JPS5815629B2 - 流体送出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は背圧が加わる場合に適用するに好適な流体送出
装置に関する。

一般に、流体を無脈流で送液することが要求される装置
としては種々あるが例えば液体クロマトグラフのような
装置においては、溶離液をカラムに流す場合、流量の変
動がなくまた脈流のないことが要求され、カラムの抵抗
が大きくても高い流速で溶離液か流れることが要求され
る。

このため液体クロマトグラフのような装置では送液手段
としてポンプが用いられている。

従来量も広く用いられてきたこの種のポンプを第１図に
示す。

すなわち第１図においてシール２でシールされたピスト
ン１が右方向に動くと弁３が閉じ、弁４が開いて吸入口
５より室７へ液が吸入される。

次に、ピストン１を左方向へ動かすと弁３か開き、弁４
が閉じ、室７内の液が吐出口６より吐出される。

かくして、ピストン１の往復運動によりカラムへ溶離液
を連続的に供給することができる。

流量はピストン１のストローク長を変えるか、ストロー
ク長を一定としてピストン１の往復運動の速さを変える
ことにより設定することかできる。

しかし、この種のポンプでは、その吐出パターンは例え
ば第２図のごとくなり吐出液は脈流を伴う。

このためこの脈流を緩衝するためのダンパー装置を用い
て脈流を平滑化する必要があるが、このような装置を用
いても完全には脈流は除去できないし、ダンパーのよう
な大きなデッドボリュームを有する装置を用いることは
溶離液の交換などが迅速に行なえない欠点がある。

さらにもう一つの大きな欠点は背圧が高くなると流量が
低下することである。

これは背圧が低い場合にはピストンの正味の置換体積だ
けの吐出量が得られるが、高い場合には吸入時と吐出時
で室７の圧力差か大きくなるため、シールのよじれ、弁
の開閉、液体の圧縮などにピストンの置換体積の一部か
使われるためである。

脈流を除去するために他に考えられる方法としては、例
えば第１図のポンプを２台組合せ、第３図に示すように
１台のポンプの吐出パターンはイの如く、他の１台の吐
出パターンは口の如く交互に吐出させ、その合成パター
ンをハ（太線）のように無脈流にすることが考えられる
。

しかしこの方法では上述のように背圧か高い場合には吐
出量か低下し、したがって第４図に示すように、個々の
ポンプの吐出パターンが二、ホのように第３図イ１０の
吐出パターンに比べ巾狭くなり、合成吐出パターンはへ
（太線）のように脈流となる。

また第１図のチェック弁３，４は気泡、ゴミなどが混入
すると動作不良を起こし易いがポンプ２台を用いる方式
ではそれだけ弁によるトラブルの発生率か増加し、保守
か面倒である。

本発明の目的は、背圧の大きさが変わっても送液ポンプ
の予備圧縮の程度を１カ所で調節するだけで脈流発生を
防止することかでき、かつ故障も低減できる流体送出装
置を提供することにある。

本発明は、ポンプ同士を組合せた送液方式ではなく、チ
ェック弁（逆止弁）を有する１台のポンプと容積可変装
置とを組合せた送液方式である点。

ポンプ吐出時にはポンプと背圧源とが連通されるように
ポンプさ背圧源との間に容積可変装置を設けている点、
ビストンストローク長可変手段を用いている予備圧縮量
の調節箇所は１カ所だけである点、ポンプの吐出行程の
一部と容積可変装置の一部とが重なるように動作される
点、という特徴を備えている。

第５図は本発明に其づく一実施例を説明するための図で
ある。

第５図において８は流体を吸入したり、吐出したりする
ポンプ作用を有する第１の装置で、本実施例においては
往復ピストンポンプを用いており、その構成は流体を吸
入する吸入口２５、流体の吸入時および吐出時にそれぞ
れ開閉する弁２１および２２、流体の吸入、吐出の際に
通路となる室１６、ピストン１２、ピストン１２をシー
ルするシール１８、バネ１４およびベアリング１９を介
して上記ピストンを７駆動するためのカム１０から構成
される。

容積可変装置９はポンプ装置８の吐出時に吐出液の一部
を吸入蓄積し、ポンプ装置８の吸入時に上記吸入蓄積し
た流体を吐出するダンパー作用だけを有するものであっ
てポンプ作用を有しない。

本実施例では容積可変装置９をダンパーと称する。

このダンパー９の構成は、ポンプ装置８とは流体の吸入
、吐出に応じて開閉する弁を有しないことを除いては同
じとなっている。

尚、２６は吐出口である。

ピストン押圧部材２３は背圧による流量低下吐出パター
ンのずれの補償を行なうためのストッパからなる。

このストッパ２３の位置はツマミ２４により調節できる
ようになっている。

補償の最適ストッパ位置の設定は例えば、吐出側流路に
つけた圧力計の圧力のふれを最小とする位置にツマミ２
４を廻して設定するようにすればよい。

そのほか圧力のふれを電気信号として取り出し、信号の
リップル巾を最小とするようサーボ機構により自動調節
するように構成してもよい。

以上の構成において、往復ピストンポンプ８はピストン
１２か右方に動くとチェック弁２１か開き、チェック弁
２２が閉じて吸入口２５より液を室１６内へ吸い込み、
次にピストン１２が左方へ動くと弁２１か閉じ、弁２２
か開いて室１６内の液を排出する。

