(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転せん断密封弁であって、
シャフト軸を有する回転子シャフトと、
回転子シャフトに固定されており、印加された電気信号に反応してシャフト軸と平行に配向された力を印加するように構成されている、電動の線形アクチュエータまたは機械的線形アクチュエータであって、力は印加された電気信号に応じた大きさを有する、線形アクチュエータと、
流体チャネルを備える平面を有する回転子であって、線形アクチュエータに結合されており、シャフト軸を中心に回転するように構成されている、回転子と、
回転子の平面と平行に、これと接触して設けられた平面を有する固定子であって、固定子の平面は、流体を受けるための第一ポートと、流体を供給するための第二ポートとを有する、固定子と、
固定子および回転子の平面の間にほぼ一定の力を印加するための弁機構であって、固定子および回転子の平面の間の合力は、一定の力と線形アクチュエータによって印加された力との合計にほぼ等しい、弁機構と、を含み、
流体チャネルは、回転子が第一切替位置にあるときに第一ポートで受けた流体を第二ポートまで誘導し、回転子が第二切替位置にあるときには流体は第一ポートから第二ポートに流れることが防がれ、
印加された電気信号が、回転子の回転状態にしたがって、印加される力を変化させる、回転せん断密封弁。
【請求項２】
弁機構がバネ機構を含む、請求項１に記載の回転せん断密封弁。
【請求項３】
バネ機構が、少なくとも１つのバネ座金を含む、請求項２に記載の回転せん断密封弁。
【請求項４】
第一および第二ポートが、液体クロマトグラフィシステムの移動相経路に結合されるように構成されている、請求項１に記載の回転せん断密封弁。
【請求項５】
印加された電気信号が電圧変調信号である、請求項１に記載の回転せん断密封弁。
【請求項６】
線形アクチュエータが圧電アクチュエータを含む、請求項１に記載の回転せん断密封弁。
【請求項７】
圧電アクチュエータが圧電素子の積層体を含む、請求項６に記載の回転せん断密封弁。
【請求項８】
圧電素子がリング状の圧電素子である、請求項７に記載の回転せん断密封弁。
【請求項９】
電動の線形アクチュエータまたは機械的線形アクチュエータがステッピングモータを含む、請求項１に記載の回転せん断密封弁。
【請求項１０】
電動の線形アクチュエータまたは機械的線形アクチュエータが磁気アクチュエータを含む、請求項１に記載の回転せん断密封弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、参照によりその全体が本願に組み込まれる、「Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｖａｌｖｅ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏａｄｉｎｇ（可変圧力荷重を有する高圧流体切替弁）」と題された、２０１１年５月５日付けの米国特許仮出願第６１／４８２，６４７号明細書の、出願日遡及の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は主に、高圧流体を切り替えるための弁に関する。より具体的には、本発明は、液体クロマトグラフィシステムにおける用途を有する、回転せん断密封弁に関する。
【背景技術】
【０００３】
高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）および超ＨＰＬＣ（ＵＰＬＣ（Ｒ））システムなどの液体クロマトグラフィ測定システムは通常、回転せん断密封を有する注入弁を使用する。１５，０００ｐｓｉを超える可能性のある圧力に対して密封するために、回転子と固定子との間に数百ポンド以上の力が印加される。回転子が弁切替位置の間を回転する間、力は維持され、これにより密封面の品質に対する厳しい要件を課す。注入弁は通常、過剰な摩耗および漏れを伴わずに、数万サイクルにわたって動作するように意図される。
【０００４】
