CN101018965A - 止回阀以及隔膜泵 - Google Patents

Abstract

在止回阀及使用止回阀的隔膜泵中，实现响应性良好，可以减小阀室，不易受到气泡的影响。该止回阀具有：阀室，其由具有流体导入口的顶壁、具有流体排出口的底壁、以及侧壁形成；以及阀体，其在阀室内，基端固定在侧壁上，前端作为自由端，以悬臂状被支撑，同时配置在导入口上，在底壁中形成具有倾斜面的阀座，该倾斜面沿着阀体从基端向前端以逐渐远离顶壁的方式倾斜。悬臂形状的阀体通过在顶壁和阀座之间移动，进行阀的开闭动作时，被具有倾斜面的阀座限制，阀体的移动量变小，从打开到关闭的响应时间变短。

Description

止回阀以及隔膜泵

技术领域

本发明涉及一种适于在控制微量液体流量的泵中使用的止回阀以及使用了该止回阀的隔膜泵。

背景技术

近年，在燃料电池、医疗、分析等领域中，开发了各种用于高精度地控制微量液体流量的泵。

当前，例如专利文献1中提出了一种压电振动元件泵用止回阀，其以压电振动元件作为驱动源，使用在框部(阀箱、阀室)内形成的悬臂梁形状的阀体。该止回阀，支撑臂的一端插入框部的内壁中被支撑，另一端成为能够闭塞阀孔的阀体。此外，该阀体及支撑臂由金属或塑料等一体板体构成。

专利文献1：特开平4-72479号公报(第4页右栏，图1)

发明内容

上述现有技术中，存在以下的课题。

现有的悬臂梁形状的阀体，作为其材质，一般使用金属、树脂材料、橡胶材料。该阀体利用压力成为打开状态，但由于阀体具有刚性，所以其变形量因部件或组装误差而不稳定，即，成为关闭状态的时间也不稳定，会出现响应不稳定的问题。

在以树脂材料形成阀体的情况下，由于需要有一定程度的厚度，所以为了变为打开状态而进行的变形需要不小的力。在这里，如果使纵向尺寸变大，则能够使必要的力变小，但阀室的尺寸(容积)就会变大，由液体中溶入的气体气化产生的气泡的滞留空间也会变大，从而影响到泵的液体输送能力。另外，阀体的塑性变形也有问题。

另外，以橡胶材料形成阀体的情况下，没有塑性变形的问题，但变薄存在限度，对于用于变形的力或阀体尺寸也和树脂制成的阀体

具有相同的问题。

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种止回阀以及使用此止回阀的隔膜泵，该止回阀响应性良好，可以减小阀室，不易受到气泡的影响。

本发明为了解决上述课题而采用以下的构成。即，本发明的止回阀，其特征在于，具有：阀室，其由具有流体导入口的顶壁、具有流体排出口的底壁、以及侧壁形成；以及阀体，其在阀室内，基端固定在侧壁上，前端作为自由端，以悬臂状被支撑，同时配置在导入口上，在底壁上形成具有倾斜面的阀座，该倾斜面以沿着阀体从基端开始向前端逐渐远离顶壁的方式倾斜。

该止回阀中，由于在底壁的阀座上形成倾斜面，所以悬臂形状的阀体通过在顶壁和具有倾斜面的阀座之间的移动，进行阀的开闭动作时，被具有倾斜面的阀座限制的阀体的移动量变小，从打开到关闭的响应时间变短。另外，由于限制为较小的移动量，阀室很小即可，不易受到气泡的影响。并且，即使使用软性的阀体，也由于阀座的倾斜面进行限制，所以阀体不易出现变形。

另外，本发明的止回阀的特征在于，在阀座上形成槽部，其一端与排出口连接，同时另一端长于阀体的前端。即，该止回阀中，由于在阀座上形成上述槽部，所以在流体推压阀体而成为打开状态时，阀体即使与阀座的倾斜面接触而配置在排出口上，流体也可以从配置于阀体的前端侧上的槽部的另一端开始经由槽部流出至排出口。

