(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に流路配管を接続する複数の接続ポートを有するとともに内部に空間を有するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記ハウジングの内壁面の一部をなし前記接続ポートへ通じる複数の穴が配置されているポート端部配置面を有するステータと、
前記ハウジング内に配置され、前記ステータの前記ポート端部配置面と液密を保って接し前記ポート端部配置面に配置されている前記穴の間を選択的に接続する溝が形成されている流路接続面を有するロータと、
前記ロータを回転させるロータ駆動部と、を備え、
前記ポート端部配置面と前記流路接続面の両方が耐薬品性及び摺動性を有する樹脂膜により被膜されている流路切換バルブ。
【請求項２】
前記樹脂膜の表面の平坦度は１０μｍ以下である請求項１に記載の流路切換バルブ。
【請求項３】
前記樹脂膜の主成分はポリエーテルエーテルケトン樹脂又はポリアミド樹脂である請求項１又は２に記載の流路切換バルブ。
【請求項４】
前記ロータは樹脂よりも高い硬度を有する硬質部材により構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の流路切換バルブ。
【請求項５】
前記硬質部材の材質は金属又はセラミックスである請求項４に記載の流路切換バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。）。【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１５４９４号公報
【特許文献２】特開２００８−２０２６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような流路切換バルブでは、ロータの材質としてＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やポリイミドなどの樹脂が使用され、ステータの材質としてセラミックスなどが使用されていた。また、近年では、ステータがハウジングに一体化されている場合もあり、かかる場合には、ステータ部分の表面に耐薬品性と摺動性に優れたＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）がコーティングされることが多い。【０００７】
流路切換バルブを長期にわたって使用すると、ステータ（セラミックスやＤＬＣ）よりも柔らかいロータ（樹脂）の摺動面が摩耗し、ロータの回転トルクの増大や移動相の漏えいなどの問題のほか、ロータの摩耗部分に移動相が残留することによってクロスコンタミネーションを引き起こすといった問題を生じることがあった。【０００８】
また、ロータとステータの摺動面における液漏れを防止するために、ロータはステータに対して強い力で押し付けられているため、その状態でロータが回転することにより、ロータの材質が樹脂である場合には、回転による摩擦によってロータの表面が削り取られて削り屑が発生し、流路切換バルブの後段側に接続されている分析カラムを劣化させる原因ともなっていた。また、ロータが樹脂で構成されている場合に、ロータが強い力でステータへ押し付けられることによってロータの溝が変形し、ロータの溝を液が流れにくくなるなどの問題も生じていた。【０００９】
ロータの材質をセラミックスなどの硬い材質にするとロータ表面からの削り屑の発生を低減することができるとともにロータの溝の変形を防止することができる。その場合にはロータとステータとの間の液密性の観点から、ロータとステータの双方の接触面を研磨によって鏡面加工する必要があるが、鏡面加工された平面どうしを強い力で押し付けると、いわゆるリンキングと称される鏡面接着現象が起こり、ロータの回転動作の抵抗となってロータとステータとの摺動性が損なわれるという問題がある。【００１０】
そこで、本発明は、ロータとステータの摺動面の摺動性及び液密性を損なうことなくロータやステータの摩耗を低減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】
【００１１】
本発明にかかる流路切換バルブは、外面に流路配管を接続する複数の接続ポートを有するとともに内部に空間を有するハウジングと、ハウジング内に設けられ、ハウジングの内壁面の一部をなし接続ポートへ通じる複数の穴が配置されているポート端部配置面を有するステータと、ハウジング内に配置され、ステータのポート端部配置面と液密を保って接しポート端部配置面に配置されている穴の間を選択的に接続する溝が形成されている流路接続面を有するロータと、ロータを回転させるロータ駆動部と、を備え、ポート端部配置面と流路接続面の少なくともいずれか一方が耐薬品性及び摺動性を有する樹脂膜により被膜されているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の流路切換バルブでは、ポート端部配置面と流路接続面の少なくともいずれか一方が耐薬品性及び摺動性を有する樹脂膜により被膜されているので、ステータとロータとの間の摺動性が向上し、ステータ又はロータの摩耗が低減される。また、ステータとロータの間に樹脂膜が介在することで、樹脂膜の弾性がロータにかかる応力を吸収し、ロータ溝の変形が抑制される。【００１３】
