特許 7128268 比例ピンチバルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-22

(45)【発行日】2022-08-30

(54)【発明の名称】比例ピンチバルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 7/04 20060101AFI20220823BHJP

【ＦＩ】

F16K7/04 Z

F16K7/04 A

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020516951

(86)(22)【出願日】2018-05-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-07-27

(86)【国際出願番号】 EP2018064137

(87)【国際公開番号】W WO2018219983

(87)【国際公開日】2018-12-06

【審査請求日】2021-01-29

(31)【優先権主張番号】17174206.7

(32)【優先日】2017-06-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】519427240

【氏名又は名称】ジ・オートメーション・パートナーシップ・（ケンブリッジ）・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ （Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ） Ｌｉｍｉｔｅｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100189555

【弁理士】

【氏名又は名称】徳山 英浩

(72)【発明者】

【氏名】ニール・バーグ

【審査官】西井 香織

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０２５７１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０４－１３６５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１９６１５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

連続フローシステム内の圧力を制御するための比例ピンチバルブ（１０）であって、
前記比例ピンチバルブ（１０）は、
前記連続フローシステム内のチューブ（１２）の長さを挟むためのアンビル（２２）と、
前記アンビルを前記チューブ（１２）に向かって移動させる変位要素を含む駆動機構と、を備え、
前記アンビル（２２）は、弾性バネ要素（３６）を介して前記変位要素に間接的に結合され、
前記弾性バネ要素（３６）は、少なくとも前記チューブ（１２）が完全に挟まれていない限り、前記アンビル（２２）の変位が前記弾性バネ要素（３６）によって力制御されるように、前記アンビルに定義される遊びを提供し、
前記変位要素は、前記チューブ（１２）が完全に挟まれた端位置に変位可能であり、前記変位要素は、前記端位置で前記アンビル（２２）と接触していることを特徴とする、
比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項2】

前記バネ要素（３６）は、コイルバネであることを特徴とする、請求項１に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項3】

前記変位要素は、送りネジ（３４）に配置された送りネジナット（３２）であることを特徴とする、請求項２に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項4】

前記コイルバネの一端は、前記送りネジナット（３２）に支持され、前記コイルバネの他端は、前記アンビル（２２）に支持されていることを特徴とする、請求項３に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項5】

前記駆動機構は、前記変位要素を変位させるための自動駆動装置を含むことを特徴とする、請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項6】

前記比例ピンチバルブ（１０）は、前記チューブ（１２）を保持するために、１つまたは複数のレセプタクル（１４）を有する支持部材（１６）と、前記支持部材（１６）と協働するカバープレート（１８）とを備えることを特徴とする、請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項7】

前記チューブ（１２）に接触する前記アンビル（２２）の前面の長さは、５ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項8】

前記比例ピンチバルブ（１０）は、前記チューブ（１２）に面する前記アンビル（２２）の前面から突出する隆起部（５０）を備えることを特徴とする、請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項9】

前記隆起部（５０）は、前記チューブ（１２）の長手方向に垂直に延びることを特徴とする、請求項８に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項10】

前記比例ピンチバルブ（１０）は、前記駆動機構からピンチチューブ（１２）の周りの自由空間（２８）を密封するためのシールを備えることを特徴とする、請求項１ないし９のうちいずれか１項に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項11】

前記比例ピンチバルブ（１０）は、前記変位要素に結合されたピン（４４）を特徴とし、前記ピン（４４）は、前記変位要素から切り離されたスロット（４６）と協働して、前記変位要素が意図せずに回転することを防ぐ、請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項12】

前記比例ピンチバルブ（１０）は、前記変位要素の少なくともホーム位置を検出するための位置センサ（４８）を備えることを特徴とする、請求項１ないし１１のうちいずれか１項に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項13】

前記比例ピンチバルブ（１０）は、前記アンビル（２２）が前記変位要素に直接結合される第１のモードと、前記アンビル（２２）が前記バネ要素（３６）を介して前記変位要素に間接的に結合される第２のモードとの間で前記駆動機構を切り替えるためのスイッチ機構を備えることを特徴とする、請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載の比例ピンチバルブ（１０）。

