流路開閉弁
【課題】弁体とシートとの間の摩擦に起因する磨耗を低減するとともに、耐振性を向上することが可能な流路開閉弁を提供する。
【解決手段】流路開閉弁１０は、第１及び第２シャフト３２、３４を介して回動可能に設けられた弁体１４と、連通孔１７を有する可動シート１６と、可動シート１６を弁体１４とは反対側に付勢する弾性体１８と、を備える。第１及び第２シャフト３２、３４は、その軸線Ａ１が球面形状部３０の曲率中心から外れた位置で弁体１４に取り付けられている。流路開閉弁１０は、弁体１４の球面形状部３０がシート面４８に当接して連通孔１７を閉塞することで弁閉状態となり、弁体１４が可動シート１６から離間して連通孔１７を開放することで弁開状態となる。
【解決手段】流路開閉弁１０は、第１及び第２シャフト３２、３４を介して回動可能に設けられた弁体１４と、連通孔１７を有する可動シート１６と、可動シート１６を弁体１４とは反対側に付勢する弾性体１８と、を備える。第１及び第２シャフト３２、３４は、その軸線Ａ１が球面形状部３０の曲率中心から外れた位置で弁体１４に取り付けられている。流路開閉弁１０は、弁体１４の球面形状部３０がシート面４８に当接して連通孔１７を閉塞することで弁閉状態となり、弁体１４が可動シート１６から離間して連通孔１７を開放することで弁開状態となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流通する流路を開閉することにより該流体の流通状態を切り換える流路開閉弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、流体の流通する流路に接続され、該流路の連通状態を切り換えることによって前記流体の流通状態を制御する流路開閉弁が知られている。このような流路開閉弁は、弁本体の内部にボールバルブが設けられ、該ボールバルブの上部に連結されたシャフトが回転することにより、前記ボールバルブの貫通孔が前記弁本体に形成された一対の通路（ガス流入口およびガス流出口）を互いに連通させる。また、ボールバルブのガス流入口側およびガス流出口側には、ボールバルブを挟むように固定シートおよび可動シートが設けられ、バネ部材により可動シートをボールバルブ側に付勢することにより、その間にボールバルブが保持される。この構成により、ボールバルブが固定シートおよび可動シートに常時接触するため、シール性が確保されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−１１４０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、ボールバルブと可動シートは、一定範囲で接しているので、バルブ開口が該一定範囲を越えないと連通しない。つまり、シャフトの回動に遅れてボールバルブが開口するので、シャフトの回動とバルブの開口に位相差が生じる。このような構成では、シャフト開度に比例した流量特性を得ることは困難であった。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、弁体とシートとの離間を円滑に行うことができ、シャフト回動に比例した流量制御が可能となり、適正な流量特性を確保することができる流路開閉弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明に係る流路開閉弁は、シャフトを介して回動可能に設けられた弁体と、前記弁体を収容するバルブ室を有するボディ本体と、前記弁体が着座するシート面を有する可動シートと、前記可動シートを、前記可動シートを基準として前記弁体とは反対側に付勢する弾性体と、を備え、前記弁体は、少なくともその一部として、球面に形成された球面形状部を有し、前記シャフトは、その軸線が前記球面形状部の曲率中心から外れた位置で前記弁体に取り付けられ、前記可動シートは、前記シャフトの軸線と略直交する方向に軸線を有する連通孔を有し、前記弁体の前記球面形状部が前記シート面に当接して前記連通孔を閉塞することで弁閉状態となり、前記弁体が前記可動シートから離間して前記連通孔を開放することで弁開状態となることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、弁体が偏心した回動軸心を中心として回動（揺動）し、弁体が可動シートに着座することで弁閉状態となり、弁体が可動シートから離間することで弁開状態となる。このような構成では、弁閉状態にある弁体が可動シートから離間する方向に揺動する際、可動シートの弁体への追従性は、弁体とは逆方向への弾性体の付勢力により強制的に切断され、特に、弁体が可動シートから離れるとき、可動シートに追従されることなく離れられるので、シャフト回動直後にほぼ位相差なく連通孔を開くことができ、シャフト回動に比例した流量の制御が可能となり、適正な流量特性を確保することができる。また、従来の固定シートは不要であり、弁体が可動シートに接触しているのは、可動シートに着座している弁閉状態のときだけであり、弁体と可動シートとの常時接触がないため、弁体及び可動シートの磨耗を低減することができるとともに、回動トルクの増大を防止できる。また、リターンスプリングのスプリング荷重を可動シートで直接受けることができ、別途、全閉位置を決める位置決めストッパを設ける必要がないので、コスト削減にもつながる。さらに、弁体が可動シートから離間している間は、可動シートからの振動が弁体に伝わらないため、耐振性への影響を小さくすることができる。
【０００８】
前記流路開閉弁において、前記可動シートは、その軸線方向と直交する方向に変位可能に前記ボディ本体内に配置されているとよい。
【０００９】
上記の構成によれば、弁体が可動シートに着座する際に、製作誤差、組み付け、若しくは作動時の磨耗等に起因するズレが弁体と可動シートとの間にあっても、可動シートが弁体の表面（球面形状部）に追従して軸線と直交する方向に動くことが可能であるため、可動シートの位置が自動的に調整される。すなわち、可動シートの調芯機能が発揮されることで、上記ズレを許容できる。このため、ボールバルブのシート離間を円滑に行うことができるので、可動シートの追従性を効果的に切断でき、適正な流量特性を確保することができる。
【００１０】
前記流路開閉弁において、前記シャフトの軸線と直交し、かつ前記弁体の曲率中心を含む平面における断面上で、前記可動シートの軸線方向と前記シート面とのなす角をシート角と定義したとき、前記弁閉状態にある前記弁体の前記球面形状部の曲率中心を通りかつ前記可動シートの軸線に直交する直線を基準として前記可動シートの反対側の領域内で、前記直線に対して前記曲率中心周りに前記シート角の分だけ角度をとった領域内に、前記弁体の回動軸心が設定されているとよい。
【００１１】
上記のように弁体の回動軸心の位置を設定すると、弁体の回動軌跡が可動シートの内部を通らないので、弁体が可動シートに押し込まれず、弁体と可動シートの間の「こじり」を防止できる。従って、弁体と可動シートとの離間を円滑に行うことができるので、可動シートの追従性を効果的に切断でき、適正流量を確保することができる。
【００１２】
前記流路開閉弁において、前記弁体における前記球面形状部の形成範囲は、前記弁体の回動範囲内で、前記弁体の回動状態にかかわらず、前記可動シートの前記連通孔を通して前記弁体を上流側から見たときに常に前記球面形状部のみが見えるように設定されているとよい。
【００１３】
上記の構成によれば、弁体の回動状態にかかわらず弁体の球面形状部が可動シートの開口部に臨むので、可動シートの連通孔を通過したガスは、常に弁体の球面形状部に沿って流れてバルブ室に流入する。これにより、ガス流量が弁体の回動角度にほぼ比例し、ガス流量のリニア特性を担保できる。
【００１４】
前記可動シートの外周面が前記ボディ本体の内面に接した状態で、前記連通孔を前記可動シートの軸線方向に投影してなる連通孔投影部と、前記可動シートの上流側に形成されたガス流入口を前記軸線方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、前記連通孔投影部が前記流入口投影部に包含されるように、前記連通孔が形成されているとよい。
【００１５】
