JP5751057B2

JP5751057B2 - 弁装置

Info

Publication number: JP5751057B2
Application number: JP2011157517A
Authority: JP
Inventors: 健二村岡; 真一鍔田; 基彰森
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-07-19
Also published as: JP2013024277A

Description

本発明は弁装置に関し、内部に流体通路の形成されたハウジングと、該ハウジングに形成された軸受部に回転可能に軸支された回転軸と、該回転軸に固定されて上記流体通路を開閉する円盤状の弁体とを備えた弁装置に関する。

従来、内部に流体が流通する流体通路の形成されたハウジングと、該ハウジングに形成された軸受部に回転可能に軸支された回転軸と、該回転軸に固定されて上記流体通路を開閉する円盤状の弁体とを備えた弁装置が知られている。
このような弁装置として、上記回転軸の回転中心と弁体の中心とが一致している弁装置（特許文献１）が知られているが、このような特許文献１の弁装置の場合、弁体が閉鎖状態となった場合に、流体が上記ハウジングの軸受部から漏れてしまうという問題があった。
このような弁装置に対して、上記流体通路の内周面を所定の軸方向に沿って縮小する断面テーパ形状とし、さらに弁体と当該断面テーパ形状とが接触するシール線に対し、上記回転軸の回転中心を離隔させた弁装置が知られている（特許文献２）。
このような構成とすることで、上記弁体を上記回転軸よりも上流側に位置させることができ、流体がハウジングの軸受部から漏れてしまうという問題を解決することができる。

特開２００４−２６３７２３号公報実開昭６２−４６８６３号公報

上記特許文献２には、従来例として上記流体通路の断面テーパ形状の中心軸上に回転軸の回転中心を位置させた構成（図６）と、断面テーパ形状の中心軸から回転軸の回転中心を偏心させた構成（図１３）とが開示されている。
しかしながら図６の構成のように流体通路の断面テーパ形状の中心軸上に回転軸の回転中心を位置させた場合、弁体を回転させて閉鎖状態と開放状態とするには上記弁体の外周に設けた樹脂製のシール部材を大きく変形させる必要があった。
一方、図１３の構成の場合、閉鎖状態とした際に上記回転軸の回転中心を挟んで上記弁体における面積の広い側に圧力が高く作用するため、弁体を開閉操作するためには上記回転軸を高いトルクで回転させなければならないという問題があった。
このような問題に鑑み、本発明は簡易な構成ながら気密性の高い弁装置を提供するものである。

すなわち請求項１の発明にかかる弁装置は、内部に流体が流通する流体通路の形成されたハウジングと、該ハウジングに形成された軸受部に回転可能に軸支された回転軸と、該回転軸に固定されて上記流体通路を開閉する円盤状の弁体とを備え、
上記流体通路は所定の軸方向に沿って内周面が縮小する断面テーパ形状を有し、さらに弁体と当該断面テーパ形状とが接触するシール線に対し、上記回転軸の回転中心が離隔した弁装置において、
上記弁体は、外周が楕円状で薄肉状に形成された当接部を備え、該弁体が上記流体通路を閉鎖した状態では、上記当接部が形成する平面が上記断面テーパ形状の軸方向に対して所定の角度で傾斜し、かつ該当接部の全周が上記ハウジングの断面テーパ形状に接触し、
さらに上記回転軸の回転中心を、上記当接部が形成する平面に直交し、かつ該当接部の長軸の中央を通過する弁体中心軸と交差するように設け、
上記弁体を開放状態から上記閉鎖状態とすると、上記弁体の当接部の描く軌跡が上記閉鎖状態の位置から上記断面テーパ形状に干渉して、上記閉鎖状態からの弁体の回転が阻止されることを特徴としている。

上記発明によれば、弁体を閉鎖状態とした際に、弁体の当接部と流体通路を形成する断面テーパ形状とが線接触するようになり、高い気密性を得ることが可能であるとともに、弾性変形するシール部材を不要とすることができる。
また、上記回転軸の回転中心は弁体の弁体中心軸と交差するように設けられていることから、閉鎖状態とした際に弁体には回転軸を挟んで均等に圧力が作用するようにすることができる。