ピストン１２はシール１８によりシールされている。

ピストン１２はカム１０によりベアリング１９を介して
駆動され、バネ１４により復帰し、常にカム１０とベア
リング１９とは接している。

ダンパー９はピストン１３により室１７の体積か変わり
、第６図に示されているようにポンプ８が吐出したとき
その液の一部を吸入し、ポンプ８の吸入時にこれを吐出
するようにピストン１３は動く。

かくして吐出口２６からは無脈流な液か吐出される。

容積可変装置のピストン１３はカム１１によりベアリン
グ２０を介して駆動され、バネ１５により復帰し、常に
カム１１によりベアリング２０とは接している。

尚、カム１０とカム１１はモーター（図示せず）により
駆動される。

吐出量はモータの速度を変えることにより設定する。

ポンプ８は上述したように第１図に示したと同じ往復ピ
ストンポンプを用いているので吸入、吐出を交互にくり
返すことによって吐出された液は脈流を伴う。

そこで内容積可変のダンパー９によりポンプ８より吐出
された液の一部を吸入蓄積し、ポンプ８が吐出休止時す
なわち吸入時にダンパー９内に蓄積されていた液を吐出
させるわけであるが、このダンパー９の吸入、吐出（容
積変化）の速度位相、量はポンプ８の脈動を見金に打ち
消すように動作する。

すなわち第６図にその一例が示されているように、ポン
プ８の吐出パターンがトで、ダンパー９のそれがチの如
くである場合、全吐出パターンは太線で示すりの如く平
滑となり、無脈流送液、か可能となる。

本実施例においては第６図に示すように、ポンプの吐出
パターンのうちの吐出行程の一部であるθ〜１７３Ｖ（
罰／ｍ１ｎ）の間の行程と、ダンパーの吐出パターンの
うちの吐出行程の一部である０ 〜１ ／ ３ Ｖ （
７７１１／ ｍｉｎ ）の間の行程とが重なっており、
この区間ではポンプとダンパーの両方の吐出量の和が一
定吐出量をもたらす。

ポンプのピストン１２を往復動させるカム１０における
吐出動作領域は後述するように１８０°以上であり、ダ
ンパーのピストン１３を往復動させるカム１１における
吐出動作領域も１８０°以上である。

だから、背圧の大きさが多少変化しても、脈流の発生が
小さい。

ポンプ８は背圧が高くなった場合、その吐出量が低下す
る。

すなわち、室１６は吐出時に高圧、吸入時に常圧となる
ためシール１８のよじれ、液の圧縮、弁２Ｌ２２の開閉
時の逆流などがおこり、ピストン１２の置換体積そのま
５の液量が吐出されない。

特に背圧が高い場合、この影響は大きく、流量の低下が
大きくなり、したかってポンプ８の吐出パターンも理論
パターンからずれる。

そのため背圧が高い場合、単に流量が低下するだけでな
く脈流も発生することになる。

このためポンプ８は背圧に関係なく常に理論吐出パタニ
ンを保つようにする必要がある。

そのためにはシールのよじれ、液の圧縮、弁の開閉時の
洩れなどを補償してやらなければならない。

第７図は第５図の１部の拡大図であるが、図に示す如く
ピストン１２はカム１０のオーワーヌのカーブで吸入し
、ヌールーオのカーブにより吐出行程を行なう。

しかし、背圧が高くなると前述したごとく、ヌの位置か
ら吐出が始まらず、シールのよじれ、液の圧縮、弁の開
閉などのため実際には例えばヨの位置から吐出が開始さ
れる。

そのため吐出パターンのずれ、流量の低下が起きる。

これを防ぐためには背圧に関係なく、常にヌから吐出を
開始し、オで終るようにすればよい。

そのために本発明の実施例においては吸入部のカムをオ
ーワーヌよりも切込み、オーカーヌとし、ピストン１２
の吸入ストローク長をワーカの長さだけ理論値よりも長
くする。

これにより、ポンプ８に吸入した流体をダンパー９に吐
出するに必要十分な吐出圧に達するまで吐出開始以前に
予め圧縮できるので背圧に関係なく、液を吐出できる。

したがってシールのよじれ、液の圧縮、弁の開閉時の逆
流などによる吐出パターンのずれ、流量低下を補償でき
ることになる。

この補償のための余分のストローク長は背圧の高低によ
り異るので、ワーカ間の任意の値が選べるようにピスト
ン抑圧部材であるストッパー２３により調節できるよう
になっている。

この補償のストローク長を適当な値に設定することによ
り常にヌの位置から吐出を開始し、オの位置で終るよう
にすることができ、吐出パターン、流量とも背圧に関係
なく理論値通りに保つことができる。

