(57)【要約】自由浮動式チェック弁１０が、一体の切頭トロイド形状部１６を有するシールディスク１２を含んでいる。トロイド形状部１６は、高い差圧下でディスクのたわみを最小化するために、シールディスク１２に構造的な剛度を与えている。シールディスク１２のトロイド形状部１６は、弁体２２内部のフィンガ状突出部２４と協働して、流体の軸線方向流に対しシールディスク１２が横方向に変位するのを制限する。シールディスク１２のトロイド形状部１６と偏平部１４とはカップ形を形成し、このカップ形状により生ぜしめられる流体力学的力が、開弁位置又は閉弁位置へのシールディスク１２の移動を補助する。シールディスク１２は、パリレンで被覆されたエラストマー材料製である。
2005521013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路内の流体流が、第１方向では流過でき、第２方向では制限されるように流路を通過する流体流を制御する弁において、該弁が、
内部側壁を有する内部流体チャンバを備えた弁体と、
前記内部流体チャンバに内包される弁部材と、
流体が第１方向に弁を流過するさい、弁部材を受容するように弁体に配列されたフィンガ状突出部とを含む、流体流を制御する弁。
【請求項２】
前記弁部材が、更にディスク状のチェック弁を含み、該ディスク状のチェック弁が、切頭トロイド形状部が付加された第１側と、相対的に偏平な第２側とを有している、請求項１に記載された弁。
【請求項３】
前記弁体入口部分が、更に環状のシール突起を含み、これにより、流体が前記第２方向に流れようとする場合には、環状のシール突起とディスク状チェック弁の偏平部とが協働して、第２方向への流体の流れに対するシールを形成する、請求項２に記載された弁。
【請求項４】
前記フィンガ状突出部が、ディスク状チェック弁の切頭トロイド形状部を受容するように寸法づけされ、流体がフィンガ状突出部間を流過できるようにされている、請求項２に記載された弁。
【請求項５】
前記フィンガ状突出部が、弁体内部側壁から或る距離をおいて設けられ、これによりディスク状チェック弁がフィンガ状突出部により弁体中心部に保持されることで、流体が容易にディスク状チェック弁外縁の周囲を流れることができる、請求項４に記載された弁。
【請求項６】
前記弁体が、更に、弁体を形成するために協働してシールを形成するように設計された入口部分と出口部分とを含んでおり、またフィンガ状突出部が出口部分に設けられることで、前記弁部材が、フィンガ状突出部により受容されるさい、弁体中心部に保持される、請求項１に記載された弁。
【請求項７】
前記弁部材が、エラストマー材料製の一体部品として構成され、弁体の入口部分が、プラスチック製一体部品として構成され、フィンガ状突出部を含む弁体の出口部分が、プラスチック製一体部品として構成されている、請求項６に記載された弁。
【請求項８】
前記弁体が、透明なプラスチックにより構成されることで、弁体の動作が視認によりモニタ可能である、請求項１に記載された弁。
【請求項９】
前記弁部材が自由浮動式ディスク状チェック弁である、請求項１に記載された弁。
【請求項１０】
一方の方向には流体が流路を通過しないように阻止する弁において、該弁が、
事実上平らな密封側部分及び事実上カップ状の流れ側部分を有する弁部材と、
該弁部材を内包する弁体とを含んでおり、しかも該弁体が弁部材受容区域を有し、流体が弁を流過して該受容区域の複数開口を通過するさい、前記受容区域が弁部材の流れ側部分を受容するように構成されている、一方の方向には流体が流路を通過しないように阻止する弁。
【請求項１１】
前記弁部材受容区域が更に複数突出部を含み、該突出部は、各突出部と突出部との間に１つの開口が配設されるように位置決めされ、かつ弁部材が、前記受容区域に受容されるさい、弁体内に定心されるように位置決めされる、請求項１０に記載された弁。
【請求項１２】
前記複数突出部がフィンガ形状を有している、請求項１１に記載された弁。
【請求項１３】
前記複数突出部が事実上円形に配置される、請求項１１に記載された弁。
【請求項１４】
流体が弁を流過して弁部材外縁の周囲と複数突出部間とを通過するさい、前記弁部材の流れ側部分が、事実上円形に配置された突出部内側に受容される、請求項１２に記載された弁。
【請求項１５】
