JPS645253B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔本発明の背景〕 本発明は一般的には液体クロマトグラフイーに
関し、更に詳細には高性能カラム液体クロマトグ
ラフイーに使用される溶媒供給装置に関する。

クロマトグラフイーは固定相と移動相とを含む
流路の一端に複数成分系混合物（試料あるいは試
料混合物という）が帯域（ゾーン）として置かれ
る分離方法である。試料の各成分は２つの相の間
で動平衡を保ちながらその成分特有の速度で展開
する。その結果、流下している移動相によつて各
成分帯域は特有の速度で移動し、一定時間の後諸
帯域は分離する。

クロマトグラフイーには液体クロマトグラフイ
ー、ガスクロマトグラフイー、薄層クロマトグラ
フイーなど様々の種類がある。これら種々のクロ
マトグラフ法の主要な相違は移動相（ガスあるい
は液体）の物理的状態と固定相の保持のされ方で
ある。例えば固定相は管につめられた不活性の粒
状物質でおおわれたり、内側の壁面でおおわれた
りする。どの方法においても分離機構、つまり移
動相と固定相の間の試料成分の展開、は基本的に
は同一である。クロマトグラフ法が化学分析に使
用されるとき、流路からあらわれる成分帯域の通
過を監視するため通常検出器が流路の末端に置か
れる。検出器からの信号は帯状のチヤートを用い
る記録計のような記録装置に表示される。これに
よつて試料の成分に関する定性と定量の両方の情
報が得られる。

分解能が高く（狭い帯域で成分の分離が大き
い）、成分帯域間隔が等しく、分離が速く、微小
量の試料から満足すべき情報が得られるクロマト
グラフ装置がしばしば要求される。いま述べた事
項はその装置の『性能』と呼称される。分析の過
程で以下の装置の可変量の１つを変えることによ
つて装置の性能を向上させることはクロマトグラ
フ技術において周知のことである。つまり、温
度、移動相の化学組成及び移動相の流量である。
例えばガスクロマトグラフイーにおいて装置の温
度はあらかじめ定められた時間の関数としてしば
しば変えられる。この技術は『温度プログラミン
グ』として公知であるが、それは特に試料が広い
温度範囲にわたつて沸騰する成分を含んでいると
きに装置の性能を向上させる。ガスクロマトグラ
フイーの温度プログラミングに類似しているのは
液体クロマトグラフイーにおける混合溶離法であ
る。混合溶離法は時間の関数として移動相（溶出
液あるいは溶離剤ともいう）の組成を変え、それ
によつて装置の性能を特に試料が広い化学的特性
にわたつて変化する成分を有するときに向上させ
る。混合溶離法の真の効果はカラムに強く保持さ
れる化合物の保持時間を、速く溶出する化合物の
分離を犠牲にすることなく短縮することである。
混合溶離法の基礎に関する細部事項は多数の従来
技術の資料、例えばスナイダー（L.R.Snyder）
氏の著作になるクロマトグラフイー・レビユー
（Chromatography Review）7.1（1965）中の記
事、に見いだされる。

この明細書に記載されている形式の液体クロマ
トグラフ装置に重要なことはクロマトグラフカラ
ムを通る適切な溶媒流量を得ることである。高性
能液体クロマトグラフカラムに溶媒を供給するた
め過去に多数の様々な方法が用いられた。これに
関する重要な必要要件は比較的脈動しない、つま
り一定の流量の溶媒を得ることである。なぜなら
液体クロマトグラフ検出器は流量の変動に敏感で
あり、もし脈動流が存在すると誤まつた読みと過
度の雑音を示す可能性がある。そのような一定の
流量を可能とするため過去に様々な方法が用いら
れた。しかしながら一般的にそのような目的を持
つた従来の方法は非常に高価で極度に複雑な機構
を伴なつていた。例えば、２つの異なる溶媒の使
用によつて混合溶離を行なう典型的な装置は２つ
のポンプ機構を使用する。このような装置には２
つの別々のポンプと、ポンプの各々を駆動するた
めの別々の手段が必要である。そのポンプには今
度はまた別々の速度制御装置が必要となる。

原理上は従来の溶媒送り出し装置に関連して生
ずる前述の問題は、比較的小さな行程体積の往復
ポンプと共に１個のシリンダー装置を用いること
によつて解決するようにみえるかもしれない。し
かしながらこの装置を使用することに対する主要
な障害は本質的にそれから得られる流量が脈動す
るということである。特にそれは流量が小さいと
きである。更に、流れに存在する脈動流はフイル
ターを用いることによつて容易に除去されるよう
な性質のものではなく、そのような脈動の存在に
よつて検出器の効率が著しく制限され得るもので
ある。前述の説明に関連してこの明細書で使用す
る『ピストン』という用語は、シールが移動する
部材に対して相対的位置に固定され続けるピスト
ンと、シールが固定シリンダーに対して固定され
ているプランジヤの両方を含むものである。

前述の事項に関連して許容できない脈動流の主
要な原因は、ポンプピストンが単純なクランク軸
機構によつて駆動されるとき、時間の関数として
のピストンの軸方向の変位が正弦波状となるとい
う事実による、と長年認識されて来た。これは等
しい時間間隔の圧力パルス（液体送出脈動流）
と、圧力パルスの持続期間に等しい吸込持続期間
とが交互に存在することを意味する。この問題を
解決するため適当な形状にしたカムによつてピス
トンを駆動することが提案されて来た。そのよう
な方法に応じてそのカムは、送出期間に比較して
行程の吸込期間をあらかじめ短縮してポンプピス
トンの時間変位関数を変更する働きをするもので
あり、またある場合には送出期間中の運動を事実
上線型に、つまり変位が時間の関数として線型で
あるようにする。この種の装置は実際脈動パター
ンを変え、脈動流を弱め、残つた脈動流のろ過を
容易とする、という利点を有している。しかし、
この方法は最も重要な場合には満足のゆくもので
はない。詳細に説明すると、そのカムはポンプの
送出量のパターンを一定とし、吸送出行程の吸込
期間と送出期間の間の比率を一定とする。多くの
場合様々な流量で作動する能力を有することが望
ましい。しかも非常に大きく流量を変えることが
望ましい。しかし、もし単にカムの回転速度を増
加させることによつて流量を増加させると、それ
に伴なつて行程の吸込期間が短縮し、ついには十
分な吸込期間が得られずキヤビテーシヨンの他の
問題が生ずる点に達し得る。

本願と同一優先日を有する関連特許出願特願昭
51−134241（特開昭52−78496号公報）（発明の名
称は「高性能液体クロマトグラフ装置」）の明細
書には前述の流量の問題を解決するのに特に有用
である液体クロマトグラフ装置が開示されてい
る。そのような装置は液体移動相用の貯蔵容器、
液体クロマトグラフカラム、移動相をカラムに流
入させる往復吸送出手段、及び連続的な往復行程
の間中往復吸送出手段を駆動するための原動手段
を有している。更に、各連続的な往復行程のあら
かじめ定められた小期間についてあらかじめ選択
された平均回転速度を生ずるように往復吸送出手
段の往復行程を通じて原動手段の回転速度を制御
するための手段も設けられている。制御行程の適
用は吸送出行程と同期化されるため前記速度制御
は各連続的な往復行程について適当に適用され
る。

いま述べた種類の装置に含まれている従来技術
における他の問題は、混合溶離作業の過程で一般
的に使用される２つの溶媒を適当に分配すること
である。溶媒の比率は通常時間の関数として変え
られる。従来所望の比率を得るため種々の方法が
使用された。従つて設定された混合比に従つて異
なつた速度で駆動される別々の吸送出手段から溶
媒が供給される比較的複雑な方法が使用された。

また従来そのような目的のため分配弁を利用す
ることが知られていた。例えばある構成において
は一対の貯蔵容器と保持コイル（ホールデイング
コイル）が１個のポンプと共に使用される。分配
弁はポンプの高圧側に配置される。保持コイルは
最初に１つの溶媒で満たされる。第２の貯蔵容器
からの溶媒は第１の分配弁と保持コイルの両方に
送られる。その後第１の溶媒が保持コイルから第
２の分配弁に供給される。これら分配弁は混合室
へ次に液体クロマトグラフカラムへ所定量の各液
体を流入させるため交互に切替えられる。

実際には前述の種類の装置は溶媒をさほど精密
には分配しないことが判明している。なぜなら分
配弁がポンプの高圧側にあり、前述の保持コイル
が必要であるからである。更に、高圧が利用され
ているため比較的高価な構造の分配弁が必要とな
る。あるいはもし費用を節約すると信頼性が犠牲
となる。

本発明の目的は、複数の溶媒が使用されるとき
（すなわち、勾配溶離動作モードのとき）に溶媒
の比率を簡単にかつ精密に制御することのできる
高性能高圧クロマトグラフ装置を提供することで
ある。

他の目的は、吸送出工程の選択された期間の間
に単純な相補的作動で２つの異なる溶媒を所望の
比率に分配するために分配弁または同様の部品を
使用した高性能高圧クロマトグラフ装置を提供す
ることである。

