(57)【要約】【課題】極めて高精度に流体を吸入・吐出することができ、高精度な吐出量の管理が絶対条件である化学薬品や医薬品の研究や分析等において用いて好適なポンプを提供する。【解決手段】吸入流路１６及び吐出流路１８が連通されたポンプ室１４を有するシリンダ１２と、一部がポンプ室１４に配置され且つシリンダ１２の内面から隙間をおいて往復移動可能に支持されたピストン５１と、シリンダ１２の内面とピストン５１との間の隙間をシールする第１部材３１および第２部材４１とを有し、第１部材３１のポンプ室１４側に露出する露出面が、ポンプ室１４の内圧で変形しない容積保障面３１ｂとされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入流路及び吐出流路が連通されたポンプ室を有するシリンダと、
一部が前記ポンプ室に配置され且つ前記シリンダの内面から隙間をおいて往復移動可能に支持されたピストンと、
前記シリンダの内面と前記ピストンとの隙間をシールして前記ポンプ室を画成するシール部と、を有し、
前記シール部は、前記ポンプ室に露出する露出面が、前記ポンプ室の内圧で変形しない容積保障面とされていることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記シール部は、前記ピストンが摺動可能に挿通される摺動孔と、前記第１部材の前記露出面とは反対側の面において当該反対側の面に開口する前記摺動孔から面方向外方に間隔をおいて形成された環状溝と、前記摺動孔と前記環状溝との間に形成された円筒シール板部と、を有する第１部材を備えてなり、
前記環状溝に環状の弾性部材が押し込まれることにより、前記円筒シール板部が前記弾性部材から径方向内方へ向かう押圧力を受けて変形し、前記摺動孔の内周面が前記ピストンの外周面に押圧されることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記シール部は、前記第１部材に対して前記環状溝の開口側に装着され且つ前記ピストンが摺動可能に挿通される摺動孔を有する第２部材を更に備えてなり、
前記弾性部材が前記第２部材によって前記環状溝へ押し込まれることを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記第１部材には、前記環状溝に対向する環状の対向面が凸面、平担面もしくは凹面のいずれかとされた前記第２部材が装着されることを特徴とする請求項３に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学薬品や医薬品の研究等において、流体の移送に用いられるポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化学薬品や医薬品の研究や分析等において、薬液等の液体を移送するポンプとして、マイクロポンプと称されるポンプが用いられている。
【０００３】
この種のポンプとしては、ポンプ室に対してピストンが往復移動可能に設けられ、このピストンが往復移動することにより、液体吸入流路からポンプ室に引き込んだ一定量の液体を液体吐出流路へ間欠的に送り出すものがある（例えば、特許文献１，２参照）。そして、このポンプでは、ポンプ室に対するピストンの摺動箇所をシール部材によってシールしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２３８４７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２５５８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のポンプでは、液体の吸入・吐出工程において、ポンプ室内の圧力が変動し、ポンプ室内の液体と接するシール部材が変形することがあり、また、シール部材とピストンとの摺動抵抗によっても、やはりシール部材が微妙に変形することがある。そして、このように、シール部材が変形すると、その変形に伴ってポンプ室内の容積が変動する。
【０００６】
特に、シール部材として、ポンプ室内の液圧によって広がり、ピストンとのシール力を高めるタイプのシール部材を用いると、ポンプ室内の圧力変動でシール部材も大きく変形し、ポンプ室内の容積変動も大きくなる。
