JP7303723B2 - 流路切替バルブシステムおよび液体クロマトグラフ - Google Patents

Description

この発明は、流路切替バルブ、流路切替バルブシステムおよび液体クロマトグラフに関する。

液体クロマトグラフなどの分析装置には、多数の流路を切り替える流路切替バルブが搭載されている。流路切替バルブは、配管を接続するステータ、ロータシール、ロータシールを回転させるロータ、それらを保持するハウジングなどから構成される。ロータシールはばねなどによってステータに押しつけられており、ロータシールに形成された流路とステータに形成された流路との液密性が保たれている。ロータシールはピンでロータに固定され、ロータをモータにより回転することでロータシールも回転し、ステータの流路に対してロータシールの流路が切り替わる。

流路切替バルブのロータシールは、ステータに押しつけられながら回転し摺動する。そのため、ロータシールの回転時にロータシールとステータの摺動面が摩耗し、ある一定値の摩耗量を超えると液漏れが発生してバルブとしての機能を果たさなくなる。

この摺動面の摩耗を抑制する構造を備えた流路切替バルブが特許文献１に示されている。特許文献１の流路切替バルブは、ステータとステータの一面と接触する面を有し、このステータの一面と接触する面を有し、接触面で摺動しつつ回転するロータとを備え、前記ステータは前記接触面に開口する複数の液体流通ポートを有し、前記ロータは前記液体流通ポートを連結する複数の流路溝を有し、ロータシールに圧力開放溝を備えることを特徴とする。この流路切替バルブは、ロータシールを十分に長い圧力開放範囲に伴って同心でそして円周上に延伸することで、圧力開放溝とステータのポート開口が重なり合ったときに発生する流体の流速が十分に小さくなり、ステータとロータシールの流路の損傷を回避するようになる。従って、ロ－タ回転時にポート開口部のエッジによって接触面が削り取られることを防止でき、流路の摩耗や損傷によって寿命が短くなることを防止することができる。

また、このような流路切替バルブの例は、特許文献２にも記載される。特許文献２には、第１状態と第２状態を切り替えることができる流路切替バルブの構成が記載されている。

特開２００９－１３９３７６号公報 国際公開第２００９／０４１４４２号パンフレット

従来の流路切替バルブは、流路間の圧力差が存在する場合、ステータとロータの摺動面において摩耗する領域が局在化する。特許文献１および２に記載されるものについても同様である。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ステータとロータの摺動面において摩耗する領域を摺動面全体に分散させることで、長寿命な流路切替バルブを提供することである。

この発明に係る流路切替バルブの一例は、ステータと、前記ステータに対して回転可能に構成されるロータとを備える、流路切替バルブであって、
前記ステータは、第１ステータ流路、第２ステータ流路および第３ステータ流路を備え、
前記ロータは、第１ロータ流路および第２ロータ流路を備え、
前記流路切替バルブは、
前記第１ロータ流路が前記第１ステータ流路および前記第２ステータ流路を接続する、第１接続パターンと、
前記第１ロータ流路が前記第１ステータ流路および前記第３ステータ流路を接続する、第２接続パターンと、
前記第２ロータ流路が前記第１ステータ流路および前記第２ステータ流路を接続する、第３接続パターンと、
前記第２ロータ流路が前記第１ステータ流路および前記第３ステータ流路を接続する、第４接続パターンと、
を含む複数の接続パターンのいずれかを、前記ロータの回転状態に応じて実現する。

本発明によれば、ステータとロータの摺動面の摩耗する領域を分散させ、流路切替バルブの長寿命化を図ることができる。

本発明の実施例１に係る流路切替バルブの構成の例を示す図。とくに、（ａ）は（ｄ）の破線に沿った断面図、（ｂ）はロータシールの上面図、（ｃ）はステータがロータシールと接触している部分の上面図、（ｄ）はステータとロータシールの接触面の上面図 従来の流路切替バルブの動作説明および摩耗領域の説明図 本発明の実施例１に係る液体クロマトグラフの流路模式図。とくに、（ａ）は初期状態を表し、（ｂ）は初期状態から流路切替バルブが時計回りに回転した状態を表す 本発明の実施例１に係る流路切替バルブシステムの構成の例を示す図 本発明の実施例１の流路切替バルブの動作説明および摩耗領域の説明図 実施例１の変形例に係る動作を示す図 本発明の実施例２に係る流路切替バルブの構成の例を示す図。とくに、（ａ）は流路切替バルブの断面図、（ｂ）はロータシールの上面図、（ｃ）は中間ステータシールがロータシールと接触している部分の上面図、（ｄ）は中間ステータシールとロータシールの接触面の上面図 本発明の実施例２の流路切替バルブの動作方法の説明図

