JP6352792B2

JP6352792B2 - バルブのシール構造、バルブ、液体吐出装置、及び液体塗工装置

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Publication number: JP6352792B2
Application number: JP2014251758A
Authority: JP
Inventors: 晋平野納; 淳志野木; 太空美市川; 朋樹林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: JP2016114122A

Description

本発明は、バルブのシール構造、バルブ、液体吐出装置、及び液体塗工装置に関する。

微量の液体を滴下する液体滴下装置が知られている（特許文献１）。この液体滴下装置は、シリンジと、シリンジの中で往復運動をするプランジャロッドと、シリンジとプランジャロッドとの間の隙間を密閉するバネシール部材とを備えている。

特開２０１１−１４３３６２号公報

特許文献１はシリンジとプランジャロッドとの隙間を密封する際に、バネシールを使用する技術を開示している。前記特許文献１に開示されているバネシールを、本実施形態のシール構造に用いる場合、液体が流れ出て来る側にバネシールの凹部が無いと、シール性が十分に保たれない場合がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、バルブのシール構造が提供される。このシール構造は、弁座を有するシリンダと、前記シリンダ内に設けられたシャフトと、前記シャフトに設けられた弁体と、を備える。前記シリンダの一部には貫通孔が設けられ、前記シャフトの一方の端部は、前記貫通孔を通って前記シリンダの外部に設けられており、前記シャフトの側面と前記貫通孔との間には、前記シャフトを案内する貫通路が設けられたガイドを備える。前記貫通孔の端部には、前記シャフトが貫通する穴を有するシール部材と、前記シール部材を押圧する押さえ部材と、が前記シャフトの前記一方の端部に向けて順に設けられ、かつ前記押さえ部材と前記シリンダとはクランプ部材により固定されており、前記ガイドは、前記シャフトの前記一方の端部側かつガイドの貫通路の表面に第１の凹部を有し、前記第１の凹部に、前記シャフトの前記一方の端部側が凸となる第１のバネシール部材を備える。この形態によれば、第１のバネシール部材は、前記シャフトの前記一方の端部側が凸となっているので、弁座、弁体側から液体が漏れてきても、液体の圧力によりバネが広げられるので、シール性が高くなる。また、クランプ部材を外せば、シール部材、第１のバネシール部材を取り外せるので、シール部材、第１のバネシール部材の取り外しやメンテナンス性が良い。

（２）上記形態のシール構造において、前記押さえ部材は、前記シール部材側かつ前記シャフト側に第２の凹部を有し、前記第２の凹部に、前記シール部材側が凸となる第２のバネシール部材を備えてもよい。この形態によれば、第２のバネシール部材を備えるので、シール性を高めることが出来る。また、クランプ部材を外せば、第２のバネシール部材を取り外せるので、第２のバネシール部材の取り外しやメンテナンス性が良い。

（３）上記形態のシール構造において、前記ガイドは、前記弁座側かつ前記シャフト側に第３の凹部を有し、前記第３の凹部に、第３のバネシール部材を備えてもよい。この形態によれば、ガイドは、弁座側に第３のバネシール部材を備えるので、シール性を高めることが出来る。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、バルブのシール構造の他、バルブ、液体吐出装置、液体塗工装置等の形態で実現することができる。

本実施形態の触媒インク塗工装置を示す説明図。第１の実施形態のシール構造を示す説明図。第１のバネシール部の動作を示す説明図。参考例のシール構造を示す説明図。参考例の第２のバネシール部の動作を示す説明図。第２の実施形態のシール構造を示す説明図。第３の実施形態のシール構造を示す説明図。

図１は、本実施形態の触媒インク塗工装置を示す説明図である。触媒インク塗工装置１０は、シート４０に触媒インク３０を塗工する液体塗工装置であり、インクタンク１００と、インク供給管１１０と、送液ポンプ１２０と、第１のバルブ２０と、第２のバルブ２１と、インク送出管１３０と、インク還流管１３５と、ダイコーターヘッド１４０と、ローラー１５０と、を備える。

