JPH0627837Y2 - 送液ポンプ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は与圧ポンプと計量ポンプから成る送液ポンプ装
置に関し、特に、１台のポンプ装置により複数の微量送
液速度で送液を行なう事が出来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ャー型ポンプが使用されている。図
において、Ａ，Ｂは夫々第１，第２ポンプで、該各ポン
プのプランジャＰＡ，ＰＢの吸入弁ＶｉＡ，ＶｉＢの吸
入口ＩＡ，ＩＢを三方分岐ジョイント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の三方分岐ジョイントＪＯを介して出力端Ｏ
に接続し、これらのプランジャ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
側に圧力が掛っているので、第１ポンプＡによる吸入
（又は吐出）行程と第２ポンプＢによる吐出（又は吸
入）行程が夫々吐出（又は吸入）行程、吸入（又は吐
出）行程へ変わる時に、第１ポンプのプランジャＰＡ
（又は第２ポンプのプランジャ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、第７図中符号Ｄ
１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４で示す様に行程の変わった直後短
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
出行程に変わる時にプランジャ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っており、
この圧力を越すまでの間、プランジャは変位しても、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っていれ
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っ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。
又、この様なダブルプランジャー型ポンプにおいては、
プランジャの移動はリニアカムをパルスモータで回転さ
せる事により行なっており、プランジャの１ストローク
当りの送液量は５０〜１００μで、パルスモータが５
００パルスで３６０°回転すれば、１パルス当りのプラ
ンジャの移動量及び送液量は夫々、１０〜２０μｍ，
０．１〜０．２μである。

ところで、一般に液を連続的に送液する為にはパルスモ
ータの回転速度は３０パルス／min以上でなければなら
ない。従って、上記の様なポンプでは、３０×（０．１
〜０．２μ）＝３〜６μ／minの送液速度が最小速
度となる。

この最小送液速度は、通常の分析時の１０μ／min，
セミミクロの分析時の１μ／min，ミクロの分析時の
０．１μ／minの３つに分類されている。しかし、上
記ポンプでは通常分析時の送液しか出来ない。

さて、最近、前述したダブルプランジャ型でありながら
行程切換直後に生じる流出量の変動を防止すると共に、
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のプランジャＰ_１
の吸入弁Ｖｉ_１の吸入口Ｉ_１には入力端Ｉが繋がってい
る。該入力端には例えば、液槽が繋がっている。又、与
圧ポンプ１０ＡのプランジャＰ_１の吐出弁Ｖｏ_１の吐出
口Ｏ_１と計量ポンプ１０ＢのプランジャＰ_２の吸入弁Ｖ
ｉ_２の吸入口Ｉ_２が繋がっている。更に、計量ポンプ１
０ＢのプランジャＰ_２の吐出弁Ｖｏ_２の吐出口Ｏ_２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ィ装置の分離カラムが繋がってい
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１０
Ａ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。

第８図は第４図の送液ポンプを具体的に示した断面図で
あり、この様な構造は特願昭６０−１８４３６号（特開
昭６１−１７８５６９号）に記載されている。同図にお
いて、予圧ポンプ室１０Ａ′の吐出口Ｏ_１と計量ポンプ
室１０Ｂ′の吸入口Ｉ_２が繋がっている。また、予圧用
カム１１Ａ，計量用カム１１Ｂには別々のシャフト１２
Ａ，１２Ｂが設けられており、この夫々のカムはモータ
１３Ａ，１３Ｂのシャフトに繋がっている。モータは制
御装置１４からの指令に基づいて作動する。この指令の
１つは、設定されたフローレイトに対応したカムの回転
角を定める指令である。前記計量ポンプ室１０Ｂ′の吐
出口Ｏ_２には圧力計１５が設けられており、前記制御装
置１４はこの圧力計からの圧力情報に基づいて前記各モ
ータに指令を送る。

このポンプ装置において、計量ポンプ１０Ｂのプランジ
ャＰ_２が液体を外部に吐出する機能を持ち、予圧ポンプ
１０ＡのプランジャＰ_１が計量ポンプのプランジャＰ_２
に適宜加圧した液体を送る機能を持っている。そして、
これらのプランジャは夫々独立して動作する。尚、１６
ａ，１６ｂはローラ、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ
はボール、１８Ａ，１８Ｂは圧縮バネである。

