JP2015102196A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンピングボリュームの低減を図り、流出量を精度よく制御可能とする弁装置を提供する。
【解決手段】流路ブロック２０内に設けられた凹部２２と、凹部２２を覆うことにより流体が流れる弁室２１を形成するダイアフラムと、凹部２２で開口しかつ弁室２１に流体を流入させる流入ポート２３と、凹部２２で開口しかつ弁室２１から流体を流出させるＮＣ流出ポート２４及びＮＯ流出ポート２５と、ダイアフラムを揺動させることにより、ダイアフラムを、ＮＣ流出ポート２４の開口２４ａがなす第１弁座２４ｂ及びＮＯ流出ポート２５の開口２５ａがなす第２弁座２５ｂのいずれかに密着させることにより、弁室２１の流体を他方の流出ポートから流出させる。凹部２２は、第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂから、流入ポート２３の流入開口２３ａに向かって深さが漸増する第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、化学検査装置、環境分析装置又は生命工学研究機器などの各種の分析装置に使用される弁装置に関する。

上記各種の分析装置において、測定精度の向上、検査速度の向上、検体、試薬の極小化、装置の小型化などが重要課題とされており、測定に用いられる流体の流量制御を行う弁装置に対してさらなる性能の向上が求められている。かかる弁装置には、優れた耐薬品性等を実現するために、弁の開閉機構としてダイアフラムが使用されている。ダイアフラムは、弁室を区画する隔壁を構成し、外部から駆動力を受けて流体の流路を切り替える。

この種の弁装置にあっては、ハウジングに流入ポートと２つの流出ポートが弁室に連通するように設けられ、ダイアフラムが揺動することにより、いずれか一方の流出ポートを閉鎖すると共に他方の流出ポートを開放し、流体の流路を切り替える。しかしながら、流路切り替え動作時におけるダイアフラムの弾性変形に伴い、弁室の内部容積が変化し、この内部容積の変化量（ポンピングボリューム）に相当する流体が流出ポートへ押し出される。このため、流出量の精度を高めることが困難であった。

そこで、従来から、ポンピングボリュームを減少させるために、ダイアフラムの伸縮を司る膜部を縮小する手法が検討されていた。しかしながら、このような手法を用いてもポンピングボリュームの低減は十分とはいえず、さらなるポンピングボリュームの低減策が期待されていた。その一方で、上述した膜部の縮小に伴い、膜部における局所的な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生じ、新たなポンピングボリュームの低減策が期待されていた。

このような背景の下、下記特許文献１には、流入ポートの面積が流出ポートの面積の２倍以上に設定された弁装置が開示されている。

特許第４２５２５１２号公報

しかしながら、上述した弁装置において、流入ポートの断面積と流出ポートの断面積とが大きく異なると、流入ポート付近を流れる流体と流出ポート付近を流れる流体との間で流量に差が生ずるため、流入ポートから流入させる流体の流量を制御することにより、流出ポートから流出する流体の流量を精密に管理することが困難であった。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、流入ポートの断面積と流出ポートの断面積とを大きく異ならせることなく、ポンピングボリュームの低減を図り、流出量を精度よく制御可能とする弁装置を提供することを主たる目的としている。

本発明は、ケーシング内に設けられた凹部と、前記凹部を覆うことにより前記凹部との間に流体が流れる空間である弁室を形成するダイアフラムと、前記凹部で開口しかつ前記弁室に流体を流入させる流入ポートと、前記凹部で開口しかつ前記弁室から流体を流出させる流出ポートと、前記ダイアフラムを揺動させることにより、前記ダイアフラムを、前記流出ポートの開口がなす弁座に密着又は離隔させることにより、前記流出ポートを閉鎖又は開放するダイアフラム駆動手段とを有する弁装置であって、前記凹部は、前記弁座側から、前記流入ポートが前記弁室へ連通する流入開口に向かって深さが漸増する傾斜部を有し、前記弁室は、前記流出ポート及び流入ポートが並ぶ縦方向と、前記縦方向及び前記深さ方向と直交する幅方向を有し、前記流入開口の幅方向の両側に第１凸部が設けられることにより、前記傾斜部は、前記流入開口から前記弁座に向かって幅が漸増しているテーパー状であることを特徴とする。

