TWI666384B - 隔膜泵及其閥片 - Google Patents

Abstract

一種隔膜泵包括一閥座、一氣嘴蓋體及一對閥片。閥座的表面凹陷地形成一第一容置槽及一第二容置槽；第一容置槽具有一第一流道口，第二容置槽具有一第二流道口。氣嘴蓋體蓋合於閥座。其中一個閥片置於第一容置槽內，並且第一容置槽具有對應於閥片的幾何外形；另一個閥片置於第二容置槽內，並且第二容置槽具有對應於閥片的幾何外形。其中閥片具有一密封部及至少一延伸臂，至少一延伸臂由密封部向外延伸，密封部具有二相對稱的幾何外形，至少一延伸臂的末端呈圓弧狀，閥片的邊緣與第一容置槽或第二容置槽形成一間隙。

Description

隔膜泵及其閥片

本發明涉及一種隔膜泵及其閥片，特別是指一種用以輸送氣體或液體的隔膜泵，以及位於隔膜泵內用以控制氣體或液體流向的閥片。

小型裝置用以輸送氣體或液體，例如可以使用隔膜泵。隔膜泵通常利用一工作隔膜被一輸送機構向上及向下移動以進行輸送氣體或液體。此外，通常包括一對閥片分別控制氣體或液體的輸入與輸出。

以往閥片被收容於一閥座內，為著合適的定位閥片，一種方式是在為閥片的周圍採取單側固定、雙側固定或中心固定的方式。或者，另一種方式，採用閥座的幾何外型來限制閥片的自由度；藉此在較小的有效移動距離下達到密封效果。

上述第一種固定方式，雖有效限制其中心位置，但缺點在於閥片移動的方式，是靠閥片的懸臂擺動來位移到密封位置。此種懸臂式的擺動方式會造成隔膜泵系統較大的負載。再者，閥片擺動的自由度會因材料以及設計上的不同有較大影響，導致閥片開闔速度跟不上隔膜泵的作動頻率，進而影響流量以及量產的穩定性不好。特別不適用於高頻的隔膜泵。另外，在閥片的壽命上，閥片擺動的方式導致閥片彈性疲乏而降低其密封效果。

上述第二種固定方式，雖無前述的擺臂運動產生彈性疲乏的問題，但缺點在於，無法有效的控制閥片運動時的中心位置，導 致閥片在作動路徑上造成多餘的移動路徑，以及與限位外型造成磨擦阻力，導致減低閥片的作動效率使密封效果變差。

為改善第一種固定方式的問題，有習知的閥片採用較軟的材料，以提高密封性以及減少隔膜泵的系統負載。然而，較軟的材料會反向導致閥片的密封側變形量太大，增加輸送機構的負載，以及在閥片的非密封側更多堵住流體出口的面積，而影響其流量。

本發明所要解決的技術問題，在於提供一種隔膜泵，採用閥片與閥座的對應幾何設計，使閥片在較小的有效移動路徑以及能量損耗下達到密封效果，以有效控制閥片的中心位置。

為解決上述技術問題，根據本發明的其中一種方案，提供一種隔膜泵，其包括一閥座、一氣嘴蓋體及一對閥片。所述閥座的表面凹陷地形成一第一容置槽及一第二容置槽；其中所述第一容置槽具有一第一流道口，所述第二容置槽具有一第二流道口。所述氣嘴蓋體蓋合於所述閥座。其中一個所述閥片置於所述第一容置槽內，並且所述第一容置槽具有對應於所述閥片的幾何外形；另一個所述閥片置於所述第二容置槽內，並且所述第二容置槽具有對應於所述閥片的幾何外形。其中所述閥片具有一密封部及至少一延伸臂，至少一所述延伸臂由所述密封部的部分外圍向外延伸，所述密封部具有二相對稱的幾何外形，至少一所述延伸臂的末端呈突出狀，所述閥片的邊緣與所述第一容置槽或所述第二容置槽形成一間隙。

