JP2018084291A - 弁構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】弁座面の摩耗が進んだ場合でも、シール機能を維持可能な弁構造体の提供。【解決手段】弁構造体である調圧弁は、弁座面４０ａを有する弁ボディ３０、着座面６１を有する弁体６０、及び弁体６０を駆動する駆動機構を備える。弁ボディ３０には、高圧室、低圧室３２、及びこれらを連通する連通路３３が形成されている。加えて弁ボディ３０の弁座面４０ａには、低圧室３２に臨む連通路３３の流出開口３５を環状に囲む形状で着座面６１を着座させる第一弁座面部４１と、第一弁座面部４１よりも外周側にて着座面６１を着座させる第二弁座面部４２とが設けられている。そして、弁体６０の変位方向ＤＤにて着座面６１の外縁６２と対向する環状の領域には、各弁座面部４１，４２に対して窪む環状低面部４７が設けられている。【選択図】図３

Description

この明細書による開示は、弁構造体に関する。

従来、流体の流量を調整する弁構造体を備えた構成の一種として、例えば特許文献１には、内燃機関用の燃料噴射弁が開示されている。この燃料噴射弁には、昇圧された燃料が供給される高圧のセントラルボア（central bore）と、セントラルボアよりも低圧なフローオフスペース（flow-off space）とが形成されている。セントラルボアの燃料は、コントロールボア（control bore）を通じてフローオフスペースへ流通可能である。

そして、フローオフスペースに臨むコントロールボアの開口の周囲には、平面状に形成された端面（end face）が弁座面として形成されている。燃料噴射弁は、パイロットバルブステム（pilot-valve stem）をソレノイドによって駆動し、当該ステムの端面を開口周囲の弁座面に離着座させることで、セントラルボアからフローオフスペースへ流れる流体の流量を調整可能である。

米国特許第５６９４９０３号明細書

さて、特許文献１の燃料噴射弁の弁座面、具体的には、コントロールボアの開口周囲のシーリングサーフェース及びその外周側の領域は、パイロットバルブステムの端面との接触や燃料の流れによって生じるエロージョン等の要因により、次第に摩耗していく。その結果、弁座面のうちでパイロットステムの端面の外縁と対向する環状の領域には、中央のシーリングサーフェース（sealing surface）等の領域に対して、パイロットステム側に突き出した凸状の段差が形成され得る。この凸状の段差部分に端面の外縁が乗り上げることによれば、パイロットステムは、弁座面に対して傾いた姿勢となり、シーリングサーフェース等の領域に、端面を安定して着座させることが困難となる。以上のように、特許文献１の燃料噴射弁に採用された弁構造体では、弁座面の摩耗が進んだ場合に、シール機能が維持されなくなり得た。

本開示は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁座面の摩耗が進んだ場合でも、シール機能を維持可能な弁構造体を提供することにある。

上記目的を達成するため、開示された第一の態様は、昇圧された液体が供給される高圧室（３１）、高圧室よりも低圧となる低圧室（３２）、及び高圧室と低圧室とを連通する連通路（３３）、を形成しており、低圧室に臨む連通路の開口（３５）の周囲に平面状に形成された弁座面（４０ａ）、を有する弁ボディ（３０）と、弁座面と対向する着座面（６１）を有し、弁ボディに対する相対変位によって着座面を弁座面に離着座させる弁体（６０）と、弁体の駆動によって着座面を弁座面に離着座させることで、連通路を通じて高圧室から低圧室へ流れる液体の流量を変える駆動部（７０）と、を備え、弁座面には、開口を環状に囲む形状で着座面を着座させる第一弁座面部（４１）と、第一弁座面部よりも開口の外周側にて着座面を着座させる第二弁座面部（４２）と、弁体の変位方向（ＤＤ）にて着座面の外縁（６２）と対向する環状の領域に形成され、第一弁座面部及び第二弁座面部に対して窪む環状低面部（４７，２４７，３４７，４４７，５４７）と、が設けられている弁構造体とされる。

この態様において、弁座面のうちで着座面の外縁と弁体の変位方向にて対向する環状の領域には、第一弁座面部及び第二弁座面部に対して窪む環状低面部が予め形成されている。故に、弁座面に対する弁体の離着座の繰り返しにより、第一弁座面部及び第二弁座面部が摩耗したとしても、弁座面のうちで着座面の外縁と対向する環状の領域は、第一弁座面部及び第二弁座面部に対して弁体側に突き出した凸状とはなり難い。以上によれば、摩耗した弁座面に生じた凸状の部分に着座面の外縁が乗り上げて、弁体が弁座面に対して傾いた姿勢となることは、回避される。したがって、弁座面の摩耗が進んだ場合でも、弁構造体は、第一弁座面部及び第二弁座面部に着座面を安定して着座させることができ、弁体及び弁座面の間のシール機能を維持可能となる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

第一実施形態による調圧弁が適用されるコモンレールシステムの全体構成を内燃機関と共に示す図である。 調圧弁の構成を示す縦断面図である。 図２における弁体及び弁座面の近傍を拡大した拡大図である。 弁座面に形成された各溝の形状を示す図であって、図３のＩＶ−ＩＶ線断面を矢印方向に見た図である。 図４のＶ−Ｖ線断面を矢印方向に見た断面図であって、図３における弁体及び弁座面の近傍をさらに拡大した拡大図である。 環状低面部が弁座面に形成されていない形態にて、弁座面に段差が生じる原理を説明する図である。 環状低面部が弁座面に形成されていない形態にて、段差に乗り上げた弁体が傾く様子を示す図である。 環状低面部が弁座面に形成された形態にて、燃料の流れの様子を示す図である。 弁座面に形成された環状低面部が段差の形成を防ぎ、着座面を弁座面に安定的に着座させる様子を示す図である。 第二実施形態における弁座面及び弁体の近傍を拡大した拡大図である。 第三実施形態における弁座面及び弁体の近傍を拡大した拡大図である。 第四実施形態における弁座面及び弁体の近傍を拡大した拡大図である。 第五実施形態における弁座面及び弁体の近傍を拡大した拡大図である。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

