燃料供給弁
【課題】燃料供給弁において弁体の変形や摩耗を防止する。
【解決手段】燃料供給弁は、燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、弁座部材に当接して燃料吐出孔を閉塞するとともに、弁座部材から離間して燃料吐出孔を開放する弁体と、弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、弁体を弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備えている。弁体の表層部には、第１表面処理によって硬化された第１表面処理層が形成されている。また、第１表面処理層の表層部には、第２表面処理によってさらに硬化された第２表面処理層が形成されている。
【解決手段】燃料供給弁は、燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、弁座部材に当接して燃料吐出孔を閉塞するとともに、弁座部材から離間して燃料吐出孔を開放する弁体と、弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、弁体を弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備えている。弁体の表層部には、第１表面処理によって硬化された第１表面処理層が形成されている。また、第１表面処理層の表層部には、第２表面処理によってさらに硬化された第２表面処理層が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、従来の燃料供給弁が開示されている。この燃料供給弁は、燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、弁座部材に当接して燃料吐出孔を閉塞するとともに弁座部材から離間して燃料吐出孔を開放する弁体と、弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、弁体を弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備えている。
【０００３】
この種の燃料供給弁では、燃料吐出孔が閉塞される際に、弁体が弁座部材に対して強く衝突する。このとき、弁体には大きな衝撃力が加わることから、弁体が変形したり摩耗したりすることがある。弁体に変形や摩耗が生じると、弁体は燃料吐出孔を完全に閉塞することができなくなる。
上記の問題に関して、特許文献１に記載の燃料供給弁では、弁体の表面に窒化処理が施されており、弁体の表面に高硬度の窒化処理層が形成されている。それにより、弁体の強度が高められている。
【０００４】
【特許文献１】国際公開２００３／０４２５２６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒化処理による窒化処理層は、比較的に高い硬度を有する一方で、その厚みが比較的に薄いという欠点を持つ。そのことから、弁体の表面に窒化処理を施すだけでは、弁体の強度を十分に高めることができず、弁体の変形や摩耗が依然として生じてしまう。
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、弁体の変形や摩耗をより確実に防止することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によって具現化される燃料供給弁は、燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、弁座部材に当接して燃料吐出孔を閉塞するとともに弁座部材から離間して燃料吐出孔を開放する弁体と、弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、弁体を弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備えている。弁体の表層部には、第１表面処理によって硬化された第１表面処理層が形成されている。そして、第１表面処理層の表層部には、第２表面処理によってさらに硬化された第２表面処理層が形成されている。
【０００７】
この燃料供給弁では、弁体の表層部に、第１表面処理によって硬化された第１表面処理層が、比較的に厚く形成されている。そして、第１表面処理層の表層部には、第２表面処理によってさらに硬化された第２表面処理層が形成されている。この構造により、弁体の表層部では、その硬度が表面側に向かって段階的に高められている。それにより、弁体の変形や摩耗が効果的に防止される。また、表面処理層の耐久性が高められ、表面処理層の破損や剥離を防止することができる。
【０００８】
前記した第１表面処理は浸炭処理であるとともに、前記した第２表面処理は窒化処理であることが好ましい。
弁体の表面に浸炭処理を施すと、弁体の表層部に高硬度の浸炭処理層を形成することができる。浸炭処理による浸炭処理層は、比較的に厚く形成されることから、弁体の強度（剛性）を有意に高めることができる。さらに、弁体の表面に窒化処理を施すと、浸炭処理層の表層部に、より硬度の高い窒化処理層を形成することができる。弁体の表面が高硬度の窒化処理層によって被覆されることにより、弁体の強度がさらに高められるとともに、弁体の摩耗が顕著に防止される。
【０００９】
前記したアクチュエータは、弁体に一体に形成されたアーマチャと、アーマチャに対向する位置に設けられたステータコアと、アーマチャ及びステータコアを励磁する電磁コイルを用いて構成することができる。この場合、アーマチャには、第１表面処理層及び第２表面処理層の少なくとも一方が形成されていないことが好ましい。
アーマチャに第１表面処理層や第２表面処理層を形成すると、アーマチャの磁気特性に影響を与えることがあり、弁体の動作特性を低下させてしまう場合がある。そのことから、弁体とアーマチャが一体に形成されている場合は、第１表面処理や第２表面処理を行う際にアーマチャの表面をマスク材料で覆うなどして、アーマチャの表面に第１表面処理層や第２表面処理層が形成されることを防止するとよい。
【００１０】
本発明によって具現化される第２の燃料供給弁は、燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、弁座部材に当接して燃料吐出孔を閉塞するとともに、弁座部材から離間して燃料吐出孔を開放する弁体と、弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、弁体に一体に形成されたアーマチャと、アーマチャに対して反弁座部材側に配設されたステータコアと、アーマチャ及びステータコアを励磁する電磁コイルを備えている。弁体は非磁性材料によって形成されており、アーマチャは軟磁性材料によって形成されている。弁体を形成する非磁性材料は、アーマチャを形成する軟磁性材料よりも高い強度を有している。
【００１１】
この燃料供給弁では、一体に形成された弁体とアーマチャが、それぞれの機能に応じて互いに異なる材料で構成されている。特に、弁体については、比較的に強度の高い非磁性材料によって構成されているので、その変形や摩耗が有意に防止される。ここで、弁体を構成する非磁性材料には、例えばオーステナイト系ステンレス鋼を好適に用いることができる。
【００１２】
本発明によって具現化される第３の燃料供給弁は、燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、弁座部材に当接して燃料吐出孔を閉塞するとともに、弁座部材から離間して燃料吐出孔を開放する弁体と、弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、弁体を弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備えている。弁座部材には、弁体が当接する平面状のシート面が形成されている。弁体には、弁座部材のシート面に当接する当接面が形成されている。その当接面には、弁座部材のシート面に平行な平行部と、その平行部の半径方向外側に設けられているとともに所定のテーパ角で傾斜するテーパ部が形成されている。
【００１３】
