JP2008051148A - スライド式ソレノイドバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンピングボリュームがゼロになり、また、装置の小型化、低コスト化、制御の容易化を図ること。
【解決手段】スライド式ソレノイドバルブは、流路構成部材２と、流路構成部材３と、流路構成部材２と流路構成部材３との間に、流路構成部材２、３に対して摺動可能に配されるスライドシール板９であって、流路５、６、７と連通可能な流路開放孔部２５と流路５、６、７を遮断可能な流路遮断壁部２６、２７とを有するスライドシール板９と、スライドシール板９を原点位置に保つ方向の力を常時発生するスプリング２０と、通電時にスプリング２０の力に打ち勝ってスライドシール板９を原点位置から摺動させるソレノイド１４とを備え、スライドシール板９は、ソレノイド１４への通電の有無に応じて、流路開放孔部２５及び流路遮断壁部２６、２７により、流路５、６、７を切替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、流路を開放及び遮断し、あるいは、流路を切替えるスライド式ソレノイドバルブに関する。

化学検査装置、環境分析装置、生命工学研究機器などの各種分析装置において、精度の向上、検査速度の向上、検体、試薬の極小化、装置の小型化などが最重要課題とされており、各種分析装置に使用される流体制御のためのソレノイドバルブに対して性能の向上が求められている。とりわけ、バルブの弁体の開閉による内部容積の変化量（ポンピングボリューム）が、検体、試薬の極小化に伴う微量な流体の制御に影響を与えており、ポンピングボリュームを極小又はゼロにすることが各種分析装置の精度向上に必要不可欠とされる。

従来、各種分析装置に使用されるソレノイドバルブは、優れた耐薬品性、小さな内部容積などを考慮して、弁の機構にダイアフラムを使用している。ダイアフラムは、流体と駆動源とを分離する隔壁を構成し、外部からスプリングなどの駆動力を受けて流路の孔を閉塞して流路を遮断するとともにソレノイドの駆動力を受けて流路の孔を開放して流路を開放する。

しかし、上記のようなダイアフラム式ソレノイドバルブは、動作時のダイアフラムの膜部の弾性変形に伴い内部容積が変化し、この内部容積の変化量（ポンピングボリューム）だけ流体が外部のポートへ押し出されるようになるため、精度などの点で問題がある。

このため、従来から、ダイアフラムの膜部の縮小化を図ることにより、ポンピングボリュームを減少させていたが、ポンピングボリュームをゼロにすることを達成することはできず、また、膜部の縮小に伴い膜部の伸縮率が増大するため、ダイアフラムの寿命が短くなるという問題があった。

また、ダイアフラム式ソレノイドバルブ以外で各種分析装置に使用されるバルブとして、スライド動作や回転動作により流路の方向を切替える多ポートバルブが知られている（例えば、特許文献１参照）。この多ポートバルブによると、ポンピングボリュームはゼロとなるが、摺動抵抗が大きいため、大きな駆動力が必要とされ、手動で駆動し、あるいはサーボモータ、ステッピングモータなどを駆動源とし、装置の大型化、高コスト化を招いていた。また、モータの制御回路として専用の電子回路を必要とする場合が多いため、さらに高コストになり、また、制御が容易ではないという問題があった。
特開２００５−１０６２８６公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、ポンピングボリュームがゼロになり、また、小さな駆動力で足り、装置の小型化、低コスト化、制御の容易化を図ることができる各種分析装置に好適なスライド式ソレノイドバルブを提供することを目的とする。

本発明のスライド式ソレノイドバルブは、流路が形成された流路構成部材と、該流路構成部材の流路途中に該流路構成部材に対して摺動可能に配されるスライドシール板であって、前記流路と連通可能な流路開放孔部と前記流路を遮断可能な流路遮断壁部とを有するスライドシール板と、該スライドシール板を前進位置から原点位置まで復帰させる原点復帰手段と、前記スライドシール板を前記原点位置から前記前進位置まで摺動させるソレノイドとを備え、前記スライドシール板は、前記原点位置及び前記前進位置に応じて、前記流路開放孔部及び前記流路遮断壁部により、前記流路を開放及び遮断し、あるいは、前記流路を切替えることを特徴とする。

