JP4432007B2

JP4432007B2 - 二種流体の流量調節弁装置

Info

Publication number: JP4432007B2
Application number: JP31910999A
Authority: JP
Inventors: 徹雄阿部; 平八安川; 光教石井; 征洋小玉; 信彦酒見
Original assignee: Nikki Co Ltd
Current assignee: Nikki Co Ltd
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: JP2001129092A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二種類の流体を混合して目的物に供給するにあたり、各流体の流量をほぼ一定比率に調節するとともに一方の流体の最小流量を確保する機能を具えた流量調節弁装置、殊に患者への麻酔ガス供給に好適な流量調節弁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、手術を受ける患者の呼吸器系に供給する麻酔用のフレッシュガスは、酸素と麻酔ガスを例えば１：３の比率で混合したものとし、且つ必要とする麻酔の程度に応じて供給量を調節している。この場合、酸素と麻酔ガスとを互いに連動する二つの流量調節弁によって所定の比率を維持させながら流量調節し、それらの混合物であるフレッシュガスの量を調節するのが一般的な供給量調節方法である。
【０００３】
一方、患者の体内では生命維持のため毎分２００乃至３００ｍｌの酸素が消費されるものであり、そのために例えば毎分２５０ｍｌの酸素を確保すると、１：３の比率とした麻酔ガスは毎分７５０ｍｌ供給されることとなる。ここで、低麻酔をかけるため麻酔ガスの流量を減少させると、連動して酸素の流量も減少し、フレッシュガス流量を例えば毎分５００ｍｌにすると、酸素は毎分１２５ｍｌとなって不足してしまう。
【０００４】
その対策として、互いに連動する二つの流量調節弁の内で酸素側の流量制御弁にバイパスを設け、両流量制御弁が開弁をはじめるよりも早くバイパスが開いて生命維持に必要な量の酸素を確保してから開弁を開始させることが第２８７３９２９号特許公報に開示されている。
【０００５】
前記第２８７３９２９号公報に開示されている流量調節弁装置は、図７に概略的に示したように酸素用の第一流量調節弁８１と麻酔ガス用の第二流量調節弁９１とを弁座８２，９２，弁体８３，９３，弁棒８４，９４，ばね８５，９５を有し一個の弁本体１０１に平行に並べて配置したものとしている。弁本体１０１に螺装した弁棒８４，９４の一方を回転させることによりもう一方も連動歯車機構１０２によって回転し、ねじ込み方向へ回転すると弁体８３，９３が弁座８２，９２に着座した閉弁状態でばね８５，９５を圧縮して弁座８２，９２を後退させる。これにより、酸素および麻酔ガスの各流入口８７，９７，流出口８８，９８は互いに遮断される。
【０００６】
弁棒８４，９４を弁本体１０１から抜き出す方向へ回転させると、ばね８５，９５のばね力により弁座８２，９２は弁体８３，９３と一体に閉弁状態を保持してストッパ８６，９６に当たるまで移動する。第一流量制御弁８１の弁座８２が収容されている室の流入口８７に近い部分と流出口８８の適所とはバイパス１０３にによって接続されており、弁座８２が流入口８７側の室端面に接した状態からストッパ８６に向かって移動を開始するとバイパス１０３が開いて酸素が流出管１０４から混合室１０６を通って患者へと流れる。
【０００７】
弁座８２，９２がストッパ８６，９６に当たった後も弁棒８４，９４を抜き出し方向へ回転させると、弁体８３，９３が弁座８２，９２から離間して開弁を開始し、麻酔ガスが流出管１０５から混合室１０６を通り酸素とともに患者に送られる。このことにより、各流量調節弁８１，９１の小開度域で、患者の生命維持に必要な量の酸素をバイパス１０３によって確保したうえで、麻酔ガスを少量として低麻酔にすることを可能としようとするものである。
