JP4578923B2 - 管の開閉構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車の排気管等の管を開閉する管の開閉構造に関する。

自動車の排気管を開閉するために、該排気管の軸線と直交して配置された回動軸にバタフライ弁体を固定した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、排気管の内側に突出する所定幅のビード部を設け、このビード部における回動軸に対する一方側の排気上流側、及びビード部における回動軸に対する他方側の排気下流側を、それぞれバタフライ弁体が当接して排気管を閉塞する弁座としている。また、所定幅のビード部を弁座とするために、バタフライ弁体をＺ形状としている。
実開平６−８０８４０号公報 実開平６−８０８３７号公報

しかしながら、上記の如き従来の技術では、ビード部が排気管の流路断面積を絞ってしまう問題があった。また、Ｚ形状のバタフライ弁体は、排気管の開放時に屈曲した中間部が流れ方向を向くため排気の流動抵抗を大きくする問題があった。

本発明は、上記事実を考慮して、管の開放状態で流体をスムースに通過させることができる管の開閉構造を得ることが目的である。

第１の参考態様に係る管の開閉構造は、軸線方向の一方側に流体が通過する管内に設けられ、該管の軸線に垂直な方向に沿う軸線を有する回動軸と、前記管の管壁における前記回動軸を境とした一方側にのみ該管の周方向に沿って形成され、流体の流れ方向下流側を向く第１段部と、前記管の管壁における前記回動軸を境とした前記第１段部とは反対側にのみ該管の周方向に沿って形成され、流体の流れ方向上流側を向く第２段部と、前記回動軸と一体的に回動するように設けられ、該回動軸の回動によって、該回動軸に対する一方側を前記第１段部に当接すると共に他方側を前記第２段部に当接して前記管を閉塞する閉塞位置と、前記第１段部及び第２段部から離間して前記管を流体が通過することを可能とする開放位置とを取り得る弁体と、を備えている。

第１の参考態様に係る管の開閉構造では、弁体の回動軸に対する一方側の周縁部が第１段部に当接すると共に、弁体の回動軸に対する他方側の周縁部が第２段部に当接することで、該弁体によって管が閉塞される。すなわち、第１段部及び第２段部は、それぞれ弁体に対する弁座であり、弁座が段部であることにより、弁体の外縁部が管の内縁部（管が円筒形状である場合には内周面）に接触して該管を閉塞する構造ように弁体と管との間に部分的に隙間が生じ難い。この管を開放する際には、弁体の各部がそれぞれ第１段部、第２段部から離間する方向に回動軸を回動する。すなわち、流れ方向下流側を向いている第１段部に当接する部分が下流側に回動し、流れ方向上流側を向いている第２段部に当設する部分が上流側に回動することで、弁体が開放位置に至り管が開放される。

ここで、第１段部及び第２段部が、それぞれ回動軸に対し互いに異なる側にのみ形成されているため、換言すれば、従来の如く第１段部及び第２段部とが管の全周に亘り環状に連続する構成ではないため、本構成では流路断面積が大きく絞られることがない。また、第１段部及び第２段部がそれぞれ管壁の段部であるため、例えば管壁から管の内側に向け突出する突条にて第１及び第２段部を形成する構成（第１段部の背面及び第２段部が共に上流側を向く構成）と比較して、換言すれば、流体流れ方向から見て第１段部と第２段部とが環状に連続するように位置する構成と比較して、第２段部のみが上流側を向く本構成では流路抵抗が低減される。

このように、第１の参考態様に係る管の開閉構造では、管の開放状態で流体をスムースに通過させることができる。なお、管壁の段差は、例えば、厚み一定の管壁自体を段付形状に形成することで形成したり、管壁における厚肉部と薄肉部との境界として形成したりすることができる。

第２の参考態様に係る管の開閉構造は、請求項１記載の管の開閉構造において、前記第２段部は、前記第１段部に対し流体流れ方向の下流側に配置されている。

第２の参考態様に係る管の開閉構造では、流体流れ方向上流側（以下、単に上流側という）を向く第２段部が、流体流れ方向下流側（以下、単に下流側という）を向く第１段部よりも下流側に位置しているため、弁体の設置空間は、第２段部である段部の上流側で内径が大きい部分と、第１段部である段部の下流側で内径が大きい部分とが管の軸線方向にオーバラップして形成される。このため、第１及び第２段部を形成することで流路断面積を狭めることなく逆に広げ（弁体及び回動軸による流路断面積減少を抑え）、流体の流動抵抗を一層低減している。