（第一実施形態）
図１に示す本開示の第一実施形態による弁構造体は、燃料タンクＦＴに貯留された燃料を内燃機関ＩＣＥに供給するコモンレールシステム１０に、調圧弁１００として用いられている。コモンレールシステム１０は、サプライポンプ１２、コモンレール２０、複数のインジェクタ１３、機関制御装置１７等によって構成されている。

サプライポンプ１２は、燃料タンクＦＴに貯留されている軽油等の液体燃料を、例えば２００〜３００ＭＰａ程度まで昇圧し、コモンレール２０に圧送する。サプライポンプ１２は、一例として内燃機関ＩＣＥより駆動されるプランジャポンプ等である。サプライポンプ１２と燃料タンクＦＴとを繋ぐ燃料配管には、燃料に含まれる異物を除去する燃料フィルタ１１が設けられている。

コモンレール２０は、金属材料によって長細い筒状に形成されている。コモンレール２０には、サプライポンプ１２から供給された高圧の燃料を蓄えるレール室２１（図２参照）が形成されている。コモンレール２０には、サプライポンプ１２から高圧燃料が圧送される燃料配管１５と、レール室２１から排出された燃料（以下「リーク燃料」）を燃料タンクＦＴに還流させる燃料配管１６とが接続されている。加えてコモンレール２０には、レール室２１の圧力を計測する圧力センサ１４と、レール室２１の圧力を調整する調圧弁１００とが設けられている。コモンレール２０は、複数の分配配管によって各インジェクタ１３と接続されており、レール室２１に蓄えられた高圧燃料を、各インジェクタ１３に供給する。

各インジェクタ１３は、内燃機関ＩＣＥの各気筒に一つずつ設けられている。各インジェクタ１３には、コモンレール２０から高圧の燃料が供給される。各インジェクタ１３は、機関制御装置１７から入力される制御信号に基づき、各気筒に適切な量の燃料を最適なタイミングで噴射する。

機関制御装置１７は、プロセッサ、ＲＡＭ、記憶媒体、及び入出力部を含む演算回路、電源回路、及び駆動回路等によって構成されている。機関制御装置１７は、サプライポンプ１２、圧力センサ１４、調圧弁１００、及び各インジェクタ１３と直接的又は間接的に電気接続されている。機関制御装置１７は、内燃機関ＩＣＥに関連した多数の検出情報に基づき、サプライポンプ１２、調圧弁１００、及びインジェクタ１３等を制御する。

機関制御装置１７は、検出情報の一つとして、レール室２１の燃料圧力に対応した圧力信号を、圧力センサ１４から取得する。機関制御装置１７は、圧力信号等に基づき、サプライポンプ１２の吐出量及び調圧弁１００の開閉弁を制御する。具体的に、機関制御装置１７は、圧力信号に基づくレール室２１の燃料圧力が目標圧力値よりも高い場合、調圧弁１００を開弁させる又は開弁時間を長くする等の制御を行う。以上により、コモンレール２０から燃料タンクＦＴへと燃流を流出させ、レール室２１を減圧する。

次に、コモンレール２０及び調圧弁１００の構成の詳細を、図２及び図３に基づき、図１を参照しつつ説明する。

コモンレール２０は、内燃機関ＩＣＥのクランクシャフトの軸方向に沿う姿勢にて、内燃機関ＩＣＥの本体構造系に取り付けられている。コモンレール２０には、レール室２１に加えて、弁収容室２２、レール排出路２４、雌ねじ部２５、及びシール突部２６等が形成されている。

弁収容室２２は、コモンレール２０の軸方向における一方の端部に形成されている。コモンレール２０の軸方向における他方の端部には、圧力センサ１４が取り付けられている。弁収容室２２は、コモンレール２０の内部に形成された空間であって、レール室２１と連続した円柱状の空間である。コモンレール２０において弁収容室２２を区画する部分の内径は、レール室２１を区画する部分の内径よりも大きくされている。弁収容室２２は、調圧弁１００の少なくとも一部を収容している。弁収容室２２のうちで、コモンレール２０及び調圧弁１００によって区画される一部の空間は、リーク燃料が排出される排出室２３となる。

レール排出路２４は、コモンレール２０の円筒壁を径方向に貫通している。レール排出路２４は、排出室２３と連続しており、燃料タンクＦＴに繋がる燃料配管１６に連通している。レール排出路２４は、排出室２３に排出されたリーク燃料を燃料配管１６に流出させる。

雌ねじ部２５は、弁収容室２２を区画するコモンレール２０の円筒壁のうちで、コモンレール２０の端面と連続する区間に形成されている。雌ねじ部２５は、調圧弁１００の外周部分に螺合することで、調圧弁１００を保持可能である。

シール突部２６は、レール室２１と弁収容室２２とを連続させる内周壁の段差部分に形成されている。シール突部２６は、コモンレール２０の軸方向に沿って、段差部分から調圧弁１００へ向かって円環状に突出している。シール突部２６は、弁収容室２２に挿入された調圧弁１００の挿入方向の先端面に押し当てられる。シール突部２６は、調圧弁１００の先端面に密着することにより、高圧のレール室２１と低圧の排出室２３との間を実質的に液密に区画している。

調圧弁１００は、機関制御装置１７から入力される制御信号に基づき、レール室２１から燃料タンクＦＴへ向けて排出されるリーク燃料量を調整する。調圧弁１００は、弁収容室２２に挿入され、雌ねじ部２５によってコモンレール２０に保持されている。調圧弁１００は、弁ボディ３０、弁体６０、及び駆動機構７０を備えている。

