(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チェック弁の第１の端部における入り口と、
チェック弁の第２の端部における出口と、
入り口と出口の間に延びる流路と、
流路に沿った弁座要素であって、弁座要素は、高分子材料で形成され、弁座要素の入力端部から弁座要素の出力端部まで延びる穴を備え、弁座要素の穴が入力端部における開口を含んでおり、弁座要素は、開口から出力端部まで延びる内部テーパをさらに含み、弁座要素は、内部テーパに沿った封止面を含む、弁座要素と、
高分子材料で形成され、弁座要素の内側の先細になった封止面と係合するように構成されたポペット弁体であって、ポペット弁体は、ポペット弁体が開口と内部テーパとの間の弁座要素の領域において弁座要素の先細になった封止面に封止するように係合し且つ変形させる第１の位置と、ポペット弁体が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置の間で移動するように構成される、ポペット弁体と、を備え、
ポペット弁体が、第１の位置において、開口と内部テーパとの間の弁座要素の領域において弁座要素の先細になった封止面を変形するように、弁座要素およびポペット本体が、異なる高分子材料で形成される、クロマトグラフィーシステムに関するチェック弁。
【請求項２】
弁座要素が、ポペット弁体の応従性のレベルを超える応従性のレベルを有し、ポペット弁体の面と合致する、請求項１に記載のチェック弁。
【請求項３】
弁座要素が、ポペット弁体の応従性のレベルを下回る応従性のレベルを有し、ポペット弁体が、弁座要素の面と合致する、請求項１に記載のチェック弁。
【請求項４】
チェック弁の第１の端部における入り口と、
チェック弁の第２の端部における出口と、
入り口と出口の間に延びる流路と、
流路に沿った弁座要素であって、弁座要素は、高分子材料で形成され、弁座要素の入力端部から弁座要素の出力端部まで延びる穴を備え、弁座要素の穴が入力端部における開口を含んでおり、弁座要素は、開口から出力端部まで延びる内部テーパをさらに含み、弁座要素は、内部テーパに沿った封止面を含む、弁座要素と、
高分子材料で形成され、弁座要素の内側の先細になった封止面と係合するように構成されたポペット弁体であって、ポペット弁体は、ポペット弁体が開口と内部テーパとの間の弁座要素の領域において弁座要素の先細になった封止面に封止するように係合し且つ変形させる第１の位置と、ポペット弁体が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置の間で移動するように構成される、ポペット弁体と、を備え、
ポペット弁体を第１の位置から第２の位置に移行させるポペットホルダーをさらに備える、クロマトグラフィーシステムに関するチェック弁。
【請求項５】
ポペットホルダーと出口の間に位置決めされ、ポペット弁体に対してばね力を及ぼすばねをさらに備え、入り口からポペット弁体に向かう方向に流体が流れていない状態で、ばねがポペット弁体を弁座要素に向けて押し進める、請求項４に記載のチェック弁。
【請求項６】
入り口を含む第１の弁本体部分と、出口を含み第１の弁本本体部分に結合される第２の弁本体部分とをさらに備える、請求項４に記載のチェック弁。
【請求項７】
弁座要素が、第１の弁本体部分に当接し、第１の弁本体部分と、第２の弁本体部分の間に流体密封の境界面を提供する封止フランジを含む、請求項６に記載のチェック弁。
【請求項８】
ポペット弁体が、第１の位置で弁座要素の内部テーパに封止するように係合する円錐形の端部を含む、請求項１または４に記載のチェック弁。
【請求項９】
チェック弁の第１の端部における入り口と、
チェック弁の第２の端部における出口と、
入り口と出口の間に延びる流路と、
流路に沿った弁座要素であって、弁座要素は、高分子材料で形成され、弁座要素の入力端部から弁座要素の出力端部まで延びる穴を備え、弁座要素の穴が入力端部における開口を含んでおり、弁座要素は、開口から出力端部まで延びる内部テーパをさらに含み、弁座要素は、内部テーパに沿った封止面を含む、弁座要素と、
高分子材料で形成され、弁座要素の内側の先細になった封止面と係合するように構成されたポペット弁体であって、ポペット弁体は、ポペット弁体が開口と内部テーパとの間の弁座要素の領域において弁座要素の先細になった封止面に封止するように係合し且つ変形させる第１の位置と、ポペット弁体が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置の間で移動するように構成される、ポペット弁体と、を備え、
中に空洞を有し、ポペット弁体およびポペット弁が空洞内に配設され、弁座が空洞の一端に配設され、弁座における空洞の端部から弁本体を貫通して延びる流体チャネルを備える弁本体をさらに備える、クロマトグラフィーシステムに関するチェック弁。
【請求項１０】
ポペット弁体および弁座要素の少なくとも一方の高分子材料がポリイミドである、請求項１、４および９の何れか一項に記載のチェック弁。
【請求項１１】
少なくとも１つのポンプと、
少なくとも１つのポンプの入力領域と出力領域の少なくとも一方と連通する少なくとも１つのチェック弁とを備え、少なくとも１つのチェック弁が、
チェック弁の第１の端部における入り口と、
チェック弁の第２の端部における出口と、
入り口と出口の間に延びる流路と、
流路に沿った弁座要素であって、弁座要素は、高分子材料で形成され、弁座要素の入力端部から弁座要素の出力端部まで延びる穴を備え、弁座要素の穴が入力端部における開口を含んでおり、弁座要素は、開口から出力端部まで延びる内部テーパをさらに含み、弁座要素は、内部テーパに沿った封止面を含む、弁座要素と、
