JP5323659B2 - 圧力調整弁 - Google Patents

Description

本発明は、流入口と吐出口とを備え、当該流入口と吐出口とを連通する流体通路が内部に形成されたバルブハウジングと、流体通路内に軸方向へ進退自在に配置されたボール弁と、ボール弁を流入口側へ付勢するバルブスプリングとを備え、バルブハウジングはボール弁の軸方向移動をガイドするガイド部を有する圧力調整弁に関する。

この種の圧力調整弁は、一般的に流体を吐出するポンプと共に流体供給装置へ組み込まれる。この場合、ポンプから吐出された流体圧力が流入口を介してボール弁へ作用することでボール弁が押圧されて圧力調整弁が開弁し、ポンプから吐出された流体の一部がバルブハウジング中の流体通路内を流動していく。このとき、ボール弁は流体の流動圧力とバルブスプリングの付勢力とがつり合った位置まで後退する。これにより、ポンプから吐出された余剰流体を流体供給装置外へ排出しながら、供給されていく流体圧力が調整される。このように、ボール弁は流体の流動圧力を受けて流体通路内を軸方向に移動するが、流体がボール弁の側方を通過するとき、ボール弁には軸方向のみならず径方向（横方向）の力も作用する。しかも、ボール弁は球体状なのでその側方において静圧差が生じ易い。したがって、ボール弁の挙動は不安定となり、開弁中はボール弁に横揺れ（自励振動）が生じる。すると、ボール弁がバルブハウジングと衝突を繰り返すことで、流体供給装置において異音が発生してしまう。

そこで、このようなボール弁の横揺れに伴う異音の低減を図った圧力調整弁として、例えば下記特許文献１や特許文献２がある。特許文献１では、バルブスプリングを、流入口の開口断面法線（軸線）に対して傾斜した状態で配置している。このようにボール弁の付勢方向を傾けると、開弁時にはボール弁が径方向へ片寄って移動するので、異音の発生を低減できるとされている。一方、特許文献２では、バルブハウジングのガイド部に、流体通路の一部を構成する複数本の軸方向に延びる溝を凹設している。これにより、ボール弁の軸方向移動に伴う開弁面積変化の挙動を改良し、異音発生の低減を図っている。

再表２００７−０４０１６９号公報 実開昭６３−１２５２６４号公報

特許文献１では、ボール弁の付勢方向を傾けてボール弁を径方向の一方側へ片寄るように押し付けているが、ボール弁の移動量は流体の流量に影響され、径方向への片寄り量は一定ではない。これでは、開弁量が不安定であり圧力調整特性が安定しない。一方、特許文献２ではガイド部に溝を設けて開弁面積変化を改良しているが、これは横揺れの程度を抑制できるに留まり、異音発生の根本的解決には至らない。また、各溝は、バルブハウジングの中心軸を通る中央線を挟んで対称に形成されており、ガイド部における流体通路の断面積は、前記中央線を挟んだ２つの領域において同じである。したがって、ボール弁に作用する流圧方向は従来と同様に軸方向とほぼ平行である。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、ボール弁の横揺れに伴う異音の発生をより確実に低減できる圧力調整弁を提供することを目的とする。

本発明は、流入口と吐出口とを備え、該流入口と吐出口とを連通する流体通路が内部に形成されたバルブハウジングと、前記流体通路内に軸方向へ移動自在に配置されたボール弁と、該ボール弁を前記流入口側へ付勢するバルブスプリングとを備え、前記バルブハウジングはボール弁の軸方向移動をガイドするガイド部を有する圧力調整弁であって、前記ガイド部には、前記流体通路の一部を構成する軸方向に延びる溝が凹設されている。そのうえで、前記溝が、前記バルブハウジングの中心軸を通る中央線を挟んで非対称な形状に形成されていることで、前記ガイド部における流体通路の断面積が、前記中央線を挟んで異なっていることを特徴とする。

