JPH10332023A - 開閉弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型化することなく流体漏れ量を低減する開
閉弁を提供する。 【解決手段】 ウォームギア２１とギア３０のはす歯３
０ｂとは、モータ２０からギア３０に駆動力は伝達する
が、ギア３０からモータ２０に駆動力が伝達しない噛み
合い角度になっている。スプリング３４はギア３０から
シャフト３２への駆動力伝達経路中に介在している。弁
部材が弁座に着座した後もＤＣモータ２０がさらに閉弁
方向に回転してスプリング３４を巻き上げ、スプリング
３４を弾性変形させるので、スプリング３４の付勢力が
スプール３７を含む弁部材を弁座に押しつける方向に働
く。したがって、開閉弁の閉弁時、弁部材と弁座との当
接箇所から蒸発燃料が漏れることを抑制できる。また、
スプリング３４の付勢力がギア３０の開弁方向に働いて
もウォームギア２１とギア３０との噛み合いがロックす
るので、ＤＣモータ２０への通電をオフしても開閉弁が
確実に閉弁する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体通路を開閉す
る開閉弁に関するもので、例えば蒸発燃料吸着システム
に用いられる蒸発燃料吸着装置（以下、「蒸発燃料吸着
装置」をキャニスタという）の大気側に接続する開閉弁
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えばエンジン停止時に発生
する蒸発燃料をキャニスタに吸着させる蒸発燃料吸着シ
ステムにおいて、キャニスタの内外を連通または遮断す
るためにキャニスタの大気側に開閉弁が接続されてい
る。蒸発燃料吸着システムでは、エンジン運転時に開閉
弁を開弁してキャニスタの外部から大気を取入れてキャ
ニスタの活性炭が捕らえた蒸発燃料を離脱させ、離脱し
た蒸発燃料を燃料吸気管側に吸込ませることで蒸発燃料
吸着用の活性炭を浄化している。また、エンジン停止時
に開閉弁を開弁し、蒸発燃料を活性炭に吸着させてい
る。

【０００３】ここで、キャニスタに接続される開閉弁の
閉弁時に弁部材と弁座との当接箇所から蒸発燃料が漏れ
ると、開閉弁から蒸発燃料が大気側に漏れる。蒸発燃料
が大気側に漏れると、排気ガス中に排出される未燃成分
としてのＨＣを含む車両全体から排出されるＨＣ量に占
める蒸発燃料の割合が増加する。現状のガソリン車の場
合、車両から排出されるＨＣの殆どが蒸発燃料で占めら
れている。車両からのＨＣ排出量の厳しい制限が要求さ
れている今日、蒸発燃料の漏れは大きな問題となってい
る。

【０００４】また、蒸発燃料の漏れ量を試験する場合、
キャニスタの大気側に接続した開閉弁から蒸発燃料が漏
れると、蒸発燃料吸着システムにおいて開閉弁以外の箇
所における蒸発燃料の漏れ量測定精度が低下する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】開閉弁を電磁弁で構成
する場合、閉弁方向に弁部材を付勢するスプリングのば
ね定数を大きくすることにより閉弁時の閉弁力を高めて
弁座と弁部材との当接箇所からの燃料漏れを低減するこ
とができる。しかし、スプリングのばね定数を大きくす
ると、スプリングの付勢力に抗して弁部材を吸引するた
めにソレノイドの体格を大きくする必要があるので、開
閉弁が大型化する。また電磁弁において、弁部材のリフ
ト量を大きくし開弁時の流体流量を増加するためには、
やはりソレノイドの体格を大きくしなければならず、開
閉弁が大型化するという問題がある。

【０００６】また、トルクの大きなステッピングモータ
を弁部材の駆動源として用い、ステッピングモータの駆
動力により弁座に弁部材を押しつけて弁座と弁部材との
当接箇所からの燃料漏れを低減することも可能である。
しかし、ステッピングモータは高価であり、製造コスト
が上昇するという問題がある。本発明の目的は、大型化
することなく流体漏れ量を低減する開閉弁を提供するこ
とにある。

