(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吸入するための液入口、前記液入口から吸入された液を貯留するためのポンプ室及び前記ポンプ室内の液を吐出するための液出口を備えたポンプヘッドと、
前記ポンプヘッドに先端側が挿入され前記ポンプヘッド内で摺動するプランジャと、
リング形状に構成されその中心の孔で前記プランジャを保持しながら前記ポンプヘッドとプランジャとの間の隙間を封止するプランジャシールと、
前記ポンプヘッドの前記ポンプ室へ前記プランジャが挿入されている部分に設けられ、前記プランジャシールを受け入れる壁面をもち、該壁面が耐酸性材料からなる膜で被覆されているシール装着部と、を備えた送液ポンプ。
【請求項２】
前記耐酸性材料は、貴金属、ダイヤモンドライクカーボン及び酸に対して耐性を有するエンジニアリングプラスチックからなる群から選ばれた材料である請求項１に記載の送液ポンプ。
【請求項３】
前記貴金属は、金、白金、ロジウム及びイリジウムからなる群から選ばれた材料である請求項２に記載の送液ポンプ。
【請求項４】
前記エンジニアリングプラスチックは、ポリエーテルエーテルケトン及びポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれた材料である請求項２に記載の送液ポンプ。
【請求項５】
前記ポンプ室内の壁面にも前記耐酸性材料からなる膜が形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の送液ポンプ。
【請求項６】
分析流路と、
前記分析流路に移動相を送液するための送液ポンプであって請求項１から５のいずれか一項に記載の送液ポンプと、
前記分析流路に試料を注入するための試料注入部と、
前記分析流路上における前記試料注入部の下流側に設けられ、試料を成分ごとに分離するための分析カラムと、
前記分析流路上における前記分析カラムよりもさらに下流側に設けられ、前記分析カラムで分離された成分を検出するための検出器と、を備えた液体クロマトグラフ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプヘッド内でプランジャを摺動させて吸入口からの液の吸入と吐出口からの液の吐出を繰り返すことにより送液を行なう送液ポンプ及びその送液ポンプを用いた液体クロマトグラフに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な送液ポンプのポンプ室近傍の概略的な断面図を図４に示す。
ポンプボディ１８とポンプヘッド８を備えている。図示は省略されているが、ポンプボディ１８内にはカム機構によって一方向（図において左右方向）で往復動を行なうクロスヘッドが収容されており、クロスヘッドの先端にプランジャ３が保持されている。プランジャ３はクロスヘッドの動作に伴なってその軸方向に往復動する。【０００３】
ポンプヘッド８には、吸入した液を貯留するためのポンプ室８ａ、外部からポンプ室８ａに通じる流路である吸入口８ｂ及び吐出口８ｃが設けられている。プランジャ３の先端はポンプボディ１８の先端を貫通してポンプヘッド８内のポンプ室８ａに挿入されている。ポンプ室８ａ内においてプランジャ３の先端部が摺動することにより、吸入口８ｂからの液の吸入と吐出口８ｃからの液の吐出が行なわれる。【０００４】
このような送液ポンプでは、ポンプ室８ａのプランジャ３を挿入する部分に、ポンプ室８ａの内壁とプランジャ３の外周との間の隙間から液が漏れ出すことを防止するプランジャシール１３が装着されている（例えば、特許文献１参照。）。プランジャシール１３はプランジャ３を貫通させるための貫通孔をもつリング状の樹脂製の部材である。【０００５】
