(57)【要約】【課題】複数の溶媒を用いて試料を分析する液体クロマトグラフにおいて、溶媒の混合効果を高めるとともに、分析結果のノイズを低減する装置を提供する。【解決手段】複数種類の液体を吸引・吐出する第１、第２のポンプユニットと、液体の種類を開閉動作により切り替える弁手段と、吸引された液体を混合する混合部を備えた装置において、一方のポンプユニットから分析装置に吐出される液体の流量を一定に保つとともに、複数の溶媒が混合された後の液体に脈動を与えるように制御する。【選択図】  図１
2014228499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の吸引通路と第１の吐出通路を有する第１の加圧室と、前記第１の加圧室内を往復運動する第１のプランジャと、を備える第１のポンプユニットと、
第２の吸引通路と第２の吐出通路を有する第２の加圧室と、前記第２の加圧室内を往復運動する第２のプランジャと、を備える第２のポンプユニットと、
前記第１のポンプポンプユニットと前記第２のポンプユニットとを接続する連結流路と、
当該第１及び第２のプランジャを駆動させる駆動部と、
前記第１、第２のポンプユニットの少なくとも一方から吐出される流体の圧力を検出する圧力検出部と、
前記第１のポンプユニットが吸引する複数の液体を切り替える弁手段と、
当該吸引された複数の液体が合流する合流部と、
当該合流した液体を混合する混合部と、
前記第１の加圧室の吸引通路側に位置し、当該合流した複数の液体を混合する混合部と、
前記弁手段、前記駆動部を制御する制御部と、を備えた送液装置において、
前記制御部は、
前記第２のポンプユニットの吐出流路を通過する液体の流量を一定に保つとともに、
前記合流部を通過した液体に脈動を与えるように、
前記駆動部を制御することを特徴とする送液装置。
【請求項２】
請求項１に記載された送液装置において、
前記制御部は、
前記第１のプランジャが吸引動作をしている間、
前記第１の加圧室内に吸引される液体の流量を脈動させるとともに、
前記第２のプランジャが圧縮動作を行い、かつ前記第２の加圧室から吐出される液体の流量を一定に保つように、
前記駆動部を制御することを特徴とする送液装置。
【請求項３】
請求項１に記載された送液装置において、
前記混合部は、前記第１のポンプユニットと前記第２のポンプユニットとの間に配置され、
前記制御装置は、
前記第１のプランジャが圧縮動作をしている間、前記第１の加圧室から吐出される液体の流量を脈動させるとともに、
前記第２のプランジャが吸引動作を行い、かつ前記第２の加圧室内に吸引される液体の流量を脈動させる状態とし、
当該脈動が生じている間、前記第１のプランジャが前記第１の加圧室から吐出する液体の流量と、前記第２のプランジャの動作に基づいて前記第２の加圧室内に吸引される液体の流量との合計が、一定の値を保つように、
前記駆動部を制御することを特徴とする送液装置。
【請求項４】
請求項１に記載された送液装置において、
前記制御装置は、
前記第１のプランジャが吸引動作をしている間、前記第１の加圧室内に吸引される液体の流量を脈動させるとともに、
前記第２のプランジャが圧縮動作を行い、かつ前記第２の加圧室から吐出される液体の流量を一定に保つ第一の状態と、
前記第１のプランジャが圧縮動作をしている間、前記第１の加圧室内から吐出される液体の流量を一定に保つとともに、
前記第２のプランジャが吸引動作を行い、かつ前記第２の加圧室内に吸引される液体の流量を脈動させる第２の状態と、を有する送液サイクルとなるように、
前記駆動部、及び前記弁手段の動作を制御することを特徴とする送液装置。
【請求項５】
請求項１に記載された送液装置において、
前記混合部は、さらに、
長さの異なる複数の流路に分岐した構造を有することを特徴とする送液装置。
【請求項６】
請求項１に記載された送液装置において、
前記混合部は、さらに、
長さの異なる複数の流路に分岐した分岐流路からなるユニットを複数個有し、当該複数のユニットは直列に接続されることを特徴とする送液装置。
【請求項７】
第１の吸引通路と第１の吐出通路を有する第１の加圧室と、前記第１の加圧室内を往復運動する第１のプランジャと、を備える第１のポンプユニットと、
第２の吸引通路と第２の吐出通路を有する第２の加圧室と、前記第２の加圧室内を往復運動する第２のプランジャと、を備える第２のポンプユニットと、
前記第１のポンプポンプユニットと前記第２のポンプユニットとを接続する連結流路と、
当該第１及び第２のプランジャを駆動させる駆動部と、
前記第１、第２のポンプユニットの少なくとも一方から吐出される流体の圧力を検出する圧力検出部と、
前記第１のポンプユニットが吸引する複数の液体を切り替える弁手段と、
当該吸引された複数の液体が合流する合流部と、
当該合流した液体を混合する混合部と、
前記第１の加圧室の吸引通路側に位置し、当該合流した複数の液体を混合する混合部と、
前記駆動部を制御する制御装置と、を備えた液体クロマトグラフ装置において、
前記制御装置は、
前記第２のポンプユニットの吐出流路を通過する液体の流量を一定に保つとともに、
前記合流部を通過した液体に脈動を与えるように、
前記駆動部を制御することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項８】
請求項７に記載された液体クロマトグラフ装置において、
前記制御装置は、
前記第１のプランジャが吸引動作をしている間、