前記可動シートの上流側には、ガス流入口が設けられ、前記可動シートは、前記ガス流入口側の側面に補助孔を有し、前記可動シートの外周面が前記ボディ本体の内面に接した状態で、前記補助孔を前記可動シートの軸線方向に投影してなる補助孔投影部と、前記ガス流入口を前記軸線方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、前記補助孔投影部が前記流入口投影部を包含するように、前記補助孔が形成されているとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る流路開閉弁によれば、弁体とシートとの離間を円滑に行うことができ、シャフト回動に比例したガス流量制御が可能となり、適正な流量特性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る流路開閉弁の一部断面斜視図である。
【図２】図２Ａは、図１におけるＩＩＡ−ＩＩＡ線での断面図であり、図２Ｂは、弁開状態でのボールバルブ及びその周辺部位を示す断面図である。
【図３】シートとバルブの全閉位置関係における、シート角に基づいて規定される「こじり」有領域と「こじり」無領域についての説明図である。
【図４】シートとバルブの全閉位置関係図であって、図４Ａは、弁体の回動軸心が「こじり」有領域に位置していることを示す模式説明図であり、図４Ｂは、弁体の回動軸心が「こじり」有領域と「こじり」無領域の境界に位置していることを示す模式説明図であり、図４Ｃは、弁体の回動軸心が「こじり」無領域に位置していることを示す模式説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る流路開閉弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る流路開閉弁１０の一部断面斜視図である。流路開閉弁１０は、ボディ本体１２と、該ボディ本体１２の内部に回動自在に設けられる弁体１４と、弁体１４に当接する可動シート１６と、可動シート１６を付勢する弾性体１８と、ボディ本体１２の上部に設けられ、弁体１４に対して回転駆動力を付与する駆動力伝達機構２０とを有する。
【００２０】
本実施形態に係る流路開閉弁１０は、排気ガス循環用バルブ（ＥＧＲバルブ）１０Ａとして構成されており、ボディ本体１２の下部には、気化した燃料を含む排気ガスが供給されるガス流入口２２が設けられ、ガス流入口２２の弁体１４を基準にした反対側には、排気ガスを導出して内燃機関（図示せず）へと循環させるガス流出口２４が設けられている。
【００２１】
ボディ本体１２において、ガス流入口２２とガス流出口２４とは略一直線上に設けられる。ボディ本体１２には、ガス流入口２２とガス流出口２４との間にバルブ室２６が形成され、このバルブ室２６の内部に球状の弁体１４が回動自在に配設される。弁体１４において、上部および下部は平面状に形成され、上部および下部を除いた部分の外周面は球面形状部３０として構成されており、弁体１４は、この球面形状部３０の表面で可動シート１６に当接する。
【００２２】
弁体１４の下部には、第１シャフト３２の上端部が連結固定され、弁体１４の上部には、第２シャフト３４の下端部が連結固定されている。第１シャフト３２は、ボディ本体１２の下部に装着・固定された軸受３６により軸線Ａ１を中心として回転自在に支持されている。第２シャフト３４は、ボディ本体１２の上部に装着・固定された軸受３８により軸線Ａ１を中心として回転自在に支持されている。すなわち、第１シャフト３２および第２シャフト３４は、同一の軸線Ａ１を中心として回転する。軸線Ａ１は、可動シート１６の軸線Ｃに直交する直線と平行である。
【００２３】
ここで、図１中、可動シート１６の軸線Ｃは、ガス流入口２２の中心と、ガス流出口２４の中心とを通る直線である。また、矢印Ｘ方向は、軸線Ｃに沿う方向であり、矢印Ｚ方向は、Ｘ方向に直交する方向であって第１シャフト３２および第２シャフト３４の軸線Ａ１に沿う方向（図１で上下方向）であり、矢印Ｙ方向は、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向である。
【００２４】
第１シャフト３２および第２シャフト３４の軸線Ａ１の位置は、球面形状部３０の曲率中心（ほぼ球状の弁体１４の場合、その中心）を通る軸線Ａ２から偏心した位置に設定されている。すなわち、軸線Ａ１は、弁体１４の軸線Ａ２に対して所定距離だけ離間して平行となるように設定されている。このため、弁体１４は、軸線Ａ２から偏心した位置に設定された軸線Ａ１を中心として回動（揺動）するようにバルブ室２６内に設置されている。
【００２５】
駆動力伝達機構２０は、上述した第２シャフト３４と、第２シャフト３４の上端部に連結されるバルブギア４０と、ボディ本体１２の上部に連結され、バルブギア４０を介して第２シャフト３４を回転駆動させる駆動源４２と、弁体１４が全開となった後、弁体１４を強制的に全閉状態に戻すためのリターンスプリング４３とを含む。
【００２６】
第２シャフト３４の上端部は、バルブギア４０の略中央部に挿通されてナット４４を締め付けることによって固定されている。駆動源４２は、例えば、通電作用下に回転駆動するステッピングモータやロータリーアクチュエータからなり、その回転駆動力がバルブギア４０を介して第２シャフト３４へと伝達されることにより、第２シャフト３４に連結された弁体１４が軸線Ａ１を中心として回動動作する。ここで、バルブギア４０とボディ本体１２との間には、リターンスプリング４３が保持されており、弁体１４が閉位置から開位置へ回転駆動されるときに該回転方向にバネ力が蓄えられ、該バネ力は、弁体１４を開位置から閉位置に戻すときに開放される。この場合、弁体１４の下部に連結された第１シャフト３２は、軸受３６の支持作用下に弁体１４と一体となって回転する。
【００２７】
図２Ａは、図１におけるＩＩＡ−ＩＩＡ線での断面図である。図１及び図２Ａに示すように、弁体１４とガス流入口２２との間には、バルブ室２６の一部を構成するシート収納部４６が形成されており、このシート収納部４６にリング状の可動シート１６が配置されている。シート収納部４６は、可動シート１６の外周部の形状に沿って断面円形に形成されている。
【００２８】
可動シート１６は、軸線Ｃ方向に規制された範囲内で変位可能であり、弾性体１８によって弁体１４とは反対側（Ｘ２方向側）に付勢されている。可動シート１６の外径は、シート収納部４６の内径よりも小さく、これにより、可動シート１６とシート収納部４６との間に半径方向のクリアランス４７が形成されている。このため、可動シート１６は、ボディ本体１２内で、軸線Ｃ方向と直交する方向に変位可能である。すなわち、可動シート１６は、ＹＺ平面内で変位可能である。
【００２９】
可動シート１６の連通孔１７は、該可動シート１６がＹ方向に動き、その外周がシート収納部４６内面に達してもガス流入口２２をふさがない大きさに設定されている。すなわち、可動シート１６の外周面がボディ本体１２の内面に接した状態で、連通孔１７を可動シートの軸線Ｃ方向に投影してなる連通孔投影部と、可動シート１６の上流側に形成されたガス流入口２２を軸線Ｃ方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、前記連通孔投影部が前記流入口投影部に包含されるように、連通孔１７が形成されている。
【００３０】
さらに、可動シート１６の連通孔１７のＸ２方向には補助孔１９が設けられ、該補助孔１９は、可動シート１６がＹ方向に動き、その外周がシート収納部４６内面に達してもガス流入口２２をふさがない大きさに設定されている。すなわち、可動シート１６の外周面がボディ本体１２の内面に接した状態で、補助孔１９を可動シート１６の軸線Ｃ方向に投影してなる補助孔投影部と、可動シート１６の上流側に形成されたガス流入口２２を軸線Ｃ方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、補助孔投影部が流入口投影部を包含するように、補助孔１９が形成されている。
【００３１】
可動シート１６には、その中心部に軸線Ｃ方向に貫通する連通孔１７が形成されるとともに、連通孔１７のＸ１方向側には、弁体１４が着座するシート面４８が形成されている。このシート面４８は、可動シート１６の軸線Ｃを中心に延在する円環状の面であって、当該軸線Ｃに対して所定角度（図３に示すシート角θ）だけ傾斜した面である。すなわち、シート面４８は、Ｘ１方向側に向かうにつれて内径が直線的に拡大するように形成されている。可動シート１６の、シート面４８が設けられた側と反対側（Ｘ２方向側）の側面５０は、軸線Ｃに対して垂直な平面である。
【００３２】