【０００７】本発明の他の目的は、大型化することなく
流体漏れ量を低減する開閉弁を安価に提供することにあ
る。本発明の他の目的は、大型化することなく通電オフ
時に閉弁する開閉弁を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
開閉弁によると、弁部材が弁座に着座した後も弁座に弁
部材を押しつける方向にモータを回転させることにより
弾性手段が弾性変形し、弾性手段の弾性力が弁座に弁部
材を押しつける方向に加わる。したがって、大きな弾性
力を弁部材の閉弁方向に加えることができるので、弁座
と弁部材との当接箇所からの漏れ量を低減できる。

【０００９】さらに、モータにより弁部材を駆動するの
で、モータの体格を大きくすることなく開弁時における
弁部材のリフト量を大きくすることができる。したがっ
て、開閉弁を大型化することなく開弁時の流体流量を増
加することができる。本発明の請求項２記載の開閉弁に
よると、駆動力伝達手段はモータから弁部材に向かう一
方向だけに駆動力を伝達するので、閉弁時において弾性
手段の弾性力がモータを開弁方向に回転させようと作用
しても駆動力伝達手段がロックし、モータが開弁方向に
回転しない。したがって、所定の閉弁力を保持した状態
で確実に開閉弁を閉弁させることができる。さらに、モ
ータへの通電をオフしても所定の閉弁力を保持できるの
で、例えば安価なＤＣモータを駆動源として用い、製造
コストを低減することができる。

【００１０】本発明の請求項３記載の開閉弁によると、
閉弁力が所定の値になるとモータへの通電をオフするの
で、モータへの通電時間を短縮し、モータの寿命を延ば
すことができる。本発明の請求項４記載の開閉弁による
と、弾性手段としてコイルスプリングを用い、モータギ
アと噛み合うギアの内側にコイルスプリングを配設する
ことにより、開閉弁の軸長を延ばすことなく開閉弁に弾
性手段を組付けることができる。

【００１１】本発明の請求項５記載の開閉弁によると、
モータへの通電オフ時に付勢手段の付勢力により弁部材
が弁座に着座する。したがって、断線や制御装置の故障
等のフェイル時にモータへの通電が遮断されても開閉弁
が閉弁する。さらに、モータで弁部材を駆動することに
より、モータの体格を大きくすることなく開弁時におけ
る弁部材のリフト量を大きくすることができる。したが
って、開閉弁を大型化することなく開弁時の流体流量を
増加することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。本発明の一実施例による開閉弁をオン
ボードダイアグノシスII（以下、「ＯＢＤ−II」とい
う。）システムに用いたシステム概要図を図４に示す。
図４に示すＯＢＤ−IIシステムは、燃料タンク１０１と
キャニスタ１０２とを連通する配管１０３、ならびにキ
ャニスタ１０２と吸気管１０４とを連通する配管１０５
から発生するエバポエミッションのリークチェックを実
施するシステムである。このシステム構成の概要を説明
する。

【００１３】燃料タンク１０１は配管１０３を介してキ
ャニスタ１０２に連通している。この配管１０３には一
定時間後の圧力上昇を検知する圧力センサ１０７が接続
されている。キャニスタ１０２は開閉弁１と接続してい
るとともに、配管１０５を介してパージバルブ１０８の
一端にも接続している。そして、パージバルブ１０８の
他端は吸気管１０４に接続している。

【００１４】このシステムにおいて、燃料タンク１０１
と、配管１０３、１０５から発生するエバポエミッショ
ンのリークチェックは次に示す順序により行われる。開
閉弁１を閉じ、パージバルブ１０８を開放することによ
り、吸気管１０４から所定の負圧を配管１０５、配管１
０３側へ導入し、導入後、パージバルブ１０８を閉じる
ことでエバポエミッションを完全に遮蔽する。一定時間
経過したのち、圧力センサ１０７がどれくらい圧力ダウ
ンしたかを測定することでエバポエミッションのリーク
チェックが行われる。

