流路切换阀.pdf

在外表面具有连接端口的壳体的内部，定子和转子保持液密地接触。定子具有端口端部配置面，所述端口端部配置面构成壳体的内壁面的一部分，并配置有通向定子的连接端口的多个孔。转子具有流路连接面，所述流路连接面与定子的端口端部配置面保持液密地接触，并形成有选择性地将配置于端口端部配置面上的孔之间连接的槽。端口端部配置面和流路连接面的至少某一方由具有耐化学性以及滑动性的树脂膜包覆。

1.  一种流路切换阀，其特征在于，包括：
壳体，在所述壳体的外表面具有连接流路配管的多个连接端口，且在所述壳体的内部具有空间；
定子，所述定子被设置在所述壳体内，并具有端口端部配置面，所述端口端部配置面构成所述壳体的内壁面的一部分，并配置有通向所述连接端口的多个孔；
转子，所述转子被配置在所述壳体内，并具有流路连接面，所述流路连接面与所述定子的所述端口端部配置面保持液密地接触，并形成有选择性地将配置于所述端口端部配置面上的所述孔之间连接的槽；以及
转子驱动部，所述转子驱动部使所述转子旋转，
所述端口端部配置面和所述流路连接面的至少某一方被具有耐化学性以及滑动性的树脂膜包覆。

