JPH01104989A - ポンプ装置 - 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、高速で液体を送り出すポンプ装置に関するも
のであり、特に、液体クロマトグラフィーにおける溶媒
の送出しのためのポンプ装置に関するものである。この
ようなポンプ装置は、例えば、液体クロマトグラフィー
において、カラムを含むクロマトグラフ・システム妻介
して移動相（溶媒または溶媒の混合物）のポンプ輸送を
行なうのに利用されるものである。このポンプ装置は、
溶媒を吸引し、混合するための付加ユニットを備えた溶
媒供給システム（ｓｏｌｖｅｎｔ　ｄｅｌｉｖｅｒｙ　
５ｙｓｔ−ｅ＋＋＋）の一部を形成する。

（従来技術とその問題点） クロマトグラフ分析の場合、カラムに送られる液体の流
量は、広範囲の流量について調整可能であることが望ま
しい。溶媒供給システムは更に溶媒混合物の調整を可能
にし、種々の溶媒混合物の混合比を時間について変化さ
せる（フラジエンド操作）ことが望ましい。溶媒供給シ
ステムのこうした融通のきくこと（ｖｅｒｓａｔｉｌｉ
ｔｙ）によって、クロマトグラフィーによって分離され
る特定の試料に対する分析条件を最適化することが可能
になる。

流量は調整可能であることが望ましいが、極めて重要な
のは、いったん調整された流量はできるだけ一定に保持
されるということである。分離カラムを通過する流量が
変動すると、検出される試料の保持時間に変動が生じる
。よってカラムの出口に接続される、例えば、吸光度検
出器、蛍光検出器、または、屈折率検出器と等の検出器
によって生じるクロマトグラムのピーク面積が変動する
ことになる。ピーク面積は、クロマトグラフによって分
離される試料物質の濃度を表わすため、流量の変動は、
定量測定の精度及び再現性を損なうことになる。

単一のピストンを備えた往復ポンプ（ｒｅｃｉｐｒｏ−
ｃａｔｉｎｇ　ｐｕｍｐｓ）等のいくつかのポンプシス
テムは、ピストンが、ポンプサイクルの一部においてし
か送出しを行なわないため、固有の流量変動を有する。

このようなポンプの脈流（ｐｕｍｐ　ｐｕｌｓａｔｉｏ
ｎｓ）を緩和するため、従来より往復ピストンをそれぞ
れ備え、相互接続された２つのポンプヘッドを有するデ
ュアル・ピストン・ポンプを使用されることが知られて
いる。このピストンは、カム及びカム・シャフトによっ
て、所定の位相差で駆動され、この結果、出力流量は比
較的スムーズである。カムと共通のカム・シャフトによ
って駆動されるこのようなデュアル・ピストンポンプは
、例えば、米国特許４，３５２．６３６に開示されてい
るものである。

高性能液体クロマトグラフィーに用いられる高圧におい
て、溶媒の圧縮性は、流れの脈流（ｆｌｏｗρｕ　１ｓ
ａｔ　１ｏｎｓ）の付加的原因の顕著な一要因となりう
る。ポンプの各圧縮サイクル時に、第１のピストンが所
定の経路を移動して、実際の液体の送出しが始まる前に
、液体をその最終の送出し圧にまで圧縮しておく必要が
あるからである。その結果、ポンプ周波数で、出力流量
における脈流が生じることになる。この流れの脈流は、
流量の少ない場合に、特に、妨げとなる。その理由は、
脈流の大きさのパーセントは、広範囲の流量についてほ
ぼ一定のままであるが、流量が減少すると、特に小さい
カラムを用いる場合、クロマトグラムのピークの振幅は
小さくなる。このため、クロマトグラフの結果に対する
流れの脈流による影響は、流量が少なくなると、より顕
著になるからである。

前記の米国特許４，３５２．６３６かられかるように、
第１のピストンの排出ストロークの開始時における短い
期間を除き、カム・シャフトの回転サイクルにおけるあ
らゆる時点の圧縮液体の流出量が同じになるような形状
を備えるように、特別に設計されたカムを用いることで
、液体の圧縮性から生じる脈流が減少させる。こうして
生じる予備圧検相（ｐｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｐ
ｈａｓｅ）及び結果として正の流出パルスは、液体の圧
縮性を補償するものである。この予備圧検相は、第１ピ
ストンの上部死点における容積、ストローク容量、ポン
プの圧力、液体の圧縮性、ポンプシステムのこ輯さ（Ｓ
−ｔｉｆｆｎｅｓｓ）　、バルブの閉塞性能（ｃｌｏｓ
ｉｎｇ　ｐｅｒｆｏ−ｒｍａｎｃｅ）といった各種パラ
メータに依存している。