なお、本発明者は、特許文献２において、ロータとステータのいずれか一方を樹脂製とし、他方の接触面を窒化クロム膜で被膜することで、ロータとステータとの摩擦係数を小さくしてロータとステータの摩耗を抑制することを提案している。本発明はこれを改良した発明であり、本発明によってロータの溝の変形を抑制するという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】流路切換バルブの一実施例を示す断面図である。
【図２】流路切換バルブの他の実施例を示す断面図である。
【図３】流路切換バルブのさらに他の実施例を示す断面図である。
【図４】流路切換バルブのさらに他の実施例を示す断面図である。
【図５】流路切換バルブのさらに他の実施例を示す断面図である。
【図６】流路切換バルブのさらに他の実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の流路切換バルブにおいては、ポート端部配置面と流路接続面のいずれか一方にのみ樹脂膜が形成されている場合には、他方がダイヤモンドライクカーボンからなる膜で被膜されていることが好ましい。ダイヤモンドライクカーボンは耐摩耗性及び摺動性に優れているため、ステータとロータとの間の摺動性が向上し、ステータやロータの摩耗を低減することができる。
【００１６】
また、ステータも硬質部材で構成されている場合には、ステータのポート端部配置面とロータの流路接続面の両方に樹脂膜が形成されていることが好ましい。そうすることで、ステータとロータの間の摺動性がさらに向上する。
【００１７】
ポート端部配置面又は流路接続面に形成されている樹脂膜の表面の平坦度は１０μｍ以下であることが好ましい。そうすることで、ステータのポート端部配置面とロータの流路接続面の間の液密性が向上する。
ここで、「平坦度が１０μｍ以下である」とは、同一平面内における凹凸の落差の最大値（最も高いところと最も低いところの差）が１０μｍ以下であることを意味する。
【００１８】
樹脂膜の主成分としては、ポリエーテルエーテルケトン樹脂又はポリアミド樹脂を挙げることができる。なお、これらの樹脂にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などのフッ素樹脂、グラファイトやカーボンなどが含有されていてもよい。かかる素材を含有させることで樹脂膜表面の摩擦係数がさらに小さくなり、ステータとロータとの間の摺動性が向上し、ステータとロータの摩耗をさらに低減することができる。
【００１９】
また、ロータは樹脂よりも高い硬度を有する硬質部材により構成されていてもよい。そうすれば、ロータがステータに強い力で押し付けられることによるロータの変形を抑制することができる。
【００２０】
上記硬質部材の材質としては、ステンレスやチタンなどの金属のほか、アルミナやジルコニアなどのセラミックスを挙げることができる。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
ハウジング２は、ハウジングボディ２ａとハウジングトップ２ｂ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円盤状のハウジングトップ２ｂ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、ハウジングトップ２ｂ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はハウジングトップ２ｂの上面側からハウジングボディ２ａに達するように締結されている。ハウジングトップ２ｂにはボルト５を貫通させる貫通穴が設けられ、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２ｂ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。
【００２４】
ハウジング２の内部壁面となるハウジングトップ２ｂの下面中央部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、周囲がリング状の窪み３４で囲われた円形の平面領域となっている。ハウジングトップ２ｂの下面中央部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は平面形状が下面中央部４よりも大きい円形の部材であり、パッキン１６の中央部がハウジングトップ２ｂの下面中央部４と液密を保って接している。ハウジングトップ２ｂの下面中央部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２ｂ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。
【００２５】