〔本発明の概要〕

さて本発明に従うと前述の目的及び以下の説明
の過程で明らかとなる他の目的は、移動相用の少
なくとも１個の貯蔵容器と、液体クロマトグラフ
カラムと、移動相を該カラムに流入させる送出手
段とを有する形式の液体クロマトグラフ装置にお
いて達成される。本発明に従うとその送出手段
は、小体積の部屋内で移動する棒状の往復ピスト
ンを基礎とするコンパクトで比較的安価なユニツ
トより成る。通常の動作においては、２つあるい
はそれ以上の異なる溶媒が分配弁を介して別々の
貯蔵容器からポンプへ供給される。それら分配弁
は吸込小行程の選択された期間の間互いに相補的
に作動させられる。これらの分配弁は従つて流れ
の低圧側に配置される。ポンプの吸込弁は吸送出
行程の吸込期間の間ポンプ室に流入する液体混合
物を制御する。この種の吸込弁に比して逆止め弁
が劣る点は以下のとおりである。すなわち、逆止
め弁はポンプ内部でキヤビテーシヨンを引起しや
すい。機械的に確動されるものよりもばね荷重で
閉じられる逆止め弁は特に、キヤビテーシヨンを
引起しやすいということである。その理由は、逆
止め弁はサイクルの開始時や終了時付近において
一部的に開閉し、このことによる部分的な流れ妨
害がキヤビテーシヨンを引起すことによる。その
ような吸込弁の他の利点は、逆止め弁に比較して
それが開いた位置と閉じた位置のいずれにおいて
もくつついて離れなくなる恐れが非常に少ないと
いうことである。棒状ピストンと吸込弁とは駆動
連結装置によつて往復運動させられる。駆動連結
装置はポンプのクランク軸の周りに形成された一
対の偏心器によつて作動される。

ポンプのクランク軸はステツピングモータによ
つてたわみ継手を通して駆動される。ステツピン
グモータは本発明にて特に注目すべき利点を有す
る。つまり、その利点とはそのような装置が制御
された速度のパルスの印加によつて精密に制御さ
れるという事実から生ずるものである。実際、前
記の装置は比較的広いダイナミツクレンジ全体に
わたつてそのような制御を受けるものである。そ
のようなパルスの印加によつて前記モータは比較
的一定の平均速度で精密に回転する。

精密に選択されたポンプ作動を可能とするため
ステツピングモータの平均回転速度はクランク軸
の各フル回転の間中制御される。詳細に説明する
と、前記モータの速度はポンプの振舞いが重要な
小流量時にポンプピストンと吸込弁の機械的作用
と一体となつて非常に短かい吸込期間を生ずるよ
うに調整される。それはポンプシリンダからピス
トンあるいはプランジヤが迅速に戻ることを意味
する。その後、ポンプからクロマトグラフカラム
に向かう液体の送り出しに対応する吸送出行程の
第２の行程はクランク軸の回転のもとにピストン
の軸方向の変位が時間の関数として比較的線型で
あるようにされる。

送出行程の間前述の線型ピストン変位を達成す
るため、事実上クランク軸でのピストン連結装置
駆動点である変位がピストン変位の方向に成分を
有し、それがピストンの送り出しあるいは圧力行
程の間中、一定時間についてほぼ一定であるよう
に、ステツピングモータに供給される駆動パルス
の繰返し率が制御される。ある角度間隔を回転す
るクランク軸のそれに対応する平均速度は適当な
メモリーと比較することによつて決定される角度
間隔の数を著しく制限して例えば５個にすること
によつてメモリーとそれに付随する回路の複雑さ
と費用を減少することができる。これら間隔の各
期間中クランク軸の平均角速度は従つてあらかじ
め定められた値に維持される。角度間隔の数を増
加し、そのような間隔に割り合てられる回転速度
の数を増加することによつて、線型性を更に向上
させることができるけれどもすでに述べた３分割
構成でも比較的線型の変位関数を得ることができ
る。

液体クロマトグラフ装置の液量が小程度及び中
程度の場合には、ポンプに設定された総流量にか
かわらず、吸込行程の間のクランク軸の平均角速
度を一定に維持する。送出流量の増加が望まれる
ときには、ステツピングモータに供給される送出
行程の間のパルスの繰返し率が適当に調整され
る。その適当な繰返し率は、装置に定められた送
出流量に応じて使用される適当なメモリー内にた
くわえられる。吸込行程時間を一定に保つている
ので、吸込行程と送出行程との間の比率は、送出
流量と共に増加することは明白である。何故なら
ば、送出行程時間を短かくすれば、吸込行程時間
が一定でも全体として１ストロークに要する時間
が短かくなつて、結局単位時間あたりの送出流量
が増加するからである。このときに、吸込行程時
間と送出行程時間との比率が大きくなることは明
らかである。送出流量が大きい場合には、その全
体の送出流量に対する１ストローク分だけの流量
の比率が小さくなり、その結果、脈動流の問題は
事実上消失する。本装置は、そのような大きな流
量の場合には、吸込行程と送出行程とを50対50の
時間割合に分割しようとするものである。

エンコーダホイールはポンプのクランク軸にこ
れと共に回転するように同軸的に取付けられてい
る。そのエンコーダホイールにはその周囲にのび
ている一連のスロツトが設けられている。スロツ
トの間の間隔は可変であり、しかも光学読み出し
機によつて使用可能とされる連続的なパルスがポ
ンプのピストンの等しい段階的な軸方向の変位に
対応して生ずるように吸送出行程と関連させられ
る。従つてピストンの位置を指示する結果を得る
ためにはパルスを計数するだけでよい。この構成
は混合溶離の間使用される溶媒を分配するための
機構を簡単かつ正確にする。詳細に述べると、手
であるいは自動的に決定されるある特定の混合比
が装置にセツトされ、それに対応する情報が比較
器に供給される。吸込行程の一部の期間中、第１
の貯蔵容器からの流量を制御する電磁操作弁が開
き、一方第２の貯蔵容器からの流量を制御する第
２の電磁操作弁は閉じられる。設定された混合比
に対応する吸込行程の分割点に達したとき、スロ
ツト計数器と相互作用をしているエンコーダ円盤
が比較器に信号を送る。今度はその比較器は、そ
のような分割点で第１の電磁操作弁が閉じ第２の
電磁操作弁が開くように弁論理回路と弁駆動装置
とを介して前述の一対の弁を制御する。このよう
にして、前述のように設定された混合比に従つて
各溶媒の量が自動的に分配される。

分配弁２８及び３０がポンプ２６の低圧側にあ
るため貯蔵容器２２及び２４は基本的には大気圧
のもとにある。従つてこれら貯蔵容器は十分に満
たされやすい。貯蔵容器が高圧下にあるときには
通常保持コイルのような第３の貯蔵容器が必要と
なる。分配弁２８及び３０を低圧下で作動させる
他の利点は、分配弁が比較的安価で製造すること
ができるような構造であるか、あるいは高圧に耐
える必要がない場合に一定の費用で高い信頼性の
分配弁を製造することができることである。

〔好適な実施例の説明〕

第１図は本発明に従う液体クロマトグラフ装置
の一部を成す主要な部品を示すブロツクダイアグ
ラムである。液体クロマトグラフ装置２０は一対
の貯蔵容器２２及び２４と共に使用されるように
図示されている。これら貯蔵容器の各々には異な
つた溶媒がはいつている。例えば一方は水で他方
はメタノールである。これら貯蔵容器は便宜上図
でＡとＢの記号を付されている。前記溶媒の各々
は個々の電磁操作弁２８及び３０によつてポンプ
２６に供給される。これら電磁操作弁の各々は
別々の貯蔵容器２２及び２４と連絡している。分
配作用を果たすとみなすことのできるこれらの弁
は貯蔵容器の記号に対応する記号ＡとＢを付され
ている。電磁操作弁２８及び３０から流出する液
体は混合Ｔ字形管３２にはいる。次にその混合さ
れた溶媒は流路３４を経てポンプ２６に達する。
このポンプの吐出量３６は圧力計３８によつて監
視される。過大な圧力から生ずる危険を避けるた
めに流路内にしや断円盤のような安全装置が設け
られる。その過大な圧力とは5000psi（約35Kg／
cm²）程度であり得る。次に液体は脈動制動器４０
を通過する。この制動器の詳細は後に述べること
とする。次に液体は通常の注入器４２を通過した
後液体クロマトグラフ用のカラム４４にはいる。
カラム４４からの排出液は通常どおり検出器４
６、それからコレクタ４８に供給される。検出器
４６にはやはり公知のように適当な記録計５０が
接続されている。

ポンプ２６はステツピングモータ５２によつて
駆動される。ステツピングモータ５２自体は周知
である。更に通常の制動器５４が例えばモータの
駆動軸の一端に取付けることによつてステツピン
グモータ５２に取付けられる。本発明の目的に適
するこの種の制動器は多数の製造業者によつて生
産されている。

本装置の１特徴としてステツピングモータに結
合されているポンプのクランク軸５６の回転速度
を制御するための回転軸360゜にわたつてステツピ
ングモータの角速度が精密に制御される。従つて
クランク軸の位置を指示する指示手段５８が設け
られている。この指示手段は後に説明するように
クランク軸５６に接続されている。指示手段５８
はスロツトのような目印を周辺に設けられたエン
コーダ円盤を含む。スロツトはクランク軸の回転
の間スロツト計数器６０によつて読み取られる。

