説明

逆止弁

【課題】 逆止弁において、搬送流体の状態に影響されないで安定した動作を行うことができること。
【解決手段】 弁体の弁部を両持ちで支持する支持部が設けられており、この支持部を第1筺体に形成された弁支持面により、導入口よりも一段高い面で支持されるため、弁体の導入口に対する高さ方向の位置は、中央付近が導入口に近接し、両端に行くほど離間するように弓なり状として配設される。また、支持部は弁部長さ方向に延出して形成された中央部と、この中央部の弁部幅両側に形成された固定部とを有し、この固定部が第1筺体と第2筺体との間に挟まれて支持されている。この構成によって、弁体が有する弾性力により、導入口側に力を与えることができ、安定した閉状態を実現することができる。また、弁の開閉動作の際、開から閉への応答時間が短くなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液体流量を高精度に制御するポンプに用いて好適な逆止弁に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、燃料電池、医療、分析等の分野において、液体流量を高精度に制御するための種々のポンプが開発されている。
従来、例えば特許文献1には、圧電振動子を駆動源とする圧電振動子ポンプに用いられ、枠部(弁箱・弁室)内に形成された片持ち梁形状の弁体を用いた逆止弁が提案されている。この逆止弁は、支持腕の一端が枠部の内壁に挿入されて支持されており、他端が弁孔を閉塞可能な弁体となっているものである。なお、この弁体及び支持腕は、金属やプラスチック等の一体物の板体で構成されている。
【0003】
【特許文献1】特開平4−72479号公報(第4頁右欄、第1図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来、弁体は、一般的に薄板状の金属や樹脂材、ゴム材等を用いている。この弁体は、ポンプからの圧力を受けて動作し、開閉状態を繰り返すが、その開状態及び閉状態は、部品や組立のばらつきにより安定しない、つまり、開時及び閉時における弁体の動作状態が安定した状態とならず、その結果、流体の搬送が不安定であるという不都合があった。
特に液体ポンプにおいて、液体のみを搬送する場合にあっては、比較的安定した動作が期待できるものの、同ポンプで気体のみを搬送する場合や、気体と液体とを交互に搬送する際には、弁体の開閉状態が安定せず、ポンプとしての搬送能力を不安定にさせてしまうという不都合があった。
【0005】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、搬送流体の状態に影響されないで安定した動作を行うことができる逆止弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の逆止弁は、流体の導入口が形成された第1筐体と、流体の排出口が形成された第2筐体と、第1及び第2筐体間に挟持されることで導入口と排出口との間に弁部を両持ちで支持する支持部が形成された弁体と、を有する逆止弁において、支持部は弁部長さ方向に延出して形成された中央部と、この中央部の弁部幅方向両側に形成された固定部とを有し、第1筐体には、導入口が形成される面よりも第2筐体側に高く形成された弁支持面と、固定部を第2筐体との間で挟持する第1当接面とが形成されており、第2筐体には、固定部を第1筐体との間で挟持する第2当接面が形成されており、弁体の支持部がこれら弁支持面及び各当接面にて筐体間に挟持されることにより、弁体が筺体に支持されていることを特徴とする。
【0007】
この逆止弁では、弁体の弁部を両持ちで支持する支持部が設けられており、この支持部を第1筺体に形成された弁支持面により、導入口よりも一段高い面で支持するため、弁体の導入口に対する高さ方向の位置は、弁体の中央付近が導入口に近接し、両端に行くほど離間するように弓なり状として配設されるものである。この構成によって、弁体が有する弾性力により、導入口側に力を与えることができ、安定した閉状態を実現することができる。また、弁の開閉動作の際、開から閉への応答時間が短くなる。
