流れ分配弁
流体の流れを分配するための、固定子（１１）と回転子（１２）を備えている回転弁（１０）が提供されている。更に、その様な回転弁と、その弁に接続されている３つの異なる構成要素又は構成要素群を備えたクロマトグラフィーシステムが提供されている。本発明によるこの回転弁を使えば、３つの構成要素又は構成要素群の内の１つを通る流れの方向は、一定に保たれ、他の２つの構成要素又は構成要素群を通る流れの方向は、変えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁に、より具体的には、液体クロマトグラフィーシステムの様な流れ分配器具内で流体の流れの方向を決めるのに使用される回転弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
弁は、流体の輸送を伴う装置で広く使用されている。通常は、流体を多数の可能な流路の内の１つに向かわせるために使用される。例えば、研究室で使われる液体クロマトグラフィーシステムの分野では、流路の内径が通常は０．２５−２ｍｍであるが、流体を方向決めするのに、しばしば２方向ソレノイド弁が用いられている。その様な弁の一例は、日本の名古屋市のTAKASAGO Electrical社から市販されているＭＴＶシリーズの弁である。
【０００３】
ソレノイド弁は、流体圧が比較的高い（例えば、約０．５ＭＰａを超える圧力）用途に用いられる場合は、自ずと限界がある。
更に、それらは、多重流路弁、即ち、同時に使用される２つ以上の入口／出口を備えた弁としては、あまり適していない。
【０００４】
その様な用途には、回転弁を使用することが当該技術では広く知られている。一般的に、回転弁は、ここでは固定子と呼ばれる静止した本体を有しており、同固定子は、ここでは回転子と呼ばれる回転する本体と協働する。
【０００５】
固定子には、数多くの入口及び出口ポートが設けられている。ポートは、穴を介して、内側固定子面上の対応するオリフィスのセットと流体連通している。内側固定子面は、回転子の内側回転子面と流体密封接触している固定子の内側面である。回転子は、通常、円盤として形成されており、内側回転子面は内側固定子面に押し付けられて、回転的に協働している。内側回転子面には、１つ又は複数の溝が設けられており、同溝は、固定子に対する回転子の回転位置に依って異なるオリフィスと相互接続している。
【０００６】
回転弁は、高圧（例えば、３０Ｍｐａを超える圧力）に耐えるように設計することができる。それらは、ステンレス鋼、高性能高分子材料、及びセラミックの様な或る範囲の材料で作ることができる。
【０００７】
入口／出口の数、並びに回転子又は固定子の溝の設計は、意図する特定の弁の用途を反映している。
一般的な型式の多目的弁は、１つの入口ポート（通常、弁の回転軸に配置されている）と、入口ポートの周りに等距離に配置されている多数の出口ポートとを有している。回転子は、一端が回転中心にある１つの半径方向に伸張する溝を有しているので、常に入口に接続されており、他方の端部は、固定子に対する回転子の角度位置に依って、出口の何れか１つと接続されている。その様な弁は、流れを、入口から一度に１つの何れかの出口へ送るのに有用である。
【０００８】
もっと複雑な配置も可能である。例えば、２つ以上の流体が弁を通過できるようにするか、又は流れが、同じ弁を２回以上通過できるようにすることも有用である。この種の様々な状況を解決する弁が設計されてきた。
【０００９】
その様な弁の一例は、２重ランダムアクセス３方向回転弁であり、それについては、Nicholsに発行された米国特許第６，６７２，３３６号に記載されている。この弁は、第１の流体を出口「Ａ」又は出口「Ｂ」の何れかに送り、第２の流体を出口「Ｃ」又は出口「Ｄ」の何れかに送れるようにするという懸案を、単一の弁で、第１流体の方向を第２流体の方向と無関係にすることができるようにして、解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，６７２，３３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
流れ分配システムに関して解決しなければならない別の状況は、流れを、３つの構成要素を介して、図１と図２に示すように、交番で送らなければならない場合である。
第１構成要素、第２構成要素、及び第３構成要素は、センサー、クロマトグラフィーカラム、他の弁などの様な、流れを案内する何れかの構成要素（又は一組の構成要素）を示している。
【００１２】
各構成要素を通過する流れの方向が、さほど重要で無い場合（又は実際に切り替えが予定されている場合）、この状況は、図３と図４に概略的に示されている従来型の４方向二重経路弁を使って簡単に解決される。
【００１３】
しかしながら、図３と図４の解決法では、構成要素の内の１つ、即ち、図面の第２構成要素を通過する流れの方向を変えてはならない場合には、役に立たない。その状況が、図５（図１と同様）と図６に概略的に示されている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
流れの方向が重要である構成要素、即ち、流れ方向に依って異なる特性又は流体への異なる影響を有する構成要素の（液体クロマトグラフィーの分野から取った）例は、非対称形の内側チャンバ、クロマトグラフィーカラム、ボール弁などを備えたセンサーである。
【００１５】
従って、第１位置では、流れを、供給源から、第１構成要素、第２構成要素、第３構成要素を通して、出口へ送り、
第２位置では、流れを、供給源から、第３構成要素、第２構成要素、第１構成要素を通して、出口へ送り、
そのときに、流れが、前記第１位置と第２位置の両方で、同じ流れの方向で第２構成要素を通過できるような、単一の弁が必要とされている。
【００１６】
この必要性は、本出願の請求項１に記載の流れ分配弁で解決される。
更に、本発明の第２の態様に従って、請求項４に記載のクロマトグラフィーシステムが説明されており、前記クロマトグラフィーシステムは、請求項１に記載の弁を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】３つの構成要素を第１モードで通過する流れの概略図である。
【図２】３つの構成要素を第２モードで通過する流れの概略図である。
【図３】３つの構成要素を従来型の弁を使用して第１モードで通過する流れの概略図である。
【図４】３つの構成要素を従来型の弁を使用して第２モードで通過する流れの概略図である。
【図５】３つの構成要素を第１モードで通過する流れの概略図である。
【図６】３つの構成要素を第２モードで通過する流れの概略図である。
【図７】回転弁の概略側面図である。
【図８】本発明の１つの実施形態による弁への／弁からの入口／出口の概略図である。
【図９】図８に示されている固定子の概略前面図である。
【図１０】図８と図９に示されている固定子の内側固定子面のオリフィスの角度分布を概略的に示している。
【図１１】図８の固定子の、内側固定子面を示す概略図である。
【図１２】図８−１１に示す固定子の、隠れているオリフィスとチャネルを示す斜視図である。
【図１３】図１１に示す内側固定子面の、これも溝端部の位置を示す概略図である。
【図１４】本発明の１つの実施形態による回転子の内側回転子面の概略図である。前記回転子は、図８−１３に示す固定子と協働するように作られている。
【図１５】図１４に示す回転子の溝の角度分布を概略的に示している。
【図１６】図８−１５に示されている本発明の実施形態による弁の第１回転子位置の斜視図である。
【図１７】図１６に示されている弁の回転子位置の概略前面図である。
【図１８】図８−１５に示されている本発明の実施形態による弁の第２回転子位置の斜視図である。
【図１９】図１８に示されている弁の回転子位置の概略前面図である。
【図２０】本発明による弁を第１作動モードで使用しているクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図２１】本発明による弁を第２作動モードで使用しているクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図２２】本発明による弁を使用している、拡張型クロマトグラフィーシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
代表的な回転弁の主要部品を、図７に概略的に示している（ブラケット又は同様の荷重担持又は締結要素は図示せず）。回転弁１０は、固定子１１と、回転子１２と、自体の角度位置を認識するための手段（図示せず）を随意的に設けることができる回転軸１３と、通常はギアボックスとモーター（弁を手動で作動させることもできるが）を備えている駆動ユニット１４と、を有している。回転子は、固定子に対して、弁の回転軸ＲＡ周りに回転させることができる。