另外，本发明的止回阀的特征在于，导入口以及排出口的至少一个，配置在阀体的基端侧。即，如果阀体的前端侧配置有导入口及排出口，则在阀体的前端施加强作用力后阀体有可能会弯曲，但是本发明的止回阀中，由于导入口及排出口的至少一个配置在阀体的基端侧，因此阀体的前端侧中难以施加强作用力，能够抑制阀体的变形，维持正常的阀的开闭动作。特别是，在采用具有槽部的阀座的情况下，即使排出口配置在阀体的基端侧，也由于利用槽部可以确保流体的流路，所以能够维持良好的阀动作。

另外，本发明的止回阀的特征在于，阀体由可挠性薄膜形成。即，该止回阀中，由于使用可挠性薄膜的柔软的薄膜阀体，所以几乎没有刚性，变形所需的力很小，因此能够缩短阀体的纵向方向的长度，能够减小开闭时所需的流体体积。因此，可以进一步继续减小阀室的尺寸，能够在提高阀动作的响应性及稳定性的同时减小气泡的影响。

另外，本发明的止回阀的特征在于，具有：第1框体，其具有顶壁；第2框体，其具有底壁；以及薄膜体，其具有阀体，被第1框体和第2框体夹持，在第1框体中形成凸部，同时在第2框体中形成与凸部嵌合的凹部，在凸部及凹部中，形成夹持阀体的基端的相互平行的相对面。即，该止回阀中，通过阀体的基端被凸部及凹部夹持，阀体的基端(支点)变得明确，在定位阀体的同时还可以防止阀体的位置偏移。另外，通过由形成于凸部及凹部的相互平行的相对面夹持阀体，即使在凹部和凸部之间发生位置偏移的情况下，也能够使阀体向阀室突出的角度不变化而保持恒定。

本发明的隔膜泵的特征在于，具有：隔膜，其安装压电元件；上部框体，其与隔膜之间形成压力室，具有与该压力室连接的上部吸入流路和上部喷出流路；下部框体，其具有经由吸入侧止回阀与上部吸入流路连接的下部吸入流路，以及经由喷出侧止回阀与上部喷出流路连接的下部喷出流路，吸入侧止回阀及喷出侧止回阀，是权利要求1中记载的止回阀，在上部吸入流路及下部喷出流路上分别连接排出口，在上部喷出流路及下部吸入流路上分别连接导入口。即，该隔膜泵中由于吸入侧止回阀及喷出侧止回阀中采用上述本发明的止回阀，所以具有高响应性的同时气泡的影响变小，可以高精度地控制微量流体流量。

发明的效果

通过本发明可以得到如下效果。

即，本发明所涉及的止回阀中，由于形成底壁具有倾斜面的阀座，所以被具有倾斜面的阀座限制的阀体的移动量变小，得到高响应性，能够进行高效率且高精度的阀动作。另外，阀室很小即可，不易受到气泡的影响，同时由于阀座的倾斜面限制了阀体，所以阀体的变形不易出现，可以进行高精度的动作。因此，通过在隔膜泵中采用该止回阀，可以将微量液体流量高响应地进行高精度地控制，得到燃料电池用等适宜的泵。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的一个实施方式的隔膜泵的剖面图。

图2是表示本发明所涉及的一个实施方式中的止回阀的剖面图及分解剖面图。

图3是本发明所涉及的一个实施方式中，以透视状态表示阀室部分及激光熔敷区域的止回阀的俯视图。

图4是表示本发明所涉及的一个实施方式的止回阀的分解斜视图。

图5是本发明所涉及的一个实施方式中，表示止回阀的阀室部分的要部的分解斜视图。

具体实施方式

下面，参考图1至图5，说明本发明所涉及的止回阀以及使用了该止回阀的隔膜泵的一个实施方式。

使用了本实施方式的止回阀的隔膜泵，是例如供给甲醇作为流体的燃料电池用泵，如图1所示，具有：隔膜2，其安装有压电元件1；上部框体4，在其与隔膜2之间形成压力室3，具有与该压力室3连接的上部吸入流路4a和上部喷出流路4b；以及下部框体6，其具有下部吸入流路6a及下部喷出流路6b，下部吸入流路6a经由吸入侧止回阀5A与上部吸入流路4a连接，下部喷出流路6b经由喷出侧止回阀5B与上部喷出流路4b连接。

