JPH05180160A - 直列型ダブルプランジャポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 脈流の周期を短くすることにより、最終的に
脈流の影響を小さく抑える。 【構成】 主カム１２及び副カム２２を回転する駆動軸
１５を、１回転以内の所定角度範囲（図２のｂ）で、主
カム及び副カムのカム形状に応じた速度で正・逆転させ
る。なお、この角度範囲は、主ピストン１０のプランジ
ャが最も液体を排出している箇所の近傍として、予備圧
縮による脈流の大きさを最小限に抑えることが望まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体クロマトグラフ装
置等で用いられる、精密プランジャポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】液体クロマトグラフ装置では、移動相を
一定の速度でカラムに送出しなければならない。このと
き、移動相に脈流があるとクロマトグラフ測定の結果が
変動するため、移動相を送出するポンプには脈動の小さ
いものが選択される。そのため、従来より液体クロマト
グラフ装置には直列型のダブルプランジャポンプが多く
用いられている。

【０００３】直列型ダブルプランジャポンプは液体源と
供給先との間に直列に接続された主ピストンと副ピスト
ンとで構成され、前後にチェック弁が設けられた主ピス
トンが液体源の液体を間欠的に送出する作用を行ない、
副ピストンは主ピストンの送出する液の脈流を平滑化す
る作用を行なう。このように、両ピストンは同期して作
用する必要があるため、両ピストンの各プランジャは１
台のポンプモータにより回転される主カム及び副カムに
よりその位置が決定されるようになっている。両カムが
１回転する間の各ピストンの送出量を図４のグラフに示
す。図４のグラフは、横軸をカムの回転角θ、縦軸をカ
ムの半径Ｒの角度微分値ｄＲ／ｄθで示したものである
が、ｄＲ／ｄθは各ピストンの単位時間あたりの送出量
に比例するため、以下、ｄＲ／ｄθを送出速度と同一視
して説明する。

【０００４】上述の通り主ピストンの前後にはチェック
弁があるため、図４において主ピストン（実線）のｄＲ
／ｄθが０以上の部分では主ピストンは液体を送出する
が、ｄＲ／ｄθが０以下の部分では送出しない。一方、
副ピストン（破線）はｄＲ／ｄθが０以上の部分ではそ
れ自身でその量の液体を（主ピストンからの送出量にプ
ラスして）送出し、ｄＲ／ｄθが０以下の部分では主ピ
ストンからの送出量をその分だけ吸収する。そのため、
図４のカムプロフィルの場合、主ピストンと副ピストン
とを合わせたダブルプランジャポンプ総体としての送出
量（全送出速度）は、常に一定（一点鎖線）となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４ではダブルプラン
ジャポンプ総体としての送出速度は常に一定となるよう
になっているが、実際には、次のような原因で脈流が生
じる。すなわち、主ピストンが液体を送出し始める時点
（ｄＲ／ｄθ＞０となった直後）では、主ピストン内の
圧力は液体源と等しい、低い値となっているため、主ピ
ストンが両ピストン間のチェック弁の圧力差に打ち勝つ
までは主ピストン内の液体は圧縮されるだけであり（予
備圧縮）、副ピストンへは送出されない。

【０００６】従来のダブルプランジャポンプのもう一つ
の問題は、このような脈流の周期が長いことである。脈
流の周期が短い場合には、ダブルプランジャポンプの後
の液路の容量により吸収されやすくなること、また、脈
流に起因するノイズは、（例えば液体クロマトグラフ等
の応用装置の方で）電気的に除去しやすくなること等に
より、最終的に脈流の影響を抑えやすい。しかし、脈流
の周期が長い場合にはこのようなことが生じにくいた
め、脈流の影響がそのまま残ってしまう。

【０００７】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、脈流の
周期を短くすることにより、最終的に脈流の影響を小さ
く抑えることのできる直列型ダブルプランジャポンプを
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明では、１本の駆動軸により回転される
主カム及び副カムによりそれぞれ駆動される主ピストン
と副ピストンとから成り、総体として一定の流量を送出
する直列型ダブルプランジャポンプにおいて、上記駆動
軸を、１回転以内の所定角度範囲で、主カム及び副カム
のカム形状に応じた速度で正転及び逆転駆動するカム回
転制御部を備えたことを特徴としている。

