(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透析液を供給および排出する複式ポンプに用いられる部材であり、
酸化アルミニウム質セラミックスからなり、
該酸化アルミニウム質セラミックスは、カルシウムを含み、該カルシウムを酸化物に換算した含有量が０．０４質量％以下であり、
第１面と、該第１面に対向する第２面と、前記第１面と前記第２面との間に位置する外周面とを備える円柱状体であり、
前記外周面に溝部を備え、該溝部は、第１内側面および第１底面を有する第１溝部と、該第１溝部における前記第１底面よりも窪み、第２内側面および第２底面を有する第２溝部とを備え、
前記第２溝部の前記第２内側面における結晶粒子の最大粒径は、前記第２溝部の前記第２底面における結晶粒子の最大粒径よりも小さい、プランジャ。
【請求項２】
前記酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の平均粒径は、３μｍ（但し、０μｍを除く）以下である、請求項１に記載のプランジャ。
【請求項３】
前記酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の粒径の尖度は、０以上である、請求項１または請求項２に記載のプランジャ。
【請求項４】
前記酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の粒径の歪度は、０以上である、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のプランジャ。
【請求項５】
前記第２溝部の前記第２内側面における結晶粒子の最大粒径と、前記第２溝部の前記第２底面における結晶粒子の最大粒径との差が３μｍ以上である、請求項１乃至４のいずれかに記載のプランジャ。
【請求項６】
前記第２溝部の前記第２内側面における結晶粒子の最大粒径は、前記円柱状体の前記外周面における結晶粒子の最大粒径よりも小さい、請求項１乃至５のいずれかに記載のプランジャ。
【請求項７】
前記第２溝部の前記第２内側面における結晶粒子の最大粒径と、前記円柱状体の前記外周面における結晶粒子の最大粒径との差は３μｍ以上である、請求項６に記載のプランジャ。
【請求項８】
前記第１面近傍の前記外周面および前記第２面近傍の前記外周面における結晶粒子の粒径の尖度は、前記第２溝部の前記第２内側面における結晶粒子の粒径の尖度よりも大きい、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のプランジャ。
【請求項９】
前記第１面近傍の前記外周面および前記第２面近傍の前記外周面における結晶粒子の粒径の歪度は、前記第２溝部の前記第２内側面における結晶粒子の粒径の歪度よりも大きい、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のプランジャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ポンプ用部材およびプランジャに関する。
【背景技術】
【０００２】
血液透析治療で用いられるダイアライザ（血液浄化手段）には、透析装置から透析液を供給するための供給ラインと、ダイアライザの浄化作用により、老廃物等を含む透析液を外部に排出するための排出ラインとが接続されている。【０００３】
特許文献１（特許第５６２０５４６号公報）および特許文献２（特許第３５５７７０８号公報）では、供給ラインに接続する供給側ポンプ部および排出ラインに接続する排出側ポンプ部をそれぞれ備えた複式ポンプ（往復動ポンプ）が提案されている。双方のポンプ部は、共通の柱状のプランジャを有し、プランジャの両端部は、双方のポンプ部のポンプ室内にそれぞれ位置し、プランジャの往復動に応じてポンプ室内の透析液の容積が変化するように構成されている。【０００４】
また、特許文献３（特開２００４−７６６０２号公報）では、上述した用途に用いられるプランジャとして、アルミナ質セラミックスからなるプランジャが提案されている。【０００５】
血液透析治療前には、供給ラインおよび排出ライン等の配管、ポンプ室およびプランジャに対して洗浄消毒が行われるが、昨今、クエン酸が添加された熱水による消毒液（以下、クエン酸が添加された熱水消毒液をクエン酸消毒液という。）が行われつつある。【０００６】
特許文献３に記載されたプランジャを構成するアルミナ質セラミックスは、一般的に、形成にあたって焼結助剤として、酸化珪素（ＳｉＯ２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が用いられる。このような焼結助剤を用いて形成されたアルミナ質セラミックスからなるプランジャをクエン酸消毒液で消毒すると、プランジャの質量の減少が大きく、ポンプ機能が維持できないという問題があった。【０００７】
