JP2018096430A

JP2018096430A - バルブ装置

Info

Publication number: JP2018096430A
Application number: JP2016240548A
Authority: JP
Inventors: 健二村岡; Kenji Muraoka
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-06-21

Abstract

【課題】密閉性の低下を抑制することが可能なバルブ装置を提供する。【解決手段】環状に形成され、内周面１１によって流体の流通経路を形成するバルブシート１０と、前記流通経路の開度を変更可能なバルブ２０と、前記バルブ２０の外周に亘って設けられると共に当該バルブ２０に対して相対移動可能に設けられ、前記流通経路を閉塞する際に前記バルブ２０と前記バルブシート１０の内周面との間を密閉するシールリング３０と、前記バルブ２０と前記バルブシート１０との相対位置を変更することで、前記バルブ２０に沿った断面（仮想面Ｆ）における前記バルブシート１０の内周面１１の径を変化させることが可能な位置調節機構（回転軸４０）と、を具備した。【選択図】図２

Description

本発明は、流体通路を開閉するバルブ装置の技術に関する。

従来、流体通路を開閉するバルブ装置の技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１には、流体通路が形成されるハウジングと、流体通路の内部に回動可能に配置されるバルブと、を具備するバルブ装置が記載されている。また当該バルブの外周縁には、バルブと流体通路の内壁との隙間を無くすシールリングが配置されている。このようなシールリングを用いることで、当該バルブ装置のシール性を向上させることができる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術において、使用されるシールリングは弾性を持たせるためにリング上に切欠きが設定されているため、密閉性が損なわれていた。また周囲の温度等の影響によってシールリングに変形（例えば、膨張等）が生じた場合やシールリングやハウジングの寸法にばらつきが生じた場合に、バルブ装置の密閉性が低下してしまうおそれがあった。

特開２０１６−１５１３５０号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、密閉性の低下を抑制することが可能なバルブ装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、環状に形成され、内周面によって流体の流通経路を形成するバルブシートと、前記流通経路の開度を変更可能なバルブと、前記バルブの外周に亘って設けられると共に当該バルブに対して相対移動可能に設けられ、前記流通経路を閉塞する際に前記バルブと前記バルブシートの内周面との間を密閉するシールリングと、前記バルブと前記バルブシートとの相対位置を変更することで、前記バルブに沿った断面における前記バルブシートの内周面の径を変化させることが可能な位置調節機構と、を具備するものである。

請求項２においては、前記バルブシートの内周面は、所定の点を中心とする球面状に形成され、前記シールリングの外周部は、円形状に形成されているものである。

請求項３においては、前記位置調節機構は、その軸線が前記所定の点と重複しないように配置されると共に、前記バルブを回転可能に支持する回転軸により構成されるものである。

請求項４においては、前記位置調節機構は、その軸線方向に沿って前記バルブを移動可能に支持すると共に、前記バルブを回転可能に支持する回転軸により構成されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、密閉性の低下を抑制することができる。

請求項２においては、密閉性の低下を効果的に抑制することができる。

請求項３においては、構成の簡素化を図ることができる。

請求項４においては、構成の簡素化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るバルブ装置の側面一部断面図。同じく、平面図一部断面図。バルブ及びシールリングを示す分解平面図。流体通路を開放した状態を示す平面断面図。バルブとバルブシートの相対位置が変更された状態を示す平面断面図。（ａ）図５におけるＴ１部分の拡大図。（ｂ）図５におけるＴ２部分の拡大図。バルブの回転角度を示した図。第一変形例に係るバルブ装置の側面断面図。第二変形例に係るバルブ装置の側面断面図。

