JP2015028383A - 小型高性能ソレノイドバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気回路を改善し小型で応答性に優れた電磁弁を提供する。
【解決手段】横断面卵形形状を有し、図面上下方向に移動可能なアーマチャ３４と、電圧の印加時。アーマチャを３４を移動させるソレノイドコイル３６を含むボビンとを有する。ボビンは、アーマチャ３４を摺動可能に包含する凹部を画定し、長手方向軸に沿ったアーマチャ３４の線形作動通路を提供する。フラックスカプラ３８及びフラックスブラケット４０は、アーマチャ３４を電磁的に移動させるために、アーマチャ３４と共に磁気回路を形成する。フラックスブラケット４０は、長手方向軸に沿ったアーマチャの移動を制限する卵型断面を備えた磁極片４２を有し、それによりアーマチャのストローク長さを決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、概してソレノイドアクチュエータバルブに関し、特に例えばライフサイエンスアプリケーション等の高圧且つ高流量のアプリケーションの使用のためのソレノイドアクチュエータバルブに関する。

本出願は、参照によりここに組み込まれる、２０１３年７月１５日に出願された米国仮特許出願番号６１／８４６，３３８号の利益を主張する。

高圧且つ高流量のバルブが、様々なアプリケーションに使用される。例えば、臨床検査室及び病院は、血液、尿、他の流体、及び組織等の患者の医学的試料を分析するために様々な診断装置を利用する。そのような装置において、高圧且つ高流量のバルブは、試薬、緩衝液、洗浄液、及び分析プロセスに使用される他の必要な流体要素の流れを制御する。しばしば、診断装置は、流体の異なる量及び／又は種類の流れを制御するための多数のバルブを組み込むマイクロウェルを備えたマニホールドを採用する。診断装置はできるだけ小型であることが望ましいので、バルブのサイズは重要な懸念であるが、縮小されたサイズで十分な速度と効率性が維持されることが必要である。

低減されたコストで高効率のサンプルスループットが達成される限り、縮小されたバルブのサイズはいくつかの利点を有する。縮小されたバルブのサイズ、及び特にバルブの幅により、多数のバルブが共通のマニホールド上のマイクロウェル上に互いに隣接して設けられる機器構成は、小型のフットプリントを維持することができ、効率的に流体接続を組織することができる。より小さい幅のバルブにより、マニホールドサイズを低減することを可能にし、全体の機器サイズの減少に寄与する。縮小されたバルブのサイズにより、同様に、流体通路のサイズの縮小を可能にし、高価な試薬が採用されたときに重要な流体の使用量を低減する。流体通路の小さい穴チューブを使用するシステムは、必要とされる流量を伝達するために高いシステム圧力を要する。サンプルをより速く処理するための要望を有する縮小されたシステム容量は、高いシステム圧力をもたらす。バルブの視点から、これは、幅を縮小しつつ高いアクチュエータ力を発生させる必要性につながる。

電磁的に駆動されるアクチュエータを備えるソレノイドバルブは、高圧且つ高流量のアプリケーションに採用され得る。より高い流量及び圧力の能力は、典型的に、バルブ操作に必要とされる封止力を発達させるためにより大きいバルブアクチュエータを要し、サイズと性能をバランスさせることにおいて重大な課題をもたらす。より高い流量を達成するために、より大きいオリフィスが必要とされ、その結果、全開流量を発展させることができるためにより大きいストロークが必要とされる。しかしながら、これは大きい空隙を克服するためにアクチュエータからの一層の磁気引力を要する。

アクチュエータを駆動させる磁気引力におけるいくつかの改善は、磁気材料の選択を通じてなされ得るが、容易に使用可能でコスト効率のよい材料間の性能差が制限される。引力におけるさらなる改善は、コイル力及びワイヤ巻き数の増加を通じてなされ得るが、軟磁性材料が磁束で飽和されると収穫逓減が存在し、ピーク電力量が考慮されなければならない。磁束通路要素の断面領域の増加は、より多くの磁束が運搬されることを可能にし、したがって磁気引力を増加させるが、バルブサイズ、及び特にバルブ幅の縮小の要望に対して釣り合いを保たなければならない。したがって、必要な高い流量及び圧力において高効率な性能を維持しながらバルブサイズを縮小することは難しいことが証明される。

従来のソレノイドバルブの上記の欠点の一以上を克服する改善された小型の高性能ソレノイドバルブの必要性が、本技術分野において存在する。本発明は、長手方向軸を有するアーマチャを含むソレノイドバルブアセンブリであって、アーマチャは、第１位置から第２位置へ長手方向軸に沿って移動可能である。電気コイルは、電圧を印加されたときに、アーマチャを第１位置から第２位置へ長手方向軸に沿って電磁的に駆動させ、コイルを含むボビンは、アーマチャの横の動きを制限するように位置される。結果として得られる構成は、長手方向軸に沿ったアーマチャのための線形作動通路を提供する。

アーマチャの幅及び結果として得られる全体のバルブの幅を縮小するために、アーマチャは、卵型の横断面を有し、従来の構成に比べて磁束を運搬するためのアーマチャの断面領域を増加させつつ縮小されたバルブの幅を提供する。アーマチャの卵型の構成により、９ｍｍ以下のバルブ幅が、著しく大きい幅のバルブ（例えば、約１６ｍｍ）と同等の性能を達成し得る。

