JPWO2012147476A1 - 送液ポンプ及び流量制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、パーティクルの発生が殆どない送液ポンプを提供する。ポンプハウジングと、凹部面との間にポンプ室１２３を形成し、ポンプ室１２３と孔とを区画するダイアフラム１８０と、孔に往復動可能に挿入され、往復動によってダイアフラム１８０を変形させる往復動部材と、往復動の方向に往復動部材を変位させる駆動部１４０と、凹部面の外周側で囲む位置において、ダイアフラム１８０を挟持することによってシールするシール部と、シール部と前記開口部との間に設けられ、変位とポンプ室１２３の内圧とに応じてダイアフラム１８０と当接する面の面積である当接面積が変化するダイアフラム受け面と、を備える。当接面積は、凹部面側への往復動部材の変位の増加に応じて減少し、ポンプ室１２３の内圧の上昇に応じて増大する。

Description

本発明は、液体クロマトグラフ等に使用される送液ポンプに関し、特にダイアフラムの変形によって送液を行うダイアフラムポンプに関する。

高速液体クロマトグラフィ(High performance liquid chromatography)用に種々の送液ポンプが提案されている。送液ポンプには、たとえばプランジャ方式（特許文献１）や圧電素子でダイアフラムを駆動する圧電方式（特許文献２）等が提案されている。ダイアフラムを駆動する圧電方式は、プランジャ方式のような摺動部分を有さないので、パーティクルの発生がなく、高寿命の送液ポンプを提供することができるという利点を有している。一方、プランジャ方式は、プランジャの先端部分の面積（ポンプ室のシリンダ底面の面積に相当）を小さくすることで高圧吐出を実現することができると共に、プランジャのストロークを長くすることによって、流量を確保することもできるという利点を有している。

近年、高速液体クロマトグラフィでは、分析において高圧での微少な流量の制御が必要とされるようになってきた。一方、溶離液の導入や置換、あるいは流路洗浄等においては低圧での大きな流量を必要としていた。このような要請に対して、高圧吐出と流量とを確保できるプランジャ方式を採用しつつ、溶離液の流れを分岐するスプリッター（分流器）の使用による高圧の微少流量と低圧の大流量の送液方法も実現されている（特許文献３）。

特開２００７−２９２０１１号公報 特開２００６−１１８３９７号公報 特開２００３−２０７４９４号公報 特開２００６−２９３１４号公報 特開平６−２６６３号公報 特開平６−２６６４号公報 特開昭６２−１５９７７８号公報

しかしながら、圧電方式は、パーティクルの発生がなく高寿命の送液ポンプを提供できるという利点を有しているもののストローク（変位）の設計自由度が小さいので、高圧の微少流量と低圧の大流量の送液が要請される高速液体クロマトグラフィへの適用が困難であった。

本発明は、上述の従来の課題を解決するために創作されたものであり、高圧の微少流量と低圧の大流量の送液を可能としつつ、パーティクルの発生が殆どない送液ポンプを提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。

手段１．柱状の孔と、前記孔の開口部及びその周辺部に対向する凹部面と、前記凹部面に吸入口を有する吸入通路と、前記凹部面に吐出口を有する吐出通路とが形成されているポンプハウジングと、前記凹部面との間にポンプ室を形成し、前記ポンプ室と前記孔とを区画するダイアフラムと、前記孔に往復動可能に挿入され、前記往復動によって前記ダイアフラムを押すことにより変形させる往復動部材と、前記往復動の方向において、前記往復動のストロークを可変に前記往復動部材を周期的に変位させる駆動部と、前記凹部面の外周側で囲む位置において、前記ダイアフラムを挟持することによってシールするシール部と、前記シール部と前記開口部との間に設けられ、前記変位と前記ポンプ室の内圧とに応じて前記ダイアフラムと当接する面の面積である当接面積が変化するダイアフラム受け面と、を備え、前記当接面積は、前記凹部面側への前記往復動部材の変位の増加に応じて減少し、前記ポンプ室の内圧の上昇に応じて増大する送液ポンプ。

本手段は、ダイアフラムを変形させる往復動部材の変位とポンプ室の内圧とに応じてダイアフラムに当接する面の面積である当接面積が変化するダイアフラム受け面を備えている。従って、ダイアフラム受け面と往復動部材とで、ダイアフラムを分担して支持することができる。往復動部材が挿入されている開口部とシール部との間における当接面積は、ポンプ室の内圧の上昇に応じて増大するので、ポンプ室の内圧の上昇に応じてダイアフラム受け面の分担荷重が増大し、往復動部材の荷重分担を軽減させることができる。この際のダイアフラムの変形は、往復動部材が挿入されている開口部の近傍に限定されるので、往復動部材の変位に伴うポンプ室の容積変化も低減することになる。すなわち、ポンプ室の容積変化に伴う往復動部材の変位を大きくすることができる。

このように、本手段の送液ポンプは、往復動部材に印加される荷重を軽減させるとともに、ポンプ室の容積変化当たりの往復動部材の変位量を大きくすることができる。従って、駆動部の負荷を小さくするとともに、往復動部材の変位に伴うポンプ室の容積変化を微少とすることができる。これにより、高圧下での微少な流量の制御を実現することができる。一方、低圧での大きな流量は、ダイアフラムをダイアフラム受け面から分離させ、これにより、ピストンでダイアフラム全体を変形させることによって実現することができる。さらに、中間的な圧力では、高圧状態から低圧状態への遷移に応じて、ダイアフラム受け面からダイアフラムが離れる部分が拡大する。これによりダイアフラム受け面での荷重分担が減殺される一方、往復動部材の変位量当たりのポンプ室の容積変化が増大することになる。

このように、本手段は、吐出流体の圧力に応じて、ダイアフラムの変形範囲の大きさを自動的に調整しつつ吐出圧力に応じた吐出流量を実現することができる。これにより、パーティクルの発生がなく高寿命の送液ポンプを提供できるという利点を活かしつつ、流量のダイナミックレンジを拡大することができる。

手段２．前記シール部は、前記凹部面に連続する面であるシール加圧面と、前記ダイアフラム受け面に連続する面であるシール受け面とで前記ダイアフラムを挟持し、前記シール受け面は、前記ダイアフラム受け面と滑らかに連続している手段１記載の送液ポンプ。

手段２では、ダイアフラム受け面は、シール受け面と滑らかに連続する面を形成しているので、ダイアフラムの変形を滑らかなものとすることができる。これにより、ダイアフラム受け面とシール受け面との境界領域の近傍におけるダイアフラムの過度の変形に起因するダイアフラムの損耗を抑制することができる。

手段３．前記シール受け面は、環状の平面である手段２に記載の送液ポンプ。

手段３では、シール受け面が環状の平面なので、ポンプ室の封止のためにダイアフラムに印加される荷重（封止荷重）によってダイアフラムが過度に損傷する事態を回避することができる。これにより、シール部でダイアフラムを挟持する際の荷重管理を緩めることができ、ユーザ側によるダイアフラムの装着を容易化することができる。

手段４．前記ダイアフラム受け面は、環状の平面に形成されると共に、前記開口部は、前記ダイアフラム受け面と同心状に形成されている手段３に記載の送液ポンプ。

手段４では、開口部をダイアフラム受け面と同心状に形成したので、ダイアフラムにおけるシール部で囲われた領域の略中央部を往復動部材が押圧する構成とされている。従って、往復動部材からの負荷がダイアフラムに略均一に掛かるようになり、ダイアフラムに局所的な大きな負荷が掛かるのを抑制することができる。

手段５．前記ダイアフラム受け面は、前記シール受け面と同一平面を形成している手段２〜４のいずれか１つに記載の送液ポンプ。

手段５では、ダイアフラム受け面はシール受け面と同一平面を形成しているので、高圧時から低圧時までダイアフラムの作動範囲（変形範囲）を円滑に変化させることができる。

手段６．前記往復動部材は、前記ダイアフラムとの当接面が凸状の曲面を有する先端部を備えている手段１乃至５のいずれか１つに記載の送液ポンプ。

手段６では、往復動部材は、ダイアフラムとの当接面が凸状の曲面を有する先端部を備えている。これにより、シリンダ孔１３４の開口部１３６の周囲においてダイアフラムをダイアフラム受け面で支持しつつ、凸状の曲面でピストンに当接する領域を変形させることができる。さらに、ピストンの変位量に応じてダイアフラムの変形範囲が広がるように変形するので、高圧時における精密な吐出量の操作を実現することができる。

手段７．前記凹部面は、吐出方向に駆動された際のダイアフラムの形状に嵌合する方向に凹状の曲面である凹状曲面を有し、前記凹状曲面は、前記吸入通路の開口部から前記凹状曲面の中心方向に延びて前記ポンプ室に連通している吸入側溝部と、前記吐出通路の開口部から前記凹状曲面の中心方向に延びて前記ポンプ室に連通している吐出側溝部と、を有している手段１乃至６のいずれか一つに記載の送液ポンプ。

