JP2001500260A - 改良された流体制御弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 小さな容量において極めて複雑な弁相互結合機構を実現することができる流体制御弁装置が開示されている。流体制御弁装置は、ブロックの両側に設けられた弁エレメントの間に、３つの材料の層を形成するために、ブロックの上側及び下側に位置決めされた座板を用いている。ブロックの両側に設けられたふくれ弁機構の間には３つの材料の層が設けられているので、弁膜とふくれ凹所とに接触するレベルから離れたレベルにおいて２つの界面が設けられており、この界面に相互結合チャネルが形成されている。ブロックの各側は、ふくれのために割り当てられた１つの層と、相互結合チャネルの形成のために割り当てられた別の層とを有しているので、小さな容量において極めて複雑な弁層と結合機構が形成されてよい。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された流体制御弁装置 関連する出願の相互参照 本願は、本願の譲渡人によって所有されておりここに参考のために示された、 ウィリー（Wylie）、ラウプフォーゲル（Raubvogel）及びレブソン（Leveson） による、同日に出願された係属中の出願連続番号０８／７０９７８９号、「アナ リティカル・エンジン・フォー・ガス・クロマトグラフ（ANALYTICAL ENGINE FO R GAS CHROMATOGRAPH）」に関する。 発明の背景 ガスクロマトグラフィ及びその他の分野では、制御弁の装置によって１つ又は ２つ以上の流体の流れを制御する必要がある。装置の構造はかなり複雑であり、 弁自体は、しばしば、極めて小さくかつ正確に動作することが要求される。この 要求を満たすために、弁の内部容量は極めて小さいことが望ましい。 さらに、多くの適用例においては、制御される流体と接触する全ての表面は、 流体の汚染を回避するために不活性でなければならない。制御される流体と反応 する物質又は制御される流体を吸収する物質は、ガスクロマトグラフィ装置の結 果を著しくゆがめるおそれがある。なぜならば、例えば、これらの結果の所要の 感度が、数ｐｐｂのオーダ、又はこれより低いからである。 弁の動作はできるだけ単純であることが望ましく、また弁が長い実用寿命を有 している（すなわち故障のない多数の開閉を行う）ことが望ましい。さらに、弁 と結合チャネルとが、容易に製造することができる単一の不活性のアセンブリに 一体的に形成されていることが望ましい。 １９８２年１０月１２日にマーティン（Martin）に発行された米国特許第４３ ５３２４３号明細書に記載された装置においては、複数のダイヤフラム弁が、中 実の板の表面に形成された周囲チャネルによって連結されているような装置が記 載されている。この装置は、幾つかの適用例では有効であるが、極度に複雑な配 列と多数の弁の間の相互結合とに適応可能であるフレキビリティを有していない 。 １９９２年１月２８日にウィリー（Wylie）、レブソン（Leveson）、トムソン （Thomson）及びブレイ（Bray）に発行された、ここでは参考に示された米国特 許第５０８３７４２号明細書には、化学的な流体と共に使用するための流体制御 弁が記載されており、この場合、汚染物の回避が重要である。流体制御弁は、金 属箔操作部材によって分析区分と駆動区分とに分割された流体制御室を有してい る。前記金属箔操作部材は、室の周囲縁部と上側の壁部との間に締め付けられ ている。箔膜は、駆動流体圧に応答して開放位置と閉鎖位置との間を移動可能で ある。膜に係合する縁部の上側の部分は、比較的小さな表面領域であり、膜及び 上側の壁を構成した材料よりも柔軟な材料から形成されており、これにより、ア センブリが密に締め付けられた場合に膜周囲を上側の壁部に対してシールする極 めて有効な手段が提供される。 １９９３年１月５日にレブソン（Leveson）及びバセット（Bassett）に発行さ れた、ここでは参考に示された米国特許第５１７６３５９号明細書には、ブロッ クの別の面に設けられた溝によって選択的に相互結合された中央のブロックの一 方の面から他方の面にまで延びた、群又は対になった複数の孔が記載されている 。弁は、弾性的な膜に形成された複数のふくれを有しており、ふくれは、膜がブ ロックの面に対して押し付けられ場合に孔群と合致するように位置決めされてい る。しかしながら、同じブロックに膜のシール面と溝とを設けることは、ブロッ ク上の利用可能な領域が制限されているので、複雑な弁相互結合機構の製造及び 完成をより困難にする。 発明の概要 本発明による流体制御弁装置は、ブロックと、弁機構と、この弁機構をブロッ クの表面から分離させるために設けられた座板とを有している。本発明によれば 、複数のチャネル及び／又は複数の孔から成る通路が ブロックに形成されており、この場合幾つかの孔は貫通孔であってよい。ブロッ クの面に設けられたチャネルは、個々の孔を、ブロックに設けられた他の孔と結 合させており、これにより通路が相互結合されている。１つの実施例の場合には チャネルはほぼ円形であるが、チャネルは、個々の孔を、ブロックに設けられた 他の孔に結合させるために好都合なあらゆる形状及び方向付けを有していてよい 。チャネルは、ブロックの面と接触した座板とのシールの程度を高めるためにリ ッジを有していてよい。座板は、群として配置された複数の貫通孔を有しており 、各群は少なくとも２つの孔を有しており、孔は、ブロックに設けられたチャネ ル又は孔に連通している。座板は、よく研磨された表面を有していてよい。 座板の、ブロックの面とは反対側を向いた面は、複数のふくれを有する弾性的 な膜（例えば金属薄板）と接触しており、ふくれの凹面側が個々の座板に面して いる。ふくれは、各ふくれが、座板に設けられた孔群に被さるように膜上に位置 決めされている。