CN103038552B - 止回阀及送液泵 - Google Patents

Abstract

在相互对置的位置上设有入液口和出液口的阀芯的内部，设有阀室。在阀室的内部配置有可以在连接入液口和出液口的直线方向移动的球。在阀芯的入液口部分嵌设有球座。球座在内侧具有构成入液口的流路，在其边缘部分使球落座。球座由具有六方晶的结晶结构材质构成，对结晶轴方向进行控制并进行加工，以使作为其结晶轴的C轴朝向与构成入液口的流路的中心轴相同的方向。

Description

止回阀及送液泵

技术领域

本发明涉及通过使球落座到球座上来关闭流路、且通过使球自球座浮游来打开流路这种方式的止回阀及采用该止回阀的送液泵。

背景技术

作为用来对例如高速液相色谱仪的分析流路进行流动相送液的送液泵，一般采用如下的柱塞方式的泵，即通过在设于泵压头内的泵室内使柱塞在一条直线上作往复运动，使泵室内的容积增减，来将液体吸入到泵室内和从泵室将液体输出。这种送液泵的结构为在与泵室的吸入口和排出口连接的流路上分别设有止回阀，将液体吸入时打开吸入口侧的止回阀并关闭排出口侧的止回阀；相反，将液体输出时则打开排出口侧的止回阀并关闭吸入口侧的止回阀（例如，参见专利文献1。）。

止回阀在阀芯内具备阀室，该阀芯在相互相对的位置上具有入液口和出液口，该阀室内配置有可以在连接入液口和出液口的直线上移动的球。在阀芯的入液口部分设有用于使球落座的圆筒形状的球座。球座是例如圆筒形状，是其内侧构成形成入液口的流路，通过使球落座到球座上而将该流路密封的结构。在这种止回阀中，主要使用红宝石作为球的材质，主要使用蓝宝石作为球座的材质。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2008－180088号公报

发明内容

发明要解决的课题

在高速液相色谱仪等之中，在送液压力超过例如50MPa那样的高压的情况下，由于关闭着的一侧的止回阀的球会被强劲的力推压至球座，所以球座与球接触的部分需要有抗得住该压力的强度。但是，球座的强度因个体不同而参差不齐，进而与球接触的圆弧状部分的强度也多为不均匀的。因此，当球落座时，应力集中在球座的机械强度的最低部分，存在该部分产生脱落或出现裂缝并使球座破损这样的问题。尤其，在送液压力超过例如50MPa那样的高压的情况下，有时会造成球座破损。

因此，本发明是以提供即使在高压的送液条件下，球座也难以破损的止回阀及具有这种止回阀的送液泵为目的的。

用于解决课题的手段

作为本发明对象的止回阀，包括：阀芯，所述阀芯在相互对置的位置上具有入液口和出液口；设在阀芯的内部并设在入液口和出液口之间的阀室；球，在阀室内，入液口侧的压力比出液口侧的压力高时所述球朝出液口侧移动，出液口侧的压力比入液口侧的压力高时所述球朝入液口侧移动；球座，所述球座配置于阀芯的入液口部分，具有比球的直径小的直径并在内侧具有构成入液口的流路，当球朝入液口侧移动时在流路的边缘部分使球落座并将流路密封。

通常，在对球座的形状进行加工的时候，从蓝宝石的母料中切出所需大小尺寸的加工片，并加工成所需的形状。蓝宝石虽然具有六方晶的结晶结构，但在现有的球座加工中，并不考虑该六方晶的结晶轴的朝向，而只是加工成球座的形状。本发明人发现这种加工方法是导致球座强度参差不齐的原因，而得到了本发明。

即，六方晶的结晶结构具有三个面方位，分别称作C面、A面及Ｒ面。虽然与C面垂直的轴为C轴，但因为现有的球座的此C轴的朝向因个体而不同，所以因个体差异而产生机械强度参差不齐，而且，因C轴的朝向差异而使得与球的接触部分的机械强度变得不均匀。

