JP2015048853A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ装置において、弁体の全閉時におけるガスの漏出を低減させる。
【解決手段】バルブ装置１０には、ボディ本体１２におけるガス流入口２０にバルブ１４の着座するバルブシート１６が設けられ、前記バルブシート１６のフランジ部４２には、その外周面から半径内方向に延在し、且つ、周方向に沿って互いに等間隔離間した複数の切欠部４６が形成されている。そして、バルブシート１６は、切欠部４６に締結ボルト４８の軸部５０が挿通された状態で、該バルブシート１６のシート部３６がバルブ１４の着座面３４に対して位置決めされ、位置決めのなされた状態で前記締結ボルト４８を締め付けることでボディ本体１２に固定される。
【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バルブ装置に関する。

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バルブ装置が知られている。

このようなバルブ装置は、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て連結されている。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

しかしながら、上述したようなインサートが弁箱に固定されたバルブ装置では、弁体やインサート等の製造ばらつきにより、前記弁体の着座面とインサートのシートリングとの間に隙間が生じ、弁閉時における流体の漏出が生じるという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、弁体の全閉時における流体の漏出を低減可能なバルブ装置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、流体の流通する入口ポート及び出口ポート、入口ポートと出口ポートとを連通する流路を有したボディと、一部が球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、ボディに固定されバルブの着座するシート部を有したバルブシートとを備え、ボディの収納部にバルブシートを収納するバルブ装置において、
バルブシートは、流路と連通することで流体の流通する流路形成部と、
流路形成部における前記流路に沿った端部に、流路の外側に拡がって形成され、ボディに固定されるフランジ部と、
を備え、
収納部は、バルブシートより大きく形成され、
フランジ部には、少なくとも１つ以上の切欠部を有し、切欠部に挿通された締結部材によってバルブシートがボディに固定されると共に、切欠部における切欠断面積が該切欠部に挿通される締結部材における挿通部位の断面積より大きく設定されることを特徴とする。

本発明によれば、バルブ装置のボディには、バルブの着座するバルブシートが収納部に収納され、収納部がバルブシートより大きく形成されると共に、バルブシートが、流路と連通することで流体の流通する流路形成部と、流路形成部における流路に沿った端部に形成され、流路の外側に拡がって形成されたフランジ部とを有し、フランジ部に少なくとも１つ以上の切欠部を備えている。そして、切欠部に挿通された締結部材によってバルブシートがボディに固定されると共に、切欠部の切欠断面積が切欠部に挿通される締結部材の挿通部位の断面積より大きく設定されている。

従って、バルブシートは、収納部において切欠部に挿通された締結部材に対してフランジ部を径方向及び周方向に移動自在とすることで、締結部材をボディに対して締め付けバルブシートのシート部をバルブの表面に対して当接させながら移動させることで、シート部とバルブとの位置関係が所定位置となるようにバルブシートを径方向及び周方向に調整することができる。その結果、例えば、ボディ、バルブシート及びバルブ等に製造ばらつきが生じている場合でも、バルブシートのシート部を締結部材の締結作用下に容易且つ確実にバルブに対して当接させた状態で位置決めして固定できるため、バルブがシート部に着座した弁閉状態における流体の漏出をより一層確実に低減させることができる。

また、締結部材は、ねじ部を有したボルトであり、切欠部の切欠面積をねじ部の最大断面積に対して大きく設定することにより、切欠部に挿通されたねじ部をボディに螺合させていく過程で、バルブシートがバルブと同軸状となるように調整される。そのため、バルブに対するバルブシートの調整作業が不要となり、組付性の向上、並びに、組付工数の削減を図ることができる。

さらに、バルブは、少なくとも外周面の一部が球状であり、外周面の曲率中心に対して偏心させてシャフトに連結したバルブ装置では、製造ばらつきに起因して弁閉状態からバルブが開き始めた低開度領域における流体の流量ばらつきが生じるが、製造ばらつきによるバルブとバルブシートの位置ずれを抑制することで、低開度領域における流体の流量ばらつきを抑制でき、該低開度領域における流量特性を向上させることができる。