上述隔膜2由以下部分构成：树脂隔膜2a，其下表面的一部分形成压力室3的壁面；金属隔膜2b，其接合在该树脂隔膜2a上；以及压电元件1，其接合在该金属隔膜2b上。压电元件1是piezo元件(PZT)，与未图示的电源连接，通过施加电压进行伸缩。

吸入侧止回阀5A以及喷出侧止回阀5B如图2至图5所示，具有：阀室11，其由具有流体导入口8a的顶壁8、具有流体排出口9a的底壁9、以及侧壁10形成；以及阀体12a，其在阀室11内基端固定在侧壁10上，前端成为自由端，以悬臂状被支撑，同时配置在导入口8a上。

吸入侧止回阀5A中，底壁9形成于上部框体(第2框体)4的下表面，顶壁8形成于下部框体(第1框体)6的上表面。另一方面，喷出侧止回阀5B中，顶壁8形成于上部框体(第1框体)4的下表面，底壁9形成于下部框体(第2框体)6的上表面。

即，在上部吸入流路4a及下部喷出流路6b上分别连接排出口9a，在上部喷出流路4b及下部吸入流路6a上分别连接导入口8a。

此外，下部吸入流路6a经由流体供给管13，与流体的供给源(未图示)连接。而且，下部喷出流路6b经由流体喷出管14，与流体的供给目标(未图示)连接。

上述阀体12a使被上部框体4和下部框体6夹持的薄膜体12通过由模具冲裁而形成舌状的悬臂形状。该薄膜体12及阀体12a由PP(聚丙烯)等可挠性薄膜形成。上部框体4和下部框体6以夹持薄膜体12的状态，将图3所示的斜线区域R激光熔敷后接合。而且，在图4及图5中，显示了与上部框体4和下部框体6组装状态的阀体12a，本实施方式中的阀体12a没有进行压模等加工，是如图2(b)中所示的平板状的部件。

在底壁9上形成阀座9b，其具有：平坦面9b1，其在与顶壁8相对时，隔着规定间隔而大致平行；以及倾斜面9b2，其是与该平坦面9b1连续的面，以沿着阀体12a从基端向前端逐渐远离顶壁8的方式倾斜。

在阀座9b的倾斜面9b2上形成槽部9c，该槽部9c一端与出口9a连接，同时另一端比阀体12a的前端长。而且，阀座9b以可以支撑整个阀体12a的方式，形成为比阀体12a宽且在纵向方向上长。

另外，上述导入口8a及上述排出口9a，配置在阀体12a的基端侧，形成于后述的下部凹部16b及上部凹部17a上的相对面P2，与平坦面9b1连续设置。

在上部框体4的下表面，形成配置在喷出侧止回阀5B侧的剖面V字状的上部凸部16a、和配置在吸入侧止回阀5A侧的剖面倒V字状的上部凹部17a。另一方面，在下部框体6的上表面形成：剖面V字状的下部凹部16b，其配置在喷出侧止回阀5B侧，与上部凸部16a对应而嵌合；以及剖面倒V字状的下部凸部17b，其配置在吸入侧止回阀5A侧，与上部凹部17a对应而嵌合。

上述上部凸部16a、下部凹部16b、上部凹部17a及下部凸部17b，任一个均设置为，在与阀体12a的纵向方向正交的方向上，以超过阀体12a的宽度延长。

在相互嵌合的上部凸部16a及下部凹部16b中，分别形成夹持阀体12a的基端的相互平行的相对面P1、P2。同样地，在上部凹部17a及下部凸部17b中，也分别形成夹持阀体12a的基端的相互平行的相对面P1、P2。另外，该相对面P1、P2的形成方式为，相对于底壁8成为规定角度。

