JP3943852B2 - 圧力制御弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧力制御弁に関し、特に自動車の燃料タンク内に設けられて燃料タンクから圧送される燃料の供給圧力を一定に制御する圧力制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の燃料系統では、燃料タンク内の燃料をポンプで汲み出し、燃料噴射装置へ圧送するようにしている。ポンプによる燃料の供給は、燃料噴射装置における制御が常に適正に行われるのを保証するために、圧力を一定にする必要があり、そのために、圧力制御弁が用いられている。この圧力制御弁は、一般に、ポンプから燃料噴射装置への配管の途中に設けられており、ポンプから制御しようとする圧力以上の供給圧力で供給される燃料の余剰分を燃料タンクへ戻すことで、圧力制御を行っている。
【０００３】
このような圧力制御弁には、エンジンルーム内に設けられるタイプと燃料タンク内に設けられるタイプとがあるが、ここでは、燃料タンク内に設けられるタイプの圧力制御弁の構成例について説明する。
【０００４】
図９は従来の圧力制御弁の構成例を示す中央縦断面である。
この圧力制御弁１００は、樹脂製のボディ１０１と、弁体を構成するボール１０２と、このボール１０２を付勢する圧縮コイルばね１０３と、ボール１０２が着座する弁座を構成するプラグ１０４と、ポンプから圧送された燃料の供給圧力を感知するダイヤフラム１０５と、プラグ１０４をかしめ加工することによってダイヤフラム１０５とともに一体になるよう固定されたホルダ１０６と、一端がボール１０２に溶着され、他端が球形状に形成されたシャフト１０７と、ホルダ１０６を介してダイヤフラム１０５およびプラグ１０４をボール１０２の方向へ付勢する圧縮コイルばね１０８と、この圧縮コイルばね１０８を収容し、ダイヤフラム１０５の外周部をかしめ加工によりボディ１０１に固定するハウジング１０９とを備えている。なお、ボール１０２を付勢する圧縮コイルばね１０３は、ダイヤフラム１０５を付勢する圧縮コイルばね１０８よりも十分に小さなばね荷重を有している。
【０００５】
ハウジング１０９は、その頂部中央に外側に向かって滑らかに凹設されたシャフト受け部１１０を有している。このシャフト受け部１１０の回りには、複数個の燃料排出口１１２が穿設されている。また、ボディ１０１の図中の下端部には、燃料供給口１１３が形成され、その燃料供給口１１３は、ボディ１０１の軸線方向に設けられた通路１１４を通ってダイヤフラム１０５の受圧面側の空間へ連通されている。
【０００６】
このような構成の圧力制御弁１００は、燃料供給口１１３に燃料の供給がない場合には、図９に示したように、プラグ１０４が筒状ストッパ１１１に当接され、ボール１０２がプラグ１０４に着座されていて全閉状態となっている。
【０００７】
ここで、ポンプが動作して燃料供給口１１３に燃料の供給圧力を受けると、ダイヤフラム１０５は、圧縮コイルばね１０８の付勢力に抗して図の上方へ変位していき、これに伴ってプラグ１０４および圧縮コイルばね１０３により着座されているボール１０２も図の上方へ移動していく。
【０００８】
ボール１０２と一体のシャフト１０７も上昇して、その上端がシャフト受け部１１０の底部に当接すると、ここからは、ボール１０２を残してプラグ１０４がさらに上昇することになり、プラグ１０４はボール１０２から離れて、圧力制御弁１００が開き始める。プラグ１０４は、ボール１０２から離れ、燃料の供給圧力と圧縮コイルばね１０８の荷重とがバランスした位置で停止する。これにより、燃料供給口１１３から供給された燃料は、通路１１４を通り、筒状ストッパ１１１の端面とプラグ１０４との間を通り、ボール１０２とプラグ１０４との間およびシャフト１０７が挿通された弁孔を通ってハウジング１０９で囲まれた空間に入り、そこからハウジング１０９の端面に設けられた燃料排出口１１２を通って排出され、燃料タンク内に戻される。
【０００９】
その状態で、ポンプから圧送される燃料の供給圧力がさらに高くなると、プラグ１０４がボール１０２から離れ、弁開度を大きくして燃料の供給圧力を減少させ、燃料の供給圧力が低くなると、プラグ１０４がボール１０２に接近し、弁開度を小さくして燃料の供給圧力を増加させる。このようにして、燃料の供給圧力を一定に保持している。
【００１０】
ここで、ボール１０２とともに、この圧力制御弁１００の弁部を構成するプラグ１０４について説明する。
図１０は従来のプラグの例を示す断面図であって、（Ａ）は着座面をＲ形状に加工したプラグを示し、（Ｂ）は着座面をＣ面加工したプラグを示している。
【００１１】
従来の圧力制御弁１００に用いられているプラグにおいて、ボール１０２が着座する着座面は、（Ａ）に示したように、Ｒ形状１１５に加工したプラグ１０４ａまたは（Ｂ）に示したように、Ｃ面１１６に加工したプラグ１０４ｂが用いられている。これらのプラグ１０４ａ，１０４ｂでは、弁孔をドリル加工した後、そのＲ形状１１５，Ｃ面１１６をそれぞれ旋盤で切削加工することによって形成している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧力制御弁では、プラグの着座面を切削加工により形成しているため、着座面のＲ形状部分やＣ面の部分に切削加工痕やばりが残り、それがボールとのシール性を劣化させるばかりでなく、ボールが当接することにより加工痕の山の部分が剥離して、シール性をさらに悪化させてしまうという問題点があった。
【００１３】
また、そのようなシール性を改善するには、着座面のＲ形状部分やＣ面の部分を鏡面状に研磨して切削加工痕やばりを消してやればよいが、加工コストが高くなるという問題点があった。
