JPH08210542A

JPH08210542A - 電磁気的に動作されるバルブ

Info

Publication number: JPH08210542A
Application number: JP7272077A
Authority: JP
Inventors: Stephen Mealy; スティーブン・ミーリィ; Keith D Besse; キース・ディー・ベシ
Original assignee: SAFUAIA ENG Inc; Sapphire Engineering Inc
Current assignee: SAFUAIA ENG Inc; Sapphire Engineering Inc
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 1996-08-20
Also published as: EP0704649A2; US5605317A; EP0704649A3

Abstract

(57)【要約】【課題】加圧流体を制御するための新規の改良された
電磁気動作ルブを提供することである。【解決手段】出口バルブ１０は、主に一端部に入口１
１をそして別の反対端部に中空シリンダ１９をもつハウ
ジング８と、一端部に入口１３をそして他端部に管状チ
ャンバ２０を具備し前記入口１３と前記管状チャンバ２
０との間を延長する流体導管２１を含むコイルボビン５
と、スリーブ部材７と磁石４とプランジャ保持器３とボ
ール１と座部２とから組み立てられるプランジャ小組立
体３１と、導線１８とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チェックバルブと
しても通常の開放及び閉鎖用バルブとしても動作する電
磁気的に動作されるバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】高性能の液体クロマトグラフ法（ＨＰＬ
Ｃ）や毛管電気泳動法（ＣＥ）や質量分析法（ＭＳ）の
ような応用では、試薬及びサンプルが脈動及び他の不整
流なしに連続して精確に流れることが重要である。消費
可能な上昇コストと使用した化学薬品の環境的に責任あ
る処分の上昇コストとによって大いに駆り立てられる現
在の傾向は、以前の標準であったものよりもずっと遅い
流速を必要とする方法を改良することである。一方方向
（以降、一通とする）のチェックバルブに依存するピス
トンポンプは、（時々補充されなければならないスポイ
ドポンプとは対立するものとして）連続した流れを提供
できかつ費用効果及び信頼性のために、液体の送給とし
て好ましい機構であった。

【０００３】本出願人は、磁石をもつ一通チェックバル
ブを使用する従来技術の装置について知っている。特
に、ＬｅＦＥＶＲＥの米国特許第４，１０３，６８６号
は、スチール製ボールとプランジャ及び電磁石を開示す
る。ここでは、プランジャは、ボールを引かれた位置へ
移動させ、ボールは、重力と流体圧の作用によってその
座部に戻る。ＥＲＮＳＴＥＴＡＬ．の米国特許第
３，９８４，３１５号は、クロマトグラフィポンプ内の
バネにより負荷を受ける吸い込みバルブと送給バルブと
を開示する。ＳＭＩＴＨの米国特許第４，４２０，３９
３号も参照されたい。ＷＥＩＳＳＧＥＲＢＥＲの米国特
許第４，９１１，４０５号の別の特許には、バネにより
負荷を受けるボールとソレノイドの接極子とをもち、ピ
ンを持ち上げてボールを持ち上げてポンプの流れを制御
するポンプの吸い込み入口に使用するためのバルブ装置
が開示される。ＳＭＩＴＨの米国特許第４，４２０，３
９３号も参照されたい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によって開示される一通のチェックバルブ装置は、こ
のような一通チェックバルブのバルブ胴体に使用される
ボールが”オープンチェックバルブ”の部分のポンプ動
作（代表的には、ピストン行程）中に座部を離れて持ち
上がらないために、そして積極的な封止がピストン行程
の”チェックバルブ閉鎖”部分の連続発生中に維持する
ことが難しくそれによって脈動と他の不整流となるため
に、流速において問題となっている。これらの集められ
た困難は、一般に、これら装置内で使用されるチェック
バルブ内でタイミングをとり流れを変更させるために結
合するポンプチャンバの内側の低圧及び遅いピストン速
度の結果であると考えられる。

【０００５】現在入手できるボール及び円錐座部式の一
通チェックバルブは、液体の圧力と幾分かの重力とに依
存して、開放位置と閉鎖位置との間を移動する。低流速
及び低圧（例えば、１マイクロリットル／分及び１４
０．６ｋｇ／ｃｍ² （２０００ポンド／平方インチ））
では、ボールがポンプピストン行程の十分に認められ
た”チェックバルブの開放”の部分中には円錐座部より
上には代表的に部分的にしか上がらず、関連ポンプのピ
ストン行程の”チェックバルブ閉鎖”の部分中には好ま
しい封止を行わないという点で、圧力あるいは重力の作
用が問題となる。さらに、ピストン行程の”チェックバ
ルブの開放”の部分中には、ボールは、円錐座部と点接
触のままでボールの周りに対称的な流れとなることがあ
る。これら及び他の関連の現象は、脈動及び不整流にな
り得る。脈動及び不整流は、このようなポンプによって
送給される加圧流体を受け取る高性能の液体クロマトグ
ラフ法（ＨＰＬＣ）あるいは質量分析法（ＭＳ）のよう
なものに使用されるそれぞれのシステムによって行われ
る測定に悪影響を与えることがある。

【０００６】したがって、従来技術の欠点の少なくとも
いくつかを解決する、バルブ胴体の位置を両方向（すな
わち、バルブを開放するような及びバルブを閉鎖するよ
うな）に積極的に制御するように適合されて加圧流体を
制御するための、新規の改良された電磁気的に動作され
るバルブを提供することが所望されている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、固定されたバ
ルブ用座部に対して移動可能なバルブ胴体の位置に亙っ
て積極的に制御するための作動装置をもち、開放及び閉
鎖の位置の間で動作できる磁気的に動作されるボールバ
ルブをもつ一つあるいはそれ以上のピストンポンプを使
用し、システムによって加圧された流体の流れを調節す
るのに使用される、電磁気的に動作されるバルブに向け
られる。積極的な制御は、バルブ胴体典型的にはボール
を磁石に結合することによって達成され、磁石は、コイ
ルボビンに含まれる付近のコイルを流れる電流によって
押されかあるいは引かれ、バルブの開放あるいは閉鎖の
間のタイミングを取った関係が精確に制御される。

