(57)【要約】【課題】  ボールバルブのバルブボディおよびシートリング間のシール性を高める。【解決手段】  ボールバルブのシートリング５１をバルブハウジング４１にフローティング支持したので、バルブボディ４２をアクチュエータで回転軸４４まわりに回転させたときに、バルブボディ４２の環状の第１シール面４６ａとシートリング５１の環状の第２シール面５１ａとの間にコジリが発生するのを防止することができる。また（Ｃ）に示すボールバルブの開弁時にバルブボディ４２の第１シール面４６ａの一部がシートリング５１の第２シール面５１ａの一部に接触し、その接触部に加わる偏荷重でシートリング５１が傾こうとしても、バルブハウジング４１に設けた規制部材４１ｃでシートリング５１がバルブボディ４２側に移動するのを規制することで、シートリング５１の傾きを阻止して前記コジリの発生やシール性の低下を一層効果的に防止することができる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面の一部で構成された環状の第１シール面（４６ａ）を有して回転軸（４４，４５）によりバルブハウジング（４１）に回転自在に支持されたバルブボディ（４２）と、
バルブボディ（４２）の第１シール面（４６ａ）が摺動および着座可能な環状の第２シール面（５１ａ）および該第２シール面（５１ａ）の中央を貫通する開口（５１ｂ）を有してバルブハウジング（４１）にフローティング支持されたシートリング（５１）と、
バルブボディ（４２）を回転軸（４４，４５）まわりに往復回転させるアクチュエータ（５０）と、
を備え、第１シール面（４６ａ）が第２シール面（５１ａ）に着座したときにバルブハウジング（４１）がシートリング（５１）の開口（５１ｂ）を閉塞するボールバルブであって、
シートリング（５１）がバルブボディ（４２）側に移動するのを規制する規制部材（４１ｃ）をバルブハウジング（４１）に設けたことを特徴とするボールバルブ。
【請求項２】
シートリング（５１）をバルブボディ（４２）に向けて付勢する付勢部材（５２）を備え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】
バルブハウジング（４１）に対向するシートリング（５１）の外周面に該シートリング（５１）よりも低摩擦係数の保持リング（５３）を配置したことを特徴とする、請求項２に記載のボールバルブ。
【請求項４】
バルブボディ（４２）がシートリング（５１）の開口（５１ｂ）を開放したとき、バルブボディ（４２）の第１シール面（４６ａ）およびシートリング（５１）の第２シール面（５１ａ）は１点で当接す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】
本発明は、バルブボディに形成した環状の第１シール面とシートリングに形成した環状の第２シール面とを摺動可能かつ着座可能に球面接触させたボールバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体通路中に配置した一対のシートリング６０，７０間に貫通孔を有する球状のバルブボディ４０を回転自在に支持し、シートリング６０，７０およびバルブボディ４０を摺動自在に球面接触させたボールバルブが、下記特許文献１により公知である。このボールバルブは、バルブボディ４０の貫通孔が上流側および下流側の流体通路を連通させたときに開弁し、その状態から９０°回転したバルブボディ４０が上流側および下流側の流体通路の連通を遮断したときに閉弁する。
【特許文献１】特開平９−２４２８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで上記従来のボールバルブは、球状のバルブボディ４０が開弁位置および閉弁位置の何れにある場合でも、環状のシートリング６０，７０の全周にバルブボディ４０が接触しているため、バルブボディ４０からシートリング６０，７０に偏荷重が作用することはなく、従って偏荷重によってシートリング６０，７０が傾く虞はない。このように、環状のシートリング６０，７０の全周にバルブボディ４０が接触するのは、バルブボディ４０が概ね完全な球状をなしており、そのシートリング６０，７０に接触可能な表面積が大きいからである。
【０００４】
しかしながら、アクチュエータでバルブボディを高速往復回転させるような場合にはバルブボディの慣性モーメントをできるだけ小さくする必要があり、そのためにバルブボディの球面部を環状の狭い範囲に限定し、閉弁時にのみバルブボディの球面部をシートリングの全周に着座させることが考えられる。このような場合には、ボールバルブの開弁時にシートリングの一部にだけバルブボディが接触するため、シートリングがバルブボディから偏荷重を受けて傾く可能性がある。
【０００５】
