JP2023140566A - 圧力調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】閉弁状態でのシール性を高めるべく弁本体の弁座との当接面にシール部材を設けた圧力調整弁において、弁本体の押圧によるシール部材の弾性変形を周囲に分散して行わせることにより、シール部材の局部的な内部応力の高まりを抑制してシール部材の耐久性を高める。【解決手段】弁本体３１は、弁座１３に対向する環状の平面を成す平面部３１１と、平面部３１１の内径側にあり、弁座１３側を窪まされて成る凹部３１２と、平面部３１１の内径側端縁部と凹部３１２の外径側端縁部とをつなぐ傾斜部３１３と、を備える。シール部材３２は、凹部３１２に対応して窪まされた窪み部３２２と、平面部３１１と傾斜部３１３との境界部に対応する位置で、弁座１３に向けて突出形成された環状の突出部３２１と、傾斜部３１３に対応し、突出部３２１の内径側端縁部と窪み部３２２の外径側端縁部とを傾斜面でつなぐつなぎ部３２３と、を備える。【選択図】図３

Description

本明細書に開示の技術は、例えば、エンジンに供給される燃料の圧力を設定圧力に調整するプレッシャレギュレータ等として用いられる圧力調整弁に関する。

ある圧力調整弁では、閉弁状態でのシール性を高めるため、図７、８のように、弁本体Ａの弁座Ｂに当接する面にゴム製のシール部材Ｃを貼着したものがある（特許文献１参照）。この圧力調整弁では、閉弁時に弁本体Ａが弁座Ｂに当接する環状部分におけるシール部材Ｃの面圧を高めるために、弁本体Ａの弁座Ｂに対向する面に環状の突起Ｄを形成している。この部分では、シール部材Ｃは、突起Ｄを包む形状とされている。

米国特許第９３２８８３６号明細書

上記圧力調整弁では、閉弁時に突起Ｄを包んでいる部分のシール部材Ｃに突起Ｄにより加えられる圧縮圧力は特に高くなる。そのため、図９のように、突起Ｄの外周縁部Ｄ１に対応するシール部材Ｃの屈曲部Ｃ１では、局所的に内部応力が高くなる。その結果、圧力調整弁の長期使用によりシール部材Ｃの屈曲部Ｃ１が破損する恐れがある。

本明細書が開示する技術の課題は、閉弁状態でのシール性を高めるべく弁本体の弁座との当接面にシール部材を設けた圧力調整弁において、弁本体の押圧によるシール部材の弾性変形を周囲に分散して行わせることにより、シール部材の局部的な内部応力の高まりを抑制してシール部材の耐久性を高めることにある。

上記課題を解決するために本明細書に開示の圧力調整弁は、次の手段をとる。

第１の手段は、流体通路に連通され、該流体通路からの流体で満たされる部屋を成す流体圧室と、該流体圧室に隣接する部屋を成し、前記流体圧室から排出された流体を流すべく排出通路に連通された排出室と、前記流体圧室と前記排出室とを仕切る境界部で前記流体圧室の流体圧を受けるように配置され、前記流体圧室が設定圧力より低い状態では、前記流体圧室から前記排出室への流体の流動を遮断する閉弁位置とされ、前記流体圧室が設定圧力より高い状態では、前記流体圧室から前記排出室へ流体を排出する開弁位置とされる弁体と、前記流体圧室と前記排出室とを仕切る境界部に、該境界部に沿って環状に配置され、前記弁体が前記閉弁位置にて当接することにより前記弁体に流体の遮断機能を持たせる弁座と、前記弁体を前記開弁位置から前記閉弁位置に向けて付勢するばねと、を備え、前記弁体は、該弁体のベース部分を成す弁本体と、該弁本体の前記弁座側に固定され、前記閉弁位置において、前記弁本体と前記弁座との間で押圧されて弾性変形され、前記弁体の流体の遮断性能を高めるシール部材と、を備え、前記弁本体は、前記弁体の開閉に伴う移動方向で前記弁座に対向して環状の平面を成す平面部と、該平面部の内径側にあり、前記移動方向における前記弁座側を窪まされて成る凹部と、前記平面部の内径側端縁部と前記凹部の外径側端縁部とをつなぐ傾斜面である傾斜部と、を備え、前記シール部材は、前記弁本体の前記凹部に対応して窪まされて成る窪み部と、前記弁本体の前記平面部と前記傾斜部との環状の境界部に前記移動方向で対応する位置で、前記弁座に向けて突出形成されて前記弁座に対応した環状の突出部と、前記弁本体の前記傾斜部に対応し、前記突出部の内径側端縁部と前記窪み部の外径側端縁部とを傾斜面でつなぐつなぎ部と、を備える。