【００１９】
固定子１１は、組み込まれている器具に固定されているが、この固定子１１には、流体源、及び弁が協働することになるあらゆる構成要素と流体連通するためのポート（図７には図示せず）が設けられている。ポートは、適切であれば、固定子のどの部分にでも、どの方向にでも、配置することができる。ポートには、毛管又は配管に接続する手段が設けられている。その様な手段は、当業者には周知の従来型Valco継手の様な、どの様な適した型式であってもよい。ポートは、内側固定子面１１ａ、即ち、作動中に回転子１２と接触している固定子表面の対応するオリフィスのセットと、チャネルを介して流体連通している。
【００２０】
回転子１２は、通常、円盤として形成されており、作動中に、内側固定子面１１ａに押し付けられる面である内側回転子面１２ａを有している。内側回転子面１２ａには、１つ又は複数の溝が設けられており、同溝は、固定子１１に対する回転子１２の回転位置に依り、内側固定子面１１ａの異なるオリフィスと相互接続する。
【００２１】
図８は、本発明の１つの実施形態による流れ分配弁の固定子１１の簡単な斜視図を示しており、弁の入口及び出口ポートの配置を図解している。ポートの使用について説明する場合、ここでは「上」及び「下」という用語を用いている。これらの用語は、図面に言及しているだけであって、弁の機能は、それがどのように回されるか又は配置されるかに左右されない。しかしながら、ポートの相互位置（又は、より正確には、ポートを回転子と接続するオリフィスの相互位置）は重要である。而して、本発明の１つの実施形態による固定子１１は、弁を全ての所望の周辺構成要素に接続するのに用いられる８個の外側ポート、即ち、第１ポート２１ａ、第２ポート２２ａ、第３ポート２３ａ、第４ポート２４ａ、第５ポート２５ａ、第６ポート２６ａ、第７ポート２７ａ、及び第８ポート２８ａを有している。
【００２２】
ここで、「構成要素」という用語は、クロマトグラフィーカラムの様な単一の装置、又は、多数のインライン弁とモニターの様な相互接続された一組の装置、又は、単に一片の相互接続配管を指す場合もあることに留意頂きたい。
【００２３】
図９は、図８に示されている実施形態による固定子１１の前面図であり、どの様に弁が周辺構成要素に接続されているかを定義している。流体は、ポンプの様な供給源から、第２ポート２２ａへ入る。第１構成要素は、弁、モニターセル、保持毛管ループ、又は入口及び出口を有する他の有用な何らかの構成要素でもよく、第１ポート２１ａと第６ポート２６ａを介して弁に接続されている。
【００２４】
同様に、第３構成要素は、第３ポート２３ａと第８ポート２８ａを介して弁に接続されている。第５ポート２５ａは、第２構成要素の入口に接続されており、第７ポート２７ａは、第２構成要素から出てくる流れを受け入れる。最後に、第４ポート２４ａは、流体が（更に別の構成要素、容器へ、又は廃棄口に向けて）弁を出る出口ポートである。
【００２５】
第１構成要素と関係付けられている両ポートは、弁の回転子位置に依って、相互に入口／出口としての役割を果たすことに留意頂きたい。同じことは、第３構成要素と関係付けられているポートにも当てはまるが、第５ポート２５ａは、常に、第２構成要素への出口ポートであり、第７ポート２７ａは、常に、第２構成要素からの入口ポートである。各ポートは、チャネルを介して、内側固定子面１１ａに接続されていることにも留意頂きたい。各ポートは、オリフィスに接続されていて、即ち、第１オリフィス２１ｂは第１ポート２１ａに接続されており、第２オリフィス２２ｂは第２ポート２２ａに接続されており、第３オリフィス２３ｂは第３ポート２３ａに接続されており、第４オリフィス２４ｂは第４ポート２４ａに接続されており、第５オリフィス２５ｂは第５ポート２５ａに接続されており、第６オリフィス２６ｂは第６ポート２６ａに接続されており、第７オリフィス２７ｂは第７ポート２７ａに接続されており、第８オリフィス２８ｂは第８ポート２８ａに接続されている。図面でははっきりしないが、内側固定子面のチャネルとそのオリフィスは、直径が、通常は、ポート自体より小さい。
【００２６】
内側固定子面１１ａに面して、オリフィスの全体角度分布を図１０に示している（明確にするため、この図では固定子溝を省略しているが、図１３を参照しながら後で説明する）。本発明のこの実施形態のオリフィスの位置については、２つのグループに分けて説明することができ、上方のグループは、第１、第２、第３、及び第４オリフィス２１ｂ−２４ｂを備えており、下方のグループは、第５、第６、第７、及び第８オリフィス２５ｂ−２８ｂを備えている。上方のオリフィス２１ｂ−２４ｂ（ポート２１ａ−２４ａに対応している）それぞれは、角度αだけ均等に離れており、下方のオリフィス２５ｂ−２８ｂそれぞれ（ポート２５ａ−２８ａに対応している）も同様である。上方と下方のオリフィスのグループ２１ｂ−２４ｂと２５ｂ−２８ｂは、それぞれ、横と横が、同じ角度βだけ離れている。或る好適な実施形態では、角度αは３０°であり、角度βは９０°である。しかしながら、α＝３６°で、β＝７２°の様な他の角度であってもよい。勿論、全てのオリフィスは、弁の回転軸まで基本的に同じ半径距離Ｒで配置されている。
【００２７】
所望の弁機能を得るために、内側固定子面１１ａには、オリフィスに加えて、第１固定子溝３１と第２固定子溝３２が設けられており、前記溝は、図１１に示している様に、互いに基本的に平行である（図１０には示さず）。第１固定子溝３１の一端は、第４オリフィス２４ｂに繋がっており、即ち、第１構成要素の一端と流体連通しており、一方、第２固定子溝３２の一端は、第５オリフィス２５ｂに繋がっており、即ち、第３構成要素の一端と流体連通していることに留意頂きたい。
【００２８】
この配置は、固定子を前面から見た図１２にも示されており、オリフィスと溝は破線で示されている。
各固定子溝３１、３２は、通常は、オリフィス直径と同じ幅であり、図１３に示している様に、最も近いオリフィスからの角度αの角度区画線に対応し、一組のオリフィスに関する弁の回転軸までの同じ半径距離Ｒの位置で、終結している。
【００２９】
図８−１３に関連して先に説明した固定子と協働するように作られている回転子の実施形態の内側回転子面１２ａを、図１４に示している。それには、第１回転子溝４１、第２回転子溝４２、第３回転子溝４３、及び第４回転子溝４４が設けられている。第１及び第２回転子溝４１、４２を上方回転子溝とし、第３及び第４回転子溝４３、４４を下方回転子溝とする。回転子溝４１−４４は、互いに同じ大きさと形状であるのが望ましく、図１５に示されている様に、固定子１１のオリフィスに対応するように角度的に分布されていて、即ち、２つの上方回転子溝４１、４２の最も接近している端部同士は、角度αだけ離れており、２つの下方回転子溝４３、４４の最も接近している端部同士は、角度αだけ離れており、上方回転子溝セットと下方回転子溝セットは、両方向で角度βだけ離れている。各回転子溝（４１−４４）は、固定子の２つの隣接するオリフィスを分割する角度αに亘って伸張している。同時に、内側回転子面１２ａの回転子溝４１−４４の全ての端部は、内側固定子面１１ａのオリフィスと同じく、回転の中心から基本的に同じ半径距離Ｒに配置されている。
【００３０】
組み立てられると、内側回転子面１２ａは、従来のどの回転弁にとっても一般的なやり方（当業者には周知であり、ここでは説明しない）で、内側固定子面１１ａに押し付けられる。本発明の弁固定子に対する回転子の位置は、図１６−１９に示している様な、２つの作動回転子位置が考えられる。
【００３１】
第１回転子位置では、図１６と図１７に示している様に、流体は、通常はポンプから、第２ポート２２ａに入る。流れは、第１回転子溝４１を通り、第１ポート２１ａを出て第１構成要素へ流れ、第１構成要素から第６ポート２６ａを介して戻ってくる。流体は、そこから、第３回転子溝４３を通り、第５ポート２５を出て第２構成要素に入る。流体は、第２構成要素から、弁の第７ポート２７ａに戻り、第４回転子溝４４を通り、第８ポート２８ａを出て第３構成要素へ流れる。流体は、第３構成要素から、弁の第３ポート２３ａに戻り、第２回転子溝４２を通り、第４ポート２４ａを介して弁を出る。
【００３２】
上では説明していないが、ポート２１ａ−２８ａの何れか１つを通る流体は、勿論、内側固定子面の対応するオリフィス２１ｂ−２８ｂも通ることに留意頂きたい。この回転子位置では、内側固定子面１１ａの固定子溝３１と３２は、第４及び第５のそれぞれのオリフィス２４ｂ及び２５ｂに繋がっている部分以外は、使用されていないことにも留意頂きたい。この様に、これらは、下に説明する様に、第２回転子位置では濯ぐことのできる袋小路を形成している。
【００３３】
