JP5759647B1

JP5759647B1 - 二重偏心弁

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Publication number: JP5759647B1
Application number: JP2015501258A
Authority: JP
Inventors: 洋志三隅; 直北村
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2015-08-05
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Abstract

二重偏心弁は、弁孔（16）縁部に形成されたシート面（17）を含む弁座（13）と、環状のシール面（18）が外周に形成された弁体（14）と、回転軸（15）とを備える。回転軸（15）の軸線（L1）が弁体（14）及び弁孔（16）の径方向と平行に伸び、弁孔（16）の中心（P1）から弁孔（16）の径方向へ偏心して配置されると共に、シール面（18）が回転軸（15）の軸線（L1）から弁体（14）の軸線（L2）が伸びる方向へ偏心して配置される。弁体（14）を回転軸（15）の軸線（L1）を中心に回動させると、シール面（18）がシート面（17）に面接触する全閉位置とシート面（17）から最も離れる全開位置との間で移動する。全閉位置から弁体（14）が開弁方向へ回動し始めると同時に、シール面（18）がシート面（17）から離れ始めると共に回転軸（15）の軸線（L1）を中心とする回動軌跡（T1,T2）に沿って移動し始める。

Description

この発明は、弁体の回転中心が弁座の弁孔の中心から偏心して配置され、前記弁体のシール面が前記弁体の回転中心から偏心して配置されて構成される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に記載されるボール弁型の二重偏心弁が知られている。この二重偏心弁を、図４１、図４２（特許文献１における図２（ａ），（ｂ））に断面図により示す。この二重偏心弁は、流体の流路５１を有するハウジング５２と、弁孔５３ａと弁孔５３ａの縁部に形成された環状のシート面５３ｂを含む弁座５３と、円板状をなし、シート面５３ｂに対応する環状のシール面５４ａが外周に形成された弁体５４と、弁体５４を回動させるための回転軸５５とを備える。そして、回転軸５５の軸線Ｌ１が弁体５４及び弁孔５３ａの径方向と平行に伸び、弁孔５３ａの中心から弁孔５３ａの径方向へ偏心して配置されると共に、シール面５４ａが回転軸５５の軸線Ｌ１から弁体５４の軸線Ｌ２が伸びる方向へ偏心して配置される。また、弁体５４を回転軸５５の軸線Ｌ１を中心に回動させることにより、シール面５４ａがシート面５３ｂに面接触する全閉状態からシート面５３ｂから最も離れる全開状態との間で移動可能に構成される。この二重偏心弁では、弁座５３に弾性部材（上流側筒状シール部材５６、下流側筒状シール部材５７及び面圧発生手段５８）を設けて全閉時に弁座５３のシート面５３ｂを弁体５４のシール面５４ａに圧接させることにより、全閉状態でのシール性を高めるようにしている。また、流体の圧力が弁体５４に作用するときは、弾性部材により弁座５３を弁体５４へ押し当てることにより、弁体５４と弁座５３との間の隙間を埋めるようになっている。図４１、図４２は、流路５１、弁座５３、弁体５４及び回転軸５５につき、流路５１及び弁座５３の中心を通り回転軸５５の軸線Ｌ１と直交する方向に切断した中心断面を想定するものと考えられる。

特開２０１１−１９６４６４号公報

ところが、特許文献１に記載の二重偏心弁では、弾性部材により弁座５３が弁体５４に押し当てられることから、全閉状態でのシール性は向上するものの、全閉状態からの開弁時に弁座５３と弁体５４とがシート面５３ｂとシール面５４ａで擦れ合うことになり、開弁応答性が悪化するおそれがあった。また、この二重偏心弁では、閉弁時の早い段階から弁体５４が弁座５３に接触してそのまま全閉位置まで回動するので、弁座５３と弁体５４とが擦れ合って両者５３，５４が摩耗することになり、耐久性の点で問題があった。更に、二重偏心弁を構成するために、弾性部材を用いるので、その分だけ部品点数が増し、構造が複雑になっていた。

また、特許文献１に記載の二重偏心弁では、図４１、図４２に示すように、全閉位置から弁体５４が開弁方向へ回動するとき、回転軸５５の軸線Ｌ１を境に弁体５４の一方の側部（第１の側部）６１は、弁孔５３ａの中へ向けて回動し、弁体５４の他方の側部（第２の側部）６２は、弁孔５３ａの外へ向けて回動するようになっている。ここで、全閉位置から弁体５４が開弁方向へ回動するときに、弁体５４の第２の側部６２の外周と流路１１の内壁との間で形成される隙間の最短距離（第１の最短距離）Ｇ１と流路面積（第１の流路面積）Ａ１は、図４１に示すように、弁体５４が全閉位置にあるときの第１の最短距離Ｇ１及び第１の流路面積Ａ１をそれぞれ初期値として弁体５４の回動に伴って変化することになる。また、弁体５４の第２の側部６２と弁座５３のシート面５３ｂとの間で形成される隙間の最短距離（第２の最短距離）Ｇ２と流路面積（第２の流路面積）Ａ２は、弁体５４が全閉位置にあるときの第２の最短距離Ｇ２及び第２の流路面積Ａ２をそれぞれゼロとして弁体５４の回動に伴って増加することになる。従って、弁体５４が全閉位置から開弁方向へ回動する過程で、第２の側部６２の側を流れる流体流量は、第１の最短距離Ｇ１と第２の最短距離Ｇ２との関係、又は、第１の流路面積Ａ１と第２の流路面積Ａ２との関係によって影響を受けることになる。すなわち、弁体５４の回動に伴って第２の最短距離Ｇ２と第２の流路面積Ａ２が徐々に増えても、第１の最短距離Ｇ１が第２の最短距離Ｇ２より短ければ、或いは、第１の流路面積Ａ１が第２の流路面積Ａ２より小さければ、流体流量は第１の最短距離Ｇ１又は第１の流路面積Ａ１を要因として制限されてしまう。

ここで、特許文献１の二重偏心弁につき、図４３に、弁体５４の回動角度（開度）に対する第１の最短距離Ｇ１の関係をグラフにより示す。図４４に、弁体５４の回動角度（開度）に対する第１の最短距離Ｇ１と第２の最短距離Ｇ２との距離比Ｇ１／Ｇ２の関係をグラフにより示す。図４３に示すように、「０度〜約５０度」の開度範囲では、第１の最短距離Ｇ１は、初期値（約３ｍｍ）より短くなることがわかる。すなわち、この開度範囲では、第２の最短距離Ｇ２は徐々に増えると考えられるが、第１の最短距離Ｇ１は初期値よりも減ることになる。このため、図４４に示すように、距離比Ｇ１／Ｇ２は、「０度〜４０度」の開度範囲では、無限大値から徐々に減少して最低値に至り、「約４０度〜９０度」の開度範囲では、最低値から徐々に増大する。しかしながら、第１の最短距離Ｇ１が第２の最短距離Ｇ２より大きくないことから、距離比Ｇ１／Ｇ２は、「１０度〜９０度」の開度範囲では「１.０」よりも小さくなる。このような傾向は、第１の流路面積Ａ１と第２の流路面積Ａ２との間でも傾向が近似すると考えられる。

この結果、第２の最短距離Ｇ２又は第２の流路面積Ａ２の変化（すなわち、弁体５４の開度変化）に応じた適正な流体流量を確保できなくなってしまう。この点、特許文献１に記載の二重偏心弁では、図４１に示すように、弁体５４が全閉位置にあるときの第１の最短距離Ｇ１又は第１の流路面積Ａ１が弁座５３のほぼ肉厚分程度しかなく、特に、「１０度〜９０度」の開度範囲では、第１の最短距離Ｇ１が第２の最短距離Ｇ２より短くなり、第１の流路面積Ａ１は第２の流路面積Ａ２より小さくなると推測される。このため、この二重偏心弁では、全閉位置からの弁体５４の開度変化に応じた適正な流量特性が得られなくなってしまう。

