JP2006077823A

JP2006077823A - 圧力作動制御弁

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Publication number: JP2006077823A
Application number: JP2004260204A
Authority: JP
Inventors: Masao Futami; 正男二見; Morio Kaneko; 守男金子; Hiromasa Takada; 裕正高田; Kazuto Toshima; 和人戸嶋
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-07
Also published as: JP4679855B2

Abstract

【課題】ダイアフラムに作用する圧力が変動するときであっても、流路の開口端を確実に閉塞することができること。
【解決手段】圧力に応じて開閉するダイアフラム１０を円錐台に形成し、凸部頂面を略平坦面１０ＴＳとし、開弁時の弁座１６への接触面積の変化をなくする。また、弁座１６の外周縁１６ｓｅにダイアフラム１６を当接させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ダイアフラムを用いて流路の開閉制御を行う圧力作動制御弁に関する。

流路の開閉制御を行う圧力作動制御弁としては、例えば、特許文献１乃至４にも示されるような、流路の開口端を開閉する弁体としてダイアフラムを使用したものが実用に供されている。ダイアフラムは、例えば、その略中央部が流路の開口端に対向し、かつ、二つの部屋を隔絶するように弁本体に設けられている場合がある。ダイアフラムは、例えば、図１１に示されるように、その流路の開口端に向けて凸面状となる接触面２Ａを有している。また、接触面２Ａに連なる外周縁部２Ｆは、その中央部が変位可能にダイアフラム支持部材としての弁本体における蓋等により挟持されている。

そのダイアフラムが、その流路の開口端を開閉する場合、例えば、弁本体に往復動可能に設けられる弁棒によりダイアフラムの中央部がその開口端に設けられる弁座に向かうように一方向に押圧される。これにより、その中央部の接触面が弁座に隙間無く密着することにより、流路の開口端が閉塞される。一方、その弁棒が他方向に移動されダイアフラムの接触面がその復元力（弾性力）により弁座に対し離隔することにより、流路の開口端が開放されることとなる。従って、ダイアフラムの変位により、流路の開閉制御が行われることとなる。

また、圧力作動制御弁としてのリリーフ弁においても、例えば、特許文献２にも示されるように、同様なダイアフラムが使用されるものが提案されている。斯かる場合においては、リリーフ弁ポートに設けられる弁座がダイアフラムにより開閉制御されるものとされる。即ち、ダイアフラムにより隔絶された二つの部屋のうちの一方側の部屋の圧力（感知圧力）が所定値以上となるとき、ダイアフラムの接触面をその弁座から離隔させる方向の圧力がダイアフラムの接触面に作用するのでリリーフ弁ポートが開放されることとなる。一方、その二つの部屋のうちの一方側の部屋の圧力（感知圧力）が所定値未満、もしくは零であるとき、ダイアフラムの接触面がその弁座にそれ自体の弾性力で密着することにより、リリーフ弁ポートが閉塞されることとなる。

特許２５７３７７５号公報特開２００２−７１０３７号公報特公平７−９２０３０号公報特開昭５８−２２１０７８号公報

上述のようにダイアフラム２の接触面２Ａによりリリーフ弁ポートが開閉制御される場合において、例えば、図１２（Ｂ）に拡大されて示されるように、所定値以上の圧力がダイアフラム２の接触面２Ａに作用していないとき、弁座４内に形成される流路４ａの開口端がダイアフラム２の接触面２Ａにより閉塞されることとなる。その際、接触面２Ａの一部が弁座４の開口端における外周縁４ｅｐに当接することにより、流路４ａの開口端が閉塞されている。一方、接触面２Ａと弁座４の開口端における内周縁４ｅｉとの間には隙間ＣＬが形成されている。

また、他方の部屋が圧力Ｐ２に維持されるもとで、圧力Ｐ２より大なる所定値以上の圧力Ｐ１がダイアフラム２の接触面２Ａに作用するとき、接触面２Ａが弁座４の開口端から離隔し始めることとなる。その際、接触面２Ａが弁座４の開口端から離隔し始める直前においては（リリーフ弁ポートは閉状態である）、例えば、図１２（Ａ）に拡大されて示されるように、接触面２Ａの一部が弁座４の開口端における内周縁４ｅｉに当接することにより、流路４ａの開口端が閉塞されている。一方、接触面２Ａと弁座４の開口端における外周縁４ｅｐとの間には隙間ＣＬが形成されることとなる。

