JP7186113B2 - 送液ポンプ、液体クロマトグラフ装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吸引または吐出する送液ポンプに関する。

液体クロマトグラフを用いた分析においては、測定対象である試料の種類に応じて使用する溶媒が異なるので、それぞれの試料を分析する前に送液ポンプ内の溶媒を置換する必要がある。したがって、様々な種類の試料を対象として一定時間内で数多くの分析を実行するためには、溶媒を短時間で置換する必要がある。

下記特許文献１は、液体クロマトグラフ用ポンプについて記載している。同文献は、『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。』ことを課題として、『起動時は第１プランジャ２により大流量を送液してポンプ内部の気泡排出と溶媒液充填を短時間で行い、定常運転時は第１プランジャ２を止め、第２プランジャ３を低速で第２加圧室１３に押込んで低流量の送液を行う。第２プランジャ３がフルストロークに達したら高速で引き戻すのと同期して第１プランジャ２を第１加圧室１２に押し込むことにより、吐出通路１１を通過する流量が常に一定になるようコントローラ５０により制御する。』という技術を開示している（要約参照）。

下記特許文献２は、『ポンプの立ち上がり時間を短縮することができる液体クロマトグラフ装置を提供する。』ことを課題として、『本発明の液体クロマトグラフ装置は、プランジャを備えた第１及び第２ポンプと吸込口と吐出口を有し、上記吸込口を介して吸込んだ液を上記第１、第２ポンプを経由して上記吐出口から吐出する。起動運転モードでは、上記第２ポンプを停止し上記第１ポンプのみを作動する。上記吐出口の吐出圧力が所定の値に到達したとき起動運転モードを定常運転モードに切り替える。定常運転モードでは、上記第１ポンプを停止し上記第２ポンプのみを運転する。』という技術を開示している（要約参照）。

特開２００４－１３７９７４号公報 特開２００７－０５７５３９号公報

液体クロマトグラフにおいて一般的に用いられる送液ポンプは、加圧室内をプランジャが移動することにより溶媒を送液するプランジャポンプが複数台直列に接続された構成であり、その加圧室内に溶媒が置換されにくいよどみ部がある。例えばプランジャポンプ本体とプランジャとの間を封止するシールの近傍において、溶媒の流速が遅くなる傾向がある。このようなよどみ部が存在することにより、溶媒置換が遅くなり、分析スループットが低下する。

特許文献１は、起動時におけるポンプ内部の気泡排出動作などについて記載している。例えば同文献の図３において、起動時の気泡排出動作のために第１プランジャを往復摺動させるとともに第２プランジャを下死点に固定している。しかしこの動作は起動時において実施するものであり、動作開始後に溶媒を置換する速度を改善するものではない。したがってよどみ部における溶媒置換が遅い課題を解決することは困難である。

特許文献２も起動時におけるポンプ内部の気泡排出動作などについて記載している。例えば同文献の図３において、起動時の気泡排出および溶離液充填モードとして、第１プランジャと第２プランジャを交互に往復摺動している。さらに気体排出および溶離液充填モードの後の起動運転モードにおいて、第２プランジャを下死点に固定するとともに第１プランジャを吐出動作させる。同文献ではこれらの動作によって気泡排出と速やかな起動を図っている。しかしこれらの動作は起動時において実施するものであり、動作開始後に溶媒を置換する速度を改善するものではない。したがって特許文献１と同様に、よどみ部における溶媒置換が遅い課題を解決することは困難である。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、プランジャポンプの加圧室内のよどみ部における液体流速を速くすることにより、プランジャポンプ内部の液体置換速度を向上させることを目的とする。

本発明において、送液ポンプ内部の液体を入れ替えるとき、第１プランジャは、下限点と上限点との間の空間を往復摺動し、第２プランジャは、上限点近傍で少なくとも一時停止するかまたは前記送液ポンプが通常送液するときよりも短い距離を往復摺動する。

本発明に係る送液ポンプによれば、送液ポンプ内の溶媒を置換する時間を短縮することができる。これにより、一定時間内での分析数を多くすることができる。また、溶媒置換時にプランジャがほぼ停止するので、シールの負荷が小さく、その寿命を長くすることができる。

