JP5368431B2 - バルブ及びディスペンサ - Google Patents

Description

本発明は、バルブ及びバルブを具えるディスペンサに関する。

ある容積の中の圧力を制御する必要がある場合、そして供給源から圧力で供給する必要がある場合、適切なバルブを提供することが知られている。しかしながら、既知のバルブは付勢要素及び制御機構を具えて複雑であり、多くの適用に対して概して適していない。

本発明の第１の態様によれば、入口及び出口を具えたバルブであって、当該バルブが、平衡な第１の位置と開放された第２の位置との間で可動なバルブ要素を有しており、バルブ要素が第１の位置にある場合に、入口及び出口が流体連通せず、バルブ要素が第２の位置にある場合に、入口及び出口が流体連通し、バルブ要素が、入口及び出口での圧力に応じて第１の位置及び第２の位置の間で可動であるバルブを提供する。

バルブ要素が、出口での圧力に対応する第１の表面積及び入口での圧力に対応する第２のより小さい表面積を有するピストンを具えており、ピストンが、第１及び第２の表面積での正味の力に応じて可動である。

ピストンが、出口と流体連通する第１の穴の中で可動であり、第２の表面積が、ピストンに取り付けられ入口と流体連通する第２の穴の中で可動なロッドに設けられている。

貫通穴がロッドに設けられており、上部シール及び下部シールが、ロッドと第２の穴との間で摺動シールを与えるよう設けられている。

第２の位置で、ロッドの端部が、流体が下部シールを通過してロッドの周りを流れ貫通穴に流入し得るように、上部シール及び下部シールの間に位置する。

バルブ要素が、入口及び出口での圧力に応じて入口及び出口が流体連通しない第３の位置に可動である。

バルブ要素が、第４の位置に可動であり、出口から入口への流体流れを可能とする。

バルブ要素が、単に入口及び出口での圧力に応じて第１の位置及び第２の位置の間を移動し、第１及び第２の位置間でバルブ要素を動かすための付勢要素又は制御要素が存在しない。

バルブの使用例は、噴霧器といった液体用のディスペンサである。都合のよいことに、このようなディスペンサは、プロパン、ブタン又はイソブタンといった揮発性有機物を具える推進剤が充填されている。このような推進剤は、低圧では液体のままであり噴霧器又はタバコのライターに入れた場合に低い沸点を有し、噴霧器を使用するときに圧力が低下するため低温で沸騰する。これらの推進剤は可燃性且つ有毒であることが知られている。窒素又は二酸化炭素といった不活性且つあまり有害ではない推進剤が考えられている。しかしながら、窒素を液体にするのに約４０００ｐｓｉで閉じ込め、二酸化炭素は８１５ｐｓｉで閉じ込めておく必要があり、それらは高過ぎて従来の噴霧器の容器の中に収容できない。このため、これらのガスの圧力曲線の拡大は、内圧が６０乃至１２０ｐｓｉの範囲である従来の噴霧器の容器に送出した場合に、内容物を使用して排出早さが減少するときに、容器の圧力が非常に早く無くなってしまう。

本発明の第２の態様によれば、容器及びノズルを具える容器から加圧液体を放出するためのディスペンサであって、さらに、当該ディスペンサが、容器に加圧流体を供給するための圧力源を具えており、圧力源及び容器が、本発明の第１の態様によるバルブによって結合されているディスペンサを提供する。

圧力源が、容器に取り外し可能に結合し得る。

圧力源が、バルブ及び圧力瓶を具える。

容器が、圧力源に係合するための結合部を有しており、結合部が、圧力源が容器に係合するときにバルブ要素を第３の位置から第２の位置に押しやるためのプッシュロッドを有する。

