JPH10311824A - 複数種流体混合ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、高分解能、高精度の複数種
流体混合ポンプ装置を提供することにある。 【解決手段】 複数種の流体をプランジャの往復運動で
順次吸引しシリンダ内で混合し送出する複数種流体混合
ポンプ装置において、前記プランジャ２４，２６の駆動
に、パルスモータ７０を用い、前記シリンダ２２へ吸引
される複数種の流体を切り替える切替手段１４と、前記
パルスモータ７０に送られたパルス数をカウントするカ
ウンタ６６と、前記カウンタ６６によりカウントされた
パルス数に基づき、前記ポンプ１２へ吸引される複数種
流体が設定混合比となるように前記切替手段１４に切替
指令を与える制御手段１８と、を備えたことを特徴とす
る複数種流体混合ポンプ装置１０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数種流体混合ポンプ装
置、特に流体吸引方式の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に高圧液体クロマトグラフィーで
は、使用する溶離液（移動相）を送出するため、ポンプ
装置が用いられる。ところで、前記高圧液体クロマトグ
ラフィーでは単一溶媒を使用する場合と、複数種の溶媒
を混合して使用する場合がある。また、複数種の溶媒を
混合して使用するには、一定の組成比にて混合して使用
する場合と、時間的に組成比を変化させて使用する場合
があるが、いずれの場合も複数種溶媒の適切な組成比で
の混合を行う必要がある。

【０００３】一般的に溶媒の混合を行う場合には、二種
類の方法が用いられ得る。一つは、複数種の溶媒に対応
した複数の送液ポンプを使用し、それぞれの送液ポンプ
の流量を制御することで所定の混合比を得る方法（高圧
混合方式）である。この場合には、それぞれのポンプは
単一の溶媒を送液させる。今一つの方法は、特にプラン
ジャーポンプの場合に多く用いられる方式であり、一台
のポンプを使用してポンプが吸引する溶媒を複数のバル
ブで時間的に切り替えて所定の混合比を得る方式（低圧
混合方式）である。この低圧混合方式は、前記高圧混合
方式に比較し、ポンプが一台で足りるため比較的簡易な
構成で流体混合を行うことができる。

【０００４】すなわち、一のプランジャーポンプが吸
引、吐出を交互に行うシングルヘッドポンプの場合、吸
引工程と吐出工程が時間的に交互に行われる。このた
め、吸引工程にて複数種の溶媒を混合しようとする低圧
混合では、吸引区間の開始を検出して溶媒混合用のバル
ブ（電磁弁）制御を行う必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの低圧混合
方式のポンプにあっては、一回のポンプの吸引工程で
０．１％以下の分解能、精度で溶媒の混合を行う必要が
ある。しかしながら、低圧混合方式の場合にはこのよう
な高精度の溶媒組成管理を行うことは極めて困難であっ
た。この原因には種々考えられており、その対策につい
ても各種の手法が考慮されている（特公平４−３９０３
４号、特開昭５７−２０４４５３号、特公昭６２−５１
４２４号、特公平５−１６２９６号、特公平６−７７０
０４号、特開昭６３−１３９２５１号、特開平７−７７
５２１号等）。

【０００６】すなわち、ＨＰＬＣ用ポンプは大気圧下に
ある溶媒をカラム圧（一般に５０〜１５０kg/cm2）まで
昇圧して溶媒を送る必要があるため、ポンプヘッド内で
の昇圧のための吐出遅れ、ポンプヘッド内のチェック弁
の遅れなどにより、理論的な送液プロフィールに従わな
い。つまり、プランジャーの往復運動は、プランジャー
を駆動するカムのプロフィールに一致しても、実際の送
液パターンは、そのカムプロフィールに一致しないとい
う現象が起きる。

【０００７】これは、カムのプロフィールに従って吸引
が行われることを前提に低圧混合のためのバルブ制御を
行っても、実際に吸引される溶媒混合比は期待した混合
比にならないことを意味する。具体的な例として、プラ
ンジャー駆動のポンプではカラム圧力（吐出圧力）が高
くなると、同一のプランジャー駆動スピードであっても
送液流量が低下するという現象が起きる。また、粘性の
違う溶媒を送液する場合には、粘性によって送液流量が
変化する。