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、簡易な構成により全閉状態でのシール性を確保すると共に開弁応答性と耐久性を向上させることを可能とした二重偏心弁を提供することにある。また、この発明の別の目的は、上記目的に加え、全閉位置からの弁体の開度変化に応じた適正な流量特性を確保することを可能とした二重偏心弁を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明の一態様は、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、弁座と弁体が配置され、流体が流れる流路と、弁体を回動させるための回転軸とを備え、回転軸の軸線が弁体及び弁孔の径方向と平行に伸び、弁孔の中心から弁孔の径方向へ偏心して配置されると共に、シール面が回転軸の軸線から弁体の軸線が伸びる方向へ偏心して配置され、弁体を回転軸の軸線を中心に回動させることにより、シール面がシート面に面接触する全閉位置とシート面から最も離れる全開位置との間で移動可能に構成される二重偏心弁において、全閉位置から弁体が開弁方向へ回動し始めると同時にシール面がシート面から離れ始めると共に回転軸の軸線を中心とする回動軌跡に沿って移動し始めることを趣旨とする。

上記（１）の構成によれば、弁体を回転軸の軸線を中心に回動させることにより、弁体のシール面が弁座のシート面に面接触する全閉位置とシート面から最も離れる全開位置との間で移動される。全閉状態では、弁座の弁孔が弁体により塞がれるので、弁孔にて流体の流れが遮断される。また、弁体と弁座との間がシール面とシート面との面接触により封止されるので、弁座を弁体に押さえ付ける特別な弾性部材を設けることなく、流体の漏れが防止される。一方、開弁状態では、弁座の弁孔が開き、弁孔にて流体の流れが許容される。また、全閉位置から弁体が開弁方向へ回動し始めると同時に、弁体のシール面が弁座のシート面から離れ始めると共に回転軸の軸線を中心とする回動軌跡に沿って移動し始めるので、シール面とシート面との擦れ量が微小となる。

（２）上記目的を達成するために、上記（１）の構成において、弁体は、回転軸の軸線から弁孔の中心軸が伸びる方向と平行に伸びる仮想面を境として第１の側部と第２の側部に二分され、シール面は、シート面の外周寄り位置に接する最外縁と、シート面の内周寄り位置に接する最内縁とを含み、全閉位置から弁体が開弁方向へ回動するとき、第１の側部が弁孔の中へ向けて回動し、第２の側部が弁孔の外へ向けて回動するように構成されると共に、シール面の最外縁と最内縁のそれぞれが、回転軸の軸線を中心にした回動軌跡に沿って回動し、全閉位置において、第１の側部のシール面の最外縁にて、最外縁の回動軌跡に対してシート面が外接する角度を最大値とし、第２の側部のシール面の最内縁にて、最内縁の回動軌跡に対してシート面が外接する角度を最小値とするようにシート面が弁孔の中心へ向けて傾斜することが好ましい。

上記（２）の構成によれば、上記（１）の構成の作用に加え、全閉位置から弁体が開弁方向へ回動するときは、弁体の第１の側部が弁孔の中へ向けて回動するので、その第１の側部のシール面の最外縁が、回転軸の軸線を中心にした回動軌跡に沿って回動しながら、最後に弁座のシート面の範囲から出ることになる。ここで、全閉位置において、第１の側部のシール面の最外縁にて、その最外縁の回動軌跡に対してシート面が外接する角度を最大値とするので、第１の側部が回動し始めた後は、その最外縁がシート面に接することがない。一方、全閉位置から弁体が開弁方向へ回動するときは、弁体の第２の側部が弁孔の外へ向けて回動するので、その第２の側部のシール面の最内縁が、回転軸の軸線を中心にした回動軌跡に沿って回動しながら、最後に弁座のシート面の範囲から出ることになる。ここで、全閉位置において、第２の側部のシール面の最内縁にて、その最内縁の回動軌跡に対してシート面が外接する角度を最小値とするので、第２の側部が回動し始めた後は、その最内縁がシート面に接することがない。

（３）上記目的を達成するために、上記（２）の構成において、流路、弁座及び弁体につき、流路及び弁座の中心を通り回転軸の軸線と直交する方向に切断した中心断面において、全閉位置から弁体が開弁方向へ回動するときに、弁体の第２の側部の外周と流路の内壁との間で形成される隙間の最短距離を第１の最短距離とし、全閉位置から弁体が開弁方向へ回動するときに、第２の側部に対応する弁座のシート面と第２の側部との間で形成される隙間の最短距離を第２の最短距離とすると、第１の最短距離が第２の最短距離以上になるように流路、弁座及び弁体の形状及び寸法を設定することが好ましい。

上記（３）の構成によれば、上記（２）の構成の作用に加え、弁体がその全閉位置から開弁方向へ回動するときに、第１の最短距離が第２の最短距離より短くなることがなく、流路の内壁と弁体の第２の側部の外周との間に形成される隙間が要因となって第２の側部と弁座との間を流れる流体の流量が制限されることがない。

（４）上記目的を達成するために、上記（２）の構成において、全閉位置から弁体が開弁方向へ回動するときに、弁体の第２の側部の外周と流路の内壁との間で形成される流体の流路面積を第１の流路面積とし、全閉位置から弁体が開弁方向へ回動するときに、第２の側部に対応する弁座のシート面と第２の側部との間で形成される流体の流路面積を第２の流路面積とすると、第１の流路面積が第２の流路面積の１．３倍以上になるように流路、弁座及び弁体の形状及び寸法を設定することが好ましい。

上記（４）の構成によれば、上記（２）の構成の作用に加え、弁体がその全閉位置から開弁方向へ回動するときに、第１の流路面積が第２の流路面積より小さくなることがなく、流路の内壁と弁体の第２の側部の外周との間に形成される流路面先が要因となって第２の側部と弁座との間を流れる流体の流量が制限されることがない。また、第１の流路面積が第２の流路面積の１．３倍以上になり、第１の流路面積には、第２の流路面積に比べ大きさ的に十分な余裕が与えられる。

（５）上記目的を達成するために、上記（２）乃至（４）の何れかの構成において、弁体は、弁孔と対向する側に平坦な底面を備え、シール面と底面との間にシール面から底面へ向けて傾斜するテーパ面が形成することが好ましい。

上記（５）の構成によれば、上記（２）乃至（４）の何れかの構成の作用に加え、弁体が低開度となるときに、弁孔のシート面と弁体との間を流れる流体がこのテーパ面に沿って案内されながら下流側へ円滑に流れ、流体流量のばらつきが少なくなる。

（６）上記目的を達成するために、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、シート面とシール面は、それぞれ全周にわたり同一形状をなすことが好ましい。

上記（６）の構成によれば、上記（１）乃至（５）の何れかの構成の作用に加え、シート面とシール面を、それぞれ全周にわたり同一形状に形成すればよいので、弁座と弁体の加工が容易となる。

（７）上記目的を達成するために、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、弁体は、その板面から突出し回転軸に固定される固定部を含み、固定部は回転軸の軸線から回転軸の径方向へずれた位置にて回転軸に固定され、固定部は弁体の軸線上に配置され、固定部を含む弁体が弁体の軸線を中心に左右対称形状をなすことが好ましい。

上記（７）の構成によれば、上記（１）乃至（６）の何れかの構成の作用に加え、弁体は、その固定部が回転軸の軸線から回転軸の径方向へずれた位置にて回転軸に固定されるので、弁体の回動中心である回転軸の軸線の配置につき、弁体の軸線からの偏心が確保される。また、固定部が弁体の軸線上に配置され、固定部を含む弁体が弁体の軸線を中心に左右対称形状をなすので、固定部を弁体の軸線に対して偏心させて形成する必要がなく、弁体の製造が容易となる。

（８）上記目的を達成するために、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、流路において弁体が弁座よりも上流側に配置されることが好ましい。

