(57)【要約】  バルブを提供する。このバルブは、流体を内部循環させるための流体通路を備えた本体を含む。本体は、流体通路に接続されたポートを含む本体境界面を有する。バルブは、本体境界面に面するバルブ要素境界面を有するバルブ要素も含む。バルブ要素は、流体通路間の連通を許可又は遮断するように異なる位置間で移動することができる。付勢要素が、バルブ要素境界面を本体境界面に対して付勢する。バルブ要素の異なる位置に従って付勢要素に異なる密封負荷力を加えるための負荷変動機構が設けられる。このようにして、回転中にロータに加わる密封負荷力が低減され、バルブ本体とバルブ要素の間の摩擦が減少する。【選択図】図４
2015528544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブの異なる通路を通じて流体を流す方法であって、
−  前記流体を流圧で内部循環させるための流体通路を含むとともに、該流体通路に接続されたポートを含むハウジング境界面を有するハウジングと、
−  前記ハウジング境界面に面するバルブ要素境界面を有し、前記ハウジング境界面の前記ポートと相互作用し、前記流体通路間の連通を許可又は遮断するように異なる位置間で移動可能なバルブ要素と、
−  前記バルブ要素境界面を前記ハウジング境界面に対して付勢するための付勢要素と、を備えた前記バルブを準備するステップａ）と、
前記バルブ要素が静止して前記バルブが動作している時に密封負荷力を加えるステップｂ）と、
前記バルブを前記異なる位置間で移動させながら低い密封負荷力を加えるステップｃ）と、を含む方法。
【請求項２】
前記密封負荷力は、前記流圧に関係なく生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップａ）において、前記バルブはロータリーバルブであり、前記バルブ要素はロータであり、前記ステップｃ）において、前記バルブ要素を移動させることは、前記ロータを回転させることである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｃ）は、前記ロータが２つの異なる位置間で移動するにつれて前記密封負荷力を次第に低減することによって行われる、請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップｃ）は、前記バルブ要素が前記ハウジングのポートを通過した時に、プロセス密封力値と移動密封力値の間の中間密封負荷力値を有する前記密封負荷力を加える下位ステップを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記バルブ要素の移動の開始前又は開始時に、前記密封負荷力を開始値に低減するステップを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップｃ）において、前記密封負荷力は、前記付勢要素のサイズを変化させることによって低減される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記付勢要素の前記サイズは所与の高さに対応し、該付勢要素の該高さは、制御可能なモータを用いて変更される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記付勢要素の前記高さは、前記付勢要素に動作可能に連結された機械アセンブリを用いて変更される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記バルブの動作温度を測定するステップと、前記ステップｂ）及び前記ステップｃ）において加えるべき前記密封負荷力を、前記測定した動作温度に基づいて決定するステップとを含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
−  前記ステップｂ）は、前記ハウジングの２つのポートが流体連通して前記バルブ要素が第１の位置に静止している時に、前記付勢要素を第１の高さに圧縮することによって行われ、
−  前記ステップｃ）は、前記バルブ要素が、前記２つのポート間の前記流体の流れを遮断するように第２の位置に向かって移動するにつれて前記付勢要素を第２の高さまで減圧し、これにより前記バルブ要素に加わる前記密封負荷力を低減することによって行われる、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ハウジングの前記２つのポート又はその他のポートが流体連通して前記ロータが前記第２の位置に静止している時に、前記付勢要素を前記第１の高さに再圧縮するステップｄ）を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ハウジングの前記２つのポートが前記バルブ要素によって遮断され前記ロータが前記第２の位置に静止している時に、前記付勢要素を前記第１の高さに再圧縮するステップｄ）を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
バルブであって、
−  流体を流圧で内部循環させるための流体通路を備えるとともに、該流体通路に接続されたポートを含む本体境界面を有する静止本体と、
−  前記本体境界面に面するバルブ要素境界面を有し、前記本体境界面の前記ポートと相互作用し、前記流体通路間の連通を許可又は遮断するように異なる位置間で移動可能なバルブ要素と、
−  前記バルブ要素を前記異なる位置間で移動させるための作動機構と、
−  前記バルブ要素境界面を前記本体境界面に対して密封負荷力で付勢するように構成された付勢要素と、
−  前記バルブ要素の前記異なる位置に基づいて、前記付勢要素に様々な負荷をかけるように構成された負荷変動機構と、
を備え、これにより前記付勢要素は、前記異なる位置に基づいて前記バルブ要素に異なる密封負荷力を加えるようになる、バルブ。
【請求項１５】
前記付勢要素は、前記異なる負荷密封力を加えるための異なるサイズに圧縮可能なばねアセンブリである、請求項１４に記載のバルブ。
【請求項１６】
前記負荷変動機構は、前記ばねアセンブリを圧縮又は減圧するための、前記バルブ要素に連結された可動部材を備える、請求項１５に記載のバルブ。
【請求項１７】
前記負荷変動機構は、
前記可動部材の高さを変更するための第１のモータと、
前記バルブ要素の前記異なる位置を受け取り、該受け取った異なる位置に基づいて前記モータを制御するコントローラと、を備える請求項１６に記載のバルブ。
【請求項１８】
前記バルブ要素の前記異なる位置を検出し、該検出した位置を前記コントローラに送るための、前記コントローラに接続された位置センサを備える、請求項１７に記載のバルブ。
【請求項１９】
前記作動機構は、前記バルブ要素を前記異なる位置間で移動させるための第２のモータを備える、請求項１７又は１８に記載のバルブ。
【請求項２０】
前記第２のモータは、前記コントローラに接続される、請求項２０に記載のバルブ。
【請求項２１】
前記バルブの動作温度を検出して、該検出した温度を前記コントローラに送るための温度センサを備え、前記コントローラは、前記温度センサによって検出された前記動作温度に従って前記付勢要素の高さを変更するように前記モータを制御する、請求項１７から２０のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項２２】
前記負荷変動機構は、前記付勢要素に動作可能に連結された機械アセンブリである、請求項１４から１６のいずれか１項に記載のロータリーバルブ。
【請求項２３】
前記バルブはロータリーバルブであり、
−  前記本体は、前記本体境界面を含む側壁によって境界されたキャビティを有し、
−  前記バルブ要素は、前記キャビティ内に配置されたロータであり、該ロータは、前記本体境界面の前記ポートと相互作用するための、前記バルブ要素境界面上で開口する少なくとも１つのチャネルを有し、前記ロータは、前記少なくとも１つのチャネルを介して前記流体通路間の連通を許可又は遮断するように前記異なる位置間で回転可能であり、
−  前記付勢要素はばねアセンブリであり、
−  前記作動機構は、前記ロータに接続された回転軸を含む、請求項１６に記載のバルブ。
【請求項２４】
前記負荷変動機構は、
−  適所に固定された静止部材と、
−  前記可動部材と、
を備え、前記可動部材は、
−  前記ロータと共に回転するように該ロータに接続された部分と、
−  前記静止部材の面に摺動自在に接触する面と、
を有し、前記静止部材の前記面及び前記可動部材の前記面は、前記ロータが回転するにつれて前記静止部材と前記可動部材を引き離し又は近付けることによって前記付勢要素を圧縮又は減圧するように構成されたそれぞれのプロファイルを有する、請求項２３に記載のロータリーバルブ。
【請求項２５】
前記ロータリーバルブは円錐形ロータリーバルブであり、
−  前記本体は、上端部及び下端部を有するハウジングであり、
−  前記ロータは、狭い端部及び広い端部を含む切頭円錐形の本体を有し、前記ロータは、前記狭い端部が前記本体の前記上端部に配置された状態で前記キャビティ内に収まり、前記少なくとも１つのチャネルは、前記切頭円錐形の本体の前記表面に配置された少なくとも１つの溝で構成され、
−  前記回転軸は、前記切頭円錐形の本体の前記狭い端部に接続されて前記ハウジングの前記上端部の外方に延び、
−  前記負荷変動機構は、前記切頭円錐形の本体の前記広い端部に配置され、
−  前記ばねアセンブリは、前記負荷変動機構の下方に配置され、
前記円錐形ロータリーバルブは、前記ハウジングの前記下端部に、前記ばねアセンブリを圧縮して前記キャビティを閉鎖するディスクを備える、請求項２４に記載のロータリーバルブ。
【請求項２６】
−  前記負荷変動機構の前記静止部材及び前記可動部材は、第１のカムワッシャ及び第２のカムワッシャであり、該両カムワッシャのそれぞれの面は凹部及び凸部を含み、
−  第１の構成では、前記両カムワッシャのそれぞれの凸部が接触することによって前記圧縮ばねが高さＨｓに圧縮され、
−  第２の構成では、前記両カムワッシャのそれぞれの凸部と凹部が噛み合うことによって前記ばねアセンブリがＨｓよりも高い高さＨｒに減圧され、これによって前記ロータに加わる負荷力が低減される、請求項２５に記載のロータリーバルブ。
【請求項２７】
前記ロータリーバルブはボールバルブであり、
−  前記本体は、前記キャビティを含むパッキンであり、
−  前記ロータは、前記キャビティ内に収まるボールであり、前記少なくとも１つのチャネルは、前記ボール内に延びる貫通穴であり、
−  前記バルブは、頂部側及び底部側を有するエンクロージャを備え、該エンクロージャは、前記パッキン及び前記ボールを収容し、
−  前記回転軸は、前記ボールに接続された第１の端部と、前記エンクロージャの前記頂部側で前記パッキンの外側に延びる第２の端部とを有し、
−  前記負荷変動機構及び前記ばねアセンブリは、前記エンクロージャ内で前記パッキンの上方に配置される、請求項２４に記載のロータリーバルブ。
【請求項２８】