前記弁体が２部分のみの成形プラスチックで構成されている、請求項１０に記載された弁。
【請求項１６】
前記弁体が、弁部材と弁体との間の摩擦を最小化する非固着材料で被覆された一体のエラストマー材料によって構成されている、請求項１０に記載された弁。
【請求項１７】
前記被覆材料がパリレンである、請求項１６に記載された弁。
【請求項１８】
前記弁部材が自由浮動式弁部材である、請求項１０に記載された弁。
【請求項１９】
流体が管内を一方の方向へは流過しないように阻止する方法において、該方法が、
管内に弁体を配置する段階と、
該弁体内部に自由浮動式弁部材を囲い込む段階と、
流体が流過許容方向に流過するさいには、弁部材がフィンガ状突出部を有する貫流シール部材と接触し、流体が流過禁止方向に流過しようとするさいには、自由浮動式弁部材が貫流阻止シール部材と接触するようにする段階とを含む、流体が管内を一方の方向へは流過しないように阻止する方法。
【請求項２０】
更に、弁が適正に作動しているか否かを視認できるように、弁体を透明な材料で作製する段階を含む、請求項１９に記載された方法。
【請求項２１】
更に、流体が流過禁止方向に管内を流過しようとするさいには、流体力学的シール力が弁部材に加わるように、弁部材を構成する段階を含む、請求項１９に記載された方法。
【請求項２２】
更に、弁体を２個の成形プラスチックから構成する段階と、
弁部材を一体のエラストマー材料で構成する段階とを含む、請求項１９に記載された方法。
【請求項２３】
弁部材を接触させる前記段階が、更に弁部材が弁体内で定心されるように弁部材を接触させる段階を含む、請求項１９に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願のクロス・リファレンス）
本出願は２００２年３月２２日付け申請の仮出願番号６０／３６６，５９０の恩典を請求するものである。該出願の開示内容は、ここに引用することで本明細書に取り入れられるものである。
【０００２】
本発明は逆止め弁に関するものである。さらに詳しく言えば、本発明は、自由浮動ディスクを採用した流体用逆止め弁であって、該自由浮動ディスクが、非遮断方向では流体の圧力及び乱流の増加を最小化する一方、弁を通過する流体の速度を最大化することができる形式のものに関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、多くの種類のディスク弁の場合に、逆止め方向で弁座に着座し、非遮断方向では弁座を離れる自由浮動式ディスクが採用されている。ディスク弁の最適設計で求められるのは、流体非遮断方向で流体圧力増と弁内の乱流とを最小化し、弁を通過する流体速度を最大化することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ディスク弁形式の進歩に有意に貢献する改良を行うことにある。
本発明の別の目的は、流体の最大流量が可能なディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、最小寸法のパッケージを有するディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、弁ディスクが開弁位置又は閉弁位置で粘着する傾向を最小化されたディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、差圧の負荷下で弁ディスクの変形が最小化されたディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、弁を通過する乱流が最小化されたディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、高い密封差圧を有するディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、高い極限破裂圧を有するディスク弁を得ることにある。
【０００５】
