WO2017150026A1 - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

バルブ装置は、シャフト（１４）と、弁体（１５）と、弁開口（１０ａ）が設けられるハウジング（１６）と、を備え、弁体の外向面（２５、２６、３０）がハウジングに対して非接触に設けられるとともに、弁体が弁開口を閉塞する全閉時にバルブ側面がハウジングに当接するものであり、バルブシール面（２１、２２、３１、３２）は、閉弁方向へ膨出する第１バルブシール面（２１）と、開弁方向へ窪む第２バルブシール面（２２）とを備え、第１バルブシール面の外径端から回転軸芯（Ｃ２）までの径方向の第１シール距離（ｒ１）は、第２バルブシール面の外径端から回転軸芯までの径方向の第２シール距離（ｒ２）より短く設けられ、第１バルブシール面と第２バルブシール面は、少なくとも曲面を有する。

Description

バルブ装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１６年３月３日に出願された日本特許出願番号２０１６－４１１２２号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、ハウジング内で開口する弁開口を、弁体に設けられた円筒面または球面によって開閉するバルブ装置に関する。

　この種の従来技術として、特許文献１に開示される技術が知られている。

　特許文献１の技術は、円筒面を有する弁体を用いたバルブ装置であり、弁体を閉弁方向へ回転操作した際に、弁体のバルブ側面がハウジングに当接して、ハウジングに設けられた弁開口を弁体が閉塞する。なお、バルブ側面は、弁体において回転方向に向く面である。

特開２０１３－０４４４１５号公報

　特許文献１の技術は、弁体が弁開口を閉塞する際に、弁体に設けられた４つのシール辺が、ハウジングに当接するように設けられている。

　弁体に設けられる４つのシール辺を第１～第４シール辺として説明する。

　第１シール辺は、弁体の閉弁方向の一端に設けられる平面であり、弁体の回転軸芯に対して平行である。

　第２シール辺は、弁体の開弁方向の一端に設けられる平面であり、第１シール辺と同様、弁体の回転軸芯に対して平行である。

　第３シール辺は、第１シール辺の第１端と第２シール辺の第１端を結ぶ平面である。

　第４シール辺は、第１シール辺の第２端と第２シール辺の第２端を結ぶ平面である。

　弁体の回転軸芯が伸びる方向を軸方向とした場合、第１シール辺の軸方向の長さは、第２シール辺の軸方向の長さより短く設けられている。

　即ち、第３シール辺と第４シール辺は、平行ではなく、閉弁方向へ窄まる傾斜面として設けられている。換言すると、第３シール辺と第４シール辺は、閉弁方向へ窄まるテーパ面を成すものである。回転方向に対する傾斜面の角度を傾斜角とした場合、第３シール辺および第４シール辺の傾斜角は小さく設けられている。

　全閉時には、第３シール辺と第４シール辺がハウジングに押し付けられる。第３シール辺と第４シール辺は傾斜面であるため、全閉時には第３シール辺と第４シール辺がハウジングに食い付いてしまう。その結果、全閉状態から開弁を開始する際に、食い付きを解除するために大きな駆動トルクが必要になってしまう。

　なお、食い付きとは、摩擦と圧迫によって傾斜面に生じる固着力である。傾斜面同士が強く押し付けられることにより強い固着力が生じるのは楔の原理と同様である。即ち、力が加えられる方向に対して当接面が傾斜する場合、傾斜角度が小さいほど傾斜面に対する垂直方向へ押し開らく力が大きくなる。この時、傾斜面には、押し開く力とは反対の圧迫する力が加わる。この圧迫する力が傾斜面の摩擦面に作用することで傾斜面には固着力が生じる。この力を食い付きと称する。

　本開示の目的は、弁体を回転操作する際に弁体の外向面がハウジング側と摺動せず、且つ全閉時に弁体がハウジングに食い付くのを防いで、閉弁状態から開弁を開始する際の駆動トルクを小さくできるバルブ装置の提供にある。

　本開示の一態様によるバルブ装置は、回転操作されるシャフトと、シャフトと一体に回転し、外周面に円筒面または球面の少なくとも一部が設けられる弁体と、弁体を回転可能に収容する弁室内に、弁体によって開閉操作される弁開口が設けられるハウジングと、を備え、シャフトの半径方向を外径方向および内径方向を有する径方向とし、弁体において外径方向に向く面を外向面とし、シャフトを中心として弁体が回転する方向を回転方向とし、弁体において回転方向に向く面をバルブ側面とした場合、弁体の外向面がハウジングに対して非接触に設けられるとともに、弁体が弁開口を閉塞する全閉時にバルブ側面がハウジングに当接するものであり、回転方向のうちで弁体が弁開口を閉じる方向を閉弁方向とし、回転方向のうちで弁体が弁開口を開く方向を開弁方向とし、バルブ側面のうちで全閉時にハウジング側と当接する面をバルブシール面とし、ハウジング側のうちでバルブシール面が当接する面をハウジングシール面とした場合、バルブシール面は、閉弁方向へ膨出する第１バルブシール面と、開弁方向へ窪む第２バルブシール面とを備え、シャフトおよび弁体の回転中心を回転軸芯とし、第１バルブシール面の外径端から回転軸芯までの径方向の距離を第１シール距離とし、第２バルブシール面の外径端から回転軸芯までの径方向の距離を第２シール距離とした場合、第１シール距離は、第２シール距離より短く設けられ、第１バルブシール面と第２バルブシール面は、少なくとも曲面を有する。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、本開示の実施形態１におけるエンジンの吸排気システムの概略図であり、 図２は、実施形態１における弁体とシート部品の斜視図であり、 図３（ａ）は、実施形態１における弁体の斜視図、図３（ｂ）は、実施形態１におけるシート部品の斜視図であり、 図４（ａ）は、実施形態１において、全開状態におけるＥＧＲバルブの断面図、図４（ｂ）は、実施形態１において、全閉状態におけるＥＧＲバルブの断面図、図４（ｃ）は、実施形態１において、半開状態におけるＥＧＲバルブの断面図であり、 図５は、実施形態１における弁体の角度に対する流量の変化を示す説明図であり、 図６は、本開示の実施形態２における弁体とシート部品の斜視図であり、 図７（ａ）は、実施形態２における弁体の斜視図、図７（ｂ）は、実施形態２におけるシート部品の斜視図であり、 図８は、本開示の実施形態３における弁体を外径方向から見たバルブシール面の説明図であり、 図９は、本開示の実施形態４における弁体とシート部品の斜視図であり、 図１０は、実施形態４において、全開状態におけるＥＧＲバルブの断面図であり、 図１１は、実施形態４における弁体を外径方向から見た図であり、 図１２は、本開示の実施形態５におけるシート部品の斜視図であり、 図１３は、本開示の実施形態６における弁体の斜視図であり、 図１４は、実施形態６における弁体の分解斜視図であり、 図１５は、実施形態６における図１４とは異なる方向から見た弁体の分解図である。

