JPH02176174A - 無脈動ポンプの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、無脈動ポンプに係り、特に圧力脈動を小さく
するようにプランジャの位相制御を行う無脈動ポンプの
制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭６３−１７３８６６号公報に記載
のように、吸入通路と吐出通路に逆止弁を有するシリン
ダヘッド中に形成したポンプ室中で往復運動するプラン
ジャ及びプランジャを往復運動させるだめの駆動装置か
らなる二連式往復動型無脈動ポンプにおいて１合成吐出
意の圧力検出信号の時間微分信号を出力する回路とプラ
ンジャの位置を検出する回路とを設け、それらの出力信
号をマイクロコンピュータに入力して、二つのプランジ
ャの速度の和が一定となる駆動パターンを算出し。

該駆動パターンを、前記合成吐出斌の圧力の時間微分値
の符号反転しゃ値に比例した値を、該駆動パターンに加
算することによって、逐時補正するようなプランジャの
速度制御を行って圧力脈動を低減していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術吐出圧力信号が正確にマイクロコンピュー
タに入力されない場合には、正常に機能せず、脈動を大
きくしてしまうという問題点があった。

一般に、液体クロマトグラフィ用ポンプにおいては、吐
出流量を高範囲で変化させる必要がある。

このため、このポンプにおける適用流Ｍ範囲全体で、上
記制御方法が有効でなくてはならない、しかしながら、
吐出流量が変わった場合、ピストン駆動速度が変化し、
それにつれて吐出圧力の絶対、値および圧力脈！ｊノの
同期も変化し、吐出圧力値をＡ／Ｄ変換してマイクロコ
ンピュータに取り込む時間間隔（以後、これをサンプリ
ングタイムと呼ぶ、）一定では、吐出圧力の信号を正確
に把握することがむずかしい。また、吐出流量が小さく
なった場合、比例的に吐出圧力値も小さくなるため、Ａ
／Ｄ変換器の分解能と吐出圧力値のマツチングが悪くな
り、吐出圧力の変化を読みとりにくい、またＳ／Ｎ比が
あまり良くない等の理由で、吐出圧力値を正確にマイク
ロコンピュータに取り込めず、前記制御方法を行う場合
に、プログラム誤動作してかえって脈動を大きくさせて
しまう、などの問題点があった。

本発明の目的は、吐出流量が広範囲に変化しても、上記
制御方法により圧力脈動が効果的に低減される無脈動ポ
ンプを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、圧力センサからの吐出圧力
信号をＡ／Ｄ変換してデジタル値に直すＡ／Ｄ変換器と
、そのデジタル化した吐出圧力信号を常に一定に保つよ
うにピストン駆動速度を制御するマイクロコンピュータ
との間を、サンプリングタイムをコントロールするコン
トロールラインと、吐出圧力信号をマイクロコンピュー
タに入力するデータラインとで接続し、前記制御方法が
誤動作しないように、各吐出流産に応じてサンプリング
タイムを変えて吐出圧力信号をマイクロコンピュータに
取り込むようにしたものである。

〔作用〕

液体クロマトグラフ等に用いられる無脈動ポンプは、理
想的には脈動なく連続吐出できることが望ましく、また
、高圧の液体を吐出する必要があるため、例えば第２図
に示すように、１つの往復動ポンプの吸入側と吐出側に
逆止弁を設け、吐出弁の出口を極の１つの往復動ポンプ
に連通させた構成の二連式の往復動ポンプが用いられる
。この往復動ポンプの２つのプランジャを駆動する構成
には、例えば第３図のように各プランジャを別々のモー
タからカムを介して駆動するもの、例えば第４図のよう
に、各プランジャを別々のモータからボールねじなどの
回転直線運動変換機構を介して駆動するものがある。２
つのプランジャの速度指令パターンは、例えば第５図に
示すとおりであり、逆止弁の効果を入れると２つのプラ
ンジャの速度の和は一定になるように動作される。こう
することによって、原理的に脈動のないポンプとなる。

しかし、高圧の液体を連続吐出させるためには、プラン
ジャの運動方向及び速度を切り換えなければならず、こ
の切り換えタイミング時に逆止弁の応答遅れ、駆動系の
ガタ、低圧から高圧に圧縮するためのタイミングのずれ
などのため、実質のピストン速度が低下することにより
圧力が低下して、大きな圧力リップルが生じる。また、
切り換えタイミング時以外では、モータの回転速度変動
などによる小さな圧力脈動が生じている。