【００１４】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、シール性が高く、低コストのプラグを有する圧力制御弁を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、燃料を圧送するポンプの吐出側に接続された燃料供給口を有するボディと、余剰圧力の燃料を燃料タンク内に排出する燃料排出口を有するハウジングと、前記ボディと前記ハウジングとによって挾持され前記燃料供給口より導入された燃料の供給圧力を受けて変位するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの中央に固定され中央の軸線方向に開口された弁孔を有していて前記弁孔の前記燃料供給口の側に弁座を有するプラグと、前記プラグの弁座に対向した位置に配置されたボール状の弁体と、一端が前記弁体に固着され他端が前記プラグの前記弁孔を貫通して延びていて前記ハウジングの端面に凹設された受け部に遊嵌されるシャフトと、前記弁体を前記プラグの弁座に着座させる方向に付勢する第１の圧縮コイルばねと、前記ダイヤフラムを前記燃料供給口の側へ付勢する第２の圧縮コイルばねとを備え、ポンプから圧送される燃料の供給圧力を一定に制御する圧力制御弁において、前記プラグは、前記弁体が着座する部分に総形バイトで総形切削加工した後、前記弁体と同じボールでコイニング加工した前記弁座を有し、前記ボディは、前記ボール状の前記弁体を収容するとともに、前記ダイヤフラムが前記第２の圧縮コイルばねによる付勢によって前記燃料供給口の側へ変位する量を前記プラグの当接によって規制する筒状ストッパを有し、前記プラグは、前記筒状ストッパと当接する面側に内径が少なくとも前記筒状ストッパの外形よりも大きい筒状のガイドが一体に突設されていることを特徴とする圧力制御弁が提供される。
【００１６】
このような圧力制御弁によれば、ボール状の弁体が着座するプラグの弁座の部分を総形バイト総形切削で加工し、コイニング加工した。これにより、弁体が着座する面を加工痕の残らない面にすることができ、コイニング加工することで、着座面を弁体の球面に倣った曲面に凹設することができるため、加工コストが安く、シール性の良いプラグにすることができ、したがって、安価な圧力制御弁を提供することができる。また、ガイドがあることによって、シール部がプラグの内部に位置して保護されているため、ワーク台などにプラグをシール部のある側を下にして置いたとしても、シール部が直接ワーク台などに接触することがなく、プラグを置いたり搬送したりする途中で、シール部に傷が付いてしまうこともないので、シール性を保持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、燃料タンク内に設けられてポンプから圧送された燃料の供給圧力を一定に制御する圧力制御弁に適用した場合を例に、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明による圧力制御弁の構成を示す中央縦断面図、図２は圧力制御弁の平面図である。
本発明による圧力制御弁１は、樹脂製のボディ２と、弁体を構成するボール３と、このボール３を付勢する圧縮コイルばね４と、弁座を構成するプラグ５と、ポンプから圧送された燃料の供給圧力を感知するダイヤフラム６と、プラグ５をかしめ加工することによってダイヤフラム６とともに一体になるよう固定されたホルダ７と、一端がボール３に溶着され、他端が球形状に形成されたシャフト８と、ホルダ７を介してダイヤフラム６およびプラグ５をボール３の方向へ付勢する圧縮コイルばね９と、この圧縮コイルばね９を収容し、ダイヤフラム６の外周部をかしめ加工によりボディ２に固定するハウジング１０とを備えている。
【００１９】
ここで、ダイヤフラム６は、ゴムシート６ａとポリイミドフィルム６ｂとを重ね合わせて配置したもので構成している。ゴムシート６ａは、その外周部にリブが一体に突設されており、このリブがボディ２の上面にリング状に形成された溝に嵌合され、ハウジング１０のかしめ加工により、ポリイミドフィルム６ｂを介してボディ２およびハウジング１０で挾持されることで、ゴムシート６ａの脱落防止と高圧側空間のシールとを行っている。ゴムシート６ａに重ね合わせ配置されたポリイミドフィルム６ｂは、ゴムシート６ａの補強材の働きをしており、ゴムシート６ａを介してボディ２およびハウジング１０で挾持されることで、脱落が防止され、耐圧性を向上させることができる。なお、ボール３を付勢する圧縮コイルばね４は、ダイヤフラム６を付勢する圧縮コイルばね９よりも十分に小さなばね荷重を有している。
【００２０】
プラグ５は、ボール３および圧縮コイルばね４を収容し、かつ、ダイヤフラム６が圧縮コイルばね９による付勢によって変位する量を規制するようにボディ２と一体に形成された筒状ストッパ１１に当接している。また、このプラグ５の下端面の外周には、筒状のガイド５ａが一体に突設されている。このガイド５ａは、筒状ストッパ１１との当接面側の内径が筒状ストッパ１１の外形より若干大きく、図の下方の先端に行くほど大きくなるよう、内壁面にテーパが付けられている。これにより、プラグ５の組立作業の際に、プラグ５を筒状ストッパ１１に載せるだけで、ガイド５ａがプラグ５をボディ２の軸線上に位置決めするように働き、組立作業性を向上させる。
【００２１】
ハウジング１０は、その頂部の中央に外側に滑らかに凹設されたシャフト受け部１２を有し、その底部はシャフト８の先端の球形状と同じ曲率に形成されている。ポンプから燃料の供給がない場合には、図１に示したように、プラグ５が圧縮コイルばね９によって対向する筒状ストッパ１１の端面に当接され、ボール３が圧縮コイルばね４によってプラグ５に着座されているが、その場合に、このシャフト受け部１２は、シャフト８の先端を遊嵌するようにしている。すなわち、シャフト８がボール３を中心にして傾動しても、その先端はシャフト受け部１２の内壁に係止され、シャフト８をそれ以上倒れ込まないようにしている。
【００２２】