孔群及びふくれは、本発明の弁の１つの実施例から成っている 。弁は、上で引用した米国特許第５０８３７４２号明細書に記載された弁に類似 している。上で引用した米国特許第４３５３２４３号明細書に開示されたような 他の弁手段が、孔群を通って流体を流過させるために使用されている場合に、座 板装置が使用されてもよい 。 孔及びチャネルの間で流体が漏洩することを回避することを目的としてブロッ クの材料を変形させるために、駆動板が膜に対して堅く押し付けられる（ウィリ ー（Wylie）、レブソン（Leveson）、トムソン（Thomson）及びブレイ（Bray） に発行された米国特許第５０８３７４２号明細書参照）。駆動板は、ふくれを収 容するために、この駆動板に形成された複数の凹所を有している。各凹所は、孔 によって又は孔及びチャネルによって圧力流体源に連結されている。ふくれの上 側に位置した凹所に圧力流体が流入させられると、ふくれは座板に対して堅く押 し付けられ、これにより、凹所の下方の孔の間の連通をシールして遮断する。こ のことは、弁を閉鎖する。圧力流体が解放されると、ふくれは元の形状に弾性的 に戻り、これにより、弁を再び開放する。“開放した”弁ふくれの下側に減じら れた圧力が必要とされる場合には、ふくれの破壊と弁の閉鎖とを回避するために 、ふくれの上側における圧力を減じる必要がある。 １つの実施例の場合には、座板が付属の弁膜と駆動板と共に、ブロックの各面 に設けられている。ブロックの両側におけるふくれ弁エレメントの間には３つの 材料層が設けられているので、接触する弁膜とふくれ凹所とから離れたレベルに おいて２つの界面が設けられており、この界面において相互結合チャネルが形成 される。ブロックの各側にはふくれのために割り当てられた１つの界面と、相互 結合チャネルの形成のために割り当てられた別の界面とが設けられているので、 小さな容量に極めて複雑な弁相互結合機構を形成することができる。座板の各側 におけるシール面は、相互結合のために割り当てられる空間を必要としない。こ れにより、チャネルは、座板の堅い材料にではなく、ブロックの比較的柔軟な材 料に形成されるだけでよい。製造を容易にするために、駆動板も比較的柔軟な材 料から形成されてよい。ブロックと駆動板とは、座板との効果的なシールを提供 するために座板よりも低い耐力を有する材料から形成される必要があるので、比 較的柔軟である。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に基づく制御弁装置の１つの実施例の分解図を示している。 図１ａは、本発明に基づく実施例における通路とポートとを有するブロックを 示している。 図２は、本発明に基づく実施例における２つの弁の構造の横断面図を示してい る。 図３は、本発明に基づく１つの実施例における流体制御弁装置を組み立てるた めに使用される弁配列組立てジグを示している。 発明の詳細な説明 図１には、本発明に基づく制御弁装置の１つの実施 例の分解図が示されている。この実施例は、中央のブロック１１０と、座板１２ ０及び１３０と、膜１４０及び１５０と、駆動板１６０及び１７０と、ねじ山付 きボルト板１８０と、ボルト板１９０と、締付けボルト１９２と、整合ピン１９ ４とを有している。 図示した実施例の場合には、ブロック１１０には２８の孔１１０ａが形成され ている。ここでは、２３の貫通孔と、５の止り穴（貫通していない孔）とが設け られている。各止り穴と、８つの貫通孔とは、１３の水平方向のギャラリを介し て、ブロック１１０の縁部に設けられた１３のポート１１０ｄ（図１ａも参照） に連通している。ギャラリと、貫通孔と、止り穴とは、ブロック１１０の縁部、 上面又は下面から穿孔することによってブロック１１０に形成されてよい。 ブロック１１０の上面及び下面には、一連のチャネル１１０ｂが形成されてい る（図１ａ参照）。チャネル１１０ｂは、フライス削りによって形成されてよい 。ギャラリとチャネルとは、鋳造によって形成されてもよい。チャネル１１０ｂ は、個々の孔１１０ａを他の孔に接続させている。１つの実施例では、１５のチ ャネル１１０ｂが用いられており、この場合、７つのチャネル１１０ｂがブロッ ク１１０の上面において用いられており、８つのチャネル１１０ｂがブロック１ １０の下面において用いられている。チャネル１１０ｂは、流体流へ導入したい 一定量の流体試料のための 貯蔵容器として働いてよい。１つの実施例では、チャネル１１０ｂは、ブロック １１０が座板１２０及び１３０に対して密に押し付けられたときにシールを形成 するように、材料の塑性変形を許容するために、突出した縁部を有している。ブ ロック１１０は、エラストマ、黒鉛繊維、ポリイミド等のポリマのような軟質材 料又は、アルミニウム等の軟質金属から形成されていると有利であり、１つの実 施例の場合にはポリエーテル−エーテル−ケトン（ＰＥＥＫ）から形成されてい る。座板１２０及び１３０は個々に複数の貫通孔１２０ａ及び１３０ａを有して いる。貫通孔１２０ａ及び１３０ａは、例えば対のような群を成して配置されて おり、ブロック１１０に形成された孔１１０ａ又はチャネル１１０ｂに連通して いる。１つの実施例の場合、各座板１２０及び１３０には１１対の孔が設けられ ている。座板１２０及び１３０は、金属、セラミック、硬質ポリマ又はポリマ複 合材料等の比較的硬質の材料から形成されていると有利であり、１つの実施例の 場合には座板は、ステンレス鋼から形成されており、直径が１．５インチ（３８ ．１ｍｍ）である。比較的硬質の材料から形成された座板１２０及び１３０を有 することは、より低い耐力を有する比較的柔軟な材料から形成されたブロック１ １０に設けられたリッジとのシールを向上させる。座板１２０及び１３０の上面 及び下面は、ほぼ平行であり、座板１２０及び１３０ の各面は、ブロック１１０に設けられたチャネル１１０ｂの突出したリッジ及び 膜１４０，１５０とのシールを向上させるためによく研磨されている。