本発明に係る前記弁装置において、前記第１凸部は、前記弁室の幅方向の両側から前記流入開口に向かって、前記流入開口を通る平面に対する傾きが漸増することが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記流出ポートは、第１流出ポート及び第２流出ポートの２系統が配され、前記ダイアフラム駆動手段が、前記ダイアフラムを揺動させることにより、前記ダイアフラムを、前記第１流出ポートの開口がなす第１弁座又は前記第２流出ポートの開口がなす第２弁座のいずれか一方に密着させることにより、前記弁室の流体を前記第１流出ポート又は前記第２流出ポートの他方側から流出させ、前記凹部は、前記第１弁座側から、前記流入ポートが前記弁室へ連通する流入開口に向かって深さが漸増する第１傾斜部と、前記第２弁座側から、前記流入開口に向かって深さが漸増する第２傾斜部とを有し、前記第１流出ポート、流入ポート及び第２流出ポートは、この順番で配列され、前記第１傾斜部及び前記第２傾斜部は、前記流入開口から前記第１弁座及び第２弁座に向かって幅が漸増していることが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記ダイアフラム側から視た平面視において、前記傾斜部は、３０〜６０度のテーパー角を有していることが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記凹部の周縁には、前記ダイアフラムと密着して該ダイアフラムを保持する保持面が形成され、前記第１凸部の前記保持面からの深さは、０mmより大きいことが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記傾斜部には、前記ダイアフラム側に突出する第２凸部が設けられることが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記流入開口の深さは、前記弁座の深さよりも大きいことが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記流入開口の深さと、前記弁座の深さとの差が０．３mm以上であることが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記弁座は、前記ダイアフラム側に突出することが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記傾斜部は、前記流入開口を通る平面に対して、３度〜１５度の角度で傾斜していることが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記ケーシングは、前記凹部が形成された第１ブロックと、前記第１ブロックに固着されて前記ダイアフラムを保持する第２ブロックとを含み、前記第１ブロックと前記第２ブロックの合わせ面を基準面としたときに、前記弁座の深さＤAは、１．５〜２．５mmであり、前記流入開口の深さＤBは、２．０〜３．０mmであることが望ましい。

本発明に係る前記弁装置において、前記ダイアフラム駆動手段は、コイルと、前記コイルへの通電により前記ダイアフラムに変位を与えるプランジャーとを含むことが望ましい。

本発明の弁装置は、弁座側から流入開口に向かってダイアフラムからの深さが漸増する傾斜部が凹部に形成されているので、弁室の内部容積が増加する。これにより、弁室の内部容積に対するポンピングボリュームの割合が小さくなり、ダイアフラムの揺動に伴う弁室の内部容積の変動の大部分は、弁室の内部圧力の変動として吸収される。従って、流入ポートの断面積と流出ポートの断面積とを大きく異ならせることなく、ポンピングボリュームを十分に低減しうる。

一方、単に弁室の内部容積を大きく設定した場合、弁室の内部に流体が滞留することが懸念される。しかしながら、本発明にあっては、流入開口から弁座側にかけて、流体が円滑に流れるように傾斜部が形成されているので、弁室の内部に流体が滞留することが抑制される。さらに、流入開口の幅方向の両側に第１凸部が設けられることにより、傾斜部は、流入開口から弁座に向かって幅が漸増しているテーパー状である。これにより、流出開口の近傍においても流路の断面積が十分に確保され、流体の円滑な流れが阻害されず、流体の滞留がより一層抑制される。

本発明の一実施形態に係る弁装置を示す断面図である。 図１のソレノイドコイルに通電された状態における弁装置を示す断面図である。 図１の流路ブロックの斜視図である。 図１の流路ブロックのダイアフラム側から視た平面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は図４のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）は図４のＣ−Ｃ線断面図である。 弁室内の流体の流れを示す平面図である。 流路ブロックの変形例をダイアフラム側から視た平面図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１、２は、本実施形態の弁装置１の断面図である。図１は、後述するソレノイドコイル５５への通電を遮断している非通電状態であり、図２は、ソレノイドコイル５５に通電している通電状態である。

図１、２に示されるように、本実施形態の弁装置１は、流体の流路を内包するケーシング２と、ケーシング２に対して揺動可能に設けられた揺動弁４と、揺動弁４を駆動する弁駆動部５（ダイアフラム駆動手段）と、ケーシング２及び弁駆動部５を支持するフレーム６とを具えている。

ケーシング２は、流路ブロック２０（第１ブロック）と、サブブロック３（第２ブロック）とを具えている。本実施形態では、流路ブロック２０は、例えば、樹脂成分として、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＢＴ（ポリブチレンタフタレート）のうち、いずれか一種類以上を含んでいる樹脂材料によって構成されている。上記樹脂成分の中では、耐熱性、耐薬品性及び製造コストの観点から、特にＰＰＳが好ましい。

流路ブロック２０は、流体が流れる空間である弁室２１を構成する凹部２２と、弁室２１と連通する流入ポート２３（Commonポート）、ＮＣ（Normally Close）流出ポート２４（第１流出ポート）及びＮＯ（Normally Open）流出ポート２５（第２流出ポート）と、揺動弁４を保持する保持面２６とを有する。図１に示されるように、流入ポート２３は、常時開放されており、流入ポート２３から弁室２１内に流体が供給される。通常時においては、ＮＣ流出ポート２４は閉鎖され、ＮＯ流出ポート２５は、開放されており、流入ポート２３から弁室２１に流入した流体は、矢印Ａに沿って流れ、ＮＯ流出ポート２５から流出される。