手段７では、ダイアフラムとの間にポンプ室を形成する凹部面は、吐出方向に駆動されたダイアフラムに対向する凹状の曲面を有するので、低圧時における大きな吐出量の操作を実現することができる。一方、ポンプハウジングは、吸入口から凹状曲面の中心方向に延びている吸入側溝部と吐出口から凹状曲面の中心方向に延びている吐出側溝部とを有しているので、ダイアフラムが凹状曲面側に大きく変形して凹状曲面に近接する状態でもポンプ室への吸入と吐出とを円滑化することができる。

手段８．前記駆動部は、前記ダイアフラムを駆動する圧電アクチュエータを備える手段１乃至７のいずれか１つに記載の送液ポンプ。

手段８では、駆動部は、ダイアフラムを駆動する圧電アクチュエータを備えるので、高い周波数でダイアフラムを駆動することができる。これにより、大きな流量と小さな脈動とを両立させて実現することができる。

手段９．送液ポンプを制御する流量制御装置であって、手段８記載の送液ポンプと、前記圧電アクチュエータに印加する電圧を操作して前記送液ポンプの吐出流量を制御する制御部と、を備える流量制御装置。

手段９では、圧電アクチュエータに印加される電圧を操作することによって、送液ポンプの吐出流量が制御されるので、たとえば電圧波形の操作によって高い自由度での制御を実現することができる。

手段１０．手段９記載の流量制御装置であって、前記制御部は、前記圧電アクチュエータにパルス状の電圧であるパルス電圧を印加し、前記パルス電圧の最大値を操作して前記送液ポンプの吐出流量を制御する流量制御装置。

手段１０では、圧電アクチュエータに印加されるパルス電圧の最大値を操作することによって、送液ポンプの吐出流量が制御されるので、吐出流量の変化に起因する脈動の変動を抑制することができる。脈動は、たとえば小流量時においてパルス幅が長くなることによって大きくなることが本発明者によって見出された。

手段１１．手段９又は１０に記載の流量制御装置であって、前記吐出通路から吐出された流体の吐出圧力を計測する圧力センサを備え、前記制御部は、前記計測された吐出圧力に応じて、前記ストロークが予め設定された所定値よりも小さくなるように制限する流量制御装置。

手段１１では、吐出圧力に応じて圧電アクチュエータのストロークが制限されるので、吐出圧が高圧の際における圧電アクチュエータの過大な変位によるダイアフラムの損耗を防止することができる。

手段１２．手段９乃至１１のいずれか１つに記載の送液ポンプを制御する流量制御装置であって、前記吐出通路から吐出された流体の吐出流量を計測する流量センサを備え、前記制御部は、前記計測された吐出流量に応じて、前記往復動の駆動周期が予め設定された所定値よりも長くなるように制限する流量制御装置。

手段１２では、吐出流量に応じて圧電アクチュエータの駆動周波数が制限されるので、大きな吐出流量を実現するために圧電アクチュエータが大きなストロークで駆動されている際に、過大な駆動周波数によってポンプが損耗するのを抑制することができる。

手段１３．手段９乃至１２のいずれか１つに記載の流量制御装置であって、前記吐出通路から吐出された流体の吐出流量を計測する流量センサを備え、前記制御部は、前記計測された吐出流量の増大に応じて前記往復動の駆動周期を長くし、前記吐出流量の減少に応じて前記往復動の駆動周期を短くする作動モードを有する流量制御装置。

手段１３は、吐出流量の増大に応じて往復動の駆動周期を長くし、吐出流量の減少に応じて往復動の駆動周期を短くする作動モードを有する。これにより、吐出流量の増大時には長いストロークでの効率的な駆動を実現し、吐出流量の減少には短い駆動周期での脈動の小さな駆動を実現することができる。本制御部は、このような駆動周期の調整を常に行なう必要は無く、必要に応じて利用できる作動モードとして実装されていれば良いし、常に本作動モードで作動するようにしてもよい。駆動周期の操作は、連続的に変化させても良いし、予め設定されている複数の駆動周期のいずれかに切り替えるようにしてもよい。

手段１４．手段９乃至１３のいずれか１つに記載の流量制御装置であって、前記送液ポンプは、前記送液ポンプの吐出流量を計測する流量センサを有し、前記制御部は、前記往復動の駆動周期毎に複数の計測タイミングで計測された吐出流量をフィードバックすることによって流量を制御する流量制御装置。

手段１４では、往復動の駆動周期毎に複数の計測タイミングで計測（サンプリング）された吐出流量をフィードバックすることによって流量が制御されるので、駆動周期内の相違するタイミング（あるいは位相）のズレに起因する計測誤差を抑制して正確なフィードバック制御を実現することができる。

複数の計測タイミングで計測された吐出流量は、平均化して利用するようにしても良いし、あるいは予め設定されたタイミングでの代表値を利用して波形を推測することによって推測するようにしてもよい。さらに、制御則の演算時間を考慮して、計測された周期から複数周期後のパルス電圧の操作にフィードバック値を反映するようにしてもよい。

なお、本発明は、送液ポンプや流量制御装置だけでなく、流量制御方法やこれらを実現するためのコンピュータプログラムやコンピュータプログラムを格納する記憶媒体として実現することができる。

第１実施形態における送液ポンプ１００の断面図。 送液ポンプ１００のダイアフラム１８０を示す拡大断面図。 送液ポンプ１００のポンプ室１２３の内面を示す図。 ピストン１４４と開口部１３６との間の位置関係を示す拡大断面図。 第１実施形態の送液ポンプ１００の作動の状態を示す断面図。 第１比較例の送液ポンプ１００ａの作動の状態を示す断面図。 第２比較例の送液ポンプ１００ｂの作動の状態を示す断面図。 第１実施形態の送液ポンプ１００のダイアフラム１８０の変位（変形）の状態を示す断面図。 送液ポンプ１００のピストン１４４の許容変位量と吐出圧力の関係を示すグラフ。 送液ポンプ１００のピストン１４４の許容駆動周波数と設定流量の関係を示すグラフ。 送液ポンプ１００におけるダイアフラムの駆動周波数の切り替えの内容を示すグラフ。 送液ポンプ１００の駆動電圧Ｗ１と吐出流量Ｃ３とピストン移動量Ｃ４とを示すグラフ。 送液ポンプ１００の駆動に利用可能な三種類の駆動電圧Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のパルス形状を表すグラフ。 第１実施形態の高速クロマトグラフィ装置９０の構成を示すブロック図。 第１実施形態の高速クロマトグラフィ装置９０における流量センサ５０の計測とそのフィードバックの内容を示す説明図。 第２実施形態の送液ポンプ１００ｃに使用されているダイアフラム１８０ａを示す断面図。 第２実施形態のダイアフラム１８０ａと比較例のダイアフラム１８０ｂの作動状態を対比して示す断面図。 第２実施形態の送液ポンプ１００ｃを分解した状態を示す分解斜視図。 第２実施形態の他の例のダイアフラム１８０ｃの外観を示す平面図。 第２実施形態の他の例のダイアフラム１８０ｃの積層状態を示す断面図。 第２実施形態の他の例のダイアフラム１８０ｃの装着状態を示す断面図。 第１変形例のダイアフラム１８０ｄの構成とポンプボディ１１０ａを示す外観図。 第２変形例のダイアフラム１８０ｅの構成を示す外観図。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に従って説明する。各実施形態は、高圧ガスクロマトグラフィに使用される送液ポンプについて具体化している。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における送液ポンプ１００の断面図を示している。図２は、送液ポンプ１００のダイアフラム１８０を示す拡大断面図である。図３は、送液ポンプ１００のポンプ室１２３の内壁面を示す図である。送液ポンプ１００は、高速液体クロマトグラフィにおいて溶離液の圧送に使用されるポンプである。高速液体クロマトグラフィでは、溶離液（たとえばメタノールが使用される）が加圧されてカラム（後述）に通される。これにより、自然落下で溶離液をカラムに流すカラムクロマトグラフィ（中低圧クロマトグラフィとも呼ばれる。）に比較して、高速液体クロマトグラフィは、分析物である試料が固定相に留まる時間を短くすることができるとともに分離能や検出感度も高くすることができる。

送液ポンプ１００は、ポンプボディ１１０と、チェック弁１２６，１２７と、金属製のダイアフラム１８０と、ダイアフラム１８０を駆動するアクチュエータ１５０とを備えるダイアフラムポンプである。ポンプボディ１１０には、溶離液が流れる流路として、入口側内部流路１２２と、出口側内部流路１２４と、チェック弁１２６，１２７とを有している。ポンプボディ１１０は、たとえば金属やＰＥＥＫ材で製造することができる。