これらのパラメータの全てを正確に求めることはできな
いので、ポンプの流出における残りの脈流については、
予測する必要がある。さらに、従来のポンプ装置は、精
密加工を施したカムを必要とする比較的複雑な機械的設
計になっていた。

（発明の目的） 例えば、高圧液体クロマトグラフに溶媒を供給するため
のポンプ装置において、本発明の目的は、より簡単な機
械的設計で、本装置より、送り出される液体の流れの脈
流がクロマトグラフ測定結果の妨げとなることにより生
じる問題を、広範囲の流量についてほぼなくすポンプ装
置を提供することにある。

（発明の概要） 本発明は、ピストンを往復動作させる駆動手段に結合さ
れ、その上部死点と下部死点の間におけるピストンのス
トロークをそれぞれ調整する働きをし、ポンプサイクル
時に、第１のピストンと第２のピストンによって、それ
ぞれ、排出される液体量の調整を可能にして、ポンプ装
置の出力に送り出される液体の流れにおける脈流が緩和
されるようにする制御手段を備える。

調整可能なストローク容量の設定によって、どのように
して流れの脈流が削減されるのかについて、以下に考察
を行なうものとする。

従来の溶媒供給システムの場合、流量は、ピストンの往
復運動の頻度（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を変えることによ
って変化される。よって、より大きい流量が選択される
と、より高い周波数でピストンが動作するが、ここでは
、流量が変化しても、ストローク容量は同じままである
。しかしながら、本願発明によれば、流量は、ピストン
の往復動作の周波数とストローク容量の両方を変えるこ
とによって変化される。本発明の好適な一実施例では、
ストローク容量は、流量と共に減少する。従って、スト
ローク容量が減少すると、送り出しを開始する以前に最
終圧力まで圧縮しなければならない容積も減少する。圧
縮しなければならない容積が減少するため、圧縮の位相
が短かくなり、ポンプの流出量における脈流が小さくな
る。

特に流量が少ない場合、ピストンの往復運動の頻度が、
全ての流量に対しストロークが固定されている従来のポ
ンプに比べて高くなるのは、流量の関数としてのストロ
ーク容量の変化のもう１つの結果である。この往復動作
の周波数の増加は、対応するポンプ出力の残りの脈流の
周波数の増加を導き、定量クロマトグラフ測定の再現性
に有利な影響を及ぼす。保持時間及びクロマトグラムに
おける様々なピーク面積に対しいろんな形で影響する可
能性のある低周波数の脈流に反して、高周波数の脈流は
、はぼ同様にクロマトグラム全体に影響を及ぼす、均一
なバックグラウンド信号に類似する。この脈流周波数の
増加は、流れの脈流に対し極めて敏感な、例えば屈折率
検出器等の検出器を使用する場合には、特に有効である
。

本発明に係るポンプ装置は、ポンプ装置の入力が１個の
溶媒容器に対し固定接続され、クロマトグラフ分析に使
用できる溶媒の種類が１種に限定される、一定溶媒（ｉ
ｓｏｃｒａｔｉｃ　５ｏｌｖｅｎｔ）の供給システムに
用いられるだけでなく、例えば、グラジエン）Ｗ作で、
溶媒の混合物を調製する必要がある用途にも用いること
ができる。こうした用途のため、溶媒の容器に結合され
た複数個の入力を有する従来の混合バルブ（ｋｎｏｗｎ
　ｐｅｒ−ｓｅ　ｍｉｘｉｎｇ　ｖ−ゾ ａｌｔｅ）の出力とポンプ装置の入力に接続することが
できる。この混合バルブは、所望の溶媒混合物が得られ
るようにするため、溶媒の容器に対する接続がそれぞれ
、選択可能なように制御され、第１のピストンが引き戻
される時、選択された溶媒が吸入される。わずかな流量
でストローク容量が減少するため、特定の混合比を得る
ための各吸入ストロークにおいて吸い込まれる液体量は
、従来のポンプに比べて少なくなる。吸引される液体の
パッケージが少なくなるため、本発明に係るポンプ装置
は、吸入される各種溶媒の混合が従来のポンプに比べて
より良好になることを保証する。この結果、従来の溶媒
供給システムに用いられる、ポンプ装置の出力とカラム
の入力との間の付加的な混合室は、不要になるか、ある
いは、はるかに小さい混合室を利用することができる。

こうした混合室によって生じる望ましくないデッド容積
が大幅に減少することになる。さらに、より高速なグラ
ジェント変化が、可能になる。

本発明によれば、ピストンのストローク長を調製可能に
する駆動手段を用いることによって、ピストンの駆動を
達成することができる。本発明の好適な実施例では、ス
ピンドルの回転運動をビスポンプサイクル時に、スピン
ドルの回転角度を変えることにより、ストローク容量を
簡単に変更することができる。さらに、このボール・ス
クリュー駆動は、ポンプのサイクル時におけるピストン
運動に関する所望の排出量／時間関数を可能にする。例
えば、ピストンが短時間に加速される予備圧検相（ｐｒ
ｅ−ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｐｈａｓｅ）に関する時
間まは、ピストン運動に関する排出量／時間関数が新し
くなる毎に、特別な設計を施した新規の一対のカムを必
要とした従来のポンプに比べ有利である。

