圧力調整弁
【課題】コイルばねの全周に作用する荷重特性を均一にすることができるようにした圧力調整弁を提供すること。
【解決手段】タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、流体の導入口と、流体の吐出口と、弁体と、弁座と、コイルばねと、ばね受け部とを有し、前記コイルばねは、前記弁体と前記ばね受け部との間に介在し、前記通路内の流体圧力が所定値以下の時には前記弁体を閉鎖し、前記通路内の流体圧力が所定値より大きくなると前記弁体を開放する圧力調整弁において、前記コイルばねは、その上端巻部の上部巻端と、その下端巻部の下部巻端とは平面視で１８０度ずれている構成。
【解決手段】タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、流体の導入口と、流体の吐出口と、弁体と、弁座と、コイルばねと、ばね受け部とを有し、前記コイルばねは、前記弁体と前記ばね受け部との間に介在し、前記通路内の流体圧力が所定値以下の時には前記弁体を閉鎖し、前記通路内の流体圧力が所定値より大きくなると前記弁体を開放する圧力調整弁において、前記コイルばねは、その上端巻部の上部巻端と、その下端巻部の下部巻端とは平面視で１８０度ずれている構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁、例えば、燃料ポンプにより燃料タンクから内燃機関のインジェクタに供給される燃料の圧力を調整する圧力調整弁のコイルばねに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の供給系である自動車等の燃料供給系は、図１７に示すように、燃料タンク１、燃料ポンプ２及びエンジンのインジェクタ６を連通する燃料通路５を有し、燃料タンク１内に設ける燃料ポンプ２により燃料タンク１内の燃料をフィルタ３、４を介してエンジンのインジェクタ６に供給する。その場合、エンジンの運転状態等により燃料通路５内の燃料圧力が変動するため、燃料の圧力を所定値に調整する圧力調整弁８が燃料供給系に設けられる。この圧力調整弁８は、燃料通路５からの分岐通路７に設けられ、燃料供給系の圧力が所定値以上になると開放し、燃料を燃料タンク１に戻す。
【０００３】
図１６に従来の圧力調整弁１０の一例を示す。圧力調整弁１０は、ケース１１、弁体１４及びコイルばね１６等からなる。ケース１１は、圧力調整弁１０の外郭を形成する部材であり、燃料導入口１２及び燃料吐出口１３を有し、燃料導入口１２近傍の内面には弁座１８が形成され、その底部にはばね受け１７を有する。
【０００４】
前記弁体１４は、筒状部１５を有し、該筒状部１５をガイドにしてケース１１内を上下動する部材であり、弁体１４の内底面とばね受け１７との間にはコイルばね１６が介在される。コイルばね１６は、常時、弁体１４を燃料導入口１２方向へ押圧し、弁体１４の先端を弁座１８に当接させ、燃料供給系と燃料タンク１との連通を遮断するが、燃料供給系の燃料の圧力が所定値以上になると弁体１４により下方へ押圧される。その結果、弁体１４は弁座１８から離間するため、余剰燃料は燃料タンク１に戻される。このような圧力調整弁１０は、ケース１１内面をガイドする筒状部１５を有しているため、弁体１４が偏心することはなく弁のシール性が良好になるという利点を有する反面、嵌合寸法、形状公差により多少の傾きが発生し引っ掛かりによりヒステリシスが生じてしまう。また、嵌合部には高い寸法精度が必要となりそれだけコストが高騰するという問題を有していた（特許文献１参照）。
【０００５】
このような問題を解決するものとして、例えば、図１に示すような弁体が円錐状のポペット弁が知られている。このポペット弁は、弁体３４にガイドとなる部材がなくコイルばね４０により支持されるものであり、弁体３４の開放時にはコイルばね４０の一端で浮遊状態に支持され、弁体３４の閉鎖時にはコイルばね４０により弁座３１ｂに当接されるものである。
【０００６】
ところで、このようなポペット弁は、弁体が円錐状に形成されており、弁体の閉弁時に該弁体の軸心より多少偏心したり傾斜して弁座に当接してもそれなりのシール性が確保されるため、ばねの材質を均一にしたり、ばね全体の径を均一にしたりする手段は施されてはいるが、それ以外コイルばねの変位時にばねの全周に作用するばね荷重を均一にする手段、例えば上下端面にそれぞれ有する上部巻端及び下部巻端を平面視でどのように配置するかについては特に考慮されていなかった。そのため、従来のコイルばねは、コイルばねの変位時、コイルばねがその軸心に対して偏心したり傾斜して変位する傾向にあった。
【０００７】
近年、自動車等の燃料供給は緻密な制御が求められ、圧力調整弁での圧力調整も精緻な調整が求められるようになっている。しかしながら、上記したように、従来のコイルばねは、変位時に偏心したり傾斜する傾向にあり、コイルばねが変位時に偏心したり傾斜すると弁体も偏心したり傾斜して開閉動することになるが、弁体が偏心したり傾斜すると弁体の開弁時付近と閉弁時付近での圧力特性にヒステリシスが生じたり、或いは閉弁時のシール性が損なわれる等の問題が生じ、その結果、精緻な圧力調整を行うという要求に十分応えることができないという問題を有していた。
【特許文献１】特開平８−３２００７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、コイルばねの全周に作用する荷重特性を均一にすることができる圧力調整弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本願発明は以下の構成を採用する。
【００１０】
請求項１に係る発明では、タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、流体の導入口と、流体の吐出口と、弁体と、弁座と、コイルばねと、ばね受け部とを有し、前記コイルばねは、前記弁体と前記ばね受け部との間に介在し、前記通路内の流体圧力が所定値以下の時には前記弁体を閉鎖し、前記通路内の流体圧力が所定値より大きくなると前記弁体を開放する圧力調整弁において、前記コイルばねは、その上端巻部の上部巻端と、その下端巻部の下部巻端とは平面視で１８０度ずれている構成。
【００１１】
請求項２に係る発明では、請求項１に記載の発明に加え、前記コイルばねは、前記上端巻部及び前記下端巻部に平面部を有する構成。
【００１２】
請求項３に係る発明では、タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、流体の導入口と、流体の吐出口と、弁体と、弁座と、コイルばねと、ばね受け部とを有し、前記コイルばねは、前記弁体と前記ばね受け部との間に介在し、前記通路内の流体圧力が所定値以下の時には前記弁体を閉鎖し、前記通路内の流体圧力が所定値より大きくなると前記弁体を開放する圧力調整弁において、前記コイルばねは、その上部有効巻端と、その下部有効巻端とは平面視で１８０度ずれており、前記弁体の作動範囲では、前記コイルばねの巻部同士が当接しないようにする構成。
【００１３】
請求項４に係る発明では、請求項３に記載の発明に加え、前記コイルばねの巻部同士が当接しないようにする手段は、スペーサである構成。
【００１４】
請求項５に係る発明では、請求項３に記載の発明に加え、前記コイルばねは、前記１個のオープンエンド等ピッチばねと、該オープンエンド等ピッチばねの上下に取り付けられる支持部材からなり、前記支持部材は、外周に前記オープンエンド等ピッチばねを支持するための該オープンエンド等ピッチばねと同一ピッチの螺旋突起又は螺旋溝を有する構成。
【００１５】
請求項６に係る発明では、請求項３に記載の発明に加え、前記コイルばねは、ばね軸方向には長く径方向には短い断面形状を有するオープンエンド等ピッチばねであり、上端巻部及び下端巻部に平面部を有する構成。
【００１６】
請求項７に係る発明では、請求項３に記載の発明に加え、前記コイルばねは、ばね鋼パイプの外周に等ピッチ螺旋貫通溝を設ける構成。
【００１７】
請求項８に係る発明では、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の発明に加え、前記圧力調整弁は、自動車用燃料系に用いられる構成。
【００１８】
