(57)【要約】    【課題】  高吐出圧力を得る一方、シリンダとプランジャとの間のシール性能を確保する。    【解決手段】  液体（第１のプランジャポンプ１の吐出側の液体）を吸入吐出するプランジャポンプ（第２のプランジャポンプ）３には、シリンダとプランジャとの間をシールするため、第１のプランジャシール４０Ａと第２のプランジャシール４０Ｂとを２段に設ける。そして、前記液体を前記第１及び第２のプランジャシール４０Ａ、４０Ｂ間を通して前記プランジャポンプ３に吸入させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吸入吐出するプランジャポンプにシリンダとプランジャとの間をシールするプランジャシールが備えられる、送液用ポンプ装置であって、
前記プランジャシールとして、ポンプ室から遠い順に、第１のプランジャシールと第２のプランジャシールとをシリンダの軸方向に間隔をあけて２段に設け、
前記液体を前記第１のプランジャシールと前記第２のプランジャシールとの間を通して前記プランジャポンプに吸入させる構成としたことを特徴とする、送液用ポンプ装置。
【請求項２】
前記第１のプランジャシールは、吸入側の液体の圧力をシール可能であり、前記第２のプランジャシールは、吐出側の液体の圧力と吸入側の液体の圧力との差圧をシール可能であることを特徴とする、請求項１記載の送液用ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送液用ポンプ装置に関し、特に、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ；High Performance Liquid Chromatography）などに用いられるポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、切断加工用のウォータジェットを得るための高圧発生装置として、複数のプランジャポンプを用い、前段のプランジャポンプの吐出流体を次段のプランジャポンプに吸入し順次増圧する装置が開示されている。ここで、２段目以降のプランジャポンプにおいては、シリンダの耐圧性を高めるため、シリンダの外周に補強シリンダを有し、シリンダと補強シリンダとの間の低圧室に当該プランジャポンプの吸入側の流体を導入している。尚、シリンダとプランジャとの間にはパッキンがあるが、完全にシールすることは困難であるので、パッキンから漏れ出た流体は外部に流出している。
【０００３】
特許文献２には、超高圧液体クロマトグラフィー用のポンプとして、１次ピストンと、１次ピストンの発生圧力により駆動される１次ピストンより小断面積の２次ピストンとを備え、２次ピストンにより送液する、液圧増幅ポンプが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３３８５１号公報
【特許文献２】特開２００９−１９８５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハイスループットＨＰＬＣのカラム充填は、カラムの分離能力向上のためカラム内の粒子径が益々小さくなっているので、充填圧力が１００ＭＰａから２００ＭＰａ近くまで上がり、流量及び圧力を正確に制御できるポンプが要望されている。
【０００６】
ＨＰＬＣ用プランジャポンプは、圧力が変化しても流量の変化がなく、高圧で使用できることは、広く知られている。しかし、圧力が５０ＭＰａを越えるあたりから、シリンダとプランジャとの間のプランジャシールの耐久性不足による外部への液漏れが問題になっている。しかし、ＨＰＬＣ等の分析機器は、特に耐薬品性が要求されるので、現在、最適なシール材料がない。
【０００７】
言い換えれば、プランジャシールとしては、一般に、高圧側の圧力が高くなるほどシール力が高くなる周知のセルフシールを用いているが、吸入時の低圧と吐出時の高圧を繰り返し受けて疲労し、更にプランジャが摺動しているので摩擦力と摩擦温度により磨耗し、シール力が低下する。これは５０ＭＰａを超えると顕著になる。
【０００８】
尚、特許文献１に記載の技術では、複数のプランジャポンプを直列に接続して吐出圧力を順次増大させているが、２段目以降のプランジャポンプのシリンダとプランジャとの間のプランジャシール（パッキン）については、液漏れを許容して、しかも外部に流出しており、流量及び圧力を正確に制御することは困難である。
【０００９】
また、特許文献２に記載の技術では、液圧増幅ポンプ（ブースターポンプ）により高圧を得ているが、２次ピストンのシールについての対策がなく、耐圧性、耐久性に問題がある。しかも、液圧増幅ポンプは圧力は出るが、定流量送液には適さず、精密制御に問題がある。