サブブロック３は、例えば、樹脂材料によって形成され、揺動弁４及び後述するプランジャー５１、５２を収容する収容部３１と、揺動弁４を保持面２６に押圧する押圧部３２を有する。サブブロック３は、流路ブロック２０の凹部２２が形成されている合わせ面２７に装着され、ねじ（図示せず）等により流路ブロック２０に固着される。

揺動弁４は、弾性を有するダイアフラム４１と、ダイアフラム４１と一体化される揺動部材４２と、揺動部材４２を揺動自在に支持する軸部材４３とを有する。ダイアフラム４１は、例えば、ゴム材料によって形成され、凹部２２を覆うようにケーシング２に装着されることにより凹部２２との間に弁室２１を形成する。揺動部材４２は、例えば、樹脂材料によって形成され、流入ポート２３の上方に配設されている。軸部材４３は、例えば、金属材料によって形成されている。軸部材４３は、流入ポート２３の上方において、流入ポート２３に略直交して設けられ、その両端は、サブブロック３に支持されている。

軸部材４３を回転軸として揺動弁４がシーソー状に揺動することにより、ＮＣ流出ポート２４又はＮＯ流出ポート２５のうちいずれか一方のポートが閉鎖され、他方のポートが開放される。ダイアフラム４１は、外側に延出された外周部４１ａを有する。外周部４１ａは、流路ブロック２０の保持面２６とサブブロック３の押圧部３２とによって挟み込まれて保持・拘束されることにより流路ブロック２０に密着する。これにより、弁室２１が密閉され、流体のリークが防止される。

弁駆動部５は、第１プランジャー（可動鉄心）５１と、第２プランジャー５２と、第１コイルばね５３と、第２コイルばね５４と、ソレノイドコイル５５と、固定鉄心５６とを有する。第１プランジャー５１は、ＮＣ流出ポート２４の上方に配設されている。第１プランジャー５１は、ソレノイドコイル５５が巻回されるコイルボビン５７の内部に挿入されている。第１コイルばね５３は、固定鉄心５６に形成されている凹部５６ａに装填される。第１コイルばね５３の一端は、固定鉄心５６の凹部５６ａの底と当接し、他端は、第１プランジャー５１の天面と当接する。第１コイルばね５３は、第１プランジャー５１を揺動部材４２の当接部４２ａの側に押し下げ、これに伴い、第１プランジャー５１の先端部５１ｂが、揺動部材４２の当接部４２ａを押圧する。第１コイルばね５３のばね荷重は、第２コイルばね５４のばね荷重よりも大きく設定されている。

第２プランジャー５２は、ＮＯ流出ポート２５の上方に配設されている。第２プランジャー５２には、第２コイルばね５４が挿入される円筒部５２ａと、円筒部５２ａの端縁に形成された鍔状の先端部５２ｂが形成されている。第２コイルばね５４の一端は、第２プランジャー５２の先端部５２ｂと当接し、他端は、フレーム６の底面と当接する。第２コイルばね５４は、第２プランジャー５２を揺動部材４２の当接部４２ｂの側に押し下げ、これに伴い、第２プランジャー５２の先端部５２ｂが、揺動部材４２の当接部４２ｂを押圧する。

ソレノイドコイル５５は、筒状のコイルボビン５７の周囲に巻回される。ソレノイドコイル５５は、通電により電磁力を発生する。ソレノイドコイル５５には、第１コイルばね５３の弾性力よりも大きな電磁力を発生するように、所定の電流が流される。

フレーム６は、サブブロック３の上部に設けられている。フレーム６は、第１プランジャー５１、第１コイルばね５２、ソレノイドコイル５５、固定鉄心５６及びコイルボビン５７を収容する。フレーム６によって、ソレノイドコイル５５、固定鉄心５６及びコイルボビン５７が固定されている。第２コイルばね５４は、サブブロック３に設けられている凹部に装填される。第２コイルばね５４は、サブブロック３の凹部の底と当接し、弾性力を発生する。

ソレノイドコイル５５への給電等を行うためのケーブル５５ａは、フレーム６の内部に引き込まれている。

以下、弁装置１の開閉動作が説明される。既に述べたように、第１コイルばね５３のばね荷重は、第２コイルばね５４のばね荷重よりも大きいので、通常時においては、揺動弁４の姿勢は、図１に示されるように、図中反時計回りに回動された姿勢で維持され、ＮＣ流出ポート２４が閉鎖され、ＮＯ流出ポート２５が開放される。これに伴い、矢印Ａにて示されるように、流入ポート２３から弁室２１に流れ込んだ流体は、ＮＯ流出ポート２５から排出される。

一方、ソレノイドコイル５５に所定の電流が流れると、図２に示されるように、その電磁力によって第１プランジャー５１が第１コイルばね５３を圧縮する方向に移動する。これに伴い、第２プランジャー５２の先端部５２ｂが、揺動部材４２の当接部４２ｂを押圧することにより、揺動弁４が図中時計回りに回動され、ＮＯ流出ポート２５が閉鎖され、ＮＣ流出ポート２４が開放される。これに伴い、矢印Ｂにて示されるように、流入ポート２３から弁室２１に流れ込んだ流体は、ＮＣ流出ポート２４から排出される。