第３の参考態様に係る管の開閉構造は、請求項１又は請求項２記載の管の開閉構造において、前記第１段部及び第２段部は、前記管の軸線に垂直な面に沿って形成されている。

第３の参考態様に係る開閉構造では、第１及び第２段部が共に管の軸線に垂直な面に沿って形成されているため、弁体が管の内周面に干渉し難い。すなわち、例えば、弁体と第１及び第２段部との当たり方向と管の熱収縮方向とが異なるため、弁体の管に対する喰い付きが生じ難く、また例えば、弁体は、第１及び第２段部に対し離間する際の移動方向（接線方向）が管壁の長手方向に略一致し、その後管壁から遠ざかる軌跡を描くため、管の開閉に伴って回動軸と共に回動する弁体が管壁に干渉することが防止される。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る管の開閉構造は、軸線方向の一方側に流体が通過する管内に設けられ該管の軸線に垂直な方向に沿う軸線を有する回動軸と、前記回動軸と一体的に回動するように設けられ該回動軸が回動することで前記管を開閉する弁体とを備えた管の開閉装置であって、前記回動軸は、前記管を閉塞している前記弁体に対する流体の流れ方向の上流側及び下流側の何れか一方側にのみ位置し、前記弁体は、第１平坦部と第２平坦部との間に傾斜部が設けられて形成され、前記管の開度を最大にする状態で、前記傾斜部が前記回動軸の上流側で流体の流れ方向に対し傾斜して位置し、前記第１平坦部が前記傾斜部の下流側で流体の流れ方向に沿って位置すると共に前記管の軸線方向に沿うように位置し、前記第２平坦部が前記傾斜部に対する上流側で流体の流れ方向に沿って位置すると共に前記管の軸線方向に沿うように位置し、かつ、前記管の開度を最大にする状態で、前記第１平坦部に固定された前記回動軸の頂部が、前記第２平坦部の表面に沿った下流側への延長線上に位置する。

請求項１記載の管の開閉構造では、弁体が回動軸と共に該回動軸の軸心廻りに回動することで、管を開閉する。回動軸は、弁体における第２平坦部に固定されるか一体に形成されており、弁体が管の開度を最大にする状態では、弁体の傾斜部の下流側に位置する。したがって、弁体が管の開度を最大にする状態では、流体は、回動軸に直接的に接触することが抑制され、傾斜部の上流側面に案内されてスムースに流れる。これにより、回動軸が管内の気流を乱すことが防止され、管における弁体の下流の背圧の上昇が抑制される。また、弁体が管の開度を最大にする状態で流体の流れ方向に沿って位置する第１平坦部及び第２平坦部は、流動抵抗を増したり気流を乱したりすることがない。

このように、請求項１記載の管の開閉構造では、管の開放状態で流体をスムースに通過させることができる。

請求項２記載の発明に係る管の開閉構造は、請求項１記載の管の開閉構造において、前記弁体は、前記第１平坦部が前記管内に設けられ流れ方向下流側を向く第１弁座に当接すると共に、前記第２平坦部が前記第１平坦部よりも流体の流れ方向の下流側で前記管内に設けられ流れ方向上流側を向く第２弁座に当接して、前記管を閉塞する。

請求項２記載の管の開閉構造では、弁体は、その第１平坦部、第２平坦部を管内に設けられた第１弁座、第２弁座に当接させることで管を閉塞している。そして、下流側を向く第１弁座よりも上流側を向く第２弁座が下流側に位置している。このため、これらの第１弁座、第２弁座を、第１の参考態様に係る第１段部、第２段部の如く形成することができ、傾斜部による整流機能を有する本構成において、第２の参考態様の如く流路断面積を絞らない構成が実現される。すなわち、第１及び第２平坦部に挟まれた傾斜部を有する弁体は、平板状ではなく管の閉塞状態で管軸線方向に所定のスペースを必要とするが、上記（第２の参考態様の作用）の如く弁体の設置空間は広がることから、流路断面積が狭められることがない。このように、本構成は、傾斜部を有する弁体を設けた構成に第２の参考態様の構成を好適に適用することができる。

請求項３記載の発明に係る管の開閉構造は、請求項１記載の管の開閉構造において、前記弁体は、前記第１平坦部が前記管内に設けられ流れ方向下流側を向く第１弁座に当接すると共に、前記第２平坦部が前記第１平坦部よりも流体の流れ方向の上流側で前記管内に設けられ流れ方向上流側を向く第２弁座に当接して、前記管を閉塞する。

請求項３記載の管の開閉構造では、弁体は、その第１平坦部、第２平坦部を管内に設けられた第１弁座、第２弁座に当接させることで管を閉塞している。そして、下流側を向く第１弁座よりも上流側を向く第２弁座が上流側に位置している。この状態から第２平坦部が上流側に、第１平坦部（の回動軸に対し第２平坦部と反対側部分）が下流側に回動することで、管が開放される。

したがって、傾斜部は、弁体がわずかに管の開放方向に回動して流体の流れが生じると、流体を下流側の第１平坦部側に案内し、管内における第２平坦部側よりも流動抵抗が大きくなる第１平坦部側に傾斜部にて案内された流体が流れ込み、管開放時に回動軸を回動するためのトルクを低減することができる。例えば、回動軸をモータ等にて駆動する構成においては、管開放時のモータ負荷を低減することができる。また、上流側に回動する第２平坦部を、下流側に回動する第１平坦部側よりも管閉塞状態で上流側に配置する本構成では、従来技術の如く流路の絞り部分が形成されるが、例えば第１弁座と第２弁座との間に傾斜部に対応して設けられる弁座が、従来技術と比較して流路断面積の絞り量を低減する。なお、第１弁座、第２弁座は、管の軸線に垂直な面に沿う平坦面として形成されることが望ましい。