【０００８】このように、流体の吐出流量が変化すると
いうことは吸引される量が変化することであり、これは
吸引工程にて複数種の溶媒を混合する低圧混合では吐出
圧力、溶媒粘性により組成比が一定とならないことを意
味する。この結果、前述した組成の高分解能、高精度を
達成することは極めて困難であった。そして、前記従来
の各種対策によっても未だ充分なものとはいえず、一層
の改善が求められていた。本発明は前記従来技術の課題
に鑑みなされたものであり、その目的は高分解能、高精
度の複数種流体混合ポンプ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかる複数種流体混合ポンプ装置は、切替手
段と、カウンタと、制御手段と、を備えることを特徴と
する。ここで、プランジャの駆動に、パルスモータを用
いる。また、切替手段は、シリンダへ吸引される複数種
の流体を切り替える。また、カウンタは、前記パルスモ
ータに送られたパルス数をカウントする。また、制御手
段は、前記カウンタによりカウントされたパルス数に基
づき、前記ポンプへ吸引される複数種流体が設定混合比
となるように前記切替手段に切替指令を与える。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明者らが複数種流体混合ポン
プ装置の高精度化について各種検討したところ、パルス
モータは、その特性上、入力されたパルス数に従って駆
動軸の回転角度が変化するので、パルスモータに送られ
たパルス数より、カムの位置を算出できることが見い出
された。そこで、本発明においては、プランジャの駆動
に、パルスモータを用い、パルスモータの駆動に用いら
れているパルス数に基づき、シリンダへ吸引される複数
種の流体を切り替えることとしたのである。この結果、
カムの位置情報を得るための部品を、別個に設けたもの
に比較し、簡単な構成で、組成比の正確な制御が可能と
なる。

【００１１】さらに、本発明者らが低圧混合方式の複数
種流体混合ポンプ装置の高精度化について各種検討した
ところ、複数種流体の内、組成比の小さい流体の吸引量
に問題を生じる結果、組成比精度の低下を招く場合が多
く、特にその原因としてポンプによる流体の吸引開始、
吸引完了前後における吸引の乱れが挙げられることが解
明された。そこで、本発明においては、複数種流体の
内、組成比の小さい流体の吸引を、ポンプによる流体の
吸引開始、完了時を避けて行うこととしたのである。こ
の場合には組成比の大きな流体の吸引が、ポンプによる
吸引開始、完了前後に行われることとなるが、組成比の
大きな流体の吸引量に多少の変動があっても、組成比に
与える影響は小さい。

【００１２】また、本発明において、プランジャの駆動
にパルスモータを用い、設定流量に対するパルス数を変
更するパルス数変更手段を設けることにより、例えばポ
ンプによる流体の吸引開始、完了前後における吸引乱
れ、ポンプ圧力変動、流体特性による変動等を補正する
ことができる。

【００１３】また、本発明において、ポンプは複数種流
体切替時にその導入路がすべて閉状態となる区間を設け
ることでバルブ開閉時間のばらつきに起因する混合精度
低下を防止し、パルス数変更手段は該区間長に応じて単
位濃度当たりのパルス数を変更可能とすることで前記全
閉状態の発生に伴う組成比変化を補償することができ
る。又、本発明においてポンプヘッドの加減速区間はプ
ランジャーの移動速度が一定でない区間を意味してい
る。

【００１４】以下、図面に基づき本発明の好適な実施形
態を説明する。図１には本発明の一実施形態にかかる複
数種流体混合ポンプ装置の概念構成図が示されている。
同図に示すポンプ装置１０は、プランジャーポンプ１２
と、該ポンプ１２に吸引される流体を切り替える切替手
段１４と、前記ポンプ１２の作動状態を検出する検出手
段１６と、前記切替手段１４に切替指令を与える制御手
段１８と、前記ポンプ１２の駆動を行う駆動手段２０と
を含む。