そしてこのような構成により、コイルばねの上下端面における荷重特性はほぼ均一化され、圧力調整弁の弁体は垂直に保たれるため、圧力調整範囲である弁体の作動範囲において弁体作動軸と流体導入口の軸はほぼ同一に保たれる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、コイルばねの上部巻端と下部巻端、或いは、上部有効巻端と下部有効巻端とを平面視で１８０度ずれるように配置することにより、弁体から受けるばね荷重をその全円周上でほぼ均一化することができ、圧力調整弁の弁体を垂直に保持し、弁体の作動範囲において弁体作動軸と流体導入口の軸とをほぼ同一に保つことができる。また、弁体の開弁時付近と閉弁時付近での圧力特性のヒステリシスを低減することができるとともに、閉弁時のシール性を向上することができる。更に、弁体に対し高い寸法精度を要求するガイド部材を別途設ける必要がないためそれだけ生産コストを低減することができる。
【実施例】
【００２０】
図１に本発明のコイルばねを備えた圧力調整弁を示し、図２に本発明の上下部巻端が１８０度（０．５巻）ずれたコイルばねの断面図を示し、図３にその平面図を示し、図４に図３のＡ−Ａ線での断面図を示し、図４に対して下部巻端が９０度（０．２５巻）ずれたコイルばねの断面図を図５に示す。
【００２１】
本発明の圧力調整弁３０は、図１７の符号８で示すものに相当し、燃料ポンプ２とエンジンのインジェクタ６とを結ぶ燃料通路５に連通するように、例えば、燃料タンク１内に配置され、余剰燃料を燃料タンク１に戻すとともに、インジェクタ６に供給する燃料圧力を所定値に適正に調整する。
【００２２】
圧力調整弁３０は、ケース３２、ばね受け３３、弁体３４及びコイルばね４０等からなる。ケース３２は、上下が開口した中空部材であり、その内部に空間３２ａを有する。また、その中空部先端には燃料導入口３１ａを有し、その燃料導入口３１ａの下端部内周には円錐形の弁座３１ｂを有する。そして燃料導入口３１ａから矢印で示すように空間３２ａに燃料供給系の燃料が供給される。
【００２３】
前記ばね受け３３は、ケース３２の下部内周面に圧着される肉厚の部材であり、その中心部には燃料吐出口３３ａを有し、矢印で示すように燃料供給系の余剰燃料を燃料タンク１に戻す。また、ばね受け３３の内底面には、燃料吐出口３３ａを囲むようにばね支持用の段部３３ｂが設けられる。
【００２４】
前記弁体３４は、その先端に円錐部３４ａを有するポペット弁である。該円錐部３４ａは、略円錐形の弁座３１ｂに対向する部分であり、閉弁時、弁座３１ｂに当接する。なお、円錐部３４ａは、その表面が円錐状であるため弁体３４と弁座３１ｂとの軸心が多少ずれても両者のシール性は良好に保たれる。
【００２５】
コイルばね４０について説明する。コイルばね４０は、略同径の棒状部材をコイル状に巻いた既に知られたばねであり、その上下端面は、水平且つ平行の平面部に形成されている。即ち、図４に示すようにコイルばね４０を、上方から上部巻端４１を有する第１巻部Ｔ１、第２巻部Ｔ２、第３巻部Ｔ３、第４巻部Ｔ４、第５巻部Ｔ５、及び下部巻端４２を有する第６巻部Ｔ６とした場合、コイルばね４０は、上端巻部である第１巻部Ｔ１の上部巻端４１の部分を第２巻部Ｔ２近傍にまで、或いは当接するまで第２巻部Ｔ２側に折り曲げるとともに、第１巻部Ｔ１の上面を水平に研削して平面部とし、同様に、下端巻部である第６巻部Ｔ６の下部巻端４２の部分を第５巻部Ｔ５近傍にまで、或いは当接するまで第５巻部Ｔ５側に折り曲げるとともに、第６巻部Ｔ６の下面を水平に研削して平面部とする。
【００２６】
そのコイルばね４０の平面を図３に示す。図３に示す符号４５は平面部である水平面と円弧面との境界であり、上部巻端４１とこの境界４５との右側の広い領域は研削した水平面４３を示し、この境界４５と上部巻端４１との間の左側の狭い領域は研削していない円弧面４４を示す。なお、図４は図３のＡ−Ａ線断面図であり、図３のＡ−Ａ線は図２のイ−イ線に相当し、図３のロ−ロ線はＡ−Ａ線に直交する線であり、図２のロ−ロ線に相当する。
【００２７】
コイルばね４０は、弁体３４の段部３４ｂとばね受け部３３の段部３３ｂとの間に配置され、燃料通路内の燃料圧力が所定値以下の時には弁体３４を弁座３１ｂに当接し、燃料通路内の燃料が燃料タンク１内に環流することを防止する。燃料通路内の燃料圧力が所定値より大きくなると、コイルばね４０は押圧され、弁体３４はコイルばね４０のばね力に抗して弁座３１ｂから離間し、燃料通路内の余剰燃料を燃料タンク１内へ環流する。開弁時、前記弁体３４は、コイルばね４０の一端（図４でいえば下端巻部である第６巻部Ｔ６）で浮遊状態に支持される。なお、弁体の作動範囲は、極狭い範囲、例えば、０〜０．３ｍｍ程度である。
【００２８】
これまで上端巻部の第１巻部Ｔ１に設けられる上部巻端４１と、下端巻部の第６巻部Ｔ６に設けられる下部巻端４２との位置関係については特に考慮が払われていなかった。発明者は、図５に示す上部巻端４１と下部巻端４２とが例えば９０度、即ち、時計方向に０．２５巻ずれたものを用い、図３で示すＰ点（巻端０度位置）、Ｒ点（巻端９０度位置）、Ｑ点（巻端１８０度位置）及びＳ点（巻端２７０度位置）でのばねのたわみ量に対する剛性について実験を行い、その結果、図６（Ｂ）で示すように各点でバラツキが生じることを見出した。
【００２９】
その理由は次のようなことによるものと思われる。即ち、図５の第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との距離についてみると、Ｐ点ではほぼゼロ、Ｒ点（又はＳ点）ではｈ、Ｑ点ではＲ点のｈより大のＨであり、コイルばねが押圧される際、特に第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との上部巻端４１の位置であるＰ点、及び第５巻部Ｔ５と第６巻部Ｔ６との下部巻端４２の位置であるＲ１点では、隣り合う巻部との距離が最も短いためこの箇所での剛性が他の箇所のものに比べ高くなり、弁体３４の上下動時に弁体３４が軸心に対し偏心したり傾斜したりするようになるためと思われる。その結果、後記する図７で示すようにヒステリシスが発生し良好な圧力調整を行うことができなかった。
【００３０】
図４に示すように本発明のものは、上部巻端４１と下部巻端４２とを平面視で１８０度ずらして配置したものである。このように上部巻端４１と下部巻端４２とを平面視で径方向に対向して配置することにより、コイルばねの円周上における荷重をほぼ均一にすることができる。即ち、図４の第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との距離についてみると、上部巻端４１であるＰ点ではほぼゼロで、その点での剛性は最大になり、Ｐ点に対向したＱ点では最大のＨで、その点での剛性は最小になる。また、下部巻端４２であるＱ１点ではほぼゼロで、その点での剛性は最大になり、Ｑ１点に対向したＰ１点では最大のＨで、その点での剛性は最小になる。
【００３１】
このように、上部巻端４１と下部巻端４２とを平面視で１８０度ずらして配置することにより、Ｐ点の軸方向の剛性と、Ｑ点の軸方向の剛性とは上下反対の関係になるが略等しくなる。更に、Ｒ点及びＳ点についてみると、Ｒ点及びＳ点での第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との距離はほぼ等しく、第５巻部Ｔ５と第６巻部Ｔ６との距離もほぼ等しいため、軸方向の剛性も略等しくなる。なお、その実験結果を図６（Ａ）に示す。即ち、図６（Ａ）は、たわみ量に対するＰ、Ｒ、Ｑ、Ｓ点でのばね荷重の変化を示すものであるが、図から明らかなように各点での特性はほぼ等しいものであった。
【００３２】
また、図７にヒステリシスが低減する実験データを示す。図７は横軸に流量、縦軸に弁体の開弁時付近と閉弁時付近での圧力変動幅を示すもので、両巻端が９０度ずれたのもの（丸印のもの）は、変動幅がどうしても大きくなる。それに対し、両巻端が１８０度ずれた本発明のもの（四角印のもの）ではその変動幅がゼロ近くに低減した。このようなコイルばねを用いることにより、弁体３４の上下動時に弁体３４がその軸心に沿うようになり、その結果ヒステリシスを低減することができるとともに、良好な圧力調整を行うことができるようになる。
【００３３】
ところで、上記したコイルばね４０は、上部巻端４１が第２巻部Ｔ２に当接する（なお、下部巻端４２と第５巻部Ｔ５との間も同様であるが、以下においては第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２とで説明する。）、所謂クローズエンドタイプのコイルばねであるところ、このようなコイルばねの第１巻部Ｔ１の領域は、ばね作用を有しない弁体を支持するための領域（所謂座巻と呼ばれる領域）であり、ばね作用を有する領域は、第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２とが当接する箇所以降の領域になる。この箇所を「上部有効巻端」（第５巻部Ｔ５と第６巻部Ｔ６との場合は「下部有効巻端」）とし、それ以降の「下部有効巻端」までの領域を「有効巻数」とすれば、上部有効巻端の上方に上部巻端４１がある、これを平面視でいえば上部有効巻端と上部巻端４１とは同じ箇所になる。即ち、クローズエンドタイプのコイルばねの場合には、上下部巻端４１、４２での条件と上下部有効巻端での条件は同じになり、上下部有効巻端を１８０度ずらすと言い換えることもできる。