本発明のスライド式ソレノイドバルブによると、スライドシール板を使用したため、ポンピングボリュームをゼロにすることができる。さらに、スライドシール板を使用したため、デッドボリューム（液だまり、流路以外の余分な内部容積）をなくすことができる。また、スライドシール板は、少なくとも流路開放孔部と流路遮断壁部を備えればよいため、スライドシール板の面積を小さく抑えることによって流路構成部材に対するスライドシール板の摺動抵抗を減少させ、スライドシール板の駆動力を減少させることができる。このため、小型、低コストで制御が容易なソレノイドを駆動源として使用できるようになり、装置の小型化、低コスト化、制御の容易化を図ることができる。

ここで、原点復帰手段はソレノイドであってもよいが、スプリングを使用すると、装置の一層の小型化を図ることができる。

また、前記スライドシール板は、該スライドシール板よりも肉厚の薄い保持板の保持孔に保持されている。保持板の肉厚がスライドシール板よりも薄いため、保持板と流路構成部材とを非接触状態に保つことができ、保持板の摺動抵抗をゼロにすることができる。

また、前記保持板及び前記流路構成部材に、前記スライドシール板の原点位置、摺動後の位置及び摺動方向を規制する位置決め機構が設けられる。この位置決め機構により、流路を確実に開放及び遮断し、あるいは、流路を正確に切替えることができる。

また、前記スライドシール板は、耐薬品性、摺動抵抗の面から、フッ素樹脂、フッ素ゴム又はエチレンプロピレンゴムを材料とすることが好ましい。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るスライド式ソレノイドバルブの要部側面断面図、図２は、同スライド式ソレノイドバルブの底面図、図３は、スライドシール板の動作を説明するための図１図示要部拡大図、図４は、スライドシール板が図３図示（A）の状態にあるときのスライド式ソレノイドバルブの側面断面図、図５は、スライドシール板が図３図示（B）の状態にあるときのスライド式ソレノイドバルブの側面断面図、図６は、第２実施形態に係るスライド式ソレノイドバルブの側面断面図、図７は、スライドシール板の動作を説明するための図６図示要部拡大図をそれぞれ示す。

図１〜図５に示す第１実施形態に係るスライド式ソレノイドバルブは、各種分析装置に使用される小型ソレノイドバルブであり、流路を切替える三方口弁である。

スライド式ソレノイドバルブは、流路が形成されたバルブボデー１を備える。バルブボデー１は、第１流路構成部材２と第２流路構成部材３と２枚の中板４、４とを備える。

第１流路構成部材２の内部には、分岐路を有する第１流路５が形成されている。第１流路５は、第１流路構成部材２の外側面２aに開口している。この開口部５aは、図示しない外部機器に接続される第１外側ポートを構成する。また、第１流路５は、第１流路構成部材２の内側面２b側で２つに分岐し、各分岐通路５A、５Bは第１流路構成部材２の内側面２bに開口している。これら２つの開口部５b、５cは、それぞれ、後述するスライドシール板９の流路開放孔部２５に連通可能な第１内側ポート及び第２内側ポートを構成する。

第２流路構成部材３の内部には、互いに分離した第２流路６及び第３流路７が形成されている。第２流路６は、第２流路構成部材３の外側面３aに開口している。この開口部６aは、図示しない外部機器に接続される第２外側ポートを構成する。また、第２流路６は、第２流路構成部材３の内側面３bに開口している。この開口部６bは、上記第１内側ポート５bと対向しており、スライドシール板９の流路開放孔部２５に連通可能な第３内側ポートを構成する。第３流路７は、第２流路構成部材３の他の外側面３cに開口している。この開口部７aは、図示しない外部機器に接続される第３外側ポートを構成する。また、第３流路７は、第２流路構成部材３の内側面３bに開口している。この開口部７bは、上記第２内側ポート５cと対向しており、スライドシール板９の流路開放孔部２５に連通可能な第４内側ポートを構成する。