【００１５】そして、前記プランジャーポンプ１２は、
ヘッド２１に設けられたシリンダー部２２と、該シリン
ダー部２２の二本のシリンダー２２ａ，２２ｂにそれぞ
れ摺動可能に嵌合されたデリバリーヘッド用プランジャ
ー２４およびモディファイヤヘッド用プランジャー２６
と、前記プランジャー２４，２６とそれぞれ当接するカ
ム２８ａ，２８ｂを備えたカム部２８とを有する。そし
て、該カム部２８のカム２８ａ，２８ｂが、カム軸３０
とともに回転すると、前記カム２８ａ，２８ｂとそれぞ
れ当接するプランジャー２４，２６がシリンダー２２
ａ，２２ｂに対して相対的に上下する。そして、図２に
示すようにデリバリーヘッド用プランジャー２４が上昇
した場合にはモディファイヤヘッド用プランジャー２６
が下降し、デリバリーヘッド２１ａからの吐出量とモデ
ィファイヤヘッド２１ｂの吸引量の差分がポンプ１２か
らの吐出量として吐出口３２よりカラムに送出される。
一方、デリバリーヘッド用プランジャー２４が下降した
場合には吸引口３４より流体を吸引するが、デリバリー
ヘッド２１ａのシリンダー２２ａとモディファイヤヘッ
ド２１ｂのシリンダー２２ｂの間及び吸引口３４には逆
止弁３５ａ，３５ｂが設けられているため、逆流は生じ
ない。そして、この間モディファイヤヘッド用プランジ
ャー２４は上昇し、吐出口３２からの流体の吐出は継続
され、該吐出口３２の流体吐出速度は常に一定となる。

【００１６】また、図１に示す切替手段１４は、それぞ
れ吸引口３４に接続された第一バルブ４０と第二バルブ
４２、および各ドライバー４４，４６より構成される。
そして、第一バルブ４０が導通された場合には図示を省
略した第一溶媒タンクより組成比の大きな第一溶媒がポ
ンプ１２に導入される。また、第二バルブ４２が導通さ
れた場合には図示を省略した第二溶媒タンクより組成比
の小さな第二溶媒がポンプ１２に導入される。

【００１７】また、検出手段１６は、ディスク５０と、
該ディスク５０の外周部に設けられた開口５２を検出す
るフォトインタラプタ５４を備える。そして、前記ディ
スク５０は前記カム軸３０と連結され、デリバリーヘッ
ド用プランジャー２４の下死点すなわち溶媒の吐出開始
点を検出する。また、制御手段１８は、ＣＰＵ６０と、
前記フォトインタラプタ５４からの吐出開始検出信号を
受けて前記ＣＰＵ６０に割込信号を送出する割込信号発
生回路６２と、該ＣＰＵ６０の指令に基づき前記バルブ
ドライバー４４，４６にバルブ制御信号を供給するイン
ターフェース６４と、カウンター回路６６およびモータ
クロック発生回路６８を備える。

【００１８】駆動手段２０は、パルスモータ７０および
そのドライブ回路７２を備えている。そして、パルスモ
ータ７０の駆動軸が前記カム軸３０と連結されている。
ドライブ回路７２は制御手段１８のモータクロック発生
回路６８の発生するモータークロックに基づき駆動指令
をモータ７０に与え、該モータクロックは同時にカウン
ター回路６６によりカウントされて各バルブの閉時間、
開時間の管理を行う。

【００１９】本実施例にかかる複数種流体混合ポンプ装
置１０は概略以上のように構成され、次にその作用につ
いて説明する。本発明において特徴的なことは、ポンプ
による吸引開始後、吸引完了前のプランジャー又はカム
の加減速区間を除いた区間で、複数種の溶媒の内、組成
比の小さい溶媒の吸引を行うことである。すなわち、本
実施例においてポンプ装置１０はデリバリーヘッド２１
ａとモディファイヤヘッド２１ｂの二つの送液ヘッドを
持っているが、このうち溶媒の吸引を行うのはデリバリ
ーヘッド２１ａだけである。このため、図３に示すよう
に、溶媒の吸引は間欠的に行われており、低圧混合を行
うには吸引区間を検出してそれに同期して混合用バルブ
４０，４２を制御する必要がある。