高分子材料で形成され、弁座要素の内側の先細になった封止面と係合するように構成されるポペット弁体であって、ポペット弁体は、ポペット弁体が開口と内部テーパとの間の弁座要素の領域において弁座要素の先細になった封止面に封止するように係合し且つ変形させる第１の位置と、ポペット弁体が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置の間で移動するように構成される、ポペット弁体と、を備え、
ポペット弁体が、第１の位置において、開口と内部テーパとの間の弁座要素の領域において弁座要素の先細になった封止面を変形するように、弁座要素およびポペット弁体が、異なる高分子材料で形成される、クロマトグラフィー溶剤送達システム。
【請求項１２】
弁座要素が、ポペット弁体の応従性のレベルを超える応従性のレベルを有し、弁座要素がポペット弁体の面と合致する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
弁座要素が、ポペット弁体の応従性のレベルを下回る応従性のレベルを有し、ポペット弁体が弁座要素の面と合致する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
少なくとも１つのポンプと、
少なくとも１つのポンプの入力領域と出力領域の少なくとも一方と連通する少なくとも１つのチェック弁とを備え、少なくとも１つのチェック弁が、
チェック弁の第１の端部における入り口と、
チェック弁の第２の端部における出口と、
入り口と出口の間に延びる流路と、
流路に沿った弁座要素であって、弁座要素は、高分子材料で形成され、弁座要素の入力端部から弁座要素の出力端部まで延びる穴を備え、弁座要素の穴が入力端部における開口を含んでおり、弁座要素は、開口から出力端部まで延びる内部テーパをさらに含み、弁座要素は、内部テーパに沿った封止面を含む、弁座要素と、
高分子材料で形成され、弁座要素の内側の先細になった封止面と係合するように構成されるポペット弁体であって、ポペット弁体は、ポペット弁体が開口と内部テーパとの間の弁座要素の領域において弁座要素の先細になった封止面に封止するように係合し且つ変形させる第１の位置と、ポペット弁体が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置の間で移動するように構成される、ポペット弁体と、を備え、
ポペット弁体を第１の位置から第２の位置に移行させるポペットホルダーをさらに備える、クロマトグラフィー溶剤送達システム。
【請求項１５】
ポペットホルダーと出口の間に位置決めされ、ポペット弁体に対してばね力を及ぼすばねをさらに備え、入り口からポペット弁体に向かう方向に流体が流れていない状態で、ばねがポペット弁体を弁座要素に向けて押し進める、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
ポペット弁体が、第１の位置において弁座要素の内部テーパと封止するように係合する円錐形の端部を含む、請求項１１または１４に記載のシステム。
【請求項１７】
少なくとも１つのポンプと、
少なくとも１つのポンプの入力領域と出力領域の少なくとも一方と連通する少なくとも１つのチェック弁とを備え、少なくとも１つのチェック弁が、
チェック弁の第１の端部における入り口と、
チェック弁の第２の端部における出口と、
入り口と出口の間に延びる流路と、
流路に沿った弁座要素であって、弁座要素は、高分子材料で形成され、弁座要素の入力端部から弁座要素の出力端部まで延びる穴を備え、弁座要素の穴が入力端部における開口を含んでおり、弁座要素は、開口から出力端部まで延びる内部テーパをさらに含み、弁座要素は、内部テーパに沿った封止面を含む、弁座要素と、
高分子材料で形成され、弁座要素の内側の先細になった封止面と係合するように構成されるポペット弁体であって、ポペット弁体は、ポペット弁体が開口と内部テーパとの間の弁座要素の領域において弁座要素の先細になった封止面に封止するように係合し且つ変形させる第１の位置と、ポペット弁体が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置の間で移動するように構成される、ポペット弁体と、を備え、
中に空洞を有し、ポペット弁体およびポペット弁が空洞内に配設され、弁座が空洞の一端に配設され、弁座における空洞の端部から弁本体を貫通して延びる流体チャネルを備える弁本体をさらに備える、クロマトグラフィー溶剤送達システム。
【請求項１８】
少なくとも１つのポンプと、
少なくとも１つのポンプの入力領域と出力領域の少なくとも一方と連通する少なくとも１つのチェック弁とを備え、少なくとも１つのチェック弁が、
チェック弁の第１の端部における入り口と、
チェック弁の第２の端部における出口と、
入り口と出口の間に延びる流路と、
流路に沿った弁座要素であって、弁座要素は、高分子材料で形成され、弁座要素の入力端部から弁座要素の出力端部まで延びる穴を備え、弁座要素の穴が入力端部における開口を含んでおり、弁座要素は、開口から出力端部まで延びる内部テーパをさらに含み、弁座要素は、内部テーパに沿った封止面を含む、弁座要素と、
