| 【発明の名称】 |
逆止弁の保持構造 |
| 【発明者】 |
【氏名】萩原 信寿
【氏名】清水 哲裕
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| 【要約】 |
【課題】分解作業の機能性に優れ、かつ開閉弁のクリーニングが容易で、組立時のＯリングに対するクランプ圧調整作業が不要な、かつ十分な逆止効果が得られる逆止弁の保持構造を提供する。
【解決手段】バルブケース１３１の円筒穴内部の底部に、送流方向出口側にＯリング１３６を介して、流体開口部を同心円上の周縁位置に持つバルブシート１５１と、送流方向入口側に、流体通孔を中心に持つバルブ受けシート１５２とを、流体開口部と流体通孔とが重ならないように対面させ、さらにバルブケース穴内に同寸径の円筒状のプッシング部材１３４を押し込む逆止弁構造において、円筒状プッシング部材の外周面の一部、及び同部材を内挿するバルブケース側の円筒穴内部内壁の一部に、お互いが受止め段差となるストッパー部分Ｄを設け、バルブケースの円筒穴内部に対し、プッシング部材の小径部先端の押し込み深さが常に一定となるように構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】流体の送流方向入口側に位置していて流体を通す孔を中心に有するバルブ受けシートと、流体の送流方向出口側に位置していて流体を通す開口部を同心円上の周縁位置に有するバルブシートとを、前記孔と前記開口部の配置が重なり合わない組み合わせで対面させ、これらを底部に前記流体を送通すための吸排出用の穴を有するバルブケースの円筒穴内部に、それぞれ送流方向出口側に一つのＯリングを介して落とし込み、さらに前記バルブケース内に同寸径の円筒状のプッシング部材を押し込むことにより構成される逆止弁構造において、前記バルブシートを前記バルブ受けシートに密着させるための円筒状プッシング部材の外周面の一部、及び該プッシング部材を内挿するバルブケース側の円筒内部穴内壁の一部に、お互いが受止め段差となるストッパー部分を設け、バルブケースの円筒内部に対し、前記プッシング部材の小径部先端の押し込み深さが常に一定となるように構成したことを特徴とする逆止弁の保持構造。
【請求項２】請求項１に記載の逆止弁構造において、前記ストッパー部分は、バルブケース円筒穴内部の底部側の少なくとも一部を小径にすることにより形成される第１の段差部であり、また、前記円筒穴内部に押し込まれるプッシング部材の上部受止め側を大径にすることにより形成される第２の段差部を備えることを特徴とする逆止弁の保持構造。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば医療機器、化学分析機器等に用いるための小型の微量流体供給装置に係り、特に液体／気体、双方の流体物を交互に使用した場合においても、安定して送体を供給制御する逆止弁機構を有するマイクロポンプであり、かつ、仮に逆止弁部分が劣化あるいは動作不良を起こしたとしても、即座に取り外して修理及び定期的なメンテナンスが容易に行える弁機構、及びその組立に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、微量な液体を送液するマイクロポンプには数多くの機構原理が存在し、例えば弁機構においてはリードバルブ型、バルブレス型などが、又、駆動系では小型モータを用いた特開昭62-291484号などのダイヤフラム型の機構を有する小型ポンプが以前から一般的に知られている。この種のマイクロポンプは、医療機器及び化学分析機器の微量流体供給装置として、薬液の定量注入や反応混合ガス等の流体物を搬送するために用いられ、現在、より高精度な制御ができる小型で汎用性のあるマイクロポンプの開発が進められている。
【０００３】図９は、本出願人が先に開発した従来タイプのダイヤフラム型マイクロポンプのポンプ部分の側断面図の一例である。側断面で示されるポンプ機構部分は、図に示していないが、駆動部側として例えばコアレスモータなどの小型モータ、及びポンプ駆動部側として小型モータの駆動軸回転運動を往復ピストン運動に変換するカム機構と、その往復動作をダイヤフラム132に伝達するクランクシャフトとを備え、さらに図に示す吸排出用のバルブ機構をバルブケース131内の２箇所に有するポンプ部130とから概略構成されている。
