ハード・オン・ハードのシール表面を伴う回転せん断バルブアセンブリ
【解決手段】実質的に金属製又はセラミック製のステータデバイス（２１）と、実質的に金属製又はセラミック製のロータデバイス（２５）とを有する多位置回転せん断バルブアセンブリ（２０）が提供される。ステータデバイス（２１）が、実質的に平坦なステータ面（２２）と、対応するステータポート（２３）においてステータ面（２２）と流体連通している少なくとも２本又は３本以上のステータチャネルとを画定する一方で、ロータデバイス（２５）は、１本又は２本以上のロータチャネルを画定する実質的に平坦なロータ面（２６）を含む。ロータ面（２６）上及びステータ面（２２）上のうちの少なくとも一方に、トライボロジコーティングが配され、これは、２つ又は３つ以上のロータ位置の間における、ロータ−ステータ界面におけるロータ面（２６）とステータ面（２５）との間の実質的に流体密で選択的な相対的回転を可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、２００９年７月１３日に出願された同時係属米国仮特許出願第６１／２２５，１４３４号、２０１０年２月４日に出願された同時係属米国仮特許出願第６１／３０１，５１６号、及び２０１０年４月２７日に出願された同時係属米国仮特許出願第６１／３２８，５９４号の優先権を主張する。これらの出願は、いずれも、Towerを発明者として「ROTARY SHEAR VALVE ASSEMBLY WITH HARD-ON-HARD SEAL SURFACES（ハード・オン・ハードのシール表面を伴う回転せん断バルブアセンブリ）」と題され、いずれも、参照によって本明細書に全体を組み込まれる。
【０００２】
本発明は、回転せん断バルブに関するものであり、特に、ハード・オン・ハードの（硬質材料と硬質材料とが接する）シール表面を取り入れたせん断バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
現在の高圧液体クロマトグラフィせん断バルブは、金属性の要素と、ロータ／ステータ界面に流体密シールを形成するポリマ材料で構成されたロータデバイスとを用いるのが通例である。この組み合わせは、成果があるとわかっている一方で、圧力定格及びバルブ寿命において限界がある。例えば、１５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8Ｐａ）を超える高圧及び約１０Ｋサイクルを超える寿命を要する用途は、たとえこの組み合わせを使用しても、始終達成して持続させることはできない。
【０００４】
したがって、約１５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8Ｐａ）を超える圧力を保持可能であるとともに５０Ｋサイクルを超えるバルブ寿命を期待できるせん断面バルブを提供することが望まれている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、実質平坦なステータ面と、対応するステータポートにおいてステータ面と流体連通している少なくとも２本又は３本以上のステータチャネルとを画定するステータデバイスを含む回転せん断バルブアセンブリを提供する。ステータ面は、実質金属性又はセラミックの材料で構成される。バルブアセンブリは、また、１本又は２本以上のロータチャネルを画定する実質平坦なロータ面を含むロータデバイスも含む。ロータ面も、同様に、実質金属性又はセラミックの材料で構成される。本発明にしたがうと、バルブアセンブリは、ロータ面上及びステータ面上のうちの少なくとも一方に配されたトライボロジ（潤滑）コーティングを含む。ロータデバイスは、２つ又は３つ以上のロータ位置の間における、ロータ−ステータ界面におけるロータ面とステータ面との間の流体密で且つ選択的な相対的回転を可能にするように、回転軸周りに回転式に装着される。
【０００６】
したがって、トライボロジコーティングの適用を通じて、高流体圧用途（すなわち、１５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8Ｐａ）から約２５Ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０8Ｐａ））用のメタル・オン・メタル（金属と金属とが接する）ステータデバイス／ロータデバイスを実現することができる。ゆえに、ロータ／ステータ界面に流体密シールを維持可能であるのみならず、バルブは、高いライフサイクル上限（すなわち、少なくとも約７５Ｋサイクル）も維持可能である。そのうえ、このようなトライボロジコーティングは、更に、これら２つの対向接触面の間の摩擦を軽減する働きもする。
【０００７】
本発明の一態様において、トライボロジコーティングは、ダイヤモンド・ライク・コーティング（ＤＬＣ）によって提供される。
【０００８】
別の具体的な一構成において、トライボロジコーティングは、ステータ面上に配される。
【０００９】
更に別の具体的な一実施形態において、ロータ面及びステータ面は、鋼又はチタンなどの金属性の材料で構成される。
【００１０】
本発明の別の一態様において、ロータデバイスは、実質平坦なロータ面を包含する金属性のロータ要素を含む。バルブアセンブリは、更に、実質平坦なロータ面をステータデバイスの実質平坦なステータ面に対して実質平行に且つ実質同一平面に方向付けるようにロータデバイスと協働するコンプライアンスアセンブリを含む。
【００１１】
具体的な一実施形態において、ロータデバイスは、ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を画定し、コンプライアンスアセンブリは、ロータデバイスのこの接触表面に対して支持的に接合接触するコンプライアント要素を含む。
【００１２】
別の具体的な一構成は、バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、該バルブシャフトの末端に配されたヘッド部分とを含むロータアセンブリを提供する。ヘッド部分は、その末端側着座表面を画定する。コンプライアント要素は、接触表面と反対を向いた基部側向き表面を画定する。コンプライアント要素は、ロータデバイスの接触表面及びヘッド部分の末端側着座表面に接合接触するように、それらの表面の間に配される。
【００１３】
更に別の具体的な一実施形態において、コンプライアント要素は、着座表面によって底部を画定される受入ソケットを画定する。受入ソケットは、ロータデバイスのロータ要素と位置合わせされて、ロータ要素を滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定される。受入ソケットは、更に、ロータ要素の外周壁をプレス嵌めによって受け入れるとともに該外周壁に接触するように形成及び寸法決定された内部側壁によっても画定される。
【００１４】
更に別の一実施形態において、内部側壁とロータ外周壁は、それらがキー係合によって位置合わせされるように協働する。より具体的には、内部側壁及びロータ外周壁は、Ｄ字型である。
【００１５】
更に別の具体的な一構成は、バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、該バルブシャフトの末端に配されたヘッド部分とを含むロータアセンブリを提供する。コンプライアンスアセンブリは、ロータアセンブリのヘッド部分とロータ要素との間に配されたボールベアリング部材を含み、ボールベアリング部材を中心としたロータ面の微小で且つコンプライアントな枢動運動を可能にする。
【００１６】
更に別の一実施形態は、ボールベアリング部材の一部分をその中に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ソケットを画定する末端側着座表面を有するヘッド部分を提供する。ロータ要素は、ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を有し、該接触表面は、ボールベアリング部材の別の一部分をその中に枢動式に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ボールソケットを画定する。
【００１７】
この構成において、コンプライアンスアセンブリは、更に、ヘッド部分の着座表面に隣接して配されたドライブリングを含む。ドライブリングは、ロータ要素をその中に軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された中央通し通路を画定する内壁を含む。許容差は、ボールベアリング部材上における微小な枢動運動が許されるような大きさである。
【００１８】
具体的な一実施形態において、コンプライアンスアセンブリは、更に、ロータ要素とドライブリングとを位置合わせして協働させるように構成された位置合わせ構造を含む。ロータ要素は、ロータ面と接触表面との間に伸びる実質円筒状の側壁を含む。側壁は、回転軸に実質平行に方向付けられるとともに側壁の中央部分から接触表面へ軸方向に伸びる２本又は３本以上の細長い受入スロットを画定する。位置合わせ構造は、ドライブリングの内壁から半径方向に内向きに伸びる２本又は３本以上の対応するガイドピンを含む。ガイドピンは、対応する受入スロットに滑動式に軸方向に受け入れられるようにサイズ決定及び寸法決定されている。
【００１９】
本発明の別の一態様において、実質平坦なステータ面と、対応するステータポートにおいてステータ面と流体連通している少なくとも２本又は３本以上のステータチャネルとを画定する金属性のステータデバイスを有する回転せん断バルブアセンブリが提供される。実質平坦なロータ面を画定する金属性のロータ要素を有するロータデバイスも含まれる。バルブアセンブリは、更に、実質平坦なロータ面をステータデバイスの実質平坦なステータ面に対して実質平行に且つ実質同一平面に方向付けるようにロータ要素と協働するコンプライアンスアセンブリを含む。このようなコンプライアンスは、２つ又は３つ以上のロータ位置において、ロータ−ステータ界面におけるロータ面とステータ面との間の流体密で選択的な相対的回転を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明のアセンブリは、添付の図面を併せたときに、発明を実施するための最良の形態の以下の説明と添付の特許請求の範囲とから更に容易に明らかになるその他の目的及び有利な特性を有する。
【００２１】
【図１】本発明にしたがって設計された金属性のロータ要素及び金属性のステータ要素の両方を取り入れたマイクロ流体バルブアセンブリの上面斜視図である。
【００２２】
【図２】図１のマイクロ流体バルブアセンブリの底面斜視図である。
【００２３】
【図３】図１のマイクロ流体バルブアセンブリの上面斜視図であり、ステータリング及びステータ要素を取り外した状態でロータ要素を示している。
【００２４】
【図４】図１のマイクロ流体バルブアセンブリを、ステータリングを取り外した状態で示した側面斜視図である。
【００２５】
【図５】図１のマイクロ流体バルブアセンブリのロータアセンブリ及びステータ要素を示した分解上面斜視図である。
【００２６】
図５は、図１のマイクロ流体バルブアセンブリのロータアセンブリ及びステータ要素を示した分解上面斜視図である。
【００２７】
【図６】図５のロータアセンブリの拡大上面斜視図である。
【００２８】
【図７】本発明にしたがって構築されたコンプライアンスアセンブリを取り入れた図６のロータアセンブリの部分分解上面斜視図である。
【００２９】
【図８】図１のマイクロ流体バルブアセンブリの縮小分解底面斜視図である。
【００３０】
【図９】代替の一実施形態のコンプライアンスアセンブリを取り入れたロータアセンブリの上面斜視図である。
【００３１】
【図１０】図９のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの部分分解上面斜視図である。
【００３２】
【図１１】図９のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリをステータ要素とともに示した分解上面斜視図である。
【００３３】
【図１２】図１０のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの分解底面斜視図である。
【００３４】
【図１３】図９のコンプライアンスアセンブリを取り入れた図１のマイクロ流体バルブアセンブリを断面で示した拡大部分側面図である。
【００３５】
【図１４】図１３のコンプライアンスアセンブリを断面で示した側面図である。
【００３６】
【図１５】別の代替の一実施形態のコンプライアンスアセンブリを取り入れたロータアセンブリの上面斜視図である。
【００３７】
【図１６】図１５のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの分解上面斜視図である。
【００３８】
【図１７】図１５のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの分解底面斜視図である。
【００３９】
【図１８】図１５のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリを断面で示した側面図である。
【００４０】
【図１９】図１５のコンプライアンスアセンブリを取り入れた図１のマイクロ流体バルブアセンブリを断面で示した側面図である。
【００４１】
【図２０】図１５のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの部分分解側面斜視図である。
【００４２】
【図２１】図１５のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの分解底面斜視図である。
【００４３】
【図２２】図１５のコンプライアンスアセンブリの拡大分解底面斜視図である。
【００４４】
【図２３】図１５のコンプライアンスアセンブリの拡大分解上面斜視図である。
【００４５】
【図２４】図１５のコンプライアンスアセンブリの拡大上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明は、幾つかの具体的な実施形態を参照にして説明されるが、説明は、発明を例示したものであり、発明を限定するものと解釈されるべきでない。当業者ならば、添付の特許請求の範囲に定められた発明の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。より良い理解のために、各種図面を通して類似の構成要素が類似の参照符号によって示されることに留意せよ。
【００４７】
概して図１〜８を参照すると、実質的に金属製又はセラミック製で実質的に平坦なステータ面２２を有するステータデバイス２１を含む回転せん断バルブアセンブリ２０が提供される。ステータデバイスは、対応するステータポート２３においてステータ面と流体連通している少なくとも２本又は３本以上のステータチャネルを画定する。バルブアセンブリ２０は、更に、実質的に金属製又はセラミック製で実質的に平坦なロータ面２６を有するロータデバイス２５を含む。本発明にしたがうと、ロータ面上及びステータ面上のうちの少なくとも一方にトライボロジコーティングが配される。したがって、ロータ−ステータ界面におけるロータ面とステータ面との間の選択的な相対的回転のために、ロータデバイス２５が回転軸周りに回転式に装着されたときは、２つ又は３つ以上のロータ位置の間における相対的回転の最中に、２つの金属性の面の間に流体密シールが形成される。
