JP7379216B2 - 流量制御弁 - Google Patents
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Description
本明細書に開示の技術は流量制御弁に関する。
従来、内燃機関（エンジン）を搭載する車両の燃料タンク内で発生したベーパを吸着および脱離可能なキャニスタを備える蒸発燃料処理装置において、燃料タンクとキャニスタとを連通するベーパ通路の途中に介装される流量制御弁がある（特許文献１参照）。流量制御弁により、車両の駐車中等はベーパ通路が遮断され、給油中等はベーパ通路が連通される。特許文献１の流量制御弁は、ハウジングの弁室内で軸方向に移動することにより弁座を開閉する弁体と、アクチュエータの出力回転軸の正逆回転を弁体の軸方向の往復移動に変換させる送りねじ機構と、送りねじ機構のバックラッシュを抑制する方向に弁体を付勢するコイルスプリングからなるバックラッシュ抑制用スプリングと、を備える。ハウジングには、バックラッシュ抑制用スプリングの座巻部が当接するスプリング当接面が形成されている。
従来の流量制御弁によると、スプリング当接面が、弁室の軸方向において弁体が着座する弁座と同一平面上に配置されている。このため、バックラッシュ抑制用スプリングのスプリング当接面側の座巻部及び座巻部付近の巻線が流体の流れを妨げることにより、通気抵抗が増大されるという問題があった。また、バックラッシュ抑制用スプリングが周方向に変位すると、通路面積が変化することにより、通気抵抗が変動するという問題があった。
本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、バックラッシュ抑制用スプリングによる通気抵抗の増大を抑制するとともに、バックラッシュ抑制用スプリングの周方向の変位による通気抵抗の変動を抑制することにある。
上記課題を解決するため、本明細書が開示する技術は次の手段をとる。
第１の手段は、流入通路と流出通路との間に弁室及び弁座を有するハウジングと、前記弁室内で軸方向に移動することにより前記弁座を開閉する弁体と、出力回転軸を有するアクチュエータと、前記出力回転軸の正逆回転を前記弁体の軸方向の往復移動に変換させる送りねじ機構と、前記ハウジングと前記弁体との間に介在され、前記送りねじ機構のバックラッシュを抑制する方向に前記弁体を付勢するコイルスプリングからなるバックラッシュ抑制用スプリングと、を備える、流量制御弁であって、前記ハウジングには、前記バックラッシュ抑制用スプリングの座巻部が当接するスプリング当接面を有するスプリング支持部が形成されており、前記スプリング当接面は、前記弁室の軸方向において前記弁体が着座する前記弁座から前記弁体の開き側へ離れた位置に配置されている、流量制御弁である。
第１の手段によると、ハウジングのスプリング支持部のスプリング当接面が、弁室の軸方向において弁体が着座する弁座から弁体の開き側へ離れた位置に配置されている、したがって、バックラッシュ抑制用スプリングのスプリング当接面側の座巻部及び座巻部付近の巻線による流体の流れの妨げを抑制し、通気抵抗の増大を抑制することができる。これとともに、バックラッシュ抑制用スプリングの周方向の変位による通路面積の変化を抑制し、通気抵抗の変動を抑制することができる。
第２の手段は、第１の手段の流量制御弁であって、前記スプリング支持部は、前記弁室の周方向に間隔を隔てて配置された複数のリブからなる、流量制御弁である。
第２の手段によると、弁室の周方向に隣接するリブの相互間を流体が流通することにより、弁室の周方向に連続したスプリング支持部を形成する場合と比べて、通路面積を増大することができる。
第３の手段は、第１又は２の手段の流量制御弁であって、前記スプリング支持部の内周側には、前記弁室の軸方向において前記弁座から離れるにしたがって拡径するテーパ状のガイド面が形成されている、流量制御弁である。
第３の手段によると、開状態から閉じる際の弁体とスプリング支持部との干渉を抑制することができる。
本明細書に開示の技術によると、バックラッシュ抑制用スプリングによる通気抵抗の増大を抑制するとともに、バックラッシュ抑制用スプリングの周方向の変位による通気抵抗の変動を抑制することができる。
以下、本明細書に開示の技術を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。
