JP6784721B2 - ボール逆止弁及びダイヤフラムポンプ - Google Patents

Description

本発明は、流体の逆流を防止するために用いられるボール逆止弁及びダイヤフラムポンプに関する。

従来、ダイヤフラムポンプには、搬送する液体の逆流を防止するために、液体の流通経路を開閉可能なボール等の弁体を備えた逆止弁が吸込弁及び吐出弁として用いられている（特許文献１参照）。このボール逆止弁として、例えば、バルブシートと、バルブケースと、ボール弁と、からなる逆止弁が知られている。バルブシートは、ボール弁で開閉される貫通孔を有し、バルブケースは、大径開口部と、縮径部を介して大径開口部と連通する小径開口部と、を有する円筒体であり、バルブシートの段部に大径開口部の内周縁が嵌合されている。バルブケースは、特許文献１の図１に示すように、ポンプ本体の逆止弁取付部に取り付けられているものが知られている。

実開昭６２−９５１８６号公報

上述のボール逆止弁では、移送する流体によってバルブシート、及びバルブケース等に用いる材質が制限されることがあり、薬品等の腐食性のある流体の移送に使用されるポンプでは、該当する流体に対し、耐食性がある金属素材がない場合がある。そのため、バルブシートにその流体に対する耐食性材、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）が、シール材としてのＯリングに耐食性材、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が、使用される。

ところが、Ｏリングに用いられるＰＴＦＥ材は、バルブシートに用いられるＰＰ材よりも相対的に強度が高い材料のため、バルブ組立て時の応力によりバルブシートにひずみが生じた場合に、バルブシートが変形してしまい、ボールとバルブシートの密閉性が低下し、ポンプ内で液漏れ（逆流）が発生してしまう。

密閉性が維持されるボール逆止弁を用いたダイヤフラムポンプの液体吐出口を全て閉じると、本来であればエア室のエア圧力とポンプ室の液体側の圧力が、ダイヤフラムを隔ててバランスしてポンプは停止するが、上述の液漏れ（逆流）による液体側の圧力低下のため、一方のポンプ室の圧力が低下してポンプ停止の状態が維持できずダイヤフラムが移動することで低速作動を継続してしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的は、ダイヤフラムポンプ等に一体化可能なボール逆止弁において、バルブ組立時の応力により発生したひずみがボールシール部まで伝達せず、安定した密閉性を維持することができるボール逆止弁及びダイヤフラムポンプを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のボール逆止弁は、バルブケースと、バルブシートと、ボールを有するボール逆止弁において、耐食性材製の前記バルブシートは、前記ボールで流動体の流通が開閉される貫通孔を有し、前記バルブシートは、前記ボールを支持して前記貫通孔を密閉可能な第１バルブシートと、該第１バルブシートを囲む略円筒状の第２バルブシートと、で構成され、前記第１バルブシートの外周面の下部には、フランジ部が形成され、前記第２バルブシートの内周面の下部には、前記フランジ部を収容できる切り欠き部が形成され、前記第１バルブシートの上部外径と、前記第２バルブシートの上部内径と、の間に第１クリアランスが形成され、前記第１バルブシートの下部外径と、前記第２バルブシートの下部内径と、の間に第２クリアランスが形成され、前記第２バルブシートの前記切り欠き部の水平面は、前記第１バルブシートの前記フランジ部の上面の上に載置していることを特徴とする。
なお第２バルブシートをＯリングによって前記バルブケースとの間をシールしたものでも良い。

更に、前記バルブケースは、前記貫通孔より下方に、前記第１バルブシートが載置可能な載置面を有し、前記第１バルブシートは、前記載置面上を、水平方向に移動可能であることを特徴とする。

更に、前記バルブケースは、前記第２バルブシートを収容できるバルブシート収容凹部を有し、前記第２バルブシートは、前記バルブケースの前記バルブシート収容凹部と嵌合し、前記Ｏリングを介してシールされることを特徴とする。

更に、前記第２バルブシートの内周面の上部は、下方から上方に向けて拡径したテーパー面を有することを特徴とする。

更に、前記第２バルブシートの前記切り欠き部の下端には、前記バルブケースの前記載置面と面接触する水平載置面が形成されることを特徴とする。

更に、ポンプ本体の内部における線対称位置に、対称軸から近い順にエア室、及び該エア室とダイヤフラムで仕切られたポンプ室が一対配置され、前記ポンプ室に吸込用逆止弁を介して吸込口が接続されると共に、吐出用逆止弁を介して吐出口が接続され、一対の前記ダイヤフラムに両端が連結したセンターロッドが、前記対称軸と直交する方向を軸として該軸方向に移動自在に前記エア室を貫通して支持され、一対の前記エア室にエアを交互に給排気することで、一対の前記エア室の容積を交互に増減させることで、一対の前記ダイヤフラムを変動させると共に、これに連動する前記センターロッドをその前記軸方向に往復動させるダイヤフラムポンプにおいて、前記吸込用逆止弁、及び前記吐出用逆止弁として上述されたボール逆止弁が用いられていることを特徴とする。

