JP6224296B2 - 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の逆止弁及びこれを備えるダイヤフラムポンプに関するものである。

通常、ダイヤフラムポンプは、ポンプ室の一部を形成するダイヤフラムの往復動と、ポンプ室の流入側及び流出側にそれぞれ設けられる逆止弁との相互作用によって、一方向のみに流体を流動させるよう構成されている。従来、ダイヤフラムポンプに用いることが可能な逆止弁として、例えば特許文献１〜４に開示された逆止弁が知られている。

特許文献１には、図６（ａ）に示すように、ゴム等の柔軟部材で構成された板材に部分円環状の切り欠き１１２を形成することで、フラップ状の弁舌片１１４が形成されたリード弁１１０が開示されている。特許文献１のリード弁１１０は、図６（ｂ）に示すように、流出口１０４を有するヘッドプレート１０２と、流入口１０８を有する中間プレート１０６との間に狭持され、流体の圧力によって弁舌片１１４が中間プレート１０６の流入口１０８に対して移動することで、流体の順方向への流動を許容し、逆方向への流動を阻止するよう構成されている。

ここで、特許文献１のリード弁１１０は、所謂片持梁に相当するため、弁舌片１１４の先端部１１４ａは僅かな流体の圧力で移動するものの、弁舌片１１４の基部１１４ｂはその剛性によりほぼ移動しない。よって、特許文献１のリード弁１１０が用いられるダイヤフラムポンプでは、リード弁１１０の弁舌片１１４の先端部１１４ａと整合する位置に流入口１０８が位置することとなるよう、中間プレート１０６が設計されることが通常である。

特許文献２には、図７に示すように、複数の流通孔１２４が形成された弁座１２２と、弁座１２２に取り付けられた傘状の弁体１２６とを備えるバキュームブレーカ１２０が開示されている。特許文献２のバキュームブレーカ１２０は、流体の圧力によって弁体１２６が弁座１２２に対して移動することで、流体の順方向への流動を許容し、逆方向への流動を阻止するよう構成されている。

特許文献３には、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、ダイヤフラム１３２とリード弁１３４とが一体に形成されたダイヤフラムポンプが開示されている。特許文献３のダイヤフラムポンプでは、隔壁体１３６に連通溝１４０が形成されており、この連通溝１４０とリード弁１３４とによって、ポンプ室１３８から流入空間１４１に向けて流体が流動する流路が形成されている。この特許文献３のリード弁１３４は、流体の圧力によって隔壁体１３６に対して接近又は離間することで、流体の順方向への流動を許容し、逆方向への流動を阻止するよう構成されている。

特許文献４には、図９に示すように、円錐台の筒状に形成された逆止弁体１５２と、逆止弁体１５２に挿通された円柱状の逆止弁座１５４とを備える逆止弁１５０が開示されている。この特許文献４の逆止弁１５０は、流体の圧力によって、逆止弁座１５４の周面に対して逆止弁体１５２の上底側の端部が接近又は離間することで、流体の順方向への流動を許容し、逆方向への流動を阻止するよう構成されている。

特表平０９−５１２０７７号公報 実開昭６３−３５７３号公報 特開２０１３−６４３７７号公報 特開２０１４−２３８０２９号公報

しかしながら、特許文献１及び２の逆止弁の構造では、弁体よりも下流側の空間の形状を比較的自由に設計することは可能であるものの、弁体よりも上流側の開口（流入開口）及び流路の形状については制約が生じるという問題がある。

すなわち、特許文献１及び２の逆止弁の構造は、弁体（リード弁１１０、傘状の弁体１２６）によって流入開口を閉塞することで、流体の逆方向への流動を阻止するものであることから、流入開口は弁体よりも小さく、かつ、弁体からはみ出さない形状に設計される必要がある。

また、例えば図６（ｂ）に示すように、リード弁１１０よりも上流側の空間において流体を流動させる流路（流入側流路）１０７を横向きに形成したい場合や、他の流体要素と連通させるために横向きの流路が必要な場合には、中間プレート１０６に横向きの流路を一体成形することは困難であることから、横向きの流路１０７が形成されたマニホールド１１６及び気密性を確保するためのシール部材１１８が更に必要となる。このため、部品点数の増加に伴うコスト増、高さ寸法の増加に伴う大型化及び各部材の合わせ面の増加に伴う気密性の低下の問題が生じるおそれがある。

このような問題は、図７に示す特許文献２のバキュームブレーカ１２０においても同様に生じるものである。すなわち、特許文献２のバキュームブレーカ１２０では、複数の流通孔１２４の全てを傘状の弁体１２６の内側に収める必要があるため、吸気ポート１２８に直接配管する場合を除き、他の流体要素と連通させるための流路を形成するために、マニホールド（図示せず）やシール部材（図示せず）等を更に設ける必要がある。