【００２０】本実施例にかかる装置のデリバリーヘッド
用プランジャー２４のカムプロフィールは、図３に示す
ようにデリバリーヘッド２１ａが吐出を開始する位置を
０度とすると吐出完了地点は１５０度になっている。つ
まり吸引区間は２１０度あることになる。しかし、プラ
ンジャーを長期間安定して駆動するためには、急激にプ
ランジャーの移動方向を逆転することはできないので、
吸引開始後１５度、吸引完了前１５度は加減速区間とな
っている。

【００２１】すなわち、本実施例にかかる装置は、吸引
工程についてのみ着目するとシングルヘッドポンプであ
る。このため、間欠的に溶媒の吸引を行うことを考慮す
れば、カムの位置検出を行い吸引区間をあらかじめ検出
しておき、その区間でのみ各溶媒に対応したバルブ４
０，４２を切り替えて所定の混合比を得るという制御が
必要となる。

【００２２】そこで、本実施例においてはカム軸３０に
位置検出用のディスク５０を設置し、そのディスク５０
に開口５２を設けている。この開口５２をフォトインタ
ラプタ５４にて検出し、この信号により割込信号発生回
路６２がＣＰＵ６０に割り込みを行う。このディスク５
０に設けられた開口５２は吐出開始位置にあわせるよう
になっている。このように吸引開始位置ではなく吐出開
始位置を基準に用いたのは、吐出開始位置でカムの回転
を一瞬早くして脈動を小さくするためである。そして、
ＣＰＵ６０は、カウンター回路６６を用いて吐出開始位
置から１５０度後の吸引開始位置までパルスモータ７０
のパルス数をカウントすることで吸引開始位置を検出し
ている。

【００２３】本実施例においては第一溶媒および第二溶
媒の混合比にあわせてバルブ４０，４２の開時間を制御
して所定の混合比を得るが、この開時間の制御はパルス
モータ７０の駆動に用いられているパルス数をカウンタ
ー回路６６によりカウントすることで行っている。パル
スモータ７０は、その特性上、入力されたパルス数に従
って駆動軸の回転角度が変化するので、パルスモータ７
０に送られたパルス数をカウンター回路６６によりカウ
ントし、カムの位置を算出する。つまり、第一溶媒およ
び第二溶媒の要求される混合比をパルス数に変換し、こ
の値をカウンタにセットしこのカウント時間分だけその
バルブを開けるのである。

【００２４】なお、本実施例においては、パルス数変更
手段８０を備えており、以下に詳述するパルス数補正を
可能としている。低圧混合方法 ここで、２溶媒の混合を行う場合を例に説明する。 （１）第一溶媒および第二溶媒の混合プログラムの設定
値に基づき混合比を求める。混合比は、初期値と時間プ
ログラムによって設定されており、時間プログラム実行
時は一定時間間隔で演算を行い、溶媒の所定の混合比を
求める。 （２）求められた混合比からバルブ４０，４２の必要開
時間すなわちパルス数を算出する。

【００２５】（３）前記溶媒の内、組成比の大きい溶媒
のバルブの導通を吸引区間の開始、終了区間に２分して
割り当て、組成比の小さい溶媒のバルブの導通が中間と
なるように、バルブ開閉の順番を予め決めておく。 （４）位置検出により割込信号発生回路６２より割り込
みがあったときには、吸引区間の開始位置を見つめるた
めのカウント作動を行う。 （５）吸引区間が開始されると、組成比の大きい第一溶
媒のバルブ４０の必要開パルス数の１／２（吸引区間開
始時と完了時に分割するため）を設定し、同時にインタ
ーフェース６４に該当するバルブ４０の開信号を出力す
る。

【００２６】（６）カウントが完了したら、ＣＰＵ６０
はインターフェイス６４を介してバルブ４０の閉信号を
出力する。そして、組成比の小さい第二溶媒のバルブ４
２の開パルス数をカウンタにセットし、同時にインター
フェース６４を介してバルブ４２の開信号を出力する。 （７）組成比の小さい第二溶媒の吸引が終了したら、前
記（５）と同様にして再度組成比の大きい第一溶媒の、
残り半分の吸引を行う。以上で一吸引区間での制御が終
了する。

