JP5688644B2 - 膜弁 - Google Patents

Description

本発明は、膜弁に関し、特に吸気装置用であって、永続的に可撓性の材料でできている平面膜と、膜よりいくぶん小さい空気開口を有するフレームと、フレームをほぼ空気開口の中央に配置される保持器に接続する少なくとも１本のウェブと、そのシャフトが、固定開口部を通しておよそ膜の中央に延伸し、かつ保持器内の保持開口部内に位置する、ピンと、を備え、膜が、静止状態でフレーム上にある、ことを特徴とする膜弁に関する。

人間および他の生きている有機体の呼吸空気を導くための極めて広い範囲のシステムが、弁の使用を必要とする。頻繁なタスクは有機体の無制限の呼気を可能にすることであり、その目的のために、有機体の呼吸のおかげで、膜が静止状態でその上にあるフレームから持ち上がる。それで、呼吸空気がフレーム内の空気開口を通して逃げることができる。有機体が再び吸い込む時、空気流の方向は逆になり、それで膜上の圧力が除去され、および、その材料の弾性のおかげで、それはそれがフレーム上にあることによってガスおよび液体の流入を防ぐ静止状態へ戻る。その代わりに呼吸空気が、圧力タンクから、または霧状にされた作用物質を呼吸空気に導入するための吸気装置の噴霧化室からのような、異なるソースから供給される。ここで、弁の不可欠な機能は、それがガスの流入を防ぐだけでなく、さらに液体の進入をも防ぐことである。

従来技術において、（特許文献１）がダイバーの人間の呼吸空気が周囲の水に押し出される出口バルブを開示する。このために、膜が空気開口のまわりのフレーム上にあってウェブによってサポートされる保持器内のフレームの中央内に保持される。膜は、ピンを用いてこの保持器内に固定される。

呼吸空気の放出で、空気が逃げることができるように、弾性膜がフレームから持ち上げられる。外へ変位される呼吸空気の圧力が除去されると、膜の弾性がフレームへ後者を戻す。

この配置の少なからぬ欠点は、水の侵入に対する膜の限られた封止効果である。より高い接触圧力を生成するために、膜がもはやフレームとの面接触でなく、縁部だけと接触するように、円板状の膜の縁部が縁部のいくぶんまわりで折り曲げられる。この手段によって、残りの環状領域内の膜縁部の接触圧力が相対的に高いように、接触面が大いに減少させられる。そこから生じる不可欠な欠点はしかしながら、それがその輪郭づけのおかげで相対的に固くなるので、呼吸空気が膜を動かすために高い圧力を加えなければならないことである。

他の方法として、シートのような弾性材料から切り抜かれる、環の形状を有する円板状の膜が公知である。この環は、呼吸空気に対して比較的小さい抵抗を有する。

その少なからぬ欠点はしかしながら、それがその固定された相対物−例えば、フレーム−上にあるだけであり、それの結果として、毛細管スリットが形成されることである。液体がこれらのスリットと接触するならば、少ないが、一定の液体流が相対的に長い時間にわたって形成するように、それらは毛細管効果によって推進される。

ドイツ実用新案文書ＤＥ２０ ２００４ ０２１ ３５０

この背景に対向して、その膜が、固定フレームに対向して相対的に高い力で押圧されるが、それが非常に小さな抵抗で通過空気に対抗するだけである、膜弁を開発することが、本発明の機能である。

一解決策として、本発明は、ピンが広げられてヘッドを形成し、膜に対するそれの距離が膜の厚さと比較して短いかまたは、そのヘッドが膜の上にあり、および、ヘッドの近くのシャフトの直径が、固定開口部の直径より大きく、および、シャフトの自由端でのシャフトの直径が、固定開口部の直径にほぼ等しいことを提案する。

本発明の不可欠な特徴は、膜弁の固定のためのヘッドの付近でのピンの拡大されたシャフトである。それによって達成される有益な効果は、膜の断面図で最もよく説明されることができる。フレームからより遠く離れている膜の外側の層において、膜はシャフトの増大された直径によって離れて押圧される。この手段によって、膜の外面の中央から発する半径方向に働く力が生じ、それが膜の永続的に可撓性の材料を外へ押圧する。この領域内のシャフトの直径が膜内の固定開口部と同じ大きさなので、フレームに面する膜の内側部は荷重を与えられない。この手段によって、膜がふくらむ、すなわち、それが（相対的に大きな直径の）ドーム形状を与えられる。結果として、膜がフレーム上のその外縁部にだけあるが、それによって増大される接触圧力を伴い、したがって、外部から侵入する液体に対する封止を達成する。

シャフト拡大が本発明に従う方法で有効になるように、−例えばフレームから離れて面するその側の領域内の円筒形の固定開口部の場合、それは膜の固定開口部内に位置しなければならない。このために、ピンのシャフトは適切な挿入深度にもたらされなければならない。