これに対し、特許文献３のダイヤフラムポンプでは、隔壁体１３６の連通溝１４０をリード弁１３４で覆うことで流路を形成するものであることから、マニホールドやシール部材を追加することなく、横向きの流路を形成することが可能である。しかしながら、特許文献３のダイヤフラムポンプでは、リード弁１３４の先端部分１３４ａは僅かな流体の圧力で移動するものの、リード弁１３４の基部１３４ｂはその剛性によりほぼ移動しない。よって、リード弁１３４の基部１３４ｂと隔壁体１３６の連通溝１４０との間に隙間が生じるおそれがあり、気密性を確保することができないという問題がある。なお、リード弁１３４の基部１３４ｂと隔壁体１３６の連通溝１４０との間の隙間を解消させるために、組み立て状態において与圧をかける手段等が種々検討されているが、リード弁１３４を隔壁体１３６に強く押し付けると、例えば図８（ａ）に示すように、ゴムの歪みで逆に浮き上がるおそれがあるという問題がある。

また、特許文献４のダイヤフラムポンプにおいても、マニホールドやシール部材を追加することなく、横向きの流路を形成することが可能である。しかしながら、特許文献４のダイヤフラムポンプでは、流体の圧力によって逆止弁体１５２の上底側の端部を拡大させることで、流体の流動を許容するよう構成されていることから、最低動作圧が高くならざるを得ないという問題がある。また、特許文献４のダイヤフラムポンプでは、逆止弁体１５２の上底側の端部に十分な可撓性を付与するために、逆止弁体１５２の高さ及び径が大きくならざるを得ず、小型化が困難であるという問題もある。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁体よりも上流側の流路形状の設計の自由度を高め、これにより、逆止弁を備える装置全体の構造を簡素化することが可能な逆止弁及びダイヤフラムポンプを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明に係る逆止弁は、流入空間と吐出空間との間に設けられ、流入空間から吐出空間への流体の流動を許容し、吐出空間から流入空間への流体の流動を阻止する逆止弁であって、前記流入空間と前記吐出空間とを隔てるように設けられ、該流入空間と該吐出空間を連通する貫通孔が形成された隔膜と、前記貫通孔を閉塞するよう、前記隔膜の上流側の面に当接する閉塞面とを備え、前記閉塞面は、前記貫通孔よりも大きい面積を有し、前記隔膜と略平行に設けられ、前記隔膜は、流体が通過不能となるよう前記閉塞面と密着する密着位置と、流体が前記貫通孔を介して通過可能となるよう前記閉塞面から離間する離間位置との間において変位可能な可撓性を有していることを特徴とする。

また、本発明に係るダイヤフラムポンプは、上述した逆止弁を備えるダイヤフラムポンプであって、ポンプ室を形成可能なポンプ室形成凹部、前記流入空間を形成可能な流入空間形成用凹部、及び、前記ポンプ室形成凹部と前記流入空間形成用凹部とを連通させる連通溝を備えるケース体と、前記ポンプ室形成凹部、前記流入空間形成用凹部及び前記連通溝を覆うように前記ケース体に積層されるパッキン部材とを備え、前記パッキン部材は、前記流入空間形成用凹部と整合する位置に、前記隔膜を有し、かつ、前記ポンプ室形成凹部と整合する位置に、前記ポンプ室形成凹部と共に前記ポンプ室を形成するダイヤフラム部を有しており、前記パッキン部材は、前記連通溝と共に前記ポンプ室から前記流入空間に至る流路を形成可能に構成されており、前記ダイヤフラムポンプは、前記ダイヤフラム部を前記ポンプ室に対して進退させる駆動手段を更に備え、該駆動手段によって前記ダイヤフラム部を前記ポンプ室に対して進退させ、前記ポンプ室の拡張及び収縮を繰り返すことによって、前記流路及び前記流入空間を介して前記ポンプ室から前記吐出空間に向けて流体を流動させるよう構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、弁体よりも上流側の流路形状の設計の自由度を高め、これにより、逆止弁を備える装置全体の構造を簡素化することが可能な逆止弁及びダイヤフラムポンプを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るダイヤフラムポンプの概略構成を示す部分断面図である。 図２（ａ）は、本実施形態に係る第１ケース体の概略構成を示す底面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った拡大断面図である。 図３（ａ）は、本実施形態に係る中間部材の概略構成を示す底面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。 本実施形態に係る第２ケース体の概略構成を示す平面図である。 図５（ａ）は、排気側逆止弁部分を第１ケース体側から見た状態を示す拡大平面図であり、図５（ｂ）は、排気側逆止弁部分を拡大して示す断面図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、特許文献１に開示された従来の逆止弁の概略構成を示す平面図及び断面図である。 特許文献２に開示された従来の逆止弁の概略構成を示す断面図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、特許文献３に開示された従来の逆止弁の概略構成を示す断面図及び平面図である。 特許文献４に開示された従来の逆止弁の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１は、図１に示すように、吸気ポート３、ポンプ室４、流量測定流路５及び排気ポート６を有するポンプ本体２と、ポンプ本体２に取り付けられ、ポンプ本体２の後述するダイヤフラム部３４を往復動させる駆動手段５０とを備えている。