本発明のボール逆止弁によれば、バルブケースと、バルブシートと、ボールを有するボール逆止弁において、耐食性材製のバルブシートは、ボールで流動体の流通が開閉される貫通孔を有し、バルブシートは、ボールを支持して貫通孔を密閉可能な第１バルブシートと、第１バルブシートを囲む略円筒状の第２バルブシートと、で構成され、第１バルブシートの外周面の下部には、フランジ部が形成され、第２バルブシートの内周面の下部には、フランジ部を収容できる切り欠き部が形成され、第１バルブシートの上部外径と、第２バルブシートの上部内径と、の間に第１クリアランスが形成され、第１バルブシートの下部外径と、第２バルブシートの下部内径と、の間に第２クリアランスが形成され、第２バルブシートの切り欠き部の水平面は、第１バルブシートのフランジ部の上面の上に載置しているので、バルブ組立時の応力により発生したひずみがボールシール部まで伝達せず、安定した密閉性を維持することができる。
なお第２バルブシートをＯリングによってバルブケースとの間をシールしたもので、安定した密封性を維持できる。

更に、本発明のボール逆止弁によれば、バルブケースは、貫通孔より下方に、第１バルブシートが載置可能な載置面を有し、第１バルブシートは、載置面上を、水平方向に移動可能であるので、バルブ組立時の応力により発生したひずみがボールシール部まで伝達せず、安定した密閉性を維持することができる。

更に、本発明のボール逆止弁によれば、バルブケースは、第２バルブシートを収容できるバルブシート収容凹部を有し、第２バルブシートは、バルブケースのバルブシート収容凹部と嵌合し、Ｏリングを介してシールされるので、第２バルブシートを効率的にシールすることができる。

更に、本発明のボール逆止弁によれば、第２バルブシートの内周面の上部は、下方から上方に向けて拡径したテーパー面を有するので、ボールシール部がボールとの衝突によって変形しても、第１バルブシートが第２バルブシートに接触することがなく、接触の衝撃に伴うひずみによりボールと第１バルブシートの密閉性が低下することを防止できる。

更に、本発明のボール逆止弁によれば、第２バルブシートの切り欠き部の下端には、バルブケースの載置面と面接触する水平載置面が形成されるので、第２バルブシートをより効率的にシールすることができる。

更に、本発明のダイヤフラムポンプによれば、ポンプ本体の内部における線対称位置に、対称軸から近い順にエア室、及びエア室とダイヤフラムで仕切られたポンプ室が一対配置され、ポンプ室に吸込用逆止弁を介して吸込口が接続されると共に、吐出用逆止弁を介して吐出口が接続され、一対のダイヤフラムに両端が連結したセンターロッドが、対称軸と直交する方向を軸として軸方向に移動自在にエア室を貫通して支持され、一対のエア室にエアを交互に給排気することで、一対のエア室の容積を交互に増減させることで、一対のダイヤフラムを変動させると共に、これに連動するセンターロッドをその軸方向に往復動させるダイヤフラムポンプにおいて、吸込用逆止弁、及び吐出用逆止弁として上述されたボール逆止弁が用いられているので、ポンプ内部での液漏れが防止され、液体吐出口を全て閉じると、低速作動を継続することなくポンプを確実に停止することができる。

本発明の一実施の形態に係るボール逆止弁が用いられたダイヤフラムポンプの構造を示す一部断面図、及びダイヤフラムポンプにおけるポンプ作動エア切替機構（スプール切替）の一部断面図である。 図１のダイヤフラムポンプにおけるスプール切替の一部断面図であり、（ａ）はスプールが上端の位置にある際の各ポートにおけるエアの給排気経路図、（ｂ）はスプールが下端の位置にある際の各ポートにおけるエアの給排気経路図である。 図１のダイヤフラムポンプにおける切替ポート機構と各ボール逆止弁の断面図であり、（ａ）はセンターロッドがガイドブッシュＡの外径側内方のＯリング溝に支持されたＯリングを超えた際の、スプール切替の切替ポートへのエアの給気、並びにポンプ室内の流動体の吸い込み及び吐出の状態図、（ｂ）はセンターロッドがガイドブッシュＡの外径側内方のＯリング溝に支持されたＯリングを超えた際の、スプール切替の排気専用口へのエアの排気、並びにポンプ室内の流動体の吸い込み及び吐出の状態図である。 図１のダイヤフラムポンプに使用されるボール逆止弁の構造を示す断面図である。 図４のボール逆止弁の分解断面図である。 （ａ）は図４の第２バルブシートの平面図、平面図のＸ１−Ｘ１線断面図、側面図、及び底面図、（ｂ）は図４の第１バルブシートの平面図、平面図のＸ２−Ｘ２線断面図、側面図、及び底面図、（ｃ）は図４のＯリングの平面図、平面図のＸ３−Ｘ３線断面図、側面図、及び底面図である。 図４のボール逆止弁におけるバルブシートの分割構造部分の拡大断面図である。 比較例１の単一体バルブシートの断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るボール逆止弁が用いられたダイヤフラムポンプを例として詳細を説明する。なお、ダイヤフラムポンプの左右エア室へのエアの切替機構の一例として、後述するスプール切替３０、及び切替ポート機構４０を採用した。