这样，阀体12a的基端通过被上部凸部16a和下部凹部16b、以及上部凹部17a和下部凸部17b夹持，阀体12a的基端(支点q)变得明确，在定位阀体12a的同时可以防止阀体12a的位置偏移。另外，由于相对面P1、P2以相对于底壁8成规定角度的方式倾斜而形成，因此能够配置为，在关闭状态下将阀体12a压在导入口8a上。此外，即使阀体12a中因甲醇产生膨润或随温度变化产生伸缩，也由于阀体12a以悬臂形状被支撑，同时在上述凸部及凹部之间被夹持而支点明确，所以在该情况下也能够维持高精度的阀动作。

另外，通过利用在上部凸部16a和下部凹部16b之间及在上部凹部17a及下部凸部17b之间形成的相互平行的相对面P1、P2夹持阀体12a，由此，即使在上部凸部16a和下部凹部16b之间或上部凹部17a及下部凸部17b之间产生位置偏移的情况下，也可以使阀体12a向阀室11突出的角度恒定。即，在相互具有曲率的凹部及凸部夹持阀体12a的情况下，如果嵌合时凹部和凸部之间发生偏移，则由于夹持阀体12a的基端的面的角度也发生变化，因此会出现向阀室11内突出的阀体12a的突出方式(突出角度)发生改变的问题。但是，在本实施方法的情况下，由于通过平行面互相来夹持，因此即使在产生组装误差等的情况下，夹持阀体12a的基端的相对面P1、P2的角度也恒定，可以高精度地得到以规定角度向阀室11内突出的阀体12a。

下面，参考图1及图2对上述隔膜泵及止回阀的动作进行如下说明。

对隔膜泵整体的动作进行说明，首先，施加电压以使压电元件1进行伸缩，由此隔膜泵2整体与之联动进行上下振动的弯曲运动。

如果利用隔膜泵2的弯曲运动，压力室3的流体被加压，则压力室3内的流体经由上部喷出流路4b、喷出侧止回阀5B及下部喷出流路6b，喷出到流体喷出管14中。此时，在吸入侧止回阀5A中，阀体12a闭塞导入口8a，以防止流体逆流到流体供给管13中。

然后，如果利用隔膜泵2的弯曲运动，压力室3中被减压，则压力室3内经由流体供给管13、下部吸入流路6a、吸入侧止回阀5A及上部吸入流路4a吸入流体。此时，在喷出侧止回阀5B中，阀体12a闭塞导入口8a，以防止流体逆流到流体喷出管14中。即，通过隔膜泵2的弯曲运动的反复进行，可以经由防止逆流的吸入侧止回阀5A及喷出侧止回阀5B送出流体。

在上述吸入侧止回阀5A及喷出侧止回阀5B中，当流体流入阀室11内时，即打开动作如下进行。

如果流体从下部吸入流路6a或上部喷出流路4b经由导入口8a进入阀室11内，则闭塞导入口8a的阀体12a被流体推起。此时，阀体12a成为在由具有倾斜面9b2的阀座9b限定的阀室11内确保恒定的流路的状态。流入阀室11内的流体从阀体12a的基端侧流向前端侧，从在阀体12a的前端侧打开的槽部9c的一端流入槽部9c内。然后，流体经由槽部9c从排出口9a向上部吸入流路4a或下部喷出流路6b排出。

即，阀体12a即使和阀座9b相接触，流体也能够经由槽部9c流出到排出口9a。另外，由于导入口8a及排出口9a配置在阀体12a的基端侧，所以在阀体12a的前端侧难以施加流体的强作用力，能够抑制阀体12a的变形，维持正常的阀的开闭动作。此外，通过将导入口8a及排出口9a的至少一个配置在阀体12a的基端侧，可以得到相同的效果，但如本实施方式所示，通过将导入口8a及排出口9a这两个都配置在阀体12a的基端侧，可以更有效地得到上述效果。