【０００７】
そして、このように、吸入・吐出工程において、ポンプ室内の容積変動が生じると、ポンプからの液体の吐出量の精度が低下し、高精度な吐出量の管理が絶対条件である化学薬品や医薬品の研究や分析等において用いるポンプとしては不適なものとなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、極めて高精度に流体を吸入・吐出することができ、高精度な吐出量の管理が絶対条件である化学薬品や医薬品の研究や分析等において用いて好適なポンプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のポンプは、吸入流路及び吐出流路が連通されたポンプ室を有するシリンダと、一部が前記ポンプ室に配置され且つ前記シリンダの内面から隙間をおいて往復移動可能に支持されたピストンと、前記シリンダの内面と前記ピストンとの隙間をシールして前記ポンプ室を画成するシール部と、を有し、前記シール部は、前記ポンプ室に露出する露出面が、前記ポンプ室の内圧で変形しない容積保障面とされていることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成のポンプによれば、ポンプ室に露出するシール部の露出面がポンプ室の内圧によっては変形しないので、ピストンを往復移動させて流体を移送することにより、ポンプ室内の圧力が変動しても、変形による容積変動が抑制される。これにより、極めて高精度に流体を吸入・吐出することができる。つまり、このポンプによれば、高精度な吐出量の管理が絶対条件である化学薬品や医薬品の研究や分析等において用いて好適である。また、ゴム等のシール部材によって直接シールする構造と比較して、耐液性に優れ、しかも、繰り返しの変形による劣化を抑えることができ、長寿命化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明のポンプにおいて、前記シール部は、前記ピストンが摺動可能に挿通される摺動孔と、前記第１部材の前記露出面とは反対側の面において当該反対側の面に開口する前記摺動孔から面方向外方（外周側）に間隔をおいて形成された環状溝と、前記摺動孔と前記環状溝との間に形成された円筒シール板部と、を有する第１部材を備えてなり、前記環状溝に環状の弾性部材が押し込まれることにより、前記円筒シール板部が前記弾性部材から径方向内方へ向かう押圧力を受けて変形し、前記摺動孔の内周面が前記ピストンの外周面に押圧されるものでも良い。
【００１２】
かかる構成のポンプによれば、第１部材の環状溝に環状の弾性部材を押し込むことにより、弾性部材の弾性力によって円筒シール板部が径方向内方へ変形し、摺動孔の内周面がピストンの外周面に押圧されるので、シリンダとピストンとの間を確実にシールすることができる。
【００１３】
また、本発明のポンプにおいて、前記シール部は、前記第１部材に対して前記環状溝の開口側に装着され且つ前記ピストンが摺動可能に挿通される摺動孔を有する第２部材を更に備えてなり、前記弾性部材が前記第２部材によって前記環状溝へ押し込まれるものでも良い。
【００１４】
かかる構成のポンプによれば、第１部材に第２部材を装着して弾性部材を環状溝へ強制的に押し込むことにより、極めて容易に、弾性部材によって円筒シール板部を押圧してシール部によるシリンダとピストンとの良好なシール状態を確保することができる。また、第１部材および第２部材の各摺動孔とピストンとを、高い嵌め合いの寸法公差にて形成することにより、シリンダに対するピストンの同軸度を保障することができる。
【００１５】
また、本発明のポンプにおいて、前記第１部材には、前記環状溝に対向する環状の対向面が凸面、平担面もしくは凹面のいずれかとされた前記第２部材が装着されるものでも良い。
【００１６】
