JPH0435650Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は流体の流量を制御する流体制御弁に関
し、更には、弁体に加わる圧力をキヤンセルする
ベローズを用いた制御弁に関するものである。そ
して、本考案の流体制御弁は自動車用エンジンに
供給される補助空気量を制御する空気制御弁とし
て用いて有効である。

一般にこの種の制御弁では、弁体に加わる圧力
をキヤンセルする目的でベローズを用いることは
知られている（例えば実開昭56−115073号）。そ
して、従来より使用される樹脂ベローズの形状と
しては、第１図の切り込みタイプ又は第２図のラ
ジアスカツトタイプとなつていた。しかしなが
ら、前者のタイプはバネ定数が小さく制御性が良
好な反面温度変化やダスト（微細塵体）付着でベ
ローズの有効径が大きく変化してしまうという欠
点があつた。又、後者のタイプはバネ定数が高く
樹脂特有のクリープの影響によりベローズのばね
特性が大きく変化してしまう。従つて、いずれの
ベローズも弁体の精密な制御を阻害してしまうと
いう欠点があつた。

本考案者等は上記欠点に初めて気付きその原因
を究明すべく種々の実験・研究を行なつた。

次に、この本考案者等が行なつた解析結果を説
明する。まず、第１図図示のベローズ２である
が、このベローズ２は、例えば自動車エンジン車
補助空気制御弁に用いた場合に、その温度が−30
℃〜＋120℃位まで変化する。その為高温時には
ベローズ２はかなり軟化する。その様な状態でエ
ンジンの吸気系に接続された流出口の負圧がベロ
ーズ２の外面に加わり、一方ベローズ内面には大
気圧が加われば第１図に破線で示す様に変形して
しまう。この変形によりベローズ２側面のみかけ
上の内径ａが実線の内径Ａより外方に変位し、そ
の結果ベローズ２の有効径（内径＋外径／２）が増 大してしまう。ここで、ベローズ２により圧力キ
ヤンセルは、このベローズ２の有効径に加わる圧
力とバルブ７の受圧径に加わる圧力とがバランス
することによつて行なわれるため、この様にベロ
ーズ２の有効径が当初の径よりも大きくなれば、
弁体に加わる圧力を完全にキヤンセルすることが
出来なくなつてしまう。

その結果、ベローズ２の一端面２２を弁体側に
押しつける方向（図中上方向）の力がバネ弁体よ
りベローズ２の一端面２２へ押しつけられる方向
（図中下方向）の力よりも大となるため、弁体と
ハウジングのシート部との間隙部が狭くなり供給
空気量が減少し、適正な空気量の供給が阻害され
エンジン不調をきたすこととなる。

又エンジンの吸気径から吹き返してくる煤や、
エアクリーナーを通過して来るダスト等が、ベロ
ーズ２内径Ａの切り溝部に堆積した場合もベロー
ズ２の有効径が増大方向に変化し弁体の受圧径よ
りも大きくなるため上述と同様、空気量の減少と
なる。

一方、第２図の様なラジアスカツトタイプのベ
ローズ２では、上述した様な有効受圧径の変化は
生じないものと考えられるが、バネ定数が高いた
め、たとえばある一定の力をシヤフトに印加して
所定の供給空気量を流し続けようとしても、樹脂
のクリープが進めば、ベローズの持つ荷重が変化
した分だけ供給空気量も変化してしまう。その為
適正な空気量の供給が阻害されエンジン不調をき
たすことになる。

本考案は上記本考案者等が独自に見い出した解
析結果に鑑みて案出されたもので、ばね特性を高
めることなく、即ち第１図図示切り込みベローズ
と同様のばね特性、クリープ特性としたままで、
ベローズ特性径の変化を小さく保つことができ、
その結果弁体の精密な制御が長期にわたつて行な
えるようにすることを目的とする。

上記目的を達成する為、本考案の流体制御弁は
圧力キヤンセル用のベローズの側壁に自由状態で
ベローズ移動方向と直交する複数の平板状のリン
グ部と、このリング部間を連結する連結部とを形
成し、この連結部のうち少なくともベローズ内外
の圧力差に基づき高圧側に位置する連結部は円筒
状に形成して、隣接するリング部間を相互に当接
不能な程度離隔せしめ、更にリング部と円筒状の
連結部とはベローズの自由状態で略直交させると
いう構成を採用している。

次に、本考案の流体制御弁の作用を説明する。
本考案制御弁に用いる圧力キヤンセル用ベローズ
は、リング部間に連結部が配設されている為、た
とえ、ベローズが高温となつた状態で内外の圧力
差を受けて、リング部が変形したとしても、隣接
するリング部間が当接することはない。同様にリ
ング部にダストが付着しても、そのダストによつ
て隣接するリング部間が連結されることはない。
それゆえ、ベローズの有効径は長期にわたつて変
動しない。

