JP2713401B2 - 往復ポンプ - Google Patents
往復ポンプInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は高速液体クロマトグラフ等に用いられ、脈動
の少ない高圧定流量の液体を輸送する往復ポンプに関す
る。 ［従来の技術］ 液体クロマトグラフでは、送液中に脈動が発生すると
検出器から雑音信号が出力されるので、これを低減する
ために、例えば特開昭61−178582号公報に開示されてい
るように、第１ポンプと第２ポンプとを直列接続したデ
ュアルプラジャポンプが用いられている。第１ポンプ及
び第２ポンプはいずれも、ピストンを往復直線運動させ
る往復ポンプであり、逆流を防止して一方向へ送液する
ために、ポンプの入口及び出口にチェックバルブが配設
されている。 下流側の第２ポンプはゆっくり吐出した方が定常的に
長時間送液できるので、高速吸入し低速吐出する。第２
ポンプの低速吐出時には、第２ポンプの入口側チェック
バルブが閉じているので、第２ポンプは上流側の第１ポ
ンプから独立しており、ピストンを定速駆動することに
より定流量となり、液体クロマトグラフのカラムの背圧
である圧力も一定になる。 しかし、第２ポンプだけであると、第２ポンプの高速
吸入時に、第２ポンプの出口側チェックバルブが閉じて
流量が０に急変し圧力も急変する。 そこで、第２ポンプの高速吸入時において、第１ポン
プを高速吐出させることにより第２ポンプの出口側チェ
ックバルブを開けさせている。この際、第１ポンプから
第２ポンプ側への圧力不足及び圧力応答の遅れにより脈
動が生ずるので、第１ポンプを高速吐出させる前に第１
ポンプを中速吐出させるという予備加圧を行っている。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、第１ポンプによる予備加圧の際に、第１ポン
プから第２ポンプへ溶媒が吐出し、第２ポンプの入口側
チェックバルブが開くので、第２ポンプの下流側の流量
及び圧力が増加し、予備加圧期間で定流量及び定圧の制
御ができない。また、同時に行われる第１ポンプの高速
吐出及び第２ポンプの高速吸入の際に、ポンプ内溶媒の
流れが非定常状態になってチェックバルブの動作が不安
定になり、脈動が生じ易く、予備加圧の調整にも影響す
る。予備加圧を調整して脈動を低減できたとしても、こ
の非定常状態とチェックバルブの僅かな特性変化によ
り、再調整が必要になる。 本発明の目的は、上記問題点に鑑み、圧力及び流量の
調整を従来よりも安定に行うことができ、調整された状
態を従来よりも長く維持することが可能な往復ポンプを
提供することにある。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る往復ポンプでは、 第１モータ（16）により第１プランジャ（38）が第１
液室（44）内で往復直線駆動され、吸入時に開き吐出時
に閉じるようにするための第１チェックバルブ（48）が
第１液室入口部に配設され、吸入時に閉じ吐出時に開く
ようにするための第２チェックバルブ（52）が第１液室
入出口部に配設された主ポンプ（12）と、 第２モータ（16S）により第２プランジャ（38S）が第
２液室（44S）内で往復直線駆動され、第２液室入口部
及び第２液室出口部にはチェックバルブが配設されてお
らず、第２液室入口が流路（54S）を介して該主ポンプ
の第１液室出口と連通された副ポンプ（14S）と、 該副ポンプの下流側に接続され、送液圧力を検出する
圧力検出器（58）と、 該第１プランジャを該第１液室内で往復直線駆動させ
且つ該主ポンプから吐出される平均流量が設定値になる
ように該第１モータの回転を制御し、該第２プランジャ
を該第２液室内で往復直線駆動させ該主ポンプの吐出期
間において該副ポンプで吸入しほぼこれを該主ポンプの
吸入期間で吐出し且つ検出圧力が設定圧力になるように
該第２モータの回転を制御し、且つ、該第１プランジャ
及び該第２プランジャの前進及び後退がいずれも加速、
定速及び減速の一連の工程からなるように該第１モータ
及び該第２モータの回転を制御する制御装置（70〜78）
とを有することを特徴とする。 本発明の第１態様では、上記制御装置は、上記検出圧
力に応じて上記主ポンプのストローク長ｌをl0/η（l0
はゲージ圧０のときのストローク長であり、ηは主ポン
プの容積効率）として設定流量になるように上記第１モ
ータの回転を制御することを特徴とする。 本発明の第２態様では、上記主ポンプ（12）は、上記
第１モータとしてのパルスモータ（16）の出力軸（18）
と同心にして該出力軸に第１ねじ軸（28）が連結固定さ
れ、該第１ねじ軸が第１中間軸（32）の螺孔に螺入さ
れ、第１ガイドにより該第１中間軸がその軸方向へ案内
され且つ該第１中間軸の回転が阻止され、該第１中間軸
と同心に上記第１プランジャ（38）が連結固定されてお
り、 上記副ポンプ（14）は、上記第２モータとしてのパル
スモータ（16S）の出力軸（18S）と同心にして該出力軸
に第２ねじ軸（28S）が連結固定され、該第２ねじ軸が
第２中間軸（32S）の螺孔に螺入され、第２ガイドによ
り該第２中間軸がその軸方向へ案内され且つ該第２中間
軸の回転が阻止され、該第２中間軸と同心に上記第２プ
ランジャ（38S）が連結固定されていることを特徴とす
