JP6010479B2 - 圧力開放弁および粘性継手 - Google Patents

Description

本発明は、圧力開放弁および圧力開放弁を備える粘性継手に関する。

粘性継手（ビスカスカップリング）の代表的な適用例としては、四輪駆動の自動車において推進軸に或いは推進軸と終減速装置との間に設ける例が挙げられる。粘性継手の構造としては、円筒状のアウターハウジングと、インナーハブと、アウターハウジングにスプライン嵌合する複数のアウタープレートと、インナーハブにスプライン嵌合する複数のインナープレートと、アウターハウジングの一端開口部を塞ぐカバーとを備え、アウタープレートとインナープレートとを交互に配置して内部空間にシリコンオイルが封入したものが知られている。前輪および後輪の一方が空転した際には、アウタープレートとインナープレートとの両回転数に差が生じてシリコンオイルにせん断力が作用することで、前輪および後輪の他方に動力が伝達される。

粘性継手の内部に封入されているシリコンオイルは、たとえばアウタープレートとインナープレートとの回転数の差が高いまま維持されると、せん断力が絶えず作用するために高熱を発しやすい。粘性継手の内部は密閉されていることから、シリコンオイルの温度が上昇すると粘性継手の内部の圧力が上昇する。この問題に対し、粘性継手の内部の圧力あるいは温度が一定の値を超えた場合に内部の圧力を開放する技術が特許文献１〜３に記載されている。

特許文献１には、粘性流体を封止するための封止部材を、注入孔に嵌合する嵌合部分と、嵌合部分に形成された連通孔を塞ぐように配された低融点材料からなる閉塞部分と、から構成する技術が記載されており、作動室内の温度が上昇して閉塞部分の融点を越えると閉塞部分が溶融し、連通孔を介して作動室内の圧力が開放される旨記載されている。

特許文献２には、圧力リリーフバルブにおいて、ボールやシャフトガイド等の封止部材に加えて、流出路をシリコーン系樹脂等からなる充填材により封止する技術が記載されており、当該技術によれば充填材により封止部材に対するごみや水滴等の付着が防止されることにより、封止部材の作動が安定する旨記載されている。

特許文献３には、流体を充填する孔に対して所定の締め代で組み付けられる閉止体を備え、締め代がゼロとなる温度を作動室が破壊される限界温度よりも低く設定する技術が記載されており、締め代がゼロとなった閉止体が作動室の圧力により外部に排出されることにより、孔を介して作動室内の圧力が開放される旨記載されている。

特開平９−３２９１５８号公報 特開２００４−１１６７１０号公報 特開２０１１−１４９４７９号公報

特許文献１に記載の技術は、嵌合部分の内側に低融点材料からなる閉塞部分を密閉状に一体に形成することが要件となるため、封止部材の成形工程において手間のかかる構造となる。
特許文献２に記載の技術においても、シリコーン系樹脂等からなる充填材を流出路の内面に対して密閉状に形成することが要件となり、充填材の成形工程において手間のかかる構造となる。
特許文献３に記載の技術においては、孔と閉止体の熱変形により締め代をゼロにするものであり、孔の加工に高精度が要求される。
しかも閉止体が外部へ排出された後の孔は塑性変形していることから、再度閉止体を組み付けても所定の性能が得られず、閉止体と孔の形成側とを含むアッセンブリーで交換する必要がある。

本発明は、このような課題を解決するために創案されたものであり、簡単な組み付け作業で製作が可能な圧力開放弁およびこれを備える粘性継手を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、閉位置と開位置との間で移動するピストン弁体と、前記ピストン弁体を収容する弁箱と、前記弁箱と前記ピストン弁体との間に介設される弾性体からなる環状のシール体と、前記ピストン弁体に形成され、前記シール体に係止する係止状態となって前記ピストン弁体を閉位置に保持する係止部と、を備え、前記ピストン弁体に所定の圧力が加わったとき、前記係止部と前記シール体との間で生じる押力により前記シール体が弾性変形して前記係止状態が解除されることにより、前記ピストン弁体が開位置に移動して流路が開放状態になり、かつ、前記ピストン弁体が閉位置にある状態において、前記シール体が所定の温度まで加熱されたとき、前記シール体が熱変形することにより生じた隙間を介して流路が開放状態になる圧力開放弁とした。

