(57)【要約】圧力制御バルブは、底部に向かって収束する形状の凹部が形成された平面である凹部形成面及び凹部の内側壁面に端部をもつ２本の内部流路を有する圧力制御ブロックと、凹部の開口よりも面積の大きい前面を有し、その前面の周縁部が凹部形成面の凹部の周囲に密着するとともに前面の中央部が凹部内に挿入される弁体部材と、弁体部材の背面中央部を凹部内側へ押圧して弁体部材を変形させることにより、弁体部材と凹部の内側壁面との間の隙間の大きさを調節するバルブ駆動機構と、を備えている。
2015029251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に向かって収束する形状の凹部が形成された平面である凹部形成面及び前記凹部の内側壁面に端部をもつ２本の内部流路を有する圧力制御ブロックと、
前記凹部側に前記凹部の開口よりも面積の大きい前面を有し、その前面の周縁部が前記凹部形成面の前記凹部の周囲に密着するとともに前記前面の中央部が前記凹部内に挿入される弁体部材と、
前記弁体部材の背面中央部を前記凹部内側へ押圧して前記弁体部材を変形させることにより、前記弁体部材と前記凹部の内側壁面との間の隙間の大きさを調節するバルブ駆動機構と、を備えた圧力制御バルブ。
【請求項２】
前記弁体部材は前面中央に前記凹部と嵌合する形状の突起部を備え、
前記バルブ駆動機構は前記突起部と前記凹部の内側壁面との間の隙間の大きさを調節するものである請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項３】
前記弁体部材全体が耐薬品性、耐衝撃性及び耐圧力性を備えた耐性材料で構成されている請求項２に記載の圧力制御バルブ。
【請求項４】
前記封止部は弾力性を有する弾性材料で構成され、前記突起部は耐衝撃性及び耐圧力性を備えた耐性材料で構成されている請求項２に記載の圧力制御バルブ。
【請求項５】
前記弁体部材は弾力性を有する弾性部材の前面に前記耐性材料からなる膜状の保護シートが設けられて構成されている請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項６】
前記弁体部材は前面に耐衝撃性及び耐圧力性を有する耐性材料からなるコーティングが施された弾力性を有する弾性部材である請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項７】
前記弁体部材は前記耐性材料からなる膜状の硬質シートである請求項１に記載の圧力制御バルブ。
【請求項８】
前記圧力制御ブロックの一外面に設けられ、その外面から垂直に掘り込まれて底面が前記凹部形成面となっている掘込穴と、
前記掘込穴に嵌め込まれて前記弁体部材の背面周縁部を前記底面側へ押し付ける押付部材と、をさらに備え、
前記押付部材は前記弁体部材の背面中央部に通じる貫通孔を備えており、
前記バルブ駆動機構は、前記貫通孔を貫通して前記弁体部材の背面中央部に先端部が接しその先端部で前記弁体部材の背面中央部を押圧する押圧棒及びその押圧棒を駆動するアクチュエータを備えている請求項１から７のいずれか一項に記載の圧力制御バルブ。
【請求項９】
分析流路と、
前記分析流路に移動相を送液する移動相送液部と、
前記分析流路中に試料を導入する試料導入部と、
前記分析流路上で前記試料導入部よりも下流側に配置された分離カラムと、
前記分析流路上で前記分離カラムよりも下流側に配置され、前記分離カラムで分離された試料成分を検出する検出器と、
前記分析流路上で前記検出器よりも下流側に配置され、前記分析流路内の圧力を前記移動相が超臨界状態となる圧力に制御する請求項１から８のいずれか一項に記載の圧力制御バルブと、を備えた超臨界流体クロマトグラフ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力制御バルブ及びその圧力制御バルブを用いた超臨界流体クロマトグラフに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、超臨界流体クロマトグラフィー（以下、ＳＦＣ：Supercritical Fluid Chromatography）が注目されている。ＳＦＣは、二酸化炭素などに一定の温度及び圧力をかけて超臨界流体とし、その超臨界流体を溶媒として行なうクロマトグラフィーである。超臨界流体は液体と気体の両方の性質をもち、液体よりも拡散性が高く粘性が低いという特徴がある。かかる超臨界流体を溶媒として用いることで、高速・高分離・高感度での分析が可能となる。【０００３】