チェック弁１２６は、流入ポート１２１（ＩＮポート）から入口側内部流路１２２の方向への溶離液の流通のみを許容し、その反対方向への流通を許容しない逆止弁である。一方、チェック弁１２７は、出口側内部流路１２４から吐出ポート１２５（ＯＵＴポート）の方向への溶離液の流通のみを許容し、その反対方向への流通を許容しない逆止弁である。

なお、図１では、ポンプボディ１１０とポンプベース１３０とを締結する締結具の図示が省略されている。

ポンプボディ１１０は、円柱状の形状を有し、その一方の底面の中心位置に円錐台状の凹部面を有している。ポンプ室１２３は、図２及び図３に示されるように、その円錐台状の凹部面とダイアフラム１８０とによって囲まれている空間として形成されている。円錐台状の凹部面は、その中心位置に形成されている円形の平面である平面底部１１５と、平面底部１１５の周囲に形成されている円錐状の傾斜面１１２と、平面底部１１５と傾斜面１１２との間に形成されているドーナツ状の曲面１１２ｒとを有している。円錐台状の凹部面は、本実施形態では、吐出方向に駆動されたダイアフラムに嵌合する向きの凹状の曲面である凹状曲面として形成されている。

凹部の傾斜面１１２の外縁部には、入口側内部流路１２２と出口側内部流路１２４の開口部が形成されている。これらの開口部は、平面底部１１５を挟んで相互に対向する位置に配置されている。具体的には、入口側内部流路１２２および出口側内部流路１２４は、前記平面底部１１５の中心を挟んでそれぞれ上下の関係で配置されている。入口側内部流路１２２の開口部には、円錐台状の凹部面の中心位置に向かって図３の上方に延びている吸入側溝部１１３が連なって形成されている。出口側内部流路１２４の開口部には、円錐台状の凹部面の中心位置に向かって図３の下方に延びている吐出側溝部１１４が連なって形成されている。

このような構成により、ポンプ室１２３は、ダイアフラム１８０が変位して傾斜面１１２に近接した状態においても入口側内部流路１２２と出口側内部流路１２４との連通状態を十分に確保することができる。なお、入口側内部流路１２２と出口側内部流路１２４とは、それぞれ吸入通路と吐出通路とも呼ばれる。

ポンプベース１３０は、円柱状の孔であるシリンダ孔１３４が中心軸線の位置に配置されているドーナツ状の形状を有している。ポンプベース１３０には、その一方の底面に円錐台状の凸部面１３２，１３３，１３５と、シリンダ孔１３４の開口部１３６とが形成され、他方の面に円錐台状の凹部面１３１が形成されている。図１に示すように、凹部面１３１の底部には、前記シリンダ孔１３４を形成する環状凸部１３１ｐが設けられている。シリンダ孔１３４には、環状凸部１３１ｐ側から挿入された滑り軸受け１３７ｂが装着されている。円錐台状の凸部面１３２，１３３，１３５は、傾斜面１３５によって周囲が囲まれている一体をなす環状の平面１３２，１３３を有している。シリンダ孔１３４の開口部１３６は、前記環状の平面１３２,１３３(後述するダイアフラム受け面１３３)に対し同心状に設けられている。すなわち、開口部１３６は、環状の平面１３２，１３３の中心位置に配置されている。また、シリンダ孔１３４の開口部１３６の中心は、前記凹部面の中心に対し、シリンダ孔１３４の軸線方向(図２では左側)に整列するよう構成されている。

ダイアフラム１８０は、ポンプボディ１１０とポンプベース１３０との間に挟持されている。ポンプボディ１１０が有する傾斜面１１２の周囲には、環状の平面であるシール加圧面１１１が形成されている。シール加圧面１１１の外縁の外周には、傾斜面１１６が形成され、シール加圧面１１１を環状の凸部として形成している。一方、ポンプベース１３０が有する環状の平面１３２，１３３は、シール加圧面１１１に対向して平行な面であるシール受け面１３２と、傾斜面１１２に向き合うダイアフラム受け面１３３の２つの領域を有する一体の平面である。ダイアフラム１８０は、シール加圧面１１１とシール受け面１３２との間に挟持されることによってポンプ室１２３を外部から封止している。

なお、シール加圧面１１１及びシール受け面１３２は、シール部とも呼ばれる。また、ダイアフラム受け面１３３の役割については後述する。

これにより、ポンプ室１２３は、ダイアフラム１８０の変形によって容積を変化させることができる封止空間として構成されていることになる。このような構成により、送液ポンプ１００は、ポンプ室１２３に周期的に容積変化を生じさせて、チェック弁１２６からの吸入およびチェック弁１２７からの吐出を行うポンプとして機能することができる。なお、ポンプベース１３０及びポンプボディ１１０は、ポンプハウジングとも呼ばれる。

ダイアフラム１８０は、アクチュエータ１５０の駆動によって変形してポンプ室１２３の容積を変化させることができる。アクチュエータ１５０は、ダイアフラム１８０を駆動するピストン１４４を有する駆動部１４０と、ポンプベース１３０と、を備えている。なお、ピストン１４４は、往復動部材とも呼ばれる。

駆動部１４０は、ピストン１４４と、滑り軸受け１３７ｂと、付勢バネ１４５と、積層圧電アクチュエータ１４１と、アクチュエータハウジング１４７と、アジャスタ１４３と、鋼球１４２と、圧電アクチュエータ装着部１４６と、ダブルナットＮ１，Ｎ２とを備えている。ピストン１４４は、一方の底部(図１の左側の底部)において径方向に広がるフランジ１４４ｆを有し、他方の底部(図１の右側の底部)に凸状の先端面１４８（図２参照）と、を有する円柱状の部材である。ピストン１４４は、円柱状の形状を有するシリンダ孔１３４の内部において滑り軸受け１３７ｂによって支持され、シリンダ孔１３４の軸線方向に往復動することができる。

ピストン１４４には、鋼球１４２とアジャスタ１４３とを介して積層圧電アクチュエータ１４１から駆動力が与えられる。鋼球１４２は、フランジ１４４ｆの中央部に装着されているアジャスタ１４３の中心位置に形成されている凹部と、積層圧電アクチュエータ１４１の中心位置に形成されている凹部との間に摺動可能に挟持されている。これにより、積層圧電アクチュエータ１４１とピストン１４４との間の偏心誤差や傾斜を吸収することができる。付勢バネ１４５は、フランジ１４４ｆにおいて、ダイアフラム１８０への駆動力を減殺する方向にピストン１４４を付勢している。

積層圧電アクチュエータ１４１は、アクチュエータハウジング１４７の内部に形成されている円柱状の内孔１４９に格納され、圧電アクチュエータ装着部１４６を介して位置調整用ナットＮ１及び固定ナットＮ２でアクチュエータハウジング１４７に装着されている。そして、アクチュエータハウジング１４７の外周に形成されている雄ネジＳと位置調整用ナットＮ１の内周に形成されている雌ネジの螺合の量（長さ）を操作することで、ピストン１４４の駆動方向における積層圧電アクチュエータ１４１とポンプベース１３０との相対的な位置関係を調整することができる。

この調整量は、アクチュエータハウジング１４７と圧電アクチュエータ装着部１４６との間のクリアランスＣＬで吸収することができる。固定ナットＮ２は、位置調整用ナットＮ１とともにダブルナットとして機能し、位置関係の調整後の圧電アクチュエータ装着部１４６の位置を固定することができる。

図４は、ピストン１４４と開口部１３６との間の位置関係を示す拡大断面図である。図４では、非駆動時のピストン１４４の位置が仮想線で示され、高圧モードにおける駆動時のピストン１４４の位置が実線で示されている。非駆動時には、ピストン１４４の変位方向においてピストン１４４の先端面１４８の頂部が開口部１３６と略同一位置となるよう積層圧電アクチュエータ１４１の位置が調整されている。一方、駆動時には、変位量δだけ変位して同変位方向において、ピストン１４４の先端面１４８の周縁部１４８ｅが開口部１３６と同一位置となるように積層圧電アクチュエータ１４１の駆動電圧が調整されている。

図５は、第１実施形態の送液ポンプ１００の作動の状態を示す断面図である。図５（ａ）は、高圧時動作における駆動の状態を示している。図５（ｂ）は、低圧時動作における駆動の状態を示している。高圧時動作は、計測時における溶離液の送液における作動状態である。低圧時動作は、非計測時における配管洗浄用の送液における作動状態である。

高圧時動作では、ダイアフラム１８０は、ダイアフラム受け面１３３とピストン１４４とによって支持されている。すなわち、ダイアフラム１８０は、ポンプ室１２３内の高圧の溶離液から受ける荷重をダイアフラム受け面１３３とピストン１４４とに流すことができる。具体的には、ダイアフラム１８０の中心位置における直径φＢの円形範囲は、ピストン１４４によって支持され、直径φＡの円形範囲から直径φＢの円形範囲を除いた環状の範囲は、ダイアフラム受け面１３３によって支持されている。