ボール・スクリュー駆動は、歯車を介して共通の駆動モ
ータに結合することもできるし、あるいは、各ボール・
スクリュー駆動を異なる駆動モータに結合し、２つのピ
ストンを別個に作動させることができるようにするのも
可能である。２つの独立した駆動モータを用いる場合、
第２のピストンがその送出しストロークを終了する前に
、第１１のピストンによって吸引溶媒に予備圧縮を加え
ることが可能になる。

各ピストンへの駆動力の伝達は、駆動手段、例えば、ボ
ールがピストンを固定したピストン・ホルダに接触する
残りの、ボール・スクリュー駆動に結合された作動素子
のみぞにおいて自由に動き回るボールを介して、有効に
行なうことができる。

駆動手段とピストンの間には堅固な接続部がないため、
ピストンの矯きを防止することができ、ポンプ室のシー
ルの寿命をより長くすることができる。

本発明の一実施例によれば、ポンプの流出における残り
の流量変動を減衰させるための減衰ユニットが、第２の
ポンプ室の出力口に結合される。

（発明の実施例） 以下に、図面に基づいて本発明の好適な一実施例を詳述
する。

第１図に、本発明の一実施例である、液体クロマトグラ
フのための溶媒供給システムを示す。キャピラリ管（入
力キャピラリ）　　１　ａｓ　１　ｂｓ　ｌ　ｃｌ及び
１ｄは一方の端が、それぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃ。

及びＸＤで表わされた溶媒の容器に接続しており、もう
一方の端が、混合バルブ２と接続する。混合バルブ２に
は、第１のポンプ室の人口バルブ４と接続する出力キャ
ピラリ３が備えられる。混合バルブ２は、その出力キャ
ピラリ３が選択された、入力キャピラリ１ａ又はｌｂ、
ｌｃ又は１ｄと接続し、第１のポンプ室へ選択された溶
媒を送り込むことが可能となるよう作動する。混合バル
ブの適切なスイッチングによって、所望の溶媒の配合が
可能になる。混合バルブのスイッチングは、後述する制
御回路（ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）の制御
下において、１つまたはいくつかのソレノイド（図示せ
ず）を用いて行なわれる。本実施例では、図示の混合バ
ルブ２は４個の入力キャピラリを有するが、もちろん、
任意の数の入力キャピラリを備えた混合バルブを用いる
ことが可能である。

入口バルブ４は能動バルブであり、制御回路の制御下で
ソレノイド５によって開閉することが可能である。第１
図に示す能動的な入口バルブ４の代わりに、従来のチエ
ツク・バルブを用いることも可能である。入口キャビラ
リ６は、入口バルブ４の出力をポンプシステムの入力に
接続する。ポンプシステムは、直列に接続した、実質的
にほぼ同じ２個のポンプユニットから構成され、各ユニ
ットはピストン・ポンプとして設計されている。第１の
ポンプユニットは、ピストンを受け入れる円筒状の内部
ボア８と、その円筒状の内部ボア８の中で往復運動を行
なう対応するサファイア・ピストン（ｓａｐｐｈｉｒｅ
　ｐｉｓｔｏｎ）１０を備えた、ポンプ室７から構成さ
れている。ポンプ室７の下方端部には、人口ボア９が設
けられており、これを通り、キャピラリ６を介して供給
される液体は、第１のポンプ室７の円筒状ボア８内へ流
入することができる。

入口ボア９は、ピストン１０の上部死点（ｔｏｐ　ｄｅ
ａ−ｄ　ｃｅｎｔｒｅ）よりも下部死点（ｂｏｔｔｏｍ
　ｄｅａｄ　ｃｅｎｔｒｅ）に近くなるように配置され
ている。ピストン１０の外径は、ポンプ室７のボア８の
内径より小さく、よって、液体は、ピストン１０とボア
８の内側表面とのギャップに流入することができる。ポ
ンプ室の底部にシール１１が設けられ、ピストン１０が
それを通ってポンプ室７へ入り込むポンプ室の開口部を
密封する。そして、液体が外部に漏れることを防ぐ。ピ
ストンの駆動機構については、以下に詳述する。

ポンプ室７は、その上部に出口ボアを有し、これを通っ
て液体が第１のポンプユニットより排出される。出口ボ
アは、キャピラリ１２を介して例えば、従来のチエツク
・バルブ等の出口バルブ１３に接続される。出口バルブ
１３は、第１のポンプユニットから離れる方向において
のみ、液体の流れを可能とし、逆方向における液体の流
れを阻止する。

