(57)【要約】  逆止弁は、弁座と、弁座と接触することによって逆止弁を封止するように移動する弾性部材とを含む。クロマトグラフィ溶媒ポンプの呼び水方法は、ポンプの排出口と流体連通している逆止弁を提供することと、流体源からポンプ内に流体を引き込むことと、弁を介して流体をポンプから排出することによって逆止弁を濡らすこととを含む。クロマトグラフィ溶媒ポンプの他の呼び水方法は、ポンプの吸入口と流体連通している逆止弁を提供することと、弁を介してポンプ内に流体を引き込むことと、ポンプから流体を排出することとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロマトグラフィ溶媒ポンプ用の逆止弁であって、
オリフィスを画定する弁座と、
少なくとも逆止弁の閉塞状態及び開放状態をそれぞれ形成する少なくとも２つの位置間で可動である可動部材と、
可動部材に取り付けられ、弁が閉塞状態にある場合に流体がオリフィスを通って流れるのを妨げるように弁座に接触し、弁が開放状態にある場合に流体がオリフィスを通って流れることができるように弁座から間隔をあけて配置される弾性部材と
を備え、
弾性部材と弁座との接触領域が、弁座のオリフィスを囲む開口を画定する、逆止弁。
【請求項２】
弁が開放状態にある場合に、可動部材が空洞の内部で横に浮く空洞を画定する弁本体をさらに備える、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項３】
弾性部材が、ガスケット又はＯリングを備える、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項４】
弁座の方に及び弁座から離れるように可動部材を交互に付勢する、可動部材に取り付けられた音声コイルをさらに備える、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項５】
弁座が、弾性部材に接触するための略平坦な表面を有する、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項６】
弁座が、約５０ｋｐｓｉよりも大きい降伏強度を有する金属からなる、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項７】
弁座が、機械仕上げ表面を有する、請求項６に記載の逆止弁。
【請求項８】
弾性部材が、非線形の弾性特性を有する、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項９】
閉塞状態から開放状態に逆止弁を能動的に移行するための作動信号に応じて弁座から離れるように弾性部材を付勢するために、弾性部材に隣接して移動可能に配設されたアクチュエータをさらに備える、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項１０】
アクチュエータが、作動信号に応じて、可動部材に固定的に取り付けられる又は可動部材に接触する、請求項９に記載の逆止弁。
【請求項１１】
アクチュエータが、開放状態から閉塞状態に逆止弁を能動的に移行するための第２の作動信号に応じて弁座の方に弾性部材を付勢するために、可動部材に固定的に取り付けられる、請求項１０に記載の逆止弁。
【請求項１２】
開放状態から閉塞状態に逆止弁を能動的に移行するための作動信号に応じて弁座の方に弾性部材を付勢するために、弾性部材に隣接して移動可能に配設されたアクチュエータをさらに備える、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項１３】
弁座の方に又は弁座から離れるように弾性部材を受動的に付勢する弾力のある部材をさらに備える、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項１４】
可動部材がその内部に完全に配設される弁本体をさらに備える、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項１５】
逆止弁が、弁ハウジング内での取り替え可能な配置のために構成されたカートリッジ型の逆止弁である、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項１６】
弁が閉塞状態にある場合に流体の漏洩を引き起こす、弁座と弾性部材との間の接触界面を埋めるのに十分な大きさを有する粒子を、流体から少なくとも部分的に除去するように構成されたフィルタユニットをさらに備える、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項１７】
フィルタユニットが、フリットを備える、請求項１６に記載の逆止弁。
【請求項１８】
弾性部材が、塑性特性を有する、請求項１に記載の逆止弁。
【請求項１９】
クロマトグラフィ溶媒送出システムであって、
溶媒ポンプと、
溶媒ポンプの吸入口又は排出口と流体連通している逆止弁と
を備え、
逆止弁が、オリフィスを画定する弁座と、
少なくとも逆止弁の閉塞状態及び開放状態をそれぞれ形成する少なくとも２つの位置間で可動である可動部材と、
可動部材に取り付けられ、弁が閉塞状態にある場合に流体がオリフィスを通って流れるのを妨げるように弁座に接触し、弁が開放状態にある場合に流体がオリフィスを通って流れることができるように弁座から間隔をあけて配置される弾性部材と
を備え、
弾性部材と弁座との接触領域が、弁座のオリフィスを囲む開口を画定する、システム。
【請求項２０】
クロマトグラフィ溶媒ポンプの呼び水方法であって、
ポンプの排出口と流体連通している逆止弁を提供することと、
逆止弁が最初に乾燥しているときにポンプによるポンピング動作を開始することにより、流体がポンプ内に引き込まれた後に逆止弁を介してポンプから排出され、その結果、逆止弁が濡らされることと
