JPH04136573A - チューブラバルブ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、サニタリ性が要求される流路系、例えば化学
装置、バイオ関連装置などの流路系を構成する上で有用
なチューブラバルブに関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］流路系に
おける流路の開閉や、流路の流量及び圧力を制御するた
め、通常、金属製弁座および弁を有する電磁バルブ、油
圧駆動型やモータ駆動型のバルブなどが汎用されている
。しかしながら、流路の開閉操作により制御する電磁バ
ルブでは、流量及び圧力を精度よく制御するのが困難で
ある。

また、バルブは、その内部に弁座および弁などの機能部
を有するので、バイオ関連装置などの流路系に適用する
場合には、流路系に菌体や薬液が残留し、サニタリ性が
低下する。また、バルブ本体と管体との接続が煩雑であ
るため、殺菌処理や滅菌処理した流路系を短時間内に構
成できず、取扱い時に雑菌により汚染される可能性が高
い。従って、電磁バルブなどは、滅菌状態を維持するこ
とが必要なバイオ関連装置などの流路系に適用できない
。そのため、バイオ関連装置の流路系には、第８図に示
されるような可撓性管体を配管した手動式チューブラバ
ルブが使用されている。第８図は従来の手動式チューブ
ラバルブを示す断面図である。

このチューブラバルブは、可撓性管体（５１）と、ポリ
アセタールなどの合成樹脂からなる筒体（５２）とを有
している。前記可撓性管体（５１）は、前記筒体（５２
）の両側面に形成された配管孔（５３）に挿入可能であ
る。前記筒体（５２）内には、前記可撓性管体（５１）
を挟圧するため、互いに対向するシール用突起（５４ａ
）　（５４ｂ）が形成されている。一方のシール用突起
（５４ａ）は、筒体（５２）の一部の側部を構成するバ
ネ片（５５）に形成されている。このバネ片（５５）の
先端部に形成された爪（５６）は、筒体（５２）の一方
の端部から延設された延設部のラチェット（５７）と係
止する。

このような手動式チューブラバルブでは、前記バネ片（
５５）の爪（５６）をラチェット（５７）に係止するこ
とにより、可撓性管体（５Ｉ）の開閉を制御できる。

しかしながら、前記手動式チューブラバルブで、例えば
、バイオ関連装置の流路系を構成する場合、流路系の流
体の流量及び圧力を爪（５６）とラチェット（５７）と
の係止位置により段階的にしか制御できず、流量および
圧力の微調整が難しく、かつ自動制御用に適さない。ま
た、可撓性管体（５Ｉ）を配管孔（５３）に挿入した後
、爪（５６）をラチェット（５７）に係止する必要があ
るので、可撓性管体（５１）の装着作業が煩雑化する。

この場合、殺菌や滅菌処理された可撓性管体（５Ｉ）に
より、バイオ関連装置の流路系を簡便かつ迅速に構成で
きず、滅菌済の可撓性管体（５１）が汚染される可能性
が高い。

従って、本発明の目的は、流路系に流体が残留すること
がなく、サニタリ性に優れると共に、流路系の流量及び
圧力を精度よく制御できるチューブラバルブを提供する
ことにある。

本発明のさらに他の目的は、可撓性管体を汚染すること
なく、簡便かつ迅速に流路系を構成できるチューブラバ
ルブを提供することにある。

［課題を解決するための手段および作用］上記目的を達
成するため、本発明は、可撓性管体が装着可能なバルブ
本体と、このバルブ本体内に往復動可能に配され、かつ
前記可撓性管体を押圧する押圧部材と、この押圧部材を
往復動させる駆動手段とを有するチューブラバルブを提
供する。

このチューブラバルブは、従来のバルブのように、管体
内に弁座や弁など機能部を設ける必要がなく、押圧部材
の押圧により可撓性管体を変形させ、可撓性管体の一部
をバルブとして機能させることができる。従７て、接手
を用いてバルブと管体とを接続する必要がなく、可撓性
管体が汚染される虞が少ない。また、可撓性管体がバル
ブ本体に装着可能であるため、流路系を迅速に構成でき
る。

