JP2018084312A - 二重偏心弁 - Google Patents

Abstract

【課題】二重偏心弁の流路における圧力損失を低減させ、流量増加と騒音低減を図ること。
【解決手段】二重偏心弁は、流路１１を含むハウジング６と、弁孔１２ａにシート面１２ｂを含む弁座１２と、シール面１３ａを外周に含む弁体１３と、弁体１３の上面に設けられる突部１３ｂと、先端に取付部１４ａを有し、弁体１３を回動させる回転軸１４とを備える。回転軸１４は、取付部１４ａの側を自由端とし、自由端の反対側を基端として、その基端を含む基端部１４ｂにてハウジング６に回転可能に片持ち支持される。弁体１３は、突部１３ｂにて取付部１４ａに固定される。弁体１３及び突部１３ｂと、回転軸１４の一部及び取付部１４ａとが流路１１の中に配置される。突部１３ｂと取付部１４ａは、弁体１３の上面中央よりも上面外周寄りであって回転軸１４の基端部１４ｂの側へ近付けて配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、流体の流量制御弁として使用され、弁体の回動中心である回転軸の軸線が弁体のシール面から離れて配置される（一次偏心）と共に弁体の軸線から離れて配置される（二次偏心）二重偏心弁に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される二重偏心弁が知られている。この二重偏心弁は、全閉時におけるシール性向上と、弁体の回動時に弁体と弁座との引き摺りによる摩耗の防止を図るよう構成される。すなわち、この二重偏心弁は、流体が流れる流路を含むハウジングと、弁孔と弁孔の縁部に形成された環状のシート面を含む弁座と、円板状をなし、シート面に対応する環状のシール面が外周に形成された弁体と、弁体を回動させる回転軸とを備え、弁座、弁体及び回転軸の一部が、流路に配置される。ここで、弁体の回動中心である回転軸の軸線は、弁体のシール面から離れて配置されると共に弁体の軸線から離れて配置される。そして、回転軸を回転させて弁体を回動させることにより、弁体を、シール面がシート面に接触する全閉位置と、シール面がシート面から最も離れる全開位置との間で回動可能に構成される。

ここで、回転軸に対する弁体の固定について説明すると、回転軸は、その先端部に、弁体が取り付けられるピン状の取付部を含む。回転軸の軸線を主軸線、取付部の軸線を副軸線とすると、副軸線は主軸線に対して平行に延びると共に、主軸線から回転軸の半径方向へ偏心して配置される。回転軸は、取付部がある側を自由端とし、ハウジングに対し軸受を介して回転可能に片持ち支持される。弁体には、その上面中央にボス状の突部が設けられ、弁体は、この突部にて取付部に溶接により固定される。従って、弁体及びその突部と、回転軸の一部及び取付部は、流路の中に配置される。

特許第５７５９６４６号公報

ところが、特許文献１に記載の二重偏心弁では、突部が弁体の上面中央に配置され、突部と、回転軸の一部及び取付部とが、流路の中に位置するので、弁体が全開位置に配置された状態で、流路内における、突部及び取付部等の投影面積が比較的大きくなっていた。このため、弁体の全開時に、流体の圧力損失の上昇を招き、流体の流量増加の妨げとなっていた。また、圧損上昇により流体に乱流が発生し、騒音が大きくなるおそれがあった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、流路における圧力損失を低減させ、流量増加と騒音低減を図ることを可能とした二重偏心弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、流体が流れる流路を含むハウジングと、弁孔と弁孔の縁部に形成された環状のシート面を含む弁座と、円板状をなし、シート面に対応する環状のシール面が外周に形成された弁体と、弁体の上面に設けられた突部と、弁体を回動させるための回転軸と、回転軸は、その先端に、弁体が取り付けられる取付部を含むことと、回転軸は、取付部がある側を自由端とし、自由端の反対側を基端として、その基端を含む基端部にてハウジングに対し回転可能に片持ち支持されることと、回転軸の軸線が弁体のシール面から離れて配置されると共に弁体の軸線から離れて配置されることと、弁体は、その突部にて回転軸の取付部に固定されることと、弁体及び突部と、取付部とが流路の中に配置されることとを備えた二重偏心弁において、突部及び取付部は、弁体の上面中央よりも上面外周寄りであって回転軸の基端部の側へ近付けて配置されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、突部及び取付部が、弁体の上面外周寄りであって回転軸の基端部の側へ近付けて配置されるので、突部及び取付部が、弁孔の中央から弁孔の外周寄り位置へずれる。また、弁体の開弁状態において、弁孔内における突部及び取付部の投影面積が縮小し、弁孔における実質的な開口面積が拡大する。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弁孔は、弁座の中央よりも回転軸の基端部の側寄りに偏心させて配置されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、弁孔が、弁座の中央よりも回転軸の基端部の側寄りに偏心されるので、その分だけ弁孔の内径を拡大することが可能となり、内径を拡大した分だけ弁孔の実質的な開口面積を拡大することが可能となる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、流路は、弁座を境として上流側流路と下流側流路に分かれ、弁体は、上流側流路又は下流側流路に配置され、弁体は、回転軸の軸線から弁体の軸線が伸びる方向と平行に伸びる仮想面を境とする第１の側部と第２の側部を含み、弁体が弁座に着座した全閉状態から開弁方向へ回動するときに、第１の側部が上流側流路又は下流側流路に向けて回動し、第２の側部が下流側流路又は上流側流路へ向けて回動し、全閉状態の弁体に対し、開弁方向とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するために、第１の側部に係合可能な閉弁ストッパが設けられることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、全閉状態の弁体の第１の側部に対し、閉弁方向へ向かう回動を規制する閉弁ストッパが係合可能に設けられるので、全閉時に弁体の浮き上がりが全閉ストッパにより抑えられる。