インクタンク１００は、触媒インク３０を貯蔵する液体タンク、あるいは、供給源である。触媒インク３０は、触媒が担持された触媒担持粒子と、アイオノマと、溶媒と、を含んでいる。触媒としては、例えば、白金あるいは白金の合金が用いられる。触媒担持粒子としては、例えばカーボンブラックなどのカーボン粒子が用いられる。アイオノマとしては、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマのようなイオン性を有するポリマが用いられる。溶媒は、水とアルコール（例えばエタノール、２−プロパノール（イソプロピルアルコール））を含んでいる。インクタンク１００は、脱気用のファン（図示せず）を備えていても良い。

インク供給管１１０は、液体流路であり、下流側が２つに分岐しており、それぞれ、第１のバルブ２０と、第２のバルブ２１とに接続されている。送液ポンプ１２０は、インク供給管１１０上であってインク供給管１１０の分岐点よりも上流の位置に配置されている。第１のバルブ２０は、インク送出管１３０を介してダイコーターヘッド１４０と接続されている。ダイコーターヘッド１４０は、ローラー１５０上を搬送されるシート４０上に薄い触媒層３５を形成する液体吐出部である。第２のバルブ２１は、還流流路であるインク還流管１３５を介してインクタンク１００に接続されている。

バルブ２０、２１は、同じ構成を有しており、それぞれシリンダ２００と、弁体２１０と、弁座２２０と、シャフト２３０と、駆動装置２４０と、を備える。以下、バルブ２０を例にとって説明する。シリンダ２００は、内部側に略円柱形の空間を有する部材である。シリンダ２００の内壁に弁座２２０が形成されている。シリンダ２００の内部には、シャフト２３０が挿入されており、シャフト２３０の一方の端部には、弁体２１０が接続されている。シャフト２３０の他方の端部は、シリンダ２００の外部に突き出ており、駆動装置２４０と接続されている。駆動装置２４０は、シャフト２３０をシャフト２３０の軸に沿った方向に駆動する。シャフト２３０がシリンダを突き出る部分については、後述するシール構造部（以下「シール構造」とも呼ぶ。）を備える。

第１のバルブ２０と第２のバルブ２１とは、構成は同じであるが、弁体２１０の位相が互いに異なる状態で動作する。図１に示すように、第１のバルブ２０の弁体２１０が弁座２２０から離間しているときは、第２のバルブ２１の弁体２１０は、弁座２２０に着座している。このとき、触媒インク３０は、インク供給管１１０から第１のバルブ２０を通ってインク送出管１３０に流れ、ダイコーターヘッド１４０から吐出される。一方、触媒インク３０は、インク供給管１１０から第２のバルブ２１までは流れるが、インク還流管１３５には流れない。図示しないが、逆に第１のバルブ２０の弁体２１０が弁座２２０に着座しているときは、第２のバルブ２１の弁体２１０は、弁座２２０から離間している。この場合、触媒インク３０は、インク供給管１１０から第２のバルブ２１を通ってインク還流管１３５に流れ、インクタンク１００に還流される。一方、触媒インク３０は、インク供給管１１０から第１のバルブ２０までは流れるが、インク送出管１３０には流れない。したがって、２つのバルブ２０、２１から交互に触媒インクを吐出させることにより、ダイコーターヘッド１４０から間欠的に触媒インク３０を吐出できる。

第１の実施形態のシール構造：
図２は、第１の実施形態のシール構造を示す説明図である。シリンダ２００の内側の一部には、貫通孔２０２が設けられ、シャフト２３０が貫通しており、シャフト２３０側面２３２と、シリンダ２００の貫通孔２０２との間には、シャフト２３０の案内するための貫通路２６２を備えたガイド２６０が配置されている。シリンダ２００とガイド２６０との駆動装置２４０（図１）側には、シール部材であるテフロン製のパッキン２７０が配置されている（「テフロン」は登録商標）。なお、パッキン２７０は、テフロン製でなくても良い。このパッキン２７０は、シャフト２３０が貫通する穴を有する穴あき円板部材（穴あき板状部材）である。パッキン２７０の両面のうち、駆動装置２４０側の面（図２では下面）には、パッキンを押圧する押さえ部材２８０が配置されている。シリンダ２００の下端には、パッキン２７０の上面に接する位置に、フランジ２００ｆが形成されている。このフランジ２００ｆは、押さえ部材２８０とともに、クランプ部材２９０により固定されている。クランプ部材２９０としては、例えば、サニタリークランプが用いられても良い。