この様に構成された送液ポンプの動作を次に説明する。

予め、フローレイトに対応したカムの回転角に関する指
令信号を制御装置１４はモータ１３Ａ，１３Ｂに送って
おく。そして、選択された回転角でカムを左と右に交互
に繰返して回転させる。この場合、例えば、右回転の
時、吐出行程を行い、左回転の時、吸引行程を行う。

第６図は与圧ポンプ１０Ａと計量ポンプ１０Ｂの夫々の
プランジャＰ_１，Ｐ_２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のプランジャＰ
_１，実線は計量ポンプ１０ＢのプランジャＰ_２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
ャＰ_１は吸入から予備加圧の為の吐出を行なう行程→吐
出行程→吸入から予備圧縮加圧の為の吐出を行なう行程
→吐出行程を繰り返し、計量ポンプのプランジャＰ_２は
これに同期して、吐出行程→吸引行程→吐出行程→吸引
行程を繰り返す。この様な行程において、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
ゆっくり吸引して素早く吐出し、計量ポンプ１０Ｂは素
早く吸引してゆっくり吐出する。この理由は、与圧ポン
プ１０Ａが吸引行程を行なう時、液槽からの液の供給圧
力は一般に低いので、キャビテーションがポンプ室内や
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、このキャビテーションによって気泡が生じ、動作
を不規則にする。従って、与圧ポンプ１０Ａの吸引行程
は極力ゆっくり行なうのが望ましい。一方、計量ポンプ
１０Ｂは、吐出行程が実質的な送液行程であるから、吸
引−吐出の１サイクル時間中、吐出行程に多くの時間を
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１０Ｂ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、キャビテーションが
発生せず、その為、非常に素早く吸引出来る。

又、前記与圧ポンプ１０ＡのプランジャＰ_１による液の
吐出量Ｓ_１は、前記計量ポンプ１０ＢのプランジャＰ_２
による液の吸入量Ｓ_２よりも多く、第６図において斜線
で示す様にその差Ｓ_３（Ｓ_１−Ｓ_２）は、計量ポンプ１
０Ｂの吐出行程中の吐出量にほぼ等しくなるように設定
されている。そのため、計量ポンプ１０Ｂが吸入行程に
ある時も計量ポンプからは吐出行程とほぼ同量で液が吐
出されることになる。これにより、計量ポンプ室から連
続して一定量の液が外部に送液される。

又、この与圧ポンプ１０ＡのプランジャＰ_１の予備圧縮
加圧は、前の行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行程に切
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だけで該計量ポン
プ室に送られない。

この予備圧縮加圧は計量ポンプ室１０Ｂ′の吐出路に設
けられた圧力計１５により、この計量ポンプ室から吐出
される液の圧力を検出し、制御装置１４が圧力計からの
圧力情報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速度）を求め、この傾きに基づ
いて前記各モータに指令を送ることにより制御される。
即ち、実験によると、定常状態ではこの計量ポンプ室か
ら吐出される液体の圧力波形は、計量ポンプのプランジ
ャＰ_２が吸引した液体が外部の圧力（所定の吐出圧力）
まで加圧されていないと（即ち、計量ポンプ室の実質的
送液量Ｕｒが計量ポンプの設計送液量Ｕｏより小さい
と）、第９図（ａ）に示す様に右傾きとなり、この液体
が外部の圧力よりも高く加圧されていると（即ちＵｒ＞
Ｕｏ）、第９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の差に等しい。ま
た、この液の圧力が外部圧力と等しい場合（即ちＵｒ＝
Ｕ０）には、第９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１４は、前記圧力
波形の傾きが前記第９図（ａ）に示す様に右傾きなら、
予圧ポンプのプランジャＰ_１を作動させるモータ１３Ａ
に、この傾きが零となる程度に、この予圧ポンプのプラ
ンジャＰ_１の移動距離を適宜大きくして、予備圧縮加圧
を大きくする信号を供給するように指令する。また、前
記第９図（ｃ）に示す様に左傾きなら、この傾きが零に
なる程度に、この予圧プランジャ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に
指令する。

