(57)【要約】【課題】プランジャーを有する送液ポンプのポンプ流量の脈動を低減する。【解決手段】送液ポンプは、ポンプ室１ａを備えたポンプヘッドと、先端部がポンプ室１ａ内で摺動するプランジャー５と、プランジャー５の外周に接触される接触部分７ａと接触部分７ａからプランジャー５とは反対側へ突出している鍔部分７ｂとを有するシール部材７と、シール部材７の鍔部分７ｂよりもプランジャー５の基端部側で、シール部材７の接触部分７ａを介してプランジャー５の周囲に配置される弾性部材９と、を備えている。弾性部材９は、ポンプ１ａ室内からシール部材７に圧力が働いたときに接触部分７ａをプランジャー５側へ押し付けるように変形する。【選択図】図１
2015151882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ室を備えたポンプヘッドと、
先端部が前記ポンプ室内で摺動するプランジャーと、
前記プランジャーの外周に接触される接触部分と前記接触部分から前記プランジャーとは反対側へ突出している鍔部分とを有するシール部材と、
前記シール部材の前記鍔部分よりも前記プランジャーの基端部側で、前記シール部材の前記接触部分を介して前記プランジャーの周囲に配置される弾性部材と、を備え、
前記弾性部材は、前記ポンプ室内から前記シール部材に圧力が働いたときに前記接触部分を前記プランジャー側へ押し付けるように変形することを特徴とする送液ポンプ。
【請求項２】
前記プランジャーに動力を与えるモーターと、
前記プランジャーを往復方向に移動させるための送りネジ方式の駆動機構と、を備え、
前記駆動機構は、雄ネジ部分を有するプランジャー軸と、前記雄ネジ部分と嵌め合わされる雌ネジ部分を有するナット部材と、前記ナット部材を前記プランジャーの軸心に調心させるアンギュラベアリングと、前記モーターの駆動軸と前記ナット部材とを接続するオルダム軸継手と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の送液ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プランジャーをポンプヘッド内で摺動させることによって送液を行う送液ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プランジャーをポンプヘッド内で摺動させることによって送液を行う送液ポンプがある（例えば特許文献１を参照。）。
【０００３】
図９は従来の送液ポンプを説明するための概略的な構成図である。図１０は従来の送液ポンプのシール部材近傍を拡大して示した概略的な構成図である。
【０００４】
従来の送液ポンプは、大まかな構成として、ポンプヘッド１０１、プランジャー１０３、シール部材１０５、プランジャー軸１０７、ナット部材１０９、アンギュラベアリング１１１、駆動伝達部１１３、モーター１１５を備えている。
【０００５】
ポンプヘッド１０１はポンプ室１０１ａと液体吸入口１０１ｂと液体吐出口１０１ｃを備えている。プランジャー１０３は先端部がポンプ室１０１ａ内に挿入されている。プランジャー１０３の先端部はポンプ室１０１ａ内で摺動する。
【０００６】
ポンプ室１０１ａはプランジャー１０３の外周に接して配置されたシール部材１０５によって封止されている。シール部材１０５は例えばＯリングである。
【０００７】
プランジャー１０３の基端部にプランジャー軸１０７が接続されている。プランジャー１０３とは反対側のプランジャー軸１０７の部分に雄ネジが形成されている。プランジャー軸１０７の雄ネジ部分は雌ネジが形成されたナット１０９部材に嵌め込まれている。
【０００８】
