(57)【要約】【課題】簡単な構造で、シール面の経時偏摩耗を防止でき、シール性が長期間に亘って確保できるボールバルブの提供。【解決手段】  ガス流路２１内に、球面の一部で構成された環状の凸シール面３４を有する弁体３を回動自在に配し、球面の一部で構成されるとともに環状の凸シール面３４に摺動する環状の凹シール面４０を有する筒状シートリング４を、弁体３の弁軸３１と直交する方向および周方向に弾性保持し、かつシートリング４の変位量を規制する規制部材５を設けたボールバルブ１において、弁体３の回転軸３１は開弁方向への回転角の増大に伴い凸シール面３４の球面中心がシートリング４の凹シール面４０から遠ざかるように半径方向に偏心して設定するとともに、規制部材５により、偏心位置より外周位置で凸シール面３４が凹シール４０面から離脱するように設定し、さらにシートリング４を弁軸３１の偏心方向に付勢する偏心方向付勢手段７を付設した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの流体流路内に、球面の一部で構成された環状の凸シール面を有する弁体を回転自在に配し、球面の一部で構成されるとともに前記凸シール面に摺動する環状の凹シール面を有するシートリングを前記流体流路内に弾性保持するとともに、前記シートリングを前記弁体方向に付勢する軸方向付勢手段と、前記シートリングが弁体側に移動することを規制する規制部材とを設け、前記弁体の所定の回転角まで前記シートリングの軸方向移動を許容し、所定の回転角以上の前記シートリングの軸方向移動を阻止するボールバルブにおいて、前記弁体の回転軸を、開弁に伴い前記凸シール面の球面中心が前記凹シール面から遠ざかる位置に偏心して設定するとともに、前記シートリングを前記弁体の回転軸の偏心方向に付勢する偏心方向付勢手段を付設したことを特徴とするボールバルブ。
【請求項２】
排気ガス再循環バルブであることを特徴とする請求項１に記載のボールバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体流路の開閉に使用されるボールバルブにかかわり、とくに内燃機関の排気ガスを吸気側に再循環させる再循環流量の制御に好適なボールバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハウジングの流体流路内に、球面の一部で構成された環状の凸シール面を有する弁体と、略同一球面の一部で構成されるとともに前記凸シール面と接合して円環状のシート面を形成する環状の凹シール面（弁座）を備えた筒状のシートリングとを配したボールバルブが公知である（特許文献１）。この筒状のシートリングは、流体流路に弾性保持（フローティング支持）され、弁体の回転軸とは直交的に配されている。
【０００３】
このボールバルブでは、全閉（弁開度ゼロ）のときは、凸シール面と凹シール面とは全周で当接しているが、凸シール面と凹シール面との摺動位置（当接位置）は、弁体の開閉動作（揺動）に伴い、シート面の周辺側と中心側と間を往復する。このため、シートリングは、中心軸から偏った位置にスラストを受けるとともに摺動面で生じる接線方向の摩擦力により、シートリングが嵌め込まれた流体流路の内周壁との間でこじりが生じ、全閉機能が損なわれる原因となりやすい。
【０００４】
特許文献１には、弁体の回転軸をシート面ないし流体流路の軸線から偏心させた排気ガス再循環バルブが開示されている。この排気ガス再循環バルブは、流路の断面積を増大させ、弁体の後方に乱急流が発生することを防止し、弁体と弁座とでチャタリングを起こすことを低減させるものであり、弾性保持されたシートリングと弁体との組み合わせの構成が存在しない。
【０００５】
特許文献２には、シートリングが弁体側に軸方向移動（スライド）することを規制する規制部材を設け、こじりの発生を低減させたボールバルブが提案されている。しかしながら、凸シール面と凹シール面との摺動面積は、全閉（弁開度ゼロ）から全開（弁開度９０度）までの間で漸減し、弁開度の大きい部分の摺動面が小面積となり面圧は高くなる。このため、経時的に偏摩耗してシール性が低下する問題があった。とくに、内燃機関の排気ガスを吸気側に再循環（ＥＧＲ）させる再循環流量の制御では、ＥＧＲバルブとして使用されるボールバルブの開閉の頻度が高く、偏摩耗によるシール性の低下は、内燃機関の正常運転の耐久性を低下させる欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１７２２１１号公報
