JP4741575B2 - 高圧分析機器のための流体制御装置 - Google Patents

Description

本出願は、２００４年３月５日に出願された米国特許仮出願第６０／５５０９７２号と、２００４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６０／５７７４０５号との優先権を主張する。参照によりこれらの出願の内容は、本明細書に組み込まれる。

本発明の実施形態は、流体を受け取りかつ排出する構成要素を結合または接合する、装置および方法を対象とする。本発明によって作られる装置は、取付具、弁、および逆止弁に特別の用途を有する。

本発明は、流体を受け取りかつ排出する装置を対象とする。本発明の特徴を具体化する装置には、限定されないが、例として、Ｔ字形管継手、結合管、取付具、弁、および逆止弁が含まれる。これらの装置は、結合管、またはＴ字形管継手、または弁の形態で接合される、２つ以上の導管の間に直列配置されることがある。「結合管」という用語は、接合または１つにするという意味で使用される。「Ｔ字形管継手」とは、流体が分割されまたは一体化される、取付具の一形態である。こうした装置は、ポートまたは開口部を介して装置が連通するより大型の構造物の一部であることがある。本出願では、流体を搬送しまたは移送する、あらゆる導管、配管、パイプ、開口部、またはポートを意味するのに、「流体経路手段」という用語を使用する。

本出願では、取付具という用語を、最も広い意味に、例えばポンプアセンブリなどのより大型の構造物内に、またはそれと直列配置できる装置を指すのに使用する。

「弁」という用語は、従来通りに、導管またはパイプ内で流体流れを停止することが可能な装置を指すのに使用する。逆止弁とは、流れが一方方向にしか流れないようにする特殊な弁のことである。

従来技術の取付具および弁は、一般に別々の個別部品であるガスケットと封止部を有する。これらのガスケットと封止部は、材料のクリープ、コールドフロー、および緩和を呈する。即ち、流体圧力が変動するにつれて、ガスケットが移動する。この移動によって、ガスケットが元の位置から滑り、ガスケットまたは封止部の不具合が起こる可能性がある。

この移動はまた、圧力が解放されるにつれて、ガスケットの戻りも生んで、潜在的に圧力リップルを生じる。特に分析機器が、戻り作用および圧力リップル作用に対して高感度である。

これらの問題は、そのような装置によって含まれる圧力が増加する程に拡大する。クロマトグラフィーポンプおよび検出器などの分析機器は、一般に１平方インチ（６．４５２ｃｍ^２）当たり（ｐｓｉ）３０００から４０００ポンド（１３６１から１８１４キログラム）までの圧力で動作する。より高圧力で分析機器を動作させることが望ましいが、３０００ｐｓｉ（２１０．９ｋｇｆ／ｃｍ^２）を超える圧力では、取付具、弁、および逆止弁の不具合のレートが高くなる。

本発明の実施形態は、流体を高圧力で保持する装置および方法を特徴とする。本発明の一実施形態は、流体を受け取りかつ排出する装置を特徴とする。この装置は、少なくとも１つの側壁を有する第１のハウジングを備える。その側壁は、少なくとも１つのチャンバを画定する内部面を有し、端部キャップを受ける少なくとも１つの端部キャップ当接面を有する。この装置は、少なくとも１つの第１のハウジング当接面を有する少なくとも１つの端部キャップを有する。第１のハウジング当接面は、端部キャップ当接面を受けて、端部キャップを、チャンバを囲むために第１のハウジングに位置決めする。第１のハウジング当接面と端部キャップ当接面のうち少なくとも一方は、第１のシールコーティングを有する。第１のシールコーティングは、当接面に固着する変形可能なプラスチックを含む。この装置は、チャンバから流体を受け取りかつ移動させる流体経路手段をさらに備える。また、この装置は、前記第１のシールコーティングを変形しかつ前記チャンバを封止するように、前記第１のハウジング当接面で受けた前記端部キャップ当接面が、前記第１のハウジングに向う状態で、端部キャップを圧縮する圧縮手段を備える。

シールコーティングは、ポリトリフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、過フルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、およびフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）から成る高分子コーティングの１つまたは複数から選択されることが好ましい。