ステツピングモータ５２はモータドライバ６１
によつて駆動される。そのようなモータを駆動す
る技術において周知のようにモータドライバ６１
はステツピングモータ５２に一連の電気パルスを
供給する。ステツピングモータは入力パルスの繰
返し率に応じて段階的に（ステツプ状に）回転す
る。ステツピングモータをその角度位置に従つて
異なつた平均角速度で駆動することを可能とする
ため、クランク軸５６がその回転における所定の
点に到達した時、指示手段５８が基準信号をパル
ス繰返し率論理回路５９に供給する。パルス繰返
し率は順次適当に変えられる。それと同時にパル
ス計数デコーダ６４が制御ライン６６を通して付
勢され、モータドライバ６１から発生されてライ
ン６８を通してはいつて来る連続的なパルスを計
数し始める。この例の場合、ライン６８を通じて
の駆動パルスの計数は直接指示手段５８を使用す
ることなくクランク軸５６の位置を測定する。こ
れは次に理解されるようにクランク軸にいくらか
の柔軟性が存在するという利点を生ずる。しかも
指示手段５８から直接位置の読み出しをするより
も連続的なパルスを計数する方が誤差が生ずる可
能性が少なくなる。いずれにしても有効にクラン
ク軸の角度位置を測定するパルス計数デコーダ６
４は計数したパルスを解読信号に変換する。この
変換された信号はパルス繰返し率発生器６２に対
してクランク軸５６のその時に測定された位置に
適切な１秒あたりのパルスの数を指示する。

本発明の好適な実施例において、ポンプ２６か
らの送出量は、例えば１時間につき10ミリリツト
ルから1000ミリリツトルまでのようにかなり広い
範囲で変化する。送出量に必要な変化を与えるた
め流量設定手段７０が設けられている。この流量
設定手段は単純なつまみスイツチ（サムスイツ
チ）などである。所定の流量が流量設定手段７０
に設定されると、すでに所望の流量に適するプロ
グラムが与えられている固定記憶装置７２はライ
ン７４を通してパルス繰返し率論理回路５９に吸
送出行程の各期間用の特定のプログラムを与え
る。次に論理回路５９は当然のことながらパルス
繰返し率を制御する。

すでに指摘したように本発明に基づくクロマト
グラフ装置の典型的な作動態様においては２つの
溶媒が使用される。２つの溶媒の間の比率はある
場合には比較的一定の値に保たれよう。しかしも
つと一般的には溶媒の間の比率は試験運転の間に
手動による再設定によつて、あるいは自動プログ
ラム制御による変更によつて変わる。従つて混合
比設定変換手段７６が設けられている。この手段
は手動制御される入力設定装置７８を有するが、
あるいは自動混合比プログラミング手段８０が設
けられている。混合比のプログラミング自体はす
でに指摘したように周知である。従つてそのよう
な装置の詳細はここでは述べない。

適当な操作可能な形への変換の後、混合比設定
変換手段７６の出力は比較器８２に供給される。
スロツト計数器６０の計数値はクランク軸の回転
の間指示手段５８によつて測定される基準点とな
るよう各サイクル毎リセツト手段８４によつてリ
セツトされる。ライン８６を経て比較器８２に供
給されるスロツト計数器の出力が混合比設定変換
手段７６によつて与えられる変換値に等しくなる
とき、駆動信号が弁論理回路８５に供給される。
この弁論理回路は弁ドライバ８８を作動する。こ
の弁ドライバは電磁操作弁２８及び３０の開閉を
制御する。すでに述べたようにこれら電磁操作弁
は実質的に相補的に、つまり一方が開くと他方が
閉じる、というように作動する。本発明装置によ
つて前記電磁操作弁の一方はポンプ２６の吸込行
程の一部の期間中開いており、他方の弁は閉じて
いる。前記吸込行程の残りの期間中はその逆が成
り立つ。つまり第２の弁が開き第１の弁が閉じ
る。このようにして溶媒の直接的な分配は、ポン
プの駆動軸の角度位置に対応する制御信号を生
じ、この制御信号を利用してその時点に適する混
合比に従つて第１と第２の弁からの吸込の間の小
行程時間を分割する、というように非常に簡単に
決定される。本発明の前述の特徴は第１４，１５
及び２３図の行程時間図に関連して後に更に説明
する。

第２図はポンプ２６の一部破断正面図である。
この図にはまたポンプ２６と接続しているステツ
ピングモータ５２及び制動器５４が示されてい
る。この図は第２図の一部を拡大している第３図
と同時に考察される。すでに説明した幾つかの部
品はフレーム９０を介して互いに連結されてい
る。このフレームはアルミニウム鋳物である。フ
レーム９０の底部９２にはゴム製の台９６が取付
けられている。台９６はこれの内部のネジ山の設
けられた開口を通る固定具によつて底部９２に固
定されている。

すでに指摘したようにステツピングモータ５２
は前述の制動器５４をステツピングモータの駆動
軸の上方にのびている部分９８に固定している。
モータの駆動軸の下方にのびている部分１００は
たわみ継手１０２を通過する。このたわみ継手に
よつてモータの駆動軸はポンプのクランク軸５６
に結合されている。たわみ継手１０２自体は周知
の装置である。この実施例の場合それは歯車形で
ある。このたわみ継手は基本的には一対の金属カ
ラー及びこれらカラーの間を通るゴムスリーブと
より成る。金属カラーはたわみ継手の各端にはい
る軸と係合可能なように内側に歯あるいはぎざぎ
ざが付けられている。たわみ継手の位置をクラン
ク軸に対して固定するように押えねじが金属カラ
ーを横切つている。この実施例におけるたわみ継
手の主要な目的は振動を絶縁することである。こ
の振動はステツピングモータ５２の間欠的な作動
の結果生ずる現象であり、これは本発明に従うス
テツピングモータ５２の作動において生ずる比較
的急激な速度の変化によつて更に激化する。

モータ駆動軸とポンプのクランク軸５６の間の
結合は直接行われている。つまり減速歯車は用い
られない。これは一部にはトルク出力と速度に関
するステツピングモータの適当な選択の結果でも
あり、またポンプに使用されているピストンが極
めて小さいためでもあり、１送出行程あたりの液
体の送出量が非常に小さいせいでもある。

ポンプのクランク軸５６はフレーム９０の内部
で回転するように一対の玉軸受１０８及び１１０
によつて支持されている。クランク軸５６は更に
一対の偏心器、つまりポンプ偏心器１１２及び吸
込弁偏心器１１６を保持している。夫々丸い断面
をしているこれら偏心器は夫々ポンプピストンと
吸込弁を作動するためのリンク装置を駆動する。

最初にポンプ偏心器１１２を説明すると、それ
は図示のようにヨークピース１１８及び１２０を
有する。これらヨークピースはボルト組立体１２
２によつて互いに固定されている。ポンプ偏心器
１１２が回転すると、玉受軸１２４の周りに回転
するヨークピース１１８が連結リンク１２６をク
ランク軸の回転軸に近づけるように、あるいは遠
ざけるように移動させる。連結リンク１２６は玉
軸受１３２内部に取付けられているピストンピン
１３０に連結されている。ピストンピン１３０は
すべり部材１３６を横切るように取付けられてい
る。すべり部材１３６はフレーム９０内部に挿入
された青銅製のブシユ１３７の内部で往復運動さ
せられる。

本装置における実際のポンプ室がポンプヘツド
１３８内に形成されている。ポンプヘツド１３８
はネジ山付き固定具１４２によつてプレート１４
０を通してフレーム９０に固定されている。従つ
てポンプ室１４４は図示のようにポンプヘツド１
３８内に小さな円柱状の空洞のように形成されて
いる。この空洞の一端は流体入口１４６と連通し
ている。この流体入口は送出行程の適当な期間の
間ポンプ室に流入する混合溶媒を受け入れる。入
口１４６はネジ山付き圧縮取付具１５０を受け入
れるように１４８で螺合している。圧縮取付具１
５０は送出される前述の液体を通すようにたわみ
導管１５２と連結している。前記ポンプ用のピス
トン１５４は特別にその前端が先細になつている
円柱状の棒より成る。この棒はサフアイアで形成
されるのが望ましい。このサフアイアの棒は非常
に滑らかな表面を持つているためポンプ室内で容
易に滑動するということに加えて非常に摩耗に対
して長持ちする。これは本発明にとつて重要な点
である。

ピストン１５４は例えばエポキシセメントある
いは同様の良質の結合剤によつて部分１５８に接
合されることによつてピストン保持ピース１５６
に固定されている。ピストン保持ピース１５６の
末端には拡張部分１６０が形成され、ピストン保
持ピース１５６とピストン１５４より成るピスト
ン組立体全体がネジ山付きすべりナツト１６２に
よつてすべり部材１３６内部に保持されている。
すべりナツト１６２内部に保持されているピスト
ン保持ピース１５６の様々な部分の横方向の直径
はすべりナツトの隣接する壁の内径より幾分小さ
い。この結果ピストン軸に直角な横方向の運動が
ある程度可能である。これははじめから存在する
かもしれない、あるいは後に生ずるかもしれない
ミスアラインメント（ピストン軸とポンプ室１４
４の軸の間のミスアラインメント）を補正するた
めに重要であると考えられる。

