JP2006161835A - 流路開閉機構及びこれを備えた分析用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電磁弁を上流と下流の両側で配管に接続する必要がなく、従って電磁弁と配管の間の継手をなくすことができ、小型化が可能で安価な流路開閉機構、及びこれを用いた分析装置を提供する。
【解決手段】 弁本体１０は、ソレノイド１２により駆動するピストン部１と、ピストン部１の先端に設けたシール部材２と、ピストン部１のシール部材２よりも後端側に設けたダイヤフラム部３とからなる。この弁本体１０がブロック部１１内に形成した流路６に連通し且つ表面に開口した筒状凹部７に収納され、ダイヤフラム部３が筒状凹部７の表面開口を封止するように、ダイヤフラム部３の外周縁部３ａでブロック部１１に固定されている。ソレノイド１２で弁本体１０を駆動することで、シール部材２が筒状凹部７の内周縮径部７ａに当接又は離間して流路６を開閉する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、気体や液体の流れる流路をソレノイドにより駆動する弁で開閉する電磁式の流路開閉機構、及びその流路開閉機構を利用した分析用装置に関するものである。

一般に、配管を通して気体や液体を送る装置では、その供給と停止の切替えや流路変更のために弁が使われている。特に分析用装置においては、分析すべき試料や、試薬、洗浄水などを分析部に供給すると共に、排水や廃液を排出することが必要であり、これらの操作は弁などを使用して配管の連結を切替えることによって行われている。

また、配管の連結を切替える弁として市販の電磁弁が使用されることが多く、通常は配管の途中に単独で固定されている。この電磁弁は、ソレノイド（電磁コイル）中に配置された鉄芯が励磁電流により駆動され、その鉄心に連結した弁体が弁座に当接又は離間して配管を開閉するものである。このような電磁弁を用いた開閉機構の一例として、特開平７−２０８６２７号公報には、給排気ポートを形成したマニホールドブロックに、複数の電磁弁を搭載した構造が記載されている。また、実公平６−０１６１７６号公報には、ダイヤフラムで流路中の弁座を開閉する電磁弁が記載されている。

しかし、これらの電磁弁を用いた従来の開閉機構では、市販の独立した電磁弁を使用し、その電磁弁の上流と下流の両側で配管に接続する必要があった。そのため、複雑なフローになればなるほど、電磁弁が増えるだけでなく、電磁弁と配管との継手も増えるため、コストが上昇すると共に、接続不良や漏れなどの不具合が増加することが避けられなかった。特に分析用装置においては、電磁弁と配管の間にデッドボリュームが生じ、そこに残った試料水などによってコンタミネーションが起こりやすいという問題もあった。

特開平７−２０８６２７号公報 実公平６−０１６１７６号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑み、電磁弁をその上流と下流の両側で配管に接続する必要がなく、従って電磁弁と配管の間の継手をなくすことができ、小型化が可能で安価な流路開閉機構、及びこれを用いた分析用装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供する流路開閉機構は、ソレノイドにより駆動するピストン部、ピストン部の先端に設けたシール部材、及びピストン部のシール部材よりも後端側に固定したダイヤフラム部からなる弁本体と；内部に形成した流路に連通し且つ表面に開口した筒状凹部を有するブロック部とを備え；弁本体がブロック部の筒状凹部に収納され、ダイヤフラム部が筒状凹部の表面開口を封止すると共にダイヤフラム部の外周縁部でブロック部に固定されていて、ソレノイドにより駆動する弁本体のシール部材が筒状凹部の内周縮径部に当接又は離間して流路を開閉することを特徴とする。

上記本発明の流路開閉機構においては、前記ブロック部が複数の流路を多層に設けた積層式マニホールドからなり、その積層式マニホールドに形成した複数の筒状凹部の各内周縮径部にそれぞれ弁本体のシール部材が当接又は離間するように、各ピストン部の長さが異なる複数の弁本体を備えることができる。

また、上記本発明の流路開閉機構において、前記ピストン部は、一端にソレノイドへの接続部を有し、ダイヤフラム部を備えた基端部と、基端部の他端に着脱自在に設けられ、他端側の先端にシール部材を設けた動作部とからなることことが好ましい。その場合においては、前記動作部の長さを変えることにより、ピストン部の長さが異なる弁本体を構成することができる。

更に、本発明は、上記した流路開閉機構を備えることを特徴とする分析用装置を提供するものである。

本発明の流路開閉機構によれば、通常の電磁弁のソレノイドを除く部分、即ち本発明での弁本体が、積層式マニホールドのようなブロック部内の流路と組合され、これらが一体となって電磁弁として機能する。そのため、継手による流路どうしの接続は残るが、弁本体部分と流路を継手で接続する必要がなくなり、継手の減少とコストの低減が可能となるうえ、接続不良や漏れなどの不具合を減らすことができる。

