專利名稱：高壓小容量泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的高壓小容量泵，該泵適合于用在高壓液相色譜分析中。
現(xiàn)有技術(shù)的描述需要一種這樣的泵，這種泵在非常高的壓力下可以準(zhǔn)確地輸送精確測量過的、非常小量的液體。例如，在進(jìn)行高壓液相色譜分析(HPLC)過程時，馬達(dá)驅(qū)動的泵典型地用來輸送液體溶劑如甲醇、異丙醇等。發(fā)展趨勢是色譜柱(chromatography column)的流動相中使用更小量的溶劑，并且以更高的壓力進(jìn)行工作。例如，最好提供一種泵，該泵可以在幾百巴的壓力下，以每分鐘大約50毫微升到大約250微升的小流率輸送流體。
為這種小流量設(shè)計的活塞泵必須很精致，因為泵的流體處理元件的尺寸一定非常小。小容量HPLC泵得益于使用小直徑的活塞，該活塞由藍(lán)寶石或者鋯石等形成，因為這些材料在非常小的尺寸中可以提供精密空間和表面間隙。但是，由于這種材料易碎且易斷裂，因此存在問題。在高壓小容量泵的裝配和工作過程期間，它難以避免精密的小活塞的斷裂。
本發(fā)明的概述本發(fā)明的主要目的是提供一種改進(jìn)的高壓小容量泵，該泵在幾百巴高的壓力下以每分鐘微毫升的大小提供精確測量過的流體流。本發(fā)明另一目的是提供一種泵，該泵可以采用由易碎材料形成的、非常小的活塞，同時在泵的裝配和工作期間克服了活塞斷裂的問題；以及提供一種泵，在該泵中，避免需要機(jī)械活塞保持裝置，例如避免需要彈簧；和提供一種泵，該泵不需要精確、昂貴的使活塞與活塞驅(qū)動系統(tǒng)對準(zhǔn)；及還提供一種高壓小容量泵，該泵克服了在過去所使用的泵的缺點。
簡而言之，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于高壓液相色譜分析等的高壓小容量泵。該泵包括泵送部分，該部分包括泵缸和通道，這些通道使泵出的流體流入到氣缸中和流出氣缸?；钊M件包括活塞，該活塞在氣缸內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運動；及活塞夾，該活塞夾在活塞夾的第一端處支撐著活塞?；钊?qū)動系統(tǒng)連接在馬達(dá)和活塞夾的第二端之間，從而使活塞組件響應(yīng)馬達(dá)的工作而進(jìn)行往復(fù)運動?；钊羌?xì)長桿，它的直徑小于大約10毫米。驅(qū)動系統(tǒng)和活塞夾的第二端的互連包括球體-和-管座連接件，該連接件具有可旋轉(zhuǎn)地安裝在管座內(nèi)的球形件。管座內(nèi)的磁體使用磁力使球形件保持在管座內(nèi)。
附圖的簡短描述通過下面詳細(xì)描述附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例，可以更好地理解本發(fā)明及上述目的和優(yōu)點及其它目的和優(yōu)點，其中

圖1是沿著泵的主軸線截取的、本發(fā)明的高壓小容量泵的剖視圖；及圖2是圖1的泵的活塞組件和驅(qū)動系統(tǒng)的放大剖視圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在參照附圖，在圖1中，示出了一個高壓小容量泵，該泵總體上用標(biāo)號10來表示并且根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造而成。在高壓液相色譜分析過程中，泵10用于提供溶劑液體流動相，并且在最高為至少600bar的壓力下，以每分鐘大約50毫微升到大約250微升的小流率泵出溶劑如甲醇、異丙醇、乙腈等。
為了實現(xiàn)這些理想的性能特性，因此泵10包括呈細(xì)長桿形式的活塞12，該活塞的直徑小于大約10毫米，并且它的直徑最好為從大約1毫米到大約3毫米?；钊?2由結(jié)晶材料形成，最好由藍(lán)寶石形成，或者由具有類似特性的材料(如礦物質(zhì))、最好是鋯石形成。這些材料的優(yōu)點是，在本發(fā)明所需要的非常小的尺寸大小方面，它們可以提供精確的間隙和表面特征。由這種材料形成的、具有這種尺寸大小的活塞12的潛在缺點是，當(dāng)裝配泵10和在泵10進(jìn)行工作時，它易碎并且易斷裂。本發(fā)明克服了這些潛在的缺點并且解決了泵活塞12斷裂的問題。
下面更加詳細(xì)地描述泵10，泵10包括安裝端蓋16的泵體14，驅(qū)動馬達(dá)18固定到端蓋16上。驅(qū)動馬達(dá)18是步進(jìn)電機(jī)，在微處理器的控制下，它可以精確地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而該微處理器接受位置反饋信號，而這些信號由探測器22通過電纜20來提供，該探測器22接受來自電動機(jī)18背部處的編碼器的信號。