【０００４】上記ポンプ部130の作動原理は次のとおりである。ポンプ部130は、バルブケース131下部に設けられたチャンバー133室空間を合成ゴムなどの弾性シート材からなる円盤状のダイヤフラム132を用いて塞さぎ、ここに流体を一時的に溜める中間貯蔵部137が形成されており、また、前記ダイヤフラム132の中心部分は、上下方向に往復運動するクランクシャフト先端に固着され、弾性変形して振幅のある動きが可能であり、かつ、そのダイヤフラム円外周部は前記チャンバー133の最外郭径の円周部でバルブケース131側に保持されている。
【０００５】さらに、チャンバー133の室内上部２カ所を貫通している吸入孔133aおよび排出孔133bに続くバルブ構造には、Ｏリング136を介して弾性体ゴムからなる穴配置の異なるバルブシート151とバルブ受けシート152が開閉弁として構成され、前記Ｏリング136が吸入側と排出側のバルブ機構の送流方向の下流側に位置するようにバルブケース131内の円筒穴部分に積層され填め込まれ、さらにプッシング部材134でクランプ加圧固定された構造をしている。
【０００６】ここで、プッシング部材134には、吸入側ノズル140A（図９の円破線部）の吸入口140aと吸入孔133aとをつなぐ吸入路135aと、排出側ノズル140B（同じく図９の円破線部）の排出口140bと排出孔133bとをつなぐ排出路135bとが一部に設けられており、外形は円筒形状である。
【０００７】すなわちポンプ部130は、クランクシャフトによってダイヤフラム132の中央平面部分を上下に変位させて中間貯蔵部137の容積を増減させ、その際に発生するチャンバー133内の圧力変動を利用して、流体を吸入口140aから排出口140bまで、一連の動作を繰り返して一方向に流体を送流するポンプである。
【０００８】ここで、開閉弁としての逆止弁の構造について詳細に説明する。前記逆止弁150は、図４、図５に示すように、ゴムシートなどの平板状弾性体シートからなるバルブシート151と、バルブシート151の送流方向の上流側の対向面に重ねられた同径ゴム製のバルブ受けシート152と、により構成される。このバルブシート151には同心円状周縁部に複数の開口部151aが設けられており、また、バルブ受けシート152には中心部に小径の孔152aが設けられ、２枚のシート双方の開口部151aと孔152aとが重ねられた状態で連通しないように配置されている。
【０００９】すなわち逆止弁150の上記構成において２枚のシート状バルブの作動原理は次のとおりである。（説明を省略するため以下、図９の吸入側のみを説明する。）まずダイヤフラム132が下に変位した場合、つまりチャンバー133内の容積が増大した場合、当然ながら前記逆止弁150（開閉弁）により、密閉状態にあるチャンバー容器内は減圧状態となり、よって吸入側（イン側）の前記バルブシート151は、外部吸入口140aから吸入路135aを経由して送られてきた流体により押され、バルブ受けシート152の中心孔152a部分からの押し出る圧力がバルブシート151の弾性変形強度の限界を越えた時、バルブシート151は円弧状に弾性変形する。つまりチャンバー133室内方向に撓んで膨らむ。
【００１０】この際、バルブシート151とバルブ受けシート152の対向面には隙間ができ、孔152aと開口部151aは前記隙間を介してつながるため、流体は吸入口140aから吸入路135a、前記逆止弁150部分を経て吸入孔133aからチャンバー133室内の中間貯蔵部137に流れ込み、ダイヤフラム132で閉ざされたチャンバー133内は流体で満たされる。
