JP6963458B2

JP6963458B2 - バルブ装置

Info

Publication number: JP6963458B2
Application number: JP2017203622A
Authority: JP
Inventors: 憲夫竹花
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2021-11-10
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: US11105429B2; US20190120391A1; JP2019078288A

Description

本発明は、流体の通路を開閉するバルブ装置に関する。

エンジンの燃料ポンプ等に使用される逆止弁のように、流体の通路を開閉する各種のバルブ装置が知られている。
例えば、特許文献１に記載された燃料ポンプの逆止弁は、２つの室を連通し燃料が通過する連通路の開口部に設けられ、樹脂膜等の円形板状の可撓性材料を弁体として備えている。弁体は、中心部が支持されて外周部が揺動可能となっている。また、この弁体は、その支持部を中心に同心円上に複数並べられた開口部を開閉する構造になっている。開口部の周囲には、弁体側に突出した弁座が設けられている。弁体の両面のうち連通路とは反対側の圧力が連通路側の圧力より大きくなった場合に弁体とが弁座とが接して開口部を封鎖する。一方、弁体の連通路側の圧力が連通路とは反対側の圧力より大きくなった場合には弁体とが弁座とが離間して開口部を開放する。

特開２００３−９０４４７号公報

上記特許文献１のような可撓性材料の板材からなる弁体を有するバルブにおいては、弁体が開口した際に、弁体と弁座との間を流体が通過する。

ここで、流体にゴミ等の粒体が混入しており、弁体が閉じた際に弁体と弁座との間にこの粒体が挟まってしまった場合には、弁体が完全に開口部を封鎖することができず、漏れを発生してしまう虞がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、粒体の混入に対しても弁体の閉止機能を維持できるバルブ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のバルブ装置は、流体の通路を開閉するバルブ装置で
あって、前記通路が形成された壁部材を有する筐体と、可撓性材料によって板状に形成さ
れ、前記壁部材に支持された弁体と、前記壁部材における通路の開口部の周囲に設けられ
、閉弁時に弁体と当接する座面に、開弁時における弁体との間での流体の通過方向の上流
側よりも下流側の側面の傾斜を緩やかにした複数の溝が形成された弁座と、を備え、前記複数の溝は、前記開口部の周囲に全周に亘って円環形状に形成されるとともに、径方向に互いに間隔を置いて配置され、前記弁座に形成されたすべての前記溝において、前記下流側の夫々の側面は前記上流側の側面よりも緩やかに傾斜していることを特徴とする。

好ましくは、弁座は、溝によって断面が鋸状に形成されているとよい。

好ましくは、バルブ装置は、弁体の両面の差圧によって弁体が撓むことで弁座から離間して開弁する逆止弁であるとよい。

好ましくは、バルブ装置は、燃料ポンプに設けられ、流体は燃料であるとよい。

本発明のバルブ装置によれば、流体に混入しているゴミ等の粒体が、閉弁時に弁体と弁座との間に挟まったとしても、当該粒体が溝内に捕捉されることにより、閉弁時における弁座と弁体との密着不良を抑制し、閉弁機能を維持することができる。

本発明のバルブ装置を採用したダイヤフラム式燃料ポンプの構造を示す縦断面図である。本実施形態に係る燃料ポンプにおける燃料吸入状態を示す縦断面図である。本実施形態に係る燃料ポンプにおける燃料吐出状態を示す縦断面図である。本実施形態の第１のチェックバルブ及び第２のチェックバルブを備えたポンプボディの上面図である。閉弁時における第１のチェックバルブの断面形状を示す縦断面図である。開弁時における第１のチェックバルブの断面形状を示す縦断面図である。弁座の形状を示す上面図である。弁座の断面形状を示す拡大断面図である。開弁時における粒体の排出状態を示す説明図である。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。

図１は、本発明のバルブ装置を採用した燃料ポンプ１の内部構造を示す縦断面図である。

本実施形態に係る燃料ポンプ１は、燃料タンクからエンジンの燃料供給装置に燃料を供給する燃料ポンプである。

図１に示すように、燃料ポンプ１は、ダイヤフラム２を備えたダイヤフラム式燃料ポンプである。燃料ポンプ１は、ポンプボディ３、ボトムボディ４、カバー５、ダイヤフラム２、メンブレン６、第１のチェックバルブ７、第２のチェックバルブ８を備えている。なお、第１のチェックバルブ７、第２のチェックバルブ８は、逆止弁であり、本発明のバルブ装置に該当する。また、ポンプボディ３、ボトムボディ４、カバー５は、本発明の筐体に該当する。

