JP2007085496A - ロータリーバルブ及びその組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータとステータとの圧接面に隙間を生じさせないで駆動系の回転運動をステータに伝達でき、高精度の同心度を確保できるロータリーバルブ及びその組立体を提供する。
【解決手段】中心に位置するコモンポート２２及び中心周りに位置する複数のポート２３を有し、ハウジング１１の一端側に固定されるステータ２１と、コモンポート２２とポート２３のうち選択された一つとを連通させる溝３２を有し、ハウジング１１の途中に、押圧状態で保持されるロータ３１と、ハウジング１１の他端側に回転自在に支持され、ロータ３１を回転させる駆動軸４１とを具備する。この駆動軸４１は、ロータ３１の中心から突設される第１軸４２と、ハウジング１１の他端側に回転自在に支持される第２軸４３とに分割される。第１軸４２と第２軸４３とは、回転力を伝達しスラスト力を伝達しない面接触により連結させる連結部４６を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロータとステータとから構成され、コモンポートと複数のポートとの間で流体を振り分けるロータリーバルブ及びその組立体に関するものである。

この種のロータリーバルブとしては、下記の特許文献１，２に開示されるものが知られている。この特許文献１に開示のロータリーバルブは、ハウジングと、中心に位置するコモンポート及び前記中心の周りに位置する複数のポートを有し、前記ハウジングの一端側に固定されるステータと、前記コモンポートと前記複数のポートとを連通させる溝を有し、前記ハウジングの途中に、前記固定部材の前記中心に一致するように回転可能に支持されると共に前記固定部材に対して押圧状態で保持されるロータと、前記ハウジングの他端側に回転自在に支持され、前記回転体を回転させる駆動軸とを具備する構造である。

そして、前記ロータと前記駆動軸とが一体に取り付けられ、前記駆動軸がモータ等の駆動系に連結される構造となっている。
特開２００５−５４９１３号公報 特開２００５−７６８５８号公報

しかしながら、上記構造のロータリーバルブにあっては、前記ロータと前記駆動軸とが一体に取り付けられ、前記駆動軸がモータ等の駆動系に連結される構造である。そのため、前記ロータと前記駆動軸との同軸度にズレがない状態で取り付けられていないと、ステータとの圧接面に隙間が生じ、これにより流体のリークを生じさせる恐れがある。

本発明は上記問題を鑑みなされたものであって、その目的とするところは、ロータとステータとの圧接面に隙間を生じさせないで駆動系の回転運動をステータに伝達でき、高精度の同心度を保持できるロータリーバルブ及びその組立体を提供することである。

本発明１のロータリーバルブは、ハウジングと、中心に位置する第１ポート及び前記中心の周りに位置する複数の第２ポートを有し、前記ハウジングの一端側に固定される固定部材と、前記第１ポートと前記第２ポートのうち選択された一つとを連通させる溝を有し、前記ハウジングの途中に、前記固定部材の前記中心に一致するように回転可能に支持されると共に前記固定部材に対して押圧状態で保持される回転体と、前記ハウジングの他端側に回転自在に支持され、前記回転体を回転させる駆動軸とを具備するロータリーバルブにおいて、前記駆動軸は、前記回転体の中心から突設される第１軸と、前記ハウジングの他端側に回転自在に支持される第２軸とに分割され、前記第１軸と前記第２軸とは、回転力を伝達しスラスト力を伝達しない面接触により連結されていることを特徴とする。
この構成によると、回転体から突設する第１軸と、ハウジングに回転自在に支持される第２軸とに分割されているため、第２軸の回転軸周りのブレが第１軸に伝達されない。また、前記第１軸と前記第２軸とは、回転力を伝達しスラスト力を伝達しない面接触により連結されているため、駆動系の回転力を第２軸から第１軸へと正確に伝えながら、第２軸のブレは第１軸に伝わらない。さらに、回転体は第２軸と分割された状態でハウジングに回転自在に支持されるため、回転体のハウジングを基準とした同心度が確保される。