また、図２に示されるように、シャフト受け部１２の回りには、図示の例では３個の燃料排出口１３が穿設されている。ここで、燃料排出口１３を穿設したことによって、シャフト受け部１２との間に細い連結部１４が形成される。この連結部１４は、セット値調整のための変形部位を構成している。すなわち、ダイヤフラム６が燃料の供給圧力を受けると、図の上方へ変位し、それに伴ってプラグ５およびボール３が上昇し、シャフト８の先端がシャフト受け部１２の底部に当接したところでプラグ５がボール３から離間して弁が開き始めるが、この圧力制御弁１が開弁し始めるセット値の調節は、シャフト受け部１２を外部から加圧して中に押し込むことで行っている。このセット値の調節では、脆弱な連結部１４しか変形しないため、ハウジング１０の上端面の外周部は、変形を受けない。このため、この先にパイプを接続する場合に、その上端面の外周部は、平らな面を保持できることから、接続パイプとのシール面を構成することができる。
【００２３】
以上の構成の圧力制御弁１の動作について説明する。まず、ポンプが停止していて燃料供給口１５に燃料の供給がない場合には、図１に示したように、燃料の供給圧力を受けないダイヤフラム６は、圧縮コイルばね９によって図の下方へ付勢されており、プラグ５は、筒状ストッパ１１の端面に当接されている。このとき、ボール３は、圧縮コイルばね４によってプラグ５に着座されており、弁孔を閉塞し、圧力制御弁１としては全閉状態にある。
【００２４】
ここで、ポンプが動作して燃料供給口１５に燃料の供給が開始されると、ダイヤフラム６は、燃料の供給圧力を受け、圧縮コイルばね９の付勢力に抗して図の上方へ変位していく。ダイヤフラム６の変位に伴ってプラグ５も図の上方へ移動していき、圧縮コイルばね４によって付勢されているボール３もプラグ５に着座した状態で図の上方へ移動していく。
【００２５】
ボール３が図の上方へ移動していくに連れて、それと一体のシャフト８も上昇していく。このとき、ダイヤフラム６が水平姿勢のまま変位していくわけではないので、筒状ストッパ１１を離れたプラグ５は、傾いてしまう。プラグ５が傾くことにより、プラグ５に着座されたボール３に固定のシャフト８も傾くが、シャフト８の上端がシャフト受け部１２の内壁面にて傾きが規制されるため、シャフト８はボール３を中心に枢動する。このとき、ボール３は球形状であるため、ボール３の枢動位置に関係なく、閉弁状態を保持する。つまり、ボール３がプラグ５の弁座に追従して、閉弁状態を保持している。
【００２６】
プラグ５がさらに上昇すると、ボール３に固定されたシャフト８も上昇するが、このとき、球形状になっているシャフト８の先端は、シャフト受け部１２の内壁面に沿って摺動しながら上昇していく。
【００２７】
そして、シャフト８の先端が同じ曲率に形成されたシャフト受け部１２の底部に当接すると、シャフト８は、もはやプラグ５と一緒に上昇することができなくなる。ここからプラグ５がさらに上昇すると、ボール３はその場に取り残されるため、プラグ５はボール３から離れていく。つまり、圧力制御弁１が開き始める。この開弁の開始位置は、シャフト８の上端がシャフト受け部１２の底部に当接する位置であり、この位置は、シャフト受け部１２を軸線方向内側に変形移動させることによって調節される。
【００２８】
ボール３がプラグ５から離れると、圧縮コイルばね４により付勢されているボール３およびシャフト８は、その先端の球形状部分を支点に揺動可能になる。
燃料の供給圧力がさらに高くなると、ダイヤフラム６は、図の上方へ変位し、プラグ５が上昇することで、プラグ５は、ボール３から離れ、燃料の供給圧力と圧縮コイルばね９の荷重とがバランスした位置でプラグ５が停止する。これにより、燃料供給口１５から供給された燃料は、通路１６を通り、筒状ストッパ１１の端面とプラグ５との間を通り、ボール３とプラグ５との間およびシャフト８が挿通された弁孔を通ってハウジング１０で囲まれた空間に入り、そこからハウジング１０の端面に設けられた燃料排出口１３を通って排出される。
【００２９】
そして、ポンプから圧送される燃料の供給圧力がさらに高くなると、ダイヤフラム６が図の上方へ変位し、プラグ５がボール３から離れて弁開度は大きくなるため、この圧力制御弁１を流れる流量が増えて燃料の供給圧力を減少させる。逆に、燃料の供給圧力が低くなると、ダイヤフラム６が図の下方へ変位し、プラグ５がボール３に接近して弁開度は小さくなるため、この圧力制御弁１を流れる流量が減少して燃料の供給圧力を増加させる。このようにして、燃料の供給圧力を一定に保持している。
【００３０】
図３はプラグの詳細を示す断面図である。
このプラグ５にボール３が着座する弁座は、シャフト８が貫通する弁孔５ｂの内壁に沿って弁孔５ｂの軸線に平行に延びる線２１とボール３が配置される側の端面を含む面２２との交点から弁孔５ｂの吐出側および半径方向外側にそれぞれ所定距離だけ離れた位置、図示の例では０．５ｍｍの位置を通って弁孔５ｂの内壁に沿って延びる線２１および端面を含む面２２に対してそれぞれ所定角度、図示の例では２〜１０°だけ内側に傾いて延びる傾斜線２３，２４と、これら傾斜線２３，２４の交点をなす部分に形成された、図示の例では曲率半径０．３ｍｍのＲ形状とからなる断面輪郭形状を有している。
【００３１】
このような弁座は、上記のような輪郭形状を有する総形バイトを用いて総形切削加工することによって形成される。ここで、弁孔５ｂの内壁に沿って延びる線２１と傾斜線２３とが交わる位置、およびプラグ５の端面を含む面２２と傾斜線２４とが交わる位置、すなわち、内壁および端面の加工端部は、弁座とボール３とによるシール部から離れた位置に設定されている。また、傾斜線２３，２４の角度は、圧力制御弁１の流量特性を従来のものとほぼ同じにしたい場合は、できるだけ小さい値に設定される。
【００３２】
次に、図４ないし図８を参照して、プラグ５の加工手順について説明する。
