JP6774935B2 - 電磁的操作弁 - Google Patents

Description

本発明は、患者の治療、特に透析のための体外循環を提供する装置に特に用いられる電磁的に操作される弁に関する。

電磁的操作弁は、特に透析によって患者を治療するための体外循環を提供する装置の流体チャネル内の流体の流れを制御するために用いられている。医療用途で用いられる弁に関し、弁の可動部は、流体に接触しないことが重要である。流体は、例えば透析流体（透析液）である場合がある。この目的のため、かかる弁は、通常、封止要素を有し、この封止要素は、弁の駆動部を流体密方式で弁の流体チャネルから隔離するのに役立つ。したがって、封止要素は、例えば封止要素の軸方向可動性を提供できる折り畳みベロー（「ベローズ」ともいう）を有している。

弁は、磁石アーマチュア付きの弁スライダを更に有し、この弁スライダを弁のコイルの通電によってばね力に抗して軸方向に変位させることができ、それにより弁スライダを弁の封止受座が封止要素によって封止される閉じ位置に動かし又はこの閉じ位置から動かすことができる。磁石アーマチュアは、通常、コイルの内部に設けられた非磁化案内管内に支持される。この支持により多大な摩耗を生じさせる摩擦力が生じるので、かかる摩擦力よりも磁力の方が大きくなければならない。加うるに、磁気損失が非磁性案内管に起因して弁の磁気駆動部の磁気回路内で生じる。

したがって、本発明の目的は、特に透析のために患者を治療する体外循環を提供する装置内で特に用いられる電磁的操作弁であって、上述した欠点、特に摩擦に起因した損失及び摩耗に打ち勝つと共に磁気損失を減少させる電磁的操作弁を提案することにある。

この目的は、独立形式の請求項１の特徴を有する電磁的操作弁によって達成される。改造例及び有利な実施形態は、独立形式の請求項に記載されている。

本発明によれば、弁スライダは、好ましくは、ばね要素によって封止受座に向いた磁石アーマチュアの側で半径方向に位置合わせされると共に軸方向に可動的に支持される。加うるに、弁スライダは、磁石アーマチュアから遠ざかって軸方向に突き出た案内ピンを有するのが良い。案内ピンは、好ましくは、弁の封止受座と反対側の弁スライダの軸方向端部上に位置し、この案内ピンは、磁石アーマチュアの外径と比較して減少した直径を備えた表面を有し、弁スライダは、案内ピンのこの表面上に支持され、弁スライダは、軸方向に摺動することができるようになっている。また、案内ピンを封止受座に向いた弁スライダの端部上に配置すると共にばね要素を封止受座から遠ざかる方向に向いた磁石アーマチュアの側に配置することが可能である。ばね要素を備えておらず、そして弁スライダの２つの軸方向側部の各々上の摺動支承体として案内ピンを備えた弁スライダの支持も又可能である。変形例として、支承支持体は又、磁石アーマチュアの２つの軸方向側部の各々上に設けられたばね要素によって摺動支承体なして具体化できる。

いずれの場合においても、磁石アーマチュアは、この磁石アーマチュアを少なくともコイルの領域において接触なしで案内することができるように支持されると共に位置合わせされる。その代わりに、弁スライダの一部としての磁石アーマチュアの支持及び位置合わせは、磁石アーマチュアの２つの軸方向側部上で起こる。したがって、磁石アーマチュアの支承及び案内のための案内管を省くことも又可能であり、その結果、摩擦損失及び磁気損失を減少させることができ、最終的には、弁の長い寿命が達成される。ばね力を及ぼすことに加えて、ばね要素は、摩擦なしの支承支持を提供するという別の機能を実行する。これら機能は、単一の要素で達成でき、その結果、本発明の弁は、少ないコンポーネント数で特に簡単且つ頑丈な設計を有する。

