(57)【要約】【課題】  逆止弁において、搬送流体の状態に影響されないで安定した動作を行うことができること。【解決手段】  弁体の弁部を両持ちで支持する支持部が設けられており、この支持部を第１筺体に形成された弁支持面により、導入口よりも一段高い面で支持されるため、弁体の導入口に対する高さ方向の位置は、中央付近が導入口に近接し、両端に行くほど離間するように弓なり状として配設される。また、支持部は弁部長さ方向に延出して形成された中央部と、この中央部の弁部幅両側に形成された固定部とを有し、この固定部が第１筺体と第２筺体との間に挟まれて支持されている。この構成によって、弁体が有する弾性力により、導入口側に力を与えることができ、安定した閉状態を実現することができる。また、弁の開閉動作の際、開から閉への応答時間が短くなる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の導入口が形成された第１筐体と、
流体の排出口が形成された第２筐体と、
前記第１及び第２筐体間に挟持されることで前記導入口と排出口との間に弁部を両持ちで支持する支持部が形成された弁体と、を有する逆止弁において、
前記支持部は弁部長さ方向に延出して形成された中央部と、この中央部の弁部幅方向両側に形成された固定部とを有し、
前記第１筐体には、前記導入口が形成される面よりも前記第２筐体側に高く形成された弁支持面と、前記固定部を前記第２筐体との間で挟持する第１当接面とが形成されており、
前記第２筐体には、前記固定部を前記第１筐体との間で挟持する第２当接面が形成されており、
前記弁体の支持部がこれら弁支持面及び各当接面にて筐体間に挟持されることにより、前記弁体が筺体に支持されていることを特徴とする逆止弁。
【請求項２】
前記支持部は弁部の両端に形成され、
各支持部の前記固定部は弁体の幅方向中心から等間隔に配置されると共に、この幅方向中心に向けて傾斜する傾斜面が形成されている１対の弁体突部を有することを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。
【請求項３】
前記第１筐体には前記弁体の長さ方向で弁体を仮固定する保持部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の逆止弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体流量を高精度に制御するポンプに用いて好適な逆止弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池、医療、分析等の分野において、液体流量を高精度に制御するための種々のポンプが開発されている。
従来、例えば特許文献１には、圧電振動子を駆動源とする圧電振動子ポンプに用いられ、枠部（弁箱・弁室）内に形成された片持ち梁形状の弁体を用いた逆止弁が提案されている。この逆止弁は、支持腕の一端が枠部の内壁に挿入されて支持されており、他端が弁孔を閉塞可能な弁体となっているものである。なお、この弁体及び支持腕は、金属やプラスチック等の一体物の板体で構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−７２４７９号公報（第４頁右欄、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来、弁体は、一般的に薄板状の金属や樹脂材、ゴム材等を用いている。この弁体は、ポンプからの圧力を受けて動作し、開閉状態を繰り返すが、その開状態及び閉状態は、部品や組立のばらつきにより安定しない、つまり、開時及び閉時における弁体の動作状態が安定した状態とならず、その結果、流体の搬送が不安定であるという不都合があった。
