弁装置
【課題】弁体の周縁にシールリングが装着されている弁装置において、閉弁時のシールリングと壁との衝突による磨耗の進行、および、衝突後のシールリングと壁との摺動摩擦による磨耗の進行を抑制する。
【解決手段】弁装置１によれば、壁１５に突起３３が設けられ、突起３３は、全ての回転角においてシールリング５が摺接して張力を及ぼすことができるように設けられている。これにより、シールリング５は、壁１５に直接的に摺接することなく、突起３３に摺接して広がりを抑制されながら回転することができる。このため、壁１５とシールリング５との衝突が発生しなくなる。また、シールリング５と突起３３との摺動摩擦は存在するものの、摺動面が突起３３の内周縁に限定される。このため、シールリング５および壁１５における磨耗の進行を大幅に抑制することができる。
【解決手段】弁装置１によれば、壁１５に突起３３が設けられ、突起３３は、全ての回転角においてシールリング５が摺接して張力を及ぼすことができるように設けられている。これにより、シールリング５は、壁１５に直接的に摺接することなく、突起３３に摺接して広がりを抑制されながら回転することができる。このため、壁１５とシールリング５との衝突が発生しなくなる。また、シールリング５と突起３３との摺動摩擦は存在するものの、摺動面が突起３３の内周縁に限定される。このため、シールリング５および壁１５における磨耗の進行を大幅に抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁装置に関するものであり、弁体の周縁にシールリングが装着されているものに係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、弁装置１００では、図８に示すように、弁体１０１の周縁にシールリング１０２が装着されているものが公知であり、例えば、内燃機関から排気される排気ガスの一部を吸気側に再循環するＥＧＲ装置において、排気ガスの循環量を可変するためのＥＧＲ弁装置として採用されている
【０００３】
弁装置１００は、流体の通路１０３を有する通路形成体１０４と、通路１０３に回転自在に収容されて通路１０３の開度を可変する板状の弁体１０１と、弁体１０１の周縁に装着されるシールリング１０２とを備える。
【０００４】
ここで、シールリング１０２は、弁体１０１の周縁と通路１０３の壁１０５との間を封鎖するものであって、図９に示すようにＣ字状に設けられ、弁体１０１の周縁に設けられた環状の溝１０６に嵌まっている（例えば、特許文献１参照）。そして、シールリング１０２は、自身の周方向に対向する２つの端面により周方向隙間（以下、合口隙間と呼ぶ）１０７を形成するとともに、溝１０６の底面と自身の内周縁との間に径方向の隙間（以下、溝内隙間と呼ぶ。）１０８を形成しながら弁体１０１とともに回転する。
【０００５】
また、シールリング１０２は、全閉のときに、壁１０５に環状に当接して合口隙間１０７および溝内隙間１０８が最も縮まるように弾性変形している。このとき、シールリング１０２は、自身の張力によって壁１０５に当接するとともに通路１０３の上流側から作用する排気ガスの圧力によって溝１０６の側面１０９に当接することで、弁体１０１の周縁と壁１０５との間を封鎖している。
【０００６】
ここで、弁体１０１が、全閉の回転角（以下、全閉角と呼ぶ。）から全開の回転角（以下、全開角と呼ぶ。）まで、開側に回転していくときのシールリング１０２の状態の推移について図１０を参照しながら説明する。
【０００７】
まず、全閉角から開側に回転していくと、シールリング１０２は、合口隙間１０７および溝内隙間１０８を広げながら自身の外周縁の全周において壁１０５との当接を保ち、弁体１０１の周縁と壁１０５との間の封鎖を維持し続ける。やがて、シールリング１０２は、弁体１０１の周縁と壁１０５との間を封鎖しない開放状態との境界角（以下、第１境界角と呼ぶ。）に到達し、外周縁が部分的に壁１０５と当接しなくなる。
【０００８】
さらに、第１境界角よりも開側に回転していくと、シールリング１０２は、外周縁において壁１０５と当接しない部分を拡大しながら張力を弱めていき、同時に、合口隙間１０７および溝内隙間１０８を広げ続ける。やがて、シールリング１０２は、溝１０６に嵌まった状態で張力を有さずに自在に動くことができるフリー状態との境界角（以下、第２境界角と呼ぶ。）に到達する。
【０００９】
そして、第２境界角よりも開側の回転角において、シールリング１０２は、フリー状態を保ちながら合口隙間１０７および溝内隙間１０８を第２境界角における数値以上に広げることなく、全開角まで回転する。
【００１０】
以上により、弁体１０１の回転角と排気ガスの循環量とは図１１のような相関を示す。
すなわち、回転角が全閉角から第１境界角の範囲にある間では、シールリング１０２によって弁体１０１の周縁と壁１０５との間の封鎖が維持されるので循環量はゼロに略一致している。そして、第１境界角以上の範囲では、回転角の開側への移行に応じて循環量が増加していく。
【００１１】
ところで、弁装置１００によれば、弁体１０１がシールリング１０２のフリー状態から閉側に回転する場合、シールリング１０２は、合口隙間１０７および溝内隙間１０８が大きく広がった径大の状態で壁１０５に衝突し、衝突後、合口隙間１０７および溝内隙間１０８を縮めるように弾性変形していく。
【００１２】
このため、衝突によって、シールリング１０２と壁１０５との間、およびシールリング１０２と側面１０９との間に衝撃が発生し、衝撃発生部位において磨耗の進行が著しくなる。さらに、シールリング１０２と壁１０５との間では、衝突後も、シールリング１０２が張力を増しながら壁１０５を摺動するので、摺動摩擦による磨耗の進行も著しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−２８５３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、弁体の周縁にシールリングが装着されている弁装置において、閉弁時のシールリングと通路の壁との衝突による磨耗の進行、および、衝突後のシールリングと通路の壁との摺動摩擦による磨耗の進行を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、弁装置は、流体の通路を有する通路形成体と、通路に回転自在に収容されて通路の開度を可変する板状の弁体と、通路の開度が全閉のときに弁体の周縁と通路の壁との間を封鎖するシールリングとを備える。また、シールリングは、Ｃ字状に設けられて自身の周方向に対向する２つの端面により周方向隙間（合口隙間）を形成するとともに、弁体の周縁に設けられた環状の溝に嵌まって弁体とともに回転し、全閉のときには、通路の壁に環状に当接して合口隙間が縮まるように弾性変形している。
