JP6026369B2 - 液体クロマトグラフィー用の切り替えバルブ - Google Patents

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液体クロマトグラフィー用の切り替えバルブ、とりわけ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、高圧切り替えバルブが一連の様々な課題のために用いられる。例えば、検査すべき試料を検査容器から取り出し、この試料を試料ループ中に供給し、およびこの試料を試料ループから高圧液体流中にクロマトグラフィーカラムの方向に入れるため、様々な部品を洗浄するため、または、複数のカラム間を切り替えるために用いられる。

この種の切り替えバルブは、通常、ＨＰＬＣ用の自動サンプラー中、カラムオーブン中または留分収集部中に置かれる。

切り替えバルブを設置する際には、ほぼ常に、必要とされる毛細管路が短い場合にのみ、すなわち、関連する部品間で、切り替えられるべき媒体を導く毛細管の必要とされる長さが短い場合にのみ有利である。例えば、溶離液流中で試料を導く際に、克服せねばならない毛細管路が短い場合にのみ有利であるが、この理由は、試料の分散、すなわち、試料と、流路中で試料の前後にある溶離液との混合がわずかになるからである。これに加えて、関連するシステム中の圧力損失が、毛細管路を短くすることによって最低限に抑えられる。

毛細管路を短くするために、切り替えバルブを可能な限り小型化して構成することが有利、ないし多くの場合では不可欠である。これにより、切り替えバルブが占める空間を節約して、かつ様々に変えて設置することができる。

小型化して構成するとはいえ、この種の切り替えバルブでは、当然、切り替えられるべき媒体を導く可動部分を、正確かつ再現可能なように確実に位置決めすることもせねばならない。

試料を液体流中に入れるために用いられる切り替えバルブは、通常固定子を有し、この固定子中に、切り替えバルブに向かって液体を供給または切り替えバルブから液体を排出するための複数の端子ポートが設けられている。ポートは導管を介して、開口断面（これは、固定子の切り替え面で、例えば実質的に円筒状の固定子部材の端面において形成されている）と連結されている。回転子も切り替え面を有し、この切り替え面は固定子の切り替え面と協働し、回転子の切り替え面中には複数の溝が形成されていて、これらの溝は、２つ以上の切り替え位置に応じて決められた固定子の複数の開口断面ないしポートを互いに連結させるのに役立つ。液体クロマトグラフィー、とりわけＨＰＬＣ中で生じる高い圧力がある場合でさえも、切り替え面の平面での密閉を達成するために、回転子と固定子とは十分高い押圧力で互いに押圧され合っていなければならない。

この種の切り替えバルブは、例えば特許文献１または特許文献２中に記載されている。

このように構成されたバルブでは、回転子自体およびバルブそのものの駆動シャフトを回転可能に軸支するために、通常複数の軸受が用いられる。この際、大概、回転子は、駆動シャフト（これは、駆動部の出力シャフトと連結可能である）と固定連結される。ＨＰＬＣにおいて切り替えられるべき媒体用に主流となっている高圧が存在する場合にも、バルブの密閉性を確保するために、回転子は、バネを用いて、軸方向で十分大きな押圧力で固定子に押圧されるので、回転子と駆動シャフトとからなるユニットに十分な軸方向での可動性を可能にすることが必要である。このために、関連する軸受には、わずかであっても半径方向の遊びを設ける必要がある。この理由は、これを設けない場合には、回転子ないし駆動シャフトに必要な軸方向の可動性が妨げられる可能性があるからである（例えば、特許文献１の図２）。

これにより、所望の回転子の正確なガイドと位置決めとが損なわれる結果となる。さらに、複数の軸受は、相応の構造サイズを必要とする。駆動シャフトが軸方向に可動であると、バルブが手動ではなく駆動可能に切り替え可能であるべき場合には、駆動ユニットの出力部の接続が困難になる。この際には、駆動ユニットにより発生させられた軸方向の力が、バルブの駆動シャフトに伝達され、これにより、回転子と固定子との間の接触面中の圧力状態が変わってしまう危険性が存在する。

さらに、最近では、ＨＰＬＣ中で、切り替えられるべき媒体用に本件で用いられているような高圧が採用されている場合には、固定子と回転子の材料として、双方の協働する表面が硬質の材料からなるような材料が用いられるという問題がある。この場合、回転子が固定子に対して十分な角度範囲でぐらつき可能に軸支されていることが必要で、これにより製造許容誤差および組み立て許容誤差が補償され、かつ、各角度位置において、接触面中で可能な限り均等な圧力分布が生成される。このために、回転子を、柔軟性を有するクッションを用いてぐらつき可能に軸支することが公知である（例えば、特許文献３、本文献は公開されていない。特許文献４は類似）。この機能性は、本発明のバルブにおいても実現可能であるべきである。

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 ドイツ特許出願１０ ２０１１ ０００ １０４号 国際公開２０１１／００８６５７ Ａ２号パンフレット

したがって、本発明の課題は、冒頭で挙げた従来技術から出発して、回転子の正確なガイドと位置決めとを確実に行い、同時に小型の構造サイズを有する液体クロマトグラフィー用の切り替えバルブ、とりわけ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。

本発明のさらなる構成は、従属請求項より明らかになる。

本発明は、切り替えバルブの筐体中に設けられている軸受および押圧装置が、軸受と、収容部分と、バネユニットと、任意選択的に連結ユニットとを有するという認識から出発している。バネユニットの構成は、このバネユニットが、軸方向で位置固定である収容部分で支持されていて、かつ、回転子を、直接的にまたは連結ユニットを介して、必要な押圧力でもって軸方向に付勢し、これにより、回転子と固定子との間の境界面ないし接触面における密閉を確実に行うようになされている。収容部分は、回転子または連結ユニットと回転固定で連結されていて、かつ固定子の逆側に駆動領域を有し、この駆動領域は、駆動ユニット（これは、とりわけ電動モータ駆動ユニットとして形成されうる）の出力部と、または手動操作可能な操作部材と連結可能である。軸受は、半径方向での遊びなしに、収容部分と連結可能である。同様の点が、軸方向での収容部分に対して変位可能である回転子または連結ユニットの収容に関しても該当するが、この理由は、この場合には、軸方向の変位可能性しか要求されていないからである。

