(57)【要約】本発明は、医療分野で使用される装置とともに使用するための流体制御弁に関する。電気的手段、水圧手段、空気圧手段により操作される市販の弁は、しばしば高価でありしかも大きく扱いにくい。それらの弁は、操作するために、過大な電力を必要とし、内部の通路を介して流体を流し、部品を移動させるので、操作の間に、騒音の発生することがある。本発明の弁は、入口（Ａ）と出口（Ｂ）の間に取り付けられているバルブシール（１）を有し、このバルブシールは、弁本体の制御ポート（Ｃ）を介して流れる制御流体を利用して操作される弁閉鎖部材（４）を含む。作動中、弁を開閉する圧力差が、入口及び出口と、制御ポートとの間に設定され、弁が操作される。この設計は、従来技術と比較して、結果としてコストを抑制し、性能において利益をもたらす。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体を含み、流体の流れを制御する弁であって、この弁本体が、
流体圧力源からの流体の流れに関する入口及び出口と、
この入口と出口の間に取り付けられているバルブシールであって、弁の閉鎖位置で弁座と係合するように拘束されている弁閉鎖部材を有するバルブシールと、
前記閉鎖部材の一方の側に適用され、前記入口の作用を介して流体の流れにより、前記弁座から前記閉鎖部材を持ち上げる圧力と前記制御ポートを介して前記閉鎖部材のもう一方の側に適用され、前記弁を閉鎖する圧力との間の差である圧力差の下、制御流体の作用をもたらし、前記閉鎖位置に前記弁閉鎖部材を維持する前記弁本体内の制御ポートと、
前記圧力差を変化させ、前記弁閉鎖部材の移動を制御して前記弁を介する流体の流れを調節する制御手段と
を有する弁。
【請求項２】
前記バルブシールが、前記入口と出口の間で流体の流れに対して前記弁閉鎖部材として機能する可撓性導管の内壁と、当該導管内に取り付けられ、前記弁の閉鎖位置において当該可撓性導管の内壁と係合する弁座との間に形成されている請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記導管が断面において円形であり、前記弁座がより大きな断面形状を有する球状の形態である請求項２に記載の弁。
【請求項４】
前記バルブシールが、前記入口と出口の間で流体の流れに対する可撓性導管の外壁と、前記入口と出口の間の前記弁本体内で流体の流れに対する通路内の隣接する隆起部との間に形成されている請求項１に記載の弁。
【請求項５】
前記導管が環状の空間によって取り囲まれ、前記制御ポートと連絡し、それにより前記導管内の流体の流れと当該環状の空間に供給される流体との間のものとして前記導管の壁部を横切る圧力差がもたらされる請求項１又は２に記載の弁。
【請求項６】
等しい圧力が前記弁閉鎖部材の両側に適用されて前記弁が閉鎖するように、前記弁への流体の流れが前記弁の入口及び制御ポートに供給され、前記制御手段が、予め決められた時間内に前記環状の空間を加圧するのに適切な充分な量の流体を前記制御ポートに適用するような、流体の流れのなかのリストリクター弁と、前記環状の空間を開放して前記環状の空間内の圧力を低減し、それによって前記弁を開放するように動作可能なノーマルクローズスイッチとを含む請求項５に記載の弁。
【請求項７】
前記制御ポートと連絡し、前記環状の空間に圧力を満たす流体容器を含み、前記スイッチが、前記制御ポートを介して前記流体容器と環状の空間を周期的に開放し、再加圧して前記弁を開閉するように動作し、パルス状の流れとして前記出口からの流体の流れを生じさせる請求項６に記載の弁。
【請求項８】
前記制御ポートと前記出口の間にフィードバック弁を含み、このフィードバック弁が、前記出口における圧力の不釣り合いに応答して、前記制御ポートにおける流体の圧力を変化させ、それによって前記出口における圧力又は流体の流れを安定化させる請求項５に記載の弁。
【請求項９】
請求項１に記載の、第２の弁であるフィードバック弁を有する第１の弁として機能し、この第２の弁の制御ポートが、当該第１の弁の出口における圧力の変動に応答し、当該第２の弁の入口が前記第１の弁の制御ポートに接続され、前記第２の弁の出口が大気に開放されている請求項８に記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体制御弁に関する。より詳細には、本発明は、医療分野で使用される装置とともに使用するための流体制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の制御は、装置産業及び製造業において又は、応用分野において必須の要素であり、そのような状態は、医療用装置のような人間の利益又は健康のために利用されている。