図１は、本発明の実施の形態に係るボール逆止弁が用いられたダイヤフラムポンプの構造を示す一部断面図、及びダイヤフラムポンプにおけるポンプ作動エア切替機構３０（スプール切替）の一部断面図であり、図面における矢印Ａ１〜Ａ７は、エアの給気又は排気の向きを示し、両方向矢印は給排気が交互に行われることを示している。図２は、図１のダイヤフラムポンプにおけるスプール切替３０の一部断面図であり、（ａ）はスプール３６が上端の位置にある際の各ポートにおけるエアの給排気経路図、（ｂ）はスプール３６が下端の位置にある際の各ポートにおけるエアの給排気経路図である。図面における矢印Ｂ１〜Ｂ６は、エアの給気又は排気の向きを示している。なお、以下では、説明の便宜上、スプール切替３０のランド３９ａ側を上、ランド３９ｃ側を下とする。

ダイヤフラムポンプは、ポンプ本体１の内部における線対称位置に、対称軸から近い順にエア室７，８、及び、エア室７，８とダイヤフラム５，６で仕切られたポンプ室９，１０が一対配置されている。一対のダイヤフラム５，６は、ディスク部材２，３でその中央部が挟持され、かつその外周部がポンプ本体１に挟持固定されるとともに、センターロッド４の両端に連結されている。センターロッド４は、対称軸と直交する方向を軸として、当該軸方向に移動自在にエア室７，８を貫通して支持されている。そして、スプール切替３０の操作によって、エア給排気口３１，３２からポンプ本体のエア給排気孔２３，２４を通って一対のエア室７，８にエアを交互に給排気することで、一対のエア室７，８の容積を交互に増減させる。それにより、一対のダイヤフラム５，６を変動させると共に、これに連動するセンターロッド４をその軸方向に往復動させている。

両側のポンプ室９，１０には、吸込用逆止弁１１Ａ，１１Ｂを介して吸込口１３が接続されると共に、吐出用逆止弁１２Ａ，１２Ｂを介して吐出口１６が接続される。また、両側のエア室７，８には、スプール切替３０によってエアを交互に給排気するエア給排気口３１，３２がエア給排気孔２３，２４を介して連通されている。スプール切替３０はポンプ本体１の中央部にボルト締めで設置される。ボルトの着脱は容易であり、それに伴いスプール切替３０内部のメンテナンスも容易となっている。なお、図１では説明の便宜上、スプール切替３０を外部に出してある。

また、センターロッド４の中央部の溝２８が、スプール切替３０のスプール３６の上下の移動方向切替用のエアポートとしての機能を有し、センターロッド４がその軸方向に往復動する際の軸受けであるガイドブッシュＡ１７，１８及びガイドブッシュＢ１９，２０とを含めて、スプール切替３０のスプール３６の切替ポート機構４０として機能する。

ガイドブッシュＡ１７，１８は、円環形状であり、内径側外方と外形側内方に、切替ポート機構４０のエア室を構成するためにＯリング５２Ａ，５２Ｂ，５３Ａ，５３Ｂを保持するＯリング溝を有する。そして、ガイドブッシュＡ１７，１８は、ポンプ本体１の両側の外方から内部における線対称軸の中心に向かって挿入され、ポンプ本体１及びセンターロッド４とＯリング５２Ａ，５２Ｂ，５３Ａ，５３Ｂを介してシールされ、センターロッド４を支持する。

ガイドブッシュＢ１９，２０は、円環形状であり、内径側外方に段差が設けられ、内径側から外径側に向かって内方から外方に１段上がる形状であり、内方の１段下がった外周面に、内径方向中心に向かって切替ポート用給気口２１，切替ポート用排気口２２としての穴が開いている。また、ガイドブッシュＢ１９，２０は、内径側外方の１段上がった外周面と外形側内方に、切替ポート機構４０のエア室を構成するためにＯリング５２Ｃ，５２Ｄ，５３Ｃ，５３Ｄを保持するＯリング溝を有する。そして、ガイドブッシュＢ１９，２０は、ガイドブッシュＡ１７，１８の上記挿入後に、ポンプ本体１の両側の外方から内部における線対称軸の中心に向かって挿入され、ポンプ本体１及びセンターロッド４とＯリング５２Ｃ，５２Ｄ，５３Ｃ，５３Ｄを介してシールされ、センターロッド４を支持する。