弁座部材のシート面が平面である場合（いわゆるフラットバルブタイプの場合）、弁体が傾いた状態でシート面に当接すると、弁体の角部等がシート面に対して局所的に接触する。このとき、弁体には過大な応力が局所的に発生するため、弁体の変形や摩耗が発生しやすい。この問題に対し、弁体の当接面に上記したテーパ部が形成されていると、弁体が傾いた状態でシート面に当接した場合に、テーパ部がシート面に対して略平行に当接する。それにより、弁体の変形や摩耗が有意に抑制される。
【００１４】
前記した弁体の当接面には、平行部とテーパ部との間に、第１曲率半径の円弧に沿って傾斜角度が変化する第１円弧部が形成されていることが好ましい。また、テーパ面の周囲には、第２曲率半径の円弧に沿って傾斜角度が変化する第２円弧部が形成されていることも好ましい。この場合、第１曲率半径の方が、第２曲率半径よりも大きいことが好ましい。
上記した構造によると、弁体が様々な角度で傾いてシート面に当接した場合でも、弁体がシート面に対して点接触することが防止されることから、弁体の変形や摩耗がより確実に抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、弁体の変形や摩耗が防止され、高い耐久性を有する燃料供給弁を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
下記に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１） 本体は、ステータコアと、非磁性ブッシュと、弁ハウジングと、弁シートを備えている。ステータコアと非磁性ブッシュと弁ハウジングと弁シートのそれぞれは、貫通孔を有している。ステータコアと非磁性ブッシュと弁ハウジングと弁シートは一連に接続されており、ステータコアと非磁性ブッシュと弁ハウジングの貫通孔によって燃料流路が形成されているとともに、弁シートの貫通孔によって燃料吐出孔が形成されている。燃料は、ステータコアの貫通孔の上流端から流入し、弁シートの貫通孔の下流端から吐出される。
（特徴２） 可動体は、弁ハウジングの貫通孔内に収容されており、ステータコアと弁シートの間に位置している。可動体が弁シート側に移動すると、可動体に設けられた弁体が弁シートに当接し、燃料吐出孔が閉塞される。可動体がステータコア側に移動すると、可動体に設けられた弁体が弁シートから離間し、燃料吐出孔が開放される。
【実施例】
【００１７】
（第１実施例）
本発明を具現化した第１実施例の燃料供給弁１０について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施例の燃料供給弁１０の縦断面図である。燃料供給弁１０は、燃料電池とその燃料電池に水素ガスを供給する供給源との間に配設され、燃料電池に供給する水素ガスの供給量を調節する電磁制御弁である。
図１に示すように、燃料供給弁１０は、本体１２と、可動体６０と、圧縮ばね２４と、電磁コイル６２を備えている。
【００１８】
先ず、本体１２の構成について説明する。本体１２は、ステータコア１６と、非磁性ブッシュ２６と、弁ハウジング３０と、弁シート３４と、樹脂ケーシング６４を備えている。本体１２には、燃料（水素ガス）が流れる燃料流路２０と、燃料を吐出する燃料吐出孔３６が形成されている。
【００１９】
ステータコア１６は、略円筒形状を有しており、その中心部に貫通孔１６ａが形成されている。ステータコア１６の貫通孔１６ａは、燃料流路２０の上流部を構成している。ステータコア１６の上流端（図１中の上端）は、図示しない外部の燃料供給装置に接続される。ステータコア１６の貫通孔１６ａには、燃料中の異物を除去するためのフィルタ体１４が配設されている。ステータコア１６は、軟磁性材料で形成されており、詳しくは、電磁ステンレス鋼で形成されている。
【００２０】
非磁性ブッシュ２６は、略円筒形状を有しており、その中心部に貫通孔が形成されている。非磁性ブッシュ２６の貫通孔の上流端（図１中の上端）には、ステータコア１６の下流端（図１中の下端）が挿入されている。非磁性ブッシュ２６とステータコア１６は、全周に亘って溶接されており、非磁性ブッシュ２６の貫通孔とステータコア１６の貫通孔１６ａは気密に接続されている。非磁性ブッシュ２６の貫通孔は、燃料流路２０の中流部を構成している。非磁性ブッシュ２６は、非磁性材料で形成されている。非磁性ブッシュ２６の下流端（図１中の下端）には、フランジ２６ａが形成されている。
【００２１】
弁ハウジング３０は、略円筒形状を有しており、その中心部に貫通孔３０ａが形成されている。弁ハウジング３０と非磁性ブッシュ２６は、全周に亘って溶接されており、弁ハウジング３０の貫通孔３０ａと非磁性ブッシュ２６の貫通孔は気密に接続されている。弁ハウジング３０の貫通孔３０ａは、燃料流路２０の一部を構成している。弁ハウジング３０は、軟磁性材料で形成されており、詳しくは、電磁ステンレス鋼で形成されている。
弁ハウジング３０の貫通孔３０ａ内には、内向きに伸びるストッパフランジ部３０ｆが形成されている。ストッパフランジ部３０ｆの上流側表面（図１中の上面）には、非磁性ブッシュ２６の下流端に設けられたフランジ２６ａが当接している。ストッパフランジ部３０ｆの下流側表面（図１中の下面）には、リング形状を有するストッパリング２８が配設されている。
【００２２】
弁シート３４は、その中心部に燃料吐出孔３６が形成された略円柱形状を有している。弁シート３４の上流側部分（図１中の上側部分）は、弁ハウジング３０の貫通孔３０ａ内に挿入されている。弁シート３４の外周面３４ｂと弁ハウジング３０の先端部３０ｂは全周に亘って溶接され、気密に保持されている。弁ハウジング３０は、燃料流路２０の下流端に位置しており、弁ハウジング３０の燃料吐出孔３６が、燃料流路２０の下流端に連なる構成となっている。
弁シート３４の上流側端面（図１中の上側端面）３４ａは、可動体６０が当接するシート面３４ａとなっている。シート面３４ａは平坦面であり、その中心部に燃料吐出孔３６が開口している。
【００２３】
樹脂ケーシング６４は、ステータコア１６、非磁性ブッシュ２６、弁ハウジング３０を取り囲むように設けられている。樹脂ケーシング６４は、インサート成形によって形成されており、その内部に電磁コイル６２が埋設されている。電磁コイル６２は、ステータコア１６を取り囲む位置に固定されている。樹脂ケーシング６４には、コネクタ部６６が形成されている。コネクタ部６６には、複数の端子ピン６８が設けられている。複数の端子ピン６８には、電磁コイル６２が電気的に接続されており、複数の端子ピン６８を通じて電磁コイル６２に通電されるように構成されている。コネクタ部６６は、図示しないワイヤハーネスを介して外部の制御ユニットに接続される。
【００２４】
本体１２の燃料流路２０内には、圧縮ばね２４と、スプリングピン２２が配設されている。圧縮ばね２４は、後述する可動体６０の上流側に位置している。スプリングピン２２は、圧縮ばね２４の上流側に位置しており、ステータコア１６の貫通孔１６ａに圧入されている。圧縮ばね２４の上流端（図１中の上端）は、スプリングピン２２に当接しており、圧縮ばね２４の下流端（図１中の下端）は、可動体６０に当接している。圧縮ばね２４は、圧縮された状態となっており、可動体６０を弁シート３４に向けて付勢している。
【００２５】
次に、可動体６０の構成について説明する。図１に示すように、可動体６０は、弁ハウジング３０の貫通孔３０ａ内に収容されており、本体１２の燃料流路２０内に位置している。可動体６０は、ステータコア１６の下流側に位置するとともに、弁シート３４の上流側に位置している。可動体６０は、板ばね３２によって支持されており、ステータコア１６と弁シート３４の間を移動可能となっている。可動体６０は、弁体４０とアーマチャ５０を備えている。弁体４０とアーマチャ５０は、軟磁性材料（詳しくは電磁ステンレス鋼）によって一体に形成されている。
図２に示すように、可動体６０には、中心孔５６と、中心孔５６の底部から放射状に伸びる複数の側方孔４８が形成されている。可動体６０の中心孔５６及び側方孔４８は、ステータコア１６の貫通孔１６ａと弁ハウジング３０の貫通孔３０ａを互いに連通している。ステータコア１６の貫通孔１６ａ内の燃料は、可動体６０の中心孔５６及び側方孔４８を通じて、弁ハウジング３０の貫通孔３０ａへと流れるようになっている。
【００２６】
図１、図２に示すように、弁体４０は、可動体６０の下流側部分を構成しており、弁体４０の下流端面４２が、弁シート３４のシート面３４ａに対向している。弁体４０の下流端面４２には、樹脂製のシール部材４４と、そのシール部材４４の周囲に形成された当接面４６が形成されている。シール部材４４及び当接面４６は、弁シート３４のシート面３４ａに当接し、燃料吐出孔３６を気密に閉塞する。また、シール部材４４は、弁体４０がシート面３４ａに当接する際に、変形することによってその衝撃を緩和する。シール部材４４には、リング状に伸びる突出部４４ａが形成されている。
