JP3317498B2 - 低電力電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、電磁的に作動される流体弁の技術、より詳
しくは、患者体内への埋め込み可能な流体移送システム
に使用される極めて低い電力で作動される新規で改良さ
れた電磁弁に関する。（以下、「埋め込み」又は「埋め
込まれた」というときは、患者の体内への「埋め込み」
を意味する。） 発明の背景 このような流体移送システムにおける弁に必要な主要
件は、この弁が埋め込まれた電池によって駆動されねば
ならないので、低い電力放出（power drain）であり、
また、取り扱われている薬剤との適合性である。付加的
に考慮すべき点は、弁の構成部品の最適な磁気特性、高
い信頼性、低価格などである。従って、安全で信頼性が
あり軽量小型であって、エネルギー供給を過度に要求す
ることなく作動し、扱われている薬剤または類似の液体
に適合性のある電磁弁を提供することが非常に望まし
い。また、そのような弁であって、構成部品の材料の薬
剤に対する適合性と、その材料の電磁特性との間の望ま
しいバランスを達成し、弁の迅速かつ効果的な閉止を保
証し、流体中の泡を処置し、流体の漏れに抵抗性を有
し、弁の可動構成部品を効果的に案内し、組み立てが比
較的容易な弁を提供することも有利である。

発明の目的および要約 従って、本発明の目的は、埋め込み可能な流体移送シ
ステムにおいて使用される新規で改良された電磁弁であ
って、極めて低い電力レベルで作動し、扱われている薬
剤および類似の液体に対して適合性があり、流体適合性
と弁の構成部品の材質の電磁特性との間の望ましいバラ
ンスを達成し、迅速な開閉動作を行ない、流体の漏洩に
抵抗し、流体中の泡を調整し、弁の可動構成部品の効果
的案内ができ、小型、軽量、組み立てが比較的容易であ
り、作用が信頼でき、電気的磁気的効率のよい弁を提供
することである。

本発明の電磁弁は、流体収容域とこの収容域に連通す
る第１および第２のポート（出入口）とを有するハウジ
ングと、このハウジングにその流体収容域の外側で配設
された電磁石手段と、この電磁石を流体収容域から流体
密に隔離するための流体が不浸透な材質の薄いダイヤフ
ラムの形態のバリヤ（障壁）手段とからなる。流体収容
域内に電機子ないしアーマチュア（armature）が可動に
配備され、このアーマチュアは電磁石手段によって磁気
的に引きつけられる極（ボール）部分と弁手段を備えた
プランジャ部分とを有し、この弁手段はポートを開閉
し、弁の一つの制御状態においては両ポートをハウジン
グの流体収容域を介して流体連通状態に置き、弁の他の
制御状態においては、両ポート間の流体連通を阻止す
る。アーマチュアは、電磁石手段に引き付けられたとき
休止位置から前進ストローク（行程）を介して動かされ
て弁の制御状態を変え、また、バイアス手段により復帰
ストロークを介して反対方向に休止位置へ戻される。ア
ーマチュアの極部分はその軸方向寸法よりも数倍大きい
幅又は径方向を有し、迅速効果的な弁動作のための磁気
特性との間の所望のバランスを達成すべく選択された材
料で作られる。バリヤ手段およびアーマチュア極部分中
の通路手段が迅速な弁の運動を可能にし、流体中の泡を
処置し、アーマチュアはこれを効果的に案内する手段を
有し、弁座の構造が流体の漏洩を阻止する。

電磁石手段と、アーマチュアの極部分と、バリヤ手段
の一部と、電磁石手段の外部でハウジングの流体収容域
内に配置された、極部分と電磁石手段間のギャップとを
含む磁気回路が規定される。このギャップは電磁石手段
の電気的付勢に応答してアーマチュアを動かして閉じら
れ、弁の制御状態を変える。磁気回路中の全ギャップを
最小にし、アーマチュアの極部分上の極面の面積を比較
的大きくし、電磁石の比較的小径のコア上にコイルを巻
くことによって、弁の電気的および磁気的効率をよくす
る。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による弁の側面図である。

第２図は、本発明の一実施例を示す第２図の弁の一部
を立面で示す拡大長手方向断面図である。

第３図は、第２図の３−３線断面図である。

第４図は、本発明の他の実施例による弁の第２図同様
の図である。

第５図は、第４図の５−５線断面図である。

詳細な説明 第１図〜第３図を参照すると、本発明の一実施例によ
る弁10は、全形がほぼ直方体または円筒状の中空のハウ
ジング12と、流体、すなわち、送出されるべき液体を収
容する内域とを含んでいる。第２図に示すように、中空
内域は後述するようにして第１室14とこれに流体連通す
る第２室16とに分割されている。第１室14に流体連通さ
れ流体回路に接続される第１ポート18が設けられてい
る。さらに、第２室16に流体連通され流体回路に接続さ
れる第２ポート20が設けられている。図示の弁におい
て、ポート20は回路の相対的に高い圧力部分に接続さ
れ、ポート18は相対的に低い圧力部分に連結される。従
って、ポート20は弁の入口と、また、ポート18は弁の出
口と見ることができる。一例として、弁10を組み込んだ
埋め込み薬剤供給システムにおいて、インレットポート
20とアウトレットポート18は、薬剤供給部ないし収容器
とその薬剤を人体部位に送出するためのアウトレットカ
テーテルとの間の流体回路に接続される。