ポンプ本体２は、図１に示すように、吸気ポート３及び排気ポート６を有するケース体９と、ケース体９内に配置されたパッキン部材３０とを備えている。ポンプ本体２は、扁平な矩形状の全体形状を有しており、長手方向の一端部（図１中の右端部）から他端部（図１中の左端部）に向けて、吸気ポート３、ポンプ室４、流量測定流路５及び排気ポート６が並列して設けられており、ポンプ室４と流量測定流路５との間に、排気側逆止弁４０が設けられている。

ケース体９は、図１に示すように、吸気ポート３を有する上側ケース体（第１ケース体）１０と、排気ポート６を有する下側ケース体（第２ケース体）２０とを備えている。パッキン部材３０は、上側ケース体１０の後述する連通溝１４を覆い、かつ、下側ケース体２０の後述する吸気側凹部２２、ポンプ室形成凹部２４及び排気側凹部２８を覆うように、上側ケース体１０の下面側及び下側ケース体２０の上面側に積層して設けられており、上側ケース体１０及び下側ケース体２０によって密に狭持されている。

上側ケース体１０は、合成樹脂等からなる扁平な矩形状の部材であり、図１及び図２（ａ）に示すように、長手方向の一端部（図１中の右端部）から他端部（図１中の左端部）に向けて、吸気ポート３、駆動手段通過孔１２及び連通溝１４が並列して形成されている。上側ケース体１０の下面１０ａには、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、パッキン部材３０の外形に沿った形状の凹部１０ｂが形成されており、この凹部１０ｂ内にパッキン部材３０を密着して収容可能に構成されている。

吸気ポート３は、図１に示すように、上側ケース体１０の上面から上方に向けて突出して形成されており、貫通孔３ａを介して、流体の供給元から供給された流体をポンプ本体２の内部に流入させることが可能に構成されている。

駆動手段通過孔１２は、図１に示すように、上側ケース体１０の上面から下面１０ａに向けて貫通する孔であり、駆動手段５０の後述する往復動部材５８が貫通可能な径及び形状を有している。

連通溝１４は、図１に示すように、中間部材３０と組み合わされた際に、中間部材３０との間において流量測定流路５（すなわち、吐出空間Ｓ_Ｏ及び隔膜３６ｂよりも下流側の流路）を形成可能に構成されている。連通溝１４は、図２（ａ）に示すように、上流側に形成された分岐部１６と、下流側に形成された合流部１８と、分岐部１６及び合流部１８を連通する複数（本実施形態では３本）の分割流路部１７とを有している。

分岐部１６は、後述する隔膜３６ｂの貫通孔３９を介して吐出された流体が連通溝１４内に流入する空間、すなわち、吐出空間Ｓ_Ｏを形成可能に構成されている。合流部１８は、複数の分割流路部１７を流動する流体が合流する空間を形成可能に構成されており、パッキン部材３０の流出孔３８を介して排気ポート６と連通している。複数の分割流路部１７は、それぞれ、分岐部１６から合流部１８に向かって延びる細溝（トレンチ状溝）である。各分割流路部１７は、流体を層流状態で流動させることが可能に構成され、かつ、流体の流量に応じた差圧を発生させるよう構成されている。各分割流路部１７は、図２（ｂ）に示すように、その溝幅Ｗが溝深さＤよりも小さくなるよう形成されている。

パッキン部材３０は、ゴム等の柔軟性を有する材料からなる薄板状のシール部材であり、図３（ａ）に示すように、上側ケース体１０の凹部１０ｂの形状に沿った形状を有している。パッキン部材３０は、図１、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、上側ケース体１０の凹部１０ｂの深さと概ね同じ又はやや厚い厚さを有するベース部３６ａに、長手方向の一端部（図１中の右端部）から他端部（図１中の左端部）に向けて、吸気側逆止弁３２、ダイヤフラム部３４、通孔３７及び流出孔３８が並列して形成されている。

ベース部３６ａは、パッキン部材３０のうち、上側ケース体１０の凹部１０ｂの深さと概ね同じ又はやや厚い厚さを有する部位である。ベース部３６ａは、図１に示すように、上側ケース体１０及び下側ケース体２０により狭持されることで、上側ケース体１０及び下側ケース体２０との間において種々の流路を形成可能に構成されており、また、上側ケース体１０及び下側ケース体２０との間に形成される流路やポンプ室４等の空間の気密性を確保するシール部として機能するよう構成されている。ベース部３６ａのシール部として機能する領域、及び／又は、ベース部３６ａのシール部と接触する上側ケース体１０及び下側ケース体２０の領域には、シール効果を高めるためにビード状の凸部を設けることが好ましいが、これに限定されるものではない。

