JP2006266414A - アンブレラバルブ、エアポンプ用逆止弁装置およびエアポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】逆止弁装置を構成するゴム製のアンブレラバルブであって、式(1):Si(OR1 )4 で示されるテトラアルコキシシランと、式(2):Ti(OR2 )4 で示されるテトラアルコキシチタンと、式(3):Si(OR3 )m R4 3-m −(CH2 )n −R5 で示されるシランカップリング剤と、これらを溶解する溶剤とを含有する表面処理剤により処理されている。
【選択図】 図2
Description
すなわち、第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置が共に閉弁状態となるエアポンプの運転停止中において、逆止弁装置を構成するゴム製のアンブレラバルブ(傘状部分)が、流路孔の周囲の隔壁部分に粘着してしまい、この結果、逆止弁装置に設定される作動圧力(以下、「設定圧力」という。)に達する圧力の正流(1次側から2次側への流れ)によっても、アンブレラバルブが流路孔の開口から離間(開弁)できなくなる。
また、この問題は、設定圧力の低い(例えば50KPa以下)応答性の良好な精密小型の逆止弁装置において頻繁に発生する。
これは、形成される表面処理層(SiO2 系の被膜)のゴムに対する密着性が低いために、エアポンプの稼働時(逆止弁装置の開閉動作の繰り返し時)の衝撃などにより、当該表面処理層が脱離・飛散してしまい、当該表面処理層による粘着防止効果が極めて短時間で減殺・消滅してしまうからである。
本発明の第1の目的は、逆止弁装置を構成する非粘着性に優れたアンブレラバルブであって、その傘状部分を隔壁部分に当接させた状態(閉弁状態)で一定時間(5分間以上)保持した後であっても、当該傘状部分が隔壁部分に粘着することがなく、正流によって、当該傘状部分を隔壁部分から確実に離間させることができるアンブレラバルブを提供することにある。
本発明の第2の目的は、エアポンプに用いられる逆止弁装置であって、閉弁状態で一定時間(5分間以上)保持した後であっても、正流によって、確実に開弁することができるエアポンプ用逆止弁装置を提供することにある。
本発明の第3の目的は、一旦運転を停止した後に再度稼働させても、これを構成する逆止弁(第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置)を確実に作動させることができるエアポンプを提供することにある。
特定の処理剤によるアンブレラバルブの表面処理においては、テトラアルコキシシランと、テトラアルコキシチタンと、シランカップリング剤とが反応(加水分解・縮合反応)することにより、Si−O結合およびTi−O結合による架橋構造を有する表面処理層(SiO2 −TiO2 系の被膜)が形成され、これにより、アンブレラバルブの表面に優れた非粘着性(SiO2 系の被膜によるものより優れた粘着防止効果)が発現される。
〔1〕特定の処理剤に含有されているテトラアルコキシシランが、テトラメトキシシランまたはテトラエトキシシランであり、テトラアルコキシチタンが、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタンおよびテトラ−n−ブトキシチタンから選ばれた少なくとも1種であること。
〔2〕特定の処理剤が、酸または塩基を含有すること。
〔3〕特定の処理剤が、テトラエトキシシランと、テトラエトキシチタンまたはテトライソプロポキシチタンと、シランカップリング剤と、酸または塩基と、有機溶剤とを含有すること。
〔4〕特定の処理剤が、テトラアルコキシシランの含有量に対して1〜10質量%のテトラアルコキシチタンを含有すること。
〔5〕特定の処理剤が、テトラアルコキシシランの含有量に対して3〜10質量%のテトラアルコキシチタンを含有すること。
従って、本発明のアンブレラバルブにより構成される逆止弁装置において、当該アンブレラバルブの傘状部分を隔壁部分に当接させた状態(閉弁状態)で一定時間(5分間以上)保持した後であっても、当該傘状部分が隔壁部分に粘着するようなことはなく、正流によって、当該傘状部分を隔壁部分から確実に離間させることができる。
従って、本発明のアンブレラバルブを備えてなるエアポンプを長期にわたり使用(稼働および停止)した後においても、再稼働時の正流(1次側から2次側への流れ)によって、当該傘状部分を隔壁部分から確実に離間させることができる。
しかも、本発明のアンブレラバルブを備えてなるエアポンプを長期にわたり使用(稼働および停止)した後においても、再稼働時の正流によって、確実に開弁させることができる。