したがって、本発明の一側面は、ソレノイドバルブアセンブリである。例示の実施形態において、ソレノイドバルブアセンブリは、長手方向軸を有するアーマチャであって、第１位置から第２位置へ長手方向軸に沿って移動可能なアーマチャと、電圧が印加されたときにアーマチャを第１位置から第２位置へ長手方向軸に沿って電磁的に移動させるように構成されたソレノイドコイルを含むボビンと、を含む。アーマチャは、卵型の横断面を有し、卵型の横断面は、３：１よりも大きいアスペクト比を有し得る。例示の３．５：１のアスペクト比は、特に適切であることが判明している。ボビンは、アーマチャを受けるための卵型の横断面を同様に有し且つアーマチャの横の動きを制限する凹部を画定し、それにより長手方向軸に沿ったアーマチャのための線形作動通路を提供する。

卵型の断面の使用は、バルブアセンブリのサイズを縮小し、高圧力及び高流量のアプリケーションに有益である。ソレノイドバルブアセンブリは、長手方向軸に直交する幅方向において９ｍｍ以下のアーマチャの幅を有し得る。

ソレノイドバルブアセンブリは、さらに、フラックスカプラと、フラックスブラケットと、を含んでよく、アーマチャを電磁的に移動させるための磁気回路が、フラックスカプラと、フラックスブラケットと、アーマチャとにより形成される。フラックスブラケットは、長手方向軸に沿ったアーマチャの移動を制限する磁極片を有し、それによりアーマチャのストローク長さを決定する。磁極片は、アーマチャの卵型断面と同等の卵型断面を有する。ボビンは、ソレノイドコイルワイヤが巻かれ得る糸巻と同程度に作動する。電圧が印加されたコイルは、アーマチャとフラックスブラケットの磁極片とを通る磁束を発生させ、磁束は、フラックスブラケットと両側のカプラ脚部を通り、ループで一回りして流れ、アーマチャとフラックスカプラとの間及びアーマチャと磁極片との間の隙間のような、任意の小さい空隙を途中で飛び越える。

ソレノイドバルブは、さらにダイアフラムを含み、アーマチャが第１位置から第２位置に移動したときに、ダイアフラムはバルブを開閉するために第１ダイアフラム位置と第２ダイアフラム位置との間を移動する。ダイアフラムは、シール部材で外側被覆されたロッカーインサートを有するロッカーであり得る。

ソレノイドバルブアセンブリは、ソレノイドバルブアセンブリに電圧を印加する電気接続部のための侵入保護を提供するように構成されたカバーアセンブリをさらに含む。カバーアセンブリは、電気接続部を収容するコネクタと、密閉適合を提供するための伸びてコネクタにフィットするラバーブートを含み得る。

本発明の他の側面は、ソレノイドアクチュエータバルブアセンブリのストローク長さを設定する方法である。例示の実施形態では、磁極片及びフラックスブラケットが、磁極片を含むフラックスブラケットをフラックスカプラに対して移動させることにより、長手方向軸における調節機能を有する。フラックスブラケットの位置は、バルブの最適な性能が得られた時点で固定される。最適なバルブ性能は、バルブを通過する最大流量を達成するために必要とされる最小ストローク長さに対応する。

本発明のこれらの及びさらなる特徴が、以下の説明及び添付の図面を参照して明らかになる。本発明の原理が採用され得るいくつかの方法を表すように、説明及び図面において本発明の特定の実施形態が詳細に開示されるが、本発明は、それに応じて範囲が限定されるものではない。むしろ、本発明は、ここに添付される特許請求の範囲の思想及び用語の範囲内における全ての変更、修正及び等価物を含む。一実施形態に関連して説明及び／又は図示される特徴は、一以上の他の実施形態において同様に又は類似の方法で、他の実施形態の特徴と組み合わせて又は代替として、使用され得る。

図１は、本発明の実施形態による例示的なソレノイドバルブアセンブリの断面図を示す概略図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の実施形態によるバルブアセンブリのための例示的なアーマチャの異なる視点からの等角図を示す図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の実施形態によるバルブアセンブリのための例示的なアーマチャの異なる視点からの等角図を示す図である。 図３Ａは、本発明の実施形態によるバルブアセンブリのための例示的なボビンの等角図を示す図である。 図３Ｂは、図３Ａのボビンの断面図を示す図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施形態によるバルブアセンブリのための例示的なフラックスカプラの異なる視点からの等角図を示す図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施形態によるバルブアセンブリのための例示的なフラックスブラケットの異なる視点からの等角図を示す図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施形態によるバルブアセンブリのための例示的なフラックスブラケットの異なる視点からの等角図を示す図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施形態によるバルブアセンブリのための例示的なフラックスブラケットの異なる視点からの等角図を示す図である。 図６は、本発明の実施形態によるバルブアセンブリのための例示的なロッカーダイアフラムの等角図を示す図である。 図７は、本発明の実施形態によるバルブアセンブリのための例示的なカバーアセンブリの側断面図を示す図である。

本発明の実施形態が図面を参照して説明され、同じ参照符号は全体を通じて同じ要素を参照するために使用される。図面は必ずしも原寸に比例しないことが理解される。

図１は、本発明の実施形態による例示的なソレノイドバルブアセンブリ１０の断面図を示す概略図である。様々な要素の詳細は概して図１に関連して説明され、様々な要素のさらなる詳細は追加の図面にさらに関連して説明される。