本發明所要解決的技術問題，還在於提供一種膜片，能在較小的有效移動路徑以及能量損耗下達到密封效果，以有效控制閥片的中心位置。

為解決上述技術問題，根據本發明的其中一種方案，提供一種閥片，其包括一密封部，及至少一延伸臂。至少一所述延伸臂由 所述密封部以等寬度向外延伸，所述密封部具有二相對的半圓弧邊，至少一所述延伸臂的末端呈突出狀，所述閥片的上表面與下表面均呈平坦狀。

本發明具有以下有益效果：本發明採用閥片與閥座具有相對應的幾何結構，藉此以有效控制閥片的中心位置。閥片可以在較小的有效移動路徑以及能量損耗下達到密封效果。

為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取的技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明的詳細說明、圖式，相信本發明的目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式與附件僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。

1‧‧‧泵殼體

2‧‧‧馬達

3、3a‧‧‧閥座

30f‧‧‧頂面

31‧‧‧第一容置槽

310、310a‧‧‧第一流道口

312‧‧‧凸垣

313‧‧‧密封區主流道

314‧‧‧緩衝流道

315‧‧‧延伸區

317‧‧‧傾斜面

32‧‧‧第二容置槽

320‧‧‧第二流道口

322‧‧‧支撐塊

323‧‧‧非密封區主流道

324‧‧‧緩衝流道

325‧‧‧延伸區

3251‧‧‧抵接面

3252‧‧‧斜坡

328‧‧‧定位牆

39‧‧‧隔膜腔

4‧‧‧氣嘴蓋體

41‧‧‧第一上腔室

42‧‧‧第二上腔室

48‧‧‧入口

49‧‧‧出口

5‧‧‧連桿組件

6‧‧‧隔膜片組件

7a、7b、7c‧‧‧閥片

71‧‧‧密封側

72‧‧‧非密封側

73‧‧‧密封部

75、77‧‧‧延伸臂

773‧‧‧斜邊

8‧‧‧上蓋

C‧‧‧中心

A1‧‧‧直徑

C1、C2、C2’‧‧‧長度

B1、B2、B2’‧‧‧寬度

R1‧‧‧半徑

T、T1‧‧‧厚度

T2‧‧‧深度

W,W’‧‧‧距離

圖1為本發明的隔膜泵的局部剖視圖。

圖2為本發明的隔膜泵的另一局部剖視圖。

圖3為本發明的閥座與閥片的分解立體圖。

圖4為本發明的閥座與閥片的組合立體圖。

圖5為本發明的閥座的俯視圖。

圖6為本發明的閥座沿著圖5的VI-VI線的局部剖視圖。

圖7為本發明的閥片的俯視圖。

圖8為本發明的閥片的前視圖。

圖9為本發明的氣嘴蓋體的立體圖。

圖10為本發明的氣嘴蓋體的仰視圖。

圖11為本發明的閥座與閥片的組合俯視圖。

圖12為本發明沿著圖11的XII-XII線的剖視圖。

圖13為本發明沿著圖11的XIII-XIII線的剖視圖。

圖14為本發明的閥座與閥片另一實施例的組合俯視圖。

圖15為本發明另一實施例的閥片的俯視圖。

請參閱圖1至圖2，本發明提供一種隔膜泵，包括一泵殼體1、馬達2、一閥座3、一氣嘴蓋體4、一連桿組件5、一隔膜片組件6、一對閥片7a、7b、及一上蓋8。

馬達2安裝在泵殼體1的一側，閥座3及氣嘴蓋體4依序安裝在泵殼體1的另一側上。氣嘴蓋體4蓋合於閥座3，上蓋8覆蓋於氣嘴蓋體4的外側。氣嘴蓋體4具有一入口48及一出口49(請參閱圖9及圖10)，可用以分別輸入及輸出流體。閥座3及氣嘴蓋體4之間設置該對閥片7a、7b。隔膜片組件6收容於泵殼體1內且位於閥座3的下方。連桿組件5設置於泵殼體1內，且連桿組件5連接於馬達2及隔膜片組件6之間。該對閥片7a、7b分別控制流體能單向地輸入與單向地輸出。當馬達2轉動時，可驅動連桿組件5產生往復運動，使連桿組件5可帶動隔膜片組件6做往復振動，以改變隔膜片組件6和閥座3之間所形成的隔膜腔39的容積，再由該對閥片7a、7b的配合，實現吸入流體和排出流體的功能。該隔膜泵為利用隔膜片的變形，形成隔膜腔39的容積變化來產生負壓及正壓，其負壓為吸入流體，再由正壓將流體排出，所述的流體可為氣體或液體。上述隔膜泵的構造僅為本發明可應用的一種實施，本發明並不限制於上述隔膜泵的構造。