また、支持部は弁部長さ方向に延出して形成された中央部と、この中央部の弁部幅両側に形成された固定部とを有し、この固定部が第1筺体と第2筺体との間に挟まれて支持されている。この構成によれば、弁体は固定部が各筺体間に挟持され固定されているため、弁部の延出部分である中央部には、弁体を固定するための力は直接的に作用しない。したがって、弁部においては固定による影響が低減されるため、筺体間の挟持によって弁部が導入口から離間してしまうようなことはない。よって、安定した閉状態を実現することができる。
【0008】
また本発明の逆止弁は、支持部は弁部の両端に形成され、各支持部の固定部は弁体の幅方向中心から等間隔に配置されると共に、この幅方向中心に向けて傾斜する傾斜面が形成されている1対の弁体突部を有することを特徴とする。すなわち、この逆止弁では、支持部は弁部の両端に形成されていて、弁体突部が第1又は第2当接面に当接することで第1筺体と第2筺体との間に挟持され両持ちで支持されるが、その際にこの弁体突部に形成された傾斜面により、弁体の支持部は幅方向中心から外側に向けて力を受けることとなる。したがって、逆止弁の組み立て時に弁体に対して安定した押圧力を与えることができ、組み立てによるばらつきが発生しにくく、逆止弁の製造時の歩留まりを向上させることができる。
【0009】
また本発明の逆止弁は、第1筐体には弁体の長さ方向で弁体を仮固定する保持部を有することを特徴とする。すなわち、この逆止弁では第1筺体に一時的に弁体を仮固定しておくことができるので、逆止弁を第1筺体に取り付けて組み立て作業を行うことができるので、効率的な作業を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る逆止弁によれば、弁体の弁部は導入口に対して弓なり状に配設されるので、弁体はその弾性力によって導入口側に力を与えられて導入口を閉塞することとなるため、安定した閉状態を実現することができる。また、弁の開閉動作の際には開から閉への応答時間が短くなる。このように、弁体の閉状態が安定すると共に応答時間が短くなると、一旦、導入口を通過して搬送された搬送流体の逆流を防止することができる。また、弁を開閉動作させる圧力に対する弁の応答性能が向上する。したがって、この逆止弁をダイヤフラムポンプに採用することで、流体の搬送能力が向上し、流体流量を高精度に制御可能となり、燃料電池用等に好適なポンプを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、本発明に係る逆止弁及びこれを用いたダイヤフラムポンプの一実施形態を、図1から図6を参照しながら説明する。図1はダイヤフラムポンプの簡略化した断面図であり、図2はそのダイヤフラムポンプの分解斜視図である。また、図3は中流路部材4を示しており、図2で表される中流路部材4の裏面(筺体6側から見た面)からの斜視図である。図4(A)は弁体12の表面、図4(B)はその裏面からの斜視図である。さらに図5は筺体6を表す斜視図であり、図6(A)は弁室11内での弁体6の配設状態を表すA−A断面図であり、さらに図6(B)はそのB−B断面図である。
【0012】
本実施形態の逆止弁を用いたダイヤフラムポンプは、例えば流体としてメタノールを供給する燃料電池用のポンプであり、図1に示すように、圧電素子1が取り付けられたダイヤフラム2と、ダイヤフラム2との間に圧力室3が形成され該圧力室3に接続される上部吸入流路4a及び上部吐出流路4bを有する中流路部材4と、上部吸入流路4aに吸入側逆止弁5Aを介して接続される下部吸入流路6a及び上部吐出流路4bに吐出側逆止弁5Bを介して接続される下部吐出流路6bを有する筐体6と、筐体6との間で下部吸入流路6aと下部吐出流路6bを形成する下流路部材7と、を備えている。
【0013】
上記ダイヤフラム2は、下面の一部が圧力室3の壁を形成する樹脂ダイヤフラム2aと、該樹脂ダイヤフラム2a上に接着された金属ダイヤフラム2bとで、構成されており、該金属ダイヤフラム2b上に圧電素子1が接着されている。圧電素子1は、ピエゾ素子(PZT)であり、図示しない電源に接続され、電圧印加により伸縮する。
【0014】
吸入側逆止弁5A及び吐出側逆止弁5Bは、図6に示すように、流体の導入口8aを有する天壁8と流体の排出口9aを有する底壁9と側壁10とで形成される弁室11と、弁室11内で両端が固定されその中間部分が弁部12aとされて両持ち状に支持されていると共に、導入口8a上に配された弁体12と、を備えている。
【0015】