また、本発明２のロータリーバルブは、本発明１において、前記ハウジングは、前記固定部材を同心状に固定する第１ハウジングと、前記回転体を回転自在に保持するとともに、前記第２軸を回転自在に支持する第２ハンジングとからなり、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとが同心状に嵌合され、更に固定されることを特徴とする。
この構成によると、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとが同心状に嵌合するので、前記回転体と前記第２軸との同心度が正確に合わせられる。

また、本発明３のロータリーバルブは、本発明２において、前記回転体は、第２ハウジングと前記第１軸との間に配設され、前記回転体に当接するスラスト軸受を介して、前記第２ハウジングに対して回転自在に支持され、このスラスト軸受の中心軸周りに、前記回転体を前記固定部材に向けて押圧するスプリングが配設されていることを特徴とする。
この構成によると、回転体がスラスト軸受を介して第２ハウジングに回転自在に支持され、このスラスト軸受の中心軸周りにスプリングが配設されているため、回転体は固定部材に押圧された状態で同心度を保って回転する

また、本発明４のロータリーバルブは、本発明３において、前記第２ハウジングは、前記スプリングを保持するとともに、前記スラスト軸受の外周を支持するホルダーを有することを特徴とする。
この構成によると、第２ハウジングが、スラスト軸受及びスプリングが組み込まれたホルダーを有することにより、回転体が支持されるスラスト軸受は第２ハウジングに同心状に組み込まれる。

また、請求項５のロータリーバルブは、発明１において、前記複数の第２ポートに対応する複数種類の液体をそれぞれ各第２ポートに供給し、前記第２ポートのうち選択された一つからの液体が前記第１ポートから送出されるようにしたことを特徴とする。
この構成によると、前記中心の周りに位置する複数の第２ポートの一つを選択して中心に位置する第１ポートに所望の液体を供給できる。

また、本発明６のロータリーバルブ組立体は、本ロータリーバルブと駆動部とを継手を介して連結し、前記駆動部にロータリーエンコーダが取り付けられたロータリーバルブ組立体であって、
前記ロータリーバルブは、ハウジングと、中心に位置する第１ポート及び前記中心の周りに位置する複数の第２ポートを有し、前記ハウジングの一端側に固定される固定部材と、前記第１ポートと前記第２ポートのうち選択された一つとを連通させる溝を有し、前記ハウジングの途中に、前記固定部材の前記中心に一致するように回転可能に支持されると共に前記固定部材に対して押圧状態で保持される回転体と、前記ハウジングの他端側に回転自在に支持され、前記回転体を回転させる駆動軸とを具備し、前記駆動軸は、前記回転体の中心から突設される第１軸と、前記ハウジングの他端側に回転自在に支持される第２軸とに分割され、前記第１軸と前記第２軸とは、回転力を伝達しスラスト力を伝達しない面接触により連結されてなることを特徴とする。
この構成によると、回転体から突設する第１軸と、ハウジングに回転自在に支持される第２軸とに分割されているため、第2軸の回転軸周りのブレが第１軸に伝達されない。また、前記第１軸と前記第２軸とは、回転力を伝達しスラスト力を伝達しない面接触により連結されているため、駆動系の回転力を第２軸から第１軸へと正確に伝えながら、第２軸のブレは第１軸に伝わらない。また、回転体は第２軸と分割された状態でハウジングに回転自在に支持されるため、回転体のハウジングを基準とした同心度が確保される。更に、ロータリーバルブの駆動軸は駆動部と継手を介して連結されるため、駆動部の軸周りのブレが駆動軸により伝わりにくくなる。また、ロータリーエンコーダにより、駆動軸の回転制御は正確なものになる。