以上説明したように本発明に係る管の開閉構造は、管の開放状態で流体をスムースに通過させることができるという優れた効果を有する。

本発明の実施の形態に係る管の開閉構造としての排気管用バルブ装置１０について、図１乃至図５に基づいて説明する。排気管用バルブ装置１０は、自動車のエンジンの排気管に設けられ、該排気管を開閉する装置である。なお、各図に適宜記す矢印Ａは、排気管をエンジン側からマフラー側へ流れる排気ガスの流れ方向を示している。以下の説明で単に「上流側」、「下流側」という場合は、この矢印Ａに沿う排気ガスの流れの上流側、下流側を示している。また、説明の便宜上、矢印Ｂに示す方向を上方向とする。

図２には、排気管用バルブ装置１０が正面図にて示されており、図３には、図２の３−３線２沿う断面図が示されている。これらの図に示される如く、排気管用バルブ装置１０は、本発明における管としてのバルブボディ１２を２つ備えている。各バルブボディ１２は、それぞれ略円筒状に形成されると共に互いの軸線が平行になるように配置されており、それぞれ異なる排気管の中間部に連通状態で接続される構成とされている。すなわち、この実施形態に係る排気管用バルブ装置１０は、所謂２連式バルブ装置とされている。

各バルブボディ１２は、連結筒部１４を介して互いに固定的に連結されている。そして、各バルブボディ１２及び連結筒部１４は、共通の回動軸１６が貫通している。回動軸１６は、各バルブボディ１２の軸線に対し垂直な方向に各バルブボディ１２の軸心部を横切るように配置されている。各バルブボディ１２における連結筒部１４と反対側には、軸受筒部１８が一体に形成されており、各軸受筒部１８は、それぞれの内部に配設した軸受部材２０を介して回動軸１６におけるバルブボディ１２から突出した部分を回動自在に軸支している。回動軸１６は、一方の軸受筒部１８をさらに貫通しており、該軸受筒部１８からの突出端には、従動プーリ２２が固定されている。この従動プーリ２２には図示しない駆動モータの回転力がベルト部材等を介して伝達されるようになっている。

各バルブボディ１２は、それぞれ弁体としてのバルブ２４にて開閉される構成とされている。各バルブ２４は、回動軸１６にビス２６等を介して固定されている。以下、各バルブボディ１２内の構造、バルブ２４の構造は共通であるため、一方のバルブボディ１２、及びこれを開閉するバルブ２４について説明することとする。

バルブ２４は、図２（バルブボディ１２の閉塞状態の図）に示される如く、正面視で略円形状に形成されており、回動軸１６の軸線方向に一致した直径部分において該回動軸１６に固定されている。このバルブ２４は、図１（Ａ）に図２の１Ａ−１Ａに沿う断面図として示される如く、側面視（断面視）では屈曲した板状に形成されており、全体として図５に示す如き立体形状とされている。

具体的には、図１（Ａ）及び図５に示される如く、バルブ２４は、回動軸１６に固定される上記直径部分を含む第１平坦部としての第１平板部２４Ａと、該第１平板部２４Ａにおける回動軸１６固定側から連続する傾斜部２４Ｂと、傾斜部２４Ｂにおける第１平板部２４Ａとは反対側から連続する第２平坦部としての第２平板部２４Ｃとを有して構成されている。第１平板部２４Ａと傾斜部２４Ｂとの境界、及び傾斜部２４Ｂと第２平板部２４Ｃとの境界は、それぞれ回動軸１６の軸線方向に沿う直線とされている。

そして、図１（Ａ）に示される如く、バルブ２４は、バルブボディ１２の閉塞状態（詳細は後述）では、第１平板部２４Ａ及び第２平板部２４Ｃを該バルブボディ１２の軸線に垂直な面に沿って配置するようになっており、かつ第２平板部２４Ｃが第１平板部２４Ａよりも下流側に位置する構成とされている。なお、バルブボディ１２を閉塞する図１（Ａ）に示すバルブ２４の位置が、本発明における閉塞位置である。この閉塞位置に位置するバルブ２４は、第１平板部２４Ａ、傾斜部２４Ｂ、第２平板部２４Ｃは、バルブボディ１２の軸線方向及び該軸線に垂直な方向に、互いにオーバラップしない構成とされている。さらに、回動軸１６は、第１平板部２４Ａにおけるバルブボディ１２の閉塞状態で傾斜部２４Ｂの下方に位置する側、すなわち排気ガスの流れ方向下流側に固定されている。

以上説明したバルブ２４は、バルブボディ１２における回動軸１６よりも下側に設けられた第１弁座としての下流向き弁座２８に第１平板部２４Ａの外縁部を当接すると共に、回動軸１６よりも上側に設けられた第２弁座としての上流向き弁座３０に傾斜部２４Ｂ、第２平板部２４Ｃの各外縁部を当接することで、上記閉塞位置に位置してバルブボディ１２を閉塞するようになっている。