【００１５】次に、開閉弁１の構造を詳細に説明する。
図２に示すように、開閉弁１はモータ駆動の電動弁であ
る。開閉弁１の通路部材１１に流体通路１００が形成さ
れている。流体通路１００の流入口１００ａは大気側に
開放され、流出口１００ｂはキャニスタ１０２に接続さ
れている。流入口１００ａの反大気側の通路部材１１
に、後述するパッキン５１が着座する弁座１１ａが形成
されている。ケース１２はボルト１４により通路部材１
１にねじ止めされており、ケース１２内は大気開放され
ている。支持部材１３はケース１２と通路部材１１との
間に挟持されている。後述するギア３０およびシャフト
３２は支持部材１３の上端１３ａに回動可能に載置さ
れ、ケース１２に固定されたロッド３１を回転軸として
いる。

【００１６】図１および図２に示すように、中空状に形
成されたギア３０の中央部に半円状の軸受け３０ａが形
成されており、軸受け３０ａがケース１２に固定された
ロッド３１を取り囲んでいる。ギア３０の外周にはす歯
３０ｂが形成されており、このはす歯３０ｂにＤＣモー
タ２０とともに回動するウォームギア２１が噛み合って
いる。ＤＣモータ２０にはコネクタ２２から電力が供給
される。ウォームギア２１とギア３０のはす歯３０ｂと
は、ウォームギア２１の回転変位をギア３０の回転変位
に変換する一方向のみ可能にするように噛み合ってい
る。つまり、ウォームギア２１が回動するとギア３０は
回動するが、ギア３０が回動しようとしてもウォームギ
ア２１は回動しない。

【００１７】図１に示すように、ギア３０の閉弁側の一
部に、第１切欠３０ｃ、第２切欠３０ｄが周方向に階段
状に形成されている。第１切欠３０ｃは第２切欠３０ｄ
よりも切欠量が多い。リミットスイッチ２３、２４はギ
ア３０の回転角度を検知するためのものである。リミッ
トスイッチ２３は第２切欠３０ｄよりもはす歯３０ｂ側
の第１切欠３０ｃおよびギア３０外周面に位置し、リミ
ットスイッチ２４は第２切欠３０ｄおよびギア３０の外
周面に位置している。

【００１８】シャフト３２は、ギア３０側から係止部３
３、フランジ部３５、外周壁に雄ねじが形成された歯部
３６の順に形成されている。係止部３３は半円状に形成
され、この係止部３３を抱き込むように、係止部３３の
端部３３ａ、３３ｂに弾性手段としてのスプリング３４
が係止されている。スプリング３４はコイルスプリング
で構成されている。スプリング３４はギア３０の内周側
に配設され、ギア３０からシャフト３２への駆動力伝達
経路中に介在している。ギア３０の軸受け３０ａは係止
部３３内に位置している。ギア３０の回動により軸受け
３０ａの周方向のいずれか一端がスプリング３４の一端
と当接することにより、ギア３０の回転力がシャフト３
２に伝達する。図２に示す開弁時において、スプリング
３４に付勢力は発生していない。

【００１９】図２に示すように、スプール３７は有底円
筒状に形成されており、閉弁側から小径部、小径部より
も外径の大きい大径部がこの順に設けられている。スプ
ール３７は支持部材１３に往復移動可能に支持されてい
る。スプール３７の開口側外周壁に設けた突起３７ａは
支持部材１３に設けた案内溝１３ｂに嵌合しているの
で、スプール３７の回動が規制されている。図１に示す
ように、スプール３７の内周壁に歯部３６の雄ねじと噛
み合う雌ねじ３７ｂが形成されている。シャフト３２の
雄ねじとスプール３７の雌ねじ３７ｂとの噛み合いは、
シャフト３２の回転変位とスプール３７の往復移動とを
双方向に変換する構成になっている。つまり、シャフト
３２が回動することによりスプール３７は案内溝１３ｂ
に沿って回動することなく往復移動し、スプール３７が
往復移動することによりシャフト３２は回動する。スプ
ール３７の底部外側に形成された突部３７ｃは後述する
プレート５０に形成した凹部５０ａに嵌合している。