を備え、
逆止弁が、オリフィスを画定する弁座と、
少なくとも逆止弁の閉塞状態及び開放状態をそれぞれ形成する少なくとも２つの位置間で可動である可動部材と、
可動部材に取り付けられ、弁が閉塞状態にある場合に流体がオリフィスを通って流れるのを妨げるように弁座に接触し、弁が開放状態にある場合に流体がオリフィスを通って流れることができるように弁座から間隔をあけて配置される弾性部材とを備える、方法。
【請求項２１】
弾性部材が、ガスケット又はＯリングを備える、請求項２０に記載の呼び水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年７月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／８２０，２６７号に基づく利益及び優先権を主張し、その全体内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、流体の流れ制御弁に関し、特に、化学処理機器において使用される逆止弁に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの場合、化学的な分析及び準備において使用される機器は、流体の流れを制御する弁を含む。逆止弁は、流れ制御弁の１つの重要な部類であり、一般に、一方向への流体の流れを可能とするように利用される一方で、逆方向への流体の流れを妨げる。例えば、液体クロマトグラフは、一般に、ポンプを介した流体の流れ方向を制御するために、置換ポンプの吸入口及び排出口のそれぞれと流体連通している逆止弁を含む。
【０００４】
例えば、アブラハムス（Ａｂｒａｈａｍｓ）らによる米国特許第３，８１０，７１６号明細書（「アブラハムス」）は、２ピストンのポンプを往復運動させる高圧クロマトグラフィに適用される吸入及び排出逆止弁について説明している。ポンプは、２つの置換チャンバ又はシリンダにそれぞれ吸入及び排出逆止弁を使用する。ポンプは、２つのポンプシリンダから交互に下流の受け入れシステムに対して流体を供給する「並列」構成を有する。各シリンダは、ポンプサイクルの一部の間、受け入れシステムと直接流体連通している。流体供給の交互パターンは、他方のポンプシリンダからの供給が下流システムに対する所望のポンプ出力流量を維持しながら、一方のポンプシリンダが補充されるのを可能とする。
【０００５】
この並列構成の各シリンダに結合されている吸入及び排出逆止弁は、各シリンダが溶媒貯蔵部からの吸入流体経路又は下流の受け入れシステムに対する排出流体経路のそれぞれと通じるのを可能とする。逆止弁の作動及び配置は、実質的に、略大気圧で補充を受けるポンプシリンダに対する加圧システムからの流体の逆流を防止する。
【０００６】
液体クロマトグラフィ用の高圧ポンプの他の一般的構成は、例えばハッチンス（Ｈｕｔｃｈｉｎｓ）らによる米国特許第４，２４５，９６３号明細書において説明されている「直列」構成である。ポンプの吸入口で取り込まれる液体は、第１のポンプシリンダ及び第２のポンプシリンダを介して連続的に案内される。単一の吸入逆止弁及び単一の排出逆止弁のみが利用される。第１及び第２のピストンのそれぞれの協調した動作は、吸入及び排出逆止弁の作用と協働して相互に作用し、下流の受け入れシステムに対する液体の略一定の出力流量を実現する。
【０００７】
並列ポンプ構成と同様に、適切なギア又は等価的な駆動要素の使用を介した２つのピストンの協調した動作を実行するために、単一の駆動モータが使用されてもよい。あるいは、各ピストンの駆動用に別個のモータが割り当てられてもよく、動作協調において、より大きな運転上の柔軟性を与えることができる。
【０００８】
ボール及びシートタイプのクロマトグラフィポンプ逆止弁は、特に一般的である。代表的な構成は、シートの方に又はシートから離れるように移動可能である静止したシート及びボールを使用する。受動型のボール及びシート逆止弁において、一方向への流体の流れは、シートに対してボールを付勢し、流体の流れを阻止する。逆方向への流体の流れは、シートから離れるようにボールを付勢し、弁を介して経路を開放する。受動型の逆止弁の一部は、弁全体の流体圧差が、バネによって印加される力によって決まる閾値を超えるまで、シートに対してボールを保持するバネを含む。
【０００９】
クロマトグラフィポンプ逆止弁のボールは、一般に、ルビーから形成されるとともに、逆止弁のシートは、一般に、サファイアから形成される（ルビー及びサファイアは、結晶構造の酸化アルミニウムの形態である）。あるいは、逆止弁のボール及びシートは、例えば、酸化アルミニウムを基にしたセラミックスから形成される。これらの弁の材料は、例えば、化学的不活性、耐摩耗性、被削性、及び／又は剛性等、多くの所望の性質に関して選択される。
【００１０】
クロマトグラフィポンプは、一般に、平方インチあたり数千ポンド（ｐｓｉ）程度の又はより大きな（すなわち、数十メガパスカル又はより大きな）送出圧で、十分に安定的で且つ再現性のある溶媒流れを作り出すように設計された高精密デバイスである。逆止弁の逆流は、制御入力（ポンプのステッピングモータのステップ率又はステップ数等）と、クロマトグラフィ溶媒の送出出力体積との間の所望の関係を低下又は破壊する可能性がある。したがって、極めて球形であって優れた表面仕上げを有するボールを作り出すために、多くの試みがボール及びシート逆止弁の製造業者によって費やされている。精密公差及び優れた表面仕上げを有する球形の封止表面を有するシートを作り出すために、対応する試みが製造業者によって費やされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３，８１０，７１６号明細書
【特許文献２】米国特許第４，２４５，９６３号明細書