膜１４０ 及び１５０は、例えば、金属薄板、弾性的なポリマ又はエラストマであり、１つ の実施例の場合には、厚さが０．０００５インチ（０．０１２７ｍｍ）で直径が １．４５インチ（３６．８３ｍｍ）の“ＨＡＶＡＲ”（コバルト４２．５％、ニ ッケル１３．０％、クロム２０％、鉄１７．８％及びその他の金属２．８％の合 金）の箔から成っている。膜１４０及び１５０は、この膜に形成された又は押し 付けられた複数のふくれ１４０ａ及び１５０ａを有している。１つの実施例の場 合には、膜１４０は、１０のふくれ１４０ａを有しており、これに対して膜１５ ０は、１１のふくれ１５０ａを有しており、膜１４０における第１１のふくれの 位置には、２つの孔が代わりに設けられている。各ふくれ１４０ａ及び１５０ａ は、個々に、座板１２０又は座板１３０に面した凹面と、駆動板１６０又は１７ ０に面した凸面とを有している。ふくれ１４０ａ及び１５０ａは、各ふくれが単 一の対の孔１２０ａ又は１３０ａと合致するように位置決めされている。膜１４ ０及び１５０は、個々に、座板１２０及び１３０のよく研磨された面と漏れない シールを形成するのに十分に薄くかつ滑らかでなければならない。さらに、膜１ ４０及び１５０は、ふくれ１４０ａ及び１５０ａが元 の形状に復元する能力に影響することなしにふくれ１４０ａ及び１５０ａが反復 して変形されるように十分に弾性的でなければならない。 さらに、制御された流体が不活性の表面とのみ接触しなければならない箇所に おいては、座板１２０及び１３０と膜１４０及び１５０とは、例えばステンレス 鋼等の材料、又は特に苛酷な適用例の場合には、例えば金又はガラス等の極めて 不活性の材料でコーティングされたステンレス鋼から形成されていることが望ま しい。これらの場合、ブロック１１０は、例えばポリエーテル−エーテル−ケト ン（ＰＥＥＫ）等の不活性の材料から形成されることができる。 膜１４０及び１５０は、個々に、駆動板１６０及び１７０によって座板１２０ 及び１３０に対して押し付けられている。駆動板１６０及び１７０には個々に一 連の凹所１６０ａ（図２参照）及び１７０ａが形成されている。凹所１６０ａ及 び１７０ａは、個々に、ふくれ１４０ａ及び１５０ａのうちの１つの位置に合致 している。各凹所１６０ａ及び１７０ａは、空隙を形成しており、この空隙は、 駆動板１６０及び１７０が個々に座板１２０及び１３０に対して堅固に押し付け られた場合に各ふくれ１４０ａ及び１５０ａが通常の形状を占めることを許容す る。１つの実施例の場合には、ふくれの位置に対応する各凹所は、直径が０．２ ５０インチ（６．３５ｍｍ）で、深さが０．００５イ ンチ（０．１２７ｍｍ）である。ただし、より高い流れが要求される２つふくれ に対応する２つの凹所においては、深さは０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ） である。駆動板１６０及び１７０の表面に設けられた各凹所１６０ａ（図２参照 ）及び１７０ａを、個々に、突出したリング１６０ｂ（図２参照）及び１７０ｂ が取り囲んでいる。駆動板１６０及び１７０が座板１２０及び１３０に対して堅 固に押し付けられている場合には、リング１６０ｂ（図１には図示せず。位置に ついては図２参照）及び１７０ｂが、膜１４０及び１５０に強く押し付けられ、 これにより、孔１２０ａ及び１３０ａの各対を取り囲むように、膜１４０及び１ ５０と座板１２０及び１３０とのそれぞれの間に特に密なシールを形成する。各 凹所１６０ａ及び１７０ａは、開口１６０ｃ及び１７０ｃを有しており、これら の開口は、１つの実施例の場合には、個々に、３つのチャネル１６０ｄと９つの チャネル１７０ｄ（図２参照）とに連通している。 １つの実施例の場合には、駆動板１６０及び１７０は、１．５インチの直径を 有しており、ＰＥＥＫから形成されており、また、ポリマ、エラストマ、黒鉛繊 維等の軟質材料又は、銅等の軟質金属から形成されていてよい。１つの実施例に おけるチャネル１６０ｄ及び１７０ｄ（図２参照）は、個々に、ねじ山付きのボ ルト板１８０及びボルト板１９０とのシールを向上さ せるために、突出したリッジを有している。ボルト板１８０及び１９０は、１つ の実施例の場合には７０７５−Ｔ６アルミニウムから形成されており、駆動板１ ６０及び１７０と、膜１４０及び１５０と、座板１２０及び１３０とが、ブロッ ク１１０に対して密に押し付けられている場合に支持を提供する。 図１の仝体の構造は、１つの実施例の場合には合金鋼から形成された締付けボ ルト１９２によって締め付けられる。ボルト１９２は、各部材１９０，１７０， １５０，１３０，１１０，１２０，１４０，１６０，１８０に設けられた中心孔 を貫通して延び（図１参照）、ねじ山付きのボルト板１８０に設けられたねじ山 付き孔１８０ａに締め付けられる。全ての部材の整合は、各部材に設けられた対 応する孔１９０ｅ，１７０ｅ，１５０ｅ，１３０ｅ，１１０ｅ，１２０ｅ，１４ ０ｅ，１６０ｅ，１８０ｅを貫通し、締りばめを維持する整合ピン１９４によっ て維持される。１つの実施例における整合ピン１９４は、炭素鋼から形成されて いる。 １つの実施例の場合、改良された流体制御弁装置は、この改良された流体制御 弁装置の構成部材の整合誤りを回避するために、弁配列組立てジグ（図３参照） を使用して組み立てられる。図３には、頭部３０１とベース３０２とから成る組 立てジグが示されており、頭部３０１は３つの突出したピン３０３を有しており 、ベース３０２は硬化させられた合金鋼から成る突出したピン３０４を有してい る。頭部３０１は、弁配列組立てジグ手順の間ベース３０２と頭部３０１とを固 定しておくために、２つの蝶ねじ３０５及び３０７を有している。トルクスパナ ３０６は、締付けボルト１９２に適当なトルクを加える。