JPH0429393Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は与圧ポンプと計量ポンプから成る送液
ポンプ装置に関する。

［従来の技術］ 一定の流量で液体を送液する場合には、定流量
送液ポンプが用いられる。

従来、この様なポンプとしては、例えば、第５
図に示す如きダブルプランジヤー型ポンプが使用
されている。図において、１Ａ，１Ｂは夫々第
１、第２のポンプで、該各ポンプのプランジヤ
PA，PBの吸入弁ViA，ViBの吸入口IA，IBを
三方分岐ジヨイントJIを介して入力端Ｉに接続す
ると共に、吐出弁VoA，VoBの吐出口OA，OB
の三方分岐ジヨイントJOを介して出力端Ｏに接
続し、これらのプランジヤPA，PBを交互に駆動
して、入力端Ｉから吸入される液体を出力端Ｏに
送液する様に構成している。

しかし、この様なポンプ装置においては、ポン
プの吐出側に圧力が掛つているので、第１ポンプ
１Ａによる吸入（又は吐出）工程と第２ポンプ１
Ｂによる吐出（又は吸入）工程が夫々吐出（又は
吸入）工程、吸入（又は吐出）工程へ変わる時
に、第１ポンプのプランジヤPA（又は第２ポンプ
のプランジヤPB）の変位に対し、第１ポンプ室
（又は第２ポンプ室）からの液の吐出に遅れが生
じ、第１ポンプ室（又は第２ポンプ室）の吐出口
から外部への単位時間当りの流出量が、工程の変
わつた直後少時間、落ちてしまう。この現象は、
ポンプ室内は吸入時に圧力が零に近く、吐出工程
に変わる時にプランジヤの運動により高圧に達し
ようとするが、ポンプの吐出側に圧力が掛かつて
いるのでポンプ室外の流出路の圧力を直ぐ越すこ
とは出来ず、越すまでの間、プランジヤは変位し
ても、ポンプ室から流出路への液の吐出が無い事
に起因している。この流出量の低下により、吐出
口の外部に、例えば液体クロマトグラフ装置の測
定カラムが繋がつていれば、測定結果のスペクト
ルのベースラインに脈動が生じてしまい、正確な
測定が妨げられてしまう。特に、ポンプ室外の流
出路に高い圧力が掛つている場合や液体自身の圧
縮係数が大きい場合には、この現象が顕著であ
る。

さて、最近、作動する圧力、送液する液体の種
類等に拘わり無く、しかも微量送液の場合にも定
流量性の著しく高い送液ポンプ装置が開発されて
いる。

第４図はこの様な送液ポンプの一例を示したも
のである。

該図において、与圧ポンプ１０Ａのプランジヤ
P₁の吸入弁Vi₁の吸入口I₁には入力端Ｉが繋がつ
ている。該入力端には例えば、液槽が繋がつてい
る。又、与圧ポンプ１０ＡのプランジヤP₁の吐
出弁Vo₁の吐出口O₁と計量ポンプ１０Ｂのプラン
ジヤP₂の吸入弁Vi₂の吸入口I₂が繋がつている。
更に、計量ポンプ１０ＢのプランジヤP₂の吐出
弁Vo₂の吐出口O₂には、出力端Ｏが接続されてい
る。該出力端には、例えば液体クロマトグラフイ
装置の分離カラムが繋がつている。該装置におい
ては、前記計量ポンプ１０Ｂが液体を分離カラム
に吐出する機能を有し、前記与圧ポンプ１０Ａが
前記計量ポンプ１０Ｂに適宜加圧した液体を送る
機能を有している。

