JPH0754114B2

JPH0754114B2 - 送液ポンプの制御方法

Info

Publication number: JPH0754114B2
Application number: JP60018436A
Authority: JP
Inventors: 利徳斉藤
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1985-02-01
Filing date: 1985-02-01
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: JPS61178569A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、広範囲なフローレイトにおいて液体の種類や
その液体の置かれた条件に拘らず定流量送液を可能にし
た送液ポンプの制御方法に関する。

［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４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、1A,1Bは夫々第1,第２ハートカムで、該各々
のカムのシャフト２は、第５図に示す様に一体化され
て、モータ３のシャフトに固定されている。又、前記ハ
ートカム1A,1Bは合同で第６図に示す様に軸Ｘに対し対
称形をなし、互いに180゜位相をずらして配置されてお
り、夫々第1,第２ローラ4A,4Bが接触している。該第1,
第２ローラ4A,4Bは夫々第1,第２プランジャ5A,5Bに接続
されている。第1,第２プランジャ5A,5Bは前記モータ３
の回転に同期して回転する前記第1,第２ハートカム1A,1
Bの運動により、夫々第1,第２ポンプ室6A,6B内で直線往
復運動する。該第1,第２プランジャの運動は互いに方向
が180゜ずれており、例えば、第１プランジャ5Aが右方
向（矢印PA）に動き、液体が液槽７から第１ポンプ室6A
内に吸入されると同時に、第２プランジャ5Bが左方向
（矢印PB）に動き、第２ポンプ室6B内の液が外部へ吐出
される。次に、第１プランジャ5Aが左方向（矢印QA）に
動き、第１ポンプ室6A内の液を外部へ吐出すると同時
に、第２プランジャ5Bが右方向（矢印QB）に動き、液槽
７から第２ポンプ室6B内へ液を吸入する。尚、図中8a,8
b,8c,8dはプランジャの動きによって、液路中で浮いた
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は夫々前記第1,第２プランジャ5A,5Bを
第1,第２ハートカムに接触させるようにした圧縮バネで
ある。以上の如く、第１プランジャ5Aと第２プランジャ
5Bの運動が180゜ずれて行われるので、第１ポンプ室6A
の液の吸入と第２ポンプ室6Bの液の吐出が同時に行わ
れ、更に連続して第１ポンプ室6Aの液の吐出と第２ポン
プ室6Bの吸入が同時に行なわれる。第７図（ａ）はその
様子を示したもので、横軸が時間又はカムの回転角を示
し、縦軸がプランジャの変位、即ち、プランジャとロー
ラの接触点と基礎円（第６図Ｆ）との距離を示す。実線
が第１プランジャ5Aの変位を示し、破線が第２プランジ
ャ5Bの変位を示す。SA1とSA3は第１ポンプ室6Aの吸入
期、SB1とSB3は第２ポンプ室6Bの吐出期、SA2とSA4は第
１ポンプ室6Aの吐出期、SB2とSB4は第２ポンプ室6Bの吸
入期を示す。第７図（ｂ）は単位時間当りの流出路から
外部への液の流出量を示したもので、実線が第１ポンプ
室での吐出によるもの、破線が第２ポンプ室での吐出に
よるもので、理想的には時間軸に平行、即ち、一定流出
量になる筈である。しかしながら、実際には、ポンプの
吐出側に圧力が掛っているので、第１プランジャによる
吸入（又は吐出）工程と第２プランジャによる吐出（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プランジャ（又は第２プ
ランジャ）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７図（ｂ）のD1
〜D4に示す様に、第１ポンプ（又は第２ポンプ室）の流
路から外部への単位時間当りの流出量が、工程の変わっ
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、カムやプ
ランジャは変位しても、ポンプ室から流出路への液の吐
出が無いからである。この流出量の低下により、流出路
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の圧力が高くなるにつ
れ、この現象が顕著である。

