JP5477614B2

JP5477614B2 - 弁構造

Info

Publication number: JP5477614B2
Application number: JP2008135352A
Authority: JP
Inventors: 幸彦竹味
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2028-05-23
Also published as: US20090289210A1; JP2009281530A; DE102009001931A1; US8128385B2

Description

本発明は、例えば、エアポンプに用いられる弁構造に関するものであり、第１流体室と第２流体室とを仕切る仕切り壁と、前記仕切り壁に設けられ、前記第１流体室と前記第２流体室とを連通する連通孔と、前記仕切り壁に設けられ、前記連通孔を閉塞可能な可撓性を有する傘状の弁部を備えた弁体と、を有する弁構造に関する。

かかる弁体は、例えば、弁部が仕切り壁の第１流体室の側に設けられる場合において、第１流体室の圧力よりも第２流体室の圧力の方が低いときには、弁部が仕切り壁に近接する方向に変形して連通孔を閉塞する。一方、第１流体室の圧力よりも第２流体室の圧力の方が高いときには、弁部が仕切り壁から離間する方向に変形して連通孔を開放することにより、第２流体室から第１流体室への流体の流動のみを許容する逆止弁を構成することになる。

従来、この種の弁構造では、単に、弁体が仕切り壁に設けられるものがあった（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−２６６４１４号公報

従来の弁体では、第１流体室や第２流体室の圧力が高い場合、第１流体室と第２流体室との圧力差に応じて仕切り壁に設けられた連通孔から流体が噴出して傘状の弁部に当たり、弁部が仕切り壁から離間する方向に変形する。このとき、第１流体室と第２流体室との圧力差が大きく、流体の噴出圧が大きいと、図７に示すように、弁部が胴部とは反対側に裏返るように変形することがある。このように弁部が変形すると、弁部と胴部との接続箇所において大きな歪が発生する。このような弁部の変形が頻繁に繰り返されると、弁部と胴部との接続箇所が疲労し、亀裂が生じる場合があった。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、弁部の耐久性を高めた弁構造を提供する点にある。

本発明に係る弁構造は、シリンダとその内部を往復移動自在なピストンによって区画されるポンプ室と、流体が前記ポンプ室に吸入される吸入室と、流体を前記ポンプ室から吐出する吐出室と、前記吸入室及び前記吐出室と前記ポンプ室とを仕切る仕切り壁と、前記吸入室及び前記吐出室を内部に形成したバルブボデーと前記シリンダとの間に設けられ、前記バルブボデー及び前記シリンダの気密性あるいは水密性を維持するガスケット材と、前記仕切り壁に設けられ、前記吸入室及び前記吐出室と前記ポンプ室とを夫々連通する連通孔と、前記仕切り壁に設けられた取付孔に挿通される胴部と、前記連通孔を閉塞可能な可撓性を有する傘状の弁部と、前記胴部における前記弁部とは反対側の端部に設けられた大径部とを備えた吸入側の弁体および吐出側の弁体と、前記吸入側の弁体の移動を阻止すべく当該弁体の頂部を押圧する第１の押圧部と、前記吐出側の弁体における前記傘状の弁部の中央領域を押圧すると共に、前記胴部の外径よりも大きな外径を有する第２の押圧部と、前記吸入側の弁体における前記弁部が前記仕切り壁から離間する方向に変形するとき前記弁部の動作範囲を規制する規制部とを備え、前記規制部と前記第１の押圧部とを、前記ガスケット材に設けてあり、前記仕切り壁が、前記吸入側の弁体を収容する凹部を備え、前記凹部の側壁部における前記連通孔に対応する部分に切込部を備えた点にある。