【００３４】
上記クローズエンドタイプのコイルばねの作用について図１５（Ａ）〜（Ｃ）で説明すると、弁体３４にセット後では、上部巻端４１の下面が第２巻部Ｔ２の上面に当接した状態になる（なお、下部巻端４２と第５巻部Ｔ５との間も同様であるが、以下においては第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２とで説明する。）。その後、弁体３４が作動するとコイルばね４０は下方に押し下げられ、ピッチは小さくなっていくが、第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との間の間隔は図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように変化することになる。
【００３５】
図１５は、たわみ量に応じた第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２間の有効巻数の変遷図であり、（Ａ）にセット時のたわみ量ゼロの状態を示し、（Ｂ）にたわみ量小の状態を示し、（Ｃ）にたわみ量大の状態を示す。たわみ量ゼロの（Ａ）では、上部巻端４１と第２巻部Ｔ２との当接部（上部有効巻端でもある。）は最も左側にあり、当接部の右側は第６巻部Ｔ６まですべて有効巻数になっている。そして、上部巻端４１と第２巻部Ｔ２との間には、不等ピッチ角領域と等ピッチ角領域を有している。
【００３６】
弁体３４が少し下がり、（Ａ）の状態から（Ｂ）の状態になると、不等ピッチ角領域及び等ピッチ角領域とも間隔が狭くなる。すると、当接部は右側により、その結果、有効巻数は減少する。弁体３４が更に下がり、（Ｂ）の状態から（Ｃ）の状態になると、不等ピッチ角領域及び等ピッチ角領域とも更に間隔が狭くなる。すると、当接部は更に右側により、有効巻数は更に減少し荷重の不均衡が生じ弁体３４が偏心するようになる。
【００３７】
ところで、コイルばね４０を上記した条件に合うように形成したとしても、そのコイルばねを弁体にセットする際、すべて同じようにセットすることは難しく、製品毎に当接部の位置に相違が生じ、精度にばらつきが発生する恐れが生じる。以下に、このような弊害をなくすことができる例を示す。
【００３８】
上記弊害は、当接部、即ち、上下部有効巻端の位置が移動し、有効巻数が減少することによって引き起こされるものであり、以下の例は、上下部有効巻端に着目し、上下部有効巻端を平面視で１８０度ずらすとともに、弁体３４の作動中に上下部有効巻端が移動しコイルばねの有効巻数が減少することがないようにすることにより、クローズエンドタイプのコイルばねだけではなく所謂オープンエンド等ピッチばねであっても適用可能にするものである。
【００３９】
図８に示すものは、図２と同じような所謂クローズエンドタイプのコイルばね４０ａを用い、座巻である第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２の間と、座巻である第６巻部Ｔ６と第５巻部Ｔ５の間に、最大厚さＳ１の楔状のスペーサ４９をろう付け或いは溶接等で固着することによりそれぞれ介在し、上下スペーサ４９の最大厚さＳ１の位置を平面視で１８０度になるようにするものである。即ち、この例の場合は、上下スペーサ４９の最大厚さＳ１の位置が上下部有効巻端の位置になり、その位置では間隙Ｓ１の段差を有することになる。その結果、弁体３４作動中にコイルばね４０ａが変形したとしても上下部有効巻端以降の巻部が当接することはなく、上下部有効巻端の位置は移動しない。
【００４０】
図１５（Ｄ）にその状態図を示す。図に示すように、第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との間には楔状のスペーサ４９が挿入され、最大厚さである間隙Ｓ１が設けられる。この間隙Ｓ１の位置が当接部であり上下部有効巻端位置になる。その結果、弁体３４作動中に上下部有効巻端以降の巻部同士が当接し有効巻数が変化することはないため、所期の作用効果である精緻な燃料の圧力調整が可能になる。
【００４１】
図９に示すものは、所謂オープンエンド等ピッチばねを用いる例であり、１個のコイルばね５０と２個の支持部材５５とからなるコイルばねユニット５４を用いるものである。なお、このコイルばねユニット５４をコイルばねと呼んでもよい。また、図９は上端部の状態のみを示すが下端部も同様である。
【００４２】
コイルばね５０は、所謂オープンエンド等ピッチばねであり、支持部材５５は、図１０（Ａ）にその正面図を、図１０（Ｂ）にその背面図を示す。支持部材５５は、その上端部のフランジ部５６と、下端部の円柱部５７とからなる金属製或いは樹脂製の部材である。フランジ部５６の上面は、水平な平面部５６ａを有し、その下面には、図９、１０に示すようにコイルばね５０と同一ピッチの螺旋突起５９が上方の始端部５８から下方に向かって所定長さ（図では略第１巻部Ｔ１の長さ）に亘って形成される。
【００４３】
また、円柱部５７は、上下に貫通した中空部５７ａを有する筒状の部材であり、その外径は、コイルばね５０の内径に嵌合されている。そして、該円柱部５７には、始端部５８にコイルばね５０の上部巻端５０ａを当接する形態で、第１巻部Ｔ１が嵌合される。この場合、第１巻部Ｔ１及び下端巻部は支持部材５５に対する支持部として利用される。そして、使用時には円柱部５７の上下に貫通した中空部５７ａ内に弁体３４を嵌合して用いられる。なお、支持部材５５の上面に弁体３４を一体に形成するようにしてもよい。このような形態にすることにより部品点数並びに組み立て工数を低減することができる。
【００４４】
この例の場合、有効巻端の位置は、螺旋突起５９とコイルばね５０とが密着する箇所から密着しなくなる位置、図９でいえば矢印Ｐ点である。即ち、この例では、上下有効巻端Ｐの位置を平面視で１８０度になるようにするものである。その結果、上下有効巻端Ｐの位置では図９に示すように間隙Ｓ２の段差を有することになり、弁体３４作動中にコイルばね５０が変形したとしても上下部有効巻端以降の巻部が当接することはなく、上下部有効巻端の位置は移動しない。そのため、所期の作用効果である精緻な燃料の圧力調整が可能になる。なお、この例の場合、上部巻端５０ａと図示しない下部巻端とは平面視で１８０度ずれていてもよいし、ずれていなくてもよい。
【００４５】
図１１に示すものは、図９のものと同様に所謂オープンエンド等ピッチばねを用いる例であり、１個のコイルばね５０と２個の支持部材６１とからなるコイルばねユニット６０を用いるものである。なお、このコイルばねユニット６０をコイルばねと呼んでもよい。また、図１１は上端部の状態のみを示すが下端部も同様である。
【００４６】
コイルばね５０は、図９のものと同じ所謂オープンエンド等ピッチばねであり、支持部材６１は、図１２の（Ａ）にその正面図を、図１２の（Ｂ）にその背面図を示す。支持部材６１は、金属製或いは樹脂製の上下に貫通した中空部６１ｂを有する円柱状部材であり、その上面は、水平な平面部６１ａを有し、その外周には螺旋溝６２が上方の始端部６３から下方に向かって所定長さ（図では略第１巻部Ｔ１の長さ）に亘って形成される。
【００４７】
また、第２巻部Ｔ２以降の部分については、切欠６４が形成され、図１１に示すように第２巻部Ｔ２の上面との間に隙間Ｓ３を有している。そして、該螺旋溝６２には、始端部６３にコイルばね５０の上部巻端５０ａを当接する形態で、第１巻部Ｔ１が嵌合され、第１巻部Ｔ１及び下端巻部は支持部材６１に対する支持部として利用される。そして、使用時には支持部材６１の上下に貫通した中空部６１ｂ内に弁体３４を嵌合して用いる。なお、支持部材６１の上面に弁体３４を一体に形成するようにしてもよい。このような形態にすることにより部品点数並びに組み立て工数を低減することができる。
【００４８】
この例の場合、上下部有効巻端の位置は、螺旋溝６２とコイルばね５０とが密着する箇所から密着しなくなる位置、図１１でいえば矢印Ｑ点である。即ち、この例では、上下部有効巻端Ｑの位置を平面視で１８０度になるようにするものである。その結果、上下部有効巻端Ｑの位置では図１１に示すように間隙Ｓ３の段差を有することになり、弁体３４作動中にコイルばね５０が変形したとしても上下部有効巻端以降の巻部が当接することはなく、上下部有効巻端の位置は移動しない。そのため、所期の作用効果である精緻な燃料の圧力調整が可能になる。なお、この例の場合も、上部巻端５０ａと図示しない下部巻端とは平面視で１８０度ずれていてもよいし、ずれていなくてもよい。
