JP6809616B2 - プランジャポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）や超臨界流体クロマトグラフ（ＳＦＣ）などの分析装置において移動相を送液するために用いられるプランジャポンプに関するものである。

ＨＰＬＣシステムに用いられる送液装置は、移動相を高圧で安定して送液する能力が求められる。そのため、２つのプランジャポンプが直列又は並列に接続されたダブルプランジャ方式の送液装置が一般的に用いられている。

例えば、２つのプランジャポンプが直列に接続された送液装置は、上流側の１次側プランジャポンプと下流側の２次側プランジャポンプが相補的に動作するものであるが、その送液行程として１次側プランジャポンプによる送液行程と、２次側プランジャポンプによる送液行程がある。

１次側プランジャポンプによる送液行程では、１次側プランジャポンプが液を吐出している間に２次側プランジャポンプは吸入動作を行ない、１次側プランジャポンプにより吐出される液の一部を２次側プランジャポンプが吸入する。２次側プランジャポンプによる送液行程では、２次側プランジャポンプが吐出動作を行ない、その間に１次側プランジャポンプが吸入動作を行なう。

１次側プランジャポンプによる送液行程では、１次側プランジャポンプの吐出流量から２次側プランジャポンプの吸入流量を差し引いた流量が送液流量となり、２次側プランジャポンプによる送液行程では、２次側プランジャポンプの吐出流量が送液流量となる。

このような直列型ダブルプランジャ方式の送液装置は、１次側プランジャポンプの入口側と出口側のそれぞれに逆流を防止するバルブが設けられている。１次側プランジャポンプが吐出動作を行なうときは入口側のバルブが閉じて出口側のバルブが開き、１次側プランジャポンプが吸入動作を行なうときは入口側のバルブが開いて出口側のバルブが閉じるようになっている。

１次側プランジャポンプの吸入動作は出口側のバルブが閉じた状態で行なわれるため、１次側プランジャポンプの吸入動作が終了した後の１次側プランジャポンプのポンプ室内の圧力がシステム圧力（ＨＰＬＣやＳＦＣの分析流路内の圧力）よりも低い状態となる。この状態で吐出動作を行なうポンプを２次側プランジャポンプから１次側プランジャポンプに切り替えると、１次側プランジャポンプのポンプ室内がシステム圧力と同じ圧力に上昇するまで１次側プランジャポンプから液が吐出されず、その結果、一時的に送液流量が低下して送液流量の安定性が低下する。

このような問題から、２次側プランジャポンプによる送液行程の間に、１次側プランジャポンプは液の吸入動作に加えて、ポンプ室内がシステム圧力に近い圧力にまで高められるようにプランジャを吐出方向へ駆動する予圧動作を行なうようになっていることが一般的である。これは、２つのプランジャポンプが並列に接続された並列型ダブルプランジャ方式の送液装置においても同様であり、一方のプランジャポンプが吐出動作を行なっている間に、他方のプランジャポンプは吸入動作と予圧動作を行なうようになっている。

予圧動作を行なっているプランジャポンプのポンプ室内の圧力状態をモニタするために同プランジャポンプのポンプ室内の圧力を検出する圧力センサを設けることが提案され、実施もなされている（特許文献１〜４を参照。）。

ＵＳ８３３３５６８Ｂ２ 特開２０００−２６６７３６号公報 実用新案登録第３１１９３８０号公報 特開２００３−９８１６６号公報

ポンプ室内の圧力を検出する圧力センサを設ける方法としては、圧力センサをポンプヘッドの出口に配管を介して接続することが一般的である。しかし、ポンプヘッドの出口に配管を介して圧力センサを接続すると、装置を組み立てる際の配管の取付け作業が煩雑になる。また、ポンプヘッドの下流に配管が追加されるため、ポンプヘッドの下流における内部容量が増加し、システム系内の液の置換に要する時間が長くなる。