上記（８）の構成によれば、上記（１）乃至（７）の何れかの構成の作用に加え、弁座と弁体が配置される流路において、弁体が弁座よりも上流側に配置されるので、全閉位置に弁体が配置された状態では、流体の圧力が弁体を弁座へ押し付ける方向へ作用する。

（９）上記目的を達成するために、上記（２）乃至（８）の何れかの構成において、回転軸の軸線から第１の側部におけるシール面の最外縁までの最短距離がなす第１の線分とシール面とが直交している状態を考える場合、第１の線分の長さをＣＳとし、回転軸が弁孔の中心軸から弁孔の径方向へ偏心する偏心量をａとし、シール面の最大外径をＤとしたとき、次式（１）の関係で求められるシール面の第１の開き角度をγＳとし、
γＳ＝２＊arccos（（Ｄ／２−ａ）／ＣＳ）［rad］・・・（１）
回転軸の軸線から第２の側部におけるシール面の最内縁までの最長距離がなす第２の線分とシール面とが直交している状態を考える場合、回転軸の軸線から第２の側部におけるシール面の最外縁までの最長距離の長さをＣＬとし、回転軸が弁孔の中心軸から軸方向へ偏心する偏心量をｂとし、シール面の軸方向の厚みをｔとしたとき、次式（２）及び（３）の関係で求められるシール面の第２の開き角度をγＬとしたとき、
γＬ＝arcsin（（ｆ／２＋ｔ）／（ＣＬ／２））
＋arctan（ｆ／（Ｄ／２＋ａ））［rad］・・・（２）
ｆ＝ｂ−ｔ／２・・・（３）
シール面の最適開き角度γを、次式（４）の条件を満たすように設定した
γＬ≦γ≦γＳ・・・（４）
ことが好ましい。

上記（９）の構成によれば、上記（２）乃至（８）の何れかの構成の作用に加え、このような範囲で最適開き角度γを設定することにより、弁体のシール面と弁座のシート面との擦れ量が微小となる。

上記（１）の構成によれば、二重偏心弁につき、特別な弾性部材を設けることなく簡易な構成により全閉状態でのシール性を確保できると共に開弁応答性と耐久性を向上させることができる。

上記（２）の構成によれば、二重偏心弁につき、特別な弾性部材を設けることなく簡易な構成により全閉状態でのシール性を確保できると共に開弁応答性と耐久性を向上させることができる。

上記（３）の構成によれば、上記（２）の構成の効果に加え、全閉位置からの弁体の開度変化に応じた適正な流量特性を確保することができる。

上記（４）の構成によれば、上記（２）の構成の効果に加え、全閉位置からの弁体の開度変化に応じた適正な流量特性を確保することができる。

上記（５）の構成によれば、上記（２）乃至（４）の何れかの構成の効果に加え、流体の低流量域における流量特性を安定させることができ、流量特性全体のばらつきを低減することができる。

上記（６）の構成によれば、上記（１）乃至（５）の何れかの構成の効果に加え、二重偏心弁の製造を容易で安価なものにすることができる。

上記（７）の構成によれば、上記（１）乃至（６）の何れかの構成の効果に加え、二重偏心弁の製造を更に容易で安価なものにすることができる。

上記（８）の構成によれば、上記（１）乃至（７）の何れかの構成の効果に加え、弁座と弁体との間、すなわちシート面とシール面との間のシール性を向上させることができる。

上記（９）の構成によれば、上記（２）乃至（８）の何れかの構成の効果に加え、二重偏心弁につき、開弁応答性と耐久性の向上をより確かなものにすることができる。

一実施形態に係り、二重偏心弁を備えた電動式のＥＧＲ弁を示す斜視図。一実施形態に係り、全閉状態における弁部を一部破断して示す斜視図。一実施形態に係り、全開状態における弁部を一部破断して示す斜視図。一実施形態に係り、全閉状態の弁座、弁体及び回転軸を示す側面図。一実施形態に係り、全閉状態の弁座、弁体及び回転軸を示す図４のＡ−Ａ線断面図。一実施形態に係り、全閉状態の弁座と弁体を示す断面図。一実施形態に係り、全閉状態の弁座と弁体を示す平面図。一実施形態に係り、図５の鎖線円Ｓ１の部分を拡大して示す断面図。一実施形態に係り、図５の鎖線円Ｓ２の部分を拡大して示す断面図。一実施形態に係り、弁体を示す正面図。一実施形態に係り、図１０のシール面の部分の寸法関係を示す模式図。一実施形態に係り、図１０のシール面の部分の寸法関係を示す模式図。一実施形態に係り、弁体の開度が４０度のときの流路、弁座及び弁体の関係を示す模式図。一実施形態に係り、弁体が全閉位置のときの管部を示す平面図。一実施形態に係り、弁体の開度が「１度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を示す説明図。一実施形態に係り、図１５の鎖線四角で囲った部分を示す拡大図。一実施形態に係り、弁体の開度が「３度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を示す説明図。一実施形態に係り、図１７の鎖線四角で囲った部分を示す拡大図。一実施形態に係り、弁体の開度が「４度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を示す説明図。一実施形態に係り、図１９の鎖線四角で囲った部分を示す拡大図。一実施形態に係り、弁体の開度が「１０度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を示す説明図。一実施形態に係り、弁体の開度が「２０度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を示す説明図。一実施形態に係り、弁体の開度が「３０度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を示す説明図。一実施形態に係り、弁体の開度が「４０度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を示す説明図。一実施形態に係り、弁体の開度が「５０度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を示す説明図。一実施形態に係り、弁体の開度が「６０度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を示す説明図。一実施形態に係り、弁体の開度が「０度」（全閉）のときの第１の側部と第２の側部における弁座と弁体との位置関係を示す部分拡大断面図。一実施形態に係り、弁体の開度が「１.０度」のときの第１の側部と第２の側部における弁座と弁体との位置関係を示す部分拡大断面図。一実施形態に係り、弁体の開度が「２.０度」のときの第１の側部と第２の側部における弁座と弁体との位置関係を示す部分拡大断面図。一実施形態に係り、弁体の開度が「３.０度」のときの第１の側部と第２の側部における弁座と弁体との位置関係を示す部分拡大断面図。一実施形態に係り、弁体の開度が「４.０度」のときの第１の側部と第２の側部における弁座と弁体との位置関係を示す部分拡大断面図。一実施形態に係り、弁体の開度が「５.０度」のときの第１の側部と第２の側部における弁座と弁体との位置関係を示す部分拡大断面図。一実施形態に係り、弁体の開度が「６.０度」のときの第１の側部と第２の側部における弁座と弁体との位置関係を示す部分拡大断面図。一実施形態に係り、弁体の開度が「７.０度」のときの第１の側部と第２の側部における弁座と弁体との位置関係を示す部分拡大断面図。一実施形態に係り、弁体の開度が「８.０度」のときの第１の側部と第２の側部における弁座と弁体との位置関係を示す部分拡大断面図。一実施形態に係り、弁体の開度が「９.０度」のときの第１の側部と第２の側部における弁座と弁体との位置関係を示す部分拡大断面図。一実施形態に係り、弁体の開度が「１０.０度」のときの第１の側部と第２の側部における弁座と弁体との位置関係を示す部分拡大断面図。一実施形態に係り、弁体の回動角度（開度）に対する第１の最短距離の関係を示すグラフ。一実施形態に係り、弁体の回動角度（開度）に対する第１の最短距離と第２の最短距離との距離比の関係を示すグラフ。一実施形態に係り、弁体の開度に対するＥＧＲガス流量変化（流量特性）を示すグラフ。従来例に係り、全閉状態の二重偏心弁を示す断面図。従来例に係り、開弁状態の二重偏心弁を示す断面図。従来例に係り、弁体の回動角度（開度）に対する第１の最短距離の関係を示すグラフ。従来例に係り、弁体の回動角度（開度）に対する第１の最短距離と第２の最短距離との距離比の関係を示すグラフ。