【００２７】
図１、図２に示すように、アーマチャ５０は、可動体６０の上流側部分を構成しており、ステータコア１６の下流端に対向している。アーマチャ５０の外周面には、フランジ部５２が形成されている。アーマチャ５０のフランジ部５２は、弁ハウジング３０に固定されたストッパリング２８の下流側に位置している。アーマチャ５０のフランジ部５２は、可動体６０がステータコア１６側へ移動したときに、ストッパリング２８に当接する。アーマチャ５０のフランジ部５２には、ゴム又は樹脂製の緩衝リング５４が形成されている。緩衝リング５４は、アーマチャ５０のフランジ部５２がストッパリング２８に当接する際に、変形することによってその衝撃を緩和する。
【００２８】
図３は、図２中のIII部を拡大して示している。図３に示すように、弁体４０の表面には、浸炭処理と窒化処理の両者が施されており、浸炭処理層４１ａと窒化処理層４１ｂが形成されている。弁体４０の表面に浸炭処理を施すと、弁体４０の表層部に高硬度の浸炭処理層４１ａを形成することができる。浸炭処理による浸炭処理層４１ａは、比較的に厚く形成されることから、弁体４０の強度（剛性）を有意に高めることができる。さらに、弁体４０の表面に窒化処理を施すと、浸炭処理層４１ａの表層部に、より高硬度の窒化処理層４１ｂを形成することができる。弁体４０の最表面がより高硬度の窒化処理層４１ｂによって被覆されることにより、弁体４０の強度がさらに高められるとともに、弁体４０の摩耗が顕著に防止することができる。また、最表面の窒化処理層４１ｂが比較的に厚い浸炭処理層４１ａによって支持されることから、窒化処理層４１ｂが衝撃等によって剥離することも防止される。本実施例の浸炭処理層４１ａは、そのビッカース硬さが約７００Ｈｖとなっており、その厚みが略２０μｍとなっている。また、本実施例の窒化処理層４１ｂは、そのビッカース硬さが約１１００Ｈｖとなっており、その厚みが略１０μｍとなっている。
上記した浸炭処理層４１ａと窒化処理層４１ｂは、弁体４０の表面のみに形成し、アーマチャ５０の表面には形成しないことが好ましい。浸炭処理層４１ａと窒化処理層４１ｂでは、磁性の消滅や低下が生じる。そのことから、アーマチャ５０の表面に浸炭処理層４１ａや窒化処理層４１ｂを形成すると、アーマチャ５０の磁気特性を低下させてしまうことになる。そこで、本実施例では、上記した浸炭処理及び窒化処理を行う際に、アーマチャ５０の表面にはマスキングを施し、アーマチャ５０の表面に浸炭処理層４１ａと窒化処理層４１ｂが形成されることを禁止している。
【００２９】
以上、燃料供給弁１０の構成について詳細に説明した。次に、燃料供給弁１０の動作について説明する。電磁コイル６２に通電されていない間、弁体４０は圧縮ばね２４によって弁シート３４のシート面３４ａに押し付けられている。このとき、燃料吐出孔３６は閉塞された状態となっており、燃料吐出孔３６から燃料は吐出されない。
電磁コイル６２に通電が行われると、電磁コイル６２が磁場を発生し、ステータコア１６及びアーマチャ５０が励磁される。ステータコア１６とアーマチャ５０は互いに引き合い、アーマチャ５０は弁体４０とともにステータコア１６側へ移動する。即ち、弁体４０は弁シート３４のシート面３４ａから離間する。このとき、燃料吐出孔３６は開放された状態となっており、燃料吐出孔３６から燃料が吐出される。
電磁コイル６２への通電が中止されると、電磁コイル６２による磁場が消滅し、ステータコア１６とアーマチャ５０の間の磁力も消滅する。弁体４０は、圧縮ばね２４による付勢力によって、弁シート３４側へ移動する。弁体４０は、弁シート３４のシート面３４ａに押し付けられ、燃料吐出孔３６を閉塞する。
【００３０】
電磁コイル６２への通電が中止され、弁体４０によって燃料吐出孔３６が閉塞される際に、弁体４０は弁シート３４のシート面３４ａに比較的に強く衝突する。このとき、弁体４０には、大きな衝撃力が加えられる。本実施例の弁体４０では、その表面に浸炭処理層４１ａと窒化処理層４１ｂが形成されており、弁体４０の強度及び耐磨耗性が効果的に高められている。そのことから、弁体４０に大きな衝撃力が加えられた場合でも、弁体４０の変形や磨耗が顕著に防止される。弁体４０の変形や磨耗が顕著に防止されることで、閉弁時における燃料の漏洩等が防止される。
【００３１】
（第２実施例）
次に、第２実施例の燃料供給弁１１０について説明する。図４は、第２実施例の燃料供給弁１１０の縦断面図である。第２実施例の燃料供給弁１１０は、可動体１６０を除いて、第１実施例の燃料供給弁１０と同じ構成を備えている。
【００３２】
図５は、本実施例の可動体１６０を示している。図５に示すように、第２実施例の可動体１６０では、弁体１４０とアーマチャ１５０が、異なる材料で形成されている。弁体１４０は、非磁性材料であって、オーステナイト系ステンレス鋼（詳しくはＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６）によって形成されている。オーステナイト系ステンレス鋼は、高い強度を有しており、構造材料として幅広く用いられる材料である。一方、アーマチャ１５０は、第１実施例と同じく、軟磁性材料である電磁ステンレス鋼によって形成されている。即ち、本実施例では、弁体１４０を構成する材料が、アーマチャ１５０を構成する材料よりも、高い強度を有している。弁体１４０とアーマチャ１５０は、それぞれ個別に形成された後、溶接によって接合されている。なお、弁体１４０とアーマチャ１５０の接合は、ロウ付けによって行うこともできる。あるいは、弁体１４０とアーマチャ１５０の一方を他方に圧入し、両者を一体に結合する構造を採用することもできる。
なお、第２実施例の可動体１６０の他の構造については、第１実施例の可動体６０と同じように構成されている。即ち、第２実施例の可動体１６０には、燃料が通過するための中心孔１５６と、中心孔１５６の底部から放射状に伸びる複数の側方孔１４８が形成されている。また、弁体１４０の下流端面１４２には、樹脂製のシール部材１４４と、そのシール部材１４４の周囲に形成された当接面１４６が形成されている。そして、アーマチャ１５０の外周面には、ストッパリング２８に当接するフランジ部１５２が形成されている。アーマチャ１５０のフランジ部１５２には、ゴム又は樹脂製の緩衝リング１５４が形成されている。
【００３３】
本実施例の燃料供給弁１１０では、弁体１４０とアーマチャ１５０を異なる材料でそれぞれ形成し、それらを互いに接合することによって可動体１６０を形成している。この構造によると、弁体１４０を形成する材料に非磁性材料を採用することも可能となり、弁体１４０をより強度の高い材料によって形成することが可能となる。それにより、弁体１４０が弁シート３４のシート面３４ａに衝突し、弁体１４０に大きな衝撃力が加えられた場合でも、弁体１４０に変形や磨耗が生じることを防止することができる。弁体１４０の変形や磨耗が防止されることで、閉弁時における燃料の漏洩等が防止される。
【００３４】
（第３実施例）
次に、第３実施例の燃料供給弁２１０について説明する。図６は、第３実施例の燃料供給弁２１０の縦断面図である。第３実施例の燃料供給弁２１０は、可動体２６０を除いて、第１実施例の燃料供給弁１０と同じ構成を備えている。
【００３５】
図７は、本実施例の可動体２６０を示している。図８は、図７中のVIII部を拡大して示している。図７、図８に示すように、第３実施例の可動体２６０では、第１実施例の可動体６０と比較して、弁体２４０の下流端面２４２に形成された当接面２４６の形状が異なっている。本実施例の弁体２４０では、弁シート３４のシート面３４ａに当接する当接面２４６に、平行部２４６ａと、第１円弧部２４６ｂと、テーパ部２４６ｃと、第２円弧部２４６ｄが形成されている。平行部２４６ａは、シール部材２４４の周囲に沿ってリング状に伸びる平面であり、同じく平面である弁シート３４のシート面３４ａと平行になっている。テーパ部２４６ｃは、平行部２４６ａの半径方向外側に形成されており、所定のテーパ角θで傾斜するテーパ面となっている。第１円弧部２４６ｂは、平行部２４６ａとテーパ部２４６ｃの間に設けられており、第１曲率半径Ｒ１の円弧に沿って傾斜角度が変化する曲面となっている。第２円弧部２４６ｄは、テーパ部２４６ｃの周囲に設けられており、第２曲率半径Ｒ２の円弧に沿って傾斜角度が変化する曲面となっている。ここで、第１円弧部２４６ｂにおける第１曲率半径Ｒ１は、第２円弧部２４６ｄにおける第２曲率半径Ｒ２よりも大きい。上記したテーパ角θは、弁体４０が傾き得る角度に応じて設定するとよく、例えば１°〜５°に設定することができる。