【００２０】ウォームギア２１、ギア３０、シャフト３
２およびスプール３７は、ＤＣモータ２０の回転力をス
プール３７を直線方向に往復駆動する駆動力に変換して
伝達する駆動力伝達手段を構成している。また、スプー
ル３７、後述するプレート５０およびパッキン５１は弁
部材を構成している。シール部材４１は例えばアクリル
ゴムで形成されており、補強板４０とともに支持部材１
３と通路部材１１との間に挟持されている。シール部材
４１はスプール３７と摺動するように軸方向に離隔して
環状に形成された二個のリップを有している。シール部
材４１の外周に嵌め込まれたリング４２によりシール部
材４１の各リップはスプール３７の外周壁に弾性力をも
って当接しているので、シール部材４１はスプール３７
の閉弁方向から開弁方向への蒸発燃料の漏れを防止する
ことができる。

【００２１】図２に示すゴム製のパッキン５１は接着等
によりプレート５０に取付けられている。パッキン５１
の外周縁に閉弁側に突出した環状の当接部５１ａが形成
されており、この当接部５１ａは弁座１１ａに着座可能
である。スプリング５２はプレート５０を開弁側に付勢
している。次に、開閉弁１の作動について説明する。以
下に述べる時計回りおよび反時計回りは、ＤＣモータ２
０およびウォームギア２１においては図２および図３の
図面上における回転方向を表し、その他の部材において
は図１、図２および図３の上方からみた回転方向を表し
ている。

【００２２】(1) 図２に示す開弁状態からＤＣモータ２
０を反時計回りに回転すると、図１に示すウォームギア
２１とはす歯３０ｂとの噛み合いによりギア３０は反時
計回りに回転する。ギア３０の反時計回りへの回転に伴
い軸受け３０ａが係止部３３の端部３３ａに係止してい
るスプリング３４と当接することにより、ギア３０の回
転がシャフト３２に伝達しシャフト３２は反時計回りに
回転する。シャフト３２が反時計回りに回転すると、歯
部３６の雄ねじとスプール３７の雌ねじ３７ｂとの噛み
合いにより、案内溝１３ｂに突起３７ａが案内されなが
らスプール３７は回転することなくスプリング５２の付
勢力に抗して図２の下方、つまり閉弁方向に移動する。

【００２３】スプール３７が閉弁方向に移動し、パッキ
ン５１の当接部５１ａが弁座１１ａに着座すると、流入
口１００ａと流出口１００ｂとの連通が遮断され、キャ
ニスタ１０２と大気側との連通が遮断される。当接部５
１ａが弁座１１ａに着座してもＤＣモータ２０はさらに
回転し、軸受け３０ａがスプリング３４を反時計回りに
巻き上げ、弾性変形させる。巻き上げられたスプリング
３４の弾性力、つまり付勢力により、シャフト３２から
スプール３７、プレート５０を介してパッキン５１がよ
り大きな力で弁座１１ａに押しつけられる。これに伴い
当接部５１ａが弾性変形し、当接部５１ａと弁座１１ａ
とのシール面積が大きくなる。

【００２４】スプリング３４を巻き上げながらギア３０
が反時計回りに回転し、図１に示す第１切欠３０ｃをリ
ミットスイッチ２３が検出すると、ＤＣモータ２０への
通電がオフされる。ＤＣモータ２０への通電がオフされ
ると、スプリング５２の付勢力によりスプール３７が開
弁方向に移動し、シャフト３２を時計回りに回転させよ
うとする。しかし、ウォームギア２１とギア３０との噛
み合いにより、ギア３０の時計回りへの回転が阻止され
るので、スプリング３４の付勢力が保持される。したが
って、スプール３７の開弁方向への動きが規制されるの
で、パッキン５１は所定の閉弁力により弁座１１ａに当
接した状態を保持される。このときの開閉弁１の閉弁状
態を図３に示す。

【００２５】(2) 図３に示す閉弁状態からＤＣモータ２
０に通電し、ＤＣモータ２０を時計回りに回転すると、
ギア３０も時計回りに回転する。ギア３０が時計回りに
回転することにより、パッキン５１が弁座１１ａに着座
した状態でスプリング３４が巻き戻される。スプリング
３４が巻き戻されることにより、パッキン５１を弁座１
１ａに押しつける閉弁力が低下する。