以下、本発明の二重偏心弁を排気還流弁（ＥＧＲ弁）に具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、二重偏心弁を備えた電動式のＥＧＲ弁１を斜視図により示す。このＥＧＲ弁１は、二重偏心弁より構成される弁部２と、モータを内蔵したモータ部３と、複数のギヤを内蔵した減速機構部４とを備える。弁部２は、内部に流体としてのＥＧＲガスが流れる流路１１を有する金属製の管部１２を含み、流路１１の中には弁座１３、弁体１４及び回転軸１５が配置される。流路１１の内形、弁座１３の外形、弁体１４の外形は、それぞれ平面視で円形又はほぼ円形をなしている。回転軸１５には、モータの回転力が複数のギヤを介して伝えられるようになっている。この実施形態で、流路１１を有する管部１２は、本発明のハウジング６の一部に相当し、モータ部３のモータや減速機構部４の複数のギヤは、このハウジング６により覆われる。ハウジング６は、アルミ等の金属により形成される。

図２に、弁体１４が弁座１３に着座した全閉状態における弁部２を一部破断して斜視図により示す。図３に、弁体１４が弁座１３から最も離れた全開状態における弁部２を一部破断して斜視図により示す。図２、図３に示すように、流路１１には段部１０が形成され、その段部１０に弁座１３が組み込まれる。弁座１３は、円環状をなし、中央に円形又はほぼ円形の弁孔１６を有する。弁孔１６の縁部には環状のシート面１７が形成される。弁体１４は、円板状をなし、その外周には、シート面１７に対応する環状のシール面１８が形成される。弁体１４は回転軸１５に固定され、回転軸１５と一体的に回動するようになっている。図２、図３において、弁体１４より上の流路１１はＥＧＲガスの流れの上流側を示し、弁座１３より下の流路１１がＥＧＲガスの流れの下流側を示す。すなわち、流路１１において弁体１４は、弁座１３よりもＥＧＲガスの流れの上流側に配置される。

図４に、全閉状態の弁座１３、弁体１４及び回転軸１５を側面図により示す。図５に、全閉状態の弁座１３、弁体１４及び回転軸１５を図４のＡ−Ａ線断面図により示す。図６に、全閉状態の弁座１３と弁体１４を断面図により示す。図７に、全閉状態の弁座１３と弁体１４を平面図により示す。図２〜図７に示すように、回転軸１５の軸線Ｌ１は、弁体１４及び弁孔１６の径方向と平行に伸び、弁孔１６の中心Ｐ１から弁孔１６の径方向へ偏心して配置されると共に、弁体１４のシール面１８が回転軸１５の軸線Ｌ１から弁体１４の軸線Ｌ２が伸びる方向へ偏心して配置される。また、弁体１４を回転軸１５の軸線Ｌ１を中心に回動させることにより、弁体１４のシール面１８が、弁座１３のシート面１７に面接触する全閉位置（図２参照）とシート面１７から最も離れる全開位置（図３参照）との間で移動可能に構成される。

この実施形態では、図５において、全閉位置から弁体１４が開弁方向（図５に示す矢印Ｆ１の方向、すなわち図５において時計方向）へ回動し始めると同時に、弁体１４のシール面１８が弁座１３のシート面１７から離れ始めると共に回転軸１５の軸線Ｌ１を中心とする回動軌跡Ｔ１，Ｔ２に沿って移動し始めるようになっている。

図８に、図５の鎖線円Ｓ１の部分を拡大して断面図により示す。図９に、図５の鎖線円Ｓ２の部分を拡大して断面図により示す。図６、図７に示すように、弁体１４は、回転軸１５の軸線Ｌ１から弁孔１６の中心軸Ｌ３が伸びる方向と平行に伸びる仮想面Ｖ１を境として第１の側部２１（図６、図７において網掛けを付して示す部分。）と第２の側部２２（図６、図７において網掛けを付さない部分。）に二分される。図８、図９に示すように、弁体１４のシール面１８は、弁座１３のシート面１７の外周寄り位置に接する最外縁１８ａ，１８ｂと、シート面１７の内周寄り位置に接する最内縁１８ｃ，１８ｄとを含む。そして、図６に示す全閉位置から弁体１４が矢印Ｆ１で示す開弁方向へ回動するとき、第１の側部２１が弁孔１６の中へ向けて回動し、第２の側部２２が弁孔１６の外へ向けて回動するように構成されると共に、弁体１４のシール面１８の最外縁１８ａ，１８ｂと最内縁１８ｃ，１８ｄのそれぞれが、回転軸１５の軸線Ｌ１を中心にした回動軌跡Ｔ１ａ，Ｔ２ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ２ｂに沿って回動するようになっている。ここで、「Ｔ１ａ」は、第１の側部２１の最外縁１８ａの回動軌跡を示し、「Ｔ２ａ」は、第２の側部２２の最外縁１８ｂの回動軌跡を示し、「Ｔ１ｂ」は、第１の側部２１の最内縁１８ｃの回動軌跡を示し、「Ｔ２ｂ」は、第２の側部２２の最内縁１８ｄの回動軌跡を示す。また、図６に示す全閉位置において、図８に示すように、第１の側部２１のシール面１８の最外縁１８ａにて、その最外縁１８ａの回動軌跡Ｔ１ａに対してシート面１７が外接する角度を最大値とし、図９に示すように、第２の側部２２のシール面１８の最内縁１８ｄにて、その最内縁１８ｄの回動軌跡Ｔ２ｂに対してシート面１７が外接する角度を最小値とするように、弁座１３のシート面１７が弁孔１６の中心Ｐ１へ向けて傾斜するように形成される。

ここで、図２、図３に示すように、弁座１３のシート面１７と弁体１４のシール面１８は、それぞれ全周にわたり同一形状をなすように形成される。すなわち、シート面１７の幅や断面形状も、シール面１８の幅や断面形状も、それぞれ弁孔１６及び弁体１４の全周にわたって同じに形成される。

図４〜図７に示すように、弁体１４は、その上側の板面１４ａから突出し回転軸１５に固定される山形状の固定部１４ｂを含む。この固定部１４ｂは回転軸１５の軸線Ｌ１から回転軸１５の径方向へずれた位置にて、回転軸１５の先端から突出するピン１５ａを介して回転軸１５に固定される。また、図５〜図７に示すように、固定部１４ｂは、弁体１４の軸線Ｌ２上に配置され、固定部１４ｂを含む弁体１４が、弁体１４の軸線Ｌ２を中心に左右対称形状をなすように形成される。図６に示すように、弁体１４は、その下側、すなわち弁孔１６に対向する側に平坦な底面１４ｃを備える。また、弁体１４は、シール面１８と底面１４ｃとの間に、シール面１８の最内縁１８ｃ，１８ｄから底面１４ｃへ向けて傾斜するテーパ面１４ｄが形成される。また、図８、図９に示すように、シール面１８の最内縁１８ｃ，１８ｄとテーパ面１４ｄとのつなぎ部１８ｅは、外側へ凸な円弧面となっている。

図１０に、弁体１４を正面図により示す。図１１及び図１２に、図１０のシール面１８の部分の寸法関係を模式図により示す。図１０において、弁体１４の軸線Ｌ２を中心として弁体１４のシール面１８がなす最適な開き角度を「γ」とすると、この最適な開き角度γは次のように設定することができる。すなわち、図１１に示すように、回転軸１５の軸線Ｌ１から第１の側部２１におけるシール面１８の最外縁１８ａまでの最短距離がなす第１の線分とシール面１８とが直交している状態を考える場合、第１の線分の長さをＣＳとし、回転軸１５の軸線Ｌ１が弁孔１６の中心軸Ｌ３から弁孔１６の径方向へ偏心する偏心量をａとし、シール面１８の最大外径をＤとしたとき、次式（１）の関係で求められるシール面１８の第１の開き角度をγＳとする。
γＳ＝２＊arccos（（Ｄ／２−ａ）／ＣＳ）［rad］・・・（１）
この式（１）は、図１１において、回転軸１５の軸線Ｌ１から第１の側部２１におけるシール面１８の最外縁１８ａの中央までの第１の線分と、シール面１８の最外縁１８ａ，１８ｂを含む平面とがつくる角度を第１の角度αＳとすると、その第１の角度αＳの２倍の角度が第１の開き角度γＳに相当するという関係から成り立つものである。