以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
図１に、本発明の流路切替バルブ５の構成の例を示す。流路切替バルブ５の、軸（たとえば回転軸、以下同じ）に平行な平面による断面図を図１（ａ）に示す。図１（ａ）は、とくに図１（ｄ）の破線に沿った断面によるものである。ロータシール２２の上面図を図１（ｂ）に、ステータ本体２１のロータシール２２と接触している部分の上面図を図１（ｃ）に示す。なお、ステータ本体２１の図１（ｃ）に示す面は実際には下方に面しており、上側から見ることはできないが、ロータシール２２との重ね合わせをわかりやすくするため上側から見た形状を示している。また図１（ｄ）に、ステータ本体２１の接触面とロータシール２２の接触面を重ね合わせたときの、それぞれの流路の位置関係を示す。

流路切替バルブ５は、ステータおよびロータを備える。ロータはステータに対して回転可能に構成され、たとえば所定の回転軸の周りに回転する。

本実施例では、図１（ａ）に示すように、流路切替バルブ５は、配管を接続するステータ本体２１と、ロータシール２２と、ロータシール２２を回転させるロータ本体２３と、ステータ本体２１およびロータ本体２３を保持するハウジング２６とを備える。ステータ本体２１が本実施例におけるステータを構成し、ロータシール２２およびロータ本体２３が本実施例におけるロータを構成する。

ロータ本体２３は、バネなど（図示なし）によって、ロータシール２２を介してステータ本体２１に向かって押し付けられ、それによって、ロータシール２２がステータ本体２１に押し付けられる。ステータ本体２１はたとえば、金属やセラミックからなり、ロータシール２２はたとえば、金属、セラミック、または樹脂からなる。ステータ本体２１とロータシール２２には、耐摩耗性能を向上させるために、ダイヤモンドライクカーボンがコーティングされていてもよい。

ステータ本体２１には複数の固定ステータ流路が構成され、固定ステータ流路によってステータ本体２１の内部を流体が流動することができる。本実施例では、図１（ｃ）に示すように、ステータ本体２１は６つの固定ステータ流路３１～３６を備え、これらの固定ステータ流路のそれぞれが、本実施例におけるステータ流路を構成する。とくに、本実施例では、固定ステータ流路３１が第１ステータ流路であり、固定ステータ流路３２が第２ステータ流路であり、固定ステータ流路３６が第３ステータ流路である。

なお、「固定ステータ流路」という名称は、本実施例において各流路がステータ本体２１に対して固定されていることを表す。これは、後述の実施例２において中間ステータシール流路がステータ本体に対して移動する構成との対比を明確にするための表現であるが、この表現は、本発明の他の実施例において各流路が固定されていることを、いかなる意味においても要求するものではない。

本実施例では、固定ステータ流路３１～３６は軸を中心とする円周上に設けられる。すなわち、ステータ本体２１の軸から固定ステータ流路３１～３６までの距離はいずれも等しい。ただし、そうでない変形例も実施可能である。また、本実施例では、固定ステータ流路３１～３６の軸に垂直な断面はすべて同一形状かつ同一面積となるよう設けられる。とくに、本実施例では、固定ステータ流路３１～３６の軸に垂直な断面はすべて同一半径の円である。ただし、形状が異なる変形例や面積が異なる変形例も実施可能である。また、本実施例では、固定ステータ流路３１～３６は周方向に等間隔に設けられており、すなわち隣接する２つの固定ステータ流路は軸に対して互いに６０度の角度をなす方向に配置される。ただし、周方向に等間隔とならない変形例も実施可能である。

また、ロータにも複数のロータ流路が構成され、ロータ流路によってロータの内部を流体が流動することができる。本実施例では、図１（ｂ）に示すように、ロータシール２２は３つのロータ流路２４１～２４３を備える。とくに、本実施例では、ロータ流路２４１が第１ロータ流路であり、ロータ流路２４２が第２ロータ流路である。なお変形例としてロータはロータシール２２を備えないものであってもよく、その場合にはロータ流路はロータ本体２３に設けられてもよい。

本実施例では、ロータ流路２４１～２４３は軸を中心とする円周上に設けられる。すなわち、ロータシール２２の軸からロータ流路２４１～２４３までの距離はいずれも等しい。ただし、そうでない変形例も実施可能である。また、本実施例では、ロータ流路２４１～２４３の軸に垂直な断面はすべて同一形状かつ同一面積となるよう設けられる。ただし、形状が異なる変形例や面積が異なる変形例も実施可能である。また、本実施例では、ロータ流路２４１～２４３は周方向に等間隔に設けられており、すなわち隣接する２つのロータ流路は軸に対して１２０度の角度をなす。ただし、周方向に等間隔とならない変形例も実施可能である。

各ロータ流路は、ロータの回転状態に応じて、２つの固定ステータ流路を接続できるよう構成されている。ロータの回転状態とは、たとえばステータとロータとの回転位置関係を表す。より具体的には、ステータ本体２１に対してロータシール２２の基準回転位置が定義される場合に、その基準回転位置に対するロータシール２２の相対的回転位置として定義してもよい。例として、図１（ａ）および図１（ｄ）に示す状態では、ロータ流路２４１は固定ステータ流路３１および３２を接続し、ロータ流路２４２は固定ステータ流路３５および３６を接続し、ロータ流路２４３は固定ステータ流路３３および３４を接続する。

