JPH0461229B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プロセス用の高速度測定に用いて好
適なガイクロマトグラフ用切換弁に関する。

［従来の技術］ プロセス用ガスクロマトグラフは、サンプルガ
スをホールドし、このサンプルガスやキヤリアガ
スで複数個のカラムを通過させることでガス成分
を分離して検出部へ送り込み、分離された各ガス
成分の濃度を測定すると共に、次回のサンプリン
グのための洗浄としてキヤリアガスで管路やカラ
ムをフラツシングするという一連の動作を、シー
ケンスにしたがつて自動的に繰り返し行なうよう
にしている。応答速度を向上させるには、微量の
サンプルガスを高速で送り込む必要があり、その
ため計量管やカラムなどの流路の径は極小である
と共に切換弁も小型で、内容量の小さいものが望
まれる。

そこで、この種の切換弁としては一般に空気圧
駆動式ダイヤフラム・バルブが用いられており、
その一例を第９図に示す。この切換弁は、表裏面
に貫通形成された複数個の通路Ａ１〜Anを有す
るセンタープレート１０の表裏面にそれぞれダイ
ヤフラム１１，１２を配設すると共に複数個のピ
ストンＤ１〜Dn、Ｅ１〜Enを各通路Ａ１〜Anに
対応して配設し、これらピストン群Ｄ１〜Dn、
Ｅ１〜Enを、ピストンの背後に別のダイヤフラ
ム１３，１４を介して交互に加えられる空気圧Ｐ
によつて交互に動作させることにより通路Ａ１〜
Anの上側ルートと下側ルートとを交互に切換え
るようにしたものである。なお、図においては、
上側の空気圧受入室１７に空気圧Ｐを供給して上
側のピストン群Ｄ１〜Dnを一斉に押し下げ、通
路Ａ１〜Anの上側ルートを閉鎖する一方、下側
の空気圧受入室１８から空気圧Ｐを抜いて下側の
ピストン群Ｅ１〜Enをそのガス圧で一斉に下降
させ、サンプルガス（またはキヤリアガス）ガス
圧により通路Ａ１〜Anの下側ルートを開いた状
態を示す。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した従来の切換弁は、ピス
トンＤ１〜Dn、Ｅ１〜Enをダイヤフラム１１，
１２に直接押し付ける方法を採つているため、ポ
ートＡ１〜Anの開口縁、およびこの開口縁に当
たるダイヤフラム部分が損耗し易く、耐久性に欠
けるという問題があつた。特に、ダイヤフラムが
損耗すると、弁としての閉止特性が低下してガス
漏れを生じ、ガス漏れが発生するとサンプルガス
がキヤリアガスによつて希釈され、分析精度が低
下するものである。

したがつて、本発明は上記のような問題点を解
決すべくなされたもので、その目的とするところ
は、ダイヤフラムの損耗を防止し、耐久性および
通路の閉止特性を向上させるようにしたガスクロ
マトグラフ用切換弁を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るガスクロマトグラフ用切換弁は、
上記目的を達成するため、ダイヤフラムをガス圧
によつて弾性変形させることにより通路を開き、
プランジヤによつて前記ダイヤフラムを押圧する
ことにより前記通路を閉止するようにしたガスク
ロマトグラフ用切換弁において、前記プランジヤ
のダイヤフラムと接する面に凹部を設け、この凹
部内にＯリングを、その一部を凹部から突出させ
て装着したものである。

［作 用］ 本発明においては、Ｏリングはプランジヤの作
動によつてダイヤフラムに押し付けられ、プラン
ジヤとダイヤフラムとが直接接触するのを回避す
る。また、Ｏリングとダイヤフラムの接触面積は
小さく、大きな面圧が得られ、シール効果を増大
させる。