第２図に示すように、ハウジング12は概して中空で相
当な壁厚の本体部30を含んでいる。ハウジング12はまた
本体部30の一端、すなわち、第２図で右側端から延長す
る第１軸方向端部32を含んでいる。この端部32は比較的
壁厚が薄く、軸方向端面34で終っている。ハウジング本
体部30は内面36を有する一定直径の内域を規定してい
る。この本体部30はその他端、すなわち、第２図で左側
端では端面38で終っている。

ハウジング12は、さらに、ブッシュの形をしたばね保
持部材40を備え、この部材は本体部30の外径と実質上等
しい外径を有し、本体部と実質上面一の外周面を有して
いる。部材40は軸方向延長部42を含み、この延長部は本
体部30の内径と実質上等しい外径を有し、本体部に密接
摩擦嵌めされている。延長部42は後述するようにしてば
ね保持機能を提供するために、それぞれ軸方向端面44お
よび円周方向面46によって規定された環状肩部で終って
いる。部材40の反対側端は軸方向端面50で終っている。
端面50と本体部30の外面の間の周辺会合部において、円
周方向および軸方向面52および54によって環状肩部が規
定されている。この肩部は第１溶接リング要素60の一端
を支受している。このリング要素60は部材40の外寸と実
質上等しい外径を有し、この部材と実質上面一の外周面
を有する。リング60はその一端、すなわち、第２図で見
て右側端で部材40の前述の肩部に適当な方法で溶接され
ている。リング60はその反対側端でやがて説明するよう
にしてポンプハウジングの他の構成部材に連結されてい
る。

第２室16は、次のようにして、ポート20に流体連通さ
れるように配置されている。第２長尺孔ないし通路70が
保持部材40の本体部に端面50から軸方向内方へ延長して
設けられ、また、第２長尺孔ないし通路72がその一端で
通路70に開口し、かつ、その他端でポート20の近傍で開
口するように、ハウジング本体部30に配設されている。
ハウジング本体部30内には、ほぼ円筒状の室74がポート
20と合致し、かつ、通路72の他端が室74の環状ないし周
縁壁に開口するように、配設されている。室74の一方の
軸方向端は本体部30の内面によって規定されている。室
74の反対側の軸方向端はポート20に開口し、また、棚78
を規定する環状凹所によって囲まれており、棚78にはポ
ート20を規定する管状取付具84の環状リム82が嵌合され
ている。図示の構成において、室74と取付具84の軸線は
実質上一致している。ポート20を規定している取付具84
は前述の流体回路の一部を形成する可撓性管のような導
管に連結されるようになっている。

従って、室16は通路70、72および室74を介してポート
20と流体連通状態に置かれている。室16は次のようにし
て室14と流体連通状態に置かれている。別の長孔ないし
通路90が、端面50から軸方向内方へ延長し、通路70と実
質上直径方向の反対側の位置で保持部材40の本体部に設
けられている。本体部30には、第２図で見てその壁の下
方部において通路90と流体連通する凹所92が配設されて
いる。凹所92は軸方向に延長する面94と、面94から本体
部30の内壁面に至る半径方向に延長する面96とによって
規定されている。この結果、本体部30の内部、すなわ
ち、室14は通路90と凹所92との配置を介して室16と流体
連通状態に置かれている。

ポート20は次に説明する構成で形成される。短い軸長
の円筒状凹所がハウジングの軸方向端面34に設けられ、
内側環状端面100で終っている。この凹所の内面102はハ
ウジングの内面36の直径よりも大きい直径を有してい
る。端面100と内面102が環状肩部を規定しており、ここ
にフェルール要素104の円柱状部を締り嵌め状態に支受
している。フェルール104はハウジング内域に露呈され
た内側軸方向端面106を有するとともに、中央ボス状軸
方向突出部108を備えている。この突出部は、軸方向に
ハウジング内域に向いている鋭い環状縁を規定する形状
をなす環状の弁座110が設けられた軸方向端面を有して
いる。均一直径の中央孔ないし通路112が弁座110から内
側軸方向へ延長し、直径が増大する通路114に移行して
いる。フェルール104は、また、ハウジング端面34と実
質上面一状態の外側軸方向端面116を有している。端面1
16に円筒状凹所118が形成され、この凹所はフェルール1
04の軸長の約半分のところまで内側に延長している。円
筒状部122と環状フランジないしリップ124とを有する取
付具120が凹所118に嵌合されている。詳しく説明する
と、リップ124の外径は凹所118の直径と実質上等しく締
り嵌めを可能としている。リップ124の軸方向長さは凹
所118の軸方向長さと実質上等しく、これによってリッ
プ124の外側環状面がフェルールの端面116と実質上面一
になっている。従って、取付具120の中央通路と通路11
2、114とによって流路が形成されている。

例示の弁において、例えばハウジング12、ポートの取
付具84、120はすべて金属製であり、かつ、患者の体内
へ埋め込む薬剤供給弁の場合、チタン製で満足な結果が
得られた。このような弁において、ハウジング12は本体
部30の軸方向端面34と溶接リング要素60の外側軸方向端
面との間で測定して0.36インチの全長を有している。ハ
ウジング本体部30の内面36は直径が0.17インチであり、
本体部30は外径が0.31インチである。通路70と72はそれ
ぞれ直径が0.038インチと0.020インチである。室74は内
径が0.12インチ、軸方向長さが0.031インチであり、取
付具84は内径が0.062インチである。通路90は直径が0.0
38インチである。通路112は直径が0.015インチ、通路11
4は最大直径が0.055インチ、そして取付具120は内径が
0.032インチである。