これに伴って、本発明によれば、駆動領域の回転子からの連結解除は、回転子ないし連結ユニットの軸方向の可動性に関して達成される。収容部分の駆動領域は、軸方向で位置固定であるが、この理由は、この収容部分が、軸方向で静止している軸受において支持されるからである。これに伴って、駆動部の接続が容易になる。同時に、（直接的な、または、連結ユニットを介した）回転子の正確なガイドが実現される。

回転子または連結ユニットは、別個のラジアル軸受（これは、半径方向の軸支以外に、回転子ないしこれと連結された部材を軸方向でも十分に変位可能にせねばならないラジアル軸受である）を用いて軸支されるのではない。収容部分を軸支するために、唯一のラジアル軸受またはラジアル軸受ユニットが必要とされるだけで、これは、軸方向で十分剛性を有し、すなわち、少なくとも回転子と固定子が接触面において互いに押し合う押圧力を、軸方向で受容することができる。切り替えバルブ（ここで意図しているのは切り替えバルブそのものであって、駆動可能な、とりわけ電動モータである駆動ユニットは含まない）は、したがって、唯一の軸受により実現可能であり、これにより、非常に小型化した構成が実現可能となる。

本発明のある構成によれば、バネユニットはリング形状で、好ましくは、１つのリング形状のバネ部材または複数のリング形状のバネ部材の積み重ねとして形成されていることができ、回転子または連結ユニットが固定子に対して相対的に芯出しされるように、回転子または連結ユニットを半径方向で付勢する。とりわけ、リング形状の皿バネ、または、この種の皿バネを積み重ねることにより、バネユニットが軸方向に圧縮される場合に、半径方向の中心に向かう力ないし中心化効果を十分に高くすることもでき、その結果、回転子と連結ユニットとを、確実に、その芯出し位置に保持することができる。このために、少なくとも１つのリング形状のバネ部材ないし少なくとも１つの皿バネのリング開口の形状を以下のように選択する、すなわち、軸方向でリング開口中に係合する回転子または連結ユニットの領域と協働することにより、回転子軸がバルブ軸に対して一直線になる中心化が行われるように選択する。

したがって、バネユニットの適切な構成により、半径方向で、回転子または連結ユニットが、剛性をもってかつ正確に半径方向で芯出しされることができる。本実施形態では、仮に、固定子または連結ユニットが、半径方向で遊びを持って予め芯出しされるために、対応して形成された収容部分中に収容されていたとしても、正確な芯出しはバネユニットを介してのみ行われるように、回転子ないし連結ユニット、および、収容部分が形成される。このために必要となるバネユニットの芯出し自体も、バネユニットまたは少なくとも部分領域が、その外周部分で、半径方向で収容部分に対して支持されることによって行われうる。これに加えて、この収容部分は、周回する軸方向で伸張する縁部、または、個々に軸方向で伸張する複数の突起部を有することもでき、この縁部または突起部で、バネユニットがその外周において支持される。

これにより、許容誤差を小さくする必要がないので、非常に容易にかつコスト効率良く製造可能であるという利点が得られる。バネユニットは、この場合、回転子と固定子との間の軸方向の押圧力を発生させるため、および、回転子ないし連結ユニットを固定子に対して相対的に芯出しするために役立つ。

本発明のある構成によれば、収容部分とバネユニットとの連結、および／または、バネユニットと回転子または連結ユニットとの連結は、摩擦締結のみによって行われうる。バネユニットは、収容部分で支持されている領域中で、この領域が収容部分の上にのみ載置され、したがって摩擦締結が発生するように形成されうる。さらに、収容部分を付勢している領域を有するこのバネユニットは、半径方向で、収容部分で支持され、この結果バネユニットの正確な位置決めないし芯出しが確実に行われる。同様の点が、バネユニットと、回転子ないし連結ユニットとの間の連結ないし機械的連結についても該当する。これについても、回転子ないし連結ユニットを付勢するバネユニットの領域は、これらの部品間ないし領域間で、摩擦締結のみが存在するように形成されうる。この場合、摩擦締結を、バルブ軸に対してまたは回転子ないし連結ユニットの回転軸に対して傾いてまたは平行に延在する、かつ互いに協働する面において発生させることもできる。これらの面は、その後、同時に、回転子ないし連結ユニットの芯出しに役立ちうる。

当然、収容部分とバネユニットとの連結、および／または、バネユニットと回転子または連結ユニットとの連結は、本発明の別の実施形態によれば、形状締結のみによって、または、追加的に形状締結によって行われることもでき、これにより、収容部分とバネユニットとの回転固定連結も、バネユニットと回転子または連結ユニットとの回転固定連結も達成される。

バネユニットは、例えば、円形リング形状で形成されていることができ、円形形状のリング開口は、回転子または連結ユニットの円筒形状または円錐形状に形成された領域と協働する。当然、半径方向の突起部を、外周面および／または内周面に設けることもでき、これにより、摩擦締結に加えて、形状締結を行う。

本発明によれば、収容部分は、中空円筒状または鉢形状で形成されていることができ、かつ、軸受で支持されるために、好ましくは周回する半径方向のフランジを有することができ、バネユニットは、収容部分の端面側で支持されている。これに伴って、連結ユニットまたは軸方向に伸張する固定子の領域は、収容部分の収容領域中で係合され、これによっても、とりわけ軸方向で小型化した構成が実現可能となる。

収容部分は、その端面側において、例えば軸方向の周回する突起を有することができ、この突起は、バネユニットを半径方向に位置決めまたは固定するために、収容部分の端面で支持されているバネユニットの領域と協働する。

