通道轉換閥的製作方法

2023-05-19 21:37:51 2

專利名稱：通道轉換閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在液相色譜儀等中的通道轉換閥。
背景技術：
高性能液相色譜儀(liquid chromatographs)具有流動通道，液體在高壓下流過 流動通道，且需要通道轉換。為了這一目的，通常使用通道轉換閥。傳統的通道轉換閥包括連接至流動通道的 定子和轉子，且被構造成通過將轉子旋轉到定子和轉子在它們的表面處彼此接觸的狀態 中，來執行通道轉換(參見專利文件1)。在這種通道轉換閥中，定子的接觸表面具有連接到流動通道的埠，轉子的接觸 表面具有用於互連定子的接觸表面的兩個埠的轉換槽。定子插入到轉子和流動通道連 接至其上的殼體頂部之間。定子可以與殼體頂部分離地形成，或者是與其形成為一體。轉 子連接到旋轉軸的遠端，並通過如彈簧的彈性件以使轉換槽成為液態密封所需的力壓靠定 子。也就是，轉子和定子在它們的表面處彼此接觸，從而防止液體從轉換槽洩漏。轉子通過 接收來自旋轉軸的旋轉驅動力而旋轉。為了執行通道轉換，通過旋轉轉子來改變定子的端 口之間的連接。在這種傳統的通道轉換閥的情況下，轉子由軟性材料(例如樹脂)製成，而定子由 比製造轉子的材料硬的材料(例如不鏽鋼)製成。因此，由於通道轉換閥的長期使用，轉子 的接觸表面會磨損。這可能導致增加通道轉換閥的旋轉扭矩、流體洩漏、以及由保留在轉子 的磨損的接觸表面上的液體造成的交叉汙染。此外，如上所述，轉子以給定的力壓靠到定子上，用於防止液體洩漏。因此，在轉子 由樹脂製成的情況下，轉子的接觸表面被刮削，且通過轉子的旋轉引起的摩擦而產生碎屑。 在這種情況下，來自轉子的碎屑也從通道轉換閥流入在下遊連接的色譜柱中，這成為了色 譜柱劣化的原因。另一方面，轉子可以是硬性材料(例如陶瓷)製成的。在這種情況下，與樹脂製成 的轉子不同，不會產生碎屑，但必須減少定子和轉子兩者的接觸表面的表面粗糙度且實現 這些接觸表面的高平滑度，來保持密封。然而，如果這種接觸表面通過非常大的力被互相壓 靠，那麼會發生所謂的「鍵合」現象(在該現象中鏡面拋光表面彼此粘附)，這幹擾了轉子的 旋轉。專利文件1 日本未審查專利公開出版物No. 1-307575

發明內容
本發明要解決的技術問題為了保持通過轉子和定子來實現的液體密封，轉子通常由樹脂製成。然而，在這種 情況下存在一個問題，即總是通過非常大的力被壓靠到定子上的轉子由於其的旋轉被顯著 地磨損，這導致閥的預期壽命較短。
在液體在高壓下流動的條件下通道轉換閥需要液體密封的情形中，轉子需要通過 非常大的力壓靠定子。然而，在一些情況下，例如當液體被允許在低壓下流動時，依賴於預 期的目的不需要這樣的非常大的壓靠力。儘管如此，在傳統通道轉換閥的情況下，轉子對定 子的壓靠力是恆定的且不能被改變。因此，本發明的一個目的在於提供一種具有改善的耐久性的通道轉換閥。解決技術問題的手段根據本發明的通道轉換閥包括主體部分；一對具有接觸表面的定子和具有接觸表 面的轉子，所述接觸表面彼此接觸；彈性件，所述彈性件朝定子推動轉子；和調節系統，所 述調節系統通過改變彈性件的行程來調節用於將轉子壓靠到定子上的推動力。多個流動通道連接到其上的定子具有表面，所述表面具有分別連接到流動通道的 分配埠，且所述定子被連接到主體部分，使得表面面向內側。轉子被放置在主體部分中， 並具有接觸表面，所述接觸表面與定子的表面接觸並具有用於互連定子的兩個分配埠的 至少一個槽，所述轉子連接到穿透主體部分的軸的遠端上。通過旋轉所述軸使轉子旋轉，以 便改變應當由槽互連的分配埠的組合。彈性件以其的壓縮狀態被保持在主體部分中。