本発明によれば、係止部とシール体とを係止させる構造とし、シール体の弾性変形を利用して両者の係止状態を解除して流路を開放状態にする構成としたので、特許文献３のように締め代の寸法精度、特に弁箱の流路孔の加工精度にさほど高精度な加工等を要さず、圧力開放弁の製造工程を簡単な組み付け作業の工程で済ますことができる。
そして、シール体が所定の温度まで加熱されたとき、シール体が熱変形することにより生じた隙間を介して流路が開放状態になるように構成することで、圧力および温度の両方に対応させて圧力開放弁を作動させることができる。
また、１つのシール体の弾性変形機能と熱変形機能を利用する構造のため、部品点数の少ない簡単な構造の圧力開放弁となる。

また、本発明は、前記ピストン弁体にガイド軸部が形成されるとともに、前記弁箱に前記ガイド軸部をガイドするガイド部が形成され、前記ガイド軸部および前記ガイド部の内の少なくとも一方に流路を構成する溝が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、ガイド軸部およびガイド部の内の少なくとも一方に流路を構成する溝を形成することで、流路の占有容積を抑えて圧力開放弁をコンパクトにできる。

また、本発明は、円筒状の外側回転部材と、前記外側回転部材と同軸に配される内側回転部材と、前記外側回転部材と一体に回転する複数のアウタープレートと、前記内側回転部材と一体に回転し、前記アウタープレートと軸方向に交互に配される複数のインナープレートと、前記外側回転部材の開口部を塞ぐカバーと、を備え、前記外側回転部材と前記内側回転部材との間の作動室内に粘性流体が封入された粘性継手であって、圧力開放弁を前記作動室の圧力開放用として備え、前記弁箱が前記カバーまたは前記外側回転部材に着脱自在に取り付けられるプラグ筐体として構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、圧力開放弁が作動した後、作動済みのプラグ筐体を外して新規のプラグ筐体に交換する簡単な作業で修復が可能で、アッセンブリーで交換する必要もない。

本発明によれば、次のような効果が奏される。
（１）圧力開放弁の製造工程を簡単な工程にすることができる。
（２）圧力および温度の両方に対応させて圧力開放弁を作動させることができる。
（３）１つのシール体の弾性変形機能と熱変形機能を利用する構造のため、部品点数の少ない簡単な構造の圧力開放弁となる。

（ａ）は本発明に係る粘性継手の平断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ矢視図である。 （ａ）は本発明に係る圧力開放弁の断面図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ（ａ）におけるＢ矢視図、Ｃ矢視図である。 本発明に係る圧力開放弁のピストン弁体の外観斜視図である。 本発明に係る圧力開放弁において、シール体が弾性変形することにより流路が開放される様子を示す作用図である。 本発明に係る圧力開放弁において、シール体が熱変形することにより流路が開放される様子を示す作用図である。

図１において、粘性継手１は、一方の回転軸（図示せず）に連結される円筒状のアウターハウジング（外側回転部材）２と、アウターハウジング２の内部に同軸に配され、他方の回転軸（図示せず）にスプライン結合により連結される円筒シャフト状のインナーハブ（内側回転部材）３と、アウターハウジング２と一体に回転する複数のアウタープレート４と、インナーハブ３と一体に回転する複数のインナープレート５と、アウターハウジング２の開口部を塞ぐカバー６と、を備えている。符号Ｏは粘性継手１の軸心を示す。

軸心Ｏに沿う方向におけるアウターハウジング２の一端寄り（図１（ａ）における右寄り）の内径部は、インナーハブ３の外周と摺接する程度の小内径部７として形成され、このアウターハウジング２の小内径部７とインナーハブ３の外周との間に軸シール部材８Ａおよび軸受９が介設される。軸シール部材８Ａは、環状の部材であり、アウターハウジング２の小内径部７に形成された環状の溝１０に嵌合されている。本実施形態の軸シール部材８Ａは、断面形状がＸ形状を呈したいわゆるＸリングである。軸シール部材８Ａは、作動室１１と軸受９との間に位置しており、作動室１１から軸受９へのシリコンオイル（粘性流体）の漏れを阻止する。