図１８と図１９に示されている第２回転子位置は、図示の実施形態では、回転子１２を、第１位置から、固定子１１に対して反時計回り（固定子の前方から見て）に角度αだけ回転させることにより得られる。
【００３４】
第２回転子位置では、流体は、第１回転子位置の場合と同じように第２ポート２２ａに入る。流れは、第２回転子溝４２を通り、第３ポート２３ａを出て第３構成要素に流れ、第３構成要素から第７ポート２７ａを介して戻ってくる。流体は、第４回転子溝４４を通り、第２固定子溝３２を介して（同溝が濯がれ）、第５ポート２５ａを出て第２構成要素に入る。流体は、第２構成要素から、弁の第７ポート２７ａに戻り、第３回転子溝４３を通り、第６ポート２６ａを出て第１構成要素に流れる。流体は、第１構成要素から、弁の第１ポート２１ａに戻り、第１回転子溝４１を通り、第１固定子溝３１を介して（同溝が濯がれ）、第４ポート２４ａを通って弁を出る。
【００３５】
本発明による回転弁は、最小の弁構成要素を備えた進歩した液体クロマトグラフィーシステムの設計を可能にする。本発明の第２態様によれば、先に説明した回転弁を備えたクロマトグラフィーが提供されている。
【００３６】
その様な液体クロマトグラフィーシステムの或る実施形態について、図２０と図２１を参照しながら説明するが、図では、本発明に関連する主要な構成要素を示しているが、追加のモニタリングセンサー、追加の弁、調整装置などの様な他の構成要素は、システムにとって同様に重要であっても、明確にするために省略している。
【００３７】
従って、システムは、先に説明した本発明の弁によれば、流れ分配弁３０１に接続されているポンプ３０２の様な主要な液体供給源を含んでいる。従来型の毛管ループ３１１で例示されている第１試料保持装置が取り付けられている試料注入弁３０３は、第１構成要素として、流れ分配弁（上記流れ分配弁に関する説明を参照のこと）に接続されている。複数（又は少なくとも１つ）のクロマトグラフィーカラム３１２、３１３が接続されている第１選択弁３０４（明確にするために、２つのその様なカラム３１２、３１３だけを図面に示しているが、選択可能なカラムの数は、第１選択弁３０４の容量によって決まる）は、第２構成要素として接続されている（上記の流れ分配弁の説明を参照のこと）。この実施形態では、第１選択弁は、更に、ここではクロマトグラフィーシステムの制御ユニット（図示せず）に接続されているＵＶセンサー３１７として例示されている試料モニタリング装置、及び流路選択弁３０５と直列に接続されており、これら３つの構成要素全てが、第２構成要素と呼ばれる。第２選択弁３０６は、ここでは毛管ループ３１５、３１６で例示されている一組の選択可能な試料保持装置（即ち、明確にするために、２つのその様なループ３１５、３１６だけを図示しているが、選択可能なループの数は、選択弁３０６の容量によって決まる）を有しており、第３構成要素として流れ分配弁に接続されている（上記の説明を参照のこと）。更に、分離された試料の一部を回収するための、従来のフラクションコレクタの様な回収装置３１４が、経路選択弁３０５に接続されている。各構成要素は、システム内で使用される流量に合った内径を有するＰＥＥＫ毛管の様な、適した配管を使って相互接続されている。
【００３８】
容易に理解頂けるように、構成要素が取り付けられている注入弁３０３は、本発明の流れ分配弁に関する上記説明の「第１構成要素」の一例を示している。同様に、ループが取り付けられている第２選択弁３０６は「第３構成要素」の一例を示しており、カラム３１２が取り付けられている第１選択弁３０４と、ＵＶセンサー３１７と、流路選択弁３０５は、一体になって、本発明の流れ分配弁に関する上記説明の「第２構成要素」の一例を表している。
【００３９】
試料注入弁３０３は、GE Healthcare社から市販されているＩＮＶ−９０７注入弁の様な従来の試料注入弁でもよい。
注入弁３０３は、幾つかのの作動位置を取ることができる。第１の「注入（ＩＮＪＥＣＴ）」位置では、プロテイン及び／又は他の生物由来成分の入った或る量の液体の様な試料が、通常は、注入弁３０３に接続されている注射器を使って、第１毛管ループ３１１に移される。通常は、この位置では、ポンプ３０２からの流れは、直接、注入弁３０３を通過し、注入弁出口を介して、流れ分配弁３０１に流れる。第２の「充填（ＬＯＡＤ）」位置では、毛管ループが、ポンプ３０２と注入弁出口の間の流れの中に導入される。而して、「充填（ＬＯＡＤ）」位置では、試料は、毛管ループ３１１から流れ分配弁３０１へと押し出される。
【００４０】
第１及び第２選択弁３０４、３０６は、共に、例えば、Valco Instruments社から市販されている６ポートＳＴ弁の様な従来の汎用弁であってもよい。その様な弁が、１個はカラム／ループの手前に、そして１個はカラム／ループの後ろに配置されている。
【００４１】
流路選択弁３０５は、通常は、本発明の背景技術で説明した型式の従来の汎用弁である。
最初に、精製するための試料が、注入弁がその注入（ＩＮＪＥＣＴ）位置にあるときに、注入弁３０３の毛管ループ３１１に導入される。
【００４２】
次いで、クロマトグラフィーシステムは、流れ分配弁３０１が図１７に示す第１回転子位置に対応する第１位置に在ることを特徴とする、図２０に図解する第１作動モードに設定される。明確にするために、図２０の弁３０１の入口／出口の相互位置は、図１７に示す実施形態のものと同じには描かれてはいないことに留意頂きたい。
【００４３】
更に、システムの第１作動モードでは、注入弁３０３は、その充填（ＬＯＡＤ）位置にあり、第１選択弁３０４は、カラム３１２の内の１つに直列で繋がるように設定されており、第２選択弁３０６は、ループの内の１つ、例えばループ３１５に直列で繋がるように設定されている。
【００４４】
使用されている緩衝液は、ポンプ３０２によって、流れ分配弁３０１を通して注入弁３０３へ押し出され、そこで、ループ３１１の内容物（試料）を注入弁３０３から押し出して流れ分配弁３０１へ運ぶ。試料は、流れ分配弁３０１と第１選択弁３０４を介して、クロマトグラフィーカラム３１２の中に充填される。使用されているクロマトグラフィー技法に依って、試料は、直接に、又は異なる緩衝液を使用する後続の段階で、の何れかで、カラムにより成分に分離される。本発明は、どの様なクロマトグラフィー技法にも同様に有用であるが、この図の説明では、分離は１段階で起こると想定されている。
【００４５】
分離された成分は、ＵＶセンサー３１７によって検出される。ＵＶ信号は、クロマトグラフィーシステムの制御ユニット（図示せず）によって処理され、流路選択弁３０５の位置を制御するのに用いられる。この様にして、流路選択弁３０５は、検出された試料フラクションがフラクションコレクタ３１４で回収される位置に設定してもよいし、流路選択弁３０５を通過する液体を、廃液出口３１９（又は随意の容器）に送ることもできる。しかしながら、検出されたフラクションを、流路選択弁３０５によって流れ分配弁３０１に送り返すこともできる。フラクションは、当該弁から第２選択弁３０６へ送られ、選択されたループ３１５の中に入れられる。過剰な液体があれば、流れ分配弁３０１へ送り返され、出口３１８を介してシステムから放出される。
【００４６】
従って、幾つかの異なる分離されたフラクションは、隔離して、選択的にフラクションコレクタ３１４内か、又は代わりに、第２選択弁３０６の設定を変えることにより選択される異なるループ３１５、３１６内に置くことができる。これは、ＵＶ検出器３１７からのＵＶ信号の分析に基づき、システムの制御ユニットを介して全て自動的に制御される。
【００４７】
図２１に示されているクロマトグラフィーシステムの第２作動モードは、流れ分配弁３０１が、図１９に示す第２回転子位置に対応する第２位置にあることを特徴としている。図２０と同様に、図２１の弁３０１の入口／出口の相互位置も、図１９に示す実施形態のものと同じに描かれてはいないことに留意頂きたい。
【００４８】
更に、システムの第２作動モードでは、注入弁３０３は、ＬＯＡＤ位置に在り、第１選択弁３０４は、他方のカラム３１３（第１作動モード中に接続されていたカラムとは別のカラム）に直列で繋がるように設定されており、第２選択弁３０６は、ループの内の１つ、例えば、回収された試料フラクションを保持するループ３１５に直列で繋がるように設定されている。
【００４９】
使用されている緩衝液は、ポンプ３０２によって、流れ分配弁３０１を通して第２選択弁３０６へ押し出され、選択されたループ３１５に入っている試料フラクションを伴って運ぶ。流れは、流れ分配弁３０１へ戻り、そこから、第１選択弁３０４へ進む。
【００５０】
第２作動モードでは、第１モードの時とは異なるカラム３１３が直列に接続されている。従って、試料フラクションは、先の第１作動モード中の分離段階とは異なる分離技法を使って、更に分離される。
【００５１】