第８図は本発明に其づく一実施例に其づく実際の吐出パ
ターンを示す図である。

図においてイは背圧が低い（〜１０ ｋｇ ／ｃｉｔ
’）ため流量低下や吐出パターンのずれが起らず、補償
をしなくとも無脈流の吐出を行うことができる場合を示
し、口は背圧が高（（２００ｋｙ／ｃｉｔ）なると流量
低下、したがって吐出パターンの理論パターンからのず
れがおこり脈流か発生する場合を示す。

そこで上述したように第５図に示すストッパ２３を適当
な位置に設定して流量低下の補償を行なうと、背圧が２
００ ｋｇ／ａｎｔと高い場合でもハに示すごとく無脈
流吐出か可能となる。

以上のように本発明に其づく一実施例によれば次のよう
な諸効果を奏することが、できる。

（１）予備圧縮可能な送液ポンプと容積可変装置との組
合せであるので、ポンプが１台で済み、予備圧縮量の調
節は１カ所だけで出来る。

また、ポンプが１台でよいからチ仝ツク弁は１対で済み
故障点検回数を低減でき保守か容易となる。

（２）無脈流送液のため流路の途中に大きなデッドボリ
ュームを有する袋小路を入れる必要がなく、そのため液
の交換が極めて迅速にできる。

また、溶離液を段階的に切換えるステップワイズ、連続
的に変えるグラジェント溶離法による分析の場合、流路
の途中の袋小路に前の液が残らないため理想的なりロマ
トグラフイーか行なえる。

（３）背圧による流量低下がないため常に設定値通りの
流量が吐出されるので流量を実測する必要がない。

（４）極めて低流量の場合から高流量の広い流量範囲に
わたり、また、背圧の極めて低い場合（＝Ｏｋｇ／ｃｒ
ｉｔ ’）から高い場合（＝５００ゆ７８以上）の広い
圧力範囲にわたり無脈流送液かできるため、現在性なわ
れているカラムクロマトグラフィーの全ての分野にわた
って送液手段として用いることができる。

すなわち極めて軟弱なカラム充填剤を用いＯｋｇ／ａｉ
ｌ近くの低い圧力下に極めて低い流速で行なうゲルろ過
りロマトグラフイニから、硬質の充填剤を用い高圧下（
５０〜５００ｋｇ／ｉ以上）に高流速で液を送り分析す
る高速液体クロマトグラフィーまでの全てに適用できる
。

以上詳述したように、本発明においては、ピストンの動
作に応じて動作する例えばチェック弁などからなる吸入
弁および吐出弁を備えた１台のピストン往復動形ポンプ
と、容積可変装置（ダンパー）との組合せによって、高
い背圧の場合にも低い背圧の場合にも脈流の発生を防止
できる。

本発明では１カ所だけのビストンストローク長可変装置
の調節により、容積可変装置内の圧力の大きさに応じて
ポンプ内の圧力を高め、常に同じ時期に吐出動作を開始
し得るから、脈流発生防止操作が簡単に行なえ、かつこ
の種流体送出装置の構成を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の往復ピストン式ポンプの断面図、第２図
はこれの吐出パターンを示す図である。 第３図は第１図に示すポンプを２台組合せ脈流を除去し
た場合の吐出パターンを示す図であり、第４図は第３図
の方式で背圧か高い場合の吐出パターンを示す図である
。 第５図は本発明の一実施例を示す説明図、第６図は本発
明ポンプの吐出パターンを示す図、第７図は第５図の１
部の拡大図である□第８図は本発明の一実施例に其づい
て得られた実際の吐出パターンを示す図である。 ８・・・・・・ポンプ、９・・・・・・ダンパー、１０
．１１・・・・・・カム、１２．１３・・・・・・ピス
トン、２Ｌ２２・・・・・・弁、２３・・・・・・スト
ッパ、２４・・・・・・つマミ、２５・・・・・・吸入
口、２６・・・・・・吐出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 背圧源と、ピストンの動作に応じて動作する吸入弁
   および吐出弁を備えた１台のピストン往復動形ポンプ装
   置と、このポンプ装置と上記背圧源との間にあって上記
   ポンプ装置の吐出時に吐出流体の一部を吸入蓄積すると
   ともに、上記ポンプ装置の吸入時に上記吸入蓄積した流
   体を吐出する容積可変装置を設け、かつ上記容積可変装
   置内の圧力か高いときに上記ピストンのストローク長を
   太きくシ、上記容積可変装置内の圧力が低いときに上記
   ピストンのストローク長を小さくし得るビストンストロ
   ーク長可変手段を上記ポンプ装置だけに設け、上記ポン
   プ装置の吐出行程の一部と上記容積可変装置の吐出行程
   の一部とが重なるようにポンプ装置駆動用カムと容積可
   変装置駆動用カムとを関係づけ、上記ポンプ装置の吐出
   時には上記ポンプ装置内と上記背圧源か連通されるよう
   に構成したことを特徴とする流体送出装置。