バルブアセンブリ１０は、バルブ部１２と、ソレノイドアクチュエータ部１４とを有して特徴付けられ得るが、各部の部品が全体のバルブ構造において共に作動することが説明から理解される。バルブ部１２は、バルブベース１８に固定されるバルブハウジング１６を含み得る。バルブベースは、マニホールド上の協働するポートでバルブベース内のバルブポートの適切な整列を提供する複数の整列ピン２１を含む。従来のバルブは、取付けの間にバルブを整列されるためのバルブ取り付けねじに依存し、ネジと協働する受け穴との間の隙間は典型的に大きく、取付けの間の過度の移動を許容する可能性がある。これは、バルブポートの不整合を引き起こす可能性があり、流れの制限又は流れの変動の問題を引き起こし得る。本発明の整列ピンの構成はそのような問題を回避する。さらに、整列のサイズ及び場所は、バルブを誤った方向（例えば１８０°回転）に設置することを防止し、２方向バルブを３方向バルブの設置面積に設置することを防止する（逆もまた同様）。

図１の例は、バルブベースに三つのポートを有する３方向バルブと一般にいわれる。バルブベースは、常開（ＮＯ）ポート２２と、常閉（ＮＣ）ポート２４と、共通ポート２６とを含む。ダイアフラム２８は、バルブハウジング１６とバルブベース１８との間に固定される。ダイアフラム２８は、バルブに電圧が印加されない（ｏｆｆ）第１位置と、バルブに電圧が印加される（ｏｎ）第２位置との間を移動可能である。図１に示されるバルブの種類に関連して、ダイアフラム２８は、同様に「ロッカー」２８ともいわれる。その名称が示唆するように、ロッカー２８は、バルブを開閉するための第１及び第２ばね３０及び３２の作動の下で、第１及び第２位置の間を前後に特に「揺れる」。

図１の３方向バルブの例において、バルブアセンブリ１０は、「ＯＮ/ＯＦＦ」にスイッチされるタイプのバルブを提供する。図１は、ＯＦＦ位置にあるバルブを具体的に示す。そのようなＯＦＦ位置において、ロッカー２８は、ＮＯポート２２が開き且つＮＣポートが閉じて密閉されている第１位置にある。ＮＣポートは流体連結を欠いており、したがって共通ポートからＮＯポートへの流れが存在する。ロッカー２８の第１端部２７は、第１ばね３０に取り付けられたアーマチャ３４に接触し、ロッカーの第２端部２９は第２ばね３２に接触する。ばねレスト３１は、アーマチャを第１ばねに接続するためにアーマチャの先端上に押される。第１ばね３０のばね力は、第２ばね３２のばね力よりも大きい。したがって、第１ばね３０は、第２ばね３２の力に対抗してアーマチャを下方に駆動させ、ロッカーの第１端部はＮＣポート２４を封止する。

バルブに電圧が印加されると、バルブは以下で説明するようにＯＮ位置に移動する。アーマチャ３４は長手方向軸を有し、アーマチャは第１位置から第２位置へ長手方向軸に沿って移動可能である。アーマチャが第１位置から第２位置へ移動したとき、ダイアフラム即ちロッカーは、バルブを開閉するために第１ダイアフラム位置と第２ダイアフラム位置の間を移動する。特に、バルブに電圧が印加されたとき、磁力は第１ばね３０の力に対抗してアーマチャ３４を上方に駆動させ、それによりアーマチャはロッカー２８の第１端部２７から持ち上げられる。アーマチャがロッカーとの接触から解放された状態で、ロッカーはその第２位置へ移動する。特に、第２ばね３２の力が、ロッカーベースに対抗してロッカーの第２端部２９を下方に駆動させ、それによりＮＯポート２２を封止する。同様に、ロッカーの第１端部は上方に移動し、ＮＣポート２４を開放する。流体は、ＮＣポート２４からバルブを通過して、共通ポート２６から流出する。バルブへの電圧の印加が停止されたとき、バルブは、図１に示すように、ＮＯポートが開き且つＮＣポートが封止されてロッカーがその第１位置にある状態で、上述したように閉位置へ戻る。

上述したように、図１の例は、例示的な３方向バルブシステムを示す。バルブは同様に２方向バルブシステムとして構成されてよく、ＮＯポートがないか又はＮＯポートが閉鎖される。閉位置において、上記のようにＮＣポートがロッカーにより封止され、したがってバルブを通過する流れはなくなる。バルブがＯＮであるとき、ロッカーはその第２位置にあり、共通ポート及びＮＣポートは流体連通する。

アーマチャ３４は、バルブ１０のバルブ部分１２からソレノイドアクチュエータ部分１４内に延在し、ソレノイドアクチュエータ部分１４はアーマチャ３４の移動を駆動させるために作動する部品を含む。以下でさらに説明されるように、アーマチャ３４は、卵型の横断面を有する。ソレノイドアクチュエータ部分１４の部品は、外側枠又はシェル１５により囲まれる。ソレノイドアクチュエータ部分１４は、ロッカー２８に対抗し且つ離れるアーマチャ３４の移動をガイドするボビン３６を含む。本技術分野で知られているように、ボビン３６は、アーマチャ３４の移動を駆動させるソレノイドコイル又は巻き線を巻いている。ソレノイドコイルに電圧が印加され、その後印加が解除されると、アーマチャ３４は、ボビン３６により画定される通路に沿って移動する。