このための実施態様として、止め具が設けられ、それが正しい挿入深度を確実にする。膜に面するヘッドのその表面と膜に面する保持器のその表面との間の距離が膜の材料厚さと少なくとも同じ大きさであるように、それは、シャフトに対して保持開口部内に配設されてかつシャフトが保持開口部にはるかに十分に深く入りこむだけであることを可能にする。

ピンが当たる底部に対向して、ピンのシャフトに対する保持開口部が止まり穴として設計される事実によって、この止め具の適切な形状が達成される。ここで、シャフトのピンが止まり穴の「底部」に対して相補的であるように形状化されるならば、それは有利である。

従来技術とは対照的に、この配置の決定的な効果は、膜の材料がその元の可撓性を保ち続けることである。それが本発明に従うヘッドの付近の広がりのない円筒形のシャフトを備えたピンを用いて膜円板を固定するときに可能であるほとんど同じ−小さい−抵抗を有するように、それは輪郭づけまたは変形によって堅くされない。

本発明の実質的な効果は、−通常複雑な−形状の何の変更も伴わずに既知の膜が製造されて用いられ続けることができる点である。シートのような材料から膜を打ち抜くことさえ可能である。

この場合、膜の領域は任意の形状をとることができる。円形形状は、しかしながら、それが、空気開口の領域に対する、およびそれゆえにそれを通して最大限に動かされることができる呼吸空気量に対する比率で最も短い円周長さを有し、したがって、ヘッドの付近でピンのシャフトを拡大することによって達成されるプレストレスが、最低可能な長さに沿って分配され、すなわち、接触領域内の面圧が最大にされ、したがって、最適封止効果が得られるので、特に有利である。

このプレストレス力の分布がほぼ膜の中央からその縁部までできるだけ均一に生じるように、本発明は、この場合に、膜の全ての方向のプレストレス力がまた膜のドーム形状の均一な発生を遂行するので、膜の両方の表面が平坦であるのを好む。この特性は例えば、膜が−言及されたように−シートのような材料から打ち抜かれるという点で、達成される。

フレーム上の膜縁部の接触圧力の望ましい、均一な分布は、固定開口部が膜内に円筒状に形成されてフレーム側にある膜のその表面に対して垂直に向けられる、という一実施態様においてサポートされる。この場合には、ヘッドに隣接するシャフトのその部分が、シャフトの円筒状に形成されたセクションにマージする円錐台として形成されることが好まれるべきである。この最後の円筒形のセクションは、その直径において固定開口部の直径に対応してかつ半径方向に膜を圧迫しない。

全ての側で均一に分配されるこの種の半径方向に方向付けられた力は、ヘッドの付近で円錐台によって発揮されるだけである。円錐台がヘッドで直接その最も大きな直径を有するので、外側に方向付けられた力はそこで最も大きくてかつシャフトのヘッドから増大する距離と共に減少する。フレーム上にまだない膜の固定開口部に、この種のピンが圧入されるならば、膜のわずかにドーム状の変形が起こる。この効果は、膜が空気開口の中央内の保持器の保持開口部内にピンを用いて固定されるならば、膜の外縁部だけがフレームの上に環形状で押圧されることを確実にする。

膜が、シートのような原材料から打ち抜かれるならば、その保持開口部は材料中を走る。この開口部は次いで、ピンのヘッドおよびシャフトによって再び封止されなければならない。

保持開口部が貫通孔であるならば、その封止が確実にされなければならない。このために本発明は、カラーが固定開口部のまわりで膜上に一体的に形成され、そのカラーが保持器内の保持開口部に突き出る、代替実施態様として、提案する。その結果、カラーはピンのシャフトと保持開口部との間の追加的な封止素子として生じる。カラーが加えて、シャフトのかすかな超過寸法設計によって保持器の保持開口部に押し付けられるならば、封止効果が改善される。

他の実施態様では、カラーはドーム、円錐台または別の密閉体によって閉じられる。これは、その中央での膜の完全な封止効果を確実にする。この場合、シャフトの自由端は膜のカラーに相補的で、その中に圧入されるかまたは接合されるように形成されるべきである。カラーは順に、次いで保持器の保持開口部に圧入されるかまたは接合される。これらの２つの圧入または粘着性の接合を用いて、膜が保持器にしっかりと接合される。

シートのような材料から打ち抜かれた円板としての膜の上述の実施態様において、シャフトの自由端は保持器の保持開口部に圧入されるか、接合鋲着されるか、融着されるかまたはネジ止めされることができる。次いで、保持開口部へのシャフトの接続が、膜の機械緊締を実行する。固定開口部の完全な封止は、ヘッドおよび膜の外側に面する表面でのその接触の発生によって確実にされなければならない。