前述したように、ロータシール２２はロータ本体２３によりステータ本体２１に押しつけられており、これによって液密性が保たれている。すなわち、ロータ流路２４１と固定ステータ流路３１、３２が連結した流路、ロータ流路２４２と固定ステータ流路３５、３６が連結した流路、および、ロータ流路２４３と固定ステータ流路３３、３４が連結した流路から自身以外の流路へ、もしくは、流路切替バルブ５の外部へ、液が漏れないようになっている。

ロータシール２２はピン等（図示せず）でロータ本体２３に固定され、ロータ本体２３に接続されたモータ（図示せず）により、ロータ本体２３と一体に回転する。ロータの回転角度は、例えば、モータにエンコーダーを備えて測定される。また、例えば、ロータシール２２に設ける位置検知溝２８を、ハウジング２６に設ける位置検知窓３０を通して外部から光学的に検出することで測定することができる。このとき、位置検知溝２８や位置検知窓３０は複数存在してもよい。

図２を用いて、従来の流路切替バルブについて説明する。図２（ａ）の状態から、ロータシール２２が摺動方向２９（時計回り）に６０度回転し、図２（ｂ）の状態を経て、図２（ｃ）の状態となる。ロータ流路２４１は、図２（ａ）の状態では固定ステータ流路３１、３２を連結していて、図２（ｃ）の状態では固定ステータ流路３２、３３を連結している。同様に、ロータ流路２４２は、図２（ａ）の状態では固定ステータ流路３５、３６を連結していて、図２（ｃ）では固定ステータ流路３６、３１を連結している。また、ロータ流路２４３は、図２（ａ）の状態では固定ステータ流路３３、３４を連結していて、図２（ｃ）では固定ステータ流路３４、３５を連結している。図２（ａ）の状態から図２（ｃ）の状態に切り替わった後は、図２（ｃ）の状態から摺動方向２９と反対方向に６０度回転し、図２（ｂ）の状態を経て、図２（ａ）の状態に戻る。このように、摺動方向２９に６０度の回転運動と、摺動方向２９と反対方向（反時計回り）に６０度の回転運動とからなる往復動作をする。

なお、本明細書において、回転方向および回転量の表現は便宜上のものであり、実際の回転方向および回転量をこれらと一致させる必要はない。たとえば、摺動方向２９の６０度の回転は、摺動方向２９の４２０度の回転によっても実現することができるし、摺動方向２９と反対方向の３００度の回転によっても実現することができる。

図３は、本発明の実施例１に係る液体クロマトグラフ１の流路模式図である。本発明の実施例１の流路切替バルブ５を搭載した液体クロマトグラフ１の流路模式図を図３（ａ），図３（ｂ）に示す。液体クロマトグラフ１は、送液ポンプ２、ニードル３、シリンジポンプ４、流路切替バルブ５、分離カラム６、検出器７、およびそれらを接続する配管を備える。流路切替バルブ５の固定ステータ流路３１，３２，３３，３４，３５，３６は、それぞれ送液ポンプ２、分離カラム６、ニードルポート１０、廃液タンク１１、シリンジポンプ４、ニードル３に接続されている。

まず、図３（ａ）の状態では、送液ポンプ２により送液される溶離液９は、固定ステータ流路３１、ロータ流路２４１、固定ステータ流路３２を通って、分離カラム６、検出器７、廃液タンク１６に流れる。また、ニードルポート１０が固定ステータ流路３３、ロータ流路２４３、固定ステータ流路３４を介して廃液タンク１１に接続され、シリンジポンプ４が固定ステータ流路３５、ロータ流路２４２、固定ステータ流路３６を介してニードル３と接続される。この状態で、シリンジポンプ４を吸引することで、ニードル３内にサンプル８が吸引される。

その後、ロータシール２２を摺動方向２９（時計回り）に６０度回転させて流路を切り替え、図３（ｂ）の状態にする。また、図３（ｂ）の状態では、サンプル８を保持したニードル３を移動させてニードルポート１０に接続し、この状態で、送液ポンプ２で溶離液を送液してニードル３内のサンプル８を分離カラム６に送液し、分離カラム６でサンプル８を分離し、分離されたサンプルを検出器７で検出する。その後、サンプルの流れた流路を洗浄するために溶離液を送液する。

従来の流路切替バルブでは、図３（ｂ）の状態からロータシール２２を摺動方向２９と反対方向（反時計回り）に６０度回転させて、図３（ａ）の状態に戻す。その状態で、送液ポンプ２、シリンジポンプ４で溶離液を流して流路を洗浄する。以上の動作を、分析するサンプル毎に繰り返す。

