(57)【要約】【課題】  極低流量での安定送液と起動時の気泡排出性に優れる液体クロマトグラフ用ポンプを提供する。【解決手段】  シリンダ１３、１４内を往復動するプランジャ１６、１７と、前記プランジャ１６、１７により流体の吸入・吐出を行う液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、前記プランジャ１６により送液する大流量ポンプと前記プランジャ１７により送液する小流量ポンプを構成するとともに、モータ２１、３１の回転運動を往復運動に変換する運動変換手段と、前記プランジャ１７を直接駆動するアクチュエータ５５と、該アクチュエータ５５を駆動する駆動部８０とを備え、前記プランジャ１７を駆動する手段を選択的に切り替えるようにする。【選択図】  図１
2005090410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するプランジャと、前記プランジャにより流体の吸入・吐出を行うポンプにおいて、
前記プランジャを直接駆動するアクチュエータを設けたことを特徴とするポンプ。
【請求項２】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するプランジャと、前記プランジャにより流体の吸入・吐出を行う液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、
モータの回転運動を往復運動に変換する運動変換手段と、前記プランジャを直接駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを駆動する駆動部とを備え、前記プランジャを駆動する手段を選択的に切り替えることを特徴とするポンプ。
【請求項３】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するプランジャと、前記プランジャにより流体の吸入・吐出を行うポンプにおいて、
第１のシリンダおよび前記第１のシリンダ内を往復動する第１のプランジャを有する第１ポンプと、第２のシリンダおよび前記第２のシリンダ内を往復動する第２のプランジャを有する第２ポンプとを備え、少なくとも前記第２プランジャに微小変位する圧電素子を設けたことを特徴とするポンプ。
【請求項４】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するプランジャと、前記プランジャにより流体の吸入・吐出を行う液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、
前記プランジャを直接駆動するアクチュエータを設けたことを特徴とする液体クロマトグラフ用ポンプ。
【請求項５】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するプランジャと、前記プランジャにより流体の吸入・吐出を行う液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、
モータの回転運動を往復運動に変換する運動変換手段と、前記プランジャを直接駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを駆動する駆動部とを備え、前記プランジャを駆動する手段を選択的に切り替えることを特徴とする液体クロマトグラフ用ポンプ。
【請求項６】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するプランジャと、前記プランジャにより流体の吸入・吐出を行う液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、第１のシリンダおよび前記第１のシリンダ内を往復動する第１のプランジャを有する第１ポンプと、第２のシリンダおよび前記第２のシリンダ内を往復動する第２のプランジャを有する第２ポンプとを備え、少なくとも前記第２プランジャに微小変位する圧電素子を設けたことを特徴とする液体クロマトグラフ用ポンプ。
【請求項７】