ある好適な実施形態によれば、この収容部分は、固定子とは逆側に駆動領域を有し、この駆動領域は駆動装置の出力部と連結可能である。上述のように、この駆動領域は（収容部分全体も）、回転子および必要な場合連結ユニットの軸方向の移動、ならびに、回転子および必要な場合連結ユニットの必要な場合に可能となるぐらつき動作からも連結解除されている。これにより、電気駆動部の容易な接続可能性が得られる。

本発明によれば、連結ユニットは、バネユニットと協働する連結部材を有することができ、回転子は、回転固定で、しかし軸方向では可動で、かつバルブ軸に対して垂直である平面に対しては十分な角度範囲でぐらつき可能に、連結部材と連結している。連結部材と固定子との間で、押圧力を伝達するために、均等化部材が設けられていて、この均等化部材は、一方では、軸方向で押圧力を伝達するために十分な担持能力を有し、他方では、曲げ応力に対して、負荷を受けていない形態から十分な柔軟性を有し、これによりぐらつき性が確保される。これにより、回転子ないし回転子端面のぐらつき性を得ることができ、これにより、製造許容誤差および組み立て許容誤差を補償し、かつ、回転子の各角度位置において、回転子端面を、境界面を介して均等に分散された圧力状態で、固定子端面に押圧することが確実に行われうる。

均等化部材はロッド形状部材でありえ、このロッド形状部材は、端部領域において、好ましくは鉢形状で形成された連結部材で支持され、他方の回転子側の端部領域で、回転子を付勢する。

ある構成によれば、均等化部材は、回転子側で、実質的に剛性および屈曲耐性を有する頭部領域を有することができ、回転子を付勢するこの頭部領域の付勢面の大きさは、複数の溝が設けられている回転子の領域の大きさと少なくとも同じように選択されている。

切り替えバルブは、駆動装置を有することができ、切り替えバルブの駆動可能な機能を実現するために、この駆動装置の出力が、収容部分の駆動領域と連結されている。

本発明のある構成によれば、駆動装置は、遊星歯車機構を有し、この遊星歯車機構の少なくとも１つの遊星歯車は中央ボルトを有し、この中央ボルトは、収容部分の駆動領域中の凹部中に係合し、かつ、遊星歯車中および／または収容部分の駆動領域中にある凹部中で回転可能に軸支されている。この特別な構成も、非常に小型化した構成を実現するのに寄与する。

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。

本発明の第１実施形態の切り替えバルブを開いた透視図である。 本発明の第２実施形態の切り替えバルブそのもの（駆動装置はなし）を開いた透視図である。 本発明のさらなる実施形態の切り替えバルブを開いた透視図である。

図１に提示された切り替えバルブ１は筐体３からなり、この筐体３は第１筐体部分５と第２筐体部分７とを有する。鉢状形状に形成された第２筐体部分７中には、例えば電動モータ形態の、駆動ユニット４５を収容することができる。第１筐体部分５中の上方領域には、切り替えバルブそのものが収容されていて、下方領域には駆動ユニット４５と結合されているギアユニット３７が収容されている。第１筐体部分５は、第１蓋部分１７および第２蓋部分３３により閉じられている。

切り替えバルブそのものは、固定子２９と、回転子２３と、軸受および押圧装置８とからなる。軸受および押圧装置８は、筐体３中で回転子２３を回転可能に軸支するため、および、回転子２３を固定子２９の方向に付勢する押圧力を発生させるために設けられている。この固定子２９は、切り替えられるべき媒体を供給ないし排出するために、固定子端面に公知のように形成された端子ポート３１のポート開口断面を有する。固定子端面は、中に溝が形成されている回転子２３の回転子端面と協働する。固定子２９に対する回転子２３の相対的な角度位置に応じて、固定子端面中に設けられた溝がそれぞれ所定のポート開口断面と連結し、その結果それぞれ関連する端子ポート３１が流体接続されている。

軸受および押圧装置８は、図１に提示した実施形態においては、軸受１１と、収容部分１３と、バネユニット２７と、連結ユニット１６とからなる。

第１筐体部分５はその内側空間中に肩部９を有し、この肩部９上にリング形状の軸受１１が軸方向で支持されている。この軸受１１は、軸方向で十分担持可能なラジアル軸受として形成されていて、例えば、接触玉軸受として形成されている。軸受１１上では、実質的に中空円筒状のないし鉢形状の収容部分１３が、そのフランジ（このフランジは、半径方向で筐体内部中を筐体３ないし筐体部分５のほぼ内壁にまで伸張している）で支えられ、その結果収容部分１３が軸方向で固定され、回転可動に軸支されている。このフランジないし軸受１１は、この場合に当然、妨げられない回転運動を可能にするように、相対的に互いに可動である部分が接触しないように形成されていなければならない。この提示された例では、したがって、軸受１１の外側リングと収容部分１３のフランジとの間に、軸方向に小さなリング形状間隙が設けられている。

連結部材１５と均等化部材２１とからなる連結ユニット１６は、実質的に中空円筒状ないし鉢形状に形成されていて、その下方領域で収容部分１３中に係合している。この連結部材１５の外側輪郭は、実質的に収容部分１３の内側空間の輪郭に一致する。したがって、連結部材１５は、収容部分１３により、軸方向に変位可能にガイドされる。

図１中で提示された切り替えバルブ１の実施形態では、収容部分１３の内側空間の内径は、連結部材１５の外径に実質的に一致するように選択されていて、その結果、連結部材１５が半径方向で収容部分１３に対して相対的に、したがってバルブ軸Ａに対して相対的に十分正確に芯出しされる。なぜならば、固定子２９がその長軸で（この軸は、固定子端面に対して垂直で、かつポートの開口断面に対して同軸に延伸する）、および回転子２３がその回転軸で可能な限り正確に調整されねばならず、その結果固定子軸と回転子軸とが一直線になる（バルブ軸を形成する）。同時に、連結部材１５の外径と収容部分１３の内径とを互いに適切に選択することにより、バルブ軸において連結部材１５が軸方向で正確に変位可能になる。しかし、これには、製造許容誤差が相応にわずかであることが必要条件となる。