前記第１の加圧室内に吸引される液体の流量を脈動させるとともに、
前記第２のプランジャが圧縮動作を行い、かつ前記第２の加圧室から吐出される液体の流量を一定に保つように、
前記駆動部を制御することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項９】
請求項７に記載された液体クロマトグラフ装置において、
前記混合部は、前記第１のポンプユニットと、前記第２のポンプユニットとの間に配置され、
前記制御装置は、
前記第１のプランジャが圧縮動作をしている間、前記第１の加圧室から吐出される液体の流量を脈動させるとともに、
前記第２のプランジャが吸引動作を行い、かつ前記第２の加圧室内に吸引される液体の流量を脈動させる状態とし、
当該脈動が生じている間、前記第１のプランジャが前記第１の加圧室から吐出する液体の流量と、前記第２のプランジャの動作に基づいて前記第２の加圧室内に吸引される液体の流量との合計が、一定の値を保つように、
前記駆動部を制御することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項１０】
請求項７に記載された液体クロマトグラフ装置において、
前記制御装置は、
前記第１のプランジャが吸引動作をしている間、前記第１の加圧室内に吸引される液体の流量を脈動させるとともに、
前記第２のプランジャが圧縮動作を行い、かつ前記第２の加圧室から吐出される液体の流量を一定に保つ第一の状態と、
前記第１のプランジャが圧縮動作をしている間、前記第１の加圧室から吐出される液体の流量を一定に保つとともに、
前記第２のプランジャが吸引動作を行い、かつ前記第２の加圧室内に吸引される液体の流量を脈動させる第２の状態と、を有する送液サイクルとなるように、
前記駆動部、及び前記弁手段の動作を制御することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項１１】
請求項７に記載された液体クロマトグラフ装置において、
前記混合部は、さらに、
長さの異なる複数の流路に分岐した構造を有することを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項１２】
請求項７に記載された液体クロマトグラフ装置において、
前記混合部は、さらに、
長さの異なる複数の流路に分岐した分岐流路からなるユニットを複数個有し、当該複数のユニットは直列に接続されることを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項１３】
異なる種類の液体を第１のポンプユニット、第２のポンプユニットを介して吸引・吐出し、分析装置に送液する液体クロマトグラフの送液方法において、
当該吸引される液体の種類を弁手段の開閉によって切り替えるステップと、
当該吸引された後の各々の液体を、混合部を介して混合するステップと、
当該混合された液体を前記第１のポンプユニットから前記第２のポンプユニットへ送液するステップと、
前記第２のポンプユニットが、当該第１のポンプユニットから送液された液体を吸引し、分析装置に液体を送液するステップと、
当該第２のポンプユニットから吐出される流量を一定に保つとともに、前記混合部を通過した液体に脈動を与えるように、
前記第１及び第２のポンプユニットの動作を制御するステップと、を有することを特徴する液体クロマトグラフの送液方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体送液ポンプおよび液体クロマトグラフに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフ装置においては、送液ポンプにより移動相が吸入され、試料導入装置により導入された試料とともに分離カラムへと送液される。分離カラムに導入された試料は各々の成分に分離され、各種の検出器に検出される。
【０００３】
一般に、高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）と呼ばれる装置分野においては、最大２０〜４０ＭＰａ、超高速液体クロマトグラフ（ＵＨＰＬＣ）と呼ばれる装置分野においては、最大１００〜１４０ＭＰａの高圧流路下で分析を行うことが要求される。
【０００４】
このような装置に用いられる送液ポンプにおいては、高圧下でも正確に且つ精密に移動相を供給できることが要求される。
【０００５】
特許文献１には、吐出流量を変えても液体の脈動を低減する技術として、直列または並列に接続された第一のプランジャポンプと第二のプランジャポンプを略一定の周期で交互に吸入、圧縮動作を行わせ、少なくとも１つのプランジャポンプの加圧室は他よりも高圧状態とし、第一のプランジャと第二のプランジャのリフト量を調整して流量を制御するこが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−３２１８７号公報
【特許文献２】特開平５−３０６３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
グラジエント法と呼ばれる送液制御では、複数種類の溶媒の組成を変えるように混合を行っている。液体クロマトグラフなどの分析装置においては、検出器のノイズを低減させるために、これらを十分に混合して濃度むらを低減し、流れ方向に均一化させる必要がある。
【０００８】