ソレノイドアクチュエータ部分１４は、さらにフラックスカプラ３８及びフラックスブラケット４０を含む、完全な磁気回路を形成する追加部品を含む。フラックスカプラ３８はボビン３６を受け、フラックスブラケットはフラックスカプラに渡って延在する。コイルに電圧が印加されると、ボビンのソレノイドコイル又は巻き線は磁場を発生させる。磁場の磁束線は、フラックスカプラ３８によってフラックスブラケット４０に導かれる。フラックスブラケット４０は、アーマチャ３４に向かって下方且つボビン３６内に延在する磁極片４２を含む。磁極片４２を介して、フラックスブラケット４０は、フラックスカプラを通り且つアーマチャを通って戻る磁束線のリターンパスを提供し、これによりアーマチャを電磁的に移動させるための磁気回路を完成させる。このように、ボビンソレノイドコイルに電圧が印加されたときに発生する磁場は、ロッカーから離れるアーマチャの移動を駆動させる。

磁極片４２の位置は、アーマチャ３４のストローク長さを決定する。図１のバルブＯＦＦ位置に見られるように、空隙４４がアーマチャ３４の上端部と磁極片４２との間に存在する。バルブに電圧が印加されると、アーマチャが磁極片に接触して配置されるまで、アーマチャはロッカーから離れて移動する。アーマチャのさらなる移動は、したがって磁極片の位置によって制限され、したがってアーマチャのストローク長さの決定の要因となる。したがって、磁極片は、その長手方向に沿ったアーマチャの移動を制限し、それによりアーマチャのストローク長さを決定する。

バルブオペレーションは、「ヒットアンドホールド」出力制御にしたがって制御され得る。「ヒットアンドホールド」出力制御は、電力消費を最小限にし且つソレノイドコイルの温度制限を回避しながら、バルブの作動に適切な高い磁力を達成する。バルブに電圧が印加されていない状態で、磁極片４２と移動可能なアーマチャ３４との間の空隙４４は、最大である。この隙間を克服するのに要する電力は、空隙４４の不十分な磁束を運搬する特性のため、初期は大きい。アーマチャの移動がいったん開始されると、アーマチャの移動は空隙を減少させ、フラックス伝導性に関する空隙の悪影響を減少させる。同様に、必要とされるソレノイドコイル電力量は、空隙が減少するにつれて減少する。空隙が完全に閉鎖されると（「ヒット」が達成されると）、相対的に小さい電力量だけがアーマチャを磁極片に接触させて保持するために要される（「ホールド」位置）。したがって、空隙を通過する磁束が飽和されていないので、「ヒット」電力は磁力を増加させるために相対的に高い。空隙が消滅すると、磁極片及びアーマチャの材料を通過する磁束が飽和するので、より小さい「ホールド」電力量のみが要される。「ヒット」電力が必要とされる必要な期間は、「ホールド」期間に比べて期間が短いので、バルブを作動させるための必要な磁力量を達成しながらバルブの全体の消費電力が最小化される。

ソレノイドアクチュエータ部分１４は、シェル１５に固定されるカバーアセンブリ４６をさらに含む。以下にさらに詳細に示すように、カバーアセンブリ４６は、ボビンのソレノイドコイルと電気的に接続されるコイルピンを含む。リードワイヤ４８は、カバーアセンブリ４６から延在し、ボビンソレノイドコイルに電圧を印加することによりバルブの作動を駆動させるための電力源（図示せず）にバルブを接続する。

バルブ１０の要素のさらなる詳細は、追加の図２−７に関連して説明される。様々な図面によれば、本発明の一側面は、ソレノイドバルブアセンブリである。例示的な実施形態において、ソレノイドバルブアセンブリは、長手方向軸を有するアーマチャであって、アーマチャは長手方向軸に沿って第１位置から第２位置に移動可能であるアーマチャと、電圧が印加されたときにアーマチャを第１位置から第２位置に長手方向に沿って電磁的に移動させるように構成されたソレノイドコイルを含むボビンと、を含む。アーマチャは卵型の横断面を有する。ボビンは、アーマチャを受け且つアーマチャの横の動きを制限するための同様に卵型の断面を有する凹部を画定し、それにより、長手方向軸に沿ったアーマチャの線形作動通路を提供する。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の実施形態による例示的なアーマチャ３４の異なる視点からの等角図を示す図である。アーマチャ３４は、本体５０と、本体から延びる先端５２とを含む。アーマチャは、鉄ベースの材料及び本技術分野で知られているような合金等の、磁気的な応答性材料からなる。Ｆｅ−５０％−Ｎｉ材料は、アーマチャの製造においての使用に適している。図２Ｂを参照すると、特に、アーマチャ３４に関連して座標軸が示される。アーマチャ３４は、長手方向軸Ｙを含み、図１に関連して説明されるようにアーマチャの移動方向に対応する。アーマチャ３４は、さらに横軸Ｘと、幅軸Ｚとを含み、これらは互いに直交し、且つ長手方向軸Ｙに直交する。

例示的な実施形態では、アーマチャ本体５０は、横方向に細長く、卵型の断面５４となる。したがって、卵型断面５４は、横Ｘ方向において、幅Ｚ方向よりも長い。例示的な実施形態では、幅寸法に対する横のアスペクト比は、３：１よりも大きい。例示的なアスペクト比３．５：１は、特に適切であることが判明している。従来の構成においては、機械加工処理の性質のため、アーマチャは、円形断面を典型的に有する。卵型アーマチャ３４は、同じ幅を有する従来の円形アーマチャよりも大きい断面領域を有する。増加された断面領域により、アーマチャはより磁束を運搬することができ、したがって従来の構成に比べて高い磁気引力を発生させることができる。