図１で提示した切り替えバルブ１の実施形態においては、連結部材１５は、摩擦締結によってのみ、収容部分１３と回転固定で連結されていて、連結部材１５は、軸受１１を用いて収容部分１３と回転可動に軸支されている。摩擦締結に必要な押圧力は、回転子２３と固定子２９との間の境界面中で作用する押圧力ないし密閉力に一致し、この力はバネユニット２７により発生させられる力である。このバネユニット２７は、提示した実施形態中では、単一のリング形状のバネ部材として実現されている。当然単一のリング形状のバネ部材の代わりに、リング形状のバネ部材を積み重ねて用いることも可能である。

摩擦締結を実現するために、連結部材１５はその上方領域中でフランジを有する。このフランジは、連結部材１５の外周にわたって半径方向で外側に延在し、このフランジの下面がリング形状のバネ部材２７の形態を有するリング形状のバネユニット２７上に載置されている。このバネ部材２７は、連結部材１５の外壁と第１筐体部分５の内壁との間のリング形状領域中に配置されていて、収容部分１３のリング形状の端面で、ないし半径方向で外側方向に延在する収容部分１３のフランジの端面で支持されている。

連結部材１５と収容部分１３との間の回転固定連結は、この２つの部品間での形状締結によって行われることも可能で、とりわけ、収容部分１３の内壁部中で突起部または溝を形成することによって、かつ、連結部材１５の外周部において、この突起部または溝に対応して補完的な、したがって協働する溝または突起部を形成することによっても行うことができる。なかんずく、形状締結は、連結部材の軸方向移動が行われるように実現されねばならない。

連結部材１５と収容部分１３との間の回転固定連結は、収容部分１３とバネユニット２７との間の形状締結、および、バネユニット２７と連結部材１５との間の形状締結によって、間接的に行うことも可能である。

実質的に中空円筒状の第１筐体部分５中で、軸受および押圧装置８を軸方向に固定することは、第１筐体部分５の上方開口部中にねじ込まれた第１蓋部分１７を用いて行われる。第１蓋部分１７は、実質的にリング形状で形成されていて、その肩部１９で連結部材１５の上方端面（これも実質的に中空円筒状ないし鉢形状で形成されている）と重なる。連結部材１５の内側空間の径は、その下部領域中でより小さくなっている。連結部材１５の内部空間中では、ぐらつきロッド形態の均等化部材２１が設けられている。この均等化部材２１は、実質的に剛性および耐屈曲性を有する頭部領域と、この提示した実施形態では同様に実質的に剛性および耐屈曲性を有するように形成された足元領域と、この足元領域と頭部領域との間に設けられた屈曲領域とを有する。この均等化部材２１は、その下端ないし足元領域で、連結部材１５の内側空間中で支持されていて、その頭部領域の上方端面で、連結部材１５の上方のリング形状の端面からわずかに突出している。図１からわかるように、均等化部材２１ないしぐらつきロッドは、連結部材１５中に同軸で収容されていて、この連結部材１５自体は収容部分１３中に同軸で収容されている。均等化部材２１は、その足元領域で連結部材１５中に押し込まれることもできる。これにより、押し込まれた状態で、均等化部材２１の固定子２９側の端面を正確に加工することが可能である。とりわけ、連結部材１５のリング形状の端面に対する均等化部材２１の端面の突出も、押し込まれた状態で後の時点で加工することにより正確に設定することが可能である。

リング形状の第１蓋部分１７の中央の開口中に、回転子２３が収容されていて、円筒状の回転子２３の外径は、リング形状の第１蓋部分１７の内径と実質的に一致している。しかし、収容用の開口は、回転子２３をガイドするために役立つのではなく、筐体３ないし筐体部分５を、埃、湿度およびこれ以外の環境の影響に対して密閉するために役立つ。これに関して、凹部の内壁中に形成された溝中に、密閉リングを設けることができ、この密閉リングが回転子２３の外周壁を付勢し、これにより所望の密閉作用が達成される。回転子２３は、ピンないし連結ボルト２５用の孔の代わりに、適切な止まり穴も有することができる。これにより、軸受および押圧装置８が回転子端面に対して密閉されていて、例えば軸受および押圧装置８の内側から外側へ潤滑剤が漏れることがないという利点が生じる。

回転子２３は３つの軸回りの孔を有し、これらの孔はそれぞれ１つの連結ボルト２５を収容するために機能する。連結ボルト２５は、上方領域では、回転子２３中の関連する孔中に係合し、下方領域では、連結部材１５の端面中の対応する孔中に係合する。このようにして、回転子２３は連結部材１５と回転固定で結合される。同時に、回転子２３、およびこれに伴って回転子端面が、小さいけれども十分な角度範囲でぐらつき可能に保持されているように、回転子２３中の孔が形成されている。

第１蓋部分１７は、その上方領域中で固定子２９用の収容領域を有し、この収容領域も実質的に円筒状に形成されていて、半径方向で内側に傾いて延在する導管を複数個有する。この導管中に、第２蓋部分３３中にねじ込み可能な端子ポート３１の前端がそれぞれ到達する。複数の端子ポート３１のうち、図１中では１つの端子ポート３１しか提示されていないが、この理由は、これ以外の２つの端子ポートは、図面の取り除かれた部分中にあるからである。同様に、図１中には、複数の連結ボルト２５のうちの１つしか見えない。第２蓋部分３３がネジ３５で第１蓋部分に連結されると、第２蓋部分３３は固定子２９に重なり、この固定子２９をその固定子端面で回転子端面に対して押圧する。この場合、軸受および押圧装置８と第１筐体部分５と、および、第１蓋部分１７と第２蓋部分３３とは、十分な押圧力が発生させられるように互いに対して調整されている。当然、切り替えバルブ１を組み立てるために、第１蓋部分１７と第２蓋部分３３とをまず連結し、その後、蓋部分全体を、その中に保持される固定子２９と共に、筐体３ないし第１筐体部分５中にねじ込むこともできる。