ピストン１５４がプレート１４０を通るところ
にはアラインメント・キヤツプ１６４が設けられ
ている。ピストン１５４はポリテトラフルオルエ
チレン、ポリクロルトリフルオルエチレンまたは
これらに類似した製品のようながん丈で柔軟なフ
ツ素樹脂より成るガイドブシユ１６５によつてそ
の貫通路内を導びかれる。その時ピストン１５４
は高圧シール１６６を通る。この高圧シールはガ
イドブシユ１６８とバツクアツプリング１７０の
間に嵌着される。高圧シール１６６は例えばポリ
テトラフルオルエチレンより形成され、ばね荷重
シールのような半径方向に膨張可能なシールより
成る。同様にしてガイドブシユ１６８もポリテト
ラフルオルエチレン、ポリクロルトリフルオルエ
チレンまたはこれらと類似のフツ素樹脂のような
可塑性自己潤滑材料で形成されるのが望ましい。
第３図の拡大図はまたピストンの両端位置を示し
ている。つまり、実線で描かれたピストンの最大
前進位置（送出位置）と１７１に破線によつて描
かれている最大後退位置である。ピストン１５４
は実際に非常に小さい。典型的な直径は1/8イン
チ（約3.2mm）、行程は0.448インチ（11.4mm）、行
程体積は90マイクロリツトル／行程である。

次に下方の偏心器、つまり吸込弁偏心器１１６
を説明する。この装置（やはり円形である）の中
心１７２からの偏心距離はポンプ偏心器１１２の
偏心距離よりはかなり短かいということに最初に
注意を払う必要がある。これは結局は弁棒１７４
の移動によつてなされる吸込弁の移動が比較的極
小であることによる。ポンプ偏心器１１２と同様
に吸込弁偏心器１１６はヨークピース１７６及び
１７８を有している。これらヨークピースはボル
トあるいは他の固定具１８０によつて結合されて
いる。これらヨークピースは玉軸受１８２の周り
に回転し、この玉軸受と共に連結リンク１８４を
引付けている。連結リンク１８４はピストンピン
１８６を図面の右側にあるいは左側に移動させ
る。ピストンピン１８６は玉軸受１８８の内部に
取付けられ、この玉軸受と共に弁スライダ１９０
を引付けている。

弁スライダ１９０と弁棒１７４の間の機械的連
結はこれらの間に制御可能な遊びを生ずるための
ものである。更に詳細に述べるとこれらの間にオ
ーバトラベル機構が設けられている。これの作動
の有り様はやがて明らかとなるが、その目的は吸
込弁箱１９２を参照することによつて理解され
る。装置によつて吸込まれるべき溶媒は１個ある
いはそれ以上の吸込口を通つて吸込弁箱に流入さ
せられる。図では吸込口のうちの１個だけが１９
４に示されている。これは簡単なネジ山付きの吸
込口であるため通常の継手を入れるのに適してい
る。第４図の端面図を同時に参照することによつ
て、そのような吸込口が２個ある場合吸込口１９
４の軸は実際に垂直平面の一方の側に移動させら
れ、同様にして吸込口１９６の軸は前述の垂直平
面の他方の側に移動させられるということが明ら
かである。従つて第２及び３図においては吸込口
１９４は実際にその真の平面からいくらか回転さ
せられたいうことが明らかである。これは第２及
び３図においてその吸込口を見ることができるよ
うにそうしているのである。

流路１９８は吸込口１９４からのびていて吸込
室２００にはいり、それから導管２０２に達し、
それから吸込室２００の外側から保持ナツト２１
６の内側の開口２０４を通る。開口２０４にはコ
ネクタ２０６が螺着している。コネクタ２０６は
前述のたわみ導管１５２を通してポンプヘツド１
３８の吸込口１４８へ液体を流入させる。

流路２０２の入口は弁棒１７４の先端２０８に
よつて制御される。先端２０８は弁座２１０と係
合している。弁座２１０はすでに述べたようなポ
リテトラフルオルエチレンのようながん丈で弾性
のある可塑性物質より成るのが望ましい。これに
関連して弁座２１０は行程の送出期間の間
5000psi（35Kg／cm²）程度の高い背圧に耐えなけれ
ばならないと理解することは重要である。弁座２
１０はステンレス鋼製のバツクアツプリング２１
２に隣接している。ポリテトラフルオルエチレン
製のＯリング２１４はバツクアツプリング２１２
と保持ナツト２１６の間に嵌合されている。保持
ナツト２１６は前述のネジ山付きの開口２０４を
形成している。

弁棒１７４を軸方向に前後に移動させることに
よつて導管２０２が開閉されることは明白であ
る。弁棒１７４は一定の期間、つまり送出期間の
間は閉じていなければならないことも明らかであ
る。前述のオーバトラブル機構を一部の理由とし
て弁棒のそのような移動が可能とされている。詳
細に説明すると弁棒１７４がナツト２２０内部に
螺合され、止め座金２２２によつてそのネジ山部
分に保持されているのが理解されるであろう。弁
スライダ１９０の一部２２４は開口２２６を有し
ている。止め座金２３０によつて保持されている
ねじ２２８がその開口２２６に螺着されている。
ナツト２２０の底部２３２は弁スライダの一部２
２４の周りに配置されているばね２３６によつて
スライダ１９０の向かい合う端２３４から分離さ
れている。ばね２３６は一連のベルビル座金を有
している。ピン２４０はナツト２２０の一方の側
を通ると共に弁スライダの一部２２４の側で軸方
向にのびているスロツトと係合する。ピン２４０
はただ単に回転防止作用を果たすのみである。つ
まりそのピンは弁棒１７４と弁スライダ１９０の
間の相対的な回転を阻止する。ピン２４０がなけ
ればこの実施例のポンプの広範囲にわたる使用の
間相対的回転が生ずることがありうるし、弁棒１
７４の座着の特徴が変わるであろう。

たつたいま説明した構造を考慮することによつ
て、弁スライダ１９０が図面の右側に移動すると
ナツト２２０の底部２３２に支持されているばね
２３６が弁棒１７４を含む組立体全体を右側に移
動させるということが明らかとなるであろう。弁
棒の先端２０８がその座着していた位置に近づく
とばね２３６がわずかに圧縮してわずかなオーバ
トラベルが起る。これはナツト２２０の空洞２４
４内部における弁スライダの一部２２４のわずか
な程度の移動をあらわす距離２４２によつて明確
に指示されている。弁スライダがこの距離２４２
を移動するのに費やす時間は前記弁棒の全座着時
間をあらわす。弁棒が座着されているこの期間の
間送出行程が行われる。更に弁棒が実際に再び開
いて液体をポンプ室１４４に入れるわずか前にピ
ストン１５４が実際に後退し始める。弁棒を再び
開くのをこのように遅延させるのは送出行程の間
ひどく圧縮されていた溶媒を通常の体積に戻すた
めである。つまりこの遅延の目的は圧縮された液
体が吸込弁を通つて逆流する可能性を排除するた
めである。更にこの遅延は応力を加えられていた
機械部品の弛緩を可能とする。弁スライダーの一
部２２４が図の左側に移動してオーバトラベル距
離２４２に達するや否や弁棒１７４が開けられ
る。弁棒１７４の後退運動を開始させるため座金
２４６とねじ頭２４５がナツト２２０の内側の面
２５０に当接するように移動させられる。

ポンプ室１４４から出た液体は出口流路１５１
を経て焼結金属フイルタ１５３を通り、それから
第１段の逆止め弁１５５と第２段の逆止め弁１５
７を通過し、排出口１５９によつてこの装置から
排出される。排出口１５９は第１図に示された他
の部品を通つて液体クロマトグラフカラムに向か
う。

出口弁組立体１６１を概略的に考えるとそれは
上部本体１６３と下部本体１７５を含んでいるこ
とがわかる。下部本体１７５はポンプヘツド１３
８の内部に螺着されている。第１段の逆止め弁１
５５はばね１６９によつてサフアイア製の弁座１
７１に対して偏倚させられているルビー球１６７
を含んでいる。Ｏリング１７３が弁座１７１とス
テンレス鋼製のフイルタ保持ピース１７７の間に
配置されている。フイルタ保持ペース１７７には
流体を通過させる流路１７９が設けられている。
焼結金属製のフイルタ１５３がフイルタ保持ピー
ス１７７に溶着されている。

焼結金属製の金属フイルタ１５３の軸方向の長
さが長いため、流路１７９の開口と、前記フイル
タに通ずる出口流路１５１の間には比較的大きな
体積の空間１８９が設けられている。従つて第１
段の逆止め弁１５５の前に非常に広い面積のフイ
ルタが設けられていることとなる。このフイルタ
は粒状物質が第１段及び第２段の逆止め弁のいず
れに達するのも非常に有効に阻止する働きをす
る。これは本目的には非常に重要なことである。
特に本装置に高圧が利用されることを考慮する
と。なぜなら粒状の沈澱物がわずかでもあるとそ
れはルビー球弁の適切な座着を阻害し、その結果
装置の性能に多大な悪影響を及ぼすからである。

