JP5910548B2 - 流路切換バルブ - Google Patents

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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。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。ステータのハウジングの接続ポートに通じる流路の端部の穴に対応する位置に貫通穴が設けられている。ロータのステータ側の面にはステータの貫通穴の端部の間を連通させる溝が切られており、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。
特開２００８−２１５４９４号公報
流路切換バルブには、ステータがハウジングと一体化されたものも存在する。高圧の送液条件下で使用する場合、ステータがハウジングと一体化されている流路切換バルブはステータとハウジングが別体として構成されている流路切換バルブに比べて耐久性が高いことが知られている。
テータとハウジングが別体として構成されている流路切換バルブの耐久性が低くなる原因として、ステータがハウジングとは別体として設けられている流路切換バルブは、ステータとハウジングとの間の液密性を保持するためにステータとハウジングとの間に樹脂製のパッキンが挟み込まれているが、このパッキンが送液圧力の影響で傾くことが考えられる。
通常、ハウジングとパッキンの流路接続部分の面圧を高めるために、ハウジング側の接続ポートに通じる流路端部の設けられている領域の周辺は窪んでおり、パッキン平面の中央部とハウジング側の流路端部の設けられている領域とが集中的に接して面圧が高まるようになっており、パッキンの周縁部はハウジングの内壁面に接していない。そのため、パッキンの面に対してステータ側から作用する面圧に偏りが生じると、パッキンが傾くことがある。パッキンが傾くと、ステータのロータとの接触面における面圧に偏りが生じ、高い面圧の作用する部分が局所的に摩耗する。
ロータの溝によって接続された２つの接続ポート間を流れる液は、入口側の接続ポートからパッキン及びステータに設けられた貫通穴を介してロータの溝に導かれ、さらにロータの溝から出口側の接続ポートに通じるステータ及びパッキンの貫通穴を介して出口側の接続ポートへ導かれる。ステータやパッキンに設けられている貫通穴の内径はロータに設けられている溝の幅よりも小さいため、ロータの溝からステータの貫通穴へ液が流れる部分でロータ側からステータ側へ高い液圧が作用する。この高い液圧が作用する部分がステータの中心部から外れている場合には、ステータに傾こうとする力が作用し、それによってステータからパッキンに作用する面圧に偏りが生じ、パッキンが傾いてしまう。
そこで、本発明は、ステータとハウジングとの間に挟み込まれているパッキンの傾きを抑制し、流路切換バルブの耐久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、流路配管を接続する複数の接続ポートと内部空間を有し、内部空間の一平面である流路接続平面に接続ポートのそれぞれに通じる流路の端部穴が配置された領域である流路接続部がその周囲よりも突出した平面として設けられているハウジングと、ハウジング内に収容され流路接続部よりも大きい平面を有する平板状の部材からなり、ハウジングの流路接続平面側に固定されたステータと、流路接続部よりも大きい平面を有する平板状の部材からなり、一方の平面の中央部が流路接続部と密着するようにハウジングの流路接続平面とステータとの間に挟み込まれたパッキンと、ハウジングの内部空間内においてステータのパッキンとは反対側の平面と接する平面を有し、該平面にいずれかの接続ポート間を連通させる溝が形成されているロータと、ロータをステータと摺動させながら回転させるロータ駆動部と、ハウジングの流路接続平面において流路接続部の外周を囲うように流路接続部とは間隔をもって設けられ、流路接続部と同一平面上でパッキンの周縁部に接するパッキン押さえと、を備えたものである。
ここで、パッキン押さえが「流路接続部と同一平面上でパッキンの周縁部に接する」とは、パッキンの流路接続部に接している側の面の周縁部にパッキン押さえが接することを意味する。
本発明の流路切換バルブでは、ハウジングの流路接続平面において流路接続部の外周を囲うように流路接続部とは間隔をもって設けられ、流路接続部と同一平面上でパッキンの周縁部に接するパッキン押さえを備えているので、高圧送液条件下でもパッキンの傾きを抑制することができ、ステータのロータとの接触面にかかる面圧に偏りが生じることを抑制することができる。これにより、ステータの局所的な摩耗を防止することができ、高圧送液条件下での流路切換バルブの耐久性を高めることができる。
流路切換バルブの一実施例を示す断面図である。 流路切換バルブの他の実施例を示す断面図である。
本発明の流路切換バルブにおけるパッキン押さえは、パッキンよりも弾性率の小さい材質により構成された部材がハウジングの内壁に固着されたものであることが好ましい。パッキン押さえを設けると、ハウジングの流路接続部がパッキンから受ける面圧がパッキン押さえにも分散されてしまい、ハウジングとパッキンの流路接続部分における液密性が低下することが考えられる。そこで、パッキン押さえをパッキンよりも弾性率の小さい材質で構成することで、パッキン押さえがパッキンから受ける面圧をハウジングの流路接続部がパッキンから受ける面圧よりも小さくすることができ、ハウジングとパッキンの流路接続部分における液密性の低下を抑制することができる。
上記の好ましい実施態様としては、パッキンがポリエーテルエーテルケトン又はポリイミドからなるものである場合に、パッキン押さえとしてポリテトラフルオロエチレンからなるものを使用する例が挙げられる。
また、パッキン押さえはハウジングと同じ材質からなり、ハウジングの内壁の一部として一体的に形成されたものであってもよい。パッキン押さえをハウジングと同じ材質で構成するとハウジングの流路接続部にかかる面圧と同等の面圧がパッキン押さえにもかかるため、ハウジングとパッキンの流路接続部分における液密性が低下するが、パッキン押さえとパッキンとの接触面積が小さくなるようにパッキン押さえを形成すれば、ハウジングとパッキンの流路接続部分における液密性の低下を抑制することも可能である。
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にはボルト５を貫通させる貫通穴が設けられ、中間部材２ｂにもボルト５を貫通させる貫通穴が設けられている。ハウジングボディ２ａにはボルト５を締結するネジ穴が設けられている。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（流路接続平面）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る。流路接続部４は周囲がリング状の窪み３４で囲われた円形の平面領域である。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。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と液密を保って接している。流路接続部４の周囲に窪み３４が設けられていることにより、ハウジングトップ２ｃがパッキン１６と接する部分が流路接続部４に限定され、流路接続部４とパッキン１６の中央部との間にかかる面圧を高めてこの部分における液密性を向上させている。
ハウジングトップ２ｃ側にパッキン押さえ３５が設けられている。パッキン押さえ３５は流路接続部４と同一平面上でパッキン１６の周縁部と接するように窪み３４の底部に固着されている。パッキン押さえ３５はパッキン１６よりも弾性率の小さい材質からなるリング状の部材である。パッキン押さえ３５の材質としては、例えばパッキン１６の材質がポリエーテルエーテルケトンやポリイミドなどの樹脂である場合にはポリテトラフルオロエチレンを使用することができる。パッキン押さえ３５が流路接続部４と同一平面上でパッキン１６の周縁部と接していることで、高圧の送液圧力の影響によりステータ１４側からパッキン１６に偏った面圧がかかった場合でもパッキン１６が傾くことなくその姿勢を維持することができる。
この実施例では、パッキン押さえ３５はリング状の部材であるが、パッキン１６の周面に沿って配置された複数の部材で構成されていてもよい。要は、パッキン１６の周縁部をハウジングトップ２ｃ側で支持してパッキン１６の傾きを防止できる構造であればよい。
なお、図２に示されているように、ハウジングトップ２ｃの窪み３４の形状を変更し、窪み３４の縁の壁面でパッキン１６の周縁部と接するようにしてパッキン１６の傾きを防止することも可能である。
図１に戻って、ステータ１４及びパッキン１６には流路接続部４に配置された流路２３，２５の端部の穴に対応する貫通穴が設けられている。ステータ１４及びパッキン１６はこれらの貫通穴がハウジングトップ２ｃの流路２３，２５の端部穴に位置決めされた状態でステータ固定ピン２０によってハウジングトップ２ｃ側に固定されている。ハウジングトップ２ｃにはステータ固定ピン２０を挿し込む穴が、ステータ１４とパッキン１６にはそれぞれステータ固定ピン２０を貫通させる貫通穴が設けられている。
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。
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
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
３４ 窪み
３５ パッキン押さえ