　以下では、図面に基づいて開示を実施するための形態を説明する。なお、以下で開示する実施形態は、一例を開示するものであって、本開示が実施形態に限定されないことは言うまでもない。

［実施形態１］
　図１～図５を参照して実施形態１を説明する。

　車両走行用に用いられるエンジン１の吸排気システムは、エンジン１が排出した排気ガスによって回転するタービン２ａにより、吸気の過給を行うコンプレッサ２ｂを駆動するターボチャージャ２を搭載する。もちろん、この形態は一例であって、ターボチャージャ２等の過給機を搭載しないものであっても良い。

　なお、エンジン１は、燃料の燃焼により回転動力を発生する周知の内燃機関であり、軽油等を燃料とするディーゼルエンジンであっても良いし、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンであっても良い。

　エンジン１へ吸気を導く吸気通路３には、吸気の上流側から下流側へ向かってエアクリーナ４、コンプレッサ２ｂ、インタークーラ５、スロットルバルブ６等が設けられている。なお、ターボチャージャ２等の過給機が搭載されない場合には、インタークーラ５も搭載されないものである。また、エンジン１がディーゼルの場合は、スロットルバルブ６が用いられない場合もある。

　エンジン１の排出した排気ガスを導く排気通路７には、排気の上流側から下流側へ向かってタービン２ａ、排気処理装置８、図示しないマフラー等が設けられている。なお、排気処理装置は、触媒やＤＰＦ（ディーゼル　パティキュレート　フィルタ）等である。

　エンジン１の吸排気システムは、ＥＧＲ装置を備える。

　この実施形態に示すＥＧＲ装置は、排気処理装置８の排気下流の排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてコンプレッサ２ｂの吸気上流へ戻すＬＰＬ（ロー　プレッシャー　ループ）タイプである。

　ＥＧＲ装置を具体的に説明する。

　ＥＧＲ装置は、排気処理装置８の排気下流の排気通路７と、コンプレッサ２ｂの吸気上流の吸気通路３を接続して、吸気通路３へＥＧＲガスを導くＥＧＲ通路１０を備える。

　ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路１０の開閉および開度調整を行うとともに、吸気通路３とＥＧＲ通路１０の合流箇所に吸気負圧を発生可能なＥＧＲバルブ１１を備える。

　ＥＧＲ装置は、ＥＧＲバルブ１１を操作する電動のドライブユニット１２を備える。

　ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路１０の途中においてＥＧＲバルブ１１へ向かうＥＧＲガスの冷却を行なうＥＧＲクーラ１３を備える。ＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブ１１で吸気と混合して混合気となる。そして、混合気は、吸気通路３へ流れる。

　ＥＧＲバルブ１１を具体的に説明する。

　吸気通路３とＥＧＲ通路１０の合流箇所は、コンプレッサ２ｂの吸気上流であるため、スロットルバルブ６の吸気下流側に比較して吸気負圧が発生し難い。吸気負圧が小さいと、ＥＧＲ通路１０から大量のＥＧＲガスを吸気通路３へ戻すことができない。

　そこで、この実施形態のＥＧＲバルブ１１には、吸気通路３とＥＧＲ通路１０の合流箇所に大きな吸気負圧を発生させる吸気絞り弁の機能が設けられている。この吸気絞り弁の機能によって吸気通路３とＥＧＲ通路１０の合流箇所に大きな吸気負圧を発生させることで、多量のＥＧＲガスをエンジン１の吸気側へ戻すことが可能になる。

　ＥＧＲバルブ１１は、バルブ装置の具体的な一例であり、シャフト１４、弁体１５およびハウジング１６を備える。

　シャフト１４は、ハウジング１６に対してベアリング等を介して回転自在に支持されるものであり、上述したドライブユニット１２により操作される。なお、シャフト１４とドライブユニット１２の結合構造は限定するものではないが、一例としてこの実施形態ではドライブユニット１２の出力部に対してシャフト１４の回転方向の角度を自由な位置で固定できる構造を採用している。

　その一例を説明する。ドライブユニット１２の出力部には、シャフト１４に結合してシャフト１４と一体に回転するドライブプレートが設けられている。そのドライブプレートには、シャフト１４の先端に設けられた小径軸部１４ａが挿入される貫通穴が設けられている。小径軸部１４ａを貫通穴に挿入した状態で、貫通穴の外部に露出した小径軸部１４ａの先端部を潰して先端部を塑性変形により拡径させることで、シャフト１４とドライブプレートの位置関係が固定される。貫通穴の内周面には、外径方向に窪む複数の凹部が設けられており、小径軸部１４ａにおいて拡径した箇所の一部が凹部の内側に食い込むことでシャフト１４とドライブプレートが強固に結合される。もちろん、上記の結合技術は一例であって、シャフト１４の先端に二面幅（図９参照）を設けて、ドライブプレートの貫通穴に設けた二面幅に嵌め合わせることでシャフト１４とドライブプレートの回転方向の結合を行っても良い。