弁ボディ３０は、流路形成部材４０及び嵌合部材５０等によって構成されている。流路形成部材４０及び嵌合部材５０は、共に金属材料によって全体として円柱状に形成されている。コモンレール２０の仮想の中心軸線をＣＬとすると、流路形成部材４０及び嵌合部材５０は、中心軸線ＣＬと実質的に同軸となるよう、コモンレール２０の軸方向に並んでいる。流路形成部材４０は、嵌合部材５０に対し挿入方向に位置している。弁ボディ３０には、高圧室３１、連通路３３、低圧室３２、及びボディ排出路３６等が形成されている。

高圧室３１及び連通路３３は、流路形成部材４０を軸方向に貫通する一つの貫通孔によって形成されている。高圧室３１及び連通路３３は、流路形成部材４０の径方向の中心部分に、中心軸線ＣＬと同軸となるよう形成されている。高圧室３１は、連通路３３よりもレール室２１側に位置している。高圧室３１の内径は、連通路３３の内径よりも大きい。レール室２１に臨む流路形成部材４０の先端面の中央には、真円状の流入開口３４が形成されている。高圧室３１には、流入開口３４を通じて、昇圧された高圧燃料が供給される。高圧室３１の燃料圧力は、レール室２１と実質同一に維持される。

連通路３３は、高圧室３１と低圧室３２とを連通させている。連通路３３には、高圧室３１から低圧室３２への燃料の流出流量を制限する絞り部３３ａが形成されている。絞り部３３ａの内径は、連通路３３において絞り部３３ａを除く領域の内径よりも小さくされている。流路形成部材４０において嵌合部材５０と対向する基端面の中心には、低圧室３２に臨む真円状の流出開口３５が形成されている。

低圧室３２は、流路形成部材４０及び嵌合部材５０によって区画された円盤状の空間である。低圧室３２は、高圧室３１及び連通路３３と同様に、中心軸線ＣＬと同軸となるよう形成されている。低圧室３２には、絞り部３３ａの通過によって圧力の低下した燃料が、流出開口３５を通じて供給される。低圧室３２の燃料圧力は、高圧室３１の燃料圧力よりも低くなる。

ボディ排出路３６は、流路形成部材４０にて高圧室３１の外周側に形成され、中心軸線ＣＬに沿って伸びる複数の貫通孔によって形成されている。各貫通孔の両端のうちの一方は、嵌合部材５０と対向する流路形成部材４０の基端面に開口し、低圧室３２に臨んでいる。各貫通孔の両端のうちの他方は、流路形成部材４０の外周壁面に開口し、排出室２３に臨んでいる。以上の貫通孔の形状により、ボディ排出路３６は、低圧室３２と排出室２３とを連通させており、低圧室３２に排出されたリーク燃料を排出室２３に流通させている。

加えて流路形成部材４０には、弁座面４０ａが形成されており、弁フィルタ３８が設けられている。弁座面４０ａは、流路形成部材４０の基端面の中央にて、低圧室３２に突き出した円錐柱状部４８の頂面４８ｂに形成されている。円錐柱状部４８は、頂面４８ｂに向かうに従って、外径の減少するテーパ状に形成されている。円錐柱状部４８の頂面４８ｂと連続する側面４８ａは、頂面４８ｂに向かうに従って縮径している部分円錐面状である。弁座面４０ａは、頂面４８ｂの中央に開口する流出開口３５の周囲に、中心軸線ＣＬに対して実質的に直交する平滑な平面状に形成されている。

弁フィルタ３８は、例えばステンレス系の金属の薄板をプレス加工することで形成されている。弁フィルタ３８は、高圧室３１に圧入されており、高圧室３１を区画する内周壁に嵌合している。弁フィルタ３８には、複数の貫通孔を有する捕捉部３８ａが形成されている。捕捉部３８ａは、高圧室３１から低圧室３２へと流れる高圧燃料の異物を捕捉する。

嵌合部材５０には、ロッド挿通孔５１及び雄ねじ部５２が形成されている。ロッド挿通孔５１は、嵌合部材５０を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されている。ロッド挿通孔５１は、内径が一定の円柱状を呈しており、中心軸線ＣＬと同軸となるよう形成されている。雄ねじ部５２は、嵌合部材５０の外周壁に、雌ねじ部２５と螺合するよう形成されている。雄ねじ部５２の雌ねじ部２５への嵌合により、流路形成部材４０の先端面がシール突部２６に押し付けられた状態で、調圧弁１００がコモンレール２０に保持される。

弁体６０は、金属材料により、全体として球状に形成されている。弁体６０において弁座面４０ａと対向する部分には、着座面６１が形成されている。着座面６１は、弁座面４０ａと同様に、中心軸線ＣＬに対して実質的に直交する平滑な平面状に形成されている。弁体６０は、着座面６１が弁座面４０ａに対して実質的に平行となる姿勢にて、駆動機構７０によって保持されている。弁体６０は、弁ボディ３０に対する相対変位により、着座面６１を弁座面４０ａに離着座させる。弁体６０の変位方向ＤＤは、中心軸線ＣＬに沿っている。弁体６０は、弁座面４０ａに着座させた着座面６１により、連通路３３の流出開口３５を塞き、高圧室３１及び低圧室３２間の連通路３３による連通を遮断する。

駆動機構７０は、磁気力の発生により、弁体６０を駆動して着座面６１を弁座面４０ａに離着座させることで、高圧室３１から低圧室３２へ流れるリーク燃料の流量を変える機構である。駆動機構７０は、コイル７１、ボビン７２、ステータコア７３、ストッパ部材７３ａ、スプリング７３ｂ、アーマチャ７５、及びプッシュロッド７６と、これらを収容するハウジング７９等によって構成されている。

