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1. (WO2017002543) DISPOSITIF DE SOUPAPE À CLAPET
Document

明 細 書

発明の名称 リードバルブ装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005   0006  

課題を解決するための手段

0007   0008   0009  

発明の効果

0010  

図面の簡単な説明

0011  

発明を実施するための形態

0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053  

産業上の利用可能性

0054  

符号の説明

0055  

請求の範囲

1   2   3  

図面

1   2A   2B   3   4   5A   5B   6   7   8   9   10   11  

明 細 書

発明の名称 : リードバルブ装置

技術分野

[0001]
 本発明はリードバルブ装置に係り、特に内燃機関への適用に好適なリードバルブ装置に関する。

背景技術

[0002]
 流体が流れる流体ポートのポート開口部をその内外の圧力差に応じて開閉すべく、逆止弁もしくは一方弁の一種であるリードバルブ装置が用いられる。リードバルブ装置は、ポート開口部を開閉する弾性変形可能なリードを含み、ポート開口部内の圧力がポート開口部外の圧力より低下すると、リードがポート開口部の周縁部の着座面に密着してポート開口部を閉じる。またリードバルブ装置は、リードの開弁時におけるリフト量を制限するためのストッパをも備える。リードバルブ装置の一例は、特許文献1に開示されている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 日本国実開昭63-164674号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 一般に、リードは単純な平板からなり、ストッパは、基端部から先端側に延在する延在部が基端部に対し単純に折曲された構造である。それ故、リードは、開弁時に、延在部が基端部に対し単純に折曲され、ポート開口部を開放する。
[0005]
 しかしこのような構造の場合、リードの閉弁時に、リードの延在部が閉弁状態に急激に復帰し、リードの閉弁タイミングを遅らせることができず、これによって種々の問題を生じることがある。
[0006]
 そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その課題は、リードの閉弁タイミングを遅らせることができるリードバルブ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007]
 本開示に係る一の態様によれば、
 ポート開口部と、前記ポート開口部の周縁部に形成された着座面とを有するバルブシートと、
 前記バルブシートの着座面上に固定されたリード基端部と、前記リード基端部から先端側に延びて前記ポート開口部を開閉するリード延在部とを有した弾性変形可能なリードと、
 前記リード延在部のリフト量を制限するストッパと、
 を備え、
 前記リード延在部が、その基本形状において、基端側から先端側に向かうにつれ前記着座面から離間されるよう湾曲されている
 ことを特徴とするリードバルブ装置が提供される。
[0008]
 好ましくは、前記リード延在部が、その基本形状において、基端側から先端側に向かう長手方向において一定の曲率半径を有する。
[0009]
 前記リード基端部が、その基本形状において平面形状を有すると共に、ボルト挿通穴を有する。

発明の効果

[0010]
 本開示に係るリードバルブ装置によれば、リードの閉弁タイミングを遅らせることができるという、優れた効果が発揮される。

図面の簡単な説明

[0011]
[図1] 図1は、本開示の実施形態に係るリードバルブ装置が適用されたエンジンを示す概略図である。
[図2A] 図2Aは、本実施形態に係るリードバルブ装置を示す平面図である。
[図2B] 図2Bは、図2Aに示すb-b線における断面の一部を模式的に示す模式図である。
[図3] 図3は、基本形状にあるリードを示す正面断面図である。
[図4] 図4は、閉弁状態にあるリードを示す正面断面図である。
[図5A] 図5Aは、第1比較例のリードバルブ装置を示す平面図である。
[図5B] 図5Bは、図5Bに示すb-b線における断面の一部を模式的に示す模式図である。
[図6] 図6は、本実施形態におけるリード延在部の着座の様子を示す概略図である。
[図7] 図7は、第1比較例におけるリード延在部の着座の様子を示す概略図である。
[図8] 図8は、第2比較例のリードバルブ装置を示す平面図である。
[図9] 図9は、基本形状にある第3比較例のリードを示す正面断面図である。
[図10] 図10は、第4比較例のリードバルブ装置を示す正面断面図である。
[図11] 図11は、閉弁状態にある第4比較例のリードバルブ装置を示す正面断面図である。