因此，在本发明的止回阀中，球座由具有六方晶的结晶结构的材质构成，且做成该材质的结晶轴的C轴朝向与通过所述流路的中心的中心轴平行的方向。通过对结晶轴的方向进行控制以使C轴朝向与中心轴平行的方向并形成球座，与球接触的接触部分全部变成在六方晶的C面上，与球接触的接触部分的机械强度则变得均匀。

本发明的送液泵包括：具备用于吸入液体的吸入口及用于将液体排出的排出口的泵室；被插入于泵室的、通过在一条直线上作往复运动来使泵室内的容积增减的柱塞；以及在泵室的与吸入口连接的流路上和与排出口连接的流路上的至少一方所配置的本发明的止回阀。

发明的效果

在本发明的止回阀中，因为具有六方晶的结晶结构材质的球座的结晶轴的C轴朝向与通过球座的内侧的流路的中心的中心轴平行的方向，所以与球接触的部分可以全部配置在六方晶的C面上，且与球接触的接触部分的机械强度能够做成均匀的。由此，应力将不会集中在球座的与球接触的接触部分的一部分上，可以稳定地提供球座也难以破损的止回阀。

由于本发明的送液泵使用了本发明的止回阀作为设在泵室的与吸入口连接的流路和与排出口连接的流路上的止回阀，所以即使送液压力为高压，止回阀的球座也难以产生破损，且在高压条件下也能够稳定地送液。

使用本发明的送液泵的一个例子为液相色谱仪。液相色谱仪是在通过送液泵进行流动相送液的分析流路上设有试料注入部、分析柱以及检测器。如果采用本发明的送液泵作为送液泵的话，即使在高压条件下进行流动相送液其寿命也会变长。

附图说明

图1是示出送液泵的一个实施例的截面图。

图2A是示出该实施例的止回阀关闭状态的截面图。

图2B是示出该实施例的止回阀打开状态的截面图。

图2C是示出该实施例的止回阀的球座的立体图。

图3是用来对六方晶的结晶结构进行说明的概念图。

图4是示出C轴方向被控制为朝向球座的入液口的中心轴方向的情况下、和C轴方向未被控制的情况下的与球接触的接触部分的强度分布的图。

图5是概略地示出液相色谱仪的一个例子的流路构成图。

符号说明

2泵壳

3柱塞

4十字头

6弹簧

8泵压头

10a，10b止回阀

12柱塞密封件

14密封托架

16清洗密封件

20阀室

22球

24球座

24a  入液口

26出液口

具体实施方式

用图1对送液泵的一个实施例进行说明。

此实施例的送液泵由泵壳2和泵压头8构成。泵壳2包括由电动机（图示略）驱动的凸轮（图示略），其在内部容纳有一边对柱塞3的基端侧的端面进行保持，一边利用弹簧6的弹力追随凸轮的周面作往复运动的十字头4。泵压头8安装在泵壳2上，包括：利用被十字头4所保持的柱塞3的顶端部分的往复运动来进行液体的吸入和输出的泵室8a、液体吸入流路8b以及液体输出流路8c。

柱塞3的顶端部被插入于泵室8a中，伴随十字头4的往复运动，在一边使泵室8a内的空间增大一边从液体吸入流路8b将液体吸入泵室8a内的方向（图中朝右方向），和一边使泵室8a内的空间减小一边将泵室8a内的液体推挤到液体输出流路8c的排出方向（图中朝左方向）上进行往复运动。

在泵壳2和泵压头8之间配置有密封托架14，在泵压头8和密封托架14之间设有柱塞密封件12。柱塞密封件12一边将柱塞3可滑动地进行保持，一边对泵室8a的柱塞3插入部分进行密封以防止液体从泵室8a漏出。

密封托架14在其内部有空洞部，包括用于向该空洞部供给清洗液的流路和用于将清洗液排出的流路。在泵壳2和密封托架14之间夹持有清洗密封件16。清洗密封件16一边将柱塞3可滑动地保持，一边对密封托架14内部的空洞部的柱塞3插入部分进行密封以防止清洗液从空洞部漏出。

