JPH10213061A - 定量プランジャーポンプ及び流体混合搬送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 小形かつ簡便な方法で流体の定量注入や複雑
な異種流体（多成分）混合を可能にした定量プランジャ
ーポンプ及び流体混合搬送システムを実現する。 【解決手段】 流体入口と流体出口を有するシリンダー
２Ａ〜２Ｃ室内をプランジャー１Ａ〜１Ｃが往復動する
ことにより流体を入口より吸引し同出口より吐出する方
式であって、プランジャー１Ａ〜１Ｃのストローク（例
えば、１μｌ／ストローク）は一定にして、そのプラン
ジャー１Ａ〜１Ｃをソレノイド機構５Ａ〜５Ｃの駆動力
により往復動させるとともに、ソレノイド機構５Ａ〜５
Ｃをコンピューターによる電気パルス制御機器６により
制御することによって単位時間当たりのプランジャー１
Ａ〜１Ｃの往復動回数を制御して、搬送流量の複雑な変
化にも対応できるよう定量プランジャーポンプを構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は定量プランジャーポ
ンプ及び該プランジャーポンプを複数系列備えてなる流
体混合搬送システムに関し、特に、医薬品の調合、合成
化学や分析化学の各種工程における薬液・試薬類の混
合、希釈に好適であって、例えば、ＦＩＡ（Flow Injec
tion Analysis ）やＳＦＡ（Stopped Flow Analysis ）
という分析手法における試薬調合システムにも応用で
き、また、潤滑油消費や煙排出を安定させるためにキャ
ブレタに供給される燃料の流動量に基づき燃料と潤滑油
を所定比率に混合する内燃エンジンの混合燃料作成・供
給手段のような分野にも適用可能で、その用いられる産
業上の用途は広範である。

【０００２】

【従来の技術】比較的小容量の流体を連続的に定量性よ
く搬送したり、あるいは異種流体（多成分）を精度よく
混合するには、液体クロマトグラフの送液ポンプに代表
されるように、モーターにより偏心カムを駆動してプラ
ンジャーをシリンダー室内で往復動させ、該室内を流体
で満たしたり空にしたりして一方向に流体を吐出する方
式のプランジャーポンプや、弾性チューブを扱きながら
流体を搬送する方式のいわゆる扱きポンプがよく用いら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のカム駆動方式のプランジャーポンプや扱きポ
ンプにあっては、例えば、２０ｋｇ／ｃｍ² 以上という
ような比較的大きい吐出圧力が求められる用途には有効
であるが、さほど吐出圧力を必要とせず、混合すべき流
体が多成分でしかもその混合比率が複雑であったり、流
量を複雑に変化させたいような用途では、かえって小形
化や簡便さにおいて不十分という問題点があった。

【０００４】本発明は、小形かつ簡便な方法で流体の定
量注入や複雑な異種流体（多成分）混合を可能にした定
量プランジャーポンプ及び流体混合搬送システムを得る
ことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の定量プランジャーポンプにおいては、流体
入口と流体出口を有するシリンダー室内をプランジャー
が往復動することにより流体を入口より吸引し同出口よ
り吐出する方式であって、プランジャーのストロークは
一定にして、そのプランジャーをソレノイド機構の駆動
力により往復動させるとともに、ソレノイド機構をコン
ピューターによる電気パルス制御機器により制御するこ
とによって単位時間当たりのプランジャーの往復動回数
を制御して、搬送流量の複雑な変化にも対応できるよう
にしたものである。

【０００６】また、本発明の流体混合搬送システムにお
いては、上記定量プランジャーポンプを複数系列設ける
とともに、各プランジャーポンプの流体入口側を異なる
流体貯槽に接続し、かつ、所望のプログラムに従って各
プランジャーポンプのソレノイド機構をコンピューター
制御して、多系列の流体搬送ラインから吐出される流体
の流量を加減し、流体の混合比、混合速度あるいは搬送
流量を精度よく制御するようにしたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の定量プランジャーポンプ及び流体混合搬送システムに
ついて説明するに、図１は本発明の定量プランジャーポ
ンプを含む流体搬送ラインＡ系列、Ｂ系列及びＣ系列の
３系列設けてなる流体混合搬送システムの概念図を示
す。

【０００８】図１において、プランジャー１Ａ、１Ｂ及
び１Ｃは、流体入口と流体出口を有するシリンダー２
Ａ、２Ｂ及び２Ｃの室内を往復動し、該室内を流体で満
たしたり空にしたりして一方向に流体を吐出する。即
ち、流体を流体入口より吸引し流体出口より吐出する
が、流体が一方向へのみ移動するようにそれぞれ流体入
口と流体出口にはチェック弁からなる吸入弁３Ａ、３Ｂ
及び３Ｃ、吐出弁４Ａ、４Ｂ及び４Ｃが配置されてい
る。