ノズルが、容器の中に延びるチューブに結合可能であり、液体が容器から小出しされ得る。

液体が、噴霧、噴出又は発泡体のいずれかの態様で小出しされる。

ここで、本発明の実施例を、添付図面を参照して単なる具体例として説明することとする。

図１ａは、本発明を実施するバルブの断面図である。 図１ｂは、第２の位置にある図１ａのバルブの断面図である。 図１ｃは、第３の位置にある図１ａのバルブの断面図である。 図１ｄは、第４の位置にある図１ａのバルブの断面図である。 図２は、代替的なバルブの断面図である。 図３は、図１のバルブを具えたディスペンサの断面図である。 図４は、第１の動作位置における、図３のディスペンサの拡大部分の図である。 図５は、第２の動作位置における、図３のディスペンサの拡大部分の図である。 図６は、第２の動作位置における、図３の噴霧器の拡大部分の図である。 図７は、図３のディスペンサの圧力容器の断面図である。

本発明を実施するバルブを、図１ａ及び１ｄにおいて符号１０で概略的に示す。バルブ１０は、流体圧力の制御供給を要する適切な適用例での使用に適している。バルブ１０は、加圧流体が供給される入口１１を具えている。加圧流体は、例えばガスボンベから供給されるガスである。ピストン１２が、第１の穴１３の中で可動であり、その動きが本実施例では第１の穴１３の端部１４及びサークリップ１５によって規制される。第１の穴１３よりも小径の第２の穴１６が、第１の穴１３から入口１１に延びている。ピストンロッド１７がピストン１２に結合されており、第２の穴１６の中で摺動可能に移動し得る。流路１８が、ピストン１２の上面からピストンロッド１７を通って延びており、１又はそれ以上のポート１９を有している。第２の穴１６の溝部で支持されている上部Ｏリングシール２０及び下部Ｏリングシール２１が、ピストンロッド１７と第２の穴１６との間に摺動密着を与える。第１の穴１３の上部は、出口を与える。ピストン１２と穴１３の端部１４との間の穴１３の容量は、好適には、例えば適切なポート（図示せず）を介して雰囲気に排出する程度の低い圧である。ピストン１２は、ピストン１２のより大きな表面積及びピストンロッド１７の端部のより小さな表面積に作用する入口１１及び出口の差圧による正味の圧力に応じて自由に移動し得る。

図１ａは、第１の平衡位置におけるバルブ１０を示しており、出口ひいては穴１３の下方圧が、入口及びロッド１７の端部の狭い領域に加えられる上方圧とバランスしている。したがって、ピストン１２に正味の圧力が働かず、又はピストン１２の不十分な正味の圧力により、ピストンがシール２０、２１とピストンロッド１７との間といった摩擦力に抗して移動する。

出口の圧力が低下すると、ピストン１２に加わる力がロッド１７の端部の狭い領域に作用する入口１１の高い圧力により上向きの力よりも小さくなるため、図１ｂに示すようにピストン１２が第２の開放位置に向けて押し上げられる。ピストン１２は、上方に押しやられ、ピストンロッド１７の下部を移動させ下部Ｏリング２１から離す。ロッド１７及び第２の穴１６との間の公差は厳しくないため、加圧流体は入口１１、ポート１９及び流路１８を通って出口２２に流れる。出口での圧力が十分増加すると、ピストン１２に働く下向きの力がロッド１７の端部に働く上向きの力を超え、ピストン１２が図１ａの第１の位置に戻る。

図１ｃに示すように、第３の位置では、例えば、バルブ１０を故意にディスペンサから離すことにより、又はリーク等により、第１の穴１３の圧力が完全に解放され、又は大気圧又は周囲圧力に減少する。このようなケースでは、入口１１での圧力が、サークリップ１５に係合してポート１９が上部Ｏリングシール２０の上方に来るまで、ピストン１２を上方に押し上げる。そして、加圧流体は、入口１１から出口２２に通り抜けることができず、これによりバルブ１０は安全な状態にある。