これらの圧力脈動を除去するため、プランジャを駆動す
るモータに速度指令を与えるマイクロコンピュータに、
圧力センサで検出された吐出圧力信号を一定の時間間隔
（以下、サンプリングタイムという）で取り込んで、圧
力脈動の変動分を除去するのに適正な大きさのプランジ
ャ速度及び位相差の制御を行っていた。

一般に、液体クロマトグラフィ用ポンプでは。

吐出流量を高範囲に切り換える必要がある。このため、
この適用流量範囲全体で前記制御方法が有効に働かなく
てはならない、しかしながら、吐出流量が変わった場合
、ピストン駆動速度が変化するため、圧力脈動の周期も
変化し、サンプリングタイム一定では吐出圧力信号を正
確に把握できない、また、吐出流量が小さくなるにつれ
て比例的に吐出圧力値も小さくなるため、Ａ／Ｄ変換器
の分解能を吐出圧力値のマツチングが悪くなり、サンプ
リングタイムが適切でないと、吐出圧力値としてノイズ
信号をひろってしまい、速度制御プログラムが誤動作す
る。このような問題点を解決するため、圧力センサから
の吐出圧力信号をＡ／Ｄ変換してデジタル値にするＡ／
Ｄ変換器と、その吐出圧力信号を演算処理して吐出圧力
を常に一定に保つようにピストン駆動信号を゛出力する
マイクロコンピュータとの間を、サンプリングタイムを
コントロールするコントロールラインと、吐出圧力信号
を送信するデータラインとで接続し、吐出圧力信号の信
号周波数とその信号の精度に応じてサンプリングタイム
を逐次変えて、吐出圧力信号を取り込むようにした。

すなわち、吐出流量が小さい場合は、Ａ／Ｄ変換される
吐出圧力値が小さい、また、吐出流量が少ないためピス
トン駆動速度が遅くなるため、圧力脈動の周期も長くな
る。従って、このような場合には、サンプリングタイム
の同期を長くすることによって、吐出圧力信号に含まれ
るノイズの影響を少なくシ、吐出圧力信号を正確につか
まえることができる。

一方、吐出流量が大きい場合には、ピストン駆動装置が
早くなり、それに伴なって圧力脈動の周期も短くなるた
め、サンプリングタイムが長ずざると吐出圧力の変動を
とらえきれない。従って、サンプリングタイムを短く設
定する必要がある。

このように、吐出流量と吐出圧力値の精度によって、サ
ンプリングタイムをマイクロコンピュータのプログラム
で変更することによって適正な圧力脈動の補正を行うこ
とができる６ また、このサンプリングタイムの制御方法は、信号周波
数に応じてサンプリングタイムを補正する回路を備えた
Ａ／Ｄ変換器を用いることによっても代用することが可
能である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一例を示す説明図である。

第２図は本発明に用いる制御回路系統図であり、第３図
および第４図は本発明が適用される二連式往復ポンプ３
０．３１の詳細図でカム機構によるものとボールねじ機
構によるものとを示している。

第３図において、パルスモータ１、パルスモータ１と同
一軸上に配置されたカム２とはそれぞれベルト３で連結
されている。カム２にはカムフォロワ４，５が当接され
、これらのカムフォロワ４゜５はそれぞれ第１ピストン
６および第２ピストン７に固定されている。第１ピスト
ン６にはスプリング８が、第２ピストン７にはスプリン
グ９が設けられ１両スプリング８，９によりカムフォロ
ワ４．５はカム２に接近する方向に付勢されている。

第１ピストン６、第２ピストン７の先端には第１プラン
ジヤ１０、第２プランジヤ１１が取り付けられ、第１プ
ランジヤ１０、第２プランジヤ１１はシリンダヘッド１
２に形成されたポンプ室１３゜１４内に往復自在に挿入
されている。１５．１６はポンプ室１３．１４を密閉す
るシール、１７゜１８は第１ピストン６の前後に配置さ
れた逆比弁である。

第１プランジヤ１０と第２プランジヤ１１の合成速度の
和が第５図（ａ）の如く一定となるように、カム２のカ
ム面形状は創成されている。

また、第１プランジヤ１０は第２プランジヤ１１の倍の
速度で動くようになっており、第１ポンプは補償を行な
いつつ第２ポンプに液体を吐出し、第１ポンプが吸入行
程のときは、逆止弁が作用することにより、第２ポンプ
のみで送液することができる。