特に液体ポンプにおいて、液体のみを搬送する場合にあっては、比較的安定した動作が期待できるものの、同ポンプで気体のみを搬送する場合や、気体と液体とを交互に搬送する際には、弁体の開閉状態が安定せず、ポンプとしての搬送能力を不安定にさせてしまうという不都合があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、搬送流体の状態に影響されないで安定した動作を行うことができる逆止弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の逆止弁は、流体の導入口が形成された第１筐体と、流体の排出口が形成された第２筐体と、第１及び第２筐体間に挟持されることで導入口と排出口との間に弁部を両持ちで支持する支持部が形成された弁体と、を有する逆止弁において、支持部は弁部長さ方向に延出して形成された中央部と、この中央部の弁部幅方向両側に形成された固定部とを有し、第１筐体には、導入口が形成される面よりも第２筐体側に高く形成された弁支持面と、固定部を第２筐体との間で挟持する第１当接面とが形成されており、第２筐体には、固定部を第１筐体との間で挟持する第２当接面が形成されており、弁体の支持部がこれら弁支持面及び各当接面にて筐体間に挟持されることにより、弁体が筺体に支持されていることを特徴とする。
【０００７】
この逆止弁では、弁体の弁部を両持ちで支持する支持部が設けられており、この支持部を第１筺体に形成された弁支持面により、導入口よりも一段高い面で支持するため、弁体の導入口に対する高さ方向の位置は、弁体の中央付近が導入口に近接し、両端に行くほど離間するように弓なり状として配設されるものである。この構成によって、弁体が有する弾性力により、導入口側に力を与えることができ、安定した閉状態を実現することができる。また、弁の開閉動作の際、開から閉への応答時間が短くなる。
また、支持部は弁部長さ方向に延出して形成された中央部と、この中央部の弁部幅両側に形成された固定部とを有し、この固定部が第１筺体と第２筺体との間に挟まれて支持されている。この構成によれば、弁体は固定部が各筺体間に挟持され固定されているため、弁部の延出部分である中央部には、弁体を固定するための力は直接的に作用しない。したがって、弁部においては固定による影響が低減されるため、筺体間の挟持によって弁部が導入口から離間してしまうようなことはない。よって、安定した閉状態を実現することができる。
【０００８】
また本発明の逆止弁は、支持部は弁部の両端に形成され、各支持部の固定部は弁体の幅方向中心から等間隔に配置されると共に、この幅方向中心に向けて傾斜する傾斜面が形成されている１対の弁体突部を有することを特徴とする。すなわち、この逆止弁では、支持部は弁部の両端に形成されていて、弁体突部が第１又は第２当接面に当接することで第１筺体と第２筺体との間に挟持され両持ちで支持されるが、その際にこの弁体突部に形成された傾斜面により、弁体の支持部は幅方向中心から外側に向けて力を受けることとなる。したがって、逆止弁の組み立て時に弁体に対して安定した押圧力を与えることができ、組み立てによるばらつきが発生しにくく、逆止弁の製造時の歩留まりを向上させることができる。
【０００９】
また本発明の逆止弁は、第１筐体には弁体の長さ方向で弁体を仮固定する保持部を有することを特徴とする。すなわち、この逆止弁では第１筺体に一時的に弁体を仮固定しておくことができるので、逆止弁を第１筺体に取り付けて組み立て作業を行うことができるので、効率的な作業を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る逆止弁によれば、弁体の弁部は導入口に対して弓なり状に配設されるので、弁体はその弾性力によって導入口側に力を与えられて導入口を閉塞することとなるため、安定した閉状態を実現することができる。また、弁の開閉動作の際には開から閉への応答時間が短くなる。このように、弁体の閉状態が安定すると共に応答時間が短くなると、一旦、導入口を通過して搬送された搬送流体の逆流を防止することができる。また、弁を開閉動作させる圧力に対する弁の応答性能が向上する。したがって、この逆止弁をダイヤフラムポンプに採用することで、流体の搬送能力が向上し、流体流量を高精度に制御可能となり、燃料電池用等に好適なポンプを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る逆止弁及びこれを用いたダイヤフラムポンプの一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。図１はダイヤフラムポンプの簡略化した断面図であり、図２はそのダイヤフラムポンプの分解斜視図である。また、図３は中流路部材４を示しており、図２で表される中流路部材４の裏面（筺体６側から見た面）からの斜視図である。図４（Ａ）は弁体１２の表面、図４（Ｂ）はその裏面からの斜視図である。さらに図５は筺体６を表す斜視図であり、図６（Ａ）は弁室１１内での弁体６の配設状態を表すＡ−Ａ断面図であり、さらに図６（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
