(57)【要約】【課題】カラム回転機構及び向流クロマトグラフ装置の提供。【解決手段】太陽軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された太陽軸パイプと、この太陽軸パイプと一体化されて前記太陽軸線を中心に自転する第１ロータリーフレームと、この第１ロータリーフレーム上であって前記太陽軸パイプの近傍に位置する惑星軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された惑星軸パイプと、この惑星軸パイプと一体化されて前記惑星軸線を中心に自転すると共に前記太陽軸線の周りを公転する第２ロータリーフレームと、この第２ロータリーフレーム上であって前記惑星軸パイプの近傍に位置する衛星軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された衛星軸パイプと、この衛星軸パイプと一体化されて前記衛星軸線を中心に自転すると共に前記惑星軸線の周りを公転する衛星カラムとを備えたカラム回転機構。【選択図】 図１
2013156215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された太陽軸パイプと、この太陽軸パイプと一体化されて前記太陽軸線を中心に自転する第１ロータリーフレームと、この第１ロータリーフレーム上であって前記太陽軸パイプの近傍に位置する惑星軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された惑星軸パイプと、この惑星軸パイプと一体化されて前記惑星軸線を中心に自転すると共に前記太陽軸線の周りを公転する第２ロータリーフレームと、この第２ロータリーフレーム上であって前記惑星軸パイプの近傍に位置する衛星軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された衛星軸パイプと、この衛星軸パイプと一体化されて前記衛星軸線を中心に自転すると共に前記惑星軸線の周りを公転する衛星カラムとを備えたカラム回転機構であって、
前記衛星カラムにはフローチューブが配置されており、このフローチューブが前記太陽軸パイプ、前記惑星軸パイプ及び前記衛星軸パイプをこの順に経由するように配置された、前記カラム回転機構。
【請求項２】
前記カラム回転機構は、前記太陽軸線と同軸に固定された太陽軸固定パイプに回転自在に設置された太陽軸回動歯車と、前記太陽軸固定パイプに固定された太陽軸固定歯車と、前記惑星軸パイプに固定された惑星軸固定歯車と、前記惑星軸パイプに回転自在に設置された惑星軸回動歯車と、前記衛星軸パイプに固定された衛星軸固定歯車と、前記第１ロータリーフレーム上であって前記惑星軸線とは異なる位置に位置する第２の惑星軸線と同軸に回転自在に支持された第２惑星軸と、この第２惑星軸に固定された第２惑星軸固定歯車とを含む歯車機構を備えたものである請求項１に記載のカラム回転機構。
【請求項３】
前記カラム回転機構は、前記太陽軸線と同軸に固定された太陽軸固定パイプに回転自在に設置された太陽軸回動歯車と、前記惑星軸パイプに固定された惑星軸固定歯車と、前記惑星軸パイプに回転自在に設置された惑星軸回動歯車と、前記衛星軸パイプに固定された衛星軸固定歯車と、前記太陽軸線と同軸で前記太陽軸固定パイプと異なる位置に固定された第２の太陽軸固定パイプに固定され、前記惑星軸回動歯車と略同じ高さの位置に配置された第２太陽軸固定歯車又は歯付きプーリとを含む歯車機構を備えたものである請求項１に記載のカラム回転機構。
【請求項４】
前記カラム回転機構は、前記太陽軸線と同軸に固定された太陽軸固定パイプに回転自在に設置された太陽軸回動歯車と、前記太陽軸固定パイプに固定された太陽軸固定歯車と、前記第１ロータリーフレーム上であって前記太陽軸固定パイプの近傍に固定された遊星軸に回転自在に設置された遊星歯車機構と、前記惑星軸パイプに回転自在に設置された惑星軸回動歯車と、前記惑星軸パイプに固定された惑星軸固定歯車と、前記衛星軸パイプに固定された衛星軸固定歯車と、前記第２惑星軸に固定された第２惑星軸固定歯車とを含む歯車機構を備えたものである請求項１に記載のカラム回転機構。
【請求項５】
前記第１ロータリーフレームの自転速度をω１、前記第２ロータリーフレームの自転速度をω２、前記カラムの自転速度をω３としたときに、下記式（１）又は（２）又は（３）を満たすように前記各自転速度及び回転方向が調整されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカラム回転機構。
ω１＋ω２＋ω３＝０    （１）
−ω１＋ω２＋ω３＝０    （２）
ω１＋ω２−ω３＝０    （３）
【請求項６】
前記第２ロータリーフレームの自転速度は、前記第１ロータリーフレームの自転速度と前記太陽軸回動歯車の回転速度との速度差、及び前記太陽軸回動歯車の歯数と前記惑星軸固定歯車の歯数との比により決定されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のカラム回転機構。
【請求項７】
前記衛星カラムの自転の速さは、前記太陽軸回動歯車の回転の速さと同一である請求項２〜６のいずれか１項に記載のカラム回転機構。
【請求項８】
前記惑星軸回動歯車の回転速度は、前記遊星歯車機構に伝達された前記第１ロータリーフレームの自転速度、及び前記第１ロータリーフレームの自転速度と前記太陽軸回動歯車の回転速度との速度差により決定されることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のカラム回転機構。
【請求項９】
前記第２ロータリーフレームは、前記惑星軸パイプと同軸に設置された惑星カラムに衛星カラムから導出されたフローチューブを配置させて、前記惑星カラムを、前記惑星軸線を中心に自転させると共に前記太陽軸線の周りを公転させることができる請求項１〜８のいずれか１項に記載のカラム回転機構。
【請求項１０】
前記惑星カラムの自転速度は、前記惑星カラムの公転速度と非同期である請求項９に記載のカラム回転機構。
【請求項１１】
前記フローチューブが捩れないように、前記衛星カラムを、前記衛星軸線を中心に自転させると共に前記惑星軸線の周りを公転させ、かつ前記太陽軸線の周りを公転させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のカラム回転機構。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のカラム回転機構を備えたことを特徴とする向流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、カラムを、衛星軸を中心に自転させつつ惑星軸周りを公転させるとともに、太陽軸周りを公転させるカラム回転機構に関する。
また、本発明は、二相溶媒が導入されるコイル状に形成されたカラムを動かして目的物質を分離する向流クロマトグラフ装置及び向流クロマトグラフ装置のカラム回転機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料混合物から目的物質を分離するため、固定相となる溶媒と移動相となる溶媒との間の目的物質の分配係数と他の共存試料物質の分配係数との差を利用して、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒から成る二相溶媒であって少量の溶液に溶解した試料混合物から目的物質を分離する向流クロマトグラフ装置（ＣＣＣ）が発展しつつある。向流クロマトグラフ装置は、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒が導入されるコイル状の流路を有し、このコイル状流路は例えばフローチューブがコイル状に巻きつけられることで形成される。コイル状流路を備えたカラムは、コイル外部の公転軸のまわりを公転しながらコイル内を貫通する自転軸を中心に自転し、コイル状流路内には試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒が流通する。コイル状流路の配置としては、自転軸が公転軸に対して略垂直をなすようにコイル状流路を配置したタイプの向流クロマトグラフ装置（特許文献１参照）や、自転軸が公転軸に対して略平行をなすようにコイル状流路を配置した向流クロマトグラフ装置（特許文献２参照）などがあり、このように配置されたコイル状流路を惑星運動させることにより、固定相としてカラム内に導入された溶媒がコイル状流路内に一定の割合で保持され、コイル状流路内に導入された試料溶液中の目的物質は、固定相として導入された溶媒と移動相として導入された溶媒との間で分配され、他の共存試料物質と分離された後、移動相となる溶媒と共に溶出することができる。
【０００３】
また、公転軸と略平行な自転軸を有するカラムを備え、これらカラムが公転軸及び自転軸に基づいて惑星運動する向流クロマトグラフ装置も開発されている（特許文献３）。惑星運動するカラムは、公転速度に同期しつつ公転方向と反対方向（逆方向）に自転することにより物質を分離させるというものである。
更に、最近になって汎用型の向流クロマトグラフ装置が開発された（特許文献４）。この装置は従来のカラムの公転と同じ方向（順方向）に自転するカラムと、逆方向に自転するカラムとを交互に配置し、フローチューブの捩れを解消しながら回転する。最近の研究では、この向流クロマトグラフ装置でも水性二相溶媒の使用が可能であることがわかってきており、この水性二相溶媒を用いたタンパク質などの分離が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０６４５３３号公報
【特許文献２】特開平１１−１８３４５５号公報
【特許文献３】国際公開第２００９／００８１０３号
【特許文献４】特開２０１０−２０３９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、惑星運動型向流クロマトグラフ装置は、これまでに開発された向流クロマトグラフ装置の中では格段に高い分離効率を達成しているが、利便性の向上のためには、より一層の分離時間の短縮、多成分の同時高分離が求められていた。
そこで本発明は、太陽軸周りの回転、惑星軸周りの回転及び衛星軸周りの回転を利用した回転機構、及び該回転機構を備えた衛星運動型向流クロマトグラフ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明は、太陽軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された太陽軸パイプと、この太陽軸パイプと一体化されて前記太陽軸線を中心に自転する第１ロータリーフレームと、この第１ロータリーフレーム上であって前記太陽軸パイプの近傍に位置する惑星軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された惑星軸パイプと、この惑星軸パイプと一体化されて前記惑星軸線を中心に自転すると共に前記太陽軸線の周りを公転する第２ロータリーフレームと、この第２ロータリーフレーム上であって前記惑星軸パイプの近傍に位置する衛星軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された衛星軸パイプと、この衛星軸パイプと一体化されて前記衛星軸線を中心に自転すると共に前記惑星軸線の周りを公転する衛星カラムとを備えたカラム回転機構であって、