さて、耐圧力に対しての定流量性の精度は、ポンプスト
ロークの周期（プランジャの変位の周期）を大きくすれ
ば高める事が出来る。即ち、該ポンプストロークの周期
を小さくすれば、前記単位時間当りの流量の低下の程度
は大きくなり、ポンプストロークの周期を大きくすれ
ば、流量の低下の程度は小さくなるので、ポンプストロ
ークの周期を大きくして単位時間当りの耐圧流量の低下
の程度を小さくしている。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、ポンプストロークを大きくした場合には、単位
時間当りの耐圧定流量性が向上するが、フローレイトが
小さくなる程、圧力リップルが大きくなる。例えば、１
分当り1ml程度又はそれ以上のフローレイトで液を送る
場合には、耐圧定流量性も低下せず、リップルも小さ
い。しかし、１分当り0.1ml以下のフローレイトで液を
送る場合には、ポンプのリップルの周期が１分程度と大
きくなり、ダンパーを使用しても該リップルを平滑出来
ない。又、グラジエント溶出の様に、２種類以上の液体
を混合するような系において、前記の如くストロークを
大きくした場合には、該２つの液の混合比を連続的に変
化させる場合に、該２つの液が所定の混合比で混合され
ない為に、検出時のスペクトルのベースライン上にリッ
プルが発生する。

本発明はこの様な問題を解決し、広範囲なフローレイト
において液体の種類やその液体の置かれた条件に拘らず
定流量送液を可能にした新規な送液ポンプの制御方法を
提供するものである。

［問題点を解決するための手段］本発明の送液ポンプの制御方法は、第１のポンプにより
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、第２のポンプにより上記第１のポ
ンプからの液を吸入し、外部に吐出するようにし、その
際、上記第２のポンプが吸入工程から吐出工程に切換る
時に該第２のポンプ室内の圧力が該ポンプ室外の圧力と
同一になるようにし、夫々独立したカム駆動機構により
作動するカムの動きにより上記第１のポンプ室内及び第
２のポンプ室内でプランジャを直線往復移動させて、連
続的に液の送液を行なうようにし、フローレイトに応じ
た上記プランジャの単位時間当たりの直線移動量と、予
め定められた該プランジャの片道移動時間との積に基づ
いてカムの回転角度を設定し、該設定した回転角度の範
囲で該カムを往復回転させると共に、第２のポンプの吐
出圧力を検出して得た圧力の時間変化波形の傾きを求
め、該傾きに基づいて該傾きが零になるように前記第１
のポンプのプランジャの移動距離を変化させるようにし
たことを特徴としている。

［作用］送液すべき液体の種類や該液体の置かれた条件（圧力，
温度，シール部材の消耗度等）により、圧縮予備圧が異
なる。従って、第１のポンプにより外部から液を吸入
し、該液を吐出する直前に送液すべき液体の種類や該液
体の置かれた条件に基づく大きさの圧縮予備圧を加え、
第２のポンプにより上記第１のポンプからの液を吸入
し、外部に吐出するようにし、その際、上記第２のポン
プが吸入工程から吐出工程に切換る時に該第２のポンプ
室内の圧力が該ポンプ室外の圧力と同一になるように
し、カム駆動機構により作動するカムの動きにより上記
第１のポンプ室内及び第２のポンプ室内でプランジャを
直線往復移動させて、上記液を吸入動作と液の吐出動作
を行なわせ、連続的に液の送液を行なうようにした方法
において、フローレイトに応じたプランジャの単位時間
当りの直線移動量と、予め定められた該プランジャの片
道移動時間との積に基づいてカムの回転角度を設定す
る。例えば、小さいフローレイトを選択する場合には、
プランジャの単位時間当りの直線移動量は小さくし、該
単位時間当りの直線移動量と予め定められた該プランジ
ャの片道移動時間との積からカムの回転角は小さいもの
に設定される。又、大きいフローレイトを選択する場合
には、プランジャの単位時間当りの直線移動量は大きく
し、該単位時間当りの直線移動量と予め定められた該プ
ランジャの片道移動時間との積からカムの回転角は大き
いものに設定される。尚、回転角を小さく設定した侭で
フローレイトを大きくしようとすると、カムを回転させ
るモータの速度を極めて大きくしなければならず、実現
不可能となる。この様にフローレイトに応じて設定され
た回転角度の範囲で該カムを往復回転させれば、広範囲
のフローレイトにおいて、高圧下においても、ノイズが
無く、定量性良く送液が出来る。