本発明の別の目的は、弁ディスクの運動学的動作が改善されたディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、種々の端部結合組立体を可能にするモジュラー構成部品から成るディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、改善された人間工学的な弁体／弁ハウジング設計を有するディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、簡単な構成部品を有するディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、低製造費で、ばらつきがなく耐久的に製造／成形され、組立て可能なディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、液体に使用するのに特に適するが、限定された気体媒体にも使用可能なディスク弁を得ることにある。
本発明の別の目的は、ヒトの血液及び血液製剤に使用するのに特に適したディスク弁を得ることにある。
【０００６】
以上のことは、本発明の妥当な目的のいくつかを概観したものである。これらの目的は、意図した発明の優れた特徴及び用途のいくつかを単に説明するために挙げてものに過ぎない。有益な結果の多くが、開示された本発明を種々の形式で適用することにより、もしくは開示の範囲内での本発明の変更により達成できる。したがって、本発明のこのほかの目的及びより完全な理解は、特許請求の範囲で定義された本発明の範囲に加えて、本発明の総括的説明及び、添付図面に関連して行われる詳細な説明を参照することにより得られることだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明を概観する目的から言えば、本発明は、競合する類似の弁設計より高性能の自由浮動式ディスク状弁を含み、競合するディスク弁製造者が容易には提供できなかった、極めて様々な顧客の望む端部結合を提供する。この弁は、特に液体に適用するように設計されているが、限定されたガス媒体に適用するように設計することも可能である。ヒトの血液及び血液製剤に適用するために、この弁を利用することも、この設計は意図している。
【０００８】
本発明の一実施形式は、流路を貫流する流体が、第１方向には流通でき、第２方向には制限されるように制御する弁に係わるものである。この弁は、内部側壁を備えた内部流体チャンバを有する弁体を含んでいる。内部流体チャンバには弁部材が含まれている。該弁部材は、切頭トロイド形状部が付加された第１側と、相対的に平らな第２側とを有する自由浮動式のディスク状逆止め弁である。弁体上にはフィンガ状突起が配列され、流体が第１方向で弁を通過するさいには、これらの突起が弁部材を受容する。フィンガ状突起は、弁体の内部側壁から間隔をおいて設けられており、それによりディスク状逆止め弁は、フィンガ状突起により弁体中心部に保持されることで、ディスク状逆止め弁の外縁周囲を流体が容易に流れることができる。加えて、フィンガ状突起は、ディスク状逆止め弁の切頭トロイド形状部を受容するように寸法付けされており、これにより流体がフィンガ状突起の間を流通できるようになっている。弁体は、入口部分と出口部分とから構成され、これらの部分が一緒に密閉対をなすように設計され、弁体が形成されている。弁体の入口部分は、環状のシール突起を有し、これにより流体が第２方向に流れようとした場合、環状シール突起とディスク状逆止め弁の平らな部分とが協働して、第２方向での流体の流れを密封遮断するシールが形成される。一好適実施形式では、弁部材は一体のエラストマー材料片で、弁体の入口部分は一体のプラスチックで形成され、フィンガ状突出部を含む出口部分も一体のプラスチックで形成されている。更に、弁体は、弁の動作を視認できるように、透明なプラスチックで構成するのが好ましい。
【０００９】
前記の弁は、先行技術に勝るいくつかの改良点を有している。第１は、フィンガ状突出部が弁体内で弁部材の運動を制限し、弁部材が開弁位置又は閉弁位置で固着するおそれを有意に低減した点である。加えて、切頭トロイド構造により弁部材に剛度が加わり、これによって、弁の通過を制限される方向での流体の流れに反応して弁が密封されるさい、弁部材が曲がったり固着することが防止される点である。最後に、弁の構造及び動作が極めて単純であるため、弁の使用に関連する費用が低減される点である。
【００１０】