また、第４図は前述したカム２の代わりにボールねじ２
０を設け、このボールねじ２０によってパルスモータ１
の回転運動を直線往復運動に変換するようにした二連式
往復、ポンプ３１であり、他の構成は前述した二連式往
復ポンプ３０と同様である１図中２２はボールねじ２０
と遊星歯車減速ｆｉ２１を支持するスラスト軸受である
。なお。

ボールねじ２０によって第１プランジャ１０．第２のプ
ランジャ１１は第５図（ｂ）の如く動き、その合成速度
は一定となるようになっている。

上述した二連式往復ポンプ３１を使用した場合の圧力脈
動を抑える方法について、第２図を参照して説明する。

図に示すように、流量設定器（あるいは外部流量コント
ローラ）３２はコード変換回路３３を介してマイクロコ
ンピュータ３４に接続されている。スタート、ストップ
ボタン３５はパルス発生回路３６を介してマイクロコン
ピュータ３４に接続されている。一方、マイクロコンピ
ュータ３４はパルスモータドライバ３７を介して二連式
往復ポンプ３１のパルスモータ１に連結されている。ま
た、二連式往復ポンプ３１の吐出側には液体クロマトグ
ラフィ等（図示せず）が接続され、その途中に圧力セン
サ３８が設けられている。圧力センサはＡ／Ｄ変換帰３
９を経て、コントロールライン４０及びデータライン４
１を介してマイクロコンピュータ３４に連結されている
。

次に本実施例の動作について説明する。

まず、流量設定器３２で設定された流祉設定信号は、コ
ード変換回路３３で二進化十進コードから二進コードに
変換された後、マイクロコンピュータ３４に入力される
。またスタート・ストップボタンからスタート信号がパ
ルス発生回路３６を経てマイクロコンピュータ３４に入
力されると。

マイクロコンピュータ３４はパルスモータ１１ｍ周波数
等を計算して５その出力ポートからパルスモータドライ
バ３７へ第５図（ｂ）で示したプランジャ速度駆動パタ
ーンをつくり出すパルス列１回転方向を決める信号、電
流制御信号等を出力する。

これらの信号はパルスモータドライバ３７で分配されて
、２台のパルスモータ１を駆動する。パルスモータｌが
回転すると遊星歯車減速器２１により減速され、スラス
ト軸受２２．ボールねじ２０よりなる駆動伝達系を介し
て回転運動が直線往復運動に変換され、第１プランジヤ
１０、第２プランジヤ１１を往復運動させて、前記第５
図（ｂ）を用いて説明したような送液のしかたで、液体
を高圧にして吐出する。この場合、前に述べた逆止弁１
７，１８の応答遅れの他、液体を低圧から高圧に変換す
る際の体積弾性率が使用する液体で異なること等の原因
で、ピストンの速度切り換えのタイミングがずれて脈動
が発生する。圧力センサ３８がライン圧力と圧力変動を
検出し、その検出信号は図示はしていない増幅器及びノ
イズ除去するためのフィルタを通してＡ／Ｄ変換器３９
でデジタル信号に変換され、コントロールライン４０よ
り指示した時間間隔（以後これをサンプリングタイムと
呼ぶ、）でデータライン４１よりマイクロコンピュータ
３４に入力される。

マイクロコンピュータ３４は、この検出信号をもとに、
合成吐出圧を常に一定に保つようにピストン駆動信号を
制御する。

一般に、液体グロマトグラフイ用ポンプにおいては、吐
出流量を広い範囲で変化させる必要がある。このため、
このポンプの適用流社範囲全体で。

吐出圧力信号をフィードバックしてピストン速度を補正
し、圧力脈動を低減するという制御方法が有効に動作し
なくてはならない。しかしながら、吐出流量が変わった
場合、ピストン駆動速度が変化するため圧力脈動の同期
も変化し、サンプリングタイム一定では、吐出圧力信号
を正確に把握できない。また、吐出流量が小さくなるに
つれて比例的に吐出圧力値も小さくなるため、Ａ／Ｄ変
換器の分解能と吐出圧力値のマツチングが悪い、またＳ
／Ｎ比が良くない等の理由で、吐出圧力値を正確にマイ
クロコンピュータに取り込めず、前記制御方法を行う場
合にプログラムが誤動作するなどの問題が生じる。この
ような問題点を解決するため、各吐出流量に応じて前記
制御方法が誤動作しないように、サンプリングタイムを
変えて吐出圧力信号を取り込むようにした。