る。 ［作用］ 本発明では、上流側の主ポンプから吐出される液体の
平均流量が設定値になるように第１モータの回転が制御
され、且つ、副ポンプにはチェックバルブが配設されて
いないので、副ポンプは、主ポンプからの液体の流量を
平均化し且つ副ポンプの下流側が設定圧力になるように
すればよい。 主ポンプ吐出期間において副ポンプで吸入しほぼこれ
を主ポンプ吸入期間で吐出することにより、副ポンプの
液室出口から吐出される液体の流量が平均化される。 圧力制御を行わないと、プランジャ加速時に流量及び
圧力が変動するが、副ポンプの下流側の検出圧力が設定
圧力になるように第２モータの回転が制御されるので、
この変動が防止される。 したがって、本発明によれば、圧力及び流量の調整が
従来よりも安定に行われ、調整された状態を従来よりも
長く維持することが可能となる。また、副ポンプにチェ
ックバルブが配設されていないので、その分、構成が簡
単になるとともにメンテナンス箇所が少なくなる。 本発明では主ポンプにより平均流量が定まるので、本
発明の第１態様のように検出圧力に応じて主ポンプの容
積効率を考慮すれば、新たなセンサを追加することなく
流量制御の精度が向上する。 また、本発明の第２態様のように構成すれば、モータ
の回転がスムーズに直線駆動に変換されるので、流量及
び圧力の制御の精度が向上する。 ［実施例］ 図面に基づいて本発明の実施例を説明する。 第１図には実施例の全体構成が示されており、ハウジ
ング10に主ポンプ12と副ポンプ14とが並設され、両ポン
プが直列接続されている。 この主ポンプ12は、パルスモータ16により駆動され
る。パルスモータ16の出力軸18には、軸20が連接されて
いる。この軸20は、ハウジング10の後面10Aに固着され
たラジアルベアリング22に軸支されている。後面10Aに
は、ラジアルベアリング22の前方及び後方にそれぞれス
ラストベアリング24、ストッパー26が固着されている。
軸20の先端部にはボールねじ軸28が連接されており、出
力軸18、軸20、ボールねじ軸28が一体となって回転され
る。このボールねじ軸28は、スチールボール30を介して
ボールホルダー32に螺入されており、ボールねじ軸28の
回転運動がボールホルダー32の軸方向直線運動に変換さ
れる。ボールホルダー32は、図示しないガイドにより軸
方向へ案内されかつ回転が阻止された軸継手34の一端部
に固着されている。軸継手34の他端部には、プランジャ
ホルダー36が螺入されて、プランジャ38が軸継手34に固
着されている。 ハウジング10の前面10Bには、ヘッドマウントフラン
ジ40を介してポンプヘッド42が固着されており、プラン
ジャ38の先端部がプランジャカバー40の中心部を貫通し
て、ポンプヘッド42に穿設されたＴ字状の液室44に挿入
されている。液室44のヘッドマウントフランジ40側には
プランジャシール45が装填されており、液室44のヘッド
マウントフランジ40側の気密が確保されている。液室44
の入口には管継手46が螺着され、液室44の管継手46側に
は液流出を阻止するチェックバルブ48が配設されてい
る。また、液室44の出口には管継手50が螺着され、液室
44の管継手50側には液流入を阻止するチェックバルブ52
が配設されている。 副ポンプ14は主ポンプ12と略同一構成となっており、
主ポンプ12と同一構成部分には同一番号を付しかつＳを
付してその説明を省略する。この副ポンプ14は、液室44
Sの入口側及び出口側にチェックバルブが配設されてい
ない点が主ポンプと異なっている。 管継手50と管継手46Sは管54により接続されており、
また、管継手50Sには管56が接続されている。 上記構成において、パルスモータ16を正転させると、
プランジャ38が液室44内へ前進（後方転回点から前方転
回点側へ移動）して液室44内の圧力が増加し、順次チェ
ックバルブ48が閉、チェックバルブ52が開となり、液室
44内の移動相溶媒が加圧されて液室44S側へ吐出され
る。また、パルスモータ16を逆転させると、プランジャ
38が液室44内から後退して液室44内の圧力が低下し、順
次チェックバルブ52が閉、チェックバルブ48が開とな
り、液室44内へ移動相溶媒が吸入される。 同様に、パルスモータ16Sを正転させると、プランジ
ャ38Sが液室44S内へ前進し、液室44S内の移動相溶媒が
加圧されて管56へ吐出される。また、パルスモータ16S
を逆転させると、プランジャ38Sが液室44S内から後退
し、主ポンプ12側から圧送される移動相溶媒の一部が液
室44Sのプランジャ38S側へ吸引される。 以上のことから、パルスモータ16の回転を制御するこ
とにより平均流量を一定にする定流量制御を行うことが
でき、パルスモータ16Sの回転を制御することにより１
サイクル内における定圧制御を行うことができる。 次に、流量および圧力の制御について説明する。 管56には圧力検出器58が介装されており、検出圧力は
A/D変換器70を介してマイクロコンピュータ72へ供給さ
れる。また、マイクロコンピュータ72には、流量設定器
74から設定値が供給される。マイクロコンピュータ72
は、この設定流量QS及び検出圧力PD（ゲージ圧）に応
じ、ドライバ76を介してパルスモータ16へ駆動パルスを
供給して流量制御を行い、また、検出圧力PDに応じ、ド
ライバ78を介しパルスモータ16Sへ駆動パルスを供給し