本発明の弁は、さらに、ハウジング12に取り付られハ
ウジングの流体収容域の外部に配置された電磁石130か
らなる。第２図に示すように、電磁石130はほぼ中空円
柱状をなすスプール形状のコア132を含んでいる。コイ
ル134がスプール132に巻回され、ほぼ円筒状の中空ハウ
ジング136内に収容されている。電磁石130の一端はハウ
ジング12に突き合わせて隣接しており、他端、すなわ
ち、第２図で見て左側端はワッシャ140とエポキシ材料
のようなカプセル材料142によって閉止されている。一
対の端子144、146がリチウム電池充電回路およびコンデ
ンサのような電源から電磁石130への電気的接続のため
に設けられている。電磁石130は次のようにしてハウジ
ング12に結合されている。

ハウジング12の内部の流体収容域と電磁石130とは比
較的薄い板ないしダイヤフラム状部材160の形態の流体
が不浸透な材料からなる障壁ないしバリヤ（barrier）
手段によって隔離されている。第２溶接リング162がハ
ウジング12に隣接する磁石ハウジング136の端に設けら
れている。リング162の外径は第１溶接リング60の外径
と実質上等しく、それぞれの外面は実質上面一になって
いる。コイル134とバリヤ162間の区域はエポキシ樹脂ま
たはこれと同様の材料164で充填されている。ハウジン
グと電磁石とはプレート160の両側に当接関係で配置さ
れ、この集合体が溶接リング60と162の各外面を結合す
る溶接によって固定結合されている。さらに、スプール
132の拡大環状端部168がプレート160の中央部にこれを
支持するようにして接触している。本発明によれば、バ
リヤ手段ないしプレート160の中央部は、後述するよう
に、弁が閉止する間その動作を改善するような形に形成
されている。プレート160には、ハウジング12に対面す
る面に、スプール端168の外径に実質上等しい内径を有
し端部168を受承してプレート160を補強する環状溝ない
し凹部170が形成されている。

本発明によれば、バリヤ160にはまた次に述べる目的
でハウジング12内に対面する面に沿って通路手段176が
形成されている。第３図に示す本発明の好ましい態様に
よれば、バリヤ手段160にはその周縁に90度の角度間隔
で四つの通路手段ないしチャネル176が設けられてい
る。各通路手段ないしチャネル176は溝170とバリヤプレ
ート160の周辺との間に半径方向に延長している。また
本発明によれば、バリヤ手段160上の通路手段176と協同
する通路手段180がハウジング内面に軸方向に延長して
設けられている。詳しく説明すると、軸方向延長通路手
段180は第３図に示すように溶接リング60の内面に沿っ
て設けられている。４本の通路180がチャネル176と円周
方向において整合ないし一致するように設けられてい
る。弁10の作用におけるチャネル176と通路180の役割に
ついては後に詳述する。

例示の弁において、例えば、スプール132、磁石ハウ
ジング136およびワッシャ140は強磁性材料、好ましくは
4750ニッケル鉄合金製である。プレート160と溶接リン
グ60、162はチタン製である。スプール132は長さ約0.56
インチ、直径約0.10インチである。ハウジング136は壁
厚約0.015インチであり、リング60および162は厚さがそ
れぞれ約0.016インチおよび0.024インチであり、ダイヤ
フラム160は厚さが約0.001インチである。コイル134は4
3ゲージワイヤを約4580回巻いたものである。

本発明による弁は、さらにハウジング12の流体収容域
に配置されたアーマチュア200からなる。このアーマチ
ュアは電磁石130によって磁気吸引されるように配置さ
れた極部分と室16内のプランジャ部分とポート18を開閉
するための弁部分とを有している。アーマチュア200は
ハウジング12内に移動可能に支持されており、電磁石13
0によって吸引されたときに前進ストロークによって休
止位置から移動してポート18を開いてポート18と20を室
14、16を介して流体連通させ、また、復帰ストロークに
よって反対方向へ休止位置に復帰してポート18を閉じて
室14、16を通るポート18と20間の流体連通を阻止する。
第２図において、アーマチュア200は復帰ストロークの
終端の休止位置において示されている。

アーマチュア200はハウジング12内に配置されその軸
線とほぼ一致した軸線を有するシャフトないしロッド部
分202を含んでいる。その長さの大部分は比較的小径の
部分になっている。アーマチュア200は室16内に配置さ
れその大部分を占める極部分204を含み、この極部分204
は第２図に示すようにその軸方向の寸法よりも数倍大き
い幅又は径方向の寸法を有している。本発明によれば、
極部分204はチタン包囲体内に収容された磁気材料の本
体からなり、チタン包囲体は埋め込み可能な移送システ
ムでの使用のために安定化させたインシュリンおよび他
の腐食性薬剤による腐食に対して保護を提供する。詳し
く説明すると、極部分204は円板の形態の本体206からな
る。包囲体は円板206の一方の軸方向端面に接触する基
部210と円板206の周縁に接触する環状リム212とを有す
る薄壁キャップ208からなる。包囲体は、円板206の反対
側の軸方向端面と接触するとともに、キャップ208のリ
ム212に当接する円板状本体部214によって完成される。
第２図に示すように、キャップ208のリム212は円板206
の周縁を越えて軸方向に僅かに延長し、リム212には、
本体214が嵌合接触し、溶接リング220がリム212の周縁
を包囲し、リング220、リム212および円板状本体214を
これらの接続部で互いに溶接することができる。

