３２
を若干大きくしても、その隙間３２がバックアップリン
グ１０によりカバーされるので、プランジャーシール９
が高圧時に変形して低圧側へ逃げ、耐圧性が悪くなるこ
とが防げる。又、バックアップリング１０の使用によ
り、プランジャー８とプランジャーシール９の間の最適
摩擦力を得るために、ポンプヘッド１をポンプヘッド取
付ブロック１６へ取付ける際に、ネジトルクの調整が簡
単になる。これらの調整ネジ３１のトルク調整は、荷重
センサー１４よりの信号を制御部２６を介して荷重を確
認しながら行うことができる。

【００１９】図３に示す実施例は図１に示す実施例に圧
力センサーを付加している。即ち、２８は圧力センサー
で、ポンプチャンバー７に流体連通させて設けてある。
２９は信号伝達ラインで、圧力センサー２８からの信号
を制御部２６に送るラインである。

【００２０】実施例１についての実験例を説明する。予
カ厚地の。圧力センサーにより測定したポンプチャンバ
ー７内の圧力と実際のプランジャー移動距離との関係を
測定したところ、図４のグラフ点線が得られた。同じく
荷重センサーにより測定したプランジャーが受ける圧力
と実際のプランジャー移動距離の関係を測定したとこ
ろ、図４のグラフ実線が得られた。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように本発明の請求項１によ
れば、プランジャー作動と関連して、その作動の荷重を
受けるセンサーを設け、該センサーからの信号によりプ
ランジャー作動を制御したので、プランジャーとプラン
ジャーシールの摩擦力を荷重センサーにより感知し、こ
れを制御部を介して必要なモニター装置に連動させてモ
ニターすることによる調整ネジのトルク調整は容易であ
り、最適摩擦力を得られ、又そのための調整が極めて容
易である。又、プランジャー作動時の荷重を常に荷重セ
ンサーが感知し、制御部に伝達しており、プランジャー
にかかった圧力及び抵抗の変化に対応してモータ、その
他の作動部を制御することにより、液体圧力に対応した
正確、且つ安定な連続送液のコントロールが可能とな
る。

【００２２】又、請求項２によれば、プランジャー作動
と関連して、その作動の荷重を受けるセンサーを設ける
と共に、チャンバーに流体連通させて圧力センサーを設
け、両センサーからの信号によりプランジャー作動を制
御するので、プランジャー作動時の荷重を常に荷重セン
サーが感知するだけでなく、チャンバー内の圧力も検知
し、これをモニターすることにより、プランジャー圧力
の変化がより明確に把握でき、その変化に対応してモー
タ、その他の作動部を制御し、流体圧力に対応する一層
正確な液量コントロールが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例一部縦断側面説明図

【図２】同上要部拡大縦断側面図

【図３】本発明他実施例一部縦断側面説明図

【図４】センサー二種の実施例比較図

【符号の説明】

１ ポンプヘッド部 ７ ポンプチャンバー ８ プランジャー ９ プランジャーシール １０ バックアップリング １１ スプライン軸 １６ ポンプヘッド取付ブロック １７ スプライン外筒 ３０ プランジャーシール装着部 ３１ 調整螺子 ３３ スプリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プランジャー作動と関連して、その作動の
   荷重を受けるセンサーを設け、該センサーからの信号に
   よりプランジャー作動を制御することを特徴とするプラ
   ンジャーポンプ。
2. 【請求項２】プランジャー作動と関連して、その作動の
   荷重を受けるセンサーを設けると共に、チャンバーに流
   体連通させて圧力センサーを設け、両センサーからの信
   号によりプランジャー作動を制御することを特徴とする
   プランジャーポンプ。