JPH049486Y2

JPH049486Y2 -

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Publication number: JPH049486Y2
Application number: JP11952787U
Authority: JP
Priority date: 1987-08-04
Filing date: 1987-08-04
Publication date: 1992-03-10
Also published as: JPS6424777U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、試料分析装置などに使用される流体
切換弁、詳しくは、弁の開閉によつて生ずる弁内
の体積変化を抑えて、試料の微量定量に用いる場
合の定量精度を向上させるようにした流体切換弁
に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は従来の流体切換弁（以下、バルブとい
う）１の一例を示している。２はダイアフラムで
あり、丸孔のあいた硬貨の形をしたゴム膜製のも
のである。ピストン３とピストン４とはネジで結
合され１体となつて第４図における上下の方向に
移動する。ピストン３とピストン４との結合部拡
大図を第５図に示す。５はネジである。ピストン
３とピストン４との継ぎ目にはダイアフラム２の
丸孔の部分がはまつている。シリンダ６，７，８
もネジで合体されている。この結合部分の詳細を
第６図に示す。第６図に示すように結合部分の各
継ぎ目には、バルブ１の内部と外部との間の気密
を保つためのＯリング１０，１１が入つている。
シリンダ８には円筒孔状のポート１２，１３が設
けられ、シリンダ７にはポート１４が設けられて
いる。１５は中シリンダであり、Ｙリング１６お
よびダイアフラム２を保持するものである。Ｙリ
ング１６およびＹリング１７は作動流体通路（ダ
クト）１８からの空気を洩らさないようにするも
のである。２０はスプリングであり、ピストン４
を押し上げている。

第４図は、このバルブ１の初期状態を示してい
る。ピストン３の上側部に具えられているＯリン
グ２１は、スプリング２０の弾性力によつて、シ
リンダ８に押し当てられている。このとき、ポー
ト１３はポート１２とは流路が遮断されており、
ポート１４とは連通している。作動流体通路１８
から高圧空気を送るとスプリング２０の力に抗し
てピストン３および４は押し下げられる。このと
き、Ｏリング２１は、シリンダ８から離れ、シリ
ンダ７に押し当てられる。したがつて、ポート１
３はポート１２とは連通し、ポート１４とは遮断
され、流路が切り換わる。

従来の第４図に示すバルブ１は以上のように構
成され、動作する。

第９図は従来の他の例のスプール弁と呼ばれる
バルブ（以下、スプール弁という）２２を示して
いる。ピストン２３を上下に駆動する部分は、第
４図の作動流体通路１８からの高圧空気が働く部
分と同じ構造であり、図示されていない。スプー
ル弁２２の駆動部の大きさは、バルブ１のそれに
比して、強力な大型のものが必要となる。これ
は、スプール弁２２ではＯリングによる大きな摩
擦抵抗に抗して、ピストン２３を動かす必要があ
るためである。

スプール弁２２にはシリンダ２４の中心部にピ
ストン２３が上下にスライド自在に挿入されてい
る。シリンダ２４にはポート２５，２６，２７が
設けられている。円筒状のピストン２３の円周面
には三つの溝が設けられ、各溝にはそれぞれＯリ
ング２８，３０，３１がはめられている。

第９図は、ピストン２３が図の上方に駆動され
た状態を示しており、ポート２７はポート２５と
連通し、ポート２６とは遮断されている。

ピストン２３が図の下方へ駆動されると、ポー
ト２７はポート２６と連通し、ポート２５とは遮
断される。

〔考案が解決しようとする問題点〕

従来の第４図に示すバルブ１を用いて微量の液
を定量し、分注する場合の一例を第７図の配管図
に示す。

第７図において、１は従来の第４図に示すバル
ブであり、１２，１３，１４は各ポートを表わ
す。３２は微量定量用シリンジであり、そのピス
トン３３は図の上下の方向に動かされる。３４は
分注液であり、配管３５を経てノズル３６から一
定量の液が別の容器（図示せず）へ分注される。

第８図は、ピストン３およびダイアフラム２の
動作によるバルブ１内部の体積変化を説明する図
であり、点線は第４図においてピストン３が上方
へ移動したときの位置を示している。第８図のＡ
はダイアフラム２が上方へ移動した状態を示して
おり、このときポート１３とポート１４とが連通
している。第８図のＢはダイアフラム２が下方に
移動した状態を示しており、このときはポート１
３とポート１２とが連通している。

