JP2005163924A - 小型電磁弁とその弁部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｃｖ値のばらつきを小さくできる安価でコンパクトな小型電磁弁を提供すること。
【解決手段】 第１ポート５ａ、第２ポート５ｂ、第３ポート５ｃが設けられた流路ブロック２と、ダイアフラム１１Ａが固設されたダイアフラム組立９Ａを揺動自在に軸支する弁ブロック３とがダイアフラムの１１Ａ外縁部を狭持し、電磁コイル１８への通電を制御して可動鉄心２０を摺動させ、ダイアフラム組立を揺動させることにより、ダイアフラム１１Ａを第１ポート５ａと第３ポート５ｃの開口部に設けられた第１弁座６ａ又は第２弁座６ｂに当接又は離間させて第１ポート５ａ、第２ポート５ｂ、第３ポート５ｃの連通状態を切り替える小型電磁弁１において、流路ブロック２と弁ブロック３との間にスペーサ３０を着脱可能に設置する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、流体の流れ方向を制御することが可能な小型電磁弁とその弁部構造に関する。

従来より、流体の流れ方向を制御することが可能な小型電磁弁は、例えば図１５に示す液体分析装置５０の分注制御に使用される。分注とは、血液や体液、希釈水用の純水や生理食塩水、反応させる試薬などを反応セルに移すことをいう。液体分析装置５０では、数μＬの分注精度で流量制御を行うためにシリンジポンプ５２を使用している。シリンジポンプ５２は、シリンジ（注射器）で純水などを設定された流量で持続的に注入するものであり、注入速度を容易に調節することができる利点があるからである。

シリンジポンプ５２は、小型電磁弁１００を介して純水ポンプ５１と、反応セル５３とにそれぞれ接続している。小型電磁弁１００と反応セル５３との間にはノズル５４が配設され、反応セル５３に純水を正確な流量で供給できるようにしている。こうした小型電磁弁１００は、数μＬから数十μＬ程度で純水の流量を制御することが要求されている（非特許文献１参照。）。

図１６は、従来の小型電磁弁１００の断面図である。
小型電磁弁１００は、第１ポート１０３ａが純水ポンプ５１に接続し、第２ポート１０３ａがシリンジポンプ５２に接続し、第３ポート１０３ｃが反応セル５３に接続する。小型電磁弁１００は、ソレノイド部１１１への通電を制御することにより、第１ポート１０３ａ、第２ポート１０３ｂ、第３ポート１０３ｃとの連通状態を切り替えるようになっている。

小型電磁弁１００の流路ブロック１０２には、第１ポート１０３ａと第３ポート１０３ｃに連通するように第１弁座１０６ａと第２弁座１０６ｂが形成されている。流路ブロック１０２に連結する弁ブロック１０１には、支軸１０８が架設され、ダイアフラム組立１０４を揺動可能に軸支している。ダイアフラム組立１０４は、揺動部材１０９にダイアフラム１０７を固着したものである。ダイアフラム１０７は、外縁部が流路ブロック１０２と弁ブロック１０３との間で狭持されて弁室１０５を形成し、揺動部材１０９の揺動に従って第１弁座１０６ａと第２弁座１０６ｂに相対的に当接又は離間するよう構成されている。

一方、ソレノイド部１１１には、可動鉄心１１４が摺動可能に挿通されている。可動鉄心１１４は、第１バネ１１５の弾圧力でソレノイド部１１１からボディ１０１側へ突き出し、ボディ１０１に摺動可能に装填された変位部材１１６に突き当てられている。変位部材１１６には、第１押圧部材１１７ａが固設されるとともに、第２押圧部材１１７ｂが摺動可能に保持されている。第２押圧部材１１７ｂは、第１バネ１１５より弾圧力の小さい第２バネ１１８によって図中Ｄ方向の力が常時作用している。そのため、ソレノイド部１１１への通電を制御して可動鉄心１１４を摺動させれば、第１バネ１１５と第２バネ１１８との圧力バランスが変動し、ダイアフラム組立１０４が揺動する。

こうした小型電磁弁１００は、ソレノイド部１１１に通電すると、可動鉄心１１４が第１バネ１１５に抗して図中Ｃ方向に移動する。第１バネ１１５は、次第に弾圧力が小さくなり、やがて第２バネ１１８の弾圧力が第１バネ１１５の弾圧力に打ち勝つ。すると、ダイアフラム組立１０４は、第２押圧バネ１１７ｂにより図中Ｄ方向に押し下げられて揺動する。そして、ダイアフラム１０７が、第１弁座１０６ａから離間して第１ポート１０３ａと第２ポート１０３ｂを連通させる一方、第２弁座１０６ｂに当接して第２ポート１０３ｂと第３ポート１０３ｃとを遮断する。これにより、第１〜第３ポート１０３ａ〜１０３ｃの連通状態が切り替えられ、純水ポンプ５１からシリンジポンプ５２に流体が充填される。

その後、ソレノイド部１１１への通電を停止すると、第１バネ１１５の弾圧力で変位部材１１６を図中Ｄ方向に押圧する。第１バネ１１５は第２バネ１１８より弾圧力が大きいため、可動鉄心１１４が変位部材１１６を図中Ｄ方向に押し下げる。ダイアフラム組立１０４は、第１押圧部材１１７ａにより図中Ｄ方向に押し下げられ、第２バネ１１８を圧縮しながら揺動する。そして、ダイアフラム１０７が、第１弁座１０６ａに当接して第１ポート１０３ａと第２ポート１０３ｂを遮断する一方、第２弁座１０６ｂから離間して第２ポート１０３ｂと第３ポート１０３ｃとを連通させる。これにより、第１〜第３ポート１０３ａ〜１０３ｃの連通状態が切り替えられ、シリンジポンプ５２から反応セル５３に流体が供給される（例えば、特許文献１参照。）。