以上のようになせば、前の行程で予圧ポンプから吐出さ
れてきた液を吸入した計量ポンプが液を外部に吐出する
行程に切換わる時にこのポンプ室内の圧力が外部の圧力
と同一になっているため、第７図で示す様な計量ポンプ
から外部への単位時間当たりの流出量が、行程の切換直
後に落ちてしまうという現象を防止することができる。
その結果、液の吐出に遅れが発生することが無く、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］ ところで、斯くの如き送液ポンプ装置を使用すれば、微
量送液が出来るのであるが、この様な送液ポンプでプラ
ンジャを押す面が１つの傾斜面から成るカムを使用して
いる事から、１台の送液ポンプ装置により１つの送液速
度しか送液出来ない。即ち、上記通常の分析時の１０μ
／min，セミミクロの分析時の１μ／min，ミクロの
分析時の０．１μ／minの３つの内、何れかの最小送
液速度でしか送液出来ない。

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。

［問題点を解決するための手段］ 本考案の送液ポンプ装置は、外部から液を吸入し、該吸
入した液を吸入に要した時間よりも短時間で吐出する行
程を繰返す与圧ポンプと、該与圧ポンプからの液を吸入
し、該吸入した液を吸入に要した時間よりも長時間かけ
て外部に吐出する行程を繰返す計量ポンプとを有し、カ
ムの往復回転によって、前記予圧ポンプ室内及び計量ポ
ンプ室内でプランジャを直線往復運動させることにより
液の吸入及び吐出動作させるようになした装置におい
て、前記カムの異なった位置における第１，第２の角度
範囲内でこのカムを往復回転させるための手段と、前記
第１，第２の角度範囲の内の一方を選択するための手段
とを備え、前記カムは前記第１，第２の角度範囲の回転
による前記プランジャの移動量が異なるように形成され
ていることを特徴としている。

［実施例］ 第１図は本考案の要部の一実施例を示した送液ポンプ装
置の与圧ポンプ及び計量ポンプに使用されているカムの
概略図である。

第１図に示す様に、本実施例のカムは、カムが、プラン
ジャの一端部が接している位置Ｓから中心点Ｏの回りに
０°〜１８°回転する間にはこのカムの回転により直線
移動するプランジャの変位量が略０で（この領域を遊び
の領域と称す）、更に１８°の位置から４５°回転する
間に３１μｍ変位し（この領域をミクロ分析領域と称
す）、更に６３°の位置から９０°回転する間に６２１
μｍ変位し（この領域をサブミクロ分析領域と称す）、
更に１５３°の位置から１６２°回転する間に１１．１
９１mm変位し（この領域を通常分析領域と称す）、更に
３１５°の位置から４５°回転する間に１１．８４３４
mm変位する（この領域を遊びの領域と称す）形状である
（第２図に示すカムの回転角度に対するプランジャの変
位量を示す特性線参照）。

前記第４図（第８図）に示す様な送液ポンプの与圧ポン
プ１０ＡのプランジャＰ_１及び計量ポンプ１０Ｂのプラ
ンジャＰ_２を夫々与圧ポンプ室内及び計量ポンプ室内で
直線往復移動させる為のカムとして上記の様な形状のカ
ムを使用する。第３図は、その様な送液ポンプ装置の概
略を示したもので、１Ａ，１Ｂは夫々前記第１図に示す
様な与圧用カム，計量用カムで、各々のカムのシャフト
２Ａ，２Ｂは夫々与圧用モータ３Ａ，計量用３Ｂのシャ
フトに固定されている。上記与圧用カム，計量用カムに
はローラ４Ａ，４Ｂが接触しており、これらのローラは
夫々与圧用プランジャ５Ａ，計量用プランジャ５Ｂに接
続されている。これらの与圧用プランジャ５Ａ，計量用
プランジャ５Ｂは前記モータ３Ａ，３Ｂの回転に同期し
て回転する前記与圧用カム１Ａ，計量用カム１Ｂの運動
により、夫々与圧ポンプ室６Ａ，計量ポンプ室６Ｂ内で
直線往復運動する。上記与圧用モータ３Ａ，計量用モー
タ３Ｂは全く同一のものであるが、制御装置７の指令に
従い回転方向が逆に動作する。８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ
はプランジャの動きによって流路中で浮いたり沈んだり
して、液を流したり、止めたりするボールである。又、
９Ａ，９Ｂは夫々前記与圧用プランジャ５Ａ，計量用プ
ランジャ５Ｂを与圧用カム１Ａ，計量用カム１Ｂに接触
させる様にした圧縮バネである。上記与圧ポンプ室６Ａ
の吸入口ＩＡには前記第４図の場合と同様に、入力端Ｉ
が繋がっており、この入力端には例えば液槽が繋がって
いる。又、この与圧ポンプ室の吐出口ＯＡは計量ポンプ
室６Ｂの吸入口ＩＢが繋がっている。そして、このポン
プ室６Ｂの吐出口ＯＢには前記第４図の場合と同様に、
出力端Ｏが繋がっており、この出力端には例えば液体ク
ロマトグラフィ装置の分離カラムが繋がっている。

