JP2012007638A - バルブ及び送液装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブの複数回に渡る開閉による弁体のシール性能の劣化を抑制して弁体の長寿命化を図る。
【解決手段】本体部２の流体入口をなす孔４の縁にはテーパ状の弁体接触部４ａが設けられている。駆動部８の先端に装着された弁体１２の先端面の径ｄ３は孔４の内径ｄ１より大きく、弁体接触部４の縁の径ｄ２よりも小さくなっている。弁体１２の先端側外周面１２ａはテーパ状となっており、そのテーパ角θ２は弁体接触部４ａのテーパ角よりも小さい。これにより、駆動部８を本体部２内部へ押し込む方向に移動させていくと、弁体１２の先端外周部が弁体接触部４ａに接触する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ツマミ部を回すことにより開閉する方式のバルブ及びそのバルブを用いた送液装置に関するものである。

例えば液体クロマトグラフの分析流路に分析用移動相を供給するような送液装置では、一般的に、分析流路への流路から分岐した分岐流路が設けられ、分岐流路上に圧力センサや送液の圧力変動を抑制するダンパ及び分岐流路の開閉を行なうドレインバルブが設けられている。ドレインバルブは通常は閉じられているが、圧力センサが送液圧力の異常を検出した場合や送液装置の流路内に残った液体を排出する際に開放される。

上記のドレインバルブとして用いられているバルブの構造の一例を図４に示す。
このバルブは、本体部１６と駆動部２２により構成されている。本体部１６は内部に駆動部２２の軸部２２ａを収容するための空間をもち、その空間内の奥壁に流体入口をなす孔１８を備え、その側壁に流体出口をなす孔２０を備えている。本体部１６の内周面にネジが切られた螺合部１６ａが設けられている。

駆動部２２は本体部１６内に収容される軸部２２ａと軸部２２ａの上部のツマミ部２２ｂにより構成されている。軸部２２ａの上部外周面に螺合部２２ｃが設けられ本体部１６内周面の螺合部１６ａと螺合している。螺合部１６ａと２２ｃの螺合により、ツマミ部２２ｂを本体部１６に対して相対的に回転させると軸部２２ａがそれに従って回転し、駆動部２２が本体部１６とは相対的に軸部２２ａの軸線方向へ移動する。軸部２２ａの先端の孔１８に対向した位置に弁体２４が取り付けられている。ツマミ部２２ｂを回転させて軸部２２ａを本体部１６内の奥側へ移動させると、弁体２４が孔１８を塞ぐとともに弁体２４先端面の周縁部が孔１８の縁の周囲の面と密着することにより孔１８を封止する。

特願２００９−１５０４８７号公報

図４のバルブでは、弁体２４の先端面の周縁部が流体入口である孔１８の周囲の面に密着して孔１８を封止するシール部となるため、弁体２４の先端面を平坦にする必要がある。例えば、弁体２４を切削加工で制作したときの旋盤目が先端面に存在していると弁体２４と孔１８との間のシール性が悪くなり、流体の漏れが発生することがある。

また、一般的に弁体２４の材質は本体部１６よりも軟質な樹脂などであるが、弁体２４が孔１８側に強く押し付けられたときに弁体２４の先端面の孔１８の縁の周囲に押し付けられたシール部が変形して凹み、弁体２４の先端面に凹凸が形成されることがある。弁体２４の先端面に凹凸が形成された後でバルブを閉じる際に弁体２４の孔１８を塞ぐ位置が弁体２４先端表面の凸部分が孔１８の周囲の面に接するような位置にずれてしまうと、弁体２４の先端表面と孔１８の縁の周囲の密着性が悪くなり、漏れが発生する。そのため、従来のバルブでは、バルブの開閉の繰り返しや弁体２４の孔１８側への強い押し付けによりシール性能が劣化するという問題があった。