キャピラリ１４は、出口バルブ１３を第２のポンプユニ
ットの人口に接続する。第２ポンプユニツトは、ピスト
ンを受け入れる円筒状のボア１９と、第１ポンプ室７の
入口ボア９と同じ相対位置にある横方向の入口ボア９′
と、ポンプ室１８の上部にある出口ボアと、ポンプ室１
８のボア１９の中で往復運動を行なうサファイア・ピス
トン２０を備えたポンプ室する開口部を介して液体がポ
ンプ室Ｉ８から漏れることを防止する。前述の第２のポ
ンプユニー／）の構成要素は、従って、第１のポンプユ
ニットの対応する構成要素と同様な設計が施されている
。

第２のポンプユニットの出口は、キャピラリ２２を介し
て減衰ユニット（ｄａｍｐｉｎｇ　ｕｎｉｔ）　２３に
接続されている。この減衰ユニット２３は、第２のポン
プユニットの流出時に生じる可能性のある圧力及び流量
変化を減衰させる。好適な一実施例では、西ドイツ国特
許３３０６６３１（ＤＢ−ＰＳ　３３０６６３１）に開
示される形式の高圧ダンパー（ｄａｍｐｅｒ）が用いら
れる。このダンパーは、弾性の隔壁によって分離され、
２個のチャンバを有し、第１のチャンバは減衰すべき液
体を受け入れ、第２のチャンバは水等の圧縮性液体を収
容する。さらに、圧縮性媒体及び第２チヤンバのハウジ
ングの膨張係数の相違を補償するセラミックの個体ブロ
ックより構成される。減衰ユニット２３と一体形成する
、送り出される液体の圧力を測定するセンサーを備える
。

減衰ユニット２３の出力は、キャピラリ２４を介して後
続のクロマトグラフシステム（カラム）と接続し、ここ
で、分析すべき物質の分離が行なわれる。

他の実施例として、２個のポンプユニット間に、減衰ユ
ニットを配置し、減衰ユニットの人力ボートが出口バル
ブ１３に接続され、その出力ボートが第２のポンプユニ
ットの人口に接続されるようにすることも可能である。

ポンプ装置の動作と同様に該ポンプ装置の他の全ての構
成素子についても、第１図に示す実施例の場合と同じで
ある。

２個のポンプユニットのサファイア・ピストン１０．２
０は、各ピストン毎に、ボール・スクリュー駆１１Ｊ　
（ｂａｌｌ−ｓｃｒｅｗ　ｄｒｉｖｅ）を用いて駆動さ
れる。

ピストン１０．２０の下側端部は、それぞれ、ピストン
・ホルダ２５．２６に取りつけられており、ピストンホ
ルダ２５．２６は、それぞれボール２７．２８及びアク
チュエータ３７．４８を介して、再循環ボール・スピン
ドル（ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　ｂａｌｌ　５ｐｒ
ｉｎｄｌｅｓ）であるボール・スクリュー駆動３０．３
１と連結する。また、戻しばね１５及び２９も設けられ
ている。

ボール・スクリュー駆動３０．３１は、それぞれ、歯車
（ｔｏｏｔｈｅｄ　ｇｅａｒｓ）　３３及び３４に結合
されている。

歯車３３と３４は嵌合し、歯車３３は、駆動モータ３６
のシャフトに固定された第３の歯車３２に連結している
。本実施例では、歯車３３と３４の割合は、歯車３３が
１回転する間に、歯車３４が２回転するように選択され
ている。駆動モータ３６の角位置に対するデジタル・イ
ンジケータ３５が備えられ、歯車とボールスクリュー駆
動の伝達比（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｒａｔｉ−正
。

ＯＳ）からピストンの位置を柚確に求めることができる
。

第２図は第１図のポンプ装置の第１のポンプユニットの
一部の詳細を示す。ここでは、ピストン・ホルダとボー
ル・スクリュー駆動との連結について、詳しく説明する
。ボール・スクリュー駆動３０に堅固に接続されたアク
チュエータ３７は、ボール２７を収容するみぞ３８を備
えている。ボール２７はみぞ３８内と自由に動き回るこ
とができる。ボール２７の上部は、ピストンｌＯに接続
されたピストン・ホルダ２５と接触している。ピストン
ｌＯは、ガイド素子（ｍｏｕｎｔｉｎｇ　ｅｌｅｍｅｎ
ｔ）　４０に取りつけられている。

戻しばね１５は、その一方の端部がボゾヂ室７に接続さ
れ、他方の端部がピストン・ホルダ２５に接続されてい
る。アクチュエータ３７が下方へ移動すると、戻じばね
１５はピストンを下方に引っ張る。アクチュエータが上
方へ移動すると、ボールがピストン・ホルダに対して押
しつけられ、ピストンｌＯが上昇する。自由に移動する
ボール２７とガイド素子３９を組み合わせてピストン１
０を駆動することにより、ピストンの移動に傾きを伴う
ことがなくなり、シール１１の寿命が延長される。