これに対し、特許文献１及び特許文献２に開示されたプランジャポンプは、ポンプ室内の圧力を検出するための圧力センサがポンプヘッドと一体的に設けられている。すなわち、特許文献１及び特許文献２では、ポンプヘッドの一部が圧力センサの一部の機能を果たすようになっている。このように圧力センサをポンプヘッドと一体的に構成すると、ポンプヘッドの下流に圧力センサを接続するための配管がないため、ポンプヘッドの下流の内部容量の増加は生じない。しかし、圧力センサがポンプヘッドと一体化されているため、圧力検出装置部分が故障した場合でもポンプヘッドごとの交換が必要となり、部品交換のコストが高くなるという問題がある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、圧力センサをポンプヘッドとは別体としつつポンプヘッドの下流側に余計な配管を追加しないように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は、ポンプヘッド、プランジャ、駆動機構、連通部材、及び圧力検出装置を備えている。

ポンプヘッドは、ポンプ室、前記ポンプ室と連通する入口流路、及び出口流路を内部に有する。ポンプヘッドはさらに、前記出口流路へ通じる開口を底面にもつ窪みがポンプヘッド側窪みとして外面に設けられている。

前記プランジャは、先端部が前記ポンプ室内に摺動可能に挿入されている。

前記駆動機構は、前記プランジャを当該プランジャの軸方向へ往復動させるように構成されている。

前記連通部材は、一端から他端にまで通じる貫通孔を内側に有する。該連通部材は、前記ポンプヘッド側窪みに前記一端側の部分が嵌め込まれて前記貫通孔が前記出口流路と連通し、前記他端側の部分が前記ポンプヘッド側窪みから突出した状態となっている。

前記圧力検出装置は、流体圧力を検出するためのセンサ部、前記センサ部へ液を流入させるための上流側流路、及び前記センサ部を経た液を流出させるための下流側流路を内部に有する。圧力検出装置はさらに、前記上流側流路へ通じる開口を底面にもつ窪みがセンサ側窪みとして外面に設けられ、前記ポンプヘッド側窪みから突出した前記連通部材の前記他端側の部分が前記センサ側窪みに嵌め込まれ、前記上流側流路が前記貫通孔を介して前記出口流路と連通した状態で前記ポンプヘッドに対して着脱可能に取り付けられている。

本発明において、前記圧力検出装置は、前記下流側流路に対して配管を接続するための配管接続部を外面に有することが好ましい。そうすれば、前記ポンプ室から吐出されて前記圧力検出装置内に流入した液を前記配管接続部に接続された配管を通じて送液することができる。これにより、前記ポンプヘッドと前記圧力検出装置との接続箇所が１箇所のみとなり、構造が簡単なものとなる。

また、本発明において、前記圧力検出装置は、前記ポンプヘッドに対してボルトにより固定されていてもよい。そうすれば、前記ポンプヘッドに対する前記圧力センサの着脱が容易である。

本発明に係るプランジャポンプは、流体圧力を検出するためのセンサ部を独自に有する前記圧力検出装置を前記ポンプヘッドとは独立して備え、前記ポンプヘッドと前記圧力検出装置とが、互いの間に前記連通部材を挟み込んだ状態で着脱可能に取り付けられている。そのため、前記圧力検出装置が故障した場合には該圧力検出装置のみを交換することができ、前記ポンプヘッドは交換することなくそのまま使用することができる。さらに、前記ポンプヘッド内の前記ポンプ室と前記圧力検出装置内の前記センサ部は、前記ポンプヘッドの前記ポンプヘッド側窪みと前記圧力検出装置の前記センサ側窪みのそれぞれに前記連通部材が嵌め込まれることによって互いに連通しているので、前記ポンプヘッドと前記圧力検出装置との接続部分が単純な構造となり、前記ポンプヘッドに対する前記圧力検出装置の着脱が容易である。

一実施例のプランジャポンプのポンプヘッド部分を示す斜視図である。 同実施例の構造を示す断面構成図である。 同実施例のポンプヘッドから圧力検出装置を取り外した状態を示す斜視図である。 図３の状態を示す分解断面構成図である。

本発明に係るプランジャポンプの一実施例について、図１から図４を用いて説明する。なお、図１及び図２はポンプヘッド２に圧力検出装置１０が装着されている状態を示しており、図３及び図４はポンプヘッド２から圧力検出装置１０が取り外されている状態を示している。