【０００９】ここで、主ピストンは液体源側に設けられ
た方のピストンであり、前後にチェック弁を有する。副
ピストンは送出先側に設けられた方のピストンであり、
チェック弁を持たない。

【００１０】

【作用】主カムのカム形状（半径）をＲA（θ）、副カ
ムのカム形状（半径）をＲB（θ）とすると、ｄＲA
（θ）／ｄθ＞０の区間で駆動軸が速度ｋ1（θ）で正
転されている間のダブルプランジャポンプ総体としての
送出量Ｆ1は Ｆ1＝ｋ1（θ）×ｈ×｛ｄＲA（θ）／ｄθ＋ｄＲB（θ）／ｄθ｝…（１） となる。この区間で駆動軸を速度ｋ2（θ）で逆転させ
た場合（この場合、ｄＲA（θ）／ｄθ＜０となるた
め、主ピストンは液体を送出せず、また、チェック弁に
より副ピストンから液体を吸入することもない）、ダブ
ルプランジャポンプ総体としての送出量Ｆ2は、 Ｆ2＝ｋ2（θ）×ｈ×｛−ｄＲB（θ）／ｄθ｝ …（２） となる。ここでｈは液体の圧縮性と送出圧力により決ま
る定数である。

【００１１】式（１）及び（２）より、正転時の送出量
Ｆ1と逆転時の送出量Ｆ2とが等しくなるための条件は、 ｋ1（θ）×ｈ×｛ｄＲA（θ）／ｄθ＋ｄＲB（θ）／
ｄθ｝＝ｋ2（θ）×ｈ×｛−ｄＲB（θ）／ｄθ｝ となる。すなわち、逆転時の回転速度ｋ2（θ）が正転
時の回転速度ｋ1（θ）に対して、 ｋ2（θ）＝ｋ1（θ）×［｛ｄＲA（θ）／ｄθ＋ｄＲB
（θ）／ｄθ｝／｛−ｄＲB（θ）／ｄθ｝ となるようにカム回転制御部が駆動軸の回転を制御する
ことにより、正転・逆転時の送出量を等しくすることが
できる。なお、以上の説明では正転・逆転を行なう区間
を（正転時に）ｄＲA（θ）／ｄθ＞０の区間とした
が、（正転時に）ｄＲA（θ）／ｄθ＜０の区間でも同
様の計算により正転・逆転の送出量が等しくなるような
速度比を定めることができる。

【００１２】ここで、駆動軸の回転が逆転から正転に反
転する際に主ピストンからの液体の送出が始まるため、
予備圧縮により脈動が生じるが、本発明では、この正転
・逆転を行なう区間が１回転よりも小さいため、脈動の
周期が小さくなり、前記の通り、その影響を容易に除去
することができるようになる。

【００１３】なお、この正転・逆転を行なう区間は、予
備圧縮による脈動の振幅をできるだけ小さくするため
に、主カムの半径ＲAが最大の位置（すなわち、主ピス
トンのプランジャが液体を最も排出している位置）の近
傍に設けることが好ましい。また、正転・逆転の角度は
必ずしも同じである必要はないが、脈動を原因とする電
気信号中のノイズを有効に除去するためには同じである
ことが望ましい。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例である直列型ダブルプラン
ジャポンプを図１及び図２により説明する。図１に示す
通り、本実施例のダブルプランジャポンプは、前後にチ
ェック弁１３、１４を備えた主ピストン１０、送出先側
のチェック弁１４の後に接続された副ピストン２０、及
び、両ピストン１０、２０を駆動する駆動機構から成
る。駆動機構は、主・副ピストン１０、２０のプランジ
ャ１１、２１をそれぞれ移動させる主カム１２及び副カ
ム２２、両カム１２、２２に共通の駆動軸１５、駆動軸
１５を回転するためのモータ１６、駆動軸１５の回転角
を検出するための回転板１８と位置検出器１９、それ
に、位置検出器１９からの信号を基にモータ１６を正転
及び逆転させる制御装置１７から構成される。

【００１５】本実施例のダブルプランジャポンプの主カ
ム１２及び副カム２２のカム形状を図２に示す。図２で
は図４の場合と同様、カム形状はｄＲ／ｄθで表わして
いる（以下、主カム１２をｄＲA／ｄθ、副カム２２を
ｄＲB／ｄθとする）。本実施例では、主カム１２、副
カム２２共に定速送出区間を有しており、駆動軸１５の
回転速度ｄθ／ｄｔ＝ｖを一定とすると、図２では前半
の区間ａで主カム１２がｄＲA／ｄθ＝ｆA（定数）で液
体を送出し、副カム２２がｄＲB／ｄθ＝ｆB（定数）で
液体を吸収する。このため、この区間ａでは差し引き ｆ＝ｆA−ｆB＝ｄＲA／ｄθ−ｄＲB／ｄθ …（３） の一定流量で液体が送出される。