発明を実施するための形態

[0012]
 以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。
[0013]
 図1に、本開示の実施形態に係るリードバルブ装置が適用されたエンジン(内燃機関)1を概略的に示す。本実施形態のエンジン1は車両に搭載された圧縮着火式内燃機関、すなわちディーゼルエンジンであるが、エンジンの種類、用途等は任意である。またリードバルブ装置は、エンジンに限らず、様々な用途に適用可能である。
[0014]
 エンジン1の回転シャフト2(カムシャフト、クランクシャフト、またはこれらに連動する回転軸からなる)には、機械式カップリング等の連結器3を介してバキュームポンプ4が接続されている。バキュームポンプ4は回転シャフト2により回転駆動されて空気を吸引・吐出する。バキュームポンプ4は、配管5を通じて負圧タンク6から空気を吸引し、負圧タンク6内に負圧を生成する。生成された負圧は、これを駆動源とする各補機7に供給される。バキュームポンプ4には潤滑油としてのオイルが供給される。
[0015]
 バキュームポンプ4は、吸引した空気と、潤滑を終えたオイルとの混合流を、配管8を通じてあるいは直接、リードバルブ装置10に送り、リードバルブ装置10を通じて排出する。リードバルブ装置10は、これに対するバキュームポンプ4側の圧力が、非バキュームポンプ4側(排出側)の圧力より低くなっているときに閉弁し、バキュームポンプ4および負圧タンク6からの負圧漏れを防止する。またこれら圧力の大小が逆転したとき、具体的には上記混合流がリードバルブ装置10に送られたとき、開弁し、混合流の排出を可能にする。
[0016]
 図2A及び図2Bに、本実施形態に係るリードバルブ装置10を示す。図2Aは平面図、図2Bは図2Aに示すb-b線に沿った断面の一部を模式的に示す模式図である。
[0017]
 図示するように、リードバルブ装置10は、バルブシート20と、リード30と、ストッパ40とを備える。バルブシート20は、前記配管8に連通された流体ポート21と、流体ポート21の出口端に形成されたポート開口部22と、ポート開口部22の周縁部に形成された着座面23とを有する。流体である前記混合流は、リード30の開弁時、流体ポート21内を上向きに流れてポート開口部22から排出される。ポート開口部22の平面視形状は図2Aに示すように長円形であるが、かかる形状は任意である。
[0018]
 リード30は、金属製あるいは合成樹脂製の弾性変形可能な薄板からなる。リード30は、バルブシート20の着座面23上に固定されたリード基端部31と、リード基端部31から先端側(図2Bの右側)に延びてポート開口部22を開閉するリード延在部32とを有する。リード基端部31とリード延在部32の境界位置を図中Xで示す。ポート開口部22内の圧力(「ポート内圧」という)Paがポート開口部22外の圧力(「ポート外圧」という)Pbと等しい基準状態であるとき、リード30は図示の如き基本形状(変形されてないときの形状)を有している。
[0019]
 ストッパ40は、リード30の開弁時にリード30(特にリード延在部32)のリフト量(着座面23から図の上方ないし開弁方向への移動量)を制限するためのものである。ストッパ40は、金属製あるいは合成樹脂製の板からなるが、リード30よりも厚肉であり、実質的に弾性変形しない。ストッパ40は、リード基端部31上に重ね合わされて固定されるストッパ基端部41と、ストッパ基端部41から先端側に且つ斜め上向きに延びるストッパ延在部42とを備える。これらストッパ基端部41とストッパ延在部42の境界位置もXで示される。
[0020]
 リード30とストッパ40は共通のボルト50により共締めされて片持ち状に固定される。すなわち、ワッシャ51が予め挿通されたボルト50が、ストッパ基端部41に設けられたボルト挿通穴49と、リード基端部31に設けられたボルト挿通穴39とに順次挿通され、着座面23に設けられた雌ネジ穴29に締め付けられる。もっともリード30とストッパ40の固定方法は任意であり、両者を別々に固定してもよく、ボルト以外の手段で固定してもよい。
[0021]
 ストッパ40は、ストッパ基端部41とストッパ延在部42の境界位置Xに設けられストッパ延在部42がストッパ基端部41に対しリフト方向(図2Bの上方)に傾斜するよう折曲された折曲部43を備える。図2Aに折曲部43の折曲線43Lを示す。折曲線43Lは、ポート開口部22より基端側の境界位置X上にあり、直線状である。ストッパ延在部42が着座面23の面方向に対し所定の上向き角度α1をなすよう、ストッパ延在部42は折曲部43においてストッパ基端部41に対しリフト方向に角度α1だけ折曲されている。