以下では、図中の矢印Ｕ、矢印Ｄ、矢印Ｆ、矢印Ｂ、矢印Ｌ及び矢印Ｒで示した方向を、それぞれ上方向、下方向、前方向、後方向、左方向及び右方向と定義して説明を行う。

まず、図１から図３までを用いて、本発明の一実施形態に係るバルブ装置１の構成について説明する。

図１及び図２に示すバルブ装置１は、流体が流通する経路（流体通路）を開閉することによって、流体の流量を調節する、いわゆるバタフライバルブである。バルブ装置１は、例えば排気ガス再循環用の流体通路に適用することで、エンジンに還流させる排気ガス量を調節することができる。バルブ装置１は、主としてバルブシート１０、バルブ２０、シールリング３０及び回転軸４０を具備する。

バルブシート１０は、流体通路の一部を形成するものである。バルブシート１０は正面視環状に形成され、当該バルブシート１０の内側を流体が流通することができる。すなわち、バルブシート１０（より詳細には、バルブシート１０の内周面１１）は、流体通路の一部を形成することになる。なお、本実施形態においては、流体は後方から前方へと流通するものとする。

バルブシート１０の内周面１１は、球面状となるように形成される。具体的には、内周面１１は、バルブシート１０の前方に位置する点Ｃを中心とする球面状に形成される。

バルブ２０は、流体通路を開閉することによって、当該流体通路を流通する流体の流量を調節するものである。図３に示すように、バルブ２０は第一部材２１及び第二部材２２により形成される。なお、説明の便宜上、図３以外の図では、バルブ２０を一体的に図示している（第一部材２１及び第二部材２２に分けて図示していない）。

第一部材２１は、正面視円形の略平板状に形成された平板部２１ａと、当該平板部２１ａの後側面の中央から後方に向かって延設された円柱状の連結部２１ｂと、を具備する。

第二部材２２は、第一部材２１の平板部２１ａと前後略対象な形状（正面視円形の略平板状）に形成される。

バルブ２０は、第一部材２１の連結部２１ｂの後端を、第二部材２２の前側面の中央に適宜の方法で固定することによって形成される。このようにして、第一部材２１の平板部２１ａと第二部材２２との間（連結部２１ｂの外側）には、溝部２３（図１及び図２参照）が形成される。図１及び図２に示す溝部２３は、バルブ２０の外周面の全周に亘って形成される。溝部２３は、バルブ２０の全周に亘って深さ（バルブ２０の径方向における深さ）が一定となるように形成される。

シールリング３０は、バルブ２０とバルブシート１０（内周面１１）との隙間を無くすことで、当該バルブ２０とバルブシート１０との間を密閉するものである。シールリング３０は、正面視において切欠きのない円形状の外周部（外縁部）を有する板状に形成される。またシールリング３０の中心には、当該シールリング３０を前後に貫通する貫通孔３１が形成される。これによって、シールリング３０は円環状に形成される。シールリング３０の内径Ｄ１は、バルブ２０の溝部２３の底部（第一部材２１の連結部２１ｂ）の径Ｄ２よりも大きくなるように形成される（図３参照）。シールリング３０の外径は、バルブ２０の外径よりも大きくなるように形成される。シールリング３０の前後幅は、バルブ２０の溝部２３の前後幅と略同一となるように形成される。シールリング３０は、周囲の温度（高温）等の影響による変形（へたり等）を抑制する観点から、弾性をあまり有さない低弾性材料（例えば、金属材料）により形成される。

図３に示すように、シールリング３０の貫通孔３１に、第一部材２１の連結部２１ｂが挿通された状態で、当該第一部材２１と第二部材２２とが固定されることで、シールリング３０がバルブ２０の溝部２３に配置される。

シールリング３０が溝部２３に配置された状態において、当該シールリング３０は、周方向全周に亘って隙間なくバルブ２０（平板部２１ａまたは第二部材２２）と接する。このため、当該シールリング３０とバルブ２０（第一部材２１及び第二部材２２）との間は密閉され、流体が入り込むことができないように構成されている。

また、シールリング３０の内径Ｄ１はバルブ２０の溝部２３の底部の径Ｄ２よりも大きいため、シールリング３０は、溝部２３内において、バルブ２０に対して移動することができる。特に、シールリング３０は、バルブ２０の径方向（上下方向及び左右方向）にある程度移動（摺動）することができる。

