特許 7152008 ニードル及びニードルバルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-03

(45)【発行日】2022-10-12

(54)【発明の名称】ニードル及びニードルバルブ

(51)【国際特許分類】

   F02M 19/04 20060101AFI20221004BHJP

   F02M 9/06 20060101ALI20221004BHJP

   F02M 17/08 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

F02M19/04 B

F02M9/06 L

F02M17/08 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018189378

(22)【出願日】2018-10-04

(65)【公開番号】P2020056390

(43)【公開日】2020-04-09

【審査請求日】2021-04-19

(73)【特許権者】

【識別番号】508168066

【氏名又は名称】イーシーテクノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内田 善業

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６０－１２９４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０３４３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１１１３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０８７２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２１０２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２４７４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１５３０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１４６７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１５６４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００２３５１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０５２４０５８７（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ ９／０６

Ｆ０２Ｍ １７／０８

Ｆ０２Ｍ １９／０４

Ｆ１６Ｋ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関に供給する流体の流量を制御するニードルバルブの弁本体の流通孔に挿入されるニードルであって、
前記ニードルは、
前記流通孔に挿入される先端部と、前記流通孔から露出する基端部とを有し、回転に応じて挿入長さを変化させ得るニードル芯棒と、
前記ニードル芯棒の基端部に設けられたツマミと、
前記弁本体と螺合可能な雌ねじ部を有し、前記ニードル芯棒に外挿されるナットと、
前記ニードル芯棒が前記ナットから抜けることを防止する、抜け止め部材と、を備え、
前記ツマミは前記ニードル芯棒と一体的に形成されており、且つ前記ツマミの直径が、前記ナットの開口の最小直径よりも大きく、
前記抜け止め部材は、前記ニードル芯棒に設けられた環状の嵌入溝に嵌入できるように取り付け可能に構成されるとともに、前記ナットの開口の最小直径よりも大きい径を有する、ことを特徴とするニードル。

【請求項2】

前記抜け止め部材は、前記ニードル芯棒とは異なる材料で形成されたＣリングで構成されている、請求項１に記載のニードル。

【請求項3】

前記ニードル芯棒の前記基端部の直径は前記先端部の最大直径よりも大きい、請求項１または２に記載のニードル。

【請求項4】

請求項１～３いずれか１項に記載のニードルと前記弁本体とを備える、ニードルバルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関に供給する流体の流量制御に用いられるニードルバルブが備えるニードルと、そのニードルを備えたニードルバルブに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、内燃機関に供給する流体の流量制御に、ニードルバルブを使用することが知られている。ニードルバルブは流体の流量制御弁の一種であり、弁本体とニードルとを有する。そして、弁本体の有する弁座とニードル先端との間隙の大きさを変化させることで、その間隙を通過する流体の流量を調整する（特許文献１、２参照）。

【0003】

従来のニードルを、図４を参照しながら説明する。図４は、従来のニードルの一例を示す分解図である。ニードル１００は、不図示の弁本体の流通孔に挿入されるニードル芯棒１０、ニードル芯棒１０に外挿されて流体の漏出を防ぐＯリング６０、ニードル芯棒１０が弁本体から抜けないようにするためのナット２０、回転させることでニードル芯棒１０の挿入長さを調整するためのツマミ７０、及びツマミ７０をニードル芯棒１０に固定するためのツマミ固定ナット８０を備えている。

【0004】

弁本体の弁座とニードル芯棒１０の先端との間隙の大きさを変化させることで、その間隙を通過する流体の流量が調整される。間隙の大きさは、ツマミ７０を回転させて、ニードル芯棒１０の挿入長さを調整することにより変化する。ナット２０は弁本体に螺合される。ナット２０の開口直径はニードル芯棒１０の直径よりも少し大きいため、ニードル芯棒１０にナット２０を外挿することができる。ニードル芯棒１０は、ナット２０の開口直径よりも大径の抜け止め部１０ｄを有する。抜け止め部１０ｄは、弁本体に螺合されたナット２０からニードル芯棒１０が抜けることを防止する。