【００２７】パルス数の算出 ところで、デリバリーヘッド用プランジャー２４のカム
２８ａは２１０度の吸引区間を有しているが、開始、終
了の１５度は加減速区間となっており、一定に吸引する
区間と比べて吸引の量は少ない上にチェック弁の遅れも
あり、低圧混合を行う区間として考えるには安定性に欠
けるといえる。このため、バルブ開時間を決定するパル
ス数の算出にあたり、この区間は混合の対象となる吸引
区間から半分の１５度だけ除外してある。つまり、吸引
区間は１９５度として考えている。

【００２８】ここで、カムが１９５度回転する間にパル
スモータドライブ回路７２に与えるパルス数を求める
と、 パルスモータ１回転のパルス数： ３６０／１．８×１６＝３２００ （ここで、１６：マイクロステップ数、１．８：パルス
モータの分解能） カム軸一回転のパルス数： ３２００×３．１４＝１００４８ （ここで、３．１４：ギア比） 吸引区間のパルス数： １００４８×１９５／３６０＝５４４２ （ここで、１９５：吸引区間角度） つまり、一回の吸引工程でのパルス数は５４４２パルス
であり、これが１００％に相当する。従って、１％あた
りのパルス数は５４．４２パルスである。本実施例では
この数字を元にパルス数を求め、以下の補正を行う。

【００２９】圧力によるパルス数補正 一般にプランジャーポンプでは圧力が上昇すると流量が
低下するという現象が生じる。これは、圧力の上昇によ
り、デリバリーヘッド２１ａ内で吸引から吐出に変わる
とき、ヘッド内での予圧区間が生じること（吸引は大気
圧、吐出はカラム圧）、また、チェック弁の切り替わり
時の漏れが圧力が大きくなると増加することに起因す
る。これは、実質的な吸引区間の減少を意味し、低圧混
合時の濃度を制御する上で同じパルス数を与えて同じ時
間バルブを開閉しても、圧力が高くなると濃度は濃い方
に変化することになる。

【００３０】以上の点を考慮すると、圧力上昇に従って
濃度対パルス数の関係を変えること、つまり圧力上昇の
度合いによりパルス数を減少させる補正が必要となる。
このため、本実施例では以下に示す圧力補正を行ってい
る。すなわち、圧力上昇による流量の低下は、本実施例
では「PRESS COMP」という設定値にて補正を行ってい
る。この値は圧力が１００kg/cm2上昇したときに、何％
流量（モータ駆動パルス数）を増加させるかという数値
である。

【００３１】吐出する量（流量）とは、すなわち吸引す
る量であり、低圧混合でもこの圧力補正値はそのまま使
用できる。しかし、実測すると、PRESS COMPの値をその
まま用いたのでは補正量が大きすぎるという結果から、
PRESS COMPの４２％の値を採用した。 補正計算式： パルス数×｛１−（PRESS COMP × PRESS × 0.42)／１
００｝ （ここで、PRESS = １０秒間の平均圧力、PRESS COMP：
１００kg/cm2圧力上昇したときの流量増加係数（％））

【００３２】ポンプ差によるパルス補正 前記「パルス数の算出」で求めた１％当たりのパルス数
は、ポンプ間の特性のばらつきによりすべての装置に共
通では使えない場合がある。これはチェック弁の性能に
ばらつきがあるためと考えられる。また、使用する溶媒
の粘性によりチェック弁の作動スピードが変わり、且つ
圧縮率の差により吐出から吸引への切り替わり時に吸引
される溶媒量が変化する。このため、単位濃度当たりの
パルス数を固定して使用していると、ポンプ間や使用す
る溶媒によって混合濃度精度が変化してくる。この結
果、０−１００％のリニアグラジェント実行時に５０％
付近にて段差が生じるという現象が生じる（図４参
照）。

【００３３】そこで、単位濃度当たりのパルス数を補正
するために、最終的に求まったパルス数（圧力補正実施
後の値）に対し、０．１％単位で補正できる係数LPG CO
MPを設定可能としている。この数値は１．５００〜０．
５００までの範囲で設定可能であり、この値がパルス数
に直接掛けられる。この補正結果が図５に示されてお
り、図４では５０％付近で混合比が直線的に変化してい
ないが、図５ではこの点が大幅に改善されている。