ポンプボディ３、ボトムボディ４及びカバー５は、例えば樹脂により形成されている。ポンプボディ３は、内部に仕切り壁３ａ（壁部材）を備え両側面が開口した略円筒状に形成されている。ボトムボディ４はポンプボディ３の一側面に固定されて、ポンプボディ３の一側面を封止する。カバー５はポンプボディ３の他側面に固定されて、ポンプボディ３の他側面を封止する。

ダイヤフラム２及びメンブレン６は、例えばＮＢＲゴムにより薄膜の円板状に形成されている。ダイヤフラム２は、ポンプボディ３とボトムボディ４により挟持されている。メンブレン６は、ポンプボディ３とカバー５とにより挟持されている。

ダイヤフラム２とポンプボディ３の仕切り壁３ａとの間にはポンプ室９が形成されている。ダイヤフラム２とボトムボディ４との間にはパルス室１０が形成されている。即ち、ダイヤフラム２は、ポンプ室９とパルス室１０とを区画する。ボトムボディ４にはパルス室１０へ圧力を導入するためのパルス導入口１１が形成され、そのパルス導入口１１を経由して図示しないエンジンの吸気マニホールドやクランク室からパルス室１０内へ吸気等の脈動するパルス圧が導入される。

メンブレン６とポンプボディ３の仕切り壁３ａとの間には、燃料吸入室１２及び燃料吐出室１３が形成されている。メンブレン６とカバー５との間には、メンブレン６を挟んで燃料吸入室１２と対向する吸入側ダンパ室１４と、メンブレン６を挟んで燃料吐出室１３と対向する吐出側ダンパ室１５とが形成されている。即ち、メンブレン６は、燃料吸入室１２と吸入側ダンパ室１４とを区画するとともに、燃料吐出室１３と吐出側ダンパ室１５とを区画する。

ポンプボディ３には、燃料吸入室１２と連通する吸入口１６が備えられるとともに、燃料吐出室１３と連通する吐出口１７が備えられている。吸入口１６は図示しない燃料タンクに接続され、吐出口１７はエンジンの燃料噴射弁等の燃料供給装置に接続される。

ポンプボディ３の仕切り壁３ａには、燃料吸入室１２とポンプ室９とを連絡する吸入側連絡通路２０と、ポンプ室９と燃料吐出室１３とを連絡する吐出側連絡通路２１とが形成されている。なお、吸入側連絡通路２０及び吐出側連絡通路２１は、本発明の通路に該当する。

第１のチェックバルブ７は、ポンプボディ３の仕切り壁３ａに設けられ、吸入側連絡通路２０を開閉する機能を有する。第１のチェックバルブ７は、燃料吸入室１２からポンプ室９へのみ燃料の通過を許可する機能を有するものである。

第２のチェックバルブ８は、ポンプボディ３の仕切り壁３ａに設けられ、吐出側連絡通路２１を開閉する機能を有する。第２のチェックバルブ８は、ポンプ室９から燃料吐出室１３へのみ燃料の通過を許可する機能を有するものである。

第１のチェックバルブ７及び第２のチェックバルブ８は、ゴム製のグロメット２２、２３によってポンプボディ３に支持される。

図２は、燃料ポンプ１における燃料吸入状態を示す縦断面図である。図３は、燃料ポンプ１における燃料吐出状態を示す縦断面図である。なお、図２及び図３において記載された矢印は、燃料や吸気等の移動方向を示す。

以上のように構成した燃料ポンプ１は、エンジンが作動してパルス室１０内にパルス圧が導入されて、パルス室１０内が負圧になると、図２に示すように、ダイヤフラム２がボトムボディ４側、図２においては右側に移動する。これにより、ポンプ室９が負圧となり、第１のチェックバルブ７が開弁するともに第２のチェックバルブ８が閉弁して、燃料吸入室１２からポンプ室９へ燃料が移動する。

パルス室１０内が正圧になると、図３に示すように、ダイヤフラム２がボトムボディ４とは反対側、図３においては左側に移動する。これにより、ポンプ室９が正圧となり、第１のチェックバルブ７が閉弁するともに第２のチェックバルブ８が開弁して、ポンプ室９から燃料吐出室１３へ燃料が移動する。

パルス室１０内にエンジンから正圧と負圧とが繰り返されるパルス圧が供給されることで、図２及び図３で示すダイヤフラム２の移動が繰り返されて、吸入口１６から燃料が吸入され吐出口１７から燃料が排出される。

なお、メンブレン６は、燃料吸入室１２及び燃料吐出室１３の圧力の急激な変動を緩和させる。したがって、燃料ポンプ１の燃料吐出室１３から安定して燃料が吐出されることになる。