コイル７１は、円筒状のボビン７２に巻回しされている。コイル７１及びボビン７２は、円筒状を呈しており、ステータコア７３及びアーマチャ７５の外周側に配置されている。コイル７１及びボビン７２は、ステータコア７３に対して固定されている。制御信号の入力によってコイル７１が通電状態になると、ステータコア７３及びアーマチャ７５が励磁される。

ステータコア７３は、磁性材料によって有底の円筒状に形成されている。ステータコア７３に区画された収容室７３ｃには、ストッパ部材７３ａ及びスプリング７３ｂが収容されている。ストッパ部材７３ａには、プッシュロッド７６と対向するストッパ面７３ｓが形成されている。

スプリング７３ｂは、金属製の線材を螺旋状に巻回してなるコイルプリングである。スプリング７３ｂは、ステータコア７３及びスプリング７３ｂの間に形成された円筒状の空間に、ストッパ部材７３ａ及びプッシュロッド７６によって軸方向に押し縮められた状態で、収容されている。

アーマチャ７５は、磁性材料によって円筒状に形成された部材である。アーマチャ７５は、プッシュロッド７６の外周側に配置されている。アーマチャ７５は、プッシュロッド７６と一体でステータコア７３に対して軸方向に相対変位可能である。アーマチャ７５は、励磁によってステータコア７３に吸引され、プッシュロッド７６と共に中心軸線ＣＬに沿って変位する。

プッシュロッド７６は、金属材料によって円柱状に形成されている。プッシュロッド７６は、ロッド挿通孔５１及びアーマチャ７５の中心孔に挿通されている。プッシュロッド７６は、スプリング７３ｂの復元力により、ストッパ面７３ｓから弁座面４０ａへ向かう方向（以下、「閉弁方向」）へ押されている。プッシュロッド７６の軸方向の両端には、接触端面７６ａ及び弁体保持部７７が形成されている。

接触端面７６ａは、ストッパ面７３ｓと対向している。接触端面７６ａは、弁座面４０ａからストッパ面７３ｓへ向かう方向（以下、「開弁方向」）へのプッシュロッド７６の変位により、ストッパ面７３ｓと接触する。接触端面７６ａは、プッシュロッド７６の開弁方向への変位を規制する。弁体保持部７７は、弁座面４０ａと対向するプッシュロッド７６の先端面に設けられた凹部である。弁体保持部７７は、弁体６０を収容しており、且つ、弁体６０を保持している。

以上の調圧弁１００は、駆動機構７０のコイル７１が通電状態に無い場合、プッシュロッド７６がスプリング７３ｂによって閉弁方向に押されることで、着座面６１を弁座面４０ａに着座させている。これにより、調圧弁１００は閉弁状態となる。一方、調圧弁１００は、コイル７１が通電状態に切り替えられると、励磁されたアーマチャ７５によりプッシュロッド７６が開弁方向に引き上げられることで、着座面６１を弁座面４０ａから離座させる。これにより、調圧弁１００は、開弁状態となる。調圧弁１００は、機関制御装置１７の制御信号に基づき、閉弁状態と開弁状態と断続的に切り替えることで、レール室２１から排出されるリーク燃料量、ひいてはレール室２１の燃料圧力を調整する。

次に、弁座面４０ａの構成の詳細を、図４及び図５に基づき、図２及び図３を参照しつつ説明する。弁座面４０ａには、第一弁座面部４１、第二弁座面部４２、径方向溝４３、第一環状溝４５、及び第二環状溝４６が形成されている。

第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２は、頂面４８ｂのうちで着座面６１を着座させる領域である。第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２は、中心軸線ＣＬに沿う弁体６０の変位方向ＤＤにおいて、実質的に同一の高さに位置している。第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２の高さは、第二環状溝４６の外周側に位置する頂面４８ｂの他の領域とも、実質的に同一である。第一弁座面部４１は、流出開口３５を円環状に囲む形状に形成されている。第一弁座面部４１の内縁は、流出開口３５の外縁を形成している。

第二弁座面部４２は、第一弁座面部４１よりも流出開口３５の外周側に形成されている。第二弁座面部４２は、それぞれ略扇形に形成された四つの領域を含んでいる。第二弁座面部４２の各領域は、第一弁座面部４１の周方向に互いに間隔を開けつつ並んでいる。第二弁座面部４２の面積は、第一弁座面部４１の面積よりも広い。第二弁座面部４２は、着座面６１と弁座面４０ａとの接触面積を増加させることで、弁体６０の閉弁時において着座面６１と弁座面４０ａとの間に生じる接触面圧を低減させている。

径方向溝４３は、頂面４８ｂに四つ形成されている。各径方向溝４３は、流出開口３５の径方向に沿って、第一弁座面部４１の外縁から外周側に延伸している。径方向溝４３は、第一環状溝４５及び第二環状溝４６と繋がっている。各径方向溝４３は、互いに実質的に９０度ずつ異なる方向に延伸している。四つの径方向溝４３は、全体として流出開口３５を中心とした十字状に形成されている。径方向溝４３は、第二弁座面部４２を四つの領域に区分けしている。

径方向溝４３が形成された領域は、変位方向ＤＤにて、第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２よりも低くなっている。即ち、径方向溝４３の形成される領域は、第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２よりも、着座面６１から遠ざけられている。こうした形状により、各径方向溝４３は、流出開口３５から低圧室３２に流入したリーク燃料を、外周側に流通させる。その結果、径方向溝４３は、弁体６０の閉弁に際して、着座面６１及び弁座面４０ａの間からリーク燃料を主に外周側へ逃がす機能を発揮し、弁体６０の閉弁に要する閉弁力を低減させる。