図２及び図４に示されているように、この実施例のプランジャポンプは、ポンプヘッド２、ポンプボディ３、プランジャ６、駆動機構８、圧力検出装置１０、及び連通部材１２を備えている。

ポンプヘッド２はポンプボディ３の先端部に装着されている。ポンプヘッド２の内部には、円筒形状の空間であるポンプ室４、そのポンプ室４へ通じる入口流路１４及び出口流路１６が設けられている。ポンプヘッド２のポンプ室４はポンプボディ３側が開口しており、その開口を介してプランジャ６の先端がポンプ室４内へ摺動可能に挿入されている。プランジャ６は、ポンプボディ３側に設けられた駆動機構８によってその軸方向（図２において左右方向）へ往復動させられる。ポンプ室４の開口部分はプランジャシール５によって封止されている。

駆動機構８の構成として、例えばモータによって偏心カムを回転させることでプランジャ６を軸方向へ移動させる構成のほか、モータによってボールネジを回転させ、プランジャの基端を保持する部材をボールネジに沿って移動させる構成が挙げられる。

入口流路１４はポンプ室４の先端と基端の間に通じている。入口流路１４には逆止弁１８が設けられている。逆止弁１８は、ポンプ室４内に吸引された液による入口流路１４への逆流を防止するためのものである。出口流路１６はポンプ室４内に吸引された液をポンプ室４から流出させるための流路であり、ポンプ室４の先端に通じている。

圧力検出装置１０はポンプヘッド２に着脱可能に取り付けられている。図１及び図３に示されているように、この実施例では圧力検出装置１０がポンプヘッド２に対してボルト４０及び４２によって固定されている。圧力検出装置１０には、ボルト４０及び４２をそれぞれ貫通させるための貫通孔４１及び４３が設けられている。ポンプヘッド２の圧力検出装置１０が取り付けられる部分には、圧力検出装置１０の貫通孔４１及び４３を貫通してきたボルト４０及び４２をそれぞれ嵌め込んで締結するためのネジ穴４８及び５０が設けられている。なお、図１の４４及び４６はポンプヘッド２をポンプボディ３に取り付けるためのボルトを通過させる貫通孔である。

図２、図３及び図４に示されているように、ポンプヘッド２と圧力検出装置１０との間に連通部材１２が挟み込まれている。連通部材１２は内側に貫通孔２２を有する円筒形状の部材である。連通部材１２の一端部と他端部にそれぞれ、弾力性を有する樹脂製のシール部材２４及び２６が設けられている。シール部材２４、２６は、例えばＯリングである。貫通孔２２の内径は出口流路１６の内径と略同一になるように設計されている。

圧力検出装置１０は、センサ部３２、上流側流路３４、及び下流側流路３６を内部に備えている。センサ部３２は、液が流れる流路を有し、その流路を流れる液の圧力を検出するように構成されている。センサ部３２は、例えば、液が流れる流路の壁面の一部がその内部圧力によって変形する程度に薄く形成され、その壁面の歪み量を歪みセンサによって検出するものである。上流側流路３４はセンサ部３２へ液を流入させるための流路であり、下流側流路３６はセンサ部３２を経た液を圧力検出装置１０から流出させるための流路である。圧力検出装置１０の外面には配管を接続するための配管接続部３８が設けられており、下流側流路３６の端部はその配管接続部３８と連通している。

圧力検出装置１０の１つの外面に円筒形状の突起２８が設けられており、突起２８の内側に窪み３０（センサ側窪み）が設けられている。窪み３０の底面中央部に、上流側流路３４に通じる開口が設けられている。窪み３０の内径は連通部材１２の外径よりも僅かに（例えば、約０．０４ｍｍ）大きくなるように設計されている。

ポンプヘッド２の圧力検出装置１０が装着される外面には、圧力検出装置１０の突起２８を嵌め込むための窪み２１が設けられている。窪み２１の内径は圧力検出装置１０の突起２８の外径と略同一である。窪み２１の中央部には、連通部材１２の一端側部分を嵌め込むための窪み２０（ポンプヘッド側窪み）が設けられている。窪み２０の底面中央部には、出口流路１６へ通じる開口が設けられている。