すでに説明した第１段の逆止め弁１５５の上に
は第２段の逆止め弁１５７がある。この第２段の
逆止め弁もやはりサフアイア製の弁座１８５内の
ルビー球１８３とＯリング１８７を有している。
この第２段の逆止め弁において偏倚は第１段の逆
止め弁のばね偏倚と異なり重力によつて生ずる。
小さな円柱状の栓１９１がルビー球１８３の上に
配置されてその上方運動を制限し、それによつて
閉鎖を容易としている。リングの上に乗つている
球によつて流れが阻止されないようにその栓には
その周囲に沿つて軸方向にのびている溝が設けら
れている。

たわみ継手１０２のすぐ下でクランク軸５６の
上には、はずみ車２５１が固定されている。この
はずみ車は慣性を蓄えることによつて更に振動を
減衰させる。はずみ車２５１のすぐ上に固定され
ているのはエンコーダ円盤２５２である。その周
辺部２５４は読取りを可能とするためはずみ車を
越えて突出している。エンコーダ円盤２５２の詳
細は後に説明することとする。今は次のように指
摘しておけば十分であろう。つまり、はずみ車２
５１は周辺部２５４の周りで半径方向にのびてい
る一連のスロツトを有し、これらスロツトは軸の
一方の側に配置されているような図示されている
光学読取り手段２５６によつて読取られ、それに
よつて周辺部２５４が光学読取り手段と読取り関
係で通過することが可能となる。前記の読取り手
段自体は通常の形式の光学スイツチであつて、基
本的にはそのような読取り手段内の空隙を横切つ
てホトトランジスタを作動させる発光ダイオード
より成る。光ビームが機械的に遮断されると、あ
るいは光ビームが通過させられると出力が変化す
る。このようにして読取り手段２５６はエンコー
ダ円盤内のスロツトを読取るために適当に使用さ
れる。

この明細書の「本発明の背景」の部分ですでに
指摘したように、ピストンのような流体によつて
駆動されるものの往復運動に基づく単一の部屋の
ポンプは本発明の関する適用例において知られて
いなかつたわけではない。これらの装置の多くに
生ずる脈動流の問題は第５ないし７図を考察する
ことによつて理解されよう。これらの図は典型的
で簡単な従来装置を簡略化し、概略化した図形表
示である。従つてまず第５図を参照するとクラン
ク軸２６０と連結棒２６２が示されている。連接
棒２６２は周辺の点２６４に向かつてクランク軸
２６０に取付けられている。クランク軸は基準線
２６６から回転される。従つて回転の積算角度は
θである。連接棒２６２の反対側の端は２６８で
ピストン２７０に固定されている。ピストン２７
０はシリンダ２７２の内部で軸方向に往復運動さ
せられる。流体は弁付きの入口２７４を通つて前
記シリンダにはいり、ピストンが前進した時弁付
き出口２７６を通つてシリンダから送出される。
クランク軸２６０の直径は2Rである。その回転
角度は式θ＝ωtによつて与えられる。時間を関
数とするピストン２７０の軸方向の変位は式ｘ＝
Rcosωtで与えられる。ここでωはクランク軸２
６０の回転角速度である。

次に第６図を参照すると、クランク軸２６０の
回転角度θを関数としてピストン２７０の変位ｘ
を指示する図表が示されている。ピストンの変位
は予期されるように近似的に正弦関数である。従
つて変位ｘの時間導関数、つまり速度、の図表で
ある第７図はピストン変位ｘから90度変位した近
似的な正弦関数である。ピストンの速度がシリン
ダの内部を通る液体の流量に比例するため夫々吸
込行程と送出行程に対応する第７図の部分２７８
と２８０は明確に図示されている。第６及び７図
の両方の場合曲線の下の陰影部分は送出行程に対
応する。従つてここで検討している従来技術にお
ける連続的な送出行程は飛び飛びの正弦波状の脈
動であることは十分に理解されよう。

従来技術は流量平滑装置あるいはフイルタ装置
の使用によつて脈動流の問題を克服しようとして
来た。そのような流量平滑装置あるいは流量フイ
ルタ装置を第７図に示されている脈動流のタイプ
に使用することには困難が生ずる。なぜならその
ようなフイルタ装置は脈動流の高い周波数成分を
ろ過あるいは減衰するのには比較的効果を発揮す
るけれども、低周波成分がある場合にはあまり効
果を発揮しない。数学の変換に慣れている人なら
ばこの事を理解するであろう。詳細に述べると、
第７図の正弦波状の脈動流のフーリエ分析をする
と高周波フイルタ作用によつては改良される可能
性がほとんどないことがわかる。従つて前述の従
来装置を使用した場合には許容できない程度の脈
動流が必然的に起ることが明らかである。更に過
度の検出器ノイズが生ずるという別の問題も理解
されよう。このノイズはクロマトグラフ装置の作
動特性を極度に劣化させる恐れがある。

第８図はピストン２７０の変位を比較的理想化
した形の図形表示であり、これは前述の脈動流の
問題を除去するためになされたものである。実線
によつて描かれた曲線２８２はやはり時間の関数
としてピストンの変位ｘを描いているものであ
る。この曲線は第６及び７図の従来技術の結果と
直接比較される。それと同時に第９図も参照され
るべきである。第９図は第７図と同様にしてＸの
時間導関数、つまりピストン運動の速度、従つて
前記シリンダを通過する液体の流量を説明するも
のである。従来技術の方法との比較を簡単化する
ため第６及び７図の正弦波状曲線が同一の座標軸
の上に点線で描かれていることに注意する必要が
ある。従来技術の曲線の場合と同様本発明に基づ
く曲線内の陰影部分は送出行程に対応する。

第８及び９図から目的とするピストン運動は基
本的には１つであることが理解されよう。つまり
送出行程に対応してピストンが前記シリンダ内に
はいるときピストンの変位は時間を関数として線
型（直線状）となる。ピストンがシリンダにはい
ると比較的急激にシリンダから引出され、そして
シリンダに向かう前進運動を線型的に（時間に関
して）再開する。それに対応して第９図に示され
ているｘの導関数である前記ピストンの運動の速
度が図示のようであるため対応する液体の送出量
が送出行程２８４の期間の間ほぼ一定であり、し
かも前記送出行程の各々の終了時に非常に速く短
期間の吸込行程２８６が続く。従つて基本的には
この「理想化された」構成においてはピストン運
動によつて一連の比較的長い一定の流量部分が可
能となり、吸込行程をあらわす比較的短かい部分
がその間に挿入されている。

第９図の流れは第７図のものより非脈動流には
るかに近いことが理解できるが、第９図に示され
ている流れ図のタイプには更に重要な結果があら
わされている。それは一定の流れの比較的急激な
遮断、つまり比較的急激な吸込期間は主として高
い周波数成分を含むためフーリエ分析によつてあ
らわすことができるということである。この高い
周波数成分ははるかにろ過しやすい。従つてます
ます流れ図内の脈動成分を減少することができ
る。

第１０及び１１図は第９図の流れ図と共に第８
図のピストン変位に対応する時間を関数とするピ
ストン変位を生ずるため本発明に従つて使用され
る２つの技術を概略的に示すものである。これら
の図の各々においてクランク軸２６０は第５図の
同一参照数字を付されたクランク軸と一致するも
ので方向２８８に回転するとする。このクランク
軸は第２図のクランク軸５６と概略的に同等であ
ると考えられよう。同様にして第１０図の概略図
を本発明に適用するため第５図の連接棒２６２を
回転軸（クランク軸）５６と第２，３図のピスト
ン１５４との間の連結装置と同等であるとみなす
ことができよう。これに関連して第５図の概略図
はクランク軸５６と機械的に精密に対応しない
し、それに付随するピストン１５４との連結装置
も弁棒１７４との連結装置もやはり精密には対応
しないということを強調しておく。詳細に説明す
ると、第２及び３図の機械構造においては円形断
面の偏心器１１２と１１６はクランク軸５６の回
転によつてヨークピースを回転させる。それによ
つて連結リンク１２６及び１８４は往復運動し、
今度はピストン１５４と弁棒１７４が移動させら
れる。しかしながら、前記偏心器とクランク軸５
６の機能は偏心器がクランク半径として働く場合
のクランク軸の機能に精密に一致することが明ら
かである。従つて第２及び３図の機構によつて生
じた運動は第５図及び次に参照する図の数学的に
同等の表示によつて分析される。

第１０図においてもし約180゜の角度を通るクラ
ンク軸２６０の回転がピストンの前進運動をあら
わしているとすると、時間の線型関数を近似する
ためにピストン移動に必要なものはそのようなク
ランク軸がこのクランク軸の角度位置に従つて変
化する各連続的なステツプの間平均角速度で連続
的に回転することがすべてである。例えば弧２９
２に対応する任意の小角度を通る最初のステツプ
は平均回転速度ω₁でカバーされる。弧２９４の
角度を通る次のステツプは第２の平均角速度ω₂
でカバーされる。このようにして弧２９６の角度
等を通る以下の連続的なステツプは平均角速度
ω₃等でカバーされる。各々の場合において、連
結取付け点を２９８と仮定すると、Ｘ方向へのピ
ストンの変位量は各弧の両端を結ぶ弦をＸ軸に投
影したものであることは明白である。この投影は
もちろん各弧２９２，２９４，２９６等によつて
あらわされる小間隔内の種々の平均角速度にほぼ
関連させ、その結果としての同一投影部分３３
８，３４０，３４２等が同一時間間隔内に移動す
る距離をあらわすものでなければならない。角度
２９０を非常に多数の弧ステツプに分割し、各ス
テツプ内の平均角速度を夫々に適切なものとする
ことによつてピストンの変位の線型変位の任意の
すぐれた近似が得られる。この種の例は第１２図
に示されている。第１２図はその例を第１０図に
対応させて描いたものである。つまり第１２図で
はクランク軸は不連続の複数の部分を回転し、各
部分はピストンの同一の直線状の進みδを生ず
る。