［実施例］ 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。

第１図は本発明に係るガスクロマトグラフ用切
換弁の一実施例を示す断面図、第２図は同弁の分
解斜視図である。これらの図において、本実施例
はサンプルガスまたはキヤリアガスの流通路を10
個設けた例を示す。切換弁２０は、表裏面が高精
度に仕上加工されたセンタープレート２１を備
え、このセンタープレート２１にはそれぞれ表裏
面に貫通する10個の細孔２２ａ〜２２ｊが該プレ
ート２１の中心を中心とする同一円周上に且つ周
方向に略等間隔において形成されている。また、
センタープレート２１の中心にはボルト挿通孔２
３が形成され、外周寄りには一対の位置決め用孔
２４ａ，２４ｂが、さらに外周面には第３図に示
すように径方向に設けられ内端が前記各細孔２２
ａ〜２２ｊとそれぞれ連通する10個の側孔２５ａ
〜２５ｊが形成されている。そして、センタープ
レート２１の表裏面にはダイヤフラム３１，３２
を介して第１および第２プランジヤプレート３
３，３４がそれぞれ配設され、これらプレート２
１，３３，３４を六角穴付締め付けボルト３５に
よつて一体的に締結している。前記各ダイヤフラ
ム３１，３２は好ましくはそれぞれ積層配置され
た２枚の弾性気密シート３１ａと３１ｂ，３２ａ
と３２ｂからなり、その中心には前記締め付けボ
ルト３５の挿通孔３６が形成され、また外周寄り
には前記センタープレート２１の各位置決め用孔
２４ａ，２４ｂに対応してピン用孔３７ａ，３７
ｂ，３８ａ，３８ｂ（３８ｂは図示せず）がそれ
ぞれ形成されている。

前記第１プランジヤプレート３３は、前記セン
タープレート２１より小さい外径を有し、第４図
および第５図に示すように表裏面に貫通するボル
ト取付用孔３９と、一対のピン挿通孔４１ａ，４
１ｂと、５つのダイヤフラム室４２ａ〜４２ｅを
有し、またダイヤフラム３１を介してセンタープ
レート２１と対接する面には５つの長溝４３ａ〜
４３ｅが形成され、反対側の面には４つの不貫通
孔からなるスプリング収納孔４４ａ〜４４ｄが形
成されている。ボルト取付用孔３９は、第１プラ
ンジヤプレート３３の中心に設けられ、一対のピ
ン挿通孔４１ａ，４１ｂはセンタープレート２１
の各位置決め用孔２４ａ，２４ｂに対応して形成
されている。５つのプランジヤ室４２ａ〜４２ｅ
は、センタープレート２１に形成された10個の細
孔２２ａ〜２２ｊのうち、１つおきの細孔、例え
ば第１図および第７図に示すように細孔２２ｂ，
２２ｄ，２２ｆ，２２ｈ，２２ｊに対応して同一
円周上に形成されている。そして、これらのプラ
ンジヤ室４２ａ〜４２ｅにはプランジヤ４６（４
６ａ〜４６ｅ、但し４６ｂ〜４６ｅは図示せず）
がそれぞれ摺動自在に嵌挿されて第１プランジヤ
群を構成している。各プランジヤ４６のダイヤフ
ラム３１と接する面の中央には第６図に示すよう
に凹部４７が形成されており、この凹部４７にＯ
リング４８がその一部を外部に突出させた状態で
嵌着固定されており、この突出部にてダイヤフラ
ム３１を押圧する。

前記５つの長溝４３ａ〜４３ｅは、前記10通の
細孔２２ａ〜２２ｊのうち互いに隣り合う２つの
細孔、例えば２２ｂと２２ｃ、２２ｄと２２ｅ、
２２ｆと２２ｇ、２２ｈと２２ｉおよび２２ｊと
２２ａを、ダイヤフラム３１の変形時に連通させ
るもので、第１プランジヤプレート３３の中心を
中心とする同一円周上に円弧状に形成され、その
一端に前記各プランジヤ室４２ａ〜４２ｅが連通
している。前記４つのスプリング収納孔４４ａ〜
４４daには後述する第１のピストン５０に上方
向、すなわちセンタープレート２１から離間する
方向への復帰習性を付与するスプリング５１がそ
れぞれ収納されている。