図４に示される如く、下流向き弁座２８は、それよりも上流側の内周面１２Ａと、内周面１２Ａの下流側に隣接し該内周面１２Ａよりも内径が大である内周面１２Ｂとの境界の段部として形成されており、バルブボディ１２の軸線に垂直な面に沿う円弧状の平面とされている。上流向き弁座３０は、それよりも上流側の内周面１２Ｃと、内周面１２Ｃの下流側に隣接し該内周面１２Ａよりも内径が小である内周面１２Ｄとの境界の段部として形成されており、かつバルブボディ１２の軸線に垂直な面に沿って形成されている。また、上流向き弁座３０は、バルブ２４の第２平板部２４Ｃが当接する部分３０Ａがバルブボディ１２の軸線に垂直な面に沿う円弧状の平面とされると共に、傾斜部２４Ｂが当接する部分がバルブボディ１２の軸線方向及び該軸線方向に垂直な面の双方に対し傾斜した平面とされている。そして、上流向き弁座３０は、下流向き弁座２８よりも下流側に配置されている。

以上により、図１（Ａ）に示される如く、バルブボディ１２における下流向き弁座２８よりも上流側部分の内径Ｄｕと、上流向き弁座３０よりも下流側部分の内径Ｄｄとが略同一とされている。すなわち、バルブ２４の上流側と下流側とで排気ガスの流路断面積が一定である構成とされている。また、図１（Ｂ）及び図４に示される如く、バルブボディ１２内におけるバルブ２４の配置スペースは、主に内径が大である内周面１２Ｂ、１２Ｃに囲まれた空間、すなわち内径Ｄｕ（Ｄｄ）の部分よりも広い空間とされている。なお、この実施の形態では、バルブボディ１２における管壁の厚肉部１２Ｅが内周面１２Ａ、１２Ｄを形成すると共に、管壁の薄肉部１２Ｆが内周面１２Ｂ、１２Ｃを形成している。バルブボディ１２は、鋳造品（に機械加工を施したもの）とされている。

また、バルブ２４は、図１（Ａ）に示されるバルブボディ１２の閉塞状態から回動軸１６が矢印Ｃ方向に回動することで、第１平板部２４Ａが下流向き弁座２８に対し下流側に離間すると共に、第２平板部２４Ｃ及び傾斜部２４Ｂが上流向き弁座３０に対し上流側に離間して、バルブボディ１２を開放するようになっている。バルブ２４の第１平板部２４Ａ、傾斜部２４Ｂ、第２平板部２４Ｃが面接触する下流向き弁座２８、上流向き弁座３０がバルブボディ１２の軸線に垂直な面に沿っていることから、バルブ２４は、閉塞位置からバルブボディ１２開放側に回動する際に、各部がバルブボディ１２の内周面から単純に遠ざかる軌跡を描き、該バルブボディ１２に干渉する恐れがない構成とされている。

さらに、図１（Ｂ）に示すバルブボディ１２の全開状態では、バルブ２４は、第１平板部２４Ａ及び第２平板部２４Ｃがバルブボディ１２の軸線方向に沿うように位置する構成である。そして、この状態で回動軸１６は、バルブ２４におけるバルブボディ１２の軸線方向に対し傾斜している傾斜部２４Ｂの下流側に位置するようになっている。この状態で第２平板部２４Ｃの下向きの面の下流側への延長線（図１（Ｂ）に示す仮想線Ｌ）上に、回動軸１６の下側頂部が位置するようになっている。すなわち、バルブボディ１２の全開状態では、第１平板部２４Ａの下側に位置する回動軸１６は、傾斜部２４Ｂ（及び第２平板部２４Ｃの板厚部分）によって前方から覆われ、正面視でバルブボディ１２内に露出しない構成である。なお、図１（Ｂ）に示すバルブボディ１２を全開状態とするバルブ２４の位置が、本発明における開放位置に含まれる。

さらに、バルブ２４は、バルブボディ１２の開放状態から回動軸１６が矢印Ｃと反対向きの矢印Ｄ方向に回動することで、バルブボディ１２を閉塞する状態に切り替えられる構成とされている。なお、バルブ２４がバルブボディ１２の全開位置を超えて矢印Ｃ方向に回動しないように、バルブボディ１２と回動軸１６との間に図示しないストッパが設けられている。また、この実施形態では、全閉位置と全開位置との間の回動軸１６の回動量が９０°とされている。

以上説明した排気管用バルブ装置１０は、各バルブボディが異なる排気管におけるエンジン（触媒）とマフラーとの間に接続され、例えば、エンジンの排気ガスを通過させる状態（バルブ２４がバルブボディ１２を全開する状態）と、エンジンの排気ガスを堰き止めて他の流路へ導く状態（バルブ２４によるバルブボディ１２の閉塞状態）とを切り替えるようになっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

