プランジャーポンプとは
プランジャーポンプとは、液体や気体を供給・移送するためのポンプです。
円筒状のピストン (プランジャー) がシリンダー内部で往復運動し、液体や気体を一定量吸引・吐出して移送します。
プランジャーポンプは、化学薬品・石油・食品の加工など、さまざまな産業で多くの用途に使用される重要な設備のひとつです。ここでは、その使用用途・原理などを詳しく解説します。
プランジャーポンプの使用用途
プランジャーポンプは、シリンダーの体積で吐出する量・速度を高い精度で調節できるため、高い定量性が求められる工程に利用されます。主な用途は以下です。
また、高圧吐出が可能なため、家庭でも利用可能な高圧洗浄機や高圧ガス機器でも利用されています。
プランジャーポンプの原理
基本的なポンプの作動原理によって「吸引」と「吐出」を繰り返し、液体や気体を移送します。この原理には次の「容積式」と「非容積式」の2タイプがあります。
- 容積式：一定の空間でピストンが往復運動し、対象の容積を変化させて移送する
- 非容積式：羽根のような機構が回転し、移送対象を連続的かつ大量に移送する
プランジャーポンプは対象の容積を変化させて対象にエネルギーを与え、移送する「容積式ポンプ」にあたります。
容積式は、容積を変化させるメカニズムの違いにより、大きく「往復式」と「回転式」に分類されます。
- 往復式：注射器と同じ原理で、可動部が直線往復して移送する (低粘度向き)
- 回転式：羽根車やローターなどが回転し、一定量を移送する (高粘度向き)
プランジャーを往復運動させて液体や気体を移送するプランジャーポンプは「往復ポンプ」にあたります。
プランジャーポンプの選び方
プランジャーポンプを選ぶ際は、「材質」「容量」「駆動方式」の3つの項目を考慮する必要があります。それぞれの項目について以下に詳しく解説します。
1. 移送対象に適した材質であるか
液体や気体が接する部分の材質が、移送する対象に適していることが大切です。耐薬品性、耐腐食性、環境応力などを考慮します。
2. 移送量に適した容量があるか
ポンプの吐出量の最小値と最大値を確認します。ポンプの容量を大きくすると、吐出量の制御精度が低下するので注意が必要です。精度が保てる適切な容量を検討します。
3. 移送量や速度の制御に適した駆動方式であるか
駆動方式には「エア駆動」と「モーター駆動」があります。容量が一定の場合、本体のスイッチ切替で制御できるエア駆動が適しています。エア駆動は安価のため、最も一般的な駆動方式です。
容量や対象の種類が変化する場合、モーターで体積管理ができるモーター駆動が適切です。精度や圧力を制御する機構が複雑なため、エア駆動と比較すると高額な製品になります。
このようなポイントを考慮して、移送する対象の種類や容量、求められる速度に合った製品を選ぶ必要があります。
プランジャーポンプのその他情報
さまざまな産業で多岐にわたり利用されるプランジャーポンプですが、次のような性質を理解して適切に利用することが大切です。
まず、粘度が中～高レベルの対象には適していません。シリンダー内の負圧で吸引するのが難しいからです。また、エア駆動は一定の速度で処理する用途には向いていません。プランジャーのストローク速度は制御できないからです。
さらに、1回吸引した量は、原則としてすべて吐出されないと精度が確保できません。吐出のプロセス中に動作を停止する、あるいは量を変更できないことに注意してください。
このような性質を考慮し、改良を重ねた製品もあります。例えば、移送する対象自体を加圧し、プランジャーの吸引力を支援する方式です。
モーター駆動でのストローク速度や量をプログラムできる製品では、1回の吸引で複数の吐出パターンを自動制御できます。