本開示は、クエン酸消毒液で洗浄しても、質量減少が少なく、長期にわたってポンプ機能を維持することができるポンプ用部材およびプランジャを提供することを目的とする。
【発明の概要】
【０００８】
本開示のプランジャは、透析液を供給および排出する複式ポンプに用いられる部材であり、酸化アルミニウム質セラミックスからなる。この酸化アルミニウム質セラミックスは、カルシウムを含み、該カルシウムを酸化物に換算した含有量が０．０４質量％以下である。
【０００９】
また、本開示のプランジャは、第１面と、該第１面に対向する第２面と、前記第１面と前記第２面との間に位置する外周面とを備える円柱状体である。また、前記外周面に溝部を備え、該溝部は、第１内側面および第１底面を有する第１溝部と、該第１溝部における前記第１底面よりも窪み、第２内側面および第２底面を有する第２溝部とを備える。そして、前記第２溝部の前記第２内側面における結晶粒子の最大粒径は、前記第２溝部の前記第２底面における結晶粒子の最大粒径よりも小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示のポンプ用部材を有する構造体の一例を概略的に示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’線における断面図であり、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本開示のポンプ用部材について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本開示のポンプ用部材を有する構造体の一例を概略的に示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’線における断面図であり、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ方向から見た図である。なお、図１（ｃ）においては、シャフトについて記載を省略している。
【００１３】
図１に示す構造体は、透析液を供給および排出するために用いられる複式ポンプの一部に相当、円筒状のシリンダ１と、シリンダ１内において往復運動（図１（ａ）および図１（ｂ）における左右方向の往復運動）可能に位置するプランジャ２とを備える。
【００１４】
このプランジャ２は、第１面２ａと、第１面２ａに対向する第２面２ｂと、第１面２ａと第２面２ｂとの間に位置する外周面とを備える円柱状体である。そして、プランジャ２は、外周面に溝部３を備える。溝部３は、第１内側面４ａおよび第１底面４ｂを有する第１溝部４と、第１溝部４における第１底面４ｂよりも窪み、第２内側面５ａおよび第２底面５ｂを有する第２溝部５とを備える。
【００１５】
摺動体９は、第２溝部５内を往復運動（図示における上下）するスライダーである。摺動体９は、偏心シャフト８を介して回転体７に繋がり、回転体７はシャフト６に繋がっている。シャフト６は、駆動源からの回転駆動を伝えるものであり、シャフト６が回転すると、回転体７が回転し、偏心シャフト８は回転体７の回転とともに、シャフト６の回転軸の周囲を回転する。そして、偏心シャフト６の回転によって、摺動体９は第２溝部５内を往復運動し、この往復運動がプランジャ２の長手方向（図示における左右）の往復運動に変換される。
【００１６】
本開示のポンプ用部材とは、シリンダ１、プランジャ２、シャフト６、回転体７、偏心シャフト８、摺動体９が相当する。しかし、これらすべてが、以下に示す構成を満たす必要はなく、例えば、これらの１つが満たすものであってもよいし、すべてが満たすものであってもよい。
【００１７】
本開示のポンプ用部材は、酸化アルミニウム質セラミックスからなる。ここで、酸化アルミニウム質セラミックスとは、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算した値である含有量が９０質量％以上のセラミックスのことである。
【００１８】
そして、酸化アルミニウム質セラミックスからなる本開示のポンプ用部材は、カルシウムを含み、カルシウムを酸化物に換算した含有量が０．０４質量％以下である。本開示のポンプ用部材は、カルシウムを酸化物に換算した含有量が０．０４質量％以下であることにより、クエン酸消毒液に対して優れた耐食性を有する。そのため、本開示のポンプ用部材を備える構造体は、ポンプ機能を長期間にわたって維持することができる。なお、カルシウム以外に、珪素やマグネシウムを含むものであってもよいことはいうまでもない。
【００１９】