Claims (4)

  1. 流路配管を接続する複数の接続ポートと内部空間を有し、前記内部空間の一平面である流路接続平面に前記接続ポートのそれぞれに通じる流路の端部穴が配置された領域である流路接続部がその周囲よりも突出した平面として設けられているハウジングと、
    前記ハウジング内に収容され前記流路接続部よりも大きい平面を有する平板状の部材からなり、前記ハウジングの前記流路接続平面側に固定されたステータと、
    前記流路接続部よりも大きい平面を有する平板状の部材からなり、一方の平面の中央部が前記流路接続部と密着するように前記ハウジングの前記流路接続平面と前記ステータとの間に挟み込まれたパッキンと、
    前記ハウジングの前記内部空間内において前記ステータの前記パッキンとは反対側の平面と接する平面を有し、該平面にいずれかの前記接続ポート間を連通させる溝が形成されているロータと、
    前記ロータを前記ステータと摺動させながら回転させるロータ駆動部と、
    前記ハウジングの前記流路接続平面において前記流路接続部の外周を囲うように前記流路接続部とは間隔をもって設けられ、前記流路接続部と同一平面上で前記パッキンの周縁部に接するパッキン押さえと、を備えた流路切換バルブ。
  2. 前記パッキン押さえは、前記パッキンよりも弾性率の小さい材質により構成された部材が前記ハウジングの内壁に固着されたものである請求項１に記載の流路切換バルブ。
  3. 前記パッキンはポリエーテルエーテルケトン又はポリイミドからなるものであり、前記パッキン押さえはポリテトラフルオロエチレンからなるものである請求項２に記載の流路切換バルブ。
  4. 前記パッキン押さえは前記ハウジングと同じ材質からなり、前記ハウジングの内壁の一部として一体的に形成されたものである請求項１に記載の流路切換バルブ。
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