【特許文献３】米国特許第４，６８１，１３９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
多くの既存の弁は、新しい場合には良好な封止を与えるのにもかかわらず、ボール又はシート封止表面のいずれかにとどまる異物によって使用中に汚損される。この汚損は、汚損の本質がその後の弁作動において下流に通り抜けるような一時的なものであることもあり、又は、適切な弁機能の回復が、弁の分解及び積極的な洗浄又は部品の取り替えを必要とすることがあるような、長く持続するものであることもある。
【００１３】
汚損問題がボール又はシートにある一方で、逆止弁は、逆流に対する適切な封止の失敗のために、部分的又は全体的に動作不能となることがある。他の故障形態において、特定の溶媒が存在している場合にルビー及びサファイア材料がともに詰まることがあり、それは順方向への流体の流れを不可能とすることから、弁が動作不能となる。
【００１４】
少なくともあるクラスの粒子汚損を除去するために、様々なタイプのフィルタがクロマトグラフィポンプの製造業者によって使用されている。しかしながら、実際には、流入する全ての粒子汚損の全て又はほとんどを除去することができるインラインの溶媒濾過デバイスは、通常、ポンプ取り込みが不足することもある非常に小さい効果的な大きさの孔を必要とすることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、一部において、効果的な高圧クロマトグラフィ溶媒供給逆止弁が、硬い弁座に接触するように移動する弾性部材を有利に利用する、という実現から生じる。さらに、弾性部材は、有利には、十分に堅固な可動部材に取り付けられる。接触界面は、比較的狭い寸法及び比較的長い寸法を有するのが望ましい。例えば、適切な弾性部材は、ガスケット及びＯリングを含む。本発明の一部の実施形態は、逆止弁が最初に乾燥している場合であっても、流体ポンプの呼び水を支持する逆止弁を提供する。
【００１６】
したがって、本発明の一実施形態は、弁を特徴としている。弁は、弁座と、弁座に接触する可動弾性部材とを含む。弁座は、弁が開放状態にある場合に流体が流れるオリフィスを画定する。弁が閉塞状態にある場合には、弾性部材は、流体がオリフィスを通って流れるのを妨げるように弁座に接触する。弁は、弁座と弾性部材との間の接触界面を埋めるのに十分な大きさを有する粒子を濾過するように構成されたフィルタユニットを含んでもよい。
【００１７】
弁の１つの実現例において、弁は、しかしながら、ボールを一部弾性部材と置き換えた状態でも、ボール及びシート逆止弁と同様の特徴を有する。接触界面は、弁座内のオリフィスを囲む開口を画定する。可動部材と組み合わせる一部の場合において、弾性部材は、弁が閉塞状態にある場合に、オリフィスを通って流れる流体を阻止する。フィルタは、弾性部材と弁座との間の接触領域の半径方向幅と同様の又はより大きい寸法を有する粒子を除去するように構成されてもよい。
【００１８】
本発明の他の実施形態において、クロマトグラフィ溶媒ポンプの呼び水方法は、ポンプの排出口と流体連通している上述した弁等の逆止弁を提供することと、ポンプ及び逆止弁が最初に乾燥している間、ポンプによるポンピング動作を開始することとを含む。このようにして、溶媒は、ポンプ内に引き込まれ、逆止弁を介してポンプから排出される。したがって、逆止弁は濡らされる。
【００１９】
図面において、同様の参照符号は、一般に、異なる図にわたって同一部品を参照する。また、図面は、必ずしも、一定の比率ではなく、代わりに、本発明の原理を説明するのに一般に強調されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１ａ】本発明の一実施形態に係る逆止弁の断面図である。
【図１ｂ】図１ａの逆止弁の一部の切断部分の３次元図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る逆止弁の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る逆止弁の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る逆止弁の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本明細書において使用されるような用語「弾性」は、反復的に変形し、変形後に、十分にもとの形状に反復的に復元する材料の能力を指す（いかなる塑性、すなわち、略永久的な変形を除外する）。本発明の様々な実施形態によれば、材料の弾性は、線形及び／又は非線形の弾性挙動を含む。本発明の一部の実施形態は、弾性及び／又は塑性挙動を示す１つ以上の弾性材料を利用する。好ましい実施形態は、弁座と反復的に接触する間、反復的に液圧封止を引き起こすように適合している弾性材料を含む。
【００２２】
図１ａは、本発明の一実施形態に係る逆止弁１００の断面図を示している。弁１００は、弁座１１０と、弾性部材１２０とを含み、フィルタユニット１４０を任意に含んでもよい。また、任意に、弁１００は、弾性部材１２０が取り付けられた可動部材１２５と、第１の弁本体部１７０と、第２の弁本体部１９０とを含んでもよい。弁１００はまた、弁１００に対して流入及び流出する流体の流れのための流体吸入及び排出経路を形成する流体口を含む。弁座１１０は、弁１００を通過する流体が流れるオリフィスを画定している。用途によっては、弁１００は、排出口に対する吸入口の流体圧差の変化に応じて開閉する受動型の逆止弁として実装される。
【００２３】
図１ｂは、弁座１１０と、弾性部材１２０と、可動部材１２５とを含む逆止弁１００の一部の切断部分の３次元図を示している。
【００２４】
