カラム保持機構および向流クロマトグラフ装置
【課題】カラムの自転と公転とが非同期で作動する向流クロマトグラフ装置を提供する。
【解決手段】向流クロマトグラフ装置は、互いに反対方向に等しい角速度で自転する第１、第２カラム４、６を備え、各カラム４、６は公転しながら自転する。各カラム４、６の螺旋状流路内で溶液とした試料混合物から目的物質を分離する。第１カラム４下端にはロワーシャフト２１が備えられ、ロワーシャフト２１は試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の給液口１５ｅを保持する。ロワーシャフト２１には第１の回転シール機構３４が回転自在に組み付けられ、第１の回転シール機構３４は供給管３６を給液口１５ｅに液密に連通させる。第２カラム６下端にはロワーシャフト３１が備えられ、ロワーシャフト３１は分離した物質が溶解した移動相となる溶媒及び移動相となる溶媒の排液口１５ｆを保持する。ロワーシャフト３１には第２の回転シール機構３５が回転自在に組み付けられ、第２の回転シール機構３５は排液管３７を給液口１５ｆに液密に連通させる。
【解決手段】向流クロマトグラフ装置は、互いに反対方向に等しい角速度で自転する第１、第２カラム４、６を備え、各カラム４、６は公転しながら自転する。各カラム４、６の螺旋状流路内で溶液とした試料混合物から目的物質を分離する。第１カラム４下端にはロワーシャフト２１が備えられ、ロワーシャフト２１は試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の給液口１５ｅを保持する。ロワーシャフト２１には第１の回転シール機構３４が回転自在に組み付けられ、第１の回転シール機構３４は供給管３６を給液口１５ｅに液密に連通させる。第２カラム６下端にはロワーシャフト３１が備えられ、ロワーシャフト３１は分離した物質が溶解した移動相となる溶媒及び移動相となる溶媒の排液口１５ｆを保持する。ロワーシャフト３１には第２の回転シール機構３５が回転自在に組み付けられ、第２の回転シール機構３５は排液管３７を給液口１５ｆに液密に連通させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、惑星運動するカラムを作動させながら溶液に溶解させた試料混合物からの目的物質の分離を行うためのカラム保持機構およびこの機構を備えた向流クロマトグラフ装置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が発展しつつある。向流クロマトグラフ装置は、固定相となる溶媒および移動相となる溶媒とが導入される螺旋状の流路を有し、この螺旋状流路は例えばフローチューブが螺旋状に形成されることで形成される。螺旋状流路を備えたカラムは、螺旋外部の公転軸のまわりを公転しながら螺旋内を貫通する自転軸を中心に自転し、螺旋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。螺旋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螺旋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螺旋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螺旋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螺旋状流路内に一定の割合で保持され、螺旋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】
特許文献３に示される向流クロマトグラフ装置が開発された。この向流クロマトグラフ装置は、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。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）に自転しており、改善が図られている。
更に最近は、特許文献４に示される汎用型の向流クロマトグラフ装置が開発された。この装置は従来のカラムの公転と同じ方向（順方向）の自転を行うカラムと、逆方向に自転するカラムとを交互に装着し、フローチューブの捩れを解消しながら回転するため、対角線上に位置する同方向に自転するカラムどうしをフローチューブで連結することでそれぞれの回転に特徴的な分離を行うことが可能である。即ち、順方向の自転では従来の向流クロマトグラフ装置と同じ有機溶媒−水系二相溶媒の使用による分離ができ、逆方向の自転では水性二相溶媒の使用による分離ができる。
【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、従来の汎用型の向流クロマトグラフ装置では、公転に同期して公転方向とは逆方向に自転するカラムは相対的には全く回転していない。即ち、装置の外に立ってカラムを見た場合、カラムの自転はカラムの公転による回転と相殺され、全く回転しない状態となる。そのため、逆方向の自転による水性二相溶媒でのより効率的なタンパク質分離効果を検証するためには、非同期型逆回転機構を付け加えることが必要となった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のカラム保持機構は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、
公転軸と同軸に配置されると共に回転自在に支持された公転軸パイプと、
この公転軸パイプの近傍に公転軸と略並行に配置されて前記公転軸を中心として公転軸パイプと一体的に公転するカラムと、
前記公転軸パイプから出され前記カラムを通って再び公転軸パイプに戻るフローチューブと
を備え、前記カラムを自転可能に支持したカラム保持機構であって、
前記カラムは少なくとも２つ設けられ、前記カラムと前記公転軸パイプとの間を中継するフローチューブを断絶して捩れを解消すると共に、前記断絶されたチューブを液密に連通させる回転シール機構を設けたことを特徴とする。
回転シール機構は、好ましくはＯリングを備え、さらにオイルシール、条溝、それらの組み合わせを備えてもよい。このとき、Ｏリングは同心リング状に複数個配置することが好ましい。
また、少なくとも２つのカラムからなるカラム群を少なくとも２組備えることもできる。
このカラムは自転軸の一端側から他端側にフローチューブを螺旋状に形成したものを備えることができ、２つのカラムのうち、一方に、前述した自転軸の一端側から他端側にフローチューブを螺旋状に形成したものを備え、他方については、フローチューブを螺旋状に形成しない構造としてもよい。
さらに、カラムは、公転速度と非同期に自転させてもよい。
また、本発明のクロマトグラフ装置は、上述のカラム保持機構を備えることを特徴とし、さらに、カラム保持機構は、上壁、側壁及び底壁によって囲まれ、底壁面の法線方向に配向された公転軸を中心に公転することもできる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のカラム保持機構によれば、螺旋状流路の自転と公転とを非同期で作動させることができる。また、螺旋状流路を有するカラムの自転が公転に対して非同期で作動可能となったことにより、試料溶液の分離時の公転速度および自転速度の組み合わせのバラエティが増え、分離効率がよく用途の範囲が広がる向流クロマトグラフ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】自転方向の異なる２つのカラムを備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した説明図である。
【図２】自転方向の異なる２つのカラムを備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した斜視図である。
【図３】同方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つのカラムとを公転軸のまわりに交互に配置した向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した斜視図である。
【図４】公転方向と反対まわりに自転するカラムとこのカラムと反対方向に自転する保持体とを１つずつ備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した説明図である。
【図５】公転方向と反対まわりに自転するカラムとこのカラムと反対方向に自転する１つの保持体とを備えたカラムおよび保持体の保持機構を概略的に示した斜視図である。
【図６】公転方向と異なる方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つの保持体とを公転軸まわりに交互に配置したカラムおよび保持体の保持機構を概略的に示した斜視図である。
【図７】公転方向と同方向に自転するカラムとこのカラムと反対方向に自転する保持体とを１つずつ備えたカラム保持機構を概略的に示した説明図である。
【図８】公転方向と同方向に自転する１つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する１つの保持体とを備えたカラム保持機構を概略的に示した斜視図である。
【図９】公転方向と同方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つの保持体とを公転軸まわりに交互に配置した向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構について概略的に示した斜視図である。
【図１０】二相溶媒を使用して目的物質を分離するカラムを備えた向流クロマトグラフ装置の構成を概略的に示した説明図である。
【図１１】向流クロマトグラフ装置に回転自在に搭載されたロータリーフレームユニットを上から観察した平面図である。
【図１２】カラムの一端に装着された回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。
【図１３】条溝の形成されたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。
【図１４】オイルシールを備えたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。
【図１５】条溝およびオイルシールを備えたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。
【図１６】公転速度と自転速度との関係について、従来のクロマトグラフ装置および本願のクロマトグラフ装置の特性を示した説明図である。
【図１７】図１６で描画された公転速度および自転速度を合成した総合的なカラム回転速度を横軸として特性ラインをプロットした説明図である。
【図１８】中継するフローチューブの両端に回転シール機構を設けたクロマトグラフ装置の概要を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の向流クロマトグラフ装置について説明する。本発明は、螺旋状流路を有するカラムの自転と公転とを非同期で作動させることができ、試料溶液中の目的物質の分離時の公転速度および自転速度の組み合わせのバラエティが増え、分離効率がよく用途の範囲が広がる向流クロマトグラフ装置を提供することを目的とする。この目的を達成するため本発明は、公転軸と同軸に配置されると共に回転自在に支持された公転軸パイプと、この公転軸パイプの近傍に公転軸と略並行に配置されて前記公転軸を中心として公転軸パイプと一体的に公転するカラムと、前記公転軸パイプから出され前記カラムを通って再び公転軸パイプに戻るフローチューブとを備え、前記カラムを自転可能に支持したカラム保持機構であって、前記カラムは少なくとも２つ設けられ、前記カラムと前記公転軸パイプとの間を中継するフローチューブを断絶して捩れを解消すると共に、前記断絶されたチューブを液密に連通させる回転シール機構を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明は、非同期型逆回転機構を達成するために、新たに回転シール機構を考案、製作して向流クロマトグラフ装置に組み込んだものである。回転シール機構は、例えばカラム下部に取り付けられ、機構内に導入された送液チューブが機構内で一旦断絶されて捩れが解消され、再び近傍に導入された送液チューブを接続した構成になっており、送液チューブ断絶部はチューブ内を流れる溶液が高速回転で液漏れを生じない構造となっている。非同期型逆回転機構を設置した結果、カラムは公転速度に対して非依存的に自転速度を設定することが可能になった。これは、従来型の同期型逆回転機構に加え、向流クロマトグラフ装置に新たな分離機構の可能性を示すものであり、水性二相溶媒によるタンパク質の分離効率が更に向上することが期待されるものである。
本発明のクロマトグラフ装置は螺旋状流路を有する１つ又は複数のカラムを備えることができる。例えば、図１〜１０に示す向流クロマトグラフ装置が可能である。以下に各実施態様についてより具体的に説明する。
図１は、自転方向の異なる２つのカラムを備えた向流クロマトグラフ装置を自転軸および公転軸を含む平面で切断してその構成を概略的に示した説明図である。また、図２は、図１に示した自転方向の異なる２つのカラムを備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した斜視図である。
図１および図２に示すように、本発明の向流クロマトグラフ装置は、公転軸Ｒと略平行な自転軸Ｓ１を有し公転軸Ｒを中心に公転しつつ公転方向と同方向に角速度γで自転する第１カラム４、自転軸Ｓ２を有し公転軸Ｒを中心に公転しつつ公転方向と反対方向に角速度γで自転する第２カラム６、カラム４へフローチューブを導入しカラム６からのフローチューブ１５を外部へ導出するための公転軸パイプ２などを備える。フローチューブ１５は第１、第２カラム４、６の近傍で一旦断絶され、この断絶部には回転シール機構３４、３５が設けられている。回転シール機構３４、３５は断絶されたフローチューブの一方と他方とを相対的に回転自在にかつ液密に連通させる。第１、第２カラム４、６はそれぞれフローチューブにより形成される螺旋状流路を備え、螺旋状流路は互いに連通している。回転シール機構３４、３５はそれぞれ第１カラム４、第２カラム６の下部に組み付けられており、従って第１、第２カラム４、６の下部でフローチューブ１５は一旦断絶している。フローチューブについて、公転軸パイプ２内から第１カラム４下部に配置された回転シール機構３４までの部分は試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を螺旋状流路へ供給する供給管３６として機能し、第２カラム６下部に配置された回転シール機構３５から公転軸パイプ２内までの部分は螺旋状流路を経た液体を排出するための排液管３７として機能する。
【００１１】
第１カラム４は、フローチューブ１５とこのフローチューブ１５が巻かれるホルダ１７とを備え、フローチューブ１５はホルダ１７の一端側から他端側に螺旋状に巻かれている。ホルダ１７は両端部にフランジ１７ａ、１７ｂが設けられたリール形状に形成され、両フランジ１７ａ、１７ｂ間にフローチューブ１５が巻きつけられてフローチューブ１５が螺旋状に形成された螺旋部１５ｂが形成される。この螺旋部１５ｂ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螺旋状流路が形成され、この螺旋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。
【００１２】
上側フランジ１７ａおよび下側フランジ１７ｂにはそれぞれアッパーシャフト２０、ロワーシャフト２１が設けられ、アッパーシャフト２０およびロワーシャフト２１の中心を自転軸Ｓ１が貫通する。アッパーシャフト２０およびロワーシャフト２１はそれぞれフローチューブ１５を折り曲げて保持し、フローチューブ１５の螺旋部１５ｂが維持される。アッパーシャフト２０はホルダ１７内に向かうフローチューブ１５を上側フランジ１７ａ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１５は上側フランジ１７ａの周縁部に穿たれた開口１７ｃを通り両フランジ間に通される。両フランジ間で螺旋状に形成されたフローチューブ１５は下側フランジ１７ｂの周縁部に穿たれた開口１７ｄを通り、開口１７ｄから延出したフローチューブ１５の端部はロワーシャフト２１によって下側フランジ１７ｂの中心部で自転軸Ｓ１に合わせて折り曲げられて保持される。ロワーシャフト２１によって保持されたフローチューブ１５の端部開口は外部から供給される試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を螺旋状流路に導く給液口１５ｅとなる。
【００１３】
螺旋部１５ｂによって形成される螺旋状流路の容量や構成部材等は適宜定めることができる。例えば、螺旋状流路は、略４０ｍｌの容量を有し、内径０．８ｍｍのポリテトラフルオロエチレン（以降、ＰＴＦＥという）製チューブを螺旋状に形成して構成することができる。なお、ここでは内径が０．８ｍｍのＰＴＦＥチューブを用いて容量が略４０ｍｌの螺旋部１５ｂを形成したが、カラムのスペックはこれに限らず、適宜変更してよい。例えば、内径が１．２ｍｍのより太めのＰＴＦＥ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の螺旋部を作製することができ、処理能力の向上が期待できる。
【００１４】