【００３４】バルブ差によるパルス数補正 例えば、閉じるときのスピードが比較的遅いバルブと、
開くスピードが比較的早いバルブとの間で、混合を行う
場合には、遅い方のバルブの溶媒が早い方のバルブ側に
流れ込む現象を生じ、これが混合精度低下を引き起こ
す。この影響は組成比の小さい時、例えば組成比の低い
溶媒が１−５％程度となるような時に顕著に現れる。こ
の現象を防ぐため本実施例においては、制御手段１８に
よるバルブ切り替わり時の制御で、開いているバルブが
閉じ、閉じていたバルブが開くときの時間差を電気回路
にて強制的に１６msec程度ずらすようにしている（図６
参照）。この結果、バルブ開閉時間のばらつきにより期
待される混合精度が得られない現象を改善することがで
きる。

【００３５】しかし、本実施例では両バルブを閉じる時
間を設けることにより、次に開くバルブの開時間がそれ
時間分だけ短くなり、実質的に所定の開時間だけバルブ
が開けなくなる。本実施例ではこの減少分を補正するた
めにVALVE COMPという補正値を使用する。設定値は０．
１％単位で変更可能であり、０．１％につき５．４パル
ス（パルス数の算出で求めた１％当たりのパルス数５
４．４２の１／１０）が最終的に求めた濃度に対応した
パルス数に加算される。この結果、図７に示すように１
％での混合比が所定の値よりも低かった現象が図８に示
すように解消され、１％の混合比の精度が高くなる。

【００３６】図９には本発明の第二実施例にかかるポン
プ装置のデリバリーヘッド用プランジャーのプロフィー
ルと吸引溶媒切替状態が示されている。同図に示すよう
に組成比の小さい溶媒の設定濃度が１０％以下の場合に
は、一吸引工程につき毎回１０％以下の吸引時間を設け
るのではなく、複数吸引に一度組成比の小さい溶媒の吸
引を行うことが好適である。すなわち、組成比が１０％
以下程度の溶媒をポンプの毎回の吸引工程で吸引する
と、バルブ切替に伴う乱流の発生等が頻繁に生じ、該組
成比の小さい溶媒の吸引量に与える影響が大きくなる。
そこで本実施例においては、組成比が１０％以下の溶媒
については複数吸引に一度吸引を行うこととしているの
である。

【００３７】また、組成比が１０％以下程度ではなくて
も、流量が大きくなると同様の状況になる場合がある。
例えば、流量が３ml/min以上になると、組成比が１０％
以下ではなくても複数吸引に一度吸引を行う場合があ
る。なお、前記各実施例においては、本発明にかかるポ
ンプ装置をＨＰＬＣ用ポンプ装置として用いた例につい
て説明したが、これに限られるものではなく、各種用途
に用いることができる。

【００３８】また、前記各実施例においては、吸引対象
となる溶媒が二種類の場合について説明したが、これに
限られるものではなく、三種類以上の溶媒についても同
様に組成比の大きな溶媒をポンプによる吸引開始、完了
前後に対応させることで、同様の効果を得ることができ
る。例えば組成比の順に溶媒Ａ＜Ｂ＜Ｃ…とすると、Ａ
の吸引区間を中央へ、Ｂをその前後に、ＣをＢのその前
後に…という順に割り振ることが好適である。また、本
発明は複数のポンプヘッドを並列配置し、交互に吸引・
吐出する方式のポンプ装置にも適用可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる複数
種流体混合ポンプ装置によれば、プランジャの駆動に、
パルスモータを用い、パルスモータの駆動に用いられて
いるパルス数に基づき、シリンダへ吸引される複数種流
体の切り替えを行うようにしたので、カムの位置情報を
得るための部品を、別個に設けたものに比較し、簡単な
構成で、組成比の正確な制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例にかかる複数種流体混合ポ
ンプ装置の概略構成の説明図である。