溶媒を超臨界状態に保つためには、一般的に流量を３ｍｌ／ｍｉｎ以下の微少流量とし、流路系の圧力を１０ＭＰａ以上にする必要がある。このため、ＳＦＣ装置には、流路系を１０ＭＰａ以上の一定圧力で保つための圧力制御バルブが分析カラムの後段側に設けられている。【０００４】
圧力制御バルブとしては、入口流路の設けられた弁座とその入口流路を塞ぐ弁体との間の隙間（開口面積）を調整する方式のもの（特許文献１参照。）や、ダイヤフラムの駆動により流路幅（開口面積）を調整する方式のもの（特許文献２参照。）、入口流路の端部のオリフィス開口にニードルを挿入し、オリフィス開口へのニードルの挿入深さによってその隙間（開口面積）を調整する方式のもの（特許文献３参照。）などがある。【０００５】
また、ＳＦＣ用ではない一般的な制御バルブとしてダイヤフラムバルブが挙げられる（特許文献４及び５参照。）。ダイヤフラムバルブは、一般的にバルブ室の中央に入口流路を配置し、入口流路のオリフィス弁座に対して弁体（ダイヤフラム）を押し付けて塞ぐことにより圧力を制御し、出口はその周辺部の１箇所に配置される。この構造では、制御室の内部ボリュームが大きくなり、入口流路から見て出口流路と反対側に流体の流れに寄与しないボリューム（デッドボリューム）が存在する。【０００６】
ＳＦＣ用のバルブではないが、デッドボリュームの小さいバルブとしてピンチバルブが挙げられる（特許文献６参照）。ピンチバルブは、変形性の弁チューブの両端に入口管及び出口管を挿入し、弁チューブを押し潰すことによって入口管から出口管に通じる開口面積を調節し、圧力の制御を行なうものである。ＳＦＣの流路内の圧力制御を行なうためには、弁チューブへの入口管及び出口管の挿入部分に高いシール性が必要である。流路内には１０ＭＰａ以上の圧力がかかることがある上、移動相を３ｍｌ／ｍｉｎ以下の微小流量で流通させるために流路の内径が０．３ｍｍ以下であることが一般的であるため、０．３ｍｍ以下の内径の配管を弁チューブに高いシール性をもって接続することは困難である。【０００７】
また、上述のように、ＳＦＣでは、一般的に移動相の流量が３ｍｌ／ｍｉｎ以下の状態で圧力を１０ＭＰａ以上にする必要があるため、弁チューブをほぼ完全に押し潰して開口面積を０．００１ｍｍ2以下にした状態で開閉制御を行なうことになる。そうすると、弁チューブの押し潰された箇所に応力が集中して弁チューブが破損するということが考えられる。そのため、このようなピンチバルブをＳＦＣに使用することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−１９０７６１号公報
【特許文献２】特開平３−１７２６８８号公報
【特許文献３】特開平８−３３８８３２号公報
【特許文献４】特開平３−１７７６７０号公報
【特許文献５】特開２０１１−２０２６８１号公報
【特許文献６】特開２００３−４９９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＳＦＣに質量分析装置（ＭＳ：Mass Spectrometry）を接続してＳＦＣ−ＭＳの構成にすることで、検出感度や同定感度を向上させることが可能である。ＳＦＣ−ＭＳの構成にする場合、圧力制御バルブの下流側にＭＳが接続されるため、分離カラムで時間的に分離した被検査成分が必ず圧力制御バルブを通過することになる。圧力制御バルブ内に移動相の流通経路に含まれないデッドボリュームが存在していると、このデッドボリュームで移動相が淀むことによって分離カラムで時間分離された成分が混じり合うことが起こり、混じり合った成分をＭＳで正確に解析することができなくなる。そのため、特にＳＦＣ−ＭＳの構成にするような場合には、圧力制御バルブとして分離カラムの分離能を損ねないように内部のデッドボリュームができる限り小さい構造を有するものであることが望ましい。【００１０】
そこで、本発明は、ＳＦＣ用の圧力制御バルブ内のデッドボリュームを小さくすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかる圧力制御バルブは、底部に向かって収束する形状の凹部が形成された平面である凹部形成面及び凹部の内側壁面に端部をもつ２本の内部流路を有する圧力制御ブロックと、凹部側に凹部の開口よりも面積の大きい前面を有し、その前面の周縁部が凹部形成面の凹部の周囲に密着するとともに前面の中央部が凹部内に挿入される弁体部材と、弁体部材の背面中央部を凹部内側へ押圧して弁体部材を変形させることにより、弁体部材と凹部の内側壁面との間の隙間の大きさを調節するバルブ駆動機構と、を備えたものである。【００１２】