流体口、弁座オリフィス、第１の弁本体部１７０、及び、可動部材は、逆止弁１００を通って流体が流れる経路を画定している。流体は、一部において、可動部材１２５と第１の本体部１７０との間の空間を介して、弁１００を通って流れる。
【００２５】
弾性部材１２０は、弁座１１０のオリフィスに隣接して配設された開口を画定している。可動部材１２５は、弾性部材１２０の開口を通過しようとする流体に対する障壁を与える。すなわち、流体は、弁１００を通過するために、弾性部材１２０の外側周囲を通り過ぎて流れなければならない。本明細書に与えられた記載を考慮して、当業者は、本発明の原理に合致する逆止弁が、開口を流れる流体を阻止するように開口を越えて延在している部分を有する弾性部材を利用可能であることを認識するはずである。
【００２６】
他の実施形態において、可動部材１２５及び第１の本体部１７０の表面は、曲面状である、滑らかである、ざらつきがある、溝が付けられている、及び／又は、平坦である。当業者によってよく理解されるはずであるように、任意の適切な表面構造が使用可能である。さらに、他の実施形態の一部は、単に又はある程度、弁を通る流体の流れを許容するための上述した空間に依存するよりはむしろ、第１の弁本体部内に画定される内腔を有する。
【００２７】
逆止弁１００は、開放状態及び閉塞状態を有する。開放状態の場合、弁１００は、弁１００によって画定される経路を通って流体が流れるのを可能とする。閉塞状態の場合、弁１００は、経路を通って流体が流れるのを妨げ、その結果、さらなる通過部品が弁１００に接続される。
【００２８】
可変の弁状態に関連して、可動部材１２５は、第１の弁本体部１７０内に摺動可能に配設される。可動部材１２５に結合されて、弾性部材１２０は、弁座１１０の方に又は弁座１１０から離れるように移動する。
【００２９】
図１ａは、開放状態における弁１００を示しており、弾性部材１２０は、弁座から間隔をあけて配置されている。対照的に、閉塞状態の弁１００は、弾性部材１２０と弁座１１０との間の接触をともなう。弁１００が閉塞状態にある場合、弾性部材１２０は、可動部材１２５と組み合わせて、オリフィスを通る流体の流れを妨げる。
【００３０】
逆止弁１００の上部口に流入する流体は、弾性部材１２０が弁座１１０に接触するまで、可動部材１２５を弁座１１０の方に付勢する傾向がある。弾性部材１２０は次いで、流れが弁座１１０内のオリフィスに到達するのを阻止する。弁１００は、現在閉塞状態にある。
【００３１】
流体の流れ方向が逆になると、排出口に対する吸入口の差圧は、弁座から離れるように可動部材１２５を押し込む傾向がある。いったん弾性部材１２０が弁座１１０から間隔をあけて配置されると、流体の流れは、下部口から上部口まで、弁１００を通過することが可能である。上述したように、開放状態の場合、流体は、可動部材１２５と第１の本体部１７０との間の空間を介して、弁１００を通って流れる。
【００３２】
可動部材１２５及び第１の本体部１７０は、第１の本体部１７０内に可動部材１２５の横浮きを形成するように、すなわち、左右移動するように寸法決定されるのが好ましい。横浮きは、接触領域が接触点間で位置を変化させるのを可能とする。
【００３３】
弾性部材１２０は、再現可能に適切な流体封止を形成するように弁座と接触した場合に復元可能に変形することができる弾性を有する。さらに、弾性部材１２０は、少なくともいくつかの粒子が弾性部材１２０と弁座１１０との間にとどまっているにもかかわらず、封止を形成するように変形する。弾性部材１２０と弁座１１０との間の接触界面の最小寸法等、ある閾サイズよりも大きい寸法を有する粒子は、界面にまたがることによって漏洩の原因となる傾向がある。
【００３４】
弾性部材１２０は、円形断面を有するドーナツ状外形を有する。一部の他の断面は、正方形、長方形、多角形、又は、その他の適切な断面形状を含む。他の実施形態において、弾性部材は、例えば、正方形、長方形、又は、より一般的な形状等、他の外形を有する。一部の実施形態において、弾性部材によって画定される開口は、（弾性部材が開口を有する又は有しない場合のそれぞれにおいて）弾性部材によって部分的又は完全にまたがられる。例えば、開口が完全にまたがられる一実施形態において、ダイヤフラムのような弾性部材の隆起部は、弁座に接触するための円形又はその他の形状を画定する。さらに、弾性部材は、互いに取り付けられる２つ以上の部品を含んでもよい。当業者によってよく理解されるはずであるように、弾性部材は、例えば、Ｏリング又はガスケットであってもよい。
【００３５】
弾性部材１２０の少なくとも一部は、例えば知られている弾性材料を含む適切な弾性材料を含む。例えば、Ｏリングは、ニトリル、シリコン、フッ化炭素、フッ化シリコン、エチレンプロピレン、ネオプレン、又は、ポリウレタン等から適切に作られる。一部の実施形態において、弾性材料は、約１〜２ｋｐｓｉから約１０〜１５ｋｐｓｉ程度まで又はそれ以上の圧力（すなわち、約７〜１４メガパスカルから約７０〜１００メガパスカル程度又はそれ以上）等、生体適合性及び／又は高圧性能によって選択される。高圧用途についての適切ないくつかの材料は、例えば、ＰＥＥＫ重合体（英国ランカシャー州のビクトレックス社から入手可能）、及び、ポリイミドを含む。
【００３６】
上述したように、逆止弁１００は、フィルタユニット１４０を含んでもよい。フィルタユニット１４０は、例えば、粒子が弾性部材１２０と弁座１１０との間にとどまる場合に、漏洩を引き起こすのに十分な大きさを有する粒子の個数を低減するように含められる。フィルタユニット１４０は、流体が流れるように多孔質であるが、流体から溶解していない固形物質を部分的に除去する。
【００３７】
フィルタユニット１４０は、比較的長い寸法及び比較的狭い寸法を有する接触界面を形成するＯリング等、弾性部材１２０の適切な機能性を支持する。フィルタユニット１４０は、例えば、接触界面の狭い寸法に匹敵する又はそれよりも大きいサイズを有する粒子を実質的に除去するように構成される。
