JP2016125457A

JP2016125457A - プランジャポンプ

Info

Publication number: JP2016125457A
Application number: JP2015001950A
Authority: JP
Inventors: 眞巳冨田; Masami Tomita
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2016-07-11

Abstract

【課題】ポンプヘッドの加工を従来よりも容易にし、ポンプヘッドの製造コストを低減する。【解決手段】プランジャポンプは、ポンプ室と、ポンプ室の最奥部からポンプ室の中心軸と略平行な方向へ伸びる直線状の出口流路と、ポンプ室の内側面に通じる入口流路と、ポンプ室から吐出された液を送液する配管を固定するポートであって、出口流路を介してポンプ室と連通する出口ポートと、ポンプ室に吸入される液を送液する配管を固定するポートであって、入口流路を介してポンプ室と連通する入口ポートと、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液体クロマトグラフのオートサンプラにおいて液体試料を計量しながら採取するための計量ポンプなどのプランジャポンプに関するものである。

液体クロマトグラフのオートサンプラにおいて試料の採取に用いられる計量ポンプは、本体部分であるポンプボディとその先端部に設けられたポンプヘッドからなる。ポンプボディには一方向へ駆動されるクロスヘッドが収容されており、そのクロスヘッドにプランジャが保持されている。プランジャはポンプボディの先端から突出し、ポンプヘッドに設けられたポンプ室内に挿入されている。

ポンプヘッドには入口流路と出口流路が設けられている。入口流路は、プランジャがポンプ室から引き出される方向（以下、吸入方向という。）に移動したときにポンプ室内に液を導く流路である。出口流路は、プランジャがポンプ室に押し込まれる方向（以下、吐出方向という。）に移動したときにポンプ室内の液を外部へ流出させる流路である。入口流路側と出口流路側のそれぞれに逆止弁が設けられ、プランジャが吸入方向に移動したときは入口流路側の逆止弁が開いて出口流路側の逆止弁が閉じ、逆にプランジャが吐出方向へ移動したときは出口流路側の逆止弁が開いて入口流路側の逆止弁が閉じるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

かかる計量ポンプでは、ポンプ室内に気泡があると正確な計量を行なうことができない。ポンプ室はプランジャの外径よりも僅かに大きい内径を有するように加工されているが、ポンプ室の内側壁面とプランジャ外周面との間の隙間に気泡が入り込みにくいようにしている。

特開２０１４−４７６６４号公報

上記のような計量ポンプでは、ポンプ室からの液の吐出時に気泡がポンプ室に残りにくくするために、一般的に、出口流路がプランジャの軸方向に対して略垂直に設けられており、出口流路のポンプ室側の端部の位置がポンプ室内側面の最奥端と一致するように設計される。出口流路がその設計された位置からずれて形成されると、液の吐出時にポンプ室内に気泡が残存しやすくなったり、ポンプ室内側面に現れている出口流路の端部の面積が小さくなり、ポンプ室内の液を出口流路側へ押し出す際の流路抵抗が大きくなってプランジャを吐出方向へ駆動するために余計な力が必要となったりするなどの問題が生じる。

しかし、出口流路のポンプ室側の端部の位置をポンプ室内側面の最奥端と一致させるように加工することは容易でなく精密加工が必要となるため、ポンプヘッドの製造コストが高くなる。

そこで本発明は、ポンプヘッドの加工を従来よりも容易にし、ポンプヘッドの製造コストを低減できる構造をもったプランジャポンプを提供することを目的とするものである。

本発明に係るプランジャポンプの好ましい実施形態は、プランジャと、プランジャをその軸方向に動作させるプランジャ駆動機構と、プランジャの先端部を挿入させる開口を有し、プランジャの先端部をその内部において摺動させるポンプ室と、ポンプ室の最奥部からポンプ室の中心軸と略平行な方向に伸びる直線状の出口流路と、ポンプ室の内側面に通じる入口流路と、ポンプ室から吐出された液を送液する配管を固定するポートであって、出口流路を介してポンプ室と連通する出口ポートと、ポンプ室に吸入される液を送液する配管を固定するポートであって、入口流路を介してポンプ室と連通する入口ポートと、を備えている。
ここで、出口流路が「ポンプ室の最奥部からポンプ室の中心軸と略平行な方向に伸びる」とは、出口流路の中心軸がポンプ室の中心軸と略平行で、かつ出口流路の中心軸がポンプ室の中心軸と一致している場合だけでなく、出口流路の中心軸がポンプ室の中心軸からずれている場合も含み、出口流路のポンプ室側の端部がポンプ室の最奥部にあることを意味する。