根據本發明的一個實施例，定子和主體部分中每個具有連接表面，且定子和主體 部分通過在它們的連接表面處的固定件被可移除地彼此固定。在這種情形中，所述調節系 統包括例如形成在所述定子的連接表面上的突起/凹陷圖案和形成在所述主體部分的連 接表面上的突起/凹陷圖案。所述定子和主體部分的突起/凹陷圖案被設計，用於彼此配 合。通過彼此相對地旋轉所述定子和所述主體部分，所述行程在所述定子和所述主體部分 以它們的突起/凹陷圖案彼此配合的狀態被彼此固定的所在位置與所述定子和所述主體 部分以它們的突起/凹陷圖案沒有彼此配合的狀態被彼此固定的所在位置之間變化。根據本發明的另一個實施例，所述轉子和轉子連接到其上的所述軸中每個具有連 接表面，且所述轉子和所述軸通過在它們的連接表面處的固定件被可移除地彼此固定。在 這種情況中，所述調節系統包括例如形成在所述轉子的連接表面上的突起/凹陷圖案和形 成在所述軸的連接表面上的突起/凹陷圖案，所述軸和轉子的突起/凹陷圖案被設計，用於 彼此配合。通過彼此相對地旋轉所述轉子和所述軸，所述行程在所述轉子和所述軸以它們 的突起/凹陷圖案被彼此配合的狀態被彼此固定的所在位置與所述轉子和所述軸以它們 的突起/凹陷圖案沒有彼此配合的狀態被彼此固定的所在位置之間變化。本發明的技術效果根據本發明，朝向定子推動轉子的彈性件的行程可以通過調節系統被改變。因此， 當液體被允許在低壓下流動時，通過彈性件施加的壓靠力可以被減少，從而可以延長閥的
壽命o此外，通過在定子和轉子兩者的連接表面上或者在轉子和軸兩者的連接表面上提 供作為調節系統的突起/凹陷圖案，可以更容易地改變彈性件的行程。在此情況下，依賴於 連接表面的突起/凹陷圖案是否彼此配合，來改變彈性件的行程。


圖1A是處於彈簧行程被縮短的狀態中的根據本發明第一實施例的通道轉換閥的 剖面示意圖。
圖1B是處於彈簧行程被拉長的狀態中的根據本發明第一實施例的通道轉換閥的 剖面示意圖。圖2A是在從其接觸表面側觀看時根據本發明第一實施例的通道轉換閥中的定子 的平面圖。圖2B是沿著圖2A中的X_X線切割的剖面圖。圖3A是在從定子側觀看時根據本發明第一實施例的通道轉換閥的主體部分的平 面圖。圖3B是沿著圖3A中的X_X線切割的剖面圖。圖3C是在從其接觸表面側觀看時根據本發明第一實施例的放置在通道轉換閥的 主體部分中的轉子的平面圖。圖4是根據本發明第二實施例的通道轉換閥的軸和轉子的立體圖。圖5是顯示作為根據本發明的通道轉換閥可以被應用的例子的自動採樣機的流 動通道的示意圖。對參考標記的描述11 定子12、26突起/凹陷圖案13接觸表面15 轉子17接觸表面19分配埠21 槽22 凸緣23通道連接部分25 軸27主體部分29 彈簧31 螺栓
具體實施例方式在下文中，將參考附圖對本發明的一些實施例進行描述。第一實施例圖1A和1B是顯示根據本發明第一實施例的通道轉換閥的結構的示意圖。圖1A和 圖1B顯示了通道轉換閥的兩種狀態，在這兩種狀態之間作為彈性件的卷簧的行程通過旋 轉定子11和主體部分27中的一個而被改變。更具體地，圖1A顯示了行程被縮短的狀態， 圖1B顯示了行程被伸長的狀態。圖2A和2B顯示了本發明第一實施例的通道轉換閥的定 子11，圖3A和3B顯示了本發明第一實施例的通道轉換閥的主體部分27，以及圖3C顯示了 被放置到主體部分27中的轉子15。定子11由不鏽鋼製成，並與流動通道被連接到其上的殼體頂部一體成型。定子11 具有與轉子15接觸的接觸表面13，且被連接至主體部分27，使得接觸表面13面向內側。主