ベース３０２は、組立 てテーブルに堅く取り付けられている。組立ては以下のように行われる。 ねじ山付きのボルト板１８０は、ピン３０４が、ベース３０２から、ねじ山付 きのボルト板１８０に設けられた孔１８０ｅ内へ上方に突入するように、ベース ３０２上に位置決めされる。次いで、整合ピン１９４が、ねじ山付きのボルト板 １８０の上方から孔１８０ｅ内に配置される。整合ピン１９４の長さは、ピン３ ０４及びピン３０３の長さを減じた切換弁アセンブリ１１０の長さによって与え られる。次いで、構成部材１６０，１４０（図３には図示せず），１２０，１１ ０，１３０，１５０（図３には図示せず），１７０，１９０が、ねじ山付きのボ ルト板１８０上に積み重ねられる。次いで、頭部３０１が、ピン３０３がボルト 板１９０に設けられた孔１９０ｅ内へ下方へ突入するように、ボルト板１９０上 に配置される。次いで、頭部３０１をベース３０２に固定するために蝶ねじ３０ ５及び３０７（図示せず）が締め付けられる。次いで、締付けボルト１９２が、 頭部３０１に設けられた孔 を貫通して、ボルト板１９０内へ、ねじ山付きのボルト板１８０を貫通して挿入 されて締め付けられる。次いで、トルクスパナ３０６は、６０ｆｔ ｌｂｓのト ルクを締付けボルト１９２に加える。次いで蝶ねじ３０５及び３０７（図示せず ）が弛緩され、頭部３０１が取り外され、組み立てられた流体制御弁装置が回収 される。 本発明による１つの実施例によれば、図２には、２つの弁、すなわち弁２１０ 及び弁２２０の構造の横断面が示されている。弁２２０は、以下のエレメントを 有している。すなわち、ふくれ１４０ａと、座板１２０に設けられた孔１２１ａ 及び１２２ａと、リング１６０ｂによって取り囲まれた、駆動板１６０に設けら れた凹所１６０ａと、板、すなわちブロック１１０に設けられた孔１１ａ及び１ １３ａとである。弁２１０は以下のエレメントを有している。すなわち、ふくれ １５０ａと、座板１３０に設けられた孔１３１ａ及び１３２ａと、リング１７０ ｂによって取り囲まれた、駆動板１７０に設けられた凹所１７０ａと、板、すな わちブロック１１０に設けられた孔１１１ａ及び１１２ａとである。ふくれ１４ ０ａと、ふくれ１５０ａと、凹所１６０ａと、凹所１７０ａとの鉛直方向の寸法 は、明確に示すために図２においては拡大されている。０．００５インチから０ ．０１０インチまでのふくれ１４０ａ及びふくれ１５０ａのための高さ範囲は、 満足できる結果を生ぜしめることが分かった。チャネル１１４は、図２の平面に 対して垂直に方向付けられており、孔１１３ａをブロック１１０に設けられた他 の孔と結合させるために働く。 チャネル１６０ｄは、駆動板１６０及び１７０に設けられた対応する貫通孔１ ６０ｆ及び１７０ｆと、膜１４０及び１５０に設けられた貫通孔１４０ｆ及び１ ５０ｆと、座板１２０及び１３０に設けられた貫通孔１２０ｆ及び１３０ｆと、 ブロック１１０に設けられた貫通孔１１０ｆとを介して、チャネル１７０ｄに連 通している。１つの実施例の場合には、駆動板１６０及び１７０に設けられた貫 通孔１６０ｆ及び１７０ｆは、個々に、座板１２０及び１３０とのシールを向上 させるために、突出した縁部を有している。チャネル１７０ｄ及び１７５ｄは、 例えば凹所１６０ａ及び１７０ａへの窒素等の圧力流体の流入を許容するために 、ボルト板１９０に設けられたチャネル１９０ａ及び１９５ａ（図示せず。１９ ０ａと同様）を介して駆動取付け部２５０に連通している。 孔１１０ａ（図１参照）のうちの１つである孔１１１ａは、ブロック１１０の 全体を貫通して延びており、座板１２０及び１３０に個々に設けられた孔１２１ ａ及び１３１ａを介して、弁２１０と弁２２０（図２参照）との間の連通を許容 している。さらに、ブロック１１０の内部に形成された水平方向のギャラリ１１ １ｃ，１１２ｃ，１１３ｃは、孔１１１ａと、ブロック１１０の外側縁部に設け られたポート１１０ｄ（図１参照）のうちの１つとの連通を許容している。残り の孔１１０ａは、ブロック１１０のほぼ半分だけ貫通して延びており、ブロック １１０の外側縁部に設けられたポート１１０ｄ（図１参照）にまで通じた水平方 向のギャラリ（図示せず）によって結合されている。 両方の弁２１０及び２２０が開放している（図２の弁２１０によって示したよ うに）場合には、流体は、例えば底部におけるギャラリ１１２ｃから、底部左側 の孔１１２ａと、左側の孔１３２ａと、弁２１０と、孔１３１ａ，１１１ａ及び １２１ａと、弁２２０と、左側の孔１２２ａと、頭部左側の孔１１３ａとを通過 して、頭部に設けられたギャラリ１１３ｃへ流入することができる。流体は、孔 １１１ａから中間のギャラリ１１１ｃへ流入することもできる。 弁２２０は、図２に閉鎖した位置において示されている。弁２２０は、駆動取 付け部２５０から、孔１９０ａと、右側のチャネル１７０ｄと、孔１７０ｆ，１ ５０ｆ，１３０ｆ，１１０ｆ，１２０ｆ，１４０ｆ，１６０ｆと、右側のチャネ ル１６０ｄと、孔１６０ｃとを通って凹所１６０ａ内へ、例えば窒素等の圧力流 体を導入することによって閉鎖される。図２に示したように、圧力媒体は、弁２ ２０の中心に設けられた孔１２１ａの開口に対してフレキシブルなふくれ１４０ ａを下方へ押し付ける。ふくれ１４０ａは孔１２１ａに対して堅く押し付けられ 、これにより、弁２２０を通る流体の流れを閉鎖遮断する。圧力流体が凹所１６ ０ａから解放されると、ふくれ１４０ａは、図２に弁２１０によって示したよう に通常位置へ跳ね返り、これにより対になった孔１２１ａと１２２ａとの間の流 体の流れを回復させ、弁２２０を開放する。弁２１０は、左側のチャネル１７５ ｄを流過する圧力流体によって作動させられる。 図２には、本発明の１つの実施例の２つの弁２１０及び２２０を含む代表的な 構造のみが示されている。構造は、特定の適用例によって必要とされる、あらゆ るパターン又は構造で貫通孔１１０ａ及びチャネル１１０ｂ（図１及び図１ａ参 照）によって接続された多数の弁を含むように拡張されることができる。 