プランジャシール１３は、ポンプヘッド８とポンプヘッド８を保持するポンプボディ１８との間で挟持される。また、プランジャシール１３の背面部分にプランジャシール１３の封止性能を高めるためのバックアップリングが挿入される場合がある。その場合、プランジャシール１３はバックアップリングとポンプヘッドとの間で挟持される。バックアップリングはポンプボディによってプランジャシール１３側へ付勢され、プランジャシール１３がバックアップリングによってポンプヘッド８側へ付勢される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２５４６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的に、プランジャシール１３は、中央部に設けられた貫通孔の軸方向に沿ってポンプヘッド側へ突起した円柱形状の突起部と、突起部の基端部に設けられたフランジ部で構成されている。ポンプヘッド８のプランジャシール１３を装着するためのシール装着部には、プランジャシール１３の突起部を嵌め込むための凹部が設けられている。シール装着部に装着されたプランジャシール１３は、突起部の外周面がシール装着部の凹部の内周面に密着し、フランジ部がシール装着部の凹部の周囲の面と密着することで、ポンプ室８ａからの液の漏れを防止する。【０００８】
ところで、プランジャ３が駆動されると、プランジャ３の外周面と摺動するプランジャシール１３の内周面は相手素材よりも軟らかいために摩耗する傾向にある。一方、プランジャシール１３の外周面やフランジ部分はポンプヘッド８の壁面と摺動しないため、プランジャシール１３の外周面が摩耗することはない。そのため、プランジャシール１３の外側から液が漏れることはないと考えられていた。【０００９】
しかし、プランジャシール１３の内周面の摩耗が進行すると、プランジャ３の往復動作とともにプランジャシール１３が動きやすくなり、プランジャシール１３とポンプヘッド８の壁面との間にわずかな隙間ができる。移動相として揮発性の高い酸（例えば、トリフルオロ酢酸、酢酸、ギ酸など）と有機溶媒の混合液を使用することがある。その混合液がプランジャシール１３とポンプヘッド８との間の隙間に浸透すると、その後、溶媒成分のみが揮発し、隙間に残った酸によってポンプヘッド８の金属製の壁面が腐食し又はエッチングされる場合があることがわかった。ポンプヘッド８の金属製の壁面の腐食やエッチングが起こると、プランジャシール１３とポンプヘッド８の壁面との間からの液漏れが発生する。【００１０】
そこで、本発明は、ポンプヘッドの壁面の腐食やエッチングを防止しプランジャシールの封止性能の低下を防ぐことを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の送液ポンプは、液体を吸入するための液入口、液入口から吸入された液を貯留するためのポンプ室及びポンプ室内の液を吐出するための液出口を備えたポンプヘッドと、ポンプヘッドに先端側が挿入されポンプヘッド内で摺動するプランジャと、リング形状に構成されその中心の孔でプランジャを保持しながら前記ポンプヘッドとプランジャとの間の隙間を封止するプランジャシールと、ポンプヘッドのポンプ室へプランジャが挿入されている部分に設けられ、プランジャシールを受け入れる壁面をもち、該壁面が耐酸性材料からなる膜で被覆されているシール装着部と、を備えたものである。【００１２】
「リング形状」は厳密な形状をいうものではなく、中心にプランジャが挿通される孔をもつ回転体の形状であって、所定の厚みをもつものを指している。実施例に示されているようなリングの胴体部からはみ出したフランジ部をもつものを含む意味で使用している。
耐酸性材料を使用するのは、送られる液が酸を含む場合にも使用できるようにするためである。【００１３】
本発明の液体クロマトグラフは、分析流路と、分析流路に移動相を送液するための送液ポンプと、分析流路に試料を注入するための試料注入部と、分析流路上における試料注入部の下流側に設けられ、試料を成分ごとに分離するための分析カラムと、分析流路上における分析カラムよりもさらに下流側に設けられ、分析カラムで分離された成分を検出するための検出器と、を備えたものであり、送液ポンプとして本発明の送液ポンプを使用したものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の送液ポンプでは、プランジャシールを装着するためのシール装着部のプランジャシールを受け入れる壁面が耐酸性材料からなる膜で被覆されているので、プランジャシールとポンプヘッドの壁面との間の隙間に酸を含む液が浸透しても、その酸によってポンプヘッドの壁面の腐食やエッチングの発生が防止される。これにより、長期間にわたって精度良く送液を行なうことができる。【００１５】