このように、前記軸方向に延びる溝を前記バルブハウジングの中心軸を通る中央線を挟んで非対称な形状に形成していることで、前記ガイド部における流体通路の断面積が、前記中央線を挟んで相対的に大きい大面積領域と相対的に小さい小面積領域とに分かれる。この場合、前記流入口から流体が流入すると、前記大面積領域では流体流量が多いことから大きな流動圧力を受けるが、前記小面積領域では流体流量が少ないので流動圧力は小さい。

このように溝を非対称に形成するだけでもよいが、さらに、前記流入口を前記ガイド部における流路面積が大きい領域側に設けることが好ましい。すなわち、前記流入口を、バルブハウジングの中心軸に対して大面積領域側へ偏心した位置に設けることが好ましい。

また、前記流入口を前記ガイド部における流路面積が大きい領域側に向けて傾斜させることも好ましい。この場合、流入口を設ける位置は特に限定されない。例えば、小面積領域に設けた流入口を大面積側へ傾斜させてもよいし、中心軸上に設けた流入口を大面積側へ傾斜させてもよいし、大面積領域に設けた流入口をさらに大面積領域側（大面積領域の奥方）へ傾斜させてもよい。なお、流入口を小面積領域側に設けた場合は、流入口の終端は大面積領域側にあることがより好ましい。

本発明によれば、前記溝を非対称に形成して、前記大面積領域から大きな流動圧力を受けることに対し小面積領域の流動圧力を小さくして、前記ガイド部において前記ボール弁に作用する流体の流動圧力が前記中央線を挟んで大小異なることから、前記ボール弁は小面積領域側へ片寄るように押し付けられながらガイド部を摺動することになる。これにより、ボール弁の挙動が安定するので、異音の発生を確実に抑制することができる。しかも、特許文献１のように圧力調整特性が不安定となることもない。

同時に、前記流入口を大面積領域側に設けたり、大面積領域側へ傾斜させておけば、前記ボール弁へは大面積領域側からさらに大きな流動圧力が作用するので、前記ボール弁を小面積領域側へより強く押し付けることができ、異音の発生をより抑制することができる。

燃料供給装置の一実施例を示す断面図である。 実施例１にかかる圧力調整弁の平面図である。 図２のII−II線断面図である。 変形例１にかかる圧力調整弁の平面図である。 変形例２にかかる圧力調整弁の平面図である。 変形例３にかかる圧力調整弁の平面図である。 燃料吐出口の変形例にかかる圧力調整弁の断面図である。 実施例２にかかる圧力調整弁の平面図である。 図８のIII−III線断面図である。 変形例４にかかる圧力調整弁の平面図である。 変形例５にかかる圧力調整弁の平面図である。 変形例６にかかる圧力調整弁の断面図である。 燃料供給装置の変形例１を示す断面図である。 燃料供給装置の変形例２を示す断面図である。

以下に、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明するが、これに限られず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の圧力調整弁は、ポンプによって流体を圧送供給する流体供給装置へ組み込まれる。このような流体供給装置としては特に限定されないが、以下には燃料タンクに貯留されたガソリン等の燃料を内燃機関（エンジン）へ供給する燃料ポンプを備えた燃料供給装置へ本発明の圧力調整弁を適用した実施例について説明する。この場合、燃料が流体に相当する。

（実施例１）
燃料供給装置は、例えば二輪自動車、全地形対応車（ＡＴＶ）、四輪自動車等の車両に搭載された燃料タンクの底壁、側壁、又は天壁へ設置される。図１に示すように、燃料供給装置１は、ベース部材２、燃料ポンプ３、ポンプケーシング４、サクションフィルタ５、プレッシャレギュレータ１０等を備えている。プレッシャレギュレータ１０が、本発明の圧力調整弁に相当する。

ベース部材２は樹脂製で略円板状に形成されており、その径方向中央部に燃料吐出管２０及び燃料通路部２１が一体形成されている。その他、ベース部材２には、リード線（図示せず）を介して燃料ポンプ３へ通電する図外の電気コネクタ等が一体形成されている。当該ベース部材２が、燃料タンクの壁面に設置固定される。燃料吐出管２０は、ベース部材２の下面側にＬ字管状に形成されている。燃料通路部２１は、ベース部材２上に縦管状に形成されている。燃料通路部２１内の燃料通路２２は、燃料吐出管２０と連通している。燃料通路部２１の側壁には、ポンプ接続口２３が開口されていると共に、ポンプ接続口２３の周りを取り囲む円筒状のケーシング接続筒部２４が側方へ突出するように一体形成されている。