この様に構成された送液ポンプは次の様に動作
する。

第３図は与圧ポンプ１０Ａと計量ポンプ１０Ｂ
の夫々のプランジヤP₁，P₂の動作図を示したも
ので、横軸は時間、縦軸は上方向が吐出量、下方
向が吸入量を示す。該図において、破線は与圧ポ
ンプ１０ＡのプランジヤP₁、実線は計量ポンプ
１０ＢのプランジヤP₂の動作を示す。該図から
明らかなように、与圧ポンプのプランジヤP₁は
吸入から予備加圧の為の吐出を行なう工程→吐出
工程→吸入から予備圧縮加圧の為の吐出を行なう
工程→吐出工程を繰り返し、計量ポンプのプラン
ジヤP₂はこれに同期して、吐出工程→吸引工程
→吐出工程→吸引工程を繰り返す。この様な工程
において、前記２つのポンプの動作特性は、図に
示す様に、与圧ポンプ１０Ａはゆつくり吸引して
素早く吐出し、計量ポンプ１０Ｂは素早く吸引し
てゆつくり吐出する。この理由は、与圧ポンプ１
０Ａが吸引過程を行なう時、液槽からの液の供給
圧力は一般に低いので、キヤビテーシヨンがポン
プ室内や弁で生じ易い。それは、特に急速に吸引
された時に生じ易く、このキヤビテーシヨンによ
つて気泡が生じ、動作を不規則にする。従つて、
与圧ポンプ１０Ａの吸引工程は極力ゆつくり行な
うのが望ましい。一方、計量ポンプ１０Ｂは、吐
出工程が実質的な送液工程であるから、吸引−吐
出の１サイクル時間中、吐出工程に多くの時間を
割き、吸引過程を出来る丈少なくする事が送液の
連続性を保つ。又、吸引過程では、前記与圧ポン
プ１０Ａの吸引過程と異なり、該第１ポンプから
液が強制的に送られて来ており、該計量ポンプ１
０Ｂの吸引側の圧力は大方その吐出圧力に近付い
ているので、、キヤビテーシヨンが生じなく、そ
の為、非常に素早く吸引出来る。

又、前記計量ポンプ１０Ｂが吸引工程のとき、
軽量ポンプは与圧ポンプ１０Ａからの液を吸引し
ている状態であるため、外部には液が送り出され
ないことになる。その結果、計量ポンプが吐出工
程から吸引工程に変わるとき外部への液体の吐き
出しがなくなり、単位時間あたりの外部への流出
量が変化することから連続して一定量の液を外部
に送液できなくなる。そこで、計量ポンプ１０Ｂ
の吸引工程においては前記与圧ポンプ１０Ａから
吐き出されている液をこの計量ポンプが吸引して
ることから、この与圧ポンプが吐き出す液の一部
を第３図中符号S₃で示すように計量ポンプを通し
て外部に送り出すようにすれば、計量ポンプが吸
引工程であるにもかかわらず実質的にこの計量ポ
ンプが液を吐き出した（この液も吐き出し流速は
計量ポンプが吐出工程で吐き出す流速と同じにす
る）ことになり、その結果、計量ポンプからは連
続して一定量の液が外部に送液されることにな
る。以上のことから前記与圧ポンプ１０Ａのプラ
ンジヤP₁による液の吐出量S₁は計量ポンプ１０
ＢのプランジヤP₂が吐出工程で吐き出す量に相
当する液の吸入量S₂と前記S₃で示す吐出量とを加
えたものになる。

又、この与圧ポンプ１０ＡのプランジヤP₁の
予備圧縮加圧は、前の工程で与圧ポンプ室から吐
出されて来た液を吸入した計量ポンプ室が液を外
部に吐出する工程に切換る時に該ポンプ室内の液
体の圧力を外部の圧力と同一にする為に行なうも
のであり、該予備圧縮加圧時には、与圧ポンプ室
内の液が圧縮加圧される丈で該計量ポンプ室に送
られない。

斯くの如き送液ポンプは、前の工程で与圧ポン
プから吐出されて来た液を吸入した計量ポンプが
液を外部に吐出する工程に切換る時に該ポンプ室
内の圧力が外部の圧力と同一になつているので、
液の吐出に遅れが発生する事が無く、液が室内か
ら室外に流れ、流路から外部へのフローレイトが
落ちる事は無いので、設定通りの定流量送液が液
体の種類、作動圧力に関係無く維持される。