ばね要素は、好ましくは、弁スライダ及び弁のハウジング又はハウジング部分への静止連結部を有し、ばね要素は又、弛緩状態では、好ましくは本質的に平板状であり且つ弁スライダの変位軸線に垂直な平面内で延びる。ばね要素は、例えば板金型の材料からの打ち抜き成形（モールドロアリング、mold-lowering）部品として設計されるのが良い。しかしながら、ばね要素は、好ましくは、弁の無電流（電流が流れていない）状態において変位軸線に沿って例えば０．３ｍｍだけ偏向される。本質的に平板状のばね要素の偏向は、特に封止受座の方向に磁石アーマチュアに作用する機械的荷重に基づいて起こる場合があり、この荷重は、例えばあらかじめ応力をプレストレシング（prestressing）ばねによって生じる。コイルの通電の際及び機械的荷重に対する弁スライダの対応の変位の際、次に、ばね要素は、特に弁スライダの静止連結のために好ましくはほぼ同一量だけ、ばね要素の平板状の状態に基づいて逆方向に偏向される。ばね要素が１つの方向だけに偏向される場合よりもゼロ位置、即ち本質的に平板状の状態周りのばね要素の偏向に起因してより高い耐久性が達成される。

ばね要素は、湾曲した又は本質的にＳ字形のばねレッグを備えたリング状の要素であるのが良く、弁スライダは、ばね要素によって中心合わせされるようになる。かかるばね要素は又、ばね要素の平面に垂直な弁スライダの軸方向可動性、即ち偏向を可能にする。しかしながら、弁スライダがばね要素上に静止状態で固定されないようにすることも又想定され、その結果、ばね要素による弁スライダの半径方向位置合わせしか生じないが、弁スライダは、軸方向においてばね要素に対して変位可能なままである。

折り畳みベロー型の封止要素は、有利には、一端が閉鎖される。これは、例えば縁付き帽子状又は縁なし帽子状であるのが良い。封止要素は、好ましくは、弁スライダの軸方向端部上に配置され、この軸方向端部は、封止要素の閉鎖端部が弁スライダの閉じ位置において流体密シールで封止受座を閉じるように封止受座に向いている。封止要素は、好ましくは、一体コンポーネントとして設計される。換言すると、閉鎖端部及び折り畳みベローは、一コンポーネントを形成し、これらは、別々であるようには設計されない。封止要素は、好ましくは、弾性ゴム材料で作られる。折り畳みベロー付きの一体形封止要素は、複数の個々の部品、特にＰＴＦＥで作られた折り畳みベロー、別個の封止キャップ及びＯリングから製造された伝統的な封止要素よりも単純で製造費が安い。ＰＴＦＥで作られた折り畳みベローは、特にこれら折り畳みベローが例えばマシニング加工によって製造されるので、製造するのが複雑であり且つ費用が嵩む。「折り畳みベロー」という用語は、少なくとも１つの折り目を提供することによって軸方向に変形させることができる任意の管状又は同様な形状の要素を意味する、極めて一般的な用語と理解されたい。折り畳みベローは、例えばたった１つの折り目を有しても良く、或いは、複数の折り目を有しても良く、かくしてアコーディオンの形状であって良い。

有利な実施形態では、弁スライダはラムを有し、このラムは、封止受座に向いた磁石アーマチュアの側で磁石アーマチュアに連結されると共に封止受座に向いた弁スライダの軸方向端部を形成する。封止要素は、好ましくは、この封止要素が弁スライダの変位の際に弁スライダと共に動くようラムに取り付けられる。例えば、封止要素をその折り畳みベローと一緒に、ラム上に逆さまにすることができ又はラムに固定的に取り付けることもできる。封止要素は又、ラム上に硬化されても良い。ラムは、その自由軸方向端部上に突出部、例えば円周方向ビードを有するのが良く、弾性封止要素をこの突出部上に逆さまにすることができ、それにより固定することができる。封止要素は、その内部にラムの突出部と協働する凹部、したがって例えば周辺切欠きを有するのが良い。