実施形態１に係る送液ポンプ１および送液ポンプ１を用いた液体クロマトグラフ装置の構成例である。 送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。 図２に示した溶媒置換工程において、第１プランジャ２の上昇によって第２加圧室１３内部に生じる流れと溶媒置換の概略を説明する図である。 第２プランジャ３が下限点で停止した場合の流れの概略を説明する図である。 流体シミュレーションにより第２加圧室１３内の溶媒置換率の時間変化を計算した結果を示す。 第２吸引通路１０４が第２加圧室１３の上限点側に配置され、第２吐出通路１１は第２加圧室１３の上限点側に配置されている場合における、第２加圧室１３内部に生じる流れと溶媒置換の概略を説明する図である。 第２吸引通路１０４が第２加圧室１３の下限点側に配置され、第２吐出通路１１は第２加圧室１３の下限点側に配置されている場合における、第２加圧室１３内部に生じる流れと溶媒置換の概略を説明する図である。 第２吸引通路１０４が第２加圧室１３の上限点側に配置され、第２吐出通路１１は第２加圧室１３の下限点側に配置されている場合における、第２加圧室１３内部に生じる流れと溶媒置換の概略を説明する図である。 実施形態２に係る送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。 実施形態３に係る送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。 実施形態４に係る送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。 実施形態５に係る送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。 溶媒置換工程において、第１プランジャ２が上昇するとき第２プランジャ３が下降する際の第２加圧室１３内部の流れの概略を示す図である。 実施形態６に係る送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。 溶媒置換工程において、第１プランジャ２が上昇するとき第２プランジャ３が上昇する際の第２加圧室１３内部の流れの概略を示す図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る送液ポンプ１および送液ポンプ１を用いた液体クロマトグラフ装置の構成例である。図１において、送液ポンプ１は主な構成として、第１プランジャポンプ１０１、第２プランジャポンプ１０２、第１電磁弁８１、第２電磁弁８２、パージバルブ３１１、コントローラ５０、モータドライバ１０６、電磁弁ドライバ１０７、パージバルブドライバ３１２、を備える。第１プランジャポンプと第２プランジャポンプは直列に接続されている。

第１プランジャポンプ１０１は、第１ポンプヘッド１１１を備える。第１ポンプヘッドは、第１吸引通路１０、第１吐出通路１０３、第１加圧室１２を有する。第１吸引通路１０の通路上には第１逆止弁４が配置され、第１吐出通路１０３の通路上には第２逆止弁５が配置され、これら逆止弁により溶媒液の流通方向を制限している。第２プランジャポンプ１０２は、第２ポンプヘッド１１２を備える。第２ポンプヘッド１１２は、第２吸引通路１０４、第２吐出通路１１、第２加圧室１３を有する。第２逆止弁５と第２吸引通路１０４は、連結流路２４により連結されている。すなわち、第１プランジャポンプ１０１と第２プランジャポンプ１０２は直列に配置され、第１プランジャポンプ１０１が上流側に設置されている。第１プランジャポンプ１０１は、加圧部材である第１プランジャ２を、軸受７１により摺動可能に保持している。第２プランジャポンプ１０２は、加圧部材である第２プランジャ３を、軸受７２により摺動可能に保持している。第１シール６１は、第１加圧室１２からの液漏れを防止し、第２シール６２は、第２加圧室１３からの液漏れを防止する。

第１吸引通路１０は第１加圧室１２の下限点側に配置され、第２吸引通路１０４は第２加圧室１３の下限点側に配置されている。第１吐出通路１０３は第１加圧室１２の上限点側に配置され、第２吐出通路１１は第２加圧室１３の上限点側に配置されている。下限点と上限点の意味については後述する。

第２プランジャポンプ１０２の下流には、パージバルブ３１１が接続されている。パージバルブ３１１は、送液ポンプ１から吐出される溶媒が流れる方向を、インジェクタ５３側もしくは排液タンク３１３側のどちらかに切り替える。

第１電動モータ２１１の回転は、減速装置２２１により減速され、直動装置２３１により直線運動に変換されて、第１プランジャ２を往復運動させる。第２電動モータ２１２の回転は、減速装置２２２により減速され、直動装置２３２により直線運動に変換されて、第２プランジャ３を往復駆動させる。減速装置２２１と直動装置２３１は、これらを組み合わせることによって第１電動モータ２１１の回転動力を増幅して直線運動力に変換することに鑑みて、広義に動力伝達機構装置と呼ぶことができる。減速装置２２１と２２２の具体例としては、平歯車、プーリー、遊星歯車、ウォームギヤなどがある。減速装置を設ける主な理由は、電動モータのトルクを増大させるためであり、もし電動モータが十分なトルクを発生する能力があるならば、必ずしも設置する必要はない。直動装置２３１と２３２の具体例としては、ボールねじ、カム、ラックピニオンなどがある。減速装置と直動装置の構成は、本発明を実施するうえで特に限定はしない。

第１プランジャポンプ１０１が溶媒を吸引するとき、第１電磁弁８１と第２電磁弁８２のどちらか一方が開いた状態でどちらか一方は閉じた状態となり、第１溶媒５１１と第２溶媒５１２のどちらか一方が吸引される。吸引される溶媒は、合流部９１、第１逆止弁４、第１吸引通路１０を通って第１加圧室１２に吸引される。第１加圧室１２内に吸引された溶媒は、第１プランジャ２の上昇に伴って圧縮される。

プランジャの「上昇」とは、加圧室内の溶媒が圧縮もしくは吐出される方向の動き（図１における右向きの動き）を示し、「下降」は溶媒が吸引される方向（図１における左向きの動き）を表す。圧縮された溶媒の圧力が第２加圧室１３内部の圧力よりも大きくなると、第１吐出通路１０３、第２逆止弁５、連結流路２４、第２吸引通路１０４を経て第２加圧室１３に流入し、第２吐出通路１１から吐出される。