　弁体１５は、外周面に円筒面または球面の少なくとも一部が設けられるものであり、この実施形態では外周面に円筒面の一部が設けられる。

　ハウジング１６は、いわゆるバルブハウジングであり、内側に弁体１５を回転可能に収容する略円筒空間の弁室αを備える。また、ハウジング１６の内部には、弁室α内にて開口する弁開口１０ａが設けられる。この弁開口１０ａは、弁室α内において回転操作される弁体１５によって開閉される。

　ハウジング１６は、吸気通路３とＥＧＲ通路１０の合流部を形成するものであり、弁室αが吸気通路３とＥＧＲ通路１０の合流部に相当する。この実施形態において弁開口１０ａへ通じる通路はＥＧＲ通路１０である。

　ハウジング１６は、弁開口１０ａへ通じるＥＧＲ通路１０とは別に、吸気を弁室α内へ導く上流通路１７と、弁室α内の吸気をハウジング１６の外部へ導く下流通路１８とを備える。この場合、吸気は、ハウジング１６の外部の流体の一例であり、弁室α内の流体の一例でもある。

　上流通路１７と下流通路１８は、エンジン１へ吸気を導く吸気通路３の一部であり、上流通路１７の流路中心と下流通路１８の流路中心は、同一の直線Ｃ１上に設けられている。

　そして、弁体１５は、ＥＧＲ通路１０の開度調整と、上流通路１７の開度調整とを実施する。具体的には、ＥＧＲ通路１０の開度が所定開度より大きくなってから上流通路１７の開度を小さくするように設けられている。

　弁体１５が上流通路１７を絞ることで、吸気通路３とＥＧＲ通路１０の合流箇所である弁室α内に吸気負圧を強制的に発生させる。なお、弁体１５が上流通路１７を最大に絞った状態であっても、上流通路１７の一部が開放されるように設けられる。具体的な例は、弁体１５が上流通路１７を最大に絞った状態であっても、上流通路１７の例えば１０％ほどを開放するように設けられる。

　ＥＧＲバルブ１１には、弁体１５をバネ力により全閉位置へ戻す図示しないリターンスプリングが設けられている。このリターンスプリングは、ドライブユニット１２の内部に配置されるものであっても良いし、ドライブユニット１２の外部に配置されるものであっても良い。なお、リターンスプリングを無くし、ドライブユニット１２が発生する力のみで弁体１５を操作するものであっても良い。

　ドライブユニット１２は、ハウジング１６の外部に取り付けられる周知なものであり、電力を回転トルクに変換する電動モータと、この電動モータの回転トルクを増幅してシャフト１４に伝達する減速機構とを備える。また、ドライブユニット１２は、シャフト１４の角度を検出することでＥＧＲバルブ１１の開度を検出する開度センサを備える。電動モータは、エンジン１の運転状態を制御するＥＣＵ（エンジン　コントロール　ユニット）により通電制御される。即ち、ＥＣＵは、エンジン１の運転状態に応じてハウジング１６に対する弁体１５の角度をコントロールする。

　シャフト１４の半径方向を径方向とする。径方向は、外径方向および内径方向を有する。

　弁体１５の外周面のうちで、外径方向に向く面を弁体１５の外向面とする。弁体１５の外向面は、シャフト１４に当接していない。つまり、弁体１５の外向面がシャフト１４に対して非接触に設けられる。具体的な外向面は、第１バルブ絞り面２５、第２バルブ絞り面２６、中央絞り面３０である。

　弁体１５が弁開口１０ａを完全に閉塞する状態を全閉とする。

　シャフト１４を中心として弁体１５が回転する方向を回転方向とする。

　弁体１５の外周面における回転方向の中心を弁体中心線Ｄ０とする。この弁体中心線Ｄ０は、回転方向に対して垂直な線である。

　回転方向のうちで、弁体１５が弁開口１０ａを閉じる方向を閉弁方向とする。

　回転方向のうちで、弁体１５が弁開口１０ａを開く方向を開弁方向とする。

　弁体１５のうちで回転方向に向く面をバルブ側面とする。弁体１５のバルブ側面は、回転方向に平行していない。

　このバルブ側面のうちで全閉時にハウジング１６に当接する面をバルブシール面とする。即ち、弁体１５とハウジング１６が全閉時に当接する面のうち、弁体１５の面をバルブシール面とする。

　ハウジング１６でバルブシール面が当接する面をハウジングシール面とする。即ち、弁体１５とハウジング１６が全閉時に当接する面のうち、ハウジング１６の面をハウジングシール面とする。