吸気側逆止弁３２は、図１に示すように、上側ケース体１０の吸気ポート３の貫通孔３ａの下端開口３ｂと整合する位置に形成されたリード弁である。吸気側逆止弁３２は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、パッキン部材３０のベース部３６ａが局所的に肉薄に形成されると共に、この肉薄部に半円環状の切り欠き３２ａが形成されることにより形成されている。この吸気側逆止弁３２は、従来のリード弁と同様に、流体の背圧によって流体の逆流を防止するよう構成されている。

ダイヤフラム部３４は、下側ケース体２０の後述するポンプ室形成凹部２４と整合する位置に設けられ、下側ケース体２０のポンプ室形成凹部２４との間においてポンプ室４を形成可能に構成されている。このダイヤフラム部３４は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ポンプ室４に対して進退する部位である楕円状の可動部３４ａと、可動部３４ａの周囲を囲むように設けられ、弾性変形することにより可動部３４ａの進退移動を許容する可撓性を有する可撓部３４ｂとを有している。可動部３４ａは、図１に示すように、駆動手段５０の往復動部材５８と連結されており、往復動部材５８の往復動に伴ってポンプ室４に対して進退するよう構成されている。

通孔３７は、下側ケース体２０の突起部２６と整合する位置に形成された円状の孔であり、ポンプ室４と流量測定流路５とを連通させるよう構成されている。通孔３７は、隔膜３６ｂの貫通孔３９に向けて流体を流入させる空間、すなわち、流入空間Ｓ_Ｉを形成可能に構成されている。通孔３７の内部には、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、流入空間Ｓ_Ｉと吐出空間Ｓ_Ｏとを隔てるように隔膜３６ｂが設けられている。

隔膜３６ｂは、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、通孔３７の上端縁部に設けられた円環状の隔膜であり、下側ケース体２０の後述する閉塞面２６ａと協働して排気側逆止弁４０を構成するよう構成されている。具体的には、隔膜３６ｂは、通孔３７の内周面の全域から、該通孔３７の中心に向かって突出して設けられ、その略中央部に貫通孔３９を有している。隔膜３６ｂは、下側ケース体２０の突起部２６と通孔３７との間を流体が通過不能となるよう突起部２６の閉塞面２６ａと密着する密着位置と、突起部２６と通孔３７との間を流体が貫通孔３９を介して通過可能となるよう突起部２６の閉塞面２６ａから離間する離間位置との間において変位可能な可撓性を有している。

流出孔３８は、図１に示すように、下側ケース体２０の排気ポート６の後述する貫通孔６ａと整合する位置に形成された孔である。この流出孔３８は、上側ケース体１０と下側ケース体２０との間にパッキン部材３０が狭持された際に、上側ケース体１０及びパッキン部材３０の間に形成された合流部１８と排気ポート６の貫通孔６ａとを連通させるよう構成されている。

下側ケース体２０は、合成樹脂等からなる扁平な矩形状の部材であり、上側ケース体１０の側部の外形に沿った外形を有している。下側ケース体２０は、図１及び図４に示すように、長手方向の一端部（図１中の右端部）から他端部（図１中の左端部）に向けて、吸気側凹部２２、ポンプ室形成凹部２４、排気側凹部２８及び排気ポート６が並列して形成されており、排気側凹部２８内に突起部２６が形成されている。

吸気側凹部２２は、図１及び図４に示すように、上側ケース体１０の吸気ポート３の下端開口３ｂと整合する位置に形成された凹状空間であり、上側ケース体１０の吸気ポート３から流入した流体をポンプ室４に向けて流動させる流路を形成するよう構成されている。

ポンプ室形成凹部２４は、図１及び図４に示すように、パッキン部材３０のダイヤフラム部３４と整合する位置に形成された凹状空間であり、パッキン部材３０のダイヤフラム部３４と共にポンプ室４を形成するよう構成されている。

排気側凹部２８は、図１、図４及び図５に示すように、パッキン部材３０の通孔３７と整合する位置に形成された流入空間形成用凹部２８ａと、流入空間形成用凹部２８ａとポンプ室形成凹部２４とを連通させる連通溝２８ｂとを備えている。流入空間形成用凹部２８ａは、通孔３７と共に流入空間Ｓ_Ｉを形成可能に構成されている。

