JP2014178234A - 流路切換バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングトップのハウジングボディからの取外しやハウジングボディへの取付けを容易にし、流路切換バルブのメンテナンス性を高める。
【解決手段】弾性部材がロータ駆動軸の軸方向に伸縮を行なうようにハウジングボディ内に収容されている。当該弾性部材は、ロータ駆動軸がハウジングボディにハウジングトップが取り付けられているときの位置である通常位置にあるときに圧縮された状態となり、通常位置にあるロータ駆動軸をハウジングトップ側へ付勢する。ロータ駆動軸には第１係合部が設けられており、ハウジングボディには、ロータ駆動軸が通常位置よりもロータ駆動軸の先端側で弾性部材が自然長となる位置よりもロータ駆動軸の基端側の位置にきたときに第１係合部と係合する第２係合部が設けられており、第１係合部と第２係合部によってロータ駆動軸の先端側への移動を制限する駆動軸ストッパが構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば液体クロマトグラフの分析流路に試料を導入するオートサンプラに使用される流路切換バルブに関するものである。

例えば液体クロマトグラフの分析流路に試料を導入するオートサンプラでは、サンプル容器からサンプルループ内にサンプルを採取した後、流路切換バルブの切換えによって分析流路における分離カラムの上流側にサンプルループを接続することで、分析流路を流れる移動相によってサンプルループのサンプルを分離カラム側へ移送するようになっている。

液体クロマトグラフに用いられる流路切換バルブとしては、ロータリー式の切換バルブが一般的である。ロータリー式の切換バルブはロータ（回転子）を回転させることによって接続する流路を切り換えるものである（例えば、特許文献１参照。）。

ロータリー式の切換バルブは、流路配管を接続するための接続ポートがハウジングの上部に複数設けられており、ハウジングの内部にロータやステータ（固定子）が収容されている。ハウジングは、接続ポートの設けられているハウジングの上部（以下、ハウジングトップ）がハウジングの本体（以下、ハウジングボディ）に対して着脱可能であり、ロータやステータ等の部品の交換はハウジングトップをハウジングボディから取り外して行なう。ロータとステータは互いの平面が液密を保って接しており、ステータはハウジング側に回転しないようにピンなどによって固定されている。接続ポートはハウジングに設けられた流路とステータの穴によってロータにまで通じている。ロータのステータ側の面に接続ポート間を接続する流路をなす溝が設けられており、ロータがステータと摺動しながら回転駆動されることで溝のポジションが変更され、接続ポート間の接続が切り換えられる。なお、ステータがハウジングトップに一体化されているものも存在する。

ロータはハウジングボディ側からハウジングトップ側へ向かって延びたロータ駆動軸の先端部に保持されている。ロータ駆動軸の基端側にモータなどのロータ駆動軸を回転させる回転機構が設けられており、ロータ駆動軸を回転させることでロータが回転する。ロータとステータの間の液密を保つために、一般的に、ハウジングボディの内部にロータ駆動軸の軸方向に伸縮を行なうバネが圧縮された状態で収容されており、バネの弾性力によってロータ駆動軸をハウジングトップ側へ付勢し、それによってロータとステータとの間の面圧を高めている。

特開２００８−２１５４９４号公報

バルブの内部の点検やロータなどの消耗部品の交換を行なう際は、ハウジングトップをハウジングボディから取り外す必要がある。ハウジングトップは複数本のボルトによってハウジングボディに取り付けられているが、ボルトを緩めるとロータ駆動軸をハウジングトップ側へ押していたバネが自然長まで戻ろうとすることによってロータ駆動軸が大きく持ち上げられ、その際にロータにかかる面圧が大きく偏ってロータを破損させるなどの問題が生じることがある。そのため、各ボルトを少しずつ（例えば９０°ずつなど）均一に緩める必要があり、ハウジングトップの取外しを注意深く行なう必要があった。同様に、ハウジングトップをハウジングボディに取り付ける際も、ロータにかかる面圧が均一になるように注意してボルトを締める必要があった。