関連して、従来の円形断面は、同等の性能を達成するために全体のバルブ幅の増加を要する点で不利である。上述したように、多数のバルブをマイクロウェルズに渡って共通のマニホールドに設けることが必要とされる場合等、バルブ幅を最小化することが望ましい。ここで説明されるアーマチャの卵型構成は、必要とされるバルブ性能を維持しながら、バルブ幅全体を縮小する。卵型形状は機械加工が難しいので、金属射出成型が、アーマチャ３４を製造するために適切なプロセスである。結果として、典型的な診断アプリケーション及び器具のためのバルブは、約９ｍｍ以下の幅に低減され、卵型形状の大きな断面領域により、約１６ｍｍの幅を備えたバルブと同等又はそれ以上の性能を達成する。したがって、本発明のバルブは、性能を犠牲にすることなく、多数のバルブ構成をマイクロウェルズに渡って共通のマニホールドに容易に設けることができる。本発明は、したがって、高圧力及び高流量が要求される、多数のバルブ医療ディスペンサ及び診断装置における使用においてより適切である。

図１にみられるように、アーマチャ先端５２は、ヘッド５０からバルブ部分１２内へ延在する。先端５２は、同様に図１に関連して参照されるように、第１ばね３０を支持するばねレスト３１と相互作用するための返し５５を含む。ばねレスト３１は、アーマチャ先端の返し上に圧迫され得る。返しの性質は、特定の返しがばねレストを受けるということに基づいてばねレストの位置決めにおいて調節機能を提供する。ばねレスト３１が圧迫される返し５５の場所に基づいて、第１ばね３０の異なる配置は、異なるばね圧の量を提供する。このように、バルブのばね圧は調節可能である。バルブＯＦＦ位置では、アーマチャ３４との相互作用を介して、第１ばね３０は、先端５２がロッカー２８を押してＮＣポート２６を封止するように、アーマチャ３４を下方に駆動させる。バルブに電圧が印加されると、アーマチャ３４は、第１ばね３０のばね力に対抗して移動し、アーマチャ先端５２を移動させてロッカー２８との接触から解消させる。

図３Ａは、本発明の実施形態による例示的なボビン３６の等角図を示す図である。図３Ｂは、ボビン３６の断面図を示す図である。ボビン３６は、ボビンベース５６と、トップ５８と、ベースとトップとの間に延在する本体６０とを含む。ボビンは、アーマチャ３４を移動可能に受けるためのボビンを通じて延在する凹部６２を画定する。したがって、ボビンは、横方向にアーマチャを取り囲み、アーマチャ３４と同等の卵型の断面を有する。凹部６２は、アーマチャの任意の横の動きを著しく制限するようにアーマチャに対するボビンの狭い隙間を提供し、それによりその長手方向軸にそったアーマチャの線形作動通路を提供する。図１に見られるように、ボビンの凹部６２は、さらに磁極片４２を囲み、ボビンケース５６はフラックスカプラ３８に固定される。

図３Ｂの断面図に見られるように、ボビン３６は、さらに複数の内側ガイドリブ６４を含む。ガイドリブ６４は、ベース５６からアーマチャ３４の移動の最大点に対応する位置まで上方に延在し得る。ガイドリブ６４は、ボビンを通るアーマチャの移動のガイドに役立つ。ガイドリブは、過度に使用されたボビン又はアーマチャから発生する汚染物質及び摩耗材料を蓄積するためのチャネルも構成し、そうでなければアーマチャの移動を詰まらせる可能性がある。

本技術分野で知られているように、ボビン材料は、ボビン周囲に巻きつくソレノイドコイル又は巻き線を含み、電圧が印加されたときに、アーマチャの移動を駆動させる磁場を発生させる。ボビンは、ガラスフィルを含むザイテル（Ｚｙｔｅｌ）材料で形成され得る。ボビンは、プラスチック射出成型プロセスにより製造され得る。ボビンのトップ５８は、導線入口６８を有する拡張部６６を含み得る。導線入口は、リードワイヤ４８（図１参照）からボビンの内側ソレノイドコイルへの電気接続を提供する。

ボビンのトップ５８は、さらに一以上のばねクリップ７０を含み得る。ばねクリップは、圧縮可能であり、ボビンをバルブアセンブリ内に配置するのに役立つばね力を提供する。特に、ばねクリップ７０は、ボビンをフラックスカプラ３８に対してあらかじめ負荷をかけて、その結果バルブアセンブリ内のボビンの位置決めを固定するように、圧縮され得る。ばねクリップは、追加の固定部品の必要なく、簡単なアセンブリを提供する。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施形態による例示的なフラックスカプラ３８の異なる視点からの等角図を示す図である。図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施形態による例示的なフラックスブラケット４０の異なる視点からの等角図を示す図である。上述のように、フラックスカプラとフラックスブラケットは、アーマチャを電磁的に移動させるためにアーマチャと共に磁気回路を完成する。したがって、アーマチャと同様に、フラックスカプラとフラックスブラケットは、鉄ベースの材料及び本技術分野で知られているような合金等の、磁気的な伝導性材料から成り得る。Ｆｅ−５０％−Ｎｉ材料は、同様にフラックスカプラ及びフラックスブラケットの製造においての使用に適している。フラックスカプラ及びフラックスブラケットは、同様に、金属射出成型プロセスを使用して製造され得る。