図1に示すように、吸入側逆止弁5Aでは、底壁9が中流路部材4の下面に形成され、天壁8と側壁10が筐体6の上面に形成されている。一方、吐出側逆止弁5Bでは、天壁8と側壁10が中流路部材4の下面に形成され、底壁9が筐体6の上面に形成されている。よって、上部吸入流路4a及び下部吐出流路6bにそれぞれ排出口9aが接続され、上部吐出流路4b及び下部吸入流路6aにそれぞれ導入口8aが接続されている。また、吸入側逆止弁5A及び吐出側逆止弁5Bは、図2に示すように、中流路部材4と筺体6との間に弁体12を挟んで形成されている。したがって、弁室11の平面視は、各図で示されるように略I形状をなしている。
【0016】
なお、下部吸入流路6aは、流体供給管13を介して流体の供給源(図示略)に接続される。また、下部吐出流路6bは、流体吐出管14を介して流体の供給先(図示略)に接続される。
上記弁体12は、薄板状のゴム等の弾性部材であり、金型による成形加工でI状の両持ち形状に形成されている。図4(A)は弁体12の表面側、図4(B)は裏面側を表している。これら図4(A)及び図4(B)に示すように弁体12は弁部12aと、この弁部12aの両端にそれぞれ形成され、その一側面側に凸部13a及び13bを有した支持部12bと、よりなる。支持部12bの凸部13a及び13bは、弁体12の幅方向中心から略等間隔であって(図6参照)、弁部12aの延出領域35(図4(A)で斜線にて表す領域)を外れた固定部36に設けられいる。また、凸部13a及び13bにはこの幅方向中心に向かって傾斜する傾斜面14を有している。
【0017】
図3に示すように、中流路部材4の裏面側には一対の突起15が形成されており、一方、図5に示すように、筐体6には一方が長穴形状をなした一対の孔16が形成されている。これら突起15と孔16とを嵌合させ、弁体12を弁室11内で挟持した状態で、レーザー溶着等により接合される。
なお、図2に示されるように中流路部材4の表面側には、上部吸入流路4aに接続される導入口31と、上部吐出流路4bに接続される排出口32が形成されており、これら導入口31及び排出口32は、周囲の面よりも一段低くなった溝33で連結されている。
【0018】
弁室11の底壁9には、図6等に示すように天壁8と対向したときに、所定間隔を空けてほぼ平行な平坦面9b1と、この平坦面9b1の両側に位置し、平坦面9b1から連続する面であって、この平坦面9b1から離れるにしたがって天壁8に近づくように設けられる傾斜面9b2とを有する弁座9bが形成されている。弁座9bの平坦面9b1には、排出口9aと、この排出口9aの周囲に平坦面9b1から突出する一対の凸部9dと、が形成されている。
また底壁9には、傾斜面9b2から連続し、天壁8と略平行する面であって、弁体12の支持部12bを挟持するための対向面9cが形成されている。
【0019】
図3及び図5に示すように弁室11の天壁8には、底壁9と対向したときに、所定間隔を隔てて平行となる平坦面8b1と、導入口8aの周囲を取り囲むように円形に形成され、平坦面8b1より底壁9側に一段高くなった円形面8b2と、この円形面8b2と略同一面で、円形面8b2から左右に延びる連結面8b3と、を有する弁座8bが形成されている。
また、天壁8の左右部分には、円形面8b2及び連結面8b3と略同一面であって、円形面8b2に連結面8b3を介して連結される対向面8cと、対向面8cから突出して形成される支持凸部20を有する長方形状の弁体支持部30が形成されている。左右の各支持凸部20と、導入口8aは同一直線上に配置され、支持凸部20は対向面8cから対向面9c側に0.05mm程度、長方形に突出させて形成されており、その長辺の寸法は弁部12aの幅よりも僅かに大きく設定されている。
また、弁体支持部30における導入口8a側の側壁10には、弁体12の支持部12bに当接して、弁体12を中流路部材4や筺体6に仮固定する弁保持面21が形成されている。
【0020】
弁体12は、支持部12bの凸部13a及び13bを底壁9側に向けた状態で配置される。左右の支持部12bの間隔L1は、左右の保持面21間の間隔L2よりも僅かに短く設定されており、弁体12をこれら底壁9や側壁10に囲まれた空間にはめ込んだときに、弁保持面21により保持されて、中流路部材4や筺体6に仮固定されるようになっている。
