專利名稱：止回閥及送液泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使球落座到球座上來關(guān)閉流路、且通過使球自球座浮游來打開流 路這種方式的止回閥及采用該止回閥的送液泵。
背景技術(shù)：
作為用來對例如高速液相色譜儀的分析流路進(jìn)行流動(dòng)相送液的送液泵，一般采用 如下的柱塞方式的泵，即通過在設(shè)于泵壓頭內(nèi)的泵室內(nèi)使柱塞在一條直線上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 使泵室內(nèi)的容積增減，來將液體吸入到泵室內(nèi)和從泵室將液體輸出。這種送液泵的結(jié)構(gòu)為 在與泵室的吸入口和排出口連接的流路上分別設(shè)有止回閥，將液體吸入時(shí)打開吸入口側(cè)的 止回閥并關(guān)閉排出口側(cè)的止回閥；相反，將液體輸出時(shí)則打開排出口側(cè)的止回閥并關(guān)閉吸 入口側(cè)的止回閥(例如，參見專利文獻(xiàn)I。)。
止回閥在閥芯內(nèi)具備閥室，該閥芯在相互相對的位置上具有入液口和出液口，該 閥室內(nèi)配置有可以在連接入液口和出液口的直線上移動(dòng)的球。在閥芯的入液口部分設(shè)有用 于使球落座的圓筒形狀的球座。球座是例如圓筒形狀，是其內(nèi)側(cè)構(gòu)成形成入液口的流路，通 過使球落座到球座上而將該流路密封的結(jié)構(gòu)。在這種止回閥中，主要使用紅寶石作為球的 材質(zhì),主要使用藍(lán)寶石作為球座的材質(zhì)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I日本特開2008 - 180088號公報(bào) 發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
在高速液相色譜儀等之中，在送液壓力超過例如50MPa那樣的高壓的情況下，由 于關(guān)閉著的一側(cè)的止回閥的球會被強(qiáng)勁的力推壓至球座，所以球座與球接觸的部分需要有 抗得住該壓力的強(qiáng)度。但是，球座的強(qiáng)度因個(gè)體不同而參差不齊，進(jìn)而與球接觸的圓弧狀部 分的強(qiáng)度也多為不均勻的。因此，當(dāng)球落座時(shí)，應(yīng)力集中在球座的機(jī)械強(qiáng)度的最低部分，存 在該部分產(chǎn)生脫落或出現(xiàn)裂縫并使球座破損這樣的問題。尤其，在送液壓力超過例如50MPa 那樣的高壓的情況下，有時(shí)會造成球座破損。
因此，本發(fā)明是以提供即使在高壓的送液條件下，球座也難以破損的止回閥及具 有這種止回閥的送液泵為目的的。
用于解決課題的手段
作為本發(fā)明對象的止回閥，包括閥芯，所述閥芯在相互對置的位置上具有入液口 和出液口 ；設(shè)在閥芯的內(nèi)部并設(shè)在入液口和出液口之間的閥室；球，在閥室內(nèi)，入液口側(cè)的 壓力比出液口側(cè)的壓力高時(shí)所述球朝出液口側(cè)移動(dòng)，出液口側(cè)的壓力比入液口側(cè)的壓力高 時(shí)所述球朝入液口側(cè)移動(dòng)；球座，所述球座配置于閥芯的入液口部分，具有比球的直徑小的 直徑并在內(nèi)側(cè)具有構(gòu)成入液口的流路，當(dāng)球朝入液口側(cè)移動(dòng)時(shí)在流路的邊緣部分使球落座并將流路密封。
通常，在對球座的形狀進(jìn)行加工的時(shí)候，從藍(lán)寶石的母料中切出所需大小尺寸的 加工片，并加工成所需的形狀。藍(lán)寶石雖然具有六方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，但在現(xiàn)有的球座加工 中，并不考慮該六方晶的結(jié)晶軸的朝向，而只是加工成球座的形狀。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)這種加工 方法是導(dǎo)致球座強(qiáng)度參差不齊的原因，而得到了本發(fā)明。