上記第１の手段によれば、弁体の閉弁時、シール部材の突出部は、弁座に当接して圧縮され弾性変形される。それによりシール部材が流体の遮断性能を維持するために必要な面圧は確保される。このとき、突出部の弾性変形は、弁本体の平面部と傾斜部に沿って弁体の内径側及び外径側に分散される。そのため、シール部材では、局部的な内部応力の高まりが抑制される。よって、弁体の開閉の繰り返しに伴うシール部材の耐久劣化は抑制される。

第２の手段は、上述した第１の手段において、前記弁本体の前記平面部と前記傾斜部との境界部は、曲面によって形成されている。

上記第２の手段によれば、シール部材の突出部は、弁本体の平面部と傾斜部との境界部で弁座に向けて押圧される。このとき、境界部が曲面によって形成されているため、境界部が平面同士の接合となっている場合に比べて、境界部の形状によるシール部材の局部的な応力集中を抑制することができる。

第３の手段は、上述した第１の手段又は第２の手段において、前記シール部材の前記窪み部と前記つなぎ部との環状の境界部は、前記弁本体の前記凹部と前記傾斜部との環状の境界部より外径側に配置され、前記シール部材の前記窪み部及び前記弁本体の前記平面部は、前記弁体の前記開弁位置における前記弁座との対向距離が互いに実質同等とされている。

上記第３の手段によれば、シール部材の窪み部とつなぎ部との境界部を、弁本体の凹部と傾斜部との境界部より弁体の外径側とし、シール部材の窪み部及び弁本体の平面部は、弁座との対向距離を実質同等とされている。その結果、シール部材の突出部が弁座に当接して弾性変形するとき、弁体の内径側へ偏って変形することを抑制し、突出部の変形が弁体の内径側と外径側にバランス良く行われる。そのため、シール部材の突出部が弁体の内径側へ偏って変形してシール部材の外径側端縁部が弁本体の平面部から剥離する力を受けるのを抑制し、シール部材の耐久性を高めることができる。

上記第３の手段において、シール部材の窪み部の弁座との対向距離は、少なくともつなぎ部に近い側が弁本体の平面部と同等とされていればよい。窪み部におけるつなぎ部から離れた部位の上記距離の設定は、突出部の弾性変形に影響を与えず、同等でなくてもよい。

第４の手段は、上述した第３の手段において、前記弁体の前記閉弁位置では、前記シール部材の前記突出部は、前記弁座側への突出量が小さくなるように圧縮されて弾性変形され、且つ環状の前記突出部の内径側及び外径側の両側へ膨出するように弾性変形され、前記シール部材の前記窪み部は、前記弁座側へ膨出するように弾性変形される。

上記第４の手段によれば、閉弁位置で、シール部材の突出部が圧縮変形されるのに伴い、突出部は、弁体の内外両側へ膨出して弾性変形され、窪み部は、弁座側へ膨出して弾性変形される。そのため、シール部材の外径側端縁部が弁本体の平面部から剥離する力を受けるのを抑制し、シール部材の耐久性を高めることができる。

一実施形態を示す縦断面図である。 上記実施形態における弁体の拡大断面図である。 図２におけるＩＩＩ部の拡大図であり、開弁状態で弁座と共に示す。 図３と同様の図であり、閉弁状態を示す。 図３と同様の図であり、上記実施形態の第１の比較例を示す。 図３と同様の図であり、上記実施形態の第２の比較例を示す。 従来技術例を示す縦断面図である。 図７における弁体の拡大図であり、開弁状態で弁座と共に示す。 図８におけるＩＸ部の拡大図であり、閉弁状態を示す。

＜一実施形態の全体構成＞
図１は、圧力調整弁の一実施形態を示す。この実施形態は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等のエンジンに供給される燃料の圧力を設定圧力に調整するプレッシャレギュレータ１に適用した例である。図１では、図面の下側を一側、上側を他側として説明する。他の図でも同様である。