特許文献１では、高圧条件下において溶媒の混合を行う液体クロマトグラフ用送液ポンプの構成及びその制御方法が記載されている。しかしながら、特許文献１では溶媒の混合効率については何ら考慮されていない。また、特許文献１に記載される送液ポンプの構成において、混合後の液体の流れに変動を与えることは、分析結果のノイズの原因となり、適さない。
【０００９】
また、液体の混合に関する技術として、特許文献２には、円形断面を持つ延長チューブ状容器と、この容器の内壁にじゃま板を備えた脈動流反応器により、液体混合効果を高めることが説明されている。
【００１０】
しかしながら、液体クロマトグラフなどの分析装置において、上記の脈動反応器のような構造を搭載した場合には、じゃま板の分だけデッドボリュームが増大し、分析結果に影響を及ぼすため、好ましくない。また、液体の流量脈動は検出器のノイズとなるため、送液ポンプの吐出流量は一定に保つ必要がある。
【００１１】
本発明の目的は、溶媒の混合精度を向上させるとともに、分析結果のノイズを抑制することができる装置、および当該装置を用いた方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための一態様として、本発明では、第１の吸引通路と第１の吐出通路を有する第１の加圧室と、前記第１の加圧室内を往復運動する第１のプランジャと、を備える第１のポンプユニットと、第２の吸引通路と第２の吐出通路を有する第２の加圧室と、前記第２の加圧室内を往復運動する第２のプランジャと、を備える第２のポンプユニットと、前記第１のポンプポンプユニットと前記第２のポンプユニットとを接続する連結流路と、当該第１及び第２のプランジャを駆動させる駆動部と、前記第１、第２のポンプユニットの少なくとも一方から吐出される流体の圧力を検出する圧力検出部と、前記第１のポンプユニットが吸引する複数の液体を切り替える弁手段と、当該吸引された複数の液体が合流する合流部と、前記第１の加圧室の吸引通路側に位置し、当該合流した複数の液体を混合する混合部と、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２のポンプユニットの吐出流路を通過する液体の流量を一定に保つとともに、前記合流部を通過した液体に脈動を与えるように、前記駆動部を制御することを特徴とする装置、及び当該装置を用いた方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
上記一態様によれば、液体クロマトグラフ分析において、溶媒の混合精度を向上し、かつ、分析結果のノイズを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る液体クロマトグラフ装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施例１に係るプランジャの変位、プランジャポンプの圧力、流量、電磁弁の状態の時間変化のグラフを示す図。
【図３】本発明の実施の形態に係るプランジャの移動速度の時間変化のグラフを示す図。
【図４】本発明の実施の形態に係るプランジャの移動速度の時間変化のグラフの他の例を示す図。
【図５】本発明の実施の形態に係るプランジャの移動速度の時間変化のグラフのさらに他の例を示す図。
【図６】本発明の実施の形態に係るプランジャの移動速度の時間変化のグラフを示す図。
【図７】本発明の実施の形態に係る液体混合器の構成を示す図。
【図８】本発明の実施の形態に係る液体混合器における位相シフト部の構成の例を示す図。
【図９】本発明の実施の形態に係る液体混合器における位相シフト部の構成の他の例を示す図。
【図１０】本発明の実施例２に係る液体クロマトグラフの構成を示す図。
【図１１】本発明の実施例２に係るプランジャの変位、圧力、流量、電磁弁の状態の時間変化のグラフを示す図。
【図１２】本発明の実施例３に係る液体クロマトグラフの構成を示す図。
【図１３】本発明の実施例３に係るプランジャの変位、圧力、流量、電磁弁の状態の時間変化のグラフを示す図。
【図１４】本発明の実施例４に係る液体クロマトグラフ装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
本実施例では、第一のプランジャポンプと第二のプランジャポンプが直列に配置され、液体混合器が第一のプランジャポンプの上流に配置された送液ポンプを用いた液体クロマトグラフの例を説明する。
【００１７】
図１は、実施例１に係る液体クロマトグラフ装置の構成を示す図である。
【００１８】
図１において、送液ポンプ１の主要な構成は、第一のプランジャポンプ１０１、第二のプランジャポンプ１０２、第一の電磁弁８１、第二の電磁弁８２、液体混合器９２、コントローラ５０、モータドライバ１０６、電磁弁ドライバ１０７である。第一のプランジャポンプ１０１には、第一の吸引通路１０、第一の吐出通路１０３、第一の加圧室１２が形成されている。第一の吸引通路１０と第一の吐出通路１０３の通路上には、逆止弁４と逆止弁５が配置されており、ばねによりそれぞれ一方向に保持され、溶媒液の流通方向を制限するチェック止弁となっている。第二のプランジャポンプ１０２には、第二の吸引通路１０４、第二の吐出通路１１、第二の加圧室１３が形成されている。第一の吐出通路１０３と第二の吸引通路１０４は、連結流路２４により連結されている。すなわち、第一のプランジャポンプ１０１と第二のプランジャポンプ１０２は直列に配置され、第一のプランジャポンプ１０１が上流側に設置されている。第一のプランジャポンプ１０１には、加圧部材である第一のプランジャ２が、軸受７１により摺動可能に保持されている。第二のプランジャポンプ１０２には、加圧部材である第二のプランジャ３が、軸受７２により摺動可能に保持されている。