第１圧力センサ１０５は第１加圧室１２内の溶媒の圧力を測定し、第２圧力センサ１６０は第２加圧室１３内の溶媒の圧力を測定する。

コントローラ５０は、第１圧力センサ１０５と第２圧力センサ６０からの信号に基づき、モータドライバ１０６、電磁弁ドライバ１０７、パージバルブドライバ３１２に指令値を与える。モータドライバ１０６は、コントローラ５０の指令値に基づいて第１電動モータ２１１と第２電動モータ２１２に駆動電力を与える。電磁弁ドライバ１０７は、コントローラ５０の指令値に基づいて第１電磁弁８１と第２電磁弁８２に駆動電力を与える。パージバルブドライバ３１２は、コントローラ５０の指令値に基づいてパージバルブ３１１に駆動電力を与える。

送液ポンプ１から吐出された溶媒には、インジェクタ５３により分析対象である試料が注入される。試料が注入された溶媒は分離カラム５４に入って成分毎に分離される。その後、検出器５５は試料成分に応じた吸光度、蛍光強度、屈折率などを検出する。分離カラム５４には微小粒子が充填されており、溶媒が微小粒子の隙間を流れる際の流体抵抗によって、送液ポンプ１には数十メガパスカルから百メガパスカル超の負荷圧力が発生する。この負荷圧力の大きさは、分離カラム５４の径と通過流量に応じて異なる。

第１溶媒５１１を用いる分析から第２溶媒５１２を用いた分析に切り替える際には、第２溶媒５１２を用いる分析の前に、第１電磁弁８１を開いた状態から閉じた状態に切り替え、その後、第２電磁弁８２を閉じた状態から開いた状態に切り替える。これにより、送液ポンプ１の内部（第１逆止弁４、第１吸引通路１０、第１加圧室１２、第１吐出通路１０３、連結流路２４、第２吸引通路１０４、第２加圧室１３、第２吐出通路１１）と、インジェクタ５３、分離カラム５４、検出器５５、およびそれらを連結する配管の内部が、第１溶媒５１１から第２溶媒５１２に置換される。このとき、溶媒の置換にかかる時間を短くすることにより、一定時間内に実施可能な分析の数を多くすることができる。

図２は、送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。溶媒の置換における送液ポンプ１の運転は、（ａ）第１溶媒を用いる通常送液、（ｂ）通常送液から溶媒置換への移行、（ｃ）第１溶媒から第２溶媒に置換する溶媒置換送液、（ｄ）溶媒置換から通常送液への移行、（ｅ）第２の溶媒に置換した後の通常送液、の各過程からなる。通常送液とは、送液ポンプ１から吐出する溶媒をインジェクタ５３、分離カラム５４、検出器５５へ流し、試料を分析する場合の送液方法である。図２の各グラフは、上から順番に、第１プランジャ２の変位、第２プランジャ３の変位、吐出流量、吐出圧力、第１電磁弁８１の状態、第２電磁弁８２の状態、パージバルブの状態の時間変化を示すグラフである。吐出流量は送液ポンプ１から吐出される流量であり、吐出圧力は第２圧力センサ６０によって検出される圧力である。プランジャの変位は上昇方向（図１の右方向）を正、下降方向（図１の左方向）を負とし、吐出流量は吐出を正、吸引を負とした。

通常送液工程においては、パージバルブ３１１をインジェクタ５３側に接続することにより、送液ポンプ１から吐出する溶媒をインジェクタ５３、分離カラム５４、検出器５５へ流す。このとき、吐出流量が脈動すると検出精度が低下するので、吐出流量を一定にする必要がある。第１プランジャ２が下降して溶媒を吸引する区間ａ、および第１プランジャ２が上昇して溶媒を圧縮する区間ｂにおいては、第１加圧室１２からは溶媒は吐出されないので、第２プランジャ３が上昇して溶媒を吐出する。その後、第２プランジャ３が下降して溶媒を吸引する区間ｃにおいては、第１プランジャ２が上昇して第２プランジャ３の吸引分とポンプ下流に吐出する分の溶媒を吐出する。その後、区間ｄにおいては、第１プランジャ２が上昇して溶媒を吐出し、第２プランジャ３は停止する。これらの動作によって送液ポンプ１からの吐出流量は一定に保たれる。吐出流量が一定に保たれることによって、吐出圧力も一定となる。

通常送液工程においては、第１プランジャ２と第２プランジャ３はともに下限点を基準として動作する。下限点とは、プランジャが加圧室内を移動できる範囲において、最も下降した位置を示す。一方、後述の説明に現れる上限点とは、プランジャが加圧室内を移動できる範囲において、最も上昇した位置を示す。これに対して下死点／上死点は一般に、プランジャのストロークの両端を意味する。したがってストローク範囲が変われば下死点と上死点も変わる。本明細書においては特に言及しない限り、下限点／上限点は下死点／上死点とは異なる意味で用いる。