これにより、高圧時動作においては、ダイアフラム１８０の変形範囲（作動範囲）を直径φＢの円形範囲に限定することができるので、ダイアフラム１８０は、実質的に直径φＢの円形範囲を有する小型のダイアフラムとして機能することになる。ダイアフラムが小型であれば、溶離液が高圧であってもダイアフラム１８０に印加される荷重に対抗して積層圧電アクチュエータ１４１によって適切に駆動することができる。

さらに、高圧時でのダイアフラム１８０の変形は、ピストン１４４が挿入されている開口部１３６の近傍に限定されるので、ピストン１４４の変位に伴うポンプ室１２３の容積変化も低減することになる。これにより、ポンプ室１２３の容積変化当たりのピストン１４４の変位量を大きくすることができるので、ダイアフラム１８０の作動形態は、高圧での微少流量の制御に適した変形状態となっていることが分る。

一方、低圧時動作においては、ダイアフラム１８０は、ピストン１４４のみによって支持されている。低圧時動作では、ダイアフラム１８０は、ダイアフラム受け面１３３から分離してポンプ室１２３の内部で大きく変形することができるので、ダイアフラム１８０は、実質的に直径φＡの円形範囲を有する大型のダイアフラムとして機能することになる。ダイアフラムが大型であれば、積層圧電アクチュエータ１４１によって大きな吐出量で溶離液を供給することができ、配管等を円滑に洗浄することができる。

図６は、第１比較例の送液ポンプ１００ａの作動の状態を示す断面図である。図６（ａ）は、第１比較例の送液ポンプ１００ａの非駆動時の状態を示している。図６（ｂ）は、第１比較例の送液ポンプ１００ａの高圧時の動作状態を示している。図６（ｃ）は、第１比較例の送液ポンプ１００ａの低圧時の動作状態を示している。第１比較例は、ダイアフラム受け面１３３の効果を分かり易く説明するための比較例である。

第１比較例の送液ポンプ１００ａは、ダイアフラム受け面１３３を備えておらず、また、シリンダ孔１３４の径をダイアフラム受け面１３３の領域に拡大し、これによりシリンダ孔１３４ａとしている点で第１実施形態の送液ポンプ１００と相違する。第１比較例の送液ポンプ１００ａは、第１実施形態のダイアフラム受け面１３３を備えていないので、低圧時動作における大型のダイアフラムとして機能することになる。

すなわち、図６（ｃ）に示されるように、第１比較例の送液ポンプ１００ａは、第１実施例と同様に、低圧で比較的大きな吐出量を有するダイアフラムポンプとして機能することができる。しかしながら、高圧時には、図６（ｂ）に示されるように、ダイアフラム１８０がピストン１４４ａに押し付けられて、ポンプ室１２３の容量縮小を減殺させる方向の変形である曲げ１８０ｋ（ポンプ室１２３の容量を拡大する部分的変形）が生じるので、効率よく吐出できないことが本発明者によって見出された。さらに、曲げ１８０ｋは、過度の曲げとして損傷の原因となる。さらに、高圧時には、ダイアフラム１８０からピストン１４４ａに掛かる荷重が第１の実施形態に比較して大きくなり、積層圧電アクチュエータ１４１に過度の荷重が印加されることになる。

このように、ダイアフラム受け面１３３は、高圧時の作動において、ダイアフラム１８０における不意の曲げ１８０ｋの発生を抑制するとともに、積層圧電アクチュエータ１４１に過度の荷重の印加を防止するという役割を果たしている。

図７は、第２比較例の送液ポンプ１００ｂの作動の状態を示す断面図である。図７（ａ）は、第２比較例の送液ポンプ１００ｂの非駆動時の状態を示している。図７（ｂ）は、第２比較例の送液ポンプ１００ｂの高圧時の動作状態を示している。図７（ｃ）は、第２比較例の送液ポンプ１００ｂの低圧時の動作状態を示している。第２比較例は、第１の実施形態のダイアフラム受け面１３３がシール受け面１３２と同一平面内（あるいは近接する平面内）に設けた意義を分かり易く説明するための比較例である。

第２比較例の送液ポンプ１００ｂは、ダイアフラム受け面１３３がポンプ室１２３から離れる方向（図面では左側方向）に位置するよう設けられたダイアフラム受け面１３３ａとされている点で第１実施形態の送液ポンプ１００と相違する。一方、ピストン１４４の径は、第１実施形態の送液ポンプ１００と同一である。

低圧時には、図７（ｃ）に示されるように、第１実施例や第１比較例と同様に低圧で比較的大きな吐出量で作動するダイアフラムポンプとして作動することができる。しかしながら、高圧時には、図７（ｂ）に示されるように、第１比較例と同様にダイアフラム１８０の全面で高圧の溶離液からの荷重を受けることになるので、ダイアフラム１８０がピストン１４４の周囲に押し込まれて不意の曲げ１８０ｋが発生して吐出が阻害され、損耗の原因となる。さらに、高圧時には、積層圧電アクチュエータ１４１に過度の荷重が印加されることになる点も第１比較例と同様である。

このように、第1の実施形態のダイアフラム受け面１３３は、シール受け面１３２と一体として連続する環状の平面を形成することで顕著な効果を奏している。ただし、必ずしもダイアフラム受け面１３３は、シール受け面１３２と一体として連続する環状の平面を形成する必要はなく、ピストン１４４の変位方向においてシール受け面１３２の近傍に配置されていれば良い。例えば、ダイアフラム受け面１３３が、シール受け面１３２側から開口部１３６側に向けて凹部面に近接する側(図２の右側)に傾斜する構成としてもよい。反対に、ダイアフラム受け面１３３が、シール受け面１３２側から開口部１３６側に向けて凹部面から離間する側(図２の左側)に傾斜する構成としてもよい。さらに、ダイアフラム受け面１３３とシール受け面１３２とが滑らかに連続していれば、たとえば一体の曲面を形成するなどのように、平面でなくてもダイアフラム１８０の変形を滑らかなものとすることができる。

図８は、第１実施形態の送液ポンプ１００のダイアフラム１８０の変位（変形）の状態を示す断面図である。図８（ａ）は、高圧時の動作状態を示している。図８（ｂ）は、中間的な圧力時の動作状態を示している。図８（ｃ）は、低圧時の動作状態を示している。図８（ａ）及び図８（ｃ）の作動状態は、それぞれ図５（ａ）及び図５（ｂ）の作動状態に対応している。

高圧時には、ピストン１４４の変位量（ストローク）が制限されることによって、ダイアフラム１８０が変位する範囲（変形範囲あるいは作動範囲とも呼ばれる。）は、直径φＢの円形範囲に限定されている。ピストン１４４の変位量は、ポンプ室１２３の内部圧力の上昇に伴って自動的に制限されることになるが、たとえば積層圧電アクチュエータ１４１の仕様によっては、制御則を高圧時用に切り替えて過大な荷重がダイアフラム１８０に印加されないようにしてもよい。

中間的な圧力時においては、ピストン１４４の変位量（ストローク）が拡大し、ダイアフラム１８０の作動範囲が直径φＣの円形範囲に拡大されている。ダイアフラム１８０の作動範囲は、溶離液の圧力の低下に伴って拡大し、低圧時には、ピストン１４４の変位量（ストローク）がさらに拡大し、全域すなわち直径φＡの円形範囲に拡大される。

このように、第１実施形態の送液ポンプ１００は、溶離液の吐出圧力に応じて自動的にダイアフラム１８０の作動範囲を変化させることができる。具体的には、ダイアフラム１８０の作動範囲は、ポンプ室１２３の内部圧力の上昇に伴って狭くなり、ポンプ室１２３の内部圧力の降下に伴って広くなる。

送液ポンプ１００の制御は、たとえば吐出流量の計測値をフィードバック量として使用し、操作量を積層圧電アクチュエータ１４１への印加電圧とする制御系を構成することができる。本制御系では、目標値に対して吐出流量の計測値が小さいときには、ピストン１４４の変位量が拡大する方向に操作され、目標値に対して吐出流量の計測値が大きいときには、ピストン１４４の変位量が縮小する方向に操作されることになる。なお、実施形態の制御系の具体的な構成については後述する。

このように、第１実施形態の送液ポンプ１００は、ダイアフラム１８０を実質的に溶離液の吐出圧力に応じた適切な作動範囲を有するダイアフラムとして駆動することができる。この結果、送液ポンプ１００は、高圧の少量吐出から低圧の大量吐出までの広いダイナミックレンジを有するダイアフラムポンプとして機能させることが可能である。