ＨＰＬＣおよびＵＰＬＣ機器の製造者らは、将来の機器が２０，０００ｐｓｉを超える注入弁の密封圧力を要することになると予想している。固定子、および特にポリマー製回転子の材料特性に内在する制限は、材料および設計における漸進的な改良によって克服できそうもない。
【０００５】
米国特許第６，１９３，２１３号明細書は、従来型の回転せん断注入弁の回転子が回転している間に固定子と回転子との間に印加される力または圧力を変動させる方法を、開示している。具体的には、摩耗を低減するために必要な密封圧力が低いとき、または注入弁が２つの切替位置の間で回転しているときには、小さい力が印加される。適切な密封を維持するために、その他のとき、および弁が切替位置の間で移動していないときには、より大きい力が発生させられる。固定子と回転子との間に印加される力は、注入弁に供給される流体の圧力によって制御される。この手法は、動作するために高圧流体制御および密封を必要とする。１つの顕著な不都合は、印加される力を変動させるために使用される液圧流体の漏れの可能性である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６１９３２１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記で特定された問題を克服し、数万サイクルにわたって２０，０００ｐｓｉを超える圧力を密封することが可能な、高圧回転密封弁の必要性を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様において、本発明は、回転子シャフト、線形アクチュエータ、回転子、および固定子を含む、回転せん断密封弁を特徴とする。線形アクチュエータは、回転子シャフトに固定されており、印加された電気信号に反応して回転子シャフトのシャフト軸と平行に配向された力を印加するように構成されている。力は、印加された電気信号に応じた大きさを有する。回転子は、流体チャネルを備える平面を有する。回転子は、線形アクチュエータに結合されており、シャフト軸を中心に回転するように構成されている。固定子は、回転子の平面と平行にこれと接触して設けられた平面を有する。固定子の平面は、流体を受けるための第一ポートと、流体を供給するための第二ポートとを有する。流体チャネルは、回転子が第一切替位置にあるときに第一ポートで受けた流体を第二ポートまで誘導し、回転子が第二切替位置にあるときには流体は第一ポートから第二ポートに流れることが禁止される。
【０００９】
別の態様において、本発明は、高圧流体を切り替える方法を特徴とする。方法は、回転子の平面と固定子の平面との間に一定の力を印加するステップを含む。回転子の平面は流体チャネルを有し、固定子の平面は、流体を受けるための第一ポートと、流体を供給するための第二ポートとを有する。方法は、回転子の平面と固定子の平面との間で制御可能な力を発生するために、回転子に結合された線形アクチュエータに制御信号を印加するステップを、さらに含む。制御信号は、回転子の回転状態に反応する。回転子および固定子の平面の間の合力は、一定の力と制御可能な力との合計にほぼ等しい。
【００１０】
さらに別の態様において、本発明は高圧流体を切り替える方法を特徴とする。本発明の方法によれば、第一力と第二力との組み合わせが、回転子の表面と固定子の表面との界面に印加される。第一力は実質的に一定であり、第二力は、電気的制御信号に応じた大きさを有する。回転子の平面は流体チャネルを有し、固定子の平面は、流体を受けるための第一ポートと、流体を供給するための第二ポートとを有する。電気的制御信号の状態は、第二力の大きさを減少させるために変更される。第二力の大きさが減少させられる間、回転子は第一切替位置から第二切替位置まで回転させられる。回転子が第二切替位置にあるとき、電気的制御信号の状態は、第二力の大きさを増加させるために変更される。
【００１１】