請求項１に記載の発明によれば、流路における圧力損失を低減させることができ、これにより流路における流体流量を増加させることができ、流路での流体の流れによる騒音の低減を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に対し、流路における圧力損失を更に低減させることができ、これにより流路における流体流量を更に増加させることができ、流路での流体の流れによる騒音を更に低減することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、全閉時における弁体と弁座との間のシール性を向上させることができる。

第１実施形態に係り、全閉状態のＥＧＲ弁を示す平面図。 第１実施形態に係り、全開状態のＥＧＲ弁を示す平面図。 第１実施形態に係り、図２の一部を拡大して示す平面図。 第１実施形態に係り、ＥＧＲ弁を示す図１のＡ−Ａ線断面図。 第１実施形態に係り、全閉状態における弁座、弁体及び回転軸の関係を示す断面図。 第１実施形態に係り、図１の弁部を簡略化して示す平面図。 第１実施形態に係り、図２の弁部を簡略化して示す平面図。 第２実施形態に係り、弁部を簡略化して示す図６に準ずる平面図。 第２実施形態に係り、弁部を簡略化して示す図７に準ずる平面図。 第２実施形態に係り、第１実施形態（対比例）につき、全開時の弁部の状態を簡略化して示す断面図。 第２実施形態に係り、全開時の弁部の状態を簡略化して示す断面図。 第３実施形態に係り、弁部を簡略化して示す平面図。 第３実施形態に係り、弁座と弁体の一部を示す図１２のＢ−Ｂ線断面図。

＜第１実施形態＞
以下、この発明における二重偏心弁を、エンジンに設けられる排気還流装置（ＥＧＲ装置）の排気還流弁（ＥＧＲ弁）に具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、全閉状態のＥＧＲ弁１を平面図により示す。図２に、全開状態のＥＧＲ弁１を平面図により示す。図３に、図２の一部を拡大して平面図により示す。図１〜図３に示すように、このＥＧＲ弁１は、ハウジング６を備える。ハウジング６には、二重偏心弁を構成する弁部７と、モータ（図示略）を内蔵したモータ部８と、減速機構１７（図４参照）を内蔵した減速機構部９とが設けられる。弁部７には、流体としてのＥＧＲガスが流れる流路１１が設けられ、流路１１には弁座１２、弁体１３及び回転軸１４の一部が配置される。回転軸１４には、モータの回転力が減速機構１７を介して伝達されるようになっている。