前記衛星カラムにはフローチューブが配置されており、このフローチューブが前記太陽軸パイプ、前記惑星軸パイプ及び前記衛星軸パイプをこの順に経由するように配置された、前記カラム回転機構に関する。
前記カラム回転機構は、前記太陽軸線と同軸に固定された太陽軸固定パイプに回転自在に設置された太陽軸回動歯車と、前記太陽軸固定パイプに固定された太陽軸固定歯車と、前記惑星軸パイプに固定された惑星軸固定歯車と、前記惑星軸パイプに回転自在に設置された惑星軸回動歯車と、前記衛星軸パイプに固定された衛星軸固定歯車と、前記第１ロータリーフレーム上であって前記惑星軸線とは異なる位置に位置する第２の惑星軸線と同軸に回転自在に支持された第２惑星軸と、この第２惑星軸に固定された第２惑星軸固定歯車とを含む歯車機構を備えることができる。
また、前記カラム回転機構は、前記太陽軸線と同軸に固定された太陽軸固定パイプに回転自在に設置された太陽軸回動歯車と、前記惑星軸パイプに固定された惑星軸固定歯車と、前記惑星軸パイプに回転自在に設置された惑星軸回動歯車と、前記衛星軸パイプに固定された衛星軸固定歯車と、前記太陽軸線と同軸で前記太陽軸固定パイプと異なる位置に固定された第２の太陽軸固定パイプと前記第２の太陽軸固定パイプに固定され、前記惑星軸回動歯車と略同じ高さの位置に配置された第２太陽軸固定歯車又は歯付きプーリとを含む歯車機構を備えたものとすることができる。
【０００７】
さらに、前記カラム回転機構は、前記太陽軸線と同軸に固定された太陽軸固定パイプに回転自在に設置された太陽軸回動歯車と、前記太陽軸固定パイプに固定された太陽軸固定歯車と、前記第１ロータリーフレーム上であって前記太陽軸固定パイプの近傍に固定された遊星軸に回転自在に設置された遊星歯車機構と、前記惑星軸パイプに回転自在に設置された惑星軸回動歯車と、前記惑星軸パイプに固定された惑星軸固定歯車と、前記衛星軸パイプに固定された衛星軸固定歯車と、前記第２惑星軸に固定された第２惑星軸固定歯車とを含む歯車機構を備えたものとすることができる。
ここで、本発明のカラム回転機構は、前記第１ロータリーフレームの自転速度をω１、前記第２ロータリーフレームの自転速度をω２、前記カラムの自転速度をω３としたときに、下記式（１）又は（２）又は（３）を満たすように前記各自転速度及び回転方向が調整されることを特徴とする。
ω１＋ω２＋ω３＝０    （１）
−ω１＋ω２＋ω３＝０    （２）
ω１＋ω２−ω３＝０    （３）
【０００８】
また、本発明のカラム回転機構において、前記第２ロータリーフレームの自転速度は、前記第１ロータリーフレームの自転速度と前記太陽軸回動歯車の回転速度との速度差、及び前記太陽軸回動歯車の歯数と前記惑星軸固定歯車の歯数との比により決定されることを特徴とする。
衛星カラムの自転の速さは、前記太陽軸回動歯車の回転の速さと同一とすることができる。また、前記遊星歯車機構を備えたときの惑星軸回動歯車の回転速度は、前記遊星歯車機構に伝達された前記第１ロータリーフレームの自転速度、及び前記第１ロータリーフレームの自転速度と前記太陽軸回動歯車の回転速度との速度差により決定されることを特徴とする。
さらに、本発明のカラム回転機構において、前記第２ロータリーフレームは、前記惑星軸パイプと同軸に設置された惑星カラムに衛星カラムから導出されたフローチューブを配置させて、前記惑星カラムを、前記惑星軸線を中心に自転させると共に前記太陽軸線の周りを公転させることを特徴とする。この場合、前記惑星カラムの自転速度は、前記惑星カラムの公転速度と非同期である。
さらに、本発明のカラム回転機構は、前記フローチューブが捩れないように、前記衛星カラムを、前記衛星軸線を中心に自転させると共に前記惑星軸線の周りを公転させ、かつ前記太陽軸線の周りを公転させることを特徴とする。
（２）さらに、本発明は、前記カラム回転機構を備えたことを特徴とする向流クロマトグラフ装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、衛星軸を中心に自転しつつ惑星軸の周りを公転し、さらに太陽軸の周りを公転するカラム回転機構が提供される。このカラム回転機構は、種々の歯車機構を設けることにより、衛星軸を中心とした自転速度と、惑星軸を中心とした自転速度（カラムの公転速度）と、太陽軸を中心とした自転速度との総和がゼロとなるように調整することができる。このことは、カラムの自転速度と惑星軸周りの公転速度との和が太陽軸周りの公転速度になることを意味しており、カラムの自転速度及び惑星軸周りの公転速度の和が太陽軸周りの公転速度に一致する限り上記カラムの自転速度及び惑星軸周りの公転速度を自在に変える（非同期にさせる）ことができるものである。
また、本発明により、上記カラム回転機構を備えた衛星運動型高速向流クロマトグラフ装置が提供され、このクロマトグラフ装置は、従来の太陽−地球の関係に例えられる２重回転のほか、太陽−地球−月に例えられる３重回転の衛星運動を実施することができる。
【００１０】
遠心力場に作用する物理的な力は複雑かつ大きくなることが予想され、固定相−移動相間の二液相のカラム内での攪拌、分相の頻度は増加することが考えられる。その結果、界面張力の差の大きい有機溶媒−水系二相溶媒での物質の分離効率を向上させることができる。こうした結果が達成される場合には、天然物や生理活性物質など低分子物質の短時間での効果的な分離が可能になる。
また、自転軸と公転軸とを有する従来の非同期な回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置では、公転速度が自転速度の関数となっていたために非同期の程度に限度があったが、本発明の回転機構およびこの回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置では、公転と自転とが無関係であり、制限なくカラムを非同期的に公転及び自転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のカラム回転機構を示す図である。
【図２】本発明のカラム回転機構を示す図である。
【図３】本発明のカラム回転機構を示す図である。
【図４】本発明のカラム回転機構を示す図である。
【図５】フローチューブの捩れの解消について説明する説明図である。
【図６】フローチューブの捩れの解消について説明する説明図である。
【図７】本発明のカラム回転機構を作動させるための歯車機構（単純型）を示す図である。
【図８】本発明のカラム回転機構を作動させるための歯車機構（遊星歯車設置型）を示す図である。
【図９】本発明のカラム回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置を示す図である。
【図１０】本発明のカラム回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置を示す図である。
【図１１】本発明のカラム回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置を示す図である。
【図１２】本発明のカラム回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置を示す図である。
【図１３】本発明のカラム回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置を示す図である。
【図１４】本発明のカラム回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置を示す図である。
【図１５】本発明のカラム回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置を示す図である。
【図１６】本発明のカラム回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置を示す図である。
【図１７】本発明のカラム回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置を示す図である。
【図１８】本発明のカラム回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置を示す図である。
【図１９】本発明のカラム回転機構を備えた向流クロマトグラフ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明のカラム回転機構及び向流クロマトグラフ装置について説明する。
本発明のカラム回転機構は、フローチューブを巻き付けたカラムが衛星軸を中心に自転しながら惑星の自転フレーム（惑星軸）の周りを公転し、さらにこの自転フレームが太陽軸の周りを公転する運動を行うものである。本発明のカラム回転機構は、惑星運動のほかに衛星運動が加わった３重回転でもフローチューブの捩れが生じないような配管システムを採用し、安定した高速回転と多機能化を可能とした。
本発明の一つの形態は、衛星運動型高速向流クロマトグラフ装置（coil satellite centrifuge : CSC）である。
【００１３】
従来の高速向流クロマトグラフ装置（ＨＳＣＣＣ）ではテフロン（登録商標）チューブをコイル状に巻きつけたカラムが自転しながら公転する惑星運動を行うが、ＣＳＣではカラムが自転しながら公転する衛星運動を行う。送液チューブは中心軸から装置内に導入後に自転フレームを通してカラムに接続されるが、衛星運動による３重回転でも捩れが生じない配管システムを取り入れ、安定した高速回転と多機能化を可能にしたものである。本発明により、従来の太陽−地球の関係に例えられる２重回転ではなく、太陽−地球−月に例えられる３重回転の衛星運動を行う向流クロマトグラフ装置を提供することができる。本発明ではカラムが３重回転を行うにもかかわらず、送液チューブが捩れない構造が特徴となっており、しかもカラムの自転と公転とは非同期で行なうことができる。また、従来は、前述の通り太陽−地球の関係に例えられる２重回転（惑星運動）の場合は自転と公転との非同期の程度に制限があったが、本発明においては惑星運動であっても自転と公転とを制限なく非同期で行なうことが可能となった。その結果、自転フレームとカラムの回転の組み合わせにより、様々な分離条件を設定することができ、更に、惑星の自転フレームをカラムに用いると、従来の惑星運動型における非同期の回転を行うこともできる。
本発明においては、まず、カラム回転機構に装着されるフローチューブの配管形態と捩れ解消について説明し、次に、この捩れ解消のための歯車機構を備えたカラム回転機構、及び当該回転機構を備えたクロマトグラフ装置について説明する。
【００１４】
１．フローチューブのカラムへの配管と回転による捩れ解消について
本発明では、１本の連続したチューブをフローチューブとして使用するが、フローチューブを適宜切断し、切断部を回転シール機構で接続しこの回転シール機構を用いて捩れを解消できるように構成してもよい。以下、１本の連続したチューブをフローチューブとして使用した態様について説明する。
図１は、カラムが、衛星軸線S（カラムの自転軸）を中心に自転すると共に惑星軸線Rの周りを公転しつつ、さらに太陽軸線Q（中心軸）の周りを公転する態様を示した図であり、フローチューブの送液部及び排液部の固定端が上側に設けられた配管を示す説明図である。
また、図２は、カラムが、衛星軸線S（カラムの自転軸）を中心に自転すると共に惑星軸線Rの周りを公転しつつ、さらに太陽軸線Q（中心軸）の周りを公転する態様を示した図であり、フローチューブの送液部及び排液部の固定端が下側に設けられた配管を示す説明図である。