相互結合チャネル１１０ｂ（図１参照）は、ブロック１１０の上面及び下面に 形成されており、またブロック１１０が膜１４０，１５０にもふくれ凹所１６０ ａ，１７０ａにも接触していないので、座板１２０及び１３０のシール面全体を ふくれのために使用することができる。相互接続のためには付加的な横方向の間 隔は必要ではない。最小限の直径を有する構造において複雑な相互接続構造を形 成することができる。この構造の弁は、極めて正確でかつ敏感であり、疲労又は 損傷なしに多数の変形に耐えることができるステンレ ス鋼等の材料から成る弾性的な膜を備えて製造することができる。さらに、弁は 、制御される流体が不活性面とのみ接触するように構成されてよく、これにより 、弁構造の通過時に汚染又は質低下がもたらされない。本発明によれば、マーテ ィンに発行された米国特許第４３５３２４３号明細書に開示されているような、 本願に記載された弁タイプとは異なる弁タイプを使用することができる。前記構 造の様々な実施例は、単に例示的であり、記載された特定の実施例に本発明の範 囲を制限しようとするものではない。この開示を考慮することにより、本発明の 原理による多くの付加的かつ択一的な実施例が当業者にとって明らかである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年９月９日（１９９８．９．９） 【補正内容】 明細書 改良された流体制御弁装置 発明の背景 ガスクロマトグラフイ及びその他の分野では、制御弁の装置によって１つ又は ２つ以上の流体の流れを制御する必要がある。装置の構造はかなり複雑であり、 弁自体は、しばしば、極めて小さくかつ正確に動作することが要求される。この 要求を満たすために、弁の内部容量は極めて小さいことが望ましい。 さらに、多くの適用例においては、制御される流体と接触する全ての表面は、 流体の汚染を回避するために不活性でなければならない。制御される流体と反応 する物質又は制御される流体を吸収する物質は、ガスクロマトグラフィ装置の結 果を著しくゆがめるおそれがある。なぜならば、例えば、これらの結果の所要の 感度が、数ｐｐｂのオーダ、又はこれより低いからである。 弁の動作はできるだけ単純であることが望ましく、また弁が長い実用寿命を有 している（すなわち故障のない多数の開閉を行う）ことが望ましい。さらに、弁 と結合チャネルとが、容易に製造することができる単一の不活性のアセンブリに 一体的に形成されていることが望ましい。 １９８２年１０月１２日にマーティン（Martin）に発行された米国特許第４３ ５３２４３号明細書に記載された装置においては、複数のダイヤフラム弁が、中 実の板の表面に形成された周囲チャネルによって連結されているような装置が記 載されている。この装置は、幾つかの適用例では有効であるが、極度に複雑な配 列と多数の弁の間の相互結合とに適応可能であるフレキビリティを有していない 。 １９９２年１月２８日にウィリー（Wylie）、レブソン（Leveson）、トムソン （Thomson）及びブレイ（Bray）に発行された米国特許第５０８３７４２号明細 書には、化学的な流体と共に使用するための流体制御弁が記載されており、この 場合、汚染物の回避が重要である。流体制御弁は、金属箔操作部材によって分析 区分と駆動区分とに分割された流体制御室を有している。前記金属箔操作部材は 、室の周囲縁部と上側の壁部との間に締め付けられている。箔膜は、駆動流体圧 に応答して開放位置と閉鎖位置との間を移動可能である。膜に係合する縁部の上 側の部分は、比較的小さな表面領域であり、膜及び上側の壁を構成した材料より も柔軟な材料から形成されており、これにより、アセンブリが密に締め付けられ た場合に膜周囲を上側の壁部に対してシールする極めて有効な手段が提供される 。 １９９３年１月５日にレブソン（Leveson）及びバ セット（Bassett）に発行された米国特許第５１７６３５９号明細書には、ブロ ックの別の面に設けられた溝によって選択的に相互結合された中央のブロックの 一方の面から他方の面にまで延びた、群又は対になった複数の孔が記載されてい る。弁は、弾性的な膜に形成された複数のふくれを有しており、ふくれは、膜が ブロックの面に対して押し付けられ場合に孔群と合致するように位置決めされて いる。しかしながら、同じブロックに膜のシール面と溝とを設けることは、ブロ ック上の利用可能な領域が制限されているので、複雑な弁相互結合機構の製造及 び完成をより困難にする。 米国特許第３０５７３７６号明細書には、積み重なった板の組を有する流体作 動式弁が記載されており、この場合、積み体内のフレキシブルな板に空気圧を加 えることによりポートが閉鎖され、これにより弁を閉鎖する。米国特許第４８６ ９２８２号明細書には、互いに結合された複数の個々の層のサンドイッチ体を有 する弁アセンブリが記載されており、この弁アセンブリは、ダイヤフラム層と弁 層とを有している。弁座層は、環状凹所として形成された弁座空隙を有しており 、ダイヤフラム層は、各凹所の周囲を取り囲むように弁座層に結合されている。 ダイヤフラム層に圧力が加えられた場合には、ダイヤフラム層が、弁座の、下方 に位置したシール面に対して下方へたわみ、関連する弁オリフィスを閉鎖する。 発明の概要 本発明による流体制御装置は、ブロックが設けられており、このブロックは、 ブロックの第１の面の近傍に位置した第１の通路の組を有しており、群になった 複数の孔を有する座板が設けられており、前記孔が、座板の第１の面から座板の 第２の面にまで延びている。座板は、弁構造をブロックから分離させている。座 板の第２の面は、前記ブロックの第１の面に対して押し付けられている。弁構造 は、群になった複数の孔のそれぞれを通る流体の流れを制御するために、座板の 第１の面の近傍に位置決めされている。