て圧力制御を行う。 次に、定流量制御の詳細を説明する。 流量Ｑは次式により表される。 Ｑ＝ηlSN ……（１） ここにηは容積効率であり、高圧流体の場合にはチェ
ックバルブ等からの漏れを無視できず、第２図に示す如
く、圧力の増大と共に直線的に減少することが一般に知
られている。また、ｌはプランジャ38のストローク長で
あり、Ｓはプランジャ38の前部横断面積であり、Ｎは往
復速度（cycle/min）である。 本実施例では、ストローク長ｌを検出圧力PDに応じて
次式のように変更する。 ｌ＝l0/η ……（２） ここにl0はゲージ圧０のとき、すなわちη＝１のとき
のプランジャ38のストローク長である。第３図にはゲー
ジ圧Ｐとストローク長ｌの関係が示されている。 検出圧力PDの増大とともにストローク長ｌが増大する
が、ηｌの値はl0であり、設定圧力によらず一定であ
る。このため、上式（１）より往復速度Ｎは設定流量QS
に比例し、圧力Ｐによらない。すなわち、ある設定流量
QSに対し、プランジャ38の往復運動の周期Ｔ＝1/Nは流
体圧力によらない。 第５図（Ａ）には、ある設定流量におけるパルスモー
タ16の回転速度Ｖの目標値が一周期にわたって示されて
いる。 これを説明すれば、時間ｔ＝０〜T/2で移動相溶媒を
吐出し、時間ｔ＝T/2〜Ｔで移動相溶媒を吸引する。す
なわち、プランジャ38の先端は、最初、後方転回点で停
止しており（点Ａ）、パルスモータ16を加速正転させ、
回転速度ＶがＶ＝V0となった時点（点Ｂ）でＶを一定に
し、前方転回点付近（点Ｃ）で減速を開始し、前方転回
点（点Ｄ）で停止させる。次にパルスモータ16を逆転加
速させ、Ｖ＝−V0となった時点（点Ｅ）でＶを一定に
し、後方転回点付近（点Ｆ）で減速させ、後方転回点
（点Ｇ）で停止させる。 第５図（Ａ）において、面積ABCDはプランジャ38のス
トローク長ｌであり、面積DEFGに等しい。 次に定圧制御について説明する。 主ポンプ12が吐出段階でプランジャ38の移動速度が一
定のとき、すなわち第５図（Ａ）の点Ｂと点Ｃとの間に
おいて、圧力を検出し、これを次のサイクルの圧力の目
標値としてマイクロコンピュータ72のRAMに記憶して
き、目標圧力になるようＰ制御またはPI制御を行う。前
記点Ｂと点Ｃとの間において、複数点の圧力を検出する
場合には、その平均値を求め、これを次のサイクルにお
ける圧力の目標値とする。なお、最初のサイクルについ
ては目標とする検出圧力が存在しないので、例えば、パ
ルスモータ16の回転速度Ｖの目標値のパターンに対応し
て、パルスモータ16Sの回転速度Ｕの目標値のパターン
を求めておき、これに従ってパルスモータ16Sの回転を
制御する。 第５図（Ｂ）には、圧力制御が行われた場合のパルス
モータ16Sの回転速度Ｕが一周期にわたって示されてお
り、第５図（Ａ）に対応して、回転速度ＵはPQRSXYのよ
うに変化する。プランジャ38Sの先端は、点Ｑ、Ｚで後
方転回点にあり、点Ｗで前方転回点にある。 第５図（Ｂ）において、プランジャ38Sのストローク
長である面積QRSWは、プランジャ38のストローク長ｌの
略半分であり、この面積は、面積WXYZに等しい。 例えば、第５図中の波形のエッジ傾斜角が90゜であり
且つη＝１である簡単化したモデルを考えると、ｔ＝０
〜T/2で、体積lSの溶媒が主ポンプ12から吐出され、こ
の際、体積（l/2）Ｓの溶媒が副ポンプ14で吸引され、
結果として、副ポンプ14の出口から体積（l/2）Ｓの溶
媒が吐出される。次のｔ＝T/2〜Ｔで、体積lSの溶媒が
主ポンプ12で吸引され、この際、チェックバルブ52が閉
じているので副ポンプ14は主ポンプ12から独立した状態
となっており、体積（l/2）Ｓの溶媒が副ポンプ14の出
口から吐出される。 実際には、圧力制御を行わないと第５図中の波形のエ
ッジ部、すなわちモータ回転の加速及び減速工程で流量
が変動するが、定圧制御により流量も一定になる。 次に、設定流量が変わらず流体圧力が増大した場合を
説明する。 この場合、周期Ｔが一定であるので、第５図（Ａ）の
点線で示す如く、パルスモータ16の回転速度Ｖの目標値
はAB′Ｃ′DE′Ｆ′Ｇのように変化する。また、定圧制
御により、パルスモータ16Sの回転速度Ｕは、第５図
（Ｂ）の点線で示す如く、Ｐ′Ｒ′Ｓ′Ｘ′Ｙ′のよう
に変化する。 第５図（Ａ）において、面積Ｂ′BCC′はプランジャ3
8のストローク長ｌの増分Δｌに等しい。これにともな
って、定圧制御によりプランジャ38Sのストローク長は
略Δl/2増大する。 本実施例では、液圧に応じて主ポンプ12のストローク
長ｌを変更し、往復速度Ｎを液圧によらず一定にしてい
るので、副ポンプ16の往復速度も一定になり、制御が簡
単になる。このため、定圧制御のハンチングが小さくな
り、脈動が低減される。 また、主ポンプ12及び副ポンプ14にボールねじを用い
ているので、脈動が一層低減される。 そのうえ、クランクやカムを用いておらず、ねじによ
り回転運動を直線運動に変換しており、モータの動力伝
達効率が高いので、定格の小さいモータを用いることが
でき、したがってモータの回転子の慣性を小さくでき、
このためハンチングをより小さくすることができ、脈動
が更に一層低減される。 なお、上記実施例では主ポンプ12及び副ポンプ14のプ
ランジャが各々単数である場合を説明したが、本発明は
これに限定されず、一方又は両方とも複数であってもよ