かかる構成のポンプによれば、第１部材の環状溝に対向する環状の対向面の形状が異なる第２部材を選択的に用いることにより、弾性部材の弾性力を、ポンプ室の内圧に応じてコントロールすることができる。例えば、ポンプ室の内圧が高く、高いシール力を要する場合は、第１部材の環状溝に対向する環状の対向面が凸面を有する第２部材を用い、ポンプ室の内圧が低く、シール力が低くて良い場合は、第１部材の環状溝に対向する環状の対向面が凹面を有する第２部材を用い、その中間程度のシール力を要する場合は、第１部材の環状溝に対向する環状の対向面が平担面である第２部材を用いる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のポンプによれば、極めて高精度に流体を吸入・吐出することができ、高精度な吐出量の管理が絶対条件である化学薬品や医薬品の研究や分析等において用いて好適なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るポンプの構造を説明する図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図３】ポンプに設けられる第１部材を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】ポンプに設けられる第２部材を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】第２部材の他の例を説明する図であって、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第２部材の一部の断面図である。
【図６】他の構造の第２部材を説明する断面図である。
【図７】他の構造の第１部材を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１１  ポンプ
１２  シリンダ
１４  ポンプ室
１６  吸入流路
１８  吐出流路
３１  第１部材
３１ｂ  容積保障面
３２  摺動孔
３３  環状溝
３４  円筒シール板部
４１  第２部材
４３  環状突起（凸面）
４４  環状凹部（凹面）
５１  ピストン
５５  弾性リング（弾性部材）
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るポンプの実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施形態に係るポンプの構造を説明する図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図２は図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面図、図３はポンプに設けられる第１部材を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図、図４はポンプに設けられる第２部材を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。
【００２２】
図１及び図２に示すように、本実施形態のポンプ１１は、シリンダ１２を有しており、このシリンダ１２の後端側（図１では紙面右側）には、フレーム部材１３が接合されている。
【００２３】
シリンダ１２は、例えば、アクリルなどの耐薬液性に優れた樹脂材料から形成されたもので、その中心には、先端部が先細り形状とされたポンプ室１４が軸方向へ沿って形成されている。また、シリンダ１２の側部には、吸入ポート１５が形成されており、この吸入ポート１５とポンプ室１４の側部とが、吸入流路１６を介して連通されている。また、シリンダ１２の先端部には、吐出ポート１７が形成されており、この吐出ポート１７とポンプ室１４の先端とが、吐出流路１８を介して連通されている。
【００２４】
また、フレーム部材１３の先端面が接合されるシリンダ１２の後端面（以下、接合面１２ａ）には、平面視円形の凹部２１が形成されており、この凹部２１の底面２１ａにポンプ室１４の後端側が開口している。
【００２５】
また、このシリンダ１２には、平面視における四隅近傍に、ネジ挿通孔２２が形成されており、これらのネジ挿通孔２２には、シリンダ１２の先端側から、接合ネジ２３が挿し込まれる。
【００２６】
上記のシリンダ１２に接合されるフレーム部材１３は、例えば、アクリルなどの耐薬液性に優れた樹脂材料から形成されたもので、その中心に、挿通孔２５が形成されている。このフレーム部材１３には、シリンダ１２の接合面１２ａが接合される先端面（以下、接合面１３ａ）に、平面視円形の凹部２６が形成されており、この凹部２６の底面２６ａに挿通孔２５が開口されている。
【００２７】