【００４９】
図１３に示すものは、ばね鋼パイプから形成したコイルばね８０である。コイルばね８０は、筒状のばね鋼パイプに等ピッチの螺旋貫通溝８１を設けることにより形成され、上方から座巻に相当する第１巻部Ｔ１、第２巻部Ｔ２、第３巻部Ｔ３、第４巻部Ｔ４、第５巻部Ｔ５及び座巻に相当する第６巻部Ｔ６を有してなる。そして、使用時にはコイルばね８０の上下に貫通した開口内に弁体３４を嵌合して用いる。なお、コイルばね８０の上面に弁体３４を一体に形成するようにしてもよい。
【００５０】
この例の場合、コイルばね８０は、オープンエンド等ピッチばねになり、上下部有効巻端の位置は、図１３で示す螺旋貫通溝８１の上部巻端８１ａと、下部巻端８１ｂになる。即ち、この例では、上部巻端８１ａと下部巻端８１ｂとの位置を平面視で１８０度になるようにするものである。その結果、上部巻端８１ａの位置では図１３に示すように間隙Ｓ４の段差を有することになり、弁体３４が作動しコイルばね８０が変形したとしても上下部有効巻端以降の巻部が当接することはなく、上下部有効巻端の位置は移動しない。そのため、所期の作用効果である精緻な燃料の圧力調整が可能になる。
【００５１】
図１４に示すものは、座巻に相当する第１巻部Ｔ１の上面と同じく座巻に相当する下端巻部の第６巻部Ｔ６の下面にそれぞれ水平な平面部７１を形成した所謂オープンエンド等ピッチばねを用いるものである。コイルばね７０は、断面矩形状のもので、コイルばね７０の軸心方向の長さをｂとし、径方向の長さをａとし、ピッチをｐとすれば、ｂ＞ａ、ｂ≧（５／８）ｐの関係にあるばねを用いるものである。この関係を図１４（Ｂ）の平面図で示す平面部７１と円弧部７２との関係でいえば、第１巻部Ｔ１の上面に平面部７１が２２５度以上の範囲に亘って形成されることになる。なお、平面部７１が形成される範囲は、作動中に弁体３４が傾くことがない範囲であればよく、例えば１８０度より大きければよいが弁体３４の安定性等を確保するためには２２５度以上が好ましい。この平面部の範囲は、上述したすべての例のものに適用可能である。
【００５２】
この例の場合、上部有効巻端は、弁体３４が載る第１巻部Ｔ１の水平な平面部７１と、この平面部７１から連続する円弧部７２との境界の傾斜始端部７２ａであり、下部有効巻端は、ばね受け部３３が当接する第６巻部Ｔ６の水平な平面部７１と、この平面部７１から連続する円弧部７２との境界の傾斜始端部７２ｂである。そしてこの傾斜始端部７２ａと傾斜始端部７２ｂとが１８０度の関係になるように成形する。
【００５３】
この例の場合、平面部７１と円弧部７２とは連続している、即ち、図８、図９、図１１及び図１３の例のもののように段差がないものであり、弁体３４作動中に傾斜始端部７２ａ及び傾斜始端部７２ｂが、図１５（Ａ）〜（Ｃ）で説明したように移動するのではないかの疑義が生じる。しかし、使用するばねは所謂オープンエンド等ピッチばねであるため、図１５（Ｅ）に示すように円弧部７２は平面部７１に対し、広い角度θを持って連続することになる。そのため、弁体３４作動中に傾斜始端部７２ａ及び傾斜始端部７２ｂが移動することはなく、上下部有効巻端の位置は移動しない。なお、この例のものはコイルばね７０を断面矩形状のものとして説明したが、楕円等であってもよい。
【００５４】
なお、本発明は、前記実施例の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更可能であり、例えば、弁体は、球、平面または円弧状のものを用いることができるし、圧力調整弁の用途も自動車用以外にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の圧力調整弁の断面図
【図２】本発明の両巻端が１８０度（０．５巻）ずれたセット時のコイルばねの斜視図
【図３】本発明の両巻端が１８０度ずれたセット時のコイルばねの平面図
【図４】図３のＡ−Ａ線での断面図
【図５】両巻端が９０度（０．２５巻）ずれたセット時のコイルばねの断面図
【図６】（Ａ）は本発明のばね特性図、（Ｂ）は図５のばね特性図
【図７】本発明と図５のヒステリシス特性の比較図
【図８】本発明の上下有効巻端が１８０度ずれたコイルばねの一部断面図
【図９】本発明の上下有効巻端が１８０度ずれた他のコイルばねの一部断面図
【図１０】図９で示す支持部材の正面図及び背面図
【図１１】本発明の上下有効巻端が１８０度ずれた更に他のコイルばねの一部断面図
【図１２】図１１で示す支持部材の正面図及び背面図
【図１３】本発明の上下有効巻端が１８０度ずれた更に他のコイルばねの正面図
【図１４】本発明の上下有効巻端が１８０度ずれた更に他のコイルばねの断面図及び平面図
【図１５】本発明のたわみ量に応じた第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２間の有効巻数の変遷図
【図１６】従来の圧力調整弁の断面図
【図１７】自動車の燃料供給系の概略図
【符号の説明】
【００５６】
３０・・・圧力調整弁 ３１ａ・・・燃料導入口
３１ｂ・・・弁座 ３２・・・ケース
３２ａ・・・空間 ３３・・・ばね受け部
３３ａ・・・燃料吐出口 ３３ｂ・・・段部
３４・・・弁体 ３４ａ・・・円錐部
３４ｂ・・・段部 ４０・・・コイルばね
４１・・・上部巻端 ４２・・・下部巻端
４３・・・水平面 ４４・・・円弧面
４５・・・水平面と円弧面との境界 ４９…スペーサ
５０・・・コイルばね ５０ａ・・・上部巻端
５４…コイルばねユニット ５５…支持部材
５６…フランジ部 ５６ａ…平面部
５７…円柱部 ５８…始端部
５９…螺旋突起 ６０…コイルばねユニット
６１…支持部材 ６１ａ…平面部
６２…螺旋溝 ６３…始端部
６４・・・切欠 ７０・・・コイルばね
７１…平面部 ７２…円弧部
７３・・・上部巻端 ７４・・・下部巻端
８０・・・コイルばね ８１…螺旋貫通溝
Ｔ１・・・第１巻部 Ｔ２・・・第２巻部
Ｔ３・・・第３巻部 Ｔ４・・・第４巻部
Ｔ５・・・第５巻部 Ｔ６・・・第６巻部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁、例えば、燃料ポンプにより燃料タンクから内燃機関のインジェクタに供給される燃料の圧力を調整する圧力調整弁のコイルばねに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の供給系である自動車等の燃料供給系は、図１７に示すように、燃料タンク１、燃料ポンプ２及びエンジンのインジェクタ６を連通する燃料通路５を有し、燃料タンク１内に設ける燃料ポンプ２により燃料タンク１内の燃料をフィルタ３、４を介してエンジンのインジェクタ６に供給する。その場合、エンジンの運転状態等により燃料通路５内の燃料圧力が変動するため、燃料の圧力を所定値に調整する圧力調整弁８が燃料供給系に設けられる。この圧力調整弁８は、燃料通路５からの分岐通路７に設けられ、燃料供給系の圧力が所定値以上になると開放し、燃料を燃料タンク１に戻す。
【０００３】
図１６に従来の圧力調整弁１０の一例を示す。圧力調整弁１０は、ケース１１、弁体１４及びコイルばね１６等からなる。ケース１１は、圧力調整弁１０の外郭を形成する部材であり、燃料導入口１２及び燃料吐出口１３を有し、燃料導入口１２近傍の内面には弁座１８が形成され、その底部にはばね受け１７を有する。
【０００４】
前記弁体１４は、筒状部１５を有し、該筒状部１５をガイドにしてケース１１内を上下動する部材であり、弁体１４の内底面とばね受け１７との間にはコイルばね１６が介在される。コイルばね１６は、常時、弁体１４を燃料導入口１２方向へ押圧し、弁体１４の先端を弁座１８に当接させ、燃料供給系と燃料タンク１との連通を遮断するが、燃料供給系の燃料の圧力が所定値以上になると弁体１４により下方へ押圧される。その結果、弁体１４は弁座１８から離間するため、余剰燃料は燃料タンク１に戻される。このような圧力調整弁１０は、ケース１１内面をガイドする筒状部１５を有しているため、弁体１４が偏心することはなく弁のシール性が良好になるという利点を有する反面、嵌合寸法、形状公差により多少の傾きが発生し引っ掛かりによりヒステリシスが生じてしまう。また、嵌合部には高い寸法精度が必要となりそれだけコストが高騰するという問題を有していた（特許文献１参照）。
【０００５】