即，六方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)具有三個(gè)面方位，分別稱作C面、A面及R面。雖然與C面垂 直的軸為C軸，但因?yàn)楝F(xiàn)有的球座的此C軸的朝向因個(gè)體而不同，所以因個(gè)體差異而產(chǎn)生機(jī) 械強(qiáng)度參差不齊，而且，因C軸的朝向差異而使得與球的接觸部分的機(jī)械強(qiáng)度變得不均勻。
因此，在本發(fā)明的止回閥中，球座由具有六方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的材質(zhì)構(gòu)成，且做成該 材質(zhì)的結(jié)晶軸的C軸朝向與通過所述流路的中心的中心軸平行的方向。通過對結(jié)晶軸的方 向進(jìn)行控制以使C軸朝向與中心軸平行的方向并形成球座，與球接觸的接觸部分全部變成 在六方晶的C面上，與球接觸的接觸部分的機(jī)械強(qiáng)度則變得均勻。
本發(fā)明的送液泵包括具備用于吸入液體的吸入口及用于將液體排出的排出口的 泵室；被插入于泵室的、通過在一條直線上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來使泵室內(nèi)的容積增減的柱塞；以 及在泵室的與吸入口連接的流路上和與排出口連接的流路上的至少一方所配置的本發(fā)明 的止回閥。
發(fā)明的效果
在本發(fā)明的止回閥中，因?yàn)榫哂辛骄У慕Y(jié)晶結(jié)構(gòu)材質(zhì)的球座的結(jié)晶軸的C軸朝 向與通過球座的內(nèi)側(cè)的流路的中心的中心軸平行的方向，所以與球接觸的部分可以全部配 置在六方晶的C面上，且與球接觸的接觸部分的機(jī)械強(qiáng)度能夠做成均勻的。由此，應(yīng)力將不 會集中在球座的與球接觸的接觸部分的一部分上，可以穩(wěn)定地提供球座也難以破損的止回閥。
由于本發(fā)明的送液泵使用了本發(fā)明的止回閥作為設(shè)在泵室的與吸入口連接的流 路和與排出口連接的流路上的止回閥，所以即使送液壓力為高壓，止回閥的球座也難以產(chǎn) 生破損，且在高壓條件下也能夠穩(wěn)定地送液。
使用本發(fā)明的送液泵的一個(gè)例子為液相色譜儀。液相色譜儀是在通過送液泵進(jìn)行 流動(dòng)相送液的分析流路上設(shè)有試料注入部、分析柱以及檢測器。如果采用本發(fā)明的送液泵 作為送液泵的話，即使在高壓條件下進(jìn)行流動(dòng)相送液其壽命也會變長。


圖1是示出送液泵的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖2A是示出該實(shí)施例的止回閥關(guān)閉狀態(tài)的截面圖。
圖2B是示出該實(shí)施例的止回閥打開狀態(tài)的截面圖。
圖2C是示出該實(shí)施例的止回閥的球座的立體圖。
圖3是用來對六方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明的概念圖。
圖4是示出C軸方向被控制為朝向球座的入液口的中心軸方向的情況下、和C軸 方向未被控制的情況下的與球接觸的接觸部分的強(qiáng)度分布的圖。
圖5是概略地示出液相色譜儀的一個(gè)例子的流路構(gòu)成圖。
符號說明
2 泵殼
3 柱塞
4十字頭
6 彈簧
8泵壓頭
10a，IOb 止回閥
12柱塞密封件
14密封托架
16清洗密封件
20 閥室
22 球
24 球座
24a 入液 口
26 出液口具體實(shí)施方式
用圖1對送液泵的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。
此實(shí)施例的送液泵由泵殼2和泵壓頭8構(gòu)成。泵殼2包括由電動(dòng)機(jī)(圖示略)驅(qū)動(dòng) 的凸輪(圖示略)，其在內(nèi)部容納有一邊對柱塞3的基端側(cè)的端面進(jìn)行保持，一邊利用彈簧6 的彈力追隨凸輪的周面作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的十字頭4。泵壓頭8安裝在泵殼2上，包括利用被十 字頭4所保持的柱塞3的頂端部分的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行液體的吸入和輸出的泵室8a、液體吸 入流路8b以及液體輸出流路8c。
