特許 5692417 流路切替バルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5692417

(24)【登録日】2015年2月13日

(45)【発行日】2015年4月1日

(54)【発明の名称】流路切替バルブ

(51)【国際特許分類】

   G01N 30/26 20060101AFI20150312BHJP

   F16K 27/04 20060101ALI20150312BHJP

【ＦＩ】

   G01N30/26 M

   F16K27/04

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-551686(P2013-551686)

(86)(22)【出願日】2012年12月21日

(86)【国際出願番号】JP2012083349

(87)【国際公開番号】WO2013099823

(87)【国際公開日】20130704

【審査請求日】2013年12月24日

(31)【優先権主張番号】特願2011-283271(P2011-283271)

(32)【優先日】2011年12月26日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100085464

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 繁雄

(72)【発明者】

【氏名】保永 研壱

(72)【発明者】

【氏名】前田 愛明

【審査官】 東松 修太郎

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３０３３０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／０７８４５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２９２３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２１０５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１−３０７５７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３０／００−３０／９６

Ｆ１６Ｋ ２７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングの下部を構成し、外周表面上部にネジが周方向に設けられているベースと、
前記ハウジングの上部を構成し、上面に流路を接続するための複数のポートを備え、前記ポートが前記ハウジング内の上側平面となる面に通じているステータと、
前記ハウジング内に収容され、前記ハウジング内の前記上側平面に接する平面を有し、その平面に前記ステータの複数のポート間を導通させるための流路となる切替え溝が設けられているロータと、
前記ロータを保持して前記ロータを回転させるためのロータ回転機構と、
前記ベースと前記ロータの間に圧縮状態で挿入され、弾性力により前記ロータを前記ハウジング内の前記上側平面側へ付勢する弾性部材と、
前記ベースの外周表面に設けられたネジと螺合するネジが内周面下部に設けられたリング状の部材であって、前記ベースの外周表面に装着されて前記ベースと前記ステータとを連結するとともに、回転によって前記ベースに対して前記ステータを相対的に上下動させるステータ位置調整部材と、を備えた流路切替バルブ。

【請求項2】

前記ステータの外周表面下部には前記ベースの外周表面上部に設けられたネジとは逆向きのネジが設けられており、
前記ステータ位置調整部材は、内周面上部に前記ステータの外周表面下部に設けられたネジと螺合するネジが設けられており、前記ベース及び前記ステータの外周表面に装着され、回転によって前記ベースと前記ステータを互いに離間させ又は接近させるものである請求項１に記載の流路切替バルブ。

【請求項3】

前記ステータ位置調整部材は前記ステータの上面の一部を上方から押さえるステータ押さえを備えており、回転することによって前記ベースに対して相対的に前記ステータ押さえを上下動させることで、前記ロータによって上方向へ押されている前記ステータの高さを前記ベースに対して相対的に上下動させるものである請求項１に記載の流路切替バルブ。

【請求項4】

前記ベースの一部と前記ステータの一部は互いに前記ステータ位置調整部材の回転方向に係合しており、前記ベースと前記ステータの互いの相対的な回転が防止されている請求項１から３のいずれか一項に記載の流路切替バルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体クロマトグラフなどの分析装置に使用される流路切替バルブに関し、特に、流路を接続するためのポートを複数有するステータ及びステータに密着する面をもちその面にステータのポート間を導通させるための切替え溝を有するロータを備え、ロータを回転させることによって各ポート間の接続を切り替えるロータリー式の切替バルブに関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば高速液体クロマトグラフにおいては、移動相の高圧送液条件の下で接続する流路を切り替える必要がある。このような高圧力条件下で使用される流路切替バルブとしては、流路を接続するためのポートを複数有するステータ及びステータに密着する面をもち、その面にステータの２つのポート間を導通させるための切替え溝を有するロータを備えたロータリー式の切替バルブが挙げられる（特許文献１参照。）。ロータリー式切替バルブは、ステータとロータの互いの平面を密着させながらロータを回転させることで、導通させるポートの切替えを行なって、接続する流路を切り替える。