分離カラム６は内部に数マイクロメートルの粒子が充填されていて流体抵抗が大きい。そのため、送液ポンプ２は数十メガパスカル（ＭＰａ）の高い圧力で溶離液を送液する。一方、シリンジポンプ４につながる流路には流体抵抗の大きい部材が接続されていないので、シリンジポンプ４の送液圧力は大気圧（０．１ＭＰａ）に近い。したがって、図３（ａ）の状態では、ロータ流路２４１内の液圧が高く、ロータ流路２４２，２４３内の液圧は低い状態となる。すると、ロータ流路２４１付近は、液圧によってロータシール２２とステータ本体２１が押し広げられ接触圧力が小さくなる。一方で、ロータ流路２４２および２４３の付近は液圧が小さいため、ロータ流路２４１付近に比べて接触圧力が大きい。したがって、ロータシール２２の接触面全体としては、図２（ａ）に示した領域２００の接触圧力が大きくなる。

一方、図３（ｂ）の状態では、ロータ流路２４２、２４１内の液圧が高く、ロータ流路２４３内の液圧は低い状態となる。すると、ロータ流路２４２、２４１付近は、液圧によってロータシール２２とステータ本体２１が押し広げられ接触圧力が小さくなる。一方で、ロータ流路２４３の付近は液圧が小さいため、ロータ流路２４２、２４１付近に比べて接触圧力が大きい。したがって、ロータシール２２の接触面全体としては、図２（ｃ）に示した領域２０１の接触圧力が大きくなる。なお、領域２００の位置は、ロータシール２２の回転に伴い移動している。

上述したように、従来の流路切替バルブでは、図３（ａ）（図２（ａ））に示す状態と図３（ｂ）（図２（ｃ））に示す状態との間を往復動作するので、ロータシール２２においてステータ本体２１との接触面で接触圧力が高い部分は領域２００、２０１のみであり、その部分の摩耗が他の部分よりも早く進む。このため、摺動面において摩耗する領域が局在化し、流路切替バルブの寿命が短くなる。

図４に、本発明の実施例１に係る流路切替バルブ５を含む流路切替バルブシステムの構成の例を示す。流路切替バルブシステムは、流路切替バルブ５と、流路切替バルブ５のロータの回転を制御する制御装置５００とを含む。制御装置５００はたとえば公知の構成を有するコンピュータを用いて構成することができ、演算を行う演算手段と、情報を記憶する記憶手段とを備える。演算手段はたとえばプロセッサを含み、記憶手段はたとえば半導体メモリを含む。記憶手段はプログラムを格納することができ、演算手段がこのプログラムを実行することにより、制御装置５００はその処理を実現して流路切替バルブ５を制御する。

図５を用いて、本発明の実施例１に係る流路切替バルブ５の動作を説明するとともに摩耗領域を説明する。本実施例では、流路切替バルブ５による流路の切り替えを、ロータシール２２を同一方向に回転させ続けることで行い、バルブの長寿命化を実現する。

流路切替バルブ５は、複数の接続パターンを切り替えて実現することができ、とくに、複数の接続パターンのいずれかを、ロータの回転に応じて実現することができる。本実施例では、図５に示す６つの接続パターンが可能である。本実施例では、図５（ａ）に示すパターンが第１接続パターンであり、図５（ｆ）に示すパターンが第２接続パターンであり、図５（ｃ）に示すパターンが第３接続パターンであり、図５（ｂ）に示すパターンが第４接続パターンである。

以下の説明において、図５（ａ）から図５（ｆ）の固定ステータ流路３１～３６の位置は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示した位置に対応するものとする。

図５（ａ）の接続パターンでは、ロータ流路２４１が固定ステータ流路３１および固定ステータ流路３２を接続し、ロータ流路２４２が固定ステータ流路３５および固定ステータ流路３６を接続し、ロータ流路２４３が固定ステータ流路３３および固定ステータ流路３４を接続する。上述した液圧と接触圧力の関係から、図５（ａ）ではロータシール２２において領域２００付近の接触圧力が高い。

この状態の後、ロータシール２２を摺動方向２９に６０度回転して図５（ｂ）の状態にする。図５（ｂ）の接続パターンでは、ロータ流路２４１が固定ステータ流路３２および固定ステータ流路３３を接続し、ロータ流路２４２が固定ステータ流路３６および固定ステータ流路３１を接続し、ロータ流路２４３が固定ステータ流路３４および固定ステータ流路３５を接続する。この状態では、ロータシール２２において領域２０１付近の接触圧力が高くなる。

この後、摺動方向２９にさらに６０度回転して図５（ｃ）の状態にする。図５（ｃ）の接続パターンでは、ロータ流路２４１が固定ステータ流路３３および固定ステータ流路３４を接続し、ロータ流路２４２が固定ステータ流路３１および固定ステータ流路３２を接続し、ロータ流路２４３が固定ステータ流路３５および固定ステータ流路３６を接続する。この状態では、ロータシール２２において領域２０２付近の接触圧力が高くなる。このとき、ロータシール２２上の領域２００は元の位置には戻らず、摺動方向２９に１２０度回転した位置、すなわち図５（ｃ）における左上の位置に移動している。