本明細書で使用するように、「流体経路手段」という用語は、流体をもたらす開口部、ポート、導管、およびパイプを指す。したがって、本発明の実施形態を、導管およびパイプを備える流体経路手段と直列配置し、または限らないが、例えばポンプヘッドまたはポンプハウジングなどのより大型構造のハウジングに組み込むことができる。

端部キャップ当接面および／またはハウジング当接面は、圧縮力を前記シールコーティングに集中するリッジであることが好ましい。このリッジは、対向する当接面と接触することが可能な比較的幅の狭い突起である。

本発明の実施形態は、取付具および弁に最適である。この装置が弁の形態である場合、チャンバは、弁アセンブリを含む。この弁アセンブリは、回転式弁、ゲート付弁、または逆止弁を備えることができる。

装置が逆止弁の形態である場合には、第１のハウジングは、端部キャップに対向する少なくとも１つの端壁を有する。流体経路手段は、前記端部キャップに少なくとも１つの開口部を、前記端壁に少なくとも１つの開口部を備える。また、チャンバは、球座と球を備える弁アセンブリを保持する。

内部壁および／または端部キャップは、球座当接面を有することが好ましい。球座は、２つのリムと流体通路とを有するシリンダを備える。リムのうち少なくとも一方は、球と係合して流体通路を閉鎖する球受面を有する。リムのうちの少なくとも一方は、球座当接面と係合して、球座とハウジングおよび／または端部キャップとを封止するリム当接面を有する。

球座当接面および／またはリム当接面は、球座シールコーティングを有することが好ましい。球座コーティングは、シールコーティングに関して上に述べたように作られかつ形成されることが好ましい。

第１のハウジング端壁は、内部面と外部面、ならびに１つまたは複数の端壁開口部を有することが好ましい。外部面は、１つまたは複数の端壁開口部を取り囲む端壁当接面を有する。端壁当接面は、端壁シールコーティングを有し、端壁シールコーティングは、隣接壁と封止可能に係合するように変形可能なプラスチックを含むことが好ましい。端壁シールコーティングは、シールコーティングに関して上に述べたように作られかつ形成されることが好ましい。このタイプの装置は、隣接壁を有するさらに主ハウジング構造物内に取り付けるのに最適である。例えば、限定しないが、端壁シールコーティングは、ポンプヘッドハウジングの隣接壁と係合することになる。この実施形態では、隣接壁は、流体が端壁開口部内に入るための隣接壁開口部を有することが好ましい。この実施形態では、圧縮手段は、端壁を受けて端壁シールコーティングを封止係合して圧縮するような隣接壁を備える。

直列に使用する場合は、圧縮手段は、圧縮ハウジングと圧縮スリーブを備える圧縮ハウジングアセンブリを備えることが好ましい。圧縮ハウジングは、ハウジングを受け取る圧縮チャンバを有する。圧縮スリーブは、端部キャップと係合して、端部キャップと第１のハウジングを圧縮下に配置するようにする。

圧縮ハウジングアセンブリは、圧縮ナットを有することが好ましい。圧縮ナットと圧縮ハウジングは、圧縮ナットと圧縮ハウジングの相対的な回転によって係合する協働ネジ山を有する。圧縮ナットは、圧縮スリーブと係合して、圧縮ハウジングチャンバ内で圧縮スリーブ、端部キャップ、および第１のハウジングを圧縮する。

本発明の別の実施形態は、流体通路を接合する方法を含む。本方法の一実施形態は、少なくとも１つの側壁を有する第１のハウジングを有する装置を提供する複数のステップを含む。この側壁は、少なくとも１つのチャンバを画定する内部面を有し、端部キャップを受ける少なくとも１つの端部キャップ当接面も有する。この装置は、少なくとも１つの端部キャップを有する。端部キャプは、少なくとも１つの第１のハウジング当接面を有し、前記チャンバを囲むために第１のハウジング当接面で受けられることが可能である。この装置は、第１のハウジング当接面と端部キャップ当接面のうち少なくとも一方に、第１のシールコーティングを有する。第１のシールコーティングは、当接面に固着する変形可能なプラスチックを含む。この装置は、チャンバから流体を受け取りかつ除去する流体経路手段と、前記第１のシールコーティングを変形しかつ前記チャンバを封止するように、前記第１のハウジング当接面で受けた前記端部キャップ当接面が、前記第１のハウジングに向う状態で、前記端部キャップを圧縮する圧縮手段とを有する。この方法は、受取用導管と排出用導管を流体通路と連通するように配置するステップをさらに含む。