い。 また、主ポンプ12又は副ポンプ14は、ねじの代わりに
カムまたはクランクを用いて回転運動を往復運動に変換
する構成であってもよい。 ［発明の効果］ 本発明に係る往復ポンプによれば、上流側の主ポンプ
から吐出される液体の平均流量が設定値になり、副ポン
プにより、主ポンプからの液体の流量が平均化され且つ
圧力が設定値になるように制御され、圧力及び流量の調
整が従来よりも安定に行われ、調整された状態を従来よ
りも長く維持することが可能となるという効果を奏す
る。また、副ポンプにチェックバルブが配設されていな
いので、その分、構成が簡単になるとともにメンテナン
ス箇所が少なくなるという効果を奏する。 本発明の第１態様によれば、新たなセンサを追加する
ことなく流量制御の精度が向上するという効果を奏す
る。 また、本発明の第２態様によれば、モータの回転がス
ムーズに直線駆動に変換されるので、流量及び圧力の制
御の精度が向上するという効果を奏する。
の少ない高圧定流量の液体を輸送する往復ポンプに関す
る。 ［従来の技術］ 液体クロマトグラフでは、送液中に脈動が発生すると
検出器から雑音信号が出力されるので、これを低減する
ために、例えば特開昭61−178582号公報に開示されてい
るように、第１ポンプと第２ポンプとを直列接続したデ
ュアルプラジャポンプが用いられている。第１ポンプ及
び第２ポンプはいずれも、ピストンを往復直線運動させ
る往復ポンプであり、逆流を防止して一方向へ送液する
ために、ポンプの入口及び出口にチェックバルブが配設
されている。 下流側の第２ポンプはゆっくり吐出した方が定常的に
長時間送液できるので、高速吸入し低速吐出する。第２
ポンプの低速吐出時には、第２ポンプの入口側チェック
バルブが閉じているので、第２ポンプは上流側の第１ポ
ンプから独立しており、ピストンを定速駆動することに
より定流量となり、液体クロマトグラフのカラムの背圧
である圧力も一定になる。 しかし、第２ポンプだけであると、第２ポンプの高速
吸入時に、第２ポンプの出口側チェックバルブが閉じて
流量が０に急変し圧力も急変する。 そこで、第２ポンプの高速吸入時において、第１ポン
プを高速吐出させることにより第２ポンプの出口側チェ
ックバルブを開けさせている。この際、第１ポンプから
第２ポンプ側への圧力不足及び圧力応答の遅れにより脈
動が生ずるので、第１ポンプを高速吐出させる前に第１
ポンプを中速吐出させるという予備加圧を行っている。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかし、第１ポンプによる予備加圧の際に、第１ポン
プから第２ポンプへ溶媒が吐出し、第２ポンプの入口側
チェックバルブが開くので、第２ポンプの下流側の流量
及び圧力が増加し、予備加圧期間で定流量及び定圧の制
御ができない。また、同時に行われる第１ポンプの高速
吐出及び第２ポンプの高速吸入の際に、ポンプ内溶媒の
流れが非定常状態になってチェックバルブの動作が不安
定になり、脈動が生じ易く、予備加圧の調整にも影響す
る。予備加圧を調整して脈動を低減できたとしても、こ
の非定常状態とチェックバルブの僅かな特性変化によ
り、再調整が必要になる。 本発明の目的は、上記問題点に鑑み、圧力及び流量の
調整を従来よりも安定に行うことができ、調整された状
態を従来よりも長く維持することが可能な往復ポンプを
提供することにある。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る往復ポンプでは、 第１モータ（16）により第１プランジャ（38）が第１
液室（44）内で往復直線駆動され、吸入時に開き吐出時
に閉じるようにするための第１チェックバルブ（48）が
第１液室入口部に配設され、吸入時に閉じ吐出時に開く
ようにするための第２チェックバルブ（52）が第１液室
入出口部に配設された主ポンプ（12）と、 第２モータ（16S）により第２プランジャ（38S）が第
２液室（44S）内で往復直線駆動され、第２液室入口部
及び第２液室出口部にはチェックバルブが配設されてお
らず、第２液室入口が流路（54S）を介して該主ポンプ
の第１液室出口と連通された副ポンプ（14S）と、 該副ポンプの下流側に接続され、送液圧力を検出する
圧力検出器（58）と、 該第１プランジャを該第１液室内で往復直線駆動させ
且つ該主ポンプから吐出される平均流量が設定値になる
ように該第１モータの回転を制御し、該第２プランジャ
を該第２液室内で往復直線駆動させ該主ポンプの吐出期
間において該副ポンプで吸入しほぼこれを該主ポンプの
吸入期間で吐出し且つ検出圧力が設定圧力になるように
該第２モータの回転を制御し、且つ、該第１プランジャ
及び該第２プランジャの前進及び後退がいずれも加速、
定速及び減速の一連の工程からなるように該第１モータ
及び該第２モータの回転を制御する制御装置（70〜78）
とを有することを特徴とする。 本発明の第１態様では、上記制御装置は、上記検出圧
力に応じて上記主ポンプのストローク長ｌをl0/η（l0
はゲージ圧０のときのストローク長であり、ηは主ポン
プの容積効率）として設定流量になるように上記第１モ
ータの回転を制御することを特徴とする。 本発明の第２態様では、上記主ポンプ（12）は、上記
第１モータとしてのパルスモータ（16）の出力軸（18）
と同心にして該出力軸に第１ねじ軸（28）が連結固定さ