図９は、第１実施形態の送液ポンプ１００のピストン１４４の許容変位量と吐出圧力の関係を示すグラフである。図１０は、第１実施形態の送液ポンプ１００のピストン１４４の許容駆動周波数と吐出流量（設定流量）の関係を示すグラフである。図９及び図１０では、曲線Ｃ１，Ｃ２は、それぞれピストン１４４の変位と周波数に対する運用制限を表している。具体的には、たとえば吐出圧力が圧力Ｐ１のときには、ピストン１４４の変位量が変位δ１までに制限されることになる。一方、吐出流量が流量Ｑ１のときには、ピストン１４４の駆動周波数が周波数ｆ１までに制限されることになる。すなわち、ピストン１４４の運用変位は、２本の曲線Ｃ１，Ｃ２によって囲まれる範囲に制限されることになる。

吐出圧力に関する運用制限は、本発明者らによる以下の知見と解析とに基づいて設定されたものである。送液ポンプ１００は、上述のように、溶離液の吐出圧力に応じて自動的に作動範囲を変化させるという好ましい特性を有している。

しかしながら、本発明者は、積層圧電アクチュエータ１４１の仕様の設定（たとえば過大な駆動力）によっては、ダイアフラム１８０の過度の変位（実質的にピストン１４４の変位）によりダイアフラム１８０に損耗を与える可能性を見出した。具体的には、高圧時において、積層圧電アクチュエータ１４１の過大な駆動力によって図８（ｃ）の作動状態を繰り返すと、ピストン１４４の周囲においてダイアフラム１８０に損傷を与えることが本発明者によって見出された。

吐出流量に関する運用制限は、本発明者らによる以下の実験と解析とに基づいて設定されたものである。送液ポンプ１００は、上述のように、溶離液の吐出圧力に応じて自動的にダイアフラム１８０の変位量が変化するという好ましい特性を有している。すなわち、ダイアフラム１８０の変位量（ストローク）は、溶離液の吐出圧力の上昇に応じて自動的に小さくなる。

しかしながら、本発明者は、吐出流量の低下に伴って脈動の影響が大きくなることを見出した。吐出流量の低下によって、脈動の比率が大きくなって脈動が顕在化してしまうからである。さらに、高速液体クロマトグラフィでは、吐出流量の少ない高圧動作時に計測が行われるので、脈動を小さくすることが望まれる。一方、本発明者は、吐出流量の低下によってポンプ動作（積層圧電アクチュエータ１４１の動作やチェック弁の動作）が小さくなると、駆動周波数を大きくできることを見出した。

図１１は、第１実施形態の送液ポンプ１００におけるダイアフラムの駆動周波数の切り替えの内容を示すグラフである。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、それぞれ低圧作動モードと高圧作動モードとにおける吐出流量（流量）とパルス電圧を示している。低圧作動モードでは、図１０に示されるように、比較的に低い駆動周波数ｆ１でのダイアフラム１８０の駆動で比較的に大きな吐出流量Ｑ１の吐出がなされている。

一方、高圧作動モードでは、図１０に示されるように、高い駆動周波数ｆ２のダイアフラム１８０の駆動で小さな吐出流量Ｑ２の吐出がなされている。これにより、高圧作動モードは、比較例との比較からも分るように流量の脈動が顕著に低減されていることが分る。

このように、第１実施形態の送液ポンプ１００は、吐出流量に応じてダイアフラム１８０の駆動周波数を切り替えることができる。これにより、大きな吐出流量Ｑ１においてはダイアフラムの駆動周波数の運用範囲内に維持しつつ、小さな吐出流量Ｑ２においては駆動周波数を高くして脈動を抑制することができる。高圧動作時における吐出流量Ｑ２は、計測時に利用される流量なので、脈動の低減は大きな意義を有することになる。

なお、ダイアフラムの駆動周波数は、必ずしも低圧作動モードと高圧作動モードとの間の切り替えに応じて操作されるだけでなく、たとえば高圧動作時における設定流量の変更に応じて操作するようにしてもよい。設定流量とは、計測対象や計測の目的等に応じてユーザが設定する吐出流量であり、後述する制御系において目標値となる値である。

ダイアフラム１８０の駆動周波数を増大させれば、脈動を低減させるだけではなくダイアフラム１８０のストロークを維持しつつ吐出流量を増大させることができるので、高圧動作時の送液ポンプ１００の設定流量の範囲を拡大することができる。換言すれば、計測時の脈動をさらに低減して計測精度を向上させることができだけでなく、高圧動作時における送液ポンプ１００の吐出流量のダイナミックレンジの拡大にも寄与することができる。

図１２は、第１実施形態の送液ポンプ１００の駆動電圧Ｗ１と吐出流量Ｃ３とピストン移動量Ｃ４とを示すグラフである。駆動電圧Ｗ１は、積層圧電アクチュエータ１４１に印加される電圧であり、矩形波である。

時刻ｔ１では、送液ポンプ１００は、駆動電圧Ｗ１が立ち上がりに応じて積層圧電アクチュエータ１４１によるピストン１４４の駆動を開始する。これにより、ピストン１４４は、ダイアフラム１８０の変位を開始させてポンプ室１２３の容積の縮小が始まるので、ポンプ室１２３の内部圧力が上昇することになる。チェック弁１２７は、ポンプ室１２３の内部圧力が吐出ポート１２５の圧力を超えたときに開いて薬液の吐出を開始する。

時刻ｔ２では、駆動電圧Ｗ１が立ち上がりに応じたピストン１４４の移動が完了してピストン１４４が停止する。これにより、ポンプ室１２３の容積変化が停止するので、ポンプ室１２３からの薬液の吐出がなくなってチェック弁１２７が閉じることになる。

時刻ｔ３では、送液ポンプ１００は、駆動電圧Ｗ１が立ち下がりに応じて積層圧電アクチュエータ１４１によるピストン１４４の逆方向の駆動を開始する。これにより、ポンプ室１２３の内部圧力が降下することになる。チェック弁１２６は、ポンプ室１２３の内部圧力が流入ポート１２１の圧力未満となったときに開いて薬液の流入を開始させる。

吐出流量Ｃ３は、インジェクタやカラムといったユーザ側で用意する計測用の機器に供給される流量である。吐出流量Ｃ３は、後述する容積ダンパー８０とオリフィス５１の下流において流量センサ５０によって計測される値である。吐出流量Ｃ３は、容積ダンパー８０とオリフィス５１とによって脈動が低減されている。

送液ポンプ１００は、駆動電圧Ｗ１のパルス周波数を早くすることによって、吐出流量の脈動を小さくすることができる。積層圧電アクチュエータ１４１は、たとえば数ｋＨｚでの駆動が可能である。ただし、チェック弁１２６，１２７の応答性の限界が積層圧電アクチュエータ１４１の駆動周波数よりも低い場合には、チェック弁１２６，１２７の応答性に基づいて積層圧電アクチュエータ１４１の駆動周波数を設定するようにしてもよい。

図１３は、送液ポンプ１００の駆動に利用可能な三種類の駆動電圧Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のパルス形状を表すグラフである。駆動電圧Ｗ１は、前述のように矩形波であり、比較的高い周波数での駆動に適している。駆動電圧Ｗ２は、吐出流量の脈動を抑制する効果を有するランプ波であり、比較的低い周波数での駆動に適している。駆動電圧Ｗ３は、立ち上がりエッジにおいて電圧ｈ以上の電圧で波形が丸められているので、比較的高い周波数において吐出流量の急上昇を抑制して脈動を低減させることができる。なお、駆動電圧Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、パルス電圧とも呼ばれる。また、電圧ｈは、たとえば積層圧電アクチュエータ１４１の駆動によってダイアフラム１８０が変形を開始する電圧として設定することができる。

図１４は、第１実施形態の高速クロマトグラフィ装置９０の構成を示すブロック図である。高速クロマトグラフィ装置９０は、溶離液を貯蔵する溶媒貯蔵瓶６０と、送液ポンプ１００と、容積ダンパー８０と、圧力センサ４０と、流量センサ５０と、オリフィス５１と、廃液瓶７０と、廃液用バルブ７１と、負荷３０と、送液ポンプ１００に駆動電圧を印加するドライバ回路２０と、制御回路１０とを備えている。負荷３０は、インジェクタやカラム、検出器、記録計といったユーザ側で用意する計測用の機器が含まれている。

送液ポンプ１００は、溶媒貯蔵瓶６０から溶離液を吸引し、容積ダンパー８０とオリフィス５１と流量センサ５０とを順に介して負荷３０に供給している。容積ダンパー８０とオリフィス５１は、脈動を低減させる役割を果たしている。負荷３０に供給される溶離液の流量は、流量センサ５０によって計測され、その計測値が制御回路１０に送信されている。圧力センサ４０は、容積ダンパー８０とオリフィス５１との間における溶離液の圧力を計測している。なお、制御回路１０及びドライバ回路２０は、制御部とも呼ばれる。制御部、圧力センサ４０及び流量センサ５０は、制御装置とも呼ばれる。