このフレーム部材１３には、接合面１３ａにおける四隅近傍に、ネジ穴２７が形成されており、これらのネジ穴２７には、シリンダ１２の先端側から、ネジ挿通孔２２へ挿し込まれた接合ネジ２３がねじ込まれる。これにより、シリンダ１２とフレーム部材１３とが、ネジ穴２７への接合ネジ２３の締結力によって、互いの接合面１２ａ，１３ａを当接した状態に接合される。
【００２８】
このように、シリンダ１２とフレーム部材１３とを接合させることにより、ポンプ１１には、シリンダ１２の凹部２１とフレーム部材１３の凹部２６とから収容空間部３０が形成される。この収容空間部３０には、シリンダ１２の内面とピストン５１との間の隙間をシールしてポンプ室１４を画成するシール部の構成部材として、第１部材３１および第２部材４１が収容されている。第１部材３１は、凹部２１，２６に嵌合可能な環状に形成されている。そして、この第１部材３１のフレーム部材１３側には第２部材４１が装着されており、この第２部材４１も収容空間部３０内に収容されている。
【００２９】
第１部材３１及び第２部材４１は、互いに連通する摺動孔３２，４２を有しており、これらの連通した摺動孔３２，４２には、ピストン５１が摺動可能に挿通されている。ピストン５１は、例えば、硬質ガラスなどの耐薬液性に優れた無機材料から形成されたもので、その先端部が、シリンダ１２のポンプ室１４内に配置されている。また、このピストン５１の後端は、フレーム部材１３の挿通孔２５へ通され、フレーム部材１３の後端側に設けられた図示略の移動機構に接続されている。そして、このピストン５１は、移動機構によって、フレーム部材１３側へ移動する吸入方向（図1中矢印α方向）とシリンダ１２側へ移動する吐出方向（図1中矢印β方向）に移動される。
【００３０】
摺動孔３２，４２及びこれらの摺動孔３２，４２に挿通されたピストン５１は、シリンダ１２のポンプ室１４及びフレーム部材１３の挿通孔２５よりも小径に形成されている。これにより、シリンダ１２側では、ピストン５１の外周面とポンプ室１４の内周面との間に隙間が形成され、また、フレーム部材１３側では、ピストン５１の外周面と挿通孔２５の内周面との間に隙間が形成される。
【００３１】
第１部材３１は、例えば、高分子ポリエチレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等など、移送する液体に対する耐薬液性に優れた硬質の樹脂材料から形成されたもので、棒状成形樹脂の加工成形または射出成形によって製造される。
【００３２】
この第１部材３１の摺動孔３２は、ピストン５１に対して、例えば、Ｍ６，Ｍ７（ＪＩＳ Ｂ ０４０１）程度の嵌め合いの穴の寸法許容差とされており、これにより、ピストン５１は、ガタつきなく適度の摺動抵抗を有した状態に摺動孔３２へ挿通される。
【００３３】
この第１部材３１のポンプ室１４側の密着面３１ａ及びこの密着面３１ａが当接するシリンダ１２の凹部２１の底面２１ａは、それぞれ平滑面とされており、これにより、第１部材３１の密着面３１ａは、シリンダ１２の凹部２１の底面２１ａに液密的に密着される。
【００３４】
また、この第１部材３１のポンプ室１４側の密着面３１ａは、その一部がポンプ室１４に露出されている。このポンプ室１４に露出された第１部材３１の露出面は、第１部材３１が硬質の樹脂材料から形成されていることより、ポンプ室１４の内圧で変形することがない。つまり、この第１部材３１のポンプ室１４での露出面は、ポンプ室１４内の容積変動を生じさせることのない面である容積保障面３１ｂとされている。
【００３５】
また、この第１部材３１は、図３に示すように、第２部材４１との当接面３１ｃ側に、環状溝３３が形成されている。この環状溝３３は、摺動孔３２の近傍（摺動孔３２から面方向外方（外周側）に所定の間隔を隔てた位置）に形成されており、これにより、摺動孔３２と環状溝３３との間には、薄肉の板状に形成された円筒シール板部３４が、周方向にわたって形成されている。この円筒シール板部３４は、その厚さ寸法が、例えば０．１〜１．０ｍｍ程度とされており、これにより、厚さ方向へ作用する外力によって容易に弾性変形可能とされている。
【００３６】
第２部材４１は、例えば、ナイロン類またはポリアセタールなどの摩擦係数が少なく耐摩耗性に優れた樹脂材料を、射出成形または加工成形することにより製造される。
