止回阀及送液泵的制作方法

专利名称：止回阀及送液泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过使球落座到球座上来关闭流路、且通过使球自球座浮游来打开流 路这种方式的止回阀及采用该止回阀的送液泵。
背景技术：
作为用来对例如高速液相色谱仪的分析流路进行流动相送液的送液泵，一般采用 如下的柱塞方式的泵，即通过在设于泵压头内的泵室内使柱塞在一条直线上作往复运动， 使泵室内的容积增减，来将液体吸入到泵室内和从泵室将液体输出。这种送液泵的结构为 在与泵室的吸入口和排出口连接的流路上分别设有止回阀，将液体吸入时打开吸入口侧的 止回阀并关闭排出口侧的止回阀；相反，将液体输出时则打开排出口侧的止回阀并关闭吸 入口侧的止回阀(例如，参见专利文献I。)。
止回阀在阀芯内具备阀室，该阀芯在相互相对的位置上具有入液口和出液口，该 阀室内配置有可以在连接入液口和出液口的直线上移动的球。在阀芯的入液口部分设有用 于使球落座的圆筒形状的球座。球座是例如圆筒形状，是其内侧构成形成入液口的流路，通 过使球落座到球座上而将该流路密封的结构。在这种止回阀中，主要使用红宝石作为球的 材质,主要使用蓝宝石作为球座的材质。
现有技术文献
专利文献
专利文献I日本特开2008 - 180088号公报 发明内容
发明要解决的课题
在高速液相色谱仪等之中，在送液压力超过例如50MPa那样的高压的情况下，由 于关闭着的一侧的止回阀的球会被强劲的力推压至球座，所以球座与球接触的部分需要有 抗得住该压力的强度。但是，球座的强度因个体不同而参差不齐，进而与球接触的圆弧状部 分的强度也多为不均匀的。因此，当球落座时，应力集中在球座的机械强度的最低部分，存 在该部分产生脱落或出现裂缝并使球座破损这样的问题。尤其，在送液压力超过例如50MPa 那样的高压的情况下，有时会造成球座破损。
因此，本发明是以提供即使在高压的送液条件下，球座也难以破损的止回阀及具 有这种止回阀的送液泵为目的的。
用于解决课题的手段
作为本发明对象的止回阀，包括阀芯，所述阀芯在相互对置的位置上具有入液口 和出液口 ；设在阀芯的内部并设在入液口和出液口之间的阀室；球，在阀室内，入液口侧的 压力比出液口侧的压力高时所述球朝出液口侧移动，出液口侧的压力比入液口侧的压力高 时所述球朝入液口侧移动；球座，所述球座配置于阀芯的入液口部分，具有比球的直径小的 直径并在内侧具有构成入液口的流路，当球朝入液口侧移动时在流路的边缘部分使球落座并将流路密封。
通常，在对球座的形状进行加工的时候，从蓝宝石的母料中切出所需大小尺寸的 加工片，并加工成所需的形状。蓝宝石虽然具有六方晶的结晶结构，但在现有的球座加工 中，并不考虑该六方晶的结晶轴的朝向，而只是加工成球座的形状。本发明人发现这种加工 方法是导致球座强度参差不齐的原因，而得到了本发明。
即，六方晶的结晶结构具有三个面方位，分别称作C面、A面及R面。虽然与C面垂 直的轴为C轴，但因为现有的球座的此C轴的朝向因个体而不同，所以因个体差异而产生机 械强度参差不齐，而且，因C轴的朝向差异而使得与球的接触部分的机械强度变得不均匀。
因此，在本发明的止回阀中，球座由具有六方晶的结晶结构的材质构成，且做成该 材质的结晶轴的C轴朝向与通过所述流路的中心的中心轴平行的方向。通过对结晶轴的方 向进行控制以使C轴朝向与中心轴平行的方向并形成球座，与球接触的接触部分全部变成 在六方晶的C面上，与球接触的接触部分的机械强度则变得均匀。
本发明的送液泵包括具备用于吸入液体的吸入口及用于将液体排出的排出口的 泵室；被插入于泵室的、通过在一条直线上作往复运动来使泵室内的容积增减的柱塞；以 及在泵室的与吸入口连接的流路上和与排出口连接的流路上的至少一方所配置的本发明 的止回阀。
发明的效果
在本发明的止回阀中，因为具有六方晶的结晶结构材质的球座的结晶轴的C轴朝 向与通过球座的内侧的流路的中心的中心轴平行的方向，所以与球接触的部分可以全部配 置在六方晶的C面上，且与球接触的接触部分的机械强度能够做成均匀的。由此，应力将不 会集中在球座的与球接触的接触部分的一部分上，可以稳定地提供球座也难以破损的止回阀。