本方法の実施形態は、上に述べた本発明の任意の装置で実施することができる。本発明の装置および方法は、高圧力の用途に最適である。こうした高圧力の用途は、４０００ｐｓｉ（２８１．３ｋｇｆ／ｃｍ^２）以上の圧力を含む。

本発明によって作られる装置は、材料のクリープ、コールドフロー、および緩和を呈する封止部を有さない。即ち、流体圧力が変動するにつれて、シールコーティングが移動することはない。シールコーティングは、当接面のうち一方に固着され、または固定される。したがってシールコーティングが元の位置から移動し、または滑る可能性はない。このように、本発明の実施形態は、ガスケットの不具合がない装置を提供する。

本発明の装置はまた、圧力解放の際のガスケット移動による圧力リップルの戻りを呈することもない。特に本発明によって作られた装置を有する分析機器は、圧力の変動に対して低感度である。これらの特徴および利点は、図面を見て、以下の詳しい説明を読めば、本発明が関係する分野の技術者に明らかとなろう。

図面および記述が、本発明の好ましい実施形態に向けられていることを理解して、本発明の実施形態を次に図面に関して述べる。例えば、本発明を逆止弁に関して詳しく述べる。当業者には、本発明の特徴が、圧力下で流体を保持または移送する多くの装置で使用できることを理解されたい。

次に図１を参照すると、符号１１によって全体を示す、高圧力で流体を保持する装置が描かれてある。流体を受け取りかつ排出する装置１１は、逆止弁の性質を有する。装置１１は、第１のハウジング１３、端部キャップ１５、少なくとも１つのシールコーティング１７、および圧縮手段１９を備える。

次に図２を参照すると、第１のハウジング１３は、少なくとも１つの側壁２５を有する。側壁２５は、内部面２７ａと外部面２７ｂを有する。内部面２７ａは、好ましくは形状が円筒形である少なくとも１つのチャンバ２９を画定する。内部面２７ａは、端部キャップ１５を受ける少なくとも１つの端部キャップ当接面３１を有する。端部キャップ当接面３１は、端部キャップ１５の位置決めをし易くするように、チャンバ２９内に凹部として作られることが好ましい。ここに描くように、内部面２７は、端部キャップ１５を受ける凹部を形成する凹部セクション３３を有する。

ハウジング１３は、内部面３７ａと外部面３７ｂを有する端壁３５を有する。端壁３５は、側壁２５の内部面２７ａによって画定されるチャンバ２９を閉鎖する。

端部キャップ１５の形状は、第１のハウジング１３の内部面２７ａの凹部セクション３３と協働するように円筒形である。端部キャップ１５は、少なくとも１つの第１のハウジング当接面３９を有する。次に図３および図４を参照すると、端部キャップ１５の代替的実施形態が開示してある。図２の端部キャップ１５を、図３により詳しく示す。端部キャップ当接面３９は、圧縮力を前記シールコーティング１７に集中するリッジ３９ａである。リッジ３９ａは、平面３９ｂから上向きに突出する突起部である。リッジ３９ａは、第１のハウジング１３の端部キャップ当接面３１などの対向する当接面と接触することが可能である。リッジ３９ａは、圧縮力を小面積に局部限定し、または集中させる。

次いで図４を参照すると、符号１５’によって全体を示す端部キャプ１５の別の実施形態が示してある。端部キャップ１５’の形状は、第１のハウジング１３の内部面２７ａの凹部セクション３３と協働するように円筒形である。端部キャップ１５’は、少なくとも１つの第１のハウジング当接面３９’を有する。この実施形態では、第１のハウジング当接面３９’は平面であり、突起表面の特徴はない。当接面３９’は、第１のハウジング１３の端部キャップ当接面３１などの対向する当接面と接触することが可能である。

