JP5981669B1 - プランジャポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】あらゆる使用条件下においても析出や固着によるポンプ停止を防ぐ。【解決手段】プランジャポンプは、内部にシリンダ室を有するシリンダと、外周面が前記シリンダの内周面に摺接するように前記シリンダ室に対して進退自在に配置されると共に、先端部外周にカット面が形成されたプランジャと、前記シリンダに、前記シリンダ室に繋がるように設けられた吸込口及び吐出口とを備えたプランジャポンプであって、前記シリンダは、前記シリンダ室を有するシリンダ部と、前記プランジャの前記シリンダ室に進退する部分よりも基端側の部分と摺動するスペーサ部とを備え、前記シリンダ部は、第１の硬度の材料からなり、前記スペーサ部は、前記第１の硬度より柔らかい第２の硬度の材料からなり、前記スペーサ部の前記プランジャとの摺動部分の基端から前記スペーサ部の先端までの前記軸方向の長さは、前記プランジャの往復運動の最大ストローク長よりも長い。【選択図】図３
Description
本発明は、プランジャをシリンダ室内で回転運動させながら往復運動させて吸込口及び吐出口を交互にシリンダ室に連通させ、流体の移送を行うプランジャポンプに関する。
従来より、先端部外周にカット面が形成されたプランジャをシリンダ室内にて回転運動させながら往復運動させて、シリンダ室に繋がる吸込口及び吐出口を交互に連通させることで流体を移送するプランジャポンプが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
このようなプランジャポンプにおいては、移送する流体の特性が析出性や固着性を有する場合、析出や固着によってプランジャとシリンダとが摺動できなくなり、ポンプが停止してしまうことがある。そこで、図７に示すような特許文献１及び２に開示されたプランジャポンプ１００のように、例えばシリンダ１０１の先端部近傍の外周側に設けられた吸込口１０２及び吐出口１０３よりもシリンダ１０１の基端側に、固着防止ポート１０４ａ，１０４ｂを備えた構造が採られている。
この固着防止ポート１０４ａ，１０４ｂには、外部から洗浄液が供給される。この洗浄液により、シリンダ内周面１０５及びプランジャ外周面１０６間の析出性や固着性の流体を洗い流し、析出や固着によるポンプ停止を防止するようにしている。
しかしながら、ポンプの設置場所や使用環境等の使用条件によっては、洗浄液を用いたり、上述したような固着防止ポート１０４ａ，１０４ｂを含めた洗浄液を流す流路を別途設けることができない場合がある。このため、ポンプの使用条件に左右されずに析出や固着によるポンプ停止を防ぐことができる構造のプランジャポンプが望まれている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、あらゆる使用条件下においても析出や固着によるポンプ停止を防ぐ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。
本発明に係るプランジャポンプは、内部にシリンダ室を有するシリンダと、外周面が前記シリンダの内周面に摺接するように前記シリンダ室に対して進退自在に配置されると共に、先端部外周にカット面が形成されたプランジャと、前記シリンダに、前記シリンダ室に繋がるように設けられた吸込口及び吐出口とを備え、前記プランジャを前記シリンダ室に対して回転運動させながら軸方向に往復運動させることで、前記吸込口及び吐出口を交互に前記シリンダ室に連通させて流体の移送を行うプランジャポンプであって、前記シリンダは、前記シリンダ室を有するシリンダ部と、前記プランジャの前記シリンダ室に進退する部分よりも基端側の部分と摺動するスペーサ部とを備え、前記シリンダ部は、第１の硬度の材料からなり、前記スペーサ部は、前記第１の硬度より柔らかい第２の硬度の材料からなり、前記スペーサ部の前記プランジャとの摺動部分の基端から前記スペーサ部の先端までの前記軸方向の長さは、前記プランジャポンプの往復運動の最大ストローク長よりも長いことを特徴とする。
本発明の一実施形態においては、前記スペーサ部の前記摺動部分の基端から前記スペーサ部の先端までの前記軸方向の長さは、前記シリンダ部の前記軸方向における長さよりも長い。
本発明の他の実施形態においては、前記スペーサ部の前記摺動部分の基端から前記スペーサ部の先端までの前記軸方向の長さは、最大で前記軸方向における前記スペーサ部の前記摺動部分の基端から前記プランジャが最も後退したときの該プランジャの外周面と前記カット面との境界段部までの長さよりも短い。
本発明の更に他の実施形態においては、前記シリンダの基端部側に設けられ、前記シリンダと前記プランジャとをシールする軸シールを備える。