図２において、まず、第１電磁弁８１が開状態、第２電磁弁８２が閉状態、パージバルブ３１１がインジェクタ５３側に接続した状態で通常送液が実施され、第１溶媒５１１がインジェクタ５３側へ送液されている。移行工程においては、この状態から第１プランジャ２と第２プランジャ３が一旦停止し、パージバルブ３１１が排液タンク３１３側に切り替わる。そして、第１プランジャ２が上限点へ上昇した後に、第２プランジャ３が上限点へ上昇する。その後、第１電磁弁８１が閉状態、第２電磁弁８２が閉状態に切り替わる。溶媒置換工程においては、この状態から、第２プランジャ３は停止したまま、第１プランジャ２のみが上限点と下限点の間を往復動作することにより、送液ポンプ１内の溶媒が第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換される。このとき、吐出流量は間欠的になり、それに伴い圧力は脈動する。ただし、分離カラム５４の流体抵抗に比べて、パージバルブ３１１と排液タンク３１３を接続する配管の流体抵抗は小さいので、通常送液時の圧力よりも溶媒置換時の最大圧力は小さい。また、溶媒置換時は試料の分析を実施せず、分離カラム５４と検出器５５には溶媒は流れないので、流量と圧力が脈動しても問題ない。

溶媒置換から通常分析への移行工程においては、第１プランジャ２と第２プランジャ３が下限点へ戻る必要がある。まず、第１プランジャ２が下限点へ移動する。その後、第１プランジャ２が再び上限点へ移動しながら、第２プランジャ３が下限点へ移動する。このとき、第１プランジャが停止したまま第２プランジャ３が下限点へ移動すると、送液ポンプ１の下流側から第２加圧室１３に溶媒が吸引されてしまう。これを防ぐために、第１プランジャ２が上限点へ移動する。その後、再度、第１プランジャ２が下限点へ移動する。その後、パージバルブ３１１をインジェクタ５３側に切り替え、通常送液を開始する。

図３は、図２に示した溶媒置換工程において、第１プランジャ２の上昇によって第２加圧室１３内部に生じる流れと溶媒置換の概略を説明する図である。記載の便宜上、第２圧力センサ６０は省略してある。第１プランジャ２が下降するときは、第２逆止弁５が閉じるので第２加圧室１３内部には流れは生じない。第１プランジャ２が上昇するときのみ第２加圧室１３内部に流れが生じる。

図１では省略したが、第２シール６２は、第２プランジャ３を締め付けて耐圧を持たせるためにばね６２１を有する（第１シール６１も同様）。ばね６２１を備え付けるための空間４４には溶媒が充填されており、溶媒置換時には空間４４にある溶媒も置換する必要がある。

第２吸引通路１０４から流入した溶媒の流れは、第２プランジャ３と第２加圧室１３の隙間を通って第２加圧室１３の先端に向かう流れ４２と、第２プランジャ３と第２加圧室１３の隙間をシール近傍空間４４に向かう流れ４３に分かれる。シール近傍に向かった流れ４３は、シール近傍空間４４内を流れた後（流れ４５）に、第２プランジャ３と第２加圧室１３の隙間を通って(流れ４６)、第２加圧室１３の先端に向かう。流れ４６は流れ４２と合流して、吐出通路１１を通って第２加圧室１３から流出する。

第２吸引通路１０４は第２加圧室１３の下限点側に配置されている。また第２吐出通路１１は第２加圧室の１３の上限点側に配置されている。この構成で第２プランジャ３が上限点近傍に停止していると、第２プランジャ３と第２加圧室１３の隙間が長手方向に長く、流体抵抗が大きい。これにより、流れ４３、４５、４６を合わせた流体抵抗が流れ４２の流体抵抗に近づくので、流れ４３の流量が大きくなる。これによって、シール近傍空間４４内の溶媒置換が速くなり、第２加圧室１３内全体の溶媒置換も速くなる。

図４は、第２プランジャ３が下限点で停止した場合の流れの概略を説明する図である。第２プランジャ３が下限点で停止していると、第２吸引通路１０４の出口から第２プランジャ３上方にある第２加圧室１３内の空間までの距離が短いので、流れ４２の流体抵抗が図３の場合に比べて小さい。これにより、シール近傍空間４４への流れ４３の流量が小さくなるので、シール近傍空間４４の溶媒は置換されにくく、第２加圧室１３内全体の溶媒の時間も遅い。

図２～図３で説明した動作とは異なり、溶媒置換工程において、第２プランジャ３が上限点から下限点の間を往復駆動する動作によっても、溶媒を置換することができる。この動作は、図３と図４の中間の態様ということができる。したがって溶媒置換は、図４よりは速いが図３よりも遅い（図５において改めて示す）。したがって図２～図３で説明した動作が望ましいといえる。

図５は、流体シミュレーションにより第２加圧室１３内の溶媒置換率の時間変化を計算した結果を示す。第２プランジャ３が上限点で停止した場合（実線）、下限点で停止した場合（破線）、上限点と下限点の間を往復駆動した場合（１点鎖線）それぞれにおける、第２加圧室１３内の溶媒置換率を示した。図５より、第２プランジャ３を上限点で停止した場合が、最も速く溶媒を置換できることがわかる。