２枚の中板４、４は、図２に示すように、第１流路構成部材２の内側面２bと第２流路構成部材３の内側面３bとの間に、全体として１枚の平板が構成されるように固定される。２枚の中板４、４の間には、上下方向に貫通した空間８が形成されており、この空間８に、円板上のスライドシール板９と四角板状の保持板１０が配される。

第１流路構成部材２と第２流路構成部材３と２枚の中板４、４は、４組のボルト１１とナット１２で一体に組み付けられ、バルブボデー１を構成している。

第１流路構成部材２及び第２流路構成部材３の上面には、ネジ１３、１３によってソレノイド１４が固定されている。

ソレノイド１４は、ヨークを構成する中空円筒状のケース１５を備える。ケース１５の上側開口部には、固定鉄心１６が固定されている。ケース１５の内周面には、ボビン１７に巻線されたコイル１８が収容されている。ボビン１７の中空部には、固定鉄心１６の下面と対向して可動鉄心１９が上下方向へ移動可能に配されている。可動鉄心１９の上面と固定鉄心１６の下面との間には、可動鉄心１９に対し常時下方への力を加える原点復帰手段としてのスプリング２０が配されている。

可動鉄心１９の下端部には、連結部材２１がねじ結合されている。連結部材２１は、第１、第２流路構成部材２、３と２枚の中板４、４とによって形成された有底円筒状凹部２２に収容されている。

連結部材２１には、保持板１０がネジ２３で固定されている。保持板１０は、スライドシール板９を保持する円形状の保持孔２４を有している。スライドシール板９は、保持孔２４に接着、圧入などによって固定されている。保持板１０の肉厚は、スライドシール板９の肉厚よりも小さく設定されており、保持板１０の両面と第１、第２流路構成部材２、３の各内側面２b、３bとの間に隙間が形成されている。

スライドシール板９は、耐薬品性に優れ、かつ、第１、第２流路構成部材２、３に対して摺動抵抗が小さい材料からなるものであることが好ましい。このため、スライドシール板９は、四フッ化エチレン樹脂などフッ素樹脂、フッ素ゴム、又はEPDM（エチレンプロピレンゴム）が好適である。なお、フッ素ゴム、EPDMは、フッ素樹脂加工すると更に良好である。

スライドシール板９には、貫通孔２５が形成されている。この貫通孔は、第１流路５の第１、第２内側ポート５b、５c及び第２、第３流路６、７の第３、第４内側ポート６b、７bと同一の開口断面形状を有し、流路開放孔部を構成している。

流路開放孔部２５は、図３（A）に示すように、スライドシール板９が原点位置にあるときには、第１流路５の第１内側ポート５b及び第２流路６の第３内側ポート６bと連通状態にあり、第１流路５と第２流路６とを連通状態に保つ。このとき、スライドシール板９において、第１流路５の第２内側ポート５c及び第３流路７の第４内側ポート７bを閉塞している部位２６は、第１流路５と第３流路７を遮断する第１の流路遮断壁部を構成している。

また、流路開放孔部２５は、図３（B）に示すように、スライドシール板９が摺動後の位置（前進位置）にあるときには、第１流路５の第２内側ポート５c及び第３流路７の第４内側ポート７bと連通状態にあり、第１流路５と第３流路７とを連通状態に保つ。このとき、スライドシール板９において、第１流路５の第１内側ポート５b及び第２流路６の第３内側ポート６bを閉塞している部位２７は、第２の流路遮断壁部を構成している。