また、図１２に示すように、回転軸１５の軸線Ｌ１から第２の側部２２におけるシール面１８の最内縁１８ｄまでの最長距離がなす第２の線分とシール面１８とが直交している状態を考える場合、回転軸１５の軸線Ｌ１から第２の側部２２におけるシール面１８の最外縁１８ｂまでの最長距離の長さをＣＬとし、シール面１８の軸方向の厚みをｔとし、回転軸１５の軸線Ｌ１が弁体１４のシール面１８の軸方向の厚みｔの中央から弁体１４の軸線Ｌ２の方向へ偏心する偏心量をｂとしたとき、次式（２）及び（３）の関係で求められるシール面１８の第２の開き角度をγＬとしたとき、
γＬ＝arcsin（（ｆ／２＋ｔ）／（ＣＬ／２））
＋arctan（ｆ／（Ｄ／２＋ａ））［rad］・・・（２）
ｆ＝ｂ−ｔ／２・・・（３）
この式（２）及び（３）は、図１２において、回転軸１５の軸線Ｌ１から第２の側部２２におけるシール面１８の最外縁１８ｂまでの線分と、シール面１８の最外縁１８ａ，１８ｂを含む平面とがつくる角度を第２の角度αＬ１とし、最外縁１８ｂ、最内縁１８ｄ及び軸線Ｌ１のそれぞれに接する最長距離ＣＬを直径とする仮想円を描いたとき、その仮想円の中心点Ｏから最内縁１８ｄまでの直線と、シール面１８の最外縁１８ａ及び最内縁１８ｄを含む平面とがつくる第３の角度αＬ２を求めることにより、第２の開き角度γＬを求めることができる関係から成り立つものである。

そして、この実施形態では、シール面１８の最適な開き角度γが、次式（４）の条件を満たすように設定される。
γＬ≦γ≦γＳ・・・（４）

ここで、管部１２の流路１１と、弁座１３と、弁体１４との形状及び寸法の関係について説明する。図１３に、弁体１４の開度が「４０度」のときの流路１１、弁座１３及び弁体１４の関係を模式図により示す。図１３は、流路１１、弁座１３及び弁体１４につき、流路１１及び弁座１３の中心を通り回転軸１５の軸線Ｌ１と直交する方向に切断した中心断面を想定した模式図である。図１４に、弁体１４が全閉位置のときの管部１２を平面図により示す。図１３、図１４に示すように、全閉位置から弁体１４が開弁方向へ回動するときに、弁体１４の第２の側部２２の外周と流路１１の内壁との間で形成される隙間の最短距離を第１の最短距離Ｇ１とし、同じくそのときに形成されるＥＧＲガスの流路面積を第１の流路面積Ａ１とする。また、全閉位置から弁体１４が開弁方向へ回動するときに、第２の側部２２に対応する弁座１３のシート面１７と第２の側部２２との間で形成される隙間の最短距離を第２の最短距離Ｇ２とし、同じくそのときに形成されるＥＧＲガスの流路面積を第２の流路面積Ａ２とする。そして、この実施形態では、第１の最短距離Ｇ１が第２の最短距離Ｇ２以上になるように流路１１、弁座１３及び弁体１４の形状及び寸法が設定される。また、第１の流路面積Ａ１が第２の流路面積Ａ２の１．３倍以上になるように流路１１、弁座１３及び弁体１４の形状及び寸法が設定される。そのために、図１３に示すように、弁体１４より上流の流路１１の内壁が円筒形をなし、その内径Ｄ１、弁座１３のシート面１７の最大径Ｄ２及び弁体１４の最大径Ｄ３がそれぞれ所定値に設定される。

以上説明したこの実施形態の二重偏心弁によれば、弁体１４を回転軸１５の軸線Ｌ１を中心に回動させることにより、弁体１４のシール面１８が弁座１３のシート面１７に面接触する全閉位置とシート面１７から最も離れる全開位置との間で移動される。そして、弁体１４が全閉位置に配置された状態（全閉状態）では、弁座１３の弁孔１６が塞がれるので、弁孔１６にてＥＧＲガスの流れが遮断される。また、弁体１４と弁座１３との間がシール面１８とシート面１７との面接触により封止されるので、弁座１３を弁体１４に押さえ付ける特別な弾性部材を設けることなく、ＥＧＲガスの漏れが防止される。すなわち、従来技術では、図４１、図４２に示すように、弾性部材により弁座５３を弁体５４へ押し当てることにより、弁体５４と弁座５３との間の隙間を埋めるようになっていた。これに対し、この実施形態では、弾性部材を特に設けることなく、弁座１３のシート面１７と弁体１４のシール面１８との構成のみにより、二重偏心弁による全閉状態でのシール性を確保することができる。

一方、二重偏心弁の開弁状態では、弁座１３の弁孔１６が開き、弁孔１６にてＥＧＲガスの流れが許容される。また、全閉位置から弁体１４が開弁方向へ回動し始めると同時に、弁体１４のシール面１８が弁座１３のシート面１７から離れ始めると共に回転軸１５の軸線Ｌ１を中心とする回動軌跡Ｔ１，Ｔ２に沿って移動し始めるので、シール面１８とシート面１７との擦れ量が微小となる。このため、弁体１４と弁座１３が擦らない分だけ開弁時に弁体１４が速やかに回動することができ、弁体１４のシール面１８と弁座１３のシート面１７との摩耗を低減することができる。この結果、二重偏心弁につき、特別な弾性部材を設けることなく簡易な構成により開弁応答性と耐久性を向上させることができる。

この実施形態では、全閉位置から弁体１４が開弁方向へ回動するときは、弁体１４の第１の側部２１が弁孔１６の中へ向けて回動するので、その第１の側部２１のシール面１８の最外縁１８ａが、回転軸１５の軸線Ｌ１を中心にした回動軌跡Ｔ１ａに沿って回動しながら、最後に弁座１３のシート面１７の範囲から出ることになる。ここで、全閉位置において、第１の側部２１のシール面１８の最外縁１８ａにて、その最外縁１８ａの回動軌跡Ｔ１ａに対してシート面１７が外接する角度を最大値とするので、その第１の側部２１が回動し始めた後は、その最外縁１８ａがシート面１７に接することがない。ここで、第１の側部２１の最内縁１８ｃは、弁体１４の開弁時には、真っ先にシート面１７の範囲から出るので、シート面１７に接することがない。一方、全閉位置から弁体１４が開弁方向へ回動するときは、弁体１４の第２の側部２２が弁孔１６の外へ向けて回動するので、その第２の側部２２のシール面１８の最内縁１８ｄが、回転軸１５の軸線Ｌ１を中心にした回動軌跡Ｔ２ｂに沿って回動しながら、最後に弁座１３のシート面１７の範囲から出ることになる。ここで、全閉位置において、第２の側部２２のシール面１８の最内縁１８ｄにて、その最内縁１８ｄの回動軌跡Ｔ２ｂに対してシート面１７が外接する角度を最小値とするので、第２の側部２２が回動し始めた後は、その最内縁１８ｄがシート面１７に接することがない。ここで、第２の側部２２の最外縁１８ｂは、弁体１４の開弁時には、真っ先にシート面１７の範囲から出るので、シート面１７に接することがない。このように、全閉位置からの弁体１４の開弁時には、シール面１８の最外縁１８ａ及び最内縁１８ｄがシート面１７に接することがないので、最外縁１８ａ及び最内縁１８ｄとシート面１７との擦れ量が微小となる。このため、弁体１４と弁座１３が擦らない分だけ開弁時に弁体１４が速やかに回動することができ、弁体１４のシール面１８と弁座１３のシート面１７との摩耗を低減することができる。この結果、二重偏心弁につき、特別な弾性部材を設けることなく簡易な構成により全閉状態でのシール性を確保できると共に開弁応答性と耐久性を向上させることができる。