図４に、ＥＧＲ弁１を、図１のＡ−Ａ線断面図により示す。図４に示すように、流路１１には段部１１ａが形成され、その段部１１ａに弁座１２が組み付けられる。図１〜図４に示すように、弁座１２は、円環状をなし、中央に弁孔１２ａを有する。弁孔１２ａの縁部には、環状のシート面１２ｂが形成される。弁体１３は、円板状をなし、その外周には、シート面１２ｂに対応する環状のシール面１３ａが形成される。弁体１３の上面には、ボス状の突部１３ｂが設けられる。回転軸１４は、弁体１３を回動させるために設けられる。回転軸１４は、その先端に、弁体１３が取り付けられるピン状の取付部１４ａを含む。回転軸１４は、この取付部１４ａがある側を自由端とし、その自由端の反対側を基端として、その基端を含む基端部１４ｂにてハウジング６に対し二つの軸受１５，１６を介して回転可能に片持ち支持される。回転軸１４の基端部１４ｂには、モータに駆動連結された減速機構１７が設けられる。弁体１３は、その突部１３ｂにて回転軸１４の取付部１４ａに固定される。すなわち、突部１３ｂには、孔１３ｃが形成され、その孔１３ｃに取付部１４ａが圧入された状態で突部１３ｂと取付部１４ａが溶接により固定される。また、減速機構部９には、弁体１３を閉弁方向へ回動付勢するためのリターンスプリング１０が設けられる。

図４に示すように、流路１１は、弁座１２を境として上流側流路１１Ａと下流側流路１１Ｂに分かれる。この実施形態では、図４において、弁座１２より上側がＥＧＲガスの流れの上流側流路１１Ａを示し、弁座１２より下側がＥＧＲガスの流れの下流側流路１１Ｂを示す。この実施形態では、弁体１３及び突部１３ｂと、回転軸１４の一部及び取付部１４ａとが、上流側流路１１Ａの中に配置される。

従って、図１、図４に示す全閉状態から、モータ及び減速機構１７を介して回転軸１４が回転されることにより、回転軸１４と共に弁体１３が回動され、流路１１が開かれる。すなわち、弁体１３が開弁される。これにより、弁体１３は、図２、図３に示す全開状態まで開弁される。一方、全開状態から、モータ及び減速機構１７を介して回転軸１４が逆方向へ回転されることにより、流路１１が閉じられる。すなわち、弁体１３が閉弁される。これにより、弁体１３は、図１、図４に示す全閉状態まで閉弁される。

図５に、全閉状態における弁座１２、弁体１３及び回転軸１４の関係を断面図により示す。図５において、回転軸１４の軸線（主軸線）Ｌ１は、弁体１３のシール面１３ａから離れて配置されると共に、弁体１３の軸線Ｌ２から離れて配置される。ここで、回転軸１４の取付部１４ａの軸線（副軸線Ｌ３）は、主軸線Ｌ１に対し平行に伸びると共に、主軸線Ｌ１から回転軸１４の半径方向へ偏って配置される。弁体１３は、主軸線Ｌ１から弁体１３の軸線Ｌ２が伸びる方向と平行に伸びる仮想面Ｖ１を境とする第１の側部１３Ａ（図５において網掛け（紗）を付して示す部分）と第２の側部１３Ｂ（図５において網掛け（紗）を付さない部分）を含む。そして、弁体１３が全閉状態から、回転軸１４の主軸線Ｌ１を中心にして、開弁方向（図５の時計方向）Ｆ１へ回動するとき、第１の側部１３Ａは下流側流路１１Ｂへ向けて回動し、第２の側部１３Ｂは上流側流路１１Ａへ向けて回動するようになっている。開弁状態から弁体１３を全閉状態へ閉弁するときは、開弁方向Ｆ１とは逆向きの閉弁方向（図５の反時計方向）へ回動するようになっている。

図６に、図１の弁部７を簡略化して平面図により示す。図７に、図２の弁部７を簡略化して平面図により示す。図１、図６に示すように、この実施形態で、突部１３ｂ及び取付部１４ａは、弁体１３の上面中央（弁体１３の軸線Ｌ２の位置）よりも上面外周寄りであって回転軸１４の基端部１４ｂの側へ近付けて配置される。

以上説明したこの実施形態のＥＧＲ弁１の構成によれば、エンジンの運転時に弁体１３が開かれることにより、弁座１２の弁孔１２ａをＥＧＲガスが流れる。ここで、弁体１３の突部１３ｂ及び回転軸１４の取付部１４ａは、弁体１３の上面外周寄りであって回転軸１４の基端部１４ｂの側へ近付けて配置されるので、図２、図３及び図７に示すように、全開状態において、突部１３ｂ及び取付部１４ａが弁孔１２ａの中央から弁孔１２ａの外周寄り位置へずれる。また、この実施形態では、突部が弁体の上面中央に配置される場合と比べ、弁孔１２ａ内における突部１３ｂ、取付部１４ａ及び回転軸１４の投影面積が縮小し、弁孔１２ａにおける実質的な開口面積が拡大する。このため、流路１１における圧力損失を低減させることができる。この結果、流路１１におけるＥＧＲガス流量を増加させることができ、流路１１でのＥＧＲガス流による騒音の低減を図ることができる。また、上記構成によれば、結果的に回転軸１４の全長を短くすることができる。