【００３７】
この第２部材４１の摺動孔４２は、ピストン５１に対して、例えば、Ｈ７（ＪＩＳ Ｂ ０４０１）程度の嵌め合いの穴の寸法許容差とされており、これにより、ピストン５１は、ガタつきなく摺動可能に摺動孔４２へ挿通される。
【００３８】
また、第２部材４１は、図４に示すように、第１部材３１との当接面４１ａ側において、第１部材３１の環状溝３３に対向する環状の対向面が、環状突起４３の凸面とされている。この環状突起４３は、第１部材３１の環状溝３３に対向した位置に形成されており、第１部材３１と第２部材４１とを軸線方向に重ね合わせることにより、第１部材３１の環状溝３３内に入り込む。
【００３９】
第１部材３１の環状溝３３には、弾性リング（弾性部材）５５が配設されている。この弾性リング５５は、断面円形状に形成されたもので、その径は、第１部材３１の環状溝３３の幅寸法と略同一寸法とされている。この弾性リング５５は、例えば、ゴム類または高反発性を有するエラストマ等の樹脂類などの弾性材料を射出成形または加工成形することにより製造される。なお、この弾性リング５５としては、市販のＯリング等を用いることも可能である。
【００４０】
そして、第１部材３１の環状溝３３に配設された弾性リング５５は、第２部材４１の環状突起４３によって環状溝３３の底部側へ向かって押圧され、径方向へ広がるように弾性変形されている。
【００４１】
これにより、第１部材３１の円筒シール板部３４は、弾性リング５５からの弾性力によって径方向内方へ向かう押圧力を受けてピストン５１側へ変形する。したがって、第１部材３１の摺動孔３２を画成する内周面がピストン５１の外周面に押圧され、第１部材３１とピストン５１との間に、極めて高いシール性が確保される。
【００４２】
また、第１部材３１と第２部材４１とは、変形した弾性リング５５の反発力によって互いに離間する方向へ押圧される。これにより、第１部材３１は、その密着面３１ａがシリンダ１２の凹部２１の底面２１ａに強く押し付けられるので、シリンダ１２と第１部材３１との間においても、極めて高いシール性が確保される。
【００４３】
上記構造のポンプ１１では、吸入ポート１５及び吐出ポート１７には、吸入配管及び吐出配管がそれぞれ接続され、これにより、吸入配管から吸入流路１６、ポンプ室１４及び吐出流路１８を介して吐出配管へ送液可能な流路が形成される。なお、吸入配管及び吐出配管には、それぞれ逆止弁が設けられており、吸入配管、吸入流路１６、ポンプ室１４、吐出流路１８及び吐出配管からなる流路において、送液方向が吸入配管側から吐出配管側へ流れる一方向に制限されている。
【００４４】
この状態において、ポンプ１１のピストン５１が吸入方向（図１中矢印α方向）へ移動すると、その移動分だけポンプ室１４からピストン５１が引き抜かれ、ポンプ室１４内が負圧となる。これにより、ピストン５１が引き抜かれた部分の体積分に相当する容量の液体が、吸入配管から吸入流路１６を介してポンプ室１４内に吸入される。
【００４５】
次に、ポンプ１１のピストン５１が吐出方向（図1中矢印β方向）へ移動すると、その移動分だけポンプ室１４へピストン５１の先端側が押し出され、ポンプ室１４内が正圧となり、ピストン５１が押し出された部分の体積分に相当する容量の液体が、ポンプ室１４から吐出流路１８を介して吐出配管へ吐出される。
【００４６】
このように、上記ポンプ１１では、ピストン５１を往復移動させることにより、液体が吸入されて吐出されて所定量の液体が送液される。
【００４７】
ここで、上記ポンプ１１によれば、シリンダ１２とピストン５１とをシールする第１部材３１のシリンダ１２のポンプ室１４に露出する露出面が、ポンプ室１４の内圧によっては変形しない容積保障面３１ｂとされているので、ピストン５１を往復移動させて送液することにより、ポンプ室１４内の圧力が変動しても、変形による容積変動が抑制される。これにより、極めて高精度に液体を吸入・吐出することができる。
【００４８】
つまり、このポンプ１１は、高精度な吐出量の管理が絶対条件である化学薬品や医薬品の研究や分析等において用いて好適である。また、ゴム等のシール部材によって直接シールする構造と比較して、耐液性に優れ、しかも、繰り返しの変形による劣化を抑えることができ、長寿命化を図ることができる。
【００４９】