そこで本発明は、弁体のシール性能の劣化を抑制して弁体の長寿命化を図ることを目的とするものである。

本発明のバルブは、内部空間の奥の壁面に流体入口となる孔を有するとともに内部空間の内壁にネジが切られた螺合部を有し、孔の開口部が内部空間側が広くなったテーパ状の弁体接触部となっている本体部と、外周面に螺合部と螺合するネジが切られた軸部及び軸部の先端に設けられた弁体保持部からなり、弁体保持部が本体部の内部空間内に挿入され、軸部が本体部に対して相対的に回転することにより軸部外周面と螺合部との螺合によって弁体保持部を孔側へ接近させ又は離間させる駆動部と、弁体保持部の孔に対向する位置に装着され、弁体接触部よりも軟質の材料で構成され、先端部の径が孔の内径よりも大きく孔の開口部の最大径よりも小さく、先端外周部が弁体接触部に密着するシール部となっている弁体と、を備えたものである。

本発明では、流体入口となる孔の開口部をテーパ状にして弁体接触部を設け、その弁体接触部に弁体の先端外周部を密着させて孔を封止する。このため、弁体先端面が孔の縁に強く押し付けられることがなくなり、弁体先端面に凹凸が形成されない。また、弁体は弁体接触部よりも軟質なので弁体を孔側へ押し付けることにより先端外周部がテーパ状の弁体接触部に沿って変形して密着するため、製造時に高精度の加工を行なう必要がない。

なお、弁体の先端外周面は弁体接触部よりも小さいテーパ角を有するテーパ状周面となっていることが好ましい。そうすれば、弁体の先端外周面の傾きが孔の縁の弁体接触部の傾きに近くなるため、弁体の先端外周部が弁体接触部に沿って変形したときのシール部の面積が大きくなる。なお、孔の縁の弁体接触部の「テーパ角」とは、孔の中心での縦断面における弁体接触部のテーパ形状の広がりの角度を意味し、弁体の先端外周面の「テーパ角」とは、弁体の中心での縦断面における先端外周面のテーパ形状の広がりの角度を意味する。

駆動部の弁体保持部が軸部とは独立して回転可能であることが好ましい。この構造は特許文献１において提案されているものであり、弁体保持部が軸部とは独立して回転可能であるため、弁体が弁体接触部に接触しているときに軸部が回転しても弁体が回転しなくなり、弁体の脱落や弁体の先端表面の摩耗を防止できる。この構造により、弁体のさらなる長寿命化を図ることができる。

本発明の送液装置は、送液ポンプ、送液ポンプの出口に接続された送液流路及び送液流路から分岐し必要に応じてバルブにより開閉される分岐流路を備え、分岐流路の開閉を行なうバルブが本発明のバルブとなっているものである。

本発明のバルブでは、流体入口となる孔の開口部を内部空間側が広くなったテーパ状にして弁体接触部を設け、その弁体接触部に弁体の先端外周部を密着させて孔を封止する構造のため、弁体先端面に凹凸が形成されず、バルブの開閉の繰り返しや弁体の孔側への強い押し付けによる弁体のシール性能の劣化を抑制することができる。また、これらにより、従来のバルブに比べて弁体の長寿命化を図ることができる。さらに、弁体先端外周部を弁体接触部に沿って変形させ密着させることにより、従来技術と比較してシール性能が向上するため、より高い圧力がバルブにかかる用途にも使用することができる。

本発明の送液装置は長期間シール性能を維持することができる本発明のバルブをドレインバルブとして用いているので、送液精度の長期間の安定化を実現できる。

バルブの一実施例を概略的に示す図であり、（Ａ）はバルブ全体の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の弁体及び弁体接触部を拡大して示す断面図である。 バルブを閉じたときの状態を示す断面図である。 送液装置の一実施例を示す流路構成図である。 従来のバルブの一例を概略的に示す断面図である。

