JP2016079983A - ダイアフラムポンプのバルブ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイアフラムポンプの使用状況によって生じるバルブの密閉機能の低下を回避する。【解決手段】ダイアフラムの吸い込み動作時に吸入口を開放して吐出口を閉じ、ダイアフラムの吐出動作時に吸入口を閉じて吐出口を開放する一対のバルブ１を備えたダイアフラムポンプのバルブ構造であって、一対のバルブの少なくとも吸入口側のバルブ１が、流通孔部２１を有するバルブ受け部材２０と流通孔部２１を塞ぐ閉塞部１１を有するバルブ成形体１０とを備え、バルブ受け部材２０の流通孔部２１の内部に、バルブ成形体１０の閉塞部１１の吸い込みを抑止する止め部２２を設けた。【選択図】図２

Description

本発明は、ダイアフラムポンプのバルブ構造に関するものである。

ダイアフラムポンプは、各種の形態が知られているが、ダイアフラムの吸い込み動作時に吸入口を開放して吐出口を閉じ、ダイアフラムの吐出動作時に吸入口を閉じて吐出口を開放するように開閉する一対のバルブ（逆止弁）を備えるものが知られている（下記特許文献１参照）。

このようなダイアフラムポンプに用いられるバルブの構造は、図１に示すように、チャッキバルブと呼ばれるバルブ成形体Ｊ１とバルブシートと呼ばれるバルブ受け部材Ｊ２によって構成されている。このバルブ構造は、バルブ受け部材Ｊ２に弾性ゴムなどで形成されるバルブ成形体Ｊ１を図示のように重ねて、周縁部Ｊ２１にて両者を相互に押さえ付けて密着させた構造である。ここで、バルブ受け部材Ｊ２の中央には流体が通る流通孔部Ｊ２０が貫通しており、その流通孔部Ｊ２０の周縁には隆起部Ｊ２０ａが設けられている。これに対して、バルブ成形体Ｊ１は、流通孔部Ｊ２０を塞ぐ閉塞部Ｊ１０を中央部に備えており、その閉塞部Ｊ１０とバルブ受け部材Ｊ２の周縁部Ｊ２１に密着する外周密着部Ｊ１１との間に流体が通過する開口部Ｊ１２が形成されている。

特開２００１−１２３５６号公報

このようなバルブ構造は、バルブで仕切られたＡ空間とＢ空間の圧力差によって作動するものであり、ダイアフラムの動作によって、Ａ空間の圧力がＢ空間の圧力より高くなると、流通孔部Ｊ２０が閉じられた状態になり、Ａ空間の圧力がＢ空間の圧力より低くなると、バルブ成形体Ｊ１の閉塞部Ｊ１０がバルブ受け部材Ｊ２の隆起部Ｊ２０ａから離れて、流通孔部Ｊ２０と開口部Ｊ１２を連通する流通経路が開放され、Ｂ空間からＡ空間への流体移動が可能になる。

このようなバルブ構造を備えたダイアフラムポンプは、バルブの応答性を高めるために、バルブ成形体Ｊ１の厚さをより薄くすることがなされている。この際、ダイアフラムポンプの使用状況によって、Ｂ空間の圧力がＡ空間の圧力より低い状態が継続されると、バルブ成形体Ｊ１の閉塞部Ｊ１０がバルブ受け部材Ｊ２の流通孔部Ｊ２０に引き込まれる現象が生じ、閉塞部Ｊ１０に皺が形成されるような変形が生じて、閉塞部Ｊ１０による密閉機能が低下する不具合が生じる。

このような不具合は、ダイアフラムポンプを脱気ポンプとして使用する場合に起きやすく、脱気ポンプによって容器内の圧力を負圧する場合に、ある程度高い負圧状態を継続的に得ようとすると時間経過によって所望の吸入圧力が得られなくなる問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、ダイアフラムポンプの使用状況によって生じるバルブの密閉機能の低下を回避すること、等が本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明によるダイアフラムポンプのバルブ構造は、以下の構成を具備するものである。
ダイアフラムの吸い込み動作時に吸入口を開放して吐出口を閉じ、ダイアフラムの吐出動作時に吸入口を閉じて吐出口を開放する一対のバルブを備えたダイアフラムポンプのバルブ構造であって、前記一対のバルブの少なくとも吸入口側のバルブが、流通孔部を有するバルブ受け部材と前記流通孔部を塞ぐ閉塞部を有するバルブ成形体とを備え、前記流通孔部の内部に、前記閉塞部の吸い込みを抑止する止め部を設けたことを特徴とするダイアフラムポンプのバルブ構造。