本発明の更に他の実施形態においては、前記スペーサ部は、撥水性を有する材料からなる。
本発明の更に他の実施形態においては、前記スペーサ部の内周面、前記シリンダ部の内周面及び前記プランジャの外周面の少なくとも１つに液溜り部を設ける。
本発明の更に他の実施形態においては、前記プランジャのカット面は、前記プランジャが前記シリンダの先端部に対して軸方向に最も離れたときに、前記スペーサ部の内周面に対向する位置に到達するよう形成されている。
本発明の更に他の実施形態においては、前記プランジャは、前記第１の硬度の材料からなる。
本発明の更に他の実施形態においては、前記第１の硬度は、モース硬度で８〜１３であり、前記第２の硬度は、Ｒスケールのロックウェル硬度で１１９〜１３０である。
本発明の更に他の実施形態においては、前記シリンダは、炭化ケイ素又はアルミナセラミックス材料からなり、前記プランジャは、炭化ケイ素、アルミナセラミックス材料、ジルコニアセラミックス材料、及びステンレス材料のいずれか一つからなり、前記スペーサ部は、圧縮強さが８９ＭＰａ以上の樹脂材料からなる。
本発明の更に他の実施形態においては、前記樹脂材料は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＳＵ（ポリスルホン）樹脂、ＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂、及びＰＡ６（ポリアミド６、６ナイロン）樹脂のいずれか１つである。
本発明によれば、あらゆる使用条件下においても析出や固着によるポンプ停止を防ぐことができる。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に係るプランジャポンプを詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプランジャポンプ１を示す一部切欠正面図である。また、図２はプランジャポンプ１を示す側面図、図３はプランジャポンプ１のポンプヘッド１０を示す断面図である。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプランジャポンプ１を示す一部切欠正面図である。また、図２はプランジャポンプ１を示す側面図、図３はプランジャポンプ１のポンプヘッド１０を示す断面図である。
図１及び図２に示すように、第１の実施形態に係るプランジャポンプ１は、主に析出性や固着性を有する流体の移送に用いられ得る。移送される流体としては、例えば医療用分析装置等で使用される生理食塩水に近いバッファ液（緩衝液）や、人工透析装置で使用される透析液などの析出や固着が発生し易い液体が挙げられる。
プランジャポンプ１は、ポンプの主要部であるポンプヘッド１０と、このポンプヘッド１０のプランジャ１３を駆動するモータ２０と、これらプランジャ１３とモータ２０とを接続するドライブ継手ユニット３０とを備えて構成されている。
ポンプヘッド１０は、図３に示すように、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂や三フッ化塩化エチレン−エチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）からなるポンプブラケット１１に収容されたシリンダ１２Ａと、このシリンダ１２Ａに挿入されたプランジャ１３とを有する。
第１の実施形態のプランジャポンプ１においては、シリンダ１２Ａは、ポンプヘッド１０の先端側に配置されたシリンダ部１２と、その基端側に配置されたスペーサ部１４とにより構成されている。シリンダ部１２のシリンダ内周面１２ａとスペーサ部１４のスペーサ内周面１４ａは、同軸円筒面で、且つ同一レベル面を構成している。これら内周面１２ａ，１４ａは、プランジャ１３のプランジャ外周面１３ａと摺接する。シリンダ１２Ａのシリンダ部１２及びプランジャ１３は、例えばセラミックス材料、より具体的には、例えばモース硬度が８〜９のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス材料からなる。
シリンダ１２Ａは、先端部に、ポンプブラケット１１により閉じられたシリンダ室１５を形成している。シリンダ１２Ａは、シリンダ室１５に繋がる位置に、シリンダ１２Ａの軸方向と直交する方向に相対向するように、バルブレスの吸込口１６及び吐出口１７を備えている。また、プランジャ１３は、先端部外周に形成されたカット面１８を備え、基端部にプランジャ１３の軸と直交するピン２７が取り付けられている。このピン２７は、ドライブ継手ユニット３０を介してモータ２０の回転軸に接続されている。プランジャ１３の回転軸とモータ２０の回転軸とは一直線ではなく、所定の角度をなすように調整されている。
