JP2014507646A - 高速液体クロマトグラフィー用の高圧切り替えバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】 本発明は高速液体クロマトグラフィー用の高圧切り替えバルブに関し、このバルブは、中に複数のポート（１１８）（場合によって、これについて誤解がある、図１の参照符号１１８の部材が図３の１１８の部材と同じではない）が形成されている固定子（１１２）であって、各ポート（１１８）が、それぞれ１つの導管により形成されていて、この導管が、その一端において、それぞれ１つのポート端子と連結されていて、その他端において、固定子（１１２）の固定子端面（１１４）で所定のポート開口断面（１１６）を有する、固定子（１１２）と、固定子端面（１１４）と協働する回転子端面（１１０）を有する回転子（１０６）であって、この回転子端面（１１０）中には、少なくとも１つまたは複数の溝（１０８）が形成されていて、これらの溝（１０８）は、回転子（１０６）の回転位置に応じて、固定子（１１２）に対して、少なくとも１つの所定の切り替え位置中でそれぞれ所定のポート開口断面（１１６）（これは限定になっているかもしれない。ＭＢＢ技術では、３つのポートが特定の１つの所定の位置で連結されている）を圧力封止的に連結させる回転子（１０６）とを備え、回転子（１０６）と固定子（１１２）とが、その回転子端面（１１０）と固定子端面（１１４）とでもって、ポート開口断面（１１６）および溝（１０８）より外側の領域で互いに密閉的に押圧されている。本発明によれば、回転子（１０６）と固定子（１１２）とが、少なくとも回転子端面（１１０）と固定子端面（１１４）との領域中では、硬質の材料、とりわけ金属、ガラスまたはセラミック製である。さらに、回転子（１０６）または回転子（１０６）と連結されかつ回転子端面（１１０）を有する部材が、固定子（１１２）に対してぐらつき可能または傾斜可能であるように軸支されている。あるいは、固定子（１１２）または固定子（１１２）と連結された部材（１１２ｂ）（これは、固定子表面（１１４）を有する）が回転子（１０６）に対してぐらつき可能または傾斜可能であってもよい（上述参照、この場合逆になっているだけである）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、特許請求項１の前提部に記載の特徴を備えた高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）用の高圧切り替えバルブに関する。

ＨＰＬＣでは、検査されるべき試料が高圧液流中に供給されねばならないが、この際に、この流れは、可能な限り短い時間の間のみ中断可能である。この目的のために、高圧注入バルブの形態の高圧切り替えバルブが用いられるが、このバルブでは、ほぼ中断なく液流の切り替えが可能となる。この種の構造は、例えば特許文献１に記載されている。この特許文献１の元の出願は、すでに１９６５年にさかのぼる。

この種の注入バルブのさらなる開発形態は、例えば特許文献２中に言及されている。この特許文献２中で示されたバルブの基本原理は、この間にＨＰＬＣにおいて広く定着している。本発明はこの種のバルブに基づくので、この原理を以下に詳細に説明する。

図１は、従来技術によるこの種の高圧バルブの概略図である。この高圧バルブは、固定子１１２と回転子１０６とからなる。固定子１１２は、全部で６個の出入ポート１１８を有する。これらのポートを介して、注入バルブは、ＨＰＬＣシステムのこれ以外の機能部材と毛細管結合しうる。このために必要となるポート端子および高圧ネジ止めは、図面をわかりやすくするために、図１では提示しない。バルブ内部では、ポートは導管として、例えば孔形態の導管として形成されていて、この孔は固定子１１２の固定子端面１１４へと導かれている。本図面中では単純化して提示しているが、これとは異なり、実際に実現されるバルブ中では、ポート端子側でのピッチ円径は、大抵固定子端面１１４上の径よりも大きい。回転子は円弧形状の溝１０８を若干数有し、これらの溝は、出入ポートの孔というよりむしろ固定子端面１１４におけるポート開口断面に対して正確に配向されている。この点は、図１では点線で示唆されている。図面を明瞭に提示するために、図１では、回転子１０６が、固定子１１２から距離をおいた形で図示されている。バルブが組み立てられた状態ではこの距離は０に等しく、したがって、回転子１０６の端面１１０は、固定子１１２の固定子端面１１４に直接接している。これは図２に示したとおりである。

ここで、図１に示したバルブは、当然注入の目的のみではなく、これ以外の目的のためにも用いうるという点に言及しておく。

図２は、従来技術によるバルブが組み立てられていて、作動準備完了した状態を示す概略図である。回転子１０６は、矢印Ｆで示唆された押圧力で、固定子１１２に対して押圧されていて、この結果回転子１０６と固定子１１２との間の共通の境界面として端面１１０が形成され、この面において、双方の部分が互いを密閉している。この場合、押圧力Ｆは、予測可能な最大の圧力においてもまだこのシステムが密閉されているように算定されている。

図１および図２に図示されたバルブの第１切り替え位置では、隣接するそれぞれ２つの出入ポート間で３つの連結が作られるように、溝１０８が出入ポート１１８のポート開口断面に配向されている。回転子１０６と固定子１１２との間の境界面または接触面における密閉効果により、１つのポート１１８に供給された液体は、関連する隣接ポート１１８でのみ排出されうる。