このような問題を解決するものとして、例えば、図１に示すような弁体が円錐状のポペット弁が知られている。このポペット弁は、弁体３４にガイドとなる部材がなくコイルばね４０により支持されるものであり、弁体３４の開放時にはコイルばね４０の一端で浮遊状態に支持され、弁体３４の閉鎖時にはコイルばね４０により弁座３１ｂに当接されるものである。
【０００６】
ところで、このようなポペット弁は、弁体が円錐状に形成されており、弁体の閉弁時に該弁体の軸心より多少偏心したり傾斜して弁座に当接してもそれなりのシール性が確保されるため、ばねの材質を均一にしたり、ばね全体の径を均一にしたりする手段は施されてはいるが、それ以外コイルばねの変位時にばねの全周に作用するばね荷重を均一にする手段、例えば上下端面にそれぞれ有する上部巻端及び下部巻端を平面視でどのように配置するかについては特に考慮されていなかった。そのため、従来のコイルばねは、コイルばねの変位時、コイルばねがその軸心に対して偏心したり傾斜して変位する傾向にあった。
【０００７】
近年、自動車等の燃料供給は緻密な制御が求められ、圧力調整弁での圧力調整も精緻な調整が求められるようになっている。しかしながら、上記したように、従来のコイルばねは、変位時に偏心したり傾斜する傾向にあり、コイルばねが変位時に偏心したり傾斜すると弁体も偏心したり傾斜して開閉動することになるが、弁体が偏心したり傾斜すると弁体の開弁時付近と閉弁時付近での圧力特性にヒステリシスが生じたり、或いは閉弁時のシール性が損なわれる等の問題が生じ、その結果、精緻な圧力調整を行うという要求に十分応えることができないという問題を有していた。
【特許文献１】特開平８−３２００７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、コイルばねの全周に作用する荷重特性を均一にすることができる圧力調整弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本願発明は以下の構成を採用する。
【００１０】
請求項１に係る発明では、タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、流体の導入口と、流体の吐出口と、弁体と、弁座と、コイルばねと、ばね受け部とを有し、前記コイルばねは、前記弁体と前記ばね受け部との間に介在し、前記通路内の流体圧力が所定値以下の時には前記弁体を閉鎖し、前記通路内の流体圧力が所定値より大きくなると前記弁体を開放する圧力調整弁において、前記コイルばねは、その上端巻部の上部巻端と、その下端巻部の下部巻端とは平面視で１８０度ずれている構成。
【００１１】
請求項２に係る発明では、請求項１に記載の発明に加え、前記コイルばねは、前記上端巻部及び前記下端巻部に平面部を有する構成。
【００１２】
請求項３に係る発明では、タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、流体の導入口と、流体の吐出口と、弁体と、弁座と、コイルばねと、ばね受け部とを有し、前記コイルばねは、前記弁体と前記ばね受け部との間に介在し、前記通路内の流体圧力が所定値以下の時には前記弁体を閉鎖し、前記通路内の流体圧力が所定値より大きくなると前記弁体を開放する圧力調整弁において、前記コイルばねは、その上部有効巻端と、その下部有効巻端とは平面視で１８０度ずれており、前記弁体の作動範囲では、前記コイルばねの巻部同士が当接しないようにする構成。
【００１３】
請求項４に係る発明では、請求項３に記載の発明に加え、前記コイルばねの巻部同士が当接しないようにする手段は、スペーサである構成。
【００１４】
請求項５に係る発明では、請求項３に記載の発明に加え、前記コイルばねは、前記１個のオープンエンド等ピッチばねと、該オープンエンド等ピッチばねの上下に取り付けられる支持部材からなり、前記支持部材は、外周に前記オープンエンド等ピッチばねを支持するための該オープンエンド等ピッチばねと同一ピッチの螺旋突起又は螺旋溝を有する構成。
【００１５】
請求項６に係る発明では、請求項３に記載の発明に加え、前記コイルばねは、ばね軸方向には長く径方向には短い断面形状を有するオープンエンド等ピッチばねであり、上端巻部及び下端巻部に平面部を有する構成。
【００１６】
請求項７に係る発明では、請求項３に記載の発明に加え、前記コイルばねは、ばね鋼パイプの外周に等ピッチ螺旋貫通溝を設ける構成。
【００１７】
請求項８に係る発明では、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の発明に加え、前記圧力調整弁は、自動車用燃料系に用いられる構成。
【００１８】
そしてこのような構成により、コイルばねの上下端面における荷重特性はほぼ均一化され、圧力調整弁の弁体は垂直に保たれるため、圧力調整範囲である弁体の作動範囲において弁体作動軸と流体導入口の軸はほぼ同一に保たれる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、コイルばねの上部巻端と下部巻端、或いは、上部有効巻端と下部有効巻端とを平面視で１８０度ずれるように配置することにより、弁体から受けるばね荷重をその全円周上でほぼ均一化することができ、圧力調整弁の弁体を垂直に保持し、弁体の作動範囲において弁体作動軸と流体導入口の軸とをほぼ同一に保つことができる。また、弁体の開弁時付近と閉弁時付近での圧力特性のヒステリシスを低減することができるとともに、閉弁時のシール性を向上することができる。更に、弁体に対し高い寸法精度を要求するガイド部材を別途設ける必要がないためそれだけ生産コストを低減することができる。
【実施例】
【００２０】
図１に本発明のコイルばねを備えた圧力調整弁を示し、図２に本発明の上下部巻端が１８０度（０．５巻）ずれたコイルばねの断面図を示し、図３にその平面図を示し、図４に図３のＡ−Ａ線での断面図を示し、図４に対して下部巻端が９０度（０．２５巻）ずれたコイルばねの断面図を図５に示す。
【００２１】
本発明の圧力調整弁３０は、図１７の符号８で示すものに相当し、燃料ポンプ２とエンジンのインジェクタ６とを結ぶ燃料通路５に連通するように、例えば、燃料タンク１内に配置され、余剰燃料を燃料タンク１に戻すとともに、インジェクタ６に供給する燃料圧力を所定値に適正に調整する。
【００２２】
圧力調整弁３０は、ケース３２、ばね受け３３、弁体３４及びコイルばね４０等からなる。ケース３２は、上下が開口した中空部材であり、その内部に空間３２ａを有する。また、その中空部先端には燃料導入口３１ａを有し、その燃料導入口３１ａの下端部内周には円錐形の弁座３１ｂを有する。そして燃料導入口３１ａから矢印で示すように空間３２ａに燃料供給系の燃料が供給される。
【００２３】
前記ばね受け３３は、ケース３２の下部内周面に圧着される肉厚の部材であり、その中心部には燃料吐出口３３ａを有し、矢印で示すように燃料供給系の余剰燃料を燃料タンク１に戻す。また、ばね受け３３の内底面には、燃料吐出口３３ａを囲むようにばね支持用の段部３３ｂが設けられる。
【００２４】
前記弁体３４は、その先端に円錐部３４ａを有するポペット弁である。該円錐部３４ａは、略円錐形の弁座３１ｂに対向する部分であり、閉弁時、弁座３１ｂに当接する。なお、円錐部３４ａは、その表面が円錐状であるため弁体３４と弁座３１ｂとの軸心が多少ずれても両者のシール性は良好に保たれる。
【００２５】
コイルばね４０について説明する。コイルばね４０は、略同径の棒状部材をコイル状に巻いた既に知られたばねであり、その上下端面は、水平且つ平行の平面部に形成されている。即ち、図４に示すようにコイルばね４０を、上方から上部巻端４１を有する第１巻部Ｔ１、第２巻部Ｔ２、第３巻部Ｔ３、第４巻部Ｔ４、第５巻部Ｔ５、及び下部巻端４２を有する第６巻部Ｔ６とした場合、コイルばね４０は、上端巻部である第１巻部Ｔ１の上部巻端４１の部分を第２巻部Ｔ２近傍にまで、或いは当接するまで第２巻部Ｔ２側に折り曲げるとともに、第１巻部Ｔ１の上面を水平に研削して平面部とし、同様に、下端巻部である第６巻部Ｔ６の下部巻端４２の部分を第５巻部Ｔ５近傍にまで、或いは当接するまで第５巻部Ｔ５側に折り曲げるとともに、第６巻部Ｔ６の下面を水平に研削して平面部とする。
【００２６】
そのコイルばね４０の平面を図３に示す。図３に示す符号４５は平面部である水平面と円弧面との境界であり、上部巻端４１とこの境界４５との右側の広い領域は研削した水平面４３を示し、この境界４５と上部巻端４１との間の左側の狭い領域は研削していない円弧面４４を示す。なお、図４は図３のＡ−Ａ線断面図であり、図３のＡ−Ａ線は図２のイ−イ線に相当し、図３のロ−ロ線はＡ−Ａ線に直交する線であり、図２のロ−ロ線に相当する。