しかも、長期にわたり使用(稼働および停止)した後においても、これを構成する逆止弁を確実に作動させることができる。
<アンブレラバルブ>
図2は、本発明のアンブレラバルブの一部を破断して示す説明図である。
同図に示すアンブレラバルブ30は、傘状部分31と、抜け止め用の拡径部32が形成された軸部分33とからなるゴム製の成形品である。
アンブレラバルブ30の高さ(T)としては、例えば7〜15mmとされ、好ましくは7〜11mmとされる。また、傘状部分31の直径(D)としては、例えば5〜15mmとされ、好ましくは5.5〜12mmとされる。
図3および図4は、本発明のアンブレラバルブを備えたエアポンプ用逆止弁装置(本発明の逆止弁装置)を示す断面図である。
この逆止弁装置は、ポンプ空間S1と排気室S2との間に装着されて、ポンプ空間S1から排気室S2へのガスの流れのみを許容するものであり、図1における「第2の逆止弁装置」に相当する。
隔壁20には、ポンプ空間S1と排気室S2とを連通する流路孔21が複数形成されている。流路孔21の径(d)としては、例えば0.5〜2mmとされ、好ましく0.5〜1.5mmとされる。流路孔21の数としては、例えば3〜6個とされる。
アンブレラバルブ30は、その傘状部分31により、隔壁20に形成された流路孔21を塞ぐことができるように設けられている。
このような低い圧力で作動する逆止弁装置は、応答性に優れているものの、アンブレラバルブ(傘状部分)と、隔壁との間の粘着力の影響を受けやすい。
従って、本発明により達成される非粘着性(粘着防止効果)は、このような設定圧力の低い精密小型の逆止弁装置において特に重要な意義を有する。
特定の処理剤は、テトラアルコキシシランと、テトラアルコキシチタンと、シランカップリング剤と、これらを溶解する溶剤とを必須成分として含有する。
テトラアルコキシシランを示す上記式(1)において、R1 は、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などの炭素数1〜4のアルキル基を表す。ここに、テトラアルコキシシランの好適な具体例としては、テトラメトキシシラン(TMOS)およびテトラエトキシシラン(TEOS)を挙げることができ、TEOSが特に好ましい。
また、特定の処理剤をアルカリ性とするために含有される塩基としては、アンモニア水および各種アミン類などを挙げることができる。
一方、テトラアルコキシチタンの含有割合(テトラアルコキシシランに対する相対的な割合)が過大である場合には、得られる組成物が短時間で硬化してしまい、塗布性などの作業性が低下する。
一方、シランカップリング剤の含有割合(テトラアルコキシシランとテトラアルコキシチタンの合計に対する相対的な割合)が過大である場合には、得られる組成物による架橋構造の形成が不十分となり、アンブレラバルブの表面を完全に覆うこと(表面処理層の形成)が困難となる。
特定の処理剤の塗布方法としては、当該処理剤中に、アンブレラバルブを浸漬する浸漬法、刷毛やローラなどの塗布手段を使用する方法など特に制限されるものではない。
なお、処理剤の塗布後、アンブレラバルブの表面に形成された塗膜から溶剤を除去するために乾燥処理を行うことが好ましい。乾燥条件としては、処理剤を構成する溶剤の種類および含有割合などによっても異なるが、例えば室温で1分間〜24時間とされ、好ましくは3分間〜1時間とされる。
塗膜の加熱方法は、特に制限されるものではなく、オーブンによる加熱などを例示することができる。加熱条件としては、例えば50〜150℃で5分間〜24時間とされ、好ましくは80〜120℃で10〜120分間とされる。
従って、本発明のアンブレラバルブにより構成される逆止弁装置(本発明の逆止弁装置)において、当該アンブレラバルブの傘状部分を隔壁部分に当接させた状態(閉弁状態)で一定時間(5分間以上)保持しても、当該傘状部分が隔壁部分に粘着するようなことはなく、正流によって、当該傘状部分を隔壁部分から確実に離間させ、本発明の逆止弁装置を開弁させることができる。
従って、本発明のアンブレラバルブを備えてなるエアポンプを長期にわたり使用(稼働および停止)した後においても、再稼働時の正流(1次側から2次側への流れ)によって、当該傘状部分を隔壁部分から確実に離間させ、本発明の逆止弁装置を開弁させることができる。
図5は、本発明のエアポンプであるダイヤフラムポンプの構成を示す説明図である。