図１のプレッシャレギュレータ１は、金属製で概略円筒形状のハウジング１０内に弁体３０、ばね４０等を収容して構成されている。ハウジング１０の一側端部は、他部に比べて径を小さく絞られて流体通路１１１が形成されている。ハウジング１０は、その一側端部から他側端部に向けて段階的に径を大きくされており、流体通路１１１から一段階径を大きくされた部分は流体圧室１１とされている。二段階径を大きくされた部分は、排出室１２とされている。排出室１２より他側は、更に漸次径を大きくされて開放端部１４とされている。従って、流体圧室１１は、流体通路１１１の燃料（流体に相当）で満たされる一つの部屋を成している。また、排出室１２は、流体圧室１１に隣接する一つの部屋を成している。

流体圧室１１と排出室１２との境界部を成す段部の排出室１２側面は、環状の弁座１３とされている。弁座１３には、概略円板状の弁体３０が当接されている。弁体３０は、排出室１２内に配置され、排出室１２内で一側と他側の対向方向に移動可能とされている。弁体３０が当接する弁座１３は環状を成している。弁体３０の他側は、圧縮コイルばね（以下、単にばねという）４０を介してカバー部材２０により排出室１２の他側端部に固定されている。なお、カバー部材２０は、排出室１２の内壁に圧入して固定されている。ばね４０は、コイルの内径側が弁体３０のリング状のばねガイド３３、並びにカバー部材２０の凸状のばねガイド２１に嵌合して支持されている。そのため、弁体３０は、ばね４０の付勢力によって弁座１３に当接して、流体圧室１１から排出室１２への燃料の流動を遮断している。即ち、弁体３０が弁座１３に当接することによって、ハウジング１０内が流体圧室１１と排出室１２とに仕切られる。

流体通路１１１は、燃料ポンプ（図示略）から吐出された燃料をエンジン（図示略）に供給する燃料通路（図示略）に連通されている。流体通路１１１を形成するハウジング１０の外周にはオーリング５０が嵌合されている。オーリング５０は、流体通路１１１を燃料通路に連通する際の燃料漏れを防止する機能を果たしている。排出室１２を形成するハウジング１０の周壁面には、複数個の貫通孔が穿設されており、その貫通孔が排出通路１２１とされている。排出通路１２１は、燃料タンク（図示略）に燃料を戻すように連通されている。

プレッシャレギュレータ１は、流体通路１１１を通じて加えられる流体圧室１１の燃料圧力（流体圧に相当）が設定圧力より高くなると、弁体３０が弁座１３から離れて開弁位置とされる。そのため、流体圧室１１の燃料は、排出室１２に流れ排出通路１２１から燃料タンク内に排出される。このように流体圧室１１の燃料が排出室１２を通じて排出通路１２１から排出され、流体圧室１１の燃料圧力が設定圧力より低くなると、弁体３０はばね４０の付勢力により弁座１３に当接して閉弁位置とされる。閉弁位置では、流体圧室１１から排出室１２への燃料の流動が遮断される。このようにして流体圧室１１につながった流体通路１１１及び燃料通路の燃料圧力が設定圧力に調整される。

＜弁体の構成＞
図２は、弁体３０を拡大して示す。また、図３は、図２のＩＩＩ部を更に拡大して示す。弁体３０は、弁体３０のベース部分を成す樹脂製の弁本体３１と、弁本体３１の弁座１３側に固定されたゴム製のシール部材３２とを備える。弁本体３１は、弁体３０が閉弁位置にある状態で、環状の弁座１３を含めて、弁座１３に囲まれた領域に被せられている。また、シール部材３２は、閉弁位置にある弁本体３１と弁座１３との間で押圧されて弾性変形され、弁体３０の閉弁位置における流体の遮断性能を高めている。弁本体３１の円板の中心部には、一側から他側まで貫通する貫通孔３１４が穿設されている。貫通孔３１４には、シール部材３２の円板の中心部に突出形成された嵌合部３２４が嵌合されている。実際には、成形型内に弁本体３１をセットした状態でシール部材３２を成すゴムを流し込んで焼き付けることにより嵌合部３２４が貫通孔３１４に嵌合してシール部材３２が弁本体３１に貼着される。

弁本体３１は、弁座１３に対向する面の外周部に環状に形成された平面部３１１と、平面部３１１に囲まれた凹部３１２と、平面部３１１の内径側端縁部と凹部３１２の外径側端縁部とを傾斜面でつなぐ傾斜部３１３と、を備える。平面部３１１は、弁体３０の開閉に伴う移動方向で、弁座１３に対向する平面を成す。凹部３１２は、弁体３０の開閉に伴う移動方向における弁座１３側を窪まされて成る。平面部３１１と傾斜部３１３の境界部は、曲面によって形成されている。