請參閱圖3，本實施例的閥座3的表面凹陷地形成一第一容置槽31及一第二容置槽32；其中第一容置槽31具有一第一流道口310，第二容置槽32具有一第二流道口320。第一流道口310及第二流道口320連通至閥座3底部的隔膜腔39。在本實施例，第一流道口310的周圍具有一封閉狀的凸垣312，以支撐閥片7a的密封部73。本實施例凸垣312形狀像圓形圍牆。第二流道口320的周圍具多個非封閉狀的支撐塊322，以支撐閥片7b的密封部73。

請參閱圖4及圖5，第一容置槽31的形狀大致對應於閥片7a的形狀，可分為位於凸垣312外圍的密封區主流道313、及由密封 區主流道313向外延伸的一對延伸區315；密封區主流道313呈一圓環狀。此外，第一容置槽31還包括連通於密封區主流道313一側的緩衝流道314。緩衝流道314與密封區主流道313大致呈一蛋形。本實施例提供緩衝流道314更有利於流體的流動。依本實施例的第一容置槽31為供流體流出閥座3，較佳地，緩衝流道314的面積小於密封區主流道313的面積。主流道與緩衝流道的中心距離W(密封區)或W’(非密封區)為0.2-0.7倍閥片的密封部直徑A1。由於閥片本身為彈性體，本實施例此種設計的優點在於，緩衝流道314形成的緩衝區區域小於密封區主流道313形成的主流道區域，藉此可以限制閥片7a不離開密封區主流道313的密封孔，更可以確保密封的功能。此外，由於流道出入口為同一座標軸線上，上述設計安排緩衝區的流道小於主流道可避免增加流體行經的路徑，避免降低流體輸送的效率。

第二容置槽32形狀大致對應於閥片7b的形狀，可分為位於322外圍的非密封區主流道323、及由非密封區主流道323向外延伸的一對延伸區325。此外，第二容置槽32還包括連通於非密封區主流道323一側的緩衝流道324。其中閥座3形成一對定位牆328，該對定位牆328形成於第二容置槽32的部分周圍，以限制閥片7b的位移。本實施例的定位牆328大致呈U字形，但不限制於此。本實施例提供緩衝流道324更有利於流體的流動。依本實施例的第二容置槽32為供流體流入閥座3，較佳地，緩衝流道324的面積大於或等於非密封區主流道323的面積。藉此可增加流體輸送的效率。

請參閱圖9及圖10，氣嘴蓋體4蓋合於閥座3，氣嘴蓋體4具有一第一上腔室41及一第二上腔室42，第一上腔室41的形狀對應於第一容置槽31，第二上腔室42的形狀對應於第二容置槽32。

其中一個閥片7a置於第一容置槽31內，並且第一容置槽31 具有對應於所述閥片7a的幾何外形；另一個閥片7b置於第二容置槽32內，並且第二容置槽32具有對應於閥片7b的幾何外形。

本發明的該對閥片7a，7b具有相同的幾何外形，閥片7a，7b較佳以具有彈性的材料製成，例如塑膠或橡膠…等。每一閥片7a，7b具有一密封部73及一對延伸臂75。該對延伸臂75由密封部73的部分外圍向外延伸，此外，該對延伸臂75由密封部73的兩相對側以等寬度向外延伸。本實施例的延伸臂75的數量可以是至少一個，也可以是多個而呈等角度向外延伸。密封部73具有二相對稱的幾何外形，本實施例的密封部73具有二相對的半圓弧邊，延伸臂75的末端呈突出狀，本實施例的延伸臂75末端呈圓弧狀，但本發明不限制於此。延伸臂75可以提供閥片7a，7b平衡以及限位的功用。此種幾何形設計，可以有效限制閥片7a，7b的中心位置在一定範圍內，並自動校正中心位置。