円板状本体214には、組立中に残留ガスを排出する少
なくとも一つのガス抜き通路224が設けられ、この通路2
24は組立後にプラグ226で閉止されている。通路224は本
体214中の軸方向延長貫通孔の形をしている。通路224お
よびプラグ226を設ける必要があるのは、たとえ弁10の
内部が低圧であってもカップ208内の僅かな量の残留ガ
スを排出してカップ208を円板206に対して密接保持しな
ければならないからである。プラグ226は充填ピンの形
をしており、集合体全体を真空下において所定位置に溶
接して本体214のガス抜き通路224を閉封する。

例示の弁において、例えば、円板206は直径が約0.27
インチ、軸方向長さが約0.035インチで、4750ニッケル
−鉄合金で作られ、本体214は直径が約0.27インチ、軸
方向長さが約0.14インチで、チタンで作られ、キャップ
208は壁厚が約0.001インチでチタンで作られる。4750ニ
ッケル−鉄合金は比較的高い飽和磁束密度を有してい
る。溶接リング220は厚さが約0.005インチでチタン製で
ある。溶接リング220は、このリング220と円板状本体21
4間に薄い材料のカップ208を挟持してレーザー溶接を施
すことが容易である。

従って、アーマチュア極部分204は、電磁石130に対面
する端において、極面として作用しアーマチュアの軸に
実質上垂直に配置された軸方向端面で終っている。アー
マチュア極面は電磁石130とともに、アーマチュアの前
進ストローク中閉じられる磁気回路のギャップを規定し
ている。この極面はアーマチュアのシャフト部分202の
断面積と比較して比較的大きい断面積を有している。ア
ーマチュアの極部分204はアーマチュアのプランジャ部
分として作用し、磁石130が励磁されて極面がプレート1
60に向って移動すると、室16内で移動する極部分204が
流体を排除しこれを室14の方へ移動させる。

アーマチュアのシャフト部分202は、アーマチュアロ
ッドないしシャフト234が取り付けられた円板状本体214
から延長するスリーブ状軸方向突出部ないしブッシュ
（bushing）232を介して極部分204に結合されている。
ブッシュ232の外径は保持部材40の内径より僅かに小さ
く、これによってブッシュ232は保持部材40内を軸方向
に自由に移動できる。シャフトの取付けはブッシュ232
をクリンプ（crimp）することによって行なわれ、これ
によってプランジャ集合体の長さを変えてプランジャの
ストロークを調節することができる。シャフト234には
ブッシュ23とは反対側の端に二つの比較的大きな径のシ
ャフト部分を含む拡大部が設けられている。より詳しく
説明すると、ブッシュ232に対面する第１セクション236
とこれより大きい直径の第２軸方向隣接セクション238
とがある。二つのセクションは比較的短い軸方向長さを
有し、両者間に極部分204に向く肩部を規定している。

アーマチュア200を図に示す休止位置の方へ押すコイ
ルばね244の形をしたバイアス手段が設けられている。
ばね244の一端はアーマチュアシャフトセクション236、
238によって規定された環状肩部に着座している。ばね2
44の他端は前述した保持部材40の面44、46によって規定
された環状肩部に着座している。保持部材40はアーマチ
ュアシャフト部分202と同心であり、アーマチュアシャ
フト部分202と同心のばね244を支受している。既述のよ
うに、アーマチュアシャフト部分202、特にブッシュ232
は保持部材40内で軸方向に自由に可動である。

アーマチュア200は極面部分204の軸方向端とは反対側
の軸方向端に弁部分を有しており、この弁部分はアーマ
チュアが休止位置にあるときポート18を閉じ、アーマチ
ュアが前進ポンピングストロークにおいて動かされると
きポート18を開く。エラストマー材料の個体の形態をな
す弁体250が設けられている。この弁体は円錐台形をな
しその大径軸方向端面がアーマチュアシャフトセクショ
ン238の外側軸方向端面に接している。弁体250は円錐キ
ー252の形をした留め具によってシャフトセクション238
に固定されている。弁体250は外側の平坦な軸方向端面2
54を有し、この面が第２図に示す弁の閉状態で環状弁座
110とシール接触するようになっている。弁体250は流体
の漏洩を阻止する比較的柔らかな着座面を提供するシリ
コーンゴムであるのが好ましい。

実施例の弁において、例えばアーマチュアロッドない
しシャフト234と二つのセクション236、238で規定され
た大径部とは金属、好ましくはチタンを機械加工して作
られる。ブッシュ232内のシャフト234の端からシャフト
セクション238の外面までの全長は約0.17インチであ
る。シャフト234の外径は約0.036インチ、保持部材40の
内径は約0.073インチ、ブッシュ232の軸方向長さは約0.
12インチである。ばね244は耐腐食性を有しばねの製造
に適したモリブデン−クロム−ニッケル−コバルト合金
MP35Nから作られる。弁体250の端面254の外径は約0.027
インチ、弁座110の円形縁の直径は約0.27インチであ
る。シャフトセクション238の外径は約0.168インチであ
る。