本発明の圧力制御バルブの好ましい実施態様は、弁体部材は前面中央に凹部と嵌合する形状の突起部を備え、バルブ駆動機構は突起部と凹部の内側壁面との間の隙間の大きさを調節するものである。【００１３】
上記の場合、弁体部材全体が耐性材料で構成されていてもよい。
耐性材料とは、ポリブチレンテレフタレート、超高分子ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトンなど、超臨界流体クロマトグラフの溶媒に対して反応性をもたず（耐薬品性）、４０ＭＰａ程度の圧力に対する耐性（耐圧性）及びドライアイスの衝突によっても損傷を受けない強度（耐衝撃性）を有する材料である。【００１４】
なお、弁体部材が封止部とその封止部の前面中央に設けられた突起部を備えている場合、封止部は内部流路内の流体に接することがないため、突起部のみ耐性材料で構成され、封止部は弾力性を有する弾性材料で構成されていてもよい。バルブ駆動機構によって変形させられる封止部が弾性材料で構成されていることにより、バルブ駆動機構による押圧量に対する封止部の変形量が小さくなり、バルブ駆動機構による突起部の変位量制御の分解能が高くなる。【００１５】
また、弁体部材の別の構成の例として、弁体部材が弾力性を有する弾性部材で構成され、その弁体部材の前面が耐性材料からなる膜状の保護シートにより保護されている例が挙げられる。弁体部材が弾性部材で構成されているため、バルブ駆動機構による押圧に対する弁体部材の変形の割合が小さくなり、弁体部材と凹部との間の隙間の制御の分解能が高くなる。
なお、弁体部材を、前面に耐衝撃性及び耐圧力性を有する耐性材料からなるコーティングが施された弾力性を有する弾性部材で構成しても上記と同様の効果を得ることができる。【００１６】
さらに別の例として、弁体部材が耐性材料からなる膜状の硬質シートである例が挙げられる。この場合、弁体部材が膜状の硬質シートであるため、バルブ駆動機構の駆動量に対する応答性が高くかつドライアイスブラストを防止することができる。【００１７】
本発明の圧力制御バルブのさらに具体的な実施態様の一例は、圧力制御ブロックの一外面に設けられ、その外面から垂直に掘り込まれて底面が凹部形成面となっている掘込穴と、掘込穴に嵌め込まれて弁体部材の背面周縁部を底面側へ押し付ける押付部材と、をさらに備え、押付部材は弁体部材の背面中央部に通じる貫通孔を備えており、バルブ駆動機構は、貫通孔を貫通して弁体部材の背面中央部に先端部が接しその先端部で弁体部材の背面中央部を押圧する押圧棒及びその押圧棒を駆動するアクチュエータを備えているものである。【００１８】
本発明にかかる超臨界流体クロマトグラフは、分析流路と、分析流路に移動相を供給する移動相供給部と、分析流路中に試料を導入する試料導入部と、分析流路上で試料導入部よりも下流側に配置された分離カラムと、分析流路上で分離カラムよりも下流側に配置され、分離カラムで分離された試料成分を検出する検出器と、分析流路上で検出器よりも下流側に配置され、分析流路内の圧力を移動相が超臨界状態となる圧力に制御する本発明の圧力制御バルブと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の圧力制御バルブでは、底部に向かって収束する形状の凹部が形成された凹部形成面及び凹部の内側壁面に端部をもつ２本の内部流路を有する圧力制御ブロックを備え、弁体部材の前面周縁部が凹部形成面の凹部の周囲に密着するとともに弁体部材の前面中央部が凹部内に挿入されるようにし、バルブ駆動機構によって弁体部材と凹部の内側壁面との間の隙間の大きさを調節するように構成したので、圧力制御バルブの内部ボリュームが非常に小さくなり、圧力制御バルブにおけるデッドボリュームが小さくなる。これにより、圧力制御バルブ内での移動相の淀みをなくすことができる。底部に向かって収束する形状の凹部の開口を弁体部材で封止し、その弁体部材の背面中央部を押圧するという、ニードルや球状の弁体などを使用しない簡単な構造であるので、バルブの駆動部分を１ｍｍ3以下というＳＦＣに適した微小な容積で形成することが可能となる。【００２０】