在液体吸入流路8b及液体输出流路8c上设有止回阀10a、10b，利用各个泵室8a内的压力变化进行这些流路8b、8c的开闭以防止回流。

图2A示出止回阀10a、10b的结构的一个例子。止回阀10a和10b有着相同的结构。止回阀10a、10b在流路贯穿于内部的圆筒形的阀芯20的一端具有出液口26，在另一端嵌设有球座24。球座24上开有入液口24a。出液口26和入液口24a通过中间的扩径阀室21而连通，且形成了贯穿阀芯20的流路。阀室21中设有可在圆筒的轴向上移动的球22，球22、球座24及出液口26沿着圆筒的轴向配置在的一条直线上。

由球座24的空洞部分所构成的入液口24a的内径设计得比球22的直径小，当球22落座（参见图2A。）时，球22与球座24的空洞部分的边缘相接触而将入液口24a密封。球22的材质为例如红宝石，球座24的材质为蓝宝石。

阀室21的出液口26由设在具有比球22的直径大的直径的壁面上的多个贯穿孔构成，即使球22浮上来并与出液口26侧的壁面接触，球22也不会堵塞出液口26（参见图2B。）。当出液口26侧的压力高于入液口24a侧的压力时，球22将落座于球座24上并将入液口24a密封；反之，当入液口24a侧压力高于出液口26侧的压力时，球22将浮上来入液口24a便打开。即，当柱塞3被朝输出侧（图1中左侧）驱动时，泵室8a内被加压而变成高压，止回阀10a被关闭，止回阀10b被打开。反之，当柱塞3被朝吸入侧（图1中右侧）驱动时，泵室8a内被减压，止回阀10a被打开，止回阀10b被关闭。

在关闭状态的止回阀10a、10b，球22被按压在球座24的入液口24a边缘部分。尤其，由于对止回阀10a的球22施加泵室8a内的送液压力，因而球座24的与球22的接触部分需要能够承受该压力的机械强度。

因此，在图2A、图2B中如箭头所示，球座24是选定结晶轴方向进行加工的，以使作为结晶轴的C轴与球座24的入液口24a的中心轴的方向相同，即，在图2A、图2B中朝向铅垂上侧。如图3所示，所谓C轴是指与六方晶结构的C面、A面及Ｒ面的三个面方位中的C面垂直的轴。这种球座24是由通过例如凯氏长晶法结晶化的蓝宝石的C面铸块将C面作为基准面进行加工的。如图2C所示，由于具有当球22落座时与球22接触的入液口24a的边缘部分24b的面24C成为六方晶结构的C面，因而这样形成的球座24的与球22接触的接触部分24b的机械强度变得均匀。

图4中示出对C轴方向进行控制以使其朝向球座24的入液口24a的中心轴的方向情况下、和对C轴方向不进行控制情况下的、与球22接触的接触部分的强度分布的例子。横轴以角度来表示圆筒状球座的开口部、即，球座中的球所落座的部分的一周。纵轴为机械强度。在C轴方向未被控制的情况下（虚线），球座24与球22的接触部分的机械强度不均匀，通过按压球22而作用的压力将变大，如果存在比该压力低的机械强度的部分的话，则应力就会集中在该机械强度低的部分，在该部分产生脱落或裂缝而成为球座24破损的原因。相反，如实线所示的直线那样地，在对C轴方向进行控制以使其朝球座24的入液口24a的中心轴的方向的情况下，球座24与球22的接触面全为C面，从而球座24与球22的接触部分的机械强度变得均匀。

将控制C轴的朝向加工而成的球座与不控制C轴的朝向而（随机地）形成的球座的强度进行比较时的实验数据在表1中示出。表1中分别显示两种情形，C轴控制“有”是指使用将C轴的朝向控制成与中心轴相同的方向而形成的球座的情形；C轴控制“无”是指使用不考虑C轴的朝向而形成的球座的情形。在该实验中，使球落座到球座上并将两者按压，逐渐提高其压缩强度并对达到球座被破坏时的压缩强度进行了测量。此外，在该测量中使用的球座的内径为1.0mm，外形为2.35mm，球的直径为1.5mm。