上記構成の排気管用バルブ装置１０では、バルブ２４の第１平板部２４Ａをバルブボディ１２の下流向き弁座２８に当接すると共に、バルブ２４の第２平板部２４Ｃ及び傾斜部２４Ｂをバルブボディ１２の上流向き弁座３０に当接することで、該バルブ２４がバルブボディ１２を閉塞する（図１（Ａ）参照）。下流向き弁座２８、上流向き弁座３０が共にバルブボディ１２の内周面に形成された段部であるため、バルブボディ１２の内周面自体を弁座とする構成の如くバルブ２４の外縁と弁座とが部分当たりして周方向に沿って部分的に隙間が形成されてしまうことがなく、排気ガスの上流側から下流側への漏れが確実に防止される。

このバルブボディ１２の閉塞状態から、回動軸１６が要求開度に応じて矢印Ｃ方向に回動すると、バルブ２４の第１平板部２４Ａがバルブボディ１２の下流向き弁座２８から離間すると共に、バルブ２４の第２平板部２４Ｃ及び傾斜部２４Ｂがバルブボディ１２から離間する。これにより、排気ガスがバルブボディ１２を上流側から下流側へ通過する。バルブボディ１２の全開が要求されている場合には、バルブ２４は図１（Ｂ）に示す全開位置まで回動する。

ここで、排気管用バルブ装置１０では、それぞれバルブボディ１２の管壁における流れ方向の反対を向く段差として形成された上流向き弁座３０、下流向き弁座２８が、回動軸１６に対し互いに反対側にのみ位置するため、換言すれば、上流向き弁座３０が従来の如くバルブボディ１２の全周に亘り上流側を向く環状ではないため、バルブボディ１２の流路断面積が大きく絞られることがない。また、上流向き弁座３０、下流向き弁座２８がバルブボディ１２の管壁の肉厚差によって形成されているため、例えば半円弧状に形成された一対の突条をバルブボディ１２の内周面から突設して上流向き及び下流向き弁座を設ける構成のように、排気ガスの流動抵抗を増加してしまうことも防止される。すなわち、排気管用バルブ装置１０では、環状に連続する従来の弁座や上記一対の突条（弁座）がオリフィスの如く機能して流動抵抗を増加してしまうような現象が防止される。

特に、排気管用バルブ装置１０では、上流向き弁座３０が下流向き弁座２８よりも下流側に位置しているため、換言すれば、バルブ２４の設置空間が大径部である内周面１２Ｂ、１２Ｃ（薄肉部１２Ｆ）に囲まれて形成されているため、従来の如くバルブ２４の配設部位の流路断面積が絞られることがなく、バルブディ５２開放時の排気ガスの流動抵抗が低減される。

また、排気管用バルブ装置１０では、バルブボディ１２を全開する全開位置に位置するバルブ２４は、傾斜部２４Ｂを回動軸１６の上流側に位置させているため、傾斜部２４Ｂが排気ガスをスムースに下流側にガイドして回動軸１６に直接的に接触することを抑制し、回動軸１６がバルブボディ１２内で排気ガスの気流を乱すことが防止される。これにより、排気ガスの流動抵抗が一層低減される。

このように、本実施の形態に係る排気管用バルブ装置１０では、排気管（バルブボディ１２）管の開放状態で流体をスムースに通過させることができる。これにより、排気管における背圧の上昇が抑制される。

さらに、排気管用バルブ装置１０では、上流向き弁座３０、下流向き弁座２８がバルブボディ１２の軸線に垂直な面であるため、バルブ２４とバルブボディ１２の内周面、具体的には第１平板部２４Ａの外縁と内周面１２Ｂ、第２平板部２４Ｃ又は傾斜部２４Ｂの外縁と内周面１２Ｃとの間に、バルブボディ１２の径方向に沿う間隔が比較的大きな隙間を設定することができる。このため、バルブボディ１２が膨張、収縮することによるバルブ２４のバルブボディ１２に対する喰い付きが生じ難い。

なお、上記第１の実施形態では、下流向き弁座２８、上流向き弁座３０がバルブボディ１２の軸線との垂直面に沿う構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、上流向き弁座３０が下流向き弁座２８よりも下流に位置する限度で、バルブボディ１２を閉塞する状態のバルブ２４の第１平板部２４Ａ及び第２平板部２４Ｃを該バルブボディ１２の軸線（に垂直な面）に対し傾斜させるように、下流向き弁座２８、上流向き弁座３０を薄肉部１２Ｆ内周面とで成す角を鈍角とする傾斜段部として形成しても良い。この構成では、全閉位置から全開位置までの回動軸１６の回動量を９０°未満に設定することができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第１の実施形態と基本的に同一の部品・部分については上記第１の実施形態と同一の符号を付してその説明・図示を省略する場合がある。

