(57)【要約】【課題】ロータの耐久性を向上させる。【解決手段】流路切換バルブは、接触平面１３をもつステータ１１と接触平面１７をもつロータ１５を備えている。ステータ１１は複数の流路のそれぞれに接続される流通口１９をその接触平面１３にもち、ロータ１５はステータ１１の流通口１９の内の２つを連通させる少なくとも１つの溝２１をもち、ステータ１１の接触平面１３に対して付勢され、連通すべきステータ１１の流通口１９を切り換えるように回転摺動する。本発明では、ステータ１１の接触平面１３にＤＬＣコーティングが被膜された後、研磨加工を施されており、一方、ロータ１５の接触平面１７は樹脂製である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接する接触平面をもつステータとロータを備え、前記ステータは複数の流路が接続されるハウジングとのそれぞれ連通する流通口をその接触平面に有し、前記ロータは前記ステータの接触平面上の流通口の内の２つを連通させる少なくとも１つの溝を有して前記ステータの接触平面に対して付勢され、連通すべき前記ステータの流通口を切り換えるように回転摺動する流路切換バルブにおいて、前記ステータの接触平面は前記ステータの基材を研磨した後にダイヤモンドライクカーボンで被膜を形成し、さらに前記被膜を研磨加工して形成されたことを特徴とする流路切換バルブ。
【請求項２】
前記ステータの基材はステンレス製であることを特徴とする請求項１に記載の流路切換バルブ。
【請求項３】
前記ステータの基材をダイヤモンド砥粒を用いて研磨したことを特徴とする請求項２に記載の流路切換バルブ。
【請求項４】
前記被膜の研磨には、アルミナ砥粒を用いることを特徴とする請求項２〜３のいずれか１項に記載の流路切換バルブ。
【請求項５】
前記ステータは、流路を接続するハウジングと一体に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の流路切換バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高速液体クロマトグラフ等の分析装置で用いられる流路切換バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分析装置においては、試料や溶媒等の溶液の選択や、試料の外部から分析系への導入のため、流路を切り換える機構が備えられる。例えば、高速液体クロマトグラフにおいては、高い圧力（数十MPa）で送液される移動相の流路に対して、大気圧下の試料溶液を導入するように流路を切り換える機構を有しており、この機構に流路切換バルブを備えられている。【０００３】
従来、このような用途における流路切換バルブとしては、切り換え溝が形成された円盤状のロータを、その溝と導通する貫通穴が形成された円盤状ステータに対し、平面で接触させつつ回転させる流路切換バルブが用いられている（例えば、特許文献１）。流路切換バルブでは、流路が接続されたハウジングトップとロータの間にステータが挟まれており、ロータとステータが相互に面接触することで流路の液漏れが防止されている。そして、ロータを所定の位置から一定角度だけ回転摺動して、接続された流路が切り換えられる。このような従来の流路切換バルブの材質として、ロータにはポリエーテルエーテルケトン（PEEK; polyetheretherketone）やポリイミド等の樹脂、ステータにはセラミック等が使われている。【０００４】
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）よりも柔らかいロータ（樹脂）の摺動面は磨耗し、これによりバルブにおける回転トルクの増大、流体の漏洩、ロータの磨耗した部分に残留した液によるクロスコンタミネーションの増大などを引き起こすという問題がある。【０００５】
流路切換バルブにおいては、液漏れを防止するため、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。その状態でロータが回転すると、ロータの材質が樹脂である場合には、回転による摩擦でステータおよびロータ表面が削り取られて削り屑が発生し、後段のカラムの劣化原因となっていた。一方、ロータの材質をセラミックとする場合には、そのような削り屑は発生しないが、シール性を考慮してステータ、ロータともに、その接触面の表面粗さを細かくし、平面度も高精度に仕上げる必要があり、そのような面同士を強い力で押し付けると、いわゆるリンキング等と称される鏡面接着現象が生じ、ロータの回転動作を損なうという問題があった。【０００６】
ロータをフルオロカーボン含有ポリマーとし、タングステンカーバイド／カーボン（ＷＣ／Ｃ）層をコーティングすることでロータの耐久性を向上させた流路切換バルブが開示されている（特許文献２）。ＷＣ／Ｃ層は柔らかいアモルファスカーボンマトリクス中に硬いＷＣ粒子が分散した構造であり、アモルファスカーボンとＷＣを交互に積層することにより形成される。【０００７】
