JP5860252B2 - 吐出弁およびそれを使用したポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ作用によって流体が吐出される吐出口を閉塞し、ポンプ室への流体の逆流を阻止する吐出弁およびそれを使用したポンプに関するものである。

従来の吐出弁としては、特許文献１に開示されたものがある。これを図８を用いて説明する。同図において、駆動体１００は、図示を省略したモータの駆動によって、各先端部が交互に上下動し、これに伴い、各先端部に取り付けられた各ピストン１０１が交互に上下動することにより、各ダイヤフラム部１０２とバルブホルダー１０３との間に形成された各ポンプ室１０４が拡縮する。ダイヤフラム１０５の中央部には、各ポンプ室１０４と共通室１０５とを連通させる各吐出口１０６を開閉するための吐出弁１０７が一体に立設されている。ポンプ室１０４が拡張することにより、吸入口１０８からポンプ室１０４に流入された空気は、ポンプ室１０４が収縮することにより、吐出弁１０７が開き、ポンプ室１０４から吐出口１０６を通って共通室１０５に流入し、共通室１０５から外部に排出される。

別の吐出弁として、特許文献２に開示されたものがある。これを図９を用いて説明する。この吐出弁２０１は中央部の下面に凹部２０２が設けられ、周囲に弁部２０３と固定部２０４とが設けられている。この吐出弁２０１は、バルブホルダー２０５に設けた凸部２０６に凹部２０２を嵌合させ、蓋体２０７のリブ２０８とバルブホルダー２０５とで固定部２０４を挟み込むことにより固定される。ピストン２０９が上昇し、ポンプ室２１０が収縮することにより、弁部２０３が開き、ポンプ室２１０内の空気が吐出口２１１を通って、筒部２１２から外部に排出される。

特開２００３−５６４６５号公報（段落〔００２〕、図５） 特開２００３−２６９３３７号公報（段落〔００４８〕、図８）

上述したような特許文献１に開示されたものにおいては、吐出口から流出した空気がほぼ直線状に流れるため圧力損失は小さいが、吐出弁がダイヤフラムと一体に形成された構造であるため、ダイヤフラムの動きに追従することにより吐出弁による吐出口に対するシール性を確保できないという問題があった。一方、特許文献２に開示されたものにおいては、弁体を蓋とバルブホルダーとで挟む構造であるため、吐出弁による吐出口に対するシール性は確保できるものの、吐出口から吐き出された後の流体の流路が複雑で、かつ長くなるため、流路抵抗が大きくなり圧力損失が大きいという問題があった。

本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、吐出弁による吐出口に対するシール性が確保されるとともに、流体の圧力損失を低減させた吐出弁およびそれを使用したポンプを提供させるところにある。

この目的を達成するために、本発明は、流体が吐出される吐出口を閉塞して流体の逆流を阻止する吐出弁であって、前記吐出口を開閉する弁部と、この弁部を前記吐出口を閉塞する位置に位置決めするためにポンプの固定部に固定される被固定部と、この被固定部と前記弁部とを連結する弾性変形可能な連結部とによって一体に形成され、前記被固定部を前記固定部に固定することにより、前記連結部の弾性変形によって前記弁部が前記吐出口に付勢されるものである。

本発明は、前記発明において、前記被固定部の周囲に、円周方向に互いに等角度の間隔をおいて複数の前記弁部を配置したものである。

本発明は、前記発明のいずれか一つの発明における吐出弁の前記被固定部が固定される前記固定部をポンプ室を形成する隔壁部材に設けたポンプであって、前記隔壁部材に、一端が前記ポンプ室に連通され、他端が前記吐出口である吐出通路が形成され、この吐出通路の前記吐出口側の延長線上に外部に通じる排出部を設け、前記弁部が前記吐出口を開放することにより、当該吐出口から吐出される流体が前記排出部に向かって略直線状に流れる。

本発明によれば、連結部の弾性変形によって、常に弁部が吐出口側に付勢されているので、吐出弁による吐出口に対するシール性が確保される。また、吐出口から吐出される流体の圧力によって発生していた弁部の振動を連結部の弾性変形によって吸収することができるため、弁部の振動に起因していた騒音を低減することができるため静音化が可能になる。