ロワーシャフト２１には第１の回転シール機構３４が組み付けられている。第１の回転シール機構３４はロワーシャフト２１に対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管３６をロワーシャフト２１に保持されたフローチューブ１５の給液口１５ｅに液密に連通させる。第１の回転シール機構３４が供給管３６を給液口１５ｅに連通させることにより、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を螺旋部１５ｂの螺旋状流路に供給することができ、ロワーシャフト２１は供給管３６に対して自在に回転することができる。これにより、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を漏出させることなく第１カラム４に供給でき、かつ第１カラム４の自転速度を、公転速度に拘束されることなく自由に定めることが可能となる。
【００１５】
第２カラム６はフローチューブ１５とこのフローチューブ１５を保持するホルダ２５とを備える。ホルダ２５は両端部にフランジ２５ａ、２５ｂが設けられたリール形状に形成され、各フランジ２５ａ、２５ｂの周縁部には開口２５ｃ、２５ｄが穿たれている。上側フランジ２５ａ、および下側フランジ２５ｂにはそれぞれアッパーシャフト３０、ロワーシャフト３１が設けられ、アッパーシャフト３０およびロワーシャフト３１の中心を自転軸Ｓ２が貫通している。アッパーシャフト３０はホルダ２５内に向かうフローチューブ１５を上側フランジ２５ａ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１５は開口２５ｃを通りフランジ間に通される。両フランジ２５ａ、２５ｂ間に通されたフローチューブ１５が巻かれて螺旋部１５ｄが形成され、この螺旋部１５ｄ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螺旋状流路が形成される。この螺旋状流路で試料混合物からの目的物質の分離が実行される。両フランジ間で螺旋状に形成されたフローチューブ１５は下側フランジ２５ｂの周縁部に穿たれた開口２５ｄを通り、開口２５ｄから延出したフローチューブ１５の端部はロワーシャフト３１によって下側フランジ２５ｂの中心部で自転軸Ｓ２に合わせて折り曲げられて保持される。ロワーシャフト３１によって保持されたフローチューブ１５の端部開口は螺旋部１５ｄ内の分離された試料物質を移動相となる溶媒と共に溶液を排出するための排液口１５ｆとなる。
【００１６】
ロワーシャフト３１には第２の回転シール機構３５が組み付けられている。第２の回転シール機構３５はロワーシャフト３１に対して回転自在に組み付けられ、分離された試料物質を移動相となる溶媒と共にカラム外部に排液するための排液管３７をロワーシャフト３１に保持されたフローチューブ１５の排液口１５ｆに液密に連通させる。第２の回転シール機構３５が排液管３７を排液口１５ｆに液密に連通させることにより、フローチューブ１５内の液体を外部に排出することができ、ロワーシャフト３１は排液管３７に対して自在に回転することができる。これにより、液体を漏出させることなく第２カラム６から排出でき、第２カラム６の自転速度を、公転速度に拘束されることなく自由に定めることが可能となる。
【００１７】
第１カラム４のアッパーシャフト２０から延出したフローチューブ１５は公転軸パイプ２の傍を通過して第２カラム６に導かれる。第１、第２カラム４、６との間を中継するフローチューブ１５の中継部１５ｃは、上に突き出たアーチ状となり、中継部１５ｃが捩れることはない。
【００１８】
フローチューブ１５、供給管３６、排液管３７の材質は特に制限されないが、耐磨耗性、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、上述のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）以外にも、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る。
【００１９】
以上のように、本態様では第１カラム４は公転しながら公転方向と同方向に自転し、第２カラム６は公転しながら公転方向と反対方向に自転する。ここで、第１カラム４の自転方向と第２カラム６の自転方向とは逆方向であるが角速度は同じγに合わせられているため中継部１５ｃが捩れることなく、さらに第１、第２の回転シール機構３４、３５を備えたから第１、第２カラム４、６を公転に対して非同期で自転させることができる。
【００２０】
上述したように、図１、２では自転方向が反対のカラムがそれぞれ１個の態様を例示したが、自転方向が反対のカラムの個数はそれぞれ１個に限らず、それぞれ２個以上にすることもできる。
図３は、同方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つのカラムとを公転軸のまわりに交互に配置した向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した斜視図である。
図３に示すように、公転軸Ｒの周囲には、第１カラム４１、第２カラム４２、第３カラム４３、第４カラム４４が、公転軸Ｒの周りで略等間隔を隔てて設けられている。第１〜第４カラム４１〜４４は、それぞれの自転軸Ｓ１〜Ｓ４が公転軸Ｒと略平行をなすように配置され、第１、第３カラム４１、４３は公転方向と同方向に自転し、第２、第４カラム４２、４４は公転方向と反対方向に自転する。
【００２１】
フローチューブ４８は、螺旋状に形成された螺旋部４８ｂ、第１カラム４１のアッパーシャフト４１ａから第２カラム４２のアッパーシャフト４２ａまでの第１中継部４８ｃ、螺旋部４８ｄ、第２カラム４２のロワーシャフト４２ｂから第３カラム４３のロワーシャフト４３ｂまでの第２中継部４８ｅ、螺旋部４８ｆ、第３カラム４３のアッパーシャフト４３ａから第４カラム４４のアッパーシャフト４４ａまでの第３中継部４８ｇ、螺旋部４８ｈ、などから構成される。
【００２２】
第１〜第３中継部４８ｃ、４８ｅ、４８ｇはそれぞれ螺旋部４８ｂ、４８ｄ、４８ｆ、４８ｈの間を中継する。このとき第１カラム４１と第２カラム４２とは互いに反対方向に同期して自転し、第２カラム４２と第３カラム４３とは相互に反対方向に同期して自転し、また第３カラム４３と第４カラム４４とは相互に反対方向に同期して自転するため、第１〜第３中継部４８ｃ、４８ｅ、４８ｇは捩れることはない。
【００２３】
第１カラム４１のロワーシャフト４１ｂには第１の回転シール機構５１が回転自在に組み付けられ、第１の回転シール機構５１は公転軸パイプから導出された供給管５４をロワーシャフト４１ｂに保持されたフローチューブ４８の給液口（図示省略）に液密に連通させる。これによりロワーシャフト４１ｂは供給管５４に対して自在に回転することができ、供給管５４から試料溶液、固定相となる溶媒および移動相となる溶媒がフローチューブ４８内に導かれる。
第４カラム４４のロワーシャフト４４ｂには第２の回転シール機構５２が回転自在に組み付けられ、第２の回転シール機構５２はフローチューブ４８内の液体を外部に排出するための排液管５５を、ロワーシャフト５２に保持されたフローチューブ４８の排液口（図示省略）に液密に連通させる。これによりロワーシャフト４４ｂは排液管５５に対して自在に回転することができ、螺旋部４８ｈによって形成される螺旋状流路から、分離された試料物質が移動相となる溶媒と共に排液管５５に導かれる。
公転軸Ｒの周囲にバランスよく第１〜第４カラム４１〜４４を配置したことにより、総カラム容量を増やすことができ、目的物質の効率よい分離が期待できる。
【００２４】
上記では、複数の螺旋状流路を有したカラムを公転させつつ自転させたが、本発明の態様はこれに限らない。
図４は、公転方向と反対まわりに自転するカラムとこのカラムと反対方向に自転する保持体とを１つずつ備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した説明図であり、図５は図４に示された機構の概略的な斜視図である。図４および図５では、カラムの一方はフローチューブが螺旋状に巻かれ、他方はフローチューブが螺旋状ではなく直線状に形成された態様を示す。以降、フローチューブが直線状に形成されたカラムを保持体という。
図４および図５に示すように、向流クロマトグラフ装置は公転軸Ｒ、この公転軸Ｒと略平行な自転軸Ｓ、カラム６４、保持体６６などを有する。公転軸Ｒは公転軸パイプ６２の中心を軸方向に貫通し、２つの自転軸Ｓ１、Ｓ２はカラム６４、保持体６６の中心を貫通している。カラム６４は公転軸パイプ６２を中心に公転しつつ公転方向と反対方向に自転し、保持体６６は公転軸パイプ６２を中心に公転しつつカラム６４の自転方向と反対方向に自転する。公転軸パイプ６２は中空に形成され、フローチューブは公転軸パイプ６２内を通されてカラム６４や保持体６６側に導入される。カラムが公転方向と反対方向に自転するこの本態様は、例えば水性二相溶媒を用いて目的物質の分離精製を実行するために用いることができる。
【００２５】
カラム６４は、フローチューブ６８とこのフローチューブ６８が巻かれるホルダ７０とを備え、フローチューブ６８はホルダ７０の一端側から他端側に螺旋状に形成されている。ホルダ７０は両端部にフランジ７０ａ、７０ｂが設けられたリール形状に形成され、両フランジ７０ａ、７０ｂ間にフローチューブ６８が巻きつけられてフローチューブ６８が螺旋状に形成された螺旋部６８ｄが形成される。
【００２６】
上側フランジ７０ａおよび下側フランジ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、それぞれの中心を自転軸Ｓ１が貫通する。アッパーシャフト８０およびロワーシャフト８１はそれぞれフローチューブ６８を保持し、螺旋部６８ｄが維持される。アッパーシャフト８０はホルダ７０内に向かうフローチューブ６８を上側フランジ７０ａ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６８は上側フランジ７０ａの周縁部に穿たれた開口７０ｃを通り両フランジ間に通される。両フランジ間で螺旋状に形成されたフローチューブ６８は下側フランジ７０ｂの周縁部に穿たれた開口７０ｄを通り、開口７０ｄから延出したフローチューブ６８の端部はロワーシャフト８１によって下側フランジ７０ｂの中心部で自転軸Ｓ１に合わせて折り曲げられて保持される。
【００２７】
保持体６６はフローチューブ６８とこのフローチューブ６８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７２ｃ、７２ｄが穿たれている。上側フランジ７２ａ、および下側フランジ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およびロワーシャフト８５の中心を自転軸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６８を上側フランジ７２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６８は開口７２ｃ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６８は下側フランジ７２ｂの周縁部に穿たれた開口７２ｄを通り、開口７２ｄから延出したフローチューブ６８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Ｓ２に合わせて折り曲げられて保持される。
【００２８】
保持体６６のアッパーシャフト８４から延出したフローチューブ６８は公転軸パイプ６２の傍を通過してカラム６４に導かれる。保持体６６とカラム６４との間を中継するフローチューブ６８の中継部６８ｃは、例えば上に突き出るようにアーチ状となり、中継部６８ｃがこのような単純な形状に形成されることにより中継部６８ｃが捩れることはない。
【００２９】
保持体６６は公転しながら公転方向と同方向に自転し、カラム６４は公転しながら公転方向と反対方向に自転する。自転の角速度は公転の角速度ωと異なるγにされている。保持体６６の自転方向とカラム６４の自転方向とは逆方向にされ角速度は同じγにされている。
【００３０】
ロワーシャフト８５には第１の回転シール機構８７が組み付けられている。第１の回転シール機構８７はロワーシャフト８５に対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管８９をロワーシャフト８５に保持されたフローチューブ６８の給液口６８ｅに液密に連通させる。第１の回転シール機構８７が供給管８９を給液口６８ｅに連通させることにより、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を流路６８ｂに供給することができ、ロワーシャフト８５は供給管８９に対して自在に回転することができる。
ロワーシャフト８１には第２の回転シール機構８６が組み付けられている。第２の回転シール機構８６はロワーシャフト８１に対して回転自在に組み付けられ、螺旋状流路内の液体をカラム外部に排液するための排液管８８をロワーシャフト８１に保持されたフローチューブ６８の排液口６８ｆに液密に連通させる。第２の回転シール機構８６が排液管８８を排液口６８ｆに液密に連通させることにより、フローチューブ６８内の液体を外部に排出することができ、ロワーシャフト８１は排液管８８に対して自在に回転することができる。
【００３１】
上述したように、図４、５ではカラムと保持体とがそれぞれ１個の態様を例示したが、カラムと保持体との個数はそれぞれ１個に限らず、それぞれ２個以上にしてもよい。
図６は公転方向と異なる方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つの保持体とを公転軸まわりに交互に配置した向流クロマトグラフ装置のカラムおよび保持体の保持機構を概略的に示した斜視図である。
図６に示すように、公転軸Ｒの周囲には、第１保持体９１、第１カラム９２、第２保持体９３、第２カラム９４が略等間隔を隔てて設けられている。第１、第２保持体９１、９３、第１、第２カラム９２、９４は、それぞれの自転軸Ｓ１〜Ｓ４が公転軸Ｒと略平行をなすように配置され、第１、第２保持体９１、９３は公転方向と同方向に自転し、第１、第２カラム９２、９４は第１、第２保持体９１、９３の自転方向と反対方向に自転する。
この態様では、フローチューブ９８はストレート形状の流通部９８ｂ、第１中継部９８ｃ、螺旋部９８ｄ、第２中継部９８ｅ、ストレートに形成された流通部９８ｆ、第３中継部９８ｇ、螺旋部９８ｈから構成される。
【００３２】
ロワーシャフト９１ｂには第１の回転シール機構９０が組み付けられている。第１の回転シール機構９０はロワーシャフト９１ｂに対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管９７をロワーシャフト９１ｂに保持されたフローチューブ９８の給液口（図示省略）に液密に連通させる。第１の回転シール機構９０が供給管９７を給液口に連通させることにより、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を流路９８ｂに供給することができ、ロワーシャフト９１ｂは供給管９７に対して自在に回転することができる。
また、ロワーシャフト９４ｂには第２の回転シール機構９５が組み付けられている。第２の回転シール機構９５はロワーシャフト９４ｂに対して回転自在に組み付けられ、目的物質分離後の液体をカラム外部に排液するための排液管９９をロワーシャフト９４ｂに保持されたフローチューブ９８の排液口（図示省略）に液密に連通させる。第２の回転シール機構９５が排液管９９を排液口に液密に連通させることにより、フローチューブ９８内の液体を外部に排出することができ、ロワーシャフト９４ｂは排液管９９に対して自在に回転することができる。
【００３３】
上記図４〜６では、公転方向と反対方向に自転するカラムを備えた態様について例示したが、公転方向と同方向に自転するカラムを備えてもよい。
図７は公転方向と同方向に自転するカラムとこのカラムと反対方向に自転する保持体とを１つずつ備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した説明図である。また、図８は、図７に示された公転方向と同方向に自転する１つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する１つの保持体とを備えた機構の概略的な斜視図である。
図７および図８に示すようにこの態様では、公転軸Ｒと略平行な自転軸Ｓ１を備え公転軸Ｒを中心に公転しつつ公転方向と同方向に自転するカラム１０１と、公転軸パイプ１００を中心に公転しつつ公転方向と反対方向に自転する保持体１０３などを備える。カラム１０１は、フローチューブ１０５とホルダ１０７とを備え、フローチューブ１０５はホルダ１０７の両フランジ１０７ａ、１０７ｂ間で巻きつけられて螺旋部１０５ｂが形成される。保持体１０３のアッパーシャフト１２０から延出したフローチューブ１０５はカラム１０１に接続されている。図７、８に示される態様では、保持体１０３は公転しながら公転方向と反対方向に自転し、カラム１０１は公転しながら公転方向と同方向に自転する。保持体１０３の自転方向とカラム１０１の自転方向とは逆方向にされ角速度は同じγに合わせられている。
【００３４】
ロワーシャフト１１１には第１の回転シール機構１２３が組み付けられている。第１の回転シール機構１２３はロワーシャフト１１１に対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相の溶媒及び移動相の溶媒の供給管１２６をロワーシャフト１１１に保持されたフローチューブ１０５の給液口１０５ｅに液密に連通させる。また、ロワーシャフト１２１には第２の回転シール機構１２４が組み付けられている。第２の回転シール機構１２４は、ロワーシャフト１２１に対して回転自在に組み付けられ、目的物質分離後の液体をカラム外部に排液するための排液管１２７をロワーシャフト１２１に保持されたフローチューブ１０５の排液口１０５ｆに液密に連通させる。