2.  如权利要求1所述的流路切换阀，其特征在于，
仅所述端口端部配置面和所述流路连接面的某一方被所述树脂膜包覆，另一方被类金刚石薄膜包覆。

3.  如权利要求1所述的流路切换阀，其特征在于，
所述端口端部配置面和所述流路连接面双方都被所述树脂膜包覆。

4.  如权利要求1至3中任一项所述的流路切换阀，其特征在于，
所述树脂膜的表面的平坦度在10μm以下。

5.  如权利要求1至4中任一项所述的流路切换阀，其特征在于，
所述树脂膜的主要成分是聚醚醚酮树脂或者聚酰胺树脂。

6.  如权利要求1至5中任一项所述的流路切换阀，其特征在于，
所述转子由硬度比树脂硬度高硬质构件构成。

7.  如权利要求6所述的流路切换阀，其特征在于，
所述硬质构件的材质是金属或者陶瓷。

流路切换阀
技术领域
本发明涉及一种例如向液相色谱仪的分析流路导入试样的自动进样器所使用的流路切换阀。
背景技术
在例如向液相色谱仪的分析流路导入试样的自动进样器中，从样品容器将样品采集到样品环路内之后，通过流路切换阀的切换使样品环路连接于分析流路中的分离柱的上游侧，由此通过流经分析流路的流动相将样品环路的样品输送到分离柱侧。
作为液相色谱仪中采用的流路切换阀，一般是旋转式的切换阀。旋转式的切换阀通过使转子(旋转体)旋转来切换所连接的流路(例如，参照专利文献1。)。
旋转式的切换阀中，多个用于连接流路配管的连接端口被设置在壳体的上部，在壳体的内部容纳有转子和定子(固定体)。转子和定子彼此的平面保持液密地接触，定子通过销等被固定在壳体侧，以使定子不进行旋转。在定子的与连通于壳体的连接端口的流路的端部的孔对应的位置上设置有贯通孔。在转子的定子侧的面切有使定子的贯通孔的端部之间连通的槽，转子一边与定子滑动一边通过旋转驱动来变更槽的位置，以切换连接端口间的连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008－215494号公报
专利文献2:日本特开2008－202651号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述那样的流路切换阀中，使用PEEK(聚醚醚酮)、聚酰亚胺等树脂作为转子的材质，使用陶瓷等作为定子的材质。又，近年来，也存在有定子与壳体一体化的情况，在该情况下，往往在定子部分的表面涂覆耐化学性和滑动性优异的DLC(类金刚石薄膜)。
如果长期使用流路切换阀的话，则比定子(陶瓷、DLC)柔软的转子(树脂)的滑动 面发生磨损，除了转子的转矩的增加、流动相的漏泄等问题之外，还会产生由于流动相残留于转子的磨损部分而引起交叉污染这样的问题。
又，为了防止在转子与定子的滑动面的液体泄漏，以较强的力将转子向定子推压，因此通过转子以该状态进行旋转，在转子的材质为树脂的情况下，转子的表面由于旋转引起的摩擦而被削去，从而产生削屑，这也是使连接于流路切换阀的后段侧的分析柱劣化的原因。又，在转子由树脂构成的情况下，转子被较强的力推压向定子从而导致转子的槽发生变形，产生液体难以在转子的槽中流动等问题。
转子的材质采用陶瓷等硬的材质的话，则可以减少来自转子表面的削屑的发生，且能够防止转子的槽的变形。在该情况下，基于转子与定子之间的液密性的观点，需要通过研磨对转子和定子的双方的接触面来进行镜面加工，但存在如下这样的问题：以较强的力推压被镜面加工后的平面彼此的话，会产生被称为所谓的联动的镜面接合现象，成为转子的旋转动作的阻尼，转子与定子的滑动性受损。
因此，本发明的目的在于，不损害转子与定子的滑动面的滑动性以及液密性地降低转子和定子的磨损。
用于解决问题的手段
本发明所涉及的流路切换阀包括：壳体，在所述壳体的外表面具有连接流路配管的多个连接端口，且在所述壳体的内部具有空间；定子，所述定子被设置在壳体内，并具有端口端部配置面，所述端口端部配置面构成壳体的内壁面的一部分，并配置有通向连接端口的多个孔；转子，所述转子被配置在壳体内，并具有流路连接面，所述流路连接面与定子的端口端部配置面保持液密地接触，并形成有选择性地将配置于端口端部配置面上的孔之间连接的槽；使转子旋转的转子驱动部，端口端部配置面和流路连接面的至少某一方由具有耐化学性以及滑动性的树脂膜包覆。