前記パッキンと前記圧縮ばねアセンブリとの間に配置されたボールベアリングを備える、請求項２９に記載のロータリーバルブ。
【請求項２９】
前記静止部材及び前記可動部材は、前記エンクロージャ内に半径方向に配置された円形プレートであり、前記可動部材の前記円形プレートは、前記回転軸から延び、前記両円形プレートの一方の前記面は、傾斜プロファイルを含む少なくとも１つの部分を有し、前記他方の円形プレートの前記面は、前記傾斜プロファイルに沿って摺動するように構成された少なくとも１つの摺動ブロックを有し、前記回転軸が回転することにより、前記摺動ブロックが前記傾斜プロファイルに沿って摺動し、前記静止部材と前記可動部材の間の距離が増し、これによって前記圧縮ばねアセンブリの高さが減少する、請求項２７に記載のロータリーバルブ。
【請求項３０】
前記傾斜プロファイルを含む少なくとも１つの部分を有する前記円形プレートは、前記傾斜プロファイルを含む前記部分を区切る少なくとも２つのストッパを有し、これらのストッパは、前記摺動ブロックの動きをこれらストッパ間に制限する、請求項２９に記載のロータリーバルブ。
【請求項３１】
前記傾斜プロファイルを含む前記少なくとも１つの部分は、前記２つのストッパ間の前記傾斜プロファイルの両側に配置された２つの平坦部分も有する、請求項３０に記載のロータリーバルブ。
【請求項３２】
前記ばねアセンブリは、前記ボールを前記パッキンに向けて軸方向に付勢する第１のばねアセンブリであり、前記バルブは、
−  前記パッキンを前記ボールに向けて半径方向に付勢するための第２のばねアセンブリと、
−  前記第２の付勢アセンブリに加わる前記負荷力を、前記第１のばねアセンブリによって加えられる前記負荷力に比例して変化させるための、前記負荷変動機構の前記可動部材に動作可能に連結された負荷伝達機構と、をさらに備える請求項２７から３１のいずれか１項に記載のロータリーバルブ。
【請求項３３】
前記第２のばねアセンブリは、前記パッキンの外側に配置されて前記流体通路を取り囲み、
前記負荷伝達機構は、
−  前記エンクロージャに対して軸方向に延びる固定プレート及び摺動プレートを有し、前記可動プレートは、前記第２のばねアセンブリに動作可能に連結され、前記両プレートは噛み合う傾斜面を有し、前記負荷伝達機構は、
−  前記負荷変動機構の前記可動部材と前記摺動プレートとの間に配置されたロッドをさらに有し、
これにより、前記負荷変動機構の前記可動部材が下降して前記第１のばねアセンブリを圧縮した時に、前記ロッドが前記負荷伝達機構の前記摺動プレートを下方に押圧し、これによって前記第２のばねアセンブリが半径方向に圧縮されて前記パッキンと前記ボールの密封がさらに高まる、請求項３６に記載のロータリーバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にバルブに関連するシステム及び方法に関し、具体的には、負荷変動機構を備えたバルブ、及びバルブ要素の移動中の摩擦を低減させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフィーシステム及びオートサンプラーシステムは、主に扁平な回転式設計のバルブに依拠して様々な流体を処理する。標準的な６ポート注入バルブ、シリンジポート付きバルブ、又は、例えば試料水流選択用バルブ、カラム選択用バルブ、負荷、注入、洗浄などの多重位置／多重タスク用バルブのような多くの異なる構成が可能である。大抵の場合、バルブは、扁平ロータ及び扁平ステータを有する。扁平ロータは、固定された扁平ステータに押し付けられる。ロータには様々な溝が機械加工されて、異なるステータポート接続スキームをあらゆる特定の用途に適合させる。
【０００３】
このような先行技術のバルブシステムの説明を例示するために、典型的な６ポート液体クロマトグラフィーバルブを参照する。このようなバルブを図１Ａ〜図２Ａに示す。この技術は、半世紀あまりもの間使用されている。ロータに負荷を加えることにより、隣接する２つのポート間の密封性、すなわち漏出完全性、及びいずれかのポートからの全ての機外漏出完全性がもたらされ、高圧動作ではこのような必要な負荷が大きくなる。通常、この負荷、すなわち押圧力は、圧縮ばね又は積み重ねたベルビルディスクなどの機械的付勢要素によって設定される。ロータをステータ上に維持する力は比較的大きいので、摩擦及び結果として生じる摩耗も大きい。ロータがステータに対して回転すると摩耗が生じるので、このようなバルブの寿命は短い。最終的には、通常はステータよりも柔らかい材料で形成されるロータ上に傷が現れる。
【０００４】
ロータとステータの間の摩擦では粒子が発生し、摩耗に関連する問題点がさらに増える。漏れが生じやすくなり、最終的にはバルブを修理又は交換することが必要になる。この問題は、入手可能なほとんどの扁平及び円錐形ロータリーバルブで見ることができる。
【０００５】
Ｒｈｅｏｄｙｎｅに付与された米国特許第６，６４３，９４６号の図３には、典型的な扁平ロータリーバルブのステータ及びロータの両方に摩擦及び摩耗に起因する傷が現れることが示されている。米国特許第６，４５３，９４６号には、ロータリーバルブの寿命を延ばすために、一方のシール面をタングステンカーバイド/カーボン（ＷＣ／Ｃ）で被覆し、他方のシール面にフッ素樹脂を設けたバルブが開示されている。
【０００６】
超高速液体クロマトグラフィー（ＵＨＰＬＣ）用途では、処理圧が２０，０００ＰＳＩほどの高さになることもある。「処理圧」とは、試料ガス、キャリアガス又は液体移動相などの、バルブ内を循環する流体の圧力を意味する。このような圧力レベルでは、付勢要素によって与えられる必要なロータ負荷力が大きく、従って摩擦及び結果として生じる摩耗も大きい。ステータのシール面を被覆すればロータリーバルブの寿命を改善することはできるが、さらに長い寿命を可能にすることができる、特に高圧用途のための改善されたバルブシステムが依然として必要とされている。
【０００７】
米国特許第３，２９７，０５３号、米国特許第３，６４０，３１０号、米国特許第６，１９３，２１３号、米国特許第６，４５３，９４６号、米国特許第７，５０３，２０３号、及び米国特許出願公開第２０１０／００５９７０１号といった参考文献も公知である。
【０００８】
米国特許第６，１９３，２１３号では、プロセス流体を用いてロータにさらなる負荷力を加えている。従って、この負荷力は処理圧の関数であり、ほぼ一定である。この結果、ロータへの過圧力も一定であり、ロータが静止しているか、それとも回転しているかに関わらず等しく加わり、負荷力を変化させることができないという不利点がある。バルブの複数の異なる区画内でプロセス流体を使用すると流体が汚染されるリスクが増すので、これによってさらなる不利点が生じることもある。このため、異なるバルブ区画を適切に密封するために追加のシールが必要になる。
【０００９】
通常、バルブは周囲温度に調整されているが、大抵は極低温から３５０℃前後の温度までの異なる温度で使用されるという事実から別の問題点も生じる。従って、バルブの各部分の挙動は、動作する温度範囲に応じて大きく異なり得る。この結果、周囲温度に調整されて周囲温度で動作する場合には、バルブは完全に機能することができるが、異なる温度で動作するシステムでバルブを使用する際には重大な漏れが生じてしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，６４３，９４６号明細書
【特許文献２】米国特許第３，２９７，０５３号明細書
【特許文献３】米国特許第３，６４０，３１０号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１９３，２１３号明細書
【特許文献５】米国特許第６，４５３，９４６号明細書
【特許文献６】米国特許第７，５０３，２０３号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１０／００５９７０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記を踏まえ、改善されたバルブ、或いはバルブのバルブ要素に加わる負荷を変動させるための改善されたシステムも必要とされている。バルブの可動バルブ要素と静止本体の間の摩擦を低減させるのに役立つバルブ操作方法も必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の態様によれば、バルブが提供される。このバルブは、流体を流圧で循環させるための流体通路を備えた本体を含む。この本体は、流体通路に接続されたポートとの本体境界面を有する。バルブは、本体境界面に面したバルブ要素境界面を有するバルブ要素も含み、このバルブ要素は、本体境界面のポートと相互作用する。バルブ要素は、流体通路間の連通を許可又は遮断するように異なる位置間で移動可能である。バルブは、バルブ要素を異なる位置間で移動させるための作動機構を含む。バルブは、密封負荷力を用いてバルブ要素境界面を本体境界面に対して付勢するように構成された付勢要素を含む。バルブは、バルブ要素の異なる位置に基づいて付勢要素に様々な負荷をかけるように構成された負荷変動機構を含み、これにより付勢要素は、異なる位置に基づいてバルブ要素に異なる密封負荷力を加えるようになる。
【００１３】
１つの実装では、バルブがロータリーバルブであり、バルブ要素がロータであり、本体がハウジングであり、ロータがハウジング内に取り付けられる。作動機構は、ロータを回転させるための回転駆動部である。付勢要素は、ロータに密封負荷力を加える。負荷変動機構は、ロータの異なる位置に基づいてロータに異なる負荷力を加えることができる。バルブが静止している時には、付勢要素が、所定値を有するプロセス密封負荷力を加える。バルブが回転している時には、加えられる密封負荷力が、密封負荷力よりも小さな回転負荷力に低減される。
【００１４】
さらに別の実装では、ロータリーバルブが円錐形ロータリーバルブである。バルブ要素は、切頭円錐形の本体を有する。この切頭円錐形の本体は、ハウジングの異なるポートを流体連通させるための、本体の内部又はその表面に延びる少なくとも１つのチャネルを備える。
【００１５】
さらに別の実装では、ロータリーバルブがボールバルブである。バルブ要素はボールであり、通路を備えた本体は、ボールを取り囲むパッキンである。ボールは、ボールの位置に従って通路を流体連通させ、又はこれらの通路を遮断することができる貫通穴を備える。
【００１６】
さらに別の実装では、負荷変動アセンブリが、コントローラと、付勢要素の高さ、従って圧縮量を変動させるためのモータとを含む。バルブは、バルブ要素を作動させるための第２の作動モータを備え、又はこの第２の作動モータと組み合わせて使用されることが好ましい。一例として、バルブは、コントローラを用いてプロセス密封力値と移動負荷力値との間の値を有する密封力を加えることにより、ポートを横切る際に密封負荷力をさらに変動させる試料水流選択バルブとすることができる。モータは、電気モータであることが好ましい。
【００１７】