「医療・分析装置攻略 アプリケーション＆テクニカルブック」、シーケーディ株式会社、１９９８年１０月１６日、ｐ．２〜３ 特開２０００−２９７８７６号公報（第３〜５頁、第１図。）

しかしながら、従来の小型電磁弁１００は、ストローク調整機能がなく、Ｃｖ値がばらついていた。小型電磁弁１００は、ダイアフラム１０７が第１弁座１０６ａ及び第２弁座１０６ｂから離間する距離、すなわち、ストロークを制御することにより、流体流量を数μＬ〜数十μＬ程度の極微小流量に制御する。小型電磁弁１００は、流体を微流量調整するために構成部品の寸法が小さく、歩留まり等との関係上、寸法公差なく部品を製造することが難しかった。一方、小型電磁弁１００は、ダイアフラム１００を弁ブロック１０１と流路ブロック１０２で直接狭持し、ストローク調整を行っていなかった。そのため、部品の寸法公差が生じると、ダイアフラム１０７のストロークに直接影響し、Ｃｖ値のばらつきを生じさせていた。特に、小型電磁弁１００は、上述したように数μＬ〜数十μＬ程度の極微小な流量を制御するため、ダイアフラム１０７のストロークが０．２〜０．３ｍｍ異なるだけでも問題になる。

これに対し、Ｃｖ値のばらつきを解消するために、ソレノイド部１１１の駆動力を大きくして、ダイアフラム組立１０４の揺動量を大きくすることが考えられる。この場合、ダイアフラム１０７のストロークを大きく確保してコンダクタンスを小さくできるので、Ｃｖ値のばらつきを小さくすることが可能である。ところが、ソレノイド部１１１の駆動力を大きくするためには、ソレノイド部１１１が大型になり、装置サイズが大きくなる問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、Ｃｖ値のばらつきを小さくできる安価でコンパクトな小型電磁弁を提供することを目的とする。

本発明に係る小型電磁弁は、次のような構成を有している。
（１）複数のポートが設けられた流路ブロックと、ダイアフラムが固設されたダイアフラム組立を揺動自在に軸支する弁ブロックとがダイアフラムの外縁部を狭持し、駆動手段がダイアフラム組立を揺動させることにより、ダイアフラムをポートの開口部に設けられた弁座に当接又は離間させてポートの連通状態を切り替える小型電磁弁において、流路ブロックと弁ブロックとの間にストローク調整部材を着脱可能に設置されたものであることを特徴とする。

（２）（１）に記載の発明において、ストローク調整部材は、薄い板状のものであって、１枚又は数枚を重ねて流路ブロックと弁ブロックとの間に配設されるものであることを特徴とする。
（３）（２）に記載の発明において、ストローク調整部材は、厚さが数十μｍであることを特徴とする。

（４）（１）乃至（３）の何れか一つに記載の発明において、ダイアフラムは、外縁部にリブが垂設されていることを特徴とする。
（５）（４）に記載の発明において、リブは、リブ幅とリブ高さとの比率が２：１であることを特徴とする。
（６）（４）又は（５）に記載の発明において、リブは、先端部に向かって断面積が小さくなるように設けられていることを特徴とする。

（７）複数のポートが設けられた流路ブロックと、ダイアフラムが固設されたダイアフラム組立を揺動自在に軸支する弁ブロックとがダイアフラムの外縁部を狭持し、駆動手段がダイアフラム組立を揺動させることにより、ダイアフラムをポートの開口部に設けられた弁座に当接又は離間させてポートの連通状態を切り替える小型電磁弁の弁部構造において、流路ブロックと弁ブロックとの間に厚さＡの板状のストローク調整部材を設置したものであり、弁ブロックの流路ブロックに当接する側面からダイアフラムの受圧面までの距離Ｍ１の公差がプラスマイナスｍ１であり、流路ブロックの弁ブロックに当接する側面から弁座の開口端部までの距離Ｍ２の公差がプラスマイナスｍ２であって、距離Ｍ２から距離Ｍ１を減算した距離Ｍ３を算出したときに、距離Ｍ３の最小値である（Ｍ２−ｍ２）−（Ｍ１＋ｍ１）が零より大きく、距離Ｍ３に応じてストローク調整部材の枚数が決定されていることを特徴とする。

上記構成を有する小型電磁弁は、駆動手段がダイアフラム組立を揺動させると、ダイアフラム組立に固設されたダイアフラムが弁座に当接又は離間してポートの連通状態を切り替えて流体の流れ方向を制御する。このとき、流体は、ダイアフラムのストロークに応じて流量調整される。ここで、ダイアフラムは、流路ブロックと弁ブロックとの間で狭持するため、流路ブロック、弁ブロック、揺動部材、ダイアフラム組立、弁体部などに寸法公差が生じると、製品毎にダイアフラムのストロークがばらつく。この点、小型電磁弁は、ストローク調整部材を流路ブロックと弁ブロックとの間に設置することにより、部品の寸法公差を小さくして、製品毎にダイアフラムのストロークをほぼ一定にするので、駆動手段を大型にして駆動力を大きくするまでもなく、Ｃｖ値のばらつきを小さくすることが可能である。また、部品の寸法精度が緩和されるので、製造コストが抑えられる。よって、本発明の小型電磁弁によれば、Ｃｖ値のばらつきを小さくできるとともに、コストダウン及び装置サイズのコンパクト化を図ることができる。