また、ピンチバルブでは、弁チューブへの配管接続部におけるシール性が問題となるが、本発明の圧力制御バルブは圧力制御ブロックに配管を接続することができるため、ピンチバルブよりも高い配管接続部のシール性を実現することができる。【００２１】
本発明の超臨界流体クロマトグラフでは、圧力制御バルブとして、デッドボリュームの小さい本発明の圧力制御バルブを使用するので、分離カラムで分離された試料成分が圧力制御バルブ内で混じり合うことが防止され、分離カラムの分離能が圧力制御バルブによって損ねられることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】超臨界流体クロマトグラフの一実施例を概略的に示す流路図である。
【図２Ａ】圧力制御バルブの一実施例を示す断面図である。
【図２Ｂ】同実施例のバルブ機構部分を拡大して示す断面図である。
【図２Ｃ】同実施例の圧力制御バルブの凹部の形状を弁体部材及び押付部材を取り外した状態で示す断面図である。
【図２Ｄ】同実施例の圧力制御バルブの凹部内を上から見た図である。
【図３】圧力制御バルブのさらに他の実施例を示す断面図である。
【図４】圧力制御バルブのさらに他の実施例を示す断面図である。
【図５】圧力制御バルブのさらに他の実施例を示す断面図である。
【図６】圧力制御バルブのさらに他の実施例を示す断面図である。
【図７】圧力制御バルブに用いられるアクチュエータの一実施例を示す正面図である。
【図８】図７のアクチュエータの制御系統を示すブロック図である。
【図９】図７のアクチュエータのピエゾ素子の制御を示すフローチャートである。
【図１０】図７のアクチュエータのステッピングモータの制御を示すフローチャートである。
【図１１】ピエゾ印加電圧と分析流路内の圧力の時間変化を示すグラフである。
【図１２】ピエゾ素子のフィードバック制御回路の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は超臨界流体クロマトグラフの一実施例を概略的に示す流路図である。
液体状態の二酸化炭素をポンプ６により送液する二酸化炭素送液流路２と、モディファイアであるメタノールをポンプ１０により送液するメタノール送液流路４がミキサ１４に接続されている。ミキサ１４には分析流路１６が接続されている。分析流路１６上には、この分析流路１６に試料を注入する試料注入部（オートサンプラ）１８、分離カラム２０、検出器２２及び圧力制御バルブ２４が配置されている。【００２４】
二酸化炭素とメタノールはミキサ１４で混合され、移動相として分析流路１６に導入される。二酸化炭素送液流路２、メタノール送液流路４及びミキサ１４は移動相送液部を構成している。分析流路１６は圧力制御バルブ２４によって内圧が７ＭＰａ以上に制御されており、分析流路１６に導入された移動相は超臨界流体の状態となる。試料注入部１８により注入された試料は超臨界流体となった移動相によって分離カラム２０に搬送され、成分ごとに分離され、検出器２２及び圧力制御バルブ２４を経て外部へ排出される。なお、圧力制御バルブ２４の後段側に質量分析装置（ＭＳ）が接続されていてもよい。【００２５】
圧力制御バルブ２４の一実施例について図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ及び図２Ｄを用いて説明する。
圧力制御ブロック３０の互いに対向する側面に配管を接続するための配管接続部３１及び３２が設けられている。両配管接続部３１と３２は圧力制御ブロック３０内に設けられた１本の内部流路４０によって互いに接続されている。圧力制御ブロック３０の材質は耐薬品性及び耐圧力性に優れた材料、例えばステンレス（ＳＵＳ３１６）である。内部流路４０の内径は例えば０．１〜０．３ｍｍ程度である。【００２６】
配管接続部３１には分析流路の一部をなす配管３３が挿入されメイルナット３４によって固定されており、配管接続部３２には配管３６が挿入されメイルナット３８によって固定されている。配管３３は圧力制御室をなす内部流路４０への入口流路であり、配管３６は出口流路である。超臨界流体クロマトグラフの移動相は配管３３から内部流路４０に入り、配管３６から外部へ排出される。【００２７】