【００３８】
フィルタユニット１４０は、クロマトグラフィ計測器において使用される市販フィルタ等の知られているフィルタを含む任意の適切なフィルタを含む。したがって、フィルタユニット１４０は、一部の実施形態において、望ましくない粒子の除去に関連する大きさの孔を有する材料を含む。一部の実施形態において、フィルタユニット１４０は、フリットタイプのフィルタであるか、又は、スクリーンを含む。
【００３９】
いくつかの適切なフリットタイプのフィルタは、以下の特徴を有する。一部の実施形態において、フリットは、焼結セラミック及び／又はガラス状材料から、又は、多孔性高密度ポリエチレン等の高分子材料から形成される。
【００４０】
一実施形態において、フィルタユニット１４０は、底面及び／又は表面がフッ化炭素重合体又はその他の比較的化学的に不活性な材料等の高分子材料で被覆された円形スクリーンを含む。被覆は、流路のために開いたスクリーンの中央領域を残すように構成される。重合体の被覆は、フィルタユニット１４０が本発明の弁の流体口内に置かれた場合に、信頼性のある封止を支持する材料からなるリングを形成する。
【００４１】
スクリーンは、例えばステンレス鋼製のスクリーンから形成される。そのようなスクリーンは、例えば、約２マイクロメートル以下のトラップ粒子に対して構成可能である。スクリーンは、例えば、約９０マイクロメートルから約１４０マイクロメートルの厚みを有する。フィルタユニット１４０は、例えば、所望の形状を形成するようにステンレス鋼製のスクリーンの断面にスタンプすることによって形成される。他の実施形態において、焼結ステンレス鋼製のフリットが使用される。
【００４２】
逆止弁の一部の他の実施形態は、２つ以上のフィルタを含む。例えば、逆止弁１００は、各流体口内に配置された１つ以上のフィルタを用いて実装可能である。
【００４３】
弁１００は、他の使用もあるが、流体処理、加工及び分析システムの用途を有する。例えば、一部の実施形態において、１つ以上の逆止弁１００は、クロマトグラフィ計測器における所望の濃度の溶媒を供給するために、１つ以上の溶媒ポンプと組み合わせて使用される。１つの用途において、逆止弁１００は、ポンプを通る流体の流れ方向を制御するために、ピストンベースのポンプの吸入及び排出口内に配設される。
【００４４】
弁座１１０、弾性部材１２０、及び、フィルタ１４０は、例えば、既存のボール及びシート逆止弁と同様にして、任意の適切な方法で互いに関して配設される。例えば、図示されるように、弾性部材１２０が、弁座１１０と接触した場合に弁１００の閉塞状態を形成し、且つ、弁座１１０から間隔をあけて配置された場合に開放状態を形成するように移動する範囲内に、弁１００が弁本体部１７０を任意に含んでもよい。本発明の一部の他の実施形態において、弁座１１０は、閉塞状態及び開放状態を形成するように、単独で又は弾性部材１２０と組み合わせて移動する。
【００４５】
当業者は、図１ａの例が受動型の弁として機能することを認識するはずである。しかしながら、他の設計を形成し、その一部が能動型の弁の開放及び／又は閉塞を引き起こすように、様々な変形及び／又は追加の部品を含めることができることは明らかである。以下、図３を参照して、能動型の弁の１つの実例について説明する。
【００４６】
次に記載されているように、上述した実施形態は、粒子汚損に関連する問題を軽減しようとする一部の従来の弁設計等、一部の従来の弁に対する利点を形成する。弁の封止界面が２つの十分に硬い表面間に生成されることから、粒子汚損は、通常、従来のボール及びシート逆止弁の性能に対する明らかな有害な影響を有する。異物が封止界面に存在している間に逆止弁が開放するのを阻止され得るという結果を招くため、異物である粒子の周囲に一時的にしたがって動作するというボール又はシートのいずれかの有意な能力がない。異物によって弁が開放するのを阻止された場合、弁全体に印加される差圧が実質的になく、その結果、異物を破砕又は移動させる傾向があるかもしれない利用可能な液圧が実質的にない。
【００４７】
この問題を軽減する従来の１つの方法は、バネ負荷のステンレス鋼製のポペットを有する弁を必要とする。この方法では、ｖ字状の断面を有する隆起した環状ネジ山がポペットの底面から突出する。反対側の表面、すなわち、弁座は、ポリ四フッ化エチレン又はＰＴＦＥ等、十分に化学的に不活性なフッ素重合体から作られる。ステンレス鋼製のポペットからなる隆起した環状要素は、弁が閉塞状態にある場合に封止を形成するように、フッ素重合体製のシート内に部分的に埋め込むことが意図される。ステンレス鋼製のポペットよりも著しく低い硬さの封止表面材料の形成は、封止能力の壊滅的な損失を引き起こすことなく、小粒子が弁を通って移動するのを可能とすることが意図される。粒子は、弁を通過中に、より軟らかい材料内に一時的に埋め込まれることができ、その結果、十分に硬いボール及びシート弁を用いて起こるように、封止界面の全体的な形状を損なわない。
【００４８】
上述した弁の負の属性は、周期毎のシート内へのポペットの移動が、高い差圧が弁全体に存在する液圧負荷状態下で弾性を示すということである。クロマトグラフィポンプ逆止弁において逆流が望ましくないように、制御入力（ポンプのステッピングモータのステップ率又はステップ数等）と、下流システムに対する流体の送出出力体積との間の所望の関係を損なうことから、過度の弾性は望ましくない。定義されたポンプピストンの移動に応じて送出される溶媒の体積不足という結果を招くという点で、弁全体に印加される差圧に応じて、弁内の弾性は、溶媒圧縮と一見同様に見える。不足の大きさは、通常、作動圧に関係し、その関係は、溶媒の圧縮に関連する関係からは細部において異なる可能性がある。上述した設計の第２の属性は、比較的軟らかいフッ素重合体製のシート内へのポペットの隆起した環状のｖ字状のネジ山の侵入が、それ自体が粒子の生成と弁周期寿命の低減とをもたらし得る若干の剪断運動をともなうということである。