軸心Ｏに沿う方向におけるアウターハウジング２の他端寄り（図１（ａ）における左寄り）の内径部は大内径部１２として形成され、大内径部１２とインナーハブ３とカバー６とによって環状の作動室１１が構成されている。作動室１１には、アウターハウジング２の大内径部１２の内周面にスプライン結合したアウタープレート４と、インナーハブ３の外周面にスプライン結合したインナープレート５とが、軸心Ｏに沿う方向に交互に積層された状態で収容されている。

アウターハウジング２において大内径部１２よりもさらに他端寄りの内径部は、大内径部１２よりも大径のカバー嵌合径部１３として形成されており、このカバー嵌合径部１３に、軸心中央にインナーハブ３を挿通させる孔が形成されたリング状のカバー６が嵌合されている。カバー６は、たとえば溶接によりアウターハウジング２に固定されている。溶接の方式としては電子ビーム溶接が好適である。

カバー６の内径部とインナーハブ３の外周との間には軸シール部材８Ｂおよび軸受１４が介設されている。軸シール部材８Ｂは、前記軸シール部材８Ａと同じ部材であり、カバー６の内径部に形成された環状の溝１５に嵌合されている。軸シール部材８Ｂは、作動室１１と軸受１４との間に位置しており、作動室１１から軸受１４へのシリコンオイルの漏れを阻止する。

カバー６には、作動室１１にシリコンオイルを充填するための充填孔１６が貫通形成されるとともに、シリコンオイルの充填時に作動室１１内の空気を外部に逃がすための空気抜き孔１７が貫通形成されている。充填孔１６と空気抜き孔１７とは、軸心Ｏを挟んで１８０度反対の箇所に位置している。充填孔１６には雌ねじが螺設されており、シリコンオイルの充填後、充填孔１６は充填孔封止部材であるボルト１８の螺合により塞がれる。なお、雌ねじはテーパねじとして螺設されている。ボルト１８はたとえば六角孔を有した六角孔付きボルト等である。また、空気抜き孔１７も後に詳述するようにプラグ筐体２３により塞がれる。

粘性継手１の概略構成は以上からなり、たとえばアウターハウジング２が推進軸に連結され、インナーハブ３が終減速装置のピニオンシャフトに連結される等の構造により、粘性継手１は四輪駆動車の動力伝達系に用いられる。そして、たとえば前輪が空転するなどしてアウタープレート４とインナープレート５との間に回転数差が生じたとき、両プレート間のシリコンオイルにせん断力が生じることでアウタープレート４とインナープレート５との間で動力が伝達され、後輪に動力が伝達される。

アウタープレート４とインナープレート５との回転数の差が高いまま維持されると、シリコンオイルに絶えずせん断力が作用するために高熱が生じ、作動室１１内の圧力が上昇する。この問題に対し、本発明に係る粘性継手１は、作動室１１内の圧力が所定値まで上昇したときその圧力を外部に逃がすための圧力開放弁２１を備えている。

圧力開放弁２１は、その弁箱が、カバー６に着脱自在に取り付けられるプラグ筐体２３（図２（ａ））として粘性継手１に備えられている。プラグ筐体２３は、前記したようにシリコンオイルの充填後に空気抜き孔１７を塞ぐように取り付けられる。なお、プラグ筐体２３は、カバー６において空気抜き孔１７以外の部位（たとえば充填孔１６）に取り付けてもよいし、アウターハウジング２に取り付けてもよい。

図２において、圧力開放弁２１は、作動室１１（図１）と外部とを連通する流路２７が形成されるプラグ筐体２３と、閉位置Ｐ１と開位置Ｐ２との間で移動するピストン弁体２４と、プラグ筐体２３とピストン弁体２４との間に介設される弾性体からなる環状のシール体２５と、ピストン弁体２４に形成され、シール体２５に係止する係止状態となってピストン弁体２４を閉位置Ｐ１に保持する係止部２６と、を備えて構成されている。
閉位置Ｐ１とは、図４（ａ）に示すように、係止部２６とシール体２５とが係止して流路２７が閉じられた状態のピストン弁体２４の位置である。開位置Ｐ２とは、所定の圧力によって移動し流路２７を開放するときのピストン弁体２４の位置であり、本実施形態では図４（ｃ）に示すように、ピストン弁体２４の後記する傾斜軸部３９と、プラグ筐体２３における中間部３２と第２ガイド部３３との段差部とが当接した状態のピストン弁体２４の位置である。