【０００３】
電気的な手段、水圧手段、空気圧手段によって操作され、開閉し、又は許容できる範囲内に流れもしくは圧力を調整する弁が市販されている。このような弁は、しばしば高価でありしかも大きく扱いにくく、操作するために相応の電力を必要とし、内部の通路を介して流体を流し、部品を移動させるので、操作の間に、騒音の発生することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、例えば小型化された構成要素の射出成形により、従来技術と比較してコストを削減し性能における利益が達成される流体制御弁の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の対象による制御弁は、選択された材料の限界の範囲内で、操作圧力及び流れの適用を異ならせるように増減される。
【０００６】
本発明によれば、弁本体からなり、流体の流れを制御する弁が提供され、その弁本体は、流体圧力源からの流体の流れに関する入口及び出口と、入口と出口の間に取り付けられているバルブシールであって、弁の閉鎖位置で弁座と係合するように拘束されている弁閉鎖部材を有するバルブシールと、閉鎖部材の一方の側に適用され、入口の作用を介して流体の流れにより弁座から閉鎖部材を持ち上げる圧力と制御ポートを介して閉鎖部材のもう一方の側に適用されて弁を閉鎖する圧力の間の差である圧力差の下、制御流体の作用をもたらし、閉鎖位置に弁閉鎖部材を維持する弁本体内の制御ポートと、圧力差を変化させ、弁閉鎖部材の移動を制御し、弁を介する流体の流れを調節する制御手段とを有する。
【０００７】
バルブシールが、弁座と可撓性導管の内壁の間に形成され、弁座と可撓性導管は弁閉鎖部材として機能し、好ましくは弁座が、弁の閉鎖位置で可撓性導管の内壁と係合するように導管内に取り付けられている球体の形状であることが有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
さらに本発明を、添付の図面を参照し、例示を目的として詳細に説明する。
【０００９】
図１、１Ａ、１Ｂに示す弁は、内部可撓性管状要素１を有し、この管状要素は、その両端部の接続ポートＡ及びＢの間に保持されている球状の弁座２を含み、この弁座と直接接触している。可撓性管状要素１は、さらなるポートＣに接続されている外部圧力容器３内に収容されている。
【００１０】
バルブシール４は、可撓性管状要素１の内壁と弁座２の外径との間に形成されている。図１Ａに示す例では、弁座２が可撓性管状要素１の内径よりも大きな直径を有するために、弁がノーマルクローズとして構成されている。
【００１１】
利用に際して、入力又は圧力源がポートＡに接続され、出力接続がポートＢから引き出される。弁が作動されると、流体が、ポートＡからポートＢへ、可撓性管状要素１と弁座２の間の完全な又は部分的な周方向の開口部として開口するバルブシール４を介して自由に流れる。
【００１２】
圧力がポートＡに単独に適用されると、管状要素１が周方向に拡張されるのに充分な力を圧力が及ぼすまで、バルブシール４は依然閉じたままであり、外部圧力に対する内部圧力の差によって、図１Ｂに示すように、管状要素が弁座２から持ち上げられ、ポートＢから流体が流れる。
【００１３】
圧力が同時にポートＣに適用されると、外部圧力容器３は、加圧され、管状要素１の外側表面に力が及び、それによって管状要素１を横切る差圧効果が低減され、又は排除され、図１Ａに示すように、管状要素１がバルブシール４上のもとの位置に戻り、開口部が閉鎖される。
【００１４】
本発明において、管状要素１は、充分な閉鎖力及び、動作圧力における開口部領域が確実に得られるように適切なショアー硬さに対して選択されるシリコンポリマー材料からなる薄い壁部より構成されていることが好ましい。弁座２は、真鍮又は他の適切な金属から構成され、あるいは重合体材料又はプラスチック材料から選択された材料から構成され、所望の動作温度範囲にわたって又は使用される流体に対して閉鎖特性及び開口特性が最適化される。
【００１５】
本発明の弁の代替的な設計を図２、２Ａ、２Ｂに示す。
【００１６】
