JPS63243575A

JPS63243575A - マイクロエレクトロバルブ

Info

Publication number: JPS63243575A
Application number: JP63005656A
Authority: JP
Inventors: セルジュ　シャンゼイ
Original assignee: ABX SA
Current assignee: ABX SA
Priority date: 1987-01-12
Filing date: 1988-01-12
Publication date: 1988-10-11
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: AU1002388A; NO169091C; KR880009232A; ES2034279T3; EP0277055B1; IE61111B1; ZA88117B; KR960013789B1; FI880116L; DK166293C; DE3871536T2; DE3871536D1; PT86522A; US4986308A; ATE76950T1; AU611405B2; NO880059L; FR2609518B1; DK9788D0; JP2791471B2

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】産業上の利用分野本発明は、全ての流体に適用されるマイクロエレクトロ
バルブ、特に浸食性又は不純物介在の液体に対して有利
に適用できるマイクロエレクトロバルブに関するもので
あり、より具体的にはロッカー及び単一のメンブレンを
備えたマイクロエレクトロバルブに関するものである。

従来の技術手動又は自動の２個所もしくは３個所の流路を有するバ
ルブは、パイプ内の流体を閉じること又は２本の分岐パ
イプのうち一方のパイプから他方のパイプへ流れ方向を
代えるために使用されることは知られている。このため
、これらのパイプが接続されるバルブボディは、位置に
よりポートを開き又は閉じる可動アッセンブリを一般に
備えている。

３個所の流路を有するバルブにおいては、可動アッセン
ブリは一方のポートを閉じたときに他方のポートが開か
れ又この逆が行われるように構成される。この構造は、
例えば可撓性シーリングエレメントを有する回動プレー
ト又は２つの対向するポート間を移動する２つの面を有
した閉鎖用フラップにより得られる。これらのアッセン
ブリは、モータにより駆動され、或いはエレクトロバル
ブにあっては電磁石により駆動されるのであるが、繰返
し使用される場合にもシールが適切に維持されるように
配慮される必要がある。このためリターンスプリングを
備えた補助的な装置が備えられることが多いが、この場
合は構造が複雑となり又重量が増すこととなる。このこ
とは通常の使用においては大きな問題となるとは限らな
いが、常圧においてメインパイプから枝パイプへ水流を
方向づけるような場合、例えば医学の分野におけるよう
な特定の分野での使用の場合には同様というわけには行
かず、従来のエレクトロバルブは使用し得なかった。こ
のような場合は、エレクトロバルブからの液体の洩れが
生じる虞れがあり、或いは逆に何らかの外部環境により
影響され、又は汚染される虞れがある。一方、マイクロ
エレクトロバルブは小型であり、軽量であり、低出力の
電磁石で制御され得ることが望まれることが多い。

これらの問題に対処するものとして、エレクトロバルブ
のボディに形成されたセントラルウエルを通るコアの両
サイドに対し２枚のプラスチック製メンブレンを装着し
た閉鎖メンバを使用することが提案されている。これら
のメンブレンは可撓性をｕし、ケース内で変形し該ケー
ス内に開いたポートを閉じ、他方のポートを開くという
作動を、電磁石のコアの動作に基づいて行う。又、本出
願人の出願に係るフランス国特許出願第８６０８９０８
号明細書に記載のマイクロエレクトロバルブは、小さい
寸法にも拘らずかなり高い圧力に耐えることができ、あ
らゆる流体の移送に対し適用することができる。

しかしながらこの種のマイクロエレクトロバルブは、流
体の導入と排出のために２枚のメンブレンを備えている
ため、流体の導入及び排出のための２つの収容部、及び
これら２つの間のシールされた結合装置を備える必要が
あり、メンブレン結合アッセンブリが同一コアによって
駆動される単一の移動アッセンブリを形成する形態をと
ることとなる。この形態に於ては、数個の小さい部材に
よる構成が必要であり、その組立てに精度を要し、又メ
ンブレンによるバルブシートの閉鎖を一定に保つように
調節するのは困難である。更に、各メンブレンの収容部
に存する流体のデッドボリュームは無視し得ない大きさ
であり、これは流体の極めて低速での移送にとって不利
である。