保持板１０には、図４及び図５に示すように、スライドシール板９の摺動方向（上下方向）に長い複数の位置決め孔２８、２８が形成されている。各位置決め孔２８には、位置決めピン２９が挿通されている。各位置決めピン２９の両端部は、第１流路構成部材２の内側面２bと第２流路構成部材３の内側面３bにそれぞれ設けられた横穴に保持されている。スライドシール板９は、位置決め孔２８の上端が位置決めピン２９に当接することによって下方への移動が禁止され（図４図示の状態に対応する。）、また、位置決め孔２８の下端が位置決めピン２９に当接することによって上方への移動が禁止される（図５図示の状態に対応する。）。位置決め孔２８及び位置決めピン２９は、位置決め機構３０を構成する。

次に、上記のように構成されるスライド式ソレノイドバルブの動作を説明する。

ソレノイド１４のコイル１８に対する通電を行わないときは、スプリング２０がバネ力によって可動鉄心１９を下方へ押圧し、連結部材２１を介して保持板１０の位置決め孔２８の上端が位置決めピン２９を押圧しており、スライドシール板９は、原点位置（後退位置、下端位置）にある。このため、図３（A）に示すように、スライドシール板９の流路開放孔部２５は、第１流路５と第２流路６とを連通状態に保ち、また、スライドシール板９の第１の流路遮断壁部２６は、第１流路５と第３流路７とを遮断状態に保っている。

ソレノイド１４のコイル１８に対し通電を開始すると、コイル１８に磁界が発生し、可動鉄心１９はスプリング２０のバネ力よりも大きな磁気吸引力を固定鉄心１６から受け、可動鉄心１９は上方へ移動する。この可動鉄心１９の移動に伴い、連結部材２１及び保持板１０を介してスライドシール板９が第１、第２流路構成部材２、３の内側面２b、３bに対して摺動しながら上方へ移動し、保持板１０の位置決め孔２８の下端が位置決めピン２９に当接したとき、スライドシール板９は移動を停止し、スライドシール板９は前進位置（上端位置）に保たれる。このため、図３（B）に示すように、スライドシール板９の流路開放孔部２５は、第１流路５と第３流路７とを連通状態に保ち、また、スライドシール板９の第２の流路遮断壁部２７は、第１流路５と第２流路６とを遮断状態に保つ。

ソレノイド１４のコイル１８に対する通電を停止すると、コイル１８に発生していた磁界が消失し、可動鉄心１９に作用していた磁気吸引力が消失する。このため、スプリング２０のバネ力により可動鉄心１９は下方へ移動する。この可動鉄心１９の移動に伴い、連結部材２１及び保持板１０を介してスライドシール板９が第１、第２流路構成部材２、３の内側面２b、３bに対して摺動しながら下方へ移動し、保持板１０の位置決め孔２８の上端が位置決めピン２９に当接したとき、スライドシール板９は移動を停止し、スライドシール板９は原点位置（後退位置、下端位置）に戻る。このため、再び、第１流路５と第２流路６とが連通状態となり、また、第１流路５と第３流路７とが遮断状態になる。

以上説明したように、第１実施形態に係るスライド式ソレノイドバルブは、第１流路５が形成された第１流路構成部材２と、第２流路６及び第３流路７が形成された第２流路構成部材３と、第１流路構成部材２と第２流路構成部材３との間に、第１、第２流路構成部材２、３に対して摺動可能に配されるスライドシール板９であって、第１、第２、第３流路５、６、７と連通可能な流路開放孔部２５と第１、第２、第３流路５、６、７を遮断可能な第１、第２の流路遮断壁部２６、２７とを有するスライドシール板９と、スライドシール板９を前進位置から原点位置まで復帰させるスプリング（原点復帰手段）２０と、スライドシール板９を原点位置から前進位置まで摺動させるソレノイド１４とを備え、スライドシール板９は、原点位置及び前進位置に応じて、流路開放孔部２５及び第１、第２の流路遮断壁部２６、２７により、第１、第２、第３流路５、６、７を切替える。