従って、ダイアフラム２の接触面２Ａにおける弁座４の開口端の周縁に対する当接位置が、接触面２Ａが弁座４の開口端から離隔し始める直前において変わるのでその当接位置が変わる瞬間、即ち、接触面２Ａの一部が外周縁４ｅｐから離隔されるとき、弁座４の開口端の周縁との間に隙間が形成され、作動流体が流路４ａ内に漏れ出す虞がある。また、その漏れは、弁座４の開口端の直径の大きさにより顕著となる場合もある。従って、所定のリリーフ圧力値直前に作動流体がリリーフ弁ポート内に漏れ出すという不都合が生じる場合がある。

以上の問題点を考慮し、本発明は、ダイアフラムを用いて流路の開閉制御を行う圧力作動制御弁であって、ダイアフラムに作用する圧力が変動するときであっても、流路の開口端を確実に閉塞することができる圧力作動制御弁を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る圧力作動制御弁は、作動流体が供給される流路と、作動流体の圧力に応じて流路の開口端に接触し開口端を開放または閉塞する接触面を有し、開口端の開閉制御を行うダイアフラムと、ダイアフラムの接触面を開口端に対し移動可能に支持するダイアフラム支持部材と、を備え、ダイアフラムの接触面は、流路の開口端の周縁に対向した略平坦面、もしくは、略凸面を有することを特徴とする。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る圧力作動制御弁によれば、ダイアフラムの接触面が、流路の開口端の周縁に対向した略平坦面、もしくは、略凸面を有することにより、接触面が流路の開口端の周縁に当接する位置が移動しないのでダイアフラムに作用する圧力が変動するときであっても、流路の開口端を確実に閉塞することができる。

図２は、本発明に係る圧力作動制御弁の第１実施例を示す。

図２において、圧力作動制御弁は、入口用接続パイプ２４および出口用接続パイプ２２を有するキャップ部材１４と、キャップ部材１４と協働して内部空間を形成するストッパ部材１２と、キャップ部材１４とストッパ部材１２とにより形成される内部空間を第１の部屋１８と第２の部屋２０とに隔絶するとともに、後述する弁座１６の開口端を開閉するダイアフラム１０と、を含んで構成されている。なお、図２は、ダイアフラム１０の閉状態を示す。

キャップ部材１４は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で円盤状に作られ、第１の部屋１８を形成する凹部を有している。凹部の周縁には、後述するダイアフラム１０のフランジ部１０Ｆを介してストッパ部材１２と結合されるフランジ部が形成されている。

その凹部の底部を形成する壁面における略中央の透孔１４ｂには、出口用接続パイプ２２の一端が所定長さ突出してろう付けされている。出口用接続パイプ２２は、その内部に流路２２ａを有している。また、出口用接続パイプ２２の一端には、弁座１６がろう付けされている。弁座１６は、出口用接続パイプ２２の一端に嵌合される凹部１６ｂと、流路２２ａに連通する透孔１６ａとを内部に有している。透孔１６ａにおけるダイアフラム１０側の開口端の周縁には、第１の部屋１８内の圧力が所定の値以下であるとき、ダイアフラム１０が当接する当接面１６ｓが形成されている。

また、キャップ部材１４における透孔１４ｂに隣接して設けられる透孔１４ａには、入口用接続パイプ２４の一端が所定長さ突出してろう付けされている。入口用接続パイプ２４は、第１の部屋１８に連通する流路２４ａをその内部に有している。

ストッパ部材１２は、その中央部に透孔１２ａを有している。これにより、ストッパ部材１２の内周面とダイアフラム１０との間に形成される第２の部屋２０は、透孔１２ａを介して外気と連通することとなる。なお、透孔１２ａには、例えば、ニ点鎖線で示されるように、所定の基準圧力を供給する接続パイプの一端が接続されてもよい。

ダイアフラム１０は、その外縁に形成されるフランジ部１０Ｆがストッパ部材１２の外縁とキャップ部材１４のフランジ部との間に挟持されることにより、その中央部が変位可能に固定されている。ストッパ部材１２の外周部およびキャップ部材１４のフランジ部の外周部は、ダイアフラム１０のフランジ部１０Ｆを介して溶接により結合されている。これにより、ストッパ部材１２とキャップ部材１４との間に、ダイアフラム１０により隔絶される第１の部屋１８および第２の部屋２０が形成されることとなる。

所定の厚さの薄板金属材料、例えば、薄板ステンレス鋼板で形成されるダイアフラム１０は、図１に示されるように、その中央部に弁座１６に向かって突出する凸部１０ＣＳをフランジ部１０Ｆの内側に有している。その凸部１０ＣＳには、所定の直径Ｄを有する略平坦面１０ＴＳが形成されている。直径Ｄは、図３（Ｂ）に拡大されて示されるように、弁座１６の当接面１６ｓにおける外縁１６ｓｅよりも大に設定されている。

