特許 5673386 送液ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5673386

(24)【登録日】2015年1月9日

(45)【発行日】2015年2月18日

(54)【発明の名称】送液ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 53/16 20060101AFI20150129BHJP

【ＦＩ】

   F04B21/08 Z

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2011-139019(P2011-139019)

(22)【出願日】2011年6月23日

(65)【公開番号】特開2012-31850(P2012-31850A)

(43)【公開日】2012年2月16日

【審査請求日】2013年8月26日

(31)【優先権主張番号】特願2010-147029(P2010-147029)

(32)【優先日】2010年6月29日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100085464

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 繁雄

(72)【発明者】

【氏名】麻生 喜昭

【審査官】 尾崎 和寛

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５２−０６２５０５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表平１０−５０３５７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ５３／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンプ室と、
前記ポンプ室内に先端から挿入され一定方向に往復動を行なってポンプ室内の容積を増減するプランジャと、
前記ポンプ室の前記プランジャ挿入部分において前記プランジャの外周面と摺動して前記ポンプ室を封止するシール部材と、を備えた送液ポンプにおいて、
前記ポンプ室は内側が円筒形の金属製であり、
前記ポンプ室の内周面の少なくとも一部を覆う円筒形スリーブを備えて前記プランジャとの間の隙間を少なくする樹脂製の容積低減部材を備えていることを特徴とする送液ポンプ。

【請求項2】

前記容積低減部材は、さらに、前記ポンプ室の最奥面に配置され、上死点に達した前記プランジャの先端面との間の隙間を少なくするスペーサを備えている請求項１に記載の送液ポンプ。

【請求項3】

前記容積低減部材の材質は全芳香族ポリイミド樹脂又はポリエーテルエーテルケトン樹脂である請求項１又は２に記載の送液ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プランジャをポンプ室内で往復動させることにより液の吸引と吐出を行なう送液ポンプに関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的なプランジャ方式の送液ポンプは、円筒形のポンプ室内をプランジャが往復動してポンプ室内の空間容積を変化させることで、ポンプ室内への液の吸引と吸引した液の吐出を行なうものである。一般的に、プランジャの材質としてサファイアが使用され、ポンプ室の材質としてステンレスが使用されている。

【0003】

このような送液ポンプでは、プランジャが上死点に達している状態（液の吐出が終了し吸引を開始する状態）において、ポンプ室の内壁とプランジャの外形との間の空間を極力小さくするように設計している。ポンプ室の内壁とプランジャの外形との間に大きな空間が存在すると、プランジャが上死点に達しているときに圧縮を受けている液の量（圧縮容量）が大きくなり、送液の脈動の原因となる。また、ポンプ室内の圧縮容量が大きいと、その分だけ液の吸引時にポンプ室内が大気圧に戻るまでの時間が長くなり、シール部材に高圧力がかかった状態が長くなってシール部材の耐久性を低下させる。

【0004】

特に、最近では、ポンプ室内の圧力を利用してポンプ室のプランジャ挿入部分のシール性を向上させるようにした形状のシール部材が用いられることがあり（特許文献１参照。）、このようなシール部材に長時間にわたって高圧力がかかると、シール部材の寿命が著しく低下してしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−１８００８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、ポンプ室の内壁とプランジャの外形との間の隙間を小さくしすぎると、プランジャの外形とポンプ室の内壁とが接触する虞がある。サファイアなどで構成されるプランジャとステンレスなどの金属で構成されるポンプ室の内壁が接触すると、摩擦熱の発生によるシール部材の寿命の低下や、プランジャ先端がポンプ室の最奥部に接触することによるプランジャ先端の破損を招くという問題がある。そのため、ポンプ室の内壁とプランジャの外形との間に接触が起こらない程度の隙間を設ける必要があり、ポンプ室の内壁とプランジャの外形との間の空間を小さくするには限界があった。

【0007】

そこで、本発明は、ポンプ室の金属製内壁とプランジャ外形とを接触させることなくポンプ室内の液の圧縮容量を低減することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明にかかる送液ポンプは、ポンプ室と、ポンプ室内に先端から挿入され一定方向に往復動を行なってポンプ室内の容積を増減させるプランジャと、ポンプ室のプランジャ挿入部分においてプランジャの外周面と摺動してポンプ室を封止するシール部材と、を備えた送液ポンプであって、ポンプ室は内側が円筒形の金属製であり、ポンプ室の内壁の少なくとも一部を覆ってプランジャとの間の隙間を少なくする樹脂製の容積低減部材を備えていることを特徴とするものである。

【0009】

容積低減部材の材質としては、全芳香族ポリイミド樹脂又はポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫ）樹脂を挙げることができる。これらの樹脂は耐摩耗性に優れている。

【0010】

容積低減部材の一例としてポンプ室の内周面の少なくとも一部を覆う円筒形スリーブが挙げられる。その場合、そのスリーブの内径とプランジャの外周面と間の隙間がなるべく少なくなるように、例えば１０〜１００μｍ程度の隙間となるように、スリーブの内径とプランジャの外周面寸法を設計しておく。このような微小な隙間であれば、プランジャの往復運動の際にプランジャがスリーブに接触することが予想される。しかし、樹脂材料は金属材料よりも摺動性に優れているため、プランジャの外周面と接触しても発生する摩擦熱が少なく、ポンプ室内壁とプランジャの外周面とが接触した状態で送液を行なっても摩擦熱によるシール部材の劣化が起こりにくい。