１つの実装では、負荷変動機構が、バルブ要素の位置を特定するための位置検出器を含む。負荷変動機構は、付勢要素によって加えられる圧力又は密封負荷力を決定するための負荷力検出器を含むこともできる。
【００１８】
１つの実装では、負荷変動機構が固定部材及び可動部材を含み、可動部材は、作動機構及び／又はロータ、並びに付勢要素に動作可能に連結される。作動機構がバルブ要素を異なる位置間で移動させると、負荷変動機構の可動部材も移動し、これによって付勢要素を圧縮又は減圧する。付勢要素が減圧されると、バルブ要素が移動した時にバルブ要素に加わる密封負荷力が低下し、これによってバルブ内の摩擦が低減される。
【００１９】
１つの実装では、固定部材及び可動部材が、交互になった凸部及び凹部を有する複数のカムワッシャである。このカムワッシャは、密封構成及び回転構成に位置付けることができる。密封構成に置かれた場合、カムワッシャの凸部が整列してカムワッシャアセンブリの高さが増し、これによりばね付勢要素が圧縮されてバルブ要素に密封負荷力が加わる。回転構成に置かれた場合、凸部と凹部が次第に噛み合ってカムワッシャアセンブリの高さが減少し、これにより付勢要素が減圧されて密封負荷力よりも小さな負荷力が加わる。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、バルブの異なる通路を通じて流体を流す方法が提供される。この方法は、バルブ要素が異なる位置に移動するにつれてバルブの付勢要素に異なる密封負荷力をかけるステップを含む。
【００２１】
１つの実装では、この方法が、ａ）バルブ要素が静止してバルブが動作している時に、バルブ要素に密封負荷力を加えるステップと、ｂ）バルブ要素が移動した時に、バルブ要素に低い密封負荷力を加えるステップとを含む。
【００２２】
１つの実装では、方法が、ステップｂ）の実行前に、バルブ要素が２つの位置間で移動している時に加えられる低い密封負荷力よりも小さな開始負荷力をバルブ要素に加えるステップを含む。１つの実装では、この開始負荷力が０である。
【００２３】
１つの実装では、方法が、ステップｂ）の実行前に、プロセス密封負荷力よりも小さいが回転負荷力よりも大きな中間密封負荷力をバルブ要素に加えるステップを含む。例えば、この方法は、試料水流選択バルブがポートを横切る際に適用することができる。
【００２４】
本方法及びバルブの利点は、バルブ要素の移動時に、好ましくは移動開始の直前に、バルブのバルブ要素のシール面と静止本体のシール面との間の摩擦が低減される点である。バルブ要素が移動する時にシール面間の摩擦が低減されると、バルブ内の摩耗及び粒子の発生が減少し、これによって漏出及び／又は汚染がさらに減少する。この方法の別の利点は、バルブ要素に加わる負荷力が、米国特許第６，１９３，２１３号のようにバルブの動作圧に依存しない点である。
【００２５】
この負荷変動機構は、バルブを解体又は分解する必要なくクリーニング／洗浄サイクルを実行できるという利点も有する。実際には、バルブ要素の負荷を中間洗浄負荷に低減する場合、パージポートから洗浄用流体を加えてバルブ内に流し、バルブ要素を移動させることによって全ての面及び溝を洗浄することができ、この中間洗浄負荷は、バルブ要素を静止部材からわずかに離間させるほど十分に低いものである。この方法は、ロータであるバルブ要素が高速で回転し得るロータリーバルブに特に適する。
【００２６】
この方法及びバルブの別の利点は、バルブ要素が動作位置で静止している時に、他の市販のバルブで一般に見られるよりもはるかに高い負荷をバルブ要素に与えることができ、しかもバルブ要素を損傷させるリスクを伴わない点である。これにより、はるかに高い密封完全性が得られる。
【００２７】
この負荷変動機構は、例えば、高温を加えた場合に付勢要素が軟化したり、又はバルブの部品が熱膨張したりする時に生じ得るような構成部品の特徴の一部の変化が時間と共に生じた場合であっても、同じ所定の負荷スキームを維持するのにも役立つ。
【００２８】
本発明の実装による方法は、他の考えられるバルブの中でも特に、扁平、円錐形及びボールタイプのロータリーバルブに使用することができる。
【００２９】
添付図面を参照しながら本発明の好ましい実装を読めば、本発明のその他の特徴及び利点をさらに理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】先行技術で知られている６ポート液体クロマトグラフバルブを部分的に示す側面斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す先行技術のバルブの一部を成すロータの上面図である。
【図２】先行技術で知られている液体クロマトグラフバルブの断面図である。
【図３】先行技術のロータリーバルブのロータ及びステータの摩耗の兆候を示すシール面の上面図である。
【図４】本発明の第１の実装によるバルブの概略断面図である。
【図５Ａ】方法の実装による、図４のバルブ要素に加わる密封負荷力を時間の関数として示すグラフである。
【図５Ｂ】方法の別の実装による、図４のバルブ要素に加わる負荷力を時間の関数として示すグラフである。
【図５Ｃ】バルブ要素に使用する２つの異なる材料の負荷（Ｌｂｆ）を処理圧（ＰＳＩ）の関数として示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実装によるロータリーバルブの斜視図である。
【図７】図６のロータリーバルブの分解図である。
【図８】図６のロータリーバルブのハウジングを断面で示す斜視図である。
【図９】２つのポートが流体連通してロータが静止した構成にある図６のロータリーバルブのハウジングを断面で示す側面図である。
【図１０】２つのポート間の流体連通が妨げられてロータが回転中の構成にある図６のロータリーバルブのハウジングを断面で示す側面図である。
【図１１】図６のバルブのロータに加わる密封負荷力を時間の関数として示すグラフである。
【図１２】本発明の第３の実装によるボールバルブの斜視図である。
【図１３】図１２のボールバルブの分解図である。
【図１４Ａ】図１２のロータリーバルブの２つの構成部品の上面斜視図である。
【図１４Ｂ】図１２のロータリーバルブの２つの構成部品の底面斜視図である。
【図１４Ｃ】図１２のロータリーバルブの２つの構成部品の側面図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｃの細部の拡大図である。
【図１５】図１２のロータリーバルブの部分的側断面図である。
【図１５Ａ】図１５の一部の拡大図である。
【図１６】図１２のロータリーバルブの、図１５とは異なる位置で示す部分的側断面図である。
【図１６Ａ】図１６の一部の拡大図である。
【図１７】本発明の第４の実装によるロータリーバルブの斜視図である。
【図１８】図１７のロータリーバルブの分解図である。
【図１９Ａ】図１７のロータリーバルブの２つの構成部品の上面斜視図である。
【図１９Ｂ】図１７のロータリーバルブの２つの構成部品の底面斜視図である。
【図１９Ｃ】図１７のロータリーバルブの２つの構成部品の側面図である。
【図２０】図１７のロータリーバルブの、エンクロージャ及びパッキンを断面で示す斜視図である。
【図２１】本発明の第５の実装によるロータリーバルブの斜視図である。
【図２２】図２１のロータリーバルブの分解図である。
【図２３Ａ】ボールバルブが移動した構成にある図２１のロータリーバルブのステータを断面で示す斜視図である。
【図２３Ｂ】２つのポート間の流体連通が妨げられてロータが静止した構成にある図２１のロータリーバルブのステータを断面で示す斜視図である。
【図２４】加わる密封負荷力をバルブ要素の位置の関数として示すグラフである。
【図２５Ａ】Ｔ字型チャネルボールロータリーバルブの異なるロータ位置に従ってロータに加わる負荷力を示し、それぞれのボールを上面断面図で示すグラフである。
【図２５Ｂ】Ｌ字型チャネルボールロータリーバルブの異なるロータ位置に従ってロータに加わる負荷力を示し、それぞれのボールを上面断面図で示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明を実装例と共に説明するが、本発明の範囲をこのような実装に限定する意図はないと理解されたい。むしろ、含まれ得る全ての代替物、修正物及び同等物を本出願によって定義されるものとして対象とすることを意図している。
【００３２】
以下の説明では、図面の同様の特徴には同様の参照番号を付している。図面の明瞭化を図るために、先行する図において既に特定されている場合には参照番号を省略しているものもある。
【００３３】
以下で説明する実装はほんの一例として示すものであり、これらの実装の様々な特徴及び特異点を、本発明の範囲を限定するものとして捉えるべきではない。別途示していない限り、「頂部の（ｔｏｐ）」、「底部の（ｂｏｔｔｏｍ）」などの位置的な説明は図面との関連において解釈すべきであり、限定的なものとして捉えるべきではない。
【００３４】
図４を参照すると、本発明によるバルブの第１の実装を示している。バルブ１０は、流体を流圧で内部循環させるための流体通路１８及び１９を備えた静止本体１４を含む。これらの流体通路は、チャネルと呼ぶこともできる。これらの流体通路はプロセス流体通路１８を含み、パージ流体通路１９も含むことが好ましい。流体通路１８、１９は、本体境界面２２上でポートとして開口する。本体境界面２２は、シール面と呼ぶこともできる。図４では、明瞭化のために図の右側の流体通路１８のための１つのポート２０しか特定していないが、当然ながら本体境界面２２上では各流体通路１８、１９がポートとして開口する。
【００３５】
この第１の実装では、本体１４がバルブキャップであるが、当然ながら他の実装では、本体１４をバルブハウジング、ボールパッキン又はエンクロージャとすることもできる。本体１４は、流体が循環又は遮断される流体通路を含む静止した固定部分である。
【００３６】
バルブ１０は、本実装ではロータであるバルブ要素１６も含む。バルブ要素１６は、静止本体１４の異なるポートを通じて流体が入り込むのを阻止又は許可するバルブ１０の可動要素である。他の実装では、バルブ要素１６をボールバルブのボール又は摺動バルブの摺動プレートとすることができる。ロータリーバルブの場合、バルブ要素１６は少なくとも１つのチャネルを含み、２つのポートが接続された時に、このチャネルを通じて、又はこのチャネル内を流体が通過する。
【００３７】
バルブ要素１６は、本体境界面２２に面するバルブ要素境界面２４を有する。バルブ要素１６は、本体境界面２２のポートと相互作用する。バルブ要素１６は、流体通路１８又は１９間の連通を許可又は遮断するように異なる位置間で移動する。この例では、バルブ要素１６は、静止本体１４の複数のポートを互いに流体連通させるための溝で構成することができる少なくとも１つのチャネルを含むロータである。静止本体１４の境界面及びバルブ要素１６の境界面は、異なるタイプの構成を示すことができ、その例を図３に示している。動作時には、境界面２２、２４が互いに密封接触して摩擦係合する。
【００３８】