バルブ頭部を組み立てるために、まず第１に軸受１１を、第１筐体部分５の内側空間中に入れる。続いて、収容部分１３と、バネユニット２７と、連結部材１５とを、その中に押し込まれた均等化部材２１と共に、第１筐体部分５中にはめ込む。続いて第１蓋部分１７をネジ止めし、その結果、上述の部品を第１筐体部分５の内側空間中に固定する。続いて回転子２３をはめ込むことができる。第１蓋部分１７は、その内側領域の軸方向厚みに関して以下のように形成されている。すなわち回転子２３を連結ボルト２５上に載せた後には、詳細には提示しない溝が設けられている回転子２３の上方端面が、第１蓋部分１７の端面側の表面からわずかに突出していて、この回転子２３の上方端面が固定子２９を支持するように形成されている。続いて固定子２９を回転子２３上に載せ、その結果端子ポート３１と連結された導管の開口断面が設けられている固定子２９の下方端面が、回転子２３の上方端面上に当接する。この場合に、固定子端面の中央領域（この中に、端子ポート３１の開口断面があり、かつ、この中央領域と、通常は全体として平坦である回転子端面とは密閉されねばならない）は、通常、固定子端面の周辺領域からわずかに隆起するように形成されているという点を考慮すべきである。したがって、回転子２３と固定子２９との密閉面は、固定子端面の隆起した領域の大きさによって決定される。

続いて第２蓋部分３３が載せられるが、この第２蓋部分３３は、固定子２９の上面を付勢するように形成されている。第２蓋部分３３は、ネジ３５により第１蓋部分１７と連結され、これにより固定子２９が軸方向の力で付勢され、軸方向に作用する密閉力が十分発生し、ＨＰＬＣでは一般的であるような高圧力においてさえ、回転子２３中に設けられた溝が、固定子端面ないし固定子端面の中央の隆起した領域に対して密閉を行う。この場合に、押圧力は、リング形状のバネ部材の形態を有するバネユニット２７により、または、第２蓋部分３３のネジ止めにより発生させられる。

上述のように、この実施形態における均等化部材２１は、十分剛性を有する頭部領域と、十分剛性を有する足元領域とを有し、これらの領域は、連結部材１５から回転子２３へ伝達される押圧力下で変形されない、またはほぼ（弾性的には）変形されない。一方、この２つの領域の間にある円筒状の屈曲領域は弾性屈曲変形が可能であり、これにより、この均等化部材２１の上方端面が、回転子２３の均等化部材２１の方向を向いた面を付勢し、かつ回転子２３がぐらつき動作をする場合にはこれと共にぐらつくことができ、この際に均等化部材２１の上方端面と回転子２３との間の接触面中の押圧が、実質的に均等に分散されている。さらに均等化部材２１は回転子２３を同軸で付勢し、回転子２３が、その軸の周りで回転する時に、ぐらつき動作をする際においても、回転子２３と固定子２９との間のこれも同軸の押圧面中で、実質的に均等な押圧分布が発生するが、この理由は、固定子端面および／または回転子端面が、回転子２３の回転軸に正確に垂直には延在していないからである。

この場合、当然、均等化部材２１の屈曲領域も、所望の押圧力が回転子２３上に伝達されうる程度には耐圧性を有さねばならない。したがって、この領域は、軸方向で少なくともバネユニット２７と同様の剛性を有するように形成されていなければならない。単に十分な屈曲弾性が望まれるというだけである。

ここで、均等化部材２１の足元領域は、必ずしも耐屈曲性を有するように形成されるには及ばないという点を指摘すべきであろう。この領域は、屈曲領域の延長として形成することもでき、その結果、屈曲領域と足元領域とは、等しいかまたは非常に類似の特性を有する領域にまとめられている。しかし、足元領域が剛性を有する方が、押圧力を伝達する部材に対して（この場合には連結部材１５に対して）同軸での支持をしやすい。さらに、足元領域が剛性および耐屈曲性を有する方が、連結部材１５中への均等化部材２１の押し込みが容易になる。

別の不図示の実施形態では、頭部領域を特別に形成せず、屈曲領域と頭部領域とが、同じ断面を有しうる。

図２中に提示された本発明のバルブ１’の実施形態では、実質的に第１筐体部分５中に収容されている上方部分のみすなわちバルブそのもののみが提示されている。

この実施形態は、ほぼ図１の実施形態に等しく、実質的には２つの重要な点でのみ異なっている。

一方で、均等化部材２１’が異なって形成されている。他方で、連結ユニット１６’の芯合わせが、収容部分１３中での連結部材１５’の軸方向に変位可能でかつ半径方向の固定的な軸支によって行われなくなる。

均等化部材２１’は、相対的に小さい径を有する円筒状の屈曲領域ではなく、長軸の周りで互いに９０度ずれている薄い箇所６３の形態を有する屈曲領域を２つ有する。図２で提示された実施形態では、この薄い箇所は一定の厚みを有し、かつ均等化部材２１’の長軸に対して平行かつ対称的に延在している。しかし、この薄い箇所６３を所望の適切な様式で形成することも可能であり、すなわち、この薄い箇所の表面に対して垂直方向で、ないし（対称面を対称に形成している実施形態では）この薄い箇所の縦伸び面に対して垂直方向で、それぞれ十分な屈曲弾性が確保されるような様式で形成することも可能である。互いに垂直に延在する適切な振動軸を有する事実上の固体式継ぎ手として形成されるように、この薄い箇所６３の軸方向長さを短くすることも可能である。

