JP2014047664A

JP2014047664A - プランジャポンプ

Info

Publication number: JP2014047664A
Application number: JP2012189829A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Arima; 善則有馬
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-03-17
Also published as: US20140064996A1; CN103671076A

Abstract

【課題】金属に対して腐食性をもつ液であっても高圧で送液を行なうことが可能なプランジャポンプを提供する。
【解決手段】ポンプヘッド８のポンプボディ２側の面にプランジャシール装着部１０が設けられている。プランジャシール装着部１０にプランジャシール１２が挿入されており、さらにプランジャシール１２の背面側にバックアップリング１３が挿入されている。プランジャシール１２の背面側に空洞部１２ａが設けられており、空洞部１２ａ内にリング状の金属バネ１８が背面側から挿入されている。金属バネ１８は金属バネ１８とプランジャ３の間に存在するプランジャシール１２の一部１２ｃをプランジャ３側へ押し付ける方向に弾性力を作用させるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液体クロマトグラフの移動相を送液するために使用される送液ポンプの一種であって、ポンプヘッドに設けられたポンプ室内でプランジャを摺動させることにより送液を行なうプランジャポンプに関するものである。

一般的なプランジャポンプについて図３を用いて説明する。
ポンプボディ３０の先端にプランジャ３３の洗浄用の洗浄チャンバ４４を挟んでポンプヘッド３８が装着されている。ポンプボディ３０内にカム機構（図示は省略）とバネ３６によって一方向に往復動するクロスヘッド３４が収容され、クロスヘッド３４の先端にプランジャ３３にプランジャが装着されている。プランジャ３３の先端部はポンプヘッド３８内に設けられたポンプ室３８ａ内に挿入されており、ポンプ室３８ａの内壁に沿ってポンプ室３８内を摺動する。

ポンプヘッド３８にはポンプ室３８ａに通じる入口流路３８ｂ及び出口流路３８ｃが設けられている。入口流路３８ｂと出繰り流路３８ｃにはポンプ室３８ａ内の圧力に応じて開閉するチェック弁３９ａ及び３９ｂが設けられている。プランジャ３３が吸入側（図において右側）へ移動したときはチェック弁３９ａが開いてポンプ室３８ａ内に入口流路３８ｂから液が吸入され、プランジャ３３が吐出側（図において左側）へ移動したときはチェック弁３９ｂが開いてポンプ室３９ａ内の液が出口流路３８ｃから吐出される。

ポンプヘッド３８のポンプボディ３０側の面にポンプ室３８ａに通じる凹部４０が設けられている。凹部４０にプランジャ３３を貫通させて摺動可能に保持するプランジャシール４２が嵌め込まれており、プランジャシール４２の背面側（ポンプボディ３０側の面側）にバックアップリング４３が挿入されている。プランジャシール４２はポンプ室３８ａからの液がポンプボディ３０側へ漏れ出ることを防止するためのものである。洗浄チャンバ４４にも洗浄液の漏れを防止するための洗浄シール４６が装着されている。

プランジャシール４２はポンプ室３８ａに面する前面にリング状の凹部４２ａが設けられており、送液圧力が高圧のときにポンプ室３８ａから漏れ出た液を貯留することによって凹部４２ａを押し広げ、プランジャシール４２のシール性能を高める構造となっている。さらに、凹部４２ａ内にリング状の金属バネ５０が挿入されており、金属バネ５０の弾性力によってプランジャシール４２のシール性能をさらに高めている。

特開２００１−２５４６８６号公報

上記のように、プランジャシール４２の前面の凹部４２ａにはポンプ室３８ａから漏れ出た液が貯留されるため、送液対象の液が金属に対して強い腐食性をもつ液である場合には、凹部４２ａに挿入されている金属バネ５０が腐食されてしまう。そのため、送液圧力が高圧となる条件では、金属に対して強い腐食性をもつ液の送液を行なうことができなかった。また、このプランジャポンプが液体クロマトグラフの移動相の送液に使用される場合において、移動相が金属に対して強い腐食をもつ液でない場合であっても、金属バネ５０が移動相に触れることで金属イオンが移動相に溶出し、分離カラムの官能基や分析サンプルと化学反応を起こし、分析結果に悪影響を及ぼすことがある。