【００１２】
本実施形態の逆止弁を用いたダイヤフラムポンプは、例えば流体としてメタノールを供給する燃料電池用のポンプであり、図１に示すように、圧電素子１が取り付けられたダイヤフラム２と、ダイヤフラム２との間に圧力室３が形成され該圧力室３に接続される上部吸入流路４ａ及び上部吐出流路４ｂを有する中流路部材４と、上部吸入流路４ａに吸入側逆止弁５Ａを介して接続される下部吸入流路６ａ及び上部吐出流路４ｂに吐出側逆止弁５Ｂを介して接続される下部吐出流路６ｂを有する筐体６と、筐体６との間で下部吸入流路６ａと下部吐出流路６ｂを形成する下流路部材７と、を備えている。
【００１３】
上記ダイヤフラム２は、下面の一部が圧力室３の壁を形成する樹脂ダイヤフラム２ａと、該樹脂ダイヤフラム２ａ上に接着された金属ダイヤフラム２ｂとで、構成されており、該金属ダイヤフラム２ｂ上に圧電素子１が接着されている。圧電素子１は、ピエゾ素子（ＰＺＴ）であり、図示しない電源に接続され、電圧印加により伸縮する。
【００１４】
吸入側逆止弁５Ａ及び吐出側逆止弁５Ｂは、図６に示すように、流体の導入口８ａを有する天壁８と流体の排出口９ａを有する底壁９と側壁１０とで形成される弁室１１と、弁室１１内で両端が固定されその中間部分が弁部１２ａとされて両持ち状に支持されていると共に、導入口８ａ上に配された弁体１２と、を備えている。
【００１５】
図１に示すように、吸入側逆止弁５Ａでは、底壁９が中流路部材４の下面に形成され、天壁８と側壁１０が筐体６の上面に形成されている。一方、吐出側逆止弁５Ｂでは、天壁８と側壁１０が中流路部材４の下面に形成され、底壁９が筐体６の上面に形成されている。よって、上部吸入流路４ａ及び下部吐出流路６ｂにそれぞれ排出口９ａが接続され、上部吐出流路４ｂ及び下部吸入流路６ａにそれぞれ導入口８ａが接続されている。また、吸入側逆止弁５Ａ及び吐出側逆止弁５Ｂは、図２に示すように、中流路部材４と筺体６との間に弁体１２を挟んで形成されている。したがって、弁室１１の平面視は、各図で示されるように略Ｉ形状をなしている。
【００１６】
なお、下部吸入流路６ａは、流体供給管１３を介して流体の供給源（図示略）に接続される。また、下部吐出流路６ｂは、流体吐出管１４を介して流体の供給先（図示略）に接続される。
上記弁体１２は、薄板状のゴム等の弾性部材であり、金型による成形加工でＩ状の両持ち形状に形成されている。図４（Ａ）は弁体１２の表面側、図４（Ｂ）は裏面側を表している。これら図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように弁体１２は弁部１２ａと、この弁部１２ａの両端にそれぞれ形成され、その一側面側に凸部１３ａ及び１３ｂを有した支持部１２ｂと、よりなる。支持部１２ｂの凸部１３ａ及び１３ｂは、弁体１２の幅方向中心から略等間隔であって（図６参照）、弁部１２ａの延出領域３５（図４（Ａ）で斜線にて表す領域）を外れた固定部３６に設けられいる。また、凸部１３ａ及び１３ｂにはこの幅方向中心に向かって傾斜する傾斜面１４を有している。
【００１７】
図３に示すように、中流路部材４の裏面側には一対の突起１５が形成されており、一方、図５に示すように、筐体６には一方が長穴形状をなした一対の孔１６が形成されている。これら突起１５と孔１６とを嵌合させ、弁体１２を弁室１１内で挟持した状態で、レーザー溶着等により接合される。
なお、図２に示されるように中流路部材４の表面側には、上部吸入流路４ａに接続される導入口３１と、上部吐出流路４ｂに接続される排出口３２が形成されており、これら導入口３１及び排出口３２は、周囲の面よりも一段低くなった溝３３で連結されている。
【００１８】
弁室１１の底壁９には、図６等に示すように天壁８と対向したときに、所定間隔を空けてほぼ平行な平坦面９ｂ１と、この平坦面９ｂ１の両側に位置し、平坦面９ｂ１から連続する面であって、この平坦面９ｂ１から離れるにしたがって天壁８に近づくように設けられる傾斜面９ｂ２とを有する弁座９ｂが形成されている。弁座９ｂの平坦面９ｂ１には、排出口９ａと、この排出口９ａの周囲に平坦面９ｂ１から突出する一対の凸部９ｄと、が形成されている。
また底壁９には、傾斜面９ｂ２から連続し、天壁８と略平行する面であって、弁体１２の支持部１２ｂを挟持するための対向面９ｃが形成されている。
【００１９】
