JP2009114983A - 弁構造及びポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搭載される装置又は装置自体が小型化された場合においても、適切に流体の逆流を防止すること。
【解決手段】内部にポンプ室８が形成されるケーシングと、ポンプ室８に通じる流路（吸入流路４ａ、吐出流路５ａ）に設置され流体の逆流を防止する吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２と、上記ケーシング内に配置され吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２を保持する保持部材２４とを備えるポンプ装置において、保持部材２４に吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２を保持する軸２４ｅ、２４ｆを設ける一方、逆止弁７に、軸２４ｅ、２４ｆに嵌め込まれる軸受け部７１ａ、７２ａと、軸受け部７１ａ、７２ａから外側に延出し流路を遮蔽する鍔部７１ｂ、７２ｂとを設けたことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、弁構造及びポンプ装置に関し、特に、小型電子機器用の燃料電池等における流体の逆流の防止に好適な弁構造及びポンプ装置に関する。

従来、小型電子機器用の燃料電池におけるメチルアルコールなどの流体の逆流を防止する逆止弁を備えるポンプ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このポンプ装置は、ケーシング内に流体を吸入又はケーシング内から流体を吐出する際に当該流体の逆流を防止する逆止弁を備えており、当該逆止弁は、吸入孔又は吐出孔を遮蔽する傘部から延出する軸部において、逆止弁保持部材に形成された保持孔に保持されている。
特開２００５−１６３５４７号公報

しかしながら、上述したようなポンプ装置においては、装置自体が小型化すると、逆止弁における軸部が細くなり、吸入孔又は吐出孔を遮蔽する傘部が受ける流体の流れに耐えられず、適切に流体の逆流を防止することができないという問題がある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、搭載される装置又は装置自体が小型化された場合においても、適切に流体の逆流を防止することができる弁構造及びポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明の弁構造は、ポンプ室に通じる流路に設置され流体の逆流を防止する逆止弁を備え、前記逆止弁に、当該逆止弁を保持する軸に嵌め込まれる軸受け部と、前記軸受け部から外側に延出し前記流路を遮蔽する鍔部とを設けたことを特徴とする。

上記弁構造によれば、逆止弁を保持する軸を軸受け部に嵌め込んだ状態で逆止弁が保持されることから、従来のように軸部で逆止弁を保持する場合と比べて逆止弁に発生するふらつきを防止することができるので、搭載される装置が小型化された場合においても、適切に流体の逆流を防止することが可能となる。

上記ポンプ装置は、内部にポンプ室が形成されるケーシングと、前記ポンプ室に通じる流路に設置され流体の逆流を防止する逆止弁と、前記ケーシング内に配置され前記逆止弁を保持する保持部材とを備え、前記保持部材に前記逆止弁を保持する軸を設ける一方、前記逆止弁に、前記軸に嵌め込まれる軸受け部と、前記軸受け部から外側に延出し前記流路を遮蔽する鍔部とを設けたことを特徴とする。

上記ポンプ装置によれば、逆止弁を保持する保持部材に設けた軸を軸受け部に嵌め込んだ状態で逆止弁が保持されることから、従来のように軸部で逆止弁を保持する場合と比べて逆止弁に発生するふらつきを防止することができるので、装置自体が小型化された場合においても、適切に流体の逆流を防止することが可能となる。

上記ポンプ装置においては、前記軸を前記保持部材における反対側の各面から延出するように設けることが好ましい。この場合には、逆止弁を保持する軸が保持部材における反対側の各面に設けられることから、逆止弁を保持する位置を広く確保することができるので、設計上の自由度を確保することが可能となる。

特に、上記ポンプ装置においては、前記軸に保持される一対の前記逆止弁の前記鍔部が、当該軸の軸方向と直交する方向において一部重なる位置に前記軸を設けることが好ましい。この場合には、逆止弁の鍔部が、軸方向と直交する方向において一部重なる位置に軸が設けられることから、軸方向と直交する方向のスペースを削減することができるので、ポンプ装置を小型化することが可能となる。