【００３５】
上述したように、図７、８では、公転方向と同方向に自転するカラム１０１と、公転方向と逆方向に自転する保持体１０３とがそれぞれ１個の態様を例示したが、カラムと保持体との個数はそれぞれ１個に限らず、それぞれ２個以上にすることもできる。
図９は公転方向と同方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つの保持体とを公転軸まわりに交互に配置した向流クロマトグラフ装置について概略的に示した斜視図である。
図９に示すように、公転軸Ｒの周囲には、第１カラム１３１、第１保持体１３２、第２カラム１３３、第２保持体１３４が設けられ、第１、第２カラム１３１、１３３、第１、第２保持体１３２、１３４はそれぞれの自転軸Ｓ１〜Ｓ４が公転軸Ｒと略平行をなすように配置される。フローチューブ１３６は、螺旋部１３６ｂ、第１中継部１３６ｃ、流通部１３６ｄ、第２中継部１３６ｅ、螺旋部１３６ｆ、第３中継部１３６ｇ、流通部１３６ｈ、などから構成される。
【００３６】
ロワーシャフト１３１ｂには第１の回転シール機構１４１が組み付けられている。第１の回転シール機構１４１はロワーシャフト１３１ｂに対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管１４５をロワーシャフト１３１ｂに保持されたフローチューブ１３６の給液口（図示省略）に液密に連通させる。また、ロワーシャフト１３４ｂには第２の回転シール機構１４２が組み付けられている。第２の回転シール機構１４２はロワーシャフト１３４ｂに対して回転自在に組み付けられ、試料溶液をカラム外部に排液するための排液管１４６をロワーシャフト１３４ｂに保持されたフローチューブ１３６の排液口（図示省略）に液密に連通させる。
【００３７】
次に、図３に示したような、公転方向に自転する２つのカラムと公転方向と反対方向に自転する２つのカラムとの合計４つのカラムを備えた向流クロマトグラフ装置のさらに具体的な構成について説明する。
図１０は、向流クロマトグラフ装置について、公転軸および自転軸を含む平面で切断してその構成を概略的に示した説明図である。
図１０に示すように、向流クロマトグラフ装置１６０は、装置本体１６４、ロータリーフレームユニット（回転カラムユニット）１６６、公転軸パイプ１６７、第１、第２回転シール機構１９１、１９２等を備え、装置本体１６４の上部は蓋１６８によってカバーされている。装置本体１６４はロータリーフレームユニット１６６の収容スペース１７０を内部に備え、このスペース１７０内にロータリーフレームユニット１６６が収められている。ロータリーフレームユニット１６６は、中心に公転軸パイプ１６７を備える。公転軸パイプ１６７の上下両端は装置本体１６４に軸支され、ロータリーカラムフレームユニット１６６は公転軸パイプ１６７の中心を貫通する公転軸Ｒを中心に回転自在に保持される。
【００３８】
装置本体１６４は側壁１７２、および底部１７４を備え、その内部に断面略円形状の収容スペース１７０を有する。底部１７４には動力供給部１７７が備えられ、動力供給部１７７は、モータ、このモータの駆動を制御するモータコントローラ等を備える。動力供給部は、モータの動力を基にして、カラムを公転させるための公転用動力と、後述するカラムを自転させるための自転用動力とを発生させる動力発生機構を備える。このような構成から、動力供給部は、公転軸パイプ１６７を中心にロータリーフレームユニット１６６を公転軸Ｒまわりに回転させる動力を供給するとともに、各カラムに自転するための動力を供給することができる。なお、図示はしないが、装置本体１６４の外側にはモータの回転数を調節するための操作部を設けてもよく、ユーザはこの操作部を操作することで、モータコントローラを介してカラムの公転角速度および自転角速度を調節することができる。
【００３９】
蓋１６８は装置本体１６４の上部に着脱自在に装着される。蓋１６８には、供給管１９４を向流クロマトグラフ装置１６０内部に導入するための導入孔等が形成されている。公転軸パイプ１６７は、中空状に形成され上側軸端部および下側軸端部は開口し、外周面には上側の第１開口１８０と下側の第２開口１８１とが形成され、各開口１８０、１８１はそれぞれ内側の中空部１８３に連通している。公転軸パイプ１６７の上側軸端部の開口から供給管１９４が中空部１８３に導かれ、中空部１８３に導かれた供給管１９４は第１開口１８０から第１カラム２１１の近傍に導出される。第１カラム２１１の近傍に導出された供給管１９４は第１の回転シール機構１９１によって第１カラム２１１の螺旋状流路に連通される。第４カラム２１４の螺旋状流路には第２の回転シール機構１９２を介して排液管１９５が連通し、排液管１９５は第２開口１８１から公転軸パイプ１６７の中空部１８３に導かれる。第２開口１８１から公転軸パイプ１６７の中空部１８３に導かれた排液管１９５は公転軸パイプ１６７の下側軸端部を通して装置本体１６４の外部に導出される。
【００４０】
ロータリーフレームユニット１６６は公転軸パイプ１６７や第１〜第４カラムのほか、各カラムを支持するフレーム２３８や軸受け、試料溶液や固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の給液口、分離した物質を溶出する移動相となる溶媒の排液口などを備える。ロータリーフレームユニット１６６は公転軸パイプ１６７を中心に回転可能に軸支され、ロータリーフレームユニット１６６は後述する第１〜第４カラム（図１１参照）をベアリングなどの軸受けを用いて回転自在に軸支している。これにより第１〜第４カラムは惑星運動することができる。第１〜第４カラムは例えばスパーギヤを介して公転軸パイプ１６７から供給される供給動力によって駆動制御される。第１〜第４カラムの給液口および排液口はロータリーフレームユニット１６６の上側に備えてもよいし下側に備えてもよいが、ここでは下側に備えたものを例示する。
【００４１】
図１１はロータリーフレームユニット１６６を上側から観察した平面図である。図１１に示すように、ロータリーフレームユニット１６６は第１〜第４カラム２１１〜２１４を備え、第１〜第４カラム２１１〜２１４は公転軸パイプ１６７のまわりに略等間隔を隔てて配置されている。第１〜第４カラム２１１〜２１４は、螺旋部の巻き数（ピッチ数）が同一であり、それぞれの重量が同一になるように調整され、ロータリーフレームユニット１６６が安定して回転できるように構成されている。
【００４２】
フローチューブ２００は、各カラムの螺旋部（図示省略）のほか、第１中継部２００ｃ、第２中継部２００ｅ、第３中継部２００ｇ、などから構成される。図示しない導入孔を介して装置内部に導入された試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管１９４は、上端の開口から公転軸パイプ１６７内に導かれて第１開口１８０まで公転軸パイプ１６７内を通される。試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を供給する供給管１９４は、第１の回転シール機構１９１を介して第１カラム２１１の下端に保持されたフローチューブ２００の給液口に液密に連通される。フローチューブ内の液体を外部へ排出するための排液管１９５は、第２の回転シール機構を介して第４カラム２１４の下端に保持されたフローチューブ２００の排液口に液密に連通される。第２の回転シール機構１９２に一端が保持された排液管１９５は第２開口１８１から公転軸パイプ１６７内の中空部１８３に収納され、公転軸パイプ１６７の下端の開口まで公転軸パイプ１６７内を通される。公転軸パイプ１６７の下端から導出された排液管は底部１７４側から装置本体１６４の外部まで導かれる。
【００４３】
第１カラム２１１には第１の回転シール機構１９１が装着されている。第１の回転シール機構１９１は、第１カラム２１１のロワーシャフトに対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管１９４をロワーシャフトに保持されたフローチューブ２００の給液口に液密に連通させる。第１の回転シール機構１９１が供給管１９４を給液口に連通させることにより、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を螺旋状流路に供給することができ、カラム２１１は供給管１９４に対して自在に回転することができる。
第４カラム２１４には第２の回転シール機構１９２が装着されている。第２の回転シール機構１９２は、第４カラム２１４のロワーシャフトに対して回転自在に組み付けられ、螺旋状流路内の液体をカラム外部に排液するための排液管１９５をロワーシャフトに保持されたフローチューブ２００の排液口に液密に連通させる。第２の回転シール機構１９２が排液管１９５を排液口に液密に連通させることにより、フローチューブ２００内の液体を外部に排出することができ、第４カラム２１４は排液管１９５に対して自在に回転することができる。
【００４４】
装置本体１６４の底部１７４と一体に固定された公転軸パイプ１６７を回転自在に支持する支持部には、カラムの公転軸と中心を同一とする固定平歯車（回転不能な平歯車）３２０が設けられ、この固定平歯車３２０はロータリーフレームユニット１６６のロータリーフレーム２３８に設けられたトランスファードリブンギア３２２、３２３及び第１ドリブンギア３２４、３２５と係合している。
第１ドリブンギア３２４、３２５は、第１ドリブンギア３２４、３２５と同様にロータリーフレーム２３８に設けられた第２ドリブンギア３２７、３２８と係合し、第１ドリブンギア３２４、３２５の回転を第２ドリブンギア３２７、３２８に伝達することができる。
トランスファードリブンギア３２２、３２３及び第２ドリブンギア３２７、３２８は第１〜第４カラム２１１〜２１４それぞれに備えられたカラム側平歯車３３１〜３３４に係合している。
例えば、第１、第３カラム２１１、２１３はそれぞれ第１ドリブンギア３２４、３２５及び第２ドリブンギア３２７、３２８を介して固定平歯車３２０に接続されており、ロータリーフレーム２３８が前記カラムの公転軸を中心に回転すると、第１ドリブンギア３２４、３２５は固定平歯車３２０を中心に回転し、この時発生する第１ドリブンギア３２４、３２５の自転が第１、第３カラム２１１、２１３を回転させる動力となる。
即ち、第１ドリブンギア３２４、３２５の回転は第２ドリブンギア３２７、３２８を介して第１、第３カラム２１１、２１３に備えられたカラム側平歯車３３１、３３３に伝達され、第１、第３カラム２１１、２１３はその公転方向と同方向に自転することができる。
第２、第４カラム２１２、２１４は、それぞれトランスファードリブンギア３２２、３２３を介して固定平歯車３２０に接続されており、ロータリーフレーム２３８が前記カラムの公転軸を中心に回転すると、トランスファードリブンギア３２２、３２３は固定平歯車３２０を中心に回転し、この時発生するトランスファードリブンギア３２２、３２３の自転が第２、第４カラム２１２、２１４を回転させる動力となる。
即ち、トランスファードリブンギア３２２、３２３の回転はカラム２１２、２１４に備えられたカラム側平歯車３３２、３３４に伝達され、第２、第４カラム２１２、２１４はその公転方向と反対方向に自転することができる。
第１ドリブンギア３２４、３２５及びカラム側平歯車３３１、３３３は、例えば、第１、第３カラム２１１、２１３が公転数に対して同期的に自転するようにギア比を選択することも可能であり、また、第１、第３カラム２１１、２１３が公転数に対して非同期で自転するようにギア比を適宜選択することもできる。
トランスファードリブンギア３２２、３２３及びカラム側平歯車３３２、３３４は、第１、第３カラム２１１、２１３の自転速度γに対して第２、第４カラム２１２、２１４の自転速度がγに合致するように適宜選択される。
これにより、第１〜第４カラム２１１〜２１４間の第１〜第３中継部２００ｃ、２００e、２００ｇが捩れることなく第１〜第４カラム２１１〜２１４を公転に対して例えば非同期で自転させることができる。
【００４５】
図１２は自転軸を含む平面で第１の回転シール機構１９１の周囲を切断した断面図である。なお、第２の回転シール機構は、供給管が排液管に置き替わる以外は以下の第１の回転シール機構と基本的に同一構造であるためその詳細な説明は省略する。
図１２に示すように、第１の回転シール機構１９１は第１カラム２１１下部に備えられたロワーシャフト２２０に組み付けられている。ロワーシャフト２２０の下端部にはチューブホルダ２２１が設けられ、チューブホルダ２２１は試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の流通が可能なように管状に形成されている。チューブホルダ２２１は、フローチューブ２００の端部を保持しており、給液口として機能する。なお、第４カラム２１４の下端部に具備されたチューブホルダ２２１は排液口として機能する。
【００４６】
第１の回転シール機構１９１は、ボールベアリング２６０、テンショナシャフト２６２、スプリングテンショナ２６４、フランジ２６７、Ｏリング２７２、メインシャフト２７４などから構成されている。
ロワーシャフト２２０はベアリングケース２４０によってロータリーフレーム２３８に対して回転自在に軸支され、ベアリングケース２４０はロータリーフレーム２３８にボルト／ナットで固定されている。
【００４７】
ベアリングケース２４０はロータリーフレーム２３８に固定され、ロワーシャフト２２０を軸支する部分はボールベアリングによって回転自在とされ、これにより第１カラム２１１はロータリーフレーム２３８上で自転することができる。カラム２１１のロワーシャフト２２０の下側にはメインシャフト２７４を組み付けるためのジョイントプレート２６８が組み付けられ、このジョイントプレート２６８を介してメインシャフト２７４が組み付けられる。メインシャフト２７４の外表面にはＯリングを装着するためのリング状のスロット２７４ａが例えば２つ同心状に形成され、大径および小径それぞれのスロット２７４ａにＯリングが嵌め込まれる。Ｏリングは個数は２つに限られるものではなく、１つや３つ以上でもよい。
【００４８】
フランジ２６７はボルト／ナットでロータリーフレーム２３８に組みつけられ、スプリングテンショナ２６４およびバネ２６９によって付与される付勢力によってテンショナシャフト２６２はメインシャフト２７４側に押し付けられる。テンショナシャフト２６２にはメインシャフト２７４が当接する受入開口２６２ａが形成され、この開口２６２ａ内にはＯリング２７２が嵌入される装着スロット２６２ｂが形成されている。テンショナシャフト２６２とスプリングテンショナ２６４との間にはボールベアリング２６０が介装され、これによりテンショナシャフト２６２はスプリングテンショナ２６４に対して回転自在となる。テンショナシャフト２６２がスプリングテンショナ２６４に対して回転自在となることで、テンショナシャフト２６２はメインシャフト２７４の回転に影響されることがなくなる。以上のような構成から、テンショナシャフト２６２は公転と同様に回転し、メインシャフト２７４はカラムと同様に回転することとなる。
【００４９】
ロータリーフレーム２３８にはフランジ２６７も固定され、フランジ２６７にはさらにフランジキャップ２６５が固定される。これによりフランジキャップ２６５はロータリーフレーム２３８に対して動かないように固定され、この固定されたフランジキャップ２６５にスプリングテンショナ２６４がねじなどで押圧を調整可能に固定される。また、スプリングキャップ２６５とスプリングテンショナ２６４の嵌合部２７９にそれぞれねじ形状を設け、それらを螺合させる構造とすることでスプリングテンショナ２６４を押圧の調整をしながら固定することができる。スプリングテンショナ２６４にはスプリング２６９が嵌入され、このスプリング２６９の付勢力によってテンショナシャフト２６２がメインシャフト２７４に押圧される。テンショナシャフト２６２は供給管１９４を保持するためのホルダ２７８を備え、ホルダ２７８が保持した供給管１９４から供給される供給液が流通開口２７６に流れ込む。
【００５０】
メインシャフト２７４とテンショナシャフト２６２との間には、合計３環のＯリング２７２が介装され、これらのＯリング２７２によって、メインシャフト２７４に穿設された流通開口２７５とテンショナシャフト２６２に穿設された流通開口２７６とから試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒が漏れないようにシールされる。メインシャフト２７４の流通開口２７５に、テンショナシャフト２６２の流通開口２７６が合わせられ、メインシャフト２７４とテンショナシャフト２６２との間には、流通開口２７５、２７６の中心を基準として径サイズの異なる３つのＯリング２７２が同心円状に配置され、これらのＯリング２７２によってメインシャフト２７４の流通開口２７５と、テンショナシャフト２６２の流通開口２７６とが液密に連通することができる。
【００５１】
メインシャフト２７４にはスパーギア（カラム側平歯車）２８０が設けられ、このスパーギア２８０はカラムの自転に同期して回転する。
スパーギア２８０は、ロータリーフレーム２３８と一体に固定されたシャフト２８８にベアリングを介して回転自在に軸支されるアイドラシャフト２８９に一体に設けられたスパーギア２８１と係合している。
前記アイドラシャフト２８９の下側にはスパーギア２８３が一体に設けられ、スパーギア２８１と同期して回転する。
スパーギア２８４はテンショナシャフト２６２に一体に設けられ、スパーギア２８１と係合しているので、スパーギア２８１が回転することにより動力が伝達され、テンショナシャフト２６２は回転する。
