(57)【要約】【課題】弁体に固定シートを密着させるためにウェーブワッシャを設けた場合に、ウェーブワッシャに大きな撓みが発生して弁体を回動させる際の摺動抵抗が増大することがないようにする。【解決手段】シャフト３回りに回動する弁体２と、この弁体が着座する固定シート４と、この固定シートに弁体を密着させる向きに付勢するウェーブワッシャ５とを備えたボールバルブにおいて、ウェーブワッシャを、山部２１と谷部２２とで略Ｓ字形状に湾曲する部分を２つのみ有するように形成し、弁体側に凸となる２つの山部の各頂点部分を結ぶ直径方向がシャフトの軸線方向と略平行となる角度位置にウェーブワッシャを保持するため、固定部材７に位置決めピン２４を取り付けると共に、その位置決めピン２４に嵌合する切り欠き２５をウェーブワッシャ５に設ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト回りに回動する弁体と、該弁体が着座する固定シートと、該固定シートに前記弁体を密着させる向きに付勢するウェーブワッシャとを備えたボールバルブであって、
前記ウェーブワッシャは、山部と谷部とで略Ｓ字形状に湾曲する部分を２つのみ有するように形成され、前記弁体側に凸となる２つの前記山部の各頂点部分を結ぶ直径方向が前記シャフトの軸線方向と略平行となる角度位置に前記ウェーブワッシャを保持するワッシャ角度保持手段が設けられたことを特徴とするボールバルブ。
【請求項２】
前記弁体に当接する円形状の座面を有する可動シートと、該可動シートを前記ウェーブワッシャを介して支持する固定部材とを備え、該固定部材の受け面と前記可動シートの受け面との間に前記ウェーブワッシャが挟み込まれたことを特徴とする請求項１に記載のボールバルブ。
【請求項３】
前記ワッシャ角度保持手段は、前記ウェーブワッシャを前記固定部材に位置決めするワッシャ位置決め手段であることを特徴とする請求項２に記載のボールバルブ。
【請求項４】
前記ワッシャ位置決め手段は、互いに係合可能な凸部と凹部とで構成され、前記ウェーブワッシャの谷部の底点部分の近傍において、前記ウェーブワッシャ及び前記固定部材の一方に凸部が設けられると共に他方に凹部が設けられたことを特徴とする請求項３に記載のボールバルブ。
【請求項５】
前記ワッシャ位置決め手段は、前記ウェーブワッシャの内周部に対応する位置に設けられたことを特徴とする請求項４に記載のボールバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーブワッシャのばね付勢力で弁体と固定シートを密着させるようにしたボールバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボールバルブでは、ばね付勢力で弁体と固定シートとを密着させるシール構造が採用されており、ばね付勢力を得るばねに、ウェーブワッシャ（波形座金）を用いた構成（特許文献１参照）や、スプリングワッシャ（ばね座金）を用いた構成（特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５２１００６号公報
【特許文献２】特開２００５−０６１５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、前記のスプリングワッシャを用いた構成では、弁体に当接する可動シートを、スプリングワッシャにおける弁体側の一方の端部の１点で付勢するため、弁体に対する可動シートの面圧が周方向に不均一となり、片当たりによるシール不良などの不具合を招くという問題があった。
【０００５】
これに対して、ウェーブワッシャを用いた構成では、弁体側に凸となる複数の山部の頂点部分が可動シートに当接し、その山部が周方向に等間隔で配置されていることから、弁体に対する可動シートの面圧が周方向に均一となり、片当たりを防止することができる利点を有している。
【０００６】
