JP4643973B2 - ポンプの作動状態の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプの作動状態を検査する方法に関する。

近年、例えばマイクロリアクタなど、１つの流路中に２種類の液体を流す技術が提供されている。このような技術の用途として、様々なものが考えられるが、例えばマイクロリアクタでは、このような２種類の液体を層流として流すことにより、液体の界面で化学反応を生じさせ、効率的に生成物を得ることができる。

しかし、このような装置では、液体が安定して流動する必要がある。すなわち、これらの液体を吐き出す２つのポンプの作動状態が安定している、すなわち、吐出圧が一定であるのが望ましい。
これを実現するため、ポンプの作動状態を検査する必要があるが、微小な吐出圧の変動をセンサで検出するのは困難であった。
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、微小な吐出圧のポンプの作動状態を簡易に検査することを目的とする。

前記した課題を解決するため、本発明のポンプの作動状態の検査方法は、下流にて合流する２つの導入流路の一方に基準ポンプで第１の液体を送り、前記導入流路の他方に検査対象のポンプで第２の液体を送り、前記導入流路の下流において合流した前記第１の液体と前記第２の液体の界面の波状の有無を目視にて検出することで、前記検査対象のポンプの脈動の有無を判定することを特徴とする。なお、前記第１の液体と前記第２の液体の色は、異なることが望ましい。

この方法によれば、界面の状態の検出という簡易な方法でポンプの作動状態を検査することが可能となる。

また、前記界面の波状の有無を検出することで、前記検査対象のポンプが脈動を生じているか否かを判定することができ、さらに、前記界面の波状の振幅の大きさから前記検査対象のポンプの脈動の程度を判定することもできる。

この方法によれば、界面の波状の有無の検出、または振幅の大きさの検出という簡易な検査で検査対象のポンプの脈動の有無を判定することができる。

さらに、前記ポンプは、気体による背圧をかけて液体を押し出すポンプ、またはスクリューポンプ、またはシリンジポンプとすることができる。

さらに、前記基準ポンプの吐出側の流路上に気体室を設け、前記第１の液体に生じている脈動を前記気体室内の気体により吸収することを特徴とすることができる。

この方法により、基準ポンプから吐出される第１の液体の状態を安定させることができ、検査対象のポンプの作動状態の脈動などをよりきめ細かく検出することが可能となる。

本発明によれば、微小な吐出圧のポンプの作動状態を、液体の界面の状態の検出という簡易な方法で検査することができる。

[第１の実施形態]
次に、本発明の第１の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態においては、ポンプの作動状態を検査するための検査装置として、マイクロリアクタを模した検査装置を採用した場合について説明する。
図１は、第１の実施形態における検査装置の外観斜視図である。
図１に示すように、検査装置１は、第１のチップ２と第２のチップ３とからなる基板４の内部に、色の異なる液体が流動するマイクロチャネル５を設け、このマイクロチャネル５に連通させて、第１の供給ポート９と第２の供給ポート１０、及び排出ポート１１を備えている。

第１のチップ２及び第２のチップ３は、薄い平板状のものであり、互いに積層することにより基板４を構成している。各チップ２，３のサイズは、例えば幅５〜２５ｍｍ、長さ１０〜７５ｍｍ、厚み１〜５ｍｍ程度に設定されている。各チップ２，３の素材としては、ガラス、プラスチックス等が用いられる。

マイクロチャネル５と各導入流路６，７は、第１のチップ２に形成された凹溝と、これに対向させて第２のチップ３に形成された凹溝とによって構成されており、図に示すように蛇行して形成されている。マイクロチャネル５は、検出流路として機能し、ポンプの作動状態を視覚的に把握できるように、少なくとも一部において透明あるいは半透明の部材で構成する。なお、マイクロチャネル５は、必ずしも蛇行する必要はなく、例えば直線状に形成してもよいし、円形状や波形状に形成してもよい。

第１の供給ポート９は、第１のチップ２に貫通して形成されており、第１の導入流路６、合流部８を介して前記マイクロチャネル５に連通している。ここで、第１の導入流路６は、第１の供給ポート９と合流部８の間の流路を指す。同様に、第２の供給ポート１０も、第１のチップ２に貫通して形成されており、第２の導入流路７、合流部８を介して前記マイクロチャネル５に連通している。ここで、第２の導入流路７は、第２の供給ポート１０と合流部８の間の流路を指す。
排出ポート１１は、第１のチップ２に貫通して形成されており、マイクロチャネル５に連通している。本実施形態では、排出用のポンプは備えていないが、排出用ポンプを備えてもよい。