図３乃至６は、流路ブロック２０を示している。流路ブロック２０には、弁室２１を区画する凹部２２が形成されている。凹部２２は、サブブロック３が接合される合わせ面２７から凹んで形成されている。図５に示されるように、合わせ面２７とは反対側の裏面からは、ＮＣ流出ニップル２９ｂ、流入ニップル２９ａ及びＮＯ流出ニップル２９ｃが突出して形成されている。流入ポート２３は、凹部２２から流入ニップル２９ａを貫通して形成されている。ＮＣ流出ポート２４は、凹部２２からＮＣ流出ニップル２９ｂを、ＮＯ流出ポート２５は、凹部２２からＮＯ流出ニップル２９ｃをそれぞれ貫通して形成されている。ＮＣ流出ポート２４、流入ポート２３及びＮＯ流出ポート２５は、この順番で配列されている。

以下、ＮＣ流出ポート２４、流入ポート２３及びＮＯ流出ポート２５が並ぶ縦の方向を縦方向Ｘと、凹部２２が形成されている深さの方向を深さ方向Ｚと、縦方向Ｘ及び深さ方向Ｚと直交する幅の方向を幅方向Ｙとする。

流入ポート２３は、凹部２２に面して開口する流入開口２３ａを有している。流入開口２３ａは、弁室２１に連通して形成されている。流入ポート２３は、流入開口２３ａから弁室２１に流体を流入させる。ＮＣ流出ポート２４及びＮＯ流出ポート２５も、凹部２２に面して開口する流出開口２４ａ、２５ａを有している。流出開口２４ａ、２５ａは、弁室２１に連通して形成され、ＮＣ流出ポート２４及びＮＯ流出ポート２５は、流出開口２４ａ、２５ａを介して弁室２１から流体を流出させる。

ＮＣ流出ポート２４の流出開口２４ａには、第１弁座２４ｂが設けられ、ＮＯ流出ポート２５の流出開口２５ａには、第２弁座２５ｂが設けられている。第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂは、ダイアフラム４１の側に突出する筒状に形成されている。揺動弁４の揺動に応じてダイアフラム４１が第１弁座２４ｂ又は第２弁座２５ｂと密着することにより、ＮＣ流出ポート２４又はＮＯ流出ポート２５が閉鎖される。このとき、他方の流出ポートが開放されており、流入ポート２３から弁室２１に流入した流体は、この開放された流出ポートから弁装置１の外部に排出される。第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂは、ダイアフラム４１の側に突出して形成されているので、ポート閉鎖時における第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂとダイアフラム４１との密閉性が高められる。これにより、ＮＣ流出ポート２４又はＮＯ流出ポート２５が閉鎖されたとき、弁室２１からＮＣ流出ポート２４又はＮＯ流出ポート２５に流体がリークすることを防止しうる。

第１弁座２４ｂの先端の座面には、ダイアフラム４１の側に隆起する第１隆起部２４ｃが形成されている。第１隆起部２４ｃは、ＮＣ流出ポート２４の開口側すなわち第１弁座２４ｂの内周部において、周方向に連続して形成されている。第１隆起部２４ｃによって、ＮＣ流出ポート２４の閉鎖時における第１弁座２４ｂとダイアフラム４１との密閉性がより一層高められ、流体のリークが防止される。ＮＯ流出ポート２５の第２弁座２５ｂについても、同様に、第１隆起部２５ｃが設けられている。

保持面２６は、凹部２２の周縁に設けられている。凹部２２の側壁２２ａを挟んで、保持面２６と合わせ面２７とは、段違いに形成されている。保持面２６の内周部には、ダイアフラム４１の側に隆起する第２隆起部２６ａが形成されている。第２隆起部２６ａは、周方向に連続して形成されている。第２隆起部２６ａによって、保持面２６とダイアフラム４１の外周部４１ａとの密閉性が高められ、流体のリークが防止される。

凹部２２の周辺には、流路ブロック２０の本体部分２０ａの略対角状に一対の貫通穴２８が形成されている。貫通穴２８を貫通するねじによって、流路ブロック２０とサブブロック３とが固着される。

凹部２２は、第１傾斜部８１と第２傾斜部８２とを有する。第１傾斜部８１は、第１弁座２４ｂの側から、流入開口２３ａに向かってダイアフラム４１からの深さが漸増するように形成されている。同様に、第２傾斜部８２も、第２弁座２５ｂの側から、流入開口２３ａに向かってダイアフラム４１からの深さが漸増するように形成されている。ここで、ダイアフラム４１からの深さとは、ダイアフラム４１の外周部４１ａと密着される保持面２６からの深さ方向Ｚの距離である。