バルブを第２切り替え位置に切り替えるために、回転子１０６は固定子１１２に対して６０°回転されうる。その結果、溝は今までは連結がなかったポート同士をそれぞれ連結する。回転方向は、図１中で回転子上の矢印で示唆されている。しかし、逆の方向の回転方向を選択してもよい。

切り替えは、通常、モータ駆動部により行われるが、この駆動部は、回転子１０６を固定子１１２に対して回転させることができる。この駆動部は、図面をわかりやすくするために、図１および図２中では省略している。しかし、基本的には、このバルブの切り替えを手動で行ってもよい。

この種のバルブの利点は、非常に高い圧力のために十分に高くした押圧力Ｆにおいても使用することができる点にある。さらに、ポート１１８の孔は、その端部が非常に小さい半径の円上にあるように配置されうる。この場合には、溝も非常に小さい半径の円上にあるので、その結果バルブの死容積を非常に小さく保つことができる。

ＨＰＬＣは、最近数年で、分離カラムの粒径をより小さくする傾向が見られる。この種の分離カラムでは、より良好な分離性能およびより迅速な分離が可能となり、したがって高速ＨＰＬＣと称される。

粒径が小さくなるにしたがって流れ抵抗は非常に劇的に上昇するので、高速ＨＰＬＣには著しく高い圧力が必要である。生じうる最大限のカラム圧力は、従来のＨＰＬＣでは通常１００〜４００バールであるが、高速ＨＰＬＣでは大抵６００〜７００バールが必要であり、部分的には１０００バールを上回る高圧が必要になる。すでにカラムの分離性能をこれ以上に良好にする傾向もあり、この場合約２０００バールまでのより高い圧力が必要である。

このような高い圧力で高圧注入バルブを作動させるためには、バルブを密閉させるために、押圧力Ｆ（図２参照）もこれにしたがって上昇させねばならない。コスト面および技術上の理由より、回転子は通常はこの力に耐えるプラスチックからなるが、従来技術では、ガラス強化または炭素繊維強化プラスチックが使用されている。さらに、押圧力Ｆを上昇させることにより、材料要件も高まり、結果的に過剰な磨耗が生じるので、バルブの寿命（切り替え周期の数）が不十分となる。

この問題は、適切な材料選択ないし被覆により解決されうる。この点は特許文献３中に特殊な被覆として記載されているが、この被覆により、回転子および固定子のコスト効率の良い製造が可能となり、同時に、材料の磨耗が劇的に低減される。

特許文献４中には、安定性を改良するために、固定子にアモルファス炭素被覆（ＤＬＣ被覆）が設けられた切り替えバルブが記載されている。回転子の端面ないし接触表面は、プラスチック製である。

しかし、この種の改良されたバルブは確かにより好都合に挙動するが、非常に高い圧力での作動の場合には、相対的により少ない切り替え周期後にすでに壊れることがわかっている。

特許文献５は、高圧に適した切り替えバルブを記載しているが、このバルブでは、固定子面および／または回転子面にＤＬＣ層が設けられていて、金属製でありうる各基体間には、固着層が設けられている。しかし、回転子および固定子にそれぞれ硬質の材料を使用する場合には、接触面中の硬質の基体はほぼ変形しないので、接触面中で不均一な表面圧力が生じる結果、磨耗がより多く生じるという危険性がある。

米国特許公報３，５３０，７２１号 米国特許公報４，２４２，９０９号 米国特許公報６，４５３，９４６号 国際公開２００９／１０１６９５号パンフレット 米国特許出願公開２０１０／０２８１９５９ Ａ１号

したがって、本発明の課題は、耐磨耗性および安定性を改良し、コスト効率良く容易に製造可能である高速液体クロマトグラフィー用の高圧切り替えバルブを提供することにある。

本発明の課題は、特許請求項１に記載の特徴により解決される。

本発明は、この種の高圧切り替えバルブの通常の構造とは異なり、固定子のみを硬質の材料で作るのではなく、回転子も硬質の材料で作るとの認識から出発している。高い耐磨耗性を有する材料としては、とりわけ、金属、セラミック材料およびガラスが考慮の対象になる。必要とされる押圧力が高いので、従来はこの種の硬質の材料は回転子および固定子用には使用されなかったが、その理由は、表面の製造許容誤差が小さい場合、または表面の位置決めがわずかに誤っている場合（例えば、歪んでいる場合）にすでに、双方の部分の接触面における表面圧力が高いので、表面が損傷する、または回転子もしくは固定子が破壊される可能性さえあるからである。

本発明によれば、少なくとも接触面ないし端面が形成されている回転子および固定子の領域が、硬質の材料製であれば十分である。したがって、回転子および／または固定子が、適切な材料製の部分、とりわけはめ込み部分を有し、これに接する位置に関連する端面が形成されている。