図４は弁座加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図、図５は総形切削加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図、図６は総形切削加工後の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図、図７はコイニング加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図、図８はコイニング加工後の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【００３３】
まず、バイトにより切削加工した状態では、図４に示すように、プラグ５の弁孔５ｂの内壁面およびボール３が配置される側の端面は、切削加工痕が残っている。
【００３４】
次に、図３で説明した弁座の断面輪郭形状を有する総形バイト３１を用いて、総形切削加工を行う。この加工は、図５に示すように、総形バイト３１を図の破線位置まで送ることで行う。ここで、位置３２，３３は、総形バイト３１による加工エリアの加工端部を示している。これにより、プラグ５は、図６に示したように、シール部となる弁座が加工痕のない状態に加工される。
【００３５】
次に、ボール３を用いて、コイニング加工を行う。この加工は、図７に示すように、ボール３を弁座に当接した状態でボール３に荷重をかけ、ボール３を図の破線位置まで送ることで行う。これにより、プラグ５は、図８に示したように、シール部となる弁座がボール３の球面形状に倣って変形し、球面形状に凹設された着座面５ｃを形成することができる。これにより、プラグ５とボール３との当接により形成されるシール部は、従来の線接触から面接触になり、シール性を向上させることができる。また、コイニング加工は、総形切削加工により切削加工痕を消した後に行うため、コイニング加工により切削加工痕からの微細な金属剥離は発生しない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ボールが着座する弁座部分を総形バイトで総形切削加工し、かつ、ボールでコイニング加工したプラグを用いる構成にした。これにより、シール部に加工痕が残らないため、コイニング加工した後のシール性が向上し、加工痕を取るための研磨を必要としないため、コストを低減することができる。
【００３７】
また、総形バイトの加工エリアを広くとり、加工端部をシール部から離すことで、シール部におけるばりや切削加工痕を完全になくすことができるため、シール性の劣化要因をなくすことができる。
【００３８】
さらに、プラグの燃料供給圧力導入側端面にガイドを設けたことで、プラグの組立作業の際に、プラグをボディの軸線位置に容易に位置決めするため、組立作業性を向上させることができる。また、ガイドがあることによって、シール部がプラグの内部に位置して保護されているため、ワーク台などにプラグをシール部のある側を下にして置いたとしても、シール部が直接ワーク台などに接触することがない。したがって、プラグを置いたり搬送したりする途中で、シール部に傷が付いてしまうことがなくなり、シール性を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧力制御弁の構成を示す中央縦断面図である。
【図２】圧力制御弁の平面図である。
【図３】プラグの詳細を示す断面図である。
【図４】弁座加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【図５】総形切削加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【図６】総形切削加工後の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【図７】コイニング加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【図８】コイニング加工後の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【図９】従来の圧力制御弁の構成例を示す中央縦断面である。
【図１０】従来のプラグの例を示す断面図であって、（Ａ）は着座面をＲ形状に加工したプラグを示し、（Ｂ）は着座面をＣ面加工したプラグを示している。
【符号の説明】
１ 圧力制御弁
２ ボディ
３ ボール
４ 圧縮コイルばね
５ プラグ
５ａ ガイド
５ｂ 弁孔
５ｃ 着座面
６ ダイヤフラム
６ａ ゴムシート
６ｂ ポリイミドフィルム
７ ホルダ
８ シャフト
９ 圧縮コイルばね
１０ ハウジング
１１ 筒状ストッパ
１２ シャフト受け部
１３ 燃料排出口
１４ 連結部
１５ 燃料供給口
１６ 通路
３１ 総形バイト
【発明の属する技術分野】
本発明は圧力制御弁に関し、特に自動車の燃料タンク内に設けられて燃料タンクから圧送される燃料の供給圧力を一定に制御する圧力制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の燃料系統では、燃料タンク内の燃料をポンプで汲み出し、燃料噴射装置へ圧送するようにしている。ポンプによる燃料の供給は、燃料噴射装置における制御が常に適正に行われるのを保証するために、圧力を一定にする必要があり、そのために、圧力制御弁が用いられている。この圧力制御弁は、一般に、ポンプから燃料噴射装置への配管の途中に設けられており、ポンプから制御しようとする圧力以上の供給圧力で供給される燃料の余剰分を燃料タンクへ戻すことで、圧力制御を行っている。
【０００３】
このような圧力制御弁には、エンジンルーム内に設けられるタイプと燃料タンク内に設けられるタイプとがあるが、ここでは、燃料タンク内に設けられるタイプの圧力制御弁の構成例について説明する。