【００１６】
そして、通路の壁には、弁体が全閉から開側に回転するとき、および弁体が全閉に向かって開側から回転するときにシールリングに摺接されてシールリングから張力を受ける突起が設けられている。
これにより、シールリングは、壁に直接的に摺接することなく、突起に摺接して合口隙間や溝内隙間の広がりを抑制されながら、全閉から開側に回転したり、全閉に向かって開側から回転したりすることができる。
【００１７】
このため、例えば、シールリングとの衝突を緩和できるような形状に突起を設けたり、全閉から全開の全ての範囲でシールリングが当接できるように突起を設けて衝突自体を解消したりすることで、シールリングと壁との衝突による磨耗の進行を抑制することができる。
【００１８】
また、摺動面が突起の内周縁に限定されるので、シールリングと突起との摺動摩擦は存在するものの、従来の弁装置で発生していたシールリングと壁との摺動摩擦に比べて、磨耗の範囲は極めて限定的なものとなる。このため、シールリングと壁との摺動摩擦による磨耗の進行を抑制することができる。
【００１９】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、通路の壁には３つ以上の突起が設けられ、シールリングは、全ての突起に摺接して張力を及ぼしながら回転する。
これにより、合口隙間や溝内隙間の広がりを抑制してシールリングが壁に直接的に摺動しないように、突起を設定するのが容易になる。
【００２０】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、通路の開度が全閉のときに合口隙間が最も小さくなっている。そして、突起は、弁体およびシールリングが全閉の回転角にあるときに通路の壁からの突出量がゼロであり、かつ、弁体およびシールリングが全閉の回転角から開側に回転するときに合口隙間が連続的に大きくなるように設けられている。
これにより、全閉において流体の通過量を確実にゼロにすることができる。
【００２１】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、弁体の周縁の回転軌跡面は、突起の内周縁の内側に存在する。
これにより、弁体を確実に突起の内側で回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】弁装置の構成図である（実施例）。
【図２】（ａ）はシールリングの平面図であり、（ｂ）はシールリングによる弁体周縁の封鎖状態を示す説明図である（実施例）。
【図３】（ａ）は弁装置の要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は突起の斜視図である（実施例）。
【図４】（ａ）と（ａ´）とは全閉角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｂ）と（ｂ´）とは第１境界角に相当する回転角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｃ）と（ｃ´）とは第２境界角に相当する回転角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｄ）と（ｄ´）とは全開角におけるシールリングの状態を示す説明図である（実施例）。
【図５】弁装置における回転角と流量（循環量）との相関図である（実施例）。
【図６】両軸斜めのバタフライ弁を示す説明図である（変形例）。
【図７】オフセット弁を示す説明図である（変形例）。
【図８】（ａ）は弁装置の要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である（従来例）。
【図９】（ａ）はシールリングの平面図であり、（ｂ）はシールリングによる弁体周縁の封鎖状態を示す説明図である（従来例）。
【図１０】（ａ）と（ａ´）とは全閉角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｂ）と（ｂ´）とは第１境界角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｃ）と（ｃ´）とは第２境界角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｄ）と（ｄ´）とは全開角におけるシールリングの状態を示す説明図である（従来例）。
【図１１】弁装置における回転角と流量（循環量）との相関図である（従来例）。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施形態の弁装置は、流体の通路を有する通路形成体と、通路に回転自在に収容されて通路の開度を可変する板状の弁体と、通路の開度が全閉のときに弁体の周縁と通路の壁との間を封鎖するシールリングとを備える。また、シールリングは、Ｃ字状に設けられて自身の周方向に対向する２つの端面により周方向隙間（合口隙間）を形成するとともに、弁体の周縁に設けられた環状の溝に嵌まって弁体とともに回転し、全閉のときには、通路の壁に環状に当接して合口隙間が縮まるように弾性変形している。
【００２４】
そして、通路の壁には、弁体が全閉から開側に回転するとき、および弁体が全閉に向かって開側から回転するときにシールリングに摺接されてシールリングから張力を受ける突起が設けられている。
【００２５】
また、通路の壁には３つ以上の突起が設けられ、シールリングは、全ての突起に摺接して張力を及ぼしながら回転する。
また、通路の開度が全閉のときに合口隙間が最も小さくなっており、突起は、弁体およびシールリングが全閉の回転角にあるときに通路の壁からの突出量がゼロであり、かつ、弁体およびシールリングが全閉の回転角から開側に回転するときに合口隙間が連続的に大きくなるように設けられている。
さらに、弁体の周縁の回転軌跡面は、突起の内周縁の内側に存在する。
【実施例】
【００２６】
〔実施例の構成〕
実施例の弁装置１の構成を、図１〜図３に基づいて説明する。