上記ポンプ装置においては、前記ケーシングの内壁部で前記保持部材に保持された状態の前記逆止弁の移動を規制することが好ましい。この場合には、保持部材に保持された状態の逆止弁の移動が規制されるので、逆止弁のふらつきが効果的に防止され、より適切に流体の逆流を防止することが可能となる。また、ケーシングの内壁部で逆止弁の移動が規制されるので、特別な規制部材を用意することなく簡単な構成で逆止弁の移動を規制することが可能となる。

本発明によれば、逆止弁を保持する保持部材に設けた軸を軸受け部に嵌め込んだ状態で逆止弁が保持されることから、従来のように軸部で逆止弁を保持する場合と比べて逆止弁に発生するふらつきを防止することができるので、搭載される装置又は装置自体が小型化された場合においても、適切に流体の逆流を防止することが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、適宜、本発明に係る弁構造及びポンプ装置を、小型電子機器用の燃料電池におけるメチルアルコールなどの流体を供給する燃料供給ポンプ装置に適用する場合について説明するが、これに限定されるものではなく、小型化が要請されるポンプ装置であれば、いかなるポンプ装置にも適用することが可能である。

図１は、本発明の一実施の形態に係る弁構造を有するポンプ装置１の外観斜視図である。図２は、本実施の形態に係るポンプ装置１の内部構造を説明するための断面を示す斜視図である。図３は、本実施の形態に係るポンプ装置１の内部構造を説明するための断面図である。なお、図２及び図３は、本実施の形態に係るポンプ装置１の中央部における断面を示している。

図１に示すように、本実施の形態に係るポンプ装置１は、例えば、供給される流体の吸入及び吐出を行うポンプ本体２と、本ポンプ装置１が搭載される装置の制御部の制御の下、ポンプ本体２を駆動するポンプ駆動機構３とが連結されて構成されている。

ポンプ本体２は、特に図２及び図３に示すように、吸入流路４ａが形成された吸入ノズル４及び吐出流路５ａが形成された吐出ノズル５が一体に形成された第１ケーシング２１と、ポンプ駆動機構３の一端が固定されると共にその内部にダイアフラム６を収容する第２ケーシング２２と、第１ケーシング２１と第２ケーシング２２とを連結するためのジョイント部材２３と、吸入流路４ａ及び吐出流路５ａへの流体の逆流を防止する逆止弁７を保持する保持部材２４とを含んで構成されている。なお、第１ケーシング２１、第２ケーシング２２及びジョイント部材２３により本ポンプ装置１のケーシングが構成される。

保持部材２４を収容した状態の第１ケーシング２１と、ダイアフラム６を収容した状態の第２ケーシング２２とを、両者の内部に配設したジョイント部材２３によって連結することにより、第１ケーシング２１と第２ケーシング２２とが一体化し、ジョイント部材２３とダイアフラム６との間の空間にポンプ室８が形成される。第１ケーシング２１と第２ケーシング２２とは、例えば、ジョイント部材２３の一部を溶接することで連結される。なお、第１ケーシング２１の内部において、当該第１ケーシング２１の内壁と保持部材２４との間には第１スペーサ部材９が配置され、ジョイント部材２３と保持部材２４との間には第２スペーサ部材１０が配置されている。これらは第１ケーシング２１の内部における密閉性を確保するために配置されたものである。

ポンプ駆動機構３は、上述した制御部からの制御信号に応じて駆動する駆動モータ３１と、駆動モータ３１が有する駆動軸３１ａの回転を減速する減速機構３２と、減速機構３２により減速された回転運動を直線運動に変換する変換機構３３とを含んで構成されている。駆動モータ３１が取り付けられた減速機構３２及び変換機構３３が第２ケーシング２２内に配設され、減速機構３２の一部が第２ケーシング２２に固定されることで、ポンプ駆動機構３がポンプ本体２に連結されている。変換機構３３におけるポンプ本体２側に設けられた係合軸３３ａは、ダイアフラム６の凹部の内部で当該ダイアフラム６と係合している。駆動モータ３１の駆動制御により係合軸３３ａを軸方向に移動させることで、ダイアフラム６の往復運動が実現され、ポンプ室８の内部圧力が制御可能に構成されている。なお、ポンプ駆動機構３の構成については、これに限定されるものではなく、適宜変更が可能である。ダイアフラム６を往復運動させて、ポンプ室８の内部圧力を制御できれば、いかなる構成であっても良い。