請求項５または６項に記載の液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、前記ポンプの送液流量によって前記プランジャを駆動する手段を選択的に切り替えることを特徴とする液体クロマトグラフ用ポンプ。
【請求項８】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、前記アクチュエータは前記プランジャに作用する荷重を検出するセンサを兼ねていることを特徴とする液体クロマトグラフ用ポンプ。
【請求項９】
請求項５または６に記載の液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、第１のシリンダおよび前記第１のシリンダ内を往復動する第１のプランジャを有する第１ポンプと、第２のシリンダおよび前記第２のシリンダ内を往復動する第２のプランジャを有する第２ポンプとを備え、前記第１ポンプの上流側に吸入弁と前記第１ポンプの下流側に吐出弁とを設け、少なくとも前記第２ポンプの前記第２のプランジャに前記アクチュエータを設け、前記第２ポンプを該液体クロマトグラフ用ポンプ内に構成される複数のポンプの内最も下流側に配置したことを特徴とする液体クロマトグラフ用ポンプ。
【請求項１０】
請求項６に記載の液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、前記第２ポンプの下流側にドレンバルブを設け、試験開始時は前記ドレンバルブを開放し、前記第１ポンプにより大流量の送液を行い、通路内に残留する気泡を排出しつつ下流側通路への液体の充填を行い、その後に前記ドレンバルブをとじ、前記第２ポンプにより小流量の送液を行うことを特徴とする液体クロマトグラフ用ポンプ。
【請求項１１】
請求項６に記載の液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、前記第１ポンプの下流側に設けられた吐出弁と、前記第２ポンプとの間にアクティブバルブを設けたことを特徴とする液体クロマトグラフ用ポンプ。
【請求項１２】
請求項５または６に記載の液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、送液流量の範囲は概ね０．１ｎＬ／ｍｉｎ〜５０μＬ／ｍｉｎであることを特徴とする液体クロマトグラフ用ポンプ。
【請求項１３】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するプランジャと、前記プランジャにより流体の吸入・吐出を行うポンプにおいて、前記プランジャを直接駆動するアクチュエータを設けたポンプを備えたことを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項１４】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するプランジャと、前記プランジャにより流体の吸入・吐出を行う液体クロマトグラフ用ポンプにおいて、モータの回転運動を往復運動に変換する運動変換手段と、前記プランジャを直接駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを駆動する駆動部とを備え、前記プランジャを駆動する手段を選択的に切り替えるポンプを備えたことを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【請求項１５】
シリンダと、前記シリンダ内を往復動するプランジャと、前記プランジャにより流体の吸入・吐出を行うポンプにおいて、第１のシリンダおよび前記第１のシリンダ内を往復動する第１のプランジャを有する第１ポンプと、第２のシリンダおよび前記第２のシリンダ内を往復動する第２のプランジャを有する第２ポンプとを備え、少なくとも前記第２プランジャに微小変位する圧電素子を設けたポンプを備えたことを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低流量での安定送液と起動時の気泡排出性に優れたポンプに関する。特に、極低流量の送液と起動時の気泡排出性に優れた液体クロマトグラフ用ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体クロマトグラフ用ポンプは、シリンダ内で往復運動するプランジャにより溶離液を吸入、吐出する構成が一般的であり、第１プランジャ及び第２プランジャを独立にモータで駆動し、両プランジャの協調駆動により流量の脈動を低減する構成が知られている。その一例として、例えば下記特許文献１がある。
