JP2012067814A - 流路開閉弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流路開閉弁において、駆動部の駆動に伴って迅速且つ高精度にボールバルブを回動させる。
【解決手段】流路開閉弁１０を構成するボールバルブ１４の頂部に、断面長方形状に窪んだ凹部４４を設けると共に、駆動源の駆動作用下に回動するシャフト軸４６の下端部に、前記凹部４４に挿入される挿入部４８が設けられる。そして、挿入部４８が、断面長方形状に形成され、その長さ寸法は、前記凹部の長さ寸法より大きくなるように設定されている。
【選択図】図２

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、一般的に、弁本体の内部にボール弁が設けられ、該ボール弁の内部には貫通した貫通孔が形成されると共に、前記ボール弁の頂部には、モータ等の回転駆動源に接続された回転軸が接続されている。この回転軸は、下端部に断面矩形状の嵌合部を有し、該嵌合部が、ボール弁の結合孔に挿入されることによって前記回転軸と前記ボール弁とを連結している。そして、回転駆動源が駆動することによって回転軸が回転し、それに伴って、ボール弁が回動することにより、前記弁本体の内部を通じて流通する流体の流通状態を切り換えている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１１２７１８号公報

上述したような流路開閉弁では、回転軸の嵌合部及びボール弁の結合孔に寸法ばらつきがあるため、前記嵌合部を前記結合孔へと組み付ける場合を考慮し、一般的に、前記結合孔を前記嵌合部に対して若干大きく形成しておくことが一般的である。しかしながら、このように結合孔を嵌合部に対して大きく設定した場合には、両者の間にクリアランスが生じているため、回転軸が回動し始めた際に該クリアランスの分だけ嵌合部のみが回動し、その駆動力がボール弁へと伝達されない時間差が生じることとなる。その結果、回動軸の回動量（回動角度）とボール弁の回動量（回動角度）との間に差が生じることとなる。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、駆動部の駆動に伴って迅速且つ高精度にボールバルブを回動させることが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、流体の供給・排出される一対のポートを有したボディと、前記流体の流通する貫通孔を有し前記ボディの室内に回動自在に設けられるボールバルブと、駆動部の駆動作用下に前記ボールバルブを前記室内で回動させるシャフト軸とを有する流路開閉弁において、
前記シャフト軸及び前記ボールバルブのいずれか一方に設けられ、互いに対向する一組の壁面を有した凹部と、
前記凹部を備えていない前記シャフト軸及び前記ボールバルブのいずれか一方に設けられ、前記凹部に臨み、且つ、該凹部に挿入される凸部と
を備え、
前記凸部及び前記凹部は、断面矩形状に形成され、該凸部における長辺の長さが、前記凹部において前記壁面側となる長辺の長さに対して長く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、シャフト軸及びボールバルブのいずれか一方に、互いに対向した一組の壁面を有した凹部を備えると共に、前記凹部を備えていない前記シャフト軸かボールバルブの一方に、前記凹部に臨むように凸部を設け、前記凸部を前記凹部へと挿入している。また、凸部及び凹部を断面矩形状に形成し、しかも、前記凸部における長辺の長さを、前記凹部における前記壁面側となる長辺の長さに対して長く設定している。

従って、駆動部の駆動作用下にシャフト軸を介してボールバルブを回動させる際、前記シャフト軸が回動し始めた後に、凸部が凹部における壁面に接触するまでの時間を短縮することができるため、前記シャフト軸が回動し始めてから前記ボールバルブが回動するまでの時間差を抑制することが可能となる。その結果、ボールバルブをシャフト軸の回動量に対応させて迅速且つ高精度に回動させることができる。

また、挿入部及び凹部を、シャフト軸の軸線と直交方向に長尺な断面長方形状に形成するとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、シャフト軸及びボールバルブのいずれか一方に、互いに対向した一組の壁面を有した凹部を備えると共に、前記凹部を備えていない前記シャフト軸かボールバルブの一方に、前記凹部に臨むように凸部を設け、前記凸部を前記凹部へと挿入すると共に、前記凸部における長辺の長さを、前記凹部における前記壁面側となる長辺の長さに対して長く設定している。そのため、シャフト軸が回動し始め、その凸部が凹部における壁面に接触するまでの時間を短縮することができる。その結果、シャフト軸が回動し始めてからボールバルブが回動するまでの時間差を抑制することが可能となり、それに伴って、前記ボールバルブを前記シャフト軸の回動量に対応させて迅速且つ高精度に回動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全体縦断面図である。 図２Ａは、流路開閉弁をシャフト軸側から見た一部断面平面図であり、図２Ｂは、図２Ａのシャフト軸が回動し始め、ボールバルブが回動し始める前の状態を示す拡大平面図である。 変形例に係る流路開閉弁の弁開状態を示す縦断面図である。