高分子材料で形成され、弁座要素の内側の先細になった封止面と係合するように構成されるポペット弁体であって、ポペット弁体は、ポペット弁体が開口と内部テーパとの間の弁座要素の領域において弁座要素の先細になった封止面に封止するように係合し且つ変形させる第１の位置と、ポペット弁体が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置の間で移動するように構成される、ポペット弁体と、を備え、
ポペット弁体が、第１の位置において、開口と内部テーパとの間の弁座要素の領域において弁座要素の先細になった封止面を変形するように、弁座要素およびポペット弁体が、異なる高分子材料で形成される、クロマトグラフィー溶剤送達システムを操作するための方法であって、
高分子材料で形成され、弁座要素の入力端部において開口を含む穴を含み、さらに開口から出力端部まで延びる内部テーパを含む弁座要素を、ポンプの入力端部と出力端部の間で流路に沿って位置決めするステップと、
高分子材料で形成されたポペット弁体を、ポペット弁体が開口と内部テーパとの間の弁座要素の領域において弁座要素の先細になった封止面に封止するように係合し且つ変形させる第１の位置に、位置決めするステップと、
入り口からの流体の流れに応答して、ポペット弁体が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置に、ポペット弁体を移行させるステップと
を含む、クロマトグラフィー溶剤送達システムを操作するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年７月３０日に提出された「ＣＨＥＣＫ  ＶＡＬＶＥ  ＨＡＶＩＮＧ  ＰＯＬＹＭＥＲＩＣ  ＳＥＡＴ  ＡＮＤ  ＰＯＰＰＥＴ」というタイトルが付けられた米国仮出願第６１／８５９，９１６号明細書に対する優先権およびその出願日の利益を主張しており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は一般に、チェック弁に関する。より詳細には、本発明は、高圧液体クロマトグラフィーシステムなどにおける高圧流体流れのためのチェック弁に関する。
【背景技術】
【０００３】
分析および調合化学において利用される器具は、流体の流れを制御するために弁を含むことが多い。チェック弁は、流れ制御弁の１つの重要な種類であり、典型的には一方向の流体の流れを可能にし、その一方で反対方向の流体の流れを妨げるために利用される。クロマトグラフィー用途は、例えば典型的には、容積型ポンプの入り口ポートおよび出口ポートそれぞれと流体連通することで、ポンプを通る流体の流れの方向を制御するチェック弁を含む。
【０００４】
例えばＡｂｒａｈａｍｓら（「Ａｂｒａｈａｍｓ」）に対する米国特許第３，８１０，７１６号明細書は、高圧クロマトグラフィー式の往復運動型の２つのピストンポンプに適用される入り口チェック弁および出口チェック弁を例示する。ポンプは、２つの変位チャンバまたはシリンダの各々に対して入り口弁と、出口弁をそれぞれ利用する。ポンプは、「平行な」構成を有し、これは２つのポンプシリンダから交互に下流の受け取りシステムに流体を送達し、各々のシリンダは、ポンプサイクルの一部において受け取りシステムと直接流体連通している。流体送達の交互のパターンによって、一方のポンプシリンダに補充することを可能にし、その一方で他方のポンプシリンダからの送達は、下流のシステムへの所望されるポンプ出力流量を維持する。
【０００５】
この平行構成における各々のシリンダに対応付けられた入り口チェック弁および出口チェック弁によって、各シリンダが、溶剤容器からの入り口流路または下流の受け取りシステムへの出口流路のいずれかと連通することが可能になる。チェック弁の作動および位置は、加圧されたシステムから、ほぼ大気圧で補充を受けているポンプシリンダへの流体の逆流を実質的に阻止する。
【０００６】
液体クロマトグラフィーのための高圧ポンプの別の一般的な構成は、「直列」構成であり、例えばＨｕｔｃｈｉｎｓらに対する米国特許第４，２４５，９６３号明細書に例示される。この場合、ポンプ吸い込み口で吸い込まれる液体は、第１のポンプシリンダと、第２のポンプシリンダを直列に通るように誘導される。単一の入り口チェック弁と、単一の出口チェック弁のみが利用される。各々の第１のピストンと、第２のピストンの連携した動きは、入り口チェック弁および出口チェック弁の作用と協働して相互に作用することで、下流の受け取りシステムへの液体のほぼ一定の出力の流量を実現する。
【０００７】
平行なポンプ構成の場合のように、単一の駆動モータを使用することで、適切な伝動装置または等価な駆動要素を使用することによって２つのピストンの連携した動きに影響を与えることができる。あるいは、別個のモータが各々のピストンの駆動装置に割り当てられる場合もあり、これにより、運動の連携における作動の適応性をより大きくすることを可能にすることができる。
【０００８】
ボールと座のタイプのクロマトグラフィーポンプチェック弁が特に一般的である。典型的な構成は、静止した座と、座に向かって、または座から離れるように移動させることが可能なボールとを利用する。受動的なボール座チェック弁では、一方向の流体の流れがボールを座に当たるように推し進め、流体の流れを封鎖する。反対方向の流体の流れは、座から離れるようにボールを推し進め、弁を通る経路を開放する。一部の受動チェック弁は、弁の両端の差動の流体圧が、ばねが加える力によって決められた閾値を超えるまで、ボールを座に当接させて保持するばねを含む。
【０００９】