本実施形態の流量制御弁は、内燃機関（エンジン）を搭載する自動車等の車両に搭載される蒸発燃料処理装置に封鎖弁として備えられている。このため、蒸発燃料処理装置の概要を説明した後で流量制御弁を説明する。
（蒸発燃料処理装置の概要）
図１は蒸発燃料処理装置を示す構成図である。図１に示すように、蒸発燃料処理装置１０において、燃料タンク１２内で蒸発した蒸発燃料は、ベーパ通路１４を通り、キャニスタ１６内の活性炭等の吸着材に吸着される。ベーパ通路１４の途中には流量制御弁３０が介装されている。なお、燃料タンク１２内の燃料は、燃料供給装置２０により燃料タンク１２内から燃料供給経路２２を通って内燃機関２４に供給される。
図１は蒸発燃料処理装置を示す構成図である。図１に示すように、蒸発燃料処理装置１０において、燃料タンク１２内で蒸発した蒸発燃料は、ベーパ通路１４を通り、キャニスタ１６内の活性炭等の吸着材に吸着される。ベーパ通路１４の途中には流量制御弁３０が介装されている。なお、燃料タンク１２内の燃料は、燃料供給装置２０により燃料タンク１２内から燃料供給経路２２を通って内燃機関２４に供給される。
キャニスタ１６はパージ通路１８を介して内燃機関２４の吸気通路２６に接続されている。パージ通路１８の途中にはパージ弁１９が介装されている。内燃機関２４の運転中において、所定のタイミングでパージ弁１９が開弁されると、内燃機関２４の吸気負圧を利用して、キャニスタ１６内の蒸発燃料がパージ通路１８を通って内燃機関２４へと供給される。なお、パージ弁１９及び流量制御弁３０は、エンジン制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）２８により開閉制御される。
また、車両の駐車中において、流量制御弁３０が閉弁状態に維持されることにより、ベーパ通路１４が遮断される。このため、燃料タンク１２内の蒸発燃料がキャニスタ１６内に流入されない。また、給油中において、流量制御弁３０が開弁されることにより、ベーパ通路１４が連通される。このため、燃料タンク１２内の蒸発燃料がベーパ通路１４を通ってキャニスタ１６内の吸着材に吸着される。
（流量制御弁３０）
図２は流量制御弁の閉弁状態を示す正断面図、図３は同じく開弁状態を示す正断面図である。図２に示すように、流量制御弁３０は、ハウジング３１とステッピングモータ４０と弁体５０とを備えている。ハウジング３１には、上下方向に延びる直線を軸線Ｌとする有底円筒状の弁室３４が形成されている。弁室３４の下面中央部には、下方に延びる中空円筒状の流入通路３３が同心状に形成されている。弁室３４の下部の一側面（右側面）には、右方へ延びる中空円筒状の流出通路３５が形成されている。なお、流入通路３３、弁室３４の下部及び流出通路３５により、逆Ｌ字状の流体通路３２が構成されている。また、流入通路３３にはベーパ通路１４（図１参照）の燃料タンク１２側の通路部が接続され、また、流出通路３５にはベーパ通路１４のキャニスタ１６側の通路部が接続される。
図２は流量制御弁の閉弁状態を示す正断面図、図３は同じく開弁状態を示す正断面図である。図２に示すように、流量制御弁３０は、ハウジング３１とステッピングモータ４０と弁体５０とを備えている。ハウジング３１には、上下方向に延びる直線を軸線Ｌとする有底円筒状の弁室３４が形成されている。弁室３４の下面中央部には、下方に延びる中空円筒状の流入通路３３が同心状に形成されている。弁室３４の下部の一側面（右側面）には、右方へ延びる中空円筒状の流出通路３５が形成されている。なお、流入通路３３、弁室３４の下部及び流出通路３５により、逆Ｌ字状の流体通路３２が構成されている。また、流入通路３３にはベーパ通路１４（図１参照）の燃料タンク１２側の通路部が接続され、また、流出通路３５にはベーパ通路１４のキャニスタ１６側の通路部が接続される。
弁室３４の底面３４ａには、流入通路３３の上端開口部を取り囲む弁座３８が同一平面上に形成されている。弁座３８を含む底面３４ａは、弁室３４の軸線Ｌに対して直交する平面で形成されている。なお、弁座３８と流出通路３５の底面部とは連続状に形成されている。
ステッピングモータ４０のモータ本体４１は、ハウジング３１の上部に設置されている。ステッピングモータ４０は、モータ本体４１の下面から突出されかつ正逆回転可能な出力回転軸４２を有する。出力回転軸４２は、ハウジング３１の弁室３４内に同心状に配置されている。出力回転軸４２の外周面には雄ねじ部４２ａが形成されている。なお、ステッピングモータ４０は本明細書でいう「アクチュエータ」に相当する。