ガイドブッシュＡ１７，１８、及びガイドブッシュＢ１９，２０は、ガイドブッシュオサエ５４，５５によって、外方からポンプ本体に固定されている。

図３の（ａ），（ｂ）に示されるように、切替ポート用給気口２１には、ポンプ本体１のエア給気専用孔２６から常にエアが供給（図１の矢印Ａ５参照）され、切替ポート用排気口２２は、ポンプ本体のエア排気専用孔２７と連通しており、センターロッド４の中央溝２８がガイドブッシュＡ１７，１８の外径側内方のＯリング溝に支持されたＯリング５２Ｂ，５３Ｂを超えることで、中央エア室５６にエアの給排気が行われ、切替ポート機構４０としての機能を果たす。

図３は、図１のダイヤフラムポンプにおける切替ポート機構４０と各ボール逆止弁の断面図であり、（ａ）はセンターロッド４がガイドブッシュＡ１７の外径側内方のＯリング溝に支持されたＯリング５２Ｂを超えた際の、スプール切替３０の切替ポート３３へのエアの給気（Ｃ２の矢印）、並びにポンプ室内の流動体の吸い込み（Ｅ１の矢印）及び吐出（Ｅ２の矢印）の状態図、（ｂ）はセンターロッドがガイドブッシュＡ１８の外径側内方のＯリング溝に支持されたＯリング５３Ｂを超えた際の、スプール切替３０のエア排気専用口３５へのエアの排気（Ｃ４の矢印）、並びにポンプ室内の流動体の吸い込み（Ｅ３の矢印）及び吐出（Ｅ４の矢印）の状態図である。図３における矢印Ｃ１は図１の矢印Ａ５からの供給エアの給気、矢印Ｃ３は図１の矢印Ａ２からのエアの排気、矢印Ｄ１，Ｄ２はセンターロッド４の移動方向を示している。

この切替ポート機構４０により、スプール切替３０において、スプール３６が中立位置で停止することを防止でき、ダイヤフラム５，６によるエア給排気動作終了直前の動きに連動して、ポンプ本体１の中心孔２５からスプール切替３０の切替ポート３３へのエアの給排気が行われることで、スプール３６の切替が確実に行われる。

図２の（ａ），（ｂ）に示されるように、スプール切替３０は、ポンプへのエア供給口３７を備え、スリーブ３８内でスプール３６が摺動し、ダイヤフラム５，６の内側エア室７，８へのエアの給排気を行う。ランド３９ｃにおいてエア圧力が上から生じる受圧面積ｓ１、ランド３９ｂにおいてエア圧力が下から生じる受圧面積ｓ２、ランド３９ａにおいてエア圧力が上から生じる受圧面積ｓ３の大きさには、ｓ１＜ｓ２＜ｓ３の関係があり、受圧面積比に応じて生じるエア圧力の差を利用してスプール３６が摺動する仕組みとなっている。

また、スプール切替３０で給排気されたエアは、図２の（ａ），（ｂ）に示されるように、スプール３６とスリーブ３８によって形成された経路を通り、切替ポート機構４０によるエアの給排気がなされる切替ポート３３、ポンプ本体１のエア室７，８へのエア給排気口３１，３２、及びエア排気専用口３４，３５、の各ポートを通ってポンプ本体１の側との移動が行われる。

次にダイヤフラムポンプの作用を説明する。エア供給口３７から所定の圧力でスプール切替３０にエアを入れる。スプール３６が上端の位置にある場合（図２（ａ）参照）、エアがエア給排気口３１を通ってポンプ本体１のエア室７に給気（図２（ａ）の矢印Ｂ２）される。このとき、反対側のエア室８のエアは、エア給排気口３２からエア排気専用口３５を通って大気に排気（図２（ａ）の矢印Ｂ３の方向）される。

したがって、ダイヤフラム５，６及びセンターロッド４は左方向（図３（ａ）の矢印Ｄ１）に移動し、ダイヤフラム５が、左側のポンプ室９内の流動体を吐出口１６に押し出す（図３（ａ）の矢印Ｅ２）と共に、ダイヤフラム６が、吸込口１３より右側のポンプ室１０内に流動体を吸い込む（図３（ａ）の矢印Ｅ１）。