本実施例にかかる弁装置を備えたエンジンの構成図弁装置の構成を示す側面図弁装置の断面テーパ形状、弁体、回転軸の配置を示す断面図弁体の接触部の移動軌跡を説明する図

以下図示実施例について説明すると、図１は自動車エンジンの構成図を示しており、ディーゼルエンジンなどのエンジン１と、該エンジン１から排出される流体としての排気ガスを流通させる排気管２と、該排気管２の管路上に直列的に設けられた第１、第２ターボ３、４とを備え、上記排気管２には上記第１ターボ３を迂回するバイパス通路５が接続され、このバイパス通路５に本発明にかかる弁装置６が設けられている。
上記第１ターボ３はエンジン１の運転状況に応じて作動状態を切替えることが可能となっており、具体的には、第１ターボ３を作動させる際には上記弁装置６がバイパス通路５を閉鎖し、第１ターボ３を非作動とする際には上記弁装置６を開放して排気ガスをバイパス通路５から第２ターボ４に供給するようになっている。

図２は上記弁装置６の構成図を示しており、内部に排気ガスを流通させる排気通路１１の形成されたハウジング１２と、該ハウジング１２に形成された図示しない軸受部に回転可能に軸支された回転軸１３と、該回転軸１３に固定されて上記排気通路１１を開閉する円盤状の弁体１４と、上記回転軸１３を駆動する駆動手段１５とを備えている。
上記ハウジング１２は上記バイパス通路５の途中に挿入され、内部には金属製のリング状部材１６が固定され、該リング状部材１６の内周面は上記排気通路１１を形成する断面テーパ形状１６ａに加工されている。
上記ハウジング１２および上記リング状部材１６には図示左右方向に上記軸受部が穿設されており、上記回転軸１３はこの軸受部に図示しないシール手段を介して回転可能に軸支され、また回転軸１３の一端は上記ハウジング１２の外部に突出し、上記駆動手段１５に連結されている。
また上記回転軸１３には円盤状の上記弁体１４が固定されており、後に詳述するように弁体１４を閉鎖状態とした際にはこの弁体１４の外周と上記リング状部材１６の断面テーパ形状１６ａとが線接触して、排気通路１１を閉鎖するようになっている。
上記駆動手段１５は、ハウジング１２の上部に固定されたサーボモータ１７と、該サーボモータ１７によって回転するアーム１８と、該アーム１８と上記回転軸１３との間に設けられたリンク１９とから構成されている。
上記構成により、上記サーボモータ１７が回転軸１３を回転させることにより、該回転軸１３に固定された弁体１４を閉鎖状態と開放状態とに切替えるようになっている。

次に、図３を用いて上記排気通路１１を構成するリング状部材１６の内周面に形成された断面テーパ形状１６ａと、上記回転軸１３および弁体１４について詳細に説明する。なお図３は弁体１４が排気通路１１を閉鎖した閉鎖状態を示し、排気ガスは図示左方から右方に流通するようになっている。
まず上記リング状部材１６は金属によって成形されており、その内周面に形成された断面テーパ形状１６ａは、図示水平方向に設定した該断面テーパ形状１６ａの軸方向Ｃ１に沿って、排気ガスの流通方向の下流側から上流側に向けて縮小するように加工されている。
本実施例では、上記断面テーパ形状１６ａにおける各位置での上記軸方向Ｃ１に直交する平面での断面形状は真円となっており、図中の軸方向Ｃ１は上記真円の中心を通過する中心軸となっている。
次に、上記回転軸１３は弁体１４の一方の面に固定されて、上記弁体１４の中心Ｃ２と上記回転軸１３の回転中心Ｃ３とが離隔しており、回転軸１３は上記閉鎖状態とされた弁体１４に対して排気ガスの下流側に設けられている。
なお、上記回転軸１３については、弁体１４に対して排気ガスの上流側に設けても良いが、回転軸１３と上記軸受部とのシール性能確保の観点からは、排気ガスの下流側に設けることが望ましい。