弁は、好ましくは、案内ピンと協働する停止部を有し、停止部は、弁スライダの軸方向運動を制限するようになっている。停止部は、ゴム材料で作られた減衰要素から成るのが良く、その結果、案内ピンの端フェースが停止部に当たると弁スライダの運動が制限されて減衰作用が生じるようになっている。また、この結果、特に騒音の減少が得られる。停止部は、例えば単純であり且つ製造するのに安価なゴムディスクとして設計されるのが良い。

弁の少なくとも１つの駆動部を包囲したプラスチック外装が提供されることが有利である。プラスチック外装は、弁を例えば保護クラスＩＰ５４に従って跳ねかけ水及び／又は汚れから保護することができ、しかもそれと同時に、触れても熱から保護する（熱的接触保護）手段としての役目を果たす。プラスチック外装は、低圧射出成形法によって製造されるのが良く、この場合、弁ハウジングへの接着による結合及び弁ハウジングの封止が同時に実施される。これは、プラスチック射出成形法によるコイルの粉末被覆又は塗り重ねよりも費用がかからずしかも複雑さが少ない。流延材料による外装の構成は、より複雑であり、しかも費用がより高くつき、場合によっては、追加の封止要素及び接着を必要とする場合がある。

弁は、患者の治療のため、特に透析のための体外循環を提供する装置に提供されて用いられるのが良く、この装置は、少なくとも１つの流体チャネル及びこの流体チャネル内に設けられていてこの流体チャネルを通る流体の流れを制御する少なくとも１つのかかる弁を有する。この装置は、例えば、血液透析のための透析機器であるのが良い。

本発明の好ましい例示の実施形態を添付の図面に基づいて例示として以下に説明する。

本発明の弁の断面図である。 図１の弁のばね要素を示す図である。 図１の弁を有する透析機器を概略的に示す図である。

図１は、特に透析弁として使用できる電磁的に操作される弁１を示している。弁１は、流体チャネル及び／又は透析機器中の流体の流れを制御するために設けられている。これを行うため、流体チャネル１１内に設けられた封止受座１０を弁１の入口端部２３と出口端部２４との間で開閉するのが良い。弁１は、変位軸線２０に沿って軸方向に変位可能である弁スライダを有し、この弁スライダは、磁石アーマチュア２、案内ピン３及びラム４を有し、これらは、圧力嵌めによって互いに連結されている。磁石アーマチュア２は、弁１のいわゆる磁気回路の一部をなし、この磁石アーマチュアは、コイル１２によって生じる磁力によって軸方向に動く。この例示の実施形態では、磁石アーマチュア２は、ばね１３の力に抗して動かされて閉じ位置から離脱して静止磁極部２９の方向に動く。磁力は又、以下に詳細に説明するように弁スライダの支持及び位置合わせのために提供されたばね要素７の力に抗して軸方向に作用する。コイル１２が図示のようにオフに切り替えられた場合、弁スライダは、弁受座１０の方向に押されて、封止受座１０に向いたその軸方向端部９でこの封止受座を閉じる。

封止要素５が弁スライダと封止受座１０との間に配置されている。より正確に言えば、封止要素５は、ラム４の自由軸方向端部上に着座しており、このラム４の自由軸方向端部は、それと同時に、弁受座１０に向いた弁スライダの軸方向端部９を形成する。ラム４の自由端部は、封止要素５がラム４上に固定的に保持されるよう突出部、例えば円周方向ビード又はリブを有する。封止要素５は、封止受座を閉じるよう弁スライダによって封止受座１０に押し付けられる閉鎖端部２１を有する。軸方向に変形可能であり、かくして弁スライダの軸方向運動を可能にする、固定的にクランプされたベロー６が封止要素５の閉鎖端部２１に連結されている。封止要素５は、固定的にクランプされ、シールが弁ハウジング内に設けられ、その端部２２が封止受座１０から遠ざかる方向に向いている。このように、弁スライダは、流体密手段によって流体チャネル１１から隔離され、この弁スライダは、流体には接触せず、このことは、特に医療用途では重要である。