　バルブシール面のうちで、閉弁方向へ膨出する面を第１バルブシール面２１とする。

　バルブシール面のうちで、開弁方向へ窪む面を第２バルブシール面２２とする。

　ハウジングシール面のうちで、第１バルブシール面２１と当接する面を第１ハウジングシール面２３とする。

　ハウジングシール面のうちで、第２バルブシール面２２と当接する面を第２ハウジングシール面２４とする。

　シャフト１４および弁体１５の回転中心を回転軸芯Ｃ２とする。

　第１バルブシール面２１の外径端から回転軸芯Ｃ２までの径方向の距離を第１シール距離ｒ１とする。

　第２バルブシール面２２の外径端から回転軸芯Ｃ２までの径方向の距離を第２シール距離ｒ２とする。

　弁体１５において、全閉時に弁室αの内壁面に隙間を隔てて対向する面をバルブ絞り面とする。

　バルブ絞り面のうちで、閉弁方向の一端に設けられる面を第１バルブ絞り面２５とし、開弁方向の一端に設けられる面を第２バルブ絞り面２６とする。

　第１バルブ絞り面２５から回転軸芯Ｃ２までの径方向の距離を第１バルブ絞り距離ｒ５とする。

　第２バルブ絞り面２６から回転軸芯Ｃ２までの径方向の距離を第２バルブ絞り距離ｒ６とする。

　上流通路１７および下流通路１８の流路中心が伸びる方向、即ち上述した直線Ｃ１が伸びる方向をｘ軸の方向であるｘ軸方向とする。

　ｘ軸方向に対して垂直な回転軸芯Ｃ２が伸びる方向をｙ軸の方向であるｙ軸方向とする。

　ｘ軸とｙ軸の両方に対して垂直な方向をｚ軸の方向であるｚ軸方向とする。本実施形態では、ｚ軸方向は、ｘ軸方向とｙ軸方向の両方に対して垂直な方向である。

　シャフト１４を軸方向から見たと仮定し、回転軸芯Ｃ２を通り、且つｚ軸方向へ伸びる直線を仮想線βとする。

　全閉時において、第１バルブ絞り面２５に対向するハウジング１６の内壁面を第１対向面２７とする。

　全閉時において、第２バルブ絞り面２６に対向するハウジング１６の内壁面を第２対向面２８とする。

　第１対向面２７から回転軸芯Ｃ２までの径方向の距離を第１対向距離ｒ７とする。

　第２バルブ絞り面２６から回転軸芯Ｃ２までの径方向の距離を第２対向距離ｒ８とする。

　ＥＧＲバルブ１１は、少なくとも弁体１５が回転する範囲において、弁体１５の外向面がハウジング１６に対して非接触に設けられる。即ち、第１バルブ絞り面２５、第２バルブ絞り面２６、中央絞り面３０が、弁室αの内壁面やシート部品１６ａに接触しないように設けられている。

　具体的には、第１対向距離ｒ７が第１バルブ絞り距離ｒ５より長く設けられるとともに、第２対向距離ｒ８が第２バルブ絞り距離ｒ６より長く設けられる。また、リブ端距離ｒ９が、第１シール距離ｒ１より長く設けられる。

　ＥＧＲバルブ１１は、弁体１５のバルブ側面がハウジング１６に当接することで、弁体１５が弁開口１０ａを閉塞する。

　ここで、第１シール距離ｒ１は、第２シール距離ｒ２より短く設けられる。

　また、第１バルブシール面２１と第２バルブシール面２２は、少なくとも曲面を有するものである。

　実施形態１に示すＥＧＲバルブ１１は、弁体１５の外周面が円筒形状を呈するロータリバルブである。弁体１５は、シャフト１４に結合する扇形状のアーム２９と一体に設けられる。なお、弁体１５は、高い精度で成形可能な樹脂成形品であるが、アルミ等の金属材料をダイキャスト技術等で成形したものであっても良い。

　なお、弁体１５を樹脂によって設ける場合は、限定するものではないが、図２に示すようにアーム２９の外面および内面のそれぞれに変形を抑える補強リブを設けることが望ましい。なお、図２中において、アーム２９の外面に設けられる補強リブは、アーム２９の変形を防ぐものである。また、図２中において、アーム２９の内面に設けられる補強リブは、円筒形状の内側まで伸びて円筒形状の変形を防ぐものである。

　第１バルブシール面２１と第２バルブシール面２２は、それぞれが円筒面に設けられる。この円筒面が、上述した曲面の具体例である。

　第１バルブシール面２１は、閉弁方向へ外周面が向く半円筒面である。

　また、第２バルブシール面２２は、閉弁方向へ内周面が向く半円筒面である。

　第１バルブシール面２１を成す円筒の中心Ｄ１と、第２バルブシール面２２を成す円筒の中心Ｄ２は、弁体中心線Ｄ０上において一致して設けられる。

　さらに具体的に説明すると、第１バルブシール面２１を成す円筒の半径ｒ３よりも、第２バルブシール面２２を成す円筒の半径ｒ４が大きく設けられている。即ち、ｒ３＜ｒ４の関係であり、第１バルブシール面２１の曲率半径よりも、第２バルブシール面２２の曲率半径が大きいものである。なお、上記の大小関係は限定するものではなく、第１バルブシール面２１の曲率半径を第２バルブシール面２２の曲率半径と同じに設けても良い。即ち、ｒ３≦ｒ４の関係であれば良い。

　ここで、第１バルブシール面２１と第２バルブシール面２２は、それぞれが第１バルブ絞り面２５や第２バルブ絞り面２６に対して略垂直に設けられるが、限定するものではなく、それぞれが回転方向に対して傾斜するものであっても良い。

　同様に、第１ハウジングシール面２３と第２ハウジングシール面２４は、それぞれが第１バルブ絞り面２５および第２バルブ絞り面２６に対して略垂直に設けられるが、第１バルブシール面２１と第２バルブシール面２２が傾斜して設けられる場合には対応して傾斜するものである。

　弁体１５の外周には、第１バルブシール面２１の第１端と、第２バルブシール面２２の第１端を接続する第１バルブ段差面３１が設けられる。同様に、第１バルブシール面２１の第２端と、第２バルブシール面２２の第２端を接続する第２バルブ段差面３２が設けられる。この第１バルブ段差面３１と第２バルブ段差面３２は、第１バルブシール面２１および第２バルブシール面２２とともにバルブシール面を成す。即ち、第１バルブ段差面３１と第２バルブ段差面３２は、第１ハウジング段差面３３と第２ハウジング段差面３４に当接してシール機能を果たす。また、第１バルブ段差面３１と第２バルブ段差面３２は、全閉時に第１ハウジング段差面３３と第２ハウジング段差面３４に当接して弁体１５の回転を停止させるストッパとしての機能を果たす。

　ここで、第１バルブ段差面３１と第２バルブ段差面３２は、第１バルブ絞り面２５と第２バルブ絞り面２６の境界の段差でもある。なお、第１バルブ段差面３１と第２バルブ段差面３２は、弁体中心線Ｄ０に沿うとともに、第１バルブ絞り面２５および第２バルブ絞り面２６に対して垂直な平面である。