固定子もしくは回転子または固定子もしくは回転子と連結された関連する部分を、本発明によりぐらつき可能または傾斜可能に軸支することにより、硬質の材料を使用したにも係わらず、回転子の回転運動の際にも、相対的に均一な表面圧力が接触面の内側で達成されるが、しかしいずれにせよ回転子端面１１０と固定子端面１１４とが密閉当接する。この場合、この硬質の材料により、確実に耐磨耗性および安定性が改良される。

回転子を固定子に対してぐらつき可能に軸支するとは、各部材に固定子の回転軸の周りないしバルブ軸の周りでのぐらつき動作を行わせることであると理解されるべきである。ぐらつき動作が可能になった結果、当然、回転子および固定子が、回転の各角度位置において互いに対して当接し合い、さらに、全当接面にわたって、比較的均一な表面圧力が得られることが確実になる。少なくとも軸の周りで回転対称である表面圧力が得られる。

本発明の構成によれば、回転子または回転子と連結された部材が、ある材料製の少なくとも１つのクッション状部材によりぐらつき可能に軸支されていることができ、この材料は、一方でぐらつき動作を可能にするように十分に軟質でかつ弾性を有し、かつ他方で密閉効果のために必要とされる押圧力を発生させるように十分に剛性を有する。材料としては、例えば、ポリマー材料、ポリイミド、ポリアミドイミドまたはポリエーテルケトン、とりわけＰＥＥＫが適している。

回転子をぐらつき可能ないし傾斜可能に軸支する代わりに、固定子を相応に軸支することも可能である。回転子と固定子との間の接触面は、回転子の回転軸に軸が近いので、固定子の軸支は、半径方向でこの領域の外側で行わねばならない。この軸支は、例えば、この固定子端面、または固定子の別の面であって回転子の方向を向いている面が、リング状の部材上に、または、外周部にわたって分布する複数のクッション状部材（このうちの１つまたは複数は、適切な柔軟な材料製である）上に載置されることにより行われる。

ぐらつき可能な回転子の軸支を実現する際には、すなわち回転子のぐらつき動作を可能にする軸支を実現する際には、少なくとも１つのクッション状部材が、回転子用の駆動部の部材または部分中に収容され、かつ、回転子端面とは逆側に配置されうる。

この場合、少なくとも１つのクッション状部材は、回転駆動されかつ回転子とは回転固定で結合されている駆動部の部材または部分中に収容されている。これにより、クッション状部材と回転子との間の境界面中での相対的な移動は行われない、または、この移動が非常にわずかな規模で行われるのみである。場合によっては、回転子の回転時のぐらつき動作または傾斜動作は、回転子とクッション状部材との間の移動を引き起こすが、この移動は、非常に小さいので、磨耗、とりわけクッション状部材の表面上での磨耗はほとんど予想されない。

少なくとも１つのクッション状部材を収容する駆動部の部分は、好ましくはボルトピンとして形成された複数の係合部材を有する。これらの係合部材は、好ましくは孔として形成された回転子の凹部中に係合し、かつ回転子を、少なくとも１つのクッション状部材を収容する駆動部の部分と、形状締結的に結合させる。この場合、回転子のぐらつき動作または傾斜動作を可能にするように、係合部材と凹部とが形成されている。最も単純な場合では、好ましくは回転子の回転軸に平行に延在する孔の径が、ボルトピンの外径よりもわずかに大きいように選択されると十分である。回転子にとっては、通常約０．５度の位置決めの精度で十分であるので、ボルトピンと孔との間の相応の遊びは難なく許容可能である。

この場合、ボルトピン用の孔は、ボルトピンの足元からボルトピンの先端の方向へ延びる孔として実施可能であり、とりわけ段状の孔として実施可能である。この場合、孔の内径は、ボルトピンの足元では、ボルトピンの外径よりもわずかに大きいだけであり、これにより、一方ではボルトピンが良好に位置決めされ、他方ではボルトピンの十分な角度可動性が確保される。なぜならば、ボルトピンの先端の方向に向かって大きくなる孔により、ボルトピンの上方領域の振動動作ないしぐらつき動作は、許容されかつ必要な範囲内に限定されないからである。

本発明の構成によれば、固定子は金属体からなることができ、金属体に接してポート端子が形成されていて、この金属体は、ガラスまたはセラミック製のはめ込み部分を収容し、はめ込み部分に接して固定子端面が形成されている。これにより、固定子端面はより硬質の材料から形成されることができ、ポート端子を、容易な従来の方法でこの材料中に形成することができるという利点が生じる。この際に、当然、双方の部分間で、とりわけポートを形成する導管が、金属部分からより硬質の材料製の部分へと移行する領域において、十分な密閉効果が得られる。この密閉効果は、例えば双方の部分の接着により達成可能であり、あるいは、１つまたは複数の密閉部材を間に挟むことにより達成可能であるが、この際に、固定子と回転子とを互いに押圧することにより、双方の固定子部分の押圧も行われ、この結果、これにより密閉効果が確保される。上述の１つまたは複数の別個の密閉部材の代わりに、金属体とはめ込み部分との間に、少なくともその部分領域中で、双方の部分の一方の上に薄いプラスチック層を塗布し、これにより、固定連結することができる。