【００１５】
図１及び２に示すように、太陽軸に沿った太陽軸線Q、惑星軸に沿った惑星軸線R、及びカラムの自転軸に沿った衛星軸線Ｓをそれぞれ略平行に配置してカラム２を衛星運動及び惑星運動させる。本節では、カラム２を通る衛星軸線Sを中心にカラムが回転することを自転とし、カラム２の外部に設けられた惑星軸線及び太陽軸線の周りをカラムが回転運動することを公転とする。
【００１６】
本発明のカラム回転機構は、コイル状又は直線状流路（フローチューブ）を有する１つ又は複数のカラムを備えることができ、一例として、図１〜３に示す態様が可能である。以下に図１〜３の各態様についてより具体的に説明する。
（１）上側を固定端とした場合のフローチューブの配管と捩れの解消
図１に示すように、本発明のカラム回転機構では、カラム２を貫通する衛星軸線Ｓのほかに、衛星軸線Ｓと略平行な惑星軸線Ｒ、この惑星軸線Ｒと略平行な太陽軸線Ｑを有することができ、カラム２は、衛星軸線Ｓを中心に自転しながら惑星軸線Ｒの周りを公転しつつ、太陽軸線Ｑ周りを公転する。
【００１７】
カラム２は、フローチューブ６とこのフローチューブ６が巻かれるホルダ１２とを備え、フローチューブ６はホルダ１２の一端側から他端側にコイル状に巻かれている。ホルダ１２は両端部にフランジ１２ａ、１２ｂが設けられたリール形状に形成され、両フランジ１２ａ、１２ｂ間にフローチューブ６が巻きつけられてフローチューブ６がコイル状に形成されたコイル部１０が形成される。このコイル部１０内に溶液、例えば試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を流通させるコイル状流路が形成される。カラムを後述のクロマトグラフ装置に使用する場合、このコイル状流路で溶液とした試料混合物からの目的物質の分離が実行される。
【００１８】
上側フランジ１２ａ及び下側フランジ１２ｂには、図示しない衛星軸回転機構によって軸支されるシャフト（自転軸である衛星軸パイプ）１５が設けられ、シャフト１５の中心を衛星軸線Ｓが貫通している。シャフト１５は、フランジ間に導入されるフローチューブ６とフランジ間から導出されるフローチューブ６とを保持する。例えば、ホルダ１２内に向かうフローチューブ６をシャフト１５の中心部から周縁部へ向けて折り曲げ、折り曲げられたフローチューブ６はフランジ１２ａに穿たれた開口を通されて両フランジ間に導入される。両フランジ間でコイル状に形成されたフローチューブ６は上側に折り返されて上側フランジ１２ａに穿たれた別の開口を通り、この開口から延出したフローチューブ６はシャフト１５の中心部で自転軸線Ｓに合わせて折り曲げられて保持される。シャフト１５によって保持されたフローチューブ６は惑星軸線Ｒを有する惑星軸回転機構に導かれ、さらに太陽軸線Ｑを有する太陽軸回転機構に導かれる。
【００１９】
コイル部１０によって形成されるコイル状流路の容量や構成部材等は適宜定めることができ、内径が０．８ｍｍ〜２．５ｍｍ、容量が１０ｍｌ〜８０ｍｌのチューブを用いることができる。例えば、コイル状流路は、略４０ｍｌの容量を有し、例えば内径０．８ｍｍのチューブをコイル状に形成してもよく、内径が１．２ｍｍのより太めのチューブを用いてチューブ断面積を増やすことで容量が略７０ｍｌのコイル部１０を作製することもできる。
【００２０】
フローチューブ６の材質は特に制限されないが、耐摩耗性、耐薬品性、耐腐食性、硬度などに優れたものが好ましい。構成材料としては、例えばフッ素樹脂が好ましく、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（Ｅ／ＴＦＥ）などを用いることができ、好ましくはＰＴＦＥである。
以上のように、図１に示された態様ではカラム２は衛星軸線Ｓを中心に自転しながら惑星軸線Ｒの周りを公転しつつ太陽軸線Ｑの周りを公転することができる。
【００２１】
図１に例示したカラム回転機構は、配管を連続した１本のフローチューブ（単に「チューブ」ともいう）で形成し、フローチューブの固定端部をカラム回転機構の上部に設けたため、カラムの自転、並びにカラムの惑星軸線Ｒ周りの公転及び太陽軸線Ｑ周りの公転に伴ってフローチューブ６が捩れないようにする必要がある。フローチューブ６が捩れないようにするためには、カラム２の自転の角速度と、惑星軸線Ｒの周りの公転の角速度と、太陽軸線Ｑの周りの公転の角速度との総和をゼロにすればよい。この場合の捩れの解消方法について、図５を用いて以下に詳しく説明する。
【００２２】
図５(a)に示すように、チューブの一端を上部に固定して二段階に折り曲がり、略ＳＳ字形状を形成させてチューブの一端（固定端）を固定した態様において、中間部と他端（自由端部）が、いずれも固定端部平断面の中心を通る垂直軸（軸線Ｑ：太陽軸）の周りを自転しながら公転し、さらに自由端部が、中間部平断面の中心を通る垂直軸（軸線Ｒ：惑星軸）の周りを公転する場合の、チューブの捩れとその解消方法を考える。
まずチューブの任意の部分が回転することにより発生させた捩れが、他の部分に対しどの様な影響を及ぼすかを考える。中間部と自由端部が一体的に軸線Ｑの周りを公転することは、固定端部に捩れを発生させる。しかし中間部と自由端部は一体となって運動しているので中間部と自由端部との間の相互間では捩れは発生しない。中間部の軸線Ｒでの自転は固定端部と自由端部との間に捩れを発生させるが、自由端部が、中間部の自転と同期して軸線Ｒの周りを公転すれば、中間部と自由端部との間に捩れは発生せず、中間部の自転は固定端部のみに影響を及ぼす。自由端部の自転は中間部に捩れを発生させ、その伝達で固定端部にも中間部と同様の捻れを発生させる。
【００２３】
従って、中間部と自由端部が一体的に軸線Ｑの周りを公転し、中間部が自由端部を伴って自転し（これとともに、自由端部は軸線Ｒ（惑星軸）の周りを、中間部の自転と同期して公転し）、さらに自由端部が自転する場合においては、中間部と自由端部が一体となり軸線Ｑの周りを公転することによって発生する捩れと、中間部及び自由端部の各自転で発生する捩れの総和が、相反した方向に同量であればチューブに捩れが発生しないことになる。これは図５(a)で反時計方向の回転角度を正（＋）とすれば、θ１°＋θ２°＋θ３°＝０ということであり、θ２°とθ３°の和（θ２°＋θ３°）の値が負（−）、すなわち時計回りの回転角度のときに、捩れが解消する。
【００２４】
図５（ｂ）−１〜５により、具体的に捩れの発生と解消について述べる。図５はチューブの固定端部、中間部及び自由端部の平断面の状態を表しており、それぞれの円周上に相対点を二箇所（点１と点２）取ったものである。
図５において（ｂ）−１は回転前の静止状態を示す図であり、この状態から図の（ｂ）−２に示すように中間部と自由端部を一体として固定端部平断面の中心を通る軸線Ｑの周りを反時計回りにθ１°公転すると、固定端部にその角度分の捩れが発生する。この捩れを解消するために、まず中間部を時計回りにθ２°自転させ（（ｂ）−３））、固定端部に発生した捩れを減少させる。このとき、自由端部は中間部の自転と同期して軸線Ｒの周りを公転するので図（ｂ）−４の状態となる。さらに自由端部を図（ｂ）−４に示すように時計回りにθ３°自転させて中間部を捩り、その伝達で固定端部に残った捩れをほぐすので、結果として図（ｂ）−５に示すように捩れがない状態となる。すなわち、点１（○）と点２（●）、それぞれの固定端部、中間部及び自由端部における位置を比較すると、捩れがないときは相対する三点（固定端部、中間部及び自由端部における３点）は同位相であることがわかる。ここで、中間部の自転θ２°が時計方向にθ１°であれば自由端部の自転θ３°は必要なく、逆に中間部の自転θ２°が起きなければ、自由端部の自転θ３°は時計方向にθ１°必要となる。
図５（ｃ）−４及び５は中間部の自転が前記のものに比べ少なかった場合を、（ｄ）−４及び５は中間部の自転が反時計方向であった場合を示すが、いずれも点１と点２、それぞれの固定端部、中間部及び自由端部における位置を比較すると、二箇所とも相対する三点は、前記と同様に位相が同じであることがわかる。
【００２５】
ところで、上記のように、固定端部、中間部及び自由端部の動きを少角度θ°だけ動かした場合の捩れ解消については、固定端部、中間部及び自由端部における回転速度を用いても同様に説明できる。従って、固定端部、中間部及び自由端部の回転速度（角速度）を、それぞれ太陽軸周りの回転速度ω１[rad/sec]、惑星軸周りの回転速度ω２[rad/sec]、及び衛星軸周りの回転速度ω３[rad/sec]とすると、次式（１）
ω１＋ω２＋ω３＝０    （１）
の関係が成立する。
【００２６】
この式は、例えば図１に示すように、フローチューブが固定端部の上下方向の位置と同じ方向から惑星軸に導入（例えば、固定端部が上部で惑星軸の上部から導入）される態様、すなわち、太陽軸のチューブから惑星軸までのチューブの配管がS字を形成する態様において捩れを解消するために適用される式である。
なお、本明細書において、角速度ωの単位は[rad/sec]である。また、図１中、ω１、ω２及びω３を示す矢印は両方向に記載されているが、これはどちらの方向にも回転できることを表しているのであり、速度を示すものではない。他の図面についても同様である。
上記式の意味は、太陽軸周りの回転方向が、惑星軸周りの回転と衛星軸周りの回転との和における回転方向と逆方向となる関係のときに捩れを解消できるということである。この関係をまとめると表１の通りである。その結果、衛星軸周りの自転速度とその惑星軸周りの公転速度は、非同期とすることができる。
【表１】
2013156215.tif 000003
【００２７】
（２）下側を固定端とした場合のフローチューブの配管と捩れの解消
図１ではフローチューブ６の固定端をカラム回転機構の上側に設けたが、フローチューブ６の固定端はカラム回転機構の下側に設けることもできる（図２）。
図２に示すように、フローチューブは、チューブの一端を下部に固定して太陽軸線Ｑに沿って上側に導かれた後にJ字状に折れ曲がり、惑星軸線Ｒに沿って下側に導かれる。続いて、フローチューブは衛星軸線Ｓに導かれて略Ｓ字形状を形成し、ホルダに導入される。このように、チューブの一端を下部に固定した場合の各部の運動と捩れの解消方法について、図６を用いて説明する。
【００２８】
中間部と自由端部は固定端部平断面の中心を通る垂直軸（軸線Ｑ：太陽軸）の周りを一体的に公転する。中間部は、その平断面の中心を通る垂直軸（軸線Ｒ：惑星軸）を中心に自転し、さらに自由端部は、中間部の自転と同期して軸線Ｒの周りを公転するとともに、自由端部はその平断面の中心を通る垂直軸（軸線Ｓ：衛星軸）を中心に自転する。
フローチューブの任意の部分が回転することにより発生した捩れが他の部分に及ぼす影響は、図５の二段階に折り曲がり略ＳＳ字形状を成したチューブの場合と同様であるから、中間部と自由端部が一体的に軸線Ｑの周りを公転することによって発生する捩れに対し、中間部及び自由端部の各自転で発生する捩れの総和が、相反した方向に同量であればチューブに捩れが発生しないことになる。このことは、図６(a)において反時計方向の回転角度を正（＋）とすると、チューブがターンしているために軸線Ｑにおける位相と軸線Ｒ及び軸線Ｓにおける位相の差が１８０°であることを考慮すれば、−θ１°＋θ２°＋θ３°＝０ということであり、θ２°＋θ３°の値が正（＋）、すなわち反時計回りの回転角度となるときに捩れが解消することとなる。