本発明の上記のおよびさらなる利点は、添付図面と併せて以下の説明を参照することによってより良く理解されるが、様々な図中、類似の参照番号は、類似の要素および特徴を示す。明確さのため、全ての要素が全ての図面に表記されているとは限らない。図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに本発明の原理を説明するために強調されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】ＨＰＬＣ６ポート注入弁の断面図である。
【図１Ｂ】ＨＰＬＣ６ポート注入弁の上面図である。
【図２Ａ】本発明による回転せん断密封弁用のサブアセンブリの実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】本発明による回転せん断密封弁用のサブアセンブリの実施形態を示す図である。
【図３】図２Ａおよび図２Ｂのサブアセンブリを含む、回転せん断密封弁の実施形態の図である。
【図４】異なる予荷重力で圧電アクチュエータに印加される電圧に応じて最大流体密封圧力がどのように変動するかの例を示すグラフである。
【図５】本発明による高圧流体を切り替える方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図６】図５の方法の実行中に固定子および回転子の平面の界面に印加される力の例を示すグラフである。
【図７】本発明による回転せん断密封弁の、別の実施形態の図である。
【図８】圧電リング素子の積層体の形態の、圧電積層アクチュエータの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書における「一実施形態」または「実施形態」の言及は、該実施形態に関連して記載された項目、要素、構造、または特性が、教示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書内の特定の実施形態の言及は、必ずしも全てが同じ実施形態を指すとは限らない。
【００１４】
本教示は、添付図面に示されるその例示的実施形態を参照して、以下においてより詳細に記載される。本教示は様々な実施形態および例と併せて記載されるものの、本教示がこのような実施形態に限定されるように意図されるものではない。反対に、本教示は当業者によって理解されるように、様々な代替例、変形例、および同等物を包含する。本明細書の教示を利用できる当業者は、追加の実施例、変形例、および実施形態、ならびにその他の使用分野も認識するであろうが、これらは本明細書に記載される本開示の範囲に含まれる。
【００１５】
概要をまとめると、本発明は、ＨＰＬＣおよびＵＰＬＣシステムの注入弁として使用されるときに見られるような高圧で、より長寿命で動作することが可能な回転せん断密封弁に関する。本明細書に記載される方法および装置は、その他の用途における高圧流体路の切替にも対応可能であることが、認識されるだろう。回転せん断密封弁は、密封面の界面に可変力を印加するように構成された、線形アクチュエータを含む。線形アクチュエータは、圧電アクチュエータなどの電動アクチュエータであってもよい。あるいは、線形アクチュエータは、ピストン駆動またはカム駆動アクチュエータなどの機械的アクチュエータであってもよい。使用可能なアクチュエータのさらに別の例は、液圧および空気圧アクチュエータを含む。このため可変力は、起電力、電磁力、および／またはその他の適切なタイプの力であってもよい。
【００１６】
弁は、従来型注入弁と類似の材料を用いて製造されることが可能である。たとえば、回転子または固定子のいずれかは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）または炭素強化ＰＥＥＫなどの頑丈なポリマー材料で作られ、他方の部品は、ダイヤモンド状皮膜（ＤＬＣ）で被覆された金属で作られてもよい。ポリマーおよびＤＬＣ皮膜は、低摩擦係数を生じ、結果的に経時的な摩耗および漏れを低減する。
【００１７】
