(57)【要約】水質分析計用マルチポートバルブは、配管を接続するための複数のポートを外面に有するとともに、前記ポートのそれぞれに通じる流路の端部が同一平面内に配置されてなる接続面を有し、水質分析計で使用される薬品に対して耐食性をもつ樹脂材料で構成されているバルブヘッドと、前記接続面に配置されている前記流路の端部間の接続状態を切り替えるための溝が形成された平面をもち、当該平面が前記接続面と対向するように配置されたロータと、前記ロータを回転させるための駆動機構と、を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管を接続するための複数のポートを外面に有するとともに、前記ポートのそれぞれに通じる流路の端部が同一平面内に配置されてなる接続面を有し、水質分析計で使用される薬品に対して耐食性をもつ樹脂材料で構成されているバルブヘッドと、
前記接続面に配置されている前記流路の端部間の接続状態を切り替えるための溝が形成された平面をもち、当該平面が前記接続面と対向するように配置されたロータと、
前記ロータを回転させるための駆動機構と、を備えた水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項２】
前記溝が形成されている前記ロータの平面と前記バルブヘッドの前記接続面との間に前記バルブヘッド側に固定されたステータが介在している、請求項１に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項３】
前記ロータと前記ステータは互いに硬さの異なる材質により構成されている、請求項２に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項４】
前記溝が形成されている前記ロータの前記平面が前記バルブヘッドの前記接続面と接している、請求項１に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項５】
前記ロータは前記バルブヘッドよりも柔らかい樹脂材料で構成されている、請求項４に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項６】
前記バルブヘッドの材質はフッ素樹脂である、請求項１に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項７】
前記溝が形成されている前記ロータの平面と前記バルブヘッドの前記接続面との間に前記バルブヘッド側に固定されたステータが介在しており、
前記ロータと前記ステータの少なくともいずれか一方は樹脂材料で構成されている、請求項６に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項８】
前記ロータの材質はフッ素樹脂である、請求項７に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項９】
前記ステータの材質はフッ素樹脂である、請求項７に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水質分析計用のマルチポートバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水質分析計では、試料の採取、試薬の吸引、試料への試薬の添加、酸化反応部への試料の送液、測定部への試料の送液といった処理がシリンジポンプを用いて実施される。これらの処理は、シリンジポンプと連通する流路がマルチポートバルブによって切り替えられて実施される（特許文献１参照。）。【０００３】
水質分析計では、強酸や強アルカリといった腐食性の高い試薬がよく使用される。そのため、水質分析計を構成する部品のうち試薬と接液し得るような部分はすべて、試薬に対して耐食性をもつ材質で構成されている必要がある。そのような理由から、水質分析計のマルチポートバルブでは、金属部分に試薬が接液しないような構造が採られている。【０００４】
具体的には、マルチポートバルブは、バルブボディ、バルブヘッド、ロータ、ステータなどで構成されている。バルブヘッドはバルブボディの先端に取り付けられる金属製の部材である。バルブヘッドには配管を固定するための複数の雌ネジ孔が設けられている。ステータはバルブヘッドに組み付けられ、バルブヘッドの雌ネジ孔に固定された配管と連通される流路が内部に設けられている。ロータはステータに設けられている流路間を連通させるための溝をもち、ステータと摺動しながら回転することで、連通させるステータの流路を切り替えるためのものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０１５３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水質分析計のマルチポートバルブでは、腐食性の高い試薬等が金属製のバルブヘッドに接液しないように、配管の先端部を強い力でステータに押し当てた状態でバルブヘッドの雌ネジ穴に配管を固定し、ステータ内部の流路と配管との接続部分をシールするようになっている。このような構造のため、複数の配管の先端が押し当てられるステータには複数方向から応力が印加され、特にその応力が不均一である場合には、ステータが変形したり、配管の先端部に取り付けられたフェルールが変形したりして、マルチポートバルブの内部で液漏れが発生する場合があった。【０００７】
マルチポートバルブの内部で液漏れが発生すると、金属製のバルブヘッドに腐食や錆びなどが発生し、採水不良や試薬の結晶化、継手部品の固着といった問題が生じ得る。また、それによってステータがバルブヘッドに固着してしまう虞があり、最悪の場合にはステータを交換することができなくなるという問題も生じ得る。【０００８】