特に、バルブボディおよびシートリング間のコジリを防止するために該シートリングをバルブハウジングにフローティング支持したような場合には、前記偏荷重によってシートリングが大きく傾いてしまい、バルブボディとの間のシール性が損なわれてしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ボールバルブのバルブボディおよびシートリング間のシール性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、球面の一部で構成された環状の第１シール面を有して回転軸によりバルブハウジングに回転自在に支持されたバルブボディと、バルブボディの第１シール面が摺動および着座可能な環状の第２シール面および該第２シール面の中央を貫通する開口を有してバルブハウジングにフローティング支持されたシートリングと、バルブボディを回転軸まわりに往復回転させるアクチュエータとを備え、第１シール面が第２シール面に着座したときにバルブハウジング４１がシートリングの開口を閉塞するボールバルブであって、シートリングがバルブボディ側に移動するのを規制する規制部材をバルブハウジングに設けたことを特徴とするボールバルブが提案される。
【０００８】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、シートリングをバルブボディに向けて付勢する付勢部材を備えたことを特徴とするボールバルブが提案される。
【０００９】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、バルブハウジングに対向するシートリングの外周面に該シートリングよりも低摩擦係数の保持リングを配置したことを特徴とするボールバルブが提案される。
【００１０】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、バルブボディがシートリングの開口を開放したとき、バルブボディの第１シール面およびシートリングの第２シール面は１点で当接することを特徴とするボールバルブが提案される。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の構成によれば、シートリングをバルブハウジングにフローティング支持したので、バルブボディをアクチュエータで回転軸まわりに回転させたときに、バルブボディの第１シール面とシートリングの第２シール面との間にコジリが発生するのを防止することができる。またボールバルブの開弁時にバルブボディの環状の第１シール面の一部がシートリングの環状の第２シール面の一部に接触し、その接触部に加わる偏荷重でシートリングが傾こうとしても、バルブハウジングに設けた規制部材でシートリングがバルブボディ側に移動するのを規制することで、シートリングの傾きを阻止して前記コジリの発生やシール性の低下を一層効果的に防止することができる。
【００１２】
請求項２の構成によれば、付勢部材でシートリングをバルブボディに向けて付勢したので、シートリングの第２シール面をバルブボディの第１シール面に密着させて第１、第２シール面間のシール性を高めることができる。
【００１３】
請求項３の構成によれば、シートリングの外周面に配置した低摩擦係数の保持リングをバルブハウジングに当接させたので、付勢部材でシートリングをスムーズに付勢して第１、第２シール面間のシール性を更に高めることができる。
【００１４】
請求項４の構成によれば、バルブボディがシートリングの開口を開放したときに第１、第２シール面が１点で接触すると、シートリングはバルブボディから大きな偏荷重を受けで最も傾き易くなるが、規制部材の作用で前記偏荷重によるシートリングの傾きを確実に阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図５は本発明の一実施例を示すもので、図１はエンジンのシリンダヘッド部およびボールバルブの断面図、図２は図１の要部拡大図、図３は図２の３部拡大図、図４はバルブボディの斜視図、図５はボールバルブの作用説明図である。
【００１７】
図１に示すように、エンジンＥのシリンダブロック１１に設けたシリンダスリーブ１２にピストン１３が摺動自在に嵌合しており、シリンダブロック１１のデッキ面に結合されたシリンダヘッド１４とピストン１３の頂面との間に燃焼室１５が区画される。シリンダヘッド１４には燃焼室１５に連なる吸気ポート１６および排気ポート１７が形成されており、吸気ポート１６が燃焼室１５に開口する吸気バルブ孔が吸気バルブ１８により開閉され、排気ポート１６が燃焼室１５に開口する排気バルブ孔が排気バルブ１９により開閉される。吸気バルブ１８および排気バルブ１９はそれぞれバルブスプリング２０，２１で閉弁方向に付勢される。
【００１８】
シリンダヘッド１４の上面に結合されたヘッドカバー２２の内部に吸気カムシャフト２３および吸気ロッカーアームシャフト２４が設けられており、吸気カムシャフト２３に設けた吸気カム２５により、吸気ロッカーアームシャフト２４に枢支した吸気ロッカーアーム２６を介して吸気バルブ１８が開閉駆動される。またヘッドカバー２２の内部に排気カムシャフト２７および排気ロッカーアームシャフト２８が設けられており、排気カムシャフト２７に設けた排気カム２９により、排気ロッカーアームシャフト２８に枢支した排気ロッカーアーム３０を介して排気バルブ１９が開閉駆動される。
【００１９】