図６は、第２吸引通路１０４が第２加圧室１３の上限点側に配置され、第２吐出通路１１は第２加圧室１３の上限点側に配置されている場合における、第２加圧室１３内部に生じる流れと溶媒置換の概略を説明する図である。この構成においては、第２加圧室１３先端の容積が大きいので、第２吸引通路１０４から流入した溶媒の流れのほとんどは第２加圧室１３先端を通って第２吐出通路１１から流出し、第２プランジャ３と第２加圧室１３の隙間からシール近傍空間４４に向かう流れ４２の流量は小さい。したがって、シール近傍空間４４の溶媒が置換されにくい。ただし、第２プランジャ３が上限点に近いほど、第２加圧室１３先端の容積が小さくなり、シール近傍空間４４に向かう流れ４２の流量は大きくなる。したがって、図６に示す第２吸引通路１０４と第２吐出通路１１の配置においても、第２プランジャ３が上限点で停止する場合に溶媒置換がもっとも速くなる。

図７は、第２吸引通路１０４が第２加圧室１３の下限点側に配置され、第２吐出通路１１は第２加圧室１３の下限点側に配置されている場合における、第２加圧室１３内部に生じる流れと溶媒置換の概略を説明する図である。この構成においては、第２加圧室１３先端部分が第２吸引通路１０４と第２吐出通路１１からともに遠くなるので、第２加圧室１３先端部分がよどみ部になり、流れはほとんど発生しない。ただし、第２プランジャ３が上限点に近いほど、第２加圧室１３先端の容積が小さい。したがって、図７に示す第２吸引通路１０４と第２吐出通路１１の配置においても、第２プランジャ３が上限点で停止する場合に溶媒置換がもっとも速くなる。

図８は、第２吸引通路１０４が第２加圧室１３の上限点側に配置され、第２吐出通路１１は第２加圧室１３の下限点側に配置されている場合における、第２加圧室１３内部に生じる流れと溶媒置換の概略を説明する図である。この構成においては、第２吸引通路１０４から流入した溶媒の流れは、第２加圧室１３の先端を通った後に第２プランジャ３と第２加圧室１３の隙間を通って吐出通路１１に向かう流れ４８と、第２プランジャ３と第２加圧室１３の隙間に直接流入する流れ４２に分離する。流れ４２は、シール近傍空間４４内を流れた後（流れ４５）に、第２プランジャ３と第２加圧室１３の隙間を通って（流れ４６）、第２吐出通路１１に向かう。第２プランジャ３が上限点で停止していると、第２プランジャ３と第２加圧室４２の隙間が長手方向に長く、流体抵抗が大きい。これにより、流れ４２、４５、４６を合わせた流体抵抗が流れ４８の流体抵抗に近づくので、流れ４２の流量が大きくなる。これによって、シール近傍空間４４内の溶媒置換が速く、第２加圧室１３内全体の溶媒置換も速い。したがって、図８に示す第２吸引通路１０４と第２吐出通路１１の配置においても、第２プランジャ３が上限点で停止する場合に溶媒置換がもっとも速くなる。

＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る送液ポンプ１は、溶媒置換時に第２プランジャ３が上限点（またはその近傍）に停止し、第１プランジャ２が往復摺動する。これにより、第２プランジャ３が下限点で停止する場合（図４）や、上限点から下限点まで往復する場合と比べて、溶媒置換速度を高めることができる。この効果は、第２吸引通路１０４と第２吐出通路１１がそれぞれ上限点側と下限点側いずれに配置されている場合であっても同様である。

本実施形態１に係る送液ポンプ１は、溶媒置換時に第２プランジャ３を停止させることにより、第２プランジャ３を移動させる場合よりも第２シール６２の寿命が長くなる。また後述の実施形態３で説明するように、溶媒置換時に第１プランジャ２が停止して第２プランジャ３のみが移動する場合に比べて、第１プランジャポンプ１０１の分だけ吸引側の圧力損失が小さいので、溶媒のキャビテーションが発生しにくい。

＜実施の形態２＞
図９は、本発明の実施形態２に係る送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。送液ポンプ１の構成は実施形態１と同様である。本実施形態２において、通常送液工程は、上限点を基準位置として実施する。以下図９を用いて、実施形態１との差異点を中心に説明する。

通常送液工程において、第１プランジャ２と第２プランジャ３はともに上限点を基準として動作する。まず、第１電磁弁８１が開状態、第２電磁弁８２が閉状態、パージバルブ３１１がインジェクタ５３側に接続した状態で通常送液が実施され、第１溶媒５１１がインジェクタ５３側へ送液される。移行工程においては、この状態から第１プランジャ２と第２プランジャ３が一旦停止し、パージバルブ３１１が排液タンク３１３側に切り替わる。そして、第１プランジャ２が上限点へ上昇した後に、第２プランジャ３が上限点へ上昇する。その後、第１電磁弁８１が閉状態、第２電磁弁８２が閉状態に切り替わる。溶媒置換工程においては、この状態から、第２プランジャ３は停止したまま、第１プランジャ２のみが上限点と下限点の間を往復動作することにより、送液ポンプ１内の溶媒が第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へと置換される。