5體部分27通過螺栓31被固定至定子11的外圍。定子11具有多個通道連接部分23，定子 11的接觸表面13在其與轉子15的接觸表面17接觸的區域中具有分別連接至通道連接部 分23的分配埠 19。轉子15被放置到主體部分27中，且連接到穿透主體部分27的軸25的遠端。轉 子15的接觸表面17與定子11的接觸表面13接觸，且具有弧形槽21，每個弧形槽21互連 定子11的兩個分配埠 19。軸25被主體部分27可旋轉地支撐。在主體部分27中，彈性件(例如卷簧29)被 設置成圍繞軸25。彈簧29被以壓縮的狀態插入到轉子15和主體部分27之間，因此通過彈 簧29朝向定子11推動轉子15。沒有特別地限制通道連接部分23的數量、分配埠 19的數量以及槽21的數量。 在這個實施例中，提供了四個通道連接部分23、四個分配埠 19以及兩個槽21。為了執行通道轉換，通過旋轉所述軸25，也就是通過相對於定子11可滑動地旋轉 轉子15，來改變分配埠 19和槽21之間的連接。例如轉子15由樹脂製成。在被磨損壞時需要用新的轉子來更換由樹脂製成的轉 子15。在本發明的第一實施例中，定子11由金屬製成而轉子15由樹脂製成。這是因為轉 子15比定子11更容易製造。然而，與本發明的第一實施例不同，定子11可以由樹脂製成， 轉子15可以由例如不鏽鋼的金屬製成。參見圖2和圖3，定子11的接觸表面13具有形成在其上的突起/凹陷圖案12，主 體部分27的接觸表面28具有形成在其上的突起/凹陷圖案26。突起/凹陷圖案12和26 被設計成彼此配合。突起/凹陷圖案12具有形成在接觸表面13的外圍上的兩個突出，以 便彼此相對。突起/凹陷圖案26也具有形成在接觸表面28的外圍上的兩個突出，以便彼 此相對。突起/凹陷圖案12和26被形成，使得當突起/凹陷圖案12和26中的一個從突 起/凹陷圖案12的突出和突起/凹陷圖案26的突出彼此面對的位置相對另一個旋轉90° 時，突起/凹陷圖案中的一個的突出被配合到另一個突起/凹陷圖案的凹陷上，且所述一個 突起/凹陷圖案中的凹陷被配合到另一個突起/凹陷圖案的突起上。例如，突起/凹陷圖案12和26中的每個的突出和凹陷之間的表面高度水平差(例 如突出的厚度)約為0. 5mm，但並不特定地限於此，而且可以依賴於彈簧29的彈簧常數進行 設定。定子11的接觸表面13具有多個螺栓孔32，使得定子11和主體部分27可以通過 將螺栓31擰入螺栓孔32中且配合主體部分27的螺栓孔34，被可移除地彼此固定。螺栓孔 32和螺栓孔34被設置，使得定子11和主體部分27能夠在兩個不同位置上被彼此固定，一 個位置是突起/凹陷圖案12的突出和突起/凹陷圖案26的突出彼此面對的位置，而另一 個位置是通過將突起/凹陷圖案12和26中的一個從上述位置相對於另一個旋轉90°以便 突起/凹陷圖案12和26中的一個的突出被配合到另一個的凹陷上而獲得的位置。圖1A顯示了定子11和主體部分27被彼此固定的狀態，突起/凹陷圖案12和26 中的一個的突出被配合到另一個的凹陷上。在這種狀態下，定子11和主體部分27之間沒 有產生間隙，也就是，彈簧29朝向定子11推動轉子15的行程被縮短，因此彈簧29的彈力 被增加，由此增加了轉子15壓靠定子11的壓靠力。當被應用到在高壓下液體流動通過的 流動通道中時，通道轉換閥被設定成這種狀態。
另一方面，通過從處於圖1A所示的狀態中的通道轉換閥移除螺栓31，使定子11相 對於主體部分27旋轉90°以及將螺栓31再次擰緊，可以使通道轉換閥進入到如圖1B所示 的狀態。在這種狀態下，定子11的突起/凹陷圖案12和主體部分27的突起/凹陷圖案26 沒有彼此配合，也就是突起/凹陷圖案12的突出和突起/凹陷圖案26的突出彼此接觸，使 得定子11和主體部分27彼此隔開一距離，該距離等於突起/凹陷圖案12的突出的高度和 突起/凹陷圖案26的突出的高度的總和。結果，朝向定子11推動轉子15的彈簧29的行 程被伸長，因此彈簧29的彈力被減少，從而減少轉子15壓靠定子11的壓靠力。當應用於 液體在低壓下流動通過的流動通道中時，通道轉換閥被設定成這種狀態。