バルブ要素１６を異なる位置間で移動させるには、この実装ではモータである作動機構２６を使用する。付勢要素３０は、バルブ要素境界面２４を本体境界面２２に対して付勢するように構成される。付勢要素３０は、バルブ要素１６を静止本体１４に接するように促す要素である。付勢要素３０は、バルブ要素１６に密封負荷力を加えて、バルブの動作中に常に最低限の密封が行われることを確実にする。この最低限の密封負荷力は、バルブを使用する異なる用途に従って変化することができる。
【００３９】
負荷変動機構１２は、バルブ要素の異なる位置に基づいて付勢要素３０に様々な負荷をかけるように構成される。これにより、付勢要素３０は、バルブ要素１６の異なる位置に基づいてバルブ要素１６に異なる密封負荷力を加える。バルブ１０が動作すると、負荷変動機構１２は、ポートが連通又は遮断されて高レベルの密封が必要な場合に高いプロセス密封負荷力を加えるように付勢要素３０を構成する。また、負荷変動機構は、バルブ要素が移動して低レベルの密封が許容され又は望ましい場合には、低い移動密封負荷力を加えるように付勢要素を構成する。密封負荷圧を下げることは、バルブ要素に加わる圧力を解放することと見なすこともでき、これによって境界面２２、２４間の摩擦が減少する。
【００４０】
この実装では、付勢要素３０は、バルブ要素１６に異なる密封負荷力を加えるように異なる高さに圧縮可能なばねアセンブリである。引張ばね又は圧縮螺旋ばね、積み重ねたベルビルワッシャなどの他のタイプの付勢要素を検討することもできる。
【００４１】
この実装では、ステータ境界面２２が、非常に硬度の高い不活性物質であるＴｉＮ（窒化チタン）の厚い研磨層で被覆される。ＷＣ／Ｃ（タングステンカーバイド／カーボン）、ｃ−ＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、ＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）及びＣｒＮ（窒化クロム）などの他の材料を検討することもできる。しかしながら、バルブ作動時にバルブ要素に加わる密封負荷力を低減すると、被覆していないステンレス鋼ステータの摩耗が大幅に減少し、これによってバルブの寿命が延びることが分かった。好ましいロータ材料は、ＰＥＥＫ、ポリイミド、ＰＰＳ、又はＰＴＦＥなどのフッ素重合体である。バルブ要素１６内の機械加工又はエッチングされた溝は、高い処理圧及び機械的圧力に耐えるようにも設計されることが好ましい。作動システム１２は、必要時に容易に交換又は修正することができる。機構１２は、既存の分析システム内に容易に統合することもでき、知的サブシステムとして使用することができる。
【００４２】
この例ではモータ２６である作動機構は、バルブ要素１６を回転させることができる。
【００４３】
負荷変動機構１２は、付勢要素３０を制御して、バルブ要素１６に所定の密封負荷力を加えるように圧縮する。この実装では、負荷変動機構１２が、付勢要素３０を圧縮又は減圧するように上昇又は下降できる、この例ではコントローラ３６を介してバルブ要素に動作可能に連結された可動部材１７を含む。
【００４４】
この実装では、負荷変動機構１２が、モータ３２及びコントローラ３６も含む。コントローラは、入力に基づいて、モータ２６又は位置センサ２８のいずれかからバルブ要素１６の異なる位置を受け取る。コントローラ３６は、このモータ２６又はセンサ２８から受け取られた異なる位置に基づいてモータ３２を制御する。当然ながら、別個のコントローラを用いてモータ２６、３２を互いに関係なく制御することも考えられる。
【００４５】
付勢要素３０のあらゆる位置ずれを補償するために、平行度補償アセンブリ３４を使用することが好ましい。この例では、平行度補償アセンブリ３４が、付勢要素３０とバルブ要素１６の間に配置されたベアリングボールを含む。
【００４６】
モータ２６及び３２は電気モータであり、コントローラは、ロータリーバルブ１０に組み込まれたマイクロコントローラ３６であることが好ましい。このマイクロコントローラは、２４ボルトＤＣ入力３７、及び１又は複数の通信ポート３９を含む。当然ながら、他の動作電圧を検討することもできる。このマイクロコントローラ３６を用いて、モータ２６を介してバルブ要素１６の回転速度を制御することもできる。
【００４７】
負荷変動機構１２は、１２〜２４ＶＤＣの電源で動作できることが好ましい。内蔵マイクロコントローラ３６には、単純なデジタルインターフェイスを通じてアクセスすることができる。或いは、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩ、ＣＡＮ、ＵＳＢなどの様々なシリアルインターフェイスをサポートすることもできる。例えばＲＳ−４８５などのネットワーク上でモータ３２及び／又はモータ２６を１つよりも多くのバルブと共に別の制御システム又はデイジーチェーンに接続することにより、一対の配線のみを用いてこれらのモータを制御することも考えられる。
【００４８】
１つの特定の負荷変動機構構成を使用することにより、回転中及び操作の終了時における正しい力の値を用いて、バルブ要素１６に加わる密封負荷力をバルブの動作時にリアルタイムで調整することができる。バルブ要素１６に加わる密封負荷力をバルブ要素の移動中に、また任意にプロセス流体圧に基づいて調整するために、ロータリーバルブ１０を圧力モニタリングシステムと組み合わせて使用して、バルブをリアルタイムで調整又は制御できるようにすることも考えられる。このように、不必要に高い負荷力の使用を避けることによってバルブの寿命が延びる。
【００４９】
さらに、歪ゲージ又は他の何らかの同様の装置に基づく力変換器４０を用いて、バルブ要素１６に加わる負荷をモニタすることもできる。この力変換器は、コントローラ３６に動作可能に連結される。このモニタリングシステムを用いて、付勢要素３０の最終的な軟化を検出することもできる。このような状況では、変換器が付勢要素から低い負荷力を検出した場合、コントローラ３６は、歪ゲージ４０から必要な負荷読み取り値を取得するために、この軟化を補償するようにモータ３２を用いて付勢要素３０の圧縮を高める。
【００５０】
バルブ１０の状態及び完全性を評価するために、バルブ１０のパージ出口を定期的にモニタ又は分析することもできる。
【００５１】
コントローラ及び分析機器ソフトウェアを介してバルブ１０をスタンバイモードに設定することもできる。この例では、密封負荷力を減少させて、バルブ要素１６に加わる応力を低減する。このことは、バルブ１０が長時間にわたって動作していない場合の付着現象の可能性を低下させる役に立つ。さらに、バルブが何らかの理由で長時間にわたって２つの動作位置間に留まっている場合でも、回転負荷力を減少させることにより、ロータ材料が静止本体１４のポート内に押し出される可能性が大幅に低下する。ロータ材料が処理ポート内に押し出されることは、テフロンなどの柔軟なロータ材料で問題になり得る。
【００５２】
複雑な炭化水素分析などの一部のガスクロマトグラフィー用途では、必要な動作温度が３５０℃ほどの高さになることもある。この場合、小型ＲＴＤ又は熱電対などの小型温度センサ４２をバルブに追加することが望ましい。センサ４２は、コントローラ３６に情報信号を送信し、さらにこのコントローラ３６が、ロータに加わる密封負荷力をセンサ４２の温度読み取り値に基づいて変化させるようにモータを制御する。従って、センサ４２は、付勢要素３０の軟化又はバルブ１０の多くの部品の各々の異なる熱膨張を補償する役に立つ。換言すれば、温度センサ４２は、バルブ１０の動作温度を検出し、この検出した温度をコントローラ３６に送る。コントローラは、この検出された温度を分析して、モータ３２が付勢要素３０の高さ又は圧縮を変更する必要があるかどうかを判断する。従って、付勢要素は、温度センサ４２によって検出された動作温度に従い、変動機構によって様々に負荷を加えられる。
【００５３】
他のいくつかの用途では、分析システムの、従ってバルブの動作温度を頻繁に変化させなければならない。ポリマーの硬度は、その用途の温度に大幅に依存し、これによってステータを密封する能力に影響を与え得る。これらのシステム温度の各々に従って異なる密封負荷力スキームを適用することが望ましい。さらに、ポリマーバルブ要素１６に周囲温度ではなく高温で同じ負荷をかけると、クリープ現象に起因してバルブ要素が恒久的に変形し、損傷する恐れがある。コントローラは、動作温度、流圧、分析する流体の種類などの様々な動作要因の関数でモータ２６、３２を制御することによってバルブ要素１６への損傷を避けることができる。
【００５４】
この実装では、バルブ１０が、この種のバルブではステータとも呼ばれる静止本体１４に対する、ロータとも呼ばれるバルブ要素１６の角度位置を判定することができる位置センサ又は検出器２８を含む。位置センサ２８としては、例えばデジタルエンコーダを使用することができる。検出器２８を用いて、試料水流選択バルブ内のバルブ要素の位置を示して制御することもできる。位置センサ２８は、負荷変動機構１２の一部としてコントローラ３６に接続されることが好ましい。位置センサ２８は、バルブ要素１６の異なる位置を検出して、この検出した位置をコントローラ３６に送り、コントローラ３６は、付勢要素３０に加わる負荷力をバルブ要素１６の異なる位置の関数としてモータ３２を介して調整することができる。
【００５５】
作動システム１２は、負荷力検出器４０とも呼ばれる力変換器４０を含むことがさらに好ましい。図示の実装では、検出器４０が、付勢要素３０によってバルブ要素１６に加えられる負荷を測定できる歪ゲージである。当然ながら、その他のタイプの圧力及び／又は負荷力検出器を使用することもできる。負荷力は、独立した負荷力検出器を使用する代わりに、モータ３２が必要とする電力から推定又は計算することもできる。
【００５６】
引き続き図４を参照するとともに図５Ａも参照しながら、１つの実装によるバルブの操作方法について説明する。図示の例はロータリーバルブのためのものであるが、この方法は、摺動バルブ又はボールバルブなどの他のタイプのバルブにも適用することができる。
【００５７】
バルブ要素１６は、時刻Ｔ＝０には第１の動作位置にあり、これは本体１４の少なくとも２つの処理ポートが流体連通していることを意味する。付勢要素３０により、プロセス密封負荷力と呼ぶこともできる密封負荷力Ａが加えられ、この例ではロータ１６であるバルブ要素が本体に押し付けられて、バルブ要素境界面２２と本体境界面２４又はシール面同士が互いに密封されるようになる。これを行うために、モータ３２は、付勢要素３０が密封負荷力に対応する負荷力Ａをロータ１６に加えるように付勢要素３０を圧縮する。この期間ＴＳ（Ｔ０〜Ｔ１）中には、ロータは静止しており、（単複の）流体がステータ１４及びロータ１６のチャネル及び溝を通じてそれぞれ循環することができる。
【００５８】