このような第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２によって、流入開口２３ａ近傍の容積が増加し、弁室２１全体の内部容積も増加する。これにより、弁室２１の内部容積に対するポンピングボリュームの割合が小さくなり、ダイアフラム４１の揺動に伴う弁室２１の内部容積の変動の大部分は、弁室２１の内部圧力の変動として吸収され、ポンピングボリュームを十分に低減しうる。また、第１傾斜部８１によって流入開口２３ａから流出開口２４ａに向かって凹部２２のダイアフラム４１からの深さが漸減することになるので、流入開口２３ａから流出開口２４ａにかけて滑らかな流路が得られる。その結果、弁室２１内での流体の流れが円滑となり、流体の滞留が抑制される。

かかる第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２が凹部２２に形成されていることよって、合わせ面２７を基準面とする流入開口２３ａの深さＤBは、第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂの深さＤAよりも大きくなる。本実施形態において、流入開口２３ａの深さＤBと、第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂの深さＤAとの差ＤB−ＤAは、好ましくは０．３mm以上であり、より好ましくは０.４mm以上である。差ＤB−ＤAが０．３mm未満である場合、弁室２１の内部容積が十分に増加せず、ポンピングボリュームを低減する効果が小さくなる。

第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂの深さＤAは、好ましくは１．５mm以上、より好ましくは１．８mm以上であり、好ましくは２．５mm以下、より好ましくは２．２mm以下である。第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂの深さＤAが１．５mm未満である場合、ポンピングボリュームを低減する効果が小さくなる。一方、第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂの深さＤAが２．５mmを超える場合、弁室２１の内部容積が過度に大きくなり、流体の滞留が生ずるおそれがある。同様に、流入開口２３ａの深さＤBは、好ましくは２．０mm以上、より好ましくは２．３mm以上であり、好ましくは３．０mm以下、より好ましくは２．７mm以下である。流入開口２３ａの深さＤBが２．０mm未満である場合、ポンピングボリュームを低減する効果が小さくなる。一方、流入開口２３ａの深さＤBが３．０mmを超える場合、弁室２１の内部容積が過度に大きくなり、流体の滞留が生ずるおそれがある。

図５に示される縦方向Ｘに沿って深さ方向Ｚにのびる断面において、流入開口２３ａを通る平面に対する第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２の傾斜角θは、３度〜１５度であることが望ましい。傾斜角θが３度未満である場合、弁室２１の内部容積が十分に増加せず、ポンピングボリュームを低減する効果が小さくなる。一方、傾斜角θが１５度を超える場合、弁室２１の内部容積が過度に大きくなり、流体の滞留が生ずるおそれがある。

凹部２２には、ダイアフラム４１の側に土手状に隆起する第１凸部８３が形成されている。第１凸部８３は、流入開口２３ａの幅方向Ｙの両側に設けられている。かかる第１凸部８３によって、弁室２１は、平面視でひょうたん型（ダンベル型）の形状である。第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２は、第１凸部８３に向かって、保持面２６からの深さが漸減する斜面状に形成されている。凹部２２の幅方向Ｙの両側に第１凸部８３が設けられることにより、第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２は、流入開口２３ａから第１弁座２４ｂ及び第２弁座２５ｂに向かって幅が漸増している。すなわち、図４に示されるように、第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２は、ダイアフラム４１の側から視た平面視でテーパー状に形成されている。上述したように、第１傾斜部８１は、流入開口２３ａから流出開口２４ａに向かってダイアフラム４１からの深さが漸減するので、流出開口２４ａの近傍において流路の断面積が不足するおそれがある。しかしながら、本実施形態にあっては、流入開口２３ａから第１弁座２４ｂに向かって第１傾斜部８１の幅が漸増するので、流出開口２４ａの近傍においても流路の断面積が十分に確保され、流体の円滑な流れが阻害されない。流入開口２３ａから流出開口２４ａに向かう流体の流れについても、上記と同様である。

第１凸部８３の保持面２６からの深さは、好ましくは０mmより大きく、より好ましくは０．３mm以上であり、好ましくは１．０mm以下、より好ましくは０．７mm以下である。第１凸部８３の保持面２６からの深さとは、第１凸部８３の幅方向Ｙの外端と、保持面２６の内周端（本実施形態にあっては、第２隆起部２６ａ）との深さ方向Ｚの距離である。第１凸部８３の保持面２６からの深さが０．３mm未満である場合、閉弁時に、ダイアフラム４１が第１凸部８３と接触して摩耗することにより、弁装置１の耐久性が低下するおそれがある。第１凸部８３の保持面２６からの深さが１．０mmを超える場合、弁室２１の内部容積が過度に大きくなり、流体の滞留が生ずるおそれがある。

図６（ａ）に示されるように、第１凸部８３の流入ポート２３側の端部（幅方向Ｙの内端部）には、弁室２１の幅方向の両側から流入ポート２３に向かって、保持面２６からの深さが漸増する第３傾斜部８３ａが形成されている。第３傾斜部８３ａは、弁室２１の幅方向の両側から流入ポート２３の流入開口２３ａに向かって、流入開口２３ａを通る平面に対する角度が漸増するように形成されている。このような第３傾斜部８３ａによって、ダイアフラム４１の第１凸部８３との接触に伴う摩耗がより一層抑制され、弁装置１の耐久性が向上する。さらにまた、流入ポート２３から流入する流体の流れが円滑となり、流体の滞留が抑制される。