【０００８】本発明では、制御は、ボールが積極的に固
定バルブ座部に押し付けて積極的な封止に影響を与える
ことができるあるいは一定の抵抗の量でこのような座部
から引き離して積極的で矛盾のなく再現できる開放の流
れ状態に影響を与えることができ、それによって不都合
な変動性および脈動を制限し流れの安定性を改善するる
ように、バルブの開放とバルブの閉鎖との間のタイミン
グ関係とピストン行程の位置とを関係付けることによっ
て達成される。

【０００９】特に、本発明は、高性能の液体クロマトグ
ラフ法（ＨＰＬＣ）や毛管電気泳動法（ＣＥ）や質量分
析法（ＭＳ）のような応用に向けられる。これらの場
合、試薬と流体サンプルが連続して精確にそして最小の
脈動で流れることが重要である。一つあるいはそれ以上
のピストンポンプが、それらが連続の流れを提供できコ
スト効率がよいことから、好ましい機構であった。

【００１０】本発明では、電磁気的に動作されるバルブ
（ＥＭＡＣＶ）は、少なくとも一つが全時間において積
極的な流れを提供するように配置される二つのピストン
要素をもち、コイルボビンを含んでいる中央チャンバを
もち、ピストンポンプ装置からの加圧流体を受け取るた
めの入口開口をもつ、ハウジングを含んでいる。ボビン
は、中央チャンバ内に配置され、円錐入口をもち、入口
と加圧流体の通路のための出口との間に軸方向に延長す
る導管を含む。

【００１１】固定バルブ座部は、前記ハウジング内に配
置され、非磁性材料から構成される実質的に円錐形の内
部面をもち、バルブ胴体封止部材と協同するように適合
される。バルブ胴体封止部材は、加圧流体の流れを可能
にする開放位置と封鎖位置（この場合、流体導管は封止
可能に封鎖されて加圧流体の流れを阻止する）との間で
動作される。バルブ胴体封止部材は、管状チャンバ内に
同軸で配置されるプランジャ小組立体保持器内に配置さ
れる。移動可能なプランジャは、同軸で配置され、一端
部にバルブ胴体封止部材を含み、他端部に磁石を取り付
けられる。使用上、プランジャおよび関連バルブ胴体封
止部材は、前記バルブ内に取り付けられた電磁気手段に
応答して移動できる。この場合に、移動は、開放位置
（このとき、バルブ胴体部材はこの周りと前記導管を介
して流体の流れを可能にする座部の円錐面と離れた関係
にある）と閉鎖位置（このとき、バルブ胴体封止部材
は、前記円錐座部上に座す）との間である。

【００１２】本発明では、流れ導管は、プランジャ内に
形成されて、流れが制限されないことを保証する。

【００１３】動作において、本発明の電磁気的に作動さ
れるバルブ装置は、さらに、第一の位置へ向かう第一方
向（代表的に、第一は入口開放位置）と第二の位置へ向
かう第二方向（代表的に、第二は出口閉鎖位置）との二
つの方向でボールから成るバルブ胴体を移動する。前記
電磁装置は、ボビン内取り付けられるコイルから成る。
それによって、磁気回路が、形成されて、磁石とボール
とを含む移動可能なプランジャ保持器を含む。磁気回路
が形成されると、前記バルブは、動作されて、ワイヤコ
イルに電流を送って磁界を発生させることによって積極
的に開放と閉鎖を制御する。この条件では、前記バルブ
の開放あるいは閉鎖状態は、前記コイルを流れる電流の
向きによって決定される。コイルは、プランジャ保持器
内に含まれる磁石に作用して非自制材料から形成された
ボールが関連座部に押し付けられて前記バルブ出口を封
止する。

【００１４】本発明は、また、座部に対して磁石および
ボールの組立体を押し付ける電磁力によって最大の液体
が負かされ得る限り、普通の開放−閉鎖バルブ（一通チ
ェックバルブとは対立するものとして）としても働くこ
とができる。

【００１５】本発明では、光学センサー、代表的には光
学エンコーダが親出願のカム従車とマイクロスイッチと
を取り替えた。また、”ＰＣ−ｒｅａｄｙ”ポンプとし
て一般に知られコンピュータ制御をもつ従来技術の全て
のポンプが、関連カムの面を見出すように光学エンコー
ダを使って動作される従来のステップモータを使用する
ことは明らかである。このようなカムが、形成されて、
ピストン行程の位置を指示し、そのために、光学エンコ
ーダは、流体の連続の流れを供給するための所定のシス
テム内で使用される一つあるいはそれ以上のピストンポ
ンプのピストン位置を見つけて信号を出す。同様のセン
サーが、更に、本発明のプランジャ小組立体を第一位置
から第二位置へ電磁気的に移動させるための、代表的に
は本発明の電磁気的に作動されるバルブの開放および閉
鎖のための作動装置の動作のタイミングをとるのに使用
される。上方封止プレートと留めピンと下方封止プレー
トと改良されたボビンと低圧封止部材とを含む新規の部
品が、本発明のバルブには追加された。

【００１６】変更の要約：図１５によれば、ボビン１０
５は、再設計されて、（ａ）前記ボビンを封止して
（ｂ）磁石１０４をステンレス鋼製バルブ胴体１４０あ
るいは関連ポンプヘンドに対して何らかの磁気的引力か
ら絶縁する二つの新規の封止プレート１１７および１０
９を取り入れられた。ＨＰＬＣ構成要素内に使用される
３１６ステンレス鋼は磁気的な性質を少ししか持たない
けれども、追加的な間隔は、磁石１０４がステンレス鋼
に引き付けられないだろうしそれによってバルブの性能
に干渉しすることを保証する。特に磁石は、コイルに撚
って発生される次回似よって僅かに影響される。ボビン
１０５は、チタンから製造されて何らかの磁気的干渉を
さらに制限する。

