JP6751591B2 - 流量制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体の流量を制御する流量制御弁に関し、例えば、排気ガス再循環装置に使用されるＥＧＲ弁に関するものである。

従来より、エンジンにおいて、排気ガス再循環装置が使用されている。この排気ガス再循環装置は、エンジンから排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させ、外気と混合させて燃焼室へ吸入させる。これにより、燃焼室での可燃混合気の燃焼温度が下がるので、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成量を少なくすることができる。そして、このような排気ガス再循環装置は、ＥＧＲガスの流量を制御するための流量制御弁（ＥＧＲ弁）を有する。

ここで、このような流量制御弁（ＥＧＲ弁）の一例として、例えば、特許文献１（二重偏心弁）や特許文献２（バタフライ弁）に記載された流体制御弁が存在する。この種の流量制御弁では、モータの回転を減速機構により減速させて、増幅された回転トルクを回転軸に伝達して回動することにより、回転軸に固定されて流路に配置された弁体が回動するようになっている。この弁体の回動により流路が開閉され（開口面積が変化して）、流量が調整されるようになっている。そして、このような流量制御弁は、取付部品（配管）に対して、３点以上の締結点（締結孔）においてボルトなどにより締結されて組み付けられている。

特許第５７５９６４６号公報 特開２０１５−１３７５５４号公報

しかしながら、近年、流量制御弁を組み付けるスペース（搭載スペース）が狭小化する傾向にあり、上記の流量制御弁では、３点以上の締結点において締結されているため、組み付け工具が他部品に干渉するなどして流量制御弁の組み付け性が悪く、組み付け作業性が悪化するおそれがあった。

ここで、締結点を２点に減らすことにより、組み付け性の問題は解消するが、２点締結では、構成部品で最も重いモータが振動してしまい、耐振性が低下するという問題が生じる。耐振性を向上させるためには、ハウジングの強度（剛性）を高めればよいが、そうすると、大型化、重量増やコストアップなどを招くため、２点締結で組み付ける流量制御弁は実用化されていないのが実情であった。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、２点締結でもモータの振動を抑えて耐振性を向上させることができる流量制御弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、モータの回転を減速機構を介して回転軸に伝達し、前記回転軸に固定されて流路に配置された弁体を回動させる流量制御弁において、前記流路が形成されたボア部の周りに、前記流路の中心を通るように対向配置された２つの締結点と、前記モータが収容されるモータ収容部と前記ボア部とを連結するリブとを有し、前記流路の軸方向から見たときに、前記２つの締結点は、前記締結点同士を結ぶ線が前記モータ及び前記減速機構に交差しない位置に配置されており、前記リブは、前記締結点同士を結ぶ線と交差する方向であって、流量制御弁全体の重心と前記流路中心とを結ぶ方向に設けられていることを特徴とする。

この流量制御弁では、流路が形成されたボア部の周りに、流路中心を通るように対向配置された２つの締結点により、取付部品（配管）に組み付けられる。そのため、組み付け性が向上する。また、２つの締結点が、締結点同士を結ぶ線がモータ及び減速機構に交差しない位置に配置されている。これにより、締結点をハウジングの外側へ配置することができ、ボア部をモータ及び減速機構に近接させることでき、ＥＧＲ弁の小型化を図ることができる。

その一方で、組み付けを２つの締結点のみで行うため、締結点同士を結ぶ線を中心（軸）にしてモータが振動（揺動）するおそれがある。しかしながら、この流量制御弁では、モータが収容されるモータ収容部とボア部とを連結するリブが、締結点同士を結ぶ線と交差する方向であって、流量制御弁全体の重心と前記流路中心とを結ぶ方向に設けられているため、モータの振動（揺動）を抑えることができ、耐振性を向上させることができる。そして、リブを設けるだけなので、流量制御弁の大型化、重量増やコストアップなどを招くこともない。また、２つの締結点がボア部の周りに流路中心を通るように対向配置されており、上記のようにモータの振動を抑えることができるため、２点締結であっても、取付部品（配管）とのシール性も十分に確保することができる。