この実施形態では、弁座１３のシート面１７と弁体１４のシール面１８を、それぞれ全周にわたり同一形状に形成すればよいので、弁座１３と弁体１４の加工が容易となる。このため、二重偏心弁の製造を容易で安価なものにすることができる。

この実施形態では、弁体１４は、その固定部１４ｂが回転軸１５の軸線Ｌ１から回転軸１５の径方向へずれた位置にて回転軸１５にピン１５ａを介して固定されるので、弁体１４の回動中心である回転軸１５の軸線Ｌ１の配置につき、弁体１４の軸線Ｌ１からの偏心が確保される。また、固定部１４ｂが弁体１４の軸線Ｌ２の上に配置され、固定部１４ｂを含む弁体１４が弁体１４の軸線Ｌ２を中心に左右対称形状をなすので、固定部１４ｂを弁体１４の軸線Ｌ２に対して偏心させて形成する必要がなく、その意味で弁体１４の製造が容易となる。この意味でも、二重偏心弁の製造を更に容易で安価なものにすることができる。

この実施形態では、弁座１３と弁体１４が配置される流路１１において、弁体１４が弁座１３よりもＥＧＲガスの流れの上流側に配置されるので、全閉位置に弁体１４が配置された状態では、ＥＧＲガスの圧力が弁体１４を弁座１３へ押し付ける方向へ作用する。このため、弁座１３と弁体１４との間、すなわちシート面１７とシール面１８との間のシール性を向上させることができる。

この実施形態では、弁体１４のシール面１８の最適開き角度γを、第２の開き角度γＬから第１の開き角度γＳとの間の角度に設定することにより、弁体１４のシール面１８と弁座１３のシート面１７との擦れ量が微小となる。この意味で、二重偏心弁につき、開弁応答性と耐久性の向上をより確かなものにすることができる。

ここで、このＥＧＲ弁１につき、弁体１４の開度に対するＥＧＲガス流量の変化（流量特性）について説明する。図１５に、弁体１４の開度が「１度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を説明図により示す。図１６に、図１５の鎖線四角Ｃ１で囲った部分を拡大図により示す。図１７に、弁体１４の開度が「３度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を説明図により示す。図１８に、図１７の鎖線四角Ｃ２で囲った部分を拡大図により示す。図１９に、弁体１４の開度が「４度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を説明図により示す。図２０に、図１９の鎖線四角Ｃ３で囲った部分を拡大図により示す。図２１〜図２６に、弁体１４の開度がそれぞれ「１０度」、「２０度」、「３０度」、「４０度」、「５０度」及び「６０度」のときのＥＧＲガス流速分布のＣＡＥ解析結果を説明図により示す。図１５〜図２６は、図１３と同様の中心断面を想定したものである。図１５〜図２６において、紗（網かけ）が濃くなるほど流速が高くなることを示す。図２７〜図３７に、弁体１４の開度がそれぞれ「０度」（全閉）、「１.０度」、「２.０度」、「３.０度」、「４.０度」、「５.０度」、「６.０度」、「７.０度」、「８.０度」、「９.０度」及び「１０.０度」のときの第１の側部２１と第２の側部２２における弁座１３と弁体１４との位置関係を部分拡大断面図により示す。図２７〜図３７は、図５における弁座１３と弁体１４の左右両端部分に対応する拡大断面図に相当する。

図１５〜図２６に示すように、弁体１４がその全閉位置から開弁方向へ回動するとき、弁体１４の第２の側部２２は、弁孔１６の外へ向けて回動することになる。このとき、弁体１４の第２の側部２２の外周と流路１１の内壁との間で形成される第１の最短距離Ｇ１と第１の流路面積Ａ１は、図１４に示すように、弁体１４が全閉位置にあるときの第１の最短距離Ｇ１及び第１の流路面積Ａ１をそれぞれ初期値として弁体１４の回動に伴って変化することになる。ここで、図１５〜図２６に示すように、第１の最短距離Ｇ１と第１の流路面積Ａ１は、弁体１４が全閉位置から中程度の開度（約４０度）で開くまでは変化率が少なく、中程度の開度から全開位置へ開くまでで変化率（増加率）が多くなる。一方、弁体１４の第２の側部２２に対応す弁座１３のシート面１７と第２の側部２２との間で形成される第２の最短距離Ｇ２と第２の流路面積Ａ２は、図１５〜図２６に示すように、弁体１４が全閉位置にあるときの第２の最短距離Ｇ２及び第２の流路面積Ａ２をそれぞれゼロとして弁体１４の回動に伴って増加することになる。この実施形態では、それぞれ変化する第１の最短距離Ｇ１と第２の最短距離Ｇ２との間に、第１の最短距離Ｇ１が第２の最短距離Ｇ２以上になるように流路１１、弁座１３及び弁体１４の形状及び寸法が設定されている。また、この実施形態では、それぞれ変化する第１の流路面積Ａ１と第２の流路面積Ａ２との間に、第１の流路面積Ａ１が第２の流路面積Ａ２の１．３倍以上になるように流路１１、弁座１３及び弁体１４の形状及び寸法が設定されている。

ここで、図３８に、この実施形態のＥＧＲ弁１につき、弁体１４の回動角度（開度）に対する第１の最短距離Ｇ１の関係をグラフにより示す。図３９に、弁体１４の回動角度（開度）に対する第１の最短距離Ｇ１と第２の最短距離Ｇ２との距離比Ｇ１／Ｇ２の関係をグラフにより示す。図３８、図３９において、線種の違いは、図１３において、シート面１７の最大径Ｄ２と弁体１４の最大径Ｄ３を同じとし、流路１１の内径Ｄ１を変化させた場合の流量特性の違いを示す。ここで、太線Ｊ１は、本実施形態に係り、流路１１の内径Ｄ１が所定値βに設定された場合を示す。実線Ｊ２は、対比例に係り、流路の内径Ｄ１が所定値βよりも「５ｍｍ」程度大きく設定された場合を示す。破線Ｊ３は、同じく対比例に係り、流路の内径Ｄ１が所定値βよりも「５ｍｍ」程度小さく設定された場合を示す。図３８に太線Ｊ１で示すように、本実施形態によれば、０度より大きく約４５度までの開度範囲（第１の開度範囲）では、第１の最短距離Ｇ１は、初期値（約７ｍｍ）より短くなることがわかる。すなわち、この開度範囲では、第２の最短距離Ｇ２は徐々に増えると考えられるが、第１の最短距離Ｇ１は初期値よりも減ることになる。このため、図３９に示すように、第１の開度範囲では、距離比Ｇ１／Ｇ２が、無限大値から徐々に減少して最低値に至り、約４５度より大きく９０度までの開度範囲（第２の開度範囲）では、最低値から徐々に増大する。しかしながら、この実施形態では、第１の最短距離Ｇ１が第２の最短距離Ｇ２以上に設定されることから、「０度〜９０度」の全開度範囲で、距離比Ｇ１／Ｇ２が「１.０」以下にならないことがわかる。同じく、図３９に実線Ｊ２で示す対比例でも、「０度〜９０度」の全開度範囲で、距離比Ｇ１／Ｇ２が「１.０」以下にならないことがわかる。これに対し、図３９に破線Ｊ３で示す対比例では、「約３０度〜約６０度」の開度範囲で、距離比Ｇ１／Ｇ２が「１.０」以下になってしまうことがわかる。つまり、第１の最短距離Ｇ１が第２の最短距離Ｇ２よりも小さくなってしまう。このような傾向は、第１の流路面積Ａ１と第２の流路面積Ａ２との間でも近似すると考えられる。