【００１７】バルブの漏れ経路を封止するのに僅かの押
圧を必要とした低圧用デュロメータ使って別個の封止が
見出されたので、低圧封止が追加されて封止性能を増大
した。好ましい実施例では、低圧封止が”Ｏ”リングか
ら構成される。

【００１８】チタン製ボビンとその周囲に巻かれたワイ
ヤーとから成るコイル１０６内でのネオジムから構成さ
れる磁石１０４の位置は、前記コイルのまさに端に配置
されて、コイルの磁界と磁石との間に最大エネルギーを
提供することによってバルブ動作の性能をさらに高め
る。

【００１９】本出願人は、前記ＥＭＡＣＶバルブの好ま
しい実施例のこの改良された新しい構成が、受動形式
（すなわち、エネルギー供給しているコイル１０６でな
く、エネルギー供給されたコイルを持つ標準的なチェッ
クバルブとして）で、圧力の変化を制限することにより
ポンプ動作を改良することで動作するだろうことを見い
だした。改良された設計の一つの重要な要素は、親出願
の設計よりもかなり長い細長いプランジャ組立体１３１
である。親出願の設計は、プランジャをボビンの側面上
に結合することの可能性を制限するプランジャの直径比
に対する増大された長さのために改良された動作を提供
する。

【００２０】注目される改良の例として、試験が、ＨＰ
ＬＣポンプと、製造元の標準チェックバルブを使用して
その後ポンプの二つのポンプヘッドの内側上に二つのＥ
ＭＡＣＶバルブを代用する通し番号０４８５５６の熱分
離製品／ＬＤＣモデルＣＭ４１００ポンプと、に関して
行なわれた。このポンプは、これがこの技術分野で現在
入手できるポンプの型の好ましい例であり図１１に示さ
れるようなＥＭＡＣＶと容易にインタフェースできるの
で選択された。図２４は、媒質として溝を使用して三つ
の異なる流速（１．０ｍｌ／分、０．５ｍｌ／分、０．
１ｍｌ／分）の場合のポンプの圧力トランスジューサで
測定される圧力の改良を示す。トレースの左側は標準の
入口チェックバルブである。トレースの右側は、ＥＭＡ
ＣＶ入り口バルブが代用されて、コイルがエネルギー供
給されたときに成された改良を示す。

【００２１】ワイヤ１８が一様に切られた結果、ポンプ
ヘッドへ前記バルブを入れる組立て中に、コイルボビン
１０５から成るある内部部品がハウジング１０８内部で
回転するときに生じる問題のために、回転拘束留めピン
１１６が、ハウジング１０８に対して前記部品のボビン
１０５の回転移動を防ぐために取り入れられた。ピン１
１６は、ボビン１０５と上方封止プレート１１７とハウ
ジング１０８とを共に結合する。下方封止プレートワッ
シャー１０９が回転しても、余り問題とならない。

【００２２】本発明のための別の応用が、溶剤を混合す
る場合が見出された。ＨＰＬＣポンプは、入力配分バル
ブを典型的には四つ備える。これらの入力配分バルブ
は、開放される。ポンプの各吸い込み行程中に連続して
開放される。各配分バルブについての吸い込み行程当た
りの開放時間の全存続時間は、マイクロプロセッサによ
り制御されて試薬の所望の混合を提供する。混合が時間
の関数として変化するとき、ポンプは、試薬の勾配を加
えると言われる。これらの勾配は、一般に、検出および
／あるいは収集のために柱から丁度良いときに溶出を分
離するのに使用される（精練）。

【００２３】この技術で現在実施されているように、前
記試薬のこの種の計測歯、四つのテフロンダイアフラム
ソレノイドバルブによって達成される。これらのバルブ
は、ポンプヘッドに配置される標準入口チェックバルブ
へ前記試薬を送給する。これらのテフロンバルブはすべ
て、１００ＰＳＩ以下の圧力で動作する。

【００２４】本出願人は、今前記ＥＭＡＣＶが開放され
るおよび閉鎖される時間の量について制御できるので、
本発明ＥＭＡＣＶがこれらのテフロンバルブに代わるこ
とができることを発見した。四つのＥＭＡＣＶバルブを
マニホールドに直接あるいはポンプヘッド自体に直接取
り付けることが可能である。このバルブは、入口チェッ
クバルブとしてばかりでなく勾配配分バルブとしても役
立つだろう。さらに、バルブの多数の動作が混合を改良
し、現在必要とされるようにポンプに続く混合チャンバ
のために必要を複数の動作が混合を改良していくつかの
応用で取り除くことができる。

【００２５】図２３は、ポンプヘッドに線状に取り付け
られた四つのバルブのマニホーロドを使って配分するた
めの代表的な組立の従来技術を示す。この図は、四つの
入口を持ち、矩形のマニホールドに取り付けられた四つ
の従来のソレノイドで動作されるバルブを示す。これら
は、代表的に勾配配分で使用される四つ溶媒から導く。

【００２６】このマニホルールドの出口は、シリンダー
状の基部での入口と紙面（図２３）の最上部での出口と
して示される混合チャンバへ導く。これは、四つの溶媒
の”スラッグ”がポンプヘッドへ引き出す前に徹底的に
混合されることを保証する。第一ポンプヘッドから、ラ
インが第二ポンプヘッドへ導き、最終的に出口チェック
バルブ（右手ポンプヘッドの上部）から出す。

【００２７】図２４は、ポンプヘッドに容易に取り入れ
られる本発明の四つのＥＭＡＣＶをもつポンプヘッドを
図示する。さらに、四つの溶媒は、その各々の必要な体
積を投与する四つのＥＭＡＣＶそれぞれを介してポンプ
ヘッドへ引き出される。ポンプヘッドは、混合チャンバ
として働き、図２３に示されるマニホールド式バルブを
使って必要とされる予め混合することを除去する。図２
４のバランスは図２３と同様である。