斯かる構成において、作動流体が入口用接続パイプ２４の流路２４ａを通じて図２に示される矢印の方向に沿って第１の部屋１８に導入される場合、その作動流体の圧力が所定の圧力以下、もしくは、零であるとき、図３（Ｂ）に拡大されて示されるように、ダイアフラム１０の略平坦面１０ＴＳは、弁座１６の当接面１６ｓにおける外縁１６ｓｅに当接することとなる。これにより、透孔１６ａおよび流路２２ａは、ダイアフラム１０の略平坦面１０ＴＳにより、閉塞される。

その際、弁座１６の当接面１６ｓにおける内縁と略平坦面１０ＴＳとの間には、所定の隙間ＣＬが形成されることとなる。

一方、作動流体が入口用接続パイプ２４の流路２４ａを通じて第１の部屋１８に導入される場合、その作動流体の圧力が所定値近傍となり、第１の部屋１８の圧力Ｐ１が第２の部屋２０の圧力Ｐ２より大なる所定値近傍となるとき、図３（Ａ）に拡大されて示されるように、略平坦面１０ＴＳの周囲が圧力Ｐ１により第２の部屋２０に向かって変位するとともに、略平坦面１０ＴＳと弁座１６の当接面１６ｓとの隙間ＣＬが小となるように略平坦面１０ＴＳが当接面１６ｓに近接せしめられる。これにより、ダイアフラム１０の略平坦面１０ＴＳは、その当接面１６ｓに対する接触面の位置が移動することなく、弁座１６の当接面１６ｓにおける外縁１６ｓｅに当接した状態が維持されることとなる。従って、その作動流体の圧力が所定値近傍となっても、作動流体が流路２２ａに漏れだす虞がない。

そして、その作動流体の圧力が所定値を超えるとき、即ち、第１の部屋１８の圧力Ｐ１が第２の部屋２０の圧力Ｐ２より大なる所定値を超えるとき、ダイアフラム１０の略平坦面１０ＴＳが弁座１６の当接面１６ｓに対し離隔せしめられるので第１の部屋１８における作動流体が出口用接続パイプ２２の流路２２ａを通じて排出されることとなる。

上述の例においては、ダイアフラム１０は、凸部１０ＣＳに略平坦面１０ＴＳを有しているが、斯かる例に限られることなく、例えば、図４に示されるダイアフラム２６であってもよい。

図４において、所定の厚さの薄板金属材料、例えば、薄板ステンレス鋼板で形成されるダイアフラム２６は、その中央部に弁座１６に向かって突出する凸部２６ＣＳをフランジ部２６Ｆの内側に有している。その凸部２６ＣＳには、所定の直径Ｄを有する略凸面２６ＴＳが形成されている。略凸面２６ＴＳは、所定の曲率半径Ｒａを有し第２の部屋２０に向かって湾曲している。その直径Ｄは、図４に示されるように、弁座１６の当接面１６ｓにおける外縁１６ｓｅよりも大に設定されている。

さらに、ダイアフラム１０は、例えば、図５に示されるダイアフラム２８であってもよい。

図５において、所定の厚さの薄板金属材料、例えば、薄板ステンレス鋼板で形成されるダイアフラム２８は、その中央部に弁座１６に向かって突出する凸部２８ＣＳをフランジ部２８Ｆの内側に有している。その凸部２８ＣＳには、所定の直径Ｄを有する略凸面２８ＴＳが形成されている。凸面２８ＴＳは、限りなく平面に近い曲率半径Ｒａよりも大なる所定の曲率半径Ｒｂを有し第１の部屋１８に向かって湾曲している。その直径Ｄは、図５に示されるように、弁座１６の当接面１６ｓにおける外縁１６ｓｅよりも大に設定されている。

図９は、本発明に係る圧力作動制御弁の第２実施例が用いられる車両の燃料供給系の構成を概略的に示す。

図９において、車両の燃料供給系は、例えば、車両に搭載されるエンジン本体５２における燃焼室の吸気ポートに接続される吸気通路５０に付設されている。吸気通路５０におけるサージタンクよりも下流側には、燃料噴射弁（インジェクタ）５４が設けられている。燃料噴射弁５４は、エンジン本体５２の運転状態に同期したタイミングで燃料を燃焼室の吸気ポートに向けて噴射するものとされる。燃料噴射弁５４は、燃料タンク５６からの燃料が供給される合流部６０Ｍに燃料供給通路６０ａを通じて接続されている。合流部６０Ｍは、エンジン本体５２における各気筒ごとにそれぞれ、燃料供給通路を通じて燃料を供給するものとされる。合流部６０Ｍの上流側は、燃料タンク５６におけるフューエルポンプ５８の吐出側に接続される燃料供給路６０に接続されている。燃料供給路６０には、
フューエルフィルタ６２が設けられている。合流部６０Ｍの下流側には、圧力作動制御弁としてのプレッシャレギュレータ３０の継手用パイプ４６が接続されている。

