(57)【要約】  高速液体クロマトグラフィシステム内で使用するためのせん断バルブ。せん断バルブは、複数の第１の流体搬送要素を有する第１のバルブ部材と、１つまたは複数の第２の流体搬送要素を有する第２のバルブ部材とを含む。複数の別個の位置の各々において、第１の流体搬送要素のうちの複数の要素の間に流体連通を提供するために、１つまたは複数の第２の流体搬送要素のうちの少なくとも１つが、第１の流体搬送要素のうちの複数の要素と重なるように、第２のバルブ部材は、別個の位置間を第１のバルブ部材に対して移動可能である。第１および第２のバルブ部材のうちの少なくとも一方は、接着中間層とダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）層とを含む保護被膜で少なくとも部分的に被覆される。ＤＬＣ層は、フィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着によって、接着中間層上に蒸着される。
2014520250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速液体クロマトグラフィシステム内で使用するためのせん断バルブであって、
複数の第１の流体搬送要素を有する第１のバルブ部材と、
１つまたは複数の第２の流体搬送要素を有する第２のバルブ部材と
を含み、
複数の別個の位置の各々において、第１の流体搬送要素のうちの複数の要素の間に流体連通を提供するために、１つまたは複数の第２の流体搬送要素のうちの少なくとも１つが、第１の流体搬送要素のうちの複数の要素と重なるように、第２のバルブ部材が、別個の位置間を第１のバルブ部材に対して移動可能であり、
第１および第２のバルブ部材のうちの少なくとも一方が、接着中間層と、フィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着によって接着中間層上に蒸着されたダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）層とを含む保護被膜で少なくとも部分的に被覆される、せん断バルブ。
【請求項２】
接着中間層が、ＦＣＶＡ蒸着によって、第１および第２のバルブ部材のうちの少なくとも一方の上に蒸着される、請求項１に記載のせん断バルブ。
【請求項３】
接着中間層が、アルミニウム、クロム、モリブデン、シリコン、タンタルおよびチタンからなる群より選択される中間層材料を含む、請求項１に記載のせん断バルブ。
【請求項４】
接着中間層の厚さが、約１００ナノメートルから約５００ナノメートルである、請求項１に記載のせん断バルブ。
【請求項５】
ＤＬＣ層の硬度が、約３０ＧＰａから約６０ＧＰａである、請求項１に記載のせん断バルブ。
【請求項６】
ＤＬＣ層の厚さが、約０．５ミクロンから約２．５ミクロンである、請求項１に記載のせん断バルブ。
【請求項７】
保護被膜の粗さＲａが５ナノメートル以下である、請求項１に記載のせん断バルブ。
【請求項８】
保護被膜が、粗さＲａが２５ナノメートル未満の第１のバルブ部材または第２のバルブ部材の表面上に蒸着される、請求項１に記載のせん断バルブ。
【請求項９】
第２のバルブ部材が、複数の別個の位置間を移動するために、第１のバルブ部材に対して回転可能である、請求項１に記載のせん断バルブ。
【請求項１０】
せん断バルブが、第１のバルブ部材がステータを含み、第２のバルブ部材がロータを含む、回転せん断バルブである、請求項９に記載のせん断バルブ。
【請求項１１】
保護被膜の厚さのばらつきが１０％未満である、請求項１に記載のせん断バルブ。
【請求項１２】
高速液体クロマトグラフィシステム内で使用するためのせん断バルブであって、
第１のバルブ部材および第２のバルブ部材を含み、
第１および第２のバルブ部材のうちの少なくとも一方が、他方に対して移動可能であり、第１および第２のバルブ部材のうちの一方が複数のポートを含み、他方が、互いに対する第１および第２のバルブ部材の相対位置に応じて、ポートのそれぞれの間に流体連通を提供するための少なくとも１つの流体導管を含み、
第１のバルブ部材が、接着中間層と、フィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着によって、接着中間層上に蒸着されたダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）層とを含む保護被膜で少なくとも部分的に被覆される、せん断バルブ。
【請求項１３】
第１のバルブ部材が、３１６ステンレス鋼から形成される、請求項１２に記載のせん断バルブ。
【請求項１４】
