| 【発明の名称】 |
プランジャーポンプ |
| 【発明者】 |
【氏名】周 小靖
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| 【要約】 |
【課題】プランジャーポンプにおいて、プランジャーシールのシール性と摩擦力をモニターして送液精度を高める。
【解決手段】ポンプのチャンバー７にプランジャー８を出入れ自在に構成するポンプヘッド１をポンプ本体に取付ける。取付トルクの調整によりプランジャー８とプランジャーシール９間の摩擦力を調整する。プランジャー８に荷重センサー１４からの信号ラインを、プランジャー駆動部を制御する制御部２６に連結してモニターできる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】プランジャー作動と関連して、その作動の荷重を受けるセンサーを設け、該センサーからの信号によりプランジャー作動を制御することを特徴とするプランジャーポンプ。
【請求項２】プランジャー作動と関連して、その作動の荷重を受けるセンサーを設けると共に、チャンバーに流体連通させて圧力センサーを設け、両センサーからの信号によりプランジャー作動を制御することを特徴とするプランジャーポンプ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は送液ポンプに関し、より詳細には液体クロマトグラフィー化学分析用のプランジャーポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特表平１１−５０６１８５号には、液体クロマトグラフィー化学分析用のソレノイド電磁直接駆動ポンプ装置が開示されている。該発明では、駆動電流値から駆動力を算出し、駆動力からシールの摩擦力を引いてポンプチャンバー内の送出流体の圧力を測定する。然し、圧損があった場合に、シールの摩擦力がプランジャー移動している間に圧力の上昇につれて変化する。駆動電流値から流体の圧力を正しく算出することが事実上不可能である。
【０００３】特開平７−７２１３０号は、二つ以上のポンプユニットを設け、各ポンプユニット内に流体連通させた圧力センサーを設け、動作器を備えた切換弁でオフライン状態を維持しながらポンプユニットのシリンダ内の内容物（流体）の圧縮を、オンラインの状態での送液を乱すことなく実施する。圧縮完了した後に、システムへの流体を送給し、安定な連続送液が行えるように構成している。然し、前述のように、ポンプチャンバーに流体連通させた圧力センサーを使用した場合に、ポンプチャンバーのデッドボリュームが増大し、接液部のノンメタル化が難しいと云った問題点がある。然も、「圧力上昇遅れ段階」が機差やプランジャーシールの摩耗状況等により、どの圧力範囲で表れるか全く予想できないので、ポンプチャンバーに流体連通させた圧力センサーの使用により安定な連続送液を実現させるのが実用上では困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにプランシジャーポンプには、プランジャーとプランジャーシールの間に直接接触した摩擦面あるいは摺動面が存在しているので、プランジャーシールの摩耗がポンプの信頼性、安定性にとって潜在的な問題である。又、プランジャーシールは保守に最も手間がかかる部品でもある。高圧での送液を行った場合に、プランジャーとプランジャーシールの間に存在している摩擦力がポンプの耐久性と云った性能に重大な影響を及ぼす。このような摩擦力がある範囲では高いほどプランジャーシールのシール性、耐久性が良く、シールからの液漏れ量も少なくなるので、送液の正確さが良くなる。然し、摩擦力が高すぎると、プランジャーとプランジャーシールの摩耗が激しく、耐久性が著しく低下してしまう。逆に摩擦力が低い場合には、耐久性を向上させる効果が有るが、高圧での送液精度、耐圧性が悪くなる。適正な摩擦力はプランジャー往復運動の線速度、プランジャーとプランジャーシールの材質、表面粗さなどに依存している。