活塞驅(qū)動系統(tǒng)26使包括活塞12在內(nèi)的活塞組件24進(jìn)行線性的往復(fù)運動，而該活塞驅(qū)動系統(tǒng)26通過驅(qū)動傳遞裝置28而連接到電動機(jī)18上，而驅(qū)動傳遞裝置把電動機(jī)18的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成活塞驅(qū)動系統(tǒng)26和活塞組件24的線性運動?；钊?2在泵缸30內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運動，而泵缸30是泵送部分32的一部分，而該部分是在泵頭部34上機(jī)加工而成，泵頭部34連接到包括蓋38和分隔體40在內(nèi)的活塞殼體36上，而蓋38固定到泵體14上，分隔體40位于蓋38和泵頭部34之間。
泵頭部34中的泵送部分32包括流體進(jìn)入通道42和流體出口通道44，這兩個通道與泵缸30連通。在活塞12的周圍具有足夠的間隙使流體沿著活塞12的表面在泵缸30內(nèi)進(jìn)行流動，并且如果需要，那么通道42和44可以設(shè)置在沿著氣缸長度方向上的其它位置上，例如，允許進(jìn)入閥和出口閥直接安裝在泵頭部34內(nèi)或者安裝在泵頭部34上。當(dāng)活塞從泵缸30移出時(移動到圖1中所看到的右邊時)，設(shè)置在泵頭部34上或者遠(yuǎn)離泵頭部34的流入閥(未示出)打開，從而允許流體進(jìn)入通道42和泵缸30。當(dāng)活塞移入到泵缸30中時(移動到圖1所看到的左邊上時)，打開設(shè)置在泵頭部34上的或者遠(yuǎn)離泵頭部34的流出閥(未示出)。流入閥和流出閥可以是單向閥或者微處理器所控制的閥如電磁閥。為了在HPLC系統(tǒng)中提供連續(xù)的流動相流，可以使用多個閥10的組件，以致在所有時間內(nèi)至少一個閥10提供了流出流。
活塞組件24包括活塞夾46，該活塞夾46在一端上具有細(xì)長的、軸向延伸的孔，活塞12插入到該孔中并且被固定。夾子46在分隔體40的清洗室48內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運動。流過清洗口50的清洗液體流過室48。所泵出的流體借助于可收縮的波紋管密封件52而與清洗液體隔開，該密封件52的一端位于活塞夾46的槽54內(nèi)，而另一端卡在蓋38和分隔體40之間。圖1中所看到的活塞12完全延伸開的位置通過夾子46的止動法蘭56接合泵頭部34來確定。
驅(qū)動傳遞裝置26包括螺桿58，該螺桿58沿著軸向與電動機(jī)18的驅(qū)動軸60對準(zhǔn)，并且通過軸連接件62固定到馬達(dá)18的驅(qū)動軸60上。驅(qū)動系統(tǒng)26包括中空的驅(qū)動環(huán)64，該驅(qū)動環(huán)64沿著軸向接納驅(qū)動螺桿58。環(huán)64的徑向延伸的突出部66安裝在泵體14的軸向延伸的槽68內(nèi)，從而防止驅(qū)動環(huán)64進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。螺紋驅(qū)動螺母70安裝在環(huán)64內(nèi)并且與驅(qū)動螺桿58配合。軸承72支撐環(huán)64，從而可以沿著泵10的軸線進(jìn)行線性運動。當(dāng)電動機(jī)18使軸60進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，螺桿58的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致可以精確地控制配合的驅(qū)動螺母70和驅(qū)動環(huán)64的線性運動。
根據(jù)本發(fā)明，球形管座連接件74在驅(qū)動環(huán)64和活塞夾46之間傳遞驅(qū)動力。與活塞12相對的、活塞夾46的端部是球形的，從而提供了連接球體76。驅(qū)動環(huán)64的端部設(shè)置有安裝球體76的管座78。使用球形管座連接件74避免需要驅(qū)動系統(tǒng)26的軸線剛好與活塞組件24的運動軸線對準(zhǔn)。消除了形成精確間隙所需要的成本，并且防止了由于沒有對準(zhǔn)而引起的活塞12斷裂。
為了使球體76夾持在管座78內(nèi)并且允許驅(qū)動系統(tǒng)26推拉活塞組件，把磁體80安裝到管座78中。球體78借助于磁力來夾持，而不是借助于彈簧或者其它夾持裝置來機(jī)械地夾持。管座78通常是杯形并且包括底壁82和包圍著球體76的側(cè)壁84，底壁82提供槽來安裝磁體80。包括球體76在內(nèi)的活塞夾46由磁體80所吸引的磁性材料形成、最好是鐵磁材料形成。位于磁體的表面上的、最好由塑料形成的非磁性墊片86使球體76設(shè)置成緊靠磁體80，并且允許球體76在管座78內(nèi)進(jìn)行萬向旋轉(zhuǎn)運動。盡管磁體80可以由其它材料形成，但是它最好是稀土元素、釹-鐵-硼磁體。
借助于由磁阻較小的材料如軟鐵形成的環(huán)88使磁性保持力最大化，該環(huán)88支撐在側(cè)壁84上并且環(huán)繞著球體76的中心平面。環(huán)88有助于形成包括磁體80和球體76在內(nèi)的、較小磁阻的通道，并且通過把開口終止的磁通路線改變成封閉的磁通路線而提高了磁性保持力。