上記課題を解決するためになされた本発明の別形態は、モータの回転を減速機構を介して回転軸に伝達し、前記回転軸に固定されて流路に配置された弁体を回動させる流量制御弁において、前記流路が形成されたボア部の周りに、前記流路の中心を通るように対向配置された２つの締結点と、前記モータが収容されるモータ収容部と前記ボア部とを連結するリブとを有し、前記流路の軸方向から見たときに、前記２つの締結点は、前記締結点同士を結ぶ線が前記モータ及び前記減速機構に交差しない位置に配置されており、前記リブは、前記締結点同士を結ぶ線と交差する方向に、平行に複数設けられ、前記モータの重心が、前記複数のリブの延長線間に位置していることを特徴とする。

この流量制御弁でも、流路が形成されたボア部の周りに、流路中心を通るように対向配置された２つの締結点により、取付部品（配管）に組み付けられる。そのため、組み付け性が向上する。また、２つの締結点が、締結点同士を結ぶ線がモータ及び減速機構に交差しない位置に配置されている。これにより、締結点をハウジングの外側へ配置することができ、ボア部をモータ及び減速機構に近接させることでき、ＥＧＲ弁の小型化を図ることができる。

その一方で、組み付けを２つの締結点のみで行うため、締結点同士を結ぶ線を中心（軸）にしてモータが振動（揺動）するおそれがある。しかしながら、この流量制御弁では、モータが収容されるモータ収容部とボア部とを連結するリブが、締結点同士を結ぶ線と交差する方向に設けられているため、モータの振動（揺動）をより抑えることができ、耐振性を一層向上させることができる。そして、リブを設けるだけなので、流量制御弁の大型化、重量増やコストアップなどを招くこともない。また、２つの締結点がボア部の周りに流路中心を通るように対向配置されており、上記のようにモータの振動を抑えることができるため、２点締結であっても、取付部品（配管）とのシール性も十分に確保することができる。

また、リブが平行に複数設けられていることにより、ボア部とモータ収容部とが複数のリブで連結されるのでハウジングの強度が向上するため、ハウジングの捩れも抑制することができる。その結果として、モータの振動（揺動）を確実に抑えることができ、耐振性をさらに向上させることができる。

さらに、モータの重心が複数のリブの延長線間に位置していることにより、重量物であるモータの重心部分の振動（揺動）を確実に抑制することができるため、耐振性をより一層向上させることができる。

そして、上記した流量制御弁において、前記流路の軸方向から見たときに、前記締結点同士を結ぶ線と前記リブの延長線とが直交することが好ましい。

このようにリブを配置することにより、リブによるモータの振動（揺動）抑制効果を高めることができ、耐振性をより向上させることができる。

本発明に係る流量制御弁によれば、大型化、重量増やコストアップを招くことなく、２点締結でモータの振動を抑えて耐振性を向上させることができる。

実施形態に係るＥＧＲ弁の正面図である。 実施形態に係るＥＧＲ弁の上面図である。 弁体が弁座に着座した全閉状態における弁部を一部破断して示した斜視図である。 弁体が弁座から最も離れた全開状態における弁部を一部破断して示した斜視図である。 全閉状態の弁座、弁体及びシャフトを示す側面図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。

以下、本発明の流量制御弁を具体化した実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態では、ＥＧＲ弁に本発明を適用した場合を例示して説明する。

ＥＧＲ弁１は、図１と図２に示すように、二重偏心弁より構成される弁部２と、駆動機構部３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を備え、流路１１の中には弁座１３、弁体１４及びシャフト１５（回転軸）（図７や図８参照）が配置されている。シャフト１５には、駆動機構部３から駆動力（回転力）が伝えられるようになっている。駆動機構部３は、モータ３２と減速機構３３（図７や図８参照）を備えている。

図３、図４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が組み込まれている。弁座１３は、円環状をなし、中央に弁孔１６を有する。弁孔１６の縁部には、環状のシート面１７が形成されている。弁体１４は、円板状の部分を備え、その円板状の部分の外周には、シート面１７に対応する環状のシール面１８が形成されている。弁体１４は、シャフト１５に一体的に設けられ、シャフト１５と一体的に回転する。図３、図４において、弁体１４より下の流路１１はＥＧＲガスの流れの上流側を示し、弁座１３より上の流路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ている。