【００１６】ここで、区間ａの最後の短い区間ｂ（図２
では１７０°から１９０°の区間）で駆動軸１５の回転
方向を反転させ、同じ速度ｖで逆回転させる。このと
き、図３（ｂ）に示すように、主カム１２（破線）はｄ
ＲA／ｄθ＜０となるため液体を送出せず、副カム２２
（実線）のみがｄＲB／ｄθ＝ｆBで液体を送出する。こ
のため、 ｆB＝（１／２）×ｆA …（４） としておくことにより、この区間ｂの正転時には式
（３）によりｆ＝ｆA−ｆA／２＝ｆA／２の流量で（図
３（ａ））、逆転時には式（４）によりｆB＝ｆA／２
（＝ｆ）の流量で（図３（ｂ））、液体が送出されるよ
うになり、結局、正転時・逆転時共、同じ流量ｆ（＝ｆ
A／２）で送出されるようになる。従って、図３（ｃ）
に示すように、この反転区間ｂで正転と逆転とを繰り返
すことにより、一定の流量ｆで液体を送出することがで
きると共に、その脈動周期を短くすることができる（正
転のみで送出した場合には脈動周期は駆動軸１５の回転
角で３６０°であるが、本方法では４０°となる）。

【００１７】しかも、この反転区間ｂはｄＲA／ｄθ＞
０の最後の部分、すなわち主カム１２の半径ＲAが最も
大きくなる箇所に設けられているため、主ピストン１０
内の液体の量は最も少なくなっている。このため、駆動
軸１５が逆転から正転へ反転する際の予備圧縮（図３
（ｃ））に起因する脈動の振幅も小さくなる。

【００１８】なお、本実施例のダブルプランジャポンプ
ではもちろん、このような反転区間ｂを使用することな
く、全て正転で通常の通りの運転を行なうことにより一
定量ｆの液体を送出することもできる。この場合、ピス
トン中に入った気泡が抜けやすくなることや、ポンプ
（特にピストン）の耐久性が向上すること等の利点があ
る。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係る直列型ダブルプランジャポ
ンプでは、通常の脈流の周期が駆動軸の１回転毎である
ところを、それよりも短い周期とすることができる。こ
のため脈流に起因するノイズを（例えば液体クロマトグ
ラフ等の応用装置の方で）電気的に除去することが容易
となり、最終的に脈流の影響を小さく抑えることができ
るようになる。また、正転・逆転を行なう区間（反転区
間）を主ピストンにおいてプランジャが最も液体を排出
した箇所の近傍とすることにより、脈流の振幅を最小限
に抑えることができる。この場合、脈流がダブルプラン
ジャポンプの後の液路の容量により吸収されやすくな
り、液体クロマトグラフ装置等において測定結果に対す
るポンプの脈流の影響を更に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である直列型ダブルプラン
ジャポンプの全体構成図。

【図２】 実施例のダブルプランジャポンプの主カム及
び副カムのカム形状を示すグラフ。

【図３】 実施例のダブルプランジャポンプの正転時
（ａ）、逆転時（ｂ）及び連続正・逆転運転時（ｃ）の
主、副各ピストンの送出速度を示す説明図。

【図４】 従来の直列型ダブルプランジャポンプの主、
副各ピストンの送出速度を示すグラフ。

【符号の説明】

１０…主ピストン ２０…副ピス
トン １１、２１…プランジャ １２、２２…
主、副カム １３、１４…チェック弁 １５…駆動軸 １６…モータ １７…制御装
置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １本の駆動軸により回転される主カム及
   び副カムによりそれぞれ駆動される主ピストンと副ピス
   トンとから成り、総体として一定の流量を送出する直列
   型ダブルプランジャポンプにおいて、上記駆動軸を、１
   回転以内の所定角度範囲で、主カム及び副カムのカム形
   状に応じた速度で正転及び逆転駆動するカム回転制御部
   を備えたことを特徴とする直列型ダブルプランジャポン
   プ。