【００２７】
コイルばね４０は、弁体３４の段部３４ｂとばね受け部３３の段部３３ｂとの間に配置され、燃料通路内の燃料圧力が所定値以下の時には弁体３４を弁座３１ｂに当接し、燃料通路内の燃料が燃料タンク１内に環流することを防止する。燃料通路内の燃料圧力が所定値より大きくなると、コイルばね４０は押圧され、弁体３４はコイルばね４０のばね力に抗して弁座３１ｂから離間し、燃料通路内の余剰燃料を燃料タンク１内へ環流する。開弁時、前記弁体３４は、コイルばね４０の一端（図４でいえば下端巻部である第６巻部Ｔ６）で浮遊状態に支持される。なお、弁体の作動範囲は、極狭い範囲、例えば、０〜０．３ｍｍ程度である。
【００２８】
これまで上端巻部の第１巻部Ｔ１に設けられる上部巻端４１と、下端巻部の第６巻部Ｔ６に設けられる下部巻端４２との位置関係については特に考慮が払われていなかった。発明者は、図５に示す上部巻端４１と下部巻端４２とが例えば９０度、即ち、時計方向に０．２５巻ずれたものを用い、図３で示すＰ点（巻端０度位置）、Ｒ点（巻端９０度位置）、Ｑ点（巻端１８０度位置）及びＳ点（巻端２７０度位置）でのばねのたわみ量に対する剛性について実験を行い、その結果、図６（Ｂ）で示すように各点でバラツキが生じることを見出した。
【００２９】
その理由は次のようなことによるものと思われる。即ち、図５の第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との距離についてみると、Ｐ点ではほぼゼロ、Ｒ点（又はＳ点）ではｈ、Ｑ点ではＲ点のｈより大のＨであり、コイルばねが押圧される際、特に第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との上部巻端４１の位置であるＰ点、及び第５巻部Ｔ５と第６巻部Ｔ６との下部巻端４２の位置であるＲ１点では、隣り合う巻部との距離が最も短いためこの箇所での剛性が他の箇所のものに比べ高くなり、弁体３４の上下動時に弁体３４が軸心に対し偏心したり傾斜したりするようになるためと思われる。その結果、後記する図７で示すようにヒステリシスが発生し良好な圧力調整を行うことができなかった。
【００３０】
図４に示すように本発明のものは、上部巻端４１と下部巻端４２とを平面視で１８０度ずらして配置したものである。このように上部巻端４１と下部巻端４２とを平面視で径方向に対向して配置することにより、コイルばねの円周上における荷重をほぼ均一にすることができる。即ち、図４の第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との距離についてみると、上部巻端４１であるＰ点ではほぼゼロで、その点での剛性は最大になり、Ｐ点に対向したＱ点では最大のＨで、その点での剛性は最小になる。また、下部巻端４２であるＱ１点ではほぼゼロで、その点での剛性は最大になり、Ｑ１点に対向したＰ１点では最大のＨで、その点での剛性は最小になる。
【００３１】
このように、上部巻端４１と下部巻端４２とを平面視で１８０度ずらして配置することにより、Ｐ点の軸方向の剛性と、Ｑ点の軸方向の剛性とは上下反対の関係になるが略等しくなる。更に、Ｒ点及びＳ点についてみると、Ｒ点及びＳ点での第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との距離はほぼ等しく、第５巻部Ｔ５と第６巻部Ｔ６との距離もほぼ等しいため、軸方向の剛性も略等しくなる。なお、その実験結果を図６（Ａ）に示す。即ち、図６（Ａ）は、たわみ量に対するＰ、Ｒ、Ｑ、Ｓ点でのばね荷重の変化を示すものであるが、図から明らかなように各点での特性はほぼ等しいものであった。
【００３２】
また、図７にヒステリシスが低減する実験データを示す。図７は横軸に流量、縦軸に弁体の開弁時付近と閉弁時付近での圧力変動幅を示すもので、両巻端が９０度ずれたのもの（丸印のもの）は、変動幅がどうしても大きくなる。それに対し、両巻端が１８０度ずれた本発明のもの（四角印のもの）ではその変動幅がゼロ近くに低減した。このようなコイルばねを用いることにより、弁体３４の上下動時に弁体３４がその軸心に沿うようになり、その結果ヒステリシスを低減することができるとともに、良好な圧力調整を行うことができるようになる。
【００３３】
ところで、上記したコイルばね４０は、上部巻端４１が第２巻部Ｔ２に当接する（なお、下部巻端４２と第５巻部Ｔ５との間も同様であるが、以下においては第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２とで説明する。）、所謂クローズエンドタイプのコイルばねであるところ、このようなコイルばねの第１巻部Ｔ１の領域は、ばね作用を有しない弁体を支持するための領域（所謂座巻と呼ばれる領域）であり、ばね作用を有する領域は、第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２とが当接する箇所以降の領域になる。この箇所を「上部有効巻端」（第５巻部Ｔ５と第６巻部Ｔ６との場合は「下部有効巻端」）とし、それ以降の「下部有効巻端」までの領域を「有効巻数」とすれば、上部有効巻端の上方に上部巻端４１がある、これを平面視でいえば上部有効巻端と上部巻端４１とは同じ箇所になる。即ち、クローズエンドタイプのコイルばねの場合には、上下部巻端４１、４２での条件と上下部有効巻端での条件は同じになり、上下部有効巻端を１８０度ずらすと言い換えることもできる。
【００３４】
上記クローズエンドタイプのコイルばねの作用について図１５（Ａ）〜（Ｃ）で説明すると、弁体３４にセット後では、上部巻端４１の下面が第２巻部Ｔ２の上面に当接した状態になる（なお、下部巻端４２と第５巻部Ｔ５との間も同様であるが、以下においては第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２とで説明する。）。その後、弁体３４が作動するとコイルばね４０は下方に押し下げられ、ピッチは小さくなっていくが、第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との間の間隔は図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように変化することになる。
【００３５】
図１５は、たわみ量に応じた第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２間の有効巻数の変遷図であり、（Ａ）にセット時のたわみ量ゼロの状態を示し、（Ｂ）にたわみ量小の状態を示し、（Ｃ）にたわみ量大の状態を示す。たわみ量ゼロの（Ａ）では、上部巻端４１と第２巻部Ｔ２との当接部（上部有効巻端でもある。）は最も左側にあり、当接部の右側は第６巻部Ｔ６まですべて有効巻数になっている。そして、上部巻端４１と第２巻部Ｔ２との間には、不等ピッチ角領域と等ピッチ角領域を有している。
【００３６】
弁体３４が少し下がり、（Ａ）の状態から（Ｂ）の状態になると、不等ピッチ角領域及び等ピッチ角領域とも間隔が狭くなる。すると、当接部は右側により、その結果、有効巻数は減少する。弁体３４が更に下がり、（Ｂ）の状態から（Ｃ）の状態になると、不等ピッチ角領域及び等ピッチ角領域とも更に間隔が狭くなる。すると、当接部は更に右側により、有効巻数は更に減少し荷重の不均衡が生じ弁体３４が偏心するようになる。
【００３７】
ところで、コイルばね４０を上記した条件に合うように形成したとしても、そのコイルばねを弁体にセットする際、すべて同じようにセットすることは難しく、製品毎に当接部の位置に相違が生じ、精度にばらつきが発生する恐れが生じる。以下に、このような弊害をなくすことができる例を示す。
【００３８】
上記弊害は、当接部、即ち、上下部有効巻端の位置が移動し、有効巻数が減少することによって引き起こされるものであり、以下の例は、上下部有効巻端に着目し、上下部有効巻端を平面視で１８０度ずらすとともに、弁体３４の作動中に上下部有効巻端が移動しコイルばねの有効巻数が減少することがないようにすることにより、クローズエンドタイプのコイルばねだけではなく所謂オープンエンド等ピッチばねであっても適用可能にするものである。
【００３９】
図８に示すものは、図２と同じような所謂クローズエンドタイプのコイルばね４０ａを用い、座巻である第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２の間と、座巻である第６巻部Ｔ６と第５巻部Ｔ５の間に、最大厚さＳ１の楔状のスペーサ４９をろう付け或いは溶接等で固着することによりそれぞれ介在し、上下スペーサ４９の最大厚さＳ１の位置を平面視で１８０度になるようにするものである。即ち、この例の場合は、上下スペーサ４９の最大厚さＳ１の位置が上下部有効巻端の位置になり、その位置では間隙Ｓ１の段差を有することになる。その結果、弁体３４作動中にコイルばね４０ａが変形したとしても上下部有効巻端以降の巻部が当接することはなく、上下部有効巻端の位置は移動しない。