このセンターロッド４の左方向への移動の終了直前に、ガイドブッシュＡ１７の外径側内方のＯリング溝に支持されたＯリング５２Ｂを超え、ポンプ本体１のエア給気専用孔２６からのエアが、切替ポート用給気口２１、中央エア室５６及びポンプ本体の中心孔２５を通って切替ポート３３内に供給（図２（ｂ）の矢印Ｂ４）される。

このとき、スプール３６のエア圧力が生じる受圧面積ｓ１，ｓ２，ｓ３の大きさに、上述したｓ１＜ｓ２＜ｓ３の関係があるため、切替ポート３３内にエアが供給（図２（ｂ）の矢印Ｂ４）されて受圧面積ｓ３に発生する下向きの圧力は、エア給排気口３２を通って給気される経路で受圧面積差ｓ２−ｓ１に発生している上向きの圧力よりも大きく、スプール３６は下端の位置（図２（ｂ）参照）へ向けて下方へ移動する。

スプール３６が下端の位置にある場合、エアがエア給排気口３２を通ってポンプ本体１のエア室８に給気（図２（ｂ）の矢印Ｂ６）される。このとき、反対側のエア室７のエアは、エア給排気口３１からエア排気専用口３４を通って大気に排気（図２（ｂ）の矢印Ｂ５）される。

したがって、ダイヤフラム５，６及びセンターロッド４は右方向（図３（ｂ）の矢印Ｄ２）に移動し、ダイヤフラム６が、右側のポンプ室１０内の流動体を吐出口１６に押し出す（図３（ｂ）の矢印Ｅ４）と共に、ダイヤフラム５が、吸込口１３より左側のポンプ室９内に流動体を吸い込む（図３（ｂ）の矢印Ｅ３）。

このセンターロッド４の右方向への移動の終了直前に、ガイドブッシュＡ１８の外径側内方のＯリング溝に支持されたＯリング５３Ｂを超え、切替ポート３３内のエアが、ポンプ本体の中心孔２５、中央エア室５６、切替ポート用排気口２２、及びポンプ本体１のエア排気専用孔２７を通って大気へ排気（図３（ｂ）の矢印Ｃ４）される。

このとき、切替ポート３３内は排気状態（図２（ａ）の矢印Ｂ１）のため、受圧面積ｓ３にはエアによる圧力は発生しない。エア給排気口３１を通って給気される経路で受圧面積ｓ２に発生している上向きの圧力と、受圧面積ｓ１に発生している下向きの圧力は、ｓ２＞ｓ１の関係となっているため、スプール３６は上端の位置（図２（ａ）参照）へ向けて上方へ移動する。

この切替ポート機構４０における切替ポート３３へのエアの給排気による、スプール３６の上下方向の移動により、ポンプ本体１の左右のエア室７，８へのエア給排気が行われ、ポンプ作用が繰り返し行われる。

ところで、ダイヤフラムポンプにおけるボール逆止弁１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂは、例えば、図４〜図７に示すように、バルブケース８０と、バルブシート６０と、ボール５０と、Ｏリング５１と、からなるボール逆止弁１４が用いられる。

バルブシート６０は、ボール５０で流動体の流通が開閉される貫通孔９０を有し、バルブケース８０は、ボール５０を流動体の流通を開とする位置と閉とする位置とに移動可能に覆い、バルブシート６０の貫通孔９０から連通して流動体が流通する開口部を有し、バルブシート６０及びＯリング５１に対して上方から覆せる上部バルブケース８１と、貫通孔９０へ連通して流動体が流通する開口部を有し、バルブシート６０及びＯリングに対して下方から支持する下部バルブケース８２と、の別体構造であっても、一体構造であってもよい。

バルブシート６０は、耐食性材、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）等が使用され、シール材としてのＯリング５１は、耐食性材、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、パーフルオロエラストマー（ＦＦＫＭ）等が使用されている。

また、バルブシート６０は、ボール５０を支持して貫通孔９０を密閉可能な第１バルブシート６１と、第１バルブシート６１を囲む略円筒状で、Ｏリング５１によってバルブケース８０との間をシールされる第２バルブシート６３と、の独立した２つの部品からなる構成である。また、第１バルブシート６１は、収容したボール５０を脱落させないために、その内径ｄ１がボール５０の直径ｄ２より小さくなるように設計されている。

更に、第１バルブシート６１の外周面の下部には、フランジ部６２が形成され、第２バルブシート６３の内周面の下部には、フランジ部６２を収容できる切り欠き部６５が形成されており、第２バルブシート６３の切り欠き部６５の水平面７１は、第１バルブシートのフランジ部６２の上面７２の上に一部が載置していることを特徴とする。

更に、第２バルブシート６３の内周面の上部は、下方から上方に向けて拡径したテーパー面６６を有している。このテーパー面６６により、ボールシール部６７がボール５０との衝突によって変形しても、第１バルブシート６１が第２バルブシート６３に接触することがなく、接触の衝撃に伴うひずみによりボール５０と第１バルブシート６１の密閉性が低下することを防止できる。

