微小容量圧力計
【課題】ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ・自動圧力調整弁等に取付けられる圧力計の溶媒置換性の改善、及び測定精度を改善する。
【解決手段】配管継手に類似した形状の六角材２６０に内径１．０ｍｍの貫通穴２６６を開ける。その一片を削り、貫通穴外周との距離が０．５ｍｍとなるようにし、その表面を研磨して歪測定用歪ゲージ貼付面２７０とする。貫通穴両端には配管接続用の孔２６４を作成する。歪ゲージは、点線で囲まれた歪測定用歪ゲージ貼付面２７０の中央に１枚と、温度補正用として平面内もしくは六角材外面の温度測定要歪ゲージ貼付面２７２に別に２枚とを貼り付ける。それぞれの歪ゲージにてブリッジ回路を組み、信号を出力するようにする。
【解決手段】配管継手に類似した形状の六角材２６０に内径１．０ｍｍの貫通穴２６６を開ける。その一片を削り、貫通穴外周との距離が０．５ｍｍとなるようにし、その表面を研磨して歪測定用歪ゲージ貼付面２７０とする。貫通穴両端には配管接続用の孔２６４を作成する。歪ゲージは、点線で囲まれた歪測定用歪ゲージ貼付面２７０の中央に１枚と、温度補正用として平面内もしくは六角材外面の温度測定要歪ゲージ貼付面２７２に別に２枚とを貼り付ける。それぞれの歪ゲージにてブリッジ回路を組み、信号を出力するようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力計の溶媒置換性を改善するための流路中に設けられた微小容量の圧力計に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）は、移動相を送液するポンプ、試料注入のオートサンプラ、試料分離のカラム、試料検出の検出器で構成される。ポンプから送液される移動相と一緒に、オートサンプラから注入された試料が固定相を通過すると、カラム内で二つの相が相互作用を起こす。そして、分配係数の差異や固定相表面と試料との吸着力の差を利用して、成分ごとに試料を分離し精製している。
【０００３】
このとき、移動相組成を時間変化させることにより、試料の溶出時間を変化させることができる。このような操作を行い、試料を溶出する方式を一般にグラジェント溶出法という。例えば、水とメタノールの組成を時間変化させるときは、まずメタノールの組成を少なくすることにより極性の高い物質が溶出し、その後メタノールの割合を次第に増加させていくことにより、より極性の低い物質を溶出させることができる。
【０００４】
また、グラジェント溶出法は、ポンプからの溶媒の送液方法により２種類に分類される。一つの方法は、ポンプを複数台設け、それぞれに溶媒を満たし、各ポンプのそれぞれの流速を目的移動組成比に一致するよう送液し、連続的に時間変化する移動相溶媒をカラムに導入するもので、「高圧混合グラジェント法」と呼ぶ。もう一つの方法では、まず、１台のポンプの上流に溶媒切替器を設け、溶媒切替器には複数種の溶媒を接続しておく。ポンプの吸引速度に合わせて、ある一定周期における各溶媒の吸引容量が目的移動相組成比となるように溶媒を順次切換え、目的移動相組成比に一致する溶媒を吸引送液することにより、連続的に時間変化する移動相溶媒をカラムに導入する方法で、「低圧混合グラジェント法」と呼ぶ。
【０００５】
上記のポンプはおおまかに、移動相を吸引吐出するピストンやチェック弁、脈流を抑える圧力ダンピング部、及び圧力を計測する圧力計部より構成されている。
低圧グラジェント法を実施する場合は、移動相吸引部に溶媒切替器を接続することとなる。低圧グラジェント法においては特に切り替えられた溶媒組成を速やかに反映させることが大変重要であり、そのためにはポンプに良好な溶媒置換性が求められる。
また、高圧グラジェント法、低圧グラジェント法のいずれにおいても装置のトラブルシュートを行う目的で圧力計により装置内の圧力変動を監視することが必要となる。
連続送液中に圧力が大きく変化したり、圧力の変動が極端に大きくなったりする場合は、装置内に何らかの問題が生じている可能性が高い。
例えば、特に圧力が普段より高い値を示すときは、流路の詰まり等が生じている場合がある。また、分離カラムの種類によっては、耐圧があまり高くないものがあり、そういったカラムを使用する場合は上限圧力を設定してカラムを保護する必要がある。一方、特に圧力が普段より低い値を示すとき、もしくは変動が極端に大きいとき等は、流路からの液漏れが懸念される。
したがって、適切にトラブルシュートを行うためには精度の高い圧力計が必要である。
【０００６】
また、超臨界流体クロマトグラフ（Supercritical fluid chromatograph, SFC）では、ＨＰＬＣと同様に移動相を送液するためのポンプ、試料注入のオートサンプラ、試料分離のカラム、及び試料検出の検出器で構成され、さらにその下流にシステムの圧力制御を行う自動圧力調整弁が設置されている。
ＳＦＣにおいてもＨＰＬＣと同様、分析の他に分取用途にも用いられており、移動相を送液するためのポンプ、試料検出の検出器、システム圧力制御を行う自動圧力調整弁により構成されている。また、超臨界抽出（Supercritical fluid extraction, SFE）も同様に自動圧力調整弁を有する構成である。
【０００７】
このＳＦＥ・ＳＦＣで用いられる自動圧力調整弁のおおまかな構成は、システムの圧力を測定する圧力計部及び弁部により構成される。分離もしくは抽出した成分を自動圧力調整弁の下流で採取するので、溶媒置換性が低ければコンタミネーションが起こる場合がある。それゆえに、圧力計部に良好な溶媒置換性が求められる。
【０００８】
（従来型圧力計の測定原理）
従来型の圧力計の測定原理について説明する。ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥシステムのポンプやＳＦＥ／ＳＦＣシステムの自動圧力調整弁に用いられる圧力計は、圧力を測定する容器を設け、その容器に図１に示されている圧力計を設置することにより、容器内に満たされた溶媒の圧力を計測する方法で行われている。従来型圧力計１０は、ハウジング構造でその先端に形成された肉薄のダイアフラム部１２の歪みを電気信号として取り出す歪ゲージ１４とを備える。そして、ダイアフラム部１２の外側より圧力がかかるとダイアフラム部１２が変形し、その変化量は歪ゲージ１４の抵抗変化量として計測される。
【０００９】
（従来型圧力計の内部構造）
このような形態の圧力計には、溶媒の導入・排出の方式により、２種類の容器形状に大別される。一つは、図２に示された圧力計内部に流路を設けて流通させる流通型である。
流通型のダイアフラム型圧力計２０は、圧力メータ（図示しない）を支持する圧力メータ支持部２２と、圧力容器２４と、圧力メータ支持部２２と圧力容器２４とを接続する接続部２６と、ダイアフラム部３０と、ダイアフラム部３０に貼付けられた歪ゲージ２８と、流体の流路３２と、流路３２の入口３４及び出口３６とを備えている。
流路３２の入口３４から流入した流体は、流路３２を通過する。そのとき、流体による圧力がダイアフラム部３０に伝えられ、ダイアフラム部３０に歪みが生じる。歪ゲージ２８はその歪みを検知し、電気信号として圧力メータに伝える。その後、流体は流路の出口３６から排出される。
【００１０】
もう一つは、図３に示された圧力計内部に流入した流体を滞留させる滞留型である。
滞留型のダイアフラム型圧力計４０は、圧力メータ（図示しない）を支持する圧力メータ支持部４２と、圧力容器４４と、圧力メータ支持部４２と圧力容器４４とを接続する接続部４６と、ダイアフラム部５０と、ダイアフラム部５０に貼付けられた歪ゲージ４８と、流体の滞留部５２と、滞留部５２への流体の流入口５４とを備えている。
流入口５４から流入した流体は、滞留部５２へ流入する。そのとき、流体による圧力がダイアフラム部５０に伝えられ、ダイアフラム部５０に歪みが生じる。歪ゲージ４８はその歪みを検知し、電気信号として圧力メータに伝える。その後、流入した流体は流入口５４から徐々に排出される。
【００１１】
（従来型圧力計の溶媒置換性の問題）
ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥシステムのポンプには、いずれの方式も使用されるが、滞留型よりも流通型が望ましい。その理由は、滞留型においては内部構造上、移動相溶媒が滞留するので溶媒置換性が非常に悪いものとなり、移動相溶媒種を変更するとき多量の溶媒が必要となるからである。
また、滞留型における溶媒置換性の悪さは以下の理由で低圧グラジェント法において致命的な問題となる。滞留型の圧力計を用いたポンプを低圧グラジェント法に用いると、圧力計の滞留部の溶媒置換性が悪いため、移動相の組成比を正確に制御しても、異なる組成の溶媒が圧力計滞留部より徐々に排出され移動相と混じりあうため、ポンプから送液される移動相組成は制御した組成比とは異なるものとなってしまう。これは、正確なクロマトグラムを得るための支障となるため好ましくない。
【００１２】
一方、ＳＦＥにおける自動圧力調整弁の圧力計部についても、滞留型よりも流通型が望ましい。滞留型においては溶媒の置換性が非常に悪いため、分離・抽出した試料が滞留していた溶媒と混合されてしまい、分取する試料の純度を悪化させる原因となるためである。
したがって、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥシステムのポンプ及び自動圧力調整弁には、圧力計内部を流通するような内部構造をもつ流通型の圧力計が一般的には用いられている。
【００１３】
しかしながら、流通型圧力計を用いてもなお溶媒置換性が十分とはいえないのが現状である。図４は、図２に示す流通型圧力計内部における溶媒の流速分布を模式化したものである。矢印線の太さは流速の大小を示す。容器の出入り口を直線的に結ぶ中央付近の溶媒流速は早いが、周辺部に行くに従い溶媒流速は低下する。つまり、周辺部において滞留が発生しやすいことを示している。
また、従来型圧力計の内部は流路配管に比べて十分大きなデッドボリュームがあり、さらにその一部に流れの悪い箇所が存在するので滞留が生じやすい。
【００１４】
（流通圧力計の内部容量の縮小化に伴う問題）
さらに、流体が充てんされる流通型圧力計の内部容量を改善することが困難である。
流通型圧力計の溶媒置換性を改善するために流通型圧力計内部の容量を縮小化したときの問題について検討した。この形態の圧力計では、円形のダイアフラムが受圧部となるため、その全面に圧力測定の対象となる流体が存在していなければならない。圧力計内部の容量を小さくするためには圧力変換器のダイアフラム部と圧力容器との間の距離（間隙）が圧力計の容量に相当するので、容量を小さくするためにはこの距離を小さくすることになる。しかしながら、この距離を小さくしすぎると、図４に示される周辺部の流速が極端に低速となってしまい、結果として良好な溶媒置換性は得られないことになる。そのため、この距離は０．５ｍｍが現実的な最小値となる。また、このときの圧力計の最小容量を計算すると４０μＬとなる。
【００１５】
一般的に用いられているダイアフラム型圧力変換器では、その内部容量を抑えることが実質的に難しいことから、ダイアフラム型を採用する限り、それ以上に置換性のよい圧力計に改善することはできないと考えられる。
そこで、先行技術文献の「［特許文献１］特開平１０−１３２６７６」に記載されているように直線管状、すなわち配管に直接歪ゲージを貼付けたものを採用すれば、溶媒置換性の問題は発生しないと考えられていた。
【００１６】
しかし、配管の場合、配管の全周にわたり圧力がかかるため歪ゲージが貼付されていない部分に歪みが生じることがある。その結果、特に圧力がかかり始めた時点で歪ゲージに正しく歪みが生じないため測定精度が下がってしまう。
また、一般的な歪ゲージは曲面部では正しい性能を発揮できない。歪ゲージの抵抗体はゲージベースと、ゲージベースと抵抗体とを接着する接着層の上にあるので、曲面に歪ゲージを貼り付けた場合、歪ゲージの接着層とゲージベースの厚みの分抵抗体を曲面の外周に貼り付けたのと同じことになるためである。そのため、抵抗体に生じる歪みが通常より大きくなり誤差を生じやすい。したがって、誤差の発生を防ぐためには平面部に貼付けて使用する必要がある。
【００１７】
そこで、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥの配管の中を流れる流体の流れを妨げず、測定精度の面でも良好な圧力計が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平１０−１３２６７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ・自動圧力調整弁等に取付けられる圧力計の溶媒置換性の改善を鑑みてなされたものであり、その目的は、配管を流れる流体の流れを妨げず、圧力計を配管に直接接続する形式を用いて加圧時の歪み量を測定しており、測定値を温度補正する圧力計、そして、該圧力計を使用して圧力範囲ごとに設定される数式を用いることにより、さらに測定精度を改善する圧力の測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
そこで、請求項１に記載された構成の圧力計を用いて配管内の圧力を測定することにした。
すなわち、本発明は、配管を流れる流体の圧力を測定する圧力計において、
該圧力計を貫通し、直線状かつ円筒状の内部空間を持つ金属製の圧力計の本体は、
圧力計の外部に、歪ゲージを貼付することにより内部空間に流体を流したときに生じる内部空間への圧力が実質的に検知可能な厚さの位置に歪測定用歪ゲージ貼付面と、
内部空間の外周の一部に歪測定用歪ゲージ貼付面があり、それ以外の部分は歪ゲージを貼付けても内部空間への圧力が実質的に検知不能な厚さと、を有し、