此外，相反，如果流体从排出口9a逆流而要流入阀室11内，则被阀座9b限制的阀体12a恢复到初始状态，闭塞导入口8a，由此进行关闭动作，以可以防止逆流。

这样，在本实施方式中，由于在底壁9形成具有倾斜面9b2的阀座9b，所以在利用悬臂形状的阀体12a在顶壁8和阀座9b之间的移动，进行阀的开闭动作时，被具有倾斜面9b2的阀座9b限制的阀体12a的移动量变小，从打开到关闭的响应时间变短。另外，由于被限制为较小的移动量，所以阀室11很小即可，不易受到气泡的影响。此外，即使使用可挠性薄膜的柔软的阀体12a，也由于由阀座9b的倾斜面9b2限制，阀体12a不易产生变形。此外，阀座9b中在阀体12a的基端部侧设有平坦面9b1，限制弯曲时的阀体12a基端(支点q)的移动，防止因向基端(支点q)施加过度的应力导致的塑性变形。在本实施方式中，在阀座9b上设置平坦面9b1，但根据倾斜面9b2的角度或阀体12a的材质等，也可以是由阀座9b的基端从下部凹部16b和上部凹部17a的相对面P2开始连续形成倾斜面9b2。

另外，由于使用可挠性薄膜的柔软薄膜的阀体12a，所以几乎没有刚性而变形所需的力很小，因此可以将阀体12a的纵向方向的长度变短，能够减小开闭时所需的流体体积。因此，还能够使阀室11的尺寸变小，能够在提高阀动作的响应性及稳定性的同时，减小气泡的影响。

另外，本发明的技术范围并不限于上述的各实施方式，可以在不脱离本发明的主旨范围内进行各种变更。

本发明中，在燃料电池用燃料供给泵中采用止回阀及使用该止回阀的隔膜泵，但也适用于其他用途的止回阀及使用该止回阀的泵。例如，也可以适用于燃料电池用稀释水循环泵、微量流量控制药液的医疗用泵或分析用泵等。

Claims (6)

1.一种止回阀，其特征在于，具有：

阀室，其由具有流体导入口的顶壁、具有流体排出口的底壁、以及侧壁形成；以及

阀体，其在上述阀室内，基端固定在上述侧壁上，前端作为自由端，以悬臂状被支撑，同时配置在上述导入口上，

在上述底壁上形成具有倾斜面的阀座，该倾斜面以沿着上述阀体从基端开始向前端逐渐远离顶壁的方式倾斜。

2.根据权利要求1所述的止回阀，其特征在于，

在上述阀座上形成槽部，其一端与上述排出口连接，同时另一端长于上述阀体的前端。

3.根据权利要求1或2所述的止回阀，其特征在于，

上述导入口以及上述排出口的至少一个，配置在上述阀体的基端侧。

4.根据权利要求1或2所述的止回阀，其特征在于，

上述阀体由可挠性薄膜形成。

5.根据权利要求1或2所述的止回阀，其特征在于，具有：

第1框体，其具有上述顶壁；

第2框体，其具有上述底壁；以及

薄膜体，其具有上述阀体，被上述第1框体和上述第2框体夹持，

在上述第1框体中形成凸部，同时在上述第2框体中形成与上述凸部嵌合的凹部，

在上述凸部及上述凹部中，形成夹持上述阀体的基端的相互平行的相对面。

6.一种隔膜泵，其特征在于，具有：

隔膜，其安装压电元件；

上部框体，在其与上述隔膜之间形成压力室，具有与该压力室连接的上部吸入流路和上部喷出流路；

下部框体，其具有经由吸入侧止回阀与上述上部吸入流路连接的下部吸入流路，以及经由喷出侧止回阀与上述上部喷出流路连接的下部喷出流路，

上述吸入侧止回阀及上述喷出侧止回阀，是权利要求1中记载的止回阀，在上述上部吸入流路及上述下部喷出流路上分别连接上述排出口，在上述上部喷出流路及上述下部吸入流路上分别连接上述导入口。

Images