ガイド２６０の下端部の内面側（すなわちシャフト２３０側かつパッキン２７０側）の表面には、第１の凹部２６４が形成されており、第１の凹部２６４には、第１のバネシール部材３００が配置されている。第１のバネシール部材３００の形状は、例えば、断面Ｕ字状の環状板材で形成されており、そのＵ字状の底部に相当する凸部をパッキン２７０側に突き出させた形状を有する。すなわち、本形態では、第１のバネシール部材３００の凸部の先端は、シャフト２３０の軸方向に沿ってパッキン２７０の方を向いており、第１のバネシール部材３００の開いた側は、シャフト２３０の軸方向に沿って押さえ部材２８０と反対側を向いている。

第１の実施形態では、クランプ部材２９０を取り外せば、押さえ部材２８０、パッキン２７０、第１のバネシール部材３００、ガイド２６０を容易に取り外すことができるので、特許文献１（特開２０１１−１４３３６２号公報）に示す構成よりも、メンテナンス性が高い。

図３は、第１のバネシール部材３００の動作を示す説明図である。第１のバネシール部材３００は、中心の曲板３０２が金属で形成されており、曲板３０２の両面にテフロン層３０４が形成されている。曲板３０２の開口側が開こうとするバネ力でシャフト２３０と押さえ部材２８０との間をシールする。送液ポンプ１２０（図１）により触媒インク３０に圧力が掛かると、触媒インク３０は、ガイド２６０の方から漏れてくる。第１の実施形態では、第１のバネシール部材３００は、触媒インク３０が漏れてくる方向が開いている。そのため、触媒インク３０は、第１のバネシール部材３００の内側に入り、第１のバネシール部材３００がより開くような力Ｆ１を作用させる。その結果、第１のバネシール部材３００によるシール性が高くなる。

参考例のシール構造：
図４は、参考例のシール構造を示す説明図である。参考例のシール構造は、第１の実施形態のシール構造と以下の点が異なる。
（ｉ）ガイド２６０に第１の凹部２６４が設けられておらず、第１のバネシール部材３００を備えていないこと
（ｉｉ）押さえ部材２８０のシャフト２３０側かつパッキン２７０側には第２の凹部２８４が形成されており、第２の凹部２８４には、第２のバネシール部材３１０が配置されていること

参考例でも、クランプ部材２９０を取り外せば、押さえ部材２８０、第２のバネシール部材３１０、パッキン２７０、ガイド２６０を容易に取り外すことができるので、メンテナンス性については第１の実施形態のシール構造と同等であるが、シール性については、以下に説明するように、第１の実施形態が優れている。

図５は、参考例の第２のバネシール部材３１０の動作を示す説明図である。第２のバネシール部材３１０は、第１のバネシール部材３００と略同型であり、中心の曲板３１２が金属で形成されており、曲板３１２の両面にテフロン層３１４が形成されている。但し、凸部がパッキン２７０の方を向いており、配置の向き（Ｕ字の向き）が、上下逆である。そのため、触媒インク３０は、第２のバネシール部材３１０の凸側から流れてくる。そのため、触媒インク３０は、第２のバネシール部材３１０とシャフト２３０との間の隙間、及び第２のバネシール部材３１０と、押さえ部材２８０との隙間に入り込み、第２のバネシール部材３１０の開口側が狭くなるような力Ｆ２を作用させる。その結果、第２のバネシール部材３１０によるシール性が低くなる。

