JPH09292381A - 送液ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ポンプ室内の死空間に残留又は発生する気泡を
容易に除去できるような送液ポンプを提供する。 【解決手段】プランジャシール取付口４６をポンプヘッ
ド４０の底面に設け、ここを一端として上下方向に伸び
るポンプ室４１をポンプヘッド４０内に形成し、プラン
ジャ１３がポンプ室４１内で上下方向に動くようにす
る。一方、液体流入口４２をポンプ室４１の側面に、ま
た液体流出口４４をポンプ室４１の上端面にそれぞれ設
け、ポンプ室４１内の液流が下から上へ向かうようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体クロマトグラ
フ等の分析機器に使用される送液ポンプ、特にプランジ
ャポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば高速液体クロマトグラフを用いた
クロマトグラフ分析を正しく行なうためには、移動相と
なる溶媒を安定且つ一定の流量で正確にカラムに供給す
る必要がある。このような精度の高い送液を行なうため
の手段として、プランジャポンプが従来より広く用いら
れている。

【０００３】図５は従来より用いられているプランジャ
ポンプの構成を示す図である。このプランジャポンプの
プランジャ駆動部１０及びポンプヘッド２０についてそ
れぞれ説明する。

【０００４】まずプランジャ駆動部１０について説明す
る。本体ケース１１の内部に摺動可能に挿入されたクロ
スヘッド１２は、その一端にプランジャ１３を、他端に
はベアリング１４を、それぞれ有している。クロスヘッ
ド１２のプランジャ１３が固定された側の端面と本体ケ
ース１１内部の端面との間にはバネ１５が配設されてい
る。また、クロスヘッド１２のベアリング１４は図示せ
ぬモータにより回転するカム１６の周縁に接している。
モータを駆動してカム１６を回転させると、その回転運
動が、バネ１５の力によりカム１６の周縁に押し付けら
れたベアリング１４を介して、カム１６のカムプロファ
イルにより決定される振幅を有する往復運動に変換され
る。こうしてプランジャ１３の水平方向への往復運動が
作り出される。

【０００５】次にポンプヘッド２０について説明する。
ポンプヘッド２０の内部にはポンプ室２１が形成されて
いる。このポンプ室２１の下側面に設けられた液体流入
口２２には第一逆止弁２３が、またポンプ室２１の上側
面に設けられた液体流出口２４には第二逆止弁２５がそ
れぞれ配設されている。更に、ポンプ室２１は本体ケー
ス１１側の端面にプランジャシール取付口２６を備えて
おり、ここにプランジャシール３０が取り付けられる。
プランジャシール３０は中心軸上に通口を有しており、
この通口を通ってプランジャ１３がポンプ室２１内へ挿
入される。

【０００６】上記プランジャポンプにおいては、プラン
ジャ１３が最も押し出された位置（吸引開始点）と最も
引き込まれた位置（吐出開始点）との間を往復運動する
ことにより、図示せぬ溶媒槽の液体が第一逆止弁２３を
通じて液体流入口２２からポンプ室２１内へ吸引され、
ポンプ室２１内の液体が液体流出口２４から第二逆止弁
２５を通じてポンプヘッド２０外へ吐出される。この吐
出行程においてはポンプ室２１内の圧力が数１０〜１０
０ｋｇ／ｃｍ²程度まで上昇するが、もし上記プランジ
ャシール取付口２６とプランジャシール３０との間や上
記通口とプランジャ１３との間の液密性が不十分である
と、送圧が低下したり脈流が生じたりする。このため、
プランジャシール３０としては、高い液密性を実現する
ための特殊な構造を有するものが用いられる。

【０００７】プランジャシール３０について図６を参照
しながら説明する。図６（ａ）はポンプヘッド２０に取
り付けられたプランジャシール３０の軸方向に切断した
図であり、図６（ｂ）はプランジャシール３０の平面図
である。プランジャシール３０は中心軸上に通口３１を
有する円板状に形成されており、その側面は、ポンプヘ
ッド２０のプランジャシール取付口２６の内壁面と嵌合
するような形状に加工されている。プランジャシール３
０のポンプ室２１側の端面３２には、上記通口３１と中
心を一にする周溝３３が形成されており、その中にはコ
イルバネ３４が挿入されている。ここで、周溝３３の幅
はコイルバネ３４のコイルの自然な幅よりも狭くなって
いるため、周溝３３の中に挿入されたコイルバネ３４は
コイルの幅方向に圧縮された状態になっている（図６
（ｂ）参照）。