本構成であれば、ポンプ室と吸入室とを連通する連通孔から流体が噴出して吸入側の弁体における傘状の弁部に当たり、その弁部が仕切り壁から離間する方向に変形するときに、その弁部の動作範囲を規制する規制部をガスケット材に設けてある。また、このガスケット材には、吸入側の弁体の移動を阻止するよう弁体の頂部を押圧する第１の押圧部が設けられている。このガスケット材は、バルブボデーとシリンダとの間に設けられ、これらバルブボデーとシリンダとの気密性あるいは水密性を維持する部材である。このように本発明の弁構造は、吸入側の弁体における弁部の規制部と第１の押圧部とをガスケット材に設けて構成を簡素なものとしながら、ポンプ室と吸入室との圧力差が大きく、流体の噴出圧が大きい場合においても、吸入側の弁体における弁部が胴部とは反対側に裏返るように変形するのを防止して、吸入側の弁体における弁部と胴部との接続箇所が疲労し、亀裂が生じることを防止できる。

本構成であれば、押圧部が弁体の頂部を押圧して弁体の移動を阻止することに加えて、胴部における弁部とは反対側の端部に設けられた大径部により胴部が取付孔から抜け出ることを防止できる。このため、押圧部と大径部との協働作用により弁体の移動を一層阻止することができる。さらに、例えば、大径部単体で胴部が取付孔から抜け出ることを防止しようとすると、大径部の径を大きくする必要がある。例えば、大径部に軸部分を設けて、ペンチ等の工具で軸部分を引っ張ることにより胴部を取付孔に挿通させたのちに、カッター等の工具で軸部分を切り離す必要がある。このように、組立て工程が多くなるのに較べて、本構成の弁構造であれば、押圧部と大径部とで胴部が取付孔から抜け出ることを防止するので、大径部の径をそれほど大きくする必要がない。さらに、大径部を取付孔に押し込むだけで胴部を取付孔に挿通させることができる等、組立て工程が少なく、作業性の向上を図ることができる。

本構成であれば、仕切り壁に設けた凹部に吸入側の弁体を収容するので、ピストンをバルブボデー側により接近させることができ、ポンプ室の容積を極力小さくしてポンプの効率を高めることができる。

本構成であれば、凹部の側壁部における連通孔に対応する部分に切込部を備えるので、仕切り壁に設けられた連通孔から噴出した流体が切込部を通過してポンプ室に吸入され易くなる。このため、流体の抜けが阻害されず、ポンプの効率が高まる。しかも、凹部の側壁部における連通孔に対応する部分以外の部分の径を切込部よりも小さくすることにより、凹部の容積を極力小さく設定できるから、ピストンが上死点に位置したときのポンプ室の容積を一層小さくしてポンプの効率をさらに高めることができる。

〔第１実施の形態〕
以下、本発明に係る弁構造を備えたエアポンプについて説明する。
図１〜図５に示すように、本発明のエアポンプは、容積を増減自在な第１流体室としてのポンプ室１を内部に形成したシリンダＡ、流体としてのエアがポンプ室１に吸入される第２流体室としての吸入室２、及び、エアをポンプ室１から吐出する第２流体室としての吐出室３を内部に形成したバルブボデーＢ、クランク室４を内部に形成したケーシングＣ等を備えている。
尚、図１は、弁構造を備えたエアポンプの全体断面側面図である。図２、図３は、弁構造の断面側面図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、バルブボデーの分解斜視図である。

尚、本発明に係るエアポンプは、例えば、車両等に用いられるものである。具体的には、吸入室２を外気に開放し、吐出室３を車両に搭載されたエアサスペンションに接続し、ポンプ室１の容積を増減することにより、エアサスペンションに対してエアを吐出するコンプレッサとして用いたり、吐出室３を外気に開放し、吸入室２を車両に搭載されたブレーキブースタに接続し、ポンプ室１の容積を増減することにより、ブレーキブースタに対してエアを吸入するバキュームポンプとして用いることができる。

前記シリンダＡは、図１に示すように、円筒状に構成され、その内部には、その内周面に沿って往復移動自在なピストン５を備えている。バルブボデーＢの側の端面に平板状で略三角形状の一方側のガスケット材６を介して扁平状で略三角形状のバルブボデーＢが取り付けられている。ポンプ室１は、シリンダＡ、バルブボデーＢ、ピストン５によって区画形成されている。

