(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入口（１ａ）及び吐出口（１ｂ）を備えたシリンダ（１）と、吸入口（１ａ）に設けた吸入弁（２）と、吐出口（１ｂ）に設けた吐出弁（３）と、シリンダ（１）内を往復動して流体を吸入口（１ａ）からシリンダ（１）とプランジャー（４）先端部との間に形成された吸込室（Ｓ）内へ吸入して吐出口（１ｂ）から排出するプランジャー（４）とを具備するプランジャーポンプに於いて、前記プランジャー（４）の先端部の外周面に環状の凹所（４ａ）を形成すると共に、当該凹所（４ａ）より下方のプランジャー（４）の先端側の外径をシリンダ（１）の内径より若干小径としてプランジャー（４）の先端側外周面とシリンダ（１）の内周面との間に小さな間隙（Ｇ）を形成し、当該間隙（Ｇ）を通して前記吸入室（Ｓ）と環状の凹所（４ａ）とを直通させ、更に前記プランジャー（４）内に軸線方向に排水孔（４ｂ）を形成してその基端部側を排水管へ接続すると共に、プランジャー（４）の先端部に前記排水孔（４ｂ）の先端部側と前記環状の凹所（４ａ）とを連通する複数本の連通孔（４ｃ）を放射状に形成したことを特徴とするプランジャーポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主に半導体製造プラントや医薬品・化学製品等の製造プラントに於いて使用される超純水等の高純度の流体を取り扱う配管路に組み込まれるプランジャーポンプに係り、シリンダとプランジャーの摺動部に発生するパーティクルを流体の一部と一緒に外部へ排出し、輸送流体中にパーティクルが混入するのを防止するようにしたプランジャーポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プランジャーポンプに於いては、シリンダとプランジャーとの摺動によってシリンダ内にパーティクルが発生し、これが輸送流体中に混入することがある。
【０００３】
その為、半導体製造プラントや医薬品・化学製品等の製造プラントのように、高純度の流体を取り扱う配管路に於いては、流体中にパーティクルの混入の虞れのあるプランジャーポンプの使用は適切でない。例えば、半導体の洗浄工程にあっては、洗浄液（超純水）の純度が半導体の収率を大きく左右してしまう為、パーティクルの発生するプランジャーポンプの使用は極めて問題である。
従って、高純度の流体を取り扱う配管路に於いては、輸送流体中へのパーティクルの混入を防止できるプランジャーポンプが使用されている。
【０００４】
従来、この種のプランジャーポンプとしては、例えば特開昭６３−２６６１７６号公報に開示された構造のものが知られている。
即ち、前記プランジャーポンプは、図４に示す如く、シリンダ２０の内周面とプランジャー２１の外周面との間に摺動部２０ａ及び非摺動部２０ｂ（シリンダ２０とプランジャー２１との間に形成される小間隙）を隣接して形成し、シリンダ２０内周面の非摺動部分に環状のマニホールド溝２２を形成すると共に、該マニホールド溝２２に排出パイプ２３及び逆止弁２４を介してサブポンプ２５を接続して成る。
尚、図４に於いて、２６は吸込室、２７はクランクシャフト、２８は吸込パイプ、２９は送出パイプ、３０はサブポンプ２５からの排出パイプ、３１は逆止弁である。
【０００５】
而して、このプランジャーポンプに於いては、プランジャー２１が吸引方向（図４の下方）へ移動すると、流体が吸込パイプ２８から吸込室２６内へ吸引されると共に、サブポンプ２５も吸引するように動作し、吸込室２６内に流入した流体の一部が非摺動部２０ｂの小間隙、マニホールド溝２２及び排水パイプ２３を通ってサブポンプ２５に吸引される。
一方、プランジャー２１が吐出方向（図４の上方）へ移動すると、吸込室２６内の流体が送出パイプ２９から吐出されると共に、サブポンプ２５に吸入された流体も排出パイプ３０を経て外部に排出される。
【０００６】