燃料ポンプ３は、これの内部に電動式のモータ部とインペラ式のポンプ部とが軸方向に並設する状態で一体的に組込まれた公知のインタンク式のウエスコ型電動ポンプである。燃料ポンプ３のポンプ部側端部（図１の右端部）には、燃料吸入口３１が突出形成されている。一方、燃料ポンプ３のモータ部側端部（図１の左端部）には、燃料吐出口３２が突出形成されている。燃料ポンプ３は、モータ部の駆動によってポンプ部において燃料吸入口３１から吸入した燃料を昇圧した後に、燃料吐出口３２からベース部材２の燃料通路２２内へ燃料を吐出する。

ポンプケーシング４は樹脂製で、有底円筒状に形成されている。ポンプケーシング４内には、燃料ポンプ３がポンプ部側から挿入保持されている。ポンプケーシング４の底部には、燃料吸入口３１を嵌合接続する接続管部４１が一体形成されている。ポンプケーシング４の開口側端部（図１の左端部）は、ベース部材２のケーシング接続筒部２４に対してスナップフィットにより結合されている。これにともない、燃料ポンプ３の燃料吐出口３２がポンプ接続口２３に嵌合されることで、燃料ポンプ３がベース部材２にモジュール化されている。符号８は、液漏れを防止するシール部材である。

サクションフィルタ５は扁平状であり、ポンプケーシング４の接続管部４１において接続されている。サクションフィルタ５は、扁平方向を横向きとした状態で、燃料ポンプ３に対して並行に配置されている。サクションフィルタ５の内部には、メッシュ材等から成る濾過部材５１が配されている。

ベース部材２の燃料通路部２１の上端開口部には、プレッシャレギュレータ１０が下向きに（ベース部材２に向けて）嵌合されていると共に、プレッシャレギュレータ１０を抜け止めするカバー６がスナップフィットにより結合されている。符号９は、液漏れを防止するシール部材である。プレッシャレギュレータ１０は、燃料ポンプ３から吐出された燃料の一部を、余剰燃料として燃料タンクへリリーフするリリーフバルブ式の圧力調整弁である。図３に示すように、プレッシャレギュレータ１０は、円筒状のバルブハウジング１１と、球状のボール弁１２と、ボール弁１２を支持するリテーナ１３と、ボール弁１２を付勢する圧縮コイルバネからなるバルブスプリング１４と、ストッパリング１５とを備える。

バルブハウジング１１の上面の径方向中央部（中心軸Ｐ上）には燃料流入口１６が内外貫通状に穿設されており、バルブハウジング１１の下面開口が燃料吐出口１７となっている。バルブハウジング１１の内部空間が、燃料流入口１６と燃料吐出口１７とを連通する余剰燃料通路Ｒとなっており、当該余剰燃料通路Ｒ内にボール弁１２、リテーナ１３、バルブスプリング１４、及びストッパリング１５が配設されている。余剰燃料通路Ｒが、本発明の流体通路に相当する。なお、燃料流入口１６は垂直孔であって、これの下流に連続する余剰燃料通路Ｒより小径に形成されており、絞りとしても機能する。

リテーナ１３の上面の径方向中央部には凹部１３ａが凹み形成されており、当該凹部１３ａにボール弁１２が載置される。ストッパリング１５はバルブハウジング１１内に不動状に接合されており、径方向中央部が開口している。バルブスプリング１４は、リテーナ１３とストッパリング１５との間に設けられている。これにより、ボール弁１２は余剰燃料通路Ｒ内において軸方向へ進退自在となっており、バルブスプリング１４によって常時燃料流入口１６側へリテーナ１３を介して付勢されている。燃料の非供給時は、ボール弁１２がバルブハウジング１１のバルブシート部１１ａに当接することで、余剰燃料通路Ｒが閉弁される。なお、リテーナ１３は、バルブスプリング１４の直径を大径化し、ボール弁１２の挙動を安定化させるために設けられている。