内部空間の両端部に配管を接続して流体の流路中に圧力計を設置し、歪測定用歪ゲージ貼付面に歪測定用歪ゲージを貼付して配管内の圧力値を測定することを特徴としている。
なお、ここでいう「厚さ」とは内部空間の外周と圧力計の外面との厚さのことを意味する。
また、「実質的に検知可能な厚さ」とは歪ゲージが歪ゲージ貼付面の歪みを検知できる程度の厚さであることを意味する。例えば、５０−１００ＭＰａの圧力範囲においては内管と検出部との厚さが４ｍｍを超えるとステンレス鋼では実質的に測定不能となり、また、０−２０ＭＰａの圧力範囲においては樹脂では１０ｍｍを超えると測定不能となる。
【００２１】
また、正確な圧力値を測定するためには配管を流れる流体からの熱による鋼材の熱膨張を考慮することも必要である。
そこで、請求項２に記載されているように、圧力計の外部に、歪ゲージを貼付することにより内部空間に流体を流したときに生じる内部空間への圧力が実質的に検知不能な厚さの位置で、かつ流体の熱により熱膨張したことによる圧力計構成材の歪みが検知可能な厚さの位置に温度補正用歪ゲージ貼付面をさらに有し、
温度補正用歪ゲージ貼付面に温度補正用歪ゲージを貼付して圧力計の熱膨張による歪みを測定することにより、圧力値を補正することを特徴としている。
また、「実質的に検知不能な厚さ」とは歪ゲージが歪ゲージ貼付面の歪みを検知できないぐらいの厚さであることを意味する。つまり、内部空間からの圧力によってほとんど伸長しない程度に歪ゲージ貼付面が十分に厚い状態であることを示している。
【００２２】
さらに、測定精度を高めるために温度補正された信号出力値を数式を用いて補正して圧力値を求めている。
すなわち、請求項３に記載されているように、
Ｘを歪ゲージからの信号出力値、Ｙを圧力値として、所定の圧力範囲毎にａ、ｂを持つようにした一次式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）に、前記歪ゲージから得られる信号出力値を対応する圧力範囲の数式に代入し、圧力値Ｙを求めること、
もしくは、全範囲の圧力範囲の信号出力値Ｘと圧力値Ｙとの関係を示した多項式（Ｙ＝ａ１Ｘ＾（ｎ−１）＋ａ２Ｘ＾（ｎ−２）＋…＋ａｎＸ＾０）を満たすようにａｉ（ｉ＝１〜ｎ）を決定することにより複数の圧力範囲に適用できる数式とし、前記歪ゲージから得られる信号出力値を該数式のＸに代入して圧力値Ｙを求めるのが好適である。
【００２３】
また、本発明に係る圧力計は配管同士を繋ぎ合わせる継手としても利用することができる。すなわち、請求項４に記載されているように、圧力計の内部空間の流体出入り口の両側をそれぞれ装置内部の配管に接続することにより、配管同士を繋ぎ合わせる継手として使用するのが好適である。
また、本発明に係る圧力計をポンプ、自動圧力調整弁に用いることができる。
すなわち、請求項５に記載されているように、本発明に係るポンプは、圧力計の内部空間の流体出入口をポンプ内部の配管に接続し、該圧力計内の流体の圧力を測定するのが好適である。
また、請求項６に記載されているように、本発明に係る自動圧力調整弁は、圧力計の内部空間の流体出入口を自動圧力調整弁内部の配管に接続し、該圧力計内の流体の圧力を測定して所望の設定値に調整するのが好適である。
【００２４】
また、本発明に係る圧力計を備えたポンプをＨＰＬＣ装置に用いることができ、本発明に係る圧力計を備えた自動圧力調整弁をＳＦＣ装置やＳＦＥ装置に用いることができる。
すなわち、請求項７に記載されているように、本発明に係るＨＰＬＣ装置は、前記ポンプを備えるのが好適である。
また、請求項８に記載されているように、本発明に係るＳＦＣ装置は、前記ポンプを備えるのが好適である。
また、請求項９に記載されているように、本発明に係るＳＦＣ装置は、前記自動圧力調整弁を備えるのが好適である。
また、請求項１０に記載されているように、本発明に係るＳＦＥ装置は、前記ポンプを備えるのが好適である。
また、請求項１１に記載されているように、本発明に係るＳＦＥ装置は、前記自動圧力調整弁を備えるのが好適である。
【発明の効果】
【００２５】
（溶媒置換性の改善）
以上説明したように、本発明はＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥの配管を、本発明に係る貫通する直線状かつ円筒状の内部空間が設けられた鋼材に直接接続する形式としたので、従来のダイアフラム型圧力計の容量と比べて容量のダウンサイジングがなされている。例えば、内径１．０ｍｍ×長さ１０ｍｍの流路を設ける圧力計を作成するとその容量は８μＬとなるので、従来型圧力計の最小容量（４０μＬ）と比べると１／５ということになる。
また、従来型圧力計の内部は流路配管に比べて十分大きなデッドボリュームがあり、さらにその一部に流れの悪い箇所が存在するので滞留が生じやすいのに対し、本発明の圧力計は前後の流路配管に対し直線状の流路を持つので滞留が生じない。
したがって、本発明の圧力計を用いることにより、圧力計内部の容量が小さくなり、また、流体の流れがスムーズになるため、溶媒置換性を圧倒的に改善する効果が得られる。
【００２６】
（測定精度の改善）
以上説明したように、本発明に係る圧力計は配管に直接歪ゲージを貼付するのではなく、貫通する直線状かつ円筒状の内部空間が設けられた金属に、歪測定用歪ゲージ貼付面と温度補正用歪ゲージ貼付面とを設け、それぞれに歪測定用歪ゲージと温度補正用歪ゲージを貼り付けたものを用いている。
そして、本発明においては歪測定用歪ゲージ貼付面以外の部分は、歪ゲージを貼付けても内部空間への圧力が実質的に検知不能な程度の強度を有する構造を保つよう厚みを調整するようにした。
ここで、配管構造では全周に歪みが発生するため歪みが残り易く、特に圧力低下時に歪量が復元するのに時間がかかるため、配管外壁に歪ゲージを貼り付ける方法では、変動する圧力測定には適さない。
これに対して、本発明においてはこのように圧力による変形する部分を圧力により変形しない部分で囲い込む構造にしたことにより、圧力解放時に形状が復元するスピードが速くなる。すなわち、加圧により歪む部分（加圧感応部）を加圧により歪まない構造で取り囲むことにより、加圧-加圧解除を繰り返したときの加圧感応部の歪みが、瞬時に元の歪みがない形状に復元できる。また、内圧が変化したときも、内圧が瞬時に歪量に反映される。
したがって、本発明に係る構造の圧力計では、加圧により歪まない部分を設けることにより応答性の良い圧力計測が可能となる。
【００２７】
また、配管に直接貼り付ける方法では、同一肉厚を持つ配管に加圧した場合、全配管が歪むため、圧力計測用歪ゲージの温度補償を行うための基準となる鋼材面を確保できない。
本発明では先述の加圧により歪まない箇所に温度補正するための歪ゲージを貼り付けて圧力計を構成する鋼材の熱膨張を測定することができる。これにより、本発明は温度補正を行うことを可能にしている。
【００２８】
本発明の圧力計の圧力値は、ダイアフラム型の圧力計の圧力値と比較しても偏差は遜色なく十分な測定精度を有するが、圧力範囲ごとにａ、ｂをもつようにした数式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ；Ｙは圧力値、Ｘは信号出力値）、もしくはＹ＝ａ１Ｘ＾（ｎ−１）＋ａ２Ｘ＾（ｎ−２）＋…＋ａｎＸ＾０を満たすようにａｉを決定した式を用いて、歪ゲージからの信号出力値を補正して圧力値を求めることにより、さらに測定精度を高める効果が得られる。
【００２９】
（製造コスト）
従来の圧力計は、圧力計本体および容器の体積が大きいため金属材質の使用量が多い。また、圧力計本体の内側に歪ゲージを貼付する技術を要するので、総じて高価となる。その点、本発明による圧力計は、六角配管継手相当の体積であり、歪ゲージも表面部に貼付けるため材料面・技術面の双方でコストを抑えて製造することができる。
【００３０】
（圧力計のサイズ）
本発明による圧力計のサイズは、六角配管継手と同サイズとすることが可能であり、従来型よりもはるかに小さくすることができる。より小さなスペースに設置することが可能となり、ポンプや自動圧力調整弁のサイズを小さくすることができるほか、様々な用途に使用することができる。また、配管の継手として兼用することもできるので利用性も高い。
【００３１】
（圧力計の用途）
本発明における圧力計は、流路配管同士をつなぐ継手として作用するため、一連の流路（連続する流路配管）の一部のように存在する利点がある。流路系の任意の箇所に複数使用することができるため、クロマトグラム測定中/抽出中にクロマトグラフ/抽出装置のあらゆる任意の箇所の圧力を連続的に測定し、クロマトグラムに関連付けることができる。したがって、本発明における圧力計は、ポンプや自動圧力調整弁の装置内部に使用する以外にも、クロマトグラム測定時やサンプル抽出時の各箇所の圧力を連続測定した圧力プロファイルを提供することができる。
これは、クロマトグラムや抽出サンプルの適格性を示すバリデーション情報として有用である。特に、クロマトグラフィにおいては、Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ（使用時適格性確認）の実作業である「システム適合性試験」のデータとして用いられることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一般的な圧力計を示した図である。
【図２】流通型のダイアフラム型圧力計の内部構造を示した図である。
【図３】滞留型のダイアフラム型圧力計の内部構造を示した図である。
【図４】流通型圧力計内部における溶媒の流速分布を模式化して示した図である。
【図５】ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内の流路図である。
【図６】ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内の溶媒切替バルブを示した図である。
【図７】ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内のポンプヘッドを示した図である。
【図８】ポンプヘッドのプランジャに係る部分を示した図である。
【図９】ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内のダンパを示した図である。
【図１０】ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内のフィルタを示した図である。
【図１１】プランジャの駆動部を示した図である。
【図１２】プッシュロッドの先端部を凸型の曲面としたものを示した図である。
【図１３】プッシュロッドの先端部が凹型の曲面としたものを示した図である。
【図１４】ポンプヘッドの位置決め用のガイドピンを示した図である。
【図１５】ポンプヘッドのネジの固定箇所を示した図である。
【図１６】ポンプヘッドのバックアップリングの位置を示した図である。
【図１７】ポンプヘッドの洗浄機構を示した図である。
【図１８】従来のダイアフラム型の圧力計を使用したポンプ装置内流路図を示した図である。
【図１９】本発明による圧力計を使用した自動圧力調整弁の実施例を示した図である。
【図２０】従来の圧力計を使用した自動圧力調整弁の実施例を示した図である。
【図２１】計算により求めた圧力に対する外径変化率の変化を示した図である。
【図２２】試作した圧力計１を示した図である。
【図２３】配管に歪ゲージを貼付けるときの様子を示した図である。
【図２４】一般的なブリッジ回路を示した図である。
【図２５】圧力計１の信号出力変化を示した図である。
【図２６】試作した圧力計２を示した図である。
【図２７】圧力計２の信号出力変化を示した図である。
【図２８】圧力計３の平面図、側面図、及び断面図を示した図である。
【図２９】圧力計３の信号出力変化を示した図である。
【図３０】参照用圧力計（ダイアフラム型）を使用したときのサンプルバンドの広がりを示した図である。
【図３１】圧力計３を使用したときのサンプルバンドの広がりを示した図である。
【図３２】参照用圧力計及び圧力計３での圧力測定値の偏差について示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（ポンプの実施例）
【実施例１】
【００３４】
図５に本発明の圧力計を使用したＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内の流路図を示している。
ポンプ装置６０は、切替スイッチ７２を備えた溶媒切替バルブ６２と、一番目のポンプヘッド８２と二番目のポンプヘッド８６とを備えたポンプヘッド６４と、本発明に係る新型の圧力計６８と、ダンパ６６と、出口フィルタ６９とを備えている。
【００３５】
溶媒切替バルブ６２より流れてきた溶媒が、ポンプヘッド６４で送液量の制御がなされて一定の送液量でダンパ６６へ送液され、ダンパ６６はポンプヘッド６４で調整し切れなかった脈動を抑えるので、これにより一定の圧力を保つことができる。そして、その圧力は新型圧力計６８にて検知しており、圧力が大きすぎたり、小さすぎたりすることを検知することにより、クロマトグラフ／超臨界抽出装置に何らかの問題が生じていることを察知することができる。また、分離カラムの耐圧が高くない場合は、上限圧力を超えないようポンプヘッド６４にて送液量の上限圧力を設定することができる。そして、溶媒が所望の流量で出口フィルタ６９を通じて排出される。
本発明の圧力計は流路上の継手として設置できる。従来の圧力計に比べてポンプ装置内への設置が容易である点で有益である。さらに、本発明の圧力計は小型であるのでポンプ装置全体のサイズを小さくすることも可能である。
【００３６】
（ポンプ装置の構成部品の説明）