さらに、駆動手段て押圧部材を往復動させることにより
、可撓性管体の開口度、換言すれば、可撓性管体を流れ
る流体の流量及び圧力を自動的に調整できる。

［実施例］ 以下に、添付図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に
説明する。

第１図は本発明のチューブラバルブの実施例を示す縦断
面図である。

第１図に示すチューブラバルブは、正逆転可能な駆動モ
ータ（１）と、この駆動モータ（１）が取付けられた横
断面多角形のバルブ本体（２）と、このバルブ本体（２
内に位置し、前記駆動モータ（１）の回転軸（３）に取
付けられた回転体（４）とを有している。この回転体（
４）の外面には、送りネジ（５）が形成されている。

前記回転体（４）には、プランジャ（６）、凸部（９）
および押圧部（１０）で構成された押圧部材（１１）が
上下方向に往復動可能に取付けられている。すなわち、
抑圧部材（１１）は、内面にネジ（７）が形成され、か
つ前記回転体（４）の送りネジ（５）と螺合可能な中空
のプランジャ（６）を有している。このプランジャ（６
）の回転を規制するため、プランジャ（６）の側部には
、前記バルブ本体（２）の内壁に長手方向に形成された
摺動溝（８）内で摺動可能な凸部（９）が形成されてい
る。

さらに、前記プランジャ（６）の下端部には、可撓性管
体（１２）を押圧する断面略Ｕ字状の抑圧部（１０）が
、可撓性管体（１２）の軸方向と直交する方向に形成さ
れている。回転体（４）と、回転が規制されたプランジ
ャ（６）との間に形成されたネジ（５）（７）は、モー
タ（１）の回転運動を押圧部材の直線運動へ変換する変
換機構として機能する。

従って、駆動モータ（１）を正逆方向に回転させること
により、回転体（４）の回転運動を、プランジャ（６）
および押圧部（１０）の上下方向の往復運動に変換でき
る。プランジャ（６）及び押圧部（１０）の移動量は、
駆動モータ（１）の回転数に対応する。

第２図に示されるように、第１図に示すバルブ本体（２
）の下端部の一方の側部には、ベース（Ｉ４）とバルブ
本体（２）との間に開口部（１８）が形成されている。

この開口部（１３）を利用して、シリコーン樹脂などの
可撓性材料からなる中空の可撓性管体（Ｉ２）が、ベー
ス（１４）上に載置された状態で、バルブ本体口）内に
装着される。可撓性管体（］Ｉ２内を流れる流体として
は、菌体や薬液を含む培養液、水などの液体に限らず気
体も使用可能である。

このようなチューブラバルブでは、前記プランジャ（６
）の押圧部（１０）の上下方向、移動度および移動速度
を、駆動モータ（１）の回転方向、回転数及び回転速度
により調整できるので、前記バルブ本体Ｑ）に装着され
た前記可撓性管体（１２）内を流れる流体の流量および
圧力を精度よく制御できる。すなわち、開口部（１３）
から可撓性管体（１２）をバルブ本体（２）に装着して
、前記駆動モータ（１）を正転させる場合には、回転す
る回転体（４）の送りネジ（５）によりプランジャ（６
）が押し下げられ、プランジャ（６）の押圧部（１０）
が、可撓性管体（１２）をベース（１４）間で押圧し、
可撓性管体（１２）の内部流路を次第に遮断する。この
場合、可撓性管体（１２）自体がパツキンの機能を果し
、有効なシール性を発揮する。駆動モータ（１）を逆転
させると、上記とは逆に、可撓性管体（１２）の内部流
路が次第に開放される。

特に、前記回転体（４）とプランジャ（６）との間のネ
ジ（５）　（７）により、モータ（１）の回転運動をプ
ランジャ（６）および押圧部（ｌＯ）の上下動へ変換し
ているので、回転運動を上下動へと精度よく変換でき、
プランジャ（６）および抑圧部（１０）の移動度を分解
能よく微調整できる。

また、従来のように接手を用いてバルブと管体とを接続
することなく、可撓性管体（１２）の一部をバルブ部と
して機能させることができる。さらに、従来のように、
弁座や弁を必要とせず、可撓性管体（１２）の内面だけ
が接液部となるので、薬液などが残留せず、サニタリ性
に優れている。