次に、図４〜図９を用いて第１のチェックバルブ７の詳細について説明する。

図４は、第１のチェックバルブ７及び第２のチェックバルブ８を備えたポンプボディ３の上面図である。図５は、閉弁時における第１のチェックバルブ７の断面形状を示す縦断面図である。図６は、開弁時における第１のチェックバルブ７の断面形状を示す縦断面図である。なお、図４は、ポンプボディ３に備えられた第１のチェックバルブ７及び第２のチェックバルブ８をポンプ室９側から見た図である。図５、６は、図４中に記載されたＡ−Ａ部の断面図である。また、図６において記載された矢印は、燃料の移動方向を示している。

図４、５に示すように、仕切り壁３ａに設けられる第１のチェックバルブ７は、例えば樹脂板のような可撓性を有する円形薄板状の弁体７ａを備えている。弁体７ａは、その中心部をゴム製のグロメット２２によって仕切り壁３ａに支持されている。

仕切り壁３ａに設けられた吸入側連絡通路２０は、グロメット２２を中心として同心円状に周方向に間隔をおいて複数設けられている。仕切り壁３ａのポンプ室９側の壁面には、吸入側連絡通路２０の外側に、円環形状に突出しその上面が座面となる弁座７ｂが設けられている。全ての吸入側連絡通路２０の開口部及び弁座７ｂは、弁体７ａによって覆われる。

なお、第２のチェックバルブ８についても、弁体７ａと同一の材料及び形状の弁体８ａを備えている。弁体８ａは、弁体７ａと同様に、仕切り壁３ａにグロメット２３によって中心部が支持される。また、吐出側連絡通路２１は、吸入側連絡通路２０と同様に、グロメット２３を中心として同心円状に周方向に間隔をおいて複数設けられている。但し、第２のチェックバルブ８においては、弁体８ａ及び弁座はポンプ室９側に設けられておらず、ポンプ室９とは反対側の燃料吐出室１３側に設けられている点が異なる。

図５に示すように、第１のチェックバルブ７において、燃料吸入室１２よりもポンプ室９の圧力が高い場合には、弁体７ａの外周部は仕切り壁３ａの弁座７ｂに当接する。これにより、弁体７ａによって全ての吸入側連絡通路２０の開口部が閉じられ、ポンプ室９から燃料吸入室１２への燃料の流入が阻止される。

一方、図６に示すように、ポンプ室９よりも燃料吸入室１２の圧力が高い場合には、弁体７ａの外周部がポンプ室９側に撓む。これにより、弁体７ａの外周部は弁座７ｂから離間する。したがって、燃料吸入室１２内の燃料は吸入側連絡通路２０から弁体７ａと弁座７ｂとの間を通過して、ポンプ室９に流入する。

図７は、弁座７ｂの形状を示す上面図である。なお、図７では、仕切り壁３ａのポンプ室９側の壁面の形状を示している。図８は、図７のＢ−Ｂ部の拡大断面図である。図９は、開弁時における粒体の排出状態を示す説明図である。図９に記載された矢印は、燃料あるいは粒体の移動方向を示している。

図７、８に示すように、吸入側連絡通路２０の開口部を囲む円環形状の弁座７ｂは、その上面に円環形状の溝３０を複数備えている。溝３０は、円環形状の弁座７ｂと同心円状に設けられており、径方向に互いに間隔をおいて配置されている。

溝３０の深さは、例えば０．２〜０．４ｍｍ程度である。各溝３０の断面は略三角形状になっている。したがって、複数の溝３０によって、弁座７ｂの断面が鋸状になっている。なお、溝３０の底となる角部は、Ｒ０．１〜０．２ｍｍ程度の面取りがされていてもよい。

溝３０の吸入側連絡通路２０側の側面、即ち内側の側面である開口部側壁面３０ａは、弁座７ｂの弁座に対して垂直になっている。溝３０の吸入側連絡通路２０側とは反対側の側面、即ち外側の側面である外側壁面３０ｂは、開口部側壁面３０ａより６０度前後傾斜させた緩やかな傾斜面となっている。また、隣り合う溝３０と溝３０の間には、シート性確保のため０．５ｍｍ前後のフラット面３０ｃを確保している。

図９は、粒体の排出状態を示す説明図である。図９は、開弁時における弁座７ｂと弁体７ａの状態を示すとともに、燃料及び粒体の移動例を矢印で示している。

ポンプ室９よりも燃料吸入室１２の圧力が高くなり第１のチェックバルブ７が開弁すると、図９に示すように、燃料吸入室１２内の燃料は吸入側連絡通路２０から弁体７ａと弁座７ｂとの間を弁体７ａの径方向外方へ移動する。

ところで、一般的な弁座と弁体とを有するバルブ装置においては、ゴミ等の粒体が弁座と弁体との間に挟まってしまった場合には、弁座と弁体とが密着せずに、弁座と弁体との間に流体の流通経路ができてしまい、流体が漏れてしまう虞がある。上記のように燃料ポンプ１の第１のチェックバルブ７において漏れが発生すると、第１のチェックバルブ７の機能が低下して、ポンプ室９から燃料吸入室１２に燃料が逆流する虞がある。これにより、燃料ポンプ１の効率が低下してしまう。