【００２８】本発明は、例示のためにのみいくつかの実
施例と関連させて説明されるだろう。しかしながら、当
該技術分野の人々であれば、本発明の技術思想の範囲か
ら逸脱することなしに例示した実施例全てに種々の変
更、修正、改良追加を行なうことができることは認めら
れる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１〜１２によれば、出口バルブ
１０として図１に示され、入口バルブ１２として図４に
示される電磁気的に作動されるバルブが図示されてい
る。特に、出口バルブ１０は、一端部に入口１１をそし
て別の反対端部に中空シリンダ１９をもつハウジング８
を含んでいる。コイルボビン５は、一端部に入口１３を
そして他端部に管状チャンバ２０を具備し、前記入口１
３と前記管状チャンバ２０との間を延長する流体導管２
１を含んでいて、前記中空シリンダ内に配置される。

【００３０】図６に示されるように、プランジャ小組立
体３１は、管状チャンバ２０内に取りつけられ、前記管
状チャンバ２０内に同軸的に配置されるプランジャ保持
器３と、前記プランジャ保持器３を囲むように構成され
たスリーブ部材７と、プランジャ保持器３の一端部の凹
形キャリア２４内に取り付けられるボール１から成るバ
ルブ胴体部材と結合するように適合される固定バルブ座
部２と、を含んでいる。図７に示されるように、長手方
向のスリーブ溝２８は、前記プランジャ保持器内に設け
られて入口端部にバイパス溝３０を含む（図７及び８を
見よ）。図３に示すように、ボール１がプランジャ保持
器３の一端部に取りつけられ、その反対側の端部には、
磁石４が凹所２６に取りつけられる。封止用ワッシャー
プレート９が、ハウジング８の末端部に使用されて、管
状チャンバ２０を密閉してプランジャ小組立体３１の出
口を封止する。

【００３１】この実施例では、コイル６は、管状チャン
バ２０に隣接する凹部内に取りつけられることでコイル
ロビン５０に提供されて、従来のスイッチング装置（図
示なし）に接続される複数の導線１８によって接続され
る。前記コイルは、磁気的に磁石４に結合される。それ
によって、前記磁石とボール１とを含む可動のプランジ
ャ保持器３を含む磁気回路が、形成される。磁気回路が
形成されると、前記バルブは、コイル導線に電流を流し
て磁界を発生することによって開閉を積極的に制御する
ように動作される。この条件では、前記バルブの開ある
いは閉の状態は、前記コイルを流れる電流の方向によっ
て決定される。前記コイルは、前記磁石を移動させるこ
とで、前記バルブ出口を封止するための関連座部に対し
て非磁性材料から形成される前記ボールを移動させる。

【００３２】この実施例では、図６、７及び８に示され
るように、プランジャ保持器３は、溝を形成されてその
長手方向全体に溝２８を含み、図面に示されるように入
口面を横切って位置する横断バイパス溝３０を含んでい
る。その結果、プランジャ保持器３がコイルボビン５に
強く押しつけられたとしても、前記バルブを介して流れ
る流体は、流れ続けることができる。コイル６の位置
は、磁石４を十分に磁気的に誘導するように選択され
る。

【００３３】図４に示されるように、入口チェックバル
ブ１２の場合のハウジング２３及びコイルロビン２７に
関しては、座部２とボール１とプランジャ３と磁石４と
プランジャ保持器小組立体３１とが逆の順序で組み立て
できることが注目される。前記バルブの特定の利点的特
徴は、構成要素の全てが容易に分解されることあるいは
またハウジング８に組み立てられて封止用ワッシャー９
によって適当に封止されることである。この実施例で
は、ピストンポンプ内に取りつける時、プランジャ小組
立体３１の内部は、内部漏れを封止するために押圧状態
にある。さらに、スリーブ７は、前記ハウジングから容
易に取り外してハウジング内に含まれるバルブ要素の部
品の清掃及び取り換えを可能にする。図７によれば、長
手方向溝２８と半径方向のバイパス溝３０とは、前記バ
ルブを通る流れを制限しないために十分大きくなるよう
に選択される。本発明のこの実施例では、流れ制限は、
前記プランジャ内の前記バイパス溝でなくまたボール１
及び関連座部２間の間隔でもなく、関連装置の管の内径
によって決定される。

【００３４】図１０によれば、ポンプ胴体内に取りつけ
られる出口バルブ形態１０と入口バルブ形態１２の両方
を使用する電磁気的に動作される流体制御装置が図示さ
れる。図１０は、カムにより動作される制御装置４２を
含むポンプ胴体４０上に取りつけられる出口形態のバル
ブ１０と入口形態のバルブ１２とを示す。前記ポンプ胴
体は、シリンダ４４を含み、カム従車４３をもつピスト
ン組立体４２と、ポンプ取り付けプレート４８によって
含まれるピストン封止部４６と、を含んでいる。図１０
に示されるように、出口バルブ１０は、入口バルブ１２
と反対位置に取りつけられて、前記シリンダ４４と連絡
する相互接続チャンネル（５０及び５２）によって接続
される。カムで動作される制御装置４１は、駆動軸６２
上に取り付けられるポンプ従車４３と協同するポンプカ
ム６０と、前記駆動軸上に取り付けられ、電気スイッチ
７０に接続されたスイッチ従車６８に連絡するスイッチ
カム６４とを含んでいる。

【００３５】図９の３２で示されるプランジャ組立体の
別の実施例は、円錐形のバルブ用座部をもつバルブ座部
３５と結合するように適合されるプランジャ３３に含ま
れる円錐バルブ胴体３４を含んでいる。

【００３６】図１０によれば、代表的なポンプは、少な
くとも一つが常に正の流れを提供するように配置された
二つのピストンを使用する。例えば、位相が１８０度ず
れた同一行程で動作される二つの同一のピストン及びチ
ャンバ組立体が平行な流れを作り出す。あるいはまた、
直列で二つの同一のピストン及びチャンバ組立体をマス
ター／スレーブ構成として直列で動作することもでき
る。この直列配置では、ピストンの行程は異なり、マス
ターピストンの押し行程が、負荷への流れとスレーブを
満たすための流れとを供給する。マスターピストンの引
く行程中、スレーブピストンが押して流れの負荷に耐え
た。他の構成も、可能であり、本発明の範囲内であろ
う。

