JP2008180088A - 送液ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】バックアップリングを取り付けることなく、プランジャシールのシール性能の低下や耐久性の低下を防止する。
【解決手段】ポンプヘッド８には、ポンプ室８ａを封止しかつプランジャ３を摺動可能に保持するプランジャシール１２が取り付けられている。シリンジ２とポンプヘッド８との間にはフランジ１４が取り付けられており、フランジ１４がプランジャシール１２のポンプ室８ａとは反対側に接してプランジャシール１２を支持している。フランジ１４のプランジャシール１２との接触部分には、プランジャ３を摺動可能に保持するための穴１５が設けられている。穴１５はプランジャシール１２側を最小径としてプランジャシール１２から遠ざかるにつれて径が大きくなるテーパ状の穴である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ポンプ室内でプランジャを往復運動させて、例えば液体クロマトグラフの移動相などの液体の吸入及び吐出を行なう送液ポンプに関するものである。

プランジャを往復運動させて送液を行なう送液ポンプでは、ポンプ室に吸入された液体がポンプ室のプランジャ挿入部分から漏れるのを防止するために、樹脂からなるシール部材がポンプ室のプランジャ挿入部分に設けられている（例えば、特許文献１参照。）。

図２（Ａ）を用いて一般的な送液ポンプの構成例を説明する。図２（Ａ）は従来の送液ポンプの一例を示すポンプ室近傍の断面図である。
一定方向（図では左右方向）に往復運動するプランジャ３の先端部がポンプヘッド８の内部に設けられたポンプ室８ａ内に挿入されている。ポンプヘッド８はポンプ室８ａに液体を吸入するための液体吸入流路８ｂと、ポンプ室８ａに吸入された液体を押し出すための液体排出流路８ｃを備えている。図示は省略されているが、これらの流路８ｂ，８ｃにはそれぞれ逆流防止用にチャック弁が設けられている。

ポンプ室８ａのプランジャ３基端部側（図では右側）に、ポンプ室８ａを封止しかつプランジャ３を摺動可能に保持するプランジャシール１３がプランジャ３基端部側から嵌め込まれており、プランジャシール１３のさらにプランジャ３基端部側にプランジャシール１３をプランジャ３基端部側から支持するフランジ１８が取り付けられている。フランジ１８のプランジャシール１３と接する部分にプランジャ３が通る穴２０が設けられている。
特開平１０−２０６４０５号公報 特開２００１−２５４６８６号公報

フランジ１８のプランジャシール１３側に設けられた穴２０とプランジャ３の外周面との間にはラジアル隙間と呼ばれる隙間が設けられている。このラジアル隙間の大きさはプランジャシール１３のシール性能や耐久性に大きく影響している。ラジアル隙間が大きいとプランジャシール１３のシール性能は低下する。特に液体クロマトグラフではポンプ室８ａ内の圧力が高圧になるため、ラジアル隙間をできるだけ狭くする必要がある。しかし、ラジアル隙間が狭くしすぎると、穴２０の内壁にプランジャ３が接触しやすくなりプランジャ３を損傷させるので、ラジアル隙間を一定以上狭くすることは困難である。

しかし、送液時はポンプ室８ａ内が高圧になるため、ポンプ室８ａの内圧によってプランジャシール１３がフランジ１８側に押圧され、図２（Ｂ）に示されているように、プランジャシール１３が変形してプランジャシール１３の一部が穴２０のプランジャ３とのラジアル隙間に入り込んでしまうことがある。ラジアル隙間にプランジャシール１２の一部が入り込むと、プランジャ３とプランジャシール１３の間の摩擦力が増大し、プランジャシール１３の劣化を早めたり、プランジャ３の動作に不具合が発生したりするなどの問題がある。

プランジャシール１３がラジアル隙間に侵入することを防止する方法として、プランジャシール１３とフランジ１８の間に、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂などの適切な硬さをもつ樹脂からなり、穴２０よりも小さい内径のバックアップリングを取り付けることが挙げられる（例えば、特許文献２参照。）。しかし、このようなバックアップリングを製作するにはコストがかかり、また、バックアップリングを取り付ける分だけシール部分のスペースが大きくなるという問題もある。