【００４９】
他の従来の方法は、改善されたシートよりはむしろ、改善されたボールに向けられており、ファルコナー（Ｆａｌｃｏｎｅｒ）による米国特許第４，６８１，１３９号明細書において説明されている。この方法において、比較的低圧のボール及びシートタイプの逆止弁は、粒子汚損に対応するために弾性ボールを利用する。
【００５０】
あいにく、ボール及びシート封止対の一方又は双方の部材が潜在的に弾性材料において完全に実装された逆止弁は、そのような弁が高圧クロマトグラフィポンプとともに使用されたとした場合には、過度の弾性をもたらす。例えば、高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）において直面するような高い液圧負荷がある場合、エラストマボールの弾性は、例えば、シートの封止円錐内にボールが変形されてそこにとどまるほどに大きいことがあり得る。
【００５１】
ここで、図２を参照すると、本発明の一部の実施形態に係る一部の逆止弁は、カートリッジ型の逆止弁である。これらの実施形態の一部は、順次、チューブ及びポンプ等の他の流体部品に接続されている弁ハウジングと嵌合するように構成される。当業者にとって知られているように、カートリッジ型の弁は、多くの場合、弁の取り替えを容易にするために使用される。
【００５２】
図２は、本発明の一実施形態に係るカートリッジ逆止弁２００の断面図である。弁２００は、Ｏリング２２０と、Ｏリング２２０が取り付けられた可動部材２２５と、第１の弁本体部２１０と、第２の弁本体部２３０と、２つのフィルタユニット２４０、２５０と、２つの外部封止部材２６０とを含む。第１の弁本体部２１０の一部は、弁２００が開放状態にある場合に流体が流れるオリフィスを画定する弁座として機能する。Ｏリング２２０は、弁座に接触する又は弁座から間隔をあけて配置されるように移動可能である。
【００５３】
第１及び第２の弁本体部２１０、２３０は、可動部材２２５が内部に配設される内部空間を画定する。弁２００の吸入及び排出口の間を流れる流体は、可動部材２２５と第１及び第２の弁本体部２１０、２３０との間に配置された界面の空間を通過する。
【００５４】
フィルタユニット２４０、２５０は、それぞれ、圧入又は任意の他の適切な方法により、吸入及び排出口に隣接して弁２００の流路内に固定されている。フィルタユニット２４０、２５０は、口を介して弁２００内に流入する及び弁２００から流れ出る流体を濾過する。
【００５５】
カートリッジ型の弁２００は、カートリッジハウジングと嵌合するように構成される。様々な他の実装において、弁２００は、市販カートリッジ逆止弁のハウジング等、知られているハウジングを含む任意の適切なハウジングと互換性がある寸法に形成される。そのような場合、逆止弁２００は、従来のボール及びシートカートリッジ逆止弁の代わりに使用可能である。１つの例として、弁２００は、クロマトグラフィシステムにおける市販溶媒ポンプの吸入口及び／又は排出口に接続された逆止弁ハウジングと組み合わせて使用可能である。
【００５６】
第１及び第２の弁本体部２１０、２３０の寸法は、任意の適切な寸法から選択される。例えば、寸法は、１／３２インチ、１／１６インチ、１／８インチ、又は、３／１６インチ等のボールサイズを有する市販カートリッジの代替として適合するカートリッジを形成するように選択される。
【００５７】
２つの外部封止部材２６０は、弁２００がハウジング内に配設された場合に、弁ハウジングと協働して流体封止を形成するように弁２００の外側部分に配設される。外部封止部材２６０は、ガスケット又はＯリング等の知られている部材を含む任意の適切なタイプの封止部材である。例えば、良好な生体適合性のために、ガスケットは、ＰＥＥＫ重合体（英国ランカシャー州のビクトレックス社から入手可能）から形成される。
【００５８】
弁の一部の他の実施形態は、バネ等の弾力のある部材を含み、及び／又は、弾性部材を弁座の方に及び／又は弁座から離れるように付勢するためのおもり及び／又はその他の部品を含む。当業者によって理解されるはずであるように、例えば、通常における開放状態又は通常における閉塞状態を形成するように、及び／又は、弁の状態の移行に必要とされる流体圧差の閾値を設けるように、そのような受動部品が利用される。
【００５９】
つぎに、図３を参照すると、本発明の一部の実施形態に係る一部の弁は、能動型の逆止弁である。これらの実施形態の一部は、受動手段（上述したバネ、おもり、及び、流体圧差等）の代わりに又は受動手段と組み合わせて、弁状態の移行（すなわち、開放から閉塞及び／又は閉塞から開放）を推進するソレノイド等の能動部品を含む。能動型の逆止弁の１つの例は、次に記載される。当業者は、これが単なる例であり、いかなる部品の単一の集合も本発明の実施形態を限定しないことを理解されるはずである。
【００６０】
図３は、本発明の一実施形態に係る能動型の逆止弁３００の断面図である。弁３００は、弁座３１０と、弾性部材３２０と、弾性部材３２０が取り付けられたポペット３２５と、排出口を画定する第１の弁本体部３７０と、吸気口を画定する第２の弁本体部３９０と、第１のバネ３８５と、第２のバネ３８６と、弁座３１０に対するポペット３２５の位置を変化させる作動部材３８０と、吸気口の経路内に配設されたフィルタ３４０とを含む。
【００６１】
フィルタ３４０は、吸入口を介して弁３００内を通過する流体の粒子材料の一部を除去する。弁座３１０は、弁３００を流れる流体が通過しなければならないオリフィスを画定する。弁３００が閉塞状態にある場合、オリフィスを通って流れようとする流体は、弾性部材３２０及びポペット３２５によって妨げられる。
【００６２】