在裝配泵10時，當(dāng)蓋38連接到泵體14上時，球體76進(jìn)入管座78中，并且借助于磁體80推入到圖1中所看到的、完全落座的位置上。這是一種溫和的、平滑的運動，這種運動不會對活塞12施加振動或者壓力，因此避免了斷裂。如果使用機(jī)械固位系統(tǒng)，那么把活塞12插入到管座78中由于下面原因而傾向于引起斷裂由于急劇運動或者把非軸向力施加到活塞夾46上產(chǎn)生了振動和壓力。
參照附圖中所示的本發(fā)明實施例的細(xì)節(jié)描述了本發(fā)明，但是這些細(xì)節(jié)不是用來限制所附的權(quán)利要求所要求的本發(fā)明范圍的。
權(quán)利要求
1.一種用于高壓液相色譜分析等的高壓小容量泵，該泵包括泵送部分，該部分包括泵缸；通道，這些通道使泵出的流體流入到所述的泵缸中和流出所述的泵缸；活塞組件，它包括活塞，該活塞在所述的泵缸內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運動；所述活塞組件包括活塞夾，該活塞夾在所述活塞夾的第一端處支撐著所述活塞；電動機(jī)；及活塞驅(qū)動系統(tǒng)，它連接在所述電動機(jī)和所述活塞夾的第二端之間，從而使所述活塞組件響應(yīng)所述電動機(jī)的工作而進(jìn)行往復(fù)運動；其特征在于所述活塞是細(xì)長桿，它的直徑小于大約10毫米；所述驅(qū)動系統(tǒng)和所述活塞夾的所述第二端的互連包括球體-和-管座-連接件，該連接件具有可旋轉(zhuǎn)地安裝在管座內(nèi)的球形件；所述管座內(nèi)的磁體通過磁力使所述球形件保持在所述管座內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓小容量泵，所述活塞由結(jié)晶材料形成。
3.如權(quán)利要求2所述的高壓小容量泵，所述活塞由藍(lán)寶石形成。
4.如權(quán)利要求1所述的高壓小容量泵，所述活塞由礦石形成。
5.如權(quán)利要求4所述的高壓小容量泵，所述活塞由鋯石形成。
6.如權(quán)利要求1所述的高壓小容量泵，所述的管座是杯形的，并具有底壁和側(cè)壁，至少部分地包著所述的球形件。
7.如權(quán)利要求7所述的高壓小容量泵，所述的管座還包括由磁阻較小的磁性材料形成的環(huán)，該環(huán)支承在所述的側(cè)壁內(nèi)并且包圍所述的球形件。
8.如權(quán)利要求1所述的高壓小容量泵，所述球形件是所述活塞夾的所述第二端，及所述管座是所述驅(qū)動系統(tǒng)的一部分。
9.如權(quán)利要求8所述的高壓小容量泵，所述馬達(dá)包括一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括驅(qū)動傳遞裝置，它把旋轉(zhuǎn)的軸運動轉(zhuǎn)換成所述管座的線性運動。
10.如權(quán)利要求9所述的高壓小容量泵，所述驅(qū)動傳遞裝置包括螺紋軸和螺紋驅(qū)動螺母，該螺紋軸通過所述馬達(dá)驅(qū)動軸來進(jìn)行可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，該螺紋驅(qū)動螺母通過所述驅(qū)動系統(tǒng)來承載。
11.如權(quán)利要求1所述的高壓小容量泵，所述活塞的直徑為大約1毫米到大約3毫米。
全文摘要
活塞載體(46)支撐細(xì)長的活塞桿(12)，該活塞桿在泵缸(30)內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運動，從而把流體泵到氣缸(30)中并且把該流體泵出氣缸(30)?；钊?12)由如藍(lán)寶石或者鋯石等材料形成，并且它的直徑小于大約10毫米，在幾百個巴的壓力下，該泵以每分鐘大約50微毫升到大約250微升提供流體。驅(qū)動馬達(dá)(18)使螺桿(58)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動系統(tǒng)(26)的驅(qū)動螺母(70)把線性驅(qū)動力施加到活塞載體(46)上。位于驅(qū)動系統(tǒng)(26)和活塞載體(46)之間的球體和管座連接件(74)避免需要精確的對準(zhǔn)，從而防止了易碎的活塞(12)斷裂。管座(78)內(nèi)的磁體(80)使球體(76)安裝就位，并且避免需要彈簧或者其它機(jī)械保持裝置。管座(78)還包括由磁阻較小的材料形成的環(huán)(88)，該環(huán)包圍著球體(76)從而提高了磁性保持力。
文檔編號F04B53/00GK1398330SQ01804744
公開日2003年2月19日 申請日期2001年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月11日
發(fā)明者艾蒂安·科特納特 申請人:吉爾森公司