内部流路４０と平行をなす圧力制御ブロック３０の一平面の内部流路４０上の位置に、該平面に対して垂直な方向に掘り込まれた掘込穴４６が設けられている。掘込穴４６の底面は内部流路４０近傍に達している。図２Ｃの二点鎖線の円で示されているように、掘込穴４６の底面４７（凹部形成面）に凹部４２が形成されている。凹部４２はその開口４８から底部に向かって収束する円錐形状に形成されている。凹部４２は内部流路４０を横切って２本の流路に分断しており、図２Ｄに示されているように、凹部４２内を開口部４８上から見ると、凹部４２によって切り取られた流路４０の２つの端部が凹部４２の内側に見える。なお、凹部４２の形状は円錐形状に限定されるものではなく、底部に向かって収束する形状であればよい。【００２８】
掘込穴４６の底部に弁体部材４４が配置されている。弁体部材４４は平面形状が掘込穴４６の平面形状とほぼ同じ大きさの円形である封止部４４ａと、その封止部４４ａの一平面の中央部から突起して凹部４２と嵌合する形状の突起部４４ｂとを備えている。ここで、弁体部材４４の突起部４４ｂ側の面（封止部４４ａの突起部４４ｂが設けられている面）を前面、それとは反対側の面を背面とする。弁体部材４４は前面が凹部４２側を向き、突起部４４ｂが凹部４２に嵌め込まれている。封止部４４ａの突起部４４ａの周囲の面は掘込穴４６の底面４７に密着し、開口部４８を封止している。【００２９】
圧力制御ブロック３０には、弁体部材４４を掘込穴４６の底面４７に押し付ける押付部材５０がネジ５２により装着されている。押付部材５０は、平面形状が掘込穴４６よりも大きい円形のフランジ部５０ａと、フランジ部５０ａの一平面の中央部から突起して掘込穴４６と嵌合する円柱形状の先端部５０ｂを備えている。先端部５０ｂは掘込穴４６内に挿入され、フランジ部５０ａの周縁部はネジ５２によって圧力制御ブロック３０に固定されている。先端部５０ｂの先端面は弁体部材４４の背面に接し、ネジ５２の締結具合によって弁体部材４４を掘込穴４６の底面４７側へ押し付ける力が調節される。【００３０】
押付部材５０の中央部にフランジ部５０ａ及び先端部５０ｂを貫通する貫通孔５１が設けられている。貫通孔５１の内側を円柱形状の押圧棒５４が貫通し、押圧棒５４の先端が弁体部材４４の背面中央部に接している。押圧棒５４は例えばピエゾアクチュエータなどのアクチュエータ５６によって一方向（図において上下方向）に駆動される。押圧棒５４がアクチュエータ５６によって駆動されることで、押圧棒５４の先端面が弁体部材４４を押圧して弁体部材４４を変形させ、それによって突起部４４ｂが凹部４２内で変位する。凹部４２内において突起部４４ｂが変位することで、凹部４２と突起部４４ｂとの間の隙間の大きさが調節され、それによって内部流路４０の一端から他端へと通じる開口面積の大きさが調節される。ここで、押圧棒５４及びアクチュエータ５６はバルブ駆動機構を構成している。【００３１】
なお、押付部材５０の構造は図２Ａに示されたものに限定されない。例えば、図６に示されているように、押付部材５０を内側に押圧棒５４を貫通させる貫通孔５１を有するとともに外周面にネジの切られた円柱形状の部材とし、掘込穴４６の内周面に押付部材５０の外周面のネジと螺合するネジを切っておく。これにより、押付部材５０を回転させることで、押付部材５０の先端面が弁体部材４４を底面４７側へ押し付ける力を調節することができる。【００３２】
弁体部材４４は封止部４４ａ及び突起部４４ｂが耐性材料により一体成型されたものである。耐性材料とは、ポリブチレンテレフタレート、超高分子ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトンなど、超臨界流体クロマトグラフの溶媒に対して反応性をもたず（耐薬品性）、４０ＭＰａ程度の圧力に対する耐性（耐圧性）及びドライアイスの衝突によっても損傷を受けない強度（耐衝撃性）を有し、さらに突起部４４ｂを弾性変形により２００μｍ程度変位させる弾力性を有する材料である。【００３３】
なお、本発明の圧力制御バルブに用いられる弁体は上記の弁体部材４４に限られるものではない。図３から図５は弁体として弁体部材４４とは異なる構造を有するものを用いた実施例を示している。【００３４】
図３の弁体部材６０は図２の弁体部材４４と同一形状であるが、封止部６０ａと突起部６０ｂが互いに異なる材料で構成されている。封止部６０ａは弾力性の大きいゴム材料（例えば、バイトン（登録商標）、カルレッツ（登録商標）、パーフロ（登録商標））で構成され、突起部６０ｂは上述の耐性材料で構成されている。弁体部材６０において内部流路４０を流れる流体と接する部分は突起部６０ｂだけであるため、突起部６０ｂにのみ耐薬品性、耐圧性、耐衝撃性をもたせておけばよい。【００３５】