フラックスカプラ３８は、カプラベース７２と、ベース７２から延在する二つのカプラ側部７４とを含み得る。カプラベース７２は、開口７８を囲むリップ７６を含み得る。リッジと開口は、アーマチャ及びボビンと同様に卵型又は楕円形の形状である。作動中、アーマチャは、開口７８内で移動可能である。さらに、リッジ７６は、ボビンをフラックスカプラ内に固定するようにボビンのベースを位置決めするためのガイドとして振る舞う。図４Ｂに見られるように、開口７８の底部は円形である。その理由は、図１に見られるように、アーマチャ先端５２がカプラベース７２の底部を通って延在しているからである。カプラベース７２は、図１に同様に見られるように、フラックスカプラをバルブハウジング１６に圧入するための一以上の圧入返し８０をさらに含み得る。圧入構成は、追加の内側固定要素の使用の必要性を回避する。

フラックスブラケット４０は、ブラケットヘッド８２と、ブラケットヘッド８２から延在する二つのブラケット側部８４を含む。図１に関連して以前に言及された磁極片４２が、ブラケットヘッド８２の中央部分から下方に延在する。図５Ｂに特に見られるように、磁極片は、アーマチャの卵型断面と同等の卵型断面を有する。

射出成型で可能な設計の自由度のため、ブラケットコンポーネントは一体の部品として形成され得、したがって従来構成と比べてパーツの数及び組み立て作業を低減する。従来の円形のアクチュエータにおいては、磁極片は分離して機械加工され、典型的に型打ちされて形成された鉄ストリップ金属からなるブラケットにプレスされるか又はそうでなければ取り付けられる。フラックスブラケットの一体の性質は、従来構成のより複雑な製造プロセスを回避する。

フラックスカプラ及びフラックスブラケットは、正確にアーマチャのストローク長さを設定するために協働して配置され得る。上述のように、磁極片４２の位置は、その長手方向に沿ったアーマチャの移動を制限し、それによりアーマチャのストローク長さを決定する。フラックスカプラ３８のカプラ側部７４は、側部リッジ８５を含むことができ、フラックスブラケット４０のブラケット側部８４は側部スロット８６を含むことができる。フラックスカプラの側部リッジ８５は、フラックスブラケットの側部スロット８６に受けられ得る。しかしながら、側部リッジ及び側部スロットは、即ち、側部リッジがフラックスブラケットに設けられ、スロットがフラックスカプラに設けられた状態に入れ替えられ得ることが理解される。バルブの製造の間、リッジは、同等に調節され得る磁極片の配置と共に、位置を変えるためにスロット内を摺動され得る。このようにして、バルブのストローク長さが、フラックスブラケットに対するフラックスカプラの最終位置に応じて様々な長さに設定され得る。

フラックスブラケットは、バルブ性能が最適な位置に移動される。最適なバルブ性能は、バルブを通過する最大流れを達成するために必要な最小ストローク長さに対応する。この位置において、フラックスカプラ及びフラックスブラケットは、溶接等により、互いに堅固に固定され得、本質的に永続する方法でストローク長さを設定する。

したがって、無駄なアーマチャの移動なく、バルブを作動させるために必要とされるソレノイド力を低減し、したがってソレノイドサイズ、電力、及びソレノイド力を達成するのに関連した他の要因を最小化する。さらに、カプラリッジ及びブラケットスロットで柔軟な方法でストローク長さを設定する能力は、実質的に部品変化の影響を除外し、それにより大きな部品許容差を可能にする。これは、部品のコストを低減し、性能の一貫性を改善する。

図６は、本発明の実施形態による、ロッカー２８ともいわれる例示的なバルブダイアフラム２８の等角図を示す図である。ロッカー２８は、シール部品９０で外側被覆（ｏｖｅｒ ｍｏｌｄｅｄ）されたロッカーインサート８８を含み得る。ロッカーインサートは、固いプラスチック材料を含む、任意の適切な固い材料から作られ得る。シール部品は、効果的な封止性質を有するより柔軟なゴム材料から作られ得、ロッカーインサート上に外側被覆され得る。

図１に関連して上述されるように、ロッカーは、ロッカーインサートがアーマチャ３４と接触する第１端部２７と、ロッカーインサートが第２ばね３２と接触する第２端部２９と、を有する。図６にみられるように、ロッカーインサート８８は、アーマチャ及び第２ばねとの相互作用を高めるための表面機構を形成し又は有し得る。ロッカーは、ロッカーが第１位置（バルブが閉じられ又はＯＦＦになる）及び第２位置（バルブが開かれ又はＯＮになる）との間をその周囲で回転するためのスルーホール９２を有し得る。ロッカーは、製造中にシール部品のゴムが硬化されるときにフラッシュがロッカースルーホールに入り込むことを防止するくぼみポケット９４も有し得る。

図７は、本発明の実施形態による例示的なカバーアセンブリ４６の側断面図を示す図である。カバーアセンブリ４６は、ソレノイドバルブアセンブリに電圧を印加する電気接続のための侵入保護を提供するように構成される。

内部で、カバーアセンブリは、導線４８とボビン３６内のソレノイドコイルとの間に電気接続を提供するコイルピンを収容するコネクタ９６を含む。同様に図１を参照して、外側シェル１５は、シェル１５から上方に延在するコネクタポスト９８を有する。カバーアセンブリ４６は、コネクタポストに適合するコネクタカバー１００を含み得る。コネクタカバー１００は、密閉適合を提供するための柔軟に伸びてコネクタポストにフィットするラバーブートとして構成され得る。このように、流体及び固体の汚染物質からの侵入保護が、コネクタ９６の内側電気部品に供給される。侵入保護は、医療環境で一般的な診断プロセスに関連して取り扱われる流体物質の飛散に起因し得る流体汚染物質に対して特に効果的である。