【０００３】
この従来技術では、第１プランジャが一往復する間に第２プランジャも一往復し、第１プランジャの吸入動作により発生する流量脈動を第２プランジャの動作により補正するようにしていた。すなわち第１プランジャが送液流量を決定し、第２プランジャは第１プランジャの脈動補正用として使用する構成であった。
【特許文献１】特開昭６３−７５３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術の液体クロマトグラフ用ポンプでは、低流量の送液をすべく、モータの減速比を大きくしてプランジャの速度を下げる、あるいはプランジャの径やストロークを減らした場合には、逆に大流量の送液ができなくなる。このため試験開始時にポンプ下流側の計測系統の通路内に溶離液を充填するのに時間がかかる上、ポンプ内部に溜まった気泡の排出が困難であるという課題がある。気泡が排出されないとプランジャが往復動しても気泡を圧縮・膨張させるだけで一向に流量が吐出されず、故に極低流量のポンプを構成するには不向きであるという課題があった。
【０００５】
本発明の第１の目的は、送液の低流量化に適したポンプ、特に液体クロマトグラフ用ポンプを提供することにある。また、本発明の第２の目的は、試験開始時の溶離液充填や気泡排出を短時間で完了することができるポンプ、特に液体クロマトグラフ用ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記第１の目的を達成するために、本発明のポンプは、シリンダと、前記シリンダ内を往復動するプランジャと、前記プランジャにより流体の吸入・吐出を行うポンプにおいて、前記プランジャを直接駆動するアクチュエータを設けるようにしたものである。
【０００７】
また、シリンダと、前記シリンダ内を往復動するプランジャと、前記プランジャにより流体の吸入・吐出を行うポンプにおいて、モータの回転運動を往復運動に変換する運動変換手段と、前記プランジャを直接駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを駆動する駆動部とを備え、前記プランジャを駆動する手段を選択的に切り替えるようにしたものである。この時、前記アクチュエータに前記プランジャに作用する荷重を検出する機能を有するとよい。または、前記ポンプの送液流量によって前記プランジャを駆動する手段を選択的に切り替えるようにすると良い。
【０００８】
本発明のポンプは、特に液体クロマトグラフ用ポンプとして有用である。
また、上記第２の目的を達成するために、本発明の液体クロマトグラフ用ポンプは、前記第２ポンプの下流側にドレンバルブを設け、試験開始時は前記ドレンバルブを開放し、前記第１ポンプにより大流量の送液を行い、通路内に残留する気泡を排出しつつ下流側通路への液体の充填を行い、その後に前記ドレンバルブをとじ、前記第２ポンプにより小流量の送液を行うようにしたものである。
上記の液体クロマトグラフ用ポンプは、送液流量の範囲が概ね０．１ｎＬ／ｍｉｎ〜５０μＬ／ｍｉｎであるものに特に有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、モータの回転運動を往復運動に変換する運動変換手段とプランジャを直接駆動するアクチュエータとを備え、プランジャを駆動する手段を選択的に切り替えることができるので、送液の低流量化に適した液体クロマトグラフ用ポンプを提供することができる。
【００１０】
また、低流量の送液には小ポンプで行い、試験開始時の溶離液充填や気泡排出は大ポンプで行うように構成したので、試験開始時の溶離液充填や気泡排出を短時間で完了することができる液体クロマトグラフ用ポンプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、液体クロマトグラフ用ポンプが適用される液体クロマトグラフの送液システムの概略構成を表す油圧回路図であり、図２は、液体クロマトグラフ用ポンプのポンプ本体の概略構造を表す拡大断面図であり、図３は、ポンプの流量範囲を示す図であり、図４は、液体クロマトグラフ用ポンプの駆動方法の一例を示す図である。