第一環状溝４５は、流出開口３５の径方向にて、第一弁座面部４１と第二弁座面部４２との間に形成されている。第一環状溝４５は、溝幅及び溝深さが共に一定な円環状に形成されている。第一環状溝４５は、流出開口３５と同心状となるように配置されている。第一環状溝４５は、第一弁座面部４１の外周側を環状に囲み、第一弁座面部４１と第二弁座面部４２とを区分けしている。第一環状溝４５の内縁は、第一弁座面部４１の外縁に臨んでいる。第一環状溝４５の外縁は、第二環状溝４６の各領域と接している。

第一環状溝４５が形成された領域は、径方向溝４３が形成された領域と同様に、変位方向ＤＤにて、第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２よりも低くなっている。一例として第一実施形態では、第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２に対する第一環状溝４５の深さｄ１は、径方向溝４３の深さｄ３と実質的に同一とされている。

第二環状溝４６の底面４６ａは、第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２に対して窪む環状低面部４７を形成している。環状低面部４７は、頂面４８ｂのうちで、変位方向ＤＤにて着座面６１の外縁６２と対向する環状の領域に、円環状に形成されている。環状低面部４７は、径方向溝４３及び第一環状溝４５が形成された各領域と同様に、変位方向ＤＤにて、第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２よりも低くなっている。

第二環状溝４６は、溝幅ｗ２及び溝深さｄ２が共に一定のまま、中心軸線ＣＬを中心として、着座面６１の外縁６２に沿って頂面４８ｂ上を円環状に延伸している。第二環状溝４６の横断面は、深さ方向よりも幅方向が長い横長の矩形形状とされている。第二環状溝４６は、全ての径方向溝４３と交差しており、各径方向溝４３と繋がっている。そのため、環状低面部４７の一部は、各径方向溝４３によって形成されている。第二環状溝４６の底面４６ａ及び径方向溝４３の底面によって形成された環状低面部４７は、着座面６１の外縁６２と弁座面４０ａとの接触を防ぐ機能を発揮する。

第二弁座面部４２に対する環状低面部４７の深さｄ２は、少なくとも１マイクロメートル以上確保されている。環状低面部４７の深さｄ２は、１０マイクロメートル以上確保されていれば、さらに望ましい。環状低面部４７の深さｄ２は、第二弁座面部４２に対する径方向溝４３及び第一環状溝４５の各深さｄ３，ｄ１よりも浅く規定されている。

第二環状溝４６の溝幅ｗ２は、弁座面４０ａに沿った第二環状溝４６の径方向にて、弁座面４０ａ及び弁体６０の間に想定される最大ばらつきよりも広く規定されている。最大ばらつきは、流路形成部材４０及び嵌合部材５０のそれぞれに設定された最大公差の積み上げに基づく値となる。具体的に、最大ばらつきに関連する公差には、流路形成部材４０における頂面４８ｂの中心軸線ＣＬに対する同心度の最大公差、並びに流路形成部材４０及び嵌合部材５０にて相互の嵌合部分に設定された同軸度の最大公差が含まれる。加えて、嵌合部材５０におけるロッド挿通孔５１の中心軸線ＣＬに対する同軸度の最大公差、並びにロッド挿通孔５１及びプッシュロッド７６間に設定された嵌合隙間の最大値も、最大ばらつきに関連する。さらに、プッシュロッド７６における弁体保持部７７の中心軸線ＣＬに対する同軸度の最大公差等も、最大ばらつきに関連する。

以上説明した環状低面部４７の機能を、図６〜図９に基づいて、さらに詳細に説明する。

図６及び図７には、環状低面部４７の設けられていない形態が仮定されている。図６に示すように、着座面６１が第一弁座面部１４１及び第二弁座面部１４２への着座を繰り返すと、第一弁座面部１４１及び第二弁座面部１４２には、摩耗が生じる。その結果、頂面１４８ｂのうちで着座面６１の外縁６２よりも外周側の領域１４８ｃと、摩耗した第一弁座面部１４１及び第二弁座面部１４２との間には、変位方向ＤＤの段差１４８ｓが発生する。尚、図６の二点鎖線は、摩耗発生前の状態の第一弁座面部１４１及び第二弁座面部１４２を示しており、実線は、摩耗進行後における第一弁座面部１４１及び第二弁座面部１４２を示している。

段差１４８ｓが生じた場合、流出開口３５から低圧室３２に流入したリーク燃料の流れＦｆは、流出開口３５から外周側へ向かう途中にて、第二弁座面部１４２に対し低圧室３２側へ突き出した段差１４８ｓに衝突し、頂面１４８ｂから剥離するようになる。こうした流れの剥離に伴う圧力低下によれば、リーク燃料内では多数の微小な気泡が発生する。そして、発生した気泡は、段差の内周領域及び外周領域にて分裂又は破裂し、段差１４８ｓの近傍に壊食（キャビテーションエロージョン）を引き起こす。

以上の原理にて、第二弁座面部１４２の外周部分に損傷が引き起こされた結果、段差１４８ｓ近傍の摩耗は、いっそう進行する。その結果、段差１４８ｓは、第二弁座面部１４２の外周側にて、第一弁座面部１４１及び第二弁座面部１４２に対して弁体６０側に凸状に突き出した形状となる。すると、図７に示すように、弁体６０の着座面６１の着座位置が何らかの要因で径方向にずれた場合、着座面６１の外縁６２は、磨耗によって生じた段差１４８ｓへ乗上げてしまう。その結果、着座面６１は、摩耗後の第一弁座面部１４１及び第二弁座面部１４２に密着できず、弁体６０が流出開口３５を閉塞できなくなるシート不良が生じ得る。シート不良によれば、図１に示すレール室２１の燃料圧力が目標圧力値を下回るため、インジェクタ１３の噴射量が不足するようになる。