【請求項14】

請求項１ないし１３のうちいずれか１項に記載の比例ピンチバルブ（１０）を使用して、連続フローシステム内の流体の圧力を制御する方法。

【請求項15】

前記弾性バネ要素（３６）は、少なくとも前記チューブ（１２）が完全に挟まれていない限り、前記アンビル（２２）の変位が前記弾性バネ要素（３６）によって力制御されるように、前記アンビルに定義される遊びを提供することを特徴とする、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記チューブ（１２）を通って流れる流体に作用する背圧に応じて、前記チューブ（１２）の挟まれた表面が前記弾性バネ要素（３６）の付勢に抗して強制的に離されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記連続フローシステムは、クロスフロー濾過システムであることを特徴とする、請求項１４ないし１６のうちいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に、クロスフロー濾過システムで使用するための、連続フローシステムの圧力を制御するための比例ピンチバルブに関する。本発明はさらに、比例ピンチバルブを使用して連続フローシステム内の流体の圧力を制御する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

その基本的な動作原理によれば、ピンチバルブは、通常、エラストマプロセスチューブの長さに直接作用する部材を採用している。チューブを押し合わせると、チューブの透過性と同等のシールが作成される。典型的には、ピンチバルブは、内部バルブ部品または閉じ込めから媒体を完全に隔離する必要がある用途で、媒体圧力を制御するために使用される。したがって、ピンチバルブは、好ましくは、無菌の使い捨てシステムで使用される。圧力を制御するための標準的な比例バルブは、典型的には、単純な使い捨て流路を提供しない設計であるが、ピンチバルブは、清潔で非常に低コストの使い捨て流路、つまり、プロセスチューブ自体の使用を可能にする。プロセスチューブは、例えば、ガンマ線滅菌に適したエラストマ材料で作ることができる。

【0003】

しかしながら、ピンチバルブは、一般に、単純なオン／オフフロー制御にのみ使用される。理論的には、小さなチューブ用の小さなソレノイド駆動ピンチバルブは、比例制御を最適化するように設計されるかもしれないが、実際には、ピンチバルブは、典型的には、単なるシャットオフバルブとして設計される。より大きなチューブおよび／またはより高い圧力には高いピンチ力が必要であり、それに応じてソレノイド駆動ピンチバルブが大きくなり、費用がかかることをさらに考慮する必要がある。したがって、より大きなピンチバルブは、モータ駆動の送りネジまたはボールネジを使用してアンビルを動かし、チューブを直接挟むことがよくある。

【0004】

比例制御にピンチバルブを使用する際の重大な問題は、チューブ内部の“ピンチ”サイズの小さな変化が圧力またはフローの大きな変化を引き起こすという事実である。これは、ピンチアンビルの小さな動きが圧力またはフローに大きな変化を引き起こすことを意味する。動作中、これにより、粗い圧力またはフロー制御、および／または頻繁な制御点の変化が生じる。良好な制御のために、１マイクロメートルのオーダの非常に小さなアンビルの動きが必要であるが、それでも必ずしも安定した制御につながるとは限らない。非常に小さな動きは、高解像度の送りネジやその他の精密機構を使用することで実現できる。しかしながら、高解像度の送りネジは、典型的には、遅い直線速度でのみ移動する。これは、バルブをすばやく開閉する必要がある場合に問題になる可能性がある。