「プラグ筐体２３」
プラグ筐体２３は、筒軸方向に沿って流路２７が貫通形成された円筒状の部材であり、金属材料等からなる。図１における空気抜き孔１７には雌ねじが螺設されており、プラグ筐体２３の外周にはその雌ねじに螺合する雄ねじ２８が螺設されている。なお、雌ねじおよび雄ねじ２８はテーパねじとして螺設されている。

プラグ筐体２３の内壁面は、作動室１１（図１）に臨むプラグ筐体２３の端面２９寄りから順に、第１ガイド部３０と、第１ガイド部３０よりも大径の嵌合溝部３１と、嵌合溝部３１よりも小径の中間部３２と、中間部３２よりも小径の第２ガイド部３３と、第２ガイド部３３よりも大径の六角穴部３４と、を備えるように形成されている。

第１ガイド部３０は、ピストン弁体２４の第１ガイド軸部３６の移動をガイドする機能を担う。嵌合溝部３１にはシール体２５が嵌合される。中間部３２は、ピストン弁体２４が開位置Ｐ２に位置したときにピストン弁体２４のシール密着軸部３８および傾斜軸部３９を収容する機能を担う。第２ガイド部３３は、ピストン弁体２４の第２ガイド軸部４０の移動をガイドする機能を担う。第２ガイド部３３には流路２７を構成する溝４１が円周方向に等間隔で複数、本実施形態では４箇所形成されている。なお、この溝４１はピストン弁体２４の第２ガイド軸部４０側に形成してもよい。六角穴部３４には、プラグ筐体２３を空気抜き孔１７（図１）に着脱自在に取り付けるための六角工具が差し込まれる。

プラグ筐体２３の端面２９において、流路２７の開口縁部には加締め部３５が２箇所形成されている。ピストン弁体２４がプラグ筐体２３の端面２９側から流路２７内に収納された後、工具により加締め部３５を流路２７の開口の内側に加締めることで、端面２９からのピストン弁体２４の抜けが防止される。なお、図２（ａ）、（ｃ）は加締め部３５が既に加締められた状態を示している。

「ピストン弁体２４」
ピストン弁体２４は、略円柱形状の部材であり、金属材料等からなる。ピストン弁体２４は、作動室１１（図１）に臨む一端側から順に、第１ガイド軸部３６と、第１ガイド軸部３６よりも小径となるように凹曲面状に形成された凹状軸部３７と、係止部２６と、係止部２６よりも小径のシール密着軸部３８と、他端に向かうにしたがい凸曲面状に縮径する円錐台状の傾斜軸部３９と、第２ガイド軸部４０と、を備えるように形成されている。

第１ガイド軸部３６には流路２７を形成するための溝４２が円周方向に等間隔で複数、本実施形態では４箇所形成されている。なお、この溝４２はプラグ筐体２３の第１ガイド部３０側に形成してもよい。凹状軸部３７は、ピストン弁体２４が開位置Ｐ２に位置したときにシール体２５と密着せずに流路２７を確保できるように、シール体２５の内径よりも小径に形成されている。シール密着軸部３８はシール体２５の内径よりも大径に形成されている。傾斜軸部３９は、プラグ筐体２３における中間部３２と第２ガイド部３３との段差部に当接することにより、プラグ筐体２３の他端側からのピストン弁体２４の抜けを防止する。前記したように、傾斜軸部３９と前記段差部とが当接した状態のピストン弁体２４の位置が開位置Ｐ２である。

「係止部２６」
係止部２６は、凹状軸部３７とシール密着軸部３８との間において径外方向に延設される環状の突起体として形成されている。係止部２６の断面形状に関しては、特にシール体２５に係止する面側が、径外方向に向かうにしたがい端面２９寄りに変位する傾斜面２６Ａとして形成されている。係止部２６は、シール体２５に係止する係止状態となってピストン弁体２４を閉位置Ｐ１に保持する機能を備えていれば、たとえば３６０度全周にわたって形成することなく、円周方向に間隔を空けて局所的に形成するようにしてもよい。