回転せん断密封弁は、予荷重力と称される一定の力が回転子と固定子との間に印加されるように、組み立てられる。以下に記載される様々な実施形態において、線形アクチュエータは圧電アクチュエータである。有利なことに、圧電アクチュエータは、予荷重力を測定して、予荷重力を所望の値に設定するために、組み立ての間にセンサとして使用されることが可能である。組み立ての後、圧電アクチュエータは、回転子と固定子との間の付加的な可変力を生じるために使用される。可変力の大きさは、高電圧低電流電源によって圧電アクチュエータに印加される電気信号によって、決定される。回転子が弁角度状態の間で回転するときなど、弁の密封圧力を小さくしようと意図されるときは、密封面上の合力が予荷重力とほぼ等しくなるように、圧電アクチュエータによって印加される可変力はゼロまたは小さい値に設定される。これは密封面の間の漏れを許容する可能性があるものの、弁の回転は通常は高速であり、数ミリ秒から数十ミリ秒の間に発生するので、漏れの量は少ない。回転子が静止しているとき、すなわち回転せん断弁がその状態を変化させていないとき、圧電アクチュエータによって印加される可変力は、予荷重力よりも大きい。合力は、予荷重力と可変力との合計であり、所望の圧力に対する必要な密封を実現するのに十分な大きさに設定される。有利なことに、弁の回転の間の小さい力は、回転子および固定子の摩耗を減少し、結果的に寿命を延長する。
【００１８】
図１Ａおよび図１Ｂは、回転せん断密封に基づくＨＰＬＣ６ポート注入弁１０の断面図および上面図をそれぞれ示す。
【００１９】
固定子１４は、弁筐体２２に固定されており、６つのポート１８、および実質的に平坦な固定子面（図示せず）を有する。各ポート１８は、弁１０に流体を供給するかまたは弁１０から流体を受ける、流体管（またはチャネル）に結合するように構成されている。筐体２２は、回転子２６、回転子シャフト３０、ベルヴィルバネ座金（積層体ごとに３つの座金３４を有する４つの積層体として示される）、軸受座金３８、スラスト軸受４２、荷重座金４６、荷重スパイダ５０、および荷重ナット５４を実質的に収容する。
【００２０】
回転子２６は、回転子シャフト３０に固定されており、固定子面と平行であってこれと接触している実質的に平坦な回転子面を有する。荷重ナット５４によって所定位置に係止されたベルヴィルバネ座金３４によって、回転子２６に軸力が印加される。軸力は、固定子面に対して回転子面に押しつけ、それによって回転子および固定子面の界面に流体密封を維持するために、使用される。軸力の大きさは、荷重ナット５４を回すことによって調整されることが可能である。
【００２１】
回転子面の溝は、回転子２６および固定子１４が特定の回転配列になっているときに、固定子１４の様々なポート１８をその他のポート１８と結合するように構成されている。ＵＰＬＣ機器において、ポート内を循環する流体の圧力は、１５，０００ｐｓｉを超える可能性があり、２０，０００ｐｓｉ以上の大きさにもなり得る。ベルヴィルバネ座金３４は、固定子および回転子面の間に流体密封を形成するための力を提供する。漏れの速度は通常、毎分数百ナノリットルである。バネ座金３４によって印加される力は、数百ポンドであってもよく、５００ポンド以上の大きさにもなり得る。
【００２２】
固定子１４に対する回転子２６の回転は、ポート１８の接続性を変化させる。回転は、スラスト軸受４２によって促進される。ベルヴィルバネ座金３４によって印加される力は、回転の間、維持される。その結果、密封面に高せん断力が印加される。様々な実施形態において、回転子面はＰＥＥＫまたは炭素強化ＰＥＥＫ材料で形成され、固定子面は、固定子および回転子面の間の摩擦を劇的に減少するＤＬＣの薄層で被覆された金属材料で形成される。これらの材料の組み合わせは、数万サイクルの弁回転にわたって優れた密封を実現することが実証されている。
【００２３】
より大きい動作圧力の傾向は、注入弁１０の従来の設計および材料の能力を超えているかも知れない。ベルヴィルバネ座金３４によって印加される力を増加させることは可能である。しかしながら、増加した力は通常結果的に回転子面と固定子面の摩耗を早めて、関連する漏れを増加させて弁の寿命を縮める。
【００２４】
摩耗は主に、注入弁１０の回転状態を変化させているときに回転子２６の回転の間に印加される高せん断力によって、発生する。高せん断力は、高圧流体密封を生じるために固定子１４と回転子２６との間に印加される高い軸力による。