また、溶媒ビンもしくは脱気装置から移動相を流入するインレットチューブ（図示せず）は、図６に示されている溶媒切替バルブ６２のインレットチューブ取付穴７４に接続される。溶媒切替バルブ６２には複数のインレットチューブを接続することができ、用途に応じて切替スイッチ７２により移動相の種類を切り替えることができるようになっている。
【００３７】
次に、移動相は送液を携わる図７に示されているポンプヘッド６４に送られる。
ポンプヘッド６４には、上下にチェック弁８４を備えた一番目の送液用のポンプヘッド８２と、二番目の流量調整用のポンプヘッド８６とを備えている。
まず、一番目のポンプヘッド８２に送液され、一番目のポンプヘッド８２内のチェック弁が移動相の逆流を抑止している。次に、二番目のポンプヘッド８６に送液され、一番目のポンプヘッド８２による送液動作により生じる脈流を平滑化し、常に一定の流量で送液するように調節される。
【００３８】
送液は、図８に示されているプランジャ９０の前後運動により行われる。プランジャの材質は、セラミックや人口宝石（サファイヤなど）である。
プランジャ９０は、プランジャシール９２と、入口側流路９９と、入口側チェック弁９７と、プランジャ内流路９４と、出口側チェック弁９６と、出口側流路９８とを備える。
移動相は流路配管を通じ、装置の内部に導入され、図９に示されているダンパに送られる。ダンパ１００は、ダンパ本体部１００と、入口側流路１０２と、出口側流路１０４とを備える。
また、ダンパには、テフロン（登録商標）などの固形物や、溶媒、エアーなど様々な種類があり、ポンプヘッドで調整し切れなかった脈動を抑える効果がある。
【００３９】
ダンパの後流に、本発明の圧力計を設置し、ポンプにかかっている背圧の指標として用いられる。圧力計を通った移動相は、流路配管を通じて再び装置の外部に送られ、移動相中の異物を取り除くためのフィルタを通った後、ポンプの外部に排出される。
図１０に示されたフィルタ１１０は、ネジ型となっており螺合することによりポンプ本体６０の流体の排出部分に固定できるフィルタ固定部１１２と、ネジ型となっておりフィルタ固定部１１２に螺合することにより２つのフィルタを格納するフィルタ格納部１１４と、１μｍのフィルタ１１６と、２μｍのフィルタ１１８と、フィルタ格納部内でフィルタが動かないように固定するキャップ１１９とを備える。
また、ポンプ内部の流路配管には容量の小さいものが使用されており、さらにＵＨＰＬＣにも内径０．１ｍｍ程度の非常に容量の小さい流路配管を使用されているため、移動相中の異物は徹底的に取り除かなければならない。そのため、フィルタは１μｍのフィルタ１１６と２μｍのフィルタ１１８との二重構造としている。フィルタの材質は、ステンレスやテフロン（登録商標）などが一般的である。なお、ポンプの外側に限らず、ポンプの内側の流路配管にも容量の小さいフィルタが取り付けられる。
【００４０】
また、一般に、ＵＨＰＬＣでは、１００ＭＰａ前後の高い耐圧性が要求されるためプランジャの駆動に精密さが要求される。
送液をつかさどるプランジャの駆動部の構成を図１１に示した。
プランジャ駆動部１２０は、プランジャ先端部１２２と、プランジャ先端部１２２を動作させるステッピングモータ１２６と、ステッピングモータ１２６が駆動することにより回転するカム１２８と、カム１２８の回転によりプランジャ１２２を駆動するプッシュロッド１２４とを備えている。
【００４１】
プランジャ先端部１２２の駆動はカム１２８をステッピングモータ１２６により回転させることで行われる。ステッピングモータ１２６には１パルスの固定回転角があるが、１パルス毎に駆動させると回転と停止を繰り返しながらモータ軸が回るため振動の原因となる。また、ステッピングモータ１２６には、回転速度によりトルクとロータとの関係で振動が最大になる共振点があり、通常はこの共振点付近を使用しないようにするが、設定流量によっては共振点付近で動作させなければならず、それにより異音を発する場合がある。
これらの現象を抑止するために、最小ステップ（１パルス）を更に細分化し、回転軸を滑らかに回すよう工夫がなされている。それにより、低回転（低流量）での送液が安定する効果もある。モータの回転速度（流量に相当する）や背圧による負荷の変化に合わせ、モータに流す電流量を調節し、負荷に応じたモータトルクを発生させるような工夫もなされている。
【００４２】
また、前述の通り、ＵＨＰＬＣでは高い耐圧性が要求されるため、プランジャ駆動の軌跡に関して、液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）のポンプと比較して、非常に高い精度の直線状態（プランジャが往復方向に対して斜めに傾かないこと）を得る必要がある。プランジャが僅かでも斜めに傾いている場合、ＨＰＬＣのポンプでは問題にならない度合いのものであっても、ＵＨＰＬＣのポンプでは液漏れや送液不良などの原因となり得る。そこで、プランジャの直線状態を維持するために、カムからの動力をプランジャに伝えるプッシュロッドにおいても工夫がなされている。
【００４３】
プランジャ駆動の改良点としては、プランジャ先端部とプッシュロッド先端部の接続部分の位置を固定させたことにある。具体的に説明するため図１２及び図１３にプランジャ先端部とプッシュロッド先端部の接続部分を示す。
図１２に示される従来のプッシュロッド１３０は、プランジャ先端部１３４と、プッシュロッド１３８と、プランジャ先端部１３４とプッシュロッド１３８とを支持する支持部１３２と、プッシュロッド作動部１３６とを備えている。
また、図１３に示される新型のプッシュロッド１４０は、プランジャ先端部１４４と、プッシュロッド１４８と、プランジャ先端部１４４とプッシュロッド１４８とを支持する支持部１４２と、プッシュロッド作動部１４６とを備えている。
【００４４】
カムからの動力はプッシュロッドを経てプランジャに到達するが、ＨＰＬＣのポンプでは、図１２の点線部分に示されているように、プッシュロッド１３０の先端部が凸型の曲面でありプランジャ先端部１３４の末端を一点で支持する手法を採用しているのに対し、図１３の点線部分に示されているように、ＵＨＰＬＣのポンプではプッシュロッド１４０の先端部が凹型の曲面でありプランジャ先端部１４４の末端を凹型曲面で円周状に支持する方法を採用している。これにより、プランジャ軸とプッシュロッド軸とが接触面の中心点において一致していれば、プランジャ軸とプッシュロッド軸とが平行でなくとも、プランジャ軸は精度良く直線運動をすることになる。
【００４５】
また、ポンプヘッドへ加わる振動による位置ずれを軽減する工夫もなされている。
図１４に示されているように、一番目のポンプヘッド８２は、ポンプヘッド８２を固定するフランジ１５４と、ポンプヘッドの傾きを抑止するためのガイドピン１５２とを備えている。
フランジ１５４には位置決めのための長めのガイドピン１５２が存在し、ポンプヘッド８２の傾きを抑止している。また、図１５に示されているように、ポンプヘッド８２は正方形に４点をネジ１６２で固定するようになっており、それによってもポンプヘッド８２をフランジ１５４にしっかりと固定している。
【００４６】
また、図１６に示されているように、ポンプヘッド８２の内部にはバックアップリング１７２が装着されており、プランジャ先端部１４４の駆動が直線状態となるよう保っている。
【００４７】
ポンプヘッドのシール部（プランジャシール）の後方には、ダイアフラムが装着されている。
図１７に示されているように、プランジャ洗浄機構１８２は、プランジャ支持部１８６、１８８と、ダイアフラム１８４、１８５とを備えている。
プランジャの往復運動によりダイアフラム１８４、１８５が動作し、洗浄液を能動的に流すことができる構造となっている。移動相に緩衝液などを使用する場合、塩の析出によりシール材やプランジャに傷がついたり、流路が詰まったりする恐れがある。そこで、プランジャシール後方のスペースに純水などを送り込み、ダイアフラムの働きにより純水を置換させ、析出した塩を洗い流すような機構を持っている。
【００４８】
なお、図１８には従来のダイアフラム型の圧力計を使用したポンプ装置内流路図を示した。従来型のポンプ装置１９０は、溶媒切替バルブ１９４と、一番目のポンプヘッド１８２と二番目のポンプヘッド１８４とを備えたポンプヘッド１９６と、従来の圧力計１９２と、ダンパ１９８と、出口フィルタ１９９とを備えている。
従来の圧力計１９２を用いたこと以外は図５と同様である。圧力計１９２は容量が大きく、また、ダンパ１９８から流れてきた流体は一度圧力計に取り込まれ圧力計内の「コ」の字形状の流路を経て出口経路１９９へ流れている。
【００４９】
本発明の圧力計を用いるべき場合として、例えば、液体クロマトグラフィ用のポンプで低圧混合グラジェント法による送液が行われるときは、複数種類の溶媒を時間ごとに異なる組成比で送液する必要がある。従来の圧力計では、圧力計内部で滞留が生じるため、所定の時間に必要とされる組成比を得ることに支障があった。それに対して、本発明の圧力計を使用すると所定の時間に必要とされる正確な組成比を得ることができる。
【００５０】
また、本発明の圧力計は継手として使用できるほど小型化されているので、ポンプ装置内部に複数の圧力計を設置することができるようになった。そうすることにより、圧力計同士の圧力差を測定し、ポンプ装置内部の流路における詰まりの判別をすることもできる。
【実施例２】
【００５１】
（自動圧力調整弁の実施例）
本発明による圧力計を使用した、超臨界クロマトグラフィ、超臨界流体抽出用の自動圧力調整弁の実施例を図１９に示す。
自動圧力調整弁２００は、弁本体２０２と、弁本体２０２に接続された流路２０４と、弁本体２０２の内部にある弁体２０６と、新型の圧力計２１０と、流路２０４からの流体の出口となる出口経路２０８とを備えている。
なお、従来の圧力計を使用した比較例については図２０に示されているように、従来の圧力計２２２に置き換えられた部分以外は同様の構成である。
【００５２】
新型の圧力計２１０は流路２０４に接続されており、流路２０４を流れる流体の圧力が設定圧力より高いもしくは低い場合は、弁体２０６の開閉度合いを変化させ、実圧力を設定圧力に合わせるよう制御している。
一方、従来型圧力計２２２の体積は大きく、本発明と比較して設置場所が制限される。
【００５３】
本発明による圧力計は流路上の継手として設置することができる。そのため、従来の圧力計に比べ、自動圧力調整弁装置内への設置が容易である点で使用性に優れている。
また、小型であることで装置全体のサイズを小さくすることができる。
また、配管中の流体の流れを妨げないので、溶媒置換性が高い。特に、分取を行う場合には、圧力計に到達したサンプルバンドの純度を保持したまま、出口経路２０８の下流にあるフラクションコレクタに送ることが重要であるが、従来の圧力計では圧力計内部で滞留が生じるため、サンプルバンドが広がって濃度が薄くなったり、先に流れ出てきたサンプルバンドに後から流れてきたサンプルバンドが混入したりする支障があった。それに対し、本発明の圧力計では配管中の流体の流れを妨げず、サンプルバンドをそのままの状態で下流に送ることができる。
【００５４】
次に、本発明の圧力計に係る実施例３を創作するまでに試作した圧力計を比較例１、比較例２として示し、それらの問題点について説明した後、比較例１、比較例２と比べた実施例３に係る圧力計の性能について検討する。
【００５５】
（比較例１）
本発明との比較例１として、ステンレス配管に歪ゲージを直接貼付けた圧力計１（以下圧力計１）について説明する。ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥにおいては、１／１６”（約１．５９ｍｍ）外径のステンレス配管が一般に用いられている。内径は、０．１、０．２５、０．５、０．８、１．０ｍｍのものが一般的に市販されており、用途に応じて選択される。圧力による配管外径の変化に着目し、圧力に対する外径変化率を、以下の通り試算した。
R1: 内半径 mm
R2: 外半径 mm
R: (r1+r2)/2
P1: 内圧 kg/cm2
P2: 外圧 kg/cm2
ur: 半径の変位量 mm
E: 材料の縦弾性係数 kg/mm2 19200 kg/mm2
v: ポアソン比 0.3
ur = P1/(100E){(1-v)r12r}/(r22-r12)+(1+v)r22r12/(r22-r12)/r}
ステンレスを材質とすると、Ｅ＝１９２００、ｖ＝０．３となる。それらを代入した結果を図２１に示す。図２１より判断すると、内半径Ｒ１が０．３５ｍｍ以上（実存する配管としては内径０．８ｍｍ以上）であれば、１０μｍ程度の伸張が期待できるので測定可能であるという試算結果が得られた。そこで、内径０．８ｍｍのステンレス配管に歪ゲージを貼り付けることにより、圧力計を実現できないか検討を行った。従来例に照らし合わせると、配管に圧力変換器及び容器をかねる役割を担わせた。
【００５６】
試作した圧力計１を図２２に示す。
配管：外径 1/16”, 内径 0.8mm, ステンレス鋼材, 長さ 約 15cm
歪ゲージ：共和電業製 一般歪ゲージ KFGシリーズ
配管は流路方向にも、流路と垂直の方向にも延伸する。
そこで、配管２３０の表面を十分研磨したのち、２枚の歪ゲージ２３２を直径方向の歪みを検出するように、また、別の２枚の歪ゲージ２３４を配管長さ方向の歪みを検出するように、それぞれ貼り付けた。
なお、図の歪ゲージ２３２、２３４上の矢印は、歪ゲージの歪み検出方向を示している。
【００５７】