【０００８】
即ち、前記の流量調節弁装置によると、酸素確保のためのバイパス１０３は弁座８２が移動することによって開閉するものであり、弁座８２が流入口８７を閉止した位置から少し離れたときバイパス１０３が開きはじめ、弁座８２がストッパ８６に当たったときバイパス１０３が全開状態に開放され必要量の酸素が供給されるようになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記の酸素確保のためのバイパスは弁座の移動量、即ち弁棒の回転数に１：１で対応した開度とされるものであり、麻酔ガスが流れはじめるとき全開とされていることが必要である。従って、弁座を収容した室へのバイパスの開口位置と開口大きさとを適正に設定する必要があり、設計および加工が面倒である。加えて、弁座の外側周面に装着した気密保持用のＯリングが、移動の都度バイパスの開口縁に接触して摺動するので傷付きやすく、気密保持機能を低下させて閉止時に漏れを生じさせる、という心配がある。
【００１０】
本発明は前記の酸素で例示した第一流体と麻酔ガスで例示した第二流体とをほぼ一定比率の流量に調節し、且つ少流量域では第一流体の最小流量を確保するようにした流量調節弁装置がもっている、第一流体確保用のバイパスの設定および加工が面倒である、第一流体の閉止時における気・液密保持が損なわれる心配がある、という前記課題を解決し、第一流体の最小流量を容易に確保することができるとともに閉止時の気・液密性を損う心配がないものとすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は弁棒の先端に設けた弁体が弁座に対し回転しながら移動して開閉動作することにより第一流体と第二流体の流量を連動して制御する第一流量調節弁および第二流量調節弁と、第一流量調節弁が設けられている第一流体の流路に付設したバイパスとを具え、二つの流量調節弁は閉止位置から開弁方向へ動作するとき初期段階で閉弁状態を保持し、その間にバイパスが開放されて第一流体の最小流量を確保するようにした二種流体の流量調節弁装置について、前記課題を次の手段によって解決させることとした。
【００１２】
即ち、二つの流量調節弁を弁棒のそれぞれに設けた円形の歯車およびこれらに噛み合って直線往復動するラックからなる連動機構により互いに連動して開閉動作させるものとした。また、バイパスには弁座に対し弁体が直線移動する開閉弁を設け、この開閉弁の弁体はラックに形成したカムにより動作して流量調節弁が閉弁位置のときバイパスを閉止し開弁方向へ動作を開始したときバイパスを開放するようにした。
【００１３】
このように、バイパスを流量調節弁ではなく別途に設けた開閉弁で開閉するものとし、且つ調節弁の弁体の移動量をラックに設けるカムの形状に応じ拡大して開閉弁の弁体を動作させることができるので、速やかに所定の最小流量を確保させることが可能となり、またバイパスの設定および加工がきわめて簡単になるとともに、閉止時の気・液密性を損なう心配が解消されるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明すると、第一流体の流量を制御する第一流量調節弁１１と第二流体の流量を制御する第二流量調節弁３１とは共通の弁本体１に平行に並べて配置されている。
【００１５】
これら二つの流量調節弁１１，３１は弁本体１に形成した取付孔１２，３２にねじ込み嵌装して固定した内筒体１３，３３に弁座１４，３４を摺動可能に嵌め込むとともにばね押え１５，３５をねじ込み固定し、弁座１４，３４とばね押え１５，３５との間に圧縮コイルばねからなる押ばね１６，３６を装入している。また、基端につまみ１９，３９を有するとともに先端に針状乃至円錐状の弁体２０，４０を設けた弁棒１７，３７が、中間部分に形成したねじ部１８，３８を弁本体１に螺装し先端部分を取付孔１２，３２に突出させて設置されている。