以上説明したように、第１の実施形態のシール構造によれば、クランプ部材２９０を取り外せば、押さえ部材２８０、パッキン２７０、第１のバネシール部材３００、ガイド２６０を容易に取り外すことができるので、メンテナンス性が高く、触媒インク３０が第１のバネシール部材３００の内側に入り、第１のバネシール部材３００がより開くような力Ｆ１を作用させので、第１のバネシール部材３００によるシール性を高くできる。

第２の実施形態のシール構造：
図６は、第２の実施形態のシール構造を示す説明図である。第２の実施形態のシール構造は、第１の実施形態のシール構造と、参考例のシール構造の両方を備える。すなわち、ガイド２６０のシャフト２３０側かつパッキン２７０側に第１の凹部２６４を有し、第１の凹部２６４に第１のバネシール部材３００を備え、押さえ部材２８０のシャフト２３０側かつパッキン２７０側に第２の凹部２８４を備え、第２の凹部２８４に第２のバネシール部材３１０を有する。

第２の実施形態のシール構造によれば、クランプ部材２９０を取り外せば、押さえ部材２８０、第２のバネシール部材３１０、パッキン２７０、第１のバネシール部材３００、ガイド２６０を容易に取り外すことができるので、メンテナンス性が高い。また、第１のシール構造に加えて、さらに参考例のシール構造を備えるので、第２の実施形態のシール構造のシール性は、第１の実施形態のシール構造のシール性と同等以上である。

第３の実施形態のシール構造：
図７は、第３の実施形態のシール構造を示す説明図である。第３の実施形態のシール構造は、第２の実施形態のシール構造に加えて第３のバネシール部材３２０を備える。すなわち、ガイド２６０のシャフト２３０側であって、パッキン２７０と反対側（図１の弁体２１０、弁座２２０側）に第３の凹部２６８が形成され、第３の凹部２６８に第３のバネシール部材３２０を備える。第３のバネシール部材３２０の形状は、第１のバネシール部材３００、あるいは、第２のバネシール部材３１０の形状と同じである。第３のバネシール部材３２０の向きは、上側（図１の弁体２１０、弁座２２０側）に凸であってもく、下側（パッキン２７０側）に凸であってもよい。

第３の実施形態のシール構造であっても、クランプ部材２９０を取り外せば、押さえ部材２８０、第２のバネシール部材３１０、パッキン２７０、第１のバネシール部材３００、ガイド２６０、第３のバネシール部材３２０を容易に取り外すことができるので、メンテナンス性が高い。また、第２のシール構造に加えて、さらに第３のバネシール部材３２０を備えるので、第３の実施形態のシール構造のシール性は、第１、第２の実施形態のシール構造のシール性と同等以上である。

なお、第３のシール構造において、第２のバネシール部材３１０を備えない構成であってもよい。メンテナンス性は変わらず、第１のシール構造に加えて、さらに第３のバネシール部材３２０を備えるので、シール性は、第１のシール構造のシール性と同等以上である。

変形例：
本実施形態の触媒インク塗工装置１０では、２つのバルブ２０、２１を備え、交互に触媒インクを吐出させることで、シート４０に間欠的に触媒インク３０を吐出させ、シート４０に触媒インク３０を吐出しないときには、インクタンク１００に触媒インク３０を還流させた。ここで、バルブを２つでは無く１つのバルブ２０のみを備える構成であってもよい。触媒インクを連続して吐出できる。また、弁体２１０が弁座２２０に接触している時間を長くするように駆動装置２４０の動作を制御することで、１つのバルブで、触媒インク３０の間欠吐出が可能である。

本実施形態では、バルブ２０は、弁体２１０が弁座２２０に接触している間は触媒インク３０を透過させず、弁体２１０が弁座２２０に接触していない間に触媒インク３０を透過させる構成であったが、逆に、弁体２１０が弁座２２０に接触している間に触媒インク３０を透過させ、弁体２１０が弁座２２０に接触していない間は、触媒インク３０を透過させない構成であってもよい。