今、前回の分注が終了して、ダイアフラム２は
Ａの状態にあるとする。このとき、ノズル３６、
配管３５、シリンジ３２、バルブ１の内部には液
が充満している。次にバルブ１を駆動し、ピスト
ン３，４を押し下げてダイアフラム２をＢの状態
にすると、ピストン３およびダイアフラム２の移
動により、第８図に斜線で示した体積変化部分３
７，３８，３９が生ずる。このため、バルブ１内
部の圧力が下がる。なお、体積変化部分３７はダ
イアフラム２によるものであり、３８はピストン
８の肩部によるもの、３９はピストン３の頭部に
よるものである。

上記体積変化によるバルブ１内部の液の不足
は、主としてノズル３６内から補充されるが、配
管３５からも補充される。このため、本来はノズ
ル３６内および配管３５内に充満されているべき
液に不足が生じる。

このように、ピストン３が押し下げられた状態
で、シリンジ３２のピストン３３が一定距離押し
下げられ、分注液３４が一定量だけ吸引される。

次にピストン３を押し上げ、ダイアフラム２を
第８図Ａの状態に戻すと、先ほどとは逆方向へ体
積変化部分３７，３８，３９が起きる。この場合
はバルブ１内部の圧力が上がる。このためバルブ
１からノズル３６および配管３５へ液が押し出さ
れる。このように、バルブ１の切換動作によつ
て、ノズル３６および配管３５からバルブ１へ吸
い込まれた液は、再度、ノズル３６および配管３
５へ押し出される。しかし、ピストン３の上がる
速さと下がる速さとは異なること、その時の液の
移動方向が異なること等から、上記吸い込まれた
液量と押し出された液量とは一般的には異なるた
め、ノズル３６および配管３５内は元のように充
満された状態には戻らない。

このように、ノズル３６内の液量が変動してし
まうため、シリンジ３２のピストン３３を一定距
離押し上げても、ノズル３６の先端からはシリン
ジ３２で定量された量の液が分注されないという
問題があつた。

また第９図に示すスプール弁２２においては、
ピストン２３の径が一定であり、Ｏリングの変形
は無視できるために、ピストン２３の駆動による
弁内の体積変化は生じない。しかしピストン２３
がスライドするとき、Ｏリングが必ずポートの孔
の上を通過するため、Ｏリングの損傷が生じ易
い。したがつて、気密保持の点で弁の耐久性が弱
いという問題があつた。また、三つのＯリングで
気密を保持しているため、駆動力として大きな力
を要するという点も問題である。

本考案の上記の諸点に鑑みなされたもので、弁
の開閉による弁内の体積変化を抑えて、微量の試
料の定量、分注を高い精度で行うことができる流
体切換弁の提供を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の流体切換弁は、第１図〜第３図を参照
して説明すれば、３個のポート６５，６６，６７
を備えこれらのポートを連通する流体通路６８を
備えた上シリンダ４１と、２個の大径のピストン
受け窪５４，５５を備えこれらのピストン受け窪
の上部に連通する作動流体通路６３，６４を備え
た下シリンダ４２と、上シリンダと下シリンダと
の間に気密に嵌設される、前記ピストン受け窪よ
り小径のピストン摺動用空間を備えた中シリンダ
４３，４４とでシリンダ本体を形成し、このシリ
ンダ本体内に上部が小径の円柱状または円筒状で
で下部が大径の円筒状または円柱状の２個のピス
トン５２，５３を、上部が中シリンダ内を摺動し
て下部が下シリンダ内を摺動するように設け、こ
れらのピストンの上端に弁体４５，４６を設け、
かつこれらの弁体の上側に密接してダイアフラム
５１を設けるとともに、これらのダイアフラムの
両端を上シリンダと中シリンダとの間に気密に固
定し、これらの弁体がダイアフラムを介して当接
する部分の前記ポートのうち２個のポートに弁座
７０，７１を形成し、一方、大径のピストン底面
とピストン受け窪底面との間に、弁体をダイアフ
ラムを介して弁座に押圧するようにスプリング５
６，５７を配設し、さらに前記２個の作動流体通
路に片側づつ交互に作動流体を供給するように作
動流体制御弁７２を接続したことを特徴としてい
る。

〔作用〕

作動流体通路（ダクト）６３側に作動流体、た
とえば高圧空気が送られている場合には、ピスト
ン５２はスプリング５６の弾性力に抗して押し下
げられる。したがつて、弁体４５が弁座７０を離
れるため、ポート６５と流体通路６８とが連通す
る。一方、ダクト６４には高圧空気が送られてい
ないため、ピストン５３は駆動されず、弁体４６
は弁座７１に押し付けられたままである。ポート
６７と流体通路６８とは常に連通している。以上
の結果、ポート６７はポート６５と連通し、ポー
ト６６とは遮断される。

