JP2005282517A

JP2005282517A - 送液装置

Info

Publication number: JP2005282517A
Application number: JP2004100313A
Authority: JP
Inventors: Naoe Kitagawa; 尚衛北川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】
カム同士の位相差の誤差による送液の不安定化を軽減し、安定した送液を行なうことの可能な送液装置を提供する。
【解決手段】
スリット１４（ホームポジション）からプランジャポンプ２ａが下死点（吐出開始時）となるときのカム６ａの位相角度ＨＰａ及びスリット１４からプランジャポンプ２ｂが下死点となるときのカム６ｂの位相角度ＨＰｂをリニアゲージなどを利用して正確に測定する。測定したカム６ａ、６ｂの位相角度を入力部２６から入力すると、その位相角度を基準にしたカムプロファイルがＣＰＵ３で設定され、そのカムプロファイルに基づいたモータ４の回転速度の制御が行なわれる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体を送液する装置に関し、特に液体クロマトグラフなどの分析装置において、移動相などを送液する際に用いられる送液装置に関する。

図３は並列デュアルプランジャ型送液装置の構成を概略的に示す図である。
１つの回転軸８上に２つのカム６ａ、６ｂが取り付けられている。カム６ａ、６ｂにはそれぞれプランジャポンプ２ａ、２ｂのプランジャ２０ａ、２０ｂが追従するように取り付けられている。回転軸８の下端には原点検出用ディスク１２が取り付けられており、ディスク１２にはスリット１４が設けられている。ホームポジションセンサ１６によりこのスリット１４を検出することでカム６ａ、６ｂの回転の基準点を認識できるようになっている。

ＣＰＵ３は常時、これらのカム６ａ、６ｂの回転角度を認識しながらモータ４の回転速度を制御している。モータ４が作動すると回転軸８が回転し、それに追従してカム６ａ、６ｂが回転する。プランジャ２０ａとプランジャ２０ｂはそれぞれのカム６ａ、６ｂの形状に追従して往復運動を行なう。プランジャポンプ２ａのポンプ室２１ａ、プランジャポンプ２ｂのポンプ室２１ｂの入口側と出口側にはそれぞれ逆止弁２４ａ、２４ｂ、２３ａ、２３ｂが設けられており、プランジャの往復運動によって移動相２５を同一方向に送液することができる。

プランジャポンプ２ａ、２ｂの出口側は圧力センサ１８で合流しており、ダンパ２１を通って送液される。カム６ａ、６ｂは位相が１８０°ずれた状態で回転軸に固定されており、プランジャポンプ２ａと２ｂが交互に移動相２５の吸引と吐出を行なうことで、互いに補いながら途切れることのない安定した送液を実現している。送液中はプランジャポンプ２ａとプランジャポンプ２ｂの上死点や下死点となる回転角度で吸引と吐出の入れ替わる位置となる。高圧で移動相を送液する場合、溶媒の圧縮作用によって送液が途切れてしまうため、ＣＰＵ３は圧力センサ１８を通して送液圧力を監視し、圧力センサ１８での送液圧力が一定になるようにモータ４をフィードバック制御し、モータ４の回転速度を一時的に速めたりする（圧縮率補正）ことで安定した送液圧力を維持して送液の安定化を図っている。それでも除去できない圧力変動は、ダンパ２８を設けることで圧力変動を緩和し、高性能かつ安定な送液を実現している（特許文献１参照。）。
特許２７４５５２６号公報

従来の送液装置では、スリット１４と回転軸８との関係、又はスリット１４とカム６ａ、６ｂのいずれか一方との関係をホームポジションとしている。しかし、回転軸８の軸加工精度、カム６ａ、６ｂの加工精度又は回転軸８とカム６ａ、６ｂそれぞれとの組立精度によってカム６ａと６ｂの間の本来規格の位相差（例えば、１８０°）と実際の位相差とが異なってしまうことがある。ＣＰＵ３によるプランジャポンプ２ａ側と２ｂ側の圧縮率補正は規格の位相差に基づいて行なわれるために、カム６ａと６ｂとの位相差が規格の位相差と異なると圧縮率補正の開始点と終了点にズレが生じ、結果として脈動が発生してしまう。