第１の供給ポート９には、基準ポンプであるポンプＡによって、第１の液体であるＡ液が供給される。同様に、第２の供給ポート１０には、検査対象のポンプであるポンプＢによって、第２の液体であるＢ液が供給される。すなわち、本実施形態ではポンプＢの作動状態を検査するものとする。ポンプＡは、気体による背圧をかけて液体を押し出すポンプ、スクリューポンプ、あるいはシリンジポンプなどであり、一定圧でＡ液を吐き出しているものとする。シリンジポンプは、例えば、ボールネジをモータで回転させてプランジャを一定速度で、シリンジ内に押し込むように構成される。ポンプＡの吐出圧を一定にすることにより、ポンプＢのより微小な脈動などを検出することが可能となる。
また、Ａ液とＢ液の色は、異なっているのが望ましい。ここでいう色の異なりとは、色の濃さや明るさ、透明度の違いを含むこととする。
Ａ液、Ｂ液の物質名は特に指定しないが、互いに親和性が低く、界面を形成しやすい物質が好ましい。

以上の構成により、ポンプＡ，Ｂから供給された色の異なる液体であるＡ液、Ｂ液は、各供給ポート９，１０と各導入流路６，７を通過した後、合流部８において合流しマイクロチャネル５中を流動し、より好ましくは層流となって流動し、排出ポート１１から排出される。

図２は、合流部８付近を拡大視した図であり、右からＡ液、左からＢ液が供給され、合流部８で合流する様子を示したものである。合流部８より下流ではＡ液とＢ液はそれぞれ層流となっており、破線はＡ液とＢ液の界面を示している。図２の(ａ）は、検査対象のポンプであるポンプＢが安定しており、基準ポンプであるポンプＡと同じ吐出圧で液体を吐き出しているときの、界面の状態を示した図である。このように、マイクロチャネル５内の界面の状態を検出することによって、ポンプＢの作動状態を判定する。このような界面の状態を検出する方法として、本実施形態では２〜１００倍程度に拡大した後、目視によって検出を行う。

図２の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれポンプＢが脈動を生じているときの界面の状態を示したものである。図に示すように、界面が波状となっていることを検出することにより、ポンプＢに脈動が生じていることを検出することができる。図２の（ｂ）は、ポンプＢの脈動が小さいときの界面の状態を示した図である。図２の（ｃ）は、ポンプＢの脈動が大きいときの界面の状態を示し、（ｄ）は、ポンプＢの脈動が大きく、かつポンプＢの吐出圧がポンプＡの吐出圧と比較して大きいときの界面の状態を示した図である。このような状態になったときは、ポンプＢの脈動の原因を取り除く作業を行い、その後、同様の検査を行い、界面が図２の（ａ）の状態になっていれば、ポンプＢの脈動は取り除かれたと判定することができる。

図２の（ｅ）は、ポンプＢが脈動を生じていないものの吐出圧がポンプＡの吐出圧と比較して大きいときの界面の状態を示した図である。このような界面の状態を検出したときは、ポンプＢの吐出圧の調整を行い、その結果、マイクロチャネル５内の液体の界面が図２の（ａ）の状態となればポンプＢの吐出圧はポンプＡと同一になったと判定できる。

これまで、マイクロチャネル５内の液体の流れが層流であるときについて説明を行ってきた。しかし、マイクロチャネル５内の液体の流れが乱流となる場合もある。この場合は、界面が形成されないことで判定することができる（図示せず）。このようなときも、ポンプＢから乱流となる原因を取り除き、界面の状態が図２の（ａ）となるよう調整することができる。

[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態の検査の基本的な方法と、検査に用いる検査装置の基本的な構成は前記した第１の実施形態と共通するため、共通する部分については、同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分について説明することとする。

図３は、第２の実施形態における検査装置の外観斜視図である。
図に示すように、検査装置１ａは、ポンプＡの吐出側の流路上に気体室である空気室１２を設け、ポンプＡの吐出側の流路上で、かつ空気室１２の下流に絞り弁１３が設けられて構成されている。空気室１２は、ポンプＡの吐出側の流路と連通している他は密閉された容器であり、空気室１２の下部はＡ液で満たされており、上部は気体である空気で満たされている。
絞り弁１３は、Ａ液に生じている脈動を空気室１２内の空気により吸収されるよう、ポンプＡの吐出側流路に対して、適切な抵抗を与えるよう調節されている。ただし、絞り弁１３は必ずしも備えてある必要はない。
このような構成の検査装置１ａでは、ポンプＡの作用によりＡ液に生じている脈動は、絞り弁１３によって絞られている流路（図示せず）を通るよりも、空気室１２内の空気を圧縮するほうが容易なため、脈動による圧力のエネルギは空気室１２内の空気を圧縮するために使われる。この結果、Ａ液に生じている脈動は吸収される。