【0011】

また、容積低減部材の他の例として、ポンプ室の最奥面を覆って上死点に達したプランジャの先端面との間の隙間を埋めるスペーサが挙げられる。

【0012】

いずれの場合もポンプ室内の圧縮容量を低減することができ、シール部材への負荷を緩和することができる。また、スリーブとスペーサの両方を備えていれば、より圧縮容量の低減を図ることができる。

【0013】

なお、プランジャの動作において、ポンプ室内に液を最大限に吸引した状態（プランジャがポンプ室から最も引き抜かれた状態）を「下死点」、ポンプ室内の液を最大限に吐出した状態（プランジャがポンプ室内に最も挿入された状態）を「上死点」という。

【発明の効果】

【0014】

本発明の送液ポンプでは、ポンプ室の内壁の少なくとも一部を覆ってプランジャとの間の隙間を埋める樹脂製の容積低減部材が設けられているので、ポンプ室内の圧縮容量を低減することができ、ポンプ室内が高圧状態となる時間を短くして、シール部材にかかる負荷を小さくし、シール部材の寿命の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】送液ポンプの第１実施例を示す図であり、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）は（Ａ）のポンプ室及びその周辺を拡大した図である。

【図2】送液ポンプの第２実施例を示す図であり、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）は（Ａ）のポンプ室及びその周辺を拡大した図である。

【図3】送液ポンプの第３実施例を示す図であり、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）は（Ａ）のポンプ室及びその周辺を拡大した図である。

【図4】第１、第２又は第３の実施例の送液ポンプを備えた液体クロマトグラフの一実施例を示す流路図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

送液ポンプの第１実施例について図１を用いて説明する。この実施例の送液ポンプはシリンジ２とポンプヘッド８とからなる。シリンジ２はクロスヘッド４を内部に格納している。クロスヘッド４はプランジャ３の基端側の端面を保持し、バネ６の弾性力によってカム（図示略）の周面に押しつけられている。カムが駆動用モータ（図示略）によって回転させられることにより、クロスヘッド４とプランジャ３はカムの周面に追従して往復運動を行なう。

【0017】

ポンプヘッド８はシリンジ２に取り付けられている。ポンプヘッド８は、クロスヘッド４に保持されたプランジャ３の先端部分の往復運動によって液体の吸入及び吐出を行なうように、ポンプ室８ａ、液体吸入流路８ｂ及び液体吐出流路８ｃを備えている。液体吸入流路８ｂ及び液体吐出流路８ｃにはそれぞれポンプ室８ａ内の圧力変化を利用してこれらの流路８ｂ，８ｃの開閉を行ない、逆流を防止するチェック弁１０ａ，１０ｂが設けられている。

【0018】

プランジャ３の先端部はポンプ室８ａに挿入され、クロスヘッド４の往復運動に伴なって、ポンプ室８ａ内の空間を広げながら液体吸入流路８ｂからポンプ室８ａ内に液体を吸入する方向（図では右方向）と、ポンプ室８ａ内の空間を狭めながらポンプ室８ａ内の液体を液体吐出流路８ｃへと押し出す吐出方向（図では左方向）に対して往復運動を行なう。

【0019】

ポンプ室８ａは円筒形状であり、その内側周面に容積低減部材としてのスリーブ９が固着されている。スリーブ９の材質は、例えば全芳香族ポリイミド樹脂であるベスペル（登録商標）やＰＥＥＫ樹脂である。ポンプ室８ａの内径は例えば２．２ｍｍ、プランジャ３の外径は例えば２ｍｍである。この場合、スリーブ９の肉厚は０．１ｍｍよりわずかに小さく、スリーブ９の内側とプランジャ３との間に１０〜数十μｍの隙間をもって嵌合するように設計されている。スリーブ９の側壁部分に貫通穴が設けられており、その貫通穴を液体吸入流路８ｂからの液が通過できるように、その貫通穴と液体吸入流路８ｂが位置合わせされている。

【0020】

スリーブ９をポンプ室８ａ内に設ける方法として、流路８ｂ，８ｃを形成する前のポンプ室８ａ内にスリーブ９を圧入し、その後流路８ｂ，８ｃを形成するようにする。流路８ｂを形成する加工の際にスリーブ９にも流路８ｂの位置に穴が開けられる。

【0021】

スリーブ９が設けられていることにより、ポンプ室８ａ内においてポンプ室８ａの内壁とプランジャ３の外形との間の隙間によって生じる空間が小さくなる。これにより、プランジャ３が上死点に達したときに圧縮を受ける液の量（圧縮容量）が小さくなり、プランジャ３が吸引動作を開始したときにポンプ室８ａ内が大気圧に戻るまでの時間が短くなってポンプ室８ａ内が高圧状態となっている時間が短くなる。したがって、プランジャシール１２にかかる負荷が小さくなり、プランジャシール１２の寿命の低下を防止することができる。