【００４０】
図１５（Ｄ）にその状態図を示す。図に示すように、第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２との間には楔状のスペーサ４９が挿入され、最大厚さである間隙Ｓ１が設けられる。この間隙Ｓ１の位置が当接部であり上下部有効巻端位置になる。その結果、弁体３４作動中に上下部有効巻端以降の巻部同士が当接し有効巻数が変化することはないため、所期の作用効果である精緻な燃料の圧力調整が可能になる。
【００４１】
図９に示すものは、所謂オープンエンド等ピッチばねを用いる例であり、１個のコイルばね５０と２個の支持部材５５とからなるコイルばねユニット５４を用いるものである。なお、このコイルばねユニット５４をコイルばねと呼んでもよい。また、図９は上端部の状態のみを示すが下端部も同様である。
【００４２】
コイルばね５０は、所謂オープンエンド等ピッチばねであり、支持部材５５は、図１０（Ａ）にその正面図を、図１０（Ｂ）にその背面図を示す。支持部材５５は、その上端部のフランジ部５６と、下端部の円柱部５７とからなる金属製或いは樹脂製の部材である。フランジ部５６の上面は、水平な平面部５６ａを有し、その下面には、図９、１０に示すようにコイルばね５０と同一ピッチの螺旋突起５９が上方の始端部５８から下方に向かって所定長さ（図では略第１巻部Ｔ１の長さ）に亘って形成される。
【００４３】
また、円柱部５７は、上下に貫通した中空部５７ａを有する筒状の部材であり、その外径は、コイルばね５０の内径に嵌合されている。そして、該円柱部５７には、始端部５８にコイルばね５０の上部巻端５０ａを当接する形態で、第１巻部Ｔ１が嵌合される。この場合、第１巻部Ｔ１及び下端巻部は支持部材５５に対する支持部として利用される。そして、使用時には円柱部５７の上下に貫通した中空部５７ａ内に弁体３４を嵌合して用いられる。なお、支持部材５５の上面に弁体３４を一体に形成するようにしてもよい。このような形態にすることにより部品点数並びに組み立て工数を低減することができる。
【００４４】
この例の場合、有効巻端の位置は、螺旋突起５９とコイルばね５０とが密着する箇所から密着しなくなる位置、図９でいえば矢印Ｐ点である。即ち、この例では、上下有効巻端Ｐの位置を平面視で１８０度になるようにするものである。その結果、上下有効巻端Ｐの位置では図９に示すように間隙Ｓ２の段差を有することになり、弁体３４作動中にコイルばね５０が変形したとしても上下部有効巻端以降の巻部が当接することはなく、上下部有効巻端の位置は移動しない。そのため、所期の作用効果である精緻な燃料の圧力調整が可能になる。なお、この例の場合、上部巻端５０ａと図示しない下部巻端とは平面視で１８０度ずれていてもよいし、ずれていなくてもよい。
【００４５】
図１１に示すものは、図９のものと同様に所謂オープンエンド等ピッチばねを用いる例であり、１個のコイルばね５０と２個の支持部材６１とからなるコイルばねユニット６０を用いるものである。なお、このコイルばねユニット６０をコイルばねと呼んでもよい。また、図１１は上端部の状態のみを示すが下端部も同様である。
【００４６】
コイルばね５０は、図９のものと同じ所謂オープンエンド等ピッチばねであり、支持部材６１は、図１２の（Ａ）にその正面図を、図１２の（Ｂ）にその背面図を示す。支持部材６１は、金属製或いは樹脂製の上下に貫通した中空部６１ｂを有する円柱状部材であり、その上面は、水平な平面部６１ａを有し、その外周には螺旋溝６２が上方の始端部６３から下方に向かって所定長さ（図では略第１巻部Ｔ１の長さ）に亘って形成される。
【００４７】
また、第２巻部Ｔ２以降の部分については、切欠６４が形成され、図１１に示すように第２巻部Ｔ２の上面との間に隙間Ｓ３を有している。そして、該螺旋溝６２には、始端部６３にコイルばね５０の上部巻端５０ａを当接する形態で、第１巻部Ｔ１が嵌合され、第１巻部Ｔ１及び下端巻部は支持部材６１に対する支持部として利用される。そして、使用時には支持部材６１の上下に貫通した中空部６１ｂ内に弁体３４を嵌合して用いる。なお、支持部材６１の上面に弁体３４を一体に形成するようにしてもよい。このような形態にすることにより部品点数並びに組み立て工数を低減することができる。
【００４８】
この例の場合、上下部有効巻端の位置は、螺旋溝６２とコイルばね５０とが密着する箇所から密着しなくなる位置、図１１でいえば矢印Ｑ点である。即ち、この例では、上下部有効巻端Ｑの位置を平面視で１８０度になるようにするものである。その結果、上下部有効巻端Ｑの位置では図１１に示すように間隙Ｓ３の段差を有することになり、弁体３４作動中にコイルばね５０が変形したとしても上下部有効巻端以降の巻部が当接することはなく、上下部有効巻端の位置は移動しない。そのため、所期の作用効果である精緻な燃料の圧力調整が可能になる。なお、この例の場合も、上部巻端５０ａと図示しない下部巻端とは平面視で１８０度ずれていてもよいし、ずれていなくてもよい。
【００４９】
図１３に示すものは、ばね鋼パイプから形成したコイルばね８０である。コイルばね８０は、筒状のばね鋼パイプに等ピッチの螺旋貫通溝８１を設けることにより形成され、上方から座巻に相当する第１巻部Ｔ１、第２巻部Ｔ２、第３巻部Ｔ３、第４巻部Ｔ４、第５巻部Ｔ５及び座巻に相当する第６巻部Ｔ６を有してなる。そして、使用時にはコイルばね８０の上下に貫通した開口内に弁体３４を嵌合して用いる。なお、コイルばね８０の上面に弁体３４を一体に形成するようにしてもよい。
【００５０】
この例の場合、コイルばね８０は、オープンエンド等ピッチばねになり、上下部有効巻端の位置は、図１３で示す螺旋貫通溝８１の上部巻端８１ａと、下部巻端８１ｂになる。即ち、この例では、上部巻端８１ａと下部巻端８１ｂとの位置を平面視で１８０度になるようにするものである。その結果、上部巻端８１ａの位置では図１３に示すように間隙Ｓ４の段差を有することになり、弁体３４が作動しコイルばね８０が変形したとしても上下部有効巻端以降の巻部が当接することはなく、上下部有効巻端の位置は移動しない。そのため、所期の作用効果である精緻な燃料の圧力調整が可能になる。
【００５１】
図１４に示すものは、座巻に相当する第１巻部Ｔ１の上面と同じく座巻に相当する下端巻部の第６巻部Ｔ６の下面にそれぞれ水平な平面部７１を形成した所謂オープンエンド等ピッチばねを用いるものである。コイルばね７０は、断面矩形状のもので、コイルばね７０の軸心方向の長さをｂとし、径方向の長さをａとし、ピッチをｐとすれば、ｂ＞ａ、ｂ≧（５／８）ｐの関係にあるばねを用いるものである。この関係を図１４（Ｂ）の平面図で示す平面部７１と円弧部７２との関係でいえば、第１巻部Ｔ１の上面に平面部７１が２２５度以上の範囲に亘って形成されることになる。なお、平面部７１が形成される範囲は、作動中に弁体３４が傾くことがない範囲であればよく、例えば１８０度より大きければよいが弁体３４の安定性等を確保するためには２２５度以上が好ましい。この平面部の範囲は、上述したすべての例のものに適用可能である。
【００５２】
この例の場合、上部有効巻端は、弁体３４が載る第１巻部Ｔ１の水平な平面部７１と、この平面部７１から連続する円弧部７２との境界の傾斜始端部７２ａであり、下部有効巻端は、ばね受け部３３が当接する第６巻部Ｔ６の水平な平面部７１と、この平面部７１から連続する円弧部７２との境界の傾斜始端部７２ｂである。そしてこの傾斜始端部７２ａと傾斜始端部７２ｂとが１８０度の関係になるように成形する。
【００５３】
この例の場合、平面部７１と円弧部７２とは連続している、即ち、図８、図９、図１１及び図１３の例のもののように段差がないものであり、弁体３４作動中に傾斜始端部７２ａ及び傾斜始端部７２ｂが、図１５（Ａ）〜（Ｃ）で説明したように移動するのではないかの疑義が生じる。しかし、使用するばねは所謂オープンエンド等ピッチばねであるため、図１５（Ｅ）に示すように円弧部７２は平面部７１に対し、広い角度θを持って連続することになる。そのため、弁体３４作動中に傾斜始端部７２ａ及び傾斜始端部７２ｂが移動することはなく、上下部有効巻端の位置は移動しない。なお、この例のものはコイルばね７０を断面矩形状のものとして説明したが、楕円等であってもよい。
【００５４】