本発明の別の実施形式は、流体が、一方の方向には流路を流過しないように阻止するための弁に係わるものである。この弁は、密封側の部分と流通側の部分とを有する弁部材を含み、しかも、該密封側の部分は事実上平らであり、流通側の部分は事実上カップ形である。弁体は、弁部材を含んでいる。弁部材は、弁部材／弁体間の摩擦を最小化する非粘着材料で被覆された一体のエラストマー材料で構成されている。弁体は弁部材受容区域を有しており、該受容区域は、流体が弁を流通して弁部材受容区域の開口を流過するさい、弁部材の流通側部分を受容するように構成されている。弁部材受容区域は複数突出部を含み、これらの突出部は、各突出部間に１つの開口が存在するように、かつまた弁部材が弁部材受容区域に受容されるさい弁体内に定心されるよう、位置決めされている。好ましくは、複数突出部はフィンガ状であり、事実上円形に配置されている。この実施形式では、流体が弁を流過して弁部材の外縁周囲と複数突出部との間を流れるさい、弁部材の流通側部分が、事実上円形突出部の内側に受容される。
【００１１】
本発明の更に別の実施形式は、流体が一方の方向には管路を流過しないように阻止する方法に係わるものである。この方法は、弁体を管路途中に配置することから開始される。好ましくは、弁体は、透明な材料で構成され、それによって弁の適正な動作が視認により確認できる。自由浮動式弁部材が、次ぎに弁体内に囲い込まれる。この弁部材は、流体が流れ禁止方向に管路を流過しようとする場合、弁部材に対し流体力学的なシール力が加わるような形状に構成されている。弁部材は、流体が流過可能方向で管路内を流れる場合、フィンガ状突出部を有する流過シール部材と接触することで、弁体内で定心される。自由浮式弁部材は、流体が流過禁止方向で管路内を流れようとするさいには、流過禁止シール部材と接触する。
既述の実施形式は、弁体内に弁部材を定心するためにフィンガ状突出部を使用することで従来技術より改善されており、それによって、流量は最大化され、弁部材の固着による故障率は最小化される。加えて、流体力学的密封力を生成するように弁部材を構成することで、開弁位置から閉弁位置への弁部材の運動が補助される一方、弁部材が固着を生じないことが保証される。透明な構造物を使用することで、使用者は、弁が適正に動作しているかどうかを視認により検査できる。したがって、前記の方法は、従来技術にまさる幾つかの利点を提供している。
【００１２】
以上の記述は、本発明に関連する重要な特徴を広く概観したものであり、これにより本発明の以下の詳細な説明が、より理解しやすくなり、本発明の技術的貢献を、より完全に評価できることになろう。本発明のクレームの対象となる本発明の付加的な特徴を以下で説明する。以下で開示される概念及び実施例は、変更の基礎として、又は本発明と同じ目的を実施するための別の方法を設計する基礎として、容易に利用可能である。また等価の方法が、特許請求の範囲に開示された本発明の精神特許請求の範囲を逸脱していないことも、当業者には認められよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の性質及び目的を、より簡潔に理解するため、添付図面に関連して行われる以下の説明を参照されたい。
複数図面の類似の部分には等しい符号が付されている。
Ａ．シールディスクの構成と機能
図１〜図５に示したように、この新しい逆止めディスク弁には、動作時に多数の特殊機能を達成するための特殊な幾何形状を採用した独特なシールディスク１２が使用されている。シールディスク１２の構成は、ディスク１２の下流面から突出する変形切頭トロイド形状部１６に一体結合された偏平な円形ディスク部１４と説明される。トロイド形状部１６は、シールディスク１２の設計のかなめとなる要素である。この幾何形状により次の機能上の特徴が得られる：
【００１４】
１．  シールディスク１２の一方の側のトーラス１６の円筒形質量体は、シールディスクに構造上の剛度を与え、この剛度が、弁体２２の環状シール２０に対しシールディスク１２のシール面１８を平らに維持する助けとなる。トーラス１６は、その質量で環状シール２０が覆われるような位置に配置される。シールディスク１２のたわみと極限漏れ又は故障は、比較的高い差圧下で最小化される。シールディスク１２の「圧縮ひずみ」又は永久変形は、トーラス１６により加わる構造上の剛度により軽減され、シールディスク１２の開弁位置と閉弁位置間の移行時の曲げ変形は最小化される。これによって、普通の偏平ディスクシールを用いている従来の逆止め弁の場合に明らかな、開弁位置又は閉弁位置でのシールディスク１２の「固着」又はロックが防止される。