本発明のプランジャポンプの好ましい実施形態では、ポンプ室と出口ポートとが、ポンプ室の最奥部からポンプ室の中心軸と略平行な方向に伸びる直線状の出口流路によって連通しているので、プランジャの軸方向に対して垂直な方向に出口流路を形成する場合に比べて、出口流路を形成する際の高精度な位置決めの必要がなくなり、出口流路を形成するための加工が容易になる。これにより、ポンプヘッドの製造コストの低減を図ることができる。

計量ポンプの一実施例を示す断面図である。同実施例のポンプヘッドの構造を示す断面図である。従来の計量ポンプのポンプヘッドの構造の一例を示す参考図である。

ポンプ室と出口流路が同軸上に設けられていてもよい。ブロックに内径の異なる孔を同軸上に形成することは容易なため、ポンプ室と出口流路の形成が容易になる。

ポンプ室と出口ポートが同軸上に設けられていてもよい。ブロックに内径の異なる孔を同軸上に形成することは容易なため、ポンプ室と出口ポートの形成が容易になる。

出口流路はポンプ室よりも小さい内径を有し、ポンプ室と出口流路との連通部分は、出口流路側へいくにしたがって内径が小さくなるようにその内側面が傾斜していることが好ましい。そうすれば、ポンプ室から液を吐出する際にポンプ室内に気泡が残りにくくなる。

プランジャポンプの一実施例である計量ポンプについて図１を用いて説明する。

この実施例の計量ポンプ２はポンプボディ４とポンプヘッド６からなる。ポンプヘッド６はポンプボディ４の先端部に装着されている。ポンプボディ４とポンプヘッド６との間にシールホルダ８が挿入されている。

ポンプボディ４の内部にクロスヘッド１４が収容されている。クロスヘッド１４は、先端でプランジャ１２の基端部を保持している。プランジャ１２はポンプボディ４の先端からポンプヘッド６側へ突出し、ポンプヘッド６に設けられたポンプ室１０に挿入されている。シールホルダ８のポンプヘッド６側の面に、弾性材料からなるリング状のプランジャシール３６が設けられている。プランジャシール３６はその内周面でプランジャ１２を液密に保持しながらポンプヘッド６のポンプ室１０をなす孔の縁に密着し、ポンプ室１０からの液漏れを防止する。

クロスヘッド１４はポンプボディ４内においてプランジャ１２の軸方向へ駆動される。クロスヘッド１４の基端部に棒ネジ１８が挿入されている。クロスヘッド１４の基端部内周面３２に棒ネジ１８の外周面のネジと螺合するネジが設けられている。棒ネジ１８はプーリ１６の回転に伴って回転する。図示は省略されているが、プーリ１６にはモータにより駆動されるベルトが掛けられており、そのモータの回転に伴ってプーリ１６が回転する。棒ネジ１８の回転軸のブレが生じないように、プーリ１６の回転軸はポンプボディ４に装着された例えばボールベアリング２４，２６によって支持されている。また、クロスヘッド１４の外周面に鍔状の突起３４が設けられており、その突起３４とポンプボディ４の内面最奥部との間に圧縮状態の弾性部材３５が挿入されている。弾性部材３５は例えばコイルバネである。弾性部材３５によって、クロスヘッド１４がポンプボディ４の基端側へ均等に付勢されている。

棒ネジ１８の回転に伴ってクロスヘッド１４が回転しないように、クロスヘッド１４に回転ストッパ２０がボルト２２によって固定されている。回転ストッパ２０はポンプボディ４に設けられた溝２３に嵌め込まれている。溝２３はプランジャ１２の軸方向へ伸びるように設けられており、回転ストッパ２０は溝２３に沿ってスライドすることができる。これにより、クロスヘッド１４は回転することなくプランジャ１２の軸方向へ移動する。