接着中間層が、ＦＣＶＡ蒸着によって、第１および第２のバルブ部材のうちの少なくとも一方の上に蒸着される、請求項１２に記載のせん断バルブ。
【請求項１５】
接着中間層が、アルミニウム、クロム、モリブデン、シリコン、タンタルおよびチタンからなる群より選択される中間層材料を含む、請求項１２に記載のせん断バルブ。
【請求項１６】
接着中間層の厚さが、約１００ナノメートルから約５００ナノメートルである、請求項１２に記載のせん断バルブ。
【請求項１７】
ＤＬＣ層の硬度が、約３０ＧＰａから約６０ＧＰａである、請求項１２に記載のせん断バルブ。
【請求項１８】
ＤＬＣ層の厚さが、約０．５ミクロンから約２．５ミクロンである、請求項１２に記載のせん断バルブ。
【請求項１９】
保護被膜の粗さＲａが５ナノメートル以下である、請求項１２に記載のせん断バルブ。
【請求項２０】
保護被膜が、粗さＲａが２５ナノメートル未満の第１のバルブ部材または第２のバルブ部材の表面上に蒸着される、請求項１２に記載のせん断バルブ。
【請求項２１】
第２のバルブ部材が、複数の別個の位置間を移動するために、第１のバルブ部材に対して回転可能である、請求項１２に記載のせん断バルブ。
【請求項２２】
せん断バルブが、第１のバルブ部材がステータを含み、第２のバルブ部材がロータを含む、回転せん断バルブである、請求項２１に記載のせん断バルブ。
【請求項２３】
保護被膜の厚さのばらつきが１０％未満である、請求項１２に記載のせん断バルブ。
【請求項２４】
フィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着によって、せん断バルブ部材上に接着中間層を蒸着するステップと、
ＦＣＶＡ蒸着によって、接着層上にダイアモンド状炭素層を蒸着するステップと
を含む方法。
【請求項２５】
せん断バルブ部材がステータであり、接着中間層を蒸着するステップが、ステータのステータインタフェース上に接着中間層を蒸着するステップを含む、請求項２４の方法。
【請求項２６】
接着中間層が、摂氏８０度未満のプロセス温度で蒸着される、請求項２４の方法。
【請求項２７】
ダイアモンド状炭素層が、摂氏８０度未満のプロセス温度で蒸着される、請求項２４の方法。
【請求項２８】
せん断バルブ部材の表面領域を２５ナノメートル未満の粗さＲａに研磨するステップをさらに含み、接着中間層およびＤＬＣ層が表面領域上に蒸着される、請求項２４の方法。
【請求項２９】
ＤＬＣ層に約３０ＧＰａから約６０ＧＰａの硬度を付与するために、ＤＬＣ層の蒸着中に加工物バイアス電圧を調整するステップをさらに含む、請求項２４の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１１年４月２５日に出願された米国仮特許出願第６１／４７８，７７８号明細書の優先権を主張する。米国仮特許出願第６１／４７８，７７８号明細書の全内容は、参照によって本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、一般にバルブ、より詳細には保護被膜を有するバルブに関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの分析システムは、流体の流れを制御するためのバルブを組み込む。例えば、いくつかのクロマトグラフィシステム内には、せん断バルブが使用されている。これらのバルブは、しばしば流体の完全性を保持しなければならない。すなわち、そのようなバルブは流体を漏出すべきでない。しかしながら、バルブは位置間でサイクル運転されるため、可動部品にかかる負荷により摩耗が引き起こされる。
【０００４】
バルブによっては、高い圧力を受ける。例えば、高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）装置内の試料インジェクタバルブは、一般的な溶剤ポンプによって生じるような、約１，０００から５，０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）の圧力を受ける。超高速液体クロマトグラフィ（ＵＨＰＬＣ）装置などの、より高圧のクロマトグラフィ装置は、最大１５，０００ｐｓｉまたはそれ以上の圧力で動作する溶剤ポンプを有する。
【０００５】