代替的な弁の配列の原理は、弁の変形の仕方における構成を除いて、図１に示す弁の配列と同様である。
【００１７】
図２の弁は、図１に示すような内部管状要素１を有し、この内部管状要素は、圧力容器３の内壁に管状隆起部５として形成されている外部弁座と直接接触する。管状要素１は、単一の開口又はめくら穴を有する接続ポートＡ、Ｂ、Ｃの間に維持されている。
【００１８】
バルブシール６は、管状要素１の外壁と外側容器３の内径上の弁座５の間に形成されている。図２Ａに例示するように、弁は、弁座５が管状要素１の直径よりも小さな直径を有するために、ノーマルクローズとして構成されている。
【００１９】
利用に際して、入力又は圧力源がポートＡに接続され、出力接続がポートＢから引き出される。弁はポートＣに圧力を適用することにより制御される。弁が作動されると、流体が、ポートＡからポートＢへ、管状要素と弁座５の間の完全な又は部分的な周方向の開口部として開口するバルブシール６を介して自由に流れる。
【００２０】
圧力がポートＡに単独に適用されると、管状要素１が周方向に拡張されるのに充分な力を圧力が及ぼすまで、バルブシール４は依然閉じたままであり、内部圧力に対する外部圧力の差によって、図２Ｂに示すように、管状要素が弁座５から持ち上げられ、ポートＢから流体が流れる。
【００２１】
圧力が同時にポートＣに適用されると、管状要素１の内径は、加圧され、管状要素１の内側表面に力が及び、それによって管状要素１を横切る差圧効果が低減され、又は排除され、管状要素１が弁座５上のもとの位置に戻り、バルブシール６が復元され、開口部が閉鎖される。
【００２２】
図１の弁（図２の弁も同様である）に関する動作切換モードを図３に示す。図３は、図１に示す弁が、加圧流体、真空、電気の通電による制御スイッチの作動により、圧力源Ｐから負荷Ｌへの流体の流れを制御するのにどのように使用されるかを示している。ポートＡにおける圧力は、ノーマルオープンスイッチ７を介して制御ポートＣに適用されている。管状要素１に圧力差が適用されていないので、バルブシール４は閉鎖され、負荷への流体の流れはない。制御スイッチ７が開放されると、ポートＣにおける圧力が、制御スイッチ７を介して大気に解放され、バルブシール４は、可撓性管部材に適用される力の差のために開放され、負荷Ｌに流体が流れる。
【００２３】
図３に示し、制御ポートＣにおける圧力を制御する図１に示す弁の単純化した切換モードを図４に示す。
【００２４】
ポートＣにおける圧力が、選択されたレストリクター８を介して、充分な流体の流れを通過させるように適用され、交互に起こる弁の状態の間、流体の過剰量を大気に解放することなく、許容時間内に外側圧力容器３が加圧される。ポートＣに接続されているノーマルクローズ制御スイッチ９が、外側圧力容器３を加圧状態に保持する。制御スイッチ９が作動されると、外側圧力容器３の流体が解放され、バルブシール４が上記したように開放する。
【００２５】
単純なスイッチ配列９は、閉鎖され、又は開放される小さな開口部を備えて構成され、図４に示すように接続されている。
【００２６】
図５は、タイミング構成要素として利用され、それによってパルス状の圧力を得ることができる図１に示す弁の一実施例を示す。
【００２７】
図５に示す配列のポートＣにおける圧力源Ｐから適用される圧力は、選択されたレストリクター10を介して、流体の流れを通過させるように適用され、外側圧力容器３及び関連する容器11を加圧する。容器11は、図示するように外部の構成要素とすることができ、又は弁構造内で必要とされる容積に適用するように拡張された外側圧力容器３の容積部分とすることができる。またノーマルクローズ制御スイッチ12は、恒久的な、瞬間的な、非連続的な開放状態を有する回路に接続されている。
【００２８】
通常の状態において、外側圧力容器３は加圧され、ポートＡとポートＢの間で流体は流れない。制御スイッチ12が作動されると、外側圧力容器３及び容器11が開放され、バルブシール４が開放し、流体がポートＡからポートＢへ流れ得る。
【００２９】
制御スイッチ12がリセットされ、解除され、非連続的に閉鎖されると、外側圧力容器３及び容器11はレストリクター10を介して再度加圧され、弁開口部は密閉される。
【００３０】
制御回路の点13及び14における圧力の変動により示される圧力の波形を、それぞれ図５Ａ及び５Ｂに示す。パルス状の圧力PPがスイッチ12の各作動に対して出力負荷Ｌにおいて生じることが、それらの図に示されている。
【００３１】