本発明のバルブの一実施例を図１を用いて説明する。
図１（Ａ）に示されているように、この実施例のバルブは、本体部２と駆動部８により構成されている。本体部２の内部に駆動部８の軸部８ａ及び弁体保持部８ｃを収容する空間が設けられている。本体部２の内部空間の奥壁には流体入口をなす孔４が設けられ、側壁の最奥部に流体出口をなす孔６が設けられている。本体部２の内周面にネジが切られた螺合部２ａが設けられている。

駆動部８は軸部８ａ、ツマミ部８ｂ及び弁体保持部８ｃにより構成されている。軸部８ａ及び弁体保持部８ｃは本体部２の内部に収容される。弁体保持部８ｃは軸部８ａの先端にスリップリング８ｆを挟んで取り付けられている。軸部８ａの内部に貫通穴が設けられており、その貫通穴を先端にネジが切られたネジ部材８ｅが貫通し、ネジ部材８ｅ先端のネジ部に弁体保持部８ｃが保持されている。ネジ部材８ｅの頭は軸部８ａ内部の貫通穴の内径よりも大きく、軸部８ａの内部壁面と係合している。ネジ部材８ｅは軸部８ａとは独立して回転可能であり、ネジ部材８ｅの先端に固定されている弁体保持部８ｃも軸部８ａとは独立して回転可能である。弁体保持部８ｃの周縁にリングシール８ｇが設けられており、弁体保持部８ｃの外周面と本体部２の内壁との間の隙間からの液漏れを防止している。

弁体保持部８ｃの先端に弁体１２が取り付けられている。弁体１２は本体部２（金属製）よりも軟質の材料、例えば非熱可塑性ポリイミド樹脂（例えばベスペル（登録商標、デュポン社の製品））やＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Ketone）樹脂などの樹脂により形成されている。軸部８ａの基端部外周面はネジが切られた螺合部８ｄとなっており、本体部２の螺合部２ａと螺合している。軸部８ａの基端部にツマミ部８ｂが取り付けられており、ツマミ部８ｂを回すことにより軸部８ａを回転させて駆動部８を本体部２に対して相対的にその軸線方向へ移動させることができる。

バルブを閉じる際は、ツマミ部８ｂを回して駆動部８を本体部２の内部奥側へ移動させ、弁体１２の先端を孔４の開口部に接触させて孔４を塞ぐ。弁体保持部８ｃ及び弁体１２は、弁体１２が孔４の開口部に接触するまでは軸部８ａとともに回転するが、弁体保持部８ｃが軸部８ａとは独立して回転可能であるため、弁体１２が孔４の開口部に接触すると軸部８ａの回転に拘わらず回転しなくなる。

図１（Ｂ）に示されているように、本体部２内部の孔４の縁にはテーパ状の弁体接触部４ａが形成されている。弁体１２の先端側外周面１２ａもテーパ状に形成されている。弁体１２の先端側外周面１２ａのテーパ角θ２は孔６の縁のテーパ角θ１よりも小さくなっている。弁体１２の先端面の径ｄ３は、孔４の内径よりも大きいが弁体接触部４ａの縁の径ｄ２よりも小さくなっている。

上記の寸法関係により、ツマミ部８ｂを回して駆動部８を本体部２内部奥側へ移動させていくと、弁体１２の先端外周部が弁体接触部４ａに接触し、その状態からさらにツマミ部８ｂを回して弁体１２を孔４側へ押し付けると、図２に示されているように、弁体１２の先端外周部が弁体接触部４ａに沿って変形する。これにより、弁体１２の先端面の平坦性に関係なく、弁体１２と弁体接触部４ａとの密着性が高まり、孔４を封止することができる。弁体１２の先端外周部を弁体接触部４ａに沿って変形させる必要があるため、軸部８ａの基端部から弁体１２の先端部までの長さは本体部２の内部空間の奥行きよりも長く、螺合部２ａと８ｄとが螺合可能部分の長さは、弁体１２の先端外周部が弁体接触部４ａに接触した後も軸部８ａ及び弁体保持部８ｃを本体部２の奥側へ駆動可能な長さである。

