JPH06503649A - 微量供給弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 微量供給弁 本出願は、１９９１年９月３０日付けで出願した米国特許出願第７６７．６１１ 号の一部継続出願である。

発明の分野 本発明は、弁に関し、特に、加圧可能な流体供給源から微量の液体を定量で且つ 反復的に供給する弁に関する。

発明の背景 極く少量の液体、又は気体を供給することは、実験器具にとって極めて重要であ ることが多い。ある量の液体を分与する一つの方法は、正確な時間、加圧流体を 保持する管の弁を開放させることである。しかし、流動管の遮断弁の開放時間を 正確に制御することは、流体の粘度の差、圧力差等のため、多（の状況下で十分 に正確には行い得ない。容積形定量供給装置は、体量流量をより正確に制御する 。代表的な従来技術の容積形分与装置、又は定量供給装置は、米国特許第３，０ ７２、３０２号、同第３．３５３．７１２号、同第４．２７１．９８９号、同第 ４．３２７．８４５号、及び同第４，８０５、８１５号に示されている。

キーズ（にｅｙｅｓ）等への米国特許第４．３２７．８４５号には、流体アキュ ムレータとして機能するばね負荷式ピストンを保持する閉チャンバへのアクセス を制御する回転弁を備える分与装置が示されている。該回転弁が一つの位置にあ るとき、圧力下にある粘性シロップ又はトッピングのような液体が、該チャンバ に導入され、ピストンを上方に駆動する一方、この回転弁が第二の位置にあると き、該チャンバは出口に接続され、ピストンはそのチャンバの白味を押し出す。

このキーズの装置の欠点は、入口及び出口の状況の相関係を変化させることが出 来ないことである。又、アキュムレータの容積を変化させるべくピストンに対す るばね圧力を変化させるための措置が何等、設けられていない。

米国特許第３．３５３．７１２号には、流体アキュムレータを内蔵する分与装置 が開示されている。該アキュムレータのピストンは、ピストンの裏側に物理的に 接触するように前進させ、該ピストンの動きを制限することの出来る調節ねじ上 に中心状めされたばねによって下方に偏倚される。

極めて小型の容積形定量供給装置内にピストンを使用することは、ピストンシー ルの漏洩による影響が増すため、問題である。更に、ピストンシールは、極めて 低圧の流体供給源に関係する状況の場合、許容し得ない抗力を有する。又、この シールの抗力は、作用流体の性質及び温度による影響を受ける。

今更の構喋 本発明の装置は、圧力下の供給源から少量の液体を正確に定量供給するものであ る。この装置は、加圧供給源から供給管まで流体を定量供給し得るように位置決 めされる。本発明の定量供給装置は、定量供給される流体の温度、圧力、又は粘 度の差、又は変動に関係なく、効果的に機能する。供給される流体の量は、数マ イクロリットルから数百マイクロリットルに及ぶ。少量を反復的に供給すること で多量の供給を行うことが出来る。

本発明の定量供給装はは、流体流路を形成する弁本体と、該弁本体に固定され且 つ流路と流体連通状態にある流体アキュムレータと、該アキュムレータの上流の 流体流路中に設けられる大口弁と、該アキュムレータの下流の流路中に設けられ 、上記の大口弁と独立した出口弁と、弁の多くとも一方が一度に開放するように 、上記の大口弁及び出口弁を交互に開閉する手段と、を備えている。

」 本明細書で使用する「流体」という語は、気体、液体及び粒状固形分を含む全て の流動可能な材料を意味するものとする。「弁」とは、流路に沿った流体の流れ を制御する全ての装置を意味するものとする。

「アキュムレータ」とは、流路に接続され且っ流路からある量の液体を可逆的に 受け取り得る閉チャンバを意味し、その液体の量は流体の圧力の関数である。

「密閉的Ｊとは、漏洩無しを意味する。「ダイヤフラム」とは、略可撓性、又は 延伸可能な密閉的流体バリヤーを意味する。

図面の簡単な説明 添付図面において、 第１図は、その弁の双方が閉じたときの本発明を具体化する定量供給装置の簡時 化した断面図、 第２図は、その吸引段階にある装置を示す、第１図に対応する図、第３図は、そ の休止段階にある弁を示す、第１図に対応する図、第４図は、その排出段階にあ る弁を示す、第１図に対応する図である。

