JP4344738B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、弁装置、及び弁装置用の弁制御部材の製造方法に関する。

従来技術で知られている弁装置は通常、流体チャンバ内に開く２つ以上の流導管と、流導管の少なくとも１つに関連する弁座を有する流体チャンバを備えるハウジング本体を有する。また、弁駆動装置によって弁座を覆う閉位置と弁座を露出させる開位置の間で移動させることができる弁体が設けられている。弁装置が媒体の分離を必要とする場合、弁駆動装置は可撓性ダイヤフラムによって流体チャンバから密封される。このことは、このタイプの弁装置がいくつかの部品でできており、極めて小さい構造が必要な場合に個々の構成部品の製造及びその組立てにおける寸法公差を制御することが非常に困難であるため、特に小型の弁の設計において問題があることを意味する。より具体的には、そのような寸法公差が望ましくない形で合算されることがある。

これに対して、本発明は弁装置、及び製造及び組立の寸法公差が極めて小さな点において卓越した弁装置用の弁制御部材を製造する方法を提供する。

本発明によれば、それは、少なくとも１つの弁座を有する流体チャンバが内部に形成されたハウジング本体と、剛性フレームと少なくとも１つの弁体を一体に有する可撓性ダイヤフラムとを備えるように成形技術によって一体に製造された弁制御部材とを含む弁装置であって、前記弁制御部材がハウジング本体上に配置され、そのダイヤフラムが前記流体チャンバを緊密に密封し、その弁体が弁座に対向して配置された弁装置によって達成される。したがって、本発明による弁装置は、多数の別々の構成部品を有するものでなく、ハウジング本体の他には、成形工程で一体に製造される弁制御部材を有するだけであり、そのため、単に成形工程により生じる寸法公差（寸法誤差）を示すだけである。このようにして、１つの寸法が４．５ｍｍ未満の弁装置を製造することが可能である。これらの弁装置の適切な応用分野には、医療技術、測定技術、バイオテクノロジー、通信技術、物理、及び化学が含まれる。

剛性作動部材は、成形技術によってダイヤフラムに連結されていることが好ましい。この作動部材はその後、作動部材の一部によって形成される弁体を開位置と閉位置との間で移動させるように、任意の所望の弁駆動装置によって作用されることができる。

好ましい一実施例によれば、弁制御部材は多成分射出成形によって製造される。この方法では、まず、剛性フレーム、及び適当な場合には剛性作動部材が、第１のプラスチック成分から成形され、その後、可撓性ダイヤフラムを形成するゴム材料で成形によって囲まれる。剛性部品を製造する際、高い熱応力に耐えるプラスチック材料を使用することが有利である。これにより、高い加硫温度を有するゴム材料でダイヤフラムを作ることが可能になる。もちろん、フレーム、及び必要に応じて作動部材をガラス又は金属などの他の熱的に安定した材料から製造し、その後単に成形工程を使用してゴム材料で囲むことも可能である。上記製造方法は両方とも、本来は３つある個別の部品、すなわちフレーム、ダイヤフラム及び作動部材の機能的な寸法公差を、成形工程によって生じる、ダイヤフラムに対する１つの寸法公差に減少させることが可能になる。

弁制御部材のフレームは、ダイヤフラムとの成形嵌合連結用の凹所を有することができる。これにより、異なる材料間の安定した連結が行なわれるようになる。加硫中に、ダイヤフラムのゴム材料が例えば後に挿入された作動部材の上に収縮するようにして、摩擦嵌合によって生じる連結とすることも可能である。

本発明の一実施例によれば、作動部材はダイヤフラムの材料で成形によって囲まれたインサートである。代替形態として、もちろん、作動部材を第１の成形ステップで製造し、または後に弁制御部材に挿入することもできる。

作動部材は、ロッカ本体又はタペットであってもよい。ロッカ本体が使用される場合、２つの弁座を交互に閉じたり露出させたりすることが可能である。

弁制御部材の最も大きな寸法は、１６ｍｍまでであることが好ましく、特に好ましい実施例によれば、最大寸法は４．５ｍｍの小ささである。このような小さな構造は、上記したように、個々の構成部品の製造及び組立の際の寸法公差により従来は実現可能ではなかった。