連通溝２８ｂは、流入空間Ｓ_Ｉから吐出空間Ｓ_Ｏに向かう方向と交差（本実施形態では直交）する方向に延びる溝であって、ポンプ室形成凹部２４から流入空間形成用凹部２８ａに亘って形成されている。連通溝２８ｂは、長手方向と直交する方向の断面が略Ｕ字状に形成されており、パッキン部材３０のベース部３６ａと共にポンプ室４から流入空間Ｓ_Ｉに至る流路７を形成可能に構成されている。

吸気側凹部２２、ポンプ室形成凹部２４及び排気側凹部２８は、図１及び図４に示すように、互いに連通している。これら吸気側凹部２２、ポンプ室形成凹部２４及び排気側凹部２８は、射出成形等によって下側ケース体２０に一体として成型されることが生産性の観点から好ましいが、これに限定されず、切削加工等によって形成することも可能である。

突起部２６は、図１、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、パッキン部材３０の隔膜３６ｂの貫通孔３９と整合する位置において、隔膜３６ｂの貫通孔３９に向かって突出して形成された円柱状の突起である。突起部２６は、パッキン部材３０の通孔３７の径よりも小さく、かつ、隔膜３６ｂの貫通孔３９の径よりも大きい径を有している。突起部２６は、隔膜３６ｂと略平行に形成された球面状の閉塞面（先端面）２６ａを有している。閉塞面２６ａは、隔膜３６ｂの貫通孔３９よりも大きい面積を有しており、隔膜３６ｂの上流側の面と当接することで、貫通孔３９を閉塞するよう構成されている。このように、突起部２６の閉塞面２６ａが球面状に形成されることにより、貫通孔３９と閉塞面２６ａとの間に若干の位置ずれが生じた場合であっても、隔膜３６ｂに対する閉塞面２６ａの密着性を維持し、閉塞面２６ａによって貫通孔３９を閉塞することが可能となるため、気密性を確保する上で好ましい。

突起部２６の閉塞面２６ａには、圧力ポート２９と連通する孔が形成されている。圧力ポート２９は、排気ポート６及び図示しない圧力センサと接続されている。すなわち、本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１は、図示しない圧力センサによって、分割流路部１７の上流側における流体圧力と下流側における流体圧力の差圧（具体的には、分岐部１６及び合流部１８における流体圧力の差圧）を検出可能に構成されている。また、本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１は、検出した差圧を図示しない演算回路によって流体の流量に換算し、換算した流量に基づいて図示しない制御回路によって駆動手段５０の駆動モータ５２をフィードバック制御することで、目標の流量となるよう流量を調整可能に構成されている。

排気ポート６は、図１に示すように、下側ケース体２０の下面から下方に向けて突出して形成されており、貫通孔６ａを介して、ポンプ本体２の内部の流体を外部に向けて流出させることが可能に構成されている。

本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１では、図５に示すように、流入空間Ｓ_Ｉと吐出空間Ｓ_Ｏと隔てるように設けられた隔膜３６ｂが弁体として機能し、この隔膜３６ｂの貫通孔３９を閉塞するように設けられた下側ケース体２０の突起部２６の閉塞面２６ａが弁座として機能することにより、排気側逆止弁４０が構成されている。なお、図５では、例えば圧力ポート２９等の弁動作に関与しない構成については、その図示を省略している。

排気側逆止弁４０は、流入空間Ｓ_Ｉと吐出空間Ｓ_Ｏとの間に設けられ、流入空間Ｓ_Ｉから吐出空間Ｓ_Ｏに向かう方向（順方向）の流体の通過を許容し、吐出空間Ｓ_Ｏから流入空間Ｓ_Ｉに向かう方向（逆方向）の流体の通過を阻止するよう構成されている。具体的には、排気側逆止弁４０は、流入空間Ｓ_Ｉから吐出空間Ｓ_Ｏに向かう方向（順方向）に流体の圧力が付与された場合（ポンプ室４が収縮した場合）に、その流体の圧力によって隔膜３６ｂが撓むことで、流体の順方向への流動を許容するよう構成されている。また、排気側逆止弁４０は、吐出空間Ｓ_Ｏから流入空間Ｓ_Ｉに向かう方向（逆方向）に流体の圧力が付与された場合（ポンプ室４が拡張した場合）に、その流体の圧力によって隔膜３６ｂが突起部２６の閉塞面２６ａに押し付けられ、突起部２６の閉塞面２６ａが隔膜３６ｂの貫通孔３９を閉塞することで、流体の逆方向への流動を阻止するよう構成されている。

