JPS63173866A - 無脈動ポンプの制御方式 - 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、液体クロマトグラフィ、医用検査装置などに
用いられる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速度制御を行う無脈動ポンプの
制御方式に関する。

〔従来の技術〕

従来の無脈動ポンプ装置は、特開昭５７−７０９７５に
記載のように、２つのプランツヤを１つのカム駆動によ
り往復運動させて各プランジャの４ング動作による合成
吐出量を得るようにした二連式往復動？ングにおいて、
カムに回転数制御回路を接続した駆動モータを連結する
とともに１合成吐出部の圧力の検出出力信号を直流分除
去回路と増幅回路に通し九後、その信号を反転して回転
数設定回路から出力される信号に加えて補正する構成と
なっている。又、回転数制御回路は、回転数設定回路と
、主増幅器と、駆動モータの出力を主増幅器にフィード
バックするタコジェネレータとから構成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、（り圧力検出器の検出信号を増幅器を
介してそのままフィードバックしているため、本来圧力
脈動が生じる前に制御すべきところを機器の持つ時定数
分だけ位相が遅れて回転数制御することになシ、圧力変
動開始時の圧力リップルを除去できないこと、（２）圧
力検出器の検出信号を直流分除去回路に通しているため
圧力変動分しか検出していないが、実際は正確には圧力
変動を時間微分した信号に定数を掛けた値を駆動モータ
の速度補正値とすべきであるので、上記従来技術では正
しい速度補正が行われているとは言えないこと、という
問題点があり次。

本発明の目的は、上記の欠点を改良し圧力脈動の小さい
二連式往復動ポンプの制御方式を提供す通路と吐出通路
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
させるた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、合成吐出量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
を設げ、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、前記合成吐出量
の圧力の時間微分値の符号反転した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、逐次補正するプ
ランジャ速度制御を行うことを特徴とするものである。

〔作用〕

液体クロマトグラフィ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、又
、高圧の液体を吐出する必要があるため、例えば第２図
に示したように１つの往復動ポンプの吸入側と吐出側に
逆止弁を設け、吐出弁の出口を他の１つの往復動ポンプ
に連通させた構成の２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機構
には１例えば第２図のように同軸の２つのカムを用いる
もの、又は例えば第３図のように各プランジャを別々の
モータから？−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パターンは、第４図に示すとお
シであシ、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、この切シ換
えタイミング時に逆止弁の応答遅れ、洩れなどのため圧
力が低下しタシして圧力リップルが生じる。このため、
この切換区間では、プランジャの速度を制御して圧力脈
動を小さくするようにする必要がある。

しかし、このプランジャ速度を制御する場合、圧力脈動
にみあった速度補正の大きさと、速度補正の圧力脈動に
対する位相とを適正にしなげれば。

圧力リップルは残ることになる。例えば、モータにパル
スモータを適用した場合、プランジャの速波数とすると
、 となり、第２グランジヤに注目し次場合、Ａをプランジ
ャの断面積、　Ｑｔを洩れ量、Ｑ２を流量、ｖ２をシリ
ンダ及び管路の容積、Ｋを液体の見叫けの体積弾性係数
、Ｐ２を圧力とすると となるから、圧力変動の時間微分は、プランジャ速度の
補正分、すなわち駆動周波数の補正分に対応する。

従って１本発明では、２つのプランジャを同軸に設けｆ
ｃ２つのカムで駆動する場合は、２つのプランジャの合
成し次速度の補正分を圧力変動の時間微分値に比例させ
るように設定する。圧力が低下し始めるところでは、プ
ランジャ速度を上げる必要があシ、圧力が上昇し始める
ところでは、逆にプランジャ速度を下げる必要があるの
で、プランジャの合成速度を設定する場合、圧力変動の
時間微分値の符号を逆にする。又、検出した圧力変動の
信号は、増幅器、微分回路を通るため、機器のもってい
る時定数分だけ遅れが生じる。そのため、プランジャ速
度は、少なくともその位相差分補正をマイクロコンピュ
ータの演算処理で行う。

