JP2009250363A - 逆止弁 - Google Patents

Abstract

【課題】アンブレラタイプの逆止弁であって、低背化及び長期に渡る高いシール性を得ることができる逆止弁を得る。
【解決手段】平面円形のシール部と、このシール部の中心に位置する軸部とを備えた弾性材料からなる弁本体；及び弁本体のシール部が接触するシール面と、このシール面の内側に形成した円形凹部と、この円形凹部の中心に形成した弁体支持孔と、同円形凹部内に位置する流体流通孔とを有する弁座シート；を備え、弁本体の平面円形のシール部は、自由状態において、軸部とともに傘状（円錐状）をなしており、この傘状シール部は、軸部を弁座シートの弁体支持孔に支持したとき、円形凹部内に引き込まれて弾性変形し、その周縁をシール面に面接触させる逆止弁。
【選択図】 図１

Description

本発明は、良好なシール性が得られ、小型化薄型化（低背化）が可能な逆止弁（アンブレラ）に関する。

小型の逆止弁として、傘状をなす本体と、この傘状本体の中心の傘の柄の部分に相当する軸部とを有するアンブレラが知られている。このアンブレラは、連通孔を有する弁座シート（隔壁）のシール面に、該連通孔を囲むようにその傘状本体を位置させ、その軸部を弁シートの弁体支持孔に支持して傘状本体をシール面に弾接させることで逆止弁作用を得ている。すなわち、連通孔を通り傘状本体の内側から流体圧力を作用させる方向の流れは、傘状本体が弾性変形して許す一方、傘状本体に外側から流体圧力を作用させる方向の流れは阻止する。

このアンブレラは従来、弁座シートに着座させた状態においても、傘状部の基本的な傘形状が維持されており、その軸方向長が長いため、低背化できないという問題があった。本出願人が開発を進めている水冷ノートパソコン等、薄型の電子機器の発熱電子部品を冷却する冷却システムに使用される圧電ポンプでは、内蔵される逆止弁も超薄型（超低背）であることを要求されており、使用状態で傘形状が維持される逆止弁は低背化に不利である。

本出願人は、このような技術背景に基づき低背化を図ったアンブレラとして既に、弁本体のシール部形状を、自由状態において軸部に対して直交する平面形状とする一方、弁座シートには、円形凹部を形成し、弁本体を弁座シートに装着した状態では、シール部を円形凹部内に引き込み、該シール部と円形凹部の環状エッジを弾性接触させる逆止弁を提案した（特許文献７）。
実開平5-47636号公報 実開平7-17973号公報 実公平7-36139号公報 特開平8-326938号公報 特開2000-130335号公報 特開2000-274373号公報 特開2005-172206号公報 US4842498A1号公報 US5803122A1号公報

しかし、特許文献７の逆止弁は、弁本体に、閉弁力を与えるための十分な初期歪みを与えるには、円形凹部を深く（弁座シートを厚く）せざるを得ず、同様に低背化を妨げる。また、円形凹部を浅くした状態で特許文献７のようなアンブレラの傘状シール部が初期状態でフラットな逆止弁を使用する場合、円形凹部にセットした時に十分な弾性変形量が与えられず、長期間の開閉動作の繰り返しにより、傘状シール部が永久変形（反り返り）を起こし、逆止弁の閉弁力が損なわれてしまう。さらに、このような現象は６０℃以上などの高温下ではより顕著になる。

本発明は、アンブレラタイプの逆止弁であって、低背化及び長期に渡る高いシール性を得ることができる逆止弁を得ることを目的とする。

本発明の逆止弁は、平面円形のシール部と、このシール部の中心に位置する軸部とを備えた弾性材料からなる弁本体；及び弁本体のシール部が接触するシール面と、このシール面の内側に形成した円形凹部と、この円形凹部の中心に形成した弁体支持孔と、同円形凹部内に位置する流体流通孔とを有する弁座シート；を備え、弁本体の平面円形のシール部は、自由状態において、軸部とともに傘状（円錐状）をなしており、この傘状シール部は、軸部を弁座シートの弁体支持孔に支持したとき、円形凹部内に引き込まれて弾性変形し、その周縁をシール面に面接触させることを特徴としている。