【特許文献２】特開２００５−３４４８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、簡単な構造で、シール面の経時偏摩耗を有効に防止でき、シール性が長期間に亘って確保できるボールバルブの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、ハウジングに設けた流体通路内に、球面の一部で構成された環状の凸シール面を有する弁体を回動自在に配し、球面の一部で構成されるとともに環状の凸シール面に摺動する環状の凹シール面を有する筒状シートリングを、弁体の回転軸と直交する方向および周方向に弾性保持（フローティング支持）し、かつ筒状シートリングの変位量を規制する規制部材を設けたボールバルブにおいて、弁体の回転軸は開弁方向への回転角の増大に伴い凸シール面の球面中心がシートリングの凹シール面から遠ざかるように半径方向に偏心して設定するとともに、規制部材により、偏心位置より外周側で凸シール面が凹シール面から離脱するように設定し、さらに筒状シートリングを回転軸の偏心方向に付勢する付勢手段を付設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、弁体の回転軸を、開弁方向への回転角の増大に伴い凸シール面の球面中心がシートリングの凹シール面から遠ざかるように偏心して設定している。このため、摺接面積の大きい開弁初期のみ凸シール面と凹シール面とが摺動するが、偏心量または規制部材で設定した回転位置で凸シール面と凹シール面とが分離する。この結果、摺動面積が小さく、面圧の大きい領域での凸シール面と凹シール面との摺動がなく、シール面の偏摩耗の低減が可能である。また、筒状シートリングを回転軸の偏心方向に付勢する付勢手段を付設しているので、シートリングは常に弁体回転軸の偏心方向の流体通路壁に近接して位置している。このため、シートリングは、弁体が閉弁駆動する際、流体通路壁と弁体とに挟まれて移動が妨げられる（こじれらる）ことが確実に防止でき、凹シール面は弁体の球面中心に正確に追従する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明のボールバルブの正面断面図である。
【図２】実施例１のボールバルブの要部の平面断面図である。
【図３】シートリングの正面断面図および右側面図である。
【図４】実施例１のボールバルブの作動説明図および要部拡大図である。
【図５】実施例２のボールバルブの要部の平面断面図である。
【図６】実施例３のボールバルブの要部の平面断面図である。
【図７】実施例４のボールバルブの要部の平面断面図である。
【図８】実施例５のボールバルブの要部の平面断面図およびＯリングの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
発明を実施するための形態を、図に示す実施例とともに説明する。
【実施例】
【００１２】
（実施例１）
図１は、この発明にかかるボールバルブ１の正面図を示し、エンジンの排気路と吸気路とを連結して排気ガスの一部を吸気側に再循環（ＥＧＲ）するための排気ガス再循環路１０に介装されている。ボールバルブ１はハウジング２を備えており、ハウジング２には排気再循環路１０の一部を構成する円筒状の流体流路であるガス流路２１が設けられている。ガス流路２１は、一端（図示右端）２２がエンジンの吸気路に連通した排気ガスの下流側、他端（図示左端）２３がエンジンの排気路に連通した上流側となっている。ボールバルブ１は、エンジンの運転条件に合わせて再循環させるガス流量を調整するＥＧＲバルブとして使用されている。
【００１３】
ハウジング２内には、ガス流路２１を開閉するための弁体３と、シート面３０を形成するための円筒状のシートリング４とが配設されている。ハウジング２の図示上端には、弁体３を駆動するためのアクチュエータ１１が装着されている。弁体３は、ガス流路２１を貫通してハウジング２に両端が軸支された弁軸３１と、弁軸３１から他端側に延長された腕部３２と、腕部３２の先端に設けられた円板状の弁板３３とからなる。なお、弁板３３が直接に弁軸３１に固着されていてもよい。