制御回路１０は、流量指令信号との流量センサ５０の計測値に応じてドライバ回路２０を操作して駆動電圧の電圧値を調整し、流量センサ５０の計測値を流量指令信号に近づけるためのフィードバック制御を行なう。本フィードバック制御は、運用制限（図９及び図１０参照）に基づいて予め設定されている許容変位量（許容駆動電圧）と許容駆動周波数（電圧パルス周波数）との範囲内で行なわれる。

図１５は、第１実施形態の高速クロマトグラフィ装置９０における流量センサ５０の計測とそのフィードバックの内容を示す説明図である。制御回路１０は、積層圧電アクチュエータ１４１の往復駆動の駆動周期毎に複数の計測タイミングで流量センサ５０により計測（サンプリング）された吐出流量を、周期毎に平均化してフィードバックすることで流量を制御する。これにより、ポンプ動作によって周期的に変動する流量（脈動）に起因する計測誤差を抑制し、正確なフィードバック制御を実現することができる。脈動に起因する計測誤差は、各駆動周期における計測タイミングのずれ（位相差）によって発生する。

高速クロマトグラフィ装置９０は、溶離液を導入する際や溶離液を置換する際に、廃液用バルブ７１を開いて廃液瓶７０に液を排出する。この際、送液ポンプ１００は、低圧での大きな流量の吐出が要求されることになる。

（第２実施形態）
図１６は、第２実施形態の送液ポンプ１００ｃに使用されているダイアフラム１８０ａを示す断面図である。ダイアフラム１８０ａは、ニッケルコバルト合金の第１金属板１８１及び第２金属板１８２と、第１金属板１８１と第２金属板１８２とを相互に張り合わせる接着層をなす弾性接着層１８３とを含む三層構造を有している。弾性接着層１８３は、第１金属板１８１と第２金属板１８２とを、それらの面内方向において相互にずらす方向の弾性を有する樹脂層である。

弾性接着層１８３の形成には、たとえば変成シリコーン樹脂やエポキシ変成シリコーン樹脂を主成分とする一液形弾性接着剤、あるいはたとえば主剤（エポキシ樹脂）および硬化剤（変成シリコーン樹脂）からなる二液形弾性接着剤が利用可能である。

図１７は、第２実施形態のダイアフラム１８０ａと比較例のダイアフラム１８０ｂの作動状態を対比して示す断面図である。図１７（ａ）は、第２実施形態のダイアフラム１８０ａが変形している状態を示している。図１７（ｂ）は、比較例のダイアフラム１８０ｂが変形している状態を示している。比較例のダイアフラム１８０ｂは、第１金属板１８１と第２金属板１８２とが相互に重ね合わせられているが、第２の実施形態のような接着層を有していないダイアフラムである。

比較例のダイアフラム１８０ｂは、厚さｔの第１金属板１８１と第２金属板１８２とが相互に重ね合わせられているので、耐圧性が２倍に向上している。耐圧性は、第１金属板１８１等の面内方向（広がり方向）の引っ張り強度に依存するので、ダイアフラム１８０ａは、単層で２倍の厚さを有する金属製の板材と実質的に同一の耐圧性を有することになるからである。

一方、比較例のダイアフラム１８０ｂの曲げ剛性は、第１金属板１８１と第２金属板１８２とを相互に重ね合わせただけなので、それぞれの曲げ剛性の加算となる。すなわち、比較例のダイアフラム１８０ｂの曲げ剛性は、第１金属板１８１の曲げ剛性の２倍となる。

ただし、比較例のダイアフラム１８０ｂは、相互に張り合わされていないので、ダイアフラムの洗浄において分解されるので、洗浄後の装着時において積層状態が変化してしまう問題を生じさせることを本発明者は見出した。さらに、ダイアフラムの組立時において、第１金属板１８１と第２金属板１８２との間に異物が入り込み、耐久性を劣化させるという問題も本発明者によって見出された。

第２実施形態のダイアフラム１８０ａは、第１金属板１８１と第２金属板１８２とが相互に張り合わせられている点で相違する。耐圧性は、第１金属板１８１等の面内方向（長手方向）の引っ張り強度に依存するので、張り合わせの有無に拘わらず耐圧性を２倍に向上させることができる。

一方、実施形態のダイアフラム１８０ａの曲げ剛性は、第１金属板１８１と第２金属板１８２とが相互に張り合わせられているので、相互にズレや変形が生じないと仮定すると、曲げ剛性が８倍となる。第１金属板１８１および第２金属板１８２は、２倍の厚さを有する一枚の板材として挙動することになるからである。

しかしながら、ダイアフラム１８０ａは、その面内方向において相互にずらす方向の弾性を有する弾性接着層１８３で相互に張り合わせられているので、このような過度な曲げ剛性を回避することができる。第１金属板１８１および第２金属板１８２は、その面内方向において相互にずらす方向の弾性を有する弾性接着層１８３で相互に張り合わせられているので、ダイアフラム１８０ａは、比較例のダイアフラム１８０ｂに近い曲げ剛性を有するからである。

このように、ダイアフラム１８０ａは、第１金属板１８１および第２金属板１８２が相互に張り合わされた構成とされているので、洗浄等のメンテナンス時にダイアフラムが分解されるのを抑制し得る。この結果、ダイアフラム１８０ａは、整備性を向上させることができるとともに、メンテナンス後の装着時にダイアフラム１８０ａの積層状態が変化してしまう問題を解決することができる。これにより、分解・洗浄等、メンテナンス後のダイアフラム１８０ａの校正を不要あるいは簡略にすることもできる。

また、ダイアフラムの組立時において、第１金属板１８１と第２金属板１８２との間に異物が入り込み、耐久性を劣化させるという問題を抑制することもできる。さらに、ダイアフラム１８０ａは、第１金属板１８１と第２金属板１８２との各々の最大歪を小さくすることができるので、耐久性を高めることもできる。

ただし、弾性接着層１８３の厚さは、１０μｍ以下とすることが望ましい。弾性接着層１８３は、ポンプ室１２３の圧力によりダイアフラム１８０ａの面外方向（厚さ方向）に変形してポンプ室１２３の容積を変化させてしまい、吐出量を不安定とする可能性があるからである。

図１８は、第２実施形態の送液ポンプ１００ｃを分解した状態を示す分解斜視図である。送液ポンプ１００ｃは、ポンプボディ１１０とアクチュエータ１５０との間にダイアフラム１８０ｃを挟持する構成を有している。ポンプボディ１１０とアクチュエータ１５０とは、６本のボルトＢ１〜Ｂ６の各々をポンプボディ１１０の貫通孔ｈ１〜ｈ６を貫通させてアクチュエータ１５０に螺合させることで締結されている。

図１９は、第２実施形態の他の例のダイアフラム１８０ｃの外観を示す平面図である。ダイアフラム１８０ｃは、装着用板材１８９を備えている。装着用板材１８９は、他の金属性の板材１８５等よりも外縁方向に突出する部位が、ポンプボディ１１０に装着されるための装着部１８９ａとされている。装着部１８９ａには、一対のキー孔Ｋ１ｈ、Ｋ２ｈと、６本のボルトＢ１〜Ｂ６の各々が貫通される貫通孔ｄｈ１〜ｄｈ６とが形成されている。６本のボルトＢ１〜Ｂ６は、締結部材とも呼ばれる。なお、ポンプボディ１１０とアクチュエータ１５０とは、それぞれ第１の部材と第２の部材とも呼ばれる。

一対のキー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈは、ダイアフラム１８０ｃの中心位置に対して対向する位置（一直線上の位置）に配置されている。本配置は、一対のキー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈの間の距離を長く取って、キー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈによる位置決め精度を高くするためである。キー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈには、それぞれ付勢部Ｋ１ｓ，Ｋ２ｓが設けられている。この付勢部Ｋ１ｓ,Ｋ２ｓは、キー孔Ｋ１ｈ,Ｋ２ｈの内縁に設けた複数の弾性突起として形成されている。そして、キー孔Ｋ１ｈ,Ｋ２ｈにポンプボディ１１０に突設したキー(流体機器の一部)Ｋ１,Ｋ２を挿入した際に、付勢部Ｋ１ｓ,Ｋ２ｓがキーＫ１，Ｋ２にそれぞれ係合するようになっている。これにより、ポンプボディ１１０からのダイアフラム１８０ｃの抜け落ちを防止して組立を容易にしている。付勢部Ｋ１ｓ,Ｋ２ｓがキーＫ１,Ｋ２に係合した状態では、各付勢部Ｋ１ｓ,Ｋ２ｓは、それぞれ係合による反力が打ち消されるようにキーＫ１,Ｋ２を付勢する。