摺動面に対する表面処理加工では、ダイヤモンドライクカーボン（DLC;Diamond like Carbon）をコーティングすることが注目されており、例えば、特許文献３ではポンプ内で往復動するプランジャの摺動面の表面を平滑に処理して、ＤＬＣコーティングすることが開示されている。ＤＬＣが炭素の同素体から成る非晶質（アモルファス）の硬質膜であることを考慮すれば、流路切換バルブのロータとステータの摺動面について、特許文献２のようなアモルファスカーボン中にＷＣを用いずに、ステータの摺動面を純粋なＤＬＣの被膜を形成することに想到する。【０００８】
【特許文献１】特開平１−３０７５７５号
【特許文献２】米国特許第６４５３９４６号
【特許文献３】特開２００４−６０５１３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ステータのロータとの接触平面にＤＬＣコーティングしたものの走査型電子顕微鏡（SEM;Scanning Electron Microscope）による画像を図４（ａ）に示す。このＳＥＭ画像（×５０００倍）では、ＤＬＣコーティングの表面には、凹凸が確認される。サブミクロンオーダーの粒塊状カーボンが存在することが原因である。平滑な平面であるべき部分にこれだけの凹凸が存在すると、様々な支障が生じる。摺動する相手（ロータ）が樹脂であれば、この凹凸により表面の磨耗が激しくなる。磨耗による削れカスは、摺動面に残れば密接に接触するロータとステータの接触平面に隙間を生じさせ液漏れの原因となり、ステータ面に設けられた開口から流路に流れ込むと上述のようにカラムの劣化や流路詰まりの原因となる。また、ステータ面とロータ面は強い力で押し付けられながら回転するので、表面の凹凸により想定外の摩擦が生じるとロータを回転させるモータ等の力が不足し、流路の切り換えができなくなり、流路切換バルブが動作不能となる。流路切換バルブが動作不能になれば、流路を構成する分析装置全体として正常な動作を維持することができなくなる。多くの場合には、圧力の異常上昇を感知して安全システムが作動し、分析装置が停止する。【００１０】
図４（ｂ）は、ＤＬＣの被膜を形成したものを用いて切換バルブを組み立て、ロータとステータとの接触平面を２００回摺動させた後、ステータの接触平面を撮影したものである。ロータが磨耗して生じた削れカスがステータの接触平面に確認される。わずか２００回の切り換えで、これだけの磨耗が生じるのであれば、場合によっては数千にも及ぶ試料を連続的に分析する液体クロマトグラフの流路切換バルブの用途には堪えない。【００１１】
本発明では、ステータ面にＤＬＣコーティングを施した長寿命な流路切換バルブを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の流路切換バルブは、互いに接する接触平面をもつステータとロータを備え、ステータは複数の流路のそれぞれに接続される流通口をその接触平面にもち、ロータはステータの流通口の内の２つを連通させる少なくとも１つの溝をもち、ステータの接触平面に対して付勢され、連通すべき上記ステータの流通口を切り換えるように回転摺動するものである。そして、ステータと接触するロータの接触平面は樹脂製であり、ステータにはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の被膜が形成され、その被膜が研磨されている。【００１３】
ＤＬＣコーティングを施す前には、ステータの接触平面となる部分が平滑に研磨加工される。この加工はステータの接触平面の表面をダイヤモンド砥粒等を用いて鏡面研磨とするのが好ましい。ステータの基材としては、機械的強度や対腐蝕性の面でステンレスが好ましい。【００１４】
ＤＬＣコーティングを施した接触平面にアルミナ砥粒等を用いた研磨加工を施し、コーティングの表面に存在するサブミクロンオーダーの粒塊状のカーボンを除去する。
【発明の効果】
【００１５】
ＤＬＣコーティングの表面に存在するカーボンの粒塊を研磨により除去することで、ロータとステータの接触平面における摺動性が向上し、ロータを回転させるトルクの増大を抑制することができる。ステータ表面によるロータの磨耗が低減し、長期間安定して使用でき、ロータの削れカスの発生によるカラムの劣化や配管の詰まりを防止することができる。また、ロータとステータの接触平面の密接な接触が維持されることにより液漏れを防止し、確実な流路の切り換えを行なうとともに、クロスコンタミネーションを生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】流路切換バルブのステータ及びロータ部分の概略斜視図である。
【図２】流路切換バルブ全体の概略断面図である。
【図３】本発明に係るステータ表面の(a)ＤＬＣコーティングを研磨加工後のＳＥＭ画像、(b)使用後の光学画像である。
【図４】従来技術に係るステータ表面の(a)ＤＬＣコーティング後のＳＥＭ画像、(b)使用後の光学画像である。
【符号の説明】
【００１７】
１１      ステータ
１３      ステータ摺動面
１５      ロータ