本発明の液体クロマトグラフでは、上記効果を有する本発明の送液ポンプを使用しているので、長期間にわたって高い送液精度が維持され、分析結果の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】送液ポンプの一実施例におけるポンプボディの先端側部分の断面図である。
【図１Ｂ】同実施例のポンプ室近傍を拡大して示す断面図である。
【図１Ｃ】同実施例における耐酸性材料膜が未形成でかつプランジャシールやバックアップリングが未装着の状態のポンプ室近傍を拡大して示す断面図である。
【図２】送液ポンプの他の実施例を示すポンプ室近傍の断面図である。
【図３】液体クロマトグラフの一実施例を概略的に示す流路図である。
【図４】従来の送液ポンプの一例を示すポンプ室近傍の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施形態では、耐酸性材料として貴金属、ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣ）及び酸に対して耐性を有するエンジニアリングプラスチックからなる群から選ばれた材料を用いることができる。
【００１８】
耐酸性材料として好適な貴金属は、金、白金、ロジウム又はイリジウムである。貴金属には、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及び白金の８種類の金属が含まれるが、これらの金属のうち、特に金、白金、ロジウム、イリジウムは酸に対する耐性に優れているため、ポンプヘッドの壁面の腐食やエッチングを防ぐ膜の材質に適している。
【００１９】
また、酸に対する耐性を有するエンジニアリングプラスチックとしては、ポリアミド（ＰＡ）、超高分子量ポリエチレン（Ｕ−ＰＥ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが挙げられる。
【００２０】
ところで、ポンプヘッドはステンレスなどからなる金属で形成されているため、ポンプ室の内側壁面は金属面である。一方、プランジャはセラミック又はサファイアで形成されている。そのため、外周面がポンプ室の内側壁面と摺動するプランジャは、摩耗により一定期間使用すると交換する必要のある消耗品である。
【００２１】
そこで、シール装着部とともにポンプ室内の壁面にも耐酸性材料からなる膜が形成されていてもよい。耐酸性材料膜で金属面であるポンプ室の内側壁面を覆うことにより、ポンプ室の内側壁面と摺動するプランジャの摩耗を抑制することができ、プランジャを長寿命化させることができる。特に、ダイヤモンドライクカーボンは摩擦係数が低いため、プランジャがポンプ室の壁面に接触したときの摩擦力が小さくなり、プランジャの長寿命化を図ることができ、プランジャを駆動するモータへの負荷を小さくすることができる。
【００２２】
以下に、送液ポンプの一実施例について図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃを用いて説明する。
まず、図１Ａに示されているように、この実施例の送液ポンプは、ポンプボディ２の先端に洗浄チャンバ１２を挟んでポンプヘッド８が装着されて構成されている。ポンプヘッド８内にはポンプ室８ａが設けられている。ポンプボディ２内にクロスヘッド４が移動可能に収容されている。
【００２３】
クロスヘッド４はバネなどの弾性体６によってポンプヘッド８から遠ざかる方向（図において右方向）に付勢されている。図示は省略されているが、クロスヘッド４の基端部側にカム機構が設けられている。カム機構は、モータなどからなる駆動機構によりカムを回転駆動する機構である。クロスヘッド４は弾性体６によってカム機構側へ付勢されているため、クロスヘッド４の基端部が回転するカムの周面に追従する。これにより、カムの回転に応じてクロスヘッド４がポンプボディ２内でポンプヘッド８へ近付く方向と遠ざかる方向（図において左右方向）へ往復動する。