前記バルブボデーＢには、図２〜図５に示すように、シリンダＡの側の端面に円柱状の凹部８が形成されている。シリンダＡとは反対側の端面には、円柱状の小径の穴９及び円柱状の大径の穴１０が形成されている。さらに、側面に小径の穴９に連通する吸入管１１及び大径の穴１０に連通する吐出管１２が設けられている。凹部８と小径の穴９とがシリンダＡ軸芯方向視で並ぶ状態で位置している。バルブボデーＢのうち、シリンダＡとは反対側の端面には、平板状で略三角形状の他方側のガスケット材７を介して平板状で略三角形状の接当板１３がボルト１４にて取り付けられている。吸入室２が接当板１３及び小径の穴９によって区画形成されるとともに、吐出室３が接当板１３及び大径の穴１０によって区画形成されている。尚、鉄板の両側面にゴムが貼着されるサンドイッチ構造のガスケット材６、７は、シリンダＡ及びバルブボデーＢの気密性あるいは水密性を維持するものである。ガスケット材６、７は、図５に示すように、一対の連結部１５によって連結されている。

前記ポンプ室１と吸入室２とを仕切る吸入側の仕切り壁２１に、ポンプ室１と吸入室２とを連通する取付孔２１ａ及び複数の連通孔２１ｂが形成されている。連通孔２１ｂは、取付孔２１ａを中心とする円周方向に沿って間隔を隔てて形成されている。凹部８の側壁部８ａには、連通孔２１ｂに対応する部分に切込部８ｂを備えてある。この切込部８ｂは、側壁部８ａを径方向に掘り込んで形成してある。凹部８の側壁部８ａの内径は、アンブレラバルブ２３の外径より僅かだけ大きく構成してある。これにより、凹部８の容積を最小にして、シリンダＡに対してピストン５が上死点にあるときの空間容積が最小になるようにしてある。また、連通孔２１ｂに対応する部分にのみ切込部８ｂを形成することで、ピストン５が上死点にあるときのシリンダＡの空間容積をそれほど大きくすることなく、アンブレラバルブ２３が動作した際の流体の流れを確実なものにしている。弁体としての吸入側のアンブレラバルブ２３が、仕切り壁２１に対してポンプ室１の側に設けられている。

前記吸入側のアンブレラバルブ２３は、連通孔２１ｂを閉塞可能な可撓性を有する傘状の弁部２３ａと、その弁部２３ａの基端部に形成された頂部２３ｂと、取付孔２１ａに挿通される胴部２３ｃと、その胴部２３ｃにおける弁部２３ａの側の端部に設けられた段部２３ｄと、胴部２３ｃにおける弁部２３ａとは反対側の端部に設けられた半球状の大径部２３ｅと、を備えている。取付孔２１ａに胴部２３ｃを挿通した状態において、大径部２３ｅは、仕切り壁２１に対して吸入室２の側に突出している。弁部２３ａは、凹部８と一方側のガスケット材６とで囲まれる円柱状の空間内に収容されるとともに、段部２３ｄが仕切り壁２１のポンプ室１の側の面に当接し、頂部２３ｂが一方側のガスケット材６に当接してある。

したがって、一方側のガスケット材６における頂部２３ｂの当接箇所６ａが、弁体の移動を阻止すべく弁体の頂部を押圧する押圧部２５を構成する。一方側のガスケット材６には、弁部２３ａが仕切り壁２１からポンプ室１の側に離間する際に当接する当接箇所６ｂが設けてある。この当接箇所６ｂは、弁部２３ａが吸入側の仕切り壁２１から離間する方向に変形するときに弁部２３ａの動作範囲を規制する規制部２６となる。ガスケット材６における当接箇所６ｂの径方向外方側には、複数の流通孔６ｃが円状に設けられている。

前記ポンプ室１と吐出室３とを仕切る吐出側の仕切り壁２２には、ポンプ室１と吐出室３とを連通する取付孔２２ａ及び複数の連通孔２２ｂが設けてある。連通孔２２ｂは、取付孔２２ａを中心とする円周方向に沿って間隔を隔てて形成してある。取付孔２２ａにおけるポンプ室１の側の端部に拡径部２７が形成されている。ガスケット材６における連通孔２２ｂに対応する箇所には、夫々複数の流通孔６ｄが円状に設けられている。弁体としての吐出側のアンブレラバルブ２４が、仕切り壁２２に対してポンプ室１とは反対側に設けられている。