【００１９】
第一の電動モータ２１１の回転は、減速装置２２１により減速され、直動装置２３１により直線運動に変換されて、第一のプランジャ２を往復運動させる。同様に、第二の電動モータ２１２の回転は、減速装置２２２により減速され、直動装置２３２により直線運動に変換されて、第二のプランジャ３を往復駆動させる。
【００２０】
ここで、減速装置２２１と直動装置２３１は、これらを組み合わせることによって電動モータ２１１の回転動力を増幅して直線運動力に変換することから、広義に動力伝達機構装置と呼ぶことができる。減速装置２２１の具体例としては、平歯車、プーリー、遊星歯車、ウォームギヤなどがある。減速装置を設ける主な理由は、電動モータのトルクを増大させるためであり、電動モータ自身に十分なトルクを発生する能力があるならば、必ずしも設置する必要は無い。直動装置２３１の具体例としては、ボールねじ、カム、ラックピニオンなどがあり、回転運動を直動に変換することができる構造であれば適用可能である。シール６１は、第一の加圧室１２からの液漏れを防止し、シール６２は、第二の加圧室１３からの液漏れを防止している。
【００２１】
第一のプランジャポンプ１０１が吸引動作をするとき、電磁弁８１、電磁弁８２のどちらか一方が開いた状態でどちらか一方は閉じた状態となり、溶媒５１１、５１２は同時には吸引されない。吸引される溶媒は合流部９１、液体混合器９２、第一の吸引通路１０、逆止弁４を通って第一の加圧室１２に吸引され、続いて圧縮されて第一の吐出通路１０３と連結流路２４と第二の吸引通路１０４を経て第二の加圧室１３に吸引され、第二の吐出通路１１から吐出される。
【００２２】
液体混合器９２は溶媒５１１、５１２の混合を促進するために設けられており、その構成は図７を用いて後述する。送液ポンプ１から吐出された溶媒５１１、５１２には、インジェクタ５３で分析対象である試料が注入される。
【００２３】
試料が注入された溶媒５１１、５１２は分離カラム５４に入って成分毎に分離され、その後、検出器５５で試料成分に応じた吸光度、蛍光強度、屈折率などが検出される。分離カラム５４には、微小粒子が充填されており、溶媒が微小粒子の隙間を流れる際の流体抵抗によって、プランジャポンプには数十メガパスカルから百メガパスカル超の負荷圧力が発生する。この負荷圧力の大きさは、分離カラムの径と通過流量に応じて異なる。
【００２４】
コントローラ５０は、圧力センサ６０、１０５からの信号に基づき、モータドライバ１０６および電磁弁ドライバ１０７に指令値を与える。モータドライバ１０６はコントローラ５０の指令値に基づいて電動モータ２１１、２１２に駆動電力を与え、電磁弁ドライバ１０７はコントローラ５０の指令値に基づいて電磁弁８１、８２に駆動電力を与える。
【００２５】
ここで、図１の点線吹き出し内には、送液ポンプ１のコントローラ５０が出力する電動モータ２１１、２１２の回転速度のグラフの一例を示す。横軸は時間、縦軸は回転速度であって、本グラフからわかるように、第一モータの回転速度には脈動が与えられ、第二モータの速度は一定を保っている。
【００２６】
図２は、実施例１に係る各プランジャの変位、各プランジャポンプの圧力と流量、および電磁弁の状態の時間変化を示すグラフであり、これを用いて送液ポンプ１の運転方法について説明する。図２の横軸は時間、縦軸は上から、第一のプランジャ２の変位、第二のプランジャ３の変位、第一のプランジャポンプ１０１の圧力である圧力センサ１０５の検出圧力、第二のプランジャポンプ１０２の圧力である圧力センサ６０の検出圧力、第一のプランジャポンプ１０１の流量、第二のプランジャポンプ１０２の流量、第二の吐出通路１１を通過する合計流量（すなわち、送液ポンプの吐出流量）、電磁弁８１の状態、電磁弁８２の状態である。
【００２７】
プランジャの変位は図１の右方向を正とし、プランジャポンプの流量は吐出を正、吸引を負とした。以下で、プランジャの正方向（図１の右方向）への動きを圧縮動作、負方向（図１の左方向）への動きを吸引動作と呼ぶ。
【００２８】
以下に、動作状態を説明する。第一のプランジャ２の吸引動作中は、第二のプランジャ３が圧縮動作する（区間１）。このとき、逆止弁４は開いて逆止弁５は閉じており、第二のプランジャ３のみが分離カラム５４への溶媒の送液に寄与する。すなわち、第二のプランジャポンプ１０２の流量をＱ［ｍＬ／ｓ（ミリリットル毎秒）］とすると、送液ポンプ１が吐出する流量はＱ［ｍＬ／ｓ］である。このとき、電磁弁８１と電磁弁８２が交互に開閉することで第一のプランジャポンプ１０１が吸引する溶媒が溶媒５１１から溶媒５１２へ切り替わる。
【００２９】
その後、第一のプランジャ２は吸引動作を終了し、圧縮動作を開始する（区間２）。このとき、逆止弁４、逆止弁５がともに閉じており、第一のプランジャポンプ２の流量は０で、第一の加圧室１２内の圧力が上昇する。したがって、第一のプランジャ２の吸引動作中と同様に、第二のプランジャ３のみが分離カラム５４への溶媒の送液に寄与する。
【００３０】
その後、第一のプランジャポンプ１０１の圧力が第二のプランジャポンプ１０２の圧力と同等になったら、第二のプランジャ３は圧縮動作を終了して吸引動作を開始し、第一のプランジャ２は圧縮動作を開始する（区間３）。このとき、逆止弁４は閉じて逆止弁５は開いており、第一のプランジャポンプ１０１が吐出する流量の一部は第二のプランジャポンプ１０２に吸引され、残りは送液ポンプ１の流量として吐出される。