この様な装置において、前記した様に、一般に液を連続
的に送液する為にはパルスモータの回転速度は３０パル
ス／min以上でなければならないので、この様な回転速
度において、与圧用カム及び計量用カムのミクロ分析領
域、サブミクロ分析領域，通常分析領域夫々においてカ
ムを往復回転させると、夫々の領域において、０．０５
９５μ／min，０．５９５μ／min，５．９６μ／
minの最小送液速度が実現される。従って、ミクロ分析
を行なおうとすれば各カムのミクロ分析領域、サブミク
ロ分析を行なおうとすれば各カムのサブミクロ分析領
域，通常分析を行なおうとすれば通常分析領域を夫々選
択し、各カムを選択された領域でのみ往復回転させる。

また、選択された各領域における予圧及び計量用プラン
ジャ５Ａ，５Ｂの動作は、前記第８図で説明した動作と
同様に行われる。つまり、制御装置７は予圧及び計量用
カム１Ａ，１Ｂの選択された送液速度に対応する位置に
おいて、圧力計からの出力情報に基づいて計量ポンプか
らの圧力波形の傾きが第９図（ｂ）で示すように常に零
となる様に予圧用プランジャ５Ａの移動距離８即ち予圧
ポンプによる予備圧縮加圧量）を制御しているため、第
７図に示す様な計量ポンプから外部への単位時間当たり
の流出量が、吸引行程から吐出行程への切換直後に落ち
てしまうという現象は防止され、所定通りの定流量送液
を行うことができる。

［考案の効果］ 本考案によれば、１台の送液ポンプ装置により通常の分
析時，セミミクロの分析時，及びミクロの分析時等の複
数の異なった送液速度で送液出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の要部の一実施例を示した送液ポンプ装
置の与圧ポンプ及び計量ポンプに使用されているカムの
概略図、第２図はカムの回転角度に対するプランジャの
変位量を示す特性線図、第３図は本考案のカムを送液ポ
ンプの与圧ポンプのプランジャ及び計量ポンプのプラン
ジャを夫々与圧ポンプ室内及び計量ポンプ室内で直線往
復移動させる為のカムとして使用した一実施例、第４図
は与圧ポンプと計量ポンプとから成るポンプ装置の概略
を示したもの、第５図は従来のダブルプランジャー型ポ
ンプ、第６図は与圧ポンプと計量ポンプ夫々のプランジ
ャの動作図、第７図は第５図のポンプ装置の動作説明を
補足するために用いた図、第８図は第４図のポンプ装置
を具体的に示した図、第９図は第８図のポンプ装置の動
作説明を補足するために用いた図である。 １Ａ：与圧用カム １Ｂ：計量用カム ２Ａ，２Ｂ：シャフト ３Ａ：与圧用モータ、３Ｂ：計量用モータ ４Ａ，４Ｂ：ローラ ５Ａ：与圧用プランジャ ５Ｂ：計量用プランジャ ６Ａ：与圧ポンプ室 ６Ｂ：計量ポンプ室 ７：制御装置 ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ：ボール ９Ａ，９Ｂ：圧縮バネ ＩＡ，ＩＢ：吸入口 ＯＡ，ＯＢ：排出口 Ｉ：入力端 Ｏ：出力端

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】外部から液を吸入し、該吸入した液を吸入
   に要した時間よりも短時間で吐出する行程を繰返す与圧
   ポンプと、該与圧ポンプからの液を吸入し、該吸入した
   液を吸入に要した時間よりも長時間かけて外部に吐出す
   る行程を繰返す計量ポンプとを有し、カムの往復回転に
   よって、前記予圧ポンプ室内及び計量ポンプ室内でプラ
   ンジャを有線往復運動させることにより液の吸入及び吐
   出動作させるようになした装置において、前記カムの異
   なった位置における第１，第２の角度範囲内でこのカム
   を往復回転させるための手段と、前記第１，第２の角度
   範囲の内の一方を選択するための手段とを備え、前記カ
   ムは前記第１，第２の角度範囲の回転による前記プラン
   ジャの移動量が異なるように形成されていることを特徴
   とする送液ポンプ装置。