図１及び図２に示す回転軸４０は、バルブ２０の回転中心となるものである。回転軸４０は、長手方向を上下方向に向けて配置される。回転軸４０は、図示せぬアクチュエータ（例えば、モータ等）に連結される。回転軸４０は、当該アクチュエータによって任意の角度に回転させることができる。

回転軸４０（より詳細には、回転軸４０の軸線Ａ）は、平面視（軸線Ａ方向視）において点Ｃとは異なる位置（オフセットした位置）に配置される。具体的には、軸線Ａは、平面視において、点Ｃに対して左右方向（バルブシート１０の径方向）一側、本実施形態においては左側に距離ｘ１だけ偏った位置に配置される。また軸線Ａは、平面視において、点Ｃに対して前後方向一側、本実施形態においては後側（バルブシート１０側）に距離ｘ２だけ偏った位置に配置される（図２参照）。

回転軸４０は、連結部４１を介してバルブ２０に連結される。回転軸４０が回転すると、バルブ２０も当該回転軸４０と一体的に回転することになる。このように、回転軸４０を回転させることで、バルブ２０をバルブシート１０に対して相対的に移動させる（相対位置を変更する）ことができる。

なお、図面の簡略化のため、図１及び図２以外の図では、回転軸４０の軸線Ａのみを図示し、回転軸４０の図示は省略している。

以下では、上述の如く構成されたバルブ装置１により流体通路を開閉する様子について説明する。なお、図２及び図４に示すバルブ装置１の動作は、周囲が一定の温度（例えば、室温）である状態で行われるものとする。

流体通路を閉塞する場合、図２に示すように、バルブ２０が流体通路を流通する流体の流れ（前後方向）に対して垂直になるように、すなわちバルブ２０の後側面がまっすぐ後方を向くように、回転軸４０を回転させる。この際、シールリング３０の外周部は、バルブシート１０の内周面１１に接する。バルブシート１０の内周面１１は球面状に形成されているため、円形状に形成されたシールリング３０の外周部は、全周に亘って隙間無くバルブシート１０の内周面１１と接することができる。このようにして、流体通路（バルブシート１０）が閉塞され、流体は当該流体通路を流通することができなくなる。

なお、このようにバルブ２０の後側面がまっすぐ後方を向くように配置された状態において、シールリング３０の外周部がバルブシート１０の内周面１１と隙間なく接するように、予めバルブシート１０やシールリング３０の寸法が設定されている。

流体通路を開放する場合、図４に示すように、回転軸４０を所定の方向（本実施形態においては、平面視反時計回り）に回転させる。ある程度回転軸４０（バルブ２０）が回転すると、シールリング３０がバルブシート１０の内周面１１から離間する。これによって流体通路（バルブシート１０）が開放され、流体は当該流体通路を前方へと流通することができる。

以下では、周囲の温度の変化により、シールリング３０等が変形した場合のバルブ装置１の様子について説明する。

例えば、周囲の温度が高温になった場合、シールリング３０やバルブ２０等は熱によって変形（膨張）する。なお、本実施形態においては、説明を簡略化するため、シールリング３０のみが熱によって膨張するものと仮定して説明する。

通常であれば、シールリング３０が熱によって変形するとバルブシート１０とバルブ２０の間の密閉性が損なわれてしまう。しかし本実施形態に係るバルブ装置１では、シールリング３０が変形しても当該密閉性を維持できるように構成されている。

具体例を挙げて説明すると、例えば周囲の温度が室温である状態においては、前述の如く、バルブ２０の後側面がまっすぐ後方を向いた状態で、シールリング３０の外周部がバルブシート１０の内周面１１に接することができる（図２参照）。