可動シート１６のＸ１方向側には、リング状のストッパ５６が配置され、このストッパ５６と可動シート１６との間に弾性体１８が配置されている。図示例のストッパ５６は、シート収納部４６のＸ１方向側に形成されたストッパ装着部５７に固定して装着されたリング状の部材であり、Ｘ２側の端面で弾性体１８のＸ１方向側の端部に当接することで、軸線Ｃ方向の弾性体１８の変位を規制している。なお、ストッパ５６は、リング状に限らず、ストッパ装着部５７の周方向に間隔を置いて配置された複数のストッパ片により構成されるものであってもよい。
【００３３】
弾性体１８は、Ｘ１方向側の端部でストッパ５６のＸ２方向側の側面に当接し、Ｘ２方向側の端部で可動シート１６のＸ１方向側の外周寄りの側面に当接し、可動シート１６をＸ２方向側に弾性的に付勢している。図１等に示した一構成例に係る弾性体１８は、ウェーブワッシャとして構成されている。このウェーブワッシャは、周方向の位置によって軸線方向の位相が異なるように形成されたリング状の部品であり、バネとして機能する。なお、弾性体１８は、ウェーブワッシャに限られず、コイルバネ等の他のバネ材でもよく、あるいは、可動シート１６を弁体１４とは反対側に付勢する機能を有するゴム弾性体からなるものでもよい。
【００３４】
可動シート１６の、弁体１４とは反対側（Ｘ２方向側）には、可動シート１６が当接するシート当接部５８が設けられている。このシート当接部５８における、可動シート１６が当接する面は、軸線Ｃに垂直な平面である。なお、図示例のシート当接部５８は、ボディ本体１２の一部として一体的に形成された部位であるが、変形例として、ボディ本体１２とは別体の部品として構成されたリング状の部材であってもよい。
【００３５】
図２Ａに示すように、可動シート１６は、弾性体１８によりシート当接部５８側に付勢されることで、その側面５０において、シート当接部５８に摺動可能に当接している。上述したように、可動シート１６の外周面とシート収納部４６の内周面との間には、所定のクリアランス４７が形成されているため、可動シート１６は、軸線Ｃに直交するＹＺ平面内で、シート当接部５８に対して摺動しながら変位することが可能である。
【００３６】
また、上述したように、可動シート１６の側面５０とシート当接部５８の側面はともに軸線Ｃに対して垂直な平面であるため、当該側面は周方向の全周にわたって互いに密着し、これによって可動シート１６とシート当接部５８との間のシールがなされ、両者間での流体の流通が阻止される。
【００３７】
本実施形態に係る流路開閉弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、ここでは、図１及び図２Ａに示されるように、ガス流入口２２とガス流出口２４との間の流路が弁体１４によって遮断された弁閉状態を初期位置として説明する。
【００３８】
図２Ａに示すように、初期位置では、弁体１４の側面に設けられた球面形状部３０が可動シート１６に設けられたシート面４８に当接している。すなわち、弁体１４が可動シート１６に着座し、可動シート１６の連通孔１７が閉塞された状態となっている。
【００３９】
また、弾性体１８により可動シート１６がシート当接部５８側に付勢されることで、可動シート１６とシート当接部５８との間のシールがなされている。このように、弁体１４と可動シート１６との間、および可動シート１６とシート当接部５８との間がシールされることで、ガス流入口２２とガス流出口２４との間の流路が遮断されている。従って、ガス流入口２２には図示しないガスが供給されているが、当該ガスは、可動シート１６よりも下流側には流入しない。
【００４０】
このような弁閉状態から、図１に示す駆動源４２が駆動すると、駆動源４２の回転駆動力がバルブギア４０を介して第２シャフト３４に伝達され、この第２シャフト３４に連結された弁体１４が軸線Ａ２から偏心した位置に設定された軸線Ａ１を中心として回転し、図２Ｂに示す状態となる。このように、偏心した軸線Ａ１を中心に弁体１４が回転するとき、弁体１４は可動シート１６に対して後退する方向（Ｘ１方向）に変位する。
【００４１】
この場合、可動シート１６は弾性体１８によりシート当接部５８側に付勢されているため、可動シート１６の弁体１４への追従性は強制的に切断され、弁体１４は、Ｘ１方向側への変位に伴って可動シート１６から離間する。この結果、可動シート１６と弁体１４との間に隙間が形成され、弁開状態となる。このような弁開状態では、ガス流入口２２に供給されたガスは、可動シート１６と弁体１４との間に形成された隙間を流れ、ガス流出口２４から流出して図示しない内燃機関へと導入される。
【００４２】
上述したように、本実施形態に係る流路開閉弁１０（ＥＧＲバルブ１０Ａ）によれば、弁体１４が偏心した回動軸心を中心として回動（揺動）し、弁体１４が可動シート１６に着座することで弁閉状態となり、弁体１４が可動シート１６から離間することで弁開状態となる。このような構成では、従来の固定シートは不要であり、弁体１４が可動シート１６に接触しているのは、可動シート１６に着座している弁閉状態のときだけであり、弁体１４と可動シート１６との常時接触がないため、弁体１４および可動シート１６の磨耗を低減することができるとともに、回動トルクの増大を防止できる。
【００４３】
また、リターンスプリング４３のスプリング荷重を可動シート１６で直接受けることができ、リターンスプリング４３用のストッパを別途設けることが不要となるので、コスト削減にもつながる。
【００４４】
また、弁閉状態にある弁体１４が可動シート１６から離間する方向に揺動する際、可動シート１６の弁体１４への追従性は、弁体１４とは逆方向への弾性体１８の付勢力により強制的に切断され、特に、弁体１４が可動シート１６から離れるとき、可動シート１６に追従されることなく離れられることから、シャフト回動直後にガス流路が開くことになるため、シャフト回動に比例したガス流量の制御が容易となり、適正な流量特性を確保することができる。
【００４５】
またさらに、可動シート１６がその軸線Ｃ方向と直交する方向に変位可能に配置されているので、弁体１４が可動シート１６に着座する際に、製作誤差や組付け誤差に起因するズレが弁体１４と可動シート１６との間にあっても、可動シート１６が弁体１４の表面（球面形状部３０）に追従して軸線と直交する方向に動くことが可能であるため、可動シート１６の位置が自動的に調整される。すなわち、可動シート１６の調芯機能が発揮されることで上記誤差を許容できる。このため、弁閉状態において弁体１４と可動シート１６とが確実に密着し、良好なシール性を確保できる。
【００４６】
本実施形態において、弁体１４はほぼ球状であるため、弁体１４の回動範囲内で、弁体１４の回動状態にかかわらず、連通孔１７を通して弁体１４を上流側から見たときに常に球面形状部３０のみが見えることになる。すなわち、可動シート１６越しに弁体１４を見た場合、弁体１４が弁閉状態にあっても（図２Ａ参照）、弁開状態にあっても（図２Ｂ参照）、あるいは弁開状態から弁閉状態の途中の状態にあっても、常に球面形状部３０のみが見える。
【００４７】
従って、弁体１４の回動状態にかかわらず弁体１４の球面形状部３０が可動シート１６の連通孔１７に臨むので、可動シート１６の連通孔１７を通過したガスは、常に弁体１４の球面形状部３０に沿って流れて下流側のバルブ室２６に流入する。これにより、ガス流量が弁体１４の回動角度にほぼ比例し、ガス流量のリニア特性を担保できる。
【００４８】
なお、ガス流量のリニア特性を担保するためには、弁体１４のほぼ全体が球面形状部３０である必要はなく、弁体１４における球面形状部３０の形成範囲が、弁体１４の回動範囲内で、弁体１４の回動状態にかかわらず、可動シート１６の連通孔１７を通して弁体１４を上流側から見たときに常に球面形状部３０のみが見えるように設定されていればよい。従って、例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、弁体１４に対して平坦部１５（破線で示す）を設け、弁体１４を球の一側を平面状に切り取った形状に形成してもよい。
【００４９】
このような平坦部１５を設けた場合、弁閉状態では、図２Ａに示すように、上流側から可動シート１６越しに見て常に球面形状部３０が見え、弁開状態では、図２Ｂに示すように、上流側から可動シート１６越しに見て常に球面形状部３０が見える。また、図示しないが、弁閉状態と弁開状態の途中の状態でも同様に球面形状部３０が見える。従って、弁体１４に平坦部１５を設けた場合においても、ガス流量が弁体１４の回動角度にほぼ比例し、ガス流量のリニア特性を担保できる。