ダイアフラム４１の側から視た平面視において、第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２のテーパー角αは、３０〜６０度であることが望ましい。テーパー角αが３０度未満である場合、閉弁時に、ダイアフラム４１が第１凸部８３と接触して摩耗することにより、弁装置１の耐久性が低下するおそれがある。又は、弁室２１の内部容積が十分に増加せず、ポンピングボリュームを低減する効果が小さくなる。一方、テーパー角αが６０度を超える場合、弁室２１の内部容積が過度に大きくなり、流体の滞留が生ずるおそれがある。

第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２には、ダイアフラム４１の側すなわち−Ｚ方向に突出する第２凸部８４が設けられている。第２凸部８４は、流入開口２３ａから流出開口２４ａ、２５ａに向かって第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２からの突出量が漸増する。このような、第２凸部８４によって、流入開口２３ａから流出開口２４ａ、２５ａにかけて流体の流れが円滑化される。

第２凸部８４は、図６（ｂ）に示されるように、第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２から階段状に突出する。すなわち、第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２の幅方向Ｙの中央部から両側に向かって、ダイアフラム４１からの深さが段階的に増加する。第２凸部８４は、上記形態の他、スロープ状に突出する形態であってもよい。この形態においては、第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２の幅方向Ｙの中央部から両側に向かってダイアフラム４１からの深さが漸増する。

第２凸部８４の幅方向Ｙの長さは、０．１mm以上が望ましい。第２凸部８４の幅方向Ｙの長さが０．１mm未満である場合、弁室２１の内部容積が過度に大きくなり、流体の滞留が生ずるおそれがあると共に、流体の流れを十分に円滑化できないおそれがある。

第２凸部８４の第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２からの突出量は、０．１mm〜１．０mmであることが望ましい。第２凸部８４の突出量が０．１mm未満である場合、弁室２１の内部容積が過度に大きくなり、流体の滞留が生ずるおそれがあると共に、流体の流れを十分に円滑化できないおそれがある。第２凸部８４の突出量が１．０mmを超える場合、閉弁時に、ダイアフラム４１が第１凸部８３と接触して摩耗することにより、弁装置１の耐久性が低下するおそれがある。

図７（ａ）は、第１傾斜部８１、第２傾斜部８２、第１凸部８３及び第２凸部８４を有する本実施形態の流路ブロック２０の弁室２１内の流体の流れを示している。一方、図７（ｂ）は、第１傾斜部８１、第２傾斜部８２、第１凸部８３及び第２凸部８４を有していない流路ブロック１２０の弁室１２１内の流体の流れを示している。

ダイアフラム４１によって流出開口２４ａが閉鎖されているときの流体の流れは、実線矢印で示される。流入ポート２３の流入開口２３ａから弁室２１内に流れ込んだ流体は、第２傾斜部８２側の第２凸部８４に沿って流れ、第２弁座２５ｂを乗り越えて、流出開口２５ａから排出される。このとき、第２凸部８４の幅方向Ｙの両側の第２傾斜部８２に沿って流れる流体は、第２弁座２５ｂの周囲を回り込みながら、第２弁座２５ｂを乗り越えて、流出開口２５ａから排出される。一方、ダイアフラム４１によって流出開口２５ａが閉鎖されているときの流体の流れは、破線矢印で示される。この場合における流体の流れも上記と同様である。

図７（ａ）に示されるように、本実施形態に係る流路ブロック２０では、第１傾斜部８１、第２傾斜部８２、第１凸部８３及び第２凸部８４によって弁室２１内の流路が図７のごとく形成され、流体が円滑に移動できる。これにより、弁室２１内での流体の滞留が効果的に抑制される。

これに対して、図７（ｂ）に示されるように、第１傾斜部８１、第２傾斜部８２、第１凸部８３及び第２凸部８４を有していない流路ブロック１２０では、流体の円滑な移動が担保されず、特に第１弁座２４ｂの背面領域１２４及び第２弁座２５ｂの背面領域１２５にて、流体の滞留が生ずるおそれがある。

図３乃至５等では、単一の流入ポート２３に対して２系統の流出ポート２４、２５を有する三方弁の流路ブロック２０が示されている。このような流路ブロック２０は、流出ポート２４、２５のうち、いずれか一方、例えば、流出ポート２４を常時閉栓することにより、二方弁として使用することも可能である。このような使用形態においても、第２傾斜部８２、第１凸部８３及び第２凸部８４の作用により、上記と同様の効果、すなわちポンピングボリュームの低減効果及び流体の滞留の抑制効果が得られる。他方の流出ポート２５を常時閉栓する場合であっても、上記と同様である。