１７      ロータ摺動面
１９      貫通穴
２１      溝
２３      流路接続部
２５      シャフト
２７      ボディ部
２９      弾性部材
３１      ボルト
３３      軸受
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例を、図を参照しつつ説明する。
図１は一実施例の流路切換バルブのステータ及びロータ部分の概略斜視図である。
ステータ１１はステンレス製であり、流路が接続されるハウジングが一体化されたものである。ステータ１１のステータ摺動面１３はロータ１５のロータ摺動面１７と接し、ステータ１１に設けられた貫通穴１９がロータ１５に設けられた溝２１と導通するようになっている。ロータ１５は、例えばPEEK等の樹脂製であり、溝２１が円弧状に複数設けられている。【００１９】
ステンレス製ステータ１１のステータ摺動面１３は、摺動性を高めるため、ダイヤモンド砥粒（粒径1〜3μｍ）を用いて研磨（鏡面加工）するのが好ましい。【００２０】
鏡面加工したステンレス製ステータ１１の摺動面１３にマグネトロンスパッタリング法によりＤＬＣコーティングが2μｍ程度の厚さに形成されている。マグネトロンスパッタリング法によるＤＬＣコーティングを行なうと、ドロップレットなどがコーティング表面に付着しにくくなり、平滑な表面が得られ、摩擦係数が低減されて、ロータの磨耗を低減させることができる。ＤＬＣコーティングは、鏡面加工されたステータの摺動面との密着性がよく、且つ、技術的に安定した形成方法である。ＤＬＣコーティング後、研磨加工を施す。ステンレス製のステータ基材の加工とは異なり、よりソフトな加工条件でよく、アルミナ砥粒（粒径1〜3μｍ）により、カーボンの粒塊がなくなる程度に加工するだけでよい。【００２１】
本発明に係る流路切換バルブにおいて、ステータのロータとの接触平面にＤＬＣコーティングした後に研磨加工を行ったもののＳＥＭ画像を図３(a)に示す。このＳＥＭ画像（×５０００倍）では、ＤＬＣコーティングの表面には図４(a)で示したような凹凸が確認されない。ＤＬＣコーティング後のアルミナ砥粒を用いた研磨加工により、平滑な平面が形成されていることがわかる。図３(ｂ)は、ＤＬＣコーティングした後、研磨加工を行ったものを用いて切換バルブを組み立て、ロータとステータとの接触平面を２００回摺動させた後、ステータの接触平面を撮影したものである。図４(ｂ)と同じ条件であるが、ロータが磨耗して生じる削れカスは、ステータの接触平面に全く確認されない。ＤＬＣコーティング後のアルミナ砥粒を用いた研磨により、摺動する相手（ロータ）が樹脂であっても、樹脂の磨耗は低減されることが確認される。【００２２】
図２は流路切換バルブの全体構造を示した概略断面図である。ステータ１１には流路接続部２３が複数設けられており、その先端は接触平面１３の貫通穴１９に通じている。ロータ１５はシャフト２５の先端に取り付けられており、シャフト２５を回転可能に支持するボディ部２７内に設けられた弾性部材２９によってステータ１１方向に付勢されている。ボディ部２７はボルト３１によってステータ１１の外周部にネジ止めされている。ロータ１５の接触平面１７には溝２１が形成されており（図１を参照）、ステータ１１の接触平面１３の貫通穴１９を連通する。流路を切り換える際、シャフト２５を回転させてロータ１５をステータ１１に対して回転摺動させ、貫通穴１９と溝２１の接続を切り換える。この例においては、流路接続部２３が設けられる部分（ハウジング）がステータ１１と一体に構成されている。ハウジングとステータを一体に構成することで、流路切換バルブの内部での流路が短くなり流路内の容積を小さくし、試料成分の拡散を抑制しているのであるが、一般的な流路切換バルブのようにハウジングとステータを別体に構成しても良い。【００２３】
本発明の流路切換バルブを液体クロマトグラフに用いる場合には、流路接続部２３には、移動相を送液する送液装置や試料溶液を計量するサンプルループ、試料溶液を成分ごとに分離するカラム等が接続される。【００２４】
実施例ではステータの接触平面の貫通穴１９が円周上に配置され、ロータの溝２１がその内の２つを連通するようになっているが、一般的に“マルチポジションバルブ”と呼ばれる流路切換バルブにも同様に適用することができる。マルチポジションバルブにおいては、ステータの接触面の貫通穴として中央に共通のものを配置し、その周囲の円周上に複数個を配置し、ロータの溝はステータの共通の貫通穴を円周上のいずれかの貫通穴に選択的に接続するように半径方向に延びた溝となる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は高速液体クロマトグラフをはじめ、流路の切り換えを必要とする分析機器、その他の機器に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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