【発明の概要】

【0005】

本発明の目的は、広い動作範囲にわたって圧力の安定した比例制御を可能にする低コストのピンチバルブを提供することである。

【0006】

上記の問題は、請求項１に記載の比例ピンチバルブによって解決される。本発明の有利かつ適切な実施形態は、従属請求項から明らかである。

【0007】

本発明は、連続フローシステムの圧力を制御するための比例ピンチバルブを提供する。比例ピンチバルブは、連続フローシステム内のチューブの長さを挟むためのアンビルと、アンビルをチューブに向かって移動させるための変位要素を含む駆動機構を備えている。本発明によれば、アンビルは、弾性バネ要素を介して変位要素に間接的に連結されている。弾性バネ要素は、少なくともチューブが完全に挟まれていない限り、アンビルの定義された遊び（すなわち、弾性）を提供し、アンビルの変位は、弾性バネ要素によって力制御される。これは、移動する変位要素によってアンビルが単にチューブに押し込まれないことを意味する。本発明によれば、チューブの挟み込みは、変位要素とアンビルとの間に挿入されたバネ要素を介してアンビルに加えられる力によってむしろ制御される。本発明は、一般的な設計で使用される変位制御アンビルから、本発明で実現される力制御アンビルへの変更が、圧力制御に関して大きな利点を提供するという発見を利用する。一般的な設計では、圧力制御は、アンビルが変位要素に直接結合され、チューブに直接作用するため、駆動機構によって引き起こされる変位に非常に敏感である。これは、チューブの挟み込みが変位要素の動きに正比例することを意味する。しかしながら、これらの一般的な設計は、チューブを流れる媒体によって引き起こされる背圧の影響と、動作中のその可能性のある変動を考慮していない。例えば、背圧が増加した場合、圧力上昇を相殺するために、挟まれたチューブを通るフローを増加させる可能性はない。対照的に、本発明による設計では、弾性バネ要素への結合によりチューブが挟まれたとき、アンビルは定義された“遊び”（すなわち、弾性）を有する。したがって、所定のピンチ力で背圧が増加すると、流体の圧力の増加により、チューブの挟まれた表面を強制的に引き離すことができ、その結果、フローが増加する。これにより、圧力設定値の安定性が高まり、制御感度が低下する。このようにして、本発明による比例ピンチバルブは、好ましい実施形態に関連して以下でさらに説明される圧力解放／リリーフバルブの基本的な機能も有利に提供する。

【0008】

本発明の意図された用途は、限外濾過／透析（ＵＦ／ＤＦ）システムの圧力を制御することであるが、それに限定されない。すでに示したように、本発明の基本的な利点は、低コストの使い捨て流路を備えた広い圧力範囲にわたる安定した圧力制御である。

【0009】

比例ピンチバルブの好ましい実施形態によれば、弾性バネ要素はコイルバネである。コイルバネは、駆動機構に簡単に組み込むことができる。実際の用途と望ましい力／変位挙動に応じて、通常、適切なバネ定数のコイルバネが簡単に入手できる。しかしながら、コイルバネの代わりに、特別に構成されたガスシリンダまたは適切なエラストマ部材を使用することもできる。

【0010】

駆動機構で使用される変位要素は、送りネジに配置された送りネジナットであることが好ましい。送りネジナットは、この回転運動を必要な直線運動に変換するが、送りネジはステッピングモータまたはハンドホイールで簡単に回転できる。送りネジと送りネジナットは実績のあるリンケージコンポーネントであり、特定の要件に応じて選択できる。

【0011】

駆動機構で使用される送りネジと送りネジナットを、バネ要素として使用されるコイルバネと組み合わせて、コイルバネの一端を送りネジナットで支持し、コイルバネの他端をアンビルで支持して、望ましい弾性結合を提供することができる。

【0012】

比例ピンチバルブの自動化バージョンでは、駆動機構は、変位要素を変位させるための自動化駆動装置、好ましくは、ステッピングモータを含む。ステッピングモータには、モータがトルクと速度に関して用途に合わせて慎重にサイズ調整されている限り、フィードバックセンサを使用せずに、モータの位置を多数の等しいステップの１つで移動および保持するように命令できるという利点がある。

【0013】

比例ピンチバルブ内でチューブを保持および固定するために、１つまたは複数のレセプタクルを有する支持部材と、支持部材と協働するカバープレートを使用することができる。カバープレートは、アンビルがチューブに向かって移動するときにチューブが押し付けられる静止面を提供することが好ましい。

【0014】

従来のピンチバルブでは、バルブを閉じるのに必要な力を最小限に抑えるため、挟まれている長さはかなり短く、すなわち、５ｍｍ未満である。しかしながら、以前の設計と比較して、チューブが挟まれている距離を長くすることが可能であり、有利であることが認識されている。したがって、チューブに接触するアンビルの前面の長さは用途に固有であるが、５～１０ｍｍの範囲であることが好ましい。低圧用途（１ｂａｒ未満）の場合、より長い接触長が望ましい場合がある。制御性能の向上に加えて、延長されたピンチチューブは、従来の（ピンチ）バルブ設計と比較して、バルブを通る圧力降下が長い距離にわたって発生するため、バルブを通過する液体のピークせん断応力も低減する。