本発明は、これら従来技術の問題点を解決し、簡単な構
造にして作動のより確実なマイクロエレクトロバルブを
提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段本発明の前記目的は、流体の導入パイプ及び排出パイプ
が連通せしめられるコンパートメントを形成するバルブ
ボディと前記パイプのうち一方又は他方を閉じる役割を
なし電磁石のコアにより制御される移動メンバとを備え
た少なくとも２流路を有したマイクロエレクトロバルブ
であって、前記移動メンバが、ロッカー（揺動子）に沿
うように変形せしめられて前記パイプの一方又は他方を
閉じるように適用される単一のメンブレンを備えており
、前記ロッカーは、電磁石のコアの作動により前記バル
ブボディ内を移動するコントロールピースにより、前記
メンブレンの２つの閉鎖位置に対応して２つのバランス
位置の間を移動せしめられることを特徴とするマイクロ
エレクトロバルブにより達成される。

前記コントロールピースはバルブボディ内で摺動するス
プールとすることができる。該コントロールスプールは
、バルブボディをその長手方向軸線に沿って貫通するウ
ェル内に配置され、その一端部がウェルの一方の一アウ
トレットポートと同一平面上の位置をとることができ（
この場合アウトレットポートは閉じられていない）、該
スプールの中央部には前記軸線に平行に延び該スプール
の幅全体に亘って貫通して延びる開口が設けられたもの
とすることができる。

望ましくは、前記スプールの中央部は、前記開口が穿設
されている面に垂直な面に沿って切り欠かれ、前記軸線
及びスプール円筒形状の母線の間の領域にランドを形成
し、２つのノツチが該ランドを横切るように且つ該ラン
ドの中央部に設けられる。

本発明の好ましい実施態様によれば、前記メンブレンは
、前記バルブボディの側面に形成された円筒状開口のエ
ツジと該開口を閉じる所定断面形状のフランジとの間に
挟持され、該フランジには流体の供給及び排出のだめの
３つのパイプが貫通しており、これらのパイプは前記フ
ランジとメンブレンとの間に形成される小さいチャンバ
内に開いている。

更に本発明の好ましい実施態様においては、前記ロッカ
ーは、全体として回転独楽又はスピニングトップ（ｓｐ
ｉｎｎｌｎｇ　ｔｏｐ）の形状をなし、その下部の円錐
形状面は前記メンブレンの上面に対しスプリングの作用
下に接し前記フランジに設けられたボール上で回動可能
とされ、該ロッカーの上部は前記スプールの開口に係合
するロッドを備えている。

更に本発明の好ましい実施態様においては、前記ロッカ
ーの円錐形状面には、該ロッカーを前記ボール上に位置
せしめるための凹所が中央部に設けられており、前記ロ
ッカーは、前記円錐形状面と反対側に、前記スプールの
ノツチと係合するクロスピースを備えている。

実施例以下、本発明の実施例を添付図面と共に説明する。

図示のマイクロエレクトロバルブは、プラスチック製の
バルブボディ（１）を備え、全体はほぼ箱型をなしてい
る。その長手方向軸線Ａ−Ａ’　に沿って貫通した円筒
状のウェル（２）が設けられており、その内部には、第
２図に示すコントローススプール（３）が配置されてい
る。この円柱上スプールはバルブボディ内で摺動し、そ
の端部（４）はウェル（２）のアウトレットポートと同
一平面上の位置をとる。スプール（３）の他方の端部（
５）は、ウェル（２）の他方のアウトレットポートと同
一平面上の位置をとることができる。

該アウトレットポートは、バルブボディに螺着されたコ
ネクションピース（６）により閉じられており、該コネ
クションピース（６）は電磁石のコイル（図示せず）の
ためのサポートの役割をなす。

この電磁石の可動コア（７）は、コネクションピース（
６）を貫通して延び、その終端のコアヘッドは係合スプ
ール（３）の役割をなす。該コアヘッドは、スプール（
３）の端部（５）に設けられた凹所（９）内に位置して
いる。スプール（３）の凹所（９）の近傍に肩部（１１
）が設けられ、ピース（６）とバルブボディ　（１）と
の間にはコア（７）をガイドするためのスリーブ（２２
）が挟着されており、これら肩部（１１）とスリーブ（
２２）との間にはスプリング（１０）が挿入されている
。ウェル（２）内を摺動する円筒状端部（４）と、肩部
（１１）近傍の円部状部分（１５）との間に位置するス
プール中央部分には、軸線Ａ−Ａ’　に平行に延び該中
央部分の幅全体に亘って貫通する開口（１２）が設けら
れている。２つの円筒状端部（４）及び（５）間の中央
部分は、更に軸線Ａ−Ａ’　と円筒形状の母線との間の
領域に於て、開口（１２）が穿設されている面に垂直な
面を形成するように切り欠かれてランド（１３）が形成
されている。このランド（１３）の中央部に於て該ラン
ドを横切るように２つのノツチ（１４）が設けられてい
る。