システムの圧力が増加すると、ロータおよびステータなどのバルブ構成要素の摩耗、ならびにひずみが増加する傾向にあり、バルブの耐用年数が減少し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高圧運転条件下で動作するバルブの動作寿命を延ばすために、フィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着と呼ばれるプロセスを経て蒸着される保護被膜を、摺動構成要素を有するバルブに有利に設けることができるという認識から、部分的に生じている。このように、例えば本発明は、ＨＰＬＣまたは高圧装置における、試料を送出するための改善された回転せん断注入バルブを提供するのに特によく適している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様では、本発明は、高速液体クロマトグラフィシステム内で使用するためのせん断バルブを提供する。せん断バルブは、複数の第１の流体搬送要素を有する第１のバルブ部材と、１つまたは複数の第２の流体搬送要素を有する第２のバルブ部材とを含む。複数の別個の位置の各々において、第１の流体搬送要素のうちの複数の要素の間に流体連通を提供するために、１つまたは複数の第２の流体搬送要素のうちの少なくとも１つが、第１の流体搬送要素のうちの複数の要素と重なるように、第２のバルブ部材は、別個の位置間を第１のバルブ部材に対して移動可能である。第１および第２のバルブ部材のうちの少なくとも一方は、接着中間層とダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）層とを含む保護被膜で少なくとも部分的に被覆される。ＤＬＣ層は、フィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着によって、接着中間層上に蒸着される。
【０００８】
別の態様では、本発明は、高速液体クロマトグラフィシステム内で使用するためのせん断バルブを提供する。せん断バルブは、第１のバルブ部材および第２のバルブ部材を含む。第１および第２のバルブ部材のうちの少なくとも一方は、他方に対して移動可能であり、第１および第２のバルブ部材のうちの一方は、複数のポートを含み、他方は、互いに対する第１および第２のバルブ部材の相対位置に応じて、ポートのそれぞれの間に流体連通を提供するための少なくとも１つの流体導管を含む。第１のバルブ部材は、接着中間層とダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）層とを含む保護被膜で少なくとも部分的に被覆される。ＤＬＣ層は、フィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着によって接着中間層上に蒸着される。
【０００９】
別の態様によれば、本発明は、フィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着によって、せん断バルブ部材上に接着中間層を蒸着するステップと、ＦＣＶＡ蒸着によって、接着層上にダイアモンド状炭素層を蒸着するステップとを含む方法を特徴とする。
【００１０】
実施例は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含んでもよい。
【００１１】
実施例によっては、第１のバルブ部材は、３１６ステンレス鋼から形成される。
【００１２】
特定の実施例では、接着中間層は、ＦＣＶＡ蒸着によって、第１および第２のバルブ部材のうちの少なくとも一方の上に蒸着される。
【００１３】
場合によっては、接着中間層は、アルミニウム、クロム、モリブデン、シリコン、タンタルおよびチタンから選択される中間層材料を含む。
【００１４】
特定の場合、接着中間層の厚さは、約１００ナノメートルから約５００ナノメートルである。
【００１５】
例によっては、ＤＬＣ層の硬度は、約３０ＧＰａから約６０ＧＰａである。
【００１６】
特定の例では、ＤＬＣ層の厚さは、約０．５ミクロンから約２．５ミクロンである。
【００１７】
実施例によっては、保護被膜の粗さＲａは、５ナノメートル以下である。
【００１８】
特定の実施例では、保護被膜は、粗さＲａが２５ナノメートル未満の第１のバルブ部材または第２のバルブ部材の表面上に蒸着される。
【００１９】
場合によっては、第２のバルブ部材は、複数の別個の位置間を移動するために、第１のバルブ部材に対して回転可能である。
【００２０】
特定の場合では、せん断バルブは、第１のバルブ部材がステータを含み、第２のバルブ部材がロータを含む、回転せん断バルブである。
【００２１】
例によっては、保護被膜の厚さのばらつきが１０％未満である。
【００２２】
実施例によっては、せん断バルブ部材はステータであり、接着中間層はステータのステータインタフェース上に蒸着される。
【００２３】
特定の実施例では、接着中間層は、摂氏８０度未満のプロセス温度で蒸着される。
【００２４】
場合によっては、ダイアモンド状炭素層は、摂氏８０度未満のプロセス温度で蒸着される。
【００２５】