図６（ｂ）−１〜５により、具体的に捩れの発生と解消について述べる。図６はチューブの固定端部、中間部及び自由端部の平断面の状態を表しており、それぞれの円周上に相対点を二箇所（点１と点２）取ったものである。
【００２９】
図６において、図（ｂ）−１は回転前の静止状態を示す図であり、この状態から図（ｂ）−２に示すように中間部と自由端部を一体として固定端部平断面の中心を通る軸線Ｑの周りを反時計回りにθ１°公転すると、固定端部にその角度分の捩れが発生する。この捩れを解消するために、まず中間部を反時計回りにθ２°自転させ（（ｂ）−３）、固定端部に発生した捩れを減少させる。このとき、自由端部は中間部の自転と同期して軸線Ｒの周りを公転するので図（ｂ）−４の状態となる。さらに自由端部を図（ｂ）−４に示すように反時計回りにθ３°自転させ中間部を捩り、その伝達で固定端部に残った捩れをほぐすので、結果として図（ｂ）−５に示すように捩れがない状態となる。すなわち、点１（○）と点２（●）、それぞれの固定端部、中間部及び自由端部における位置を比較すると、相対する三点は固定端部と中間部の中心を結んだ線と直角な線Ｄを基準とした対称形で、固定端部に対し中間部及び自由端部は逆位相状態となっていることが解る。ここで、中間部の自転θ２°が反時計方向にθ１°であれば自由端部の自転θ３°は必要なく、逆に中間部の自転θ２°が起きなければ、自由端部の自転θ３°は反時計方向にθ１°必要となる。
【００３０】
図６（ｃ）−４及び５は中間部の自転が前記のものに比べ少なかった場合を、（ｄ）−４及び５は中間部の自転が時計方向であった場合を示すが、いずれも点１と点２、それぞれの固定端部、中間部及び自由端部における位置を比較すると、二箇所とも相対する三点は、前記例と同様に位相が逆の状態になっていることがわかる。以上のようにして、フローチューブが捩れないようにすることができる。
ところで、前節において説明したとおり、固定端部、中間部及び自由端部の動きを少角度θ°だけ動かした場合の捩れ解消については、固定端部、中間部及び自由端部における回転速度を用いても同様に説明できる。従って、固定端部、中間部及び自由端部の回転速度を、それぞれ太陽軸周りの回転速度ω１[rad/sec]、惑星軸周りの回転速度ω２[rad/sec]、及び衛星軸周りの回転速度ω３[rad/sec]とすると、次式（２）
−ω１＋ω２＋ω３＝０    （２）
の関係が成立する。この式は、例えば図２に示すように、フローチューブが固定端部の上下方向の位置と異なる方向から惑星軸に導入（例えば固定端部が下部で惑星軸の上部から導入）される態様、すなわち、太陽軸のチューブから惑星軸までのチューブの配管がJ字状を形成する態様において捩れを解消するために適用される式である。
【００３１】
この式の意味は、太陽軸周りの回転方向が、惑星軸周りの回転と衛星軸周りの回転との和における回転方向と同方向となる関係のときに捩れを解消できるということである。この関係をまとめると表２の通りである。その結果、衛星軸周りの自転速度とその惑星軸周りの公転速度は、非同期とすることができる。
【００３２】
【表２】
2013156215.tif 000004
【００３３】
（３）複数カラムの態様
図１、２ではカラムが１個の態様を例示したが、カラムの個数は単数に限らず、複数にすることもできる。
図３は、コイル状の流路を有するカラムと、このカラムの自転軸と略平行な直線状の流路を有するカラムとを１つずつ備えたカラム回転機構を概略的に示した説明図である。但し、本発明においては、カラムを複数設ける際にすべてフローチューブがコイル状に巻かれたカラムとすることもできるし、図３に示す通り、フローチューブを直線状に配管したカラムとすることもできる。
図３に示されるカラム回転機構は、太陽軸線Ｑ、惑星軸線Ｒ、並びに衛星軸線Ｓ１及びＳ２を有し、太陽軸線Ｑ及び惑星軸線Ｒと略平行な衛星軸線Ｓ１にカラム６１が配置され、衛星軸線Ｓ２にカラム６６が配置されている。
【００３４】
ホルダ７０の上側フランジ７０ａ及び下側フランジ７０ｂにはそれぞれアッパーシャフト８０、ロワーシャフト８１が設けられ、それぞれの中心を衛星軸線Ｓ１が貫通する。アッパーシャフト８０及びロワーシャフト８１はそれぞれフローチューブ６０を保持し、カラム６１はコイル部６０ｄを形成する。
カラム６６はフローチューブ６０とこのフローチューブ６０を保持するホルダ７２とを備える。ホルダ７２は両端部にフランジ７２ａ、７２ｂが設けられたリール形状に形成され、各フランジの周縁部には開口が穿たれている。上側フランジ７２ａ、及び下側フランジ７２ｂにはそれぞれアッパーシャフト８４、ロワーシャフト８５が設けられ、アッパーシャフト８４及びロワーシャフト８５の中心を衛星軸線Ｓ２が貫通する。アッパーシャフト８４はホルダ７２内に向かうフローチューブ６０を上側フランジ７２ａの中心部から周縁部に折り曲げ、折り曲げられたフローチューブ６０は開口を通りフランジ間に通される。両フランジ間で直線状に形成されたフローチューブ６０ｂは下側フランジ７２ｂの周縁部に穿たれた開口を通り、開口から延出したフローチューブ６０の端部はロワーシャフト８５によって下側フランジ７２ｂの中心部で自転軸線Ｓ２に合わせて折り曲げられて保持される。
【００３５】
カラム回転機構の上部に固定されるフローチューブ６０の給液部６０ａは、カラム６６の上部に接続され、カラム６６とカラム６１との間はフローチューブ６０の中継部６０ｃによって中継されている。カラム６１の上部にはフローチューブ６０の排液部６０ｅが接続され、排液部６０ｅは例えばカラム回転機構の下部に固定される。
カラム６１は衛星軸線Ｓ１を中心に自転し、カラム６６は衛星軸線Ｓ２を中心に自転する。また、カラム６１とカラム６６とは惑星軸線Ｒの周りを公転しつつ、さらに太陽軸線Ｑの周りを公転する。
【００３６】
ここで、カラムが複数存在する場合の捩れの解消について説明する。
前記説明した通り、固定端部から導かれたフローチューブが、固定端部の上下方向の位置と同じ方向（S字状）で中間部（惑星軸）に導かれる場合（図５の場合）は、捩れを解消するための条件は、
下記式（１）：
ω１＋ω２＋ω３＝０    （１）
を満たすことであり、固定端部から導かれたフローチューブが、固定端部の上下方向の位置と異なる方向（J字状）で中間部（惑星軸）に導かれる場合（図６の場合）は、捩れを解消するための条件は、
下記式（２）：
−ω１＋ω２＋ω３＝０    （２）
を満たすことである。
【００３７】
図３に示す態様は、チューブの供給側と排出側が図１や２に示すように同一方向になく、チューブの一方が上端、他方が他端に固定されている態様である。この態様でも、太陽軸線と惑星軸線と衛星軸線との間におけるフローチューブの配管は、太陽軸線Qの上部から導かれたチューブは折れ曲がって惑星軸線Rの上部につながり、このチューブは惑星軸線Rに沿って下向きに向かって導かれ、さらに折れ曲がって衛星軸線S2の上部（ホルダ７２の上部）につながる。このチューブは衛星軸線S2に沿って下向きに導かれ、ホルダ７２の下部に導かれる。次に、衛星軸線S2の下側に導かれたチューブはホルダ７０の下部に導かれ、衛星軸線S1の下部を経由してホルダ７０の上部に導かれる。ホルダ７０の上部に導かれたチューブは折れ曲がって惑星軸線Rに導かれ、このチューブは惑星軸線Rの上側から下側に向かって導かれた後に折れ曲がり、太陽軸線Qの下端につながっている。このため、太陽軸線Qと惑星軸線Rとの間におけるフローチューブの接続の態様は、カラム６１とカラム６６共にS字状となり、図５に示すものと同じである。
【００３８】
惑星軸線Rと衛星軸線Sとの間におけるフローチューブの接続の態様は、カラム６６においてはS字状となり、これにより太陽軸線Q、惑星軸線Rと衛星軸線S2との間におけるフローチューブの接続の態様はSS字状となり、図５に示すものと同じである。
他方、カラム６１においては、惑星軸線Rと衛星軸線S1との間におけるフローチューブの接続の態様はJ字状となる。このため、式（１）におけるカラムの回転速度（角速度）ω3の符号は反対とならなければならないので、式（１）は次の式（３）となる。即ち、
ω１＋ω２＋(−ω３) ＝０
であるので、
ω１＋ω２−ω３＝０      （３）
となる。よって、図３に示す複数のカラムを有する回転機構の場合、フローチューブに捩れが発生しない条件は、一方のカラム（カラム６６）が
ω１＋ω２＋ω４＝０      （４）、
他方のカラム（カラム６１）が
ω１＋ω２−ω３＝０      （３）
であって、
ω１＋ω２＋ω４＝０      （４）
ω１＋ω２−ω３＝０      （３）
ω３＋ω４＝０           （５）
となる必要がある。なお、式（４）におけるω４は、式（１）におけるω３に対応するので、式（１）と式（４）とは等価である。
【００３９】
他方、図４は、４つのカラムを備えたカラム回転機構の概略を説明する説明図である。図４に示すように、惑星軸線Ｒ１の周りを第１、第２カラム２１、２２が公転し、惑星軸線Ｒ２の周りを第３、第４カラム２３、２４が公転する。さらに、各カラム２１〜２４はそれぞれ衛星軸線Ｓ１〜Ｓ４を中心に自転する。なお、惑星軸線Ｒ１、Ｒ２の周りに等間隔でさらに多くのカラムを配置することもできる。
【００４０】
以下、図４に示すカラム回転機構について説明する。
各カラム２１〜２４はフローチューブ３０を保持するホルダ３１〜３４を備える。ホルダ３１〜３４は両端部にフランジ３１ａ〜３４ａ、３１ｂ〜３４ｂが設けられたリール形状に形成され、各フランジ３１ａ〜３４ａ、３１ｂ〜３４ｂには開口が穿たれている。上側フランジ３１ａ〜３４ａ、及び下側フランジ３１ｂ〜３４ｂにはそれぞれ自転するための軸であるアッパーシャフト４１〜４４及びロワーシャフト５１〜５４が設けられ、アッパーシャフト４１〜４４及びロワーシャフト５１〜５４の中心を衛星軸線Ｓ１〜Ｓ４が貫通している。アッパーシャフト４１〜４４は各ホルダ内に向かうフローチューブ３０をそれぞれの上側フランジの中心部から周縁部に折り曲げ、折り曲げられたフローチューブ３０はフランジの開口を通りフランジ間に通される。両フランジ間に通されたフローチューブ３０は巻かれてコイル状に流路が形成され、このコイル状流路内に試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を流通させる。両フランジ間でコイル状に形成されフランジの開口から延出したフローチューブ３０は各ロワーシャフトによって下側フランジの中心部で自転軸線Ｓ１〜Ｓ４に合わせて折り曲げられて保持される。
【００４１】
フローチューブ３０は、給液部３０ａ、コイル状に形成されたコイル部３０ｂ、第１カラム２１のアッパーシャフト４１から第２カラム２２のアッパーシャフト４２までの第１中継部３０ｃ、コイル部３０ｄ、第２カラム２２のロワーシャフト５２から第３カラム２３のロワーシャフト５３までの第２中継部３０ｅ、コイル部３０ｆ、第３カラム２３のアッパーシャフト４３から第４カラム２４のアッパーシャフト４４までの第３中継部３０ｇ、コイル部３０ｈ、排液部３０ｉなどから構成される。フローチューブ３０の給液部３０ａは太陽軸線Ｑに沿って下側まで延在し、惑星軸線Ｒ１側に曲折し惑星軸線Ｒ１に沿った後に第１カラム２１の下部のロワーシャフト５１に導入される。
ロワーシャフト５１を介してフランジ３１ａ、３１ｂ間に導入されたフローチューブ３０はコイル状に巻かれてコイル部３０ｂを形成し、コイル状に巻かれた後にフローチューブ３０はアッパーシャフト４１から第１カラム２１の外部に導出される。アッパーシャフト４１を介して第１カラム２１の外部に導出されたフローチューブ３０は中継部３０ｃを形成し、第２カラム２２のアッパーシャフト４２からフランジ３２ａ、３２ｂ間に導入されコイル状に巻かれる（コイル部３０ｄ）。
