(57)【要約】【課題】プランジャポンプ全体を小型化するのが容易で、カム曲線に対する自由度を高め、ラジアル方向の応力も抑えることができるようにする。【解決手段】プランジャの先端部をポンプ室に挿入し、カム機構によりプランジャをポンプ室に対して往復移動させることにより送液するプランジャポンプである。カム機構は、中心軸を回転軸とする円筒の開口部の端面にカム面をもち、そのカム面は回転軸方向の位置が回転位相に対して変位するように形成されている端面カムと、端面カムを回転可能に支持するベアリングユニットとを備えている。カム機構を駆動するモータの回転軸と端面カムの回転軸が同軸上に連結された直軸駆動方式となっている。【選択図】図２
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【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に挿入され、軸方向に移動可能に支持され、前記ポンプ室に対して往復移動することにより前記ポンプ室内の容積を変化させるプランジャと、
前記プランジャの基端部と当接して支持する支持部材と、
前記支持部材にカム面が当接し、前記プランジャを前記軸方向に変位させるカム機構と、
前記カム機構を駆動する駆動部と、を備え、
前記カム機構は、中心軸を回転軸とする円筒の開口部の端面に前記カム面をもち、前記カム面は前記回転軸方向の位置が回転位相に対して変位するように形成されている端面カム、及び前記端面カムを回転可能に支持するベアリングユニットを備えており、
前記駆動部は駆動用モータを備え、前記モータの回転軸と前記端面カムの回転軸が同軸上に連結された直軸駆動方式となっているプランジャポンプ。
【請求項２】
前記ベアリングユニットはスラスト玉軸受付針状ころ軸受からなる複合ベアリングユニットである請求項１に記載のプランジャポンプ。
【請求項３】
前記モータの回転軸と前記端面カムの回転軸はオルダム継手により連結されている請求項１又は２に記載のプランジャポンプ。
【請求項４】
前記ポンプヘッドを複数備え、それぞれのポンプ室に挿入されたプランジャの支持部材が１つの前記端面カムの前記カム面の異なる位置に当接しており、前記端面カムの回転により前記複数のポンプヘッドが互いに異なる位相で駆動される請求項１から３のいずれか一項に記載のプランジャポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は送液ポンプとして使用されるプランジャポンプに関する。プランジャポンプは、プランジャの先端部がポンプ室に挿入され、プランジャがポンプ室に対して往復移動することによりポンプ室内の容積を増減させることにより送液を行うものである。
【背景技術】
【０００２】
プランジャポンプにおいてプランジャの往復移動を駆動するためにモータが使用され、そのモータの回転をプランジャの直線方向の移動に変換するための機構としてカム機構を用いたものがある。カム機構としては一般に外周の周面がカム面となっている板カムが使用されている。モータの回転がカムの回転軸に伝達され、カムが回転することによりカムの回転中心からカム面までの高さが変化する。そのカム面に当接した部材を介してカム面の変位がプランジャの直線方向の移動に変換される（特許文献１参照。）。
【０００３】
分析装置に用いられる送液ポンプではなく、自動車用空調装置の冷媒圧縮などの加圧ポンプとして斜板式容量可変ポンプが使用されている。斜板式容量可変ポンプは入力軸によって回転駆動される斜板と、先端部がポンプ室に挿入され基端部がその斜板の傾斜面に当接したプランジャを備えたものである。斜板の傾斜面がカム面となっている。斜板の回転に追随してプランジャが往復動することによりポンプ室の容積を増減させる（特許文献２参照。）。
【０００４】
また、駆動用モータの回転軸からカムの回転軸への回転力の伝達にベルトが使用されることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３３６９７４号公報
【特許文献２】特開平９−３０３２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
板カムを使用したカム機構は、カムの回転軸方向とプランジャの移動方向が直交している。このことは、駆動用モータまで含むプランジャポンプ全体を小型化する際の設計を難しくする。
【０００７】