好適な実施例９脱男 第１図乃至第４図に図示するように、本発明を具体化する定量供給装置は、入口 ポート１２、及び出口ポート１４を有する弁本体１０を備えており、該装置に入 り及び該装置から出る液体の方向は、矢印で示しである。この装置を通る流量は 、アキュムレータ２０と共に、対向する人口弁１６及び出口弁１８によって制御 される。小さい流路２２が入口ポートを大口弁の穴に接続する。別の流路２４が アキュムレータを答弁の穴に接続し、第三の流路２６が出口ポートを出口弁の穴 に接続する。このようにして、これら入口ポート１２、出口ポート１４、流路２ ２．２６、弁１６．１８は、装置を通って流動する流体の流路を形成する。

大口弁及び出［１弁は同一であるため、その一方についてのみ詳細に説明する。

第２図に図示するように、弁本体には、大きい端ぐり穴３２が形成され、弁座と して機能する截頭円錐形底部３４を有する穴３０がある。大口弁及び出口弁の円 錐形面は、共通の頂点へを有し、実際上、これら面は、共通の母線を有する。円 錐体の共通の頂点は、アキュムレータから伸長する流路２４の内端の内部に位置 する。穴３０よりも僅かに直径が小さい弁ステム３６は、截頭円錐形頭部３８で 終端となり、弁座３４の幾何学的形状に適合する。該弁ステムは、ソレノイドの プランジャ４０（該プランジャの一方のみを図示し、その他方のプランジャは、 従来型式である）に接続され、又は、該プランジャ４０と一体にされる。漏洩を 防止すべく、弁ステムは、その内周が弁ステムに密閉的に接続され、その外周が 回りＩＦめリング４４により端ぐり穴の底部に静止状態に保持された、環状の可 撓性ダイヤフラム４２により密封されており、そのため、部品同士が相対的に動 （ことはなく、従って、摺動シールは不要である。端ぐり穴の底部は、僅かに凹 状であり、ダイヤフラムの撓みに対する隙間を提供する。

弁座の共通の頂点にて流路に接続する流路２４を有するアキュムレータ２０は平 坦な底部を有する穴５０内に取り付けられ（第３図参照）、該穴５０の軸線は装 置の中央面Ｐ内に位置する。大口弁及び出口弁は、この面に対して垂直に伸長し 、入口及び出口ポートは、該面に対して平行である。逆のカップ５２が穴５０内 に押し込まれ、又はその他の方法で密閉的に嵌め込まれる。該カップの縁部は、 可撓性ダイヤフラム５４の外周に当接し、該ダイヤプラムは、通常、穴５０の底 部に接した状態で平坦に位置するが、流路２４から流体を受け取ったとき、第３ 図に図示するように外方に膨張することが出来る。該ダイヤフラムは、それ自体 の弾性、及びキャビティ内の圧縮コイルばね５６の力の双方により、第１図の位 置（平坦な位置）に向けて偏倚される。該ばねは、ダイヤフラム上の中心決め柱 ５８とカップの面の中心を通って伸長する調節ねじ６０との間でアキュムレータ の軸線上に支持される。該ねじを前進させることにより、ダイヤフラムに加えら れる偏倚力を増し、出口圧力及び容積の双方に影響を及ぼすことも出来る。該ば ねに代えて、可圧縮性流体の容積のようなその他の偏倚手段をカップと共に利用 することも可能である。

弁の間に機械的な相互接続具が使用されないため、これら弁は、互いに独立的に 電気的に作動させることが出来る。又、入口弁と出口弁とを対向状態に配置する 結果、その間の流路の容積が最小となり、これは、正確な定量供給に寄与するこ とが理解される。

作用について説明すると、定量供給すべき加圧流体源は、入口ポートに接続され 、又、供給管は、出口ポートに接続される。これら人口弁及び出口弁は、第１図 に図示するように、最初は両方共に閉じられ、アキュムレータは空であり、その ダイヤフラムは、盲穴の底部に平坦に位置している。ある量の流体を定量供給す るためには、該装置は、多（とも一つの弁が一度に開放するような方法で弁を交 互に開閉することにより、第２図乃至第４図に示した流入、休止、及び排出段階 を通じて循環される。これは、装置が容積形であることの特徴を損なう虞れのあ る貫流的な流動を防止する。