このように、前記プランジャーポンプに於いては、摺動部２０ａに於いて発生したパーティクルの混入した虞れのある摺動部２０ａ近傍の流体が、サブポンプ２５により外部に排出される為、輸送流体の純度が低下するのを防止することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、前記プランジャーポンプにあっては、環状のマニホールド溝２２の一部分に排水パイプ２３を接続している為、マニホールド溝２２の排水パイプ２３を接続した部分と反対側の部分（図４に示すマニホールド溝２２の右側部分）の流体は排出され難いと云う難点がある。その結果、吸込室２６内の流体にパーティクルの混入した虞れのある流体の一部分が混入し、輸送流体の純度が低下してしまうと云う問題がある。
又、パーティクルの混入した流体を排出するのにサブポンプ２５等を必要としている為、構造が複雑化してコストの高騰等を招くと共に、設置スペースも広く必要とする等、様々な問題が発生する。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解消する為に創作されたものであり、その目的はシリンダとプランジャーの摺動部に於いて発生するパーティクルを流体の一部と一緒に外部へ迅速且つ確実に排出し、輸送流体中にパーティクルが混入するのを防止するようにしたプランジャーポンプを提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、本発明のプランジャーポンプは、吸入口１ａ及び吐出口１ｂを備えたシリンダ１と、吸入口１ａに設けた吸入弁２と、吐出口１ｂに設けた吐出弁３と、シリンダ１内を往復動して流体を吸入口からシリンダ１とプランジャー４先端部との間に形成された吸込室Ｓ内へ吸入して吐出口１ｂから排出するプランジャー４とを具備するプランジャーポンプに於いて、前記プランジャー４の先端部の外周面に環状の凹所４ａを形成すると共に、当該凹所４ａより下方のプランジャー４の先端側の外径をシリンダ１の内径より若干小径としてプランジャー４の先端側外周面とシリンダ１の内周面との間に小さな間隙Ｇを形成し、当該間隙Ｇを通して前記吸入室Ｓと環状の凹所４ａとを連通させ、更に前記プランジャー４内に軸線方向に排水孔４ｂを形成してその基端部側を排水管へ接続すると共に、プランジャー４の先端部に前記排水孔４ｂの先端部と前記環状の凹所４ａとを連通する複数本の連通孔４ｃを放射状に形成してものである。
【００１０】
【作用】
前記プランジャーポンプは、超純水等の高純度の流体を取り扱う配管路に組み込まれて居り、吸入口側及び吐出口側には流体の輸送管が、排水孔の一端には排水管が夫々接続されている。
而して、プランジャーが吸引方向へ移動すると、吸込室が真空となって吸入弁が開放され、輸送管から流体が吸入弁を経て吸込室内へ吸引される。
一方、プランジャーが吐出方向へ移動すると、吸込室が加圧されて吸入弁が閉じると共に、吐出弁が開放され、吸込室内の流体は吐出弁を経て輸送管に吐出される。又、プランジャーが吐出方向へ移動すると、吸込室が加圧されていることとも相俟って、凹所内及びプランジャー先端部近傍の流体は、連通孔及び排水孔を経て排水管から外部へ排出される。
【００１１】
このように、本発明のプランジャーポンプは、シリンダとプランジャーの摺動部に於いて発生したパーティクルを混入した虞れのあるプランジャー先端部近傍の流体を、連通孔及び排水孔から外部へ排出するようにしている為、輸送中の流体にパーティクルが混入すると云うことがなく、流体は所定の純度に維持されて輸送される。特に、凹所と排水孔とを放射状の連通孔で連通している為、パーティクルを混入した流体は迅速且つ確実に排水孔へ排出されることになり、流体へのパーティクルの混入をより確実に防止することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施例に係るプランジャーポンプを示し、当該プランジャーポンプは、シリンダ１と、吸入弁２と、吐出弁３と、プランジャー４と、プランジャー４の駆動装置５とから構成されて居り、半導体製造プラントに於いて使用される超純水を取り扱う配管路に組み込まれ、超純水を輸送するのに使用されている。