アーマチュア200の軸方向の運動を案内する面は極ボ
タン溶接リング220と環状フランジ238である。フランジ
238にはその周面に90度の間隔で四つの平坦部が（その
内の二つを第２図に262、260で示す）が設けられ、これ
がフランジ238を越える流体の流れを許容している。ポ
ート18、20にはそれぞれフィルタ264、268が設けられて
おり、これがないと弁10へ侵入する異物によって生じる
おそれのある漏洩を防止している。フィルタ264、268は
エッチングされたチタン製が好ましい。

動作中、ポート18は流体回路の相対的低圧部内の適当
な位置に接続され、ポート20この回路の相対的高圧部内
の所定位置に接続される。アーマチュア200が電磁石130
の電気的な付勢に応答して前進ストロークを動かされ
る。電磁石130の付勢方法の一つとして、バッテリから
コンデンサを充電し、コイル134を介してこのコンデン
サを放電させる。電気的にコイルを付勢する他の公知の
方法も使用できる。電磁石130を電気的に付勢する前
は、アーマチュア200は第２図の休止位置に置かれ、こ
の位置でアーマチュア200の端の弁体250が環状弁座110
にしっかりと着座させられ、ポート18と室14間の流体連
通を閉塞している。弁体250の端面254はばね244のバイ
アス力によって弁座110の縁に対してしっかりとシール
状態に保持される。アーマチュア200のこの休止位置に
おいては、極部分204の極面は第２図で示したバリヤ板1
60から隔置され、これによって磁気回路中にギャップを
規定している。この休止位置において、極面とダイヤフ
ラム160の間のこのギャップが最大の長さになる。

コイル134が付勢されると、アーマチュア極部分240が
電磁石130の方に吸引され、これによってアーマチュア2
00がダイヤフラム160の方へ引き寄せられる。コア132、
ワッシャ140、磁石ハウジング136、溶接リング162、溶
接リング162と60の間のダイヤフラム160の周縁の包含部
分、溶接リング60、アーマチュア極本体206およびアー
マチュア極面とダイヤフラム160の間のギャップを含む
磁気回路を磁束が通る。アーマチュア200が前進ストロ
ーク、すなわち、第２図で見て左側へ動くと、アーマチ
ュア極部分204がさらに室16内へ移動し、アーマチュア
極面がダイヤフラム160に一層接近し、これによって磁
気回路のギャップを狭くし、弁体250の端面254が環状弁
座110から離れることになり、これによってポート18、
室14、16およびポート20を流体連通状態に置く。従っ
て、流体が相対的高圧ポート20から室74および通路72、
70を介して室16へ、さらに室16から通路90および凹所92
を介して室14へ、そして室14からポート18を通って流出
する。アーマチュア200の前進ストロークはばね244のバ
イアス力に抗して行なわれ、その極面がダイヤフラム16
0と接近接触したときに完了する。上述の動作モード
中、アーマチュア200の運動は、弁ハウジングの対応す
る内面部に対するフランジ238および溶接リング220によ
って案内される。

コイル134の電気励起が停止すると、アーマチュア200
はバイアスばね244の力によって反対方向、すなわち、
第２図で右側へ動かされ、第２図に示す休止位置に達
し、弁体250の端面254が弁座110にしっかりと着座す
る。そこでアーマチュア200は第２図の休止位置に保持
され、ポート18を閉止して電磁石130が再度付勢される
ときの次の前進ストロークまで待機する。コイル134が
コンデンサの放電によって励起されるこの例のモードに
おいては、弁10がポート18および20を流体連通させてい
る時間、すなわち、弁10が開かれている時間は比較的短
い。しかし、弁をこのように比較的短い時間開くこと
は、典型的な埋め込み可能な投薬システムにおいて要求
される。別の場合に、単に電磁石130の付勢を続けるこ
とによって望むだけいくらでも長い時間弁10を開いたま
まに保持することもできる。前述の動作モードにおい
て、アーマチュア200が弁10を閉じるために休止位置に
向かって最初に移動し始めるとき、バリヤ160内の通路
手段ないしチャネル176は、これらに整合したハウジン
グ内面の通路手段180と協同して、アーマチュア動作の
当初にアーマチュア極部分204がバリヤ160から離れるの
に必要な時間を短縮するのに役立つ。通路手段ないしチ
ャネル176は、電磁石130がもはや付勢されなくなった後
でも、もしもいくらかの空気が弁内に存在していると、
次に述べる気体／液体界面を生ずるバリヤ160とアーマ
チュア極面との間における流体の表面張力の作用によっ
て弁10が開いたままになる可能性を減じるものである。
加うるに、第２図に示すように、バリヤ160の環状溝170
の半径方向内側の中央部は僅かに円錐形に形成されその
頂点がアーマチュア200を指向ないし対面している。こ
のように規定された円錐形は顕著でなくほとんど平坦
で、弁10の軸線に対して測定した円錐の角度は約89度で
ある。バリヤ160のこの円錐状中央部のテーパは、バリ
ヤ160の中央部が完全に平坦ないしは平面である場合と
比べて、弁10の閉止時のアーマチュア200の挙動を変え
るのに十分である。より詳しく説明すると、バリヤ160
の円錐状中央部は、このバリヤ160と接触して、図に示
す溶接リング220から突出したアーマチュア極部分206の
アーマチュア極面210を囲む気体／液体界面の形成を阻
止すると考えられる。もし、このような気体／液体界面
が存在すれば、アーマチュア210に作用するであろう液
体（流体）の表面張力は、アーマチュア復帰ばねの力に
打ち勝つのに十分なアーマチュア極面における圧力差
（表面張力）を保持し、これによって弁10の閉止を遅延
ないし妨害する。従って、通路手段176は、通路手段180
と協同して極部分204がバリヤ160から離れる時間の短縮
に寄与する。