モータ３２は、ロータ１６を回転させる前の時刻Ｔ１において、付勢要素３０を支持するプレートを下降させることによって付勢要素３０を減圧する。この時点で、ロータ１６によってステータ１４に加えられる負荷力は、図５Ａのグラフに「Ｄ」として示す回転開始負荷力に低下する。ロータにかなりの密封力を加えた場合には、加えられた負荷が大きすぎてロータ１６がステータ１４に付着する傾向にあることが知られている。このため、ロータの回転を開始するには、この付着によって生じる摩擦力に打ち勝つ必要があり、従ってこの例ではモータ２６であるアクチュエータによって比較的高いトルクが加えられる必要がある。時刻Ｔ１において、圧力を静止摩擦未満に、好ましくは０に低下させると、ロータ１６を回転させる前にロータ１６をステータ１４から解除することができ、これによって回転開始時に必要とされるトルクが小さくなる。回転開始負荷は、例えば５０ｍｓ〜１００ｍｓなどの非常に短い期間ＴＲ  ｓｔａｒｔ−ｕｐにわたって加えることができる。回転開始負荷（Ｄ）は、バルブを使用する処理用途のタイプによって決まる。例えば、回転開始負荷は、バルブ内のわずかな漏れを許容できるか否かによって決まる。当然ながら、米国特許第７，５０３，２０３号に開示されるようなプロセスパージ溝をロータに設けることも考えられる。
【００５９】
モータ１は、Ｔ１とＴ２の間に、歪ゲージ３８によって負荷力Ｃが検出されるまで、付勢要素３０を支持しているプレートをわずかに持ち上げる。負荷力Ｃは、回転密封負荷力に対応する。
【００６０】
ロータの回転は、時刻Ｔ１に開始することができるが、Ｔ２まで待機することも考えられる。従って、モータ２６は、回転密封負荷力Ｃに達した時にロータ１６を第１の動作位置から第２の動作位置に回転させて、異なる処理ポートを流体連通させる。従って、Ｔ１又はＴ２からＴ５までの期間は、ロータ１６が回転している期間ＴＲに対応する。任意に、Ｔ３とＴ４の間で中間負荷Ｂを加えることもできる。この中間負荷力は、例えばバルブチャネルをパージする際、又はポートを横切る際に加えることができる。
【００６１】
図５Ｂを参照すると、１つの実装では、ロータが中間ポートを横切ることに対応する３つの期間中に負荷力が中間密封負荷力Ｂに上昇している。負荷力を中間負荷力に上昇させると、この期間中はバルブの密封が高まるので、ポートを横切る際の漏れ及び／又は汚染のリスクを制限することができる。中間負荷力は密封負荷力ほど高くなくてもよく、バルブを使用する用途のタイプに応じ、許容できる漏出率に対応するように選択することができる。
【００６２】
再び図５Ａを参照すると、ロータはＴ５において第２の動作位置に存在し、負荷力は密封負荷力Ａに上昇する。この例では、図４を参照して分かるように、弾性要素を支持しているプレートを持ち上げて弾性要素を圧縮することによって密封負荷力を上昇させる。モータ３２は、負荷力Ａに達したことを歪ゲージが検出するまで可動部材１７を持ち上げる。
【００６３】
当然ながら、バルブの動作寿命を延ばすために、ロータに加える密封負荷力は、図１１のグラフに示すようにロータを回転させながら徐々に増加又は減少させることもできる。或いは、ロータを回転させる前に、密封負荷力を最初に回転負荷力に下げることもできる。
【００６４】
モータ２６及び３２の動作は、位置検出器２８及び負荷検出器３８からの読み取り値に基づいて制御されることが好ましい。コントローラは、それぞれの検出器から位置信号及び負荷力（又は圧力）信号を受け取り、これに応じてモータ２６、３２に命令信号を送信する。
【００６５】
理解できるように、上述の方法は、バルブ要素が静止してバルブが動作している時に密封負荷力を加えるステップと、バルブを異なる位置間で移動させながら低い密封負荷力を加えるステップとを含む。換言すれば、２又はそれ以上のポートが遮断又は連通しておりバルブ要素が静止している時には、密封負荷力がプロセス密封負荷力で加えられる。バルブ要素の移動時又はその少し前には、バルブ要素及び本体境界面における摩擦及び摩耗を減少させるように、密封負荷力が移動負荷力に低減される。バルブ要素が２つの位置間で移動している時には、バルブ要素１６に加わる密封負荷力は、バルブの動作時及び静止時よりも低く又は小さい。バルブ要素がその動作位置の一方に達した時、又は達しようとしている場合、バルブ要素に加わる負荷力は、バルブの動作中にバルブ要素をハウジング又はステータに対して適切に密封するために、密封負荷力に達するまで上昇する。この移動負荷力は、バルブを使用する用途に従って変化し得る許容漏出率に対応して、バルブ要素とハウジングの間の最小限の密封を確実にする。任意に、密封負荷力は、流圧に関係なく生成される。密封負荷力の低減は、図４の実装、並びに図５Ａ及び図５Ｂのグラフに示すモータを使用する場合などには急速に行うことができ、或いは後述する第２の実装から第５の実装の場合のように、ロータが異なる位置間で移動するにつれて徐々に行うこともできる。
【００６６】
負荷力は、バルブ要素が２つの位置間で移動し始めた時に、また好ましくは移動開始の少し前に、所定の「移動負荷力」に達するまで低い負荷力に低減される。この移動負荷力は、次の所望の動作位置に達するまで比較的一定に保持することも、又は変動することもできる。従って、バルブ要素の移動中には負荷力及び圧力が解放され、これによってハウジングとバルブ要素の間の摩擦が減少し、バルブ要素が次の動作位置に来た時には再び負荷力及び圧力を加えて適切な密封を確実にする。
【００６７】
この方法によれば、バルブ要素の移動時には、バルブ要素１６を本体１４に押圧する負荷力を、バルブ１０を動作処理圧で密封するのに通常必要とされるレベルを十分に下回って低減することができる。この負荷力は、密封完全性を維持するのに十分なだけ低減することができ、或いはパージ溝によって緩和できる程度の許容可能な漏出が生じる点未満に低減することができる。この結果、バルブが素早く移動するようになる。従って、摩擦が大幅に小さくなり、摩耗及び粒子の発生も大幅に少なくなる。
【００６８】
動作位置にある時には、バルブ要素１６を本体１４に押圧する負荷力を、シール面を摩耗させるリスク又はポートを通じてポリマーが押し出されるリスクを伴わずに、標準的なバルブで一般に使用される負荷力を十分に上回って上昇させることができる。
【００６９】
バルブ要素１６の動作位置間における移動中に密封負荷力を低減することにより、本体１４のポート内への押し出し効果によってバルブ要素１６の密封境界面（すなわち、静止本体１４に接するロータの表面）の一部が削られるのを避けることができる。実際に、ロータ及び／又はロータ境界面の構造に軟質材料を使用した場合、並びにロータの回転中に密封負荷力を一定に維持した場合には、ロータのシール面が静止本体のポート内に押し出され、これによって粒子が発生し、ロータの摩耗が増加することがある。通常はＤショアが７５未満の軟質材料は、良好な密封特性を有するが、バルブ要素１６が本体１４に対して両位置間で摺動又は回転する際に負荷力が一定に維持された場合には、この利点が不利点になる。静止本体に対するバルブ要素の移動中に密封負荷力を低減すると、検討から外されていた軟質材料をロータに使用できるようになる。軟質材料の例としては、硬度／Ｄショア値が２５であるＫａｌｒｅｚ（登録商標）などのパーフルオロエラストマ、硬度／Ｄショア値が６５であるＰＦＴＥ（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）などのポリテトラフルオロエチレン）が挙げられる。当然ながら、本バルブ及び本方法のバルブ要素には、Ｄショアが８５であるＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）及びＶＥＳＰＥＬ（登録商標）、並びにＤショアが９０であるＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）などの硬質材料を使用することもできる。
【００７０】
図５Ｃを参照して分かるように、ロータに加わる負荷は、処理圧に従って、かつロータを作製する材料のタイプに基づいて変化させることも考えられる。処理圧は、バルブ内を循環する流体の圧力に対応する。低圧用途では、ロータに加わる負荷を下げても、静止本体に対するロータの密封は十分な状態を保つ。高圧用途では、静止本体に対してロータを適切に密封するには、より大きな負荷をロータに加えなければならない。グラフに示すように、ロータの回転中には、（「密封負荷」として示す）ロータの静止時と比べて負荷（従って密封負荷力）が低下する。また、材料Ａよりも軟かい材料Ｂでは、材料Ａで作製したロータよりもロータに加わる密封負荷が低い。
【００７１】
相対的に高い圧力を使用する場合には、バルブがその最終的な（又は動作可能な）位置にある時に適切な材料の選択と組み合わせてロータ負荷力を上昇させることにより、一般に高密封力の負荷で動作するバルブに関連する早期摩耗の問題を抱えることなく密封効率が高くなる。さらに、バルブの表面を洗浄するために洗浄中間力を加えて、バルブの解体又は分解を必要とせずに溶剤又はその他の適当なクリーニング／洗浄流体が全ての表面積に流れるようにすることもできる。この洗浄中間負荷は、回転負荷よりも小さい。この負荷は、バルブを使用する用途のタイプにもよるが、ロータがステータからわずかに離間するほど十分に小さなものとすることができる。
【００７２】
この方法は、ハウジングの２つのポートが流体連通してバルブ要素が第１の位置に静止している時に、付勢要素を第１の高さに圧縮するステップと、バルブ要素が前記２つのポート間の流体の流れを遮断するように第２の位置に向かって移動するにつれ、付勢要素を第２の高さまで減圧することによってバルブ要素に加わる密封負荷力を低減するステップとを含むことが好ましい。
【００７３】
この方法は、ハウジングの前記２つのポート又はその他のポートが流体連通してロータが第２の位置に静止している時に、付勢要素を第１の高さに再圧縮するステップを含むことが好ましい。ハウジングの前記２つのポートがバルブ要素によって遮断されロータが第２の位置に静止している時に付勢要素を第１の高さに再圧縮することを検討することもできる。
【００７４】
ここで図６から図１１を参照しながら、バルブの別の実装について説明する。この実装では、バルブは、側壁１４４（図８に示す）によって境界されたキャビティ１４２を備えた本体１４０を有するロータリーバルブ１００である。側壁１４４は、本体境界面２２０を含む。この実装では、バルブ要素は、キャビティ１４２内に配置されたロータ１６０である。ロータ１６０は、本体境界面２２０のポート２００と相互作用するための、境界面２４０上で開口する少なくとも１つのチャネル１９０、１９１を有する。ロータ１６０は、流体通路１８０同士が少なくとも１つのチャネル１９０を介して連通するのを許可又は遮断するように、この例では角度位置である異なる処理位置間で回転することができる。作動機構は、ロータ１６０に接続された回転軸１２６を含む。付勢要素１３０は、圧縮ばねアセンブリ１３０であり、具体的には積み重ねたベルビルワッシャである。
【００７５】
