JP4919548B2

JP4919548B2 - プランジャポンプ

Info

Publication number: JP4919548B2
Application number: JP2001216900A
Authority: JP
Inventors: 英司津田
Original assignee: NAKA LIQUID CONTROL CO., LTD.
Current assignee: NAKA LIQUID CONTROL CO., LTD.
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2021-07-17
Also published as: JP2003028052A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を吐出するプランジャポンプであって、特に低粘度から中粘度の液体を微少流量で吐出するのに適したプランジャポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプランジャポンプとしては、例えば、図３に示すようなものがある。同図に示すように、このプランジャポンプ５１は、吐出口５３及び吸入口５５を備えたシリンダ５７と、このシリンダ５７に形成された挿通口５９に挿通され、往復動自在に構成されたプランジャ６１と、吸入口５５を介してシリンダ５７に液体を供給するタンク６３とを備えている。
【０００３】
吐出口５３には、シリンダ５７の圧力が正圧になると開く第１逆止弁６５が配設される一方、吸入口５５には、シリンダ５７の圧力が負圧になると開く第２逆止弁６７が配設されている。挿通口５９の内壁面には、プランジャ６１の外周面と摺接するシール部材６９が設けられており、このシール部材６９により、シリンダ５７内を密閉状態に保ち、液体が漏れるのを防止している。
【０００４】
そして、プランジャ６１が図中のＸ方向に進入すると、シリンダ５７内の圧力が高くなって第１逆止弁６５が開き、プランジャ６１の進入量に応じた液体が吐出口５３から吐出される。一方、進入したプランジャ６１が後退すると、後退したプランジャ６１の体積分だけ密閉状態のシリンダ５７内の容積が増加するため、シリンダ５７内がタンク６３に対して負圧になる。その結果、第２逆止弁６７が開き、後退したプランジャ６１の体積分と同じ量の液体がタンク６３から吸入される。
【０００５】
このようなプランジャポンプ５１では、プランジャ６１の進入により液体を押し出しているため、温度の高低に関わらず所望の量の液体を吐出することができる。また、シリンダ５７には液体が充満しているため、水頭差が生じることもなく、しかもプランジャ６１により液体を直接押圧しているため、５０，０００ｍＰａ・ｓ程度の中粘度の液体まで対応できるという利点もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなプランジャポンプ５１では、上記のように進入したプランジャ６１の体積量で液体の吐出量が決まるため、微少な液体を吐出するためには、プランジャ６１の径や進入量を小さくする必要がある。しかしながら、プランジャ６１の径を小さくすると、シール部材６９との密着状態を維持するのが困難になるという問題があり、進入量を小さくすると、誤差が生じやすく吐出量にばらつきが生ずるという問題があった。したがって、従来のプランジャポンプで微少吐出量を実現するのは困難であった。
【０００７】
一方、微少な液体を吐出し得る吐出装置として、特開平４−２００６７１号公報、或いは特開平５−２００３５２号公報に記載の吐出装置が提案されている。これらの装置では、容器内の液体をエアで加圧し、吐出口の「開」時間を短くすることで微少吐出量を実現している。しかしながら、これらの装置では、液体の水頭差による吐出量のばらつきをなくすための、各種センサーや複雑な制御装置を設けているため、設備コストが高くなるという問題があった。さらに、これらの吐出装置は、その構成上、低粘度の液体にしか適用できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、吐出量が微少であっても高精度で液体の吐出を行うことができるプランジャポンプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記目的は、吐出口及び吸入口を備えたシリンダと、前記シリンダに形成された挿通口に往復摺動自在に設けられたプランジャとを備え、前記プランジャの往復動に伴って、密閉状態の前記シリンダの容積縮小により前記吐出口から液体が吐出される一方、密閉状態の前記シリンダの容積拡大により前記吸入口から前記シリンダ内に液体が吸入されるプランジャポンプであって、前記シリンダは、前記プランジャの先端部が係合した状態で往復摺動自在な係合口を備えており、前記挿通口及び係合口が、異なる開口断面積を有していることを特徴とするプランジャポンプによって達成される。
