特許 7569310 処理構成要素

(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】2024-10-08

(45)【発行日】2024-10-17

(54)【発明の名称】処理構成要素

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/122 20060101AFI20241009BHJP

   F16K 31/06 20060101ALI20241009BHJP

   F16K 31/08 20060101ALI20241009BHJP

【ＦＩ】

H01F7/122 C

F16K31/06 305J

F16K31/08

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021520228

(86)(22)【出願日】2019-10-07

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-13

(86)【国際出願番号】 EP2019077066

(87)【国際公開番号】W WO2020078751

(87)【国際公開日】2020-04-23

【審査請求日】2022-06-27

(31)【優先権主張番号】102018008266.1

(32)【優先日】2018-10-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】513050121

【氏名又は名称】ゲーエーアー トゥーヘンハーゲン ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100080182

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 三彦

(74)【代理人】

【識別番号】100142572

【弁理士】

【氏名又は名称】水内 龍介

(72)【発明者】

【氏名】アーノルド ヴォルフガング

(72)【発明者】

【氏名】プレテレブナ ジュリアス

(72)【発明者】

【氏名】マグナス ハンス ピーター

【審査官】木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０３８１４３７６（ＵＳ，Ａ）

【文献】実開昭５４－０３１９４０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】西独国特許出願公開第０１６００７１７（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開昭６０－０７８１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０３－５０５７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４７５１４８７（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０５３６５２１０（ＵＳ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０３０８６３３４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０２１１４７２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ７／０６－ ７／１８

Ｆ１６Ｋ ３１／０６

Ｆ１６Ｋ ３１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理構成要素であって、第１の連結部（２）と、第２の連結部（３）と、前記第１の連結部（２）を前記第２の連結部（３）流体で連結する前記処理構成要素の空洞（６）内に配列され、かつ前記空洞（６）内部で軸方向へ第１の位置および第２の位置の中へ持って行くことができる調節要素（４）とを伴い、永久磁石（８）、第１の電気コイル（７）および第２の電気コイル（９）を伴う処理構成要素であって、前記第１の電気コイル（７）前記永久磁石（８）および前記第２の電気コイル（９）は、連続してこの順序で前記軸方向（Ｌ）に配列され、ヨークは提供され、前記永久磁石（８）、前記調節要素（４）、および前記ヨークは、前記第１の位置で第１の閉じた磁気回路を、前記第２の位置で第２の閉じた磁気回路を形成すること、前記第１の電気コイル（７）は、前記第１の磁気回路を相殺するように設計され、前記第２の電気コイル（９）は、前記第２の磁気回路を相殺するように設計されること、ならびに前記空洞（６）および前記調節要素（４）は、前記第１の連結部（２）と前記第２の連結部（３）の間に形成することができる流体の流れが前記処理構成要素を通り抜けることができるように形作られ、
第１の機械的停止具（１４）は、前記調節要素（４）の位置を前記第１の位置に固定し、第２の機械的停止具（１５）は、前記調節要素（４）の位置を前記第２の位置に固定し、
前記第１の機械的停止具（１４）、前記第２の機械的停止具（１５）または両方の停止具（１４、１５）、ならびに前記調節要素（４）上のそれぞれ対応する最上部表面が円錐状に形成され、
前記調節要素（４）は、前記第１の位置または前記第２の位置の一方で前記第１の磁気回路または前記第２の磁気回路の一方を形成する前記ヨークと相互作用する長手方向の要素（１９）を備え、
複数の前記長手方向の要素（１９，１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）は、周縁部上に分布して、互いに間隔を置いて配置され、
前記調節要素（４）は、導磁性内部ハウジング（５）内部に配列され、
前記永久磁石（８）と前記調節要素（４）の間に前記ヨークを形作ることにより、磁界を束ねることがもたらされ、
前記ヨークの幅は、前記軸方向（Ｌ）に対して垂直断面視、前記長手方向の要素（１９）の幅と一致することを特徴とする、処理構成要素。

【請求項2】

弁座（１８）を備え、閉止部材（１６）は、前記調節要素（４）上に配列され、前記閉止部材は、閉止するように第１の端位置で前記弁座（１８）と相互作用することを特徴とする、請求項１に記載の処理構成要素。

【請求項3】

前記内部ハウジング（５）の導磁率は、少なくとも前記長手方向の要素（１９）の導磁率に一致することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の処理構成要素。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の処理構成要素に関する。

