JP2008046670A

JP2008046670A - 流量制御弁

Info

Publication number: JP2008046670A
Application number: JP2006218685A
Authority: JP
Inventors: Akira Furukawa; 晃古川; Shinji Ishida; 伸二石田; Yuji Nakano; 勇次中野; Koji Sakurai; 公二桜井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: JP4929913B2; CN100557282C; CN101122347A

Abstract

【課題】ステッピングモータ２をアクチュエータとする流量制御弁１において、筒状部１２の軸心と弁部材７の軸心との軸ズレ度を改善し弁漏れの虞を低減することにある。
【解決手段】流量制御弁１は、ステッピングモータ２から付与される回転力を軸力に変換し、軸力に応じて軸方向に変位する軸部材５と、スプリング６により軸部材５に当接するように付勢され、スプリング６による付勢力および軸部材５から伝達される軸力に応じて軸方向に変位する弁部材７とを備え、軸部材５を軸方向に変位させることで、弁部材７を変位させてバイパス流路３の開度を操作する。これにより、弁部材７は、軸部材５とロータとの螺合構造により軸心を拘束されることなく、変位することができる。このため、弁部材７は、ロータの軸心とは無関係に、自身の軸心を筒状部１２の軸心に略一致させて変位することができるので、弁漏れの虞を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステッピングモータから付与される回転力を軸力に変換し、この軸力を利用して流路の開度を操作する流量制御弁に関する。

従来から、例えば、エンジンのアイドル運転時の吸入空気量を制御するため、ステッピングモータをアクチュエータとする上記のような流量制御弁が用いられている。
この従来の流量制御弁は、ステッピングモータから付与される回転力を軸力に変換し、この軸力に応じて軸方向に変位する弁体を備え、弁体を変位させて流路の開度を操作するものである（例えば、特許文献１、２参照）。

ここで、ステッピングモータから付与される回転力は、次のようにして軸力に変換される。すなわち、ステッピングモータへの通電により回転するロータにネジを設け、このロータのネジを弁体に設けたネジと螺合させ、さらに、所定の係止手段により弁体を回動不能に保つ。これにより、ステッピングモータに通電してロータを回転させると弁体に付与される回転力は軸力に変換され、この軸力により弁体は軸方向へ変位する。

ところで、従来の流量制御弁によれば、開度操作される流路を形成する部材（被開度操作部材）の軸心と、弁体の軸心との軸ズレ度の存在により、以下のような弁漏れの問題を抱えている。

例えば、特許文献１に記載のように、弁体による流路開閉がスプール弁方式である場合、弁体のロック防止のため軸ズレ度に応じて摺動隙間を広げる必要があり、このような摺動隙間の拡大により弁漏れが発生しやすくなる。また、特許文献２に記載のように、弁体による流路開閉がポペット弁方式である場合、軸ズレ度に応じて着座位置に対する傾きが発生し、この傾きにより弁漏れが発生しやすくなる。
特開２００６−３７９１６号公報特開平１１−２０１００４号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ステッピングモータをアクチュエータとする流量制御弁において、被開度操作部材の軸心と弁体の軸心との軸ズレ度を改善し弁漏れの虞を低減することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の流量制御弁は、ステッピングモータから付与される回転力を軸力に変換し、軸力に応じて軸方向に変位する軸部材と、所定の付勢手段により軸部材に当接するように付勢され、付勢手段から付与される付勢力および軸部材から伝達される軸力に応じて軸方向に変位する弁部材とを備え、軸部材を軸方向に変位させることで、弁部材を変位させて流路の開度を操作する。

これにより、弁部材は、従来の弁体よりも軸心の自由度が向上する。すなわち、従来の弁体は、回転力を軸力に変換する駆動力変換機能および本来の弁機能の２つの機能を具備しており、駆動力変換機能を実現するため、ステッピングモータのロータとの間に螺合構造を有している。そして、この螺合構造により弁体の軸心は強く束縛されている。

これに対し、請求項１に記載の流量制御弁では、従来の弁体を、駆動力変換機能を具備する軸部材と、弁機能を具備する弁部材とに分割し、付勢手段により弁部材を軸部材に当接させている。したがって、弁部材の軸心は、付勢手段の付勢と軸部材の当接とに束縛されるものの、従来の螺合構造に比較すると、付勢手段の付勢と軸部材の当接とによる束縛は大幅に弱い。この結果、弁部材は、従来の弁体よりも軸心の自由度が向上する。