図６には、参考例に係る排気管用バルブ装置４０が示されている。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示される如く、排気管用バルブ装置５０は、バルブボディ１２に代えてバルブボディ４２を、バルブ２４に代えてバルブ４４を備えている。バルブ４４は、平らな円板状に形成されている。したがって、この参考例に係るバルブボディ４２では、上流向き弁座３０に代えて、内周面１２Ｃの下流側に隣接し該内周面１２Ｃよりも内径が大である内周面１２Ｄとの境界の段部として形成された上流向き弁座４６を備えている。上流向き弁座４６は、バルブボディ１２の軸線方向に対する直交面に沿う円弧状の平面とされている。上流向き弁座３０と下流向き弁座２８とのバルブボディ１２の軸線方向に沿う距離は、バルブ４４の板厚に相当する。排気管用バルブ装置４０の他の構成は、排気管用バルブ装置１０の対応する構成と同様である。

この参考例に係る排気管用バルブ装置４０においても、上流向き弁座４０が下流向き弁座２８の下流側に位置するため、バルブ２４に傾斜部２４Ｂが設けられていることによる効果を除いて、上記第１の実施形態に係る排気管用バルブ装置１０と同様の作用効果を奏する。

図７には、第２の実施形態に係る排気管用バルブ装置５０が示されている。図７（Ａ）に示される如く、排気管用バルブ装置５０は、バルブボディ１２に代えてバルブボディ５２を、バルブ２４に代えてバルブ５４を備えている。バルブボディ５２は、下流向き弁座２８、上流向き弁座３０に代えて、後述する下流向き弁座５６、上流向き弁座５８を備える以外は、バルブボディ１２と同様に構成されている。バルブ５４は、第１平板部５４Ａ、傾斜部５４Ｂ、第２平板部５４Ｃを有して、バルブ２４を反転させた如く（実質的に同じ形状に）形成されている。したがって、バルブ５４によるバルブボディ５２の閉塞状態では、回動軸１６がバルブ５４の上流側に位置する構成とされている。

以上説明したバルブ５４は、バルブボディ５２における回動軸１６よりも下側に設けられた第１弁座としての下流向き弁座５６に第１平板部５４Ａの外縁部を当接すると共に、回動軸１６よりも上側に設けられた第２弁座としての上流向き弁座５８に傾斜部５４Ｂ、第２平板部５４Ｃの各外縁部を当接することで、バルブボディ５２を閉塞するようになっている。下流向き弁座５６は、下流向き弁座２８と同様に形成されているが、回動軸１６の軸心に対する位置は下流向き弁座２８よりも下流側とされている。

一方、上流向き弁座５８は、バルブ５４の第２平板部５４Ｃが当接する部分５８Ａがバルブボディ５２の軸線に垂直な面に沿う円弧状の平面とされると共に、傾斜部５４Ｂが当接する部分５８Ｂがバルブボディ５２の軸線方向及び該軸線に垂直な面の双方に対し傾斜した平面とされている。この傾斜部分５８Ｂの傾斜向きは、上流向き弁座３０の傾斜部分３０Ｂとは反体向きとされている。そして、この上流向き弁座５８は、第２平板部５４Ｃが当接する部分５８Ａが下流向き弁座５６よりも上流側に配置されている。また、上流向き弁座５８にける傾斜部５４Ｂが当接する部分５８Ｂは、上記部分５８Ａに連続する側の一部が下流向き弁座５６よりも上流側に配置されている。

以上により、バルブボディ５２における下流向き弁座５６よりも上流側の内径Ｄｕと、上流向き弁座５８よりも下流の内径Ｄｄとが略同一とされている。すなわち、バルブ５４の上流側と下流側とで排気ガスの流路断面積が一定である構成とされている。また、バルブボディ５２内におけるバルブ５４の配置スペース内には、内径が小である内周面１２Ａ、１２Ｄに囲まれた（内周面１２Ａ、１２Ｄがオーバラップする）空間が含まれ、バルブ２４の配設スペースよりは小とされているが、上流向き弁座５８に傾斜部５４Ｂに当接する傾斜部分５８Ｂが形成されることで、従来の構造と比較して十分に広い空間とされている。バルブボディ５２は、鋳造品（に機械加工を施したもの）とされている。

また、バルブ５４は、図７（Ａ）に示されるバルブボディ５２の閉塞状態から回動軸１６が矢印Ｃ方向に回動することで、第１平板部５４Ａが下流向き弁座５６に対し下流側に離間すると共に、第２平板部５４Ｃ及び傾斜部５４Ｂが上流向き弁座５８に対し上流側に離間して、バルブボディ５２を開放するようになっている。さらに、図７（Ｂ）に示すバルブボディ５２の全開状態では、バルブ５４は、第１平板部５４Ａ及び第２平板部５４Ｃがバルブボディ５２の軸線方向に沿うように位置する構成である。そして、この状態で回動軸１６は、バルブ５４におけるバルブボディ５２の軸線方向に対し傾斜している傾斜部５４Ｂの下流側に位置するようになっている。この状態で第２平板部５４Ｃの上向きの面の下流側への延長線（図７（Ｂ）に示す仮想線Ｌ）上に、回動軸１６の下側頂部が位置するようになっている。さらにまた、バルブ５４は、バルブボディ１２の開放状態から回動軸１６が矢印Ｃと反対向きの矢印Ｄ方向に回動することで、バルブボディ５２を閉塞する状態に切り替えられる構成とされている。