【００１２】
図１および図２において、送液システムは、溶離液貯留容器１内の溶離液２を脱気装置（デガッサ）３および吸入配管４を介して吸入し加圧する液体クロマトグラフ用ポンプ１０と、この液体クロマトグラフ用ポンプ１０からの溶離液を吐出し、吐出配管５を介して、分析対象となる試料が注入されるインジェクタ６と、微小なシリカゲル粒が内部に充填されたカラム７と、分離された成分毎に成分分析する検出器８と、前記吐出配管５に接続されたドレンバルブ９と、ポンプを駆動するモータ２１および３１に駆動信号を出力するコントローラ６０と、液体クロマトグラフ用ポンプ１０に設けられ圧力を検出してその検出信号をコントローラ６０に出力する圧力センサ７０と、ポンプに設けられた後述するアクチュエータを駆動する駆動部８０とを備えている。
【００１３】
液体クロマトグラフ用ポンプ１０は、ポンプ本体１１と、モータ２１および３１から構成されている。
ポンプ本体１１には、吸入通路１２、第１シリンダ１３、第２シリンダ１４、吐出通路１５が形成されており、第１シリンダ１３および第２シリンダ１４には、第１プランジャ１６および第２プランジャ１７が軸受４１、５１により摺動可能に保持されている。吸入通路１２には吸入弁１８が、第１シリンダ１３と第２シリンダ１４とを連通する中間通路には吐出弁１９が設けられており、それぞればねにて一方向に保持され、溶離液の流通方向を制限する逆止弁となっている。すなわち、吸入弁１８は第１シリンダ１３を有する第１ポンプが吸入行程にあるときにばね力に逆らって開き、吐出弁１９は第１ポンプが吐出行程にあるときばね力に逆らって開くように、それぞれがばねによって付勢されている。
【００１４】
ポンプ本体１１には、モータ２１および３１が設置されており、該モータ２１、３１の回転軸端には、カップリング２２、３２を介してボールねじ２４、３４が軸受２３、３３により回転自在に支持されている。ボールねじ２４、３４のナット２５、３５は、継手２６、３６によってボールスプライン軸２７、３７のモータ側端部と連結さている。
【００１５】
ボールスプライン軸２７、３７は、ポンプ本体１１に固定されたスプライン外筒２８、３８によって支持されている。ボールスプラインは、スプライン外筒２８、３８に組込まれたボールが、精密研削されたスプライン軸２７、３７の転動溝を滑らかな直線運動をしながらトルク伝達ができる直動システムである。また、ボールスプライン軸２７、３７は、前記ボールねじ２４、３４の外径より若干大きい内径の中空部２９、３９が形成されており、該中空部２９、３９内を前記ボールねじ２４、３４が出入り自在としている。
【００１６】
図２に詳細に示したように、第２プランジャ１７は、第２シリンダ１４内を軸受５１により摺動可能に保持するとともに、プランジャシール５２によってポンプ室２０内の液密を確保している。前記第２プランジャ１７のモータ側端部（後端部）１７ａには、戻しばね５３がばね支持部材５４によって支持されるように形成されている。該プランジャ後端部１７ａと、前記スプライン軸３７のプランジャ側端部に設置されたアクチュエータ５５は、前記戻しばね５３およびばね支持部材５４によって互いに離脱することなく当接している。したがって、アクチュエータ５５をスプライン軸３７に固定する手段は特に必要がない。該アクチュエータ５５への入出力信号は前記スプライン軸３７に形成された中空部３９からポンプ本体の外へ取出される。
該アクチュエータ５５は微小な変位を発生させることができればその形式は関係なく、例えば、圧電素子を用いたものや磁歪式のものがある。
【００１７】
第１プランジャ１６周りの構成は、上述したの第２プランジャ１７周りの構成とはアクチュエータ５５が設置されているかいないかの点を除けば同様であるのでここでの説明は省略する。以下の動作の説明においては、第２プランジャ１７を例に説明する。
【００１８】
モータ３１の回転運動は、カップリング３２によりボールねじ３４に伝わり、ボールねじ３４のナット３５および継手３６がスプライン軸３７を駆動して、第２プランジャ１７の往復直線運動を実現する。スプライン軸３７の前後進により、第２プランジャ１７が第２シリンダ１４に進入、後退し、進入時には液を押出し吐出配管５へ送出することになる。