柱塞3的頂端部被插入于泵室8a中，伴隨十字頭4的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在一邊使泵室8a 內(nèi)的空間增大一邊從液體吸入流路8b將液體吸入泵室8a內(nèi)的方向(圖中朝右方向)，和一 邊使泵室8a內(nèi)的空間減小一邊將泵室8a內(nèi)的液體推擠到液體輸出流路8c的排出方向(圖 中朝左方向)上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
在泵殼2和泵壓頭8之間配置有密封托架14，在泵壓頭8和密封托架14之間設(shè)有 柱塞密封件12。柱塞密封件12 —邊將柱塞3可滑動(dòng)地進(jìn)行保持，一邊對泵室8a的柱塞3 插入部分進(jìn)行密封以防止液體從泵室8a漏出。
密封托架14在其內(nèi)部有空洞部，包括用于向該空洞部供給清洗液的流路和用于 將清洗液排出的流路。在泵殼2和密封托架14之間夾持有清洗密封件16。清洗密封件16 一邊將柱塞3可滑動(dòng)地保持，一邊對密封托架14內(nèi)部的空洞部的柱塞3插入部分進(jìn)行密封 以防止清洗液從空洞部漏出。
在液體吸入流路8b及液體輸出流路8c上設(shè)有止回閥10a、10b，利用各個(gè)泵室8a 內(nèi)的壓力變化進(jìn)行這些流路8b、8c的開閉以防止回流。
圖2A示出止回閥10a、10b的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。止回閥IOa和IOb有著相同的結(jié) 構(gòu)。止回閥10a、10b在流路貫穿于內(nèi)部的圓筒形的閥芯20的一端具有出液口 26，在另一端 嵌設(shè)有球座24。球座24上開有入液口 24a。出液口 26和入液口 24a通過中間的擴(kuò)徑閥室 21而連通，且形成了貫穿閥芯20的流路。閥室21中設(shè)有可在圓筒的軸向上移動(dòng)的球22，球22、球座24及出液口 26沿著圓筒的軸向配置在的一條直線上。
由球座24的空洞部分所構(gòu)成的入液口 24a的內(nèi)徑設(shè)計(jì)得比球22的直徑小，當(dāng)球 22落座(參見圖2A。)時(shí)，球22與球座24的空洞部分的邊緣相接觸而將入液口 24a密封。 球22的材質(zhì)為例如紅寶石，球座24的材質(zhì)為藍(lán)寶石。
閥室21的出液口 26由設(shè)在具有比球22的直徑大的直徑的壁面上的多個(gè)貫穿孔 構(gòu)成，即使球22浮上來并與出液口 26側(cè)的壁面接觸，球22也不會堵塞出液口 26 (參見圖 2B。)。當(dāng)出液口 26側(cè)的壓力高于入液口 24a側(cè)的壓力時(shí)，球22將落座于球座24上并將入 液口 24a密封；反之，當(dāng)入液口 24a側(cè)壓力高于出液口 26側(cè)的壓力時(shí)，球22將浮上來入液 口 24a便打開。即，當(dāng)柱塞3被朝輸出側(cè)(圖1中左側(cè))驅(qū)動(dòng)時(shí)，泵室8a內(nèi)被加壓而變成高 壓，止回閥IOa被關(guān)閉，止回閥IOb被打開。反之，當(dāng)柱塞3被朝吸入側(cè)(圖1中右側(cè))驅(qū)動(dòng) 時(shí)，泵室8a內(nèi)被減壓，止回閥IOa被打開，止回閥IOb被關(guān)閉。
在關(guān)閉狀態(tài)的止回閥10a、10b，球22被按壓在球座24的入液口 24a邊緣部分。尤 其，由于對止回閥IOa的球22施加泵室8a內(nèi)的送液壓力，因而球座24的與球22的接觸部 分需要能夠承受該壓力的機(jī)械強(qiáng)度。
因此，在圖2A、圖2B中如箭頭所示，球座24是選定結(jié)晶軸方向進(jìn)行加工的，以使作 為結(jié)晶軸的C軸與球座24的入液口 24a的中心軸的方向相同，即，在圖2A、圖2B中朝向鉛 垂上側(cè)。如圖3所示，所謂C軸是指與六方晶結(jié)構(gòu)的C面、A面及R面的三個(gè)面方位中的C 面垂直的軸。這種球座24是由通過例如凱氏長晶法結(jié)晶化的藍(lán)寶石的C面鑄塊將C面作 為基準(zhǔn)面進(jìn)行加工的。如圖2C所示，由于具有當(dāng)球22落座時(shí)與球22接觸的入液口 24a的 邊緣部分24b的面24C成為六方晶結(jié)構(gòu)的C面，因而這樣形成的球座24的與球22接觸的 接觸部分24b的機(jī)械強(qiáng)度變得均勻。