【0003】

ロータリー式切替バルブの構造の一例を図４に示す。
この切替バルブは、ハウジングの下部を構成する円筒形状のベース４２とハウジングの上部を構成するステータ４０とが複数のネジ４４により固定されている。ステータ４０の上面には流路を接続するためのポート４６が複数設けられている。各ポート４６はハウジング内の上側平面となるステータ４０の下面４１に通じている。ベース４２の内部にロータ１０が収容されている。ロータ１０のステータ４０側の平面にステータ４０の複数のポート４６の間を導通させるための切替え溝１４が設けられている。ロータ１０のステータ４０側の平面はステータ４０の下面４１と密着している。

【0004】

ロータ１０はロータ保持部８に保持されており、ロータ保持部８はシャフト１２の先端に設けられている。シャフト１２はベース４２の中心部の穴を貫通して外部に引き出されている。ベース４２の外部にはシャフト１２を回転させるための回転機構（図示は省略）が設けられている。シャフト１２の回転によりロータ保持部８が回転し、それに伴なってロータ１０が回転する。ロータ１０が回転することで切替え溝１４の位置が変わり、接続されるステータ４０のポート４６が切り替えられる。

【0005】

ベース４２内の下部にシャフト１２のブレを抑制するためのリング状のベアリング２０が配置されている。ロータ保持部８の外周面とベース４２の内周面との間にロータ保持部８の回転のブレを抑制するベアリング２２が挿入されている。ロータ保持部８とベアリング２０の間にバネ１８が圧縮された状態で挿入されている。ロータ保持部８はバネ１８の弾性力によってステータ４０側へ付勢され、それによってロータ１０がステータ４０の下面に押し付けられている。これにより、ロータ１０とステータ４０との間の液密性を高め、ロータ１０の切替え溝１４からの液漏れを防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１−３０７５７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ロータリー式切替バルブの材質として、一般的に、ロータには樹脂などの柔らかい素材が使用され、ステータにはステンレスなどロータよりも硬い素材が使用されている。図４の例のように、ロータはバネの弾性力によってステータ側へ押し付けられた状態で回転させられるため、流路切替バルブを長期間使用していると、ステータに接触しているロータの平面が摩耗する。その結果、ロータのステータとの接触平面の平坦性が損なわれてロータを回転させるためのトルクが増大したり、ロータの切替え溝からの液漏れが発生したり、ロータの摩耗部分に液が残留してクロスコンタミネーションが発生したりするなどの問題が発生する。また、ロータが摩耗することでロータの削り屑が発生し、その削り屑が切替え溝を流れる液とともに流れ、切替バルブの後段に接続されている分析カラムに導入されて分析カラムの劣化の原因となる。

【0008】

ロータの摩耗を防止するために、ロータの材質を硬い素材であるセラミックとしたものもある。その場合にはロータの摩耗による削り屑は発生しないが、ステータとの間のシール性を向上させるためにステータとロータの互いの接触平面の表面粗さを細かくし、平坦度を高精度に仕上げる必要がある。しかし、そのような平面と平面を強い力で押し付けると、所謂リンキングと呼ばれる鏡面接着現象が生じ、ロータの回転動作の滑らかさを損なうという問題がある。

【0009】

したがって、ロータの材質は樹脂であることが一般的である。樹脂からなるロータとステータとの間の液密性は、ステータに対するロータの押付け力を強くすることで高めることができるが、ロータをステータに強い力で押し付けているとロータが回転する際のロータの摩耗が激しくなり、切替バルブの寿命が短くなるという問題があった。切替バルブが高い送液圧力の条件下で使用される場合には、ロータとステータとの間に高い液密性が求められるため、ステータに対してロータが強く押し付けられる必要がある。一方で、送液圧力が高くない場合など、用途によってはロータとステータとの間に高い液密性が要求されない場合には、ステータに対してロータをそれほど強い力で押し付ける必要のない場合もある。

【0010】

しかし、従来のロータリー式切替バルブは、ステータに対するロータの押付け力を変更できるようになっていない場合が多い。また、ベースよりも下方に設けられているスクリューの締め込み具合の調整によって、ステータに対するロータの押付け力を可変にすることもできるが、切替バルブが分析装置に設置された状態ではスクリューの締め込み具合の調整を行なうことができず、ステータに対するロータの押付け力の調整を行なうためには切替バルブを分析装置から取り外すなどの煩雑な作業を行なう必要がある。