ここで、酸化アルミニウム質セラミックスであるか否かは、まず、ＣｕＫα線を用いたＸ線回折装置を用いて測定することによってＡｌ２Ｏ３の存在を確認する。次に、例えばＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）によりＡｌの含有量を求め、Ａｌ２Ｏ３に換算し、９０質量％未満か９０質量％以上であるかで確認すればよい。また、カルシウムについても、ＩＣＰまたはＸＲＦによりＣａの含有量を求め、ＣａＯに換算することにより、カルシウムを酸化物に換算した含有量を求めることができる。なお、ＩＣＰやＸＲＦを用いて、Ａｌ以外の成分の含有量を求め、それぞれ酸化物に換算し、１００質量％から換算値の合計値を引いた値をＡｌ２Ｏ３の含有量としてもよい。
【００２０】
また、酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の平均粒径が、３μｍ（但し、０μｍを除く）以下であってもよい。酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の平均粒径がこの範囲であるときには、異常に成長した結晶粒子が少なく、この結晶粒子の脱粒が減少するため、この脱粒によるコンタミネーションを抑制することができる。また、脱粒が少ないため、ポンプ用部材の形状形成時の加工における自由度が上がる（制限が少ない）。
【００２１】
また、酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の粒径の尖度は、０以上であってもよい。酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の粒径の尖度がこの範囲であるときには、結晶粒子の粒径のばらつきが抑制されているので、気孔の凝集が減少して、気孔の輪郭や内部から生じる脱粒を減らすことができる。特に、酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の粒径の尖度は、１．５以上であるとよい。
【００２２】
ここで、尖度Ｋｕとは、分布のピークと裾が正規分布からどれだけ異なっているかを示す指標（統計量）であり、尖度Ｋｕ＞０である場合、鋭いピークを有する分布となり、尖度Ｋｕ＝０である場合、正規分布となり、尖度Ｋｕ＜０である場合、分布は丸みがかったピークを有する分布となる。
【００２３】
結晶粒子の粒径の尖度Ｋｕは、Excel（登録商標、Microsoft Corporation）に備えられている関数Ｋｕｒｔを用いて求めればよい。
【００２４】
また、酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の粒径の歪度は、０以上であってもよい。酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の粒径の歪度がこの範囲であるときには、結晶粒子の粒径の分布が粒径の小さな方向に移動しているので、気孔の凝集が減少して、気孔の輪郭や内部から生じる脱粒をさらに減らすことができる。
【００２５】
ここで、歪度Ｓｋとは、分布が正規分布からどれだけ歪んでいるか、即ち、分布の左右対称性を示す指標（統計量）であり、歪度Ｓｋ＞０である場合、分布の裾は右側に向かい、歪度Ｓｋ＝０である場合、分布は左右対称となり、歪度Ｓｋ＜０である場合、分布の裾は左側に向かう。
【００２６】
結晶粒子の粒径の歪度Ｓｋは、Excel（登録商標、Microsoft Corporation）に備えられている関数ＳＫＥＷを用いて求めればよい。特に、酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の粒径の歪度は、１以上であるとよい。
【００２７】
また、プランジャ２は、第２溝部５の第２内側面５ａにおける結晶粒子の最大粒径が、第２溝部５の第２底面における結晶粒子の最大粒径より小さくてもよい。このような構成であるときには、第２溝部５の第２内側面５ａから脱粒が少ない。また、このような構成において第２内側面２ａは、圧縮強度が高いため、摺動体９が繰り返し摺接してもクラックが発生しにくく、長期間に亘って使用することができる。
【００２８】
また、第２溝部５の第２内側面５ａにおける結晶粒子の最大粒径と、第２溝部５の第２底面５ｂにおける結晶粒子の最大粒径との差は３μｍ以上であってもよい。このような構成であるときには、第２溝部５の第２内側面５ａから脱粒がさらに少ない。また、摺動体９が繰り返し摺接してもクラックが発生しにくく、さらに長期間に亘って使用することができる。
【００２９】
また、第２溝部５の第２内側面５ａにおける結晶粒子の最大粒径は、円柱状体（プランジャ２）の外周面の結晶粒子の最大粒径よりも小さくてもよい。また、側面における結晶粒子の最大粒径と、柱状部１，２の外周面の結晶粒子の最大粒径との差は３μｍ以上であってもよい。このような構成であるときには、第２溝部５の第２内側面５ａから脱粒がさらに少ない。また、摺動体９が繰り返し摺接してもクラックが発生しにくく、さらに長期間に亘って使用することができる。
【００３０】
また、第１面２ａ近傍のプランジャ２の外周面および第２面２ｂ近傍のプランジャ２の外周面における結晶粒子の粒径の尖度は、第２溝部５の第２内側面５ａにおける結晶粒子の粒径の尖度よりも大きくてもよい。