圖4中示出對C軸方向進(jìn)行控制以使其朝向球座24的入液口 24a的中心軸的方向 情況下、和對C軸方向不進(jìn)行控制情況下的、與球22接觸的接觸部分的強(qiáng)度分布的例子。橫 軸以角度來表示圓筒狀球座的開口部、即，球座中的球所落座的部分的一周?？v軸為機(jī)械強(qiáng) 度。在C軸方向未被控制的情況下(虛線)，球座24與球22的接觸部分的機(jī)械強(qiáng)度不均勻， 通過按壓球22而作用的壓力將變大，如果存在比該壓力低的機(jī)械強(qiáng)度的部分的話，則應(yīng)力 就會集中在該機(jī)械強(qiáng)度低的部分，在該部分產(chǎn)生脫落或裂縫而成為球座24破損的原因。相 反，如實(shí)線所示的直線那樣地，在對C軸方向進(jìn)行控制以使其朝球座24的入液口 24a的中 心軸的方向的情況下，球座24與球22的接觸面全為C面，從而球座24與球22的接觸部分 的機(jī)械強(qiáng)度變得均勻。
將控制C軸的朝向加工而成的球座與不控制C軸的朝向而(隨機(jī)地)形成的球座的 強(qiáng)度進(jìn)行比較時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在表I中示出。表I中分別顯示兩種情形，C軸控制“有”是指 使用將C軸的朝向控制成與中心軸相同的方向而形成的球座的情形；c軸控制“無”是指使 用不考慮C軸的朝向而形成的球座的情形。在該實(shí)驗(yàn)中，使球落座到球座上并將兩者按壓， 逐漸提高其壓縮強(qiáng)度并對達(dá)到球座被破壞時(shí)的壓縮強(qiáng)度進(jìn)行了測量。此外，在該測量中使 用的球座的內(nèi)徑為1. Omm,外形為2. 35mm,球的直徑為1. 5mm。
表I
權(quán)利要求
1.一種止回閥，包括閥芯，所述閥芯在相互對置的位置上具有入液口和出液口 ；設(shè)在所述閥芯的內(nèi)部并設(shè)在所述入液口和出液口之間的閥室；球，在所述閥室內(nèi)，所述入液口側(cè)的壓力比所述出液口側(cè)的壓力高時(shí)所述球朝所述出液口偵彳移動(dòng)，所述出液口側(cè)的壓力比所述入液口側(cè)的壓力高時(shí)所述球朝所述入液口側(cè)移動(dòng)；球座，所述球座配置于所述閥芯的所述入液口部分，具有比所述球的直徑小的直徑并在內(nèi)側(cè)具有構(gòu)成所述入液口的流路，當(dāng)所述球朝所述入液口側(cè)移動(dòng)時(shí)在所述流路的邊緣部分使所述球落座并將所述流路密封，其特征在于， 所述球座由具有六方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的材質(zhì)構(gòu)成，該材質(zhì)的結(jié)晶軸的C軸朝向與通過所述流路的中心的中心軸平行的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的止回閥，其特征在于，所述球座的材質(zhì)為藍(lán)寶石。
3.一種送液泵，其特征在于，包括 具備用于吸入液體的吸入口及用于將液體排出的排出口的泵室； 被插入于所述泵室的、通過在一條直線上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來使所述泵室內(nèi)的容積增減的柱塞；以及 在所述泵室的與吸入口連接的流路上和與排出口連接的流路上的至少一方所配置的權(quán)利要求1或2所述的止回閥。
全文摘要
在相互對置的位置上設(shè)有入液口和出液口的閥芯的內(nèi)部，設(shè)有閥室。在閥室的內(nèi)部配置有可以在連接入液口和出液口的直線方向移動(dòng)的球。在閥芯的入液口部分嵌設(shè)有球座。球座在內(nèi)側(cè)具有構(gòu)成入液口的流路，在其邊緣部分使球落座。球座由具有六方晶的結(jié)晶結(jié)構(gòu)材質(zhì)構(gòu)成，對結(jié)晶軸方向進(jìn)行控制并進(jìn)行加工，以使作為其結(jié)晶軸的C軸朝向與構(gòu)成入液口的流路的中心軸相同的方向。
文檔編號F04B53/10GK103038552SQ201080067320
公開日2013年4月10日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者麻生喜昭 申請人:株式會社島津制作所