そこで本発明は、バックアップリングを取り付けることなく、プランジャシールのシール性能の低下や耐久性の低下を防止することを目的とするものである。

本発明の送液ポンプは、ポンプヘッド内に設けられたポンプ室に一定方向に往復運動を行なうプランジャが挿入され、ポンプ室のプランジャ挿入部分に、ポンプ室を封止しかつプランジャを摺動可能に保持するプランジャシールが配置され、プランジャシールのポンプ室とは反対側に接してプランジャシールを支持し、かつプランジャを摺動可能に保持するための穴がプランジャシールとの接触部分に設けられている支持部材を備えた送液ポンプであって、支持部材に設けられた前記穴はプランジャシール側を最小径としてプランジャシールから遠ざかるにつれて径が大きくなるテーパ状の穴であることを特徴とするものである。

本発明の送液ポンプにおけるプランジャシールは、ポンプ室に通じる開口をもつ空洞が設けられているものであってもよい。

本発明では、ポンプ室を封止するためのプランジャシールに接してプランジャシールを支持する支持部材の、プランジャシールとの接触部分に設けられているプランジャを摺動可能に保持するために穴が、プランジャシール側を最小径としてプランジャシールから遠ざかるにつれて径が大きくなるテーパ状の穴であるので、プランジャの外周面と穴の内壁との接触は線接触となり、プランジャと穴の内壁が接触してもプランジャの損傷が小さいため、穴の最小径部分とプランジャとの隙間を従来のラジアル隙間よりも狭めることができる。これにより、プランジャシールが支持部材の穴の内壁とプランジャとの間の隙間に入り込みにくくなり、プランジャシールのシール性能及び耐久性の低下を防止することができる。
また、仮にプランジャシールの一部が穴の内壁とプランジャの隙間に入り込んだとしても、穴の径がプランジャシールから遠ざかるにつれて大きくなっているので、穴の内壁とプランジャとの間に入り込んだプランジャシールによるプランジャへの圧力の増加が抑制され、プランジャシールの劣化やプランジャ動作の不具合の発生が抑制される。

プランジャシールにポンプ室に通じる空洞が設けられている場合は、ポンプ室で加圧された液体がその空間に入ってプランジャシールを内側からプランジャに押し付ける力が作用し、シール性能を向上させる。

図１は送液ポンプの一実施例を示す図であり、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）及び（Ｃ）はポンプ室近傍の拡大断面図である。
この実施例の送液ポンプはシリンジ２とポンプヘッド８とからなる。シリンジ２は、モータ（図示略）によって動作されるカム（図示略）を備え、プランジャ３の基端側の端面を保持しながらバネ６の弾性力によってカムの周面に追従して往復運動を行なうクロスヘッド４を内部に格納する。ポンプヘッド８はシリンジ２に取り付けられ、クロスヘッド４に保持されたプランジャ３の先端部分の往復運動によって液体の吸入及び吐出を行なうべくポンプ室８ａ、液体吸入流路８ｂ及び液体吐出流路８ｃを備えている。液体吸入流路８ｂ及び液体吐出流路８ｃにはそれぞれポンプ室８ａ内の圧力変化を利用してこれらの流路８ａ，８ｂの開閉を行ない、逆流を防止するチェック弁１０ａ，１０ｂが設けられている。

プランジャ３の先端部はポンプ室８ａに挿入され、クロスヘッド４の往復運動に伴なって、ポンプ室８ａ内の空間を広げながら液体吸入流路１０ａからポンプ室８ａ内に液体を吸入する方向（図では右方向）と、ポンプ室８ａ内の空間を狭めながらポンプ室８ａ内の液体を液体吐出流路８ｃへと押し出す吐出方向（図では左方向）に対して往復運動を行なう。

ポンプヘッド８には、ポンプ室８ａを封止しかつプランジャ３を摺動可能に保持するプランジャシール１２が取り付けられている。シリンジ２とポンプヘッド８との間にはフランジ１４が取り付けられており、フランジ１４がプランジャシール１２のポンプ室８ａとは反対側に接してプランジャシール１２を支持している。フランジ１４のプランジャシール１２との接触部分には、プランジャ３を摺動可能に保持するための穴１５が設けられている。穴１５はプランジャシール１２側を最小径としてプランジャシール１２から遠ざかるにつれて径が大きくなるテーパ状の穴である。穴１５の最小径部分とプランジャ３との隙間は、例えば１０μｍ程度である。