駆動手段５０は、図１に示すように、上側ケース体１０の上面に取り付けられた駆動モータ５２と、駆動モータ５２の出力軸５２ａに取り付けられた偏心クランク５４と、偏心クランク５４の周囲にベアリング５６を介して装着された往復動部材（クランクロッド）５８とを備えている。往復動部材５８の下端部には、パッキン部材３０のダイヤフラム部３４が連結されている。偏心クランク５４は、駆動モータ５２の出力軸５２ａを嵌入させる取付孔が、偏心クランク５４の中心軸からずれた位置に形成されている。これにより、偏心クランク５４は、駆動モータ５２の出力軸５２ａの回転運動を往復動部材５８の上下運動に変換するよう構成されている。すなわち、駆動手段５０は、偏心クランク５４によって、駆動モータ５２の出力軸５２ａの回転運動を往復動部材５８の上下運動に変換し、この往復動部材５８の上下運動によって、パッキン部材３０のダイヤフラム部３４をポンプ室４に対して繰り返し進退させるよう構成されている。

次に、本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１の動作について説明する。まず、駆動モータ５２を駆動させ、出力軸５２ａを介して偏心クランク５４を回転させることにより、往復動部材５８及びこの往復動部材５８に連結されたパッキン部材３０のダイヤフラム部３４を上下方向に往復動させる。そして、このダイヤフラム部３４の往復運動によってポンプ室４内の容積を増減させることにより、ポンプ室４内の流体（液体又は気体）を圧縮又は膨張させ、吸気側逆止弁３２及び排気側逆止弁４０の相互作用によって、流体を押し出す動作及び吸い込む動作を交互に連続して行う。

具体的には、ダイヤフラム部３４がポンプ室４から離間する方向に移動し、これによりポンプ室４が拡張された場合には、吸気ポート３からポンプ室４に向かう流体の圧力によって吸気側逆止弁３２が開放状態になると共に、流量測定流路５からポンプ室４に向かう流体の圧力によって排気側逆止弁４０が閉塞状態となる。すなわち、吸気ポート３からポンプ室４に向かう方向（順方向）への流体の流動が許容され、その一方で、流量測定流路５からポンプ室４に向かう方向（逆方向）への流体の流動（逆流）が阻止される。これにより、吸気ポート３を介して、供給元からポンプ室４に向けて流体が供給される。

また、ダイヤフラム部３４がポンプ室４に接近する方向に移動し、これによりポンプ室４が収縮された場合には、ポンプ室４から吸気ポート３に向かう流体の圧力によって吸気側逆止弁３２が閉塞状態になると共に、ポンプ室４から流量測定流路５に向かう流体の圧力によって排気側逆止弁４０が開放状態となる。すなわち、ポンプ室４から流量測定流路５に向かう方向（順方向）への流体の流動が許容され、その一方で、ポンプ室４から吸気ポート３に向かう方向（逆方向）への流体の流動（逆流）が阻止される。これにより、流路７及び流入空間Ｓ_Ｉを介してポンプ室４から吐出空間Ｓ_Ｏに向けて流体が流動し、この流体が流量測定流路５及び排気ポート６を介して流出される。

そして、本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１では、ダイヤフラム部３４の往復動が繰り返し実行され、ポンプ室４の拡張及び収縮が交互に繰り返されることにより、吸気ポート３、ポンプ室４、流量測定流路５及び排気ポート６を介して、供給元から供給された流体がダイヤフラムポンプ１の外部に向けて連続して流出される。

なお、本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１では、ダイヤフラムポンプ１内を流動する流体の流量がリアルタイムで調整される。すなわち、排気側逆止弁４０を通過した流体は、分岐部１６に至り、さらに複数（本実施形態では３本）の流れに分流して各分割流路部１７を流動する。この際、分岐部１６と合流部１８との間には、その流量に応じた差圧が発生する。本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１では、この差圧に基づいて流量を計測し、この計測した流量に基づいて駆動モータ５２をフィードバック制御することで、目標の流量となるようリアルタイムで流量が調整される。

以上のとおり、本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１では、従来にない特殊な排気側逆止弁４０を採用することにより、弁体（隔膜３６ｂ）よりも上流側の流路形状の設計の自由度を高め、これにより、装置全体の構造を簡素化することが可能である。

すなわち、本実施形態に係る排気側逆止弁４０は、上述のとおり、流入空間Ｓ_Ｉと吐出空間Ｓ_Ｏとを隔てるように設けられ、流入空間Ｓ_Ｉと吐出空間Ｓ_Ｏを連通する貫通孔３９が形成された隔膜３６ｂと、貫通孔３９を閉塞するよう、隔膜３６ｂの上流側の面に当接する閉塞面２６ａとを備え、閉塞面２６ａは、貫通孔３９よりも大きい面積を有し、隔膜３６ｂと略平行に設けられ、隔膜３６ｂは、流体が通過不能となるよう閉塞面２６ａと密着する密着位置と、流体が貫通孔３９を介して通過可能となるよう閉塞面２６ａから離間する離間位置との間において変位可能な可撓性を有している。