間もなく明らかとなることであるが、本発明は
第１０及び１２図に関連して述べた構成に使用す
るのにも十分に適当である。しかしながら実際問
題として回路部品の費用と本装置の複雑さを大幅
に削減するため本発明の好適な一態様は装置の送
出行程の幾つかの小間隔の間で比較的小数の角速
度の変化を用いる。本発明のこの態様は第１１図
を参照することによつてより良く理解されよう。
第１１図は第１０図と同様の目的を持ち第１０図
と大体同様の概略図である。第１０図に関連する
ことはもちろんのことこの第１１図にも関連し
て、約180゜の角度３４４が装置の吸込行程に対応
し、そのような吸収行程に対応するクランク軸の
回転の間一定角速度ω_Fが使用され、この一定角
速度は送出行程に関連してこれまで述べて来た平
均角速度よりかなり大きい、ということに注意す
べきである。

第１１図において吸込行程は全体でその簡略化
された概略表示の180゜にわたつてのびている３つ
の角度位置３４６，３４８及び３５０によつてあ
らわされる。角度αにわたつてのびている第１の
小間隔の間クランク軸の角速度は固定値ω〓に維
持される。角度βにわたつてのびている第２の小
間隔の間角速度はω〓に維持される。最後に送出
行程の終りに対応する最後の部分３５０の間、つ
まり角度γについては、角速度はω〓に維持され
る。角速度の選択のこの３分割において認識され
ることは、基本的には送出行程の中央部分、つま
り角度βの内部、についてはポンプピストンの前
方運動が時間に関して比較的均一であるというこ
とである。行程の前端と後端で適当な調整を行な
うことによつて、つまり比較的限られた角度α及
びγの間の回転速度を調整することによつて線型
速度変位のかなり良い近似を得ることができる。
これらの原理を適用したことによつて得られた典
型的な曲線が第１３図に示されている。実線３０
２は典型的なパラメータが使用されている実際の
変位をあわらし、破線３０４は理想化された線型
変位を示すものである。実線３０２は破線３０４
の非常に良い近似をあらわすことは明白である。

第１４図には別の概略的な表示が示されてい
る。この図の表示は、第１ないし４図にて説明し
た本発明の実施例にすぐれた結果をもたらす幾つ
かの変更を加えていることを除いて、第１０及び
１１図に関連して述べたものと同一である。この
第１４図は、本発明に従つて装置が使用されてい
る第１４図の行程構成から生ずる流体流量を詳細
に説明している第１５図と同時に参照される。第
１４図を考察するとまず第１にクランク軸の仮定
した回転方向が反時計回り方向であることに気づ
く。これは標準的な数学上の慣習に基づくもので
あるが先の幾つかの図に使用された約束とは反対
である。こうして回転の初期基準線は軸線３１０
である。この軸線はクランク軸が前述の位置にあ
るとき、その経過時間が第１５図に記載されてい
るため零時間点をあらわしているとも考えること
もできる。第１４図に示されているクランク軸の
回転サイクルの間基本的に３つの異なつた平均回
転速度が利用されている。これら回転速度をステ
ツピングモータ５２に供給されるパルス繰返し周
波数に関連させることによつて、吸込行程期間を
通して固定周波数f₀が使用されるということが指
摘される。これはその図表上のf₀に対応する大き
な角度の間、クランク軸５６の回転の速度が一定
であることを意味する。第１５図に示されている
吸込期間を短かくするため周波数f₀はかなり高
い。このようにして典型的な例においてはf₀は１
秒につき500個のパルスを有する。これは本装置
に使用されている典型的なモータの回転数
150rpmに大体対応する。第１４図のＸ軸上にあ
る点３１２はピストン１５４の最大後退点と入口
弁棒１７４が閉じる点とをあらわしている。ステ
ツピングモータが最初にf₀に対応する速度で回転
し続けることによつて送出行程が始まる。この目
的はピストンを死点位置から迅速に移動させるこ
とである。

点３１４でクランク軸はパルス入力周波数f₁で
定められる回転速度で回転し始めて狭い角度変位
をする。その後モータがパルス周波数f₂で駆動さ
れ第２の比較的遅い速度の回転をして約90゜角度
変位する。その後周波数f₁の入力パルスによつて
定められる大きい速度の比較的短かい期間の第３
の回転が行われる。点３１６ではすでに述べた同
一目的のため最も高い周波数f₀のパルスの印加に
よつて高速度の回転駆動が再開される。しかし次
に点３１０で吸込行程が開始されるけれども入口
弁棒１７４は実際には短期間３１８の間開かな
い。第１５図の３１９で指示されているこの遅延
の目的はすでに述べたように溶媒の減圧と応力を
加えられた機械部品の弛緩とを可能とすることで
ある。すでに述べたようにf₁とf₂の特定値は選択
された流量に従つて決定され、そのような情報は
第１図の固定記憶装置７２に蓄積される。

その装置の流量範囲の下部分と中央部分を通じ
て吸込行程の間のステツピングモータの周波数f₀
は流量の設定のいかんにかかわらず一定値にとど
まる。これは実に、機械的カム作動に関連させら
れる前述の従来装置に対して本装置の極めて顕著
な一特徴である。従つて流量が遂次より大きな値
に設定されると送出行程の平均流量は増加するが
吸込行程のそれは増加しないということが明白で
ある。本発明のこの特徴は第１６図の図表によつ
て説明されている。第１６図は本発明に従う典型
的な装置について流量（ミリリツトル／時間）を
関数として吸込時間の全行程時間に対する比率を
描いているものである。この図表から、流量が一
定値に近づくとき、この場合それが約600ミリリ
ツトル／時間に近づくとき、吸込時間が全行程時
間の50％に近づくということが明らかである。
590と600ミリリツトル／時間の間の不連続は装置
の流量が10ミリリツトル／時間の幅でのみ設定可
能であるために生ずる。やはりすでに述べたよう
に、この最後の結果をもたらす基本的な要素は、
比較的大きな送出流量ではピストンの往復運動が
非常に速くて脈動流の影響が微々たるものとなる
ことである。そのため従来装置を思い起させる単
純な正弦波状に作動させることができる。もちろ
ん約600ミリリツトル／時間の限界を越えて進む
とクランク軸５６の回転の間中同一のパルス周波
数が供給される。従つてパルス印加の周波数f₀は
もはや吸込時間の間は使用されない。実際にはよ
り大きな流量に使用される周波数はf₀より低い。
600ミリリツトル／時間以下の流量と比較すると
クランク軸５６の回転速度は送出小行程の間では
大きくなるが吸込小行程の間は小さくなる。

本発明に関連してほかに強調されるべき点はソ
レノイドで作動される分配弁２８及び３０に関す
る。これらの弁が作動する仕方を考えるとき、こ
れらがその性質上非常に速く作動することが明ら
かである。これらの弁の各々は典型的には従つて
25000分の１インチ（約1000分の１mm）の程度の
非常に短かい行程と１ミリ秒の範囲内の開き時間
と３ミリ秒の範囲内の閉鎖時間を有している。こ
れらは典型的にはプランジヤと弁座の間にいわれ
るソフトシールを有する。またこの種の装置で扱
われる物質が非常に高い腐食性を有する可能があ
るため、これらの弁はポリテトラフルオルエチレ
ンあるいはフツ素エラストマーのような非常に耐
久性のある物質で作られ、ステンレス鋼が至ると
ころに使用されるのが望ましい。

第１７図にはエンコーダ円盤２５２と隣りのは
ずみ車２５０、それにエンコーダ読取り手段２５
６の斜視図が示されている。ポンプのクランク軸
は５６に指示されている。エンコーダ円盤自体は
環状円盤より成りこの周囲には一連の歯状の切れ
目あるいはスロツトが設けられ、これらスロツト
の各々は従つてエンコーダ円盤の半径に沿つての
びている。第１７図からでさえ各スロツト３２２
は同一の幅を有していることが明らかである。し
かしその円盤の周り90゜の間スロツトとスロツト
の間の間隔が変わる。