第１作動モードと同様に、分離されたフラクションはＵＶセンサー３１７によって監視されており、ＵＶ信号を用いて流路選択弁３０５を制御し、フラクション及び／又は試料濃度の低い液体は、フラクションコレクタ３１４、又は何れかの出口３１９に送られるか、或いは流れ分配弁３０１へ戻される。
【００５２】
この様にして流れ分配弁３０１に戻されたフラクションは、更に、注入弁３０２に送られ、この弁に作用することにより、別の精製段階（第１作動モードに従って実行される）で更に処理するのに備えて、毛管ループ３１１の中に入れられる。代わりに、注入弁３０２、流れ分配弁３０１、及び出口３１８を介して、液体をシステムから放出してもよい。
【００５３】
第１又は第２選択弁３０４、３０６の様な選択弁が、通常は、内部バイパス位置を含んでいることを考慮すると、多くのその様な弁を直列で接続することもできると理解頂きたい。これは、必要な数のカラム及び／又はループを保持することができるシステムを形成できるようにするが、実際には、その数は、毛管を相互接続することにより生じる背圧又はバンド幅拡大により制限される。
【００５４】
図２２は、その様なシステムの一例の概略図であり、２つの追加ループ選択弁３０６’、３０７と、１つの追加カラム選択弁３０４’で拡張されている。
図２０と図２１に示すシステムと比べると、第３選択弁３０６’が、第２選択弁３０６の後に直列に配置されている。明確にするため、これらの弁３０６、３０６’は、それぞれ１つのループ３２５、３２５’を備えているように示されているが、各弁は、例えば、それぞれが５つループのある設計である様に、多くのループを有することもできるものと理解頂きたい。従って、先に説明した第１モードで実行される分離運転中に蓄えることのできるフラクションの数は、容易に拡張することができる。
【００５５】
同様に、第４選択弁３０７が、注入弁３０３の後に直列に配置されている。明確にするために、この弁３０７は１つのループ３１１’ を備えているように示されているが、例えば、５つループのある設計である様に、多くのループを有することもできるものと理解頂きたい。従って、最初に、又は先に説明した第２モードで実行される分離運転中に蓄えることのできるフラクションの数は、容易に拡張することができる。
【００５６】
最後に、図２０と図２１に示すシステムと比べて、第５選択弁３０４’が、第１選択弁３０４の後に直列に配置されており、これら両方の弁は、取り付けられているクロマトグラフィーカラム３２２、３２２’と関係付けられている。明確にするために、これらの弁３０４、３０４’は、それぞれ１つのカラム３２２、３２２’ を備えているように示されているが、各弁は、それぞれ５つカラムのある設計である様に、多くのカラムを有することもできるものと理解頂きたい。従って、先に説明した第１又は第２モードで実行される様々なクロマトグラフィー技法の異なる分離に有用なカラムの数は、容易に拡張することができる。
【００５７】
この様に、本発明による流れ分配弁を使えば、柔軟性のある自動化された多段階多次元のクロマトグラフィーシステムを、最小数の必要な弁、並びに短い相互接続毛管で設計することができるので、システムの流路により生じる背圧及びバンド幅拡大を減じることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 回転弁
１１ 固定子
１１ａ 内側固定子面
１２ 回転子
１２ａ 内側回転子面
１３ 回転軸
１４ 駆動ユニット
２１ａ−２８ａ ポート
２１ｂ−２８ｂ 固定子オリフィス
３１、３２ 固定子溝
４１−４４ 回転子溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁に、より具体的には、液体クロマトグラフィーシステムの様な流れ分配器具内で流体の流れの方向を決めるのに使用される回転弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
弁は、流体の輸送を伴う装置で広く使用されている。通常は、流体を多数の可能な流路の内の１つに向かわせるために使用される。例えば、研究室で使われる液体クロマトグラフィーシステムの分野では、流路の内径が通常は０．２５−２ｍｍであるが、流体を方向決めするのに、しばしば２方向ソレノイド弁が用いられている。その様な弁の一例は、日本の名古屋市のTAKASAGO Electrical社から市販されているＭＴＶシリーズの弁である。
【０００３】
ソレノイド弁は、流体圧が比較的高い（例えば、約０．５ＭＰａを超える圧力）用途に用いられる場合は、自ずと限界がある。
更に、それらは、多重流路弁、即ち、同時に使用される２つ以上の入口／出口を備えた弁としては、あまり適していない。
【０００４】
その様な用途には、回転弁を使用することが当該技術では広く知られている。一般的に、回転弁は、ここでは固定子と呼ばれる静止した本体を有しており、同固定子は、ここでは回転子と呼ばれる回転する本体と協働する。
【０００５】
固定子には、数多くの入口及び出口ポートが設けられている。ポートは、穴を介して、内側固定子面上の対応するオリフィスのセットと流体連通している。内側固定子面は、回転子の内側回転子面と流体密封接触している固定子の内側面である。回転子は、通常、円盤として形成されており、内側回転子面は内側固定子面に押し付けられて、回転的に協働している。内側回転子面には、１つ又は複数の溝が設けられており、同溝は、固定子に対する回転子の回転位置に依って異なるオリフィスと相互接続している。
【０００６】
回転弁は、高圧（例えば、３０Ｍｐａを超える圧力）に耐えるように設計することができる。それらは、ステンレス鋼、高性能高分子材料、及びセラミックの様な或る範囲の材料で作ることができる。
【０００７】
入口／出口の数、並びに回転子又は固定子の溝の設計は、意図する特定の弁の用途を反映している。
一般的な型式の多目的弁は、１つの入口ポート（通常、弁の回転軸に配置されている）と、入口ポートの周りに等距離に配置されている多数の出口ポートとを有している。回転子は、一端が回転中心にある１つの半径方向に伸張する溝を有しているので、常に入口に接続されており、他方の端部は、固定子に対する回転子の角度位置に依って、出口の何れか１つと接続されている。その様な弁は、流れを、入口から一度に１つの何れかの出口へ送るのに有用である。
【０００８】
もっと複雑な配置も可能である。例えば、２つ以上の流体が弁を通過できるようにするか、又は流れが、同じ弁を２回以上通過できるようにすることも有用である。この種の様々な状況を解決する弁が設計されてきた。
【０００９】
その様な弁の一例は、２重ランダムアクセス３方向回転弁であり、それについては、Nicholsに発行された米国特許第６，６７２，３３６号に記載されている。この弁は、第１の流体を出口「Ａ」又は出口「Ｂ」の何れかに送り、第２の流体を出口「Ｃ」又は出口「Ｄ」の何れかに送れるようにするという懸案を、単一の弁で、第１流体の方向を第２流体の方向と無関係にすることができるようにして、解決している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，６７２，３３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
流れ分配システムに関して解決しなければならない別の状況は、流れを、３つの構成要素を介して、図１と図２に示すように、交番で送らなければならない場合である。
第１構成要素、第２構成要素、及び第３構成要素は、センサー、クロマトグラフィーカラム、他の弁などの様な、流れを案内する何れかの構成要素（又は一組の構成要素）を示している。
【００１２】
各構成要素を通過する流れの方向が、さほど重要で無い場合（又は実際に切り替えが予定されている場合）、この状況は、図３と図４に概略的に示されている従来型の４方向二重経路弁を使って簡単に解決される。
【００１３】
しかしながら、図３と図４の解決法では、構成要素の内の１つ、即ち、図面の第２構成要素を通過する流れの方向を変えてはならない場合には、役に立たない。その状況が、図５（図１と同様）と図６に概略的に示されている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
流れの方向が重要である構成要素、即ち、流れ方向に依って異なる特性又は流体への異なる影響を有する構成要素の（液体クロマトグラフィーの分野から取った）例は、非対称形の内側チャンバ、クロマトグラフィーカラム、ボール弁などを備えたセンサーである。
【００１５】
従って、第１位置では、流れを、供給源から、第１構成要素、第２構成要素、第３構成要素を通して、出口へ送り、
第２位置では、流れを、供給源から、第３構成要素、第２構成要素、第１構成要素を通して、出口へ送り、