このような特徴を有するダイアフラムポンプのバルブ構造によると、バルブ成形体の閉塞部がバルブ受け部材の流通孔部に吸い込まれる現象を回避することができるので、ダイアフラムポンプの使用状況によって生じるバルブの密閉機能の低下を回避することができる。

従来のダイアフラムポンプに用いられるバルブ構造を示した説明図である。 本発明の実施形態に係るダイアフラムポンプのバルブ構造を示した説明図（バルブ成形体とバルブ受け部材を示した斜視図）である。 本発明の実施形態に係るダイアフラムポンプのバルブ構造を示した説明図である（（ａ）がバルブ受け部材の平面図、（ｂ）が（ａ）のＸ−Ｘ断面図）。 本発明の実施形態に係るバルブ構造を採用したダイアフラムポンプの要部（ポンプヘッド）を示した説明図（断面構造図）である。 本発明の別の実施形態に係るダイアフラムポンプのバルブ構造を示した説明図である（（ａ）がバルブ受け部材の平面図、（ｂ）が（ａ）のＸ’−Ｘ’断面図、（ｃ）が（ｂ）のＫ部の拡大図）。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図２及び図３は、本発明の実施形態に係るダイアフラムポンプのバルブ構造を示している（図２がバルブ成形体とバルブ受け部材を示した斜視図であり、図３（ａ）がバルブ受け部材の平面図、図３（ｂ）が図３（ａ）のＸ−Ｘ断面図である）。

このバルブ１は、従来技術と同様に、薄厚の弾性ゴム材などで形成されるバルブ成形体１０と樹脂成形などで形成されるバルブ受け部材（バルブシート）２０を備える。バルブ成形体１０は、中心部分の閉塞部１１とその周囲に設けられる開口部１２と外周密着部１３とを備えている。バルブ受け部材２０は、中心部分に流通孔部２１が設けられ、その内部に、バルブ成形体１０の閉塞部１１の吸い込みを抑止する止め部２２が設けられている。また、流通孔部２１の周縁には隆起部２３が設けられ、バルブ受け部材２０の周縁部２４にはバルブ成形体１０の外周密着部１３が密着した状態で押圧される平坦部が形成されている。

このようなバルブ１は、バルブ受け部材２０の周縁部２４にバルブ成形体１０の外周密着部１３を押圧して密着させた状態で使用され、バルブ成形体１０の閉塞部１１がバルブ受け部材２０の隆起部２３に密着することで、バルブ受け部材２０の流通孔部２１が閉塞され、閉塞部１１が隆起部２３から離れることで、流通孔部２１と開口部１２を連通する流体流通経路が形成される。

バルブ受け部材２０の流通孔部２１の内部に設けられる止め部２２は、流通孔部２１の開口を複数に仕切る壁状に設けられ、隆起部２３のシール面（頂部）から０．２〜０．４ｍｍの段差を有するように設けられている。流通孔部２１は、止め部２２を配置していない場合と比較して、５０％以上の開口面積を有している。

止め部２２を含むバルブ受け部材２０を形成する材質には、耐熱性、耐薬品性に優れ、従来よりバルブ構造体に広く使用されているフッ素ゴムの他、摩擦抵抗の低いポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂や、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂が適している。

このような止め部２２を設けることで、閉塞部１１が流通孔部２１に吸い込まれるような圧力状態になっても、閉塞部１１は止め部２２によって受け止められ、流通孔部２１に深く入り込む状態にはならない。また、シール面の摩擦で生じる摩耗粉の発生を抑え、摩耗粉によりシール面に圧力差が発生することを防ぐことができる。これによって、バルブ成形体１０の変形による密封機能の低下を回避することができる。