【０００４】
図９は従来の圧力制御弁の構成例を示す中央縦断面である。
この圧力制御弁１００は、樹脂製のボディ１０１と、弁体を構成するボール１０２と、このボール１０２を付勢する圧縮コイルばね１０３と、ボール１０２が着座する弁座を構成するプラグ１０４と、ポンプから圧送された燃料の供給圧力を感知するダイヤフラム１０５と、プラグ１０４をかしめ加工することによってダイヤフラム１０５とともに一体になるよう固定されたホルダ１０６と、一端がボール１０２に溶着され、他端が球形状に形成されたシャフト１０７と、ホルダ１０６を介してダイヤフラム１０５およびプラグ１０４をボール１０２の方向へ付勢する圧縮コイルばね１０８と、この圧縮コイルばね１０８を収容し、ダイヤフラム１０５の外周部をかしめ加工によりボディ１０１に固定するハウジング１０９とを備えている。なお、ボール１０２を付勢する圧縮コイルばね１０３は、ダイヤフラム１０５を付勢する圧縮コイルばね１０８よりも十分に小さなばね荷重を有している。
【０００５】
ハウジング１０９は、その頂部中央に外側に向かって滑らかに凹設されたシャフト受け部１１０を有している。このシャフト受け部１１０の回りには、複数個の燃料排出口１１２が穿設されている。また、ボディ１０１の図中の下端部には、燃料供給口１１３が形成され、その燃料供給口１１３は、ボディ１０１の軸線方向に設けられた通路１１４を通ってダイヤフラム１０５の受圧面側の空間へ連通されている。
【０００６】
このような構成の圧力制御弁１００は、燃料供給口１１３に燃料の供給がない場合には、図９に示したように、プラグ１０４が筒状ストッパ１１１に当接され、ボール１０２がプラグ１０４に着座されていて全閉状態となっている。
【０００７】
ここで、ポンプが動作して燃料供給口１１３に燃料の供給圧力を受けると、ダイヤフラム１０５は、圧縮コイルばね１０８の付勢力に抗して図の上方へ変位していき、これに伴ってプラグ１０４および圧縮コイルばね１０３により着座されているボール１０２も図の上方へ移動していく。
【０００８】
ボール１０２と一体のシャフト１０７も上昇して、その上端がシャフト受け部１１０の底部に当接すると、ここからは、ボール１０２を残してプラグ１０４がさらに上昇することになり、プラグ１０４はボール１０２から離れて、圧力制御弁１００が開き始める。プラグ１０４は、ボール１０２から離れ、燃料の供給圧力と圧縮コイルばね１０８の荷重とがバランスした位置で停止する。これにより、燃料供給口１１３から供給された燃料は、通路１１４を通り、筒状ストッパ１１１の端面とプラグ１０４との間を通り、ボール１０２とプラグ１０４との間およびシャフト１０７が挿通された弁孔を通ってハウジング１０９で囲まれた空間に入り、そこからハウジング１０９の端面に設けられた燃料排出口１１２を通って排出され、燃料タンク内に戻される。
【０００９】
その状態で、ポンプから圧送される燃料の供給圧力がさらに高くなると、プラグ１０４がボール１０２から離れ、弁開度を大きくして燃料の供給圧力を減少させ、燃料の供給圧力が低くなると、プラグ１０４がボール１０２に接近し、弁開度を小さくして燃料の供給圧力を増加させる。このようにして、燃料の供給圧力を一定に保持している。
【００１０】
ここで、ボール１０２とともに、この圧力制御弁１００の弁部を構成するプラグ１０４について説明する。
図１０は従来のプラグの例を示す断面図であって、（Ａ）は着座面をＲ形状に加工したプラグを示し、（Ｂ）は着座面をＣ面加工したプラグを示している。
【００１１】
従来の圧力制御弁１００に用いられているプラグにおいて、ボール１０２が着座する着座面は、（Ａ）に示したように、Ｒ形状１１５に加工したプラグ１０４ａまたは（Ｂ）に示したように、Ｃ面１１６に加工したプラグ１０４ｂが用いられている。これらのプラグ１０４ａ，１０４ｂでは、弁孔をドリル加工した後、そのＲ形状１１５，Ｃ面１１６をそれぞれ旋盤で切削加工することによって形成している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧力制御弁では、プラグの着座面を切削加工により形成しているため、着座面のＲ形状部分やＣ面の部分に切削加工痕やばりが残り、それがボールとのシール性を劣化させるばかりでなく、ボールが当接することにより加工痕の山の部分が剥離して、シール性をさらに悪化させてしまうという問題点があった。
【００１３】
また、そのようなシール性を改善するには、着座面のＲ形状部分やＣ面の部分を鏡面状に研磨して切削加工痕やばりを消してやればよいが、加工コストが高くなるという問題点があった。
【００１４】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、シール性が高く、低コストのプラグを有する圧力制御弁を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、燃料を圧送するポンプの吐出側に接続された燃料供給口を有するボディと、余剰圧力の燃料を燃料タンク内に排出する燃料排出口を有するハウジングと、前記ボディと前記ハウジングとによって挾持され前記燃料供給口より導入された燃料の供給圧力を受けて変位するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの中央に固定され中央の軸線方向に開口された弁孔を有していて前記弁孔の前記燃料供給口の側に弁座を有するプラグと、前記プラグの弁座に対向した位置に配置されたボール状の弁体と、一端が前記弁体に固着され他端が前記プラグの前記弁孔を貫通して延びていて前記ハウジングの端面に凹設された受け部に遊嵌されるシャフトと、前記弁体を前記プラグの弁座に着座させる方向に付勢する第１の圧縮コイルばねと、前記ダイヤフラムを前記燃料供給口の側へ付勢する第２の圧縮コイルばねとを備え、ポンプから圧送される燃料の供給圧力を一定に制御する圧力制御弁において、前記プラグは、前記弁体が着座する部分に総形バイトで総形切削加工した後、前記弁体と同じボールでコイニング加工した前記弁座を有し、前記ボディは、前記ボール状の前記弁体を収容するとともに、前記ダイヤフラムが前記第２の圧縮コイルばねによる付勢によって前記燃料供給口の側へ変位する量を前記プラグの当接によって規制する筒状ストッパを有し、前記プラグは、前記筒状ストッパと当接する面側に内径が少なくとも前記筒状ストッパの外形よりも大きい筒状のガイドが一体に突設されていることを特徴とする圧力制御弁が提供される。