このように、本実施形態に係る排気側逆止弁４０では、隔膜３６ｂの貫通孔３９の周縁が突起部２６の閉塞面２６ａに当接することのみで流体の流動が阻止される。すなわち、特許文献１〜３の逆止弁は、いずれもケース体に設けられた開口を弁体で塞ぐ構造であるのに対し、本実施形態に係る排気側逆止弁４０では、弁体（隔膜３６ｂ）に設けた開口（貫通孔３９）をケース体（下側ケース体２０）に形成された突起部２６の閉塞面２６ａで塞ぐ構造としている。このような排気側逆止弁４０によれば、隔膜３６ｂ及び突起部２６の閉塞面２６ａ以外の形状、例えば通孔３７及び流入空間形成用凹部２８ａの形状や、流路７を構成する連通溝２８ｂの形状等に制約が生じないため、流入空間Ｓ_Ｉの形状や流路７の形状及びその延在方向等を自由に設定することが可能となる。

また、本実施形態に係る排気側逆止弁４０を採用することにより、上述のとおり、流入空間Ｓ_Ｉの形状や流路７の形状及びその延在方向等の制限を無くすことができるため、下側ケース体２０にポンプ室形成凹部２４、流入空間形成用凹部２８ａ及び連通溝２８ｂを一体として自由に形成し、この下側ケース体２０にパッキン部材３０を組み合わせるのみで、ポンプ室４、流入空間Ｓ_Ｉ及び流路７を形成することができる。これにより、本実施形態に係る排気側逆止弁４０を採用したダイヤフラムポンプ１では、例えばマニホールド等の別部材や別配管を用いる必要がないので、装置全体の構造を著しく簡素化し、小型化することができる。さらに、隔膜３６ｂの厚さ及び径や、貫通孔３９の径や、閉塞面２６ａの高さによる与圧等を種々設定することが容易で、最低動作圧、流動抵抗等を用途に合わせて自由に設定できるため、弁単体としても有用である。

また、本実施形態に係る排気側逆止弁４０では、隔膜３６ｂに貫通孔３９が形成され、かつ、閉塞面２６ａが隔膜３６ｂと略平行に設けられていることにより、非常に軽い力で隔膜３６ｂを変位させることが可能となる。これにより、本実施形態に係る排気側逆止弁４０は、特許文献４の逆止弁よりも、最低動作圧を低く設定することが可能である。

さらに、本実施形態に係るダイヤフラムポンプ１では、パッキン部材３０に隔膜３６ｂとダイヤフラム部３４とが一体として形成されているため、装置全体の構造をより一層簡素化することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の範囲には限定されない。上記各実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、上述した実施形態では、吸気ポート３が吸気側逆止弁３２の直上に配置される構成を例に挙げたため、吸気側逆止弁３２がリード弁であるものとして説明したが、これに限定されるものではない。吸気側逆止弁３２として、排気側逆止弁４０と同様の構成を備える逆止弁構造を採用することも可能である。

上述した実施形態では、上側ケース体１０に吸気ポート３が設けられ、下側ケース体２０に排気ポート６が設けられるものとして説明したが、これに限定されず、上側ケース体１０に排気ポート６が設けられ、下側ケース体２０に吸気ポート３が設けられる構成としても良いし、上側ケース体１０及び下側ケース体２０のいずれか一方に吸気ポート３及び排気ポート６の双方が設けられる構成としても良い。

上述した実施形態では、ベース部３６ａに通孔３７が形成され、通孔３７内に隔膜３６ｂが形成されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、パッキン部材３０の全体が可撓性を有する隔膜であるとしても良い。

上述した実施形態では、隔膜３６ｂが、通孔３７の内周面の全域から、該通孔３７の中心に向かって突出して設けられた円環状の隔膜であるものとして説明したが、これに限定されるものではない。通孔３７、隔膜３６ｂ及び貫通孔３９の形状及び位置や、隔膜３６ｂが設けられる範囲は、適宜変更することが可能である。

上述した実施形態では、突起部２６の先端面が閉塞面２６ａであるものとして説明したが、これに限定されるものではない。閉塞面は、隔膜の貫通孔よりも大きい面積を有し、かつ、隔膜と略平行に設けられる面であれば、いかなる形状及び構成を備えていても良い。例えば、下側ケース体２０に突起部２６が設けられず、下側ケース体２０の内面の一部が閉塞面として機能するとしても良い。

上述した実施形態では、突起部２６の閉塞面２６ａが球面状に形成されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、突起部２６の閉塞面２６ａは、平面状に形成することも可能である。また、突起部２６を角柱状に形成することも可能である。

上述した実施形態では、隔膜３６ｂが略平面状であるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、隔膜３６ｂを動きやすくするために、隔膜３６ｂにループ状の曲面を設けても良い。また、高圧の場合に隔膜３６ｂが所定以上撓まないようにするために、所定範囲で隔膜３６ｂに当接するストッパを設けても良い。