弁体５０は、弁保持部材５１と弁部材５３と弁体用スプリング５９とを有する。弁保持部材５１は、上下方向に延びる直線を軸線とする円筒状の筒壁部５１ａと、筒壁部５１ａの上端開口部を閉鎖する上壁部５１ｂと、上壁部５１ｂの中央部に形成された有底円筒状の筒軸部５１ｃと、を同心状に有する。筒軸部５１ｃの底部５１ｄは上壁部５１ｂよりも下方に配置されている。筒軸部５１ｃの内周面には雌ねじ部５１ｅが形成されている。筒壁部５１ａの上端部には、径方向外方へ突出する円環板状のフランジ部５１ｈが形成されている。
弁部材５３は、上下方向に延びる直線を軸線とする円筒状の筒状部５３ａと、筒状部５３ａの下端開口部を閉鎖しかつ筒状部５３ａの外径よりも大きい外径を有する下壁部５３ｂと、を同心状に有する有底円筒状に形成されている。下壁部５３ｂの下面には、円板状のゴム状弾性材からなるシール部材５５が装着されている。シール部材５５の外周部の下面には、円環状のシール部５５ａが突出されている。シール部５５ａは、断面逆山形状に形成されている。弁部材５３は、弁保持部材５１の筒壁部５１ａ内に対して同心状にかつ軸回り方向に回り止めされた状態で上下方向に移動可能に配置されている。
弁保持部材５１と弁部材５３との間には、両部材５１，５３を上下方向に所定範囲内で移動可能に連結する連結手段５７が設けられている。連結手段５７は、弁保持部材５１の筒壁部５１ａの内周面に設けられた支持突起５７ａと、弁部材５３の筒状部５３ａの外周面に設けられた係合突起５７ｂと、からなる。係合突起５７ｂは、支持突起５７ａの上方側に係合可能に配置されている。なお、連結手段５７は、周方向に放射状に複数組（例えば４組）配置されている。
弁体用スプリング５９は、コイルスプリングからなり、弁部材５３の筒状部５３ａ内において弁部材５３の下壁部５３ｂと弁保持部材５１の上壁部５１ｂとの対向面間に同心状に介在されている。弁体用スプリング５９は、弁保持部材５１と弁部材５３とを相反方向へ付勢するように配置されている。弁体用スプリング５９による付勢力は、弁保持部材５１の支持突起５７ａと弁部材５３の係合突起５７ｂとの係合によって受け止められる。
弁体５０は、ハウジング３１の弁室３４内に軸方向すなわち上下方向に移動可能に配置されている。すなわち、ハウジング３１の弁室３４内に対して、弁保持部材５１が同心状にかつ軸回り方向に回り止めされた状態で上下方向に移動可能に配置されている。また、弁部材５３のシール部材５５のシール部５５ａは、ハウジング３１の弁座３８に対して接離可能に配置されている。
弁保持部材５１の筒軸部５１ｃは、ステッピングモータ４０の出力回転軸４２に螺合されている。すなわち、筒軸部５１ｃの雌ねじ部５１ｅと出力回転軸４２の雄ねじ部４２ａとがねじ合わされている。したがって、ステッピングモータ４０の出力回転軸４２の正逆回転に基いて、弁体５０が上下方向（軸方向）に往復運動されることにより、弁座３８に対して弁部材５３のシール部材５５が着座及び離座可能とされている。なお、雄ねじ部４２ａと雌ねじ部５１ｅとにより、出力回転軸４２の正逆回転を弁体５０の軸方向の往復移動に変換させる送りねじ機構６１が構成されている。
弁体５０が閉じるときは、弁体５０のシール部材５５のシール部５５ａが弁座３８に当接すなわち着座する（図２参照）。これによって、流入通路３３と弁室３４との間が遮断される。また、弁体５０が開くときは、弁体５０のシール部材５５のシール部５５ａが弁座３８から離れる（図３参照）。これによって、流入通路３３と弁室３４との間が連通され、流入通路３３からの流体が弁室３４を通って流出通路３５へ通過し得る。なお、弁体５０の往復移動にともない弁体用スプリング５９が伸縮する。
ハウジング３１と弁保持部材５１との間には、送りねじ機構６１のバックラッシュを抑制する方向に弁体５０を付勢するバックラッシュ抑制用スプリング６５が同心状に介在されている。バックラッシュ抑制用スプリング６５は、弁保持部材５１のフランジ部５１ｈと、ハウジング３１に設けられたスプリング支持部７０と、の対向面間に同心状に介装されている。バックラッシュ抑制用スプリング６５は、コイルスプリングからなり、弁保持部材５１を常に上方へ付勢することにより、送りねじ機構６１の雄ねじ部４２ａと雌ねじ部５１ｅとの間に生じるバックラッシュを抑制する。なお、弁体５０の往復移動にともない、バックラッシュ抑制用スプリング６５が伸縮する。
（スプリング支持部７０）