また、開口部（１３）から可撓性管体（１２）を挿入す
るという簡単な操作により可撓性管体（１２）をバルブ
本体（２）内に装着できるので、オートクレーブなどに
よる殺菌、滅菌処理後の可撓性管体（１２）をバルブ本
体（２）に簡便かつ迅速に装着でき、流路系を迅速に構
成できる。従って、可撓性管体（１２）が外部からの雑
菌などにより汚染される虞が少ない。

なお、可撓性管体（］Ｉ２は押圧位置をずらすことによ
り、長期に亘り使用できる。

第３図は本発明のチューブラバルブの他の実施例を示す
部分概略断面図である。なお、前記第１図及び第２図に
示す要素と同一の要素には、同一符号を付して説明する
。

第３図に示すチューブラバルブは、駆動モータ（１）の
回転軸（３）と回転体（４）のシャフトとの間に、互い
に噛合する小歯車（＾）と大歯車（Ｂ）とからなる減速
機構を介在させている点を除き、第１図に示す実施例と
同様に構成されている。また、作用も、駆動モータ（１
）の回転が減速される点を除き、第１図に示す実施例と
同様である。

このような減速機構を有するチューブラバルブでは、前
記実施例の効果に加えて、小歯車（Ａ）及び第歯車（Ｂ
）により、プランジャ（６）および押圧部（ｌＯ）の上
下方向の移動速度を減速でき、移動度をさらに微調整で
きる。

なお、可撓性管体（１２）は押圧位置をずらすことによ
り、長期に亘り使用できる。

前記バルブ本体（２）は、取付は手段により流路系に種
々の態様で取付けることができる。第４図は、本発明の
チューブラバルブの取付構造の一例を示す要部縦断面図
である。

断面多角形のバルブ本体（２）の少なくとも１つの面に
はネジ孔（２３）が形成されていると共に、バルブ本体
（２）は、ユニットボックスの仕切壁（２４）に、水平
方向に取付けられている。すなわち、前記仕切壁（２４
）には、前記バルブ本体（２）の断面形状に適合した装
着孔が形成されている。このような装着孔に、バルブ本
体（２）を、ネジ（２５）および取付金具（２６）によ
り、仕切壁（２４）に水平方向に取付ける。

このような取付は構造では、仕切壁（２４）により、可
撓性管体（１２）が配管された配管部と、駆動モータ（
図示せず）が取付けられた駆動部とが仕切られているの
で、異状時、例えば、可撓性管体（１２）から液が飛散
した場合であっても、駆動部への液の飛散を防止できる
。また、前記バルブ本体（２）の開口部（１３）が上方
へ臨んでいる場合は、前記可撓性管体（１２）が開口部
（１３）の下部のバルブ本体（２）とベース（１４）に
より保持されているので、前記開口部（１８）から可撓
性管体（１２）が脱離するのを防止でき、また、プラン
ジャ（６）の押圧部（１０）の往復動により、流量及び
圧力を制御できる。

なお、バルブ本体（２）は、横断面円筒状であってもよ
いが、前記のように、ユニットボックスへの取付けを容
易にするため、断面多角形の多面体であるのが好ましい
。バルブ本体（２）は、その多角面の適当箇所にネジ孔
（２３）を設けることにより、水平方向、垂直方向に限
らず、適宜の方向に取付けることができる。また、バル
ブ本体（２）は、可撓性管体（１２）が装着可能であれ
ばよい。例えば、開口部（１３）を形成することなく、
バルブ本体（２）の両側に、可撓性管体（１２）が挿通
可能な挿通孔が形成されていてもよい。また、前記開口
部（１８）や挿通孔は、バルブ本体０）の適所に形成で
きる。

プランジャ（６）の回転を規制するためには、前記第１
図に示す実施例とは逆に、バルブ本体（２）の内壁に凸
部を形成し、プランジャ（６）にこの凸部が摺動可能な
摺動溝を形成してもよい。