【００３７】実際の動作では、脈動は、それぞれのピス
トンのリバーサル点に対して電磁気的に作動されるバル
ブのトグル点を進めるあるいは遅らせることによって電
磁気的に制限できる。例えば、出口形態１０のバルブ
は、管状チャンバ２０の内側の圧力が負荷を送給するラ
イン内側の圧力に等しくなるまで閉鎖されるべきであ
る。この場合、バルブの開放がピストンのリバーサル点
を遅らせる。概して、内側間隔は、外側間隔より短くな
って脈動なしに一定の流れを維持するだろう。

【００３８】図１０によれば、ピストンポンプを使用す
る代表的な動作において、電磁気的に作動されるチェッ
クバルブは、ポンピング動作中、常に各それぞれのコイ
ル６を電流が流れるだろう。前記コイルを流れる電流の
方向は、反転して前記バルブの状態を開放から閉鎖へ変
わるだろう。磁束は、電圧でなく電流に依存するから、
コイル６の電流を調節することは概して好ましいだろ
う。スイッチング速度が約１Ｈｚあるいはそれ以下のと
きに、簡素なリレーが多くの応用に対して動作するけれ
ども、二極二投（ＤＰＤＴ）スイッチは、固体（トラン
ジスタを主とした）デバイスを使用する。

【００３９】図１２に示されるようなトグルトリガー
は、種々の方法で実施できる。カム６０の各回転が安定
な基準マークを作り出しさえすれば、光学的なスイッチ
がしばしば、中断されるように構成される。ステップモ
ータと結合して使用される時に、ステッピングパルス
が、計数されて基準マークに対してのタイミングを決定
できる。

【００４０】ピストンの移動を制御するのにカム装置を
使用しないピストンポンプが組み立てできることは注目
される。さらに、カムを使用しないポンプは、本発明を
十分に利用できる。

【００４１】図１１は、代表的なピストンポンプとし
て、この図に示される二つのボトムトレースで描かれた
入口形態のバルブ１２と出口形態のバルブ１０の両方の
開放と閉鎖との間のタイミング関係と、上のジグザグ形
のトレースで描かれるピストンの引き及び押しとを例示
する。カムの回転角度が図１１の中間列に列挙されてい
ることに注意されたい。バルブ封止部材は、限定するわ
けではないが針が代表的に硬い材料から製造されるよう
に構成でき、そしてバルブの座部はほとんどの何らかの
材料、すなわち、サファイア、ルビー、セラミック、金
属プラスチック、あるいはポリマーから製造できる。

【００４２】図１２は、親出願の作動（開放及び閉鎖）
のための非常に基本的な回路を例示する。二極二投（Ｄ
ＰＤＴ）スイッチが切り替え（トグル）られると、電磁
気的に作動されるバルブのコイルを流れる電流が反転さ
れる。

【００４３】図１３〜２５に関連して、本発明の好まし
い実施例が開示される。入口形態及び出口形態をもつ改
良された電磁気的に作動されたバルブが示される。図１
３は、出口バルブ１１０としてそのバルブを図示し、図
１６には、入口バルブ１１２としてのバルブが示され
る。

【００４４】図１５によれば、好ましい実施例は、ボビ
ン１０５を組み入れて、（ａ）前記ボビンを封止し、
（ｂ）ステンレス鋼製のバルブ胴体１１９あるいはポン
プのポンプヘッド１４０に対する何らかの磁気的引力か
ら磁石１０４を絶縁する、二つの新たな封止プレート１
１７及び１０９を取り入れる。ＨＰＬＣ要素内で使用さ
れる３１６ステンレス鋼は、僅かの磁気的性質しかもた
ない。追加的な間隔は、磁石１０４がステンレス鋼に引
きつけられないことを保証することによって、バルブの
性能を妨げる。特に、前記磁石はコイルによって発生さ
れる磁界によってのみ影響を受ける。ボビン１０５は、
いくらかでも磁気的妨害を制限するためにチタンから製
造される。

【００４５】バルブの漏れ経路を封止するのに弱い押圧
を必要とされる低ジュロメータを使って個々の封止を見
つけると、低圧力封止が、追加されて封止性能を上げ
た。好ましい実施例では、低圧封止が、”Ｏ”リング１
１５から構成される。

【００４６】チタン製ボビンとその周囲に巻かれたワイ
ヤーとからなるコイル１０６内でのネオジムから構成さ
れる磁石１０４の位置は、前記コイルのまさに端に位置
付けられて、コイル１０６の磁界と磁石との間に最大の
エネルギーを提供することによってバルブ動作の性能を
さらに上げる。

【００４７】本出願人は、前記ＥＭＡＣＶバルブの好ま
しい実施例のこの改良された新しい構成が、受動形式
（すなわち、エネルギー供給しているコイル１０６でな
く、エネルギー供給されたコイルを持つ標準的なチェッ
クバルブとして）で、圧力の変化を制限することにより
ポンプ動作を改良することで動作するだろうことを見い
だした。改良された設計の一つの重要な要素は、親出願
の設計よりもかなり長い細長いプランジャ組立体１３１
である。親出願の設計は、プランジャをボビンの側面上
に結合することの可能性を制限するプランジャの直径比
に対する増大された長さのために改良された動作を提供
する。

【００４８】ワイヤ１８が一様に切られた結果、ポンプ
ヘッドへ前記バルブを入れる組立て中に、コイルボビン
１０５から成るある内部部品がハウジング１０８内部で
回転するときに生じる問題のために、回転拘束留めピン
１１６が、ハウジング１０８に対して前記部品のボビン
１０５の回転移動を防ぐために取り入れられた。ピン１
１６は、ボビン１０５と上方封止プレート１１７とハウ
ジング１０８とを共に結合する。下方封止プレートワッ
シャー１０９が回転しても、余り問題とならない。