また、第１部材３１の環状溝３３に環状の弾性リング５５を押し込むことにより、弾性リング５５の弾性力によって円筒シール板部３４が径方向内方へ変形し、摺動孔３２の内周面がピストン５１の外周面に押圧されるので、第１部材３１とピストン５１との間を確実にシールすることができる。また、このとき、弾性リング５５の弾性力によって第１部材３１の密着面３１ａがシリンダ１２の凹部２１の底面２１ａへ押し付けられるので、シリンダ１２と第１部材３１との間においても、極めて高いシール性を確保することができる。
【００５０】
また、第１部材３１に第２部材４１を軸線方向に重ね合わせるように装着して、弾性リング５５を環状溝３３へ押し込むことにより、極めて容易に、弾性リング５５を押圧し、弾性リング５５の弾性力によって第１部材３１によるシリンダ１２とピストン５１との良好なシール状態を確保することができる。
【００５１】
また、第２部材４１の摺動孔４２とピストン５１とを、高い嵌め合いの寸法公差にて形成することにより、ピストン５１とシリンダ１２との同軸度を保障することができる。
【００５２】
なお、上記実施形態では、第１部材３１の環状溝３３に対向する環状の対向面に環状突起４３の凸面が形成された第２部材４１を第１部材３１に装着させたが、第２部材４１としては、図５（ａ）に示すように、第１部材３１の環状溝３３に対向する環状の対向面を平担面としたもの、あるいは、図５（ｂ）に示すように、環状凹部４４を有する凹面を形成したものを選択的に用いることができる。
【００５３】
このように、第１部材３１の環状溝３３に対向する環状の対向面の形状の異なる第２部材４１を選択的に用いることにより、弾性リング５５において生じさせる弾性力を、ポンプ室１４の内圧に応じてコントロールすることができる。例えば、ポンプ室１４の内圧が高く、高いシール力を要する場合は、環状突起４３を有する第２部材４１を用い、ポンプ室１４の内圧が低く、シール力が低くて良い場合は、環状凹部４４を有する第２部材４１を用い、その中間程度のシール力を要する場合は、第１部材３１の環状溝３３に対向する環状の対向面が平面である第２部材４１を用いる。
【００５４】
また、環状突起４３または環状凹部４４を有する第２部材４１を用いる場合は、必要となるシール力に応じて、環状突起４３の突出寸法または環状凹部４４の深さ寸法の異なるものを選択的に用いることにより、より細かくシール力を調整することができる。
【００５５】
また、第２部材４１としては、図６に示すように、摺動孔４２にリング状の溝部４２ａを一又は複数（図６では２つ）形成しても良い。このようにすると、ピストン５１とシリンダ１２との同軸度を確保しつつピストン５１との接触面積を減らし、ピストン５１の摺動抵抗を低減させることができ、ピストン５１の摺動の円滑化を図ることができる。
【００５６】
また、上記のポンプ１１において、第１部材３１に環状溝３３を形成すると、第１部材３１の摺動孔３２の近傍部分における軸方向の厚みが薄くなり、強度が低下する。このため、図７に示すように、第１部材３１としては、円筒シール板部３４を軸線方向外方（図７中のｚ軸方向）へ延在するように形成しても良い。このように、円筒シール板部３４を軸方向へ延在させてピストン５１とのシールに必要な長さを確保すれば、環状溝３３を浅くすることができ、第１部材３１の軸方向の厚みを十分に確保して強度低下を抑えることができる。
【００５７】
なお、上記のポンプ１１の第１部材３１の環状溝３３及びこの環状溝３３内に配設される弾性リング５５の断面形状及び寸法は、本実施形態のものに限定されることはなく、これらの環状溝３３及び弾性リング５５の断面形状及び寸法を必要となるシール力に応じて適宜変形することにより、適切なシール力にてシリンダ１２とピストン５１とがシールされたポンプ１１とすることができる。
【００５８】
また、弾性リング５５の配設数も１つに限定されることなく、環状溝３３内に軸方向あるいは径方向に複数並べてもよい。
さらに、上記実施形態では、ポンプ１１として、液体を移送する場合について説明したが、本発明は、液体のみならず気体を移送するポンプにも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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