特定の場合では、せん断バルブ部材の表面領域は２５ナノメートル未満の粗さＲａに研磨され、接着中間層およびＤＬＣ層が表面領域上に蒸着される。
【００２６】
例によっては、ＤＬＣ層に約３０ＧＰａから約６０ＧＰａの硬度を付与するために、ＤＬＣ層の蒸着中に加工物バイアス電圧は調整される。
【００２７】
実施例は、以下の利点のうちの１つまたは複数を提供することができる。
【００２８】
フィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着と呼ばれる真空蒸着技術によって、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）被膜をバルブ表面に施すことは、高圧運転条件下で動作するバルブの動作寿命を延ばす助けとなり得る。
【００２９】
場合によっては、ＤＬＣ被膜をバルブ表面に接着するのを助けるために、接着促進材料が使用される。被覆されている表面との強い結合を形成し、かつ、炭素への高い親和性を有する接着促進材料を使用することは、ＤＬＣ被膜の、被覆されている表面への接着を改善する助けとなり得、このことは高圧用途に特に有益となり得る。そのような改善された接着は、被膜破壊および剥離を導く欠陥を抑制する助けとなり得る。
【００３０】
実施例によっては、保護被膜を提供するためのフィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着を用いることは、被覆表面のマクロ粒子汚染物を抑制する助けとなり得る。マクロ粒子汚染物の低下は、被覆表面での早期の摩耗を抑制する助けとなり得る。
【００３１】
ＦＣＶＡ蒸着の性質により、被覆されている表面での膜成長は本質的にアモルファス（非晶質）であり、その結果、後研磨をおよび対応する増加生産コストを必要とする可能性があり、部分的に結晶の膜成長による望ましくない表面形態を回避することができる。
【００３２】
他の態様、特徴および利点は、説明、図面および請求項の中に示してある。
【００３３】
同じ参照番号は同じ要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】保護被膜を有するステータを含む回転せん断バルブの分解斜視図である。
【図２Ａ】図１の回転せん断バルブを含む高速液体クロマトグラフィシステムの概略図である。
【図２Ｂ】図１の回転せん断バルブを含む高速液体クロマトグラフィシステムの概略図である。
【図３】フィルタ処理陰極真空アーク装置の概略図である。
【図４】保護被膜を有するバルブ部材を製造するための例示的プロセスである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
バルブ部材間に生じる摩耗を低減し、それによってバルブの動作寿命を延ばすために、フィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着によって施すことができる保護被膜を、バルブに設けることができる。
【００３６】
図１を参照すると、６ポートの回転せん断バルブ１００は、ステータ１１０およびロータ１４０を含む。ステータ１１０は、ステータインタフェース１１２および複数のポート１１５〜１２０を有する。ポート１１５〜１２０の各々は、ステータインタフェース１１２上のポートをステータ１１０の後部に接続する流路（ポート１１６の場合、１２１に示される）を含む。次いで、ポート１１５〜１２０への流体連結を、流路（例えば流路１２１の場合、パイプ１２２）を介して行うことができる。連結は、従来のパイプユニオンの場合のように、パイプに適合したフェルールを受けるための、ステータ１１０内に形成されたソケットと、適切な固定ナットとを含むことができる。
【００３７】
ポート１１５〜１２０は、直径約０．００６インチとすることができ、直径０．１インチの円形アレイ状に配置することができる。ステータ１１０の外径は、約０．１５インチとすることができる。ステータ１１０は、ステンレス鋼（例えば３１６ステンレス鋼）、または他の耐食合金から製造することができる。ステータインタフェース１１２は、保護被膜１３０を設けることができ、保護被膜１３０は摩耗を低減し、その結果、バルブ１００の動作寿命を延ばす助けとなり得る。保護被膜１３０は、ダイアモンド状炭素層１３２、および、ステータインタフェース１１２とＤＬＣ層１３２との間に密着して配置された接着中間層１３４を含む。ＤＬＣ層１３２および接着中間層１３４は、フィルタ処理陰極真空アーク（ＦＣＶＡ）蒸着と呼ばれる技術によって施すことができる。
【００３８】