次に、第１図に基づいて、本発明の一実施例であるポン
プ装置の制御回路について説明する。

４２を介して、ユーザが行なう入力に応答し、本ポンプ
装置の機能を制御する。ユーザ・インターフェース４２
は、例えば、キーボード等、任意の周知の入力デバイス
を用いることができる。ユーザは、ユーザ・インターフ
ェース４２を介して、例えば、所望の流量、所望の溶媒
混合物、所望の溶媒グラジェントなどの入力を行なうこ
とができる。

ポンプ駆動コントローラ４３は、システム・コントロー
ラ４１と接続する。駆動モータ３６の動きを制御するた
めの制御ループが、４４で示されている。

該制御ループ４４で用いる駆動モータ３６の位置に関す
る実際の値は、角位置のインジケータ３５から得られ、
公称値（ｎｏｍｉｎａｌ　ｖａｌｕｅ）は、ポンプ駆動
コントロ−ラ４３から得られる。

システム・コントローラ４１には、また、ユーザがユー
ザ・インターフェース４２を介して選択した所望の溶媒
グラジェントに基づき、ライン５１を介して、混合バル
ブ２に制御信号を供給するグラジェント・コントローラ
４５も接続されている。このからバルブを弄して第１の
ポンプユニットに流れることを可能にする。特定の溶媒
の容器に対する接続か行なわれる時間間隔を選択するこ
とによって、所望の溶媒グラジェントを得ることができ
る。

システム・コントローラ４１と連結する入口コントロー
ラ４６が、ピストンｌＯの動きと共働して、入口バルブ
４の開閉を制御する。制御信号は、ライ媚 ン５２上のソレノイド５に印可される。

減衰ユニット２３に配置された圧力変換器によって、送
り出された液体の圧力が測定される。圧力変換器のアナ
ログ出力信号が、ライン５３を介してＡ／Ｄコンバータ
４７に送られ、ここで、デジタル信号に変換される。こ
のデジタル信号は、システム・コントローラ４１に印可
され、そこからユーザインターフェース４２に送られて
、表示することができる。

続いて、一定モード（ｉｓｏｃｒａｔｉｃ　ｍｏｄｅ）
とグラジェント・モード（ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｍｏｄｅ
）と称する本実施例の動作について、以下に説明する。

一定動作 一部モードでは、溶媒の容器式、Ｂ、Ｃ，及びＤのひと
つが入口バルブ４に永久的に接続され、必ず同じ溶媒が
送り出されるようになっている。

これは、１つの位置に固定された混合バルブ２のスイッ
チ状態を保持し、その出力が同じ溶媒の容器に永久的に
接続されるようにする。その代わりに、混合バルブのな
い溶媒供給システムを動作させ、中間の混合バルブでは
なく、容器Ａ、ＢＳＣ。

及び、Ｄのうちの１つを直接入力バルブ４に接続する。

溶媒供給システムが起動すると、まず最初に、第１のピ
ストン１０動作の上部死点が求められる。

制御回路の制御下で、第１のピストン１０がゆっくりと
上昇し、ピストン・ホルダ２５がポンプ室７の下側端部
に接触するまで、ピストン室のボア８内に入り込む。こ
の最終位置に達すると、ピストン１０は、所定の経路長
だけ戻ることになる。このピストン位置が、上部死点と
して定義されるものであり、インジケータ３５によって
求められた駆動モータ３６の対応する角位置設定値（ａ
ｎｇｕｌａｒ　ｓｅｔｔｉ−ｎｇ）が、制御回路にデジ
タル値として記憶される。

よって、モータ制御ループ４４にこのデジタル値を公称
値として付与することにより、上部死点を常に正確に再
現できることになる。

この起動過程の後、ポンプは、その正常動作を開始する
。人口コントローラ４６の制御下で、入口バルブ４はソ
レノイド５によって開かれ、ピストンｌＯが、上部死点
から下降し、よって、第１のポンプ室７に溶媒が吸入さ
れる。本モードの動作によれば、ストローク長、すなわ
ち、ピストンが上部死点と下部死点間を移動する距離は
、ユーザがユーザ・インターフェース４２において選択
した流量に依存する。ユーザ・インターフェース４２か
らシステム・コントローラ４１に送られる所望の流量に
関する情報から、システム・コントローラ４１は、流量
とストローク長（または、ストローク長に比例したスフ
ローフ容量）との所定の数学的関係を利用して、対応す
るス）ローフ長の計算を行なう。

前記の流量とストローク容量との所定の関係の一例とし
て第４図に基づいて以下に説明する。本動作モードの場
合、流量とストローク容量間には、予め決められた関係
を有するが、本発明の制御回路は、さらに、流量とスト
ローク容量との結合が働かなくなることも可能であり、
ストローク長またはストローク容量の自由選択を可能に
する。