特に、ブロック部として積層式マニホールドを使用すれば、その内部に複雑な流路を何層にも形成できるうえ、弁本体のピストン部の長さを変えるだけで、積層された深さの異なる各流路を簡単に開閉することができる。従って、複雑な流路を有する装置でも、少ない部品点数で組み立てることができ、低コスト化と小型化を達成することが可能である。特に、ピストン部を互いに着脱可能な基端部と動作部で構成し、複数の長さの異なる動作部を交換部品として用意すれば、動作部を交換するだけでピストン部の長さを簡単に変えることができる。

また、本発明の流路開閉機構を用いることによって、試料水の入出口、試薬や洗浄水の入口及び排水口など最低限の箇所以外は継手を用いる必要がなくなるので、接続不良や漏れなどの不具合がなく、従来の電磁弁と配管の間のデッドボリュームをなくしてコンタミネーションの発生を抑えることができ、低コストで小型の分析用装置を提供することができる。

本発明による流路開閉機構は、電磁弁を構成する要素の中のソレノイドを除く弁本体が、ブロック部内に形成された流路の一部と協働し、全体として一つの電磁弁の機能を果たすものである。具体的には、例えば図１に示すように、本発明の弁本体１０はピストン部１（ソレノイドで駆動される）と、ピストン部１の先端に設けたシール部材２と、ピストン部１の後端側に固定したダイヤフラム部３とからなり、この弁本体１０がブロック部１１内の流路に連通するように設けた筒状凹部７に収納されている。即ち、上記弁本体１０と、この弁本体１０を収納したブロック部１１の筒状凹部７と、これらと別体のソレノイド（詳細は図示せず）１２とによって、いわゆる電磁弁が構成されている。

更に詳しくは、ブロック部１１には、内部に流路６が形成されると共に、その流路６に連通する筒状凹部７が表面に開口した状態で設けてある。このブロック部１１の筒状凹部７に上記弁本体１０が収納され、弁本体１０のピストン部１を駆動するソレノイド１２は、ブロック部１１の表面に取り付けられている。そして、ソレノイド１２の取付用フランジ１２ａをブロック部１１にネジ止などで固定することにより、弁本体１０のダイヤフラム部３の外周縁部３ａが直接又は押さえ部材８を介してブロック部１１に固定され、同時にダイヤフラム部３により筒状凹部７の表面開口が封止される。

弁本体１０のピストン部１は、その後端の接続部４でソレノイド１２の駆動軸に接続されている。また、ピストン部１の後端とソレノイド１２の間には、バネ９が挿着されている。従って、通常常態では、バネ９の力によりピストン部１が先端側に押され、シール部材２が筒状凹部７の内周縮径部７ａ（通常の弁座に相当する）に当接して流路６を閉鎖している。そして、ソレノイド１２を駆動すると、ピストン部１がバネ９を押し且つダイヤフラム部３を円弧状に変形させながらソレノイド１２側に移動し、シール部材２が筒状凹部７の内周縮径部７ａから離間することによって流路６を開くことができる。

本発明で使用する弁本体１０は、図１に示すように、ソレノイド１２により駆動するピストン部１と、ピストン部１の先端に設けたシール部材２と、ピストン部１の後端側に設けたダイヤフラム部３とからなる。ピストン部１はポリエーテルエーテルケトン、ポリプロピレン、フッ素樹脂などのプラスチック、ステンレスなどの金属、あるいはセラミックスからなり、その後端部にはネジなどからなるソレノイド１２への接続部４が設けてある。ピストン部１の先端に設けるシール部材２としては、Ｏリングなどを用いることができる。また、ピストン部１の後端側に設けるダイヤフラム部３は、ゴムなどの弾性体で形成される。

また、本発明の流路開閉機構においては、ブロック部１１の表面から弁座に相当する筒状凹部７の内周縮径部７ａまでの長さに応じて、それぞれ対応する長さのピストン部を有する弁本体を用いることができる。ピストン部の長さが異なる弁本体の好ましい形態としては、例えば図２に示すように、ピストン部１を互いに着脱可能な基端部１ａと動作部１ｂで構成した弁本体１０ａがある。この弁本体１０ａの基端部１ａには、ダイヤフラム部３を設けると共に、一端にはソレノイドの駆動軸に接続するための接続部４を有している。また、動作部１ｂは、先端にシール部材２を有すると共に、一端に設けた接続部１ｃにより基端部１ａの他端に着脱自在に取り付けることができる。