なお、前記第１プランジヤ３３のダイヤフラム
３１と対接する面で前記長溝４３ａ〜４３ｅが形
成されている中央部分は好ましくは締め付け効果
を増大して気密性を保持すべく第５図に示すよう
に周縁部より厚肉形成されることにより凸部６４
を構成している。

前記第２プランジヤプレート３４は上記した第
１プランジヤプレート３３と全く同一構造をなす
ため、その詳細な説明を省略するが、第１プラン
ジヤプレート３３とは上下逆にしてセンタープレ
ート２１の裏面側にダイヤフラム３２と対接する
面に形成された５つの長溝５６ａ〜５６ｅ（第２
図参照）が、前記10個の細孔２２ａ〜２２ｊのう
ち互いに隣り合うも前記第１プランジヤプレート
３３の長溝４３ａ〜４３ｅによつて連通されない
２つの細孔２２ａと２２ｂ、２２ｃと２２ｄ、２
２ｅと２２ｆ、２２ｇと２２ｈ、２２ｉと２２ｊ
とを、ダイヤフラム３２の変形時にそれぞれ連通
させるべく、第１プランジヤプレート３３と細孔
２２ａ〜２２ｊの１ピツチだけずらして配設され
る点、および締め付けボルト３５がねじ込まれる
ねじ孔５７が形成されている点が異なつている。
このような長溝４３ａ〜４３ｅ、５６ａ〜５６ｅ
の細孔２２ａ〜２２ｊに対する位置決めは、一対
の位置決めピン６０を、第１プランジヤプレート
３３のピン挿通孔４１ａ，４１ｂ、センタープレ
ート２１の位置決め用孔２４ａ，２４ｂおよび第
２プランジヤプレート３４のピン挿通孔６１ａ，
６１ｂにそれぞれ挿通することで簡単に行なわ
れ、しかる後締め付けボルト３５でこれらプレー
ト２１，３３，３４を一体的に結合すればよい。
なお、プレートの位置決めおよび結合に際して
は、ダイヤフラム３１，３２が予めプレート間に
介在されることは言うまでもない。

前記第２プランジヤプレート３４に形成された
５つのプランジヤ室６２ａ〜６２ｅにそれぞれ摺
動自在に嵌挿される５つのプランジヤ６３（６３
ａ〜６３ｅ）は第２プランジヤ群を構成し、その
上面、すなわちダイヤフラム３２と接する面には
第６図において説明したように凹部が形成されて
おり、この凹部にＯリング６４が嵌着固定されて
いる。

７０は第１の蓋体で、この蓋体７０は第１プラ
ンジヤプレート３３の外周面に嵌合され且つ複数
個の止めねじ７１によつて該プレート３３に固定
されており、第１プランジヤプレート３３とで第
１空気受入室７２を形成している。空気受入室７
２の内部には平板状に形成された前記第１のピス
トン５０がＯリング７３を介して摺動自在に配設
されている。第１のピストン５０は前記スプリン
グ５１によつて上方に付勢され、その上面側に第
１の蓋体７０に設けられた空気供給口７５により
第１空気受入室７２に供給される空気圧Ｐが加え
られると、前記スプリング５１に抗して下降し、
第１プランジヤ群４６を押し下げるように構成さ
れている。

７８は前記第２プランジヤプレート３４の外周
面に嵌合され且つ複数個の止めねじ７９によつて
該プレート３４に固定された第２の蓋体で、この
蓋体７８と第２プランジヤプレート３４とで第２
空気受入室８０形成している。第２空気受入室８
０には前記第１のピストン５０と同様、平板状に
形成された第２のピストン８１がＯリング８２を
介して摺動自在に嵌挿され、その上面に第２プラ
ンジヤ群を構成する各プランジヤ６３ａ〜６３ｅ
の下端面がそれぞれ当接すると共に、上端部が前
記第２プランジヤプレート３４に設けられた４つ
のスプリング収納孔８３ａ〜８３ｄ（８３ｂ，８
３ｄは図示せず）にそれぞれ収納された４つのス
プリング８４の下端にそれぞれ当接している。そ
して、第２のピストン８１は前記スプリング８４
によつて下方に付勢され、第２の蓋体７８に設け
られた空気圧供給口８６より第２空気受入室８０
に供給される空気圧Ｐが下面側に加えられると、
前記スプリング８４に抗して押し上げられ、前記
第２プランジヤ群６３を押し上げるように構成さ
れている。