斜板式カムはカムの回転位相、すなわち回転角度に対してカム面の高さが描く曲線（カム曲線）が正弦波となり、それ以外のカム曲線をとることができない。斜板式カムを備えた斜板式容量可変ポンプは加圧ポンプとして使用されるので、送液流量を制御する必要がないため、カム曲線が正弦波だけであっても差支えがないが、カム曲線に対する自由度がないと送液流量の精度が要求される送液ポンプへの適用は難しい。
【０００８】
駆動用モータの回転軸からカムの回転軸への回転力の伝達にベルトが使用される場合は、ラジアル方向（カムの回転軸に直交する方向）に応力が作用する。
【０００９】
本発明は、プランジャポンプ全体を小型化するのが容易で、カム曲線に対する自由度を高め、ラジアル方向の応力も抑えることのできるプランジャポンプを提供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】
【００１０】
本発明のプランジャポンプは、ポンプ室を備えたポンプヘッドと、先端部がポンプ室に挿入され、軸方向に移動可能に支持され、ポンプ室に対して往復移動することによりポンプ室内の容積を変化させるプランジャと、プランジャの基端部と当接して支持する支持部材と、支持部材にカム面が当接し、プランジャを前記軸方向に変位させるカム機構と、カム機構を駆動する駆動部とを備えている。
【００１１】
そして、本発明では、カム機構は、中心軸を回転軸とする円筒の開口部の端面にカム面をもち、そのカム面は回転軸方向の位置が回転位相に対して変位するように形成されている端面カムと、端面カムを回転可能に支持するベアリングユニットとを備えている。さらに、カム機構を駆動する駆動部は、駆動用モータを備え、モータの回転軸と端面カムの回転軸が同軸上に連結された直軸駆動方式となっている。
【００１２】
ベアリングユニットは、スラスト玉軸受付針状ころ軸受からなる複合ベアリングユニットであることが好ましい。
【００１３】
また、モータの回転軸と端面カムの回転軸はオルダム継手により連結されていることが好ましい。
【００１４】
本発明のプランジャポンプはポンプヘッドが一台のものも含むが、一実施形態としてポンプヘッドを複数備えたダブルプランジャポンプとすることができる。その実施形態では、それぞれのポンプヘッドのポンプ室に挿入されたプランジャの支持部材が１つの端面カムのカム面の異なる位置に当接するように構成されている。その場合、端面カムの回転により複数のポンプヘッドが互いに異なる位相で駆動される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のプランジャポンプは、プランジャをその軸方向に変位させるカム機構として端面カムを使用しているので、カム曲線に対する自由度が高くなる。
【００１６】
駆動用モータの回転軸と端面カムの回転軸が同軸上に連結された直軸駆動方式となっているので、駆動用モータをカムの回転軸と同軸上に配置することができて小型化が容易になるとともに、ラジアル方向の応力を抑えることができる。また、ベルトなどを使用した動力伝達機構に比べると部品点数が少なくてすむことから、コストを低下させることができるとともに、メンテナンスも容易になる。
【００１７】
端面カムを回転可能に支持するベアリングユニットとしてスラスト玉軸受付針状ころ軸受からなる複合ベアリングユニットを使用した場合には、さらに小型化し軽量化することができるとともに、ラジアル方向の精度を高めることができる。
【００１８】
駆動用モータの回転軸と端面カムの回転軸を同軸上に連結する継手としてオルダム継手を使用した場合には、モータの回転に伴う振動などによる応力をカムの回転軸に伝達することなく、カムをその回転軸に沿って円滑に回転させることができ、カム曲線を忠実に再現することができ、送液ポンプの流量に対する精度を高めることができる。
【００１９】
このプランジャポンプを複数のポンプヘッドを備えたダブルプランジャポンプに適用し、複数のポンプヘッドのそれぞれのポンプヘッドに挿入されたプランジャの支持部材が共通の端面カムに当接するようにすれば、さらに小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施例を示す外観正面図である。
【図２】図１のＣ−Ｃ線位置での部分断面図である。
【図３】同実施例におけるカムをベアリングユニットに装着した状態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１から図３により一実施例を説明する。
