JP4973483B2 - バルブ及び当該バルブを備えた送液装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブに関し、さらには、送液装置内の流路の液を排出するバルブを備えた送液装置に関する。

図３は、従来の送液装置の一例を示す流路図である。この送液装置は液体クロマトグラフにおいて移動相溶液を送液するものである。送液装置１０は、プランジャ１１を後退（図上では左側へ動作）させて移動相溶液をポンプ室１２内に吸引し、プランジャ１１を前進（図上では右側へ動作）させて吸引した移動相溶液を吐出する。ポンプ室１２の上流（吸引口）側および下流（吐出口）側には、吸引／吐出動作において逆流を防ぐための逆止弁１３が設けられている。

送液装置１０から吐出された移動相溶液は、分析流路を経て下流側に送液される。下流側には、試料導入装置２０やカラム３０、検出器４０が設置される。分析対象とする試料が、試料導入装置２０から送液装置１０から送液される移動相が流れる分析流路に導入され、カラム３０で成分ごとに分離され、成分の特性によって異なる信号を発する検出器４０によって検出される。一方で、分析流路から分岐した流路には、送液装置１０から分析流路へ送液圧力を監視する圧力センサ１４、送液の圧力変動を抑制するダンパ１５、さらに、ドレインバルブ１６が設けられている。ドレインバルブ１６は、移動相溶液を交換するときに送液装置１０内の溶液の置換をしたり、圧力センサ１４が異常圧力を検知したときに圧力を開放する場合に、送液装置１０から送液される移動相溶液を分析流路に導かずに排出するために開けられるものであり、普段は閉じられており、袋小路となっている。この流路構成の詳細には、特許文献１に記載されている。

ここで、ドレインバルブ１６は、回転操作によって排出流路への連通を開／閉するバルブである。バルブのシャフトの回転軸に沿って描いた断面図を図２（ａ）に示す。ドレインバルブ１６には、分析流路から分岐された流路に接続されるので、そのボディ５１には流入口５２ｉと流出口５２ｏを有している。一方、先端に樹脂製の弁体５３を備えたシャフト５４は、回転操作によりボディ５１内部の空間を進退し、これに伴い、シャフト５４先端に設けられた弁体５３と流入口５２ｉとが離合する構造となっている。また、ドレインバルブ１６が開いた時に、シャフト５４とボディ５１の隙間から液が漏れないように、シャフト５４にはリングシール５５が設けられている。また、シャフト５４を回転操作するためにツマミ５６が設けられており、ツマミ５６は、シャフト５４に穿設されたネジ孔５７とネジ５８により固定されている。シャフト５４への回転操作により、ボディ５１の螺子機構６０により支持されたシャフト５４は進退する。

特開平７−８３４００号公報

図２（ａ）に示した構造では、回転操作によりシャフト５４が回転するので、シャフト５４の回転に追随して先端の弁体５３も回転する。したがって、弁体５３が回転しながら流入口５２ｉに押し付けられるため、シール性が劣る。弁体５３と流入口５２が当接した状態からさらに閉める方向に回転操作を行えば、弁体５３を流入口５２ｉに対して押し付ける力がかかり、シール性が向上するが、流入口５２ｉと弁体５３が摩擦されて弁体５３の劣化が進み、弁体５３の寿命を縮めることになる。これに対しては、図２（ｂ）に示すように、シャフト５４を弁体５３を含めたシール部５４ａとシャフト部５４ｂを別体に作製し、スリップリング５９を挟持して構成することが考えられる。この構成により、シール部５４ａは、シャフト部５４ｂへの回転操作による回転に追随しなくなるので、流入口５２ｉと弁体５３との磨耗を抑えることができる。

しかしながら、図２（ｂ）の構成では、廃液流路への流路を開ける操作を行う場合には、シャフト部５４ｂはシール部５４ａとは反対側（図上では上側）へ移動することになるので、シール部５４ａにはなんら力を及ぼすことがなく、シール部５４ａがボディ５１内部の空間に取り残されることになり、取り外しに手間がかかる。仮に、送液装置から液を流しても、流入口５２ｉと流出口５２ｏが空間的に連通する程度に弁体５３と流入口５２ｉが離れていれば、流入口５２ｉからの液体はほとんどが流出口５２ｏへ流れるので、シール部５４ａを押し上げてボディ５１内部の空間から外れるようなことを期待できない。公差を厳しく管理された部品から構成されるので、作業には慎重を期す必要がある。装置の操作者は、そういった事態になることを恐れて、ドレインバルブ１６の保守作業を怠たり、機器異常の発生を引き起こすこととなりうる。

このような事情に鑑みれば、ドレインバルブは、シャフト部とシール部は別体に設け、互いに回転方向には自由度を確保することが好ましく、回転の軸に沿った方向に対する移動においては一定の位置関係を確保することが好ましい。また、複雑な機構を設けることなく、簡単な加工により構成されることが望まれる。