負荷変動機構１２０は、ストッパ１２５によって適所に固定された静止部材１２２と、可動部材１２１とを含む。可動部材１２１は、ロータ１６０と共に回転するようにロータに動作可能に連結された部分１２９（図８に図示）と、静止部材１２２の面１３２に摺動自在に接する面１３１（これらの面はいずれも図７に図示）とを含む。静止部材１２２及び可動部材１２１の面１３２及び１３１は、ロータが回転するにつれて静止部材１２２と可動部材１２１を引き離し又は近付けることによって付勢要素１３０を圧縮又は減圧するように構成されたそれぞれのプロファイルを有する。換言すれば、静止部材及び可動部材は、可動部材１２１の位置に従って全高が変化できるアセンブリを形成する。部材１２１、１２２及び付勢要素３０は、バルブの本体１４０内に含まれるので、部材アセンブリの高さが変化することによって必然的に付勢要素１３０の高さ、従って圧縮率が変化し、この結果、付勢要素によってロータ１６０に加えられる密封負荷力に影響が及ぶ。
【００７６】
図６〜図１０に示すロータリーバルブは、円錐形ロータリーバルブ１００である。本体１４０は、上端部及び下端部を有するハウジングである。ロータ１６０は、狭い端部及び広い端部を含む切頭円錐形の本体を有する。ロータ１６０は、その狭い端部が本体１４０の上端部に配置された状態でキャビティ１４２内に収まる。切頭円錐形の本体の表面には、少なくとも１つの溝１９０で構成された少なくとも１つのチャネルが配置される。切頭円錐形の本体１６０の狭い端部には回転軸１２６が接続されて、ハウジング１４０の上端部の外方に延びる。
【００７７】
切頭円錐形の本体の広い方の端部には負荷変動機構１２０が配置され、負荷変動機構１２０の下方にはばねアセンブリ１３０が配置される。円錐形ロータリーバルブ１００は、ハウジングの下端部に固定されたディスク１２６を含み、ばねアセンブリ１３０が最小限の密封負荷力で圧縮されるのを確実にする。ディスク１２６は、キャビティ１４２の閉鎖も行う。当然ながら、負荷変動機構１２０と付勢要素１３０の配置は逆にすることもでき、或いは機構１２０と要素１３０をロータ１６０の上方に配置することもできる。多くの可能な構成を検討することができる。
【００７８】
この実装では、負荷変動機構１２０の静止部材及び可動部材が、第１のカムワッシャ１２２及び第２のカムワッシャ１２１であり、これらのそれぞれの面１３１、１３２は、凹部１２９及び凸部１２３を含む（図９及び図１０に図示）。第１の構成では、図９に示すように、カムワッシャ１２１、１２２のそれぞれの凸部１２３が接することにより、圧縮ばねが高さＨｓに圧縮される。第２の構成では、それぞれの凸部１２３と凹部１２７が噛み合うことにより、ばねアセンブリ１３０がＨｓよりも高い高さＨｒに減圧され、ロータ１６０に加わる負荷力が低減される。
【００７９】
図６及び図７には、円錐形ロータリーバルブ１００を示している。バルブ１００は、ステータ１４０を含む。ステータ１４０は、プロセス流体又はパージ流体の注入又は抜き取りを行うことができる複数のチャネル又は流体通路１８０、１８１を備える。ハンドル１１０は、ステータ１４０内に収容されたロータを異なる動作位置間で移動させることができる。
【００８０】
引き続き図８を参照すると、円錐形ロータリーバルブ１００は、断面で示すステータ１４０を備える。このバルブは、ステータ境界面２２０上で開口するポート２００と、ロータ密封境界面２４０上に設けられた溝１９０、１９１とを含む。溝１９０は、ロータ１６０の位置に応じて、ステータの選択された処理ポート（図８には１つのポート２００を図示）を互いに流体連通させることができる。ロータ１６０の下方に位置する付勢要素１３０は、バルブの動作時にロータ及びステータのシール面同士が密封されるようにロータ１６０をステータ１４０に押し付けることができる。この例では、付勢要素１３０は、積み重ねたベルビルワッシャである。ロータバルブ１００は、この例では２つのカムワッシャ１２１、１２２から成る負荷変動機構１２０も備える。ベルビルワッシャは、機構１２０と、ステータ１４０内に固定されたディスク１２６との間で圧縮される。
【００８１】
ここで図９を参照すると、ロータリーバルブ１００を第１の動作位置で示しており、ステータの２つの処理ポートが流体連通し、ポート２００及び共通出口ポートは図示していない。カムワッシャ１２１、１２２は、これらのそれぞれの凸部１２３が接触し、付勢要素１３０をその全高が高さＨＳに対応するように圧縮するよう位置付けられている。この位置では、付勢要素１３０が、ロータに密封負荷力ＬＦＳを加える。ハンドル１１０を回すと、上側カムワッシャがロータ１６０と共に移動する一方で、下側カムワッシャは、図７に最も解りやすく示すストッパ１２５の作用によって固定された状態を保つ。これらのカムワッシャのそれぞれの表面は上下に重なり合って摺動し、弾性要素１３０の高さＨを図９に示す構成に至るまで次第に増加させる。
【００８２】
図１０に示すように、この時点では、ロータ１６０は、ステータ１４０の処理ポートがもはや流体連通していないような位置にある。ロータは、この時点で２つの動作位置間の中間点に存在する。それぞれのカムワッシャの凸部１２３、凹部１２７が整列し、カムワッシャが互いに噛み合っている。付勢要素の全高は、ＨＳよりも高いＨＲに増加している。従って、静止した付勢要素１３０はこの時点でわずかに減圧され、これによってロータ１６０に加わる負荷力が減少する。
【００８３】
上述したように、弾性付勢要素１３０は、カムワッシャ１２１、１２２と、好ましくはステータ１４０にねじ止めされた固定プレート１２６との間に配置される。付勢要素１３０の下部は、この固定プレート１２６上に載置される。このため、ハンドル、従って上側カムワッシャ１２１を回転させると、付勢要素１３０が圧縮又は減圧され、従ってロータ１６０に加わる圧力の解放又は増加が行われる。ロータが第１の動作位置から第２の動作位置に移動する時には圧力が次第に減少し、その後ロータが第２の動作位置に達するまで再び増加することが有利である。
【００８４】
図１１は、ロータに加わる負荷力を時間の関数で示すグラフである。図９に示すバルブ位置、すなわち第１の動作位置に対応する時刻Ｔ０と時刻Ｔ１の間にはロータに密封負荷力ＬＦＳが加わっている。この密封負荷力は、バルブが動作している期間ＴＳの間ずっと加わる。時刻Ｔ１とＴ２の間にロータが回転し、ロータに加わる圧力が、比較的一定の回転負荷力ＬＦＲに達するまで減少する。時刻Ｔ２とＴ３の間の期間は、図１０に示すバルブ位置に対応する。時刻Ｔ３において、ロータが次の動作位置、すなわち第２の動作位置まで回転し、時刻Ｔ４において第２の動作位置に達する。この時、ロータが停止した時点で、作動システムは負荷力をＬＦＳに戻している。バルブを元の位置に戻すには、この作動過程を逆方向に繰り返すことができる。
【００８５】
ここで図１２から図２５を参照すると、本発明によるバルブの他の３つの実装を示している。これらのバルブの異なる変形例はロータリーバルブであり、具体的にはボールバルブ１０００、１０００’及び１０００’’である。
【００８６】
図１２を参照すると、回転式ボールバルブ１０００の第１の変形例を示している。バルブ１０００は、この例ではボールであるバルブ要素を異なる位置に位置付けるためのハンドル１１１０を有する。この例では、ボールバルブ１０００は２方向バルブであるが、当然ながら図２５Ａ及び図２５Ｂに示す３方向Ｌ字型バルブ又はＴ字型バルブなどの他のタイプのボールバルブを本発明のバルブとして検討することもできる。バルブ１０００は、内部の流体を循環又は遮断するための流体通路１１８０を有する。
【００８７】
図１３は、図１２のバルブの分解図である。バルブ１０００は、ハンドル１１１０、バルブキャップ１１４３、並びに可動部材１１２１及び静止部材１１２２を有する負荷変動機構１１２０を含む。付勢要素は、２つのベルビルワッシャ１１３０で構成される。ボールベアリング機構１１３３も設けられる。この例では、バルブ要素は、貫通チャネル１１８５を含むボールバルブ１１６０である。ボールは、パージ流体を循環させるためのパージ溝１１９０を有する。本体、すなわちステータは、ボール１１６０を受け入れるためのキャビティ１１２１を含むパッキン１１４０である。パッキン１１４０は、その内側でポート１２００として開口する流体通路を有する。パッキンの内側は、この例ではボール１１６０の外面に対応するバルブ要素境界面に接する本体（又はパッキン）境界面１２２０である。パッキン１１４０の下方には、ケーシング１１４１及びバルブキャップ１１４３を含むバルブエンクロージャ内の適所にパッキン１１４０を付勢するための積み重ねた付勢ばね１１３５が設けられる。当然ながら、付勢ばね１１３５のばね定数は、弾性要素１１３０のばね定数よりも小さい。付勢ばね１１３５は、密封負荷力が動作密封力から回転密封負荷力に減少した時に、ボール１１６０がパッキン１１４０の底部に付着するのを防ぐために使用される。
【００８８】
図１３、図１５及び図１６に示すように、この実装では、ロータは、キャビティ１１２１内に収まるボール１１６０であり、少なくとも１つのチャネルは、ボール１１６０内に延びる貫通穴１１８５であると理解できるであろう。バルブエンクロージャは、パッキン１１４０及びボール１１６０を収容する頂部側及び底部側を有する。
【００８９】
回転軸１１２６は、ボールに接続された下端部と、パッキン１１４０及びエンクロージャ１１４１、１１４３の外側に延びる上端部とを有する。エンクロージャ内では、パッキンの上方に負荷変動機構１１２０及びばねアセンブリ１１３０が配置される。この実装では、パッキン１１４０と圧縮ばねアセンブリ１１３０の間にボールベアリング１１３３が配置される。
【００９０】
ここで図１４Ａから図１４Ｄを参照して分かるように、負荷変動機構１１２０は、使用時にエンクロージャ１１４１内に半径方向に配置される、この例では円形プレート１１２２、１１２１として成形された静止部材及び可動部材を含む。静止部材１１２１及び固定部材１１２２は、バルブ内に配置された時に協働するように設計され、各部材は、図１５及び図１６に最も分かりやすく示すように、互いに接する面を有する。この実装では、可動部材のディスク１１２１が回転軸１１２６から半径方向に広がっているが、可動部材がロータの動きに沿って移動又は回転するようにロータに動作可能に連結される限り、他の構成を検討することもできる。プレート１１２１は、傾斜プロファイル１１２３を有する少なくとも１つの部分を含む面を有する。図１４Ｄで分かるように、傾斜プロファイル１１２３は非常に緩やかである。静止プレート１１２２の表面には、傾斜プロファイル１１２３に沿って摺動するように構成された１つの摺動ブロック１１２９が存在する。
【００９１】
ディスク１１２１は、傾斜プロファイルを含む部分を区切る少なくとも２つのストッパ１１２５を含むことが好ましい。これらのストッパは、摺動ブロックの動き、従ってパッキン内のボールの動きをストッパ間に制限する。当然ながら、傾斜プロファイルを固定部材１１２２上に設け、摺動ブロックを可動部材１１２１上に設けることもできる。この例では、プレート１１２１が、３つの傾斜プロファイル付き部分を有する。
【００９２】