【００１９】
以下、本実施例では第１プランジャ１６とこれを駆動する直動機構部を含む部分を大ポンプと称し、第２プランジャ１７とこれを駆動する直動機構部を含む部分を小ポンプと呼ぶことにする。
【００２０】
次に、図３は液体クロマトグラフ用ポンプの流量範囲とその分類を示す図である。本実施形態ではセミミクロより下の、ミクロ（μｌ）、ナノ（ｎｌ）といった極低流量の送液を行う液体クロマトグラフ用ポンプを対象としている。図３に示す汎用ポンプの流量範囲の一例よりわかるように、モータの回転数範囲や回転精度等の制約上、最低流量と最大流量の比は一般に１００倍程度しかとれない。したがって、ミクロ、ナノの領域に流量を設定すると、自ずと最大流量も小さくなってしまう。このため試験開始時にポンプ下流側の計測系統の通路内に溶離液を充填するのに時間がかかる上、ポンプ内部に溜まった気泡が排出され難いという課題がある。特にポンプ室内に気泡が残っているとプランジャが往復動しても気泡を圧縮・膨張させるだけで一向に流量が吐出されないか、著しく流量が低下してしまい精度のよい計測ができないという課題があった。
【００２１】
そこで本実施形態例では極低流量の送液は前記の第２プランジャの部分からなる小ポンプで行い、試験開始時の溶離液充填や気泡排出には第１プランジャの部分からなる大ポンプで行うよう構成したものである。
【００２２】
ここで、図３の横軸の総送液流量とは、あとで説明する高圧グラジエント運転時の総送液流量のことであり、グラジエント運転は数１０〜１００段階程度に流量を変化させるので、ポンプが出し得る最小分解能の最低流量としてはもう一桁〜二桁下になる。
【００２３】
図３の構成例１、２に示すように、小ポンプの流量範囲はミクロ、ナノの領域をカバーできるよう設定し、一方、大ポンプの流量範囲はこれより大流量域に設定し、最大流量が汎用の領域に達するようなものとし、かつ最低流量は小ポンプの最大流量より小さくなるように設定する。すなわち両ポンプの流量範囲に重なりがあるようにする。なお、流量はプランジャの断面積と速度の積なので、プランジャの径やモータの回転速度などを変えることにより設定が可能である。
【００２４】
次に、各構成例において小ポンプの最小流量を決めるプランジャの送り精度について説明する。上述した通り最小流量はプランジャの断面積と速度により決定されるのでプランジャ径が決まるとプランジャの速度つまりはプランジャの送り精度で決まることになる。構成例１における小ポンプの最小流量を保持するには、プランジャの送り精度は直動機構部のボールねじの送り精度で十分である。ちなみに、一般に市販されている精密ボールねじのリード誤差は数十μｍである。
【００２５】
構成例２のナノの領域をカバーするためにはボールねじの送り精度では不十分となり、それ以上の送り精度が必要となる。そこで本実施形態例では、圧電素子等の微小変位をプランジャの送り機構として用いることによりそれを達成するものである。例えば、圧電素子に２０〜３０Ｖの電圧を印加すると数十ｎｍの変位を得られるものが存在し、印加電圧を制御することによって圧電素子の変位量、つまりはプランジャのストロークを制御することができる。この方法によりこの領域の最小流量を補償することができる。
【００２６】
以上の構成において、図１、図２および図４を用いて本発明の液体クロマトグラフ用ポンプの運転方法を説明する。図４は横軸時間に対し、上から第１プランジャ１６変位、第２プランジャ１７変位、圧力センサ７０部圧力、大ポンプ流量、小ポンプ流量、吐出配管５を通過するトータル流量を示してある。
【００２７】
まず、試験の前段階としてポンプ内部の気泡を排出して溶離液を充填する際は、ドレンバルブ９を開放し、第１プランジャ１６を高速に往復動させることにより大流量での送液を行う。この際、上流側に大ポンプを配置しているので、下流側の第２ポンプ室内に溜まった気泡を容易に排出することが可能である。これにより汎用の液体クロマトグラフ用ポンプと同等の短時間で試験準備を完了することができる。なお、この間第２プランジャ３は静止しており、流量は図示のように間欠的になるが、このモードでの流量脈動は測定精度には何ら影響しないので問題ない。