また、後述するプレッシャレギュレータ３０における継手用パイプ４８には、燃料を燃料タンク５６に戻すリターン通路６４の一端が接続されている。さらに、プレッシャレギュレータ３０における継手用パイプ４４には、吸気通路５０におけるサージタンク内に連通する吸気圧力供給路６６の一端が接続されている。

プレッシャレギュレータ３０は、燃料タンク５６から供給される燃料の噴射圧力を吸気通路内の圧力よりも大となるように燃料供給圧力を調整するものとされる。

プレッシャレギュレータ３０は、図６に示されるように、継手用パイプ４６および４８を有するキャップ部材３６と、キャップ部材３６と協働して内部空間を形成するストッパ部材３４と、キャップ部材３６とストッパ部材３４とにより形成される内部空間を第１の部屋４０と第２の部屋４２とに隔絶するとともに、後述する弁座３８の開口端を開閉するダイアフラム３２と、を含んで構成されている。なお、図６は、ダイアフラム３２の閉状態を示す。

キャップ部材３６は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で作られ、第１の部屋４０を形成する凹部を有している。凹部の周縁には、後述するダイアフラム３２のフランジ部３２Ｆを介してストッパ部材３４と結合されるフランジ部が形成されている。

その凹部の底部を形成する壁面における略中央の透孔３６ｂには、継手用パイプ４８の一端が所定長さ突出して溶接されている。継手用パイプ４８は、その内部に流路を有している。また、継手用パイプ４８の一端には、弁座３８がろう付けされている。弁座３８は、継手用パイプ４８の一端に嵌合される凹部３８ｂと、その流路に連通する透孔３８ａとを内部に有している。透孔３８ａにおけるダイアフラム３２側の開口端の周縁には、第１の部屋４０内の圧力が所定の値以下であるとき、ダイアフラム３２が当接する当接面３８ｓが形成されている。

また、キャップ部材３６における継手用パイプ４８に対し略直交するように側壁に設けられる透孔３６ａには、継手用パイプ４６の一端が所定長さ突出して溶接されている。継手用パイプ４６は、第１の部屋４０に連通する流路をその内部に有している。

ストッパ部材３４は、接続される継手用パイプ４４に連通する透孔３４ａをその中央部に有している。これにより、ストッパ部材３４の内周面とダイアフラム３２との間に形成される第２の部屋４２は、透孔３４ａを介して継手用パイプ４４の流路と連通することとなる。

ダイアフラム３２は、その外縁に形成されるフランジ部３２Ｆがストッパ部材３４の外縁とキャップ部材３６のフランジ部との間に挟持されることにより、その中央部が変位可能に固定されている。ストッパ部材３４の外周部およびキャップ部材３６のフランジ部の外周部は、ダイアフラム３２のフランジ部３２Ｆを介して溶接により結合されている。これにより、ストッパ部材３４とキャップ部材３６との間に、ダイアフラム３２により隔絶される第１の部屋４０および第２の部屋４２が形成されることとなる。

所定の厚さの薄板金属材料、例えば、薄板ステンレス鋼板で形成されるダイアフラム３２は、図１に示される例と同様に、その中央部に弁座３８に向かって突出する凸部３２ＣＳをフランジ部３２Ｆの内側に有している。その凸部３２ＣＳには、所定の直径Ｄを有する略平坦面３２ＴＳが形成されている。直径Ｄは、弁座３８の当接面３８ｓにおける外縁よりも大に設定されている。

また、ダイアフラム３２は、例えば、図１０に示される特性線（三次曲線）に沿って圧力とＣｖ値との関係を満たすように形状が設定される。図１０は、縦軸にＣｖ値、横軸に圧力をとり、Ｃｖ値における所定の圧力に応じた変化を示す。

設定Ｃｖ値は、例えば、圧力２８４ＫＰａ，３００ＫＰａのとき、０．０２４、０．１１５とされる。その場合における設定流量、耐圧は、それぞれ、０．０４ｍ^３／ｈｒ，０．２０ｍ^３／ｈｒ、９００ＫＰａとされる。