弁構造は、座板の第１の面に対して押し 付けられた膜を有している。膜は、複数のふくれを有しており、各ふくれは、凹 面側と凸面側とを備えながら、前記膜に永久的に形成されている。膜は、各ふく れの凹面側が座板の群になった複数の孔のうちの１つに面するように位置決めさ れている。個々のふくれは変形可能であり、これにより、変形したふくれに関連 する群になった複数の孔を通る液体の流れを妨げる。群になった複数の孔は、ブ ロックに設けられた第１の通路の組に連通している。ブロックの面に設けられた チャネルは、個々の孔を、ブロックに設けられた他の孔と結合させており、これ により通路が相互結合されている。１つの実施例の場合にはチャネルはほぼ円形 であるが、チャネルは、個々の孔を、ブロックに設けられた他の孔に結合させる ために好都合なあらゆる形状及び方向付けを有していてよい。チャネルは、ブロ ックの面と接触した座板とのシールの程度を高めるためにリッジを有していてよ い。座板は、群として配置された複数の貫通孔を有しており、各群は少なくとも ２つの孔を有しており、孔は、ブロックに設けられたチャネル又は孔に連通して いる。座板は、よく研磨された表面を有していてよい。 請求の範囲 １．流体制御弁装置であって、 ブロックが設けられており、該ブロックが、該ブロックの第１の面の近傍に 位置した通路の第１の組を有しており、 座板が設けられており、該座板が、群になった複数の孔を有しており、前記 座板の前記群になった複数の孔が、前記座板の第１の面から前記座板の第２の面 にまで延びており、前記座板の前記第２の面が、前記ブロックの前記第１の面に 対して押し付けられており、 前記群になった複数の孔のそれぞれを通過する流体の流れを制御するために 、前記座板の前記第１の面の近傍に位置決めされた弁構造が設けられており、該 弁構造が、前記座板の前記第１の面に対して押し付けられた膜から成っており、 該膜が、複数のふくれを有しており、該各ふくれが、凹面側と凸面側とを備えな がら、前記膜に永久的に形成されておりかつふくれの前記凹面側が前記座板の前 記群になった複数の孔のうちの１つに面するように位置決めされており、前記個 々のふくれが、変形可能であり、これにより、前記変形したふくれに関連した前 記群になった複数の孔を通る液体の流れを妨げるようになっており、 前記群になった複数の孔が、前記第１の組の通路に連通しており、 前記座板が、前記弁構造を前記ブロックから分離させていることを特徴とす る、流体制御弁装置。 ２．前記ブロックの第２の面の近傍に位置した第２の通路の組を有している、請 求項１記載の流体制御弁装置。 ３．前記弁構造が、前記座板の前記第１の面に対して押し付けられた膜から成っ ており、該膜が複数のふくれを有しており、該ふくれのそれぞれが、凹面側と凸 面側とを備えて前記膜に永久的に形成されておりかつ、前記ふくれの前記凹面側 が、前記座板の前記群になった複数の孔のうちの１つに面するように位置決めさ れており、前記ふくれの個々の１つが変形可能であり、これにより、前記変形し たふくれに関連した前記群になった複数の孔を通過する液体の流れを妨げるよう になっている、請求項１記載の流体制御弁装置。 ４．前記座板の前記第１の面に対して前記膜を押し付けるための駆動板が設けら れており、該駆動板が、前記膜に設けられた前記ふくれの個々の位置と一致する 凹所を有している、請求項３記載の流体制御弁装置。 ５．前記ふくれの個々の１つを選択的に変形させるための手段が設けられている 、請求項４記載の流体制 御弁装置。 ６．前記変形させるための手段が、前記凹所の個々の１つに圧力流体を選択的に 導入するための手段から成っている、請求項５記載の流体制御弁装置。 ７．前記群になった複数の孔のうちの少なくとも１つに、制御される流体を流入 させるための手段と、前記群になった複数の孔のそれぞれの少なくとも別の１つ から前記制御される流体を流出させるための手段が設けられている、請求項１記 載の流体制御弁装置。 ８．前記ブロックが、前記第１の組の通路の個々の１つを取り囲んだリッジを有 している、請求項１記載の流体制御弁装置。 ９．前記ブロックが、該ブロックの第１の面と前記ブロックの第２の面とに対し てほぼ垂直な面を有しており、該面が少なくとも１つのポートを有している、請 求項１記載の流体制御弁装置。 １０．前記ブロックが、ギャラリを有しており、該ギャラリが、前記ポートと、 前記第１の組の通路の少なくとも１つとに連通している、請求項９記載の流体制 御弁装置。 １１．前記駆動板が、複数のリングを有しており、該リングのそれぞれが、前記 座板に設けられた前記群になった複数の孔を取り囲んでいる、請求項４記載の流 体制御弁装置。 １２．前記ブロックと前記駆動板とが、それぞれ、前記座板の耐力よりも低い耐 力を有する材料から形成されている、請求項４記載の流体制御弁装置。 １３．前記材料が、ポリエーテル−エーテル−ケトン、黒鉛繊維、エラストマ、 ポリイミド等のポリマ又はアルミニウム等の軟質金属から成るグループから選択 されている、請求項１２記載の流体制御弁装置。 １４．前記座板と前記膜とが、不活性の材料から形成されている、請求項３記載 の流体制御弁装置。 １５．前記不活性の材料が、ステンレス鋼、コバルト基合金、ガラスでコーティ ングされた材料及び、金でコーティングされた材料とから成るグループから選択 されている、請求項１４記載の流体制御弁装置。 １６．