【０００９】プランジャー１Ａ、１Ｂ及び１Ｃは個々に
対応して設けられたソレノイド機構５Ａ、５Ｂ及び５Ｃ
の駆動力がそのままプランジャーの駆動力となってシリ
ンダー２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの室内を往復動させられ、該
ソレノイド機構５Ａ、５Ｂ及び５Ｃは、後述するコンピ
ューター制御される電気パルス制御機器６により複雑な
パルス・モードの組み合わせによって制御される。

【００１０】即ち、図示しないが、ソレノイド機構５
Ａ、５Ｂ及び５Ｃには、プランジャー１Ａ、１Ｂ及び１
Ｃと固定結合された可動子を有し、該可動子を永久磁石
と固定子との間に配置して電磁気的に動作させることに
よりプランジャー１Ａ、１Ｂ及び１Ｃが往復駆動される
ことになる。

【００１１】シリンダー２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの各流体入
口は吸入弁３Ａ、３Ｂ及び３Ｃを介してそれぞれ異なる
試薬ａ、ｂ及びｃの入った試薬槽７ａ、７ｂ及び７ｃに
接続され、また、各流体出口は吐出弁４Ａ、４Ｂ及び４
Ｃを介して搬送ライン８Ａ、８Ｂ及び８Ｃに接続され、
かつ、これら搬送ライン８Ａ、８Ｂ及び８Ｃは先におい
て合流され、１本の搬送ライン８となって混合槽９に導
かれる。

【００１２】このような流体混合搬送システムにおい
て、例えば、試薬ａ、ｂ及びｃを１：２：３の一定の割
合で混合する場合、流体搬送ラインＡ系列、Ｂ系列及び
Ｃ系列における各プランジャー１Ａ、１Ｂ及び１Ｃのス
トロークを一定（例えば１μｌ／ストローク）にすると
ともに、各プランジャー１Ａ、１Ｂ及び１Ｃのソレノイ
ド機構５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに与える単位時間当りのパル
ス数（パルス回数）を、電気パルス制御機器６を制御し
て１：２：３にすることにより容易に実現することがで
きる。また、時間経過あるいは混合槽９内の条件によっ
て試薬ａ、ｂ及びｃの混合比を変化させたい場合にも、
電気パルス制御機器６をコンピューター（図示せず）に
よって制御することで容易に具現することができる。

【００１３】この場合、流体搬送ラインＡ系列、Ｂ系列
及びＣ系列における各プランジャー１Ａ、１Ｂ及び１Ｃ
の動作は、混合槽９に流れ込む流量を常に一定とするた
め、流体搬送ラインＡ系列、Ｂ系列及びＣ系列のうちい
ずれかの系列だけが吐出状態（流体搬送状態）になって
いるようにパルス制御するのが好ましい。

【００１４】つぎに、本発明の定量プランジャーポンプ
及び流体混合搬送システムに好適なコンピューターによ
るポンプ駆動装置（ソレノイド機構及び電気パルス制御
機器を含む）の一例及び該駆動装置にて発信されるパル
スの一例について、図２及び図３を参照しながら説明す
る。

【００１５】図２及び図３において、例えば、各設定値
Ａ（＝２）、ａ（＝０）、Ｂ（＝３）、ｂ（＝３）、Ｃ
（＝１）、ｃ（＝２）、Ｎ（＝４）、ｎ（＝５）がそれ
ぞれ設定パルスによって各設定値保持器１０〜１７に設
定される。該各設定値保持器１０〜１７の内容はつぎに
異なる設定値と設定パルスが来るまで保持される。

【００１６】カウンタリセットパルスを受けて全てのカ
ウンタ１８〜２５がリセットされた状態で、Ｌレベルの
スタートパルスを受信すると、負論理のＯＲ回路５０か
らカウンタ１８に設定値読取パルスが加えられ、カウン
タ１８は設定値保持器１０の内容を読取るとともに、Ｏ
Ｒ回路２６を介してソレノイド駆動用パワーアンプ５１
を作動させ、ソレノイド機構５Ａを駆動するためのパル
スを発信する。同時に、このパルスはＡＮＤ回路４２に
も入力され、カウンタ用クロックパルスの到来によって
減算パルスをカウンタ１８に与え、設定値保持器１０か
ら読取ったカウント値から“１”を減算する。これによ
りカウンタ１８のカウント値は“１”となり、さらに、
カウンタ１８はＯＲ回路２６を介してソレノイド駆動用
パワーアンプ５１を作動させ、ソレノイド機構５Ａを駆
動するためのパルスを発信し、同時に、このパルスがＡ
ＮＤ回路４２にも入力され、同様にカウンタ用クロック
パルスの到来によって減算パルスをカウンタ１８に与
え、さらにカウント値から“１”を減算する。