対して、図８及び図９に示す第一実施形態では、弁座面４０ａのうちで着座面６１の外縁６２と変位方向ＤＤにて対向する環状の領域に、環状低面部４７が予め形成されている。そのため、図８に示すように、流出開口３５から低圧室３２に流入し、外周側へ向かうリーク燃料の流れＦｆは、第二環状溝４６の溝内を巡る。故に、リーク燃料の流れＦｆの剥離は、第二環状溝４６の溝内と、第二環状溝４６を囲む外周領域４８ｃとで生じるようになる。こうした流れＦｆの態様によれば、キャビテーションエロージョンが生じても、第二環状溝４６の底面４６ａと外周領域４８ｃとが低くなるだけであり、着座面６１の外縁６２と接触するような段差１４８ｓ（図６等参照）は、形成されない。

以上によれば、図９に示すように、第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２が摩耗したとしても、第二環状溝４６が着座面６１の外縁６２を径方向に跨いでいるため、着座面６１は、摩耗後の第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２と密着する。故に、弁体６０は、流出開口３５を確実に閉塞可能となる。

ここまで説明したように、第一実施形態では、キャビテーションエロージョンの発生により、弁体６０側に突き出した凸状の段差１４８ｓ（図６等参照）が形成される事態は、生じ得ない。故に、凸状の段差１４８ｓに着座面６１の外縁６２が乗り上げて、弁体６０が弁座面４０ａに対して傾いた姿勢となるシート不良の発生も、回避される。したがって、弁座面４０ａの摩耗が進んだ場合でも、調圧弁１００は、第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２に着座面６１を安定して着座させることができるので、弁体６０及び弁座面４０ａの間のシール機能を維持可能となる。

加えて第一実施形態では、第二環状溝４６の底面４６ａによって環状低面部４７が形成されている。こうした形態であれば、環状の溝を形成するという簡単な加工工程の追加により、環状低面部４７が形成でき、ひいてはシール機能の継続的な維持という顕著な効果の獲得が可能となる。

また第一実施形態における第二環状溝４６の溝幅ｗ２は、弁体６０に想定される最大ばらつきよりも大きく設定されている。故に、弁座面４０ａに対して外縁６２の位置が最大限ずれたとしても、第二環状溝４６は、弁座面４０ａに着座した着座面６１の外縁６２を径方向に跨いだ状態となる。以上によれば、着座面６１の外縁６２が弁座面４０ａの段差に乗り上げるような事態は、より確実に防がれる。

換言すれば、段差１４８ｓへの乗り上げが実質的に生じないため、弁体６０は、弁座面４０ａに沿った左右方向への大きな動き（ずれ）が許容され得る。故に、弁体６０の左右方向への動きに関する加工精度及び組付け精度の緩和が可能となるため、環状低面部４７を設ける構成は、調圧弁１００のコスト削減に寄与し得る。

さらに第一実施形態では、第二弁座面部４２に対する環状低面部４７の深さｄ２が予め１マイクロメートル以上確保されている。このように、使用開始前の状態で僅かな深さの第二環状溝４６が形成されていれば、キャビテーションエロージョンにより、環状低面部４７は、第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２よりも低く位置した状態を維持し続ける。したがって、シール機能の維持が確実に可能となる。 加えて第一実施形態のように、低圧室３２に流入するリーク燃料を外周側へ向けて流通させる径方向溝４３が環状低面部４７の一部を形成していてもよい。こうした構成であれば、弁体６０の閉弁を容易にしつつ、弁体６０を傾かせるような段差１４８ｓの発生も抑制できる。

また第一実施形態では、第二弁座面部４２に対する環状低面部４７の深さｄ２は、第一環状溝４５の深さｄ１よりも浅く、且つ、径方向溝４３の深さｄ３よりも浅い。以上のように、環状低面部４７の深さｄ２を抑える構成によれば、環状低面部４７の形成に起因した第二弁座面部４２の剛性低下が最小限に抑制される。その結果、着座面６１は、閉弁時にて第二弁座面部４２により確実に密着し、シール機能を発揮するようになる。

さらに第一実施形態では、弁座面４０ａに第二弁座面部４２を形成しつつ、弁体６０の段差１４８ｓへの乗り上げの懸念が解消されている。このように、第一弁座面部４１に加えて第二弁座面部４２が設けられることで、第一弁座面部４１のみの形態と比較して、着座面６１と弁座面４０ａとの接触面圧は、低下し得る。その結果、弁座面４０ａの摩耗の進行を遅らせることが可能になるため、調圧弁１００の長寿命化が実現される。

尚、第一実施形態において、流出開口３５が「開口」に相当し、第一環状溝４５が「区分溝」に相当し、第二環状溝４６が「環状溝」に相当し、円錐柱状部４８が「柱状部分」に相当する。また、駆動機構７０が「駆動部」に相当し、調圧弁１００が「弁構造体」に相当する。

（第二実施形態）
図１０に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態の円錐柱状部４８の頂面４８ｂには、第一実施形態の第二環状溝４６（図５参照）に替えて、段差部２４６が形成されている。段差部２４６は、頂面４８ｂにて着座面６１の外縁６２と対向する領域よりも内周側に円環状に形成されており、且つ、第二弁座面部４２の外縁と連続している。段差部２４６は、中心軸線ＣＬに沿う方向にて、頂面４８ｂの周縁部分を中央部分よりも低くしている。頂面４８ｂの中央部分は、流出開口３５、第一弁座面部４１、及び第二弁座面部４２を含む範囲である。頂面４８ｂの周縁部分は、着座面６１の外縁６２と対向する領域よりも外周側の範囲である。