バルブボディ（１）の側面には更に、円筒状の開口が設
けられ、該開口はフランジ（１６）により閉じられてい
る。フランジ（１６）とバルブボディ　（１）の開口の
エツジとの間には、シーリングメンブレン（２３）が挟
持されており、該メンブレンとフランジとの間には小さ
な容積のチャンバ（１７）が形成されている。フランジ
（１６）には、流体の供給又は排出のためのパイプ（１
８）、（１９）及び（２０）が貫通して装着されている
。これらの各パイプはチャンバ（１７）に通じている。

２つのパイプ（１８）、（１９）は、フランジの底面か
ら若干突出するようにチャンバ（１７）内に延びている
。第３のパイプ（２０）はフランジの底面の位置にその
開口端を有している。第１図に示すように、フランジ（
１６）は、中央の円錐形状部分にボール（２１）を受け
入れるような特有の形状を有しており、該ボールはメン
ブレン（２３）の中央に位置している。このような構成
に代えて、ボール（２１）はフランジ（１６）と一体向
にモールド成形されても良く、パイプ（１８）、（１９
）、（２０）も又同様である。

このようなボール（２１）の配置のため、メンブレン（
２３）には中央部に小さな貫通孔が設けられている。ウ
ェル（２）におけるメンブレン（２３）とスプール（３
）のランド（１３）との間には空所が形成され、該空所
はロッカー（２４）のためのハウジングを形成している
。第３図に示すようにロッカー（２４）は全体が、回転
独楽又はスピニングトップの形状をなし、その下部の円
錐状面（２５）はメンブレン（２３）に接着される。こ
れによりメンブレン（２３）は面（２５）に沿った形状
となり、数面（２５）による方向付けに基づいて以下に
説明するような変形を受ける。

面（２５）の中央には、ボール（２１）上にロッカーを
配置するための凹所が設けられている。ロッカー（２４
）における円錐状面（２５）と反対側には、ノツチ（１
４）と係合するクロスピース（２６）が設けられている
。このクロスピースから上方にロッド（２７）が延び、
該ロッドはスプール内の開口（１２）に係合し、更に該
ロッドの端部にはスプール（２８）が設けられている。

このような構成に代えて、メンブレン（２３）及びロッ
カー（２４）は、一体のものとしてモールド成形される
こともできる。第１図に示すように、スプリング（２９
）はロッド（２７）上に支持され、スプール（３）の開
口（１２）内に延び、位置調節可能なストッパー（３０
）に達している。

該ストッパーは、バルブボディ（１）におけるチャンバ
ー（１７）とは反対の側面に設けられた雌ねじ付オリフ
ィス（３１）内に螺着されている。

ノツチ（１４）内に小さな間隙をもって係合したクロス
ピース（２６）は、ロッカー（２４）が軸線Ａ−Ａ’　
に垂直な面に対して一定の角度傾斜した位置を、スプー
ル（３）の位置に応じてとることを可能にしている。こ
のように傾斜したロッド（２７）の端部に対しスプリン
グ（２９）は押圧力を及ぼし、ロッカー（２４）はその
位置に保持される。このスプリングに代えて、同様の機
能を奏するように使用されるバネ板を使用することもで
きる。

図示のエレクトロバルブは次のように作動する。

第１図に示す休止状態にある場合、電磁石は励起されず
、スプリング（１０）の作用によりスプール（３）は図
において右側に保持され、その端部（４）はウェル（２
）の開口面と同一平面上の位置とされる。ロッカー（２
４）は右側に傾斜しメンブレン（２３）はパイプ（１９
）を閉じ、パイプ（１８）は開いている。パイプ（２０
）を通ってチャンバ（１７）内に導入された流体はパイ
プ（１８）へと自由に流れる。スプリング（２９）によ
ってロッド（２８）に及ぼされる押圧力は、パイプ（１
９）上に位置するロッカーの円錐状面（２５）上に作用
し、これによりメンブレン（２３）はパイプ（１９）の
端面を塞ぐように押し付けられ、良好なシールが維持さ
れる。電磁石が励起されるとコア（７）は係合ヘッド（
８）を通してスプール（３）の端部（５）に対しスプリ
ング（１０）の力に抗する牽引力を及ぼし、第４図に示
す位置に移動する。この移動の際、ノツチ（１４）のエ
ツジはクロスピース（２６）のエツジに力を及ぼして該
クロスピースを移動させ、ロッカー　（２４）を回動さ
せる。ロッド（２７）の端部に設けられたスプール（２
８）はスプリング（２９）の中で左方へ移動する。ロッ
カー（２４）が軸線Ａ−Ａ’　に垂直な面に沿う中央位
置を超えると、スプリング（２９）はロッカーのこの方
向への移動を進行させるのに寄与する。ロッカーのこの
移動は、ノツチ（１４）とクロスピース（２６）との間
の間隙により可能となっている。従って、メンブレン（
２３）はロッカー（２４）の傾斜に従って迅速に変形し
、パイプ（１９）の端面から離れパイプ（１８）の端面
に接触する。これにより、流体の流れはパイプ（２０）
とパイプ（１９）との間に於て生じることとなる。メン
ブレン（２３）は、パイプの端面に押し付けられて変形
するため、不純物により閉鎖の不全が生じる虞れはない
。ロッカー（２４）は、第１図に示す第１のバランス位
置から、第４図に示す第２のバランス位置へ移動し、こ
れらの各位置はメンブレン（２３）が取りうる２つの位
置に対応するものであるので、バルブの切り替えは迅速
にして確実である。