ナット部材１０９はアンギュラベアリング１１１によってプランジャー１０３の軸心に調心される。ナット部材１０９とモーター１１５の駆動軸は例えばピン引っ掛け式の駆動伝達部１１３によって接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３４３３３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の送液ポンプにおけるプランジャーシール機構では、図２に示されるように、ポンプ室１０１ａ内の圧力Ｐによってシール部材１０５であるＯリングが変形する（二点鎖線を参照。）。シール部材１０５が変形すると、ポンプ室１０１ａ内の容積が変化する。このポンプ室１０１ａ内の容積の変化によって、従来の送液ポンプはポンプ流量の脈動（脈流）が生じやすくなるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、プランジャーを有する送液ポンプのポンプ流量の脈動を低減する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】
【００１２】
本発明にかかる送液ポンプは、ポンプ室を備えたポンプヘッドと、先端部が上記ポンプ室内で摺動するプランジャーと、上記プランジャーの外周に接触される接触部分と上記接触部分から上記プランジャーとは反対側へ突出して上記ポンプヘッドに接触される鍔部分とを有するシール部材と、上記シール部材の上記鍔部分よりも上記プランジャーの基端部側で、上記シール部材の上記接触部分を介して上記プランジャーの周囲に配置される弾性部材と、を備え、上記弾性部材は、上記ポンプ室内から上記シール部材に圧力が働いたときに上記接触部分を上記プランジャー側へ押し付けるように変形することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の送液ポンプは、例えば、上記プランジャーに動力を与えるモーターと、上記プランジャーを往復方向に移動させるための送りネジ方式の駆動機構と、を備え、上記駆動機構は、雄ネジ部分を有するプランジャー軸と、上記雄ネジ部分と嵌め合わされる雌ネジ部分を有するナット部材と、上記ナット部材を上記プランジャーの軸心に調心させるアンギュラベアリングと、上記モーターの駆動軸と上記ナット部材とを接続するオルダム軸継手と、を備えているようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の送液ポンプは、プランジャーの周囲にシール部材を介して配置された弾性部材が変形することによって、プランジャーの摺動やポンプ室内の圧力変動に起因するシール部材の変形を減少させる。したがって、本発明の送液ポンプはポンプ流量の脈動を低減することができる。本発明の送液ポンプは、ポンプ流量の脈動を低減することができるので、微量送液に特に有効である。
【００１５】
さらに、本発明の送液ポンプは、モーターの駆動軸とナット部材とを接続するオルダム軸継手を備えているようにすれば、プランジャー軸とモーターの駆動軸の直線性を向上させる。これにより、この態様の本発明の送液ポンプは、プランジャー軸とモーターの駆動軸の偏芯に起因する変位負荷や変動負荷を吸収することができ、プランジャーの送り精度を向上させてポンプ流量の脈動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】送液ポンプの一実施例のシール部材近傍を拡大して示した概略的な構成図である。
【図２】同実施例の全体を示した概略的な構成図である。
【図３】同実施例の概略的な外観斜視図である。
【図４】オルダム軸継手を説明するための概略的な図である。
【図５】同実施例の送液ポンプの送液性能を１００〜１０００マイクロリットル／分の範囲で調べた結果を示すグラフである。
【図６】同実施例の送液ポンプの送液性能を３０〜９０マイクロリットル／分の範囲で調べた結果を示すグラフである。
【図７】同実施例の送液ポンプの送液性能を０.３〜５.０マイクロリットル／分の範囲で調べた結果を示すグラフである。
【図８】図５から図７のグラフの解析結果を示した図表である。
【図９】従来の送液ポンプを説明するための概略的な構成図である。
【図１０】従来の送液ポンプのシール部材近傍を拡大して示した概略的な構成図である。
【図１１】従来の送液ポンプの送液性能を１００〜１０００マイクロリットル／分の範囲で調べた結果を示すグラフである。
【図１２】従来の送液ポンプの送液性能を３０〜９０マイクロリットル／分の範囲で調べた結果を示すグラフである。