【００１３】
前記シリンダ１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）等の金属材により下端が閉塞された有底筒状に形成されて居り、上端部にフランジ６を取り付けた筒状のシリンダチューブ１′と、シリンダチューブ１′の下端部に複数の支柱７及びナット８等を介して固定され、シリンダチューブ１′の下端を閉塞するエンドキャップ１″とから成る。又、エンドキャップ１″の両側面（図１の左右側面）には、吸入口１ａ及び吐出口１ｂが夫々形成されて居り、これらはエンドキャップ１″に形成した流体通路１ｃを介してシリンダチューブ１′内と連通状態になっている。
【００１４】
前記吸入弁２は、シリンダ１の吸入口１ａに設けられて居り、プランジャー４の吸引工程（上昇工程）に於いて開弁するようになっている。
本実施例では、吸入弁２は、図２に示す如く、シリンダ１の吸入口１ａにコネクター９を介して取り付けられた筒状のホルダー２ａと、ホルダー２ａの一端部に嵌着された弁座２ｂと、ホルダー２ａ内に移動自在に挿入され、弁座２ｂに当離座するディスク２ｃと、ディスク２ｃを弁座２ｂ側へ附勢するスプリング２ｄとから構成されて居り、プランジャー４の吸引工程に於いてシリンダ１内が真空になると、ディスク２ｃがスプリング２ｄの附勢力に抗して弁座２ｂから離座するようになっている。
【００１５】
前記吐出弁３は、シリンダ１の吐出口１ｂに設けられて居り、プランジャー４の吐出工程（下降工程）に於いて開弁するようになっている。
本実施例では、吐出弁３は、図２に示す如く、シリンダ１の吐出口１ｂにコネクター１０を介して取り付けられた筒状のホルダー３ａと、ホルダー３ａの一端部に嵌着された弁座３ｂと、ホルダー３ａ内に移動自在に挿入され、弁座３ｂに当離座するディスク３ｃと、ディスク３ｃを弁座３ｂ側へ附勢するスプリング３ｄとから構成されて居り、プランジャー４の吐出工程に於いてシリンダ１内が加圧されると、ディスク２ｃがスプリング２ｄの附勢力に抗して弁座２ｂから離座するようになっている。
【００１６】
尚、吸入弁２及び吐出弁３のディスク２ｃ，３ｃの材質にはＰＣＴＦＥが使用され、その他の部材の材質にはステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）が使用されている。
【００１７】
前記プランジャー４は、図１に示す如く、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）等の金属材により円柱状に形成された本体部４′と、本体部４′の先端に螺着嵌合され、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）等の金属材によりピストン形状に形成されたヘッド部４″とから成り、シリンダ１内に摺動自在に挿入され、ヘッド部４″とシリンダ１との間に吸込室Ｓを形成するようになっている。
又、プランジャー４は、フランジ６に固定された駆動装置５によって、シリンダ１内を往復動（昇降動）するようになっている。本実施例では、駆動装置５には、エアシリンダが使用されて居り、このエアシリンダは、フランジ６に複数の支柱１１及びナット１２等を介して固定され、そのロッド５ａがジョイント１３を介してプランジャー４の上端部に接続されている。
【００１８】
そして、本発明のプランジャーポンプに於いては、プランジャー４の先端部外周面に、吸込室Ｓに連通する環状の凹所４ａが形成されている。即ち、本実施例では、図２に示す如く、本体部４′の先端に、外周面に環状の溝を形成したヘッド部４″を螺着嵌合することによって、プランジャー４先端部に環状の凹所４ａが形成される。又、ヘッド部４″の先端側（凹所４ａよりも先端側）の外径は、シリンダチューブ１′の内径よりも若干小さめに形成されている。従って、ヘッド部４″の先端側外周面とシリンダチューブ１′の内周面との間に小さな環状の間隙Ｇが形成されることになり、吸込室Ｓと凹所４ａとは前記間隙Ｇを介して連通することになる。