【0015】

比例ピンチバルブの両端に高い差圧が必要な場合、ピンチチューブの内面のかなりの部分が互いに接触し、ピンチチューブのいずれかの端でのみフローが可能になるという問題がある。このような状況では、チューブ内の圧力に対する感度が大幅に低下する。この問題を克服するために、チューブに面するアンビルの前面から突出する隆起部を提供することにより、ピンチチューブの長さの（さらなる）強化が達成される。隆起部は、好ましくは、チューブの長手方向に垂直に延びる。隆起部の目的は、チューブ内の圧力をより効果的に使用して、アンビルに、したがって、バネに作用することである。特に、隆起部は、隆起部の短い長さにわたって圧力降下の大部分を生成するために使用され、したがって、挟まれた部分の他の場所の内部チューブ表面が互いに接触しないようにする。このようにして、これらのチューブ表面は、チューブ内の圧力に曝されるため、アンビルに作用する。隆起部は、上流または下流の圧力を制御することが重要であるかどうかに応じて、ピンチチューブの長さに沿って、上流、下流、中間またはその他の位置のいずれかになる。ユニバーサル比例ピンチバルブでは、ピンチチューブの中央に隆起部がある。

【0016】

本発明の有利な態様によれば、駆動機構からピンチチューブの周りの自由空間を密封するためのシール、好ましくはゴム製ダイアフラムが提供される。シールは、ピンチチューブが破損した場合に、プロセス流体がバルブ内部の駆動機構に侵入して汚染するのを防ぐ。

【0017】

本発明の別の有利な態様によれば、変位要素に結合されたピンは、変位要素が不意に回転するのを防ぐために、変位要素から分離されたスロットと協働する。スロットは、変位要素が移動する比例ピンチバルブのハウジング部材に形成されてもよい。

【0018】

少なくとも変位要素のホーム位置を検出するために位置センサが提供されてもよい。ホーム位置の検出のために、上記のピンを位置指示要素として使用して、ピンに二重の機能を与えることが可能である。

【0019】

チューブがアンビルによって完全に挟まれている端位置での比例ピンチバルブの挙動に関して、本発明は、以下で説明するように異なる概念を提供する。

【0020】

第１の設計原理によれば、変位要素は、チューブが完全に挟まれた端位置に変位されると、変位要素は、アンビルと接触する。したがって、チューブに大きな力を加えることができ、アンビルがその位置にとどまることが保証される。

【0021】

第２の設計原理によれば、変位要素がアンビルによってチューブが完全に挟まれる端位置に変位要素が変位するとき、変位要素はアンビルと接触しない。この設計により、最大許容システム圧力を超えた場合、比例ピンチバルブが圧力解放／リリーフバルブとして機能できる。最大圧力は、操作中または設計により、変位要素の最大変位を設定して、端位置を定義することにより、バネ要素がアンビルに加える最大力を制御することができる。

【0022】

より洗練された設計によれば、アンビルが変位要素に直接結合される第１のモードと、アンビルがバネ要素を介して変位要素に間接的に結合される第２のモードとの間で駆動機構を切り替えるためのスイッチ機構が提供される。状況に応じて、より適切な制御、すなわち、力制御ピンチまたは変位制御ピンチを必要に応じて選択できる。

【0023】

また、本発明は、上述の比例ピンチバルブを使用して連続フローシステム内の流体の圧力を制御する方法を提供する。比例ピンチバルブのバネにより、特に、背圧またはその他の状況で圧力が設定値から不必要に逸脱する場合に、圧力の自己修正が可能になる。

【0024】

特に、本発明の重要な態様によれば、弾性バネ要素は、少なくともチューブが完全に挟まれていない限り、アンビルの定義された遊び（弾性）を提供し、アンビルの変位が弾性バネ要素により力制御される。