従って、プランジャ１３は、モータ２０により回転駆動され、シリンダ室１５に対して回転運動しながら軸方向に往復運動する。これにより、カット面１８を介して吸込口１６及び吐出口１７が交互にシリンダ室１５と連通すると共に、移送流体の吸込口１６を介した吸入と、吐出口１７を介した吐出が行われる。これによって、流体の移送が行われる。ポンプブラケット１１の基端側近傍には、ポンプヘッド１０をフロントフレーム２４の先端面に取り付けるためのフランジ１９が設けられている。このフランジ１９には、補強のために、例えばアルミニウムからなるインサートフランジ１９Ａがインサートされている。また、スペーサ部１４の基端側には、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂からなる複数のリップシール（軸シール）２１及びバックシート２２が取り付けられている。
これらリップシール２１及びバックシート２２は、少なくともリップシール２１がシリンダ１２Ａの基端側及びプランジャ外周面１３ａと密着した状態で、例えばポリプロピレン（ＰＰ）樹脂からなるナット２３によって、ポンプブラケット１１の基端部のねじ部にねじ止め固定されている。モータ２０は、例えばステッピングモータからなり、ドライブ継手ユニット３０は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）からなるフロントフレーム２４及びリアフレーム２５の内部に収められている。なお、ポンプヘッド１０は、首振り軸２６によって、リアフレーム２５等に対して任意の角度に調整され得る。
このように構成された第１の実施形態のプランジャポンプ１は、プランジャ１３の回転に伴って、その先端のカット面１８の先行側の側辺が吸込口１６に接し吸込口１６がシリンダ室１５に連通すると、ポンプスタート状態となる。この状態から、所定の方向に回転しながらプランジャ１３がシリンダ１２Ａのシリンダ室１５から引き出されると、吸込口１６からシリンダ室１５の内部に流体が吸い込まれる吸込状態となる。
その後、プランジャ１３の先端のカット面１８の後行側の側辺が吸込口１６から離れると、吸込口１６はプランジャ１３によって塞がれて吸込工程が終了する。そして、プランジャ１３の先端のカット面１８の先行側の側辺が吐出口１７に接すると、吐出口１７がシリンダ室１５と連通する。
これと同時に、プランジャ１３がシリンダ１２Ａのシリンダ室１５内に回転しながら押し込まれるため、シリンダ室１５内の流体が吐出口１７から吐出される吐出工程に切り替わる。更に、プランジャ１３の先端のカット面１８の後行側の側辺が吐出口１７から離れると、吐出口１７はプランジャ１３によって塞がれ、吐出工程が終了する。プランジャ１３が更に回転すると、再度上述したスタート状態に戻り、以下同様の動作を繰り返すことによって、流体を吸込口１６から吐出口１７へ移送する。
ここで、プランジャポンプ１が運転中に停止する原因として、次のようなことが想定される。すなわち、上述したリップシール２１、バックシート２２及びナット２３によって、プランジャ１３とシリンダ１２Ａとの間の僅かなクリアランスをプランジャ１３の軸方向に流れてきた流体が、ポンプブラケット１１の外部に漏れ出さないように対策が採られている。また、このリップシール２１によって、スペーサ部１４の内部に外部から大気が入り込むことによる析出や固着を防ぐように対策が採られている。リップシール２１は、図示のようにスペーサ部１４と併用されることにより、これらの効果を最も発揮するよう配置されている。
しかしながら、プランジャポンプ１の構造上、プランジャ１３がシリンダ１２Ａに対して往復運動するため、僅かずつではあるが、流体はプランジャ１３の表面に漏れ出してしまうこととなる。また、リップシール２１等が摩耗や劣化した場合にも、外部に漏れ出してしまうこととなる。
このとき、流体中から析出物が発生したり流体が固着したりすると、析出物や固着物がプランジャ１３の往復運動によってプランジャ１３とシリンダ１２Ａとの間に入り込んでいくこととなる。上述したように、プランジャ１３とシリンダ１２Ａのシリンダ部１２は非常に硬く変形しないアルミナセラミックス材料からなるため、僅かな隙間への異物の混入があると、変形できずに最終的に異物をかじり込んでロック状態となり、ポンプは停止してしまう。
本実施形態では、上記のような異物が入り込み易いプランジャ１３とシリンダ１２Ａとの摺動部、すなわちスペーサ部１４をプランジャ１３やシリンダ部１２よりも柔らかい材質のものにより構成するようにした。この構成により、異物がプランジャ１３とシリンダ１２Ａとのクリアランスに入り込んだ際に、シリンダ１２Ａにおけるスペーサ部１４が変形又は摩耗することとなり、プランジャ１３とシリンダ１２Ａとの間で異物のかじり込みを回避し、ポンプ停止を防止することができる構成とした。