【００１９】
又、プランジャー４には、軸線方向へ沿う排水孔４ｂが形成されている。本実施例では、排水孔４ｂは、図２に示す如く、本体部４′及びヘッド部４″の軸芯位置で且つ本体部４′の上端部及びヘッド部４″の下端部を除く部分に形成されて居り、該排水孔４ｂの上端部側は、本体部４′の上端部に接続した継手１４に連通されている。
【００２０】
更に、プランジャー４の先端部には、凹所４ａと排水孔４ｂ先端部とを連通状態にする放射状の連通孔４ｃが形成されている。本実施例では、連通孔４ｃは、図２及び図３に示す如く、ヘッド部４″の溝部分に排水孔４ｂと直交する状態で且つ９０度間隔毎に形成されている。
【００２１】
尚、図１及び図２に於いて、１５はＯリング、１６はオムニシール、１７はディスクパッキンである。
【００２２】
次に前記プランジャーポンプの作用について説明する。
前記プランジャーポンプは、半導体製造プラントに於いて使用される超純水を取り扱う配管路に組み込まれて居り、超純水を輸送するのに使用されている。即ち、プランジャーポンプの吸入弁２側のコネクター９及び吐出弁３側のコネクター１０には、超純水を輸送する為の輸送管（図示省略）が、又、排水孔４ｂの上端部に連通する継手１４には、パーティクルが混入した超純水を排水する為の排水管（図示省略）が夫々接続されている。
【００２３】
而して、このプランジャーポンプに於いては、エアシリンダによりプランジャー４が吸引方向（図２の上方）へ移動すると、吸込室Ｓが真空となって吸入弁２が開放され、輸送管から超純水が流体通路１ｃを通って吸込室Ｓ内へ流入する（図２の細線矢印参照）。
【００２４】
一方、プランジャー４が吐出方向（図２の下方）へ移動すると、吸込室Ｓが加圧されて吸入弁２が閉じると共に、吐出弁３が開放され、吸込室Ｓ内の超純水は流体通路１ｃ及び吐出弁３を経て輸送管に吐出される（図２の破線矢印参照）。又、プランジャー４が吐出方向へ移動すると、吸込室Ｓが加圧されていることとも相俟って、凹所４ａ内及び間隙Ｇ内に流入している超純水並びにヘッド部４″近傍の超純水は、連通孔４ｃ及び排水孔４ｂを経て排水管から排出される（図２の一点鎖線矢印参照）。従って、シリンダ１とプランジャー４の摺動部に於いて発生したパーティクルを混入した虞れのあるヘッド部４″近傍の超純水は、連通孔４ｃ及び排水孔４ｂを経て外部へ排出される。
【００２５】
このようにして、上記の吸引工程と吐出工程とを繰り返すことによって、シリンダ１内で発生したパーティクルを超純水の一部と一緒に外部へ排出しつつ、超純水を輸送することができる。
【００２６】
このように、本発明のプランジャーポンプは、シリンダ１とプランジャー４の摺動部に於いて発生したパーティクルを混入した虞れのあるヘッド部４″近傍の超純水を、連通孔４ｃ及び排水孔４ｂから外部へ排出するようにしている為、輸送中の超純水にパーティクルが混入すると云うことがなく、超純水は所定の純度に維持されて輸送される。特に、凹所４ａと排水孔４ｂとを放射状の連通孔４ｃで連通している為、パーティクルを混入した超純水は迅速且つ確実に排水孔４ｂへ排出されることになる。又、凹所４ａと吸込室Ｓ内とは小さな環状の間隙Ｇによって連通されている為、シリンダ１とプランジャー４の摺動部に於いて発生したパーティクルが吸込室Ｓ内へ流入し難くなり、超純水へのパーティクルの混入をより確実に防止することができる。
【００２７】
尚、連通孔４ｃの数、排水孔４ｂ及び連通孔４ｃの内径等は、プランジャーポンプがポンプとしての機能を充分に発揮することができ、且つパーティクルを混入した虞れのあるプランジャー４先端部近傍の超純水を確実に排出することができるように設定されていることは勿論である。
【００２８】