図４は、このようなバルブ構造を採用したダイアフラムポンプの要部（ポンプヘッド）を示している。ポンプヘッド１００は、頂部にヘッド２００を有するバルブケース１０１の下部に設けられたチャンバー１０３の室空間を合成ゴムなどの弾性シート材からなる円盤状のダイアフラム１０２を用いて塞さぎ、ここに流体を一時的に溜める中間貯蔵部１０７が形成されており、ダイアフラム１０２の中心部分は、上下方向に往復運動するクランクシャフト（図示省略）の先端に固着され、弾性変形して振幅のある動きが可能であり、かつ、その円外周部はチャンバー１０３の最外郭径の円周部でバルブケース１０１で保持されている。

チャンバー１０３の室内上部２カ所を貫通している吸入孔１０３ａおよび吐出孔１０３ｂに続くバルブ構造には、Ｏリング１０６を介して弾性体ゴムからなるバルブ成形体１０とバルブ受け部材２０が一対のバルブ１Ａ，１Ｂとして配備され、Ｏリング１０６が吸入側と吐出側のバルブ１Ａ，１Ｂの送流方向の下流側に位置するようにバルブケース１０１内の円筒穴部分に積層され填め込まれ、さらにプッシング部材１０４で加圧固定された構造になっている。

プッシング部材１０４には、吸入側ノズル１３０の吸入口１３０ａと吸入孔１０３ａとをつなぐ吸入路１０５ａと、吐出側ノズル１４０の吐出口１４０ａと吐出孔１０３ｂとをつなぐ吐出路１０５ｂとが一部に設けられている。

このようなポンプヘッド１００は、クランクシャフトによってダイアフラム１０２の中央平面部分を上下に変位させて中間貯蔵部１０７の容積を増減させ、その際に発生するチャンバー１０３内の圧力変動を利用して、流体を吸入口１３０ａから吐出口１４０ａまで、一連の動作を繰り返して一方向に送流する。

ここで、逆止弁として機能するバルブ成形体１０とバルブ受け部材２０とを重ねた一対のバルブ１Ａ，１Ｂは、吸入側（図示左側）のバルブ１Ａがダイアフラム１０２側にバルブ成形体１０を配置し、吐出側（図示右側）のバルブ１Ｂがダイアフラム１０２側にバルブ受け部材２０を配置している。

そして、ダイアフラム１０２が下に変位した場合（吸い込み動作時）、吸入側のバルブ１Ａにおけるバルブ成形体１０は、吸入口１３０ａから吸入路１０５ａを経由して送られてきた流体により押され、バルブ受け部材２０の流通孔部２１からの押し出る圧力がバルブ成形体１０の弾性変形強度の限界を越えた時に円弧状に弾性変形する。

そして、バルブ成形体１０とバルブ受け部材２０の対向面には隙間ができ、バルブ受け部材２０の流通孔部２１とバルブ成形体１０の開口部１２はその隙間を介してつながるため、流体は吸入口１３０ａから吸入路１０５ａ、流通孔部２１及び開口部１２を経て吸入孔１０３ａからチャンバー１０３室内の中間貯蔵部１０７に流れ込み、ダイアフラム１０２で閉ざされたチャンバー１０３内は流体で満たされる。この際、吐出側のバルブ１Ｂは、バルブ成形体１０がチャンバー１０３の負圧によってバルブ受け部材２０に密着してバルブ受け部材２０の流通孔部２１を塞いでいる。

次に、ダイアフラム１０２が変位しない静止状態、又は逆に上に変位した場合（吐出動作時）、吸入側のバルブ１Ａにおけるバルブ成形体１０は弾性変形が元に戻り、対面するバルブ受け部材２０の流通孔部２１を完全に塞ぐため、中間貯蔵部１０７内の流体は吸入路１０５ａ側に逆流しない構造になっている。

そして、ダイアフラム１０２の上への変位によってチャンバー１０３内が正圧になるので、この圧力で吐出側のバルブ成形体１０は、吐出孔１０３ｂから送られてきた流体により押されて吐出路１０５ｂ側に撓んで膨らみ、バルブ受け部材２０の流通孔部２１とバルブ成形体１０の開口部１２が連通するので、チャンバー１０３室内の中間貯蔵部１０７の流体が、吐出側のバルブ１Ｂにおける流通流路２１，開口部１２から吐出路１０５ｂを通って吐出口１４０ａから吐出される。