弁装置１は、流体の通路２を有する通路形成体３と、通路２に回転自在に収容されて通路２の開度を可変する板状の弁体４と、弁体４の周縁に装着されるシールリング５と、弁体４に与える回転トルクを発生する電動機６と、電動機６の出力軸７から弁体４の回転軸８に回転トルクを減速して伝達する減速機構９と、電動機６への通電を制御して弁体４の動作を制御する制御手段１０と、弁体４の回転角を検出して制御手段１０に出力する回転角センサ１１とを備える。
【００２７】
そして、弁装置１は、例えば、内燃機関から排気される排気ガスの一部を吸気側に再循環するＥＧＲ装置において、流体としての排気ガスの循環量を可変するためのＥＧＲ弁装置として採用されている。
【００２８】
通路形成体３は、排気ガスを再循環するための全ての通路２の内の一部を形成するものであり（以下、通路形成体３をノズル３と呼ぶ。）、ノズル３により形成される通路２の一部に弁体４が収容されている（以下、通路２という場合、特に断らない限りノズル３により形成される部分を示すものとする。）。また、ノズル３は、弁装置１のハウジング１４とは別体であり、排気ガスに含まれる水分等に対する耐食性の点から、例えば、ステンレス鋼を素材として設けられている。
【００２９】
弁体４は、略円形板状のバタフライ弁であり、弁体４の回転軸８は、弁体４の面方向に対して所定の角度だけ傾斜した状態で弁体４に溶接等で固定されている。そして、弁体４は、回転することにより、通路２の開口面積に相当する開度を全閉から全開の範囲で可変する。
【００３０】
ここで、全閉とは、弁体４の周縁と通路２の壁１５との間の隙間が最小となる開度であり、仮に、弁体４の周縁にシールリング５を配さない場合に通路２を通る排気ガスの流量が最小となる開度である。また、全開とは、通路２を通る排気ガスの流量が最大となる開度である。
【００３１】
なお、弁体４も、水分等に対する耐食性の点からステンレス鋼を素材として設けられている。
また、回転軸８は、メタル軸受１６、オイルシール１７およびボールベアリング１８を介してハウジング１４に、回転自在に支持されている。
【００３２】
シールリング５は、弁体４の周縁と通路２の壁１５との間を封鎖するものであり、Ｃ字状に設けられて弁体４の周縁に設けられた環状の溝２０に嵌まっている。そして、シールリング５は、自身の周方向に対向する２つの端面により周方向隙間（合口隙間）２１を形成するとともに、溝２０の底面２２と自身の内周縁との間に径方向の隙間（溝内隙間）２３を形成しながら弁体４とともに回転する。
【００３３】
また、シールリング５は、全閉のときに、壁１５に環状に当接して合口隙間２１および溝内隙間２３が最も縮まるように弾性変形している。このとき、シールリング５は、自身の張力によって壁１５に当接するとともに通路２の上流側から作用する排気ガスの圧力によって溝２０の側面２４に当接することで、弁体４の周縁と壁１５との間を封鎖している。
なお、シールリング５も、水分等に対する耐食性の点からステンレス鋼を素材として設けられている。
【００３４】
電動機６は、ブラシレスＤＣモータ等の周知の回転電機であり、例えば、電機子コイルへの通電が制御されて、出力する回転トルクを可変する。
減速機構９は、電動機６の出力軸７に固定される小ギヤ２６と、弁体４の回転軸８に固定される大ギヤ２７と、小ギヤ２６および大ギヤ２７の両方に噛み合って回転する中間ギヤ２８とを有し、中間ギヤ２８は、小ギヤ２６と噛み合う大径ギヤ部２９と、大ギヤ２７と噛み合う小径ギヤ部３０とを同軸的に有する。
【００３５】
制御手段１０は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムや各種データを保存する記憶装置、入力回路、出力回路等の機能を含んで構成される周知構造のマイクロコンピュータであり、回転角センサ１１およびその他の各種センサから入力されるパラメータに応じて、通路２の開度や弁体４の回転角を目標値に制御する。
【００３６】
すなわち、制御手段１０は、例えば、内燃機関の運転状態に応じて回転角の目標値を算出するとともに、回転角の現在値と目標値との差分に応じて電動機６への通電量等を制御して回転角の現在値を目標値に略一致させる。
【００３７】
回転角センサ１１は、例えば、回転軸８に固定された永久磁石等の磁束発生手段と、磁束発生手段が発生する磁束を検出するホールＩＣ等の磁束検出手段とからなる周知構造を有するものである。
以上の構成により、弁装置１は、電動機６への通電を制御することで、内燃機関の運転状態に応じて通路２の開度を操作し、排気ガスの循環量を可変している。
【００３８】
〔実施例の特徴〕
実施例の弁装置１の特徴を、図３〜図５を用いて説明する。
弁装置１によれば、通路２の壁１５には、弁体４が全閉から開側に回転するとき、および弁体４が全閉に向かって開側から回転するときにシールリング５に摺接されてシールリング５から張力を受ける４つの突起３３が設けられている。そして、シールリング５は、全ての突起３３に摺接して張力を及ぼしながら回転する。
【００３９】
それぞれの突起３３は、弁体４およびシールリング５が全閉の回転角（全閉角）にあるときに壁１５からの突出量がゼロであり、かつ、弁体４およびシールリング５が全閉角から開側に回転するときに合口隙間２１や溝内隙間２３が連続的に大きくなるように設けられている。つまり、突起３３は、弁体４およびシールリング５の開側への回転に合わせて突出量が増大するように、また、弁体４およびシールリング５の閉側への回転に合わせて突出量が減少するように設けられている。
【００４０】
また、突起３３は、弁体４およびシールリング５が全開の回転角（全開角）に到達しても、シールリング５が当接することができるように設けられている。つまり、突起３３は、全閉角から全開角の全ての回転角の範囲で、シールリング５が摺接することができるように、かつ、回転角が開側に移行するときに合口隙間２１や溝内隙間２３が連続的に大きくなるように設けられている。
【００４１】
そして、シールリング５は、全閉角のときに合口隙間２１や溝内隙間２３が最も小さくなっており、全閉から開側に回転するときに、合口隙間２１や溝内隙間２３を広げながら突起３３との当接を保って回転する（図４参照）。また、シールリング５は、全開角のときに合口隙間２１や溝内隙間２３が最も大きくなっており、全開から閉側に回転するときに、合口隙間２１や溝内隙間２３を狭めながら突起３３との当接を保って回転する。