【００４８】
したがって、一部にはトライボロジコーティングのおかげで、高いライフサイクル上限（すなわち、少なくとも約７５サイクル）も維持可能な高圧用途（すなわち、１５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8Ｐａ）から約２５Ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０8Ｐａ））用のメタル・オン・メタルの流体密シールがロータ／ステータ界面に形成される。ロータ面上及び／又はステータ面上のうちの少なくとも一方に対するこのようなトライボロジコーティングは、ステータデバイスとロータデバイスとの間の必然的な高圧圧縮圧力下において流体密で且つ低摩擦の耐久性シールを形成可能にする。
【００４９】
説明されるように、少なくともロータ面２６及びステータ面２２は、ともに、高圧縮力下における耐久性を高めるために比較的剛性の材料で構成される。その他の構成では、ロータデバイス２５及びステータデバイス２１の全体が、実質的に剛性の材料で構成される。
【００５０】
好ましくは、ロータデバイス及びステータデバイスは、ともに、３１６ステンレス鋼、二相ステンレス鋼、チタン、合金鋼、又は工具鋼組成などの、金属組成で構成される。しかしながら、高いライフサイクル上限を伴う同様な高圧能力を生み出すことを見いだされたその他の適切な剛性材料も、ロータ面２６上及び／又はステータ面２２上のうちの少なくとも一方に適切なトライボロジコーティングが配される限り適用可能である。このような適切な材料群の１つは、例えば、アルミナ、ＳＳＩＣ、ジルコニアなどの、セラミックである。ただし、ロータ及びステータが金属材料又はセラミック材料のいずれで構成されるにせよ、その材料は、トライボロジ材料をコーティング可能でなければならないことがわかる。
【００５１】
ステータ面及び／又はロータ面のうちの少なくとも一方のコーティングは、これらの高圧用途においてロータ／ステータ界面に流体密の低摩擦シールを形成するために必要であることを見いだされた。上述された所要の理由ゆえに、ロータ面及びステータ面は、実質的に剛性の材料組成を有するので、これらの剛性材料は、当然ながら、比較的非コンプライアブル（非柔軟性）である。
【００５２】
ただし、このようなコーティングは、これらの高流体圧高圧縮力条件下における高いライフサイクルのために十分な構造的完全性も示さなければならない。対向する剛性表面界面間における加圧流体密シールの形成にとって適切で且つ効果的なコーティングの１つが、トライボロジコーティングである。これらのコーティングは、高い強度（強靭性）及び低い摩擦性を示すとともに、液体クロマトグラフィにおいて使用される大半の化学物質に対して耐性であることを見いだされている。
【００５３】
この用途に特に適した具体的なトライボロジコーティングの１つは、バルザース・エリコン（Balzers Oerlikon）によって提供されるSTAR（登録商標）DLC及びBALINIT（登録商標）DLC、又はイオンボンド（Ionbond）によって提供されるaDLCなどの、ダイヤモンドライクコーティング（ＤＬＣ）である。ただし、これらの特性を示すその他のトライボロジコーティングも適用可能である。
【００５４】
本発明にしたがうと、ステータ面及びロータ面２６は、そのうちの少なくとも一方が、又はそれらの両方が、トライボロジ材料でコーティングされる。具体的な一実施形態では、特定の条件下において、ステータボス２７のステータ面２２へのトライボロジコーティングの適用が、より強く且つより長持ちする流体密シールをロータ−ステータ界面に提供するのにとりわけ有利であることを見いだされた（図８）。例えば、高流体圧用途（すなわち、約１８Ｋｐｓｉ（およそ１．２４×１０8Ｐａ）を超える）の場合は、流体密シールを維持するために、より高い軸圧縮力がロータ面２６とステータ面２２との間に必要である。バルブがセットされたときに（すなわち、圧力調整ナットが、或る減衰速度が達成されるまで調整されたとき。この速度は、通例、０．３μＬ／分である。流体圧は、ステータポート／ロータシール溝を通じてバルブに加えられる。バルブは、０．３μＬ／分の漏出速度において所要の圧力（この事例では１５〜２５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8〜１．７２×１０8Ｐａ））を保持したときに、「セット」される）、ばねアセンブリ３０（調整ナット３１及びばね座金３２を含む（図８））によってシールに加えられる高圧は、ステータボス２７の周縁部分によってコーティングシールの凹みを引き起こすことがある。したがって、もし、ロータ面２６が（例えば、ロータ面単独で又はステータ面とともに）コーティングされる場合、これらの事例では、コーティングの亀裂、又はバルブの作動に伴った縁部分における剥離ゆえに、一貫性のない結果及び部品の損傷が観測されている。
【００５５】
この凹みは、バルブの作動に伴って、凹み付近においてコーティングをロータシールから「剥がれさせる」又は剥離させると考えられる。このコーティングが除去されるのに伴って、残骸及び場合によっては未コーティングの金属が、残りのコーティングに傷跡を付け、ステータボス上のコーティングの完全性を低下させ、ステータ上のコーティングを損なうことが観測されている。ひとたびこの劣化が始まると、ロータ／ステータ界面における流体密シールは、圧力を保持することができなくなる。
【００５６】
ステータ面のみがトライボロジコーティングをコーティングされるときは、これらの高圧用途下においてこの劣化は観測されない。更に、より低圧（３〜６Ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０7〜４．１４×１０7Ｐａ））では、ステータシール及びロータシールがともにコーティング（ＤＬＣ又はそれ以外）されて優れたシールを提供可能であると考えられる。なぜならば、ハード・オン・ハードバルブは、このような圧力において動作するからである。シールに加えられるこれらの圧力の低さゆえに、ロータシールが凹んでコーティングを損なう事態は生じにくい。
【００５７】
次に、代表的なせん断バルブアセンブリ２０を図解された図１〜５及び図８を参照する。簡単に言うと、図８に最も良く示されるように、せん断バルブアセンブリは、通例、ロータアセンブリ２９を回転式にその中に配されるケースアセンブリ３３（基本的に、バルブケースとステータリングとからなる）を含む。ロータアセンブリ２９は、ドライブシャフト３５と、ロータデバイス２５をその上に着座させるように構成された末端側のヘッドアセンブリ３６とを含む。力の集中と、ロータデバイスがヘッドアセンブリ３６上において枢動する能力とを助長するために、ヘッドアセンブリは、その末端側表面３８から僅かに直立している隆起した台又はパッド３４を含む。この直立シャフトパッド３４は、好ましくは円盤状であり、ロータデバイス２５の接触表面４０に直接接触して着座するように構成された実質的に平坦な着座表面３９を有する。ただし、図５、図７、及び図８は、これらの表面の間に、以下で詳しく説明される薄いコンプライアント要素すなわちシム部材４４を配された状態で示されていることがわかる。
【００５８】
この直立パッド３４の直径は、ロータデバイスの接触表面４０の直径よりも小さいことが好ましい。しかしながら、この直径は、ロータデバイスの直径の約４５％程度以上でもあることが好ましく、このような小さい直径は、ロータ面とステータ面とが完全に接触するようにロータデバイスが微小なぐらつきを生じることを可能にする。したがって、以下で更に詳しく説明されるように、ロータデバイス２５の接触表面４０と、直立シャフトパッド３４の着座表面３９とは、互いに実質的に同一平面で接触する必要はない。具体的な一実施形態では、直立パッドの直径は、約０．２００インチ（およそ５．０８ｍｍ）から約０．３６８インチ（およそ９．３５ｍｍ）の範囲で、より好ましくは約０．２３０インチ（およそ５．８４ｍｍ）であってよく、一方で、ロータデバイスの直径は、約０．６００インチ（およそ１５．２ｍｍ）から約０．６２５インチ（およそ１５．９ｍｍ）の範囲であってよい。
【００５９】
代表的な一構成では、戦略的に方向付けられた３本の合わせピン３７が、ヘッドアセンブリ３６の末端側表面３８から遠位に伸びている（図５〜７）。これらの合わせピン３７は、円盤状のロータデバイス２５をドライブシャフト３５に対して装着及び位置合わせする働きをするロータデバイス２５内の対応する通し穴４１に、滑動式に受け入れられる。更に、これらの合わせピン３７は、トルク伝達と、それゆえの、回転軸を中心としたドライブシャフト３５の回転に伴うロータデバイス２５の回転とを可能にする。
【００６０】
ステータデバイス２１は、ステータボスのステータ面２２をロータデバイス２５のロータ面２６に隣接及び接触するように位置決めするようにナット４３を介してケースアセンブリ３３の末端側部分４２に装着される。ロータ−ステータ界面においてロータデバイス２５とステータデバイス２１との間に圧縮力を生じさせるために、ケースアセンブリ３３とドライブシャフト３５のヘッドアセンブリとの間にばねアセンブリ３０が組み込まれる。簡単に言うと、ケースアセンブリ３３の基部側部分に、圧力調整ナット３１が螺合される。圧力調整ナットの末端がばねスタック（すなわち、スタック状のばね座金３２の）を圧縮してヘッドアセンブリ３６に押し付けるのに伴って、ロータデバイス２５は、圧縮によってステータボス２７へと駆り立てられる。近年は、バルブの再構築という大きな利点のある、圧力調整アセンブリを取り入れた更に新しい超高圧流体用途用のマイクロ流体バルブが開発されている。これらのアセンブリは、２０１０年６月１４日に出願され、「REBUILDABLE MICRO-FLUIDIC VALVE ASSEMBLY（再構築可能なマイクロ流体バルブアセンブリ）」と題されたTower et al.への我々の米国特許出願第１２／８１５，２６５号に開示されており、その全体が参照によって組み込まれる。
【００６１】
次に、図３〜７を参照する。本発明にしたがうと、ステータデバイス２１及びロータデバイス２５は、ともに、金属製の材料で構成されて、メタル・オン・メタルのステータ−ロータ界面を形成している。もちろん、トライボロジコーティング（好ましくはＤＬＣ）が、真のメタル・オン・メタル接触を隔てて、より高圧の状況下において流体密シールを形成する働きをしている。上記のように、約１５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8Ｐａ）を超える用途の場合は、ステータ面２２がコーティングされることが好ましく、一方で、約３Ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０7Ｐａ）から約６Ｋｐｓｉ（およそ４．１４×１０7Ｐａ）未満の範囲の用途の場合は、ステータ面２２、ロータ面２６、又はそれらの面の両方、のうちのいずれかをコーティングすることができる。
【００６２】
このコーティングされたメタル・オン・メタル構成では、これらのせん断面バルブ部品の剛性及び硬さゆえに、ステータデバイス及びロータデバイスの実質的に平坦な面を互いに実質的に平行に方向付けることが大いに有益である。しかしながら、このような実質的に平行な方向付けは、実現可能である一方で、法外な費用がかかる恐れがあり、ゆえに、実用的でない。部品公差の積もり重なりによって、金属ロータ面２６は、実質的に平坦なステータ面に対して平らにすなわち実質的に平行で且つ同一平面に密着しない恐れがある、又はステータは、最初の場所で完全に平坦にならない恐れがある。
【００６３】
したがって、本発明の別の態様にしたがうと、ロータアセンブリ２９は、実質的に平坦なロータ面２６をステータ面２２に対して実質的に平行に方向付けるためにそのロータ面２６と協働するロータ面コンプライアンスアセンブリ４５を取り入れている。コンプライアンスアセンブリ４５は、例えば、ヘッドアセンブリ３６とロータデバイス２５（又は図９〜１３の実施形態のロータ素子４６などの、金属製若しくはセラミック製の、ロータデバイス２５の少なくとも一部分）との間に配されて実質的に平坦なロータ面２６をステータ面２２に対して実質的に平行に方向付けることを可能にするように圧縮可能であるコンプライアント要素（例えば、図５〜８の実施形態のシム部材４４、又は図９〜１３の実施形態のサポートデバイス５０）を含む。特定の一実施形態では、上記のように、コンプライアント要素は、隆起した台３４の末端側着座表面３９とロータアセンブリ２９の接触表面４０との間に配されたコンプライアントシム部材４４によって提供される。したがって、ロータデバイス２５に対するヘッドアセンブリ３６の圧縮、及びそれゆえの、ステータ面に対するロータ面の圧縮の際に、実質的によりコンプライアント（柔軟）であるシム４４は、ロータ面をステータ面に対してより同一平面で且つ平行に着座させる。上記のように、ロータデバイス２５の接触表面４０と直立シャフトパッド３４の着座表面３９との間における完全に同一平面での着座の必要性は、ロータ面とステータ面との間における同一平面で且つ密着した接触を保証するためにそれほど必要でない。
【００６４】
シム部材４４の直径は、好ましくは、ロータデバイス２５の接触表面４０の直径未満であるが、ただし、ヘッドアセンブリ３６の末端側表面３８から遠位に伸びる合わせピン３７を受け入れて同ピン３７と協働するように戦略的に位置合わせされた通し穴４８を組み入れていなければならない（図５〜７）。ロータデバイス２５と同様に、これらの合わせピン３７は、シム４４をヘッドアセンブリ３６に対して装着、固定、及び位置合わせするために、シム４４内の対応する通し穴４８に滑動式に受け入れられる。
【００６５】
図５、図７、及び図８に最も良く示されるように、シムは、多様な形状で構成可能である。例えば、シムは、従来の円形（図８）であってよい、又は効率的で且つ微小な三角形（図５及び図７）であってよい。
【００６６】
シム４４の材料組成は、ロータデバイスとステータデバイスとの間に加えられる大きな圧縮力に耐えるのに十分な構造的完全性を有することが望ましい。しかしながら、材料は、圧縮が作用される際に、ロータ面をステータ面に対して実質的に同一平面で着座させることを可能にするのに十分にコンプライアブル（柔軟）でもなければならない。例えば、圧縮弾性率κは、約２５０ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０9Ｐａ）から約３００ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０9Ｐａ）の範囲であることが好ましい。特定の一実施形態では、シム４４の材料組成は、約０．０１０インチ（およそ０．２５４ｍｍ）から約０．０４０インチ（およそ１．０１６ｍｍ）の範囲の厚さを有するポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）又はポリエルテル若しくはポリカーボネートで構成されてよい。
【００６７】