【００３６】
図９から図１２を参照し、本実施例の弁体２４０が弁シート３４に当接する様子を説明する。図９は、弁体２４０が、弁シート３４のシート面３４ａに対して垂直に当接した様子を示している。図１０は、図９中のＸ部を拡大して示している。図９、図１０に示すように、弁体２４０がシート面３４ａに対して垂直に当接した場合、弁シート３４のシート面３４ａには、弁体２４０の当接面２４６に設けられた平行部２４６ａが当接する。この場合、弁体２４０の当接面２４６に設けられた平行部２４６ａが、弁シート３４のシート面３４ａに対して略平行に接触することから、弁体２４０や弁シート３４に過大な応力が局所的に生じることが防止される。それにより、弁体２４０や弁シート３４の変形や摩耗が防止される。
【００３７】
次に、図１１は、弁体２４０が、弁シート３４のシート面３４ａに対して傾いて当接した様子を示している。図１２は、図１１中のXII部を拡大して示している。燃料供給弁２１０では、可動体２６０が板ばね３２のみによって支持されているので、弁体２４０が、弁シート３４のシート面３４ａに対して傾いて当接することがある。ここで、弁体２４０は、テーパ部２４６ｃのテーパ角θと等しい角度で傾いているものとする。図１１、図１２に示すように、弁体２４０がシート面３４ａに対して傾いて当接した場合、弁シート３４のシート面３４ａには、弁体２４０の当接面２４６に設けられたテーパ部２４６ｃが当接する。この場合、弁体２４０の当接面２４６に設けられたテーパ部２４６ｃが、弁シート３４のシート面３４ａに対して略平行に接触することから、弁体２４０や弁シート３４に過大な応力が局所的に生じることが防止される。それにより、弁体２４０や弁シート３４の変形や摩耗が防止される。
なお、弁体２４０が弁シート３４のシート面３４ａに対して様々な角度で傾いて当接した場合、弁シート３４のシート面３４ａには、弁体２４０の当接面２４６に設けられた第１円弧部２４６ｂや第２円弧部２４６ｄが当接することになる。それにより、弁体２４０が弁シート３４のシート面３４ａに対して角当たり（点接触）することが防止され、弁体２４０や弁シート３４に過大な応力が局所的に生じることが防止される。それにより、弁体２４０や弁シート３４の変形や摩耗が防止される。
【００３８】
図１３は、弁体２４０に形成する当接面２４６の変形例を示している。図１３に示すように、弁体２４０に形成する当接面２４６は、半径方向に沿って傾斜角度が楕円弧状に変化する曲面とすることもできる。この場合、当接面２４６の傾斜角度が、半径方向外側に向かって大きくなるように、楕円弧の形状を設定するとよい。即ち、当接面２４６を断面視したときの曲率半径Ｒが、半径方向外側に向かって小さくなるように、楕円弧の形状を設定するとよい。この構造によっても、弁体２４０が弁シート３４のシート面３４ａに対して傾いて当接した場合に、弁体２４０が弁シート３４のシート面３４ａに対して角当たり（点接触）することが防止され、弁体２４０や弁シート３４に過大な応力が局所的に生じることが防止される。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施例の燃料供給弁の縦断面図。
【図２】第１実施例の可動体の縦断面図。
【図３】図２中のIII部を拡大して示す図。
【図４】第２実施例の燃料供給弁の縦断面図。
【図５】第２実施例の可動体の縦断面図。
【図６】第３実施例の燃料供給弁の縦断面図。
【図７】第３実施例の可動体の縦断面図。
【図８】図７中のVIII部を拡大して示す図。
【図９】弁体がシート面に対して垂直に当接する様子を示す図。
【図１０】図９中のＸ部を拡大して示す図。
【図１１】弁体がシート面に対して傾いて当接する様子を示す図。
【図１２】図１１中のXII部を拡大して示す図。
【図１３】第３実施例の弁体の当接面の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１０、１１０、２１０：燃料供給弁
１２：本体
１４：フィルタ体
１６：ステータコア
２０：燃料流路
２２：スプリングピン
２４：圧縮ばね
２６：非磁性ブッシュ
２８：ストッパリング
３０：弁ハウジング
３２：板ばね
３４：弁シート
３４ａ：シート面
３６：燃料吐出孔
４０、１４０、２４０：弁体
４１ａ：浸炭処理層
４１ｂ：窒化処理層
４２、１４２、２４２：下流端面
４６、１４６、２４６：当接面
４８、１４８、２４８：側方孔
５０、１５０、２５０：アーマチャ
６０、１６０、２６０：可動体
６２：電磁コイル
６４：樹脂ケーシング
２４６ａ：平行部
２４６ｂ：第１円弧部
２４６ｃ：テーパ部
２４６ｄ：第２円弧部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、従来の燃料供給弁が開示されている。この燃料供給弁は、燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、弁座部材に当接して燃料吐出孔を閉塞するとともに弁座部材から離間して燃料吐出孔を開放する弁体と、弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、弁体を弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備えている。
【０００３】
この種の燃料供給弁では、燃料吐出孔が閉塞される際に、弁体が弁座部材に対して強く衝突する。このとき、弁体には大きな衝撃力が加わることから、弁体が変形したり摩耗したりすることがある。弁体に変形や摩耗が生じると、弁体は燃料吐出孔を完全に閉塞することができなくなる。
上記の問題に関して、特許文献１に記載の燃料供給弁では、弁体の表面に窒化処理が施されており、弁体の表面に高硬度の窒化処理層が形成されている。それにより、弁体の強度が高められている。
【０００４】
【特許文献１】国際公開２００３／０４２５２６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒化処理による窒化処理層は、比較的に高い硬度を有する一方で、その厚みが比較的に薄いという欠点を持つ。そのことから、弁体の表面に窒化処理を施すだけでは、弁体の強度を十分に高めることができず、弁体の変形や摩耗が依然として生じてしまう。
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、弁体の変形や摩耗をより確実に防止することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によって具現化される燃料供給弁は、燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、弁座部材に当接して燃料吐出孔を閉塞するとともに弁座部材から離間して燃料吐出孔を開放する弁体と、弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、弁体を弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備えている。弁体の表層部には、第１表面処理によって硬化された第１表面処理層が形成されている。そして、第１表面処理層の表層部には、第２表面処理によってさらに硬化された第２表面処理層が形成されている。
【０００７】
この燃料供給弁では、弁体の表層部に、第１表面処理によって硬化された第１表面処理層が、比較的に厚く形成されている。そして、第１表面処理層の表層部には、第２表面処理によってさらに硬化された第２表面処理層が形成されている。この構造により、弁体の表層部では、その硬度が表面側に向かって段階的に高められている。それにより、弁体の変形や摩耗が効果的に防止される。また、表面処理層の耐久性が高められ、表面処理層の破損や剥離を防止することができる。
【０００８】
前記した第１表面処理は浸炭処理であるとともに、前記した第２表面処理は窒化処理であることが好ましい。