ロータ１４０は、隣接するポート１１５〜１２０の対を結合する、弓状溝の形をしている３つの流体導管１４４、１４５、１４６を含むロータインタフェース１４２を有する。ロータインタフェース１４２は、組み立てられる際、ロータインタフェース１４２とステータインタフェース１１２との間で流体が漏れないように確実に密封する助けとなるように、例えば、ばねによりロータ１４０にかけられた圧力によって、ステータインタフェース１１２と接触を促される。ロータ１４０は、軸１４８を中心に回転することができ、ステータ１１０に対して２つの別個の位置を有する。第１の位置では、溝１４４はポート１１５と１１６とを重ねて連結し、溝１４５はポート１１７と１１８とを重ねて連結し、そして、溝１４６はポート１１９と１２０とを重ねて連結する。第２の位置では、溝１４４はポート１１６と１１７とを重ねて連結し、溝１４５はポート１１８と１１９とを重ねて連結し、そして、溝１４６はポート１２０と１１５とを重ねて連結する。
【００３９】
ロータ１４０の直径は、約０．２００インチとすることができる。流体導管１４４、１４５、１４６は、ポートのアレイと同じ直径（０．１インチ）の円形経路に沿って離間された、６０°で延在する、幅が０．００８インチで深さが０．００８インチの弓状溝から構成することができる。ロータ１４０は、２０から５０％の炭素繊維で充填されたＰＥＥＫ（ＴＭ）ポリマー（英国、ランカシャー、Ｖｉｃｔｒｅｘ  ＰＬＣから入手可能）などのポリエーテルエーテルケトンから製造することができる。あるいは、またはさらに、ロータ１４０は、ポリイミド（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  ＣｏｍｐａｎｙのＤｕＰｏｎｔ（ＴＭ）ＶＥＳＰＥＬ（Ｒ）ポリイミドとして入手可能）、または硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）から製造することができる。
【００４０】
この構造を備えたバルブは、ガスクロマトグラフィおよび液体クロマトグラフィの両方に対して、以降のクロマトグラフ分析のために試料を流体の流れに注入するのに使用することができる。例えば、図２Ａおよび図２Ｂは、図１の６ポートの回転せん断バルブ１００を組み込む高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）システム２００を示す。図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、キャリア流体貯蔵器２１０はキャリア流体を保持する。キャリア流体ポンプ２１２は、キャリア流体の規定流量、典型的には１分当たりのミリリットルを生成し測定するために使用される。キャリア流体ポンプ２１２は、キャリア流体をバルブ１００に送出する。試料は、試料源２１４（例えば試料バイアル）から、キャリア流体の流れと合流することができるバルブ１００へ導入され、次いで、キャリア流体は試料をクロマトグラフィカラム２１６へ搬送される。この点について、試料は、アスピレータ２１８（例えば注射器アセンブリ）の作用によって、試料源２１４から吸引されてもよい。検出器２２０は、分離された化合物帯域がクロマトグラフィカラム２１６から溶出する時に、それらを検出するために使用される。キャリア流体は、検出器２２０を出て、所望の通り、廃棄装置２２２に送り、収集することができる。検出器２２０は、コンピュータ・データ・ステーション２２４に配線され、そのディスプレイ２２６上にクロマトグラムを生成するために使用される電気信号を記録する。
【００４１】
使用中、バルブ１００が第１の位置（図２Ａ）にある場合、ポート１１５はポート１１６と流体連通し、ポート１１７はポート１１８と流体連通し、そして、ポート１１９はポート１２０と流体連通している。この第１の位置では、試料は、ポート１１６を介してバルブ１００へ、次いでポート１１５を介して試料ループ２２８（例えば中空管）へ流れ込み、そして、キャリア流体は、ポート１２０を介してバルブ１００へ、次いでポート１１９を介してクロマトグラフィカラム２１６および検出器２２０の方へ送出される。
【００４２】
バルブのロータが第２の位置（図２Ｂ）へ回転すると、ポート１１５はポート１２０と流体連通して配置され、ポート１１６はポート１１７と流体連通して配置され、そしてポート１１８はポート１１９と流体連通して配置される。この第２の位置では、キャリア流体は、試料と混じり合う試料ループ２２８を通って搬送され、次いで試料を下流のクロマトグラフィカラム２１６および検出器２２０へ搬送する。
【００４３】
液体クロマトグラフィの用途によっては、バルブ１００は、１０，０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）を超える圧力条件下で動作しなければならない場合がある。これらの極圧条件下でのバルブステータおよびロータ上の機械的損耗は、バルブの動作寿命を低下し得る。しかしながら、ＦＣＶＡ蒸着によって、保護被膜１３０をステータインタフェース１１２に施すことは、これらの高圧運転条件下でのバルブ寿命を延ばす助けとなり得る。
