JP5710372B2

JP5710372B2 - 圧力調整弁

Info

Publication number: JP5710372B2
Application number: JP2011106298A
Authority: JP
Inventors: 近藤　清二; 清二近藤; 成人伊東; 健司三井
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: JP2012237365A

Description

本発明は、流体圧経路内の圧力を調整する圧力調整弁に関する。

この種の圧力調整弁の従来例について述べる。図９は圧力調整弁を示す断面図である。
図９に示すように、圧力調整弁１０１が備えるケーシング１１４は、ケーシング本体１１５とプレート１１７とから構成される。ケーシング本体１１５に、有天状の中空孔からなる弁室１４５が形成されている。ケーシング本体１１５の下面にプレート１１７が取付けられ、弁室１４５の下端開口部が閉鎖されている。プレート１１７には、弁室１４５の入口１２１が形成されている。入口１２１の弁室１４５側（図９において上側）に弁座１１９が形成されている。ケーシング本体１１５には、弁室１４５の出口１４７，１５１が形成されている。弁室１４５内には、弁体１０９が軸方向すなわち上下方向に移動可能に設けられている。弁体１０９は、上下方向の移動によって弁座１１９を開閉する。弁体１０９とケーシング本体１１５との対向面間にコイルスプリング１１３が介装されている。コイルスプリング１１３は、弁体１０９を閉方向（図９において下方）に付勢している。弁体１０９には、コイルスプリング１１３側（図９において上側）で軸方向に延在するステム１３４が設けられている。ステム１３４の先端部（図９において上端部）には、大径軸状の横方向力支持部１３９が形成されている。コイルスプリング１１３の横力によって、弁体１０９が傾動し、ステム１３４の横方向力支持部１３９がコイルスプリング１１３の内周面に接触する。なお、圧力調整弁１０１は特許文献１に記載されている。

特開２０１０−５３３８２１号公報

前記圧力調整弁１０１によると、コイルスプリング１１３の軸線に弁体１０９の軸線が整合する状態において、コイルスプリング１１３の内周面と横方向力支持部１３９の外周面との間に所定の間隔が存在するように設定されている。したがって、弁体１０９は、横方向力支持部１３９の外周面がコイルスプリング１１３の内周面に接触する位置まで傾き、その傾いた状態のまま開閉する。このように、弁体１０９が傾いた状態で開閉すると、弁座１１９に弁体１０９が着座したときや、弁座１１９から弁体１０９が離座したときに、弁体１０９のバランスが崩れて振動や異音が発生するという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、弁体を安定的に開閉させることにより、振動や異音の発生を抑制することのできる圧力調整弁を提供することにある。

第１の発明は、流体の入口及び出口を有する弁室が形成され、その入口の弁室側に弁座を備えたケーシングと、前記弁座を開閉する弁体と、前記弁体と前記ケーシングとの間に介装され、該弁体を閉方向に付勢するコイルスプリングとを備える圧力調整弁であって、前記弁体には、前記コイルスプリング側で軸方向に延在するステムを設け、前記コイルスプリングの固定側端部を含む固定側部材には、前記コイルスプリングの軸線に前記ステムの軸線が整合する状態において、前記コイルスプリングの横力による前記ステムの傾動方向に対する反対側から該ステムに接触するステム支持部を設けたものである。このように構成すると、コイルスプリングの固定側端部を含む固定側部材に設けたステム支持部が、コイルスプリングの横力によるステムの傾動方向に対する反対側からステムに接触することによって、コイルスプリングの軸線にステムの軸線が整合する状態を維持することができる。このため、弁体を安定的に開閉させることにより、振動や異音の発生を抑制することができる。なお、本明細書において、コイルスプリングの軸線にステムの軸線が整合する状態には、コイルスプリングの軸線にステムの軸線が完全一致又は略一致する状態が含まれる。また、コイルスプリングの軸線にステムの軸線が略一致する状態には、組付誤差の許容範囲内においてコイルスプリングの軸線にステムの軸線が一致する状態を意味する。

第２の発明は、第１の発明において、前記ステム支持部を、前記ステムの傾動方向に弾性変形可能な弾性部材で形成したものである。このように構成すると、ステム支持部にステムを弾性的に接触させることにより、弁体の振動を減衰することができる。