さらにまた、バルブ装置を、内燃機関の吸気系へ排気ガスを再循環させる際、該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、バルブ装置において、バルブシートが切欠部に挿通された締結部材に対してフランジ部が径方向及び周方向に移動自在に設けられ、締結部材をボディに対して締め付けてバルブシートをバルブ側に向かって移動させ、シート部をバルブの表面に対して当接させながら固定していくことで、互いの位置関係が所定位置となるように調整することができる。その結果、例えば、ボディ、バルブシート及びバルブ等に製造ばらつきが生じている場合でも、バルブシートのシート部を容易且つ確実にバルブに対して所定位置へと調整して当接させた状態で固定できるため、バルブがシート部に着座した弁閉状態における流体の漏出をより一層確実に低減させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るバルブ装置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１のバルブ装置をガス流入口側から見たバルブ近傍の正面図である。 図４Ａは、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った一部断面正面図であり、図４Ｂは、図４Ａにおけるバルブシートを若干だけ回転させた状態を示す一部断面正面図である。

本発明に係るバルブ装置１０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バルブ装置を示す。

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バルブ装置が用いられる場合について説明する。

このバルブ装置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５６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３４を有した略円盤状に形成され、その中心には軸方向（矢印Ａ方向）に沿って貫通したボルト孔３２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３４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５６の凹部６２に挿入された状態でボルト孔３２に挿通された固定ボルト３８をシャフト５６に螺合させることで、前記バルブ１４がシャフト５６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（流路形成部）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、前記本体部４０の他端部に形成されバルブ１４の着座するシート部３６とを有し、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が形成される。

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。換言すれば、ボディ本体１２においてガス流入口２０及び挿入孔２８がバルブシート１６の収納される収納部として機能する。

また、図２に示されるように、本体部４０の外周面と挿入孔２８との間には、径方向に所定間隔の隙間Ｓ１が設けられ、フランジ部４２の外周面とガス流入口２０との間には、径方向に所定間隔の隙間Ｓ２が設けられている。すなわち、ガス流入口２０及び挿入孔２８とからなる収納部は、バルブシート１６の外形より大きく形成されている。

このシート部３６は、連通室２４内に突出するように設けられ、本体部４０の他端部において、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、図２〜図４Ｂに示されるように、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（例えば、６本）の切欠部４６が形成され、該切欠部４６は所定の幅寸法を有し、最もフランジ部４２の内周側となる部位が断面円弧状に形成される。また、切欠部４６は、フランジ部４２の周方向に沿って互いに等間隔離間するように配置される。

そして、切欠部４６には、複数（例えば、３本）の締結ボルト（締結部材）４８が挿通され、フランジ部４２がボディ本体１２の内壁面３０に当接した状態で、ねじの刻設された前記締結ボルト４８の軸部（ねじ部）５０を前記ボディ本体１２のねじ穴５２に螺合させ締め付けることで、前記締結ボルト４８の頭部５４と前記内壁面３０との間に前記フランジ部４２が挟持され固定される。なお、この場合、締結ボルト４８は、複数の切欠部４６に対して１つおきに挿通されている。

また、図４Ａに示されるように、締結ボルト４８における軸部５０の直径Ｄ（断面積）は、切欠部４６の幅寸法Ｈ（切欠断面積）に対して小さく形成されている（Ｄ＜Ｈ）。すなわち、フランジ部４２は、締結ボルト４８の軸部５０に対して各切欠部４６との間にクリアランスＴを有しているため、前記締結ボルト４８によって前記フランジ部４２が固定されていない状態では、前記クリアランスＴの分だけ径方向（矢印Ｃ方向）及び周方向（矢印Ｅ方向）に移動自在となる。

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５６と、前記シャフト５６の上端部に連結されるバルブギア５８と、ボディ本体１２の上部に連結され前記バルブギア５８を介して前記シャフト５６を回転駆動させる駆動源（図示せず）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やＤＣモータからなる。

シャフト５６は、その上端部がバルブギア５８の略中央部に挿通されてナット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６０ａ、６０ｂによって回転自在に支持されている。そして、シャフト５６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６２を有し、前記凹部６２にバルブ１４の他端部が挿入された状態で固定ボルト３８で固定される。これにより、バルブ１４がシャフト５６と共に一体的に回動することとなる。

また、シャフト５６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３４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５６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５８を介してシャフト５６へと伝達され、前記シャフト５６に連結されたバルブ１４が軸線を中心として回動動作することで、バルブシート１６に対して開閉動作する。

本発明の実施の形態に係るバルブ装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にバルブシート１６をボディ本体１２に対して組み付ける場合について説明する。なお、シャフト５６及びバルブ１４が予めボディ本体１２の内部に組み付けられている状態を初期状態として説明する。