［実施例］第１図は本発明の一実施例を示した定流量ポンプ装置の
概略図である。

図中前記第１図にて使用した番号及び記号と同一の番号
及び記号を付したものは同一構成要素を表わす。

該第１図において、第１ポンプ室6Aの吐出路OAと第２ポ
ンプ室6Bの吸入路IBが繋がっている。又、第１ハートカ
ム1A,第２ハートカム1Bには夫々別のシャフト2A,2Bが設
けられており。該夫々のカムはモータ3A,3Bのシャフト
に繋がっている。該モータは制御装置10からの指令に基
づいて作動する。該指令の１つは、所定のフロウレイト
を得る為のカムの回転角を設定する指令である。

即ち、単位時間当りの送液量であるフローレイトはプラ
ンジャの単位時間当りの直線移動量に対応している。そ
こで、制御装置10は、選択すべきフローレイトに応じた
プランジャの単位時間当りの直線移動量と、予め定めら
れた該プランジャの片道移動時間との積に基づいてカム
の回転角度を設定する。例えば、小さいフローレイトを
選択する場合には、プランジャの単位時間当りの直線移
動量は小さいので、該単位時間当りの直線移動量と予め
定められた該プランジャの片道移動時間との積からカム
の回転角は小さいものに設定される。又、大きいフロー
レイトを選択する場合には、プランジャの単位時間当り
の直線移動量は大きいので、該単位時間当りの直線移動
量と予め定められた該プランジャの片道移動時間との積
からカムの回転角は大きいものに設定される。該制御装
置はこの様に選択すべきフローレイトに応じてカムの回
転角を設定し、該設定した回転角度の範囲で該カムが往
復回転される様にモータに指令を送る。具体的には、該
モータとしてパルスモータを使用した場合、単位時間当
りのパルス数，該パルスの時間的間隔及び、回転方向を
夫々指定する信号を該パルスモータに送る。

前記第２ポンプ室6Bの吐出路OBには圧力計11が設けられ
ており、前記制御装置10は該圧力計からの圧力情報に基
づいて圧力波形の傾きを求め、該傾きに基づいて、前記
各モータに指令を送る。該ポンプ装置において、第２プ
ラジャ5Bが液体を外部に吐出する機能を持ち、第１プラ
ンジャ5Aが該第２プランジャ5B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
々独立に動作する。

この様に構成された定流量送液ポンプの動作を次に説明
する。

予め、選択すべきフローレイトを得る為のカムの回転角
に関する指令信号を制御装置10はモータ3A,3Bに送って
おく。例えば、小さいフローレイトを選択する場合に
は、プランジャの単位時間当りの直線移動量は小さいの
で、該単位時間当りの直線移動量と予め定められた該プ
ランジャの片道移動時間との積からカムの回転角は小さ
いものに設定され、大きいフローレイトを選択する場合
には、プランジャの単位時間当りの直線移動量は大きい
ので、該単位時間当りの直線移動量と予め定められた該
プランジャの片道移動時間との積からカムの回転角は大
きいものに設定される。該制御装置はこの様に選択すべ
きフローレイトに応じてカムの回転角を設定し、該設定
した回転角度の範囲で該カムを往復回転させれる様にモ
ータに指令信号を送る。該設定された角度範囲での往復
回転において、例えば、右回転の時、吸引工程を行な
い、左回転の時、吐出工程を行なう。