溶媒置換から通常分析への移行工程においては、まず、第１プランジャ２が下降し、その後、第１プランジャ２が再び上限点へ移動しながら、第２プランジャ３が必要な距離だけ下降する。その後、パージバルブ３１１をインジェクタ５３側に切り替え、通常送液を開始する。

図９のように、通常送液工程において上限点を基準としてプランジャを駆動し、その後に溶媒置換を実施する場合、下限点を基準とした通常送液に比べて、通常送液工程から溶媒置換工程に移行するまでの時間（移行工程の期間）が短い。プランジャを下限点から上限点まで移動させる必要がないからである。したがって通常送液から溶媒置換への移行期間を短くしたい場合は図９のような動作が有利である。

＜実施の形態３＞
図１０は、本発明の実施形態３に係る送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。送液ポンプ１の構成は実施形態１と同様である。本実施形態３においては、実施形態１とは異なり、溶媒置換工程において第１プランジャ２を上限点で停止し、第２プランジャ３のみを駆動する。以下図１０を用いて、実施形態１との差異点を中心に説明する。

図１０に示した運転方法において、通常送液から溶媒置換への移行工程、および溶媒置換から通常送液への移行工程は、実施形態１と同一である。溶媒置換工程において、第１プランジャ２は停止したまま、第２プランジャ３のみが上限点と下限点の間を往復動作する。第１プランジャ２が停止しているので、第１プランジャ２が駆動する実施形態１に比べて第１シール６１の寿命が長くなる。

＜実施の形態４＞
図１１は、本発明の実施形態４に係る送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。送液ポンプ１の構成は実施形態１と同様である。本実施形態４においては、溶媒置換する際に、第１プランジャ２が往復摺動する動作と第２プランジャ３が往復摺動する動作を交互に実施する。以下図１１を用いて、実施形態１との差異点を中心に説明する。

図１１に示した運転方法において、通常送液から溶媒置換への移行工程、および溶媒置換から通常送液への移行工程は、実施形態１と同一である。溶媒置換工程において、まず第１プランジャ２が上限点から下限点へ下降し、その後、再び上限点へ上昇する。このとき、第２プランジャ３は上限点で停止している。次に、第１プランジャ２は上限点で停止した状態で、第２プランジャ３が上限点から下限点へ下降し、その後、再び上限点へ上昇する。このように第１プランジャ２が往復摺動する動作と第２プランジャ３が往復摺動する動作を繰り返して溶媒を置換する。

図１１の動作によって、図３に示したシール近傍空間への流れが第１加圧室１２と第２加圧室１３ともに生じ、いずれにおいても効果的に溶媒を置換することができる。また溶媒置換工程において、第１プランジャ２と第２プランジャ３が同じ距離を移動するので、第１シール６１に加わる負荷と第２シール６２に加わる負荷が同程度となり、実施形態１～３に示したようにどちらか一方のプランジャのみが駆動する場合と比較して平均的なシール寿命が長い。

図１１においては、第１プランジャ２が動作する期間と第２プランジャ３が動作する期間が１往復ごとに切り替わる例を示したが、必ずしも１往復ごとに第１プランジャ２と第２プランジャ３を切り替える必要はない。例えば２往復ごとに切り替えてもよいし、第１プランジャ２が２往復した後に第２プランジャ３が１往復するなどの変形動作であってもよい。すなわち、第１プランジャ２と第２プランジャ３のうち一方が往復しているとき他方が一時停止すればよい。

＜実施の形態５＞
図１２は、本発明の実施形態５に係る送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。送液ポンプ１の構成は実施形態１と同様である。本実施形態５においては、溶媒置換する際に、第１プランジャ２は上限点と下限点の間を往復運動し、第２プランジャ３は上限点を基準として第１プランジャ２とは反対向きに僅かに移動する。以下図１２を用いて、実施形態１との差異点を中心に説明する。

図１２に示した運転方法において、通常送液から溶媒置換への移行工程、溶媒置換から通常送液への移行工程は、実施形態１と同一である。溶媒置換工程において、まず第１プランジャ２が上限点から下限点へ下降する。その後、第１プランジャ２が再び上限点へ上昇すると同時に、第２プランジャ３はわずかに下降する。その後、第１プランジャ２の上限点と下限点との往復運動に合わせて、第２プランジャ３が第１プランジャ２とは反対向きに上昇と下降を繰り返す。溶媒置換動作から通常分析への移行工程においては、まず、第１プランジャ２が下限点へ移動し、第２プランジャ３が上限点へ移動する。その後は実施形態１と同様に、第１プランジャ２が再び上限点へ移動しながら、第２プランジャ３が下限点へ移動し、その後に再度、第１プランジャ２が下限点へ移動する。