電磁石の励起が解かれると、スプリング（１０）は第１
図に示す最初の位置にスプール（３）を押し戻す。この
ように位置の切り替えとその保持が自動的に行われる。

一方、バルブ本体のウェル（２）の開口面と同一平面上
にある端部（４）に対して力を及ぼすことにより、使用
者が自らスプールを作動させることもできる。即ち、電
磁石の作動不能の場合にもバルブは手動により使用可能
となっている。

メンブレン（２３）とフランジ（１６）との間のチャン
バー（１７）は容積が小さいので、流体のデッドボリュ
ームは小さく、従ってリンスが容易である。更に、メン
ブレン（２３）は、単一のメンブレンでありながら、バ
ルブシートを閉じる役割のみならず、スプール（３）を
中で摺動させるウェル（２）及び外界との間の確実なシ
ールをなす役割をもなす。この外界に対するシールは圧
力流体のみならず、高圧、低圧の気体、更には真空状態
に対しても確実に機能する。バルブボディ（１）の寸法
は、パイプ（１８）、（１９）及び（２０）の流路の断
面積を何ら減少させることなく小型化されている。

スプール（３）とロッカー（２４）との間にはノツチ（
１４）の領域に於て間隙が形成されているため、電磁石
の制御部とバルブの閉鎖機構との間の拘束はなく、従っ
てその調節が不可能となる虞れはない。更に、一方又は
他方のバルブシートに対するメンブレンの閉鎖圧力は、
電磁石の牽梢力と独立して調節用ストッパ（３０）に基
づき調節可能となっている。ロッカー（２４）は、ボー
ル（２１）により形成された回動支点から遠く離れた上
方位置でスプール（３）のノツチにより駆動されるので
、挺作用に基づき、コア（７）に及ぼされるべき力、従
って電磁石の吸引力は小さくて済み、その一方メンブレ
ン（２３）による閉鎖圧力は高いものとなる。

更に、前述の構成に基づき、バルブの切り替え、即ちメ
ンブレンの位置の切り替えは、バルブを装着した装置又
は設備から該バルブを取り除くことなく外部から行うこ
とが可能となっている。

これらの利点に基づき、本発明マイクロバルブは、限ら
れたスペース内で装着され、固定されることができ、パ
イプは同一の側に配置されることからその取り付けが容
易となっている。このマイクロバルブは、摩耗や腐食に
対する耐性を備えた祠料で形成することができ、特に医
療用分析装置、食品加工分野等に適している。