環状低面部２４７は、段差部２４６によって形成されている。環状低面部２４７は、第一弁座面部４１及び第二弁座面部４２と実質的に平行な平面状に形成されている。環状低面部２４７は、円錐柱状部４８の側面４８ａと連続している。第二弁座面部４２に対する環状低面部２４７の深さｄ２は、第一実施形態と同様に、第一環状溝４５の深さｄ１及び径方向溝４３の深さｄ３よりも浅く設定されている。段差部２４６は、変位方向ＤＤに沿って環状低面部２４７から第二弁座面部４２へ向かうに従い、徐々に縮径するテーパ面状に形成されている。

ここまで説明した第二実施形態のように、環状低面部２４７は、環状の溝ではなく、段差部２４６によって形成されていてもよい。このような環状低面部２４７であっても、第一実施形態と同様の効果を奏し、弁体６０の傾きの発生が防がれる。したがって、第二実施形態でも、弁体６０及び弁座面４０ａの間のシール機能は、維持可能となる。

加えて第二実施形態のように、段差部２４６によって環状低面部２４７が形成されていれば、流出開口３５から低圧室３２に流入したリーク燃料は、環状低面部２４７に沿って円滑に外周側に流れ得る。その結果、弁座面４０ａに発生するキャビテーションエロージョンは、いっそう低減される。

（第三実施形態）
図１１に示す第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態にて、円錐柱状部４８の頂面４８ｂに設けられる第二環状溝３４６は、第一実施形態とは異なる形状に形成されている。具体的に、第二環状溝３４６の横断面は、Ｖ字状に形成されている。中心軸線ＣＬを通過する円錐柱状部４８の縦断面において、第二環状溝３４６は、径方向に対向する二つの傾斜面３４６ｂ，３４６ｃを有している。環状低面部３４７は、二つの傾斜面３４６ｂ，３４６ｃによって形成されている。

内周側の傾斜面３４６ｂ及び外周側の傾斜面３４６ｃは、共に第二弁座面部４２の周囲を円環状に巡る形状である。各傾斜面３４６ｂ，３４６ｃが互いに接する第二環状溝３４６の底部３４６ａは、変位方向ＤＤにおいて、着座面６１の外縁６２と概ね対向する位置に形成されている。こうした配置により、第二環状溝３４６は、弁座面４０ａに着座した着座面６１の外縁６２を径方向に跨ぐことができる。

ここまで説明した第三実施形態のように、第二環状溝３４６が断面Ｖ字状に形成されていても、第一実施形態と同様の効果を奏し、弁体６０及び弁座面４０ａの間のシール機能は、維持可能となる。尚、第三実施形態では、第二環状溝３４６が「環状溝」に相当する。

（第四実施形態）
図１２に示す第四実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第四実施形態にて、円錐柱状部４８の頂面４８ｂに設けられる第二環状溝４４６は、第一実施形態とは異なる形状に形成されている。具体的に、第二環状溝４４６の横断面は、Ｕ字状に形成されている。中心軸線ＣＬを通過する円錐柱状部４８の縦断面において、第二環状溝４４６は、閉弁方向に凸状となるよう湾曲した底面４４６ａを有している。環状低面部４４７は、底面４４６ａによって形成されている。

環状低面部４４７は、第二弁座面部４２の周囲を円環状に巡る形状である。第二弁座面部４２に対する環状低面部４４７の深さｄ２は、第一環状溝４５の深さｄ１及び径方向溝４３の深さｄ３と実質同一とされている。環状低面部４４７の最深部は、変位方向ＤＤにて、着座面６１の外縁６２と概ね対向する位置に設けられている。

ここまで説明した第四実施形態のように、第二環状溝４４６が断面Ｕ字状に形成されていても、第一実施形態と同様の効果を奏し、弁体６０及び弁座面４０ａの間のシール機能は、維持可能となる。尚、第四実施形態では、第二環状溝４４６が「環状溝」に相当する。

（第五実施形態）
図１３に示す第五実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第五実施形態にて、円錐柱状部４８の頂面４８ｂに設けられる第二環状溝５４６の横断面は、台形状に形成されている。中心軸線ＣＬを通過する円錐柱状部４８の縦断面において、第二環状溝５４６の溝幅ｗ２は、開口部分から底面５４６ａに向かう従って、徐々に狭くなっている。第二環状溝５４６は、第二弁座面部４２の周囲を円環状に巡る形状である。環状低面部５４７は、第二環状溝５４６の底面５４６ａによって形成されている。

ここまで説明した第五実施形態のように、第二環状溝５４６が断面台形状に形成されていても、第一実施形態と同様の効果を奏し、弁体６０及び弁座面４０ａの間のシール機能は、維持可能となる。尚、第五実施形態では、第二環状溝５４６が「環状溝」に相当する。

（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記実施形態において、第二環状溝に対する環状低面部の深さｄ２は、径方向溝と重なる領域を除き、実質的に一定とされていた。しかし、環状低面部の深さｄ２は、周方向の各位置にて変化していてもよい。例えば、環状低面部の深さｄ２は、周方向にて径方向溝から離れるに従って、次第に浅くされていてもよい。また環状低面部の深さｄ２は、第一弁座面部及び径方向溝の各深さｄ１，ｄ３よりも深く形成されていてもよい。

加えて、第二環状溝の溝幅ｗ２及び横断面の形状も、一定でなくてもよい。例えば、第二環状溝の溝幅は、周方向にて径方向溝から離れるに従って、次第に狭くされていてもよい。また溝幅ｗ２は、弁体に想定される最大ばらつきを超えていなくてもよい。

上記実施形態の弁座面は、低圧室に突き出した円錐柱状部の頂面に形成されていた。しかし、低圧室を区画しつつ弁座面を形成する流路形成部材の区画壁面は、全体が平滑な平面状に形成されていてもよい。また、低圧室に突き出した柱状部分の形状は、上記実施形態のような円錐状に限定されず、例えば円柱状等であってもよい。