第１のピストンが、制御回路によって決められた、上部
死点から下部死点までのストローク長だけ移動すると、
原動モータ３６は停止し、入口バルブ４が閉じて、第１
のポンプユニットへそれ以上の液体が流入しな（なる。

次に駆動モータ３６が再始動し、前回と同様、再び、上
部死点に達するまで、逆方向に移動する。こうして、該
シーケンスが新規に開始され、ピストンが、上部死点か
ら下部死点へ下降する。２つのピストン１０及び２０は
、歯車３３及び３４を介して、互いにしっかり嵌合され
ているため、第１のピストン１０に対する位相差は一定
のまま、第２のピストン２０が動作する。この位相差は
１８０度である。位相が１８０度シフトする結果、第１
のピストン１０が液体を吸入する際には、第２のピスト
ン２０が液体を送り出すことになり、またこの逆も行な
われることになる。

歯車３３は３４の円周比は２対１で、ボール・スクリュ
ー駆動３１と３０は同一であるため、駆動モータ３６の
任意の角位置ステップ（ａｎｇｕｌａｒ　５ｔｅｐ）に
おいて、第１ピストンｌＯは、第２ピストン２０に対し
２倍の経路を移動することになる。その結果、第１のポ
ンプユニットのストローク容量Ｖ１は、第２のポンプユ
ニットのストローク容量Ｖ２の２倍、すなわち、Ｖ１＝
２・Ｖ２になる。第１ピストンの排出ストローク時に、
第２のピストンは、第１のピストンが排出する半分の容
積分だけ吸入し、第１のピストンの吸入ストローク時に
は、第２のピストンは、先行する半サイクルで吸入され
た容積分だけ送り出すことになる。従って、完全なポン
プ・サイクル（吸入ストローク及び排出ストローク）時
には、ポンプ装置の出力に対し容積Ｖ１の送出しが行な
われる。第１図に示す実施例では、第２のポンプユニッ
トの出力は、第１のピストンの送出し位相の開始時にお
ける送出しの遅延を補償する働きをする減衰ユニット２
３に接続される。

本発明の一実施例であるポンプ装置の動作について更に
、第３図から第７図に基づいて説明する。

第３図は、特定の固定した流量を想定して、第１ピスト
ン１０の移動に関する排出量と時間の関係を示す。横軸
は、時間軸であり、縦軸は、ピストンの排出量に関する
軸である。第３図は、本発明の好適な一実施例を示した
もので、ピストンの移動経路は、２つの例では時間の線
形関数である。：実線で示した第１の例は、破線で示し
た第２の例に比べて、ストローク長またはストローク容
量が２倍である。両方とも、特定の時間間隔内に、同量
の液体が送り出されるため、結果としての流量は同じに
なる。第３図から分かるように、吸入ストローク（ｉｎ
ｔａｋｅ　５ｔｒｏｋｅ）時または排出ストローク　（
ｏｕｔｔａｋｅ　５ｔｒｏｋｅ）時にピストンが移動す
る経路は、それぞれ、上部死点から始まって（排出′量
＝０）、下部死点に下降しく最大排出量）、次に、上部
死点に戻って、さらに、このシーケンスを反復する時間
の線形関数である。破線曲線に対応するストローク経路
またはストローク容量は、実線曲線に対応する半分しか
なく、結果生じる流量は、両方の場合とも同一のため、
破線曲線は実線の曲線の２倍の周波数を有する。

第４図には、第１ピストン１０に関するストローク容量
が、送り出される液体の流量によってどのように変化す
るかを示したものである。この関係は、例えば、デジタ
ル値の形式でシステム・コントローラに記憶することが
できる。第４図かられかるように、ゼロ付近のわずかな
流量範囲を除き、第１ピストンのストローク容量は、流
量に対し直線的に増加する。これは、ストローク長対流
量のプロットが、直線になる°ことを意味するものであ
る。約０．１ｒｎ！！／分未満のごくわずかな流量の場
合、ストローク容量は、ゼロ流量までの一定の値に保た
れる。第４図に示した関係は、ひとつの可能な関係とい
うだけでなく、それに対する様々な変更も可能である。

ただし、流量が減少すれば、ストローク容量も減少する
ことが望ましい。

第５図では、“ａ”と表示された曲線は、そのストロー
ク容量が第４図に示す関数に従った流量で変化するもの
と仮定した流量で、ピストンの往復運動の周波数（ポン
プ周波数）の変化を表わす。