【００３１】
したがって、第一のプランジャポンプ１０１が吐出する流量は、第二のプランジャポンプ１０２が吸引する流量よりＱ［ｍＬ／ｓ］だけ大きくなるように制御し、送液ポンプ１の吐出流量をＱ［ｍＬ／ｓ］とする。
【００３２】
その後、再び第一のプランジャ２は吸引動作を開始、第二のプランジャ３は圧縮動作を開始して、上記と同様の動作を繰り返す。
【００３３】
以上の動作において、区間１における第一のプランジャ２の吸引動作は送液ポンプ１が吐出する流量に影響しないため、任意の流量で吸引することができる。したがって、図２のように流量に脈動を与えることで、送液ポンプ１の吐出流量を略一定に保ちつつ、液体混合器９２を流れる溶媒の流量に脈動を与えることができる。
【００３４】
このとき、インジェクタ５３、分離カラム５４、検出器５５に流れる流量は略一定であり、液体混合器９２を流れる溶媒の流量の脈動は検出器５５には影響を与えない。一方で、液体混合器９２では流量が脈動するため、流量が一定の場合に比べて流れ方向の液体混合効果が大きい。これによって、溶媒５１１、５１２の均一性が増し、検出器５５での検出感度が向上する。
【００３５】
図３は、本発明の実施の形態に係るプランジャの移動速度の時間変化のグラフを示す図である。具体的には、図２の各プランジャの変位と各プランジャポンプの流量を実現する、第一のプランジャ２および第二のプランジャ３の移動速度の時間変化を示す。プランジャポンプの流量Ｑ［ｍＬ／ｓ］は、プランジャの動作速度Ｖ［cm／ｓ］とプランジャ断面積Ｓ［cm2］の積で求められる。すなわち、図２において、第一のプランジャポンプ１０１の区間１の流量を脈動させるには、区間１における第一のプランジャ２の移動速度を脈動させればよい。また、プランジャの動作速度Ｖ［cm／ｓ］は、直動装置の変換率Ｌ［mm/rad］、減速装置の減速比a［-］、モータの回転速度ｆ［rad/s］の積で計算される。したがって、直動装置の変換率Ｌ［mm/rad］、減速装置の減速比a［-］が一定であるとき、モータの回転速度ｆ［rad/s］を制御して、プランジャの移動速度を変化させる。
【００３６】
図３において、区間１では第一のプランジャ２が脈動しながら負方向に移動し（吸引動作）、第二のプランジャ３が一定速度で正方向に移動する（圧縮動作）。区間２では、第一のプランジャ２が正方向に移動し（圧縮動作）、第二のプランジャ３が一定速度で正方向に移動する（圧縮動作）。区間３では、第一のプランジャ２が正方向に移動し（圧縮動作）、第二のプランジャ３が負方向に移動する（吸引動作）。
【００３７】
図４、図５は、本発明の実施の形態に係るプランジャの移動速度の時間変化の他の例を示す図である。プランジャ速度の脈動の形状は、図３では三角波の例を示したが、図４に示す正弦波状や図５に示す矩形波など、流量に脈動をもたらすものであれば様々な形状が適用できる。
【００３８】
三角波や正弦波状の場合はプランジャ速度を連続して変化させることができる。モータの加減速時は、加速度に応じた慣性トルクがモータの負荷として加わる。そのため、急激にモータ速度を変化させるときに発生する慣性トルクがモータの最大出力トルクに近づくとモータが脱調し、プランジャを駆動できない可能性がある。プランジャ速度を連続的に変化させると慣性負荷が小さくなり、モータ脱調の可能性を低減する。三角波に比べて正弦波状は速度が滑らかに変化するため、モータ脱調の可能性がさらに低減する。三角波の脈動では、プランジャの速度の傾き、すなわちプランジャの加速度は、速度の減少時と増大時で異なっていてもよい。また、正弦波状は厳密に正弦波の形状でプランジャ速度が変化する必要はなく、速度が滑らかに変化すればよい。
【００３９】
一方、プランジャ速度の変化が矩形波の場合は、速度が２種類であるので、三角波や制限波に比べてモータの制御が簡易である。したがって、コントローラに搭載されるＣＰＵの処理能力を小さくすることができる。
【００４０】
図３、４、５ではプランジャ速度の最大値が０であるが、０以下の値であってもよい。
この場合、プランジャ速度の変化量が小さくなるため、モータの駆動が簡易となる。ここで、流量に与える脈動の大きさとしては、単位時間あたりにプランジャが複数回往復可能であり、かつ液体を十分に吸引可能な範囲内であることが望ましい。
【００４１】
図６は、本発明の実施の形態に係るプランジャの移動速度の時間変化のグラフを示す図である。具体的には、プランジャ動作のサイクル毎に、第一のプランジャ２の区間１における速度を変化させた場合を示す。このように、同一サイクル内の第一のプランジャ２の速度、すなわち第一のプランジャポンプ１０１の吸引流量が同一であっても、サイクルをまたいで考慮すると、液体混合器９２の流量には脈動を与えることができる。  図７〜９は、本発明の実施の形態に係る液体混合器の構成図の例である。液体混合器として特別な流路を配置せずに通常用いられる配管のみでも上記の通り流量の脈動を生じさせることによって流れ方向の混合効果は生じるが、図７〜９の液体混合器を設置することでその効果がさらに向上する。
【００４２】