前記吐出側のアンブレラバルブ２４は、連通孔２２ｂを閉塞可能な可撓性を有する傘状の弁部２４ａと、その弁部２４ａの基端部に形成された頂部２４ｂと、取付孔２２ａに挿通される胴部２４ｃと、その胴部２４ｃにおける弁部２４ａの側の端部に設けられた段部２４ｄと、胴部２４ｃにおける弁部２４ａとは反対側の端部に設けられた半球状の大径部２４ｅと、を備えている。取付孔２２ａに胴部２４ｃを挿通した状態において、大径部２４ｅは、拡径部２７と他方側のガスケット材７とで囲まれる円柱状の空間内に収容されている。弁部２４ａは、吐出室３に収容されるとともに、段部２４ｄが仕切り壁２２の吐出室３の側の面に当接し、傘状の弁部２４ａが吐出室３に収容された保持部材２８に当接してある。保持部材２８は、略円筒状に構成されている。保持部材２８の外周面２８ａには、溝部２８ｂが形成されている。保持部材２８の仕切り壁２２の側の面２８ｃには、傘状の弁部２４ａの中央領域に係合する截頭円錐状の凹部２８ｄが形成されている。保持部材２８の仕切り壁２２とは反対側の面２８ｅは、接当板１３に接触してある。

したがって、保持部材２８の凹部２８ｄが、弁体の移動を阻止すべく弁体の頂部を押圧する押圧部２５を構成する。保持部材２８の仕切り壁２２の側の面２８ｃが、弁部２４ａが吐出側の仕切り壁２２から離間する方向に変形するときに弁部２４ａの動作範囲を規制する規制部２６となる。図６に示すように、押圧部２５が、傘状の弁部２４ａの中央領域を押圧すると共に、押圧部２５の外径が胴部２４ｃの外径よりも大きく設定してある。

これにより、ポンプ室１と吸入室２との圧力差、あるいは、ポンプ室１と吐出室３との圧力差が大きく、流体の噴出圧が大きい場合においても、弁部２３ａ、２４ａが胴部２３ｃ、２４ｃとは反対側に裏返るように変形するのを防止して、弁部２３ａ、２４ａと胴部２３ｃ、２４ｃとの接続箇所が疲労し、亀裂が生じることを防止できる。さらに、弁部２４ａにおける押圧部の外径と胴部の外径との間の部分Ｄで弁部２４ａに掛かる力を受け止めることができる。このため、弁部２４ａと胴部２４ｃとの接続箇所において応力が集中することを抑制できる。

前記ケーシングＣは、その内部にクランクシャフト２９を備えている。ケーシングＣに取り付けられたモータＭの回転軸には、クランクシャフト２９が取り付けられている。クランクシャフト２９には、クランクピン２９ａが設けられている。クランクピン２９ａの軸がモータＭの回転軸からずらせてある。クランクピン２９ａとピストン５との間にはコネクティングロッド３０が設けられている。これにより、モータＭの駆動によりピストン５を往復移動させることができる。

以下、吸入室２の吸入管１１を外気に開放し、吐出室３の吐出管１２を車両に搭載されたエアサスペンションに接続し、ポンプ室１の容積を増減したときにおける弁体の動作について説明する。

〔吸気過程〕
図２に示すように、ポンプ室１の容積が増加して、吸入室２の圧力よりもポンプ室１の圧力の方が低く、ポンプ室１の圧力よりも吐出室３の圧力の方が高くなったときには、吸入側のアンブレラバルブ２３は、その弁部２３ａが仕切り壁２１から離間する方向に変形して、吸入室２からポンプ室１への流体の流動を許容する。このとき、連通孔２１ｂから噴出したエアが、凹部８内を径方向外方側に流通して、凹部８の側壁部８ａにおける連通孔２１ｂに対応する部分に備えた切込部８ｂを通過して、ポンプ室１に吸入される。このため、エアの抜けが阻害されず、ポンプの効率が高まる。吐出側のアンブレラバルブ２４は、その弁部２４ａが連通孔２２ｂを覆う状態を維持する。

