JPH06510355A - 流体制御バルブ構造 - 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】 流体制御バルブ構造 皮盃公１ 本発明はガスまたは液体からなる流体の流れを制御するためのバルブシステムに 関し、特にガスクロマトグラフィー等の分野に於て必要とされるような精密な制 御バルブシステムに関する。

失直背１ ガスクロマトグラフィー等の分野に於ては、一種または複数種の流体の流れを制 御バルブシステムにより制御する必要がある。このようなシステムの構造は極め て複雑であって、バルブ自体も、極めて小型であってかつ精密な動作が可能であ ることを必要とする。このような必要を満たすために、バルブの内部容積が極め て小さいことを要する。

しかも、多くの応用に於て、制御されるべき流体に接触する全ての表面が不活性 であって、流体を汚染しないようにしなければならない。制御されるべき流体と 反応したり或いはそれを吸収するような物質は、例えば、必要とされる感度が十 億分の−或いはそれ以下のオーダの場合があるようなガスクロマトグラフィーシ ステム等の検査結果を著また、バルブの動作が可及的に単純であって、　（頻繁 に開閉動作を行っても故障を起こさないような）長い耐久寿命を有するものであ るのが望ましい。

１９８２年１０月１２日にＭａｒｔｉｎに付与された米国特許第４，３５３，２ ４３号に於て記載されている構造の場合、中実の板材の表面に形成された周辺通 路により、複数のダイヤフラムバルブが互いに接続されている。このシステムは 、用途によっては有用なものではあるが、極めて複雑なアレイに適用したり、多 数のバルブ間の相互接続を行うのに適するようなフレキシビリティ−を有してい ない。

光」ルＱ−皿示 本発明に基づく流体制御構造によれば、多数のグループをなすような孔がブロッ クに貫通するように設けられ、その他方の面に向けて開かれている。各グループ は少なくとも２つの孔を有する。ブロックの一方の面は、　（薄い鋼板等からな り、）多数のブリスタ（ｂ　］　ｉ　ｓ　ｔ　ｅ　ｒ）が形成された弾性的な膜 部材と接触しており、ブリスタの凹面がブロックに向けて開口する。ブリスタは 、ブロックに設けられた孔のグループを覆うように膜部材内に配置される。

孔のグループ及びブリスタが本発明に於けるバルブを構成する。

ブロックの他方の面に於ては、表面に異なるグループの孔を接続するような溝或 いは通路が所定のパターンをもって設けられている。第２の弾性的な膜部材が、 プロ・ツクのこの面に重合されている。シール板が、ブロック−膜部材アセンブ リの両側に配置され、それぞれ膜部材に向けて押しつけられていることにより、 流体が孔及び溝から漏洩するのが防止される。ブリスタが設けられた膜部材に隣 接するシール板が複数の孔または凹部を有することにより、ブリスタの凸面に対 して接触しないようにされている。シール板に設けられた各凹部または孔が、通 路を介して加圧流体源に接続されている。加圧された流体がブリスタを覆う凹部 または孔に導入されると、ブリスタはブロックに対して強く押しつけられ、その 結果孔同士の連通を遮断する。

これによりバルブが閉じられる。加圧流体が解放されると、ブリスタは元の形状 に復元し、バルブを再び開く。開かれたバルブのブリスタの下側に減圧状態が必 要である場合には、ブリスタの上側の圧力を減少させ、ブリスタがつぶれてバル ブが閉じられるのを回避することができる。ブロックの他方の面に設けられた溝 或いは通路は任意のパターンをもって形成され、バルブの相互接続を自由に設計 することを可能にする。複雑な応用に於ては、通路及びバルブをブロックの同一 の面に形成し、ブロックの上側及び下側の面を互換性をもって利用することがで きる。

ブロックの厚さの全体に亘って延在せずに、ブロックのエツジに延在する通路或 いはギヤラリ−に接続し、そこから外部機器に接続されることができる。

シール板は比較的軟質の材料からなるものであってよく、隣接するブリスタ或い は通路間にて流体の漏洩がないように、ブロックに於ける孔或いは通路の周りに 沿って突条或いは環状突部を有するものであって良い。或０は、第２の膜部材を 省略し、シール板を、相互接続用の通路或０（ま溝が形成されたブロックの面に 対して直接重合させるものであっても良い。