【００１４】
図２に示すボールバルブ１の平面断面図の如く、弁体３は、弁軸３１がガス流路２１の中心線Ｌと直交して配され、かつ弁軸３１の軸心（バルブ回転中心Ｃ）が中心線Ｌから偏心量Ａだけ図示下方に設定されている。弁体３は、中心が中心線Ｌ上にある図示の閉弁（弁開度ゼロ、回転角θ＝０）の状態から右周りに回転（開弁）する。この実施例では、弁体３は、回転に伴い弁開度ゼロ（全閉、回転角θ＝０）から回転角θ＝９０度（全開）まで変化する。
【００１５】
弁軸３１は、図１に示す上端部がアクチュエータ１１に連結され、アクチュエータ１１により図２に示す右回りに回動して開弁する。弁板３３の外周は、弁軸３１の上方に球面中心ｇを有する球面Ｇを、中心線Ｌと直交する２つの平行面で切断した環状の凸シール面３４となっている。凸シール面３４は、回転角θ＝０のときガス流路２１の中心線Ｌ上に中心軸を有する。
【００１６】
ガス流路２１の内周には、シートリング４の下流側には矩形断面を有する円環状の規制部材５が嵌め込まれ、上流側に軸方向付勢手段６が設けられている。シートリング４は、ガス流路２１の内周に軸方向への変位ないし移動（スライド）可能に遊び嵌めされ、一端は規制部材５により変位が規制され、他端は付勢手段６により図示右側（下流側）に付勢されている。この実施例では、規制部材５は腕部３２の外周に位置し、シートリング４の一端部は弁板３３の外周に位置している。なお、規制部材５は、ガス流路２１の内周壁を膨出させて形成されてもよい。
【００１７】
シートリング４は、図３に示す如く円筒状を呈し、一端につば部４１、中間に小外形部４２、他端には径大部４３が設けられている。径大部４３の他端面には、バネ室を形成するための筒部４４が形成されている。小外形部４２とガス流路２１の内周との間には、偏心方向付勢手段７が介装されている。この実施例１では、偏心方向付勢手段７は、図１に示す如く、断面が略横Ｕ字形を呈する樹脂性の弾性体シールリング７１が使用されている。
【００１８】
弾性体シールリング７１は、図２に示す如く、図示左右方向に長いとともに図示上側７２の板厚が大きく、弁体３の偏心方向である図示下側７３の板厚が小さくなっている。この結果、シートリング４は、弾性体シールリング７１により周方向（半径方向）に弾性支持されるとともに、図４に示す如く、付勢力Ｆ１（図４参照）で弁軸３１の偏心方向（図示下方）に付勢されている。すなわち、シートリング４の図示下側はガス流路２１の図示下壁２１ａに所定の付勢力Ｆ１で押しつけられている。この結果、シートリング４の中心Ｍは、小距離ａだけ図示下方に偏心している。また、弾性体シートリング７１は、左右方向に十分長いためシートリング４は、安定的に弾性支持されている。
【００１９】
シートリング４は、一端の内周に凸シール面３４に当接する弁座としての凹シール面４０が周設され、円環状のシート面３０を形成している。この実施例では、凹シール面４０は、球面中心ｇを有する球面Ｇを、中心線Ｌと直交する２つの平行面で切断した環状のシート面３０となっている。また、凹シール面４０の球面方向幅は、凸シール面３４の球面方向幅より大きく設定され、シート面３０の幅は主に凸シール面３４の幅により決定されている。なお、凹シール面４０の球面Ｇの半径は、凸シール面３４球面Ｇの半径より幾分大きく設定されてもよい。
【００２０】
弁軸３１（弁板３３）は、回転中心Ｃ周りに回転角θだけ右回転すると、凸シール面３４の球面中心Ｂは、球面中心Ｂの移動距離Ｘ＝Ａｓｉｎθの変位量で図示右方（一端方向）に変位する。なお、軸心（バルブ回転中心Ｃ）の偏心位置は、弁体の回転軸を、開弁に伴い凸シール面３４の球面中心が凹シール面４０から遠ざかる位置であれば、球面中心ｇの下方でなくてもよい。
【００２１】