流体制御弁装置であって、 前記第１の組の通路が、複数の孔から成っており、該複数の孔のそれぞれが 、前記ブロックの前記第１の面又は前記ブロックの第２の面から前記ブロックの 内部へ延びており、前記ブロックの前記複数の孔の幾つかが、前記ブロックの前 記第１の面から前記ブロックの前記第２の面にまで延びており、前記ブロックの 前記第１の面と前記ブロックの前記第２の面とが、それぞれ、前記ブロックの前 記複数の孔の幾つかを結合させるチャネルを有しており、 第２の座板が設けられており、該第２の座板が、群になった複数の孔を有し ており、前記第２の座板の前記群になった複数の孔が、前記第２の座板の第１の 面から前記第２の座板の前記第２の面にまで延びており、前記第２の座板の前記 第１の面が、前記ブロックの前記第２の面に対して押し付けられており、 前記第２の座板の前記第２の面に対して押し付けられた第２の膜が設けられ ており、該第２の膜が、該第２の膜に形成された複数のふくれを有しており、該 ふくれのそれぞれが、凹面側と凸面側とを備えながら前記膜に永久的に形成され ておりかつ、前記ふくれの前記凹面側が前記第２の座板の前記群になった複数の 孔のうちの１つに面するように位置決めされており、 前記第１の座板の前記第１の面に対して前記第１の膜を押し付けるための第 １の駆動板が設けられており、該第１の駆動板が、前記第１の膜に設けられた前 記ふくれの個々の位置と一致する凹所を有しており、前記第２の座板の前記第２ の面に対して前記第２の膜を押し付けるための第２の駆動板が設けられており、 該第２の駆動板が、前記第２の膜に設けられた前記ふくれの個々の位置と一致す る凹所を有している、請求項１記載の流体制御弁装置。 １７．それぞれの前記群になった複数の孔の少なくと も１つに制御される流体を流入させるための手段と、それぞれの前記群になった 複数の孔の少なくとも別の１つから前記制御される流体を流出させるための手段 が設けられている、請求項１６記載の流体制御弁装置。 １８．前記第２の座板と、前記第１の膜と、前記第２の膜とが、不活性の材料か ら形成されている、請求項１７記載の流体制御弁装置。 １９．前記ブロックが、前記チャネルの個々の１つを取り囲んだリッジを有して いる、請求項１６記載の流体制御弁装置。 ２０．前記ブロックが、該ブロックの前記第１の面と、前記ブロックの前記第２ の面とに対してほぼ垂直な面を有しており、該面が、少なくとも１つのポートを 有している、請求項１９記載の流体制御弁装置。 ２１．前記ブロックが、ギャラリを有しており、該ギャラリが、前記ポートと、 前記複数の孔のうちの少なくとも１つとに連通している、請求項２０記載の流体 制御弁装置。 ２２．前記第１の駆動板が、複数のリングを有しており、該リングのそれぞれが 、前記第１の座板に設けられた前記群になった複数の孔のそれぞれを取り囲んで いる、請求項１６記載の流体制御弁装置。 ２３．前記ブロックと前記第１の駆動板とが、それぞ れ、前記第１の座板の耐力よりも小さな耐力を有する材料から形成されている、 請求項１６記載の流体制御弁装置。 ２４．前記材料が、ポリエーテル−エーテル−ケトン、黒鉛繊維、エラストマ、 ポリイミド等のポリマ、又はアルミニウム等の軟質金属から成るグループから選 択されている、請求項２３記載の流体制御弁装置。 ２５．前記ふくれの個々の１つを選択的に変形させるための手段が設けられてい る、請求項１６記載の流体制御弁装置。 ２６．前記変形させるための手段が、前記凹所の個々の１つに圧力流体を選択的 に導入するための手段から成っている、請求項２５記載の流体制御弁装置。 ２７．前記第１の座板と前記第２の駆動板とが、ほぼディスク状の形状を有して いる、請求項１６記載の流体制御弁装置。 ２８．前記ブロックが、ほぼ円筒状の形状を有している、請求項１６記載の流体 制御弁装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流体制御弁装置であって、 ブロックが設けられており、該ブロックが、該ブロックの第１の面の近傍に 位置した通路の第１の組を有しており、 座板が設けられており、該座板が、群になった複数の孔を有しており、前記 座板の前記群になった複数の孔が、前記座板の第１の面から前記座板の第２の面 にまで延びており、前記座板の前記第２の面が、前記ブロックの前記第１の面に 対して押し付けられており、 前記群になった複数の孔のそれぞれを通過する流体の流れを制御するために 、前記座板の前記第１の面の近傍に位置決めされた弁構造が設けられており、 前記群になった複数の孔が、前記通路の第１の組に連通していることを特徴 とする、流体制御弁装置。 ２．前記ブロックの第２の面の近傍に位置した第２の通路の組を有している、請 求項１記載の流体制御弁装置。 ３．前記弁構造が、前記座板の前記第１の面に対して押し付けられた膜から成っ ており、該膜が複数のふくれを有しており、該ふくれのそれぞれが、凹面側 と凸面側とを備えて前記膜に永久的に形成されておりかつ、前記ふくれの前記凹 面側が、前記座板の前記群になった複数の孔のうちの１つに面するように位置決 めされており、前記ふくれの個々の１つが変形可能であり、これにより、前記変 形したふくれに関連した前記群になった複数の孔を通過する液体の流れを妨げる ようになっている、請求項１記載の流体制御弁装置。 ４．前記座板の前記第１の面に対して前記膜を押し付けるための駆動板が設けら れており、該駆動板が、前記膜に設けられた前記ふくれの個々の位置と一致する 凹所を有している、請求項３記載の流体制御弁装置。 ５．前記ふくれの個々の１つを選択的に変形させるための手段が設けられている 、請求項４記載の流体制御弁装置。 ６．前記変形させるための手段が、前記凹所の個々の１つに圧力流体を選択的に 導入するための手段から成っている、請求項５記載の流体制御弁装置。 ７．前記群になった複数の孔のうちの少なくとも１つに、制御される流体を流入 させるための手段と、前記群になった複数の孔のそれぞれの少なくとも別の１つ から前記制御される流体を流出させるための手段が設けられている、請求項１記 載の流体制御弁装置。 ８．前記ブロックが、前記第１の組の通路の個々の１つを取り囲んだリッジを有 している、請求項１記載の流体制御弁装置。 ９．前記ブロックが、該ブロックの第１の面と前記ブロックの第２の面とに対し てほぼ垂直な面を有しており、該面が少なくとも１つのポートを有している、請 求項１記載の流体制御弁装置。 １０．前記ブロックが、ギャラリを有しており、該ギャラリが、前記ポートと、 前記第１の組の通路の少なくとも１つとに連通している、請求項９記載の流体制 御弁装置。 １１．前記駆動板が、複数のリングを有しており、該リングのそれぞれが、前記 座板に設けられた前記群になった複数の孔を取り囲んでいる、請求項４記載の流 体制御弁装置。 １２．前記ブロックと前記駆動板とが、それぞれ、前記座板の耐力よりも低い耐 力を有する材料から形成されている、請求項４記載の流体制御弁装置。 １３．前記材料が、ポリエーテル−エーテル−ケトン、黒鉛繊維、エラストマ、 ポリイミド等のポリマ又はアルミニウム等の軟質金属から成るグループから選択 されている、請求項１２記載の流体制御弁装置。 １４．前記座板と前記膜とが、不活性の材料から形成されている、請求項３記載 の流体制御弁装置。 １５．前記不活性の材料が、ステンレス鋼、コバルト 基合金、ガラスでコーテ ィングされた材料及び、金でコーティングされた材料とから成るグループから選 択されている、請求項１４記載の流体制御弁装置。 １６．流体制御弁装置であって、 複数の孔を有するブロックが設けられており、前記ブロックの前記複数の孔 の個々の１つが、前記ブロックの第１の面又は前記ブロックの第２の面からブロ ックの内部へ延びており、また、前記ブロックの前記複数の孔の幾つかが、前記 ブロックの前記第１の面から前記ブロックの前記第２の面にまで延びており、前 記ブロックの前記第１の面と前記ブロックの前記第２の面とが、それぞれ、前記 ブロックの前記複数の孔の幾つかを結合させるチャネルを有しており、 第１の座板が設けられており、該第１の座板が、群になった複数の孔を有し ており、前記第１の座板の前記群になった複数の孔が、前記第１の座板の第１の 面から前記第１の座板の第２の面にまで延びており、前記第１の座板の前記第２ の面が、前記ブロックの前記第１の面に対して押し付けられており、 第２の座板が設けられており、該第２の座板が、群になった複数の孔を有し ており、前記第２の座板の前記群になった複数の孔が、前記第２の座板の第 １の面から前記第２の座板の前記第２の面にまで延びており、前記第２の座板の 前記第１の面が、前記ブロックの前記第２の面に対して押し付けられており、 前記第１の座板の前記第１の面に対して押し付けられた第１の膜が設けられ ており、該第１の膜が、複数のふくれを有しており、該ふくれのそれぞれが、凹 面側と凸面側とを備えながら前記膜に永久的に形成されておりかつ、前記ふくれ の凹面側が、前記第１の座板の前記群になった複数の孔のうちの１つに面するよ うに位置決めされており、 前記第２の座板の前記第２の面に対して押し付けられた第２の膜が設けられ ており、該第２の膜が、該第２の膜に形成された複数のふくれを有しており、該 ふくれのそれぞれが、凹面側と凸面側とを備えながら前記膜に永久的に形成され ておりかつ、前記ふくれの前記凹面側が前記第２の座板の前記群になった複数の 孔のうちの１つの面するように位置決めされており、 前記第１の座板の前記第１の面に対して前記第１の膜を押し付けるための第 １の駆動板が設けられており、該第１の駆動板が、前記第１の膜に設けられた前 記ふくれの個々の位置と一致する凹所を有しており、前記第２の座板の前記第２ の面に対して前記第２の膜を押し付けるための第２の駆動板が設けら れており、該第２の駆動板が、前記第２の膜に設けられた前記ふくれの個々の位 置と一致する凹所を有しており、 前記ふくれの個々の１つが変形可能であり、これにより、前記変形したふく れに関連した前記群になった複数の孔を通る流体の流れを妨げるようになってい ることを特徴とする、流体制御弁装置。 １７．それぞれの前記群になった複数の孔の少なくとも１つに制御される流体を 流入させるための手段と、それぞれの前記群になった複数の孔の少なくとも別の １つから前記制御される流体を流出させるための手段が設けられている、請求項 １６記載の流体制御弁装置。 １８．前記第２の座板と、前記第１の膜と、前記第２の膜とが、不活性の材料か ら形成されている、請求項１７記載の流体制御弁装置。 １９．前記ブロックが、前記チャネルの個々の１つを取り囲んだリッジを有して いる、請求項１６記載の流体制御弁装置。 ２０．前記ブロックが、該ブロックの前記第１の面と、前記ブロックの前記第２ の面とに対してほぼ垂直な面を有しており、該面が、少なくとも１つのポートを 有している、請求項１９記載の流体制御弁装置。 ２１．前記ブロックが、ギャラリを有しており、該ギ ャラリが、前記ポートと、前記複数の孔のうちの少なくとも１つとに連通してい る、請求項２０記載の流体制御弁装置。 ２２．前記第１の駆動板が、複数のリングを有しており、該リングのそれぞれが 、前記第１の座板に設けられた前記群になった複数の孔のそれぞれを取り囲んで いる、請求項１６記載の流体制御弁装置。 ２３．前記ブロックと前記第１の駆動板とが、それぞれ、前記第１の座板の耐力 よりも小さな耐力を有する材料から形成されている、請求項１６記載の流体制御 弁装置。 ２４．前記材料が、ポリエーテル−エーテル−ケトン、黒鉛繊維、エラストマ、 ポリイミド等のポリマ、又はアルミニウム等の軟質金属から成るグループから選 択されている、請求項２３記載の流体制御弁装置。 ２５．前記ふくれの個々の１つを選択的に変形させるための手段が設けられてい る、請求項１６記載の流体制御弁装置。 ２６．前記変形させるための手段が、前記凹所の個々の１つに圧力流体を選択的 に導入するための手段から成っている、請求項２５記載の流体制御弁装置。 ２７．前記第１の座板と前記第２の駆動板とが、ほぼディスク状の形状を有して いる、請求項１６記載の流体制御弁装置。 ２８．前記ブロックが、ほぼ円筒状の形状を有している、請求項１６記載の流体 制御弁装置。