このため、弁部材の軸心を被開度操作部材の軸心に略一致するように変化させることができるので、被開度操作部材の軸心と弁体の軸心との軸ズレ度を改善し、弁漏れの虞を低減することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の流量制御弁によれば、弁部材は、所定の開口部を形成する開口縁に着座することで流路の開度を全閉とし、開口縁に着座する弁部材の着座面は、開口縁に平行な平面に対し傾斜するように設けられている。
着座面が開口縁に平行な平面に対し傾斜していない場合（つまり、平行である場合）、例えば、全閉時に開口部内に負圧が発生して着座面が開口縁に密着すると、開口縁と着座面との密着力が極めて大きくなり、着座面が開口縁から離座することが困難になる。そこで、着座面を開口縁に平行な平面に対し傾斜させると、密着力を弱めることができる。この結果、着座面は、開口縁に一時的に強く密着しても、容易に開口縁から離座することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の流量制御弁によれば、開口縁に平行な平面に対する着座面の傾斜角が、４５°以下に設定されている。
傾斜角が４５°を超えると、着座面への開口縁の噛み込みが激しくなる。そこで、傾斜角を４５°以下に設定することで、このような噛み込みを緩和できる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の流量制御弁によれば、弁部材は、所定の筒状部に挿入されて軸方向に摺動自在に支持される摺動軸部を有し、摺動軸部は、筒状部の内周面に、周方向に３ヶ所以上に分かれて摺接している。
これにより、弁部材の傾ぎがなくなるので、弁部材の変位がスムーズになり、弁洩れ量が低減される。

最良の形態１の流量制御弁は、ステッピングモータから付与される回転力を軸力に変換し、軸力に応じて軸方向に変位する軸部材と、所定の付勢手段により軸部材に当接するように付勢され、付勢手段から付与される付勢力および軸部材から伝達される軸力に応じて軸方向に変位する弁部材とを備え、軸部材を軸方向に変位させることで、弁部材を変位させて流路の開度を操作する。

また、弁部材は、所定の開口部を形成する開口縁に着座することで流路の開度を全閉とし、開口縁に着座する弁部材の着座面は、開口縁に平行な平面に対し傾斜するように設けられている。
また、開口縁に平行な平面に対する着座面の傾斜角が、４５°以下に設定されている。
さらに、弁部材は、所定の筒状部に挿入されて軸方向に摺動自在に支持される摺動軸部を有し、摺動軸部は、筒状部の内周面に、周方向に３ヶ所以上に分かれて摺接している。

〔実施例１の構成〕
実施例１の流量制御弁１の構成を、図１および図２を用いて説明する。
流量制御弁１は、ステッピングモータ２から付与される回転力を軸力に変換し、この軸力を利用して流路の開度を操作するものであり、例えば、エンジン（図示せず）のアイドル運転時の吸入空気量を制御するため、スロットルバルブを迂回するアイドル運転用の吸入空気流路（バイパス流路３とする）に配されて、バイパス流路３の開度を操作する。

この流量制御弁１は、図１に示すように、ステッピングモータ２から付与される回転力を軸力に変換し、軸力に応じて軸方向に変位する軸部材５と、スプリング６により軸部材５に当接するように付勢され、スプリング６による付勢力および軸部材５から伝達される軸力に応じて軸方向に変位する弁部材７とを備える。そして、流量制御弁１は、軸部材５を軸方向に変位させることで、弁部材７を変位させてバイパス流路３の開度を操作する。

なお、ステッピングモータ２は、例えば、永久磁石を具備するロータ（図示せず）と、界磁コイルを具備するステータ（図示せず）とを有し、ＥＣＵ（図示せず）からの指令に応じて界磁コイルに通電が行われると、ロータを回転させる回転力を発生する周知の構造を有するものである。

軸部材５は、外周に雄ネジ９が設けられ、雄ネジ９は、ロータに設けられた雌ネジ（図示せず）に螺合している。また、軸部材５は、所定の係止手段（図示せず）により回動不能に保たれている。そして、ステッピングモータ２に通電が行われ、ロータとともに雌ネジが回転すると、ロータから軸部材５に付与される回転力は軸力に変換され、この軸力により軸部材５は軸方向へ変位する。

弁部材７は、軸部材５の先端に当接されるとともに軸部材５の当接を受ける面の反対側からスプリング６により付勢される鍔部１１、所定の筒状部１２に挿入されて軸方向に摺動自在に支持される摺動軸部１３を有する。そして、弁部材７は、軸部材５から伝達される軸力、および、スプリング６による付勢力に応じて、軸部材５とともに軸方向に変位する。