【００４９】出口バルブ１１０は、一端部に入口１１１
をもち反対端部に（配置された）中空シリンダ１１９を
もつハウジング１０８を含んでいる。コイルボビン１０
５は、一端部に入口１１３を他端部に管状チャンバ１２
０をもち、前記入口と前記管状チャンバとの間に延長す
る流体導管１２１を含み、前記中空シリンダ１１９内に
配置される。

【００５０】本発明では、図１８に示されるように、第
一位置と第二位置との間で滑動可能なように管状チャン
バ１２０内に移動可能に配置されるように構成されるプ
ランジャ小組立体１３１は、磁石１０４と非磁性材料か
ら構成されるボールとして示されるバルブ胴体封止部材
１０１とを含んでいる。図１９及び２０に示されるよう
に、スリーブ溝１２８は、プランジャ１０３の軸に平行
に延長し、その入口端部にバイパス溝１３０を含んでい
る。図１５に示されるように、バルブ胴体封止部材１０
１は、ボールとして示される。バルブ胴体封止部材１０
１はプランジャ１０３の一端部に取りつけられ、プラン
ジャ１０３の反対端部では、磁石１０４が凹所１２６内
に取りつけられる。管状チャンバ１２０を密閉しかつプ
ランジャ小組立体１３１の出口を封止するための、ハウ
ジング１０８の末端部に設けられた、封止プレート１０
９もまた示される。

【００５１】本実施例では、改良されたコイル１０６
は、コイルボビン１０５内に配置されて、コイルボビン
１０５の中間部の凹所内に取りつけられ、複数のリード
線１１８によって従来のスイッチング装置（図示せず）
に接続される。前記コイルが磁気的に磁石１０４と結合
されることによって、前記磁石を含む移動可能なプラン
ジャ小組立体１３１と前記バルブ胴体とを含む磁気回路
が形成される。磁気回路が形成されると、前記電磁気的
に作動されるバルブは、コイル１０６に電流を流して磁
界を発生させることによって前記バルブの開放及び閉鎖
を積極的に制御するためのスイッチング装置によって動
作される。この条件で、前記バルブの開放あるいは閉鎖
の状態は、前記コイルを流れる電流の方向によって決定
される。前記コイルが、磁石１０４を作動することで、
前記バルブ出口１１４を封止するための下方封止プレー
ト１０９によってソケット１２０内の固定位置内に保持
される座部１０２にバルブ胴体封止部材１０１を移動さ
せる。

【００５２】この好ましい実施例では、図１８、１９及
び２０に示されるように、プランジャ１０３は、溝を形
成されて、プランジャ１０３の長手方向に延長するスリ
ーブ溝１２８と図１９に示されるように入口面１１３を
横断して配置される横断バイパス溝１３０とを含んで、
流れを向上させる。前記プランジャのこの溝の構成が配
置されることで、プランジャ小組立体１３１がコイルボ
ビン１０５に押しつけられていても、前記バルブを流れ
る流体が流れ続けることができる。本発明では、動作の
能力を向上させるために前記磁石がコイル１０６の丁度
入口に配置されるように、コイル１０６に対する磁石１
０４の位置が改良された。改良されたバルブ内での前記
磁石及びコイルの位置の変更は、受動形式（すなわち、
コイル１０６にエネルギー供給しない標準チェックバル
ブとして）で信頼できる移動を可能にするだろう。この
効果を達成するためには、また、プランジャ１０３が変
更されて親出願における長さよりもかなり長い長さをも
つことも必要である。

【００５３】図１５に示されるように、座部１０２と、
バルブ胴体封止部材１０１と、プランジャ１０３及び磁
石１０４を含むプランジャ小組立体１３１とが、コイル
ボビン１０５内で逆の順序で組み立てられると入口チェ
ックバルブ形態１１２を提供できることは、注目され
る。本発明のバルブの特に利点となる特徴は、構成要素
の全てが容易に分解される、あるいはまた組み立てられ
てハウジング１０８内に入れられ下方封止プレートによ
って適当に封止されるということである。本発明におい
て、ピストンポンプ内に取りつけられると、図示される
ように、プランジャ小組立体１３１の内部部品は押しつ
けられて内部漏れを封止する。さらに、プランジャ小組
立体１３１は、ハウジング１０８から容易に取り外しで
きるので、ハウジング１０８内に含まれる構成要素の清
掃及び取り換えを可能にする。図２０によれば、スリー
ブ溝１２８及び半径方向のバイパス溝１３０は、前記バ
ルブを介しての流れを制限しないように十分大きく選択
される。

【００５４】本発明のこの実施例では、流れの制限は、
関連装置の管の内径によって決定されるのであって、前
記プランジャ小組立体１３１内に設けられた前記スリー
ブ溝もしくは半径方向バイパス溝１３０の形状によって
も、バルブ胴体封止部材１０１と関連座部１０２との間
の間隔によっても決定されない。

【００５５】図２２によれば、従来技術において勾配装
置として知られ、四つの異なる溶媒に同時に作用し続け
るように構成される、ＨＰＬＣポンプを組み入れる電磁
気的に動作される流体制御装置が示される。このような
装置では、通常、四つの溶媒は、異なる体積で計量され
て、勾配配分（グラディエント・プロポーショニング）
流出量を流す。図２２に示されるように、溶媒の計量
は、本発明の四つの電磁気的に動作されるバルブによっ
て達成される。これらの四つの電磁動作バルブは、これ
らが開放あるいは閉鎖される時間の量について制御でき
る。図２２に示されるように、本発明による四つの電磁
動作バルブは、入口チェックバルブとしてばかりでなく
勾配配分バルブとしても働くマニホールド上に直接取り
つけられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】出口バルブ配置で図示される、本発明を具体化
する電磁気的に作動されるバルブの断面図である。