図７は、液体混合器９２の構成を示す。ここで、点線吹き出し７０１、７０２、７０３、７０４には、流路内の溶媒の分布の模式図を示す。  液体混合器９２は、位相シフト部９２１、径方向混合部９２２、流れ方向混合部９２３、およびそれらを連結する連結流路９２４、９２５からなる。位相シフト部９２１では、入口流路９２１１が液体の通過時間の異なる２本の分岐流路９２１２、９２１３に分岐し、その下流で合流流路９２１４に合流する構成となっている。液体混合器９２に対して流れ方向に波長Ｌ、周期Ｔの濃度むらの液体が送液され、分岐流路９２１２、９２１３の通過時間の差がＴ／２である場合、位相シフト部下流の連結流路９２４では、分岐流路９２１３を通過した液体と分岐流路９２１２を通過した液体の流れ方向の濃度むらが流れ方向に半波長Ｌ／２だけずれる。その後、位相シフト部を通過した液体が径方向混合部において径方向に混合することで、径方向混合部下流の連結流路９２５における流れ方向の濃度むら波長はＬ／２となる。すなわち、流れ方向に混合する距離が液体混合器９２の上流に比べて１／２になったため、流れ方向混合部９２３において流量脈動により流れ方向に混合しやすくなる。
【００４３】
径方向混合部９２２では、流路内部に粒子を充填することで流れを撹拌させる構成や、複数の流路への分岐やその後の合流を繰り返す構成などで、径方向の液体の混合を促進できる。ただし、例えば流路幅が充分に狭い場合は濃度拡散によって液体が充分混同するため、径方向混合部として特別な構成の流路を必ずしも付与する必要はない。
【００４４】
また、流れ方向混合部９２３は、例えば流路径の縮小と拡大を繰り返して流れの淀みを生じさせる構成とし、流量の脈動によって淀みの大きさを変化させることで流れ方向に液体を混合することができる。ただし、液体混合器９２の下流には、液体混合器９２と吸引通路１０の接続部や吸引通路１０と逆止弁４の接続部などの流路径が変化する部分があり、それらにおいて淀みが発生するため、流れ方向混合部９２３として特別な構成の流路を備えなくとも、混合効果を得ることができる。
【００４５】
図８は、液体混合器における位相シフト部の構成の例を示す。ここで、点線吹き出し８０１、８０２内には、流路内の溶媒の分布の模式図を示す。入口流路９２１１が液体の通過時間の異なる複数本の分岐流路に分岐し、その下流で合流流路９２１４に合流する構成である。図８では、４本の分岐流路９２１２、９２１５、９２１６、９２１７からなる構成を示している。このとき、隣り合う分岐流路の通過時間がＴ／ｎずつ異なる場合（ｎは分岐流路の数）、位相シフト部を通過した液体が径方向混合部において径方向に混合することで、径方向混合部下流における流れ方向の濃度むら波長はＬ／ｎに低減する。
【００４６】
この構成により、図７に示した２本の分岐流路により構成される位相シフト部よりも、流れ方向の濃度むら周期を短くすることができ、流れ方向混合部９２３における流量の脈動による流れ方向の混合効果が高まる。
【００４７】
図９は、液体混合器における位相シフト部の構成の他の例を示す。ここで、点線吹き出し９０１、９０２、９０３内には、流路内の溶媒の分布の模式図を示す。入口流路９２１１が、通過時間の異なる２本の分岐流路９２１２、９２１３に分岐した後に、合流流路９２１４に合流する構成の流路の組９２１８が、直列に複数接続された構成である。図９では、２つの組９２１８ａ、９２１８ｂが接続した構成を示している。ｎ個の組が接続されているとき、上流からｍ組目の分岐流路の通過時間の差がＴ／２mのとき（２mは２のｍ乗）、位相シフト部９２１を通過した液体が径方向混合部９２２において径方向に混合することで、径方向混合部下流における流れ方向の濃度むら波長はＬ／２nに低減する。
【００４８】
この構成により、図７に示した２本の分岐流路により構成される位相シフト部よりも、流れ方向の濃度むら周期を短くすることができ、流れ方向混合部９２３における流量の脈動による流れ方向の混合効果が高まる。
【００４９】
プランジャ速度の脈動の周期は、好ましくは、溶媒の流れ方向の濃度むら周期と一致もしくはそのｋ倍もしくはｋ分の１倍（ｋは自然数）であると混合効果が高い。溶媒の流れ方向の濃度むら周期は、電磁弁の動作周期に一致する。すなわち、図２に示した電磁弁８１、８２の動作周期に対して、図３に示した区間１における第一のプランジャ２の動作周期をｋ倍もしくはｋ分の１倍とすることが好ましい。
【実施例２】
【００５０】
本実施例では、第一のプランジャポンプと第二のプランジャポンプが直列に配置され、液体混合器が第一のプランジャポンプと第二のプランジャポンプの間に配置された送液ポンプを用いた液体クロマトグラフの例を説明する。
【００５１】
図１０は、実施例２に係る液体クロマトグラフの構成を示す図である。図１０の液体クロマトグラフのうち、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。第一のプランジャポンプ１０１、液体混合器９２、第二のプランジャポンプ１０２は連結流路２４１、２４２によりそれぞれ連結されている。
【００５２】
図１１は、実施例２に係る各プランジャの変位、圧力、流量、および電磁弁の状態の時間変化のグラフを示す。本図を用いて送液ポンプ６０１の運転方法について説明する。図１１のグラフのうち、既に説明した図２に示された同一の動作状態の部分については、説明を省略する。
【００５３】
以下に、動作状態を説明する。第一のプランジャ２の吸引動作をし、第二のプランジャ３が圧縮動作をする区間１では、第一のプランジャポンプ１０１の流量は一定である。
【００５４】