第１のハウジング当接面３１は、端部キャップ当接面３９および３９”を受けて、端部キャップ１５および／または１５’を、チャンバ２９を囲むために第１のハウジング１３に位置決めする。端部キャップ１５および／または１５’、ならびに第１のハウジングは、通常一般にステンレススチールから作られるが、容易に他の材料を代用することができる。第１のハウジング１３と端部キャップ１５および／または１５’が、逆止弁の一部である場合、第１のハウジング１３の長さおよび直径は、約０．２５ｍｍから０．７５ｍｍである。端部キャップ１５および／または１５’の直径は、約０．１ｍｍから０．７ｍｍ、厚みは０．１ｍｍから０．２ｍｍである。

第１のハウジング当接面３９および／または３９’と端部キャップ当接面３１のうち少なくとも一方は、第１のシールコーティング１７を有する。第１のシールコーティング１７は、第１のハウジンング当接面３１および／または３１’あるいは端部キャップ当接面３９に固着する変形可能なプラスチックを含む。シールコーティング１７は、ポリトリフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、過フルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、およびフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）から成る高分子コーティングの１つまたは複数から選択される。高分子コーティングは、端部キャップ１５および／または１５’あるいは第１のハウジング面３１および／または３１’の全体に、０．０００５インチから０．００２５インチ（０．０１２７ｍｍから０．０６３５ｍｍ）の厚みに、最も好ましくは約０．００１０インチから０．００１５インチ（０．０２５４ｍｍから０．０３８１ｍｍ）の厚みに塗布される。高分子コーティングを金属基板に配置する方法は、当技術分野でよく知られている。

装置１１は、チャンバから流体を受け取りかつ除去する流体経路手段をさらに備える。次に図３および図４を参照すると、端部キャップ１５および１５’は、端部キャップ開口部４５を有する。また次いで図１にもどると、第１のハウジングは、流体をチャンバ２９内に導入するために、第１のハウジング開口部、より好ましくは１対の第１のハウジング開口部４７ａと４７ｂを有する。この１対の開口部は、端壁３５に逆止弁を使用するために軸線から外して設定されることが好ましい。

端部キャップ開口部４５と第１のハウジング開口部４７ａおよび４７ｂとは、流体をもたらす任意のポート、導管、およびパイプを備えることができる。したがって本発明の実施形態を、導管およびパイプを備える流体経路手段と直列配置し、あるいは例えば、限定しないが、図１で描いたようにポンプヘッドまたはポンプハウジング４９などのより大型構造のハウジングに一体化することができる。

装置１１は、圧縮手段１９を備え、前記第１のハウジング当接面３９で受けた端部キャップ当接面３１および／または３１’が、前記第１のハウジング１３に向う状態で、端部キャップ１５および／または１５’を圧縮する。この圧縮は、第１のシールコーティング１７を変形し、チャンバを封止する。図１に示すように、圧縮手段１９は、ポンプハウジング４９、圧縮ハウジング５１、およびねじ取付具５３を備える。

当業者には、装置１１が流体ラインに配置されるように、ポンプハウジング４９を、圧縮ハウジング５１およびねじ取付具５３と協働する別の取付具と置き換えてよいことを理解されたい。

本発明の実施形態は、取付具および弁に最適である。装置が弁の形態である場合、図２を参照すると、チャンバ２９は弁アセンブリ６１を含む。弁アセンブリ６１は、（図示しない）回転式弁、（図示しない）ゲート付弁、または以下にさらに詳しく述べる逆止弁を備えることができる。

装置が逆止弁の形態である場合、第１のハウジング１３は、端部キャップ１５または１５’に対向する少なくとも１つの端部壁６５を有する。流体経路手段は、前記端部キャップ１５または１５’に少なくとも１つの開口部４５を、前記端部壁６５に少なくとも１つ、好ましくは２つの開口部４７ａおよび４７ｂを備える。チャンバ２９は、球座７１と球７３を備える弁アセンブリ６１を保持する。