前記発明のうちの一つの発明によれば、吐出口から吐出される流体は開いた吐出弁によって流れを規制されることなくほぼ直線状に排出口へ流れるから圧力損失を低減することができる。

本発明に係る吐出弁を使用したダイヤフラムポンプの断面図である。 同図（Ａ）は本発明に係る吐出弁の平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるII（Ｂ）-II（Ｂ） 線断面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）におけるII（Ｃ）-II（Ｃ） 線断面図である。 本発明に係る吐出弁を吐出弁収容凹部に収容する状態を説明するための断面図である。 本発明に係る吐出弁が取り付けられた状態のバルブホルダーの平面図である。 本発明に係る吐出弁による流体の流れを説明するための要部を示す断面図である。 本発明に係る吐出弁の弁部の開く状態を説明するための模式図である。 本発明に係る吐出弁が取り付けられた状態の第２の実施の形態におけるバルブホルダーの平面図である。 従来の吐出弁を使用したダイヤフラムポンプの要部の断面図である。 従来の吐出弁を使用したダイヤフラムポンプの要部の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１ないし図７に基づいて説明する。
〔実施の形態１〕

先ず、図１ないし図６を用いて、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１に、全体を符号１で示すダイヤフラムポンプは、有底角筒状に形成されたケース２の底部の外側に固定されたモータ３を備えており、このモータ３の出力軸３ａはケース２の孔からケース２内に突出され、突出端部にはクランク台４が軸着されている。

５は下部がクランク台４の出力軸３ａから偏心した部位に、出力軸３ａの軸線方向に対して傾斜した状態で軸着された駆動軸であって、他端部（上部）が駆動体６の中央部に設けた非貫通穴７内に嵌挿されており、駆動体６はこの駆動軸５に回転自在に枢支されている。この駆動体６には、非貫通孔７と略直交するように一対の駆動子８，８が先端に向かって共に下方に同じ角度だけわずかに傾斜するように形成されており、各駆動子８，８の先端部にはダイヤフラム部取付孔９，９が設けられている。

１０は下方が開口され箱状に形成されたダイヤフラムホルダーであって、上板には平面視において円周方向に互いに１８０°間隔をおいた二つの保持孔１１，１１が設けられており、ケース２の上部開口端に載置されている。１５はダイヤフラムであって、ダイヤフラムホルダー１０の保持孔１１，１１に挿入される平面視において円周方向に互いに１８０°間隔をおいた二つのダイヤフラム部１６，１６が設けられている。

これらダイヤフラム部１６，１６の下部には、ピストン１７，１７が設けられており、各ピストン部１７の下部には、細径の首部１８を介して係止用の凸部１９が一体に形成されている。ダイヤフラム１５は、ダイヤフラム部１６の凸部１９を弾性変形させながら、駆動体６の駆動子８のダイヤフラム部取付孔９に圧入することにより、首部１８がダイヤフラム部取付孔９に取り付けられて、ダイヤフラムホルダー１０上に載置される。

２０は偏平な直方体状に形成された隔壁部材としてのバルブホルダーであって、中央部に互いに対向する一対の壁２１Ａ，２１Ｂが一体に立設されており、これら壁２１Ａ，２１Ｂの内面２２Ａ，２２Ｂは鉛直方向に延在している。これら壁２１Ａ，２１Ｂは、下方に向かって末広がりに厚みが漸次大きくなるように形成されており、これら壁２１Ａ，２１Ｂ内のそれぞれには、吐出通路２６Ａ，２６Ｂが設けられている。

これら吐出通路２６Ａ，２６Ｂは、下端が後述するポンプ室３５Ａ，３５Ｂに連通され、上端が内面２２Ａ，２２Ｂに形成された吐出口２７Ａ，２７Ｂを介して後述する吐出空間５１に連通されている。これら吐出通路２６Ａ，２６Ｂは、後述するようにダイヤフラムポンプ１を組み立てたときに、軸線方向が吐出筒５３を指向するように互いの上端が接近するように傾斜している。すなわち、これら吐出通路２６Ａ，２６Ｂの吐出口２７Ａ，２７Ｂ側の延長線上に吐出筒５３の入口部５３ａが設けられている。