そこで、本発明は、ハウジングトップのハウジングボディからの取外しやハウジングボディへの取付けを容易にし、流路切換バルブのメンテナンス性を高めることを目的とするものである。

本発明にかかる流路切換バルブは、内部空間を有するハウジングであって、流路配管を接続する複数の接続ポートを外面に有するとともに接続ポートのそれぞれに通じる接続穴が一平面に配置された流路接続部を内部空間側に有するハウジングトップ、及び内側に上面の開口した凹部を有しその凹部の開口部分において前記ハウジングトップを着脱可能に保持するハウジングボディを備えたハウジングと、ハウジングの内部空間内において一平面が流路接続部と対向するように配置され、一平面に流路接続部のいずれかの接続穴を選択的に接続する溝が形成されているロータと、ハウジングボディ側に設けられ、ハウジングボディ側からハウジングトップ側へ延びてハウジングトップ側の先端部でロータを保持するロータ駆動軸を備え、ロータ駆動軸をその軸芯を回転中心として回転させることによりロータを回転させるロータ駆動部と、ロータ駆動軸の軸方向に伸縮を行なうようにハウジングボディ内に収容され、ロータ駆動軸がハウジングボディにハウジングトップが取り付けられているときの位置である通常位置にあるときに圧縮された状態となり、通常位置にあるロータ駆動軸をハウジングトップ側へ付勢する弾性部材と、ロータ駆動軸に設けられた第１係合部とハウジングボディに設けられた第２係合部からなり、ロータ駆動軸が通常位置よりもロータ駆動軸の先端側で弾性部材が自然長となる位置よりもロータ駆動軸の基端側の位置にきたときに第１係合部と第２係合部が互いに係合してロータ駆動軸の先端側への移動を制限する駆動軸ストッパと、を備えたものである。

なお、ここでの「ロータ駆動軸」はロータ駆動軸の先端のロータ保持部も含んでおり、駆動軸ストッパを構成する第１係合部はロータ駆動軸のシャフト部分に設けられていてもよいしロータ保持部に設けられていてもよい。

本発明の流路切換バルブでは、ロータ駆動軸側に設けられた第１係合部とハウジングボディ側に設けられた第２係合部からなり、ロータ駆動軸が通常位置よりもロータ駆動軸の先端側で弾性部材が自然長となる位置よりもロータ駆動軸の基端側の位置にきたときに第１係合部と第２係合部が互いに係合してロータ駆動軸の先端側への移動を制限する駆動軸ストッパを備えているので、ハウジングトップがハウジングボディから取り外されたときに、弾性部材が自然長まで戻る手前の位置でロータ駆動軸が停止され、ロータ駆動軸の浮き上がり量が小さくなる。これにより、ハウジングトップをハウジングボディから取り外す際に必要なボルトを緩める量や、ハウジングトップをハウジングボディに取り付ける際に必要なボルトを締め込む量が少なくなり、各ボルトを均一に緩めたり締め込んだりすることが容易になる。これにより、ハウジングトップのハウジングボディに対する着脱が容易になり、メンテナンス性が向上する。

流路切換バルブの一実施例を示す断面図である。 同実施例のハウジングボディ側の分解断面図である。 流路切換バルブの他の実施例を示す断面図である。 同実施例のハウジングボディ側のロータ及びシールリングを取り外した状態での上から見た平面図である。

本発明の流路切換バルブにおける駆動軸ストッパは、第１係合部がロータ駆動軸の外周面からハウジングボディ側へ突起した突起部として設けられ、第２係合部がハウジングボディの内周面からロータ駆動軸側へ突起した突起部として設けられていてもよい。

上記の場合の好ましい実施態様は、第１係合部がロータ駆動軸の外周面に沿って設けられたつば状の突起部であり、第２係合部がハウジングボディの内周面に沿って設けられたリング状の突起部である。かかる態様とすることで、ロータ駆動軸が周方向において均一に押さえられて停止するので、ロータ駆動軸の姿勢が傾くことが防止され、ロータに偏った面圧がかかることが防止される。