図９〜１２に示されるような、別の具体的な一実施形態のコンプライアンスアセンブリ４５では、ロータデバイス２５は、コンプライアントサポートデバイス５０によって受け入れられて支持される金属製又はセラミック製の（挿入可能な）ロータ要素４６を含む。この実施形態では、サポートデバイス５０は、コンプライアント要素として機能し、したがって、挿入されたロータ要素４６の裏側（すなわち、基部側の面）に対するコンプライアントな裏当てを提供する。図１０〜１２は、金属製のロータ要素４６が、ロータ溝４７を含むとともに実質的に平坦な末端側向きロータ面２６を有する円盤状であると好ましいことを、最も良く示している。
【００６８】
サポートデバイス５０は、その大部分が、図５〜７の実施形態にあるような代表的なロータデバイス２５と同様に成形されている。サポートデバイスの末端側の面は、しかしながら、受入ソケット５１を画定し、該ソケットの周縁の内部側壁は、ロータ要素４６の基部側の面５４が受入ソケット５１の末端側のソケット面５５に接触してそれによって支持されるまでロータ要素４６の外周のすなわち周縁の壁５３をプレス嵌めによって受け入れるように形成及び寸法決定される。
【００６９】
コンプライアントな裏当て材料を提供することによって、少なくとも軸方向において、サポートデバイス５０の接触表面は、ロータデバイス２５とステータ面２２との間に圧縮力が印加される際に幾らかのコンプライアンス（変形）又は圧縮を有するはずである。このような圧縮コンプライアンスは、実質的に平坦なロータ面２６が実質的に平坦なステータ面に対して実質的に平行な向きに僅かに位置を移すことを可能にする。要するに、コンプライアント材料は、金属ロータ要素の裏側との接触ゆえに「移動」又は圧縮し、ポリマがロータ面とステータボスのステータ面との間の任意のずれを吸収することを可能にする。ロータ面２６は、すると、ステータボス面２２に対して平らに且つ実質的に平行に密着及び合わさることができる。
【００７０】
具体的な一実施形態では、サポートデバイス５０は、好ましくは、約０．１００インチ（およそ２．５４ｍｍ）から約０．２００インチ（およそ５．０８ｍｍ）の厚さで、約４０００ｋｐｓｉ（およそ２．７６×１０10Ｐａ）から約５０００ｋｐｓｉ（およそ３．４５×１０10Ｐａ）の範囲の圧縮弾性率κを有し、高い引張強度及び圧縮強度を示すポリマ材料で構成される。これらその他の特性を示すこのようなコンプライアント材料は、微小なコンプライアンスを許容しつつ、軸方向におけるロータ要素４６のロータ面２６への高圧縮力の伝達を更に可能にする。図１３及び図１４に最も良く示されるように、ロータ要素の周縁において約１°又は約０．００５インチ（およそ０．１２７ｍｍ）の程度のコンプライアンスが実現可能である。
【００７１】
使用されるポリマ材料は、様々な用途に応じて可変である。用途が高圧用途だとみなされるなかで低い方の範囲（例えば３〜６Ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０7〜４．１４×１０7Ｐａ））であるかどうかによって、ＰＥＥＫTM又はナイロンなどの、より軟質の未充填ポリマが適用されてよい。反対に、より高圧の用途（例えば１５〜２５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8〜１．７２×１０8Ｐａ））の場合は、ポリマの引張強度及び圧縮強度を大幅に高めるカーボン充填ポリマ材料が必要とされるであろう。
【００７２】
このような高強度ポリマサポート材料の１つは、ＰＥＥＫTMとカーボンファイバとのエンジニアードブレンド（例えばカーボン２０〜３０％のＰＥＥＫTMブレンド）である。このポリマ材料は、カーボンを充填されており、必須とされる高い引張強度及び圧縮強度を生み出す。したがって、バルブを密着させるために必要とされるばね座金３２の高圧ゆえに、このＰＥＥＫTMブレンドは、現時点において好ましい材料である。しかしながら、その他のポリマベースの材料、又はひいては更に高強度のエラストマが使用されてもよいことがわかる。
【００７３】
次に、図１０及び図１１を見ると、円盤状のロータ要素４６は、概してキー係合される。これは、ロータ面２６をドライブシャフト３５に対して位置合わせするのみならず、サポートデバイス５０の回転の際におけるロータ要素へのトルク伝達を促す働きもする。機械加工を容易にするために、ロータ要素４６は、「Ｄ字」型であり、雌の受入ソケット５１は、平らな部分の隅にエンドミルの半径ぶんの逃げをつけた変形「Ｄ字」型である。これら２つのパーツは、アーバープレスを使用して組み立てられる。アーバープレスは、２つのパーツをプレス嵌め（０．００２インチ（およそ０．０５０８ｍｍ）のプレス嵌め）して合体させる。もちろん、外周縁は、金属シールインサートがポリマ裏当てにプレス嵌めされることを可能にする任意の形状であってよいことがわかる。
【００７４】
次に、図１６〜２４を参照すると、ロータアセンブリ２９は、対向するロータ面とステータ面とがステータボス２７上で互いに密着する及び同一平面で合わさることを可能にする向きにロータ面を「搖動」及び／又は「枢動」させることを可能にする代替の一実施形態のロータ面コンプライアンスアセンブリ４５を取り入れている。
【００７５】
この構成では、簡単に説明すると、（図１６及び図２０〜２３の実施形態において提供されるのと同様な）円盤状で金属製のロータ要素６０が、ボールベアリング６１上に枢動式に着座され、該ボールベアリング６１は、更に、ドライブシャフト３５のヘッドアセンブリ３６の末端上に着座される。したがって、ドライブシャフト３５に圧縮力が加えられるのに伴って、その力は、ボールベアリング６１を介してロータ要素６０に伝達される。ロータ／ステータ界面において、隣り合う対向する接触間の圧力が増大されると、ロータ要素６０は、ロータ面をステータ面に対して実質的に平行になるように再方向付け及び位置合わせすることを目指して微小な搖動又は枢動を生じる。
【００７６】
枢動するロータ要素６０の支持を容易にするために、ドライブリング６２が提供される。該リングは、やはり、それが取って代わる従来のロータデバイスと同様に成形される。図１６及び図１７は、このドライブリングが軸方向に伸びる受入孔６３を含んでおり、その受入孔６３に挿入されるロータ要素６０をその中で「浮遊」可能にすると同時に、該ロータ要素６０を回転軸を中心とした回転のためにドライブリング６２に対して回転式に固定するように軸方向に受け入れるように受入孔６３が形成されていることを、最も良く示している。
【００７７】
したがって、受入孔６３を画定する内部側壁６６の内径は、ロータ要素６０の微小な枢動を許容するために、ロータ要素６０の外周壁６７の直径よりも僅かに大きい。明瞭さを期するために、例えば、シールインサートの内径と、ドライブリングの内径との間は、約０．０２０インチ（およそ０．５０８ｍｍ）（各側０．０１０インチ（およそ０．２５４ｍｍ））である。これは、シールインサートがドライブリング内において各側０．０１０インチ（およそ０．２５４ｍｍ）ぶん側方に行き来することを可能にする。
【００７８】
ボールベアリング６１上における着座を支持するために、ロータ要素６０の基部側向き表面は、ボールベアリングの一部分を受け入れるように形成、サイズ決定、及び寸法決定されたドーム状のボールソケット６８を含む。この構成は、ボールベアリングを中心とした且つドライブリング６２に相対的な枢動を支持する役割も担っている。
【００７９】
ドライブシャフト軸を中心としたドライブリング６２の回転に伴って、軸方向に浮遊するロータ要素６０にトルクを伝達するために、ドライブリング６２の内部側壁６６から半径方向に孔６３の中へ複数のガイドピン７０が伸びている。これらの半径方向のガイドピン７０は、ロータ要素の外周壁６７に沿って軸方向に伸びる対応する細長い受入スロット７１に滑動式に軸方向に受け入れられるように形成される。したがって、ドライブリングの回転に伴って、ガイドピン７０は、この回転運動をロータ要素に直接伝達する。
【００８０】
精密で且つ正確な、ロータ要素の回転変位及び回転運動のためには、ガイドピン７０の直径と、対応する受入スロットの幅との間の許容差は、したがって、比較的小さいことが望ましい。具体的な一実施形態では、例えば、ガイドピンの直径とスロットの幅との間の許容差は、およそ０．００２インチ（およそ０．０５０８ｍｍ）（各側０．００１インチ（およそ０．０２５４ｍｍ））である。例えば、もし、ガイドピンの直径が約０．０２９〜０．０３１インチ（およそ０．７３７〜０．７８７ｍｍ）であるように選択されたならば、ロータ要素内のガイドスロット７１の幅は、約０．０３１〜０．０３３インチ（およそ０．７８７〜０．８３８ｍｍ）の範囲であるように選択されることが望ましい。このような比較的小さな許容差は、駆動シャフト軸を中心としたドライブリング６２の回転を実質直ちにロータ要素６０に直接伝達することを可能にする。したがって、ステータポート２３に対するロータシール溝４７の相対的位置を正確に決定することが可能である。
【００８１】
半径方向に相隔てられたこれらのガイドスロット７１は、しかしながら、ガイドピン７０の半径方向の長さを僅かに上回る深さぶん、ロータ要素の外周壁６７の中へ半径方向に伸びてもいる。この許容差は、上述された、駆動リングの受入孔６３内におけるロータデバイスの（各側約０．０１０インチ（およそ０．２５４ｍｍ）程度の）微小な側方運動を可能にするために、ガイドピン７０が、対応するガイドスロットに対して僅かに出入りすることを許容する。したがって、ロータ要素６０は、ボールベアリングを中心とした微小な枢動又は転がりに伴って、ガイドピン７０に沿って滑動もする。ガイドピン７０の、対応する受入スロット７１に軸方向に沿ったこの相対的な軸方向運動（及び非常に微小な相対的半径方向運動）は、受入孔内における側方への微小な運動と相まって、実質的に平坦なロータ面２６が、ステータ面２２に対して実質的に平行になるように僅かに再方向付けされることを可能にする。したがって、図１８〜２１の実施形態の、ポリマを裏当てされたサポートデバイス５０と異なり、この枢動式の実施形態によるコンプライアンスは、ロータ面がステータボス２７のステータ面２２に対して実質的に平行に且つ同一平面になるように再方向付けされるまでボールベアリングを中心に「運動」及び「枢動」（すなわち転がる）するロータ要素シールインサートの能力によって提供される。
【００８２】
これらのガイドピン７０は、（図解されているような）ねじを有していても良く、又は、ドライブリング６２の形成の際に成形若しくは圧延してもよい。更に、図では、受入孔６３の内部側壁６６において半径方向に相隔てられた５本のガイドピン７０が示されているが、コンプライアンスアセンブリ４５は、（コンプライアンスがより限られるが）１本のガイドピン及びそれに対応するスロットのみでも機能することができる。しかしながら、より高いコンプライアンスを与えるためには、最低でも３本の、半径方向に相隔てられたガイドピン及びそれに対応するガイドスロットが望ましいとされる。
【００８３】
ヘッドアセンブリ３６の末端側の面によって、やはり同様にボールベアリング６１に接触して着座するように形成された対向するドーム状ソケット７２も画定される。好ましくは、この対向するドーム状ソケット７２は、ドライブシャフト３５の末端における対応する通路７５にプレス嵌めされる挿入可能な合わせピン７３によって提供される。
【００８４】
次に、図１８及び図１９を参照すると、ばねアセンブリ３０を介した圧縮力がドライブシャフト３５をステータデバイス２１に向かって軸方向に駆り立てるのに伴って、合わせピン７３は、ボールベアリング６１を圧縮する。すると、ボールベアリング６１は、この軸方向の圧縮力をロータ要素６０に伝達し、ロータ−ステータ界面において流体密シールを形成する。
【００８５】
ボールベアリングに加えられる高い圧縮力に適応するためには、ボールベアリングの直径は、ロータ要素６０の直径の少なくとも２分の１（好ましくは３分の２）であることが望ましいことがわかる。これは、より小さい直径のボールベアリングの場合の、より集中した力分布と比べて、ロータ要素のドーム状ソケット６８において、より広く圧縮力が分布されることを保証する。
【００８６】
本発明は、主に、高いライフサイクル上限を要する高圧用途用のせん断面バルブ（例えばＨＰＬＣ機器プラットフォーム／設計）に適用するものとして説明されているが、本技術は、全てのせん断バルブプラットフォーム／設計（ＡＩ（分析化学）及びＩＶＤ（生体外診断））に適用可能であることがわかる。
【００８７】
更に、本発明は、発明を実施する好ましい形態及びその変更に関連して説明されているが、当業者ならば、以下の特許請求の範囲内においてその他の多くの変更が可能であることを理解している。したがって、発明の範囲は、いかなる形であれ上記の説明によって限定されることを意図されず、むしろ、専ら以下の特許請求の範囲を参照することによって決定される。
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、２００９年７月１３日に出願された同時係属米国仮特許出願第６１／２２５，１４３４号、２０１０年２月４日に出願された同時係属米国仮特許出願第６１／３０１，５１６号、及び２０１０年４月２７日に出願された同時係属米国仮特許出願第６１／３２８，５９４号の優先権を主張する。これらの出願は、いずれも、Towerを発明者として「ROTARY SHEAR VALVE ASSEMBLY WITH HARD-ON-HARD SEAL SURFACES（ハード・オン・ハードのシール表面を伴う回転せん断バルブアセンブリ）」と題され、いずれも、参照によって本明細書に全体を組み込まれる。
【０００２】
本発明は、回転せん断バルブに関するものであり、特に、ハード・オン・ハードの（硬質材料と硬質材料とが接する）シール表面を取り入れたせん断バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
現在の高圧液体クロマトグラフィせん断バルブは、金属性の要素と、ロータ／ステータ界面に流体密シールを形成するポリマ材料で構成されたロータデバイスとを用いるのが通例である。この組み合わせは、成果があるとわかっている一方で、圧力定格及びバルブ寿命において限界がある。例えば、１５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8Ｐａ）を超える高圧及び約１０Ｋサイクルを超える寿命を要する用途は、たとえこの組み合わせを使用しても、始終達成して持続させることはできない。
【０００４】
したがって、約１５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8Ｐａ）を超える圧力を保持可能であるとともに５０Ｋサイクルを超えるバルブ寿命を期待できるせん断面バルブを提供することが望まれている。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、実質平坦なステータ面と、対応するステータポートにおいてステータ面と流体連通している少なくとも２本又は３本以上のステータチャネルとを画定するステータデバイスを含む回転せん断バルブアセンブリを提供する。ステータ面は、実質金属性又はセラミックの材料で構成される。バルブアセンブリは、また、１本又は２本以上のロータチャネルを画定する実質平坦なロータ面を含むロータデバイスも含む。ロータ面も、同様に、実質金属性又はセラミックの材料で構成される。本発明にしたがうと、バルブアセンブリは、ロータ面上及びステータ面上のうちの少なくとも一方に配されたトライボロジ（潤滑）コーティングを含む。ロータデバイスは、２つ又は３つ以上のロータ位置の間における、ロータ−ステータ界面におけるロータ面とステータ面との間の流体密で且つ選択的な相対的回転を可能にするように、回転軸周りに回転式に装着される。