【００１６】
内筒体１３，３３の奥端には内向きフランジ状のストッパ２１，４１が形成されており、弁座１４，３４が弁棒１７，３７に押され押ばね１６，３６を圧縮してストッパ２１，４１から離間し、弁座１４，３４の弁孔２２，４２を弁体２０，４０が閉止している図１に示した閉止位置から、弁座１４がストッパ２１から少し離れているが、弁座３４が先行してストッパ４１に接しているとともに弁孔２２，４２が弁体２０，４０により閉止している図３に示した未開弁位置を経て、弁孔２２，４２がともに開いている図４に示した開弁状態となる。
【００１７】
内筒体１３，３３は外側周面に形成した環状溝２３，４３と一個または複数個の連通孔２４，４４とを有しており、第一流体および第二流体の各流路２，３の流入口２ａ，３ａが環状溝２３，４３にそれぞれ接続連通し、流出口２ｂ，３ｂが取付孔１２，３２の奥端部に形成されている弁室２５，４５に連通している。
【００１８】
図１，図３の状態で流入口２ａ，３ａと流出口２ｂ，３ｂとは遮断されているが、図４の状態でこれらは連通し、第一流体および第二流体はそれぞれ流入口２ａ，３ａ，環状溝２３，４３，連通孔２４，４４，ばね室２６，４６，弁孔２２，４２，弁体２０，４０とストッパ２１，４１との間隙、弁室２５，４５を通って流出口２ｂ，３ｂに流れ、更に流量計８ａ，８ｂを設けた流出管２ｃ，３ｃを経て混合室４で合流混合し、放出管５により目的場所へ送られる。
【００１９】
二つの流量調節弁１１，３１は互いに連動して開閉動作させられるものであり、そのための連動機構５１は弁棒１７に回転自由に嵌装した平歯車からなる歯車５２と、弁棒３７に固着した同じく平歯車からなる歯車５３と、これらに噛み合ったラック５４とからなり、ラック５４は弁本体１に設けた案内溝５５に嵌め込まれて直線往復動する。案内溝５５の両端にはラック５４のストッパとして働く調節ねじ５６，５７が設けてあり、図１に示す閉止位置における弁座１４，３４の位置と図４に示す開弁状態における弁孔２４，４４の最大開度とを規定する。また、第一流量調節弁１１のつまみ１９と歯車５２とには突起１９ａ，５２ａがそれぞれ設けられている。
【００２０】
図１に示す閉止位置で第二流量調節弁３１のつまみ３９を開弁方向へ回すと、歯車５３に噛み合っているラック５４が移動してこれと噛み合っている歯車５２も回転し、その突起５２ａがつまみ１９の突起１９ａと係合して押すことによって第一流量調節弁１１の弁棒１７も開弁方向へ回転しながら移動する。しかし、その途中で、または開弁した後につまみ３９を閉弁方向へ回した場合、突起１９ａ，５２ａの係合が外れて弁棒１７は回転しなくなり、第一流量調節弁１１は動作しない。
【００２１】
第一流量調節弁１１のつまみ１９を閉弁方向へ回すと、突起１９ａ，５２ａが互いに係合して歯車５２が回転しラック５４，歯車５３を介して第二流量調節弁３１を閉弁方向へ動作させる。その状態から反転してつまみ１９を開弁方向へ回すと、突起１９ａ，５２ａの係合が外れて第二流量調節弁３１は動作しない。
【００２２】
前述の突起１９ａ，５２ａの係合が外れて弁棒１７，３７のいずれかが回転しない領域は約一回転である。一方、図示実施の形態では二つの弁棒１７，３７のねじ部１８，３８の径、ピッチを互いに等しく作るとともに、歯車５２，５３の歯数比をほぼ３：１としている。このため、後述するバイパス６および第一流量調節弁１１を流れる第一流体と、第二流量調節弁３１を流れる第二流体とは１：３の流量比に保ちながら流量制御されるが、つまみ１９，３９を前述のように操作することにより、第一流体の割合を増加することが可能となる。また、流量比を微調整することができるので、部品の寸法誤差、組立ての狂い、温度変化による流量変動などによって生じる流量比のずれを修正することも可能である。