【００３１】
結晶粒子の粒径の尖度がこのような構成であるときには、プランジャ２の両端部の結晶粒子のばらつきが抑制されているので、剛性が高くなり、プランジャが軸方向に摺動しても両端部を保持するために用いられるシールリング等の保持部材の劣化が抑制され、保持部材を長期間に亘って用いることができる。
【００３２】
特に、第１面２ａ近傍のプランジャ２の外周面および第２面２ｂ近傍のプランジャ２の外周面における結晶粒子の粒径の尖度と、第２溝部５の第２内側面５ａにおける結晶粒子の粒径の尖度との差は、３以上であるとよい。
【００３３】
また、第１面近傍のプランジャ２の外周面および第２面２ｂ近傍のプランジャ２の外周面における結晶粒子の粒径の歪度は、第２溝部５の第２内側面５ａにおける結晶粒子の粒径の歪度よりも大きくてもよい。
【００３４】
結晶粒子の粒径の歪度がこのような構成であるときには、プランジャ２の両端部の結晶粒子の粒径の分布が粒径の小さな方向に移動しているので、剛性がさらに高くなり、プランジャ２が軸方向に摺動しても両端部を保持するために用いられるシールリング等の保持部材の劣化が抑制され、保持部材を長期間に亘って用いることができる。
【００３５】
特に、第１面近傍の外周面および第２面近傍の外周面における結晶粒子の粒径の尖度と、第２溝部の第２内側面における結晶粒子の粒径の尖度との差は、０．８以上であるとよい。
【００３６】
第１面２ａ近傍のプランジャ２の外周面とは、第１面２ａからプランジャ２の軸方向における全長の１／４以内の領域における外周面をいい、第２面２ｂ近傍のプランジャ２の外周面とは、第２面２ｂからプランジャ２の軸方向における全長の１／４以内の領域における外周面をいう。
【００３７】
酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の平均粒径および最大粒径の測定については、まず、測定の対象とする面を、焼成温度から５０〜１００℃低い温度で熱処理する。そして、熱処理した面を光学顕微鏡を用いて、倍率を４００倍とし、測定対象の範囲を、例えば、横方向の長さを２００μｍ、縦方向の長さを１４０μｍとして撮影する。次に、撮影した画像のうち、中央部（面積が１．０５×１０５μｍ）を計測範囲とし、画像解析ソフト（例えば、三谷商事(株)製、Ｗｉｎ  ＲＯＯＦ）を用いて解析することによって、平均粒径および最大粒径を得ることができる。
【００３８】
解析にするに当たり、粒径の閾値は、０．２１μｍとし、０．２１μｍ未満の粒径は平均粒径算出の対象とはしない。
【００３９】
次に、プランジャ２の寸法の一例について記載する。まず、外径は、３５ｍｍ以上４５ｍｍ以下であり、長さは、９０ｍｍ以上１１０ｍｍ以下である。また、第１溝部４は、幅が３２ｍｍ以上４０ｍｍ以下であり、外周面からの深さが２２ｍｍ以上２６ｍｍ以下である。第２溝部５は、幅が１４ｍｍ以上１８ｍｍ以下であり、第１溝部４の第１底面４ｂからの深さが６ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００４０】
次に、本開示のポンプ用部材の一例としてプランジャの製造方法について説明する。
【００４１】
まず、主成分である酸化アルミニウム粉末（純度が９９．９質量％以上）と、水酸化マグネシウム、酸化珪素および炭酸カルシウムの各粉末とを粉砕用ミルに溶媒（イオン交換水）とともに投入して、粉末の平均粒径（Ｄ５０）が１．５μｍ以下になるまで粉砕した後、有機結合剤と、酸化アルミニウム粉末を分散させる分散剤とを添加、混合してスラリーを得る。
【００４２】
ここで、上記粉末の合計１００質量％における水酸化マグネシウム粉末の含有量は０．４３〜０．５３質量％、酸化珪素粉末の含有量は０．０３９〜０．０４１質量％、炭酸カルシウム粉末の含有量は０．０２０〜０．０７１質量％であり、残部が酸化アルミニウム粉末および不可避不純物である。
【００４３】
ここで、酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の粒径の尖度が０以上であるポンプ用部材を得るには、粉末の粒径の尖度が０以上になるまで、粉砕する時間を延ばせばよい。
【００４４】
同様に、酸化アルミニウム質セラミックスの結晶粒子の粒径の歪度が０以上であるポンプ用部材を得るには、粉末の粒径の歪度が０以上になるまで、粉砕する時間を延ばせばよい。
【００４５】
有機結合剤は、アクリルエマルジョン、ポリビニールアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド等である。
【００４６】
次に、スラリーを噴霧造粒して顆粒を得た後、静水圧プレス成形装置を用いて、成形圧を７８Ｍｐａ以上１２８ＭＰａ以下として加圧することにより円柱状の成形体を得る。
【００４７】