【0005】

ニードル１００を組み立てるときは、ニードル芯棒１０の抜け止め部１０ｄとツマミ７０との間の所定位置にナット２０を外挿しなければならない。抜け止め部１０ｄの直径は、ナット２０の開口直径よりも大きいため、ナット２０を、抜け止め部１０ｄを越えて所定位置に外挿することができない。他方、ツマミ７０の直径はナット２０の開口直径よりも大径である。ゆえに、ツマミ７０をニードル芯棒１０に取り付ける前に、ナット２０をニードル芯棒１０の所定位置に外挿し、その後、ツマミ７０をニードル芯棒１０に取り付けていた。ツマミ７０の取り付けは、ツマミ７０をニードル芯棒１０に螺合させたのち、ツマミ固定ナット８０を用いてツマミ７０を固定することにより行われる。ツマミ固定ナット８０は、内燃機関の振動を受けるなどして緩まないように、ニードル芯棒１０に半田付けやろう付け等で固定される。

【0006】

従来のニードル１００には次のような問題があった。
すなわち、ニードル１００の製造には、ニードル芯棒１０、Ｏリング６０、ナット２０、ツマミ７０及びツマミ固定ナット８０の部品が必要で、多くの部品点数を要した。さらに、ニードル１００の製造時には、ツマミ７０とツマミ固定ナット８０をニードル芯棒１０に螺合させて、ツマミ固定ナット８０を締め付け、その後、ツマミ固定ナット８０をニードル芯棒１０に半田付けやろう付け等で固定させる、という多くの作業工数を要した。

【0007】

また、ニードル芯棒１０は、ツマミ７０との間にねじの遊びを有しているため、ニードル芯棒１０はツマミ７０の回転に伴う軸ブレを生じやすく、回転曲げ応力を受ける。ツマミ７０の回転に伴い、ニードル芯棒１０が過大な回転曲げ応力を繰り返し受けると、ニードル芯棒１０がツマミ７０の根本付近で折損しやすいという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００３－２４７４５６号公報

【文献】特開２００７－１４６７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、部品点数と製造時の作業工数を削減するとともに、ニードル芯棒の折損の発生を抑制できるニードルと、そのニードルを備えたニードルバルブとを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、上記課題を解決するために、以下のニードルを案出した。すなわち、
内燃機関に供給する流体の流量を制御するニードルバルブの弁本体の流通孔に挿入されるニードルであって、
前記ニードルは、
前記流通孔に挿入される先端部と、前記流通孔から露出する基端部とを有し、回転に応じて挿入長さを変化させ得るニードル芯棒と、
前記ニードル芯棒の基端部に設けられたツマミと、
前記弁本体と螺合可能な雌ねじ部を有し、前記ニードル芯棒に外挿されるナットと、
前記ニードル芯棒が前記ナットから抜けることを防止する、抜け止め部材と、を備え、
前記ツマミは前記ニードル芯棒と一体的に形成されており、かつ、前記ツマミの直径が、前記ナットの開口の最小直径よりも大きく、
前記抜け止め部材は、前記ニードル芯棒に取り付け可能に構成されるとともに、前記ナットの開口の最小直径よりも大きい径を有する。

【0011】

かかる構成は、以下の技術的思想に基づいて得られたものである。
従来のニードル１００は、ニードル芯棒１０とツマミ７０とをそれぞれ別部品として製造し、ニードル芯棒１０の所定位置にナット２０を外挿した後に、ツマミ固定ナット８０を使用してツマミ７０をニードル芯棒１０に取り付ける方法を採用していた。この方法は、抜け止め部１０ｄがニードル芯棒１０と一体化されているため、ナット２０をニードル芯棒１０の一端側（弁本体の弁座に接する先端側）から外挿し、所定位置に移動させようとしても、抜け止め部１０ｄを越えることができなかった、という前提があるために行われている。

