JP2012233455A - 送液ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】プランジャシールの劣化が進行しにくい構造を有する送液ポンプを提供する。
【解決手段】プランジャ３は前面側に円筒形状に突起した突起部１０ａを備えている。突起部１０ａの基端部１０ｄは一定の曲率を有する凹状の湾曲形状になっている。ポンプヘッド８のプランジャシール１０の装着部分には、プランジャシール１０の突起部１０ａが嵌め込まれるシール挿入部８ｄが円筒形状の窪みとして設けられている。シール挿入部８ｄの開口縁部分８ｆは、プランジャシール１０の突起部１０ａの基端部１０ｄと同じ曲率を有する凸状の湾曲形状になっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ポンプヘッド内でプランジャを摺動させて吸入口からの液の吸入と吐出口からの液の吐出を繰り返すことにより送液を行なう送液ポンプに関するものである。

一般的なプランジャ方式の送液ポンプについて図２（Ａ）を用いて説明する。
ポンプボディ２の先端にポンプヘッド１８が洗浄チャンバ１２を挟んで装着されている。ポンプヘッド１８内にはポンプ室１８ａが設けられており、ポンプ室１８ａ内にプランジャ３が挿入されている。プランジャ３の基端部はポンプボディ２内に収容されたクロスヘッド４に保持されている。

クロスヘッド４はカム機構（図示は省略）によって一方向（図において左右方向）に往復駆動され、クロスヘッド４の往復駆動に伴なってプランジャ３の先端部がポンプヘッド１８内のポンプ室８ａ内で一直線上を摺動する。プランジャ３の先端部がポンプヘッド１８内のポンプ室８ａ内で一直線上を摺動することにより、ポンプ室１８ａ内への吸入口１８ｂからの液の吸入と吐出口１８ｃからの液の吐出が連続的に行なわれて送液が行なわれる。

ポンプ室１８ａのプランジャ３が挿入されている部分に、ポンプ室１８ａの内壁とプランジャ３の外周との間の隙間からの液漏れを防止するプランジャシール２０が装着されている。プランジャシール２０は樹脂で形成され中央部に貫通孔を有するリング状の部材であり、ポンプ室１８ａのプランジャ３挿入部分においてその貫通孔を貫通するプランジャ３を摺動可能に保持している。このように、プランジャ方式の送液ポンプでは、樹脂製のシール部材をポンプ室のプランジャ挿入部分に装着することは一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

プランジャシール２０の装着部分を図２（Ｂ）に示す。プランジャシール２０は、ポンプ室１８ａ側の面（前面）に円筒形状の突起部２０ａを備え、その突起部２０ａがポンプヘッド１８のポンプボディ２側の面に窪みとして設けられたシール挿入部１８ｄに嵌め込まれている。プランジャシール２０のポンプボディ２側の面（背面）側にバックアップリング１１が配置されており、バックアップリング１１が洗浄チャンバ１２の壁面によってポンプヘッド１８側へ付勢され、これによって、プランジャシール２０のフランジ状周縁部２０ｃがポンプヘッド１８とバックアップリング１１により挟持されている。

なお、図２（Ｂ）の例では、プランジャシール２０の突起部２０ａは前面側が開口した開口溝２０ｂを有し、ポンプ室１８ａからの圧力を利用してプランジャ３の保持力やポンプヘッド１８の壁面との密着力を向上させてシール性能を高める構造となっている。開口溝２０ｂはプランジャ３を周方向に取り囲むリング状の空洞である。

