JP6189141B2 - 流路開閉弁 - Google Patents

Description

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。

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、例えば、特許文献１に開示されているように、半球面状の着座面を有した弁体と、該弁体を回動させる弁棒とを備え、前記弁棒と前記着座面の曲率中心とが偏心した状態で連結されている。そして、弁体の着座面が弁箱に固定されたインサートのシートリングに着座することで前記弁箱の流入通路、流出通路を通じた流体の流通が遮断される。

特開平１０−３２５４７２号公報

上述した特許文献１に係る流路開閉弁では、弁体の着座するインサートの着座部によって流通する流体の流量が規制されており、前記弁体が着座部に対して着座・離間を繰り返すことによって前記着座部が摩耗し、着座部の摩耗によって直径が変化してしまうことで前記流量が変化して高精度な流量制御を行うことが困難となる。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、流通する流体の流量変化を防止し、高精度に維持可能な流路開閉弁を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、流体の流通する流路を有したボディと、一部が球面状でありシャフトが回転することで流体の流通状態を切り換えるバルブと、バルブの着座するシート部及び流体の流通する連通孔を有したバルブシートとを備え、シャフトがバルブの球面中心から偏心して連結された流路開閉弁において、
バルブシートは、流体の流通方向の下流側となる端部にバルブ側に突出した環状突出部を有し、連通孔は、その上流側に形成され流体の流量を規制する流量規定部と、連通孔における下流側に形成され、流量規定部に対して拡径し、且つ、環状突出部の内周側に形成された拡径部とを有すると共に、
端部には環状突出部の外周側に形成された切欠部を有し、切欠部が端部側に向かって縮径するように形成されることを特徴とする。

本発明によれば、流路開閉弁において、バルブがシート部に着座するバルブシートには、内部に形成された連通孔を流通する流体の流通方向の下流側となる端部に環状突出部が形成され、環状突出部はバルブ側に突出し、連通孔には、その上流側に形成され流体の流量を規制する流量規定部と、連通孔における下流側に形成され、流量規定部に対して拡径し、且つ、環状突出部の内周側に形成された拡径部とが形成される。そして、バルブが回動して環状突出部に形成されたシート部に着座することで弁閉状態となり、一方、シート部から離間することで弁開状態となる。

従って、バルブシートのシート部に対してバルブが着座・離間する際、摺動によってシート部が摩耗することとなるが、シート部は、バルブシートにおいて流体の流量を規定している流量規定部より拡径した拡径部に設けられているため、シート部が摩耗した場合でも流量規定部の形状が変化してしまうことがなく、流体の流量に影響を及ぼすことが回避される。その結果、流路開閉弁を長期間使用してシート部が摩耗した場合でも、流量規定部を通じて流体を所定の流量で高精度に下流側へと流通させることができる。

また、環状突出部の内周面とバルブとの間に空間部を有することにより、弁閉状態からバルブが回動して開き始める際に、環状突出部に形成されたシート部との干渉が低減され、シート部に対するバルブのかじりが抑制されるため、バルブを円滑に回動させることができる。

さらにまた、流量規定部を、上流側から下流側に向かって狭くなるように形成することにより、流量規定部を通過する流体の流速が上流側から下流側に向かって速くなり、それに伴って、流体に含まれる不純物が連通孔の内周面に付着しにくくなる。そのため、連通孔の内周面に対する不純物の付着を防止し、付着に起因した流量の低下を防止することができる。

またさらに、シャフトは、通電作用下に駆動する駆動源によって駆動され、シャフトには、駆動源からの駆動力が停止された際に、バルブを弁閉方向へと付勢する弾発力が付勢されるため、シャフトの中心とバルブの曲率中心とが偏心した流路開閉弁において、弾発力によってバルブを弁閉状態とする場合に生じるバルブシートの摩耗による流体の流量変化が好適に抑制され、高精度な流量制御を行うことができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、流路開閉弁を構成するバルブシートに、流体の流通する連通孔の下流側端部に環状突出部が形成されると共に、連通孔は上流側に形成され流体の流量を規制する流量規定部と、下流側に形成され流量規定部に対して拡径し、且つ、環状突出部の内周側に形成された拡径部とを有し、バルブシートのシート部に対してバルブが着座・離間しシート部が摩耗した場合に、流量規定部より拡径した拡径部が摩耗するため流量規定部を流通する流体の流量に影響を及ぼすことが回避される。その結果、流路開閉弁を長期間使用してシート部が摩耗した場合でも、流量規定部を通じて流体を所定の流量で高精度に下流側へと流通させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る流路開閉弁の一部省略断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２のバルブシートのシート部近傍を示す拡大断面図である。 変形例に係るバルブシートを有した流路開閉弁の拡大断面図である。