クロマトグラフィーポンプチェック弁のボールは一般にはルビーから作製され、チェック弁の座は一般に、サファイア、ジルコニア、ルビーまたは結晶性酸化アルミニウムを含む物質から作製される。あるいはチェック弁のボールおよび座は、特定の所望される特性、例えばその化学的不活性、耐摩耗性、被削性および／または剛性などのために、例えば酸化アルミニウムベースのセラミックから作製される。
【００１０】
クロマトグラフィーポンプは一般に、高精度のデバイスであり、ほぼ安定した、再生可能な溶剤の流れを数千ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）以上（すなわち、数十メガパスカル以上の）ほどもの送出圧力で生成するように設計されている。チェック弁の逆漏れは、制御入力（例えばポンプステップモータのステップレートまたはステップ数）と、クロマトグラフィー溶剤の容積送出出力の所望される関係を損なったり壊したりする恐れがある。より高圧でより低い流量に関する液体クロマトグラフィーシステムが開発されてきたため、漏れ率を下げることに注意が向けられてきた。この目的を達成するために、チェック弁の製造者によって、より高度に球形であり優れた表面仕上げを有するボールを創り出すためにかなりの労力が費やされてきた。これに相当する労力が、精密な公差ならびに優れた表面仕上げを備えた球形の封止面を有する座を創り出すためにも費やされてきた。改善された表面仕上げおよび厳しい公差のために機械加工および切削工程が使用されることで、結果としてコストが増大することになる。
【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
【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、例えばルビーのボールとサファイアの座からできたもの含む上記に挙げたチェック弁などは、新しいときは良好なシールを提供するが、ボールまたは座の封止面のいずれかにとどまる異物などの汚染物質によって使用中に汚れてしまう。このような付着は時には、付着物がその後の弁の始動において下流に押し流される場合は一過性であり、あるいは適切な弁の機能の回復が、弁の分解および積極的な清掃または構成要素の交換を必要とする場合は、より永久的になる場合もある。付着物がボールまたは座上にあるとき、逆流に対抗する適切なシールに障害が生じることに起因してチェック弁を部分的にまたは完全に作動不能にする可能性がある。別の故障形態では、ルビーおよびサファイアの材料が、特定の溶剤の存在下において一緒にくっついてしまい、それが前方方向に流体が流れることをできなくするために弁を作動不能にする場合がある。
【００１３】
少なくとも特定の種類の微粒子の付着をなくす試みにおいて、クロマトグラフィーポンプの製造者によって種々のタイプのフィルタが利用されてきた。しかしながら実際には、すべてのまたはほぼすべての外から入ってくる微粒子の汚染物質を除去することができるインライン式の溶剤濾過装置は典型的には、ポンプの吸い込み口への流体が欠乏してしまう程の小さい有効ポアサイズを必要とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一態様において、本発明は、クロマトグラフィーシステムのためのチェック弁を特徴とする。チェック弁は、チェック弁の第１の端部における入り口と、チェック弁の第２の端部における出口と、入り口と出口の間に延びる流路と、を備える。チェック弁はまた、流路に沿った弁座要素を備える。弁座要素は、高分子材料で形成され、弁座要素の入力端部から弁座要素の出力端部まで延びる穴を備える。弁座要素はさらに、入力端部を出力端部まで移行させる内部テーパを含み、弁座要素は、内部テーパに沿った封止面を含む。チェック弁はまた、高分子材料で形成され、弁座要素の内側の先細になった封止面と係合するように構成されたポペット弁体を含む。ポペット弁体は、ポペット弁体が弁座要素の先細になった封止面に封止するように係合する第１の位置と、ポペット弁体が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置の間で移動するように構成される。
【００１５】
別の態様において、本発明は、クロマトグラフィー溶剤送達システムを特徴としており、これは、少なくとも１つのポンプと、少なくとも１つのポンプの入力領域と出力領域の少なくとも一方と連通する少なくとも１つのチェック弁とを備える。少なくとも１つのチェック弁は、チェック弁の第１の端部における入り口と、チェック弁の第２の端部における出口と、入り口と出口の間に延びる流路と、流路に沿った弁座要素であって、高分子材料で形成され、弁座要素の入力端部から弁座要素の出力端部まで延びる穴を備え、入力端部を出力端部まで移行する内部テーパをさらに含み、内部テーパに沿った封止面を含む弁座要素と、高分子材料で形成され弁座要素の内側の先細になった封止面と係合するように構成されたポペット弁体とを備える。ポペット弁体は、ポペット弁体が弁座要素の先細になった封止面に封止するように係合する第１の位置と、ポペット弁体が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置の間で移動するように構成される。
【００１６】
別の態様において、本発明は、クロマトグラフィー溶剤送達システムを操作するための方法を特徴としており、これは、高分子材料で形成され内部テーパを含む弁座要素をポンプの入力端部と出力端部の間で流路に沿って位置決めするステップと、高分子材料で形成されたポペット弁体を、ポペット弁体が内部テーパと封止するように係合する第１の位置に位置決めするステップと、入り口からの流体の流れに応答して、ポペット弁体が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置に、ポペット弁体を移行させるステップとを含む。