【背景技術】

【0002】

食品産業、生物工学、調剤業で、生産設備およびそれらの処理構成要素には、最高基準の清潔さ、浄化能力、密閉性が設けられている。

【0003】

処理構成要素の１つのタイプでは、調整要素が２つの端位置との間のその内部、例えば、弁の開位置と閉位置との間の閉止部材内で移動する。この課題は、処理構成要素の内部を外部空間から封止し、衛生的かつ無菌的な条件を確立すると同時に、外部空間から内部の調整要素の動きをもたらすことである。

【0004】

弁技術では、この目的のために、駆動部材と閉止部材とを互いに連結する切替ロッドの通路を、欧州特許第９４５６５８Ｂ１号公報（特許文献１）のブラダーまたは国際公開特許第ＷＯ２０１３/１７０９３１Ａ１号公報（特許文献２）のダイアフラムで弁ハウジング内へ封止することが知られている。しかしながら、これらの封止部材には機械的な負荷がかかり、脆弱性がある。

【0005】

閉止部材の動きを非接触で、かつ切替ロッドなしで行うことがより好都合である。このことは、例えば、ボトルおよび缶を充填する充填弁として知られる分野で知られている。

【0006】

ドイツ特許第１６００７１７号公報（特許文献３）は、閉止部材を、磁気コイル内に配置し、それによって動かされる磁気コアとして構成することを提案している。開位置では、流動媒体がその外面全体で閉止部材の周りを流れる。

【0007】

ドイツ特許第６００２１０６２号公報（特許文献４）は、針状の閉止部材を備えた弁を提供している。開位置および閉位置において、閉止部材は、各々の場合において、永久磁石配列の力によって保持される。各永久磁石配列は、いずれかの位置に関連付けられる。さらに、各位置には、電気コイルが設けられており、閉止部材を、各々の場合において他方の位置の永久磁石配列の保持力に抗して動かすことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】欧州特許第９４５６５８Ｂ１号公報

【文献】国際公開特許第ＷＯ２０１３/１７０９３１Ａ１号公報

【文献】ドイツ特許第１６００７１７号公報

【文献】ドイツ特許第６００２１０６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

これらの解決策の中には、数十年前から知られているものもあり、比較的小さな流量および圧力に使用されている。しかしながら、これまで例えば直径が５０ｍｍから２００ｍｍの範囲内の大きな線断面に一度も使用されていない。

【0010】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、磁気配列を用いて大きな線断面に応じて調整できる処理構成要素を作成することである。

【0011】

この課題は、請求項１の特徴を有する処理構成要素によって解決される。これに従属する請求項２から９は、有利な開発形態を特定している。

【0012】

処理構成要素は、第１の連結部と、第２の連結部と、前記第１の連結部を前記第２の連結部に流体で連結する前記処理構成要素の空洞内に配列され、かつ前記空洞内部で軸方向へ第１の位置および第２の位置の中へ持って行くことができる調節要素とを有する。さらに前記処理構成要素は、永久磁石、第１の電気コイル、および第２の電気コイルを備える。ここで、前記第１の電気コイル、前記永久磁石、および前記第２の電気コイルが連続してこの順序で前記軸方向に配列され、ヨークは提供され、前記永久磁石、前記調節要素、および前記ヨークは、前記第１の位置で第１の閉じた磁気回路を、前記第２の位置で第２の閉じた磁気回路を形成すること、前記第１の電気コイルは、前記第１の磁気回路を相殺するように設計され、前記第２の電気コイルは、前記第２の磁気回路を相殺するように設計されること、ならびに前記空洞および前記調節要素は、前記第１の連結部と前記第２の連結部の間に形成することができる流体の流れが前記処理構成要素を通り抜けることができるように形作られることを特徴とする。この文脈において相殺とは、要するに第１の極性を持つ第１の磁界に対して第１の磁界と反対の極性を持つ第２の磁界を生成し、第１の磁界に重ねた結果、磁界が互いに相殺することを意味する。

【0013】

永久磁石およびコイルを配列することにより、前記調整要素を永久磁力でこの位置に保持できる。前記コイルは、前記調整要素を動かす、または一時的に大きな保持力を発生させる場合に限り通電する。前記第１の位置および前記第２の位置の磁気回路は、前記永久磁石によって磁気的に供給されるため、必要な磁性材料は、わずかな量で済む。これらの特徴の相互作用により、前記処理構成要素が大きな線断面を有することが可能であるということが達成される。これらの特徴の結果、前記調整要素を閉止し、動かすために前記弁に磁力が作用し、前記線径に対して二次的に増加する前記流体力に対抗する。有効流量線断面に対する消費電力の比率により、応用分野を例えば、醸造、乳業、および精製化学薬品で充填弁を超えて処理構成要素に初めて広げることができる。したがって、非常に優れた拡張性が与えられる。別の利点は、前記調整要素内の磁性材料を省くことが可能である点であり、その結果、破損した場合に磁性材料によって製品が汚染されることを最初から排除する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