【００２６】スプリング３４が巻き戻され、図１に示す
軸受け３０ａが係止部の端部３３ｂに係止しているスプ
リング３４に当接することによりギア３０の時計回りの
回転力がシャフト３２に伝達し、シャフト３２は時計回
りに回転する。シャフト３２が時計回りに回転すると、
スプール３７は図３の上方、つまり開弁方向に移動す
る。

【００２７】スプール３７が開弁方向に移動すると、ス
プリング５２の付勢力によりパッキン５１およびプレー
ト５０がスプール３７とともに開弁方向に移動し、パッ
キン５１が弁座１１ａから離座する。すると、流入口１
００ａと流出口１００ｂとが連通し、流入口１００ａか
ら流出口１００ｂに大気が流れ込む。そして、流出口１
００ｂからキャニスタ１０２に大気が供給され、蒸発燃
料が吸気管１０４に供給される。

【００２８】ギア３０がさらに時計回りに回転し、図１
に示すリミットスイッチ２４が第２切欠３０ｄの反時計
回り側に位置するギア３０の外周面を検出すると、ＤＣ
モータ２０への通電がオフされる。このとき、図２に示
すようにプレート５０の開弁側外周縁がスプリング５２
の付勢力によりシール部材４１に押し当てられるので、
流体通路１００からスプール３７とシール部材４１との
シール箇所に蒸発燃料が漏れることを抑制できる。

【００２９】以上説明した本発明の実施の形態を示す上
記実施例では、パッキン５１が弁座１１ａに着座した後
もＤＣモータ２０がさらに閉弁方向に回転してスプリン
グ３４を巻き上げ、スプリング３４を弾性変形させる。
これにより、スプリング３４の付勢力がパッキン５１を
弁座１１ａに押しつけるので、大きな力でパッキン５１
が弁座１１ａに押しつけられる。したがって、開閉弁１
の閉弁時、パッキン５１と弁座１１ａとの当接箇所から
蒸発燃料が漏れることを抑制できる。

【００３０】また本実施例では、ウォームギア２１とギ
ア３０との噛み合いは、ＤＣモータ２０の回転力をギア
３０に伝達するだけであり、ギア３０が回動しようとし
てもウォームギア２１とギア３０との噛み合いがロック
するので、ギア３０の回動がＤＣモータ２０に伝達しな
い。つまり、ＤＣモータ２０によって巻き上げられたス
プリング３４の弾性力が弁座１１ａにパッキン５１を押
しつけるとともに、開弁方向にギア３０を回転させるよ
うに作用しても、ウォームギア２１とギア３０との噛み
合いがロックする。したがって、所定の閉弁力を保持し
た状態で確実に開閉弁１が閉弁する。

【００３１】さらに、ＤＣモータ２０への通電をオフす
ることによりＤＣモータ２０に駆動力が発生しなくな
り、スプリング３４の付勢力がギア３０を開弁方向に回
転させようとしても、ウォームギア２１とギア３０との
噛み合いがロックするので、ＤＣモータ２０が開弁方向
に回転しない。したがって、ステッピングモータを用い
なくても所定の閉弁力を保持できるので、本実施例のよ
うに安価なＤＣモータ２０を駆動源として用い、製造コ
ストを低減することができる。また、閉弁時にＤＣモー
タ２０への通電をオフするので、ＤＣモータ２０の作動
時間が短縮され、ＤＣモータ２０の作動寿命が延びる。
ただし本発明では、ＤＣモータに代えてステッピングモ
ータを用いることも可能である。

【００３２】また本実施例では、ギア３０からシャフト
３２に駆動力を伝達するスプリング３４をコイルスプリ
ングで構成し、スプリング３４をギア３０内に収容した
ことにより、開閉弁１の軸長を延ばすことなくスプリン
グ３４を組付けることができる。コイルスプリング３４
に代えて、例えば渦巻きばね等の他の弾性部材を用いる
ことも可能である。