弁体の表面に浸炭処理を施すと、弁体の表層部に高硬度の浸炭処理層を形成することができる。浸炭処理による浸炭処理層は、比較的に厚く形成されることから、弁体の強度（剛性）を有意に高めることができる。さらに、弁体の表面に窒化処理を施すと、浸炭処理層の表層部に、より硬度の高い窒化処理層を形成することができる。弁体の表面が高硬度の窒化処理層によって被覆されることにより、弁体の強度がさらに高められるとともに、弁体の摩耗が顕著に防止される。
【０００９】
前記したアクチュエータは、弁体に一体に形成されたアーマチャと、アーマチャに対向する位置に設けられたステータコアと、アーマチャ及びステータコアを励磁する電磁コイルを用いて構成することができる。この場合、アーマチャには、第１表面処理層及び第２表面処理層の少なくとも一方が形成されていないことが好ましい。
アーマチャに第１表面処理層や第２表面処理層を形成すると、アーマチャの磁気特性に影響を与えることがあり、弁体の動作特性を低下させてしまう場合がある。そのことから、弁体とアーマチャが一体に形成されている場合は、第１表面処理や第２表面処理を行う際にアーマチャの表面をマスク材料で覆うなどして、アーマチャの表面に第１表面処理層や第２表面処理層が形成されることを防止するとよい。
【００１０】
本発明によって具現化される第２の燃料供給弁は、燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、弁座部材に当接して燃料吐出孔を閉塞するとともに、弁座部材から離間して燃料吐出孔を開放する弁体と、弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、弁体に一体に形成されたアーマチャと、アーマチャに対して反弁座部材側に配設されたステータコアと、アーマチャ及びステータコアを励磁する電磁コイルを備えている。弁体は非磁性材料によって形成されており、アーマチャは軟磁性材料によって形成されている。弁体を形成する非磁性材料は、アーマチャを形成する軟磁性材料よりも高い強度を有している。
【００１１】
この燃料供給弁では、一体に形成された弁体とアーマチャが、それぞれの機能に応じて互いに異なる材料で構成されている。特に、弁体については、比較的に強度の高い非磁性材料によって構成されているので、その変形や摩耗が有意に防止される。ここで、弁体を構成する非磁性材料には、例えばオーステナイト系ステンレス鋼を好適に用いることができる。
【００１２】
本発明によって具現化される第３の燃料供給弁は、燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、弁座部材に当接して燃料吐出孔を閉塞するとともに、弁座部材から離間して燃料吐出孔を開放する弁体と、弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、弁体を弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備えている。弁座部材には、弁体が当接する平面状のシート面が形成されている。弁体には、弁座部材のシート面に当接する当接面が形成されている。その当接面には、弁座部材のシート面に平行な平行部と、その平行部の半径方向外側に設けられているとともに所定のテーパ角で傾斜するテーパ部が形成されている。
【００１３】
弁座部材のシート面が平面である場合（いわゆるフラットバルブタイプの場合）、弁体が傾いた状態でシート面に当接すると、弁体の角部等がシート面に対して局所的に接触する。このとき、弁体には過大な応力が局所的に発生するため、弁体の変形や摩耗が発生しやすい。この問題に対し、弁体の当接面に上記したテーパ部が形成されていると、弁体が傾いた状態でシート面に当接した場合に、テーパ部がシート面に対して略平行に当接する。それにより、弁体の変形や摩耗が有意に抑制される。
【００１４】
前記した弁体の当接面には、平行部とテーパ部との間に、第１曲率半径の円弧に沿って傾斜角度が変化する第１円弧部が形成されていることが好ましい。また、テーパ面の周囲には、第２曲率半径の円弧に沿って傾斜角度が変化する第２円弧部が形成されていることも好ましい。この場合、第１曲率半径の方が、第２曲率半径よりも大きいことが好ましい。
上記した構造によると、弁体が様々な角度で傾いてシート面に当接した場合でも、弁体がシート面に対して点接触することが防止されることから、弁体の変形や摩耗がより確実に抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、弁体の変形や摩耗が防止され、高い耐久性を有する燃料供給弁を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
下記に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１） 本体は、ステータコアと、非磁性ブッシュと、弁ハウジングと、弁シートを備えている。ステータコアと非磁性ブッシュと弁ハウジングと弁シートのそれぞれは、貫通孔を有している。ステータコアと非磁性ブッシュと弁ハウジングと弁シートは一連に接続されており、ステータコアと非磁性ブッシュと弁ハウジングの貫通孔によって燃料流路が形成されているとともに、弁シートの貫通孔によって燃料吐出孔が形成されている。燃料は、ステータコアの貫通孔の上流端から流入し、弁シートの貫通孔の下流端から吐出される。
（特徴２） 可動体は、弁ハウジングの貫通孔内に収容されており、ステータコアと弁シートの間に位置している。可動体が弁シート側に移動すると、可動体に設けられた弁体が弁シートに当接し、燃料吐出孔が閉塞される。可動体がステータコア側に移動すると、可動体に設けられた弁体が弁シートから離間し、燃料吐出孔が開放される。
【実施例】
【００１７】
（第１実施例）
本発明を具現化した第１実施例の燃料供給弁１０について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施例の燃料供給弁１０の縦断面図である。燃料供給弁１０は、燃料電池とその燃料電池に水素ガスを供給する供給源との間に配設され、燃料電池に供給する水素ガスの供給量を調節する電磁制御弁である。
図１に示すように、燃料供給弁１０は、本体１２と、可動体６０と、圧縮ばね２４と、電磁コイル６２を備えている。
【００１８】
先ず、本体１２の構成について説明する。本体１２は、ステータコア１６と、非磁性ブッシュ２６と、弁ハウジング３０と、弁シート３４と、樹脂ケーシング６４を備えている。本体１２には、燃料（水素ガス）が流れる燃料流路２０と、燃料を吐出する燃料吐出孔３６が形成されている。
【００１９】
ステータコア１６は、略円筒形状を有しており、その中心部に貫通孔１６ａが形成されている。ステータコア１６の貫通孔１６ａは、燃料流路２０の上流部を構成している。ステータコア１６の上流端（図１中の上端）は、図示しない外部の燃料供給装置に接続される。ステータコア１６の貫通孔１６ａには、燃料中の異物を除去するためのフィルタ体１４が配設されている。ステータコア１６は、軟磁性材料で形成されており、詳しくは、電磁ステンレス鋼で形成されている。
【００２０】
非磁性ブッシュ２６は、略円筒形状を有しており、その中心部に貫通孔が形成されている。非磁性ブッシュ２６の貫通孔の上流端（図１中の上端）には、ステータコア１６の下流端（図１中の下端）が挿入されている。非磁性ブッシュ２６とステータコア１６は、全周に亘って溶接されており、非磁性ブッシュ２６の貫通孔とステータコア１６の貫通孔１６ａは気密に接続されている。非磁性ブッシュ２６の貫通孔は、燃料流路２０の中流部を構成している。非磁性ブッシュ２６は、非磁性材料で形成されている。非磁性ブッシュ２６の下流端（図１中の下端）には、フランジ２６ａが形成されている。
【００２１】
弁ハウジング３０は、略円筒形状を有しており、その中心部に貫通孔３０ａが形成されている。弁ハウジング３０と非磁性ブッシュ２６は、全周に亘って溶接されており、弁ハウジング３０の貫通孔３０ａと非磁性ブッシュ２６の貫通孔は気密に接続されている。弁ハウジング３０の貫通孔３０ａは、燃料流路２０の一部を構成している。弁ハウジング３０は、軟磁性材料で形成されており、詳しくは、電磁ステンレス鋼で形成されている。
弁ハウジング３０の貫通孔３０ａ内には、内向きに伸びるストッパフランジ部３０ｆが形成されている。ストッパフランジ部３０ｆの上流側表面（図１中の上面）には、非磁性ブッシュ２６の下流端に設けられたフランジ２６ａが当接している。ストッパフランジ部３０ｆの下流側表面（図１中の下面）には、リング形状を有するストッパリング２８が配設されている。
【００２２】