【００４２】
また、突起３３の突出量は、シールリング５が全閉角にあるときのみゼロであるから、弁体４およびシールリング５が全閉角からわずかに開側に回転しても、シールリング５は、弁体４の周縁と壁１５との間の封鎖を維持しなくなり、排気ガスが流れるようになる。そして、突起３３は、全閉角から全開角の全ての回転角の範囲において、排気ガスの循環量が回転角に対してリニアに増加するように設けられている（図５参照）。
【００４３】
このため、弁装置１によれば、従来の弁装置１００に存在した第１、第２境界角に相当する回転角では、弁装置１００よりもシールリング５の広がりが突起３３によって抑制され、実質的な開度が大きくなって循環量が多くなる。
【００４４】
また、４つの突起３３をそれぞれ突起３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄとすると（図３参照）、ノズル３を上流側から見たときに、弁体４の回転中心の周囲に右回りに突起３３ａ、突起３３ｂ、突起３３ｃ、突起３３ｄが順次配置されている。また、突起３３ａ、３３ｃは、弁体４およびシールリング５が全閉角にあるときに、弁体４の上流側に存在し、突起３３ｂ、３３ｄは、弁体４およびシールリング５が全閉角にあるときに、弁体４の下流側に存在する。
【００４５】
さらに、突起３３ａ、３３ｃは、弁体４の回転中心を対称中心として点対称となるように設けられ、突起３３ｂ、３３ｄも、弁体４の回転中心を対称中心として点対称となるように設けられている。
なお、弁体４の周縁の回転軌跡面は、突起３３ａ〜３３ｄの内周縁の内側に存在する。
【００４６】
〔実施例の効果〕
実施例の弁装置１によれば、通路２の壁１５には突起３３が設けられ、突起３３は、全閉角と全開角との間の全ての回転角においてシールリング５が摺接して張力を及ぼすことができるように設けられている。
これにより、シールリング５は、壁１５に直接的に摺接することなく、突起３３に摺接して合口隙間２１や溝内隙間２３の広がりを抑制されながら回転することができる。このため、従来の弁装置１００で発生していた壁１５とシールリング５との衝突が発生しなくなるので、シールリング５および壁１５における磨耗の進行を大幅に抑制することができる。
【００４７】
また、摺動面が突起３３の内周縁に限定されるので、シールリング５と突起３３との摺動摩擦は存在するものの、従来の弁装置１００で発生していたシールリング５と壁１５との摺動摩擦に比べて、磨耗の範囲も極めて限定的なものとなる。このため、仮に磨耗が進行しても、従来の弁装置１００に比べて漏れ量を大幅に抑制することができる。
また、突起３３は、排気ガスの循環量と回転角とがリニアな相関を有するように設けられているので、例えば、循環量の可変制御をより容易に行なうことができる。
【００４８】
また、壁１５には４つの突起３３ａ〜３３ｄが設けられ、シールリング５は、突起３３ａ〜３３ｄの全てに摺接して張力を及ぼしながら回転する。
これにより、合口隙間２１や溝内隙間２３の広がりを抑制してシールリング５が壁１５に直接的に摺動しないように、突起３３を設定するのが容易になる。
【００４９】
また、突起３３は、弁体４およびシールリング５が全閉角にあるときに壁１５からの突出量がゼロであり、かつ、弁体４およびシールリング５が全閉角から開側に回転するときに合口隙間２１が連続的に大きくなるように設けられている。
これにより、全閉において流体の通過量を確実にゼロにすることができる。
さらに、弁体４の周縁の回転軌跡面は、４つの突起３３ａ〜３３ｄの内周縁の内側に存在するので、弁体４を確実に突起３３ａ〜３３ｄの内側で回転させることができる。
【００５０】
〔変形例〕
弁装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の弁装置１によれば、壁１５には４つの突起３３ａ〜３３ｄが設けられていたが、突起３３の設置数は３つ以上であればよく、４つに限定されない。
【００５１】
また、実施例の弁装置１によれば、弁体４は、回転軸８が一方の面にのみ固定されている片軸のバタフライ弁であったが、図６に示すように、両方の面から回転軸８が正反対の方向に伸びる両軸のバタフライ弁を弁体４として採用してもよい。
【００５２】
さらに、実施例の弁装置１によれば、弁体４は、回転軸８が弁体４の面方向に対して所定の角度だけ傾斜した状態で弁体４に固定されている斜めのバタフライ弁であったが、図７に示すように、回転軸８が弁体４の片方の面に面方向と平行に固定されたオフセット弁を弁体４として採用してもよい。
【００５３】
さらに、実施例の弁装置１は、排気ガスの循環量を可変するためのＥＧＲ弁装置に採用されていたが、他の流体の流量を可変するための弁装置に採用してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ 弁装置
２ 通路
３ ノズル（通路形成体）
４ 弁体
５ シールリング
１５ 壁（通路の壁）
２０ 溝
２１ 合口隙間（周方向隙間）
３３、３３ａ〜３３ｄ 突起
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁装置に関するものであり、弁体の周縁にシールリングが装着されているものに係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、弁装置１００では、図８に示すように、弁体１０１の周縁にシールリング１０２が装着されているものが公知であり、例えば、内燃機関から排気される排気ガスの一部を吸気側に再循環するＥＧＲ装置において、排気ガスの循環量を可変するためのＥＧＲ弁装置として採用されている
【０００３】
弁装置１００は、流体の通路１０３を有する通路形成体１０４と、通路１０３に回転自在に収容されて通路１０３の開度を可変する板状の弁体１０１と、弁体１０１の周縁に装着されるシールリング１０２とを備える。
【０００４】
ここで、シールリング１０２は、弁体１０１の周縁と通路１０３の壁１０５との間を封鎖するものであって、図９に示すようにＣ字状に設けられ、弁体１０１の周縁に設けられた環状の溝１０６に嵌まっている（例えば、特許文献１参照）。そして、シールリング１０２は、自身の周方向に対向する２つの端面により周方向隙間（以下、合口隙間と呼ぶ）１０７を形成するとともに、溝１０６の底面と自身の内周縁との間に径方向の隙間（以下、溝内隙間と呼ぶ。）１０８を形成しながら弁体１０１とともに回転する。