この種の密閉部材または密閉プラスチック層の材料として、とりわけポリエーテルケトン、好ましくはＰＥＥＫが適している。

好ましくは、この密閉は差し込みユニットを介して行われ、この差し込みユニットは、関連するポート１１８中にはめ込まれてこのポートとネジ止めされ、毛細管先端ははめ込み部分の領域にまで達し、ここで密閉を行う。

好適な実施形態によれば、固定子端面および／または回転子端面上に、摩擦を低減する硬質の被覆が塗布されていて、この被覆は、好ましくはアモルファス炭素（ＤＬＣ被覆）である。この種の層は、回転子と固定子との間の接触面における摩擦を低減させる。

この種のアモルファス炭素製の被覆は、とりわけプラズマ援用化学気相蒸着法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＥＣＶＤ））により塗布されている。この方法により、非常に均一な被覆を得ることができ、その結果後処理はもはや必要ではなくなる。非常に良好な組み合わせは、この種のＤＬＣ被覆を、セラミック製の回転子端面もしくは固定子端面または回転子もしくは固定子の部分の上に塗布することであると明らかになっている。

本発明のある構成によれば、接触面の縁部領域における表面圧力が過剰に高くなるのを低減するために、固定子端面は回転子端面と接触する領域中で平坦で、かつ回転子端面は固定子端面と接触する領域でわずかに球状に、または、この逆に形成されていることができる。これにより、押圧力の大きさを低減することができるが、この理由は、この押圧力が、回転子と固定子との間の接触面にわたってより均一に分散されるからである。これにより、ポート断面および溝の領域における接触面で必要である所定の表面圧力に対して、この圧力の発生にとって必要な押圧力を低減することができる。さらに、固定子ないし回転子の端面の縁部領域における表面圧力を低減することにより、磨耗が低減される。

本発明のさらなる構成は、従属請求項から明らかになる。

以下に、本発明を図面中に示す実施形態に基づいてより詳細に説明する。

従来技術による高圧切り替えバルブの回転子および固定子の概略分解透視図である。 図１の高圧切り替えバルブの固定子と協働する回転子の概略透視図である。 本発明の高圧切り替えバルブの概略断面図である。 図３中の回転子駆動部と回転子との間の回転固定連結の領域の拡大図である。 図３中の高圧切り替えバルブの回転子と固定子との間の接触面の縁部領域における表面圧力の過剰な上昇を説明する図である。

図３中に概略図示された高圧切り替えバルブ１００は、完全には提示されていない筐体１０２からなり、この筐体１０２中に部分的にのみ提示された駆動部１０４が配置されていて、この駆動部は、回転子１０６を軸Ａの周りで回転駆動させる。この駆動部は、例えば電気モータ駆動部とりわけステップモータであってよく、より詳細には説明しない制御ユニットにより、所定の切り替え位置へと制御可能である。この際に、当然のことながら、所定の切り替え位置のみが駆動可能なのではなく、回転速度ないし回転速度の時間的推移も制御可能である。

切り替えバルブ１００の回転子１０６の回転子端面１１０中には、１つまたは複数の溝１０８が設けられている。この回転子１０６は固定子１１２と協働する。この固定子１１２は固定子端面１１４を有し、この端面中には、冒頭で説明した方法で、固定子１１２中を通って形成された複数のポート１１８のポート開口断面１１６が出てくる。ポート１１８を形成する導管のそれぞれの他端は、部分的にしか提示されていないポート端子１１８ａに連結されていて、これらのポート端子１１８ａは、例えば、高圧毛細管用の端子のためのネジ連結を提供している。これらのポート端子１１８ａは、例えば（不図示の）毛細管を収容し、これらの毛細管は、関連するポート端子１１８ａの前方の先の細い領域中にまで達し、ここで、例えばポート端子１１８ａの領域中にネジ込まれうる差し込み部分を用いて密閉的に押圧される。

図３中に提示した高圧切り替えバルブ１００の基本的な機能性は、図１および図２に基づいて提示した原理に該当するので、この機能性に関しては上述の説明を参照されたい。

図３中で提示した高圧切り替えバルブ１００の固定子１１２は、筐体１０２の一部分を形成してもよく、例えば、さらに別の筐体部分１２０に連結、例えばネジ止めされていてもよい。この筐体部分１２０は、鉢状形状に形成可能で、その結果、筐体部分１２０（図３中では上部縁領域のみが提示されている）中に、高圧切り替えバルブ１００の固定子以外の全ての部品が収容可能である。とりわけ、筐体部分１２０中には、被回転駆動部分１２２を有する駆動部１０４が配置可能である。図３中に提示したように、駆動部１０４の被回転駆動部分１２２は、軸Ａの周りで駆動されることが可能であり、このように移動するように導かれている。