【００１５】
２．  トロイド形状部１６は、弁体２２の内側の「フィンガ」又は突出部２４と協働するように設計されている。突出部２４は、トーラス１６の外周をルーズに取り囲み、弁体２２の環状シール２０に対するシールディスク１２の横方向変位を制限している。突出部２４は、流体が弁体２２を流過できる開弁位置まで、予め定めた軸線方向行程をシールディスク１２が移動できるように設計されている。トーラス１６の周縁の特殊な輪郭は、また弁組立体１０の中心軸線に対するシールディスク１２の角変位が可能になるように設計されている一方、シールディスク１２が、開弁位置で「フィンガ」又は突出部２４に捕捉又は楔止されないように設計されている。このような構成により、シールディスク１２の軸線方向変位と、シールディスク１２の周部と弁体２２の環状シール２０との間の環状隙間とが、シールディスク１２と弁体内壁２６との間の環状区域と共に、最大化される。トロイド形状部１６の外輪郭は、また弁体の内部形状と協働する機能を有し、シールディスク１２が開弁位置にあるさいには、「弁の性能、流れと圧力」の項で更に説明するように、流体の流れを方向づけ、弁体出口部分２８の先細オリフィスへ向かって通過させる。
【００１６】
３．  変形されたトーラス１６により形成され、かつ一方の軸方向端部が偏平なディスク状部により制限された「カップ」状部が、ピストン３０を形成しており、該ピストンは、弁内部の遠位端から近位端へ移動する液体流を利用し、かつ液体の流体力学的な力を使用して、開弁位置から閉弁位置へのシールディスク１２の移動を補助する。流体の速度は、流体の圧力同様、弁組立体１０の中心軸線に近いところがより高い。これは、より多くの流体質量流をシールディスク１２の「カップ」状部３０内へ方向づける環状シール２０を取囲む突出部２４又は「フィンガ」のためである。このことが、弁を閉じる差圧に対し、より一層迅速に弁組立体１０が応答するように作用する。
【００１７】
シールディスク１２は、シリコーン又はポリイソプレンその他の適当なエラストマー材料により一体成形されている。すべての候補材料は、ＵＳＰクラスＶＩであり、構造上の特性同様、注目すべき化学特性及び生体適合特性を有している。エラストマー材料硬度は、構造上の剛度と材料圧縮率との間の最適バランスを有し、弁体２２の環状シール２０と接触して適切な密封効果を生じるよう要求される。ポリイソプレン材料の加工は、通常、圧縮成形に限定され、材料費と製造工程とのため、シリコーン材料より有意に製造費が高い。シリコーン材料は圧縮成形されるか、又は液体射出成形（ＬＩＭ）される。製造費と製造量は、圧縮成形と液体射出成形とでは逆比例し、ＬＩＭでは、生産量が多ければ、部品当り製造費は低くなる。ＬＩＭの場合の成形用具の費用は、しかし、圧縮成形法の場合よりはるかに高い。
【００１８】
シールディスク１２用の両材料は、乾式膜潤滑材として機能するパリレンＮで被覆される。これにより弁体の環状シール２０からのシールディスク１２の分離摩擦又は「固着摩擦」（“ｓｔｉｃｔｉｏｎ”）が低減され、これにより、開弁に要する起動力（圧力）が大幅に低減される。パリレン被覆は、また弁体２２内部の突出部又は「フィンガ」２４と接触するシールディスク１２のトロイド形状部１６の外輪郭と協働する潤滑材の機能を発揮する。シールディスク１２の形状は、パリレン被覆と協働して、開弁位置での固着又は機械的「ロック」を確実に防止する。非被覆シリコーン製シールディスクの評価では、シールディスクを乾燥状態で２４時間を越えない時間にわたり静止したまま放置した場合、シールディスクが弁座に固着することが分かっている。そのシールディスクの解離に要する圧力は、０．５ＰＳＩから２．０ＰＳＩまで変化する。２４時間、開弁位置で放置された非被覆シリコーン製シールディスクを有する試験用弁でも、シールディスクが弁体内の「フィンガ」に固着することが示された。閉弁位置に放置されたシールディスクよりは解離しやすいとしても、そうした固着効果は、明らかに、弁の故障を防止し、弁の性能を高める点でのパリレン被覆の効用を示している。
【００１９】
Ａ．  弁体の形状と機能