「シール体２５」
シール体２５はたとえばＯリングからなる。材質としては、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等である。

「作用」
図４（ａ）はピストン弁体２４が閉位置Ｐ１に位置した状態を示しており、シール体２５がプラグ筐体２３の嵌合溝部３１およびピストン弁体２４のシール密着軸部３８に密着することにより流路２７が閉じられている。係止部２６は、シール体２５とシール密着軸部３８との密着部よりも端面２９寄りにおいてシール体２５に係止している。また、ピストン弁体２４は、加締め部３５により、プラグ筐体２３から作動室１１側への抜けが防止されている。

作動室１１の圧力が上昇するとピストン弁体２４には開位置Ｐ２に向かう付勢力が作用し、係止部２６からの押力によりシール体２５が弾性変形する。作動室１１の圧力が所定の圧力値ｐ未満のときには、シール体２５の弾性復元力が前記押力よりも優っているため、係止部２６がシール体２５を乗り越えるまでに至らずピストン弁体２４は閉位置Ｐ１に維持される。

作動室１１の圧力が所定の圧力値ｐまで上昇すると、前記押力がシール体２５の弾性復元力よりも優ることにより、図４（ｂ）の状態を経て係止部２６がシール体２５を乗り越え、ピストン弁体２４が開位置Ｐ２に位置する（図４（ｃ））。傾斜面２６Ａが形成されていることにより、係止部２６は比較的スムースにシール体２５を乗り越えることができる。開位置Ｐ２では、係止部２６とシール体２５との間に隙間が形成されるようになっているため、作動室１１の圧力は、ピストン弁体２４の溝４２→凹状軸部３７による凹状空間→係止部２６とシール体２５との隙間→プラグ筐体２３の溝４１→六角穴部３４の経路で外部に開放される。

また、六角穴部３４からの塵や水滴の浸入等、何らかの理由によりピストン弁体２４の移動が困難となったときには、作動室１１の圧力が前記圧力値ｐまで上昇したにもかかわらず、ピストン弁体２４が開位置Ｐ２に移動できず閉位置Ｐ１に位置したままとなるおそれがある。

これに対し、本発明では、ピストン弁体２４が閉位置Ｐ１にある状態において、シール体２５が所定の温度ｔまで加熱されたとき、図５に示すように、シール体２５が熱変形することにより生じた隙間４３を介して流路２７が開放状態となる。すなわち、作動室１１の圧力は、ピストン弁体２４の溝４２→凹状軸部３７による凹状空間→隙間４３→プラグ筐体２３の溝４１→六角穴部３４の経路で外部に開放される。

作動室１１の圧力上昇はシリコンオイルの温度上昇に起因するものであるから、作動室１１の筐体（アウターハウジング２、カバー６）に取り付けられる圧力開放弁２１のシール体２５も、シリコンオイルの温度上昇に伴って加熱される。前記温度ｔは、たとえば作動室１１の圧力が前記所定の圧力値ｐとなるときのシール体２５に加わる温度であり、試験等により求められる値である。

以上により、ピストン弁体２４の移動機能に支障がない場合においては、シール体２５が弾性変形或いは熱変形してシール体２５と係止部２６との係止状態が解除されることにより、ピストン弁体２４が開位置Ｐ２に移動して流路２７が開放状態となり、万が一ピストン弁体２４の移動機能に支障が生じた場合にあっても、シール体２５が熱変形して生じた隙間４３を介して流路２７の開放状態が確保される。

なお、前記温度ｔとしては、作動室１１の圧力が前記所定の圧力値ｐとなるときのシール体２５に加わる温度よりも若干高い温度に設定してもよい。すなわち、作動室１１の圧力が所定の圧力値ｐに達したときにシール体２５を未だ熱変形が生じる前の状態に維持させる。これにより、作動室１１の圧力が所定の圧力値ｐに達したときには、シール体２５が弾性変形することによりシール体２５と係止部２６との係止状態が解除されて流路２７が開放状態となるようにする。そして、作動室１１の圧力が所定の圧力値ｐに達しても流路２７が開放されない場合は、ピストン弁体２４の移動機能に何らかの支障が生じたものとして、作動室１１の圧力が前記圧力値ｐよりもさらに上昇したとき、非常用としてシール体２５を熱変形させ隙間４３を介して流路２７を開放状態にするようにしてもよい。

