JP2020016579A - Plunger, pump and liquid analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、液体分析装置用ポンプ等に使用されるプランジャ、該プランジャを備えたポンプ、および液体分析装置に関する。 The present disclosure relates to a plunger used for a pump for a liquid analyzer, a pump having the plunger, and a liquid analyzer.
液体クロマトグラフ等の液体分析装置において、試料を溶かした液体を加圧して供給するための、プランジャおよびポンプが用いられる。プランジャはポンプ内にて種々の試料および溶媒に接触するため耐薬品性が必要である。特許文献1には、サファイアやセラミック等の材料からなる第1のプランジャ部材と、金属、セラミック等の材料からなるプランジャホルダとが固着されたプランジャが記載されている。
2. Description of the Related Art In a liquid analyzer such as a liquid chromatograph, a plunger and a pump for pressurizing and supplying a liquid in which a sample is dissolved are used. The plunger is required to have chemical resistance because it comes into contact with various samples and solvents in the pump.
液体分析装置等に使用されるポンプは、使用時の押し力や引き力によって、プランジャを構成する各部材が変形したり、各部材の固着がずれたりして、プランジャが変形すると、所定の吐出量と吐出圧を保てなくなる。 A pump used in a liquid analyzer or the like is configured such that when a plunger is deformed due to a deformation of each member constituting the plunger due to a pushing force or a pulling force at the time of use, or a displacement of the fixing of each member, a predetermined discharge is performed. The quantity and discharge pressure cannot be maintained.
サファイアやセラミック等のプランジャ部材と、金属等のホルダとの固着方法としては、焼嵌め、圧入、溶着、接着等の方法がある(特許文献1、2)が、分析装置等、耐薬品性が求められる用途では、溶着、接着剤よる固着は耐薬品性または固着強度に懸念が生じる。凸状セラミックと凹状金属の焼嵌め、圧入における、凸部の外径と凹部の内径の比の設計は、例えば、特許文献3、4等に記載されている。本発明者は、プランジャの押し力を大きくするために、ホルダ側の挿入孔(凹部)は有底として、プランジャ部材の一端と突き合わせて使用することを考えたが、固着力を大きくしようとすると、焼嵌め時に挿入孔内の空気が抜けにくくなって、プランジャが変形しやすくなることがわかった。
As a method of fixing a plunger member such as sapphire or ceramic to a holder such as a metal, there are methods such as shrink fitting, press fitting, welding, and bonding (
本開示は、耐薬品性に優れ、使用時の押し力、引き力によっても変形しにくいプランジャと、該プランジャを備えたポンプおよび液体分析装置を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a plunger that is excellent in chemical resistance and is not easily deformed by a pushing force or a pulling force during use, and a pump and a liquid analyzer including the plunger.
本開示のプランジャは、アルミナからなり、外径d1、真円度c1の外周面を有する第1部材と、ステンレス鋼からなり、内径d2、真円度c2の内周面と前記内周面の一端部に位置する底面とを有する挿入孔を有する第2部材と、を備え、前記外周面が前記内周面と当接して前記第1部材と前記第2部材とが互いに固定されたプランジャであって、常温、非挿入時において、d1−d2が0.1μm以上10.0μm以下でc1とc2のいずれかが、0.2μm以上であるか、または、(d1−d2)/d1が0.005%以上0.5%以下で、c1/d1、c2/d1のいずれかが、0.01%以上である。本開示のポンプは、前記プランジャを備える。本開示の液体分析装置は、前記ポンプを備える。 The plunger of the present disclosure is made of alumina, has a first member having an outer diameter d1 and an outer peripheral surface having a roundness of c1, and stainless steel, and has an inner diameter d2 having an outer peripheral surface having a circularity of c2 and the inner peripheral surface having a circularity of c2. A second member having an insertion hole having a bottom surface located at one end, wherein the outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface and the first member and the second member are fixed to each other with a plunger. Therefore, at room temperature and at the time of non-insertion, d1-d2 is 0.1 μm or more and 10.0 μm or less, and either c1 or c2 is 0.2 μm or more, or (d1-d2) / d1 is 0. It is 0.005% or more and 0.5% or less, and either c1 / d1 or c2 / d1 is 0.01% or more. A pump of the present disclosure includes the plunger. A liquid analyzer of the present disclosure includes the pump.