また、ストローク調整部材は、数十μｍの薄い板状をなし、１枚又は数枚を重ねて流路ブロックと弁ブロックとの間に配設されるので、装置サイズを大型化することなく、ダイアフラムのストロークを調整することができる。

ところが、ストローク調整部材を流路ブロックと弁ブロックとの間に設置すると、流路ブロックと弁ブロックとの間隔が広くなり、ダイアフラムの外縁部を狭持するシール力が低下するおそれがある。そのため、本発明の小型電磁弁は、ダイアフラムの外縁部にリブを垂設し、そのリブを流路ブロックと弁ブロックとの間で押し潰すことにより、所定のシール力を確保している。これにより、本発明の小型電磁弁は、流路ブロックと弁ブロックとの間にストローク調整部材を設置しても所定のシール力が確保され、流体漏れを防止することができる。

特に、ダイアフラムのリブは、リブ幅とリブ高さとの比率が２：１であり、リブ幅がリブ高さより大きく設定されているため、先端部が弁ブロックと流路ブロックとの間で押し潰されても倒れ込みにくく、所定のシール力を確保することができる。
しかも、ダイアフラムのリブは、先端部に向かって断面積が小さくなるように設けられているので、所定のシール力を確保するために必要なシール面積を確保しつつ、流路ブロックと弁ブロックとの間でリブを押し潰す力を小さくすることができる。

このような小型電磁弁は、弁部が次のような構造をなす。
流路ブロックにダイアフラム組立を揺動可能に取り付けたときに、弁ブロックの流路ブロックに当接する側面からダイアフラムの受圧面までの距離Ｍ１を測定すると、距離Ｍ１の公差はプラスマイナスｍ１である。流路ブロックの弁ブロックに当接する側面から弁座の開口端部までの距離Ｍ２を測定すると、距離Ｍ２の公差はプラスマイナスｍ２である。弁ブロックと流路ブロックとを連結したときに、ダイアフラムの受圧面から弁座の開口端面までの距離Ｍ３は、距離Ｍ２から距離Ｍ１を減算することにより求められ、距離Ｍ３の公差は（Ｍ２±ｍ２）−（Ｍ１±ｍ１）となる。距離Ｍ３の最小値である（Ｍ２−ｍ２）−（Ｍ１＋ｍ１）は、零より大きいため、ダイアフラムのストローク調整は、常にストローク調整部材を弁ブロックと流路ブロックとの間に設置して行われる。ストローク調整部材は、距離Ｍ３に応じて決定され、決定された枚数のストローク調整部材を流路ブロックと弁ブロックとの間に設置すれば、ダイアフラムが弁座から離間する方向に位置調節され、目標ストロークに調整される。ここで、ストローク調整部材は板状であるため、ストローク調整するために装置サイズが大型化することがない。また、流路ブロック等の寸法精度が緩和されるので、製造コストが抑えられる。よって、本発明の小型電磁弁によれば、Ｃｖ値のばらつきを小さくできるとともに、コストダウン及び装置サイズのコンパクト化を図ることができる。

次に、本発明に係る小型電磁弁及びその弁部構造の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、小型電磁弁１の断面図であって、非通電状態を示す。図２は、小型電磁弁１の断面図であって、通電状態を示す。図３は、図１のＸ部拡大図である。図４は、弁部の分解斜視図である。図５は、ダイアフラム組立９Ａの斜視図である。
図１及び図２に示す小型電磁弁１は、従来技術と同様に、液体分析装置５０（図１５参照）に使用される。小型電磁弁１は、流路ブロック２、弁ブロック３、ケーシング４を連結して外観が形成されている。小型電磁弁１は、ダイアフラム組立９Ａが駆動手段の駆動力で揺動し、ダイアフラム１１Ａを流路ブロック２の第１弁座６ａ又は第２弁座６ｂに当接又は離間させることにより、第１ポート５ａと第２ポート５ｂと第３ポート５ｃとの連通状態を切り替えるようになっている。かかる小型電磁弁１は、図３に示すように、スペーサ（「ストローク調整部材」に相当するもの。）３０によりダイアフラム１１Ａのストロークを調整するようになっている。

図１及び図２に示すように、流路ブロック２には、第１ポート５ａ、第２ポート５ｂ、第３ポート５ｃとが等間隔に形成され、第１ポート５ａと第３ポート５ｃの開口部に第１弁座６ａと第２弁座６ｂが円筒状に突設されている。

流路ブロック２と弁ブロック３は、図３及び図４に示すようにネジ２９で固定され、弁部を構成している。流路ブロック２と弁ブロック３との間には、スペーサ３０が後述するように決定された枚数で介在している。