【００２２】
本発明のプランジャポンプは種々の用途に使用することができる。例えば、液体クロマトグラフにおいて分析用流路に移動相又は希釈液を送り出す送液ポンプとして使用することができる。液体クロマトグラフ以外の分析装置、例えば等速電気泳動装置の送液ポンプとして利用することもできる。本発明のプランジャポンプの用途は特に限定されるものではない。
【００２３】
また、本発明のプランジャポンプはポンプヘッドが１台のものだけでなく、複数のポンプヘッドを備えたダブルプランジャポンプに適用することもできる。
【００２４】
以下の実施例では、このプランジャポンプを液体クロマトグラフにおける移動相用の送液ポンプであって、ダブルプランジャポンプに適用されたものを取りあげて説明するが、本発明はもちろんそれに限定されるものではない。
【００２５】
２台のポンプヘッド２ａ，２ｂがそれぞれのヘッドホルダ４ａ，４ｂを介して共通のポンプボディ６に取り付けられている。ポンプボディ６にはカムケース３０及びカップリングケース３８を介してモータ３２が取つけられている。
【００２６】
２台のポンプヘッド２ａ，２ｂは同じ構造をしている。ポンプヘッド２ａに関して説明すると、ポンプヘッド２ａ内にはポンプ室８が設けられ、ポンプ室８には入口側チェック弁１０と出口側チェック弁１２が接続されている。ポンプ室８にはプランジャ１４の先端部が挿入されている。プランジャ１４は、ポンプヘッド２ａ及びヘッドホルダ４ａによりプランジャ１４の軸方向に移動可能に支持され、ポンプヘッド２ａ内のシールに対して摺動することによりポンプ室８内が液密に保たれている。
【００２７】
プランジャ１４の基端部はポンプボディ６内に収容されたストロークシャフト１８の先端部に保持されている。ストロークシャフト１８の先端部には先端面に開口した穴が設けられ、その穴にプランジャ１４の基端部が収容されていることにより、プランジャ１４の基端部がストロークシャフト１８の先端部に当接して支持されている。ストロークシャフト１８の基端部にはローラーニードル２０によってローラーフォロア２２が回転可能に取り付けられている。ストロークシャフト１８とローラーフォロア２２は支持部材を構成している。
【００２８】
他方のポンプヘッド２ｂに関するポンプ室８、入口側チェック弁１０、出口側チェック弁１２、プランジャ１４、ストロークシャフト１８、ローラーニードル２０及びローラーフォロア２２の構成は、ポンプヘッド２ａに関するものと同じである。
【００２９】
プランジャ１４をその軸方向に往復移動させるために、カムケース３０内にはカム機構２４が設けられている。カム機構２４は、端面カム２６と、端面カム２６を回転可能に支持するベアリングユニット２８からなっている。端面カム２６は円筒の中心軸を回転軸とするものであり、その円筒の開口部の端面３３がカム面となっている。図３に示されるように、カム面３３は回転軸方向の位置が回転位相に対して変位するように形成されており、カム２６が回転することによりカム面３３がカム曲線を形成する。そのカム曲線の最高値と最低値との距離、すなわち変位量（ストローク）Ｓは、たとえば１．６ｍｍである。
【００３０】
２つのストロークシャフト１８のローラーフォロア２２はカム２６のカム面３３の異なる位置に当接しており、カム２６が回転することによりそれぞれのストロークシャフト１８に支持されたプランジャ１４は互いに異なる位相で往復移動する。２つのポンプヘッド２ａ，２ｂのそれぞれの出口側チェック弁１２につながる流路は１つの流路に合流して液体クロマトグラフの分析用流路につながっている。その分析用流路には、２つのポンプヘッド２ａ，２ｂのそれぞれのポンプ室８から送り出された移動相が合流して流れる。その合流した移動相の送液流量が時間的に一定となるように、２つのポンプヘッド２ａ，２ｂを駆動するそれぞれのプランジャ１４の往復移動の位相が設定されている。そのプランジャ１４の往復移動の位相を規定するのがカム２６のカム面３３の形状である。カム面３３の形状は、カム面３３の異なる位置に当接するローラーフォロア２２からストロークシャフト１８を介して駆動されるプランジャ１４の往復移動により分析用流路に送り出される移動相の合計流量が一定になるように設定されている。
【００３１】
