JP7148381B2 - 流量制御弁および蒸発燃料処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量制御弁および蒸発燃料処理装置に関する。

従来、燃料タンクの蒸発燃料（以下、ベーパとも言う）を回収し内燃機関の吸気系に供給可能な蒸発燃料処理装置が知られている。こうした蒸発燃料処理装置は、燃料タンクと、キャニスタと、燃料タンクとキャニスタとをつなぐベーパ通路に設けられる流量制御弁等を有している。流量制御弁は、車両の駐車中はベーパ通路を閉じ、給油中はベーパ通路を開ける等の動作をする。

例えば、特許文献１に記載の流量制御弁は、ステッピングモータを有し、送りネジ機構を介してバルブ体を駆動させ、バルブ体下部のシート部材を弁座に当接させたり弁座から離間させたりすることで流路を開閉する。バルブ体は、ステッピングモータ軸と一緒に回転しない様に、回り止め手段により軸回りに回り止めされた状態で、軸方向に移動可能に配置されている。回り止め手段は、例えば、駆動部側に形成される凹部に、バルブ体側に形成される凸部が周方向に係合することで構成される。

送りねじ機構は、ステッピンクモータ軸に形成される雄ねじ部と、バルブ体が有する筒部の内周に形成される雌ねじ部とが螺合することで構成されている。ステッピンクモータ軸の先端は、回り止め手段よりも弁座側に突出した位置にあり、弁座側の先端まで雄ねじが形成されている。一方、雌ねじ部は、筒部においてステッピングモータ側の先端まで形成されている。

特開２０１６－１２１７９０号公報

ところが、特許文献１に記載の流量制御弁では、ステッピンクモータ軸とバルブ体の組み付けの際に、構造上、回り止め手段が結合するより先に送りねじ機構が結合する。このため、弁装置を組み付けるためには、雄ネジ側と雌ネジ側が同時に回転しないよう、どちらか一方の回転を規制する必要がある。よって、回り止め手段が結合するまでの間、例えばバルブ体の回転を規制する治具等が必要となる。すなわち、組み付け作業が繁雑であり時間もかかるため、非効率的であるという問題が生じていた。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、組み付け作業性を向上させることができる流量制御弁を提供することにある。

流量制御弁は、燃料タンク（１１）と、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ（１２）とを備える蒸発燃料処理装置（１０１）において、キャニスタと燃料タンクとをつなぐべーパ通路（１６）に設けられる。

流量制御弁は、ハウジング（２１）と、バルブ部材（２２，５１）と、駆動部（２３）と、駆動部側ねじ部（３８）と、バルブ側ねじ部（３７）と、駆動部側回り止め部（４３）と、バルブ側回り止め部（４５）と、を備える。ハウジングは、燃料タンク側流路（２６）からキャニスタ側流路（２７）へと蒸発燃料が流れる流路を有する。バルブ部材は、キャニスタ側流路へ蒸発燃料が通過しないように燃料タンク側流路とキャニスタ側流路とを遮断する、またはキャニスタ側流路へ蒸発燃料が通過するように燃料タンク側流路とキャニスタ側流路とを連通させるために、ハウジングの弁座（２８）に当接または離間可能に設けられる。

駆動部は、バルブ部材が弁座に当接または離間可能に往復移動するように駆動する。駆動部側ねじ部（３８）は、駆動部とバルブ部材とを動力伝達可能に連結する動力伝達軸（２４，５４）に設けられ、送りねじ機構を構成する。バルブ側ねじ部は、バルブ部材に設けられ駆動部側ねじ部にねじ結合し、駆動部側ねじ部と共に送りねじ機構を構成する。駆動部側回り止め部は、駆動部に設けられ、バルブ部材の軸回りの回転を規制する回り止め機構を構成する。バルブ側回り止め部は、駆動部側回り止め部に係合し、駆動部側回り止め部と共に回り止め機構を構成する。

バルブ部材が弁座に当接するように移動する方向を正方向とした場合、駆動部側回り止め部における弁座側の端部（Ｍ１）を始点とし駆動部側ねじ部における弁座側の結合端部（Ｍ２）までの軸方向距離に正負を付した値をＬ１とし、バルブ側回り止め部における駆動部側の端部（Ｖ１）を始点としバルブ側ねじ部における駆動部側の結合端部（Ｖ２）までの軸方向距離に正負を付した値をＬ２とすると、Ｌ１＜Ｌ２の関係が成立する。