【００２４】
クロスヘッド４の先端にプランジャ３の基端部が保持されている。プランジャ３の先端部はポンプボディ２の先端及び洗浄チャンバ１２を貫通し、ポンプヘッド８内部のポンプ室８ａに挿入されている。プランジャ３の先端部は、クロスヘッド４の動作に伴なってポンプ室８ａの壁面に沿って摺動する。
【００２５】
ポンプヘッド８には、ポンプ室８ａに液を吸入するための液入口流路８ｂと、ポンプ室８ａから液を押し出すための液出口流路８ｃも設けられている。液入口流路８ｂは、球状の弁体とその弁体を着座させるための弁座からなるチェック弁９ａを備えている。また、液出口流路８ｃはチェック弁９ａと同じ構造のチェック弁９ｂを備えている。なお、チェック弁９ａ，９ｂは、図ではポンプヘッド８の一部として設けられているが、ポンプヘッド８に対し外部から装着されたものであってもよい。
【００２６】
プランジャ３がポンプ室８ａから遠ざかる方向（図において右方向）へ駆動されてポンプ室８ａ内が減圧されると、チェック弁９ｂが閉じてチェック弁９ａが開き、液入口流路８ｂからポンプ室８ａ内に液が吸入される。逆に、プランジャ３がポンプ室８ａ内へ挿入される方向（図において左方向）へ駆動されてポンプ室８ａ内が加圧されると、チェック弁９ａが閉じてチェック弁９ｂが開き、ポンプ室８ａから液出口流路８ｃへ液が押し出される。この動作を繰り返すことにより送液が行なわれる。
【００２７】
ポンプ室８ａのプランジャ３挿入部分にプランジャシール１０が装着されている。プランジャシール１０の背面側（ポンプボディ２側）にバックアップリング１１が挿入されている。プランジャシール１０は、ポンプ室８ａの内壁とプランジャ３の周面との間の隙間からの液漏れを防止するためのものである。バックアップリング１１の背面は洗浄チャンバ１２の壁面により支持されている。プランジャシール１０はバックアップリング１１によりポンプ室８ａ側へ付勢されている。
【００２８】
洗浄チャンバ１２は洗浄液を流通させる流路と貫通するプランジャ３の外周面をその洗浄液によって洗浄する空間を内部に備えている。洗浄チャンバ１２の内部空間のプランジャ３挿入部には、洗浄液の漏れを防止するためにプランジャ３の外周面を摺動可能に保持する洗浄シール１６が設けられている。洗浄シール１６の背面はポンプボディ２の壁面により支持されている。
【００２９】
図１Ｂ及び図１Ｃを用いてプランジャシール１０の装着部分について説明する。
プランジャシール１０は例えばポリエチレン樹脂などの弾性材料で構成され、プランジャ３を貫通させるための孔をもつリング状の部材である。プランジャシール１０の中央部に、プランジャ３の軸方向へ突起した円柱形状の突起部１０ａと、突起部１０ａの基端に設けられたフランジ部１０ｂを備えている。突起部１０ａのポンプ室８ａ側に、突起部１０ａの円周に沿って開口した矩形断面をもつ空間１０ｃが設けられている。空間１０ｃは、ポンプ室８ａの内壁とプランジャ３の外周との間から漏れてきた液を貯留するとともに、ポンプ室８ａ内の圧力の上昇を利用してプランジャシール１０とポンプヘッド８の内壁面やプランジャ３との間の密着性を高める目的で設けられている。
【００３０】
図１Ｃに示されているように、ポンプヘッド８のポンプ室８ａへのプランジャ３を挿入する部分に、プランジャシール１０の突起部１０ａを嵌め込むための凹部１５ａを備えたシール装着部８ｄが設けられている。シール装着部８ｄに装着されたプランジャシール１０の突起部１０ａは凹部１５ａに嵌め込まれ、突起部１０ａの外周面が凹部１５ａの内周面１５ｂと密着する。さらに、プランジャシール１０のフランジ部１０ｂの背面がバックアップリング１１によりポンプ室８ａ側へ押し付けられることでフランジ部１０ｂの突起部１０ａ側の面がシール装着部８ｄの周囲の壁面１５ｃと密着する。これにより、プランジャシール１０はポンプ室８ａを封止する。
【００３１】
プランジャシール１０と密着するシール装着部８ｄの凹部１５ａの内周面１５ｂと凹部１５ａの周囲の面１５ｃは、耐酸性材料膜１４（図１中に太線で示したもの）により被覆されている。この実施例では、プランジャ３の直径は２ｍｍ、凹部８ｄの直径は４ｍｍである。この場合、耐酸性材料膜１４の膜厚は例えば３μｍ程度である。耐酸性材料膜１４の材質としては、例えば金、白金、ロジウム、イリジウムなどの貴金属又はＤＬＣが挙げられる。