【００１１】次に、ダイヤフラム132が変位しない静止状態、又は逆に上に変位した場合、すなわち前記逆止弁150を挟んで吸入路135a側と中間貯蔵部137側の圧が均等、又は中間貯蔵部137側がダイヤフラム132の上方変位により圧が高くなる場合は、前記吸入側のバルブシート151は弾性変形が元に戻り、対面するバルブ受けシート152の中心孔152aを完全に塞ぐため、中間貯蔵部137内の流体は吸入路135a側に逆流しない構造になっている。この逆止弁構造の組み合わせにより、ポンプ機能としての正常な働きをしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のようなダイヤフラム型マイクロポンプに限らず、一般的なマイクロポンプの使用用途としては、次の３通りの状況が考えられる。まず、液体のみを流す場合と気体のみを流す場合の２通り、さらに双方の液体／気体の流体を交互に切り替えて流す場合の計３通りが想定できる。従来は液体専用のマイクロポンプと気体専用のマイクロポンプは各々あったが、液体／気体両用タイプの機能的に優れたマイクロポンプは開発されておらず、暫定的に一方の専用機で兼用して使用するか、または別々の液体専用機と気体専用機を交互に経路を切り替えて使用する方法しかなかった。
【００１３】しかし、気体専用機で仮に兼用した場合、上述した図４、図５のシート状弾性体ゴムの逆止弁構造では、例えば液体を流した後に一旦停止し、流体を切り替えて気体をその後断続的に流し、液体が乾燥する前に一定時間休止した場合などでは、送流経路内又はポンプ内部に残留した液体成分が逆止弁部分のバルブシート151とバルブ受けシート152との隙間で乾燥され、弾性体ゴムからなる平面状バルブシートの対向面同士を物理的に貼り付いてしまう恐れがあった。
【００１４】この状態になってしまうと再起動時に開閉弁が開かない動作不良（故障）が起き、使用不能に陥ることがある。よって、このような状況で使用するポンプは毎回のように開閉弁部分の分解修理が必要となるが、その修理と保守にも、一般的な機種では分解すら不可能なものや、また分解修理及び組立に特殊工具や専門の技術が必要であり、さらに故障したポンプの代替え品も必要であり、このため多大な時間と費用がかかり、開閉弁部分の故障、及び保守（メンテナンス）は大きな問題であった。
【００１５】通常、このような開閉弁によるマイクロポンプの動作は、弁自身の動きがかなり精密であり、特にシート状の弾性体からなる上記の開閉弁の組み合わせでは、バルブケース部分への組み込みと調整が微妙に影響してくる。つまり前記逆止弁は、バルブシートとバルブ受けシートとの面接触によって構造上封止効果を得るもので、さらにＯリングでシーリングされながら経路内の気密が保たれているので、パッキン部となるＯリングのつぶし代（クランプ圧）の調整が微妙に必要である。
【００１６】しかし図９に示す従来の構造では、バルブヘッド200を、ガスケット220部材を介して機械的にバルブケース131側にネジ締め固定する方法であるので、ネジ締めトルクの強さにより、前記プッシング部材134の押し込み量、つまり開閉弁外周部分（主にＯリング）への締め付けつぶし代（要するにＯリングに加わるクランプ圧）は一定とならず、ネジ締めトルクの微妙な調整が必要となる。また、調整するにしても専用の冶工具や測定器等が必要で、つぶし代（クランプ圧）を一定量に調整し、好適な配置にすることなどできなかった。このような問題を含めて、従来は、ポンプの開閉弁のメンテナンスは容易ではなかった。
【００１７】そこで本発明は、気体／液体の双方を交互に流す過酷な条件によって発生した開閉弁部分の動作不良問題においても、分解作業の機能性に優れ、かつ開閉弁のクリーニング（メンテナンス）が容易で、組立時の開閉弁部分のＯリングに対するクランプ圧調整作業が不要な、かつ十分な逆止効果が得られる逆止弁の保持構造を提供することを目的とする。また、この逆止弁の保持構造を用いることにより、ポンプの保守として毎回使用するごとに分解掃除しても手間にならず、液体／気体の双方の流体を良好に搬送できるポンプの開閉弁部分の保守点検がしやすくなる。また、修理およびメンテナンスコストが削減でき、故障のない信頼性があるマイクロポンプを常に提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、流体の送流方向入口側に位置していて流体を通す孔を中心に有するバルブ受けシートと、流体の送流方向出口側に位置していて流体を通す開口部を同心円上の周縁位置に有するバルブシートとを、前記孔と前記開口部の配置が重なり合わない組み合わせで対面させ、これらを底部に前記流体を送通すための吸排出用の穴を有するバルブケースの円筒穴内部に、それぞれ送流方向出口側に一つのＯリングを介して落とし込み、さらに前記バルブケース内に同寸径の円筒状のプッシング部材を押し込むことにより構成される逆止弁構造において、前記バルブシートを前記バルブ受けシートに密着させるための円筒状プッシング部材の外周面の一部、及び該プッシング部材を内挿するバルブケース側の円筒穴内部内壁の一部に、お互いが受止め段差となるストッパー部分を設け、バルブケースの円筒内部に対し、前記プッシング部材の小径部先端の押し込み深さが常に一定となるように構成している。