先ず、この初期状態において、バルブ１４の一端部をボディ本体１２の挿入孔２８及びガス流入口２０側に臨むように回動させた状態（すなわち、弁閉位置）とした後、バルブシート１６の本体部４０を挿入孔２８に挿入すると共に、ボディ本体１２の内壁面３０に対してフランジ部４２を略平行な状態とした後、３本の締結ボルト４８をそれぞれ切欠部４６に挿通させねじ穴５２に螺合させる。この場合、図３に示されるように、締結ボルト４８は６つの切欠部４６のうち、１つおきに挿通させる。

また、締結ボルト４８は、その頭部５４とボディ本体１２の内壁面３０との間において、フランジ部４２が軸方向（矢印Ａ方向）に移動可能な位置まで螺合された仮留め状態としておく。すなわち、フランジ部４２は径方向及び周方向にも移動可能な状態となる。

次に、締結ボルト４８をさらに回転させ締め付けていくことで、その頭部５４がバルブ１４側（図１及び図２中、矢印Ａ２方向）に向かって移動してフランジ部４２に当接することで、該フランジ部４２が徐々に前記頭部５４によってバルブ１４側（矢印Ａ２方向）へと押圧される。そして、バルブシート１６のシート部３６がバルブ１４に当接し、該バルブ１４側（矢印Ａ２方向）に向かって押圧されることで、前記シート部３６が前記バルブ１４の着座面３４に当接するように径方向（矢印Ｃ方向）及び周方向（矢印Ｅ方向）に移動し、前記シート部３６が前記着座面３４に当接することで前記バルブ１４に対してバルブシート１６が同軸状となるように調整され位置決めされた状態となる。

最後に、さらに締結ボルト４８を回転させることで、その頭部５４によってバルブシート１６のフランジ部４２がバルブ１４側（矢印Ａ２方向）へと押圧され、前記バルブ１４と前記バルブシート１６とが同軸上に配置された状態で、前記フランジ部４２がボディ本体１２の内壁面３０と前記頭部５４によって挟持され、該ボディ本体１２におけるガス流入口２０の内部に固定される。

このように、バルブシート１６は、ボディ本体１２のガス流入口２０及び挿入孔２８の内周面に対して隙間Ｓ１、Ｓ２を有して設けられ、前記バルブシート１６のフランジ部４２に半径内方向に切り欠かれた複数の切欠部４６を設け、該切欠部４６に締結ボルト４８の軸部５０を挿通させた際、前記切欠部４６の断面積（幅寸法Ｈ）が前記軸部５０の断面積（直径Ｄ）より大きく形成されているため（Ｄ＜Ｈ）、前記フランジ部４２が、前記締結ボルト４８に対して径方向及び周方向に移動自在となる。

そのため、締結ボルト４８を締め付けることでバルブシート１６をバルブ１４側（矢印Ａ２方向）に向かって移動させ、シート部３６がバルブ１４の表面に当接することで、略半球面状の着座面３４によって該シート部３６が同軸状となるように移動する。その結果、バルブシート１６を複数の締結ボルト４８を介して径方向及び周方向に移動可能な状態とし、締結ボルト４８を締め付けることで前記バルブシート１６がバルブ１４と同軸状となるように所定位置に位置決めがなされた状態でボディ本体１２に対して固定することができる。

これにより、ボディ本体１２、バルブシート１６及びバルブ１４等に製造ばらつきが生じている場合でも、締結ボルト４８によって締結することで前記バルブシート１６のシート部３６が容易且つ確実にバルブ１４の着座面３４に対して所定位置で位置決めされた状態で固定されるため、前記バルブ１４が前記シート部３６に着座した弁閉状態における排気ガスの漏出をより一層抑制することができる。

次に、上述したようにバルブシート１６の組み付けられたバルブ装置１０の動作並びに作用効果について簡単に説明する。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３４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５８を介してシャフト５６へと伝達され、図２に示される前記シャフト５６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３４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３４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。

以上のように、本実施の形態では、バルブ装置１０において、ボディ本体１２におけるガス流入口２０及び挿入孔２８の内部にバルブシート１６を収納し、該バルブシート１６における本体部４０及びフランジ部４２の外周側に隙間Ｓ１、Ｓ２を設けると共に、前記フランジ部４２には、半径内方向に切り欠かれた複数の切欠部４６を設け、ボディ本体１２に螺合された締結ボルト４８の軸部５０を切欠部４６へ挿通させた際、前記切欠部４６の切欠断面積（幅寸法Ｈ）が前記軸部５０の断面積（直径Ｄ）より大きく形成している。