第２図はプランジャの動作図を示したもので、横軸は時
間、縦軸は上方向が単位時間当りの吐出量，下方向が単
位時間当りの吸入量、即ち、プランジャの速度を示す。
該図において、破線は第１プランジャ5A,実線は第２プ
ランジャ5Bの動作を示す。

該第２図に示す様に、第１ポンプが吸引過程を行なう
時、液槽７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、第１ポンプの吸引工程は極力ゆっくり行なう。又、
該第１ポンプはこの様な吸引行程から吐出行程に移る間
の極く短い時間に、該吸引した液を予備加圧する。該予
備加圧の大きさは、送液すべき液体の種類や該液体の置
かれた条件（圧力，温度，シール部材の消耗度等）によ
り異なるので、該第１のポンプは送液すべき液体の種類
や該液体の置かれた条件に基づく大きさの予備加圧を行
なう。該予備加圧により、液体は第２ポンプには送られ
ないが、圧縮される（液体は100Kg/cm²程度の圧力で１
〜２％程度縮み、500Kg/cm²の圧力では5/10％縮む）。
この予備加圧の程度は、第１ポンプ室から吐出されて来
た液を吸入した第２ポンプ室が液を外部に吐出する工程
に切換る時に該第２ポンプ室内の液体の圧力を外部の圧
力と同一にする程度である。次に、該第１ポンプは極く
短い時間に圧縮されたS₁の液を第２ポンプ室に吐出す
る。

一方、第２ポンプは上記第１ポンプで必要な圧力に圧縮
された液体を吸引し、これを正確に所定のフローレイト
で外部に吐出する役割のポンプで、該第１ポンプの吸引
行程と予備加圧の為の吐出を行なう行程に同期して、所
定の一定フローレイトで液を外部に吐出を行なう。従っ
て、該第２ポンプの吐出行程はゆっくり行なわれる。
又、第１ポンプの吐出行程に同期して、該第１ポンプか
らの液を極く短時間に圧縮されたS₂の液を吸引するが、
該吸引過程では前記第１ポンプの吸引工程と異なり、該
第１ポンプからの液が強制的に送られて来ており、該第
２ポンプの吸引側の圧力は大方その圧力に近付いている
ので、キャビテーションが生じなく、その為、非常に素
早く吸引出来るのである。

さて、上記第１ポンプ（第１プランジャ5A）による液の
吐出量S₁は前記第２ポンプ（第２プランジャ5B）による
液の吸入量S₂と、該第１プランジャの吐出工程に要する
時間と同一時間における第２プランジャ5Bの吐出量S₃の
和に等しい。即ち、第１ポンプによる液の吐出量S₁と第
２ポンプによる吸引量S₂の差がS₃に等しく、該S₃の液
が、第１ポンプの吐出行程（第２ポンプの吸引行程）に
同期して、極く短時間の間に外部に吐出される。この結
果、該第２ポンプ室6Bから連続して単位時間当り一定の
量の液が外部に送液される。

この様に、第１プランジャ5Aは吸入から予備加圧の為の
吐出を行なう工程→吐出工程→吸入から予備加圧の為の
吐出を行なう工程→吐出工程を繰り返し、第２プランジ
ャ5B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。そして、この様な工程におい
て、前記２つのポンプの動作特性は、第１ポンプは、ゆ
っくり吸引して素早く吐出し、第２ポンプは素早く吸引
しゆっくり吐出する。

尚、フローレイトを別のものに設定した場合、フローレ
イトに応じてカムの回転角が変化するが、該カムの回転
角を小さくすれば、第２図において、吐出量と吸入量が
それに応じて低くなり、カムの回転角が大きくなれば、
吐出量と吸入量は高くなる。しかし、この吐出，吸入に
要する時間は変化しない。