弁ブロック３は、図１及び図２に示すように、流路ブロック２が当接する側面（図中下端面）から、ダイアフラム組立９Ａを収納するための凹部７が第２ポート５ｂと同軸上に形成されている。弁ブロック３は、平行ピン８が架設され、ダイアフラム組立９Ａを凹部７内で揺動可能に軸支している。ダイアフラム組立９Ａは、揺動部材１０の端面にダイアフラム１１Ａをインサート成形などにより固着したものである。ダイアフラム１１Ａは、図５に示すように略楕円形状に成形され、外縁部に沿ってリブ１２Ａが揺動部材１０側に立設されている。ダイアフラム組立９Ａは、ダイアフラム１１Ａのリブ１２Ａが流路ブロック２と弁ブロック３との間で押し潰されて狭持され、凹部７を気密に区画して弁室１３を形成している。従って、第２ポート５ｂは、弁室１３と第１弁座６ａを介して第１ポート５ａと連通し、弁室１３と第２弁座６ｂを介して第３ポート５ｃと連通する。そして、第１〜第３ポート５ａ，５ｂ，５ｃは、揺動部材１０が揺動してダイアフラム１１Ａを第１弁座６ａ又は第２弁座６ｂに相対的に当接又は離間させることにより、連通状態が切り替えられる。

かかる弁ブロック３には、流路ブロック２が当接する側面（図中下端面）と反対の側面（図中上端面）から、第１中空孔１４と第２中空孔１５が第１ポート５ａと第３ポート５ｂと同軸上に形成され、駆動手段１６が取り付けられている。

駆動手段１６は、ダイアフラム組立９Ａに作用する第１バネ２３と第２バネ２６の圧力バランスをソレノイドで変動させることにより、ダイアフラム組立９Ａを揺動させるよう構成されている。
駆動手段１６は、ソレノイドを駆動源とし、中空円筒形状のコイルボビン１７に電磁コイル１８が巻回されている。コイルボビン１７は、一端開口部に固定鉄心１９が固設され、他端開口部から可動鉄心２０が摺動可能に装填されている。従って、電磁コイル１８にリード線２１を介して電流を供給すると、固定鉄心１９が吸引力を発生し、可動鉄心２０を図中Ａ方向に移動させる。尚、リード線２１と電磁コイル１８との間に電圧を制御する回路基板を配設してもよい。

かかるソレノイドは、磁気回路を形成するための非磁性部材２２を介して弁ブロック３に取り付けられている。可動鉄心２０は、先端部が非磁性部材２２を貫いて弁ブロック３の第１中空孔１４に突き出し、弁ブロック３の中空孔１４に摺動可能に装填された変位部材２４に当接している。可動鉄心２０の先端部と非磁性部材２２との間には、第１バネ２３が縮設され、可動鉄心２０に図中Ｂ方向の力を常時作用させるため、変位部材２４は第１バネ２３の弾圧力によって図中Ｂ方向に押し下げられ、先端部がダイアフラム組立９Ａの揺動部材１０に突き当てられている。また、弁ブロック３の第２中空孔１５には、押圧部材２５が摺動可能に装填され、押圧部材２５との間で第２バネ２６を押し縮めるように保持板２７が固定されている。そのため、押圧部材２５は、第２バネ２６の弾圧力で図中Ｂ方向に押し下げられ、先端部がダイアフラム組立９Ａの揺動部材１０に突き当てられている。従って、ダイアフラム組立９Ａには、平行ピン８を挟んだ対称位置に第１バネ２３と第２バネ２６の弾圧力が常時作用している。

ここで、第２バネ２６は、第１バネ２３より弾圧力が小さく設定されている。そのため、小型電磁弁１は、非通電時には、第１バネ２３の弾圧力が第２バネ２６に打ち勝ち、可動鉄心２０が変位部材２４を図中Ｂ方向に押し下げて揺動部材１０を傾かせる。これにより、ダイアフラム組立９Ａは、ダイアフラム１１Ａが第１弁座６ａに当接して第１ポート５ａと第２ポート５ｂとを遮断する一方、第２弁座６ｂから離間して第２ポート５ｂと第３ポート５ｃとを連通させる。

こうした小型電磁弁１は、流体漏れを防止するためのゴムパッキン２８が流路ブロック２に取り付けられ、第１ポート５ａに図１５の純水ポンプ５１が接続され、第２ポート５ｂに図１５のシリンジポンプ５２が接続され、第３ポート５ｃに図１５の反応セル５３が接続される。これにより、小型電磁弁１が液体分析装置５０に組み付けられる。

そして、小型電磁弁１の電磁コイル１８に通電すると、可動鉄心２０が第１バネ２３に抗して図中Ａ方向に上昇する。第１バネ２３は、可動鉄心２０に押し縮められて弾圧力が低下する。第１バネ２３の弾圧力が第２バネ２６より小さくなると、ダイアフラム組立９Ａが押圧部材２５により図中Ｂ方向に押し下げられて揺動する。これに伴って、ダイアフラム１１Ａは、第１弁座６ａから離間して第１ポート５ａと第２ポート５ｂとを連通させる一方、第２弁座６ｂに当接して第２ポート５ｂと第３ポート５ｃとを遮断し、第１〜第３ポート５ａ，５ｂ，５ｃの連通状態を切り替える。これにより、液体分析装置５０では、純水ポンプ５１からシリンジポンプ５２に流体が数μＬ〜数十μＬずつ充填される（図１５参照）。