弁体２２は、弁体入口半部２２Ｉと弁体出口半部２２Ｏとを有する２部分組立体として設計されている。両弁体半部は、弁の流れ中心軸線に対して直角の中央線のところで結合されている。結合インタフェースは、「Ｌ」字形部３２が重なる状態に形成され、この重なりは、２個の弁体構成要素を溶剤接着または音波溶接するために設けられている。
弁の動作は、２個の弁体半部２２とシールディスク１２とにより形成される内部の空洞と不可分のものである。この内部の空洞は、特に、入口から出口へ流体流外が円滑に移動でき、乱流が最小化されるように付形されている。弁内での流体の残留量や残留流体の滞留は、流れベクトルの移行部での十分な半径を介して低減される。シールディスク１２を組み付けた弁体と組み付けない弁体の双方についての流体通過の開発試験では、シールディスク１２を組み付けた場合に、流体質量流速度が有意に改善されることが示された。試験された組立体では、シールディスクを組み付けた場合、平均２０ｍｌ／ｍｉｎ高い流速が示された。
【００２０】
この観察は、弁設計による流体動的特性の効能を立証する助けとなる。理論化できる点は、シールディスク無しでは、弁空洞内の差流速が、弁体出口半部内の「フィンガ」又は突出部の近くに明らかな乱流域を発生させるという点である。シールディスクによる妨害のない弁組立体の長手軸線近くの、より高い速度の流体は、より低速の層流に出会うが、この低速の層流は、弁体内面に順応し、かつ弁体出口の先細区域近くに乱流を発生させる「フィンガ」状突出部間を流れる流れである。
図６〜図１２に示すように、弁体の入口半部と出口半部の双方は、５つの標準医療型の端部結合を具体化するように設計されている。すなわち雄スリップ・リューエル、雌スリップ・リューエル、雄リューエル・ロック、雌リューエル・ロック、ストレート管結合である。
【００２１】
これらの端部結合形状の各々は、入口と出口の半部間で相互交換可能であり、顧客の必要に応じて、異なるモジュールの組み合わせにより２５の端部結合が提供できる。弁体のこれらすべての変化形式を通じて、中央部分の幾何形状及び体積は等しく維持され、異なるのは端部結合のみであり、すべて変化形式に共通の弁シールディスクが利用されている。
種々の弁体形状の量産は、相互交換可能の成形金型インサートによって達成され、この手法は、実際的であり、したがって、より費用効果のよい製造面の融通性や、種々の顧客の要求に対し、より迅速に反応することができる。雄リューエル・ロックの構成は、内ねじ山設計に対する特殊な挑戦をなしており、したがって、相互交換可能な成形用具の候補ではないが、端部結合の構成のバランスから見て、すべてモジュラー式金型用具概念の許容可能な候補となっている。現在市販されているこの種の他の逆止め弁を概観すると、雄リューエル・ロック端部結合は、現時点では、普及していないように思われる。現在市場に最も普及している端部結合は、雄スリップ・リューエルと直管との組み合わせである。
【００２２】
弁設計は、パラメータ方式で計量でき、弁シールディスクと弁体の寸法の割合は、増大する端部結合部の寸法と均等になるように、容易に見積もりできる。これによって、独特の非標準的端部結合の構成を含む広範囲の顧客の寸法要求に応えることができる。例えば、現在普及し臨床的に使用されているのは、ＩＳＯ標準の医療用端部結合である。弁設計の組立て寸法は、類似の流量を有する競合する弁よりおおよそ５０％小さい。
弁体構成部品用には、ポリカーボネート及びＰＶＣ（ＵＳＰクラスＶＩ）等の材料を選択するのが好ましい。ポリプロピレンでの試験では、過剰な材料収縮を生じる結果となり、この過剰な材料収縮は、雄スリップ・リューエルの寸法公差の限界値を優に下回り、標準的な合わせ構成部品と一緒には使用できない。ポリプロピレン部品が、前記のような材料収縮に備えて設計されていない金型用具で製造され、ポリプロピレン材料は、この弁設計用の候補材料としては劣っているのに対して、ポリカーボネート及びＰＶＣ材料の場合、試験製品は、寸法安定性、材料強度、溶接適性についてすぐれた成績を得た。
【００２３】