【０００５】プランジャーシールを製作するときに、その精度はシールの材質、シールの内径、シールに装着したスプリングの収縮力などの調整により摩擦力が一応管理できるが、一旦シールをポンプチャンバー内に取付けると、シールが強制的に変形され、摩擦力が大きく変わってしまう。特に、シール取付け相手の寸法やねじの締付けトルク等にバラツキがあった場合に、摩擦力が大きく変わってしまうので、ポンプの耐久性、耐圧性及び性能の安定性を図る品質管理が困難である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ポンプの耐久性、耐圧性、安定性を改善するために、プランジャーシール取付けあるいはプランジャーシール交換から使用中まで摩擦力をモニタリングする必要がある。プランジャーシール取付けあるいはプランジャーシール交換の時に、締付けトルク等の調整により適切な摩擦力を得るのが良い。又、使用中には摩耗によるプランジャーとプランジャーシールの間の摩擦力が減っていくため、締付けトルク等の再調整により適正な摩擦力を保つことも必要である。プランジャーとプランジャーシールの間の摩擦力を常時モニタリングするために、プランジャーの作動と関連する摩擦力をモニターする機構を設けることにより、モニタリングの結果により同心度の適正な調整が簡単にでき、ポンプの耐久性、安定性などが一層改善される。更に、モニタリングにおいて、チャンバー内の圧力を検知することはプランジャー前進に対する抵抗する力の極めて重要であり、他の抵抗たるプランジャーとプランジャーシール間の摩擦たるプランジャー作動の荷重を受けるセンサーと共同することにより、全てのプランジャー前進に対する抵抗を検知できるもので、チャンバーに流体連通する圧力センサーが必要である。
【０００７】本発明では、上記の点に鑑み直動システムにおいて、力伝達状況をモニタリングすることにより、プランジャーシールの使用状態、プランジャーとプランジャーシールの組立又は交換時の摩擦力の最適化及び吐出遅れ時間のない安定な連続送液を為さんとするもので、プランジャー作動と関連して、その作動の荷重を受けるセンサーを設け、該センサーからの信号によりプランジャー作動を制御することを特徴とする。
【０００８】又、本発明はプランジャー作動と関連してその作動の荷重センサーと共にチャンバー内の圧力を同時にモニターし、ポンプ作動を明確にはアクセントするもので、プランジャー作動と関連して、その作動の荷重を受けるセンサーを設けると共に、チャンバーに流体連通させて圧力センサーを設け、両センサーからの信号によりプランジャー作動を制御することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図に示す実施例により本発明を詳細に説明する。１はポンプヘッドで、その中央に穿設したチャンバー７にはプランジャー８が出入り自在に挿通してある。該チャンバー７に連通して通孔７１を穿設し、該通孔７１にはインレットチェックバルブ４とアウトレットバルブ５を夫々設け、一端にインレット導管３を介して溶媒槽２を連通し、他方にはアウトレット導管６を介して他のポンプ、供給先等に連通してある。
【００１０】ポンプヘッド１の後端にはチャンバー７に連通して空処３４を設け、その壁面３４１をテーパー状に形成してある。３０はシール装着部で、側面３０１をテーパー状に形成して前記空処３４に装着自在としてある。この際、側面３０１を空処３４に当たるように先端径を大にしたりテーパー度を形成させることは推奨される。９はプランジャーシールで、プランジャー８に挿通する筒体９１と、その外側に植立した押片９２と、その間に挿入したプランジャーシールスプリング又はＯリング３３により構成される。該プランジャーシール９は、シール装着部３０に側面たる押片９２を接し、その後部はプランジャー８に挿通したバックアップリング１０に接している。該バックアップリング１０はプランジャーシール９の材料より硬く、ステンレススチールより軟らかいポリマー製のものが推奨される。該バックアップリング１０によりプランジャーシール９を押さえる力を与え、プランジャーシール９の耐圧性を高め、プランジャー８の保護ガイドとして作動する。そして、ポンプヘッド１はバックアップリング１０等を介してネジ３１により、ポンプヘッド取付ブロック１６に固定され、且つシール摩擦力を調整自在としてある。
【００１１】前記バックアップリング１０を使用しないときに、材質の硬い前記ポンプヘッド取付ブロック１６（通常には、ステンレススチールやセラミックなど）と前記プランジャー８の間に形成された充分に大きな隙間３２が存在しないと前記プランジャー８が往復運動する際に前記ポンプヘッド取付ブロック１６との接触で傷つくことがある。逆に必要以上の隙間３２が存在すると、ポンプチャンバー７内の圧力が高い場合に、プランジャーシール９が変形し、大気圧側に接するプランジャーシール９の非接液部が隙間３２に逃げてしまう。それにより、プランジャーシール９の耐圧性あるいはシール性が悪くなる。適正な硬さのポリマー製のバックアップリング１０を使用することにより、プランジャー８がポンプヘッド取付ブロック１６と接触しないように隙間３２を若干大きくしても、その隙間３２がバックアップリング１０によりカバーされるので、プランジャー９が高圧時に変形して低圧側へ逃げ、耐圧性が悪くなることが防げる。又、バックアップリング１０の使用により、プランジャー８とプランジャーシール９の間の最適摩擦力を得るために、ポンプヘッド１をポンプヘッド取付ブロック１６へ取付ける際にネジ３１のトルクの調整が簡単になる。