図８は、流路ブロック２０の変形例である流路ブロック２０Ａを示している。流路ブロック２０Ａは、弁室２１の両端近傍に流入ポート８５及び流出ポート８６を有する二方弁として構成されている。

流入ポート８５は、図３乃至図５に示される流入ポート２３と同等であり、凹部２２に面して開口する流入開口８５ａを有している。流出ポート８６は、ＮＣ流出ポート２４又はＮＯ流出ポート２５と同等であり、凹部２２に面して開口する流出開口８６ａを有している。流出ポート８６の流出開口８６ａには、弁座８６ｂが設けられている。弁座８６ｂは、ダイアフラム４１の側に突出する筒状に形成されている。揺動弁４の揺動に応じてダイアフラム４１が弁座８６ｂと密着することにより、流出ポート８６が閉鎖され、流体の流出が停止される。ダイアフラム４１が弁座８６ｂから離れると、流出ポート８６が開放され、流体の流出が再開される。

流路ブロック２０Ａは、凹部２２に、傾斜部８７を有する。傾斜部８７は、弁座８６ｂの側から、流入開口８５ａに向かってダイアフラム４１からの深さが漸増するように形成されている。このような傾斜部８７によって、流入開口８５ａ近傍の容積が増加し、弁室２１全体の内部容積も増加する。これにより、流路ブロック２０と同様に、ポンピングボリュームを十分に低減しうる。また、傾斜部８７によって流入開口８５ａから流出開口８６ａに向かって凹部２２のダイアフラム４１からの深さが漸減することになるので、流入開口８５ａから流出開口８６ａにかけて滑らかな流路が得られる。その結果、弁室２１内での流体の流れが円滑となり、流体の滞留が抑制される。

流路ブロック２０Ａは、さらに、第１凸部８３と第２凸部８４とを有している。本実施形態では、第１凸部８３は、流入ポート８５の周囲の大部分を囲んで形成されているが、流入ポート８５に対して幅方向Ｙの両側のみに第１凸部８３が形成されていてもよい。流路ブロック２０と同様に、第１凸部８３には、第３傾斜部８３ａが設けられている。第２凸部８４は、傾斜部８７に設けられている。

かかる流路ブロック２０Ａにおいても、第１凸部８３、第２凸部８４及び傾斜部８７の作用により、上記と同様の効果、すなわちポンピングボリュームの低減効果及び流体の滞留の抑制効果が得られる。

以上のような構成を有する本実施形態の弁装置１によれば、第１弁座２４ｂ側及び第２弁座２５ｂ側から流入開口２３ａに向かってダイアフラム４１からの深さが漸増する第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２が凹部２２に形成されているので、弁室２１の内部容積が増加する。これにより、弁室２１の内部容積に対するポンピングボリュームの割合が小さくなり、ダイアフラム４１の揺動に伴う弁室２１の内部容積の変動の大部分は、弁室２１の内部圧力の変動として吸収される。従って、流入ポート２３の断面積とＮＣ流出ポート２４の断面積及びＮＯ流出ポート２５の断面積とを大きく異ならせることなく、ポンピングボリュームを十分に低減しうる。

一方、単に弁室２１の内部容積を大きく設定した場合、弁室２１の内部に流体が滞留することが懸念される。このような弁室２１の内部における流体の滞留は、分析装置の測定精度を高めるうえで好ましくない場合がある。しかしながら、本発明にあっては、流入開口２３ａから第１弁座２４ｂ側及び第２弁座２５ｂ側にかけて、流体が円滑に流れるように第１傾斜部８１及び第２傾斜部８２が形成されているので、弁室２１の内部に流体が滞留することが抑制される。

以上、本発明の弁装置が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。

図１の基本構造をなす弁装置が、表１の仕様に基づき試作され、ポンピングボリュームがテストされた。流路ブロックの素材として、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が用いられた。切削加工機を用いてＰＰＳ製のブロックを所定の形状に加工することにより、各仕様の流路ブロックが試作された。
テスト方法は、以下の通りである。

＜ポンピングボリューム＞
各仕様の流路ブロックが、弁装置に組み込まれ、ポンピングボリュームが測定された。すなわち、全てのポートが水で満たされ、ソレノイドコイルに１２Ｖの電圧が印加され、流出ポートに接続されたチューブ内の水位の変化が測定された。チューブ内の水位の変化をチューブ内の体積に変換した値がポンピングボリュームである。水位の測定には、万能投影機（Ｖ１２−ＢＳ ニコン製）が用いられた。結果は、比較例１を１００とする指数であり、数値が小さい程、ポンピングボリュームが小さく、弁装置の動作精度が優れていることを示す。

＜流体の滞留性＞
各仕様の流路ブロックに相当する解析モデルが作成され、コンピュータシミュレーションによって弁室内の流体の滞留性が計算された。結果は、比較例１を１００とする指数であり、数値が小さい程、流体の滞留が抑制されることを示す。