弁スライダは、封止受座１０に向いた磁石アーマチュア２の側がばね要素７によって支持されている。したがって、弁スライダは、半径方向に位置合わせされると同時に軸方向に動くことができる。ばね要素７は、図２において平面図で示されている。ばね要素は、弛緩状態では平板状であるよう設計され、このばね要素は、弁スライダが挿入される中央開口部２７を有する。ばね要素７は、弁１に無電流状態では、即ち、コイル１２が通電停止されると、変位軸線に沿って例えば０．３ｍｍだけ封止受座１０の方向に偏向される。湾曲した又は実質的にＳ字形のアーム２６によって弁スライダの半径方向中心合わせが行われる。ラム４は、ばね要素７の中央開口部２７内に受け入れられている。この例示の実施形態では、ばね要素７の内側縁部が磁石アーマチュア２とラム４のフランジ１８との間にクランプされ、その結果、このばね要素は、弁スライダに対して静止状態になる。ばね要素７の外側縁部は、静止位置において弁１のハウジング部分に連結される。したがって、弁スライダが変位軸線２０に沿って軸方向に動くと、平面に垂直なばね要素７の偏向が生じる。次に、ばね要素７をばね要素７の平板状の状態を基準として逆方向にほぼ同じ量だけ偏向させ、ばね要素は、無電流状態では、この量だけ、即ち、例えば約０．３ｍｍだけ偏向される。弁スライダの運動中、弁スライダは、ばね要素７に起因して半径方向に位置合わせされると共に中心合わせされたままである。

弁スライダは、封止受座１０と反対側の軸方向端部８に案内ピン３を有し、この案内ピンは、磁石アーマチュア２から遠ざかって軸方向に突き出ている。案内ピン３は、一端部が磁石アーマチュア２中に押し込まれている。他端部は、案内ピンが軸方向に動くことができるよう摺動支承体１４内に支持されている。案内ピン３は、例えば鋼又は真鍮で作られるのが良い。摺動支承体１４は、例えばプラスチック又は鋼で作られるのが良く、この場合、ＰＴＦＥ被膜も又使用できる。摺動支承体１４上に支持されたばね１３は、その反対側端部が磁石アーマチュア２に設けられている穿孔内に嵌まり込んでいる。この例示の実施形態では、ばね１３の力は、弁スライダを閉じ位置に押す。

一方において、磁石アーマチュア２の特別な案内に起因して、即ちばね要素７による半径方向位置合わせに起因して、他方において、摺動支承体１４内における案内ピン３による案内に起因して、磁石アーマチュア２それ自体を本質的に非接触方式で支持することが可能である。コイル１２の内部の追加の案内管を省くことができる。これに代わって、磁石アーマチュア２とコイル１２との間には空隙１６が存在する。磁石アーマチュアの非接触支持に起因して、摩耗や必要な磁力を増大させる場合のある摩擦が生じない。非磁性であるよう設計されなければならない案内管を省くことによって磁気損失が減少する。さらに、磁石アーマチュア２と流れ案内ディスク２８との間の空隙は、案内管を省くことによりさらに小さいものであるよう設計でき、したがって、磁気回路中の損失がさらに小さい。

案内ピン３の軸方向運動は、自由軸方向端部８が停止部１７に当たると、停止部１７によって制限される。停止部１７は、この場合、吸音性ゴムディスクとして設計され、かかる停止部は、例えば成形部品又は打ち抜き部品として特に簡単且つ安価な仕方で製造可能である。ゴムディスクは特に、代替手段としての減衰要素として使用できるＯリングと比較して有利であり、その理由として、Ｏリングは、形状が制限されると共に減衰効果が制限されるという欠点を持つからである。