スパーギア２８０、スパーギア２８１、スパーギア２８３及びスパーギア２８４の歯数はカラム２１１の自転速度が前記カラムの公転速度ωと異なった場合においてもテンショナシャフト２６２の自転速度が前記公転速度と同じになるように決められ、組み合わされている。即ち、種々の歯数の歯車の組合せにより、カラム２１１が前記公転速度と同速度で自転可能であると共に前記公転速度と異なった回転で自転でき、カラム２１１の自転速度をほぼ無段階的（連続的）に変えることが出来る。
【００５２】
上記の回転シール機構はメインシャフト２７４およびテンショナシャフト２６２に計３環のＯリング２７２を同心円状に配置して液体をシールしたが、回転シール機構の構造は上記に限らず他の態様でもよい。例えばＯリングの数を２環や１環としてもよいし、図１３〜１５に示すような態様の回転シール機構でもよい。
例えば、図１３は条溝の形成されたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。図１３に示すように、テンショナシャフト３７０に条溝を設けてもよい。メインシャフト２７４を受け入れるテンショナシャフト３７０の嵌合部に条溝３７２を形成したことにより、メインシャフト２７４との接触面積を低減できより低負荷な回転シール機構とすることができる。
また、図１４はオイルシールを備えたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。図１４に示すように、テンショナシャフト３９０にオイルシール３９２を設けてもよい。オイルシール３９２としては例えばバネやリップなどのメカニカルな機構を有するものが一般的に知られているが、他の構造のものを用いてもよい。テンショナシャフト３９０にオイルシール３９２を備えたことにより、より精度高いシールが可能となる。
テンショナシャフトにオイルシールと条溝との両方を設けてもよい。図１５は条溝およびオイルシールを備えたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。図１５に示すように、テンショナシャフト４１０にオイルシール４１２と条溝４１４とを設けた構造としてもよい。メインシャフト２７４の外周に当接するようにオイルシール４１２設けたことにより、より精度高いシールが可能となる。また、メインシャフト２７４との当接部に条溝４１４を設けたことにより、メインシャフト２７４との接触面積を低減できより低負荷な回転シール機構とすることができる。
前述の図１３及び図１５に示された条溝部は、条溝に代わりラビリンス形状としてもよい。
【００５３】
図１６は公転速度と自転速度との関係について、従来のクロマトグラフ装置および本願のクロマトグラフ装置の特性を示した説明図である。図１６に示すように、従来の向流クロマトグラフ装置では公転速度と自転速度との比例が固定的であったのに対して、本発明の向流クロマトグラフ装置では、自転速度は公転速度とは関係なく任意に定めることが可能であり、公転軸側から自転軸側に動力を伝達する伝達機構（ギヤ比など）を調整することにより異なる特性ラインを有する様々な向流クロマトグラフ装置を製作することができる。
図３に示したような公転方向と同じ方向に自転する２個のカラムと公転方向と反対方向に自転する２個のカラムとが公転軸周りに交互に配置された合計４個のカラムを有する場合では、例えば図中の実線ライン（■、□）、（●、○）、（▲、△）の特性ラインがプロットされる。
例えば、カラムの公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を１ｒａｄ／ｓｅｃまたは−１ｒａｄ／ｓｅｃ（＋：公転方向と同方向、−：公転方向と反対方向）とした場合、■印および□印の特性ラインが描画される。また、公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を３ｒａｄ／ｓｅｃまたは−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合、●印および○印の特性ラインが描画される。公転速度が０．５ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を３ｒａｄ／ｓｅｃまたは−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合、▲印および△印の特性ラインが描画される。
また、図４、５に示したような公転方向と同じ方向に自転する保持体と公転方向と反対方向に自転する１個のカラムとが公転軸対称に配置されたクロマトグラフ装置の場合では、例えば図中の☆、◇、◎の特性ラインがプロットされる。
例えば、公転速度が４ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合、☆印の特性ラインが描画され、公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−２．５ｒａｄ／ｓｅｃとした場合では、◇印の特性ラインが描画され、公転速度が１ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−２ｒａｄ／ｓｅｃとした場合には、◎印の特性ラインが描画される。
これに対して、フローチューブが捩れないようにするために公転速度に自転速度が同期させた従来の向流クロマトグラフ装置では、公転速度が１ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度が１ｒａｄ／ｓｅｃまたは−１ｒａｄ／ｓｅｃとなるような特性ラインがプロットされる。
あるいは、公転速度に自転速度が同期しないように設定できる従来の非同期型向流クロマトグラフ装置では、公転速度が０．５ｒａｄ／ｓｅｃのとき自転速度が１．５ｒａｄ／ｓｅｃとなるような特性ラインがプロットされる。
【００５４】
図１７は、図１６で描画された公転速度および自転速度を合成した総合的なカラム回転速度を横軸として特性ラインをプロットした説明図である。図１７に示すように、各カラムの公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を１ｒａｄ／ｓｅｃまたは−１ｒａｄ／ｓｅｃとした場合では、各カラムの総合的な回転速度は３ｒａｄ／ｓｅｃまたは１ｒａｄ／ｓｅｃとなり、■印および□印の特性ラインが描画される。各カラムの公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を３ｒａｄ／ｓｅｃまたは−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合では、各カラムの総合的な回転速度は５ｒａｄ／ｓｅｃまたは−１ｒａｄ／ｓｅｃとなり、●印および○印の特性ラインが描画される。各カラムの公転速度が０．５ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を３ｒａｄ／ｓｅｃまたは−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合では、各カラムの総合的な回転速度は３．５ｒａｄ／ｓｅｃまたは−２．５ｒａｄ／ｓｅｃとなり、▲印および△印の特性ラインが描画される。
また、公転方向と同じ方向に自転する保持体と公転方向と反対方向に自転する１個のカラムとが公転軸対称に配置されたクロマトグラフ装置について、公転速度が４ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合ではカラムの総合的な回転速度が１ｒａｄ／ｓｅｃとなり☆印の特性ラインが描画され、公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−２．５ｒａｄ／ｓｅｃとした場合ではカラムの総合的な回転速度が−０．５ｒａｄ／ｓｅｃとなり◇印の特性ラインが描画され、さらに、公転速度が１ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−２ｒａｄ／ｓｅｃとした場合ではカラムの総合的な回転速度が−１ｒａｄ／ｓｅｃとなり◎印の特性ラインが描画される。
以上のように、本発明の向流クロマトグラフ装置では、無限のバリエーションを有するのに対し、従来の向流クロマトグラフ装置では、カラムの総合的な回転速度は公転速度に関わらず２ｒａｄ／ｓｅｃや０ｒａｄ／ｓｅｃに常に一定であったり、カラムの総合的な回転速度と公転速度の比率が２：１で限定され、カラムの公転および自転によって実現される分離環境のバリエーションがない。
【００５５】
本発明の向流クロマトグラフ装置を用いた分離システムは、例えば、有機溶媒―水系二相溶媒また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１６０、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。
【００５６】
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１６０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１６０内へ送られた移動相となる溶媒は、螺旋部内に導入される。螺旋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。
【００５７】
分離時の手順は、まず、有機溶媒−水系二相溶媒また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）を固定相として螺旋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ユニット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螺旋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、予め螺旋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螺旋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。有機溶媒―水系二相溶媒を、公転方向と同方向に自転する螺旋状流路と組み合わせて用いることにより、天然物からの生理活性物質の単離・精製、有機合成物質からの目的物質の精製などに広く用いることが期待される。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・精製には有用性が期待できる。また、水性二相溶媒を、公転方向と反対方向に自転する螺旋状流路と組み合わせて用いることにより、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・精製を行うことが可能である。また、生理活性物質などの中にはカラム充填剤との相互作用により失活する物質も多く、本発明の向流クロマトグラフ装置はこのような物質の分離・精製にも利用することができる。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。また、本発明の向流クロマトグラフ装置は、回転機構が簡単なため、従来の向流クロマトグラフ装置と比較して廉価に製造することができる。
【００５８】
次に本発明の作用について説明する。本発明の向流クロマトグラフ装置１６０は公転軸パイプ１６７を中心に回転するロータリーフレームユニット１６６、第１、第２の回転シール機構１９１、１９２などを備え、ロータリーフレームユニット１６６は第１〜第４カラム２１１〜２１４と試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の給液口および分離した物質を含む移動相となる溶媒及び移動相となる溶媒の排液口とを備える。第１、第２の回転シール機構１９１、１９２はそれぞれロータリーフレームユニット１６６の給液口および排液口に供給管１９４、排液管１９５を相対回転自在に液密に連通させ、各カラム２１１〜２１４の螺旋状流路に試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒が流通可能となる。ロータリーフレームユニット１６６に備えられた給液口および排液口に第１、第２回転シール機構１９１、１９２を介して供給管１９４、排液管１９５が相対回転自在に連通することにより、ロータリーフレームユニット１６６の回転と螺旋状流路の自転により発生する給液口および排液口の回転差での不具合（給液管、排液管の捩れ）が第１、第２の回転シール機構１９１、１９２によって解消され、各螺旋状流路の自転を公転と無関係に制御することが可能となり、公転に対して非同期で各螺旋状流路を自転させることができる。
【００５９】
本発明の向流クロマトグラフ装置によれば、螺旋状流路を公転に対して非同期で自転させることにより、螺旋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できることが期待される。また、捩れ解消用の配管システムは必要としないため、システムをよりコンパクトにすることができる。
また、カラムの自転がカラムの公転と非同期で駆動することにより、様々な態様の分離条件を設定し、最適な条件で分離を行うことが可能である。例えば、カラムの自転速度が２０ｒａｄ／ｓｅｃに対して公転速度を１５ｒａｄ／ｓｅｃとなるようにスパーギヤを選択してロータリーフレームに組み付けることや、カラムの自転が１０ｒａｄ／ｓｅｃに対して公転を２５ｒａｄ／ｓｅｃとなるようにスパーギヤを選択してロータリーフレームに組み付けることもできる。使用するギヤは、目的とする自転／公転の比に従って適宜決めればよい。カラムの公転速度に対する自転速度を少しずつ変えて目的物質の分離に与える影響を分析することにより、カラムの自転に伴って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の影響の解析が期待できる。
【００６０】
なお、上記では、回転シール機構として、Ｏリングやオイルシール、条溝、ボールベアリングなどを備えたものを例示したが、回転シール機構の構成はこれに限らない。例えば、より過酷な使用環境に対応するためにオイルシールよりも構造が複雑なメカニカルシールを備えた回転シール機構を用いてもよいし、磁性流体などの非接触型の回転シール機構を用いることもできる。シール機構としてどのようなものを用いるかは自転速度や公転速度、使用環境、環境温度などに基づいて決定することが好ましい。
【００６１】
また、上記では、メインシャフトからスパーギヤを介してカラムを公転に対して非同期に自転させたが、カラムを自転させるための動力の供給方式はこれに限らない。例えばカラム毎にモータを備え、このモータから供給される動力を用いてカラム自転させてもよい。モータを用いることにより、カラムの自転速度を自在に制御できるため、例えば最適な自転速度を効率的に見い出せることが期待できる。この場合、例えば図１８に示すように、第１、第２のカラム３０１、３０２の自転をそれぞれモータ制御するときでは、第１、第２カラム３０１、３０２それぞれのアッパーシャフト３０１ａ、３０２ａおよびロワーシャフト３０１ｂ、３０２ｂに回転シール機構３０６を組み合わせることにより、第１、第２のカラム３０１、３０２はそれぞれ自由自在に自転することができる。このような構造とすることにより、第１、第２カラム間の自転を同期させる必要がなくなり、より細やかな制御性に富む向流クロマトグラフ装置の提供が期待できる。
【符号の説明】
【００６２】
２ 公転軸パイプ
４ 第１カラム
６ 第２カラム
１５ フローチューブ
１５ｅ 給液口
１５ｆ 排液口
２１ ロワーシャフト
３１ ロワーシャフト
３４ 第１の回転シール機構
３５ 第２の回転シール機構
３６ 供給管
３７ 排液管
１６０ 向流クロマトグラフ装置
１６６ ロータリーフレームユニット
１６７ 公転軸パイプ
１９１ 第１の回転シール機構
１９２ 第２の回転シール機構
１９４ 供給管
１９５ 排液管
２００ フローチューブ
２１１ 第１カラム
２１２ 第２カラム
２１３ 第３カラム
２１４ 第４カラム
２２０ ロワーシャフト
２２１ チューブホルダ
２３８ ロータリーフレーム
２４０ ベアリングケース
２６０ ボールベアリング
２６２ テンショナシャフト
２６４ スプリングテンショナ
２６７ フランジ
２６９ バネ
２７２ Ｏリング
２７４ メインシャフト
Ｒ 公転軸
Ｓ 自転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、惑星運動するカラムを作動させながら溶液に溶解させた試料混合物からの目的物質の分離を行うためのカラム保持機構およびこの機構を備えた向流クロマトグラフ装置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が発展しつつある。向流クロマトグラフ装置は、固定相となる溶媒および移動相となる溶媒とが導入される螺旋状の流路を有し、この螺旋状流路は例えばフローチューブが螺旋状に形成されることで形成される。螺旋状流路を備えたカラムは、螺旋外部の公転軸のまわりを公転しながら螺旋内を貫通する自転軸を中心に自転し、螺旋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。螺旋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螺旋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螺旋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螺旋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螺旋状流路内に一定の割合で保持され、螺旋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】