ところが、前記の従来の構成のように、ウェーブワッシャに、山部と谷部とでＳ字形状に湾曲する部分が多数（従来例では４つ）設けられたものを用いると、弁体の回動に伴って弁体側に凸となる山部が押されてその山部に大きな撓みが発生する可能性が高くなる。このようなウェーブワッシャに生じる大きな撓みは、シートの面圧を過度に上昇させて、弁体を回動させる際の摺動抵抗を増大させることから、弁体を駆動するアクチュエータに大きなトルクを必要とし、装置の大型化及び製造コストの上昇を招くという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、弁体と固定シートを密着させるためにウェーブワッシャを設けた場合に、ウェーブワッシャに大きな撓みが発生して弁体を回動させる際の摺動抵抗が増大することがないように構成されたボールバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、シャフト（３）回りに回動する弁体（２）と、該弁体が着座する固定シート（４）と、該固定シートに前記弁体を密着させる向きに付勢するウェーブワッシャ（５）とを備えたボールバルブ（１）であって、前記ウェーブワッシャは、山部（２１）と谷部（２２）とで略Ｓ字形状に湾曲する部分を２つのみ有するように形成され、前記弁体側に凸となる２つの前記山部の各頂点部分を結ぶ直径方向が前記シャフトの軸線方向と略平行となる角度位置に前記ウェーブワッシャを保持するワッシャ角度保持手段が設けられた構成とする。
【０００９】
これによると、ウェーブワッシャにおいて弁体側に凸となる２つの山部の各頂点部分が、シャフトの軸線、すなわち弁体の回動中心線と略平行となる方向に位置し、この位置では、弁体の回動に伴ってウェーブワッシャに大きな変位が生じない、すなわちウェーブワッシャに大きな撓みが生じないため、弁体を回動させる際の摺動抵抗が増大することを回避することができる。
【００１０】
前記課題を解決するためになされた第２の発明は、前記第１の発明において、前記弁体に当接する円形状の座面（１２）を有する可動シート（６）と、該可動シートを前記ウェーブワッシャを介して支持する固定部材（７）とを備え、該固定部材の受け面（８）と前記可動シートの受け面（９）との間に前記ウェーブワッシャが挟み込まれた構成とする。
【００１１】
これによると、可動シートの円形状の座面に弁体が当接するため、弁体を安定させることができる。この場合、ウェーブワッシャは、２つの山部の頂点部分で可動シートに当接し、２つの谷部の底点部分で固定部材に当接する。なお、可動シートは、弁体を挟んで固定シートと相反する側に設けられる。
【００１２】
前記課題を解決するためになされた第３の発明は、前記第２の発明において、前記ワッシャ角度保持手段は、前記ウェーブワッシャを前記固定部材に位置決めするワッシャ位置決め手段である構成とする。
【００１３】
これによると、ワッシャ位置決め手段によりウェーブワッシャが所要の角度位置に位置決めされるため、ウェーブワッシャの組み付けが容易になる。
【００１４】
前記課題を解決するためになされた第４の発明は、前記第３の発明において、前記ワッシャ位置決め手段は、互いに係合可能な凸部（位置決めピン２４）と凹部（切り欠き２５）とで構成され、前記ウェーブワッシャの谷部の底点部分の近傍において、前記ウェーブワッシャ及び前記固定部材の一方に凸部が設けられると共に他方に凹部が設けられた構成とする。
【００１５】
これによると、ウェーブワッシャの谷部の底点部分の近傍で、ウェーブワッシャと固定部材とが最も近接するため、ここにワッシャ位置決め手段として凸部及び凹部を設けることで、ウェーブワッシャを固定部材に確実に位置決めすることができる。しかも、ウェーブワッシャの谷部の底点部分の近傍で、ウェーブワッシャと可動シートとが最も離間するため、ワッシャ位置決め手段、特に凸部が可動シートに接触することを回避することができる。なお、ウェーブワッシャの２つの谷部の各底点部分は、シャフトの軸線方向と直交する直径方向に位置する。
【００１６】
前記課題を解決するためになされた第５の発明は、前記第４の発明において、前記ワッシャ位置決め手段（位置決めピン２４及び切り欠き２５）は、前記ウェーブワッシャの内周部に対応する位置に設けられた構成とする。
【００１７】
これによると、ワッシャ位置決め手段がウェーブワッシャの中心寄りの位置に配置され、この位置では可動シートの変位が小さいため、ワッシャ位置決め手段、特に凸部が可動シートに接触することを確実に回避することができる。
【発明の効果】
【００１８】
このように本発明によれば、ウェーブワッシャにおいて弁体側に凸となる２つの山部の各頂点部分が、シャフトの軸線、すなわち弁体の回動中心線と略平行となる方向に位置し、この位置では、弁体の回動に伴ってウェーブワッシャに大きな変位が生じない、すなわちウェーブワッシャに大きな撓みが生じないため、弁体を回動させる際の摺動抵抗が増大することを回避することができる。このため、弁体を開閉駆動するアクチュエータに大きなトルクは必要されず、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるボールバルブを示す断面図である。