弁シート３４は、その中心部に燃料吐出孔３６が形成された略円柱形状を有している。弁シート３４の上流側部分（図１中の上側部分）は、弁ハウジング３０の貫通孔３０ａ内に挿入されている。弁シート３４の外周面３４ｂと弁ハウジング３０の先端部３０ｂは全周に亘って溶接され、気密に保持されている。弁ハウジング３０は、燃料流路２０の下流端に位置しており、弁ハウジング３０の燃料吐出孔３６が、燃料流路２０の下流端に連なる構成となっている。
弁シート３４の上流側端面（図１中の上側端面）３４ａは、可動体６０が当接するシート面３４ａとなっている。シート面３４ａは平坦面であり、その中心部に燃料吐出孔３６が開口している。
【００２３】
樹脂ケーシング６４は、ステータコア１６、非磁性ブッシュ２６、弁ハウジング３０を取り囲むように設けられている。樹脂ケーシング６４は、インサート成形によって形成されており、その内部に電磁コイル６２が埋設されている。電磁コイル６２は、ステータコア１６を取り囲む位置に固定されている。樹脂ケーシング６４には、コネクタ部６６が形成されている。コネクタ部６６には、複数の端子ピン６８が設けられている。複数の端子ピン６８には、電磁コイル６２が電気的に接続されており、複数の端子ピン６８を通じて電磁コイル６２に通電されるように構成されている。コネクタ部６６は、図示しないワイヤハーネスを介して外部の制御ユニットに接続される。
【００２４】
本体１２の燃料流路２０内には、圧縮ばね２４と、スプリングピン２２が配設されている。圧縮ばね２４は、後述する可動体６０の上流側に位置している。スプリングピン２２は、圧縮ばね２４の上流側に位置しており、ステータコア１６の貫通孔１６ａに圧入されている。圧縮ばね２４の上流端（図１中の上端）は、スプリングピン２２に当接しており、圧縮ばね２４の下流端（図１中の下端）は、可動体６０に当接している。圧縮ばね２４は、圧縮された状態となっており、可動体６０を弁シート３４に向けて付勢している。
【００２５】
次に、可動体６０の構成について説明する。図１に示すように、可動体６０は、弁ハウジング３０の貫通孔３０ａ内に収容されており、本体１２の燃料流路２０内に位置している。可動体６０は、ステータコア１６の下流側に位置するとともに、弁シート３４の上流側に位置している。可動体６０は、板ばね３２によって支持されており、ステータコア１６と弁シート３４の間を移動可能となっている。可動体６０は、弁体４０とアーマチャ５０を備えている。弁体４０とアーマチャ５０は、軟磁性材料（詳しくは電磁ステンレス鋼）によって一体に形成されている。
図２に示すように、可動体６０には、中心孔５６と、中心孔５６の底部から放射状に伸びる複数の側方孔４８が形成されている。可動体６０の中心孔５６及び側方孔４８は、ステータコア１６の貫通孔１６ａと弁ハウジング３０の貫通孔３０ａを互いに連通している。ステータコア１６の貫通孔１６ａ内の燃料は、可動体６０の中心孔５６及び側方孔４８を通じて、弁ハウジング３０の貫通孔３０ａへと流れるようになっている。
【００２６】
図１、図２に示すように、弁体４０は、可動体６０の下流側部分を構成しており、弁体４０の下流端面４２が、弁シート３４のシート面３４ａに対向している。弁体４０の下流端面４２には、樹脂製のシール部材４４と、そのシール部材４４の周囲に形成された当接面４６が形成されている。シール部材４４及び当接面４６は、弁シート３４のシート面３４ａに当接し、燃料吐出孔３６を気密に閉塞する。また、シール部材４４は、弁体４０がシート面３４ａに当接する際に、変形することによってその衝撃を緩和する。シール部材４４には、リング状に伸びる突出部４４ａが形成されている。
【００２７】
図１、図２に示すように、アーマチャ５０は、可動体６０の上流側部分を構成しており、ステータコア１６の下流端に対向している。アーマチャ５０の外周面には、フランジ部５２が形成されている。アーマチャ５０のフランジ部５２は、弁ハウジング３０に固定されたストッパリング２８の下流側に位置している。アーマチャ５０のフランジ部５２は、可動体６０がステータコア１６側へ移動したときに、ストッパリング２８に当接する。アーマチャ５０のフランジ部５２には、ゴム又は樹脂製の緩衝リング５４が形成されている。緩衝リング５４は、アーマチャ５０のフランジ部５２がストッパリング２８に当接する際に、変形することによってその衝撃を緩和する。
【００２８】
図３は、図２中のIII部を拡大して示している。図３に示すように、弁体４０の表面には、浸炭処理と窒化処理の両者が施されており、浸炭処理層４１ａと窒化処理層４１ｂが形成されている。弁体４０の表面に浸炭処理を施すと、弁体４０の表層部に高硬度の浸炭処理層４１ａを形成することができる。浸炭処理による浸炭処理層４１ａは、比較的に厚く形成されることから、弁体４０の強度（剛性）を有意に高めることができる。さらに、弁体４０の表面に窒化処理を施すと、浸炭処理層４１ａの表層部に、より高硬度の窒化処理層４１ｂを形成することができる。弁体４０の最表面がより高硬度の窒化処理層４１ｂによって被覆されることにより、弁体４０の強度がさらに高められるとともに、弁体４０の摩耗が顕著に防止することができる。また、最表面の窒化処理層４１ｂが比較的に厚い浸炭処理層４１ａによって支持されることから、窒化処理層４１ｂが衝撃等によって剥離することも防止される。本実施例の浸炭処理層４１ａは、そのビッカース硬さが約７００Ｈｖとなっており、その厚みが略２０μｍとなっている。また、本実施例の窒化処理層４１ｂは、そのビッカース硬さが約１１００Ｈｖとなっており、その厚みが略１０μｍとなっている。
上記した浸炭処理層４１ａと窒化処理層４１ｂは、弁体４０の表面のみに形成し、アーマチャ５０の表面には形成しないことが好ましい。浸炭処理層４１ａと窒化処理層４１ｂでは、磁性の消滅や低下が生じる。そのことから、アーマチャ５０の表面に浸炭処理層４１ａや窒化処理層４１ｂを形成すると、アーマチャ５０の磁気特性を低下させてしまうことになる。そこで、本実施例では、上記した浸炭処理及び窒化処理を行う際に、アーマチャ５０の表面にはマスキングを施し、アーマチャ５０の表面に浸炭処理層４１ａと窒化処理層４１ｂが形成されることを禁止している。
【００２９】
以上、燃料供給弁１０の構成について詳細に説明した。次に、燃料供給弁１０の動作について説明する。電磁コイル６２に通電されていない間、弁体４０は圧縮ばね２４によって弁シート３４のシート面３４ａに押し付けられている。このとき、燃料吐出孔３６は閉塞された状態となっており、燃料吐出孔３６から燃料は吐出されない。
電磁コイル６２に通電が行われると、電磁コイル６２が磁場を発生し、ステータコア１６及びアーマチャ５０が励磁される。ステータコア１６とアーマチャ５０は互いに引き合い、アーマチャ５０は弁体４０とともにステータコア１６側へ移動する。即ち、弁体４０は弁シート３４のシート面３４ａから離間する。このとき、燃料吐出孔３６は開放された状態となっており、燃料吐出孔３６から燃料が吐出される。
電磁コイル６２への通電が中止されると、電磁コイル６２による磁場が消滅し、ステータコア１６とアーマチャ５０の間の磁力も消滅する。弁体４０は、圧縮ばね２４による付勢力によって、弁シート３４側へ移動する。弁体４０は、弁シート３４のシート面３４ａに押し付けられ、燃料吐出孔３６を閉塞する。
【００３０】
電磁コイル６２への通電が中止され、弁体４０によって燃料吐出孔３６が閉塞される際に、弁体４０は弁シート３４のシート面３４ａに比較的に強く衝突する。このとき、弁体４０には、大きな衝撃力が加えられる。本実施例の弁体４０では、その表面に浸炭処理層４１ａと窒化処理層４１ｂが形成されており、弁体４０の強度及び耐磨耗性が効果的に高められている。そのことから、弁体４０に大きな衝撃力が加えられた場合でも、弁体４０の変形や磨耗が顕著に防止される。弁体４０の変形や磨耗が顕著に防止されることで、閉弁時における燃料の漏洩等が防止される。
【００３１】
（第２実施例）
次に、第２実施例の燃料供給弁１１０について説明する。図４は、第２実施例の燃料供給弁１１０の縦断面図である。第２実施例の燃料供給弁１１０は、可動体１６０を除いて、第１実施例の燃料供給弁１０と同じ構成を備えている。
【００３２】