すなわち、上述したようにシリンダ１２Ａのシリンダ部１２及びプランジャ１３は、非常に硬いアルミナセラミックス材料からなる。流体としてのバッファ液から析出、固着する塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の硬度は、例えばモース硬度で表すと約２〜２．５（ビッカース硬度では約６０〜１００）である。また、透析液から析出、固着する炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の硬度は、例えばモース硬度で表すと約３である。
一方、スペーサ部１４は、例えばＲスケールのロックウェル硬度が約１１９〜１３０の材料からなり、好ましくは更に圧縮強さが約８９ＭＰａ以上の樹脂材料からなる。樹脂材料としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＳＵ（ポリスルホン）樹脂、ＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂、及びＰＡ６（ポリアミド６、６ナイロン）樹脂のいずれか１つであることが好ましい。
ここで、ＰＰＳ樹脂は、Ｒスケールのロックウェル硬度が約１２３、圧縮強さが約１１０ＭＰａである。また、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＳＵ樹脂及びＰＯＭ樹脂は、いずれもＲスケールのロックウェル硬度が約１２０、圧縮強さがそれぞれ約１２５ＭＰａ、約２７６ＭＰａ、約１１０ＭＰａである。更に、ＰＡ６樹脂は、Ｒスケールのロックウェル硬度が約１１９、圧縮強さが約８９〜１１０ＭＰａである。
このように、スペーサ部１４に用いられる材料は、塩化ナトリウムや炭酸カルシウムの析出、固着物よりも軟質であるか、又はプランジャ１３と析出、固着物の運動によって変形等可能な程度の強度を持つものであることが求められる。一方で、スペーサ部１４は、ＰＶＤＦやＥＣＴＦＥからなるポンプヘッド１０のポンプブラケット１１内に圧入される構造となっているため、周囲からの締付力に対して変形等しない程度の強度を持つものであることも要求される。
一般的なプラスチック等の樹脂材料をスペーサ部１４として使用する場合は、プラスチック材料はモース硬度では表されない軟質なものがほとんどであるため、析出、固着物による変形や摩耗が発生する程度の強度を有する点においては問題はない。もう一方の要求であるポンプブラケット１１による周囲からの締付に対しては、硬度や圧縮強さを有する樹脂材料が求められる。
これらの要求を満たす樹脂材料として、上述したＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＳＵ樹脂、ＰＯＭ樹脂、及びＰＡ６樹脂が好適であり、結果的に、Ｒスケールのロックウェル硬度が約１１９〜１３０、圧縮強さが約８９ＭＰａ以上の条件を満たす樹脂材料であれば、あらゆる使用条件下においても析出や固着によるポンプ停止を防止することができるスペーサ部１４を形成することができる。
なお、汎用性の高いＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＥ（ポリエチレン）樹脂及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂は、それぞれＲスケールのロックウェル硬度が約６５〜９６、約４０、約２０で、圧縮強さが約２５〜５５ＭＰａ、約１９〜２５ＭＰａ、約１０〜１５ＭＰａであるため、スペーサ部１４に用いる材料としては、やや硬度や圧縮強さの点で上述のものよりも劣る。その他、スペーサ部１４は、撥水性を有する材料により構成されてもよい。例えば、撥水性を上げるために、上述した樹脂材料に添加物を加えたり、表面性状を工夫したり、スペーサ内周面１４ａをフッ素樹脂系の材料で表面加工（コーティング）したりすることが挙げられる。このようにすれば、スペーサ部１４の基端側への流体の流れる量を減少させることができるため、析出や固着による影響を更に少なくすることが可能である。
また、本実施形態では、プランジャポンプ１を、図３に示すように、例えばスペーサ部１４のプランジャ１３との軸方向における摺動部分の基端からスペーサ部１４の先端までの軸方向の長さをＬ１とした場合、この長さＬ１がプランジャ１３の往復運動の最大ストローク長であるＬｓｔの長さよりも長くなるように構成している。その上で、スペーサ部１４の摺動部分の基端からスペーサ部１４の先端まで長さＬ１は、例えばシリンダ部１２の軸方向における長さをＬｓとした場合、このシリンダ部１２の長さＬｓよりも更に長くなるように構成されている。すなわち、図示のように、シリンダ１２Ａの軸方向の全長において、スペーサ部１４は例えばその半分以上の長さを占めるように構成されている。