図１３は、溶媒置換工程において、第１プランジャ２が上昇するとき第２プランジャ３が下降する際の第２加圧室１３内部の流れの概略を示す図である。第２プランジャ３が下降することにより、溶媒が第２シール６２の方へ引きずられる流れ４７が発生する。このとき、第２プランジャ３が下降して第２プランジャ３と第２加圧室１３の隙間が長くなることにより、流れ４２の方向に流れやすくなる効果よりも、流れ４７が流れ４３に加わる効果のほうが相対的に大きくなれば、シール近傍空間４４への流れ４３が大きくなる。これにより第２加圧室１３内部全体として溶媒置換が速くなる。

図１２に示した第１プランジャ２の動きと第２プランジャ３の動きは、それぞれの役割が逆（第１プランジャ２が上限点を基準にわずかに動き、第２プランジャ３が上限点と下限点の間を往復する）でもよいし、一往復もしくは数往復ごとに交互に役割を交換してもよい。

＜実施の形態６＞
図１４は、本発明の実施形態６に係る送液ポンプ１が溶媒を第１溶媒５１１から第２溶媒５１２へ置換する際の運転方法を表した図である。送液ポンプ１の構成は実施形態１と同様である。本実施形態６においては、溶媒置換する際に、第１プランジャ２は上限点と下限点の間を往復運動し、第２プランジャ３は上限点を基準として第１プランジャ２と同じ向きに僅かに移動する。以下図１４を用いて、実施形態１との差異点を中心に説明する。

図１４に示した運転方法において、通常送液から溶媒置換への移行工程、溶媒置換から通常送液への移行工程は、実施形態１と同一である。溶媒置換工程において、第１プランジャ２が上限点から下限点へ下降すると同時に、第２プランジャ３はわずかに下降する。その後、第１プランジャ２が上限点へ向かって上昇すると当時に第２プランジャ３が上限点へ上昇する。その後、第１プランジャ２の上限点と下限点との往復運動に合わせて、第２プランジャ３が第１プランジャ２と同じ向きに上昇と下降を繰り返す。その他は実施形態５と同じである。

図１５は、溶媒置換工程において、第１プランジャ２が上昇するとき第２プランジャ３が上昇する際の第２加圧室１３内部の流れの概略を示す図である。第２プランジャ３が上昇することにより、溶媒が第２加圧室１３先端の方へ引きずられる流れ４８が発生する。これによって、流れ４２が大きくなり、よどみ部において第２加圧室１３先端部へ向かう流れが大きくなり、第２加圧室１３内部全体として溶媒置換が速くなる。

図１４に示した第１プランジャ２の動きと第２プランジャ３の動きは、それぞれの役割が逆（第１プランジャ２が上限点を基準にわずかに動き、第２プランジャ３が上限点と下限点の間を往復する）でもよいし、一往復もしくは数往復ごとに交互に役割を交換してもよい。

＜本発明の変形例について＞
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

以上説明した実施形態の派生として、プランジャが往復する区間は厳密に上限点と下限点の間でなくてもよく、またプランジャが停止する位置は厳密に上限点である必要はない。例えば実施形態１において、第１プランジャ２が上限点より下方を基準に溶媒置換するのであれば、通常送液から溶媒置換までの移行時間が短くなる。同様に、第２プランジャ３の停止位置が上限点より下方であれば、通常送液から溶媒置換までの移行時間が短くなる。溶媒置換に割り当てられる時間が固定されている場合は、このような駆動方法で移動時間を短くして溶媒を置換することにより、溶媒の置換率が高くなることもある。

図１における送液ポンプ１の構成において、第１プランジャポンプ１０１と第２プランジャポンプ１０２の構成要素の形状は同一である必要はない。例えば、第２プランジャ３の外径が第１プランジャの外径よりも細くてもよい。また、第２加圧室１３の深さ（第２プランジャ３の最大ストローク）が第１加圧室１２の深さよりも短くてもよい。シリンダの内径、長さ、シール部の容積、先端よどみ部の容積などの、ポンプ形状に関する各パラメータに応じて、溶媒置換が最短になるように運転方法を適切に選択すればよい。

以上の実施形態において、送液ポンプ１に対して導入する溶媒を切り替える機構として第１電磁弁８１と第２電磁弁８２を例示したが、その他適当な機構を用いて溶媒を切り替えるようにしてもよい。

送液する溶媒の液性によって、各実施形態に示した溶媒置換の効果の優劣が異なる。したがって、溶媒の種類に応じて各実施形態に係る運転方法を適切に選択することにより、溶媒置換にかかる時間を短くすることができる。

１：送液ポンプ
２：第１プランジャ
３：第２プランジャ
４：第１逆止弁
５：第２逆止弁
１０：第１吸引通路
１１：第２吐出通路
１２：第１加圧室
１３：第２加圧室
５０：コントローラ
５３：インジェクタ
５４：分離カラム
５５：検出器

Claims (13)