少なくとも、弁１の駆動部、即ち弁のコイル１２を備えた磁気回路を収容した部分を包囲するプラスチック外装１５が提供されている。プラスチック外装１５は、弁１を保護形式ＩＰ５４に従って跳ねかけ水及び汚れから保護する。加うるに、プラスチック外装１５は、触れても熱から保護する手段となる。この断熱は、弁が作動中昇温し得るので提供される。電力端子１９がプラスチック外装１５を貫通している。プラスチック外装は、例えば低圧射出成形法によって製造でき、この低圧射出成形法は、弁ハウジングの粉末被覆又は流延材料による保護よりも簡単且つ安価である。

図３は、弁１を備えた透析機器５０を概略的に示している。透析機器５０に関するより広範な詳細は、分かりやすくするために示されていない。透析機器５０は、浄化されるべき患者からの血液を供給する入力ライン５２並びに浄化された血液を患者に戻す出力ライン５３を有する。血液は、血液ポンプ５４によって回路中を圧送される。さらに、新鮮な透析液を供給する入力ライン５５が設けられると共に使用済み透析液を取り出す出力ライン５６が設けられている。透析液は、透析液ポンプ５７によってライン５５，５６中を圧送される。実際の透析は、透析膜５１によって行われ、患者の血液は、膜５１の一方の側に通され、透析液は、他方の側に通される。透析液の流量を制御するために透析液循環系中に少なくとも１つの弁１が設けられる。例えば、最高３０個又は５０個までのかかる弁を透析機器内に用いることができる。図３は、ライン５５，５６の各々内の弁１を概略的に且つ一例として示している。

Claims (13)