【図１３】図１１及び図１２のグラフの解析結果を示した図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は送液ポンプの一実施例のシール部材近傍を拡大して示した概略的な構成図である。図２はこの実施例の全体を示した概略的な構成図である。図３はこの実施例の概略的な外観斜視図である。
【００１８】
ポンプ室１ａを備えたポンプヘッド１にフィッティングヘッド３が装着されている。フィッティングヘッド３は、ポンプ室１ａにつながる液体吸入口３ａと液体吐出口３ｂを備えている。図示されていないが、液体吸入口３ａｂと液体吐出口２ｃには液体を一方向へ流す弁機構が接続される。
【００１９】
ポンプ室１ａ内にプランジャー５の先端部が挿入されている。プランジャー５の先端部はポンプ室１ａ内で摺動する。
【００２０】
ポンプヘッド１に設けられた段差部にシール部材７が配置されている。シール部材７は接触部分７ａと鍔部分７ｂを備えている。接触部分７ａはプランジャー５の外周に接触されている。鍔部分７ｂは接触部分７ａからプランジャー５とは反対側へ突出して設けられている。鍔部分７ｂはポンプヘッド１に接触されている。シール部材７は例えば樹脂製であり、ここでは超高分子ポリエチレン（ＵＨＭＰＥ）製である。
【００２１】
シール部材７の接触部分７ａを介してプランジャー５の周囲に弾性部材９が配置されている。弾性部材９はシール部材７の鍔部分７ｂよりもプランジャー５の基端部側に配置されている。弾性部材９は例えばゴム製のＯリングである。
【００２２】
シール部材７及び弾性部材９はポンプヘッド１とガイド１１によって位置決めされている。ガイド１１はポンプヘッド１に取り付けられたポンプボディ１３によって位置固定されている。
【００２３】
ポンプボディ１３に原点センサー１５と駆動機構１７が取り付けられている。原点センサー１５はプランジャー５の位置を検出するためのものである。駆動機構１７はプランジャー５を往復方向に移動させるための送りネジ方式の駆動機構を備えている。
【００２４】
駆動機構１７にモーター１９が取り付けられている。モーター１９は駆動機構１７を介してプランジャー５に動力を与えるためのものである。
駆動機構１７は、例えば、プランジャー軸２１と、ナット部材２３と、アンギュラベアリング２５と、オルダム軸継手２７と、ボディ２９を備えている。
【００２５】
プランジャー軸２１はプランジャー５の基端部に取り付けられている。プランジャー軸２１はプランジャー５とは反対側の端部に雄ネジ部分を備えている。
【００２６】
プランジャー軸２１の雄ネジ部分にナット部材２３の雌ネジ部分が嵌め込まれている。ナット部材２３はアンギュラベアリング２５内に配置されている。アンギュラベアリング２５はナット部材２３をプランジャー５の軸心に調心させる。
【００２７】
アンギュラベアリング２５はボディ２９に支持されている。ボディ２９の一端はポンプボディ１３に取り付けられている。ボディ２９の他端にモーター１９が取り付けられている。
【００２８】
プランジャー軸２１とは反対側のナット部材２３の端部はオルダム軸継手２７を介してモーター１９の駆動軸に接続されている。
【００２９】
図４はオルダム軸継手を説明するための概略的な図である。図４（Ａ）は分解斜視図である。図４（Ｂ）は側面図である。図４（Ｃ）は正面図である。
【００３０】
オルダム軸継手２７は大きく分けてハブ２７ａ、スペーサ２７ｂ、ハブ２７ｃで構成されている。ハブ２７ａ，２７ｃはそれぞれ突起を備えている。スペーサ２７ｂは表裏面に互いに直交する溝を備えている。スペーサ２７ｂはハブ２７ａ，２７ｃの間に配置される。
【００３１】
例えば、ハブ２７ａはナット部材２３に接続される。ハブ２７ｃはモーター１９の駆動軸に接続される。オルダム軸継手２７はスペーサ２７ｂに対してハブ２７ａ，２７ｃを滑らせながらモーター１９の動力をナット部材２３に伝える。オルダム軸継手２７はナット部材２３の軸とモーター１９の駆動軸との間の偏芯や偏角、振れなどを許容する。
【００３２】
一般に、シール部材はポンプ室の液密を保つためにプランジャーの外周に接する寸法で作製される。そのため、送液の際のポンプ室内の圧力やプランジャーの摺動に起因する摩擦などによってシール部材にたわみが生じる場合がある。これは、微量な送液時や精密な送液時において、脈流を発生させて定量性を低減する要因となる。