チタンまたは同様の材料からなる不動ダイヤフラム16
0は、ハウジング12内の流体と電磁石130に関連する電気
構成要素との間の流体密シールを提供する。アーマチュ
ア200を流体中に配置しておくと弁の動作を周囲の圧力
とほとんど無関係にする。アーマチュア200が第２図の
休止位置にあるときの弁10の初期状態では、流体はアー
マチュア極部分204の反対側、すなわち、二つの室14、1
6において実質上同じ圧力にある。

本発明の弁10は、磁気回路内の全ギャップを最小に
し、アーマチュア極部分204の磁極面の表面積を比較的
大きくし、さらにコア132の断面積を比較的小さくする
ことによって電気的、磁気的に効率よくしている。より
詳しく説明すると、溶接リング162の軸方向端面とダイ
ヤフラム160の間と、ダイヤフラム160と溶接リング60の
軸方向端面の間との境界における比較的大きい接触面
が、磁気回路のこの点におけるダイヤフラム160による
有効エアギャップを最小にしている。換言すれば、ダイ
ヤフラム160は前述の接触面積に対して比較的薄い。こ
の点に関して、ダイヤフラム160をリング60および162に
溶接して電磁石130とハウジング12の流体収容域間の密
着シールを達成するとともに磁気回路に悪影響を及ぼさ
ないようにする必要がある。さらに、溶接リング60とア
ーマチュア極部分204の周縁との間のギャップないし空
間に対して比較的大きい表面積が、磁気回路のこの点に
生じる有効なエアギャップを最小にする。コア132を比
較的小さい直径にすれば、同じ巻回数でも展開した場合
のコイル線の長さが短くなり、従って、最小の電気抵抗
で必要とするアンペア回数（巻線の起磁力）を得ること
ができる。円板状アーマチュア極部分204の極面の大き
い面積が最小数のアンペア回数で高い磁力を提供する。
コイル134の外に、すなわち、アーマチュア極面とダイ
ヤフラム160との間に磁気ギャップを設けることにより
前述した特徴を同時に達成することができる。本発明の
弁10は小型で、その全外寸法が約0.31インチ、全長が約
0.96インチであり、比較的軽量で約5.2グラムである。
前述した本発明の弁は70ミリワットの小さい初期電力ド
レーンで開き、20ミリワットの電力ドレーンで開放状態
を維持することができるので、非常に低い電力レベルで
作動する。

第４図、第５図は本発明の他の実施例による弁300を
示す。弁10の構成要素と同様の弁300の構成要素は、同
じ参照番号にダッシュを付して示す。これら二つの実施
例の主な違いは、弁300のアーマチュア302の方が構造が
より簡単で、比較的より容易に製造組み立てができるこ
とである。より詳しく説明すると、アーマチュア302は
円板形態の堅固な一体構造の極部分304を有している。
極部分304の周面306は溶接リング60'の内面に比較的接
近して配置されており、これによってアーマチュア極部
分304が室16'の容積の大半を占めている。極部分304の
横寸法はその縦寸法の数倍である。極部分304はバリヤ
手段160'に対面している第１軸方向端面308と、ポート1
8'に向いている反対側の第２軸方向端面310とを有して
いる。従って、両端面308、310はアーマチュア302の移
動方向に実質上垂直に配置されている。

極部分304は磁性材料、好ましくは熱処理されたクロ
ム−モリブデン−鉄合金のみで専ら作られる。

磁性材料の例としては、29−４および29−4Cクロム−
モリブデン−鉄合金がある。この合金は高い耐腐食性を
有するとともに、熱処理したときに弁300において使用
するのに充分な磁気特性を有している。換言すれば、こ
の合金は熱処理すると、必要レベルの磁束密度と保磁力
を応じるBH特性を与えられる。さらに、この合金は埋め
込み可能な薬剤配送システムでの使用のために安定化さ
せたインシュリンおよび他の腐食性薬剤の腐食作用に十
分な抵抗性を有する。

より詳しく説明すると、前述のクロム−モリブデン−
鉄合金は、クロム29％、モリブデン４％、残部が実質上
鉄からなるフェライト系ステンレス鋼である。前述の熱
処理はアーマチュア極部分302の焼きなましと急冷を含
んでいる。すなわち、この方法は、合金中に有害な相を
形成する温度を越える温度での短い磁気焼きなましと、
これに続く、前記有害な相の形成を回避するのに充分急
速ではあるが、磁気特性を低下させるほどには急速でな
い急冷とを含んでいる。29−４合金のアーマチュア極部
分302の加熱は、例えばクラムシェル（clamshell）型炉
において約1010℃で約20分間行ってから、極部分302を
すばやく取り出して最短25分間完全に冷却する。1010℃
から黒くなるまで、すなわち、600℃まで冷却される期
間の初期部分に占める冷却時間を約60秒とする速い冷却
速度に維持する必要が有る。