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以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る流路開閉弁を示す。

なお、以下の説明では、内燃機関から排出される排気ガス（流体）を吸気系に再循環させる際に、前記排気ガスの流通状態を切り換える排気ガス再循環バルブとして流路開閉弁１０が用いられる場合について説明する。

この流路開閉弁１０は、図１に示されるように、ボディ本体（ボディ）１２と、該ボディ本体１２の内部に回動自在に設けられるバルブ１４と、前記バルブ１４の外縁部が当接するバルブシート１６と、前記ボディ本体１２の内部及び上部に設けられ、前記バルブ１４に対して回転駆動力を付与する駆動力伝達機構１８とを含む。

このボディ本体１２は、例えば、金属製材料から形成され、その下側には、排気ガスの供給されるガス流入口２０と、その反対側に設けられ前記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２２とが設けられている。なお、ボディ本体１２において、ガス流入口２０とガス流出口２２とは略一直線上に設けられる。また、ボディ本体１２には、ガス流入口２０とガス流出口２２との間に連通室２４が形成され、この連通室２４の内部に略円盤状のバルブ１４が回動自在に配設される。

一方、ボディ本体１２の略中央部には、連通室２４から鉛直上方に向かって貫通したシャフト孔２６が形成され、後述する駆動力伝達機構１８のシャフト５８が挿通される。

また、連通室２４とガス流入口２０との間には、ガス流入口２０に対して縮径した挿入孔２８が形成され、該挿入孔２８には、バルブ１４の外周面に摺接するバルブシート１６が設けられると共に、前記ガス流入口２０と前記連通室２４との境界部には、該ガス流入口２０の軸方向（矢印Ａ方向）と直交した内壁面３０が形成される。なお、内壁面３０は、ガス流入口２０に臨むように形成されている。

バルブ１４は、例えば、略半球面状の着座面３２を有した略円盤状に形成され、前記軸方向（矢印Ａ方向）に沿ってバルブ厚さ方向に貫通したボルト孔３４が形成されると共に、その一端部側（矢印Ａ１方向）に形成された着座面３２がバルブシート１６のシート部３６に対して着座自在に形成される。そして、バルブ１４の他端部が、後述するシャフト５８の凹部に挿入された状態でボルト孔３４に挿通された固定ボルト３８をシャフト５８に螺合させることで、前記バルブ１４がシャフト５８に対して固定される。

バルブシート１６は、図１〜図３に示されるように、例えば、金属製材料から形成され、円筒状に形成された本体部４０と、該本体部４０の一端部に形成され半径外方向に拡径した略円盤状のフランジ部４２とを含み、前記本体部４０及びフランジ部４２の中心を貫通するように連通孔４４が軸方向（矢印Ａ方向）に沿って貫通している。

そして、バルブシート１６は、本体部４０が挿入孔２８に挿入され、フランジ部４２がガス流入口２０に収納された状態でボディ本体１２に固定される。

本体部４０は、その他端部が連通室２４側（矢印Ａ２方向）となるように設けられ、外周面が先端に向かって徐々に縮径するようにテーパ状に形成された突出部４６を有する。この突出部４６は、環状に形成され、その内周面には連通孔４４に対して拡径した直径で形成された拡径部４８を有する。また、本体部４０の他端部には、連通孔４４と拡径部４８との間を接続するように内周径の徐々に変化した傾斜部５０を有する。

すなわち、本体部４０の内部には、軸方向（矢印Ａ方向）に沿って連通孔４４、傾斜部５０及び拡径部４８が貫通するように形成され、前記連通孔４４に対して徐々に拡径する傾斜部５０と、該傾斜部５０の端部に形成され該連通孔４４より拡径した拡径部４８とを有する。

突出部４６の先端には、バルブ１４の着座するシート部３６が形成され、該シート部３６は、連通孔４４の端部から徐々に拡径する略半球面状若しくは断面略テーパ状に形成される。そして、バルブシート１６の連通孔４４を通じてガス流入口２０と連通室２４とが連通し、一方、シート部３６に対してバルブ１４が当接することによって連通孔４４を通じたガス流入口２０と連通室２４との連通が遮断された弁閉状態となる（図１及び図２参照）。

フランジ部４２には、その外周面から半径内方向に向かって切り欠かれた複数の溝部５２が形成され、前記溝部５２に挿通された締結ボルト５４をボディ本体１２に形成されたねじ穴５６に螺合させることで、前記フランジ部４２を介してバルブシート１６がボディ本体１２の内部に固定される。