【0011】

そこで、本発明は、ステータに対するロータの押付け力の調整を、切替バルブを分析装置から取り外すことなく容易に行なうことができるようにすることを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明にかかる流路切替バルブは、ハウジングの下部を構成し、外周表面上部にネジが周方向に設けられているベースと、ハウジングの上部を構成し、上面に流路を接続するための複数のポートを備え、ポートがハウジング内の上側平面となる面に通じており、ベースに対して上側平面と同じ平面内での回転がなされないように固定されているステータと、ハウジング内に収容され、ハウジング内の上側平面に接する平面を有し、その平面にステータの複数のポート間を導通させるための流路となる切替え溝が設けられているロータと、ロータを保持してロータを回転させるためのロータ回転機構と、ベースとロータの間に圧縮状態で挿入され、弾性力によりロータをハウジング内の上側平面側へ付勢する弾性部材と、ベースの外周表面に設けられたネジと螺合するネジが内周面下部に設けられたリング状の部材であって、ベースの外周表面に装着されてベースとステータとを連結するとともに、回転によってベースに対してステータを相対的に上下動させるステータ位置調整部材と、を備えたものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明の流路切替バルブでは、ハウジングの下部を構成するベースの外周表面上部にネジが周方向に設けられており、ベースの外周表面に設けられたネジと螺合するネジが内周面下部に設けられたリング状の部材であって、上部でステータを回転自由に保持しながらベースの外周表面に装着され、回転によってベースに対してステータを相対的に上下動させるステータ位置調整部材を備えているので、ベースの外周表面に装着されたステータ位置調整部材を回転させるだけでステータの高さを変位させることができる。ステータの高さの変位に伴なってロータの高さも変位するため、ステータ位置調整部材の回転によってベースとロータの間に挿入されている弾性部材のストロークが変更され、ハウジング内の上側平面に対するロータの押付け力を変更することができる。したがって、ハウジングの外周面のステータ位置調整部材を回転させるだけで、ロータをステータに押し付ける力を容易に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】流路切替バルブの一実施例の構造を示す断面図である。

【図2】流路切替バルブの他の実施例の構造を示す断面図である。

【図3】流路切替バルブのさらに他の実施例の構造を示す断面図である。

【図4】従来の流路切替バルブの構造の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の好ましい実施形態としては、ステータの外周表面下部にはベースの外周表面上部に設けられたネジとは逆向きのネジが設けられており、ステータ位置調整部材は、内周面上部にステータの外周表面下部に設けられたネジと螺合するネジが設けられており、ベース及びステータの外周表面に装着され、回転によってベースとステータを互いに離間させ又は接近させるようになっているものが挙げられる。

【0016】

また、別の好ましい実施形態として、ステータ位置調整部材は、ステータの上面の一部を上方から押さえるステータ押さえを備えており、回転することによってベースに対して相対的にステータ押さえを上下動させることで、ロータによって上方向へ押されているステータの高さをベースに対して相対的に上下動させるものである形態が挙げられる。この実施形態では、ステータ位置調整部材の内周面に２種類のネジを設ける必要がなく、ステータの外周面にもネジを設ける必要がないので、構成が簡単になる。また、ステータ位置調整部材をハウジングに装着する際のネジの螺合作業が簡単になる。

【0017】

なお、ベースの一部とステータの一部は互いにステータ位置調整部材の回転方向に係合しており、ベースとステータの互いの相対的な回転が防止されていることが好ましい。そうすれば、ステータ位置調整部材を回す際にステータが回転しないようにステータを押さえる必要がなく、ステータに対するロータの押付け力の調整作業を容易に行なうことができる。

【0018】

以下、図面を参照しながら流路切替バルブの実施例について説明する。
図１はロータリー式切替バルブの一実施例の構造を示す断面図である。
この流路切替バルブのハウジングは上部と下部に分離している。ハウジングの下部はベース２によって構成されている。ベース２は液体クロマトグラフなどの分析装置に固定されるものであり、ハウジングの底部及び側壁下部を構成している。ハウジングの上部はステータ４により構成されている。ステータ４はハウジングの上蓋部を構成するとともに側壁上部を構成する外壁部材６を備えている。ベース２とステータ４は後述するステータ位置調整部材２４により連結されている。