　第１バルブ絞り面２５は、弁室αの内壁面に僅かな隙間を隔てて対向する円筒面であり、回転軸芯Ｃ２を中心とした円筒体の外周面である。

　同様に、第２バルブ絞り面２６も、弁室αの内壁面に僅かな隙間を隔てて対向する円筒面であり、回転軸芯Ｃ２を中心とした円筒体の外周面である。

　第１バルブ絞り面２５と第２バルブ絞り面２６は、開度が大きくなるに従って吸気通路３を絞る吸気絞る弁の機能を果たす。

　弁体１５の外周には、第１バルブ絞り面２５と第２バルブ絞り面２６の他に、外径方向から見た形状が略円形の中央絞り面３０が設けられている。この中央絞り面３０は、第１バルブシール面２１と第２バルブシール面２２によって囲まれる円筒面であり、回転軸芯Ｃ２を中心とした円筒の外周面である。

　ここで、第１シール距離ｒ１は、第１バルブ絞り距離ｒ５より長く、且つ第２バルブ絞り距離ｒ６より短く設けられる。即ち、ｒ５＜ｒ１＜ｒ６の関係に設けられる。

　第１ハウジングシール面２３と第２ハウジングシール面２４は、ハウジング１６に組み付けられて、ハウジング１６の一部として機能するシート部品１６ａに設けられる。

　具体的に、ハウジング１６は、アルミのダイキャスト成形品であり、シート部品１６ａは、高い精度で成形が可能な樹脂成形品である。

　第１ハウジングシール面２３と第２ハウジングシール面２４は、それぞれが第１バルブシール面２１と第２バルブシール面２２に合致する円筒面に設けられる。

　具体的に、第１ハウジングシール面２３は、ＥＧＲ通路１０の内周面の一部であり、開弁方向へ内周面が向く円筒面である。

　また、第２ハウジングシール面２４は、開弁方向へ外周面が向く半円筒面である。

　第２ハウジングシール面２４は、シート部品１６ａにおける第２対向面２８から弁室α内に突出する半円筒形状のリブ１６ｂに設けられる。

　リブ１６ｂの先端は、もちろん弁体１５の外向面に対して非接触に設けられている。

　具体的に、リブ１６ｂの先端から回転軸芯Ｃ２までの径方向の距離をリブ端距離ｒ９とした場合、このリブ端距離ｒ９は、第１シール距離ｒ１より長く設けられる。即ち、ｒ１＜ｒ９の関係に設けられる。

　また、シート部品１６ａには、全閉時に第１バルブ絞り面２５に隙間を隔てて半径方向に対向する第１対向面２７と、全閉時に第２バルブ絞り面２６に隙間を隔てて半径方向に対向する第２対向面２８が設けられている。

　上述した第１対向距離ｒ７は、第１対向面２７から回転軸芯Ｃ２までの径方向の距離であり、第２対向距離ｒ８は、第２対向面２８から回転軸芯Ｃ２までの径方向の距離である。

　さらに、シート部品１６ａには、全閉時に第１バルブ段差面３１と回転方向に当接する第１ハウジング段差面３３と、全閉時に第２バルブ段差面３２と回転方向に当接する第２ハウジング段差面３４とが設けられている。この第１ハウジング段差面３３と第２ハウジング段差面３４は、第１ハウジングシール面２３および第２ハウジングシール面２４とともに上述したハウジングシール面を成すものである。また、第１ハウジング段差面３３と第２ハウジング段差面３４は、第１対向面２７と第２対向面２８の境界の段差でもある。なお、第１ハウジング段差面３３と第２ハウジング段差面３４は、ｙ軸方向へ沿うとともに、第１対向面２７および第２対向面２８に対して垂直な平面である。

　なお、第１バルブ段差面３１と第２バルブ段差面３２を、第１バルブ絞り面２５および第２バルブ絞り面２６に対して垂直に設ける例を示すが、限定するものではなく、それぞれが回転方向に対して傾斜するものであっても良い。

　同様に、第１ハウジング段差面３３と第２ハウジング段差面３４も、第１バルブ段差面３１および第２バルブ段差面３２が傾斜して設けられる場合は、対応して傾斜するものである。

　ＥＧＲ装置は、上述したように、弁体１５の外向面がハウジング１６に対して非接触に設けられる。このため、弁体１５を回転操作する際には、弁体１５の外向面とハウジング１６が摺動しない。これにより、弁体１５が摺動することにより生じる不具合を回避できる。具体的に、弁体１５が摺動する場合には、摺動箇所が摩耗する不具合があるが、この摩耗を回避できる。また、弁体１５が摺動することで弁体１５の操作トルクが大きくなる不具合があるが、弁体１５が摺動しないことで弁体１５の操作トルクを小さくできる。さらに、弁体１５が摺動することで摺動音が発生する場合があるが、弁体１５が摺動しないことで摺動音の発生を無くすことができる。

　一方、弁体１５が弁開口１０ａを閉じる全閉時は、弁体１５のバルブ側面がハウジング１６のシート部品１６ａに当接して弁開口１０ａを閉塞する。弁体１５とハウジング１６の当接する面である当接面のうち、第１バルブシール面２１および第１ハウジングシール面２３の当接する面である当接面と、第２バルブシール面２２および第２ハウジングシール面２４の当接する面である当接面は、円筒面（曲面の一例）によって設けられる。

　具体的に、全閉時に弁体１５とハウジング１６が当接してシールを行う箇所である当接箇所は、次の４箇所である。

　第１の当接箇所は、半円筒面同士の当接よりなる第１バルブシール面２１と第１ハウジングシール面２３の間にある当接箇所である。

　第２の当接箇所は、半円筒面同士の当接よりなる第２バルブシール面２２と第２ハウジングシール面２４の間にある当接箇所である。

　第３の当接箇所は、平面同士の当接よりなる第１バルブ段差面３１と第１ハウジング段差面３３の間にある当接箇所である。

　第４の当接箇所は、平面同士の当接よりなる第２バルブ段差面３２と第２ハウジング段差面３４の間にある当接箇所である。

　バルブ側面のうちで閉弁時に食い付きが生じる面を、第１バルブシール面２１の両端と第２バルブシール面２２の両端の狭い範囲に抑えることができる。即ち、バルブ側面のうちで閉弁時に食い付く面積を従来技術に比較して少なくできる。これにより、従来技術に比較して食い付きを発生し難くできる。このため、閉弁状態から弁体を開弁方向へ操作する際の駆動トルクを、従来技術に比較して小さくすることができる。