このように構成すれば、プランジャ１３の基端側において外気（空気）と触れる箇所で発生した析出物や固着物が、プランジャ１３のストロークによってスペーサ部１４を通ってシリンダ部１２まで運ばれ難くすることができる。従って、上述した構成と併せて更に析出や固着によるポンプ停止を防止することが可能となる。
なお、スペーサ部１４の摺動部分の基端からスペーサ部１４の先端までの軸方向の長さＬ１は、例えばスペーサ部１４の摺動部分の基端から、プランジャ１３が最も後退したときのプランジャ１３の外周面１３ａとカット面１８との境界段部までの長さをＬｍｉｎとした場合、最大でもこの長さＬｍｉｎよりも短くなるように設定されている。このように設定すれば、カット面１８が常にシリンダ部１２の内部に止まり、プランジャ１３の基端部側への液漏れを防止することができる。また、二次側圧力が高い場合の吐出量への影響も抑えられる。
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０Ａを示す断面図である。なお、図４を含む以降の説明において、第１の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の参照符号を付しているので、以下では重複する説明は省略する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０Ａを示す断面図である。なお、図４を含む以降の説明において、第１の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の参照符号を付しているので、以下では重複する説明は省略する。
図４に示すように、第２の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０Ａは、シリンダ１２Ａを構成するシリンダ部１２及びスペーサ部１４のうち、スペーサ部１４のシリンダ部１２側にスペーサ内周面１４ａよりも大径で開口するような液溜り部２９が形成されている。
この点において、スペーサ部１４のスペーサ内周面１４ａが全面的にプランジャ１３のプランジャ外周面１３ａと摺接していた第１の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０と相違している。なお、この液溜り部２９は、溝形状であってもよく、シリンダ内周面１２ａやプランジャ外周面１３ａに設けられていてもよい。液溜り部２９により、スペーサ部１４の内部をよりウェットな状態に保つことができ、析出や固着を起こり難くすることが可能となる。この第２の実施形態においても、スペーサ部１４の摺動部分の基端からスペーサ部１４の先端までの軸方向の長さＬ２が、プランジャ１３の最大ストローク長Ｌｓｔよりも長くなっている。
［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０Ｂを示す断面図である。図５に示すように、第３の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０Ｂは、ポンプブラケット１１Ａのスペーサ部１４側に洗浄液配管４１ａ，４１ｂが形成されている。また、スペーサ部１４に洗浄液配管４１ａ，４１ｂと連通する固着防止ポート４２ａ，４２ｂ及び洗浄室４３が形成されている。
図５は、本発明の第３の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０Ｂを示す断面図である。図５に示すように、第３の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０Ｂは、ポンプブラケット１１Ａのスペーサ部１４側に洗浄液配管４１ａ，４１ｂが形成されている。また、スペーサ部１４に洗浄液配管４１ａ，４１ｂと連通する固着防止ポート４２ａ，４２ｂ及び洗浄室４３が形成されている。
この洗浄室４３には、洗浄液配管４１ａ，４１ｂ及び固着防止ポート４２ａ，４２ｂを通して外部から洗浄液が供給される。この洗浄液により、シリンダ室１５側からスペーサ内周面１４ａ及びプランジャ外周面１３ａの間に入り込んだ析出性や固着性の流体を洗い流すことができる。また、万が一洗浄室４３において流体を洗いきれなかった場合であっても、上述したようなスペーサ部１４が設けられた構造であるため、析出や固着によるポンプ停止を効果的に防止することができる。これらの点において、スペーサ内周面１４ａ及びプランジャ外周面１３ａが全面的に摺接していた第１の実施形態、及び液溜り部２９が設けられた第２の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０，１０Ａと相違している。なお、この第３の実施形態においても、スペーサ部１４の摺動部分の基端からスペーサ部１４の先端までの軸方向の長さＬ３が、プランジャ１３の最大ストローク長Ｌｓｔよりも長くなっている。