【0012】

本発明は、この前提自体を取り除くという技術思想に基づくものである。それは、ナットをニードル芯棒の一端側（弁本体の弁座に接する先端側）から外挿するために、抜け止め部材をニードル芯棒に取り付け可能に構成する方法である。これによれば、抜け止め部材をニードル芯棒に取り付ける前に、ナットをニードル芯棒の所定位置に外挿し、その後、抜け止め部材をニードル芯棒に取り付けることができる。

【0013】

そうすると、ナットをニードル芯棒の所定位置に外挿した後に、ツマミをニードル芯棒に取り付ける必要がなくなる。斯くして、ニードル芯棒とツマミとを別部品として製造せず、ニードル芯棒とツマミを一体的に形成することが可能となる。これにより、ツマミをニードル芯棒に固定するツマミ固定ナット（図４参照）が不要となり、ニードル芯棒とツマミ及びツマミ固定ナットとを螺合させるためのねじ切り切削工程、ツマミ固定ナットを締め付ける工程、及び、ツマミ固定ナットをニードル芯棒に固定させる工程が不要となる。よって、本発明に係るニードルは、部品点数と製造時の作業工数を削減することができる。

【0014】

さらに、ニードル芯棒とツマミが一体形成されるため、ニードル芯棒の剛性が高い。そして、当然ながらニードル芯棒とツマミの間にねじの遊びがないため、回転軸ブレを抑えることができ回転曲げ応力が小さくなる。これにより、ニードル芯棒がツマミの根本付近で折損し難くなる。

【0015】

前記抜け止め部材は、前記ニードル芯棒とは異なる材料で形成されたＣリングで構成してもよい。

【0016】

さらに、前記ニードル芯棒の前記基端部の直径は前記先端部の最大直径よりも大きくしてもよい。これにより、ニードル芯棒がツマミの根本付近で、より折損し難くなる。

【0017】

本発明に係るニードルバルブは、上述したニードルと前記弁本体とを備えるものである。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明におけるニードルの一実施形態を示す分解図

【図2】ニードルバルブの一実施形態を示す（ａ）断面図及び（ｂ）側面図

【図3】ニードル芯棒の別実施形態を示す図

【図4】従来のニードルの一例を示す分解図

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明のニードル及びニードルバルブにおける実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致しておらず、また、各図面の間での寸法比も、必ずしも一致していない。

【0020】

図１は、本発明におけるニードルの一実施形態の分解図を示す。図２は、図１のニードルと弁本体とを有するニードルバルブの一実施形態を示す図であり、（ａ）は断面図を示し、（ｂ）は側面図を示す。
ニードルバルブ８は、農機具・農業機械用エンジン等の内燃機関に供給する燃料等の流体の流量を制御するために用いられる。ニードルバルブ８は、弁本体３及びニードル７を含む。弁本体３は、流入管３ｉ、流入管固定部３ｂ、本体取り付け雄ねじ部３ａ及びナット取り付け雄ねじ部３ｃを含む。流入管３ｉは内部に流体の流入路３ｆを備える。流入管固定部３ｂは流入管３ｉが固定される部分であり、流入管固定部３ｂの外側は、把持可能な形状（例えば六角柱形状）を有していてもよい。本体取り付け雄ねじ部３ａは、弁本体３を他部材に支持固定させる部分である。ナット取り付け雄ねじ部３ｃは、ナット２の雌ねじ部２ａに螺合される部分である。流入管固定部３ｂ、本体取り付け雄ねじ部３ａ及びナット取り付け雄ねじ部３ｃの内部には、流通孔３ｅが跨って形成されている。流通孔３ｅはニードル７を挿入する領域である。本体取り付け雄ねじ部３ａは、その内部に流体の流出口３ｏと弁座３ｄとを有している。

【0021】

ニードル７は、ニードル芯棒１と、ニードル芯棒１に外挿されるナット２と、抜け止め部材５と、Ｏリング６とを有する。抜け止め部材５は、ナット２からニードル芯棒１が抜けることを防止する。Ｏリング６は、ニードル芯棒１に外挿され、ニードルバルブ８の内部から流体の漏出を防ぐ。ニードル芯棒１は、流通孔３ｅに挿入される先端部１ａと、流通孔３ｅから露出する基端部１ｅと、を有する。ニードル芯棒１の先端部１ａと基端部１ｅとの間には、先端部１ａから基端部１ｅに向かって、芯棒雄ねじ部１ｂと、環状のＯリング溝１ｃと、抜け止め部材を嵌入させる環状の嵌入溝１ｄと、が設けられている。先端部１ａの先端は円錐形状である。基端部１ｅには、ツマミ１ｆが設けられている。