そこで、本発明は、金属に対して腐食性をもつ液であっても高圧で送液を行なうことが可能なプランジャポンプを提供することを目的とするものである。

本発明の対象とするプランジャポンプは、ポンプボディと、ポンプボディの先端部に装着され内部にポンプ室、ポンプ室に通じる入口流路及び出口流路を備えたポンプヘッドと、基端がポンプボディ内で保持され先端がポンプ室内に挿入され、ポンプ室の内壁に沿ってその軸方向に摺動するプランジャと、前面がポンプ室側、背面がポンプボディ側を向くようにポンプ室とポンプボディとの間に配置され、前面から背面に至る貫通孔を有し、該貫通孔の内壁でプランジャを摺動可能に保持してポンプ室からポンプボディ側への液漏れを防止するリング状のプランジャシールと、を備えたプランジャポンプである。
かかるプランジャポンプにおいて、本発明では、プランジャシールはその内部に貫通孔を取り囲むリング状の空洞部が設けられ、その空洞部内に該空洞部を弾性力によってプランジャの径方向に広げるリング状の弾性部材を有し、空洞部はプランジャシールの背面側に通じ、前面側には通じておらず、プランジャシールの前面側に金属製の弾性部材が設けられていないことを特徴としている。

本発明のプランジャポンプでは、プランジャシールの前面側に金属製の弾性部材が装着されていないので、ポンプ室からの液によって金属製の弾性部材が腐食されたり、ポンプ室からの液が金属製の弾性部材に触れることによって金属イオンが溶出したりすることがない。さらに、プランジャシールはその内部に貫通孔を取り囲むリング状の空洞部が設けられ、その空洞部内に該空洞部を弾性力によってプランジャの径方向に広げるリング状の弾性部材を有し、空洞部はプランジャシールの背面側に通じ、前面側には通じていないので、弾性部材の弾性力によってプランジャシールのシール性能を向上させることができ、耐圧を高めることができる。金属製の弾性部材が設けられている空洞部は前面側には通じていないので、金属製の弾性部材がポンプ室からの液と接触することはなく、金属に腐食性をもつ液であっても高圧で送液することができる。

プランジャポンプの一実施例を示す図であり、（Ａ）はポンプボディ及びポンプヘッドの断面図、（Ｂ）はポンプヘッドの断面図である。プランジャポンプの他の実施例を示すポンプヘッドの断面図である。従来のプランジャポンプの一例を示す図であり、（Ａ）はポンプボディ及びポンプヘッドの断面図、（Ｂ）はポンプヘッドの断面図である。

本発明のプランジャポンプにおいては、プランジャシールの前面側に通じ、送液される液が入ることによりその圧力でプランジャシールをプランジャの径方向に押し付けるリング状の圧力空間を備えていることが好ましい、そうすれば、プランジャシールの前面側においてポンプ室からの液を利用してプランジャシールのシール性能を高めることができ、該プランジャシールの耐圧をさらに高めることができる。

上記圧力空間はプランジャシール内に設けられており、内部圧力の上昇によりプランジャの径方向に広がってプランジャシールをプランジャとポンプヘッドの内壁面に押し付けるものであることが好ましい。そうすれば、ポンプ室からの液を利用してプランジャシールとプランジャとの間のシール性及びプランジャシールとポンプヘッドの内壁面との間のシール性をそれぞれ向上させることができる。

また、上記圧力空間は、プランジャシールの外面とポンプヘッドの内壁面との間に設けられた隙間であってもよい。この場合にも、ポンプ室からの液を利用してプランジャシールとプランジャとの間のシール性を向上させることができる。