また、支持部12bの凸部13a及び13bの高さ方向の寸法は、底壁9や側壁10に囲まれた空間にはめ込んだときに、弁室11からわずかな量だけ、底壁9側に突出するように設定されている。
したがって、弁体12を仮固定した状態で、中流路部材4と筺体6とを嵌合させると、底壁9の対向面9cが支持部12bの凸部13a及び13bに当接することとなる。また天壁8側では、天壁8の支持凸部20が、弁体12の裏面側から延出領域35に当接し、支持部12bのその他の部分では対向面8cが当接することとなる。これら当接により、弁体12は弁室11内で挟持される。
この際、図6(A)及び図6(B)に示すように支持部12bの凸部13a及び13bには、傾斜面14が設けられているので、支持部12bを天壁8側に押圧すると共に、弁体12の幅方向に支持部12bを押し広げる力が働くこととなる。天壁8には支持凸部20が形成されているので、図6(B)に示すように支持部12bの断面は凸形状となっている。
【0021】
このように弁体12の支持部12bが、底壁9側においては、底壁9の対向面9cと支持部12bの凸部13a及び13bとが当接し、一方、天壁8側では、弁体12の裏面側から天壁8の対向面8cと支持凸部20が当接することで挟持されている。したがって、弁体12の支持部12bが断面凸状に支持されることによって、弁体12の弁部12aが弓なりに配置される。このため、弁体12は導入口8a側に力を受けて導入口8aを塞ぐこととなるため、安定した閉状態を実現することができる。また、弁の開閉動作の際には開から閉への応答時間が短くなる。このように、弁体12の閉状態が安定すると共に応答時間が短くなると、一旦、導入口8aを通過して搬送された搬送流体の逆流を防止することができる。また、弁を開閉動作させる圧力に対する弁の応答性能が向上する。
【0022】
なお、図2に示すように、樹脂ダイヤフラム2aと筐体6には貫通孔41及び42が形成されている。これら貫通孔41及び42には、圧電素子1とダイヤフラム2及び中流路部材4と筐体6がそれぞれユニット化された後に、不図示の位置決めピンが挿通されて、各ユニット間の位置決めを行った状態で接着や溶着等の手段で互いに接合される。また下流路部材7には突起39が形成されていて、筺体6に形成された孔(不図示)と嵌合され、同様に接合されるようになっている。
【0023】
次に、上記ダイヤフラムポンプ及び逆止弁の動作を、図1を参照して以下に説明する。
【0024】
ダイヤフラムポンプ全体の動作について説明すると、まず、圧電素子1が伸縮する様に電圧を印加することにより、これに連動してダイヤフラム2全体が上下に振動する屈曲運動を行う。
ダイヤフラム2の屈曲運動により、圧力室3の流体が加圧されると、上部吐出流路4b、吐出側逆止弁5B及び下部吐出流路6bを介して圧力室3内の流体が流体吐出管14に吐出される。このとき、吸入側逆止弁5Aでは、弁体12が導入口8aを閉塞して流体が流体供給管13へ逆流することを防いでいる。
【0025】
次に、ダイヤフラム2の屈曲運動により、圧力室3内が減圧されると、流体供給管13、下部吸入流路6a、吸入側逆止弁5A及び上部吸入流路4aを介して圧力室3内に流体が吸入される。このとき、吐出側逆止弁5Bでは、弁体12が導入口8aを閉塞して流体が流体吐出管14へ逆流することを防いでいる。すなわち、ダイヤフラム2の屈曲運動の繰り返しにより、逆流を防止する吸入側逆止弁5A及び吐出側逆止弁5Bを介して、流体を送り出すことができる。
【0026】
上記吸入側逆止弁5A及び吐出側逆止弁5Bでは、流体が弁室11内に流入する際、すなわち開動作は、次のように行われる。
流体が下部吸入流路6a又は上部吐出流路4bから導入口8aを介して弁室11内に入り込むと、導入口8aを閉塞していた弁体12が流体により押し上げられる。このとき、弁体12は、弁座9bで規制されて弁室11内に一定の流路を確保した状態となる。弁室11内に流入した流体は、弁体12の側端部から流入し、さらに、流体が一対の凸部9dの間を流れて排出口9aから上部吸入流路4a又は下部吐出流路6bへと排出される。
【0027】
また、流体を弁室11内から排出する閉動作においては、流体が下部吐出流路6b及び上部吸入流路4aから排出口9aを介して弁室11内に入り込むと、弁体12が流体により導入口8a側に押し戻される。このときに弁体12自体も導入口8a側に戻ろうとする力を有しているので、高い応答性で導入口8aを閉塞し流体の流れを遮断する。