本實施例的閥片7a，7b的上表面與下表面均呈平坦狀。然而，本發明不限制於此，較佳的，閥片7a，7b的密封側維持平面設計，藉此可以確保密封性。閥片7a，7b的非密封側可不限制為平面，例如延伸臂75可以稍為呈斜面。閥片7a，7b的邊緣與第一容置槽31或第二容置槽32形成一間隙，可以產生點或線的接觸，藉此可以降低延伸臂75的接觸阻力，並兼顧閥片7a，7b有效移動路徑的限制。

請同時參閱圖4及圖6，本實施例中，閥片7a，7b的密封部73大致呈圓形且定義有一中心C及一直徑A1，密封部73的中心C至延伸臂75的末端的長度C1等於0.6至2.0倍密封部73的直徑A1。換句說話，延伸臂75突出於密封部73的長度可以只有密封部73的直徑A1。延伸臂75的寬度B1等於0.1至0.5倍密封部73的直徑A1。延伸臂75的長度愈長，寬度愈寬，延伸臂75與閥座3具有較大的摩擦阻力，將更限制閥片7a，7b的位移。

第一容置槽31的第一流道口310的中心至第一容置槽31的 末端的長度為C2。第二容置槽32的第二流道口320的中心至第二容置槽32的末端的長度為C2’。閥片7a，7b的密封部73的中心至延伸臂75的末端的長度為C1，符合下列關係式：C2-C1≦0.2*C1；C2’-C1≦0.2*C1。上述尺寸設計的優點在於，可以確保閥片7a，7b最小自由度的條件，該條件下的自由度不會使閥片7a，7b脫離密封區域而影響其密封。

延伸臂75末端的圓弧狀具有一半徑R1，延伸臂75末端的半徑R1，等於0.3至0.5倍所述延伸臂75的寬度B1。上述尺寸設計的功效在於，R角在0.3~0.5倍的寬度值內，該比例下的圓弧角較為平滑，其摩擦影響較小以及導向性較好。

請同時參閱圖6至圖8，圖8為閥片7a，7b的側視圖，密封部73的厚度T等於或大於延伸臂75的厚度T1。上述尺寸設計優點在於，由於閥片7a，7b的延伸臂75本身功用在於限位，因此安排閥片7a，7b的延伸臂73的厚度T1不大於閥片7a，7b中心位置厚度T，可以避免阻礙閥片中心的運動，才不會造成閥片的動作變緩慢而影響其靈活性。此外，也可以避免造成摩擦面積過大，影響閥片整體自由度。

此外，本發明經過測試，較佳地，延伸臂75的厚度T1等於0.5倍至1倍的第一容置槽31或所述第二容置槽32的深度T2。此種結構設計的功效在於，經測試過該範圍內閥片不會浪費過多能量來使其到達定位。當延伸臂75的厚度T1小於0.5倍容置槽的深度，閥片的延伸臂提早到定位，但閥片中心則需要額外使延伸臂變形才能到定位，這樣會造成不必要的能量損失，以及影響效率。

當延伸臂75的厚度T1大於1倍容置槽的深度時，其閥片中心到達定位後，該延伸臂則尚未到定位。此種情形會造成延伸臂過度變形，影響閥片中心的密封效果以及造成閥片本身不必要的形變而影響其穩定性。在上述尺寸範圍以外的運動過程，會對閥 片本體造成過大的變形，因而導致閥片本體造成永久的形變。該形變則會使閥片的動作失效，嚴重影響泵浦的效率。

如圖5及圖7所示，第一容置槽31的延伸區315的寬度B2或第二容置槽32的延伸區325的寬度B2’大於延伸臂75的寬度B1。本實施例中，第一容置槽31的延伸區315的寬度B2或第二容置槽32的延伸區325的寬度B2’減去延伸臂75的寬度B1小於或等於兩倍延伸臂75的寬度。也就是說符合下列關係式：B2-B1≦2*B1；或B2’-B1≦2*B1。

上述尺寸設計的功效在於，該條件下的自由度，可以確保延伸臂75在其限位條件下不會使閥片的中心脫離密封區。此外，該條件下的自由度，不會使延伸臂75在運動過程中造成過多的摩擦，避免影響閥片的自由運動。