第１８図は連続するスロツト３２２の間の間隔
をほぼ一定の割合で描いている概略図である。こ
れらスロツトは各々連続的な線３２４によつて概
略的に示されている。図示されている構造の基本
的一般的な目的はいずれの連続する２つのスロツ
トの間の間隔でもピストン１５４の同一増加幅に
確実に対応させることである。これを幾分異なつ
た表現で説明する。読取り手段２５６を初期時刻
T₀に最初のスロツトを検出するとする。クラン
ク軸５６に固定されているエンコーダ円盤２５２
が回り続ける。従つて読取り手段２５６は時刻
T₁に次のスロツトを検出する。時間間隔T₁−T₀
の間ピストン１５４はその軸に沿つて幾分か移動
させられる。この移動によつて表現される距離は
どの隣り合う２つのスロツトの間でのクランク軸
５６の回転についても同一である。この現象は第
１９図にて十分に説明される。ピストンリンクの
装着点が３５２と３５８にあるとき円盤２５２が
θの方向に回転すると目印、つまりスロツト３２
２は点３５０で検出される。ピストンは軸３５４
に沿つて同一偏位量δが移動する。このピストン
は検出点３５０を目印が継続的に通過するよう方
向３５６向きに移動する。

前述の目印装置はピストン位置を読取り手段２
５６から進むパルスに直接関連させるための極め
て簡単で精密な装置を提供する。これは今度は、
分配弁２８及び３０の作動に関連してすでに記載
した非常に簡単でしかも極めて精密な分配技術を
可能とする。要するに必要なことは吸込行程の間
エンコーダ円盤２５２の回転から得られるパルス
を計数し始め、パルスの連続的な数によつて表現
される吸込時間の総数を溶媒Ｂに対しての溶媒Ａ
の所望の比率に従つて割ることがすべてである。
これによつて十分に精密で信頼性のある分配作用
を可能とする複雑な電子技術あるいはそれに対応
する機械装置の使用が避けられる。

第２０図は別のエンコーダ円盤３６０の周辺部
分の部分平面図である。この円盤は前記円盤３６
０と幾つかの構造上の細部において異なるのを除
いてこれまで述べて来た原理に忠実に従つて作動
する。詳細に説明すると円盤３６０の製造は第１
７図の装置より簡単化される。円盤３６０は非常
に薄い金属円盤より成り、この中のスロツト３６
１はフオトエツチされ、これらスロツトはやはり
前述の原理に基づいて精密に配置される。先の第
１７図の装置には比較的高度な機械加工技術が必
要であるけれども第２０図に示されている簡単化
されたエンコーダ円盤は前述のフオトエツチング
技術によつてもつと容易に製造される。このフオ
トエツチングはまたスロツトの間の間隔を含めて
スロツトの位置を適切に定めることを非常に高い
精度で可能とする。

第２３図は特に分配技術を含む本装置の作動の
間起る様々な機能を理解するのに役立つ一連の時
間図である。第２３図を考察するにあたつて第２
３図のパラメータに直接関連させられ得る第１４
図を同時に考慮することが有用である。同様にこ
の時間図を第１図の一般概略図に関連させて参照
することが有益である。

第２３図の最上線３２６には２回転についての
広い角度（720゜）が記載されており、第１４図と
比較して参照されるべきであるが、ピストン１５
４の行程の時間順序をあらわす線は各々180゜であ
る吸込行程と送出行程を連続的に通つている。そ
れに対応して再び第１４図を参照する。２回転の
間のモータの速度は線３２８に示されている。モ
ータの速度に関しての回転の分割の幾つかの特徴
はこの図からますます明白となる。例えば、高い
吸込速度においてすでに指摘した理由によつてf₀
が180゜の点を越えてのびており、同様にしてf₀が
360度の印の前の点で再開されているという事実
がそれである。

次の時間図（線３３０）には送出吸込周波数保
持時間が記載されている。これは要するに装置に
使用される最高周波数f₀を維持するための制御信
号を構成する。

次に線３３２には送出制御装置用の時間図が記
載されており、この時間系列はモータパルス計数
器のリセツトに対応する。これらは第１図でリセ
ツト手段８４によつて処理されるように書かれて
いるパルスである。これらパルスは基本的にはエ
ンコーダ円盤の目印から得られる同期パルスであ
り、これらは図示のように周波数f₀からf₁への変
更に対応する。

次の線３３４にはエンコーダ円盤２５２から得
られるパルスの順序が記載されている。これらの
パルスの間隔は前述の説明に厳密に対応する。連
続的なパルスは時間的に間隔を置かれているがピ
ストン１５４の移動の連続的同一変位増加分をあ
らわしているとここで再強調することは有用なこ
とである。

第２３図の次の線３５６には前述の２回転を関
数とする入口弁棒１７４の位置の図形表示があら
わされている。この表示はもう一度第１４図と直
接関連させられる。すでに述べた理由によつて入
口弁棒は0゜の印を幾分越えたところで開き始め、
つまりその弁座から離れ、次に送出行程が開始さ
れる180゜の印のところで正確に閉じる。

本装置の分配弁の作動を可能とするタイミング
特性は最後の３本の線、つまり第２３図の線３５
８，３６０及び３６２における図形表示を参照す
ることによつて更に明瞭に理解されよう。前述の
時系列特性は基本的には弁論理ブロツク、つまり
第１図の弁論理回路８５の範囲内に含まれるとみ
なされる。線３５８を参照すると、計数器をリセ
ツトさせるパルス３６４は360゜のクランク軸変位
角度の幾分前に発生させられることがわかる。こ
の計数器リセツトパルスの発生は360゜の印の前の
第１のエンコーダ円盤パルス、つまりこの図の線
３３４でのパルス３６６、の発生によつて開始さ
れる。基本的にはリセツトパルス３６４は単シヨ
ツトマルチバイブレータをトリガーさせる働きを
し、このマルチバイブレータは後に行われる分配
作動の間の比較のため計数器（第１図の計数器６
０）をリセツトさせる。再び第１図を参照する
に、混合比設定変換手段７６の混合比設定に従つ
てその値が比較器８２にセツトされる。第２３図
の線３６２に目を移すとクランク軸の回転角度を
開数として弁制御フリツプフロツプのレベルが示
されている。最初は、つまり角度0゜では弁Ａは開
いている。すでに指摘したように弁ＡとＢは絶え
ず相補的に作動する。つまり一方が閉じていると
他方は必ず開いている。もちろんたとえ弁Ａが開
いていても入口弁の弁棒１７４は装置を通る流量
を制御し続けるであろう。いずれにしても弁Ｂが
開いている期間は0゜の印にて開始されず点３６８
で開始されるということに注意することは重要で
ある。この点３６８はエンコーダ光パルス線３３
４と比較することによつてパルス３６９と共に発
生し、45゜の点に近いことが理解されよう。これ
は線３５６との比較によつてわかるように入口弁
の開き始めから約15゜経過している。入口弁が開
き始めた後約15゜経過するまで分配作動が開始さ
れない目的は状態が鎮静することを可能とするた
めである。つまり過渡的な流れを調整することを
可能とするためである。一度弁Ｂがこのようにあ
けられると、混合比設定変換手段７６にその時設
定されている値に達するまで、つまりスロツト計
数器６０（第１図）から適当な数の計数値が検出
されるまで弁Ｂを通る流れは進行する。この数の
パルスが計数されると比較器はパルス３７０（線
３６２）を発生する。次にこのパルスは弁制御フ
リツプフロツプに働きかけて弁Ｂを閉じさせ事実
上弁Ａを再びあけさせる。このようにして線３６
２の矩形３７２の下の部分は分配サイクルの「弁
Ｂ開き」部分をあらわしている。

本発明の他の特徴に従い、このポンプの送出流
になお残つている前述の脈動流は第２１図に示さ
れている制動器４０のような脈動流制動器によつ
て更に弱められる。図示の装置はこの目的に使用
される従来装置に比較して幾つかの顕著な利点を
有している。基本的にはこの装置は上部ブロツク
３８０と入口ブロツクである下部ブロツク３８２
とより成る。制動器４０用の入口は３８４にあ
り、この入口はポンプ２６から圧力計３８を経て
進む前述のような液体を入れる。ほぼ円柱状の形
をした広い部屋３８６が２つのブロツク３８０及
び３８２の各々の内部に部分的に形成されてい
る。上部ブロツク３８０と下部ブロツク３８２は
遭遇する高圧に耐えることのできる金属あるいは
他の物質より成る。わずかに圧縮性のがん丈な可
塑性物質、好ましくはポリテトラフルオルエチレ
ンあるいは類似のフツ素樹脂、より成る細長いプ
ラグ３８８は広い部屋３８６の内部に取付けられ
ている。小さな混合室３９２がプラグ３８８の下
に形成されるように肩部３９０が部屋３８６の底
の近くに形成されている。周知の簡単な棒磁石の
形の小さな磁気かく拌体３９４が混合室３９２の
底に配置され、外部から加えられる回転磁界によ
つて駆動され、流れがある間液体のかく拌が続け
られることを保証する。もし望むならば混合段を
この制動器と一体にせずにこの制動器の前に置く
こともできる。制動器の出口３９６は上部ブロツ
ク３８０の上部に設けられている。プラグ３８８
はその上端に横方向の流路を有している。それら
のうちの２つが３９８と４００に図示され、更に
別の２つの流路が前述の２つの流路に垂直に走つ
ている。

使用中に入口３８４にはいつて来る流体は混合
室３９２を通り、それからプラグ３８８とブロツ
ク３８０，３８２のわずかに内側の壁の間の周辺
に設けられた流動空間に進む。次にその液体は出
口３９６を通つて排出される。