しかし、当該状態（バルブ２０が流体通路を閉塞した状態）において、周囲の温度が上昇し、シールリング３０が熱によって変形（例えば膨張）した場合、バルブ２０の後側面がまっすぐ後方を向いたままでは、当該シールリング３０とバルブシート１０の内周面１１が干渉してしまう。そこで本実施形態に係るバルブ装置１においては、図５及び図６に示すように、シールリング３０とバルブシート１０の内周面１１が干渉することなく、かつシールリング３０の外周部が全周に亘って隙間無くバルブシート１０の内周面１１と接することができる位置まで、バルブ２０が回転軸４０を中心に平面視反時計回りに僅かに回転すると共に、シールリング３０が溝部２３内を径方向に適宜移動する。

なお、この際のバルブ２０の回転やシールリング３０の移動は、外部からの力（例えば、アクチュエータ等からの力）によるものではなく、膨張したシールリング３０がバルブシート１０の内周面１１を押す力によって行われる。

このように、本実施形態に係るバルブ装置１では、シールリング３０が変形しても、バルブ２０の回転及びシールリング３０の移動によって、バルブシート１０とバルブ２０の間の密閉性を維持することができる。

以下では、本実施形態に係るバルブ装置１が、シールリング３０が変形してもバルブシート１０とバルブ２０の間の密閉性を維持することができる理由について、詳細に説明する。

なお以下では、説明のために、バルブ２０及びシールリング３０が配置されている位置（バルブ２０及びシールリング３０の厚み方向中央）に仮想的な平面を設定し、当該平面を仮想面Ｆと称する。

例えば、図２に示すように、バルブ２０の後側面がまっすぐ後方を向いた状態においては、仮想面Ｆ上（仮想面Ｆで切断した断面）におけるバルブシート１０の内周面１１の径は、Ｄｓ１である。

これに対して、図５に示すように、バルブ２０が回転軸４０を中心に平面視反時計回りに回転した状態においては、仮想面Ｆ上におけるバルブシート１０の内周面１１の径は、Ｄｓ１よりも大きいＤｓ２となる。

このようにバルブ２０の回転に伴って仮想面Ｆ上における内周面１１の径が変化するのは、内周面１１の中心である点Ｃに対して、バルブ２０の回転中心となる回転軸４０の軸線Ａがオフセットした位置に配置されているためである。

さらに、シールリング３０はバルブ２０に対して径方向に移動できる。このため、シールリング３０が熱によって変形（例えば、膨張）した場合には、仮想面Ｆ上における内周面１１の径が当該膨張したシールリング３０の外径と一致する位置までバルブ２０が回転すると共に、当該シールリング３０が仮想面Ｆ上におけるバルブシート１０の内周面１１と同一軸線上に移動する（調心する）。

これによって、膨張したシールリング３０とバルブシート１０の内周面１１との干渉を回避することができる。また、当該シールリング３０の外周部は、バルブシート１０の内周面１１に接することができるため、バルブシート１０とバルブ２０との間の密閉性を維持することができる。特に、バルブシート１０の内周面１１は球面状に形成され、シールリング３０の外周部は円形状に形成されているため、シールリング３０の外周部を全周に亘ってバルブシート１０の内周面１１に接触させることができる。

次に、シールリング３０が変形した際のバルブ２０の回転角度θについて説明する。

室温においてシールリング３０がバルブシート１０の内周面１１と接している状態（図２参照）から、バルブ２０を平面視反時計回りに所定角度回動させた場合を想定する。図６においては、室温においてシールリング３０が回転した際に、当該シールリング３０の外周端部が描く軌跡Ｌを二点鎖線で示している。

この場合、図６（ｂ）に示すように、シールリング３０の左側では当該シールリング３０と内周面１１とが干渉量ｄ１だけ干渉することになる。また、図６（ａ）に示すように、シールリング３０の右側では当該シールリング３０と内周面１１とがクリアランス量ｄ２だけ離間することになる。すなわち、当該所定角度だけバルブ２０を回転させる前後を比較すると、仮想面Ｆ上におけるバルブシート１０の内周面１１の径は、ｄ２−ｄ１だけ大きくなることになる。