【００４４】
図３は、ステータ１１０のステータインタフェース１１２などの、バルブの１つまたは複数の表面に、保護被膜を施すために使用することができる例示的ＦＣＶＡ装置３００を示す。
【００４５】
ＦＣＶＡ装置３００は蒸着チャンバ３１０を含み、蒸着チャンバ３１０内には、加工物を支持するために、保持具３１２が配置される。この例では、ステータ１１０が加工物である。保持具３１２は、加工物バイアス源３１４に連結され、加工物バイアス源３１４は、蒸着プロセス中、保持具によって保持された加工物にバイアス電圧を印加する。
【００４６】
蒸着チャンバは、真空源３１６に連結され、真空源３１６は、蒸着チャンバ３１０内に真空状態を与えることができる。蒸気源３１８は、湾曲した（例えば４分の１回転の）ダクト３２０を介して、蒸着チャンバ３１０と連通している。ダクト３２０の第１の端部は蒸着チャンバ３１０に連結され、蒸気源３１８は第２の、ダクト３２０の反対側端部に隣接して配置される。
【００４７】
コイル３２２はダクト３２０の周りに配置され、磁界を形成するようにコイル３２２に通電するフィルタバイアス源３２４に接続される。ダクト３２０およびコイル３２２は磁気フィルタを形成し、磁気フィルタは、フィルタバイアス源３２４によって通電された時に動作する。
【００４８】
蒸気源３１８は、蒸着されるべき膜に対応するターゲット材料からなるカソード３２６と、トリガ電極３２８とを含む。蒸気源３１８はまた、カソード３２６とアノード３３０との間にアーク放電電圧を印加するため、かつ、カソード３２６とトリガ電極３２８との間にトリガ電圧を印加し、カソード３２６とアノード３３０との間にアーク放電を引き起こすためのアーク電源３３２を含む。
【００４９】
ＦＣＶＡ蒸着では、カソードとして作用するターゲット材料と、接地状態が保持されているアノードとの間のアーク放電中に、プラズマが生成される。プラズマは、ターゲット材料のイオンを含む。磁界は、負に帯電された加工物の方へイオンを導き、中性種と同様にマクロ粒子汚染物を除去する。
【００５０】
磁気フィルタリングおよび加工物へのバイアス印加は、確実に、均一なエネルギーのイオンだけが加工物にぶつかって被覆する助けとなる。直流アークプラズマ蒸着およびマグネトロンスパッタリングなどの物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスと異なり、ＦＣＶＡ被膜は、いかなるマクロ粒子汚染物も実質的に含んでいない。炭化水素反応が必要とされないため、（ＰＡＣＶＤ）におけるような固体粒子の自然核形成もない。結果として、ステータなどのバルブ部品は、高コンフォーマル性の稠密な、実質的に欠陥のないアモルファスＤＬＣ膜の層で被覆することができる。
【００５１】
図４は、ステータ１１０を製造する例示的プロセスを示す。まずステータ１１０は、例えば、ポート２１５〜２２０（図１）を形成するように機械加工され（４１０）、ステータインタフェース１１２は所望の表面仕上げ（４１２）に研磨される。
【００５２】
一旦ステータ１１０が機械加工され研磨されると、ＦＣＶＡ蒸着（４１４）を用いて、接着中間層１３４（図１）がステータ１１０上に蒸着される。炭化鉄は、炭素原子の鉄原子への比較的弱い結合を示す、正味の正の生成エンタルピーを有するため、しっかりとＤＬＣ層１３２を（ステンレス鋼）ステータ１１０に接着するために、接着中間層１３４を使用することができる。ＦＣＶＡ装置３００は、接着中間層１３４を施すために使用することができる。この点について、ステータ１１０は、保持具３１２に取り付けられ、中間層材料は、接着中間層１３４を形成するためのターゲット／カソード３２６として使用される。
【００５３】
鋼への接着を促進するための適切な中間層材料の選択は、安定した炭化物を形成するための、炭素への材料の親和性にある。炭化物形成のエネルギーの観点から、以下の遷移金属および半導体元素が、適切な中間層材料の候補である。アルミニウム、クロム、モリブデン、シリコン、タンタルおよびチタン。例えば、クロムおよびチタンは、ＦＣＶＡによって適宜蒸着することができ、両ターゲットは市販で入手可能である。実施例によっては、炭化物形成におけるチタンのエンタルピーはクロムのエンタルピーの２倍よりも大きいため、チタンは中間層材料として使用される。その結果、ＤＬＣ層１３２により強く結合し、チタンの熱膨張もまた、３１６ステンレス鋼の熱膨張により良好に一致する。
【００５４】