カム２６はベアリングユニット２８によりカムケース３０に対して回転可能に支持されている。ベアリングユニット２８の一例として、この実施例ではスラスト玉軸受け付き針状ころ軸受けからなる複合ベアリングユニットが使用されている。
【００３２】
カム２６の回転軸は、カップリングケース３８内でモータ３２の回転軸３４と同軸上に連結されている。カム２６の回転軸とモータ３２の回転３４を連結するために、この実施例ではオルダム継手３６が使用されている。オルダム継手３６は、キーとキー溝をはめ合い、滑らせながら動力を伝える継ぎ手である。
【００３３】
モータ３２は例えばパルスモータであり、制御装置（図示略）から所定のパルス信号を送ることによりそのパルス信号に応じた角度だけ回転する。カム２６の基端部にはスリットをもつ回転円板４０が取りつけられ、その回転円板４０により光束が断続されることにより回転円板４０のスリットの位置を検出するホトセンサ（図面には現れていない。）が設けられている。モータ３２の回転により回転円板４０が回転すると回転円板４０のスリットがホトセンサ４２により検出され、その検出信号がモータ３２の制御用に取り込まれている。
【００３４】
カム２６として端面カムを使用していることの意義は次の通りである。端面カムでは円筒の開口部の端面がカム面３３となっているので、その端面の形状により、カム２６の回転によるカム面３３の回転軸方向の高さの変化により形成されるカム曲線を自由に設定することができる。この点で、斜板式カムではカム曲線が正弦波しか取りえないのに比べると、カム曲線の自由度が高い。
【００３５】
ベアリングユニット２８に使用しているスラスト玉軸受付針状ころ軸受けは複合ベアリングユニットの一種であり、ころの直径が小さく長さが直径に比べて長い針状のころを用いた軸受けである。このスラスト玉軸受付針状ころ軸受けは小型化と軽量化に適しているだけでなく、ラジアル方向の精度を高めることができる。
【００３６】
この実施例の動作について説明する。
【００３７】
モータ３２を回転させると、その回転軸３４に継手３６を介して連結されたカム２６が回転する。モータ３２の回転軸３４とカム２６がオルダム継手３６により連結され、カム２６はスラスト玉軸受け付き針状ころ軸受け２８により回転可能に支持されているので、カム２６はその中心軸を回転軸として軸のぶれが抑えられた状態で回転する。カム２６が回転することにより、カム２６のカム面３３により形成されるカム曲線にしたがって変位する。その変位に伴い、カム面３３に当接している２つのローラーフォロア２２を介してそれぞれのストロークシャフト１８がそれぞれの軸方向に往復移動する。各ストロークシャフト１８の先端部にはそれぞれのプランジャ１４が支持されているので、２つのプランジャ１４もそれぞれの軸方向に往復移動する。
【００３８】
２台のポンプヘッド２ａ，２ｂにおいて、それぞれのプランジャ１４の先端部が常にポンプ室８内に挿入されている状態で、プランジャ１４がその軸方向に往復移動することにより、ポンプ室８内の容積が増減する。プランジャ１４がポンプ室８に対して前進する方向に移動するときは、ポンプ室８内の容積が減少することによりポンプ室８内が加圧され、入口側チェック弁１０が閉じ、出口側チェック弁１２が開くことによりポンプ室８内の移動相が送りだされる。プランジャ１４がポンプ室８に対して後退する方向に移動するときは、ポンプ室８内の容積が増大することによりポンプ室８内が減圧され、出口側チェック弁１２が閉じ、入口側チェック弁１０が開くことによりポンプ室８内に移動相が吸引される。
【００３９】
２つのポンプヘッド２ａ，２ｂのそれぞれの出口側チェック弁１２から送り出された移動相は、合流して一定流量となって分析用流路に導かれる。図示は省略するが、分析用流路には、上流側から、主な要素として、試料を注入するインジェクタ、試料を成分に分離する分離カラム、分離カラムから溶出した試料成分を検出する検出器が接続されている。
【符号の説明】
【００４０】
２ａ，２ｂ      ポンプヘッド
８      ポンプ室
１４      プランジャ
１８      ストロークシャフト
２２      ローラーフォロア
２４      カム機構
２６      端面カム
２８      ベアリングユニット
３２      モータ
３３      カム面
３６      継手
【図１】
2017089383.tif 000003
【図２】
2017089383.tif 000004
【図３】
2017089383.tif 000005