【0019】

ステータ４の上面に流路を接続するための複数のポート１６が設けられている。ポート１６はハウジングの内壁上面に相当するステータ４の下面５にまで引き出されている。ステータ４の下面５は平面である。
ベース２の中心部をシャフト１２が貫通している。ハウジング内部のシャフト１２の先端にロータ保持部８が設けられており、ロータ保持部８にロータ１０が保持されている。ステータ４の下面５に対向するロータ１０の上面には、下面５に通じるポート１６間を導通させるための切替え溝１４が設けられている。

【0020】

ベース２の外部にはシャフト１２を回転させるための回転機構（図示は省略）が設けられている。シャフト１２の回転によりロータ保持部８が回転し、それに伴なってロータ１０が回転する。ロータ１０が回転することで切替え溝１４の位置が変わり、導通するポート１６の組合せが切り替えられる。

【0021】

ベース２内の下部にシャフト１２のブレを抑制するためのリング状のベアリング２０が配置されている。ロータ保持部８の外周面と外壁部材６の内周面との間にロータ保持部８の回転のブレを抑制するベアリング２２が挿入されている。ロータ保持部８とベアリング２０の間に、弾性部材としてのバネ１８が圧縮された状態で挿入されている。バネ１８としてはコイルバネや皿バネを用いることができる。ロータ保持部８はバネ１８の弾性力によってステータ４側へ付勢され、それによってロータ１０がステータ４の下面５に押し付けられている。これにより、ロータ１０の上面とステータ４の下面５との間の液密性が高められ、ロータ１０の切替え溝１４からの液漏れが防止されている。

【0022】

既述のように、ベース２とステータ４はステータ位置調整部材２４により連結されている。ステータ位置調整部材２４はベース２及びステータ４の外形と同等の内径をもつリング状の部材であり、その内周面の上部と下部にそれぞれ互いに逆向きのネジが周方向に沿って設けられている。ベース２の外周面上部２６とステータ４の外壁部材６の外周面下部２８にそれぞれステータ位置調整部材２４の内周面のネジと螺合するネジが周方向に設けられている。

【0023】

ステータ位置調整部材２４を回転させると、ベース２とステータ４は互いに逆向きに設けられたネジの作用により、互いに離間する方向又は接近する方向へ移動する。すなわち、ステータ位置調整部材２４を一方向へ回転させるとステータ４がベース２から離れる方向へ移動し、それとは反対の方向へステータ位置調整部材２４を回転させるとステータ４がベース２へ近付く方向へ移動する。

【0024】

ベース２とステータ４の対向面のそれぞれに互いに係合する嵌め合い部（凹凸形状）を形成し、ベース２に対してステータ４の回転中心のズレが生じないようになっている。また、ベース２とステータ４の対向面には、互いの相対的な回転を防止するための機構としての平行ピン２９ａとその平行ピン２９ａが挿入される穴２９ｂが設けられており、互いに上下には移動可能であるが、回転しないようになっている。これにより、ステータ４はステータ位置調整部材２４の回転に伴なって回転せずに上下動のみを行なう。なお、平行ピン２９ａ及び穴２９ｂはいくつ設けられていてもよい。

【0025】

ベース２に対するステータ４の相対的な位置が変化すると、ロータ保持部８とベアリング２０との間に挿入されているバネ１８のストロークが変化し、ステータ４の下面５に対するロータ１０の押付け力が変化する。したがって、ステータ位置調整部材２４を回転させることによって、ステータ４の下面５に対するロータ１０の押付け力を容易に変更することができる。

【0026】

ベース２又はステータ４に対してステータ位置調整部材２４の回転位置を示すマークを付けておいてもよい。そうすれば、ステータ４に対するロータ１０の押付け力の調整作業が容易になる。

【0027】

なお、ステータ位置調整部材２４の位置がハウジングの高い位置にあるほど、流量切替バルブを装置に取り付けた状態でロータ１０へのバネ１８の付勢力を変更する作業が容易になる。図２は図１の実施例よりも高い位置にステータ位置調整部材２４を配置した実施例を示す断面図である。