本実施形態の第１のチェックバルブ７のように、弁座７ｂに溝３０を設けることで、閉弁時に弁座７ｂと弁体７ａとの間にゴミ等の粒体が挟まってしまったとしても、溝３０内に粒体が移動することで、弁座７ｂと弁体７ａとの密着が保たれる。したがって、第１のチェックバルブ７の閉弁時において、粒体が挟まることによる漏れの発生を低減することができ、閉弁機能を向上させることができる。なお、弁座７ｂに設けられた溝３０の深さは０．２〜０．４ｍｍ程度であるので、ゴミ等の粒体を溝３０内に十分に捕捉することができる。

更に、本実施形態では、溝３０の吸入側連絡通路２０側とは反対側の側面である外側壁面３０ｂ、即ち燃料の通過方向下流側の側面を６０度前後の緩やかな傾斜面としているので、溝３０内に捕捉されている粒体は、外側壁面３０ｂ側に移動し易い。したがって、弁体７ａが開弁した際に、弁体７ａと弁座７ｂとの間の燃料の通過とともに溝３０内の粒体を径方向外方へ移動させて弁座７ｂと弁体７ａとの間から容易に排出させることができる。したがって、第１のチェックバルブ７の閉弁機能を維持させることができる。

また、溝３０の外側壁面３０ｂを緩やかに傾斜させていることで、弁座７ｂと弁体７ａとの間を燃料が通過する際に径方向外方への燃料の通過を極力妨げずに、溝３０を設けることによる燃料の通過速度の低下を抑制することができる。

また、溝３０の吸入側連絡通路２０側にある開口部側壁面３０ａを弁座７ｂの弁座に対して垂直としているので、弁座７ｂと弁体７ａとの間における外周部側から吸入側連絡通路２０側への燃料の逆流漏れを抑制することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、第１のチェックバルブ７の構成を説明しているが、第２のチェックバルブ８についても、燃料吐出室１３側の弁座に第１のチェックバルブ７と同様な形状の溝３０を設けるとよい。

また、本実施形態は燃料の流通を制御する第１のチェックバルブ７に本発明を適用しているが、燃料以外の流体の流通を制御する逆止弁にも本発明を適用可能である。

また、上記実施形態では、吸入側連絡通路２０の開口部の周囲に設けられた円還形状の弁座７ｂに円環形状の溝３０を設けているが、例えばリード弁のように開口部が矩形であって、可撓性材料によって形成された矩形板状の弁体を備えたバルブ装置であっても、本発明を適用することができる。この場合においても、開弁時に弁体と弁座との間を流体が一方向に通過する箇所において、弁座に溝を設けるとよい。溝の形状については、流体の通過方向に対して略垂直方向に延びるように設ければよい。
また、燃料ポンプ以外でもその他の機器に用いられる逆止弁に適用してもよい。また、逆止弁以外であっても、弁座に可撓性を有する弁体を密着させて閉弁させる構造のバルブ装置に本発明は広く適用することができる。

１燃料ポンプ
３ポンプボディ（筐体）
３ａ仕切り壁（壁部材）
４ボトムボディ（筐体）
５カバー（筐体）
７第１のチェックバルブ（バルブ装置）
８第２のチェックバルブ（バルブ装置）
７ａ弁体
７ｂ弁座
２０吸入側連絡通路（通路）
２１吐出側連絡通路（通路）
３０溝
３０ａ開口部側壁面（上流側の側面）
３０ｂ外側壁面（下流側の側面）

Claims

流体の通路を開閉するバルブ装置であって、
前記通路が形成された壁部材を有する筐体と、
可撓性材料によって板状に形成され、前記壁部材に支持された弁体と、
前記壁部材における前記通路の開口部の周囲に設けられ、閉弁時に前記弁体と当接する座面に、開弁時における前記弁体と前記座面との間での流体の通過方向の上流側の側面よりも下流側の側面の傾斜を緩やかにした複数の溝が形成された弁座と、
を備え、
前記複数の溝は、前記開口部の周囲に全周に亘って円環形状に形成されるとともに、径方向に互いに間隔を置いて配置され、前記弁座に形成されたすべての前記溝において、前記下流側の夫々の側面は前記上流側の側面よりも緩やかに傾斜していることを特徴とするバルブ装置。
前記弁座は、前記溝によって断面が鋸状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
前記バルブ装置は、前記弁体の両面の差圧によって前記弁体が撓むことで前記弁座から離間して開弁する逆止弁であることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ装置。
前記バルブ装置は、燃料ポンプに設けられ、前記流体は燃料であることを特徴とする請求項３に記載のバルブ装置。