例示的実施形態に基づき本発明を述べ、利点を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】調整要素の第１の位置において処理構成要素を通る縦断面図を示す。

【図2】調整要素の第２の位置において処理構成要素を通る縦断面図を示す。

【図3】線Ａ－Ａに沿って第１の開発形態の前記処理構成要素を通る断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、弁１として構成された処理構成要素を通る長手方向の軸Ｌに沿った断面図を示す。弁１は、流体を受け取るための第１の連結部２および第２の連結部３を有する。これらの連結部２および３は、たとえば食品産業で、生物工学で、および調剤業で、処理設備の管路システムに連結することができる。

【0017】

弁１は、空洞６を備える弁１の内部ハウジング５の中に配列された調節要素４を備える。空洞６は、連結部２と連結部３の間で流体連結を確立する。調節要素４は、長手方向の軸Ｌに沿って空洞６内で変位することができ、内部ハウジング５内部で、異なる位置を仮定することができる。第１の位置を図１に示し、第２の位置を図２に示す。

【0018】

第１の電気コイル７は、その巻線が内部ハウジング５の周りを完全に囲んで伸びるように内部ハウジング５を取り囲む。永久磁石８は、第１の電気コイル７の、第１の連結部２と反対の方向を向いている側に提供される。第２の電気コイル９は、永久磁石８の、第１の電気コイル７と反対の方向を向いている側に配列される。この第２の電気コイル９は、内部ハウジング５の周りを完全に囲んで伸びる巻線を備える。したがって、第１の電気コイル７、永久磁石８、および第２の電気コイル９は、長手方向の軸Ｌに沿ってこの順序でこのように軸方向へ連続して配列される。

【0019】

永久磁石８だけではなく第１の電気コイル７および第２の電気コイル９により発生し、生成することができる磁界を導くために、導磁性材料から作られたヨークが提供される。ヨークは、第１の終端要素１０を備え、第１の終端要素１０は、第１の電気コイル７の、第１の連結部２の方を向いている側に配列され、内部ハウジング５に接触する。第２の電気コイル９の、第２の連結部３の方を向いている側には、同じく内部ハウジング５に接触する第２の終端要素１１が配列される。

【0020】

外部要素１２は、第１の終端要素１０および第２の終端要素１１だけではなく永久磁石８にも接触する。永久磁石８は、内部ハウジング５に直接搭載することができる。あるいは、図１に示すように、永久磁石８と内部ハウジング５の間にヨーク部分１３を配列することができ、このヨーク部分は、永久磁石８と内部ハウジング５の両方と物理的に接触する。ヨーク部分１３は、内部ハウジング５と一体化して構成することができる。

【0021】

長手方向の軸Ｌに沿って空洞６内部で調節要素４の動きを制限するために、第１の機械的停止具１４および第２の機械的停止具１５を提供する。第１の機械的停止具１４は、長手方向の軸Ｌを基準にして第１の連結部２と第１の電気コイル７の間に配置される。第２の機械的停止具１５は、長手方向の軸Ｌを基準にして第２の電気コイル９と第２の連結部３の間に配置される。

【0022】

調節要素４は、第１の連結部２を閉じることができる閉止部材１６を有する。任意選択の封止部１７は、図１に示す調節要素４の第１の位置で封止するように、第１の機械的停止具１４と相互作用するように調節要素４上に配列される。有利には、第１の機械的停止具１４は弁座１８を備える。調節要素４、封止部１７、および第１の機械的停止具１４は、封止部１７と弁座１８の線接触が発生し、かつ封止部１７を用いて封止された狭いギャップが調節要素４と第１の機械的停止具１４の間に残るように構成することができる。ギャップは、１０分の１ミリメートルの範囲とすることができる。