そこで本発明は、カム同士の位相差の誤差による送液の不安定化を軽減し、安定した送液を行なうことの可能な送液装置を提供することを目的とする。

本発明は、回転軸を回転させるモータと、回転軸上で回転する２つのカムと、カムのそれぞれに追従して往復運動する２つのプランジャと、モータの回転速度を制御する制御部とを備え、プランジャがポンプ室内を往復運動することにより送液動作を行なうデュアルプランジャ型の送液装置であって、共通のホームポジションを基にした前記２つのカムの位相角度を入力する入力部を備え、制御部は前記入力部に入力されたそれぞれのカムの位相角度に基づいてモータの回転速度を制御するようになっていることを特徴とするものである。

カムそれぞれの位相角度に基づいて圧縮率補正を行なうようにしたので、２つのカムの間の位相差が本来規格の位相差と異なっていても正確に圧縮率の補正を行なうことができ、送液を安定化させることができる。

以下に本発明のデュアルプランジャ型の送液装置の一実施例を図１の概略構成図を参照して説明する。
この送液装置は、２つのプランジャポンプ２ａ、２ｂと、モータ４、カム６ａ、６ｂ及び回転軸８とから構成されている駆動機構とを備えており、２つのプランジャポンプ２ａ、２ｂが交互に吸入と吐出を行うことにより安定した送液を行なうものである。

プランジャポンプ２ａは、ポンプ室２１ａに対し往復動してポンプ室２１ａの容積を変化させるプランジャ２０ａと、ポンプ室２１ａの出口と入口にそれぞれ設けられた逆止弁２３ａ、２４ａとから構成されている。プランジャ２０ａはその基端部がカム６ａの外周に追従して動作し、ポンプ室２１ａ内で往復運動するようになっている。
プランジャポンプ２ｂは、ポンプ室２１ｂに対し往復動してポンプ室２１ｂの容積を変化させるプランジャ２０ｂと、ポンプ室２１ｂの出口と入口にそれぞれ設けられた逆止弁２３ｂ、２４ｂとから構成されている。プランジャ２０ｂはその基端部がカム６ｂの外周に追従して動作し、ポンプ室２１ｂ内で往復運動するようになっている。

２つのカム６ａ、６ｂは同一の回転軸８に取り付けられている。カム６ａ、６ｂはそれぞれ偏心した位置で回転軸８に固定され、回転軸８から最も長い距離を持つカム外周上の点が交互にプランジャポンプ２ａ、２ｂ側にくるようになっている。
回転軸８の下端には原点検出用ディスク１２が取り付けられており、その一部分にはスリット１４が設けられている。スリット１４を検出する位置には光センサからなるホームポジションセンサ１６が設けられており、スリット１４を検出してホームポジションを認識する。

プランジャポンプ２ａはポンプ室２１ａに対し往復動してポンプ室２１ａの容積を変化させるプランジャ２０ａと、ポンプ室２１ａの出口と入口にそれぞれ設けられた逆止弁２３ａ、２４ａとから構成されている。プランジャ２０ａはその基端部がカム６ａの外周に追従して動作し、ポンプ室２１ａ内で往復運動するようになっている。
プランジャポンプ２ｂはポンプ室２１ｂに対し往復動してポンプ室２１ｂの容積を変化させるプランジャ２０ｂと、ポンプ室２１ｂの出口と入口にそれぞれ設けられた逆止弁２３ｂ、２４ｂとから構成されている。プランジャ２０ｂはその基端部がカム６ｂの外周に追従して動作し、ポンプ室２１ｂ内で往復運動するようになっている。

プランジャポンプ２ａ及びプランジャポンプ２ｂの吐出側（下流側）にはプランジャポンプ２ａ、２ｂの送液圧力を監視する圧力センサ１８が設けられている。
３はこの送液装置の送液動作を制御する制御装置としてのＣＰＵである。ＣＰＵ３はモータ４の回転速度の調整、ホームポジションセンサ１６によるホームポジションの検知、そして圧力センサ１８によるプランジャポンプ２ａ、２ｂの送液圧力の監視を行なっている。

デュアルプランジャ型の送液装置では、プランジャポンプ２ａ、２ｂの送液時に液体の圧縮作用によりポンプ室内の圧力が一定の圧力（送液圧力）以上にならないと液体が送液されないので、結果として不安定な送液となり脈動を生じる。そこで、ＣＰＵ３は圧力センサ１８で測定している送液圧力が一定となるようにモータ４の回転速度を調整している。モータ４の回転速度の調整は、ホームポジションセンサ１６で検知されるホームポジションを基準としたカム６ａ、６ｂの位相角度によりモータ４の回転速度を一時的に速めたりするものである。