このように基端部１ａと動作部１ｂで構成したピストン部１の場合、その動作部１ｂとして、図３の（ａ）に示すように長いもの、（ｂ）に示すように短いものなど、長さの異なる複数の動作部１ｂを用意しておく。そして、適切な長さの動作部１ｂを選択し、基端部１ａに取り付けてピストン部１とすることにより、ブロック部１１の表面から弁座に相当する筒状凹部７の内周縮径部７ａまでの深さに応じた弁本体を簡単に構成することができる。尚、図３では接続部１ｃを動作部１ｂに設けた例を示したが、接続部１ｃを基端部１ａに設けることも可能である。また、接続部１ｃとしては図３に示すように相手側と螺合するネジが好ましいが、凹部と凸部により嵌合させることも可能である。

本発明の流路開閉機構においては、上記したように、ブロック部１１の表面から弁座に相当する筒状凹部７の内周縮径部７ａまでの深さに応じた弁本体を用いることができる。具体的には、筒状凹部７の内周縮径部７ａがブロック部１１の表面から深い位置にある場合には、図４（ａ）に示すように、長いピストン部１を有する弁本体１０ｂを用いる。逆に、筒状凹部７の内周縮径部７ａがブロック部１１の表面から浅い位置にある場合は、図４（ｂ）に示すように、短いピストン部１の弁本体１０ｃを使用する。尚、この図４に示す弁本体１０ｂ、１０ｃは、ダイヤフラム部３をピストン部１の外周面に被覆固定したゴム層５と一体に形成しているが、例えば図２に示す弁本体１０ａのように、ピストン部１の外周面にダイヤフラム部３のみを固着することもできる。

このようにピストン部の長さが異なる複数の弁本体を併用することにより、図５に示すように、ブロック部１１として樹脂などで作製した積層式マニホールドと組み合わせて、非常に複雑な流路の開閉機構を構成することが可能である。この場合、ブロック部１１として用いる積層式マニホールド自体は公知であり、例えば図５に示すように、第１層１１ａ、第２層１１ｂ、第３層１１ｃ、及び第４層１１ｄの各樹脂層を積層したものであって、各層１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの間には表面を切削して形成した流路６ａ、６ｂ、６ｃが異なる深さで多層に設けてある。

この積層式マニホールドに流路開閉機構を設けるには、流路６ａ、６ｂ、６ｃのいずれかに連通し、且つ表面に開口した複数の筒状凹部７を形成する。これら筒状凹部７の積層式マニホールドの表面からの深さは、それぞれ筒状凹部７が連通すべき流路６ａ、６ｂ、６ｃが存在する位置によって異なる。そして、積層式マニホールドに形成した複数の筒状凹部７の表面からの深さに応じて、ピストン部１の長さが異なる弁本体１０として、例えば図２及び図４に示すような弁本体１０ａ、１０ｂ、１０ｃなどを収納して取り付けることで、本発明の流路開閉機構を構成することができる。

例えば、図５においては、浅い位置の流路６ａと深い位置の流路６ｃを連通する筒状凹部７は深くなるため、その深さに合わせてピストン部１の長さが長い弁本体１０、例えば図４（ａ）の弁本体１０ｂを収納して取り付ける。一方、浅い位置の流路６ａと中間の位置の流路６ｂを連通する筒状凹部７は浅いため、ピストン部１の長さが短い弁本体１０、例えば図４（ｂ）の弁本体１０ｃを収納して取り付ける。これらのピストン部１の長さが異なる弁本体１０、例えば弁本体１０ｂ、１０ｃは、それぞれソレノイド１２で駆動され、各筒状凹部７の内周縮径部７ａに弁本体１０のシール部材２を当接又は離間させることにより、流路６ａ、６ｂ、６ｃを開閉することが可能である。

本発明の流路開閉機構を取り付けた分析用装置の具体例として、図６〜７に示す六方切替器について説明する。この六方切替器１３は、内部に流路を形成した六角柱状の上ブロック部１３ａと下ブロック部１３ｂで構成されている。また、上ブロック部１３ａと下ブロック部１３ｂは透明なアクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトンなどのプラスチックで作製し、液体の流れ及び流路の汚れ状況や詰り状況が目視できるようになっている。尚、上ブロック部１３ａは、単層式マニホールドで構成されている。

この六方切替器１３は、単層式マニホールドからなる上ブロック部１３ａに本発明による６つの流路開閉機構と１つの試料水出口１４を備え、下ブロック部１３ｂには６つの試料水入口１５と１つの排水口１６が設けてある。そして、６つの流路開閉機構での流路の切り替えによって、１つの試料水入口１５からの試料水を各試料水出口１４に供給し、あるいは１つの排水口１６から排水する機能を有するものである。