また本考案制御弁に用いる圧力キヤンセル用ベ
ローズは、リング部と連結部とは自由状態では直
交する状態で接合する為、ベローズが伸長方向、
もしくは収縮方向に変位する際には、その変位に
よる応力がリング部と連結部との接合部に集中す
ることになる。このことは、ベローズ全体として
みた場合、伸長・収縮時のばね定数が小さくなる
ことと同義である。よつて、ベローズのばね特性
が流体制御弁の作動に及ぼす影響も小さくなる。

従つて、本考案の流体制御弁ではその圧力キヤ
ンセル用ベローズが小さなばね定数でその伸長の
みならず収縮も行なえ、かつ、有効径の変化もほ
とんど生じないで、長期にわたつて弁体を所定力
で確実に駆動できるという効果を有する。

次に本考案制御弁を空気制御用電磁弁に用いた
場合の実施例に基づいて説明する。

第３図に於て、１はアルミニウム製のハウジン
グで、このハウジング１には図示しないエアクリ
ーナより補助空気を導入する流入口１１及び補助
空気をスロツトルバルブ下流に流す流出口１２が
形成されている。そしてこのハウジング１はブラ
ケツト１４の取付穴１５を介して自動車エンジン
に固定される。また、ベローズ２のフランジ部２
１がベロープレート３とＯリング４に挟持された
状態でブツシユホルダー５によつてこのハウジン
グ１に気密を保ちつつ固定されている。またベロ
ーズ２の先端部２２はベローホルダー６と弁体７
に挟持されその状態でシヤフト８に係合してい
る。尚、弁体７はスプリング９でホルダー６側に
押しつけらえ、それによつてベローズ先端部２２
及び弁体７が固定されるようになつている。

弁体７の内面には弾性体７１，７２が接着され
ており、一方の弾性体７１は弁体７とベローズ２
２の間を常にシールし、他方の弾性体７２は弁体
７が全閉時にハウジング１のシート部１３に接
し、空気流の洩れをシールするために設けられて
いる。尚、シヤフト８はステンレスにて形成さ
れ、その先端部分にはベローズ２の内部の圧力室
２３に弁体７の流入口１１側の流体圧力を導くた
めの切り欠き８１が設けられている。そして、シ
ヤフト８はブツシユホルダー５に固定されたテフ
ロン製のブツシユ４０によつて摺動自在に保持さ
れている。

又前記ハウジング１内にはそソレノイドヨーク
３０、マグネチツクプレート３１、コイル３６、
及びボビン３５が収納され、それらは、ハウジン
グ１に圧入固定されたメグネチツクプレート３２
によつてブツシユホルダ５に押しつけられて固定
されている。マグネチツクプレート３２の中心部
には固定鉄芯３３が圧入固定され、一方可動鉄芯
３４はこの固定鉄芯３３に対向した状態でシヤフ
ト８に圧入固定されている。前記ボビンは固定鉄
芯３３を囲む用に設けられ、ボビン３５にはコイ
ル３６が巻かれ、このコイル３６はターミナル３
７を介してリード線３８につながれている。

又、固定鉄芯３３の中心部にはブツシユ３９が
打ち込まれ、このブツシユ３９で前記ブツシユ４
０と共にシヤフト８を支持している。シヤフト８
の他端にはスプリングホルダ４１が取り付けら
れ、このホルダ４１を介してスプリング４２で押
しつけられている。そして、シヤフト８の両端に
配設された２ケのスプリング９と４２はアジスト
スクリユ４３，４４でそれぞれ他端を保持されて
いる。尚、スプリング４２の設定力の方がスプリ
ング９の設定力よりも大きくなつており、一方の
アジストスクリユ４３は専ら弁体７の位置調整用
に使用され、また、他方のアジストスクリユ４４
はストツパ４５の位置調整に使用される。

次に上記ベローズ２について詳細に説明する。

ベローズ２は４弗化エチレン樹脂製であり、先
端部２２はシヤフト通し穴２４を有する円筒状を
し、反対側にはフランジ部２１が形成されてい
る。またベローズ２の周壁には自由状態でベロー
ズ移動方向（第４図中Ｘ方向）と直交する板厚
0.2mm程度の平板状のリング部２５が多数形成さ
れている。そして、リング部２５の外端２５ａは
隣接するリング部２５の外端２５ａと接合し、リ
ング部２５の内端２５ｂは板厚0.2mm程度の薄肉
円筒状の連結部２６に接合している。尚、連結部
２６の幅ｈは0.4mm程度となつている。

そして、このベローズ２は次の工程によつて製
作される。まず、第５図図示の様な先端部２２、
フランジ部２１を有する有蓋円筒状物を４弗化エ
チレン樹脂棒より切削加工する。その後その円筒
状物の側壁を外方より0.4mmの幅で削り取る（第
５図中破線イで示す）。そして、最後に円筒状分
の内方よりリング部２５を切り込んで（第５図中
破線ロで示す）ベローズ２を形成する。