上述した実施形態では、ポンプ本体２が層流流量計の機能を具備するものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、上述した分岐部１６、複数の分割流路部１７及び合流部１８を有する連通溝１４が形成された層流流量計をポンプ本体２とは別体として形成し、この層流流量計をポンプ本体２に取り付ける構成としても良い。

上述した実施形態では、分割流路部１７が３本形成されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。また、上述した実施形態では特に言及していないが、複数の分割流路部１７は、流体を層流状態で流動させることが可能な溝であれば、Ｕ字状、Ｖ字状及び台形等の種々の形状を有していても良い。さらに、上述した実施形態では、分割流路部１７が、その溝幅Ｗが溝深さＤよりも小さくなるよう形成されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。

上述した実施形態では、上側ケース体１０とパッキン部材３０との間に流量測定流路５が形成されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、上側ケース体１０とパッキン部材３０との間に流量測定流路５が形成されず、吐出空間Ｓ_Ｏが直接大気に開放されていても良い。

また、上述した実施形態では、貫通孔を有する隔膜と、この貫通孔を閉塞可能な閉塞面とにより構成される逆止弁（排気側逆止弁４０）をダイヤフラムポンプに適用した例を説明したが、本実施形態に係る逆止弁の用途は、ダイヤフラムポンプに限定されるものではない。本実施形態に係る逆止弁は、逆止弁を搭載可能な機器であれば採用することが可能である。

１ ダイヤフラムポンプ、４ ポンプ室、、７ 流路、９ ケース体、１０ 上側ケース体、２０ 下側ケース体、２４ ポンプ室形成凹部、２６ａ 閉塞面、２８ａ 流入空間形成用凹部、２８ｂ 連通溝、３０ パッキン部材、３４ ダイヤフラム部、３６ｂ 隔膜、３９ 貫通孔、４０ 排気側逆止弁（逆止弁）、５０ 駆動手段、Ｓ_Ｉ 流入空間、Ｓ_Ｏ 吐出空間

Claims (1)

1. 流入空間と吐出空間との間に設けられ、流入空間から吐出空間への流体の流動を許容し、吐出空間から流入空間への流体の流動を阻止する逆止弁であって、前記流入空間と前記吐出空間とを隔てるように設けられ、該流入空間と該吐出空間を連通する貫通孔が形成された隔膜と、前記貫通孔を閉塞するよう、前記隔膜の上流側の面に当接する閉塞面とを備え、前記閉塞面は、前記貫通孔よりも大きい面積を有し、前記隔膜と略平行に設けられ、かつ、前記貫通孔に向けて凸となる球面状に形成されており、前記隔膜は、流体が通過不能となるよう前記閉塞面と密着する密着位置と、流体が前記貫通孔を介して通過可能となるよう前記閉塞面から離間する離間位置との間において変位可能な可撓性を有しており、前記閉塞面は、流体の圧力が作用していない状態において、該閉塞面の外周縁部と前記隔膜との間に隙間が形成されるよう、該閉塞面の外周縁部よりも内側の領域が前記隔膜の前記貫通孔の周縁に当接している、前記逆止弁を備えるダイヤフラムポンプであって、
   ポンプ室を形成可能なポンプ室形成凹部、前記流入空間を形成可能な流入空間形成用凹部、及び、前記ポンプ室形成凹部と前記流入空間形成用凹部とを連通させる連通溝を備えるケース体と、
   前記ポンプ室形成凹部、前記流入空間形成用凹部及び前記連通溝を覆うように前記ケース体に積層されるパッキン部材と
   を備え、
   前記パッキン部材は、前記流入空間形成用凹部と整合する位置に、前記隔膜を有し、かつ、前記ポンプ室形成凹部と整合する位置に、前記ポンプ室形成凹部と共に前記ポンプ室を形成するダイヤフラム部を有しており、
   前記パッキン部材は、前記連通溝と共に前記ポンプ室から前記流入空間に至る流路を形成可能に構成されており、
   前記ダイヤフラムポンプは、前記ダイヤフラム部を前記ポンプ室に対して進退させる駆動機構を更に備え、
   前記駆動機構は、駆動モータと、該駆動モータの出力軸に取り付けられた偏心クランクと、該偏心クランクに装着された往復動部材とを備え、
   前記偏心クランクは、前記駆動モータの出力軸の回転運動を前記往復動部材の往復運動に変換するよう構成されており、
   前記往復動部材は、前記パッキン部材の前記ダイヤフラム部に連結されており、
   前記往復動部材の往復運動によって前記ダイヤフラム部を前記ポンプ室に対して進退させ、前記ポンプ室の拡張及び収縮を繰り返すことによって、前記流路及び前記流入空間を介して前記ポンプ室から前記吐出空間に向けて流体を流動させるよう構成されている
   ことを特徴とするダイヤフラムポンプ。

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