ここで、図１５、図１５Ａ、図１６及び図１６Ａを参照しながら、負荷変動機構１１２０の動作について説明する。プレート１１２１及び１１２１は互いに結合され、付勢要素１１３０の上方に配置される。付勢要素及びプレート１１２１、１１２２は、バルブキャップ１１４３及びボールベアリング１１３３内に収容される。従って、全高ＨＴＯＴは一定であり、変化することはできない。図１５Ａに示すように、摺動ブロック１１２９が傾斜プロファイル１１２３の底部に存在する時には、負荷変動機構の全高はＨＶＬ１であり、付勢要素１３０の高さはＨＢ１である。ハンドル１１００を回転させると、軸１１２６、プレート１１２１及びボール１１６０が回転し、摺動ブロック１１２９がプロファイル１１２３に沿って上方に摺動し、これによって２つのプレート１１２１と１１２１の間の距離が増し、負荷変動機構の全高がＨＬＶ２になり、従って付勢要素の高さがＨＢ１よりも低いＨＢ２に減少するようになる。従って、付勢要素は、圧縮されればされるほどボール１１６０に大きな密封負荷を加える。換言すれば、軸１１２６が回転することによって摺動ブロック１１２９が傾斜プロファイル１１２３に沿って強制的に摺動され、これにより静止プレート１１２２と可動プレート１１２１の間の距離が増して、圧縮ばねアセンブリ１１３０の高さ又はサイズが減少する。
【００９３】
図１４Ｄに最も分かりやすく示すように、環状プレート１１２１の傾斜プロファイルを含む部分は、２つのストッパ１１２５間の傾斜プロファイル１１２３の両側に配置された２つの平坦部１１２４を含むことが好ましい。ここで図２４のグラフを参照して分かるように、付勢要素１３０によって加えられる負荷力のプロファイルは、環状プレート１１２１の表面の傾斜に対応する。バルブ要素に加わる負荷力は、負荷変動機構の静止部材及び／又は可動部材のプロファイルを変化させることによって適宜調整することができる。
【００９４】
ここで図１７から図１９を参照すると、ボールバルブの別の実装を示している。バルブ１０００’は、部品の形状がわずかに変化していることを除いて図１２〜図１６のバルブに類似する。パッキン１１４０’は２つの部品で構成され、固定環状プレート１１２２’はバルブエンクロージャ１１４１’にねじ込まれる。圧縮性環状シール１１２７’が負荷変動機構１１２０’を取り囲む。図１９Ａ〜図１９Ｂに示すように、この負荷付勢機構は、図１２〜図１６のバルブ１０００の機構に類似する。機構１１２０’は、静止部材１１２２’及び可動部材１１２１’を含む。可動部材１１２１’は、ストッパ１１２５’によって区切られた傾斜プロファイル付き部分を含む。静止部材１１２２’は、傾斜プロファイル１１２３’上を摺動できる摺動ブロック１１２９’を含む。軸１１２６’が回転すると、プレート１１２１’が静止プレート１１２２'に対して上昇又は下降することによって付勢要素１１３０’の高さが変化し、付勢要素によってバルブ要素１１６０’に加えられる負荷がさらに変化する。
【００９５】
最後に、図２１、図２２、図２３Ａ〜図２３Ｂを参照すると、ボールバルブの別の実装を示している。このバルブ１０００’’と他の２つのバルブ１０００及び１０００’との主な相違点は、バルブ１０００’’が、付勢要素１１３０’’によって加えられる密封負荷力と直交する方向にパッキン境界面とボール境界面を密封する第２の機構を含む点である。従って、付勢アセンブリ又はばねアセンブリ１１３０’’は、ボール１１６０’’をパッキン１１４０’’に向けて軸方向又は垂直方向に付勢する第１のばねアセンブリと呼ぶことができる。
【００９６】
バルブ１０００’’は、パッキン１１４０’’をボール１１６０’’に向けて半径方向又は横方向に付勢する第２のばねアセンブリ１１３７’’を含む。バルブ１０００’’は、第２の付勢アセンブリ１１３７’’に加わる負荷力を、第１のばねアセンブリ１１３０’’によって加えられる負荷力に比例して変化させるための、負荷変動機構１１２０’’の可動部材１１２１’’に動作可能に連結された負荷伝達機構１３００’’も含む。
【００９７】
具体的には、この例では、第２のばねアセンブリ１１３７’’がパッキンの外側に配置されて流体通路を取り囲む。負荷伝達機構１３００’’は、エンクロージャに対して軸方向又は垂直方向に配置された固定プレート１３０４’’及び摺動プレート１３０２’’を含む。プレート１０３２’’は、第２のばねアセンブリ１１３７’’に動作可能に連結され、この例では直接接触する。プレート１３０２’’及び１３０４’’は、噛み合う傾斜面を有する。伝達機構１３００’’は、負荷変動機構１１２０’’の可動部材１１２１’’と負荷伝達機構１３００’’の摺動プレート１３０２’’との間に配置されたロッド１１３９’’も含む。
【００９８】
図２３Ｂなどに示す軸１１２６’’が回転すると、可動部材１１２１’’が下降して第１のばねアセンブリ１１３０’’を圧縮する。ロッド１１３９’’が下向きに強制されて摺動プレート１３０２’’を押す。プレート１３０２’’は、その両側に位置するばねの作用によって移動することができる。付勢アセンブリ１１３０’’が圧縮されると、プレート１３０２’’は、その斜め向きの又は傾斜したプロファイルによってボール１１６０’’に向かって下方向横向きに移動する。プレート１０３２’’は、ボール１１６０’’に向かって移動すると、第２のばねアセンブリ１１３７’’を半径方向に圧縮してパッキン及びボールの密封をさらに高める。
【００９９】
提示した作動システムの２つの異なる実装は、それぞれ電気機械式及び機械式であるが、当然ながら、空気式、油圧式、磁石式などの他のタイプの作動システムを使用することもできる。
【０１００】
上記の方法及びバルブの利点は、特に図４に示す実装では、動作に必要なトルクが小さくて済む点である。別の利点は、バルブ要素に加わる圧力が、応用プロセスに必要とされる圧力に依存しない点である。換言すれば、付勢要素及び負荷変動機構によってバルブのバルブ要素に加えられる圧力は、分析システムで使用される圧力、又はロータを回転させるために使用されるモータの力とは完全に無関係である。
【０１０１】
当然ながら、プロセス流体を用いてロータに負荷力を加えることも考えられるが、この場合、ロータに加えるために使用する流体の圧力は、分析プロセスで使用される圧力とは無関係に制御される。本出願において説明した方法は、円錐形バルブ、ボールバルブ及び摺動バルブを含む異なるタイプのバルブに適用することができる。
【０１０２】
理解できるように、本明細書で説明した方法、作動システム及びロータリーバルブは、ロータのシール面とステータのシール面との間の摩擦が減少するように、ロータの回転中にロータに加えられる負荷力を低減することができる。この摩擦が減少することにより、シール面の摩耗が減少してバルブの寿命が延びる。
【０１０３】
言うまでもなく、上述した実装には、本発明の範囲から逸脱することなく数多くの修正を行うことができる。
【図１Ａ】
2015528544.tif 000003
【図１Ｂ】
2015528544.tif 000004
【図３】
2015528544.tif 000005
【図４】
2015528544.tif 000006
【図５Ａ】
2015528544.tif 000007
【図５Ｂ】
2015528544.tif 000008
【図５Ｃ】
2015528544.tif 000009
【図６】
2015528544.tif 000010
【図７】
2015528544.tif 000011
【図８】
2015528544.tif 000012
【図９】
2015528544.tif 000013
【図１０】
2015528544.tif 000014
【図１１】
2015528544.tif 000015
【図１２】
2015528544.tif 000016
【図１３】
2015528544.tif 000017
【図１４Ａ】
2015528544.tif 000018
【図１４Ｂ】
2015528544.tif 000019
【図１４Ｃ−１４Ｄ】
2015528544.tif 000020
【図１５−１５Ａ】
2015528544.tif 000021
【図１６−１６Ａ】
2015528544.tif 000022
【図１７】
2015528544.tif 000023
【図１８】
2015528544.tif 000024
【図１９Ａ】
2015528544.tif 000025
【図１９Ｂ】
2015528544.tif 000026
【図１９Ｃ】
2015528544.tif 000027
【図２０】
2015528544.tif 000028
【図２１】
2015528544.tif 000029
【図２２】
2015528544.tif 000030
【図２３Ａ】
2015528544.tif 000031
【図２３Ｂ】
2015528544.tif 000032
【図２４】
2015528544.tif 000033
【図２５Ａ】
2015528544.tif 000034
【図２５Ｂ】
2015528544.tif 000035
【図２】
2015528544.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月24日(2014.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブの異なる通路を通じて流体を流す方法であって、
−  前記流体を流圧で内部循環させるための流体通路を含むとともに、該流体通路に接続されたポートを含むハウジング境界面を有するハウジングと、
−  前記ハウジング境界面に面するバルブ要素境界面を有し、前記ハウジング境界面の前記ポートと相互作用し、前記流体通路間の連通を許可又は遮断するように異なる位置間で移動可能なバルブ要素と、
−  前記バルブ要素境界面を前記ハウジング境界面に対して付勢するための付勢要素と、を備えた前記バルブを準備するステップａ）と、
前記バルブ要素が静止して前記バルブが動作している時に密封負荷力を加えるステップｂ）と、
前記バルブを前記異なる位置間で移動させながら低い密封負荷力を加えるステップｃ）と、を含む方法。
【請求項２】
前記密封負荷力は、前記流圧に関係なく生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップａ）において、前記バルブはロータリーバルブであり、前記バルブ要素はロータであり、前記ステップｃ）において、前記バルブ要素を移動させることは、前記ロータを回転させることである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｃ）は、前記ロータが２つの異なる位置間で移動するにつれて前記密封負荷力を次第に低減することによって行われる、請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップｃ）は、前記バルブ要素が前記ハウジングの前記ポートを通過した時に、プロセス密封力値と移動密封力値の間の中間密封負荷力値を有する前記密封負荷力を加える下位ステップを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記バルブ要素の移動の開始前又は開始時に、前記密封負荷力を開始値に低減するステップを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップｃ）において、前記密封負荷力は、前記付勢要素のサイズを変化させることによって低減される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記付勢要素の前記サイズは所与の高さに対応し、該付勢要素の該高さは、制御可能なモータを用いて変更される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記付勢要素の前記高さは、前記付勢要素に動作可能に連結された機械アセンブリを用いて変更される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記バルブの動作温度を測定するステップと、前記ステップｂ）及び前記ステップｃ）において加えるべき前記密封負荷力を、前記測定した動作温度に基づいて決定するステップとを含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