被回転駆動部分１２２の回転子１０６側の上方部分は、円筒形状を有し、かつ複数の係合部材１２４を有する。この係合部材１２４は、回転子１０６側の端面で、軸Ａに対して平行方向に延在するボルトピンとして形成されている。これらの係合部材１２４は、これに対応して形成されている回転子１０６中の凹部（孔）１２６（この孔も、図３に提示されているように、円筒形状を有しうる）中に係合する。これらの係合部材１２４は、同心円に沿って軸Ａの回りに配置されているのが好ましい。例えば３つの係合部材１２４を設けることができ、これらが、同心円に沿って配置されているのが好ましい。当然、同様のことが、この係合部材１２４と協働する凹部（孔）１２６にも該当する。

図３中に提示したように、回転子１０６は、その回転子端面１１０で固定子１１２の固定子端面１１４に対して押圧される。回転子端面１１０と固定子端面１１４との接触面における表面圧力は非常に大きく、液体媒体が高圧切り替えバルブ１００に高圧下で供給される際にさえも密閉効果が生じる。これに関して、回転子は、軸方向で、駆動部１０４の被回転駆動部分１２２により、軸方向に付勢される。これに関して、駆動部１０４の被回転駆動部分１２２は、押圧ユニット１２８により軸方向に付勢されうる。この場合、この押圧ユニットは、リング形状に形成されたバネユニットであり、図３中に提示されたように、被回転駆動部分１２２のリング形状の後方端面を付勢する。他方の端部では、押圧ユニット１２８は、筐体部分１２０の（不図示の）底面に支持されている。

図３中で提示した実施形態では、固定子は２つの部分として実施されている。外側固定部分１１２ａは、金属製であることが好ましく、その結果、ポート１１８用のポート端子１１８ａは容易に、例えばドリルで穴を開けることにより、製造することができる。

この外側固定子部分１１２ａ中に収容されている内側固定子部分１１２ｂには、固定子端面１１４が形成されているが、この内側固定子部分１１２ｂは、硬質の材料、とりわけセラミックで作られていることができる。当然、このセラミック製の部分中には、ポート１１８を形成する導管の関連する部分であって、固定子端面１１４中で対応するポート開口断面に出てくる部分を形成することが必要である。

全体が硬質の材料製の固定子１１２ではなく、硬質の材料製の内側固定子部分１１２ｂを用いることにより、ポート端子を容易に製造することができるという利点が生じる。

例えばセラミックなどの硬質の材料製の固定子端面１１４により、高圧切り替えバルブ１００の適切な耐磨耗性および安定性が得られる。

内側固定子部分１１２ｂは、外側固定子部分１１２ａの内側にある対応する凹部にぴったりはめ込まれうる。しかし、この点は必須ではない。むしろ、図３中に提示したように、内側固定子部分１１２ｂがその外周部に肩部を有し、この肩部により、内側固定子部分１１２ｂが筐体部分１２０のリング状の端面上に載置される。図３中に提示したような２つの部品からなる構成においては、固定子１１２は、その外側固定子部分１１２ａが筐体部分１２０と連結、例えばネジ止めされているので、内側固定子部分１１２ｂが、外側固定子部分１１２ａと筐体部分１２０の端面との間で確実に保持される。

さらに、押圧ユニット１２８により発生させられ、かつ駆動部１０４の被回転駆動部分１２２および回転子１０６を介して内側固定子部分１１２ｂに伝送される高い押圧力を用いて、内側固定子部分１１２ｂが付勢されることにより、この内側固定子部分１１２ｂは筐体中に確実に固定される。

内側固定子部分１１２ｂが筐体部分１２０に支持されることは必ずしも必要ではない。むしろ、内側固定子部分１１２ｂは、回転子１０６を介して固定子１１２にかけられる押圧力のみによっても、その位置に確実に固定されうる。

内側固定子部分１１２ｂないし固定子１１２を十分正確に半径方向に確実に位置決めすることは、外側固定子部分１１２ａ中の凹部（この中に、内側固定子部分１１２ｂが整合してはめ込まれうる）によって、および、固定子が筐体部分１２０と連結した結果、固定子が十分正確に半径方向に位置決めされることによって、達成される。

高い耐磨耗性および安定性を達成するために、高圧切り替えバルブ１００の回転子１０６も、硬質の材料、好ましくはセラミックから作られる。これにより、硬質の材料製の回転子端面１１０と硬質の材料製の固定子端面１１４とが協働する。この種の硬質の材料は、極めて弾性が小さいので、高圧切り替えバルブの製造時および組み立て時の通常の許容誤差、とりわけ固定子端面１１４への法線に対する回転子の回転軸Ａの傾きを相殺するのには十分ではないので、高圧切り替えバルブが通常の構造を有する場合では、必要とされる表面圧力が大きい場合、ないし、回転子１０６を介して固定子１１２にかけられる押圧力が大きい場合に、とりわけ回転子１０６が回転運動をする場合に、固定子端面１１４および／または回転子端面１１０が損傷する危険性が存在する。