１画ｆｌＪ、−寿説朋 第１図は本発明に基づくバルブ構造の分解図である。

第２図は本発明に基づく２つの）くルブの断面図を示す。

第３図は本発明の別の実施例の断面図を示す。

大−施−例 第１図は制御バルブ構造１０を示し、該バルブー構造は中心ブロック１１と、膜 部材１２．１３と、シール板１４．１５と、支持板１６．１７とを有する。プロ ・ツク１１１こ（ま、グループ（本実施例の場合対）をなして複数の孔１１ａ＃ （設けられている。ブロック１１の下面に於ては、一連の通路１１１〕が、６対 の個々の孔を別の対の孔に接続する。通路１１ｂは、分析のための流体の流れに 後になって導入されるべき成る体積の流体サンプルを貯留するための貯留部とし ての第２の目的を有するものであって良０゜水平ギヤラリ−１１，ｃ、１１．ｄ は、対応する孔１１ａとプロ・ツク１１のエノンとの間の連通を実現する。

ブロック１１は、金属、セラミ・ツク、硬質ポリマ或（１番まポリマ複合材料等 の硬質の材料からなるものであるの力へ好ましい。ブロック１１の上面及び下面 は互（１に平行であって、膜部材１２．１３或いは、膜部材１３が省略された場 合には膜部材１２及びシール板１５によりシールされ易いように高度に平滑化さ れている。

膜部材１２は、薄い金属板或いは弾性的なポリマ或いはエラストマからなるもの で、複数のブリスタ１２ａか形成或いはエンボスされている。ブリスタ１２ａは それぞれブロック１］の側を向く凹面及びシール板〕、４を向（凸面を有する。

ブリスタ１２ａは、それぞれ一対の孔１１ａに整合するように配置されている。

薄いシート材をなす膜部材１３は、ブロック１１の下面に重合されている。膜部 材１２、ｉ　３は金属、ポリマ、ポリマ複合材或いはエラストマ材料からなるも のであって良い。膜部材１２は、膜部材１３と同一の材料からなるものであって よいが、必ずしもそうである必要はない。膜部材１２．１３は、プロ・ツク］− １の平滑化された面と共働することにより漏洩することのないシールを形成する のに充分な薄さ及び平滑度を有しており、膜部材１２の場合には、ブリスタ１２ ａが、復元力を失うことなく繰り返し変形し得るような充分な弾性を有するもの でなければならない。しかも、制御されるべき流体が接触する面が全て不活性で なければならない場合には、ブロック１１及び膜部材１２．１３は、ステンレス 鋼や、より一層厳しい用途に於ては、金或いは銀などの極めて不活性な材料に覆 われたステンレス鋼からなるものであるのが好ましい。

膜部材１．２．１３はそれぞれシール板１４．１５によりブロック１１に押しつ けられる。第１図に示されるように、シール板１４には一連の四部１４ａが凹設 されている。各凹部１４ａはブリスタ１２ａの位置にそれぞれ対応しており、シ ール板１４がブロック１１に押しつけられたときに、ブリスタ１２ａがその元の 形状をとり得るようにキャビティを形成［７ている。シール板１４の表面に設け られた各四部１４ａはリング１４ｂにより囲繞されている。シール板］４がブロ ック１１にしつかり押しつけられると、リング１４ｂが膜部材１２に強く押しつ けられ、６対の孔１１ａの周りで、膜部材１２とブロック】】との間で良好なシ ールを形成する。

同様に、シール板１５もその上面に、シール板１５力（ブロック１］に押しつけ られたときに谷溝１１．　ｂを囲繞する突条を有している（但し、これらの突条 は第１図に示されていない）。リング１４ｂと同様の機能を果たす突条は、各ｍ 　１１　ｂの周りで膜部材１３とプロ・ツク１１との間の良好なシールを形成す る。

６四部１．４３は、後記するように、四部１４ａ内に駆動流体を遵太し得るよう に、シール板１４のエツジに設けられた開口１４ｄに対して通路を介して連通ず る開口１４ｃを有する。凹部１４ａ、リング１４ｂ、及び開口１４Ｃ１１４ｄは 第２図の断面図によく示されている。

シール板１４．１５は、ポリマ、エラストマ、炭素繊維或いは銅などの軟質の金 属といった比較的軟質の材料からなるのが好ましい。

凹部１４ｂに代えて、プレート１４の厚さ方向に貫通するように設けられた孔に よりブリスタ１２ａのための空間を画定することかできる。

支持板１６．１７は比較的硬質の材料からなり、シール板１４．１５、膜部材１ ２．１３がブロック１１に強く押しつけられる際の支持を提供する。第１図の構 造の全体が、この構造の各部材を組み合わせたときに整合する孔に挿通された図 示されないボルトにより互いにクランプされる。

これらの孔は第１図に於て個々に符号が付されていないが、孔１１．　ｅ〜１７ ｅにより代表されている。孔１１ａ及び通路１１ｂの位置を設計する際に、ブロ ック１１に於ける取着孔と干渉しないように注意しなければならない。