そのときに、流れが、前記第１位置と第２位置の両方で、同じ流れの方向で第２構成要素を通過できるような、単一の弁が必要とされている。
【００１６】
この必要性は、本出願の請求項１に記載の流れ分配弁で解決される。
更に、本発明の第２の態様に従って、請求項４に記載のクロマトグラフィーシステムが説明されており、前記クロマトグラフィーシステムは、請求項１に記載の弁を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】３つの構成要素を第１モードで通過する流れの概略図である。
【図２】３つの構成要素を第２モードで通過する流れの概略図である。
【図３】３つの構成要素を従来型の弁を使用して第１モードで通過する流れの概略図である。
【図４】３つの構成要素を従来型の弁を使用して第２モードで通過する流れの概略図である。
【図５】３つの構成要素を第１モードで通過する流れの概略図である。
【図６】３つの構成要素を第２モードで通過する流れの概略図である。
【図７】回転弁の概略側面図である。
【図８】本発明の１つの実施形態による弁への／弁からの入口／出口の概略図である。
【図９】図８に示されている固定子の概略前面図である。
【図１０】図８と図９に示されている固定子の内側固定子面のオリフィスの角度分布を概略的に示している。
【図１１】図８の固定子の、内側固定子面を示す概略図である。
【図１２】図８−１１に示す固定子の、隠れているオリフィスとチャネルを示す斜視図である。
【図１３】図１１に示す内側固定子面の、これも溝端部の位置を示す概略図である。
【図１４】本発明の１つの実施形態による回転子の内側回転子面の概略図である。前記回転子は、図８−１３に示す固定子と協働するように作られている。
【図１５】図１４に示す回転子の溝の角度分布を概略的に示している。
【図１６】図８−１５に示されている本発明の実施形態による弁の第１回転子位置の斜視図である。
【図１７】図１６に示されている弁の回転子位置の概略前面図である。
【図１８】図８−１５に示されている本発明の実施形態による弁の第２回転子位置の斜視図である。
【図１９】図１８に示されている弁の回転子位置の概略前面図である。
【図２０】本発明による弁を第１作動モードで使用しているクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図２１】本発明による弁を第２作動モードで使用しているクロマトグラフィーシステムの概略図である。
【図２２】本発明による弁を使用している、拡張型クロマトグラフィーシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
代表的な回転弁の主要部品を、図７に概略的に示している（ブラケット又は同様の荷重担持又は締結要素は図示せず）。回転弁１０は、固定子１１と、回転子１２と、自体の角度位置を認識するための手段（図示せず）を随意的に設けることができる回転軸１３と、通常はギアボックスとモーター（弁を手動で作動させることもできるが）を備えている駆動ユニット１４と、を有している。回転子は、固定子に対して、弁の回転軸ＲＡ周りに回転させることができる。
【００１９】
固定子１１は、組み込まれている器具に固定されているが、この固定子１１には、流体源、及び弁が協働することになるあらゆる構成要素と流体連通するためのポート（図７には図示せず）が設けられている。ポートは、適切であれば、固定子のどの部分にでも、どの方向にでも、配置することができる。ポートには、毛管又は配管に接続する手段が設けられている。その様な手段は、当業者には周知の従来型Valco継手の様な、どの様な適した型式であってもよい。ポートは、内側固定子面１１ａ、即ち、作動中に回転子１２と接触している固定子表面の対応するオリフィスのセットと、チャネルを介して流体連通している。
【００２０】
回転子１２は、通常、円盤として形成されており、作動中に、内側固定子面１１ａに押し付けられる面である内側回転子面１２ａを有している。内側回転子面１２ａには、１つ又は複数の溝が設けられており、同溝は、固定子１１に対する回転子１２の回転位置に依り、内側固定子面１１ａの異なるオリフィスと相互接続する。
【００２１】
図８は、本発明の１つの実施形態による流れ分配弁の固定子１１の簡単な斜視図を示しており、弁の入口及び出口ポートの配置を図解している。ポートの使用について説明する場合、ここでは「上」及び「下」という用語を用いている。これらの用語は、図面に言及しているだけであって、弁の機能は、それがどのように回されるか又は配置されるかに左右されない。しかしながら、ポートの相互位置（又は、より正確には、ポートを回転子と接続するオリフィスの相互位置）は重要である。而して、本発明の１つの実施形態による固定子１１は、弁を全ての所望の周辺構成要素に接続するのに用いられる８個の外側ポート、即ち、第１ポート２１ａ、第２ポート２２ａ、第３ポート２３ａ、第４ポート２４ａ、第５ポート２５ａ、第６ポート２６ａ、第７ポート２７ａ、及び第８ポート２８ａを有している。
【００２２】
ここで、「構成要素」という用語は、クロマトグラフィーカラムの様な単一の装置、又は、多数のインライン弁とモニターの様な相互接続された一組の装置、又は、単に一片の相互接続配管を指す場合もあることに留意頂きたい。
【００２３】
図９は、図８に示されている実施形態による固定子１１の前面図であり、どの様に弁が周辺構成要素に接続されているかを定義している。流体は、ポンプの様な供給源から、第２ポート２２ａへ入る。第１構成要素は、弁、モニターセル、保持毛管ループ、又は入口及び出口を有する他の有用な何らかの構成要素でもよく、第１ポート２１ａと第６ポート２６ａを介して弁に接続されている。
【００２４】
同様に、第３構成要素は、第３ポート２３ａと第８ポート２８ａを介して弁に接続されている。第５ポート２５ａは、第２構成要素の入口に接続されており、第７ポート２７ａは、第２構成要素から出てくる流れを受け入れる。最後に、第４ポート２４ａは、流体が（更に別の構成要素、容器へ、又は廃棄口に向けて）弁を出る出口ポートである。
【００２５】
第１構成要素と関係付けられている両ポートは、弁の回転子位置に依って、相互に入口／出口としての役割を果たすことに留意頂きたい。同じことは、第３構成要素と関係付けられているポートにも当てはまるが、第５ポート２５ａは、常に、第２構成要素への出口ポートであり、第７ポート２７ａは、常に、第２構成要素からの入口ポートである。各ポートは、チャネルを介して、内側固定子面１１ａに接続されていることにも留意頂きたい。各ポートは、オリフィスに接続されていて、即ち、第１オリフィス２１ｂは第１ポート２１ａに接続されており、第２オリフィス２２ｂは第２ポート２２ａに接続されており、第３オリフィス２３ｂは第３ポート２３ａに接続されており、第４オリフィス２４ｂは第４ポート２４ａに接続されており、第５オリフィス２５ｂは第５ポート２５ａに接続されており、第６オリフィス２６ｂは第６ポート２６ａに接続されており、第７オリフィス２７ｂは第７ポート２７ａに接続されており、第８オリフィス２８ｂは第８ポート２８ａに接続されている。図面でははっきりしないが、内側固定子面のチャネルとそのオリフィスは、直径が、通常は、ポート自体より小さい。
【００２６】
内側固定子面１１ａに面して、オリフィスの全体角度分布を図１０に示している（明確にするため、この図では固定子溝を省略しているが、図１３を参照しながら後で説明する）。本発明のこの実施形態のオリフィスの位置については、２つのグループに分けて説明することができ、上方のグループは、第１、第２、第３、及び第４オリフィス２１ｂ−２４ｂを備えており、下方のグループは、第５、第６、第７、及び第８オリフィス２５ｂ−２８ｂを備えている。上方のオリフィス２１ｂ−２４ｂ（ポート２１ａ−２４ａに対応している）それぞれは、角度αだけ均等に離れており、下方のオリフィス２５ｂ−２８ｂそれぞれ（ポート２５ａ−２８ａに対応している）も同様である。上方と下方のオリフィスのグループ２１ｂ−２４ｂと２５ｂ−２８ｂは、それぞれ、横と横が、同じ角度βだけ離れている。或る好適な実施形態では、角度αは３０°であり、角度βは９０°である。しかしながら、α＝３６°で、β＝７２°の様な他の角度であってもよい。勿論、全てのオリフィスは、弁の回転軸まで基本的に同じ半径距離Ｒで配置されている。
【００２７】
所望の弁機能を得るために、内側固定子面１１ａには、オリフィスに加えて、第１固定子溝３１と第２固定子溝３２が設けられており、前記溝は、図１１に示している様に、互いに基本的に平行である（図１０には示さず）。第１固定子溝３１の一端は、第４オリフィス２４ｂに繋がっており、即ち、第１構成要素の一端と流体連通しており、一方、第２固定子溝３２の一端は、第５オリフィス２５ｂに繋がっており、即ち、第３構成要素の一端と流体連通していることに留意頂きたい。