歪ゲージを貼り付けるにあたり、貼り付け面とゲージとの間に気泡が混入してしまうと、正確な歪量の測定ができなくなる。歪ゲージを平面に貼り付けるのは容易であるが、外径 1/16” の配管は歪ゲージにとっては明らかな曲面であり、曲面に対して歪ゲージを気泡が混入しないように貼り付けるには工夫が必要である。そこで、図２３に示すように、貼り付ける配管２３０の外径よりも少し大きい内径を持つ配管Ｂ２４０を軸方向に二分割し、歪ゲージ２３２をシール２４２上におき、貼り付ける配管２３０と配管Ｂ２４０とで歪ゲージ２３２を挟み込んで貼り付けた。この手法により、気泡を混入させずに歪ゲージ２３２を貼り付けることができる。
【００５８】
都合４枚の歪ゲージリードを図２４に示された一般的なブリッジ回路 Rg1-4に組み込み圧力に対する信号出力量を計測した。その結果を図２５に示す。
図２５の横軸は時間、縦軸は圧力変化による信号出力変化を示す。図２５に示された信号出力変化は実圧力とおおむね一致しており、良好である。しかし、圧力計１では、加圧後圧力を開放したときに、丸で囲まれた部分にマイナス側に波状の出力信号が観察される。この信号は実圧力を反映していない信号であり、実用上問題となる。
なお、先行技術文献１の発明も比較例１の類型である。比較例１と同様の問題が生ずるとので測定精度の面で改善の余地が残る。
【００５９】
（比較例２）
圧力計１では、先述したように圧力を開放したときに現れるマイナス側への波状の出力信号が発生するという問題が生じている。これは、圧力が配管形状の鋼材に及ぼす直径方向と長さ方向の歪みの伝達速度の差異により発生したものと推測した。
そこで、長さ方向の歪ゲージを取り外し、配管に接続された鋼材に歪ゲージを貼付けて温度補正を試みた。
【００６０】
圧力計２は、圧力計１から長さ方向に伸縮する歪みを検知する歪ゲージを取り外し、図２６に示されているように、配管２５０の近傍に設置した鋼材２５６の表面に歪ゲージ２５４を貼付けるようにした。これら鋼材２５６の表面に貼付けた歪ゲージ２５４の役割は配管付近の温度を反映する鋼材２５６に歪ゲージ２５４を貼り付けることにより、ブリッジ回路から出力される信号の温度補正を目的としている。
【００６１】
図２７に横軸は時間、縦軸は圧力変化による信号出力変化を示している。図２７の信号出力変化は実圧力とおおむね一致しており、良好である。さらに、圧力計１で問題となった波状のマイナス信号は改善された。しかし、図２７の上図の一部を拡大した図２７の下図に見られるように、圧力開放時の信号出力が加圧/開放を繰り返すたびにマイナス側にシフトすることが確認され、実用上問題となることが判明した。そのため、さらなる改良が必要である。
【実施例３】
【００６２】
比較例１及び２の信号出力変化にも見られるように、配管に直接歪ゲージを貼り付ける形態では特に圧力開放時に正確な測定値が得られないことがわかった。その原因として、
ａ）配管の場合、全体(全周)に渡り歪みが生じるため、歪ゲージを貼り付けていない
部分に生じる歪みの影響がある。
ｂ）一般に、歪ゲージは曲面部では正しい性能を発揮できないため、平面部に貼り付
ける必要がある。
などが考えられる。比較例１及び２の測定結果により配管を用いた圧力測定は誤差が大きく、適切でないようにも思われる。
しかしながら、配管の外壁に発生する微小の歪みを測定することにより圧力を測定する方法は効果的であると考え、下記の条件を満たす圧力計３を作成した。
1) 歪みの発生量は圧力計１及び圧力計２に近い信号値を得ること。
2) 歪ゲージを、曲面ではなく平面に貼り付けること。
3) 歪み検知部以外は、圧力により歪みが生じない程度の強度を確保すること。
【００６３】
圧力計３は、ステンレス鋼材のブロックを用意し、その一片を削り取り、削り取った部分を平面状に十分に研磨して歪測定用歪ゲージ貼付面とし、その面より深さ方向に約
０．５ｍｍ の位置に内径１．０ｍｍの直線流路を設ける。周辺部は十分な強度を持つよう管に対して肉厚を５ｍｍ以上確保する構造とする。管の出入り口には、配管の接続を容易にするために、フェラルや押しネジのための孔（受け）を作成する。
また、好適な鋼材の寸法については以下の通りである。
圧力計構成材の材質が１０Ｍｐａ材質樹脂であれば、１−２ｍｍが適当である。
流路内径は０．２５−２ｍｍ程度が好ましい。ＨＰＬＣ、ＳＦＣにおいて滞留が少なく、かつ詰まりにくい配管内径はこの程度であるためである。
流路長さは１０−２０ｍｍ程度が好ましい。歪ゲージを貼付ける関係上、この程度の長さが必要となるからである。これ以上長くしても特に利点はなく、長いと内部に穴を開けるのが困難である。
【００６４】
図２８（ａ）の本発明に係る圧力計の平面図に示されているように、本発明の圧力計本体の配管継手に類似した形状の六角材２６０は、歪測定用歪ゲージ貼付面２６２と、温度測定用歪ゲージ貼付面２６８とを備え、歪測定用歪ゲージ貼付面２６２に歪測定用歪ゲージ２７０が貼付されており、温度測定用歪ゲージ貼付面２６８に温度測定用歪ゲージ２７２が貼付されている。
また、図２８（ｂ）の本発明に係る圧力計の断面図に示されているように、六角材２６０は、内径１．０ｍｍの貫通穴２６６と、本発明に係る圧力計の貫通穴２６６の両側に配管を接続するための配管接続用の孔２６４と、六角材を削り、貫通穴外周との距離（肉厚）が０．５ｍｍとなるようにし、表面を研磨した（図２８（ａ）にも記載した）歪測定用歪ゲージ貼付面２６２とを備えている。
【００６５】
歪ゲージは、図２８（ａ）の本発明に係る圧力計の平面図に示されているように点線で囲まれた歪測定用歪ゲージ貼付面２６２の中央に１枚と、温度補正用として平面内もしくは六角材外面の温度測定要歪ゲージ貼付面２６８に別に２枚貼り付ける。それぞれの歪ゲージにてブリッジ回路を組み、信号を出力するようにする。なお、歪ゲージにある矢印は歪ゲージの歪み検出方向を示している。
【００６６】
これは、歪ケージを貼り付ける部分を、歪みの検知が十分可能でありながら材質の弾性限界を超えない強度に保ち、それ以外の部分は、歪みが実質上検知不能な（歪みが生じない）程度に強度を保つように配慮した構造である。この構造により、加圧による歪みを測定可能とすると共に急激な圧力変化に対する歪量の変化を圧力に対してリアルタイムで追従でき、一方で、十分な強度を保ったブロックの一部分のみ圧力検出が可能な強度の低い部分を設けることで、圧力開放時に検出部の歪量が瞬時に解消される。
【００６７】
図２９の上図の横軸は時間、縦軸は圧力変化による信号出力変化を示す。図２９の下図がその一部の拡大図である。圧力計２と比較して、圧力開放時の信号出力がマイナス側にシフトすることがほとんどなくなり、さらに圧力保持状態における測定圧力のふれ幅も格段に小さくなっている。
【００６８】
（溶媒置換性の検討）
図３０、図３１ は横に時間（秒）をとり、縦に応答量（内部を流れる試料の濃度）をとって、それぞれ参照圧力計使用時、圧力計３使用時について測定することにより、濃度の時間変化からピークの広がりを示した図である。従来型の流通型ダイアフラム圧力計（以下、参照圧力計と称す）参照圧力計（図３０）、圧力計３（図３１）を接続した。溶媒はメタノール、流量は０．５ｍＬ/ｍｉｎで送液、試料としてアントラセンを１０ｕＬインジェクタにて注入し、検出器にて各構成での溶出ピーク形状を比較した。
【００６９】
各チャートから明らかなように、図３０の参照用圧力計においては試料が溶出し終わるのに約５０秒必要であるが、図３１の圧力計３においては１５秒以内で溶出しきることが出来る。参照用圧力計に比べて溶出時間を短縮することができることから、圧力計３は優れた溶媒置換性を持つことが分かった。
【００７０】
（圧力精度の検討）
標準圧力計で測定された圧力値に対する参照用圧力計、及び、圧力計３での圧力測定値の偏差を図３２に示す。０−５０ＭＰａの圧力範囲において、０．３５ＭＰａ以内の測定偏差であり、共に十分な性能があることが分かる。
【００７１】
また、下記の数式を用いて測定偏差を補正することもできる。以下の例では、いずれの圧力計でも０ＭＰａから５０ＭＰａまでの信号出力がリニアであることを前提にして、信号出力を圧力値に換算している。（圧力値 = a × 信号出力値 + b ）仮に偏差が大きいようであれば、各圧力範囲で上記 a、b を持つようにすれば、圧力精度はさらに上がることとなる。
例）
範囲1：0-10MPa 圧力値 = a1 × 信号出力値 + b1
範囲2：10-30MPa 圧力値 = a2 × 信号出力値 + b2
範囲3：30-50MPa 圧力値 = a3 × 信号出力値 + b3
また、各実圧力における測定圧力を一致させるように、多項式で近似してもよい。
【００７２】
（圧力計の形状）
本発明に係る圧力計の標準的な形状としては、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥに一般に用いられている六角配管継手のような形状のブロック内に内径１．０ｍｍ程度の直線流路を作成し、ブロックの一片を平面状に削って歪測定用歪ゲージ貼付面とし肉厚を０．５ｍｍに薄くした上で、その面に歪ゲージを設置する。
これにより、従来のダイアフラム型圧力計と同等の安定性、低ドリフト、精度をとることができる。
本発明による圧力計の寸法は、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥに一般に用いられている六角配管継手とほぼ同程度であり、流路の内径は１．０ｍｍ、長さは１０ｍｍ程度である。また、流路の両端部には、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥに一般に用いられている外径１／１６”の配管が接続できるよう、配管の先端・フェラル・押しネジが収納できる孔（受け）を設ける。
【００７３】
（圧力計の材質）
ブロックの材質としては、金属類や樹脂類などが挙げられる。ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥの例では、ステンレス（ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０など）やチタン、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などがよく用いられる。
【符号の説明】
【００７４】
１０・・・・従来型圧力計
１４・・・・歪ゲージ
２０・・・・流通型のダイアフラム型圧力計
２８・・・・歪ゲージ
３０・・・・ダイアフラム部
６０・・・・ポンプ装置
６２・・・・溶媒切替バルブ
６４・・・・ポンプヘッド
６６・・・・ダンパ
６８・・・・新型圧力計
６９・・・・出口フィルタ
８２・・・・送液用ポンプヘッド
８６・・・・流量調整用ポンプヘッド
２００・・・自動圧力調整弁
２２２・・・従来型圧力計
２６０・・・六角材
２６２・・・歪測定用歪ゲージ貼付面
２６８・・・温度測定用歪ゲージ貼付面
２７０・・・歪測定用歪ゲージ
２７２・・・温度測定用歪ゲージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力計の溶媒置換性を改善するための流路中に設けられた微小容量の圧力計に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）は、移動相を送液するポンプ、試料注入のオートサンプラ、試料分離のカラム、試料検出の検出器で構成される。ポンプから送液される移動相と一緒に、オートサンプラから注入された試料が固定相を通過すると、カラム内で二つの相が相互作用を起こす。そして、分配係数の差異や固定相表面と試料との吸着力の差を利用して、成分ごとに試料を分離し精製している。
【０００３】
このとき、移動相組成を時間変化させることにより、試料の溶出時間を変化させることができる。このような操作を行い、試料を溶出する方式を一般にグラジェント溶出法という。例えば、水とメタノールの組成を時間変化させるときは、まずメタノールの組成を少なくすることにより極性の高い物質が溶出し、その後メタノールの割合を次第に増加させていくことにより、より極性の低い物質を溶出させることができる。
【０００４】
また、グラジェント溶出法は、ポンプからの溶媒の送液方法により２種類に分類される。一つの方法は、ポンプを複数台設け、それぞれに溶媒を満たし、各ポンプのそれぞれの流速を目的移動組成比に一致するよう送液し、連続的に時間変化する移動相溶媒をカラムに導入するもので、「高圧混合グラジェント法」と呼ぶ。もう一つの方法では、まず、１台のポンプの上流に溶媒切替器を設け、溶媒切替器には複数種の溶媒を接続しておく。ポンプの吸引速度に合わせて、ある一定周期における各溶媒の吸引容量が目的移動相組成比となるように溶媒を順次切換え、目的移動相組成比に一致する溶媒を吸引送液することにより、連続的に時間変化する移動相溶媒をカラムに導入する方法で、「低圧混合グラジェント法」と呼ぶ。
【０００５】
上記のポンプはおおまかに、移動相を吸引吐出するピストンやチェック弁、脈流を抑える圧力ダンピング部、及び圧力を計測する圧力計部より構成されている。
低圧グラジェント法を実施する場合は、移動相吸引部に溶媒切替器を接続することとなる。低圧グラジェント法においては特に切り替えられた溶媒組成を速やかに反映させることが大変重要であり、そのためにはポンプに良好な溶媒置換性が求められる。
また、高圧グラジェント法、低圧グラジェント法のいずれにおいても装置のトラブルシュートを行う目的で圧力計により装置内の圧力変動を監視することが必要となる。
連続送液中に圧力が大きく変化したり、圧力の変動が極端に大きくなったりする場合は、装置内に何らかの問題が生じている可能性が高い。
例えば、特に圧力が普段より高い値を示すときは、流路の詰まり等が生じている場合がある。また、分離カラムの種類によっては、耐圧があまり高くないものがあり、そういったカラムを使用する場合は上限圧力を設定してカラムを保護する必要がある。一方、特に圧力が普段より低い値を示すとき、もしくは変動が極端に大きいとき等は、流路からの液漏れが懸念される。
したがって、適切にトラブルシュートを行うためには精度の高い圧力計が必要である。