本構成によれば、回り止め機構と送りねじ機構の位置を、Ｌ１＜Ｌ２の関係が成立するように構成することで、弁を組み付ける際には、まず回り止め機構が係合した後に送りねじ機構が結合する。よって、例えば、回り止め機構が係合するまでの間、バルブ部材の軸回りの回転を規制する必要がなく、回転を規制するための治具等も不要である。すなわち、組み付け作業が容易かつ効率的となり、組み付け作業性を向上させることができる

蒸発燃料処理装置の構成の概略を示す図である。 第１実施形態による閉弁時の流量制御弁を模式的に示す断面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 第１実施形態による開弁時の流量制御弁を模式的に示す断面図である。 第１実施形態によるバルブ部材をモータに組み付ける前の状態を示す図である。 第１実施形態によるバルブ部材をモータに組み付ける途中の状態を示し、回り止め機構が係合した段階を示す図である。 第１実施形態によるバルブ部材をモータに組み付ける途中の状態を示し、送りねじ機構が結合した段階を示す図である。 第２実施形態による閉弁時の流量制御弁を模式的に示す断面図である。 第２実施形態によるバルブ部材をモータに組み付ける前の状態を示す図である。 第２実施形態によるバルブ部材をモータに組み付ける途中の状態を示し、回り止め機構が係合した段階を示す図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
〈第１実施形態〉
［構成］
第１実施形態の構成について、図１～図３を参照しつつ説明する。図１に示すように、蒸発燃料処理装置１０１は、流量制御弁１、燃料タンク１１、キャニスタ１２、パージ弁１３、及びＥＣＵ１４などを備えている。

燃料タンク１１は、車両に搭載され、内燃機関１８に供給される燃料を貯留する。キャニスタ１２は、燃料タンク１１内で発生する蒸発燃料を回収する不図示の吸着材を有する。キャニスタ１２は、大気通路１５を介して取り入れた空気を、ベーパ通路１６を通ってキャニスタ１２の吸着材に吸着された蒸発燃料と共に、パージ通路１７を介して内燃機関１８の吸気通路１９へと送るパージ処理を行う。ベーパ通路１６は、燃料タンク１１とキャニスタ１２をつなぐ通路であり、このベーパ通路１６に流量制御弁１が設けられている。また、パージ通路１７にはパージ弁１３が設けられている。パージ弁１３の開度に応じて、キャニスタ１２から吸気通路１９にパージされる蒸発燃料の量が調整される。

ここで、例えば車両の駐車中では、流量制御弁１は、閉弁状態が維持されるため、燃料タンク１１の蒸発燃料がキャニスタ１２内に流入することはない。また、例えばタンクキャップが開けられ、燃料タンク１１への給油が開始され、給油が終了するまでの間は、流量制御弁１は、開弁状態が維持される。このため、給油の際に、燃料タンク１１内の蒸発燃料がベーパ通路１６を通ってキャニスタ１２内の吸着材に吸着される。このように、流量制御弁１は、燃料タンク１１とキャニスタ１２とを連通させるかどうかを制御するものである。ＥＣＵ１４は、流量制御弁１やパージ弁１３と電気的に接続しており、各弁１，１３の開閉動作を制御する。

次に、流量制御弁１の構成について、図２を参照しつつ説明する。なお、図２は、基本的に切断面の後ろに見える線については省略した切断端面図であり、閉弁時の状態を示している。流量制御弁１は、ハウジング２１、バルブ部材２２、モータ２３、モータシャフト２４等を備えている。ハウジング２１は、略円筒状の形状をなし、燃料タンク側流路２６からキャニスタ側流路２７へと蒸発燃料が流れる流路を有している。ハウジング２１において、燃料タンク側流路口の縁部から、バルブ部材２２の移動方向と直交する方向に延びる平面は、弁座２８という。

バルブ部材２２は、キャニスタ側流路２７へ蒸発燃料が通過しないように燃料タンク側流路２６とキャニスタ側流路２７とを遮断する、またはキャニスタ側流路２７へ蒸発燃料が通過するように燃料タンク側流路２６とキャニスタ側流路２７とを連通させるための部材である。

図２に示すように、バルブ部材２２は、円板状をなす底壁部３１と、筒状部３２とを有している。底壁部３１と筒状部３２とは、共通の中心軸Ｃを有している。底壁部３１は、筒状部３２に対して弁座２８側に位置しており、筒状部３２と一体に設けられている。底壁部３１の弁座２８側には、ゴムシール部材３３が底壁部３１と一体に溶着されている。