ポンプヘッド６には入口ポート３７及び出口ポート３８が設けられている。入口ポート３７は入口流路４０を介してポンプ室１０の内側面に通じている。出口ポート３８は出口流路４２を介してポンプ室１０の最奥部に通じている。入口ポート３７には、ポンプ室１０内に吸入される液を送液するための配管の端部が固定され、出口ポート３８には、ポンプ室１０から吐出される液を送液するための配管の端部が固定される。入口ポート３７と出口ポート３８に端部が固定される配管のそれぞれに逆止弁（図示略）が設けられている。

入口ポート３７に固定される配管の逆止弁は、プランジャ１２がポンプ室１０から引き抜かれる方向（図において右方向。以下、「吸入方向」という。）へ移動してポンプ室１０内が減圧状態となったときに開き、プランジャ１２がポンプ室１０内へ押し込まれる方向（図において左方向。以下、「吐出方向」という。）へ移動してポンプ室１０内が加圧状態となったときに閉じるものである。

逆に、出口ポート３８に固定される配管の逆止弁は、プランジャ１２が吐出方向へ移動してポンプ室１０内が加圧状態となったときに開き、プランジャ１２が吸入方向へ移動してポンプ室１０内が減圧状態となったときに閉じるものである。

これにより、プランジャ１２が吸入方向へ移動したときは、入口ポート３７側の逆止弁が開いて出口ポート３８側の逆止弁が閉じることで、入口ポート３７側の配管からポンプ室１０内に液が流入する。プランジャ１２が吐出方向へ移動したときは、出口ポート３８側の逆止弁が開いて入口ポート３７側の逆止弁が閉じることで、ポンプ室１０内の液が出口ポート３８側の配管を通じてポンプ室１０から吐出される。

プランジャ１２の駆動量はプーリ１６の回転角によって制御される。プーリ１６の回転角は、プーリ１６に取り付けられプーリ１６とともに回転する円板２８とその円板２８に設けられた切欠きを検出するセンサ３０からなるロータリエンコーダによって監視されている。

ポンプヘッド６の構造について図２を用いてさらに詳細に説明する。

ポンプヘッド６のポンプボディ４側（図において右側）の面にシールホルダ８を嵌め込むための凹部４４が設けられており、その凹部４４の底面中央部にポンプ室１０をなす孔４５が設けられている。凹部４４が設けられている面とは反対側（図において左側）の面に出口ポート３８をなす孔４７が孔４５と略同軸上に設けられている。孔４５と孔４７はそれらの孔４５及び４７よりも小さい内径を有する孔４２を介して連通している。孔４２は出口流路である。出口流路４２も孔４５と略同軸上に設けられている。孔４７の内周面に配管を固定するためのネジが設けられている。

孔４５の出口流路４２側の端部４６は、出口流路４２側へいくにしたがって内径が小さくなるように内側面が傾斜している。これは、ポンプ室１０の最奥部に角部がないようにすることで、ポンプ室１０から液を吐出する際に気泡が残りにくくするためである。

出口ポート３８をなす孔４７の出口流路４２側に、出口流路４２側へいくにしたがって内径が小さくなるように内側面が傾斜した傾斜側面部４８が設けられている。出口ポート３８に配管端部が固定されたときに、配管端部に取り付けられたフェルールの周縁部が傾斜側面部４８に押し付けられ、ポンプ室１０と出口側の配管との接続部分の液密性が保たれる。出口ポート３８に固定される配管の先端部は出口流路４２の端部まで達する。出口流路４２の内径は出口ポート３８に固定される配管の外径よりも僅かに小さい程度である。

入口ポート３７は、ポンプヘッド６の外面のうち、凹部４４が設けられている面及び出口ポート３８が設けられている面とは別の面に設けられた孔５０からなる。孔５０はそれよりも小さい内径をもつ入口流路４０を介して孔４５の内側面に通じている。入口ポート３７は出口ポート３８と同様の構造をもち、入口側の配管端部に取り付けられたフェルールの周縁部を押し付けて液密を保つための傾斜側面部５２が設けられている。