【００１９】この上記記載の逆止弁保持構造においては、例えば図１、図２に示す段差部（ストッパー部分Ｄ）を設けることにより、バルブケース内底部位置Ｅに対するプッシング部材134先端側の押し込み深さが、バルブヘッド200を固定するボルト202のネジ締めトルクに関係なく常に一定となる。このためバルブシート151とバルブ受けシート152の厚みが常に一定ならば、Ｏリング136は一定量のつぶし代をもってクランプ圧をプッシング部材134側から受け、好適に弾性変形しながらパッキンとしての働きをして、流体経路内部の気密を保つと共に、前記組み合わせの開閉弁（逆止弁）の好適な動作を再現性よく組み込むことができる。
【００２０】また、仮に悪条件により流体物が詰まって流れない場合においても、ポンプヘッド200とガスケット220をボルト202をゆるめて分解取外しすることで、比較的簡単にプッシング部材134を抜き取ることができるので、内部の開閉弁部分の分解や組立が簡単になり、メンテナンスの作業効率が向上するほか、特に専門的な技術を要しなくとも開閉弁部分の修理を容易に行うことができる。
【００２１】ここで、前記バルブシート151とバルブ受けシート152とＯリング136とは、吸排出方向に対して図１のようにそれぞれ３段に積層されているので、分解掃除して再度開閉弁部分を組み立てる時には、吸入側と排出側を間違いなく配列する注意が必要である。
【００２２】また、この請求項１に記載の逆止弁構造は、より具体的には、請求項２に記載の構造が考えられる。すなわち、請求項２に記載の逆止弁保持構造は、前記ストッパー部分Ｄとして、バルブケース円筒状穴部の底部側の少なくとも一部を小径にすることにより形成される第１の段差部であり、また、前記バルブケース穴部に挿入されるプッシング部材の上部受止め側を大径にすることにより形成される第２の段差部を備えている。なお、この段差部はお互いに段差を全周に設けても良いし、一部に設けてもよい。
【００２３】その他、段差部として機能する有効な手段としては、前記段差部の高さ位置で、組み合わされる段部分を傾斜を付けたテーパー面にして、テーパー面の摺り合わせ位置でストッパー段差部としての働きをさせる方法も考えられる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図１および図２を用いて本発明に係る逆止弁の保持構造について説明する。
【００２５】逆止弁150は、図１及び図２の断面概略図及び図３のポンプ全体の部分断面図に示すように、例えばマイクロポンプ機構部100のポンプ部130位置に逆止手段として用いられ、金属製のバルブケース131に設けられた円筒状穴部に、Ｏリング136と逆止弁150を構成するバルブシート151（弾性シート）、バルブ受けシート152とを、送流方向下流側から前記の順番に配置させるように填め込み、さらに穴に金属製のプッシング部材134を挿入し填め込んだ構造である。
【００２６】ここで、プッシング部材134の上方には、従来例と同様に、ガスケット220及び金属製のバルブヘッド200が重ねられており、さらにバルブヘッド200はボルト202によりバルブケース131側に固定されている。
【００２７】またバルブケース131の円筒状の二つの深穴は、図６の断面概略図に示すように、円径の穴部には開口側の径が大な部分Ｈとそれより径が小な部分Ｋがつながり、さらに深穴の底部にはチャンバー133内に通じる孔133a,133bが形成されている。
