JPH0425683A - 流路切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、例えば液体クロマトグラフィー等に用いられ
る流路切換弁に関し、詳しくは流路切換時に流体の流れ
を止めることなく、また流路切換時の圧力変動を可及的
に小さくしてスムーズな流体の流れを確保した流路切換
を行なうことかできる流路切換弁に関する。

［従来の技術］ 液体クロマトグラフィー等に用いられる流路切換弁は、
一般に軸の回りにロータを回転させる回転式の構造にな
っていて、例えは流体の流路を切換える目的で、圧力上
昇を考慮しつつ比較的小容量で使用圧力の高い用途に広
く使用されている場合か多い。

例えば吸着等を利用して化学物質の混合物を分離あるい
は分析を行なう液体クロマトグラフィー装置には、例え
ば第７図、第８図に示したような流路切換用の回転式四
方あるいは６方切換弁か従来用いられている。

第７図はこの流路切換弁の横断面図を示し、図において
１０８は円筒状の弁本体であり、この弁本体１０８に円
柱状の固定部材（ステータ）１０５がネジ１１２で固定
されている。

１０６は、例えば四弗化エチレン製からなり、ステータ
１０５と同軸に配置された円柱状の回転部材（ロータ）
であり、弁本体１０８の内部に軸回りの回転か可能に収
納されている。

１０７はロータ１０６と一体回転できるようにビン１０
９で連結されたシャフトであり、弁本体の外部からロー
タ１０６を回転することができるようにその外端部にハ
ンドル１１３か固定されていて、このハンドル１１３を
回転操作することにより、ロータ１０Ｂを回転させるこ
とができるようになっている。

ステータ１０５　とロータ１０６の接触面は、液密的に
接触する摺動面を形成している。

１０１．１０２，１０３，１０４は第８図に示されてい
るようにステータ１０５の軸方向に貫通して設けられた
流体路（ボート）であり、その一端は弁本体外部の不図
示の流路に連結され、他端は上記接触面に開口している
。

他方、ロータ１０６の接触面には、上記ボートの開口が
対向する流路溝１０６ａ、１０６ｂが設けられている。

なお１１１はシャフト１０７を介しロータ１０６をステ
ータ１０５方向に付勢してロータ１０６とステータ１０
５の接触面での液体の漏洩を防止するためのスブリ、ン
グ、１１０はシャフト１０７の回転を円滑にするヘアリ
ングである。

上記流路溝１０６ａ、１０６ｂとボートの開口との関係
は、上記弁の概略構造を示す分解斜視図としての第８図
により説明される。すなわちボート１０１．１０２，１
０３．１０４はステータ１０５の同一円周上に等間隔に
設けられていて、これらのボートは上述の如くロータ１
０６との接触面１１９に開口（各開口はボートの符号に
ダッシュを付して示している）している。

また、ステータ１０５の接触面１１９と液密的に接触す
るロータ上面としての接触面１２０に、上記ボートと同
一径の円周上に、円弧状の上記流路溝１０８ａ、　、１
０６ｂか凹設されている。

このような構成の流路切換弁において、いま第８図（ａ
）に示しているようにボート１０１１０２を流路溝１０
６ａで連通し、またボート１０３１０４を流路溝１０６
ｂで連通した状態から、第８図（ａ）矢印方向にロータ
１０６を９０°回転させると、流路溝１０６ａ、　１０
６ｂは第８図（ｂ）に示した位置に移動し、このとき、
ボート１０１．１０４の開口　１０１′、　　１０４’
　は流路溝１０６８の両端に対向することになって一つ
の流体移送経路を形成する。また、上記ボート１０２．
１０３　と流路溝１０６ｂは開口　１０２’　、１０３
’　を介し接続されてもう一つの流体移送経路を形成す
る。

したがって、切換え前の流体経路はボート１０１−流路
溝１０６ａ−ボート１０２（以下、説明の便宜のため、
１０１−１０６ａ　−−１０２と略記する）、および１
０３→１０６ｂ→１０４であったものが、切換え後の流
路は１０１−１０６ａ−１０４、および１０２−１０６
ｂ→１０３となって経路か切換えられたことになる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記のような従来の流路切換弁では次のよう
な問題がある。