特許文献３に示される向流クロマトグラフ装置が開発された。この向流クロマトグラフ装置は、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。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）に自転しており、改善が図られている。
更に最近は、特許文献４に示される汎用型の向流クロマトグラフ装置が開発された。この装置は従来のカラムの公転と同じ方向（順方向）の自転を行うカラムと、逆方向に自転するカラムとを交互に装着し、フローチューブの捩れを解消しながら回転するため、対角線上に位置する同方向に自転するカラムどうしをフローチューブで連結することでそれぞれの回転に特徴的な分離を行うことが可能である。即ち、順方向の自転では従来の向流クロマトグラフ装置と同じ有機溶媒−水系二相溶媒の使用による分離ができ、逆方向の自転では水性二相溶媒の使用による分離ができる。
【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、従来の汎用型の向流クロマトグラフ装置では、公転に同期して公転方向とは逆方向に自転するカラムは相対的には全く回転していない。即ち、装置の外に立ってカラムを見た場合、カラムの自転はカラムの公転による回転と相殺され、全く回転しない状態となる。そのため、逆方向の自転による水性二相溶媒でのより効率的なタンパク質分離効果を検証するためには、非同期型逆回転機構を付け加えることが必要となった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のカラム保持機構は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、
公転軸と同軸に配置されると共に回転自在に支持された公転軸パイプと、
この公転軸パイプの近傍に公転軸と略並行に配置されて前記公転軸を中心として公転軸パイプと一体的に公転するカラムと、
前記公転軸パイプから出され前記カラムを通って再び公転軸パイプに戻るフローチューブと
を備え、前記カラムを自転可能に支持したカラム保持機構であって、
前記カラムは少なくとも２つ設けられ、前記カラムと前記公転軸パイプとの間を中継するフローチューブを断絶して捩れを解消すると共に、前記断絶されたチューブを液密に連通させる回転シール機構を設けたことを特徴とする。
回転シール機構は、好ましくはＯリングを備え、さらにオイルシール、条溝、それらの組み合わせを備えてもよい。このとき、Ｏリングは同心リング状に複数個配置することが好ましい。
また、少なくとも２つのカラムからなるカラム群を少なくとも２組備えることもできる。
このカラムは自転軸の一端側から他端側にフローチューブを螺旋状に形成したものを備えることができ、２つのカラムのうち、一方に、前述した自転軸の一端側から他端側にフローチューブを螺旋状に形成したものを備え、他方については、フローチューブを螺旋状に形成しない構造としてもよい。
さらに、カラムは、公転速度と非同期に自転させてもよい。
また、本発明のクロマトグラフ装置は、上述のカラム保持機構を備えることを特徴とし、さらに、カラム保持機構は、上壁、側壁及び底壁によって囲まれ、底壁面の法線方向に配向された公転軸を中心に公転することもできる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のカラム保持機構によれば、螺旋状流路の自転と公転とを非同期で作動させることができる。また、螺旋状流路を有するカラムの自転が公転に対して非同期で作動可能となったことにより、試料溶液の分離時の公転速度および自転速度の組み合わせのバラエティが増え、分離効率がよく用途の範囲が広がる向流クロマトグラフ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】自転方向の異なる２つのカラムを備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した説明図である。
【図２】自転方向の異なる２つのカラムを備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した斜視図である。
【図３】同方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つのカラムとを公転軸のまわりに交互に配置した向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した斜視図である。
【図４】公転方向と反対まわりに自転するカラムとこのカラムと反対方向に自転する保持体とを１つずつ備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した説明図である。
【図５】公転方向と反対まわりに自転するカラムとこのカラムと反対方向に自転する１つの保持体とを備えたカラムおよび保持体の保持機構を概略的に示した斜視図である。
【図６】公転方向と異なる方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つの保持体とを公転軸まわりに交互に配置したカラムおよび保持体の保持機構を概略的に示した斜視図である。
【図７】公転方向と同方向に自転するカラムとこのカラムと反対方向に自転する保持体とを１つずつ備えたカラム保持機構を概略的に示した説明図である。
【図８】公転方向と同方向に自転する１つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する１つの保持体とを備えたカラム保持機構を概略的に示した斜視図である。
【図９】公転方向と同方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つの保持体とを公転軸まわりに交互に配置した向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構について概略的に示した斜視図である。
【図１０】二相溶媒を使用して目的物質を分離するカラムを備えた向流クロマトグラフ装置の構成を概略的に示した説明図である。
【図１１】向流クロマトグラフ装置に回転自在に搭載されたロータリーフレームユニットを上から観察した平面図である。
【図１２】カラムの一端に装着された回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。
【図１３】条溝の形成されたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。
【図１４】オイルシールを備えたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。
【図１５】条溝およびオイルシールを備えたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。
【図１６】公転速度と自転速度との関係について、従来のクロマトグラフ装置および本願のクロマトグラフ装置の特性を示した説明図である。
【図１７】図１６で描画された公転速度および自転速度を合成した総合的なカラム回転速度を横軸として特性ラインをプロットした説明図である。
【図１８】中継するフローチューブの両端に回転シール機構を設けたクロマトグラフ装置の概要を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の向流クロマトグラフ装置について説明する。本発明は、螺旋状流路を有するカラムの自転と公転とを非同期で作動させることができ、試料溶液中の目的物質の分離時の公転速度および自転速度の組み合わせのバラエティが増え、分離効率がよく用途の範囲が広がる向流クロマトグラフ装置を提供することを目的とする。この目的を達成するため本発明は、公転軸と同軸に配置されると共に回転自在に支持された公転軸パイプと、この公転軸パイプの近傍に公転軸と略並行に配置されて前記公転軸を中心として公転軸パイプと一体的に公転するカラムと、前記公転軸パイプから出され前記カラムを通って再び公転軸パイプに戻るフローチューブとを備え、前記カラムを自転可能に支持したカラム保持機構であって、前記カラムは少なくとも２つ設けられ、前記カラムと前記公転軸パイプとの間を中継するフローチューブを断絶して捩れを解消すると共に、前記断絶されたチューブを液密に連通させる回転シール機構を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明は、非同期型逆回転機構を達成するために、新たに回転シール機構を考案、製作して向流クロマトグラフ装置に組み込んだものである。回転シール機構は、例えばカラム下部に取り付けられ、機構内に導入された送液チューブが機構内で一旦断絶されて捩れが解消され、再び近傍に導入された送液チューブを接続した構成になっており、送液チューブ断絶部はチューブ内を流れる溶液が高速回転で液漏れを生じない構造となっている。非同期型逆回転機構を設置した結果、カラムは公転速度に対して非依存的に自転速度を設定することが可能になった。これは、従来型の同期型逆回転機構に加え、向流クロマトグラフ装置に新たな分離機構の可能性を示すものであり、水性二相溶媒によるタンパク質の分離効率が更に向上することが期待されるものである。
本発明のクロマトグラフ装置は螺旋状流路を有する１つ又は複数のカラムを備えることができる。例えば、図１〜１０に示す向流クロマトグラフ装置が可能である。以下に各実施態様についてより具体的に説明する。
図１は、自転方向の異なる２つのカラムを備えた向流クロマトグラフ装置を自転軸および公転軸を含む平面で切断してその構成を概略的に示した説明図である。また、図２は、図１に示した自転方向の異なる２つのカラムを備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した斜視図である。
図１および図２に示すように、本発明の向流クロマトグラフ装置は、公転軸Ｒと略平行な自転軸Ｓ１を有し公転軸Ｒを中心に公転しつつ公転方向と同方向に角速度γで自転する第１カラム４、自転軸Ｓ２を有し公転軸Ｒを中心に公転しつつ公転方向と反対方向に角速度γで自転する第２カラム６、カラム４へフローチューブを導入しカラム６からのフローチューブ１５を外部へ導出するための公転軸パイプ２などを備える。フローチューブ１５は第１、第２カラム４、６の近傍で一旦断絶され、この断絶部には回転シール機構３４、３５が設けられている。回転シール機構３４、３５は断絶されたフローチューブの一方と他方とを相対的に回転自在にかつ液密に連通させる。第１、第２カラム４、６はそれぞれフローチューブにより形成される螺旋状流路を備え、螺旋状流路は互いに連通している。回転シール機構３４、３５はそれぞれ第１カラム４、第２カラム６の下部に組み付けられており、従って第１、第２カラム４、６の下部でフローチューブ１５は一旦断絶している。フローチューブについて、公転軸パイプ２内から第１カラム４下部に配置された回転シール機構３４までの部分は試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を螺旋状流路へ供給する供給管３６として機能し、第２カラム６下部に配置された回転シール機構３５から公転軸パイプ２内までの部分は螺旋状流路を経た液体を排出するための排液管３７として機能する。
【００１１】
第１カラム４は、フローチューブ１５とこのフローチューブ１５が巻かれるホルダ１７とを備え、フローチューブ１５はホルダ１７の一端側から他端側に螺旋状に巻かれている。ホルダ１７は両端部にフランジ１７ａ、１７ｂが設けられたリール形状に形成され、両フランジ１７ａ、１７ｂ間にフローチューブ１５が巻きつけられてフローチューブ１５が螺旋状に形成された螺旋部１５ｂが形成される。この螺旋部１５ｂ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螺旋状流路が形成され、この螺旋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。
【００１２】
上側フランジ１７ａおよび下側フランジ１７ｂにはそれぞれアッパーシャフト２０、ロワーシャフト２１が設けられ、アッパーシャフト２０およびロワーシャフト２１の中心を自転軸Ｓ１が貫通する。アッパーシャフト２０およびロワーシャフト２１はそれぞれフローチューブ１５を折り曲げて保持し、フローチューブ１５の螺旋部１５ｂが維持される。アッパーシャフト２０はホルダ１７内に向かうフローチューブ１５を上側フランジ１７ａ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１５は上側フランジ１７ａの周縁部に穿たれた開口１７ｃを通り両フランジ間に通される。両フランジ間で螺旋状に形成されたフローチューブ１５は下側フランジ１７ｂの周縁部に穿たれた開口１７ｄを通り、開口１７ｄから延出したフローチューブ１５の端部はロワーシャフト２１によって下側フランジ１７ｂの中心部で自転軸Ｓ１に合わせて折り曲げられて保持される。ロワーシャフト２１によって保持されたフローチューブ１５の端部開口は外部から供給される試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を螺旋状流路に導く給液口１５ｅとなる。
【００１３】
螺旋部１５ｂによって形成される螺旋状流路の容量や構成部材等は適宜定めることができる。例えば、螺旋状流路は、略４０ｍｌの容量を有し、内径０．８ｍｍのポリテトラフルオロエチレン（以降、ＰＴＦＥという）製チューブを螺旋状に形成して構成することができる。なお、ここでは内径が０．８ｍｍのＰＴＦＥチューブを用いて容量が略４０ｍｌの螺旋部１５ｂを形成したが、カラムのスペックはこれに限らず、適宜変更してよい。例えば、内径が１．２ｍｍのより太めのＰＴＦＥ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の螺旋部を作製することができ、処理能力の向上が期待できる。
【００１４】
ロワーシャフト２１には第１の回転シール機構３４が組み付けられている。第１の回転シール機構３４はロワーシャフト２１に対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管３６をロワーシャフト２１に保持されたフローチューブ１５の給液口１５ｅに液密に連通させる。第１の回転シール機構３４が供給管３６を給液口１５ｅに連通させることにより、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を螺旋部１５ｂの螺旋状流路に供給することができ、ロワーシャフト２１は供給管３６に対して自在に回転することができる。これにより、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を漏出させることなく第１カラム４に供給でき、かつ第１カラム４の自転速度を、公転速度に拘束されることなく自由に定めることが可能となる。
【００１５】
第２カラム６はフローチューブ１５とこのフローチューブ１５を保持するホルダ２５とを備える。ホルダ２５は両端部にフランジ２５ａ、２５ｂが設けられたリール形状に形成され、各フランジ２５ａ、２５ｂの周縁部には開口２５ｃ、２５ｄが穿たれている。上側フランジ２５ａ、および下側フランジ２５ｂにはそれぞれアッパーシャフト３０、ロワーシャフト３１が設けられ、アッパーシャフト３０およびロワーシャフト３１の中心を自転軸Ｓ２が貫通している。アッパーシャフト３０はホルダ２５内に向かうフローチューブ１５を上側フランジ２５ａ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１５は開口２５ｃを通りフランジ間に通される。両フランジ２５ａ、２５ｂ間に通されたフローチューブ１５が巻かれて螺旋部１５ｄが形成され、この螺旋部１５ｄ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螺旋状流路が形成される。この螺旋状流路で試料混合物からの目的物質の分離が実行される。両フランジ間で螺旋状に形成されたフローチューブ１５は下側フランジ２５ｂの周縁部に穿たれた開口２５ｄを通り、開口２５ｄから延出したフローチューブ１５の端部はロワーシャフト３１によって下側フランジ２５ｂの中心部で自転軸Ｓ２に合わせて折り曲げられて保持される。ロワーシャフト３１によって保持されたフローチューブ１５の端部開口は螺旋部１５ｄ内の分離された試料物質を移動相となる溶媒と共に溶液を排出するための排液口１５ｆとなる。
【００１６】
ロワーシャフト３１には第２の回転シール機構３５が組み付けられている。第２の回転シール機構３５はロワーシャフト３１に対して回転自在に組み付けられ、分離された試料物質を移動相となる溶媒と共にカラム外部に排液するための排液管３７をロワーシャフト３１に保持されたフローチューブ１５の排液口１５ｆに液密に連通させる。第２の回転シール機構３５が排液管３７を排液口１５ｆに液密に連通させることにより、フローチューブ１５内の液体を外部に排出することができ、ロワーシャフト３１は排液管３７に対して自在に回転することができる。これにより、液体を漏出させることなく第２カラム６から排出でき、第２カラム６の自転速度を、公転速度に拘束されることなく自由に定めることが可能となる。
【００１７】
第１カラム４のアッパーシャフト２０から延出したフローチューブ１５は公転軸パイプ２の傍を通過して第２カラム６に導かれる。第１、第２カラム４、６との間を中継するフローチューブ１５の中継部１５ｃは、上に突き出たアーチ状となり、中継部１５ｃが捩れることはない。
【００１８】
フローチューブ１５、供給管３６、排液管３７の材質は特に制限されないが、耐磨耗性、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、上述のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）以外にも、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る。