また、バルブホルダー２０の中央部で、一対の壁２１Ａ，２１Ｂの中間位置には、後述する吐出弁４０の被固定用凹部４５が嵌合される固定用凸部２８が設けられている。２９，２９は吐出通路２６Ａ，２６Ｂの両端側に設けられた吸入孔であって、これら吸入孔２９，２９には、これを開閉する吸入弁３０，３０が取り付けられている。このバルブホルダー２０によってダイヤフラム１５をダイヤフラムホルダー１０とともに挟持することにより、このバルブホルダー２０と各ダイヤフラム部１６，１６との間にポンプ室３５Ａ，３５Ｂが形成される。

次に、図２および図３を用いて、吐出弁４０について説明する。吐出弁４０は、図２に示すように薄板状で正方形に形成された一対の弁部４１Ａ，４１Ｂと、これら弁部４１Ａ，４１Ｂを上記した吐出口２７Ａ，２７Ｂを閉塞する位置に位置決めするために吐出弁４０をバルブホルダー２０に固定する正方体に形成された被固定子４２と、この被固定子４２と一対の弁部４１Ａ，４１Ｂのそれぞれとを連結する二対の連結部４３Ａ，４３Ｂとが、可撓性を有する弾性変形可能な部材によって一体に形成されている。

被固定子４２の底部には、上記した固定用凸部２８に嵌合固定される被固定用凹部４５が設けられている。連結部４３Ａは、図２（Ｂ）に示すように、弁部４１Ａに矢印Ｂ方向の水平な荷重ＦＢが掛かった場合に、被固定子４２によって支承されない部分（図中二点鎖線でハッチングを付した部分）が発生するように、上端面４３ａが図中右下がりに傾斜した台形状に形成されている。連結部４３Ｂは、図２（Ｂ）に示すように、弁部４１Ｂに矢印Ａ方向の水平な荷重ＦＡが掛かった場合に、被固定子４２によって支承されない部分（図中二点鎖線でハッチングを付した部分）が発生するように、上端面４３ｂが図中左下がりに傾斜した台形状に形成されている。

また、この連結部４３Ａ，４３Ｂは、同図（Ａ）に示すように平面視湾曲状に形成されており、一対の弁部４１Ａ，４１Ｂを互いに近接させる方向（矢印Ａ−Ｂ方向）に押圧されることにより弾性変形する。この吐出弁４０の一対の弁部４１Ａ，４１Ｂ間の長さ（矢印Ａ−Ｂ方向の全長）Ｌ１が、図３に示すように一対の壁２１Ａ，２１Ｂ間の間隔Ｌ２よりもわずかに（２ΔＬだけ）長く形成されている。

図１において、５０はバルブホルダー２０を覆う蓋体であって、バルブホルダー２０との間に、吐出通路２６，２６を介してポンプ室３５Ａ，３５Ｂに連通する吐出空間５１と、この吐出空間５１の周りに吸入孔２９，２９を介してポンプ室３５Ａ，３５Ｂに連通する吸入空間５２とが形成されている。５３は外部と吐出空間５１とを連通する外部に通じる排出部としての吐出筒、５４は外部と吸入空間５２とを連通する吸入筒である。

このように形成された吐出弁４０をバルブホルダー２０に固定するには、図３に示すように、吐出弁４０の一対の弁部４１Ａ，４１Ｂを互いに接近させるように、一対の連結部４３Ａ，４３Ｂを長さ２ΔＬだけ弾性変形させながら、一対の壁２１Ａ，２１Ｂ間に挿入する。次いで、被固定子４２の被固定用凹部４５を吐出弁収容凹部２５の固定用凸部２８に嵌合させることにより、吐出弁４０を固定用凸部２８に固定する。固定用凸部２８に固定された吐出弁４０の一対の弁部４１Ａ，４１Ｂが内面２２Ａ，２２Ｂに対接され、これら弁部４１Ａ，４１Ｂは、一対の連結部４３Ａ，４３Ｂの弾性変形によって内面２２Ａ，２２Ｂに付勢された状態で、吐出用通路２６Ａ，２６Ｂの吐出口２７Ａ，２７Ｂを閉塞する。