【０００８】上記プランジャシール３０はいわゆる内圧
締めの構造を有しており、上記吐出行程においてポンプ
室２１内の液圧が高まると、液圧の上昇は、プランジャ
シール３０の端面３２とプランジャシール取付口２６の
内部の端面２７との間に設けられた僅かな間隙を通じ
て、周溝３３にまで伝わり、周溝３３の中の液圧（内
圧）が上昇する。この内圧の上昇により周溝３３の幅が
押し広げられると、プランジャシール３０の側面がプラ
ンジャシール取付口２６の内壁面に、また通口３１の内
壁面がプランジャ１３の側面に、それぞれ押圧されるた
め、これらの箇所における液密性が高められる。上記プ
ランジャシール３０の場合、このような内圧の作用に加
え、幅方向に圧縮されたコイルバネ３４が自然な幅を回
復しようとするときの応力が上記内圧と同様に作用する
ため、より一層高い液密性が実現される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】プランジャポンプのポ
ンプ室（ポンプ室に連通する流路等も含む）にはいわゆ
る死空間が存在するため、吐出行程においてプランジャ
により外部へ排出される液体の体積は、プランジャポン
プのポンプ室の容積よりも小さくなる。このような死空
間に、次のような理由により空気等の気泡が滞留するこ
とがある。 （１） ポンプの設置段階において、まずポンプ室内の
空気を排出するために液体をポンプ室内へ供給する際、
死空間に存在していた空気の一部が液流によっても排出
されずに残留することがある。 （２） 一般にテフロン系の樹脂からなるプランジャシ
ールは消耗品であるため一定期間毎にその交換が必要で
ある。この際、プランジャシールを新しいものに交換し
た後で上記（１）と同様の作業が行なわれるため、上記
と同様の理由により空気が残留することがある。 （３） 低圧グラディエント送液のように溶媒の組成を
時間的に変化させる場合、一般に組成の変化に伴って溶
媒への空気の溶解度も変化する。このとき、もし空気の
溶解度が低下して溶存した空気が飽和に達すると、飽和
量を超過した溶存空気が溶媒中に気泡を形成する。

【００１０】以上のような理由により死空間、特にプラ
ンジャシールの周溝や、プランジャシールの端面とプラ
ンジャシール取付口の内部の端面との間の間隙に空気等
の気泡が滞留すると、その気泡は壁面等に付着し、プラ
ンジャのパージ動作程度では排出されなくなる。このよ
うになると、液体の流量が低下あるいは変化したり、ひ
いては送液の脈動が大きくなるという現象が生じ易くな
るため、分析の信頼性が低下するだけでなく、気泡を除
去する作業が必要となるため円滑な分析が阻害される。

【００１１】本発明は以上のような課題を解決するため
になされたものであり、その目的するところは、ポンプ
室内の死空間に気泡が残留しにくく、また、例えポンプ
室内に気泡が残留したり、新たな気泡がポンプ室内で発
生したりしても、該気泡を容易に除去できるような送液
ポンプを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するためになされた本発明による送液ポンプは、 a)底面にプランジャシール取付口を有するポンプヘッド
と、 b)上記プランジャシール取付口を一端とし、上記ポンプ
ヘッドの内部で上下方向に長く形成されたポンプ室と、 c)上記ポンプ室の側面に設けられた液体流入口と、 d)上記ポンプ室の上端面に設けられた液体流出口と、 e)上記プランジャシール取付口を通じて上記ポンプ室内
に挿入され、上下方向に運動するプランジャと、を備え
ることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明による送液ポンプのポンプ
ヘッドには、該ポンプヘッドの底面に設けられたプラン
ジャシール取付口を一端として、該ポンプヘッドの内部
において上下方向に長い形状を有するポンプ室が形成さ
れており、このポンプ室の中にプランジャが挿入され
る。上記ポンプ室の形状が上下方向に長いため、このプ
ランジャも、水平方向ではなく上下方向に運動するよう
に配設される。一方、上記ポンプ室の側面には液体流入
口が、また、上記ポンプ室の上端面には液体流出口が、
それぞれ設けられている。

【００１４】上記構成の送液ポンプを起動すると、プラ
ンジャは上下方向に往復運動を行ない、これにより液体
の吸引及び吐出が行なわれる。吸引行程において液体流
入口からポンプ室内へ吸引された液体は、吐出行程では
液体流入口から液体流出口へ向かう液流、すなわちポン
プ室内を下から上へ向かう液流を形成する。このような
液流の粘性作用や、気泡と液体との比重の差に起因する
浮力の作用により、溶媒中の気泡は該ポンプ室内を上昇
し、ポンプ室の上端面に設けられた液体流出口から外へ
排出される。特に、従来より最も気泡が滞留又は付着し
やすかったプランジャシールの周溝やプランジャシール
付近の狭隘な空間がポンプ室内の最も低いところに位置
しているため、これらの箇所へ他の箇所から気泡が混入
するという事態が生じにくく、また例えこれらの箇所に
気泡が滞留又は付着しても、上記各作用により気泡はプ
ランジャのパージ動作程度で容易に遊離されてポンプ室
内を上昇し、液体流出口からポンプヘッドの外へ排出さ
れる。

【００１５】

【発明の効果】以上のような本発明の送液ポンプによれ
ば、プランジャシールの周溝や、プランジャシールの端
面とプランジャシール取付口の内部の端面との間の間隙
といった死空間に空気等の気泡が混入しても、該気泡は
プランジャのパージ動作程度で容易に除去されるように
なる。従って、気泡の付着によって液体の流量が低下し
たり、送液の脈動が大きくなるという現象が生じにくく
なり、分析の信頼性を高めることができるとともに、分
析の円滑化が促進される。