従って、この実施形態では、弁体１４がその全閉位置から開弁方向へ回動するときに、第１の最短距離Ｇ１が第２の最短距離Ｇ２よりも短くなることがなく、第１の流路面積Ａ１が第２の流路面積Ａ２よりも小さくなることがなく、流路１１の内壁と弁体１４の第２の側部２２の外周との間に形成される隙間と流路面積が要因となって第２の側部２２と弁座１３との間を流れるＥＧＲガスの流量が制限されることがない。また、第１の流路面積Ａ１が第２の流路面積Ａ２の１．３倍以上になり、第１の流路面積Ａ１には、第２の流路面積Ａ２に比べ大きさ的に十分な余裕が与えられる。このため、この実施形態のＥＧＲ弁１によれば、全閉位置からの弁体１４の開度変化に応じた適正な流量特性を確保することができる。なお、弁体１４の第１の側部２１については、第１の側部２１の回動方向が第２の側部２２と逆であり、弁体１４より上流側の流路１１でＥＧＲガスの流れが弁体１４によって制限されることはない。

図４０に、このＥＧＲ弁１につき、弁体１４の開度に対するＥＧＲガスの流量変化（流量特性）をグラフに示す。図４０において、線種の違いは、図１３において、シート面１７の最大径Ｄ２と弁体１４の最大径Ｄ３を同じとし、流路１１の内径Ｄ１を変化させた場合の違いを示す。太線Ｋ１は本実施形態に係り、第２の流路面積Ａ２に対する第１の流路面積Ａ１の面積倍率が「約２．９倍」となる場合を示す。実線Ｋ２は、第１の対比例に係り、面積倍率が「約２.０倍」となる場合を示す。破線Ｋ３は、第２の対比例に係り、面積倍率が「約０.８５倍」となる場合を示す。図４０に太線Ｋ１及び実線Ｋ２で示すように、本実施形態と第１の対比例では、弁体１４の開度が「０度〜約３度」の微少開度域では、流量が微増し、「約３度〜約２０度」の低開度域では、流量が急増し、「約２０度〜約５０度」の中開度域では、流量がやや緩やかに増し、「約５０度〜９０度」の中高開度域では、流量が緩やかに増している。このグラフから明らかなように、面積倍率が「約２.９倍と約２.０倍」となる本実施形態及び第１の対比例では、面積倍率が「約０.８５倍」となる第２の対比例と比べ、「約２５度〜約５５度」の中開度域で流量が多くなることがわかる。このように本実施形態ではＥＧＲガス流量特性の適正化が図られている。

また、この実施形態では、弁体１４につき、シール面１８と底面１４ｃとの間にシール面１８の最内縁１８ｃ，１８ｄから底面１４ｃへ向けて傾斜するテーパ面１４ｄが形成される。従って、弁体１４が低開度となるときに、弁孔１６のシート面１７と弁体１４との間を流れるＥＧＲガスが、このテーパ面１４ｄに沿って案内されながら下流側へ円滑に流れ、ＥＧＲガス流量のばらつきが少なくなる。このため、ＥＧＲガスの低流量域における流量特性を安定させることができ、流量特性全体のばらつきを低減することができる。

例えば、弁体１４の開度が「約４度〜約１０度」となる低開度域では、図１９〜図２１に示すように、弁座１３と弁体１４との間を流れるＥＧＲガスが、弁体１４のテーパ面１４ｄに沿って、下流側の流路１１の中心へ向けて流れることがわかる。これは、図３１〜図３７に示すように、「０度〜約１０度」の低開度域では、第２の側部２２において、弁体１４のテーパ面１４ｄが弁座１３のシート面１７と対向することによると考えられる。

なお、この発明は前記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ができる。

前記実施形態では、固定部１４ｂを含む弁体１４をその軸線Ｌ２を中心に左右対称形状に形成したが、固定部を弁体の軸線から偏心させた位置に形成することにより、弁体をその軸線を中心に左右非対称形状に形成することもできる。

この発明は、ＥＧＲ弁をはじめ、流体流量を調節する流量調節弁に利用することができる。

１ＥＧＲ弁
２弁部
１１流路
１３弁座
１４弁体
１４ａ板面
１４ｂ固定部
１４ｃ底面
１４ｄテーパ面
１５回転軸
１５ａピン
１６弁孔
１７シート面
１８シール面
１８ａ最外縁（第１の側部の）
１８ｂ最外縁（第２の側部の）
１８ｃ最内縁（第１の側部の）
１８ｄ最内縁（第２の側部の）
２１第１の側部
２２第２の側部
Ｌ１回転軸の軸線
Ｌ２弁体の軸線
Ｌ３弁孔の中心軸線
Ｐ１弁孔の中心
Ｔ１シール面の回動軌跡（第１の側部の）
Ｔ２シール面の回動軌跡（第２の側部の）
Ｔ１ａ最外縁の回動軌跡（第１の側部の）
Ｔ２ａ最外縁の回動軌跡（第２の側部の）
Ｔ１ｂ最内縁の回動軌跡（第１の側部の）
Ｔ２ｂ最内縁の回動軌跡（第２の側部の）
Ｖ１仮想面
γ シール面の最適な開き角度
γＳ第１の開き角度
γＬ第２の開き角度
ＣＳ第１の線分の長さ（第１の側部の最外縁までの）
ＣＬ最長距離（第２の側部の最外縁までの）
ａ偏心量
ｂ偏心量
Ｄシール面の最大外径
ｔシール面の軸方向の厚み
Ａ１第１の流路面積
Ａ２第２の流路面積