【００２８】
この配置は、固定子を前面から見た図１２にも示されており、オリフィスと溝は破線で示されている。
各固定子溝３１、３２は、通常は、オリフィス直径と同じ幅であり、図１３に示している様に、最も近いオリフィスからの角度αの角度区画線に対応し、一組のオリフィスに関する弁の回転軸までの同じ半径距離Ｒの位置で、終結している。
【００２９】
図８−１３に関連して先に説明した固定子と協働するように作られている回転子の実施形態の内側回転子面１２ａを、図１４に示している。それには、第１回転子溝４１、第２回転子溝４２、第３回転子溝４３、及び第４回転子溝４４が設けられている。第１及び第２回転子溝４１、４２を上方回転子溝とし、第３及び第４回転子溝４３、４４を下方回転子溝とする。回転子溝４１−４４は、互いに同じ大きさと形状であるのが望ましく、図１５に示されている様に、固定子１１のオリフィスに対応するように角度的に分布されていて、即ち、２つの上方回転子溝４１、４２の最も接近している端部同士は、角度αだけ離れており、２つの下方回転子溝４３、４４の最も接近している端部同士は、角度αだけ離れており、上方回転子溝セットと下方回転子溝セットは、両方向で角度βだけ離れている。各回転子溝（４１−４４）は、固定子の２つの隣接するオリフィスを分割する角度αに亘って伸張している。同時に、内側回転子面１２ａの回転子溝４１−４４の全ての端部は、内側固定子面１１ａのオリフィスと同じく、回転の中心から基本的に同じ半径距離Ｒに配置されている。
【００３０】
組み立てられると、内側回転子面１２ａは、従来のどの回転弁にとっても一般的なやり方（当業者には周知であり、ここでは説明しない）で、内側固定子面１１ａに押し付けられる。本発明の弁固定子に対する回転子の位置は、図１６−１９に示している様な、２つの作動回転子位置が考えられる。
【００３１】
第１回転子位置では、図１６と図１７に示している様に、流体は、通常はポンプから、第２ポート２２ａに入る。流れは、第１回転子溝４１を通り、第１ポート２１ａを出て第１構成要素へ流れ、第１構成要素から第６ポート２６ａを介して戻ってくる。流体は、そこから、第３回転子溝４３を通り、第５ポート２５を出て第２構成要素に入る。流体は、第２構成要素から、弁の第７ポート２７ａに戻り、第４回転子溝４４を通り、第８ポート２８ａを出て第３構成要素へ流れる。流体は、第３構成要素から、弁の第３ポート２３ａに戻り、第２回転子溝４２を通り、第４ポート２４ａを介して弁を出る。
【００３２】
上では説明していないが、ポート２１ａ−２８ａの何れか１つを通る流体は、勿論、内側固定子面の対応するオリフィス２１ｂ−２８ｂも通ることに留意頂きたい。この回転子位置では、内側固定子面１１ａの固定子溝３１と３２は、第４及び第５のそれぞれのオリフィス２４ｂ及び２５ｂに繋がっている部分以外は、使用されていないことにも留意頂きたい。この様に、これらは、下に説明する様に、第２回転子位置では濯ぐことのできる袋小路を形成している。
【００３３】
図１８と図１９に示されている第２回転子位置は、図示の実施形態では、回転子１２を、第１位置から、固定子１１に対して反時計回り（固定子の前方から見て）に角度αだけ回転させることにより得られる。
【００３４】
第２回転子位置では、流体は、第１回転子位置の場合と同じように第２ポート２２ａに入る。流れは、第２回転子溝４２を通り、第３ポート２３ａを出て第３構成要素に流れ、第３構成要素から第７ポート２７ａを介して戻ってくる。流体は、第４回転子溝４４を通り、第２固定子溝３２を介して（同溝が濯がれ）、第５ポート２５ａを出て第２構成要素に入る。流体は、第２構成要素から、弁の第７ポート２７ａに戻り、第３回転子溝４３を通り、第６ポート２６ａを出て第１構成要素に流れる。流体は、第１構成要素から、弁の第１ポート２１ａに戻り、第１回転子溝４１を通り、第１固定子溝３１を介して（同溝が濯がれ）、第４ポート２４ａを通って弁を出る。
【００３５】
本発明による回転弁は、最小の弁構成要素を備えた進歩した液体クロマトグラフィーシステムの設計を可能にする。本発明の第２態様によれば、先に説明した回転弁を備えたクロマトグラフィーが提供されている。
【００３６】
その様な液体クロマトグラフィーシステムの或る実施形態について、図２０と図２１を参照しながら説明するが、図では、本発明に関連する主要な構成要素を示しているが、追加のモニタリングセンサー、追加の弁、調整装置などの様な他の構成要素は、システムにとって同様に重要であっても、明確にするために省略している。
【００３７】
従って、システムは、先に説明した本発明の弁によれば、流れ分配弁３０１に接続されているポンプ３０２の様な主要な液体供給源を含んでいる。従来型の毛管ループ３１１で例示されている第１試料保持装置が取り付けられている試料注入弁３０３は、第１構成要素として、流れ分配弁（上記流れ分配弁に関する説明を参照のこと）に接続されている。複数（又は少なくとも１つ）のクロマトグラフィーカラム３１２、３１３が接続されている第１選択弁３０４（明確にするために、２つのその様なカラム３１２、３１３だけを図面に示しているが、選択可能なカラムの数は、第１選択弁３０４の容量によって決まる）は、第２構成要素として接続されている（上記の流れ分配弁の説明を参照のこと）。この実施形態では、第１選択弁は、更に、ここではクロマトグラフィーシステムの制御ユニット（図示せず）に接続されているＵＶセンサー３１７として例示されている試料モニタリング装置、及び流路選択弁３０５と直列に接続されており、これら３つの構成要素全てが、第２構成要素と呼ばれる。第２選択弁３０６は、ここでは毛管ループ３１５、３１６で例示されている一組の選択可能な試料保持装置（即ち、明確にするために、２つのその様なループ３１５、３１６だけを図示しているが、選択可能なループの数は、選択弁３０６の容量によって決まる）を有しており、第３構成要素として流れ分配弁に接続されている（上記の説明を参照のこと）。更に、分離された試料の一部を回収するための、従来のフラクションコレクタの様な回収装置３１４が、経路選択弁３０５に接続されている。各構成要素は、システム内で使用される流量に合った内径を有するＰＥＥＫ毛管の様な、適した配管を使って相互接続されている。
【００３８】
容易に理解頂けるように、構成要素が取り付けられている注入弁３０３は、本発明の流れ分配弁に関する上記説明の「第１構成要素」の一例を示している。同様に、ループが取り付けられている第２選択弁３０６は「第３構成要素」の一例を示しており、カラム３１２が取り付けられている第１選択弁３０４と、ＵＶセンサー３１７と、流路選択弁３０５は、一体になって、本発明の流れ分配弁に関する上記説明の「第２構成要素」の一例を表している。
【００３９】
試料注入弁３０３は、GE Healthcare社から市販されているＩＮＶ−９０７注入弁の様な従来の試料注入弁でもよい。
注入弁３０３は、幾つかのの作動位置を取ることができる。第１の「注入（ＩＮＪＥＣＴ）」位置では、プロテイン及び／又は他の生物由来成分の入った或る量の液体の様な試料が、通常は、注入弁３０３に接続されている注射器を使って、第１毛管ループ３１１に移される。通常は、この位置では、ポンプ３０２からの流れは、直接、注入弁３０３を通過し、注入弁出口を介して、流れ分配弁３０１に流れる。第２の「充填（ＬＯＡＤ）」位置では、毛管ループが、ポンプ３０２と注入弁出口の間の流れの中に導入される。而して、「充填（ＬＯＡＤ）」位置では、試料は、毛管ループ３１１から流れ分配弁３０１へと押し出される。
【００４０】
第１及び第２選択弁３０４、３０６は、共に、例えば、Valco Instruments社から市販されている６ポートＳＴ弁の様な従来の汎用弁であってもよい。その様な弁が、１個はカラム／ループの手前に、そして１個はカラム／ループの後ろに配置されている。
【００４１】
流路選択弁３０５は、通常は、本発明の背景技術で説明した型式の従来の汎用弁である。
最初に、精製するための試料が、注入弁がその注入（ＩＮＪＥＣＴ）位置にあるときに、注入弁３０３の毛管ループ３１１に導入される。
【００４２】
次いで、クロマトグラフィーシステムは、流れ分配弁３０１が図１７に示す第１回転子位置に対応する第１位置に在ることを特徴とする、図２０に図解する第１作動モードに設定される。明確にするために、図２０の弁３０１の入口／出口の相互位置は、図１７に示す実施形態のものと同じには描かれてはいないことに留意頂きたい。
【００４３】
更に、システムの第１作動モードでは、注入弁３０３は、その充填（ＬＯＡＤ）位置にあり、第１選択弁３０４は、カラム３１２の内の１つに直列で繋がるように設定されており、第２選択弁３０６は、ループの内の１つ、例えばループ３１５に直列で繋がるように設定されている。
【００４４】