このようなダイアフラムポンプの吸入口１３０ａを密閉容器に繋いで脱気ポンプとして使用する場合、容器内の圧力が徐々に減圧されていくと、吸引側のバルブ成形体１０がバルブ受け部材２０の流通孔部２１内に引っ張られる力が作用することになるが、吸引側のバルブ受け部材２０の流通孔部２１の内部に止め部２２を設けることで、低圧側に引っ張られるバルブ成形体１０の変形を抑制することができ、バルブ成形体１０とバルブ受け部材２０のシール面を一定圧力に維持することができる。これによって、脱気ポンプとしての使用時に経時的に吸引圧力が低下する現象を防ぐことができる。

次に、図５を用いて、別の実施形態を説明する。図５は、バルブ受け部材２０’の（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）のＸ’−Ｘ’断面図、（ｃ）が（ｂ）のＫ部の拡大図である。

バルブ受け部材２０’の隆起部２３’には、溝２５’が形成されている。バルブ受け部材２０’は、溝２５’が形成されていること以外、バルブ受け部材２０と同様である。

溝２５’は、少なくとも隆起部２３’の頂部を含め内側（流通孔部２１’側）に向かって、流通孔部２１’と同心円状に複数形成されている。

具体的な一例として、隆起部２３’の断面を半径０．５ｍｍの半円形状として、隆起部２３’の頂部を含め内側（流通孔部２１’側）に向かって８０〜９０°の範囲に、０．２ｍｍ間隔で、深さ０．２ｍｍの溝を流通孔部２１’と同心円状に６つ形成する。

バルブ受け部材２０’を形成する材質には、溝２５’を形成する上で、機械加工性に優れるポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂が適している。

隆起部２３’に溝２５’を設けることによって、バルブ成形体の接触部との接触面積が増えるので、バルブ成形体１０とバルブ受け部材２０のシール性能を向上することができる。更に、溝２５’を流通孔部２１’と同心円状に複数形成することで、より確実にバルブ成形体１０とバルブ受け部材２０のシール性能を向上することができる。

したがって、止め部２２’を設けられていることで、シール面を一定圧力に維持することができる一方で、最大吸引圧が低くなる場合にも、シール性能を低下させない。

以上、本発明の実施形態を具体例を示して説明したが、いうまでもなく本発明は上記実施例に限定されるものでは無く、構成部品の形状、寸法、材質等は、本発明の範囲内で適宜変更できる。

１，１Ａ，１Ｂ：バルブ，
１０：バルブ成形体，１１：閉塞部，１２：開口部，１３：外周密着部，
２０：バルブ受け部材，２１：流通孔部，２２：止め部，２３：隆起部，２４：周縁部，
２０’：バルブ受け部材，２１’：流通孔部，２２’：止め部，２３’：隆起部，２４’：周縁部，
２５’：溝
１００：ポンプヘッド，１０１：バルブケース，１０２：ダイアフラム，
１０３：チャンバー，１０３ａ：吸入孔，１０３ｂ：吐出孔，
１０４：プッシング部材，
１０５ａ：吸入路，１０５ｂ：吐出路，
１０６：Ｏリング，１０７：中間貯蔵部，
１３０：吸入側ノズル，１３０ａ：吸入口，
１４０：吐出側ノズル，１４０ａ：吐出口，
２００：ヘッド

Claims (4)

1. ダイアフラムの吸い込み動作時に吸入口を開放して吐出口を閉じ、ダイアフラムの吐出動作時に吸入口を閉じて吐出口を開放する一対のバルブを備えたダイアフラムポンプのバルブ構造であって、
   前記一対のバルブの少なくとも吸入口側のバルブが、
   流通孔部を有するバルブ受け部材と前記流通孔部を塞ぐ閉塞部を有するバルブ成形体とを備え、
   前記流通孔部の内部に、前記閉塞部の吸い込みを抑止する止め部を設けたことを特徴とするダイアフラムポンプのバルブ構造。
2. 前記止め部は、前記流通孔部の開口を複数に仕切る壁状に設けられることを特徴とする請求項１記載のダイアフラムポンプのバルブ構造。
3. 前記流通孔部の周縁に隆起部が設けられており、前記隆起部には溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のダイアフラムポンプのバルブ構造。
4. 前記流通孔部は円形であって、前記溝は、前記流通孔部と同心円状に形成されていることを特徴とする請求項３記載のダイアフラムポンプのバルブ構造。

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