ここで、筒状部１２は、バイパス流路３の一部をなし弁部材７およびスプリング６を収容する弁室１５に開口して円状の開口部をなすとともにバイパス流路３の一部をなす。また、筒状部１２は、軸方向を向くステッピングモータ２の回転軸心と同軸的に設けられている。

鍔部１１は、軸部材５の当接を受ける面とは反対側に、開口部１６を形成する開口縁１７に着座するテーパ状の着座面１８が設けられている。つまり、着座面１８は、開口縁１７に平行な平面αに対し傾斜するように設けられている。そして、着座面１８が開口縁１７に着座することで、弁部材７は、バイパス流路３の開度を全閉とする。また、平面αに対する着座面１８の傾斜角、つまり、テーパ角θは、４５°以下に設定されている。

摺動軸部１３は、図２に示すように、筒状部１２の内周面２０に摺接する４つの鍔２１が周方向に等角度間隔で設けられ、周方向に４ヶ所に分かれて摺接している。なお、実施例１の摺動軸部１３は、周方向に４ヶ所に分かれて内周面２０に摺接しているが、３ヶ所に分けて摺接させてもよく、５ヶ所以上に分けて摺接させてもよい。また、内周面２０に摺接する部位は、鍔２１の形態にする必要はなく自在に選択できる。

〔実施例１の効果〕
実施例１の流量制御弁１は、ステッピングモータ２から付与される回転力を軸力に変換し、軸力に応じて軸方向に変位する軸部材５と、スプリング６により軸部材５に当接するように付勢され、スプリング６による付勢力および軸部材５から伝達される軸力に応じて軸方向に変位する弁部材７とを備え、軸部材５を軸方向に変位させることで、弁部材７を変位させてバイパス流路３の開度を操作する。
これにより、弁部材７は、軸部材５とロータとの螺合構造により軸心を拘束されることなく、変位することができる。このため、弁部材７は、ロータの軸心とは無関係に、自身の軸心を筒状部１２の軸心に略一致させて変位することができるので、弁漏れの虞を低減することができる。

また、着座面１８は、平面αに対し傾斜するように設けられている。
これにより、例えば、筒状部１２内に負圧が発生して着座面１８が開口縁１７に一時的に強く密着しても、密着力が弱いので、着座面１８は、容易に開口縁１７から離座することができる。なお、この効果は、図１に示すように、開口縁１７が軸方向に垂直な平面状に設けられている場合に大きくなる。

また、テーパ角θは４５°以下に設定されている。
テーパ角θが４５°を超えると、着座面１８への開口縁１７の噛み込みが激しくなる。そこで、テーパ角θを４５°以下に設定することで、このような噛み込みを緩和できる。

また、摺動軸部１３は、筒状部１２の内周面２０に、周方向に４ヶ所に分かれて摺接している。
これにより、弁部材７の傾ぎがなくなるので、弁部材７の変位がスムーズになり、弁洩れ量が低減される。

流量制御弁の構成を示す説明図である。（ａ）は弁部材の正面図であり、（ｂ）は弁部材の平面図である。

符号の説明

１流量制御弁
２ステッピングモータ
３バイパス流路（流路）
５軸部材
６スプリング（付勢手段）
７弁部材
１２筒状部
１３摺動軸部
１６開口部
１７開口縁
１８着座面
α 平面
θ テーパ角（傾斜角）

Claims

ステッピングモータから付与される回転力を軸力に変換し、この軸力に応じて軸方向に変位する軸部材と、
所定の付勢手段により前記軸部材に当接するように付勢され、前記付勢手段から付与される付勢力および前記軸部材から伝達される前記軸力に応じて軸方向に変位する弁部材とを備え、
前記軸部材を軸方向に変位させることで、前記弁部材を変位させて流路の開度を操作することを特徴とする流量制御弁。
請求項１に記載の流量制御弁において、
前記弁部材は、所定の開口部を形成する開口縁に着座することで前記流路の開度を全閉とし、
前記開口縁に着座する前記弁部材の着座面は、前記開口縁に平行な平面に対し傾斜するように設けられていることを特徴とする流量制御弁。
請求項２に記載の流量制御弁において、
前記開口縁に平行な平面に対する前記着座面の傾斜角が、４５°以下に設定されていることを特徴とする流量制御弁。
請求項１に記載の流量制御弁において、
前記弁部材は、所定の筒状部に挿入されて軸方向に摺動自在に支持される摺動軸部を有し、
この摺動軸部は、前記筒状部の内周面に、周方向に３ヶ所以上に分かれて摺接していることを特徴とする流量制御弁。