図３及び図５に示すように弁室１１の天壁８には、底壁９と対向したときに、所定間隔を隔てて平行となる平坦面８ｂ１と、導入口８ａの周囲を取り囲むように円形に形成され、平坦面８ｂ１より底壁９側に一段高くなった円形面８ｂ２と、この円形面８ｂ２と略同一面で、円形面８ｂ２から左右に延びる連結面８ｂ３と、を有する弁座８ｂが形成されている。
また、天壁８の左右部分には、円形面８ｂ２及び連結面８ｂ３と略同一面であって、円形面８ｂ２に連結面８ｂ３を介して連結される対向面８ｃと、対向面８ｃから突出して形成される支持凸部２０を有する長方形状の弁体支持部３０が形成されている。左右の各支持凸部２０と、導入口８ａは同一直線上に配置され、支持凸部２０は対向面８ｃから対向面９ｃ側に０．０５ｍｍ程度、長方形に突出させて形成されており、その長辺の寸法は弁部１２ａの幅よりも僅かに大きく設定されている。
また、弁体支持部３０における導入口８ａ側の側壁１０には、弁体１２の支持部１２ｂに当接して、弁体１２を中流路部材４や筺体６に仮固定する弁保持面２１が形成されている。
【００２０】
弁体１２は、支持部１２ｂの凸部１３ａ及び１３ｂを底壁９側に向けた状態で配置される。左右の支持部１２ｂの間隔Ｌ１は、左右の保持面２１間の間隔Ｌ２よりも僅かに短く設定されており、弁体１２をこれら底壁９や側壁１０に囲まれた空間にはめ込んだときに、弁保持面２１により保持されて、中流路部材４や筺体６に仮固定されるようになっている。
また、支持部１２ｂの凸部１３ａ及び１３ｂの高さ方向の寸法は、底壁９や側壁１０に囲まれた空間にはめ込んだときに、弁室１１からわずかな量だけ、底壁９側に突出するように設定されている。
したがって、弁体１２を仮固定した状態で、中流路部材４と筺体６とを嵌合させると、底壁９の対向面９ｃが支持部１２ｂの凸部１３ａ及び１３ｂに当接することとなる。また天壁８側では、天壁８の支持凸部２０が、弁体１２の裏面側から延出領域３５に当接し、支持部１２ｂのその他の部分では対向面８ｃが当接することとなる。これら当接により、弁体１２は弁室１１内で挟持される。
この際、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように支持部１２ｂの凸部１３ａ及び１３ｂには、傾斜面１４が設けられているので、支持部１２ｂを天壁８側に押圧すると共に、弁体１２の幅方向に支持部１２ｂを押し広げる力が働くこととなる。天壁８には支持凸部２０が形成されているので、図６（Ｂ）に示すように支持部１２ｂの断面は凸形状となっている。
【００２１】
このように弁体１２の支持部１２ｂが、底壁９側においては、底壁９の対向面９ｃと支持部１２ｂの凸部１３ａ及び１３ｂとが当接し、一方、天壁８側では、弁体１２の裏面側から天壁８の対向面８ｃと支持凸部２０が当接することで挟持されている。したがって、弁体１２の支持部１２ｂが断面凸状に支持されることによって、弁体１２の弁部１２ａが弓なりに配置される。このため、弁体１２は導入口８ａ側に力を受けて導入口８ａを塞ぐこととなるため、安定した閉状態を実現することができる。また、弁の開閉動作の際には開から閉への応答時間が短くなる。このように、弁体１２の閉状態が安定すると共に応答時間が短くなると、一旦、導入口８ａを通過して搬送された搬送流体の逆流を防止することができる。また、弁を開閉動作させる圧力に対する弁の応答性能が向上する。
【００２２】
なお、図２に示すように、樹脂ダイヤフラム２ａと筐体６には貫通孔４１及び４２が形成されている。これら貫通孔４１及び４２には、圧電素子１とダイヤフラム２及び中流路部材４と筐体６がそれぞれユニット化された後に、不図示の位置決めピンが挿通されて、各ユニット間の位置決めを行った状態で接着や溶着等の手段で互いに接合される。また下流路部材７には突起３９が形成されていて、筺体６に形成された孔（不図示）と嵌合され、同様に接合されるようになっている。
【００２３】
次に、上記ダイヤフラムポンプ及び逆止弁の動作を、図１を参照して以下に説明する。  
【００２４】
ダイヤフラムポンプ全体の動作について説明すると、まず、圧電素子１が伸縮する様に電圧を印加することにより、これに連動してダイヤフラム２全体が上下に振動する屈曲運動を行う。
ダイヤフラム２の屈曲運動により、圧力室３の流体が加圧されると、上部吐出流路４ｂ、吐出側逆止弁５Ｂ及び下部吐出流路６ｂを介して圧力室３内の流体が流体吐出管１４に吐出される。このとき、吸入側逆止弁５Ａでは、弁体１２が導入口８ａを閉塞して流体が流体供給管１３へ逆流することを防いでいる。