【図２】第一実施例にかかるポンプ装置のデリバリーヘ
ッド用プランジャーとモディファイヤヘッド用プランジ
ャーの作動プロフィールの説明図である。

【図３】第一実施例にかかるポンプ装置のデリバリーヘ
ッド用プランジャーのプロフィールおよび溶媒切替状態
の説明図である。

【図４】第一実施例にかかるポンプ装置の単位濃度当た
りのパルス数を補正する前の組成比の変化を示す説明図
である

【図５】第一実施例にかかるポンプ装置の単位濃度当た
りのパルス数を補正した後の図４相当図である。

【図６】第一実施例においてバルブ全閉状態の説明図で
ある。

【図７】第一実施例においてバルブ全閉状態の補正をす
る前の組成比の変化を示す図である。

【図８】第一実施例においてバルブ全閉状態の補正した
後の図７相当図である。

【図９】第二実施例にかかるポンプ装置のデリバリーヘ
ッド用プランジャーのプロフィールおよび溶媒切替状態
の説明図である。

【符号の説明】

１０ ポンプ装置 １４ 切替手段 １６ 検出手段 １８ 制御手段 ６６ カウンター回路（カウンタ） ７０ パルスモータ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年６月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数種流体混合ポンプ装
置、特に溶媒組成管理機構の改良に関する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】すなわち、一のプランジャーポンプが吸
引、吐出を行うシングルヘッドポンプの場合、吸引工程
と吐出工程が時間的に交互に行われる。このため、吸引
工程にて複数種の溶媒を混合しようとする低圧混合で
は、吸引区間の開始を検出して溶媒混合用のバルブ（電
磁弁）制御を行う必要がある。具体的には、吸引区間の
開始を検出して、そこから完了までの時間を設定混合比
で分割してバルブ制御を行う方法がある（特公平６−７
７００４号等）。しかしながら、このような方法では、
バルブ制御を単なる時間の経過のみで行っていたため、
種々の原因により、理論的なカムの動きと実際のカムの
動きにずれが生じると、カムのプロフィールに従う送液
パターンも理論上のものと実際のものとの間でずれが生
じてしまい、高精度の溶媒組成管理を行うことは極めて
困難であった。そこで、従来、このような不具合を解消
するため、カムの位置情報を得て、得られたカムの位置
情報に基づきバルブ制御を行う技術も考えられる（特開
平７−７７５２１号、特開平５−１６２９６号等）。具
体的には、これらの装置では、カムの位置情報を得るた
めの位置センサ、ロータリエンコーダなどの位置検出手
段を設けていた。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】しかしながら、前記従来の装置のように、
カムの位置情報を得るためだけに位置検出手段を設けて
いたのでは、部品点数が多くなってしまう。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】このため、この種の分野では、簡易な構成
で、カムの位置情報を得ることのできる技術の開発が強
く望まれていたものの、これを解決するための適切な技
術が未だ存在しなかった。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】本発明は、前記従来技術の課題に鑑みなさ
れたものであり、その目的は、構成の簡易化を図ること
のできる複数種流体混合ポンプ装置を提供することにあ
る。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】さらに、本発明者らが低圧混合方式の複数
種流体混合ポンプ装置の高精度化について各種検討した
ところ、複数種流体の内、組成比の小さい流体の吸引量
に問題を生じる結果、組成比精度の低下を招く場合が多
く、特にその原因としてポンプによる流体の吸引開始、
吸引完了前後における吸引の乱れが挙げられることが解
明された。そこで、本発明のポンプ装置は、発明の要旨
の範囲内であれば、つぎのように使用してもよい。たと
えば、複数種流体の内、組成比の小さい流体の吸引を、
ポンプによる流体の吸引開始、完了時を避けて行っても
よい。この場合には組成比の大きな流体の吸引が、ポン
プによる吸引開始、完了前後に行われることとなるが、
組成比の大きな流体の吸引量に多少の変動があっても、
組成比に与える影響は小さい。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】また、本実施例において、設定流量に対す
るパルス数を変更するパルス数変更手段を設けることに
より、例えばポンプによる流体の吸引開始、完了前後に