図４は、本実施の形態に係るポンプ装置１のポンプ本体２の分解斜視図である。図５は、本実施の形態に係るポンプ装置１が有する保持部材２４を拡大した側面図である。図４に示すように、ポンプ本体２においては、第１ケーシング２１と第２ケーシング２２との内部空間に、第１スペーサ部材９、逆止弁７（吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２）を保持した保持部材２４、第２スペーサ部材１０、ジョイント部材２３、並びに、ダイアフラム６が配設される。

保持部材２４には、図４に示す左方側及び右方側に円形状を有する凹部２４ａ、２４ｂ（図４において凹部２４ｂは不図示、図５参照）が形成されている。凹部２４ａ、２４ｂは、それぞれ吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２の外形に応じた円形状を有している。凹部２４ａ、２４ｂの内部には、凹部２４ａ、２４ｂの内周よりも小さな径の円環形状を有するリブ部２４ｃ、２４ｄ（図４においてリブ部２４ｄは不図示、図５参照）が設けられている。そして、これらのリブ部２４ｃ、２４ｄの中央には、軸部２４ｅ、２４ｆ（図４において軸部２４ｆは不図示、図５参照）が設けられている。

一方、保持部材２４において、凹部２４ａ、２４ｂの反対側の面には、それぞれスリット部２４ｇ、２４ｈ（図４においてスリット部２４ｇは不図示、図５参照）が形成されている。スリット部２４ｇは、リブ部２４ｃの内側部分の一部と連通しており、吐出流路５ａの一部を構成している。スリット部２４ｈは、リブ部２４ｄの内側部分の一部と連通しており、吸入流路４ａの一部を構成している。

吐出側逆止弁７１は、例えば、シリコンゴムやブチルゴム等の弾性体から形成されており、軸部２４ｅに嵌め込まれる軸受け部７１ａ（図４に不図示、図５参照）と、この軸受け部７１ａから外側に延出する鍔部７１ｂとを有している。鍔部７１ｂは、リブ部２４ｃの径よりも僅かに大きく、凹部２４ａの内周よりも僅かに小さい径を有している。従って、吐出側逆止弁７１が軸受け部７１ａにおいて軸部２４ｅに嵌め込まれた状態で鍔部７１ｂは、スリット部２４ｇに繋がる吐出流路５ａを遮蔽可能に構成されている。

同様に、吸入側逆止弁７２は、例えば、シリコンゴムやブチルゴム等の弾性体から形成されており、軸部２４ｆに嵌め込まれる軸受け部７２ａと、この軸受け部７２ａから外側に延出する鍔部７２ｂとを有している。鍔部７２ｂは、リブ部２４ｄの径よりも僅かに大きく、凹部２４ｂの内周よりも僅かに小さい径を有している。従って、吸入側逆止弁７２が軸受け部７２ａにおいて軸部２４ｆに嵌め込まれた状態で鍔部７２ｂは、スリット部２４ｈに繋がる吸入流路４ａを遮蔽可能に構成されている。

なお、図５に示すように、軸部２４ｅ、２４ｆは、保持部材２４における反対側の面から相反する方向に延出している。このように軸部２４ｅ、２４ｆを保持部材２４における反対側の各面に設けることにより、吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２を保持する位置を広く確保し、設計上の自由度を確保できるようにしている。そして、これらの軸部２４ｅ、２４ｆは、それぞれ吐出側逆止弁７１、吸入側逆止弁７２を保持した状態において、双方の鍔部７１ｂ、７２ｂが軸部２４ｅ、２４ｆの軸方向と直交する方向において一部重なる位置に設けられている。このように鍔部７１ｂ、７２ｂが、軸部２４ｅ、２４ｆの軸方向と直交する方向において一部重なる位置に軸部２４ｅ、２４ｆを設けることにより、軸部２４ｅ、２４ｆの軸方向と直交する方向のスペースを削減することができるので、ポンプ装置１を小型化することが可能となる。

第１スペーサ部材９は、例えば、ゴム材料で成型され、保持部材２４の凹部２４ａに対応する円形状の開口部９１と、スリット部２４ｈに対応する概して矩形状の開口部９２を有している。第１ケーシング２１内に保持部材２４と共に組み込まれた状態において、開口部９１が凹部２４ａに対応する位置に配置され、開口部９２がスリット部２４ｈに対応する位置に配置される。このため、第１スペーサ部材９が流体の吸入流路４ａ及び吐出流路５ａを遮蔽することはない。