選択された流量毎のポンプ周波数は、システム・コント
ローラ４１によって決定される。′廿”と表示された曲
線は、１００μ！（マイクロリットル）の固定されたス
トローク容量を有する従来のポンプ装置に関する流量で
、ポンプ周波数の変化を表わす。本発明では、ストロー
ク容量は、流量によって変化するため、該ポンプ周波数
は、ポンプ周波数の直線的な増加によって流量が増大す
る従来の直線“ｂ′に比べると、より複雑な流量関数に
なる。第５図では、毎分５ｒｎ１未満の流量の場合、本
発明に係るポンプ装置のポンプ周波数は、従来のポンプ
に比較して高（なる。ポンプ周波数が高くなるため、ポ
ンプ装置の流出時における残りの脈流も、また、より高
い周波数で発生する。よって、カラムに結合された検出
器の出力信号におけるリプルは、従来の装置に比べより
高い周波数を有することになる。このようなりプル周波
数の上昇は、クロマトグラフの測定結果の精度及び再現
性に関して有益である。

第６図に、ポンプの脈流に対する種々のストローク容量
の影響を示す。横軸は、流量を示し、縦軸は、パーセン
トで表わすポンプ脈流Ｐである。

パーセントポンプ脈流Ｐは、以下のように定義される。

Ｐ　＝　１００（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）　／　Ｐｍｅａ
ｎここで、Ｐｍａｘは、第２ピストンが、その上部死点
の直前にある場合の送り出し液体の圧力であり、Ｐｍ１
ｎは、第１ピストンの圧縮位相の開始時における圧力で
あり、Ｐｍｅａｎは、ポンプサイクル中のおける中間の
圧力である。ポンプ脈流は、圧力に関連して定義される
が、液体の層流を仮定すると、これは、流量に関連した
定義に相当する。曲線″Ｃ”は、第４図に示す流量とス
トローク容量の関係を導入した本発明の一実施例である
ポンプ装置のノく−セント脈流を表わす。曲線“ｄ”は
、１００μｌの一定のストローク容量を有する従来のポ
ンプに関するパーセント脈流を表わす。本発明によって
、パーセントポンプ脈流の実質的な減少を達成すること
は明らかである。

グラジェント動作 次に、本発明の一実施例であるポンプ装置のグラジェン
ト動作について説明する。グラジェント動作の場合、異
なる溶媒の容器Ａ、ＢＳＣ，及び、Ｄに接続される混合
バルブ２を必要とする。溶媒のグラジェントを生成する
ため、第１ピストン１０の吸入ストローク期間中、特定
の溶媒容器が、第１ピストンの全ストローク経路のある
部分（ｃｅｒ−ｔａｉｎ　ｆｒａｃｔｉｏｎ）について
、ポンプ入力と接続するように、混合バルブ２を制御す
る。この“ある部分”という点は、システム・コントロ
ーラ４１が、異なる溶媒の所望の混合比をより計算され
る。この状況を以下の例で説明する。

ユーザは、容器Ａ、Ｂ、ＣＳＤに収納する４個の溶媒の
混合比を、２０：　４０：　３０：　１０に望む場合、
システム・コントローラ４１は、現時点の流量に対する
ストローク長を考慮に入れて第１ピストンの位置を計算
する。ここでは、混合バルブを介して、それぞれの溶媒
の容器との接続を確立しなければならない。例えば、流
量が５ｍｌ！／分の場合、−ポンプサイクルの間におけ
る溶媒ＡＳＢＳＣＳＤの吸引量はそれぞれ、２０μｍ、
　４０μｌ、　３０ｔｔｌ！、１０μｌとなる。なぜな
らば、ポンプサイクル、すなわち、ストローク容量にお
いて第１ポンプユニツトが吸引する総容積は、第４図に
示す流量とストローク容量の関係に従って、１００μβ
になる必要があるためである。流量が０，１ｍｆ／分で
ある場合、０．１艶／分の流量におけるストローク容量
が２０μβであるため（第４図参照）、同様な混合比の
溶媒混合物を得るには、溶媒ＡＳＢ、、ＣＳＤの吸引容
積は、それぞれ、４μｍ、８μｍ、６μ！・、２μｌに
なる。

この後者の例とは対称的に、ストローク容量が１００μ
！に固定されているポンプの場合、流量０．１−７分流
量で、２０：　４０：　３０：　１０の混合比が得られ
るようにするためには、ポンプサイクル時に、２０μ！
１４０μ！、３０μ！、１０μ！の液体を一括して吸入
することになる。従−て、本発明に係るポンプ装置で吸
引された液体（溶媒混合物）はス）。

−り容量が固定されたポンプの場合に比べて極めて小さ
くなる。このため、本発明により改善された異なる溶媒
の混合を可能にする。従って、本発明に係るポンプ装置
では、特に、流量が小さい場合、ストローク容量が１０
０μ！に固定されたポンプには備える必要のあるイ１加
的な混合ユニットの必要はない。