〔圧縮過程〕
図３に示すように、ポンプ室１の容積が減少して、吸入室２の圧力よりもポンプ室１の圧力の方が高く、ポンプ室１の圧力よりも吐出室３の圧力の方が低くなったときには、吸入側のアンブレラバルブ２３は、その弁部２３ａが連通孔２１ｂを覆う状態を維持する。吐出側のアンブレラバルブ２４は、その弁部２４ａが仕切り壁２２から離間する方向に変形して、吸入室２からポンプ室１への流体の流動を許容する。
このように、上記過程を繰り返すことで、エアサスペンションに対してエアを吐出することができる。

以上、説明したように、エアサスペンションに対してエアを吐出するコンプレッサや、ブレーキブースタに対してエアを吸入するバキュームポンプとして用いることができる。

〔別実施の形態〕
（１）上記実施の形態では、保持部材２８の仕切り壁２２の側の面２８ｃには、傘状の弁部２４ａの中央領域に係合する截頭円錐状の凹部２８ｄが形成されている構成を例示したが、このような構成に代えて、保持部材２８の仕切り壁２２の側の面２８ｃには、傘状の弁部２４ａの中央領域に係合する突出部が形成される構成としてもよい。さらに、保持部材２８の仕切り壁２２の側の面２８ｃには、凹部２８ｄが形成されなくてもよい。

（２）上記実施の形態では、流体がエアである構成を例示したが、このような構成に限られるものではなく、例えば、窒素やアルゴン等の気体や、水や作動油等の液体であってもよい。

（３）上記実施の形態では、ポンプがピストンポンプである構成を例示したが、このような構成に代えて、ポンプがダイヤフラムポンプであってもよい。

弁構造を備えたエアポンプの全体断面側面図弁構造の断面側面図弁構造の断面側面図図１のＩＶ−ＩＶ線断面図バルブボデーの分解斜視図吐出側のアンブレラバルブ及び保持部材を示す図従来の弁構造の断面側面図

１第１流体室
２、３第２流体室
５ピストン
６、７ガスケット材
２１、２２仕切り壁
２１ａ、２２ａ取付孔
２１ｂ、２２ｂ連通孔
２３、２４弁体
２３ａ、２４ａ弁部
２３ｂ、２４ｂ頂部
２３ｃ、２４ｃ胴部
２３ｅ、２４ｅ大径部
２５押圧部
２６規制部
Ａシリンダ

Claims

シリンダとその内部を往復移動自在なピストンによって区画されるポンプ室と、
流体が前記ポンプ室に吸入される吸入室と、
流体を前記ポンプ室から吐出する吐出室と、
前記吸入室及び前記吐出室と前記ポンプ室とを仕切る仕切り壁と、
前記吸入室及び前記吐出室を内部に形成したバルブボデーと前記シリンダとの間に設けられ、前記バルブボデー及び前記シリンダの気密性あるいは水密性を維持するガスケット材と、
前記仕切り壁に設けられ、前記吸入室及び前記吐出室と前記ポンプ室とを夫々連通する連通孔と、
前記仕切り壁に設けられた取付孔に挿通される胴部と、前記連通孔を閉塞可能な可撓性を有する傘状の弁部と、前記胴部における前記弁部とは反対側の端部に設けられた大径部とを備えた吸入側の弁体および吐出側の弁体と、
前記吸入側の弁体の移動を阻止すべく当該弁体の頂部を押圧する第１の押圧部と、
前記吐出側の弁体における前記傘状の弁部の中央領域を押圧すると共に、前記胴部の外径よりも大きな外径を有する第２の押圧部と、
前記吸入側の弁体における前記弁部が前記仕切り壁から離間する方向に変形するとき前記弁部の動作範囲を規制する規制部とを備え、
前記規制部と前記第１の押圧部とを、前記ガスケット材に設けてあり、
前記仕切り壁が、前記吸入側の弁体を収容する凹部を備え、
前記凹部の側壁部における前記連通孔に対応する部分に切込部を備えた弁構造。