次に上記構成からなる切換弁２０の動作および
ガスの流れを主として第１図，第７図および第８
図に基づいて説明する。第８図において、側孔２
５ａはサンプルガス供給孔、側孔２５ｃはキヤリ
アガス供給孔、９０は側孔２５ｂと２５ｉ間を接
続する計量管、側孔２５ｊはサンプルガス排出
孔、９１は側孔２５ｈに接続されたカラムであ
る。

このような構成において、第１空気受入室７２
に空気圧Ｐを供給して第１のピストン５０をスプ
リング５１に抗して押し下げた場合（椅下TOP
AIR ONと呼ぶ）は、第２空気受入室８０内の
空気圧Ｐを除去（以下BOTTOM AIR OFF）す
る。同様に、第２空気受入室８０に空気圧Ｐを供
給して第２のピストン８１をスプリング８４に抗
して押し上げた場合（以下BOTTOM AIR ON
と呼ぶ）は、第１空気受入室７２内の空気圧Ｐを
排出（以下TOP AIR OFFと呼ぶ）する。この
ように第１および第２のピストン５０，８１は空
気圧Ｐの供給によつて交互に駆動されるもので、
TOP AIR ONの場合、第１のピストン５０が下
降して第１プランジヤ群４６を押し下げるため、
各プランジヤ４６ａ〜４６ｅの下端面が第７図に
示すようにＯリング４８を介してダイヤフラム３
１に当たり、該ダイヤフラム３１をセンタープレ
ート２１の表面に密着させる。したがつて、長溝
４３ａ〜４３ｅによる細孔２２ｂと２２ｃ、２２
ｄと２２ｅ、２２ｆと２２ｇ、２２ｈと２２ｉお
よび２２ｊと２２ａの連通が断たれる。一方、第
２のピストン８１は、BOTTOM AIR OFFのた
め、スプリング８４の力で下降し、ダイヤフラム
３２に対して何ら作用しない。したがつて、この
状態において、サンプルガス供給口２５ａよりサ
ンプルガスが細孔２２ａに供給されると、そのガ
ス圧によつてダイヤフラム３２の長溝５６ａ〜５
６ｅに対応する部分が下方に順次弾性変形して細
孔２２ａと２２ｂ、２２ｃと２２ｄ、２２ｅと２
２ｆ、２２ｇと２２ｈ、２２ｉと２２ｊをそれぞ
れ連通させる。この状態において、サンプルガス
は２５ａ→２２ａ→２２ｂ→２５ｂ→９０→２５
ｉ→２２ｉ→２２ｊ→２５ｊのルートで計量管９
０に導かれることになる。

次に、TOP AIR OFF、BOTTOM AIR ON
にして第１プランジヤ群４６をフリーにすると共
に第２プランジヤ群６３を上昇移動させると、ダ
イヤフラム３２がセンタープレート２１の下面に
密着して細孔２２ａと２２ｂ、２２ｃと２２ｄ、
２２ｅと２２ｆ、２２ｇと２２ｈおよび２２ｉと
２２ｊの連通を断ち、キヤリアガスのガス圧でダ
イヤフラム３１の長溝４３ａ〜４３ｅに対応する
部分を第１のプランジヤ４６ａ〜４６ｅに抗して
上方に弾性変形させ、細孔２２ｂと２２ｃ、２２
ｄと２２ｅ、２２ｆと２２ｇ、２２ｈと２２ｉお
よび２２ｊ〜２２ａをそれぞれ連通させる。この
結果、計量管９０内にホールドされていたサンプ
ルガスは、２５ｃ→２２ｃ→２２ｂ→２５ｂ→９
０→２５ｉ→２２ｉ→２２ｈのルートを通つて供
給されるキヤリアガスにてカラム９１へと送り込
まれ、各ガス成分毎に分離、測定される。