そこで、本発明は、ステータに対して複数の方向から応力が印加されることに起因したマルチポートバルブ内の液漏れを防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る水質分析計用マルチポートバルブは、配管を接続するための複数のポートを外面に有するとともに、前記ポートのそれぞれに通じる流路の端部が同一平面内に配置されてなる接続面を有し、水質分析計で使用される薬品に対して耐食性をもつ樹脂材料で構成されているバルブヘッドと、前記接続面に配置されている前記流路の端部間の接続状態を切り替えるための溝が形成された平面をもち、当該平面が前記接続面と対向するように配置されたロータと、前記ロータを回転させるための駆動機構と、を備えている。【００１０】
すなわち、本発明の水質分析計用マルチポートバルブは、配管の先端部をステータに押し当てるような構造ではなく、耐食性をもつ材質でバルブヘッドを構成し、そのバルブヘッド内に設けられた流路に対して配管を接続するようになっている。要するに、本発明の水質分析計用マルチポートバルブは、ステータに対して複数方向から配管の先端を押し当てる構造を有しない。【００１１】
本発明では、前記溝が形成されている前記ロータの平面と前記バルブヘッドの前記接続面との間に前記バルブヘッド側に固定されたステータが介在していてもよい。【００１２】
上記の場合、前記ロータと前記ステータが同じ材質で構成されていると、互いの摺動面が磨かれて張り付き、前記ロータと前記ステータが固着してしまう場合がある。そこで、前記ロータと前記ステータは互いに硬さの異なる材質により構成することができる。そうすれば、ロータとステータの張り付きを防止することができる。また、ロータとステータのいずれか一方が他方よりも柔らかい材質で構成されていることで、柔らかい材質で構成された一方が弾性変形するため、両者間のシール性が向上する。【００１３】
また、本発明では、バルブヘッドとロータとの間にステータが介在していなくてもよい。すなわち、前記溝が形成されている前記ロータの前記平面が前記バルブヘッドの前記接続面と直接的に接していてもよい。【００１４】
上記の場合、前記ロータは前記バルブヘッドよりも柔らかい樹脂材料で構成することができる。そうすれば、バルブヘッドとロータとの間の摺動によってバルブヘッドよりもロータが摩耗しやすくなるため、バルブヘッドの摩耗を抑制することができる。【００１５】
前記バルブヘッドの材質としてフッ素樹脂を用いることができる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）などが挙げられる。【００１６】
前記溝が形成されている前記ロータの平面と前記バルブヘッドの前記接続面との間に前記バルブヘッド側に固定されたステータを介在させることができる。その場合、前記ロータと前記ステータの少なくともいずれか一方を樹脂材料で構成することができる。そうすれば、樹脂材料は弾性変形しやすいため、ロータとステータ間のシール性を高めることができる。【００１７】
上記の場合、前記ロータの材質がフッ素樹脂であってよい。【００１８】
また、前記ステータの材質がフッ素樹脂であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る水質分析計用マルチポートバルブは、耐腐食性をもつ材質でバルブヘッドを構成し、そのバルブヘッド内に設けられた流路に対して配管を接続するようになっているので、ステータに対して複数の方向から配管の先端を押し当てる構造を有さず、そのような構造に起因した液漏れが発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】水質分析計用マルチポートバルブの一実施例を示す断面構成図である。
【図２】水質分析計用マルチポートバルブの他の実施例を示す断面構成図である。
【図３】ＰＰＳ製のバルブヘッドを長期間使用したときの流路の状態を示す画像である。
【図４】ＰＣＴＦＥ製のバルブヘッドを長期間使用したときの流路の状態を示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、水質分析計用マルチポートバルブの実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
一実施例の水質分析計用マルチポートバルブ１はバルブボディ２とバルブヘッド４を備えている。バルブヘッド４はバルブボディ２の先端に取り付けられている。バルブヘッド４の外面に配管を接続するための雌ネジ孔からなる複数のポート６が設けられている。ポート６はバルブヘッド４の内部に設けられた流路８と連通しており、流路８の端部はバルブボディ２の内部空間の最奥面をなすバルブヘッド４の平面４ａ上に配置されている。バルブヘッド４の平面４ａは各ポート６と連通する流路８の端部が同一平面上に配列されてなる接続面をなしている。
【００２３】
バルブヘッド４の平面４ａにステータ１０が取り付けられている。ステータ１０はバルブヘッド４と後述するロータ１４との間に介在してロータ１０と摺動するものである。ステータ１０は平面４ａに設けられた流路８の端部に対応する位置に貫通孔１２を有する。
【００２４】
バルブボディ２の内部で、ロータ１４がロータ軸１８の先端部１８ａに保持されている。ロータ１４は、バルブヘッド４の平面４ａと対向する平面を有し、当該平面に各流路８の端部間を連通させるための溝１６が設けられている。ロータ１４は溝１６の設けられている平面がステータ１２と当接しており、ロータ軸１８の回転に伴ってステータ１２と摺動しながら回転し、連通させる流路８の端部間を切り替えるようになっている。
【００２５】
ロータ軸１８はコイルバネなどの弾性部材によってバルブヘッド４側へ付勢されており、それによってロータ１４がステータ１０に対して常に押し付けられている。ロータ軸１８はステッピングモータ２２によって回転させられる。ロータ軸１８及びステッピングモータ２２は、ロータ１４を回転させるための駆動機構をなしている。
【００２６】
この実施例の水質分析計用マルチポートバルブ１は、少なくともバルブヘッド４、ステータ１０及びロータ１４が水質分析計において使用され得る試薬に対して耐食性をもつ材質で構成されている。そのような材質としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、セラミックなどが挙げられる。
【００２７】