第２図は本発明に基づく２つのバルブ２０，２１の構造を示す断面図である。第 ２図に於ては、第１図に示された部分に対応する部分には同様の符号が付されて おり、第２図は溝１１ｂを囲繞ししシールを形成するべく、シール板１５に設け られた突条１５ａを断面により示している。このように、バルブ２０，２１のそ れぞれは、膜部材１２に設けられたブリスタ１２ａ１　ブロック１１に設けられ た２つの孔１１ａ１及びリング１４ｂにより囲繞されたシール板１４の凹部１４ ａを有する。ブリスタ１２ａ及び凹部１４ａの高さ方向の寸法は図示を明瞭にす るためにやや誇張されている。ブリスタ１２ａの高さは０．０２ｍｍ〜０，２＋ ｍｍであるとよい結果が得られた。各四部１４ａは、通路１４ｆを介して外部孔 １４ｄに連通ずる孔１４ｃを有する。

孔１４ｄは加圧された（図示されない）駆動流体源に接続されている。２つの孔 １１ａはブロック１１を貫通しており、通路１１ｂを介してブロック１１の底面 にて互いに接続されている。それ以外の孔１１ａはブロック１１の厚さの半分の 長さに亘って延在しており、ブロック１１の外側エツジに至る水平ギヤラリ−１ １０に接続されている。

このように、バルブ２０に代表されるようにバルブ２０．２１が開かれたときに 、流体が例えば左側のギヤラリ−１１０から、バルブ２０を介して通路１１ｂに 接続された孔１１ａを経て、更にバルブ２１を経て右側のギヤラリ−１１０に向 けて流れることができる。

バルブ２１は閉じられた状態で図示されている。これは、通路１４ｆを介して凹 部１４ａに加圧流体を導入することにより達成される。第２図に示されるように 、これにより、可撓性を有するブリスタ１２ａを、バルブ２１の中心に位置する 孔１１ａに向けて下向きに押しつける。ブリスタ１２ａは孔１１ａに強く押しつ けられ、バルブ２１を通過しようとする流体の流れを遮断する。四部１４ａから 加圧流体が解放されると、ブリスタ１２ａは、バルブ２０として図示されている ように元の形状に戻り、孔１１ａ間の流体の流れを復活し、バルブを開く。

第２図は２つのバルブ２０．２１を含む代表的な構造のみを示している。この構 造は、各用途に於て必要とされる任意のパターン或いは形状をもって溝１１ｂに より、或いは水平ギヤラリ−１１０に接続された多数のバルブを含むように拡張 することができる。この構造に於けるバルブは極めて精密であり、高い応答性を 有するもので、疲労あるいは破損をきたすことなく頻繁に開閉し得るようなステ ンレス鋼等の材料からなる膜部材を用いて製造することができる。しかも、制御 される流体が不活性な面とのみ接触するようにし、バルブ構造を通過する流体が 汚染を受けないように容易に設計することができる。

しかも、複雑な構造が必要な場合には、本発明に基づくブリスタバルブ及び接続 溝を有する制御バルブ構造を中心ブロックの両面に設けることもできる。このよ うな構造が第３図に示されており、ブロック３３の上面に設けられたバルブ３０ 及び溝３１並びにブロック３３の下面に設けられたバルブ３４及び溝３５が示さ れている。バルブ３０．３４及び溝３１．３５は、ブロック３３に於けるギヤラ リ−３３ａ間に於て直列に接続されている。バルブ３０．３４は同様の構造を有 し、第２図のバルブ２０．２１と同様に作動する。

上記した実施例は単なる例示であって本発明を何ら限定するものではない。当業 者であれば多数の追加或いは別の実施例に容易に思い至ることができ、それらも 本発明の広い概念に含まれる。