その後、電磁コイル１８への通電を停止すると、可動鉄心２０が第１バネ２３に押し下げられて図中Ｂ方向に下降する。可動鉄心２０が下降するに従って第１バネ２３の弾圧力が増加し、第２バネ２６の弾圧力より大きくなる。そのため、ダイアフラム組立９Ａは変位部材２４によって図中Ｂ方向に押し下げられ、第２バネ２６に抗して押圧部材２５を図中Ａ方向に押し上げながら揺動する。これに伴って、ダイアフラム１１Ａは、第１弁座６ａに当接して、第１ポート５ａと第２ポート５ｂとを遮断する一方、第２弁座６ｂから離間して、第２ポート５ｂと第３ポート５ｃとを連通させ、第１〜第３ポート５ａ，５ｂ，５ｃの連通状態を切り替える。これにより、液体分析装置５０では、シリンジポンプ５２から反応セル５３に流体が数μＬ〜数十μＬずつ注入される（図１５参照）。

このように、小型電磁弁１は、ダイアフラム組立９Ａを揺動させることにより流体の流れ方向を制御する。このとき、流体は、ダイアフラム１１Ａのストロークに応じて数μＬ〜数十μＬの極微小流量に制御される。ところが、小型電磁弁１は、弁部を構成する流路ブロック２、弁ブロック３、揺動部材１０、ダイアフラム１１Ａ、第１弁座６ａ、第２弁座６ｂなどの寸法が小さいため、寸法公差が生じやすい。ダイアフラム１１Ａのストロークは、ダイアフラム１１Ａのリブ１２Ａを流路ブロック２と弁ブロック３との間で狭持したときに決定され、部品の寸法公差によって製品毎にバラツキを生じる。そこで、小型電磁弁１は、流路ブロック２と弁ブロック３との間にスペーサ３０を配設して、ダイアフラム１１Ａのストロークを調整している。

図３及び図４に示すように、スペーサ３０は、数十μｍ程度の薄い長方形状のものであって、弁室１３（図１、図２参照）の周りを囲むように孔３０ａが形成されている。スペーサ３０は、ポリエステルフィルムを材質とし、強靭性、耐熱耐冷性、軽量化を図っている。スペーサ３０は、一対の貫通孔３０ｂ、３０ｂが孔３０ａを挟んで対称位置に形成され、弁ブロック３の凸部３ａ，３ａをスペーサ３０の貫通孔３０ｂ，３０ｂから流路ブロック２の貫通孔２ａ，２ａへと貫き通すことにより、スペーサ３０を流路ブロック２及び弁ブロック３に対して位置決めするよう構成されている。本実施の形態では、スペーサ３０は、０．０５０ｍｍの厚さで形成され、部品の寸法公差によって流路ブロック２と弁ブロック３との間に配設される枚数が決定される。

図６〜図１０は、ストローク調整方法を示すための図である。
先ず、図６に示すように、弁ブロック３の凹部７にダイアフラム組立９Ａを位置合わせし、平行ピン８を弁ブロック３とダイアフラム組立９Ａの揺動部材１０に貫き通して仮組立てする。そして、図７に示すように、弁ブロック３の流路ブロック２に当接する側面からダイアフラム７の受圧面までの距離Ｍ１を測定する。本実施の形態では、距離Ｍ１は、弁ブロック３、平行ピン８、ダイアフラム組立９Ａの寸法公差により、製品毎に０．０７５ｍｍ±０．０５３ｍｍの範囲で変化するものとする。すなわち、距離Ｍ１は、最小で０．０２２ｍｍ（０．０５３ｍｍ−０．７５ｍｍ）、最大で０．１２８ｍｍ（０．０７５ｍｍ＋０．０５３ｍｍ）の範囲内でばらつく。

それから、図８に示すように、流路ブロック２の弁ブロック３に当接する側面から第２弁座６ｂ（第１弁座６ａ）の開口端面までの距離Ｍ２を測定する。本実施の形態では、距離Ｍ２は、流路ブロック２の寸法公差により、製品毎に０．２３ｍｍ±０．０１ｍｍの範囲で変化するものとする。すなわち、距離Ｍ２は、最小で０．２２ｍｍ（０．２３ｍｍ−０．０１ｍｍ）、最大で０．２４ｍｍ（０．２３＋０．０１ｍｍ）の範囲内でばらつく。

従って、流路ブロック２側の公差は、弁ブロック３側の公差より大きくなるように設定されている。そのため、図９に示すように、流路ブロック２に仮組立した弁ブロック３をセットした場合には、ダイアフラム１１Ａの受圧面から第２弁座６ｂ（第１弁座６ａ）の開口端面までの距離Ｍ３は、距離Ｍ２から距離Ｍ１を減算して求めた値の範囲内で変化し、零より大きくなる。本実施の形態では、距離Ｍ３は、距離Ｍ２（０．２３ｍｍ±０．０１ｍｍ）から距離Ｍ１（０．０７５ｍｍ±０．０５３ｍｍ）を減算して（（０．２３ｍｍ±０．０１ｍｍ）−（０．０７５ｍｍ±０．０５３ｍｍ））、０．１５５ｍｍ±０．０６３ｍｍと求められる。すなわち、距離Ｍ３は、最小で０．０９２ｍｍ（０．１５５ｍｍ−０．０６３ｍｍ）、最大で０．２１８ｍｍ（０．０９２ｍｍ＋０．２１８ｍｍ）の範囲内でばらつく。