すなわち、ロータ上の流路溝１０６ａ、　１０６ｂは同
一円周上において両流路溝間のシールをなすシール面と
しての隙間領域１２１，１２２を隔てて設けられており
、流路切換時には例えば開口　１０２′が上記隙間領域
１２１上を摺動して隣の流路溝に移動するため、開口１
０２′か隙間領域１２１上にあるときにボート１０２が
閉じられて流路か閉基される。このため、このような流
路切換弁を、例えは液体クロマトグラフィー装置の下流
に配置して液体を流しなから上記切換えを行なうと、上
記した流路閉塞によって上流側の流路内の圧力か一時的
に急上昇する。

このような流路内の圧力急上昇を避ける必要のある場合
には、例えは、流路切換速度を速くして閉基状態にある
時間を短くし、圧力上昇を短時間にさせ、液圧上昇の悪
影響を極力防止することかその対策として考えられるか
、しかし、弁の構造や材質による制限、耐圧性やシール
性から決まる制限、あるいは流量等運転条件による制約
等のために、流路の切換速度には限度かあり、したかつ
て流路内の圧力上昇を完全に避けることはできない。そ
の結果このような系の使用機器等については、通常使用
条件より耐圧性の高いものを使用することか必要になる
場合か多かった。

なお、流路切換時間を短縮する方法とじては、流路溝１
０６ａと１０６ｂの隣接する端部を十分接近して設ける
（つまり隙間領域１２１，１２２を十分狭くする）こと
が考えられるが、このようにすると切換え時以外にも流
路溝１０６ａ、　１０６ｂ開で液体の漏洩か起こり易く
なるという問題を招く。

上記液圧上昇の問題を、例えは液体クロマトグラフィー
装置のフラクション弁として使用した場合として、より
具体的に説明すると、液体クロマトグラフィー装置は、
通常、第９図に示したように、液体タンク（図示してい
ない）、送ン夜ポンプ１４、サンプルインジェクタム１
６、検出器１７、そして最下流位置にフラクション弁１
８を順次に配置し、液体を上記の順に流す。このような
配置で最下流位置のフラクション弁１８の切換え操作を
行なうと、上述した圧力急上昇が上流に位置する機器に
影響を与える。したがって、例えば検出器１７に示差屈
折計を使用する場合には、現在市販されている示差屈折
計の耐圧限度は通常５　ｋｇ／ｃｍ２Ｇ程度なので、示
差屈折計を検出器１７として使用因果ない場合も生しる
という問題が起きる。

また、流路切換時に不要な高液圧を発生させることは、
弁本体からの液体の漏れや、設備の破壊をもたらす恐れ
かあるので、このような事態を防止するためには、切換
弁の一次側に上昇圧力に見合う耐圧性を持たせるとか、
流路切換操作のたびに送液ポンプを停止するとか、ある
いは流路切換時に液体の流量を低下させる等の対策をと
らねばならない。

更に上記のように圧力変動か激しいと、流路切換操作の
自動．化が困難であるという問題もある。

本発明は、以上説明したような従来の流路切換弁のもつ
問題点を解消し、流路切換時に流体の流れを停止するこ
となく、スムーズな流体の流れを確保した流路切換を行
なうことかできる流路切換弁を提供することを目的とし
てなされたものである。

また本発明の別の目的は、流路切換時の流路内の圧力変
動をできるたけ低減させて、使用する装置等の耐圧特性
の要求を軽減させ、また液漏れ防止や、更には装置の自
動化に対する設計を容易化できる新規な流路切換弁を提
供するところにある。

また本発明の他の目的は、液体クロマトグラフ用のフラ
クション弁あるいはサンプルインジェクタとして好適に
用いることができる流路切換弁を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成する本発明の流路切換弁の特徴は、接
触面で摺動可能に設けられた固定部材及び回転部材の一
対を備えていて、これら固定部材又は回転部材のいずれ
か一方の接触面には、少なくとも二つの流体通路をシー
ル面を隔てて隣接して設けると共に、これら固定部材又
は回転部材のいずれか他方の接触面には、上記各流体通
路のいずれか一つに選択的に対向して連通関係をもつこ
とができる開口を設け、一方の流体通路に対向している
開口を、固定部材と回転部材の相対回転によりシール面
上を通過させて隣の流体通路に対向する位置に切換えで
きるようにした流路切換弁において、上記隣接する流体
通路の隣接端部は、開口がシール面上を通過する際に該
開口が両側の流体通路に跨って該両側の流体通路を一時
的に連通ずるように設けたという構成をなすところにあ
る。