弁本体の自由状態で傘状をなすシール部は、弁座シートへのセット状態で、例えば平面状または逆傘状に弾性変形させることができる。

弁本体のシール部は、弁軸を弁体支持孔に支持した状態において、該弁軸周縁が円形凹部底面に接触し、周縁部では同円形凹部底面に非接触とし、円形凹部周縁部に接触している態様が好ましい。

傘状シール部の自由状態から閉弁状態までの変形角度は、弁本体のシール部の閉弁状態からの最大開き角度をθとしたとき、１θ〜１．５θとなるように設定することが好ましい。

弁本体のシール部の自由状態における傘状部のテーパ角度φは、具体的には、軸直交平面に対して１０゜±５゜に設定することが好ましい。

本発明の逆止弁は、自由状態で傘状をなす弁本体のシール部を、弁座シートの円形凹部内に引き込んで弾性変形させ、その周縁をシール面に面接触させたので、長期に渡る閉弁力を得るために必要な初期歪みを与えながら低背の逆止弁とすることができる。

図４は、本発明の逆止弁を圧電ポンプの逆止弁に適用した実施形態を示している。ハウジング１０は、アッパハウジング１０ａとロワハウジング１０ｂからなり、アッパハウジング１０ａとロワハウジング１０ｂの間に、圧電振動子１１が液密に挟着支持されている。圧電振動子１１の厚さは誇張して描いているが実際の厚みは１．５ｍｍ未満である。アッパハウジング１０ａには、この圧電振動子１１との間に可変容積室１２を形成する凹部１３が形成されている。

アッパハウジング１０ａには、冷却水（液体）の入口ポート１４Ａと出口ポート１４Ｂが開口していて、入口ポート１４Ａは入口側液溜室１５Ａに連通し、出口ポート１４Ｂは出口側液溜室１５Ｂに連通している。入口側液溜室１５Ａと可変容積室１２の間、出口側液溜室１５Ｂと可変容積室１２の間にはそれぞれ、弁座シート（隔壁）１６Ａ、１６Ｂが位置しており、この両弁座シート１６Ａ、１６Ｂに逆止弁１７Ａ、１７Ｂが設けられている。逆止弁１７Ａは、入口ポート１４Ａ（入口側液溜室１５Ａ）から可変容積室１２への流体流を許してその逆の流体流を許さず、逆止弁１７Ｂは、可変容積室１２から出口ポート１４Ｂ（出口側液溜室１５Ｂ）への流体流を許してその逆の流体流を許さない逆止弁である。

以上の圧電ポンプは、圧電振動子１１が正逆に弾性変形すると、可変容積室１２の容積が拡大する行程では、逆止弁１７Ａが開いて逆止弁１７Ｂが閉じるため、冷却水入口ポート１４Ａ（入口側液溜室１５Ａ）から可変容積室１２内に液体が流入し、可変容積室１２の容積が縮小する行程では、逆止弁１７Ｂが開いて逆止弁１７Ａが閉じるため、可変容積室１２から出口ポート１４Ｂ（出口側液溜室１５Ｂ）へ液体が流出する。従って、圧電振動子１１を正逆に連続させて弾性変形させる（振動させる）ことでポンプ作用が得られる。このような圧電振動子１１は周知である。

逆止弁１７Ａと１７Ｂは同一構造であり、弁座シート１６と弁本体１７とによって構成されている。図１と図２は、本発明による逆止弁の一実施形態を示すもので、図１は弁座シート１６と弁本体１７の分解状態、図２は同組立（結合、セット）状態を示している。