この後、摺動方向２９にさらに６０度回転して図５（ｄ）の状態にする。図５（ｄ）の接続パターンでは、ロータ流路２４１が固定ステータ流路３４および固定ステータ流路３５を接続し、ロータ流路２４２が固定ステータ流路３２および固定ステータ流路３３を接続し、ロータ流路２４３が固定ステータ流路３６および固定ステータ流路３１を接続する。

この後、摺動方向２９にさらに６０度回転して図５（ｅ）の状態にする。図５（ｅ）の接続パターンでは、ロータ流路２４１が固定ステータ流路３５および固定ステータ流路３６を接続し、ロータ流路２４２が固定ステータ流路３３および固定ステータ流路３４を接続し、ロータ流路２４３が固定ステータ流路３１および固定ステータ流路３２を接続する。

この後、摺動方向２９にさらに６０度回転して図５（ｆ）の状態にする。図５（ｆ）の接続パターンでは、ロータ流路２４１が固定ステータ流路３６および固定ステータ流路３１を接続し、ロータ流路２４２が固定ステータ流路３４および固定ステータ流路３５を接続し、ロータ流路２４３が固定ステータ流路３２および固定ステータ流路３３を接続する。

この後、摺動方向２９にさらに６０度回転して、再び図５（ａ）の状態にする。このように、流路の切り替えにおいて、ロータシール２２を常に摺動方向２９に６０度ずつ切り替えると、接触面圧が高い状態を経験した領域２００から２０６がロータシール２２上の全周に分散する。これによって、ロータシール２２の摩耗領域が分散し、従来の駆動方法よりも寿命が長くなる。

摩耗領域をロータシール２２の全周に分散させるには、実施例１のようにロータシール２２を常に同一方向に回転させる必要は必ずしもなく、条件に応じて逆方向に回転させるように変形してもよい。

図６に、このような変形例に係る動作の例を示す。この例では、制御装置５００は複数のモードのいずれかで動作可能である。たとえば、図５（ａ）の接続パターンおよび図５（ｂ）の接続パターンを交互に実現するモード（第１モード）と、図５（ｃ）の接続パターンおよび図５（ｄ）の接続パターンを交互に実現するモード（第２モード）と、図５（ｅ）の接続パターンおよび図５（ｆ）の接続パターンを交互に実現するモード（第３モード）と、のいずれかで動作可能である。

たとえば、所定の基準が満たされるまでは第１モードで動作して、図５（ａ）と図５（ｂ）の間を往復運動する。その後、所定の基準が満たされた場合に１回だけロータシール２２を１２０度回転させ、第２モードに遷移する（たとえば図５（ｃ）の状態にする）。そこから再び所定の基準が満たされるまでは第２モードで動作して、図５（ｃ）と図５（ｄ）の間を往復運動する。さらにその後、再び所定の基準が満たされた場合に１回だけロータシール２２を１２０度回転させ、第３モードに遷移する（たとえば図５（ｅ）の状態にする）。そこからさらに所定の基準が満たされるまで第３モードで動作して、図５（ｅ）と図５（ｆ）の間を往復運動する。さらに所定の基準が満たされた場合に１回だけロータシール２２を１２０度回転させ、再び第１モードに遷移する（たとえば図５（ａ）の状態に戻る）。このような動作によっても、摩耗領域をロータシール２２の全周に分散させることができる。

なお、各モードに含まれる状態の組み合わせはこれに限らない。たとえば、第１モードが図５（ｆ）および図５（ａ）の状態を含み、第２モードが図５（ｂ）および図５（ｃ）の状態を含み、第３モードが図５（ｄ）および図５（ｅ）の状態を含んでもよい。

ここで、モードを遷移させるための上記所定の基準は、任意に設計可能である。たとえば、制御装置５００は、ロータの総回転量に基づいてモードを切り替えてもよい。総回転量とは、たとえばそれまでにロータシール２２が回転した回数（または角度の積算値）をいう。または、制御装置５００は、ロータの総回転時間に基づいてモードを切り替えてもよい。総回転時間とは、たとえばそれまでにロータシール２２が回転動作していた時間の積算値をいう。または、制御装置５００は、流路切替バルブシステムの総運転時間に基づいてモードを切り替えてもよい。総運転時間とは、たとえばそれまでに流路切替バルブシステムの電源が入っていた時間の積算値をいう。または、制御装置５００は、いずれかの流路（すなわち、固定ステータ流路３１～３６およびロータ流路２４１～２４３のいずれか）における流体通過回数に基づいてモードを切り替えてもよい。流体通過回数は、たとえば液体クロマトグラフ１では分析動作の実行回数に対応する。