又、２つのプランジャを２つのモータを使用して独立に
駆動する場合は、吐出行程から吸入行程に移行するとこ
ろで逆止弁の応答遅れによる洩れが生じるため、吐出行
程にある方のプランジャに上記したピストン速度補正分
を足し込むようにする。このようにして、圧力変動を検
出しつつ、又、位相をシフトさせ適正なところを設定す
るようにフィードバックをかける。

こうすることによシ、圧力脈動にみあったプランジャ速
度の補正が行えるし、圧力脈動に対し適正なタイミング
でプランジャ速度の補正が行える。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面を参照して説明する。第２
図は本発明に用いる二連式往復動型無脈動Ｉングの一例
を示し、ノクルスモータ１でベルト２を介して同一軸上
のカム３を回転させ、このカム３にバネ力で当接するカ
ムフォロア４を有するピストン５，６により、該ピスト
ン５，６の先端に連結した耐摩耗性・耐薬品性のある材
料（例えばルビー）製の第１グランジヤ８および第２プ
ランジヤ９をシリンダヘッド１１中に形成されたポンプ
室中で往復動させてポンプ作用を行うものである。１０
はシール、１８ｍ、１８ｂは図示の如く接続された逆止
弁である。このポンプは、第４図に示すように、二つの
プランジャの速度を合成した速度が一定となるように二
つのカム３，３の曲線を創成してあり、第１グランジヤ
は第２グランジヤの倍の速度で動き、第２ポンプに補填
を行いつつ液体を吐出し、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シ、第２ポンプのみで送
液を行うようになりている。

第３図は本発明に用いる二連式往復動型無脈動ポンプの
他の例を示すもので、二つの別個のパルスモータ１の回
転運動を、遊星歯車減速機１４゜スラスト軸受１５、ゾ
ールねじ１６からなる駆動伝達系を介して、ピストン５
．６の直線往復運動に変換することによって、該ピスト
ン５，６の先端に連結した第１グランジヤ８および第２
グランジヤ９を別個のパルスモータ１．１で駆動するよ
うになっている。１０はシール、１８ｍ、１８ｂは逆止
弁である。

上記のＩンプを用いた本発明の実施例を第１図を参照し
て説明する。流量設定器２６（あるいは外部流量コント
ローラ）で設定された流量設定信号は、二進化十進−二
進コード変換回路２７で二進コードに変換されてマイク
ロコンピュータ２４に入力される。この信号と、この信
号の他にスタート・ストラグボタン２８からのスタート
信号がパルス発生回路２９を経てマイクロコンピュータ
２４に入力されると、マイクロコンピュータ２４はパル
スモータ駆動周波数等を計算してマイクロコンピュータ
２４の出力ポートからノ々ルスモータドライバ２５へ第
４図で示し次プランジャ速度駆動パターンをつくシ出す
パルス列、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２５で分
配されて、この実施例では、２台のパルスモータ１を駆
動する。ノ母ルスモータ１が回転すると遊星歯車減速機
１４により減速され、スラスト軸受１５．ざ−ルねじ１
６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、プランジャを往復運動させて、前記第４図
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、前に述べた逆止弁の応答遅れの
他、液体を低圧から高圧に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、タイミングがずれて脈
動が発生する。圧力センサ２０がライン圧力と圧力変動
を検出するために設けられており、その検出信号は図示
はしていないが、増幅器及びノイズを除去するためのフ
ィルタを通して微分回路２１に入力される。微分回路２
１の出力はい変換器２２でデジタル信号に変換されてマ
イクロコンピュータ２４に入る。一方、圧力脈動の発生
する位置を検出する手段としてモータｌに取シ付けられ
たロータリエンコーダ１９およびそれに接続された回転
角度検出回路２３が設けられており、これにより、脈動
の発生するパルスモータ回転角度あるいは、基準点から
のパルスモータへ出力しｆｔ、　／４ルス数を検出する
。