由于本发明的送液泵使用了本发明的止回阀作为设在泵室的与吸入口连接的流 路和与排出口连接的流路上的止回阀，所以即使送液压力为高压，止回阀的球座也难以产 生破损，且在高压条件下也能够稳定地送液。
使用本发明的送液泵的一个例子为液相色谱仪。液相色谱仪是在通过送液泵进行 流动相送液的分析流路上设有试料注入部、分析柱以及检测器。如果采用本发明的送液泵 作为送液泵的话，即使在高压条件下进行流动相送液其寿命也会变长。


图1是示出送液泵的一个实施例的截面图。
图2A是示出该实施例的止回阀关闭状态的截面图。
图2B是示出该实施例的止回阀打开状态的截面图。
图2C是示出该实施例的止回阀的球座的立体图。
图3是用来对六方晶的结晶结构进行说明的概念图。
图4是示出C轴方向被控制为朝向球座的入液口的中心轴方向的情况下、和C轴 方向未被控制的情况下的与球接触的接触部分的强度分布的图。
图5是概略地示出液相色谱仪的一个例子的流路构成图。
符号说明
2 泵壳
3 柱塞
4十字头
6 弹簧
8泵压头
10a，IOb 止回阀
12柱塞密封件
14密封托架
16清洗密封件
20 阀室
22 球
24 球座
24a 入液 口
26 出液口具体实施方式
用图1对送液泵的一个实施例进行说明。
此实施例的送液泵由泵壳2和泵压头8构成。泵壳2包括由电动机(图示略)驱动 的凸轮(图示略)，其在内部容纳有一边对柱塞3的基端侧的端面进行保持，一边利用弹簧6 的弹力追随凸轮的周面作往复运动的十字头4。泵压头8安装在泵壳2上，包括利用被十 字头4所保持的柱塞3的顶端部分的往复运动来进行液体的吸入和输出的泵室8a、液体吸 入流路8b以及液体输出流路8c。
柱塞3的顶端部被插入于泵室8a中，伴随十字头4的往复运动，在一边使泵室8a 内的空间增大一边从液体吸入流路8b将液体吸入泵室8a内的方向(图中朝右方向)，和一 边使泵室8a内的空间减小一边将泵室8a内的液体推挤到液体输出流路8c的排出方向(图 中朝左方向)上进行往复运动。
在泵壳2和泵压头8之间配置有密封托架14，在泵压头8和密封托架14之间设有 柱塞密封件12。柱塞密封件12 —边将柱塞3可滑动地进行保持，一边对泵室8a的柱塞3 插入部分进行密封以防止液体从泵室8a漏出。
密封托架14在其内部有空洞部，包括用于向该空洞部供给清洗液的流路和用于 将清洗液排出的流路。在泵壳2和密封托架14之间夹持有清洗密封件16。清洗密封件16 一边将柱塞3可滑动地保持，一边对密封托架14内部的空洞部的柱塞3插入部分进行密封 以防止清洗液从空洞部漏出。
在液体吸入流路8b及液体输出流路8c上设有止回阀10a、10b，利用各个泵室8a 内的压力变化进行这些流路8b、8c的开闭以防止回流。
图2A示出止回阀10a、10b的结构的一个例子。止回阀IOa和IOb有着相同的结 构。止回阀10a、10b在流路贯穿于内部的圆筒形的阀芯20的一端具有出液口 26，在另一端 嵌设有球座24。球座24上开有入液口 24a。出液口 26和入液口 24a通过中间的扩径阀室 21而连通，且形成了贯穿阀芯20的流路。阀室21中设有可在圆筒的轴向上移动的球22，球22、球座24及出液口 26沿着圆筒的轴向配置在的一条直线上。
由球座24的空洞部分所构成的入液口 24a的内径设计得比球22的直径小，当球 22落座(参见图2A。)时，球22与球座24的空洞部分的边缘相接触而将入液口 24a密封。 球22的材质为例如红宝石，球座24的材质为蓝宝石。
阀室21的出液口 26由设在具有比球22的直径大的直径的壁面上的多个贯穿孔 构成，即使球22浮上来并与出液口 26侧的壁面接触，球22也不会堵塞出液口 26 (参见图 2B。)。当出液口 26侧的压力高于入液口 24a侧的压力时，球22将落座于球座24上并将入 液口 24a密封；反之，当入液口 24a侧压力高于出液口 26侧的压力时，球22将浮上来入液 口 24a便打开。即，当柱塞3被朝输出侧(图1中左侧)驱动时，泵室8a内被加压而变成高 压，止回阀IOa被关闭，止回阀IOb被打开。反之，当柱塞3被朝吸入侧(图1中右侧)驱动 时，泵室8a内被减压，止回阀IOa被打开，止回阀IOb被关闭。