【００２８】さらにこれに組み合わされる二つのプッシング部材134は、図７（外観図と断面図）に示されるように、円筒形状の側面に前記吸排出口と連通する吸入路135a又は排出路135bとなる導入部Ｇを一カ所に有し、その外観形状は前記バルブケース131の内径部分の大小の径の段差部と嵌合する形状で、円筒外形側に小径部Ｓと大径部Ｒからなる段差部（ストッパー部Ｄ）を設けたものである。
【００２９】この逆止弁保持構造の用途としては、例えば医療機器、化学分析機器等に用いれる小型の微量流体供給装置で、特に液体／気体、双方の流体を交互に使用できる高精度なマイクロポンプ向けがあるが、より具体的には、前記図３に示すようなマイクロポンプ機構部100において、ポンプ部130の逆止弁保持構造として用いる。
【００３０】実際に本発明の前記逆止弁保持部品のみを組み込んだものを、図８に示す。図において逆止弁保持構造の基本的な寸法設定管理は、次の通りである。ストッパー部分Ｄは、バルブケース131円筒穴内部の底部側の少なくとも一部を小径にすることにより形成される第１の段差部であり、また、円筒穴内部に押し込まれるプッシング部材134の上部受止め側を大径にすることにより形成される第２の段差部を備えている。
【００３１】前記に記述したストッパー部Ｄの構成により、逆止弁保持構造としては、バルブケース131のそれぞれの円筒状穴部の一部分の寸法Ｗの高さ寸法管理を正確に制御すればよいこととなり、実際には、逆止弁挿入部分の寸法Ｗの値は、前記図６に記載のバルブケース131の寸法Ｔと、前記図７に記載のプッシング部材134の寸法Ｖとの差により事実上管理されている。
【００３２】これにより、従来のようなボルトの締め付けトルクによるプッシング部材の高さ寸法管理等の組立作業における構造上の調整、また専用冶具や測定機による確認などは、上記構造ではいっさい不要となる。また同様に故障等による分解修理が容易になり、開閉弁と共に積層されるＯリングに対するつぶし代（クランプ圧）は技術熟練者でなくとも必然的に一定となる。よって微調整せずに内部の気密が保たれ、メンテナンス性に優れた保持構造となる。
【００３３】ここで付け加えておくが、本発明におけるバルブ成形体（例えばバルブシート151及びバルブ受けシート152）は、耐薬品性に優れた弾性体ゴム（例えばバイトンゴム等）としたが、部品材質については一部、又は全ての部分が金属製であっても良い。
【００３４】金属製の逆止弁構造の場合は、液体／流体を問わず、数ミクロン程度の硬質素材からなる溶媒混合の顆粒（例えばセラミックスパウダー、カラスビース、ダイヤモンドパウダー等）を含む流体を送流することも可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上より、本発明に係る逆止弁構造によれば、気体／液体の双方を交互に流す過酷な条件によって発生した開閉弁部分の動作不良問題においても、分解作業の機能性に優れ、かつ開閉弁のクリーニング（メンテナンス）が容易で、組立時の開閉弁部分のＯリングに対するクランプ圧調整作業が不要な、かつ十分な逆止効果が得られる逆止弁の保持構造を提供することができる。
【００３６】また、この逆止弁の保持構造を用いることにより、ポンプの保守として毎回使用するごとに分解掃除しても手間にならず、液体／気体の双方の流体を良好に搬送できるポンプの開閉弁部分の保守点検がしやすくなる。また、修理およびメンテナンスコストが削減でき、故障のない信頼性あるマイクロポンプを常に提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２４０４７７
【氏名又は名称】並木精密宝石株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年９月９日（１９９９．９．９） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−８２６１９（Ｐ２００１−８２６１９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月３０日（２００１．３．３０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２５５１４４ |
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