JP2008202651A - 流路切換えバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの耐久性を向上させる。
【解決手段】流路切換えバルブは、接触平面１３をもつステータ１１と接触平面１７をもつロータ１５を備えている。ステータ１１は複数の流路のそれぞれに接続される流通口１９をその接触平面１３にもち、ロータ１５はステータ１１の流通口１９の内の２つを連通させる少なくとも１つの溝２１をもち、ステータ１１の接触平面１３に付勢され、連通すべきステータ１１の流通口１９を切り換えるように回転摺動する。本発明では、ステータ１１とロータ１５の接触平面の一方は樹脂製であり、他方には窒化クロム膜が被膜されている。
【選択図】図１

Description

本発明は高速液体クロマトグラフなどに用いる流路切換えバルブに関するものである。

高速液体クロマトグラフにおいては高圧力下において液体の流路を切り換える必要がある。
従来、このような用途における流路切換えバルブとしては、切換え溝が形成された円盤状のロータを、その溝と導通する貫通穴が形成された円盤状ステータに対し、平面で接触させつつ回転させる切換えバルブが用いられている。
ステータは流路が接続されたハウジングトップとロータの間に挟まれており、ロータとステータは相互に面接触することで流路の液漏れが防止されている。そして、ロータをある角度に回転摺動すると流路は切り換えられる。
このような従来の流路切換えバルブの材質として、ロータには樹脂、ステータにはセラミックなどが使われている。

しかし、バルブを長期にわたって使用するとステータよりも柔らかい材質からなるロータの摺動面は磨耗し、これによりバルブにおける回転トルクの増大、流体の漏洩、ロータの磨耗した部分に残留した液によるクロスコンタミネーションの増大などを引き起こすという問題がある。

流路切換えバルブにおいては、液漏れを防止するため、ロータはステータに対して強い力で押し付けられている。その状態でロータが回転すると、ロータの材質が樹脂である場合には回転による摩擦でステータおよびロータ表面が削り取られて削り屑が発生し、後段のカラムの劣化の原因となっていた。一方、ロータの材質をセラミックとする場合にはそのような削り屑は発生しないが、シール性を考慮してステータ、ロータともにその接触面の表面粗さを細かくし、平坦度も高精度に仕上げる必要があり、そのような面同士を強い力で押し付けると、いわゆるリンキング等と称される鏡面接着現象が生じ、ロータの回転動作を損なうという問題があった。

一方、ロータをフルオロカーボン含有ポリマーとし、タングステンカーバイド／カーボン層をコーティングすることでロータの耐久性を向上させた流路切換えバルブが開示されている（特許文献１参照。）。この特許文献１に開示されたタングステンカーバイド／カーボン層は柔らかいアモルファスカーボンマトリクス中に硬いタングステンカーバイド粒子が分散した構造であり、アモルファスカーボンとタングステンカーバイドを交互に積層することにより形成される。

米国特許第６４５３９４６号明細書

本発明は、ロータとステータの接触面で柔らかい方の耐久性を向上させるために、硬い方の接触面に特許文献１のものとは異なるコーティングであって、母材との密着性の高いものを施すことにより、さらに耐久性を向上させた流路切換えバルブを提供することを目的とするものである。

本発明の流路切換えバルブは、互いに接する接触平面をもつステータとロータを備え、ステータは複数の流路のそれぞれに接続される流通口をその接触平面にもち、ロータはステータの流通口の内の２つを連通させる少なくとも１つの溝をもち、ステータの接触平面に付勢され、連通すべき上記ステータの流通口を切り換えるように回転摺動するものである。そして、ステータとロータの接触平面の一方は樹脂製であり、他方には窒化クロム膜が被膜されている。

流路切換えバルブを構成する場合、ステータ又はロータの一方は金属製のように硬質の材質からなるものとし、他方は流路の漏洩防止のために樹脂製のように軟質の材質のものであることが多い。本発明では樹脂製表面をもつ方がロータであり、窒化クロム膜が被膜されている方が硬質のステータであることが好ましいが、その逆であってもよい。

窒化クロム膜との密着性を向上させ、且つ、鏡面接着現象を低減させるため、窒化クロム膜が形成されている母材表面に微細加工技術により凹凸を形成し、その凹凸の上に窒化クロム膜を形成するようにしてもよい。

流路切換えバルブの材料の好ましい一例として、ステータがステンレス製であり、凹凸がサンドブラスト法により形成されたものを挙げることができる。

本発明の流路切換えバルブは、ステータとロータの接触平面の一方が樹脂製であり、他方には窒化クロム膜が被膜されている。窒化クロム膜はそれが形成されている母材との密着性がよく、且つ、窒化クロム膜と対向して接触する樹脂製表面の磨耗を低減することができる。

ロータはステータに比べて加工するのが比較的容易であるので、樹脂製表面をもつ方をロータ、窒化クロム膜が被膜されている母材をステータとすることが好ましく、そうすることでロータよりもステータの交換頻度を低減することができる。