請參閱圖11至圖13，圖11為本發明的閥座與閥片的俯視圖。其中閥片7a、7b具有一密封側71及一非密封側72，在此實施中，閥片7a、7b在密封側71以及非密封側72採用不同硬度設計。更具體的說，密封側71的硬度小於非密封側72的硬度。該設計可以透過局部上膠、硬化處理或是異料貼合的方式實現。密封側71採用較軟的硬度使其密封性較好，非密封測72採用較硬的硬度來增加其強度。此種設計的優點在於，一面可以確保非密封側72不會因為材質太軟而變形，避免阻擋出口流道的面積並影響流量，另一面，不需要變更閥片7a、7b的幾何形狀來增加強度，避免影響閥片7a、7b厚度以及製程。

補充說明，如圖11及圖12所示，本實施例的閥片7a、7b置放於閥座3後，分別位於不同的高度。閥片7a的頂面切齊於閥座3的頂面30f，換句說話，閥片7a的非密封側72切齊於閥座3的頂面30f。閥片7b的底面切齊於閥座3的頂面30f，換句說話，閥片7b的非密封側72切齊於閥座3的頂面30f，閥片7b的密封側71高出於閥座3的頂面30f，在安裝時，使閥片7b的密封側71 直接抵接於氣嘴蓋體4的第二上腔室42。本實施例的此種結構有利於安裝置放閥片7a、7b。配合上述安排，本實施例的第二容置槽32的延伸區325底面具有一抵接面3251、及一斜坡3252。抵接面3251靠近延伸區325的末端，抵接面3251承載閥片7b的延伸臂75。斜坡3252由抵接面3251朝向第二流道口320延伸，斜坡3252並沒有接觸閥片7b的延伸臂75。

請參閱圖14，為本發明的閥座第二實施例的示意圖。本實施例的特點在於，第一容置槽或第二容置槽可以具有錐形的延伸區。以部分的閥座3a並以第一容置槽310a為例，第一容置槽310a具有密封區主流道313、由密封區主流道313向外延伸的二延伸區315。閥片7a的延伸臂75置於延伸區315內，延伸區315的二側呈平行狀且與延伸臂75保持一間隙。延伸區315的末端形成一錐形，具體的說，延伸區315的末端具有二相對的傾斜面317，二個傾斜面317各接觸於延伸臂75的圓弧狀末端。藉由上述結構，延伸臂75末端的兩側與延伸區315形成兩個點接觸，提供較平衡的約束。

請參閱圖15，為本發明另一實施例的閥片的俯視圖。與上述實施例的差異在於，本實施例的閥片7c的一對延伸臂77相對地由密封部73以漸縮的方式向外延伸。此外，延伸臂77的末端呈尖錐狀而具有斜邊773，閥片7c整體沿著其中心點，上下相互對稱且左右相互對稱。對應於本實施例，閥座的延伸區外形可以對應於延伸臂77的外形。

本發明的特點及功能至少在於，本發明採用閥片與閥座具有相對應的幾何結構，藉此以有效控制閥片的中心位置。此外，閥片可以在較小的有效移動路徑以及能量損耗下達到密封效果。閥片的兩側具有不同硬度，藉此可以減少非密封區域的過度變形，因而達到在最小的有效移動路徑以及最小的能量損耗下，達到密封效果。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。

Claims (19)