上記のロータリーバブル及びその組立体は、駆動軸のブレが回転体に伝わりにくくするとともに、固定部材に対する回転体が高精度の同心度を維持して回転できるようにしている。そのため、回転体と固定部材の圧接面（シール面）の密着性が向上し、流体のリークを防止することができる。とくに、中心に位置する第１ポートと前記中心の周りに位置する複数の第２ポートの一つを選択して連通させる場合、残りの第２ポートへのリークを確実に防止できるので、有効である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係るロータリーバルブ及びその組立体の実施形態例について説明する。
図１は、ロータリーバルブの断面図、図２は、図１のＡ−Ａ線から見たステータの上面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線から見た軸同士の連結部の断面図である。

図１に示すように、ロータリーバルブ１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１に固定されたステータ（固定部材）２１と、ハウジングに回転自在に支持されたロータ（回転体）３１と、ロータ３１を回転駆動する駆動軸４１とを具備する。

ステータ２１は、ハウジング１１の一端側に固定される。このステータ２１の圧接面には、回転中心に位置する一つのコモンポート（第１ポート）２２と，前記回転中心の周りの同心円上に位置する複数のポート（第２ポート）２３とが開口している。図示例では、複数のポート２３として三つの場合が図示されるが、その数は、２以上の任意の数である。

ロータ３１は、ハウジング１１の軸方向の途中にステータ２１の中心と一致するように回転自在に支持される。ロータ３１の圧接面には、前記コモンポート２２と前記複数のポート２３の一つとを連通させるスロット状の溝３２が設けられている。

ステータ２１の圧接面とロータ３１の圧接面とは、ステータ２１に対してロータ３１を押圧することにより、面によるシール面を構成する。図示例では、このシール面の周囲に環状溝２４が配設されている。もしシール面を経たリークが発生した場合には、リークした液体はこの環状溝２４を経て外部に排出できるようになっている。

図２に示すように、複数のポート２３に対応する複数種類の液体をそれぞれのポート２３に供給する。そして、ステータ２１のコモンポート２２とステータ２１の選択された一つのポート２３とが、ロータ３１の溝３２を介して連通する。それにより、選択された一つのポート２３からの液体をコモンポート２２から送出させる。図示例では、試薬１がポート２３を経てコモンポート２に至り、分析装置に供給される。ロータ３１の回転により、流路が切り換えられ、特定の試薬を分析装置に供給することができる。また、試薬の廃棄に用いられる場合には、特定の試薬が、分析装置に代わる廃棄装置に接続される。ステータ２１の圧接面とロータ３１の圧接面との面シールが確実であると、外周のポート２３同士のリークは発生しない。

ロータ３１を回転駆動する駆動軸４１は、ロータ３１の中心から突設される短い第１軸４２と、この第１軸４２に連結される長い第２軸４３とに分割されている。第２軸４３はハウジング１１の他端側に回転自在に支持される。この第１軸４２と第２軸４３との連結部４６は、第１軸４２の半円状の切欠き部４２ａと第２軸の半円状の切欠き部４３ａとを軸方向に隙間εを有する状態で重ね合わせ、第１軸４２の切欠き部４２ａと第２軸の切欠き部４３ａとが面接触するようにして形成されている。この面接触の状態は、図３に例示される。なお、半円状とは完全な半円ではなく、図示のように一方に偏る半円であってもよい。

図１のように、第１軸４２の切欠き部４２ａと第２軸４３の切欠き部４３ａとは、軸方向の隙間を有して連結されているため、軸方向のスラスト力は伝達されない。図２のように、第１軸４２の切欠き部４２ａと第２軸４３の切欠き部４３ａとが面接触しているため、回転力は遊びが無い状態で伝達される。また、第２軸４３の軸周りのブレは面接触の角度が変わるだけで、伝達されない。

ハウジング１１は、互いに同心状に嵌合される第１ハウジング１２と第２ハウジング１３とからなる。第１ハウジング１２は、カップ状となっている。第２ハウジング１３は円筒状となっている。この円筒状の第２ハウジング１３をカップ状の第１ハウジング１２に嵌め込むことにより、両者は同心状に嵌合される。