内部壁２７ａは、第１の球座当接面７７を有することが好ましい。また、端部キャップ１５および／または１５’は、球座当接面７９を有する。球座７１は、第１のリム８３、第２のリム８５、および流体通路８７を有するシリンダセクション８１を備える。第１のリム８３は、球７３と係合して流体通路８７を閉鎖する球受面８９を有する。第２のリム８５は、リム当接面９１を有し、端部キャップ１５および／または１５’は、球座当接面７９を有する。リム当接面９１と球座当接面７９のうち少なくとも一方は、球座シールコーティング９５を有することが好ましい。球座シールコーティング９５は、それが配置される位置と対向する当接面と係合し、球座とハウジング１３とを、ならびに／あるいは球座と端部キャップ１５および／または１５’とを封止する。球座コーティング９５は、シールコーティング１７の一部分を端部キャップ１５および／または１５’に含んでもよい。球座コーティングは、シールコーティング１７に関して上に述べたように作られかつ形成されることが好ましい。

端壁３５の外部面３７ｂは、１つまたは複数の端壁開口部４７ａおよび４７ｂを取り囲む端壁当接面９９を有する。端壁当接面９９は、端壁シールコーティング１０１を有することが好ましい。端壁シールコーティング１０１は、シールコーティング１７に関して上に述べたように作られかつ形成された変形可能なプラスチックである。端壁シールコーティング１０１は、それが圧縮される隣接壁と封止可能に係合する。

このタイプの装置は、隣接壁を有するさらなる主ハウジング構造物内に取り付けるのに適している。例えば、次に図１を参照すると、端壁シールコーティング１０１は、ポンプヘッドハウジング４９の隣接壁１０５と係合する。この実施形態では、隣接壁１０５は、流体が（図示しない）端壁開口部内に入るための開口部１０３を有することが好ましい。この実施形態では、圧縮手段１９は、端壁当接面９９を受けて端壁シールコーティング１０１を封止係合して圧縮するために、そのような隣接壁１０５および円筒形壁１０７を有する。圧縮手段１９は、圧縮ハウジング５１および圧縮スリーブ５３を備える圧縮アセンブリを備える。圧縮ハウジング５１は、第１のハウジング１３と端部キャップ１５および／または１５’を受ける圧縮チャンバ１１３を有する。圧縮スリーブ５３は、圧縮ハウジング５１と係合して、前記端部キャップ１５および／または１５’と第１のハウジング１３を圧縮下に配置する。

圧縮スリーブ５３と、（図示しない）圧縮ナットまたはポンプヘッド４９またはそれが配置される他の装置は、図１に描くように協働ネジ山１１５を有することが好ましい。協働ネジ山１１５は、圧縮スリーブとポンプハウジング４９または（図示しない）圧縮ナットとの相対的な回転で係合する。

次に図２を参照すると、圧縮ハウジング５１は、第２の端部キャップ当接面１１７を有する。端部キャップ１５および／または１５’のうち少なくとも一方は、圧縮アセンブリシールコーティング１２１を有する。圧縮アセンブリシールコーティング１２１は、シールコーティング１７に関して上に述べたように作られかつ形成された変形可能なプラスチックである。圧縮アセンブリシールコーティング１２１は、それが圧縮される隣接壁と封止可能に係合する。

実施においては、本発明を流体通路接合に使用する方法は、第１のハウジング１３、端部キャップ１５および／または１５’、シールコーティング１７、および圧縮手段１９を有する手段１１を提供するステップを含む。この装置は、チャンバ２９から流体を受け取りかつ移動させる流体経路手段を有する。この方法は、受取用導管と排出用導管を、流体通路と連通するように配置し、シールコーティング１７を圧縮してチャンバ２９を封止するステップをさらに含む。

本発明の装置および方法は、高圧力の用途に最適である。本発明によって作られた装置は、材料のクリープ、コールドフロー、および緩和を呈する封止部を有さない。即ち、流体圧力が変動するにつれて、シールコーティングが移動することはない。シールコーティングは、当接面のうち一方に固着され、または固定される。したがってシールコーティングが、元の位置から移動し、または滑る可能性はない。このように、本発明の実施形態は、ガスケットの不具合がない装置を提供する。