【００１６】

【実施例】本発明によるプランジャポンプの一実施例に
ついて、図１を参照しながら説明する。図１のプランジ
ャポンプのプランジャ駆動部１０の基本的構成は図５の
プランジャポンプのプランジャ駆動部と同様であるが、
本実施例においては、プランジャ１３が水平方向ではな
く上下方向に往復運動を行なうようにプランジャ駆動部
１０が設置されている。

【００１７】次にポンプヘッド４０について説明する。
ポンプヘッド４０の底面にはプランジャシール取付口４
６が設けられており、ここにプランジャシール３０が取
り付けられている。また、ポンプヘッド４０の内部に
は、プランジャシール取付口４６を一端として上下方向
に長く伸びるポンプ室４１が形成されている。このポン
プ室４１の中には、プランジャシール３０が有する通口
を通じて、プランジャ１３が挿入されている。また、ポ
ンプ室４１の内側面下部に設けられた液体流入口４２に
は第一逆止弁としての強制開閉弁５０が配設されてい
る。一方、ポンプ室４１の上端面に設けられた液体流出
口４４には従来より用いられている逆止弁が第二逆止弁
４５として配設されている。

【００１８】強制開閉弁５０の構成及び動作について図
２を参照しながら説明する。強制開閉弁５０内の流路５
１には弁体としてのボール５２、及びボール押圧体５３
が配されている。ボール押圧体５３の内部には磁石５４
が埋め込まれている。電磁コイル５５はボール押圧体５
３を取りまくように流路５１の周囲に配設されている。
電磁コイル５５に通電すると、コイルの内部に発生する
磁場から磁石５４に磁力が作用してボール押圧体５３が
図面上の左方向へ移動し、ボール５２は流路の上流側の
端面に形成された弁座５６に押圧される。ポンプの動作
中、吐出行程においては上記方法によりボール５２を弁
座５６に押圧するようにする。すると、吐出時のポンプ
室４１内の液圧によりボール５２は弁座５６により強固
に押圧され、流路５１が閉じられる。一方、吸引行程に
おいては電磁コイル５５への電気の供給を停止し、吸引
時の液体の背圧によりボール５２が弁座５６から離れて
液体が流路５１へ流れ込むようにする。

【００１９】上記のように強制開閉弁５０の開閉制御を
行なうには、例えばカムとともに回転するフォトインタ
ラプタと透過型光センサを用いる方法等の通常の方法に
よりプランジャが吐出開始点に来る時点を検出し、この
時点に同期させて電磁コイル５５への通電を開始する一
方、同様にプランジャが吸引開始点に来る時点を検出
し、これに同期させて通電を停止するようにする。

【００２０】上記実施例は、液体流入口側の逆止弁（第
一逆止弁）として強制開閉弁を用いたが、第一逆止弁と
して通常の逆止弁を用いて本発明を実施することも可能
である。このような実施例を図３及び図４に示す。図３
の実施例では、ポンプヘッド４０に埋め込むように配設
された第一逆止弁４３が流路６０により液体流入口４２
に接続されている。一方、図４の実施例では、ポンプヘ
ッド４０の外部に固定具６１により固定された第一逆止
弁４３が流路６２により液体流入口４２に接続されてい
る。これらの実施例に係るプランジャポンプにおいて
は、ポンプの死空間をできるだけ小さくするために、流
路６０又は６２の容積をできるだけ小さくすることが望
ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるプランジャポンプの一実施例の
構成図。

【図２】 図１のプランジャポンプに用いられた強制開
閉弁の構成図。

【図３】 本発明によるプランジャポンプの別の実施例
の構成図。

【図４】 本発明によるプランジャポンプの更に別の実
施例の構成図。

【図５】 従来のプランジャポンプの構成図。

【図６】 （ａ）プランジャシールを軸方向へ切断した
図、及び（ｂ）プランジャシールの平面図。

【符号の説明】

１３…プランジャ ２０、４０…ポンプヘッド ２１、４１…ポンプ室 ２２、４２…液体流入口 ２３、４３…第一逆止弁 ２４、４４…液体流出口 ２５、４５…第二逆止弁 ２６、４６…プランジャシール取付口 ３０…プランジャシール ５０…強制開閉弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 a)底面にプランジャシール取付口を有す
   るポンプヘッドと、 b)上記プランジャシール取付口を一端とし、上記ポンプ
   ヘッドの内部で上下方向に長く形成されたポンプ室と、 c)上記ポンプ室の側面に設けられた液体流入口と、 d)上記ポンプ室の上端面に設けられた液体流出口と、 e)上記プランジャシール取付口を通じて上記ポンプ室内
   に挿入され、上下方向に運動するプランジャと、を備え
   ることを特徴とする送液ポンプ。