【００２３】
次に、第一流体の最小流量を確保させるバイパス６は、第一流量調節弁１１の前後である流路２の流入口２ａの上流側と流出管２ｃとを接続して設けられており、開閉弁６１によって開閉される。
【００２４】
開閉弁６１は二つの流量調節弁１１，３１と共通の弁本体１に形成した取付孔６２にねじ込み嵌装して固定した内筒体６３の中央部に弁座６４を形成するとともに両端に弁ガイド６５とばね押さえ６６とを嵌め込み固定し、弁座６４とばね押さえ６６との間のばね室６７に円板状の弁体６８を嵌入するとともにばね押さえ６６と弁体６８との間に圧縮コイルばねからなる閉弁ばね６９を装入している。また、弁体６８を取り付けた弁棒７０が弁座６４の弁孔７１，弁座６４と弁ガイド６５との間の弁室７２，弁ガイド６５を貫通している。
【００２５】
ばね押さえ６６は通孔７３を有しており、この通孔７３はバイパス６の流入口６ａとばね室６７とを連通している。また、内筒体６３は環状溝７４と一個または複数個の連通孔７５とを有しており、これらは弁室７２とバイパス６の流出口６ｂとを連通している。
【００２６】
この開閉弁６１は二つの流量調節弁１１，３１の間にこれらと互いに平行に並べて配置されており、弁棒７０の先端はラック５４の上面と向かい合っている。ラック５４の上面には、くぼみ部７６ａとその一側方のラック上面である平面部７６ｂとからなるカム７６が形成されている。
【００２７】
図１に示す閉止位置でラック５４はくぼみ部７６ａが弁棒７０の下方に位置し、閉弁ばね６９に押された弁体６８が弁座６４に着座してバイパス６を閉止している。このとき、弁棒７０の先端とくぼみ部７６ａとは僅かに離れている。これより、二つの流量調節弁１１，３１を開弁方向へ動作させると、ラック５４が移動してくぼみ部７６ａが弁棒７０を開弁方向へ押し、平面部７６ｂが弁棒７０に接したとき弁体６８を最大開度位置とする。
【００２８】
図３は第一流量調節弁１１の弁座１４がストッパ２１に接していないが、これより先に第二流量調節弁３１の弁座３４がストッパ４１に接しており、且つ弁孔２２，４２を弁体２０，４０によりともに閉止している未開弁状態で開閉弁６１が全開となっている状態を示している。カム７６の殊にくぼみ部７６ａの形状を適宜に設定することにより、図１の閉止位置から開弁方向へ動作を開始したとき、開閉弁６１を急速に最大開度とし、流入口６ａから通孔７３，ばね室６７，弁孔７１，弁室７２，連通孔７５，環状溝７４を通って所要の最小流量の第一流体が流出口６ｂへと流れるようにすることができる。
【００２９】
二つの流量調節弁１１，３１が図３の未開弁状態から図４の開弁状態となるとき、開閉弁６１は最大開度を保持している。一方、図３の状態で第一流量調節弁１１の弁座１４はストッパ２１に接しておらず、これより開弁方向へ動作させたとき第二流量調節弁３１が開弁を開始して第二流体を開度に応じて混合室４へ送るようになり、それより遅れて弁座１４がストッパ２１に接し第一流量調節弁１１が開弁を開始する。
【００３０】
図５は第二流量調節弁３１のつまみ３９を図１に示す閉止位置から開弁方向へ回したときの、回転角度（回転数）に対する第一流体および第二流体の個別流量変化の一例を示す図である。つまみ３９を回しはじめると、カム７６によって開閉弁６１が開弁を開始して急速に最大開度に達し、バイパス６を流れる第一流体は速やかに所定の最小流量を保持するに至る。つまみ３９を更に回すと第二流量調節弁３１が開弁を開始して第二流体が流路３を流れるようになり、その後に第一流量調節弁１１が開弁を開始して第一流体が流路２を流れるようになってバイパス６を流れる第一流体と合算される。尚、各流路２，３を流れる流体の流量はつまみ３９の回転角度に比例する。
【００３１】