排気管用バルブ装置５０の他の構成は、排気管用バルブ装置１０の対応する構成と同様である。

以上説明した排気管用バルブ装置５０では、バルブ５４の第１平板部５４Ａをバルブボディ５２の下流向き弁座５６に当接すると共に、バルブ５４の第２平板部５４Ｃ及び傾斜部５４Ｂをバルブボディ５２の上流向き弁座５８に当接することで、該バルブ５４がバルブボディ５２を閉塞する（図７（Ａ）参照）。下流向き弁座５６、上流向き弁座５８が共にバルブボディ５２の内周面に形成された段部であるため、バルブボディ５２の内周面自体を弁座とする構成の如くバルブ２４の外縁と弁座とが部分当たりして周方向に沿って部分的に隙間が形成されてしまうことがなく、排気ガスの上流側から下流側への漏れが確実に防止される。

このバルブボディ５２の閉塞状態から、回動軸１６が要求開度に応じて矢印Ｃ方向に回動すると、バルブ５４の第１平板部５４Ａがバルブボディ５２の下流向き弁座５６から離間すると共に、バルブ５４の第２平板部５４Ｃ及び傾斜部５４Ｂがバルブボディ５２から離間する。これにより、排気ガスがバルブボディ５２を上流側から下流側へ通過する。バルブボディ５２の全開が要求されている場合には、バルブ５４は、図７（Ｂ）に示す全開位置まで回動する。

ここで、排気管用バルブ装置５０では、それぞれバルブボディ５２の管壁における流れ方向の反対を向く段差として形成された上流向き弁座５８、下流向き弁座５６が、回動軸１６に対し互いに反対側にのみ位置するため、換言すれば、上流向き弁座５８が従来の如くバルブボディ５２の全周に亘り上流側を向く環状ではないため、バルブボディ５２の流路断面積が大きく絞られることがない。また、上流向き弁座５８、下流向き弁座５６がバルブボディ５２の管壁の肉厚差によって形成されているため、例えば半円弧状に形成された一対の突条をバルブボディ５２の内周面から突設して上流向き及び下流向き弁座を設ける構成のように、排気ガスの流動抵抗を増加してしまうことも防止される。すなわち、排気管用バルブ装置５０では、環状に連続する従来の弁座や上記一対の突条（弁座）がオリフィスの如く機能して流動抵抗を増加してしまうような現象が防止される。

特に、排気管用バルブ装置５０では、バルブ５４に傾斜部５４Ｂを設けることで、換言すれば傾斜部５４Ｂに対応して上流向き弁座５８に傾斜した部分５８Ｂを設けることで、厚肉部１２Ｅ同士がオーバラップする部分が小さくなり、従来の構造と比較してバルブ５４の設置による流路断面積の縮小が抑えられる。以上により、バルブディ５２開放時の排気ガスの流動抵抗が低減される。

また、排気管用バルブ装置５０では、バルブボディ５２を全開する全開位置に位置するバルブ５４は、傾斜部５４Ｂを回動軸１６の上流側に位置させているため、傾斜部５４Ｂが排気ガスをスムースに下流側にガイドして回動軸１６に直接的に接触することを抑制し、回動軸１６がバルブボディ５２内で排気ガスの気流を乱すことが防止される。これにより、排気ガスの流動抵抗が一層低減される。

このように、本実施の形態に係る排気管用バルブ装置５０では、排気管（バルブボディ１２）の開放状態で流体をスムースに通過させることができる。これにより、排気管における背圧の上昇が抑制される。

さらに、排気管用バルブ装置１０では、上流向き弁座３０、下流向き弁座２８がバルブボディ１２の軸線との直交面であるため、バルブ２４とバルブボディ１２の内周面、具体的には第１平板部２４Ａの外縁と内周面１２Ｂ、第２平板部２４Ｃ又は傾斜部２４Ｂの外縁と内周面１２Ｃとの間に、バルブボディ１２の径方向に沿う間隔が比較的大きな隙間を設定することができる。このため、バルブボディ１２が膨張、収縮することによるバルブ２４のバルブボディ１２に対する喰い付きが生じ難い。

またここで、排気管用バルブ装置５０では、バルブボディ５２の閉塞状態から回動軸１６がわずかに矢印Ｃ方向に回動すると、バルブ５４の上流側から下流側への排気ガスの流れが生じ、傾斜部５４Ｂが排気ガスを第１平板部５４Ａ側に案内する。このため、開放初期のバルブボディ５２内では、回動軸１６の下側（第１平板部５４Ａ側）で上側よりも排気ガスの流動抵抗すなわちバルブ５４両側の圧力差が大きくなり、かつこの圧力差が大きい側に傾斜部５４Ｂにて案内された排気ガスが流れ込む。これにより、Ｂバルブボディ５２の開放初期には、バルブ５４に矢印Ｃ方向に力が作用し、回動軸１６を矢印Ｃ方向に回動するトルクを生じるモータの負荷を低減することができる。