れ、該第１ねじ軸が第１中間軸（32）の螺孔に螺入さ
れ、第１ガイドにより該第１中間軸がその軸方向へ案内
され且つ該第１中間軸の回転が阻止され、該第１中間軸
と同心に上記第１プランジャ（38）が連結固定されてお
り、 上記副ポンプ（14）は、上記第２モータとしてのパル
スモータ（16S）の出力軸（18S）と同心にして該出力軸
に第２ねじ軸（28S）が連結固定され、該第２ねじ軸が
第２中間軸（32S）の螺孔に螺入され、第２ガイドによ
り該第２中間軸がその軸方向へ案内され且つ該第２中間
軸の回転が阻止され、該第２中間軸と同心に上記第２プ
ランジャ（38S）が連結固定されていることを特徴とす
る。 ［作用］ 本発明では、上流側の主ポンプから吐出される液体の
平均流量が設定値になるように第１モータの回転が制御
され、且つ、副ポンプにはチェックバルブが配設されて
いないので、副ポンプは、主ポンプからの液体の流量を
平均化し且つ副ポンプの下流側が設定圧力になるように
すればよい。 主ポンプ吐出期間において副ポンプで吸入しほぼこれ
を主ポンプ吸入期間で吐出することにより、副ポンプの
液室出口から吐出される液体の流量が平均化される。 圧力制御を行わないと、プランジャ加速時に流量及び
圧力が変動するが、副ポンプの下流側の検出圧力が設定
圧力になるように第２モータの回転が制御されるので、
この変動が防止される。 したがって、本発明によれば、圧力及び流量の調整が
従来よりも安定に行われ、調整された状態を従来よりも
長く維持することが可能となる。また、副ポンプにチェ
ックバルブが配設されていないので、その分、構成が簡
単になるとともにメンテナンス箇所が少なくなる。 本発明では主ポンプにより平均流量が定まるので、本
発明の第１態様のように検出圧力に応じて主ポンプの容
積効率を考慮すれば、新たなセンサを追加することなく
流量制御の精度が向上する。 また、本発明の第２態様のように構成すれば、モータ
の回転がスムーズに直線駆動に変換されるので、流量及
び圧力の制御の精度が向上する。 ［実施例］ 図面に基づいて本発明の実施例を説明する。 第１図には実施例の全体構成が示されており、ハウジ
ング10に主ポンプ12と副ポンプ14とが並設され、両ポン
プが直列接続されている。 この主ポンプ12は、パルスモータ16により駆動され
る。パルスモータ16の出力軸18には、軸20が連接されて
いる。この軸20は、ハウジング10の後面10Aに固着され
たラジアルベアリング22に軸支されている。後面10Aに
は、ラジアルベアリング22の前方及び後方にそれぞれス
ラストベアリング24、ストッパー26が固着されている。
軸20の先端部にはボールねじ軸28が連接されており、出
力軸18、軸20、ボールねじ軸28が一体となって回転され
る。このボールねじ軸28は、スチールボール30を介して
ボールホルダー32に螺入されており、ボールねじ軸28の
回転運動がボールホルダー32の軸方向直線運動に変換さ
れる。ボールホルダー32は、図示しないガイドにより軸
方向へ案内されかつ回転が阻止された軸継手34の一端部
に固着されている。軸継手34の他端部には、プランジャ
ホルダー36が螺入されて、プランジャ38が軸継手34に固
着されている。 ハウジング10の前面10Bには、ヘッドマウントフラン
ジ40を介してポンプヘッド42が固着されており、プラン
ジャ38の先端部がプランジャカバー40の中心部を貫通し
て、ポンプヘッド42に穿設されたＴ字状の液室44に挿入
されている。液室44のヘッドマウントフランジ40側には
プランジャシール45が装填されており、液室44のヘッド
マウントフランジ40側の気密が確保されている。液室44
の入口には管継手46が螺着され、液室44の管継手46側に
は液流出を阻止するチェックバルブ48が配設されてい
る。また、液室44の出口には管継手50が螺着され、液室
44の管継手50側には液流入を阻止するチェックバルブ52
が配設されている。 副ポンプ14は主ポンプ12と略同一構成となっており、
主ポンプ12と同一構成部分には同一番号を付しかつＳを
付してその説明を省略する。この副ポンプ14は、液室44
Sの入口側及び出口側にチェックバルブが配設されてい
ない点が主ポンプと異なっている。 管継手50と管継手46Sは管54により接続されており、
また、管継手50Sには管56が接続されている。 上記構成において、パルスモータ16を正転させると、
プランジャ38が液室44内へ前進（後方転回点から前方転
回点側へ移動）して液室44内の圧力が増加し、順次チェ
ックバルブ48が閉、チェックバルブ52が開となり、液室
44内の移動相溶媒が加圧されて液室44S側へ吐出され
る。また、パルスモータ16を逆転させると、プランジャ
38が液室44内から後退して液室44内の圧力が低下し、順
次チェックバルブ52が閉、チェックバルブ48が開とな
り、液室44内へ移動相溶媒が吸入される。 同様に、パルスモータ16Sを正転させると、プランジ
ャ38Sが液室44S内へ前進し、液室44S内の移動相溶媒が
加圧されて管56へ吐出される。また、パルスモータ16S
を逆転させると、プランジャ38Sが液室44S内から後退
し、主ポンプ12側から圧送される移動相溶媒の一部が液
室44Sのプランジャ38S側へ吸引される。 以上のことから、パルスモータ16の回転を制御するこ
とにより平均流量を一定にする定流量制御を行うことが