特開２００１−２５４６８６号公報

上述した送液ポンプにおいては、プランジャシール２０のフランジ状周縁部２０ｃがポンプヘッド１８とバックアップリング１１により挟持されるため、バックアップリング１１からプランジャシール２０に加わる応力を逃がす構造を設ける必要があった。そのため、従来では、図２（Ｂ）の例のように、ポンプヘッド１８のシール挿入部１８ｄの開口縁部分１８ｆをテーパ形状にするとともに、これに対応するプランジャシール２０の突起部２０ａの基端部２０ｂも開口縁部分１８ｆのテーパ形状に対応したテーパ形状にし、突起部２０ａの基端部２０ｂのテーパ形状を開口縁部分１８ｆのテーパ形状よりも小さい面で形成して、両テーパ形状面の間にプランジャシール２０が応力によって変形するための隙間を形成する方法が採られることがあった。

しかし、このような構造にすると、テーパ形状の角部がプランジャシール２０の表面に常に接触し、プランジャシール２０を固定するための応力がこの部分に集中し、他の部分よりも劣化が進行しやすくなっていることがわかった。プランジャシール２０が劣化してポンプ室１８ａのプランジャ３の挿入部分のシール性能が低下すると、ポンプ室１８ａからポンプボディ２側への液漏れが発生し、高精度な送液が不可能となる。

そこで本発明は、プランジャシールの劣化が進行しにくい構造を有する送液ポンプを提供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、ポンプボディと、ポンプボディの先端部に装着され、液体を吸入するための液入口、液入口から吸入された液を貯留するためのポンプ室及びポンプ室内の液を吐出するための液出口を備えたポンプヘッドと、ポンプボディの先端部を貫通してポンプ室内に先端側が挿入されてポンプ室内で摺動するプランジャと、ポンプヘッドのポンプボディ側の面に、プランジャの外形よりも大きい内径をもってポンプ室に通じる円筒形状の窪みとして設けられたシール挿入部と、ポンプヘッド側の面にシール挿入部に嵌め込まれる円筒形状の突起部を有し、ポンプボディとポンプヘッドの間においてプランジャを摺動可能に保持してポンプ室のプランジャの挿入部分を封止するリング形状のプランジャシールと、を備え、ポンプヘッドのシール挿入部の開口縁部分はその断面形状が凸状の湾曲形状を有するとともに、プランジャシールの突起部の基端部はシール挿入部の開口縁部分に対応した凹状の湾曲形状を有し、開口縁部分と突起部の基端部とが互いに当接しているものである。

シール挿入部の開口縁部分と突起部の基端部の両湾曲形状は円弧形状であることが好ましい。そうすれば、プランジャシールにかかる応力が最も均一に分散され、プランジャシールのさらなる長寿命化を図ることができる。

本発明にかかる送液ポンプでは、ポンプヘッドのシール挿入部の開口縁部分は凸状の湾曲形状を有するとともに、プランジャシールの突起部の基端部もシール挿入部の開口縁部分に対応した凹状の湾曲形状を有し、開口縁部分と突起部の基端部とが互いに当接しているので、プランジャシールの表面において応力が集中する部分がなくなり、プランジャシールの劣化の進行を遅らせることができる。

送液ポンプの一実施例を示す図であり、（Ａ）はポンプボディの先端側部分の断面図、（Ｂ）は（Ａ）のポンプ室近傍を拡大して示す断面図である。 従来の送液ポンプの一実施例を示す図であり、（Ａ）はポンプボディの先端側部分の断面図、（Ｂ）は（Ａ）のポンプ室近傍を拡大して示す断面図である。 プランジャシールの断面における応力部分のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）は従来構造、（Ｂ）は図１の実施例の構造におけるものである。

送液ポンプの一実施例の構造を図１（Ａ）を用いて説明する。
この実施例の送液ポンプは、ポンプボディ２の先端に洗浄チャンバ１２を挟んでポンプヘッド８が装着されている。ポンプボディ２内にはクロスヘッド４が移動可能に収容されている。クロスヘッド４はバネなどの弾性体６によって常にポンプヘッド８から遠ざかる方向（図において右方向）へ押されており、クロスヘッド４の基端部側に設けられたカム（図示は省略）の周面に追従する。クロスヘッド４は回転するカムの周面を追従することによりポンプボディ２内でポンプヘッド８へ近付く方向と遠ざかる方向（図において左右方向）へ往復動する。