［第４の実施形態］
図６は、本発明の第４の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０Ｃを示す断面図である。図６に示すように、第４の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０Ｂは、ポンプブラケット１１Ａの外観上の構成は第３の実施形態に係るものと同様である。但し、シリンダ部１２の吸込口１６及び吐出口１７よりも基端側に洗浄液配管４１ａ，４１ｂ、固着防止ポート４２ａ，４２ｂ及び洗浄室４３が形成されている点が相違している。スペーサ部１４は、第３の実施形態のものよりもプランジャ１３の軸方向の長さが小さくなっているが、スペーサ部１４の摺動部分の基端からスペーサ部１４の先端までの軸方向の長さＬ４はプランジャ１３の最大ストローク長Ｌｓｔよりも長くなっており、上記と同様の作用効果を奏することができる。
図６は、本発明の第４の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０Ｃを示す断面図である。図６に示すように、第４の実施形態に係るプランジャポンプ１のポンプヘッド１０Ｂは、ポンプブラケット１１Ａの外観上の構成は第３の実施形態に係るものと同様である。但し、シリンダ部１２の吸込口１６及び吐出口１７よりも基端側に洗浄液配管４１ａ，４１ｂ、固着防止ポート４２ａ，４２ｂ及び洗浄室４３が形成されている点が相違している。スペーサ部１４は、第３の実施形態のものよりもプランジャ１３の軸方向の長さが小さくなっているが、スペーサ部１４の摺動部分の基端からスペーサ部１４の先端までの軸方向の長さＬ４はプランジャ１３の最大ストローク長Ｌｓｔよりも長くなっており、上記と同様の作用効果を奏することができる。
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、上記の実施の形態では、スペーサ部１４の基端側をリップシール２１等でシールするように構成したが、このリップシール２１等を省略した構成であっても、ポンプ停止を防止することが可能である。また、上述した構成に加え、プランジャ外周面１３ａとスペーサ内周面１４ａとの間のクリアランス寸法や軸方向の長さ寸法等、各種寸法を移送する流体に応じて析出、固着が起こり難くなるサイズに調整することで、より一層ポンプ停止を防止することが可能となる。
また、上述した実施の形態においては言及していないが、スペーサ部１４のウェット状態をより一層良好にするためには、プランジャ１３のカット面１８がポンプ吸込工程完了時（プランジャ１３を一番引き切った状態）に、スペーサ部１４の位置まで到達するように、シリンダ１２Ａの長さを設計することが有効である。シリンダ１２Ａの寸法によってはプランジャポンプ１の流量精度にはほとんど影響を与えることはないからである。なお、スペーサ部１４の材質は樹脂に限らず、異物の結晶よりも柔らかい様々な材料が使用可能である。また、スペーサ部１４を変形するに至らせるには、モータ２０のトルクが強いことも要求され、モータトルクとスペーサ材質のマッチングが必須である。
その他、上記の実施の形態では、シリンダ１２Ａのシリンダ部１２及びプランジャ１３が、それぞれモース硬度が８〜９のアルミナセラミックス材料からなるものを例示したが、シリンダ部１２及びプランジャ１３の材料は、それぞれ次のような組み合わせであってもよい。すなわち、シリンダ部１２がモース硬度が１３の炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる場合は、プランジャ１３も同様に炭化ケイ素材料からなる。また、シリンダ部１２がアルミナセラミックス材料からなる場合は、プランジャ１３がモース硬度が８〜８．５のジルコニアセラミックス材料からなる。その他、プランジャ１３はステンレス材料（ＳＵＳ３１６）により形成されてもよい。この場合、それぞれの材料の硬度は、樹脂＜ステンレス材料（ＳＵＳ３１６）＜ジルコニアセラミックス材料＜アルミナセラミックス材料＜炭化ケイ素と、記載された順に硬くなるので、本願発明の内容と何ら矛盾は生じない。また、上記の第３及び第４の実施形態において設けられた固着防止ポート４２ａ，４２ｂは、シリンダ１２Ａのシリンダ部１２又はスペーサ部１４のいずれかに設けられていれば、本発明の効果を発揮するのに良好な構成とすることができる。
１ プランジャポンプ
１０，１０Ａ ポンプヘッド
１１ ポンプブラケット
１２ シリンダ部
１２Ａ シリンダ
１２ａ シリンダ内周面
１３ プランジャ
１３ａ プランジャ外周面
１４ スペーサ部
１４ａ スペーサ内周面
１５ シリンダ室
１６ 吸込口
１７ 吐出口
１８ カット面
１９ フランジ
１９Ａ インサートフランジ
２０ モータ
２１ リップシール