ここで、第８図において、同様に連通路の切り
換わる側孔２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，２５ｇにつ
いての利用の仕方については何ら説明を加えなか
つたが、例えば別のカラムを接続したり、バツク
フラツシユのためのキヤリアガスの切換えに用い
ることも可能であり、ポート数の増加が可能にな
ることで、従来に比べてガスクロマトグラフに更
に高度な機能を付加することが可能である。

また、本実施例の説明においては、ダイヤフラ
ム３１と３２を積層配置した２枚の弾性気密シー
ト３１ａ、３１ｂと３２ａ、３２ｂで構成した例
を示した、これは、ダイヤフラムの寿命を増長さ
せるためにとつた構成であるが、この２枚の弾性
気密シートは同じ材質からなるものであつてもよ
いが、シール性を保持するための軟らかめの材質
のダイヤフラムと、長溝４３ａ〜４３ｅ、５６ａ
〜５６ｅに沿つての連通性をよくするために長溝
の形状に遡性変形できるような硬めの材質のダイ
ヤフラムを組合せたものであつてもよい。勿論、
本発明は、ダイヤフラムを積層配置する構成のも
のに限られることなく、適性な材質のものであれ
ば、１枚であつても構成できることは言うまでも
ない。

更に、第１プランジヤプレート３３および第２
プランジヤプレート３４の凸部５４は、締付け効
果を増大させるためのものであつて、本発明にお
いては必ずしも必要なものではない。さらにま
た、本実施例はセンタープレート２１に10個の細
孔２２ａ〜２２ｊを設けた場合について説明した
が、本発明はその数に何ら特定されるものではな
く、必要に応じて増減し得るものである。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明に係るガスクロマトグ
ラフ用切換弁は、プランジヤのダイヤフラムと接
触する面に凹部を設け、この凹部にＯリングを嵌
着し、プランジヤ自体とダイヤフラムとの直接接
触を回避するように構成したので、ダイヤフラム
の損傷が著しく減少し、また大きな面圧が得られ
るため通路の閉止がより確実に行なえ、ガスの漏
洩を防止することができる。因みに、プランジヤ
を直接ダイヤフラムに押しつけた場合と、Ｏリン
グを押しつけた場合におけるダイヤフラムの損耗
試験を行なつたところ、前者においてはせいぜい
50万回の通路切換えが限度であつたのに対して、
後者の場合は500万回までも可能であつた。この
結果、長期間に亘つて安定した分析精度を維持で
き、切換弁の耐久性および信頼性を向上させる。
また、プランジヤの加工精度も厳格さを要求され
ず、安価に製作、提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガスクロマトグラフ用切
換弁の一実施例を示す断面図、第２図は同弁の分
解斜視図、第３図はセンタープレートの断面図、
第４図は第１プランジヤプレートの底面図、第５
図ａ，ｂは第４図Ａ−Ａ線およびＢ−Ｂ線断面
図、第６図はプランジヤの一部破断正面図、第７
図はTOP AIR ON時の状態を示す要部断面図、
第８図は切換弁を備えたガスクロマトグラフの概
略構成図、第９図は切換弁の従来例を示す断面図
である。 ２０…切換弁、２１…センタープレート、３
１，３２…ダイヤフラム、３３…第１プランジヤ
プレート、３４…第２プランジヤプレート、４７
…凹部、４８…Ｏリング、５０…第１のピスト
ン、６４…Ｏリング、８１…第２のピストン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ダイヤフラムをガス圧によつて弾性変形させ
   ることにより通路を開き、プランジヤによつて前
   記ダイヤフラムを押圧することにより前記通路を
   閉止するようにしたガスクロマトグラフ用切換弁
   において、前記プランジヤのダイヤフラムと接す
   る面に凹部を設け、この凹部内にＯリングを、そ
   の一部を凹部から突出させて装着したことを特徴
   とするガイクロマトグラフ用切換弁。