図１に単体形状を示す弁本体１７は、軸１７Ｘを中心とする回転対称形状をしている。この弁本体１７は、弾性材料の一体成形品からなるもので、自由状態で円錐状（平面円形）をなす傘状シール部１７１を有し、この傘状シール部１７１の中心に、軸部１７２が形成されている。この弁本体１７の傘状シール部１７１のテーパ角度（軸部１７２に直交する平面となす角）φは、図示例では１０゜に設定されている。軸部１７２には抜止突起１７３が形成されている。

弁座シート１６は、全体として平面状をなしていて、弁本体１７の傘状シール部１７１の周縁が面接触するシール面１６１と、このシール面１６１の中心に形成された円形凹部１６２を有している。そして、円形凹部１６２の中心部には、弁体支持孔１６３が形成されており、偏心部分には、複数の流体流通孔１６４が形成されている。この流体流通孔１６４は、図４の可変容積室１２と入口側液溜室１５Ａ（出口側液溜室１５Ｂ）を連通させる。弁本体１７の軸部１７２は、弁座シート１６の弁体支持孔１６３に挿入され、その抜止突起１７３が該支持孔１６３から突出して抜け止める。抜止突起１７３より先の軸部１７２’は、軸部１７２を弁体支持孔１６３にセットした後、切除される。

図２に示す弁座シート１６と弁本体１７のセット状態（閉弁状態）では、傘状シール部１７１の周縁は、弁座シート１６のシール面１６１に面接触していて、円形凹部１６２には非接触である。また傘状シール部１７１は、その軸部１７２周縁では、円形凹部１６２底面に接触している。また、セット状態では、シール部１７１は略平面状（あるいは僅かに逆傘状）をなしている。セット状態のシール部１７１の形状は、例えばその厚さを中心部に行くに従って増す形状とすれば、僅かに傘状とすることも可能である。

このように、セット状態で、傘状シール部１７１の周縁が、シール面１６１と面接触して円形凹部１６２とは非接触であると、周縁の面圧を高め、高いシール性を得ることができる。また弁本体１７のシール部１７１がセット状態で平面状をなしていると、極限迄の低背化が実現できる。

弁本体１７の傘状シール部１７１のテーパ角度φと、弁座シート１６の円形凹部１６２の深さｄは、傘状シール部１７１の自由状態から閉弁状態までの弾性変形量が、閉弁状態で流体流通孔１６４に流体が流れてシール部１７１が開いたときの最大弾性変形量とが同じかそれ以上となるように定めるのがよい。より具体的には、図３に示すように、シール部１７１の閉弁状態からの最大開き角度をθとしたとき、傘状シール部１７１の自由状態から閉弁状態までの変形角度が１θ〜１．５θとなるように設定するのがよい。傘状シール部１７１に与える弾性変形量が１θ以上の範囲にないと、経時変化（永久変形）により閉弁力が低下し、長期に渡るシール性を確保することが困難であることがわかった。一方、傘状シール部１７１の自由状態から閉弁状態までの弾性変形量が１．５θを超えると、弁座シートの厚さを厚くしなくてはならず、低背化を実現することが困難になる。また、弁本体１７の傘状シール部１７１のテーパ角度φは、１０゜±５゜に設定することが好ましい。この角度範囲を外れると、弁本体１７のシール部１７１の周縁を弁座シート１６のシール面１６１に面接触させつつ、シール部１７１に長期閉弁力を与えるための初期歪みを与えることが困難になる。また、弁座シート１６に円形凹部１６２が存在しないと（弁座シート１６の上面が平面であると）、シール部１７１の周縁の面圧を高めることができず、傘状シール部１７１を略平面状にしつつ、必要な初期歪みを与えることが困難となる。