【００１０】
また、本発明の前記目的は、吐出口及び吸入口を備えたシリンダと、前記シリンダに形成された挿通口に往復摺動自在に設けられたプランジャとを備え、前記プランジャの往復動に伴って、密閉状態の前記シリンダの容積縮小により前記吐出口から液体が吐出される一方、密閉状態の前記シリンダの容積拡大により前記吸入口から前記シリンダ内に液体が吸入されるプランジャポンプであって、前記プランジャの先端部は、前記吸入口に対して係脱自在で、しかも係合状態において前記吸入口に往復摺動自在となっており、前記吸入口は、前記挿通口より小さい開口断面積を有していることを特徴とするプランジャポンプによっても達成される。
【００１１】
また、前記プランジャは、断面積が一定の第１棒状部の先端に該第１棒状部と異なる一定断面積を有する第２棒状部を備えることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明に係るプランジャポンプの第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１はこの実施形態に係るプランジャポンプの断面図である。
【００１３】
このプランジャポンプは、低粘度から中粘度の液体、例えば接着剤を吐出するためのものであり、図１に示すように、吐出口３及び吸入口５を備えたシリンダ７と、シリンダ７に形成された挿通口９に往復摺動自在に設けられたプランジャ１１と、吸入口５を介してシリンダ７に液体を供給するタンク１３とを備えている。なお、プランジャ１１は図示を省略する駆動装置により駆動される。
【００１４】
吐出口３及び吸入口５には、ボール、弁座、バネからなる第１逆止弁１５及び第２逆止弁１７がそれぞれ配設されている。第１逆止弁１５は、シリンダ７内の圧力が正圧になると、ボールがバネの付勢力に抗して弁座から離間し開状態となるように構成されている。一方、第２逆止弁１７はシリンダ７内の圧力が負圧になると開状態となるように構成されている。
【００１５】
プランジャ１１は、直径の異なる２つの円柱部、つまり直径Ｄ₁が２．０ｍｍの第１円柱部（第１棒状部）１１ａと、その先端に形成された直径Ｄ₂が１．９ｍｍの第２円柱部（第２棒状部）１１ｂとからなり、第１円柱部１１ａの外周面が上記した挿通口９に摺接している。一方、第２円柱部１１ｂは、挿通口９と対向するシリンダ７の内壁面に形成され挿通口９より開口断面積が小さい係合口１９に係合しており、この状態で係合口１９に往復摺動自在になっている。なお、挿通口９及び係合口１９の内壁面には、第１及び第２円柱部１１ａ，１１ｂの外周面と密着するシール部材２１，２３が設けられており、これによって、シリンダ７内を密閉状態に保ち、液体が漏れるのを防止している。
【００１６】
次に、上記のように構成されたプランジャポンプの動作について説明する。図１に示す初期状態から図中のＸ方向にプランジャ１１を移動すると、第２円柱部１１ｂがシリンダ７内から退出していく一方、第１円柱部１１ａがシリンダ７内に進入してくる。そして、密閉状態のシリンダ７の容積は、進入した第１円柱部１１ａの体積と退出した第２円柱部１１ｂの体積との差だけ減少し、これにより、シリンダ７内の圧力が上昇して第１逆止弁１５が開き、液体が吐出される。このとき、プランジャ１１の移動距離Ｌ₁を１０ｍｍにすると、吐出量Ｑ₁はシリンダ７内の容積の減少分に相当する量、つまり
Ｑ₁＝（π／４）×（２．０²−１．９²）×１０＝３．０ｍｍ³
となる。一方、この進入状態からプランジャ１１が後退すると、密閉状態のシリンダ７の容積が進入時よりも増大するため、シリンダ７が負圧になる。これにより、第２逆止弁１７が開き、容積増大分に相当する液体がタンク１３からシリンダ７内に流れ込む。
【００１７】