表１から明らかなように、実施例の弁装置は、比較例に比べてポンピングボリュームが有意に小さく、動作精度の向上に寄与することが確認できた。

１ 弁装置
２ ケーシング
３ サブブロック（第２ブロック）
５ 弁駆動部（ダイアフラム駆動手段）
２０ 流路ブロック（第１ブロック）
２０Ａ 流路ブロック（第１ブロック）
２１ 弁室
２２ 凹部
２３ 流入ポート
２３ａ 流入開口
２４ ＮＣ流出ポート（第１流出ポート）
２４ｂ 第１弁座
２５ ＮＯ流出ポート（第２流出ポート）
２５ｂ 第２弁座
４１ ダイアフラム
５５ ソレノイドコイル
５１ 第１プランジャー
８１ 第１傾斜部
８２ 第２傾斜部
８３ 第１凸部
８４ 第２凸部
８５ 流入ポート
８５ａ 流入開口
８６ 流出ポート
８６ｂ 弁座
８７ 傾斜部

Claims (12)

1. ケーシング内に設けられた凹部と、
   前記凹部を覆うことにより前記凹部との間に流体が流れる空間である弁室を形成するダイアフラムと、
   前記凹部で開口しかつ前記弁室に流体を流入させる流入ポートと、
   前記凹部で開口しかつ前記弁室から流体を流出させる流出ポートと、
   前記ダイアフラムを揺動させることにより、前記ダイアフラムを、前記流出ポートの開口がなす弁座に密着又は離隔させることにより、前記流出ポートを閉鎖又は開放するダイアフラム駆動手段とを有する弁装置であって、
   前記凹部は、前記弁座側から、前記流入ポートが前記弁室へ連通する流入開口に向かって深さが漸増する傾斜部を有し、
   前記弁室は、前記流出ポート及び流入ポートが並ぶ縦方向と、前記縦方向及び前記深さ方向と直交する幅方向を有し、
   前記流入開口の幅方向の両側に第１凸部が設けられることにより、前記傾斜部は、前記流入開口から前記弁座に向かって幅が漸増しているテーパー状であることを特徴とする弁装置。
2. 前記第１凸部は、前記弁室の幅方向の両側から前記流入開口に向かって、前記流入開口を通る平面に対する傾きが漸増する請求項１記載の弁装置。
3. 前記流出ポートは、第１流出ポート及び第２流出ポートの２系統が配され、
   前記ダイアフラム駆動手段が、前記ダイアフラムを揺動させることにより、前記ダイアフラムを、前記第１流出ポートの開口がなす第１弁座又は前記第２流出ポートの開口がなす第２弁座のいずれか一方に密着させることにより、前記弁室の流体を前記第１流出ポート又は前記第２流出ポートの他方側から流出させ、
   前記凹部は、前記第１弁座側から、前記流入ポートが前記弁室へ連通する流入開口に向かって深さが漸増する第１傾斜部と、前記第２弁座側から、前記流入開口に向かって深さが漸増する第２傾斜部とを有し、
   前記第１流出ポート、流入ポート及び第２流出ポートは、この順番で配列され、
   前記第１傾斜部及び前記第２傾斜部は、前記流入開口から前記第１弁座及び第２弁座に向かって幅が漸増している請求項１又は２に記載の弁装置。
4. 前記ダイアフラム側から視た平面視において、前記傾斜部は、３０〜６０度のテーパー角を有している請求項１乃至３記載の弁装置。
5. 前記凹部の周縁には、前記ダイアフラムと密着して該ダイアフラムを保持する保持面が形成され、
   前記第１凸部の前記保持面からの深さは、０mmより大きい請求項１乃至４に記載の弁装置。
6. 前記傾斜部には、前記ダイアフラム側に突出する第２凸部が設けられる請求項１乃至５のいずれかに記載の弁装置。
7. 前記流入開口の深さは、前記弁座の深さよりも大きい請求項１乃至６のいずれかに記載の弁装置。
8. 前記流入開口の深さと、前記弁座の深さとの差が０．３mm以上である請求項７記載の弁装置。
9. 前記弁座は、前記ダイアフラム側に突出する請求項１乃至８のいずれかに記載の弁装置。
10. 前記傾斜部は、前記流入開口を通る平面に対して、３度〜１５度の角度で傾斜している請求項１乃至９のいずれかに記載の弁装置。
11. 前記ケーシングは、前記凹部が形成された第１ブロックと、前記第１ブロックに固着されて前記ダイアフラムを保持する第２ブロックとを含み、
    前記第１ブロックと前記第２ブロックの合わせ面を基準面としたときに、前記弁座の深さＤAは、１．５〜２．５mmであり、前記流入開口の深さＤBは、２．０〜３．０mmである請求項１乃至１０のいずれかに記載の弁装置。
12. 前記ダイアフラム駆動手段は、コイルと、前記コイルへの通電により前記ダイアフラムに変位を与えるプランジャーとを含む請求項１乃至１１のいずれかに記載の弁装置。

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