【００１６】
このような圧力制御弁によれば、ボール状の弁体が着座するプラグの弁座の部分を総形バイト総形切削で加工し、コイニング加工した。これにより、弁体が着座する面を加工痕の残らない面にすることができ、コイニング加工することで、着座面を弁体の球面に倣った曲面に凹設することができるため、加工コストが安く、シール性の良いプラグにすることができ、したがって、安価な圧力制御弁を提供することができる。また、ガイドがあることによって、シール部がプラグの内部に位置して保護されているため、ワーク台などにプラグをシール部のある側を下にして置いたとしても、シール部が直接ワーク台などに接触することがなく、プラグを置いたり搬送したりする途中で、シール部に傷が付いてしまうこともないので、シール性を保持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、燃料タンク内に設けられてポンプから圧送された燃料の供給圧力を一定に制御する圧力制御弁に適用した場合を例に、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明による圧力制御弁の構成を示す中央縦断面図、図２は圧力制御弁の平面図である。
本発明による圧力制御弁１は、樹脂製のボディ２と、弁体を構成するボール３と、このボール３を付勢する圧縮コイルばね４と、弁座を構成するプラグ５と、ポンプから圧送された燃料の供給圧力を感知するダイヤフラム６と、プラグ５をかしめ加工することによってダイヤフラム６とともに一体になるよう固定されたホルダ７と、一端がボール３に溶着され、他端が球形状に形成されたシャフト８と、ホルダ７を介してダイヤフラム６およびプラグ５をボール３の方向へ付勢する圧縮コイルばね９と、この圧縮コイルばね９を収容し、ダイヤフラム６の外周部をかしめ加工によりボディ２に固定するハウジング１０とを備えている。
【００１９】
ここで、ダイヤフラム６は、ゴムシート６ａとポリイミドフィルム６ｂとを重ね合わせて配置したもので構成している。ゴムシート６ａは、その外周部にリブが一体に突設されており、このリブがボディ２の上面にリング状に形成された溝に嵌合され、ハウジング１０のかしめ加工により、ポリイミドフィルム６ｂを介してボディ２およびハウジング１０で挾持されることで、ゴムシート６ａの脱落防止と高圧側空間のシールとを行っている。ゴムシート６ａに重ね合わせ配置されたポリイミドフィルム６ｂは、ゴムシート６ａの補強材の働きをしており、ゴムシート６ａを介してボディ２およびハウジング１０で挾持されることで、脱落が防止され、耐圧性を向上させることができる。なお、ボール３を付勢する圧縮コイルばね４は、ダイヤフラム６を付勢する圧縮コイルばね９よりも十分に小さなばね荷重を有している。
【００２０】
プラグ５は、ボール３および圧縮コイルばね４を収容し、かつ、ダイヤフラム６が圧縮コイルばね９による付勢によって変位する量を規制するようにボディ２と一体に形成された筒状ストッパ１１に当接している。また、このプラグ５の下端面の外周には、筒状のガイド５ａが一体に突設されている。このガイド５ａは、筒状ストッパ１１との当接面側の内径が筒状ストッパ１１の外形より若干大きく、図の下方の先端に行くほど大きくなるよう、内壁面にテーパが付けられている。これにより、プラグ５の組立作業の際に、プラグ５を筒状ストッパ１１に載せるだけで、ガイド５ａがプラグ５をボディ２の軸線上に位置決めするように働き、組立作業性を向上させる。
【００２１】
ハウジング１０は、その頂部の中央に外側に滑らかに凹設されたシャフト受け部１２を有し、その底部はシャフト８の先端の球形状と同じ曲率に形成されている。ポンプから燃料の供給がない場合には、図１に示したように、プラグ５が圧縮コイルばね９によって対向する筒状ストッパ１１の端面に当接され、ボール３が圧縮コイルばね４によってプラグ５に着座されているが、その場合に、このシャフト受け部１２は、シャフト８の先端を遊嵌するようにしている。すなわち、シャフト８がボール３を中心にして傾動しても、その先端はシャフト受け部１２の内壁に係止され、シャフト８をそれ以上倒れ込まないようにしている。
【００２２】
また、図２に示されるように、シャフト受け部１２の回りには、図示の例では３個の燃料排出口１３が穿設されている。ここで、燃料排出口１３を穿設したことによって、シャフト受け部１２との間に細い連結部１４が形成される。この連結部１４は、セット値調整のための変形部位を構成している。すなわち、ダイヤフラム６が燃料の供給圧力を受けると、図の上方へ変位し、それに伴ってプラグ５およびボール３が上昇し、シャフト８の先端がシャフト受け部１２の底部に当接したところでプラグ５がボール３から離間して弁が開き始めるが、この圧力制御弁１が開弁し始めるセット値の調節は、シャフト受け部１２を外部から加圧して中に押し込むことで行っている。このセット値の調節では、脆弱な連結部１４しか変形しないため、ハウジング１０の上端面の外周部は、変形を受けない。このため、この先にパイプを接続する場合に、その上端面の外周部は、平らな面を保持できることから、接続パイプとのシール面を構成することができる。
【００２３】