２６はホームポジションを基準としたカム６ａ、６ｂそれぞれの位相角度を入力する入力部である。この実施例において分析者は、スリット１４からプランジャポンプ２ａが下死点（吐出開始時）となるときのカム６ａの位相角度及びスリット１４からプランジャポンプ２ｂが下死点となるときのカム６ｂの位相角度をそれぞれ予めリニアゲージなどにより測定し、入力部２６から入力する。

通常、モータ４の回転速度を速めるタイミングや時間は予めカムプロファイルにより決定されており、カムプロファイルは、ホームポジションセンサ１６によって検出されるホームポジションを基準としたカム６ａ又はカム６ｂの位相角度とカム６ａとカム６ｂの位相差により決定される。カムプロファイルをカム６ａとカム６ｂの規格の位相差（例えば１８０°）により設定すると、カム６ａとカム６ｂの位相差は加工誤差などにより本来規格の位相差とは異なっていることが多いので、規格の位相差から設定したカムプロファイルに基づいて送液を行なうと不安定となり脈動の原因となる。

この実施例では、ＣＰＵ３は入力部２６に入力されたカム６ａ、６ｂそれぞれの位相角度に基づいてカムプロファイルを設定し、そのカムプロファイルに基づいてモータ４の回転速度を制御する。

図２はこの実施例の送液装置の回転軸の回転角度とプランジャポンプの吸入量・吐出量特性を示す図である。実線で示されたＡはプランジャポンプ２ａの吸入・吐出特性を示し、破線で示されたＢはプランジャポンプ２ｂの吸入・吐出特性を示す。
プランジャポンプ２ａと２ｂが交互に吸引と吐出を行なっている。このカムプロファイルは、送液圧力が０であるときにモータ４を一定速度で回転させると安定して送液できるように設計されている。しかし、送液圧力が高くなると、プランジャが吐出の方向に液体を押し出し始めてもポンプ室内の圧力が送液圧力以上になるまではプランジャポンプから液体が吐出されないので、プランジャポンプ２ａと２ｂとで上手く安定した送液を行なうのが困難となる。そこで、プランジャの下死点から送液が中断する角度までモータ４の速度を速め、送液が回復した時点でモータ４の回転速度を元に戻す。

ホームポジションセンサ１６によって検出されるホームポジションは任意の角度でよい。ただし、本発明においてスリット１４（ホームポジション）からプランジャポンプ２ａが下死点（吐出開始時）となるときのカム６ａの位相角度ＨＰａ及びスリット１４からプランジャポンプ２ｂが下死点となるときのカム６ｂの位相角度ＨＰｂは非常に重要であり、リニアゲージなどを利用して正確に測定しておく。測定したカム６ａ、６ｂの位相角度を入力部２６から入力すると、その位相角度を基準にしたカムプロファイルがＣＰＵ３で設定され、そのカムプロファイルに基づいたモータ４の回転速度の制御が行なわれる。

このように予めカム６ａ、６ｂの位相角度をそれぞれ正確に測定し、又はカム６ａとカム６ｂの位相差を正確に測定し、その測定した角度に基づいてカムプロファイルを設定することで、圧縮率の補正を正確に行なうことができるので、送液を安定化させることができる。
本実施例では、一本の回転軸に固定された２つのカムを用いているが、回転軸とカムが一体となっている送液装置においても本発明を適用して、カムの機械加工誤差によるズレを補正することができる。

本発明を適用したデュアルプランジャ型送液装置の一実施例を概略的に示す図である。同実施例のカムの回転角度とプランジャポンプの吸入・吐出の関係を示す図である。従来のデュアルプランジャ型送液装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

２ａ、２ｂプランジャポンプ
４モータ
６ａ、６ｂカム
８回転軸
１２板部材
１４スリット
１６ホームポジションセンサ
１８圧力センサ
２０ａ、２０ｂプランジャ
２１ａ、２１ｂ、ポンプ室
２２ａ、２２ｂプランジャヘッド
２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ逆止弁
２６入力部
２８ダンパ

Claims

回転軸を回転させるモータと、前記回転軸上で回転する２つのカムと、前記カムのそれぞれに追従して往復運動する２つのプランジャと、前記モータの回転速度を制御する制御部とを備え、前記プランジャがポンプ室内を往復運動することにより送液動作を行なうデュアルプランジャ型の送液装置において、
共通のホームポジションを基にした前記２つのカムの位相角度を入力する入力部を備え、前記制御部は前記入力部に入力されたそれぞれのカムの位相角度に基づいてモータの回転速度を制御するようになっていることを特徴とする送液装置。