第３の発明は、第２の発明において、前記ステム支持部を、前記コイルスプリングの固定側端部の端末部により形成したものである。このように構成すると、コイルスプリングの固定側端部の端末部によりステム支持部を形成することにより、固定側部材に別部品としてのステム支持部を付加する場合と比べて、部品点数及び組付工数の増加を防止することができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明において、前記コイルスプリングの有効巻数を整数に設定したものである。このように構成すると、コイルスプリングの横力を低減し、弁体のヒステリシス特性を向上することができる。なお、本明細書において、有効巻数の整数には、整数又は整数近傍が含まれる。また、整数近傍とは、整数±０．１５巻の範囲内における整数を意味する。

第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明において、前記ステムと前記ステム支持部との接触部の少なくとも一方に、両者間の摺動抵抗を低減するための摺動抵抗低減処理を施したものである。このように構成すると、ステムとステム支持部との接触部の間の摺動抵抗を低減し、弁体のヒステリシス特性を向上することができる。

一実施形態にかかる圧力調整弁を示す断面図である。弁体を示す下面図である。コイルスプリングと弁体との関係を示す側面図である。コイルスプリングと弁体との関係を示す下面図である。比較例にかかるコイルスプリングと弁体との関係を示す側面図である。比較例にかかるコイルスプリングと弁体との関係を示す下面図である。有効巻数とステムの傾動方向との関係を示す特性線図である。有効巻数とステムの傾動量との関係を示す特性線図である。従来例にかかる圧力調整弁を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための一実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、燃料タンク内の燃料を内燃機関（エンジン）の燃料噴射弁（インジェクタ）へ供給する燃料供給装置における燃料供給経路内の圧力すなわち供給する燃料の圧力を所定の圧力に調整する燃料圧力調整弁（以下、圧力調整弁という）について例示する。図１は圧力調整弁を示す断面図、図２は弁体を示す下面図である。なお、説明の都合上、図１を基準として圧力調整弁の上下左右を定める。

図１に示すように、圧力調整弁１０はケーシング１２を備えている。ケーシング１２は、ケーシング本体１３とプラグ１４とから構成されている。ケーシング本体１３は、有天円筒状に形成されており、筒状壁１６と上端壁１７とを有している。ケーシング本体１３の有天状の中空孔が弁室２０となっている。ケーシング本体１３の上端壁１７の中央部には、弁室２０の軸方向（図１において上下方向）に貫通する円形孔からなる入口２１が同心状に形成されている。入口２１の弁室２０側（図１において下側）には、弁座２３が形成されている。

前記プラグ１４は、前記ケーシング本体１３の筒状壁１６の下端部内に圧入によって固定されている。プラグ１４により弁室２０の下端開口部が閉鎖されている。プラグ１４は、有底円筒状に形成されており、筒状壁２５と下端壁２６とを有している。プラグ１４の下端壁２６の中央部には、弁室２０の軸方向（図１において上下方向）に貫通する中空孔からなる出口２８が形成されている。

前記弁室２０内には弁体３０が配置されている。弁体３０は、上側のボール弁３１と下側のリテーナ３２とから構成されている。ボール弁３１は、球状に形成されている。ボール弁３１は、上動により前記弁座２３に着座して弁座２３を閉じ、また、下動により弁座２３から離座して弁座２３を開く。なお、ボール弁３１は本明細書でいう「弁部材」に相当する。

前記リテーナ３２は、丸軸状のステム３３と、ステム３３の上端部に同心状に形成された円板状のフランジ３４とを有している。ステム３３は、前記プラグ１４の出口２８を貫通している。ステム３３は、出口２８の中央部に位置する。このため、出口２８の内周面とステム３３の外周面との間の空間部が実質的な出口となる。また、フランジ３４は、前記ボール弁３１の外径よりも大きい外径で、かつ、前記ケーシング本体１３の筒状壁１６の内径よりも小さい外径で形成されている。また、フランジ３４は、前記プラグ１４の筒状壁１６の内径より大きい外径で形成されている。また、リテーナ３２の上端面の中央部には、位置決め凹部３５が形成されている。位置決め凹部３５は、例えば凹型円錐面に形成されている。位置決め凹部３５は、ボール弁３１の下端部を回転可能に受け入れることによって、ボール弁３１に対する調心機能を発揮する。また、ステム３３とフランジ３４とのなす隅角部には、複数枚（図２では４枚を示す）の四角板状のリブ３６が放射状に形成されている。