この理由から、下面、すなわち、円筒状の回転子１０６の回転子端面１１０とは逆側にある端面が、駆動部１０４の被回転駆動部分１２２の端面により直接付勢されるのではなく、クッション状部材１３０を介して付勢される。このクッション状部材１３０は、回転子１０６が軸Ａの回りを移動する際に、回転子１０６のぐらつき動作ないし傾斜動作を可能にするように、十分に柔軟でかつ弾性を有する材料製である。他方では、このクッション状部材１３０の材料は十分に剛性を有し、回転子１０６と固定子１１２との間の接触面中での密閉効果のために必要とされる押圧力を伝送する。このクッション状部材１３０は、図３中に提示した実施形態では、駆動部１０４の被回転駆動部分１２２中の軸上凹部中に収容され、このクッション状部材１３０の上側はわずかに被回転駆動部分１２２の上側端面を超えて突出する。このクッション状部材１３０の材料およびこの突出は、全押圧力が回転子１０６に伝送される場合でさえも、回転子１０６の後方端面が、これが対面している被回転駆動部分１２２の端面と同一平面にならない程度にこのクッション状部材１３０が強く押し込まれるように選択されうる。なぜならば、同一平面になってしまうと、回転子１０６の必要なぐらつき動作が遮断されてしまうからである。

クッション状部材１３０の材料は、十分に堅いまたは硬質であるが、弾性を有するプラスチック（例えば、ポリエーテルケトン）でありうる。とりわけ、このクッション状部材１３０はＰＥＥＫ製でありうる。当然、係合部材１２４とこれと協働する凹部（孔）１２６とにより十分なぐらつき動作が可能となるように、被回転駆動部分１２２と回転子１０６との間の連結も形成されていなければならない。このために、凹部（孔）１２６の内径は、係合部材（ないしボルトピン）１２４の外径よりも適切な程度より大きくなるように選択されうる。係合部材１２４と凹部１２６との間のこのような遊びは、回転子１０６の十分に正確な角度の位置決めを鑑みても許容可能である。

図４の部分拡大図からわかるように、軸Ａの周りでの十分に正確な角度の位置決めは、凹部１２６の下方領域すなわち係合部材１２４の足元領域では、凹部１２６の内径が、係合部材１２４の前方領域においてよりも小さいことによって達成される。この領域中（この領域の軸方向高さは相対的に小さい）での凹部１２６の内径は、軸Ａの周りでの回転子の角度の位置決めの要求される正確性が達成されるように選択されねばならないが、ぐらつき性が所望の角度領域で維持されるように選択されねばならない。この位置決めの正確性は、約０．５度のオーダーでなければならない。この正確性は、ポート１１８と溝１０８との確実な連結、ないし、高圧切り替えバルブ１００の所定の切り替え位置中でポート１１８を溝１０８から確実に完全に分離するのに十分である。

当然、回転子および固定子用に硬質の材料を使用した場合での、この回転子１０６の所望のぐらつき動作は、これ以外の構成によっても達成可能である。例えば、軸上に配置された唯一のクッション状部材１３０の代わりに、被回転駆動部分１２２の端面中に同軸の円の外周にわたって配置される複数のクッション状部材を用いることも可能である。プラスチック製のクッション状部材の代わりに、回転子１０６の適切な可動性を確保するこれ以外の手段を用いることも可能で、これは、例えば、金属製のバネ部材（コイルバネ、皿バネ、屈曲ヒンジなど）である。

したがって、図３および図４に提示された高圧切り替えバルブ１００の構成は、回転子１０６に必要なぐらつき動作を可能にすることに加えて、回転子１０６の各角度位置において、および、回転子１０６の回転運動の際にも、可能な限り全接触面にわたって均一の表面圧力で、回転子端面１１０を固定子端面１１４に確実に平坦に当接させる。

固定子端面１１４と回転子端面１１０との間の摩擦を低減するために、双方の表面のうちの１つまたは双方の表面にいわゆるＤＬＣ被覆を用いることも有利であるとわかっている。

この種の被覆は、従来技術では、固定子の硬質の表面上に行うことは公知であるが、この場合には、回転子としてプラスチック製の部材を使用している。摩擦を低減させるため、および可能な限り耐摩耗性を有する表面を生成するために、様々な材料を協働させ、かつ所定の材料製の表面上に被覆を行うと、しばしば、驚くべき効果がもたらされるのではあるが、この種のＤＬＣ被覆が、硬質の材料とりわけセラミックを使用する際にも、固定子１１２にとっても回転子１０６にとっても有利であることは全く驚くべきことであった。

この種のＤＬＣ層は、プラズマ援用化学気相蒸着法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＥＣＶＤ））を用いて塗布される。これにより、一定の厚みを有する極めて均一な被覆が生成される。この種のＤＬＣ層を可能な限り平坦なセラミック表面に塗布することにより、極めて平坦で滑らかな固定子端面１１４ないし回転子端面１１０が得られる。

固定子１１２と回転子１０６との間の接触面領域におけるさらなる改良は、双方の表面のうちの１つ、図３の構成の場合には好ましくは固定子端面１１４がわずかに球状に形成されることにより達成されうる。これにより、接触面の外側縁部領域における表面圧力が過剰に高くなる効果を低減することができる。