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、ここでは、流路開閉弁１０が、自動車等の内燃機関から排出された排気ガスを該内燃機関に対して再循環させるためのＥＧＲ用切換バルブとして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及び図２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ボールバルブ１４と、前記ボールバルブ１４の外周面に当接する第１及び第２バルブシート１６、１８と、前記ボディ本体１２の上部に設けられ、前記ボールバルブ１４に対して回転駆動力を付与する駆動力伝達機構２０とを含む。

このボディ本体１２の下側には、例えば、排気ガス（流体）の供給されるガス流入口（ポート）２２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（ポート）２４が設けられている。また、ボディ本体１２には、ガス流入口２２とガス流出口２４との間に連通室２６が形成され、この連通室２６の内部に略球状のボールバルブ１４が回動自在に配設される。

この連通室２６とガス流入口２２との間には、第１バルブシート１６が設けられ、前記第１バルブシート１６は、小径部２８と、該小径部２８と一体的且つ同軸な大径部３０とからなる。そして、小径部２８が、ボディ本体１２において、ガス流入口２２に臨み、大径部３０が前記ボールバルブ１４に臨むように配設される。また、大径部３０には、ボディ本体１２との間にウェーブワッシャ３２が設けられ、前記ウェーブワッシャ３２の弾発力によって第１バルブシート１６は常にボールバルブ１４側（矢印Ａ方向）へと付勢され、前記大径部３０によって前記ボールバルブ１４がシートされている。

第１バルブシート１６には、中心部にガス流入口２２と連通する第１連通孔３４が形成され軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通する。

一方、連通室２６とガス流出口２４との間には、リング状の第２バルブシート１８が設けられ、前記第２バルブシート１８は、ガス流出口２４と連通室２６との間に形成された環状の装着溝に装着されている。

第２バルブシート１８は、その一端面が連通室２６に臨んでボールバルブ１４の外周面に当接し、他側面がガス流出口２４に臨むように配設されている。なお、第２バルブシート１８は、連通室２６を中心として第１バルブシート１６と同軸上に設けられる。

この第２バルブシート１８には、中心部にガス流出口２４と連通する第２連通孔３６が形成され、軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通している。

ボールバルブ１４は、中心軸に直交するように一方の曲面と他方の曲面が取り除かれ、該中心軸に沿って一方の面から他方の面へと貫通する貫通孔３８の形成された球体である。貫通孔３８は、ボールバルブ１４の弁開状態において、ガス流入口２２に臨む第１開口部４０と、ガス流出口２４に臨む第２開口部４２とを有し、前記第１開口部４０から第２開口部４２へと直線状に形成される。

また、ボールバルブ１４の頂部には、貫通孔３８と直交方向に延在するように切り欠かれた凹部４４が形成される。この凹部４４は、頂部に対して所定深さで断面長方形状に形成され、その底面、第１及び第２側壁面（長辺）４４ａ、４４ｂがそれぞれ平面状に形成される。そして、凹部４４には、後述するシャフト軸４６の挿入部（凸部）４８が挿入される。

駆動力伝達機構２０は、ボールバルブ１４の頂部に連結されるシャフト軸４６と、前記シャフト軸４６の上端部に連結される回転ヨーク５０と、ボディ本体１２の上部に連結され、前記回転ヨーク５０を介して前記シャフト軸４６を回転駆動させる駆動源（図示せず）とを含む。

シャフト軸４６は、ボディ本体１２の内部に設けられた一組の軸受５４ａ、５４ｂによって回転自在に支持され、その上端部は、回転ヨーク５０の略中央部に挿通されてナット５６を締め付けることによって固定されている。

一方、シャフト軸４６の下端部は、連通室２６内においてボールバルブ１４の凹部４４に挿入される挿入部４８が形成される。この挿入部４８は、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、シャフト軸４６の軸線と直交方向に長尺な断面長方形状に形成され、その長さ寸法Ｌ１が、前記凹部４４の長さ寸法Ｌ２に対して長くなるように設定される（Ｌ１＞Ｌ２）と共に、該長さ寸法Ｌ１と直交する挿入部４８の厚さ寸法Ｔは、ボールバルブ１４において貫通孔３８の延在方向となる凹部４４の幅寸法Ｗに対して小さくなるように形成される（Ｔ＜Ｗ）。