【００３３】
この実施例の送液ポンプは、ポンプ室１ａの液密を保つためにシール部材７と弾性部材９を備えている。シール部材７の鍔部分７ｂの厚み寸法ｂは接触部分７ａの厚み寸法ａに比べて厚くされている。鍔部分７ｂの厚み寸法ｂは、ポンプ室１ａからの圧力Ｐに対して変形しない程度であることが好ましい。鍔部分７ｂの厚み寸法ｂは例えば２.００〜２.０２ｍｍである。鍔部分７ｂは弾性部材９によってポンプヘッド１に押し付けられている。
【００３４】
シール部材７の接触部分７ａの厚み寸法ａは比較的薄くされている。接触部分７ａの厚み寸法ａは、弾性部材９による力でたわむ程度であることが好ましい。接触部分７ａの厚み寸法ａは例えば０.４７５〜０.５２５ｍｍである。接触部分７ａは弾性部材９によってプランジャー５の外周に密着される。
【００３５】
シール部材７の接触部分７ａのガイド１１側の端部はガイド１１に接触されている。ポンプ室１ａからの圧力Ｐが接触部分７ａの面を変形させる力は、接触部分７ａをプランジャー５側へ押し付ける力に変換される。これにより、シール性能が向上される。
【００３６】
このように、この実施例の送液ポンプは、ポンプ室１ａからの圧力Ｐに起因するポンプ室１ａの容積変化を低減することができ、ポンプ流量の脈動を低減することができる。
【００３７】
ところで、図９に示された従来の送液ポンプにおいて、プランジャー軸１０７への駆動伝達部１１３はピン引っ掛け式である。したがって、モーター１１５の駆動軸とプランジャー軸１０７の偏芯による変位負荷や変動負荷に起因して、送液時の脈動が大きくなる。例えば低流速送液時や低圧送液時において、脈流を低減するためにはプランジャー軸１０７とモーター１１５の駆動軸の直線性が必要である。しかし、各部材の加工精度やモーター１１５のロット間差などの観点より、実現が困難である。
【００３８】
そこで、この実施例の送液ポンプは、プランジャー軸２１とモーター１９の駆動軸の間にスライダー機構を用いた軸継手であるオルダム軸継手２７を用いるようにした。これにより、プランジャー軸２１とモーター１９の駆動軸の間の偏芯に起因する変異負荷や変動負荷がオルダム軸継手２７によって吸収され、プランジャー５の送り精度が向上され、脈流が低減される。
【００３９】
図５、図６及び図７はこの実施例の送液ポンプの送液性能を調べた結果を示すグラフである。図５から図７において、横軸は時間（秒）を示し、縦軸は流量（マイクロリットル／分又はナノリットル／分）を示している。図５から図７のグラフ中の数字は設定流量（単位はマイクロリットル／分）を示している。図８は図５から図７のグラフの解析結果を示した図表である。
【００４０】
送液された液体は蒸留水である。３０〜１０００マイクロリットル／分の流速下での送液試験においては、流量測定手段としてフローセンサーが用いられた。０.３〜５.０マイクロリットル／分の低流速下での送液試験においては、流量測定は、吐出液の重量を測定し、溶媒の密度で割ることで流量を測定する方法で行なわれた。
【００４１】
図５及び図８に示されるように、１００〜１０００マイクロリットル／分の高流速下での送液試験において、脈流及び精度のばらつきは観察されなかった。また、設定以上の精度が確保されていることが確認された。
【００４２】
図６及び図８に示されるように、３０〜９０マイクロリットル／分の流速下での送液試験において、脈流及び精度のばらつきは小さく、所定の精度が確保されていることが確認された。
【００４３】
図７及び図８に示されるように、０.３〜５.０マイクロリットル／分の低流速下での送液試験においても、設定値からのずれは３〜５％程度に収まっている。また、各流速での平均値からのぶれ（脈流）も５％以内に収まっている。なお、ぶれの原因は測定方法も影響していると考えられる。また、吐出液の蒸発及び重量測定時の計量誤差も測定結果に影響していると考えられる。
【００４４】
比較例として、従来の送液ポンプの送液性能について説明する。
図１１及び図１２は従来の送液ポンプの送液性能を調べた結果を示すグラフである。図１１及び図１２において、横軸は時間（秒）を示し、縦軸は流量（ナノリットル／分）を示している。図１１及び図１２のグラフ中の数字は設定流量（単位はマイクロリットル／分）を示している。図１３は図１１及び図１２のグラフの解析結果を示した図表である。