本開示によれば、耐薬品性に優れ、使用時の押し力、引き力によっても変形しにくいプランジャと、該プランジャを備えたポンプおよび液体分析装置を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a plunger which is excellent in chemical resistance and is not easily deformed by a pushing force or a pulling force during use, and a pump and a liquid analyzer provided with the plunger.
本開示のプランジャ1、ポンプ12、および液体分析装置10について、図を参照しながら説明する。図1は、液体分析装置(液体クロマトグラフ)10の概略図、図2(a)は、プランジャ1の概略断面図、図2(b)は、第1部材2の概略断面図、図2(c)は、第2部材3の概略断面図である。
The
液体クロマトグラフィーとは、試料を溶かした液体(移動相と呼ばれる)を、固定相と呼ばれる固体もしくは液体の媒質(カラム)の中を通過させ、分析種を固定相及び移動相との相互作用(吸着、分配、イオン交換、サイズ排除など)の差を利用して分離して検出する分析方法である。また、液体クロマトグラフィーを行うための分析装置を液体クロマトグラフと呼ぶ。 In liquid chromatography, a liquid in which a sample is dissolved (called a mobile phase) is passed through a solid or liquid medium (a column) called a stationary phase, and an analyte is interacted with the stationary phase and the mobile phase ( This is an analysis method in which separation and detection are performed using differences in adsorption, distribution, ion exchange, and size exclusion. An analyzer for performing liquid chromatography is called a liquid chromatograph.
本開示の液体クロマトグラフ10は、貯槽11、ポンプ12、インジェクタ13、カラム14、カラムオーブン15、検出器16、データ処理器17、廃液槽18を備えている。試料を含む移動相は貯槽11に収納される。ポンプ12によって加圧された移動相は、インジェクタ13を介してカラム14に供給され、検出器16によって分析種の検出が行われる。ポンプ12は、プランジャ1、シリンダ(不図示)、逆止弁(不図示)などを備え、プランジャ1とシリンダとの摺動により、シリンダ内に吸引した移動相を加圧、供給する。特に、高速、高分解能な液体クロマトグラフ10では、100MPa以上での高圧送液が可能なポンプ12が使用されることがある。
The
プランジャ1は、アルミナからなり、外径d1、真円度c1の外周面2aと、端面2bを有する第1部材2と、ステンレス鋼からなり、内径d2、真円度c2の内周面3aと、内周面3aの一端部に位置する底面3bとを有する挿入孔3cを有する第2部材3と、を備える。そして、外周面2aが内周面3aと当接して第1部材2と第2部材3とが互いに固定される。固定の方法としては、焼嵌めおよび圧入等が挙げられる。
The
第1部材2はシリンダ内に挿入されて移動相(試料を含む溶液)と直接接触して移動相を加圧する。第2部材3は第1部材2を保持して押し力、引き力を第1部材に伝達する。アルミナは、耐薬品に優れ、また、ヤング率が大きい(つまり、変形しにくい)ので、移動相と直接接する第1部材2の材質として、好適である。特に、第1部材2が、サファイア(単結晶アルミナ)であれば、さらに耐薬品性に優れ、パーティクルの発生も少ないので好適である。
The
金属は、アルミナとの圧入、焼嵌めによる固着に適している。中でも、ステンレス鋼は、強度と耐薬品性に優れ、第2部材3の材質として好適である。また、第2部材3が、表面強化処理ステンレス鋼であれば、耐薬品性に優れ、変形、破損しにくいので好適である。表面強化処理の例として、例えば、炭素、窒素等の固溶強化元素を固溶拡散させる、固溶拡散処理、ニッケル金メッキ処理等の耐食膜被覆処理等が挙げられる。
The metal is suitable for press-fitting with alumina and fixing by shrink fitting. Among them, stainless steel is excellent in strength and chemical resistance, and is suitable as a material of the
プランジャ1は、圧入、焼嵌めなどの方法で第1部材2を第2部材3に挿入することで作製する。特に、焼嵌めは、固着力が大きく、大きな押し力、引き力でも挿入部位がずれにくい。
The
仮に、使用時(プランジャ1とシリンダの摺動時)の押し力、引き力によって、第1部材2と第2部材3との固着面がずれることでプランジャ1が変形すると、ポンプの吐出圧および吐出量が変化するので問題となる。本開示のプランジャ1は、常温、非挿入時において、d1−d2が0.1μm以上10.0μm以下でc1とc2のいずれかが、0.2μm以上である。また、(d1−d2)/d1が0.005%以上0.5%以下で、c1/d1、c2/d1のいずれかが、0.01%以上である。上記構成により、焼嵌め、圧入時の固着力が大きくなり、使用時の押し力、引き力で固着面のずれによるプランジャ1の変形が起こりにくい。また、焼嵌め、圧入等の方法で、外周面2aと内周面3aとを当接させる際の第2部材3内への第1部材2の挿入も容易である。なお、c1/d1、c2/d1のいずれかが、0.01%以上であるか、またはc1とc2のいずれかが、0.2μm以上であれば、焼嵌め、圧入作業で挿入孔3c内部の空気が抜けやすい。そのため、焼嵌め、圧入作業が容易である。つまり、プランジャ1の製作時の作業性および生産性向上にも有効である。
If the fixing surface between the
例えば、d1が2.00mmのとき、d2は1.9999mm〜1.99mmであるとよく、c1とc2のいずれかが、0.2μm以上であるとよい。 For example, when d1 is 2.00 mm, d2 may be 1.9999 mm to 1.99 mm, and either c1 or c2 may be 0.2 μm or more.