または、液体クロマトグラフ１は、いずれかの流路における流体の状態を測定する装置を備えてもよく、制御装置５００は、そのような装置からの信号を受信し、これに基づいてモードを切り替えてもよい。たとえば、制御装置５００は、いずれかの流路における圧力に基づいてモードを切り替えてもよく、いずれかの流路における圧力の変化量に基づいてモードを切り替えてもよく、いずれかの流路における総流量（たとえば溶離液の総量）に基づいてモードを切り替えてもよく、いずれかの流路からのリーク量に基づいてモードを切り替えてもよく、いずれかの流路からのリーク量の変化に基づいてモードを切り替えてもよく、いずれかの流路に係るキャリーオーバ量に基づいてモードを切り替えてもよい。キャリーオーバ量は、たとえばあらかじめ定めておいた分析方法により検出器７を用いて検出することができる。

また、上記において説明した基準を複数またはすべて組み合わせて定義される条件を用いてもよい。このような基準を定義しておくと、適切なタイミングでモードを切り替えることができ、より適切に摩耗領域を分散させることができる。

［実施例２］
実施例１では、摺動面におけるステータ側の構造は常に固定されていた。実施例２は、摺動面におけるステータ側の構造についても一部を回転可能とするものである。以下、実施例１との相違を説明する。

図７に、本発明の実施例２に係る流路切替バルブ５の構成の例を示す。実施例１との差分は、図７に示すステータ本体２１とロータシール２２との間に中間ステータシール３３０を設けたことである。実施例２において、ステータ本体２１および中間ステータシール３３０がステータを構成する。

流路切替バルブ５の、軸に平行な平面による断面図を図７（ａ）に、ロータシール２２の上面図を図７（ｂ）に、中間ステータシール３３０のロータシール２２と接触している部分の上面図を図７（ｃ）に示す。なお、中間ステータシール３３０の図７（ｃ）に示す面は実際には下方に面しており、上側から見ることはできないが、ロータシール２２との重ね合わせをわかりやすくするため上側から見た形状を示している。また図７（ｄ）に、中間ステータシール３３０の接触面とロータシール２２の接触面を重ね合わせたときの、それぞれの流路の位置関係を示す。

本発明の実施例２の流路切替バルブ５を搭載した液体クロマトグラフを図３、図７、図８を用いて説明する。中間ステータシール３３０は、ステータ本体２１に対して回転可能に固定される。中間ステータシール３３０の回転軸は、ロータの回転軸と同一である。中間ステータシール３３０をステータ本体２１に対して回転させることで、ロータ側のみならず、ステータ側でも接触面の摩耗領域を分散することができる。

中間ステータシール３３０は、中間ステータシール流路３３１～３３６を備え、中間ステータシール流路３３１～３３６は、それぞれ、固定ステータ流路３１～３６のいずれかに接続される。どの中間ステータシール流路がどの固定ステータ流路に接続されるかは、ステータ本体２１に対する中間ステータシール３３０の回転位置に応じて異なる。中間ステータシール流路３３１～３３６は、それぞれ本実施例におけるステータ流路を構成する。

図７に示すように、実施例２に示す流路切替バルブ５のロータシール２２はロータ本体２３により中間ステータシール３３０に押しつけられており、３つの流路の液密性が保たれている。３つの流路は、図７に示す状態では、ロータ流路２４１、固定ステータ流路３１、３２および中間ステータシール流路３３１、３３２によって構成される流路（図７（ａ）にはこの流路が現れている）と、ロータ流路２４２、固定ステータ流路３５、３６および中間ステータシール流路３３５、３３６によって構成される流路と、ロータ流路２４３、固定ステータ流路３３、３４および中間ステータシール流路３３３、３３４によって構成される流路である。

ロータシール２２はピン（図示せず）でロータ本体２３に固定され、ロータ本体２３に接続されたモータ（図示せず）により回転する。

実施例２に係る流路切替バルブ５の動作方法を図８で示す。図８（ａ）の状態は、第１モードにおいて実現される接続パターンの１つを示し、図７の状態に対応する。流路切替バルブ５は、図８（ａ）の接続パターンを含む２通りの接続パターンを切り替えつつ動作する。たとえば、図８（ａ）の接続パターンと、そこからロータを摺動方向２９に６０度回転させた状態の接続パターンとが、切り替えつつ実現される。

図８（ａ）の状態から中間ステータシール３３０を摺動方向２９に１２０度回転させると、図８（ｂ）の状態となる。図８（ｂ）の状態は、第２モードにおいて実現される接続パターンの１つを示す。流路切替バルブ５は、図８（ｂ）の接続パターンを含む２通りの接続パターンを切り替えつつ動作する。たとえば、図８（ｂ）の接続パターンと、そこからロータを摺動方向２９に６０度回転させた状態の接続パターンとが、切り替えつつ実現される。

図８（ｂ）の状態では、中間ステータシール流路３３５、ロータ流路２４１、中間ステータシール流路３３６は図３の送液ポンプ２と分離カラム６に接続する。また、中間ステータシール流路３３１、ロータ流路２４３、中間ステータシール流路３３２はニードルポート１０と廃液タンク１１に接続する。また、中間ステータシール流路３３３、ロータ流路２４２、中間ステータシール流路３３４は図３のニードル３とシリンジポンプ４に接続する。