【図２】図１の電磁気作動バルブの端面図である。

【図３】図１の電磁気作動バルブの分解断面図である。

【図４】入口バルブ配置で図示される、図１の電磁気作
動バルブの断面図である。

【図５】図４の電磁気作動バルブの分解断面図である。

【図６】図１の電磁気作動バルブのプランジャー組立体
の断面図である。

【図７】長手方向のフローチャンネルを示す図６のプラ
ンジャー組立体の端面図である。

【図８】バイパス溝を示すプランジャー組立体の出口端
部の端面図である。

【図９】円錐胴体とこれに関連する座部とを示す本発明
の電磁気作動バルブのプランジャー組立体の別の実施例
を例示する。

【図１０】カムにより動作れる制御装置を含むポンプ胴
体内に取り付けられる出口バルブおよび入口バルブを使
用する、断面を示す電磁気動作される流体制御装置を示
す。

【図１１】代表的なピストンポンプとして、入口および
出口に構成される電磁気動作バルブの両方の開放と閉鎖
との間のタイミング関係を例示する。

【図１２】本発明の電磁気動作バルブの開放と閉鎖とを
含む作動のための非常に基本的な回路を例示する。

【図１３】出口バルブ配置で示される本発明を具体化す
る改良された電磁気作動バルブの断面図である。

【図１４】図１３の電磁気作動バルブの端面図である。

【図１５】図１３の電磁気作動バルブの分解断面図であ
る。

【図１６】入口位置で示される図１３の電磁気作動バル
ブの断面図である。

【図１７】図１６の電磁気作動バルブの分解断面図であ
る。

【図１８】図１３の電磁気作動バルブのプランジャ小組
立体の断面図である。

【図１９】フローチャンネルを提供するための溝を示す
図１８のプランジャ小組立体の端面図である。

【図２０】バイパス溝として働く溝を示す卯１８に示さ
れるプランジャ小組立体の出口端部の端面図である。

【図２１】関連する円錐座部内に円錐胴体要素を示す本
発明の電磁気作動バルブのプランジャー小組立体の別の
実施例を例示する。

【図２２】カムにより動作れる制御装置を含み、ポンプ
胴体内に取り付けられる図１３の出口バルブおよび図１
６の入口バルブを使用し、断面で示されたポンプを含
む、電磁気動作される流体制御装置を示す。

【図２３】四つの入口をつ矩形のマニホールドに取り付
けられた四つの従来のソレノイドで動作されるバルブを
使用する四つのバルブマニホールドを使用する従来技術
の勾配配分装置を例示する。

【図２４】ポンプヘッドについて半径方向に取り入れら
れた本発明による四つの電磁気的な機構で作動されるバ
ルブもつポンプヘッドを示す勾配配分装置内で使用され
る本発明の別の実施例を例示する。