なお、本発明は、前記実施例の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更可能であり、例えば、弁体は、球、平面または円弧状のものを用いることができるし、圧力調整弁の用途も自動車用以外にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の圧力調整弁の断面図
【図２】本発明の両巻端が１８０度（０．５巻）ずれたセット時のコイルばねの斜視図
【図３】本発明の両巻端が１８０度ずれたセット時のコイルばねの平面図
【図４】図３のＡ−Ａ線での断面図
【図５】両巻端が９０度（０．２５巻）ずれたセット時のコイルばねの断面図
【図６】（Ａ）は本発明のばね特性図、（Ｂ）は図５のばね特性図
【図７】本発明と図５のヒステリシス特性の比較図
【図８】本発明の上下有効巻端が１８０度ずれたコイルばねの一部断面図
【図９】本発明の上下有効巻端が１８０度ずれた他のコイルばねの一部断面図
【図１０】図９で示す支持部材の正面図及び背面図
【図１１】本発明の上下有効巻端が１８０度ずれた更に他のコイルばねの一部断面図
【図１２】図１１で示す支持部材の正面図及び背面図
【図１３】本発明の上下有効巻端が１８０度ずれた更に他のコイルばねの正面図
【図１４】本発明の上下有効巻端が１８０度ずれた更に他のコイルばねの断面図及び平面図
【図１５】本発明のたわみ量に応じた第１巻部Ｔ１と第２巻部Ｔ２間の有効巻数の変遷図
【図１６】従来の圧力調整弁の断面図
【図１７】自動車の燃料供給系の概略図
【符号の説明】
【００５６】
３０・・・圧力調整弁 ３１ａ・・・燃料導入口
３１ｂ・・・弁座 ３２・・・ケース
３２ａ・・・空間 ３３・・・ばね受け部
３３ａ・・・燃料吐出口 ３３ｂ・・・段部
３４・・・弁体 ３４ａ・・・円錐部
３４ｂ・・・段部 ４０・・・コイルばね
４１・・・上部巻端 ４２・・・下部巻端
４３・・・水平面 ４４・・・円弧面
４５・・・水平面と円弧面との境界 ４９…スペーサ
５０・・・コイルばね ５０ａ・・・上部巻端
５４…コイルばねユニット ５５…支持部材
５６…フランジ部 ５６ａ…平面部
５７…円柱部 ５８…始端部
５９…螺旋突起 ６０…コイルばねユニット
６１…支持部材 ６１ａ…平面部
６２…螺旋溝 ６３…始端部
６４・・・切欠 ７０・・・コイルばね
７１…平面部 ７２…円弧部
７３・・・上部巻端 ７４・・・下部巻端
８０・・・コイルばね ８１…螺旋貫通溝
Ｔ１・・・第１巻部 Ｔ２・・・第２巻部
Ｔ３・・・第３巻部 Ｔ４・・・第４巻部
Ｔ５・・・第５巻部 Ｔ６・・・第６巻部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、流体の導入口と、流体の吐出口と、弁体と、弁座と、コイルばねと、ばね受け部とを有し、前記コイルばねは、前記弁体と前記ばね受け部との間に介在し、前記通路内の流体圧力が所定値以下の時には前記弁体を閉鎖し、前記通路内の流体圧力が所定値より大きくなると前記弁体を開放する圧力調整弁において、
前記コイルばねは、その上端巻部の上部巻端と、その下端巻部の下部巻端とは平面視で１８０度ずれていることを特徴とする圧力調整弁。
【請求項２】
前記コイルばねは、前記上端巻部及び前記下端巻部に平面部を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項３】
タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、流体の導入口と、流体の吐出口と、弁体と、弁座と、コイルばねと、ばね受け部とを有し、前記コイルばねは、前記弁体と前記ばね受け部との間に介在し、前記通路内の流体圧力が所定値以下の時には前記弁体を閉鎖し、前記通路内の流体圧力が所定値より大きくなると前記弁体を開放する圧力調整弁において、
前記コイルばねは、その上部有効巻端と、その下部有効巻端とは平面視で１８０度ずれており、前記弁体の作動範囲では、前記コイルばねの巻部同士が当接しないようにすることを特徴とする圧力調整弁。
【請求項４】
前記コイルばねの巻部同士が当接しないようにする手段は、スペーサであることを特徴とする請求項３に記載の圧力調整弁。
【請求項５】
前記コイルばねは、前記１個のオープンエンド等ピッチばねと、該オープンエンド等ピッチばねの上下に取り付けられる支持部材からなり、前記支持部材は、外周に前記オープンエンド等ピッチばねを支持するための該オープンエンド等ピッチばねと同一ピッチの螺旋突起又は螺旋溝を有することを特徴とする請求項３に記載の圧力調整弁。
【請求項６】
前記コイルばねは、ばね軸方向には長く径方向には短い断面形状を有するオープンエンド等ピッチばねであり、上端巻部及び下端巻部に平面部を有することを特徴とする請求項３に記載の圧力調整弁。
【請求項７】
前記コイルばねは、ばね鋼パイプの外周に等ピッチ螺旋貫通溝を設けることを特徴とする請求項３に記載の圧力調整弁。
【請求項８】
前記圧力調整弁は、自動車用燃料系に用いられることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の圧力調整弁。
【請求項１】
タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、流体の導入口と、流体の吐出口と、弁体と、弁座と、コイルばねと、ばね受け部とを有し、前記コイルばねは、前記弁体と前記ばね受け部との間に介在し、前記通路内の流体圧力が所定値以下の時には前記弁体を閉鎖し、前記通路内の流体圧力が所定値より大きくなると前記弁体を開放する圧力調整弁において、
前記コイルばねは、その上端巻部の上部巻端と、その下端巻部の下部巻端とは平面視で１８０度ずれていることを特徴とする圧力調整弁。
【請求項２】
前記コイルばねは、前記上端巻部及び前記下端巻部に平面部を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力調整弁。
【請求項３】
タンク内の流体をポンプにより送給する通路に設けられ、前記流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、流体の導入口と、流体の吐出口と、弁体と、弁座と、コイルばねと、ばね受け部とを有し、前記コイルばねは、前記弁体と前記ばね受け部との間に介在し、前記通路内の流体圧力が所定値以下の時には前記弁体を閉鎖し、前記通路内の流体圧力が所定値より大きくなると前記弁体を開放する圧力調整弁において、
前記コイルばねは、その上部有効巻端と、その下部有効巻端とは平面視で１８０度ずれており、前記弁体の作動範囲では、前記コイルばねの巻部同士が当接しないようにすることを特徴とする圧力調整弁。
【請求項４】
前記コイルばねの巻部同士が当接しないようにする手段は、スペーサであることを特徴とする請求項３に記載の圧力調整弁。
【請求項５】
前記コイルばねは、前記１個のオープンエンド等ピッチばねと、該オープンエンド等ピッチばねの上下に取り付けられる支持部材からなり、前記支持部材は、外周に前記オープンエンド等ピッチばねを支持するための該オープンエンド等ピッチばねと同一ピッチの螺旋突起又は螺旋溝を有することを特徴とする請求項３に記載の圧力調整弁。
【請求項６】
前記コイルばねは、ばね軸方向には長く径方向には短い断面形状を有するオープンエンド等ピッチばねであり、上端巻部及び下端巻部に平面部を有することを特徴とする請求項３に記載の圧力調整弁。
【請求項７】
前記コイルばねは、ばね鋼パイプの外周に等ピッチ螺旋貫通溝を設けることを特徴とする請求項３に記載の圧力調整弁。
【請求項８】
前記圧力調整弁は、自動車用燃料系に用いられることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の圧力調整弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−２００６１（Ｐ２００８−２００６１Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０８８５１（Ｐ２００７−１０８８５１）
【出願日】平成１９年４月１８日（２００７．４．１８）
【出願人】（０００１６１８４０）京三電機株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１８日（２００７．４．１８）
【出願人】（０００１６１８４０）京三電機株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
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