【０００６】
また、超臨界流体クロマトグラフ（Supercritical fluid chromatograph, SFC）では、ＨＰＬＣと同様に移動相を送液するためのポンプ、試料注入のオートサンプラ、試料分離のカラム、及び試料検出の検出器で構成され、さらにその下流にシステムの圧力制御を行う自動圧力調整弁が設置されている。
ＳＦＣにおいてもＨＰＬＣと同様、分析の他に分取用途にも用いられており、移動相を送液するためのポンプ、試料検出の検出器、システム圧力制御を行う自動圧力調整弁により構成されている。また、超臨界抽出（Supercritical fluid extraction, SFE）も同様に自動圧力調整弁を有する構成である。
【０００７】
このＳＦＥ・ＳＦＣで用いられる自動圧力調整弁のおおまかな構成は、システムの圧力を測定する圧力計部及び弁部により構成される。分離もしくは抽出した成分を自動圧力調整弁の下流で採取するので、溶媒置換性が低ければコンタミネーションが起こる場合がある。それゆえに、圧力計部に良好な溶媒置換性が求められる。
【０００８】
（従来型圧力計の測定原理）
従来型の圧力計の測定原理について説明する。ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥシステムのポンプやＳＦＥ／ＳＦＣシステムの自動圧力調整弁に用いられる圧力計は、圧力を測定する容器を設け、その容器に図１に示されている圧力計を設置することにより、容器内に満たされた溶媒の圧力を計測する方法で行われている。従来型圧力計１０は、ハウジング構造でその先端に形成された肉薄のダイアフラム部１２の歪みを電気信号として取り出す歪ゲージ１４とを備える。そして、ダイアフラム部１２の外側より圧力がかかるとダイアフラム部１２が変形し、その変化量は歪ゲージ１４の抵抗変化量として計測される。
【０００９】
（従来型圧力計の内部構造）
このような形態の圧力計には、溶媒の導入・排出の方式により、２種類の容器形状に大別される。一つは、図２に示された圧力計内部に流路を設けて流通させる流通型である。
流通型のダイアフラム型圧力計２０は、圧力メータ（図示しない）を支持する圧力メータ支持部２２と、圧力容器２４と、圧力メータ支持部２２と圧力容器２４とを接続する接続部２６と、ダイアフラム部３０と、ダイアフラム部３０に貼付けられた歪ゲージ２８と、流体の流路３２と、流路３２の入口３４及び出口３６とを備えている。
流路３２の入口３４から流入した流体は、流路３２を通過する。そのとき、流体による圧力がダイアフラム部３０に伝えられ、ダイアフラム部３０に歪みが生じる。歪ゲージ２８はその歪みを検知し、電気信号として圧力メータに伝える。その後、流体は流路の出口３６から排出される。
【００１０】
もう一つは、図３に示された圧力計内部に流入した流体を滞留させる滞留型である。
滞留型のダイアフラム型圧力計４０は、圧力メータ（図示しない）を支持する圧力メータ支持部４２と、圧力容器４４と、圧力メータ支持部４２と圧力容器４４とを接続する接続部４６と、ダイアフラム部５０と、ダイアフラム部５０に貼付けられた歪ゲージ４８と、流体の滞留部５２と、滞留部５２への流体の流入口５４とを備えている。
流入口５４から流入した流体は、滞留部５２へ流入する。そのとき、流体による圧力がダイアフラム部５０に伝えられ、ダイアフラム部５０に歪みが生じる。歪ゲージ４８はその歪みを検知し、電気信号として圧力メータに伝える。その後、流入した流体は流入口５４から徐々に排出される。
【００１１】
（従来型圧力計の溶媒置換性の問題）
ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥシステムのポンプには、いずれの方式も使用されるが、滞留型よりも流通型が望ましい。その理由は、滞留型においては内部構造上、移動相溶媒が滞留するので溶媒置換性が非常に悪いものとなり、移動相溶媒種を変更するとき多量の溶媒が必要となるからである。
また、滞留型における溶媒置換性の悪さは以下の理由で低圧グラジェント法において致命的な問題となる。滞留型の圧力計を用いたポンプを低圧グラジェント法に用いると、圧力計の滞留部の溶媒置換性が悪いため、移動相の組成比を正確に制御しても、異なる組成の溶媒が圧力計滞留部より徐々に排出され移動相と混じりあうため、ポンプから送液される移動相組成は制御した組成比とは異なるものとなってしまう。これは、正確なクロマトグラムを得るための支障となるため好ましくない。
【００１２】
一方、ＳＦＥにおける自動圧力調整弁の圧力計部についても、滞留型よりも流通型が望ましい。滞留型においては溶媒の置換性が非常に悪いため、分離・抽出した試料が滞留していた溶媒と混合されてしまい、分取する試料の純度を悪化させる原因となるためである。
したがって、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥシステムのポンプ及び自動圧力調整弁には、圧力計内部を流通するような内部構造をもつ流通型の圧力計が一般的には用いられている。
【００１３】
しかしながら、流通型圧力計を用いてもなお溶媒置換性が十分とはいえないのが現状である。図４は、図２に示す流通型圧力計内部における溶媒の流速分布を模式化したものである。矢印線の太さは流速の大小を示す。容器の出入り口を直線的に結ぶ中央付近の溶媒流速は早いが、周辺部に行くに従い溶媒流速は低下する。つまり、周辺部において滞留が発生しやすいことを示している。
また、従来型圧力計の内部は流路配管に比べて十分大きなデッドボリュームがあり、さらにその一部に流れの悪い箇所が存在するので滞留が生じやすい。
【００１４】
（流通圧力計の内部容量の縮小化に伴う問題）
さらに、流体が充てんされる流通型圧力計の内部容量を改善することが困難である。
流通型圧力計の溶媒置換性を改善するために流通型圧力計内部の容量を縮小化したときの問題について検討した。この形態の圧力計では、円形のダイアフラムが受圧部となるため、その全面に圧力測定の対象となる流体が存在していなければならない。圧力計内部の容量を小さくするためには圧力変換器のダイアフラム部と圧力容器との間の距離（間隙）が圧力計の容量に相当するので、容量を小さくするためにはこの距離を小さくすることになる。しかしながら、この距離を小さくしすぎると、図４に示される周辺部の流速が極端に低速となってしまい、結果として良好な溶媒置換性は得られないことになる。そのため、この距離は０．５ｍｍが現実的な最小値となる。また、このときの圧力計の最小容量を計算すると４０μＬとなる。
【００１５】
一般的に用いられているダイアフラム型圧力変換器では、その内部容量を抑えることが実質的に難しいことから、ダイアフラム型を採用する限り、それ以上に置換性のよい圧力計に改善することはできないと考えられる。
そこで、先行技術文献の「［特許文献１］特開平１０−１３２６７６」に記載されているように直線管状、すなわち配管に直接歪ゲージを貼付けたものを採用すれば、溶媒置換性の問題は発生しないと考えられていた。
【００１６】
しかし、配管の場合、配管の全周にわたり圧力がかかるため歪ゲージが貼付されていない部分に歪みが生じることがある。その結果、特に圧力がかかり始めた時点で歪ゲージに正しく歪みが生じないため測定精度が下がってしまう。
また、一般的な歪ゲージは曲面部では正しい性能を発揮できない。歪ゲージの抵抗体はゲージベースと、ゲージベースと抵抗体とを接着する接着層の上にあるので、曲面に歪ゲージを貼り付けた場合、歪ゲージの接着層とゲージベースの厚みの分抵抗体を曲面の外周に貼り付けたのと同じことになるためである。そのため、抵抗体に生じる歪みが通常より大きくなり誤差を生じやすい。したがって、誤差の発生を防ぐためには平面部に貼付けて使用する必要がある。
【００１７】
そこで、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥの配管の中を流れる流体の流れを妨げず、測定精度の面でも良好な圧力計が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平１０−１３２６７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ・自動圧力調整弁等に取付けられる圧力計の溶媒置換性の改善を鑑みてなされたものであり、その目的は、配管を流れる流体の流れを妨げず、圧力計を配管に直接接続する形式を用いて加圧時の歪み量を測定しており、測定値を温度補正する圧力計、そして、該圧力計を使用して圧力範囲ごとに設定される数式を用いることにより、さらに測定精度を改善する圧力の測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
そこで、請求項１に記載された構成の圧力計を用いて配管内の圧力を測定することにした。
すなわち、本発明は、配管を流れる流体の圧力を測定する圧力計において、
該圧力計を貫通し、直線状かつ円筒状の内部空間を持つ金属製の圧力計の本体は、
圧力計の外部に、歪ゲージを貼付することにより内部空間に流体を流したときに生じる内部空間への圧力が実質的に検知可能な厚さの位置に歪測定用歪ゲージ貼付面と、
内部空間の外周の一部に歪測定用歪ゲージ貼付面があり、それ以外の部分は歪ゲージを貼付けても内部空間への圧力が実質的に検知不能な厚さと、を有し、
内部空間の両端部に配管を接続して流体の流路中に圧力計を設置し、歪測定用歪ゲージ貼付面に歪測定用歪ゲージを貼付して配管内の圧力値を測定することを特徴としている。
なお、ここでいう「厚さ」とは内部空間の外周と圧力計の外面との厚さのことを意味する。
また、「実質的に検知可能な厚さ」とは歪ゲージが歪ゲージ貼付面の歪みを検知できる程度の厚さであることを意味する。例えば、５０−１００ＭＰａの圧力範囲においては内管と検出部との厚さが４ｍｍを超えるとステンレス鋼では実質的に測定不能となり、また、０−２０ＭＰａの圧力範囲においては樹脂では１０ｍｍを超えると測定不能となる。
【００２１】
また、正確な圧力値を測定するためには配管を流れる流体からの熱による鋼材の熱膨張を考慮することも必要である。
そこで、請求項２に記載されているように、圧力計の外部に、歪ゲージを貼付することにより内部空間に流体を流したときに生じる内部空間への圧力が実質的に検知不能な厚さの位置で、かつ流体の熱により熱膨張したことによる圧力計構成材の歪みが検知可能な厚さの位置に温度補正用歪ゲージ貼付面をさらに有し、
温度補正用歪ゲージ貼付面に温度補正用歪ゲージを貼付して圧力計の熱膨張による歪みを測定することにより、圧力値を補正することを特徴としている。
また、「実質的に検知不能な厚さ」とは歪ゲージが歪ゲージ貼付面の歪みを検知できないぐらいの厚さであることを意味する。つまり、内部空間からの圧力によってほとんど伸長しない程度に歪ゲージ貼付面が十分に厚い状態であることを示している。
【００２２】
さらに、測定精度を高めるために温度補正された信号出力値を数式を用いて補正して圧力値を求めている。
すなわち、請求項３に記載されているように、
Ｘを歪ゲージからの信号出力値、Ｙを圧力値として、所定の圧力範囲毎にａ、ｂを持つようにした一次式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）に、前記歪ゲージから得られる信号出力値を対応する圧力範囲の数式に代入し、圧力値Ｙを求めること、
もしくは、全範囲の圧力範囲の信号出力値Ｘと圧力値Ｙとの関係を示した多項式（Ｙ＝ａ１Ｘ＾（ｎ−１）＋ａ２Ｘ＾（ｎ−２）＋…＋ａｎＸ＾０）を満たすようにａｉ（ｉ＝１〜ｎ）を決定することにより複数の圧力範囲に適用できる数式とし、前記歪ゲージから得られる信号出力値を該数式のＸに代入して圧力値Ｙを求めるのが好適である。
【００２３】
また、本発明に係る圧力計は配管同士を繋ぎ合わせる継手としても利用することができる。すなわち、請求項４に記載されているように、圧力計の内部空間の流体出入り口の両側をそれぞれ装置内部の配管に接続することにより、配管同士を繋ぎ合わせる継手として使用するのが好適である。
また、本発明に係る圧力計をポンプ、自動圧力調整弁に用いることができる。
すなわち、請求項５に記載されているように、本発明に係るポンプは、圧力計の内部空間の流体出入口をポンプ内部の配管に接続し、該圧力計内の流体の圧力を測定するのが好適である。
また、請求項６に記載されているように、本発明に係る自動圧力調整弁は、圧力計の内部空間の流体出入口を自動圧力調整弁内部の配管に接続し、該圧力計内の流体の圧力を測定して所望の設定値に調整するのが好適である。
【００２４】
また、本発明に係る圧力計を備えたポンプをＨＰＬＣ装置に用いることができ、本発明に係る圧力計を備えた自動圧力調整弁をＳＦＣ装置やＳＦＥ装置に用いることができる。
すなわち、請求項７に記載されているように、本発明に係るＨＰＬＣ装置は、前記ポンプを備えるのが好適である。
また、請求項８に記載されているように、本発明に係るＳＦＣ装置は、前記ポンプを備えるのが好適である。
また、請求項９に記載されているように、本発明に係るＳＦＣ装置は、前記自動圧力調整弁を備えるのが好適である。
また、請求項１０に記載されているように、本発明に係るＳＦＥ装置は、前記ポンプを備えるのが好適である。
また、請求項１１に記載されているように、本発明に係るＳＦＥ装置は、前記自動圧力調整弁を備えるのが好適である。
【発明の効果】
【００２５】
（溶媒置換性の改善）
以上説明したように、本発明はＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥの配管を、本発明に係る貫通する直線状かつ円筒状の内部空間が設けられた鋼材に直接接続する形式としたので、従来のダイアフラム型圧力計の容量と比べて容量のダウンサイジングがなされている。例えば、内径１．０ｍｍ×長さ１０ｍｍの流路を設ける圧力計を作成するとその容量は８μＬとなるので、従来型圧力計の最小容量（４０μＬ）と比べると１／５ということになる。