次に上記構成の制御弁の作用を説明する。

上記の構成において、リード線３８を介してコ
イル３６に電流が印加されると、固定鉄芯３３か
らマグネチツクプレート３２、ヨーク１０を介
し、さらにマグネチツクプレート３１から可動鉄
芯３４を通つて固定鉄芯３３へ戻るループを形成
する磁界が発生する。そして、この起磁界によつ
て可動鉄芯３４と固定鉄芯３３の間に吸引力が生
ずる。この吸引力により可動鉄芯３４とシヤフト
８とベローホルダー６とベローズ２の一端面２２
と弁体７とがスプリング９と４２の力に釣り合う
位置まで移動し、それによつて流入口１１からの
補助空気が弁体７の弾性体７２とハウジング１の
シート部１３の間隙部から流出口１２へと流出す
る。さらに大きな電流をコイル３６に印加すると
より吸引力が増大してスプリング９，４２と釣り
合う位置が変化し、弁体７の弾性体７２とハウジ
ング１のシート部１３の間隙部の開口面積も増大
して、通過補助空気量も増大する。この用に電流
に比例して流体の流量も変化する。

ところで、流入口１１の圧力は導圧切り欠き８
１を介してベローズ２内部の圧力室２３に導かれ
てベローズ２の一端面２２を弁体７に押しつける
方向に働き、また、同じ流入口１１の圧力が弁体
７に直接作用して、弁体７をベローズ２の一端面
２２へ押しつける方向に働くため、ベローズ２の
有効径と弁体７の受圧径を一致させておけば、流
入口１１の圧力は完全にキヤンセルされる。同様
に弁体７の流出口１２側に加わる圧力もベローズ
２により完全にキヤンセルされる。従つて、弁の
開閉作動に対する流体の影響はキヤンセルされ
る。

特に、本考案では図より明らかなようにベロー
ズ２のリング部２５はすべてのリング部２５が略
均一の厚さになるように形成されている。その結
果流体の圧力キヤンセル機能はより確実に達成で
きる。すなわち、リング部２５の厚みが均一でな
いとすれば、圧力を受けた時その各リング部２５
の間の変形量が異なり、その結果ベローズ２の両
側にかかる荷重がアンバランスとなつて、圧力を
十分にキヤンセルすることができなくなる。それ
に対し、本考案のベローズでは、図示のごとく略
均一の板厚にリング部２５を形成しているため、
流体圧力の影響のキヤンセルは確実に行える。

この流体制御弁がエンジンの吸気系に大気の導
入を行う制御弁として用いられる場合、上述した
作用により種々のエンジン条件によりコイル３６
に印加される電流値を制御することにより供給空
気量をコントロールすることが可能である。

ただ、この場合には流出口１２をエンジンのス
ロツトルバルブと燃焼室間に接続し、流入口１１
をスロツトルバルブとエアクリーナ間に接続する
ので、エンジンの吸入空気温やエンジンからの伝
熱等により、ベローズ２の温度が120℃程度まで
上昇することがある。しかしながら、本例のもの
ではリング部２５内外の圧力差に応じて、リング
部２５が変形したとしても（第４図中破線で示す
状態）、連結部２６によつて隣接するリング部２
５同芯が当接する事態は防止される。

尚、上記実施例ではシヤフト８を駆動するアク
チユエータとしてソレノイドを使用した例を示し
たが、他のアクチユエータ（例えばダイヤフラム
式のアクチユエータ）を用いても同様の効果が得
られる。

又、ベローズ２の外圧が内圧よりも高くなる場
合や外側よりも内側の方にダスト等が堆積しやす
い様な使われ方をする流体制御弁には、第６図の
用に内溝を大きくしたベローズ２を用いることで
同様の効果が得られる。

又第６図の様に内外両方に連結部２６を設ける
ことによりさらに効果を大きくすることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々従来の制御弁のベロー
ズの一部を示す断面図、第３図は本考案制御弁の
一実施例を示す断面図、第４図は第３図図示ベロ
ーズの一部を示す断面図、第５図は第４図図示ベ
ローズの製法を示す説明図、第６図及び第７図は
夫々本考案制御弁に用いるベローズの他の例を示
す断面図である。 ２……ベローズ、７……弁体、８……シヤフ
ト、２５……リング部、２６……連結部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 流体通路の開閉を行なう弁体と、この弁体に結
   合したシヤフトと、このシヤフトを介して前記弁
   体を駆動するアクチユエータと、前記弁体の一方
   側に前記シヤフトを覆うようにして配設され内部
   に前記弁体の他方側の圧力を導入する圧力室を形
   成するベローズとを備え、前記ベローズを剛性の
   小さい材料にて形成し、かつ、前記ベローズの側
   壁には、自由状態でベローズ移動方向と略直交す
   る複数の平板状リング部と、このリング部間を連
   結する連結部とを形成し、この連結部のうち少な
   くとも前記ベローズ内外の圧力差に基づき高圧側
   に位置する連結部は円筒状に形成して、隣接する
   リング部間を相互に当接不能な程度離隔せしめ、
   更にかつ、前記リング部と前記円筒状の連結部と
   は、ベローズの自由状態で略直交する流体制御
   弁。