第２１図の装置に起ることを基本的に述べる
と、圧力パルスがプラグをまず圧縮し、次にそれ
を減圧する。従つてそのようなパルスのエネルギ
ーを非常に有効に発散させることができる。従来
図示の種類に幾分類似したキヤニスタのような実
際大きな体積を占める制動器を利用することは通
例であつたが、ここに示されたプラグは用いられ
なかつた。そのような従来装置は液体クロマトグ
ラフ装置の体積をはなはだしく膨らませ、洗浄と
溶媒の混合比率の変化に悪影響を及ぼした。

第１図の圧力計３８はこの種の用途に適する多
数の周知の装置であり得る。しかしながら、第２
２図に示されている圧力測定装置は幾つかの顕著
な利点を有する。その利点とは製造費用が非常に
少なく、デツドボリユームが極度に小さく、圧力
を測定するのに加えてある程度の制動を行なう働
きをするということを含む。第２２図の斜視図に
示されている圧力計は互いに平行に管状に巻かれ
ている２つのらせん４０２より成る。この長いら
せんの入口は４０４にあり、出口はそのすぐ隣り
の４０６にある。２重らせんの最後の巻き部分は
小さな湾曲部４１０を形成する。この装置を通過
する流体から生ずる内部圧力はらせんを部分的に
ほどかせ、それによつて内部体積が増加する。矢
印４０８はその結果生ずる末端の湾曲部４１０の
中心の運動を指示するものである。らせんのほど
け具合は内部圧力の目安であつて読取り装置に結
合することができる。第２２図の例は目盛り４１
４の上を移動できる単純な針指示器４１２を有す
る。しかし前述の現象によつて生ずる見かけ上の
運動を増加させるために他の種類の結合装置を利
用することができる。圧力が増加するにつれて内
部体積が増加し、それによつて流体内にある圧力
パルスを吸収するという２次的な、しかし重要な
機能が果たされる。前記らせんを形成している管
は比較的化学的に不活性を材料、例えばステンレ
ス鋼あるいはインコネル、より成るのが望まし
い。

本発明はその特定の実施例によつて詳細に説明
されて来たけれども当業者には本発明の範囲内で
種々の変更を行なうことが明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うクロマトグラフ装置の電
気制御素子を含む基本的な部品を説明する簡略化
したブロツク図、第２図は本装置のポンプの重要
な部品とそれに関連する機械部品を説明する一部
破断断面正面図、第３図は本装置の入口ハウジン
グとポンプヘツド部分の細部を含みポンプクラン
ク軸の右側にある第２図の装置の前述の部品を通
る拡大縦断面図、第４図は第３図に示されている
本装置の一部の端面図、第５図はピストン運動に
対して単弦運動をする典型的な従来のクランク軸
ピストン装置の概略説明図、第６及び７図は夫々
第５図の装置のピストン変位と速度を説明する図
表、第８図は比較的効果的に活用される変位パタ
ーンが実施されているという条件のもとで時間を
関数として第５図に示されている種類のピストン
の変位を説明する図表、第９図は第８図の図表の
ピストンの変位の時間導関数を説明する図表であ
り、この図の表示はこの比較的効果的に活用され
る運動の間生ずる流量図とみなすことができる。
第１０図は角度位置を関数とする平均クランク軸
回転速度の段階的変化が行われる本発明に従う装
置の概略説明図、第１１図は本発明の好適な一実
施例に使用されるクランク軸の角度を関数とする
クランク軸の回転速度の概略説明図、第１２図は
第１０図に示されたクランク軸の角速度のパター
ンによつて達成することのできる典型的な結果を
説明する図、第１３図は第１１図の図形表示の技
術が利用されている場合に達成することができる
典型的な変位パターンを説明する図、第１４図は
本発明に関連して利用される典型的な回転速度パ
ターンを示す第１１図と大体同様のグラフ図、第
１５図は本発明に従い第１４図におけると同様に
作動するポンプの作動の行程についての流量パタ
ーンを説明する図、第１６図は本発明に従う典型
的な装置について流速を関数とする全行程時間に
対する吸込時間の比率のグラフ図、第１７図は第
２及び３図のポンプに利用可能なエンコーダ円盤
とそれに関連する部品の斜視図、第１８図は第１
７図の円盤上の印の分布を示す概略図、第１９図
は第１７及び１８図の円盤についての目印間隔と
ピストン変位量の間の関係を示す概略図、第２０
図は本発明に利用可能な他の種類のエンコーダ円
盤の部分平面図、第２１図は本装置に利用可能な
制動器を通る縦断面図、第２２図は本発明に利用
できる圧力計の簡単化された斜視図、第２３図は
本発明の作動に関連する幾つかのパラメータの間
の関係を説明するタイミングダイアグラムであ
る。 ２０……液体クロマトグラフ装置、２２，２４
……貯蔵容器、２６……ポンプ、２８，３０……
電磁操作弁（分配弁）、３８……圧力計、４０…
…制動器、４２……注入器、４４……カラム、４
６……検出器、４８……コレクタ、５０……記録
計、５２……ステツピングモータ、５４……制動
器、５６……ポンプのクランク軸、５８……クラ
ンク軸位置指示手段、５９……パルス繰返し率論
理回路、６０……スロツト計数器、６１……モー
タドライバ、６２……パルス繰返し率発生回路、
６４……パルス計数デコーダ、７０……流量設定
手段、７２……固定記憶装置、７６……混合比設
定変換手段、７８……入力設定装置、８０……自
動混合比プログラミング手段、８２……比較器、
８４……リセツト手段、８５……弁論理回路、８
８……弁ドライバ、１０２……たわみ継手、１１
２……ポンプ偏心器、１１６……入口弁偏心器、
１４４……ポンプ室、１５３……焼結金属製フイ
ルタ、１５４……ピストン、１５５，１５７……
逆止め弁、１６１……出口弁組立体、１７４……
入口弁の弁棒、１９０……弁スライダ、１９４，
１９６……吸込口、２００……吸込室、２１０…
…弁座、２５１……はずみ車、２５２……エンコ
ーダ円盤、２５６……光学読取り手段、３２２…
…スロツト、３６０……エンコーダ円盤、３６１
……スロツト、３８８……プラグ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体クロマトグラフ装置であつて： 液体クロマトグラフカラム； 当該液体クロマトグラフ装置内で移動相として
   使用されるべき第１と第２の溶媒用の第１と第２
   の貯蔵容器； ポンプ室と、前記溶媒を前記液体クロマトグラ
   フカラムに流入させるため前記ポンプ室内で軸方
   向に往復運動するように取付けられたピストンと
   を含む吸送出手段； 送出小行程と吸込小行程とを含む連続的な吸送
   出行程の間前記ポンプ室内を往復運動するように
   前記ピストンを駆動するステツピングモータ； 前記第１及び第２の貯蔵容器と前記吸送出手段
   との間の別々の流路にそれぞれ配置され、互いに
   相補的に開閉する第１及び第２の電磁操作分配
   弁； 前記第１と第２の溶媒の間を所望の比率に設定
   するための混合比設定手段； 前記吸送出手段のクランク軸とともに回転する
   ように取付けられ、前記ピストンの変位に関連し
   た目印を持つエンコーダ円盤； 前記ピストンの変位を検出するために、前記目
   印を計数する計数手段；並びに 前記計数手段の出力と前記混合比設定手段の出
   力とに応答して前記電磁操作分配弁を制御するた
   めの制御手段であつて、前記吸込小行程のうち所
   望の期間の間前記電磁操作分配弁の少なくとも一
   方を開けるとともに前記吸込小行程の残りの期間
   の間前記一方の電磁操作分配弁を閉じるための手
   段； から構成され、前記電磁操作弁のうちの他方の相
   補的作動が前略吸込小行程を分割することを特徴
   とする液体クロマトグラフ装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の液体クロマトグ
   ラフ装置において、前記エンコーダ円盤の前記目
   印が前記エンコーダ円盤の周辺に沿つて互いに離
   間し、隣り合う目印の間の間隔は前記読み取り手
   段での隣り合ういずれの２個の目印の通過でも前
   記ピストンの軸方向の同一移動距離に対応するよ
   うに設けられることにより、前記目印の計数が前
   記ピストンの線形に増加するステツプ状変位に直
   接関連していることを特徴とするもの。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の液体クロマトグ
   ラフ装置において、前記第１の電磁操作分配弁が
   開いているときに計数された目印の数と前記混合
   比設定手段の出力とに応答して前記第１の電磁操
   作分配弁を閉鎖させる手段を含むもの。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の液体クロマトグ
   ラフ装置において、前記混合比設定手段の出力を
   前記計数手段の出力と比較し前記第１の電磁操作
   分配弁の前記閉鎖を行わせしめる信号を供給する
   比較手段をも含むもの。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の液体クロマトグ
   ラフ装置において、前記第１と第２の電磁操作分
   配弁から進む２つの流路と前記ポンプ室との間に
   配置された入口弁、及び前記ポンプ室を満たすた
   め前記ピストンの往復行程の間前記入口弁を作動
   する手段をも有し、前記少なくとも１個の電磁操
   作弁を開ける前記手段が前記入口弁が開いた後前
   記少なくとも１個の電磁操作弁を開けるように作
   動するもの。