図示されるように、弾性部材３２０は、中央開口を画定し、非円形断面を有する。図示された弾性部材３２０の代わりに、弁３００は、Ｏリング、又は、弁１００、２００に関して記載されたもの等、その他の適切な弾性部材を代替的に利用する。例えば、１つの他の実施形態において、弾性部材は、弾性部材によって画定された中央開口に完全にまたがる材料部分を含む。したがって、本発明に係る弁の一部の実施形態において、弾性部材は、弾性部材を通り過ぎる流体の流れを妨げるために可動部材又は関連した部品をあてにする必要はない。
【００６３】
第１のバネ３８５は、述べたように、弁座３１０の方に又は弁座３１０から離れるようにポペット３２５を付勢するように構成される。例えば、弁３００は、通常における開放状態又は通常における閉塞状態を有するように構成される。弁３００の１つの実装において、通常における閉塞状態は、弁座３１０の方にポペット３２５を付勢するように第１のバネ３８５を構成することによって形成される。同様に、他の実装において、通常における開放状態は、弁座３１０から離れるようにポペット３２５を付勢するように第１のバネ３８５を構成することによって形成される。用語「通常における」は、流体によって又は作動部材３８０によってポペット３２５に対して力が印加されない場合に得られる弁３００の状態を指すように、本明細書では文脈に応じて使用される。
【００６４】
一部の実装において、バネ３８５は、弁座３１０の方に可動部材３２５を付勢するように重力をあてにするおもりに取り替えられる。あるいは、可動部材３２５及び／又は弾性部材３２０の重量が、受動的にポペット３２５を弁座３１０の方に付勢するために使用可能である。例えば、一実施形態において、第１のバネ３８５は、弁についての通常における閉塞状態を受動的に形成するために、おもりに取り替えられる。
【００６５】
第２のバネ３８６は、望むように、ポペット３２５の方に又はポペット３２５から離れるように作動部材３８０を付勢するように構成される。弁３００の一部の実装において、バネ３８５、３８６は、通常における閉塞状態又は通常における開放状態を形成するように協働して作動するように構成される。当業者によって認識されるはずであるように、バネ３８５、３８６の特定の構成の選択は、ポペット３２５の位置を移動させるのに必要とされる力を決定することになる。例えば、一実施形態において、第２のバネ３８６は、作動部材３８０をポペット３２５に対して押し込み、その結果、弁座３１０から離れるようにポペット３２５を押し込むことにより、通常における開放の弁３００を形成するように構成される。さらに、一実施形態において、弁３００は、第２のバネ３８６なしで実装され、通常における閉塞の弁３００を形成する。
【００６６】
弁の一部の他の実施形態は、２つ未満のバネ又は２つより多いバネを含み、及び／又は、バネについて他の配置を利用する。例えば、一部の実施形態は、バネ内にポペットを配置する、及び／又は、バネ内に作動部材を配置する。
【００６７】
弁３００の特徴に関連した能動制御は、次に記載される。弁３００の状態の能動制御を支持するために、第２の弁本体部３９０は、磁界発生手段を含む。例えば、導電コイル（ソレノイド等）等の任意の適切な手段が使用されてもよい。残りの記載において、発生手段がコイルを含むことが考えられるが、当業者は、他の発生手段が使用可能であることを認識するはずである。
【００６８】
コイルは、作動部材３８０の近くに磁界を引き起こすために電流を用いて励起される。磁界の向きは、コイルを流れる電流の方向を反転することによって反転可能である。
【００６９】
作動部材３８０は、引き起こされた磁界に応じて、ポペット３２５の位置の能動制御を仲介する。この応答を提供するために、作動部材３８０は、硬磁性体及び／又は軟磁性体等の磁性体を含む。磁界は、磁性体及びコイルの特有な組成及び構成に応じて、作動部材３８０を引き寄せる又は押し込む。当業者によって理解されるはずであるように、作動部材３８０はまた、本明細書では、例えば、「ピン」、「電機子」、「作動要素」、「ロッド」、又は、同様の用語と称することもできる。
【００７０】
例えば、１つの他の実施形態において、作動部材３８０は、封入された鉄等の軟磁性体を含む。この場合、磁界を変化させると、作動部材３８０がコイルの方に引き寄せられ、その結果、ポペット３２５から離れることを引き起こす。
【００７１】
他の方法として、作動部材３８０は、封入されたフェライト等の永久磁性体から形成される。永久磁性体は、磁性体の極性の向きに対する磁界の極性の向きに応じて、コイルから離れるように押し込まれる又はコイル内に引き寄せられる。コイルの磁界の極性の向きは、コイルを流れる電流の切り替え可能な向きによって決定される。したがって、この例において、作動部材３８０は、一方の方向の電流によってポペット３２５から離れるように引き寄せられ、他方の方向の電流によってポペットの方に押し込まれる。この配置は、作動部材３８０がポペット３２５を弁座３１０から離れるように押し込むことにより、弁３００が能動的に開放されるのを可能とする。
【００７２】
弁３００が開放状態にある場合、流体は、最初にフィルタ３４０を流れ、作動部材３８０の周囲を流れ、弾性部材３２０を通り過ぎて、ポペット３２５の周囲を流れ、バネ３８５を通り過ぎて、最後に排出口を流れることにより、弁３００を通過するのを可能とされる。しかしながら、当業者は、流体が反対方向に流れるのを可能とするように弁３００を強制的に開放状態にするために作動部材３８０が原則として使用可能であることを認識するはずである。
【００７３】
弁３００と同様の他の代替実施形態において、作動部材は、ポペットに取り付けられる、又は、作動部材及びポペットは、同じ材料片から一体的に形成される。この実施形態において、作動部材は、弁座から離れるようにポペットを押し込むことができ、且つ、弁座の方にポペットを引き寄せることができる。したがって、一部の実施形態は、弁の能動的開放及び弁の能動的閉塞を提供する。