また、図８（ａ）の状態から中間ステータシール３３０を摺動方向２９に２４０度回転させると（すなわち、図８（ｂ）の状態から中間ステータシール３３０を摺動方向２９に１２０度回転させると）、図８（ｃ）の状態となる。図８（ｃ）の状態は、第３モードにおいて実現される接続パターンの１つを示す。流路切替バルブ５は、図８（ｃ）の接続パターンを含む２通りの接続パターンを切り替えつつ動作する。たとえば、図８（ｃ）の接続パターンと、そこからロータを摺動方向２９に６０度回転させた状態の接続パターンとが、切り替えつつ実現される。

図８（ｃ）の状態では、中間ステータシール流路３３３、ロータ流路２４１、中間ステータシール流路３３４は図３の送液ポンプ２と分離カラム６に接続する。また、中間ステータシール流路３３５、ロータ流路２４３、中間ステータシール流路３３６はニードルポート１０と廃液タンク１１に接続する。また、中間ステータシール流路３３１、ロータ流路２４２、中間ステータシール流路３３２は図３のニードル３とシリンジポンプ４に接続する。

中間ステータシール３３０を回転させる方法および構成は、当業者が任意に設計することができる。たとえば液体クロマトグラフの使用者が手動で回転させてもよいし、制御装置５００またはその他の装置が自動的に回転させてもよい。手動で回転させる場合には、例えば、図７の位置検知窓３０などから中間ステータシール３３０の回転溝３２８に治具（図示せず）を差し込み回転させるように構成することができる。たとえば、中間ステータシール３３０の回転中心に、軸方向に突出する凸部が形成されていて（図示せず）、ステータ本体２１の中心に、軸方向に陥没する凹部が形成されていて（図示せず）、それらが物理的に組み合わさり回転可能に嵌合することで、中間ステータシールの回転軸を構成することができる。また、ロータシール２２が回転する際に中間ステータシール３３０が共回りしないように、ステータ本体２１に対して中間ステータシール３３０を固定保持する構造（ロック機構等）を備えてもよい。

このように中間ステータシール３３０を回転させることで、中間ステータシール流路３３１および３３２の液圧が高い状態と、中間ステータシール流路３３３および３３４の液圧が高い状態と、中間ステータシール流路３３５および３３６の液圧が高い状態とがよりバランスよく実現される。たとえば、中間ステータシール流路３３１および３３２に対向する領域の接触圧力が高い状態と、中間ステータシール流路３３３および３３４に対向する領域の接触圧力が高い状態と、中間ステータシール流路３３５および３３６に対向する領域の接触圧力が高い状態とが、よりバランスよく実現される。このため、中間ステータシール３３０の摩耗領域が分散し、従来の駆動方法よりも寿命が長くなる。

中間ステータシール３３０を回転させるタイミングは、図６に示す変形例において説明したモードを切り替えるタイミングと同様の基準に基づいて決定することができる。また、図６のようなロータ回転のモード切り替えと、実施例２に係る中間ステータシール３３０の回転のモード切り替えとを組み合わせて実施してもよい。なお、これらを組み合わせて実施する場合には、双方の切り替えタイミングが一致しないようにすると、ロータシール２２と中間ステータシール３３０との位置関係が固定されず好適である。

［その他の変形例］
上述の実施例１および２において、流路および接続パターンの数は、流路切替バルブの用途に応じて適宜変更可能である。ステータ流路（実施例１では固定ステータ流路、実施例２では中間ステータシール流路）は少なくとも３つあればよく、ロータ流路は少なくとも２つあればよく、接続パターンは少なくとも４つあればよい。たとえば、ステータ流路として図５に示す固定ステータ流路３１、３２、３６のみを有し、ロータ流路として図５に示すロータ流路２４１、２４２のみを有する流路構成の場合には、少なくとも図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に対応する４つの接続パターンが実現できればよい。そのような場合には、すべての接続パターンにおいてすべてのロータ流路がそれぞれ２つのステータ流路を接続するよう構成する必要はない（たとえば図５（ａ）に示すパターンにおいて、固定ステータ流路３３～３５が存在しない場合には、ロータ流路２４２は固定ステータ流路３６のみと連通することになり、２つのステータ流路を接続するものではない）。

また、構造上実現可能な接続パターンをすべて均等に実現する必要はない。たとえば、図６の例において、第３モードを省略し、第１モードおよび第２モードのみを切り替えつつ動作してもよい。その場合には図５（ｅ）および図５（ｆ）の接続パターンが実現されなくなるが、その場合でも、摩耗領域をある程度（すなわち、全周にではないが、少なくとも複数箇所に）分散させることができる。