＜第２実施形態＞
次に、この発明における二重偏心弁を、エンジンに設けられるＥＧＲ弁に具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、主として弁孔１２ａの配置と大きさの点で第１実施形態と構成が異なる。図８に、弁部７を簡略化して図６に準ずる平面図により示す。図９に、弁部７を簡略化して図７に準ずる平面図により示す。図８、図９に示すように、この実施形態では、弁孔１２ａは、弁座１２の中央よりも回転軸１４の基端部１４ｂの側寄りに偏心させて配置される。図８において、弁体１３の軸線Ｌ２の位置は、弁座１２の弁孔１２ａの軸線Ｌ４の位置でもある。また、弁孔１２ａの軸線Ｌ４に隣接する軸線Ｌ５は、弁座１２の軸線を示す。図９の軸線Ｌ４、Ｌ５も同様である。図８、図９に示すように、弁孔１２ａの軸線Ｌ４は、弁座１２の軸線Ｌ５よりも、回転軸１４の基端部１４ｂ側へ偏心して配置される。

以上説明したこの実施形態のＥＧＲ弁１の構成によれば、第１実施形態の作用及び効果に対し、次のような作用及び効果を得ることができる。すなわち、弁孔１２ａが、弁座１２の中央よりも回転軸１４の基端部１４ｂの側寄りに偏心されるので、その分だけ弁孔１２ａの内径を拡大することが可能となり、内径を拡大した分だけ弁孔１２ａの実質的な開口面積を更に拡大することが可能となる。この実施形態では、弁孔１２ａの内径が、第１実施形態の弁孔１２ａの内径よりも相対的に大きくなっており、弁孔１２ａにおける実質的な開口面積が更に拡大する。このため、流路１１における圧力損失を更に低減させることができる。この結果、流路１１におけるＥＧＲガス流量を更に増加させることができ、流路１１でのＥＧＲガス流による騒音を更に低減することができる。

図１０に、第１実施形態（対比例）につき、全開時の弁部７の状態を簡略化した断面図により示す。図１１に、第２実施形態につき、全開時の弁部７の状態を簡略化した断面図により示す。図１０に示すように、第１実施形態では、弁体１３の突部１３ｂと、回転軸１４の取付部１４ａを回転軸１４の基端部１４ｂの側へ近付けた分だけ、突部１３ｂと対応しない弁孔１２ａの部分（図１０において弁孔１２ａの軸線Ｌ４及び弁座１２の軸線Ｌ５より右側の部分）の開口面積が拡大することになる。これに対し、図１１に示すように、第２実施形態では、更に、弁孔１２ａの中心（軸線Ｌ４）を流量係数が相対的に悪い側（図１１において弁座１２の軸線Ｌ５の左側）へ移動させている。これにより、弁孔１２ａを移動させた分だけ弁孔１２ａの内径と弁体１３の外径を拡大することができる。この結果、ハウジング６に何ら変更を加えることなく、弁孔１２ａの内径と弁体１３の外径を拡大することができる。これにより、流量係数が相対的に良い側（図１１において軸線Ｌ５の右側）における弁孔１２ａの開口面積を確保した上で、弁孔１２ａの内径と弁体１３の外径を拡大することができる。

＜第３実施形態＞
次に、この発明における二重偏心弁を、エンジンに設けられるＥＧＲ弁に具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、弁座１２に閉弁ストッパ２１が設けられる点で、第１実施形態と構成が異なる。図１２に、弁部７を簡略化して平面図により示す。図１３に、弁座１２と弁体１３の一部を、図１２のＢ−Ｂ線断面図により示す。図１２、図１３に示すように、弁座１２には、全閉状態の弁体１３に対し、開弁方向Ｆ１とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するための閉弁ストッパ２１が設けられる。閉弁ストッパ２１は、弁体１３の第１の側部１３Ａの上面に係合可能に設けられる。閉弁ストッパ２１は、垂直部２１ａと水平部２１ｂからなるＬ形状をなし、その垂直部２１ａが弁座１２の上面に固定され、水平部２１ｂが第１の側部１３Ａの上面に係合可能に配置される。この実施形態では、弁体１３の上面であって、突部１３ｂが設けられる縁部とは反対側の縁部に閉弁ストッパ２１が係合可能に配置される。この実施形態では、弁体１３が全閉状態にあるときに、リターンスプリング１０が弁体１３を閉弁方向へ回動付勢することにより、第１の側部１３Ａの上面が閉弁ストッパ２１に係合するようになっている。