【００５０】
ところで、上述した構成では、弁体１４の回動軸心つまり軸線Ａ１の位置によって、弁体１４と可動シート１６相互間にいわゆる「こじり」が発生する場合がある。このような「こじり」は、可動シート１６の弁体１４に対する追従性を促進し、良好な流量特性及び耐久性に影響するため、これを防止または低減することが望ましい。以下、このような「こじり」を防止または低減するための構成について説明する。
【００５１】
まず、図３を参照して、シート角によって決まる「こじり」有領域Ｋ２と、「こじり」無領域Ｋ１について説明する。なお、図３では、ほぼ球状の弁体１４の場合を例示しているが、以下の説明は、弁体１４に平坦部１５（図２Ａ及び図２Ｂ参照）を設けた場合についても同様に妥当する。後述する図４に関連した説明についても同様である。
【００５２】
図３に示すように、第１シャフト３２及び第２シャフト３４の軸線と直交し、かつ弁体１４の曲率中心を含む平面における断面上で、可動シート１６の軸線方向とシート面４８とのなす角をシート角θと定義する。また、弁閉状態にあるときの弁体１４の球面形状部３０を球（仮想球体）Ｓの一部としたときの当該球Ｓの中心（すなわち、球面形状部３０の曲率中心）をＰ１で示し、弁体１４と可動シート１６のシート面４８との接触位置をＰ２で示す。なお、図１〜図２Ｂに示した弁体１４のように、形状がほぼ球状である場合には、球Ｓの中心は、弁体１４の中心と一致する。
【００５３】
このような条件において、弁閉状態にあるときの球Ｓの中心を通りかつ可動シート１６の軸線に直交する直線Ｂを基準として可動シート１６の反対側の領域内で、直線Ｂに対して球Ｓの中心周りにシート角θの分だけ角度をとった領域が「こじり」無領域Ｋ１であり、シート角θを越えた領域が「こじり」有領域Ｋ２である。直線Ｂに対してシート角θだけ傾斜した境界線Ｌは、「こじり」無領域Ｋ１に含まれる。
【００５４】
なお、図３では、弁体１４が開くときの弁体１４の回動方向がこの図で反時計方向であることを前提としているため、直線Ｂに対してシート角θをとる領域を軸線Ｃより下側としたが、弁体１４が開くときの弁体１４の回動方向が図３で時計方向である場合には、直線Ｂに対してシート角θをとる領域は軸線Ｃより上側となる。
【００５５】
弁体１４の回動軸心、すなわち第１シャフト３２および第２シャフト３４の中心位置（軸線Ａ１）の位置を「こじり」無領域Ｋ１内に設定することにより、弁体１４の回動軌跡が可動シート１６の内部を通らないので、弁体１４が可動シート１６に押し込まれず、弁体１４と可動シート１６の間の「こじり」を防止できる。従って、弁体１４と可動シート１６との離間を円滑に行うことができるので、可動シート１６の追従性を効果的に切断でき、適正流量を確保することができる。
【００５６】
図４Ａ〜図４Ｃを参照して、シート角θが４５°である場合を例に、弁体１４の回動軸心の位置と「こじり」の発生との関係について説明する。図４Ａ〜図４Ｃにおいて、弁体１４の回動軸心を参照符号Ｐ３で示す。
【００５７】
図４Ａでは、回動軸心Ｐ３が、偏心量ｘが偏心量ｙよりも大きくなるような位置（偏心量ｘ＞偏心量ｙ）にある。このため、回動軸心Ｐ３は、「こじり」有領域Ｋ２に設定されている。この場合、弁体１４の回動軌跡Ｔ１が可動シート１６に入り込むため、弁体１４が可動シート１６に着座する際、または弁体１４が可動シート１６から離脱する際に、弁体１４と可動シート１６のシート面４８との間に「こじり」が生じる。
【００５８】
図４Ｂでは、回動軸心Ｐ３の位置が、偏心量ｘと偏心量ｙが同じになるような位置（偏心量ｘ＝偏心量ｙ）にある。このため、回動軸心Ｐ３の位置は、直線Ｂに対して４５°傾斜した境界線上の「こじり」無領域Ｋ１に設定されている。この場合、弁体１４の回動軌跡Ｔ１が可動シート１６に入り込まないため、弁体１４が可動シート１６に着座する際、または弁体１４が可動シート１６から離脱する際に、弁体１４と可動シート１６のシート面４８との間に「こじり」が発生しない。
【００５９】
図４Ｃでは、回動軸心Ｐ３の位置が、偏心量ｘが偏心量ｙよりも小さくなるような位置（偏心量ｘ＜偏心量ｙ）にある。このため、回動軸心Ｐ３の位置は、「こじり」無領域Ｋ１内に設定されている。この場合、弁体１４の回動軌跡Ｔ１が可動シート１６に入り込まないため、弁体１４が可動シート１６に着座する際、または弁体１４が可動シート１６から離脱する際に、弁体１４と可動シート１６のシート面４８との間に「こじり」が発生しない。
【００６０】
なお、図４Ｂのように回動軸心Ｐ３の位置を設定した場合、弁体１４の中心（球Ｓの中心）の軌道Ｔ２が最小となり、図４Ｃの場合と比較して、弁体１４を収容するバルブ室２６の必要スペースを小さくできることから、ボディ本体１２の小型化を図ることが可能である。
【００６１】
なお、本発明の適用範囲は、ＥＧＲバルブに限定されるものではなく、種々の流体の流路を開閉する弁として用いることができる。
【００６２】
上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１０…流路開閉弁 １０Ａ…ＥＧＲバルブ
１２…ボディ本体 １４…弁体
１６…可動シート １７…連通孔
２２…ガス流入口 ２４…ガス流出口
２６…バルブ室 ３０…球面形状部
４８…シート面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流通する流路を開閉することにより該流体の流通状態を切り換える流路開閉弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、流体の流通する流路に接続され、該流路の連通状態を切り換えることによって前記流体の流通状態を制御する流路開閉弁が知られている。このような流路開閉弁は、弁本体の内部にボールバルブが設けられ、該ボールバルブの上部に連結されたシャフトが回転することにより、前記ボールバルブの貫通孔が前記弁本体に形成された一対の通路（ガス流入口およびガス流出口）を互いに連通させる。また、ボールバルブのガス流入口側およびガス流出口側には、ボールバルブを挟むように固定シートおよび可動シートが設けられ、バネ部材により可動シートをボールバルブ側に付勢することにより、その間にボールバルブが保持される。この構成により、ボールバルブが固定シートおよび可動シートに常時接触するため、シール性が確保されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−１１４０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、ボールバルブと可動シートは、一定範囲で接しているので、バルブ開口が該一定範囲を越えないと連通しない。つまり、シャフトの回動に遅れてボールバルブが開口するので、シャフトの回動とバルブの開口に位相差が生じる。このような構成では、シャフト開度に比例した流量特性を得ることは困難であった。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、弁体とシートとの離間を円滑に行うことができ、シャフト回動に比例した流量制御が可能となり、適正な流量特性を確保することができる流路開閉弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明に係る流路開閉弁は、シャフトを介して回動可能に設けられた弁体と、前記弁体を収容するバルブ室を有するボディ本体と、前記弁体が着座するシート面を有する可動シートと、前記可動シートを、前記可動シートを基準として前記弁体とは反対側に付勢する弾性体と、を備え、前記弁体は、少なくともその一部として、球面に形成された球面形状部を有し、前記シャフトは、その軸線が前記球面形状部の曲率中心から外れた位置で前記弁体に取り付けられ、前記可動シートは、前記シャフトの軸線と略直交する方向に軸線を有する連通孔を有し、前記弁体の前記球面形状部が前記シート面に当接して前記連通孔を閉塞することで弁閉状態となり、前記弁体が前記可動シートから離間して前記連通孔を開放することで弁開状態となることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、弁体が偏心した回動軸心を中心として回動（揺動）し、弁体が可動シートに着座することで弁閉状態となり、弁体が可動シートから離間することで弁開状態となる。このような構成では、弁閉状態にある弁体が可動シートから離間する方向に揺動する際、可動シートの弁体への追従性は、弁体とは逆方向への弾性体の付勢力により強制的に切断され、特に、弁体が可動シートから離れるとき、可動シートに追従されることなく離れられるので、シャフト回動直後にほぼ位相差なく連通孔を開くことができ、シャフト回動に比例した流量の制御が可能となり、適正な流量特性を確保することができる。また、従来の固定シートは不要であり、弁体が可動シートに接触しているのは、可動シートに着座している弁閉状態のときだけであり、弁体と可動シートとの常時接触がないため、弁体及び可動シートの磨耗を低減することができるとともに、回動トルクの増大を防止できる。また、リターンスプリングのスプリング荷重を可動シートで直接受けることができ、別途、全閉位置を決める位置決めストッパを設ける必要がないので、コスト削減にもつながる。さらに、弁体が可動シートから離間している間は、可動シートからの振動が弁体に伝わらないため、耐振性への影響を小さくすることができる。