したがって、このように作られた均等化部材２１’は、回転子２３のぐらつき動作も可能にし、同時に、必要な軸方向の押圧力を回転子２３に伝達する。

連結ユニット１６’の芯出しをするために、連結部材１５’の外径は、収容部分１３の内側空間の内径よりもわずかにより小さくなるように選択されていて、この結果、連結部材１５’の予めの芯出しがなされ、したがって、連結ユニット１６’および回転子２３とも、収容部分１３に対して相対的に半径方向で予めの芯出しがなされる。

これも皿バネとして形成されたリング形状のバネユニット２７は、その外周部で、半径方向に伸張している収容部分１３’のフランジの軸方向に周回する縁部６５で支持されている。バネユニット２７のリング形状の空間の内側面で、バネユニット２７は、連結部材１５’の外周部を付勢し、連結部材１５’の関連する領域での径は、負荷がかかっていない状態でもすでに、バネユニット２７の内径と実質的に等しい。切り替えバルブ１’を組み立てる際には、バネユニット２７は、軸方向に互いに押圧し合い、その結果その内径が小さくなり、バネユニット２７は連結部材１５’を半径方向で内向きの力で付勢し、このようにして連結ユニット１６’の芯出しが行われる。

切り替えバルブ１’のこれ以外の機能性は、図１に提示した切り替えバルブ１の機能性と同じで、これについての説明は、上述の説明を参考にされたい。

これ以降の説明は、図１および図２の切り替えバルブ１，１’の双方の変形例について有効であり、この説明は図１のみを参照して行うが、図２の実施形態へも同様に転用されうる。

図１に提示した実施形態では、第１筐体部分５の下方領域に遊星歯車機構が設けられていて、この遊星歯車機構は、提示した実施形態では、２つの伝達段を有する。遊星歯車機構の形態のギアユニットは、したがって２つの太陽歯車３９，４１を有し、これらはそれぞれ中空軸を有する。太陽歯車３９の中空軸中には、駆動ユニット４５の中空円筒状の出力シャフト４３がはめ込まれている。この太陽歯車３９は、出力シャフト４３と回転固定で連結されている。駆動ユニット４５とギアユニット３７とは、共に切り替えバルブ１の回転子２３を回転運動させる駆動装置を形成する。

遊星歯車機構の第２段の３つの遊星歯車４７のうちで、図１中では１つの遊星歯車４７しか見えない。各遊星歯車４７は同軸ピン４９を有し、この同軸ピン４９は、収容部分１３の壁部の下方正面側で、対応する収容孔中に係合している。このようにして、各遊星歯車４７ないしこれにより遊星歯車機構の全出力部は、収容部分１３と連結されていて、この結果収容部分１３は回転駆動されうる。

駆動ユニット４５の中空円筒状の出力シャフト４３と、太陽歯車４１とを通って、ロッド形状部材５３の形態を有する伝達部材５１がガイドされている。このロッド形状部材５３は、その上方端で、連結部材１５の下方収容開口中に係合し、例えば接着または溶接などにより、連結部材１５と回転固定で連結されている。

図１から明らかなように、ロッド形状部材５３は、ギアユニット３７と駆動ユニット４５とから形成された駆動装置を貫通係合し、その下端で、第２筐体部分７の底面中にある収容部中に支持されている。

この場合、ロッド形状部材５３は、回転子２３の各回転運動を共に行う。この回転運動には摩擦力がかけられているが、これ以外は負荷なく行われる。これによりロッド形状部材内部では、事実上ねじれ力は発生せず、その結果ロッド形状部材５３の下端の回転位置は、回転子２３の回転位置の正確なコピーとなる。

ここで、この正確なコピーには、回転子２３が連結ボルト２５を介して連結部材１５と連結する際に生じる遊びが存在するという点に言及するべきであろう。この理由は、回転子２３中の収容孔は、回転子２３のわずかなぐらつき動作を可能にするように、連結ボルト２５の外径よりもわずかにより大きくなければならないからである。これは、製造許容誤差および／または組み立て許容誤差（この結果、回転子２３の端面と固定子２９の端面とが正確に位置合わせされない）を補償するために必要である。このぐらつき動作は、回転子２３がその下方端面で均等化部材ないしぐらつきロッド２１の端面上に載置されることにより可能になる。このぐらつきロッド２１が、均等化部材２１を介して連結部材１５から回転子２３上に伝達されなければならない軸方向の大きな力によって、必要なわずかな範囲内で変形可能であるように、このぐらつきロッド２１のサイズが決定されている。

これに対して、上述のように、ロッド形状部材５３の回転運動は、ほぼ負荷がかからないように行われる。

下方領域では、すなわち駆動ユニット４５の後方領域では、回転子２３の回転位置を検出する装置５５が設けられている。この装置５５はマーカー部材５７を有し、このマーカー部材５７は、その下方領域中でロッド形状部材５３と連結されている。このマーカー部材５７はこのために中央孔を有し、この中央孔を通ってロッド形状部材５３が伸張している。固定は、例えば接着またはつまみネジを用いて行われうる。さらに、回転子２３の回転位置を検出する装置５５はセンサー部材５９を有し、このセンサー部材５９は円筒状のマーカー部材５７の外周面に実質的に対向するように配置されている。マーカー部材は、その外周面に沿って、例えば磁気マークもしくは光学マークまたはマーキングを有し、この外周面の動きないし位置がセンサー部材５９によって検出される。センサー部材５９の信号は、詳細には提示されていない評価および制御ユニットに供給されうる。回転子２３が所定の回転位置に制御されるように、この評価および制御ユニットは、回転子２３の回転位置を検出する装置５５の信号に応じて、駆動ユニット４５を駆動しうる。