【００２８】
次に、定常運転に移る際はドレンバルブ９を閉じ、第２プランジャ１７を低速で第２ポンプ室２０に押し込むことにより低流量の送液を行う。この間、第１プランジャ１６は基本的に静止しており、小ポンプのみで送液を行う。続いて第２プランジャがフルストローク付近に達したら最大限高速で引き戻し、引き戻しに同期して第１プランジ１６を第１ポンプ室に押し込むことにより流量の脈動をキャンセルし、トータル流量が常に一定になるよう、第１プランジャ１６と第２プランジャ１７の駆動を制御している。すなわち図のＱ１とＱ２の絶対値の和がＱ３と等しくなるようにすれば、常に一定流量の送液を行うことができる。前記の図３において、小ポンプと大ポンプの流量範囲に重なりを持たせている理由は、このように互いの流量を相殺して流量脈動をなくすためである。大ポンプの最大流量は大きければ大きいほどよいが、最低流量をＱ１とＱ２の絶対値の和に合わせるという制約があるので、自ずと最大流量も抑えられる。そこで、第２プランジャをできるだけ早く戻してＱ２を大きくすることにより、大ポンプの最低流量を大きくすることができるので、同時に最大流量も大きくすることができる。
【００２９】
なお、第２プランジャを押し込んでいる間、基本的に第１プランジャ２は静止しており、小ポンプのみで流量を発生させているが、最初に圧力を所定値のＰｓｅｔに上げる際に第１プランジャを図示のようにＸｉｎｉだけ変位させる方法が有効である。圧力を所定値まで上げるには流体の圧縮性やシールの変形のため、プランジャをある程度加圧室に押し込む必要があるが、最初の昇圧は大ポンプで行ったほうが効率的であるといえる。
【００３０】
上記ポンプの運転方法において、プランジャの駆動方法については、構成例１では、モータの回転運動によるボールねじ等の直動機構部により実施するものである。これに対して構成例２ではアクチュエータの駆動により実施するものである。ただし、構成例２においてはモータによる直動機構部の駆動方法と協調してアクチュエータを駆動する方法も考えられる。
【００３１】
なお、図１では大ポンプである第１プランジャと小ポンプである第２プランジャのプランジャ径が同一の場合を示しているが、本発明においてはこの限りではなく、第１プランジャ径を第２プランジャ径より大きくする構成でも良い。
【００３２】
また、本実施形態例においては、プランジャの駆動手段としてモータの回転運動を直動機構に変換する方法を開示したが、本発明においてはこの限りではなく、例えばリニアモータによりプランジャを駆動する構成としても良い。
【００３３】
本実施形態の他の特徴は、前記アクチュエータ５５をアクチュエータとしての機能を果たしていないときはプランジャに作用する荷重センサとして使用することにある。つまり、上記構成例１において、プランジャ駆動をモータの回転によるボールねじ等の直動機構部により実施している場合においては、アクチュエータ５５は使用していないので、電圧と変位の関係を利用してプランジャに作用する荷重はプランジャに働く圧力と相関関係にあることから圧力センサ代替手段として荷重センサとして利用するものである。あらかじめ圧力に対する歪み量（変位量）と歪み量に対する電圧の関係を定量的に把握すれば、出力される電圧を計測すればその時の圧力を知り得ることができる。図１および図２に示したアクチュエータ５５からコントローラ６０に出力されている信号は上記した構成を示したものである。
したがって、この構成例では圧力センサを取り除くことができるといった効果がある。
【００３４】
次に、図５は本発明の液体クロマトグラフ用ポンプを２台使用して、高圧グラジエントシステムを構築した例である。グラジエント運転とは２種類の溶離液Ａ，Ｂの混合比を時間と共に階段状に変えていく運転方法のことであり、総送液流量（＝Ｑａ＋Ｑｂ）を同じにしながら、ＱａとＱｂの比率を変えて試験を行う。
【００３５】
図６はグラジエント運転における各部の時間変化を示したもので、Ｑａ＋Ｑｂを１００で一定とすると、最初はＱａ：Ｑｂ＝１：９９からスタートして、２：９８、３：９７、・・、５０：５０、・・、９９：１と混合比を変えていく。これは１００段階のグラジエントの場合であり、総送液流量を１μＬ／ｍｉｎとすると最小流量及び分解能はこの１／１００の１０ｎＬ／ｍｉｎが要求される。図示のように一定流量を流していても、混合による流体の組成の変化によりカラムを通過する際の流体抵抗が変化し、ポンプの吐出圧力が最大１．５〜２倍程度も変化することが知られている。このため圧力を一定に保持しようとすると、逆に流量が変動してしまうことになる。