このように構成されていることにより、吐出筒５３にエアーチューブ等を介してエアーを供給する装置を接続させ、吸入筒５４を大気に開放する。このような状態としてから、モータ３を駆動し出力軸３ａを回転させると、クランク台４も一体的に回転し、駆動軸５が傾斜した状態で回転するため、駆動体６は、一対の駆動子８，８の先端部が図中上下方向へ往復動しながら回転する。

したがって、二つのダイヤフラム部１６，１６が交互に上下方向に往復動するため、二つのポンプ室３５Ａ，３５Ｂも交互に拡縮する。ポンプ室３５Ａ，３５Ｂが拡張することにより、ポンプ室３５Ａ，３５Ｂ内が負圧状態となって吸入筒５４を介して大気中のエアーが吸入空間５２および吸入孔２９を通ってポンプ室３５Ａ，３５Ｂ内に吸入される。

このとき、吐出弁４０の一対の弁部４１Ａ，４１Ｂが内壁２２ａ，２２ｃに付勢された状態で、吐出用通路２６Ａ，２６Ｂの吐出口２７Ａ，２７Ｂを閉塞しているため、弁部４１Ａ，４１Ｂによる吐出口２７Ａ，２７Ｂに対するシール性が確保されるから、吐出用通路２６Ａ，２６Ｂを介してのポンプ室３５Ａ，３５Ｂへの空気の逆流を確実に阻止することができる。

一方、ポンプ室３５Ａ，３５Ｂが収縮すると、ポンプ室３５Ａ，３５Ｂ内のエアーは圧力が上昇するので吐出通路２６Ａ，２６Ｂおよび吐出空間５１を通って吐出筒５３からエアーチューブを介してエアーが装置に供給される。このとき、吐出通路２６Ａを通過して弁部４１Ａに作用するエアーの圧力は、図６に示すように、Ｇ１点およびＧ２点で同じ荷重Ｆが掛かり、水平分力として同じ荷重ＦＢが加わる。

この場合、上述したように、弁部４１Ａの上方側に位置するＧ１点においては、荷重ＦＢが加わることによる連結部４３Ａに対する被固定子４２の支えがないため、このＧ１点における連結部４３Ａの矢印Ｂ方向への弾性変形は、Ｇ２点における連結部４３Ａの矢印Ｂ方向への弾性変形よりも大きくなる。したがって、弁部４１Ａは図５に示すように吐出通路２６Ａの傾斜方向と同じ方向に傾斜するように開く。すなわち、弁部４１Ａは、吐出口２７Ａの上方、つまり吐出口２７Ａと吐出筒５３の入口部５３ａとの間を開放するように開く。

このように、弁部４１Ａが吐出通路２６Ａの傾斜方向と同じ方向に傾斜するように開き、かつ上述したように吐出通路２６Ａの軸線方向が吐出筒５３を指向していることにより、吐出口２７Ａから吐出空間５１に吐出されたエアーは、弁部４１Ａで流れを規制されることなく吐出筒５３まで略直線状に流れるから圧力損失を低減することができる。このことは、他方の弁部４１Ｂが吐出通路２６Ｂの傾斜方向と同じ方向に傾斜するように開き、かつ吐出通路２６Ｂの軸線方向が吐出筒５３を指向していることにより、吐出口２７Ｂから吐出空間５１に吐出されたエアーは、弁部４１Ｂで流れを規制されることなく吐出筒５３までほぼ直線状に流れるから圧力損失を低減することができる。