図５と図６に示すように、シャフト１５の中心軸Ｌｓは、弁体１４の径方向と平行に伸び、弁体１４の中心軸Ｌｖから弁体１４の径方向（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がシャフト１５の中心軸Ｌｓから弁体１４の中心軸Ｌｖが伸びる方向へ偏心して配置されている。このようにして、弁部２は、二重偏心弁より構成されている。また、シャフト１５の中心軸Ｌｓを中心に弁体１４を回転させることにより、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３参照）とシート面１７から最も離れる全開位置（図４参照）との間で移動可能となっている。

図１、図７及び図８に示すように、金属製又は合成樹脂製の弁ハウジング３５は、流路１１が形成されたボア部１２と、モータ３２を収容するためのモータ収容部３５ａとを備えている。ボア部１２周りに、ＥＧＲ弁１をＥＧＲ配管に組み付けるための２つの締結孔（締結点）５０，５０が設けられている。これにより、ＥＧＲ弁１は、２点締結でＥＧＲ配管に組み付けられるため、組み付け性が向上している。

これら２つの締結孔５０，５０は、図１に示すように、流路１１の中心１１ｃを通るように対向配置されている。つまり、２つの締結孔５０，５０の中心５０ｃ，５０ｃを結ぶ線Ｌ１上に、流路１１の中心１１ｃが位置している。そして、２つの締結孔（締結点）５０，５０は、２つの締結孔５０，５０の中心５０ｃ，５０ｃを結ぶ線Ｌ１が駆動機構部３と交差しない位置に配置されている。これにより、締結孔５０，５０を弁ハウジング３５の外側へ配置することができ、ボア部１２と駆動機構部３とを近接させることできる。その結果として、ＥＧＲ弁１の小型化を図ることができる。

そして、図１に示すように、ボア部１２とモータ収容部３５ａとを連結する２つのリブ６０，６１が設けられている。これらのリブ６０，６１は、締結孔５０の中心５０ｃ同士を結ぶ線Ｌ１と交差する方向に設けられている。そして、リブ６０は、ＥＧＲ弁１の重心Ｇと流路１１の中心１１ｃとを結ぶ方向に延びて設けられている。また、リブ６１は、リブ６０の延長線ＥＬ１とリブ６１の延長線ＥＬ２との間に、モータ３２の重心Ｇｍが位置するように、リブ６０に対して平行に配置されている。

また、弁ハウジング３５内に、弁体１４及びシャフト１５が配置されている。シャフト１５は、その先端から突出するピン１５ａを備えている。このように、ピン１５ａは、シャフト１５の中心軸Ｌｓ（図８参照）方向の一方（弁体１４側）の端部に設けられている。一方、シャフト１５の中心軸Ｌｓ方向の他方（メインギヤ４１側）の端部には、基端部１５ｂが設けられている。図７と図８に示すように、シャフト１５の基端部１５ｂには、メインギヤ４１が固定されている。弁ハウジング３５とメインギヤ４１との間には、リターンスプリング４０が設けられている。

シャフト１５はピン１５ａがある先端側が自由端とされており、シャフト１５の先端部が流路１１に挿入されて配置されている。また、シャフト１５は、互いに離れて配置された２つの軸受である第１軸受３７と第２軸受３８を介して弁ハウジング３５に対し回転可能に片持ち支持されている。第１軸受３７と第２軸受３８は、ともにボールベアリングにより構成され、弁ハウジング３５に圧入固定されている。第１軸受３７と第２軸受３８は、シャフト１５の中心軸Ｌｓ方向について弁体１４とメインギヤ４１との間の位置に配置されている。

シャフト１５は、第１軸受３７の内輪に圧入され、第２軸受３８の内輪に挿入されている。これにより、シャフト１５は、第２軸受３８と間に隙間（ガタ）をもって、第１軸受３７と第２軸受３８によって回転可能に支持されている。そして、シャフト１５の先端部に形成されたピン１５ａに対して弁体１４が溶接により固定され、流路１１内に弁体１４が配置されている。このようなシャフト１５（シャフト１５に取り付けられる部品（弁体、軸受、ギヤなど）を含む）の重心Ｇｓが、第１軸受３７と第２軸受３８の間（図８に示す範囲Ｒ内）に位置している。なお、重心Ｇｓは、第１軸受３７と第２軸受３８の間に位置していればよいが、できるだけ第１軸受３７側に位置していることが好ましい。