上記課題を解決するためになされた本発明に係るバルブは、孔に当接して前記孔を閉塞する弁体を有するシール部と、回転を与えることで進退し、前記シール部と前記孔を離合させる機構を有するシャフト部とからなり、前記シール部と前記シャフト部とが互いに回転可能に係合される。この構成により、シャフト部とシール部は、互いに回転方向には自由度を確保しつつ、回転の軸に沿った方向に対する移動においては一定の位置関係を確保する。

具体的には次のような構成が望ましい。シャフト部にはバルブの回転軸に沿って貫通孔を設け、貫通孔に係合部材を嵌挿する。そして、係合部材の一端にシール部を固定し、他端をシャフト部に係合させる。具体的には、係合部材をネジとし、シール部が固定される部分をネジ部、シャフト部に係合される部分をネジ頭とする。シャフト部の軸に沿った貫通孔の穿設は一般的な機械加工により可能であり、シール部とシャフト部を回転可能に連結するネジは一般的に入手容易な部品である。

本願発明のバルブによれば、回転操作を与えても、シールが回転しないのでシールの寿命を短くならず、かつ、シャフトの進退のいずれの動作にも追随するので、シール部がボディ内の空間に残ることがない。保守作業に対して過剰な不安を与えることがなくなり、機器の性能を維持し、機器異常の発生を可能性を低減することにつながる。また、複雑な機構や特殊な加工を必要とせず、安価に実現される。ボディは、従来のものと共通でよく、送液装置が吐出した液を導く主流路から分岐した分岐流路に設けられたドレインバルブに、本発明のバルブを備えることが可能である。

以下、図を参照しつつ、本発明に係るバルブについて、詳細に説明する。

図１（ａ）に示すように、本発明に係るバルブは、シール部６４ａとシャフト部６４ｂが別体に構成されている。シール部６４ａは、シャフト部６４ｂの一端にスリップリング６９を挟んで連結される。シャフト６４ｂには、貫通孔６７が穿設されており、挿入されたネジ（小）７１によって、スリップリング６９を挟んでシャフト部６４ｂとシール部６４ａを連結している。シール部６４ａが連結される側のシャフト部６４ｂの一端は、シール部６４ａを緩挿するような凹部が形成されても良い。貫通孔６７の中心軸は、シャフト部６４ｂの回転軸に合致している。貫通孔６７は、内径が異なる孔から形成されているので、シャフト６４ｂ内部に段差を有する。ネジ（小）７１は、シール部６４ａに対してはネジ部分で螺合しており、ネジ（小）７１とシール部６４ａとの関係では回転の自由度はない。これに対して、ネジ（小）７１とシャフト部６４ｂとはネジ（小）７１のネジ頭の部分で係合しているのみであり、互いの回転の自由度が確保される。

シール部６４ａから見てシャフト部６４ｂ側の反対側の端には、ツマミ６６が設けられ、摘まんでひねることで、シャフト部６４ｂを回転させる操作を与えるようになっている。シャフト部６４ｂの貫通孔６７の一部に螺子山が設けられ、ツマミ６６はシャフト部６４ｂに対して、ネジ（大）６８で固定されている。

シール部６４ａの円周には、リングシール６５が設けられ、シール部６４ａとボディ６１の間（特に螺子機構７０）からの液漏れを防ぐ。バルブを開いた時、流入口６２ｉからリングシール６５までの距離は短いほど流入口６２ｉと流出口６２ｏを連通する空間の体積が小さくなるのでよい。

弁体６３は、流入口６２ｉより大径であり、弁体６３が流入口６２ｉに当接したときは、シール部６４ａの回転位置に関わらず流入口６２ｉを覆い、押し付けることで封止しうる。弁体６３は、樹脂製（例えば、PEEK;poly ether ether ketone）である。流入口６２ｉ、弁体６３のいずれの中心もシャフト部６４ｂの回転軸に一致させるのが好適であり、製作する上で容易である。

図１（ｂ）にバルブの全体を示す。ボディ６１には、流入口６２ｉと流出口６２ｏが設けられ、バルブを開く（弁体６３が流入口６２ｉから離れる）ことで流入口６２ｉからボディ６１内部の空間に液体が流入し、流出口６２ｏを経て下流側へ流出する。ボディ６１に、シール部６４ａとシャフト部６４ｂをネジ（小）７１で連結したシャフトが嵌挿される。ボディ６１は、シャフト部６４ｂを螺子機構７０によって支持しており、シャフト部６４ｂに対する回転操作によりシャフト部６４ｂが進退する。ここで、本発明に係るバルブは上述のようにバルブが構成されているので、回転操作によりシャフト部６４ｂが進退するとともに、シール部６４ａもシャフト部６４ｂに対して同じ一定の関係で進退する。かつ、シャフト部６４ｂに対して、シール部６４ａは自由に回転できるようになっている。