第二のプランジャ３は吸引動作をし、第一のプランジャ２は圧縮動作をする区間３において、第一のプランジャポンプ１０１の流量が脈動するように第一のプランジャ２を駆動する。また、第一のプランジャポンプ１０１の流量と第二のプランジャポンプ１０２の流量の合計である送液ポンプ１の吐出流量がＱ［ｍＬ／ｓ］に保たれるように第二のプランジャ３を駆動する。
【００５５】
この動作により、送液ポンプ６０１の吐出流量を略一定に保ちつつ、液体混合器９２を流れる溶媒の流量に脈動を与えることができる。このとき、インジェクタ５３、分離カラム５４、検出器５５に流れる流量は略一定であり、吸引流量の脈動は検出器５５で検出されるデータに影響を与えない。一方で、送液ポンプ１の吸引側に配置された液体混合器９２では流量が脈動するため、吸引流量が一定の場合に比べて流れ方向の液体混合効果が大きい。これによって、溶媒５１１、５１２の均一性が増し、検出器５５での検出感度が向上する。
【００５６】
また、実施例１で示したプランジャ速度の波形（図３〜６）を、本実施例の区間３における第一のプランジャ２および第二のプランジャ３の速度に適用しても、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
また、実施例１で示した構成の液体混合器（図７〜９）を本実施例で示した構成の送液ポンプ６０１に適用しても、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
実施例１では、第一のプランジャポンプ１０１の吸引側に液体混合器９２を配置するため、液体混合器９２の圧力損失が大気圧よりも小さくなることができず、液体混合器９２の流路形状に制限がある。それに対して、本実施例では、第一のプランジャポンプ１０１の吐出側に液体混合器９２を配置するため、液体混合器９２の圧力損失を大きくすることができる。したがって、実施例１よりも液体混合器９２の流路形状の自由度が高く、混合効率をより向上させることができる。
【実施例３】
【００５９】
本実施例では、第一のプランジャポンプと第二のプランジャポンプが並列に配置された送液ポンプを用いた液体クロマトグラフの例を説明する。
【００６０】
図１２は、実施例３に係る液体クロマトグラフの構成を示す。図１２の液体クロマトグラフのうち、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００６１】
液体混合器９２からポンプへ向かう吸引通路は第一の吸引通路１０と第二の吸引通路１０４とに分岐し、それぞれ第一のプランジャポンプ１０１と第二のプランジャポンプ１０２に接続する。また、第一の吐出通路１０３と第二の吐出通路１１は、第二のプランジャポンプ１０２の下流側で接続されており、第一のプランジャポンプ１０１と第二のプランジャポンプ１０２で圧縮された液体は、第一の吐出通路１０３と第二の吐出通路１１の接続部で合流し、分離カラム５４へ向かう。第一のプランジャポンプ１０１には、第一の吸引通路１０に逆止弁４が、第一の吐出通路１０３に逆止弁５が設けられ、第二のプランジャポンプ１０２には、第二の吸引通路１０４に逆止弁１０７が、第二の吐出通路１１に逆止弁１０８が設けられている。第一のプランジャポンプ１０１の動作と第二のプランジャポンプ１０２の動作は、コントローラ５０およびモータドライバ１０６によって個々に独立して制御されるので、それぞれのプランジャポンプは独立して液体を圧縮することができる。
【００６２】
図１に示した実施例では、圧力センサ６０を第二の吐出通路１１に設けた例を示したが、図１２に示すように加圧室に設けてもよい。すなわち、第一のプランジャポンプ１０１の第一の加圧室１２に圧力センサ１０５が設けられ、第二のプランジャポンプ１０２の第二の加圧室１３に圧力センサ６０が設けられる。このような構成とすれば、圧力センサ６０の分のボリュームを流路全体のボリュームに含めないようにすることができる。
【００６３】
図１３は、実施例３に係る各プランジャの変位、圧力、流量、および電磁弁の状態の時間変化のグラフを示す。本図を用いて送液ポンプ８０１の運転方法について説明する。図１３のグラフのうち、既に説明した図２に示された同一の動作状態の部分については、説明を省略する。
【００６４】
第一のプランジャ２の吸引動作中は、第二のプランジャ３が圧縮動作する（区間１）。
このとき、逆止弁４は開いて、逆止弁５は閉じている。また、逆止弁１０７は閉じて、逆止弁１０８は開いており、第二のプランジャ３のみが分離カラム５４への溶媒の送液に寄与する。このとき、第一のプランジャ２の吸引動作は送液ポンプ８０１が送液する流量に影響しないため、任意の流量で吸引することができ、流量に脈動を与えることができる。
また、このとき、電磁弁８１と電磁弁８２が交互に開閉することで第一のプランジャポンプ１０１が吸引する溶媒が切り替わる。
【００６５】
その後、第一のプランジャ２は吸引動作を終了し、圧縮動作を開始する（区間２）。このとき、逆止弁４、逆止弁５はともに閉じており、第一のプランジャ２の吸引動作中と同様に、第二プランジャのみが分離カラム５４への溶媒の送液に寄与する。
【００６６】
その後、第一のプランジャポンプ１０１の圧力が第二のプランジャポンプ１０２の圧力と同等になったら、第二のプランジャ３は圧縮動作を終了して吸引動作を開始し、第一のプランジャ２は圧縮動作を開始する（区間３）。このとき、逆止弁１０７は開いて、逆止弁１０８は閉じている。また、逆止弁４は閉じて、逆止弁５は開いており、第一のプランジャ２のみが分離カラム５４への溶媒の送液に寄与する。このとき、第二のプランジャ３の吸引動作は送液ポンプ８０１が送液する流量に影響しないため、任意の流量で吸引することができ、流量に脈動を与えることができる。このとき、電磁弁８１と電磁弁８２が交互に開閉することで第二のプランジャポンプ１０２が吸引する溶媒が切り替わる。