本発明に従う膜弁は、液体作用物質用の噴霧器を含有してかつ生きている有機体の呼吸空気用の誘導装置を含有する吸気装置にとって決定的な改良点である。呼吸空気用の誘導装置が本発明に従う少なくとも１個の膜弁を含有するならば、―例えば呼吸空気から噴霧室への―湿気の望ましくない侵入が、それによって防がれることができる。

他の興味深い適用は、レスピレータ、肺臓診断機器、呼吸マスク、酸素器具または潜水器具である。

本発明の更なる詳細および特徴が、例を参照して以下に記載される。これは、本発明を制限することを意図されず、それを説明するだけである。概略図において、

静止状態における膜弁を通してのセクションを示す。 フレーム内への挿入の前の上記の膜弁を通してのセクションを示す。 設置の前の膜を通しての断面を示す。 開いた状態での膜弁を通しての断面を示す。

図１は、本発明に従う膜弁を通しての長手方向セクションを示す。中央の一点鎖線を用いて、例示の実施態様が回転対称であることが表される。フレーム（２）を通しての２つのセクションが、最も外部に見られることができる。フレーム（２）は空気開口（２１）を取り囲み、それが保持器（２３）によって中央で分断されるので、それは図１内に二回見られることができる。保持器（２３）は―スポーク車輪に類似の方法で―ウェブ（２２）経由でフレーム（２）に接続され、それが空気開口（２１）を囲む。

図１は、膜（１）を通してのセクションをクロスハッチングとして示す。膜（１）が、フレーム（２）上のその外縁部にある。図２は、この領域で、膜が呼吸空気を流出することによってフレーム（２）から持ち上げられ、それによって貫流ガスのための経路を解放することができる方法を示す。

図１では、膜（１）の中央において、固定開口部（１１）が矢印を用いて識別される。ここで図示された実施態様では、図３に示されるように、膜は円筒形の固定開口部（１１）内に導かれる。

しかしながら、図１では、固定開口部（１１）はピン（３）がすでに圧入された状態を示す。図１は、ピンがシャフト（３１）の下部の領域で円筒状であることを明らかに示す。この領域では、シャフト（３１）の直径は固定開口部（１１）の直径とちょうど同じ大きさである。シャフトの直径が着実に増大するのはヘッド（３２）の直接の付近のシャフト（３１）の上部領域だけである。この手段によって、膜（１）の固定開口部（１１）はまた、１つの部分で離れて押圧される。

したがって、外面の近くの膜（１）の断面の領域において、ピン（３）は高い圧力を発揮し、それがそれの縁部まで膜（１）の外側の領域全体に伝播して、フレーム（２）上で膜（１）の縁部の高い接触圧力を確実にする。この手段によって、全ての周囲に働くガスケットが構築され、それがまた、浸入するいかなる湿気も抑えることが確実にされる。

図１は、止め具を備えた保持器（２３）の一実施態様を示す。この変形では、保持器（２３）の保持器開口部（２４）が止まり穴として具体化される。止まり穴の底面が、ピンに対する止め具として機能する。更なる変形例として、それの先端が止まり穴の底面に相補的であるように形状化される。

図２では、シャフト（３１）の広がった部分の有益な効果のより良い説明のために、すでに圧入されたピン（３）を備えた膜（１）が、フレーム（２）内の挿入の前に描かれる。シャフト（３１）の広がった部分が、膜（１）がドーム形状にふくらむ効果を有する膜（１）の断面の上部に、圧縮力を発揮することが容易に見られることができる。この手段によって、フレーム（２）内に挿入中に、このように生成されるドームは、その縁部によってフレーム（２）と接しているだけである。

図３は、本発明の主要な特徴−すなわち、ピン（３）のシャフト（３１）の円錐形の拡大−の有益な効果を説明するための完全性のために、膜（１）を再び、しかし設置の前に示す。膜（１）内の固定開口部（１１）が形状で完全に円筒状であるのが明らかに見られることができ、それの結果として、特に固定開口部（１１）への入口で、鋭いエッジが生成される。ピン（３）のシャフト（３１）の円錐形の拡大は、固定開口部（１１）内へのおよびカラー内への圧入中にこの鋭いエッジ上へ圧迫する。プロセスで変位される永続的に可撓性の膜（１）の体積部分が断面の上部領域内に力を生成し、それが膜（１）の縁部領域の増大された接触圧力を確実にする。

図４では、図１内に示される例が、しかし空気が中を通っている状態で繰り返され、それが、二重矢印によって各場合に識別される。どのようにして空気がフレーム（２）の空気開口（２１）を通過して、ウェブ（２２）を通り越して流れて可撓膜（１）を圧迫し、膜が、それによって持ち上げられ、そのため、スリットが外側の周囲のフレーム（２）と膜（１）の縁部との間で開き、それを通して空気が逃げるかについて容易に見られることができる。