【００１２】１１はスプライン軸で、その先端はポンプヘッド取付ブロック１６に形成される円筒形スペース１６１に挿通自在とし、中央部はスプライン外筒固定部１８に設けられたスプライン外筒１７により支承されている。より詳しくはスプライン外筒１７の中に支承されたボール１７１がスプライン軸１１に精密に研削された転動溝に押圧転動する如くしてある。スプライン軸１１の先端に設けた空処１１１にはプランジャー基部８１が収納され、先端に設けたバネ押え１２に支持されるバネ１３により後方へ弾圧されている。１４は荷重センサー又はロードセンサー（以下荷重センサーで代表させる。）で、プランジャー基部８１後部に接して前記バネ１３により弾圧して設けられている。該荷重センサー１４には信号伝達ライン１５が設けられ、制御部２６に連通してある。制御部２６はポンプ本体２７の後端に設けたモータ２４に連通してある。スプライン軸１１の他端には、連結ユニット１９を介してボールネジ２０のナット２１を連結してあり、該ナット２１に螺通したボールネジ２０は、該ボールネジ２０の径より大で、プランジャー８の最長ストロークより長く形成した円筒状のスペース２５に出入り自在としてある。
【００１３】プランジャー８が往復運動をする時に、プランジャー８が対プランジャーシール９の中心振れ及びプランジャー８の回転運動を防ぐために、ボールスプラインを採用することは推奨される。該ボールスプラインは、スプライン外筒１７に組み込まれたボールが、精密研削されたスプライン軸１１の転動溝を滑らかな直線運動をしながらトルク転達ができる直動システムである。又、プランジャー８は、前記スプライン外筒１７で与圧を与えることにより、外部の振動、衝撃等を殆ど受けず、位置決めの高精度化構造の簡単化が実現できる。ポンプ本体２７に設けたモータ２４の回転運動がカプリング２３を介してボールネジ２０に伝わり、ボールネジ２０のナット２１がスプライン軸１１を駆動し、プランジャー８の往復直線運動を実現させる。
【００１４】スプライン軸１１の前後進により、プランジャー８がポンプチャンバー７に進入、後退し、進入時には液を押出しアウトレット導管へ送出すことになる。この際、プランジャー８の前進により液より受ける圧力をプランジャー基部８１を介して荷重センサー１４に伝達し、その信号は、信号伝達ライン２５を経て制御部２６に送られる。制御部２６からの信号はモータ２４に送られ、モータ２４の回転を制御する。該ポンプ２７を二つ以上使用する際には、制御部２６に夫々の荷重センサーからの信号により相互のポンプ作動を制御し、脈動のない平滑な送液が可能となる。
【００１５】図２は、図１のＢ−Ｂ断面のＡ部の拡大図である。この構造は、プランジャー８とプランジャーシール９の同心度を保ち、プランジャー８とプランジャーシール９の間の摩擦力を最適な値に調整することを可能とする。ポンプヘッド１にテーパー状スペース３４を形成させ、そこにプランジャーシール装着部３０を装着させる。該プランジャーシール装着部３０はポリマー製であり、先端部の外径が収束しており、後部の外径より小さい。該プランジャーシール装着部３０が前記テーパー状スペース３４に取付けられる際に、先端が絞られてプランジャーシール９の先端部をプランジャー８に垂直な方向に圧迫し、プランジャーシール９に装着したスプリング３３を介しプランジャー８をシールする。然も、調整ネジ３１を締めるほど、プランジャーシール装着部３０の先端部が絞られてプランジャーシール９に与える圧迫力が大きく、プランジャー８の往復運動時にプランジャー８とプランジャーシール９の間の摩擦力も大きくなる。逆に、調整ネジ３１を緩めていくと、プランジャーシール装着部３０の先端部が徐々に開放され、プランジャー８の往復運動時にプランジャー８とプランジャーシール９の間の摩擦力が小さくなる。前記調整ネジ３１のトルク調整により、プランジャー８とプランジャーシール９の間の摩擦力を最適な値に簡単に調整することを可能とする。
【００１６】又、ポンプヘッド１内にプランジャーシール９を、該プランジャーシール９の後ろに前記シールの材質より硬くステンレススチールより軟らかポリマー製のバックアップリング１０を装着し、前記ポンプヘッド１をポンプヘッド取付ブロック１６に取付ける際に、前記バックアップリング１０が前記プランジャーシール９を押える力を与えることは推奨される。前記バックアップリング１０の使用目的は、前記プランジャーシール９の耐圧性を高めることと、プランジャー８の保護ガイドとしては働くことにある。