図４はスプリング支持部の周辺部を示す断面図、図５はスプリング支持部を示す平面図である。図４に示すように、スプリング支持部７０は、バックラッシュ抑制用スプリング６５の付勢力を支持するもので、複数（例えば６個）のリブ７１からなる。図５に示すように、６個のリブ７１は、周方向に間隔を隔てて放射状に配置されている。
図４はスプリング支持部の周辺部を示す断面図、図５はスプリング支持部を示す平面図である。図４に示すように、スプリング支持部７０は、バックラッシュ抑制用スプリング６５の付勢力を支持するもので、複数（例えば６個）のリブ７１からなる。図５に示すように、６個のリブ７１は、周方向に間隔を隔てて放射状に配置されている。
図４に示すように、リブ７１は、弁室３４の底面３４ａの外周部と内周面３４ｂの下端部とのなす隅角部分に両面３４ａ，３４ｂに連続する縦長四角形板状に一体形成されている。複数のリブ７１の上面７１ａは、軸線Ｌ（図２参照）に直交する平面で形成されている。
複数のリブ７１の上面７１ａを総称してスプリング支持部７０のスプリング当接面７０ａという。スプリング当接面７０ａには、バックラッシュ抑制用スプリング６５の下側の座巻部６５ａが当接されている。スプリング当接面７０ａは、弁室３４の軸方向において弁体５０が着座する弁座３８から弁体５０の開き側（上側）へ離れた位置に配置されている。本実施形態では、全開時の弁体５０の弁保持部材５１の筒壁部５１ａの下端面は、スプリング支持部７０のスプリング当接面７０ａよりも僅かに上方に位置する。
スプリング支持部７０の複数のリブ７１には、上面７１ａと内周側端面７１ｂとのなす隅角部を切除することにより直線状の傾斜面７１ｃが形成されている。複数のリブ７１の傾斜面７１ｃを総称してスプリング支持部７０のガイド面７０ｂという。ガイド面７０ｂは、弁座３８から離れるにしたがって拡径するテーパ状をなしている。
（実施形態による利点）
本実施形態によると、ハウジング３１のスプリング支持部７０のスプリング当接面７０ａが、弁室３４の軸方向において弁体５０が着座する弁座３８から弁体５０の開き側へ離れた位置に配置されている、したがって、バックラッシュ抑制用スプリング６５の下側の座巻部６５ａ及び座巻部６５ａ付近の巻線による流体の流れの妨げを抑制し、通気抵抗の増大を抑制することができる。これとともに、バックラッシュ抑制用スプリング６５の周方向の変位による通路面積の変化を抑制し、通気抵抗の変動を抑制することができる。
本実施形態によると、ハウジング３１のスプリング支持部７０のスプリング当接面７０ａが、弁室３４の軸方向において弁体５０が着座する弁座３８から弁体５０の開き側へ離れた位置に配置されている、したがって、バックラッシュ抑制用スプリング６５の下側の座巻部６５ａ及び座巻部６５ａ付近の巻線による流体の流れの妨げを抑制し、通気抵抗の増大を抑制することができる。これとともに、バックラッシュ抑制用スプリング６５の周方向の変位による通路面積の変化を抑制し、通気抵抗の変動を抑制することができる。
また、スプリング支持部７０は、弁室３４の周方向に間隔を隔てて配置された複数のリブ７１からなる。したがって、弁室３４の周方向に隣接するリブ７１の相互間を流体が流通することにより、弁室３４の周方向に連続したスプリング支持部を形成する場合と比べて、通路面積を増大することができる。
また、スプリング支持部７０の内周側には、弁室３４の軸方向において弁座３８から離れるにしたがって拡径するテーパ状のガイド面７０ｂが形成されている。したがって、開状態から閉じる際の弁体５０とスプリング支持部７０との干渉を抑制することができる。
［他の実施形態］
本明細書に開示の技術は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の形態で実施可能である。例えば、流量制御弁３０は、蒸発燃料処理装置１０の封鎖弁以外の用途に適用してもよい。また、アクチュエータには、ステッピングモータ４０の他、回転方向、回転速度及び回転量が制御可能なＤＣモータを用いることができる。また、スプリング支持部は、弁室３４の周方向に連続するものでもよい。また、実施形態では、全開時の弁体５０の弁保持部材５１の筒壁部５１ａの下端面を、スプリング支持部７０のスプリング当接面７０ａよりも上方に位置させたが、筒壁部５１ａの下端面は、スプリング当接面７０ａと同一位置でもよいし、あるいは、スプリング当接面７０ａよりも下方の位置でもよい。また、スプリング当接面７０ａを有するスプリング支持部７０は、ハウジング３１とは別部材で形成したものをインサート成形によりハウジングに一体化したものでもよい。また、上面７１ａを有するリブ７１は、ハウジング３１とは別部材で形成したものをインサート成形によりハウジングに一体化したものでもよい。