本発明の第２の態様によれば、弁装置用の弁制御部材を製造する方法が提供される。その弁制御部材は、剛性フレームと、少なくとも１つの弁体を一体に有する可撓性ダイヤフラムと、少なくとも１つの剛性作動部材とを備えている。そして、前記方法は、以下のステップを含む。すなわち、第１に、フレーム及び作動部材が金型の内側に位置決めされる。次に、フレーム及び作動部材が、金型内で成形によってエラストマーで囲まれ、フレーム、作動部材、及びダイヤフラムからなる複合部分が金型から取り除かれる。このように製造された弁制御部材は、既述のように、寸法公差が成形工程によるもののみの極めて小さなものになる点で卓越している。さらに、本発明による方法は非常に簡単であり、したがって妥当な価格にある。

この方法の第１の変形形態では、金型の中でプラスチックからフレーム及び作動部材が成形される。したがって、フレーム及び作動部材は、多成分射出成形若しくは多構成部品射出成形工程における第１の成分若しくは構成部品であり、これが第２のステップにおいて成形によってダイヤフラムを形成するエラストマーで囲まれる。

この方法の第２の変形形態では、フレーム及び作動部材はインサートとして金型の内側に配置される。その後、インサートはエラストマー材料で成形によって囲まれる。

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付の図面を参照した、いくつかの好ましい実施例についての以下の説明から明らかになるであろう。

図１は、流体チャンバ１４が内部に形成されたハウジング本体１２、及びハウジング本体１２に連結された弁制御部材１６を備える弁装置１０を示している。弁装置１０は、４．５ｍｍ未満の特に小さな全幅を有するいわゆる小型弁であることが好ましい。一方のハウジング本体１２、及び他方の弁制御部材１６は、２つの別個の相互連結した構成部品を構成する。

２つの流体媒体用流導管は流体チャンバ１４に開口し、流導管の一方は入口導管１８として構成され、もう一方は出口導管２０として構成される。入口導管１８は弁座２２を有する。

図２及び図３に別々に示された弁制御部材１６は、剛性フレーム２４と、タペットの形の剛性作動部材２６と、可撓性ダイヤフラム２８とを備えており、ダイヤフラム２８は、多成分射出成形工程でフレーム２４及び作動部材２６と一体に製造される。ダイヤフラム２８は、フレーム２４及び作動部材２６と共に加硫される。この工程中で、ダイヤフラム２８のゴム材料は作動部材２６の上で収縮して、摩擦連結部が製造される。フレーム２４及び作動部材２６は両方とも、高い熱安定性を有するプラスチック材料でできている。

ダイヤフラム２８に加えて、さらに密封部材３２が弁制御部材１６上に配置される。その密封部材３２は、弁制御部材１６の、流体チャンバ１４に面していない側部に配置されている。この側部には、作動部材２６を（図１及び図２で見て）垂直方向に移動させて弁体３４を弁座２２と係合させ又はそれから離すように作動部材２６と協働する任意の所望の弁駆動装置を配置することができる。弁体３４は、チャンバ１４に面する作動部材２６の部分３６、及び部分３６を囲むダイヤフラム２８の部分３８によって形成され、このことは弁体３４がダイヤフラム２８に直接一体化されていることを意味している。

弁体３４はダイヤフラム２８内の溝４０によって囲まれており、このことは弁体３４の作動をかなり容易にする。何故なら、ダイヤフラム２８は溝４０の領域で非常に薄くされ、それによって作動に対する抵抗が小さくなるからである。出口導管２０の領域にテーパ状端部４２を備えたダイヤフラム２８の設計により、間隙量が特に小さくなる。

フレーム２４は、ダイヤフラム２８との成形嵌合連結を達成するように機能する複数の凹所４４を有する。この目的のため、ダイヤフラム２８が製造されるときに、凹所４４はまた、ダイヤフラム２８を形成するゴム材料で満たされる。

図４から図７に示す第２の実施例は、２つの弁座２２及び２つの弁体３４が設けられて、ダイヤフラム２８を共有し、２つの弁体３４が互いに独立して作動されるようになっている点のみにおいて、図１から図３に示す第１の実施例と異なる。第２の実施例は、他の点では第１の実施例と同様であるため、さらに詳細には説明しない。

最後に、図８から図１０は、第３の実施例による弁装置に使用される弁制御部材１６を示しており、第１及び第２の実施例と同様の構成部品には同じ符号が付されている。第１及び第２の実施例との相違点を説明すれば、図８から図１０による弁制御部材１６は、タペットではなく、インサートとして作られ、成形によってダイヤフラム２８の材料で囲まれた作動部材２６として働くロッカ本体を備えている。ロッカ本体は、剛性ピン４６によりフレーム２４内に取り付けられ、例えば磁気ドライブによって作動することができ、それによってピン４６の両側に配置された２つの弁座は交互に開閉される。フレーム２４とは別に、ロッカ本体はまた、ダイヤフラム２８との成形嵌合連結を作り出す凹所４４を有する。ロッカ本体はしたがって、２つの弁座用の２つの一体形成された弁体３４を構成する。