次に、ダクト６４側に高圧空気が送られると、
ピストン５３はスプリング５７の弾性力に抗して
押し下げられ、弁体４６が弁座７１を離れる。こ
のとき同時に、ダクト６３の高圧空気は大気開放
され、スプリング５６によつて弁体４５は弁座７
０に押し当てられる。そのため、ポート６７はポ
ート６６と連通し、ポート６５とは遮断された状
態になる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本考案の好適な実施例を
詳細に説明する。ただしこの実施例に記載されて
いる構成機器の材質、形状、その相対配置など
は、とくに特定的な記載がない限りは、本考案の
範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではな
く、単なる説明例にすぎない。

第１図〜第３図において、４０は本考案の流体
切換弁（以下、バルブという）、４１は上シリン
ダ、４２は下シリンダ、４３，４４は中シリンダ
である。

シリンダ４１，４２，４３，４４は継ぎ目に弁
体４５，４６、Ｏリング４７，４８を入れてバル
ブ４０の内部と外部との間の気密を保つように合
体されている。これらシリンダの合体は、第２図
に示す組立孔５０を通して３本のボルトで行われ
ている。

弁体４５，４６は、ポペツトの頭部にダイアフ
ラム５１を付けた形状のものである。弁体４５，
４６はピストン５２，５３の頭部にはまるように
なつている。

ピストン５２，５３は、それぞれ下シリンダ４
２に設けられた大径のピストン受け窪５４，５５
に上下方向にスライド自在に入れられる。ピスト
ン受け窪５４，５５は大径の円柱状の窪になつて
いる。

スプリング５６，５７は、ピストン５２，５３
を押し上げるものであり、ピストン５２，５３の
下側にセツトされる。またピストン受け窪５４，
５５の上部に連通する作動流体通路（以下、ダク
トという）６３，６４が設けらている。

Ｙリング５８，６０，６１，６２は、ダクト６
３，６４からバルブ内部に入れられる作動流体
、たとえば高圧空気が洩れないようシールする
ためのものである。

上シリンダ４１の内部にはポート６５，６６，
６７および流体通路６８が設けられている。上シ
リンダ４１の内部には、また、環状をした突起か
らなる弁座７０，７１が弁体４５，４６の頭部が
当る位置に設けられている。７２はダクト６３，
６４へ片側づつ交互に作動流体を供給するための
作動流体制御弁である。

次に、本実施例のバルブ４０の動作について述
べる。

バルブ４０の駆動は、ダクト６３，６４の何れ
か一方に高圧空気を送るように行われる。まず、
ダクト６３側に高圧空気が送られている場合に
は、ピストン５２はスプリング５６の弾性力に抗
して押し下げられる。したがつて、弁体４５が弁
座７０を離れるため、ポート６５と流体通路６８
とが連通する。一方、ダクト６４には高圧空気が
送られていないため、ピストン５３は駆動され
ず、弁体４６は弁座７１に押し付けられたままで
ある。ポート６７と流体通路６８とは常に連通し
ている。以上の結果、ポート６７はポート６５と
連通し、ポート６６とは遮断される。

このように、ダクト６３および６４へ片側づつ
交互に高圧空気を送るためには、異なる圧力状態
を交互に２つの出力ポートから出力することの可
能な作動流体制御弁７２、たとえば４ポートのパ
イロツト弁を使用する。すなわち、４ポートパイ
ロツト弁の２つの出力をそれぞれダクト６３およ
び６４へ接続する。

第３図は弁体の状態を説明する図であり、点線
はピストン５３が上に上がつたときの状態を示
す。弁体の上下移動によつて斜線部Ｃの体積変化
が生ずる。第３図は弁体４６の移動を示している
が、弁体４５の部分でも全く同じ量の体積変化が
起こるように作られている。

ピストン５２と５３は常に逆方向に移動するか
ら、弁体４５および４６のいずれか一方で上記体
積変化が増加する方向に起こるときには、他方の
弁体では体積の現象が起こつている。したがつ
て、流体通路６８内の流体の移動によつて、ピス
トンの移動による上記体積変化は相殺される。バ
ルブ駆動によつて生じる圧力差は、バルブ４０に
接続される外部の配管にも若干伝えられるが、流
体通路６８内では逆方向の圧力変化が同時に起こ
るため、流体通路６８内での圧力変化の方がバル
ブ４０の外部に伝わる圧力変化よりも、はるかに
大きく、流体通路６８内での液移動がまず起こ
る。この流体通路内での液移動の結果、圧力差は
直ちに解消される。このため、バルブ４０の外部
の配管では、もはや液移動は起こらない。