図５は、本実施例の可動体１６０を示している。図５に示すように、第２実施例の可動体１６０では、弁体１４０とアーマチャ１５０が、異なる材料で形成されている。弁体１４０は、非磁性材料であって、オーステナイト系ステンレス鋼（詳しくはＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６）によって形成されている。オーステナイト系ステンレス鋼は、高い強度を有しており、構造材料として幅広く用いられる材料である。一方、アーマチャ１５０は、第１実施例と同じく、軟磁性材料である電磁ステンレス鋼によって形成されている。即ち、本実施例では、弁体１４０を構成する材料が、アーマチャ１５０を構成する材料よりも、高い強度を有している。弁体１４０とアーマチャ１５０は、それぞれ個別に形成された後、溶接によって接合されている。なお、弁体１４０とアーマチャ１５０の接合は、ロウ付けによって行うこともできる。あるいは、弁体１４０とアーマチャ１５０の一方を他方に圧入し、両者を一体に結合する構造を採用することもできる。
なお、第２実施例の可動体１６０の他の構造については、第１実施例の可動体６０と同じように構成されている。即ち、第２実施例の可動体１６０には、燃料が通過するための中心孔１５６と、中心孔１５６の底部から放射状に伸びる複数の側方孔１４８が形成されている。また、弁体１４０の下流端面１４２には、樹脂製のシール部材１４４と、そのシール部材１４４の周囲に形成された当接面１４６が形成されている。そして、アーマチャ１５０の外周面には、ストッパリング２８に当接するフランジ部１５２が形成されている。アーマチャ１５０のフランジ部１５２には、ゴム又は樹脂製の緩衝リング１５４が形成されている。
【００３３】
本実施例の燃料供給弁１１０では、弁体１４０とアーマチャ１５０を異なる材料でそれぞれ形成し、それらを互いに接合することによって可動体１６０を形成している。この構造によると、弁体１４０を形成する材料に非磁性材料を採用することも可能となり、弁体１４０をより強度の高い材料によって形成することが可能となる。それにより、弁体１４０が弁シート３４のシート面３４ａに衝突し、弁体１４０に大きな衝撃力が加えられた場合でも、弁体１４０に変形や磨耗が生じることを防止することができる。弁体１４０の変形や磨耗が防止されることで、閉弁時における燃料の漏洩等が防止される。
【００３４】
（第３実施例）
次に、第３実施例の燃料供給弁２１０について説明する。図６は、第３実施例の燃料供給弁２１０の縦断面図である。第３実施例の燃料供給弁２１０は、可動体２６０を除いて、第１実施例の燃料供給弁１０と同じ構成を備えている。
【００３５】
図７は、本実施例の可動体２６０を示している。図８は、図７中のVIII部を拡大して示している。図７、図８に示すように、第３実施例の可動体２６０では、第１実施例の可動体６０と比較して、弁体２４０の下流端面２４２に形成された当接面２４６の形状が異なっている。本実施例の弁体２４０では、弁シート３４のシート面３４ａに当接する当接面２４６に、平行部２４６ａと、第１円弧部２４６ｂと、テーパ部２４６ｃと、第２円弧部２４６ｄが形成されている。平行部２４６ａは、シール部材２４４の周囲に沿ってリング状に伸びる平面であり、同じく平面である弁シート３４のシート面３４ａと平行になっている。テーパ部２４６ｃは、平行部２４６ａの半径方向外側に形成されており、所定のテーパ角θで傾斜するテーパ面となっている。第１円弧部２４６ｂは、平行部２４６ａとテーパ部２４６ｃの間に設けられており、第１曲率半径Ｒ１の円弧に沿って傾斜角度が変化する曲面となっている。第２円弧部２４６ｄは、テーパ部２４６ｃの周囲に設けられており、第２曲率半径Ｒ２の円弧に沿って傾斜角度が変化する曲面となっている。ここで、第１円弧部２４６ｂにおける第１曲率半径Ｒ１は、第２円弧部２４６ｄにおける第２曲率半径Ｒ２よりも大きい。上記したテーパ角θは、弁体４０が傾き得る角度に応じて設定するとよく、例えば１°〜５°に設定することができる。
【００３６】
図９から図１２を参照し、本実施例の弁体２４０が弁シート３４に当接する様子を説明する。図９は、弁体２４０が、弁シート３４のシート面３４ａに対して垂直に当接した様子を示している。図１０は、図９中のＸ部を拡大して示している。図９、図１０に示すように、弁体２４０がシート面３４ａに対して垂直に当接した場合、弁シート３４のシート面３４ａには、弁体２４０の当接面２４６に設けられた平行部２４６ａが当接する。この場合、弁体２４０の当接面２４６に設けられた平行部２４６ａが、弁シート３４のシート面３４ａに対して略平行に接触することから、弁体２４０や弁シート３４に過大な応力が局所的に生じることが防止される。それにより、弁体２４０や弁シート３４の変形や摩耗が防止される。
【００３７】
次に、図１１は、弁体２４０が、弁シート３４のシート面３４ａに対して傾いて当接した様子を示している。図１２は、図１１中のXII部を拡大して示している。燃料供給弁２１０では、可動体２６０が板ばね３２のみによって支持されているので、弁体２４０が、弁シート３４のシート面３４ａに対して傾いて当接することがある。ここで、弁体２４０は、テーパ部２４６ｃのテーパ角θと等しい角度で傾いているものとする。図１１、図１２に示すように、弁体２４０がシート面３４ａに対して傾いて当接した場合、弁シート３４のシート面３４ａには、弁体２４０の当接面２４６に設けられたテーパ部２４６ｃが当接する。この場合、弁体２４０の当接面２４６に設けられたテーパ部２４６ｃが、弁シート３４のシート面３４ａに対して略平行に接触することから、弁体２４０や弁シート３４に過大な応力が局所的に生じることが防止される。それにより、弁体２４０や弁シート３４の変形や摩耗が防止される。
なお、弁体２４０が弁シート３４のシート面３４ａに対して様々な角度で傾いて当接した場合、弁シート３４のシート面３４ａには、弁体２４０の当接面２４６に設けられた第１円弧部２４６ｂや第２円弧部２４６ｄが当接することになる。それにより、弁体２４０が弁シート３４のシート面３４ａに対して角当たり（点接触）することが防止され、弁体２４０や弁シート３４に過大な応力が局所的に生じることが防止される。それにより、弁体２４０や弁シート３４の変形や摩耗が防止される。
【００３８】
図１３は、弁体２４０に形成する当接面２４６の変形例を示している。図１３に示すように、弁体２４０に形成する当接面２４６は、半径方向に沿って傾斜角度が楕円弧状に変化する曲面とすることもできる。この場合、当接面２４６の傾斜角度が、半径方向外側に向かって大きくなるように、楕円弧の形状を設定するとよい。即ち、当接面２４６を断面視したときの曲率半径Ｒが、半径方向外側に向かって小さくなるように、楕円弧の形状を設定するとよい。この構造によっても、弁体２４０が弁シート３４のシート面３４ａに対して傾いて当接した場合に、弁体２４０が弁シート３４のシート面３４ａに対して角当たり（点接触）することが防止され、弁体２４０や弁シート３４に過大な応力が局所的に生じることが防止される。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施例の燃料供給弁の縦断面図。
【図２】第１実施例の可動体の縦断面図。
【図３】図２中のIII部を拡大して示す図。
【図４】第２実施例の燃料供給弁の縦断面図。
【図５】第２実施例の可動体の縦断面図。
【図６】第３実施例の燃料供給弁の縦断面図。
【図７】第３実施例の可動体の縦断面図。
【図８】図７中のVIII部を拡大して示す図。
【図９】弁体がシート面に対して垂直に当接する様子を示す図。
【図１０】図９中のＸ部を拡大して示す図。
【図１１】弁体がシート面に対して傾いて当接する様子を示す図。
【図１２】図１１中のXII部を拡大して示す図。
【図１３】第３実施例の弁体の当接面の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１０、１１０、２１０：燃料供給弁
１２：本体
１４：フィルタ体
１６：ステータコア
２０：燃料流路
２２：スプリングピン
２４：圧縮ばね
２６：非磁性ブッシュ
２８：ストッパリング
３０：弁ハウジング
３２：板ばね
３４：弁シート
３４ａ：シート面
３６：燃料吐出孔
４０、１４０、２４０：弁体
４１ａ：浸炭処理層
４１ｂ：窒化処理層
４２、１４２、２４２：下流端面
４６、１４６、２４６：当接面
４８、１４８、２４８：側方孔
５０、１５０、２５０：アーマチャ
６０、１６０、２６０：可動体
６２：電磁コイル
６４：樹脂ケーシング
２４６ａ：平行部
２４６ｂ：第１円弧部
２４６ｃ：テーパ部
２４６ｄ：第２円弧部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、
前記弁座部材に当接して前記燃料吐出孔を閉塞するとともに、前記弁座部材から離間して前記燃料吐出孔を開放する弁体と、