上記構成の流路切換弁は、例えば固定部材と回転部材が
同心相対回転する円形平面を接触面としていて、固定部
材又は回転部材のいずれか一方の接触面に形成された流
体通路が同一円周上に設けられている構成のものとして
形成できる他、固定部材又は回転部材のいずれか一方を
、その外周面を接触面とした柱状の部材とし、かつ固定
部材又は回転部材のいずれか他方を、内筒面を接触面と
した筒状の部材とし、回転部材を軸回りに回転させるよ
うにしたものとしても形成することができる。

また隣接する流体通路の端部は、これをあまり近接して
設けると通常時の両者流体通路間にシール不良を招くこ
とがあるので、このようなシール不良を生じない範囲の
長さを確保した上で、切換時における開口を通じた両者
流体通路の一時的な連通を確保することか望まれ、具体
的には以下の実施例で代表的に説明されるように、回転
接触面の半径方向や、母線方向に両者の流体通路を重複
させたり、開口を長久形状にする等の場合を例示するこ
とができる。

本発明の流路切換弁は、例えば開口を例えば固定部材の
接触面上に周方向に等間隔に四つ設け、また回転部材の
接触面上に、上記開口のうちの二つの間を連通できる円
弧長を有するように二つの流体通路を設けた回転式四方
切換弁として代表的に構成でとる。またその用途として
はこれを液体クロマトグラフ用のフラクション弁として
用いる場合を例示することができる。

［作　　　用］ 上記のように構成した本発明の流路切換弁によれは、流
路切換時に流路に閉塞を生じない構造になフているので
、流路内の圧力上昇を招くことがない。

［実　施　例］ 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。

実施例１ 第１図は、本発明の一例の回転式四方切換弁の概略の構
造を分解斜視図として示した図であり、第２図はその流
路切換時における開口と流路溝の対向関係を示した図で
ある。

なお本例の切換弁は、第８図で説明した従来の回転式四
方切換弁に比べて流路溝の構造が異なる他は概ね同一の
構造を有しており、したがって共通の要素には便宜上第
８図の符合から１００を減じた符号を付して詳細な説明
は省略するものとした。

これらの図において、１′〜４′は夫々円形の貫通孔と
してステータ５に形成されたポート１〜４が接触面１９
上に臨んだ開口である。また６ａ、　６ｂはロータの接
触面２０上に凹設された円弧流路溝である。

そして本例の特徴は、この一対の流路溝６ａ６ｂの互い
に隣接している隣接端部６１ａ、６１ｂの形状にある。

すなわち、この隣接端部６１ａ、６１ｂの形状は、第２
図に詳細に示したように、円弧状に設けられている流路
溝６ａ、　６ｂに対して互いに反対側に傾斜した「＜」
の字状に曲がった形状に形成されている。このような構
成は、例えば符号１′で示した開口が、これら隣接端部
６１ａ。

６１ｂの一方から他方にその対向関係を移す際にこれら
の隣接端部６１ａ、６１ｂの双方に跨がることを、両者
の流路溝同士を接近させすぎることなく実現するために
、採用された構成である。

このような構成によって、開口１’、２′が流路溝６ａ
に対向してボート１と該流路溝６ａが連通（１→６ａ−
２）した第１図に図示の状態から、ロータ６を図の時計
回り方向に回転させて、開口２′を流路溝６ｂに対向し
た位置に切換えた場合（従ってボートと流路溝の連通関
係は、上記１−６ａ→２の連通は切れて、４′が流路溝
に対向する位置になるため１−６ａ→４か連通した状態
になる）を順次的に説明すると、いま開口４′が切換え
前に流路溝６ｂに対向している位置を第２図の符号Ｂの
位置とすると、ロータの上述した回転により該開口４′
は両側の流路溝６ａ、　６ｂの端部６１ａ、６１ｂを乗
り移って流路溝６ａに対向した位置である第２図の符号
Ａで示した位置に移行する。

そしてこの際に、本例では上記の如くシール面としての
隙間領域の長さを十分に確保しつつ、開口４′が隣接端
部［ｉｌａ、６１ｂを乗り移る際に、これら両隣接端部
８１ａ、６１ｂに跨がってこれらの流路溝を一時的に連
通状態とする。