【００３２】
上記の貴金属又はＤＬＣからなる耐酸性材料膜１４は、例えばＰＶＤ（Physical vapor deposition）処理やＣＶＤ（Chemical vapor deposition）処理のほか、イオン化蒸着法により形成することができる。
【００３３】
また、耐酸性材料膜１４の材質として、耐薬品性に優れたＰＥＥＫやＰＴＦＥなどのエンジニアリングプラスチックを用いることも可能である。ＰＥＥＫやＰＴＦＥなどのエンジニアリングプラスチックからなる耐酸性材料膜１４は、粉体塗装により形成することができる。
【００３４】
耐酸性材料膜１４は、図２に太線で示されているように、ポンプ室８ａの内面にも形成されていてもよい。この実施例では、ポンプ室８ａの内周面及び奥底面に耐酸性材料膜１４が形成されている。特にＤＬＣは、摩擦係数が０．１と低く耐摩耗性に優れているため、ポンプ室８ａの内面にＤＬＣ膜を形成することで、ランジャ３がポンプ室８ａの壁面に接触したときの摩擦力が小さくなり、プランジャ３を駆動するモータへの負荷が小さくなる。なお、この場合も、耐酸性材料膜１４を金や白金、ロジウム、イリジウムなどの貴金属、ＰＥＥＫやＰＴＦＥなどのエンジニアリングプラスチックにより形成してもよい。
【００３５】
上記実施例の送液ポンプを用いた液体クロマトグラフの一実施例について図３を参照して説明する。
送液ポンプ２０が分析流路２４上に設けられている。送液ポンプ２０は分析流路２４において移動相２２を送液する。分析流路２４上で送液ポンプ２０の下流側に試料注入部２６が設けられている。分析流路２４上の試料注入部２６の下流側に分析カラム２８が設けられている。分析流路２４上の分析カラム２８よりもさらに下流側に検出器３０が設けられている。
【００３６】
試料注入部２６は、例えばオートサンプラを構成する切替バルブに設けられた複数のポートのうちの一つのポート（インジェクションポート）により実現される。その場合、試料注入部２６への試料の注入は、オートサンプラのニードルにより行なわれる。注入された試料はサンプルループに一旦滞留する。その後、切替バルブが切り替えられ分析流路２４が構成され、送液ポンプ２０により移動相２２が送液されることで、サンプルループに滞留した試料が分析カラム２８へ導かれる。分析カラム２８では試料が成分ごとに分離され、各成分が検出器３０において検出される。
【００３７】
液体クロマトグラフでは、分析流路を流れる移動相の流量が検出器３０で得られる検出信号に影響を与えるため、移動相の送液流量が精度良く維持される必要がある。この例では、送液ポンプ２０として、図１や図２の実施例の送液ポンプを使用しているので、移動相として酸を含む液を使用しても、送液ポンプのポンプヘッドのプランジャシール装着部分の金属製壁面が酸によって腐食やエッチングされることがなく、プランジャシールの外周部からの液漏れが防止され、送液ポンプの送液精度が長期間にわたって維持される。これにより、液体クロマトグラフの分析結果の信頼性が高まる。
【符号の説明】
【００３８】
２    ポンプボディ
３    プランジャ
４    クロスヘッド
６    弾性体
８    ポンプヘッド
８ａ  ポンプ室
８ｂ  液入口流路
８ｃ  液出口流路
８ｄ  シール装着部
９ａ，９ｂ  チェック弁
１０    プランジャシール
１０ａ  突起部
１０ｂ  フランジ部
１１    バックアップリング
１２    洗浄チャンバ
１４    耐酸性材料膜
１５ａ  シール装着部凹部
１５ｂ  凹部内周面
１５ｃ  凹部周囲面
１６    洗浄シール
【図１Ａ】
0005610092.tif 000002
【図１Ｂ】
0005610092.tif 000003
【図１Ｃ】
0005610092.tif 000004
【図２】
0005610092.tif 000005
【図３】
0005610092.tif 000006
【図４】
0005610092.tif 000007