　その結果、ドライブユニット１２の小型化が可能になるためＥＧＲバルブ１１の車両搭載性を向上できる。また、ドライブユニット１２の電力消費を抑えることができる。

　食い付きとは、摩擦と圧迫によって傾斜面に生じる固着力である。傾斜面同士が強く押し付けられることにより強い固着力が生じるのは楔の原理と同様である。即ち、力が加えられる方向に対して当接面が傾斜する場合、傾斜角度が小さいほど傾斜面に対する垂直方向へ押し開らく力が大きくなる。この時、傾斜面には、押し開く力とは反対の圧迫する力が加わる。この圧迫する力が傾斜面の摩擦面に作用することで傾斜面には固着力が生じる。この力を食い付きと称する。

　この実施形態１のハウジング１６は、図４（ｃ）に示すように、上流通路１７の流路中心と下流通路１８の流路中心は、同一の直線Ｃ１上に設けられている。

　この実施形態では、回転軸芯Ｃ２が、上流通路１７の流路中心と下流通路１８の流路中心より弁開口１０ａに近づく側のｚ軸方向へオフセットして設けられる。このオフセット量を、図４（ｃ）中において符号ＯＦ１として開示する。

　さらに、この実施形態では、弁開口１０ａの中心Ｃ３が、上述した仮想線βより下流通路１８に近づく側のｘ軸方向へオフセットして設けられる。このオフセット量を、図４（ｃ）中において符号ＯＦ２として開示する。

　このように設けることで、弁体１５が全閉位置から所定範囲で回転しても、弁体１５が上流通路１７を絞らない不感帯を設けることができる。弁体１５が回転しても弁体１５が上流通路１７を絞らない不感帯の範囲を、図４（ｃ）中の符号γに示す。

　このことを、弁体１５がＥＧＲ通路１０を完全に閉じる時の弁体１５の角度を全閉角θ０とし、弁体１５が上流通路１７を最大に絞る時の弁体１５の角度を最大角θｘとし、全閉角θ０から最大角θｘの途中の所定角度を中間角θ１として説明する。なお、中間角θ１は、弁体１５が上流通路１７を絞り始める弁体１５の角度である。

　上記の構成を採用したことで、全閉角θ０から中間角θ１に至る範囲では、弁体１５は上流通路１７を絞らず、上流通路１７が最大開度に保たれる。

　一方、弁体１５の角度が中間角θ１より大きくなると、弁体１５が上流通路１７を絞り始める。そして、弁体１５の角度が中間開度である中間角θ１から最大開度である最大角θｘの範囲では、弁体１５の角度が大きくなるに従い、弁体１５が上流通路１７を大きく絞る方向へ変化する。このようにして、この実施形態のＥＧＲバルブ１１では、ＥＧＲ通路１０の開度が所定開度より大きくなってから上流通路１７が絞られる。本実施形態では、最大開度は、全開角とも言える。また、弁体１５の角度が全開角である場合、ＥＧＲバルブ１１は全開状態にある。

　なお、図５の実線ＬＸは弁体１５の角度に対するＥＧＲガスの流量であるＥＧＲ流量の変化を示し、図５の実線ＬＹは弁体１５の角度に対する吸気の流量である吸気流量の変化を示すものである。

　この実施形態１は、弁体１５に設けた第１バルブ絞り面２５が、全閉時にハウジング１６の第１対向面２７と僅かな隙間を隔てて対向する。同様に、弁体１５に設けた第２バルブ絞り面２６が、全閉時にハウジング１６の第２対向面２８と僅かな隙間を隔てて対向する。

　これにより、全閉時では、第１バルブ絞り面２５と第２バルブ絞り面２６が、弁室α内とＥＧＲ通路１０の間を絞るため、この絞り効果によって全閉時にＥＧＲガスが吸気通路３へ漏れるのを抑えることができる。

［実施形態２］
　図６、図７に基づいて実施形態２を説明する。なお、以下の各実施形態において上記実施形態１と同一符号は同一機能物を示すものである。また、以下では、実施形態１に対する変更箇所のみを開示するものであり、実施形態２において説明していない箇所については先行して説明した形態を採用するものである。

　上記の実施形態１のＥＧＲバルブ１１は、弁体１５の外周面が円筒形状を呈するロータリバルブであった。

　これに対し、この実施形態２は、弁体１５の外周面が球面形状を呈するボールバルブである。具体的には、第１バルブ絞り面２５、第２バルブ絞り面２６、中央絞り面３０のそれぞれが球面形状を呈するものである。

　このように設けても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。

［実施形態３］
　図８に基づいて実施形態３を説明する。

　この実施形態３は、第１バルブシール面２１を成す円筒の中心Ｄ１が弁体中心線Ｄ０より開弁方向へオフセットして設けられるとともに、第２バルブシール面２２を成す円筒の中心Ｄ２が弁体中心線Ｄ０より閉弁方向へオフセットして設けられる。

　なお、弁体中心線Ｄ０に対する第１バルブシール面２１を成す円筒の中心Ｄ１のオフセット量を、図８中において符号ＯＦ３として開示する。

　また、弁体中心線Ｄ０に対する第２バルブシール面２２を成す円筒の中心Ｄ２のオフセット量を、図８中において符号ＯＦ４として開示する。

　このように設けることで、回転方向に対する第１バルブシール面２１の端の接線の角度θａを大きくすることができる。

　同様に、回転方向に対する第２バルブシール面２２の端の接線の角度θｂを大きくすることができる。

　これにより、全閉付近における第１バルブシール面２１と第１ハウジングシール面２３の摺動および摩耗を抑えることができる。

　同様に、全閉付近における第２バルブシール面２２と第２ハウジングシール面２４の摺動および摩耗を抑えることができる。

［実施形態４］
　図９～図１１に基づいて実施形態４を説明する。

　この実施形態４は、弁体１５を外径方向から見た場合に、第１バルブシール面２１および第２バルブシール面２２のそれぞれが、ｙ軸方向へ沿う直線Ａと円弧Ｂとを組み合わせた形状に設けられる。