プランジャシール１２はポンプ室８ａ内の圧力によってプランジャ３の外周面との密着性及びポンプヘッド８の内壁との密着性が向上するようにポンプ室８ａに通じる開口をもつ空洞部分１２ａが設けられている。
フランジ１４は洗浄液を導入してフランジ１４を通るプランジャ３及びフランジ１４内部を洗浄できる構造となっている。フランジ１４には、フランジ１４の内部に導入された洗浄液の漏れを防止するための洗浄シール１６がシリンジ２側から取り付けられている。洗浄シール１６はシリンジ２によって支持されている。

従来の構造では、図２に示しているように、プランジャシール１３を支持する部分の穴２０の内壁はプランジャ３の外周面に対して平行であったために、穴２０の内径をプランジャ３の外径に近づけるとプランジャ３との接触面積が大きくなって、プランジャ３が穴２０の内壁に接触したときにプランジャ３に与える損傷が大きくなる。そのため、ある程度の広さのラジアル隙間をプランジャ３と穴２０の内壁との間に設ける必要があった。それに対し、この実施例では、穴１５はテーパ状であるため、プランジャ３との接触は線接触となり、プランジャ３が穴１５の内側に接触してもプランジャ３の損傷が小さいため、穴１５とプランジャ３との隙間を大幅に狭めることができる。穴１５のプランジャシール１２側の径をできる限り小さくすれば、プランジャシール１２がポンプ室８ａ内の圧力によって穴１５の内壁とプランジャ３との間の隙間に入り込みにくくなり、プランジャシール１２のシール性能が維持される。これにより、バックアップリングをプランジャシール１２とフランジ１４の間に取り付ける必要もなくなる。

また、図１（Ｃ）に示されているように、プランジャシール１２の一部が変形して穴１５の内壁とプランジャ３との間の隙間に入り込んだとしても、テーパ状である穴１５はプランジャシール１２から遠ざかるにつれて径が大きくなっているので、隙間に入り込んだプランジャシール１２の一部による圧力は開放され、プランジャ３への摩擦抵抗の増加を抑制し、プランジャ３の摺動性能の低下が防止される。

なお、この実施例に示した送液ポンプでは、ポンプヘッド８内にチェック弁１０ａ，１０ｂが設けられているが、いずれかのチェック弁がポンプヘッド８の外部に設けられていてもよいし、両方のチェック弁がポンプヘッド８の外部に設けられていてもよい。
また、この実施例ではプランジャシール１２を支持する支持部材として、洗浄液によってプランジャ３等の洗浄が可能なフランジ１４が取り付けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、フランジは洗浄液を導入及び排出する流路を備えていないものであってもよいし、シリンジ２と一体化したものであってもよい。

この実施例において、プランジャシール１２に空洞部分１２ａが設けられているが、ポンプ室８ａを封止するシールとしてはこのような空洞部分１２ａが設けられていないものであってもよい。

本発明にかかる送液ポンプは、例えば高速液体クロマトグラフの移動相を分析流路に供給するための移動相供給機構として利用することができる。

送液ポンプの一実施例を示す図であり、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）及び（Ｃ）はポンプ室近傍の拡大断面図である。 従来の送液ポンプの一例を示す、（Ａ）は通常時、（Ｂ）はプランジャシールが変形してラジアル隙間に入り込んだとき、のポンプ室近傍の断面図である。

符号の説明

２ シリンジ
３ プランジャ
４ クロスヘッド
６ バネ
８ ポンプヘッド
８ａ ポンプ室
８ｂ 液体吸入流路
８ｃ 液体吐出流路
１０ａ，１０ｂ チェック弁
１２ プランジャシール
１２ａ 空洞部分
１４ フランジ
１５ 穴
１６ 洗浄シール

Claims (2)

1. ポンプヘッド内に設けられたポンプ室に一定方向に往復運動を行なうプランジャが挿入され、前記ポンプ室のプランジャ挿入部分に、前記ポンプ室を封止しかつ前記プランジャを摺動可能に保持するプランジャシールが配置され、前記プランジャシールのポンプ室とは反対側に接して前記プランジャシールを支持し、かつ前記プランジャを摺動可能に保持するための穴がプランジャシールとの接触部分に設けられている支持部材を備えた送液ポンプにおいて、
   前記穴は前記プランジャシール側を最小径として前記プランジャシールから遠ざかるにつれて径が大きくなるテーパ状であることを特徴とする送液ポンプ。
2. 前記プランジャシールにはポンプ室に通じる開口をもつ空洞が設けられている請求項１に記載の送液ポンプ。

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