第１ハウジング１２のカップ状の底に、円板状のステータ２１を嵌め込む。このステータ２１は、図示されない位置決めピンにより第１ハウジング１２に同心状に位置決めされる。そして、第２ハウジング１３を第１ハウジング１２に嵌め込むと、第２ハウジング１３の端面でステータ２１が押し込まれて固定される。このステータ２１を同心状に固定するための第１ハウジング１２と第２ハウジング１３との嵌合状態は、雄ネジと雌ネジとの螺合を介して行われる。図示例では両ハウジング１２，１３間の回り止めのために止めネジ１５が用いられている。なお、第２ハウジング１３の端面とステータ２１との間には、環状のシール２５が配設されている。

第２ハウジング１３は、ステータ２１の側から同心状に嵌めることができるホルダー１４を更に有する。この第２ハウジング１３のうちホルダー１４が無い側（ハウジング１１の他端側）に、駆動軸４１の第２軸４３が、ラジアル軸受４４，４５を介して回転自在に支持されている。この第２軸４３と第２ハウジング１３とのホルダー１４の側に、シール２６が配設されている。

ホルダー１４の中には、ロータ３１の側から、スラスト軸受３３、バネ受け部材３４、スプリング３５が収納されている。スラスト軸受３３の外周がホルダー１４の内周面に嵌まるが、スプリング３５の押圧により、軸方向に移動できる程度の嵌合で支持されている。また、スラスト軸受３３の内周側は、ロータ３１から突設する第１軸４２の外周に嵌合される。また、スラスト軸受３３のスラスト面はロータ３１に直接載るように配設されている。

このホルダー１４に組み込まれる構造により、ロータ３１は、ホルダー１４即ちハウジング１１の同心を保持した状態で、ステータ２１に押圧されながら、回転自在に保持される。そして、このステータ２１の第１軸４２は、駆動軸４１の第２軸４１から分割され、回転力だけが伝わるようになっている。

上述した構造のロータリーバルブの組立は以下のように好適に行われる。
第１ハウジング１２にステータ２１を嵌め込み、ピン等で位置決めする。
第２ハウジング１３に第２軸４３を差し込み、ラジアル軸受４４，４５により回転自在に支持する。
ホルダー１４内に、スプリング３５、バネ受け部材３４、スラスト軸受３３を嵌め込む。更に、スラスト軸受３３の内周にロータ３１から突設された第１軸４２を嵌め込む。これにより、ロータ３１を第２ハウジング１３に対して同心状態で回転自在であるとともに、軸方向押圧自在に保持するホルダー１４の部分組立体を形成する。

つぎに、ホルダー１４の部分組立体を、第２ハウジング１３に差し込む。このとき、第１軸４２と第２軸４３との回転位相を合わせ、図３のような面接触による連結部４６を形成する。

さらに、ロータ３１も組み込まれた第２ハウジング１３を、ステータ２１が組み込まれた第１ハウジング１２に嵌め込み、第２ハウジング１３の端がステータ２１に当たる状態にしてから止めネジ１５等で両ハウジング同士が固定される。このとき、ロータ３１は、スラスト軸受３３を介してステータ２１の中心に一致するように回転可能に支持されると共に、スプリング３５を介してステータ２１に対して押圧状態で保持される。

つぎに、上述した構成のロータリーバルブ１０による流路の切り換え動作を説明する。図３のように、試薬１と分析装置とが連通する状態から、試薬３と分析装置とが連通する状態に切り換える場合の動作を例にして説明する。図１の第２軸４３を図示されない駆動系により、角度αだけ回転させる。すると、第２軸４３の回転力は連結部４６を介して第１軸４２に伝達される。連結部４６は軸方向に隙間εがある面接触で形成されているため、スラスト力は伝達されず、回転力だけが伝達される。スラスト力が伝わらないため、ステータ２１に対するロータ３１の押圧には何らの影響を与えない。