図２及び図３に示すように、バルブハウジング１１には、ボール弁１２の軸方向移動をガイドするガイド部１１ｂが、ボール弁１２を囲むように形成されている。そのうえで、ガイド部１１ｂには、軸方向に延びる複数本の縦溝１８が径方向外方に向けて凹設されている。縦溝１８が、本発明の溝に相当する。各縦溝１８は、余剰燃料通路Ｒと連通しており、余剰燃料通路Ｒの一部を構成する。本実施例１では、ボール弁１２を取り囲むように、４本の縦溝１８を周方向に等間隔で凹設している。各縦溝１８のうちの１本は、他の縦溝１８よりも細溝１８ａに形成されている。これにより、縦溝１８の全体的な平面視形状は、バルブハウジング１１の中心軸Ｐを通る中央線Ｌを挟んで非対称な形状となっている。したがって、ガイド部１１ｂにおける余剰燃料通路Ｒの断面積は、中央線Ｌを挟んで異なる大面積領域Ｓ１と小面積領域Ｓ２とに分かれている。

次に、燃料供給装置１の作用について説明する。燃料ポンプ３が駆動されると、燃料タンク内の燃料がサクションフィルタ５によって濾過されながら、燃料ポンプ３の燃料吸入口３１から吸入される。燃料ポンプ３に吸入された燃料は、燃料ポンプ３内で昇圧されて燃料吐出口３２からベース部材２の燃料通路２２内へ吐出される。燃料通路２２内に吐出された燃料は、燃料吐出管２０を通じて最終的にエンジンへ供給される。

燃料通路２２の燃料圧力は、プレッシャレギュレータ１０により所定の圧力に調整される。すなわち、燃料通路２２における燃料圧力がバルブスプリング１４の付勢力よりも低いときには、ボール弁１２はバルブハウジング１１のバルブシート部１１ａに当接しており、余剰燃料通路Ｒは閉弁されている。一方、燃料通路２２の燃料圧力がバルブスプリング１４の付勢力よりも高いときは、その燃料圧力によってボール弁１２が下流側（燃料吐出口１７側）へ押圧されてバルブシート部１１ａから離接することで、余剰燃料通路Ｒが開弁される。これにより、燃料通路２２で余剰となった燃料が、バルブハウジング１１内の余剰燃料通路Ｒを通って燃料吐出口１７から吐出（排出）され、燃料通路２２の燃圧が常に一定になるように調整される。燃料吐出口１７から吐出された余剰燃料は、カバー６によってケーシング接続筒部２４上に吐出される。これにより、ケーシング接続筒部２４周辺部の洗浄と共に、燃料ポンプ３の冷却がなされる。また、カバー６は、燃料タンク内の異物がプレッシャレギュレータ１０内へ侵入することも防止する。

燃料流入口１６から流入した余剰燃料は、各縦溝１８を通して燃料吐出口１７へ流動していく。この燃料の流動圧力を受けて、ボール弁１２がガイド部１１ｂでガイドされながらバルブハウジング１１内を軸方向に後退することになるが、当該ガイド部１１ｂにおける余剰燃料通路Ｒの断面積は、中央線Ｌを挟んで大面積領域Ｓ１と小面積領域Ｓ２とに分かれている。したがって、ボール弁１２に作用する燃料の流動圧力は、大面積領域Ｓ１からは大きいが、小面積領域Ｓ２からは小さい。これにより、ボール弁１２は小面積領域Ｓ２側へ片寄るように押し付けられながら、ガイド部１１ｂに沿って摺動する。これにより、ボール弁１２の挙動が安定して横揺れ（自励振動）が生じ難く、異音の発生が確実に低減される。