同図に示すダイヤフラムポンプは、樹脂製のハウジング1と;このハウジング1の内部を、1次側に連通する吸気室4、ダイアフラム7により体積が増減するポンプ空間5Aを含むポンプ室5、2次側に連通する排気室6に区画する樹脂製の隔壁20と;吸気室4とポンプ室5とを区切る隔壁20(20a)に形成された流路孔21を塞ぐことができるよう設けられたアンブレラバルブ30(本発明のアンブレラバルブ)を備え、吸気室4からポンプ空間5Aへのガスの流れのみを許容する第1の逆止弁装置と;ポンプ室5と排気室6とを区切る隔壁20(20b)に形成された流路孔21を塞ぐことができるよう設けられたアンブレラバルブ30(本発明のアンブレラバルブ)を備え、ポンプ空間5Aから排気室6へのガスの流れのみを許容する第2の逆止弁装置とを有してなる。
また、ハウジング1と隔壁20とが一体的に成形されていてもよい。
また、ダイヤフラム7の中心部が固定されるピストン8の径(ピストン径)としては、例えば5〜90mmとされ、好ましくは8〜40mmとされる。
そして、ダイヤフラムの有効受圧面積は、例えば0.9〜70cm2 とされ、好ましくは1.0〜15cm2 とされる。
また、ダイヤフラム7の高さは、10mm以下であることが好ましい。
また、ダイヤフラム7のストロークとしては、例えば2〜20mmとされ、好ましくは2〜10mmとされる。
しかも、長期にわたり使用(稼働および停止)した後においても、これを構成する逆止弁を確実に作動させることができる。
エチレンプロピレンゴム「JSR EP33」(ジェイエスアール(株)製)70.0質量部と、エチレンプロピレンゴム「JSR EP96」(ジェイエスアール(株)製)45.0質量部と、酸化亜鉛5.0質量部と、ステアリン酸1.0質量部と、FEFブラック90.0質量部と、パラフィン系プロセスオイル25.0質量部と、老化防止剤(TMDQ)1.0質量部と、老化防止剤(MBI)0.5質量部と、硫黄0.3質量部と、過酸化物加硫剤3.0質量部とを8インチロールによって混練し、得られた未加硫ゴム組成物を熱プレスを用いて加熱処理(160℃×30分間)することにより、図2に示したような形状のアンブレラバルブ〔高さ(T)=7.6mm,傘状部分の直径(D)=7.8mm〕を作製した。
(1)特定の処理剤の調製:
下記表1に示す処方に従って、テトラエトキシシラン(TEOS)0.40gと、テトライソプロポキシチタン0.004gと、シランカップリング剤「A−189」〔日本ユニカー(株)製〕0.01gと、塩酸(0.1N)0.05gとを、アセトン7.91gに添加し、この系を室温下に1時間攪拌することにより、特定の処理剤(TEOS濃度=約4.8質量%,テトライソプロポキシチタン濃度=約0.05質量%,シランカップリング剤濃度=約0.12質量%)を調製した。
上記(1)により得られた特定の処理剤(1時間の攪拌操作の終了直後における処理剤)中に、作製例により得られたアンブレラバルブを室温下に3分間浸漬することにより、当該アンブレラバルブの表面に特定の処理剤を塗布した。次いで、当該アンブレラバルブを室温下に10分間放置して塗膜を乾燥させた後、100℃のオーブン内で60分間加熱処理することにより、本発明のアンブレラバルブ(SiO2 −TiO2 系の被膜からなる表面処理層が形成されたアンブレラバルブ)を製造した。
上記(2)により表面処理されたアンブレラバルブを、第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置の構成部材として備えてなる、図5に示したような構造を有する本発明のエアポンプを製造した。得られたエアポンプについての主要な仕様・諸元は下記のとおりである。
(b)隔壁の構成樹脂:ポリブチレンテレフタレート(ハウジングと一体成形)
(c)シリンダー径(ダイヤフラムの駆動室の内径):30mm
(d)ピストン径:18mm
(e)ダイヤフラムの有効受圧面積:4.5cm2
(f)ダイヤフラムの高さ:8mm
(g)ダイヤフラムのストローク:6mm
(h)隔壁に形成された流路孔:直径1.0mm×6箇所
(i)ピストンの駆動源:50Hzの交流電流に接続した電磁石
(j)設定圧力:約25KPa
下記表1に示す処方に従って、テトライソプロポキシチタンの使用量を0.012gに変更したこと以外は実施例1(1)と同様にして特定の処理剤(テトライソプロポキシチタン濃度=約0.14質量%)を調製し、この処理剤を塗布したこと以外は実施例1(2)と同様にして、本発明のアンブレラバルブを製造し、得られたアンブレラバルブを第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置の構成部材として備えてなる本発明のエアポンプを製造した。