【００３３】本実施例の開閉弁は閉弁または開弁の二状
態を有するだけであるが、ＤＣモータ２０に供給する電
力を制御することにより、流体通路を開閉するとともに
流体通路の流量を制御する開閉弁として用いることもで
きる。上記本実施例では、ＤＣモータ２０の両方向の回
転にともないスプール３７が往復移動した。しかし、例
えば、本実施例で開弁方向にプレート５０を付勢して
いるスプリング５２の付勢方向を閉弁方向にプレート５
０を付勢するように変更し、かつ付勢力を調整する。
スプール３７とプレート５０とを一体に往復移動するよ
うに固定する。開弁方向にギア３０が回転すると、通
電オフ時にＤＣモータ２０も開弁方向に回転するように
ＤＣモータ２０のウォームギア２１とギア３０との噛み
合い角度を調整する。以上、およびの構成を採用
することにより、ＤＣモータ２０への通電オフ時にスプ
リング５２の付勢力により開閉弁は閉弁し、ＤＣモータ
２０への通電をオンしてプレート５０を閉弁方向に付勢
するスプリング５２の付勢力に抗してＤＣモータ２０を
開弁方向に回転させれば、開閉弁が開弁する。このよう
に、ＤＣモータ２０への通電オン時に開弁し、かつＤＣ
モータ２０への通電オフ時に閉弁するように開閉弁を構
成することにより、断線やＤＣモータへの通電を制御す
る制御装置の故障等のフェイルが発生しＤＣモータ２０
への通電ができなくなっても、開閉弁を閉弁することが
できる。したがって、フェイルによりＤＣモータ２０へ
の通電が遮断された場合でも、キャニスタ１０２の大気
側に接続する開閉弁が閉弁するので、開閉弁のフェイル
時に開閉弁が開弁したままになり、蒸発燃料が大気側に
漏れ続けることを防止できる。

【００３４】また本実施例では、蒸発燃料吸着システム
におけるキャニスタ１０２の大気側に接続する開閉弁に
本発明の構成を適用したが、流体通路からの流体の漏れ
をほぼ０にすることを要求される開閉弁に本発明の構成
を適用すると効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による開閉弁の駆動力伝達系
を示す分解図である。

【図２】本実施例による開閉弁の開弁状態を示す縦断面
図である。

【図３】本実施例による開閉弁の閉弁状態を示す縦断面
図である。

【図４】本発明の実施例による開閉弁をＯＢＤ−IIシス
テムに適用したシステム概要図である。

【符号の説明】

１ 開閉弁 ２０ ＤＣモータ ２１ ウォームギア（駆動力伝達手段） ３０ ギア（駆動力伝達手段） ３２ シャフト（駆動力伝達手段） ３４ スプリング（弾性手段） ３７ スプール（駆動力伝達手段、弁部材） ４１ シール部材 ５０ プレート（弁部材） ５１ パッキン（弁部材） １００ 流体通路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータと、弁座から離座ならびに前記弁
   座に着座することにより流体通路を開閉する弁部材と、 前記モータの駆動力を前記弁部材に伝達する駆動力伝達
   手段と、 前記駆動力伝達手段の駆動力伝達経路中に介在する弾性
   手段とを備え、 前記弁部材が前記弁座に着座した後も前記弁座に前記弁
   部材を押しつける方向に前記モータを回転させて前記弾
   性手段を弾性変形させることにより、前記弁座に前記弁
   部材を押しつける方向に前記弾性手段の弾性力が加わる
   ことを特徴とする開閉弁。
2. 【請求項２】 前記駆動力伝達手段は、前記モータから
   前記弁部材に向かう一方向だけに駆動力を伝達すること
   を特徴とする請求項１記載の開閉弁。
3. 【請求項３】 前記弁座に前記弁部材を押しつける閉弁
   力が所定の値になると前記モータへの通電をオフするこ
   とを特徴とする請求項２記載の開閉弁。
4. 【請求項４】 前記弾性手段はコイルスプリングであ
   り、前記コイルスプリングは、モータギアと噛み合うギ
   アの内側に配設されていることを特徴とする請求項１、
   ２または３記載の開閉弁。
5. 【請求項５】 弁座から離座ならびに前記弁座に着座す
   ることにより流体通路を開閉する弁部材と、 前記弁座に前記弁部材を付勢する付勢手段と、 前記付勢手段の付勢力に抗して前記弁部材を開弁方向に
   駆動するモータとを備え、 前記モータへの通電オフ時、前記弁部材は前記付勢手段
   の付勢力により前記弁座に着座することを特徴とする開
   閉弁。