でき、パルスモータ16Sの回転を制御することにより１
サイクル内における定圧制御を行うことができる。 次に、流量および圧力の制御について説明する。 管56には圧力検出器58が介装されており、検出圧力は
A/D変換器70を介してマイクロコンピュータ72へ供給さ
れる。また、マイクロコンピュータ72には、流量設定器
74から設定値が供給される。マイクロコンピュータ72
は、この設定流量QS及び検出圧力PD（ゲージ圧）に応
じ、ドライバ76を介してパルスモータ16へ駆動パルスを
供給して流量制御を行い、また、検出圧力PDに応じ、ド
ライバ78を介しパルスモータ16Sへ駆動パルスを供給し
て圧力制御を行う。 次に、定流量制御の詳細を説明する。 流量Ｑは次式により表される。 Ｑ＝ηlSN ……（１） ここにηは容積効率であり、高圧流体の場合にはチェ
ックバルブ等からの漏れを無視できず、第２図に示す如
く、圧力の増大と共に直線的に減少することが一般に知
られている。また、ｌはプランジャ38のストローク長で
あり、Ｓはプランジャ38の前部横断面積であり、Ｎは往
復速度（cycle/min）である。 本実施例では、ストローク長ｌを検出圧力PDに応じて
次式のように変更する。 ｌ＝l0/η ……（２） ここにl0はゲージ圧０のとき、すなわちη＝１のとき
のプランジャ38のストローク長である。第３図にはゲー
ジ圧Ｐとストローク長ｌの関係が示されている。 検出圧力PDの増大とともにストローク長ｌが増大する
が、ηｌの値はl0であり、設定圧力によらず一定であ
る。このため、上式（１）より往復速度Ｎは設定流量QS
に比例し、圧力Ｐによらない。すなわち、ある設定流量
QSに対し、プランジャ38の往復運動の周期Ｔ＝1/Nは流
体圧力によらない。 第５図（Ａ）には、ある設定流量におけるパルスモー
タ16の回転速度Ｖの目標値が一周期にわたって示されて
いる。 これを説明すれば、時間ｔ＝０〜T/2で移動相溶媒を
吐出し、時間ｔ＝T/2〜Ｔで移動相溶媒を吸引する。す
なわち、プランジャ38の先端は、最初、後方転回点で停
止しており（点Ａ）、パルスモータ16を加速正転させ、
回転速度ＶがＶ＝V0となった時点（点Ｂ）でＶを一定に
し、前方転回点付近（点Ｃ）で減速を開始し、前方転回
点（点Ｄ）で停止させる。次にパルスモータ16を逆転加
速させ、Ｖ＝−V0となった時点（点Ｅ）でＶを一定に
し、後方転回点付近（点Ｆ）で減速させ、後方転回点
（点Ｇ）で停止させる。 第５図（Ａ）において、面積ABCDはプランジャ38のス
トローク長ｌであり、面積DEFGに等しい。 次に定圧制御について説明する。 主ポンプ12が吐出段階でプランジャ38の移動速度が一
定のとき、すなわち第５図（Ａ）の点Ｂと点Ｃとの間に
おいて、圧力を検出し、これを次のサイクルの圧力の目
標値としてマイクロコンピュータ72のRAMに記憶して
き、目標圧力になるようＰ制御またはPI制御を行う。前
記点Ｂと点Ｃとの間において、複数点の圧力を検出する
場合には、その平均値を求め、これを次のサイクルにお
ける圧力の目標値とする。なお、最初のサイクルについ
ては目標とする検出圧力が存在しないので、例えば、パ
ルスモータ16の回転速度Ｖの目標値のパターンに対応し
て、パルスモータ16Sの回転速度Ｕの目標値のパターン
を求めておき、これに従ってパルスモータ16Sの回転を
制御する。 第５図（Ｂ）には、圧力制御が行われた場合のパルス
モータ16Sの回転速度Ｕが一周期にわたって示されてお
り、第５図（Ａ）に対応して、回転速度ＵはPQRSXYのよ
うに変化する。プランジャ38Sの先端は、点Ｑ、Ｚで後
方転回点にあり、点Ｗで前方転回点にある。 第５図（Ｂ）において、プランジャ38Sのストローク
長である面積QRSWは、プランジャ38のストローク長ｌの
略半分であり、この面積は、面積WXYZに等しい。 例えば、第５図中の波形のエッジ傾斜角が90゜であり
且つη＝１である簡単化したモデルを考えると、ｔ＝０
〜T/2で、体積lSの溶媒が主ポンプ12から吐出され、こ
の際、体積（l/2）Ｓの溶媒が副ポンプ14で吸引され、
結果として、副ポンプ14の出口から体積（l/2）Ｓの溶
媒が吐出される。次のｔ＝T/2〜Ｔで、体積lSの溶媒が
主ポンプ12で吸引され、この際、チェックバルブ52が閉
じているので副ポンプ14は主ポンプ12から独立した状態
となっており、体積（l/2）Ｓの溶媒が副ポンプ14の出
口から吐出される。 実際には、圧力制御を行わないと第５図中の波形のエ
ッジ部、すなわちモータ回転の加速及び減速工程で流量
が変動するが、定圧制御により流量も一定になる。 次に、設定流量が変わらず流体圧力が増大した場合を
説明する。 この場合、周期Ｔが一定であるので、第５図（Ａ）の
点線で示す如く、パルスモータ16の回転速度Ｖの目標値
はAB′Ｃ′DE′Ｆ′Ｇのように変化する。また、定圧制
御により、パルスモータ16Sの回転速度Ｕは、第５図
（Ｂ）の点線で示す如く、Ｐ′Ｒ′Ｓ′Ｘ′Ｙ′のよう
に変化する。 第５図（Ａ）において、面積Ｂ′BCC′はプランジャ3
8のストローク長ｌの増分Δｌに等しい。これにともな
って、定圧制御によりプランジャ38Sのストローク長は
略Δl/2増大する。 本実施例では、液圧に応じて主ポンプ12のストローク
長ｌを変更し、往復速度Ｎを液圧によらず一定にしてい
るので、副ポンプ16の往復速度も一定になり、制御が簡