同様に、第２スペーサ部材１０は、例えば、ゴム材料で成型され、保持部材２４の凹部２４ｂに対応する円形状の開口部１０１と、スリット部２４ｇに対応する概して矩形状の開口部１０２を有している。第１ケーシング２１内に保持部材２４と共に組み込まれた状態において、開口部１０１が凹部２４ｂに対応する位置に配置され、開口部１０２がスリット部２４ｇに対応する位置に配置される。このため、第２スペーサ部材１０が流体の吸入流路４ａ及び吐出流路５ａを遮蔽することはない。

ジョイント部材２３における保持部材２４側の面には、第２スペーサ部材１０の開口部１０１と係合する概して円形状の係合部２３ａと、開口部１０２と係合する１対の突出片２３ｂと、これらの周囲に第２スペーサ部材１０を収容する収容溝２３ｃとが形成されている。係合部２３ａには、吸入側逆止弁７２の先端部を受け入れると共に、当該吸入側逆止弁７２の移動を規制する概して円形状の凹部２３ｄが形成されている（図３参照）。また、この凹部２３ｄの近傍に、ダイアフラム６側の面にまで貫通した一対の貫通孔２３ｅが形成されている。また、１対の突出片２３ｂの内側には、同じくダイアフラム６側の面にまで貫通した貫通孔２３ｆが形成されている。これらの貫通孔２３ｅ及び貫通孔２３ｆは、それぞれ流体の吸入流路４ａ及び吐出流路５ａを形成している。

なお、図４には示していないが、第１ケーシング２１の内壁には、ジョイント部材２３と同様に、第１スペーサ部材９の開口部９１と係合する概して円形状の係合部２１ａと、この係合部２１ａ内で吐出側逆止弁７１の先端部を受け入れると共に、当該吐出側逆止弁７１の移動を規制する概して円形状の凹部２１ｂとが形成されている（図３参照）。図３に示すように、本ポンプ装置１が組み立てられると、吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２の先端部が、それぞれ凹部２１ｂ及び凹部２３ｄでその移動が規制されることから、後述するようにポンプ室８の内部圧力が変わった場合においても、吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２の鍔部７１ｂ、７２ｂのみが動作して吐出流路５ａ及び吸入流路４ａを開閉することとなる。

次に、上記構成を有するポンプ装置１における流体の吸入動作及び吐出動作について図３〜図５を参照しながら説明する。本ポンプ装置１を搭載する装置の制御部からの制御信号に応じて駆動モータ３１が駆動し、係合軸３３ａを図３に示す右方側に移動させると、ダイアフラム６が同図に示す右方側に引っ張られて変形する。このダイアフラム６の変形により、ポンプ室８の容積が増加してポンプ室８の圧力が低下し、吸入側逆止弁７２の鍔部７２ｂの外周部が保持部材２４のリブ部２４ｄから離間する。その結果、外部の流体が、吸入流路４ａから第１スペーサ部材９の開口部９２と、保持部材２４のスリット部２４ｈと、ジョイント部材２３の貫通孔２３ｅとを介してポンプ室８に流入する。

このとき、ポンプ室８内の圧力低下は、吐出流路５ａにおける圧力をポンプ室８内の圧力より高くするので、吐出側逆止弁７１の鍔部７１ｂの外周部が保持部材２４のリブ部２４ｃに当接してスリット２４ｇへの流路を遮蔽して、吐出流路５ａに流体が存在する場合に、流体が逆流してポンプ室８に流入することを防止可能となっている。

そして、ポンプ室８に流入された流体は、ポンプ駆動機構３により係合軸３３ａを図３に示す左方側に移動させることにより吐出される。この場合、ダイアフラム６が同図に示す左方側に引っ張られて変形する。このダイアフラム６の変形により、ポンプ室８の容積が減少してポンプ室８の圧力が増加し、吐出側逆止弁７１の鍔部７１ｂの外周部が保持部材２４のリブ部２４ｃから離間する。その結果、ポンプ室８に流入した流体が、保持部材２４のスリット部２４ｇを介して吐出流路５ａから吐出される。