どの材料（ポリカーボネート、ＰＶＣ、ポリプロピレン）も、すぐれた溶接特性を有している。分析及び最適溶接用具の設計上の改善を含む更なる溶接パラメータの改善が、量産に先だって行われる。デュケイン（Ｄｕｋａｎｅ）社は、溶接用具設計分析を提供し、主要な組立て設備を製造する場合には、コンサルティングも行っている。試験溶接用具は、製品組立体及び溶接用具の、確証された固有振動周波数と相関的であるべきである。なぜなら、耐久性のある、ばらつきを生じない製造工程は、弁組立体の臨界的な溶接インタフェースの保全性に著しく依存するからである。
溶接された弁組立体の漏れ及び圧力試験では、空気圧６０−ｐｓｉｇ（４．２１８ｋｇ／ｃｍ２）を超える、ばらつきのない溶接保全性が示された。連続的に溶接された２００以上の弁からは、明瞭に識別できない漏れ又は気泡が検出された。重力供給式に使用する場合は、約３プサイ（約０．２１１ｋｇ／ｃｍ２）が平均値であり、静脈内ポンプに使用の場合は、最大作動圧能力が２０プサイ（約０．１４１ｋｇ／ｃｍ２）と特定されるため、溶接組立体が溶接保全性試験で６０プサイを超える値に習慣的に耐えたことの検出に続く極限破裂圧試験は不可能となった。
【００２４】
デュケイン社製溶接機の、試験対象の用具及びサンプル原型部品についての最適溶接パラメータは、次のように決定された：
増幅器：  ２：１
溶接距離：  ．００２インチ（約０．０５ｍｍ）
溶接停止（ｄｗｅｌｌ）時間：  １．０秒
ラム圧：    ３０プサイグ（約２．１９ｋｇ／ｃｍ２）
これらの溶接設定値により、圧力試験を介して、ばり又は歪みの僅かな又それらの無い許容可能な溶接が得られ、かつばらつきのない溶接保全性が得られる。更に、溶接組立体の破壊試験により、溶接継ぎ目は許容可能な強度を有することが判明した。
量産溶接パラメータは、公称データとしての前記の値に基づいている。
【００２５】
Ｃ．  パリレンによる被覆
パリレン「Ｎ」はシリコーン及びポリイソプレン基材製シールディスク用の被覆として選択される。
この被覆は、乾燥膜潤滑材として、円滑で一様な弁動作を保証し、開閉位置でのシールディスクの固着を防止し、弁の開口（クラッキング）圧力を出来るだけ低く維持するのに役立つ。
パリレンは、ＵＳＰのクラスＶＩポリマーとして認められ、医療用の構成材料及び用具として広く用いられ、受け入れられている。この被覆は、総称的にはパリレンとして知られ、「パリレンＮ」と呼ばれる材料はポリパラキシリレンであり、線形結晶材料である。この被覆は、真空チャンバ内で蒸着法によって基材に被着される。パリレン被覆では、処理された負荷量に応じて、被覆された構成部品当り＄０．００３の平均見積もり費用額が製造費に加わる。競合性能が改善される利点から見て、パリレンは魅力的な材料である。特殊な加工装置はパリレン被覆を要する。
【００２６】
Ｄ．  弁の性能：  流量及び圧力
図１３に示すように、弁の試験組立体には流量試験を行った。この試験では、非濾過水を用い、華氏約７０度、粘度約１．０センチポアズの質量流の流量を検出した。
類似の型の種々の（逆止め弁、又はチェック弁）を対照として流量試験し、本発明のディスク弁の設計目的の正当性が確認された。比較流量図に示されているように、本発明の設計は、これまで試験されたあらゆる弁に勝る質量流量を示した。コーダン（Ｃｏｄａｎ）弁を除き、他のすべての被験弁は、本発明の設計による被験実施例より物理的寸法がほぼ１００％大である。可能な最小の弁組立体パッケージ内での可能な最高流量を得る設計目標が、この比較分析を通じて明らかになった。
【００２７】
この比較流量試験では、類似の端部結合寸法を有する弁のみを試験するのが目的だった。図示の流量比較例の場合、本発明の実施例の弁体構成は、入口側の標準４ミリメートル直管結合部と、出口側の標準ＩＳＯ雄スリップ・リューエル結合部とから成っている。弁体構成部品の、より大型の端部結合部が利用可能な場合は、別の製造者の比較可能な寸法の弁について、追加比較流量試験を行わうべきである。しかし、競合する弁を観察すると、それらは端部結合部がより大型でありながら、基本的な弁の空洞及びシールディスクの設計寸法は、小さいか又は変わらないことが分かる。競合する弁では、弁に最大可能な流量を貫流させるために、概して環状区域の直径を増すことで、弁組立体の入口及び出口の横断面積と同等にしようとされる。このことは、言うまでもなく、組立てた弁パッケージの物理的寸法を増す結果になる。これは、この設計手法が、概して、弁体の内壁に依存してシールディスクの横方向位置を維持しようとするためである。これらの弁設計は、また伝統的な偏平で薄手のエラストマー製ディスクによりシールを得ようというものである。これらのディスクは安価で比較的簡単であるが、差圧が高くなれば、しばしば圧縮歪み又は変形を生じ、時には、開弁位置で不整合を生じて、固着しやすくなる。