【００１７】
本発明の上記のおよび別の利点は、以下の記載を添付の図面と併せて参照することによってより適切に理解することができ、この図面においては同様の参照番号は、様々な図面において同様の要素および特徴部分を指している。明確にするために、すべての要素がすべての図面において明示されているわけではない。図面は必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を図示する際に、代わりに強調される場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】一実施形態によるチェック弁の分解組立斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａのチェック弁の分解組立断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａおよび図１Ｂのチェック弁の組立後の切欠き斜視図である。
【図２Ａ】閉鎖状態のポペット弁と座を示すチェック弁の特定の領域の引き延ばし図である。
【図２Ｂ】開放状態のポペット弁と座を示すチェック弁の特定の領域の引き延ばし図である。
【図３Ａ】別の実施形態によるチェック弁の組立後の切欠き斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａのチェック弁の分解組立断面図である。
【図４】一実施形態による、平行に作動する２つのポンプピストンと、４つのチェック弁を含むシステムの図である。
【図５】一実施形態による、直列に作動する２つのポンプピストンと、２つのチェック弁を含むシステムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
明細書において「ある実施形態」または「一実施形態」という言及は、その実施形態に関連して記載される項目、特徴機構、構造または特徴が、その教示の少なくとも一実施形態に含まれることを意味している。明細書における特定の一実施形態という言及は、必ずしもすべてが同一の実施形態を指すわけではない。
【００２０】
本教示を、添付の図面に示されるようにその例示の実施形態を参照して、より詳細に記載することにする。本教示は、種々の実施形態および実施例と併せて記載されるが、本教示はそのような実施形態に限定されることは意図されていない。それどころか、本教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替形態、修正形態および等価物を包含する。本明細書における教示に対する利用機会を持つ当業者は、追加の実装形態、修正形態および実施形態ならびに他の分野の利用を理解すると思われ、これらは本明細書に記載される本開示の範囲内にある。
【００２１】
簡単な概要において、本発明は、弁座と、例えば作動中の溶離剤の出力を制御するために弁座と係合したり弁座から外れたりする対応するポペット弁とを有するチェック弁に関する。チェック弁の第１の端部における第１の開口は、供給源から試料などの流体の流れを受け取ることができる。チェック弁は、第１の開口からチェック弁の反対側の端部における第２の開口まで延びる流路を含む。第２の開口は、ポンプまたは他のクロマトグラフィー関連装置に流体を出力することができる。弁座および対応するポペット弁は、流路に沿って位置決めされる。弁座要素は好ましくは例えばポリイミドを含めた高分子材料または弾性特性を有する関連する材料で形成される。ポペット弁も同様に高分子材料で形成されるが、弁座のものより高い硬度を有する。
【００２２】
弁座要素はさらに、弁座要素の入力端部から弁座要素の出力端部まで延びる穴を備える。弁座要素にある穴はさらに、内部テーパを含む。座にある内部テーパは、ポペット弁に対する封止面を形成し、それは２つの構成要素間の線接触を回避することで接触領域における過度の変形を防ぐ。ポペット弁は、ポペット弁の面が弁座部材の内部テーパにおける封止面と係合する第１の位置と、ポペット弁が弁座部材の内部テーパから離される第２の位置の間で移動するように構成される。ポペット弁が第１の位置にあるとき内部テーパに対して十分な力を加えることができるため、弁座部材をポペット弁に対して圧縮させポペット弁に応従するように合致させることができ、ポペット弁と弁座部材の間の境界面における流体の流れを制限することができる。ポペット弁は、ポペット弁が内部テーパから離される第２の位置に移行することができる。弁座部材の応従性の内部テーパは、その元の形状に戻る、すなわちポペット弁と内部テーパを接合させることによって生じる内部テーパの一時的な変形より前の形状に戻ることができる。ポペット弁が内部テーパから離される際、弁座要素の入力端部から弁座要素の出力端部まで穴を通る流体の流れが生じることができる。
【００２３】