　もちろん、第１ハウジングシール面２３と第２ハウジングシール面２４も、全閉時に第１バルブシール面２１と第２バルブシール面２２の形状に合致する形状に設けられる。

　具体的に、弁体１５を外径方向から内径方向に向かって見た場合、第１バルブシール面２１および第２バルブシール面２２に設けられる円弧Ｂは、ＥＧＲ通路１０の内径φａに合致するか、あるいはＥＧＲ通路１０の内径φａより外側に設けられる。

　これにより、中央絞り面３０の面積を大きくすることができる。このため、最大角θｘの時において、中央絞り面３０と弁室αの内周壁の間に、絞り効果が得られるクリアランスＬを形成できる。その結果、最大角θｘの時に、弁体１５による上流通路１７の絞り効果を高めることができる。

［実施形態５］
　図１２に基づいて実施形態５を説明する。

　この実施形態５と実施形態６は、バルブシール面またはハウジングシール面の少なくとも一方に、ゴム、樹脂、金属バネ等よりなるシール部材を設けたものである。なお、樹脂の一例はＰＴＦＥ（ポリ　テトラ　フルオロ　エチレン）等である。

　具体的に、この実施形態５は、第１ハウジングシール面２３と第２ハウジングシール面２４にシール部材を設けたものである。

　ここで、第１ハウジングシール面２３に設けられるシール部材を第１ハウジングシール部材４１とし、第２ハウジングシール面２４に設けられるシール部材を第２ハウジングシール部材４２として説明する。

　第１ハウジングシール部材４１と第２ハウジングシール部材４２の具体的な一例は、ゴム製のリップシールであり、第１ハウジングシール面２３と第２ハウジングシール面２４のそれぞれに、溶着や貼着などの接合技術によって剥がれないように貼着されたものである。

　このように、第１ハウジングシール面２３と第２ハウジングシール面２４に第１ハウジングシール部材４１と第２ハウジングシール部材４２を設けることで、全閉時におけるＥＧＲガスの漏れをより確実に防ぐことができる。

　具体的に、全閉時には、第１バルブ段差面３１と第２バルブ段差面３２が、第１ハウジング段差面３３と第２ハウジング段差面３４に当接する。この時、第１バルブ段差面３１と第１ハウジング段差面３３の間をシールするとともに、第２バルブ段差面３２と第２ハウジング段差面３４の間をシールする。同時に、第１ハウジングシール部材４１が第１バルブシール面２１と第１ハウジングシール面２３の間を確実にシールするとともに、第２ハウジングシール部材４２が第２バルブシール面２２と第２ハウジングシール面２４の間を確実にシールする。

［実施形態６］
　図１３～図１５に基づいて実施形態６を説明する。

　この実施形態６は、第１バルブシール面２１と第２バルブシール面２２にシール部材を設けたものである。

　ここで、第１バルブシール面２１に設けられるシール部材を第１バルブシール部材４３とし、第２バルブシール面２２に設けられるシール部材を第２バルブシール部材４４として説明する。

　第１バルブシール部材４３および第２バルブシール部材４４は、ゴム、樹脂、金属バネのいずれかであり、図１４、図１５に示すように、第１バルブシール部材４３はリング状に設けられ、第２バルブシール部材４４は半円状に設けられる。

　具体的に、この実施形態６の弁体１５は、第１バルブ絞り面２５が設けられる弁体ベース１５ａと、中央絞り面３０が設けられる中間層１５ｂと、第２バルブ絞り面２６が設けられる表層１５ｃとを、半径方向に積層して設けられる。

　そして、第１バルブシール部材４３は、弁体ベース１５ａと中間層１５ｂの間に挟まれて支持される。また、第２バルブシール部材４４は、中間層１５ｂと表層１５ｃの間に挟まれて支持される。

　このように、第１バルブシール面２１と第２バルブシール面２２に第１バルブシール部材４３と第２バルブシール部材４４を設けることで、実施形態５と同様、全閉時におけるＥＧＲガスの漏れをより確実に防ぐことができる。

　もちろん、実施形態５と実施形態６を組合せても良い。
［他の実施形態］
　上記の実施形態では、ＬＰＬタイプのＥＧＲ装置に用いられるＥＧＲバルブ１１に本開示を適用する例を示したが、本開示が適用されるバルブ装置の用途を限定するものではない。具体的には、種々のロータリバルブやボールバルブに広く適用可能なものである。

　上記の実施形態では、三方弁構造を有するバルブ装置に本開示を適用する例を示したが、三方弁構造に限定されるものではない。即ち、二方弁構造を有するバルブ装置や、四方弁以上のバルブ装置に本開示を適用しても良い。

　具体的に、本開示を適用する好ましい他の形態の一例として、エンジン冷却水の切替えや流量の制御を行う冷却水制御バルブに本開示を適用しても良い。あるいは、ロータリバルブによって吹出口の切替え、エアミクス制御、内外気の切替え等を行う車両用空調装置に本開示を適用しても良い。

　上記の実施形態では、第１ハウジングシール面２３および第２ハウジングシール面２４の成形精度を高める目的で、シート部品１６ａを別体で設けてハウジング１６に取り付ける例を示したが、別体のシート部品１６ａを廃止して、ハウジング１６に直接、第１ハウジングシール面２３と第２ハウジングシール面２４を設けても良い。

　上記の実施形態では、弁体１５を駆動する駆動部として電動のドライブユニット１２を用いる例を示したが、限定されるものではなく、負圧や油圧などの他の駆動源を用いても良い。もちろん、弁体１５が手動操作されるバルブ装置に本開示を適用しても良い。