【0022】

作業者がツマミ１ｆを摘み回すことで、ニードル芯棒１は回転される。ニードル芯棒１は芯棒雄ねじ部１ｂを有し、芯棒雄ねじ部１ｂは、弁本体３の本体雌ねじ部３ｇと螺合される。これにより、ニードル芯棒１の回転に応じて、ニードル芯棒１の弁本体３への挿入長さを変化させることができる。弁本体３にニードル芯棒１を深く挿入すると、先端部１ａと弁座３ｄとの間隙が狭くなり、その間隙を通過する流体の流量が低下する。最も深く挿入したときは、先端部１ａの先端が弁本体３の弁座３ｄに接触し流体が流れない。ツマミ１ｆを回転させて先端部１ａの先端と弁座３ｄとの間隙を拡大すると、その間隙を通過する流体の流量が増加する。

【0023】

ナット２は、その内部に、雌ねじ部２ａと内フランジ２ｂとを有する。雌ねじ部２ａはナット軸方向一端側に形成され、内フランジ２ｂはナット軸方向他端側に形成されている。内フランジ２ｂの内径がナットの開口の最小直径を規定する。ナット２の外側は、ナット２を回転させやすい形状（例えば六角柱形状）を有していてもよい。雌ねじ部２ａは弁本体３のナット取り付け雄ねじ部３ｃに螺合される。ツマミ１ｆは、作業者が摘み回すことのできる大きさに形成されており、ツマミ１ｆの直径は内フランジ２ｂの直径よりも大きい。ナット２は、ニードル芯棒１の所定位置に外挿される。所定位置とは、ナット２の内フランジ２ｂが、嵌入溝１ｄとツマミ１ｆの間に配置される位置である。その後、抜け止め部材５がニードル芯棒１の嵌入溝１ｄに取り付けられる。

【0024】

抜け止め部材５の直径は、ナット２の開口の最小直径を規定する内フランジ２ｂの内径よりも大きい。そのため、ニードル芯棒１がナット２から抜け出ようとすると、抜け止め部材５が内フランジ２ｂに係合し、それによってニードル芯棒１の抜け出しが妨げられる。また、ニードル芯棒１は環状のＯリング溝１ｃを有しており、Ｏリング溝１ｃにＯリング６が嵌合される。Ｏリング６は、ニードル芯棒１と弁本体３のＯリング収容部３ｈとの間隙をシールするように配置されるため、この間隙からの流体の漏出を防ぐ。

【0025】

これにより、ナット２を弁本体３のナット取り付け雄ねじ部３ｃに螺合させておくと、たとえツマミ１ｆを、芯棒雄ねじ部１ｂと本体雌ねじ部３ｇとの螺合が解かれるまで回そうとしても、Ｏリング６がＯリング収容部３ｈから引き抜かれることはない。そのため、作業者は、ニードル芯棒１の過分な引き抜きによる流体（多くは、燃料等の可燃性流体）の漏出を心配することなく、ツマミ１ｆを回すことができる。

【0026】

ニードル７の保守点検やニードル７の交換時には、ナット２を緩めて弁本体３のナット取り付け雄ねじ部３ｃとの螺合を解くとともに、ニードル芯棒１を引き抜く方向にツマミ１ｆを回して、芯棒雄ねじ部１ｂと本体雌ねじ部３ｇとの螺合を解くことで、弁本体３からニードル７を取り外すことができる。