したがって、図７に示すように、シールリング３０が熱により変形（膨張）した場合には、当該シールリング３０の熱による膨張量ａ（シールリング３０の外径の変化量）＝ｄ２−ｄ１となる角度ｂだけバルブ２０が回転すれば、バルブシート１０とバルブ２０との間の密閉性を維持することができる。

以上の如く、本実施形態に係るバルブ装置１は、
環状に形成され、内周面１１によって流体の流通経路を形成するバルブシート１０と、
前記流通経路の開度を変更可能なバルブ２０と、
前記バルブ２０の外周に亘って設けられると共に当該バルブ２０に対して相対移動可能に設けられ、前記流通経路を閉塞する際に前記バルブ２０と前記バルブシート１０の内周面との間を密閉するシールリング３０と、
前記バルブ２０と前記バルブシート１０との相対位置を変更することで、前記バルブ２０に沿った断面（仮想面Ｆ）における前記バルブシート１０の内周面１１の径を変化させることが可能な位置調節機構（回転軸４０）と、
を具備するものである。

このように構成することにより、密閉性の低下を抑制することができる。すなわち、シールリング３０が変形（膨張等）したとしても、バルブ２０とバルブシート１０との相対位置を変更することで、仮想面Ｆにおけるバルブシート１０の内周面１１の径を変化させることができる。このようにして、内周面１１の径がシールリング３０の径と同じになる位置まで当該相対位置を変更し、さらにシールリング３０をバルブ２０に対して適宜相対移動させることで、バルブシート１０とバルブ２０の間の密閉性を維持することができる。
特に、本実施形態に係るバルブ装置１では、シールリング３０を高弾性材料で形成しなくてもバルブシート１０とバルブ２０の間の密閉性を維持することができるため、高弾性材料を用いた場合のへたり等の変形の心配がなくなる。

また、前記バルブシート１０の内周面１１は、所定の点Ｃを中心とする球面状に形成され、
前記シールリング３０の外周部は、円形状に形成されているものである。

このように構成することにより、密閉性の低下を効果的に抑制することができる。すなわち、バルブ２０とバルブシート１０との相対位置が変化しても、シールリング３０の外周部は、全周に亘ってバルブシート１０の内周面１１に接することができるため、バルブ２０とバルブシート１０との間を密閉することができる。

また、前記位置調節機構は、
その軸線Ａが前記所定の点Ｃと重複しないように配置されると共に、前記バルブ２０を回転可能に支持する回転軸４０により構成されるものである。

このように構成することにより、構成の簡素化を図ることができる。すなわち、回転軸４０を点Ｃと重複しないように配置する（オフセットさせる）ことで、容易に前記位置調節機構を構成することができる。

なお、本実施形態に係る回転軸４０は、本発明に係る位置調節機構の実施の一形態である。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、バルブ装置１を排気ガス再循環用の流体通路に適用する例を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、種々の流体通路に適用することが可能である。

また、バルブ装置１を構成する各部材の構成（形状、大きさ等）は本実施形態のものに限らず、任意に変更することができる。例えば、シールリング３０は、本実施形態のような板状ではなく、円形断面を有する線材を環状にしたような形状（リング状）であってもよい。

また、本実施形態において、回転軸４０は、平面視において点Ｃから２方向（すなわち、左右方向及び前後方向）に偏った位置に配置されるものとしたが、本発明はこれに限るものではなく、いずれか一方に偏って配置されるものであってもよい。例えば、回転軸４０は、点Ｃに対して左右方向にのみ偏って配置されるものであってもよい。

また、本実施形態においては、シールリング３０が膨張した場合、当該膨張したシールリング３０がバルブシート１０の内周面１１を押す力によって、バルブ２０が回転されるものとしたが、シールリング３０が収縮した場合には、外部に設けられた付勢部材（スプリング等）の付勢力により、元の位置までバルブ２０が回転するように構成することも可能である。

また、本実施形態においては、点Ｃと重複しないように配置（オフセット）された回転軸４０によって位置調節機構を構成するものとしたが、本発明はこれに限るものではなく、バルブ２０とバルブシート１０との相対位置を変更することができるものであれば、種々の機構を用いることが可能である。