駆動力伝達機構１８は、図１に示されるように、バルブ１４の連結されるシャフト５８と、前記シャフト５８の上端部に連結されるバルブギア６０と、ボディ本体１２の上部に連結され前記バルブギア６０を介して前記シャフト５８を回転駆動させる駆動源（図示せず）と、前記バルブギア６０を所定方向に付勢するリターンスプリング６２とを含む。なお、駆動源は、例えば、通電作用下に回転駆動するステッピングモータ、ロータリーアクチュエータ、若しくは、ＤＣモータからなる。また、リターンスプリング６２は、例えば、コイルスプリングからなり、その一端部がボディ本体１２に、他端部がバルブギア６０に係合され、該バルブギア６０に対して回転方向の弾発力を付勢する。

シャフト５８は、その上端部がバルブギア６０の略中央部に挿通されてナット（図示せず）を締め付けることによって固定されると共に、ボディ本体１２においてバルブ１４の上方及び下方にそれぞれ装着された軸受６４ａ、６４ｂによって回転自在に支持されている。そして、シャフト５８には、連通室２４に臨む位置に軸線と直交方向に窪んだ凹部を有し、前記凹部にバルブ１４の他端部が挿入された状態で固定ボルト３８によって固定される。これにより、バルブ１４がシャフト５８と共に一体的に回動することとなる。

また、シャフト５８は、図２に示されるように、その軸線Ｂ１がバルブ１４における着座面３２の曲率中心を通る軸線Ｂ２に対して偏心した位置となるように連結されている。すなわち、シャフト５８の軸線Ｂ１は、バルブ１４の軸線Ｂ２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、バルブ１４は、軸線Ｂ２から偏心した位置に設定された軸線Ｂ１を中心として回動（揺動）するように連通室２４内に設置されている。

そして、図示しないコントローラからの制御信号に基づき、駆動源が回動することで、その回転駆動力がバルブギア６０を介してシャフト５８へと伝達され、前記シャフト５８に連結されたバルブ１４が軸線Ｂ１を中心として回動動作することで、バルブシート１６に対して離間した弁開状態とする。

一方、上述したコントローラからの制御信号が滅勢された場合には、駆動源からの駆動力がなくなるため、リターンスプリング６２の弾発力によってバルブギア６０が押圧され、該バルブギア６０と共にシャフト５８が回動することでバルブ１４が閉動作してバルブシート１６に着座した弁閉状態となる。すなわち、リターンスプリング６２は、バルブ１４がバルブシート１６に着座する方向に付勢する付勢手段として機能する。

本発明の実施の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２に示されるように、バルブ１４の着座面３２がガス流入口２０に臨むように配置され、バルブシート１６のシート部３６に着座することで前記ガス流入口２０とガス流出口２２との連通が遮断された弁閉状態を初期位置として説明する。

このような弁閉状態にある初期位置から、駆動力伝達機構１８の駆動源が駆動することで、該駆動源の回転駆動力がバルブギア６０を介してシャフト５８へと伝達され、図２に示される前記シャフト５８に連結されたバルブ１４が軸線Ｂ２から偏心した位置に設定された軸線Ｂ１を中心として所定角度だけ反時計回りに回転する。これにより、バルブ１４はバルブシート１６から徐々に離間する方向に変位する。

そして、バルブ１４の着座面３２が、バルブシート１６のシート部３６から離間することによって、弁開状態となり該着座面３２と前記シート部３６との間の間隙を通じてガス流入口２０に供給された排気ガスが連通室２４内へと導入される。駆動源の駆動作用下にさらにバルブ１４を回転させることにより、該バルブ１４がシート部３６から徐々に離間し、前記バルブ１４が初期位置から、例えば、約９０°回転した状態で完全な弁開状態となる。このような弁開状態において、ガス流入口２０に供給された排気ガスが、バルブシート１６の連通孔４４、連通室２４を通じてガス流出口２２へと流通し、図示しない内燃機関へと供給される。

このように、バルブ１４が回動し、バルブシート１６のシート部３６に対して着座・離間する際、両者の摺動によって前記シート部３６が摩耗することとなるが、該シート部３６は、バルブシート１６において排気ガスの流量を規定している連通孔（流量規定部）４４より拡径した拡径部４８近傍に設けられているため、前記シート部３６が摩耗した場合でも前記連通孔４４の形状が変化してしまうことがなく、排気ガスの流量に影響を及ぼすことが回避される。換言すれば、シート部３６の摩耗によって拡径部４８を有した突出部４６のみが変形することとなる。そのため、流路開閉弁１０を長期間使用してシート部３６が摩耗した場合でも、排気ガスを所定の流量で安定的且つ高精度に下流側（矢印Ａ２方向）へと流通させることができる。