前記押圧部材を往復動させる駆動手段は、前記電動機に
限らず、例えば、ソレノイドなどの電磁力、油圧、空圧
などを利用したアクチユエータであってもよい。

第５図は本発明のチューブラバルブのさらに他の実施例
を示す概略縦断面図である。この例では、駆動手段とし
て、エアーシリンダを利用している。

すなわち、バルブ本体（２）には、駆動手段としてのエ
アーシリンダ本体（３１）が取付けられ、このエアーシ
リンダ本体（８１）からは、前記バルブ本体（２）内に
往復動する押圧部材としてのロッド（８２）が伸びてい
る。また、ロッド（３２）の先端には、断面略Ｕ字状の
抑圧部（８Ｓ）が取付けられている。このような駆動手
段を用いる場合には、前記エアーシリンダ本体（８１）
のロッド（８２）を伸縮動させることにより、前記と同
様にして、可撓性管体（１２）を押圧部（８３）で押圧
することにより、可撓性管体（１２）の開口度を調整で
きる。

一般に、流体の流量及び圧力は可撓性管体（１２）の開
口度に比例するが、チューブラバルブにおいては、次の
ような特性がみられる。すなわち、押圧部材による押圧
部が小さい場合、すなわち可撓性管体（１２）の変形度
が小さい場合には、可撓性管体（１２）の開口面積はさ
ほど小さくならず、流量および圧力の変化は小さい。そ
して、前記可撓性管体（１２）が成る程度変形した後は
、圧縮変形度が微小であっても、開口面積が大きく変化
し、流量および圧力が大きく変化する。このような特性
を有するチューブラバルブにおいて、流量及び圧力を微
調整するためには、抑圧部材の移動量を微小化する必要
がある。

押圧部材の移動量を精度よく制御するためには、駆動手
段が、前記のように、正逆転可能なモータと、このモー
タの回転を押圧部材の往復動に変換する変換機構とで構
成されているのが好ましい。

前記正逆転可能なモータとしては、流量を無段階に精度
よく調整するため、制御モータ、特にステッピングモー
タやサーボモータであるのが好ましい。このような制御
モータを用いる場合には回転数制御及び回転方向の制御
が容易である。特にステッピングモータの場合には、駆
動回路からの指令パルス数に応じて回転できるので、回
転角分解能が高く、押圧部材の移動量を精度よく制御で
きる。

前記回転運動を往復運動に変換する変換機構は、前記実
施例の構造に限らず、例えば、前記モータ（１）の回転
軸（３）に取付けられた円筒カム体と、円筒カムの周面
に斜め方向に形成され螺旋溝と、この螺旋溝に摺動可能
に配された滑子と、この滑子に取付けられ、かつ前記可
撓性管体を押圧するロッドとで構成してもよい。

また、押圧部材の移動量をさらに精度よく制御するため
、変換機構は、回転体（４）とプランジャ（６）との間
のネジ精度を高めてもよい。精度の高いネジにより変換
機構を構成する場合には、ステッピングモータなどによ
る回転数制御と相まって、プランジャ（６）の移動度の
分解能をさらに高めることができる。

また、可撓性管体の反力により抑圧部材が変位するのを
防止するため、ネジのねじれ角をセルフロック角である
６″以下とするのが好ましい。このような角度にネジを
形成する場合には、ネジの緩みを防止し、押圧部材の移
動位置を確実に保持できる。なお、流路系に振動などの
外力が作用してもネジの緩みを防止するためには、例え
ば、ステッピングモータの磁気的吸引力や反発力による
トルク、すなわち無通電時のデイテントトルク、または
通電時のホールディングトルクのいずれも利用できる。

前記押圧部（１０）　（３３）は断面略Ｕ字状に限らず
、種々の形状が採用できる。

第６図はステッピングモータを用いた本発明のチューブ
ラバルブの電気的構成を示すブロック図である。

前記可撓性管体（１２）の流入側又は流出側には、流体
の流量を検出する流量センサや圧力を検出する圧力セン
サが取付けられている。以下に、流量センサを用いた場
合について説明する。