【０００５】
また、シールリング１０２は、全閉のときに、壁１０５に環状に当接して合口隙間１０７および溝内隙間１０８が最も縮まるように弾性変形している。このとき、シールリング１０２は、自身の張力によって壁１０５に当接するとともに通路１０３の上流側から作用する排気ガスの圧力によって溝１０６の側面１０９に当接することで、弁体１０１の周縁と壁１０５との間を封鎖している。
【０００６】
ここで、弁体１０１が、全閉の回転角（以下、全閉角と呼ぶ。）から全開の回転角（以下、全開角と呼ぶ。）まで、開側に回転していくときのシールリング１０２の状態の推移について図１０を参照しながら説明する。
【０００７】
まず、全閉角から開側に回転していくと、シールリング１０２は、合口隙間１０７および溝内隙間１０８を広げながら自身の外周縁の全周において壁１０５との当接を保ち、弁体１０１の周縁と壁１０５との間の封鎖を維持し続ける。やがて、シールリング１０２は、弁体１０１の周縁と壁１０５との間を封鎖しない開放状態との境界角（以下、第１境界角と呼ぶ。）に到達し、外周縁が部分的に壁１０５と当接しなくなる。
【０００８】
さらに、第１境界角よりも開側に回転していくと、シールリング１０２は、外周縁において壁１０５と当接しない部分を拡大しながら張力を弱めていき、同時に、合口隙間１０７および溝内隙間１０８を広げ続ける。やがて、シールリング１０２は、溝１０６に嵌まった状態で張力を有さずに自在に動くことができるフリー状態との境界角（以下、第２境界角と呼ぶ。）に到達する。
【０００９】
そして、第２境界角よりも開側の回転角において、シールリング１０２は、フリー状態を保ちながら合口隙間１０７および溝内隙間１０８を第２境界角における数値以上に広げることなく、全開角まで回転する。
【００１０】
以上により、弁体１０１の回転角と排気ガスの循環量とは図１１のような相関を示す。
すなわち、回転角が全閉角から第１境界角の範囲にある間では、シールリング１０２によって弁体１０１の周縁と壁１０５との間の封鎖が維持されるので循環量はゼロに略一致している。そして、第１境界角以上の範囲では、回転角の開側への移行に応じて循環量が増加していく。
【００１１】
ところで、弁装置１００によれば、弁体１０１がシールリング１０２のフリー状態から閉側に回転する場合、シールリング１０２は、合口隙間１０７および溝内隙間１０８が大きく広がった径大の状態で壁１０５に衝突し、衝突後、合口隙間１０７および溝内隙間１０８を縮めるように弾性変形していく。
【００１２】
このため、衝突によって、シールリング１０２と壁１０５との間、およびシールリング１０２と側面１０９との間に衝撃が発生し、衝撃発生部位において磨耗の進行が著しくなる。さらに、シールリング１０２と壁１０５との間では、衝突後も、シールリング１０２が張力を増しながら壁１０５を摺動するので、摺動摩擦による磨耗の進行も著しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−２８５３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、弁体の周縁にシールリングが装着されている弁装置において、閉弁時のシールリングと通路の壁との衝突による磨耗の進行、および、衝突後のシールリングと通路の壁との摺動摩擦による磨耗の進行を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、弁装置は、流体の通路を有する通路形成体と、通路に回転自在に収容されて通路の開度を可変する板状の弁体と、通路の開度が全閉のときに弁体の周縁と通路の壁との間を封鎖するシールリングとを備える。また、シールリングは、Ｃ字状に設けられて自身の周方向に対向する２つの端面により周方向隙間（合口隙間）を形成するとともに、弁体の周縁に設けられた環状の溝に嵌まって弁体とともに回転し、全閉のときには、通路の壁に環状に当接して合口隙間が縮まるように弾性変形している。
【００１６】
そして、通路の壁には、弁体が全閉から開側に回転するとき、および弁体が全閉に向かって開側から回転するときにシールリングに摺接されてシールリングから張力を受ける突起が設けられている。
これにより、シールリングは、壁に直接的に摺接することなく、突起に摺接して合口隙間や溝内隙間の広がりを抑制されながら、全閉から開側に回転したり、全閉に向かって開側から回転したりすることができる。
【００１７】
このため、例えば、シールリングとの衝突を緩和できるような形状に突起を設けたり、全閉から全開の全ての範囲でシールリングが当接できるように突起を設けて衝突自体を解消したりすることで、シールリングと壁との衝突による磨耗の進行を抑制することができる。
【００１８】
また、摺動面が突起の内周縁に限定されるので、シールリングと突起との摺動摩擦は存在するものの、従来の弁装置で発生していたシールリングと壁との摺動摩擦に比べて、磨耗の範囲は極めて限定的なものとなる。このため、シールリングと壁との摺動摩擦による磨耗の進行を抑制することができる。
【００１９】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、通路の壁には３つ以上の突起が設けられ、シールリングは、全ての突起に摺接して張力を及ぼしながら回転する。
これにより、合口隙間や溝内隙間の広がりを抑制してシールリングが壁に直接的に摺動しないように、突起を設定するのが容易になる。
【００２０】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、通路の開度が全閉のときに合口隙間が最も小さくなっている。そして、突起は、弁体およびシールリングが全閉の回転角にあるときに通路の壁からの突出量がゼロであり、かつ、弁体およびシールリングが全閉の回転角から開側に回転するときに合口隙間が連続的に大きくなるように設けられている。
これにより、全閉において流体の通過量を確実にゼロにすることができる。
【００２１】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、弁体の周縁の回転軌跡面は、突起の内周縁の内側に存在する。
これにより、弁体を確実に突起の内側で回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】弁装置の構成図である（実施例）。