【0023】

調節要素４は、長手方向の軸Ｌの方向へ伸展する、導磁性材料から形成された長手方向の要素１９を備える。長手方向の要素１９は、好ましくは多数の機能を有するように構成される。一方では、長手方向の要素１９には、長手方向の伸展と共に、空洞６の中で調節要素４および閉止部材１６の整列および誘導をもたらす半径方向の伸展がある。長手方向の軸Ｌの方向への長手方向の要素の伸展は、好ましくは以下の様態に応じて特定の寸法に作られる。第１の位置では、長手方向の要素１９は、第１の機械的停止具１４と接触する。長手方向の要素１９はこの場合、第１の電気コイル７および永久磁石８を越えて長手方向の軸Ｌの方向へ伸展する。図２に示す第２の位置では、長手方向の要素１９は、第２の機械的停止具１５と接触して配置される。長手方向の要素１９はこの場合、永久磁石８および第２の電気コイル９を越えて伸展する。機械的停止具１４および１５との相互作用を通して、長手方向の要素１９は、長手方向の軸Ｌの方向へ調節要素４を位置決めする機能を実現する。上述の機能に加えて、長手方向の要素１９はまた、以下でより詳細に説明するように、磁界を導いて磁気回路を閉じる機能を果たす。

【0024】

図１では、調節要素４は、第１の機械的停止具１４と接触して配置される第１の位置で示されており、封止部と弁座１８の間にすでに述べたギャップの形成を伴う接触が存在する。この位置では、長手方向の要素１９と、第１の終端要素１０と、外部要素１２と、ヨーク部分１３とを備える第１の磁気回路は閉じている。磁気回路に磁界を供給する永久磁石８もまた、この磁気回路の中に配置される。磁気回路では、第１の位置に調節要素４を固定する保持力をもたらす第１の磁界Ｍ１が形成される。

【0025】

第１の位置から調節要素４を取り除くために、第１の電気コイル７に電圧をパルス化して印加する。その結果得られる電流パルスは、第１の磁気回路に第１の反対の磁界Ｇ１を一時的に加える。反対の磁界Ｇ１の極性は、第１の磁界Ｍ１と反対であり、その結果、磁界Ｍ１およびＧ１は、大部分は互いに相殺し、磁界はまったく残らず、保持力は消滅する。永久磁石８は、今では長手方向の要素１９に磁気抵抗力を加え、その結果、調節要素４は、第２の機械的停止具１５の方向へ第１の位置から外れて動かされる。調節要素４を第２の位置の中へさらに動かすために、電流および磁界を発生させるための電圧を第２のコイル９に加えることができ、この磁界は調節要素４の動きをもたらす。

【0026】

図２では、調節要素４は、調節要素４の長手方向の要素１９が第２の機械的停止具１５と接触して配置される第２の位置で示されている。この位置では、永久磁石８と、第２の終端要素１１と、外部要素１２と、ヨーク部分１３と、長手方向の要素１９とを備える第２の磁気回路は閉じている。第２の磁気回路では、永久磁石８により第２の磁界Ｍ２を発生する。第２の磁界Ｍ２の力線は、上述の部分の中に導かれ、第２の電気コイル９を取り囲む。磁界Ｍ２は、調節要素４の長手方向の要素１９を第２の機械的停止具１５と接触して保持する保持力を発生させる。

【0027】

第２の位置から調節要素４を取り除くために、第２の電気コイル９に電圧をパルス化して印加する。その結果得られる電流パルスは、第２の磁気回路に第２の反対の磁界Ｇ２を一時的に加える。反対の磁界Ｇ２の極性は、第２の磁界Ｍ２と反対であり、その結果、磁界Ｍ２およびＧ２は、大部分は互いに相殺し、磁界はまったく残らず、保持力は消滅する。永久磁石８は、今では調節要素４が第１の機械的停止具１４の方向へ第２の位置から外れて動かされるように、長手方向の要素１９に磁気抵抗力を加える。調節要素４を第１の位置の中へ動かすために、電流および磁界を発生させるための電圧を第１のコイル７に加えることができ、この磁界は調節要素４の動きをもたらす。

【0028】

図２による、調節要素４の第２の位置では、閉止部材１６は、第１の連結部２の閉塞を解除する。調節要素４および空洞６は、第１の連結部２と第２の連結部３の間に形成することができる流体の流れが処理構成要素を通り抜けることができるように形作られる。図示する例では、これは、長手方向の要素１９が調節要素４の周縁部の方向へ一部の長さだけを越えて伸展して、少なくとも周縁部に沿った部分で内部ハウジング５と閉止部材１６の間に自由空間が提供される第２の場所で、閉止部材１６の周りの流れが発生するという点で達成される。