プランジャ３の基端部はクロスヘッド４の先端に保持されている。プランジャ３の先端部は洗浄チャンバ１２を貫通してポンプヘッド８の内部に設けられたポンプ室８ａに挿入されている。プランジャ３の先端部はクロスヘッド４の往復動によりポンプ室８ａの壁面に沿って摺動する。ポンプヘッド８はポンプ室８ａに液を吸入するための液入口流路８ｂとポンプ室８ａから液を押し出すための液出口流路８ｃを備えている。液入口流路８ｂ上及び液出口流路８ｃ上にはそれぞれ逆流を防止するためのチェック弁９ａ，９ｂが設けられている。

ポンプヘッド８のポンプ室８ａのプランジャ３挿入部分にプランジャシール１０が装着されている。プランジャシール１０及びその装着部分についての詳細は後述するが、プランジャシールは、ポンプヘッド２のポンプボディ２側の面に凹部として設けられたシール挿入部にシール挿入部に嵌め込まれる円筒形状の突起部を有し、ポンプボディ２とポンプヘッド８の間においてプランジャ３を摺動可能に保持してポンプ室８ａのプランジャの挿入部分を封止している。ポンプヘッド８のシール挿入部の開口縁部分はその断面形状が凸状の湾曲形状を有するとともに、プランジャシール１０の突起部の基端部はシール挿入部の開口縁部分に対応した凹状の湾曲形状を有し、開口縁部分と突起部の基端部とが互いに当接している。

プランジャシール１０のポンプボディ２側にバックアップリング１１が挿入されている。バックアップリング１１は洗浄チャンバ１２の壁面によりポンプヘッド８側へ付勢されており、これによってプランジャシール１０のフランジ状周縁部がポンプヘッド８とバックアップリング１１により挟持されている。

洗浄チャンバ１２は洗浄液を流通させる流路と貫通するプランジャ３の外周面をその洗浄液によって洗浄する空間を内部に備えている。洗浄チャンバ１２の内部空間のプランジャ３挿入部には、洗浄液の漏れを防止するためにプランジャ３の外周面を摺動可能に保持する洗浄シール１６が設けられている。洗浄シール１６の背面はポンプボディ２の壁面により支持されている。

この送液ポンプでは、プランジャ３がポンプ室８ａから遠ざかる方向（図において右方向）へ駆動されることにより、ポンプ室８ａ内が減圧されてチェック弁９ｂが閉じてチェック弁９ａが開き、液入口流路８ｂからポンプ室８ａ内に液が吸入される。逆に、プランジャ３がポンプ室８ａ内へ挿入される方向（図において左方向）へ駆動されることにより、ポンプ室８ａ内が加圧されてチェック弁９ａが閉じてチェック弁９ｂが開き、ポンプ室８ａから液出口流路８ｃへ液が押し出される。この動作を繰り返すことにより送液が行なわれる。

図１（Ｂ）及び（Ｃ）を用いてプランジャシール１０の装着部分について説明する。
プランジャシール１０は例えばポリエチレン樹脂などの弾性材料からなる。プランジャシール１０はプランジャ３を貫通させるための貫通孔１０ｅを備えてプランジャ３を摺動可能に保持する。プランジャ３は前面側に円筒形状に突起した突起部１０ａを備えている。突起部１０ａの基端部１０ｄは一定の曲率を有する形状になっている。

突起部１０ａはポンプ室８ａ側が開口した開口溝１０ａを備えている。開口溝１０ａはポンプ室８ａの内壁とプランジャ３の外周との間から漏れてきた液を貯留するとともに、ポンプ室８ａの圧力上昇をシール性能の向上に利用するために設けられている。