軸方向付勢手段６は、ガス流路２１の内周に嵌め込まれた支持部材６１と、支持部材６１とシートリング４の他端４５との間に介装された弾性体としてのバネ６２とからなる。シートリング４は、バネ６２により付勢力Ｆ２で図示右方向に付勢された状態で弾性（フローティング）支持されている。図２に示す如く、回転角θ＝０のとき、凸シール面３４と凹シール面４０とは、全周で接触しており、シートリング４の一端側の端面４Ａと規制部材５の他端側の側面５Ａとの間には、所定幅の隙間（初期クリアランス）Ｓが設定されている。バネ６２は、この実施例ではウェイブスプリングであるが、コイルスプリング、皿バネなど他の構造のバネであっても良く、ゴムなどバネ以外の弾性体であってもよい。
【００２２】
図２、図４とともに、ボールバルブ１の作動を説明する。図２は、回転角θ＝０（全閉）の状態の弁体３およびシールリング４の位置関係を示す。この状態では、弁板３３の凸シール面３４は、シートリング４の凹シール面４０と同一の中心を有し、全周が当接し、シートリング４の一端と規制部材５の他端との間には、設定した隙間Ｓが存在する。凸シール面３４と凹シール面４０との接触面積は最大となっており、バネ６２（図２に示す）による当接面の面圧は最低値となっている。
【００２３】
図４に示す如く、弁体３が図示右周りに回転すると、回転角θが０〜１０度までの間は、球面中心Ｂは移動距離Ｘ＝Ａｓｉｎθの関係で一方側（ガス流路２１の軸方向）に変位する。弁板３３は、回動しながら球面中心ｇの移動距離Ｘ＝Ａｓｉｎθとの比例関係で、回転中心Ｃからの距離に応じて一方側（ガス流路２１の軸方向）に変位する。すなわち、この実施例では、回転中心Ｃからの距離が最も大きい図示上端部の変位量が最大となる。
【００２４】
シートリング４もバネ６２による付勢力で一方側に球面中心ｇの移動距離Ｘ＝Ａｓｉｎθと同等距離だけ軸方向移動（スライド）する。凸シール面３４は、回動しながら凹シール面４０と摺動し、図示上端の位置に隙間ができるまで閉弁が保たれ、流量がゼロの状態が維持される。この流量のゼロ範囲は、偏心量Ａと、凸シール面３４および凹シール面４０の厚さによって設定される設計事項である。
【００２５】
弁体３がさらに図示右周りに回転すると、この実施例では回転角θ＝１０度の位置で隙間Ｓ＝球面中心ｇの移動距離Ｘ（図２に示す）となり、シートリング４の一端側の端面４Ａと規制部材５の他端側の側面５Ａとが当接し、図４に示す如くＳ＝０となり、シートリング４のスライドが停止する。回転角θが１０度を超えると、当初は凸シール面３４は図示上端の位置から凹シール面４０から離れ、開口ができて、ガスが流れ始める。さらに回転角θが増大すると、凸シール面３４は全周が凹シール面４０から離れて摺動部分はなくなり、ガスの流量も増大し、最大流量に至る。
【００２６】
図４の（イ）に示す如く、偏心方向付勢手段７により、シートリング４は常に図示下方に付勢され、図示下端はガス流路２１の図示下壁に所定の付勢力で圧接している。このため、弁体３の開弁時において、シートリング４が弁体３とガス流路２１の図示下壁との間に挟まり、シートリング４の図示右側が中心から少し揺動して凹シール面４０の中心がぶれ、適正な凸シール面３４とのシール度合いが損なわれるという不具合が確実に阻止できる。
【００２７】
さらに、シートリング４は、中心軸から偏った位置にスラストを受けるとともに摺動面で生じる接線方向の摩擦力により、シートリング４が嵌め込まれた流体流路２１の内周壁との間でこじりが生じるという従来の問題が解消される。すなわち、シートリング４は、ガス流路２１の内周壁と弁体３（弁板３３）とに挟まれて移動が妨げられる（こじれらる）ことが確実に防止でき、凹シール面４０は弁体３の球面中心に正確に追従できる。
【００２８】
この発明のボールバルブ１では、接触面積が大きい低回転角θの範囲では、凸シール面３４と凹シール面４０とは摺動するが、面圧が小さく摩耗が少ない。このため、長期間に亘ってシール性が保持され耐久性が高い。また、偏心距離（偏心量）Ａ＝０の従来のボールバルブでは、高回転角θの範囲で凸シール面３４と凹シール面４０とが大角度で交差するため接触面積が小さく（面圧が大きく）、よって、摩耗も大きくなる。すなわち、ボールバルブ１は、偏心距離（偏心量）Ａがあるため高回転角θの範囲で凸シール面３４と凹シール面４０とが分離しており、シール面の摩擦による摩耗は少ない。
【００２９】