したがって、本発明の一側面は、ソレノイドバルブアセンブリである。例示的な実施形態において、ソレノイドバルブアセンブリは、長手方向軸を有するアーマチャであって、アーマチャは第１位置から第２位置へ長手方向軸に沿って移動可能である、アーマチャと、電圧が印加されたときにアーマチャを第１位置から第２位置に長手方向軸に沿って電磁的に移動させるように構成されたソレノイドコイルを含むボビンと、を含む。アーマチャは卵型の横断面を有する。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、アーマチャの卵型の横断面は、３：１よりも大きいアスペクト比を有する。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ボビンは、アーマチャを受け且つアーマチャの横の動きを制限するための卵型の横断面を有する凹部を画定し、それにより、長手方向軸に沿ったアーマチャの線形作動通路を提供する。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ボビンの凹部は、発生した物質をアーマチャから離して蓄積するための領域を提供するように構成された複数のガイドリブを含む。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ボビンは、ソレノイドバルブアセンブリ内のボビンの位置決めを固定するためにあらかじめ負荷がかけられる一以上のばねクリップを含む。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ソレノイドバルブアセンブリは、さらにフラックスカプラとフラックスブラケットとを含み、アーマチャを電磁的に移動させる磁気回路が、フラックスカプラと、フラックスブラケットと、アーマチャとを有する。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、フラックスブラケットは、長手方向軸に沿ったアーマチャの移動を制限する磁極片を有し、それによりアーマチャのストローク長さを決定する。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、磁極片が、アーマチャの卵型の断面と同等の卵型の横断面を有する。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、フラックスカプラ又はフラックスブラケットの一方が複数のリッジを含み、他方が複数のスロットを含み、フラックスカプラ及びフラックスブラケットは、磁極片の位置を調節するために互いに対して摺動して移動可能である。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ソレノイドバルブアセンブリは、さらにダイアフラムを含み、アーマチャが第１位置から第２位置へ移動したときに、ダイアフラムが第１ダイアフラム位置と第２ダイアフラム位置との間を移動する。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ソレノイドバルブアセンブリはさらに第１ばねと第２ばねとを含む。アーマチャが第１位置にあるとき、第１ばねはソレノイドバルブアセンブリをＯＦＦ位置の状態にするためにダイアフラムに対してアーマチャを付勢し、バルブアセンブリに電圧が印加されてアーマチャが第２位置にあるとき、第２ばねはソレノイドバルブアセンブリをＯＮ位置の状態にするためにダイアフラムを移動させる。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ダイアフラムはシール部品で外側被覆されたロッカーインサートを有するロッカーである。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ロッカーはスルーホール回りで揺れ動き、ロッカーはゴムのフラッシュがスルーホールに入ることを防止するくぼみポケットを有する。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ソレノイドバルブアセンブリは、さらに、常開ポートと、常閉ポートと、共通ポートとを含む。第１ダイアフラム位置では、シール部品は常閉ポートを封止し、常開ポートが開き、第２ダイアフラム位置では、シール部品は常開ポートを封止し、常閉ポートが開く。第２ダイアフラム位置では、常閉ポートと共通ポートとが流体連通して、バルブアセンブリを通る流体の流れを許容する。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ソレノイドバルブアセンブリは、さらに、第１ばねを受けるばねレストを含み、アーマチャはばねレストが圧入される返しを有し、ばねレストの位置は、ばねレストがアーマチャの返しに圧入される位置に基づいて調節可能である。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ソレノイドバルブアセンブリは、さらに、ソレノイドバルブアセンブリに電圧を印加する電気接続部のための侵入保護を提供するように構成されたカバーアセンブリを有し、カバーアセンブリは、電気接続部を収容するコネクタと、コネクタにフィットするラバーブートとを有する。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ソレノイドバルブアセンブリは、長手方向軸に直交する方向に９ｍｍ以下の幅を有する。

ソレノイドバルブアセンブリの例示的な実施形態では、ソレノイドバルブアセンブリは、マニホールド上の協働するポートでバルブポートの適切な整列を提供する複数の整列ピンをさらに含む。

本発明の他の側面は、ソレノイドアクチュエータバルブアセンブリのストローク長さの設定方法である。例示的な実施形態では、方法は、最適なバルブ性能を達成するのに十分なバルブアセンブリの磁極片を動かすステップであって、最適なバルブ性能はバルブを通る最大流れを達成するために必要とされる最小ストローク長さに対応する、ステップと、バルブアセンブリ内に磁極片の位置を固定するステップと、を含む。

ストローク長さを設定する方法の例示的な実施形態では、ソレノイドアクチュエータバルブアセンブリが、フラックスカプラと、磁極片を含むフラックスブラケットとを有し、磁極片は、フラックスカプラに対してフラックスブラケットを移動させることにより動かされる。