ポンプヘッド８のプランジャシール１０の装着部分には、プランジャシール１０の突起部１０ａが嵌め込まれるシール挿入部８ｄが円筒形状の窪みとして設けられている。シール挿入部８ｄの開口縁部分８ｆは、その断面形状が凸状の湾曲形状であり、この実施例ではその好ましい例として円弧状であり、プランジャシール１０の突起部１０ａの基端部１０ｄと同じ曲率を有する形状になっている。

プランジャシール１０は、突起部１０ａがシール挿入部８ｄに嵌め込まれるとともに、フランジ状周縁部１０ｃがシール挿入部８ｄの周囲の面８ｅとバックアップリング１１によって挟持されて固定されている。このとき、プランジャシール１０の突起部１０ａの外周面がシール挿入部８ｄの内周面に密着し、突起部１０ａの基端部１０ｄがシール挿入部８ｄの開口縁部分８ｆと同じ形状の凹状の湾曲形状として、この実施例では開口縁部分８ｆと同じ曲率をもつ円弧状となっているので、基端部１０ｄが開口縁部８ｆに密着し、さらに周縁部１０ｃの前面がシール挿入部８ｄの周囲の面８ｅに密着する。シール挿入部８ｄの開口縁部分８ｆと突起部１０ａの基端部１０ｄが同一の曲率をもつ角のない形状であるため、バックアップリング１１によるプランジャシール１０への応力がプランジャシール１０の表面の特定部分に集中することがなく、プランジャシール１０の劣化の進行が抑制される。

図３はプランジャシール断面における応力分布のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）は従来構造、（Ｂ）は実施例の構造におけるものである。
このシミュレーション結果によれば、（Ａ）の従来構造では、ポンプヘッドの壁面に接するプランジャシールの面のうちテーパ形状の角に当接している部分にかかる応力が最大となり、テーパ形状の角に当接する２箇所の部分の間の部分にかかる応力が最小となっている。この応力の集中により、プランジャシールに局部的な変形が生じ、プランジャシールの寿命に影響を与える。これに対し、（Ｂ）の実施例の構造ではポンプヘッドの壁面に接するプランジャシールの面の全体においてほぼ均一に応力がかかり、特定部分への応力の集中が生じておらず、（Ａ）に見られるような局部的な変形は生じず、プランジャシールの長寿命化が図れる。

２ ポンプボディ
３ プランジャ
４ クロスヘッド
６ 弾性体
８ ポンプヘッド
８ａ ポンプ室
８ｂ 液入口流路
８ｃ 液出口流路
９ａ，９ｂ チェック弁
１０ プランジャシール
１１ バックアップリング
１２ 洗浄チャンバ
１６ 洗浄シール

Claims (2)

1. ポンプボディと、
   前記ポンプボディの先端部に装着され、液体を吸入するための液入口、前記液入口から吸入された液を貯留するためのポンプ室及び前記ポンプ室内の液を吐出するための液出口を備えたポンプヘッドと、
   前記ポンプボディの先端部を貫通して前記ポンプ室内に先端側が挿入されて前記ポンプ室内で摺動するプランジャと、
   前記ポンプヘッドの前記ポンプボディ側の面に、前記プランジャの外形よりも大きい内径をもって前記ポンプ室に通じる円筒形状の窪みとして設けられたシール挿入部と、
   前記ポンプヘッド側の面に前記シール挿入部に嵌め込まれる円筒形状の突起部を有し、前記ポンプボディと前記ポンプヘッドの間において前記プランジャを摺動可能に保持して前記ポンプ室の前記プランジャの挿入部分を封止するリング形状のプランジャシールと、を備え、
   前記ポンプヘッドの前記シール挿入部の開口縁部分はその断面形状が凸状の湾曲形状を有するとともに、前記プランジャシールの前記突起部の基端部は前記シール挿入部の開口縁部分に対応した凹状の湾曲形状を有し、前記開口縁部分と前記突起部の基端部とが互いに当接している送液ポンプ。
2. 前記両湾曲形状は円弧形状である請求項１に記載の送液ポンプ。