すなわち、流体の流れによる弁体12の移動に加えて、本支持方法により、弁体12の閉状態が安定すると共に応答時間が短くなるので、一旦、導入口8aを通過して搬送された搬送流体の逆流を防止することができ、ポンプとしての搬送能力を向上することができる。
【0028】
このように本実施形態では、弁体12の弁部12aは導入口8aに対して弓なり状に配設されので、弁体12は導入口8a側に力を受けて導入口8aを閉塞することとなるため、安定した閉状態を実現することができる。また、弁体12の開閉動作の際には開から閉への応答時間が短くなる。このように、弁体12の閉状態が安定すると共に応答時間が短くなると、一旦、導入口8aを通過して搬送された搬送流体の逆流を防止することができる。また、弁体12を開閉動作させる圧力に対する弁体12の応答性能が向上する。
【0029】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
本発明では、逆止弁を燃料電池用燃料供給ポンプに採用したが、他の用途の逆止弁にこれを適用しても構わない。例えば、燃料電池用希釈水循環ポンプの逆止弁、薬液を微量流量制御する医療用ポンプの逆止弁又は分析用ポンプの逆止弁等に適用しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明に係る一実施形態において、逆止弁を適用したダイヤフラムポンプを示す断面図である。
【図2】本発明に係る一実施形態において、逆止弁を適用したダイヤフラムポンプを示す分解断面図である。
【図3】本発明に係る一実施形態において、中流路部材を示す斜視図である。
【図4】本発明に係る一実施形態において、弁体を示す斜視図である。
【図5】本発明に係る一実施形態において、筺体を示す斜視図である。
【図6】本発明に係る一実施形態において、逆止弁を示す断面図である。
【符号の説明】
【0031】
1…圧電素子、2…ダイヤフラム、3…圧力室、4…中流路部材、4a…上部吸入流路、4b…上部吐出流路、5A…吸入側逆止弁、5B…吐出側逆止弁、6…筐体、6a…下部吸入流路、6b…下部吐出流路、8…天壁、8a…導入口、9…底壁、9a…排出口、9b…弁座、10…側壁、11…弁室、12…弁体、12a…弁部、20…支持凸部、21…弁保持面、30…弁体支持部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体の導入口が形成された第1筐体と、
流体の排出口が形成された第2筐体と、
前記第1及び第2筐体間に挟持されることで前記導入口と排出口との間に弁部を両持ちで支持する支持部が形成された弁体と、を有する逆止弁において、
前記支持部は弁部長さ方向に延出して形成された中央部と、この中央部の弁部幅方向両側に形成された固定部とを有し、
前記第1筐体には、前記導入口が形成される面よりも前記第2筐体側に高く形成された弁支持面と、前記固定部を前記第2筐体との間で挟持する第1当接面とが形成されており、
前記第2筐体には、前記固定部を前記第1筐体との間で挟持する第2当接面が形成されており、
前記弁体の支持部がこれら弁支持面及び各当接面にて筐体間に挟持されることにより、前記弁体が筺体に支持されていることを特徴とする逆止弁。
【請求項2】
前記支持部は弁部の両端に形成され、
各支持部の前記固定部は弁体の幅方向中心から等間隔に配置されると共に、この幅方向中心に向けて傾斜する傾斜面が形成されている1対の弁体突部を有することを特徴とする請求項1に記載の逆止弁。
【請求項3】
前記第1筐体には前記弁体の長さ方向で弁体を仮固定する保持部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の逆止弁。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2009−287588(P2009−287588A)
【公開日】平成21年12月10日(2009.12.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−137648(P2008−137648)
【出願日】平成20年5月27日(2008.5.27)
【出願人】(000107642)スター精密株式会社 (253)
【Fターム(参考)】