ガス容器が加圧流体源を具える場合、バルブ１０を使用してガス容器の補充もし得る。図１ｄに示すように、出口２２に加わる補充圧力により、ピストン１２が第４の位置に達するまで下方に押され、本実施例ではピストンが穴１３の端部１４に係合する。流路１８及びポート１９は流体連通を与え、圧力を受けた流体が出口２２から入口１１に通り抜け得る。出口２２の圧力が解放されると、ピストン１２が図１ｃに示すような位置に達するまで上方に押し上げられる。代替的に、第４の位置にピストン１２を押しやるための補充圧力を単に使用するのではなく、プッシュロッドといった適切な機械的機構を用いて、バルブが補充圧力の圧力源に係合するときに、第４の位置にピストン１２を移動させることができ、バルブ１０が補充圧力の圧力源から外されるときに図１ｃに示すような第３の位置にピストン１２が戻ることができる。ピストン１２が必ずしも端面１４に接触しないことが望ましい場合、第４の位置を穴の中のサークリップといった他のストッパによって規定してもよい。

他の適切な構成の流路を、入口１１と出口との間を結合し得るようバルブに設けてもよいことに留意されたい。図２は、代替的なピストン１２’及びロッド１７’を示しており、ロッド１７’は貫通穴２４以外は中実であり、ロッド１７’は十分に長いため下部Ｏリング２１に常に密着する。ピストン１２’の移動により、貫通穴２４が供給流路２５を開閉して穴１３と流体連通する出口２２’に流体を供給する。

バルブ１０，１０’が加圧流体が供給されるディスペンサといった装置と結合するときに、ピストン１２が図１ｃに示すような第３の位置にくることが明らかである。バルブ１０により加圧流体が入口１１から穴１３の出口に通り抜け得るために、第２の位置にピストン１２を初めに動かすための何らかの物理的な要素が必要である。図２の実施例では、プッシュロッド２６が、バルブ１０がネジ接続２８を介して取り付けられる装置にコネクタ２７のパーツとして設けられている。バルブ１０がネジ接続２８にネジ込まれると、プッシュロッド２３がピストン１２に接触し、図１ｃの閉止位置からピストン１２を変位させることで、圧力が入口１１から穴１３に通過し得る。装置の中の圧力ひいては穴１３の圧力が十分に上昇すると、ピストン１２が第１の平衡位置に移動し、続いて穴１３の圧力の変化に応じて上述のように動作する。

バルブ１０が圧力源の補充を可能にする場合、ピストン１２が図１ｄに示すような第４の位置に移動できないようバルブを構成してもよい。これは、例えば、下部Ｏリング２１に延びないようロッド１７の長さを選択することによって、又は穴１３の端部１４の位置によってピストン１２の移動範囲を規制することによって、又はさらなるサークリップを設けることによって、又はその他の方法によって実現する。

高圧で供給源から低圧で装置又はボリュームに加圧流体を供給するのが望ましい適用例で、バルブ１０を用いてもよいことに留意されたい。供給源は、ガス容器、圧力管路、又はポンプ、又は他の適切な供給源といった加圧流体を保持する容器でよい。バルブの構成は簡単で、装置を付勢又は制御する必要性がなく、圧力源の所望の圧力及び出口圧力にしたがってピストン１２及びロッド１７の相対的な大きさを選択し得る。バルブ１０は小型化に適しており、製造が簡単である。

ここで、図３乃至７を参照して、バルブの適用例を説明する。ディスペンサを符号３０で示しており、本実施例ではディスペンサの内容物がミスト、スプレー又は発泡体として排出されるように噴霧器を具えるが、必要に応じて他のタイプのディスペンサでもよい。ディスペンサ３０は、小出しされる液体を保持するための容器３１を具えており、容器３１の上端のキャップ３２で閉じれられている。以下でより詳細に説明するように、ガス圧の圧力源を受容するための結合部３３が容器３１の下部に設けられている。キャップ３２は、ノズル３４ａ及び容器３１の本体の中に延びている浸漬管３４ｂを有している。押した場合に浸漬管３４ｂをノズル３４ａに結合するボタン３５が設けられており、液体が容器３１から容器の３１中の圧力によって浸漬管３４ｂ及びノズル３４ａを通って押し出される。