ステータ１４及びパッキン１６にはハウジングトップ２ｂの下面中央部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２ｂ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２ｂ側に固定されている。ハウジングトップ２ｂ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。
【００２６】
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はハウジングトップ２ｂの下面中央部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の先端面はハウジングトップ２ｂの下面中央部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いる。ロータ８の上面（流路接続面）がステータ１４の下面（ポート端部配置面）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。
【００２７】
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２ｂ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２ｂ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。
【００２８】
ロータ８は例えばステンレスやチタンなど耐薬品性を有する硬質部材で構成され、ステータ１４側の面は耐薬品性及び摺動性の優れた樹脂膜３０によって被膜されている。樹脂膜３０は例えばＰＥＥＫ樹脂やポリイミド樹脂がロータ８の表面に１００μｍ程度の厚みでコーティングされたものである。樹脂膜３０を構成するＰＥＥＫ樹脂やポリイミド樹脂は、ＰＴＦＥやＰＦＡなどのフッ素樹脂、グラファイトやカーボンなどを１０〜３０％程度含有するものであってもよい。
【００２９】
樹脂膜３０は粉末、液化したＰＥＥＫ樹脂をステータ１４側の面に吹きつけ、加熱することによってＰＥＥＫを密着、硬化させることによって形成する。例えば、victrex社より提供されるvicote coatingが代表的な方法となる。
【００３０】
ロータ８の表面への樹脂膜３０のコーティングでは、ロータ８の表面への樹脂の密着性を高めるために樹脂のコーティング前にブラスト処理によってロータ８の表面に微細な凹凸を形成し、樹脂をコーティングした後でロータ８の表面に研磨処理を施して平坦度を１０μｍ以下にすることが好ましい。研磨処理によってロータ８の表面の平坦度を１０μｍ以下にすることで、ステータ１４との摺動面における液密性を向上させることができる。
【００３１】
ステータ１４はステンレスやチタンなどの金属のほか、アルミナやジルコニアなどのセラミックス、ＰＥＥＫ樹脂、ポリイミド樹脂など耐薬品性を有する材料で構成されている。ステータ１４がステンレスやチタンなどで構成されている場合には、ロータ８との摺動面の摺動性及び液密性を高めるために、その表面が例えばダイヤモンド砥粒（粒径１〜３μｍ）による研磨処理によって鏡面加工されていることが好ましい。さらに、鏡面加工したステータ１４の表面に、例えば厚さが２μｍ程度のＤＬＣコーティングを施すことで、ロータ８との摺動面の摺動性をさらに高めることができる。
【００３２】
なお、図１の実施例ではロータ８のステータ１４側の表面が樹脂膜３０によって被膜されているが、図２に示されているように、ステータ１４のロータ８側の表面が樹脂膜３２によって被膜されていてもよい。樹脂膜３２は、樹脂膜３０と同様に、ＰＥＥＫ樹脂やポリイミド樹脂がステータ１４の表面に１００μｍ程度の厚みでコーティングされたものである。この場合、ステータ１４は例えばステンレスやチタンなど耐薬品性を有する硬質部材で構成されている。樹脂膜３２のコーティングの際も、図１の樹脂膜３０と同様に、ブラスト処理によってステータ１４の表面に微細な凹凸を形成し、樹脂をコーティングした後でステータ１４の表面に研磨処理を施して平坦度を１０μｍ以下にすることが好ましい。
【００３３】
図２の実施例において、ロータ８はステンレスやチタンなどの金属のほか、アルミナやジルコニアなどのセラミックス、ＰＥＥＫ樹脂、ポリイミド樹脂など耐薬品性を有する材料で構成されている。ロータ８がステンレスやチタンなどで構成されている場合には、ステータ１４との摺動面の摺動性及び液密性を高めるために、その表面が例えばダイヤモンド砥粒（粒径１〜３μｍ）による研磨処理によって鏡面加工されていることが好ましい。さらに、鏡面加工したロータ８の表面に、例えば厚さが２μｍ程度のＤＬＣコーティングを施すことで、ステータ１４との摺動面の摺動性をさらに高めることができる。
【００３４】
また、図３に示されているように、ロータ８とステータ１４の互いの摺動面がそれぞれ樹脂膜３０，３２により被膜されていてもよい。この場合、ロータ８とステータ１４はともにステンレスやチタンなどで構成されている。
【００３５】