また、従来型圧力計の内部は流路配管に比べて十分大きなデッドボリュームがあり、さらにその一部に流れの悪い箇所が存在するので滞留が生じやすいのに対し、本発明の圧力計は前後の流路配管に対し直線状の流路を持つので滞留が生じない。
したがって、本発明の圧力計を用いることにより、圧力計内部の容量が小さくなり、また、流体の流れがスムーズになるため、溶媒置換性を圧倒的に改善する効果が得られる。
【００２６】
（測定精度の改善）
以上説明したように、本発明に係る圧力計は配管に直接歪ゲージを貼付するのではなく、貫通する直線状かつ円筒状の内部空間が設けられた金属に、歪測定用歪ゲージ貼付面と温度補正用歪ゲージ貼付面とを設け、それぞれに歪測定用歪ゲージと温度補正用歪ゲージを貼り付けたものを用いている。
そして、本発明においては歪測定用歪ゲージ貼付面以外の部分は、歪ゲージを貼付けても内部空間への圧力が実質的に検知不能な程度の強度を有する構造を保つよう厚みを調整するようにした。
ここで、配管構造では全周に歪みが発生するため歪みが残り易く、特に圧力低下時に歪量が復元するのに時間がかかるため、配管外壁に歪ゲージを貼り付ける方法では、変動する圧力測定には適さない。
これに対して、本発明においてはこのように圧力による変形する部分を圧力により変形しない部分で囲い込む構造にしたことにより、圧力解放時に形状が復元するスピードが速くなる。すなわち、加圧により歪む部分（加圧感応部）を加圧により歪まない構造で取り囲むことにより、加圧-加圧解除を繰り返したときの加圧感応部の歪みが、瞬時に元の歪みがない形状に復元できる。また、内圧が変化したときも、内圧が瞬時に歪量に反映される。
したがって、本発明に係る構造の圧力計では、加圧により歪まない部分を設けることにより応答性の良い圧力計測が可能となる。
【００２７】
また、配管に直接貼り付ける方法では、同一肉厚を持つ配管に加圧した場合、全配管が歪むため、圧力計測用歪ゲージの温度補償を行うための基準となる鋼材面を確保できない。
本発明では先述の加圧により歪まない箇所に温度補正するための歪ゲージを貼り付けて圧力計を構成する鋼材の熱膨張を測定することができる。これにより、本発明は温度補正を行うことを可能にしている。
【００２８】
本発明の圧力計の圧力値は、ダイアフラム型の圧力計の圧力値と比較しても偏差は遜色なく十分な測定精度を有するが、圧力範囲ごとにａ、ｂをもつようにした数式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ；Ｙは圧力値、Ｘは信号出力値）、もしくはＹ＝ａ１Ｘ＾（ｎ−１）＋ａ２Ｘ＾（ｎ−２）＋…＋ａｎＸ＾０を満たすようにａｉを決定した式を用いて、歪ゲージからの信号出力値を補正して圧力値を求めることにより、さらに測定精度を高める効果が得られる。
【００２９】
（製造コスト）
従来の圧力計は、圧力計本体および容器の体積が大きいため金属材質の使用量が多い。また、圧力計本体の内側に歪ゲージを貼付する技術を要するので、総じて高価となる。その点、本発明による圧力計は、六角配管継手相当の体積であり、歪ゲージも表面部に貼付けるため材料面・技術面の双方でコストを抑えて製造することができる。
【００３０】
（圧力計のサイズ）
本発明による圧力計のサイズは、六角配管継手と同サイズとすることが可能であり、従来型よりもはるかに小さくすることができる。より小さなスペースに設置することが可能となり、ポンプや自動圧力調整弁のサイズを小さくすることができるほか、様々な用途に使用することができる。また、配管の継手として兼用することもできるので利用性も高い。
【００３１】
（圧力計の用途）
本発明における圧力計は、流路配管同士をつなぐ継手として作用するため、一連の流路（連続する流路配管）の一部のように存在する利点がある。流路系の任意の箇所に複数使用することができるため、クロマトグラム測定中/抽出中にクロマトグラフ/抽出装置のあらゆる任意の箇所の圧力を連続的に測定し、クロマトグラムに関連付けることができる。したがって、本発明における圧力計は、ポンプや自動圧力調整弁の装置内部に使用する以外にも、クロマトグラム測定時やサンプル抽出時の各箇所の圧力を連続測定した圧力プロファイルを提供することができる。
これは、クロマトグラムや抽出サンプルの適格性を示すバリデーション情報として有用である。特に、クロマトグラフィにおいては、Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ（使用時適格性確認）の実作業である「システム適合性試験」のデータとして用いられることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一般的な圧力計を示した図である。
【図２】流通型のダイアフラム型圧力計の内部構造を示した図である。
【図３】滞留型のダイアフラム型圧力計の内部構造を示した図である。
【図４】流通型圧力計内部における溶媒の流速分布を模式化して示した図である。
【図５】ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内の流路図である。
【図６】ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内の溶媒切替バルブを示した図である。
【図７】ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内のポンプヘッドを示した図である。
【図８】ポンプヘッドのプランジャに係る部分を示した図である。
【図９】ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内のダンパを示した図である。
【図１０】ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内のフィルタを示した図である。
【図１１】プランジャの駆動部を示した図である。
【図１２】プッシュロッドの先端部を凸型の曲面としたものを示した図である。
【図１３】プッシュロッドの先端部が凹型の曲面としたものを示した図である。
【図１４】ポンプヘッドの位置決め用のガイドピンを示した図である。
【図１５】ポンプヘッドのネジの固定箇所を示した図である。
【図１６】ポンプヘッドのバックアップリングの位置を示した図である。
【図１７】ポンプヘッドの洗浄機構を示した図である。
【図１８】従来のダイアフラム型の圧力計を使用したポンプ装置内流路図を示した図である。
【図１９】本発明による圧力計を使用した自動圧力調整弁の実施例を示した図である。
【図２０】従来の圧力計を使用した自動圧力調整弁の実施例を示した図である。
【図２１】計算により求めた圧力に対する外径変化率の変化を示した図である。
【図２２】試作した圧力計１を示した図である。
【図２３】配管に歪ゲージを貼付けるときの様子を示した図である。
【図２４】一般的なブリッジ回路を示した図である。
【図２５】圧力計１の信号出力変化を示した図である。
【図２６】試作した圧力計２を示した図である。
【図２７】圧力計２の信号出力変化を示した図である。
【図２８】圧力計３の平面図、側面図、及び断面図を示した図である。
【図２９】圧力計３の信号出力変化を示した図である。
【図３０】参照用圧力計（ダイアフラム型）を使用したときのサンプルバンドの広がりを示した図である。
【図３１】圧力計３を使用したときのサンプルバンドの広がりを示した図である。
【図３２】参照用圧力計及び圧力計３での圧力測定値の偏差について示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（ポンプの実施例）
【実施例１】
【００３４】
図５に本発明の圧力計を使用したＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥのポンプ装置内の流路図を示している。
ポンプ装置６０は、切替スイッチ７２を備えた溶媒切替バルブ６２と、一番目のポンプヘッド８２と二番目のポンプヘッド８６とを備えたポンプヘッド６４と、本発明に係る新型の圧力計６８と、ダンパ６６と、出口フィルタ６９とを備えている。
【００３５】
溶媒切替バルブ６２より流れてきた溶媒が、ポンプヘッド６４で送液量の制御がなされて一定の送液量でダンパ６６へ送液され、ダンパ６６はポンプヘッド６４で調整し切れなかった脈動を抑えるので、これにより一定の圧力を保つことができる。そして、その圧力は新型圧力計６８にて検知しており、圧力が大きすぎたり、小さすぎたりすることを検知することにより、クロマトグラフ／超臨界抽出装置に何らかの問題が生じていることを察知することができる。また、分離カラムの耐圧が高くない場合は、上限圧力を超えないようポンプヘッド６４にて送液量の上限圧力を設定することができる。そして、溶媒が所望の流量で出口フィルタ６９を通じて排出される。
本発明の圧力計は流路上の継手として設置できる。従来の圧力計に比べてポンプ装置内への設置が容易である点で有益である。さらに、本発明の圧力計は小型であるのでポンプ装置全体のサイズを小さくすることも可能である。
【００３６】
（ポンプ装置の構成部品の説明）
また、溶媒ビンもしくは脱気装置から移動相を流入するインレットチューブ（図示せず）は、図６に示されている溶媒切替バルブ６２のインレットチューブ取付穴７４に接続される。溶媒切替バルブ６２には複数のインレットチューブを接続することができ、用途に応じて切替スイッチ７２により移動相の種類を切り替えることができるようになっている。
【００３７】
次に、移動相は送液を携わる図７に示されているポンプヘッド６４に送られる。
ポンプヘッド６４には、上下にチェック弁８４を備えた一番目の送液用のポンプヘッド８２と、二番目の流量調整用のポンプヘッド８６とを備えている。
まず、一番目のポンプヘッド８２に送液され、一番目のポンプヘッド８２内のチェック弁が移動相の逆流を抑止している。次に、二番目のポンプヘッド８６に送液され、一番目のポンプヘッド８２による送液動作により生じる脈流を平滑化し、常に一定の流量で送液するように調節される。
【００３８】
送液は、図８に示されているプランジャ９０の前後運動により行われる。プランジャの材質は、セラミックや人口宝石（サファイヤなど）である。
プランジャ９０は、プランジャシール９２と、入口側流路９９と、入口側チェック弁９７と、プランジャ内流路９４と、出口側チェック弁９６と、出口側流路９８とを備える。
移動相は流路配管を通じ、装置の内部に導入され、図９に示されているダンパに送られる。ダンパ１００は、ダンパ本体部１００と、入口側流路１０２と、出口側流路１０４とを備える。
また、ダンパには、テフロン（登録商標）などの固形物や、溶媒、エアーなど様々な種類があり、ポンプヘッドで調整し切れなかった脈動を抑える効果がある。
【００３９】
ダンパの後流に、本発明の圧力計を設置し、ポンプにかかっている背圧の指標として用いられる。圧力計を通った移動相は、流路配管を通じて再び装置の外部に送られ、移動相中の異物を取り除くためのフィルタを通った後、ポンプの外部に排出される。
図１０に示されたフィルタ１１０は、ネジ型となっており螺合することによりポンプ本体６０の流体の排出部分に固定できるフィルタ固定部１１２と、ネジ型となっておりフィルタ固定部１１２に螺合することにより２つのフィルタを格納するフィルタ格納部１１４と、１μｍのフィルタ１１６と、２μｍのフィルタ１１８と、フィルタ格納部内でフィルタが動かないように固定するキャップ１１９とを備える。
また、ポンプ内部の流路配管には容量の小さいものが使用されており、さらにＵＨＰＬＣにも内径０．１ｍｍ程度の非常に容量の小さい流路配管を使用されているため、移動相中の異物は徹底的に取り除かなければならない。そのため、フィルタは１μｍのフィルタ１１６と２μｍのフィルタ１１８との二重構造としている。フィルタの材質は、ステンレスやテフロン（登録商標）などが一般的である。なお、ポンプの外側に限らず、ポンプの内側の流路配管にも容量の小さいフィルタが取り付けられる。
【００４０】
また、一般に、ＵＨＰＬＣでは、１００ＭＰａ前後の高い耐圧性が要求されるためプランジャの駆動に精密さが要求される。
送液をつかさどるプランジャの駆動部の構成を図１１に示した。
プランジャ駆動部１２０は、プランジャ先端部１２２と、プランジャ先端部１２２を動作させるステッピングモータ１２６と、ステッピングモータ１２６が駆動することにより回転するカム１２８と、カム１２８の回転によりプランジャ１２２を駆動するプッシュロッド１２４とを備えている。
【００４１】
プランジャ先端部１２２の駆動はカム１２８をステッピングモータ１２６により回転させることで行われる。ステッピングモータ１２６には１パルスの固定回転角があるが、１パルス毎に駆動させると回転と停止を繰り返しながらモータ軸が回るため振動の原因となる。また、ステッピングモータ１２６には、回転速度によりトルクとロータとの関係で振動が最大になる共振点があり、通常はこの共振点付近を使用しないようにするが、設定流量によっては共振点付近で動作させなければならず、それにより異音を発する場合がある。
これらの現象を抑止するために、最小ステップ（１パルス）を更に細分化し、回転軸を滑らかに回すよう工夫がなされている。それにより、低回転（低流量）での送液が安定する効果もある。モータの回転速度（流量に相当する）や背圧による負荷の変化に合わせ、モータに流す電流量を調節し、負荷に応じたモータトルクを発生させるような工夫もなされている。
【００４２】