上記実施形態の弁座面には、四つの径方向溝が形成されていた。しかし、弁座面に形成される径方向溝の数、形状、配置等は、適宜変更されてよい。加えて径方向溝は、第一環状溝及び第二環状溝と繋がっていなくてもよい。さらに、弁座面に径方向溝が形成されていなくてもよい。

上記実施形態の駆動機構には、コイルへの通電によりアーマチャを吸引することで弁体を駆動するソレノイドアクチュエータが採用されていた。しかし、圧電素子への電荷の供給によって弁体を駆動する電歪アクチュエータ等が、駆動機構として採用されていてもよい。

また上記実施形態の駆動機構は、非通電時にてスプリングの復元力により、弁体を閉弁状態としていた。しかし、駆動機構は、非通電時にて弁体を閉弁状態とせず、高圧室と低圧室との連通を許容する機構であってもよい。しかしながら、非通電時に弁体を閉弁状態に維持する駆動機構が採用された場合、レール室の圧力調整のために、弁体を弁座面に繰り返し離着座させる制御が実施される。故に、非通電時に弁体が閉弁状態とされる形態では、非通電時に弁体の開弁が許容される形態よりも、弁座面の摩耗が進行し易くなる。そのため、着座面の外縁と対向する領域に環状低面部を設ける構成は、非通電時に閉弁状態が維持される弁構造体に適用されることで、摩耗に起因したシール不良をより効果的に防ぐことが可能となる。

上記実施形態では、レール室の燃料圧力を調整する調圧弁の弁座面に、環状低面部を設ける構成を例示した。しかし、環状低面部を弁座面に形成可能な弁構造体は、調圧弁に限定されない。例えば環状低面部は、燃料を噴射するインジェクタにおいて、ノズルニードルの変位を制御する圧力制御室の圧力を調整する弁構造体の弁座面に形成されてもよい。さらに、弁構造体によって流出流量を調整される液体は、燃料に限定されず、不凍液、冷媒、冷却水、及び潤滑油等であってもよい。

３０ 弁ボディ、３１ 高圧室、３２ 低圧室、３３ 連通路、３５ 流出開口（開口）、４０ａ 弁座面、４１ 第一弁座面部、４２ 第二弁座面部、４３ 径方向溝、４５ 第一環状溝（区分溝）、４６，３４６，４４６，５４６ 第二環状溝（環状溝）、４６ａ，４４６ａ，５４６ａ 底面、２４６ 段差部、４７，２４７，３４７，４４７，５４７ 環状低面部、４８ 円錐柱状部（柱状部分）、４８ａ 側面、４８ｂ 頂面、６０ 弁体、６１ 着座面、６２ 外縁、７０ 駆動機構（駆動部）、１００ 調圧弁（弁構造体）、ｗ２ 溝幅、ＤＤ 変位方向

Claims (8)

1. 昇圧された液体が供給される高圧室（３１）、前記高圧室よりも低圧となる低圧室（３２）、及び前記高圧室と前記低圧室とを連通する連通路（３３）、を形成しており、前記低圧室に臨む前記連通路の開口（３５）の周囲に平面状に形成された弁座面（４０ａ）、を有する弁ボディ（３０）と、
   前記弁座面と対向する着座面（６１）を有し、前記弁ボディに対する相対変位によって前記着座面を前記弁座面に離着座させる弁体（６０）と、
   前記弁体の駆動によって前記着座面を前記弁座面に離着座させることで、前記連通路を通じて前記高圧室から前記低圧室へ流れる液体の流量を変える駆動部（７０）と、を備え、
   前記弁座面には、
   前記開口を環状に囲む形状で前記着座面を着座させる第一弁座面部（４１）と、
   前記第一弁座面部よりも前記開口の外周側にて前記着座面を着座させる第二弁座面部（４２）と、
   前記弁体の変位方向（ＤＤ）にて前記着座面の外縁（６２）と対向する環状の領域に形成され、前記第一弁座面部及び前記第二弁座面部に対して窪む環状低面部（４７，２４７，３４７，４４７，５４７）と、が設けられている弁構造体。
2. 前記環状低面部は、前記外縁に沿って延伸する環状溝（４６，４４６，５４６）の底面（４６ａ，４４６ａ，５４６ａ）によって形成されている請求項１に記載の弁構造体。
3. 前記環状溝の溝幅（ｗ２）は、前記環状溝の径方向にて前記弁座面及び前記弁体の間に想定される最大ばらつきよりも広く規定されている請求項２に記載の弁構造体。
4. 前記弁座面は、前記低圧室に突き出した柱状部分（４８）の頂面（４８ａ）に形成されており、
   前記環状低面部は、前記頂面の周縁部分を中央部分よりも低くする段差部（２４６）によって形成されており、前記柱状部分の側面（４８ｂ）と連続している請求項１に記載の弁構造体。
5. 前記第二弁座面部に対する前記環状低面部の深さ（ｄ２）は、１マイクロメートル以上確保されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の弁構造体。
6. 前記弁座面には、前記開口の径方向に沿って前記第一弁座面部の外周側に延伸する径方向溝（４３）がさらに設けられており、
   前記径方向溝は、前記環状低面部の一部を形成している請求項１〜５のいずれか一項に記載の弁構造体。
7. 前記第二弁座面部に対する前記環状低面部の深さ（ｄ２）は、前記第二弁座面部に対する前記径方向溝の深さ（ｄ３）よりも浅い請求項６に記載の弁構造体。
8. 前記弁座面には、前記第一弁座面部の外周側を環状に囲み、前記第一弁座面部と前記第二弁座面部とを区分けする区分溝（４５）が設けられており、
   前記第二弁座面部に対する前記環状低面部の深さ（ｄ２）は、前記第二弁座面部に対する前記区分溝の深さ（ｄ１）よりも浅い請求項１〜７のいずれか一項に記載の弁構造体。

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