以上説明したこの実施形態のＥＧＲ弁１の構成によれば、第１実施形態の作用及び効果に加え、次のような作用及び効果を得ることができる。すなわち、全閉状態における弁体１３の第１の側部１３Ａに対し、閉弁方向へ向かう回動を規制する閉弁ストッパ２１が係合可能に設けられるので、突部１３ｂが設けられる縁部の反対側の縁部が突部１３ｂから最も離れていても、全閉時に弁体１３の浮き上がりが閉弁ストッパ２１により抑えられる。このため、全閉時における弁体１３と弁座１２との間のシール性を向上させることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

（１）前記各実施形態では、弁体１３に設けられる突部１３ｂの孔１３ｃに回転軸１４の取付部１４ａを圧入し、溶接により固定するように構成した。これに対し、突部の上面に取付部を置き、溶接により固定するように構成することもできる。

（２）前記第３実施形態では、第１実施形態のＥＧＲ弁１に閉弁ストッパ２１を設けたが、第２実施形態のＥＧＲ弁に閉弁ストッパを設けることもできる。

（３）前記３実施形態における閉弁ストッパ２１の取り付け位置や向きは一例であり、弁体１３の第１の側部１３Ａに係合可能であれば、閉弁ストッパの取り付け位置や向きを適宜変更することもできる。

この発明は、例えば、エンジンに設けられるＥＧＲガス等の流量制御弁に利用することができる。

１ ＥＧＲ弁
６ ハウジング
１１ 流路
１１Ａ 上流側流路
１１Ｂ 下流側流路
１２ 弁座
１２ａ 弁孔
１２ｂ シート面
１３ 弁体
１３Ａ 第１の側部
１３Ｂ 第２の側部
１３ａ シール面
１３ｂ 突部
１４ 回転軸
１４ａ 取付部
１４ｂ 基端部
２１ 閉弁ストッパ
Ｌ１ 主軸線（回転軸の軸線）
Ｖ１ 仮想面
Ｆ１ 開弁方向

Claims (3)

1. 流体が流れる流路を含むハウジングと、
   弁孔と前記弁孔の縁部に形成された環状のシート面を含む弁座と、
   円板状をなし、前記シート面に対応する環状のシール面が外周に形成された弁体と、
   前記弁体の上面に設けられた突部と、
   前記弁体を回動させるための回転軸と、
   前記回転軸は、その先端に、前記弁体が取り付けられる取付部を含むことと、
   前記回転軸は、前記取付部がある側を自由端とし、前記自由端の反対側を基端として、前記基端を含む基端部にて前記ハウジングに対し回転可能に片持ち支持されることと、
   前記回転軸の軸線が前記弁体の前記シール面から離れて配置されると共に前記弁体の軸線から離れて配置されることと、
   前記弁体は、その突部にて前記回転軸の前記取付部に固定されることと、
   前記弁体及び前記突部と、前記取付部とが前記流路の中に配置されることと
   を備えた二重偏心弁において、
   前記突部及び前記取付部は、前記弁体の上面中央よりも上面外周寄りであって前記回転軸の前記基端部の側へ近付けて配置されることを特徴とする二重偏心弁。
2. 前記弁孔は、前記弁座の中央よりも前記回転軸の前記基端部の側寄りに偏心させて配置されることを特徴とする請求項１に記載の二重偏心弁。
3. 前記流路は、前記弁座を境として上流側流路と下流側流路に分かれ、前記弁体は、前記上流側流路又は前記下流側流路に配置され、
   前記弁体は、前記回転軸の前記軸線から前記弁体の前記軸線が伸びる方向と平行に伸びる仮想面を境とする第１の側部と第２の側部を含み、前記弁体が前記弁座に着座した全閉状態から開弁方向へ回動するときに、前記第１の側部が前記上流側流路又は前記下流側流路に向けて回動し、前記第２の側部が前記下流側流路又は前記上流側流路へ向けて回動し、
   前記全閉状態の前記弁体に対し、前記開弁方向とは逆向きの閉弁方向へ向かう回動を規制するために、前記第１の側部に係合可能な閉弁ストッパが設けられる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の二重偏心弁。

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