前記弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、
前記弁体を弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備え、
前記弁体の表層部には、第１表面処理によって硬化された第１表面処理層が形成されているとともに、第１表面処理層の表層部には、第２表面処理によってさらに硬化された第２表面処理層が形成されていることを特徴とする燃料供給弁。
【請求項２】
前記第１表面処理は浸炭処理であり、
前記第２表面処理は窒化処理であることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給弁。
【請求項３】
前記アクチュエータは、弁体に一体に形成されたアーマチャと、アーマチャに対して反弁座部材側に配設されたステータコアと、アーマチャ及びステータコアを励磁する電磁コイルを備え、
前記アーマチャには、前記第１表面処理層と前記第２表面処理層の少なくとも一方が形成されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料供給弁。
【請求項４】
燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、
前記弁座部材に当接して前記燃料吐出孔を閉塞するとともに、前記弁座部材から離間して前記燃料吐出孔を開放する弁体と、
前記弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、
前記弁体に一体に形成されたアーマチャと、
アーマチャに対して反弁座部材側に配設されたステータコアと、
アーマチャ及びステータコアを励磁する電磁コイルを備え、
前記弁体は非磁性材料によって構成されているとともに、前記アーマチャは軟磁性材料によって構成されており、
前記弁体を構成する非磁性材料は、前記アーマチャを構成する軟磁性材料よりも高い強度を有することを特徴とする燃料供給弁。
【請求項５】
前記弁体は、オーステナイト系ステンレス鋼によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料供給弁。
【請求項６】
燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、
前記弁座部材に当接して前記燃料吐出孔を閉塞するとともに、前記弁座部材から離間して前記燃料吐出孔を開放する弁体と、
前記弁体を前記弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、
前記弁体を前記弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備え、
前記弁座部材には、前記弁体が当接する平面状のシート面が形成されており、
前記弁体には、前記弁座部材のシート面に当接する当接面が形成されており、
前記弁座部材の当接面には、弁座部材のシート面に平行な平行部と、その平行部の半径方向外側に設けられているとともに所定のテーパ角で傾斜するテーパ部が形成されていることを特徴とする燃料供給弁。
【請求項７】
前記弁座部材の当接面には、前記平行部と前記テーパ部の間に、第１曲率半径の円弧に沿って傾斜角度が変化する第１円弧部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料供給弁。
【請求項８】
前記弁体には、前記テーパ面の周囲に、第２曲率半径の円弧に沿って傾斜角度が変化する第２円弧部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料供給弁。
【請求項９】
前記第１曲率半径は、前記第２曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の燃料供給弁。
【請求項１】
燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、
前記弁座部材に当接して前記燃料吐出孔を閉塞するとともに、前記弁座部材から離間して前記燃料吐出孔を開放する弁体と、
前記弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、
前記弁体を弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備え、
前記弁体の表層部には、第１表面処理によって硬化された第１表面処理層が形成されているとともに、第１表面処理層の表層部には、第２表面処理によってさらに硬化された第２表面処理層が形成されていることを特徴とする燃料供給弁。
【請求項２】
前記第１表面処理は浸炭処理であり、
前記第２表面処理は窒化処理であることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給弁。
【請求項３】
前記アクチュエータは、弁体に一体に形成されたアーマチャと、アーマチャに対して反弁座部材側に配設されたステータコアと、アーマチャ及びステータコアを励磁する電磁コイルを備え、
前記アーマチャには、前記第１表面処理層と前記第２表面処理層の少なくとも一方が形成されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料供給弁。
【請求項４】
燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、
前記弁座部材に当接して前記燃料吐出孔を閉塞するとともに、前記弁座部材から離間して前記燃料吐出孔を開放する弁体と、
前記弁体を弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、
前記弁体に一体に形成されたアーマチャと、
アーマチャに対して反弁座部材側に配設されたステータコアと、
アーマチャ及びステータコアを励磁する電磁コイルを備え、
前記弁体は非磁性材料によって構成されているとともに、前記アーマチャは軟磁性材料によって構成されており、
前記弁体を構成する非磁性材料は、前記アーマチャを構成する軟磁性材料よりも高い強度を有することを特徴とする燃料供給弁。
【請求項５】
前記弁体は、オーステナイト系ステンレス鋼によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料供給弁。
【請求項６】
燃料吐出孔が形成されている弁座部材と、
前記弁座部材に当接して前記燃料吐出孔を閉塞するとともに、前記弁座部材から離間して前記燃料吐出孔を開放する弁体と、
前記弁体を前記弁座部材に当接する位置に向けて付勢している付勢部材と、
前記弁体を前記弁座部材から離間する位置に向けて動かすアクチュエータを備え、
前記弁座部材には、前記弁体が当接する平面状のシート面が形成されており、
前記弁体には、前記弁座部材のシート面に当接する当接面が形成されており、
前記弁座部材の当接面には、弁座部材のシート面に平行な平行部と、その平行部の半径方向外側に設けられているとともに所定のテーパ角で傾斜するテーパ部が形成されていることを特徴とする燃料供給弁。
【請求項７】
前記弁座部材の当接面には、前記平行部と前記テーパ部の間に、第１曲率半径の円弧に沿って傾斜角度が変化する第１円弧部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料供給弁。
【請求項８】
前記弁体には、前記テーパ面の周囲に、第２曲率半径の円弧に沿って傾斜角度が変化する第２円弧部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料供給弁。
【請求項９】
前記第１曲率半径は、前記第２曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の燃料供給弁。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１４０５２（Ｐ２０１０−１４０５２Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７５８４２（Ｐ２００８−１７５８４２）
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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