特に、耐食性の材質としてＰＴＦＥやＰＣＴＦＥなどのフッ素樹脂を用いることで、錆の発生や材料の溶解・浸食による流路閉塞を防止することができる。本発明者は、バルブヘッド４の材質としてＰＰＳを使用した場合とＰＣＴＦＥを使用した場合のバルブヘッド４の耐久性について検証した。材質がＰＰＳであるバルブヘッド４を長期間使用すると、図３に示されているように、バルブヘッド４に設けられている流路の閉塞が発生した。これに対し、材質がＰＣＴＦＥであるバルブヘッド４を長期間使用しても、図４に示されているように、バルブヘッド４に設けられている流路の閉塞が発生しなかった。このことから、バルブヘッド４のほか、ステータ１０及びロータ１０の材質としてＰＣＴＦＥのようなフッ素樹脂を用いれば、材料の溶解・浸食による流路閉塞を効果的に防止することができる。
【００２８】
特にバルブヘッド４を上記のような耐食性の材質で構成したことにより、強酸や強アルカリといった耐食性の高い薬品がバルブヘッド４内の流路８を流れることができる。このため、それらの薬品が流れる配管をバルブヘッド４とは別の部材（例えば、ステータ）に押し当ててシールする必要がない。
【００２９】
このような構造により、バルブ１内のシール面は、バルブヘッド４とステータ１０との間の面、及びステータ１０とロータ１４との間の面に限定され、シール面に対して垂直な方向にのみ応力が印加される。すなわち、配管を接続するための継手の締結力はバルブヘッド４に対してのみ作用し、バルブ１内のシール面に対して垂直な方向以外の方向から応力が印加されることがない。
【００３０】
なお、ステータ１０とロータ１４は互いに硬さの異なる材質（例えばセラミックとＰＥＥＫなど）で構成されていることが好ましい。そうすれば、柔らかい材質で構成されている部材が弾性変形するため、ステータ１０とロータ１４との間のシール性が向上する。特に、ロータ１４は交換可能な消耗品であるため、ロータ１４をステータ１０よりも柔らかい材質（例えばＰＥＥＫ）で構成するのがより好ましい。
【００３１】
なお、図２に示されている水質分析計用マルチポートバルブ１’のように、バルブヘッド４とロータ１４との間にステータを介在させずに、バルブヘッド４に対してロータ１４を直接的に接触させてもよい。この場合、バルブヘッド４の摩耗を抑制するために、ロータ１４をバルブヘッド４よりも柔らかい材質で構成することが好ましい。例えば、バルブヘッド４をＰＰＳで構成し、ロータ１４をＰＥＥＫで構成することができる。
【００３２】
図２のような構造にすることで、バルブ１’内のシール面がバルブヘッド４とロータ１４との間の面のみとなり、配管を接続するための継手の締結力はバルブヘッド４に対してのみ作用するので、バルブ１’内のシール面に対して垂直な方向にのみ応力が印加される。
【符号の説明】
【００３３】
１，１’      水質分析計用マルチポートバルブ
２      バルブボディ
４      バルブヘッド
６      ポート
８      流路
１０      ステータ
１２      貫通孔
１４      ロータ
１６      溝
１８      ロータ軸
２０      弾性部材
２２      ステッピングモータ
【図１】
2019188011.tif 000003
【図２】
2019188011.tif 000004
【図３】
2019188011.tif 000005
【図４】
2019188011.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月25日(2020.8.25)
【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】
配管を接続するための複数のポートを外面に有するとともに、前記ポートのそれぞれに通じる流路の端部が同一平面内に配置されてなる接続面を有し、水質分析計で使用される薬品に対して耐食性をもつ樹脂材料で構成されているバルブヘッドと、
前記接続面に配置されている前記流路の端部間の接続状態を切り替えるための溝が形成された平面をもち、当該平面が前記接続面と対向するように配置されたロータと、
前記ロータを回転させるための駆動機構と、を備え、
前記溝が形成されている前記ロータの平面と前記バルブヘッドの前記接続面との間に前記バルブヘッド側に固定されたステータが介在しており、
前記ロータと前記ステータは互いに硬さの異なる材質により構成されている、水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項２】
前記溝が形成されている前記ロータの前記平面が前記バルブヘッドの前記接続面と接している、請求項１に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項３】
前記ロータは前記バルブヘッドよりも柔らかい樹脂材料で構成されている、請求項２に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項４】
前記バルブヘッドの材質はフッ素樹脂である、請求項１に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項５】
前記ロータと前記ステータの少なくともいずれか一方は樹脂材料で構成されている、請求項４に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項６】
前記ロータの材質はフッ素樹脂である、請求項５に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項７】
前記ステータの材質はフッ素樹脂である、請求項５に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項８】
前記ロータと前記ステータは互いに硬さの異なる樹脂材料により構成されている、請求項１に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【請求項９】
前記複数のポートは、前記接続面に平行な方向から、及び、前記接続面に対して垂直な方向から、前記配管を受ける位置に設けられている、請求項１に記載の水質分析計用マルチポートバルブ。
【国際調査報告】
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