【００４５】
３０〜１０００マイクロリットル／分の送液性能について送液試験が行われた。送液された液体は蒸留水である。流量測定手段としてフローセンサーが用いられた。
【００４６】
従来の送液ポンプは、平均流量に対する誤差（脈流）が非常に大きく、特に３０〜８００マイクロリットル／分においては脈流が１０％を超えた。
【００４７】
本発明の実施例の送液ポンプと従来の送液ポンプについて送液性能を比較すると、本発明の実施例の送液ポンプはポンプ流量の脈動が低減されていることが分かる。
【００４８】
以上、本発明の実施例を説明したが、実施例における構成、配置、数値等は一例であり、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００４９】
例えば、上記実施例ではポンプ室１ａはポンプヘッド１とフィッティングヘッド３によって形成されているが、本発明の送液ポンプにおいてポンプ室はポンプヘッドだけで形成されていてもよい。
【００５０】
また、ポンプヘッド１に対してシール部材７及び弾性部材９の位置を固定する方法は、ポンプヘッド１に対して位置固定できる方法であればどのような方法であってもよい。
【００５１】
また、上記実施例でのシール部材７の断面形状は略Ｌ字型であるが、本発明の送液ポンプにおいてシール部材の断面形状はＬ字型に限定されない。本発明の送液ポンプにおけるシール部材は、プランジャーの外周に接触される接触部分と接触部分からプランジャーとは反対側へ突出している鍔部分とを有する構造を含んでいればよい。例えば、当該シール部材は、上記接触部分と上記鍔部分に加えて、上記接触部分の周囲に配置される弾性部材に対して上記鍔部分とは反対側で、上記接触部分からプランジャーとは反対側へ突出している第二鍔部分を備えているようにしてもよい。このシール部材の態様の断面形状は略Ｕ字型である。上記弾性部材は上記鍔部分と上記第二鍔部分の間に配置される。このシール部材の態様を備えた本発明の送液ポンプは、本発明の送液ポンプの上記作用及び効果を得られる。このように、当該シール部材は上記接触部分と上記鍔部分とを有する構造を含んでいればよい。
【００５２】
また、ナット部材２３とオルダム軸継手２７の接続方法はどのような方法であってもよい。例えばナット部材２３とオルダム軸継手２７はスペーサを介して接続されていてもよい。
【００５３】
また、本発明の送液ポンプにおいてオルダム軸継手の構成は上記実施例のオルダム軸継手２７に示されたものに限定されない。オルダム軸継手は中央のスペーサに突起が形成されたものであってもよい。
【００５４】
本発明の送液ポンプは、例えば、マイクロリアクターやマイクロＴＡＳ（Total Analysis Systems）など、マイクロリットルオーダーでの高精度微少送液に有効である。また、マニホールド型送液装置への組み込みポンプとしても有効である。ただし、本発明の送液ポンプの用途はこれらに限定されない。
【符号の説明】
【００５５】
１  ポンプヘッド
１ａ  ポンプ室
５  プランジャー
７  シール部材
７ａ  接触部分
７ｂ  鍔部分
９  弾性部材
１７  駆動機構
１９  モーター
２１  プランジャー軸
２３  ナット部材
２５  アンギュラベアリング
２７  オルダム軸継手
【図１】
2015151882.tif 000003
【図２】
2015151882.tif 000004
【図３】
2015151882.tif 000005
【図５】
2015151882.tif 000006
【図６】
2015151882.tif 000007
【図７】
2015151882.tif 000008
【図８】
2015151882.tif 000009
【図９】
2015151882.tif 000010
【図１０】
2015151882.tif 000011
【図１１】
2015151882.tif 000012
【図１２】
2015151882.tif 000013
【図１３】
2015151882.tif 000014
【図４】
2015151882.tif 000015