窪み２０の内径も連通部材１２の外径と略同一である。窪み２０の深さ寸法は、連通部材１２の軸方向の長さ寸法よりも小さく設計されている。これにより、窪み２０に連通部材１２の一端側部分（図２から図４において下側部分）が嵌め込まれると、連通部材１２の他端側部分（図２から図４において上側部分）が窪み２０から突出した状態となる。

窪み２０に連通部材１２の一端側部分が嵌め込まれた状態で、圧力検出装置１０の突起２８がポンプヘッド２の窪み２１に嵌め込まれると、図２に示されているように、圧力検出装置１０の窪み３０に連通部材１２の他端側部分が嵌め込まれた状態となる。この状態になると、連通部材１２の貫通孔２２が出口流路１６と連通し、上流側流路３４が貫通孔２２と連通する。すなわち、連通部材１２の貫通孔２２を介して出口流路１６と上流側流路３４とが連通した状態となる。この状態では、ポンプ室４から吐出された液が、出口流路１６、貫通孔２２、及び上流側流路３４を通ってセンサ部３２に流入し、センサ部３２を経た液が下流側流路３６を経て配管接続部３８に接続された配管を通じて送液されるようになる。

このように、圧力検出装置１０をポンプヘッド２との間に連通部材１２を挟み込んだ状態でポンプヘッド２に対してボルト４０及び４２によって固定するだけで、センサ部３２がポンプ室４と常時連通し、ポンプ室４内の圧力を常時監視することができる状態となる。

ポンプヘッド２、圧力検出装置１０、及び連通部材１２は互いに別体として構成されているので、圧力検出装置１０内のセンサ部３２に不具合が生じた場合、連通部材１２のシール部材２４又は２６が劣化した場合などは、ボルト４０及び４２を取り外して圧力検出装置１０や連通部材１２のみを交換することができる。

２ ポンプヘッド
３ ポンプボディ
４ ポンプ室
５ プランジャシール
６ プランジャ
８ 駆動機構
１０ 圧力検出装置
１２ 連通部材
１４ 入口流路
１６ 出口流路
１８ 逆止弁
２０ 窪み（ポンプヘッド側窪み）
２１ 窪み
２２ 貫通孔
２４，２６ シール部材
２８ 突起部
３０ 窪み（センサ側窪み）
３２ センサ部
３４ 上流側流路
３６ 下流側流路
４０，４２ ボルト

Claims (3)

1. ポンプ室、前記ポンプ室と連通する入口流路、及び出口流路を内部に有するとともに、前記出口流路へ通じる開口を底面にもつ窪みがポンプヘッド側窪みとして外面に設けられているポンプヘッドと、
   先端部が前記ポンプ室内に摺動可能に挿入されたプランジャと、
   前記プランジャを当該プランジャの軸方向へ往復動させるように構成された駆動機構と、
   一端から他端にまで通じる貫通孔を内側に有し、前記ポンプヘッド側窪みに前記一端側の部分が嵌め込まれて前記貫通孔が前記出口流路と連通し、前記他端側の部分が前記ポンプヘッド側窪みから突出した状態となっている連通部材と、
   流体圧力を検出するためのセンサ部、前記センサ部へ液を流入させるための上流側流路、及び前記センサ部を経た液を流出させるための下流側流路を内部に有するとともに、前記上流側流路へ通じる開口を底面にもつ窪みがセンサ側窪みとして外面に設けられ、前記ポンプヘッド側窪みから突出した前記連通部材の前記他端側の部分が前記センサ側窪みに嵌め込まれ、前記上流側流路が前記貫通孔を介して前記出口流路と連通した状態で前記ポンプヘッドに対して着脱可能に取り付けられている圧力検出装置と、を備えたプランジャポンプ。
2. 前記圧力検出装置は、前記下流側流路に対して配管を接続するための配管接続部を外面に有する、請求項１に記載のプランジャポンプ。
3. 前記圧力検出装置は前記ポンプヘッドに対してボルトにより固定されている、請求項１又は２に記載のプランジャポンプ。