【図２】（ａ）はシールリングの平面図であり、（ｂ）はシールリングによる弁体周縁の封鎖状態を示す説明図である（実施例）。
【図３】（ａ）は弁装置の要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は突起の斜視図である（実施例）。
【図４】（ａ）と（ａ´）とは全閉角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｂ）と（ｂ´）とは第１境界角に相当する回転角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｃ）と（ｃ´）とは第２境界角に相当する回転角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｄ）と（ｄ´）とは全開角におけるシールリングの状態を示す説明図である（実施例）。
【図５】弁装置における回転角と流量（循環量）との相関図である（実施例）。
【図６】両軸斜めのバタフライ弁を示す説明図である（変形例）。
【図７】オフセット弁を示す説明図である（変形例）。
【図８】（ａ）は弁装置の要部断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である（従来例）。
【図９】（ａ）はシールリングの平面図であり、（ｂ）はシールリングによる弁体周縁の封鎖状態を示す説明図である（従来例）。
【図１０】（ａ）と（ａ´）とは全閉角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｂ）と（ｂ´）とは第１境界角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｃ）と（ｃ´）とは第２境界角におけるシールリングの状態を示す説明図であり、（ｄ）と（ｄ´）とは全開角におけるシールリングの状態を示す説明図である（従来例）。
【図１１】弁装置における回転角と流量（循環量）との相関図である（従来例）。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施形態の弁装置は、流体の通路を有する通路形成体と、通路に回転自在に収容されて通路の開度を可変する板状の弁体と、通路の開度が全閉のときに弁体の周縁と通路の壁との間を封鎖するシールリングとを備える。また、シールリングは、Ｃ字状に設けられて自身の周方向に対向する２つの端面により周方向隙間（合口隙間）を形成するとともに、弁体の周縁に設けられた環状の溝に嵌まって弁体とともに回転し、全閉のときには、通路の壁に環状に当接して合口隙間が縮まるように弾性変形している。
【００２４】
そして、通路の壁には、弁体が全閉から開側に回転するとき、および弁体が全閉に向かって開側から回転するときにシールリングに摺接されてシールリングから張力を受ける突起が設けられている。
【００２５】
また、通路の壁には３つ以上の突起が設けられ、シールリングは、全ての突起に摺接して張力を及ぼしながら回転する。
また、通路の開度が全閉のときに合口隙間が最も小さくなっており、突起は、弁体およびシールリングが全閉の回転角にあるときに通路の壁からの突出量がゼロであり、かつ、弁体およびシールリングが全閉の回転角から開側に回転するときに合口隙間が連続的に大きくなるように設けられている。
さらに、弁体の周縁の回転軌跡面は、突起の内周縁の内側に存在する。
【実施例】
【００２６】
〔実施例の構成〕
実施例の弁装置１の構成を、図１〜図３に基づいて説明する。
弁装置１は、流体の通路２を有する通路形成体３と、通路２に回転自在に収容されて通路２の開度を可変する板状の弁体４と、弁体４の周縁に装着されるシールリング５と、弁体４に与える回転トルクを発生する電動機６と、電動機６の出力軸７から弁体４の回転軸８に回転トルクを減速して伝達する減速機構９と、電動機６への通電を制御して弁体４の動作を制御する制御手段１０と、弁体４の回転角を検出して制御手段１０に出力する回転角センサ１１とを備える。
【００２７】
そして、弁装置１は、例えば、内燃機関から排気される排気ガスの一部を吸気側に再循環するＥＧＲ装置において、流体としての排気ガスの循環量を可変するためのＥＧＲ弁装置として採用されている。
【００２８】
通路形成体３は、排気ガスを再循環するための全ての通路２の内の一部を形成するものであり（以下、通路形成体３をノズル３と呼ぶ。）、ノズル３により形成される通路２の一部に弁体４が収容されている（以下、通路２という場合、特に断らない限りノズル３により形成される部分を示すものとする。）。また、ノズル３は、弁装置１のハウジング１４とは別体であり、排気ガスに含まれる水分等に対する耐食性の点から、例えば、ステンレス鋼を素材として設けられている。
【００２９】
弁体４は、略円形板状のバタフライ弁であり、弁体４の回転軸８は、弁体４の面方向に対して所定の角度だけ傾斜した状態で弁体４に溶接等で固定されている。そして、弁体４は、回転することにより、通路２の開口面積に相当する開度を全閉から全開の範囲で可変する。
【００３０】
ここで、全閉とは、弁体４の周縁と通路２の壁１５との間の隙間が最小となる開度であり、仮に、弁体４の周縁にシールリング５を配さない場合に通路２を通る排気ガスの流量が最小となる開度である。また、全開とは、通路２を通る排気ガスの流量が最大となる開度である。
【００３１】
なお、弁体４も、水分等に対する耐食性の点からステンレス鋼を素材として設けられている。
また、回転軸８は、メタル軸受１６、オイルシール１７およびボールベアリング１８を介してハウジング１４に、回転自在に支持されている。
【００３２】
シールリング５は、弁体４の周縁と通路２の壁１５との間を封鎖するものであり、Ｃ字状に設けられて弁体４の周縁に設けられた環状の溝２０に嵌まっている。そして、シールリング５は、自身の周方向に対向する２つの端面により周方向隙間（合口隙間）２１を形成するとともに、溝２０の底面２２と自身の内周縁との間に径方向の隙間（溝内隙間）２３を形成しながら弁体４とともに回転する。
【００３３】
また、シールリング５は、全閉のときに、壁１５に環状に当接して合口隙間２１および溝内隙間２３が最も縮まるように弾性変形している。このとき、シールリング５は、自身の張力によって壁１５に当接するとともに通路２の上流側から作用する排気ガスの圧力によって溝２０の側面２４に当接することで、弁体４の周縁と壁１５との間を封鎖している。
