JP5212432B2 - リードバルブ - Google Patents

Description

本発明は、弾性変形可能な薄板状のリードを用いて流体の流れ方向を一方向のみに制限するリードバルブに関する。

〔従来技術〕
リードバルブの従来技術を図５を参照して説明する。なお、従来技術に用いる符号は、後述する［発明を実施するための形態］および［実施例］における同一機能物に同一符号を付すものである。
リードバルブ１は、板厚方向に貫通した開口部２が形成された弁プレート３と、開口部２を開閉する弾性変形可能なリード４とを備える。
そして、
（ｉ）弁プレート３の一方側（図示上側）より、弁プレート３に向かう閉弁方向の圧力（図示下側へ向かう圧力）を受けた際に、開口部２の周囲の弁プレート３にリード４が密着して開口部２を閉塞し（閉弁）、
（ｉｉ）逆に、弁プレート３の他方側（図示下側）より、弁プレート３に向かう開弁方向の圧力（図示上側へ向かう圧力）を受けた際に、リード４が弾性変形して開口部２を開くものである（開弁）。

閉弁時は、閉弁方向の圧力をリード４が受けて開口部２を閉塞する。このため、閉弁方向の圧力が大きい場合には、リード４に加わる荷重が大きくなってリード４が大きく変形する可能性がある。
その場合、
（ｉ）リード４が開口部２の内側に落ち込むことで、開口部２の密閉状態を保つことができなくなったり、
（ｉｉ）リード４が開口部２の内側に落ち込むことで、リード４が正常位置へ戻らなくなったり、
（ｉｉｉ）リード４の変形が増加することでリード４に不具合（塑性変形等）が発生する可能性がある。
そこで、図５に示すように、枠部５の内側に開口部２を横切る支持柱６を設けて上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）等の不具合を防ぐリードバルブ１が提案されている。

〔従来技術の問題点〕
リード４の受ける閉弁方向の荷重は、リード４との接触面積が大きい部分に大きく加わる。
このため、枠部５においてリード４が着座する枠座面５ａと、支持柱６においてリード４が着座する柱座面６ａとが同一平面に設けられる「従来技術」の場合、図５（ｂ）における「白抜き矢印」の大きさの違いで示すように、リード４との接触面積が大きい支持柱６に大きな荷重が作用する（Ａ）。

一方、弁プレート３の枠部５は、固定部材によって固定支持されるため、枠部５の強度が固定部材により高められる。このため、リード４から閉弁方向の荷重を受けても、枠部５への応力集中が緩和される。
これに対し、支持柱６は、枠部５の内側に設けられるものであるため、枠部５のように強度が高められない。このため、リード４から閉弁方向の荷重が与えられると、特に開口部２の中心側の支持柱６に応力集中が発生する（Ｂ）。

上記（Ａ）、（Ｂ）に示したように、リード４から閉弁方向の荷重が与えられると、支持柱６に大きな荷重が作用するとともに、支持柱６の中心側に応力集中が生じるため、支持柱６が破断し易い状態になってしまう。

なお、特許文献１には、リードバルブに関する技術として、弁プレートの座面の一部を陥没させ、リードと弁プレートの接触面積を小さくする技術が開示されている。
しかしながら、特許文献１は、リードと弁プレートの接触面積を小さくすることで、リードと弁プレートの接触面の粘着力を低減して、リードを開弁し易くするものであり、本発明とは目的が全く異なる技術である。

実開平５−８９８７６号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、閉弁方向の圧力をリードが受ける際に、従来技術において支持柱（応力が集中し易い）に加わっていた荷重を、枠部（固定部材によって応力集中が緩和される部分）へ分散させて、支持柱の破断を回避できるリードバルブの提供にある。

〔請求項１の手段〕
請求項１のリードバルブは、
・支持柱においてリードが着座する柱座面（一例として、リードが弁プレートの上面に配置される場合は支持柱の「上面」）を、
・枠部においてリードが着座する枠座面（一例として、リードが弁プレートの上面に配置される場合は枠部の「上面」）より、
・開口部の奥方に設けるもの（一例として、リードが弁プレートの上面に配置される場合は「下げる」もの）であって、
・特に、柱座面における開口部の中心側が、開口部の奥方（一例として、リードが弁プレートの上面に配置される場合は「下側」）に窪むように円弧状に湾曲して設けられるものである。