以上の構成の圧力制御弁１の動作について説明する。まず、ポンプが停止していて燃料供給口１５に燃料の供給がない場合には、図１に示したように、燃料の供給圧力を受けないダイヤフラム６は、圧縮コイルばね９によって図の下方へ付勢されており、プラグ５は、筒状ストッパ１１の端面に当接されている。このとき、ボール３は、圧縮コイルばね４によってプラグ５に着座されており、弁孔を閉塞し、圧力制御弁１としては全閉状態にある。
【００２４】
ここで、ポンプが動作して燃料供給口１５に燃料の供給が開始されると、ダイヤフラム６は、燃料の供給圧力を受け、圧縮コイルばね９の付勢力に抗して図の上方へ変位していく。ダイヤフラム６の変位に伴ってプラグ５も図の上方へ移動していき、圧縮コイルばね４によって付勢されているボール３もプラグ５に着座した状態で図の上方へ移動していく。
【００２５】
ボール３が図の上方へ移動していくに連れて、それと一体のシャフト８も上昇していく。このとき、ダイヤフラム６が水平姿勢のまま変位していくわけではないので、筒状ストッパ１１を離れたプラグ５は、傾いてしまう。プラグ５が傾くことにより、プラグ５に着座されたボール３に固定のシャフト８も傾くが、シャフト８の上端がシャフト受け部１２の内壁面にて傾きが規制されるため、シャフト８はボール３を中心に枢動する。このとき、ボール３は球形状であるため、ボール３の枢動位置に関係なく、閉弁状態を保持する。つまり、ボール３がプラグ５の弁座に追従して、閉弁状態を保持している。
【００２６】
プラグ５がさらに上昇すると、ボール３に固定されたシャフト８も上昇するが、このとき、球形状になっているシャフト８の先端は、シャフト受け部１２の内壁面に沿って摺動しながら上昇していく。
【００２７】
そして、シャフト８の先端が同じ曲率に形成されたシャフト受け部１２の底部に当接すると、シャフト８は、もはやプラグ５と一緒に上昇することができなくなる。ここからプラグ５がさらに上昇すると、ボール３はその場に取り残されるため、プラグ５はボール３から離れていく。つまり、圧力制御弁１が開き始める。この開弁の開始位置は、シャフト８の上端がシャフト受け部１２の底部に当接する位置であり、この位置は、シャフト受け部１２を軸線方向内側に変形移動させることによって調節される。
【００２８】
ボール３がプラグ５から離れると、圧縮コイルばね４により付勢されているボール３およびシャフト８は、その先端の球形状部分を支点に揺動可能になる。
燃料の供給圧力がさらに高くなると、ダイヤフラム６は、図の上方へ変位し、プラグ５が上昇することで、プラグ５は、ボール３から離れ、燃料の供給圧力と圧縮コイルばね９の荷重とがバランスした位置でプラグ５が停止する。これにより、燃料供給口１５から供給された燃料は、通路１６を通り、筒状ストッパ１１の端面とプラグ５との間を通り、ボール３とプラグ５との間およびシャフト８が挿通された弁孔を通ってハウジング１０で囲まれた空間に入り、そこからハウジング１０の端面に設けられた燃料排出口１３を通って排出される。
【００２９】
そして、ポンプから圧送される燃料の供給圧力がさらに高くなると、ダイヤフラム６が図の上方へ変位し、プラグ５がボール３から離れて弁開度は大きくなるため、この圧力制御弁１を流れる流量が増えて燃料の供給圧力を減少させる。逆に、燃料の供給圧力が低くなると、ダイヤフラム６が図の下方へ変位し、プラグ５がボール３に接近して弁開度は小さくなるため、この圧力制御弁１を流れる流量が減少して燃料の供給圧力を増加させる。このようにして、燃料の供給圧力を一定に保持している。
【００３０】
図３はプラグの詳細を示す断面図である。
このプラグ５にボール３が着座する弁座は、シャフト８が貫通する弁孔５ｂの内壁に沿って弁孔５ｂの軸線に平行に延びる線２１とボール３が配置される側の端面を含む面２２との交点から弁孔５ｂの吐出側および半径方向外側にそれぞれ所定距離だけ離れた位置、図示の例では０．５ｍｍの位置を通って弁孔５ｂの内壁に沿って延びる線２１および端面を含む面２２に対してそれぞれ所定角度、図示の例では２〜１０°だけ内側に傾いて延びる傾斜線２３，２４と、これら傾斜線２３，２４の交点をなす部分に形成された、図示の例では曲率半径０．３ｍｍのＲ形状とからなる断面輪郭形状を有している。
【００３１】
このような弁座は、上記のような輪郭形状を有する総形バイトを用いて総形切削加工することによって形成される。ここで、弁孔５ｂの内壁に沿って延びる線２１と傾斜線２３とが交わる位置、およびプラグ５の端面を含む面２２と傾斜線２４とが交わる位置、すなわち、内壁および端面の加工端部は、弁座とボール３とによるシール部から離れた位置に設定されている。また、傾斜線２３，２４の角度は、圧力制御弁１の流量特性を従来のものとほぼ同じにしたい場合は、できるだけ小さい値に設定される。
【００３２】
次に、図４ないし図８を参照して、プラグ５の加工手順について説明する。
図４は弁座加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図、図５は総形切削加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図、図６は総形切削加工後の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図、図７はコイニング加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図、図８はコイニング加工後の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【００３３】
まず、バイトにより切削加工した状態では、図４に示すように、プラグ５の弁孔５ｂの内壁面およびボール３が配置される側の端面は、切削加工痕が残っている。
【００３４】
次に、図３で説明した弁座の断面輪郭形状を有する総形バイト３１を用いて、総形切削加工を行う。この加工は、図５に示すように、総形バイト３１を図の破線位置まで送ることで行う。ここで、位置３２，３３は、総形バイト３１による加工エリアの加工端部を示している。これにより、プラグ５は、図６に示したように、シール部となる弁座が加工痕のない状態に加工される。