【０００６】
したがって、トライボロジコーティングの適用を通じて、高流体圧用途（すなわち、１５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8Ｐａ）から約２５Ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０8Ｐａ））用のメタル・オン・メタル（金属と金属とが接する）ステータデバイス／ロータデバイスを実現することができる。ゆえに、ロータ／ステータ界面に流体密シールを維持可能であるのみならず、バルブは、高いライフサイクル上限（すなわち、少なくとも約７５Ｋサイクル）も維持可能である。そのうえ、このようなトライボロジコーティングは、更に、これら２つの対向接触面の間の摩擦を軽減する働きもする。
【０００７】
本発明の一態様において、トライボロジコーティングは、ダイヤモンド・ライク・コーティング（ＤＬＣ）によって提供される。
【０００８】
別の具体的な一構成において、トライボロジコーティングは、ステータ面上に配される。
【０００９】
更に別の具体的な一実施形態において、ロータ面及びステータ面は、鋼又はチタンなどの金属性の材料で構成される。
【００１０】
本発明の別の一態様において、ロータデバイスは、実質平坦なロータ面を包含する金属性のロータ要素を含む。バルブアセンブリは、更に、実質平坦なロータ面をステータデバイスの実質平坦なステータ面に対して実質平行に且つ実質同一平面に方向付けるようにロータデバイスと協働するコンプライアンスアセンブリを含む。
【００１１】
具体的な一実施形態において、ロータデバイスは、ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を画定し、コンプライアンスアセンブリは、ロータデバイスのこの接触表面に対して支持的に接合接触するコンプライアント要素を含む。
【００１２】
別の具体的な一構成は、バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、該バルブシャフトの末端に配されたヘッド部分とを含むロータアセンブリを提供する。ヘッド部分は、その末端側着座表面を画定する。コンプライアント要素は、接触表面と反対を向いた基部側向き表面を画定する。コンプライアント要素は、ロータデバイスの接触表面及びヘッド部分の末端側着座表面に接合接触するように、それらの表面の間に配される。
【００１３】
更に別の具体的な一実施形態において、コンプライアント要素は、着座表面によって底部を画定される受入ソケットを画定する。受入ソケットは、ロータデバイスのロータ要素と位置合わせされて、ロータ要素を滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定される。受入ソケットは、更に、ロータ要素の外周壁をプレス嵌めによって受け入れるとともに該外周壁に接触するように形成及び寸法決定された内部側壁によっても画定される。
【００１４】
更に別の一実施形態において、内部側壁とロータ外周壁は、それらがキー係合によって位置合わせされるように協働する。より具体的には、内部側壁及びロータ外周壁は、Ｄ字型である。
【００１５】
更に別の具体的な一構成は、バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、該バルブシャフトの末端に配されたヘッド部分とを含むロータアセンブリを提供する。コンプライアンスアセンブリは、ロータアセンブリのヘッド部分とロータ要素との間に配されたボールベアリング部材を含み、ボールベアリング部材を中心としたロータ面の微小で且つコンプライアントな枢動運動を可能にする。
【００１６】
更に別の一実施形態は、ボールベアリング部材の一部分をその中に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ソケットを画定する末端側着座表面を有するヘッド部分を提供する。ロータ要素は、ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を有し、該接触表面は、ボールベアリング部材の別の一部分をその中に枢動式に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ボールソケットを画定する。
【００１７】
この構成において、コンプライアンスアセンブリは、更に、ヘッド部分の着座表面に隣接して配されたドライブリングを含む。ドライブリングは、ロータ要素をその中に軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された中央通し通路を画定する内壁を含む。許容差は、ボールベアリング部材上における微小な枢動運動が許されるような大きさである。
【００１８】
具体的な一実施形態において、コンプライアンスアセンブリは、更に、ロータ要素とドライブリングとを位置合わせして協働させるように構成された位置合わせ構造を含む。ロータ要素は、ロータ面と接触表面との間に伸びる実質円筒状の側壁を含む。側壁は、回転軸に実質平行に方向付けられるとともに側壁の中央部分から接触表面へ軸方向に伸びる２本又は３本以上の細長い受入スロットを画定する。位置合わせ構造は、ドライブリングの内壁から半径方向に内向きに伸びる２本又は３本以上の対応するガイドピンを含む。ガイドピンは、対応する受入スロットに滑動式に軸方向に受け入れられるようにサイズ決定及び寸法決定されている。
【００１９】
本発明の別の一態様において、実質平坦なステータ面と、対応するステータポートにおいてステータ面と流体連通している少なくとも２本又は３本以上のステータチャネルとを画定する金属性のステータデバイスを有する回転せん断バルブアセンブリが提供される。実質平坦なロータ面を画定する金属性のロータ要素を有するロータデバイスも含まれる。バルブアセンブリは、更に、実質平坦なロータ面をステータデバイスの実質平坦なステータ面に対して実質平行に且つ実質同一平面に方向付けるようにロータ要素と協働するコンプライアンスアセンブリを含む。このようなコンプライアンスは、２つ又は３つ以上のロータ位置において、ロータ−ステータ界面におけるロータ面とステータ面との間の流体密で選択的な相対的回転を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明のアセンブリは、添付の図面を併せたときに、発明を実施するための最良の形態の以下の説明と添付の特許請求の範囲とから更に容易に明らかになるその他の目的及び有利な特性を有する。
【００２１】
【図１】本発明にしたがって設計された金属性のロータ要素及び金属性のステータ要素の両方を取り入れたマイクロ流体バルブアセンブリの上面斜視図である。
【００２２】
【図２】図１のマイクロ流体バルブアセンブリの底面斜視図である。
【００２３】
【図３】図１のマイクロ流体バルブアセンブリの上面斜視図であり、ステータリング及びステータ要素を取り外した状態でロータ要素を示している。
【００２４】
【図４】図１のマイクロ流体バルブアセンブリを、ステータリングを取り外した状態で示した側面斜視図である。
【００２５】
【図５】図１のマイクロ流体バルブアセンブリのロータアセンブリ及びステータ要素を示した分解上面斜視図である。
【００２６】
図５は、図１のマイクロ流体バルブアセンブリのロータアセンブリ及びステータ要素を示した分解上面斜視図である。
【００２７】
【図６】図５のロータアセンブリの拡大上面斜視図である。
【００２８】
【図７】本発明にしたがって構築されたコンプライアンスアセンブリを取り入れた図６のロータアセンブリの部分分解上面斜視図である。
【００２９】
【図８】図１のマイクロ流体バルブアセンブリの縮小分解底面斜視図である。
【００３０】
【図９】代替の一実施形態のコンプライアンスアセンブリを取り入れたロータアセンブリの上面斜視図である。
【００３１】
【図１０】図９のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの部分分解上面斜視図である。
【００３２】
【図１１】図９のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリをステータ要素とともに示した分解上面斜視図である。
【００３３】
【図１２】図１０のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの分解底面斜視図である。
【００３４】
【図１３】図９のコンプライアンスアセンブリを取り入れた図１のマイクロ流体バルブアセンブリを断面で示した拡大部分側面図である。
【００３５】
【図１４】図１３のコンプライアンスアセンブリを断面で示した側面図である。
【００３６】
【図１５】別の代替の一実施形態のコンプライアンスアセンブリを取り入れたロータアセンブリの上面斜視図である。
【００３７】
【図１６】図１５のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの分解上面斜視図である。
【００３８】
【図１７】図１５のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの分解底面斜視図である。
【００３９】
【図１８】図１５のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリを断面で示した側面図である。
【００４０】
【図１９】図１５のコンプライアンスアセンブリを取り入れた図１のマイクロ流体バルブアセンブリを断面で示した側面図である。
【００４１】
【図２０】図１５のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの部分分解側面斜視図である。
【００４２】
【図２１】図１５のロータアセンブリ及びコンプライアンスアセンブリの分解底面斜視図である。
【００４３】
【図２２】図１５のコンプライアンスアセンブリの拡大分解底面斜視図である。
【００４４】
【図２３】図１５のコンプライアンスアセンブリの拡大分解上面斜視図である。
【００４５】
【図２４】図１５のコンプライアンスアセンブリの拡大上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明は、幾つかの具体的な実施形態を参照にして説明されるが、説明は、発明を例示したものであり、発明を限定するものと解釈されるべきでない。当業者ならば、添付の特許請求の範囲に定められた発明の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。より良い理解のために、各種図面を通して類似の構成要素が類似の参照符号によって示されることに留意せよ。
【００４７】
概して図１〜８を参照すると、実質的に金属製又はセラミック製で実質的に平坦なステータ面２２を有するステータデバイス２１を含む回転せん断バルブアセンブリ２０が提供される。ステータデバイスは、対応するステータポート２３においてステータ面と流体連通している少なくとも２本又は３本以上のステータチャネルを画定する。バルブアセンブリ２０は、更に、実質的に金属製又はセラミック製で実質的に平坦なロータ面２６を有するロータデバイス２５を含む。本発明にしたがうと、ロータ面上及びステータ面上のうちの少なくとも一方にトライボロジコーティングが配される。したがって、ロータ−ステータ界面におけるロータ面とステータ面との間の選択的な相対的回転のために、ロータデバイス２５が回転軸周りに回転式に装着されたときは、２つ又は３つ以上のロータ位置の間における相対的回転の最中に、２つの金属性の面の間に流体密シールが形成される。
【００４８】
したがって、一部にはトライボロジコーティングのおかげで、高いライフサイクル上限（すなわち、少なくとも約７５サイクル）も維持可能な高圧用途（すなわち、１５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8Ｐａ）から約２５Ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０8Ｐａ））用のメタル・オン・メタルの流体密シールがロータ／ステータ界面に形成される。ロータ面上及び／又はステータ面上のうちの少なくとも一方に対するこのようなトライボロジコーティングは、ステータデバイスとロータデバイスとの間の必然的な高圧圧縮圧力下において流体密で且つ低摩擦の耐久性シールを形成可能にする。
【００４９】
説明されるように、少なくともロータ面２６及びステータ面２２は、ともに、高圧縮力下における耐久性を高めるために比較的剛性の材料で構成される。その他の構成では、ロータデバイス２５及びステータデバイス２１の全体が、実質的に剛性の材料で構成される。
【００５０】
好ましくは、ロータデバイス及びステータデバイスは、ともに、３１６ステンレス鋼、二相ステンレス鋼、チタン、合金鋼、又は工具鋼組成などの、金属組成で構成される。しかしながら、高いライフサイクル上限を伴う同様な高圧能力を生み出すことを見いだされたその他の適切な剛性材料も、ロータ面２６上及び／又はステータ面２２上のうちの少なくとも一方に適切なトライボロジコーティングが配される限り適用可能である。このような適切な材料群の１つは、例えば、アルミナ、ＳＳＩＣ、ジルコニアなどの、セラミックである。ただし、ロータ及びステータが金属材料又はセラミック材料のいずれで構成されるにせよ、その材料は、トライボロジ材料をコーティング可能でなければならないことがわかる。
【００５１】
ステータ面及び／又はロータ面のうちの少なくとも一方のコーティングは、これらの高圧用途においてロータ／ステータ界面に流体密の低摩擦シールを形成するために必要であることを見いだされた。上述された所要の理由ゆえに、ロータ面及びステータ面は、実質的に剛性の材料組成を有するので、これらの剛性材料は、当然ながら、比較的非コンプライアブル（非柔軟性）である。
【００５２】
ただし、このようなコーティングは、これらの高流体圧高圧縮力条件下における高いライフサイクルのために十分な構造的完全性も示さなければならない。対向する剛性表面界面間における加圧流体密シールの形成にとって適切で且つ効果的なコーティングの１つが、トライボロジコーティングである。これらのコーティングは、高い強度（強靭性）及び低い摩擦性を示すとともに、液体クロマトグラフィにおいて使用される大半の化学物質に対して耐性であることを見いだされている。
【００５３】
この用途に特に適した具体的なトライボロジコーティングの１つは、バルザース・エリコン（Balzers Oerlikon）によって提供されるSTAR（登録商標）DLC及びBALINIT（登録商標）DLC、又はイオンボンド（Ionbond）によって提供されるaDLCなどの、ダイヤモンドライクコーティング（ＤＬＣ）である。ただし、これらの特性を示すその他のトライボロジコーティングも適用可能である。
【００５４】
