JP4092831B2

JP4092831B2 - 送液装置

Info

Publication number: JP4092831B2
Application number: JP33232999A
Authority: JP
Inventors: 尚衛北川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JP2001147222A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体クロマトグラフやフローインジェクション分析装置などの分析機器において使用される送液装置に関し、特に、記憶部に記憶された回転速度パターンに基づいてモータ制御部により回転を制御される駆動用モータの回転により駆動されるプランジャの往復運動により送液を行なうプランジャ往復動型送液装置に関するものである。
このようなプランジャ往復動型送液装置を適用した送液装置として、２台のポンプ室が直列に接続され、それぞれのプランジャの往復運動により連続的な送液を行なう直列ダブルプランジャポンプや、２台のポンプ室が並列に接続され、かつ、それぞれの液出口が合流され、それぞれのプランジャの往復運動により連続的な送液を行なう並列ダブルプランジャポンプがある。
【０００２】
【従来の技術】
プランジャ往復動型送液装置では、モータ制御回路によって回転速度を制御される駆動用モータの回転に追従するカムの回転運動によってポンプ室内でプランジャが往復運動する。そのプランジャの往復運動と、ポンプ室の液入口側と液出口側にそれぞれ設けられた逆止弁の作用により、移動相などの溶媒がポンプ室内に吸引され、試料注入部側及びカラム側へと吐出される。
【０００３】
溶媒を吐出する際、溶媒の圧縮や逆止弁からの漏れなどにより送液圧力が落ち込み、分析結果に悪影響を与える送液の圧力変動、すなわち脈動が発生する。
従来の送液装置では、脈動を抑制するために、プランジャの原点位置を検出する原点検出手段を利用して吐出開始時に駆動用モータの回転速度を加速することによって溶媒の圧縮を早めたり、溶媒の送液圧力を検出する圧力検出手段を利用して送液圧力を監視しながら駆動用モータの回転速度を調整（フィードバック制御方式）したりしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、吐出開始時に駆動用モータの回転速度を加速して溶媒の圧縮を早める方法では溶媒の圧縮に起因する脈動成分は除去できるが、加速区間でしか脈動を補正できず、他の区間における脈動成分を除去することができないという問題があった。
また、フィードバック制御方式では、例えばポンプ室内に気泡が入った場合に圧力変動を抑制しようとする方向に駆動用モータの回転速度を制御してしまうため、脈動の形や大きさが時間とともに変化するという結果を招き、かえって送液の安定性が悪くなるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、脈動の時間的変化を生じさせることなく、駆動用モータの加速区間のみならず他の区間における脈動成分も抑制し、脈動の小さい安定した送液を実現できる送液装置を提供すること目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、記憶部に記憶された回転速度パターンに基づいてモータ制御部によって回転速度を制御される駆動用モータにより駆動されるプランジャの往復運動により送液を行なうプランジャ往復動型送液装置であって、送液圧力を検出する圧力検出手段と、駆動用モータの回転角を検出する回転角検出手段と、駆動用モータの回転に伴なう圧力検出手段及び回転角検出手段の検出情報に基づいて、送液圧力値を予め設定された複数の回転角区間に分割して取り込み、各回転角区間ごとに脈動を抑制する方向に駆動用モータの回転速度を修正して回転速度パターンを求め、記憶部の回転速度パターンを変更することのできる回転速度演算部とを備えるものである。
【０００７】
回転速度パターン変更の信号が入力されると、回転速度演算部は、駆動用モータの回転に伴なう圧力検出手段及び回転角検出手段の検出情報に基づいて、送液圧力値を予め設定された複数の回転角区間に分割して取り込み、各回転角区間ごとに脈動を抑制する方向に駆動用モータの回転速度を修正して回転速度パターンを求め、記憶部の回転速度パターンを変更する。
モータ制御部は、記憶部の回転速度パターンに基づいて各回転角区間ごとに回転速度を制御して駆動用モータを回転させるので、回転速度パターン変更の信号入力がない限り、駆動用モータは同じ回転速度パターンに基づいて回転する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
回転速度演算部での回転速度パターンの修正方法の具体例を例示すると、各回転角区間の圧力検出値が全回転角区間の平均値になるように回転速度パターンを求める方法である。
全回転角区間における送液圧力値の平均値を算出し、各回転角区間の送液圧力値が全回転角区間の平均値になるように各回転角区間ごとに駆動用モータの回転速度を算出して、回転速度パターンを求める。