更に、第１バルブシート６１は、内周面の上部にボール５０の直径ｄ２よりも僅かに大きな直径を有する球の表面に沿った凹状の部分球形状部（ボールシール部）６７を有していてもよい。これにより、ボール５０との密閉性をさらに高めることができる。

更に、下部バルブケース８２には、貫通孔９０より下方に、第１バルブシート６１が載置可能な載置面８４が形成され、上部バルブケース８１には、第２バルブシート６３を収容できるバルブシート収容凹部８３が形成されてもよい。

更に、第１バルブシート６１の上部外径ｄ５と、第２バルブシート６３の上部内径ｄ６と、の間に第１クリアランスｄ３が形成され、第１バルブシート６１の下部外径ｄ７と、第２バルブシート６３の下部内径ｄ８と、の間に第２クリアランスｄ４が形成されることを特徴とする。このとき、第１バルブシート６１は、下部バルブケース８２の載置面８４上を、水平方向に移動可能となる。

このように構成されることにより、バルブ組立て時に、バルブケース８０、及びＯリング５１から第２バルブシート６３へ発生した応力によるひずみが、第１バルブシート６１まで伝達せず、第１バルブシート６１の変形が防止され、ボール５０との密閉性を安定して維持することが可能となる。

クリアランスｄ３が０．４５〜０．６５ｍｍ、クリアランスｄ４が０．５０〜０．６０ｍｍ、の範囲では、バルブの安定した密閉性が維持されることを確認した。なお、クリアランスｄ３，ｄ４が小さすぎると、温度変化等によってバルブシート６０が収縮、又は膨張して接触する可能性が高まり、バルブ組立て時に発生した応力によるひずみが第２バルブシート６３から第１バルブシート６１まで伝達しやすくなる。また、クリアランスｄ３，ｄ４が大きすぎると、バルブの密閉性が損なわれる。

次に、このボール逆止弁１４における第２バルブシート６３のシール構造について説明する。図７に示されるように、上部バルブケース８１には、第２バルブシート６３を収容できるバルブシート収容凹部８３が形成され、第２バルブシート６３は、バルブシート収容凹部８３と嵌合し、Ｏリング５１を介してシールされる。

ここで、第２バルブシート６３は、外周面の一部にＯリング５１が接触するシール面６４を有していてもよい。このとき、前記第２バルブシート６３の上面６８は、上部バルブケース８１のバルブシート収容凹部８３の水平面８５と嵌合し、第２バルブシート６３のシール面６４と、上部バルブケース８１のバルブシート収容凹部８３の内周面８６と、下部バルブケース８２の上面８４と、がＯリング５１によってシールされる。

上記シール構造により、第２バルブシート６３を効率的にシールすることが可能となる。また、第２バルブシート６３の切り欠き部６５の下端には、下部バルブケース８２の上面と面接触する水平載置面７３を設けてもよい。これにより、第２バルブシート６３のシール性能をさらに高めることができる。

ダイヤフラムポンプにおける吸込用ボール逆止弁１１Ａ，１１Ｂ及び吐出用ボール逆止弁１２Ａ，１２Ｂとして、図４に示す構造のボール逆止弁１４を用いた場合は、バルブ組立時の応力により発生したひずみがボールシール部６７まで伝達せず、安定した密閉性を維持することができるため、ポンプ内部での液漏れ（逆流）が防止され、液体吐出口を全て閉じると、低速作動を継続することなく確実にポンプを停止することができる。

以下に、実施例、及び比較例を示して、本発明を更に詳細、かつ具体的に説明する。

ここで、バルブ組立時の応力により発生したひずみがボールシール部６７まで伝達せず、安定した密閉性を維持することを可能にするバルブシート６０の製品規格要件を、スプール切替３０に供給されるエア圧力が常用使用範囲の最低値である０．２ＭＰａ時において、流動体の吐出口１６を閉ざすことによりポンプが停止することした。

供給されるエア圧力が常用使用範囲の最低値という要件は、供給エア圧力が低い方が、ボール５０がシール面６７に押さえつけられる力が弱く、シール面６７のひずみの影響を受けやすくシールが効きにくくなるためである。また、前記製品規格要件を満たす試験条件として、供給エア圧力の最低値である０．２ＭＰａ時に流動体の吐出口１６を閉ざすことにより、ポンプが停止状態を３分間以上キープすることとした。３分以上としたのは、バルブシート、及びバルブケースが金属製である他ポンプで３分程度停止するモデルがあることから定めた。