アーマチュア極部分304にはこれを貫通する少なくと
も一つの通路手段が設けられ、図示の弁では二つの貫通
孔ないし通路312、313が示されている。通路312、314は
軸方向端面308と310の間でアーマチュア極部分304の全
軸方向長さにわたって延長している。通路312、314は、
アーマチュア302がポート18'の方へ移動するときにアー
マチュア極部分304がバリヤ手段160'から離れるのに要
する時間を短縮し、また、バリヤ手段106'と極部分304
との間の表面張力の影響を減じるのに役立つ。通路手段
312、314によって規定された流体流路は、電磁石130'の
付勢が停止してばね244'の力がアーマチュア極部分304
をバリヤ手段106'から離れるように動かし始めるときに
前述の結果をもたらす。さらに、バリヤ160'は第２図の
実施例のバリヤ160の形状と同一の中央円錐形状を有し
ており、同じ目的のために同じ方法で機能する。

従って、アーマチュア302の単一体極部分304は構造の
簡単化と製造組み立ての容易さに寄与する。これらの利
点は、またアーマチュアシャフト部分320をその一端で
極部分304に単に固定した構造からも得られる。より詳
しく説明すると、アーマチュアシャフト部分320は、極
部分304の軸方向端面310に当接する軸方向端面324を有
するロッド状本体322を含んでいる。リベット326または
同様の締め付け手段を使用して、シャフト部分320を極
部分304に単に固定する。ロッド322の外径はばね保持部
材40'の内径より僅かに小さい。前述の実施例のよう
に、ロッド322はその反対側端に二つの比較的大径のセ
クションを含む拡大部を備えている。より詳しく説明す
ると、極部分304に対面する第１セクション330と、これ
より大径の第２の軸方向隣接セクション332があり、こ
れら二つのセクションは比較的短い軸長を有し、かつ、
これら両者間に極部分304に対面する肩部を規定して、
この肩部にバイアスばね244'の一端を支受している。前
述の実施例のように、セクション332は案内フランジと
して作用しアーマチュア300の長手方向の運動を案内す
る面の一つを提供している。フランジ332には、第５図
に示すようにその周面に90度の間隔で四つの平坦部334
が設けられ、流体がフランジ332を通過するのを許容し
ている。他方のアーマチュア案内面はアーマチュア極部
分304の周面306である。

アーマチュア302は極部分304と反対側の軸方向端に弁
部分を有しており、この弁部分は前述の実施例の弁体25
0'と同様である。本実施例において、弁体250'の端面25
4'によってシール接触される弁座が、フェルール344の
中央開口部ないし通路340と円錐状端面342との間の環状
縁ないし境界部によって規定されている。このフェルー
ルはハウジング12'の一方の軸方向端面、すなわち、第
４図で見て右側端を閉止している。より詳しく説明する
と、円錐端面342は、ハウジングの内面36'にぴったり嵌
合しているフェルール344の中央本体部346の端面に形成
されている。フェルール344は環状本体部分348を有して
おり、この本体部分はハウジング36'の軸方向端部32'と
合致する内側軸方向端面350と、外側軸方向端面352とを
有している。本体部分348の外径はハウジング30'の外径
と実質上等しいので、それぞれの外面は実質上面一とな
っている。円錐状面342は簡単な構造で、しかも効果的
な弁座構造を提供している。プランジャのストロークの
調節は、ハウジング端部32'とフェルール344の端面350
との間に配置された詰め金ないしシム（shim）360によ
って行なわれる。

実施例の弁において、例えば、極部分304は外径が約
0.264インチ、軸方向長さが約0.036インチであり、通路
312、314はともに直径が約0.040インチ、ロッド322は軸
方向長が約0.16インチ、直径が約0.07インチであり、円
錐面342はアーマチュア300の長軸に垂直な平面となす角
度が約10度であり、通路340は直径が約0.015インチであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−13077（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−96278（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−61028（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−115546（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−72373（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4714234（ＵＳ，Ａ) 米国特許4936337（ＵＳ，Ａ) 米国特許4196751（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 31/06