すなわち、挿入部４８は、凹部４４の幅方向に所定間隔のクリアランスを有した状態で前記凹部４４に挿入されると共に、前記挿入部４８の両端部が、それぞれ前記凹部４４の両端部に対して所定長さだけ突出するように挿入されている。

なお、挿入部４８は、長辺である一側面４８ａが、ボールバルブ１４における第１開口部４０側、該一側面４８ａと平行且つ長辺である他側面４８ｂが、前記ボールバルブ１４における第２開口部４２側となるように凹部４４内に挿入されている。

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、その回転駆動力が回転ヨーク５０を介してシャフト軸４６へと伝達されることにより、前記シャフト軸４６に連結されたボールバルブ１４が所定方向に回動動作する。

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２Ａ及び図２Ｂに示されるように、ボールバルブ１４の貫通孔３８がガス流入口２２及びガス流出口２４に対して直交する位置となり、ガス流入口２２とガス流出口２４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。

この状態では、シャフト軸４６における挿入部４８の側面４８ａ、４８ｂとボールバルブ１４における凹部４４の第１及び第２側壁面４４ａ、４４ｂとが非接触であり、互いの間にクリアランスが設けられている状態にある（図２Ａ参照）。

先ず、図示しない駆動源が付勢されることによって回転ヨーク５０を介してシャフト軸４６に回転駆動力が伝達される。このシャフト軸４６は、時計回り（矢印Ｃ方向）に回転する際、その挿入部４８と凹部４４との間にクリアランスを有しているため、前記挿入部４８のみが前記凹部４４内において回動する。換言すれば、シャフト軸４６が回動し始めた状態では、該シャフト軸４６のみが回動してボールバルブ１４が一体的に回動することがない。

そして、シャフト軸４６がさらに回動し、図２Ｂに示されるように、ボディ本体１２のガス流入口２２とガス流出口２４の中心を通る中心線Ｓに対して所定角度θだけ回動した状態で、凹部４４の第１側壁面４４ａ及び第２側壁面４４ｂに対して回動した挿入部４８の一側面４８ａ及び他側面４８ｂがそれぞれ接触する。

詳細には、シャフト軸４６の挿入部４８は、その一側面４８ａが、ボールバルブ１４において第１開口部４０側となる凹部４４の第１側壁面４４ａ、且つ、前記凹部４４の一端面４４ｃ側に当接し、前記挿入部４８の他側面４８ｂが、前記第２開口部４２側となる凹部４４の第２側壁面４４ｂ、且つ、前記凹部４４の他端面４４ｄ側に対して当接する。なお、凹部４４の長さ寸法より短い挿入部Ｄ（図２Ｂ中、二点鎖線形状）を有した従来の流路開閉弁では、この所定角度θだけ回動した時点では、前記挿入部Ｄと前記凹部４４とが非接触な状態にあり、未だボールバルブ１４が回動し始めることがない。

また、この場合、挿入部４８における両端部は、凹部４４の一端面４４ｃ及び他端面４４ｄから突出している。

これにより、挿入部４８の一側面４８ａ及び他側面４８ｂによって前記凹部４４の第１側壁面４４ａ及び第２側壁面４４ｂがそれぞれ押圧され、前記シャフト軸４６と共にボールバルブ１４が回動し始める。この際、シャフト軸４６の挿入部４８は、凹部４４に対して時計回り方向（矢印Ｃ方向）に所定角度だけ傾斜した状態で接触している。

最後に、図２Ｂに示されるように、ボールバルブ１４がさらに時計回り（矢印Ｃ方向）に回動し、貫通孔３８の第１開口部４０が第１バルブシート１６の第１連通孔３４に臨み、且つ、第２開口部４２が第２バルブシート１８の第２連通孔３６に臨むことにより、前記貫通孔３８を通じてガス流入口２２とガス流出口２４とが連通した弁開状態となる。その結果、ガス流入口２２に供給されている排気ガスが、ボールバルブ１４の貫通孔３８を通じてガス流出口２４側へと流通して図示しない内燃機関へと導入される。