また、吐出口２７Ａ，２７Ｂから吐出されるエアーの圧力によって発生していた弁部４１Ａ，４１Ｂの振動を連結部４３Ａ，４３Ｂの弾性変形によって吸収することができるため、弁部４１Ａ，４１Ｂの振動に起因していた騒音を低減することができるため静音化が可能になる。
〔実施の形態２〕

次に、図７を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。同図において、上述した図１ないし図６で示す第１の実施の形態において説明した同一または同等の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。この第２の実施の形態においては、ダイヤフラムポンプのポンプ室が四つの場合であって、同図において、７０はこれに対応したバルブホルダーである。

バルブホルダー７０は偏平な正方体に形成され、四つの角部には吸入孔２９と、この吸入孔２９を開閉する吸入弁３０とが設けられており、中央部には、これら吸入孔２９に対応して、四つの壁２１Ａないし２１Ｄが筒部を形成するように連設されて立設されている。これら四つの壁２１Ａないし２１Ｄ内のそれぞれには、吐出通路２６Ａないし２６Ｄが設けられている。

全体を符号８０で示す吐出弁は、被固定子４２の周囲に四つの弁部４１Ａ，４１Ｃ，４１Ｂ，４１Ｄが被固定子４２を中心とした円周方向に等角度（９０°）の間隔で設けられている。これら四つの弁部４１Ａないし４１Ｄは、それぞれ一対の連結部４３Ａないし４３Ｄを介して被固定子４２に連結されており、これら連結部４３Ａないし４３Ｄの弾性変形により、四つの弁部４１Ａないし４１Ｄは、吐出通路２６Ａないし２６Ｄの吐出口を付勢された状態で閉塞する。

なお、本実施の形態においては、弁部が二つの場合と四つの場合について説明したが、吐出口２７が一つまたは三つあるいは五つ以上の場合は、これに対応させて弁部も一つまたは三つあるいは五つ以上とすればよく、三つまたは五つ以上の場合は、二つまたは四つの場合と同様に、複数の弁部を被固定子４２の周囲に平面視において等角度の間隔をおいて設けれるようにする。

１…ダイヤフラムポンプ、１５…ダイヤフラム、１６…ダイヤフラム部、２０…バルブホルダー（隔壁部材）、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…壁、２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄ…吐出通路、２７Ａ，２７Ｂ…吐出口、２８…固定用凸部、２９…吸入孔、３０…吸入弁、３５Ａ，３５Ｂ…ポンプ室、４０，８０…吐出弁、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ…弁部、４２…被固定子、４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ…連結部、４５…被固定用凹部、５１…吐出空間、５３…吐出筒。

Claims (3)

1. 流体が吐出される吐出口を閉塞して流体の逆流を阻止する吐出弁であって、
   前記吐出口を開閉する弁部と、
   前記吐出口を閉塞する位置に前記弁部を位置決めするためにポンプの固定部に固定される被固定部と、
   この被固定部と前記弁部とを連結するとともに、前記吐出口に接続されている前記ポンプの吐出通路の傾斜方向と同じ方向に前記弁部を傾斜させる弾性変形可能な連結部とによって一体に形成され、
   前記被固定部を前記固定部に固定した状態で、前記連結部の弾性変形によって前記弁部が前記吐出口を閉塞するように付勢され、
   前記連結部は、前記弁部に対して前記開く方向に荷重が掛かった場合に前記被固定部によって支承されない部分を有する
   ことを特徴とする吐出弁。
2. 前記被固定部の周囲に、円周方向に互いに等角度の間隔をおいて複数の前記弁部を配置したことを特徴とする請求項１記載の吐出弁。
3. 請求項１または２記載の吐出弁の前記被固定部が固定される前記固定部をポンプ室を形成する隔壁部材に設けたポンプであって、
   前記隔壁部材に、一端が前記ポンプ室に連通され、他端が前記吐出口である前記吐出通路が形成され、この吐出通路の前記吐出口側の延長線上に外部に通じる排出部を設け、前記弁部が前記吐出口を開放することにより、当該吐出口から吐出される流体が前記排出部に向かって略直線状に流れることを特徴とするポンプ。

Images