【0029】

これを例証するために、図３は、図１の線Ａ－Ａの高さで断面図を示す。

【0030】

永久磁石８は、外部要素１２と内部ハウジング５の間に配列される。図面の平面内にある周辺方向では、追加の永久磁石８ａおよび８ｂは、第１の側、および第１の側の反対にある第２の側に、永久磁石８に隣接して提供される。永久磁石８ａおよび８ｂは、内部ハウジング５と反対の方向を向く側で、すべての永久磁石８、８ａ、および８ｂと同一平面で接触するのに十分広いヨーク部分１３と接触する。内部ハウジング５の方を向く側では、ヨーク部分１３は、長手方向の要素１９の幅にほぼ一致する幅を有する。寸法は、永久磁石８、８ａ、および８ｂが含む磁界が、長手方向の要素１９に向かう方向で束ねられ、かつ内部ハウジング５を通り抜け、かつ損失することなく大部分は長手方向の要素１９の中に移るように選択される。その結果、長手方向の要素１９内の力線密度は高くなり、それにより、磁気回路が閉じたときに保持力は増大する。複数の永久磁石８、８ａ、および８ｂの代わりに、湾曲した永久磁石を使用することができる。代わりにまたは追加で、永久磁石８と平行に長手方向の軸Ｌの方向へ別平面の永久磁石を提供することができる。永久磁石８、８ａ、および８ｂは、できるだけ損失を少なくして磁界が伝達されるように外部要素１２と物理的に接触している。この目的のために、ギャップを防止する誘導片２１を使用することができる。あるいは、外部要素１２は、誘導片２１ａおよび２１ｂの機能を果たす成型部材を有することができる、または永久磁石８ａおよび８ｂは、ぴったり合う形状で形作られる。図示する実施形態の代わりに、ヨーク部分１３は、内部ハウジング５と一体化して構成することができる。

【0031】

外部要素１２、永久磁石８、８ａ、および８ｂ、ヨーク部分１３、ならびに誘導片２１ａおよび２１ｂは、一緒に永久磁石配列２０を形成する。好ましくは、内部ハウジング５の周縁部に沿って多数の永久磁石配列２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、および２０ｄが提供され、好ましくは、各永久磁石は、この目的のために複数の長手方向の要素１９を有する調節要素４の中の、単一の長手方向の要素１９と相互作用する。隣接する長手方向の要素１９の間に流れを導くための水路２２が形成され、水路２２は閉止部材１６まで続く。これは、流体が、第１の連結部２および第２の連結部３を通って入る第２の位置で閉止部材１６の周りを流れることができるように、かつ閉止部材１６が第１の位置で十分に閉塞を実行して、第１の連結部２と第２の連結部３の間で流体の流れを防止するように、特定の寸法で作られるためである。

【0032】

一開発形態では、内部ハウジング５は、詳細にはヨーク部分１３の領域、ならびに第１の終端要素１０および第２の終端要素１１との接触領域で、磁気回路内の磁気的に効果的なエアギャップを縮小させるように、良好な導磁率を有する材料から製造される。内部ハウジング５および長手方向の要素１９用の材料の導磁率が同程度の大きさの範囲にほぼ入る場合が有利である。

【0033】

図１および図２に示すように、第１の機械的停止具１４、第２の機械的停止具１５、または両方の停止具１４および１５、ならびに調節要素４上のそれぞれ対応する最上部表面を円錐状に形成することが有利である。その結果、調節要素４が第１の位置および第２の位置の一方を外れて長手方向の軸Ｌの方向へ動くとき、連結要素１０および１１と調節要素４との間の磁気的に有効なギャップの増加は、長手方向の軸Ｌに沿って調節要素４が移動した経路よりも少ない。このように、保持力は、たとえば長手方向の軸Ｌに対して垂直な最上部表面の場合よりもゆっくりと低減する。さらに、そのような設計は、処理構成要素を通して流体の流れを導くのを改善する。

【符号の説明】

【0034】

１ 弁
２ 第１の連結部
３ 第２の連結部
４ 調節要素
５ 内部ハウジング
６ 空洞
７ 第１の電気コイル
８、８ａ、８ｂ 永久磁石
９ 第２の電気コイル
１０ 第１の終端要素
１１ 第２の終端要素
１２ 外部要素
１３ ヨーク部分
１４ 第１の機械的停止具
１５ 第２の機械的停止具
１６ 閉止部材
１７ 封止部
１８ 弁座
１９ 長手方向の要素
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ 長手方向の要素
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 永久磁石配列
２１ａ、２１ｂ 誘導片
２２ 水路
Ｌ 軸方向
Ｍ１ 第１の磁界
Ｍ２ 第２の磁界
Ｇ１ 第１の反対の磁界
Ｇ２ 第２の反対の磁界

【図1】

【図2】

【図3】