【図２】図１に示したウェーブワッシャなどを示す斜視図である。
【図３】図１に示したボールバルブにおけるウェーブワッシャの変形状況を示す断面図である。
【図４】ボールバルブの比較例におけるウェーブワッシャの変形状況を示す断面図である。
【図５】ウェーブワッシャの特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１に示すように、本発明によるボールバルブ１は、球状の弁体２と、この弁体２に開閉動作を行わせるシャフト（弁軸）３と、弁体２が着座する固定シート４と、この固定シート４に弁体２を密着させる向きに付勢するウェーブワッシャ５とを備えている。このボールバルブ１は、内燃機関から排出される排気ガスの一部を吸気側に戻す還流路の途中に設けられてＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブであり、弁体２の開度で流量が制御される。なお、シャフト３には図示しないアクチュエータが連結され、このアクチュエータのトルクにより弁体２が開閉駆動される。
【００２２】
このボールバルブ１はさらに、弁体２を挟んで固定シート４と相反する側に設けられた可動シート６と、この可動シート６をウェーブワッシャ５を介して支持する固定部材７とを備え、この固定部材７の受け面８と可動シート６の受け面９との間にウェーブワッシャ５が挟み込まれてウェーブワッシャ５が圧縮変形する。なお、固定部材７及び固定シート４は図示しないケーシングに一体的に保持され、弁体２は所要の角度範囲で回動可能となっており、また可動シート６は所要の角度範囲で傾動可能となっている。
【００２３】
固定シート４及び可動シート６はそれぞれ、弁体２に接触する円形状、より具体的には球帯状あるいは円錐台状の座面１１・１２を有している。固定シート４は弁体２の下流側に位置し、可動シート６は弁体２の上流側に位置しており、ウェーブワッシャ５が圧縮変形することで得られる付勢力が可動シート６を介して弁体２に作用することで、弁体２が固定シート４に押し付けられて、固定シート４からの流体（ＥＧＲガス）の漏出を阻止する所要のシール性を得るための面圧が確保される。また、外部からの振動により弁体２が固定シート４から離れることを阻止する所要の付勢力がウェーブワッシャ５によって確保される。
【００２４】
ＥＧＲバルブでは、上流の圧力（排気圧）が下流の圧力（吸気圧）よりも高く、固定シート４が弁体２の上流側に配置されていると、ウェーブワッシャ５に吸排気の圧力差に抗する付勢力が必要になるが、ここでは固定シート４が弁体２の下流側に配置されているため、ウェーブワッシャ５に大きな付勢力は必要でない。
【００２５】
シャフト３は、その先端に形成された連結部１３を、弁体２に凹設された連結孔１４に嵌入させることで、弁体２と連結され、連結孔１４は連結部１３より１方向に長く形成され、連結部１３に対して弁体２が１方向に移動可能となっている。この弁体２の移動方向は、図１（Ａ）に示す全閉状態で固定シート４の中心線方向と一致し、この全閉状態で固定シート４に対して弁体２が接離可能となっており、これにより固定シート４に対する弁体２の自動調芯が行われ、高いシール性を得ることができる。
【００２６】
図１（Ｂ）に示す全開状態では、弁体２の中心部に開設された弁孔１５が、固定シート４の中心孔１６及び可動シート６の中心孔１７と連通され、流体（ＥＧＲガス）が上流側の固定部材７の中心孔１９、ウェーブワッシャ５の内部、及び可動シート６の中心孔１７を順次通って弁孔１５に流入し、固定シート４の中心孔１６を通って下流側に流れる。
【００２７】
ウェーブワッシャ５は、図２に併せて示すように、弁体２側に凸となる山部２１と弁体２と相反する側に凸となる谷部２２とが交互に形成され、この山部２１と谷部２２とで略Ｓ字形状に湾曲する部分の数（以下、波数と呼称する）が２に設定されている。また、このウェーブワッシャ５は、２つの山部２１の各頂点部分を結ぶ直径方向がシャフト３の軸線方向と略平行となる角度位置に配置されており、２つの谷部２２の底点部分を結ぶ直径方向は、シャフト３の軸線方向に略直交する方向となる。
【００２８】
図３（Ａ）に示すように、ウェーブワッシャ５は、２つの山部２１の頂点部分で可動シート６の受け面９に当接し、２つの谷部２２の底点部分で固定部材７の受け面８に当接する。