【0025】

したがって、チューブの周囲の壁に作用する所定のピンチ力でチューブを流れる流体の背圧に応じて、チューブの挟まれた表面を弾性バネ要素の偏りに抗して強制的に引き離すことができる。したがって、フローが増加する。これにより、圧力設定値の安定性が向上し、ノイズに対する制御感度が低下する。

【0026】

本発明による方法は、好ましくは、クロスフロー濾過システムで使用されるが、これに限定されない。

【0027】

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明および参照される添付図面から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】チューブが装着されているがフロントカバープレートを備えていない本発明に係る比例ピンチバルブを示している。

【図2】装着されたチューブとフロントカバープレートを備えている比例ピンチバルブを示している。

【図3】第１の状態の縦断面において、チューブを備えている比例ピンチバルブを示している。

【図4】チューブが第２の状態にある縦断面における比例ピンチバルブを示している。

【図5】チューブが第３の状態にある縦断面における比例ピンチバルブを示している。

【図6】アンビルが縦断面において第２の状態の装着されたチューブを備えた、隆起部を有している比例ピンチバルブの変形例の詳細を示している。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１および図２を参照すると、例えば、軟質エラストマ材料で作られた可撓性チューブ１２を流れる媒体の圧力を制御するための比例ピンチバルブ１０が示されている。好ましい用途では、チューブ１２は、ＵＦ／ＤＦクロスフロー濾過システムなどの使い捨てコンポーネントまたはシステムの使い捨てパイプである。

【0030】

チューブ１２は、環状支持部材１６の前面に形成された対向するレセプタクル１４に受け入れられる。チューブ１２を装着した後、図２に示すように、ネジ２０または他の適切な取り付け手段により、前部カバープレート１８が支持部材１６の前側に固定される。レセプタクル１４は、前部カバープレート１８によって覆われており、したがって、チューブ１２は軸方向および半径方向に固定されている。

【0031】

対向するレセプタクル１４間のチューブ１２の部分は、アンビル２２に露出されている。特に、アンビル２２は、前部カバープレート１８に当接するチューブ１２の側面とは反対側のチューブ１２の側面に面している。アンビル２２は、図３～図５に見ることができ、図３～図５は、縦断面において比例ピンチバルブ１０を示している。

【0032】

アンビル２２は、チューブ１２の露出部分に向かっておよびそこから離れるように軸方向に移動できるように、ハウジング部材２４に半径方向に支持されている。チューブ１２に面するアンビル２２の前面は、アンビル２２が接触できるチューブ１２の長さが特定用途向けであるが、好ましくは５～１０ｍｍの範囲の寸法である。低圧用途（１ｂａｒ未満）の場合、より長い接触長が望ましい場合がある。

【0033】

チューブ１２が比例ピンチバルブ１０の内部摺動面から露出する支持部材１６の自由空間２８を密封するために、円盤状のゴムダイアフラム２６が設けられ、特に、アンビル２２の周面部分がハウジング部材２４の周囲の内面に係合する。ダイアフラム２６の外周は、ハウジング部材２４の前端と支持部材１６の対向面との間にクランプされる。ダイアフラム２６の内周は、アンビル２２の円周溝３０に受け入れられている。

【0034】

アンビル２２は、変位要素に間接的に結合されている。図面に示される好ましい実施形態では、変位要素は、送りネジ３４に配置された送りネジナット３２である。より具体的には、アンビル２２は、介在する弾性バネ要素３６を介して送りネジナット３２に間接的に結合されている。

【0035】

ここでのバネ要素３６はコイルバネである。コイルバネの一端は、アンビル２２の裏側に面する送りネジナット３２の端部の突起部３８上に配置され、隣接する肩部によって支持される。コイルバネの他端は、アンビル２２のフランジによって支持されている。

【0036】

しかしながら、コイルバネの代わりに、例えば、ガスシリンダまたはエラストマ部材をバネ要素３６として使用することも可能である。

【0037】

送りネジ３４は、電子制御装置（図示せず）に結合されたステッピングモータ４０によって駆動される。原則として、送りネジ３４は、ハンドホイールなどによって手動で駆動することもできる。