第１実施形態のスライド式ソレノイドバルブによると、スライドシール板９を使用したため、ポンピングボリュームをゼロにすることができる。さらに、スライドシール板を使用したため、デッドボリューム（液だまり、流路以外の余分な内部容積）をなくすことができる。また、スライドシール板９は、少なくとも流路開放孔部２５と第１、第２の流路遮断壁部２６、２７を備えればよいため、スライドシール板９の面積を小さく抑えることによって第１、第２流路構成部材２、３に対するスライドシール板９の摺動抵抗を減少させ、スライドシール板９の駆動力を減少させることができる。このため、小型、低コストで制御が容易なソレノイド１４を駆動源として使用できるようになり、装置の小型化、低コスト化、制御の容易化を図ることができる。

また、原点復帰手段はソレノイドであってもよいが、スプリング２０を使用したため、装置の一層の小型化を図ることができる。

また、スライドシール板９は、スライドシール板９よりも肉厚の薄い保持板１０の保持孔２４に保持されている。保持板１０の肉厚がスライドシール板９よりも薄いため、保持板１０と第１、第２流路構成部材２、３とを非接触状態に保つことができ、保持板１０の摺動抵抗をゼロにすることができる。

また、保持板１０及び第１、第２流路構成部材２、３に、スライドシール板９の原点位置、摺動後の位置及び摺動方向を規制する位置決め機構３０（位置決め孔２８及び位置決めピン２９）が設けられる。この位置決め機構３０により、第１、第２、第３流路５、６、７を正確に切替えることができる。

図６、７に示す第２実施形態に係るスライド式ソレノイドバルブは、各種分析装置に使用される小型ソレノイドバルブであり、流路を開放及び遮断する二方口弁である。

第２実施形態に係るスライド式ソレノイドバルブは、主として、第１流路構成部材２の第１流路５が分岐路を有していない点、第２流路構成部材３が１つの流路つまり第２流路６のみを有し、第３流路７を有していない点、及び、第１、第２流路構成部材２、３が上記のように構成されることに伴いスライドシール板９の面積が小さい点を除いて、上述した第１実施形態に係るスライド式ソレノイドバルブと同様に構成される。

次に、第２実施形態に係るスライド式ソレノイドバルブの動作を説明する。

ソレノイド１４のコイル１８に対する通電を行わないときは、スプリング２０がバネ力によって可動鉄心１９を下方へ押圧し、連結部材２１を介して保持板１０の位置決め孔２８（図４、５）の上端が位置決めピン２９（図４、５）を押圧しており、スライドシール板９は、原点位置（後退位置、下端位置）にある。このため、図７（A）に示すように、スライドシール板９の流路開放孔部２５は、第１流路５と第２流路６とを連通状態に保っている。

ソレノイド１４のコイル１８に対し通電を開始すると、コイル１８に磁界が発生し、可動鉄心１９はスプリング２０のバネ力よりも大きな磁気吸引力を固定鉄心１６から受け、可動鉄心１９は上方へ移動する。この可動鉄心１９の移動に伴い、連結部材２１及び保持板１０を介してスライドシール板９が第１、第２流路構成部材２、３の内側面２b、３bに対して摺動しながら上方へ移動し、保持板１０の位置決め孔２８（図４、５）の下端が位置決めピン２９（図４、５）に当接したとき、スライドシール板９は移動を停止し、スライドシール板９は前進位置（上端位置）に保たれる。このため、図７（B）に示すように、スライドシール板９の第１の流路遮断壁部２６は、第１流路５と第２流路６とを遮断状態に保つ。

ソレノイド１４のコイル１８に対する通電を停止すると、コイル１８に発生していた磁界が消失し、可動鉄心１９に作用していた磁気吸引力が消失する。このため、スプリング２０のバネ力により可動鉄心１９は下方へ移動する。この可動鉄心１９の移動に伴い、連結部材２１及び保持板１０を介してスライドシール板９が第１、第２流路構成部材２、３の内側面２b、３bに対して摺動しながら下方へ移動し、保持板１０の位置決め孔２８（図４、５）の上端が位置決めピン２９（図４、５）に当接したとき、スライドシール板９は移動を停止し、スライドシール板９は原点位置（後退位置、下端位置）に戻る。このため、再び、第１流路５と第２流路６とが連通状態になる。