【００４２】
コイル状に巻かれたフローチューブ３０はロワーシャフト５２を介して第２カラム２２の外部に導出される。第２カラム２２の外部に導出されたフローチューブ３０は中継部３０ｅを形成し、惑星軸線Ｒ２に沿って配置された後に第３カラム２３側に導かれる。第３カラム２３側に導かれたフローチューブ３０は、ロワーシャフト５３を介して第３カラム２３のフランジ３３ａ、３３ｂ間に導入されコイル状に巻かれてコイル部３０ｆを形成する。コイル状に巻かれた後にフローチューブ３０はアッパーシャフト４３から第３カラム２３の外部に導出される。
第３カラム２３の外部に導出されたフローチューブ３０は中継部３０ｇを形成し、第４カラム２４のアッパーシャフト４４を介してフランジ３４ａ、３４ｂ間に導入されコイル状に巻かれる（コイル部３０ｈ）。コイル状に巻かれた後にフローチューブ３０はロワーシャフト５４を介して第４カラム２４の外部に導出される。第４カラム２４のロワーシャフト５４を介して外部に導出されたフローチューブ３０は、惑星軸線Ｒ２に沿って下側に配管された後、太陽軸線Ｑ側に曲折し、太陽軸線Ｑに沿ってさらに下側に配管されて排液部３０ｉを形成する。
【００４３】
図４では、各カラム２１〜２４が太陽軸線Ｑの周りを公転する際の角速度をω１とし、各カラム２１〜２４がそれぞれ衛星軸線Ｓ１〜Ｓ４を中心に自転する際の角速度をそれぞれω５、ω６、ω７、ω３とした。また、第１、第２カラム２１、２２が惑星軸線Ｒ１の周りを公転する際の角速度をω４とし、第３、第４カラム２３、２４が惑星軸線Ｒ２の周りを公転する際の角速度をω２とした。この図に示す角速度は反時計方向を正（＋）、時計方向を負（−）とし、他図も全て同様とする。
図４に示す態様は、図３と同様に、フローチューブの供給側と排出側が図１や２に示すように同一方向になく、チューブの一方が上端、他方が下端に固定されている態様である。この態様の場合、太陽軸線上の上端に固定されたフローチューブは太陽軸線に沿って下向きに導かれ、折れ曲がってから惑星軸線につながり、惑星軸線に沿って上向きに導かれて惑星軸の下部を経由して衛星軸線の下部から上に向かってカラムにつながる。他方、太陽軸線上の下端に固定されたフローチューブは、太陽軸線に沿って上向きに導かれて折れ曲がり、惑星軸に導かれる。このチューブは惑星軸線に沿って上向きに導かれて折れ曲がり、惑星軸の下部を経由して衛星軸線の下部からカラムにつながっている。従って、フローチューブの太陽軸線と惑星軸線との間における接続の形態は、カラム２１側については図６に示すJS字状であり、カラム２４側については図５に示すSS字状である。
【００４４】
第１〜第３中継部３０ｃ、３０ｅ、３０ｇはそれぞれコイル部３０ｂと３０ｄ、３０ｄと３０ｆ、３０ｆと３０ｈとの間を中継する。このとき第１カラム２１と第２カラム２２とは上から見て互いに反対方向に同期して自転（ω５＋ω６＝０）し、第３カラム２３と第４カラム２４とは互いに反対方向に同期して自転する（ω７＋ω３＝０）。
従って、図４のように複数のカラムを設置してフローチューブを配管したときに捩れを解消するためには、カラム２１については上記式（２）を満たすとともに、各カラム２１、２２の自転速度が同じで自転方向を逆にすればよく、カラム２４については、上記式（１）を満たすとともに、各カラム２３、２４の自転速度が同じで自転方向を逆にすればよい。また、フローチューブにより連結されたそれぞれのカラムの自転の速さと各惑星軸における公転の速さとの和が、カラム回転機構において等しく、回転方向が逆となればよい。
【００４５】
すなわち、捩れを解消する条件は、
カラム２１と２２について、下記式（６）及び（７）：
−ω１＋ω４＋ω５＝０    （６）
ω５＋ω６＝０         （７）
を満たすとともに、カラム２３、２４について、下記式（１）及び（８）：
ω１＋ω２＋ω３＝０      （１）
ω３＋ω７ ＝０        （８）
を満たせばよい。そして、カラムの自転速度と惑星軸における公転速度との関係では、第２中継部３０ｅの捩れは、下記式（９）を満たすように第２、第３カラム２２、２３をそれぞれ惑星軸線Ｒ１、Ｒ２の周りを公転させながら衛星軸線Ｓ２、Ｓ３を中心に自転させることによって防ぐことができる。
ω２＋ω７＋ω４＋ω６＝０   （９）
なお、式（６）におけるω４及びω５は、それぞれ式（２）におけるω２及びω３に対応するので、式（２）と式（６）とは等価である。
このカラム回転機構を搭載した向流クロマトグラフ装置は後述する。
【００４６】
２．カラムを回転させるための歯車機構
次に、本発明における、フローチューブが捩れないように上記カラムを回転させるための歯車機構について説明する。
上記フローチューブが捩れないように回転させるための機構は以下の特徴を有する。すなわち、本発明のカラム回転機構は、太陽軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された太陽軸パイプと、この太陽軸パイプと一体化されて前記太陽軸線を中心に自転する第１ロータリーフレームと、この第１ロータリーフレーム上であって前記太陽軸パイプの近傍に位置する惑星軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された惑星軸パイプと、この惑星軸パイプと一体化されて前記惑星軸線を中心に自転すると共に前記太陽軸線の周りを公転する第２ロータリーフレームと、この第２ロータリーフレーム上であって前記惑星軸パイプの近傍に位置する衛星軸線と同軸に配置されると共に回転自在に支持された衛星軸パイプと、この衛星軸パイプと一体化されて前記衛星軸線を中心に自転すると共に前記惑星軸線の周りを公転する衛星カラムとを備えたカラム回転機構であって、
前記衛星カラムにフローチューブを配置するとともに、このフローチューブが前記太陽軸パイプ、前記惑星軸パイプ及び前記衛星軸パイプをこの順に経由するように配置された、前記カラム回転機構である。そして、前記第１ロータリーフレームは前記太陽軸を中心に自転し、前記第２ロータリーフレームは前記惑星軸を中心に自転すると共に前記太陽軸の周りを公転し、かつ、前記衛星カラムは前記衛星軸を中心に自転すると共に前記惑星軸の周りを公転する（衛星カラムも前記太陽軸の周りを公転する）ことを特徴とする。
【００４７】
２−１．第一の態様（単純型カラム回転機構）
本発明の歯車機構の第一の態様は、遊星歯車機構を用いない単純型のカラム回転機構であり、太陽軸線と同軸に固定された太陽軸固定パイプに回転自在に設置された太陽軸回動歯車と、前記太陽軸固定パイプに固定された太陽軸固定歯車と、前記第２ロータリーフレームと一体となった前記惑星軸パイプに固定された惑星軸固定歯車と、前記惑星軸パイプに回転自在に設置された惑星軸回動歯車と、前記衛星軸パイプに固定された衛星軸固定歯車と、前記第１ロータリーフレーム上であって前記惑星軸線とは異なる位置に位置する第２の惑星軸線と同軸に回転自在に支持された第２惑星軸と、この第２惑星軸に固定された第２惑星軸固定歯車とを含む歯車機構である。
図７は、太陽軸線Qから惑星軸線Rを通り衛星軸線Ｓへのチューブの配管をSS字状にしたときにチューブの捩れを解消しながらカラムを回転させるための歯車機構を示したものである。
【００４８】
図７において、第１ロータリーフレーム１５１の中心軸線を太陽軸線Qと呼び、太陽軸線Q上には太陽軸固定パイプ（図示せず）及び太陽軸パイプ（図示せず）が配置されている。太陽軸固定パイプは太陽軸上に固定された太陽軸固定歯車１０１を一体的に保持し、太陽軸パイプは第１ロータリーフレーム１５１を一体的に保持している。以下、太陽軸固定歯車１０１を、単に「歯車１０１」又は「固定歯車１０１」ともいう。他の歯車についても同様の表記をする。
歯車１０３は、一体化された上下２つの歯車を有し、上部の歯車は、太陽軸固定パイプに回転自在に設置された歯車１０２（太陽軸回動歯車１０２）と係合し、下部の歯車は、惑星軸線R上のパイプ（惑星軸パイプ、図示せず）に一体化された歯車１０４（惑星軸固定歯車１０４）と係合する歯車であり、歯車１０２と歯車１０４とを中継する中継歯車である（歯車１０３の構造は図８、図９等を参照）。
【００４９】
なお、図７において、歯車１０１及び歯車１０２は太陽軸線Ｑ上に配置された同一径の歯車であるが、説明の便宜上歯車１０２の径を歯車１０１の径よりも小さく示した。また、歯車及びベルトを示すときの実線と破線とは、歯車及びベルトの上下の相対的位置関係を示すものであり、ロータリーフレームとの上下関係は考慮していない。
歯車１０３は第１ロータリーフレーム１５１に固定された軸に回転自在に取り付けられているため、歯車１０３は第１ロータリーフレームの回転により太陽軸線Qの周りを公転する。また、歯車１０３は、歯車１０２とかみ合っているので公転により自転する。歯車１０３の自転は、惑星軸固定歯車１０４を回転（自転）させるので、第２ロータリーフレーム１５２は歯車１０４の回転速度（ω２とする）で回転（自転）し、これにより、カラムはω２の速度で第２ロータリーフレーム１５２の自転軸線Ｒの周りを公転する。
第１ロータリーフレーム１５１の回転速度をω１、第２ロータリーフレーム１５２の回転速度をω２、カラムの回転速度をω３、歯車１０２の回転速度をωＡとし、さらにω１＞ωＡとしたときの各ロータリーフレーム及び各歯車の動きについて説明する。また、歯車１０１、歯車１０２、歯車１０３、歯車１０４と後述の歯車１０６、歯車１０７、歯車１１２、歯車１１３及び歯車１１４の歯数をそれぞれＺ１０１、Ｚ１０２、Ｚ１０３、Ｚ１０４、Ｚ１０６、Ｚ１０７、Ｚ１１２、Ｚ１１３、Ｚ１１４とし、歯付きプーリ１２３及び１２４の歯数をそれぞれＺ１２３、Ｚ１２４としたとき、Ｚ１０１＝Ｚ１０２＝Ｚ１０３＝Ｚ１０４＝Ｚ１０６＝Ｚ１０７、及びＺ１２３＝Ｚ１２４、Ｚ１１２：Ｚ１１３：Ｚ１１４＝１：１：１であることを前提として各歯車の回転について説明する。
【００５０】
図７において、歯車１０１は太陽軸固定パイプに固定された歯車であり、中継歯車１０６は第１ロータリーフレーム上に回転（自転）可能に設置され、歯車１０１とかみ合っている。また、歯車１０７は第１ロータリーフレーム１５１上に回転可能に設置され、歯車１０６とかみ合っている。従って、第１ロータリーフレーム１５１をω１で回転させると、歯車１０６はω１で太陽軸線Qの周りを公転する。また、歯車１０６の自転速度は、歯車１０６の公転速度と歯車１０１の自転速度との差（歯車１０１に対する相対速度）である。歯車１０１自体はカラム回転機構外の天板等に固定されており回転しないため（回転速度＝０）、歯車１０６の自転速度は、ω１−０＝ω１である。従って、歯車１０７には−ω１の速度が伝達される。
歯車１０７の速度−ω１は、歯付きプーリ１２３、歯付きベルト１３７、歯付きプーリ１２４を介して、第２ロータリーフレーム１５２に回動可能に設置された歯車１１２に伝えられる（従って、歯車１１２は−ω１の回転速度で自転する）。
他方、歯車１０２をωＡで回転させたときの第２ロータリーフレームの回転速度を考える。
【００５１】
歯車１０３は、第１ロータリーフレーム１５１上に設置されているため、太陽軸線Ｑの周りをω１で公転する。歯車１０３の自転速度は、歯車１０３の公転速度と歯車１０２の自転速度との差（歯車１０２に対する相対速度）であるから、ω１とωＡとの差（ω１−ωＡ）である。この歯車１０３の自転速度（ω１−ωＡ）が第２ロータリーフレーム１５２に伝えられるため、第２ロータリーフレームの自転速度（ω２）はω２＝−（ω１−ωＡ）となる。