表1

C轴控制	压缩强度(kN)	破坏种类
			无	0.215	球座
无	0.307	球座
			无	0.344	球座
无	0.319	球座
			无	0.293	球座
有	1.015	球座
			有	1.020	球座
有	0.775	球座
			有	1.018	球座
有	1.020	球座
			有	1.019	球座

由表1可知，C轴控制为“无”时，达到球座被破坏时的压缩强度较低，为0.215～0.344（kN）。相反，C轴控制为“有”时，则达到球座被破坏时的压缩强度较高，为0.775～1.020（kN）。由此可知，通过进行C轴控制，可以稳定地形成与球的接触部分的机械强度为均匀的球座。

此外，虽然图1的实施例是由一个柱塞泵来进行送液的单柱塞方式的送液泵，但是本发明对于双柱塞方式的送液泵也可以适用。在双柱塞方式的送液泵中，有将二个柱塞泵串联地连接的，也有并联地连接的。

在将二个柱塞泵串联连接的送液泵的情况下，前段侧柱塞泵的排出口和后段侧柱塞泵的吸入部串联地连接，在前段侧柱塞泵的排出口和后段侧柱塞泵的吸入部之间以及前段侧柱塞泵的吸入部中分别设有止回阀。这些止回阀中的至少一个，尤其易承受高压的前段侧柱塞泵的吸入口的止回阀的球座是控制C轴朝向而形成的蓝宝石制的球座。

前段侧柱塞泵的泵室容量比后段侧柱塞泵的泵室容量大，进行驱动以使得前段侧柱塞泵将液体输出时，后段侧柱塞泵则将由前段侧柱塞泵所输出的液体的些许吸进，反之，前段侧柱塞泵将液体吸进时，后段侧柱塞泵则将液体输出。

另外，在将二个柱塞泵并列连接的双柱塞方式送液泵的情况下，在各泵室的吸入口和排出口上设有止回阀，各柱塞泵的至少吸入口的止回阀的球座是被控制C轴的朝向而形成的蓝宝石制的球座。

接着，用图5对液相色谱仪的一个例子进行说明。

在用于对流动相32进行送液的分析流路30上，从上游侧依次配置有送液泵34、试料注入部36、分析柱38及检测器40。作为送液泵34，采用图1所示的送液泵。试料注入部36被设成用于将试料导入到分析流路30中，在试料注入部36中，被注入的试料通过由送液泵34送液的流动相32被导入到分析柱38中。分析柱38将试料分离为各成分，将由分析柱38分离的各成分导入到检测器40中进行检测。由于采用利用了止回阀的送液泵作为送液泵34，在该止回阀中控制C轴方向地形成有作为球座的球座，因而即使在送液压力例如超过50MPa那样的高压的情况下，防止送液的液体回流的止回阀也难以产生破损，能够稳定地进行送液。

Claims (3)

1.一种止回阀，包括：阀芯，所述阀芯在相互对置的位置上具有入液口和出液口；设在所述阀芯的内部并设在所述入液口和出液口之间的阀室；球，在所述阀室内，所述入液口侧的压力比所述出液口侧的压力高时所述球朝所述出液口侧移动，所述出液口侧的压力比所述入液口侧的压力高时所述球朝所述入液口侧移动；球座，所述球座配置于所述阀芯的所述入液口部分，具有比所述球的直径小的直径并在内侧具有构成所述入液口的流路，当所述球朝所述入液口侧移动时在所述流路的边缘部分使所述球落座并将所述流路密封，其特征在于，

所述球座由具有六方晶的结晶结构的材质构成，该材质的结晶轴的C轴朝向与通过所述流路的中心的中心轴方向平行。

2.根据权利要求1所述的止回阀，其特征在于，所述球座的材质为蓝宝石。

3.一种送液泵，其特征在于，包括：

具备用于吸入液体的吸入口及用于将液体排出的排出口的泵室；

被插入于所述泵室的、通过在一条直线上作往复运动来使所述泵室内的容积增减的柱塞；以及

在所述泵室的与吸入口连接的流路上和与排出口连接的流路上的至少一方所配置的权利要求1或2所述的止回阀。

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