在关闭状态的止回阀10a、10b，球22被按压在球座24的入液口 24a边缘部分。尤 其，由于对止回阀IOa的球22施加泵室8a内的送液压力，因而球座24的与球22的接触部 分需要能够承受该压力的机械强度。
因此，在图2A、图2B中如箭头所示，球座24是选定结晶轴方向进行加工的，以使作 为结晶轴的C轴与球座24的入液口 24a的中心轴的方向相同，即，在图2A、图2B中朝向铅 垂上侧。如图3所示，所谓C轴是指与六方晶结构的C面、A面及R面的三个面方位中的C 面垂直的轴。这种球座24是由通过例如凯氏长晶法结晶化的蓝宝石的C面铸块将C面作 为基准面进行加工的。如图2C所示，由于具有当球22落座时与球22接触的入液口 24a的 边缘部分24b的面24C成为六方晶结构的C面，因而这样形成的球座24的与球22接触的 接触部分24b的机械强度变得均匀。
图4中示出对C轴方向进行控制以使其朝向球座24的入液口 24a的中心轴的方向 情况下、和对C轴方向不进行控制情况下的、与球22接触的接触部分的强度分布的例子。横 轴以角度来表示圆筒状球座的开口部、即，球座中的球所落座的部分的一周。纵轴为机械强 度。在C轴方向未被控制的情况下(虚线)，球座24与球22的接触部分的机械强度不均匀， 通过按压球22而作用的压力将变大，如果存在比该压力低的机械强度的部分的话，则应力 就会集中在该机械强度低的部分，在该部分产生脱落或裂缝而成为球座24破损的原因。相 反，如实线所示的直线那样地，在对C轴方向进行控制以使其朝球座24的入液口 24a的中 心轴的方向的情况下，球座24与球22的接触面全为C面，从而球座24与球22的接触部分 的机械强度变得均匀。
将控制C轴的朝向加工而成的球座与不控制C轴的朝向而(随机地)形成的球座的 强度进行比较时的实验数据在表I中示出。表I中分别显示两种情形，C轴控制“有”是指 使用将C轴的朝向控制成与中心轴相同的方向而形成的球座的情形；c轴控制“无”是指使 用不考虑C轴的朝向而形成的球座的情形。在该实验中，使球落座到球座上并将两者按压， 逐渐提高其压缩强度并对达到球座被破坏时的压缩强度进行了测量。此外，在该测量中使 用的球座的内径为1. Omm,外形为2. 35mm,球的直径为1. 5mm。
表I
权利要求
1.一种止回阀，包括阀芯，所述阀芯在相互对置的位置上具有入液口和出液口 ；设在所述阀芯的内部并设在所述入液口和出液口之间的阀室；球，在所述阀室内，所述入液口侧的压力比所述出液口侧的压力高时所述球朝所述出液口侦彳移动，所述出液口侧的压力比所述入液口侧的压力高时所述球朝所述入液口侧移动；球座，所述球座配置于所述阀芯的所述入液口部分，具有比所述球的直径小的直径并在内侧具有构成所述入液口的流路，当所述球朝所述入液口侧移动时在所述流路的边缘部分使所述球落座并将所述流路密封，其特征在于， 所述球座由具有六方晶的结晶结构的材质构成，该材质的结晶轴的C轴朝向与通过所述流路的中心的中心轴平行的方向。
2.根据权利要求1所述的止回阀，其特征在于，所述球座的材质为蓝宝石。
3.一种送液泵，其特征在于，包括 具备用于吸入液体的吸入口及用于将液体排出的排出口的泵室； 被插入于所述泵室的、通过在一条直线上作往复运动来使所述泵室内的容积增减的柱塞；以及 在所述泵室的与吸入口连接的流路上和与排出口连接的流路上的至少一方所配置的权利要求1或2所述的止回阀。
全文摘要
在相互对置的位置上设有入液口和出液口的阀芯的内部，设有阀室。在阀室的内部配置有可以在连接入液口和出液口的直线方向移动的球。在阀芯的入液口部分嵌设有球座。球座在内侧具有构成入液口的流路，在其边缘部分使球落座。球座由具有六方晶的结晶结构材质构成，对结晶轴方向进行控制并进行加工，以使作为其结晶轴的C轴朝向与构成入液口的流路的中心轴相同的方向。
文档编号F04B53/10GK103038552SQ201080067320
公开日2013年4月10日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者麻生喜昭 申请人:株式会社岛津制作所