第２図において、入口弁は、そのソレノイドを励起させることにより、開放され 、圧力流体がアキュムレータまで流動するのを許容する。ダイヤフラムは外方に 撓み、ダイヤフラムにおける圧力差、ダイヤフラムの可撓性、ばねの初期張力及 び反発率に依存する量の流体を導入する。アキュムレータが充填する、即ち、平 衡状態に達するのに十分に長い時間、大口弁は、開放状態に保持される。　次に 、大口弁を閉じ（第３図）、アキュムレータを密封する。両方の弁が閉じている 少なくとも短い休止時間を設けることが必須である。

その後、第４図に図示するように、出口弁を開放し、その結果、アキュムレータ 内の流体は、出口に向けて流動する（供給管が圧力源の圧力よりも低圧に維持さ れていると仮定して）。出口弁は、アキュムレータが空になる、即ち、ダイヤフ ラムが第４図に図示するように、平坦になるのに十分に長い時間、開放状態に維 持される。このように、アキュムレータは、各サイクルの排出ストローク中、ポ ンプとして機能し、その充填された容積は、ポンプ容積となる。入力圧力を変え 、アキュムレータのダイヤフラムを交換し、又は調節ねじの調節を変更すること により、有効容積を変化させることが出来る。

弁を相互に直線状に配置することの利点は、その弁間の流路の容積を最小にし、 定量供給する量に関する不確実さの一つの原因を緩和することであり、このこと は、圧縮性流体を使用するときに、特に有意義である。又、弁を独立的に制御し 得ることは利点である。それは、弁の各段階の相及び持続時間を変えることによ り、例えば、各サイクルの長さを短縮して最小にすることにより、定量供給装置 を最適なものにすることが出来るからである。

本発明は、変形例、応用例が可能であるから、上記説明及び図面は、請求の範囲 により規定される本発明の一形態の一例を示すものに過ぎないと解釈されるべき である。

ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１Ｉｊｊ） 平成　５年　５月３１日―

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．圧力下の流体源からある量の流体をより低い圧力で定量供給する装置にして 、 上流及び下流方向を有する流体流路を形成する弁本体と、前記弁本体に固定され 且つ前記流路と流体連通する流体アキュムレータと、前記アキュムレータの上流 の流体流路中に設けられる入口弁と、前記アキニムレータの下流の流路中に設け られる、前記入口弁と独立的な排出弁と、 前記弁の多くとも一つが一度に開放するような方法で前記入口弁及び出口弁を交 互に開閉する手段と、を備えることを特徴とする定量供給装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の定量供給装置にして、前記アキュムレータが、前 記流体に露呈される一側部を有する可撓性のダイヤフラムと、その反対側で前記 ダイヤフラムを偏倚させる手段と、を備えることを特徴とする定量供給装置。
3. ３．請求の範囲第２項に記載の定量供給装置にして、前記偏倚手段がコイルばね であることを特徴とする定量供給装置。
4. ４．請求の範囲第３項に記載の定量供給装置にして、前記ばねの一端を支持し、 これにより、前記ばねの偏倚力を変化させ、所定の圧力の流体に露呈されたとき 、アキュムレータが受け取る容積を変化させる調節ねじを更に備えることを特徴 とする定量供給装置。
5. ５．請求の範囲第３項に記載の定量供給装置にして、前記ダイヤフラムの撓みを 制限し、これにより、前記アキュムレータの有効容積を調節可能にするストッパ として機能する調節ねじを更に備えることを特徴とする定量供給装置。
6. ６．請求の範囲第１項に記載の定量供給装置にして、前記入口弁及び出口弁が互 いに対向することを特徴とする定量供給装置。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の定量供給装置にして、前記入口弁及び出口弁が相 互に直線状の軸線を有することを特徴とする定量供給装置。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の定量供給装置にして、前記弁の各々が、截頭円錐 体により形成される弁座を有し、前記円錐体が共通の頂点を有することを特徴と する定量供給装置。
9. ９．請求の範囲第８項に記載の定量供給装置にして、前記アキュムレータが、前 記共通の頂点を含む流路によって前記弁に接続されることを特徴とする定量供給 装置。
10. １０．請求の範囲第１項に記載の定量供給装置にして、前記弁の各々が、弁の本 体に形成され、弁座にて終端となる穴と、前記穴内で往復運動可能に取り付けら れた弁ステムであって、前記弁座に係合するテーパー付き頭部を有する弁ステム と、前記弁ステムに密閉的に接続された内周及び前記弁の本体に密閉的に接続さ れた外周を有する環状の可撓性ダイヤフラムと、を備えることを特徴とする定量 供給装置。