図１を用いて流路切換バルブの一実施例について説明する。

ハウジング２の内部空間に回転子であるロータ８や固定子であるステータ１４が収容されている。ハウジング２は平面形状が円形であり、上部外面に流路配管を接続する複数の接続ポート２２，２４を備えている。ハウジング２の下面中央部には穴３が設けられており、ロータ８を回転駆動するロータ駆動部の一部をなす駆動軸６が穴３を貫通している。

ハウジング２は、ハウジングボディ２ａ、中間部材２ｂ及びハウジングトップ２ｃの３つの部材により構成されている。ハウジングボディ２ａは円筒状をなし、座面中央に穴３があけられている。ハウジングボディ２ａの開口部を上向きにした状態でその開口部上にリング状の中間部材２ｂがおかれ、中間部材２ｂ上に円盤状のハウジングトップ２ｃがおかれる。ハウジングボディ２ａはハウジング２の土台をなし、中間部材２ｂ及びハウジングトップ２ｃがハウジングボディ２ａにボルト５によって着脱可能に取り付けられている。ボルト５はハウジング２の最上部に位置するハウジングトップ２ｃの上面側から中間部材２ｂを貫通してハウジングボディ２ａに達するように締結されている。ハウジングトップ２ｃにボルト５を貫通させる貫通穴が設けられており、中間部材２ｂにもボルト５を貫通させる貫通穴５４が設けられている（図２参照）。ハウジングボディ２ａにはボルト５を締結するネジ穴５６が設けられている（図２参照）。図１ではボルト５の取付け箇所が一箇所のみ図示されているが、ハウジングトップ２ｃ上面の上面側からみた平面における周縁部の均等な三箇所にボルト５が取り付けられている。なお、ボルト５の取付け箇所はこれに限定されるものではない。

ハウジング２の内部壁面となるハウジングトップ２ｃの下面に流路接続部４が設けられている。流路接続部４は接続ポート２２，２４に通じる流路２３，２５の端部の穴が配列された平面であり、流路接続部４にパッキン１６を介してステータ１４が接している。流路接続部４はその外周がリング状の窪み３４で囲われた円形の平面領域である。ステータ１４とパッキン１６は平面形状が流路接続部４よりも大きい円形の部材であり、パッキン１６の中央部が流路接続部４と液密を保って接する。

ロータ８はロータ駆動軸６によってハウジング２内で回転させられる。ロータ駆動軸６は流路接続部４の平面に対して垂直の向きに配置されており、先端にロータ保持部６ａが設けられている。ロータ保持部６ａの先端面は流路接続部４と平行な平面であり、ロータ８はロータ保持部６ａの先端面に保持されてステータ１４と接している。ロータ駆動軸６の基端部はハウジング２の穴３を通ってハウジング２の外部に引き出され、ハウジング２の外部のモータ等の回転機構（図示は省略）によってその軸芯を中心に回転させられる。ロータ保持部６ａとロータ８はロータ固定ピン１０によって回転方向において固定され、ロータ駆動軸６の回転によりロータ８が回転するようになっている。ロータ８にはロータ固定ピン１０を貫通させるための貫通穴５８（図２参照）が設けられ、ロータ保持部６ａにはロータ固定ピン１０を挿し込むための穴６０（図２参照）が設けられている

ロータ駆動軸６は先端部のロータ保持部６ａがそれよりも基端側の軸部分よりも大きい外径を有する。ハウジングボディ２ａの底部とロータ保持部６ａとの間に圧縮状態のバネ７が挿入されており、ロータ駆動軸６はバネ７によってハウジングトップ２ｃ側へ付勢されている。これにより、ロータ８がステータ１４に押し付けられる。ロータ８のステータ１４側の面には、ハウジングトップ２ｃの複数の流路２３，２５のうちいずれかの流路間を接続する流路をなす溝１２が設けられており、ロータ８の回転によって溝１２のポジションが変更されるようになっている。