ダイアフラム１１Ａは、リブ１２Ａを流路ブロック２と弁ブロック３との間で狭持されるため、距離Ｍ３とダイアフラム１１ＡのストロークＳｔとは比例関係にある。そのため、ダイアフラム１１ＡのストロークＳｔは、
ストロークＳｔ＝１．８８１×距離Ｍ３＋０．０９５
という関係式から求めることができる。なお、係数「１．８８１」、「０．０９５」は、実験より求めた実験計数値である。
具体的には、図１０に示すように、距離Ｍ３が最小値０．０９２ｍｍである場合には、
ストロークＳｔ_min ＝１．８８１×０．０９２＋０．０９５＝０．２６８ｍｍ
と求められる。
一方、図１１に示すように、距離Ｍ３が最大値０．２１８ｍｍである場合には、
ストロークＳｔ_max ＝１．８８１×０．２１８＋０．０９５＝０．５０５ｍｍ
と求められる。
従って、ストロークＳｔは、０．２６８ｍｍ〜０．５０５ｍｍの範囲でバラツキを生じる。

そこで、距離Ｍ３から流路ブロック２と弁ブロック３との間に挿入するスペーサ３０の枚数を決定し、ストロークＳｔを調整する。例えば、ストロークＳｔを０．４ｍｍ以上に設定する場合には、距離Ｍ３は、
ストローク＝１．８８１×距離Ｍ３＋０．０９５＝０．４より、
距離Ｍ３＝（０．４−０．０９５）／１．８８１＝０．１６２
となる。

よって、距離Ｍ３が０．１６２ｍｍ〜０．２１８ｍｍである場合には、スペーサ３０を挿入しなくても、ストロークＳｔは０．４ｍｍ以上０．５０５ｍｍ以下確保され、目標ストローク０．４ｍｍ以上を確保している。そこで、距離Ｍ３が０．０６２ｍｍ〜０．２１８ｍｍである場合には、流路ブロック２と弁ブロック３との間にスペーサ３０を設置しないことを決定する。

また、距離Ｍ３が０．１１２ｍｍ〜０．１６１ｍｍである場合には、距離Ｍ３は、スペーサ３０を挿入しなくてよい限界値（０．１６２ｍｍ）に０．０１０ｍｍ〜０．０５０ｍｍ足りない。本実施の形態では、スペーサ３０は厚さが０．０５０ｍｍであるため、スペーサ３０を流路ブロック２と弁ブロック３との間に１枚挿入すれば、ダイアフラム１１Ａを第１，第２弁座６ａ，６ｂと反対側に０．０５０ｍｍ持ち上げて、距離Ｍ３を０．１６２ｍｍ以上にすることが可能である。そこで、距離Ｍ３が０．１１２ｍｍ〜０．１６１ｍｍである場合には、流路ブロック２と弁ブロック３との間にスペーサ３０を１枚設置することを決定する。

さらに、距離Ｍ３が０．０９２ｍｍ〜０．１１１ｍｍである場合には、距離Ｍ３は、スペーサ３０を挿入しなくてよい限界値（０．１６２ｍｍ）に０．０５１ｍｍ〜０．０７０ｍｍ足りない。本実施の形態では、スペーサ３０は厚さが０．０５０ｍｍであるため、スペーサ３０を流路ブロック２と弁ブロック３との間に２枚挿入すれば、ダイアフラム１１Ａを第１，第２弁座６ａ，６ｂと反対側に０．１００ｍｍ持ち上げて、距離Ｍ３を０．１９２ｍｍ以上にすることが可能である。そこで、距離Ｍ３が０．０９２ｍｍ〜０．１１１ｍｍである場合には、流路ブロック２と弁ブロック３との間にスペーサ３０を２枚設置することを決定する。

このようにしてスペーサ３０の枚数を決定したら、小型電磁弁１を本組立てする。すなわち、平行ピン８を弁ブロック３からダイアフラム組立９Ａへと貫き通して平行ピン３の両端部を弁ブロック３に固定する。これにより、ダイアフラム組立９Ａが弁ブロック３に揺動可能に軸支される。そして、弁ブロック３の凸部３ａをスペーサ３０の貫通孔３０ｂから流路ブロック２の貫通孔２ａに貫き通し、流路ブロック２側からスペーサ３０、弁ブロック３へとネジ２９を締結し、流路ブロック２と弁ブロック３とを連結する。

そして、弁ブロック３に駆動手段１６を取り付ける。すなわち、弁ブロック３の中空孔１５に押圧部材２５を挿入して、第２バネ１６を介して保持部材２７を弁ブロック３にネジ固定する。また、コイルボビン１７に非磁性部材２２を取り付けて、非磁性部材２２との間で第１バネ２３を保持するように可動鉄心２０をコイルボビン１７に挿入することによりソレノイドを組み立て、弁ブロック３の中空孔１４に変位部材２４を挿入してソレノイドを弁ブロック３に固定する。そして、ケーシング４を弁ブロック３に被せて固定するとともに、ゴムパッキン２８を流路ブロック２に取り付ける。

本組立てされた小型電磁弁１は、図３に示すように、ダイアフラム１１Ａが、スペーサ３０の設置枚数に応じて位置調節され、ダイアフラム１１ＡのストロークＳｔが目標ストローク（本実施の形態では０．４ｍｍ以上）に調整される。ストローク調整は、数十μｍ（本実施の形態では、０．０５０ｍｍ）の薄い板状のスペーサ３０を流路ブロック２と弁ブロック３との間に設置するだけなので、装置サイズが大型化しない。さらに、スペーサ３０によりダイアフラム１１Ａと第２弁座６ｂ（第１弁座６ａ）の開口端部との距離Ｍ３（図９参照）を調整し、ダイアフラム１１ＡのストロークＳｔを目標ストロークに調整するので、流路ブロック２、弁ブロック３、揺動部材１０、ダイアフラム１１Ａ、平行ピン８などの部品の寸法精度が緩和され、製造コストが削減される。