ステータの接触平面に微細加工技術を用いて凹凸を形成し、窒化クロム膜をその凹凸の上に形成するようにすれば、窒化クロムと母材との密着性をより向上させることができ、且つ、鏡面接着現象を低減させることができる。

以下に本発明の実施例を説明する。
図１は一実施例の流路切換えバルブのステータ及びロータ部分の概略斜視図である。
ステータ１１はステンレス製であり、流路が接続されるハウジングトップが一体化されたものである。ステータ１１のステータ摺動面１３はロータ１５のロータ摺動面１７と接し、ステータ１１に設けられた貫通穴１９がロータ１５に設けられた溝２１と導通するようになっている。ロータ１５は例えばポリエーテルエーテルケトン（PEEK）樹脂製であり、溝２１が円弧状に複数設けられている。

ステータ１１のステータ摺動面１３には、ステンレス製ステータ１１の摺動面１３を鏡面仕上げした後にマグネトロンスパッタリング法により窒化クロムが０．６μｍ程度の厚さに形成されている。
マグネトロンスパッタリング法によるコーティングを行なうと、ドロップレットなどがコーティング表面に付着しにくくなり、平滑な表面が得られるようになる。窒化クロムコーティングにより摩擦係数を低減させることで、ロータの磨耗を低減させることができる。また、窒化クロムコーティングをすることにより、ステンレス製の母材に比べて表面が硬くなるため、ロータ１５との摺動面によってステータ１１に傷等のダメージが及ぶことが妨げられる。

また、窒化クロムコーティングを施す前工程として、サンドブラスト法によって微少な凹凸をステータ摺動面１３に形成し、その表層に窒化クロムを形成してもよい。コーティング前に微少な凹凸を設けることで、ステータ摺動面とロータ摺動面とが接触しすぎることで磨耗するということを低減させることができる。
なお、窒化クロムコーティングは、鏡面加工されたステータの摺動面との密着性がよく、且つ、技術的に安定した形成方法であるので好ましい。

図２は流路切換えバルブの全体構造を示した概略断面図である。ステータ１１には流路接続部２３が複数設けられており、その先端は接触平面１３の貫通穴１９に通じている。
ロータ１５はシャフト２５の先端に取り付けられており、シャフト２５を回転可能に支持するボディ部２７内に設けられた弾性部材２９によってステータ１１方向に付勢されている。ボディ部２７はボルト３１によってステータ１１の外周部にネジ止めされている。
ロータ１５の接触平面１７には溝２１が形成されており（図１を参照）、ステータ１１の接触平面１３の貫通穴１９を連通する。
流路を切り換える際、シャフト２５を回転させてロータ１５をステータ１１に対して回転摺動させ、貫通穴１９と溝２１の接続を切り換える。

本発明の流路切換えバルブはステータの表面に窒化クロムが被膜されているので、ステータと膜の密着性は向上しており、それによりステータの表面は保護され、且つロータの磨耗を低減することができる。また、実施例のものとは異なり、ステータを樹脂製とし、ロータをステンレス製としてその表面に窒化クロム膜を形成することもできる。
実施例ではステータの接触平面の貫通穴１９が円周上に配置され、ロータの溝２１がその内の２つを連通するようになっているが、流路切換えバルブとしてはステータの接触面の貫通穴として中央に共通のものを配置し、その周囲の円周上に複数個を配置し、ロータの溝はステータの共通の貫通穴を円周上のいずれかの貫通穴に選択的に接続するように半径方向に延びた溝であるものもある。本発明はそのような流路切換えバルブにも同様に適用できる。

本発明は高速液体クロマトグラフをはじめ、流路の切り換えを必要とする分析機器その他の機器に利用することができる。

流路切換えバルブのステータ及びロータ部分の概略斜視図である。 流路切換えバルブ全体の概略断面図である。

符号の説明

１１ ステータ
１３ 接触平面
１５ ロータ
１７ 接触平面
１９ 貫通穴
２１ 溝
２３ 流路接続部
２５ シャフト
２７ ボディ部
２９ 弾性部材
３１ ボルト
３３ 軸受

Claims (4)

1. 互いに接する接触平面をもつステータとロータを備え、前記ステータは複数の流路のそれぞれに接続される流通口をその接触平面にもち、前記ロータは前記ステータの流通口の内の２つを連通させる少なくとも１つの溝をもち、前記ステータの接触平面に付勢され、連通すべき前記ステータの流通口を切り換えるように回転摺動する流路切換えバルブにおいて、
   前記ステータと前記ロータの接触平面の一方は樹脂製であり、他方には窒化クロム膜が被膜されている流路切換えバルブ。
2. 樹脂製表面をもつ方がロータであり、窒化クロム膜が被膜されている方がステータである請求項１に記載の流路切換えバルブ。
3. 前記ステータの接触平面には微細加工技術により凹凸が形成され、前記窒化クロム膜は前記凹凸の上に形成されたものである請求項２に記載の流路切換えバルブ。
4. 前記ステータはステンレス製であり、前記凹凸はサンドブラスト法により形成されたものである請求項３に記載の流路切換えバルブ。

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