このように設けることにより、リードが開口部を閉塞する際、リードが閉弁方向に圧力を受けることでリードが撓む。このようにリードが撓んだ分だけ、従来技術において支持柱に加わっていた荷重を、枠部へ分散させることができる。
このようにして支持柱に加わる荷重を軽減することができるため、閉弁方向の圧力によって支持柱が破断する不具合を回避することができる。
特に、柱座面を円弧状に設けることで、リードが撓んでリードが支持柱に接触する際に、リードと支持柱との接触範囲を広くすることができる。このため、リードから支持柱に伝えられる荷重を支持柱の広い範囲へ分散させることができ、支持柱をより破断し難くすることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段は、支持柱における板厚方向の厚みを、枠部における板厚方向の厚みと同じに設けるものである。
即ち、例えば、リードが弁プレートの上面に配置される場合、支持柱の板厚方向の厚みを従来技術と同じ厚みに設けるものである。
このように設けることで、支持柱が薄くなる不具合を回避することができる。つまり、支持柱が薄くなることで支持柱の強度が低下する不具合を回避することができる。

なお、請求項２の手段を採用することで、支持柱の一部（柱座面の反対側）が弁プレートより膨出するが、膨出する部分はリードバルブの中心側（流体の通過する通路内）であるため、リードバルブの搭載上の影響は抑えられる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段のリードバルブは、エンジンの排気通路における触媒の排気上流側へ空気を供給する２次エア供給システムにおいて、排気ガスが２次エア通路の空気上流側へ逆流するのを防ぐ逆止弁として用いられるものである。
２次エア供給システムのリードバルブに本発明が適用されることで、リードバルブに高い排気圧力（例えば、高回転時の排気ガスの圧力）が加えられても、リードバルブが破損（支持柱が破断）する不具合を回避することができ、２次エア供給システムの信頼性を高めることができる。

（ａ）リードバルブの平面図、（ｂ）Ａ−Ａ線に沿う弁プレートとリードの概略断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ線に沿う弁プレートとリードの概略断面図である（実施例１）。 リードバルブの作動説明図である（実施例１）。 （ａ）リードバルブの平面図、（ｂ）Ａ−Ａ線に沿う弁プレートとリードの概略断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ線に沿う弁プレートとリードの概略断面図である（実施例２）。 （ａ）リードバルブの平面図、（ｂ）Ａ−Ａ線に沿う弁プレートとリードの概略断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ線に沿う弁プレートとリードの概略断面図である（実施例３）。 （ａ）リードバルブの平面図、（ｂ）Ａ−Ａ線に沿う弁プレートとリードの概略断面図である（従来例）。

図面を参照して「発明を実施するための形態」を説明する。
リードバルブ１は、
板厚方向に貫通した開口部２を有する弁プレート３と、
開口部２を開閉する弾性変形可能なリード４とを備え、
弁プレート３の周囲が固定部材に固定されて使用されるものである。

弁プレート３は、開口部２を内側に形成する枠部５と、開口部２の内部を横切って配置される支持柱６とからなる。
そして、支持柱６においてリード４が着座する柱座面６ａは、枠部５においてリード４が着座する枠座面５ａより、開口部２の奥方に設けられるものである。
特に、この柱座面６ａは、開口部２の中心側が、開口部２の奥方（一例として、リード４が弁プレート３の上面に配置される場合は「下側」）に窪むように円弧状に湾曲して設けられるものである。

以下において本発明を図面に示す実施例に基づいて説明するが、実施例は具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。なお、以下に説明する３つの実施例のうち、実施例１および実施例２は本発明が適用されていない参考例を示すものであるのに対し、実施例３は本発明が適用された具体的な一例を示すものであって、上記［発明を実施するための形態］と同一符号は、同一機能物を示すものである。

［実施例１］
この実施例に示すリードバルブ１は、車両走行用のエンジン（燃料の燃焼により回転動力を発生する内燃機関）の排気管の途中に配置された触媒の排気上流側へ空気（２次エア）を供給する２次エア供給システムに用いられるものである。

具体的に、リードバルブ１は、２次エア供給システムにおいて空気（２次エア）を排気通路内へ圧送する２次エア通路の途中に設置されて、排気ガスが２次エア通路の空気上流側へ逆流するのを防ぐ逆止弁として用いられる。
さらに具体的に説明すると、リードバルブ１は、２次エア通路の開閉を行なう電磁弁とともに用いられて、電磁弁とリードバルブ１でコンビバルブを構成するものであり、電磁弁の排気側に配置されて排気ガスが電磁弁側へ逆流するのを防ぐものである。

リードバルブ１の具体例を、図１、図２を参照して説明する。なお、以下では、図２の図示上側を上、図２の図示下側を下と称して説明するが、この上下は実施例の説明のための上下であって、限定されるものではない。
リードバルブ１は、
・板厚方向に貫通した開口部２を有する弁プレート３と、
・開口部２を開閉する弾性変形可能なリード４と、
・このリード４の最大開度を規制するストッパプレート７とを備える。
そして、弁プレート３の周囲が固定部材に固定されて使用されるものである。
上記の各構成を以下において具体的に説明する。