本発明にしたがうと、ステータ面及びロータ面２６は、そのうちの少なくとも一方が、又はそれらの両方が、トライボロジ材料でコーティングされる。具体的な一実施形態では、特定の条件下において、ステータボス２７のステータ面２２へのトライボロジコーティングの適用が、より強く且つより長持ちする流体密シールをロータ−ステータ界面に提供するのにとりわけ有利であることを見いだされた（図８）。例えば、高流体圧用途（すなわち、約１８Ｋｐｓｉ（およそ１．２４×１０8Ｐａ）を超える）の場合は、流体密シールを維持するために、より高い軸圧縮力がロータ面２６とステータ面２２との間に必要である。バルブがセットされたときに（すなわち、圧力調整ナットが、或る減衰速度が達成されるまで調整されたとき。この速度は、通例、０．３μＬ／分である。流体圧は、ステータポート／ロータシール溝を通じてバルブに加えられる。バルブは、０．３μＬ／分の漏出速度において所要の圧力（この事例では１５〜２５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8〜１．７２×１０8Ｐａ））を保持したときに、「セット」される）、ばねアセンブリ３０（調整ナット３１及びばね座金３２を含む（図８））によってシールに加えられる高圧は、ステータボス２７の周縁部分によってコーティングシールの凹みを引き起こすことがある。したがって、もし、ロータ面２６が（例えば、ロータ面単独で又はステータ面とともに）コーティングされる場合、これらの事例では、コーティングの亀裂、又はバルブの作動に伴った縁部分における剥離ゆえに、一貫性のない結果及び部品の損傷が観測されている。
【００５５】
この凹みは、バルブの作動に伴って、凹み付近においてコーティングをロータシールから「剥がれさせる」又は剥離させると考えられる。このコーティングが除去されるのに伴って、残骸及び場合によっては未コーティングの金属が、残りのコーティングに傷跡を付け、ステータボス上のコーティングの完全性を低下させ、ステータ上のコーティングを損なうことが観測されている。ひとたびこの劣化が始まると、ロータ／ステータ界面における流体密シールは、圧力を保持することができなくなる。
【００５６】
ステータ面のみがトライボロジコーティングをコーティングされるときは、これらの高圧用途下においてこの劣化は観測されない。更に、より低圧（３〜６Ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０7〜４．１４×１０7Ｐａ））では、ステータシール及びロータシールがともにコーティング（ＤＬＣ又はそれ以外）されて優れたシールを提供可能であると考えられる。なぜならば、ハード・オン・ハードバルブは、このような圧力において動作するからである。シールに加えられるこれらの圧力の低さゆえに、ロータシールが凹んでコーティングを損なう事態は生じにくい。
【００５７】
次に、代表的なせん断バルブアセンブリ２０を図解された図１〜５及び図８を参照する。簡単に言うと、図８に最も良く示されるように、せん断バルブアセンブリは、通例、ロータアセンブリ２９を回転式にその中に配されるケースアセンブリ３３（基本的に、バルブケースとステータリングとからなる）を含む。ロータアセンブリ２９は、ドライブシャフト３５と、ロータデバイス２５をその上に着座させるように構成された末端側のヘッドアセンブリ３６とを含む。力の集中と、ロータデバイスがヘッドアセンブリ３６上において枢動する能力とを助長するために、ヘッドアセンブリは、その末端側表面３８から僅かに直立している隆起した台又はパッド３４を含む。この直立シャフトパッド３４は、好ましくは円盤状であり、ロータデバイス２５の接触表面４０に直接接触して着座するように構成された実質的に平坦な着座表面３９を有する。ただし、図５、図７、及び図８は、これらの表面の間に、以下で詳しく説明される薄いコンプライアント要素すなわちシム部材４４を配された状態で示されていることがわかる。
【００５８】
この直立パッド３４の直径は、ロータデバイスの接触表面４０の直径よりも小さいことが好ましい。しかしながら、この直径は、ロータデバイスの直径の約４５％程度以上でもあることが好ましく、このような小さい直径は、ロータ面とステータ面とが完全に接触するようにロータデバイスが微小なぐらつきを生じることを可能にする。したがって、以下で更に詳しく説明されるように、ロータデバイス２５の接触表面４０と、直立シャフトパッド３４の着座表面３９とは、互いに実質的に同一平面で接触する必要はない。具体的な一実施形態では、直立パッドの直径は、約０．２００インチ（およそ５．０８ｍｍ）から約０．３６８インチ（およそ９．３５ｍｍ）の範囲で、より好ましくは約０．２３０インチ（およそ５．８４ｍｍ）であってよく、一方で、ロータデバイスの直径は、約０．６００インチ（およそ１５．２ｍｍ）から約０．６２５インチ（およそ１５．９ｍｍ）の範囲であってよい。
【００５９】
代表的な一構成では、戦略的に方向付けられた３本の合わせピン３７が、ヘッドアセンブリ３６の末端側表面３８から遠位に伸びている（図５〜７）。これらの合わせピン３７は、円盤状のロータデバイス２５をドライブシャフト３５に対して装着及び位置合わせする働きをするロータデバイス２５内の対応する通し穴４１に、滑動式に受け入れられる。更に、これらの合わせピン３７は、トルク伝達と、それゆえの、回転軸を中心としたドライブシャフト３５の回転に伴うロータデバイス２５の回転とを可能にする。
【００６０】
ステータデバイス２１は、ステータボスのステータ面２２をロータデバイス２５のロータ面２６に隣接及び接触するように位置決めするようにナット４３を介してケースアセンブリ３３の末端側部分４２に装着される。ロータ−ステータ界面においてロータデバイス２５とステータデバイス２１との間に圧縮力を生じさせるために、ケースアセンブリ３３とドライブシャフト３５のヘッドアセンブリとの間にばねアセンブリ３０が組み込まれる。簡単に言うと、ケースアセンブリ３３の基部側部分に、圧力調整ナット３１が螺合される。圧力調整ナットの末端がばねスタック（すなわち、スタック状のばね座金３２の）を圧縮してヘッドアセンブリ３６に押し付けるのに伴って、ロータデバイス２５は、圧縮によってステータボス２７へと駆り立てられる。近年は、バルブの再構築という大きな利点のある、圧力調整アセンブリを取り入れた更に新しい超高圧流体用途用のマイクロ流体バルブが開発されている。これらのアセンブリは、２０１０年６月１４日に出願され、「REBUILDABLE MICRO-FLUIDIC VALVE ASSEMBLY（再構築可能なマイクロ流体バルブアセンブリ）」と題されたTower et al.への我々の米国特許出願第１２／８１５，２６５号に開示されており、その全体が参照によって組み込まれる。
【００６１】
次に、図３〜７を参照する。本発明にしたがうと、ステータデバイス２１及びロータデバイス２５は、ともに、金属製の材料で構成されて、メタル・オン・メタルのステータ−ロータ界面を形成している。もちろん、トライボロジコーティング（好ましくはＤＬＣ）が、真のメタル・オン・メタル接触を隔てて、より高圧の状況下において流体密シールを形成する働きをしている。上記のように、約１５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8Ｐａ）を超える用途の場合は、ステータ面２２がコーティングされることが好ましく、一方で、約３Ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０7Ｐａ）から約６Ｋｐｓｉ（およそ４．１４×１０7Ｐａ）未満の範囲の用途の場合は、ステータ面２２、ロータ面２６、又はそれらの面の両方、のうちのいずれかをコーティングすることができる。
【００６２】
このコーティングされたメタル・オン・メタル構成では、これらのせん断面バルブ部品の剛性及び硬さゆえに、ステータデバイス及びロータデバイスの実質的に平坦な面を互いに実質的に平行に方向付けることが大いに有益である。しかしながら、このような実質的に平行な方向付けは、実現可能である一方で、法外な費用がかかる恐れがあり、ゆえに、実用的でない。部品公差の積もり重なりによって、金属ロータ面２６は、実質的に平坦なステータ面に対して平らにすなわち実質的に平行で且つ同一平面に密着しない恐れがある、又はステータは、最初の場所で完全に平坦にならない恐れがある。
【００６３】
したがって、本発明の別の態様にしたがうと、ロータアセンブリ２９は、実質的に平坦なロータ面２６をステータ面２２に対して実質的に平行に方向付けるためにそのロータ面２６と協働するロータ面コンプライアンスアセンブリ４５を取り入れている。コンプライアンスアセンブリ４５は、例えば、ヘッドアセンブリ３６とロータデバイス２５（又は図９〜１３の実施形態のロータ素子４６などの、金属製若しくはセラミック製の、ロータデバイス２５の少なくとも一部分）との間に配されて実質的に平坦なロータ面２６をステータ面２２に対して実質的に平行に方向付けることを可能にするように圧縮可能であるコンプライアント要素（例えば、図５〜８の実施形態のシム部材４４、又は図９〜１３の実施形態のサポートデバイス５０）を含む。特定の一実施形態では、上記のように、コンプライアント要素は、隆起した台３４の末端側着座表面３９とロータアセンブリ２９の接触表面４０との間に配されたコンプライアントシム部材４４によって提供される。したがって、ロータデバイス２５に対するヘッドアセンブリ３６の圧縮、及びそれゆえの、ステータ面に対するロータ面の圧縮の際に、実質的によりコンプライアント（柔軟）であるシム４４は、ロータ面をステータ面に対してより同一平面で且つ平行に着座させる。上記のように、ロータデバイス２５の接触表面４０と直立シャフトパッド３４の着座表面３９との間における完全に同一平面での着座の必要性は、ロータ面とステータ面との間における同一平面で且つ密着した接触を保証するためにそれほど必要でない。
【００６４】
シム部材４４の直径は、好ましくは、ロータデバイス２５の接触表面４０の直径未満であるが、ただし、ヘッドアセンブリ３６の末端側表面３８から遠位に伸びる合わせピン３７を受け入れて同ピン３７と協働するように戦略的に位置合わせされた通し穴４８を組み入れていなければならない（図５〜７）。ロータデバイス２５と同様に、これらの合わせピン３７は、シム４４をヘッドアセンブリ３６に対して装着、固定、及び位置合わせするために、シム４４内の対応する通し穴４８に滑動式に受け入れられる。
【００６５】
図５、図７、及び図８に最も良く示されるように、シムは、多様な形状で構成可能である。例えば、シムは、従来の円形（図８）であってよい、又は効率的で且つ微小な三角形（図５及び図７）であってよい。
【００６６】
シム４４の材料組成は、ロータデバイスとステータデバイスとの間に加えられる大きな圧縮力に耐えるのに十分な構造的完全性を有することが望ましい。しかしながら、材料は、圧縮が作用される際に、ロータ面をステータ面に対して実質的に同一平面で着座させることを可能にするのに十分にコンプライアブル（柔軟）でもなければならない。例えば、圧縮弾性率κは、約２５０ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０9Ｐａ）から約３００ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０9Ｐａ）の範囲であることが好ましい。特定の一実施形態では、シム４４の材料組成は、約０．０１０インチ（およそ０．２５４ｍｍ）から約０．０４０インチ（およそ１．０１６ｍｍ）の範囲の厚さを有するポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）又はポリエルテル若しくはポリカーボネートで構成されてよい。
【００６７】
図９〜１２に示されるような、別の具体的な一実施形態のコンプライアンスアセンブリ４５では、ロータデバイス２５は、コンプライアントサポートデバイス５０によって受け入れられて支持される金属製又はセラミック製の（挿入可能な）ロータ要素４６を含む。この実施形態では、サポートデバイス５０は、コンプライアント要素として機能し、したがって、挿入されたロータ要素４６の裏側（すなわち、基部側の面）に対するコンプライアントな裏当てを提供する。図１０〜１２は、金属製のロータ要素４６が、ロータ溝４７を含むとともに実質的に平坦な末端側向きロータ面２６を有する円盤状であると好ましいことを、最も良く示している。
【００６８】
サポートデバイス５０は、その大部分が、図５〜７の実施形態にあるような代表的なロータデバイス２５と同様に成形されている。サポートデバイスの末端側の面は、しかしながら、受入ソケット５１を画定し、該ソケットの周縁の内部側壁は、ロータ要素４６の基部側の面５４が受入ソケット５１の末端側のソケット面５５に接触してそれによって支持されるまでロータ要素４６の外周のすなわち周縁の壁５３をプレス嵌めによって受け入れるように形成及び寸法決定される。
【００６９】
コンプライアントな裏当て材料を提供することによって、少なくとも軸方向において、サポートデバイス５０の接触表面は、ロータデバイス２５とステータ面２２との間に圧縮力が印加される際に幾らかのコンプライアンス（変形）又は圧縮を有するはずである。このような圧縮コンプライアンスは、実質的に平坦なロータ面２６が実質的に平坦なステータ面に対して実質的に平行な向きに僅かに位置を移すことを可能にする。要するに、コンプライアント材料は、金属ロータ要素の裏側との接触ゆえに「移動」又は圧縮し、ポリマがロータ面とステータボスのステータ面との間の任意のずれを吸収することを可能にする。ロータ面２６は、すると、ステータボス面２２に対して平らに且つ実質的に平行に密着及び合わさることができる。
【００７０】
具体的な一実施形態では、サポートデバイス５０は、好ましくは、約０．１００インチ（およそ２．５４ｍｍ）から約０．２００インチ（およそ５．０８ｍｍ）の厚さで、約４０００ｋｐｓｉ（およそ２．７６×１０10Ｐａ）から約５０００ｋｐｓｉ（およそ３．４５×１０10Ｐａ）の範囲の圧縮弾性率κを有し、高い引張強度及び圧縮強度を示すポリマ材料で構成される。これらその他の特性を示すこのようなコンプライアント材料は、微小なコンプライアンスを許容しつつ、軸方向におけるロータ要素４６のロータ面２６への高圧縮力の伝達を更に可能にする。図１３及び図１４に最も良く示されるように、ロータ要素の周縁において約１°又は約０．００５インチ（およそ０．１２７ｍｍ）の程度のコンプライアンスが実現可能である。
【００７１】
使用されるポリマ材料は、様々な用途に応じて可変である。用途が高圧用途だとみなされるなかで低い方の範囲（例えば３〜６Ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０7〜４．１４×１０7Ｐａ））であるかどうかによって、ＰＥＥＫTM又はナイロンなどの、より軟質の未充填ポリマが適用されてよい。反対に、より高圧の用途（例えば１５〜２５Ｋｐｓｉ（およそ１．０３×１０8〜１．７２×１０8Ｐａ））の場合は、ポリマの引張強度及び圧縮強度を大幅に高めるカーボン充填ポリマ材料が必要とされるであろう。
【００７２】
このような高強度ポリマサポート材料の１つは、ＰＥＥＫTMとカーボンファイバとのエンジニアードブレンド（例えばカーボン２０〜３０％のＰＥＥＫTMブレンド）である。このポリマ材料は、カーボンを充填されており、必須とされる高い引張強度及び圧縮強度を生み出す。したがって、バルブを密着させるために必要とされるばね座金３２の高圧ゆえに、このＰＥＥＫTMブレンドは、現時点において好ましい材料である。しかしながら、その他のポリマベースの材料、又はひいては更に高強度のエラストマが使用されてもよいことがわかる。