使用されている緩衝液は、ポンプ３０２によって、流れ分配弁３０１を通して注入弁３０３へ押し出され、そこで、ループ３１１の内容物（試料）を注入弁３０３から押し出して流れ分配弁３０１へ運ぶ。試料は、流れ分配弁３０１と第１選択弁３０４を介して、クロマトグラフィーカラム３１２の中に充填される。使用されているクロマトグラフィー技法に依って、試料は、直接に、又は異なる緩衝液を使用する後続の段階で、の何れかで、カラムにより成分に分離される。本発明は、どの様なクロマトグラフィー技法にも同様に有用であるが、この図の説明では、分離は１段階で起こると想定されている。
【００４５】
分離された成分は、ＵＶセンサー３１７によって検出される。ＵＶ信号は、クロマトグラフィーシステムの制御ユニット（図示せず）によって処理され、流路選択弁３０５の位置を制御するのに用いられる。この様にして、流路選択弁３０５は、検出された試料フラクションがフラクションコレクタ３１４で回収される位置に設定してもよいし、流路選択弁３０５を通過する液体を、廃液出口３１９（又は随意の容器）に送ることもできる。しかしながら、検出されたフラクションを、流路選択弁３０５によって流れ分配弁３０１に送り返すこともできる。フラクションは、当該弁から第２選択弁３０６へ送られ、選択されたループ３１５の中に入れられる。過剰な液体があれば、流れ分配弁３０１へ送り返され、出口３１８を介してシステムから放出される。
【００４６】
従って、幾つかの異なる分離されたフラクションは、隔離して、選択的にフラクションコレクタ３１４内か、又は代わりに、第２選択弁３０６の設定を変えることにより選択される異なるループ３１５、３１６内に置くことができる。これは、ＵＶ検出器３１７からのＵＶ信号の分析に基づき、システムの制御ユニットを介して全て自動的に制御される。
【００４７】
図２１に示されているクロマトグラフィーシステムの第２作動モードは、流れ分配弁３０１が、図１９に示す第２回転子位置に対応する第２位置にあることを特徴としている。図２０と同様に、図２１の弁３０１の入口／出口の相互位置も、図１９に示す実施形態のものと同じに描かれてはいないことに留意頂きたい。
【００４８】
更に、システムの第２作動モードでは、注入弁３０３は、ＬＯＡＤ位置に在り、第１選択弁３０４は、他方のカラム３１３（第１作動モード中に接続されていたカラムとは別のカラム）に直列で繋がるように設定されており、第２選択弁３０６は、ループの内の１つ、例えば、回収された試料フラクションを保持するループ３１５に直列で繋がるように設定されている。
【００４９】
使用されている緩衝液は、ポンプ３０２によって、流れ分配弁３０１を通して第２選択弁３０６へ押し出され、選択されたループ３１５に入っている試料フラクションを伴って運ぶ。流れは、流れ分配弁３０１へ戻り、そこから、第１選択弁３０４へ進む。
【００５０】
第２作動モードでは、第１モードの時とは異なるカラム３１３が直列に接続されている。従って、試料フラクションは、先の第１作動モード中の分離段階とは異なる分離技法を使って、更に分離される。
【００５１】
第１作動モードと同様に、分離されたフラクションはＵＶセンサー３１７によって監視されており、ＵＶ信号を用いて流路選択弁３０５を制御し、フラクション及び／又は試料濃度の低い液体は、フラクションコレクタ３１４、又は何れかの出口３１９に送られるか、或いは流れ分配弁３０１へ戻される。
【００５２】
この様にして流れ分配弁３０１に戻されたフラクションは、更に、注入弁３０２に送られ、この弁に作用することにより、別の精製段階（第１作動モードに従って実行される）で更に処理するのに備えて、毛管ループ３１１の中に入れられる。代わりに、注入弁３０２、流れ分配弁３０１、及び出口３１８を介して、液体をシステムから放出してもよい。
【００５３】
第１又は第２選択弁３０４、３０６の様な選択弁が、通常は、内部バイパス位置を含んでいることを考慮すると、多くのその様な弁を直列で接続することもできると理解頂きたい。これは、必要な数のカラム及び／又はループを保持することができるシステムを形成できるようにするが、実際には、その数は、毛管を相互接続することにより生じる背圧又はバンド幅拡大により制限される。
【００５４】
図２２は、その様なシステムの一例の概略図であり、２つの追加ループ選択弁３０６’、３０７と、１つの追加カラム選択弁３０４’で拡張されている。
図２０と図２１に示すシステムと比べると、第３選択弁３０６’が、第２選択弁３０６の後に直列に配置されている。明確にするため、これらの弁３０６、３０６’は、それぞれ１つのループ３２５、３２５’を備えているように示されているが、各弁は、例えば、それぞれが５つループのある設計である様に、多くのループを有することもできるものと理解頂きたい。従って、先に説明した第１モードで実行される分離運転中に蓄えることのできるフラクションの数は、容易に拡張することができる。
【００５５】
同様に、第４選択弁３０７が、注入弁３０３の後に直列に配置されている。明確にするために、この弁３０７は１つのループ３１１’ を備えているように示されているが、例えば、５つループのある設計である様に、多くのループを有することもできるものと理解頂きたい。従って、最初に、又は先に説明した第２モードで実行される分離運転中に蓄えることのできるフラクションの数は、容易に拡張することができる。
【００５６】
最後に、図２０と図２１に示すシステムと比べて、第５選択弁３０４’が、第１選択弁３０４の後に直列に配置されており、これら両方の弁は、取り付けられているクロマトグラフィーカラム３２２、３２２’と関係付けられている。明確にするために、これらの弁３０４、３０４’は、それぞれ１つのカラム３２２、３２２’ を備えているように示されているが、各弁は、それぞれ５つカラムのある設計である様に、多くのカラムを有することもできるものと理解頂きたい。従って、先に説明した第１又は第２モードで実行される様々なクロマトグラフィー技法の異なる分離に有用なカラムの数は、容易に拡張することができる。
【００５７】
この様に、本発明による流れ分配弁を使えば、柔軟性のある自動化された多段階多次元のクロマトグラフィーシステムを、最小数の必要な弁、並びに短い相互接続毛管で設計することができるので、システムの流路により生じる背圧及びバンド幅拡大を減じることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 回転弁
１１ 固定子
１１ａ 内側固定子面
１２ 回転子
１２ａ 内側回転子面
１３ 回転軸
１４ 駆動ユニット
２１ａ−２８ａ ポート
２１ｂ−２８ｂ 固定子オリフィス
３１、３２ 固定子溝
４１−４４ 回転子溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れを分配するための、固定子（１１）と回転子（１２）を備えている回転弁（１０）において、
前記固定子（１１）は、前記固定子の中に延びる少なくとも８個のポートを備えており、各ポートは、内側固定子面（１１ａ）上の対応するオリフィスで終結しており、第１ポート（２１ａ）は第１オリフィス（２１ｂ）で終結し、第２ポート（２２ａ）は第２オリフィス（２２ｂ）で終結し、第３ポート（２３ａ）は第３オリフィス（２３ｂ）で終結し、第４ポート（２４ａ）は第４オリフィス（２４ｂ）で終結し、第５ポート（２５ａ）は第５オリフィス（２５ｂ）で終結し、第６ポート（２６ａ）は第６オリフィス（２６ｂ）で終結し、第７ポート（２７ａ）は第７オリフィス（２７ｂ）で終結し、第８ポート（２８ａ）は第８オリフィス（２８ｂ）で終結し、前記内側固定子面（１１ａ）は、前記回転子（１２）の内側回転子面（１２ａ）と流体密封方式で接触する前記固定子の面であり、前記内側固定子面（１２ａ）は、前記内側固定子面（１１ａ）に対して、回転軸（ＲＡ）の周りに回転方向に可動であり、前記固定子オリフィス（２１ｂ−２８ｂ）のそれぞれは、前記回転軸（ＲＡ）の周りに、共通の半径距離Ｒに分布されており、
前記第１、第２、第３、及び第４オリフィス（２１ｂ−２４ｂ）は、第１オリフィスグループを形成していて、そのグループの各オリフィスは、最も近い隣のオリフィスから角度αだけ離れており、前記第５、第６、第７、及び第８オリフィス（２５ｂ−２８ｂ）は、第２オリフィスグループを形成しており、そのグループの各オリフィスは、最も近い隣のオリフィスから角度αだけ離れており、前記第１オリフィスグループと前記第２オリフィスグループは、互いに、両方向に角度βだけ離れており、
前記内側固定子面（１１ａ）は、前記第４オリフィス（２４ｂ）で始まり、前記回転軸（ＲＡ）から半径距離Ｒにあって前記第１オリフィス（２１ｂ）から角度αだけ離れている位置で終結している第１固定子溝（３１）と、前記第５オリフィス（２５ｂ）で始まり、前記回転軸（ＲＡ）から半径距離Ｒにあって前記第８オリフィス（２８ｂ）から角度αだけ離れている位置で終結している第２固定子溝（３２）とを更に備えている、ことを特徴とし、