本実施液体では、バルブ２０とバルブ２１とは、構成は同じであるが、バルブ２０とバルブ２１の大きさは、異ならせても良い。間欠塗工の塗工期間と塗工されない期間の長さを調整できる。なお、間欠塗工の塗工期間と塗工されない期間の長さは、駆動装置２４０によって制御しても良い。

本実施形態では、触媒インク塗工装置１０を例にとって説明したが、説明したシール構造は、バルブ２０単体や、液体を吐出できる液体吐出装置にも適用が可能である。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…触媒インク塗工装置
２０…第１のバルブ
２１…第２のバルブ
３０…触媒インク
３５…触媒層
４０…シート
１００…インクタンク
１１０…インク供給管
１２０…送液ポンプ
１３０…インク送出管
１３５…インク還流管
１４０…ダイコーターヘッド
１５０…ローラー
２００…シリンダ
２００ｆ…フランジ
２０２…貫通孔
２１０…弁体
２２０…弁座
２３０…シャフト
２３２…側面
２４０…駆動装置
２６０…ガイド
２６２…貫通路
２６４、２６８…凹部
２７０…パッキン
２８０…押さえ部材
２８４…凹部
２９０…クランプ部材
３００…第１のバネシール部材
３０２…曲板
３０４…テフロン層
３１０…第２のバネシール部材
３１２…曲板
３１４…テフロン層
３２０…第３のバネシール部材
Ｆ１…力
Ｆ２…力

Claims

バルブのシール構造であって、
弁座を有するシリンダと、
前記シリンダ内に設けられたシャフトと、
前記シャフトに設けられた弁体と、
を備え、
前記シリンダの一部には貫通孔が設けられ、
前記シャフトの一方の端部は、前記貫通孔を通って前記シリンダの外部に設けられており、
前記シャフトの側面と前記貫通孔との間には、前記シャフトを案内する貫通路が設けられたガイドを備え、
前記貫通孔の端部には、
前記シャフトが貫通する穴を有するシール部材と、
前記シール部材を押圧する押さえ部材と、
が前記シャフトの前記一方の端部に向けて順に設けられ、
かつ前記押さえ部材と前記シリンダとはクランプ部材により固定されており、
前記ガイドは、
前記シャフトの前記一方の端部側かつ前記ガイドの貫通路の表面に第１の凹部を有し、
前記第１の凹部に、前記シャフトの前記一方の端部側が凸となる第１のバネシール部材を備える、バルブのシール構造。
請求項１に記載のバルブのシール構造において、
前記押さえ部材は、前記シール部材側かつ前記シャフト側に第２の凹部を有し、
前記第２の凹部に、前記シール部材側が凸となる第２のバネシール部材を備える、
バルブのシール構造。
請求項１または２に記載のバルブのシール構造において、
前記ガイドは、
前記弁座側かつ前記シャフト側に第３の凹部を有し、
前記第３の凹部に、第３のバネシール部材を備える、
バルブのシール構造。
バルブであって、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブのシール構造と、
前記押さえ部材の外であって、前記シャフトの前記一方の端部に設けられ、前記シャフトを駆動する駆動装置と、
を備えるバルブ。
液体吐出装置であって、
一方の端部が液体の供給源に接続された液体流路と、
前記液体流路の他方の端部に接続された請求項４に記載のバルブと、
前記バルブに接続された液体吐出部と、
を備える、
液体吐出装置。
液体吐出装置であって、
液体タンクと、
下流側が２つに分岐した液体流路であって、上流側の端部が前記液体タンクに接続された液体流路と、
前記液体流路の下流側の２つの端部にそれぞれ接続された第１のバルブと第２のバルブと、
前記第１のバルブに接続された液体吐出部と、
前記第２のバルブと前記液体タンクとに接続された還流流路と、
を備え、
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブは、請求項４に記載のバルブである、
液体吐出装置。
液体塗工装置であって、
請求項５または６に記載の液体吐出装置と、
前記液体吐出部としてのダイコーターヘッドと、
を備える、液体塗工装置。