このように、本考案のバルブではバルブ駆動に
よつてバルブの内部で起こる体積変化がバルブの
中だけで解消されてしまうため、バルブに接続さ
れた配管等の内部の液量に影響を及ぼすことがな
い。

本考案のバルブ４０を第７図のバルブ１の代り
に使用すれば、微量の液定量を精度良く行うこと
が可能となる。

なお本考案のバルブ４０を90°回転させて使用
しても差し支えない。また高圧空気の代りに油圧
作動油などの作動流体を用いる構成とすることも
可能である。

〔考案の効果〕

本考案の流体切換弁では、弁の駆動による弁内
部の体積の変化が増加方向と減少方向に同時に同
量だけ起こるので、弁の駆動による弁内の体積変
化の影響を外部に及ぼさないという効果が生ず
る。

したがつて、微量の液の定量および分注に利用
する際には、分注、定量精度を向上させる。

また、スプール弁のようにＯリングがポートの
孔の上を通過することもなく、気密保持の耐久性
にも優れている。駆動力もスプール弁のように強
くする必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の液体切換弁の一例を示す断面
図、第２図は第１図における主要部品の分解斜視
図、第３図は第１図における弁体まわりの拡大
図、第４図は従来の流体切換弁の一例を示す断面
図、第５図は第４図における２つのピストンの結
合部の拡大図、第６図は第４図におけるシリンダ
の結合部の拡大図、第７図は第４図に示すバルブ
を用いて微量の液を定量し、分注する場合の一例
を示す配管図、第８図は第４図におけるピストン
およびダイアフラムの動作によるバルブ内部の体
積変化を示す説明図、第９図は従来の流体切換弁
の他の実施例を示す断面図である。１……流体切換弁（バルブ）、２……ダイアフ
ラム、３，４……ピストン、５……ネジ、６，
７，８……シリンダ、１０，１１……Ｏリング、
１２，１３，１４……ポート、１５……中シリン
ダ、１６，１７……Ｙリング、１８……作動流体
通路、２０……スプリング、２１……Ｏリング、
２２……バルブ（スプール弁）、２３……ピスト
ン、２４……シリンダ、２５，２６，２７……ポ
ート、２８，３０，３１……Ｏリング、３２……
微量定量用シリンジ、３３……ピストン、３４…
…分注液、３５……配管、３６……ノズル、３
７，３８，３９……体積変化部分、４０……流体
切換弁（バルブ）、４１……上シリンダ、４２…
…下シリンダ、４３，４４……中シリンダ、４
５，４６……弁体、４７，４８……Ｏリング、５
０……組立孔、５１……ダイアフラム、５２，５
３……ピストン、５４，５５……ピストン受け
窪、５６，５７……スプリング、５８，６０，６
１，６２……Ｙリング、６３，６４……作動流体
通路（ダクト）、６５，６６，６７……ポート、
６８……流体通路、７０，７１……弁座、７２…
…作動流体制御弁。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

３個のポートを備えこれらのポートを連通する
流体通路を備えた上シリンダと、２個の大径のピ
ストン受け窪を備えこれらのピストン受け窪の上
部に連通する作動流体通路を備えた下シリンダ
と、上シリンダと下シリンダとの間に気密に嵌設
される、前記ピストン受け窪より小径のピストン
摺動用空間を備えた中シリンダとでシリンダ本体
を形成し、このシリンダ本体内に上部が小径の円
柱状または円筒状で下部が大径の円筒状または円
柱状の２個のピストンを、上部が中シリンダ内を
摺動し下部が下シリンダ内を摺動するように設
け、これらのピストンの上端に弁体を設け、かつ
これらの弁体の上側に密接してダイアフラムを設
けるとともに、これらのダイアフラムの両端を上
シリンダを中シリンダとの間に気密に固定し、こ
れらの弁体がダイアフラムを介して当接する部分
の前記ポートのうち２個のポートに弁座を形成
し、一方、大径のピストン底面とピストン受け窪
底面との間に、弁体をダイアフラムを介して弁座
に押圧するようにスプリングを配設し、さらに前
記２個の作動流体通路に片側づつ交互に作動流体
を供給するように作動流体制御弁を接続したこと
を特徴とする流体切換弁。