本明細書に開示の技術は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の形態で実施可能である。例えば、流量制御弁３０は、蒸発燃料処理装置１０の封鎖弁以外の用途に適用してもよい。また、アクチュエータには、ステッピングモータ４０の他、回転方向、回転速度及び回転量が制御可能なＤＣモータを用いることができる。また、スプリング支持部は、弁室３４の周方向に連続するものでもよい。また、実施形態では、全開時の弁体５０の弁保持部材５１の筒壁部５１ａの下端面を、スプリング支持部７０のスプリング当接面７０ａよりも上方に位置させたが、筒壁部５１ａの下端面は、スプリング当接面７０ａと同一位置でもよいし、あるいは、スプリング当接面７０ａよりも下方の位置でもよい。また、スプリング当接面７０ａを有するスプリング支持部７０は、ハウジング３１とは別部材で形成したものをインサート成形によりハウジングに一体化したものでもよい。また、上面７１ａを有するリブ７１は、ハウジング３１とは別部材で形成したものをインサート成形によりハウジングに一体化したものでもよい。
３０ 流量制御弁
３１ ハウジング
３３ 流入通路
３４ 弁室
３５ 流出通路
３８ 弁座
４０ ステッピングモータ（アクチュエータ）
４２ 出力回転軸
５０ 弁体
６１ 送りねじ機構
６５ バックラッシュ抑制用スプリング
６５ａ 座巻部
７０ スプリング支持部
７０ａ スプリング当接面
７０ｂ ガイド面
７１ リブ
３１ ハウジング
３３ 流入通路
３４ 弁室
３５ 流出通路
３８ 弁座
４０ ステッピングモータ（アクチュエータ）
４２ 出力回転軸
５０ 弁体
６１ 送りねじ機構
６５ バックラッシュ抑制用スプリング
６５ａ 座巻部
７０ スプリング支持部
７０ａ スプリング当接面
７０ｂ ガイド面
７１ リブ
Claims (3)
- 流入通路と流出通路との間に弁室及び弁座を有するハウジングと、
前記弁室内で軸方向に移動することにより前記弁座を開閉する弁体と、
出力回転軸を有するアクチュエータと、
前記出力回転軸の正逆回転を前記弁体の軸方向の往復移動に変換させる送りねじ機構と、
前記ハウジングと前記弁体との間に介在され、前記送りねじ機構のバックラッシュを抑制する方向に前記弁体を付勢するコイルスプリングからなるバックラッシュ抑制用スプリングと、
を備える、流量制御弁であって、
前記ハウジングには、前記バックラッシュ抑制用スプリングの座巻部が当接するスプリング当接面を有するスプリング支持部が形成されており、
前記スプリング当接面は、前記弁室の軸方向において前記弁体が着座する前記弁座から前記弁体の開き側へ離れた位置に配置されており、
前記スプリング支持部は、前記弁室の周方向に間隔を隔てて配置された複数のリブからなる、流量制御弁。 - 請求項１に記載の流量制御弁であって、
前記スプリング支持部の内周側には、前記弁室の軸方向において前記弁座から離れるにしたがって拡径するテーパ状のガイド面が形成されている、流量制御弁。 - 流入通路と流出通路との間に弁室及び弁座を有するハウジングと、
前記弁室内で軸方向に移動することにより前記弁座を開閉する弁体と、
出力回転軸を有するアクチュエータと、
前記出力回転軸の正逆回転を前記弁体の軸方向の往復移動に変換させる送りねじ機構と、
前記ハウジングと前記弁体との間に介在され、前記送りねじ機構のバックラッシュを抑制する方向に前記弁体を付勢するコイルスプリングからなるバックラッシュ抑制用スプリングと、
を備える、流量制御弁であって、
前記ハウジングには、前記バックラッシュ抑制用スプリングの座巻部が当接するスプリング当接面を有するスプリング支持部が形成されており、
前記スプリング当接面は、前記弁室の軸方向において前記弁体が着座する前記弁座から前記弁体の開き側へ離れた位置に配置されており、
前記スプリング支持部の内周側には、前記弁室の軸方向において前記弁座から離れるにしたがって拡径するテーパ状のガイド面が形成されている、流量制御弁。
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- 2020-03-04 JP JP2020036630A patent/JP7379216B2/ja active Active
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