【0038】

送りネジ３４および送りネジナット３２は、比例ピンチバルブ１０のハウジング部材２４に収容されている。ステッピングモータケーシング上にあり、送りネジ３４を囲むスラスト軸受４２は、送りネジナット３２の軸方向荷重を支持することができる。

【0039】

半径方向に延びるピン４４が送りネジナット３２に固定されている。ピン４４は、ハウジング部材２４に形成され、軸方向に延びるスロット４６と協働する。ピン４４はスロット４６を通って延び、送りネジナット３２が意図せずに回転するのを防ぐ。

【0040】

さらに、ピン４４には別の機能がある。ハウジング部材２４に配置された位置センサ４８は、ピン４４のホーム位置を検出することができる。

【0041】

ピン４４のホーム位置は、図３に示す比例ピンチバルブ１０の第１の状態に対応し、この状態では、アンビル２２は、チューブ１２と干渉しない位置にある。ホーム位置では、バネ要素３６は基本的に弛緩しており、これは、アンビル２２がチューブ１２に大きな圧力をかけない、またはまったく圧力をかけないことを意味する。したがって、チューブ１２は、挟まれず、チューブ１２を通る媒体のフローは、制限されない。

【0042】

図４は、チューブ１２が挟まれている第２の状態にある比例ピンチバルブ１０を示している。ステッピングモータ４０は、送りネジ３４を駆動し、送りネジナット３２がチューブ１２に向かって距離を軸方向に移動している。したがって、アンビル２２は、チューブ１２の有効フロー断面積が減少する程度までチューブ１２に押し込まれる。ただし、フローは完全にはブロックされない。

【0043】

ここで、アンビル２２は送りネジナット３２に直接結合されているのではなく、バネ要素３６に結合されていることを思い出されたい。したがって、チューブ１２の挟み込みは、送りネジナット３２の変位に単に比例するのではなく、送りネジナット３２からバネ要素３６を介してアンビル２２に間接的に伝達される力によって制御される。バネ要素３６は、弾性であるため、アンビル２２に作用するチューブ１２の反力がバネ要素３６をある程度圧縮する可能性がある。その結果、バネ要素３６がアンビル２２に加える力は、チューブ１２内部の平均圧力（およびチューブ１２を変形させる力）と釣り合う。

【0044】

バネ要素３６は、チューブ１２を挟むのに必要な力の変化を生じさせるために送りネジ３４の大きな運動が必要とされるように選択される。一例として、選択されたバネ要素３６は、圧力変化に対する送りネジの動きの比が、バネ要素のないピンチバルブ設計の場合よりも少なくとも１０倍高くなるようにすることができる（例えば、送りネジナットがアンビルを直接変位させる場合）。したがって、バネ要素３６を使用することにより、チューブ１２に作用する結果として生じる力の微調整が可能になり、チューブ１２の挟み込みを正確に調整することができる。

【0045】

比例ピンチバルブ設計でバネ要素３６を使用すると、圧力設定値をより安定させることもできる。例えば、上流圧力が制御されている場合（ＵＦ／ＤＦの場合）、上流圧力が増加すると、アンビル２２の反力が増加する。これにより、バネ要素３６がさらに少し圧縮され、アンビル２２がチューブ１２を少し減圧できるようになる。チューブ１２のこの減圧は、圧力を目標設定点に戻す。

【0046】

さらに、（従来のピンチバルブと比較して）アンビル２２に挟まれているチューブ１２の長さが長くなっているため、比例ピンチバルブ１０はチューブ１２内部の圧力に対してより敏感になり、感度が向上し、圧力制御の分解能を増大させる。

【0047】

図５では、アンビル２２が最大に変位した第３の状態にある比例ピンチバルブ１０が示されている。チューブ１２は、完全に挟まれ、媒体のフローが中断される。

【0048】

図５に示すように、第１の設計原理によれば、比例ピンチバルブ１０のこの第３の状態は、送りネジナット３２の突起部３８がアンビル２２の裏側に接触し、バネ要素３６がアンビル２２の変位に影響を及ぼさないことを特徴とする。この設計により、チューブ１２の圧力やチューブ１２の剛性に関係なく、ピンチオフされるフローの高いセキュリティが提供される。