【００２５】
次に、ダイヤフラム２の屈曲運動により、圧力室３内が減圧されると、流体供給管１３、下部吸入流路６ａ、吸入側逆止弁５Ａ及び上部吸入流路４ａを介して圧力室３内に流体が吸入される。このとき、吐出側逆止弁５Ｂでは、弁体１２が導入口８ａを閉塞して流体が流体吐出管１４へ逆流することを防いでいる。すなわち、ダイヤフラム２の屈曲運動の繰り返しにより、逆流を防止する吸入側逆止弁５Ａ及び吐出側逆止弁５Ｂを介して、流体を送り出すことができる。
【００２６】
上記吸入側逆止弁５Ａ及び吐出側逆止弁５Ｂでは、流体が弁室１１内に流入する際、すなわち開動作は、次のように行われる。
流体が下部吸入流路６ａ又は上部吐出流路４ｂから導入口８ａを介して弁室１１内に入り込むと、導入口８ａを閉塞していた弁体１２が流体により押し上げられる。このとき、弁体１２は、弁座９ｂで規制されて弁室１１内に一定の流路を確保した状態となる。弁室１１内に流入した流体は、弁体１２の側端部から流入し、さらに、流体が一対の凸部９ｄの間を流れて排出口９ａから上部吸入流路４ａ又は下部吐出流路６ｂへと排出される。
【００２７】
また、流体を弁室１１内から排出する閉動作においては、流体が下部吐出流路６ｂ及び上部吸入流路４ａから排出口９ａを介して弁室１１内に入り込むと、弁体１２が流体により導入口８ａ側に押し戻される。このときに弁体１２自体も導入口８ａ側に戻ろうとする力を有しているので、高い応答性で導入口８ａを閉塞し流体の流れを遮断する。
すなわち、流体の流れによる弁体１２の移動に加えて、本支持方法により、弁体１２の閉状態が安定すると共に応答時間が短くなるので、一旦、導入口８ａを通過して搬送された搬送流体の逆流を防止することができ、ポンプとしての搬送能力を向上することができる。
【００２８】
このように本実施形態では、弁体１２の弁部１２ａは導入口８ａに対して弓なり状に配設されので、弁体１２は導入口８ａ側に力を受けて導入口８ａを閉塞することとなるため、安定した閉状態を実現することができる。また、弁体１２の開閉動作の際には開から閉への応答時間が短くなる。このように、弁体１２の閉状態が安定すると共に応答時間が短くなると、一旦、導入口８ａを通過して搬送された搬送流体の逆流を防止することができる。また、弁体１２を開閉動作させる圧力に対する弁体１２の応答性能が向上する。
【００２９】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
本発明では、逆止弁を燃料電池用燃料供給ポンプに採用したが、他の用途の逆止弁にこれを適用しても構わない。例えば、燃料電池用希釈水循環ポンプの逆止弁、薬液を微量流量制御する医療用ポンプの逆止弁又は分析用ポンプの逆止弁等に適用しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る一実施形態において、逆止弁を適用したダイヤフラムポンプを示す断面図である。
【図２】本発明に係る一実施形態において、逆止弁を適用したダイヤフラムポンプを示す分解断面図である。
【図３】本発明に係る一実施形態において、中流路部材を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る一実施形態において、弁体を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る一実施形態において、筺体を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る一実施形態において、逆止弁を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…圧電素子、２…ダイヤフラム、３…圧力室、４…中流路部材、４ａ…上部吸入流路、４ｂ…上部吐出流路、５Ａ…吸入側逆止弁、５Ｂ…吐出側逆止弁、６…筐体、６ａ…下部吸入流路、６ｂ…下部吐出流路、８…天壁、８ａ…導入口、９…底壁、９ａ…排出口、９ｂ…弁座、１０…側壁、１１…弁室、１２…弁体、１２ａ…弁部、２０…支持凸部、２１…弁保持面、３０…弁体支持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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