図４では、この動作状態で、可撓膜（１）がドーム形状で、しかし上方向へ、膨張するのが容易に見られることができる。この動作状態で、膜（１）の上に空気圧によって発揮される力が膜（１）の上縁部で材料体積部分の変位によって半径方向に発揮される力より大きいことが明白になる。

１ 平らな永続的に可撓性の膜
１１ 膜１内の固定開口部
２ 膜１と接触するフレーム
２１ 空気開口フレーム２
２２ 空気開口２１の中央内の保持器２３のためのフレーム２のウェブ
２３ 少なくとも１本のウェブ２２によってサポートされる保持器
２４ 保持器２３内の保持開口部
３ ピン
３１ ピン３のシャフト
３２ ピン３のヘッド

Claims (11)

1. 特に吸気装置用の膜弁であって、
   可撓性を有する材料でなり、かつ、ほぼ中央に配置された固定開口部（１１）を備える平面な膜（１）と、
   前記膜（１）よりいくぶん小さい空気口（２１）を有するフレーム（２）と、
   ウェブ（２２）経由で前記フレーム（２）に接続され、かつ、保持開口部（２４）を有する保持器（２３）と、
   前記保持開口部（２４）及び前記固定開口部（１１）へ挿入されるシャフト（３１）と、前記シャフト（３１）より大径なヘッド（３２）とを備えるとともに、前記シャフト（３１）における前記ヘッド（３２）付近の部分が、前記ヘッド（３２）に近づくに連れて直径が増大するように形成されているピン（３）と、を有し、
   前記シャフト（３１）を前記保持開口部（２４）に挿入して前記ピン（３）が前記保持器（２３）に支持され、かつ、前記シャフト（３１）における前記ヘッド（３２）付近の部分が前記固定開口部（１１）に挿入されて前記ヘッド（３２）と前記保持器（２３）との間に前記膜（１）が配置される状態では、前記ヘッド（３２）に近づくに連れて前記シャフト（３１）が前記膜（１）により強く圧入されることにより、前記膜（１）の縁部が前記空気口（２１）の周りの前記フレーム（２）に押圧接触されることを特徴とする膜弁。
2. 前記保持開口部（２４）内に、前記シャフト（３１）に対する止め具が配設され、前記膜（１）に面する前記ヘッド（３２）の表面と前記膜（１）に面する前記保持器（２３）の表面との間の距離が前記膜（１）の厚さと同じ大きさである程度に、前記シャフト（３１）が前記保持開口部（２４）内に侵入することを可能にする、ことを特徴とする請求項１に記載の膜弁。
3. 前記膜（１）の表面が円形である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の膜弁。
4. 前記膜（１）の両方の表面が平坦である、ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の膜弁。
5. 前記固定開口部（１１）が円筒状であり、かつ前記膜（１）の前記フレーム（２）側の面に垂直に向けられ、および、前記シャフト（３１）における前記ヘッド（３２）に隣接する部分が前記シャフト（３１）の円筒状のセクションにマージする円錐台である、ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の膜弁。
6. カラーが、前記固定開口部（１１）のまわりに前記膜（１）上に一体的に形成され、かつ前記保持器（２３）内の前記保持開口部（２４）の中に突き出る、ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の膜弁。
7. 請求項６に記載の膜弁であって、
   −ドームまたは
   −円錐台または
   密閉体が、前記カラー上に一体的に形成される、ことを特徴とする膜弁。
8. 請求項６又は７に記載の膜弁であって、前記シャフト（３１）の前記自由端が、
   −前記膜（１）の前記カラーに相補的であるように形成され、かつ
   −その中に圧入されるかまたは粘着して接合され、および
   −前記カラーが、前記保持器（２３）の前記保持開口部（２４）内に圧入されるかまたは粘着して接合される、ことを特徴とする膜弁。
9. 請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の膜弁であって、前記シャフト（３１）の前記自由端が、前記保持開口部（２４）に
   −圧入される、
   −粘着して接合される、
   −鋲着される、
   −融着される、
   −ネジ止めされる、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする膜弁。
10. 吸気装置であって、
    −液体作用物質用の噴霧化装置および
    −生きている有機体の呼吸空気用の誘導装置、を含有し、
    前記呼吸空気用の前記誘導装置が、請求項１〜９のうちいずれか一項に従う少なくとも１個の膜弁を備える、ことを特徴とする装置。
11. 請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の膜弁であって、
    −吸気装置または
    −レスピレータ
    −肺臓診断装置または
    −呼吸マスクまたは
    −酸素器具または
    −潜水器具、に適用されることを特徴とする膜弁。

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