ＦＩＧ、１Ｂ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成５年１１月１２日

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．流体制御バルブ構造であって、 第１の面から第２の面に至る複数のグループの孔を有し、これらの孔のあるもの が前記第２の面に形成された１つまたは複数の溝により接続されているようなブ ロックと、それぞれ凸面側と凹面側とを有し、前記した孔のグループの１つの位 置に対応するように配置された複数のプリスタを恒久的に有しかつ前記ブロック の前記第１の面に向けて押しつけられた第１の膜部材と、 前記した１つまたは複数の溝のそれぞれの周りに於けるシールを提供し、前記ブ ロックの前記第２の面に重合されたシール手段と、 前記プリスタのそれぞれが、変形することにより、それに対応する孔のグループ 間の流体の流れを遮断し得るようにされていることを特徴とする構造。
2. ２．制御されるベき流体が前記孔の少なくとも１つに流人し得るようにする手段 と、前記した制御されるベき流体が前記孔のうちの少なくとも１つの別のものか ら流出し得るようにする手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の構造 。
3. ３．前記第１の膜部材を前記ブロックの前記第１の面に押しつけるための第１の シール板を有し、該第１のシール板が前記第１の膜部材に設けられた前記ブリス タの位置に対応する位置に凹部を有することを特徴とする請求項２に記載の構造 。
4. ４．前記プリスタのそれぞれを選択的に変形させる手段を有することを特徴とす る請求項３に記載の方法。
5. ５．前記変形手段が、加圧された流体を前記凹部のそれぞれに選択的に導入する ための手段を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. ６．前記シール手段が、前記ブロックの前記第２の面に対して押しつけられた第 ２のシール板を有することを特徴とする請求項３に記載の構造。
7. ７．前記シール手段が、第２の膜部材と第２のシール板を有し、前記第２のシー ル板が、前記第２の膜部材を前記ブロックの前記第２の面に向けて押しつけるベ く配置されることを特徴とする請求項３に記載の構造。
8. ８．前記第２のシール板が、前記溝のそれぞれを囲繞する突条を有することを特 徴とする請求項６に記載の構造。
9. ９．前記第１のシール板が、前記孔のグループのそれぞれを包囲するリングを有 することを特徴とする請求項３に記載の構造。
10. １０．前記ブロック、前記第１の膜部材及び前記第２のシール板がそれぞれ不活 性材料からなることを特徴とする請求項６に記載のバルブ。
11. １１．前記ブロック及び前記第１及び第２の膜部材が不活性材料からなることを 特徴とする請求項７に記載の方法。
12. １２．前記不活性材料が、ステンレス鋼、ニッケル合金鋼、クロム合金鋼、ニッ ケル／クロム合金鋼、金により覆われた材料、及び白金属の金属により覆われた 材料からなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項１１に記 載の構造。
13. １３．流体制御バルブ構造であって、 第１の面から第２の面に至る複数のグループの孔を有し、これらの孔のあるもの が複数の溝により接続されており、該溝の少なくとも１つが前記第１の面に形成 され、該溝の少なくとも１つが前記第２の面に形成されているようなプロックと 、 それぞれ凸面側と凹面側とを有し、前記した孔のグルーブの１つの位置に対応す るように配置された複数のブリスタを恒久的に有しかつ前記ブロックの前記第１ の面に向けて押しつけられた第１の膜部材と、 それぞれ凸面側と凹面側とを有し、前記した孔のグループの位置に対応するよう に配置された複数のプリスタを恒久的に有しかつ前記ブロックの前記第２の面に 向けて押しつけられた第２の膜部材と、 前記した溝のそれぞれの周りに於けるシールを提供し、前記ブロックの前記第１ 及び第２の面に重合されたシール手段と、 前記プリスタのそれぞれが、変形することにより、それに対応する孔のグループ 間の流体の流れを遮断し得るようにされていることを特徴とする構造。
14. １４．前記第１及び第２の膜部材が前記シール手段を有することを特徴とする請 求項１３に記載の構造。
15. １５．前記ブロック、前記第１の膜部材及び前記第２の膜部材がそれぞれ不活性 材料からなることを特徴とする請求項１４に記載のバルブ。
16. １６．前記不活性材料が、ステンレス鋼、ニッケル合金鋼、クロム合金鋼、ニッ ケル／クロム合金鋼、金により覆われた材料、及び白金属の金属により覆われた 材料からなるグループから選ばれたものであることを特徴とする請求項１５に記 載の構造。
17. １７．流体制御バルブ構造であって、 第１の面から第２の面に至る複数のグループの孔を有し、これらの孔のあるもの が前記第２の面に形成された１つまたは複数の溝により接続されているようなブ ロックと、それぞれ、前記した孔のグループの位置に対応するように配置された 複数のプリスタを有しかつ前記ブロックの前記第１の面に向けて押しつけられた 第１の膜部材と、前記第１の膜部材に設けられた前記ブリスタの位置に対応する 位置に凹部を有する、前記第１の膜部材を前記ブロックの前記第１の面に押しつ けるための第１のシール板と、前記ブロックの前記第２の面に重合され、かつ前 記ブロックの前記第２の面に押しつけられた第２のシール板を有し、該第２のシ ール板が、前記した１つまたは複数の溝のそれぞれの周りに於けるシールを提供 する突条を有するシール手段と、 制御されるベき流体が前記孔の少なくとも１つに流入し得るようにする手段、及 び前記した制御されるベき流体が前記孔のうちの少なくとも１つの別のものから 流出し得るようにする手段とを有し、 前記プリスタのそれぞれが、変形することにより、それに対応する孔のグループ 間の流体の流れを遮断し得るようにされていることを特徴とする構造。