なお、この実施例では弁体１２の先端外周部が弁体接触部４ａに沿って変形しやすくなるように弁体１２の先端側外周面１２ａをテーパ状にしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、弁体１２が円柱形状であってもよい。
弁体接触部４ａのテーパ角θ１は、弁体１２の先端外周部を弁体接触部４ａに押し付けたときに、弁体１２が変形して弁体１２の先端表面が孔４の縁部（弁体接触部４ａの底部）に到達しない角度である。弁体１２の先端表面が孔４の縁部に到達してしまうと弁体１２の先端表面に凹凸が形成される虞があるからである。テーパ角θ１の一例は４０°であり、そのときのテーパ角θ２の一例は３５°である。

次に、図３を用いて本発明の送液装置の一実施例を説明する。
この送液装置３０は、液体クロマトグラフの分析流路４０に接続されている。分析流路４０は試料を注入するためのインジェクションポート４２、分析カラム４４及び検出器４６を備えた流路である。送液装置３０は送液ポンプとしてシリンジポンプ３２を備えている。シリンジポンプ３２のプランジャ３２ａを吸引側へ駆動したときは弁３４ａが開いて弁３４ｂが閉じ、移動相供給流路３６から移動相が吸引され、逆にプランジャ３２ａを吐出側へ駆動したときは弁３４ｂが開いて弁３４ａが閉じ、吸引した移動相が分析流路４０に通じる送液流路３８へ押し出されるように構成されている。

送液流路３８は分析流路４０の上流側で分岐流路５０と分岐している。分岐流路５０上には圧力センサ５２、ダンパ５４及びドレインバルブ５６が設けられている。ドレインバルブ５６は図１及び図２で説明したような本発明のバルブである。通常時、ドレインバルブ５６は閉じられており、分岐流路５０は袋小路となっている。圧力センサ５２はシリンジポンプ３２による送液圧力をモニタしており、圧力センサ５２が異常圧力を検出したときや送液流路３８中の液体を排出するときにドレインバルブ５６が開けられる。

２ 本体部
２ａ 本体部内周面側螺合部
４ 孔（流体入口）
４ａ 弁体接触部
６ 孔（流体出口）
８ 駆動部
８ａ 軸部
８ｂ ツマミ部
８ｃ 弁体保持部
８ｄ 軸部外周面側螺合部
１２ 弁体
１２ａ 弁体先端側外周面

Claims (4)

1. 内部空間の奥の壁面に流体入口となる孔を有するとともに前記内部空間の内壁にネジが切られた螺合部を有し、前記孔の開口部が前記内部空間側が広くなったテーパ状の弁体接触部となっている本体部と、
   外周面に前記螺合部と螺合するネジが切られた軸部及び前記軸部の先端に設けられた弁体保持部からなり、前記弁体保持部が前記本体部の前記内部空間内に挿入され、前記軸部が前記本体部に対して相対的に回転することにより前記軸部外周面と前記螺合部との螺合によって前記弁体保持部を前記孔側へ接近させ又は離間させる駆動部と、
   前記弁体保持部の前記孔に対向する位置に装着され、前記弁体接触部よりも軟質の材料で構成され、先端部の径が前記孔の内径よりも大きく前記孔の開口部の最大径よりも小さく、先端外周部が前記弁体接触部に密着するシール部となっている弁体と、を備えたバルブ。
2. 前記弁体の先端外周面は前記弁体接触部よりも小さいテーパ角を有するテーパ状周面となっている請求項１に記載のバルブ。
3. 前記弁体保持部は前記軸部とは独立して回転可能である請求項１又は２に記載のバルブ。
4. 送液ポンプ、前記送液ポンプの出口に接続された送液流路及び前記送液流路から分岐し必要に応じてバルブにより開閉される分岐流路を備えた送液装置において、
   前記分岐流路の開閉を行なう前記バルブが請求項１から３のいずれか一項に記載のバルブである送液装置。

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