次に、弁制御部材１６の製造を図１１を参照して説明する。まず、フレーム２４、及びここではタペットである作動部材２６が予め製造されて（図１１ａ）、金型５０の第１の半部分４８内にインサートとして位置決めされる（図１１ｂ）。別の方法では、フレーム２４及び作動部材２６は射出成形によって金型５０の内側で直接製造される。その後、図１１ｃに示すように、金型５０は第２の半部分５２によって閉じられ、フレーム２４及び作動部材２６はダイヤフラム２８を形成するエラストマーで金型５０の内側で成形によって囲まれる（図１１ｄ）。最後に、フレーム２４、作動部材２６、及びダイヤフラム２８からなる複合部品は金型５０から取り除かれる。フレーム２４及び作動部材２６の特別の形状により、完成複合部品は、図１１ｅに示したように、成形嵌合連結がなされたいくつかの領域５４を備えている。

本発明の第１の実施例による弁装置の断面図である。 図１による弁装置内に使用される弁制御部材の斜視断面図である。 弁装置の流体チャンバに面する、図２の弁制御部材の側部の斜視図である。 本発明の第２の実施例による弁装置の断面図である。 図４の弁制御部材の斜視図である。 図４の弁制御部材の斜視断面図である。 弁装置の流体チャンバに面する、図４の弁制御部材の側部の斜視図である。 弁装置の流体チャンバから見た、本発明の第３の実施例による弁制御部材の斜視図である。 図８の弁制御部材の斜視断面図である。 作動側から見た、図８の弁制御部材の斜視図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、本発明による方法の各ステップを示す略図である。

符号の説明

１０ 弁装置
１２ ハウジング本体
１４ 流体チャンバ
１６ 弁制御部材
１８ 入口導管
２０ 出口導管
２２ 弁座
２４ 剛性フレーム
２６ 剛性作動部材
２８ 可撓性ダイヤフラム
３２ 密封部材
３４ 弁体
４０ 溝
４２ テーパ状端部
４４ 凹所
４６ 剛性ピン
４８ 第１の半部分
５０ 金型
５２ 第２の半部分

Claims (7)

1. 少なくとも１つの弁座（２２）を有する流体チャンバ（１４）が内部に形成されたハウジング本体（１２）と、
   剛性フレーム（２４）と、剛性作動部材（２６）と、少なくとも１つの弁体（３４）を一体に有する可撓性ダイヤフラム（２８）とを備えるように多成分射出成形によって一体に製造された弁制御部材（１６）とを含む弁装置であって、
   前記弁制御部材（１６）の前記フレーム（２４）が第１の表面と第１の表面とは反対側の第２の表面とを有し、前記フレーム（２４）に凹所（４４）が形成されて、その凹所（４４）が、前記ダイヤフラム（２８）が成形される材料で満たされ、また、前記凹所（４４）の少なくとも一つが前記第１の表面から前記第２の表面まで延在していて、前記第２の表面に、前記ダイヤフラム（２８）が成形される材料から密封部材（３２）が成形されており、
   前記ダイヤフラム（２８）が前記流体チャンバ（１４）を閉じてそれを緊密に密封し、かつ前記弁体（３４）が前記弁座（２２）に対向して配置されるように、前記弁制御部材（１６）が前記ハウジング本体（１２）に結合されている弁装置。
2. 前記作動部材（２６）が、前記ダイヤフラム（２８）の材料で成形によって囲まれたインサートである請求項１に記載の弁装置。
3. 前記作動部材（２６）がロッカ本体である請求項１または２に記載の弁装置。
4. 前記作動部材（２６）がタペットである請求項１から３までのいずれか一項に記載の弁装置。
5. 前記弁制御部材（１６）の最も大きい寸法が１６ｍｍまでである請求項１から４までのいずれか一項に記載の弁装置。
6. 前記弁制御部材（１６）の最も大きい寸法が４．５ｍｍまでである請求項１から５までのいずれか一項に記載の弁装置。
7. 前記ハウジング本体（１２）が少なくとも１つの出口導管（２０）を有し、前記ダイヤフラム（２８）が前記出口導管（２０）の領域にテーパ状端部を有する請求項１から６までのいずれか一項に記載の弁装置。

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