さて、上記第１ポンプの第１プランジャ5Aによる予備圧
縮加圧は第２ポンプ室6Bの吐出路に設けられた圧力計11
により、該第２ポンプ室から吐出される液の圧力を検出
し、制御装置10が該圧力計からの圧力情報に基づいて圧
力波形の傾き（即ち、第２ポンプ吐出サイドにおける圧
力速度）を求め、該傾きに基づいて、前記各モータに指
令を送る事により制御される。即ち、実験によると、定
常状態では該第２ポンプ室から吐出される液体の圧力波
形は、第２プランジャ5B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、第２
ポンプ室の実質的送液量Urが第２ポンプの設計送液量Uo
より小さいと）、第３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３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。

又、該液の圧力が外部圧力と等しい場合（即ちUr＝Uo）
には、第３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10は、前記圧力波形の傾きが前記第
３図（ａ）に示す様に、右傾きなら、第１プランジャ5A
を作動させるモータ3Aに、該傾きが零になる程度に、該
第１プランジャ5A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に指令する。又、
前記第３図（ｃ）に示す様に、左傾きなら、該傾きが零
になる程度に、該第１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。尚、予め前記第１ポンプから第２ポンプに該
第２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第１ポンプ室6Aの吐出路
OAと第２ポンプ室6Bの吸入路IB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10で制御して、前記第
２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。

［発明の効果］本発明は、第１のポンプにより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、第
２のポンプにより上記第１のポンプからの液を吸入し、
外部に吐出するようにし、その際、上記第２のポンプが
吸入工程から吐出工程に切換る時に該第２のポンプ室内
の圧力が該ポンプ室外の圧力と同一になるようにし、夫
々独立したカム駆動機構により作動するカムの動きによ
り上記第１のポンプ室内及び第２のポンプ室内でプラン
ジャを直線往復移動させて、上記液を吸入動作と液の吐
出動作を行なわせ、連続的に液の送液を行なうように
し、フローレイトに応じて設定された回転角度の範囲で
該カムを往復回転させているので、広範囲のフローレイ
ト（例、１分当り0.1μ〜2ml）において、液体の種類
やその液体の置かれた条件に拘らず定量性良く、微量送
液が可能となる。

又、グラジエント溶出の様に、２種類以上の液体を混合
するような系においても、所定の混合比率で、２つの液
を混合する事が出来、混合リップルが無くなる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の送液ポンプの制御方法の一実施例を示
した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図及び第５図は従来のダブルプランジ
ャ型のポンプ機構の１例を示したもの、第６図は該ポン
プ機構に使用されるハートカムの平面図、第７図は前記
第４図及び第５図のポンプ機構の動作の説明を補足する
為に用いた図である。 1A,1B:第1,第２ハートカム、2A,2B:シャフト、3A,3B:モ
ータ、4A,4B:第1,第２ローラ、5A,5B:第1,第２プランジ
ャ、6A,6B:第1,第２ポンプ室、7:液槽、8a,8b,8c,8d:ボ
ール、9A,9B:圧縮バネ、10:制御装置、11:圧力計、IA,I
B:吸入路、OA,OB:吐出路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のポンプにより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、
第２のポンプにより上記第１のポンプからの液を吸入
し、外部に吐出するようにし、その際、上記第２のポン
プが吸入工程から吐出工程に切換る時に該第２のポンプ
室内の圧力が該ポンプ室外の圧力と同一になるように
し、夫々独立したカム駆動機構により作動するカムの動
きにより上記第１のポンプ室内及び第２のポンプ室内で
プランジャを直線往復移動させて、連続的に液の送液を
行なうようにし、フローレイトに応じた上記プランジャ
の単位時間当たりの直線移動量と、予め定められた該プ
ランジャの片道移動時間との積に基づいてカムの回転角
度を設定し、該設定した回転角度の範囲で該カムを往復
回転させると共に、第２のポンプの吐出圧力を検出して
得た圧力の時間変化波形の傾きを求め、該傾きに基づい
て該傾きが零になるように前記第１のポンプのプランジ
ャの移動距離を変化させるようにしたことを特徴とする
送液ポンプの制御方法。