【００２５】
図２Ａは、本発明による回転せん断密封弁用のサブアセンブリ６２を示す。サブアセンブリ６２は、回転子シャフト３０’、アクチュエータ筐体６６、およびアクチュエータキャップ７０を含む。図２Ｂは、圧電アクチュエータ７４およびピン７８Ａおよび７８Ｂが視認可能な、サブアセンブリ６２の断面図を示す。
【００２６】
アクチュエータキャップ７０から延在する３つのピン８２は、回転子２６をキャップ７０に対して配置および固定するのに役立つ。回転子シャフト３０’、アクチュエータ筐体６６、およびアクチュエータキャップ７０に設けられたその他のピン７８は、サブアセンブリ６２が単一ユニットとして回転することを保証し、さもなければ圧電アクチュエータ７４のねじれによって発生するであろう損傷を防止する。下部ピン７８Ａおよびこれらに対応する孔は、アクチュエータ筐体６６と回転子シャフト３０’との間に相対回転運動がないように、締まりばめを形成する寸法になっている。上部ピン７８Ｂおよびこれらに対応する孔は、アクチュエータキャップ７０が自由に並進できるがアクチュエータ筐体６６に対して回転できないように、滑りばめを形成する寸法になっている。
【００２７】
いくつかの実施形態において、圧電アクチュエータ７４は、多数の圧電セラミック材料の層を有する圧電積層体を含む。様々な実施形態に適した圧電積層体は、商業的に入手可能であり、一般的に１００μｍ未満の厚さの圧電材料の層を有する。各層は、導電金属薄層によって、隣接する層から分離されている。金属層は交互に、正極導体または負極導体に接続されている。正極および負極導体の間に電圧を印加した結果、各層が伸長し、結果的に圧電積層体が伸長する。一実施形態において、圧電積層体は、１８μｍの最大伸長に対応する１２０Ｖの最大動作電圧を有する、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１８ｍｍの市販の装置（Ｐｈｙｓｉｋ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ  （ＰＩ）  Ｌ．Ｐ．のＰ−８８８．５０）である。最大伸長において、阻止力は８００ポンドであり、または同等に、最大動作電圧での伸長を防止するためには８００ポンドの圧縮力が必要とされる。
【００２８】
圧電アクチュエータ７４は、２つの開口部８６を通じて圧電性筐体６６から出てくる２つの導体の間に印加される電圧によって、制御される。圧電アクチュエータ７４が印加電圧によって通電されると、圧電積層体の伸長はアクチュエータキャップ７０に、固定子１４に向かって回転子２６を押させる。電圧が減少または除去されると、回転子の回転中に圧電アクチュエータ７４によって印加される力の減少の結果、固定子および回転子面の間のせん断力を減少させる。その結果、固定子および回転子面の摩耗は著しく低減され、注入弁１０の動作寿命が延長する。
【００２９】
図３は、本発明による回転せん断密封弁９０の実施形態を示す。弁９０は、弁筐体２２’内に収容された、図２Ａおよび図２Ｂのサブアセンブリ６２を含む。図示される実施形態にはバネ座金がない。弁９０は、荷重ナット５４を回すこと、および結果的な力を測定するために圧電アクチュエータ７４をセンサとして使用することによって、予荷重がかけられる。所望の予荷重力が達成されると、圧電積層アクチュエータ７４は、電源と電気的に結合される。一実施形態において、電源は、０Ｖから１２０Ｖの範囲の電圧を発生する。固定子および回転子面が密封されたままとなる最大流体圧力Ｐｍａｘは、実験に基づいて決定されることが可能である。
【００３０】
圧電積層アクチュエータは、その小さい最大変位または伸長によって制限される。その結果、圧電アクチュエータ７４を保持する機械的構造は、好ましくは可能な限り硬質である。荷重スパイダ５０、座金、スラスト軸受３８、回転子シャフト３０’、筐体２２’、アクチュエータキャップ７０を含む、様々な部品の不十分な硬度は、固定子１４に対して回転子２６を押す力を制限する可能性がある。