弁プレート３は、アルミニウム等の金属材料よりなり、表面（少なくとも上面）には弁プレート３および固定部材に対するシール性を高めるためのゴムがコーティングされたものである。
この弁プレート３は、
・内部に矩形形状の開口部２を形成する枠部５と、
・開口部２の開口面積を略均等に区画するように、開口部２の内部を横切って配置される１本または複数本（この実施例では２本）の支持柱６とから構成される。
弁プレート３は、ダイキャスト等の成形技術により成形されるものであり、枠部５と支持柱６は一体に設けられている。

枠部５の上面（具体的にはリード４が着座する部分：枠座面５ａ）は、平面に設けられており、リード４が枠座面５ａに着座した際に、平板形状を呈するリード４に密着して開口部２を気密に閉塞するように設けられている。
一方、支持柱６の上面（柱座面６ａ）も、平面に設けられている。

この実施例における弁プレート３は、支持柱６の柱座面６ａが、枠部５の枠座面５ａより、一段下げて設けられている。
支持柱６の柱座面６ａを枠座面５ａより下げる量の設定は以下の通りである。
（ｉ）柱座面６ａを枠座面５ａより下げない場合（従来例）は、リード４から支持柱６の受ける閉弁方向の荷重が大きく、支持柱６が破断し易い。
（ｉｉ）柱座面６ａを枠座面５ａより下げる量が少ない場合は、従来技術において支持柱６が受けていた閉弁方向の荷重の一部（少量）を枠部５が受けるため、従来技術より支持柱６の破断が抑えられる。しかし、枠部５に分配される荷重が少ない。
（ｉｉｉ）柱座面６ａを枠座面５ａより下げる量が多い場合は、従来技術において支持柱６が受けていた閉弁方向の荷重の一部（多量）を枠部５が受けるため、枠部５に分配される荷重が大きい。しかし、リード４の変形量が大きくなってしまう。

そこで、支持柱６の柱座面６ａを枠座面５ａより下げる量は、支持柱６の破断を抑える効果と、リード４の過剰変形を防止する効果の双方を考慮して設定される。具体的には、「リード４のヤング率」と「リード４の受けた閉弁方向の荷重を枠部５および支持柱６に配分する配分比」との関係を考慮して設定されるものである。

次に、弁プレート３が固定部材に固定される技術、即ちリードバルブ１が２次エア供給システムに組付けられる構造について説明する。
電磁弁のバルブハウジングと、このバルブハウジングに締結される２次エア供給配管（電磁弁の排気側において２次エア通路を成す管部材）との間に、枠部５の外周縁が全周に亘って強固に挟み付けられることで、リードバルブ１が電磁弁の排気側に固定される。
このように、枠部５は、バルブハウジングと２次エア供給配管との間に挟まれて固定支持されるため、枠部５の強度が高められる。その結果、枠部５は、リード４から閉弁方向の荷重を受けても応力集中が緩和され、比較的大きな荷重を受けても枠部５の破断が回避される。

リード４は、開口部２の周囲の枠部５に全周に亘って当接することで開口部２の閉塞を行なう弾性変形可能な薄板であり、例えばステンレス等の金属材料によって設けられている。そして、このリード４の一辺｛図１（ａ）の下側の辺｝が、ストッパプレート７とともにネジやリベット等の結合部材８を用いて弁プレート３（具体的には枠部５）に固定されるものである。

具体的に、リード４は、無負荷の状態では平面形状を呈するものであり、無負荷の状態ではリード４が自身の復元力により開口部２を閉塞するように作用する。
そして、リード４に対して開弁方向の圧力（エアポンプによって供給される２次エアの供給圧力：上向き圧力）が加わると、開弁方向の圧力によりリード４が上側に弾性変形して開口部２が開かれる。
逆に、リード４に対して閉弁方向の圧力（排気圧力：下向き圧力）が加わると、閉弁方向の圧力によりリード４が開口部２の周囲に密着して開口部２を閉じる。

ストッパプレート７は、リード４の最大開度を規制してリード４の塑性変形を防止するものであり、例えばステンレス等よりなる金属板をプレス加工によって所定形状に成形したものである。そしてストッパプレート７は、上述したようにリード４とともに結合部材８を用いて弁プレート３（具体的には枠部５）に固定されるものである。