［考案が解決しようとする問題点］ 所で、斯くの如き送液ポンプ装置において、圧
力リツプルの状態と与圧ポンプの予備圧縮工程に
おけるその圧縮量の補正の程度を知ることが出来
ない為、何らかのトラブルにより正常な制御が出
来ずに送液に脈流が発生している場合、これを発
見する事が出来ない。

本考案はこの様な送液ポンプ装置を改良した新
規な送液ポンプを提供する事を目的としている。

［構成］ 本考案の送液ポンプ装置は、外部から液を吸入
し、該液を吐出する直前に該液に適宜な圧縮予備
圧を加える様に成した与圧ポンプと、該与圧ポン
プからの液を吸入し、外部に吐出する様に成した
計量ポンプと、該計量ポンプからの液圧を検出す
る圧力センサと、該圧力センサの出力に基づいて
前記計量ポンプの吐出工程間の圧力勾配を算出
し、この算出された勾配に基づいて前記計量ポン
プが吸入工程から吐出工程に切換る時に該計量ポ
ンプ室内の圧力が該ポンプ室外の圧力と同一にな
るように前記与圧ポンプを制御する制御手段とを
備え、前記圧力センサの出力を表示する手段を設
けたことを特徴とするものである。

［実施例］ 第１図は本考案の一実施例を示した送液ポンプ
装置の概略図で、図中前記第４図にて使用した番
号及び記号と同一の番号及び記号が付されたもの
は同一構成要素である。

図中１１は計量ポンプ１０Ｂの吐出口O₂と出
力端Ｏの間の流路に設けられた圧力センサであ
る。該圧力センサは該計量ポンプ１０Ａから吐出
されて来た液の圧力を検出して該検出値に応じた
大きさの電圧信号を出力するものである。１２は
定電圧発生装置１３からの電圧を所定の吐出圧力
（設計吐出圧力）に対応した電圧に分圧するポテ
ンシヨメータである。１４は差動増幅器で、前記
圧力センサ１１からの出力信号から前記ポテンシ
ヨメータ１２の出力を差し引いたものを出力す
る。１５はAD変換器で、該差動増幅器１４の出
力信号をサンプリングし、CRTの如き表示装置
１６と制御装置１７に送るものである。該AD変
換器には、前記計量ポンプ１０Ａのプランジヤ
P₂を駆動しているモータの作動を検出するポジ
シヨンエンコーダ１８からの信号も供給されてお
り、該AD変換器はこの信号に同期して前記差動
増幅器１４からの信号をサンプリングしている。
又、前記制御装置１７は該差動増幅器からの信号
に基づいて圧力波形の傾きを求め、該傾きに基づ
いて、前記与圧ポンプ及び計量ポンプの各プラン
ジヤを駆動しているモータに指令を送り、予備圧
縮加圧を最適なものにする。

さて、圧力センサ１１の出力は所定の吐出圧力
（設計吐出圧力）に圧力リツプルによる変化分が
重畳したものである。従つて、差動増幅器１４は
該圧力センサの出力からポテンシヨメータの出
力、即ち所定吐出圧力に対応した電圧信号を差し
引くので、該差動増幅器の出力は圧力リツプルに
よる液圧変化分を示す信号となる。該液圧変化分
信号は、AD変換器１５により、ポジシヨンエン
コーダ１８からのサンプリング開始信号に同期し
て時間的にサンプリングされ、制御装置１７と表
示装置１６に送られる。

該制御装置１７はAD変換器１５からの出力に
基づいて圧力波形の傾き、（即ち、計量ポンプ吐
出サイドにおける圧力の変化速度）を求め、該傾
きに基づいて、与圧ポンプのプランジヤを駆動し
ているモータに指令を送る事により予備圧縮圧力
を制御する。即ち、実験によると、該計量ポンプ
室から吐出される液体の圧力波形は、計量ポンプ
のプランジヤP₂が吸引した液体が外部の圧力
（所定の吐出圧力）迄加圧されていないと、（即
ち、計量ポンプによる実質的送液量Urが計量ポ
ンプによる設計送液量Uoより小さいと）、第２図
ａに示す様に、右傾きとなり、該液体が外部の圧
力よりも高く加圧されていると（即ちUr＞Uo）、
第２図ｃに示す様に、左傾きとなる。この場合、
これら傾きの程度が外部の圧力との差に等しい。
又、該液の圧力が外部圧力と等しい場合（即ち
Ur＝Uo）には、第２図ｂに示す様に、傾き零、
即ち時間軸に平行となる。