【００１０】
本発明は、このような実状に鑑み、シールが困難な圧力領域でシールの寿命を伸ばし、液漏れなく使用でき、精密制御が可能な送液用ポンプ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明では、液体を吸入吐出するプランジャポンプに、シリンダとプランジャとの間をシールするため、ポンプ室から遠い順に、第１のプランジャシールと第２のプランジャシールとをシリンダの軸方向に間隔をあけて２段に設ける。そして、前記液体を前記第１のプランジャシールと前記第２のプランジャシールとの間を通して前記プランジャポンプに吸入させる構成とする。
【００１２】
ここで、前記第１のプランジャシールは、吸入側の液体の圧力をシール可能であり、前記第２のプランジャシールは、吐出側の液体の圧力と吸入側の液体の圧力との差圧をシール可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、２段のプランジャシールを用い、これらの間に吸入側の液体の圧力Ｐ１を導くことで、吸入側の液体の圧力Ｐ１をシール可能な第１のプランジャシールと、吐出側の液体の圧力Ｐ２と吸入側の液体の圧力Ｐ１との差圧（Ｐ２−Ｐ１）をシール可能な第２のプランジャシールとを用いればよく、各プランジャシールの負担圧力を大幅に低減できる。
【００１４】
また、高圧側の第２のプランジャシールについては、たとえ僅かに液漏れを生じたとしても、それは第１及び第２のプランジャシール間からプランジャポンプに再吸入されるので、外部に漏れることはない。
ゆえに高圧側の第２のプランジャシールは、そのシール部材とプランジャとの隙間を小さくした硬質のブッシュにすることもできる。
【００１５】
従って、本発明によれば、プランジャシールについて単独でシール可能な材質が入手できない超高圧条件下で使用可能な送液用ポンプ装置を提供することができ、これによってＨＰＬＣのカラム性能の向上の他、超高圧反応の精度向上、精密加工レーザーの性能向上等に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を示す送液用ポンプ装置の構成図
【図２】同上の送液用ポンプ装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す送液用ポンプ装置の構成図である。
本実施形態の送液用ポンプ装置は、２つのプランジャポンプを直列に接続して吐出圧力を順次増大させるシステムとしてあり、液体を最初に吸入吐出する第１のプランジャポンプ１と、その吐出側に設けた圧力センサ２と、第１のプランジャポンプ１の吐出液体を吸入吐出して更に高圧化する第２のプランジャポンプ３と、その吐出側に設けた圧力センサ４とから構成される。
【００１８】
第１のプランジャポンプ１は、ポンプヘッド１１に形成されたシリンダ１２と、シリンダ１２に摺動自在に挿入されてケーシング内１３のモータ及びカム機構（図示せず）により往復直線運動するプランジャ１４とを含んで構成され、シリンダ１２のヘッド部とプランジャ１４のヘッド部との間にポンプ室１５が形成される。
【００１９】
ポンプヘッド１１には、ポンプ室１５に連通する吸入通路１６が形成され、該通路１６の入口に吸入側逆止弁１７が設けられる。ポンプヘッド１１にはまた、ポンプ室１５に連通する吐出通路１８が形成され、該通路１８の出口に吐出側逆止弁１９が設けられる。
【００２０】
従って、プランジャ１４が図で右行する吸入行程にて、ポンプ室１５の容積の増大に伴い、吸入通路１６から吸入側逆止弁１７を介して、ポンプ室１５内に液体が吸入される。
そして、プランジャ１４が図で左行する吐出行程にて、ポンプ室１５の容積の減少に伴い、ポンプ室１５内に吸入された液体が圧縮され、吐出通路１８から吐出側逆止弁１９を介して、吐出される。
【００２１】
ポンプ室１５の気液密性を確保するため、シリンダ１２とプランジャ１４との摺動面間には、環状のプランジャシール２０Ａが設けられる。プランジャシール２０Ａは、ポンプヘッド１１のシリンダ１２形成面に形成した環状溝部に挿入されて、ポンプヘッド１１にボルト２１により取付けた軸受キャップ２２により抜止め保持されており、その内周面でプランジャ１４の外周面に気液密に摺動する。
【００２２】
第２のプランジャポンプ３は、第１のプランジャポンプ１と同様、ポンプヘッド３１に形成されたシリンダ３２と、シリンダ３２に摺動自在に挿入されてケーシング内３３のモータ及びカム機構（図示せず）により往復直線運動するプランジャ３４とを含んで構成され、シリンダ３２のヘッド部とプランジャ３４のヘッド部との間にポンプ室３５が形成される。
【００２３】