【００３１】
回転せん断密封弁９０の最大密封力は、圧電アクチュエータ７４の幾何形状、および印加され得る最大電圧に、依存する。たとえば、圧電アクチュエータの長さは、より大きい密封力を得るために、筐体２２’の長さに沿って増加させられることが可能である。
【００３２】
図４は、異なる予荷重力で圧電アクチュエータ７４に印加される電圧に応じた最大流体密封圧力Ｐｍａｘを表す例をグラフで示す。密封圧力Ｐｍａｘの増加は、圧電アクチュエータ７４に印加される電圧の増加に対して実質的に線形である。さらに、予荷重力および圧電アクチュエータ７４に印加される力の寄与が追加される。図示される例において、圧電アクチュエータ７４は、１２０Ｖでおよそ５０００ｐｓｉだけ、密封圧力を増加させる。たとえば、アクチュエータ７４を用いて２０，０００ｐｓｉの密封静圧を実現するために、予荷重力は１５，０００ｐｓｉに設定される。
【００３３】
図４にしたがって反応する圧電アクチュエータの使用は、アクチュエータによって印加される制御可能な力を、１５，０００ｐｓｉを超える流体圧力まで動作する従来型注入弁で達成される一般的な予荷重力と組み合わせることによって、２０，０００ｐｓｉを超える流体圧力の密封を可能にできる。
【００３４】
図５は、たとえば図３の回転せん断密封弁９０を用いて実践可能な、高圧流体を切り替える方法１００の実施形態を示すフローチャートである。図６は、方法１００の実行中に固定子１４および回転子２６の平面の界面に印加される力を、グラフで示す。
【００３５】
方法１００によれば、第一力および第二力の組み合わせは、回転子２６が第一切替位置にある間に、固定子１４の平面に対して回転子２６の平面を押しつける（ステップ１１０）。第一力は予荷重力ＦＰＬＤであり、第二力は、電気的制御信号によって通電されたときに圧電アクチュエータによって印加される力ＦＡＣＴである。
【００３６】
時間ｔ１において、圧電アクチュエータ７４に印加された電気的制御信号の状態の変化（ステップ１２０）は、アクチュエータ力ＦＡＣＴの減少または除去を招く。このため合力ＦＴＯＴＡＬは、予荷重力ＦＰＬＤと実質的に等しい。たとえば、制御信号の電圧は、アクチュエータ力ＦＡＣＴを除去するためにゼロまで減少させられることが可能である。時間ｔ２において、固定子１４に向かって回転子２６を押す力のみが予荷重力ＦＰＬＤである間に、回転子２６は第一切替位置から第二切替位置まで回転させられる（ステップ１３０）。たとえば、回転は、液体クロマトグラフィ測定プロセスの、試料装填シーケンスまたは注入シーケンスの一部であってもよい。このため固定子および回転子平面の摩耗は、従来型回転せん断密封弁においてこれらの表面に発生する摩耗と類似している。
【００３７】
図６は、制御信号が状態を変化させる時間ｔ１と、回転子２６が回転し始める時間ｔ２との間の遅延を示す。これは、アクチュエータが力ＦＡＣＴを減少または除去するための有限時間（たとえば数ミリ秒）に適合する。
【００３８】
時間ｔ３において回転子は第二切替位置に到達し、時間ｔ４において制御信号は最大動作電圧に戻される（ステップ１４０）。このため圧電アクチュエータ７４は、固定子１４に対して回転子２６を押す合力ＦＴＯＴＡＬが２つの力ＦＰＬＤおよびＦＡＣＴの合計となるように、アクチュエータ力ＦＡＣＴを再印加する。
【００３９】
方法１００は、その後の切替動作を実現するために、たとえばｔ５からｔ８を繰り返されることが可能である。
【００４０】
いくつかの実施形態において、回転の開始および終了が制御信号の状態の変化と同時になり得るように、制御信号に対する圧電アクチュエータ７４の反応が十分に早いことは、特筆されるべきである。このような実施形態において、時間ｔ１と時間ｔ２との差はゼロであり、時間ｔ３と時間ｔ４との差はゼロである。
【００４１】