本明細書で使用される際、「応従性」は、力が対象物に加えられる際に弾性的に生じる対象物の能力を意味する。高分子の座と、高分子のポペット弁の両方の応従性によって、従来のボールと座のチェック弁よりも堅牢なチェック弁となる。チェック弁はまた、高分子の座および高分子のポペット弁の封止面が、圧力が増大する際互いに適合するため、より高圧においても適切に封止する。チェック弁は、より小さい公差で製造することができ、製造工程において生じるわずかな欠陥は許容することができる。さらに、２つの構成要素の応従性によって、例えば、Ｏリング、あるいは弁要素の間に接着剤により接合される、またはその他の方法で接着される他のスタンドアローンシールを含む従来の用途において、作動中に別の状況でいずれかの構成要素の封止面にとどまる可能性のある小さな汚染物質または付着物を囲むようにシールを形成することが可能になる。また、高分子の座／高分子のポペット弁の関係は、セラミックまたは関連する材料と比べて相対的に高い応従性により、より高圧において有利である。詳細には、セラミックのチェック弁は、１０００ｐｓｉ未満の圧力デルタ（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｄｅｌｔａｓ）において適切に機能することがよく知られている。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態によるチェック弁１０の断面図である。チェック弁１０は、例えば図４に示されるように、例えば平行に構築され配列される際、ポンプ入り口チェック弁または出口チェック弁であってよい。他の実施形態において、チェック弁は、例えば図５に示されるように、例えば直列に構築され配列される際、一次および／またはアキュムレータチェック弁を含む場合がある。弁１０は、第１の弁本体部分１２と、第２の弁本体部分１４とを含み、これらは本明細書においてひとまとめに弁本体と呼ばれる。弁本体部分１２、１４は、第２の弁本体部分のねじ山付きの内面領域と係合する第１の弁本体部分にあるねじ山付きの面を介して違いに固定することができる。
【００２５】
第１の流体チャネル２２が、第１の弁本体部分１２を軸方向に通って、第１の弁本体部分１２の外側端部における入り口２４から、第１の弁本体部分１２の出口３２まで延びている。外側端部は、管継ぎ手を収容するように構成されており、これにより第１の流体チャネル２２を配管またはシステムの構成要素に結合する。例えば第１の流体チャネル２２は、液体クロマトグラフィーシステムの構成要素、例えば高圧液体クロマトグラフィーポンプの出口に結合させることができる。
【００２６】
第２の弁本体部分１４は、第２の弁本体部分１４の外側端部における開口３６から第２の弁本体部分１４の出口２６まで軸方向に延びる穴を含む。穴は、第１の領域３４、第２の領域３６、第３の領域３８、第４の領域５２および第５の領域、すなわち出口２６を含む。第１から第５までの領域３４、３６、３８、５２および２６は、異なる直径、幅、表面積または他の寸法を有する場合がある。第１の領域３４における開口は、本体部分４０を収容するためにねじ山を付けることができ、この本体部分４０も同様にねじ山を付けることができる。図１Ｃに示されるように、第１の領域３４は、第１の弁本体部分１２の本体部分４０を収容し、これと係合することができる。圧縮ばね４２、ポペット弁ホルダー４４、ポペット弁体４６および座要素４８の第１の部分を第２の領域３６に位置決めすることができる。ポペット弁ホルダー４４は、ポペット弁体４６が弁座要素４８の先細になった封止面５４と係合することで入り口から出口に流体が流れることを可能にするが、出口から入り口への流れは妨げるまたは制限する第１の位置と、ポペット弁体４６が弁座部材４８の内部テーパ５４から離される第２の位置の間でポペット弁体４６を移行させる。一実施形態において、ポペット弁ホルダー４４およびポペット弁体４６は、１つの一体型ユニットで形成され、例えば１つの素材から形成される。別の実施形態において、ポペット弁ホルダー４４およびポペット弁体４６は、物理的に別個の要素である。座要素４８の第２の部分を第３の領域３８内に位置決めすることができる。ばね４２の第１の部分もまた、第３の領域３８に位置決めすることができ、ばね４２の第２の部は、第４の領域５２に位置決めすることができる。１つまたは複数の領域３４、３６、３８、５２および２６に上記に挙げた要素が有る無しに関わらず、第１から第５の領域３４、３６、３８、５２および２６から流路を形成することができる。少なくとも第１の領域３４および第４の領域５２はまた、ざぐりを含むことができる。
【００２７】
圧縮ばね４２を、この流路に沿って位置決めすることができ、ポペット弁体４６と、出口２６の間でポペット弁ホルダー４４に結合させることができる。ばね４２は、ポペット弁ホルダー４４を介してポペット弁体４６に所定の力を及ぼすことができる。ポペット弁体４６が今度は、座要素４８に力を及ぼすことができる。ばね４２はしたがって、座要素４８に当接する際にポペット弁体４６を閉鎖状態に配置するのを助ける。一実施形態において、チェック弁１０は、例えば圧縮させるまたは緩めることができるばね４２に作用する調節ねじを含むことによって調節可能であり、そのため弁１０を所望の範囲内の任意の圧力で開放するように設定することができ、例えばこれによりばね４２は、ポペット弁体４６がおよそ１−２ｐｓｉデルタにおいて開放状態になることを可能にする。ばねの力は、いかなるゼロ以外の流体圧でもチェック弁を通る流れを達成するのに十分であることを可能にする最小限の力であってよい。
【００２８】