図５は、固定子端面１１４が球状に形成されていない場合の、表面圧力のシミュレーションを示す（「回転子縁部」の曲線と「固定子縁部」の曲線とのわずかなずれは、例えば、縁部条件の定義から生じる数値上の不正確さによるものである）。図５からわかるように、縁部領域では、表面圧力が極端に過剰に高くなっている。表面圧力を発生させるための力は、表面圧力の推移と半径との積分として導き出されるので、外側縁部領域中の軸方向押圧力の相当の部分が「失われ」、ポート開口断面１１６と溝１０８とが存在する回転子端面１１０と固定子端面１１４との間の接触面の内側半径方向の領域中における十分な密閉効果を生じさせるのには貢献しないという点は、図５から明らかである。

したがって、固定子端面１１４を（必要な場合、様々な半径で）わずかに球状に形成することにより、一方では、回転子と固定子との間の必要な押圧力Ｆを（密閉効果を確保するために）低減し、他方では、半径方向での縁部領域における極めて高い表面圧力（この圧力があると、この領域中で表面および場合によっては全部分の摩擦の上昇ないし破壊が引き起こされうる）を回避することができる。

これにより、本発明は、硬質のおよび場合によっては脆くもある材料を回転子および固定子に用い、かつ回転子のぐらつき動作を可能にすることとも組み合わせて、耐磨耗性および安定性を改良した高圧切り替えバルブを作り出すことができる。回転子の端面もしくは固定子の端面の一方またはその双方を追加的に被覆することにより、双方の部分間の耐磨耗性および摩擦効果に関して、追加的に有利な効果をもたらしうる。双方の端面のうちの１つを球状に形成することにより、半径方向での縁部領域における表面圧力をさらに低減し、したがって、耐磨耗性も向上させる。

当然、本発明は、図３中に提示した実施形態に限定されるものではない。上述ですでに概略を示したさらなる可能性に補足して、当然固定子もぐらつきを引き起こすことができるように軸支されうる点を指摘すべきである。この場合、回転子は、通常の方法で構造形成されうる。

適切に柔軟に固定子を軸支するためには、例えば、図３の実施形態を変更して、固定子１１２が筐体部分１２０と固定的に連結されるのではなく、外側固定子部分１１２ａの下側と筐体部分１２０のリング状の端面との間に設けられる弾性を有する部材（例えば、これもまたクッション状部材）を介して連結されるようにする。これにより、固定子１１２全体が、筐体部分１２０に対して傾くことができる。固定子１１２の半径方向での位置決めと軸方向での筐体部分１２０での固定とは、この場合、例えば、さらなる連結部材を介して行われうる。この連結部材は、例えば、筐体部分１２０にネジ止めされているリングナットとして形成可能であり、このリングナットは、上方の肩部で固定子１１２の上側を付勢し、この固定子１１２を軸方向で筐体部分１２０に対して押圧する。

さらに、内側固定子部分１１２ｂと外側固定子部分１１２ａとの間には、薄い層または別個の薄い部材を設けることができ、この層または部材は、弾性的にまたは可塑的に変形可能であり、これらの部品間の許容誤差またはこれらの表面上の起伏は相殺されうる。さらに、この場合、内側固定子部分１１２ｂから外側固定子部分１１２ａへの移行またはその逆の移行時の、ポート１１８を形成する導管間の移行時に、密閉効果が得られる。

層または別個の部分の厚み、および、その弾性は、（密閉効果を維持する際に）内側固定子部分１１２ｂがぐらつき可能に外側固定子部分１１２ａ中で軸支されているようにも選択されうる。この際、図３中に提示したように、この内側固定子部分１１２ｂは筐体部分１２０に支持されてはならず、可動で（しかし、接触平面での横断移動に関して十分に正確に固定されて）外側固定子部分１１２ａ中に収容されねばならない。

回転子１０６は、この種の実施形態においても、図３中に提示したような実施形態においても、２つの部分として形成可能であり、この際に、回転子端面を形成する内側部分は、ガラスまたはセラミックのような硬質の材料製であり、この部分を収容する柔軟な材料（例えば、プラスチックなど）製の外側部分中に保持されていることができる。これにより、外側部分が複雑な幾何学形状を有する場合に、これをより容易に製造可能になり、製造がより安価になりうる。

Claims (11)