以下、第１図をもとに説明する。この図において第２図
と同一番号は同一部分を示す。

吐出流量が小さい場合、Ａ／Ｄ変換される吐出圧力値は
小さくなる。そのため、吐出圧力の出力レベルに対する
Ｓ／Ｎ比が悪く、あまり短い周期でサンプリングすると
、吐出圧力信号ではなくノイズ信号を取り込んでしまい
プログラムが誤動作する。また、ピストン駆動速度が低
いため圧力脈動の周期も長い。そのため、サンプリング
タイムをマイクロコンピュータ３４で比較的長く設定し
て、その時間間隔で吐出圧力を取り込む信号をコントロ
ールライン４０からＡ／Ｄ変換器３９に与え、圧力セン
サ３８で検呂されＡ／Ｄ変換された吐出圧力信号を、デ
ータライン４１よりマイクロコンピュータ３４に取り込
む、マイクロコンピュータ３４は圧力脈動を低減するピ
ストン速度制御信号をパルスモータドライバ３７を介し
て、ポンプ３１に指令する。

一方、吐呂流斌が大きい場合は、ピストン駆動速度が早
くなり、それに伴なって圧力脈動の周期も短くなるため
、サンプリングタイムが長ずざると吐出圧力の変動をと
らえきれない、また、吐出圧力値が大きいためＳ／Ｎ比
が良くなり、短い時間間隔で吐出圧力値を取り込んでも
、ノイズの影響が小さく、プログラムが正常に機能して
脈動を低減できる。したがって、短いサンプリングタイ
ムでＡ／Ｄ変換器３９から吐出圧力値を取り込むように
指令する。

本実施例によれば、設定流量と吐出圧力値の精度によっ
て、サンプリングタイムをマイクロコンピュータ３４で
変えて、コントロールライン４０からの指令でＡ／Ｄ変
換器をコントロールすることにより、吐出圧力変動を正
確に把握することができ、適正な圧力脈動の補正を行う
ことができる。

また、この制御方法は、信号周波数に応じてサンプリン
グタイムを補正する回路を備えたＡ／Ｄ変換器を用いる
ことによっても代用することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、吐出流量が広い範囲で変わった場合で
も、吐出圧力値の変動を正確にとらえることができるの
で、制御のプログラムの誤動作を防止でき、圧力脈動が
低減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２図はポン
プの制御回路系統図、第３図はカム機構を用いた二連式
往復ポンプの要部断面図、第４図回路、３７・・・パル
スモータドライバ、３８・・・圧力センサ、３９・・・
Ａ／Ｄ変換器、４０・・・コントロールライン、４１・
・・データライン。 翫、：） ターンを示す線図である。 １・・・パルスモータ、２・・・カム、３・・・ベルト
、６゜７・・・第１．第２ピストン、１０．１１・・・
第１．第２プランジヤ、１２・・・シリンダヘッド、１
５゜１６・・・シール、１７，１８・・・逆止弁、２０
・・・ボールねじ、２１・・・遊星歯車減速機、３０．
３１・・・二連式往復ポンプ、３２・・・流景設定器、
３３・・・コード変換回路、３４・・・マイクロコンピ
ュータ、３５・・・スタート・ストップボタン、３６・
・・パルス発生洒 図 循 ３・ベルト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ピストン往復式の２台のポンプを直列に接続すると
   ともに、前記両ポンプのピストン速度を互いに逆に切り
   換えることにより、一方のポンプを吸入行程とした時、
   他方のポンプを吐出行程として、前記両ポンプの合成吐
   出圧を一定に保つポンプと、前記合成吐出圧を検出する
   検出器、その検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、
   そのデジタル化された吐出圧力値をもとに合成吐出圧を
   一定に保つように駆動信号を制御するマイクロコンピュ
   ータより成る二連式往復動型無脈動ポンプにおいて、前
   記Ａ／Ｄ変換された吐出圧力値をマイクロコンピュータ
   に取り込むサンプリングタイムを、デジタル化された吐
   出圧力値の精度と圧力脈動の周期に応じてマイクロコン
   ピュータ内のプログラムにおいて決定することを特徴と
   する無脈動ポンプの制御方法。 ２、前記Ａ／Ｄ変換された吐出圧力値を、圧力脈動の周
   期に対応したサンプリングタイムブマイクロコンピュー
   タに取り込むような制御回路を有することを特徴とする
   前記第１項記載の無脈動ポンプ。 ３、前記Ａ／Ｄ変換器において、被Ａ／Ｄ変換信号の信
   号周波数に応じで、サンプリングタイムを補正するよう
   な回路を備えた特許請求の範囲第１項記載の無脈動ポン
   プ。