【０００８】
前記流路開閉弁において、前記可動シートは、その軸線方向と直交する方向に変位可能に前記ボディ本体内に配置されているとよい。
【０００９】
上記の構成によれば、弁体が可動シートに着座する際に、製作誤差、組み付け、若しくは作動時の磨耗等に起因するズレが弁体と可動シートとの間にあっても、可動シートが弁体の表面（球面形状部）に追従して軸線と直交する方向に動くことが可能であるため、可動シートの位置が自動的に調整される。すなわち、可動シートの調芯機能が発揮されることで、上記ズレを許容できる。このため、ボールバルブのシート離間を円滑に行うことができるので、可動シートの追従性を効果的に切断でき、適正な流量特性を確保することができる。
【００１０】
前記流路開閉弁において、前記シャフトの軸線と直交し、かつ前記弁体の曲率中心を含む平面における断面上で、前記可動シートの軸線方向と前記シート面とのなす角をシート角と定義したとき、前記弁閉状態にある前記弁体の前記球面形状部の曲率中心を通りかつ前記可動シートの軸線に直交する直線を基準として前記可動シートの反対側の領域内で、前記直線に対して前記曲率中心周りに前記シート角の分だけ角度をとった領域内に、前記弁体の回動軸心が設定されているとよい。
【００１１】
上記のように弁体の回動軸心の位置を設定すると、弁体の回動軌跡が可動シートの内部を通らないので、弁体が可動シートに押し込まれず、弁体と可動シートの間の「こじり」を防止できる。従って、弁体と可動シートとの離間を円滑に行うことができるので、可動シートの追従性を効果的に切断でき、適正流量を確保することができる。
【００１２】
前記流路開閉弁において、前記弁体における前記球面形状部の形成範囲は、前記弁体の回動範囲内で、前記弁体の回動状態にかかわらず、前記可動シートの前記連通孔を通して前記弁体を上流側から見たときに常に前記球面形状部のみが見えるように設定されているとよい。
【００１３】
上記の構成によれば、弁体の回動状態にかかわらず弁体の球面形状部が可動シートの開口部に臨むので、可動シートの連通孔を通過したガスは、常に弁体の球面形状部に沿って流れてバルブ室に流入する。これにより、ガス流量が弁体の回動角度にほぼ比例し、ガス流量のリニア特性を担保できる。
【００１４】
前記可動シートの外周面が前記ボディ本体の内面に接した状態で、前記連通孔を前記可動シートの軸線方向に投影してなる連通孔投影部と、前記可動シートの上流側に形成されたガス流入口を前記軸線方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、前記連通孔投影部が前記流入口投影部に包含されるように、前記連通孔が形成されているとよい。
【００１５】
前記可動シートの上流側には、ガス流入口が設けられ、前記可動シートは、前記ガス流入口側の側面に補助孔を有し、前記可動シートの外周面が前記ボディ本体の内面に接した状態で、前記補助孔を前記可動シートの軸線方向に投影してなる補助孔投影部と、前記ガス流入口を前記軸線方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、前記補助孔投影部が前記流入口投影部を包含するように、前記補助孔が形成されているとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る流路開閉弁によれば、弁体とシートとの離間を円滑に行うことができ、シャフト回動に比例したガス流量制御が可能となり、適正な流量特性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る流路開閉弁の一部断面斜視図である。
【図２】図２Ａは、図１におけるＩＩＡ−ＩＩＡ線での断面図であり、図２Ｂは、弁開状態でのボールバルブ及びその周辺部位を示す断面図である。
【図３】シートとバルブの全閉位置関係における、シート角に基づいて規定される「こじり」有領域と「こじり」無領域についての説明図である。
【図４】シートとバルブの全閉位置関係図であって、図４Ａは、弁体の回動軸心が「こじり」有領域に位置していることを示す模式説明図であり、図４Ｂは、弁体の回動軸心が「こじり」有領域と「こじり」無領域の境界に位置していることを示す模式説明図であり、図４Ｃは、弁体の回動軸心が「こじり」無領域に位置していることを示す模式説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る流路開閉弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る流路開閉弁１０の一部断面斜視図である。流路開閉弁１０は、ボディ本体１２と、該ボディ本体１２の内部に回動自在に設けられる弁体１４と、弁体１４に当接する可動シート１６と、可動シート１６を付勢する弾性体１８と、ボディ本体１２の上部に設けられ、弁体１４に対して回転駆動力を付与する駆動力伝達機構２０とを有する。
【００２０】
本実施形態に係る流路開閉弁１０は、排気ガス循環用バルブ（ＥＧＲバルブ）１０Ａとして構成されており、ボディ本体１２の下部には、気化した燃料を含む排気ガスが供給されるガス流入口２２が設けられ、ガス流入口２２の弁体１４を基準にした反対側には、排気ガスを導出して内燃機関（図示せず）へと循環させるガス流出口２４が設けられている。
【００２１】
ボディ本体１２において、ガス流入口２２とガス流出口２４とは略一直線上に設けられる。ボディ本体１２には、ガス流入口２２とガス流出口２４との間にバルブ室２６が形成され、このバルブ室２６の内部に球状の弁体１４が回動自在に配設される。弁体１４において、上部および下部は平面状に形成され、上部および下部を除いた部分の外周面は球面形状部３０として構成されており、弁体１４は、この球面形状部３０の表面で可動シート１６に当接する。
【００２２】
弁体１４の下部には、第１シャフト３２の上端部が連結固定され、弁体１４の上部には、第２シャフト３４の下端部が連結固定されている。第１シャフト３２は、ボディ本体１２の下部に装着・固定された軸受３６により軸線Ａ１を中心として回転自在に支持されている。第２シャフト３４は、ボディ本体１２の上部に装着・固定された軸受３８により軸線Ａ１を中心として回転自在に支持されている。すなわち、第１シャフト３２および第２シャフト３４は、同一の軸線Ａ１を中心として回転する。軸線Ａ１は、可動シート１６の軸線Ｃに直交する直線と平行である。
【００２３】
ここで、図１中、可動シート１６の軸線Ｃは、ガス流入口２２の中心と、ガス流出口２４の中心とを通る直線である。また、矢印Ｘ方向は、軸線Ｃに沿う方向であり、矢印Ｚ方向は、Ｘ方向に直交する方向であって第１シャフト３２および第２シャフト３４の軸線Ａ１に沿う方向（図１で上下方向）であり、矢印Ｙ方向は、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向である。
【００２４】
第１シャフト３２および第２シャフト３４の軸線Ａ１の位置は、球面形状部３０の曲率中心（ほぼ球状の弁体１４の場合、その中心）を通る軸線Ａ２から偏心した位置に設定されている。すなわち、軸線Ａ１は、弁体１４の軸線Ａ２に対して所定距離だけ離間して平行となるように設定されている。このため、弁体１４は、軸線Ａ２から偏心した位置に設定された軸線Ａ１を中心として回動（揺動）するようにバルブ室２６内に設置されている。