【0027】

ツマミ１ｆは、ニードル芯棒１と一体的に形成されている。ここで、ツマミ１ｆがニードル芯棒１と一体的に形成するとは、ツマミ１ｆ及びニードル芯棒１を同じ材料の一つの塊から、一つの部材として形成されていることを表す。このような形成手法として、例えば、旋盤等で削り出したり、鋳造したり、鍛造したり、樹脂成型したり、３Ｄプリンタで形成する方法が挙げられる。ツマミ１ｆとニードル芯棒１とは、接着や機械的接合させたものでない。

【0028】

抜け止め部材５はニードル芯棒１と別部材であり、ニードル芯棒１に取り付け可能に構成されている。抜け止め部材５は、ニードル芯棒１の嵌入溝１ｄに外嵌されるように取り付けられる。また、抜け止め部材５をニードル芯棒１に着脱可能に構成してもよい。着脱可能に構成した場合は、抜け止め部材５が劣化・損傷したときに、抜け止め部材５のみ交換することができる。ニードル芯棒１は金属製であると好ましい。抜け止め部材５として、ニードル芯棒１とは異なる材料で形成されたＣリングを使用してもよい。Ｃリングは、周方向一つ割りに形成されているために拡径しやすく、ニードル芯棒１に簡単に取り付けることができる。

【0029】

抜け止め部材５の材料には、様々な材料が使用できる。ニードルバルブ８自体が内燃機関の近くに配置されることから、抜け止め部材５は、７０℃以上の耐熱温度を有する材料を使用すると好ましい。抜け止め部材５の材料として、樹脂が好ましく用いられ、例えば、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）等のポリアセタール樹脂を使用してもよい。ＰＯＭは、機械的強度及び化学的熱特性（耐熱温度は８０～１００℃）に優れており、寸法安定性も良い。また、適度な柔軟性を有するため、抜け止め部材５を破損することなく溝に取り付けたり、溝から取り外したりすることができる。樹脂以外にも、ステンレス等の金属やゴム類を使用してもよい。

【0030】

抜け止め部材５に弾性変形する材料を使用した場合は、ニードル芯棒１にナット２を外挿させた後に抜け止め部材５を嵌入溝１ｄに取り付ける方法のみならず、先にニードル芯棒１の嵌入溝１ｄに抜け止め部材５を取り付けて、ナット２をねじ込むように押し付けることで、抜け止め部材５を弾性変形させて、ナット２を所定位置（ナット２の内フランジ２ｂが、嵌入溝１ｄとツマミ１ｆの間に配置される位置）に移動させる方法により取り付けてもよい。

【0031】

図３は、ニードル芯棒の別実施形態を示している。
別実施形態のニードルは、ニードル芯棒の形状が異なる以外は、先の実施形態と同様である。別実施形態のニードル芯棒４は、ニードル芯棒４の基端部４ｅの直径が、先端部４ａの最大直径よりも大きい。これは、ニードル芯棒４を折損しやすい部分であるニードル芯棒４の基端部４ｅを太くして、剛性を高めるものである。

【0032】

Ｏリング６は、摺動部分に取り付けられ、燃料等の流体に接するシール部材であるから、Ｏリング６には、耐摩耗性等の機械的特性、耐熱性及び流体に対する耐蝕性に優れた材料を使用するのが好ましい。

【0033】

内燃機関に供給する流体とは、典型的には液体燃料からなる一流体であるが、一流体に限らず二種類以上の混合流体でもよい。例えば、液体燃料と空気とが混合された二流体でもよい。流量制御について、一流体の場合には、流体全体の流量を大きくしたり小さくしたりする調整を意図するが、二流体以上の場合には、流体全体の流量を大きくしたり小さくしたりする調整の他に、二流体を構成する各流体間の流量比の調整を意図してもよい。例えば、ニードルバルブを、燃料単独の流量制御弁として使用してもよく、燃料気化器における燃料－空気の混合比調整器に使用してもよい。

【0034】

本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。

【符号の説明】

【0035】

１、４…ニードル芯棒
１ａ…先端部
１ｅ…基端部
１ｆ…ツマミ
２…ナット
２ａ…雌ねじ部
３…弁本体
５…抜け止め部材
６…Ｏリング
７…ニードル
８…ニードルバルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】