また、弁本体１７の傘状シール部１７１の自由状態における角度φは例えば次のように定めることができる。シール部１７１の最大変形量は、セット時の変形量（初期変形量）と、開弁するときの流体による変形量の合計である。表１は、弁本体１７がシリコーン製、１７１の径が５ｍｍ、厚さが０．３ｍｍ（均一）のときの流体による変形量（周縁における最大変形量）を０．４ｍｍ（一定）としたとき、初期変形量と加速試験による５年後永久変形量を調べた結果である。この結果から初期変形量が所定値（所定割合）を超えない（０．４ｍｍを超えない）と、永久変形量が初期変形量を上回り、閉弁できなくなることが分かる。傘状シール部１７１の自由状態における角度φは、永久変形量が初期変形量以下となるように与えるのがよい。このとき、流体により傘状シール部１７１が開いたときの開き角度θとした場合、傘状シール部１７１の初期変形時の角度は１θ〜１．５θとなる。

（表１）
初期変形量 流体による変形量 合計変形量 ５年後永久変形量
0.05 0.4 0.45 0.20
0.1 0.4 0.5 0.23
0.2 0.4 0.6 0.30
0.3 0.4 0.7 0.34
0.4 0.4 0.8 0.39
0.5 0.4 0.9 0.45
0.6 0.4 1.0 0.53
0.7 0.4 1.1 0.59

上記構成の本逆止弁は、弁本体１７のシール部１７１の表面側の圧力が高い状態では、シール部１７１の周縁がシール面１６１に接触し、流路が閉じられ、シール部１７１の裏面側の圧力が高い状態では、シール部１７１がシール面１６１から離れるため流路が開き、逆止弁作用が得られる。そして、閉弁状態では弁本体１７のシール部１７１は、その周縁が弁座シート１６のシール面１６１に高い面圧で押し付けられ、円形凹部１６２とは非接触であるため、高いシール効果が得られる。

また、弁本体に使用する材料としては永久ひずみの小さい弾性材料であるＥＰＤＭやＮＢＲなどが適しているが、流体として使用する液体や気体の影響や使用温度を考慮して決めるのが好ましい。

本発明による逆止弁の弁座シートと弁本体の分解状態の断面図である。 同組立状態の閉弁状態の断面図である。 傘状シール部が弁体支持孔に支持されたときの自由状態と流体が流通したときの開き角度の関係を示す図である。 本発明による逆止弁を備えた圧電ポンプの一例を示す縦断面図で

符号の説明

１６ 弁座シート
１７ 弁本体
１６１ 平板部
１６２ 円形凹部
１６３ 弁体支持孔
１６４ 流体流通孔
１７１ シール部
１７２ 軸部
１７３ 裏面
１７４ 抜止突起
１７５ 環状テーパ面

Claims (5)

1. 平面円形のシール部と、このシール部の中心に位置する軸部とを備えた弾性材料からなる弁本体；及び
   上記弁本体のシール部が接触するシール面と、このシール面の内側に形成した円形凹部と、この円形凹部の中心に形成した弁体支持孔と、同円形凹部内に位置する流体流通孔とを有する弁座シート；
   を備え、
   弁本体の平面円形の上記シール部は、自由状態において、軸部とともに傘状をなしており、
   この傘状シール部は、上記軸部を弁座シートの上記弁体支持孔に支持したとき、上記円形凹部内に引き込まれて弾性変形し、その周縁をシール面に面接触させることを特徴とする逆止弁。
2. 請求項１記載の逆止弁において、弁本体のシール部は、弁軸を弁体支持孔に支持した状態において、平面状または逆傘状をなしている逆止弁。
3. 請求項１または２記載の逆止弁において、弁本体のシール部は、弁軸を弁体支持孔に支持した状態において、該弁軸周縁が円形凹部底面に接触し、周縁部では同円形凹部底面に非接触であり、円形凹部周縁部に接触している逆止弁。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の逆止弁において、上記弁体支持孔に支持された弁本体のシール部の閉弁状態からの最大開き角度をθとしたとき、傘状シール部の自由状態から閉弁状態までの変形角度が１θ〜１．５θとなるように設定されている逆止弁。
5. 請求項４記載の逆止弁において、弁本体のシール部の自由状態における傘状部のテーパ角度は、軸直交平面に対して１０゜±５゜である逆止弁。

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