【００２５】
駆動力伝達機構２０は、上述した第２シャフト３４と、第２シャフト３４の上端部に連結されるバルブギア４０と、ボディ本体１２の上部に連結され、バルブギア４０を介して第２シャフト３４を回転駆動させる駆動源４２と、弁体１４が全開となった後、弁体１４を強制的に全閉状態に戻すためのリターンスプリング４３とを含む。
【００２６】
第２シャフト３４の上端部は、バルブギア４０の略中央部に挿通されてナット４４を締め付けることによって固定されている。駆動源４２は、例えば、通電作用下に回転駆動するステッピングモータやロータリーアクチュエータからなり、その回転駆動力がバルブギア４０を介して第２シャフト３４へと伝達されることにより、第２シャフト３４に連結された弁体１４が軸線Ａ１を中心として回動動作する。ここで、バルブギア４０とボディ本体１２との間には、リターンスプリング４３が保持されており、弁体１４が閉位置から開位置へ回転駆動されるときに該回転方向にバネ力が蓄えられ、該バネ力は、弁体１４を開位置から閉位置に戻すときに開放される。この場合、弁体１４の下部に連結された第１シャフト３２は、軸受３６の支持作用下に弁体１４と一体となって回転する。
【００２７】
図２Ａは、図１におけるＩＩＡ−ＩＩＡ線での断面図である。図１及び図２Ａに示すように、弁体１４とガス流入口２２との間には、バルブ室２６の一部を構成するシート収納部４６が形成されており、このシート収納部４６にリング状の可動シート１６が配置されている。シート収納部４６は、可動シート１６の外周部の形状に沿って断面円形に形成されている。
【００２８】
可動シート１６は、軸線Ｃ方向に規制された範囲内で変位可能であり、弾性体１８によって弁体１４とは反対側（Ｘ２方向側）に付勢されている。可動シート１６の外径は、シート収納部４６の内径よりも小さく、これにより、可動シート１６とシート収納部４６との間に半径方向のクリアランス４７が形成されている。このため、可動シート１６は、ボディ本体１２内で、軸線Ｃ方向と直交する方向に変位可能である。すなわち、可動シート１６は、ＹＺ平面内で変位可能である。
【００２９】
可動シート１６の連通孔１７は、該可動シート１６がＹ方向に動き、その外周がシート収納部４６内面に達してもガス流入口２２をふさがない大きさに設定されている。すなわち、可動シート１６の外周面がボディ本体１２の内面に接した状態で、連通孔１７を可動シートの軸線Ｃ方向に投影してなる連通孔投影部と、可動シート１６の上流側に形成されたガス流入口２２を軸線Ｃ方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、前記連通孔投影部が前記流入口投影部に包含されるように、連通孔１７が形成されている。
【００３０】
さらに、可動シート１６の連通孔１７のＸ２方向には補助孔１９が設けられ、該補助孔１９は、可動シート１６がＹ方向に動き、その外周がシート収納部４６内面に達してもガス流入口２２をふさがない大きさに設定されている。すなわち、可動シート１６の外周面がボディ本体１２の内面に接した状態で、補助孔１９を可動シート１６の軸線Ｃ方向に投影してなる補助孔投影部と、可動シート１６の上流側に形成されたガス流入口２２を軸線Ｃ方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、補助孔投影部が流入口投影部を包含するように、補助孔１９が形成されている。
【００３１】
可動シート１６には、その中心部に軸線Ｃ方向に貫通する連通孔１７が形成されるとともに、連通孔１７のＸ１方向側には、弁体１４が着座するシート面４８が形成されている。このシート面４８は、可動シート１６の軸線Ｃを中心に延在する円環状の面であって、当該軸線Ｃに対して所定角度（図３に示すシート角θ）だけ傾斜した面である。すなわち、シート面４８は、Ｘ１方向側に向かうにつれて内径が直線的に拡大するように形成されている。可動シート１６の、シート面４８が設けられた側と反対側（Ｘ２方向側）の側面５０は、軸線Ｃに対して垂直な平面である。
【００３２】
可動シート１６のＸ１方向側には、リング状のストッパ５６が配置され、このストッパ５６と可動シート１６との間に弾性体１８が配置されている。図示例のストッパ５６は、シート収納部４６のＸ１方向側に形成されたストッパ装着部５７に固定して装着されたリング状の部材であり、Ｘ２側の端面で弾性体１８のＸ１方向側の端部に当接することで、軸線Ｃ方向の弾性体１８の変位を規制している。なお、ストッパ５６は、リング状に限らず、ストッパ装着部５７の周方向に間隔を置いて配置された複数のストッパ片により構成されるものであってもよい。
【００３３】
弾性体１８は、Ｘ１方向側の端部でストッパ５６のＸ２方向側の側面に当接し、Ｘ２方向側の端部で可動シート１６のＸ１方向側の外周寄りの側面に当接し、可動シート１６をＸ２方向側に弾性的に付勢している。図１等に示した一構成例に係る弾性体１８は、ウェーブワッシャとして構成されている。このウェーブワッシャは、周方向の位置によって軸線方向の位相が異なるように形成されたリング状の部品であり、バネとして機能する。なお、弾性体１８は、ウェーブワッシャに限られず、コイルバネ等の他のバネ材でもよく、あるいは、可動シート１６を弁体１４とは反対側に付勢する機能を有するゴム弾性体からなるものでもよい。
【００３４】
可動シート１６の、弁体１４とは反対側（Ｘ２方向側）には、可動シート１６が当接するシート当接部５８が設けられている。このシート当接部５８における、可動シート１６が当接する面は、軸線Ｃに垂直な平面である。なお、図示例のシート当接部５８は、ボディ本体１２の一部として一体的に形成された部位であるが、変形例として、ボディ本体１２とは別体の部品として構成されたリング状の部材であってもよい。
【００３５】
図２Ａに示すように、可動シート１６は、弾性体１８によりシート当接部５８側に付勢されることで、その側面５０において、シート当接部５８に摺動可能に当接している。上述したように、可動シート１６の外周面とシート収納部４６の内周面との間には、所定のクリアランス４７が形成されているため、可動シート１６は、軸線Ｃに直交するＹＺ平面内で、シート当接部５８に対して摺動しながら変位することが可能である。
【００３６】
また、上述したように、可動シート１６の側面５０とシート当接部５８の側面はともに軸線Ｃに対して垂直な平面であるため、当該側面は周方向の全周にわたって互いに密着し、これによって可動シート１６とシート当接部５８との間のシールがなされ、両者間での流体の流通が阻止される。
【００３７】
本実施形態に係る流路開閉弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、ここでは、図１及び図２Ａに示されるように、ガス流入口２２とガス流出口２４との間の流路が弁体１４によって遮断された弁閉状態を初期位置として説明する。
【００３８】
図２Ａに示すように、初期位置では、弁体１４の側面に設けられた球面形状部３０が可動シート１６に設けられたシート面４８に当接している。すなわち、弁体１４が可動シート１６に着座し、可動シート１６の連通孔１７が閉塞された状態となっている。
【００３９】
また、弾性体１８により可動シート１６がシート当接部５８側に付勢されることで、可動シート１６とシート当接部５８との間のシールがなされている。このように、弁体１４と可動シート１６との間、および可動シート１６とシート当接部５８との間がシールされることで、ガス流入口２２とガス流出口２４との間の流路が遮断されている。従って、ガス流入口２２には図示しないガスが供給されているが、当該ガスは、可動シート１６よりも下流側には流入しない。
【００４０】
このような弁閉状態から、図１に示す駆動源４２が駆動すると、駆動源４２の回転駆動力がバルブギア４０を介して第２シャフト３４に伝達され、この第２シャフト３４に連結された弁体１４が軸線Ａ２から偏心した位置に設定された軸線Ａ１を中心として回転し、図２Ｂに示す状態となる。このように、偏心した軸線Ａ１を中心に弁体１４が回転するとき、弁体１４は可動シート１６に対して後退する方向（Ｘ１方向）に変位する。
【００４１】
この場合、可動シート１６は弾性体１８によりシート当接部５８側に付勢されているため、可動シート１６の弁体１４への追従性は強制的に切断され、弁体１４は、Ｘ１方向側への変位に伴って可動シート１６から離間する。この結果、可動シート１６と弁体１４との間に隙間が形成され、弁開状態となる。このような弁開状態では、ガス流入口２２に供給されたガスは、可動シート１６と弁体１４との間に形成された隙間を流れ、ガス流出口２４から流出して図示しない内燃機関へと導入される。