なお、上記各実施形態では、排気管用バルブ装置１０、４０、５０が２連式バルブ装置である例を示したが、本発明はこれに限定されず、排気管用バルブ装置１０は、例えば、単一の排気管に適用されるものであってもよく、３連以上に構成されても良い。

また、上記各実施形態では、排気管用バルブ装置１０、４０、５０がバルブボディ１２、４２、５２を有する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、排気管に直接的に上流向き弁座３０、５８、下流向き弁座２８、４６を設けても良い。また、これらの上流向き弁座３０、５８、下流向き弁座２８、４６は、厚肉部１２Ｅと薄肉部１２Ｆとの段差として形成される構成には限定されず、バルブボディ（排気管）の外周面側にも段差が形成されるようにして構成しても良い。

さらに、上記各実施形態では、バルブボディ１２、４２、５２が略円形断面の排気ガス流路を形成する例を示したが、本発明はこれに限定されず、バルブボディ１２、４２、５２（排気管自体）が、例えば排気ガス流路を四角形等の多角形や楕円形等の断面形状に形成するものであっても良い。また、回動軸１６はバルブボディ１２等の軸心部を横切るように配置される構成には限定されず、例えば、バルブボディ１２等の上下方向中間部に対し情報又は下方にオフセットして配置されても良い。

さらにまた、本発明に係る管の開閉装置は、気体である排気ガスが流れる排気管を開閉する用途に限られず、あらゆる用途に適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る排気管用バルブ装置のバルブと弁座とを示す図であって、（Ａ）は図２の１Ａ−１Ａ線に沿うバルブボディ閉塞状態の断面図、（Ｂ）はバルブボディ全開状態の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気管用バルブ装置の概略全体構成を示す正面図である。 図２の３−３線に沿う断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気管用バルブ装置を構成するバルブボディのカット図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気管用バルブ装置を構成するバルブの斜視図である。 本発明の参考例に係る排気管用バルブ装置のバルブと弁座とを示す図であって、（Ａ）はバルブボディ閉塞状態の断面図、（Ｂ）はバルブボディ全開状態の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る排気管用バルブ装置のバルブと弁座とを示す図であって、（Ａ）はバルブボディ閉塞状態の断面図、（Ｂ）はバルブボディ全開状態の断面図である。

符号の説明

１０ 排気管用バルブ装置（管の開閉構造）
１２ バルブボディ（管）
１６ 回動軸
２４ バルブ（弁体）
２４Ａ 第１平板部（第１平坦部）
２４Ｂ 傾斜部
２４Ｃ 第２平板部（第２平坦部）
２８ 下流向き弁座（第１段部、第１弁座）
３０ 上流向き弁座（第２段部、第２弁座）
４０・５０ 排気管用バルブ装置（管の開閉構造）
４２・５２ バルブボディ（管）
４４・５４ バルブ（弁体）
４６・５８ 上流向き弁座（第２段部、第２弁座）
５４Ａ 第１平板部（第１平坦部）
５４Ｂ 傾斜部
５４Ｃ 第２平板部（第２平坦部）
５６ 下流向き弁座（第１段部、第１弁座）

Claims (3)

1. 軸線方向の一方側に流体が通過する管内に設けられ該管の軸線に垂直な方向に沿う軸線を有する回動軸と、前記回動軸と一体的に回動するように設けられ該回動軸が回動することで前記管を開閉する弁体とを備えた管の開閉装置であって、
   前記回動軸は、前記管を閉塞している前記弁体に対する流体の流れ方向の上流側及び下流側の何れか一方側にのみ位置し、
   前記弁体は、第１平坦部と第２平坦部との間に傾斜部が設けられて形成され、前記管の開度を最大にする状態で、前記傾斜部が前記回動軸の上流側で流体の流れ方向に対し傾斜して位置し、前記第１平坦部が前記傾斜部の下流側で流体の流れ方向に沿って位置すると共に前記管の軸線方向に沿うように位置し、前記第２平坦部が前記傾斜部に対する上流側で流体の流れ方向に沿って位置すると共に前記管の軸線方向に沿うように位置し、かつ、前記管の開度を最大にする状態で、前記第１平坦部に固定された前記回動軸の頂部が、前記第２平坦部の表面に沿った下流側への延長線上に位置する管の開閉構造。
2. 前記弁体は、前記第１平坦部が前記管内に設けられ流れ方向下流側を向く第１弁座に当接すると共に、前記第２平坦部が前記第１平坦部よりも流体の流れ方向の下流側で前記管内に設けられ流れ方向上流側を向く第２弁座に当接して、前記管を閉塞する請求項１記載の弁の開閉構造。
3. 前記弁体は、前記第１平坦部が前記管内に設けられ流れ方向下流側を向く第１弁座に当接すると共に、前記第２平坦部が前記第１平坦部よりも流体の流れ方向の上流側で前記管内に設けられ流れ方向上流側を向く第２弁座に当接して、前記管を閉塞する請求項１記載の弁の開閉構造。

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