　上記の実施形態では、弁体１５に第１バルブ絞り面２５と第２バルブ絞り面２６を設ける例を示したが、第１バルブ絞り面２５と第２バルブ絞り面２６の一方または両方を無くした弁体１５を用いても良い。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (9)

1. 　回転操作されるシャフト（１４）と、
   　前記シャフトと一体に回転し、外周面に円筒面または球面の少なくとも一部が設けられる弁体（１５）と、
   　前記弁体を回転可能に収容する弁室（α）内に、前記弁体によって開閉操作される弁開口（１０ａ）が設けられるハウジング（１６）と、
   を備えるバルブ装置において、
   　前記シャフトの半径方向を外径方向および内径方向を有する径方向とし、前記弁体において外径方向に向く面を外向面（２５、２６、３０）とし、前記シャフトを中心として前記弁体が回転する方向を回転方向とし、前記弁体において回転方向に向く面をバルブ側面とした場合、前記弁体の外向面が前記ハウジングに対して非接触に設けられるとともに、前記弁体が前記弁開口を閉塞する全閉時に前記バルブ側面が前記ハウジングに当接するものであり、
   　回転方向のうちで前記弁体が前記弁開口を閉じる方向を閉弁方向とし、回転方向のうちで前記弁体が前記弁開口を開く方向を開弁方向とし、前記バルブ側面のうちで全閉時に前記ハウジング側と当接する面をバルブシール面（２１、２２、３１、３２）とし、前記ハウジング側のうちで前記バルブシール面が当接する面をハウジングシール面（２３、２４）とした場合、前記バルブシール面は、閉弁方向へ膨出する第１バルブシール面（２１）と、開弁方向へ窪む第２バルブシール面（２２）とを備え、
   　前記シャフトおよび前記弁体の回転中心を回転軸芯（Ｃ２）とし、前記第１バルブシール面の外径端から前記回転軸芯までの径方向の距離を第１シール距離（ｒ１）とし、前記第２バルブシール面の外径端から前記回転軸芯までの径方向の距離を第２シール距離（ｒ２）とした場合、前記第１シール距離は、前記第２シール距離より短く設けられ、
   　前記第１バルブシール面と前記第２バルブシール面は、少なくとも曲面を有するバルブ装置。
2. 　請求項１に記載のバルブ装置において、
   　前記第１バルブシール面と前記第２バルブシール面は、それぞれが円筒面によって設けられ、
   　前記第１バルブシール面を成す円筒の中心（Ｄ１）と、前記第２バルブシール面を成す円筒の中心（Ｄ２）は、一致するバルブ装置。
3. 　請求項２に記載のバルブ装置において、
   　前記第１バルブシール面を成す円筒の半径（ｒ３）よりも、前記第２バルブシール面を成す円筒の半径（ｒ４）が大きいバルブ装置。
4. 　請求項１に記載のバルブ装置において、
   　前記第１バルブシール面と前記第２バルブシール面は、それぞれが円筒面によって設けられ、
   　前記弁体の外周面における回転方向の中心を弁体中心線（Ｄ０）とした場合、前記第１バルブシール面を成す円筒の中心が前記弁体中心線より開弁方向へオフセットして設けられるとともに、前記第２バルブシール面を成す円筒の中心が前記弁体中心線より閉弁方向へオフセットして設けられるバルブ装置。
5. 　請求項１～４のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   　前記弁体は、全閉時に前記弁室の内壁面に隙間を隔てて対向するバルブ絞り面を備えるものであり、
   　前記バルブ絞り面のうちで閉弁方向の一端に設けられる面を第１バルブ絞り面（２５）、開弁方向の一端に設けられる面を第２バルブ絞り面（２６）とし、前記第１バルブ絞り面から前記回転軸芯までの径方向の距離を第１バルブ絞り距離（ｒ５）とし、前記第２バルブ絞り面から前記回転軸芯までの径方向の距離を第２バルブ絞り距離（ｒ６）とした場合、前記第１バルブ絞り距離は、前記第２バルブ絞り距離より短く設けられるバルブ装置。
6. 　請求項１～５のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   　前記ハウジングは、前記弁開口へ通じる通路とは別に、前記ハウジングの外部の流体を前記弁室内へ導く上流通路（１７）と、前記弁室内の流体を前記ハウジングの外部へ導く下流通路（１８）とを備え、
   　前記上流通路の流路中心と前記下流通路の流路中心は、同一の直線（Ｃ１）上に設けられ、
   　前記上流通路および前記下流通路の流路中心が伸びる方向をｘ軸方向とした場合、前記回転軸芯は、前記ｘ軸方向に対して垂直なｙ軸方向に設けられ、
   　前記ｘ軸方向と前記ｙ軸方向の両方に対して垂直な方向をｚ軸方向とした場合、前記回転軸芯は、前記上流通路および前記下流通路の流路中心よりｚ軸方向へオフセットして設けられ、
   　前記回転軸芯を通り、且つｚ軸方向に伸びる直線を仮想線（β）とした場合、前記弁開口の中心（Ｃ３）は、前記仮想線より前記ｘ軸方向へオフセットして設けられるバルブ装置。
7. 　請求項６に記載のバルブ装置において、
   　前記上流通路および前記下流通路は、エンジン（１）へ吸気を導く吸気通路（３）の一部であり、
   　前記弁開口は、前記エンジンが排出した排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路へ戻すＥＧＲ通路（１０）の端部であり、
   　前記弁体は、前記シャフトの回転角度が操作されることにより、前記ＥＧＲ通路の開度調整と、前記上流通路の開度調整とを実施するバルブ装置。
8. 　請求項１～７のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   　前記回転軸芯が伸びる方向をｙ軸方向とし、前記弁体を外径方向から見た場合に、前記バルブシール面は、前記ｙ軸方向に沿う直線（Ａ）と円弧（Ｂ）を組み合わせた形状に設けられるバルブ装置。
9. 　請求項１～８のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   　前記バルブシール面または前記ハウジングシール面の少なくとも一方にはシール部材（４１～４４）が設けられるバルブ装置。
   
    

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