結合部３３は、内部シール３７を具えた略円筒形の本体３６を具えている。排出口３８が、結合部３３を容器の３１の内部に結合する。プッシュロッド３９が本体３６の中に下方に延びており、以下のようにバルブ１０に係合する。

容器３１に加圧流体を提供するために、圧力源４０が設けられている。圧力源４０は、圧力瓶４１及び上述のようなバルブ１０を有するレギュレータ４２を具えており、ピストン１２がシール１２ａを有し圧力源４０の端部４０ａで可動である。レギュレータ４２の中で、ネジ４３がピストン１２の下方の部分に対して雰囲気への結合を与える。本実施例では、ネジ４３はまた、圧力瓶４１を使用しないときにその排出を防止又は妨げるための安全対策として、ピストン１２が第４の位置に移動するのを防止する。圧力瓶４１が加圧流体を含み、圧力源４０が結合部３３に結合されていない場合に、バルブ１０が図１ｃに示すような第３の位置にある。

圧力源４０は、シール３７を通過するまで圧力源を挿入することによって、図４に示すように結合部３３の中に導入される。圧力源をさらに押すと、ピストン１２がプッシュロッド３９に接触する。上述のように、これによりピストン１２が図５に示すように第３の位置から第２の位置に押しやられる。加圧流体が、バルブ１０から排出口３８を通って容器３１の中に供給される。上述のようにピストン１２及びピストンロッド１７の寸法を選択することによって、容器３１が適切な圧力に達すると、図６に示すようにピストン１２が第１の平衡位置に移動する。

容器３１の略中央に位置し容器３１の下部の中に収容されている圧力源４０及び結合部３３を示すが、ディスペンサに適切な方法で配置され且つ結合される圧力源及び容器を設けてもよい。

液体を容器３１から小出しするようボタン３５を押すときに、容器３１の中の圧力が低下することが明らかである。したがって、ピストン１２が上方に押しやられ、再び平衡圧力に達するまで加圧流体が容器３１の中に供給される。

圧力瓶４１を補充するのが望ましい場合に、ネジ４３が外され又は十分に引き出されて、ピストン１２が第４の位置に移動し得る。そして、バルブ１０が、図７に示すようにピストン１２を第４の位置に押しやる適切な補充ノズル４４に係合し得る。圧力がノズル４４の流路４５から穴１８及び出口１９を通って圧力瓶４１の中に供給される。容器３１を補充するのが望ましい場合、キャップ３２又は容器３１のパーツ３３を、液体が容器３１の中に導入され得るよう取り外し、その後適切な液体又は耐圧シールで閉じることができる。代替的に、適切ならば、圧力源４０を挿入する前に小出しにされる液体を排出口３８を通して容器３１の中に導入してもよい。

小出しされる液体及び推進剤を充填し得る噴霧器又はディスペンサを設けることができる点で、本ディスペンサが利点を有することが明らかであろう。このように、本発明は、内容物を排出すると、容器全体を使い捨てなければならず資源の無駄遣いとなる既知の噴霧器に対してかなりの利点を提供する。

また、バルブ１０の使用により窒素又は二酸化炭素を信頼性をもって使用し得る点でも本ディスペンサは有利である。窒素又は二酸化炭素は、従来の推進剤とは異なり環境にダメージを与える影響がなく、生成及び流通するのに比較的安価である。また、窒素及び二酸化炭素は不活性で比較的安価であり、既知の可燃性の推進剤に関する危険性を有しない。例えば、約７５乃至２５０ｐｓｉの圧力を容器内に生成するために、圧力源は約４０００ｐｓｉの液体窒素を収容することができる。ピストン及びロッドの領域を、これらの圧力がバルブ１０の出口及び入口にそれぞれ加えられたときに、バルブ要素がその第１の平衡位置に移動するように選択する。１ｃｃの液体窒素は、７０℃で６９６．５ｃｃの気体を与える。このため、１２ｃｃの容積を具えた圧力源は、ディスペンサの約１０回の排出のための推進剤を与える。