出口ポート３８及び出口流路４２をポンプ室１０と同軸上に設けるようにすることで、出口ポート３８及び出口流路４２を形成する際の位置合わせが容易である。具体的には、加工機でポンプヘッド６をチャックした状態で出口ポート３８を加工した後、径の小さい出口流路４２の径に合わせた加工刃物に変更するだけで容易に同軸の加工を行うことができ、出口ポート３８及び出口流路４２を容易に形成することができる。

従来のように、出口流路をプランジャの軸方向に対して垂直に設ける場合、図３（Ａ）に示されるように、ポンプ室６２の端部６２ａと出口流路６４の端部の縁が一致するように出口流路６４を形成する必要がある。同図（Ｂ）のように、出口流路６４の端部がポンプ室６２の端部６２ａよりも奥側（図において左側）へずれた場合には、ポンプ室６２内側面の出口流路６４に通じる穴が小さくなり、流路抵抗が大きくなってスムーズな送液の妨げとなる。逆に、同図（Ｃ）のように、出口流路６４の端部がポンプ室６２の端部６２ａよりも手前側（図において右側）へずれた場合には、ポンプ室６２の最奥部の角に気泡が残存しやすくなり、液の計量精度の低下の原因となる。

この実施例では、出口ポート３８及び出口流路４２をポンプ室１０と同軸上に形成するため、気泡の残存しにくい構造のポンプヘッドを容易に製造することができる。なお、出口ポート３８及び出口流路４２は、必ずしもポンプ室１０と同軸上に設けられている必要はない。すなわち、出口流路４２は、ポンプ室１０の最奥部からポンプ室１０の中心軸と平行な方向へ伸びるように設けられ、その出口流路４２を介して出口ポート３８とポンプ室１０が連通していればよい。ポンプ室１０よりも内径の小さい出口流路４２を、ポンプ室１０の最奥部からポンプ室１０の中心軸と平行な方向へ伸びるように形成するためには精密加工は不要である。

２計量ポンプ
４ポンプボディ
６ポンプヘッド
８シール部
１０ポンプ室
１２プランジャ
１４クロスヘッド
１６プーリ
１８棒ネジ
２０回転ストッパ
２２ボルト
２３溝
２４，２６ボールベアリング
２８円板
３０センサ
３２クロスヘッド基端部内周面
３４突起
３５弾性部材
３６プランジャシール
３７入口ポート
３８出口ポート
４０入口流路
４２出口流路
４４凹部
４５ポンプ室用の孔
４６ポンプ室最奥端部
４７出口ポート用の孔
４８，５２傾斜側面部
５０入口ポート用の孔

Claims

プランジャと、
前記プランジャをその軸方向に動作させるプランジャ駆動機構と、
前記プランジャの先端部を挿入させる開口を有し、前記プランジャの先端部をその内部において摺動させるポンプ室と、
前記ポンプ室の最奥部から前記ポンプ室の中心軸と略平行な方向に伸びる直線状の出口流路と、
前記ポンプ室の内側面に通じる入口流路と、
前記ポンプ室から吐出された液を送液する配管を固定するポートであって、前記出口流路を介して前記ポンプ室と連通する出口ポートと、
前記ポンプ室に吸入される液を送液する配管を固定するポートであって、前記入口流路を介して前記ポンプ室と連通する入口ポートと、を備えたプランジャポンプ。
前記ポンプ室と前記出口流路が同軸上に設けられている請求項１に記載のプランジャポンプ。
前記ポンプ室と前記出口ポートが同軸上に設けられている請求項１又は２に記載のプランジャポンプ。
前記出口流路は前記ポンプ室よりも小さい内径を有し、
前記ポンプ室の前記出口流路との連通部分は、前記出口流路側へいくにしたがって内径が小さくなるようにその内側面が傾斜している請求項１から３のいずれか一項に記載のプランジャポンプ。