【００３５】
次に、ボール３を用いて、コイニング加工を行う。この加工は、図７に示すように、ボール３を弁座に当接した状態でボール３に荷重をかけ、ボール３を図の破線位置まで送ることで行う。これにより、プラグ５は、図８に示したように、シール部となる弁座がボール３の球面形状に倣って変形し、球面形状に凹設された着座面５ｃを形成することができる。これにより、プラグ５とボール３との当接により形成されるシール部は、従来の線接触から面接触になり、シール性を向上させることができる。また、コイニング加工は、総形切削加工により切削加工痕を消した後に行うため、コイニング加工により切削加工痕からの微細な金属剥離は発生しない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ボールが着座する弁座部分を総形バイトで総形切削加工し、かつ、ボールでコイニング加工したプラグを用いる構成にした。これにより、シール部に加工痕が残らないため、コイニング加工した後のシール性が向上し、加工痕を取るための研磨を必要としないため、コストを低減することができる。
【００３７】
また、総形バイトの加工エリアを広くとり、加工端部をシール部から離すことで、シール部におけるばりや切削加工痕を完全になくすことができるため、シール性の劣化要因をなくすことができる。
【００３８】
さらに、プラグの燃料供給圧力導入側端面にガイドを設けたことで、プラグの組立作業の際に、プラグをボディの軸線位置に容易に位置決めするため、組立作業性を向上させることができる。また、ガイドがあることによって、シール部がプラグの内部に位置して保護されているため、ワーク台などにプラグをシール部のある側を下にして置いたとしても、シール部が直接ワーク台などに接触することがない。したがって、プラグを置いたり搬送したりする途中で、シール部に傷が付いてしまうことがなくなり、シール性を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧力制御弁の構成を示す中央縦断面図である。
【図２】圧力制御弁の平面図である。
【図３】プラグの詳細を示す断面図である。
【図４】弁座加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【図５】総形切削加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【図６】総形切削加工後の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【図７】コイニング加工前の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【図８】コイニング加工後の状態を示すプラグの要部拡大部分断面図である。
【図９】従来の圧力制御弁の構成例を示す中央縦断面である。
【図１０】従来のプラグの例を示す断面図であって、（Ａ）は着座面をＲ形状に加工したプラグを示し、（Ｂ）は着座面をＣ面加工したプラグを示している。
【符号の説明】
１ 圧力制御弁
２ ボディ
３ ボール
４ 圧縮コイルばね
５ プラグ
５ａ ガイド
５ｂ 弁孔
５ｃ 着座面
６ ダイヤフラム
６ａ ゴムシート
６ｂ ポリイミドフィルム
７ ホルダ
８ シャフト
９ 圧縮コイルばね
１０ ハウジング
１１ 筒状ストッパ
１２ シャフト受け部
１３ 燃料排出口
１４ 連結部
１５ 燃料供給口
１６ 通路
３１ 総形バイト
Claims (2)
- 燃料を圧送するポンプの吐出側に接続された燃料供給口を有するボディと、余剰圧力の燃料を燃料タンク内に排出する燃料排出口を有するハウジングと、前記ボディと前記ハウジングとによって挾持され前記燃料供給口より導入された燃料の供給圧力を受けて変位するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの中央に固定され中央の軸線方向に開口された弁孔を有していて前記弁孔の前記燃料供給口の側に弁座を有するプラグと、前記プラグの弁座に対向した位置に配置されたボール状の弁体と、一端が前記弁体に固着され他端が前記プラグの前記弁孔を貫通して延びていて前記ハウジングの端面に凹設された受け部に遊嵌されるシャフトと、前記弁体を前記プラグの弁座に着座させる方向に付勢する第１の圧縮コイルばねと、前記ダイヤフラムを前記燃料供給口の側へ付勢する第２の圧縮コイルばねとを備え、ポンプから圧送される燃料の供給圧力を一定に制御する圧力制御弁において、
前記プラグは、前記弁体が着座する部分に総形バイトで総形切削加工した後、前記弁体と同じボールでコイニング加工した前記弁座を有し、
前記ボディは、前記ボール状の前記弁体を収容するとともに、前記ダイヤフラムが前記第２の圧縮コイルばねによる付勢によって前記燃料供給口の側へ変位する量を前記プラグの当接によって規制する筒状ストッパを有し、前記プラグは、前記筒状ストッパと当接する面側に内径が少なくとも前記筒状ストッパの外形よりも大きい筒状のガイドが一体に突設されていることを特徴とする圧力制御弁。 - 前記プラグの弁座は、前記シャフトが貫通する前記弁孔の内壁に沿って前記弁孔の軸線に平行に延びる線とボール状の前記弁体が配置される側の端面を含む面との交点から前記弁孔の吐出側および半径方向外側にそれぞれ所定距離だけ離れた位置を通って前記弁孔の内壁に沿って延びる線および前記端面を含む面に対してそれぞれ所定角度だけ内側に傾いて延びる傾斜線と、前記傾斜線の交点をなす部分に形成されたＲ形状とからなる断面輪郭形状を有していることを特徴とする請求項１記載の圧力制御弁。
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