また、前述の通り、ＵＨＰＬＣでは高い耐圧性が要求されるため、プランジャ駆動の軌跡に関して、液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）のポンプと比較して、非常に高い精度の直線状態（プランジャが往復方向に対して斜めに傾かないこと）を得る必要がある。プランジャが僅かでも斜めに傾いている場合、ＨＰＬＣのポンプでは問題にならない度合いのものであっても、ＵＨＰＬＣのポンプでは液漏れや送液不良などの原因となり得る。そこで、プランジャの直線状態を維持するために、カムからの動力をプランジャに伝えるプッシュロッドにおいても工夫がなされている。
【００４３】
プランジャ駆動の改良点としては、プランジャ先端部とプッシュロッド先端部の接続部分の位置を固定させたことにある。具体的に説明するため図１２及び図１３にプランジャ先端部とプッシュロッド先端部の接続部分を示す。
図１２に示される従来のプッシュロッド１３０は、プランジャ先端部１３４と、プッシュロッド１３８と、プランジャ先端部１３４とプッシュロッド１３８とを支持する支持部１３２と、プッシュロッド作動部１３６とを備えている。
また、図１３に示される新型のプッシュロッド１４０は、プランジャ先端部１４４と、プッシュロッド１４８と、プランジャ先端部１４４とプッシュロッド１４８とを支持する支持部１４２と、プッシュロッド作動部１４６とを備えている。
【００４４】
カムからの動力はプッシュロッドを経てプランジャに到達するが、ＨＰＬＣのポンプでは、図１２の点線部分に示されているように、プッシュロッド１３０の先端部が凸型の曲面でありプランジャ先端部１３４の末端を一点で支持する手法を採用しているのに対し、図１３の点線部分に示されているように、ＵＨＰＬＣのポンプではプッシュロッド１４０の先端部が凹型の曲面でありプランジャ先端部１４４の末端を凹型曲面で円周状に支持する方法を採用している。これにより、プランジャ軸とプッシュロッド軸とが接触面の中心点において一致していれば、プランジャ軸とプッシュロッド軸とが平行でなくとも、プランジャ軸は精度良く直線運動をすることになる。
【００４５】
また、ポンプヘッドへ加わる振動による位置ずれを軽減する工夫もなされている。
図１４に示されているように、一番目のポンプヘッド８２は、ポンプヘッド８２を固定するフランジ１５４と、ポンプヘッドの傾きを抑止するためのガイドピン１５２とを備えている。
フランジ１５４には位置決めのための長めのガイドピン１５２が存在し、ポンプヘッド８２の傾きを抑止している。また、図１５に示されているように、ポンプヘッド８２は正方形に４点をネジ１６２で固定するようになっており、それによってもポンプヘッド８２をフランジ１５４にしっかりと固定している。
【００４６】
また、図１６に示されているように、ポンプヘッド８２の内部にはバックアップリング１７２が装着されており、プランジャ先端部１４４の駆動が直線状態となるよう保っている。
【００４７】
ポンプヘッドのシール部（プランジャシール）の後方には、ダイアフラムが装着されている。
図１７に示されているように、プランジャ洗浄機構１８２は、プランジャ支持部１８６、１８８と、ダイアフラム１８４、１８５とを備えている。
プランジャの往復運動によりダイアフラム１８４、１８５が動作し、洗浄液を能動的に流すことができる構造となっている。移動相に緩衝液などを使用する場合、塩の析出によりシール材やプランジャに傷がついたり、流路が詰まったりする恐れがある。そこで、プランジャシール後方のスペースに純水などを送り込み、ダイアフラムの働きにより純水を置換させ、析出した塩を洗い流すような機構を持っている。
【００４８】
なお、図１８には従来のダイアフラム型の圧力計を使用したポンプ装置内流路図を示した。従来型のポンプ装置１９０は、溶媒切替バルブ１９４と、一番目のポンプヘッド１８２と二番目のポンプヘッド１８４とを備えたポンプヘッド１９６と、従来の圧力計１９２と、ダンパ１９８と、出口フィルタ１９９とを備えている。
従来の圧力計１９２を用いたこと以外は図５と同様である。圧力計１９２は容量が大きく、また、ダンパ１９８から流れてきた流体は一度圧力計に取り込まれ圧力計内の「コ」の字形状の流路を経て出口経路１９９へ流れている。
【００４９】
本発明の圧力計を用いるべき場合として、例えば、液体クロマトグラフィ用のポンプで低圧混合グラジェント法による送液が行われるときは、複数種類の溶媒を時間ごとに異なる組成比で送液する必要がある。従来の圧力計では、圧力計内部で滞留が生じるため、所定の時間に必要とされる組成比を得ることに支障があった。それに対して、本発明の圧力計を使用すると所定の時間に必要とされる正確な組成比を得ることができる。
【００５０】
また、本発明の圧力計は継手として使用できるほど小型化されているので、ポンプ装置内部に複数の圧力計を設置することができるようになった。そうすることにより、圧力計同士の圧力差を測定し、ポンプ装置内部の流路における詰まりの判別をすることもできる。
【実施例２】
【００５１】
（自動圧力調整弁の実施例）
本発明による圧力計を使用した、超臨界クロマトグラフィ、超臨界流体抽出用の自動圧力調整弁の実施例を図１９に示す。
自動圧力調整弁２００は、弁本体２０２と、弁本体２０２に接続された流路２０４と、弁本体２０２の内部にある弁体２０６と、新型の圧力計２１０と、流路２０４からの流体の出口となる出口経路２０８とを備えている。
なお、従来の圧力計を使用した比較例については図２０に示されているように、従来の圧力計２２２に置き換えられた部分以外は同様の構成である。
【００５２】
新型の圧力計２１０は流路２０４に接続されており、流路２０４を流れる流体の圧力が設定圧力より高いもしくは低い場合は、弁体２０６の開閉度合いを変化させ、実圧力を設定圧力に合わせるよう制御している。
一方、従来型圧力計２２２の体積は大きく、本発明と比較して設置場所が制限される。
【００５３】
本発明による圧力計は流路上の継手として設置することができる。そのため、従来の圧力計に比べ、自動圧力調整弁装置内への設置が容易である点で使用性に優れている。
また、小型であることで装置全体のサイズを小さくすることができる。
また、配管中の流体の流れを妨げないので、溶媒置換性が高い。特に、分取を行う場合には、圧力計に到達したサンプルバンドの純度を保持したまま、出口経路２０８の下流にあるフラクションコレクタに送ることが重要であるが、従来の圧力計では圧力計内部で滞留が生じるため、サンプルバンドが広がって濃度が薄くなったり、先に流れ出てきたサンプルバンドに後から流れてきたサンプルバンドが混入したりする支障があった。それに対し、本発明の圧力計では配管中の流体の流れを妨げず、サンプルバンドをそのままの状態で下流に送ることができる。
【００５４】
次に、本発明の圧力計に係る実施例３を創作するまでに試作した圧力計を比較例１、比較例２として示し、それらの問題点について説明した後、比較例１、比較例２と比べた実施例３に係る圧力計の性能について検討する。
【００５５】
（比較例１）
本発明との比較例１として、ステンレス配管に歪ゲージを直接貼付けた圧力計１（以下圧力計１）について説明する。ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥにおいては、１／１６”（約１．５９ｍｍ）外径のステンレス配管が一般に用いられている。内径は、０．１、０．２５、０．５、０．８、１．０ｍｍのものが一般的に市販されており、用途に応じて選択される。圧力による配管外径の変化に着目し、圧力に対する外径変化率を、以下の通り試算した。
R1: 内半径 mm
R2: 外半径 mm
R: (r1+r2)/2
P1: 内圧 kg/cm2
P2: 外圧 kg/cm2
ur: 半径の変位量 mm
E: 材料の縦弾性係数 kg/mm2 19200 kg/mm2
v: ポアソン比 0.3
ur = P1/(100E){(1-v)r12r}/(r22-r12)+(1+v)r22r12/(r22-r12)/r}
ステンレスを材質とすると、Ｅ＝１９２００、ｖ＝０．３となる。それらを代入した結果を図２１に示す。図２１より判断すると、内半径Ｒ１が０．３５ｍｍ以上（実存する配管としては内径０．８ｍｍ以上）であれば、１０μｍ程度の伸張が期待できるので測定可能であるという試算結果が得られた。そこで、内径０．８ｍｍのステンレス配管に歪ゲージを貼り付けることにより、圧力計を実現できないか検討を行った。従来例に照らし合わせると、配管に圧力変換器及び容器をかねる役割を担わせた。
【００５６】
試作した圧力計１を図２２に示す。
配管：外径 1/16”, 内径 0.8mm, ステンレス鋼材, 長さ 約 15cm
歪ゲージ：共和電業製 一般歪ゲージ KFGシリーズ
配管は流路方向にも、流路と垂直の方向にも延伸する。
そこで、配管２３０の表面を十分研磨したのち、２枚の歪ゲージ２３２を直径方向の歪みを検出するように、また、別の２枚の歪ゲージ２３４を配管長さ方向の歪みを検出するように、それぞれ貼り付けた。
なお、図の歪ゲージ２３２、２３４上の矢印は、歪ゲージの歪み検出方向を示している。
【００５７】
歪ゲージを貼り付けるにあたり、貼り付け面とゲージとの間に気泡が混入してしまうと、正確な歪量の測定ができなくなる。歪ゲージを平面に貼り付けるのは容易であるが、外径 1/16” の配管は歪ゲージにとっては明らかな曲面であり、曲面に対して歪ゲージを気泡が混入しないように貼り付けるには工夫が必要である。そこで、図２３に示すように、貼り付ける配管２３０の外径よりも少し大きい内径を持つ配管Ｂ２４０を軸方向に二分割し、歪ゲージ２３２をシール２４２上におき、貼り付ける配管２３０と配管Ｂ２４０とで歪ゲージ２３２を挟み込んで貼り付けた。この手法により、気泡を混入させずに歪ゲージ２３２を貼り付けることができる。
【００５８】
都合４枚の歪ゲージリードを図２４に示された一般的なブリッジ回路 Rg1-4に組み込み圧力に対する信号出力量を計測した。その結果を図２５に示す。
図２５の横軸は時間、縦軸は圧力変化による信号出力変化を示す。図２５に示された信号出力変化は実圧力とおおむね一致しており、良好である。しかし、圧力計１では、加圧後圧力を開放したときに、丸で囲まれた部分にマイナス側に波状の出力信号が観察される。この信号は実圧力を反映していない信号であり、実用上問題となる。
なお、先行技術文献１の発明も比較例１の類型である。比較例１と同様の問題が生ずるとので測定精度の面で改善の余地が残る。
【００５９】
（比較例２）
圧力計１では、先述したように圧力を開放したときに現れるマイナス側への波状の出力信号が発生するという問題が生じている。これは、圧力が配管形状の鋼材に及ぼす直径方向と長さ方向の歪みの伝達速度の差異により発生したものと推測した。
そこで、長さ方向の歪ゲージを取り外し、配管に接続された鋼材に歪ゲージを貼付けて温度補正を試みた。
【００６０】
圧力計２は、圧力計１から長さ方向に伸縮する歪みを検知する歪ゲージを取り外し、図２６に示されているように、配管２５０の近傍に設置した鋼材２５６の表面に歪ゲージ２５４を貼付けるようにした。これら鋼材２５６の表面に貼付けた歪ゲージ２５４の役割は配管付近の温度を反映する鋼材２５６に歪ゲージ２５４を貼り付けることにより、ブリッジ回路から出力される信号の温度補正を目的としている。
【００６１】
図２７に横軸は時間、縦軸は圧力変化による信号出力変化を示している。図２７の信号出力変化は実圧力とおおむね一致しており、良好である。さらに、圧力計１で問題となった波状のマイナス信号は改善された。しかし、図２７の上図の一部を拡大した図２７の下図に見られるように、圧力開放時の信号出力が加圧/開放を繰り返すたびにマイナス側にシフトすることが確認され、実用上問題となることが判明した。そのため、さらなる改良が必要である。
【実施例３】
【００６２】
比較例１及び２の信号出力変化にも見られるように、配管に直接歪ゲージを貼り付ける形態では特に圧力開放時に正確な測定値が得られないことがわかった。その原因として、
ａ）配管の場合、全体(全周)に渡り歪みが生じるため、歪ゲージを貼り付けていない
部分に生じる歪みの影響がある。
ｂ）一般に、歪ゲージは曲面部では正しい性能を発揮できないため、平面部に貼り付
ける必要がある。
などが考えられる。比較例１及び２の測定結果により配管を用いた圧力測定は誤差が大きく、適切でないようにも思われる。
しかしながら、配管の外壁に発生する微小の歪みを測定することにより圧力を測定する方法は効果的であると考え、下記の条件を満たす圧力計３を作成した。
1) 歪みの発生量は圧力計１及び圧力計２に近い信号値を得ること。
2) 歪ゲージを、曲面ではなく平面に貼り付けること。
3) 歪み検知部以外は、圧力により歪みが生じない程度の強度を確保すること。
【００６３】
圧力計３は、ステンレス鋼材のブロックを用意し、その一片を削り取り、削り取った部分を平面状に十分に研磨して歪測定用歪ゲージ貼付面とし、その面より深さ方向に約
０．５ｍｍ の位置に内径１．０ｍｍの直線流路を設ける。周辺部は十分な強度を持つよう管に対して肉厚を５ｍｍ以上確保する構造とする。管の出入り口には、配管の接続を容易にするために、フェラルや押しネジのための孔（受け）を作成する。
また、好適な鋼材の寸法については以下の通りである。
圧力計構成材の材質が１０Ｍｐａ材質樹脂であれば、１−２ｍｍが適当である。
流路内径は０．２５−２ｍｍ程度が好ましい。ＨＰＬＣ、ＳＦＣにおいて滞留が少なく、かつ詰まりにくい配管内径はこの程度であるためである。
流路長さは１０−２０ｍｍ程度が好ましい。歪ゲージを貼付ける関係上、この程度の長さが必要となるからである。これ以上長くしても特に利点はなく、長いと内部に穴を開けるのが困難である。
【００６４】