これにより、フランジ部４２が締結ボルト４８に対して径方向及び周方向に移動自在となるため、前記締結ボルト４８を締め付けることでバルブシート１６をバルブ１４側（矢印Ａ２方向）に向かって移動させる際、シート部３６がバルブ１４の表面に当接することで、略半球面状の着座面３４によって同軸状となるように移動させることができる。その結果、バルブシート１６を切欠部４６を介して複数の締結ボルト４８に対して移動可能な状態とし、締結ボルト４８を締め付けることで前記バルブシート１６がバルブ１４と同軸状となるように調整した状態で前記バルブシート１６をボディ本体１２に固定できる。そのため、例えば、ボディ本体１２、バルブシート１６及びバルブ１４等に製造ばらつきが生じている場合でも、前記バルブシート１６のシート部３６を容易且つ確実にバルブ１４の着座面３４に対して当接させた状態で位置決めして固定できるため、前記バルブ１４が前記シート部３６に着座した弁閉状態における排気ガスの漏出をより一層確実に低減させることができる。

また、バルブシート１６は、そのフランジ部４２の切欠部４６に挿通された複数の締結ボルト４８をボディ本体１２のねじ穴５２に螺合させることで固定され、前記切欠部４６の断面積が前記締結ボルト４８における軸部５０の断面積に対して大きく設定されているため、前記締結ボルト４８を前記ボディ本体１２に螺合させていく過程で、前記バルブシート１６が前記バルブ１４と同軸状となるように調整される。そのため、バルブ１４に対するバルブシート１６の調整作業が不要となり、組付性の向上、並びに、組付工数の削減を図ることができる。

さらに、外周面の一部が半球面状に形成された着座面３４を有し、前記着座面３４の曲率中心に対して偏心してシャフト５６と連結されたバルブ１４を備えたバルブ装置１０では、弁閉状態からバルブ１４が開き始めた低開度領域において、製造ばらつきによる流量ばらつきが発生するが、本実施の形態のようにバルブ１４とバルブシート１６とを高精度に同軸状に調整して位置決めすることで、前記低開度領域における排気ガスの流量ばらつきを抑制することができ、該低開度領域における流量特性を向上させることが可能となる。

なお、本発明に係るバルブ装置１０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…バルブ装置 １２…ボディ本体
１４…バルブ １６…バルブシート
１８…駆動力伝達機構 ２０…ガス流入口
２２…ガス流出口 ２４…連通室
２８…挿入孔 ３０…内壁面
３４…着座面 ３６…シート部
４０…本体部 ４２…フランジ部
４６…切欠部 ４８…締結ボルト
５０…軸部 ５４…頭部
５６…シャフト

Claims (4)

1. 流体の流通する入口ポート及び出口ポート、前記入口ポートと前記出口ポートとを連通する流路を有したボディと、一部が球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、前記ボディに固定され前記バルブの着座するシート部を有したバルブシートとを備え、前記ボディの収納部に前記バルブシートを収納するバルブ装置において、
   前記バルブシートは、前記流路と連通することで前記流体の流通する流路形成部と、
   前記流路形成部における前記流路に沿った端部に、該流路の外側に拡がって形成され、前記ボディに固定されるフランジ部と、
   を備え、
   前記収納部は、前記バルブシートより大きく形成され、
   前記フランジ部には、少なくとも１つ以上の切欠部を有し、前記切欠部に挿通された締結部材によって前記バルブシートが前記ボディに固定されると共に、前記切欠部における切欠断面積が該切欠部に挿通される前記締結部材における挿通部位の断面積より大きく設定されることを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１記載のバルブ装置において、
   前記締結部材は、ねじ部を有したボルトであり、前記切欠部の切欠面積が前記ねじ部の最大断面積に対して大きく設定されることを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項１又は２記載のバルブ装置において、
   前記バルブは、少なくとも外周面の一部が球状であり、該外周面の曲率中心に対して偏心して前記シャフトに連結されることを特徴とするバルブ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のバルブ装置において、
   前記バルブ装置は、内燃機関の吸気系へ排気ガスを再循環させる際、該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であることを特徴とするバルブ装置。

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