また、図６の例では３つのモードが定義されているが、モードの数は少なくとも２つであればよい。たとえば、モードの数を２とし、第１モードにおいて２つの接続パターンを交互に実現し、第２モードにおいて別の２つのパターンを交互に実現するようにしてもよい。図５の例に沿って言えば、第１モードにおいて、図５（ａ）の接続パターンと、図５（ｂ）または図５（ｆ）の接続パターンのうち一方とが交互に実現され、第２モードにおいて、第１モードで実現されない特定の２つの接続パターンが実現されればよい。この「第１モードで実現されない特定の２つの接続パターン」は、図５（ｃ）の接続パターンと、別の接続パターンとを含む。この「別の接続パターン」は、たとえば図５（ｂ）または図５（ｆ）の接続パターンのうち第１モードにおいて実現されない一方であるが、図５（ｄ）の接続パターンであってもよく、これら以外の適切に構成された接続パターンであってもよい。

１…液体クロマトグラフ
２…送液ポンプ
３…ニードル
４…シリンジポンプ
５…流路切替バルブ
６…分離カラム
７…検出器
８…サンプル
９…溶離液
１０…ニードルポート
１１，１６…廃液タンク
２１…ステータ本体（ステータ）
２２…ロータシール（ロータ）
２３…ロータ本体（ロータ）
２６…ハウジング
２８…位置検知溝
２９…摺動方向
３０…位置検知窓
３１…固定ステータ流路（第１ステータ流路）
３２…固定ステータ流路（第２ステータ流路）
３３，３４，３５…固定ステータ流路
３６…固定ステータ流路（第３ステータ流路）
２００，２０１，２０２…領域
２４１…ロータ流路（第１ロータ流路）
２４２…ロータ流路（第２ロータ流路）
２４３…ロータ流路
３２８…回転溝
３３０…中間ステータシール
３３１…中間ステータシール流路（第１ステータ流路）
３３２…中間ステータシール流路（第２ステータ流路）
３３３，３３４，３３５…中間ステータシール流路
３３６…中間ステータシール流路（第３ステータ流路）
５００…制御装置

Claims (4)

1. ステータと、前記ステータに対して回転可能に構成されるロータとを備える、流路切替バルブであって、
   前記ステータは、第１ステータ流路、第２ステータ流路および第３ステータ流路を備え、
   前記ロータは、第１ロータ流路および第２ロータ流路を備え、
   前記流路切替バルブは、
   前記第１ロータ流路が前記第１ステータ流路および前記第２ステータ流路を接続する、第１接続パターンと、
   前記第１ロータ流路が前記第１ステータ流路および前記第３ステータ流路を接続する、第２接続パターンと、
   前記第２ロータ流路が前記第１ステータ流路および前記第２ステータ流路を接続する、第３接続パターンと、
   前記第２ロータ流路が前記第１ステータ流路および前記第３ステータ流路を接続する、第４接続パターンと、
   を含む複数の接続パターンのいずれかを、前記ロータの回転状態に応じて実現する、流路切替バルブと、
   前記ロータの回転を制御する制御装置と、
   を備える、流路切替バルブシステムにおいて、
   前記制御装置は、
   ２つの接続パターンを交互に実現する、第１モードと、
   別の２つの接続パターンを交互に実現する、第２モードと、
   のいずれかで動作可能である、流路切替バルブシステム。
2. 請求項１に記載の流路切替バルブシステムにおいて、
   前記制御装置は、
   ‐前記ロータの総回転量、
   ‐前記ロータの総回転時間、
   ‐前記流路切替バルブシステムの総運転時間、
   ‐前記第１ステータ流路、前記第２ステータ流路、前記第３ステータ流路、前記第１ロータ流路または前記第２ロータ流路における流体通過回数、
   のうち少なくとも１つに基づいて、前記第１モードで動作するか、または前記第２モードで動作するかを切り替える、流路切替バルブシステム。
3. 請求項１に記載の流路切替バルブシステムにおいて、
   前記制御装置は、
   ‐前記第１ステータ流路、前記第２ステータ流路、前記第３ステータ流路、前記第１ロータ流路または前記第２ロータ流路における圧力または圧力の変化量、
   ‐前記第１ステータ流路、前記第２ステータ流路、前記第３ステータ流路、前記第１ロータ流路または前記第２ロータ流路における総流量、
   ‐前記第１ステータ流路、前記第２ステータ流路、前記第３ステータ流路、前記第１ロータ流路または前記第２ロータ流路からのリーク量またはリーク量の変化、
   ‐前記第１ステータ流路、前記第２ステータ流路、前記第３ステータ流路、前記第１ロータ流路または前記第２ロータ流路に係るキャリーオーバ量、
   のうち少なくとも１つに基づいて、前記第１モードで動作するか、または前記第２モードで動作するかを切り替える、流路切替バルブシステム。
4. 請求項１に記載の流路切替バルブシステムと、送液ポンプと、ニードルと、シリンジポンプと、分離カラムと、検出器とを備える、液体クロマトグラフ。

Images