また、バルブ１４がバルブシート１６のシート部３６に着座した弁閉時において、突出部４６の内周面に形成された拡径部４８とバルブ１４の表面との間に空間を有しているため、前記バルブ１４が回動して開き始める際に、シート部３６との干渉が低減され、該シート部３６に対するバルブ１４のかじりが抑制されることで、前記バルブ１４を円滑に回動させることができる。

さらに、バルブシート１６の他端部には、その外周面が先端に向かって徐々に縮径するようにテーパ状に形成された突出部４６を有しており、シート部３６にバルブ１４が着座した弁閉時において、該バルブ１４における着座面３２の一部が露呈するように設けられているため、前記バルブ１４が回動して開き始める際に、シート部３６に対する摺動抵抗が低減され、該シート部３６に対するバルブ１４のかじりが抑制されることで、前記バルブ１４を円滑に回動させることができる。

さらにまた、シャフト５８の中心とバルブ１４における着座面３２の曲率中心とが偏心した流路開閉弁１０では、一般的に、リターンスプリング６２の弾発力によってバルブ１４を回動させバルブシート１６に着座した弁閉状態とする場合、前記バルブ１４の摺動によって前記バルブシート１６の摩耗量が大きくなるが、シート部３６を突出部４６に設けることで、該バルブシート１６の摩耗に起因した排気ガスの流量変化を好適に抑制し、高精度な流量制御を行うことができる。

また、上述したバルブシート１６のように、その内部に形成される連通孔４４が、本体部４０の軸方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って一定径で延在する場合に限定されるものではなく、例えば、図４に示される流路開閉弁１００のように、バルブシート１０２の一端部側から他端部側（矢印Ａ２方向）に向けて連通孔１０４が徐々に縮径するように形成してもよい。換言すれば、連通孔１０４を、排気ガスの流通方向における上流側から下流側（矢印Ａ２方向）に向けて徐々に縮径させるようにしてもよい。

このようなバルブシート１０２を用いることにより、排気ガスの流通する連通孔１０４が上流側から下流側（矢印Ａ２方向）に向かって徐々に狭くなるため、最も狭い下流側（矢印Ａ２方向）において最大流量となるように予め設定しておくことにより、下流側における流速が速くなり、それに伴って、前記排気ガスに含まれる燃焼生成物（不純物）が前記連通孔１０４の内周面に付着しにくくなる。そのため、バルブシート１０２において連通孔１０４の内周面に対する燃焼生成物等の不要物の付着を防止し、該付着に起因した流量の低下を防止することができる。

なお、本発明に係る流路開閉弁は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、１００…流路開閉弁 １２…ボディ本体
１４…バルブ １６、１０２…バルブシート
１８…駆動力伝達機構 ２４…連通室
３２…着座面 ３６…シート部
４０…本体部 ４４、１０４…連通孔
４６…突出部 ４８…拡径部
５０…傾斜部 ５２…溝部
５８…シャフト ６０…バルブギア
６２…リターンスプリング

Claims (4)

1. 流体の流通する流路を有したボディと、一部が球面状でありシャフトが回転することで前記流体の流通状態を切り換えるバルブと、前記バルブの着座するシート部及び前記流体の流通する連通孔を有したバルブシートとを備え、前記シャフトが前記バルブの球面中心から偏心して連結された流路開閉弁において、
   前記バルブシートは、前記流体の流通方向の下流側となる端部に前記バルブ側に突出した環状突出部を有し、前記連通孔は、その上流側に形成され前記流体の流量を規制する流量規定部と、前記連通孔における下流側に形成され、該流量規定部に対して拡径し、且つ、前記環状突出部の内周側に形成された拡径部とを有すると共に、
   前記端部には前記環状突出部の外周側に形成された切欠部を有し、前記切欠部が前記端部側に向かって縮径するように形成されることを特徴とする流路開閉弁。
2. 請求項１記載の流路開閉弁において、
   前記環状突出部の内周面と前記バルブとの間には空間部を有することを特徴とする流路開閉弁。
3. 請求項１又は２記載の流路開閉弁において、
   前記流量規定部は、上流側から下流側に向かって狭くなるように形成されることを特徴とする流路開閉弁。
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、
   前記シャフトは、通電作用下に駆動する駆動源によって駆動され、該シャフトには、前記駆動源からの駆動力が停止された際に、前記バルブを弁閉方向へと付勢する弾発力が付勢されることを特徴とする流路開閉弁。

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