（実施例１の効果）
実施例１のリードバルブ１は、上述したように、「支持柱６の柱座面６ａ」を「枠部５の枠座面５ａ」より一段下げて設けている。
このため、図２に示すように、リード４が閉弁方向（下向き）の圧力（排気圧）を受けることでリード４が撓む。このようにリード４が撓んだ分だけ、従来技術において支持柱６に加わっていた荷重を、固定部材の支持によって強度が高められる枠部５へ分散させることができる（図５と比較する図２の「白抜き矢印」の大きさ参照）。
このようにして支持柱６に加わる荷重を軽減することができ、大きな閉弁方向の圧力（高い排気圧）を受けた際でも、支持柱６が破断する不具合を回避することができる。

また、リードバルブ１は、上述したように、２次エア供給システムの逆止弁として用いられるものであり、高い排気圧力を受けてもリードバルブ１の破断が回避されるため、２次エア供給システムの信頼性を高めることができる。

［実施例２］
図３を参照して実施例２を説明する。なお、以下の実施例において上記実施例１と同一符号は同一機能物を示すものである。
上記の実施例１では、支持柱６の下面を、枠部５の下面に一致させる例を示した。即ち、実施例１の支持柱６は、従来技術の支持柱６に比較して板厚方向（上下方向）の厚みが薄くなるものであった。
これに対し、この実施例２は、支持柱６における板厚方向の厚みを、枠部５における板厚方向の厚みと同じに設けたものである。即ち、実施例２の支持柱６は、支持柱６の板厚方向の厚みを従来技術と同じ厚みに設けるものである。

これにより、支持柱６が薄くなることによる支持柱６の強度低下を防ぐことができる。なお、この実施例２を採用することにより、支持柱６の下部が弁プレート３の下端より下方へ膨出することになる。しかるに、下方へ膨出する部分は、２次エア通路の内部であるため、リードバルブ１の搭載上の影響が生じない。

［実施例３］
図４を参照して実施例３を説明する。
上記の実施例１、２では、柱座面６ａを、枠座面５ａ（平面）に対して平行な平面に設ける例を示した。
これに対し、この実施例３は、図４（ｂ）に示すように、柱座面６ａにおける開口部２の中心側が開口部２の下方へ窪むように、柱座面６ａを円弧状に湾曲させたものである。

このように柱座面６ａを円弧状に設けることで、リード４が撓んでリード４が支持柱６に接触する際に、リード４と支持柱６との接触範囲を広くすることができる。
このため、リード４から支持柱６に伝えられる荷重を支持柱６の広い範囲へ分散させることができ、支持柱６に生じる応力が分散されることで、支持柱６をより破断し難くすることができる。

上記の実施例では、２次エア供給システムのリードバルブ１に本発明を適用する例を示したが、本発明は２次エア供給システムのリードバルブ１に限定されるものではなく、流体を一方向のみへ流す他の用途のリードバルブ１に本発明を適用可能なものである。
上記の実施例では、リード４を金属（ステンレス等）で設ける例を示したが、用途に応じてカーボン繊維やガラス繊維を含む樹脂など、他の素材でリード４を設けても良い。
上記の実施例では、弁プレート３を金属（アルミニウム等）で設ける例を示したが、用途に応じて樹脂など、他の素材で弁プレート３を設けても良い。

１ リードバルブ
２ 開口部
３ 弁プレート
４ リード
５ 枠部
５ａ 枠座面
６ 支持柱
６ａ 柱座面

Claims (3)

1. 板厚方向に貫通した開口部（２）を有する弁プレート（３）と、
   前記開口部（２）を開閉する弾性変形可能なリード（４）とを備え、
   前記弁プレート（３）が固定部材に固定されて使用されるリードバルブ（１）において、
   前記弁プレート（３）は、前記開口部（２）を内側に形成する枠部（５）と、前記開口部（２）の内部を横切って配置される支持柱（６）とからなり、
   前記支持柱（６）において前記リード（４）が着座する柱座面（６ａ）は、前記枠部（５）において前記リード（４）が着座する枠座面（５ａ）より、前記開口部（２）の奥方に設けられるものであって、
   前記柱座面（６ａ）は、前記開口部（２）の中心側が前記開口部（２）の奥方に窪むように円弧状に湾曲して設けられることを特徴とするリードバルブ。
2. 請求項１に記載のリードバルブ（１）において、
   前記支持柱（６）における板厚方向の厚みは、前記枠部（５）における板厚方向の厚みと同じに設けられることを特徴とするリードバルブ。
3. 請求項１または請求項２に記載のリードバルブ（１）において、
   このリードバルブ（１）は、エンジンの排気通路における触媒の排気上流側へ空気を供給する２次エア供給システムにおいて空気を前記排気通路へ圧送する２次エア通路の途中に配置されて、排気ガスが前記２次エア通路の空気上流側へ逆流するのを防ぐ逆止弁として用いられることを特徴とするリードバルブ。

Images