[0022]
 特に本実施形態は、図2A及び図2Bに示す基本形状において、リード30のリード延在部32が、基端側(図2A及び図2Bの左側)から先端側(図2A及び図2Bの右側)に向かうにつれ着座面23から離間されるよう湾曲されている点に特徴がある。
[0023]
 図3は基本形状にあるリード30を単独で示す。図2A、図2B、及び図3に示すように、リード延在部32は湾曲(面)形状を有し、特に基端側から先端側に向かう長手方向、特に全長において、一定の曲率半径Rを有する。これに対し、リード基端部31は、着座面23の平面形状に倣う平面形状を有する。リード基端部31は前述のボルト挿通穴39も有する。
[0024]
 図2A及び図2Bに示すように、本実施形態では、リード延在部32の先端部33がストッパ延在部42に当接するかあるいは極接近する程に、リード延在部32が湾曲されている。しかしながらこの湾曲の程度は任意である。こうしてリード延在部32が湾曲された結果、リード延在部32は図示の如き基準状態であるときにポート開口部22を開いている。
[0025]
 次に、本実施形態の作用効果を述べる。
[0026]
 ポート内圧Paが、ポート外圧Pbより第1所定値だけ低い所定の閉弁圧以下であるとき、図4に示すように、リード延在部32は着座面23に密着してポート開口部22を閉止し、閉弁状態となる。これによりポート開口部22を通じた流体の流通が阻止される。このときリード延在部32は基本の湾曲形状から平面形状に弾性変形される。
[0027]
 ここで上記第1所定値は、リード延在部32の湾曲形状を平面形状に弾性変形させるのに必要な極小さい値である。リード30およびリード延在部32は厚さが薄く(例えば0.2mm程度)、容易に弾性変形可能であり、基準状態におけるリード延在部32の先端部33のリフト量H1も極僅か(約1.5mm程度)である。よって実用上は、そのような平面形状への弾性変形に要する圧力(上記第1所定値)を無視することができ、リード延在部32は、ポート内圧Paがポート外圧Pbより低下したときにポート開口部22を閉止する。
[0028]
 他方、ポート内圧Paが上記閉弁圧より高いとき、リード延在部32はポート開口部22を開放し、開弁状態となり、ポート開口部22を通じた流体の流通を許容する。そしてポート内圧Paが、ポート外圧Pbより第2所定値だけ高い所定の全開圧以上であるとき、リード延在部32はストッパ延在部42の下面47に密着して(張り付いて)ポート開口部22を全開にし、全開状態となる。このとき、リード延在部32がリード基端部31に対し折曲部43の位置で斜め上方に折れ曲がり、リード延在部32の基本湾曲形状がストッパ延在部42の下面47の形状に倣った平面形状に変更されるよう、リード30が弾性変形される。これによりリード30ないしリード延在部32のリフト量が制限される。
[0029]
 ここで、リード延在部32が全開状態から閉弁状態に移行するとき、リード延在部32は平面形状から一旦湾曲形状に移行し、その後平面形状に移行する。こうした曲げモードが加わることにより、リード30が全開状態から閉弁状態に移行するときの当該移行を比較的緩慢に行うことができ、リード30の閉弁タイミングを遅らせることができる。
[0030]
 この点を、第1比較例と比較して説明する。図5A及び図5Bには第1比較例に係るリードバルブ装置の基本状態を示す。図5Aは平面図であり、図5Bは図5Aに示すb-b線に沿った断面の一部を模式的に示す模式図である。便宜上、本実施形態の要素と対応する要素には同一符号を付す。第1比較例は主に、リード延在部32の基本形状が湾曲形状でなく、リード基端部31から真っ直ぐ延びた平面形状である点で、本実施形態と相違する。
[0031]
 第1比較例において、全開状態でストッパ延在部42の下面47に密着したリード延在部32(平面形状である)は、閉弁時に下降(弾性復帰)し着座面23に当接してポート開口部22を閉止する。このとき、リード延在部32の基本形状が平面形状であるため、閉弁状態への復帰は、リード延在部32がその平面形状を保ったまま、折曲部43の位置を中心にヒンジ状に回転し、曲がりを単純に無くすことによって起こる。全開状態から閉弁状態に至るまでの間に、リード延在部32の形状は殆ど変化しない。このため閉弁状態への復帰が急激に起こり、リード30の閉弁タイミングを遅らせることが困難である。
[0032]