単になる。このため、定圧制御のハンチングが小さくな
り、脈動が低減される。 また、主ポンプ12及び副ポンプ14にボールねじを用い
ているので、脈動が一層低減される。 そのうえ、クランクやカムを用いておらず、ねじによ
り回転運動を直線運動に変換しており、モータの動力伝
達効率が高いので、定格の小さいモータを用いることが
でき、したがってモータの回転子の慣性を小さくでき、
このためハンチングをより小さくすることができ、脈動
が更に一層低減される。 なお、上記実施例では主ポンプ12及び副ポンプ14のプ
ランジャが各々単数である場合を説明したが、本発明は
これに限定されず、一方又は両方とも複数であってもよ
い。 また、主ポンプ12又は副ポンプ14は、ねじの代わりに
カムまたはクランクを用いて回転運動を往復運動に変換
する構成であってもよい。 ［発明の効果］ 本発明に係る往復ポンプによれば、上流側の主ポンプ
から吐出される液体の平均流量が設定値になり、副ポン
プにより、主ポンプからの液体の流量が平均化され且つ
圧力が設定値になるように制御され、圧力及び流量の調
整が従来よりも安定に行われ、調整された状態を従来よ
りも長く維持することが可能となるという効果を奏す
る。また、副ポンプにチェックバルブが配設されていな
いので、その分、構成が簡単になるとともにメンテナン
ス箇所が少なくなるという効果を奏する。 本発明の第１態様によれば、新たなセンサを追加する
ことなく流量制御の精度が向上するという効果を奏す
る。 また、本発明の第２態様によれば、モータの回転がス
ムーズに直線駆動に変換されるので、流量及び圧力の制
御の精度が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第５図は本発明の実施例に係り、第１図は往
復ポンプの全体構成図、第２図は圧力Ｐと容積効率ηと
の関係を示す線図、第３図は圧力Ｐと主ポンプ12のスト
ローク長ｌとの関係を示す図、第４図は設定流量QSとプ
ランジャ38の往復速度Ｎとの関係を示す線図、第５図
（Ａ）はある設定流量におけるパルスモータ16の回転速
度の目標値の１周期分を示す線図、第５図（Ｂ）は定圧
制御を行った場合のパルスモータ16Sの回転速度の変化
を示す図である。 12:主ポンプ 14:副ポンプ 16、16S:パルスモータ 28、28S:ボールねじ軸 38、38S:プランジャ 44:液室 48、52:チェックバルブ 58:圧力検出器
復ポンプの全体構成図、第２図は圧力Ｐと容積効率ηと
の関係を示す線図、第３図は圧力Ｐと主ポンプ12のスト
ローク長ｌとの関係を示す図、第４図は設定流量QSとプ
ランジャ38の往復速度Ｎとの関係を示す線図、第５図
（Ａ）はある設定流量におけるパルスモータ16の回転速
度の目標値の１周期分を示す線図、第５図（Ｂ）は定圧
制御を行った場合のパルスモータ16Sの回転速度の変化
を示す図である。 12:主ポンプ 14:副ポンプ 16、16S:パルスモータ 28、28S:ボールねじ軸 38、38S:プランジャ 44:液室 48、52:チェックバルブ 58:圧力検出器
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(72)発明者 吉本 功
青梅市今井３丁目５番15 株式会社吉本
製作所内
(56)参考文献 特開 昭61−178582（ＪＰ，Ａ)
特開 昭51−73603（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．第１モータにより第１プランジャが第１液室内で往
復直線駆動され、吸入時に開き吐出時に閉じるようにす
るための第１チェックバルブが第１液室入口部に配設さ
れ、吸入時に閉じ吐出時に開くようにするための第２チ
ェックバルブが第１液室入出口部に配設された主ポンプ
と、 第２モータにより第２プランジャが第２液室内で往復直
線駆動され、第２液室入口部及び第２液室出口部にはチ
ェックバルブが配設されておらず、第２液室入口が流路
を介して該主ポンプの第１液室出口と連通された副ポン
プと、 該副ポンプの下流側に接続され、送液圧力を検出する圧
力検出器と、 該第１プランジャを該第１液室内で往復直線駆動させ且
つ該主ポンプから吐出される平均流量が設定値になるよ
うに該第１モータの回転を制御し、該第２プランジャを
該第２液室内で往復直線駆動させ該主ポンプの吐出期間
において該副ポンプで吸入しほぼこれを該主ポンプの吸
入期間で吐出し且つ検出圧力が設定圧力になるように該
第２モータの回転を制御し、且つ、該第１プランジャ及
び該第２プランジャの前進及び後退がいずれも加速、定
速及び減速の一連の工程からなるように該第１モータ及
び該第２モータの回転を制御する制御装置と、 を有することを特徴とする往復ポンプ。 ２．上記制御装置は、上記検出圧力に応じて上記主ポン
プのストローク長ｌをl0/η（l0はゲージ圧０のときの
ストローク長であり、ηはポンプの容積効率）として設
定流量になるように上記第１モータの回転を制御する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の往復ポン
プ。 ３．上記主ポンプは、上記第１モータとしてのパルスモ
ータの出力軸と同心にして該出力軸に第１ねじ軸が連結
固定され、該第１ねじ軸が第１中間軸の螺孔に螺入さ
れ、第１ガイドにより該第１中間軸がその軸方向へ案内