ＳＦＣ内の圧力を安定させるために必要な±０．１ＭＰａという精度を実現するために必要な分解能は、ベルヌーイの定理より導いた次式（１）より求めることができる。ここで、ΔＰは圧力差、Ｑmは移動相流量、ρは流体密度、ｄは流路内径（≒弁体の位置）である。
ΔＰ＝（８・Ｑm2）／（ρπ2ｄ4）              （１）【００３６】
式（１）を用いて計算すると、±０．１ＭＰａの精度を達成するためにはナノメートル単位の弁体の位置制御が必要となる。これはピエゾ素子による位置分解の限界に近い分解能である。そこで、図３の実施例のように、押圧棒５４による押圧によって変形する封止部６０ａの材質を弾力性の大きいゴム材料とすることで、押圧棒５４の変位量に対する突起部６０ｂの変位量の割合が小さくなり、突起部６０ｂの駆動制御の分解能を向上させることができる。【００３７】
図４の弁体部材６２は弾力性の大きいゴム材料（例えば、バイトン（登録商標）、カルレッツ（登録商標）、パーフロ（登録商標））で構成された円板形状の部材である。弁体部材６２の前面側に保護シート６３が設けられている。保護シート６３はポリブチレンテレフタレート、超高分子ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトンなどの耐性材料により構成されている。この場合、開口部４８の内径よりも小さい外径を有する押圧棒５４で弁体部材６２の背面中央部を押圧することにより、弁体部材６２及び保護シート６３を大きく変形させて、保護シート６３と凹部４２との間の隙間の大きさを調節する。押圧棒５４の先端形状は凹部４２と嵌合する形状や半球状などである。弁体部材６２が弾力性の大きいゴム材料を変形させる構造であるため、押圧棒５４の変位量に対して保護シート６３の表面の変位量の割合が小さくなり、保護シート６３の表面の変位量制御の分解能を高くすることができる。なお、この実施例では、保護シート６３は弁体部材６２と別体として設けられているが、保護シート６３を弁体部材６２の表面にコーティングされた保護膜としてもよい。【００３８】
なお、図３及び図４の実施例では、アクチュエータ５６の駆動量に対する弁体の変位量を小さくして分解能を高める反面、ゴム材料がダンパーのように働くためにアクチュエータ５６の駆動速度に対する内部流路４０の開口面積の制御の応答性が低くなる。そこで、図５に示されているように、膜状の硬質シート６４を弁体部材として使用し、硬質シート６４で開口部４８を封止するとともに、押圧棒５４の先端で硬質シート６４を変形させて内部流路４０の開口面積を制御してもよい。硬質シート６４はポリブチレンテレフタレート、超高分子ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、オーステナイト系ステンレス（例えばＳＵＳ３１６）などの耐性材料により構成することができる。硬質シート６４の厚みは例えば５０μｍ程度である。【００３９】
図５の実施例では、硬質シート６４の周縁部を、厚さ０．５〜１ｍｍ程度のリング状の弾性部材６６を介して押付部材５０によって底面４７に押し付けて、開口部４８のシール性の向上を図っている。この場合の押圧棒５４の先端形状は平面ではなく、硬質シート６４を凹部４２の内側に押し付けることが可能な形状、例えば半球状や先端の尖っていない円錐形状などである。【００４０】
次に、アクチュエータ５６について図７を用いて説明する。【００４１】
アクチュエータ５６はステッピングモータ７０とピエゾ素子７２を備えている。ピエゾ素子７２は鉛直下向きに配置された変位部７２ａを鉛直方向に変位させるものである。ピエゾ素子７２のダイナミックレンジは１０μｍ程度であるが、ナノメートル単位の制御分解能を有する。すなわち、０〜１００Ｖの間で印加される電圧の大きさに応じて変位部７２ａの位置をナノメートル単位で制御することができる。変位部７２ａの先端は押圧棒５４に接しており、ピエゾ素子７２への印加電圧制御により圧力制御ブロック３０内の凹部４２と突起部４４ｂとの間の隙間をナノメートル単位で制御することができる。ピエゾ素子７２、変位部７２ａ及び押圧棒５４はピエゾ機構を構成している。ピエゾ素子７２はピエゾ保持部材７６によって保持されている。【００４２】