【００７３】
次に、図１０及び図１１を見ると、円盤状のロータ要素４６は、概してキー係合される。これは、ロータ面２６をドライブシャフト３５に対して位置合わせするのみならず、サポートデバイス５０の回転の際におけるロータ要素へのトルク伝達を促す働きもする。機械加工を容易にするために、ロータ要素４６は、「Ｄ字」型であり、雌の受入ソケット５１は、平らな部分の隅にエンドミルの半径ぶんの逃げをつけた変形「Ｄ字」型である。これら２つのパーツは、アーバープレスを使用して組み立てられる。アーバープレスは、２つのパーツをプレス嵌め（０．００２インチ（およそ０．０５０８ｍｍ）のプレス嵌め）して合体させる。もちろん、外周縁は、金属シールインサートがポリマ裏当てにプレス嵌めされることを可能にする任意の形状であってよいことがわかる。
【００７４】
次に、図１６〜２４を参照すると、ロータアセンブリ２９は、対向するロータ面とステータ面とがステータボス２７上で互いに密着する及び同一平面で合わさることを可能にする向きにロータ面を「搖動」及び／又は「枢動」させることを可能にする代替の一実施形態のロータ面コンプライアンスアセンブリ４５を取り入れている。
【００７５】
この構成では、簡単に説明すると、（図１６及び図２０〜２３の実施形態において提供されるのと同様な）円盤状で金属製のロータ要素６０が、ボールベアリング６１上に枢動式に着座され、該ボールベアリング６１は、更に、ドライブシャフト３５のヘッドアセンブリ３６の末端上に着座される。したがって、ドライブシャフト３５に圧縮力が加えられるのに伴って、その力は、ボールベアリング６１を介してロータ要素６０に伝達される。ロータ／ステータ界面において、隣り合う対向する接触間の圧力が増大されると、ロータ要素６０は、ロータ面をステータ面に対して実質的に平行になるように再方向付け及び位置合わせすることを目指して微小な搖動又は枢動を生じる。
【００７６】
枢動するロータ要素６０の支持を容易にするために、ドライブリング６２が提供される。該リングは、やはり、それが取って代わる従来のロータデバイスと同様に成形される。図１６及び図１７は、このドライブリングが軸方向に伸びる受入孔６３を含んでおり、その受入孔６３に挿入されるロータ要素６０をその中で「浮遊」可能にすると同時に、該ロータ要素６０を回転軸を中心とした回転のためにドライブリング６２に対して回転式に固定するように軸方向に受け入れるように受入孔６３が形成されていることを、最も良く示している。
【００７７】
したがって、受入孔６３を画定する内部側壁６６の内径は、ロータ要素６０の微小な枢動を許容するために、ロータ要素６０の外周壁６７の直径よりも僅かに大きい。明瞭さを期するために、例えば、シールインサートの内径と、ドライブリングの内径との間は、約０．０２０インチ（およそ０．５０８ｍｍ）（各側０．０１０インチ（およそ０．２５４ｍｍ））である。これは、シールインサートがドライブリング内において各側０．０１０インチ（およそ０．２５４ｍｍ）ぶん側方に行き来することを可能にする。
【００７８】
ボールベアリング６１上における着座を支持するために、ロータ要素６０の基部側向き表面は、ボールベアリングの一部分を受け入れるように形成、サイズ決定、及び寸法決定されたドーム状のボールソケット６８を含む。この構成は、ボールベアリングを中心とした且つドライブリング６２に相対的な枢動を支持する役割も担っている。
【００７９】
ドライブシャフト軸を中心としたドライブリング６２の回転に伴って、軸方向に浮遊するロータ要素６０にトルクを伝達するために、ドライブリング６２の内部側壁６６から半径方向に孔６３の中へ複数のガイドピン７０が伸びている。これらの半径方向のガイドピン７０は、ロータ要素の外周壁６７に沿って軸方向に伸びる対応する細長い受入スロット７１に滑動式に軸方向に受け入れられるように形成される。したがって、ドライブリングの回転に伴って、ガイドピン７０は、この回転運動をロータ要素に直接伝達する。
【００８０】
精密で且つ正確な、ロータ要素の回転変位及び回転運動のためには、ガイドピン７０の直径と、対応する受入スロットの幅との間の許容差は、したがって、比較的小さいことが望ましい。具体的な一実施形態では、例えば、ガイドピンの直径とスロットの幅との間の許容差は、およそ０．００２インチ（およそ０．０５０８ｍｍ）（各側０．００１インチ（およそ０．０２５４ｍｍ））である。例えば、もし、ガイドピンの直径が約０．０２９〜０．０３１インチ（およそ０．７３７〜０．７８７ｍｍ）であるように選択されたならば、ロータ要素内のガイドスロット７１の幅は、約０．０３１〜０．０３３インチ（およそ０．７８７〜０．８３８ｍｍ）の範囲であるように選択されることが望ましい。このような比較的小さな許容差は、駆動シャフト軸を中心としたドライブリング６２の回転を実質直ちにロータ要素６０に直接伝達することを可能にする。したがって、ステータポート２３に対するロータシール溝４７の相対的位置を正確に決定することが可能である。
【００８１】
半径方向に相隔てられたこれらのガイドスロット７１は、しかしながら、ガイドピン７０の半径方向の長さを僅かに上回る深さぶん、ロータ要素の外周壁６７の中へ半径方向に伸びてもいる。この許容差は、上述された、駆動リングの受入孔６３内におけるロータデバイスの（各側約０．０１０インチ（およそ０．２５４ｍｍ）程度の）微小な側方運動を可能にするために、ガイドピン７０が、対応するガイドスロットに対して僅かに出入りすることを許容する。したがって、ロータ要素６０は、ボールベアリングを中心とした微小な枢動又は転がりに伴って、ガイドピン７０に沿って滑動もする。ガイドピン７０の、対応する受入スロット７１に軸方向に沿ったこの相対的な軸方向運動（及び非常に微小な相対的半径方向運動）は、受入孔内における側方への微小な運動と相まって、実質的に平坦なロータ面２６が、ステータ面２２に対して実質的に平行になるように僅かに再方向付けされることを可能にする。したがって、図１８〜２１の実施形態の、ポリマを裏当てされたサポートデバイス５０と異なり、この枢動式の実施形態によるコンプライアンスは、ロータ面がステータボス２７のステータ面２２に対して実質的に平行に且つ同一平面になるように再方向付けされるまでボールベアリングを中心に「運動」及び「枢動」（すなわち転がる）するロータ要素シールインサートの能力によって提供される。
【００８２】
これらのガイドピン７０は、（図解されているような）ねじを有していても良く、又は、ドライブリング６２の形成の際に成形若しくは圧延してもよい。更に、図では、受入孔６３の内部側壁６６において半径方向に相隔てられた５本のガイドピン７０が示されているが、コンプライアンスアセンブリ４５は、（コンプライアンスがより限られるが）１本のガイドピン及びそれに対応するスロットのみでも機能することができる。しかしながら、より高いコンプライアンスを与えるためには、最低でも３本の、半径方向に相隔てられたガイドピン及びそれに対応するガイドスロットが望ましいとされる。
【００８３】
ヘッドアセンブリ３６の末端側の面によって、やはり同様にボールベアリング６１に接触して着座するように形成された対向するドーム状ソケット７２も画定される。好ましくは、この対向するドーム状ソケット７２は、ドライブシャフト３５の末端における対応する通路７５にプレス嵌めされる挿入可能な合わせピン７３によって提供される。
【００８４】
次に、図１８及び図１９を参照すると、ばねアセンブリ３０を介した圧縮力がドライブシャフト３５をステータデバイス２１に向かって軸方向に駆り立てるのに伴って、合わせピン７３は、ボールベアリング６１を圧縮する。すると、ボールベアリング６１は、この軸方向の圧縮力をロータ要素６０に伝達し、ロータ−ステータ界面において流体密シールを形成する。
【００８５】
ボールベアリングに加えられる高い圧縮力に適応するためには、ボールベアリングの直径は、ロータ要素６０の直径の少なくとも２分の１（好ましくは３分の２）であることが望ましいことがわかる。これは、より小さい直径のボールベアリングの場合の、より集中した力分布と比べて、ロータ要素のドーム状ソケット６８において、より広く圧縮力が分布されることを保証する。
【００８６】
本発明は、主に、高いライフサイクル上限を要する高圧用途用のせん断面バルブ（例えばＨＰＬＣ機器プラットフォーム／設計）に適用するものとして説明されているが、本技術は、全てのせん断バルブプラットフォーム／設計（ＡＩ（分析化学）及びＩＶＤ（生体外診断））に適用可能であることがわかる。
【００８７】
更に、本発明は、発明を実施する好ましい形態及びその変更に関連して説明されているが、当業者ならば、以下の特許請求の範囲内においてその他の多くの変更が可能であることを理解している。したがって、発明の範囲は、いかなる形であれ上記の説明によって限定されることを意図されず、むしろ、専ら以下の特許請求の範囲を参照することによって決定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転せん断バルブアセンブリであって、
金属材料及びセラミック材料のうちのいずれかで実質的に構成された実質的に平坦なステータ面と、対応するステータポートにおいて前記ステータ面と流体連通している少なくとも２本又は３本以上のステータチャネルと、を画定するステータデバイスと、
金属材料及びセラミック材料のうちのいずれかで実質的に構成されて１本又は２本以上のロータチャネルを画定する実質的に平坦なロータ面を有するロータデバイスと、
前記ロータ面上及び前記ステータ面上のうちの少なくとも一方に配されたトライボロジコーティングと、
を備え、
前記ロータデバイスは、２つ又は３つ以上のロータ位置の間において、ロータ−ステータ界面における前記ロータ面と前記ステータ面との間の流体密で選択的な相対的回転を可能にするように回転軸周りに回転式に装着される、バルブアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブアセンブリであって、
前記トライボロジコーティングは、ダイヤモンドライクコーティング（ＤＬＣ）である、バルブアセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載のバルブアセンブリであって、
前記トライボロジコーティングは、前記ステータ面上に配される、バルブアセンブリ。
【請求項４】
請求項３に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータ面及び前記ステータ面は、ともに、実質的に金属材料で構成される、バルブアセンブリ。
【請求項５】
請求項１に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータ面及び前記ステータ面の前記金属材料は、鋼及びチタンのうちの一方で構成される、バルブアセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載のバルブアセンブリであって、
前記トライボロジコーティングは、前記ステータ面上に配される、バルブアセンブリ。
【請求項７】
請求項６に記載のバルブアセンブリであって、
前記トライボロジコーティングは、ダイヤモンドライクコーティング（ＤＬＣ）である、バルブアセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載のバルブアセンブリであって、
前記ステータデバイス及び前記ロータデバイスは、前記ロータ−ステータ界面において約３Ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０7Ｐａ）から約２５Ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０8Ｐａ）の範囲の圧縮圧力を発生させるように押し合わされる、バルブアセンブリ。
【請求項９】
請求項１に記載のバルブアセンブリであって、更に、
前記実質的に平坦なロータ面を前記ステータデバイスの前記実質的に平坦なステータ面に対して実質的に平行に且つ実質的に同一平面に方向付けるように前記ロータデバイスと協働するコンプライアンスアセンブリを備えるバルブアセンブリ。
【請求項１０】
請求項９に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータデバイスは、前記ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を画定し、
前記コンプライアンスアセンブリは、前記ロータデバイスの前記接触表面に対して支持的に接合接触するコンプライアント要素を含む、バルブアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバルブアセンブリであって、更に、
前記バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、前記バルブシャフトの末端に配され、前記ロータデバイスをその上に着座させるように構成された末端側着座表面を画定するヘッド部分と、を含むロータアセンブリを備え、
前記コンプライアント要素は、前記接触表面と反対を向いた基部側向き表面を画定し、前記ロータデバイスの前記接触表面及び前記ヘッド部分の前記末端側着座表面に接合接触するようにそれらの表面の間に配される、バルブアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、約２５０ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０9Ｐａ）から約３００ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０9Ｐａ）の範囲の圧縮弾性率κを有する比較的薄いシム部材を含む、バルブアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１１に記載のバルブアセンブリであって、
前記ヘッド部分は、前記着座表面を画定して前記ヘッド部分の末端側表面から遠位に伸びるシャフトパッドを有する、バルブアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１１に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、前記着座表面によって底部を画定されるとともに前記ロータデバイスのロータ要素と位置合わせされて前記ロータ要素を滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットを画定する、バルブアセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のバルブアセンブリであって、
前記受入ソケットは、更に、前記ロータ要素の外周壁をプレス嵌めによって受け入れるとともに前記外周壁に接触するように形成及び寸法決定された内部側壁によって画定される、バルブアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のバルブアセンブリであって、
前記内部側壁及び前記ロータ外周壁は、それらがキー係合によって位置合わせされるように協働する、バルブアセンブリ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のバルブアセンブリであって、