−  前記ステップｂ）は、前記ハウジングの２つのポートが流体連通して前記バルブ要素が第１の位置に静止している時に、前記付勢要素を第１の高さに圧縮することによって行われ、
−  前記ステップｃ）は、前記バルブ要素が、前記２つのポート間の前記流体の流れを遮断するように第２の位置に向かって移動するにつれて前記付勢要素を第２の高さまで減圧し、これにより前記バルブ要素に加わる前記密封負荷力を低減することによって行われる、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ハウジングの前記２つのポート又はその他のポートが流体連通して前記ロータが前記第２の位置に静止している時に、前記付勢要素を前記第１の高さに再圧縮するステップｄ）を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ハウジングの前記２つのポートが前記バルブ要素によって遮断され前記ロータが前記第２の位置に静止している時に、前記付勢要素を前記第１の高さに再圧縮するステップｄ）を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
バルブであって、
−  流体を流圧で内部循環させるための流体通路を備えるとともに、該流体通路に接続されたポートを含む本体境界面を有する静止本体と、
−  前記本体境界面に面するバルブ要素境界面を有し、前記本体境界面の前記ポートと相互作用し、前記流体通路間の連通を許可又は遮断するように異なる位置間で移動可能なバルブ要素と、
−  前記バルブ要素を前記異なる位置間で移動させるための作動機構と、
−  前記バルブ要素境界面を前記本体境界面に対して密封負荷力で付勢するように構成された付勢要素と、
−  前記バルブ要素の前記異なる位置に基づいて、前記付勢要素に様々な負荷をかけるように構成された負荷変動機構と、
を備え、これにより前記付勢要素は、前記異なる位置に基づいて前記バルブ要素に異なる密封負荷力を加えるようになる、バルブ。
【請求項１５】
前記付勢要素は、前記異なる負荷密封力を加えるための異なるサイズに圧縮可能なばねアセンブリである、請求項１４に記載のバルブ。
【請求項１６】
前記負荷変動機構は、前記ばねアセンブリを圧縮又は減圧するための、前記バルブ要素に連結された可動部材を備える、請求項１５に記載のバルブ。
【請求項１７】
前記負荷変動機構は、
前記可動部材の高さを変更するための第１のモータと、
前記バルブ要素の前記異なる位置を受け取り、該受け取った異なる位置に基づいて前記第１のモータを制御するコントローラと、を備えることを特徴とする請求項１６に記載のバルブ。
【請求項１８】
前記バルブ要素の前記異なる位置を検出し、該検出した位置を前記コントローラに送るための、前記コントローラに接続された位置センサを備える、請求項１７に記載のバルブ。
【請求項１９】
前記作動機構は、前記バルブ要素を前記異なる位置間で移動させるための第２のモータを備える、請求項１７又は１８に記載のバルブ。
【請求項２０】
前記第２のモータは、前記コントローラに接続される、請求項１９に記載のバルブ。
【請求項２１】
前記バルブの動作温度を検出して、該検出した温度を前記コントローラに送るための温度センサを備え、前記コントローラは、前記温度センサによって検出された前記動作温度に従って前記付勢要素の高さを変更するように前記モータを制御する、請求項１７から２０のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項２２】
前記負荷変動機構は、前記付勢要素に動作可能に連結された機械アセンブリである、請求項１４から１６のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項２３】
前記バルブはロータリーバルブであり、
−  前記本体は、前記本体境界面を含む側壁によって境界されたキャビティを有し、
−  前記バルブ要素は、前記キャビティ内に配置されたロータであり、該ロータは、前記本体境界面の前記ポートと相互作用するための、前記バルブ要素境界面上で開口する少なくとも１つのチャネルを有し、前記ロータは、前記少なくとも１つのチャネルを介して前記流体通路間の連通を許可又は遮断するように前記異なる位置間で回転可能であり、
−  前記付勢要素はばねアセンブリであり、
−  前記作動機構は、前記ロータに接続された回転軸を含む、請求項１６に記載のバルブ。
【請求項２４】
前記負荷変動機構は、
−  適所に固定された静止部材と、
−  前記可動部材と、
を備え、前記可動部材は、
−  前記ロータと共に回転するように該ロータに接続された部分と、
−  前記静止部材の面に摺動自在に接触する面と、
を有し、前記静止部材の前記面及び前記可動部材の前記面は、前記ロータが回転するにつれて前記静止部材と前記可動部材を引き離し又は近付けることによって前記付勢要素を圧縮又は減圧するように構成されたそれぞれのプロファイルを有する、請求項２３に記載のバルブ。
【請求項２５】
前記バルブは円錐形ロータリーバルブであり、
−  前記本体は、上端部及び下端部を有するハウジングであり、
−  前記ロータは、狭い端部及び広い端部を含む切頭円錐形の本体を有し、前記ロータは、前記狭い端部が前記本体の前記上端部に配置された状態で前記キャビティ内に収まり、前記少なくとも１つのチャネルは、前記切頭円錐形の本体の前記表面に配置された少なくとも１つの溝で構成され、
−  前記回転軸は、前記切頭円錐形の本体の前記狭い端部に接続されて前記ハウジングの前記上端部の外方に延び、
−  前記負荷変動機構は、前記切頭円錐形の本体の前記広い端部に配置され、
−  前記ばねアセンブリは、前記負荷変動機構の下方に配置され、
前記円錐形ロータリーバルブは、前記ハウジングの前記下端部に、前記ばねアセンブリを圧縮して前記キャビティを閉鎖するディスクを備える、請求項２４に記載のバルブ。
【請求項２６】
−  前記負荷変動機構の前記静止部材及び前記可動部材は、第１のカムワッシャ及び第２のカムワッシャであり、該両カムワッシャのそれぞれの面は凹部及び凸部を含み、
−  第１の構成では、前記両カムワッシャのそれぞれの凸部が接触することによって前記圧縮ばねが高さＨｓに圧縮され、
−  第２の構成では、前記両カムワッシャのそれぞれの凸部と凹部が噛み合うことによって前記ばねアセンブリがＨｓよりも高い高さＨｒに減圧され、これによって前記ロータに加わる負荷力が低減される、請求項２５に記載のバルブ。
【請求項２７】
前記バルブはボールバルブであり、
−  前記本体は、前記キャビティを含むパッキンであり、
−  前記ロータは、前記キャビティ内に収まるボールであり、前記少なくとも１つのチャネルは、前記ボール内に延びる貫通穴であり、
−  前記バルブは、頂部側及び底部側を有するエンクロージャを備え、該エンクロージャは、前記パッキン及び前記ボールを収容し、
−  前記回転軸は、前記ボールに接続された第１の端部と、前記エンクロージャの前記頂部側で前記パッキンの外側に延びる第２の端部とを有し、
−  前記負荷変動機構及び前記ばねアセンブリは、前記エンクロージャ内で前記パッキンの上方に配置される、請求項２４に記載のバルブ。
【請求項２８】
前記パッキンと前記圧縮ばねアセンブリとの間に配置されたボールベアリングを備える、請求項２７に記載のバルブ。
【請求項２９】
前記静止部材及び前記可動部材は、前記エンクロージャ内に半径方向に配置された円形プレートであり、前記可動部材の前記円形プレートは、前記回転軸から延び、前記両円形プレートの一方の前記面は、傾斜プロファイルを含む少なくとも１つの部分を有し、前記他方の円形プレートの前記面は、前記傾斜プロファイルに沿って摺動するように構成された少なくとも１つの摺動ブロックを有し、前記回転軸が回転することにより、前記摺動ブロックが前記傾斜プロファイルに沿って摺動し、前記静止部材と前記可動部材の間の距離が増し、これによって前記圧縮ばねアセンブリの高さが減少する、請求項２７に記載のバルブ。
【請求項３０】
前記傾斜プロファイルを含む少なくとも１つの部分を有する前記円形プレートは、前記傾斜プロファイルを含む前記部分を区切る少なくとも２つのストッパを有し、これらのストッパは、前記摺動ブロックの動きをこれらストッパ間に制限する、請求項２９に記載のバルブ。
【請求項３１】
前記傾斜プロファイルを含む前記少なくとも１つの部分は、前記少なくとも２つのストッパ間の前記傾斜プロファイルの両側に配置された２つの平坦部分も有する、請求項３０に記載のバルブ。
【請求項３２】
前記ばねアセンブリは、前記ボールを前記パッキンに向けて軸方向に付勢する第１のばねアセンブリであり、前記バルブは、
−  前記パッキンを前記ボールに向けて半径方向に付勢するための第２のばねアセンブリと、
−  前記第２の付勢アセンブリに加わる前記負荷力を、前記第１のばねアセンブリによって加えられる前記負荷力に比例して変化させるための、前記負荷変動機構の前記可動部材に動作可能に連結された負荷伝達機構と、をさらに備える請求項２７から３１のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項３３】
前記第２のばねアセンブリは、前記パッキンの外側に配置されて前記流体通路を取り囲み、
前記負荷伝達機構は、
−  前記エンクロージャに対して軸方向に延びる固定プレート及び摺動プレートを有し、前記可動プレートは、前記第２のばねアセンブリに動作可能に連結され、前記両プレートは噛み合う傾斜面を有し、前記負荷伝達機構は、
−  前記負荷変動機構の前記可動部材と前記摺動プレートとの間に配置されたロッドをさらに有し、
これにより、前記負荷変動機構の前記可動部材が下降して前記第１のばねアセンブリを圧縮した時に、前記ロッドが前記負荷伝達機構の前記摺動プレートを下方に押圧し、これによって前記第２のばねアセンブリが半径方向に圧縮されて前記パッキンと前記ボールの密封がさらに高まる、請求項２７に記載のバルブ。
【国際調査報告】
2015528544.tif 000037
2015528544.tif 000038