上記実施例に於いては、エンドキャップ１″の左右側面に吸入口１ａ及び吐出口１ｂを形成し、これらと吸込室Ｓとを流体通路１ｃで連通するようにしたが、他の実施例に於いては、エンドキャップ１″の下面に吸入口１ａ及び吐出口１ｂを形成し、これらと吸込室Ｓとを流体通路１ｃで連通するようにしても良い。
【００２９】
上記実施例に於いては、吸入弁２及び吐出弁３を、ホルダー２ａ，３ａと、弁座２ｂ，３ｂと、ディスク２ｃ，３ｃと、スプリング２ｄ，３ｄとから構成したが、吸入弁２及び吐出弁３の構成は上記実施例のものに限定されるものではなく、吸入弁２はプランジャー４の吸引工程に於いて開放され、吐出弁３はプランジャー４の吐出工程に於いて開放されれば、如何なる構造であっても良い。
【００３０】
上記実施例に於いては、プランジャー４を、本体部４′とヘッド部４″とで構成したが、他の実施例に於いては、本体部４′とヘッド部４″とを一体的に形成するようにしても良い。
【００３１】
上記実施例に於いては、プランジャー４の先端部に四つの連通孔４ｃを形成したが、他の実施例に於いては、プランジャー４の先端部に連通孔４ｃを二つ、三つ若しくは五つ以上形成するようにしていも良い。
【００３２】
上記実施例に於いては、プランジャー４をエアシリンダから成る駆動装置５で往復動させるようにしたが、他の実施例に於いては、プランジャー４をクランク機構及び電動モータ等から成る駆動装置５によって往復動させるようにしても良い。
【００３３】
上記実施例に於いては、プランジャーポンプで超純水を輸送するようにしたが、他の実施例に於いては、プランジャーポンプで半導体製造プラントに於いて使用される高純度のガスを輸送するようにして良い。
【００３４】
【発明の効果】
上述の通り、本発明のプランジャーポンプは、プランジャーの先端部外周面に吸込室に連通する環状の凹所を形成すると共に、プランジャーに軸線方向へ沿う排水孔を形成し、該プランジャーの先端部に前記凹所と排水孔先端部とを連通する放射状の連通孔を形成している為、プランジャーの吐出工程に於いて、シリンダとプランジャーの摺動部で発生したパーティクルを混入した虞れのあるプランジャー先端部近傍の流体を、凹所、連通孔及び排水孔から順次外部へ排出することができる。その結果、輸送流体中にシリンダ内のパーティクルが混入すると云うことがなく、流体は所定の純度に維持されて輸送される。
特に、このプランジャーポンプは、凹所と排水孔とを放射状の連通孔で連通している為、パーティクルを混入した流体を迅速且つ確実に排水孔へ排出することができ、流体へのパーティクルの混入をより確実に防止することができる。
また、環状の凹所４ａと吸込室Ｓ内とは小さな環状の間隙Ｇによって連通されているため、シリンダ１とプランジャー４の摺動部に於いて発生したパーティクルが吸込室Ｓ内へ流入し難くなり、超純水内へのパーティクルの混入をより確実に防止することが出来る。
更に、このプランジャーポンプは、プランジャーの吐出工程に於いてシリンダ内の圧力を利用してパーティクルを含む流体を外部へ排出するようにしている為、冒頭で述べた従前のプランジャーポンプのようにサブポンプ等を必要とせず、構造の簡略化及びコスト低減等を図れると共に、設置スペースも少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るプランジャーポンプの縦断面図である。
【図２】プランジャーポンプの要部の拡大縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】従来のプランジャーポンプの概略縦断面図である。
【符号の説明】
１はシリンダ、１ａは吸入口、１ｂは吐出口、２は吸入弁、３は吐出弁、４はプランジャー、４ａは凹所、４ｂは排水孔、４ｃは連通孔、Ｓは吸込室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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