開口部が開放されている持続時間は、外側圧力容器３と容器11の容積との組合せ、レストリクター10の流量、弁の特性に依存する。数分の１秒から数秒の短い持続時間の遅延は、例えば負荷Ｌにパルス状に流れる流体を制御するのに利用される変数を適切に設計することによって制御することができる。
【００３２】
図６には、開ループ調節モードにおける図１に示す弁の応用例を示す。下流の圧力又はポートＢにおける負荷圧力（もしくは流体圧力）は、ポートＣにおける制御圧力に適用される圧力の影響を受ける。負荷Ｌは、大気への流れ制限排出口15を有するように示され、この実施例では、この流れ制限排出口は、バルブシール４と比較して、重要であるものとして選択される必要がある。
【００３３】
ポートＣにおける圧力がポートＡにおける圧力と実質的に同じであるならば、バルブシール４は流体の流れを通過させないので、ポートＢにおける圧力は零となる。反対にポートＣにおける圧力が零であるならば、バルブシール４は、開口部の寸法が最大となり、したがって流れの制限が最小となるように開放されるので、ポートＢにおける圧力はポートＡにおける圧力と同じとなる。
【００３４】
したがって弁の性能は、二つの極値によって制限されるが、応答は、他の中間点において設定され、構成要素の部品の材料及び寸法を選択することによって、図５Ａのグラフによる表示に示すように用途に適合する。例えば応答は、図６Ａに示すように線形又は非線形、あるいは階段状の関係に近似することができる。
【００３５】
図７には、閉ループ調節モードにおける図１に示す弁の応用例を示す。図１に示すものと同様の構造の、フィードバック弁として機能する第２の弁20を利用することによって、正のフィードバック回路構成を、負荷Ｌ又は圧力源Ｐと実質上独立して圧力（又は流れ）を安定化させるために使用することができる。
【００３６】
圧力源Ｐに接続されているレストリクター21は、フィードバック弁20の入口22に流れを供給する。フィードバック弁20の出口23は大気に開放され、制御ポート24は第１の弁の出口Ｂ及び負荷Ｌに接続されている。リストリクター21とフィードバック弁20の間の直列接続である接続点Ｊは、圧力の分岐点を形成し、これは第１の弁のポートＣにおいて外側圧力容器３に接続されている。
【００３７】
負荷圧力を増大しなくてはならない場合、フィードバック弁20の制御ポート24に供給される圧力は増大し、先に説明した理由により、フィードバック弁20を介する流れは減少する。その結果リストリクター21の接続点及びフィードバック弁20のポート22における圧力は増大し、この圧力は第１の弁の制御ポートＣに適用され、通路の流れを減少させ、したがって圧力を低減させ、もともとの不釣り合いを回復する。負荷圧力を減少させるのであれば、フィードバック回路は、同様の仕方で補償する。
【００３８】
所望であれば、フィードバック弁20の第２の弁を第１の弁の構成の構造内に適合させることができ、圧力源Ｐと所定の負荷圧力Ｌの間に著しい圧力差が存在するのであれば、材料及び寸法の異なるものを使用可能であることが予想される。
【００３９】
本発明の他の特徴及び利点は、当業者に明白であるが、添付の特許請求の範囲の記載の範囲に全て含まれる。例えば本発明に記載するような弁座２は、球状である必要はなく、他の形状とすることができ、この場合にも依然、管状の導管１と係合して、導管の可撓性の性質によって閉じたシールが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１、１Ａ、１Ｂは、本発明の一実施例の概略的な断面を示す図である。
【図２】図２、２Ａ、２Ｂは、本発明の他の実施例の概略的な断面を示す図である。
【図３】一操作モードにおける図１に示す弁の概略的な断面を示す図である。
【図４】他の操作モードにおける図１に示す弁の概略的な断面を示す図である。
【図５】図５、５Ａ、５Ｂは、タイミングモードにおいて作動する図１に示す弁を断面及びグラフ形状により示す図である。
【図６】図６及び６Ａは、開ループ調節モードにおいて作動する図１に示す弁を断面及びグラフ形状により示す図である。
【図７】閉ループ調節モードにおいて作動する図１に示す弁を断面により示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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