【図２５】異なる流速に対して圧力の改良を示す図１３
に示されるような本発明についてられた試験結果のグラ
フの例示である。

【符号の説明】

１、１０１ボール２、１０２座部３、１０３プラジャ保持器４、１０４磁石５、１０５コイルボビン６、１０６コイル７スリーブ部材８、１０８ハウジング９、１０９、１１７封止プレート１０、１１０出口バルブ１１、１１１入口１２、１１２入口バルブ１３、１１３入口１８、１１８導線１９、１１９中空シリンダ２０、１２０管状チャンバ２１、１２１流体導管２４、１２４凹所２６、１２６凹所２８、１２８長手方向溝３０、１３０バイパス溝３１、１３１プランジャ小組立体４０、１４０ポンプ胴体４１、１４１カム動作制御装置４２、１４２ピストン組立体４３、１４３カム従車４４、１４４シリンダ４６、１４６ピストン封止部４８、１４８ポンプ取付けプレート５０、５２、１５０、１５２相互接続チャンネル６０、１６０カム６２、１６２駆動軸６４スイッチカム６８スイッチ従車７０電気スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁気的に動作されるバルブにおいて、（ａ）第一側と第二側とをもつバルブ胴体手段であっ
て、ｉ）一端部に開口を他端部に中空シリンダを持つハウジ
ングと、ｉｉ）前記中空シリンダ内に配置され、一端部および他
端部を持ち該他端部に固定バルブ座部を配置され、管状
チャンバが前記他端部に配置されてそれらの間で実際に
延長する流体導管を画定して出口と入口とをもつ、前記
バルブ胴体手段内側に電磁気コイルを配置するための、
ボビン手段と、を有する前記バルブ胴体手段と、（ｂ）外部流れ通路手段をもつシリンダ状構成のプラン
ジャを有し、前記流体導管を開放および閉鎖するために
開放位置と閉鎖位置との間を働く一端部に配置される磁
石と他端部に配置されるバルブ封止手段とを含んでいて
それによってここを流れる流れを交互に可能にしたり阻
止したりすることによって前記バルブ胴体手段を流れる
流体の流れを調整するために前記バルブ胴体手段の端部
を流れる流体の流れを調整する、第一開放位置と第二封
止位置との間を移動するために前記管状チャンバ内に移
動可能に取り付けられる、プランジャ小組立体と、（ｃ）前記バルブ胴体手段に接続されたポンプのピスト
ンの位相関係を関知して前記バルブの開放と閉鎖とのタ
イミングを取るためのセンサー手段と、（ｄ）前記ボビン手段に取り付けられ、操作できるよう
にスイッチ装置に接続され、前記プランジャ小組立体を
第一開放位置と第二封止位置との間で操作できるように
移動させるための前記磁石を前記コイルに電流を流すこ
とによって磁気回路を形成するための、前記封止手段の
開放るいは閉鎖位置が前記コイルを流れる電流の方向に
よって決定されて磁石に作用して前記出口を封止するた
めにバルブ座部に前記バルブ封止手段を押し付けるある
いは前記バルブ封止手段を開放にするために前記バルブ
座部から離すようにする、制御手段と、を有する前記電
磁気動作されるバルブ。
【請求項２】前記バルブ胴体手段は、前記第一側が前
記流体導管についての入口で第二側がその出口であるポ
ンプに使用するための出口バルブとして構成される請求
項１に記載のバルブ。
【請求項３】前記バルブ胴体手段は、前記第一側が前
記流体導管の出口で第二側がその入口であるポンプに使
用するための入口バルブとして構成される請求項１に記
載のバルブ。
【請求項４】前記バルブ封止手段がボールを含んでい
る請求項１に記載のバルブ。
【請求項５】前記流体が吸い込み位相のときに消極的
に加圧される請求項１に記載のバルブ。
【請求項６】前記バルブ封止手段が、液体るいは期待
の圧力に対して開放を制限するのに十分な力を持つ前記
バルブ座部へ前記ボールを押し付けるように動作するこ
とで能動的な開放−閉鎖バルブとして働くボールバルブ
を有する請求項１に記載のバルブ。
【請求項７】高い科学的な抵抗力もつ材料から製造さ
れて円錐形のバルブ封止手段を使用する請求項１に記載
のバルブ。
【請求項８】前記ポンプが高性能液体クロマトグラフ
法（ＨＰＬＣ）のための装置内で結合される請求項５に
記載のバルブ。
【請求項９】前記ポンプが毛管電気泳動法（ＣＥ）の
ための装置内で結合される請求項５に記載のバルブ。
【請求項１０】前記ポンプが質量分析法（ＭＳ）のた
めの装置内で結合される請求項５に記載のバルブ。
【請求項１１】重力に依存せずに動作されて、その結
果前記流体導管が質量分析法（ＭＳ）に水平に配置され
る水平配置を含むいずれかの位置で動作できる請求項１
に記載のバルブ。
【請求項１２】入口バルブと出口バルブとを有する電
磁気的に動作されるバルブ手段を有する高性能液体クロ
マトグラフ法用の装置において、（ａ）第一側と第二側とをもつバルブ胴体手段であっ
て、ｉ）一端部に開口を他端部に中空シリンダを持つハウジ
ングと、ｉｉ）前記中空シリンダ内に配置され、一端部および他
端部を持ち該他端部に固定バルブ座部を配置され、管状
チャンバが前記他端部に配置されてそれらの間で実際に
延長する流体導管を画定して出口と入口とをもつ、前記
バルブ胴体手段内側に電磁気コイルを配置するための、
ボビン手段と、を有する前記バルブ胴体手段と、（ｂ）外部流れ通路手段をもつシリンダ状構成のプラン
ジャを有し、前記流体導管を開放および閉鎖するために
開放位置と閉鎖位置との間を働く一端部に配置される磁
石と他端部に配置されるバルブ封止手段とを含んでいて
それによってここを流れる流れを交互に可能にしたり阻
止したりすることによって前記バルブ胴体手段を流れる
流体の流れを調整するために前記バルブ胴体手段の端部
を流れる流体の流れを調整する、第一開放位置と第二封
止位置との間を移動するために前記管状チャンバ内に移
動可能に取り付けられる、プランジャ小組立体と、（ｃ）前記バルブ胴体手段に接続されたポンプのピスト
ンの位相関係を関知して前記バルブの開放と閉鎖とのタ
イミングを取るためのセンサー手段と、（ｄ）前記ボビン手段に取り付けられ、操作できるよう
にスイッチ装置に接続され、前記プランジャ小組立体を
第一開放位置と第二封止位置との間で操作できるように
移動させるための前記磁石を前記コイルに電流を流すこ
とによって磁気回路を形成するための、前記封止手段の
開放るいは閉鎖位置が前記コイルを流れる電流の方向に
よって決定されて磁石に作用して前記出口を封止するた
めにバルブ座部に前記バルブ封止手段を押し付けるある
いは前記バルブ封止手段を開放にするために前記バルブ
座部から離すようにする、前記バルブがＣＡＭで動作さ
れる制御装置ポンプ胴体に含まれる、制御手段と、を有
する前記高性能液体クロマトグラフ法用の装置。
【請求項１３】四つの入口バルブを有する電磁気的に
動作されるバルブを有する、複数の溶媒を混合するため
の勾配装置において、各バルブが、（ａ）第一側と第二側とをもつバルブ胴体手段であっ
て、ｉ）一端部に開口を他端部に中空シリンダを持つハウジ
ングと、ｉｉ）前記中空シリンダ内に配置され、一端部および他
端部を持ち該他端部に固定バルブ座部を配置され、管状
チャンバが前記他端部に配置されてそれらの間で実際に
延長する流体導管を画定して出口と入口とをもつ、前記
バルブ胴体手段内側に電磁気コイルを配置するための、
ボビン手段と、を有する前記バルブ胴体手段と、（ｂ）外部流れ通路手段をもつシリンダ状構成のプラン
ジャを有し、前記流体導管を開放および閉鎖するために
開放位置と閉鎖位置との間を働く一端部に配置される磁
石と他端部に配置されるバルブ封止手段とを含んでいて
それによってここを流れる流れを交互に可能にしたり阻
止したりすることによって前記バルブ胴体手段を流れる
流体の流れを調整するために前記バルブ胴体手段の端部
を流れる流体の流れを調整する、第一開放位置と第二封
止位置との間を移動するために前記管状チャンバ内に移
動可能に取り付けられる、プランジャ小組立体と、（ｃ）前記バルブ胴体手段に接続されたポンプのピスト
ンの位相関係を関知して前記バルブの開放と閉鎖とのタ
イミングを取るためのセンサー手段と、（ｄ）前記ボビン手段に取り付けられ、操作できるよう
にスイッチ装置に接続され、前記プランジャ小組立体を
第一開放位置と第二封止位置との間で操作できるように
移動させるための前記磁石を前記コイルに電流を流すこ
とによって磁気回路を形成するための、前記封止手段の
開放るいは閉鎖位置が前記コイルを流れる電流の方向に
よって決定されて磁石に作用して前記出口を封止するた
めにバルブ座部に前記バルブ封止手段を押し付けるある
いは前記バルブ封止手段を開放にするために前記バルブ
座部から離すようにする、前記バルブがＣＡＭで動作さ
れる制御装置ポンプ胴体に含まれる、制御手段と、を有
する、前記勾配装置。
【請求項１４】複数の電磁気的に動作されるバルブ
が、前記バルブが吸い込み行程中に開放して各バルブへ
流れていく溶媒の配分と混合に影響するように結合配分
および入口バルブとしてポンプに取り付けられる請求項
１３に記載の勾配装置。