本発明は、特定の１つまたは複数の実施形態に関連して図示され且つ説明されてきたが、本明細書及び添付の図面を読み、理解すると、等価の変更および修正が当業者に思いつくことは明らかである。特に上述された要素（部品、アセンブリ、装置、組成等）により実行される様々な機能に関して、その様な要素を説明するために使用された用語（「手段」に対する言及を含む）は、そうではないと指示されない限り、本明細書で説明された本発明の例示的な１つまたは複数の実施形態内の機能を実行する開示された構造に構造上は等価ではないけれども、説明された要素の具体的な機能を実行する任意の要素に相当する（すなわち機能的に等価である）と意図されるものである。加えて、本発明の具体的な特徴は、１つまたは複数のいくつかの図示された実施形態のみに関連して上記に説明されてきた可能性があるが、そのような特徴は、所望され、かつ任意の所与のまたは具体的な適用のために有利であり得るように、他の実施形態の１つまたは複数の他の特徴に組み合わせることができる。

Claims (15)

1. ソレノイドバルブアセンブリ（１０）であって、
   長手方向軸（Ｙ）を有するアーマチャ（３４）であって、前記アーマチャは第１位置から第２位置へ前記長手方向軸に沿って移動可能である、アーマチャと、
   電圧が印加されたときに前記アーマチャを前記第１位置から前記第２位置に前記長手方向軸に沿って電磁的に移動させるように構成されたソレノイドコイル（３６）を含むボビンと、有し、
   前記アーマチャは卵型の横断面（５４）を有する、ソレノイドバルブアセンブリ。
2. 請求項１に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
   前記アーマチャ（３４）の前記卵型の横断面（５４）は、３：１よりも大きいアスペクト比を有する、ソレノイドバルブアセンブリ。
3. 請求項１又は２に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
   前記ボビン（３６）は、前記アーマチャ（３４）を受け且つ前記アーマチャの横の動きを制限するための卵型の断面を有する凹部（６２）を画定し、それにより、前記長手方向軸（Ｙ）に沿った前記アーマチャの線形作動通路を提供する、ソレノイドバルブアセンブリ。
4. 請求項３に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
   前記ボビン（３６）の前記凹部（６２）は、発生した物質を前記アーマチャ（３４）から離して蓄積するための領域を提供するように構成された複数のガイドリブ（６４）を含む、ソレノイドバルブアセンブリ。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
   前記ボビン（３６）は、前記ソレノイドバルブアセンブリ内の前記ボビンの位置決めを固定するためにあらかじめ負荷がかけられる一以上のばねクリップ（７０）を含む、ソレノイドバルブアセンブリ。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
   フラックスカプラ（３８）と、フラックスブラケット（４０）と、を含み、前記アーマチャを電磁的に移動させる磁気回路が、前記フラックスカプラと、前記フラックスブラケットと、前記アーマチャ（３４）とを有する、ソレノイドバルブアセンブリ。
7. 請求項６に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
   前記フラックスブラケット（４０）は、前記長手方向軸に沿った前記アーマチャ（３４）の移動を制限する磁極片（４２）を有し、それにより前記アーマチャのストローク長さを決定する、ソレノイドバルブアセンブリ。
8. 請求項７に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
   前記磁極片（４２）が、前記アーマチャの前記卵型の断面と同等の卵型の断面を有する、ソレノイドバルブアセンブリ。
9. 請求項７又は８に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
   前記フラックスカプラ（３８）又は前記フラックスブラケット（４０）の一方が複数のリッジ（８５）を含み、他方が複数のスロット（８６）を含み、前記フラックスカプラ及びフラックスブラケットは、前記磁極片（４２）の位置を調節するために互いに対して摺動して移動可能である、ソレノイドバルブアセンブリ。
10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
    ダイアフラム（２８）を含み、前記アーマチャ（３４）が前記第１位置から前記第２位置へ移動したときに、前記ダイアフラムが第１ダイアフラム位置と第２ダイアフラム位置との間を移動する、ソレノイドバルブアセンブリ。
11. 請求項１０に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
    第１ばね（３０）と、第２ばね（３２）とを含み、
    前記アーマチャ（３４）が前記第１位置にあるとき、前記第１ばねは前記ソレノイドバルブアセンブリをＯＦＦ位置の状態にするために前記ダイアフラム（２８）に対して前記アーマチャを付勢し、前記バルブアセンブリに電圧が印加されて前記アーマチャが前記第２位置にあるとき、前記第２ばねは前記ソレノイドバルブアセンブリをＯＮ位置の状態にするために前記ダイアフラムを移動させる、ソレノイドバルブアセンブリ。
12. 請求項１０又は１１に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
    前記ダイアフラム（２８）は、シール部品（９０）で外側被覆されたロッカーインサート（８８）を有するロッカーである、ソレノイドバルブアセンブリ。
13. 請求項１１又は１２に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
    前記第１ばね（３０）を受けるばねレスト（３１）を含み、前記アーマチャ（３４）は、前記ばねレストが圧入される返し（５５）を有し、前記ばねレストの前記位置は、前記ばねレストが前記アーマチャの前記返しに圧入される位置に基づいて調節可能である、ソレノイドバルブアセンブリ。
14. 請求項１ないし１３のいずれか一項に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
    前記ソレノイドバルブアセンブリに電圧を印加する電気接続部（４８）のための侵入保護を提供するように構成されたカバーアセンブリ（４６）を有し、前記カバーアセンブリは、前記電気接続部を収容するコネクタ（９６）と、前記コネクタにフィットするラバーブート（１００）とを有する、ソレノイドバルブアセンブリ。
15. 請求項１ないし１４のいずれか一項に記載されたソレノイドバルブアセンブリ（１０）において、
    前記ソレノイドバルブアセンブリは、前記長手方向軸に直交する方向に９ｍｍ以下の幅を有する、ソレノイドバルブアセンブリ。

Images