このような流路切り換えが行われるため、ステータ２１に対してロータ３１がスプリング３５とスラスト軸受３３とを介して同心状に押圧される状態が確保されたままになる。すなわち、ステータ２１とロータ３１の圧接面同士の面シールが確保され、リークの無い状態での流路切り換えが行われる。

また、長いことに加えて、その両端がラジアル軸受４４，４５で支持される第２軸４３は、ラジアル軸受４４，４５の隙間に起因して回転時に軸ブレを発生させる。この軸ブレは駆動系の外力により大きくなる。しかし、ロータ３１から突設された第１軸４２は、連結部４６を介してこの第２軸４３に連結されるため、この軸ブレも伝達されない。何故ならば、ステータ２１に対してロータ３１がスプリング３５とスラスト軸受３３とを介して強力に押圧されている。その押圧力は軸ブレによる外力より遥かに大きいので、第２軸４３の軸ブレは遮断される。

また、連結部４６は、図３のような面接触で形成されているため、回転力を伝達する際の遊びが発生しにくい。そのため、駆動系の回転が正確にロータ３１に伝達され、ロータ３１の回転に誤差を生じにくくなる。すなわち、ロータ３１の回転制御も正確に行われる。

さらに、このようなロータリーバルブ１０を組み込んだ好適なロータリーバルブ組立体１を、図４により説明する。

図４において、ロータリーバルブ組立体１は、上述したロータリーバルブ１０と駆動部２とをフレキシブルジョイント（継手）３を介して連結し、駆動部２にロータリーエンコーダ４が取り付けられて構成される。ロータリーバルブ１０と駆動部２とのフレキシブルジョイント３を介しての連結は、アタッチメント５１を用いて行われる。

アタッチメント５１は、第１支持板５２と第２支持板５３とを取付部５４で一体にしたものである。全体として側面視でコの字状となっている。第１支持板５２と第２支持板５３には、それぞれ第１穴５２ａと第２穴５３ａが同心状に対向して開けられている。また、取付部５４は、ボルト穴５４ａを介して装置の適切な部分に組立体全体として取り付けられるようになっている。

第１支持板５２の第１穴５２ａにロータリーバルブ１０の第２ハウジング１３の外周を嵌め込む。そして、第１ハウジング１２の端を第１支持５２の側面に当てて、ボルト締め等でロータリーバルブ１０を固定する。第２支持板５３の第２穴５３ａに駆動部２の出力側嵌合部を嵌め込む。そして、ボルト締め等で駆動部２を固定する。このとき、ロータリーバルブ１０の第２駆動軸４３の端と、駆動部２の出力軸２ａとは、フレキシブルジョント３を介して連結される。

駆動部２の回転機構には、ロータリーエンコーダ４がその回転を伝達できるように取り付けられている。このロータリーエンコーダ４により、駆動部２は制御された正確な回転が可能であり、所定の角度だけ駆動軸２ａを回転させることができる。

このような構造のロータリーバルブ組立体１にあっては、駆動部２の駆動軸２ａとロータリーバルブ１０の第２軸４３とがフレキシブルジョイント３を介して連結されるため、駆動系からの第２軸４３への回転力以外の外力が伝わりにくくなり、第２軸４３の軸ブレが減少する。これにより、ロータリーバルブ１０におけるロータ３１とステータ２１との圧接面での面シールがより確実なものになる。

また、駆動部２により第２軸４３の回転がロータリーエンコーダ４により正確となるため、ロータリーバルブ１０におけるロータ３１とステータ２１との間の流路の切り換えもより確実なものになる。

なお、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明はその趣旨を超えない範囲において変更が可能である。
例えば、図１のロータリーバルブ１０において、第２ハウジング１３は、ホルダー１４を有しない一体ものとすることができる。組立が不便になるものの、ロータ３１とステータ２１との同心度確保はより優れたものになる。