また、各回転角区間の圧力検出値が予め設定された一定の値になるように各回転角区間ごとに駆動用モータの回転速度を算出するようにしてもよい。
【０００９】
【実施例】
図１は、本発明を直列ダブルプランジャポンプに適用した一実施例を表す概略構成図である。
１次側ポンプ室２ａと２次側ポンプ室４ａがあり、１次側ポンプ室２ａにつながる液入口側の流路６には逆止弁８が備えられており、液出口側の流路１０には逆止弁１２が備えられている。流路１０は２次側ポンプ室４ａの液入口側の流路でもある。２次側ポンプ室４ａの液出口側の流路１４は、試料注入部及びカラムへ接続されている。流路１４には送液圧力を検出する圧力センサ１６が設けられている。
【００１０】
１次側ポンプ室２ａにプランジャ２ｂが、２次側ポンプ室４ａにプランジャ４ｂが往復移動可能に配置されている。プランジャ２ｂ，４ｂの基端部には、カム２ｃ，４ｃが接触している。カム２ｃ，４ｃは、駆動用モータ２０の回転軸１８に取り付けられており、回転軸１８を介して、駆動用モータ２０の回転に追従して回転する。駆動用モータ２０としてステッピングモータを使用する。
回転軸１８には、周囲の一部に切欠き部が形成された原点検出用ディスク２２が取り付けられており、ディスク２２は駆動用モータ２０の回転に追従して回転する。ディスク２２の付近には、その切欠き部を検出する原点検出用フォトセンサ２４が配置されている。
圧力センサ１６及びフォトセンサ２４はマイクロコンピュータ２６に電気的に接続されており、それらの検出信号はマイクロコンピュータ２６に送られる。
【００１１】
マイクロコンピュータ２６は以下に示す機能を備えている。
圧力センサ１６の検出信号に基づいて送液圧力を検出する圧力検出部２８が設けられている。フォトセンサ２４の原点位置を示す検出信号と後述するモータ制御部３６からの駆動用モータ２０を駆動する駆動パルス数に基づいて駆動用モータ２０の回転角を検出する回転角検出手段３０が設けられている。
この実施例では、本発明を構成する圧力検出手段は圧力センサ１６及び圧力検出部２８によって実現され、回転角検出手段はディスク２２、フォトセンサ２４及び回転角検出部３０によって実現される。
【００１２】
回転速度演算部３２は、圧力検出部２８からの圧力情報及び回転角検出部３０からの回転角情報に基づいて、送液圧力値を予め設定された複数の回転角区間に分割して取り込み、各回転角区間ごとに平均圧力値を算出し、全回転角区間における総合平均圧力値を算出し、各回転角区間について平均圧力値が総合平均圧力値になるように駆動用モータの回転速度を演算して、各回転角区間の回転速度を示す回転速度パターンを求めて、記憶部３４が記憶している回転速度パターンを変更できるものである。この実施例では、駆動用モータ２０の１回転（３６０°）を等間隔に２０区間に分割したので、１回転角区間は１８°である。
記憶部３４は、予め設定された回転速度パターン又は回転速度演算部３２により変更された回転速度パターンを記憶している。モータ制御部３６は、回転角検出部３０の回転角情報及び記憶部３４の回転速度パターンに基づいて駆動用モータ２０の回転速度を制御する。
【００１３】
送液時には、モータ制御部３６の制御によって駆動用モータ２０が回転し、回転軸１８、カム２ｃ，４ｃ及びディスク２２が回転し、カム２ｃ，４ｃの回転に連動してプランジャ２ｂ，４ｂが往復運動する。
プランジャ２ｂが前進（吐出）するときはプランジャ４ｂが後退（吸引）し、逆止弁８が閉じて、１次側ポンプ室２ａの液が流路１０及び逆止弁１２を介して２次側ポンプ室４ａに送られる。このとき、１次側ポンプ室２ａの吐出流量と２次側ポンプ室４ａの吸引流量の流量差がポンプ全体の吐出流量となる。
プランジャ２ｂが後退する時はプランジャ４ｂが前進し、逆止弁１２が閉じて、１次側ポンプ室２ａに流路６及び逆止弁８を介して液が充填されるとともに、２次側ポンプ室４ａの液が吐出される。このときは、２次側ポンプ室４ａの吐出流量がポンプ全体の吐出流量となる。
【００１４】
図２はこの実施例の回転速度パターン変更時の動作を示すフロー図である。
記憶部３４には図３に示される回転速度パターンが記憶されているものとする。
まず、駆動用モータ２０を回転させてディスク２２、フォトセンサ２４及び回転角検出部３０によって原点を検出した後、モータ制御部３６は図３のような回転速度パターンを記憶部３４から読み出す。
回転速度パターンを変更するときは使用者により回転速度パターン変更ボタンが押されて回転速度パターンを変更する信号がマイクロコンピュータ２６に入力される。回転速度パターンを変更しないときはモータ制御部３６により記憶部３４から読み出した回転速度パターンに基づいて駆動用モータ２０を回転させる。
【００１５】
回転速度パターンを変更するとき、モータ制御部３６により記憶部３４から読み出した回転速度パターンに基づいて駆動用モータ２０を回転させる。そのとき、回転速度演算部３２は、圧力検出部２８からの圧力情報及び回転角検出部３０からの回転角情報に基づいて、図４に示すような、駆動用モータ２０の１回転中における各回転角区間の平均圧力値を得るとともに、全回転角区間における総合平均圧力値を算出する。
【００１６】