【0022】

図２は第２の実施例を表わす。この実施例では、圧縮容量を低減するために、ポンプ室８ａの最奥面に容積低減部材としてのスペーサ９ａが設けられている。スペーサ９ａの材質としてはＰＥＥＫ樹脂が挙げられる。スペーサ９ａは上死点に達したプランジャ３の先端面とポンプ室８ａの最奥面との間の隙間を埋める厚みをもっている。そのため、上死点に達したプランジャ３の先端がスペーサ９ａに接触することもあり得るが、スペーサ９ａは弾性変形可能な樹脂であるため、プランジャ３の先端を損傷させることなく圧縮容量の低減を図ることができる。スペーサ９ａは円盤形状の部材であるが、液体吐出流路８ｃを塞がないように一部に切欠きが設けられており、その切欠き部分が液体吐出流路８ｃの位置に位置決めされている。

【0023】

スリーブ９ａをポンプ室８ａ内に設ける方法としても、流路８ｂ，８ｃを形成する前のポンプ室８ａの内奥にスリーブ９を圧入し、その後流路８ｂ，８ｃを形成するようにする。

【0024】

図３は第３の実施例を表わす。この実施例では、圧縮容量を低減するために、容積低減部材として、ポンプ室８ａの内側周面のスリーブ９と、ポンプ室８ａの最奥面のスペーサ９ａとの両方が設けられている。

【0025】

スリーブ９とスペーサ９ａの両方をポンプ室８ａ内に設ける方法としては、スリーブ９とスペーサ９ａを一体化した形状の円筒状の部材を全芳香族ポリイミド樹脂であるベスペル（登録商標）又はＰＥＥＫ樹脂で製作し、その円筒状部材を円筒の底がポンプ室８ａの内奥になるように圧入し、その後流路８ｂ，８ｃを形成するようにする。

【0026】

ポンプヘッド８には、ポンプ室８ａを封止しかつプランジャ３を摺動可能に保持するプランジャシール（シール部材）１２が取り付けられている。シリンジ２とポンプヘッド８との間にはフランジ１４が取り付けられている。フランジ１４は、プランジャシール１２に関してポンプ室８ａとは反対側において、プランジャシール１２に接してプランジャシール１２を支持している。フランジ１４には、プランジャシール１２との接触部分に、プランジャ３を摺動可能に保持するための穴が設けられている。

【0027】

プランジャシール１２はポンプ室８ａ内の圧力によってプランジャ３の外周面との密着性及びポンプヘッド８の内壁との密着性が向上するようにポンプ室８ａに通じる開口をもつ空洞部分１２ａが設けられている。

【0028】

フランジ１４は洗浄液を導入してフランジ１４を通るプランジャ３及びフランジ１４内部を洗浄できる構造となっている。フランジ１４には、フランジ１４の内部に導入された洗浄液の漏れを防止するための洗浄シール１６がシリンジ２側から取り付けられている。洗浄シール１６はシリンジ２によって支持されている。

【0029】

なお、この実施例に示した送液ポンプでは、ポンプヘッド８内にチェック弁１０ａ，１０ｂが設けられているが、いずれかのチェック弁がポンプヘッド８の外部に設けられていてもよいし、両方のチェック弁がポンプヘッド８の外部に設けられていてもよい。

【0030】

また、この実施例ではプランジャシール１２を支持する支持部材として、洗浄液によってプランジャ３等の洗浄が可能なフランジ１４が取り付けられているが、本発明はこれに限定されるものではなく、フランジは洗浄液を導入及び排出する流路を備えていないものであってもよいし、シリンジ２と一体化したものであってもよい。

【0031】

この実施例において、プランジャシール１２に空洞部分１２ａが設けられているが、ポンプ室８ａを封止するシールとしてはこのような空洞部分１２ａが設けられていないものであってもよい。

【0032】

次に、本発明の送液ポンプを液体クロマトグラフに使用した例について図４を用いて説明する。

【0033】

分析流路２０で移動相２２を流通させるための送液ポンプ２４として図１から図３で説明した実施例の送液ポンプのいずれかが用いられている。分析流路２０上には、インジェクションポート２６、分析カラム２８及び検出器３０が上流側から順に配置されている。送液ポンプ２４によって送液される移動相２２により、インジェクションポート２６から注入された試料が分析カラム２８に導入され、成分ごとに分離されてそれぞれ検出器３０で検出される。

【0034】

送液ポンプ２４として本発明の送液ポンプが用いられているので、送液ポンプ２４による送液の脈動が低減され、分析流路２０における移動相２２の送液が安定し、分析精度が向上する。

【符号の説明】

【0035】

２ シリンジ
３ プランジャ
４ クロスヘッド
６ バネ
８ ポンプヘッド
８ａ ポンプ室
８ｂ 液体吸入流路
８ｃ 液体吐出流路
９，９ａ 容積低減部材
１０ａ，１０ｂ チェック弁
１２ プランジャシール
１２ａ 空洞部分
１４ フランジ
１６ 洗浄シール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】