 これに対し、本実施形態では、全開状態から閉弁状態に至るまでの間にリード延在部32の形状を変化させることができるので、その分、閉弁状態への移行を緩慢に行うことができ、リード30の閉弁タイミングを遅らせることができる。本実施形態の場合、リード30の閉弁時の挙動を第1比較例よりも変化させ、リード30の閉弁タイミングを遅らせている。リード30の閉弁タイミングが遅れる事実は、試験等を通じて本発明者によっても確認されている。
[0033]
 また本実施形態の場合、全開状態から閉弁状態に移行するとき、リード延在部32は基端側から徐々に着座面23に着座していき、基端側から徐々に湾曲形状を平面形状に移行させていく。また基本の湾曲形状から最終的な平面形状に移行するとき、僅かではあるが、上記第1所定値だけ、ポート内圧Paとポート外圧Pbの圧力差が必要となる。これらも、リード30の閉弁タイミングが遅れる理由として考えられる。
[0034]
 また本実施形態の場合、閉弁状態のときのポート開口部22のシールを第1比較例よりも確実にかつ安定して行えるという利点もある。
[0035]
 図6は、本実施形態におけるリード延在部32の着座の様子を示す。リード延在部32の長手方向における曲率半径Rが一定であるため、リード延在部32が湾曲形状から平面形状に移行する際、等間隔隔てられた各長手方向位置Q1,Q2,Q3における単位時間当たりの変形量S1,S2,S3は同じである。従って閉弁状態において、着座面23に均一なシール圧Pを付与することができ、ポート開口部22のシールを確実にかつ安定して行うことができる。
[0036]
 これに対し、図7に示す第1比較例の場合だと、リード延在部32が上記ヒンジ状の曲げしか行わない結果、リード延在部32の基端部付近のシール圧Pがそれより先端側のシール圧Pより小さくなる傾向にある。このためシール圧Pがばらつき、第1比較例ではポート開口部22のシール性が本実施形態よりも劣る結果となる。
[0037]
 なお、本実施形態のリード延在部32は閉弁状態に移行するとき基端側から徐々に平面形状に移行し、着座面23に密着していく。こうした変形の仕方によって、本実施形態は、たとえリード延在部32の長手方向の曲率半径Rが一定でなくても、好ましい着座状態を得ることができ、シールを安定して行うことができる。
[0038]
 ところで本実施形態のリードバルブ装置10の適用例では、リード30の閉弁タイミングを遅らせることで次のような利点を得られる。
[0039]
 すなわち、第1比較例のリードバルブ装置を適用した場合、図1に示したエンジン1において、バキュームポンプ4を駆動する際の駆動トルクの変動が大きく、ポンプ駆動系から異音が発生する問題、例えば連結器3から機械的打音が発生する問題があった。第1比較例のように、リード30が急速に閉弁すると、Pa<Pb且つリード30が閉弁動作を行っている最中、ポート開口部22内に逆流する空気(図7に矢印J1で示す)の量が減少する。このため、流体ポート21ひいてはバキュームポンプ4の内部において、オイル量割合が空気量割合に比べて著しく多くなり、オイルが非圧縮性流体であるため、ポンプ内のオイルと空気の混合流体を圧縮するときの駆動トルク変動が大きくなって異音が発生する。
[0040]
 しかしながら、本実施形態では、リード30の閉弁タイミングが遅れるため、Pa<Pb且つリード30が閉弁動作を行っている最中、ポート開口部22内に逆流する空気(図6に矢印J1で示す)の量を増大することができる。よってバキュームポンプ4内における空気量割合を増加することができる。空気が圧縮性流体であるため、ポンプ内のオイルと空気の混合流体を圧縮するときの駆動トルク変動を抑制し、異音の発生を抑制することができる。
[0041]
 なお図8に示すように、平面視において湾曲したポート開口部22、リード(図示されず)およびストッパ40を備えた別の第2比較例もある。断面図は図4Bと同様である。この第2比較例も第1比較例と同様の作用効果なので、本実施形態はこの第2比較例よりも優れる。
[0042]
 本実施形態の平面視形状を、図8に示すような湾曲形状に変更することも可能である。
[0043]
 次に、本実施形態と類似するが本実施形態とは異なる別の比較例と比較しつつ、本実施形態の利点を説明する。
[0044]
 図9に、基本形状にある第3比較例のリード30を単独で示す。リード延在部32は湾曲(面)形状を有し、本実施形態と同様に構成されている。しかしながら、リード基端部31は本実施形態と異なり、リード延在部32に連続する湾曲(面)形状を有しており、そこにボルト挿通穴39が形成されている。つまり第3比較例のリード30は全体が湾曲形状を有し、長手方向全体の曲率半径Rが一定とされている。