发明的效果
在本发明的流路切换阀中，端口端部配置面和流路连接面的至少某一方由具有耐化学性以及滑动性的树脂膜包覆，所以定子与转子之间的滑动性提高，定子或者转子的磨损得以降低。又，由于树脂膜介于定子和转子之间，树脂膜的弹性吸收了作用于转子的应力，转子槽的变形得以抑制。
另外，本发明者在专利文献2中提出了如下方案：通过用树脂制造转子和定子中的某一方，用氮化铬包覆另一方的接触面，由此使得转子与定子的摩擦系数减小，以抑制转子与定子的磨损。本发明是对其进行了改良的发明，通过本发明能够得到抑制转子的槽的变 形这样的效果。
附图说明
图1是示出流路切换阀的一实施例的截面图。
图2是示出流路切换阀的其他实施例的截面图。
图3是示出流路切换阀的另一其他实施例的截面图。
图4是示出流路切换阀的另一其他实施例的截面图。
图5是示出流路切换阀的另一其他实施例的截面图。
图6是示出流路切换阀的另一其他实施例的截面图。
具体实施方式
在本发明的流路切换阀中，在仅在端口端部配置面和流路连接面的某一方形成有树脂膜的情况下，另一方优选为用由类金刚石构成的薄膜覆膜。类金刚石薄膜的耐磨损性以及滑动性优良，所以定子与转子之间的滑动性提高，能够降低定子和转子的磨损。
又，在定子也由硬质构件构成的情况下，优选为在定子的端口端部配置面和转子的流路连接面双方都形成有树脂膜。这样，定子与转子之间的滑动性进一步提高。
形成于端口端部配置面或者流路连接面的树脂膜的表面的平坦度优选为在10μm以下。这样，定子的端口端部配置面和转子的流路连接面之间的液密性提高。
在此，“平坦度在10μm以下”是指，在同一平面内的凹凸的落差的最大值(最高处与最低处的差)在10μm以下。
作为树脂膜的主要成分，可以例举聚醚醚酮树脂或者聚酰胺树脂。另外，这些树脂中也可以含有PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯—全氟烷基乙烯基醚共聚物)等氟树脂、石墨或碳等。由于含有这些素材，树脂膜表面的摩擦系数进一步减小，定子和转子之间的滑动性提高，能够进一步地降低定子和转子的磨损。
又，转子可以由具有比树脂硬度高的硬度的硬质构件构成。这样的话，可以抑制转子被较强的力推压于定子所造成的转子的变形。
作为上述硬质构件的材质，除了不锈钢、钛等金属之外，还可以例举氧化铝、氧化锆等陶瓷。
采用图1对流路切换阀的一实施例进行说明。
在壳体2的内部空间中容纳有作为旋转体的转子8和作为固定体的定子14。壳体2的平 面形状为圆形，在上部外表面具有连接流路配管的多个连接端口22、24。在壳体2的下表面中央部设有孔3，构成对转子8进行旋转驱动的转子驱动部的一部分的驱动轴6贯通于孔3。
壳体2由壳体主体2a和壳体顶盖2b构成。壳体主体2a成为圆筒状，在支承面中央开有孔3。在使壳体主体2a的开口部朝上的状态下，在该开口部上放置圆盘状的壳体顶盖2b。壳体主体2a成为壳体2的基座，壳体顶盖2b通过螺栓5能装卸地安装于壳体主体2a上。螺栓5以从壳体顶盖2b的上表面侧到达壳体主体2a的方式被紧固连接。壳体顶盖2b上设置有使螺栓5贯通的贯通孔，在壳体主体2a上设有紧固连接螺栓5的螺纹孔。在图1中，仅图示了一处螺栓5的安装部位，但在壳体顶盖2b上表面的从上表面侧看到的平面中的周边部的均等的三处都安装有螺栓5。另外，螺栓5的安装部位并不限定于此。
成为壳体2的内部壁面的壳体顶盖2b的下表面中央部4是排列有与连接端口22、24连通的流路23、25的端部的孔的平面，周围是由环状的凹部34包围的圆形的平面区域。定子14隔着垫片16连接于壳体顶盖2b的下表面中央部4。定子14和垫片16是平面形状比下表面中央部4大的圆形构件，垫片16的中央部与壳体顶盖2b的下表面中央部4保持液密地连接。由于在壳体顶盖2b的下表面中央部4的周围设有凹部34，壳体顶盖2b与垫片16连接的部分被限定于流路连接部4，提高施加于流路连接部4和垫片16的中央部之间的表面压力来提高该部分的液密性。