歯車１１４は第２ロータリーフレーム上に設置されているため、第２ロータリーフレームの自転速度−（ω１−ωＡ）で惑星軸線Ｒの周りを公転する。歯車１１４の自転速度は、歯車１１４の公転速度と歯車１１２の自転速度との差であるから、歯車１０６や歯車１０３の自転速度の計算手法と同様に計算することができる。従って、歯車１１４の自転速度は、
−（ω１−ωＡ）−（−ω１）＝ωＡ
となり、歯車１０２の回転速度と同じである。
【００５２】
歯車１１４の自転速度ωＡは歯車１１３に伝えられる。カラムは歯車１１３に固定されて一体となっているため、カラムの回転速度（ω３）はω３＝−ωＡとなる。
従って、ω１とω２とω３との総和は、
ω１＋ω２＋ω３＝ω１＋（−（ω１−ωＡ））＋（−ωＡ）
＝０
となり、チューブの捩れは解消される。これにより、第２ロータリーフレームと一体となった惑星軸パイプの自転速度と、その太陽軸線Q周りの公転速度とを非同期とすることができる。
太陽軸線から惑星軸線へのチューブの配管をJS字状にしたときにチューブの捩れを解消しながらカラムを回転させる場合の歯車機構は、図７に示す歯車機構において歯車１０６を介さずに歯車１０１の回転を歯車１０７に伝達するとともに、歯車１０３と歯車１０４との間に中継歯車２０５を設けることで達成される（図１０参照）。
【００５３】
ところで、図７に示す歯車機構において、第１ロータリーフレームの回転速度ω１は、歯車１０６、１０７及び歯付きプーリ１２３、１２４の伝達機構を介して−ω１として歯車１１２に伝達される。従って、歯車１０６や歯車１０７などの伝達機構を介さなくても、太陽軸上側に設けた前記太陽軸固定歯車を、太陽軸上の異なる位置、例えば太陽軸下側に固定状態で設置することにより、太陽軸パイプ（第１ロータリーフレーム）の回転（自転）により前記と同様の原理で発生させることができる回転で、直接又は間接的に歯車１１２を回転（自転）させることができる。チューブの配管をSS字状にするかJS字状にするかによって、中継歯車の数を変えて回転の向きを適宜変更することができる。この場合のカラム回転機構は、歯車１０２、歯車１０３、歯車１０４、歯車１１２、歯車１１３及び歯車１１４を備え、さらに、前記太陽軸下側に固定状態で設置する太陽軸固定歯車又は歯付きプーリとを含む歯車機構を備えたものである。例えば図１１において、太陽軸線下側に固定的に設けられ、第２の太陽軸固定パイプとして機能するベアリングケース１００１に一体的に設けられた歯車１１５と歯車１１２とを、中継歯車１１６により、又は歯車の代わりに歯付きプーリ及び歯付きベルトにより連結することにより、太陽軸パイプの回転を直接的又は間接的に歯車１１２に伝達することができる。
【００５４】
２−２．第二の態様（遊星歯車機構を用いる態様）
本発明のカラム回転機構において、前記カラム回転機構は、前記太陽軸線と同軸に固定された太陽軸固定パイプに回転自在に設置された太陽軸回動歯車と、前記太陽軸固定パイプに固定された太陽軸固定歯車と、前記第１ロータリーフレーム上であって前記太陽軸固定パイプの近傍に固定された遊星軸に回転自在に設置された遊星歯車機構と、前記惑星軸パイプに回転自在に設置された惑星軸回動歯車と、前記惑星軸パイプに固定された惑星軸固定歯車と、前記衛星軸パイプに固定された衛星軸固定歯車とを含む歯車機構を備えたものである。
本発明のカラム回転機構を実現するための歯車の構成を図８に示す。
【００５５】
＜第１ロータリーフレームの回転＞
図８において、第１ロータリーフレーム１５１の中心軸線を太陽軸線Qと呼び、太陽軸線Q上には太陽軸固定パイプ１６７と、太陽軸パイプ１６８が配置されており、太陽軸固定パイプ１６７は上部プレート１６１に固定され、太陽軸パイプ１６８は下部プレート１６２に回動可能に保持されている。太陽軸固定パイプ１６７は固定した中心軸に固定された歯車１０１を一体的に保持し、太陽軸パイプ１６８は第１ロータリーフレーム１５１を一体的に保持している。
太陽軸パイプ１６８の下端には歯付きプーリ１２５が一体的に取り付けられており、歯付きプーリ１２５は、下部プレート１６２に固定された第１モータ（メインモータ）１７１の回転軸に一体的に取り付けられたプーリ１２６と歯付ベルト１３８で連結されている。
【００５６】
第１モータ１７１からの動力は、歯付きプーリ１２６、歯付きベルト１３８及び歯付きプーリ１２５を介して太陽軸パイプ１６８に伝えられる。太陽軸パイプ１６８の回転速度をω１とすると、太陽軸パイプ１６８は第１ロータリーフレーム１５１と一体化されているため、第１ロータリーフレーム１５１もω１の回転速度で回転する。
【００５７】
＜第２ロータリーフレームの回転＞
図８において、歯車１０３は、一体化された上下２つの歯車を有し、上部の歯車は、太陽軸固定パイプ１６７に回転自在に設置された歯車１０２（太陽軸回動歯車１０２）と係合し、下部の歯車は、惑星軸パイプ１６９に一体化された歯車１０４（惑星軸固定歯車１０４）と係合する歯車であり、歯車１０２と歯車１０４とを中継する中継歯車である。歯車１０３は第１ロータリーフレーム１５１に固定された軸に回転自在に取り付けられているため、歯車１０３は第１ロータリーフレームの回転により太陽軸線Qの周りを公転する。また、歯車１０３は、歯車１０２とかみ合っているのでその公転により自転する。歯車１０３の自転は、かみ合っている惑星軸固定歯車１０４を回転（自転）させるので、第２ロータリーフレーム１５２は惑星軸固定歯車１０４の回転速度（ω２とする）で回転（自転）し、これにより、カラム１５４はω２の速度で第２ロータリーフレーム１５２の自転軸線Ｒの周りを公転する。
【００５８】
次に、第２ロータリーフレームの回転速度について説明する。
仮に、太陽軸回動歯車１０２が太陽軸固定パイプ１６７と一体となった固定歯車であって、歯車１０２の歯数と歯車１０４の歯数との比が１：１であると仮定すると、歯車１０２の回転速度ωAは０、歯車１０４の回転速度ω２は第１ロータリーフレーム１５１の回転速さと同じで回転方向が逆となる。すなわち、ω２＝−ω１である。
本発明においては、歯車１０２は太陽軸固定パイプ１６７に回動可能に取り付けられているため、第２モータ（サブモータ）１７２を回転させると歯車１３０を介して回転する。これにより歯車１０２とかみ合っている歯車１０３の回転（自転）速度は変化し、よって第２ロータリーフレーム１５２の中心軸（惑星軸パイプ１６９）に一体的に保持された歯車１０４の回転（自転）も変化する。従って、第２ロータリーフレーム１５２の回転速度は、太陽軸パイプ１６８（第１ロータリーフレーム１５１）の自転と太陽軸固定パイプ１６７に回動可能に設置された歯車１０２（可動歯車）の回転との回転速度差（角速度差）、及び歯車１０２の歯数Ｚ１０２と第２ロータリーフレーム１５２の中心軸である惑星軸パイプ１６９に固定された歯車１０４の歯数Ｚ１０４との比率により決まる。例えば歯車１０２の歯数をＺ１０２、歯車１０４の歯数をＺ１０４とし、仮にＺ１０２：Ｚ１０４＝１：１とすると、第２ロータリーフレームの回転速度ω２は、
ω２＝−ω１＋ωＡ×Ｚ１０２／Ｚ１０４=−ω１＋ωＡ
となる。
また、歯車１０２の回転は、第１ロータリーフレーム１５１上に設置された遊星歯車機構（歯車１０７、１０８、１０９、１１０及び１１１）及び歯車１０５の回転速度で決まる。
【００５９】
＜衛星カラムの回転＞
次に、衛星カラム１５４の回転速度ω３について説明する。
まず、第１ロータリーフレーム１５１上に、太陽軸固定パイプ１６７に固定された歯車１０１（固定歯車）とかみ合う回動可能な歯車１０６、及び太陽軸固定パイプ１６７に回動可能に設置された歯車１０２（可動歯車）とかみ合う回動可能な歯車１０５を設け、太陽軸パイプ１６８を回転させるとともに第２モータ（サブモータ）１７２で歯車１３０を回転させて歯車１０２を回転させることにより、歯車１０５と歯車１０６を回転させる（その際、両歯車の回転速度も決める）。この歯車１０５と歯車１０６の回転速度を、ともに遊星軸回動歯車１０７、遊星歯車１０８、太陽歯車１１１（この「太陽」は遊星歯車機構内における太陽の意味である。）及び内歯歯車１１０からなる遊星歯車機構に伝え、この遊星歯車機構の出力を、第２ロータリーフレーム１５２の中心軸線（惑星軸線R）上に回転自在に設置された惑星軸回動歯車１１２に伝える。遊星歯車機構の出力は、歯付きプーリ１２１と一体化して遊星軸１２０に回転自在に設置された歯車１１１の回転のことであり、この回転は、歯付きプーリ１２１、歯付きベルト１３６、歯付きプーリ１２２、歯付きプーリ１２３、歯付きベルト１３７、歯付きプーリ１２４、歯車１１２（歯付きプーリ１２４と一体化されている）に伝わる。この歯車１１２の回転と第２ロータリーフレームの回転との兼ね合い（回転速度差）により歯車１１２とかみ合っている歯車１１４が回転し、この回転がカラムの衛星軸パイプに固定された衛星軸固定歯車１１３を回転させ、カラム１５４が回転する。すなわち、歯車１１２の回転速度は、遊星歯車機構に伝達された第１ロータリーフレーム１５１の自転速度、及び第１ロータリーフレーム１５１の自転速度と歯車１０２の回転速度との速度差により決定される。
従って、歯車１１３の回転速度は、遊星歯車機構から歯車１１３までのそれぞれの歯車の回転速度と歯数、及びそれぞれの歯付きプーリの回転速度と歯数により決まる。
【００６０】
歯車１１１の回転速度は、図８の遊星歯車機構及び下記表３に示す通り求めることができる。
【００６１】
【表３】
2013156215.tif 000005
【００６２】
歯車１０１、１０２、１０４、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１３、１１４の歯数をそれぞれ、Ｚ１０１、Ｚ１０２、Ｚ１０４、Ｚ１０７、Ｚ１０８、Ｚ１０９、Ｚ１１０、Ｚ１１１、Ｚ１１２、Ｚ１１３、Ｚ１１４とし、また、歯付きプーリ１２１、１２２、１２３、１２４の歯数をそれぞれＺ１２１、Ｚ１２２、Ｚ１２３、Ｚ１２４とする。
各歯車の歯数比を表３のNo.８のように設定すると、歯車１１１の角速度ω１１１は、−（ω１＋２ωＡ）である。また、各歯車の歯数比を表３のNo.9のように設定すると歯車１１１の角速度ω１１１は−（ω１＋３ωＡ／２）である。
歯付きプーリ１２１と歯付きプーリ１２２との歯数比を１：１、歯付きプーリ１２３と歯付きプーリ１２４との歯数比を１：１として歯車１１１の角速度ω１１１を歯車１１２に伝達した場合、歯車１１１の角速度ω１１１がそのまま歯車１１２に伝わるので歯車１１２の角速度ω１１２は歯車１１１の角速度ω１１１と同じである。
【００６３】
このときのカラムの回転速度ω３は、第２ロータリーフレーム１５２の角速度ω２と歯車１１２の角速度ω１１２との差ω３＝−（ω２−ω１１２）及び歯車１１２と歯車１１３の歯数比Ｚ１１２／Ｚ１１３により決まる。すなわち、
ω３＝−（ω２−ω１１２）×Ｚ１１２／Ｚ１１３
＝−（ω２−ω１１１）×Ｚ１１２／Ｚ１１３
となる。
Ｚ１０２：Ｚ１０４＝１：１の場合は第２ロータリーフレーム１５２の回転速度ω２は、前記の通りω２＝−ω１＋ωＡであるから、表３のNo.8の条件においては、歯車１１１の角速度を上記式に代入すると、
ω３＝−（ω２−ω１１１）×Ｚ１１２／Ｚ１１３
＝−（−ω１＋ωＡ−（−ω１−２ωＡ））×Ｚ１１２／Ｚ１１３
＝−３ωＡ×Ｚ１１２／Ｚ１１３
となる。
【００６４】
Ｚ１１２：Ｚ１１３＝１：３とすれば、カラム１５４の角速度はω３＝−ωＡとなり、カラム１５４の自転の速さは、歯車１０２の回転速さと同一となり、回転方向は逆となる。そして、太陽軸パイプ１６８の角速度ω１と惑星軸パイプ１６９の角速度ω２とカラム１５４の角速度ω３との総和は、ω１＋（−ω１＋ωＡ）＋（−ωＡ）＝０  となり、フローチューブは捩れない。これにより、カラム１５４の自転速度とその惑星軸パイプ１６９の自転速度はそれらの太陽軸線Q周りの公転速度と非同期とすることができる。