このとき、ポンプ室８内の圧力の増加により、吸入側逆止弁７２の鍔部７２ｂの外周面が保持部材２４のリブ部２４ｄに当接してスリット２４ｈへの流路が遮蔽されるので、吸入流路４ａへ流体が逆流することを防止可能となっている。

そして、ポンプ駆動機構３により駆動方向が切り替えられることにより流体の吸入及び吐出を連続して行うことが可能となる。

このように本実施の形態に係る弁構造及びこの弁構造を備えたポンプ装置１によれば、吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２を保持する保持部材２４に設けた軸部２４ｅ、２４ｆを軸受け部７１ａ、７２ａに嵌め込んだ状態で吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２が保持されることから、従来のように軸部で逆止弁を保持する場合と比べて吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２に発生するふらつきを防止することができるので、装置自体が小型化された場合においても、適切に流体の逆流を防止することが可能となる。

また、本実施の形態に係るポンプ装置１においては、第１ケーシング２１及び第２ケーシング２２から成るケーシングの内壁部で保持部材２４に保持された状態の吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２の移動を規制している。これにより、保持部材２４に保持された状態の吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２に発生するふらつきが効果的に防止されるので、より適切に流体の逆流を防止することが可能となる。また、ケーシングの内壁部で吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２の移動が規制されるので、特別な規制部材を用意することなく簡単な構成で吐出側逆止弁７１及び吸入側逆止弁７２の移動を規制することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

本発明の一実施の形態に係る弁構造を有するポンプ装置の外観斜視図である。 上記実施の形態に係るポンプ装置の内部構造を説明するための断面を示す斜視図である。 上記実施の形態に係るポンプ装置の内部構造を説明するための断面図である。 上記実施の形態に係るポンプ装置のポンプ本体の分解斜視図である。 上記実施の形態に係るポンプ装置が有する保持部材を拡大した側面図である。

符号の説明

１ ポンプ装置
２ ポンプ本体
２１ 第１ケーシング
２１ａ 係合部
２１ｂ 凹部
２２ 第２ケーシング
２３ ジョイント部材
２３ａ 係合部
２３ｂ 突出片
２３ｃ 収容溝
２３ｄ 凹部
２３ｅ 貫通孔
２４ 保持部材
２４ａ、２４ｂ 凹部
２４ｃ、２４ｄ リブ部
２４ｅ、２４ｆ 軸部
２４ｇ、２４ｈ スリット部
３ ポンプ駆動機構
３１ 駆動モータ
３２ 減速機構
３３ 変換機構
４ 吸入ノズル
４ａ 吸入流路
５ 吐出ノズル
５ａ 吐出流路
６ ダイアフラム
７ 逆止弁
７１ 吐出側逆止弁
７１ａ 軸受け部
７１ｂ 鍔部
７２ 吸入側逆止弁
７２ａ 軸受け部
７２ｂ 鍔部
８ ポンプ室
９ 第１スペーサ部材
１０ 第２スペーサ部材

Claims (5)

1. ポンプ室に通じる流路に設置され流体の逆流を防止する逆止弁を備え、前記逆止弁に、当該逆止弁を保持する軸に嵌め込まれる軸受け部と、前記軸受け部から外側に延出し前記流路を遮蔽する鍔部とを設けたことを特徴とする弁構造。
2. 内部にポンプ室が形成されるケーシングと、前記ポンプ室に通じる流路に設置され流体の逆流を防止する逆止弁と、前記ケーシング内に配置され前記逆止弁を保持する保持部材とを備え、前記保持部材に前記逆止弁を保持する軸を設ける一方、前記逆止弁に、前記軸に嵌め込まれる軸受け部と、前記軸受け部から外側に延出し前記流路を遮蔽する鍔部とを設けたことを特徴とするポンプ装置。
3. 前記軸を前記保持部材における反対側の各面から延出するように設けたことを特徴とする請求項２記載のポンプ装置。
4. 前記軸に保持される一対の前記逆止弁の前記鍔部が、当該軸の軸方向と直交する方向において一部重なる位置に前記軸を設けたことを特徴とする請求項３記載のポンプ装置。
5. 前記ケーシングの内壁部で前記保持部材に保持された状態の前記逆止弁の移動を規制したことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載のポンプ装置。

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