（変形例）
このように、ガイド部１１ｂにおける余剰燃料通路Ｒの断面積を、中央線Ｌを挟んで大面積領域Ｓ１と小面積領域Ｓ２とに分けることができる限り、縦溝１８の全体的な平面視形状は特に限定されない。例えば、図４〜図６に示す変形例１〜３のように縦溝１８を形成することもできる。図４に示す変形例１では、開口面積（断面積）がそれぞれ同じ３本の縦溝１８を、ボール弁１２を中心にＴ字状に凹設することで、中央線Ｌを挟んで大面積領域Ｓ１と小面積領域Ｓ２とに分けている。図５に示す変形例２では、開口面積（断面積）がそれぞれ同じ２本の縦溝１８を、ボール弁１２を中心にＶ字状に凹設することで、中央線Ｌを挟んで大面積領域Ｓ１と小面積領域Ｓ２とに分けている。図６に示す変形例３では、縦溝１８を１本だけ凹設することで、中央線Ｌを挟んで大面積領域Ｓ１と小面積領域Ｓ２とに分けている。

また、実施例１や変形例１〜３における燃料流入口１６を、図７に示すように、それぞれ大面積領域Ｓ１側へ向けて傾斜させることも好ましい。この場合、燃料流入口１６の終端は大面積領域Ｓ１側にある。これによれば、大面積領域Ｓ１側からの流動圧力がより大きなるので、縦溝１８の形状との相乗効果により、ボール弁１２の挙動をより安定させて異音の発生をより確実に低減できる。なお、これらの変形例におけるその他の構成は実施例１と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。

（実施例２）
図８，９に、本発明の実施例２を示す。本実施例２も実施例１の変形例であって、基本的構成は実施例１と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略し、実施例１と異なる点を中心に説明する。実施例１では、燃料流入口１６をバルブハウジング１１の径方向中央部に穿設したが、実施例２では、燃料流入口１６をバルブハウジング１１の径方向において偏心位置に穿設している点に特徴を有する。詳しくは、燃料流入口１６、ガイド部１１ｂにおける余剰燃料通路Ｒの断面積が大きい大面積領域Ｓ１側に設けられている。

このように、燃料流入口１６を大面積領域Ｓ１側へ偏心した位置に設けておけば、ボール弁１２へは偏心位置から燃料の流動圧力が作用するので、ボール弁１２を偏心方向と反対側、すなわち小面積領域Ｓ２側へ片寄るようにより強く押し付けることができ、縦溝１８の非対称性と偏心作用との相互作用によって、異音の発生をさらに確実に抑制することができる。

（変形例）
なお、実施例２は、先の変形例１〜３へも適用できる。すなわち、図１０に示す変形例４のように、変形例１の燃料流入口１６も大面積領域Ｓ１側へ偏心した位置に穿設することが好ましい。また、図１１に示す変形例５のように、変形例２の燃料流入口１６も大面積領域Ｓ１側へ偏心した位置に穿設することが好ましい。また、図１２に示す変形例６のように、変形例３の燃料流入口１６も大面積領域Ｓ１側へ偏心した位置に穿設することが好ましい。

さらには、実施例２や変形例４〜６における燃料流入口１６も、大面積領域Ｓ１側へ傾斜させることが好ましい。また、燃料流入口１６を小面積領域Ｓ２に設けて、大面積領域Ｓ１側へ傾斜させてもよい。この場合、燃料流入口１６の終端が小面積領域Ｓ２側にあってもよいが、燃料流入口１６の終端は大面積領域Ｓ１側にあることが好ましい。これらの変形例における各作用効果は、上述のとおりである。

（その他の変形例）
図１３に、燃料供給装置１の変形例１を示す。本燃料供給装置１の変形例１では、ベース部材２の燃料通路部２１内に隔壁部材２５を内設することで、燃料通路２２内に隔壁部２５ｂを設けて通路長さを延長している点に特徴を有する。隔壁部材２５は、上下両端が開口する筒状の部材であって、湾曲した周壁部２５ａと、扁平な薄板状の隔壁部２５ｂとを一体的に有する。周壁部２５ａは燃料通路部２１の内面に当接し、隔壁部２５ｂは燃料通路２２の径方向中央部に位置している。隔壁部材２５の上端部は円盤状であり、その外径は燃料通路部２１の内径と略同じである。隔壁部材２５の上端部は、燃料ポンプ３の燃料吐出口３２とプレッシャレギュレータ１０との間に位置している。周壁部２５ａの長さ寸法は燃料通路部２１の長さ寸法と略同じであるが、隔壁部２５ｂの長さ寸法は燃料通路部２１の長さ寸法より短い。したがって、燃料通路２２は上端部から下端部に向けて隔壁部２５ｂによって仕切られているが、燃料通路２２の下端部は開放されている（仕切られていない）。