シール部材３２は、弁本体３１の凹部３１２に対応して窪まされて成る窪み部３２２と、弁座１３に向けて突出形成された環状の突出部３２１と、突出部３２１の内径側端縁部と窪み部３２２の外径側端縁部とを傾斜面でつなぐつなぎ部３２３と、を備える。突出部３２１は、弁本体３１の平面部３１１と傾斜部３１３との環状の境界部に弁本体３１の移動方向で対応している。図３では、弁本体３１の平面部３１１と傾斜部３１３との境界部を一点鎖線で示している。つなぎ部３２３は、弁本体３１の傾斜部３１３に対応する傾斜面で形成されている。

シール部材３２の窪み部３２２とつなぎ部３２３との環状の境界部は、弁本体３１の凹部３１２と傾斜部３１３との環状の境界部より弁体３０の外径側に配置されている。また、シール部材３２の窪み部３２２及び弁本体３１の平面部３１１は、弁体３０の開弁位置における弁座１３との対向距離が互いに実質同等とされている。図３において、平面部３１１と弁座１３との対向距離は「Ｌ１」で示され、窪み部３２２と弁座１３との対向距離は「Ｌ２」で示されている。

＜一実施形態の作用、効果＞
流体圧室１１の燃料圧力が設定圧力より低くなって、ばね４０の付勢力により弁体３０が閉弁位置とされると、シール部材３２の突出部３２１が弁座１３に当接する。そのため、突出部３２１は、ばね４０の付勢力により弁座１３側への突出量が小さくなるように圧縮される。この圧縮に伴い、図４のように、シール部材３２は弾性変形される。即ち、突出部３２１は、矢印で示すように弁体３０の外径側及び内径側へそれぞれ膨出される。また、シール部材３２の窪み部３２２は、弁座１３側へ膨出される。それによりシール部材３２は、流体の遮断性能を維持するために必要な面圧を確保される。このとき、突出部３２１の弾性変形は、弁本体３１の平面部３１１と傾斜部３１３に沿って弁体３０の内径側及び外径側に分散される。そのため、シール部材３２では、局部的な内部応力の高まりが抑制される。また、突出部３２１が弁体３０の外径側へ偏って変形することにより生じる、シール部材３２の外径側端縁部が弁本体３１の平面部３１１から剥離する力が抑制される。そのため、弁体３０の開閉の繰り返しに伴うシール部材３２の耐久劣化は抑制される。

＜一実施形態に対する比較例＞
図５は、上記実施形態に対する第１の比較例として、シール部材３２の突出部３２１を弁本体３１の平面部３１１と傾斜部３１３との境界部（図５に一点鎖線で示す）より弁体３０の内径側に形成した場合を示す。この場合、シール部材３２の突出部３２１が弁座１３に当接して圧縮変形されると、突出部３２１は、弁本体３１の傾斜部３１３の傾斜面に沿って弁体３０の内径側に弾性変形される。そのため、比較的小さな圧縮圧力で突出部３２１の弾性変形が起き、燃料の遮断機能を発揮するための充分な面圧を得ることができない。また、シール部材３２の外径側端縁部が弁本体３１の平面部３１１から剥離する力を受け、弁体３０の開閉の繰り返しに伴いシール部材３２の耐久劣化が促進される。

図６は、上記実施形態に対する第２の比較例として、シール部材３２の突出部３２１を弁本体３１の平面部３１１と傾斜部３１３との境界部（図６に一点鎖線で示す）より弁体３０の外径側に形成した場合を示す。この場合、シール部材３２の突出部３２１が弁座１３に当接して圧縮変形されると、突出部３２１の弾性変形は、弁本体３１の平面部３１１に沿って弁体３０の外径側に向けて行われる。一方、弁体３０の内径側に向けての突出部３２１の弾性変形は、殆ど行われない。そのため、弁本体３１の平面部３１１と傾斜部３１３との境界部付近におけるシール部材３２の内部応力が局部的に高まり、弁体３０の開閉の繰り返しに伴いシール部材３２の耐久劣化が促進される。