1. 電磁的操作弁（１）であって、
   ‐閉じ位置において第１の軸方向端部（９）で前記弁（１）の流体チャネル（１１）内の封止受座（１０）を閉じるよう構成された軸方向に変位可能な弁スライダ（２，３，４）と、
   ‐前記封止受座（１０）と前記弁スライダ（２，３，４）の前記第１の軸方向端部（９）との間に位置していて前記弁スライダ（２，３，４）を流体密シールで前記流体チャネル（１１）から隔離する折り畳みベロー（６）付きの封止要素（５）と、
   ‐前記弁スライダ（２，３，４）の一部としての軸方向に動くことができる磁石アーマチュア（２）と、
   ‐通電可能なコイル（１２）とを有し、
   前記磁石アーマチュア（２）を前記閉じ位置に動かし又は前記磁石アーマチュア（２）に作用する機械的荷重に抗して前記コイル（１２）の通電によって前記磁石アーマチュア（２）を前記閉じ位置から動かして、前記弁スライダ（２，３，４）を動かすことができる、電磁的操作弁において、
   前記弁スライダ（２，３，４）は、前記第１の軸方向端部（９）と反対側の前記第２の軸方向端部（８）に、前記磁石アーマチュア（２）から遠ざかって前記軸方向に突き出た案内ピン（３）を有し、前記案内ピンは、前記磁石アーマチュア（２）の外径と比較して減少した直径を備えた表面を有し、前記弁スライダ（２，３，４）は、該弁スライダが前記案内ピン（３）の前記表面上で前記軸方向に摺動するよう支持され、前記弁スライダ（２，３，４）は、該弁スライダが少なくとも１つのばね要素（７）によって動くことができるよう前記弁スライダ（２，３，４）の前記第１の軸方向端部（９）に向いた前記磁石アーマチュア（２）の側が半径方向に位置合わせされている、弁。
2. 電磁的操作弁（１）であって、
   ‐閉じ位置において第１の軸方向端部（９）で前記弁（１）の流体チャネル（１１）内の封止受座（１０）を閉じるよう構成された軸方向に変位可能な弁スライダ（２，３，４）と、
   ‐前記封止受座（１０）と前記弁スライダ（２，３，４）の前記第１の軸方向端部（９）との間に位置していて前記弁スライダ（２，３，４）を流体密シールで前記流体チャネル（１１）から隔離する折り畳みベロー（６）付きの封止要素（５）と、
   ‐前記弁スライダ（２，３，４）の一部としての軸方向に動くことができる磁石アーマチュア（２）と、
   ‐通電可能なコイル（１２）とを有し、
   前記磁石アーマチュア（２）を前記閉じ位置に動かし又は前記磁石アーマチュア（２）に作用する機械的荷重に抗して前記コイル（１２）の通電によって前記磁石アーマチュア（２）を前記閉じ位置から動かして、前記弁スライダ（２，３，４）を動かすことができる、電磁的操作弁において、
   前記弁スライダ（２，３，４）は、前記弁スライダ（２，３，４）の前記第１の軸方向端部（９）に向いた前記磁石アーマチュア（２）の側から、前記磁石アーマチュア（２）から遠ざかって前記軸方向に突き出た案内ピン（３）を有し、前記案内ピンは、前記磁石アーマチュア（２）の外径と比較して減少した直径を備えた表面を有し、前記弁スライダ（２，３，４）は、該弁スライダが前記案内ピン（３）の前記表面上を前記軸方向に摺動するよう支持され、前記弁スライダ（２，３，４）は、半径方向に位置合わせされると共に少なくとも１つのばね要素（７）によって該弁スライダは前記第１の軸方向端部（９）と反対側の第２の軸方向端部（８）が前記軸方向に動くことができるよう支持されている、弁。
3. 前記案内ピン（３）と協働する停止部（１７）を有し、前記停止部は、前記弁スライダ（２，３，４）の軸方向運動を制限するようになっている、請求項１又は請求項２に記載の弁。
4. 前記停止部（１７）は、ゴム材料で作られた減衰要素から成る、請求項３記載の弁。
5. 前記ばね要素（７）は、前記弁スライダ（２，３，４）及び前記弁（１）のハウジングに静止連結方式で連結されている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の弁。
6. 前記ばね要素（７）は、弛緩状態では平板状であり且つ前記弁スライダ（２，３，４）の変位軸線（２０）に垂直な平面内に延びている、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の弁。
7. 前記ばね要素（７）は、前記弁（１）の無電流状態において前記封止受座（１０）の方向に偏向され、前記コイル（１２）を通電すると、前記ばね要素を逆方向に偏向させることができる、請求項６記載の弁。
8. 前記封止要素（５）は、一端が閉鎖されると共に前記弁スライダ（２，３，４）の前記第１の軸方向端部（９）上に配置され、前記封止要素（５）の閉鎖端部（２１）は、前記弁スライダ（２，３，４）の前記閉じ位置において前記封止受座（１０）と流体密連結方式で封止するようになっている、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の弁。
9. 前記ばね要素（７）は、湾曲した又は本質的にＳ字形のばねレッグを備えた環状要素であり、前記弁スライダは、前記ばね要素によって中心合わせされるようなっている、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の弁。
10. 前記弁スライダ（２，３，４）は、前記弁スライダ（２，３，４）の前記第１の軸方向端部（９）に向いた前記磁石アーマチュア（２）の側で前記磁石アーマチュア（２）に連結されると共に前記弁スライダ（２，３，４）の前記第１の軸方向端部（９）を形成するラム（４）を有する、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の弁。
11. 前記封止要素（５）は、前記ラム（４）上で前記弁スライダ（２，３，４）の前記第１の軸方向端部（９）に連結され、前記封止要素は又、前記弁スライダ（２，３，４）の変位につれて動くようになっている、請求項１０記載の弁。
12. 前記弁（１）の少なくとも１つの駆動部を包囲したプラスチック外装（１５）を更に有する、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の弁。
13. 患者の治療のための、特に透析のための、体外循環を提供する装置（５０）であって、少なくとも１つの流体チャネル（５５，５６）及び前記流体チャネル（５５，５６）内に設けられていて前記流体チャネル（５５，５６）を通る流体の流れを制御するための請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の弁（１）を少なくとも１つ有する、装置。

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