しかして、制御装置１７は、前記圧力波形の傾
きが前記第２図ａに示す様に、右傾きなら、与圧
ポンプのプランジヤP₁を作動させるモータに該
傾きが零になる程度に、該プランジヤの移動距離
を適宜大きくし、予備圧縮加圧を大きくする信号
を供給するような制御を行なう。又、前記第２図
ｃに示す様に、左傾きなら、該傾きが零になる程
度に、該プランジヤの移動距離を適宜小さくし、
予備圧縮加圧を小さくする信号を供給するような
制御を行なう。尚、予め前記与圧ポンプ１０Ａか
ら計量ポンプ１０Ｂに該計量ポンプの必要液量よ
り若干多めに送液し、過剰分をリリースする定圧
リリース弁を与圧ポンプ室の吐出口O₁と計量ポ
ンプ室の吸入口I₂との間に設け、このリリース弁
の動作圧力を前記制御装置１７で制御して、前記
計量ポンプ室内と室外の圧力を等しくするように
してもよい。

又、前記表示装置の画面には、前記AD変換器
１５の出力、即ち、前記第２図ａ〜ｃに示す如き
圧力リツプルによる液圧の変化分の波形が表示さ
れる。この波形は、前記AD変換器のADサンプ
リングレイトを、設定されたフローレイトから演
算して決まるポンプ−周期分に対し、少なくとも
100ポイント以上のサンプリングポイントが取れ
るように決定すれば、該表示装置の画面に拡大し
て表示される。

［考案の効果］ 本考案によれば、与圧ポンプと計量ポンプから
成る送液ポンプ装置において、該計量ポンプ吐出
サイドにおける圧力変化分を検出して表示する様
に成しているので、オペレータは圧力リツプルの
状態と与圧ポンプの予備圧縮工程におけるその圧
縮量の補正の程度を容易に知ることが出来る為、
何らかのトラブルにより正常な制御が行なえず、
送液量の誤差及び脈流が生じた際に、それを発見
して対処する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示した送液ポンプ
装置の概略図、第２図、第３図は該ポンプ装置の
動作図、第４図は与圧ポンプと計量ポンプから成
る送液ポンプ装置の概略図、第５図は従来のダブ
ルプランジヤ型のポンプ機構の１例を示したもの
である。 １０Ａ……与圧ポンプ、１０Ｂ……計量ポン
プ、P₂……プランジヤ、Vi₁，Vi₂……吸入弁、
Vo₁，Vo₂……吐出弁、１１……圧力センサ、１
２……ポテンシヨメータ、１３……定電圧発生装
置、１４……差動増幅器、１５……AD変換器、
１６……表示装置、１７……制御装置、１８……
ポジシヨンエンコーダ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 外部から液を吸入し、該液を吐出する直前に該
   液に適宜な圧縮予備圧を加える様に成した与圧ポ
   ンプと、該与圧ポンプからの液を吸入し、外部に
   吐出する様に成した計量ポンプと、該計量ポンプ
   からの液圧を検出する圧力センサと、該センサの
   出力に基づいて前記計量ポンプの吐出工程間の圧
   力勾配を算出し、この算出された勾配に基づいて
   前記計量ポンプが吸入工程から吐出工程に切換る
   時に該計量ポンプ室内の圧力が該ポンプ室外の圧
   力と同一になるように前記与圧ポンプを制御する
   制御手段とを備え、前記圧力センサの出力を表示
   する手段を設けたことを特徴とする送液ポンプ装
   置。