され且つ該第１中間軸の回転が阻止され、該第１中間軸
と同心に上記第１プランジャが連結固定されており、 上記副ポンプは、上記第２モータとしてのパルスモータ
の出力軸と同心にして該出力軸に第２ねじ軸が連結固定
され、該第２ねじ軸が第２中間軸の螺孔に螺入され、第
２ガイドにより該第２中間軸がその軸方向へ案内され且
つ該第２中間軸の回転が阻止され、該第２中間軸と同心
に上記第２プランジャが連結固定されている、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の往復ポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62008651A JP2713401B2 (ja) | 1987-01-17 | 1987-01-17 | 往復ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62008651A JP2713401B2 (ja) | 1987-01-17 | 1987-01-17 | 往復ポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63176681A JPS63176681A (ja) | 1988-07-20 |
| JP2713401B2 true JP2713401B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=11698840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62008651A Expired - Fee Related JP2713401B2 (ja) | 1987-01-17 | 1987-01-17 | 往復ポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2713401B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3785207T2 (de) * | 1987-09-26 | 1993-07-15 | Hewlett Packard Gmbh | Pumpvorrichtung zur abgabe von fluessigkeit bei hohem druck. |
| JP4533710B2 (ja) * | 2004-09-22 | 2010-09-01 | 株式会社コガネイ | 薬液送給装置 |
| JP5079516B2 (ja) | 2004-11-23 | 2012-11-21 | インテグリス・インコーポレーテッド | 可変定位置ディスペンスシステムのためのシステムおよび方法 |
| US7878765B2 (en) * | 2005-12-02 | 2011-02-01 | Entegris, Inc. | System and method for monitoring operation of a pump |
| KR101243509B1 (ko) | 2005-12-02 | 2013-03-20 | 엔테그리스, 아이엔씨. | 펌프에서의 압력 보상을 위한 시스템 및 방법 |
| DE102009020414A1 (de) * | 2009-05-08 | 2010-11-11 | Lewa Gmbh | Vergleichmäßigung des Förderstroms bei oszillierenden Verdrängerpumpen |
| JP2012026937A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Arkray Inc | 送液方法、液体クロマトグラフィ装置の制御方法、送液装置、液体クロマトグラフィ装置、及びプログラム |
| JP5549489B2 (ja) * | 2010-09-06 | 2014-07-16 | セイコーエプソン株式会社 | 流体噴射方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2455598A1 (de) * | 1974-11-23 | 1976-05-26 | Franz Orlita | Anlage mit einer verdraengerpumpe, insbesondere dosierpumpe, und einer steuereinrichtung zur konstanthaltung der foerdermenge pro zeiteinheit |
| JPS61178582A (ja) * | 1985-02-01 | 1986-08-11 | Jeol Ltd | 送液ポンプ装置 |
-
1987
- 1987-01-17 JP JP62008651A patent/JP2713401B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63176681A (ja) | 1988-07-20 |
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Legal Events
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