座要素４８は、座要素４８の入力端部における第１の開口６０から、座要素４８の第２の開口６２におけるポペット弁ホルダー４４内の流路２８に延びる先細になった漏斗状の、または円錐形の流路５４を含む。第２の開口６２は、ポペット弁体４６を収容するように構成される。ポペット弁体４６の第１の部分は、例えばばね４２によって加えられる力に起因して座要素４８の内部テーパ５４に当接することができる。ポペット弁体４６の第２の部分は、ポペット弁ホルダー４４に結合させることができ、このポペット弁ホルダーは、ばね４２の動きに応答して移動する。したがって、ばね４２は、ポペット弁体４６を、例えば上記に述べた閉鎖状態でテーパ５４にきっちりと着座した状態で保持することができる。したがってポペット弁体４６に作用する圧力によって本体４６と座要素４８の間にシールが設けられることで流体の流れを制限するまたは阻止し、Ｏリングなど使用を不要にする。開口６０におけるポペット弁体４６に対する流体圧が、ポペット弁体４６の反対側に付与される力、例えばばね４２によって提供される力より大きい場合、ポペット弁体４６をテーパ５４から離すことができ、流体が中を通って流れることができる。開口６０におけるポペット弁体４６に対する流体圧が、ポペット弁体４６の反対側に付与される力より小さい場合、ばね４２によって付与される力が、ポペット弁体４６をテーパ５４に当たるように移動させ、流れを停止することができる。弁１０を再度開放するためには、圧力誘発力は、ポペット弁体４６を、例えばおよそ１−２ｐｓｉデルタにおいて、またはその辺りでテーパ５４から離れるように移動させるのに十分である必要がある。また、この力は、ポペット弁４６と座要素４８の間に生じる可能性のある望ましくない付着力を克服することができる。一実施形態において、チェック弁１０は、流れ制限器として機能することで、反対方向の流体の流れ方向を阻止する。
【００２９】
一実施形態において、座要素４８は、ポリイミドなどの高分子材料で形成される。ポペット弁体４６もまた、ポリイミドなどの高分子材料、またはジルコニア、サファイア、金属、あるいはそれらを組み合わせたものおよび／または他の材料を組み合わせたもので形成することができる。一実施形態において、ポペット弁体４６を形成する高分子材料の硬度は、座要素４８を形成する高分子材料の硬度より高く、そのため座要素４８は、ポペット弁４６より柔軟である、あるいはより応従性があり、これによりポペット弁４６の変形を阻止する、または軽減することができる。他の実施形態において、ポペット弁体４６と座要素４８は、異なる材料で形成され、ポペット弁体４６と座要素４８の一方は、ポペット弁体４６と座要素４８の他方を形成する材料に対して応従する材料で形成される。一実施形態において、それ故、座要素４８は、ポペット弁体４６に当接する際、応従式に変形することができる。別の実施形態において、ポペット弁体４６を形成する高分子材料の硬度は、座要素４８を形成する高分子材料の硬度より低い。
【００３０】
例えば図２Ａに示されるように、例えばばね４２によってポペット弁体４６に対して力が加えられる際、ポペット弁体４６の面が座要素４８に当接することができることで、図２Ａに領域８０で示される座要素４８の少なくとも一部が、ポペット弁体４６に対して変形可能であることで、ポペット弁体４６と座要素４８の間で領域８０において流体密封のシールまたは境界面を形成する。座要素４８は、弾性特性を含むことができる。図２Ｂに示されるように、ポペット弁体４６は座要素４８から離すことができ、例えばこれにより入り口２４で収容され出口２６に向かう方向に流れる流体によるポペット弁体４６に対する流体圧が、ばね４２を押し下げることになり、これによりポペット弁体４６は座４８から離れるように移動する。ここで、境界面の一部を正式に形成する座要素４８の領域８０は、ポペット弁体４６と接触する前の状態に戻ることができる。先細になった流路５４が開放され、流体が、第２の弁本体部分１４にある流路に沿って流れ、出口２６から出て行くことができる。流体圧を低下させるまたは中断させると、ばね４２は、ポペット弁体４６を図２Ａに示されるように座要素４８に当接するように再度着座させる。
【００３１】
図１Ａから図１Ｃに戻ると、座要素４８は、座要素４８の一端に封止フランジ５６を含む。封止フランジ５６は、座要素本体４８のものより大きな幅または直径を有する。封止フランジ５６および座要素４８は、単一の材料の素材から形成することができる。あるいは封止フランジ５６は、座要素本体４８とは別個に形成され、座要素本体４８に接着される、接着剤により接合される、または他の方法で座要素本体４８に結合させる場合もある。構成要素が必要な封止面の数を制限するため、単一の構成要素が好ましい。チェック弁１０が図１Ｃに示されるように組み立てられる際、封止フランジ５６は、出口３２を囲んで第１の弁本体部分１２の面５８に当接し、第１の弁本体部分１２と第２の弁本体部分１４の間に流体密封のシールを形成する。詳細には、第１の弁本体部分１２は、第１の弁本体部分１２と第２の弁本体部分１４の間で封止フランジ５６のところに流体密封のシールまたは境界面を形成するのに十分な力によって第１の弁本体部分１２に結合される、例えば第２の弁本体部分１４にねじ込むことができる。一実施形態において、第１の弁本体部分１２と、第２の弁本体部分１４の第１の領域３４の間の回転トルク、例えば第１の領域３４におけるねじ山における回転トルクは、特定の力に転換し、この力は、封止フランジ５６を変形させて、図１から図２を参照して記載したポペット弁４６と座要素４８の間に形成される封止境界面８０と同様の境界面を形成することができる。
【００３２】
第１の弁本体部分の出口３２は、第１の弁本体部分１２の面５８に封止するように当接する座要素４８内の第１の開口６０と整列されて、第１の弁本体部分１２における入り口２４から第２の弁本体部分１４の出口２６まで延び、第１の流体チャネル２２と、第１の弁本体部分の出口３２と、座要素の流路５４と、第２の弁本体部分１４における穴とを含む流路を形成する。
【００３３】