そして上記弁体１４は、金属によって一体成形されており、その外周部分には楕円状に形成された薄肉状の当接部１４ａが形成されており、上記弁体の中心Ｃ２はこの当接部１４ａの中心と一致している。
上記当接部１４ａの詳細な形状ならびに弁体の中心Ｃ２の位置については後に詳述するが、この当接部１４ａが形成する平面に直交し、かつ該弁体１４の中心Ｃ２を通過する軸を弁体中心軸Ｃ４と呼ぶ。
また上記弁体１４と回転軸１３との位置関係についてより詳細に説明すると、上記回転軸１３の回転中心Ｃ３はこの弁体中心軸Ｃ４と交差するようになっており、換言すると上記回転軸１３は弁体１４の中央に設けられている。

そして図３に示すように、弁体１４が閉鎖状態となると、上記弁体中心軸Ｃ４は上記断面テーパ形状１６ａの軸方向Ｃ１に対して所定の角度で傾斜するようになっており、本実施例では弁体中心軸Ｃ４が回転軸１３を中心に反時計方向に角度θだけ回転した状態で閉鎖状態となっている。
このように弁体１４が閉鎖状態となると、上記弁体１４の当接部１４ａの全周が上記流体通路１１を構成するリング状部材１６の断面テーパ形状１６ａに線接触して、排気通路１１を閉鎖するようになっている。
つまり上記当接部１４ａの形状は、上記断面テーパ形状１６ａを上記当接部１４ａが形成する平面で切断、換言すると上記弁体１４の中心Ｃ２を通過する位置で上記弁体１４の傾斜角度θと平行に切断した場合における、当該断面テーパ形状１６ａの断面形状に一致する、真円ではない楕円状の形状となる。
そして上記弁体１４の中心Ｃ２は、上記当接部１４ａが形成する楕円状の長軸の中心に位置し、上記回転軸１３の回転中心Ｃ３は、上記当接部１４ａの中央を通過する上記弁体中心軸と交差し、かつ上記長軸に対して直交する方向に設けられていることとなる。

図４は上記リング状部材１６の断面テーパ形状１６ａと上記弁体１４の当接部１４ａとの拡大図を示し、上記弁体１４が閉鎖状態となった状態から、該弁体１４が開放状態となる際における上記当接部１４ａの軌跡を説明した図を示している。
上述したように、本実施例の回転軸１３は弁体１４の一方の面に固定され、弁体１４の中心Ｃ２と回転軸１３の回転中心Ｃ３とが離隔していることから、弁体１４の接触部は弁体１４の中心Ｃ２で回転せず、回転軸１３の回転中心Ｃ３を中心に回転することとなる。
このため弁体１４を閉鎖状態から開放状態とするには、弁体１４の弁体中心軸４Ｃと断面テーパ形状１６ａの軸方向Ｃ１との角度を、上記閉鎖状態における角度θよりも大きく傾斜させるように回転、換言すると図４における反時計方向に回転させる必要がある。
すると、図示上方および下方に示した当接部１４ａは断面テーパ形状１６ａより離脱してゆき、その後上記駆動手段１５によって弁体１４が所定の開度まで開放されることとなる。
逆に、弁体１４を開放状態から閉鎖状態として、さらに図４の時計方向に回転させるようとする場合、換言すると上記閉鎖状態における角度θよりも小さい角度となるように回転させようとしても、図示した当接部１４ａの軌跡から明らかなように、該当接部１４ａは断面テーパ形状１６ａに干渉することなり、弁体１４を回転させることができずに閉鎖状態が維持されることとなる。