マーカー部材５７およびセンサー部材５９は、例えば、磁気的または光学的な位置検出が行われるように形成されうる。センサー部材５９としては、例えば適切な磁気マーカー部材５７の磁気マークを検出するホールセンサーが適している。光学検出器ないし光学センサー部材５９としては、例えばフォトダイオードが用いられうるが、このフォトダイオードは、関連する光学マーカー部材５７の光学マークから反射された光を検出する。これに関して、マーカー部材５７の光学マークが、例えばＬＥＤから放射されてもよい。

原理的には、回転子２３の回転位置を検出する装置５５は、ロッド形状部材５３の形態の伝達部材５１の外周位置ないし外周移動を検出し、適切な信号を生成することができる装置であればいずれの装置でも適している。

マーカー部材５７上に適切なマークを設けることにより、所定の初期値に対する絶対的な回転位置も、相対的な回転位置も決定することが可能である。

ある不図示の実施形態では、回転子２３の回転位置を検出する装置５５は、伝達部材５１ないしロッド形状部材５３がポテンショメータを作動させ、好ましくは、ポテンショメータの滑り接触を作用させるようにも形成されうる。この実施形態では位置検出は非接触では行われないが、しかし、この検出は極めて容易にコスト効率良く実現可能である。

図３に提示された切り替えバルブ１の実施形態では、図１の実施形態とは、実質的に以下の点のみが異なっている。すなわち、回転子２３の回転位置を検出する装置５５が、ロッド形状部材５３の下端に半径方向に配置されているのではなく、軸方向に配置されている。この装置５５はこのためにマーカー部材５７’を有し、このマーカー部材５７’も同軸孔を有し、この同軸孔中にロッド形状部材５３の下端が係合する。マーカー面そのものないしマーカーは、このマーカー部材５７’では、図１の実施形態の場合のように、半径方向で外側を向いた外周面には設けられておらず、下側を向いた端面５７’ａに設けられている。

図３に示されているように、マーカー部材５７’は２つの部品から形成可能であり、収容部分５７_１を有し、この収容部分５７_１は、正面側で鉢状形状の凹部を有し、この凹部中に、マーカー部材そのもの、例えば半径方向で磁化された永久磁石５７’_２が配置され、保持されている。

ロッド形状部材５３の保持およびガイドは、図３に提示された実施形態では、連結部材１５での固定と、出力シャフト４３ないし太陽歯車３９および４１を貫通係合することのみにより行われる。当然、ロッド形状部材５３の軸支およびガイドは、追加的にまたは筐体部分７中のみで行われうる。

マーカー部材５７’の端面５７’ａに対しては、ホールセンサーチップの形態を有するセンサー部材５９’が配置されていて、これは、半径方向で磁化された永久磁石５７_２の（半径方向に延在する）磁気マーカーを検出することができる。センサー部材５９’は、導体板６１上に設けられていて、この上に、評価を行いかつ回転子２３の絶対的または相対的位置を表す信号を生成する電子システムも設けられている。

この装置５５ないし評価電子システムが、切り替えバルブ１の軸方向の後方端部領域にあるので、図１〜３の全ての実施形態中で、切り替えバルブを、その前方頭部領域（例えば、第１筐体部分５全体を含む）と共にカラムオーブンの壁中に挿入することができる。装置５５が上述の位置に置かれるので、センサー装置ないし適切な評価電子システムが許容されないような高温にさらされない。

この場合、当然、図１の実施形態においても、第２筐体部分７の下方底部領域中に、適切なアナログまたはデジタル信号（この信号は、デジタルまたはアナログ信号の形態で回転子２３の位置を表す）を生成する評価電子システムないし検出電子システムが設けられうる点を指摘すべきであろう。

さらに、この構造形態は、回転子２３の回転位置を検出する装置５５が軸方向で後方領域中に設けられていて、全体として非常に小型の構造形態を達成可能であるという利点を有する。とりわけ、この構造形態は、半径方向の広がりに関して、適切な装置５５を設けることにより拡大されない。これにより、この種の切り替えバルブ１を複数個、軸に対して非常にわずかな間隔で位置決めすることが可能になり、例えば、カラムオーブンの壁部中にはめ込むことが可能になる。

１：切り替えバルブ ３：筐体
５：第１筐体部分 ７：第２筐体部分
８：軸受および押圧装置 ９：肩部
１１：軸受 １３、１３’：収容部分
１５、１５’：連結部材 １６、１６’：連結ユニット
１７：第１蓋部分 １９：肩部
２１：均等化部材／ぐらつきロッド ２１’：均等化部材
２３：回転子 ２５：連結ボルト
２７：バネ部材（バネユニット） ２９：固定子
３１：端子ポート ３３：第２蓋部分
３５：ネジ ３７：ギアユニット
３９、４１：太陽歯車 ４３：出力シャフト
４５：駆動ユニット ４７：遊星歯車
４９：同軸ピン ５１：伝達部材
５３：ロッド形状部材 ５５：回転子の回転位置を検出する装置
５７、５７’：マーカー部材 ５９、５９’：センサー部材
５７_１’：収容部分 ５７_２’：永久磁石
５７’ａ：端面 ６１：導体板
６３：薄い箇所 ６５：縁部
Ａ：バルブ軸

Claims (13)