なお、シールリング５も、水分等に対する耐食性の点からステンレス鋼を素材として設けられている。
【００３４】
電動機６は、ブラシレスＤＣモータ等の周知の回転電機であり、例えば、電機子コイルへの通電が制御されて、出力する回転トルクを可変する。
減速機構９は、電動機６の出力軸７に固定される小ギヤ２６と、弁体４の回転軸８に固定される大ギヤ２７と、小ギヤ２６および大ギヤ２７の両方に噛み合って回転する中間ギヤ２８とを有し、中間ギヤ２８は、小ギヤ２６と噛み合う大径ギヤ部２９と、大ギヤ２７と噛み合う小径ギヤ部３０とを同軸的に有する。
【００３５】
制御手段１０は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムや各種データを保存する記憶装置、入力回路、出力回路等の機能を含んで構成される周知構造のマイクロコンピュータであり、回転角センサ１１およびその他の各種センサから入力されるパラメータに応じて、通路２の開度や弁体４の回転角を目標値に制御する。
【００３６】
すなわち、制御手段１０は、例えば、内燃機関の運転状態に応じて回転角の目標値を算出するとともに、回転角の現在値と目標値との差分に応じて電動機６への通電量等を制御して回転角の現在値を目標値に略一致させる。
【００３７】
回転角センサ１１は、例えば、回転軸８に固定された永久磁石等の磁束発生手段と、磁束発生手段が発生する磁束を検出するホールＩＣ等の磁束検出手段とからなる周知構造を有するものである。
以上の構成により、弁装置１は、電動機６への通電を制御することで、内燃機関の運転状態に応じて通路２の開度を操作し、排気ガスの循環量を可変している。
【００３８】
〔実施例の特徴〕
実施例の弁装置１の特徴を、図３〜図５を用いて説明する。
弁装置１によれば、通路２の壁１５には、弁体４が全閉から開側に回転するとき、および弁体４が全閉に向かって開側から回転するときにシールリング５に摺接されてシールリング５から張力を受ける４つの突起３３が設けられている。そして、シールリング５は、全ての突起３３に摺接して張力を及ぼしながら回転する。
【００３９】
それぞれの突起３３は、弁体４およびシールリング５が全閉の回転角（全閉角）にあるときに壁１５からの突出量がゼロであり、かつ、弁体４およびシールリング５が全閉角から開側に回転するときに合口隙間２１や溝内隙間２３が連続的に大きくなるように設けられている。つまり、突起３３は、弁体４およびシールリング５の開側への回転に合わせて突出量が増大するように、また、弁体４およびシールリング５の閉側への回転に合わせて突出量が減少するように設けられている。
【００４０】
また、突起３３は、弁体４およびシールリング５が全開の回転角（全開角）に到達しても、シールリング５が当接することができるように設けられている。つまり、突起３３は、全閉角から全開角の全ての回転角の範囲で、シールリング５が摺接することができるように、かつ、回転角が開側に移行するときに合口隙間２１や溝内隙間２３が連続的に大きくなるように設けられている。
【００４１】
そして、シールリング５は、全閉角のときに合口隙間２１や溝内隙間２３が最も小さくなっており、全閉から開側に回転するときに、合口隙間２１や溝内隙間２３を広げながら突起３３との当接を保って回転する（図４参照）。また、シールリング５は、全開角のときに合口隙間２１や溝内隙間２３が最も大きくなっており、全開から閉側に回転するときに、合口隙間２１や溝内隙間２３を狭めながら突起３３との当接を保って回転する。
【００４２】
また、突起３３の突出量は、シールリング５が全閉角にあるときのみゼロであるから、弁体４およびシールリング５が全閉角からわずかに開側に回転しても、シールリング５は、弁体４の周縁と壁１５との間の封鎖を維持しなくなり、排気ガスが流れるようになる。そして、突起３３は、全閉角から全開角の全ての回転角の範囲において、排気ガスの循環量が回転角に対してリニアに増加するように設けられている（図５参照）。
【００４３】
このため、弁装置１によれば、従来の弁装置１００に存在した第１、第２境界角に相当する回転角では、弁装置１００よりもシールリング５の広がりが突起３３によって抑制され、実質的な開度が大きくなって循環量が多くなる。
【００４４】
また、４つの突起３３をそれぞれ突起３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄとすると（図３参照）、ノズル３を上流側から見たときに、弁体４の回転中心の周囲に右回りに突起３３ａ、突起３３ｂ、突起３３ｃ、突起３３ｄが順次配置されている。また、突起３３ａ、３３ｃは、弁体４およびシールリング５が全閉角にあるときに、弁体４の上流側に存在し、突起３３ｂ、３３ｄは、弁体４およびシールリング５が全閉角にあるときに、弁体４の下流側に存在する。
【００４５】
さらに、突起３３ａ、３３ｃは、弁体４の回転中心を対称中心として点対称となるように設けられ、突起３３ｂ、３３ｄも、弁体４の回転中心を対称中心として点対称となるように設けられている。
なお、弁体４の周縁の回転軌跡面は、突起３３ａ〜３３ｄの内周縁の内側に存在する。
【００４６】
〔実施例の効果〕
実施例の弁装置１によれば、通路２の壁１５には突起３３が設けられ、突起３３は、全閉角と全開角との間の全ての回転角においてシールリング５が摺接して張力を及ぼすことができるように設けられている。
これにより、シールリング５は、壁１５に直接的に摺接することなく、突起３３に摺接して合口隙間２１や溝内隙間２３の広がりを抑制されながら回転することができる。このため、従来の弁装置１００で発生していた壁１５とシールリング５との衝突が発生しなくなるので、シールリング５および壁１５における磨耗の進行を大幅に抑制することができる。
【００４７】
また、摺動面が突起３３の内周縁に限定されるので、シールリング５と突起３３との摺動摩擦は存在するものの、従来の弁装置１００で発生していたシールリング５と壁１５との摺動摩擦に比べて、磨耗の範囲も極めて限定的なものとなる。このため、仮に磨耗が進行しても、従来の弁装置１００に比べて漏れ量を大幅に抑制することができる。
また、突起３３は、排気ガスの循環量と回転角とがリニアな相関を有するように設けられているので、例えば、循環量の可変制御をより容易に行なうことができる。
【００４８】