図１とともに図２を用いてハウジングボディ２ａ側の構造についてさらに説明する。図２はハウジングボディ側の分解断面図である。

ハウジングボディ２ａのハウジングトップ２ｃ側内周面に沿ってリング状に突起した断面が矩形の突起部３１が設けられている。突起部３１の設けられている部分の内径はロータ保持部６ａの外径よりも僅かに大きくなっており、突起部３１はロータ保持部６ａの外周を僅かな隙間をもって囲っている。ロータ保持部６ａは突起部３１よりも上方でロータ８を保持している。

ロータ保持部６ａは下部の外周面に沿ってつば状に突起した突起部６ｂを備えている。ロータ保持部６ａの突起部６ｂの設けられている部分の外径は、ハウジングボディ２ａの突起部３１が設けられている部分の内径よりも大きくなっている。これにより、ハウジングトップ２ｃをハウジングボディ２ａから取り外した際、ロータ駆動軸６がバネ７の弾性力によって上昇しようとするが、ロータ保持部６ａの突起部６ｂがハウジングボディ２ａの突起部３１の下面と係合し、ロータ駆動軸６が所定の高さまで上昇したところで停止する。突起部６ｂ（第１係合部）と突起部３１（第２係合部）はバネ７によるロータ駆動軸６の上昇を所定の高さで制限する駆動軸ストッパを構成している。

突起部６ｂと突起部３１は、ハウジングトップ２ｃがハウジングボディ２ａに装着されている状態では互いに干渉せず、ハウジングトップ２ａがハウジングボディ２ａから取り外されてロータ駆動軸６が所定の高さまで上昇してはじめて干渉するような位置関係をもって設けられている。所定の高さとは、バネ７が自然長に戻りきる前の高さである。

この実施例では、突起部６ｂはロータ保持部６ａの外周面を取り囲むリング状の突起として設けられているが、ロータ駆動軸６が所定の高さまで上昇したときに突起部３１と係合する構造であれば、突起部６ｂは複数個の突起のようないかなる形状であってもよい。

突起部６ｂと突起部３１を設けることによってロータ駆動軸６の上昇を所定の高さで停止させる構造は、ステータ１４がハウジングトップ２ｃと一体として構成されている流路切換バルブのほか、この実施例の流路切換バルブとは異なる構造を有する流路切換バルブに対しても適用することができる。

以下に、上記実施例とは異なる構造を有する流路切換バルブに本発明を適用した実施例について図３及び図４を用いて説明する。なお、以下において上記実施例と同じ箇所には同じ符号を付し、その説明は省略する。

この実施例では、突起部３１の上の位置でハウジングボディ２ａの内周面とロータ保持部６ａの外周面との間にリング状のシールリング２６が配置されている。シールリング２６はロータ保持部６ａの外周面に密着してロータ保持部６ａと突起部３１との間の隙間を封止するものである。シールリング２６の材質は、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂である。

突起部３１の上面にはハウジングボディ２の内周面との境界部分に、上面の開口したリング状の溝２８がハウジングボディ２ａの内周面に沿って設けられている。ハウジングボディ２ａのハウジングトップ２ｃ側端面の１箇所に溝２８をハウジング２の外部へ通じさせる溝３０が設けられている。溝２８はロータ８とステータ１４の間から漏れた液を溝３０へ導くものであり、溝３０は溝２８によって導かれた液をハウジング２の外部へ排出するものである。

突起部３１の上面にはシールリング２６が接しているため、ロータ８とステータ１４との間から漏れた液はシールリング２６の上面をつたう。シールリング２６はロータ保持部６ａの外周面に密着しているため、シールリング２６とロータ保持部６ａとの間に液が入り込むことはなく、漏れた液はシールリング２６の上面をつたってハウジングボディ２ａの内周面側へ移動する。シールリング２６の周縁部の直下の位置には溝２８が設けられており、シールリング２６の周縁部まできた液は溝２８によって溝３０に導かれ、ハウジング２の外部へ排出される。