Claims

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、前記弁座と前記弁体が配置され、流体が流れる流路と、
前記弁体を回動させるための回転軸と
を備え、前記回転軸の軸線が前記弁体及び前記弁孔の径方向と平行に伸び、前記弁孔の中心から前記弁孔の径方向へ偏心して配置されると共に、前記シール面が前記回転軸の前記軸線から前記弁体の軸線が伸びる方向へ偏心して配置され、前記弁体を前記回転軸の前記軸線を中心に回動させることにより、前記シール面が前記シート面に面接触する全閉位置と前記シート面から最も離れる全開位置との間で移動可能に構成される二重偏心弁において、
前記弁体は、前記回転軸の前記軸線から前記弁孔の中心軸が伸びる方向と平行に伸びる仮想面を境として第１の側部と第２の側部に二分され、
前記シール面は、前記シート面の外周寄り位置に接する最外縁と、前記シート面の内周寄り位置に接する最内縁とを含み、
前記全閉位置から前記弁体が開弁方向へ回動するとき、前記第１の側部が前記弁孔の中へ向けて回動し、前記第２の側部が前記弁孔の外へ向けて回動するように構成されると共に、前記シール面の前記最外縁と前記最内縁のそれぞれが、前記回転軸の前記軸線を中心にした回動軌跡に沿って回動し、
前記全閉位置において、前記第１の側部の前記シール面の前記最外縁にて、前記最外縁の前記回動軌跡に対して前記シート面が外接する角度を最大値とし、前記第２の側部の前記シール面の前記最内縁にて、前記最内縁の前記回動軌跡に対して前記シート面が外接する角度を最小値とするように前記シート面が前記弁孔の中心へ向けて傾斜すること、
前記流路、前記弁座及び前記弁体につき、前記流路及び前記弁座の中心を通り前記回転軸の前記軸線と直交する方向に切断した中心断面において、
前記全閉位置から前記弁体が前記開弁方向へ回動するときに、前記弁体の前記第２の側部の外周と前記流路の内壁との間で形成される隙間の最短距離を第１の最短距離とし、
前記全閉位置から前記弁体が前記開弁方向へ回動するときに、前記第２の側部に対応する前記弁座の前記シート面と前記第２の側部との間で形成される隙間の最短距離を第２の最短距離とすると、
前記第１の最短距離が前記第２の最短距離以上になるように前記流路、前記弁座及び前記弁体の形状及び寸法を設定したことを特徴とする二重偏心弁。
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、前記弁座と前記弁体が配置され、流体が流れる流路と、
前記弁体を回動させるための回転軸と
を備え、前記回転軸の軸線が前記弁体及び前記弁孔の径方向と平行に伸び、前記弁孔の中心から前記弁孔の径方向へ偏心して配置されると共に、前記シール面が前記回転軸の前記軸線から前記弁体の軸線が伸びる方向へ偏心して配置され、前記弁体を前記回転軸の前記軸線を中心に回動させることにより、前記シール面が前記シート面に面接触する全閉位置と前記シート面から最も離れる全開位置との間で移動可能に構成される二重偏心弁において、
前記弁体は、前記回転軸の前記軸線から前記弁孔の中心軸が伸びる方向と平行に伸びる仮想面を境として第１の側部と第２の側部に二分され、
前記シール面は、前記シート面の外周寄り位置に接する最外縁と、前記シート面の内周寄り位置に接する最内縁とを含み、
前記全閉位置から前記弁体が開弁方向へ回動するとき、前記第１の側部が前記弁孔の中へ向けて回動し、前記第２の側部が前記弁孔の外へ向けて回動するように構成されると共に、前記シール面の前記最外縁と前記最内縁のそれぞれが、前記回転軸の前記軸線を中心にした回動軌跡に沿って回動し、
前記全閉位置において、前記第１の側部の前記シール面の前記最外縁にて、前記最外縁の前記回動軌跡に対して前記シート面が外接する角度を最大値とし、前記第２の側部の前記シール面の前記最内縁にて、前記最内縁の前記回動軌跡に対して前記シート面が外接する角度を最小値とするように前記シート面が前記弁孔の中心へ向けて傾斜すること、
前記全閉位置から前記弁体が前記開弁方向へ回動するときに、前記弁体の前記第２の側部の外周と前記流路の内壁との間で形成される流体の流路面積を第１の流路面積とし、
前記全閉位置から前記弁体が開弁方向へ回動するときに、前記第２の側部に対応する前記弁座の前記シート面と前記第２の側部との間で形成される流体の流路面積を第２の流路面積とすると、
前記第１の流路面積が前記第２の流路面積の１．３倍以上になるように前記流路、前記弁座及び前記弁体の形状及び寸法を設定したことを特徴とする二重偏心弁。
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、前記弁座と前記弁体が配置され、流体が流れる流路と、
前記弁体を回動させるための回転軸と
を備え、前記回転軸の軸線が前記弁体及び前記弁孔の径方向と平行に伸び、前記弁孔の中心から前記弁孔の径方向へ偏心して配置されると共に、前記シール面が前記回転軸の前記軸線から前記弁体の軸線が伸びる方向へ偏心して配置され、前記弁体を前記回転軸の前記軸線を中心に回動させることにより、前記シール面が前記シート面に面接触する全閉位置と前記シート面から最も離れる全開位置との間で移動可能に構成される二重偏心弁において、
前記弁体は、前記回転軸の前記軸線から前記弁孔の中心軸が伸びる方向と平行に伸びる仮想面を境として第１の側部と第２の側部に二分され、
前記シール面は、前記シート面の外周寄り位置に接する最外縁と、前記シート面の内周寄り位置に接する最内縁とを含み、
前記全閉位置から前記弁体が開弁方向へ回動するとき、前記第１の側部が前記弁孔の中へ向けて回動し、前記第２の側部が前記弁孔の外へ向けて回動するように構成されると共に、前記シール面の前記最外縁と前記最内縁のそれぞれが、前記回転軸の前記軸線を中心にした回動軌跡に沿って回動し、
前記全閉位置において、前記第１の側部の前記シール面の前記最外縁にて、前記最外縁の前記回動軌跡に対して前記シート面が外接する角度を最大値とし、前記第２の側部の前記シール面の前記最内縁にて、前記最内縁の前記回動軌跡に対して前記シート面が外接する角度を最小値とするように前記シート面が前記弁孔の中心へ向けて傾斜すること、
前記弁体は、前記弁孔と対向する側に平坦な底面を備え、前記シール面と前記底面との間に前記シール面から前記底面へ向けて傾斜するテーパ面が形成されたことを特徴とする二重偏心弁。
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、前記弁座と前記弁体が配置され、流体が流れる流路と、
前記弁体を回動させるための回転軸と
を備え、前記回転軸の軸線が前記弁体及び前記弁孔の径方向と平行に伸び、前記弁孔の中心から前記弁孔の径方向へ偏心して配置されると共に、前記シール面が前記回転軸の前記軸線から前記弁体の軸線が伸びる方向へ偏心して配置され、前記弁体を前記回転軸の前記軸線を中心に回動させることにより、前記シール面が前記シート面に面接触する全閉位置と前記シート面から最も離れる全開位置との間で移動可能に構成される二重偏心弁において、
前記弁体は、前記回転軸の前記軸線から前記弁孔の中心軸が伸びる方向と平行に伸びる仮想面を境として第１の側部と第２の側部に二分され、
前記シール面は、前記シート面の外周寄り位置に接する最外縁と、前記シート面の内周寄り位置に接する最内縁とを含み、
前記全閉位置から前記弁体が開弁方向へ回動するとき、前記第１の側部が前記弁孔の中へ向けて回動し、前記第２の側部が前記弁孔の外へ向けて回動するように構成されると共に、前記シール面の前記最外縁と前記最内縁のそれぞれが、前記回転軸の前記軸線を中心にした回動軌跡に沿って回動し、
前記全閉位置において、前記第１の側部の前記シール面の前記最外縁にて、前記最外縁の前記回動軌跡に対して前記シート面が外接する角度を最大値とし、前記第２の側部の前記シール面の前記最内縁にて、前記最内縁の前記回動軌跡に対して前記シート面が外接する角度を最小値とするように前記シート面が前記弁孔の中心へ向けて傾斜すること、
前記弁体は、その板面から突出し前記回転軸に固定される固定部を含み、前記固定部は前記回転軸の前記軸線から前記回転軸の径方向へずれた位置にて前記回転軸に固定され、
前記固定部は前記弁体の軸線上に配置され、前記固定部を含む前記弁体が前記弁体の軸線を中心に左右対称形状をなすことを特徴とする二重偏心弁。
前記シート面と前記シール面は、それぞれ全周にわたり同一形状をなすことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の二重偏心弁。
前記流路において前記弁体が前記弁座よりも上流側に配置されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の二重偏心弁。
前記回転軸の前記軸線から前記第１の側部における前記シール面の前記最外縁までの最短距離がなす第１の線分と前記シール面とが直交している状態を考える場合、前記第１の線分の長さをＣＳとし、前記回転軸が前記弁孔の前記中心軸から前記弁孔の径方向へ偏心する偏心量をａとし、前記シール面の最大外径をＤとしたとき、次式（１）の関係で求められる前記シール面の第１の開き角度をγＳとし、
γＳ＝２＊arccos（（Ｄ／２−ａ）／ＣＳ）［rad］・・・（１）
前記回転軸の前記軸線から前記第２の側部における前記シール面の前記最内縁までの最長距離がなす第２の線分と前記シール面とが直交している状態を考える場合、前記回転軸の前記軸線から前記第２の側部における前記シール面の前記最外縁までの最長距離の長さをＣＬとし、前記回転軸が前記弁孔の前記中心から前記弁体の前記軸線の方向へ偏心する偏心量をｂとし、前記シール面の軸方向の厚みをｔとしたとき、次式（２）及び（３）の関係で求められる前記シール面の第２の開き角度をγＬとしたとき、
γＬ＝arcsin（（ｆ／２＋ｔ）／（ＣＬ／２））
＋arctan（ｆ／（Ｄ／２＋ａ））［rad］・・・（２）
ｆ＝ｂ−ｔ／２・・・（３）
前記シール面の最適開き角度γを、次式（４）の条件を満たすように設定した
γＬ≦γ≦γＳ・・・（４）
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の二重偏心弁。