【００２９】
ここで、弁体２を全閉位置から開方向に回動させると、図３（Ｂ）に示すように、弁体２と可動シート６の座面１２との間の摩擦力により、弁体２の回動に伴って可動シート６が傾く。このとき、ウェーブワッシャ５において可動シート６の受け面９に当接する２つの山部２１の各頂点部分は、シャフト３の軸線、すなわち弁体２の回動中心線と略平行となり、可動シート６の傾動の中心の近傍に位置し、この位置では可動シート６に大きな変位が生じないため、山部２１に大きな撓みは生じない。
【００３０】
また、可動シート６の傾動に伴って可動シート６と固定部材との間隔が狭くなる側にはウェーブワッシャ５の谷部２２が位置するが、この谷部２２は、可動シート６の受け面９から離間しているため、可動シート６に押されることがなく、この谷部２２にも大きな撓みは生じない。
【００３１】
ところで、図２に示したように、固定部材７の受け面８は、その周辺部分より１段低く形成されており、受け面８の周囲の段差面２３により、ウェーブワッシャ５が受け面８に沿った方向にずれることが規制される。一方、可動シート６側でも、受け面９の周囲の段差面によりウェーブワッシャ５のずれが規制される（図１参照）。
【００３２】
また、ウェーブワッシャ５は、弁体２の回動に伴ってウェーブワッシャ５の中心線周りに回動して角度位置が変化する可能性がある。そこで、ウェーブワッシャ５を所定の角度位置に保持するため、固定部材７に位置決めピン（凸部）２４が取り付けられると共に、この位置決めピン２４に嵌合する切り欠き（凹部）２５がウェーブワッシャ５に設けられている。
【００３３】
位置決めピン２４は、固定部材７の受け面８上におけるシャフト３の軸線方向に略直交する径方向の位置に、固定部材７の中心線方向に突出した状態で設けられている。一方、切り欠き２５は、ウェーブワッシャ５の谷部２２の底点部分の近傍に設けられている。したがって、位置決めピン２４に切り欠き２５に嵌合させるようにウェーブワッシャ５を取り付けることで、ウェーブワッシャ５が、２つの山部２１の各頂点部分を結ぶ直径方向がシャフト３の軸線方向と略平行となる角度位置に位置決めされる。
【００３４】
ウェーブワッシャ５の谷部２２の底点部分の近傍では、ウェーブワッシャ５と固定部材７とが最も近接し、ここに位置決めピン２４を配置することで、ウェーブワッシャ５を固定部材７に確実に位置決めすることができる。また、ウェーブワッシャ５の谷部２２の底点部分の近傍では、ウェーブワッシャ５と可動シート６とが最も離間するため、位置決めピン２４が可動シート６に接触することを回避することができる。
【００３５】
特にここでは、切り欠き２５が、ウェーブワッシャ５の内周部に設けられ、位置決めピン２４が、固定部材７の受け面８の中心寄りの位置に配置されており、この位置では可動シート６の変位が小さいため、図３（Ｂ）に示した向きと逆向きに可動シート６が傾動した場合や、受け面８の中心線を挟んで図３（Ｂ）に示した位置とは逆側に位置決めピン２４を配置した場合に、位置決めピン２４が可動シート６に接触することを確実に回避することができる。
【００３６】
ここで、比較のため、波数を多く設定したウェーブワッシャの一例について説明する。図４に示すボールバルブ４１では、波数を３に設定したウェーブワッシャ４２が用いられている。この場合、図４（Ａ）に示すように、３つの山部４３の頂点部分が可動シート６の受け面９に当接し、３つの谷部４４の底点部分が固定部材７の受け面８に当接する。
【００３７】
そして、図４（Ｂ）に示すように、弁体２の回動に伴って可動シート６が傾くと、可動シート６と固定部材７との間隔が狭くなる側に位置する１つの山部４３では、可動シート６に押されて大きな撓みが生じる。このため、ウェーブワッシャ４２に過大な応力が発生してウェーブワッシャ４２の破損を招く。また、ウェーブワッシャ４２が大きく撓むことで、固定シート４及び可動シート６と弁体２との面圧が高くなり、これに伴って弁体２を回動させる際の摺動抵抗が大きくなるため、アクチュエータに大きなトルクを必要とし、装置の大型化及び製造コストの上昇を招く。
【００３８】
ところで、ウェーブワッシャにおいて波数を多く設定して変位を分散させるようにすると、過大な応力が発生することを抑制することができるが、式１のようにウェーブワッシャのばね定数ｋは波数Ｎの４乗に比例するため、図５（Ａ）に示すように、波数Ｎを多くするとばね定数ｋが急激に増大する。