従来の圧力開放弁の構造例として、特許文献３に記載されるように孔に閉止体を圧入する構造では、孔と閉止体との締め代の寸法精度に高精度が要求されるのに対し、本発明によれば、係止部２６とシール体２５とを係止させる構造とし、シール体２５の弾性変形を利用して両者の係止状態を解除して流路２７を開放状態にする構成としたので、締め代の寸法精度、特に弁箱の流路孔の加工精度にさほど高精度な加工を要さない。したがって、圧力開放弁１の製造工程を簡単な工程にすることができる。
そして、シール体２５が所定の温度まで加熱されたとき、シール体２５が熱変形することにより生じた隙間４３を介して流路２７が開放状態になるように構成することで、作動室１１の圧力および温度の両方に対応させて圧力開放弁１を作動させることができる。
１つのシール体２５の弾性変形機能と熱変形機能を利用する構造のため、部品点数の少ない簡単な構造の圧力開放弁が実現できる。
また、特許文献３の技術では、作動後の孔が塑性変形するため、作動後には閉止体と孔の形成側とを含むアッセンブリー全体で交換する必要があるのに対し、本発明では、カバー６はそのままに圧力開放弁１のみの交換、すなわちプラグ筐体２３の着脱作業のみとなるため、簡単な作業で済み、アッセンブリーで交換する必要もない。

１ 粘性継手
２ アウターハウジング（外側回転部材）
３ インナーハブ（内側回転部材）
４ アウタープレート
５ インナープレート
６ カバー
８Ａ，８Ｂ 軸シール部材
１１ 作動室
１６ 充填孔
１７ 空気抜き孔
２１ 圧力開放弁
２３ プラグ筐体
２４ ピストン弁体
２５ シール体
２６ 係止部
２７ 流路
３０ 第１ガイド部（ガイド部）
３３ 第２ガイド部（ガイド部）
３６ 第１ガイド軸部（ガイド軸部）
４０ 第２ガイド軸部（ガイド軸部）
Ｐ１ 閉位置
Ｐ２ 開位置

Claims (3)

1. 閉位置と開位置との間で移動するピストン弁体と、
   前記ピストン弁体を収容する弁箱と、
   前記弁箱と前記ピストン弁体との間に介設される弾性体からなる環状のシール体と、
   前記ピストン弁体に形成され、前記シール体に係止する係止状態となって前記ピストン弁体を閉位置に保持する係止部と、
   を備え、
   前記ピストン弁体に所定の圧力が加わったとき、前記係止部と前記シール体との間で生じる押力により前記シール体が弾性変形して前記係止状態が解除されることにより、前記ピストン弁体が開位置に移動して流路が開放状態になり、
   かつ、前記ピストン弁体が閉位置にある状態において、前記シール体が所定の温度まで加熱されたとき、前記シール体が熱変形することにより生じた隙間を介して流路が開放状態になることを特徴とする圧力開放弁。
2. 前記ピストン弁体にガイド軸部が形成されるとともに、前記弁箱に前記ガイド軸部をガイドするガイド部が形成され、
   前記ガイド軸部および前記ガイド部の内の少なくとも一方に流路を構成する溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力開放弁。
3. 円筒状の外側回転部材と、前記外側回転部材と同軸に配される内側回転部材と、前記外側回転部材と一体に回転する複数のアウタープレートと、前記内側回転部材と一体に回転し、前記アウタープレートと軸方向に交互に配される複数のインナープレートと、前記外側回転部材の開口部を塞ぐカバーと、を備え、前記外側回転部材と前記内側回転部材との間の作動室内に粘性流体が封入された粘性継手であって、
   請求項１または請求項２に記載の圧力開放弁を前記作動室の圧力開放用として備え、
   前記弁箱が前記カバーまたは前記外側回転部材に着脱自在に取り付けられるプラグ筐体として構成されていることを特徴とする粘性継手。

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