下記表1に示す処方に従って、テトライソプロポキシチタンの使用量を0.024gに変更したこと以外は実施例1(1)と同様にして特定の処理剤(テトライソプロポキシチタン濃度=約0.29質量%)を調製し、この処理剤を塗布したこと以外は実施例1(2)と同様にして、本発明のアンブレラバルブを製造し、得られたアンブレラバルブを第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置の構成部材として備えてなる本発明のエアポンプを製造した。
下記表1に示す処方に従って、テトライソプロポキシチタンの使用量を0.032gに変更したこと以外は実施例1(1)と同様にして特定の処理剤(テトライソプロポキシチタン濃度=約0.38質量%)を調製し、この処理剤を塗布したこと以外は実施例1(2)と同様にして、本発明のアンブレラバルブを製造し、得られたアンブレラバルブを第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置の構成部材として備えてなる本発明のエアポンプを製造した。
下記表1に示す処方に従って、テトライソプロポキシチタンの使用量を0.040gに変更したこと以外は実施例1(1)と同様にして特定の処理剤(テトライソプロポキシチタン濃度=約0.48質量%)を調製し、この処理剤を塗布したこと以外は実施例1(2)と同様にして、本発明のアンブレラバルブを製造し、得られたアンブレラバルブを第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置の構成部材として備えてなる本発明のエアポンプを製造した。
下記表1に示す処方に従って、テトライソプロポキシチタンの使用量を0.024gに変更し、シランカップリング剤の使用量を0.02gに変更したこと以外は実施例1(1)と同様にして特定の処理剤(TEOS濃度=約4.8質量%,テトライソプロポキシチタン濃度=約0.29質量%,シランカップリング剤濃度=約0.24質量%)を調製し、この処理剤を塗布したこと以外は実施例1(2)と同様にして、本発明のアンブレラバルブを製造し、得られたアンブレラバルブを第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置の構成部材として備えてなる本発明のエアポンプを製造した。
下記表1に示す処方に従って、テトライソプロポキシチタンの使用量を0.012gに変更し、塩酸に代えてアンモニア水(NH3 =28〜30%)0.1gを添加したこと以外は実施例1(1)と同様にして特定の処理剤を調製し、この処理剤を塗布したこと以外は実施例1(2)と同様にして、本発明のアンブレラバルブを製造し、得られたアンブレラバルブを第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置の構成部材として備えてなる本発明のエアポンプを製造した。
作製例で得られたアンブレラバルブ(表面処理されていないアンブレラバルブ)を第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置の構成部材として備えてなる比較用のエアポンプを製造した。
下記表1に示す処方に従って、テトライソプロポキシチタンを使用しなかったこと以外は実施例1(1)と同様にして処理剤を調製し、この処理剤を塗布したこと以外は実施例1(2)と同様にして、比較用のアンブレラバルブを製造し、得られたアンブレラバルブを第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置の構成部材として備えてなるエアポンプを製造した。
下記表1に示す処方に従って、シランカップリング剤を使用しなかったこと以外は実施例1(1)と同様にして処理剤を調製し、この処理剤を塗布したこと以外は実施例1(2)と同様にして、比較用のアンブレラバルブを製造し、得られたアンブレラバルブを第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置の構成部材として備えてなるエアポンプを製造した。
実施例1〜7および比較例1〜3により製造したエアポンプの各々について、10秒間の稼働(このとき逆止弁装置は開閉動作を繰り返す)と、10分間の停止(このとき逆止弁装置は閉弁状態を維持する)とを1サイクルとして、1600サイクル(最多)の耐久試験を行って、再稼働時に第1の逆止弁装置および/または第2の逆止弁装置が作動しないことによってポンプが停止したときのサイクル数を測定した。結果を(100サイクル単位で)表1に示す。