［実施例１］
図４に示される本実施形態に係るボール逆止弁１４が用いられた。すなわち、ボール逆止弁は、ボール５０を支持して貫通孔９０を密閉可能な第１バルブシート６１と、第１バルブシート６１を囲む略円筒状で、Ｏリング５１によってバルブケース８０との間をシールされる第２バルブシート６３と、の独立した２つの部品からなり、第１バルブシート６１の上部外径ｄ５と、第２バルブシート６３の上部内径ｄ６と、の間に第１クリアランスｄ３が形成され、第１バルブシート６１の下部外径ｄ７と、第２バルブシート６３の下部内径ｄ８と、の間に第２クリアランスｄ４が形成され、第２バルブシート６３の切り欠き部６５の水平面７１は、第１バルブシート６１のフランジ部６２の上面７２の上に載置しており、バルブシート６０はＰＰ材、ＯリングはＰＴＦＥ材である等といった特徴を有している。

［比較例１］
次に、実施例１の分割式バルブシートの代わりとして、図８に示される断面形状の単一体バルブシートを用いるボール逆止弁が比較例１として供試された。バルブ組立時の応力がボールシール部まで伝達しにくいと考えられる設計となっているが、いずれもバルブシートの前記試験条件を満たす水準を大きく下回った。

［比較例２］
更に、比較例１の単一体バルブシートにＰＰ製より強度が優れたＰＴＦＥ製で検証したが、バルブシートの前記試験条件を満たさなかった。なお、ＰＴＦＥはＰＰよりも強度は優れているが、繰り返しの折り曲げにいてはＰＰの方が強い特性が知られている。

［比較例３］
更に、比較例１のＯリングの代わりとして、高価であるが、芯材がゴムのために純粋なＰＴＦＥ製よりも変形しやすく、バルブ組立時のバルブシートへの反力を弱めることができるフッ素ゴム（ＦＫＭ）を芯材に、フッ素樹脂（ＰＦＡ）を被覆に使用したフッ素樹脂被覆Ｏリングを用いるボール逆止弁を検証した。３Ｄ解析により、バルブシートのひずみは、ＰＥＦＥ製のＯリングよりも小さくなることは確認できた。しかし、バルブシートの前記試験条件を満たす場合と、満たさない場合と、の結果にばらつきがあり、前記試験条件を十分に満たすまでには至らなかった。

［比較例４］
更に、比較例１のＯリングの代わりとして、フッ素樹脂系の板ガスケットを用いるボール逆止弁を検証した。バルブシートの前記試験条件を満たす例があったが、供給圧力０．４ＭＰａ以上の中〜高供給圧力時にポンプ外部への液漏れが発生したため、採用不可となった。

［比較例５］
更に、実施例１で第１バルブシート６１と第２バルブシート６３にクリアランスがないボール逆止弁１４を検証した。初回バルブ組立時はバルブシートの前記試験条件を満たすものの、一回の再組立でシール機能が低下、又は変形により再組立が不可能になる例があり、採用不可となった。

（総合評価）
バルブシールの構造、材質、及びクリアランス、並びにＯリングの材質（代替品を含む）に基づいて、実施例１、並びに比較例１〜５のボール逆止弁の総合評価がなされた。表１には、総合評価の結果が示されている。〇：良好、△：前記試験条件を満たすこともあるが良好ではない、×：適性なし、で表記されている。

上述された実施例から以下の点が導き出された。表１に示すように、実施例１のバルブシート分割構造は、バルブシートに金属以外の材質として耐食性材、例えばＰＰ材を、シール材としてのＯリングにＰＰ材より相対的に強度が高い耐食性材、例えばＰＴＦＥを用いた場合に、バルブ組立時の応力によるひずみの悪影響を軽減する効果があった。

上述された実施例から、本実施形態に係るボール逆止弁１４は、その構成によって、バルブ組立時の応力により発生したひずみがボールシール部６７まで伝達せず、安定したシール性を維持することができることが示された。

上述の実施形態では、ダイヤフラムポンプで用いられるボール逆止弁について説明しているが、本発明のボール逆止弁は、これに限らず種々のポンプや流路管に適用可能である。また、本開示は、上述された実施形態、及び実施例に限定されるものではない。