前記内側回転子面（１２ａ）は、それぞれ両端が前記回転軸（ＲＡ）から半径距離Ｒにある第１、第２、第３、及び第４回転子溝（４１−４４）を備えており、前記各回転子溝（４１−４４）は、前記固定子の２つの隣接するオリフィスを分割する角度αに亘って伸張しており、前記第１と第２の回転子溝（４１、４２）は、角度αだけ離れていて第１組の溝を形成し、前記第３と第４の回転子溝（４３、４４）は、角度αだけ離れていて第２組の溝を形成し、前記第１組の溝は、前記第２組の溝と直径方向に反対側に配置されており、
前記固定子（１１）と前記回転子（１２）は、第１回転子位置と第２回転子位置で協働することができるようになっていて、前記第２回転子位置は、前記回転子を第１位置から角度αだけ回すことにより得られるようになっており、
前記第１位置では、前記第１ポート（２１ａ）と前記第２ポート（２２ａ）は、前記第１回転子溝（４１）を介して流体連通し、前記第３ポート（２３ａ）と前記第４ポート（２４ａ）は、前記第２回転子溝（４２）を介して流体連通し、前記第５ポート（２５ａ）と前記第６ポート（２６ａ）は、前記第３回転子溝（４３）を介して流体連通し、前記第７ポート（２７ａ）と前記第８ポート（２８ａ）は、前記第４回転子溝（４４）を介して流体連通し、
前記第２位置では、前記第１ポート（２１ａ）と前記第４ポート（２４ａ）は、前記第１回転子溝（４１）と前記固定子溝（３１）を介して流体連通し、前記第２ポート（２２ａ）と前記第３ポート（２３ａ）は、前記第２回転子溝（４２）を介して流体連通し、前記第５ポート（２５ａ）と前記第８ポート（２８ａ）は、前記第４回転子溝（４４）と前記第２固定子溝（３２）を介して流体連通し、前記第６ポート（２６ａ）と前記第７ポート（２７ａ）は、前記第３回転子溝（４３）を介して流体連通する、ことを特徴とする、回転弁。
【請求項２】
前記角度αは３０°であり、前記角度βは９０°である、請求項１に記載の回転弁。
【請求項３】
前記角度αは３６°であり、前記角度βは７２°である、請求項１に記載の回転弁。
【請求項４】
請求項１−３の何れかに記載の弁を備えているクロマトグラフィーシステム。
【請求項５】
請求項１−３の何れかに記載の弁に接続されている３つの異なる構成要素又は構成要素群を更に備えており、前記３つの構成要素又は構成要素群の内の１つを通る流れの方向は、一定に保たれ、他の２つの構成要素又は構成要素群を通る流れの方向は、変えることができる、請求項４に記載のクロマトグラフィーシステム。
【請求項１】
流体の流れを分配するための、固定子（１１）と回転子（１２）を備えている回転弁（１０）において、
前記固定子（１１）は、前記固定子の中に延びる少なくとも８個のポートを備えており、各ポートは、内側固定子面（１１ａ）上の対応するオリフィスで終結しており、第１ポート（２１ａ）は第１オリフィス（２１ｂ）で終結し、第２ポート（２２ａ）は第２オリフィス（２２ｂ）で終結し、第３ポート（２３ａ）は第３オリフィス（２３ｂ）で終結し、第４ポート（２４ａ）は第４オリフィス（２４ｂ）で終結し、第５ポート（２５ａ）は第５オリフィス（２５ｂ）で終結し、第６ポート（２６ａ）は第６オリフィス（２６ｂ）で終結し、第７ポート（２７ａ）は第７オリフィス（２７ｂ）で終結し、第８ポート（２８ａ）は第８オリフィス（２８ｂ）で終結し、前記内側固定子面（１１ａ）は、前記回転子（１２）の内側回転子面（１２ａ）と流体密封方式で接触する前記固定子の面であり、前記内側固定子面（１２ａ）は、前記内側固定子面（１１ａ）に対して、回転軸（ＲＡ）の周りに回転方向に可動であり、前記固定子オリフィス（２１ｂ−２８ｂ）のそれぞれは、前記回転軸（ＲＡ）の周りに、共通の半径距離Ｒに分布されており、
前記第１、第２、第３、及び第４オリフィス（２１ｂ−２４ｂ）は、第１オリフィスグループを形成していて、そのグループの各オリフィスは、最も近い隣のオリフィスから角度αだけ離れており、前記第５、第６、第７、及び第８オリフィス（２５ｂ−２８ｂ）は、第２オリフィスグループを形成しており、そのグループの各オリフィスは、最も近い隣のオリフィスから角度αだけ離れており、前記第１オリフィスグループと前記第２オリフィスグループは、互いに、両方向に角度βだけ離れており、
前記内側固定子面（１１ａ）は、前記第４オリフィス（２４ｂ）で始まり、前記回転軸（ＲＡ）から半径距離Ｒにあって前記第１オリフィス（２１ｂ）から角度αだけ離れている位置で終結している第１固定子溝（３１）と、前記第５オリフィス（２５ｂ）で始まり、前記回転軸（ＲＡ）から半径距離Ｒにあって前記第８オリフィス（２８ｂ）から角度αだけ離れている位置で終結している第２固定子溝（３２）とを更に備えている、ことを特徴とし、
前記内側回転子面（１２ａ）は、それぞれ両端が前記回転軸（ＲＡ）から半径距離Ｒにある第１、第２、第３、及び第４回転子溝（４１−４４）を備えており、前記各回転子溝（４１−４４）は、前記固定子の２つの隣接するオリフィスを分割する角度αに亘って伸張しており、前記第１と第２の回転子溝（４１、４２）は、角度αだけ離れていて第１組の溝を形成し、前記第３と第４の回転子溝（４３、４４）は、角度αだけ離れていて第２組の溝を形成し、前記第１組の溝は、前記第２組の溝と直径方向に反対側に配置されており、
前記固定子（１１）と前記回転子（１２）は、第１回転子位置と第２回転子位置で協働することができるようになっていて、前記第２回転子位置は、前記回転子を第１位置から角度αだけ回すことにより得られるようになっており、
前記第１位置では、前記第１ポート（２１ａ）と前記第２ポート（２２ａ）は、前記第１回転子溝（４１）を介して流体連通し、前記第３ポート（２３ａ）と前記第４ポート（２４ａ）は、前記第２回転子溝（４２）を介して流体連通し、前記第５ポート（２５ａ）と前記第６ポート（２６ａ）は、前記第３回転子溝（４３）を介して流体連通し、前記第７ポート（２７ａ）と前記第８ポート（２８ａ）は、前記第４回転子溝（４４）を介して流体連通し、
前記第２位置では、前記第１ポート（２１ａ）と前記第４ポート（２４ａ）は、前記第１回転子溝（４１）と前記固定子溝（３１）を介して流体連通し、前記第２ポート（２２ａ）と前記第３ポート（２３ａ）は、前記第２回転子溝（４２）を介して流体連通し、前記第５ポート（２５ａ）と前記第８ポート（２８ａ）は、前記第４回転子溝（４４）と前記第２固定子溝（３２）を介して流体連通し、前記第６ポート（２６ａ）と前記第７ポート（２７ａ）は、前記第３回転子溝（４３）を介して流体連通する、ことを特徴とする、回転弁。
【請求項２】
前記角度αは３０°であり、前記角度βは９０°である、請求項１に記載の回転弁。
【請求項３】
前記角度αは３６°であり、前記角度βは７２°である、請求項１に記載の回転弁。
【請求項４】
請求項１−３の何れかに記載の弁を備えているクロマトグラフィーシステム。
【請求項５】
請求項１−３の何れかに記載の弁に接続されている３つの異なる構成要素又は構成要素群を更に備えており、前記３つの構成要素又は構成要素群の内の１つを通る流れの方向は、一定に保たれ、他の２つの構成要素又は構成要素群を通る流れの方向は、変えることができる、請求項４に記載のクロマトグラフィーシステム。
【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】
【公表番号】特表２０１０−５２６９７６（Ｐ２０１０−５２６９７６Ａ）
【公表日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０８３３４（Ｐ２０１０−５０８３３４）
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２００８／０００２８８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４０３７４
【国際公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（５０９０８８２４０）ジーイー・ヘルスケア・バイオ−サイエンシズ・アーベー (22)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２００８／０００２８８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１４０３７４
【国際公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（５０９０８８２４０）ジーイー・ヘルスケア・バイオ−サイエンシズ・アーベー (22)
【Ｆターム（参考）】
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