実施例1〜7および比較例2〜3により得られたアンブレラバルブ、並びに比較例1で使用するアンブレラバルブ(作製例で得られたアンブレラバルブ)の各々について、ステンレスに対する粘着力を測定した。
更に、これらのアンブレラバルブの各々を備えてなるエアポンプの耐久試験(評価実験1)を行った後(実施例1〜7に係るエアポンプにあっては1600サイクルの終了後、比較例1〜3に係るエアポンプにあっては、表1に示したサイクルの終了後)、再度ステンレスに対する粘着力を測定した。
測定方法は下記のとおりである。結果を表1に併せて示す。
ステンレス板に形成された貫通孔にアンブレラバルブの軸部分を挿通し、その傘状部分をステンレス板の表面(貫通孔の周囲)に接触(接触面積≒0.42cm2 )させ、接触領域に10Nの荷重をかけた。
次いで、貫通孔に挿通された軸部分の先端部を、ステンレス板の裏面側から押圧して、アンブレラバルブの傘状部分をステンレス板から離間させた。このときの押圧力を測定することにより、単位面積あたりの粘着力を測定した。
20 隔壁
21 流路孔
30 アンブレラバルブ
31 傘状部分
32 拡径部
33 軸部分
4 吸気室
4p 吸気管
5 ポンプ室
5A ポンプ空間
5B ダイヤフラムの駆動室
6 排気室
6p 排気管
7 ダイヤフラム
8 ピストン
Claims (9)
- 逆止弁装置を構成するゴム製のアンブレラバルブであって、
式(1):Si(OR1 )4 (式中、R1 は、炭素数1〜4のアルキル基を表す。)で示されるテトラアルコキシシランと、
式(2):Ti(OR2 )4 (式中、R2 は、炭素数2〜4のアルキル基を表す。)で示されるテトラアルコキシチタンと、
式(3):Si(OR3 )m R4 3-m −(CH2 )n −R5 (式中、R3 はアルキル基またはアルコキシアルキル基を表し、R4 はアルキル基を表し、mは1〜3の整数であり、nは0〜5の整数である。また、R5 は、ゴムのポリマー主鎖との反応性を有する有機官能基を表す。)で示されるシランカップリング剤と、
これらを溶解する溶剤とを含有する表面処理剤により処理されているアンブレラバルブ。 - 前記表面処理剤に含有されているテトラアルコキシシランが、テトラメトキシシランまたはテトラエトキシシランであり、テトラアルコキシチタンが、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタンおよびテトラ−n−ブトキシチタンから選ばれた少なくとも1種である請求項1に記載のアンブレラバルブ。
- 前記表面処理剤が、酸または塩基を含有する請求項1または請求項2に記載のアンブレラバルブ。
- 前記表面処理剤が、テトラエトキシシランと、テトラエトキシチタンまたはテトライソプロポキシチタンと、シランカップリング剤と、酸または塩基と、有機溶剤とを含有する請求項1に記載のアンブレラバルブ。
- 前記表面処理剤が、テトラアルコキシシランの含有量に対して1〜10質量%のテトラアルコキシチタンを含有する請求項1乃至請求項4の何れかに記載のアンブレラバルブ。
- 前記表面処理剤が、テトラアルコキシシランの含有量に対して3〜10質量%のテトラアルコキシチタンを含有する請求項1乃至請求項4の何れかに記載のアンブレラバルブ。
- ピストンまたはダイアフラムにより体積が増減するポンプ空間に連通する流路孔が形成された隔壁と、前記流路孔を塞ぐことができるよう前記隔壁に設けられたアンブレラバルブとを備え、前記ポンプ空間の圧力に応じて前記アンブレラバルブが変形することにより前記流路孔を開閉するエアポンプ用逆止弁装置であって、
前記アンブレラバルブが、請求項1乃至請求項6の何れかに記載のアンブレラバルブであるエアポンプ用逆止弁装置。 - 50KPa以下の圧力において作動する請求項7に記載のエアポンプ用逆止弁装置。
- ハウジングと、
このハウジングの内部を、1次側に連通する吸気室、ピストンまたはダイアフラムにより体積が増減するポンプ空間を含むポンプ室、2次側に連通する排気室に区画する隔壁と、
前記吸気室と前記ポンプ室とを区切る隔壁に設けられたアンブレラバルブを備え、当該吸気室から前記ポンプ空間へのガスの流れのみを許容する第1の逆止弁装置と、
前記ポンプ室と前記排気室とを区切る隔壁に設けられたアンブレラバルブを備え、前記ポンプ空間から当該排気室へのガスの流れのみを許容する第2の逆止弁装置とを有してなり、
第1の逆止弁装置および第2の逆止弁装置を構成するアンブレラバルブが、請求項1乃至請求項6の何れかに記載のアンブレラバルブであるエアポンプ。
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