圧力瓶及びバルブ１０を具えた圧力源を、適切な機能のために、別々に用いてもよいことに留意されたい。

本明細書及び特許請求の範囲で使用する場合、「具える」及び「具えている」という用語及びそれらのバリエーションは、特定の態様、ステップ又は整数を含んでいることを意味する。この用語は、他の態様、ステップ又は部品を排除するものと解釈すべきではない。

開示された機能、又は方法又は必要に応じて開示された結果に達するためのプロセスを実行するための特定の形式で又は手段に関して表現された上述の記載又は以下の特許請求の範囲、又は添付図面で開示された態様は、多様な形式で本発明を実施するために、別々に、又はこのような態様を組み合わせて用いてもよい。

Claims (11)

1. 入口及び出口を具えたバルブであって、
   当該バルブが、平衡な第１の位置と開放された第２の位置との間で可動なバルブ要素を有しており、
   前記バルブ要素が前記第１の位置にある場合に、前記入口及び出口が流体連通せず、
   前記バルブ要素が前記第２の位置にある場合に、前記入口及び出口が流体連通し、
   前記バルブ要素が、前記入口及び出口での圧力に応じて前記第１の位置及び前記第２の位置の間で可動であり、
   前記バルブ要素が、前記出口での圧力に対応する第１の表面積及び前記入口での圧力に対応する第２のより小さい表面積を有するピストンを具えており、
   前記ピストンが、前記第１及び第２の表面積での正味の力に応じて可動であり、
   前記ピストンが、前記出口と流体連通する第１の穴の中で可動であり、
   前記第２の表面積が、前記ピストンに取り付けられ前記入口と流体連通する第２の穴の中で可動なロッドに設けられており、
   貫通穴が前記ロッドに設けられており、
   上部シール及び下部シールが、前記ロッドと前記第２の穴との間で摺動シールを与えるよう設けられていることを特徴とするバルブ。
2. 前記第２の位置で、前記ロッドの端部が、流体が前記下部シールを通過して前記ロッドの周りを流れ前記貫通穴に流入し得るように、前記上部シール及び下部シールの間に位置することを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
3. 前記バルブ要素が、前記入口及び出口での圧力に応じて前記入口及び出口が流体連通しない第３の位置に可動であることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ。
4. 前記バルブ要素が、第４の位置に可動であり、前記出口から前記入口への流体流れを可能とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバルブ。
5. 前記バルブ要素が、単に前記入口及び出口での圧力に応じて前記第１の位置及び前記第２の位置の間を移動し、
   前記第１及び第２の位置間で前記バルブ要素を動かすための付勢要素又は制御要素が存在しないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバルブ。
6. 容器と、前記容器から加圧液体を放出するためのノズルとを具えるディスペンサであって、
   さらに、当該ディスペンサが、前記容器に加圧流体を供給するための圧力源を具えており、
   前記圧力源及び容器が、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバルブによって結合されていることを特徴とするディスペンサ。
7. 前記圧力源が、前記容器に取り外し可能に結合し得ることを特徴とする請求項６に記載のディスペンサ。
8. 前記圧力源が、前記バルブ及び圧力瓶を具えることを特徴とする請求項７に記載のディスペンサ。
9. 前記容器が、前記圧力源に係合するための結合部を有しており、
   前記結合部が、圧力源が前記容器に係合するときに前記バルブ要素を前記第３の位置から前記第２の位置に押しやるためのプッシュロッドを有することを特徴とする請求項５に間接的に従属する請求項８に記載のディスペンサ。
10. 前記ノズルが、前記容器の中に延びるチューブに結合可能であり、液体が前記容器から小出しされ得ることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のディスペンサ。
11. 前記液体が、噴霧、噴出又は発泡体のいずれかの態様で小出しされることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載のディスペンサ。

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