図６はつまみ３９の各回転位置における第一流体と第二流体の合計流量に対する個別流量の変化の一例を示す図であって、第一流体は開閉弁６１の開弁動作によってＡ₁のように急速に流量を増加して所定の最小流量Ａ₂に達し、その後はＡ₂を保持する。第二流体はＡ₂に達すると同時（またはその少し後）に第二流量調節弁３１が開弁を開始することによって、Ｂ₁のように流量を増加する。これより遅れて第一流量調節弁１１が開弁を開始すると、第一流体は開度に応じた流量がＡ₂に加算されてＡ₃のように流量を増加することとなる。
【００３２】
Ａ₂からＡ₃に移行を開始する時点でＡ₂とＢ₁との流量比が１：３となるように開閉弁６１と第二流量調節弁３１との諸元を設定し、以後も第一流体の流量Ａ₃と第二流体の流量Ｂ₂とが１：３の流量比となるように二つの流量調節弁１１，３１の諸元を設定することにより、二種類の流体の流量を一定比率を保ちながら調節することができる。また、Ａ₂とＢ₁の流量範囲では、第一流体の最小流量を確保して流量比を１：２や１：１のように小さくすることができ、従って低麻酔のように生命維持に必要な酸素を確保しながら麻酔ガスを少量とする必要がある場合に好適である。
【００３３】
尚、図示実施の形態では図２に示すようにバイパス６の流出口６ｂに手動の調節弁７が設けてあり、バイパス６が確保する最小流量を調整することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、二種類の流体をほぼ一定比率の流量に制御するとともに、一方の流体の最小流量を確保させることを、各流体の流量調節弁とそれらの開閉動作に連動させた別体の開閉弁とによってきわめて簡単且つ適正に、しかも流量調節弁の機能を損う心配なく達成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す閉止位置における縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】図１の形態の未開弁位置における縦断面図。
【図４】図１の形態の開弁状態における縦断面図。
【図５】図１の形態における第二流量調節弁の開弁操作に伴う第一流体と第二流体の個別流量変化の一例を示す図。
【図６】図１の形態における第二流量調節弁の開弁操作に伴う第一流体と第二流体の合計流量に対する個別流量変化の一例を示す図。
【図７】従来例の縦断面概略図。
【符号の説明】
２，３流路，６バイパス，１１第一流量調節弁，１４，３４弁座，１７，３７弁棒，２０，４０弁体，３１第二流量調節弁，５１連動機構，５２，５３歯車，５４ラック，６１開閉弁，６４弁座，６８弁体，７６カム，

Claims

弁棒の先端に設けた弁体が弁座に対し回転しながら移動して開閉動作することにより第一流体と第二流体の流量を連動して制御する第一流量調節弁および第二流量調節弁と、前記第一流量調節弁が設けられている第一流体の流路に付設したバイパスとを具え、前記二つの流量調節弁は閉止位置から開弁方向へ動作するとき初期段階で閉弁状態を保持し、その間に前記バイパスが開放されて第一流体の最小流量を確保するようにした二種流体の流量調節弁装置において、前記二つの流量調節弁は前記弁棒のそれぞれに設けた円形の歯車およびこれらに噛み合って直線往復動するラックからなる連動機構により互いに連動して開閉動作させられ、前記バイパスは弁座に対し弁体が直線移動する開閉弁が設けられていて、前記開閉弁の弁体は前記ラックに形成したカムにより動作させられて前記流量調節弁が閉止位置のとき前記バイパスを閉止し開弁方向へ動作を開始したとき前記バイパスを開放するようにした二種流体の流量調節弁装置において、前記二つの流量調節弁は閉止位置から開弁方向へ動作するとき、前記第二流量調節弁が開弁を開始した後にこれより遅れて前記第一流量調節弁が開弁を開始するようにされていることを特徴とする二種流体の流量調節弁装置。