これらおよび他の利点および特徴が、本発明が関係する分野の技術者に明らかとなろう。したがって、本発明は、本明細書に開示した詳細に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の主題を包含するべきである。

本発明によって作られた装置の側断面図である。 本発明によって作られた装置の端部キャップの僅かに斜めから見た立面図である。 本発明によって作られた装置の端部キャップの僅かに斜めから見た立面図である。 本発明によって作られた装置の端部キャップの側断面図である。

Claims (11)

1. 流体制御装置であって、
   内部面によって画定されるチャンバを有し、かつ端壁を備えるハウジングと、
   前記チャンバを通って流れる流体を制御するために、前記チャンバに配置された弁アセンブリと、
   前記チャンバを囲むために前記端壁とは反対側に前記ハウジングに配置された端部キャップとを備え、前記端壁および前記端部キャップそれぞれが、前記チャンバに流体を通すためまたは前記チャンバから流体を取り除くための開口部を有し、前記ハウジングおよび前記端部キャップそれぞれが、他方の当接面を受ける当接面を有し、前記当接面の少なくとも１つが、プラスチックシールコーティングを有し、前記流体制御装置がさらに、
   前記当接面間の前記プラスチックシールコーティングを変形させて前記チャンバを封止するように、前記端部キャップと係合する圧縮手段を備える、流体制御装置。
2. 前記ハウジングの当接面が、前記ハウジングの端部に配置される、請求項１に記載の流体制御装置。
3. 前記ハウジングの端部が、前記端部キャップが受けられる凹部を有して形成され、前記ハウジングの当接面が、前記凹部内に環状面を備える、請求項２に記載の流体制御装置。
4. 前記端部キャップの当接面が、前記環状面と協働し、前記プラスチックシールコーティングへの圧縮力を局部限定する環状リッジを含む、請求項３に記載の流体制御装置。
5. 前記弁アセンブリが、前記端部キャップと前記チャンバの端壁との間で前記チャンバ内に配置された、球座および球を有する球逆止弁を備え、前記球座が、前記端壁における前記開口部と前記端部キャップとの間に流体連通を提供するために開口部を有し、前記球座が、前記チャンバを通る流体の流れを制御するために前記球と係合する球受面と、前記端部キャップの前記当接面と協働する当接面とを有する、請求項１に記載の流体制御装置。
6. 前記球座の当接面と協働する前記端部キャップの前記当接面が、環状リッジを備える、請求項５に記載の流体制御装置。
7. 流体を通すための前記端壁における前記開口部が、前記ハウジングを通って延びる、請求項５に記載の流体制御装置。
8. 前記端部キャップが、前記ハウジングの第１の端部に配置され、前記ハウジングが、前記第１の端部とは反対側に第２の端部を有し、前記ハウジングの第２の端部が、前記流体制御装置が配置される機器の隣接壁と協働するように構成され、前記ハウジングの第２の端部および前記隣接壁の少なくとも一方が、プラスチックシールコーティングを有する、請求項１に記載の流体制御装置。
9. 前記端部キャップが、前記ハウジングの当接面を受ける前記当接面に対して遠隔のさらなる当接面を有し、該さらなる当接面が、前記圧縮手段の面と協働するように構成され、前記さらなる当接面および前記圧縮手段の面の少なくとも一方が、プラスチックシールコーティングを有する、請求項１に記載の流体制御装置。
10. 前記圧縮手段が、前記ハウジングおよび前記端部キャップが受けられる圧縮チャンバを有する圧縮ハウジングを備え、前記圧縮手段が、前記ハウジングと前記端部キャップとの間に圧縮を生じるために前記圧縮ハウジングと協働する圧縮スリーブを備える、請求項１に記載の流体制御装置。
11. 前記プラスチックシールコーティングが、ポリトリフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、過フルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、およびフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）の１つを含む高分子コーティングを備える、請求項１に記載の流体制御装置。

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