流量センサ（４１）による検出信号Ｖと、設定回路（４
２）に設定された基準値Ｖｆとは、比較回路（４３）で
比較される。

比較回路（４３）での比較結果、すなわちＶｆ＜Ｖであ
ることを示す正転信号、またはＶｆ＞Ｖであることを示
す逆転信号は、コントローラ（４４）に出力される。Ｖ
ｆ＜Ｖである場合、すなわち、流体の流量が基準値を越
える場合には、コントローラ（４４）は、正転信号に基
づいて、回転方向とパルスをコントロールし、駆動回路
（４５）を介して、モータ（４６）を正転し、前記可撓
性管体（１２）を押圧し、開口度を小さくする。一方、
Ｖｆ＞Ｖである場合、すなわち流体の流量が基準値未満
である場合には、コントローラ（４４）は、比較回路（
４８）からの逆転信号に基ツいて、回転方向とパルスを
コントロールし、駆動回路（４５）を介して、ステッピ
ングモータ（４Ｂ）を逆方向に回転し、前記可撓性管体
（１２）を開放し、開口度を大きくする。

このような制御部を有するチューブラバルブは、比較回
路（４３）の比較結果に基づいて、ステッピングモータ
（４６）を、正方向または逆方向に回転させ、可撓性管
体（１２）を流れる流体の流量及び圧力を制御できる。

第７図は本発明のチューブラバルブの他の電気的構成を
示すブロック図である。

この制御部では、前記と同様、流量センサ（４１）によ
る検出信号Ｖと、設定回路（４２）に設定された基準値
Ｖｆは、比較回路（４３）で比較される。また、前記比
較回路（４３）は、比較結果に基づいて、正転信号又は
逆転信号をコントローラ（４４）に出力する。

センサ（４１）による検出信号Ｖと、設定回路（４２）
に設定された基準値Ｖｆは、演算回路（４７）にも入力
される。この演算回路（４７）は、△−Ｖｆ−Ｖに対応
する制御量を算出し、算出した制御量データを前記コン
トローラ（４４）に出力する。このコントローラ（４４
）は、前記比較回路（４３）からの正転信号または逆転
信号と、前記演算回路（４７）からの制御量データとに
基づいて、駆動回路（４５）に駆動信号を出力し、ステ
ッピングモータ（４６）を回転制御する。

この制御回路は、演算回路（４７）で算出された制御量
データの大きさに基づいて、前記コントローラ（４４）
によりパルス周波数を可変できるので、ステッピングモ
ータ（４６）の回転速度を制御できる。

従って、前記可撓性管体（１２）を流れる流体の流量お
よび圧力を迅速に制御できる。

なお、前記流量センサに代えて、圧力センサを用いる場
合には、比較回路（４３）での比較結果が、Ｖｆ＜Ｖで
ある場合、すなわち、流体の圧力が基準値を越える場合
には、逆転信号がコントローラ（４４）に出力され、Ｖ
ｆ＞Ｖである場合、すなわち流体の圧力が基準値未満で
ある場合には、正転信号がコントローラ（４４）に出力
される。

また、流体の流量および圧力制御は、計器に表示された
センサによる検出値と基準値とに基づいて、手動により
コントローラに入力することにより行なってもよい。

［発明の効果コ 本発明のチューブラバルブは、流路系に流体が残留する
ことがなく、サニタリ性に優れ、流路系を迅速に構成で
きると共に、流路系の流路の開閉、及び流量や圧力を精
度よく制御できる。

また、バルブ本体に、可撓性管体を装着する開口部が形
成されている場合には、可撓性管体を汚染することなく
、簡便かつ迅速に流路系を構成できる。

また、バルブ本体か断面多角形である場合には、ユニッ
トボックスへのバルブ本体の取付けが容品てあり、上下
左右いずれの方向でも配管できる。

また、ユニットボックスの仕切壁を設けた場合、駆動部
が取付けられたバルブ本体などに邪魔されることなく、
簡便かつ迅速に流路系を構成することができる。さらに
、駆動部と配管部とが仕切壁で仕切られているので、異
状時も安全である。

さらに、駆動手段が、正逆転可能なモータと、このモー
タの回転を押圧部材の往復動に変換する変換機構とで構
成されている場合には、押圧部材の移動量を精度よく制
御できる。