図１を用いてプランジャポンプの一実施例を説明する。
プランジャポンプは、ポンプボディ２とポンプボディ２の先端に装着されたポンプヘッド８を備えている。ポンプボディ２とポンプヘッド８の間に洗浄チャンバ１４が挿入されている。ポンプボディ２内にはクロスヘッド４が移動可能に収容されている。クロスヘッド４はバネなどの弾性体６によってポンプヘッド８から遠ざかる方向（図において右方向）へ付勢されており、クロスヘッド４の基端部側に設けられたカム機構（図示は省略）と弾性体６の弾性力により、クロスヘッド４はポンプボディ２内で一方向（図において左右方向）に往復駆動される。

クロスヘッド４の先端にプランジャ３の基端部が装着されている。プランジャ３の先端部は洗浄チャンバ１２を貫通してポンプヘッド８の内部に設けられたポンプ室８ａに挿入されている。プランジャ３はクロスヘッド４が駆動されることによってその軸方向に往復動し、プランジャ３の先端部はポンプ室８ａの壁面に沿って摺動する。ポンプヘッド８はポンプ室８ａに液を吸入するための入口流路８ｂとポンプ室８ａから液を吐出するための出口流路８ｃを備えている。液入口流路８ｂ上及び液出口流路８ｃ上にはそれぞれ逆流を防止するためのチェック弁９ａ，９ｂが設けられている。

ポンプヘッド８のポンプボディ２側の面にプランジャシール装着部１０が設けられている。プランジャシール装着部１０はポンプ室８ａの内径よりも大きい内径をもつポンプ室８ａと同軸の凹部であり、その底面がポンプ室８ａに通じている。プランジャシール装着部１０にプランジャシール１２が挿入されており、さらにプランジャシール１２の背面側にバックアップリング１３が挿入されている。プランジャシール１２はプランジャ３を貫通させる貫通孔をもち、プランジャ３を摺動可能に保持してポンプ室８ａからの液がポンプボディ２側へ漏れ出ることを防止している。バックアップリング１３は洗浄チャンバ１４のポンプヘッド３側の面によって支持され、プランジャシール１２をポンプ室８ａ側へ押し付ける役割を果たしている。

洗浄チャンバ１４は洗浄液を流通させる流路と貫通するプランジャ３の外周面をその洗浄液によって洗浄する空間を内部に備えている。洗浄チャンバ１４の内部空間のプランジャ３挿入部には、洗浄液の漏れを防止するためにプランジャ３の外周面を摺動可能に保持する洗浄シール１６が設けられている。洗浄シール１６の背面はポンプボディ２の壁面により支持されている。

この送液ポンプでは、プランジャ３がポンプ室８ａから遠ざかる方向（図において右方向）へ駆動されることにより、ポンプ室８ａ内が減圧されてチェック弁９ｂが閉じてチェック弁９ａが開き、液入口流路８ｂからポンプ室８ａ内に液が吸入される。逆に、プランジャ３がポンプ室８ａ内へ挿入される方向（図において左方向）へ駆動されることにより、ポンプ室８ａ内が加圧されてチェック弁９ａが閉じてチェック弁９ｂが開き、ポンプ室８ａから液出口流路８ｃへ液が押し出される。この動作を繰り返すことにより送液が行なわれる。

プランジャシール１２は例えばポリエチレン樹脂などの弾性材料からなる。プランジャシール１２の背面側に空洞部１２ａが設けられている。空洞部１２ａは背面側が開口したプランジャ３と同軸のリング状の空洞である。空洞部１２ａ内にリング状の金属バネ（弾性部材）１８が背面側から挿入されている。金属バネ１８は金属バネ１８とプランジャ３の間に存在するプランジャシール１２の一部１２ｃをプランジャ３側へ押し付ける方向に弾性力を作用させるものである。

この構造により、金属バネ１８の弾性力によってプランジャシール１２の内周面とプランジャ３の外周面との間のシール性が向上し、ポンプ室８ａから漏れ出た液がプランジャシール１２の背面側にまで到達することを防止できる。空洞部１２ａの開口は背面側にあるため、ポンプ室８ａから漏れ出た液が空洞部１２内に侵入することがなく、空洞部１２内に挿入されている金属バネ１８がポンプ室８ａから漏れ出た液と触れることがない。したがって、プランジャシール１２のシール性能を高める金属バネ１８が腐食されることがなく、金属バネ１８からの金属イオンが送液対象の液中に溶出することもない。これにより、送液対象の液が金属に対し腐食性をもつ液であっても、ポンプ室８ａからプランジャシール１２の前面部に液が漏れ出すような高圧の条件で送液を行なうことも可能である。

