JP5928376B2 - 流路切換バルブ - Google Patents

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。

ステータにはハウジング内壁面の接続ポートに通じる流路の端部に対応する貫通穴が設けられており、その貫通穴が接続ポートに通じる流路の端部に位置決めされた状態でハウジングに固定されている。ロータのステータ側の面にステータの穴の端部のいずれかの間を選択的に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に一体化されているものもあり、その場合は、ロータがハウジングの内壁面のステータ部分に接し、ハウジングの内壁面と摺動しながら回転するように構成される。

特開２００８−２１５４９４号公報

上述のように、ロータリー式の流路切換バルブは、ロータがステータと摺動しながら回転するものであるため、ロータやステータが摩耗してロータとステータの間のシール面の液密性が低下し、そのシール面から移動相の液が漏れることがある。漏れた液がロータを回転させる駆動軸（シャフト）やベアリングなどの機構部品に付着するとこれらの部品が腐食する原因となり、さらにその液がモータに達するとモータの故障の原因となることがあった。

そこで、本発明は、ロータとステータのシール面から漏れた液がロータの駆動系に付着することを防止す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、内部空間を有するとともに流路配管を接続する接続ポートを外面に備え、接続ポートが流路を介して内部空間へ通じているハウジングと、ハウジングの内部空間内に設けられ、内部空間の一壁面をなす平面を有し、その平面に接続ポートを内部空間へ通じさせる流路の端部である複数の接続穴が設けられているステータと、内部空間内において接続穴が設けられているステータの平面と液密を保って接するように配置され、ステータと接する面にいずれかの接続穴を選択的に接続する流路をなす溝が設けられているロータと、ロータを保持するロータ保持部を先端に有し前記接続穴が設けられているステータの平面に対して垂直に配置されたロータ駆動軸を備え、ロータ駆動軸を回転させることにより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、ハウジング内のロータよりも下方の位置で液を受ける凹部と、ハウジングに設けられ凹部で受けた液をハウジングの外部へ導く開口部と、を備えたものである。

本発明の流路切換バルブでは、ハウジング内のロータよりも下方の位置で液を受ける凹部と、ハウジングに設けられ凹部で受けた液をハウジングの外部へ導く開口部が設けられているので、ステータとロータとの間から漏れた液を回収してハウジングの外部へ排出することができ、液がロータ駆動軸をつたってモータなどの駆動系に達することを防止することができる。

流路切換バルブの一実施例を示す断面図である。 同実施例のハウジングボディ側の分解断面図である。 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。 流路切換バルブの他の実施例を示すハウジングボディ側の分解断面図である。

本発明では、ハウジングの内壁面からロータ保持部に向かって突起してロータ保持部の外周を囲う突起部を備え、該突起部のステータ側の面に液を受ける凹部が設けられているようにしてもよい。かかる構造にすることで、流路切換バルブの構造を複雑なものにすることなく液を受ける凹部を設けることができる。この構造では、凹部がロータ保持部の周囲に設けられているので、ロータ駆動軸のロータ保持部よりも基端側へ液が達することを防止できる。

さらに、突起部上にロータ保持部の周面に密接してロータ保持部と突起部との間の隙間を封止するリング状のシール部材が設けられ、液を受ける凹部はシール部材の外周に沿った位置に設けられていることが好ましい。そうすれば、ロータ保持部と突起部との間の隙間からロータ駆動軸の基端側へ液が流れることを防止できる。

さらに、上記シール部材のステータ側の面が液を凹部側へ導くように傾斜していることが好ましい。そうすれば、ステータとロータとの間から漏れた液を効率的に凹部で回収することができ、液がロータの駆動系に達することをより確実に防止することができる。

図１から図３を用いて流路切換バルブの一実施例について説明する。

まず、図１を用いて同実施例の構造について説明する。

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。

パッキン１６には流路接続部４に配置された流路２３，２５の端部の穴にそれぞれ対応する貫通穴が設けられており、同様にステータ１４にも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２３や２５などの流路の端部穴に位置決めされた状態でハウジングトップ２ｃ側に固定される。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３６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おり、ステータ固定ピン２０を挿し込むことでステータ１４及びパッキン１６が回転しないようになっている。

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５８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が設けられている（図２参照。）。

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及び図３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３はハウジングボディ側の分解断面図であり、図４は中間部材及びシールリングを取り外した状態でのハウジングボディ側の上から見た平面図である。

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。

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（シール部材）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（凹部）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開口部をなす溝３０が設けられている（図３参照。）。溝２８はロータ８とステータ１４の間から漏れた液を回収して溝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に回収さ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１や図２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。

なお、図４に示されているように、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を備えていてもよい。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
２６ シールリング
２８，３０ 溝（液排出用）
３１ 突起部
３４ 窪み
３６ ステータ固定ピン挿込み用の穴
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. 内部空間を有するとともに流路配管を接続する接続ポートを外面に備え、前記接続ポートが流路を介して前記内部空間へ通じているハウジングと、
   前記ハウジングの前記内部空間内に設けられ、前記内部空間の一壁面をなす平面を有し、その平面に前記接続ポートを前記内部空間へ通じさせる流路の端部である複数の接続穴が設けられているステータと、
   前記内部空間内において前記接続穴が設けられている前記ステータの平面と液密を保って接するように配置され、前記ステータと接する面にいずれかの前記接続穴を選択的に接続する流路をなす溝が設けられているロータと、
   前記ロータを保持するロータ保持部を先端に有し前記接続穴が設けられている前記ステータの平面に対して垂直に配置されたロータ駆動軸を備え、前記ロータ駆動軸を回転させることにより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、
   前記ハウジングの内壁面から前記ロータ保持部に向かって突起して前記ロータ保持部の外周を囲う突起部と、
   前記突起部の前記ステータ側の面に設けられ、前記ロータよりも下方の位置において液を受ける凹部と、
   前記ハウジングに設けられ前記凹部で受けた液を前記ハウジングの外部へ導く開口部と、を備えた流路切換バルブ。
2. 前記突起部上に前記ロータ保持部の周面に密接して前記ロータ保持部と前記突起部との間の隙間を封止するリング状のシール部材が設けられ、
   前記凹部は前記シール部材の外周に沿って設けられている請求項１に記載の流路切換バルブ。
3. 前記シール部材の前記ステータ側の面は液を前記凹部側へ導くように傾斜している請求項２に記載の流路切換バルブ。

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