これらの信号はマイクロコンピュータ２４に入力され、
前記のデジタル化された圧力変動の時間微分信号は、定
数をかけることによりプランジャ速度の補正分すなわち
パルスモータ駆動周波数の補正分に換算され、符号を変
えて、検出し次圧力脈動発生位置で１回前のパルスモー
タ駆動周波数に足し込まれる。ただし、第２図に示した
ポンプを用いる場合では、プランジャ速度の補正は逆上
弁の効果を考慮した２つのプランジャ速度を合成した速
度の補正であυ、第３図に示したポンプを用いる場合で
は、プランジャ速度の補正は、前記したように吐出行程
にあるプランジャ側の方に行う。

次に、圧力脈動を小さくするためにプランジャ速度補正
の位相を適正に設定する方法について述べる。前にも述
べたように、各機器での位相の遅れのため、パルスモー
タの回転角度を検出して求めたプランジャ速度補正タイ
ミングは必ずしも適正といえない。そこで、第一回目は
見込まれる遅れ時間だけ速度補正のタイミングを前にず
らせ、その次からは、圧力脈動の発生位置がずれたかど
うか、符号が変ったかどうかを判定して位相シフトを決
め、設定した範囲内に変動値が納まればロックする。具
体的には、圧力脈動の発生位置が変らず、符号も変わら
ない場合は、さらに設定したタイミングを前に進ませ、
符号が変わる場合は位相が前に進みすぎ次ためであると
して、前の値の例えば１／２遅らせるように制御する。

こうすることにより、適正なタイミング及び適正な補正
値でプランジャ速度の補正が行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、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の補正を行うことができ、ｔ
ｆＣ圧力脈動に対しグランシャ速度の補正を最適な位相
差で行うことができるので、圧力脈動を極めて小さくで
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の制御回路系統図、第２図、
第３図は本発明の適用される二連式往復動型無脈動ポン
プの二つの例を夫々示した図、第４図（ａ）　、　（ｂ
）は本発明の基本的なプランジャ速度パターンを示した
図である。 １・・・パルスモータ、　　２・・・タイミングベルト
、３・・・カム、　　　　　　４・・・カムフォロワ。 ５・・・第１ピストン、　　６・・・第２ピストン、８
・・・第１グランジヤ、９・・・第２ｆランジヤ、１０
・・・シール、　　　　　１１・・・シリンダヘッド。 １４・・・遊星歯車減速機、　１５・・・スラスト軸受
、１６・・・ゲールねじ、　　　１８ａｐＨ３ｂ・・・
逆止弁、１９・・・ロータリエンコーダ、　　２０・・
・圧力センサ。 ２１・・・微分回路、　　　　２２・・・ψ変換器。 ２３・・・回転角度検出回路、２４・・・マイクロコン
ピュータ、２５・・・ノ臂ルスモータトライバ、 ２６・・・流量設定器、　　　２７・・・コード変換回
路、２８・・・スタート書ストップ？タン、２９・・・
／４’ルス発生回路。 一゛、−−１ 代理人　　本　多　小　平：　ニ ー　月 第１図 １９回転角度検出益　２２　ＡＩＤ変換る　　　３加１
１丈定る２０圧カセンサ　　　　　２４マイクロコ）ピ
ユータ　　２７］−ド変狽ロ詫４２１徴づ）ロン鯵　　
　　　２５パルス七−タトライバ　２８スタートスト〃
°ボタン第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、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た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、合成吐出量の圧
   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、前記合成吐出量の圧力の時間微分値の符号反転
   した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、逐次補正するプランジャ速度制御を行うことを
   特徴とする無脈動ポンプの制御方式。 ２、前記検出したプランジャの位置に対して１回目の補
   正タイミングを圧力変動の開始位置及び符号の変化を判
   別して逐次ずらせていくように制御する特許請求の範囲
   第１項記載の無脈動ポンプの制御方式。