斯かる構成において、燃料タンク５６からの燃料が継手用パイプ４６の流路を通じて図６および９に示される矢印の示す方向に沿って第１の部屋４０に導入される場合、その燃料の圧力が所定の圧力以下、もしくは、零であるとき、図６に示されるように、ダイアフラム３２の平坦面３２ＴＳは、弁座３８の当接面３８ｓにおける外縁に当接することとなる。これにより、透孔３８ａおよび継手用パイプ４８の流路は、ダイアフラム３２の略平坦面３２ＴＳにより、閉塞される。その際、弁座３８の当接面３８ｓにおける内縁と略平坦面３２ＴＳとの間には、所定の隙間が形成されることとなる。

一方、燃料が継手用パイプ４６の流路を通じて第１の部屋４０に導入される場合、その燃料の圧力が所定値近傍となり、第１の部屋４０の圧力Ｐ１が第２の部屋４２の圧力Ｐ２より大なる所定値近傍となるとき、略平坦面３２ＴＳの周囲が圧力Ｐ１により第２の部屋４２に向かって変位するとともに、略平坦面３２ＴＳと弁座３８の当接面３８ｓとの隙間が小となるように略平坦面３２ＴＳが当接面３８ｓに近接せしめられる。これにより、ダイアフラム３２の略平坦面３２ＴＳは、その当接面３８ｓに対する接触面の位置が移動することなく、弁座３８の当接面３８ｓにおける外縁に当接した状態が維持されることとなる。従って、その燃料の圧力が所定値近傍となっても、燃料が継手用パイプ４８の流路に漏れだす虞がない。

そして、その燃料の圧力が所定値を超えるとき、即ち、第１の部屋４０の圧力Ｐ１が第２の部屋４２の圧力Ｐ２より大なる所定値を超えるとき、ダイアフラム３２の略平坦面３２ＴＳが弁座３８の当接面３８ｓに対し離隔せしめられるので第１の部屋４０における燃料の一部が継手用パイプ４８の流路およびリターン通路６４を通じて燃料タンク５６に戻されることとなる。従って、燃料供給圧力が低下し、再び、ダイアフラム３２が閉状態とされることにより、燃料供給圧力が所定の値に調整されることとなる。

本発明に係る圧力作動制御弁の第１実施例に用いられるダイアフラムの断面図である。本発明に係る圧力作動制御弁の第１実施例の構成を示す断面図である。（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、本発明に係る圧力作動制御弁の第１実施例の動作説明に供される拡大部分断面図である。本発明に係る圧力作動制御弁の第１実施例に用いられるダイアフラムの他の一例を示す断面図である。本発明に係る圧力作動制御弁の第１実施例に用いられるダイアフラムのさらなる他の一例を示す断面図である。本発明に係る圧力作動制御弁の第２実施例の構成を示す断面図である。図６に示される例における上面図である。図６に示される例における下面図である。本発明に係る圧力作動制御弁の第２実施例が適用された車両の燃料供給系の構成を概略的に示す構成図である。図６に示される例において用いられるダイアフラムの仕様を示す特性図である。従来のダイアフラムの形状を示す断面図である。（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ図１１に示されるダイアフラムの挙動の説明に供される拡大部分断面図である。

符号の説明

１０、３２ダイアフラム
１０ＴＳ、３２ＴＳ略平坦面
１２、３４ストッパ部材
１４、３６キャップ部材
１６、３８弁座
１８，４０第１の部屋
２０、４２第２の部屋
２２出口用接続パイプ
２４入口用接続パイプ

Claims

作動流体が供給される流路と、
前記作動流体の圧力に応じて前記流路の開口端に接触し該開口端を開放または閉塞する接触面を有し、該開口端の開閉制御を行うダイアフラムと、
前記ダイアフラムの接触面を前記開口端に対し移動可能に支持するダイアフラム支持部材と、を備え、
前記ダイアフラムの接触面は、前記流路の開口端の周縁に対向した略平坦面を有することを特徴とする圧力作動制御弁。
作動流体が供給される流路と、
前記作動流体の圧力に応じて前記流路の開口端に接触し該開口端を開放または閉塞する接触面を有し、該開口端の開閉制御を行うダイアフラムと、
前記ダイアフラムの接触面を前記開口端に対し移動可能に支持するダイアフラム支持部材と、を備え、
前記ダイアフラムの接触面は、前記流路の開口端の周縁に対向した略凸面を有することを特徴とする圧力作動制御弁。
前記ダイアフラムの接触面における略平坦面は、前記流路の開口端の外周縁に当接することを特徴とする請求項１記載の圧力作動制御弁。
前記ダイアフラムの接触面における略凸面は、前記流路の開口端の外周縁に当接することを特徴とする請求項２記載の圧力作動制御弁。