ポンプヘッド３１には、ポンプ室３５に連通する吸入通路３６が形成され、該通路３６の入口に吸入側逆止弁３７が設けられる。ポンプヘッド３１にはまた、ポンプ室３５に連通する吐出通路３８が形成され、該通路３８の出口に吐出側逆止弁３９が設けられる。
【００２４】
従って、プランジャ３４が図で右行する吸入行程にて、ポンプ室３５の容積の増大に伴い、吸入通路３６から吸入側逆止弁３７を介して、ポンプ室３５内に液体が吸入される。
そして、プランジャ３４が図で左行する吐出行程にて、ポンプ室３５の容積の減少に伴い、ポンプ室３５内に吸入された液体が圧縮され、吐出通路３８から吐出側逆止弁３９を介して、吐出される。
【００２５】
ポンプ室３５の気液密性を確保するため、シリンダ３２とプランジャ３４との摺動面間には、環状のプランジャシール４０Ｂ、４０Ａが設けられる。プランジャシール４０Ｂは、ポンプヘッド３１のシリンダ３２形成面に形成した環状溝部に挿入されて、シールホルダ４３により抜止め保持されており、その内周面でプランジャ３４の外周面に気液密に摺動する。プランジャシール４０Ａは、シールホルダ４３の環状溝部に挿入されて、ポンプヘッド３１にボルト４１により取付けた軸受キャップ４２により抜止め保持されており、その内周面でプランジャ３４の外周面に気液密に摺動する。尚、シールホルダ４３とポンプヘッド３１との間にはパッキン４４を介在させてある。
【００２６】
プランジャシール４０Ｂ、４０Ａ間のシールホルダ４３には、その内周面（プランジャ３４との摺動面）に開口する環状溝４５と、環状溝４５に連通して外周面に開口する２本の通路４６、４７とが形成されている。
２本の通路４６、４７のうち、一方の入口側通路４６は、ポンプヘッド３１に設けた入口側ポート４８に連通し、他方の出口側通路４７は、ポンプヘッド３１に設けた出口側ポート４９に連通している。
【００２７】
ここにおいて、液体供給源（図示せず）からの配管１０１が第１のプランジャポンプ１の吸入側逆止弁１７に接続され、吐出側逆止弁１９には配管１０２の一端が接続されている。配管１０２の他端は圧力センサ２につながっており、第１のプランジャポンプ１の吐出圧力Ｐ１が圧力センサ２により計測される。
【００２８】
第１のプランジャポンプ１側の圧力センサ２の出口側の配管１０３は第２のプランジャポンプ３の前記入口側ポート４８に接続され、前記出口側ポート４９には配管１０４の一端が接続されている。
配管１０４の他端は第２のプランジャポンプ３の吸入側逆止弁３７に接続されている。従って、第１のプランジャポンプ１の吐出側を第２のプランジャポンプ３のプランジャシール４０Ａ、４０Ｂ間を通して第２のプランジャポンプ３の吸入側に接続してある。
【００２９】
第２のプランジャポンプ３の吐出側逆止弁３９には配管１０５の一端が接続されている。配管１０５の他端は圧力センサ４につながっており、第２のプランジャポンプ３の吐出圧力Ｐ２が圧力センサ４により計測される。
第２のプランジャポンプ３側の圧力センサ４の出口側の配管１０６はインジェクタ等の負荷（図示せず）につながっている。
【００３０】
従って、液体は、第１のプランジャポンプ１を吸入側逆止弁１７、ポンプ室１５、吐出側逆止弁１９の順で流れて加圧され、圧力センサ２を通り、第２のプランジャポンプ３のプランジャシール４０Ａ、４０Ｂ間の空隙（環状溝４５）を通り、第２のプランジャポンプ３を吸入側逆止弁３７、ポンプ室３５、吐出側逆止弁３９の順で流れて更に加圧され、圧力センサ４を通って、負荷（図示せず）へ供給される。
【００３１】
よって、第２のプランジャポンプ３のプランジャシール４０Ａ、４０Ｂ間の空隙（環状溝４５）には、第１のプランジャポンプ１の吐出圧力Ｐ１が導かれており、低圧側のプランジャシール４０Ａには第１のプランジャポンプ１の吐出圧力Ｐ１がかかり、高圧側のプランジャシール４０Ｂには、第２のプランジャポンプ３の吐出圧力Ｐ２と第１のプランジャポンプ１の吐出圧力Ｐ１との差圧（Ｐ２−Ｐ１）がかかることになる。
【００３２】
従って、第１のプランジャポンプ１のプランジャシール２０Ａと第２のプランジャポンプ３の低圧側のプランジャシール４０Ａは、第１のプランジャポンプ１の吐出圧力Ｐ１をシールできるものであればよく、第２のプランジャポンプ３の高圧側のプランジャシール４０Ｂは、第２のプランジャポンプ３の吐出圧力Ｐ２と第１のプランジャポンプ１の吐出圧力Ｐ１との差圧（Ｐ２−Ｐ１）をシールできるものであればよい。
【００３３】
従って、第１のプランジャポンプ１のプランジャシール２０Ａについては、従来のシールを従来どおりシールが容易な圧力領域（低圧）で使用することができる。