そして、この成形体の長手方向の中央部に切削加工を施して、第１溝部４および第２溝部５となる切削溝を形成する。
【００４８】
次に、焼成温度を１５００℃以上１６００℃以下、保持時間を４時間以上６時間以下として、切削溝を備えた成形体を焼成することによって焼結体を得ることができる。
【００４９】
なお、セラミックスの結晶粒子の平均粒径が３μｍ以下であるプランジャを得るには、成形圧を１１８ＭＰａ以上１２８ＭＰａ以下として、焼成温度を１５００℃以上１５５０℃以下とすればよい。
【００５０】
また、第１面２ａ近傍のプランジャ２の外周面および第２面２ｂ近傍のプランジャ２の外周面における結晶粒子の粒径の尖度が、第２溝部５の第２内側面５ａにおける結晶粒子の粒径の尖度よりも大きい、あるいは、第１面２ａ近傍のプランジャ２の外周面および第２面２ｂ近傍のプランジャ２の外周面における結晶粒子の粒径の歪度が、第２溝部５の第２内側面５ａにおける結晶粒子の粒径の歪度よりも大きいプランジャを得るには、粉末の平均粒径（Ｄ５０）が１．２μｍ以下になるまで粉砕したスラリーを用い、成形圧を１１８Ｍｐａ以上１２８ＭＰａ以下として、焼成温度を１５００℃以上１５５０℃以下とすればよい。
【００５１】
次に、センタレス研削盤を用いて、粒度が＃３６０以上＃１２００以下のダイヤモンド砥粒を備えた砥石で焼結体の外周面を研削する。また、第１溝部となる切削溝の側面および底面を、平面研削盤で研削することによって、第１溝部を得ることができる。次に、平面研削盤を用いて、粒度が＃３６０以上＃２０００以下のダイヤモンド砥粒を備えた砥石で、第２溝部となる切削溝を研削することによって第２溝部が得られ、本開示のプランジャとすることができる。なお、円柱状の焼結体を得た後に、研削加工によって第１溝部および第２溝部を形成してもよい。
【００５２】
ここで、粒度は、いずれもＪＩＳ  Ｒ６００１−２：２０１７に準拠する。
【００５３】
このような製造方法で得られたプランジャを初めとしたポンプ用部材は、クエン酸消毒液に対する耐食性が高く、クエン酸消毒液で洗浄しても質量減少が少ないため、長期にわたってポンプ機能を維持することができる。
【００５４】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００５５】
まず、主成分である酸化アルミニウム粉末（純度が９９．９質量％以上）と、水酸化マグネシウム、酸化珪素および炭酸カルシウムの各粉末とを粉砕用ミルに溶媒（イオン交換水）とともに投入して、粉末の平均粒径（Ｄ５０）が１．５μｍ以下になるまで粉砕した後、有機結合剤と、酸化アルミニウム粉末を分散させる分散剤とを添加、混合してスラリーを得た。【００５６】
ここで、上記粉末の合計１００質量％における水酸化マグネシウム粉末の含有量は０．４８質量％、酸化珪素粉末の含有量は０．０４質量％、炭酸カルシウム粉末の含有量は表１に示す値になるように設定して、残部は酸化アルミニウム粉末および不可避不純物とした。【００５７】
次に、スラリーを噴霧造粒して顆粒を得た後、静水圧プレス成形装置を用いて、成形圧を１１８ＭＰａとして加圧することにより基板状の成形体を得た。【００５８】
そして、焼成温度を１５００℃、保持時間を５時間として、横方向の長さが２５ｍｍ、縦方向の長さが１２ｍｍ、厚みが１０ｍｍの試料Ｎｏ．１〜３を得た。【００５９】
また、比較例として、カルシウムの含有量が試料Ｎｏ．１〜３よりも多く含まれる試料Ｎｏ．４を作製した。【００６０】
そして、ＩＣＰを用いて各試料に含まれるカルシウムの含有量を測定し、酸化物（ＣａＯ）に換算した含有量を表１に示した。【００６１】
また、いずれの試料もＩＣＰ発光分光分析装置を用いて測定した結果、カルシウム以外に、珪素およびマグネシウムを含むことが確認された。【００６２】
そして、各試料をそれぞれクエン酸の濃度が２％、温度が９０℃であるクエン酸消毒液に１２４時間浸漬して、浸漬前後の質量の減少量を電子天秤で求め、その値を表１に示した。【００６３】
【表１】
0006951544.tif 000002
【００６４】
表１に示す結果から、試料Ｎｏ．１〜３は、浸漬前後の質量の減少がなく、良好であったことから、カルシウムを酸化物に換算した含有量が０．０４質量％以下であることによって、クエン酸消毒液に対して耐食性が高まることがわかった。また、表１に示す、カルシウムを酸化物に換算した含有量が０．０１質量％以上０．０４質量％以下である試料Ｎｏ．１〜３は、焼結体としての強度が試料Ｎｏ．４と同じ程度に高く、ポンプ用部材として十分に使用できるものであった。
【符号の説明】
【００６５】
１  ：シリンダ
２  ：プランジャ
２ａ：第１面
２ｂ：第２面
３  ：溝部
４  ：第１溝部
４ａ：第１内側面
４ｂ：第１底面
５  ：第２溝部
５ａ：第２内側面
５ｂ：第２底面
６  ：シャフト
７  ：回転体
８  ：偏心シャフト
９  ：摺動体
【図１】
0006951544.tif 000003