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ）第１および第２室14、16並びに前記第
   １および第２室に流体連通された第１および第２ポート
   18、20を有する流体収容域を含むハウジング12と、 ｂ）前記ハウジングに取り付けられ前記流体収容域の外
   部に配置された電磁石手段130と、 ｃ）前記電磁石手段を前記ハウジングの前記流体収容域
   から隔離するための流体不浸透材料からなるバリヤ手段
   160と、 ｄ）前記ハウジングの前記流体収容域内に可動的に配置
   され、前記電磁石手段130によって磁気吸引されるため
   に前記第１および第２室の一方内に配備された極部分20
   4と、前記第１および第２室の他方に配備され、前記ポ
   ートの一方を開閉して、一制御状態において前記両ポー
   トを前記ハウジングの前記流体収容域を介して流体連通
   状態に置き、他の制御状態において前記ハウジングの前
   記流体収容域を介する前記ポート間の流体連通を阻止す
   る弁手段250を備えたシャフト部分202とを有するアーマ
   チュア200と、を備え、 ｅ）前記ハウジングが軸線を有する長尺体であり、前記
   アーマチュアが前記ハウジングの軸線に沿って可動的に
   配置され、前記ハウジングの前記流体収容域と前記電磁
   石手段130とが前記ハウジングの軸線に沿って軸方向に
   隔置され、 ｆ）前記アーマチュア極部分204が前記室の前記一方の
   大部分を占め、その軸方向の寸法よりも数倍大きい幅又
   は径方向の寸法を有し、 ｇ）前記アーマチュア極部分が、当該システムによって
   移送される流体に対して耐腐食性を有する包囲体208内
   の磁性材料の本体206を含み、更に ｈ）前記電磁石手段130と、前記アーマチュア極部分204
   と、前記バリヤ手段160の一部分と、前記ハウジングの
   前記流体収容域において前記電磁石手段の外部に配備さ
   れた、前記極部分204と前記電磁石手段130と間のギャッ
   プとを含む磁気回路を規定し、前記電磁石の電気的付勢
   により前記アーマチュアを移動させて前記ギャップを閉
   じ前記弁の制御状態を変えるための手段144、146を備
   え、 ｉ）前記本体26が円板の形態をなし、前記包囲体208が
   前記円板の軸方向の一端面と接触する基部210と前記円
   板の周縁に接触する環状リム212とを有するキャップ状
   であって、前記円板の反対側の軸方向端面には前記リム
   に当接する円板状本体部214が接触するようにしたこと
   を特徴とする患者の体内に埋め込み可能な流体移送シス
   テムと併用する低電力電磁弁。
2. 【請求項２】前記キャップの前記リム212が前記円板の
   周縁を越えて軸方向に僅かに延長しており、前記円板状
   本体部214が前記キャップ208の前記リム212内に嵌合し
   且つこれと接触しており、さらに溶接リンク220によっ
   て前記リムの周縁を取り囲み、そのリングと、リムおよ
   び円板状本体部214との連結部を互いに溶接したもので
   あることを特徴とする請求項１による弁。
3. 【請求項３】前記円板状本体部214に設けられ、組立中
   に残留ガスを排気し、組立後にプラグによってシールさ
   れる少なくとも一つのガス抜き通路をさらに含むことを
   特徴とする請求項１による弁。
4. 【請求項４】前記ギャップが閉じられて前記弁の制御状
   態を変えたときに、前記アーマチュア極部分204が前記
   バリヤ手段160の表面に接触し、前記バリヤ手段が前記
   表面に沿うチャネル状の通路手段176を備え、この通路
   手段176が流体の通路となることによって前記アーマチ
   ュア200の動作中、前記バリヤ手段160と前記極部分204
   との間の表面張力の作用を減じて、前記極部分204が前
   記バリヤ手段160から離れるのに必要な時間を減じるよ
   うにしたことを特徴とする請求項１による弁。
5. 【請求項５】前記アーマチュア極部分204が前記ハウジ
   ング12の内面に対して近接隔置された周面を有し、さら
   に前記バリヤ手段160上の前記通路手段176と協同するた
   めに前記極部分204の周面に近接して前記ハウジングの
   内面に形成された長手方向に延長する通路手段180を含
   むことを特徴とする請求項４による弁。
6. 【請求項６】前記ギャップが閉じられて該弁の制御状態
   を変えたときに、前記アーマチュア極部分204が前記バ
   リヤ手段160に接触し、前記バリヤ手段160が円錐形状の
   面部分を含み、この円錐の頂点が前記アーマチュア極部
   分に対面して前記アーマチュアの移動時の前記極部分の
   前記バリヤからの分離性を高めるものであることを特徴
   とする請求項１による弁。
7. 【請求項７】ａ）第１および第２室14、16並びに前記第
   １および第２室に流体連通された第１および第２ポート
   18、20を有する流体収容域を含むハウジング12と、 ｂ）前記ハウジングに取り付けられ前記流体収容域の外
   部に配置された電磁石手段130と、 ｃ）前記電磁石手段130を前記ハウジング12の前記流体
   収容域から隔離するための流体不浸透材料からなるバリ
   ヤ手段160と、 ｄ）前記ハウジング12の前記流体収容域内に可動的に配
   置され、前記電磁石手段130によって磁気吸引されるた
   めに前記第１および第２室の一方内に配備された極部分
   204と、前記第１および第２室の他方に配備され、前記
   ポートの一方を開閉して、一制御状態において前記両ポ
   ートを前記ハウジングの前記流体収容域を介して流体連
   通状態に置き、他の制御状態において前記ハウジングの
   前記流体収容域を介する前記ポート間の流体連通を阻止
   する弁手段250を備えたシャフト部分202とを有するアー
   マチュア200とを備え、 ｅ）前記アーマチュア極部分204が、それが配置されて
   いる前記室の一方の大部分を占め、軸方向の寸法よりも
   数倍大きい幅又は径方向の寸法を有する磁性材料の固形
   体206を含み、前記磁性材料が本質的にクロム、モリブ
   デンおよび鉄の熱処理合金で構成され、更に ｆ）前記電磁石手段130と、前記アーマチュア極部分204
   と、前記バリヤ手段160の一部分と、前記ハウジング12
   の前記流体収容域において前記電磁石手段の外部に配備
   された、前記極部分と前記電磁石手段との間のギャップ
   とを含む磁気回路を規定し、前記電磁石の電気的付勢に
   より前記アーマチュアを移動させて前記ギャップを閉じ
   前記弁の制御状態を変えるための手段144、146を備え、 ｇ）前記ギャップが閉じられて該弁の制御状態を変えた
   ときに、前記アーマチュア極部分204が前記バリヤ手段1
   60に接触し、前記バリヤ手段160が円錐形状の面部分を
   含み、この円錐の頂点が前記アーマチュア極部分に対面
   して前記アーマチュアの移動中の前記極部分の前記バリ
   ヤ手段からの分離性を高めるようにしたことを特徴とす
   る患者の体内に埋め込み可能な流体移送システムと併用
   する低電力電磁弁。