表３のＮｏ．９の条件においても、上記と同様にω３を導くことができる（下記式）。
ω３＝−（−ω１＋ωＡ−（−（ω１＋３ωＡ／２）））×Ｚ１１２／Ｚ１１３
＝−（−ω１＋ωＡ＋ω１＋３ωＡ／２）×Ｚ１１２／Ｚ１１３
＝−５ωＡ／２×Ｚ１１２／Ｚ１１３
歯車１１１の角速度を、歯付きプーリ１２１〜１２４等を介してそのまま歯車１１２に伝達した場合、Ｚ１１２：Ｚ１１３＝２：５とすれば、カラム１５４の角速度ω３＝−ωＡとなり、フローチューブは捩れない。
【００６５】
３．クロマトグラフ装置
本発明のクロマトグラフ装置は、上記カラム回転機構を備えたものである。本発明のクロマトグラフ装置の態様を図９〜図１９に示す。本発明においては、フローチューブ１９０は、太陽軸パイプ１６８、惑星軸パイプ１６９及び衛星軸パイプ１８０をこの順に経由するように配置され、カラムの数やフローチューブの配管の態様を種々設定することができる。
【００６６】
図９は、フローチューブ１９０の固定端を、太陽軸パイプ１６８の上側に設けたときのクロマトグラフ装置１００の図であり、このクロマトグラフ装置１００は、図１に例示されたカラム回転機構及び図７に例示された歯車機構（単純型カラム回転機構）を設けている。
装置本体１５０は収容スペース１４２を内部に備え、このスペース１４２内に第１ロータリーフレーム１５１、第２ロータリーフレーム１５２が収められている。第１ロータリーフレーム１５１は太陽軸線Ｑを中心に回転可能に設けられ、第２ロータリーフレーム１５２は惑星軸線Ｒを中心に回転可能に設けられている。カラム１５４は衛星軸線Ｓを中心に回転可能に設けられている。図９に示す態様では、第１モータ１７１の動力は、歯付きプーリ１２６、歯付きベルト１３８、歯付きプーリ１２５を介して第１ロータリーフレーム１５１に伝えられ、これにより第１ロータリーフレームが回転する。第１ロータリーフレームの回転によって歯車１０６は太陽軸線Qの周りを公転するとともに、公転により生じた回転を歯車１０７に伝える。歯車１０７は、第２ロータリーフレーム１５２上の惑星軸線とは異なる位置に位置する第２の惑星軸線Tと同軸に回転自在に支持された第２惑星軸１６０に固定されている。この第２惑星軸の回転（自転）は、歯付きプーリ１２３、歯付きベルト１３７、歯付きプーリ１２４を介して歯車１１２に伝えられる。
他方、第２モータ１７２の動力は、歯車１３０を介して歯車１０２に伝えられて歯車１０２が回転し、さらに歯車１０２の回転は歯車１０３を介して歯車１０４に伝えられる。
【００６７】
太陽軸パイプ１６８は中空状に形成され、太陽軸固定パイプ１６７の中を貫通して上側軸端部が開口し（開口１６８ａ）、外周面には開口１６８ｂが形成されている。
フローチューブ１９０は、太陽軸パイプ１６８の軸端部の開口１６８ａから太陽軸パイプ１６８内の中空部に導かれ、中空部に導かれたフローチューブ１９０は開口１６８ｂから第２ロータリーフレーム１５２の上部に向けて導出される。惑星軸パイプ１６９の端部には開口１６９ａ、外周には開口１６９ｂが形成されており、第２ロータリーフレーム１５２の上部に導出されたフローチューブ１９０は、惑星軸パイプ１６９（第２ロータリーフレーム１５２と一体化されている）の開口１６９ａ、１６９ｂを経てカラム１５４の上部に導かれる。カラム１５４の上部に導かれたフローチューブ１９０は、衛星軸パイプ１８０（カラムの中心軸）内を通されてフランジ１５４ａ間に導かれ、フランジ１５４ａ間に導かれたフローチューブ１９０はコイル状に形成される。
コイル状に形成されたフローチューブ１９０は折り返され衛星軸パイプ１８０内を介してカラム１５４の上部に導出される。カラム１５４から導出されたフローチューブ１９０の排液部１９０ｂは給液部１９０ａが通された開口と同一の開口を通されて向流クロマトグラフ装置１００の上部に導かれ固定される。
【００６８】
フローチューブ１９０の給液部１９０ａと排液部１９０ｂとを隣り合わせて配置してクロマトグラフ装置１００の上部に固定端を設ける態様では、フローチューブ１９０に捩れが生じないようにするには、フローチューブの太陽軸パイプから惑星軸パイプへの配管形態はＳ字状であるので、以下の式（１）：
ω１＋ω２＋ω３＝０      （１）
の条件によって表すことができる。
この場合の各歯車の歯数比は以下の通りである。
Ｚ１０１＝Ｚ１０２＝Ｚ１０４＝Ｚ１０７
Ｚ１２３＝Ｚ１２４
Ｚ１１２：Ｚ１１３＝１：１
【００６９】
図１０は、フローチューブ１９０の固定端を、図２に示すように太陽軸パイプ１６８の下側に設けたときのクロマトグラフ装置２００の図であり、このクロマトグラフ装置２００は、図２に例示されたカラム回転機構、及び図７に例示された歯車機構のうち歯車１０１と１０７とを直接かみ合わせるとともに歯車１０３と歯車１０４との間に中継歯車２０５を設けた歯車機構（単純型カラム回転機構）を設けている。
図１０に示すクロマトグラフ装置２００において、フローチューブに捩れが生じない条件は、太陽軸パイプ１６８から惑星軸パイプ１６９へのフローチューブの配管態様がJ字状であるので、以下の式（２）：
−ω１＋ω２＋ω３＝０      （２）
を満たす条件である。
【００７０】
この条件を満たす歯車の構成及び歯数比は、歯車２０５を除き前記（図７）と同様である。式（２）に示す条件を満たすためには、惑星軸線Ｒ周りの回転と衛星軸線Ｓ周りの回転との和における回転方向が太陽軸線回りの回転方向と同一となるようにする必要があることから、歯車２０５は歯車１０３と歯車１０４との間に設け、また歯車１０６は設けずに歯車１０１と歯車１０７とが直接かみ合っている。その他の構成については、図９に示したクロマトグラフ装置１００の構成と同様である。
【００７１】
図１１は、フローチューブ１９０の固定端を、図１に示すように太陽軸パイプ１６８の上側に設けたときのクロマトグラフ装置３００の図であり、図８、図９に示す歯車１０１、１０６、１０７などを使わずに発生させることが出来る回転で、直接又は間接的に歯車１１２を回転させる態様を示すものである。このクロマトグラフ装置３００は、太陽軸線下側に固定的に設けられたベアリングケース１００１（第２の太陽軸固定パイプ）に一体的に設けられた歯車１１５を備えており、この歯車１１５は、歯車１１２と略同じ高さの位置に配置されている。歯車１１５の回転は、中継歯車１１６を介して歯車１１２に伝達される。
なお、歯車１１２に伝達する歯車機構は歯車１１５を用いることもできるが、ベアリングケース１００１に歯付きプーリを設け、中継歯車１１６を使用せずに歯付きベルトにより歯車１１２を回転させることもできる。
【００７２】
図１２に示される本発明の向流クロマトグラフ装置４００は、図１に例示されたカラム回転機構及び図８に示されたカラム回転機構（遊星歯車設置型回転機構）を設けたクロマトグラフ装置である。
装置本体１５０は収容スペース１４２を内部に備え、このスペース１４２内に第１ロータリーフレーム１５１、第２ロータリーフレーム１５２が収められている。第１ロータリーフレーム１５１は太陽軸線Ｑを中心に回転可能に設けられ、第２ロータリーフレーム１５２は惑星軸線Ｒを中心に回転可能に設けられている。カラム１５４は衛星軸線Ｓを中心に回転可能に設けられている。
【００７３】
太陽軸パイプ１６８は中空状に形成され、太陽軸固定パイプ１６７の中を貫通して上側軸端部が開口し（開口１６８ａ）、外周面には開口１６８ｂが形成されている。なお、図８に示すカラム回転機構では、太陽軸パイプの上端は第１ロータリーフレーム上で中断された態様となっているが、図１２に示すように太陽軸固定パイプ１６７の中空部を貫通させることもできる。
フローチューブ１９０の配管は、図９、図１１に示す態様と同様である。
【００７４】
クロマトグラフ装置４００においては、フローチューブ１９０に捩れが生じないようにするためには、フローチューブの太陽軸パイプから惑星軸パイプを通り衛星軸パイプへの配管形態はSS字状であるので、以下の式（１）：
ω１＋ω２＋ω３＝０      （１）
の条件によって表すことができる。
この場合の各歯車の歯数比は以下の通りである。
Ｚ１０１＝Ｚ１０２＝Ｚ１０４＝Ｚ１０７＝Ｚ１０９
Ｚ１２１＝Ｚ１２２、Ｚ１２３＝Ｚ１２４
Ｚ１０８：Ｚ１１０：Ｚ１１１＝１：４：２のとき、Ｚ１１２：Ｚ１１３＝１：３
Ｚ１０８：Ｚ１１０：Ｚ１１１＝１：６：４のとき、Ｚ１１２：Ｚ１１３＝２：５
【００７５】
図１３は、フローチューブ１９０の固定端を、図２に示すように太陽軸パイプ１６８の下側に設けたときのクロマトグラフ装置５００の図である。図１３に示すクロマトグラフ装置は、歯車１０５、１０６（図１２）がない点、及び図１２には示されていない歯車２０５を備えている点で図１２に示すクロマトグラフ装置と異なる。
図１３に示すクロマトグラフ装置５００において、フローチューブに捩れが生じない条件は、太陽軸パイプ１６８から惑星軸パイプ１６９へのフローチューブの配管態様がJ字状であるので、以下の式（２）：
−ω１＋ω２＋ω３＝０      （２）
を満たす条件である。
この条件を満たす歯車の構成及び歯数比は、図１２に示す歯車１０５、１０６を除き前記（図１２）と同様である。式（２）に示す条件を満たすためには、惑星軸線周りの回転と衛星軸線周りの回転との和における回転方向が太陽軸線回りの回転方向と同一となるようにする必要があることから、図１２の歯車１０５、１０６は設けず、歯車２０５を歯車１０３と歯車１０４との間に設けてある。その他の構成については、図１２に示したクロマトグラフ装置４００の構成と同一である。
【００７６】
図１４及び１５は、衛星軸に衛星カラム３６１を配置するとともに、惑星軸にもカラム３６２を配置させた態様のクロマトグラフ装置６００、７００を示す図である。図１４は、衛星カラム３６１及び惑星カラム３６２の両者ともフローチューブ１９０をコイル状に巻き付けたときのクロマトグラフ装置６００を示し、図１５は、衛星軸カラム３６１ではフローチューブを直線状に配置し、惑星軸カラム３６２ではコイル状に巻き付けたときのクロマトグラフ装置７００を示す。
図１４及び１５に示すクロマトグラフ装置に使用されるカラム回転機構において、第２ロータリーフレーム１５２は、その惑星軸パイプ１６９に、衛星カラム３６１から導出されたフローチューブ１９０を配置させて、惑星軸線Ｒを中心に自転すると共に太陽軸線Ｑの周りを公転する惑星カラム３６２を備えている。この惑星カラム３６２は、惑星軸線Ｒ上に設置されて衛星カラム３６１から導出されたフローチューブ１９０が巻き付けられている。また、衛星カラム３６１及び惑星カラム３６２には下部フランジ部に歯車３１４、歯車３１５を設けて係合させ、衛星カラム３６１の回転が惑星カラム３６２に伝わるようになっている。この場合、惑星カラム３６１の自転速度は、その公転速度と非同期にすることができる。
【００７７】
また、図１２及び図１３に示すクロマトグラフ装置では、歯車１１３、歯車１１２、歯付きプーリ１２３、歯付きプーリ１２４及び歯付きベルト１３７は、第２ロータリーフレーム１５２の下部に設けたが、図１４及び１５に示すクロマトグラフ装置では第２ロータリーフレーム１５２の下部にフローチューブが配管されていることから、第２ロータリーフレーム１５２の上部に設けた。本発明においては、このカラムの態様を、図９〜１１に示すカラム保持機構に適用してクロマトグラフ装置とすることもできる。