シールリング２６の上面に漏れ出た液が溝２８に導かれやすくなるように、シールリング２６の上面外側は周縁部へ向かうにつれて緩やかに下降するように傾斜している。図３では、シールリング２６の外側が丸みを帯びた形状となっているが、シールリング２６の上面外側がテーパ状に加工されているなど、液を溝２８に導きやすくする効果が得られる形状であればシールリング２６の形状はいかなる形状であってもよい。

溝２８及び溝３０によってロータ８とステータ１４との間から漏れた液を外部へ排出する構造は、ステータ１４がハウジングトップ２ｃと一体として構成されている流路切換バルブなど、この実施例の流路切換バルブとは異なる構造を有する流路切換バルブに対しても適用することができる。

２ ハウジング
２ａ ハウジングボディ
２ｂ 中間部材
２ｃ ハウジングトップ
３ ロータ駆動軸用の貫通穴
４ 流路接続部
５ ボルト
６ ロータ駆動軸
６ａ ロータ保持部
６ｂ 突起部（第１係合部）
７ バネ
８ ロータ
１０ ロータ固定ピン
１２ 溝（接続流路）
１４ ステータ
１６ パッキン
２０ ステータ固定ピン
２２，２４ 接続ポート
２３，２５ 流路
２６ シールリング
２８，３０ 溝（液排出用）
３１ 突起部（第２係合部）
３４，４６ 窪み
５４ ボルト貫通用の貫通穴
５８ ロータ固定ピン貫通用の貫通穴
６０ ロータ固定ピン挿込み用の穴

Claims (3)

1. 内部空間を有するハウジングであって、流路配管を接続する複数の接続ポートを外面に有するとともに前記接続ポートのそれぞれに通じる接続穴が一平面に配置された流路接続部を前記内部空間側に有するハウジングトップ、及び内側に上面の開口した凹部を有しその凹部の開口部分において前記ハウジングトップを着脱可能に保持するハウジングボディを備えたハウジングと、
   前記ハウジングの前記内部空間内において一平面が前記流路接続部と対向するように配置され、前記一平面に前記流路接続部のいずれかの前記接続穴を選択的に接続する溝が形成されているロータと、
   前記ハウジングボディ側に設けられ、前記ハウジングボディ側から前記ハウジングトップ側へ延びて前記ハウジングトップ側の先端部で前記ロータを保持するロータ駆動軸を備え、前記ロータ駆動軸をその軸芯を回転中心として回転させることにより前記ロータを回転させるロータ駆動部と、
   前記ロータ駆動軸の軸方向に伸縮を行なうように前記ハウジングボディ内に収容され、前記ロータ駆動軸が前記ハウジングボディに前記ハウジングトップが取り付けられているときの位置である通常位置にあるときに圧縮された状態となり、前記通常位置にある前記ロータ駆動軸を前記ハウジングトップ側へ付勢する弾性部材と、
   前記ロータ駆動軸に設けられた第１係合部と前記ハウジングボディに設けられた第２係合部からなり、前記ロータ駆動軸が前記通常位置よりも前記ロータ駆動軸の先端側で前記弾性部材が自然長となる位置よりも前記ロータ駆動軸の基端側の位置にきたときに前記第１係合部と前記第２係合部が互いに係合して前記ロータ駆動軸の先端側への移動を制限する駆動軸ストッパと、を備えた流路切換バルブ。
2. 前記第１係合部は前記ロータ駆動軸の外周面から前記ハウジングボディ側へ突起した突起部であり、前記第２係合部は前記ハウジングボディの内周面から前記ロータ駆動軸側へ突起した突起部である請求項１に記載の流路切換バルブ。
3. 前記第１係合部は前記ロータ駆動軸の外周面に沿って設けられたつば状の突起部であり、前記第２係合部は前記ハウジングボディの内周面に沿って設けられたリング状の突起部である請求項２に記載の流路切換バルブ。

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