おける吸引乱れ、ポンプ圧力変動、流体特性による変動
等を補正することができる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】また、本実施例において、ポンプは複数種
流体切替時にその導入路がすべて閉状態となる区間を設
けることでバルブ開閉時間のばらつきに起因する混合精
度低下を防止し、パルス数変更手段は該区間長に応じて
単位濃度当たりのパルス数を変更可能とすることで前記
全閉状態の発生に伴う組成比変化を補償することができ
る。又、本実施例においてポンプヘッドの加減速区間は
プランジャーの移動速度が一定でない区間を意味してい
る。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】本実施例にかかる複数種流体混合ポンプ１
０は概略以上のように構成され、次にその作用について
説明する。本発明において特徴的なことは、溶媒組成管
理を行うための構成を簡易化するために、ポンプの駆動
に用いられるパルスモータに送られたパルス数に基づき
バルブ制御を行ったことである。このために本実施例に
おいては、バルブ４０，４２の開時間の制御は、パルス
モータであるステッピングモータ７０の駆動に用いられ
ているパルス数をカウンター回路６６によりカウント
し、カムの位置を算出する。つまり、第一溶媒および第
二溶媒の要求される混合比をパルス数に変換し、この値
をカウンタにセットし、このカウント時間分だけそのバ
ルブを開けるのである。また、本実施例においては、ポ
ンプによる吸引開始後、吸引完了前のプランジャー又は
カムの加減速区間を除いた区間で、複数種の溶媒の内、
組成比の小さい溶媒の吸引を行っている。すなわち、本
実施例においてポンプ装置１０はデリバリーヘッド２１
ａとモディファイヤヘッド２１ｂの二つの送液ヘッドを
持っているが、このうち溶媒の吸引を行うのはデリバリ
ーヘッド２１ａだけである。このため、図３に示すよう
に、溶媒の吸引は間欠的に行われており、低圧混合を行
うには吸引区間を検出してそれに同期して混合用バルブ
４０，４２を制御する必要がある。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】本実施例においては第一溶媒および第二溶
媒の混合比にあわせてバルブ４０，４２の開時間を制御
して所定の混合比を得るが、この開時間の制御はパルス
モータ７０の駆動に用いられているパルス数をカウンタ
ー回路６６によりカウントすることで行っている。パル
スモータ７０は、その特性上、入力されたパルス数に従
って駆動軸の回転角度が変化するので、パルスモータ７
０に送られたパルス数をカウンター回路６６によりカウ
ントし、カムの位置を算出する。つまり、第一溶媒およ
び第二溶媒の要求される混合比をパルス数に変換し、こ
の値をカウンタにセットしこのカウント時間分だけその
バルブを開けるのである。このように本実施形態にかか
るポンプ装置によれば、バルブ制御に、ポンプの駆動に
用いられるパルスモータに送られたパルス数を用いてい
る。すなわち、パルスモータに送られたパルス数は、即
カムの位置に対応しているので、例えばパルスモータ１
回転分のパルス数、カム軸一回転のパルス数、吸引区間
のパルス数などが判ると、パルスモータに送られたパル
ス数をカウンタでカウントすることによりカムの位置が
判る。カムの位置が判ると、現在の送液プロフィールが
判る。一方、流量はカムの回転速度に比例するので、流
量を変更するにはパルスレート（単位時間当たりのパル
ス数）のみを変更すればよい。すなわち、流量を変更し
ても、前記パルスモータ１回転分のパルス数、カム軸一
回転のパルス数、吸引区間のパルス数などは変わらず、
例えば流量が大きくなれば、パルスレートも大きくなる
が、パルス数とカム位置との関係は不変だからである。
具体的には、流量と組成比が同時に時間的に変化する場
合でも、流量変化に従ってパルスレートさえ変えれば、
パルスモータに送られたパルス数をカウントすることに
よりカムの位置が判るので、新しい処理は不要となり、
処理の軽減を図ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数種の流体をプランジャの往復運動で
   順次吸引しシリンダ内で混合し送出する複数種流体混合
   ポンプ装置において、 前記プランジャの駆動に、パルスモータを用い、 前記シリンダへ吸引される複数種流体を切り替える切換
   手段と、 前記パルスモータに送られたパルス数をカウントするカ
   ウンタと、 前記カウンタによりカウントされたパルス数に基づき、
   前記ポンプへ吸引される複数種流体が設定混合比となる
   ように前記切換手段に切換指令を与える制御手段と、 を備えたことを特徴とする複数種流体混合ポンプ装置。