第７図に、溶媒供給システムのグラジェント動作を示し
、以下に説明する１、横軸は、時間軸であり、縦軸は、
例えば、様々な溶媒の混合物中における特定の溶媒の濃
度を示す等、溶媒の混合を表わす軸である。第７図は、
３つの曲線ｅ、ｆ、及び、ｇを示している。曲線“ｅ″
は、線形グラジェントの理想推移、すなわち、直線を表
わしている。曲線“ｆ”は、ストローク容量を、例えば
、１００μβに固定した従来の溶媒供給システムに関す
る推移である。溶媒の混合は、比較的大まかな（大きい
）ステップで変化していることがわかる。

曲線“ｇ”は、本発明の一実施例である溶媒供給システ
ムの推移を示すものである。曲線ｇのステップは、従来
に比べれば、約５倍も小さい。このステップ関数の線形
比は、システムのデッド容積、及び流量が約４ｒｎｌ／
ｍｉｎ未満の場合には不要である混合ユニット（オプシ
ョン）によって、更に達成することができる。

グラジェント動作に関しては、本発明に係るポンプ装置
には、さらに、−括してポンプに吸入された時と同じ順
序で、異なる溶媒が本装置より一括して送り出されてい
くという長所がある（先入れ先出しの原理（ｆｉｒｓｔ
−ｉｎ−ｆｉｒｓｔ−ｏｕｔ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ九こ
れは、２つのポンプユニットの人口が、それぞれ、ピス
トンの下部死点付近に位置し、また、その出口が、ピス
トンの上部死点付近に位置するためである。

上述の実施例において、２個のポンプユニットは、歯車
を介して、共通のモータで駆動されており、２個のピス
トンの動作には、一定の位相関係が存在する。本発明の
もう１つの実施例では、２個のピストンのそれぞれは、
互いに独立して制御し得る別個のモータで駆動すること
も可能である。

この２個の独立したピストン駆動を用いる場合、第２の
ポンプユニットによる送出しサイクルが終了する前に、
第１のポンプ斗ニットの溶媒をまず圧縮するという方法
で、本装置を動作させることができる。この方法では、
溶媒の圧縮性に帰因するポンプ流出時の残留脈流が完全
に排除されるため、パルス減衰ユニット２３は、もはや
不要になる。

（発明の結果） 以上説明したように、本願発明ではポンプ出力に関する
脈流をポンプのストローク周波数及びストローク容量を
同時に切換えることによって実質的に除去し、従来のｉ
、ンブよりはるかに正確な流量の溶媒を送り出すことが
できる。また、本装置では、液体クロマトグラフのグラ
ジェント操作等、時間経過と共に溶媒の流量を変化させ
る場合もより小さい混合比のポンプ出力を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を用いた液体クロマトグラ
フの溶媒供給システムの概略図。第２図は、第１図の部
分詳細図。第３図から第７図は、本発明に係るポンプ装
置の動作を説明するための図。 ２：混合バルブ　　　　４：入口バルブ５：ソレノイド
　　７．１８：ポンプ室１０．２０：ピストン　１１．
２１：シール１３：出口バルブ　　１５．２９：戻しば
ね２３：減衰ユニット ２５．２６：ピペット・ホルダ ２７．２８：ボール　３２．３３．３４：歯車３６：駆
動モータ ４１ニジステム・コントローラ ４２：ユーザ・インターフェース ４３：ポンプ駆動コントローラ ４５：グラジェント・コントローラ ４６：入口コントローラ ４７：Ａ／Ｄコンバータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１のポンプ室内で往復運動する第１のピストン
   と第２のポンプ室内で往復運動する第２のピストンと前
   記第１ポンプ室の出口と前記第２ポンプ室の入口間の導
   管接続と前記第１ポンプ室の入口と接続し、前記第１ポ
   ンプ室に液体を流入させ、逆方向の流れを阻止する入口
   バルブと前記第１ポンプ室の出口と接続し、前記第２ポ
   ンプ室に液体を流入させ、逆方向の流れを阻止する出口
   バルブと前記第１及び第２ピストンを駆動する駆動手段
   と前記駆動手段と接続し、第１及び第２ピストンのスト
   ローク長をそれぞれ調整する制御手段とより構成され、
   ポンプサイクル期間中に前記第１及び第２ピストンより
   送り出された液体量の調整を可能とし、最終出力に送り
   出された液体流中に存在する脈流を減少させることを特
   徴とするポンプ装置。
2. （２）請求項第１項記載のポンプ装置はさらに前記第１
   ポンプ室の出口及び前記第２ポンプ室の出口のどちらか
   に接続し、送り出された液体流の脈流を減衰させる減衰
   素子を含み、前記減衰素子は弾性の隔壁で区切られた２
   個のチャンバより成り、一方のチャンバは減衰される液
   体を受け入れ、他方のチャンバは選択された容量と温度
   膨張係数の情報が与えられ、減衰された液体を保持する
   ことを特徴とする。