【００６７】
その後、第二のプランジャ２は吸引動作を終了し、圧縮動作を開始する（区間４）。このとき、逆止弁１０７、逆止弁１０８はともに閉じており、第二のプランジャ３の吸引動作中と同様に、第一プランジャ２のみが分離カラム５４への溶媒の送液に寄与する。
【００６８】
その後、第二のプランジャポンプ１０２の圧力が第一のプランジャポンプ１０１の圧力と同等になったら、再び第一のプランジャ２は吸引動作を開始し、第二のプランジャ３は圧縮動作を開始して、上記と同様の動作を繰り返す。
【００６９】
以上の動作により、送液ポンプ８０１の吐出流量を略一定に保ちつつ、液体混合器９２を流れる溶媒の流量に脈動を与えることができる。このとき、インジェクタ５３、分離カラム５４、検出器５５に流れる流量は略一定であり、液体混合器９２を流れる溶媒の流量の脈動は検出器５５には影響を与えない。一方で、液体混合器９２では流量が脈動するため、流量が一定の場合に比べて流れ方向の液体混合効果が大きい。これによって、溶媒５１１、５１２の均一性が増し、検出器５５での検出感度が向上する。
【００７０】
また、実施例１で示したプランジャ速度の波形（図３〜６）を、本実施例の区間１における第一のプランジャ２、および区間３における第二のプランジャ３の速度に適用しても、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、実施例１で示した構成の液体混合器（図３、４、５）を本実施例で示した構成の送液ポンプ８０１に適用しても、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
実施例１では、第一のプランジャポンプ１０１の最大流量が送液ポンプの吐出流量よりも大きい。それに対して、本実施例では、第二のプランジャポンプ１０１の吐出流量は送液ポンプの吐出流量と等しい。したがって、本実施例の方がモータの最大出力トルクを小さくすることができる。
【実施例４】
【００７３】
本実施例では、減速装置の減速比を制御できる送液ポンプを用いた液体クロマトグラフの例を説明する。
【００７４】
図１４は、本発明の実施例４に係る液体クロマトグラフ装置の構成を示す。図１４の液体クロマトグラフのうち、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００７５】
コントローラ５０は、圧力センサ６０、１０５からの信号に基づき、モータドライバ１０６および電磁弁ドライバ１０７とともに、減速装置ドライバ１０９に指令値を与える。
減速装置ドライバ１０９はコントローラ５０の指令値に基づいて減速装置２２１、２２２に駆動電力を与える。減速装置２２１、２２２の減速比がコントローラの指令値に基づいて変化することによって、電動モータの回転速度が一定でもプランジャ速度が変化することができる。この方法によって、実施例１〜３に示した各プランジャポンプの流量を実現できる。
【００７６】
本実施例では、モータの回転速度が一定であるのでモータの慣性負荷が一定である。そのため、減速装置２２１、２２２の減速比が一定である実施例１〜３に比べてモータの負荷が低減するため、モータの最大負荷トルクを低減することができる。
【００７７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれることはいうまでもない。
【００７８】
上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【００７９】
制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているものではない。
【符号の説明】
【００８０】
１、１００１、１２０１・・・送液ポンプ
２・・・第一のプランジャ
３・・・第二のプランジャ
４、５、１０７、１０８・・・逆止弁
１０・・・第一の吸入通路
１１・・・第二の吐出通路
１２・・・第一の加圧室
１３・・・第二の加圧室
５０・・・コントローラ
５３・・・インジェクタ
５４・・・分離カラム
５５・・・検出器
６０、１０５・・・圧力センサ
６１、６２・・・シール
７１、７２・・・軸受
８１、８２・・・電磁弁
９１・・・合流部
９２・・・液体混合器
１０１・・・第一のプランジャポンプ
１０２・・・第二のプランジャポンプ
１０３・・・第一の吐出通路
１０４・・・第二の吸入通路
１０６・・・モータドライバ
１０７・・・電磁弁ドライバ
２１１・・・第一の電動モータ
２１２・・・第二の電動モータ
２２１、２２２・・・減速装置
２３１、２３２・・・直動装置
５１１、５１２・・・溶媒
７０１、７０２、７０３、７０４、８０１、８０２、９０１、９０２、９０３・・・流路内の溶媒の分布の模式図
９２１・・・分岐流路位相シフト部
９２２・・・径方向混合部
９２３・・・流れ方向混合部
９２４、９２５・・・連結流路
９２１１・・・入口流路
９２１２、９２１３・・・分岐流路
９２１４・・・合流流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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