筒状部３２の中心には、モータ２３側から、シャフト挿入大径孔３４と、シャフト挿入小径孔３５とが、同軸上に連続して底壁部３１まで形成されている。シャフト挿入大径孔３４は、シャフト挿入小径孔３５より径が大きい。シャフト挿入大径孔３４の弁座側端部は、シャフト挿入小径孔３５になだらかに連続するテーパ部３６として形成されている。シャフト挿入小径孔３５の内周には、雌ねじ部３７が形成されている。雌ねじ部３７は、「バルブ側ねじ部」に相当する。

各挿入孔３４，３５内には、モータシャフト２４が挿入されており、モータシャフト２４の外周に形成された雄ねじ部３８とシャフト挿入小径孔３５の雌ねじ部３７とがねじ結合している。雄ねじ部３８は、「駆動部側ねじ部」に相当する。雄ねじ部３８と雌ねじ部３７とで、バルブ部材２２を軸方向に往復動可能な送りねじ機構が構成されている。シャフト挿入大径孔３４の内周には雌ねじ部３７が形成されておらず、雄ねじ部３８とねじ結合不能である。すなわち、シャフト挿入大径孔３４は、雄ねじ部３８とねじ結合不能にモータシャフト２４を収容する「逃がし部」に相当する。

モータ２３は、ハウジング２１の上壁部に接した状態で、ハウジング２１の外側に設けられている。モータ２３の駆動により、モータシャフト２４が特定の方向に回転することで、バルブ部材２２が弁座２８に接近する閉方向、または弁座２８から離間する開方向に動く。このようなバルブ部材２２の往復移動によって、バルブ部材２２のゴムシール部材３３が、弁座２８に当接または離間するようになっている。図４は、バルブ部材２２が弁座２８に対して最も離間している開状態を示している。また、図４中の矢印付きの曲線は、蒸発燃料の移動経路の一例を示している。

再び、図２、図３を参照する。モータ２３の底部には、モータシャフト２４を収容する有底円筒状の円筒凸部４１が、ハウジング２１内部側へ突出して形成されている。円筒凸部４１の底部の中心には、バルブ部材２２の筒状部３２を収容する収容孔４２（図３参照）が形成されている。収容孔４２の外縁には、係合凹部４３が、中心から径方向外側へ底部を一部切り欠くようにして形成されている。係合凹部４３は、軸方向断面が矩形状をなし、中心軸Ｃを対称軸として１８０度対称位置に２つ設けられている。係合凹部４３は、「駆動部側回り止め部」に相当する。

バルブ部材２２の筒状部３２のモータ２３側の開口端部４４には、係合凸部４５が、バルブ部材の往復動方向に直交する径方向において外側に張り出すように突出して形成されている。係合凸部４５は、係合凹部４３に係合可能に対応した形状であって、軸方向断面が係合凹部４３と同様の矩形状をなし、中心軸を対称軸として１８０度対称位置に２つ設けられている。係合凸部４５は、「バルブ側回り止め部」に相当する。

係合凸部４５が係合凹部４３に係合することで、バルブ部材２２は、モータシャフト２４と一緒に回転しない様に、軸回りに回り止めされた状態で、軸方向に移動可能となっている。つまり、係合凸部４５と係合凹部４３とで、バルブ部材２２の回り止め機構が構成されている。モータシャフト２４は、モータ２３の回転力をバルブ部材２２に動力伝達可能にモータ２３とバルブ部材２２とを連結する。

ここで、バルブ部材２２が弁座２８に当接するように移動する方向を正方向とする。正方向は、図２では下方向である。係合凹部４３の弁座２８側の端部Ｍ１（以下、単に「モータ側回り止め端部Ｍ１」という）を始点とし、雄ねじ部３８の弁座２８側の結合端部Ｍ２（以下、単に「モータ側ねじ端部Ｍ２」という）までの軸方向距離に正負を付した値をＬ１とする。係合凸部４５のモータ２３側の端部Ｖ１(以下、単に「バルブ側回り止め端部Ｖ１」という) を始点とし、雌ねじ部３７のモータ２３側の結合端部Ｖ２（以下、単に「バルブ側ねじ端部Ｖ２」という）までの軸方向距離に正負を付した値をＬ２とする。このとき、Ｌ１＜Ｌ２の関係が成り立っている。

本実施形態において、モータシャフト２４の突出端部、すなわちモータ側ねじ端部Ｍ２は、モータ側回り止め端部Ｍ１よりも、弁座２８側へ、すなわち正方向へ突出している。また、Ｌ２は、シャフト挿入大径孔３４の軸方向距離と一致する。

［組み付け手順］
次に、上記流量制御弁１の組み付け手順について説明する。モータ２３とバルブ部材２２とを組み付ける際には、図５に示すように、モータ２３と離間した状態にあるバルブ部材２２を、組付機等によりモータ２３に徐々に接近させていく。このとき、モータシャフト２４とバルブ部材２２のシャフト挿入孔とは、概ね軸方向に対応した位置にある。