以上のように構成されたプランジャポンプ１では、異なる断面積を有する２つの円柱部１１ａ，１１ｂからなるプランジャ１１を使用することにより、進入してくる第１円柱部１１ａの体積と、退出していく第２円柱部１１ｂの体積との差が吐出量となるため、微少量の液体の吐出が可能となる。ここで、第１円柱部１１ａと同一構成のプランジャを使用した従来例と比較すると、従来例において移動距離が１０ｍｍの場合の吐出量Ｑ₂は
Ｑ₂＝（π／４）×２．０²×１０＝３１．４ｍｍ³
となる。このように、本実施形態に係るプランジャポンプ１では、従来例と同等の形状のプランジャを使用しているにも関わらず、従来例に比べ１０分の１の吐出量を実現することができる。したがって、プランジャの直径及び進入量を小さくすることなく、高精度で微少量の液体を吐出することができる。
【００１８】
なお、吐出量を変更する場合には、プランジャ１１の進入量を変更したり、或いは第１および第２円柱部１１ａ，１１ｂの直径差を変更すればよいが、シール部材との密着状態を適切に維持するため、プランジャ１１の直径は１ｍｍ以上とするのが望ましい。また、誤差を小さくし吐出量のばらつきを小さくするため、進入量は５ｍｍ以上にすることが望ましい。
【００１９】
（第２実施形態）
次に、本発明に係るプランジャポンプの第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図２は本実施形態に係るプランジャポンプの断面図である。
【００２０】
図２に示すように、このプランジャポンプ３１は、吐出口３２及び吸入口３３を備えたシリンダ３４と、シリンダ３３に形成された挿通口３５に往復摺動自在に設けられたプランジャ３７と、吸入口３３を介してシリンダ３４に液体を供給するタンク３８と備えている。
【００２１】
吸入口３３及び挿通口３５は、シリンダ３４の長手方向に対向配置されており、吸入口３３の開口断面積が、挿通口３５の開口断面積より小さくなっている。吐出口３２には、ボール、弁座、バネからなる逆止弁３９が配設されている。この逆止弁３９は、シリンダ３４の圧力が正圧になると、ボールがバネの付勢力に抗して弁座から離間し開状態になるように構成されている。
【００２２】
プランジャ３７は、直径の異なる２つの円柱部、つまり直径Ｄ₁が２．０ｍｍの第１円柱部（第１棒状部）３７ａと、その先端に形成された直径Ｄ₂が１．９ｍｍの第２円柱部（第２棒状部）３７ｂとからなり、第１円柱部３７ａの外周面が上記した挿通口３５に摺接している。一方、プランジャ３７の先端部を構成する第２円柱部３７ｂは、吸入口３３に対して係脱自在になっており、係合状態で吸入口３３に往復摺動自在となっている。なお、挿通口３５及び吸入口３３の内壁面には、第１及び第２円柱部３７ａ，３７ｂの外周面と密着するシール部材４１，４３が設けられており、これによって、シリンダ３４内を密閉状態に保ち、液体が漏れるのを防止している。
【００２３】
次に、上記のように構成されたプランジャポンプの動作について説明する。図２に示す初期状態では、第２円柱部３７ｂの先端は、吸入口３３からＳ₁離れた位置にある。この位置から図中のＸ方向にプランジャ３７をＳ₁移動すると、第２円柱部３７ｂの先端が吸入口３３に係合を開始する。このとき、第２円柱部３７ｂはシール部材４３に密着するため、シリンダ３４内は密閉状態に移行する。この状態からさらにプランジャ３７がＳ₂進入すると、第２円柱部３７ｂがシリンダ３４内から退出していく一方、第１円柱部３７ａがシリンダ３４内に進入してくる。そして、シリンダ３４内の容積は、進入した第１円柱部３７ａの体積と退出した第２円柱部３７ｂの体積との差だけ減少し、これにより、密閉状態のシリンダ３４内の圧力が上昇して逆止弁３９が開き、液体が吐出される。
【００２４】
一方、この進入状態からプランジャ３７が後退すると、上記進入時とは逆に、密閉状態のシリンダ３４内の容積が増大するため、シリンダ３４内は負圧になる。そして、プランジャがＳ₂後退し、第２円柱部３７ｂが吸入口３３から脱離すると、シリンダ３４内の密閉状態が解除され、負圧になったシリンダ３４内に吸入口３３を介してタンク３８から液体が流れ込む。
【００２５】
このように、本実施形態に係るプランジャポンプ３１によれば、上記第１実施形態と同様に微少量の液体を吐出することができるほか、次のような効果を得ることができる。すなわち、本実施形態では、タンク３８と連通しているシリンダ３４内の吸入口３３にプランジャ３７の第２円柱部３７ｂが係脱可能となっており、この第２円柱部３７ｂが係脱することで、吸入口３３が開閉され、シリンダ３４とタンク３８とを連通及び非連通状態にすることができる。そのため、第１実施形態で示した吸入口５の逆止弁１７（図１参照）が不要となり、装置コストを低減することができる。また、接着剤等の比較的粘度の高い液体では、逆止弁に液体が付着することがあるため、頻繁なメンテナンスが必要であるが、上記のように構成することで、逆止弁を吐出口にのみに設けることができ、その結果、メンテナンスコストの低減も可能となる。