【0028】

図２の実施例では、ベース２ａがハウジングの底部及び側壁部を構成している。上面にポート１６ａを備えたステータ４ａがハウジングの上蓋部を構成している。ベース２ａとステータ４ａは、図１の実施例と同じステータ位置調整部材２４により連結されている。ベース２ａの側壁部外周面の上部３０とステータ４ａの外周面３２にはステータ位置調整部材２４の内周面に設けられたネジと螺合するネジが周方向に設けられている。図１の実施例と同様に、ベース２aとステータ４aの対向面のそれぞれに互いに係合する嵌め合い部（凹凸形状）を形成し、ベース２aに対してステータ４aの回転中心のズレが生じないようになっている。また、ベース２aとステータ４aの対向面には、平行ピン３３ａとその平行ピン３３ａが挿入される穴３３ｂが設けられており、互いに上下には移動可能であるが、回転しないようになっている。これにより、ステータ４はステータ位置調整部材２４の回転に伴なって回転せずに上下動のみを行なう。

【0029】

ステータ位置調整部材２４を回転させることによりステータ４ａがベース２ａから離間する方向又はベース２ａに接近する方向へ移動する。ステータ位置調整部材２４がハウジングの外周の最上部に配置されているので、この流路切替バルブを分析装置に設置した状態のままでも、ロータ保持部８とベアリング２０との間に挿入されているバネ１８のストロークを変化させてステータ４ａの下面５ａに対するロータ１０の押付け力を変更することが容易にできる。

【0030】

ベース２ａ又はステータ４ａに対してステータ位置調整部材２４の回転位置を示すマークを付けておいてもよい。そうすれば、ステータ４ａに対するロータ１０の押付け力の調整作業が容易になる。

【0031】

図３は流路切替バルブの他の実施例を示す断面図である。
この実施例の流路切替バルブでは、ベース２ｂがハウジングの底部及び側壁部を構成し、上面にポート１６ｂを備えたステータ４ｂがハウジングの上蓋部を構成している。ベース２ｂとステータ４ｂは、図１及び図２の実施例のステータ位置調整部材２４とは異なるステータ位置調整部材３４により連結されている。ステータ位置調整部材３４は断面がＬ字型の部材であり、上端部にステータ４ｂの上面周縁部を押さえるためのステータ押さえ３５を備えている。ステータ位置調整部材３４の内周面の下部にネジが周方向に設けられており、ベース２ｂの外周面上部３６にステータ位置調整部材３４の内周面のネジと螺合するネジが周方向に設けられている。

【0032】

ステータ４ｂの外周面にネジは設けられておらず、ステータ４ｂはステータ位置調整部材３４のステータ押さえ３５により上面周縁部が押さえられているだけである。ステータ位置調整部材３４は、回転することによってベース２ｂの周面に沿って上下動する。ステータ４ｂの下面５ｂにはバネ１８の弾性力によってロータ１０が押し付けられており、これによってステータ４ｂが常に上方向に押されている。したがって、ステータ位置調整部材３４が回転によって上下動を行なうと、それに伴なってステータ４ｂが上下動を行なう。

【0033】

なお、この実施例においても、ベース２bとステータ４bの対向面のそれぞれに互いに係合する嵌め合い部（凹凸形状）を形成し、ベース２bに対してステータ４bの回転中心のズレが生じないようになっている。また、ベース２bとステータ４bの対向面には、平行ピン３７ａとその平行ピンが挿入される穴３７ｂが設けられており、互いに上下には移動可能であるが、回転しないようになっている。これにより、ステータ４はステータ位置調整部材２４の回転に伴なって回転せずに上下動のみを行なう。

【0034】

上記の実施例では、ステータ位置調整部材３４を回転させることにより、ステータ４ｂに対するロータ１０の押付け力を連続的に変化させることができる。
ベース２ｂ又はステータ４ｂに対してステータ位置調整部材３４の回転位置を示すマークを付けておいてもよい。そうすれば、ステータ４ｂに対するロータ１０の押付け力の調整作業が容易になる。
また、ステータは単一の部品ではなく、複数の部品構成からなるものであってもよい。

【符号の説明】

【0035】

２，２ａ，２ｂ ベース
４，４ａ，４ｂ ステータ
６ 外壁部材
８ ロータ保持部
１０ ロータ
１２ シャフト
１４ 切替え溝
１６，１６ａ，１６ｂ ポート
１８ バネ
２０，２２ ベアリング
２４，３４ ステータ位置調整部材
２９ａ，３３ａ，３７ａ 平行ピン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】