さらに、プランジャシール１２の前面にプランジャ３と同軸の凹部からなる圧力空間１２ｂが設けられている。圧力空間１２ｂはポンプ室８ａからの液が入り込むことによる圧力上昇を利用して広がり、プランジャシール１２の内周面とプランジャ３との間のシール性及びプランジャシール１２とプランジャシール装着部１０の内周面との間のシール性を向上させるものである。これにより、ポンプ室８ａから漏れ出た液がプランジャシール１２の背面側へ達することをさらに防止できる。

なお、圧力空間１２ｂは必ずしもプランジャシール１２に設けられている必要はない。例えば、図２の実施例では、プランジャシール２２の先端部外面とポンプヘッド８に設けられたプランジャシール装着部２０の内壁面との間に圧力空間となる隙間が設けられており、この隙間にポンプ室８ａからの液が入り込むことで隙間内の圧力を上昇させ、プランジャシール２２の先端部をプランジャ３側へ押し付けるようになっている。プランジャシール２２の背面側にはプランジャシール１２と同様に空洞部２２ａを備えており、その空洞部２２ａ内に弾性部材である金属バネ２４が背面側から挿入されている。金属バネ２４の弾性力により金属バネ２４とプランジャ３の間に存在するプランジャシール２２の一部２２ｃがプランジャ３側へ押し付けられ、プランジャシール２２のシール性能が向上する。これにより、ポンプ室８ａから漏れ出た液がプランジャシール２２の背面側へ到達することが防止され、金属バネ２４が送液対象の液と触れることを防止できる。

２ポンプボディ
３プランジャ
４クロスヘッド
６弾性体
８ポンプヘッド
８ａポンプ室
８ｂ液入口流路
８ｃ液出口流路
９ａ，９ｂチェック弁
１０プランジャシール装着部
１２プランジャシール
１２ａ空洞部
１２ｂ圧力空間
１２ｃプランジャシール一部
１３バックアップリング
１４洗浄チャンバ
１６洗浄シール
１８弾性部材

Claims

ポンプボディと、
前記ポンプボディの先端部に装着され内部にポンプ室、前記ポンプ室に通じる入口流路及び出口流路を備えたポンプヘッドと、
基端が前記ポンプボディ内で保持され先端が前記ポンプ室内に挿入され、前記ポンプ室の内壁に沿ってその軸方向に摺動するプランジャと、
前面が前記ポンプ室側、背面が前記ポンプボディ側を向くように前記ポンプ室と前記ポンプボディとの間に配置され、前記前面から前記背面に至る貫通孔を有し、該貫通孔の内壁で前記プランジャを摺動可能に保持して前記ポンプ室から前記ポンプボディ側への液漏れを防止するリング状のプランジャシールと、を備えたプランジャポンプにおいて、
前記プランジャシールはその内部に前記貫通孔を取り囲むリング状の空洞部が設けられ、その空洞部内に該空洞部を弾性力によって前記プランジャの径方向に広げるリング状の弾性部材を有し、
前記空洞部は前記プランジャシールの背面側に通じ、前面側には通じておらず、
前記プランジャシールの前面側に金属製の弾性部材が設けられていないことを特徴とするプランジャポンプ。
前記プランジャシールの前面側に通じ、送液される液が入ることによりその圧力でプランジャシールを前記プランジャの径方向に押し付けるリング状の圧力空間を備えている請求項１に記載のプランジャポンプ。
前記圧力空間は前記プランジャシール内に設けられており、内部圧力の上昇により前記プランジャの径方向に広がって前記プランジャシールを前記プランジャと前記ポンプヘッドの内壁面に押し付けるものである請求項２に記載のプランジャポンプ。
前記圧力空間は前記プランジャシールの外面と前記ポンプヘッドの内壁面との間に設けられた隙間である請求項２に記載のプランジャポンプ。