前記内部側壁及び前記ロータ外周壁は、Ｄ字型である、バルブアセンブリ。
【請求項１８】
請求項９に記載のバルブアセンブリであって、更に、
前記バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、前記バルブシャフトの末端に配され、前記ロータデバイスの金属性ロータ要素をその上に着座させるように構成された末端側着座表面を画定するヘッド部分と、を含むロータアセンブリを備え、
前記コンプライアンスアセンブリは、前記ロータアセンブリの前記ヘッド部分と前記ロータ要素との間に配されたボールベアリング部材を含み、前記ボールベアリング部材を中心とした前記ロータ面の微小で且つコンプライアントな枢動運動を可能にする、バルブアセンブリ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のバルブアセンブリであって、
前記ヘッド部分は、前記ボールベアリング部材の一部分をその中に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ソケットを画定する末端側着座表面を有し、
前記ロータ要素は、前記ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を有し、前記接触表面は、前記ボールベアリング部材の別の一部分をその中に枢動式に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ボールソケットを画定する、バルブアセンブリ。
【請求項２０】
請求項１９に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアンスアセンブリは、更に、前記ヘッド部分の前記着座表面に隣接して配されたドライブリングを含み、前記ドライブリングは、前記ボールベアリング部材上における微小な枢動運動を可能にするように前記ロータ要素をその中に軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された中央通し通路を画定する内壁を有する、バルブアセンブリ。
【請求項２１】
請求項２０に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアンスアセンブリは、更に、前記ロータ要素と前記ドライブリングとを位置合わせして協働させるように構成された位置合わせ構造を含む、バルブアセンブリ。
【請求項２２】
回転せん断バルブアセンブリであって、
金属材料及びセラミック材料のうちのいずれかで実質的に構成された実質的に平坦なステータ面と、対応するステータポートにおいて前記ステータ面と流体連通している少なくとも２本又は３本以上のステータチャネルと、を画定するステータデバイスと、
金属材料及びセラミック材料のうちのいずれかで実質的に構成された実質的に平坦なロータ面を有し、回転軸周りに回転式に装着される、ロータデバイスと、
２つ又は３つ以上のロータ位置において、ロータ−ステータ界面における前記ロータ面と前記ステータ面との間の流体密で選択的な相対的回転のために、前記実質的に平坦なロータ面を前記ステータデバイスの前記実質的に平坦なステータ面に対して実質的に平行に且つ実質的に同一平面に方向付けるように前記ロータ要素と協働するコンプライアンスアセンブリと、
を備えるバルブアセンブリ。
【請求項２３】
請求項２２に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータデバイスは、前記ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を画定し、
前記コンプライアンスアセンブリは、前記ロータデバイスの前記接触表面に対して支持的に接合接触するコンプライアント要素を含む、バルブアセンブリ。
【請求項２４】
請求項２３に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータアセンブリは、前記バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、前記バルブシャフトの末端に配されて末端側着座表面を画定するヘッド部分と、を含み、
前記コンプライアント要素は、前記接触表面と反対を向いた基部側向き表面を画定し、前記ロータデバイスの前記接触表面及び前記ヘッド部分の前記末端側着座表面に接合接触するようにそれらの表面の間に配される、バルブアセンブリ。
【請求項２５】
請求項２４に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、約２５０ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０9Ｐａ）から約３００ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０9Ｐａ）の範囲の圧縮弾性率κを有する比較的薄いシム部材を含む、バルブアセンブリ。
【請求項２６】
請求項２５に記載のバルブアセンブリであって、
前記シム部材は、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）及びポリエルテル又はポリカーボネートのうちのいずれかで構成される、バルブアセンブリ。
【請求項２７】
請求項２６に記載のバルブアセンブリであって、
前記シム部材の厚さは、約０．０１０インチ（およそ０．２５４ｍｍ）から約０．０４０インチ（およそ１．０１６ｍｍ）の範囲である、バルブアセンブリ。
【請求項２８】
請求項２４に記載のバルブアセンブリであって、
前記ヘッド部分は、前記着座表面を画定して前記ヘッド部分の末端側表面から遠位に伸びるシャフトパッドを有する、バルブアセンブリ。
【請求項２９】
請求項２４に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータ面及び前記ステータ面は、ともに、実質的に金属材料で構成される、バルブアセンブリ。
【請求項３０】
請求項２４に記載のバルブアセンブリであって、
前記ステータデバイス及び前記ロータデバイスは、それぞれ、鋼及びチタンのうちの一方で構成される、バルブアセンブリ。
【請求項３１】
請求項２４に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、前記着座表面によって底部を画定されるとともに前記ロータ要素と位置合わせされて前記ロータ要素を滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットを画定する、バルブアセンブリ。
【請求項３２】
請求項３１に記載のバルブアセンブリであって、
前記受入ソケットは、更に、前記ロータ要素の外周壁をプレス嵌めによって受け入れるとともに前記外周壁に接触するように形成及び寸法決定された内部側壁によって画定される、バルブアセンブリ。
【請求項３３】
請求項３２に記載のバルブアセンブリであって、
前記内部側壁及び前記ロータ外周壁は、それらがキー係合によって位置合わせされるように協働する、バルブアセンブリ。
【請求項３４】
請求項３３に記載のバルブアセンブリであって、
前記内部側壁及び前記ロータ外周壁は、Ｄ字型である、バルブアセンブリ。
【請求項３５】
請求項３１に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、約４０００ｋｐｓｉ（およそ２．７６×１０10Ｐａ）から約５０００ｋｐｓｉ（およそ３．４５×１０10Ｐａ）の範囲の圧縮弾性率κを有する、バルブアセンブリ。
【請求項３６】
請求項３５に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、より軟質の未充填ポリマ材料、及びカーボン充填ポリマ材料のうちのいずれかで構成される、バルブアセンブリ。
【請求項３７】
請求項３６に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、ＰＥＥＫTM材料、ナイロン材料、及びカーボン２０〜３０％のＰＥＥＫTMブレンドのうちのいずれかで構成される、バルブアセンブリ。
【請求項３８】
請求項３７に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素の厚さは、約０．１００インチ（およそ２．５４ｍｍ）から約０．２００インチ（およそ５．０８ｍｍ）の範囲である、バルブアセンブリ。
【請求項３９】
請求項２１に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータアセンブリは、前記バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、前記バルブシャフトの末端に配され、前記ロータデバイスの金属性ロータ要素をその上に着座させるように構成された末端側着座表面を画定するヘッド部分と、を含み、
前記コンプライアンスアセンブリは、前記ロータアセンブリの前記ヘッド部分と前記ロータ要素との間に配されたボールベアリング部材を含み、前記ボールベアリング部材を中心とした前記ロータ面の微小で且つコンプライアントな枢動運動を可能にする、バルブアセンブリ。
【請求項４０】
請求項３９に記載のバルブアセンブリであって、
前記ヘッド部分は、前記ボールベアリング部材の一部分をその中に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ソケットを画定する末端側着座表面を有し、
前記ロータ要素は、前記ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を有し、前記接触表面は、前記ボールベアリング部材の別の一部分をその中に枢動式に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ボールソケットを画定する、バルブアセンブリ。
【請求項４１】
請求項４０に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアンスアセンブリは、更に、前記ヘッド部分の前記着座表面に隣接して配されたドライブリングを含み、前記ドライブリングは、前記ボールベアリング部材上における微小な枢動運動を可能にするように前記ロータ要素をその中に軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された中央通し通路を画定する内壁を有する、バルブアセンブリ。
【請求項４２】
請求項４１に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアンスアセンブリは、更に、前記ロータ要素と前記ドライブリングとを位置合わせして協働させるように構成された位置合わせ構造を含む、バルブアセンブリ。
【請求項４３】
請求項４２に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータ要素は、前記ロータ面と前記接触表面との間に伸びる実質円筒状の側壁を有し、前記側壁は、前記回転軸に実質平行に方向付けられるとともに前記側壁の中央部分から前記接触表面へ軸方向に伸びる２本又は３本以上の細長い受入スロットを画定し、
前記位置合わせ構造は、前記ドライブリングの前記内壁から半径方向に内向きに伸びる２本又は３本以上の対応するガイドピンを含み、前記ガイドピンは、対応する受入スロットに滑動式に軸方向に受け入れられるようにサイズ決定及び寸法決定される、バルブアセンブリ。
【請求項１】
回転せん断バルブアセンブリであって、
金属材料及びセラミック材料のうちのいずれかで実質的に構成された実質的に平坦なステータ面と、対応するステータポートにおいて前記ステータ面と流体連通している少なくとも２本又は３本以上のステータチャネルと、を画定するステータデバイスと、
金属材料及びセラミック材料のうちのいずれかで実質的に構成されて１本又は２本以上のロータチャネルを画定する実質的に平坦なロータ面を有するロータデバイスと、
前記ロータ面上及び前記ステータ面上のうちの少なくとも一方に配されたトライボロジコーティングと、
を備え、
前記ロータデバイスは、２つ又は３つ以上のロータ位置の間において、ロータ−ステータ界面における前記ロータ面と前記ステータ面との間の流体密で選択的な相対的回転を可能にするように回転軸周りに回転式に装着される、バルブアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のバルブアセンブリであって、
前記トライボロジコーティングは、ダイヤモンドライクコーティング（ＤＬＣ）である、バルブアセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載のバルブアセンブリであって、
前記トライボロジコーティングは、前記ステータ面上に配される、バルブアセンブリ。
【請求項４】
請求項３に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータ面及び前記ステータ面は、ともに、実質的に金属材料で構成される、バルブアセンブリ。
【請求項５】
請求項１に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータ面及び前記ステータ面の前記金属材料は、鋼及びチタンのうちの一方で構成される、バルブアセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載のバルブアセンブリであって、
前記トライボロジコーティングは、前記ステータ面上に配される、バルブアセンブリ。
【請求項７】
請求項６に記載のバルブアセンブリであって、
前記トライボロジコーティングは、ダイヤモンドライクコーティング（ＤＬＣ）である、バルブアセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載のバルブアセンブリであって、
前記ステータデバイス及び前記ロータデバイスは、前記ロータ−ステータ界面において約３Ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０7Ｐａ）から約２５Ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０8Ｐａ）の範囲の圧縮圧力を発生させるように押し合わされる、バルブアセンブリ。
【請求項９】
請求項１に記載のバルブアセンブリであって、更に、
前記実質的に平坦なロータ面を前記ステータデバイスの前記実質的に平坦なステータ面に対して実質的に平行に且つ実質的に同一平面に方向付けるように前記ロータデバイスと協働するコンプライアンスアセンブリを備えるバルブアセンブリ。
【請求項１０】
請求項９に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータデバイスは、前記ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を画定し、
前記コンプライアンスアセンブリは、前記ロータデバイスの前記接触表面に対して支持的に接合接触するコンプライアント要素を含む、バルブアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバルブアセンブリであって、更に、