在定子14以及垫片16上设置有与配置于壳体顶盖2b的下表面中央部4的流路23、25的端部的孔相对应的贯通孔。定子14以及垫片16在这些贯通孔被定位于壳体顶盖2b的流路23、25的端部孔的状态下通过定子固定销20被固定于壳体顶盖2b侧。壳体顶盖2b上设置有插入定子固定销20的孔，在定子14和垫片16上分别设置有使定子固定销20贯通的贯通孔。
转子8通过转子驱动轴6在壳体2内旋转。转子驱动轴6以与壳体顶盖2b的下表面中央部4的平面垂直的朝向配置，在其顶端设置有转子保持部6a。转子保持部6a的顶端面是与壳体顶盖2b的下表面中央部4平行的平面，转子8被保持于转子保持部6a的顶端面。转子8的上表面(流路连接面)与定子14的下表面(端口端部配置面)接触。转子驱动轴6的基端部通过壳体2的孔3被引出到壳体2的外部，通过壳体2的外部的马达等旋转机构(图示省略)以其轴芯为中心进行旋转。转子保持部6a和转子8通过转子固定销10在旋转方向上被固定，转子8通过转子驱动轴6的旋转而旋转。在转子8上设置有使转子固定销10贯通用的贯通孔，在转子保持部6a上设置有用于插入转子固定销10的孔。
转子驱动轴6的顶端部的转子保持部6a具有比其基端侧的轴部分大的外径。压缩状态 的弹簧7被插入壳体主体2a的底部和转子保持部6a之间，转子驱动轴6被弹簧7推压至壳体顶盖2b侧。由此，转子8被推压至定子14。在转子8的定子14侧的表面上设置有槽12，该槽12构成连接壳体顶盖2b的多个流路23、25中的某一个流路间的流路，通过转子8的旋转来变更槽12的位置。
转子8例如由不锈钢、钛等具有耐化学性的硬质构件构成，定子14侧的表面被耐化学性以及滑动性优良的树脂膜30包覆。树脂膜30例如是PEEK树脂、聚酰亚胺树脂以100μm左右的厚度涂覆在转子8的表面而成的膜。构成树脂膜30的PEEK树脂、聚酰亚胺树脂可以是含有10～30％左右的PTFE、PFA等氟树脂、石墨、碳等的树脂。
树脂膜30是通过将粉末、液化了的PEEK树脂吹在定子14侧的表面，进行加热，从而使PEEK紧贴、固化而形成的。例如，由威格斯(victrex)公司提供的vicote涂覆(vicote coating)为代表性的方法。
在树脂膜30向转子8的表面的涂覆中，优选为，为了提高树脂与转子8的表面的密合性，在进行树脂的涂覆之前，通过喷砂(ブラスト)处理在转子8的表面形成细微的凹凸，在涂覆了树脂之后对转子8的表面实施研磨处理，以使得平坦度在10μm以下。通过研磨处理使得转子8的表面的平坦度在10μm以下，由此能够使与定子14的滑动面的液密性提高。
定子14除了由不锈钢、钛等金属构成之外，还可以由氧化铝、氧化锆等陶瓷、PEEK树脂、聚酰亚胺树脂等具有耐化学性的材料构成。在定子14由不锈钢、钛等构成的情况下，为了提高与转子8的滑动面的滑动性以及液密性，优选为通过采用例如金刚石研磨颗粒(粒径1～3μm)的研磨处理对其表面进行镜面加工。进一步地，通过在进行了镜面加工的定子14的表面实施例如厚度为2μm左右的DLC涂覆，可以进一步提高与转子8的滑动面的滑动性。
另外，在图1的实施例中，转子8的定子14侧的表面被树脂膜30包覆，也可以如图2所示，定子14的转子8侧的表面由树脂膜32包覆。树脂膜32与树脂膜30同样地，是由PEEK树脂、聚酰亚胺树脂以100μm左右的厚度涂覆在定子14的表面而成的膜。在该情况下，定子14例如由不锈钢、钛等具有耐化学性的硬质构件构成。在涂覆树脂膜32时，与图1的树脂膜30同样地，优选为，通过喷砂(ブラスト)处理在定子14的表面形成细微的凹凸，在涂覆了树脂之后对定子14的表面实施研磨处理，以使得平坦度在10μm以下。