【００３６】
一方、混合比と圧力変動の関係は過去の実験データより予めわかっているので、流量が一定である場合の圧力変動曲線は予測可能である。そこでこの圧力変動曲線の理論値を目標値とし、圧力センサ信号フィードバックによりポンプを駆動して実圧力を目標圧力に合わせれば、精度よく一定の総送液流量を得ることができる。具体的には図５の圧力センサ７０ａの信号をメインコントローラ９０にフィードバックし、各ポンプのコントローラ６０、６０’を制御して圧力を目標圧力に追従させる。なお、両ポンプの吐出通路はミキサー６１を介して連通しているので、圧力はどの部分でもほぼ同じであり、圧力センサ７０ａ、７０ｂのどちらの信号を使ってもよい。
【００３７】
このとき仮に目標圧力より実圧力が低い場合は総送液流量（＝Ｑａ＋Ｑｂ）が低下しているということなので、モータの回転数を上げて流量を増やすわけであるが、Ｑａ、Ｑｂのどちらが低下しているのかは１個の圧力センサ情報からでは判別できない。実際にはＱａが低下しているのにＱｂが低下していると判断して補正を行えば、かえって混合比精度の悪化を招くことになる。これはグラジエント運転における相互干渉と呼ばれる問題である。
【００３８】
これを避けるために、本実施例ではＱａ、Ｑｂが同じ割合で低下しているとして補正する。これは図示のように流量比に比例したフィードバックゲインを与えることにより実現できる。例えばＱａ：Ｑｂの流量比を２０：８０で運転する場合のＱａ、Ｑｂのフィードバックゲインは、それぞれ（２０／１００）×Ｋ、（８０／１００）×Ｋで与えられる。Ｋは定数である。仮に総送液流量が５不足しているとし、比例制御を行うとすると、Ｑａ、Ｑｂの指令値はそれぞれ２０＋（２０／１００）×Ｋ×５、８０＋（８０／１００）×Ｋ×５で与えられる。例えばＫを１とすると、前者は２１、後者は８４となる。この方法によれば２個のポンプの固体差による混合精度の低下は避けられないものの、相互干渉の問題は避けられるので、これ以上の混合精度の低下を防ぐことができる。
【００３９】
なお、吐出圧力が時間とともに変化しているので、両ポンプのポンプ室の圧力もこれに合わせて変えてやる必要がある。特に、第１ポンプのポンプ室の圧力よりも圧力センサ部の圧力が低くなる場合、吐出弁が開いて第１ポンプ室内の溶離液が第２ポンプ室に流れ込んでしまい、送液流量が増えてしまう。このため本実施例では両ポンプの第１ポンプ室に圧力センサを設け、この信号を各コントローラにフィードバックして第１プランジャを駆動し、第１ポンプ室内の圧力が圧力センサで測定される吐出圧力と等しくなるよう制御している。
以上により、送液安定性と混合精度に優れた高圧グラジエントシステムを提供することができる。
【００４０】
図７は、本発明の液体クロマトグラフ用ポンプのその他の実施形態例であり、図１に示した液体クロマトグラフ用ポンプと同等の部分には同一の付号を付し、適宜説明を省略する。本実施形態例の特徴は、吐出弁１９と第２ポンプ室の間にアクティブバルブ５８を設けて、その駆動をコントローラ６０により制御するように構成したものである。
【００４１】
一般に液体クロマトグラフ用ポンプに用いられている吸入弁や吐出弁は、いわゆるチェック弁であり、ボールの材料としては耐薬品性と耐久性の観点からステンレスやルビー、セラミックといった高硬度の材料が用いられている。この種のチェック弁は弁が閉弁状態であっても微小な漏れは避けられず、特に極低流量の送液を行う場合は送液精度を低下させる大きな要因となっている。
【００４２】
本ポンプは第２プランジャ１７により低流量の送液を行う構成であるが、第２プランジャ１７がフルストロークに達したら測定終了という１回押し切りのシリンジポンプを想定したものである。
【００４３】