[0045]
 これだと、取付時にリード基端部31をボルト50の締結力により強制的に平面形状に弾性変形させて取り付けることになる。よって取付状態においてボルト50を緩ませる力が常時働き、ボルト50が緩みやすくなる欠点がある。
[0046]
 しかし、本実施形態のリード30はリード基端部31の基本形状が平面形状なので、ボルト50を緩ませる力は働かず、こうした欠点を解消することができる。
[0047]
 もっとも、第3比較例においても、湾曲形状のリード延在部32を含み、リード延在部32を湾曲形状としたことによる本実施形態の上記作用効果は得られる。よって第3比較例は本発明の実施形態に含まれる。
[0048]
 図10には、第4比較例のリードバルブ装置10を示し、特に基本形状にあるリード30を示す。図示するように、リード延在部32は湾曲形状ではなく、平面形状の基本形状を有する。但しリード延在部32は、折曲部43の位置ないし境界位置Xにおいて、ストッパ40の角度α1より小さい角度α2で、リード基端部31に対しリフト方向に折曲されている。つまりリード30は当該位置で予め曲げられている。これによりリード延在部32は図示の如き基準状態であるとき、ポート開口部22を開いている。
[0049]
 こうした場合、図11に示すように、リード30が閉弁状態に弾性変形したとき、折曲部43の位置付近でリード延在部32が着座面23から離れる(浮き上がる)傾向にあり(図は誇張されている)、当該位置付近で十分なシール圧を確保できず、シールが不安定となる虞がある。これは図7に示した第1比較例と大略同様である。
[0050]
 しかし本実施形態によれば、前述したように、当該位置でも十分なシール圧を得ることができ、シールを安定して行うことができる。
[0051]
 以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は他の実施形態も可能である。例えば、リード延在部32の曲率半径Rは長手方向において一定でなくてもよく、長手方向の位置に応じて変化させてもよい。
[0052]
 本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
[0053]
 本出願は、2015年06月30日付で出願された日本国特許出願(特願2015-131402)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0054]
 本発明のリードバルブ装置は、簡易な構造によりリードの閉弁タイミングを確実に遅らせることができるという効果を有し、リードの延在部が急激に閉弁状態に復帰してしまうことによって生じる内燃機関の動作不良などを防止することができるという点において有用である。

符号の説明

[0055]
10 リードバルブ装置
20 バルブシート
22 ポート開口部
23 着座面
30 リード
31 リード基端部
32 リード延在部
39 ボルト挿通穴
40 ストッパ
R 曲率半径

請求の範囲

[請求項1]
 ポート開口部と、前記ポート開口部の周縁部に形成された着座面とを有するバルブシートと、
 前記バルブシートの着座面上に固定されたリード基端部と、前記リード基端部から先端側に延びて前記ポート開口部を開閉するリード延在部とを有した弾性変形可能なリードと、
 前記リード延在部のリフト量を制限するストッパと、
 を備え、
 前記リード延在部が、その基本形状において、基端側から先端側に向かうにつれ前記着座面から離間されるよう湾曲されている
 ことを特徴とするリードバルブ装置。
[請求項2]
 前記リード延在部が、その基本形状において、基端側から先端側に向かう長手方向において一定の曲率半径を有する
 ことを特徴とする請求項1に記載のリードバルブ装置。
[請求項3]
 前記リード基端部が、その基本形状において平面形状を有すると共に、ボルト挿通穴を有する
 ことを特徴とする請求項1または2に記載のリードバルブ装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2A]

[ 図 2B]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5A]

[ 図 5B]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]