モータ３２は、最も重い構成部品であり、図７に示すように、弁ハウジング３５に形成されたモータ収容部３５ａに収容されて固定されている。モータ３２は、弁体１４を開閉駆動するために減速機構３３を介してシャフト１５に駆動連結されている。すなわち、モータ３２の出力軸には、モータギヤ４３が固定されている。このモータギヤ４３は、中間ギヤ４２を介してメインギヤ４１に駆動連結されている。モータ３２は、シャフト１５を開弁、および、閉弁方向に回転させる駆動力を発生させる。

中間ギヤ４２は、二段ギヤであり、ピンシャフト４４を介して弁ハウジング３５に回転可能に支持されている。中間ギヤ４２には、モータギヤ４３とメインギヤ４１が駆動連結されている。本実施形態では、メインギヤ４１と中間ギヤ４２とモータギヤ４３は、軽量化のために樹脂材料より形成されている。

そして、弁ハウジング３５の開口端は、金属製又は合成樹脂製のエンドフレーム３６により閉鎖されている。エンドフレーム３６は、弁ハウジング３５に対し複数のクリップ３９（図１、図２参照）により固定されている。

このような構成のＥＧＲ弁１は、図３に示すような弁体１４の全閉状態から、モータ３２に通電させると、モータ駆動力によりモータギヤ４３が正方向（弁体１４を開弁させる方向）へ回転して、その回転が中間ギヤ４２により減速されてメインギヤ４１に伝達される。そして、メインギヤ４１に固定されるシャフト１５が、リターンスプリング４０により発生する力であって閉弁方向へ付勢するリターンスプリング力に抗して、中心軸Ｌｓを中心に回転することにより、図４の矢印で示すように弁体１４が回転して流路１１が開かれる。そして、その後、弁体１４が回転する途中でモータ３２に印加させる駆動電圧が一定に維持されると、そのときの弁体１４の回転位置にてモータ駆動力とリターンスプリング力とが均衡して、弁体１４は所定開度に保持される。

ここで、ＥＧＲ弁１では、２つの締結孔５０，５０で取り付けられているため、エンジンの振動により、締結孔同士（中心５０ｃ同士）を結ぶ線Ｌ１を中心（軸）にして重量物であるモータ３２が振動（揺動）して耐振性が低下するおそれがある。また、そのような振動が発生して、その振動がシャフト１５に伝達されると、シャフト１５が過剰に軸振れしてしまって弁体１４、弁座１３や軸受３７，３８などが摩耗するおそれもある。

しかしながら、ＥＧＲ弁１では、モータ収容部３５ａとボア部１２とを連結するリブ６０，６１が、２つの締結孔５０，５０同士を結ぶ線Ｌ１と交差する方向に設けられている。そして、リブ６０が、ＥＧＲ弁１の重心Ｇと流路１１の中心１１ｃとを結ぶ方向に延びて設けられ、リブ６１が、リブ６０の延長線ＥＬ１とリブ６１の延長線ＥＬ２との間にモータ３２の重心Ｇｍが位置するように、リブ６０に対して平行に配置されている。

そのため、リブ６０，６１によって弁ハウジング３５の強度が高められており、モータ３２の振動（揺動）を抑えることができ、耐振性を向上させることができる。つまり、ＥＧＲ弁１によれば、２点締結であってもモータ３２の振動を抑えて耐振性を向上させることができる。

そして、好ましくは、リブ６０，６１及び締結孔５０，５０は、締結孔同士を結ぶ線Ｌ１と各リブ６０，６１の延長線ＥＬ１，ＥＬ２とが直交するように配置されているとよい。リブ６０，６１によるモータ３２の振動（揺動）抑制効果をより高めることができ、耐振性をより向上させることができるからである。

このように、弁ハウジング３５にリブ６０，６１を設けるだけなので、ＥＧＲ弁１の大型化、重量増やコストアップなどを招くこともない。また、２つの締結孔５０，５０が、締結孔同士（中心５０ｃ同士）を結ぶ線Ｌ１が駆動機構部３と交差しない位置に配置されているため、ボア部１２と駆動機構部３とを近接させることできるので、ＥＧＲ弁１の小型化を図ることもできる。

また、２つの締結孔５０，５０がボア部１２の周りに流路１１の中心１１ｃを通るように対向配置されており、上記のようにリブ６０，６１によってモータ３２の振動をしっかりと抑えることができるため、２点締結であっても、取付部品（配管）とのシール性を十分に確保することができる。