以上のように、本実施例の弁装置６は上記弁体１４の中心Ｃ２と上記回転軸１３の回転中心Ｃ３とが離隔し、かつ回転軸１３を弁体１４よりも排気ガスの流通方向下流側に設けている。
このため、弁体１４を閉鎖状態とした場合に、排気ガスは弁体１４によって流通が阻止されるため、排気ガスが上記回転軸１３と該回転軸１３を軸支するハウジング１２の軸受部との間から漏出しないようになっている。
さらに、上記弁体１４の当接部１４ａを薄肉状で楕円状とし、閉鎖状態とした際に上記当接部１４ａが形成する平面が上記断面テーパ形状１６ａの軸方向Ｃ１に対して所定の角度で傾斜し、弁体１４の当接部１４ａと断面テーパ形状１６ａとが線接触し、排気通路１１を高気密で閉鎖することが可能となる。
つまり閉鎖状態において、上記断面テーパ形状１６ａを、弁体１４の当接部１４ａが形成する平面で切断すると、その断面形状が上記当接部１４ａと同じ楕円状となる。
そして、上記回転軸１３の回転中心Ｃ３を、上記弁体１４の当接部１４ａの弁体中心軸４Ｃと交差するように設けたことにより、閉鎖状態となった弁体１４を上記回転軸１３を回転させることで、上記線接触している弁体１４を断面テーパ形状１６ａから離脱させることが可能となっている。
つまり本実施例における弁体１４には、特許文献２に開示される弁体１４に装着された弾性変形する樹脂製のシール部材は不要であり、該シール部材の変形による劣化という問題が発生しない。
さらには、弁体１４と上記断面テーパ形状１６ａの形成されたリング状部材１６とを金属によって形成することで、排気通路１１をメタルタッチにより閉鎖することが可能となっている。
そして上記弁体１４の当接部１４ａの弁体中心軸４Ｃと交差するように設けたことで、上記弁体１４における上記回転軸１３を挟んだ両側の領域に作用する圧力のバランスをつりあわせることができる。
なお、上記実施例では上記リング状部材１４に形成した断面テーパ形状１４ａは、該断面テーパ形状１４ａの軸方向Ｃ１に直交する方向で切断した場合の断面形状が真円となっているが、これを楕円状としてもよく、その場合には上記弁体の当接部１４ａの形状は、この断面テーパ形状１４ａに線接触するような楕円状とすればよい。
ただし加工上、断面テーパ形状１４ａについてはその断面形状が真円であることの方が望ましい。

６弁装置１１排気通路
１２ハウジング１３回転軸
１４弁体１４ａ当接部
１６ａ断面テーパ形状Ｃ１断面テーパ形状の軸方向
Ｃ２弁体の中心Ｃ３回転軸の回転中心
Ｃ４弁体中心軸

Claims

内部に流体が流通する流体通路の形成されたハウジングと、該ハウジングに形成された軸受部に回転可能に軸支された回転軸と、該回転軸に固定されて上記流体通路を開閉する円盤状の弁体とを備え、
上記流体通路は所定の軸方向に沿って内周面が縮小する断面テーパ形状を有し、さらに弁体と当該断面テーパ形状とが接触するシール線に対し、上記回転軸の回転中心が離隔した弁装置において、
上記弁体は、外周が楕円状で薄肉状に形成された当接部を備え、該弁体が上記流体通路を閉鎖した状態では、上記当接部が形成する平面が上記断面テーパ形状の軸方向に対して所定の角度で傾斜し、かつ該当接部の全周が上記ハウジングの断面テーパ形状に接触し、
さらに上記回転軸の回転中心を、上記当接部が形成する平面に直交し、かつ該当接部の長軸の中央を通過する弁体中心軸と交差するように設け、
そして弁体を開放状態とする際には、上記弁体の弁体中心軸と上記断面テーパ形状の軸方向との角度を、上記閉鎖状態における傾斜角度よりも大きく傾斜させるように上記回転軸を回転させることを特徴とする弁装置。
上記断面テーパ形状を、該断面テーパ形状の軸方向に直交する断面での断面形状が真円となるように形成したことを特長とする請求項１に記載の弁装置。
上記弁体を金属によって一体成形して、上記当接部を金属製としたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の弁装置。
上記流体通路の内周面を金属によって成形し、上記弁体と流体通路の内周面とをメタルタッチさせることを特徴とする請求項３に記載の弁装置。