外周面2aの外径d1は、一般のマイクロメータやレーザー外径測定機で、内周面3aの内径d2は一般の精密ピンゲージで、真円度c1、c2は、真円度・円筒形状測定機(例えば、東京精密社製RONDCOM54)で測定できる。
The outer diameter d1 of the outer
第1部材2は第2部材3側に端面2bを有している。第1部材2の端面2bが、第2部材3の底面3bに当接していると、大きな押し力でも固着面がずれることがないので、吐出圧の大きいポンプ2に適している。端面2bが接着剤からなる接着層を介して底面3bに当接していてもよい。これは、端面2bと底面3bは接液部から離れているためである。接着層としては、嫌気性接着剤が好適である。なお、c1/d1、c2/d1のいずれかが、0.01%以上であるか、またはc1とc2のいずれかが、0.2μm以上であれば、焼嵌め、圧入作業で挿入孔3c内部の空気が抜けやすい。そのため、端面2bと底面3bとが当接しやすく、所定の押し力の確保が容易である。また、端面2bが凸状で、底面3bが凹状であると、その部分の凹凸でも嵌め合い効果が発生し、より2と3の密着性が増す構造とすることができる。
The
c1が3.0μm以下、c2が7.0μm以下であると特によい。また、c1/d1が0.15%以下、c2/d1が0.35%以下であると、上記の効果をより有効に得ることができるので、特によい。 It is particularly preferable that c1 is 3.0 μm or less and c2 is 7.0 μm or less. It is particularly preferable that c1 / d1 is 0.15% or less and c2 / d1 is 0.35% or less, because the above-mentioned effects can be more effectively obtained.
例えば、d1が2.00mmのとき、c1が3.0μm以下、c2が7.0μm以下であると、c1/d1が0.15%以下、c2/d1が0.35%以下である。c1が3μmよりも大きく、c2が7μmよりも大きい(c1/d1が0.15%よりも大きく、c2/d1が0.35%よりも大きい)場合、外周面2aと内周面3aとが接する面積が減少し、所定の引き力の確保が困難である。
For example, when d1 is 2.00 mm and c1 is 3.0 μm or less and c2 is 7.0 μm or less, c1 / d1 is 0.15% or less and c2 / d1 is 0.35% or less. When c1 is larger than 3 μm and c2 is larger than 7 μm (c1 / d1 is larger than 0.15% and c2 / d1 is larger than 0.35%), the outer
外周面2aと端面2bとの接続部は、面取りされていると、第1部材2を第2部材に挿入しやすい。面取りは、例えば、0.01〜0.1mmのc面であるとよい。
When the connecting portion between the outer
外周面2aの算術平均粗さRa1は、0.01μm以下であることが好ましい。外周面2aの算術平均粗さRa1が、0.01μmよりも大きいと、シリンダとの摺動性と液の保持性が悪化するとともに、第1部材2と第2部材3との接触面積が減少(密着性が低下)して、押し力、引き力が低下しやすい。外周面2aの算術平均粗さRa1は、表面粗さ・輪
郭形状測定機(例えば、東京精密社SURFCOM1500SD3)を用いて測定できる。
The arithmetic average roughness Ra1 of the outer
内周面3aの算術平均粗さRa2は、0.1μm以上であることが好ましい。内周面3aの算術平均粗さRa2が、0.1μm以上であると、摩擦力を有効に得ることができ、押し力および引き力を容易に確保することができる。また、内周面3aの算術平均粗さRa2は、1.6μm以下であることが好ましい。内周面3aの算術平均粗さRa2が1.6μm以下であると、第1部材2と第2部材3との接触面積が増加(密着性が増加)して、押し力、引き力を確保しやすい。内周面3aの算術平均粗さRa2は、表面粗さ・輪郭形状測定機(例えば、東京精密社SURFCOM1500SD3)を用いて測定できる。
The arithmetic average roughness Ra2 of the inner
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良、組合せ等が可能である。例えば、第1部材2は、セラミックなどの多結晶アルミナでもよく、アルミナ以外の結晶相を微量に含むものでもよい。第2部材2は、上記のような圧入または焼嵌めが可能なものであれば、SUS316以外のステンレス鋼であってもよい。
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various changes, improvements, combinations, and the like can be made without departing from the gist of the present disclosure. For example, the