前記弁室２０内において、前記プラグ１４の下端壁２６と前記リテーナ３２のフランジ３４との対向面間には、コイルスプリング４０が同心状に介装されている、コイルスプリング４０は、圧縮コイルスプリングとして機能するもので、リテーナ３２を介して前記ボール弁３１を所定のスプリング荷重をもって閉方向（図９において上方）に付勢している。ボール弁３１に対するコイルスプリング４０のスプリング荷重は、ケーシング本体１３に対するプラグ１４の圧入量によって調整される。また、コイルスプリング４０の内周面とリテーナ３２のリブ３６の外端面との間には所定の隙間が設定されている。また、コイルスプリング４０の下端部は固定側端部に相当し、また、その上端部は可動側端部に相当する。なお、ケーシング本体１３、プラグ１４、コイルスプリング４０の下端部（固定側端部）は、本明細書でいう「固定側部材」に相当する。

前記コイルスプリング４０について説明する。図３はコイルスプリングと弁体との関係を示す側面図、図４は同じく下面図である。
図３に示すように、コイルスプリング４０は、所定の有効巻数を有するコイル部４１と、クローズドエンド型の上下の添巻部（座巻部ともいう）４２，４３とを有する。上側の添巻部４２の上端面は、研削等によって軸線Ｌに直交する平面に形成されている。上側の添巻部４２の上端面は、前記リテーナ３２のフランジ３４の下面に面接触状に当接されている。また、コイルスプリング４０の下側の添巻部４３の下端面は、プラグ１４の下端壁２６（図１参照）の上面に当接されている。また、コイルスプリング４０の固定側端部すなわち下側の添巻部４３の端末部により、内径を次第に小さくする渦巻状のステム支持部４５が形成されている（図３及び図４参照）。

図３に示すように、前記ステム支持部４５は、前記コイルスプリング４０の軸線Ｌに直交する下端面と同一面をなすように形成されている。また、ステム支持部４５は、コイルスプリング４０の軸線Ｌに弁体３０のリテーナ３２の軸線が整合する状態において、ステム３３に巻装されている。また、ステム支持部４５の先端寄り（内端寄り）に円弧状の当接部４６が設定されている（図４参照）。当接部４６は、コイルスプリング４０の横力によるステム３３の傾動方向（偏心方向ともいう）側からステム３３の下端部の外周面に対して当接すなわち接触されている。当接部４６は、例えば、ステム３３の外周面に対して点接触するように形成されている。なお、当接部４６は、ステム３３の外周面に対して所定の角度範囲、例えば９０°以下で線接触するように形成してもよい。すなわち、当接部４６は、ステム３３の外周面に対して点接触又は９０°以下で線接触するように形成するとよい。また、ステム３３の外周面に線接触させる当接部４６は、コイルスプリング４０の横力によるステム３３の傾動方向に線接触の角度範囲の中央部が合致するように形成するとよい。

前記コイルスプリング４０の横力と前記ステム支持部４５との関係について比較例を参照して説明する。図５は比較例にかかるコイルスプリングと弁体との関係を示す側面図、図６は同じく下面図である。なお、図５及び図６において、リテーナ３２の傾きは誇張して表されている。
図５に示すように、比較例のコイルスプリング（符号、５０を付す）は、前記実施形態におけるコイルスプリング４０のステム支持部４５を含む下側の添巻部４３（図３参照）に代えて、上側の添巻部４２を上下反転した添巻部（符号、５３を付す）としたものである。なお、図６では添巻部５３の端末部が省略されている。