以上説明したように、第２実施形態に係るスライド式ソレノイドバルブは、第１流路５が形成された第１流路構成部材２と、第２流路流路６が形成された第２流路構成部材３と、第１流路構成部材２と第２流路構成部材３との間に、第１、第２流路構成部材２、３に対して摺動可能に配されるスライドシール板９であって、第１、第２流路５、６と連通可能な流路開放孔部２５と第１、第２流路５、６を遮断可能な第１の流路遮断壁部２６とを有するスライドシール板９と、スライドシール板９を前進位置から原点位置まで復帰させるスプリング（原点復帰手段）２０と、スライドシール板９を原点位置から前進位置まで摺動させるソレノイド１４とを備え、スライドシール板９は、原点位置及び前進位置に応じて、流路開放孔部２５及び流路遮断壁部２６により、第１、第２流路５、６を開放及び遮断する。

第２実施形態のスライド式ソレノイドバルブによると、第１実施形態のスライド式ソレノイドバルブと同様、ポンピングボリューム及びデッドボリュームをゼロにすることができ、また、装置の小型化、低コスト化、制御の容易化を図ることができる。

なお、本発明のスライド式ソレノイドバルブは、２方弁、３方弁だけに限定されるものではなく、他に、インジェクターユニット（水等からなるベースの一部を試料に部分置換するための６方弁）にも適用できる。

本発明の第１実施形態に係るスライド式ソレノイドバルブの要部側面断面図である。 同スライド式ソレノイドバルブの底面図である。 スライドシール板の動作を説明するための図１図示要部拡大図である。 スライドシール板が図３図示（A）の状態にあるときのスライド式ソレノイドバルブの側面断面図である。 スライドシール板が図３図示（B）の状態にあるときのスライド式ソレノイドバルブの側面断面図である。 第２実施形態に係るスライド式ソレノイドバルブの側面断面図である。 スライドシール板の動作を説明するための図６図示要部拡大図である。

符号の説明

２ 第１流路構成部材（流路構成部材）
３ 第２流路構成部材（流路構成部材）
５ 第１流路（流路）
６ 第２流路（流路）
７ 第３流路（流路）
９ スライドシール板
１０ 保持板
１４ ソレノイド
２０ スプリング（原点復帰手段）
２４ 保持孔
２５ 流路開放孔部
２６ 第１の流路遮断壁部（流路遮断壁部）
２７ 第２の流路遮断壁部（流路遮断壁部）
２８ 位置決め孔
２９ 位置決めピン
３０ 位置決め機構

Claims (5)

1. 流路が形成された流路構成部材と、該流路構成部材の流路途中に該流路構成部材に対して摺動可能に配されるスライドシール板であって、前記流路と連通可能な流路開放孔部と前記流路を遮断可能な流路遮断壁部とを有するスライドシール板と、該スライドシール板を前進位置から原点位置まで復帰させる原点復帰手段と、前記スライドシール板を前記原点位置から前記前進位置まで摺動させるソレノイドとを備え、
   前記スライドシール板は、前記原点位置及び前記前進位置に応じて、前記流路開放孔部及び前記流路遮断壁部により、前記流路を開放及び遮断し、あるいは、前記流路を切替えることを特徴とするスライド式ソレノイドバルブ。
2. 前記原点復帰手段はスプリングであることを特徴とする請求項１に記載のスライド式ソレノイドバルブ。
3. 前記スライドシール板は、該スライドシール板よりも肉厚の薄い保持板の保持孔に保持されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスライド式ソレノイドバルブ。
4. 前記保持板及び前記流路構成部材に、前記スライドシール板の原点位置、摺動後の位置及び摺動方向を規制する位置決め機構が設けられることを特徴とする請求項３に記載のスライド式ソレノイドバルブ。
5. 前記スライドシール板は、フッ素樹脂、フッ素ゴム又はエチレンプロピレンゴムからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスライド式ソレノイドバルブ。

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