サファイアからなる第1部材2と、パイオナイト処理(エア・ウォーター社の登録商標)したSUS316ステンレス鋼からなる第2部材3を複数組用意し、外周面2aの外径d1、真円度c1、算術平均粗さRa1、内周面3aの内径d2、真円度c2、算術平均粗さRa2を、それぞれ表1に示す条件1〜9の値となるように加工し、第2部材3を180℃〜200℃にホットプレート等で加熱した状態で、第1部材2を第2部材3に挿入して焼嵌めすることにより、複数のプランジャ1を作製した。
A plurality of sets of a
そして、それぞれのプランジャ1について、約300MPaの圧縮応力と約30MPaNの引張応力を印加して変形量を測定した。測定結果を表1に合わせて示す。表1に示すように、本開示の実施形態である条件1〜5においては、圧縮、引張ともに変形量は2μm以下であったが、条件7〜9においては、圧縮、引張のいずれかで変形量が33μm以上となった。なお、条件6においては、第1部材2と第2部材3の径の差(d1−d2)が大きく、かつ第1部材2の真円度c1と第2部材3の真円度c2がともに小さいため、焼嵌め時に挿入孔3から空気が抜けにくく、圧入ができなかった。
Then, for each of the
1 プランジャ
2 第1部材
2a 外周面
2b 端面
3 第2部材
3a 内周面
3b 底面
3c 挿入孔
10 液体分析装置(液体クロマトグラフ)
11 貯槽
12 ポンプ
13 インジェクタ
14 カラム
15 カラムオーブン
16 検出器
17 データ処理器
18 廃液槽
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (12)
ステンレス鋼からなり、内径d2、真円度c2の内周面と前記内周面の一端部に位置する底面とを有する挿入孔を有する第2部材と、を備え、
前記外周面が前記内周面と当接して前記第1部材と前記第2部材とが互いに固定されたプランジャであって、
常温、非挿入時において、(d1−d2)/d1が0.005%以上0.5%以下で、c1/d1、c2/d1のいずれかが、0.01%以上である、プランジャ。 A first member made of alumina, having an outer diameter d1 and an outer peripheral surface having a roundness c1;
A second member made of stainless steel and having an insertion hole having an inner diameter d2, an inner peripheral surface having a circularity of c2, and a bottom surface located at one end of the inner peripheral surface;
A plunger in which the first member and the second member are fixed to each other while the outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface,
A plunger, wherein (d1-d2) / d1 is 0.005% or more and 0.5% or less and one of c1 / d1 and c2 / d1 is 0.01% or more at normal temperature and when not inserted.
ステンレス鋼からなり、内径d2、真円度c2の内周面と底面とを有する挿入孔を有する第2部材と、を備え、
前記外周面が前記内周面と当接して固定されたプランジャであって、
常温、非挿入時において、d1−d2が0.1μm以上10.0μm以下で、c1とc2のいずれかが、0.2μm以上である、プランジャ。 A first member made of alumina, having an outer diameter d1 and an outer peripheral surface having a roundness c1;
A second member made of stainless steel and having an insertion hole having an inner diameter d2, an inner peripheral surface having a roundness c2 and a bottom surface,
A plunger whose outer peripheral surface is fixed by contacting with the inner peripheral surface,
A plunger, wherein d1-d2 is 0.1 μm or more and 10.0 μm or less and one of c1 and c2 is 0.2 μm or more when not inserted at room temperature.
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