一方、流路開閉弁１０を弁開状態から再び弁閉状態とする場合には、図示しない駆動源を前記とは反対方向に付勢することによってシャフト軸４６が反時計回りに回動する。この場合、前記とは反対に、挿入部４８が、凹部４４内において反時計回りに回動した後、該挿入部４８が、第１開口部４０側となる凹部４４の第１側壁面４４ａ、且つ、前記凹部４４の他端面４４ｄ側に当接し、前記挿入部４８の他側面４８ｂが、前記第２開口部４２側となる凹部４４の第２側壁面４４ｂ、且つ、前記凹部４４の一端面４４ｃ側に対してそれぞれ当接する。

これにより、シャフト軸４６の駆動力が、ボールバルブ１４へと伝達され、前記シャフト軸４６と前記ボールバルブ１４とが一体的に回動する。

そして、ボールバルブ１４がさらに反時計回りに回動し、その周面が第１及び第２バルブシート１６、１８にそれぞれ当接することにより、ガス流入口２２からガス流出口２４への前記排気ガスの流通が完全に遮断された弁閉状態となる。

以上のように、本実施の形態では、駆動源を駆動させシャフト軸４６を介してボールバルブ１４を回動させる回動時において、該シャフト軸４６における挿入部４８の長さ寸法を、該挿入部４８の挿入される前記ボールバルブ１４における凹部４４の長さ寸法より長く設定することにより、前記凹部４４の長さ寸法より短い挿入部Ｄ（図２Ｂ中、二点鎖線形状）を有した従来の流路開閉弁と比較し、前記シャフト軸４６が回動し始めた後に、凹部４４の第１及び第２側壁面４４ａ、４４ｂに接触するまでの時間を短縮することが可能となる。

その結果、シャフト軸４６が回動し始めてからボールバルブ１４が回動するまでの時間差を抑制することが可能となり、前記ボールバルブ１４を前記シャフト軸４６の回動量に対応させて迅速且つ高精度に回動させることができる。換言すれば、シャフト軸４６とボールバルブ１４との回動方向への位相差を低減することが可能となる。

これに対して、従来の流路開閉弁では、シャフト軸４６の回動量（回動角度）を本願発明より大きくした場合に初めて回動し始めるため、前記シャフト軸４６が回動し始めてからボールバルブ１４が回動し始めるまでの時間差が、本願発明の構成と比較して大きい。

一方、上述した流路開閉弁１０のように、シャフト軸４６の下端部に凸状の挿入部４８を設け、該挿入部４８を、ボールバルブ１４の頂部に形成された凹部４４に挿入する場合に限定されるのものではなく、例えば、図３に示す変形例に係る流路開閉弁１００のように、シャフト軸１０２の下端部に、上方に向かって窪んだ断面長方形状の凹部１０４を設けると共に、ボールバルブ１０６の頂部に、前記凹部１０４に挿入される挿入部１０８を設けるようにしてもよい。

すなわち、凹部４４、１０４と、該凹部４４、１０４に挿入される凸状の挿入部４８、１０８とを、シャフト軸４６、１０２の下端部、ボールバルブ１４、１０６の頂部にそれぞれ設ける構成とし、前記挿入部４８、１０８を前記凹部４４、１０４に挿入すると共に、該挿入部４８、１０８の長さを前記凹部４４、１０４の長さに対して長く設定すれば、特にその構成に限定されるものではない。

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、１０６…ボールバルブ ２０…駆動力伝達機構
２２…ガス流入口 ２４…ガス流出口
２６…連通室 ３８…貫通孔
４０…第１開口部 ４２…第２開口部
４４、１０４…凹部 ４６、１０２…シャフト軸
４８、１０８…挿入部

Claims (2)

1. 流体の供給・排出される一対のポートを有したボディと、前記流体の流通する貫通孔を有し前記ボディの室内に回動自在に設けられるボールバルブと、駆動部の駆動作用下に前記ボールバルブを前記室内で回動させるシャフト軸とを有する流路開閉弁において、
   前記シャフト軸及び前記ボールバルブのいずれか一方に設けられ、互いに対向する一組の壁面を有した凹部と、
   前記凹部を備えていない前記シャフト軸及び前記ボールバルブのいずれか一方に設けられ、前記凹部に臨み、且つ、該凹部に挿入される凸部と
   を備え、
   前記凸部及び前記凹部は、断面矩形状に形成され、該凸部における長辺の長さが、前記凹部において前記壁面側となる長辺の長さに対して長く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、
   前記挿入部及び凹部は、前記シャフト軸の軸線と直交方向に長尺な断面長方形状に形成されることを特徴とする流路開閉弁。

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