一方、貫通孔ｄｈ１〜ｄｈ６は、不均等なピッチで環状に配置されている。具体的には、貫通孔ｄｈ１と貫通孔ｄｈ６との間の角度αは、貫通孔ｄｈ１と貫通孔ｄｈ２との間の角度βと相違する角度に設定されている。これにより、キーＫ１，Ｋ２は、それぞれキー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈに装着され、逆に装着される事態を防止することができる。但し、貫通孔ｄｈ１〜ｄｈ６は、必ずしも環状に並んで形成する必要はない。すなわち、貫通孔ｄｈ１〜ｄｈ６の中心位置を結んで形成される形状(この場合、六角形)が、ダイアフラム１８０ｃの面内のいずれの方向の線分に対しても非対称な形状とされていればよい。これにより、ダイアフラム１８０ｃの誤装着を抑制することができる。

ポンプボディ１１０には、さらに取外用孔Ｒ１，Ｒ２が形成されている。取外用孔Ｒ１，Ｒ２は、分解時においてポンプボディ１１０からダイアフラム１８０ｃを取り外すために棒（図示省略）を挿入するための孔である。ユーザは、分解時において、ダイアフラム１８０ｃの反対側からポンプボディ１１０の取外用孔Ｒ１，Ｒ２に棒（図示省略）を挿入して容易にダイアフラム１８０ｃを取り外すことができる。

図２０は、第２実施形態の他の例のダイアフラム１８０ｃの積層状態を示す断面図である。図２１は、第２実施形態の他の例のダイアフラム１８０ｃの装着状態を示す断面図である。ダイアフラム１８０ｃは、たとえばニッケルコバルト合金の４枚の金属板１８５〜１８８と、ステンレス（たとえばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６）の１枚の装着用板材１８９とを積層することによって構成されている。

具体的には、ステンレスの金属板である装着用板材１８９の両側にそれぞれ弾性接着層１８６ａ，１８７ａを介して金属板１８６，１８７が貼り付けられ、さらに、金属板１８６，１８７には、それぞれ弾性接着層１８５ａ，１８８ａを介して金属板１８５，１８８が貼り付けられている。このように、本実施形態では、ステンレスの装着用板材１８９の両面の各々に等しい数のニッケルコバルト合金の４枚の金属板１８５〜１８８が装着されている。なお、弾性接着層１８５ａ，１８６ａ，１８７ａ，１８８ａには、たとえば数μｍのシリコーン膜等が利用可能である。また、金属板１８８は、ポンプ室１２３に対向する面なので、研磨されていることが好ましい。

ニッケルコバルト合金は、高い弾性や強度、耐蝕性、耐熱性並びに恒弾性に優れた性質を有し、非磁性で耐久性に優れるという点で金属ダイアフラムに適した素材である。一方、ステンレスは、加工性に富み耐食性や靭性、延性といった特性を有している。特に、装着用板材１８９の材料であるステンレスの加工性の良さは、キー孔Ｋ１ｈ、Ｋ２ｈや貫通孔ｄｈ１〜ｄｈ６を形成する加工を容易とし得る。

装着用板材１８９は、送液ポンプ１００ａの分解洗浄の際のダイアフラム１８０ｃの組みつけに使用されるものである。一方、ニッケルコバルト合金の４枚の金属板１８５〜１８８は、ダイアフラムとして機能するための部材である。シール加圧面１１１とシール受け面１３２との間には、ニッケルコバルト合金の４枚の金属板１８５〜１８８とステンレスの装着用板材１８９とが挟まれている。

このように、本実施形態の複層ダイアフラムは、ダイアフラムの耐圧性や操作性の観点から自由に積層枚数を設定することもできる。

以上詳述した各実施形態は以下の利点を有する。
（１）本実施形態の送液ポンプは、パーティクルの発生がなく高寿命を実現することができる。
（２）本実施形態の送液ポンプは、高圧の微少流と低圧の大流量の送液（広いダイナミックレンジ）を実現することができる。
（３）本実施形態の送液ポンプでは、ダイアフラム受け面がシール受け面と同一平面を形成しているので、高圧時から低圧時までダイアフラムの作動範囲（変形範囲）を円滑に変化させることができる。
（４）本実施形態の送液ポンプでは、シリンダ孔の開口部をダイアフラム受け面と同心状に形成したので、ダイアフラムにおけるシール加圧面およびシール受け面で囲われた領域の略中央部をピストンが押圧するようになっている。従って、ピストンからの負荷がダイアフラムに略均一に掛かるようになり、ダイアフラムに局所的な大きな負荷が掛かるのを抑制することができる。
（５）本実施形態の送液ポンプでは、シリンダ孔の開口部の中心が、凹部面の中心に対し、シリンダ孔の軸線方向に整列するよう構成されている。従って、ダイアフラムが変形した際にポンプ室の中央部が容積変化するから、ポンプ室内の圧力がバランスよく変化して、溶離液をスムーズに送ることができる。
（６）本実施形態の制御装置では、吐出圧力に応じて圧電アクチュエータの変位量が制限されるので、高圧時の圧電アクチュエータの過大な変位によるダイアフラムの損傷を防止することができる。
（７）本実施形態の複層ダイアフラムは、高い耐圧性と柔軟性とを両立させることができる。
（８）本実施形態の複層ダイアフラムは、誤った装着の抑制を実現して整備性が向上されている。
（９）本実施形態の複層ダイアフラムは、分解・洗浄後の校正を不要あるいは簡略にすることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限らず、例えば次のように実施されてもよい。

（１）上記実施形態では、２個のキー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈが位置決めに使用されているが、たとえば第１変形例のダイアフラム１８０ｄのように３個以上であっても良い。図２２は、第１変形例のダイアフラム１８０ｄの構成とポンプボディ１１０ａを示す外観図である。

第１変形例のダイアフラム１８０ｄには、キー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈに加えて第３のキー孔Ｋ３ｈが形成されている。これにより、ダイアフラム１８０ｄがその中心軸線の周りに１８０度回転してキーＫ１とキーＫ２とが誤ったキー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈ（逆のキー孔）に装着される事態を防止することができる。すなわち、キーＫ１とキーＫ２とが、それぞれキー孔Ｋ２ｈとキー孔Ｋ１ｈとに装着される事態を防止することができる。

さらに、第３のキー孔Ｋ３ｈは、キー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈの中心位置を結ぶ線の垂直二等分線から外れた位置に形成されている。すなわち、キー孔Ｋ１ｈ,Ｋ２ｈ,Ｋ３ｈは、ダイアフラム１８０ｄに不等ピッチで環状に並んで形成されている。これにより、ダイアフラム１８０ｄが裏返されて１８０度回転された状態で、逆のキー孔Ｋ２ｈ，Ｋ１ｈに装着される事態を防止することができる。

このように、第１変形例のダイアフラム１８０ｄは、１８０度回転した状態での誤装着並びに裏返した状態において１８０度回転した状態での誤装着といった想定される種々の誤装着をキーおよびキー孔を設けることで防止することができる。キーＫ１，Ｋ２，Ｋ３とキー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈ，Ｋ３ｈは、位置決め部とも呼ばれる。キーＫ１，Ｋ２，Ｋ３は、位置決め用凸部とも呼ばれる。キー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈ，Ｋ３ｈは、位置決め孔とも呼ばれる。なお、キー孔Ｋ１ｈ,Ｋ２ｈ,Ｋ３ｈは、必ずしも環状に並んで形成する必要はない。すなわち、キー孔Ｋ１ｈ,Ｋ２ｈ,Ｋ３ｈの中心位置を結んで形成される形状(この場合、三角形)が、ダイアフラム１８０ｄの面内のいずれの方向の線分に対しても非対称な形状とされていればよい。これにより、ダイアフラム１８０ｄの誤装着を抑制することができる。

（２）上記実施形態では、キー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈに装備されている付勢部Ｋ１ｓ，Ｋ２ｓによってポンプボディ１１０からのダイアフラム１８０ｃの抜け落ちを抑制する構成とした。しかしながら、たとえば第２変形例のダイアフラム１８０ｅのように、キー孔Ｋ１ｈ，Ｋ２ｈ以外に抜け落ち防止用の付勢部を設けてもよい。

図２３は、第２変形例のダイアフラム１８０ｅの構成を示す平面図並びに断面図である。ダイアフラム１８０ｅは、一対の仮止め用つば１８０ｓ１，１８０ｓ２を備えている。仮止め用つば１８０ｓ１，１８０ｓ２は、ポンプボディ１１０ａを挟む方向（相互の間隔が小さくなる方向）に付勢力を発生させることができる。これにより、ポンプボディ１１０ａからのダイアフラム１８０ｅの抜け落ちを防止し、組立を容易にしている。このように、ポンプボディ１１０の一部を反力が打ち消されるように付勢することで、ダイアフラム１８０ｅの抜け落ちを防止するようにしてもよい。