【００４２】
上述したように、本実施形態に係る流路開閉弁１０（ＥＧＲバルブ１０Ａ）によれば、弁体１４が偏心した回動軸心を中心として回動（揺動）し、弁体１４が可動シート１６に着座することで弁閉状態となり、弁体１４が可動シート１６から離間することで弁開状態となる。このような構成では、従来の固定シートは不要であり、弁体１４が可動シート１６に接触しているのは、可動シート１６に着座している弁閉状態のときだけであり、弁体１４と可動シート１６との常時接触がないため、弁体１４および可動シート１６の磨耗を低減することができるとともに、回動トルクの増大を防止できる。
【００４３】
また、リターンスプリング４３のスプリング荷重を可動シート１６で直接受けることができ、リターンスプリング４３用のストッパを別途設けることが不要となるので、コスト削減にもつながる。
【００４４】
また、弁閉状態にある弁体１４が可動シート１６から離間する方向に揺動する際、可動シート１６の弁体１４への追従性は、弁体１４とは逆方向への弾性体１８の付勢力により強制的に切断され、特に、弁体１４が可動シート１６から離れるとき、可動シート１６に追従されることなく離れられることから、シャフト回動直後にガス流路が開くことになるため、シャフト回動に比例したガス流量の制御が容易となり、適正な流量特性を確保することができる。
【００４５】
またさらに、可動シート１６がその軸線Ｃ方向と直交する方向に変位可能に配置されているので、弁体１４が可動シート１６に着座する際に、製作誤差や組付け誤差に起因するズレが弁体１４と可動シート１６との間にあっても、可動シート１６が弁体１４の表面（球面形状部３０）に追従して軸線と直交する方向に動くことが可能であるため、可動シート１６の位置が自動的に調整される。すなわち、可動シート１６の調芯機能が発揮されることで上記誤差を許容できる。このため、弁閉状態において弁体１４と可動シート１６とが確実に密着し、良好なシール性を確保できる。
【００４６】
本実施形態において、弁体１４はほぼ球状であるため、弁体１４の回動範囲内で、弁体１４の回動状態にかかわらず、連通孔１７を通して弁体１４を上流側から見たときに常に球面形状部３０のみが見えることになる。すなわち、可動シート１６越しに弁体１４を見た場合、弁体１４が弁閉状態にあっても（図２Ａ参照）、弁開状態にあっても（図２Ｂ参照）、あるいは弁開状態から弁閉状態の途中の状態にあっても、常に球面形状部３０のみが見える。
【００４７】
従って、弁体１４の回動状態にかかわらず弁体１４の球面形状部３０が可動シート１６の連通孔１７に臨むので、可動シート１６の連通孔１７を通過したガスは、常に弁体１４の球面形状部３０に沿って流れて下流側のバルブ室２６に流入する。これにより、ガス流量が弁体１４の回動角度にほぼ比例し、ガス流量のリニア特性を担保できる。
【００４８】
なお、ガス流量のリニア特性を担保するためには、弁体１４のほぼ全体が球面形状部３０である必要はなく、弁体１４における球面形状部３０の形成範囲が、弁体１４の回動範囲内で、弁体１４の回動状態にかかわらず、可動シート１６の連通孔１７を通して弁体１４を上流側から見たときに常に球面形状部３０のみが見えるように設定されていればよい。従って、例えば、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、弁体１４に対して平坦部１５（破線で示す）を設け、弁体１４を球の一側を平面状に切り取った形状に形成してもよい。
【００４９】
このような平坦部１５を設けた場合、弁閉状態では、図２Ａに示すように、上流側から可動シート１６越しに見て常に球面形状部３０が見え、弁開状態では、図２Ｂに示すように、上流側から可動シート１６越しに見て常に球面形状部３０が見える。また、図示しないが、弁閉状態と弁開状態の途中の状態でも同様に球面形状部３０が見える。従って、弁体１４に平坦部１５を設けた場合においても、ガス流量が弁体１４の回動角度にほぼ比例し、ガス流量のリニア特性を担保できる。
【００５０】
ところで、上述した構成では、弁体１４の回動軸心つまり軸線Ａ１の位置によって、弁体１４と可動シート１６相互間にいわゆる「こじり」が発生する場合がある。このような「こじり」は、可動シート１６の弁体１４に対する追従性を促進し、良好な流量特性及び耐久性に影響するため、これを防止または低減することが望ましい。以下、このような「こじり」を防止または低減するための構成について説明する。
【００５１】
まず、図３を参照して、シート角によって決まる「こじり」有領域Ｋ２と、「こじり」無領域Ｋ１について説明する。なお、図３では、ほぼ球状の弁体１４の場合を例示しているが、以下の説明は、弁体１４に平坦部１５（図２Ａ及び図２Ｂ参照）を設けた場合についても同様に妥当する。後述する図４に関連した説明についても同様である。
【００５２】
図３に示すように、第１シャフト３２及び第２シャフト３４の軸線と直交し、かつ弁体１４の曲率中心を含む平面における断面上で、可動シート１６の軸線方向とシート面４８とのなす角をシート角θと定義する。また、弁閉状態にあるときの弁体１４の球面形状部３０を球（仮想球体）Ｓの一部としたときの当該球Ｓの中心（すなわち、球面形状部３０の曲率中心）をＰ１で示し、弁体１４と可動シート１６のシート面４８との接触位置をＰ２で示す。なお、図１〜図２Ｂに示した弁体１４のように、形状がほぼ球状である場合には、球Ｓの中心は、弁体１４の中心と一致する。
【００５３】
このような条件において、弁閉状態にあるときの球Ｓの中心を通りかつ可動シート１６の軸線に直交する直線Ｂを基準として可動シート１６の反対側の領域内で、直線Ｂに対して球Ｓの中心周りにシート角θの分だけ角度をとった領域が「こじり」無領域Ｋ１であり、シート角θを越えた領域が「こじり」有領域Ｋ２である。直線Ｂに対してシート角θだけ傾斜した境界線Ｌは、「こじり」無領域Ｋ１に含まれる。
【００５４】
なお、図３では、弁体１４が開くときの弁体１４の回動方向がこの図で反時計方向であることを前提としているため、直線Ｂに対してシート角θをとる領域を軸線Ｃより下側としたが、弁体１４が開くときの弁体１４の回動方向が図３で時計方向である場合には、直線Ｂに対してシート角θをとる領域は軸線Ｃより上側となる。
【００５５】
弁体１４の回動軸心、すなわち第１シャフト３２および第２シャフト３４の中心位置（軸線Ａ１）の位置を「こじり」無領域Ｋ１内に設定することにより、弁体１４の回動軌跡が可動シート１６の内部を通らないので、弁体１４が可動シート１６に押し込まれず、弁体１４と可動シート１６の間の「こじり」を防止できる。従って、弁体１４と可動シート１６との離間を円滑に行うことができるので、可動シート１６の追従性を効果的に切断でき、適正流量を確保することができる。
【００５６】
図４Ａ〜図４Ｃを参照して、シート角θが４５°である場合を例に、弁体１４の回動軸心の位置と「こじり」の発生との関係について説明する。図４Ａ〜図４Ｃにおいて、弁体１４の回動軸心を参照符号Ｐ３で示す。
【００５７】
図４Ａでは、回動軸心Ｐ３が、偏心量ｘが偏心量ｙよりも大きくなるような位置（偏心量ｘ＞偏心量ｙ）にある。このため、回動軸心Ｐ３は、「こじり」有領域Ｋ２に設定されている。この場合、弁体１４の回動軌跡Ｔ１が可動シート１６に入り込むため、弁体１４が可動シート１６に着座する際、または弁体１４が可動シート１６から離脱する際に、弁体１４と可動シート１６のシート面４８との間に「こじり」が生じる。
【００５８】
図４Ｂでは、回動軸心Ｐ３の位置が、偏心量ｘと偏心量ｙが同じになるような位置（偏心量ｘ＝偏心量ｙ）にある。このため、回動軸心Ｐ３の位置は、直線Ｂに対して４５°傾斜した境界線上の「こじり」無領域Ｋ１に設定されている。この場合、弁体１４の回動軌跡Ｔ１が可動シート１６に入り込まないため、弁体１４が可動シート１６に着座する際、または弁体１４が可動シート１６から離脱する際に、弁体１４と可動シート１６のシート面４８との間に「こじり」が発生しない。
【００５９】
図４Ｃでは、回動軸心Ｐ３の位置が、偏心量ｘが偏心量ｙよりも小さくなるような位置（偏心量ｘ＜偏心量ｙ）にある。このため、回動軸心Ｐ３の位置は、「こじり」無領域Ｋ１内に設定されている。この場合、弁体１４の回動軌跡Ｔ１が可動シート１６に入り込まないため、弁体１４が可動シート１６に着座する際、または弁体１４が可動シート１６から離脱する際に、弁体１４と可動シート１６のシート面４８との間に「こじり」が発生しない。