ところで、スペーサ３０を流路ブロック２と弁ブロック３との間に配設すると、流路ブロック２と弁ブロック３との間隔が広くなり、ダイアフラム１１Ａを狭持する力が弱くなる。しかし、ダイアフラム１１Ａは、図５に示すように、リブ１２Ａを設けて潰ししろを確保し、所定のシール力を確保している。

ダイアフラム１１Ａは、耐腐食性及びシール性能の観点からフッ素ゴム、シリコンゴム、ＥＰＤＭ（ethylene-propylene-diene terpolymer）等を材質して成形されるため、外縁部に沿って背圧面側に垂設されたリブ１２Ａは、スペーサ３０を挿入して流路ブロック２と弁ブロック３とを連結したときに弾性変形する。リブ１２Ａは、図３に示すように、最小限の潰し面積で弁ブロック３に圧接してシール力を確保しうる十分なリブ幅Ｗ１とリブ高さＨ１で形成されている。そのため、スペーサ３０を挿入して流路ブロック２などを本組立てしても、ダイアフラム１１Ａは、リブ１２Ａが流路ブロック２と弁ブロック３との間で押し潰されて弾性変形し、少なくとも最小限の潰し面積で弁ブロック３に圧接する。これにより、小型電磁弁１は、所定のシール力が確保され、流体漏れが防止される。

ここで、スペーサ３０を挿入しない場合には、流路ブロック２と弁ブロック３との間が狭くなり、リブ１２Ａを押し潰す力が強くなる。リブ１２Ａは、リブ幅Ｗ１とリブ高さＨ１が１：１の比率で形成されているため、スペーサ３０を挿入せずに流路ブロック２と弁ブロック３とでダイアフラム１１Ａのリブ１２Ａを狭持したときに、図１２に示すように、リブ１２Ａが倒れ込むおそれがある。リブ１２Ａが倒れ込むと、リブ１２Ａの付け根部分などに片寄った力が作用し、ダイアフラム１１Ａを劣化させる要因となる。また、シール力が不安定になる問題もある。

そこで、図１３に示すダイアフラム１１Ｂのように、リブ１２Ｂのリブ幅Ｗ１とリブ高さＨ１が２：１の比率になるようにするとよい。また、リブ１２Ｂが先端部に向かって断面積が小さくなるように、リブ１２Ｂの縦断面形状を略台形に形成するとよい。

かかるダイアフラム１１Ｂのリブ１２Ｂは、図１４に示すように、リブ幅Ｗ２がリブ高さＨ２より大きく設定され、ダイアフラム１１Ａのリブ１２Ａ（図３参照）よりしっかり支えられて強度が強くなるので、流路ブロック２と弁ブロック３との間で狭持されるときに倒れ込みにくい。
しかも、ダイアフラム１１Ｂは、流路ブロック２と弁ブロック３との間でリブ１２Ｂを押し潰すときにリブ１２Ｂの潰し面積が徐々に増加し、最終的に少なくとも最小限の潰し面積で弁ブロック３に圧接するので、リブ幅Ｗ２をダイアフラム１１Ａのリブ幅Ｗ１（図３参照）より大きくしても、流路ブロック２と弁ブロック３との間でリブ１２Ｂを押し潰す力が小さくて済む。

従って、本実施の形態の小型電磁弁１によれば、流路ブロック２と弁ブロック３との間にスペーサ３０を着脱可能に設置されているので（図３及び図４参照）、Ｃｖ値のばらつきを小さくできるとともに、コストダウン及び装置サイズのコンパクト化を図ることができる。
特に、スペーサ３０は、数十μｍと薄い板状のものであって、１枚又は数枚を重ねて流路ブロックと弁ブロックとの間に配設されるので、装置サイズを大型化することなく、ダイアフラム１１Ａのストロークを調整することができる。

また、ダイアフラム１１Ａ，１１Ｂは、外縁部にリブ１２Ａ，１２Ｂが垂設されているので（図３及び図１３参照）、弁ブロック２と流路ブロック３との間にスペーサ３０を設置しても流体漏れを防止することができる。
この場合に、ダイアフラム１１Ｂのリブ１２Ｂは、リブ幅Ｗ２とリブ高さＨ２との比率を２：１にすれば（図１３参照）、先端部が弁ブロック３と流路ブロック２との間で押し潰されても倒れ込みにくく、所定のシール力を確保することができる
これに加えて、リブ１２Ｂを先端部に向かって断面積が小さくなるように設ければ（図１３参照）、所定のシール力を確保するために必要な最低限のシール面積を確保しつつ、流路ブロック２と弁ブロック３との間でリブ１２Ｂを押し潰す力を小さくすることができる。

さらに、本実施の形態の小型電磁弁１の弁部構造によれば、流路ブロック２と弁ブロック３との間に厚さ０．０５ｍｍの板状のスペーサ３０を設置したものであり、弁ブロック３の流路ブロック２に当接する側面からダイアフラム１１Ａの受圧面までの距離Ｍ１の公差が０．０７５±０．０５３ｍｍであり、弁ブロック３の流路ブロック２に当接する側面から第１，第２弁座６ａ，６ｂの開口端部までの距離Ｍ２の公差が０．２３±０．０１ｍｍであって、距離Ｍ２から距離Ｍ１を減算した距離Ｍ３を算出したときに、距離Ｍ３の最小値である（（０．２３ｍｍ−０．０１ｍｍ）−（０．０７５ｍｍ＋０．０５３ｍｍ）＝０．０９２ｍｍ）が零より大きく、距離Ｍ３に応じてスペーサ３０の枚数が決定されているので、Ｃｖ値のばらつきを小さくできるとともに、コストダウン及び装置サイズのコンパクト化を図ることができる。