1. （ａ）筐体（３）中に配置され、複数の端子ポート（３１）を有する固定子（２９）と、
   （ｂ）前記筐体（３）中に配置された回転可能な回転子（２３）であって、所定の端子ポート（３１）と流体接続または隔離するために、割り当てられた角度位置によって定義づけられた所定の切り替え位置中で、前記固定子（２９）と協働する回転子（２３）とを有し、
   （ｃ）前記回転子（２３）は、前記筐体（３）中に配置された軸受および押圧装置（８）によって、回転可能に軸支されていて、かつ所定の押圧力で前記固定子（２９）の方向に付勢されている液体クロマトグラフィー用の切り替えバルブにおいて、
   （ｄ）前記軸受および押圧装置（８）はバネユニットを有し、前記バネユニットは、前記軸受および押圧装置（８）の収容部分（１３，１３’）で支持されていて、前記収容部分（１３，１３’）は、前記軸受および押圧装置（８）の軸受（１１）により軸方向では位置固定でかつ回転子軸の周りで回転可能に軸支されていて、前記バネユニットは、前記回転子（２３）を、直接的に、または、前記軸受および押圧装置（８）の連結ユニット（１６，１６'）を介して軸方向に付勢し、
   （ｅ）前記収容部分（１３，１３’）は、前記回転子（２３）または前記連結ユニット（１６，１６'）と回転固定で連結されていて、かつ、前記固定子（２９）の逆側に駆動領域を有し、前記駆動領域は、駆動装置（３７，４５）の出力部または操作部材と連結可能であり、
   （ｆ）前記収容部分（１３，１３’）は、前記軸受（１１）を構成する唯一のラジアル転がり軸受（１１）を用いて軸支されていて、前記ラジアル転がり軸受は、前記回転子（２３）を前記固定子（２９）に押圧するために必要な軸方向の押圧力を受容することができる程度の、軸方向での高い担持能力を有し、
   （ｇ）前記収容部分（１３，１３’）は、中空円筒状又は鉢形状で形成され、かつ、前記回転子（２３）に正面を向けて前記軸受（１１）により軸方向に支持された半径方向のフランジが、前記収容部分（１３，１３’）の端部に設けられている
   ことを特徴とする液体クロマトグラフィー用の切り替えバルブ。
2. 前記バネユニット（２７）はリング形状で、１つのリング形状のバネ部材または複数のリング形状のバネ部材の積み重ねとして形成されていて、
   回転子軸に対して同軸上に形成された前記回転子（２３）の領域、または、前記連結ユニット（１６，１６'）の軸に対して同軸上に形成された前記連結ユニット（１６，１６'）の領域は、軸方向でリング開口中に係合し、かつ、前記回転子（２３）または前記連結ユニット（１６，１６'）が前記固定子（２９）に対して相対的に芯出しされるように、半径方向で付勢される
   ことを特徴とする請求項１に記載の切り替えバルブ。
3. 前記収容部分（１３，１３’）と前記バネユニット（２７）との回転固定連結、および／または、前記バネユニット（２７）と、前記回転子（２３）または前記連結ユニット（１６，１６'）との連結は、摩擦締結のみによって行われることを特徴とする請求項１または２に記載の切り替えバルブ。
4. 前記収容部分（１３，１３’）と前記バネユニット（２７）との回転固定連結、および／または、前記バネユニット（２７）と前記回転子（２３）または前記連結ユニット（１６，１６'）との回転固定連結は、形状締結によって行われることを特徴とする請求項１または２に記載の切り替えバルブ。
5. 前記バネユニット（２７）は、円形リング形状で形成されていて、前記円形形状のリング開口は、前記回転子（２３）または前記連結ユニット（１６，１６'）の円筒形状または円錐形状に形成された部分と協働することを特徴とする請求項３または４に記載の切り替えバルブ。
6. 前記収容部分（１３，１３’）は、中空円筒状又は鉢形状で形成されていて、かつ、前記軸受（１１）で支持されるために、周回する半径方向のフランジを有し、前記バネユニット（２７）は、前記収容部分（１３，１３’）の前記フランジの端面で支持されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の切り替えバルブ。
7. 前記収容部分（１３，１３’）は、その端面側または前記フランジにおいて、軸方向の周回する突起を有し、前記突起は、前記バネユニットを半径方向に位置決めまたは固定するために、前記収容部分（１３，１３’）または前記フランジの端面で支持されている前記バネユニット（２７）の領域と協働することを特徴とする請求項６に記載の切り替えバルブ。
8. 前記収容部分（１３，１３’）は、前記固定子（２９）とは逆側に駆動領域を有し、前記駆動領域は、駆動装置（３７，４５）の出力部と連結可能であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の切り替えバルブ。
9. 前記連結ユニット（１６，１６'）は、前記バネユニット（２７）と協働する連結部材（１５，１５'）を有し、前記回転子（２３）は、回転固定で、しかし軸方向では可動で、かつバルブ軸（Ａ）に対して垂直である平面に対しては十分な角度範囲でぐらつき可能に、前記連結部材（１５，１５'）と連結していて、
   前記連結部材（１５，１５'）と前記固定子（２９）との間で、前記押圧力を伝達するために、均等化部材（２１，２１'）が設けられていて、前記均等化部材は、一方では、軸方向で前記押圧力を伝達するために十分な担持能力を有し、他方では、曲げ応力に対して、負荷を受けていない形態から十分な柔軟性を有し、これによりぐらつき性が確保されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の切り替えバルブ。
10. 前記均等化部材（２１，２１'）はロッド形状部材であり、前記ロッド形状部材は、端部領域において、鉢形状で形成された連結部材（１５，１５'）で支持され、他方の回転子側の端部領域で、前記回転子（２３）を付勢することを特徴とする請求項９に記載の切り替えバルブ。
11. 前記均等化部材（２１，２１'）は、回転子側で、実質的に剛性および屈曲耐性を有する頭部領域を有し、前記回転子を付勢する前記頭部領域の付勢面の大きさは、複数の溝が設けられている前記回転子（２３）の領域の大きさと少なくとも同じように選択されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の切り替えバルブ。
12. 出力が、前記収容部分（１３，１３’）の前記駆動領域と連結されている、駆動装置（３７，４５）が設けられていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の切り替えバルブ。
13. 前記駆動装置（３７，４５）は、遊星歯車機構を有し、
    前記遊星歯車機構の少なくとも１つの遊星歯車は中央ボルトを有し、前記中央ボルトは、前記収容部分の前記駆動領域中の凹部中に係合し、かつ、前記遊星歯車中および／または前記収容部分の前記駆動領域中にある前記凹部中で回転可能に軸支されていることを特徴とする請求項１２に記載の切り替えバルブ。