【００７４】
弁３００と同様の一部の他の代替実施形態において、磁石及びコイルの配置が取り替えられる。すなわち、例えば、能動型の弁の電機子は、音声コイル等のコイルを含むとともに、第２の本体部は、電磁石又は永久磁石を含む。当業者によって理解されるはずであるように、そのような電機子の運動は、電機子のコイル部分に対する電流の印加によって制御される。音声コイルを使用する一部の実施形態は、コイル電流の制御を介して制御可能である大きさ及び向きの力を提供する。したがって、これらの実施形態は、プッシュプル弁を提供する。
【００７５】
さらに他の実施形態において、ポペットは、磁石又はコイルを含み、能動的な閉塞及び／又は開放は、作動部材の使用の有無にかかわらず実行される。本発明の一部の実施形態に係る他の弁は、上述した磁性関連の切り替え機構以外の又はそれに加えて任意の適切な能動的な切り替え機構を利用する。
【００７６】
本発明の一部の実施形態は、従来のボール及びシート逆止弁を超える利点を有する。例えば、作動部材３８０は、可動部材３２５に接触することにより、弾性部材３２０を弁座３１０から分離させる。したがって、作動部材は、弾性部材３２０との直接的な接点を有する必要はない。さらに、ポペット３２５及び弾性部材３２０は、横浮きの選択可能な度合いを有する。例えば、弾性部材３２０は、弁座３１０との反復的な接触の間、弁座３１０の同じ部分に接触する必要はない。
【００７７】
弁の一部の他の実施形態は、弾性部材の側に、可動部材と接触するように配設された作動部材を含む。さらに他の実施形態は、可動部材が作動部材と弁座との間にあるように（例えば図３を参照すると、作動部材の上方に配設される）配設された作動部材を含む。
【００７８】
上述した弁１００、２００、３００を含む本発明の多くの実施形態は、ポンプの呼び水を支持する。例えば、弁１００、２００、３００は、クロマトグラフィ計測器のピストンベースの溶媒ポンプの排出口に逆止弁を設けることができる。そのようなポンプの呼び水中に、逆止弁は、溶媒が溶媒源からポンプ内に引き込まれるように、ポンプの排出口を封止する。弁は、一部のボール及びシートベースの逆止弁とは対照的に、乾燥している場合であっても良好な封止を提供する。これらのボール及びシートベースの逆止弁とは対照的に、濡れ面は、弾性封止部材とその関連する弁座との間に良好な封止を得るのを必要としない。
【００７９】
ここで、図４を参照すると、逆止弁の他の例が記載される。図４は、本発明の一実施形態に係る逆止弁４００の断面図である。弁４００は、Ｏリング等の弾性封止部４２０と、弾性封止部４２０が取り付けられたポペット４２５と、可動ポペット４２５の周囲に配設されたバネ４８５と、第１の弁本体部４１０と、第２の弁本体部４３０と、封止部材４１５と、シェルナット４９０と、外部封止部材４６０とを含む。第１の弁本体部４１０の一部は、弁４００が開放状態にある場合に流体が流れるオリフィスを画定する弁座として機能する。弾性封止部４２０は、第１の弁本体部４１０の弁座と接触する又は弁座から間隔をあけて配置されるように、ポペット４２５とともに移動する。
【００８０】
第１及び第２の弁本体部４１０、４３０は、ポペット４２５及びバネ４８５が内部に配設される内部空間を画定する。弁４００の吸入及び排出口の間を流れる流体は、ポペット４２５と第１及び第２の弁本体部４１０、４３０との間に配置された界面の空間を通過する。バネ４８５は、界面の空間内に配設され、第１の弁本体部４１０の弁座の方にポペット４２５を付勢するように構成される。
【００８１】
封止部材４１５は、第１の弁本体部４１０と第２の弁本体部４３０との間に配設される。封止部材４１５は、ガスケット等の任意の適切な封止部材である。１つの代替例において、第１の弁本体部４１０は、第２の弁本体部４３０と螺合している。本体部４１０、４３０は、任意に、適切な封止を提供するように封止部材を取り付けてもよい。
【００８２】
一部の他の構成において、逆止弁４００は、従来のボール及びシート逆止弁の代わりに使用可能である。例えば、弁４００は、ポンプシリンダ又はマニホールド内において、内側にネジ切りされたカウンタボアと係合するように構成される。様々な他の実装において、弁４００は、対象の任意の部品と互換性があるように構成される。弁４００の一部の他の実施形態において、弁は、カートリッジ型の弁として構成される。そのような弁は、例えば、クロマトグラフィシステムにおける市販の溶媒ポンプの吸入及び／又は排出口に接続された逆止弁のハウジングと組み合わせて使用可能である。
【００８３】
外部封止部材４６０は、例えば弁４００が内部に実装されるカウンタボアのベースと協働して流体封止を提供するように、第２の弁本体部４３０の端部に配設される。外部封止部材４６０は、ガスケット又はＯリング等の知られている部材を含む任意の適切なタイプの封止部材である。
【００８４】
本明細書に記載されたものの変形、変更、及び他の実装は、特許請求されたような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者が気付くはずである。例えば、一部の実施形態において、可動弁座は、固定された弾性部材に対して移動する。あるいは、一部の実施形態において、弁座及び弾性部材は、双方とも可動である。一部の実施形態は、複数の弾性部材及び／又は複数の弁座を含む。したがって、本発明は、先の実例の説明によってではなく、代わりに、以下の特許請求の範囲の精神及び範囲によって定義されるものである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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