また、凸シール面３４の中心が凹シール面４０の中心より下位に位置する。このため、バルブの開弁状態から閉弁する作動に対して、凸シール面３４が最初に凹シール面４０へ接触する位置は、図４の（イ）および（ロ）に示す如く位置Ｐとなる。この位置Ｐは、図４の（ロ）に二点鎖線で示す回転角θ＝０のときのシート面３０より径大側（図示右側）である。この結果、シートリング（凹シール面４０）には、最も小面積で面圧が高く、かつ衝撃も伴い易い、接触時のラジアル方向からの付勢力、およびシートリング４の位置矯正力をシート面３０より径大側の凹シール面４０の位置Ｐで受け、シート面３０では受けない。よって、シート面３０の摩擦による摩耗を有効に防止でき、長期間の耐久性が確保される。
【００３０】
また、シートリング４は、ガス流路２１の偏心方向の壁（図２に示す下壁２１ａ）に所定の付勢力で圧接している。このため、シートリング４の中心線Ｍは、ガス流路２１の中心線Ｌより距離ａだけ下位となっている。この構成により、バルブの開弁状態から閉弁する作動に対して、凹シール面４０の凸シール面３４が最初に接触する位置に作用する付勢力で、シートリング４の凹シール面４０側端部が押圧されて変位し、シートリング４がガス流路２１の内周壁にこじれる不具合が確実に阻止できる。
【００３１】
（実施例２）
図５は実施例２にかかるボールバルブ１を示し、偏心方向付勢手段７として、２つの略Ｕ字形の板バネ７４、７４を、小外形部４２の弁軸３１の偏心側と反対側に取り付け、ガス流路２１の内周壁との間に介装している。板バネ７４は２個より多くてもよく、コイルバネなど板バネ以外のバネであってもよい。
【００３２】
（実施例３）
図６に示す実施例３の如く、略Ｊ字形の板バネ７５の端部７６を規制部材５に支持させて、小外形部４２の弁軸偏心側と反対側に取り付け、ガス流路２１の内周壁との間に介装させてもよい。これらの実施例においても、シールリング４は、弁軸３１の偏心側と反対側のガス流路２１の内周壁に圧接され、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００３３】
（実施例４）
図７の実施例４にかかるボールバルブ１は、偏心方向付勢手段７として磁石７７をガス流路２１の偏心と反対側に配し、逆磁性の磁石７８をシートリング４の小外形部４２の外周に固着している。磁石７７と磁石７８との反発力でシートリング４はガス流路２１の図示下方に付勢されている。
この実施例においても、シールリング４は、弁軸３１の偏心側と反対側のガス流路２１の内周壁に圧接され、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００３４】
（実施例５）
図８の実施例５にかかるボールバルブ１は、偏心方向付勢手段７として周方向に断面積の異なるゴムリング７９を用いている。ゴムリング７９は、断面積が大きい方が小外形部４２の弁軸偏心側と反対側に配される。
この実施例においても、シールリング４は、弁軸３１の偏心側と反対側のガス流路２１の内周壁に圧接され、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
この発明のボールバルブ１は、偏心して配置した弁体の偏心量Ａ、シートリングと規制部材との隙間（初期クリアランス）Ｓ、およびシート面３０の球面方向幅（凸シール面３４と凹シール面４０との幅）を目的に合わせて設計することにより、耐久性に優れるとともに、回転角θが低開度での流量特性を適正に設定でき、実用性にすぐれる。
【符号の説明】
【００３６】
１      ボールバルブ
２      ハウジング
２１    ガス流路（流体流路）
３      弁体
３０    シート面
３１    弁軸
３２    腕部
３３    弁板
３４    凸シール面
４      シートリング
４０    凹シール面
５      規制部材
６      軸方向付勢手段
７      偏心方向付勢手段
Ａ      偏心距離（偏心量）
Ｓ      初期クリアランス
Ｘ      球面中心の移動距離（シートリングのスライド量）
θ      弁体の回転角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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