1. 一種隔膜泵，包括：一閥座，所述閥座的表面凹陷地形成一第一容置槽及一第二容置槽；其中所述第一容置槽具有一第一流道口，所述第二容置槽具有一第二流道口；一氣嘴蓋體，所述氣嘴蓋體蓋合於所述閥座；一對閥片，其中一個所述閥片在一預定條件的自由度內能自由運動地置於所述第一容置槽內，並且所述第一容置槽具有對應於所述閥片的幾何外形；另一個所述閥片在一預定條件的自由度內能自由運動地置於所述第二容置槽內，並且所述第二容置槽具有對應於所述閥片的幾何外形；其中所述閥片的上表面與下表面均呈平坦狀，所述閥片具有一密封部及一對延伸臂，所述一對延伸臂由所述密封部的兩相對側向外延伸，所述密封部具有二相對稱的幾何外形，至少一所述延伸臂的末端呈突出狀，所述閥片的邊緣與所述第一容置槽或所述第二容置槽形成一間隙。
2. 如請求項1所述的隔膜泵，其中一對所述延伸臂由所述密封部的兩相對側以等寬度向外延伸。
3. 如請求項1所述的隔膜泵，其中所述閥片的所述密封部具有二相對的半圓弧邊，而呈一圓形，且定義有一中心及一直徑，所述密封部的所述中心至所述延伸臂的末端的長度等於0.6至2.0倍所述密封部的直徑。
4. 如請求項3所述的隔膜泵，其中所述延伸臂的寬度等於0.1至0.5倍所述密封部的直徑。
5. 如請求項1所述的隔膜泵，所述第一容置槽的所述第一流道口的中心至所述第一容置槽的末端的長度為C2，所述第二容置槽的所述第二流道口的中心至所述第二容置槽的末端的長度為C2’，所述閥片的所述密封部的中心至所述延伸臂的末端的長度為C1，其中C2-C1≦0.2*C1；C2’-C1≦0.2*C1。
6. 如請求項1所述的隔膜泵，其中所述延伸臂末端的圓弧狀具有一半徑，所述延伸臂末端的半徑等於0.3至0.5倍所述延伸臂的寬度。
7. 如請求項1所述的隔膜泵，其中所述密封部的厚度等於或大於所述延伸臂的厚度。
8. 如請求項1所述的隔膜泵，其中所述延伸臂的厚度小於或等於所述第一容置槽或所述第二容置槽的深度，所述延伸臂的厚度等於0.5倍至1倍所述第一容置槽或所述第二容置槽的深度。
9. 如請求項1所述的隔膜泵，其中所述第一容置槽或所述第二容置槽各具有至少一延伸區，所述第一容置槽的所述延伸區的寬度或所述第二容置槽的所述延伸區的寬度減去所述延伸臂的寬度小於或等於兩倍所述延伸臂的寬度。
10. 如請求項1所述的隔膜泵，其中所述閥座形成一定位牆，所述定位牆形成於所述第二容置槽的部分周圍，以限制所述閥片的所述延伸臂。
11. 如請求項1所述的隔膜泵，其中所述第一容置槽或所述第二容置槽各具有至少一延伸區，所述閥片的所述延伸臂置於所述延伸區內，至少一所述延伸區的末端形成一錐形，且具有二相對的傾斜面，所述傾斜面各接觸於所述延伸臂的圓弧狀末端。
12. 如請求項1所述的隔膜泵，其中一個所述閥片的頂面切齊於所述閥座的頂面，另一個所述閥片的底面切齊於所述閥座的頂面。
13. 如請求項1所述的隔膜泵，其中所述第二容置槽的具有一延伸區，所述延伸區的底面具有一抵接面、及一斜坡，所述抵接面靠近所述延伸區的末端，所述抵接面承載所述閥片的所述延伸臂，所述斜坡由所述抵接面朝向所述第二流道口延伸，所述斜坡並沒有接觸所述閥片的所述延伸臂。
14. 一種閥片，在一預定條件的自由度內能自由運動地置於一容置槽內，所述閥片包括：一密封部，及一對延伸臂，所述一對延伸臂由所述密封部的兩相對側以等寬度向外延伸，所述密封部具有二相對的半圓弧邊，每一所述延伸臂的末端呈突出狀，所述閥片的上表面與下表面均呈平坦狀。
15. 如請求項14所述的閥片，其中所述閥片的所述密封部呈一圓形且定義有一中心及一直徑，所述密封部的所述中心至所述延伸臂的末端的長度等於0.6至2.0倍所述密封部的直徑。
16. 如請求項14所述的閥片，其中所述延伸臂的寬度等於0.1至0.5倍所述密封部的直徑。
17. 如請求項14所述的閥片，其中所述延伸臂末端的圓弧狀具有一半徑，所述延伸臂末端的半徑等於0.3至0.5倍所述延伸臂的寬度。
18. 如請求項14所述的閥片，其中所述密封部的厚度等於或大於所述延伸臂的厚度。
19. 如請求項14所述的閥片，其中所述閥片具有一密封側及一非密封側，所述密封側的硬度小於所述非密封側的硬度。