１ ポンプ本体
２，３ ディスク部材
４ センターロッド
５，６ ダイヤフラム
７，８ エア室
９，１０ ポンプ室
１１Ａ，１１Ｂ 吸込用ボール逆止弁
１２Ａ，１２Ｂ 吐出用ボール逆止弁
１３ 吸込口
１４ ボール逆止弁
１６ 吐出口
１７，１８ ガイドブッシュＡ
１９，２０ ガイドブッシュＢ
２１ 切替ポート用給気口
２２ 切替ポート用排気口
２３，２４ ポンプ本体のエア給排気孔
２５ ポンプ本体の中心孔
２６ ポン部本体のエア給気専用孔
２７ ポンプ本体のエア排気専用孔
２８ センターロッドの中央部の溝
３０ ポンプ作動エア切替機構（スプール切替）
３１，３２ エア給排気口
３３ 切替ポート
３４，３５ エア排気専用口
３６ スプール
３７ エア供給口
３８ スリーブ
３９ａ，３９ｂ，３９ｃ ランド
４０ 切替ポート機構
５０ ボール
５１，５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ Ｏリング
５４，５５ ガイドブッシュオサエ
５６ 中央エア室
６０ バルブシート
６１ 第１バルブシート
６２ 第１バルブシートのフランジ部
６３ 第２バルブシート
６４ 第２バルブシートのシール面
６５ 第２バルブシートの切り欠き部
６６ 第２バルブシートのテーパー面
６７ 第１バルブシートの凹状の部分球形状部（ボールシール部、シール面）
６８ 第２バルブシートの上面
７１ 第２バルブシートの切り欠き部の水平面
７２ 第１バルブシートのフランジ部の上面
７３ 第２バルブシートの水平載置面
８０ バルブケース
８１ 上部バルブケース
８２ 下部バルブケース
８３ 上部バルブケースのバルブシート収容凹部
８４ 下部バルブケースの載置面（上面）
８５ バルブシート収容凹部の水平面
８６ バルブシート収容凹部の内周面
９０ 貫通孔
ｓ１，ｓ２，ｓ３ ランドにおけるエア圧力が生じる受圧面積
ｄ１ 第１バルブシートの内径
ｄ２ ボールの直径
ｄ３ 第１クリアランス
ｄ４ 第２クリアランス
ｄ５ 第１バルブシートの上部外径
ｄ６ 第２バルブシートの上部内径
ｄ７ 第１バルブシートの下部外径
ｄ８ 第２バルブシートの下部内径

Claims (7)

1. バルブケースと、バルブシートと、ボールを有するボール逆止弁において、
   耐食性材製の前記バルブシートは、前記ボールで流動体の流通が開閉される貫通孔を有し、
   前記バルブシートは、前記ボールを支持して前記貫通孔を密閉可能な第１バルブシートと、該第１バルブシートを囲む略円筒状の第２バルブシートと、で構成され、
   前記第１バルブシートの外周面の下部には、フランジ部が形成され、
   前記第２バルブシートの内周面の下部には、前記フランジ部を収容できる切り欠き部が形成され、
   前記第１バルブシートの上部外径と、前記第２バルブシートの上部内径と、の間に第１クリアランスが形成され、
   前記第１バルブシートの下部外径と、前記第２バルブシートの下部内径と、の間に第２クリアランスが形成され、
   前記第２バルブシートの前記切り欠き部の水平面は、前記第１バルブシートの前記フランジ部の上面の上に載置していることを特徴とする、ボール逆止弁。
2. 前記ボール逆止弁の前記第２バルブシートをＯリングによって前記バルブケースとの間をシールした請求項１に記載のボール逆止弁。
3. 前記バルブケースは、前記貫通孔より下方に、前記第１バルブシートが載置可能な載置面を有し、前記第１バルブシートは、前記載置面上を、水平方向に移動可能であることを特徴とする、請求項２に記載のボール逆止弁。
4. 前記バルブケースは、前記第２バルブシートを収容できるバルブシート収容凹部を有し、 前記第２バルブシートは、前記バルブケースの前記バルブシート収容凹部と嵌合し、前記Ｏリングを介してシールされることを特徴とする、請求項２または３に記載のボール逆止弁。
5. 前記第２バルブシートの内周面の上部は、下方から上方に向けて拡径したテーパー面を有することを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか１項に記載のボール逆止弁。
6. 前記第２バルブシートの前記切り欠き部の下端には、前記バルブケースの前記載置面と面接触する水平載置面が形成されることを特徴とする、請求項３に記載のボール逆止弁。
7. ポンプ本体の内部における線対称位置に、対称軸から近い順にエア室、及び該エア室とダイヤフラムで仕切られたポンプ室が一対配置され、
   前記ポンプ室に吸込用逆止弁を介して吸込口が接続されると共に、吐出用逆止弁を介して吐出口が接続され、
   一対の前記ダイヤフラムに両端が連結したセンターロッドが、前記対称軸と直交する方
   向を軸として該軸方向に移動自在に前記エア室を貫通して支持され、
   一対の前記エア室にエアを交互に給排気することで、一対の前記エア室の容積を交互に増減させることで、一対の前記ダイヤフラムを変動させると共に、これに連動する前記センターロッドをその前記軸方向に往復動させるダイヤフラムポンプにおいて、
   前記吸込用逆止弁、及び前記吐出用逆止弁として請求項１乃至６のいずれか１項に記載のボール逆止弁が用いられていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。

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