ステッピングモータ７０は１パルスの正又は負の電圧が与えられると１ステップ分の角度だけ順方向に又は逆方向に棒ネジ７４を回転させるものである。ピエゾ保持部材７６は棒ネジ７４と螺合しながら保持されており、棒ネジ７４の回転に応じて上昇又は下降するようになっている。ステッピングモータ７０、棒ネジ７４及びピエゾ保持部材７６はステッピング機構を構成している。
ここで、ステッピングモータ７０の回転方向を、ピエゾ保持部材７６を下降させる方向を順方向、ピエゾ保持部材７６を上昇させる方向を逆方向と定義する。【００４３】
アクチュエータ５６の制御系統について図８を用いて説明する。【００４４】
ステッピングモータ７０とピエゾ素子７２は制御部８０によって制御される。移動相の流量や分析流路１６内の圧力などの分析情報は入力部８１を介して分析者により制御部８０に設定される。制御部８０は設定された圧力値（設定値）に基づき、分析流路１６内の圧力が設定値になるように制御する。制御部８０はステッピングモータ７０及びピエゾ素子７２を制御するためにピエゾ制御手段８０ａ、ステッピングモータ制御手段８０ｂ及び開始位置調節手段８０ｃを備えている。【００４５】
ピエゾ制御手段８０ａは、分析流路１６内の圧力が設定値になるようにピエゾ素子７２への印加電圧を制御するように構成されている。図１において図示は省略されているが、分析流路１６内の圧力を計測する圧力センサ８２が設けられており、圧力センサ８２の計測値は制御部８０に取り込まれる。ピエゾ制御手段８０ａは圧力センサ８２の計測値が設定値になるようにピエゾ素子７２への印加電圧を出力する。【００４６】
ピエゾ制御手段８０ａは図１２に示されるフィードバック制御回路を含んでいる。このフィードバック制御回路は、圧力センサ８２の計測値と設定値を演算増幅器９０に入力し、その差分を一定倍率で増幅した値をピエゾ印加電圧として出力するように構成されている。このフィードバック制御回路から出力されるピエゾ印加電圧が制御部８０に取り込まれる。【００４７】
ステッピングモータ制御手段８０ｂは、ピエゾ素子７２の駆動状況に応じてステッピングモータ７０の位置を調整するように構成されている。ピエゾ素子７２は圧力センサ８２の計測値が設定値になるように制御されるが、環境温度や移動相の組成等が変化すると、圧力センサ８２の計測値を設定値にするために必要なピエゾ素子７２の駆動量が変化し、ピエゾ素子７２のダイナミックレンジを外れることがある。ステッピングモータ制御手段８０ｂは、圧力センサ８２の計測値を設定値にするために必要な駆動量がピエゾ素子７２のダイナミックレンジから外れそうなときにステッピングモータ７０を駆動してピエゾ素子７２の位置を変更することで、ピエゾ素子７２によって制御可能な変位量の範囲を変更する。【００４８】
ステッピングモータ７０を動作させるか否かは、ピエゾ素子７２への印加電圧が予め設定された上限値（例えば７０Ｖ）と下限値（例えば３０Ｖ）の間にあるか否かにより判断する。ステッピングモータ制御手段８０ｂはピエゾ素子７２への印加電圧を定期的にモニタし、ピエゾ素子７２への印加電圧が上限値を超えている場合又は下限値を下回っている場合にステッピングモータ７０を駆動し、ピエゾ素子７２への印加電圧が常に上限値と下限値の間にあるように保つ。【００４９】
開始位置情報調節手段８０ｃは、入力部８１を介して入力された分析条件と開始位置情報保持部８８に保持されている開始位置情報に基づいてステッピングモータ７０を適当な開始位置に調節するように構成されたものである。入力部８１を介して入力された分析条件から、分析流路１６内の圧力を設定圧力にするために必要な駆動部７２ａのおおよその変位量を割り出すことは可能であり、割り出した駆動部７２ａの変位量からステッピングモータ７０の適切な位置（順方向又は逆方向へのステップ数）を割り出すことができる。開始位置情報保持部８８には、設定される圧力や移動相の流量とステッピングモータ７０の位置との関係に関する情報が開始位置情報として保持されており、開始位置情報調節手段８０ｃは入力された分析条件と開始位置情報保持部８０ｃの開始位置情報に基づいてステッピングモータ７０の開始位置を割り出し、ステッピングモータ７０をその開始位置まで駆動する。【００５０】
ピエゾ素子７２の制御について図９のフローチャートを用いて説明する。