【００１７】しかし、今度はカウンタ１８のカウント値
がこれにより“０”となり、負論理のＡＮＤ回路２７か
ら次段のカウンタ１９に設定値読取パルスが加えられ、
カウンタ１９は設定値保持器１１の内容を読取るが、設
定値保持器１１の設定値は“０”であるので、直ちに負
論理のＡＮＤ回路２９から次段のカウンタ２０に設定値
読取パルスが加えられ、カウンタ２０は設定値保持器１
２の内容を読取り、そのカウント値（設定値保持器１２
の設定値）だけＯＲ回路３０を介してソレノイド駆動用
パワーアンプ５２を作動させ、ソレノイド機構５Ｂを駆
動するためのパルスを発信する。

【００１８】カウンタ２０のカウント値が“０”となる
と、負論理のＡＮＤ回路３１から次段のカウンタ２１に
設定値読取パルスが加えられ、カウンタ２１は設定値保
持器１３の内容を読取り、そのカウント値（＝３）が
“０”になるまで減算を繰返すが、この間ソレノイド機
構５Ｂを駆動するためのパルスは発信されず、カウント
値が“０”になると、負論理のＡＮＤ回路３３から次段
のカウンタ２２に設定値読取パルスが加えられる。即
ち、カウンタ１１、１３、１５及び１７はソレノイド駆
動パルスを発信する各カウンタ２０、２２、２４及び１
８間の移行時間、換言すれば、各プランジャーポンプ
（ソレノイド機構５Ａ〜５Ｎ）の動作停止期間を規定す
るものである。

【００１９】このようにしてカウンタ２５まで同様の動
作が繰返され、これで１サイクルが完了するが、カウン
タリセットパルスがなく、異なる設定値と設定パルスが
来なければ、カウンタ２５のカウント値が“０”となる
と、負論理のＡＮＤ回路４１から次段（最初）のカウン
タ１８に負論理のＯＲ回路５０を通して再び設定値読取
パルスが加えられ、２サイクル目に入る。

【００２０】上記ポンプ駆動装置にて発信されるパルス
の一例は、図３からも明らかなように、不連続・不等間
隔・繰返し駆動のパルス発信例であるが、これが簡便に
して任意に、かつ、高精度に調整可能なことは容易に理
解されよう。

【００２１】また、このようなパルス発信例は前述した
試薬混合の場合（即ち、混合槽９に流れ込む流量を常に
一定とするため、流体搬送ラインＡ系列、Ｂ系列及びＣ
系列のうちいずれかの系列だけが吐出状態（流体搬送状
態）になっているようにパルス制御するのが好まし
い。）には、混合槽９の入口での液体圧力及び流量が一
定でないが、流体によっては、各プランジャーポンプの
動作停止期間を積極的に設け、この間に空気等を導入し
て混合・撹拌の効率を高めるために利用することもでき
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、従来のカム駆動方式のプランジャーポンプ
や扱きポンプに比較し、吐出圧力は小さくなるが、さほ
ど吐出圧力を必要としない送液ポンプの用途では、定量
精度がよくなり、かつ、複雑で緻密な流体混合に極めて
有効であり、装置価格も著しく節減できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定量プランジャーポンプを含む流体混
合搬送システムの概念図を示す図である。

【図２】本発明の定量プランジャーポンプ及び流体混合
搬送システムのためのコンピューターによるポンプ駆動
装置の一例を示す図である。

【図３】図２のポンプ駆動装置にて発信されるパルスの
一例を示す図である。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｃ…プランジャー ２Ａ〜２Ｃ…シリ
ンダー ３Ａ〜３Ｃ…吸入弁 ４Ａ〜４Ｃ…吐出
弁 ５Ａ〜５Ｃ…ソレノイド機構 ６…電気パルス制
御機器 ７ａ〜７ｃ…試薬槽 ａ〜ｃ…試薬 ８、８Ａ〜８Ｃ…搬送ライン ９…混合槽 １０〜１７…設定値保持器 １８〜２５…カウ
ンタ ５１〜５４…ソレノイド駆動用パワーアンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体入口と流体出口を有するシリンダー
   室内をプランジャーが往復動することにより流体を入口
   より吸引し同出口より吐出する方式のプランジャーポン
   プにおいて、 プランジャーをそのストロークを一定にしてソレノイド
   機構の駆動力により往復動させるとともに、ソレノイド
   機構を電気パルス制御機器により制御することによって
   単位時間当たりのプランジャーの往復動回数を制御する
   ようにしたことを特徴とする定量プランジャーポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の定量プランジャーポンプ
   を複数系列設けるとともに、各プランジャーポンプの流
   体入口側を異なる流体貯槽に接続し、かつ、所望のプロ
   グラムに従って各プランジャーポンプのソレノイド機構
   を制御するようにしたことを特徴とする流体混合搬送シ
   ステム。