更に詳しくは、この上ブロック部１３ａには、それぞれの流路６に連通し且つ表面に開口した６つの筒状凹部７が設けてあり、それぞれの筒状凹部７にはピストン部１とシール部材２とダイヤフラム部３からなる弁本体１０が収納され、そのダイヤフラム部３で表面開口を封止して取り付けてある。各弁本体１０のピストン部１は、上ブロック部１３ａの表面に対応して固定した各ソレノイド１２に接続され、ソレノイド１２により駆動されて各筒状凹部７の内周縮径部７ａに当接又は離間し、試料水入口１５からの流路６を開閉するようになっている。また、それぞれの流路６には、試料水入口１５から排水口１６にいたる途中に、一定の水圧で開閉するチェックバルブ１７が設置してある。

各流路に設置された流路開閉機構は、下ブロック部１３ｂの各試料水入口１５から供給される試料水の流路を、各試料水出口１４への流路又は１つの排水口１６への流路のいずれかに切り替える。即ち、１つの流路開閉機構の弁本体１０が流路を開くと、その流路の試料水入口１５から試料水がポンプで供給され、筒状凹部７を通って試料水出口１４から分析機器に送られる。また、その流路開閉機構の弁本体１０が流路を閉じると、その流路の試料水入口１５から供給された試料水は、チェックバルブ１７が開いて排水口１６から排水される。

上記の六方切替器１３において、弁本体１０のピストン部はポリエーテルエーテルケトンで作製し、シール部材２にはＯリングを用い、ダイヤフラム部３はゴム弾性体で構成した。また、ソレノイド１２には市販品を使用した。その結果、従来の同型の六方切替器と比較して、小型化及び軽量化を達成でき、しかもコストを低減することができた。また、この六方切替器１３の耐久性を試験した結果、全く問題なく１００万回の連続動作を行うことができ、更なる連続動作も可能であった。

本発明による流路開閉機構の一具体例を示す概略の断面図である。 本発明の流路開閉機構に用いる弁本体の一具体例を示す概略の側面図である。 図２の弁本体に用いる動作部を示す概略の側面図であり、（ａ）は長さの長い動作部、（ｂ）は長さの短い動作部である。 本発明の流路開閉機構に用いる弁本体の他の具体例を示す概略の側面図であり、（ａ）はピストン部の長い弁本体、（ｂ）はピストン部の短い弁本体である。 本発明による流路開閉機構の他の具体例を示す概略の断面図である。 本発明の流路開閉機構を備えた分析用装置の一具体例を示す概略の斜視図である。 図６の分析用装置の流路開閉機構を含む要部を示す概略の断面図である。

符号の説明

１ ピストン部
１ａ 基端部
１ｂ 動作部
１ｃ 接続部
２ シール部材
３ ダイヤフラム部
３ａ 外周縁部
４ 接続部
５ ゴム層
６ 流路
７ 筒状凹部
７ａ 内周縮径部
８ 押さえ部材
９ バネ
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 弁本体
１１ ブロック部
１２ ソレノイド
１３ 六方切替器
１４ 試料水出口
１５ 試料水入口
１６ 排水口
１７ チェックバルブ

Claims (5)

1. ソレノイドにより駆動するピストン部、ピストン部の先端に設けたシール部材、及びピストン部のシール部材よりも後端側に固定したダイヤフラム部からなる弁本体と；内部に形成した流路に連通し且つ表面に開口した筒状凹部を有するブロック部とを備え；弁本体がブロック部の筒状凹部に収納され、ダイヤフラム部が筒状凹部の表面開口を封止すると共にダイヤフラム部の外周縁部でブロック部に固定されていて、ソレノイドにより駆動する弁本体のシール部材が筒状凹部の内周縮径部に当接又は離間して流路を開閉することを特徴とする流路開閉機構。
2. 前記ブロック部が複数の流路を多層に設けた積層式マニホールドからなり、その積層式マニホールドに形成した複数の筒状凹部の各内周縮径部にそれぞれ弁本体のシール部材が当接又は離間するように、各ピストン部の長さが異なる複数の弁本体を備えることを特徴とする、請求項１に記載の流路開閉機構。
3. 前記ピストン部は、一端にソレノイドへの接続部を有し、ダイヤフラム部を備えた基端部と、基端部の他端に着脱自在に設けられ、他端側の先端にシール部材を設けた動作部とからなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の流路開閉機構。
4. 前記動作部の長さを変えることにより、ピストン部の長さが異なる弁本体を構成することを特徴とする、請求項３に記載の流路開閉機構。
5. 前記請求項１〜４のいずれかに記載の流路開閉機構を備えることを特徴とする分析用装置。
   
   
   

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