以上において説明した実施例では、ステータ１４がハウジング２とは別体として設けられているが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、ステータがハウジングに一体化されたものに対しても適用することができる。ステータをハウジングに一体化することにより、流路切換バルブの内部における流路長が短くなり、流路切換バルブ内におけるデッドボリュームが小さくなる。流路切換バルブ内のデッドボリュームが小さくなることで、例えばこの流路切換バルブを液体クロマトグラフに使用した場合に、流路切換バルブにおける試料成分の拡散を抑制することができ、検出感度の向上を図ることができる。
【００３６】
ステータがハウジングに一体化された流路切換バルブに本発明を適用した実施例について図４を用いて説明する。
【００３７】
ハウジング４０は、図１から図３を用いて説明した実施例と同様に、ハウジングボディ４０ａとハウジングトップ４０ｂによって構成され、ハウジングトップ４０ｂがハウジングボディ４０ａの上におかれてボルト４８によって固定されている。接続ポート４２や４４はハウジングトップ４０ｂに設けられ、接続ポート４２，４４に通じる流路４３，４５の端部がハウジング４０の内壁面をなすハウジングトップ４０ｂの下面中央部４６に達している。ハウジングトップ４０ｂの下面中央部４６はロータ８との摺動面（ポート端部配置面）をなしており、ロータ８と摺動するステータがハウジングトップ４０ｂに一体化されている。
【００３８】
ロータ駆動軸６の基端部はハウジングボディ４０ｂの底部に設けられた穴４１を通ってハウジング４０の外部に引き出され、ハウジング４０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。
【００３９】
ロータ駆動軸６によって回転させられるロータ８は、例えばステンレスやチタンなど耐薬品性を有する硬質部材で構成され、ステータ１４側の面は耐薬品性及び摺動性の優れた樹脂膜３０によって被膜されている。樹脂膜３０は図１及び図３の実施例において説明した樹脂膜３０と同じである。
【００４０】
ハウジングトップ４０ｂの材質はステンレスやチタンなどの金属又はアルミナやジルコニアなどのセラミックスである。ハウジングトップ４０ｂの下面中央部４６はロータ８との摺動面であるため、その表面が例えばダイヤモンド砥粒（粒径１〜３μｍ）による研磨処理によって鏡面加工されていることが好ましい。さらに、鏡面加工したハウジングトップ４０ｂの下面中央部４６の表面に、例えば厚さが２μｍ程度のＤＬＣコーティングを施すことで、ロータ８との摺動性をさらに高めることができる。
【００４１】
なお、図５に示されているように、ハウジングトップ４０ｂの下面が樹脂膜５０によって被膜されていてもよい。樹脂膜５０は、樹脂膜３０と同様に、ＰＥＥＫ樹脂やポリイミド樹脂がハウジングトップ４０ｂの下面に１００μｍ程度の厚みでコーティングされたものである。この場合、ハウジングトップ４０ｂは例えばステンレスやチタンなどで構成されている。ハウジングトップ４０ｂの下面に樹脂膜５０をコーティングする際、ブラスト処理によってハウジングトップ４０ｂの下面（ハウジングボディ４０ａとの接触部分を除く）に微細な凹凸を形成し、樹脂をコーティングした後でそのコーティングの表面に研磨処理を施して平坦度を１０μｍ以下にすることが好ましい。
【００４２】
図５の実施例において、ロータ８はステンレスやチタンなどの金属のほか、アルミナやジルコニアなどのセラミックス、ＰＥＥＫ樹脂、ポリイミド樹脂など耐薬品性を有する材料で構成されている。ロータ８がステンレスやチタンで構成されている場合には、ハウジングトップ４０ｂとの摺動面の摺動性及び液密性を高めるために、その表面が例えばダイヤモンド砥粒（粒径１〜３μｍ）による研磨処理によって鏡面加工されていることが好ましい。さらに、鏡面加工したロータ８の表面に、例えば厚さが２μｍ程度のＤＬＣコーティングを施すことで、ステータ１４との摺動面の摺動性をさらに高めることができる。
【００４３】
また、図６に示されているように、ロータ８とハウジングトップ４０ｂの互いの摺動面がそれぞれ樹脂膜３０，５０により被膜されていてもよい。この場合、ロータ８とハウジングトップ４０ｂはともにステンレスやチタンなどで構成されている。
【符号の説明】
【００４４】
２，４０      ハウジング
２ａ，４０ａ      ハウジングボディ
２ｂ，４０ｂ      ハウジングトップ
３，４１      ロータ駆動軸用の貫通穴
４，４６      ハウジングトップの下面中央部（ポート端部配置面）
５，４８      ボルト
６      ロータ駆動軸
６ａ      ロータ保持部
７      バネ
８      ロータ
１０      ロータ固定ピン
１２      溝
１４      ステータ
１６      パッキン
２０      ステータ固定ピン
２２，２４，４２，４４      接続ポート
２３，２５，４３，４５      流路
３０，３２，５０      樹脂膜
３４      窪み
【図１】
0005999252.tif 000002
【図２】
0005999252.tif 000003
【図３】
0005999252.tif 000004
【図４】
0005999252.tif 000005
【図５】
0005999252.tif 000006
【図６】
0005999252.tif 000007