図６は、回り止め機構が係合し始めた段階を示す図である。やがて、図６に示すように、バルブ側回り止め端部Ｖ１と、モータ側回り止め端部Ｍ１とが軸方向において同じ位置となる。このとき、係合凸部４５と係合凹部４３の位置が軸方向に対応していれば、両者はそのまま係合する。また、係合凸部４５と係合凹部４３とが、軸方向において対応する位置になければ、バルブ部材２２またはモータ２３は適度に軸回りに回転されて、係合凸部４５と係合凹部４３とが位置合わせされる。そして、係合凸部４５と係合凹部４３とが係合する。

回り止め機構が係合すると、バルブ部材２２をさらにモータ２３側へ挿入することが可能となる。そして、さらにバルブ部材２２がモータ２３側へ挿入されると、図７に示すように、バルブ側ねじ端部Ｖ２がモータ側ねじ端部Ｍ２に当接する。すなわち、この段階にきてから送りねじ機構が結合し、組み付けが完了となる。このように、本実施形態では、まず回り止め機構が係合した後、送りねじ機構が結合する。

［効果］
第１実施形態では、シャフト挿入大径孔３４の内周は、雄ねじ部３８とねじ結合不能にモータシャフト２４を収容する逃がし部として形成されている。そして、Ｌ１＜Ｌ２の関係が成立することから、組み付け時には、まず回り止め機構が係合した後に送りねじ機構が結合する。

よって、例えば、回り止め機構が係合するまでの間、バルブ部材２２の軸回りの回転を規制する必要がなく、回転を規制するための治具等も不要である。すなわち、組み付け作業を容易かつ効率的にすることができる。

また、バルブ部材２２の筒状部３２において、雌ねじ部３７が形成されていない逃がし部を形成するという簡単な構成で、好適に実施できる。

〈第２実施形態〉
次に、第２実施形態の流量制御弁１０について、図８～図１０を参照して説明する。なお、第１実施形態と実質同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。図８に示すように、第２実施形態のバルブ部材５１の筒状部５２の中心には、シャフト挿入孔５３が、モータ２３側から底壁部３１まで形成されている。シャフト挿入孔５３の内周には、雌ねじ部３７が形成されている。雌ねじ部３７は、「バルブ側ねじ部」に相当する。第１実施形態の流量制御弁１において「逃がし部」に相当するシャフト挿入大径孔３４は、第２実施形態の流量制御弁１０においては形成されていない。

さらに、モータシャフト５４の突出端部、すなわちモータ側ねじ端部Ｍ２は、モータ側回り止め端部Ｍ１よりも、負側に位置している。第２実施形態において、バルブ側回り止め端部Ｖ１とバルブ側ねじ端部Ｖ２の軸方向位置は同じであり、Ｌ２は０である。ただし、Ｌ１は負の値であり、第１実施形態と同様に、Ｌ１＜Ｌ２の関係が成り立っている。

第２実施形態によれば、図９に示すように、モータ２３と離間した状態にあるバルブ部材５１を組み付ける際に、図１０に示すように、送りねじ機構が結合する前に、まず回り止め機構が係合する。よって、第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

〈他の実施形態〉
上記各実施形態において、回り止め機構を構成する係合凸部４５と係合凹部４３とを、中心軸Ｃを対称に２つ設けたが、軸対称の位置でなくても良いし、その数も、１つもしくは３つ以上の複数でも良い。また、係合凸部４５と係合凹部４３の軸方向断面形状は、矩形状でなくても良い。バルブ部材２２の軸回りの回転が規制できるように、周方向に係合可能であれば良く、その他種々の形態が可能である。

第２実施形態では、バルブ部材５１において雌ねじ部３７が形成されず、逃がし部を有さない構成としたが、逃がし部を有していても良い。すなわち、Ｌ１＜Ｌ２の関係が成り立っていれば良く、その他、種々の形態が可能である。

上記各実施形態の流量制御弁１，１０は、蒸発燃料処理装置１０１においてキャニスタ１２と燃料タンク１１とをつなぐベーパ通路１６に設けられるものとしたが、その他の流量制御弁として実施しても良いし、流体も蒸発燃料に限られない。

上記各実施形態において、バルブ部材２２，５１は、底壁部３１と筒状部３２，５２とを有するものとしたが、この形態に限られない。また、ねじ部のバックラッシュを防止する方向にバルブ部材２２，５１を付勢するコイルスプリングを、ハウジング２１内に設けても良いし、バルブ部材２２，５１やハウジング２１の形態は種々変更可能である。