また、壁１５には４つの突起３３ａ〜３３ｄが設けられ、シールリング５は、突起３３ａ〜３３ｄの全てに摺接して張力を及ぼしながら回転する。
これにより、合口隙間２１や溝内隙間２３の広がりを抑制してシールリング５が壁１５に直接的に摺動しないように、突起３３を設定するのが容易になる。
【００４９】
また、突起３３は、弁体４およびシールリング５が全閉角にあるときに壁１５からの突出量がゼロであり、かつ、弁体４およびシールリング５が全閉角から開側に回転するときに合口隙間２１が連続的に大きくなるように設けられている。
これにより、全閉において流体の通過量を確実にゼロにすることができる。
さらに、弁体４の周縁の回転軌跡面は、４つの突起３３ａ〜３３ｄの内周縁の内側に存在するので、弁体４を確実に突起３３ａ〜３３ｄの内側で回転させることができる。
【００５０】
〔変形例〕
弁装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の弁装置１によれば、壁１５には４つの突起３３ａ〜３３ｄが設けられていたが、突起３３の設置数は３つ以上であればよく、４つに限定されない。
【００５１】
また、実施例の弁装置１によれば、弁体４は、回転軸８が一方の面にのみ固定されている片軸のバタフライ弁であったが、図６に示すように、両方の面から回転軸８が正反対の方向に伸びる両軸のバタフライ弁を弁体４として採用してもよい。
【００５２】
さらに、実施例の弁装置１によれば、弁体４は、回転軸８が弁体４の面方向に対して所定の角度だけ傾斜した状態で弁体４に固定されている斜めのバタフライ弁であったが、図７に示すように、回転軸８が弁体４の片方の面に面方向と平行に固定されたオフセット弁を弁体４として採用してもよい。
【００５３】
さらに、実施例の弁装置１は、排気ガスの循環量を可変するためのＥＧＲ弁装置に採用されていたが、他の流体の流量を可変するための弁装置に採用してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ 弁装置
２ 通路
３ ノズル（通路形成体）
４ 弁体
５ シールリング
１５ 壁（通路の壁）
２０ 溝
２１ 合口隙間（周方向隙間）
３３、３３ａ〜３３ｄ 突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の通路を有する通路形成体と、
前記通路に回転自在に収容されて前記通路の開度を可変する板状の弁体と、
前記通路の開度が全閉のときに前記弁体の周縁と前記通路の壁との間を封鎖するシールリングとを備え、
このシールリングは、Ｃ字状に設けられて自身の周方向に対向する２つの端面により周方向隙間を形成するとともに、前記弁体の周縁に設けられた環状の溝に嵌まって前記弁体とともに回転し、全閉のときには、前記通路の壁に環状に当接して前記周方向隙間が縮まるように弾性変形しており、
前記通路の壁には、前記弁体が全閉から開側に回転するとき、および前記弁体が全閉に向かって開側から回転するときに前記シールリングに摺接されて前記シールリングから張力を受ける突起が設けられていることを特徴とする弁装置。
【請求項２】
請求項１に記載の弁装置において、
前記通路の壁には３つ以上の前記突起が設けられ、
前記シールリングは、全ての前記突起に摺接して張力を及ぼしながら回転することを特徴とする弁装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の弁装置において、
前記通路の開度が全閉のときに前記周方向隙間が最も小さくなっており、
前記突起は、前記弁体および前記シールリングが全閉の回転角にあるときに前記通路の壁からの突出量がゼロであり、かつ、前記弁体および前記シールリングが全閉の回転角から開側に回転するときに前記周方向隙間が連続的に大きくなるように設けられていることを特徴とする弁装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の弁装置において、
前記弁体の周縁の回転軌跡面は、前記突起の内周縁の内側に存在することを特徴とする弁装置。
【請求項１】
流体の通路を有する通路形成体と、
前記通路に回転自在に収容されて前記通路の開度を可変する板状の弁体と、
前記通路の開度が全閉のときに前記弁体の周縁と前記通路の壁との間を封鎖するシールリングとを備え、
このシールリングは、Ｃ字状に設けられて自身の周方向に対向する２つの端面により周方向隙間を形成するとともに、前記弁体の周縁に設けられた環状の溝に嵌まって前記弁体とともに回転し、全閉のときには、前記通路の壁に環状に当接して前記周方向隙間が縮まるように弾性変形しており、
前記通路の壁には、前記弁体が全閉から開側に回転するとき、および前記弁体が全閉に向かって開側から回転するときに前記シールリングに摺接されて前記シールリングから張力を受ける突起が設けられていることを特徴とする弁装置。
【請求項２】
請求項１に記載の弁装置において、
前記通路の壁には３つ以上の前記突起が設けられ、
前記シールリングは、全ての前記突起に摺接して張力を及ぼしながら回転することを特徴とする弁装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の弁装置において、
前記通路の開度が全閉のときに前記周方向隙間が最も小さくなっており、
前記突起は、前記弁体および前記シールリングが全閉の回転角にあるときに前記通路の壁からの突出量がゼロであり、かつ、前記弁体および前記シールリングが全閉の回転角から開側に回転するときに前記周方向隙間が連続的に大きくなるように設けられていることを特徴とする弁装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の弁装置において、
前記弁体の周縁の回転軌跡面は、前記突起の内周縁の内側に存在することを特徴とする弁装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２０２５４５（Ｐ２０１２−２０２５４５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７０６２５（Ｐ２０１１−７０６２５）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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