図１４及び１５に示すクロマトグラフ装置において、フローチューブに捩れが生じない条件は、フローチューブの太陽軸パイプから惑星軸パイプを通り衛星軸パイプへの配管態様がSS字状であるので、以下の式（１）：
ω１＋ω２＋ω３＝０      （１）
を満たす条件となる。
【００７８】
この条件を満たす歯車の構成及び歯数比は、前記（図９、図１１、図１２）と同様である。
また、衛星カラム３６１の自転速さと惑星カラム３６２の自転速さを等しくし、回転方向を逆にするために、カラムの一端のフランジにそれぞれ同じ歯数の歯車３１４、歯車３１５を設けて係合させている。歯車３１４、３１５の歯数をそれぞれＺ３１４、Ｚ３１５とし、衛星カラム３６１、惑星カラム３６２の自転速度をそれぞれω３、ω８とすると、
ω３＋ω８＝０
Ｚ３１４＝Ｚ３１５
である。
【００７９】
図１６及び１７は、フローチューブ１９０が太陽軸パイプ１６８の上部及び下部の一方から供給され、他方から排出される態様の配管システムにより構成されたクロマトグラフ装置８００、９００であり、衛星カラムを２つ設けたものである。図１６は、衛星カラム５６１、５６２の両者ともフローチューブ１９０をコイル状に巻き付けたときのクロマトグラフ装置８００を示し、図１７は、衛星カラム５６１にはフローチューブ１９０を直線状に配置させ、衛星カラム５６２にはフローチューブ１９０をコイル状に巻き付けたときのクロマトグラフ装置９００を示す。
図１６及び１７において、フローチューブ１９０は太陽軸パイプ１６８の上部から中空部を経由して惑星軸パイプ１６９に導出され、惑星軸パイプ１６９を経由したフローチューブ１９０はカラム５６１に導かれる。カラム５６１を経由して下側に出たフローチューブ１９０は、他方のカラム５６２の下部に導かれ、カラム５６２の内部を経由してカラムの上部に導出される。導出されたフローチューブ１９０は、惑星軸パイプ１６９の中を経由して惑星軸パイプ１６９の下部から出され、太陽軸パイプ１６８に導かれる。
【００８０】
図１６及び１７に示すクロマトグラフ装置８００、９００において、フローチューブに捩れが生じない条件は、フローチューブ１９０の太陽軸パイプ１６８から惑星軸パイプ１６９を通り衛星軸パイプ１８０への配管態様がSS字状であるので、以下の式（１）：
ω１＋ω２＋ω３＝０      （１）
を満たし、かつ、衛星カラムの回転速度（ω３及びω４とする）が以下の式（５）
ω３＋ω４＝０     （５）
を満たす条件となる。
この条件を満たす歯車の構成及び歯数比は、前記（図９、図１１、図１２）と同様である。
また、図１６及び１７において、衛星カラム５６１、５６２には、それぞれ、歯車５１４、５１８が設けられ、これらの歯車は中継歯車５１６、５１７を介して回転する構成となっている。歯車１１３からの動力はカラム５６１に伝えられるが、中継歯車５１６、５１７を設けることでカラム５６２の回転方向とカラム５６１の回転方向とは逆方向になり、歯車５１４の歯数と歯車５１８との歯数の比を同一にすることで（歯車５１４、歯車５１８の歯数をそれぞれＺ５１４、Ｚ５１８とすると、Ｚ５１４＝Ｚ５１８）、カラム間のチューブの捩れを解消している。
【００８１】
図１８は、フローチューブが太陽軸パイプ１６８の上部及び下部の一方から供給され、他方から排出される態様のクロマトグラフ装置１０００を示す図であるが、太陽軸パイプ１６８と惑星軸パイプ１６９との間の配管の態様がJ字状となったものである。
従って、図１８に示すクロマトグラフ装置においてフローチューブに捩れが生じない条件は、以下の式（２）：
−ω１＋ω２＋ω３＝０      （２）
を満たし、かつ、衛星カラムの回転速度（ω３及びω４とする）が以下の式（５）
ω３＋ω４＝０     （５）
を満たす条件となる。
この条件を満たす歯車の構成及び歯数比は、図１６、１７において図示しない歯車１０５及び１０６、並びに歯車２０５を除き前記（図１６及び１７）と同様である。式（２）に示す条件を満たすため、前記と同様に歯車２０５は歯車１０３と歯車１０４との間に設けてある。
【００８２】
図１９は、図４に示した合計４つのカラムを備え、太陽軸周り、惑星軸周り及び衛星軸周りの回転機構の構成を概略的に示したクロマトグラフ装置１１００の説明図である。
図１９に示すクロマトグラフ装置１１００では、第１ロータリーフレーム１５１に２つの惑星軸回転機構８０６、８０７が設置され、惑星軸回転機構８０６は第２ロータリーフレーム１５２ａ、惑星軸回転機構８０７は第２ロータリーフレーム１５２ｂを備える。そして、第２ロータリーフレーム１５２ａ上に２つの衛星カラム８７１、８７２が保持され、第２ロータリーフレーム１５２ｂ上に２つの衛星カラム８７３、８７４が保持されている。
図１９において、第１ロータリーフレーム１５１上に、太陽軸固定パイプ１６７に回動可能に設置された歯車１０２（可動歯車）とかみ合う回動可能な歯車１０３（１０３ａ、１０３ｂ）を設け、メインモータ１７１により歯付きプーリ１２６、歯付きベルト１３８、歯付きプーリ１２５を介して太陽軸パイプ１６８を回転させるとともに第２モータ（サブモータ）１７２で歯車１３０を回転させて歯車１０２を回転させることにより、歯車１０３の太陽軸線Ｑを中心とした公転により発生する回転（自転）速度を変化させる。この歯車１０３の回転速度を、惑星軸回転機構８０６、８０７に伝える。惑星軸回転機構８０６については、フローチューブの配管態様がJS字状であることから、式（２）の条件を満たすために歯車１０３ａと歯車１０４ａとの間に歯車８０５を設けてある。歯車１０３の出力は、第２ロータリーフレーム１５２ａ、１５２ｂの中心軸線（惑星軸線）上に回転自在に設置された惑星軸固定歯車１０４（１０４ａ、１０４ｂ）に伝えられ、惑星軸固定歯車１０４の回転速度が、各第２ロータリーフレーム１５２ａ、１５２ｂの自転速度となる。
カラム８７１と８７２にはそれぞれ歯車９１４ａ、９１８ａが一体化されており、これらの歯車は歯車９１６ａ、９１７ａによって中継されている。また、カラム８７３と８７４にはそれぞれ歯車９１４ｂ、９１８ｂが一体化されており、これらの歯車は歯車９１６ｂ、９１７ｂによって中継されている。これらの歯車の歯数比を等しくすることにより、各カラムの自転速度は同一となる。
図１９に示すクロマトグラフ装置において、フローチューブの配管形態、及びフローチューブに捩れが生じない条件は図４の説明において述べた通りである。
【００８３】
４．物質の分離システム
本発明のカラム回転機構を用いた物質の分離システムは、例えば、有機溶媒―水系二相溶媒又は水性二相溶媒等を構成する上下層のいずれか一方の層を固定相又は移動相として供給する溶媒供給源、溶媒供給源からの移動相となる溶媒や生体関連物質等の試料混合物を少量の二相溶媒に溶解した試料溶液を送り出すためのポンプ、ポンプから送り出された試料溶液に含まれる目的物質を分離する本発明の向流クロマトグラフ装置、向流クロマトグラフ装置により分離された目的物質を検出するディテクタなどから構成される。
溶媒供給源から固定相となる溶媒を向流クロマトグラフ装置のコイル部に充填した後、試料溶液を導入し、第１及び第２ロータリーフレームを回転させる。その後、溶媒供給源から移動相となる溶媒がポンプに送られ、ポンプによって向流クロマトグラフ装置に移動相となる溶媒が液送される。向流クロマトグラフ装置内へ送られた移動相となる溶媒は、コイル部内に導入される。コイル部から移動相となる溶媒とともに排出される目的物質は排出部を介してディテクタに送られて検出され、その結果は、例えばインテグレータに送られチャート化される。
【００８４】
分離時の手順は、まず、有機溶媒−水系二相溶媒又は水性二相溶媒を構成する上下層のいずれか一方の層（移動相としない層）を固定相として溶媒をコイル状流路内に導入する。その後、固定相及び移動相として使用する二相溶媒の少量に目的物質を含む試料混合物を溶解させた試料溶液を固定相となる溶媒と密着して導入する。ロータリーフレームを作動させてカラムの公転及び自転を開始させた後、移動相となる溶媒を溶媒供給源からポンプで先に導入した試料溶液に密着させて液送する。移動相となる溶媒と共にコイル状流路内に導入された試料溶液中の生体関連物質等は、例えば、予めコイル状流路内に導入されていた固定相と新たにポンプで液送されてコイル状流路内に導入された移動相との間で分配を繰り返した後、他の共存する試料物質と分離され、移動相となる溶媒とともに溶出する。
【００８５】
本発明により、固体充填剤を用いる従来のカラムクロマトグラフィー（例えば高速液体クロマトグラフィーなど）で吸着あるいは変性してしまう物質の分離、精製、有機溶媒−水系二相溶媒による天然または合成低分子生理活性物質の分離、精製などに広く用いることができる。特に、有機溶媒によりエマルションを形成しやすい物質の単離・精製には有用である。また、タンパク質、酵素、核酸など有機溶媒では変性してしまう物質の単離・精製を行うことも可能である。さらには、本発明の向流クロマトグラフ装置は、血液や細胞などの分離も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上で説明したように、本発明のカラム回転機構および向流クロマトグラフ装置は、これまでの向流クロマトグラフ装置（ＣＣＣ）とは異なり、カラムは３重回転の遠心力場に置かれる。この回転系での分離はこれまで実施されたことはなく、力学的物理量や二相溶媒の極性の違いが試料物質の分離効率に及ぼす効果が期待できる。本発明の装置では、自転フレームの回転速さと方向及びカラムの回転速さと方向の様々な組み合わせが可能であり、例えば、自転フレームを公転方向と同じ方向に自転させながら更にカラムを自転フレームの自転方向と同じ方向に自転させ、かつ自転フレームの周りを公転させたり、あるいは自転フレームを公転方向と反対方向に自転させながら更にカラムを自転フレームの自転方向と同じ方向に自転させ、かつ自転フレームの周りを公転させたりすることができる。また、従来の非同期型高速向流クロマトグラフ装置を上回る機能も兼ね備えている。従って、従来の惑星運動を行う高速向流クロマトグラフ装置より高い分離効率を短時間で達成できる分離条件を確立することができる。
また、本発明の向流クロマトグラフ装置によれば、コイル状流路を公転に対して非同期で自転させることにより、コイル状流路の自転に伴い発生するアルキメデスのスクリュー効果やコリオリの力などの力学的物理量が目的物質の分離に及ぼす影響を解析することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１００  クロマトグラフ装置
１３５  ベルト駆動機構
１５０  装置本体
１５１  第１ロータリーフレーム
１５２  第２ロータリーフレーム
１５４  衛星カラム
１６７  太陽軸固定パイプ
１６８  太陽軸パイプ
１６９  惑星軸パイプ
１７１  第１モータ
１７２  第２モータ
１９０  フローチューブ
【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】
2013156215.tif 000010
【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】
2013156215.tif 000018
【図１４】
2013156215.tif 000019
【図１５】
2013156215.tif 000020
【図１６】
2013156215.tif 000021
【図１７】
2013156215.tif 000022
【図１８】
2013156215.tif 000023
【図１９】
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