在這種狀態下，由 於轉子15壓靠定子11的壓靠力的減少，轉子15的磨損被減少。第二實施例圖4是根據本發明的第二實施例的通道轉換閥的位於主體部分27中的轉子15和 軸25的立體圖。如圖4所示的轉子15的上表面是與定子11接觸的接觸表面。轉子15具 有槽21，每個槽21互連定子11的通道連接部分。在第二實施例中，定子11和主體部分27 保持彼此固定，但轉子15和軸25中的每個具有連接表面且在它們的連接表面處被彼此可 移除地固定。主體部分27可旋轉地支撐軸25，且在軸25的遠端設置有凸緣22。轉子15的定 位(也就是將轉子15固定到軸25)是通過用螺栓將轉子15連接到凸緣22上來實現的。 雖然圖4中沒有示出，但是凸緣22的連接表面和轉子15的連接表面中的每個具有與參考 第一實施例在上文描述的突起/凹陷圖案相類似的突起/凹陷圖案。此外，如本發明第一 實施例的情況中，彈性件(例如卷簧)設置成圍繞主體部分27中的軸25。更具體地，彈性 件被以其壓縮狀態插入到凸緣22和主體部分27之間，使得通過彈簧朝向定子11推動轉子 15。另外，在本發明的第二實施例中，轉子15的連接表面和凸緣22的連接表面之間的距離 可以被改變，也就是，如果通過將螺栓從轉子15和凸緣22移除、相對凸緣22使轉子15旋 轉90°、之後再擰緊螺栓，可以改變朝向定子11推動轉子15的彈簧的行程。圖4顯示轉子15的連接表面的突起/凹陷圖案和凸緣22的連接表面的突起/凹 陷圖案彼此配合的狀態。在這種狀態下，轉子15和凸緣22彼此非常靠近，也就是，朝向定 子11推動轉子15的彈簧的行程被伸長，因此彈簧的彈力被減少，從而減少轉子15壓靠定 子11的壓靠力。另一方面，通過移除螺栓、相對凸緣22將轉子15旋轉90°、之後再擰緊螺栓，可以 使處於如圖4所示的狀態下的通道轉換閥進入另一狀態，在這種狀態下轉子15的連接表面 的突起/凹陷圖案的突出和凸緣22的連接表面的突起/凹陷圖案的突出彼此面對。在這 種狀態下，轉子15和凸緣22彼此隔開一距離，該距離等於轉子15的突起/凹陷圖案的突 出的高度和凸緣22的突起/凹陷圖案的突出的高度的總和。因此，凸緣22和主體部分27 之間的距離被縮短，也就是，朝向定子11推動轉子15的彈簧的行程被縮短，因此彈簧的彈 力被增加，從而增加了轉子15相對於定子11的壓靠力。如上所述，通過允許轉子15和軸25在它們的連接表面處被可移除地彼此固定，使 得彈簧的行程是可變化的。當不需要允許液體在高壓下流動時，根據本發明第二實施例的 通道轉換閥也可以用作低壓閥。這使得可以增加閥的壽命。如圖5所示，根據本發明的通道轉換閥可以應用到例如液相色譜儀使用的自動採樣機中。待分析的液體樣品預先被密封在小瓶(小容量樣品瓶)8中且放置到架81上。用 於收集來自小瓶8的樣品的針7通過可撓曲的迴路管6(以下稱作「迴路」)連接到注射閥 1。另外針7由驅動機構(未圖示)保持，因此針7可以根據程序在每個小瓶8和清洗埠 9之間、在清洗埠 9和注射埠 5之間以及在注射埠 5和每個小瓶8之間自由地移動。閥2是通過連接到其公共埠的柱塞3來執行液體的吸入和射出的通道轉換的旋 轉6位閥(rotary 6-position valve) 0柱塞3被構造成通過機械力往復運動。清洗溶液 瓶4連接到閥2的埠中的一個。注射閥1通過管道連接到液相色譜儀設備10。閥1是執 行將液體樣品引導成液體流動相的流的通道轉換的6埠閥。根據本發明的通道轉換閥可以用作如上所述的這樣的自動採樣機中的閥1或者 閥2。在下文，將對使用這種自動注射裝置的樣品注射的操作次序的一個示例進行描 述。(1)注射閥1被使得處於埠「e」和埠「d」被互連的狀態。另一方面，閥2被使 得處於圖5所示的埠 「0」和埠 「b」被互連的狀態。