以下では、バルブ装置１の変形例（第一変形例及び第二変形例）について説明する。
まず、図８を用いて第一変形例について説明する。

第一変形例に係るバルブ装置１Ａが、上記実施形態のバルブ装置１と異なる点は、回転軸４０（軸線Ａ）に対してバルブ２０が傾斜している（いわゆる傾斜型バタフライバルブである）点である。

具体的には、バルブ装置１Ａにおいて、バルブシート１０及びバルブ２０は、前下方から後上方に向かうように傾斜している。また回転軸４０は、軸線Ａがバルブ２０の中心を通るような位置に配置されている。また、バルブ２０は、回転軸４０と一体的に回転可能であり、かつ回転軸４０の軸線Ａ方向（上下方向）に移動可能となるように設けられている。

このように構成されたバルブ装置１Ａにおいても、バルブ２０がバルブシート１０に対して相対的に移動（回転軸４０を中心として回転、及び軸線Ａ方向へ移動）すると共に、シールリング３０がバルブ２０に対して移動することで、上記実施形態のバルブ装置１と同様に、シールリング３０が変形してもバルブシート１０とバルブ２０の間の密閉性を維持することができる。

なお、第一変形例に係るバルブ装置１Ａにおいては、バルブシート１０の内周面１１は球面状に限らない。例えば、所定の軸回りの回転体形状で、当該軸方向一側に向かって移動するにつれて、当該軸を法線とする断面上の径が広がる形状（例えば、テーパ状等）であればよい。熱により膨張したシールリング３０は、当該内周面１１の径が拡大する方向へと相対的に移動することで、密閉性を維持することができる。

以上の如く、第一変形例に係るバルブ装置１Ａにおいて、
前記位置調節機構は、
その軸線Ａ方向に沿って前記バルブ２０を移動可能に支持すると共に、前記バルブ２０を回転可能に支持する回転軸４０により構成されるものである。

このように構成することにより、構成の簡素化を図ることができる。すなわち、複雑な機構を用いることなく、容易に前記位置調節機構を構成することができる。

次に、図９を用いて第二変形例について説明する。

第二変形例に係るバルブ装置１Ｂが、第一変形例に係るバルブ装置１Ａと異なる点は、回転軸４０の軸線Ａがバルブ２０と交差しないように配置されている点である。

このように構成されたバルブ装置１Ａにおいても、バルブ２０がバルブシート１０に対して相対的に移動（回転軸４０を中心とする回転、及び回転軸４０の軸線Ａ方向への移動）すると共に、シールリング３０がバルブ２０に対して移動することで、上記実施形態のバルブ装置１と同様に、シールリング３０が変形してもバルブシート１０とバルブ２０の間の密閉性を維持することができる。

１バルブ装置
１０バルブシート
１１内周面
２０バルブ
３０シールリング
４０回転軸

Claims

環状に形成され、内周面によって流体の流通経路を形成するバルブシートと、
前記流通経路の開度を変更可能なバルブと、
前記バルブの外周に亘って設けられると共に当該バルブに対して相対移動可能に設けられ、前記流通経路を閉塞する際に前記バルブと前記バルブシートの内周面との間を密閉するシールリングと、
前記バルブと前記バルブシートとの相対位置を変更することで、前記バルブに沿った断面における前記バルブシートの内周面の径を変化させることが可能な位置調節機構と、
を具備するバルブ装置。
前記バルブシートの内周面は、所定の点を中心とする球面状に形成され、
前記シールリングの外周部は、円形状に形成されている、
請求項１に記載のバルブ装置。
前記位置調節機構は、
その軸線が前記所定の点と重複しないように配置されると共に、前記バルブを回転可能に支持する回転軸により構成される、
請求項２に記載のバルブ装置。
前記位置調節機構は、
その軸線方向に沿って前記バルブを移動可能に支持すると共に、前記バルブを回転可能に支持する回転軸により構成される、
請求項１に記載のバルブ装置。