本発明は、医療用分析装置、成分分析装置、ＤＮＡ合成装置等のように、試薬の供給、廃棄に際して利用され、装置の小型化、配管の少数化のために用いられる。

本実施形態例に係るロータリーバルブの断面図である。 図１のＡ−Ａ線から見たステータの上面図である。 図１のＢ−Ｂ線から見た軸同士の連結部の断面図である。 本実施形態例に係るロータリーバルブ組立体の全体斜視図である。

符号の説明

１ ロータリーバルブ組立体
２ 駆動部
３ フレキシブルジョンイト（継手）
４ ロータリーエンコーダ
１０ ロータリーバルブ
１１ ハウジング
１２ 第１ハウジング
１３ 第２ハウジング
１４ ホルダー
２１ ステータ
２２ コモンポート（第１ポート）
２３ ポート（第２ポート）
３１ ロータ
３２ 溝
３３ スラスト軸受
３５ スプリング
４１ 駆動軸
４２ 第１軸
４３ 第２軸
４６ 連結部
５１ アタッチメント

Claims (6)

1. ハウジングと、
   中心に位置する第１ポート及び前記中心の周りに位置する複数の第２ポートを有し、前記ハウジングの一端側に固定される固定部材と、
   前記第１ポートと前記第２ポートのうち選択された一つとを連通させる溝を有し、前記ハウジングの途中に、前記固定部材の前記中心に一致するように回転可能に支持されると共に前記固定部材に対して押圧状態で保持される回転体と、
   前記ハウジングの他端側に回転自在に支持され、前記回転体を回転させる駆動軸とを具備するロータリーバルブにおいて、
   前記駆動軸は、前記回転体の中心から突設される第１軸と、前記ハウジングの他端側に回転自在に支持される第２軸とに分割され、
   前記第１軸と前記第２軸とは、回転力を伝達しスラスト力を伝達しない面接触により連結されていることを特徴とするロータリーバルブ。
2. 前記ハウジングは、前記固定部材を同心状に固定する第１ハウジングと、前記回転体を回転自在に保持するとともに、前記第２軸を回転自在に支持する第２ハンジングとからなり、
   前記第１ハウジングと前記第２ハウジングとが同心状に嵌合され、更に固定される請求項１に記載のロータリーバルブ。
3. 前記回転体は、第２ハウジングと前記第1軸との間に配設され、前記回転体に当接するスラスト軸受を介して、前記第２ハウジングに対して回転自在に支持され、
   このスラスト軸受の中心軸周りに、前記回転体を前記固定部材に向けて押圧するスプリングが配設されている請求項２に記載のロータリーバルブ。
4. 前記第２ハウジングは、前記スプリングを保持するとともに、前記スラスト軸受の外周を支持するホルダーを有する請求項３に記載のロータリーバルブ。
5. 前記複数の第２ポートに対応する複数種類の液体をそれぞれ各第２ポートに供給し、前記第２ポートのうち選択された一つからの液体が前記第１ポートから送出されるようにした請求項１に記載のロータリーバルブ。
6. ロータリーバルブと駆動部とを継手を介して連結し、前記駆動部にロータリーエンコーダが取り付けられたロータリーバルブ組立体であって、
   前記ロータリーバルブは、
   ハウジングと、
   中心に位置する第１ポート及び前記中心の周りに位置する複数の第２ポートを有し、前記ハウジングの一端側に固定される固定部材と、
   前記第１ポートと前記第２ポートのうち選択された一つとを連通させる溝を有し、前記ハウジングの途中に、前記固定部材の前記中心に一致するように回転可能に支持されると共に前記固定部材に対して押圧状態で保持される回転体と、
   前記ハウジングの他端側に回転自在に支持され、前記回転体を回転させる駆動軸とを具備し、
   前記駆動軸は、前記回転体の中心から突設される第１軸と、前記ハウジングの他端側に回転自在に支持される第２軸とに分割され、
   前記第１軸と前記第２軸とは、回転力を伝達しスラスト力を伝達しない面接触により連結されてなることを特徴とするロータリーバルブ組立体。

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