前記バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、前記バルブシャフトの末端に配され、前記ロータデバイスをその上に着座させるように構成された末端側着座表面を画定するヘッド部分と、を含むロータアセンブリを備え、
前記コンプライアント要素は、前記接触表面と反対を向いた基部側向き表面を画定し、前記ロータデバイスの前記接触表面及び前記ヘッド部分の前記末端側着座表面に接合接触するようにそれらの表面の間に配される、バルブアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、約２５０ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０9Ｐａ）から約３００ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０9Ｐａ）の範囲の圧縮弾性率κを有する比較的薄いシム部材を含む、バルブアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１１に記載のバルブアセンブリであって、
前記ヘッド部分は、前記着座表面を画定して前記ヘッド部分の末端側表面から遠位に伸びるシャフトパッドを有する、バルブアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１１に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、前記着座表面によって底部を画定されるとともに前記ロータデバイスのロータ要素と位置合わせされて前記ロータ要素を滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットを画定する、バルブアセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のバルブアセンブリであって、
前記受入ソケットは、更に、前記ロータ要素の外周壁をプレス嵌めによって受け入れるとともに前記外周壁に接触するように形成及び寸法決定された内部側壁によって画定される、バルブアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のバルブアセンブリであって、
前記内部側壁及び前記ロータ外周壁は、それらがキー係合によって位置合わせされるように協働する、バルブアセンブリ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のバルブアセンブリであって、
前記内部側壁及び前記ロータ外周壁は、Ｄ字型である、バルブアセンブリ。
【請求項１８】
請求項９に記載のバルブアセンブリであって、更に、
前記バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、前記バルブシャフトの末端に配され、前記ロータデバイスの金属性ロータ要素をその上に着座させるように構成された末端側着座表面を画定するヘッド部分と、を含むロータアセンブリを備え、
前記コンプライアンスアセンブリは、前記ロータアセンブリの前記ヘッド部分と前記ロータ要素との間に配されたボールベアリング部材を含み、前記ボールベアリング部材を中心とした前記ロータ面の微小で且つコンプライアントな枢動運動を可能にする、バルブアセンブリ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のバルブアセンブリであって、
前記ヘッド部分は、前記ボールベアリング部材の一部分をその中に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ソケットを画定する末端側着座表面を有し、
前記ロータ要素は、前記ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を有し、前記接触表面は、前記ボールベアリング部材の別の一部分をその中に枢動式に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ボールソケットを画定する、バルブアセンブリ。
【請求項２０】
請求項１９に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアンスアセンブリは、更に、前記ヘッド部分の前記着座表面に隣接して配されたドライブリングを含み、前記ドライブリングは、前記ボールベアリング部材上における微小な枢動運動を可能にするように前記ロータ要素をその中に軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された中央通し通路を画定する内壁を有する、バルブアセンブリ。
【請求項２１】
請求項２０に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアンスアセンブリは、更に、前記ロータ要素と前記ドライブリングとを位置合わせして協働させるように構成された位置合わせ構造を含む、バルブアセンブリ。
【請求項２２】
回転せん断バルブアセンブリであって、
金属材料及びセラミック材料のうちのいずれかで実質的に構成された実質的に平坦なステータ面と、対応するステータポートにおいて前記ステータ面と流体連通している少なくとも２本又は３本以上のステータチャネルと、を画定するステータデバイスと、
金属材料及びセラミック材料のうちのいずれかで実質的に構成された実質的に平坦なロータ面を有し、回転軸周りに回転式に装着される、ロータデバイスと、
２つ又は３つ以上のロータ位置において、ロータ−ステータ界面における前記ロータ面と前記ステータ面との間の流体密で選択的な相対的回転のために、前記実質的に平坦なロータ面を前記ステータデバイスの前記実質的に平坦なステータ面に対して実質的に平行に且つ実質的に同一平面に方向付けるように前記ロータ要素と協働するコンプライアンスアセンブリと、
を備えるバルブアセンブリ。
【請求項２３】
請求項２２に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータデバイスは、前記ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を画定し、
前記コンプライアンスアセンブリは、前記ロータデバイスの前記接触表面に対して支持的に接合接触するコンプライアント要素を含む、バルブアセンブリ。
【請求項２４】
請求項２３に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータアセンブリは、前記バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、前記バルブシャフトの末端に配されて末端側着座表面を画定するヘッド部分と、を含み、
前記コンプライアント要素は、前記接触表面と反対を向いた基部側向き表面を画定し、前記ロータデバイスの前記接触表面及び前記ヘッド部分の前記末端側着座表面に接合接触するようにそれらの表面の間に配される、バルブアセンブリ。
【請求項２５】
請求項２４に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、約２５０ｋｐｓｉ（およそ１．７２×１０9Ｐａ）から約３００ｋｐｓｉ（およそ２．０７×１０9Ｐａ）の範囲の圧縮弾性率κを有する比較的薄いシム部材を含む、バルブアセンブリ。
【請求項２６】
請求項２５に記載のバルブアセンブリであって、
前記シム部材は、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）及びポリエルテル又はポリカーボネートのうちのいずれかで構成される、バルブアセンブリ。
【請求項２７】
請求項２６に記載のバルブアセンブリであって、
前記シム部材の厚さは、約０．０１０インチ（およそ０．２５４ｍｍ）から約０．０４０インチ（およそ１．０１６ｍｍ）の範囲である、バルブアセンブリ。
【請求項２８】
請求項２４に記載のバルブアセンブリであって、
前記ヘッド部分は、前記着座表面を画定して前記ヘッド部分の末端側表面から遠位に伸びるシャフトパッドを有する、バルブアセンブリ。
【請求項２９】
請求項２４に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータ面及び前記ステータ面は、ともに、実質的に金属材料で構成される、バルブアセンブリ。
【請求項３０】
請求項２４に記載のバルブアセンブリであって、
前記ステータデバイス及び前記ロータデバイスは、それぞれ、鋼及びチタンのうちの一方で構成される、バルブアセンブリ。
【請求項３１】
請求項２４に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、前記着座表面によって底部を画定されるとともに前記ロータ要素と位置合わせされて前記ロータ要素を滑動式に軸方向に受け入れるように形成及び寸法決定された受入ソケットを画定する、バルブアセンブリ。
【請求項３２】
請求項３１に記載のバルブアセンブリであって、
前記受入ソケットは、更に、前記ロータ要素の外周壁をプレス嵌めによって受け入れるとともに前記外周壁に接触するように形成及び寸法決定された内部側壁によって画定される、バルブアセンブリ。
【請求項３３】
請求項３２に記載のバルブアセンブリであって、
前記内部側壁及び前記ロータ外周壁は、それらがキー係合によって位置合わせされるように協働する、バルブアセンブリ。
【請求項３４】
請求項３３に記載のバルブアセンブリであって、
前記内部側壁及び前記ロータ外周壁は、Ｄ字型である、バルブアセンブリ。
【請求項３５】
請求項３１に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、約４０００ｋｐｓｉ（およそ２．７６×１０10Ｐａ）から約５０００ｋｐｓｉ（およそ３．４５×１０10Ｐａ）の範囲の圧縮弾性率κを有する、バルブアセンブリ。
【請求項３６】
請求項３５に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、より軟質の未充填ポリマ材料、及びカーボン充填ポリマ材料のうちのいずれかで構成される、バルブアセンブリ。
【請求項３７】
請求項３６に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素は、ＰＥＥＫTM材料、ナイロン材料、及びカーボン２０〜３０％のＰＥＥＫTMブレンドのうちのいずれかで構成される、バルブアセンブリ。
【請求項３８】
請求項３７に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアント要素の厚さは、約０．１００インチ（およそ２．５４ｍｍ）から約０．２００インチ（およそ５．０８ｍｍ）の範囲である、バルブアセンブリ。
【請求項３９】
請求項２１に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータアセンブリは、前記バルブアセンブリの回転軸を中心として回転するように構成されたバルブシャフトと、前記バルブシャフトの末端に配され、前記ロータデバイスの金属性ロータ要素をその上に着座させるように構成された末端側着座表面を画定するヘッド部分と、を含み、
前記コンプライアンスアセンブリは、前記ロータアセンブリの前記ヘッド部分と前記ロータ要素との間に配されたボールベアリング部材を含み、前記ボールベアリング部材を中心とした前記ロータ面の微小で且つコンプライアントな枢動運動を可能にする、バルブアセンブリ。
【請求項４０】
請求項３９に記載のバルブアセンブリであって、
前記ヘッド部分は、前記ボールベアリング部材の一部分をその中に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ソケットを画定する末端側着座表面を有し、
前記ロータ要素は、前記ロータ面と反対を向いた基部側向き接触表面を有し、前記接触表面は、前記ボールベアリング部材の別の一部分をその中に枢動式に受け入れるように形成及び寸法決定されたドーム状ボールソケットを画定する、バルブアセンブリ。
【請求項４１】
請求項４０に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアンスアセンブリは、更に、前記ヘッド部分の前記着座表面に隣接して配されたドライブリングを含み、前記ドライブリングは、前記ボールベアリング部材上における微小な枢動運動を可能にするように前記ロータ要素をその中に軸方向に滑動式に受け入れるように形成及び寸法決定された中央通し通路を画定する内壁を有する、バルブアセンブリ。
【請求項４２】
請求項４１に記載のバルブアセンブリであって、
前記コンプライアンスアセンブリは、更に、前記ロータ要素と前記ドライブリングとを位置合わせして協働させるように構成された位置合わせ構造を含む、バルブアセンブリ。
【請求項４３】
請求項４２に記載のバルブアセンブリであって、
前記ロータ要素は、前記ロータ面と前記接触表面との間に伸びる実質円筒状の側壁を有し、前記側壁は、前記回転軸に実質平行に方向付けられるとともに前記側壁の中央部分から前記接触表面へ軸方向に伸びる２本又は３本以上の細長い受入スロットを画定し、
前記位置合わせ構造は、前記ドライブリングの前記内壁から半径方向に内向きに伸びる２本又は３本以上の対応するガイドピンを含み、前記ガイドピンは、対応する受入スロットに滑動式に軸方向に受け入れられるようにサイズ決定及び寸法決定される、バルブアセンブリ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公表番号】特表２０１２−５３３０４１（Ｐ２０１２−５３３０４１Ａ）
【公表日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２０６８８（Ｐ２０１２−５２０６８８）
【出願日】平成２２年７月９日（２０１０．７．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４１６１２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００８６５７
【国際公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（５１２００９５２８）アイデックス・ヘルス・アンド・サイエンス・リミテッド ライアビリティ カンパニー (4)
【氏名又は名称原語表記】ＩＤＥＸ ＨＥＡＬＴＨ ＆ ＳＣＩＥＮＣＥ ＬＬＣ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月９日（２０１０．７．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４１６１２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／００８６５７
【国際公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（５１２００９５２８）アイデックス・ヘルス・アンド・サイエンス・リミテッド ライアビリティ カンパニー (4)
【氏名又は名称原語表記】ＩＤＥＸ ＨＥＡＬＴＨ ＆ ＳＣＩＥＮＣＥ ＬＬＣ
【Ｆターム（参考）】
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