回転速度演算部３２は、各回転角区間について平均圧力値が総合平均圧力値になるように、平均圧力値が総合平均圧力値よりも高い回転角区間では速度を下げ、逆に平均圧力値が総合平均圧力値よりも低い回転角区間では速度を上げるように回転速度パターンを修正することによって、図５に示すような回転速度パターンを求め、記憶部３４に記憶されている回転速度パターンを変更する。これにより、駆動用モータ２０の加速区間のみならず他の区間における脈動成分も抑制することができる。
【００１７】
その後、モータ制御部３６は記憶部３４から新たな回転速度パターンを読み出し、モータ制御部３６はその新たな回転速度パターンに基づいて駆動用モータ２０を回転させる。
モータ制御部３６は記憶部３４の回転速度パターンに基づいて各回転角区間ごとに回転速度を制御して駆動用モータ２０を回転させるので、回転速度パターン変更の信号入力がない限り、駆動用モータ２０は同じ回転速度パターンに基づいて回転される。これにより、フィードバック制御方式のように脈動の時間的変化を生じさせることはない。
【００１８】
回転速度パターンを変更する際、新たな回転速度パターンを求めた後、連続して二度、三度と新たな回転速度パターンを求める作業を繰り返すようにすれば、さらに信頼性のある回転速度パターンを求めることができる。
このように、脈動の時間的変化を生じさせることなく、駆動用モータ２０の全回転角区間において脈動成分を抑制できるので、脈動の小さい安定した送液を実現できる。
【００１９】
上記の実施例では、駆動用モータ２０の１回転分を等間隔の回転角区間に分割しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力変動の大きい回転角区間についてはより細かい区間に分割するなど、どのように分割してもよい。
また、各回転角区間の平均圧力値を得る際、駆動用モータ２０を１回転させて平均圧力値を算出しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、駆動用モータ２０を複数回転にわたって回転させて、各回転角区間について、各回転時の平均圧力値の平均を取るようにしてもよい。
【００２０】
また、上記の実施例では、本発明を直列ダブルプランジャポンプに適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばポンプ室が１つのシングルプランジャポンプや、逆止弁を入口側及び出口側にそれぞれ備えた２つのポンプ室が並列に配置された並列ダブルプランジャポンプなど、プランジャの往復運動により送液を行なう送液装置であれば、本発明を適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の送液装置では、回転速度パターンを変更できるようにし、変更の際には、回転速度演算部により、駆動用モータが１回転したときの圧力検出手段及び回転角検出手段の検出情報に基づいて、送液圧力値を複数の回転角区間に分割して取り込み、各回転角区間ごとに脈動を抑制する方向に駆動用モータの回転速度を修正して回転速度パターンを求めて記憶しておき、次回に回転速度パターンを変更する時までその回転速度パターンに基づいて駆動用モータを回転させるようにしたので、脈動の時間的変化を生じさせることなく、駆動用モータが１回転する間に発生するすべての脈動成分を抑制でき、脈動の少ない安定した送液を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直列ダブルプランジャポンプに適用した一実施例を表す概略構成図である。
【図２】同実施例の回転速度パターン変更時の動作を示すフロー図である。
【図３】変更前の回転速度パターンを示す図である。
【図４】回転速度パターン変更時に回転速度演算部により算出した各回転角区間ごとの平均圧力値を示す図である。
【図５】変更後の回転速度パターンを示す図である。
【符号の説明】
２ａ１次側ポンプ室
４ａ２次側ポンプ室
２ｂ，４ｂプランジャ
２ｃ，４ｃカム
６，１０，１４流路
８，１２逆止弁
１６圧力センサ
１８回転軸
２０駆動用モータ
２２原点検出用ディスク
２４原点検出用フォトセンサ
２６マイクロコンピュータ
２８圧力検出部
３０回転角検出部
３２回転速度演算部
３４記憶部
３６モータ制御部

Claims

記憶部に記憶された回転速度パターンに基づいてモータ制御部によって回転速度を制御される駆動用モータにより駆動されるプランジャの往復運動により送液を行なうプランジャ往復動型送液装置において、
送液圧力を検出する圧力検出手段と、
前記駆動用モータの回転角を検出する回転角検出手段と、
前記駆動用モータの回転に伴なう前記圧力検出手段及び前記回転角検出手段の検出情報に基づいて、送液圧力値を前記駆動用モータの１回転にわたって予め設定された複数の回転角区間に分割して取り込み、各回転角区間ごとに平均圧力値を算出するとともに、全回転区間における総合平均圧力値も算出し、各回転角区間の送液平均圧力値が前記総合平均圧力値になるように前記駆動用モータの回転速度を修正して回転速度パターンを求め、前記記憶部の回転速度パターンを変更することのできる回転速度演算部と、を備えたことを特徴とする送液装置。
前記回転角区間への分割は、送液圧力値に基づいて、圧力変動の大きい回転角区間についてはより細かい区間に分割する請求項１に記載の送液装置。