以上のように本例においては、隣接端部６１ａＢｌｂの
先端を円弧の中心から互いに外側に逃げる方向に曲げて
形成したので、両流路溝が周方向に接近しすぎて一方の
流路溝から他方の流路溝に液体漏洩が起こることは有効
に防止され、しかも開口４′が一方の流路溝から他方の
流路溝に移行する際にはボート４が閉塞することかなく
、液圧が急速に高まることがないという効果が得られる
。

なお、本例では、流体通路として回転接触面上で凹設し
た流路溝を例示しているが、この流路溝はこれに代えて
、両端のみが上記回転接触面に開口し他の部分はロータ
６の円柱内部に埋設して形成した管状流路としたもので
あってもよい。

なお、ボート１が流路溝６ａ、６ｂに同時に連通ずると
き、厳密にはこれらの流路の間で液体の混合が起こるが
、切換弁の切換作動時間は１秒以下の短時間であるため
、全体の行程時間から見れば極僅かな割合であり、実際
の使用において格別問題とすることなく使用できる。

以上の構成の本例の流路切換弁における効果を確認する
ために、この流路切換弁を第９図に示したフラクション
弁として用い、従来例の場合と、流路切換時における圧
力変動の状態を測定し、その結果を第３図に示した。こ
の図において横軸は流路切換に伴う経過時間、縦軸は流
路切換弁直前の上流側の圧力変動を示している。

測定は、５０ｍＵ／ｍｉｎ　、　１００ｍＲ／ｍｉｎ　
、　１５０ｎ＋Ｒ／ｍｉｎの３種類の流量について行な
い、その結果を図下したものであるが、いずれの場合も
、従来の流路切換弁では図の実線で示す如く切換開始後
まもなく急激な圧力上昇が起こることがわかる。これに
対し、本例の流路切換弁ては図の破線で示す如く圧力上
昇か起こらず殆ど平坦な曲線を描いている。なお、図で
切換中のデータに若干の圧力低下が見られるのは、両隣
接端部の面積の和かボートの断面積を越えたためである
。

このように、本例の流路切換弁は、以上の比較の結果か
ら見ても顕著な効果を示すものであることが確認された
。

実施例２ 本例は、第２図の例とは隣接端部が異なる例を示してい
る。

すなわち、第４図に示したように、流路溝２１ｉａ、２
８ｂの隣接端部２６１ａ、２６１ｂは、階段状に互いに
かみ合う形状に設けられていて、流路切換時には、円形
の開口２１′　は図の左方あるいは右方の一端から他端
に移行する間に、双方の隣接端部に跨がるようになって
いる。これによっても上記実施例１と同様の効果を奏す
ることができる。なお本例の階段状のかみ合い形状にお
いても、両側の流路溝間は通常時（非切換時）における
液の漏洩がないように所定のシール面の長さを確保して
おく必要のあることは上述の場合と同様である。

実施例３ 第５図に示した本例は、ボートの開口を長大の形状にし
、これによってシール性をより確実とした場合の構成と
した例を示している。すなわち本例ては、流路溝３ｆｉ
ａ、３６ｂに対向する開口３１’を上記円周方向に長い
形状に設けている。

ボートの開口をこのような構造にすることによって、流
路溝間のシール面としての隙間領域を広くとることが可
能になり、隣接端部３６１ａ。

３６１ｂ間での液体の漏洩を防止して、通常時の液漏れ
を確実に防止するシール性を高めることができる。

実施例４ 第６図で説明される本例は、柱状のロータ６′　とこれ
を囲む筒状のステータ５′　とを一対の相対回転する部
材として構成した流路切換弁を示したものである。

本例においては、ロータ６′の外周面である接触面上に
周方向をなすように設けられた流路溝４６ａ、４５ｂは
、該ロータ６′の母線方向にはずれていて、かつその端
部は周方向に関しては重複されている。

他方、ステータ５′に形成された例えばボート４１の開
口４１’　は、上記ロータの母線方向にずれて形成され
ている流路溝４６ａ、４６ｂの双方に対向できるように
、母線方向に長い開口形状を有し、流路切換時にその長
手方向の両端で流路溝４６ａ、４６ｂの隣接端部４６１
ａ、４６１ｂの両者に一時的に跨かって臨み、両流路溝
を連通ずる構造になっている。