【００１９】
以上のように、本態様では第１カラム４は公転しながら公転方向と同方向に自転し、第２カラム６は公転しながら公転方向と反対方向に自転する。ここで、第１カラム４の自転方向と第２カラム６の自転方向とは逆方向であるが角速度は同じγに合わせられているため中継部１５ｃが捩れることなく、さらに第１、第２の回転シール機構３４、３５を備えたから第１、第２カラム４、６を公転に対して非同期で自転させることができる。
【００２０】
上述したように、図１、２では自転方向が反対のカラムがそれぞれ１個の態様を例示したが、自転方向が反対のカラムの個数はそれぞれ１個に限らず、それぞれ２個以上にすることもできる。
図３は、同方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つのカラムとを公転軸のまわりに交互に配置した向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した斜視図である。
図３に示すように、公転軸Ｒの周囲には、第１カラム４１、第２カラム４２、第３カラム４３、第４カラム４４が、公転軸Ｒの周りで略等間隔を隔てて設けられている。第１〜第４カラム４１〜４４は、それぞれの自転軸Ｓ１〜Ｓ４が公転軸Ｒと略平行をなすように配置され、第１、第３カラム４１、４３は公転方向と同方向に自転し、第２、第４カラム４２、４４は公転方向と反対方向に自転する。
【００２１】
フローチューブ４８は、螺旋状に形成された螺旋部４８ｂ、第１カラム４１のアッパーシャフト４１ａから第２カラム４２のアッパーシャフト４２ａまでの第１中継部４８ｃ、螺旋部４８ｄ、第２カラム４２のロワーシャフト４２ｂから第３カラム４３のロワーシャフト４３ｂまでの第２中継部４８ｅ、螺旋部４８ｆ、第３カラム４３のアッパーシャフト４３ａから第４カラム４４のアッパーシャフト４４ａまでの第３中継部４８ｇ、螺旋部４８ｈ、などから構成される。
【００２２】
第１〜第３中継部４８ｃ、４８ｅ、４８ｇはそれぞれ螺旋部４８ｂ、４８ｄ、４８ｆ、４８ｈの間を中継する。このとき第１カラム４１と第２カラム４２とは互いに反対方向に同期して自転し、第２カラム４２と第３カラム４３とは相互に反対方向に同期して自転し、また第３カラム４３と第４カラム４４とは相互に反対方向に同期して自転するため、第１〜第３中継部４８ｃ、４８ｅ、４８ｇは捩れることはない。
【００２３】
第１カラム４１のロワーシャフト４１ｂには第１の回転シール機構５１が回転自在に組み付けられ、第１の回転シール機構５１は公転軸パイプから導出された供給管５４をロワーシャフト４１ｂに保持されたフローチューブ４８の給液口（図示省略）に液密に連通させる。これによりロワーシャフト４１ｂは供給管５４に対して自在に回転することができ、供給管５４から試料溶液、固定相となる溶媒および移動相となる溶媒がフローチューブ４８内に導かれる。
第４カラム４４のロワーシャフト４４ｂには第２の回転シール機構５２が回転自在に組み付けられ、第２の回転シール機構５２はフローチューブ４８内の液体を外部に排出するための排液管５５を、ロワーシャフト５２に保持されたフローチューブ４８の排液口（図示省略）に液密に連通させる。これによりロワーシャフト４４ｂは排液管５５に対して自在に回転することができ、螺旋部４８ｈによって形成される螺旋状流路から、分離された試料物質が移動相となる溶媒と共に排液管５５に導かれる。
公転軸Ｒの周囲にバランスよく第１〜第４カラム４１〜４４を配置したことにより、総カラム容量を増やすことができ、目的物質の効率よい分離が期待できる。
【００２４】
上記では、複数の螺旋状流路を有したカラムを公転させつつ自転させたが、本発明の態様はこれに限らない。
図４は、公転方向と反対まわりに自転するカラムとこのカラムと反対方向に自転する保持体とを１つずつ備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した説明図であり、図５は図４に示された機構の概略的な斜視図である。図４および図５では、カラムの一方はフローチューブが螺旋状に巻かれ、他方はフローチューブが螺旋状ではなく直線状に形成された態様を示す。以降、フローチューブが直線状に形成されたカラムを保持体という。
図４および図５に示すように、向流クロマトグラフ装置は公転軸Ｒ、この公転軸Ｒと略平行な自転軸Ｓ、カラム６４、保持体６６などを有する。公転軸Ｒは公転軸パイプ６２の中心を軸方向に貫通し、２つの自転軸Ｓ１、Ｓ２はカラム６４、保持体６６の中心を貫通している。カラム６４は公転軸パイプ６２を中心に公転しつつ公転方向と反対方向に自転し、保持体６６は公転軸パイプ６２を中心に公転しつつカラム６４の自転方向と反対方向に自転する。公転軸パイプ６２は中空に形成され、フローチューブは公転軸パイプ６２内を通されてカラム６４や保持体６６側に導入される。カラムが公転方向と反対方向に自転するこの本態様は、例えば水性二相溶媒を用いて目的物質の分離精製を実行するために用いることができる。
【００２５】
カラム６４は、フローチューブ６８とこのフローチューブ６８が巻かれるホルダ７０とを備え、フローチューブ６８はホルダ７０の一端側から他端側に螺旋状に形成されている。ホルダ７０は両端部にフランジ７０ａ、７０ｂが設けられたリール形状に形成され、両フランジ７０ａ、７０ｂ間にフローチューブ６８が巻きつけられてフローチューブ６８が螺旋状に形成された螺旋部６８ｄが形成される。
【００２６】
上側フランジ７０ａおよび下側フランジ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、それぞれの中心を自転軸Ｓ１が貫通する。アッパーシャフト８０およびロワーシャフト８１はそれぞれフローチューブ６８を保持し、螺旋部６８ｄが維持される。アッパーシャフト８０はホルダ７０内に向かうフローチューブ６８を上側フランジ７０ａ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６８は上側フランジ７０ａの周縁部に穿たれた開口７０ｃを通り両フランジ間に通される。両フランジ間で螺旋状に形成されたフローチューブ６８は下側フランジ７０ｂの周縁部に穿たれた開口７０ｄを通り、開口７０ｄから延出したフローチューブ６８の端部はロワーシャフト８１によって下側フランジ７０ｂの中心部で自転軸Ｓ１に合わせて折り曲げられて保持される。
【００２７】
保持体６６はフローチューブ６８とこのフローチューブ６８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７２ｃ、７２ｄが穿たれている。上側フランジ７２ａ、および下側フランジ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およびロワーシャフト８５の中心を自転軸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６８を上側フランジ７２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６８は開口７２ｃ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６８は下側フランジ７２ｂの周縁部に穿たれた開口７２ｄを通り、開口７２ｄから延出したフローチューブ６８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Ｓ２に合わせて折り曲げられて保持される。
【００２８】
保持体６６のアッパーシャフト８４から延出したフローチューブ６８は公転軸パイプ６２の傍を通過してカラム６４に導かれる。保持体６６とカラム６４との間を中継するフローチューブ６８の中継部６８ｃは、例えば上に突き出るようにアーチ状となり、中継部６８ｃがこのような単純な形状に形成されることにより中継部６８ｃが捩れることはない。
【００２９】
保持体６６は公転しながら公転方向と同方向に自転し、カラム６４は公転しながら公転方向と反対方向に自転する。自転の角速度は公転の角速度ωと異なるγにされている。保持体６６の自転方向とカラム６４の自転方向とは逆方向にされ角速度は同じγにされている。
【００３０】
ロワーシャフト８５には第１の回転シール機構８７が組み付けられている。第１の回転シール機構８７はロワーシャフト８５に対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管８９をロワーシャフト８５に保持されたフローチューブ６８の給液口６８ｅに液密に連通させる。第１の回転シール機構８７が供給管８９を給液口６８ｅに連通させることにより、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を流路６８ｂに供給することができ、ロワーシャフト８５は供給管８９に対して自在に回転することができる。
ロワーシャフト８１には第２の回転シール機構８６が組み付けられている。第２の回転シール機構８６はロワーシャフト８１に対して回転自在に組み付けられ、螺旋状流路内の液体をカラム外部に排液するための排液管８８をロワーシャフト８１に保持されたフローチューブ６８の排液口６８ｆに液密に連通させる。第２の回転シール機構８６が排液管８８を排液口６８ｆに液密に連通させることにより、フローチューブ６８内の液体を外部に排出することができ、ロワーシャフト８１は排液管８８に対して自在に回転することができる。
【００３１】
上述したように、図４、５ではカラムと保持体とがそれぞれ１個の態様を例示したが、カラムと保持体との個数はそれぞれ１個に限らず、それぞれ２個以上にしてもよい。
図６は公転方向と異なる方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つの保持体とを公転軸まわりに交互に配置した向流クロマトグラフ装置のカラムおよび保持体の保持機構を概略的に示した斜視図である。
図６に示すように、公転軸Ｒの周囲には、第１保持体９１、第１カラム９２、第２保持体９３、第２カラム９４が略等間隔を隔てて設けられている。第１、第２保持体９１、９３、第１、第２カラム９２、９４は、それぞれの自転軸Ｓ１〜Ｓ４が公転軸Ｒと略平行をなすように配置され、第１、第２保持体９１、９３は公転方向と同方向に自転し、第１、第２カラム９２、９４は第１、第２保持体９１、９３の自転方向と反対方向に自転する。
この態様では、フローチューブ９８はストレート形状の流通部９８ｂ、第１中継部９８ｃ、螺旋部９８ｄ、第２中継部９８ｅ、ストレートに形成された流通部９８ｆ、第３中継部９８ｇ、螺旋部９８ｈから構成される。
【００３２】
ロワーシャフト９１ｂには第１の回転シール機構９０が組み付けられている。第１の回転シール機構９０はロワーシャフト９１ｂに対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管９７をロワーシャフト９１ｂに保持されたフローチューブ９８の給液口（図示省略）に液密に連通させる。第１の回転シール機構９０が供給管９７を給液口に連通させることにより、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を流路９８ｂに供給することができ、ロワーシャフト９１ｂは供給管９７に対して自在に回転することができる。
また、ロワーシャフト９４ｂには第２の回転シール機構９５が組み付けられている。第２の回転シール機構９５はロワーシャフト９４ｂに対して回転自在に組み付けられ、目的物質分離後の液体をカラム外部に排液するための排液管９９をロワーシャフト９４ｂに保持されたフローチューブ９８の排液口（図示省略）に液密に連通させる。第２の回転シール機構９５が排液管９９を排液口に液密に連通させることにより、フローチューブ９８内の液体を外部に排出することができ、ロワーシャフト９４ｂは排液管９９に対して自在に回転することができる。
【００３３】
上記図４〜６では、公転方向と反対方向に自転するカラムを備えた態様について例示したが、公転方向と同方向に自転するカラムを備えてもよい。
図７は公転方向と同方向に自転するカラムとこのカラムと反対方向に自転する保持体とを１つずつ備えた向流クロマトグラフ装置のカラム保持機構を概略的に示した説明図である。また、図８は、図７に示された公転方向と同方向に自転する１つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する１つの保持体とを備えた機構の概略的な斜視図である。
図７および図８に示すようにこの態様では、公転軸Ｒと略平行な自転軸Ｓ１を備え公転軸Ｒを中心に公転しつつ公転方向と同方向に自転するカラム１０１と、公転軸パイプ１００を中心に公転しつつ公転方向と反対方向に自転する保持体１０３などを備える。カラム１０１は、フローチューブ１０５とホルダ１０７とを備え、フローチューブ１０５はホルダ１０７の両フランジ１０７ａ、１０７ｂ間で巻きつけられて螺旋部１０５ｂが形成される。保持体１０３のアッパーシャフト１２０から延出したフローチューブ１０５はカラム１０１に接続されている。図７、８に示される態様では、保持体１０３は公転しながら公転方向と反対方向に自転し、カラム１０１は公転しながら公転方向と同方向に自転する。保持体１０３の自転方向とカラム１０１の自転方向とは逆方向にされ角速度は同じγに合わせられている。
【００３４】
ロワーシャフト１１１には第１の回転シール機構１２３が組み付けられている。第１の回転シール機構１２３はロワーシャフト１１１に対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相の溶媒及び移動相の溶媒の供給管１２６をロワーシャフト１１１に保持されたフローチューブ１０５の給液口１０５ｅに液密に連通させる。また、ロワーシャフト１２１には第２の回転シール機構１２４が組み付けられている。第２の回転シール機構１２４は、ロワーシャフト１２１に対して回転自在に組み付けられ、目的物質分離後の液体をカラム外部に排液するための排液管１２７をロワーシャフト１２１に保持されたフローチューブ１０５の排液口１０５ｆに液密に連通させる。
【００３５】
上述したように、図７、８では、公転方向と同方向に自転するカラム１０１と、公転方向と逆方向に自転する保持体１０３とがそれぞれ１個の態様を例示したが、カラムと保持体との個数はそれぞれ１個に限らず、それぞれ２個以上にすることもできる。
図９は公転方向と同方向に自転する２つのカラムとこのカラムと反対方向に自転する２つの保持体とを公転軸まわりに交互に配置した向流クロマトグラフ装置について概略的に示した斜視図である。
図９に示すように、公転軸Ｒの周囲には、第１カラム１３１、第１保持体１３２、第２カラム１３３、第２保持体１３４が設けられ、第１、第２カラム１３１、１３３、第１、第２保持体１３２、１３４はそれぞれの自転軸Ｓ１〜Ｓ４が公転軸Ｒと略平行をなすように配置される。フローチューブ１３６は、螺旋部１３６ｂ、第１中継部１３６ｃ、流通部１３６ｄ、第２中継部１３６ｅ、螺旋部１３６ｆ、第３中継部１３６ｇ、流通部１３６ｈ、などから構成される。
【００３６】
ロワーシャフト１３１ｂには第１の回転シール機構１４１が組み付けられている。第１の回転シール機構１４１はロワーシャフト１３１ｂに対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管１４５をロワーシャフト１３１ｂに保持されたフローチューブ１３６の給液口（図示省略）に液密に連通させる。また、ロワーシャフト１３４ｂには第２の回転シール機構１４２が組み付けられている。第２の回転シール機構１４２はロワーシャフト１３４ｂに対して回転自在に組み付けられ、試料溶液をカラム外部に排液するための排液管１４６をロワーシャフト１３４ｂに保持されたフローチューブ１３６の排液口（図示省略）に液密に連通させる。
【００３７】
次に、図３に示したような、公転方向に自転する２つのカラムと公転方向と反対方向に自転する２つのカラムとの合計４つのカラムを備えた向流クロマトグラフ装置のさらに具体的な構成について説明する。
図１０は、向流クロマトグラフ装置について、公転軸および自転軸を含む平面で切断してその構成を概略的に示した説明図である。
図１０に示すように、向流クロマトグラフ装置１６０は、装置本体１６４、ロータリーフレームユニット（回転カラムユニット）１６６、公転軸パイプ１６７、第１、第２回転シール機構１９１、１９２等を備え、装置本体１６４の上部は蓋１６８によってカバーされている。装置本体１６４はロータリーフレームユニット１６６の収容スペース１７０を内部に備え、このスペース１７０内にロータリーフレームユニット１６６が収められている。ロータリーフレームユニット１６６は、中心に公転軸パイプ１６７を備える。公転軸パイプ１６７の上下両端は装置本体１６４に軸支され、ロータリーカラムフレームユニット１６６は公転軸パイプ１６７の中心を貫通する公転軸Ｒを中心に回転自在に保持される。
【００３８】
装置本体１６４は側壁１７２、および底部１７４を備え、その内部に断面略円形状の収容スペース１７０を有する。底部１７４には動力供給部１７７が備えられ、動力供給部１７７は、モータ、このモータの駆動を制御するモータコントローラ等を備える。動力供給部は、モータの動力を基にして、カラムを公転させるための公転用動力と、後述するカラムを自転させるための自転用動力とを発生させる動力発生機構を備える。このような構成から、動力供給部は、公転軸パイプ１６７を中心にロータリーフレームユニット１６６を公転軸Ｒまわりに回転させる動力を供給するとともに、各カラムに自転するための動力を供給することができる。なお、図示はしないが、装置本体１６４の外側にはモータの回転数を調節するための操作部を設けてもよく、ユーザはこの操作部を操作することで、モータコントローラを介してカラムの公転角速度および自転角速度を調節することができる。