また、駆動手段が、正逆転可能なモータと、減速機構と
、モータの回転を押圧部材の往復動に変換する変換機構
とで構成されている場合には、抑圧部材の移動速度を減
速でき、移動量をさらに精度よく制御できる。

また、変換機構が、モータの回転軸に取付けられた回転
体と、押圧部材との間に形成されたネジで構成されてい
る場合には、モータの回転に対応させて押圧部材を往復
動させることができ、押圧部材の移動量を微調整できる
。

正逆転可能なモータが、ステッピングモータである場合
には、駆動回路からの指令パルス数に応じて回転できる
ので、回転角分解能が高く、押圧部材の移動量をさらに
精度よく制御できる。

さらに、少なくとも、可撓性管体内の流体の流量又は圧
力を検出する検出手段と、この検出手段により検出され
た検出値を基準値と比較する比較手段と、この比較手段
による比較結果に基づいて、駆動手段を駆動するコント
ローラとを有する場合には、可撓性管体を流れる流体の
流量及び圧力を自動的に精度よく制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のチューブラバルブの実施例を示す縦断
面図、 第２図は第１図の要部側面図、 第３図は本発明のチューブラバルブの他の実施例を示す
部分概略断面図、 第４図は本発明のチューブラバルブの取付構造の一例を
示す要部縦断面図、 第５図は本発明のチューブラバルブのさらに他の実施例
を示す概略縦断面図、 第６図は本発明のチューブラバルブの電気的構成を示す
ブロック図、 第７図は本発明のチューブラバルブの他の電気的構成を
示すブロック図、 第８図は従来の手動式チューブラバルブを示す断面図で
ある。 （１）・・・駆動モータ、（２）・・・バルブ本体、（
４）・・・回転体、（５）・・・ネジ、（６）・・・プ
ランジャ、Ｃ７）・・・ネジ、（１０）・・・押圧部、
（１１）・・・抑圧部材、（１２）・・・可撓性管体、
（１３）・・・開口部、（８１）・・・エアーシリンダ
本体、（３２）・・・ロッド、（３３）・・・押圧部、
（４１）・・・センサ、（４２）・・・設定回路、（４
３）・・・比較回路、（４４）・・・コントローラ、（
４５）・・・駆動回路、（４６）・・・ステッピングモ
ータ、（４７）・・・演算回路 特許出願人　　松　　　本　　　幹　　　治（ほか２名
） 代　　理　　人　　　弁理士　　鍬　　１）　充　　生
第８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可撓性管体が装着可能なバルブ本体と、このバルブ
   本体内に往復動可能に配され、かつ前記可撓性管体を押
   圧する押圧部材と、この押圧部材を往復動させる駆動手
   段とを有するチューブラバルブ。 ２、バルブ本体に、可撓性管体を装着する開口部が形成
   されている請求項１記載のチューブラバルブ。 ３、バルブ本体が断面多角形である請求項１記載のチュ
   ーブラバルブ。 ４、駆動手段が、正逆転可能なモータと、このモータの
   回転を押圧部材の往復動に変換する変換機構とで構成さ
   れている請求項１記載のチューブラバルブ。 ５、駆動手段が、正逆転可能なモータと、このモータの
   回転を減速する減速機構と、この減速機構を介して、モ
   ータの回転を押圧部材の往復動に変換する変換機構とで
   構成されている請求項１記載のチューブラバルブ。 ６、変換機構が、モータの回転軸に取付けられた回転体
   と、回転が規制された押圧部材との間に形成されたネジ
   で構成されている請求項４又は請求項５記載のチューブ
   ラバルブ。７、正逆転可能なモータが、ステッピングモ
   ータである請求項４又は請求項５記載のチューブラバル
   ブ。 ８、少なくとも、可撓性管体内を流れる流体の流量又は
   圧力を検出する検出手段と、この検出手段により検出さ
   れた検出値を基準値と比較する比較手段と、この比較手
   段による比較結果に基づいて、駆動手段を駆動するコン
   トローラとを有する請求項１記載のチューブラバルブ。