高分子の座とポペット弁の構成を有するチェック弁１０によって、チェック弁１０を従来のボールと座のチェック弁と比べて堅牢にすることが可能になる。またチェック弁１０は、高分子の座およびポペット弁の封止面は圧力が上昇する際に互いに適合することから、より高圧においても良好に封止する。チェック弁は、より小さい公差で製造することができ、製造工程において生じるわずかな欠陥は許容することができる。さらに、高分子の座と、ポペット弁の応従関係によって、作動中に別の状況でいずれかの構成要素の封止面にとどまる可能性のある小さい汚染物質または付着物を囲むようにシールを形成し、これにより流体の漏出などを阻止する、または抑制することが可能になる。
【００３４】
図３Ａは、別の実施形態によるチェック弁２００の組立後の切欠き斜視図である。図３Ｂは、図３Ａのチェック弁２００の分解組立断面図である。チェック弁２００は、第１の弁本体部分２１２と、第２の弁本体部分２１４とを含んでおり、これらは以下に記載される違いを除いて、図１および図２の第１の弁本体部分１２および第２の弁本体部分１４のそれぞれと同一のまたは同様の要素を含むことができる。
【００３５】
第２の弁本体部分２１４の領域２３４は、第１の弁本体部分２１２の本体部分２４０を収容し、これと係合することができる。一実施形態において、第１の弁本体部分２１２の最も外側の端部は、開口２５８を含む。チェック弁２００は、座要素２４８を含むことができ、座要素２４８は、座要素２４８から軸方向に延びる端部部分２５６を有する。端部部分２５６は、第１の弁本体部分２１２における開口２５８と適合するように構成することができる。端部部分２５６は、開口２５８の内面と当接し、第１の弁本体部分１２と、第２の弁本体部分１４の間に流体密封のシールを形成することができる。座要素２４８の端部部分２５６を使用して流体密封のシールを形成するために、第１の弁本体部分２１２は回転力を適用することによって第２の弁本体部分２１４に結合される、例えばねじ込まれ、この回転力は、特定の力に転換することができ、これにより座要素２４８を変形させることで、端部部分２５６が開口２５８と接合して封止境界面を形成する。
【００３６】
座要素２４８は、ポペット弁体２４６、ポペット弁ホルダー２４４およびばね２４４と連絡することができ、これらは本明細書の他の実施形態において記載したものと同様または同一であってよい。例えば、ポペット弁体２４６は、図１および図２のポペット弁体４５と同様または同一であってよく、高分子の座要素２４８の内部の先細になった開放する壁２５４に当接する際、流体密封のシールを形成することができる。
【００３７】
図４は、一実施形態による２つのポンプピストン３１０ａ、３１０ｂと、平行に作動する４つのチェック弁３００ａから３００ｄとを含むシステムの図面である。チェック弁３００ａから３００ｄは、本明細書に記載される他の実施形態のチェック弁と同様であってよく、故に簡潔にするために繰り返さないことにする。図４に示されるように、液体を溶剤タンク３０２または他の流体源から少なくとも２つのポンプピストンに、例えば多重ピストンポンプのポンプピストン３１０ａ、３１０ｂに出力することができる。第１の入り口チェック弁３００ａは、第１のポンプピストン３１０ａの入り口側にあり、第２の入り口チェック弁３００ｂは、第２のポンプピストン３１０ｂの入り口側にある。第１の出口チェック弁３００ｃは、第１のポンプピストン３１０ａの出口側にあり、第２の出口チェック弁３００ｃは、第２のポンプピストン３１０ｂの出口側にある。第１の出力チェック弁３００ｃおよび第２の出力チェック弁３００ｄからの液体の流れはそれぞれ、例えばクロマトグラフィーカラム、質量分析計および／または当業者に既知の他のクロマトグラフィーシステム要素に出力される。
【００３８】
図５は、一実施形態による、直列構成を有する２つのポンプピストン４１０ａ、４１０ｂと、２つのチェック弁４００ａおよび４００ｂとを含むシステムの図である。チェック弁４００ａおよび４００ｂは、本明細書に記載される他の実施形態のチェック弁と同様であってよく、故に簡潔にするために繰り返さないことにする。図５に示されるように、液体を溶剤タンク４０２または他の流体源から少なくとも２つのポンプピストンに、例えば多重ピストンポンプのポンプピストン３１０ａ、３１０ｂに出力させることができる。第１の入り口チェック弁４００ａは、第１のポンプピストン４１０ａの入り口側にある。第２の入り口チェック弁３００ｄは、第１のポンプピストン４１０ａの出口側と、第２の出口チェック弁４００ｂの入り口側の間にある。流体源４０２から第１のチェック弁４００ａ、第２のチェック弁４００ｂそれぞれと、第１のポンプピストン４１０ａ、第２のポンプピストン４１０とをそれぞれ経由する液体の流れは特定のシステムに、例えばクロマトグラフィーカラム、質量分析計および／または当業者に既知の他のクロマトグラフィーシステム要素に出力される。図示されないが、図４および図５に示されるもの以外の構成も等しく適用可能である。
【００３９】
本発明を固有の実施形態を参照して示し記載してきたが、添付の特許請求の範囲に列記される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の種々の変更をそこに行うことができる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１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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