図８に本ポンプの運転方法の一例を示す。最初、アクティブバルブ５８とドレンバルブ９をともに開放し、第１プランジャ１６を高速に往復動させることにより大流量での送液を行い、ポンプ内部の気泡を排出して溶離液を充填する。この際、上流側に大ポンプを配置しているので、下流側の第２ポンプ室内に溜まった気泡を容易に排出することが可能である。これにより汎用の液体クロマトグラフ用ポンプと同等の短時間で試験準備を完了することができる。なお、この間第２プランジャ１７は静止しており、流量は図示のように間欠的になるが、このモードでの流量脈動は測定精度には何ら影響しないので問題ない。
【００４４】
続いて定常運転に移る際は、ドレンバルブ９を閉じ、第１プランジャ１６をＸｉｎｉだけ変位させ、吐出圧力を所定値のＰｓｅｔにまで昇圧する。昇圧後、アクティブバルブ５８を閉じるとともに、第１プランジャ１６を止め、第２プランジャ１７を低速で第２ポンプ室内に押し込むことにより、流量Ｑ１の低流量送液を行う。
【００４５】
本構成では第２プランジャ１７をフルストロークさせた時点で測定は終了で引き戻しがないため脈動は元々ほとんど発生しない。また、アクティブバルブ５８と吐出弁１９の二箇所で溶離液を封止しているので、チェック弁に比べて漏れが大幅に低減することができ、プランジャが送った流量が極めて正確に吐出できるという特長がある。なお、このときの第２プランジャ１７の駆動方法はアクチュエータ５５によることは言うまでもない。
【００４６】
１回のストロークで終了とはいえ、総送液量がｎＬ／ｍｉｎのナノ領域では２４時間の連続運転も可能である。したがって、図７の液体クロマトグラフ用ポンプはナノクラスのより低流量の仕様を構築する際に特に有効であるといえる。
【００４７】
また、本実施形態例では１つのポンプ本体に２つの加圧室を構成して通路で接続したが、ポンプヘッドを別々に設け、両者を配管で接続することによりシステムを構成してもよい。これによりポンプの分解がし易くなり、シール交換などのメンテナンス作業が容易になる。機器のレイアウト性が向上するなどの利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の液体クロマトグラフ用ポンプの適用対象である送液システムの概略構成を表す油圧回路図である。
【図２】本発明の液体クロマトグラフ用ポンプのポンプ本体の概略構造を表す拡大断面図である。
【図３】本発明の液体クロマトグラフ用ポンプの流量範囲を示す図である。
【図４】本発明の液体クロマトグラフ用ポンプの駆動方法の一例を示す図である。
【図５】本発明の液体クロマトグラフ用ポンプを用いたシステム構成の一例を示す図、
【図６】本発明の液体クロマトグラフ用ポンプの駆動方法の一例を示す図である。
【図７】本発明の液体クロマトグラフ用ポンプの他の適用対象の一例としての送液システムの概略構成を表す油圧回路図である。
【図８】本発明の液体クロマトグラフの駆動方法の一例を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１…溶離液貯留容器、２…溶離液、３…脱気装置（デガッサ）、４…吸入配管、５…吐出配管、６…インジェクタ、７…カラム、８…検出器、９…ドレンバルブ、１０…液体クロマトグラフ用ポンプ、１１…ポンプ本体、１２…吸入通路、１３…第１シリンダ、１４…第２シリンダ、１５…吐出通路、１６…第１プランジャ、１７…第２プランジャ、１８…吸入弁、１９…吐出弁、２０…ポンプ室、２１、３１…モータ、２２、３２…カップリング、２３、３３…軸受、２４、３４…ボールねじ、２５、３５…ナット、２６、３６…継手、２７、３７…ボールスプライン軸、２８、３８…スプライン外筒、２９、３９…中空部、４１、５１…軸受、４２、５２…プランジャシール、４３、５３…戻しばね、４４、５４…ばね支持部材、５５…アクチュエータ、６０…コントローラ、６１…ミキサー、７０…圧力センサ、８０…駆動部、９０…メインコントローラ。
【図１】
2005090410.tif 000003
【図２】
2005090410.tif 000004
【図３】
2005090410.tif 000005
【図４】
2005090410.tif 000006
【図５】
2005090410.tif 000007
【図６】
2005090410.tif 000008
【図７】
2005090410.tif 000009
【図８】
2005090410.tif 000010