Ｐ＝Ｅｂｈ３Ｎ４δ／（１．９４Ｄｍ３）      （式１）
ここで、Ｐは押さえ荷重、Ｅはヤング率、ｂは幅、ｈは厚さ、Ｎは波数、δは変位、Ｄｍは平均径をそれぞれ示す。
【００３９】
ここで、ウェーブワッシャの平均径Ｄｍを大きくすることでばね定数を下げることができるが、ウェーブワッシャの寸法が極端に大きくなるため現実的でない。また、ウェーブワッシャの厚さｈを小さくする手法も考えられるが、式２に示すように、応力σへの寄与は比例関係にあるため、応力σを十分に低減させることはできない。
σ＝１２ＥｈＮ２δ／（π２Ｄｍ２）      （式２）
【００４０】
また、波数Ｎを多くすることでばね定数が増大すると、図５（Ｂ）に示すように、ウェーブワッシャのセット長さ、すなわち固定部材７及び可動シート６の両受け面８・９の離間寸法のバラツキに対して、押さえ荷重のバラツキが大きくなる。そして、押さえ荷重の増大に伴って弁体２を回動させる際の摺動抵抗が大きくなるため、押さえ荷重のバラツキが大きいと、摺動抵抗の上限値でアクチュエータのトルクを設定する必要があり、アクチュエータが必要以上に大きくなってしまう。
【００４１】
以上のように、ウェーブワッシャ５の波数を小さく設定する、具体的には波数を２に設定することで、ウェーブワッシャ５の寸法を大きくすることなく、ばね定数を下げることができるため、セット長のバラツキによる押さえ荷重のバラツキを低減することができ、その結果、弁体２を回動させる際の摺動抵抗を低減することができる。
【００４２】
また、ウェーブワッシャ５における弁体２側に凸となる２つの山部２１の各頂点部分を結ぶ直径方向がシャフト３の軸線と略平行となるようにウェーブワッシャ５を配置することで、ウェーブワッシャ５に大きな撓みが発生することを避けることができるため、ウェーブワッシャ５に過大な応力が発生してウェーブワッシャ５が破損することを防止することができ、さらに弁体２を回動させる際の摺動抵抗が増大することを回避することができる。このため、アクチュエータに大きなトルクは必要されず、小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００４３】
なお、前記の例では、ウェーブワッシャを固定部材に位置決めするワッシャ位置決め手段として、固定部材に凸部（位置決ピン）を、ウェーブワッシャに凹部（切り欠き）をそれぞれ設けたが、これとは逆に、ウェーブワッシャに凸部を、固定部材に凹部をそれぞれ設ける構成も可能である。
【００４４】
さらに、ウェーブワッシャを固定部材に位置決めするワッシャ位置決め手段は、前記のように、凸部と凹部とによる構成に限定されない。例えば、ウェーブワッシャを楕円状に形成すると共に、このウェーブワッシャが配置される固定部材の凹所をウェーブワッシャの外形に対応した楕円状の内形に形成することで、ウェーブワッシャを位置決めするようにしても良い。
【００４５】
また、前記の例のように、ウェーブワッシャを所定の角度位置に保持するワッシャ角度保持手段として、ウェーブワッシャを固定部材に位置決めするワッシャ位置決め手段を設けると、ウェーブワッシャの組み付けが容易になる利点が得られるが、本発明はこれに限定されない。例えば、ワッシャ角度保持手段として接着剤を用い、ウェーブワッシャを固定部材に接着固定するようにしても良い。
【００４６】
また、前記の例では、ウェーブワッシャの付勢力を可動シートを介して弁体に作用させるようにしたが、可動シートを省略してウェーブワッシャを弁体に直接当接させる構成も可能である。この場合、弁体が点接触で支持されるため、弁体を安定させる観点からは、前記の例のように、可動シートの円形の座面による線接触あるいは面接触で弁体を支持する構成とすると良い。
【符号の説明】
【００４７】
１  ボールバルブ
２  弁体
３  シャフト
４  固定シート
５  ウェーブワッシャ
６  可動シート
７  固定部材
８  受け面
９  受け面
１１  座面
１２  座面
１３  連結部
１４  連結孔
２１  山部
２２  谷部
２４  位置決めピン（凸部）
２５  切り欠き（凹部）
【図１】
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【図２】
2011112135.tif 000004
【図３】
2011112135.tif 000005
【図４】
2011112135.tif 000006
【図５】
2011112135.tif 000007