第２のプランジャポンプ３では、２つのプランジャシール４０Ａ、４０Ｂを用いて、圧力負荷を分散する。これにより、低圧側のプランジャシール４０Ａについては、シールが容易な圧力領域〔低圧〕で使用でき、高圧側のプランジャシール４０Ｂについては、第２のプランジャポンプ３の吐出圧力Ｐ２と第１のプランジャポンプ１の吐出圧力Ｐ１との差圧（Ｐ２−Ｐ１）を受ければよく、負担圧力を大幅に低減でき、寿命を延ばすことができる。
【００３４】
また、第２のプランジャポンプ３の高圧側のプランジャシール４０Ｂについては、たとえ僅かに液漏れを生じたとしても、それはプランジャシール４０Ｂ、４０Ａ間の環状溝４５から、出口側通路４７、出口側ポート４９、配管１０４を経て、第２のプランジャポンプ３に再吸入されるので、外部に漏れることはない。
ゆえに高圧側のプランジャシール４０Ｂは、そのシール部材とプランジャ３４との隙間を小さくした硬質のブッシュにすることもできる。
【００３５】
次に流量及び圧力の制御について説明する。
各プランジャポンプ１、３の吐出側にそれぞれ設けた圧力センサ２、４を用い、第１のプランジャポンプ１と第２のプランジャポンプ３との吐出圧力の比が設定値となるように少なくとも一方のプランジャポンプ１又は３を圧力制御する。前記設定値は、第１のプランジャポンプ１の吐出圧力Ｐ１に対する第２のプランジャポンプ３の吐出圧力Ｐ２の比で、Ｐ２／Ｐ１＝１．５〜１０とする。
【００３６】
より具体的には、制御装置（図示せず）により、第２のプランジャポンプ３について、圧力センサ２、４で圧力を測りながら、第１のプランジャポンプ１に対する吐出圧力の比（Ｐ２／Ｐ１）が設定値となるように圧力制御する。そして、第１のプランジャポンプ１は、配管１０６につながる負荷（図示せず）に対し定流量送液、又は第２のプランジャポンプ３の吐出圧力が一定となるように圧力センサ４で圧力を測りながら定圧送液するように制御する。
【００３７】
又は、制御装置（図示せず）により、第２のプランジャポンプ３は、定流量送液又は定圧送液するように制御し、第１のプランジャポンプ１について、第２のプランジャポンプに対する吐出圧力の比（Ｐ１／Ｐ２）が設定値（１／１．５〜１／１０）となるように圧力制御してもよい。
【００３８】
尚、第１及び第２のプランジャポンプのポンプヘッドをダブルにして脈流を少なくすることもできる。
定流量送液は、プランジャの１回の吐出容積と時間当たりの吐出回数と圧力による液体の圧縮率と逆止弁その他の漏れを計算して行うが、その方法は公知である。
【００３９】
図２は２つのプランジャポンプを直列に接続する場合（図１）の概略図である。この場合、１段目のプランジャポンプ１には、１段目のプランジャポンプ１の吐出圧力Ｐ１をシール可能な第１のプランジャシール２０Ａを１つ設ける。２段目のプランジャポンプ３には、１段目のプランジャポンプ１の吐出圧力Ｐ１をシール可能な第１のプランジャシール４０Ａと、２段目のプランジャポンプ３の吐出圧力Ｐ２と１段目のプランジャポンプ１の吐出圧力Ｐ１との差圧（Ｐ２−Ｐ１）をシール可能な第２のプランジャシール４０Ｂとを２段に設ける。そして、１段目のプランジャポンプ１の吐出側を２段目のプランジャポンプ３の第１のプランジャシール４０Ａと第２のプランジャシール４０Ｂとの間を通して２段目のプランジャポンプ３の吸入側に接続する。
【００４０】
尚、以上の説明では、プランジャシール１段に１個のシールとしたが、プランジャシール１段に複数個のシールを使用することもできる。
また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、負荷が変化しても流量を一定に保ちたいハイスループットＨＰＬＣのキャリア送液ポンプやそのカラム充填ポンプ、超高圧反応ポンプ、超精密レーザー加工用ポンプ、高圧分取ポンプその他定流量送液、定圧送液をしたい用途に使用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  第１のプランジャポンプ
２  圧力センサ
３  第２のプランジャポンプ
４  圧力センサ
１１  ポンプヘッド
１２  シリンダ
１３  ケーシング
１４  プランジャ
１５  ポンプ室
１６  吸入通路
１７  吸入側逆止弁
１８  吐出通路
１９  吐出側逆止弁
２０Ａ  プランジャシール
２１  ボルト
２２  軸受キャップ
３１  ポンプヘッド
３２  シリンダ
３３  ケーシング
３４  プランジャ
３５  ポンプ室
３６  吸入通路
３７  吸入側逆止弁
３８  吐出通路
３９  吐出側逆止弁
４０Ａ、４０Ｂ  プランジャシール
４１  ボルト
４２  軸受キャップ
４３  シールホルダ
４４  パッキン
４５  環状溝
４６  入口側通路
４７  出口側通路
４８  入口側ポート
４９  出口側ポート
１０１〜１０６  配管
【図１】
2014224544.tif 000003
【図２】
2014224544.tif 000004