ピエゾ素子７２への印加電圧は、圧力センサ８２の計測値が設定値と等しくなるように設定される。圧力センサ８２の計測値を一定時間ごとに取り込み、取り込んだ圧力センサ８２の計測値と設定値との差分をとってその差に応じた電圧をピエゾ素子７２に印加する。【００５１】
ステッピングモータ７０の制御について図１０のフローチャートを用いて説明する。
分析開始当初、設定された分析条件と開始位置情報保持部８８の開始位置情報に基づいてステッピングモータ７０の開始位置を割り出し、ステッピングモータ７０をその開始位置に調節する。その後、ピエゾ駆動部８４からピエゾ素子７２への印加電圧を一定時間ごとに取り込む。取り込んだ印加電圧が上限値を超えている場合はステッピングモータ７０を１ステップだけ進め（順方向へ回転させ）、印加電圧が下限値を下回っている場合はステッピングモータ７０を１ステップだけ戻す（逆方向へ回転させる）。【００５２】
なお、ステッピングモータ７０の制御頻度はピエゾ素子７２の制御頻度に比べて十分に遅くしなければ、ピエゾ素子７２の正常可動領域を反対側に超えて発振してしまうため、ステッピングモータ７０の制御を１０〜１００ｍ秒に１回程度にすることが好ましい。【００５３】
図７のアクチュエータ５６により臨界流体クロマトグラフの分析流路内の圧力を制御したときのピエゾ印加電圧と分析流路内圧力の時間変化を図１１に示す。この図のＡ〜Ｅの各点はステッピングモータ７０が駆動された時点を示している。この測定では、ステッピングモータ７０の駆動の動機となるピエゾ印加電圧の上限値を７０Ｖ、下限値を３０Ｖに設定し、分析流路内の圧力を１０ＭＰａに設定した。【００５４】
Ａ，Ｂ及びＣの点では、ピエゾ印加電圧が７０Ｖを超えたためにステッピングモータ７０が１ステップだけ順方向へ駆動され、ピエゾ素子７２が２μｍだけ下降した。これにより、分析流路内の圧力を１０ＭＰａにするために必要なピエゾ素子７２への印加電圧が低下している。Ｄ及びＥの点では、ピエゾ印加電圧が３０Ｖを下回ったためにステッピングモータ７０が１ステップだけ逆方向へ駆動され、ピエゾ素子７２が２μｍだけ上昇した。これにより、分析流路内の圧力を１０ＭＰａにするために必要なピエゾ素子７２への印加電圧が増加している。【００５５】
図１１から、分析流路内の圧力が設定圧力１０ＭＰａに対し±０．０１ＭＰａ程度の範囲で制御されていることがわかる。これは、ピエゾ素子７２への印加電圧に応じてステッピングモータ７０がピエゾ素子７２の位置を調節し、それによってピエゾ素子７２が常に稼動範囲内で駆動されるためである。
【符号の説明】
【００５６】
２      二酸化炭素送液流路
４      メタノール送液流路
６，１０      ポンプ
８      二酸化炭素
１２      メタノール（モディファイア）
１４      ミキサ
１６      分析流路
１８      試料注入部
２０      分離カラム
２２      検出器
２４      圧力制御バルブ
３０      圧力制御ブロック
３１，３２      配管接続部
３３，３６      配管
３４，３８      メイルナット
４０      内部流路
４２      凹部
４４，６０，６２，６４      弁体部材
４６      掘込穴
４７      掘込穴の底面
４８      開口部
５０      押付部材
５０ａ      押付部材のフランジ部
５０ｂ      押付部材の先端部
５１      押付部材の貫通孔
５２      ネジ
５４      押圧棒
５６      アクチュエータ
７０      ステッピングモータ
７２      ピエゾ素子
７２ａ      変位部
７４      棒ネジ
７６      ピエゾ素子保持部
８０      制御部
８０ａ      ピエゾ制御手段
８０ｂ      ステッピングモータ制御手段
８０ｃ      開始位置調節手段
８１      入力部
８２      圧力センサ
８８      開始位置情報保持部
９０      演算増幅器
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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２Ｄ】
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【国際調査報告】
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