本例の場合も、開口４１′　がロータ６′の母線方向に
長い形状になっているので、流路溝間に大きなシール面
としての隙間領域を形成できるので、実施例３の場合と
同様に、液の漏洩を確実に防止した高いシール性を確保
できる利点がある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の流路切換弁によれば、流
路切換時に流路の閉塞かない構造になっているので、低
流量域は勿論、高流量域て使用する場合でも流路切換時
の圧力変動を可及的に小さくすることができるという効
果かある。したがって、流路切換時に流体の流れを一時
的に停止する必要がなく、また切換速度に左右されずに
スムーズな切り換えが可能になるという効果がある。

さらに、本発明の流路切換弁を液体クロマトグラフ用フ
ラクション弁等に使用した場合には、流路切換時に液圧
の上昇を防止できるので、流路切換弁の上流に位置する
各機器に圧力変動に見合う余分な耐圧対策を行なう必要
がなく、低耐圧仕様の機器でも使用が可能になるという
効果がある。

さらに、流路の切換速度の影響を受けることかなく、圧
力変動の少ない流路切換か可能なため、流路切換プロセ
スの自動化か容易になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回転式四方切換弁の概略の
構造を示す分解斜視図であり、第２図は同切換弁の流路
切換時における開口と流路溝端部との対向関係を示した
図である。 第３図は流路切換時における従来の流路切換弁および本
発明の流路切換弁の圧力変動の状態を示す比較図である
。 第４図は第２図に示した流路溝の隣接端部とは異なる構
造の隣接端部の例を示した図、第５図は開口を長穴形状
にした場合の例を示した図である。 示す図である。 及び切換え時の状態を説明するための分解斜視図である
。 第９図は、本発明の流路切換弁を液体クロマトグラフ装
置のフラクション弁として使用した場合の構成例を示す
図である。 １．２，３．４＋ポート １０１．１０２，１０３，１０４　　：ボート１’　　
　２’、３’、　　’：開ロ １０１′、１０２’　、１０３’　、１０４’　　：開
口５′、１０５ニスチータ ロ、１０６：ロータ　　　６ａ、８ｂ　　：流路溝７．
１０７：シャフト　　１４：送液ポンプ１５：サンプル
インジェクタ １６：カラム　　　　　　１７：検出器１８：フラクシ
ョン弁　　１０８．弁本体１０９：固定ピン １１０　　： ヘアリング スプリング 、ネジ 、ハンドル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに接する接触面で摺動可能に設けられた固定部
   材及び回転部材の一対を備えてい て、これら固定部材又は回転部材のいずれか一方の接触
   面には、上記接触面同士の接触により両側通路間の液漏
   れを防止できる長さをもってこれら通路を隔てているシ
   ール面を間にした少なくとも二つの流体通路を隣接して
   設けると共に、これら固定部材又は回転部材のいずれか
   他方の接触面には、上記各流体通路のいずれか一つに選
   択的に対向して連通関係をもつことができる開口を設け
   、一方の流体通路に対向している開口を、固定部材と回
   転部材の相対回転により上記シール面上を通過させて隣
   の流体通路に対向する位置に切換えできるようにした流
   路切換弁において、 上記隣接する流体通路の隣接端部は、開口 がシール面上を通過する際に該開口が両側の流体通路に
   跨って該両側の流体通路を一時的に連通するように設け
   たことを特徴とする流路切換弁。 ２、請求項１において、固定部材と回転部材が同心相対
   回転する円形平面を接触面とし、固定部材又は回転部材
   のいずれか一方の接触面に形成された流体通路が同一円
   周上に設けられていることを特徴とする流路切換弁。 ３、請求項２において、同一円周上に設けられた流体通
   路の隣接する端部は、その一方は径外方向に傾斜し、他
   方は径内方向に傾斜して設けられていることを特徴とす
   る流路切換 弁。 ４、請求項１において、固定部材又は回転部材のいずれ
   か一方は外周面を接触面とした柱状であり、かつ固定部
   材又は回転部材のいずれか他方は内筒面を接触面とした
   筒状であり、回転部材は柱状又は筒状の軸回りに回転さ れるものであることを特徴とする流路切換 弁。 ５、請求項４において、隣接する流体通路が、回転接触
   面の母線方向にずれて設けられていると共に、周方向に
   関しては隣接端部が重複して設けられていることを特徴
   とする流路切換弁。 ６、請求項１乃至５のいずれかからなることを特徴とす
   る液体クロマトグラフ用のフラク ション弁。