針7被插入到小瓶8中，柱塞3被 操作以吸取預定量的液體樣品。被柱塞3吸入的液體樣品保留在迴路6中且沒有到達閥2 和柱塞3。(2)針7被從小瓶8移除，之後被移動到注射埠 5。(3)注射閥1被操作使其處於如圖5所示的狀態。包含在迴路6中的樣品被引導 到液體流動相的流動通道中，用於開始液相色譜分析。(4)針7被清洗，且被移動到包含接下來要分析的樣品的小瓶8中，之後，重複操作 步驟(1)至(3)。根據本發明的通道轉換閥的應用不限於如圖5所示的自動採樣機，而且可以被廣 泛地應用。工業實用性根據本發明的通道轉換閥可以用於高性能液相色譜儀和需要通道轉換的分析設備等。
權利要求
一種通道轉換閥，所述通道轉換閥包括主體部分；定子，多個流動通道連接到所述定子且所述定子具有表面，所述表面具有分別連接到所述流動通道的分配埠，且所述定子連接到所述主體部分，使得所述表面面向內側；轉子，所述轉子放置在所述主體部分中，所述轉子具有接觸表面，所述接觸表面與所述定子的所述表面接觸且具有用於互連所述定子的分配埠中的兩個分配埠的至少一個槽，且所述轉子連接到穿透所述主體部分的軸的遠端上，以便通過所述軸的旋轉而旋轉，來改變應當由所述槽所互連的所述分配埠的組合；彈性件，所述彈性件被以其的壓縮狀態保持在所述主體部分中，用於朝所述定子推動所述轉子；和調節系統，所述調節系統通過改變所述彈性件的行程來調節用於將所述轉子壓靠到所述定子的推動力。
2.如權利要求1所述的通道轉換閥，其中，定子和主體部分中每個具有連接表面，且定子和主體部分通過在它們的連接表 面處的固定件被可移除地彼此固定，其中，所述調節系統包括形成在所述定子的連接表面上的突起/凹陷圖案和形成在所 述主體部分的連接表面上的突起/凹陷圖案，所述突起/凹陷圖案被設計，用於彼此配合， 和其中，通過彼此相對地旋轉所述定子和所述主體部分，所述行程在所述定子和所述主 體部分以它們的突起/凹陷圖案彼此配合的狀態被彼此固定的所在位置與所述定子和所 述主體部分以它們的突起/凹陷圖案沒有彼此配合的狀態被彼此固定的所在位置之間變 化。
3.如權利要求1所述的通道轉換閥，其中，所述轉子和所述軸中每個具有連接表面，且所述轉子和所述軸通過在它們的連 接表面處的固定件被可移除地彼此固定，其中，所述調節系統包括形成在所述轉子的連接表面上的突起/凹陷圖案和形成在所 述軸的連接表面上的突起/凹陷圖案，所述突起/凹陷圖案被設計，用於彼此配合，和其中，通過彼此相對地旋轉所述轉子和所述軸，所述行程在所述轉子和所述軸以它們 的突起/凹陷圖案被彼此配合的狀態被彼此固定的所在位置與所述轉子和所述軸以它們 的突起/凹陷圖案沒有彼此配合的狀態被彼此固定的所在位置之間變化。
全文摘要
在優選的實施例中，通道轉換閥具有帶有連接表面的定子(11)和帶有連接表面的主體部分(27)，且定子(11)和主體部分(27)通過在它們的連接表面處的螺栓(31)被可移除地彼此固定。連接表面中的每個具有形成在其上的突起/凹陷圖案(26)，突起/凹陷圖案(26)被設計成彼此配合。通過彼此相對地旋轉定子(11)和主體部分(27)，彈簧(29)的行程在定子(11)和主體部分(27)被以它們的突起/凹陷圖案(26)彼此配合的狀態被彼此固定的所在位置與所述定子(11)和主體部分(27)以它們的突起/凹陷圖案(26)沒有彼此配合的狀態被彼此固定的所在位置之間變化。彈簧(29)以其的壓縮狀態保持在主體部分(27)中，用於朝定子(11)推動轉子(15)。用於將轉子(15)壓靠到定子(11)的推動力通過改變彈簧(29)的行程而被調節。
文檔編號G01N30/26GK101849126SQ20088011481
公開日2010年9月29日 申請日期2008年12月17日 優先權日2007年12月17日
發明者富田真巳 申請人:株式會社島津製作所