バルブを閉じる（弁体６３が流入口６２ｉを封止する）場合は、シャフト部６４ｂへの回転操作により、シャフト部６４ｂ及びシール部６４ａが図の下方向へ進める。シール部６４ａの先端の弁体６３を流入口６２ｉに当接させて、さらにシール部を流入口６２ｉに押し付けるように回転操作をすると、いずれ弁体６３と流入口６２ｉ側の接触面での回転による摩擦力がシール部６４ａとシャフト部６４ｂとの（スリップリング６９を介しての）接合面での回転による摩擦力より大きくなり、シール部６４ａの回転はシャフト部６４ｂの回転に追随しなくなる。弁体６３がある程度押し潰されると、流入口６２ｉが封止される。なお、これ以上に回転させることは不要である。

バルブを開く場合は、シャフト部６４ｂへの回転操作（上述とは逆回転）により、シャフト部６４ｂ及びシール部６４ａが図の上方向へ退く。最初は、シール部６４ａはシャフト部６４ｂの回転に追随せず、徐々に力が解放されて摩擦力が弱まってから追随するようになる。退行の際、ネジ（小）７１のネジ頭の部分が貫通孔６７の段差に係合してシャフト部６４ｂとシール部６４ａの位置関係が一定に保たれる。したがって、ボディ６１からシャフト部６４ｂを完全に抜き去る場合に、シール部６４ａがボディ６１内部に取り残されることはなく、シャフト部６４ｂに伴って外部に取り出される。

シャフト部６４ｂを支持するボディ６１の螺子機構７０のネジ山のピッチ、弁体の材質や厚み等を勘案し、ツマミ６６を摘まんで約９０°の回転で開閉を切り替えられるようにすると良い。操作者の“操作する”という感覚や視覚による状態確認の観点から、約９０°の回転操作で開閉が完了する、すなわち、流路の開放／封止の切換が完了するのが好ましい。

このように構成されたバルブを、液体クロマトグラフの送液装置からの分析流路から分岐させた流路の末端にドレインバルブとして設けることで、移動相の交換や保守作業等の操作に臆することなく、所望の分析に従事することができる。

上記実施例は本発明の単に一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正することも可能である。これら変更や修正したものも本発明に包含されることは明らかである。

本発明は、流路の開閉を行うバルブに使用される。液体クロマトグラフにおける送液装置内の液を排出するためのドレインバルブとして最適である。

本発明に係るバルブの構造を示す概略図である。 従来のバルブの構造を示す概略図である。 液体クロマトグラフにおけるドレインバルブの配置を示す概略図である。

符号の説明

１０・・・・・・・・送液装置
１１・・・・・・・・プランジャ
１２・・・・・・・・ポンプ室
１３・・・・・・・・逆止弁
１４・・・・・・・・圧力センサ
１５・・・・・・・・ダンパ
１６・・・・・・・・ドレインバルブ
２０・・・・・・・・インジェクタ
３０・・・・・・・・カラム
４０・・・・・・・・検出器
５１，６１・・・・・ボディ
５２ｉ，６２ｉ・・・流入口
５２ｏ，６２ｏ・・・流出口
５３，６３・・・・・弁体
５４・・・・・・・・シャフト
５５，６５・・・・・リングシール
５６，６６・・・・・ツマミ
５７・・・・・・・・ネジ穴
５８，６８，７１・・ネジ
５９，６９・・・・・スリップリング
６０，７０・・・・・螺子機構
６４ａ・・・・・・・シール部
６４ｂ・・・・・・・シャフト部
６７・・・・・・・・貫通孔

Claims (3)

1. 孔に当接して前記孔を閉塞する弁体を有するシール部と、
   回転を与えることで進退し、前記シール部の弁体と前記孔を離合させる機構を有するシャフト部とからなり、
   前記シール部と前記シャフト部とが互いに回転可能に係合されたバルブにおいて、
   前記シャフト部は前記回転の軸を中心軸とする貫通孔を有し、
   前記貫通孔に係合部材を嵌挿し、
   前記係合部材の一端を前記シール部に固定し、他端を前記シャフト部に回転可能に係合させてなるバルブ。
2. 請求項１に記載のバルブにおいて、
   前記係合部材はネジであり、前記シール部に固定される部分がネジ部であり、前記シャフト部に係合される部分がネジ頭であるバルブ。
3. 吸引と吐出を繰り返すことで送液を行う送液装置であって、
   吐出した液を導く主流路から分岐した分岐流路を設け、
   前記分岐流路の末端に請求項１から２いずれか１項に記載のバルブを備えた送液装置。

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