在图2的实施例中，转子8除了由不锈钢、钛等金属构成之外，还可以由氧化铝、氧化锆等陶瓷、PEEK树脂、聚酰亚胺树脂等具有耐化学性的材料构成。在转子8由不锈钢、钛等构成的情况下，为了提高与定子14的滑动面的滑动性以及液密性，优选为，通过采用例 如金刚石研磨颗粒(粒径1～3μm)的研磨处理对其表面进行镜面加工。进一步地，通过在进行了镜面加工的转子8的表面实施例如厚度为2μm左右的DLC涂覆，可以进一步提高与定子14的滑动面的滑动性。
又，如图3所示，转子8与定子14的相互的滑动面可以分别由树脂膜30、32包覆。在该情况下，转子8和定子14都由不锈钢、钛等构成。
在以上说明的实施例中，定子14是与壳体2分开地设置的，但本发明并不限定于该结构，也可以适用于定子与壳体一体化的情形。通过使定子与壳体一体化，流路切换阀的内部的流路长度变短，流路切换阀内的死区容积(デッドボリューム)变小。由于流路切换阀内的死区容积变小，例如在将该流路切换阀使用于液相色谱仪的情况下，能够抑制流路切换阀中的试样成分的扩散，能够谋求检测灵敏度的提高。
采用图4对定子与壳体一体化的流路切换阀适用本发明的实施例进行说明。
壳体40与采用图1至图3所说明的实施例同样，由壳体主体40a和壳体顶盖40b构成，壳体顶盖40b被放置在壳体主体40a之上，通过螺栓48来固定。连接端口42、44被设置在壳体顶盖40b上，与连接端口42、44连通的流路43、45的端部到达构成壳体40的内壁面的壳体顶盖40b的下表面中央部46。壳体顶盖40b的下表面中央部46构成与转子8的滑动面(端口端部配置面)，与转子8滑动的定子与壳体顶盖40b一体化。
转子驱动轴6的基端部通过设置于壳体主体40b的底部的孔41而引出到壳体40的外部，通过壳体40的外部的马达等旋转机构(图示省略)以其轴芯为中心进行旋转。
通过转子驱动轴6旋转的转子8例如由不锈钢、钛等具有耐化学性的硬质构件构成，定子14侧的表面被耐化学性以及滑动性优良的树脂膜30包覆。树脂膜30与在图1以及图3的实施例中所说明的树脂膜30相同。
壳体顶盖40b的材质为不锈钢、钛等金属或者氧化铝、氧化锆等陶瓷。由于壳体顶盖40b的下表面中央部46是与转子8的滑动面，所以优选为，通过采用例如金刚石颗粒(粒径1～3μm)的研磨处理来对其表面进行镜面加工。进一步地，通过在进行了镜面加工的壳体顶盖40b的下表面中央部46的表面实施例如厚度为2μm左右的DLC涂覆，可以进一步提高与转子8的滑动面的滑动性。
另外，如图5所示，壳体顶盖40b的下表面也可以被树脂膜50包覆。树脂膜50与树脂膜30同样地，是PEEK树脂、聚酰亚胺树脂以100μm左右的厚度涂覆在壳体顶盖40b的下表面而形成的膜。在该情况下，壳体顶盖40b例如由不锈钢、钛等构成。在壳体顶盖40b的下表面涂覆树脂膜50时，优选为通过喷砂(ブラスト)处理在壳体顶盖40b的下表面(除了与 壳体主体40a的接触部分之外)形成细微的凹凸，在涂覆了树脂之后对该涂覆的表面实施研磨处理，以使得平坦度在10μm以下。
在图5的实施例中，转子8除了由不锈钢、钛等金属构成之外，还可以由氧化铝、氧化锆等陶瓷、PEEK树脂、聚酰亚胺树脂等具有耐化学性的材料构成。在转子8由不锈钢、钛等构成的情况下，为了提高与壳体顶盖40b的滑动面的滑动性以及液密性，优选为，通过采用例如金刚石研磨颗粒(粒径1～3μm)的研磨处理对其表面进行镜面加工。进一步地，通过在进行了镜面加工的转子8的表面实施例如厚度为2μm左右的DLC涂覆，可以进一步提高与定子14的滑动面的滑动性。
又，如图6所示，转子8与壳体顶盖40b的相互的滑动面可以分别由树脂膜30、50包覆。在该情况下，转子8和壳体顶盖40b都由不锈钢、钛等构成。
符号说明
2、40 壳体
2a、40a 壳体主体
2b、40b 壳体顶盖
3、41 转子驱动轴用的贯通孔
4、46 壳体顶盖的下表面中央部(端口端部配置面)
5、48 螺栓
6 转子驱动轴
6a 转子保持部
7 弹簧
8 转子
10 转子固定销
12 槽
14 定子
16 垫片
20 定子固定销
22、24、42、44 连接端口
23、25、43、45 流路
30、32、50 树脂膜
34 凹部。