1. （ａ）中に複数のポート（１１８）が形成されている固定子（１１２）であって、各ポート（１１８）が、それぞれ１つの導管により形成されていて、前記導管が、その一端において、それぞれ１つのポート端子と連結されていて、その他端において、前記固定子（１１２）の固定子端面（１１４）で所定のポート開口断面（１１６）を有する、固定子（１１２）と、
   （ｂ）前記固定子端面（１１４）と協働する回転子端面（１１０）を有する回転子（１０６）であって、前記回転子端面（１１０）中には、少なくとも１つまたは複数の溝（１０８）が形成されていて、前記溝（１０８）は、前記回転子（１０６）の回転位置に応じて、前記固定子（１１２）に対して、少なくとも１つの所定の切り替え位置中でそれぞれ２つの所定のポート開口断面（１１６）を圧力封止的に連結させる回転子（１０６）とを備え、
   （ｃ）前記回転子（１０６）と前記固定子（１１２）とが、前記回転子端面（１１０）と前記固定子端面（１１４）とでもって、前記ポート開口断面（１１６）および前記溝（１０８）より外側の領域で互いに密閉的に押圧されている
   高速液体クロマトグラフィー用の高圧切り替えバルブにおいて、
   （ｄ）前記回転子（１０６）と前記固定子（１１２）とが、少なくとも前記回転子端面（１１０）と前記固定子端面（１１４）との領域中では、硬質の材料、とりわけ金属、ガラスまたはセラミック製であり、
   （ｅ）前記回転子（１０６）もしくは前記回転子（１０６）と連結されかつ回転子端面（１１０）を有する部材が、および／または、前記固定子（１１２）もしくは前記固定子（１１２）と連結されかつ前記固定子端面（１１４）を有する部材（１１２ｂ）が、前記回転子の回転軸（Ａ）に対してぐらつき可能または傾斜可能であるように軸支されている
   ことを特徴とする高圧切り替えバルブ。
2. 前記回転子（１０６）または前記回転子（１０６）と連結された前記部材が、ある材料製の少なくとも１つのクッション状部材（１３０）によりぐらつき可能に軸支されていて、前記材料は、一方でぐらつき動作を可能にするように十分に軟質でかつ弾性を有し、かつ他方で密閉効果のために必要とされる押圧力を発生させるように十分に剛性を有し、好ましくは、前記材料は、ポリマー材料、ポリイミド、ポリアミドイミドまたはポリエーテルケトン、とりわけＰＥＥＫであることを特徴とする請求項１に記載の高圧切り替えバルブ。
3. 前記少なくとも１つのクッション状部材（１３０）は、前記回転子（１０６）用の駆動部（１０４）の部分（１２２）中に収容されていて、かつ、前記回転子端面（１１０）とは逆側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の高圧切り替えバルブ。
4. 前記少なくとも１つのクッション状部材（１３０）を収容する前記駆動部（１０４）の前記部分（１２２）は、回転駆動され、かつ前記回転子（１０６）とは回転固定で結合されていることを特徴とする請求項３に記載の高圧切り替えバルブ。
5. 前記少なくとも１つのクッション状部材（１３０）を収容する前記駆動部（１０４）の前記部分（１２２）は、好ましくはボルトピンとして形成された複数の係合部材（１２４）を有し、
   前記係合部材（１２４）は、好ましくは孔として形成された前記回転子（１０６）の凹部（１２６）中に係合し、かつ前記回転子（１０６）を、前記少なくとも１つのクッション状部材（１３０）を収容する前記駆動部（１０４）の前記部分（１２２）と、形状締結的に結合させ、
   前記係合部材（１２４）と前記凹部（１２６）とが、前記回転子（１０６）のぐらつき動作または傾斜動作を可能にするように、形成されていることを特徴とする請求項４に記載の高圧切り替えバルブ。
6. 前記凹部（１２６）は、関連する前記係合部材の足元領域では、軸方向で前記足元領域に続く頭部領域中よりも、径が小さいことを特徴とする請求項５に記載の高圧切り替えバルブ。
7. 前記固定子（１１２）は金属体からなり、前記固定子（１１２）に接してポート端子が形成されていて、前記金属体は、ガラスまたはセラミック製のはめ込み部分（１１２ｂ）を収容し、前記はめ込み部分に接して前記固定子端面（１１４）が形成されていることを特徴とする上記請求項１から６のいずれか１項に記載の高圧切り替えバルブ。
8. 前記金属体（１１２ａ）と前記はめ込み部分（１１２ｂ）との間に、少なくともその部分領域中に、好ましくはポリマー材料、ポリイミド、ポリアミドイミドまたはポリエーテルケトン、とりわけＰＥＥＫ製の薄いプラスチック層または別個の薄いプラスチック部材が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の高圧切り替えバルブ。
9. 前記固定子端面（１１４）および／または前記回転子端面（１１０）上に、摩擦を低減する硬質の被覆が塗布されていて、前記被覆は、好ましくはアモルファス炭素、とりわけＤＬＣ製であることを特徴とする上記請求項１から８のいずれか１項に記載の高圧切り替えバルブ。
10. アモルファス炭素製の前記被覆は、プラズマ援用化学気相蒸着法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＥＣＶＤ））により塗布されていることを特徴とする請求項９に記載の高圧切り替えバルブ。
11. 前記接触面の縁部領域における表面圧力が過剰に高くなるのを抑制するために、
    前記固定子端面（１１４）は前記回転子端面（１１０）と接触する領域で平坦で、かつ前記回転子端面（１１０）は前記固定子端面（１１４）と接触する領域でわずかに球状に形成されている、または、
    前記回転子端面（１１０）は前記固定子端面（１１４）と接触する領域で平面で、かつ前記固定子端面（１１４）は前記回転子端面（１１０）と接触する領域でわずかに球状に形成されている、または、
    前記回転子端面（１１０）も前記固定子端面（１１４）も、それぞれ他方の端面と接触する領域でわずかに球状に形成されていることを特徴とする上記請求項１から１０のいずれか１項に記載の高圧切り替えバルブ。