1. 液体を吸引または吐出する送液ポンプであって、
   第１プランジャが摺動することにより前記液体を吸引または吐出する第１プランジャポンプ、
   第２プランジャが摺動することにより前記液体を吸引または吐出する第２プランジャポンプ、
   前記送液ポンプに対して導入する前記液体を切り替える液体切替機構、
   を備え、
   前記第１プランジャポンプと前記第２プランジャポンプは、前記液体が移動する経路上において互いに直列接続されており、
   前記第１プランジャは、前記第１プランジャポンプの内部において、第１下限点と第１上限点との間で移動することができるように構成されており、
   前記第２プランジャは、前記第２プランジャポンプの内部において、第２下限点と第２上限点との間で移動することができるように構成されており、
   前記第２プランジャポンプの内部には、前記第２上限点よりも前記第２下限点に近い位置において、前記第２プランジャポンプの本体と前記第２プランジャとの間を封止する第２プランジャシールが配置されており、
   前記送液ポンプの内部の前記液体を入れ替えるとき、前記第１プランジャは、前記第１下限点と前記第１上限点との間の空間を往復摺動し、
   前記送液ポンプの内部の前記液体を入れ替えるとき、前記第２プランジャは、前記第２下限点よりも前記第２上限点に近い位置で少なくとも一時停止するかまたは前記送液ポンプが前記液体を吸引および吐出するときよりも短い距離を往復摺動する
   ことを特徴とする送液ポンプ。
2. 前記送液ポンプの内部の前記液体を入れ替えるとき、前記第１プランジャは、前記第１下限点と前記第１上限点との間の空間を１往復摺動した後に一時停止し、
   前記送液ポンプの内部の前記液体を入れ替えるとき、前記第２プランジャは、前記第１プランジャが前記第１下限点と前記第１上限点との間の空間を往復摺動している間は一時停止するとともに、前記第１プランジャが一時停止している間は前記第２下限点と前記第２上限点との間の空間を往復摺動する
   ことを特徴とする請求項１記載の送液ポンプ。
3. 前記送液ポンプの内部の前記液体を入れ替えるとき、前記第１プランジャが吸引動作する期間において前記第２プランジャは吐出動作し、前記第１プランジャが吐出動作する期間において前記第２プランジャは吸引動作する
   ことを特徴とする請求項１記載の送液ポンプ。
4. 前記送液ポンプの内部の前記液体を入れ替えるとき、前記第１プランジャが吸引動作する期間において前記第２プランジャは吸引動作し、前記第１プランジャが吐出動作する期間において前記第２プランジャは吐出吸引動作する
   ことを特徴とする請求項１記載の送液ポンプ。
5. 前記送液ポンプはさらに、
   前記第２プランジャポンプに対して前記液体を導入する吸引通路、
   前記第２プランジャポンプから前記液体を吐出する吐出通路、
   を備え、
   前記吐出通路と前記第２下限点との間の距離は、前記吸引通路と前記第２下限点との間の距離よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１記載の送液ポンプ。
6. 前記送液ポンプはさらに、
   前記第２プランジャポンプに対して前記液体を導入する吸引通路、
   前記第２プランジャポンプから前記液体を吐出する吐出通路、
   を備え、
   前記吐出通路と前記第２下限点との間の距離は、前記吸引通路と前記第２下限点との間の距離と同じである
   ことを特徴とする請求項１記載の送液ポンプ。
7. 前記吸引通路と前記吐出通路は、前記第２上限点よりも前記第２下限点に近い位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項６記載の送液ポンプ。
8. 前記送液ポンプはさらに、
   前記第２プランジャポンプに対して前記液体を導入する吸引通路、
   前記第２プランジャポンプから前記液体を吐出する吐出通路、
   を備え、
   前記吐出通路と前記第２下限点との間の距離は、前記吸引通路と前記第２下限点との間の距離よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１記載の送液ポンプ。
9. 前記第１プランジャポンプは、前記送液ポンプが前記液体を吸引および吐出するとき、前記第１下限点と、前記第１下限点よりも前記第１上限点に近い位置との間で往復摺動し、
   前記第２プランジャポンプは、前記送液ポンプが前記液体を吸引および吐出するとき、前記第２下限点と、前記第２下限点よりも前記第２上限点に近い位置との間で往復摺動する
   ことを特徴とする請求項１記載の送液ポンプ。
10. 前記第１プランジャポンプは、前記送液ポンプが前記液体を吸引および吐出するとき、前記第１上限点と、前記第１上限点よりも前記第１下限点に近い位置との間で往復摺動し、
    前記第２プランジャポンプは、前記送液ポンプが前記液体を吸引および吐出するとき、前記第２上限点と、前記第２上限点よりも前記第２下限点に近い位置との間で往復摺動する
    ことを特徴とする請求項１記載の送液ポンプ。
11. 前記第１プランジャポンプは前記液体切替機構と接続されており、
    前記第２プランジャポンプは前記液体を前記送液ポンプの外に対して吐出する
    ことを特徴とする請求項１記載の送液ポンプ。
12. 前記第２プランジャポンプは前記液体切替機構と接続されており、
    前記第１プランジャポンプは前記液体を前記送液ポンプの外に対して吐出する
    ことを特徴とする請求項１記載の送液ポンプ。
13. 請求項１記載の送液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。

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