合力ＦＴＯＴＡＬの低下のため、弁切替の間に漏れが発生する可能性がある。一般的に、回転子２６が切替位置の間で移動する時間が短いとき、およびアクチュエータ力ＦＡＣＴの低下および再印加が早い場合（たとえば、数ミリ秒）、漏れはごくわずかである。一例として、回転子が切替位置の間で移動する時間は、従来型回転せん断密封弁の市販モデルにおいて、通常は５００ｍｓ未満である。本発明による回転せん断密封弁における類似の回転子部品の使用の結果、ほとんどの用途にとって有意でない漏れを伴って、類似の切替時間を実現する。圧電アクチュエータ７４が後退または伸長する時間、すなわち合力ＦＴＯＴＡＬが図６に示される２つの値の間で推移する非ゼロ時間は、アクチュエータ制御信号の電流レベルの大きさに依存する。一例として、最大電圧１２０Ｖで動作する様々な市販の圧電アクチュエータは、１．６Ａ制御信号に応えておよそ１ｍｓで完全に後退または伸長することができ、完全な後退または伸長は、０．１６Ａ制御信号に対しておよそ１０ｍｓで発生する。電圧が１２０Ｖに維持されている定常状態において、装置の静電容量の性質のため、アクチュエータ７４はほとんどまたはまったく電流を必要としない（たとえば、数ナノアンペア）。対照的に、ＡＣまたはＤＣモータなど、大きい力を発生することが可能なアクチュエータの代替形態は、印加された力を維持するための定常状態動作の間、かなり大きい電流を使用する。有利なことに、圧電積層アクチュエータは、本明細書の場合のように事前圧縮されるとき、事実上無限の寿命を有する。
【００４２】
図７は、本発明による回転せん断密封弁９４の、別の実施形態を示す。弁９４は、図３の回転せん断密封弁９０と類似の構成要素を含む。しかしながら、弁アセンブリの予荷重の間に追加適合を提供するため、および所望の予荷重を設定する能力を改善するために、ベルヴィルバネ座金９８は支持座金１０２の下に設けられている。所望の予荷重が設定された後、弁筐体２２’’の縁の周りに位置する多数の止めネジ１０６が締め付けられる。止めネジ１０６は、正しい位置に固定するために、支持座金１０２の傾斜底面に接触する。止めネジ１０６が存在しないと、圧電アクチュエータ７４の小さな変位は、ベルヴィルバネ９８によってほぼ完全に吸収され、その結果、ほんのわずかな追加の荷重力のみが、固定子１４および回転子２６の界面に印加されることになる。
【００４３】
上述の圧電積層アクチュエータは、様々な形態を取ることができる。いくつかの実施形態において、圧電積層アクチュエータは、図８に示されるような圧電リング素子１１８の積層体１１４の形態である。これらの実施形態のうちのいくつかにおいて、中空コア１２２は回転子シャフトの通路に適合する。
【００４４】
上述の実施形態は一般に圧電アクチュエータを使用するものの、その他様々なタイプの線形アクチュエータが使用され得る。一例において、線形アクチュエータは、回転子および固定子界面において所望の可変力を提供するために、直接的にあるいはカム、ピストン、またはその他の機械的要素または装置を介して、回転子または固定子の一方に結合された、ステッピングモータまたはＤＣモータを含む。別の例において、線形アクチュエータは、電気的制御信号に応えて回転子と固定子との間で可変力を発生するために使用される、１つ以上の空気ピストンまたは空圧装置を含む。さらに別の例において、液圧制御システムの制御下で可変力を発生するために、１つ以上の液圧アクチュエータが使用される。液圧制御信号および流量制御信号は、同期しているかまたは別途時間的に関連しているものの、液圧制御システムに印加される制御信号は、液体クロマトグラフィシステムの流量制御とは独立している。これらの実施形態の電気的制御信号は、圧電アクチュエータに基づく実施形態について先に記載されたのと一致するやり方で、回転せん断密封弁の動作を実現するために、電子圧力調節器によって提供されてもよい。
【００４５】
本発明は特定の実施形態を参照して図示および記載されてきたが、添付請求項に記載される本発明の精神および範囲を逸脱するこ/となく、形状および詳細における様々な変更がなされてもよいことは、当業者によって理解されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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