【００２８】
本発明の設計に流量容量で最も近い弁設計（Ｂ．ブラウン＃１）は「固定」偏平ディスクを使用しており、該偏平ディスクは、その中心点が衝突されることで、差圧下で、ディスクが偏平な形状から次第にたわみを生じて明瞭な円錐形になる。本発明の弁設計は、弁のシールディスクの周部と弁体内壁とにより形成される環状区域を、弁出入口横断面面積に等しく、又はより大きく維持することに依存している。加えて、開弁位置でシールディスク面と弁体シールインタフェースとの間に形成される環状区域は、弁の出入口個々の流路横断面面積に等しく、又はそれより大きく維持されている。
【００２９】
弁組立て体内部の突出部、つまり「フィンガ」の間の間隙は、出入口に等しいか又はより大きい流路面積が累積的に得られるように、同じように配置されている。弁体出口の構成部材内壁の形状は、突出部（「フィンガ」）により周方向に中断された先細のオリフィスを形成しており、これにより、突出部間から弁出口への流体の滑らか移行部が形成されている。開弁位置では、シールディスクの外輪郭が、突出部間の間隙の一部をふさぐ。シールディスクの外輪郭のこの特殊な形状は、したがって弁体内壁形状と協働して、突出部の境界内にコアとなる形状を形成し、更に流路を流線形にし、個々の流体間隙流路を一層直接に弁体出口の先細オリフィスへ向かわせることで、空洞又は乱流を最小化する。正常な所期の流れの逆方向から弁に入る逆流体流は、シールディスクのカップ状部に衝突する一方、「フィンガ」間の間隙内へも流入する。突出部により境界づけられる弁組立体の中心での流体の圧力及び速度は、弁の内部空洞縁辺でのそれらより高く、したがってシールディスクをより速く圧迫し、軸線方向に閉弁位置へ移動させる。このように、シールディスクは、ピストンに似た機能を有することで、流体力学を利用して、より効率的に機能せしめられる。
【００３０】
本発明は、特許請求の範囲及び既述の説明に包含されている内容を含むものである。以上の説明は、ある程度の特殊性を有する好適実施例により記述されたが、この好適実施例の開示は、説明目的のためにのみ行われたものであり、それらの部品の構造、組み合わせ、配置の詳細は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに変更可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のディスク弁組立体の断面図。
【図２】本発明のディスク弁の下流部分の断面図。
【図３】図２の下流部分の端面図。
【図４】本発明のディスク弁のディスクの断面図。
【図５】図４のディスクの端面図。
【図６】雄雌のリューエル・ロックかん合部を有する本発明のディスク弁組立体の断面図。
【図７】リューエルかん合部を有する本発明のディスク弁組立体の断面図。
【図８】雄リューエル・ロックかん合部を有する本発明のディスク弁組立体の断面図。
【図９】雌リューエル・ロックかん合部を有する本発明のディスク弁組立体の断面図。
【図１０】管及び雄リューエル・ロックかん合部を有する本発明のディスク弁組立体の断面図。
【図１１】管及び雄リューエル・ロックかん合部を有する本発明のディスク弁組立体の断面図。
【図１２】管及び雄リューエル・ロックかん合部を有する本発明のディスク弁組立体の断面図。
【図１３】本発明のディスク弁の流速を数種の従来技術のディスク弁と比較して示す線図。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ディスク弁組立体
１２  シールディスク
１４  偏平な円形ディスク部
１６  切頭トロイド形状部、トーラス
１８  シール面
２０  環状シール部
２２  弁体
２４  突出部、フィンガ、フィンガ状突出部
２６  弁体内壁
２８  弁体出口
３０  ピストン、カップ状部
３２  Ｌ字形部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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