図２８（ａ）の本発明に係る圧力計の平面図に示されているように、本発明の圧力計本体の配管継手に類似した形状の六角材２６０は、歪測定用歪ゲージ貼付面２６２と、温度測定用歪ゲージ貼付面２６８とを備え、歪測定用歪ゲージ貼付面２６２に歪測定用歪ゲージ２７０が貼付されており、温度測定用歪ゲージ貼付面２６８に温度測定用歪ゲージ２７２が貼付されている。
また、図２８（ｂ）の本発明に係る圧力計の断面図に示されているように、六角材２６０は、内径１．０ｍｍの貫通穴２６６と、本発明に係る圧力計の貫通穴２６６の両側に配管を接続するための配管接続用の孔２６４と、六角材を削り、貫通穴外周との距離（肉厚）が０．５ｍｍとなるようにし、表面を研磨した（図２８（ａ）にも記載した）歪測定用歪ゲージ貼付面２６２とを備えている。
【００６５】
歪ゲージは、図２８（ａ）の本発明に係る圧力計の平面図に示されているように点線で囲まれた歪測定用歪ゲージ貼付面２６２の中央に１枚と、温度補正用として平面内もしくは六角材外面の温度測定要歪ゲージ貼付面２６８に別に２枚貼り付ける。それぞれの歪ゲージにてブリッジ回路を組み、信号を出力するようにする。なお、歪ゲージにある矢印は歪ゲージの歪み検出方向を示している。
【００６６】
これは、歪ケージを貼り付ける部分を、歪みの検知が十分可能でありながら材質の弾性限界を超えない強度に保ち、それ以外の部分は、歪みが実質上検知不能な（歪みが生じない）程度に強度を保つように配慮した構造である。この構造により、加圧による歪みを測定可能とすると共に急激な圧力変化に対する歪量の変化を圧力に対してリアルタイムで追従でき、一方で、十分な強度を保ったブロックの一部分のみ圧力検出が可能な強度の低い部分を設けることで、圧力開放時に検出部の歪量が瞬時に解消される。
【００６７】
図２９の上図の横軸は時間、縦軸は圧力変化による信号出力変化を示す。図２９の下図がその一部の拡大図である。圧力計２と比較して、圧力開放時の信号出力がマイナス側にシフトすることがほとんどなくなり、さらに圧力保持状態における測定圧力のふれ幅も格段に小さくなっている。
【００６８】
（溶媒置換性の検討）
図３０、図３１ は横に時間（秒）をとり、縦に応答量（内部を流れる試料の濃度）をとって、それぞれ参照圧力計使用時、圧力計３使用時について測定することにより、濃度の時間変化からピークの広がりを示した図である。従来型の流通型ダイアフラム圧力計（以下、参照圧力計と称す）参照圧力計（図３０）、圧力計３（図３１）を接続した。溶媒はメタノール、流量は０．５ｍＬ/ｍｉｎで送液、試料としてアントラセンを１０ｕＬインジェクタにて注入し、検出器にて各構成での溶出ピーク形状を比較した。
【００６９】
各チャートから明らかなように、図３０の参照用圧力計においては試料が溶出し終わるのに約５０秒必要であるが、図３１の圧力計３においては１５秒以内で溶出しきることが出来る。参照用圧力計に比べて溶出時間を短縮することができることから、圧力計３は優れた溶媒置換性を持つことが分かった。
【００７０】
（圧力精度の検討）
標準圧力計で測定された圧力値に対する参照用圧力計、及び、圧力計３での圧力測定値の偏差を図３２に示す。０−５０ＭＰａの圧力範囲において、０．３５ＭＰａ以内の測定偏差であり、共に十分な性能があることが分かる。
【００７１】
また、下記の数式を用いて測定偏差を補正することもできる。以下の例では、いずれの圧力計でも０ＭＰａから５０ＭＰａまでの信号出力がリニアであることを前提にして、信号出力を圧力値に換算している。（圧力値 = a × 信号出力値 + b ）仮に偏差が大きいようであれば、各圧力範囲で上記 a、b を持つようにすれば、圧力精度はさらに上がることとなる。
例）
範囲1：0-10MPa 圧力値 = a1 × 信号出力値 + b1
範囲2：10-30MPa 圧力値 = a2 × 信号出力値 + b2
範囲3：30-50MPa 圧力値 = a3 × 信号出力値 + b3
また、各実圧力における測定圧力を一致させるように、多項式で近似してもよい。
【００７２】
（圧力計の形状）
本発明に係る圧力計の標準的な形状としては、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥに一般に用いられている六角配管継手のような形状のブロック内に内径１．０ｍｍ程度の直線流路を作成し、ブロックの一片を平面状に削って歪測定用歪ゲージ貼付面とし肉厚を０．５ｍｍに薄くした上で、その面に歪ゲージを設置する。
これにより、従来のダイアフラム型圧力計と同等の安定性、低ドリフト、精度をとることができる。
本発明による圧力計の寸法は、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥに一般に用いられている六角配管継手とほぼ同程度であり、流路の内径は１．０ｍｍ、長さは１０ｍｍ程度である。また、流路の両端部には、ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥに一般に用いられている外径１／１６”の配管が接続できるよう、配管の先端・フェラル・押しネジが収納できる孔（受け）を設ける。
【００７３】
（圧力計の材質）
ブロックの材質としては、金属類や樹脂類などが挙げられる。ＨＰＬＣ／ＳＦＣ／ＳＦＥの例では、ステンレス（ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０など）やチタン、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などがよく用いられる。
【符号の説明】
【００７４】
１０・・・・従来型圧力計
１４・・・・歪ゲージ
２０・・・・流通型のダイアフラム型圧力計
２８・・・・歪ゲージ
３０・・・・ダイアフラム部
６０・・・・ポンプ装置
６２・・・・溶媒切替バルブ
６４・・・・ポンプヘッド
６６・・・・ダンパ
６８・・・・新型圧力計
６９・・・・出口フィルタ
８２・・・・送液用ポンプヘッド
８６・・・・流量調整用ポンプヘッド
２００・・・自動圧力調整弁
２２２・・・従来型圧力計
２６０・・・六角材
２６２・・・歪測定用歪ゲージ貼付面
２６８・・・温度測定用歪ゲージ貼付面
２７０・・・歪測定用歪ゲージ
２７２・・・温度測定用歪ゲージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管を流れる流体の圧力を測定する圧力計において、
該圧力計を貫通し、直線状かつ円筒状の内部空間を持つ金属製の圧力計の本体は、
前記圧力計の外部に、歪ゲージを貼付することにより前記内部空間に流体を流したときに生じる前記内部空間への圧力が実質的に検知可能な厚さの位置に歪測定用歪ゲージ貼付面と、
前記内部空間の外周の一部に前記歪測定用歪ゲージ貼付面があり、それ以外の部分は歪ゲージを貼付けても前記内部空間への圧力が実質的に検知不能な厚さと、を有し、
前記内部空間の流体出入口に前記配管を接続し、前記歪測定用歪ゲージ貼付面に歪測定用歪ゲージを貼付して、
前記内部空間内の流体の圧力を計測することを特徴とする圧力計。
【請求項２】
請求項１の圧力計において、
前記圧力計の外部に、歪ゲージを貼付することにより前記内部空間に流体を流したときに生じる前記内部空間への圧力が実質的に検知不能な厚さの位置で、かつ流体の熱により熱膨張したことによる圧力計構成材の歪みが検知可能な厚さの位置に温度補正用歪ゲージ貼付面をさらに有し、
前記温度補正用歪ゲージ貼付面に温度補正用歪ゲージを貼付して前記圧力計の熱膨張による歪みを測定することにより、前記圧力値を補正することを特徴とする圧力計。
【請求項３】
請求項２の圧力計を用いて測定された信号出力値について、
Ｘを歪ゲージからの信号出力値、Ｙを圧力値として、所定の圧力範囲毎にａ、ｂを持つようにした一次式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）に、前記歪ゲージから得られる信号出力値を対応する圧力範囲の数式に代入し、圧力値Ｙを求めること、
もしくは、全範囲の圧力範囲の信号出力値Ｘと圧力値Ｙとの関係を示した多項式（Ｙ＝ａ１Ｘ＾（ｎ−１）＋ａ２Ｘ＾（ｎ−２）＋…＋ａｎＸ＾０）を満たすようにａｉ（ｉ＝１〜ｎ）を決定することにより複数の圧力範囲に適用できる数式とし、前記歪ゲージから得られる信号出力値を該数式のＸに代入して圧力値Ｙを求めることを特徴とする圧力測定方法。
【請求項４】
請求項１、２の圧力計の内部空間の流体出入り口の両側をそれぞれ装置内部の配管に接続することにより、配管同士を繋ぎ合わせる継手として使用することを特徴とする圧力計。
【請求項５】
請求項１、２の圧力計の内部空間の流体出入口をポンプ内部の配管に接続し、該圧力計内の流体の圧力を測定することを特徴とするポンプ。
【請求項６】
請求項１、２の圧力計の内部空間の流体出入口を自動圧力調整弁内部の配管に接続し、該圧力計内の流体の圧力を測定して所望の設定値に調整することを特徴とする自動圧力調整弁。
【請求項７】
請求項５のポンプを備えたことを特徴とするＨＰＬＣ装置。
【請求項８】
請求項５のポンプを備えたことを特徴とするＳＦＣ装置。
【請求項９】
請求項６の自動圧力調整弁を備えたことを特徴とするＳＦＣ装置。
【請求項１０】
請求項５のポンプを備えたことを特徴とするＳＦＥ装置。
【請求項１１】
請求項６の自動圧力調整弁を備えたことを特徴とするＳＦＥ装置。
【請求項１】
配管を流れる流体の圧力を測定する圧力計において、
該圧力計を貫通し、直線状かつ円筒状の内部空間を持つ金属製の圧力計の本体は、
前記圧力計の外部に、歪ゲージを貼付することにより前記内部空間に流体を流したときに生じる前記内部空間への圧力が実質的に検知可能な厚さの位置に歪測定用歪ゲージ貼付面と、
前記内部空間の外周の一部に前記歪測定用歪ゲージ貼付面があり、それ以外の部分は歪ゲージを貼付けても前記内部空間への圧力が実質的に検知不能な厚さと、を有し、
前記内部空間の流体出入口に前記配管を接続し、前記歪測定用歪ゲージ貼付面に歪測定用歪ゲージを貼付して、
前記内部空間内の流体の圧力を計測することを特徴とする圧力計。
【請求項２】
請求項１の圧力計において、
前記圧力計の外部に、歪ゲージを貼付することにより前記内部空間に流体を流したときに生じる前記内部空間への圧力が実質的に検知不能な厚さの位置で、かつ流体の熱により熱膨張したことによる圧力計構成材の歪みが検知可能な厚さの位置に温度補正用歪ゲージ貼付面をさらに有し、
前記温度補正用歪ゲージ貼付面に温度補正用歪ゲージを貼付して前記圧力計の熱膨張による歪みを測定することにより、前記圧力値を補正することを特徴とする圧力計。
【請求項３】
請求項２の圧力計を用いて測定された信号出力値について、
Ｘを歪ゲージからの信号出力値、Ｙを圧力値として、所定の圧力範囲毎にａ、ｂを持つようにした一次式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）に、前記歪ゲージから得られる信号出力値を対応する圧力範囲の数式に代入し、圧力値Ｙを求めること、
もしくは、全範囲の圧力範囲の信号出力値Ｘと圧力値Ｙとの関係を示した多項式（Ｙ＝ａ１Ｘ＾（ｎ−１）＋ａ２Ｘ＾（ｎ−２）＋…＋ａｎＸ＾０）を満たすようにａｉ（ｉ＝１〜ｎ）を決定することにより複数の圧力範囲に適用できる数式とし、前記歪ゲージから得られる信号出力値を該数式のＸに代入して圧力値Ｙを求めることを特徴とする圧力測定方法。
【請求項４】
請求項１、２の圧力計の内部空間の流体出入り口の両側をそれぞれ装置内部の配管に接続することにより、配管同士を繋ぎ合わせる継手として使用することを特徴とする圧力計。
【請求項５】
請求項１、２の圧力計の内部空間の流体出入口をポンプ内部の配管に接続し、該圧力計内の流体の圧力を測定することを特徴とするポンプ。
【請求項６】
請求項１、２の圧力計の内部空間の流体出入口を自動圧力調整弁内部の配管に接続し、該圧力計内の流体の圧力を測定して所望の設定値に調整することを特徴とする自動圧力調整弁。
【請求項７】
請求項５のポンプを備えたことを特徴とするＨＰＬＣ装置。
【請求項８】
請求項５のポンプを備えたことを特徴とするＳＦＣ装置。
【請求項９】
請求項６の自動圧力調整弁を備えたことを特徴とするＳＦＣ装置。
【請求項１０】
請求項５のポンプを備えたことを特徴とするＳＦＥ装置。
【請求項１１】
請求項６の自動圧力調整弁を備えたことを特徴とするＳＦＥ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１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２】
【図３】
【図４】
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【図７】
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【図１７】
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【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公開番号】特開２０１２−７８２１０（Ｐ２０１２−７８２１０Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２３８０２（Ｐ２０１０−２２３８０２）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００２３２６８９）日本分光株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００２３２６８９）日本分光株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
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