上記各実施形態では、モータシャフト２４，５４とバルブ部材２２，５１とが直接的に接続するものとしたが、例えばウォームギア機構やシャフト等の伝達機構を介して、モータ２３の回転力をバルブ部材２２，５１に伝達するようにしても良い。この場合、一端がウォームギア機構に接続し、他端がバルブ部材２２，５１に接続するシャフトが「動力伝達軸」に相当する。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・流量制御弁
２２ ・・・バルブ部材
２３ ・・・モータ（駆動部）
２４ ・・・モータシャフト（動力伝達軸）
２８ ・・・弁座
３７ ・・・雌ねじ部（バルブ側ねじ部）
３８ ・・・雄ねじ部（駆動部側ねじ部）
４３ ・・・係合凹部（駆動部側回り止め部）
４５ ・・・係合凸部（バルブ側回り止め部）

Claims (5)

1. 燃料タンク（１１）と、前記燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ（１２）とを備える蒸発燃料処理装置（１０１）において、前記キャニスタと前記燃料タンクとをつなぐべーパ通路（１６）に設けられる流量制御弁であって、
   燃料タンク側流路（２６）からキャニスタ側流路（２７）へと蒸発燃料が流れる流路を有するハウジング（２１）と、
   前記キャニスタ側流路へ蒸発燃料が通過しないように前記燃料タンク側流路と前記キャニスタ側流路とを遮断する、または前記キャニスタ側流路へ蒸発燃料が通過するように前記燃料タンク側流路と前記キャニスタ側流路とを連通させるために、前記ハウジングの弁座（２８）に当接または離間可能に設けられるバルブ部材（２２，５１）と、
   前記バルブ部材が前記弁座に当接または離間可能に往復移動するように駆動する駆動部（２３）と、
   前記駆動部と前記バルブ部材とを動力伝達可能に連結する動力伝達軸（２４，５４）に設けられ、送りねじ機構を構成する駆動部側ねじ部（３８）と、
   前記バルブ部材に設けられ前記駆動部側ねじ部にねじ結合し、前記駆動部側ねじ部と共に前記送りねじ機構を構成するバルブ側ねじ部（３７）と、
   前記駆動部に設けられ、前記バルブ部材の軸回りの回転を規制する回り止め機構を構成する駆動部側回り止め部（４３）と、
   前記駆動部側回り止め部に係合し、前記駆動部側回り止め部と共に前記回り止め機構を構成するバルブ側回り止め部（４５）と、
   を備え、
   前記バルブ部材が前記弁座に当接するように移動する方向を正方向とした場合、前記駆動部側回り止め部における前記弁座側の端部（Ｍ１）を始点とし前記駆動部側ねじ部における前記弁座側の結合端部（Ｍ２）までの軸方向距離に正負を付した値をＬ１とし、前記バルブ側回り止め部における前記駆動部側の端部（Ｖ１）を始点とし前記バルブ側ねじ部における前記駆動部側の結合端部（Ｖ２）までの軸方向距離に正負を付した値をＬ２とすると、Ｌ１＜Ｌ２の関係が成立する流量制御弁。
2. 前記バルブ部材は、閉弁時に前記弁座に当接するシール部（３３）を有する底壁部（３１）と、前記底壁部から前記駆動部側に延びて形成される筒状部（３２）を有し、
   前記バルブ側回り止め部は、前記筒状部の前記駆動部側の開口端部（４４）に形成され、
   前記バルブ側ねじ部は、前記筒状部の内周に形成され、
   前記筒状部の内周であって、前記開口端部と前記バルブ側ねじ部との間には、前記駆動部側ねじ部とねじ結合不能に前記動力伝達軸（２４）を収容する逃がし部（３４）が形成されている請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記駆動部側回り止め部または前記バルブ側回り止め部のうちいずれか一方は、前記バルブ部材の往復動方向に直交する径方向において外側に張り出した係合凸部（４５）であり、他方は、前記係合凸部と係合可能であり前記径方向において内側へ凹となる係合凹部（４３）である請求項２に記載の流量制御弁。
4. 前記駆動部側ねじ部における前記弁座側の前記結合端部の位置は、前記駆動部側回り止め部における前記弁座側の前記端部よりも、軸方向において負側の位置にある請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載の流量制御弁。
5. 前記燃料タンク（１１）と、
   前記燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着する前記キャニスタ（１２）と、
   請求項１～請求項４のうちいずれか一項に記載の前記流量制御弁（１，１０）と、
   を備える蒸発燃料処理装置。

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