本実施形態におけるポンプの作動状態の検査方法は、第１の実施形態におけるポンプの作動状態の検査方法と同様であるため、説明を省略する。

このように、本発明によれば、複雑な装置を必要とせず、目視という簡易な検査方法により、ポンプの作動状態を検査することができる。また、複雑な装置を必要としないことから検査のためのコストを低くすることが可能となる。さらに、脈動などが検出されたときは、図２の（ａ）の状態に界面がなるように、ポンプの作動状態を調整すればよい。このように、ポンプの作動状態の調整も、目視という簡易な方法で行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されることなく適宜変形して実施することが可能である。例えば、本実施形態においては、界面の状態を目視によって検出したが、カメラによって界面を撮像し、撮像した画像をコンピュータに取り込み、コンピュータで画像処理を行って、界面の状態を検出することも可能である。
また、本実施形態では、各導入流路６，７とマイクロチャネル５は第１のチップ２に形成された凹溝と、これに対向させて第２のチップ３に形成された凹溝とからなっているが、単なる管状のものとしてもよい。
また、検査対象のポンプの種類や大きさは、特に限定されない。
また、本実施形態では、微小流路であるマイクロチャネル５を流動する液体の状態から検査対象のポンプＢの脈動などを検出しているが、微小流路に限らない。
さらに、本実施形態では、２種類の液体が層流となっていることが望ましい場合について述べているが、２種類の液体を混合させて流動させたいときなど、乱流のほうが好ましい場合もある。このような場合において、本発明を乱流が生じているか否か、すなわち適切に混合が行われるようポンプが調整されているか否かの検査に用いてもよい。

本発明の第１の実施形態における検査装置の外観斜視図である。 検査装置の合流部付近を拡大視した図であり、(ａ）はポンプＡ、ポンプＢとも吐出圧が同一であり、かつポンプＢの作動状態が安定であるときの界面の状態を示した図であり、（ｂ）はポンプＢが微小な脈動を生じているときの界面の状態を示した図であり、（ｃ）はポンプＢの脈動が大きいときの界面の状態を示した図であり、（ｄ）はポンプＢに大きな脈動が生じ、かつポンプＢの吐出圧がポンプＡと比べて大きいときの界面の状態を示した図であり、（ｅ）はポンプＢの吐出圧がポンプＡと比べて大きいときの界面の状態を示した図である。 本発明の第２の実施形態における検査装置の外観斜視図である。

符号の説明

１ 検査装置
１ａ 検査装置
２ 第１のチップ
３ 第２のチップ
４ 基板
５ マイクロチャネル
６ 第１の導入流路
７ 第２の導入流路
８ 合流部
９ 第１の供給ポート
１０ 第２の供給ポート
１１ 排出ポート
１２ 空気室
１３ 絞り弁

Claims (8)

1. 検査対象のポンプの作動状態の検査方法であって、
   下流にて合流する２つの導入流路の一方に基準ポンプで第１の液体を送り、
   前記導入流路の他方に前記検査対象のポンプで第２の液体を送り、
   前記導入流路の下流において合流した前記第１の液体と前記第２の液体との界面の波状の有無を目視にて検出することで、前記検査対象のポンプの脈動の有無を判定することを特徴とするポンプの作動状態の検査方法。
2. 界面を拡大した後、界面の波状の有無を目視にて検出することで、前記検査対象のポンプの脈動の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載のポンプの作動状態の検査方法。
3. 前記第１の液体と前記第２の液体との色を異ならせることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプの作動状態の検査方法。
4. 前記界面の波状の振幅から前記検査対象のポンプの脈動の程度を判定することを特徴とする請求項１に記載のポンプの作動状態の検査方法。
5. 前記基準ポンプは、気体による背圧をかけて液体を押し出すポンプであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のポンプの作動状態の検査方法。
6. 前記基準ポンプは、スクリューポンプであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のポンプの作動状態の検査方法。
7. 前記基準ポンプは、シリンジポンプであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のポンプの作動状態の検査方法。
8. 前記基準ポンプは、吐出側の流路上に気体室が設けられ、
   前記第１の液体に生じている脈動を前記気体室内の気体により吸収するよう構成されたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のポンプの作動状態の検査方法。

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