次いで、ＤＬＣ層１３２は、ＦＣＶＡ蒸着（４１８）を用いて、接着中間層１３４上に蒸着することができる。この点について、図３を参照して、上記ＦＣＶＡ装置３００はまた、例えば、接着中間層１３４を施すために使用された中間層材料ターゲットを、純粋なグラファイトターゲットと置き換えることによって、ＤＬＣ層１３２を施すために使用することができる。場合によっては、ＦＣＶＡ装置は、外部蒸気源を有し、摂氏８０度未満のプロセス温度をもたらす。室温は本質的に、被覆された加工物への高温による熱的損傷を防ぐ助けとなり得、被膜硬度を減少させることができるｓｐ３からｓｐ２への炭素結合遷移を防ぐ助けとなり得る。１０，０００ｐｓｉを超えるＬＣ用途については、材料の摩耗率を低下させるために、高硬度のＤＬＣ層１３２を有することが望ましい場合がある。実施例によっては、ＤＬＣ層１３２は、３０ＧＰａから６０ＧＰａの規定の硬度を有し、その硬度は、蒸着プロセス中に加工物バイアス電圧を調整することにより得ることができる。ＦＣＶＡの性質により、加工物における膜成長は本質的にアモルファス（非晶質）である。
【００５５】
接着中間層１３４およびＤＬＣ層１３２を含む被膜の厚さは、１０％未満のばらつきに制御されることが好ましい。被膜が薄すぎると、高圧シールを形成するのに要求される必要な機械的コンプライアンスがないかもしれない。一方、被膜が厚すぎると、その内部応力が増加し、早期の応力破壊および剥離を導く可能性がある。厚いＦＣＶＡ被膜はまた、蒸着に時間がより長くかかり、増加生産コストを必要とする可能性がある。
【００５６】
接着中間層１３４の厚さは、名目上ＤＬＣ層１３２の厚さに比例し、両方の厚みは、ＬＣシステム圧力、部品形状および要求される被膜コンプライアンスなどの関連する機能仕様と同様に、中間層材料の選択および所望のＤＬＣ特性などの蒸着されるべき膜の性質に依存する。
【００５７】
一例では、ステータ１１０は、３１６ステンレス鋼から形成され、厚さが約１００ナノメートルから約５００ナノメートルのチタン接着中間層と、厚さが約０．５ミクロンから約２．５ミクロンのＤＬＣ層とを備える。ステータインタフェース１１２の領域では、３１６ステンレス鋼ステータ１１０は、２５ナノメートル未満の仕上げＲａに研磨される。ステータインタフェース１１２におけるＦＣＶＡ蒸着保護被膜の粗さは、５ナノメートル以下（例えば２から４ナノメートル）である。この例では、保護被膜は、非被覆表面の粗さＲａ以下の被覆表面のＲａを有し、シール面全体にわたってコンフォーマル性である。後研磨は必要なく、これにより製造コストを節約することができる。保護被膜の摩擦係数は、所望の被膜硬度およびｓｐ３炭素摩擦に応じて０．２（例えば０．１未満）未満とすることができる。
【００５８】
いくつかの実施例を上記に詳述したが、他の変形例も可能である。例えば、ＦＣＶＡ蒸着保護被膜がステータインタフェースに施される一例を説明したが、被覆されるべき加工物は、部分的にステンレス鋼、アルミニウム、チタンおよびそれらの合金などの金属からなるステータおよび／またはロータを含むが、これらに限定されない、任意の導電性液体クロマトグラフィ（ＬＣ）バルブ部品とすることができる。
【００５９】
本明細書で説明したＦＣＶＡ蒸着保護被膜は、任意のポート形状の回転せん断インジェクタバルブに、通気バルブ、溶剤切換バルブなどのＬＣ内で使用される他のバルブに、より一般的には、せん断力支配の摺動接触インタフェースを有する類似の機械的原理下で動作する他のバルブおよび機械装置に施すことができる。
【００６０】
例によっては、ステータインタフェースおよびロータインタフェースの両方は、化学的不活性、摩耗率、および／または摩擦係数のさらなる改善を可能にするために、独立して保護被膜で被覆することができる。
【００６１】
保護被膜の硬度は広い範囲にわたり調整可能であるため、バルブ部材のうちの一方（例えばステータ）に高硬度の保護被膜を施すことができ、バルブ部材の他方（例えばロータ）に比較的低硬度の保護被膜を施すことができる。一例では、ステータは、硬度が３０ＧＰａから６０ＧＰａのＤＬＣ層で被覆され、ロータは、硬度が２０ＧＰａから３０ＧＰａのＤＬＣ層で被覆される。
【００６２】
したがって、他の実施例は以下の請求項の範囲内である。
【図１】
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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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【国際調査報告】
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