＜その他の実施形態＞
以上、本明細書に開示の技術を特定の実施形態について説明したが、その他各種の形態で実施可能なものである。例えば、上記実施形態では、圧力調整弁として燃料圧力を調整するプレッシャレギュレータの例を示したが、他の流体の圧力を調整する弁に適用してもよい。また、上記実施形態では、弁本体３１に貫通孔３１４が形成されたものとしたが、貫通孔３１４のないものとしてもよい。

上記実施形態では、弁本体３１の平面部３１１と傾斜部３１３との境界部は曲面によって形成されるものとしたが、平面同士で接合されていてもよい。また、シール部材３２の窪み部３２２とつなぎ部３２３との境界部は、弁本体３１の凹部３１２と傾斜部３１３との境界部より弁体３０の外径側に配置されるものに限定されない。更に、シール部材３２の窪み部３２２及び弁本体３１の平面部３１１は、弁体３０の開弁位置における弁座１３との対向距離が互いに実質同等とされなくてもよい。

１ プレッシャレギュレータ（圧力調整弁）
１０ ハウジング
１１ 流体圧室
１１１ 流体通路
１２ 排出室
１２１ 排出通路
１３ 弁座
１４ 開放端部
２０ カバー部材
２１ ばねガイド
３０ 弁体
３１ 弁本体
３１１ 平面部
３１２ 凹部
３１３ 傾斜部
３１４ 貫通孔
３２ シール部材
３２１ 突出部
３２２ 窪み部
３２３ つなぎ部
３２４ 嵌合部
３３ ばねガイド
４０ ばね
５０ オーリング

Claims (4)

1. 流体通路に連通され、該流体通路からの流体で満たされる部屋を成す流体圧室と、
   該流体圧室に隣接する部屋を成し、前記流体圧室から排出された流体を流すべく排出通路に連通された排出室と、
   前記流体圧室と前記排出室とを仕切る境界部で前記流体圧室の流体圧を受けるように配置され、前記流体圧室が設定圧力より低い状態では、前記流体圧室から前記排出室への流体の流動を遮断する閉弁位置とされ、前記流体圧室が設定圧力より高い状態では、前記流体圧室から前記排出室へ流体を排出する開弁位置とされる弁体と、
   前記流体圧室と前記排出室とを仕切る境界部に、該境界部に沿って環状に配置され、前記弁体が前記閉弁位置にて当接することにより前記弁体に流体の遮断機能を持たせる弁座と、
   前記弁体を前記開弁位置から前記閉弁位置に向けて付勢するばねと、を備え、
   前記弁体は、
   該弁体のベース部分を成す弁本体と、
   該弁本体の前記弁座側に固定され、前記閉弁位置において、前記弁本体と前記弁座との間で押圧されて弾性変形され、前記弁体の流体の遮断性能を高めるシール部材と、を備え、
   前記弁本体は、
   前記弁体の開閉に伴う移動方向で前記弁座に対向して環状の平面を成す平面部と、
   該平面部の内径側にあり、前記移動方向における前記弁座側を窪まされて成る凹部と、
   前記平面部の内径側端縁部と前記凹部の外径側端縁部とをつなぐ傾斜面である傾斜部と、を備え、
   前記シール部材は、
   前記弁本体の前記凹部に対応して窪まされて成る窪み部と、
   前記弁本体の前記平面部と前記傾斜部との環状の境界部に前記移動方向で対応する位置で、前記弁座に向けて突出形成されて前記弁座に対応した環状の突出部と、
   前記弁本体の前記傾斜部に対応し、前記突出部の内径側端縁部と前記窪み部の外径側端縁部とを傾斜面でつなぐつなぎ部と、を備える
   圧力調整弁。
2. 請求項１において、
   前記弁本体の前記平面部と前記傾斜部との境界部は、曲面によって形成されている
   圧力調整弁。
3. 請求項１又は２において、
   前記シール部材の前記窪み部と前記つなぎ部との環状の境界部は、前記弁本体の前記凹部と前記傾斜部との環状の境界部より外径側に配置され、
   前記シール部材の前記窪み部及び前記弁本体の前記平面部は、前記弁体の前記開弁位置における前記弁座との対向距離が互いに実質同等とされている
   圧力調整弁。
4. 請求項３において、
   前記弁体の前記閉弁位置では、
   前記シール部材の前記突出部は、前記弁座側への突出量が小さくなるように圧縮されて弾性変形され、且つ環状の前記突出部の内径側及び外径側の両側へ膨出するように弾性変形され、
   前記シール部材の前記窪み部は、前記弁座側へ膨出するように弾性変形される
   圧力調整弁。

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