また、シャフト１５の重心Ｇｓが、第１軸受３７と第２軸受３８との間（図８に示す範囲Ｒ内）に位置している。そのため、シャフト１５の重心部分の振動が抑制される。これにより、もしモータ３２が振動したとしても、シャフト１５の軸振れを抑えることでき、弁体１４、弁座１３や軸受３７，３８などの摩耗を防止することができる。

以上、詳細に説明したように本実施形態に係るＥＧＲ弁１によれば、ボア部１２の周りに、流路１１の中心１１ｃを通るように対向配置された２つの締結孔５０，５０が、締結孔同士（締結孔中心同士）を結ぶ線Ｌ１が駆動機構部３に交差しない位置に配置されており、モータ収容部３５ａとボア部１２とを連結するリブが、締結孔同士を結ぶ線Ｌ１と交差する方向に設けられている。これにより、ＥＧＲ弁１の小型化を図りつつ、重量増やコストアップを招くことなく、２点締結であってもモータ３２の振動を抑えて耐振性を向上させることができる。

なお、上記した実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記の実施形態では、２つのリブ６０，６１を設けた場合を例示したが、リブの数は２つに限られず、１つあるいは３つ以上であってもよい。なお、リブを１つだけ設ける場合には、リブ６０を設ける、つまり、ＥＧＲ弁１の重心Ｇと流路中心１１ｃとを結ぶ方向に延びるリブを設ければよい。また、図１に示す面とは逆側（紙面裏側）の弁ハウジング３５に、リブを設けることもできる。

また、上記の実施形態では、ＥＧＲ弁に本発明を適用した場合について例示したが、本発明は、ＥＧＲ弁の他、流体の流量を制御する流体制御弁（例えば、電子スロットル装置など）にも適用することができる。

また、上記の実施形態では、流量制御弁として二重偏心弁を例示したが、本発明は、二重偏心弁に限られることなく、その他のタイプの流体制御弁（例えば、バタフライ弁など）にも適用することができる。

１ ＥＧＲ弁
２ 弁部
３ 駆動機構部
１１ 流路
１１ｃ （流路の）中心
１２ ボア部
１４ 弁体
１５ シャフト
３２ モータ
３３ 減速機構
３５ 弁ハウジング
３５ａ モータ収容部
５０ 締結孔
５０ｃ （締結孔の）中心
６０ リブ
６１ リブ
ＥＬ１ 延長線
ＥＬ２ 延長線
Ｇ ＥＧＲ弁の重心
Ｇｍ モータの重心
Ｌ１ 締結孔（中心）を結ぶ線

Claims (3)

1. モータの回転を減速機構を介して回転軸に伝達し、前記回転軸に固定されて流路に配置された弁体を回動させる流量制御弁において、
   前記流路が形成されたボア部の周りに、前記流路の中心を通るように対向配置された２つの締結点と、
   前記モータが収容されるモータ収容部と前記ボア部とを連結するリブとを有し、
   前記流路の軸方向から見たときに、
   前記２つの締結点は、前記締結点同士を結ぶ線が前記モータ及び前記減速機構に交差しない位置に配置されており、
   前記リブは、前記締結点同士を結ぶ線と交差する方向であって、流量制御弁全体の重心と前記流路中心とを結ぶ方向に設けられている
   ことを特徴とする流量制御弁。
2. モータの回転を減速機構を介して回転軸に伝達し、前記回転軸に固定されて流路に配置された弁体を回動させる流量制御弁において、
   前記流路が形成されたボア部の周りに、前記流路の中心を通るように対向配置された２つの締結点と、
   前記モータが収容されるモータ収容部と前記ボア部とを連結するリブとを有し、
   前記流路の軸方向から見たときに、
   前記２つの締結点は、前記締結点同士を結ぶ線が前記モータ及び前記減速機構に交差しない位置に配置されており、
   前記リブは、前記締結点同士を結ぶ線と交差する方向に、平行に複数設けられ、
   前記モータの重心が、前記複数のリブの延長線間に位置している
   ことを特徴とする流量制御弁。
3. 請求項１又は請求項２に記載する流量制御弁において、
   前記流路の軸方向から見たときに、前記締結点同士を結ぶ線と前記リブの延長線とが直交する
   ことを特徴とする流量制御弁。

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