前記コイルスプリング４０に代えて、コイルスプリング５０を用いた場合、コイルスプリング５０の横力Ｆ（図６参照）がリテーナ３２に作用することにより、リテーナ３２が傾動する（図５参照）。リテーナ３２のステム３３の傾動方向は、有効巻数（コイル部４１の有効巻数）によって決まる。図７は有効巻数とステムの傾動方向との関係を示す特性線図である。
図７において、横軸は有効巻数を示し、縦軸は傾動方向を示している。特性線Ａで示されるように、例えば、有効巻数が３巻であると、傾動方向は有効巻数の下側の始端位置（０°）から−９０°の方向となる（図６参照）。図６には、有効巻数の下側の始端位置（コイル部４１と添巻部５３との境界位置）を０°として添巻部５３の巻き方向（図６において右回り方向）に沿って、９０°、１８０°、−９０°の角度が記されている。

前記リテーナ３２の傾動量は、コイルスプリング４０の有効巻数によって決まる。図８は有効巻数とステムの傾動量との関係を示す特性線図である。なお、本明細書でいう「傾動量」とはステム３３の下端部の軸心の変位量で「偏心量」ともいう。
図８において、横軸は有効巻数を示し、縦軸は傾動量を示している。特性線Ｂで示されるように、例えば、有効巻数が３巻であると、傾動量は０．０３ｍｍとなる。
また、特性線Ｂから、傾動量は、有効巻数が整数のときが、整数以外のときの傾動量に比べて小さいことがわかる。したがって、有効巻数を整数に設定することによって、リテーナ３２に加わる横力Ｆ（図６参照）を低減することができる。

前記した有効巻数と傾動方向及び傾動量に基づいて、本実施形態では、前記コイルスプリング４０のコイル部４１の有効巻数を整数（例えば３巻）とし、コイルスプリング４０の横力Ｆによるステム３３の傾動方向に対する反対側（図４中、矢印Ｆ１参照）から、ステム３３の下端部の外周面にステム支持部４５の当接部４６が接触（当接）する。これによって、コイルスプリング４０の軸線Ｌに弁体３０のリテーナ３２の軸線が整合する状態に維持される。図４には、有効巻数の下側の始端位置（コイル部４１と添巻部４３との境界位置）を０°として添巻部４３の巻き方向（図４において右回り方向）に沿って、９０°、１８０°、−９０°の角度が記されている。

前記ステム３３と前記当接部４６との接触部の少なくとも一方には、両者（３３，４６）間の摺動抵抗を低減する摺動抵抗低減処理が施される。摺動抵抗低減処理としては、例えば、テフロン（登録商標）コーティングを採用することができる。この処理は、リテーナ３２のステム３３とステム支持部４５の当接部４６との接触部の少なくとも一方に施されていればよい。

また、前記圧力調整弁１０の構成部品としてのケーシング本体１３、プラグ１４、ボール弁３１、リテーナ３２、コイルスプリング４０のそれぞれの材質は、とくに限定されるものではなく、適宜選定することができる。

前記圧力調整弁１０において、ケーシング１２の入口２１には、高圧側である燃料供給経路が連通される。また、出口２８には、燃料タンクへの低圧側である燃料リターン経路が連通される。燃料供給経路における燃料圧力は、圧力調整弁１０のボール弁３１に作用する。燃料圧力が所定値を超えると、ボール弁３１を含む弁体３０がコイルスプリング４０の付勢力（スプリング荷重）に抗して開く。これにより、燃料供給経路内の燃料の一部が入口２１から弁室２０に流出し、さらに出口２８から燃料リターン経路へと排出される。これにともない、燃料供給経路の圧力が所定値に低下すると、ボール弁３１を含む弁体３０はコイルスプリング４０の付勢力により閉じる。このようにして、燃料供給経路の燃料圧力が所定値に調整される。また、ボール弁３１の開閉時において、リテーナ３２は、ステム３３がコイルスプリング４０のステム支持部４５の当接部４６に接触しながら上下方向に移動する。

前記した圧力調整弁１０によると、コイルスプリング４０に設けたステム支持部４５の当接部４６が、コイルスプリング４０の横力Ｆによるステム３３の傾動方向に対する反対側からステム３３に接触する。これによって、コイルスプリング４０の軸線Ｌにステム３３の軸線が整合する状態を維持することができる。このため、弁体３０を安定的に開閉させることができ、振動や異音の発生を抑制することができる。