尚、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

（１）例えば、上記実施の形態では、小型電磁弁１を液体分析装置５０に使用したが、使用用途はこれに限定されるものではない。
（２）

（２）例えば、上記実施の形態では、ダイアフラム１１Ａ，１１Ｂは、リブ１２Ａ，１１ｄが弁ブロック３側に向かって垂設されているが、流路ブロック２側に向かってリブを垂設してもよい。

（３）例えば、上記実施の形態では、縦断面が台形形状になるようにダイアフラム１１Ｂのリブ１２Ｂを形成した。それに対して、先端形状が三角又はＲ状になるようにダイアフラム１１Ｂのリブ１２Ｂを形成してもよい。

（４）例えば、上記実施の形態では、ストローク調整方法を具体的数値を示して説明した。この具体的数値は、小型電磁弁１がいかにストロークを微小調整しているかを示すための一例であり、これに限定されるものではない。

本発明の第１実施の形態に係り、小型電磁弁の断面図であって、非通電状態を示す。 同じく、小型電磁弁の断面図であって、通電状態を示す。 同じく、図１のＸ部拡大図である。 同じく、弁部の分解斜視図である。 同じく、ダイアフラム組立の斜視図である。 同じく、ストローク調整方法を示すための図である。 同じく、図６の要部拡大断面図である。 同じく、ストローク調整方法を示すための図である。 同じく、ストローク調整方法を示すための図である。 同じく、最小ストロークを示す図である。 同じく、最大ストロークを示す図である。 同じく、ダイアフラムのリブが押し潰された状態を示す図である。 同じく、ダイアフラムの変形例である。 同じく、図１３に示すダイアフラムのリブが押し潰された状態を示す図である。 液体分析装置の概念図である。 従来の小型電磁弁の断面図である。

符号の説明

１ 小型電磁弁
２ 流路ブロック
３ 弁ブロック
５ａ 第１ポート
５ｂ 第２ポート
５ｃ 第３ポート
６ａ 第１弁座
６ｂ 第２弁座
９Ａ ダイアフラム組立
９Ｂ ダイアフラム組立
１０ 揺動部材
１１Ａ ダイアフラム
１１Ｂ ダイアフラム
１２Ａ リブ
１２Ｂ リブ
３０ スペーサ
Ｗ２ リブ幅
Ｈ２ リブ高さ

Claims (7)

1. 複数のポートが設けられた流路ブロックと、ダイアフラムが固設されたダイアフラム組立を揺動自在に軸支する弁ブロックとが前記ダイアフラムの外縁部を狭持し、駆動手段がダイアフラム組立を揺動させることにより、前記ダイアフラムを前記ポートの開口部に設けられた弁座に当接又は離間させてポートの連通状態を切り替える小型電磁弁において、
   前記流路ブロックと前記弁ブロックとの間にストローク調整部材を着脱可能に設置されたものであることを特徴とする小型電磁弁。
2. 請求項１に記載する小型電磁弁において、
   前記ストローク調整部材は、薄い板状のものであって、１枚又は数枚を重ねて前記流路ブロックと前記弁ブロックとの間に配設されるものであることを特徴とする小型電磁弁。
3. 請求項２に記載する小型電磁弁において、
   前記ストローク調整部材は、厚さが数十μｍであることを特徴とする小型電磁弁。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する小型電磁弁において、
   前記ダイアフラムは、外縁部にリブが垂設されていることを特徴とする小型電磁弁。
5. 請求項４に記載する小型電磁弁において、
   前記リブは、リブ幅とリブ高さとの比率が２：１であることを特徴とする小型電磁弁。
6. 請求項４又は請求項５に記載する小型電磁弁において、
   前記リブは、先端部に向かって断面積が小さくなるように設けられていることを特徴とする小型電磁弁。
7. 複数のポートが設けられた流路ブロックと、ダイアフラムが固設されたダイアフラム組立を揺動自在に軸支する弁ブロックとが前記ダイアフラムの外縁部を狭持し、駆動手段がダイアフラム組立を揺動させることにより、前記ダイアフラムを前記ポートの開口部に設けられた弁座に当接又は離間させてポートの連通状態を切り替える小型電磁弁の弁部構造において、
   前記流路ブロックと前記弁ブロックとの間に厚さＡの板状のストローク調整部材を設置したものであり、
   前記弁ブロックの前記流路ブロックに当接する側面から前記ダイアフラムの受圧面までの距離Ｍ１の公差がプラスマイナスｍ１であり、前記流路ブロックの前記弁ブロックに当接する側面から前記弁座の開口端部までの距離Ｍ２の公差がプラスマイナスｍ２であって、距離Ｍ２から距離Ｍ１を減算した距離Ｍ３を算出したときに、距離Ｍ３の最小値である（Ｍ２−ｍ２）−（Ｍ１＋ｍ１）が零より大きく、
   距離Ｍ３に応じて前記ストローク調整部材の枚数が決定されていること
   を特徴とする小型電磁弁の弁部構造。

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