【００３９】
蓋１６８は装置本体１６４の上部に着脱自在に装着される。蓋１６８には、供給管１９４を向流クロマトグラフ装置１６０内部に導入するための導入孔等が形成されている。公転軸パイプ１６７は、中空状に形成され上側軸端部および下側軸端部は開口し、外周面には上側の第１開口１８０と下側の第２開口１８１とが形成され、各開口１８０、１８１はそれぞれ内側の中空部１８３に連通している。公転軸パイプ１６７の上側軸端部の開口から供給管１９４が中空部１８３に導かれ、中空部１８３に導かれた供給管１９４は第１開口１８０から第１カラム２１１の近傍に導出される。第１カラム２１１の近傍に導出された供給管１９４は第１の回転シール機構１９１によって第１カラム２１１の螺旋状流路に連通される。第４カラム２１４の螺旋状流路には第２の回転シール機構１９２を介して排液管１９５が連通し、排液管１９５は第２開口１８１から公転軸パイプ１６７の中空部１８３に導かれる。第２開口１８１から公転軸パイプ１６７の中空部１８３に導かれた排液管１９５は公転軸パイプ１６７の下側軸端部を通して装置本体１６４の外部に導出される。
【００４０】
ロータリーフレームユニット１６６は公転軸パイプ１６７や第１〜第４カラムのほか、各カラムを支持するフレーム２３８や軸受け、試料溶液や固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の給液口、分離した物質を溶出する移動相となる溶媒の排液口などを備える。ロータリーフレームユニット１６６は公転軸パイプ１６７を中心に回転可能に軸支され、ロータリーフレームユニット１６６は後述する第１〜第４カラム（図１１参照）をベアリングなどの軸受けを用いて回転自在に軸支している。これにより第１〜第４カラムは惑星運動することができる。第１〜第４カラムは例えばスパーギヤを介して公転軸パイプ１６７から供給される供給動力によって駆動制御される。第１〜第４カラムの給液口および排液口はロータリーフレームユニット１６６の上側に備えてもよいし下側に備えてもよいが、ここでは下側に備えたものを例示する。
【００４１】
図１１はロータリーフレームユニット１６６を上側から観察した平面図である。図１１に示すように、ロータリーフレームユニット１６６は第１〜第４カラム２１１〜２１４を備え、第１〜第４カラム２１１〜２１４は公転軸パイプ１６７のまわりに略等間隔を隔てて配置されている。第１〜第４カラム２１１〜２１４は、螺旋部の巻き数（ピッチ数）が同一であり、それぞれの重量が同一になるように調整され、ロータリーフレームユニット１６６が安定して回転できるように構成されている。
【００４２】
フローチューブ２００は、各カラムの螺旋部（図示省略）のほか、第１中継部２００ｃ、第２中継部２００ｅ、第３中継部２００ｇ、などから構成される。図示しない導入孔を介して装置内部に導入された試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管１９４は、上端の開口から公転軸パイプ１６７内に導かれて第１開口１８０まで公転軸パイプ１６７内を通される。試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を供給する供給管１９４は、第１の回転シール機構１９１を介して第１カラム２１１の下端に保持されたフローチューブ２００の給液口に液密に連通される。フローチューブ内の液体を外部へ排出するための排液管１９５は、第２の回転シール機構を介して第４カラム２１４の下端に保持されたフローチューブ２００の排液口に液密に連通される。第２の回転シール機構１９２に一端が保持された排液管１９５は第２開口１８１から公転軸パイプ１６７内の中空部１８３に収納され、公転軸パイプ１６７の下端の開口まで公転軸パイプ１６７内を通される。公転軸パイプ１６７の下端から導出された排液管は底部１７４側から装置本体１６４の外部まで導かれる。
【００４３】
第１カラム２１１には第１の回転シール機構１９１が装着されている。第１の回転シール機構１９１は、第１カラム２１１のロワーシャフトに対して回転自在に組み付けられ、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の供給管１９４をロワーシャフトに保持されたフローチューブ２００の給液口に液密に連通させる。第１の回転シール機構１９１が供給管１９４を給液口に連通させることにより、試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒を螺旋状流路に供給することができ、カラム２１１は供給管１９４に対して自在に回転することができる。
第４カラム２１４には第２の回転シール機構１９２が装着されている。第２の回転シール機構１９２は、第４カラム２１４のロワーシャフトに対して回転自在に組み付けられ、螺旋状流路内の液体をカラム外部に排液するための排液管１９５をロワーシャフトに保持されたフローチューブ２００の排液口に液密に連通させる。第２の回転シール機構１９２が排液管１９５を排液口に液密に連通させることにより、フローチューブ２００内の液体を外部に排出することができ、第４カラム２１４は排液管１９５に対して自在に回転することができる。
【００４４】
装置本体１６４の底部１７４と一体に固定された公転軸パイプ１６７を回転自在に支持する支持部には、カラムの公転軸と中心を同一とする固定平歯車（回転不能な平歯車）３２０が設けられ、この固定平歯車３２０はロータリーフレームユニット１６６のロータリーフレーム２３８に設けられたトランスファードリブンギア３２２、３２３及び第１ドリブンギア３２４、３２５と係合している。
第１ドリブンギア３２４、３２５は、第１ドリブンギア３２４、３２５と同様にロータリーフレーム２３８に設けられた第２ドリブンギア３２７、３２８と係合し、第１ドリブンギア３２４、３２５の回転を第２ドリブンギア３２７、３２８に伝達することができる。
トランスファードリブンギア３２２、３２３及び第２ドリブンギア３２７、３２８は第１〜第４カラム２１１〜２１４それぞれに備えられたカラム側平歯車３３１〜３３４に係合している。
例えば、第１、第３カラム２１１、２１３はそれぞれ第１ドリブンギア３２４、３２５及び第２ドリブンギア３２７、３２８を介して固定平歯車３２０に接続されており、ロータリーフレーム２３８が前記カラムの公転軸を中心に回転すると、第１ドリブンギア３２４、３２５は固定平歯車３２０を中心に回転し、この時発生する第１ドリブンギア３２４、３２５の自転が第１、第３カラム２１１、２１３を回転させる動力となる。
即ち、第１ドリブンギア３２４、３２５の回転は第２ドリブンギア３２７、３２８を介して第１、第３カラム２１１、２１３に備えられたカラム側平歯車３３１、３３３に伝達され、第１、第３カラム２１１、２１３はその公転方向と同方向に自転することができる。
第２、第４カラム２１２、２１４は、それぞれトランスファードリブンギア３２２、３２３を介して固定平歯車３２０に接続されており、ロータリーフレーム２３８が前記カラムの公転軸を中心に回転すると、トランスファードリブンギア３２２、３２３は固定平歯車３２０を中心に回転し、この時発生するトランスファードリブンギア３２２、３２３の自転が第２、第４カラム２１２、２１４を回転させる動力となる。
即ち、トランスファードリブンギア３２２、３２３の回転はカラム２１２、２１４に備えられたカラム側平歯車３３２、３３４に伝達され、第２、第４カラム２１２、２１４はその公転方向と反対方向に自転することができる。
第１ドリブンギア３２４、３２５及びカラム側平歯車３３１、３３３は、例えば、第１、第３カラム２１１、２１３が公転数に対して同期的に自転するようにギア比を選択することも可能であり、また、第１、第３カラム２１１、２１３が公転数に対して非同期で自転するようにギア比を適宜選択することもできる。
トランスファードリブンギア３２２、３２３及びカラム側平歯車３３２、３３４は、第１、第３カラム２１１、２１３の自転速度γに対して第２、第４カラム２１２、２１４の自転速度がγに合致するように適宜選択される。
これにより、第１〜第４カラム２１１〜２１４間の第１〜第３中継部２００ｃ、２００e、２００ｇが捩れることなく第１〜第４カラム２１１〜２１４を公転に対して例えば非同期で自転させることができる。
【００４５】
図１２は自転軸を含む平面で第１の回転シール機構１９１の周囲を切断した断面図である。なお、第２の回転シール機構は、供給管が排液管に置き替わる以外は以下の第１の回転シール機構と基本的に同一構造であるためその詳細な説明は省略する。
図１２に示すように、第１の回転シール機構１９１は第１カラム２１１下部に備えられたロワーシャフト２２０に組み付けられている。ロワーシャフト２２０の下端部にはチューブホルダ２２１が設けられ、チューブホルダ２２１は試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の流通が可能なように管状に形成されている。チューブホルダ２２１は、フローチューブ２００の端部を保持しており、給液口として機能する。なお、第４カラム２１４の下端部に具備されたチューブホルダ２２１は排液口として機能する。
【００４６】
第１の回転シール機構１９１は、ボールベアリング２６０、テンショナシャフト２６２、スプリングテンショナ２６４、フランジ２６７、Ｏリング２７２、メインシャフト２７４などから構成されている。
ロワーシャフト２２０はベアリングケース２４０によってロータリーフレーム２３８に対して回転自在に軸支され、ベアリングケース２４０はロータリーフレーム２３８にボルト／ナットで固定されている。
【００４７】
ベアリングケース２４０はロータリーフレーム２３８に固定され、ロワーシャフト２２０を軸支する部分はボールベアリングによって回転自在とされ、これにより第１カラム２１１はロータリーフレーム２３８上で自転することができる。カラム２１１のロワーシャフト２２０の下側にはメインシャフト２７４を組み付けるためのジョイントプレート２６８が組み付けられ、このジョイントプレート２６８を介してメインシャフト２７４が組み付けられる。メインシャフト２７４の外表面にはＯリングを装着するためのリング状のスロット２７４ａが例えば２つ同心状に形成され、大径および小径それぞれのスロット２７４ａにＯリングが嵌め込まれる。Ｏリングは個数は２つに限られるものではなく、１つや３つ以上でもよい。
【００４８】
フランジ２６７はボルト／ナットでロータリーフレーム２３８に組みつけられ、スプリングテンショナ２６４およびバネ２６９によって付与される付勢力によってテンショナシャフト２６２はメインシャフト２７４側に押し付けられる。テンショナシャフト２６２にはメインシャフト２７４が当接する受入開口２６２ａが形成され、この開口２６２ａ内にはＯリング２７２が嵌入される装着スロット２６２ｂが形成されている。テンショナシャフト２６２とスプリングテンショナ２６４との間にはボールベアリング２６０が介装され、これによりテンショナシャフト２６２はスプリングテンショナ２６４に対して回転自在となる。テンショナシャフト２６２がスプリングテンショナ２６４に対して回転自在となることで、テンショナシャフト２６２はメインシャフト２７４の回転に影響されることがなくなる。以上のような構成から、テンショナシャフト２６２は公転と同様に回転し、メインシャフト２７４はカラムと同様に回転することとなる。
【００４９】
ロータリーフレーム２３８にはフランジ２６７も固定され、フランジ２６７にはさらにフランジキャップ２６５が固定される。これによりフランジキャップ２６５はロータリーフレーム２３８に対して動かないように固定され、この固定されたフランジキャップ２６５にスプリングテンショナ２６４がねじなどで押圧を調整可能に固定される。また、スプリングキャップ２６５とスプリングテンショナ２６４の嵌合部２７９にそれぞれねじ形状を設け、それらを螺合させる構造とすることでスプリングテンショナ２６４を押圧の調整をしながら固定することができる。スプリングテンショナ２６４にはスプリング２６９が嵌入され、このスプリング２６９の付勢力によってテンショナシャフト２６２がメインシャフト２７４に押圧される。テンショナシャフト２６２は供給管１９４を保持するためのホルダ２７８を備え、ホルダ２７８が保持した供給管１９４から供給される供給液が流通開口２７６に流れ込む。
【００５０】
メインシャフト２７４とテンショナシャフト２６２との間には、合計３環のＯリング２７２が介装され、これらのＯリング２７２によって、メインシャフト２７４に穿設された流通開口２７５とテンショナシャフト２６２に穿設された流通開口２７６とから試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒が漏れないようにシールされる。メインシャフト２７４の流通開口２７５に、テンショナシャフト２６２の流通開口２７６が合わせられ、メインシャフト２７４とテンショナシャフト２６２との間には、流通開口２７５、２７６の中心を基準として径サイズの異なる３つのＯリング２７２が同心円状に配置され、これらのＯリング２７２によってメインシャフト２７４の流通開口２７５と、テンショナシャフト２６２の流通開口２７６とが液密に連通することができる。
【００５１】
メインシャフト２７４にはスパーギア（カラム側平歯車）２８０が設けられ、このスパーギア２８０はカラムの自転に同期して回転する。
スパーギア２８０は、ロータリーフレーム２３８と一体に固定されたシャフト２８８にベアリングを介して回転自在に軸支されるアイドラシャフト２８９に一体に設けられたスパーギア２８１と係合している。
前記アイドラシャフト２８９の下側にはスパーギア２８３が一体に設けられ、スパーギア２８１と同期して回転する。
スパーギア２８４はテンショナシャフト２６２に一体に設けられ、スパーギア２８１と係合しているので、スパーギア２８１が回転することにより動力が伝達され、テンショナシャフト２６２は回転する。
スパーギア２８０、スパーギア２８１、スパーギア２８３及びスパーギア２８４の歯数はカラム２１１の自転速度が前記カラムの公転速度ωと異なった場合においてもテンショナシャフト２６２の自転速度が前記公転速度と同じになるように決められ、組み合わされている。即ち、種々の歯数の歯車の組合せにより、カラム２１１が前記公転速度と同速度で自転可能であると共に前記公転速度と異なった回転で自転でき、カラム２１１の自転速度をほぼ無段階的（連続的）に変えることが出来る。
【００５２】
上記の回転シール機構はメインシャフト２７４およびテンショナシャフト２６２に計３環のＯリング２７２を同心円状に配置して液体をシールしたが、回転シール機構の構造は上記に限らず他の態様でもよい。例えばＯリングの数を２環や１環としてもよいし、図１３〜１５に示すような態様の回転シール機構でもよい。
例えば、図１３は条溝の形成されたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。図１３に示すように、テンショナシャフト３７０に条溝を設けてもよい。メインシャフト２７４を受け入れるテンショナシャフト３７０の嵌合部に条溝３７２を形成したことにより、メインシャフト２７４との接触面積を低減できより低負荷な回転シール機構とすることができる。
また、図１４はオイルシールを備えたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。図１４に示すように、テンショナシャフト３９０にオイルシール３９２を設けてもよい。オイルシール３９２としては例えばバネやリップなどのメカニカルな機構を有するものが一般的に知られているが、他の構造のものを用いてもよい。テンショナシャフト３９０にオイルシール３９２を備えたことにより、より精度高いシールが可能となる。
テンショナシャフトにオイルシールと条溝との両方を設けてもよい。図１５は条溝およびオイルシールを備えたテンショナシャフトを有する回転シール機構を、自転軸を含む平面で部分的に切断した部分断面図である。図１５に示すように、テンショナシャフト４１０にオイルシール４１２と条溝４１４とを設けた構造としてもよい。メインシャフト２７４の外周に当接するようにオイルシール４１２設けたことにより、より精度高いシールが可能となる。また、メインシャフト２７４との当接部に条溝４１４を設けたことにより、メインシャフト２７４との接触面積を低減できより低負荷な回転シール機構とすることができる。
前述の図１３及び図１５に示された条溝部は、条溝に代わりラビリンス形状としてもよい。
【００５３】
図１６は公転速度と自転速度との関係について、従来のクロマトグラフ装置および本願のクロマトグラフ装置の特性を示した説明図である。図１６に示すように、従来の向流クロマトグラフ装置では公転速度と自転速度との比例が固定的であったのに対して、本発明の向流クロマトグラフ装置では、自転速度は公転速度とは関係なく任意に定めることが可能であり、公転軸側から自転軸側に動力を伝達する伝達機構（ギヤ比など）を調整することにより異なる特性ラインを有する様々な向流クロマトグラフ装置を製作することができる。
図３に示したような公転方向と同じ方向に自転する２個のカラムと公転方向と反対方向に自転する２個のカラムとが公転軸周りに交互に配置された合計４個のカラムを有する場合では、例えば図中の実線ライン（■、□）、（●、○）、（▲、△）の特性ラインがプロットされる。
例えば、カラムの公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を１ｒａｄ／ｓｅｃまたは−１ｒａｄ／ｓｅｃ（＋：公転方向と同方向、−：公転方向と反対方向）とした場合、■印および□印の特性ラインが描画される。また、公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を３ｒａｄ／ｓｅｃまたは−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合、●印および○印の特性ラインが描画される。公転速度が０．５ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を３ｒａｄ／ｓｅｃまたは−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合、▲印および△印の特性ラインが描画される。