【００２６】
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、プランジャの形状は上記した円柱状のものだけではなく、例えば、断面多角形の角柱状のものを使用してもよい。また、上記実施形態では、異なる断面積を有する円柱部からなる段付きのプランジャを使用しているが、これに限定されるものではない。すなわち、プランジャの先端部及び後端部と、これに対応するシリンダに形成された開口（挿通口、係合口、吸入口）とが一定断面積で往復摺動可能に構成され、しかも、プランジャの先端部と後端部との摺動部分が異なる断面積を有していればよく、開口に摺動しないプランジャの中間部の構成は特に限定されない。例えば、中間部の外径がテーパ状に変化し、先端部と後端部とで断面積が異なるように構成されたプランジャを用いてもよい。但し、加工性の観点からすれば、上記した段付き部を有するプランジャを使用するのが好ましい。
【００２７】
上記各実施形態では、逆止弁の弁体としてボールを用いているが、ニードル弁を用いてもよい。また、シリンダ内の圧力の上昇下降に伴ってバネにより開閉する逆止弁を使用しているが、これ以外に、例えば制御装置により、プランジャの進入後退に同期して開閉する逆止弁を用いてもよい。
【００２８】
また、本発明のプランジャポンプは、上記した接着剤以外にも、例えば樹脂や塗料等の低粘度から中粘度の液体に対して適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、プランジャの先端部を、シリンダの係合口に往復摺動自在に係合させ、しかも挿通口と係合口とが異なる開口断面積を有するように構成しているため、プランジャを往復動させた際には、シリンダに進入する部分とシリンダから退出する部分との体積の差が吐出量となる。そのため、プランジャの径や進入量を維持したまま、吐出量を高精度で大幅に微少化することができる。
【００３０】
また、請求項２に記載の発明によれば、シリンダの吸入口に対してプランジャの先端部を係脱自在とし、しかも吸入口と挿通口とが異なる開口断面積を有しているため、上記と同様に、吐出量を高精度で微少にすることができる。さらに、プランジャの先端部が、吸入口に対して係脱することで、吸入口を開閉することができるため、吸入口に逆止弁等の開閉機構が不要となる。その結果、装置コスト及びメンテナンスコストの低減が可能となる。
【００３１】
また、請求項３に記載の発明によれば、プランジャを、断面積が一定の第１棒状部の先端に該第１棒状部よりも小さい一定断面積を有する第２棒状部を備えるようにしているため、プランジャポンプの製造が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプランジャポンプの第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るプランジャポンプの第２実施形態を示す断面図である。
【図３】従来のプランジャポンプを示す断面図である。
【符号の説明】
１，３１プランジャポンプ
３，３２吐出口
５，３３吸入口
７，３４シリンダ
９，３５挿通口
１１，３７プランジャ
１１ａ，３７ａ第１円柱部（第１棒状部）
１１ｂ，３７ｂ第２円柱部（第２棒状部）
１９係合口

Claims

吐出口及び吸入口を備えたシリンダと、前記シリンダに形成された挿通口に往復摺動自在に設けられたプランジャとを備え、前記プランジャの往復動に伴って、密閉状態の前記シリンダの容積縮小により前記吐出口から液体が吐出される一方、密閉状態の前記シリンダの容積拡大により前記吸入口から前記シリンダ内に液体が吸入されるプランジャポンプであって、
前記プランジャの先端部は、前記吸入口に対して係脱自在で、しかも係合状態において前記吸入口に往復摺動自在となっており、
前記吸入口は、前記挿通口より小さい開口断面積を有していることを特徴とするプランジャポンプ。
前記プランジャは、断面積が一定の第１棒状部の先端に該第１棒状部と異なる一定断面積を有する第２棒状部を備えることを特徴とする請求項１に記載のプランジャポンプ。