また、ステム支持部４５を、ステム３３の傾動方向に弾性変形可能な弾性部材すなわちコイルスプリング４０の一部で形成したものである。したがって、ステム支持部４５にステム３３を弾性的に接触させることにより、弁体３０の振動を減衰することができる。

また、ステム支持部４５を、コイルスプリング４０の固定側端部である下側の添巻部４３の端末部により形成したものである。したがって、固定側部材に別部品としてのステム支持部４５を付加する場合と比べて、部品点数及び組付工数の増加を防止することができる。

また、コイルスプリング４０の有効巻数（コイル部４１の有効巻数）を整数に設定したものである。したがって、コイルスプリング４０の横力Ｆを低減し、弁体３０のヒステリシス特性を向上することができる。

また、リテーナ３２のステム３３とステム支持部４５の当接部４６との接触部の少なくとも一方に、両者（３３，４６）間の摺動抵抗を低減するための摺動抵抗低減処理を施したものである。したがって、ステム３３とステム支持部４５との接触部の間の摺動抵抗を低減し、弁体３０のヒステリシス特性を向上することができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明は、内燃機関の燃料供給装置に限らず、種々の流体の圧力を調整する圧力調整弁として適用することができる。また、本発明の圧力調整弁１０は、リリーフ弁、逆止弁等としても適用することが可能である。また、ステム支持部４５の形状は適宜変更することができる。また、ステム支持部４５は、前記実施形態ではコイルスプリング４０に一体形成したが、コイルスプリング４０と別体で形成したものをコイルスプリング４０に取付けてもよいし、固定側部材であるケーシング本体１３、プラグ１４に一体形成してもよいし、固定側部材と別体で形成したものを固定側部材に取付けてもよい。また、固定側部材にステム支持部を取付ける場合において、ステム支持部４５は、剛体で形成したり、弾性を有する弾性部材で形成したりすることができる。また、弁体３０は、前記実施形態ではボール弁（弁部材）３０とリテーナ３２とから構成したが、一部品で構成することもできる。この場合、弁体３０は、弁部材に相当する弁部と、リテーナ３２のフランジ３４に相当するフランジ部と、リテーナ３２のステム３３に相当するステム部とを一体に備えていればよい。また、弁部材としては、ボール弁３１以外の弁部材を用いてもよい。また、ケーシング１２の出口２８は、プラグ１４に代えて、ケーシング本体１３の筒状壁１６に設けてもよい。また、ケーシング１２の出口２８は複数としてもよい。

１０…圧力調整弁
１２…ケーシング
１３…ケーシング本体
１４…プラグ
２１…入口
２０…弁室
２３…弁座
２８…出口
３０…弁体
３１…ボール弁（弁部材）
３２…リテーナ
３３…ステム
４０…コイルスプリング
４１…コイル部
４２，４３…添巻部
４５…ステム支持部
４６…当接部

Claims

流体の入口及び出口を有する弁室が形成され、その入口の弁室側に弁座を備えたケーシングと、
前記弁座を開閉する弁体と、
前記弁体と前記ケーシングとの間に介装され、該弁体を閉方向に付勢するコイルスプリングと
を備える圧力調整弁であって、
前記弁体には、前記コイルスプリング側で軸方向に延在するステムを設け、
前記コイルスプリングの固定側端部を含む固定側部材には、前記コイルスプリングの軸線に前記ステムの軸線が整合する状態において、前記コイルスプリングの横力による前記ステムの傾動方向に対する反対側から該ステムに接触するステム支持部を設け、
前記ステム支持部を、前記ステムの傾動方向に弾性変形可能な弾性部材で形成した
ことを特徴とする圧力調整弁。
請求項１に記載の圧力調整弁であって、
前記ステム支持部を、前記コイルスプリングの固定側端部の端末部により形成したことを特徴とする圧力調整弁。
請求項１又は２に記載の圧力調整弁であって、
前記コイルスプリングの有効巻数を整数に設定したことを特徴とする圧力調整弁。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の圧力調整弁であって、
前記ステムと前記ステム支持部との接触部の少なくとも一方に、両者間の摺動抵抗を低減するための摺動抵抗低減処理を施したことを特徴とする圧力調整弁。