【００６０】
なお、図４Ｂのように回動軸心Ｐ３の位置を設定した場合、弁体１４の中心（球Ｓの中心）の軌道Ｔ２が最小となり、図４Ｃの場合と比較して、弁体１４を収容するバルブ室２６の必要スペースを小さくできることから、ボディ本体１２の小型化を図ることが可能である。
【００６１】
なお、本発明の適用範囲は、ＥＧＲバルブに限定されるものではなく、種々の流体の流路を開閉する弁として用いることができる。
【００６２】
上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１０…流路開閉弁 １０Ａ…ＥＧＲバルブ
１２…ボディ本体 １４…弁体
１６…可動シート １７…連通孔
２２…ガス流入口 ２４…ガス流出口
２６…バルブ室 ３０…球面形状部
４８…シート面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトを介して回動可能に設けられた弁体と、
前記弁体を収容するバルブ室を有するボディ本体と、
前記弁体が着座するシート面を有する可動シートと、
前記可動シートを、前記可動シートを基準として前記弁体とは反対側に付勢する弾性体と、を備え、
前記弁体は、少なくともその一部として、球面に形成された球面形状部を有し、
前記シャフトは、その軸線が前記球面形状部の曲率中心から外れた位置で前記弁体に取り付けられ、
前記可動シートは、前記シャフトの軸線と略直交する方向に軸線を有する連通孔を有し、
前記弁体の前記球面形状部が前記シート面に当接して前記連通孔を閉塞することで弁閉状態となり、
前記弁体が前記可動シートから離間して前記連通孔を開放することで弁開状態となる、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【請求項２】
請求項１記載の流路開閉弁において、
前記可動シートは、その軸線方向と直交する方向に変位可能に前記ボディ本体内に配置されている、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の流路開閉弁において、
前記可動シートの軸線方向と前記シート面とのなす角をシート角と定義したとき、
前記シャフトの軸線と直交し、かつ前記弁体の曲率中心を含む平面における断面上で、
前記弁閉状態にある前記弁体の前記球面形状部の曲率中心を通りかつ前記可動シートの軸線に直交する直線を基準として前記可動シートの反対側の領域内で、前記直線に対して前記曲率中心周りに前記シート角の分だけ角度をとった領域内に、前記弁体の回動軸心が設定されている、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の流路開閉弁において、
前記弁体における前記球面形状部の形成範囲は、前記弁体の回動範囲内で、前記弁体の回動状態にかかわらず、前記可動シートの前記連通孔を通して前記弁体を上流側から見たときに常に前記球面形状部のみが見えるように設定されている、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【請求項５】
請求項２記載の流路開閉弁において、
前記可動シートの外周面が前記ボディ本体の内面に接した状態で、前記連通孔を前記可動シートの軸線方向に投影してなる連通孔投影部と、前記可動シートの上流側に形成されたガス流入口を前記軸線方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、前記連通孔投影部が前記流入口投影部に包含されるように、前記連通孔が形成されている、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【請求項６】
請求項２記載の流路開閉弁において、
前記可動シートの上流側には、ガス流入口が設けられ、
前記可動シートは、前記ガス流入口側の側面に補助孔を有し、
前記可動シートの外周面が前記ボディ本体の内面に接した状態で、前記補助孔を前記可動シートの軸線方向に投影してなる補助孔投影部と、前記ガス流入口を前記軸線方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、前記補助孔投影部が前記流入口投影部を包含するように、前記補助孔が形成されている、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【請求項１】
シャフトを介して回動可能に設けられた弁体と、
前記弁体を収容するバルブ室を有するボディ本体と、
前記弁体が着座するシート面を有する可動シートと、
前記可動シートを、前記可動シートを基準として前記弁体とは反対側に付勢する弾性体と、を備え、
前記弁体は、少なくともその一部として、球面に形成された球面形状部を有し、
前記シャフトは、その軸線が前記球面形状部の曲率中心から外れた位置で前記弁体に取り付けられ、
前記可動シートは、前記シャフトの軸線と略直交する方向に軸線を有する連通孔を有し、
前記弁体の前記球面形状部が前記シート面に当接して前記連通孔を閉塞することで弁閉状態となり、
前記弁体が前記可動シートから離間して前記連通孔を開放することで弁開状態となる、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【請求項２】
請求項１記載の流路開閉弁において、
前記可動シートは、その軸線方向と直交する方向に変位可能に前記ボディ本体内に配置されている、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の流路開閉弁において、
前記可動シートの軸線方向と前記シート面とのなす角をシート角と定義したとき、
前記シャフトの軸線と直交し、かつ前記弁体の曲率中心を含む平面における断面上で、
前記弁閉状態にある前記弁体の前記球面形状部の曲率中心を通りかつ前記可動シートの軸線に直交する直線を基準として前記可動シートの反対側の領域内で、前記直線に対して前記曲率中心周りに前記シート角の分だけ角度をとった領域内に、前記弁体の回動軸心が設定されている、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の流路開閉弁において、
前記弁体における前記球面形状部の形成範囲は、前記弁体の回動範囲内で、前記弁体の回動状態にかかわらず、前記可動シートの前記連通孔を通して前記弁体を上流側から見たときに常に前記球面形状部のみが見えるように設定されている、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【請求項５】
請求項２記載の流路開閉弁において、
前記可動シートの外周面が前記ボディ本体の内面に接した状態で、前記連通孔を前記可動シートの軸線方向に投影してなる連通孔投影部と、前記可動シートの上流側に形成されたガス流入口を前記軸線方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、前記連通孔投影部が前記流入口投影部に包含されるように、前記連通孔が形成されている、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【請求項６】
請求項２記載の流路開閉弁において、
前記可動シートの上流側には、ガス流入口が設けられ、
前記可動シートは、前記ガス流入口側の側面に補助孔を有し、
前記可動シートの外周面が前記ボディ本体の内面に接した状態で、前記補助孔を前記可動シートの軸線方向に投影してなる補助孔投影部と、前記ガス流入口を前記軸線方向に投影してなる流入口投影部とを重ねたとき、前記補助孔投影部が前記流入口投影部を包含するように、前記補助孔が形成されている、
ことを特徴とする流路開閉弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−７２７９３（Ｐ２０１２−７２７９３Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１６４８８（Ｐ２０１０−２１６４８８）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【Ｆターム（参考）】
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