また、図４、５に示したような公転方向と同じ方向に自転する保持体と公転方向と反対方向に自転する１個のカラムとが公転軸対称に配置されたクロマトグラフ装置の場合では、例えば図中の☆、◇、◎の特性ラインがプロットされる。
例えば、公転速度が４ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合、☆印の特性ラインが描画され、公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−２．５ｒａｄ／ｓｅｃとした場合では、◇印の特性ラインが描画され、公転速度が１ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−２ｒａｄ／ｓｅｃとした場合には、◎印の特性ラインが描画される。
これに対して、フローチューブが捩れないようにするために公転速度に自転速度が同期させた従来の向流クロマトグラフ装置では、公転速度が１ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度が１ｒａｄ／ｓｅｃまたは−１ｒａｄ／ｓｅｃとなるような特性ラインがプロットされる。
あるいは、公転速度に自転速度が同期しないように設定できる従来の非同期型向流クロマトグラフ装置では、公転速度が０．５ｒａｄ／ｓｅｃのとき自転速度が１．５ｒａｄ／ｓｅｃとなるような特性ラインがプロットされる。
【００５４】
図１７は、図１６で描画された公転速度および自転速度を合成した総合的なカラム回転速度を横軸として特性ラインをプロットした説明図である。図１７に示すように、各カラムの公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を１ｒａｄ／ｓｅｃまたは−１ｒａｄ／ｓｅｃとした場合では、各カラムの総合的な回転速度は３ｒａｄ／ｓｅｃまたは１ｒａｄ／ｓｅｃとなり、■印および□印の特性ラインが描画される。各カラムの公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を３ｒａｄ／ｓｅｃまたは−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合では、各カラムの総合的な回転速度は５ｒａｄ／ｓｅｃまたは−１ｒａｄ／ｓｅｃとなり、●印および○印の特性ラインが描画される。各カラムの公転速度が０．５ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を３ｒａｄ／ｓｅｃまたは−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合では、各カラムの総合的な回転速度は３．５ｒａｄ／ｓｅｃまたは−２．５ｒａｄ／ｓｅｃとなり、▲印および△印の特性ラインが描画される。
また、公転方向と同じ方向に自転する保持体と公転方向と反対方向に自転する１個のカラムとが公転軸対称に配置されたクロマトグラフ装置について、公転速度が４ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−３ｒａｄ／ｓｅｃとした場合ではカラムの総合的な回転速度が１ｒａｄ／ｓｅｃとなり☆印の特性ラインが描画され、公転速度が２ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−２．５ｒａｄ／ｓｅｃとした場合ではカラムの総合的な回転速度が−０．５ｒａｄ／ｓｅｃとなり◇印の特性ラインが描画され、さらに、公転速度が１ｒａｄ／ｓｅｃのときに自転速度を−２ｒａｄ／ｓｅｃとした場合ではカラムの総合的な回転速度が−１ｒａｄ／ｓｅｃとなり◎印の特性ラインが描画される。
以上のように、本発明の向流クロマトグラフ装置では、無限のバリエーションを有するのに対し、従来の向流クロマトグラフ装置では、カラムの総合的な回転速度は公転速度に関わらず２ｒａｄ／ｓｅｃや０ｒａｄ／ｓｅｃに常に一定であったり、カラムの総合的な回転速度と公転速度の比率が２：１で限定され、カラムの公転および自転によって実現される分離環境のバリエーションがない。
【００５５】
本発明の向流クロマトグラフ装置を用いた分離システムは、例えば、有機溶媒―水系二相溶媒また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１６０、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。
【００５６】
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１６０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１６０内へ送られた移動相となる溶媒は、螺旋部内に導入される。螺旋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。
【００５７】
分離時の手順は、まず、有機溶媒−水系二相溶媒また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）を固定相として螺旋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ユニット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螺旋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、予め螺旋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螺旋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。有機溶媒―水系二相溶媒を、公転方向と同方向に自転する螺旋状流路と組み合わせて用いることにより、天然物からの生理活性物質の単離・精製、有機合成物質からの目的物質の精製などに広く用いることが期待される。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・精製には有用性が期待できる。また、水性二相溶媒を、公転方向と反対方向に自転する螺旋状流路と組み合わせて用いることにより、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・精製を行うことが可能である。また、生理活性物質などの中にはカラム充填剤との相互作用により失活する物質も多く、本発明の向流クロマトグラフ装置はこのような物質の分離・精製にも利用することができる。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。また、本発明の向流クロマトグラフ装置は、回転機構が簡単なため、従来の向流クロマトグラフ装置と比較して廉価に製造することができる。
【００５８】
次に本発明の作用について説明する。本発明の向流クロマトグラフ装置１６０は公転軸パイプ１６７を中心に回転するロータリーフレームユニット１６６、第１、第２の回転シール機構１９１、１９２などを備え、ロータリーフレームユニット１６６は第１〜第４カラム２１１〜２１４と試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒の給液口および分離した物質を含む移動相となる溶媒及び移動相となる溶媒の排液口とを備える。第１、第２の回転シール機構１９１、１９２はそれぞれロータリーフレームユニット１６６の給液口および排液口に供給管１９４、排液管１９５を相対回転自在に液密に連通させ、各カラム２１１〜２１４の螺旋状流路に試料溶液、固定相となる溶媒及び移動相となる溶媒が流通可能となる。ロータリーフレームユニット１６６に備えられた給液口および排液口に第１、第２回転シール機構１９１、１９２を介して供給管１９４、排液管１９５が相対回転自在に連通することにより、ロータリーフレームユニット１６６の回転と螺旋状流路の自転により発生する給液口および排液口の回転差での不具合（給液管、排液管の捩れ）が第１、第２の回転シール機構１９１、１９２によって解消され、各螺旋状流路の自転を公転と無関係に制御することが可能となり、公転に対して非同期で各螺旋状流路を自転させることができる。
【００５９】
本発明の向流クロマトグラフ装置によれば、螺旋状流路を公転に対して非同期で自転させることにより、螺旋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できることが期待される。また、捩れ解消用の配管システムは必要としないため、システムをよりコンパクトにすることができる。
また、カラムの自転がカラムの公転と非同期で駆動することにより、様々な態様の分離条件を設定し、最適な条件で分離を行うことが可能である。例えば、カラムの自転速度が２０ｒａｄ／ｓｅｃに対して公転速度を１５ｒａｄ／ｓｅｃとなるようにスパーギヤを選択してロータリーフレームに組み付けることや、カラムの自転が１０ｒａｄ／ｓｅｃに対して公転を２５ｒａｄ／ｓｅｃとなるようにスパーギヤを選択してロータリーフレームに組み付けることもできる。使用するギヤは、目的とする自転／公転の比に従って適宜決めればよい。カラムの公転速度に対する自転速度を少しずつ変えて目的物質の分離に与える影響を分析することにより、カラムの自転に伴って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の影響の解析が期待できる。
【００６０】
なお、上記では、回転シール機構として、Ｏリングやオイルシール、条溝、ボールベアリングなどを備えたものを例示したが、回転シール機構の構成はこれに限らない。例えば、より過酷な使用環境に対応するためにオイルシールよりも構造が複雑なメカニカルシールを備えた回転シール機構を用いてもよいし、磁性流体などの非接触型の回転シール機構を用いることもできる。シール機構としてどのようなものを用いるかは自転速度や公転速度、使用環境、環境温度などに基づいて決定することが好ましい。
【００６１】
また、上記では、メインシャフトからスパーギヤを介してカラムを公転に対して非同期に自転させたが、カラムを自転させるための動力の供給方式はこれに限らない。例えばカラム毎にモータを備え、このモータから供給される動力を用いてカラム自転させてもよい。モータを用いることにより、カラムの自転速度を自在に制御できるため、例えば最適な自転速度を効率的に見い出せることが期待できる。この場合、例えば図１８に示すように、第１、第２のカラム３０１、３０２の自転をそれぞれモータ制御するときでは、第１、第２カラム３０１、３０２それぞれのアッパーシャフト３０１ａ、３０２ａおよびロワーシャフト３０１ｂ、３０２ｂに回転シール機構３０６を組み合わせることにより、第１、第２のカラム３０１、３０２はそれぞれ自由自在に自転することができる。このような構造とすることにより、第１、第２カラム間の自転を同期させる必要がなくなり、より細やかな制御性に富む向流クロマトグラフ装置の提供が期待できる。
【符号の説明】
【００６２】
２ 公転軸パイプ
４ 第１カラム
６ 第２カラム
１５ フローチューブ
１５ｅ 給液口
１５ｆ 排液口
２１ ロワーシャフト
３１ ロワーシャフト
３４ 第１の回転シール機構
３５ 第２の回転シール機構
３６ 供給管
３７ 排液管
１６０ 向流クロマトグラフ装置
１６６ ロータリーフレームユニット
１６７ 公転軸パイプ
１９１ 第１の回転シール機構
１９２ 第２の回転シール機構
１９４ 供給管
１９５ 排液管
２００ フローチューブ
２１１ 第１カラム
２１２ 第２カラム
２１３ 第３カラム
２１４ 第４カラム
２２０ ロワーシャフト
２２１ チューブホルダ
２３８ ロータリーフレーム
２４０ ベアリングケース
２６０ ボールベアリング
２６２ テンショナシャフト
２６４ スプリングテンショナ
２６７ フランジ
２６９ バネ
２７２ Ｏリング
２７４ メインシャフト
Ｒ 公転軸
Ｓ 自転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
公転軸と同軸に配置されると共に回転自在に支持された公転軸パイプと、
この公転軸パイプの近傍に公転軸と略並行に配置されて前記公転軸を中心として公転軸パイプと一体的に公転するカラムと、
前記公転軸パイプから出され前記カラムを通って再び公転軸パイプに戻るフローチューブと
を備え、前記カラムを自転可能に支持したカラム保持機構であって、
前記カラムは少なくとも２つ設けられ、前記カラムと前記公転軸パイプとの間を中継するフローチューブを断絶して捩じれを解消すると共に、前記断絶されたチューブを液密に連通させる回転シール機構を設けたことを特徴とする前記カラム保持機構。
【請求項２】
前記回転シール機構はＯリングを備えたことを特徴とする請求項１に記載のカラム保持機構。
【請求項３】
前記Ｏリングは同心リング状に複数個配置されたことを特徴とする請求項２に記載のカラム保持機構。
【請求項４】
オイルシール、条溝、又は条溝とオイルシールとの組み合わせをさらに備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載のカラム保持機構。
【請求項５】
少なくとも２つのカラムからなるカラム群を少なくとも２組備えたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のカラム保持機構。
【請求項６】
前記カラムは、自転軸の一端側から他端側にフローチューブが螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカラム保持機構。
【請求項７】
前記２つのカラムのうち、一方は、自転軸の一端側から他端側にフローチューブが螺旋状に形成されており、他方は螺旋状に形成されていないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカラム保持機構。
【請求項８】
前記カラムは、公転速度とは非同期に自転することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のカラム保持機構。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のカラム保持機構を備えたことを特徴とするクロマトグラフ装置
【請求項１０】
前記カラム保持機構は、上壁、側壁及び底壁によって囲まれ、底壁面の法線方向に配向された公転軸を中心に公転することを特徴とする請求項８に記載のクロマトグラフ装置。
【請求項１】
公転軸と同軸に配置されると共に回転自在に支持された公転軸パイプと、
この公転軸パイプの近傍に公転軸と略並行に配置されて前記公転軸を中心として公転軸パイプと一体的に公転するカラムと、
前記公転軸パイプから出され前記カラムを通って再び公転軸パイプに戻るフローチューブと
を備え、前記カラムを自転可能に支持したカラム保持機構であって、
前記カラムは少なくとも２つ設けられ、前記カラムと前記公転軸パイプとの間を中継するフローチューブを断絶して捩じれを解消すると共に、前記断絶されたチューブを液密に連通させる回転シール機構を設けたことを特徴とする前記カラム保持機構。
【請求項２】
前記回転シール機構はＯリングを備えたことを特徴とする請求項１に記載のカラム保持機構。
【請求項３】
前記Ｏリングは同心リング状に複数個配置されたことを特徴とする請求項２に記載のカラム保持機構。
【請求項４】
オイルシール、条溝、又は条溝とオイルシールとの組み合わせをさらに備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載のカラム保持機構。
【請求項５】
少なくとも２つのカラムからなるカラム群を少なくとも２組備えたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のカラム保持機構。
【請求項６】
前記カラムは、自転軸の一端側から他端側にフローチューブが螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカラム保持機構。
【請求項７】
前記２つのカラムのうち、一方は、自転軸の一端側から他端側にフローチューブが螺旋状に形成されており、他方は螺旋状に形成されていないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカラム保持機構。
【請求項８】
前記カラムは、公転速度とは非同期に自転することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のカラム保持機構。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のカラム保持機構を備えたことを特徴とするクロマトグラフ装置
【請求項１０】
前記カラム保持機構は、上壁、側壁及び底壁によって囲まれ、底壁面の法線方向に配向された公転軸を中心に公転することを特徴とする請求項８に記載のクロマトグラフ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１５９４３４（Ｐ２０１２−１５９４３４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００７８（Ｐ２０１１−２００７８）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
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