【００１７】前記バックアップリング１０を使用しない時に、材質の硬い前記ポンプヘッド取付ブロック１６（通常は、ステンレススチールやセラミックなど）と前記プランジャー８の間に形成された充分に大きな隙間３２が存在しないと、前記プランジャー８が往復運動する際に前記ポンプヘッド取付ブロック１６との接触で傷付くことがある。逆に、必要以上に隙間３２が存在すると、ポンプチャンバー７内の圧力が高い場合に、プランジャーシール９が変形し、大気圧側に接するプランジャーシール９の非接液部が隙間３２に逃げてしまう。それにより、プランジャーシール９の耐圧性或いはシール性が悪くなる。
【００１８】適切な硬さのポリマー製のバックアップリング１０を使用することにより、プランジャー８がポンプヘッド取付ブロック１６と接触しないように隙間３２を若干大きくしても、その隙間３２がバックアップリング１０によりカバーされるので、プランジャーシール９が高圧時に変形して低圧側へ逃げ、耐圧性が悪くなることが防げる。又、バックアップリング１０の使用により、プランジャー８とプランジャーシール９の間の最適摩擦力を得るために、ポンプヘッド１をポンプヘッド取付ブロック１６へ取付ける際に、ネジトルクの調整が簡単になる。これらの調整ネジ３１のトルク調整は、荷重センサー１４よりの信号を制御部２６を介して荷重を確認しながら行うことができる。
【００１９】図３に示す実施例は図１に示す実施例に圧力センサーを付加している。即ち、２８は圧力センサーで、ポンプチャンバー７に流体連通させて設けてある。２９は信号伝達ラインで、圧力センサー２８からの信号を制御部２６に送るラインである。
【００２０】実施例１についての実験例を説明する。予カ厚地の。圧力センサーにより測定したポンプチャンバー７内の圧力と実際のプランジャー移動距離との関係を測定したところ、図４のグラフ点線が得られた。同じく荷重センサーにより測定したプランジャーが受ける圧力と実際のプランジャー移動距離の関係を測定したところ、図４のグラフ実線が得られた。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように本発明の請求項１によれば、プランジャー作動と関連して、その作動の荷重を受けるセンサーを設け、該センサーからの信号によりプランジャー作動を制御したので、プランジャーとプランジャーシールの摩擦力を荷重センサーにより感知し、これを制御部を介して必要なモニター装置に連動させてモニターすることによる調整ネジのトルク調整は容易であり、最適摩擦力を得られ、又そのための調整が極めて容易である。又、プランジャー作動時の荷重を常に荷重センサーが感知し、制御部に伝達しており、プランジャーにかかった圧力及び抵抗の変化に対応してモータ、その他の作動部を制御することにより、液体圧力に対応した正確、且つ安定な連続送液のコントロールが可能となる。
【００２２】又、請求項２によれば、プランジャー作動と関連して、その作動の荷重を受けるセンサーを設けると共に、チャンバーに流体連通させて圧力センサーを設け、両センサーからの信号によりプランジャー作動を制御するので、プランジャー作動時の荷重を常に荷重センサーが感知するだけでなく、チャンバー内の圧力も検知し、これをモニターすることにより、プランジャー圧力の変化がより明確に把握でき、その変化に対応してモータ、その他の作動部を制御し、流体圧力に対応する一層正確な液量コントロールが可能になる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００３０１８８
【氏名又は名称】ジーエルサイエンス株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年３月１０日（２０００．３．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６３８４２
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 三雄 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２５４６８３（Ｐ２００１−２５４６８３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月２１日（２００１．９．２１） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−６７８４９（Ｐ２０００−６７８４９） |
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