（３）上記実施形態では、ダイアフラム受け面は、シール受け面と同一平面を形成しているが、必ずしも同一平面を形成する必要はない。ただし、同一平面を形成すれば、高圧時から低圧時までダイアフラムの作動範囲（変形範囲）を円滑に変化させることができる。ダイアフラム受け面１３３は、ポンプ室１２３の内圧に応じてダイアフラム１８０と当接する面の面積である当接面積が変化するように構成されていれば良い。

（４）上記実施形態では、シール受け面は平面であるが、曲面であっても良い。ただし、シール受け面を平面とすれば、ポンプ室の封止のためにダイアフラムに印加される荷重（封止荷重）によってダイアフラムが過度に損傷する事態を回避することができる。これにより、封止荷重の管理を緩めることができるので、ダイアフラムの再装着時に、ユーザ側によるボルトＢ１〜Ｂ６のトルク管理を容易とすることができる。

（５）上記実施形態では、ピストンは、ダイアフラムとの当接面が凸状の曲面を有しているが、平面であっても良い。ただし、ダイアフラムとの当接面を凸状の曲面とすれば、シリンダ孔１３４の開口部１３６の周囲においてダイアフラムをダイアフラム受け面で支持しつつ、凸状の曲面でピストンに当接する領域を変形させることができる。さらに、ピストンの変位量に応じて、ダイアフラムは、変形範囲を広げながら変形するので、高圧時における精密な吐出量の操作を実現することができる。凸状の曲面は、たとえば加工容易な球面形状としても良い。

（６）上記実施形態では、吸入口と吐出口とが対向する位置に配置されているが、他の配置であってもよい。ただし、吸入口と吐出口とを対向する位置に配置すれば、たとえば鉛直方向において吸入口を下側とし、吐出口を上側とするように送液ポンプを設置し、これにより液溜まりをなくして液の置換性や気泡抜けを向上させることができる。

（７）上記実施形態では、ダイアフラムは、圧電アクチュエータで駆動されているが、他の駆動方法であってもよい。ただし、圧電アクチュエータで駆動すれば、高い周波数でダイアフラムを駆動することによってダイアフラムの小さな変位でも吐出量を確保することができるとともに、脈動を小さくすることもできる。

（８）上記実施形態では、非駆動時には、ダイアフラム受け面の全体がダイアフラムに当接する構成とした。しかしながら、たとえば吐出圧力が低圧の際には、ダイアフラム受け面の少なくとも一部がダイアフラムから分離する構成としたり、運用時の永久変形でそのような状態となる構成であっても良い。ダイアフラム受け面は、ポンプ室の内圧の上昇時にダイアフラムを支持して、ピストンに印加される荷重を軽減するように構成されていれば良い。

ダイアフラム受け面は、ポンプ室の内圧の上昇時において、ダイアフラムとダイアフラム受け面とが当接する面の面積にポンプ室の内圧を乗じた荷重を分担し、これにより、ピストンに印加される荷重を軽減することができる。なお、ダイアフラムとダイアフラム受け面とが当接する面の面積は、当接面積とも呼ばれる。

（９）上記実施形態では、ダイアフラムは、ピストンと接続されておらず、ピストンでダイアフラムを押すことによってダイアフラムを変形させているが、ダイアフラムとピストンとを接続する構成としても良い。ただし、ダイアフラムとピストンとを接続する構成では、ダイアフラムとピストンの頂部とを１点（あるいは十分に狭い領域）で接続するようにすることが好ましい。

（１０）上記実施形態では、複層ダイアフラムは、送液ポンプに使用されているが、たとえば流量制御弁に利用することもできる。複層ダイアフラムは、広く一般にダイアフラムを使用する流体機器に使用することができる。

１０…制御回路、２０…ドライバ回路、３０…負荷、４０…圧力センサ、５０…流量センサ、９０…高速クロマトグラフィ装置、１００，１００ａ，１００ｂ…送液ポンプ、１００ｃ…送液ポンプ、１１０，１１０ａ…ポンプボディ、１１１…シール加圧面、１２３…ポンプ室、１３０…ポンプベース、１３２…シール受け面、１３３，１３３ａ…ダイアフラム受け面、１３４，１３４ａ…シリンダ孔、１４０…駆動部、１４１…積層圧電アクチュエータ、１４４…ピストン、１４４ａ…ピストン、１４５…付勢バネ、１４６…圧電アクチュエータ装着部、１５０…アクチュエータ、１８０，１８０ａ，１８０ｂ，１８０ｃ，１８０ｄ，１８０ｅ…ダイアフラム。

Claims (14)

1. 柱状の孔と、前記孔の開口部及びその周辺部に対向する凹部面と、前記凹部面に吸入口を有する吸入通路と、前記凹部面に吐出口を有する吐出通路とが形成されているポンプハウジングと、
   前記凹部面との間にポンプ室を形成し、前記ポンプ室と前記孔とを区画するダイアフラムと、
   前記孔に往復動可能に挿入され、前記往復動によって前記ダイアフラムを押すことにより変形させる往復動部材と、
   前記往復動の方向において、前記往復動のストロークを可変に前記往復動部材を周期的に変位させる駆動部と、
   前記凹部面の外周側で囲む位置において、前記ダイアフラムを挟持することによってシールするシール部と、
   前記シール部と前記開口部との間に設けられ、前記変位と前記ポンプ室の内圧とに応じて前記ダイアフラムと当接する面の面積である当接面積が変化するダイアフラム受け面と、
   を備え、
   前記当接面積は、前記凹部面側への前記往復動部材の変位の増加に応じて減少し、前記ポンプ室の内圧の上昇に応じて増大する送液ポンプ。
2. 前記シール部は、前記凹部面に連続する面であるシール加圧面と、前記ダイアフラム受け面に連続する面であるシール受け面とで前記ダイアフラムを挟持し、
   前記シール受け面は、前記ダイアフラム受け面と滑らかに連続している請求項１記載の送液ポンプ。
3. 前記シール受け面は、環状の平面である請求項２に記載の送液ポンプ。
4. 前記ダイアフラム受け面は、環状の平面に形成されると共に、前記開口部は、前記ダイアフラム受け面と同心状に形成されている請求項３に記載の送液ポンプ。
5. 前記ダイアフラム受け面は、前記シール受け面と同一平面を形成している請求項２乃至４のいずれか１項に記載の送液ポンプ。
6. 前記往復動部材は、前記ダイアフラムとの当接面が凸状の曲面を有する先端部を備えている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の送液ポンプ。
7. 前記凹部面は、吐出方向に駆動された際のダイアフラムの形状に嵌合する方向に凹状の曲面である凹状曲面を有し、
   前記凹状曲面は、前記吸入通路の開口部から前記凹状曲面の中心方向に延びて前記ポンプ室に連通している吸入側溝部と、前記吐出通路の開口部から前記凹状曲面の中心方向に延びて前記ポンプ室に連通している吐出側溝部と、を有している請求項１乃至６のいずれか１項に記載の送液ポンプ。
8. 前記駆動部は、前記ダイアフラムを駆動する圧電アクチュエータを備える請求項１乃至７のいずれか１項に記載の送液ポンプ。
9. 送液ポンプを制御する流量制御装置であって、
   請求項８記載の送液ポンプと、
   前記圧電アクチュエータに印加する電圧を操作して前記送液ポンプの吐出流量を制御する制御部と、
   を備える流量制御装置。
10. 請求項９記載の流量制御装置であって、
    前記制御部は、前記圧電アクチュエータにパルス状の電圧であるパルス電圧を印加し、前記パルス電圧の最大値を操作して前記送液ポンプの吐出流量を制御する流量制御装置。
11. 請求項９又は１０記載の流量制御装置であって、
    前記吐出通路から吐出された流体の吐出圧力を計測する圧力センサを備え、
    前記制御部は、前記計測された吐出圧力に応じて、前記ストロークが予め設定された所定値よりも小さくなるように制限する流量制御装置。
12. 請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の送液ポンプを制御する流量制御装置であって、
    前記吐出通路から吐出された流体の吐出流量を計測する流量センサを備え、
    前記制御部は、前記計測された吐出流量に応じて、前記往復動の駆動周期が予め設定された所定値よりも長くなるように制限する流量制御装置。
13. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の流量制御装置であって、
    前記吐出通路から吐出された流体の吐出流量を計測する流量センサを備え、
    前記制御部は、前記計測された吐出流量の増大に応じて前記往復動の駆動周期を長くし、前記吐出流量の減少に応じて前記往復動の駆動周期を短くする作動モードを有する流量制御装置。
14. 請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の流量制御装置であって、
    前記送液ポンプは、前記送液ポンプの吐出流量を計測する流量センサを有し、
    前記制御部は、前記往復動の駆動周期毎に複数の計測タイミングで計測された吐出流量をフィードバックすることによって流量を制御する流量制御装置。

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