【0049】

図には示されていない第２の設計原理によれば、チューブ１２が完全に挟まれた比例ピンチバルブ１０の第３の状態は、バネ要素３６の力によって、すなわち、アンビル２２の裏側に接触する送りネジナット３２の突起部３８なしで達成される。この設計によれば、バネ要素３６は、チューブ１２から離れる方向でのアンビル２２の定義された“遊び”（すなわち、弾性）を依然として許容するので、比例ピンチバルブ１０は、圧力リリーフバルブとして使用できる。例えば、チューブ１２を使用する濾過システムの最大使用圧力が３ｂａｒの場合、設計上、送りネジナット３２が完全に変位すると（ただし、アンビル２２に接触しない）、バネ要素３６を介したアンビル２２によってチューブ１２にかかる力は、チューブ１２内の圧力が６ｂａｒを超えると、媒体が通過できるようになっている。これにより、別の圧力リリーフバルブを追加することなく、安全性が向上する。

【0050】

図には示されていない第３の設計原理によれば、比例ピンチバルブ１０は、第１および第２の設計原理の両方を利用することができる。アンビル２２が送りネジナット３２に直接結合されている純粋な変位制御モードと、アンビル２２がバネ要素３６を介して送りネジナット３２に間接的に結合されている力制御モードの間で切り替えるためのスイッチ機構が提供される。スイッチ機構は、例えば、送りネジナット３２とアンビル２２とを直接結合することができる動力作動ラッチ／結合、または代替として、送りネジナット３２とアンビル２２との間の力を直接伝達するために使用できる受動的な“クリック－クリック”機構を採用することができる。

【0051】

図６は、アンビル２２の異なる形状の前面を備えた比例ピンチバルブ１０の変形例を示している。特に、装着されたチューブ１２に対して垂直に延びる高さの低い隆起部５０が設けられている。隆起部５０の目的は、チューブ１２内の圧力をより効果的に使用して、アンビル２２、したがって、バネ要素３６に作用させることである。

【0052】

隆起部５０は、比例ピンチバルブ１０にわたって高い差圧が必要な場合に有用である。これらの場合の問題は、チューブ１２が挟まれた状態では、チューブ１２の内面のかなりの部分が互いに接触していることである。したがって、媒体のフローは、挟まれたチューブ１２のいずれかの端でのみ可能である。これらの状況下では、チューブ１２内の圧力に対する感度が大幅に低下する。この問題は、ピンチチューブ１２のすでに細長い長さをさらに高めるため、隆起部５０によって克服される。隆起部５０により、圧力降下の大部分は、隆起部５０の短い長さにわたって生じる。したがって、挟まれた部分の他の場所の内部チューブ表面は、互いに接触しないようにすることができる。このようにして、非接触チューブ表面はチューブ１２内の圧力を受け、したがって、アンビル２２に作用することができる。

【0053】

隆起部５０は、上流、下流、中間、または挟まれるべきチューブ部分の長さに沿った他の位置のいずれかであり得る。隆起部５０の位置は、上流または下流の圧力を制御することが重要であるかどうかに応じて選択することができる。例えば、上流の圧力を制御する場合は、ピンチチューブの下流側の隆起部を使用する。ユニバーサルバルブでは、ピンチチューブの中央に隆起部がある。

【0054】

チューブ１２の漏れの場合、ダイアフラム２６は、チューブ１２が比例ピンチバルブ１０の内部摺動面から挟まれる領域を隔離するため、プロセス流体がハウジング部材２４内のバルブ構成要素を汚染するのを防ぐ。

【符号の説明】

【0055】

１０ 比例ピンチバルブ
１２ チューブ
１４ レセプタクル
１６ 支持部材
１８ フロントカバープレート
２０ ネジ
２２ アンビル
２４ ハウジング部材
２６ ダイアフラム
２８ 自由空間
３０ 溝
３２ 送りネジナット
３４ 送りネジ
３６ バネ要素
３８ 突起部
４０ ステッピングモータ
４２ スラスト軸受
４４ ピン
４６ スロット
４８ 位置センサ
５０ 隆起部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】