２２ バックシート
２３ ナット
２４ フロントフレーム
２５ リアフレーム
２６ 首振り軸
２７ ピン
２９ 液溜り部
３０ ドライブ継手ユニット
１０，１０Ａ ポンプヘッド
１１ ポンプブラケット
１２ シリンダ部
１２Ａ シリンダ
１２ａ シリンダ内周面
１３ プランジャ
１３ａ プランジャ外周面
１４ スペーサ部
１４ａ スペーサ内周面
１５ シリンダ室
１６ 吸込口
１７ 吐出口
１８ カット面
１９ フランジ
１９Ａ インサートフランジ
２０ モータ
２１ リップシール
２２ バックシート
２３ ナット
２４ フロントフレーム
２５ リアフレーム
２６ 首振り軸
２７ ピン
２９ 液溜り部
３０ ドライブ継手ユニット
Claims (11)
- 内部にシリンダ室を有するシリンダと、
外周面が前記シリンダの内周面に摺接するように前記シリンダ室に対して進退自在に配置されると共に、先端部外周にカット面が形成されたプランジャと、
前記シリンダに、前記シリンダ室に繋がるように設けられた吸込口及び吐出口とを備え、
前記プランジャを前記シリンダ室に対して回転運動させながら軸方向に往復運動させることで、前記吸込口及び吐出口を交互に前記シリンダ室に連通させて流体の移送を行うプランジャポンプであって、
前記シリンダは、前記シリンダ室を有するシリンダ部と、前記プランジャの前記シリンダ室に進退する部分よりも基端側の部分と摺動するスペーサ部とを備え、
前記シリンダ部は、第１の硬度の材料からなり、
前記スペーサ部は、前記第１の硬度より柔らかい第２の硬度の樹脂材料からなり、
前記スペーサ部の前記プランジャとの摺動部分の基端から前記スペーサ部の先端までの前記軸方向の長さは、前記プランジャの往復運動の最大ストローク長よりも長い
ことを特徴とするプランジャポンプ。 - 前記スペーサ部の前記摺動部分の基端から前記スペーサ部の先端までの前記軸方向の長さは、前記シリンダ部の前記軸方向における長さよりも長いことを特徴とする請求項１記載のプランジャポンプ。
- 前記スペーサ部の前記摺動部分の基端から前記スペーサ部の先端までの前記軸方向の長さは、最大で前記軸方向における前記スペーサ部の前記摺動部分の基端から前記プランジャが最も後退したときの該プランジャの外周面と前記カット面との境界段部までの長さよりも短いことを特徴とする請求項１又は２記載のプランジャポンプ。
- 前記シリンダの基端部側に設けられ、前記シリンダと前記プランジャとをシールする軸シールを備えた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のプランジャポンプ。 - 前記スペーサ部は、撥水性を有する材料からなる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のプランジャポンプ。 - 前記スペーサ部の内周面、前記シリンダ部の内周面及び前記プランジャの外周面の少なくとも１つに液溜り部を設けた
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のプランジャポンプ。 - 前記プランジャのカット面は、前記プランジャが前記シリンダの先端部に対して軸方向に最も離れたときに、前記スペーサ部の内周面に対向する位置に到達するよう形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載のプランジャポンプ。 - 前記プランジャは、前記第１の硬度の材料からなる
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のプランジャポンプ。 - 前記第１の硬度は、モース硬度で８〜１３であり、前記第２の硬度は、Ｒスケールのロックウェル硬度で１１９〜１３０である
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のプランジャポンプ。 - 前記シリンダ部は、炭化ケイ素又はアルミナセラミックス材料からなり、
前記プランジャは、炭化ケイ素、アルミナセラミックス材料、ジルコニアセラミックス材料、及びステンレス材料のいずれか一つからなり、
前記スペーサ部は、圧縮強さが８９ＭＰａ以上の樹脂材料からなる
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のプランジャポンプ。 - 前記樹脂材料は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＳＵ（ポリスルホン）樹脂、ＰＯＭ（ポリアセタール）樹脂、及びＰＡ６（ポリアミド６、６ナイロン）樹脂のいずれか１つである
ことを特徴とする請求項１０記載のプランジャポンプ。
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