以上の例に述べたもののほか、スプール（３）に代えて
、ロッカーに対し前述と同様の動作をさせるためのスプ
リング手段を用いたもの等を適宜使用することができる
。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は休止状態
にあるマイクロエレクトロバルブの縦断正面図、第２図
はコントロールスプールの斜視図、第３図はロッカーの
斜視図、第４図は作動位置にあるマイクロエレクトロバ
ルブの縦断正面図である。（１）・・・バルブボディ（２）・・・ウェル（３）・・・コントロールスプール（７）・・・コア（８）・・・係合スプール（１０）・・・スプリング（１１）・・・肩部（１３）・・・ランド（１４）・・・ノツチ（１６）・・・フランジ（１８）、（１９）、（２０）・・・パイプ（２１）・
・・ボール（２２）・・・スリーブ（２３）・・・メンブレン（２４）・・・ロッカー（２５）・・・円錐状面（２７）・・・ロッド（２つ）・・・スプリング（３０）・・・位置調節可能なストッパ（以　上）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流体の導入パイプ及び排出パイプが連通せしめら
れるコンパートメントを形成するバルブボディと前記パ
イプのうち一方又は他方を閉じる役割をなし電磁石のコ
アにより制御される移動メンバとを備えた少なくとも２
流路を有したマイクロエレクトロバルブであって、前記
移動メンバが、ロッカー（揺動子）に沿うように変形せ
しめられて前記パイプの一方又は他方を閉じるように適
用される単一のメンブレンを備えており、前記ロッカー
は、電磁石のコアの作動により前記バルブボディ内を移
動するコントロールピースにより、前記メンブレンの２
つの閉鎖位置に対応して２つのバランス位置の間を移動
せしめられることを特徴とするマイクロエレクトロバル
ブ。
（２）前記ロッカーのコントロールピースが、前記バル
ブボディ内を摺動するスプールである請求項（１）記載
のマイクロエレクトロバルブ。
（３）前記スプールが、前記バルブボディをその長手方
向軸線に沿って貫通して延びるウェル内に配置されてお
り、該スプールの一方の端部が前記ウェルの一方のアウ
トレットポートと同一平面上の位置を取るようにされて
いる請求項（１）又は（２）に記載のマイクロエレクト
ロバルブ。
（４）前記ウェルにおける電磁石コアが存する側にある
他方のアウトレットポートがスリーブにより閉じられて
おり、該スリーブはコアをガイドするためにコネクショ
ンピースを囲繞している請求項（１）又は（３）に記載
のマイクロエレクトロバルブ。
（５）前記スプールにおける電磁石コアの存する側の端
部に、前記コアの係合スプールを受け入れるための凹所
が設けられている請求項（１）又は（２）に記載のマイ
クロエレクトロバルブ。
（６）前記電磁石コアの存する側において、前記スプー
ルに設けられた肩部と前記スリーブとの間にスプリング
が挿入されている請求項（１）、（２）又は（４）に記
載のマイクロエレクトロバルブ。
（７）前記スプールが該スプールの長手方向軸線に平行
に且つ該スプールの幅全体に亘って延びる開口をその中
央部に備えている請求項（１）又は（２）に記載のマイ
クロエレクトロバルブ。
（８）前記スプールの中央部が、前記開口が穿設されて
いる面に垂直な面に沿って切り欠かれ、スプールの長手
方向軸線と該スプールの円筒形状における母線との間の
領域にランドが形成されている請求項（７）に記載のマ
イクロエレクトロバルブ。
（９）前記ランドの中央部において該ランドを横切るよ
うに２つのノッチが設けられている請求項（８）に記載
のマイクロエレクトロバルブ。
（１０）前記メンブレンが前記バルブボディの側面に設
けられた円筒状開口のエッジと、該開口を閉じる所定断
面形状のフランジとの間に挟持されている請求項（１）
に記載のマイクロエレクトロバルブ。
（１１）前記フランジが、流体の供給及び排出のための
３本のパイプを貫通させて支持しており、これらのパイ
プは該フランジ及び前記メンブレンの間に形成された小
さいチャンバ内に開いている請求項（１）又は（１０）
に記載のマイクロエレクトロバルブ。
（１２）前記フランジがカップ形状の断面を有し、その
中央部にボールを受け入れる円錐状凹所が設けられてい
る請求項（１０）に記載のマイクロエレクトロバルブ。
（１３）前記ロッカーが、全体としてスピニングトップ
（ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｔｏｐ）の形状をなし、その下部
の面がスプリングの作用下に前記メンブレンの上面に接
し前記ボールの上で回動し、該ロッカーの上部には前記
スプールの開口に係合するロッドが備えられている請求
項（１）、（７）、（１０）又は（１２）に記載のマイ
クロエレクトロバルブ。
（１４）前記ロッカーの円錐状面が前記メンブレンの上
面に接着されている請求項（１３）記載のマイクロエレ
クトロバルブ。
（１５）前記ロッカーの円錐状面が、中央部に凹所を備
え、該ロッカーを前記ボール上に位置させるようにされ
ている請求項（１３）に記載のマイクロエレクトロバル
ブ。
（１６）前記ロッカーが前記円錐状面と反対側に、前記
スプールのノッチに係合するクロスピースを備えている
請求項（９）に記載のマイクロエレクトロバルブ。
（１７）前記スプールの開口を通って延びるようにスプ
リングが配置され、該スプリングは前記バルブボディの
他方の側面に設けられた位置調節可能なストッパに支持
されている請求項（１３）に記載のマイクロエレクトロ
バルブ。