このような構成となっている燃料供給装置１によれば、燃料ポンプ３から吐出された燃料は、隔壁部２５ｂを回り込むようにしてプレッシャレギュレータ１０へ燃料通路２２内を流動していく。ここで、ボール弁１２の自励振動は、燃料通路２２の直径が小さいか、又は通路長さが長いほど生じ難い特性を有する。したがって、本燃料供給装置１の変形例１では、燃料通路２２内に隔壁部２５ｂが設けられていることで、燃料通路２２の直径が小さく、且つ燃料ポンプ３の燃料吐出口３２からプレッシャレギュレータ１０の燃料流入口１６に至る通路長さが延長される。これにより、ボール弁１２に自励振動が生じ難くなり、異音の発生を効果的に抑制することができる。その他は実施例１と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。なお、本燃料供給装置１の変形例１には、実施例１，２や変形例１〜６のようなプレッシャレギュレータ１０を適用できる。

また、プレッシャレギュレータ１０は、燃料ポンプ３に向けて設けるのみならず、図１４に示す燃料供給装置１の変形例２のように、燃料ポンプ３と同じ方向に向けて並設することもできる。この場合、燃料通路２２の上端は閉口されている。また、プレッシャレギュレータ１０の燃料流入口１６と燃料通路２２との間には、絞り２６を設けることが好ましい。絞り２６によって通路径が小さくなるので、ボール弁１２の自励振動を抑制できるからである。その他は実施例１と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。なお、本燃料供給装置１の変形例２にも、実施例１，２や変形例１〜６のようなプレッシャレギュレータ１０を適用できる。

１ 燃料供給装置
２ ベース部材
３ 燃料ポンプ
４ ポンプケーシング
５ サクションフィルタ
６ カバー
１０ プレッシャレギュレータ（圧力調整弁）
１１ バルブハウジング
１１ｂ ガイド部
１２ ボール弁
１３ リテーナ
１４ バルブスプリング
１５ ストッパリング
１６ 燃料流入口
１７ 燃料吐出口
１８ 縦溝
１８ａ 細溝
２１ 燃料通路部
２２ 燃料通路
２５ 隔壁部材
２５ｂ 隔壁部
Ｌ 中央線
Ｒ 余剰燃料通路
Ｓ１ 大面積領域
Ｓ２ 小面積領域

Claims (3)

1. 流入口と吐出口とを備え、該流入口と吐出口とを連通する流体通路が内部に形成されたバルブハウジングと、前記流体通路内に軸方向へ進退自在に配置されたボール弁と、該ボール弁を前記流入口側へ付勢するバルブスプリングとを備え、前記バルブハウジングは、前記ボール弁が該バルブハウジングの中心軸上を軸方向移動するようガイドするガイド部を有する圧力調整弁であって、
   前記ガイド部には、前記流体通路の一部を構成する軸方向に延びる溝が凹設されており、
   前記溝が、前記バルブハウジングの中心軸を通る中央線を挟んで非対称な形状に形成されていることで、前記ガイド部における流体通路の断面積が、前記中央線を挟んで異なっていることを特徴とする圧力調整弁。
2. 請求項１に記載の圧力調整弁であって、
   前記流入口が、前記ガイド部における流路面積が大きい領域側に設けられていることを特徴とする、圧力調整弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧力調整弁であって、
   前記流入口が、前記ガイド部における流路面積が大きい領域側に向けて傾斜していることを特徴とする、圧力調整弁。
   
   

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