シリンダヘッド１４には吸気ポート１６に連なる吸気通路部材３１と、ボールバルブよりなる吸気制御バルブ３２と、吸気管３３とが接続されており、吸気管３３の上流に図示せぬサージタンクおよびスロットルバルブが配置される。吸気通路部材３１には吸気ポート１６に燃料を噴射する燃料噴射バルブ３４が設けられる。
【００２０】
次に、図１〜図４に基づいて吸気制御バルブ３２の構造を説明する。
【００２１】
吸気制御バルブ３２は吸気通路部材３１および吸気管３３に挟まれたバルブハウジング４１を備えており、吸気管３３に形成された第１吸気通路３３ａと、バルブハウジング４１に形成された第２吸気通路４１ａと、吸気通路部材３１に形成された第３吸気通路３１ａが軸線Ｌ１方向に直列に接続される。
【００２２】
バルブハウジング４１の内部に収納されるバルブボディ４２は、短い円筒状の円筒部４３と、円筒部４３から相互に離反する方向に延びる一対の回転軸４４，４５と、円筒部４３に一体に設けられた薄い円板状の円板部４６とを備える。円筒部４３には円形断面の開口４３ａが貫通しており、また円板部４６の外周には球面の一部を構成する環状の第１シール面４６ａが形成される。
【００２３】
一対の回転軸４４，４５は第１〜第３吸気通路３３ａ，４１ａ，３１ａの軸線Ｌ１に直交する軸線Ｌ２上に配置されており、一方の回転軸４４はバルブハウジング４１にボールベアリング４７を介して回転自在に支持され、また他方の回転軸４５はバルブハウジング４１にボールベアリング４８およびシール部材４９を介して回転自在に支持されるとともに、バルブハウジング４１に固定したアクチュエータ５０に接続される。
【００２４】
アクチュエータ５０は、例えばロータリソレノイドやステップモータで構成されており、バルブボディ４２を９０°の回転角で往復回転させる。バルブボディ４２が一方の回転端にあるとき、第１〜第３吸気通路３３ａ，４１ａ，３１ａの軸線Ｌ１に対して円板部４６の軸線Ｌ３が一致し、円筒部４３の軸線Ｌ４が直交する（図５（Ａ）参照）。またバルブボディ４２が他方の回転端にあるとき、第１〜第３吸気通路３３ａ，４１ａ，３１ａの軸線Ｌ１に対して円板部４６の軸線Ｌ３が直交し、円筒部４３の軸線Ｌ４が一致する（図５（Ｃ）参照）。
【００２５】
吸気通路部材３１の上流端に結合されるバルブハウジング４１の下流端に形成した段部４１ｂに、環状のシートリング５１が装着される。シートリング５１は、バルブボディ４２の第１シール面４６ａが摺動および着座可能な部分球面状かつ環状の第２シール面５１ａと、その第２シール面５１ａの内周を貫通する円形断面の開口５１ｂとを備える。またバルブハウジング４１にはシートリング５１の上流側の端面に当接可能な環状の規制部材４１ｃが一体に形成される。
【００２６】
図３から明らかなように、吸気通路部材３１の上流端と規制部材４１ｃとの距離Ｄはシートリング５１の厚さＴよりも僅かに大きくなっており、従ってシートリング５１は軸線Ｌ１方向に移動可能にフローティング支持される。このとき、吸気通路部材３１の上流端に第３吸気通路３１ａを囲むように形成された環状溝３１ｂにＮＢＲやフッ素ゴム製のＯリングよりなる付勢部材５２が圧縮状態で装着されており、この付勢部材５２の付勢力でシートリング５１がバルブボディ４２に向けて付勢される。
【００２７】
バルブハウジング４１の段部４１ｂの直径Ｒ１はシートリング５１の直径Ｒ２よりも僅かに大きくなっており、従ってシートリング５１は軸線Ｌ１を中心とする径方向に移動可能にフローティング支持される。このとき、シートリング５１の外周に形成した環状溝５１ｃにＰＴＦＥ（フッ素樹脂）製の保持リング５３が装着されており、シートリング５１は保持リング５３を介してバルブハウジング４１の段部４１ｂに摺動自在に当接する。ＰＴＦＥ製の保持リング５３はシートリング５１よりも小さい摩擦係数を有している。
【００２８】
次に、上記構成を備えた実施例の作用について説明する。                                
【００２９】
吸気管３３の上流に設けた図示せぬスロットルバルブが閉弁状態にあるエンジンＥのアイドリング時に、アクチュエータ５０で吸気制御バルブ３２を周期的に開閉駆動することで、アイドリング運転の安定性を高めるとともに、排気が排気ポート１７側から吸気ポート１６側に吹き返す、いわゆる吹き返し現象を抑制する。
【００３０】
即ち、エンジンＥのアイドリング時に、排気バルブ１９の開弁期間の末期と吸気バルブ１８の開弁期間の初期とがオーバーラップするバルブオーバーラップ期間の経過後に吸気制御バルブ３２を開弁し、それから所定時間が経過して吸気バルブ１８が閉弁した後に吸気制御バルブ３２を閉弁する。これにより吸気バルブ１８の開弁期間の末期だけに燃焼室１５に吸気が吸入されることになり、吸気の吸入量を制限して所定の回転速度でのアイドリング運転を行うことができる。
【００３１】
また吸気バルブ１８が閉弁してからしばらく吸気制御バルブ３２が開弁しているので、その間に吸気通路の圧力を略大気圧まで復帰させることができ、次のサイクルのバルブオーバーラップ期間に吸気バルブ１８および排気バルブ１９の両方が開弁しても、排気ポート１７側から吸気ポート１６側に排気が吹き返すのを防止することができる。
【００３２】
アクチュエータ５０によって吸気制御バルブ３２のバルブボディ４２は非常な高速で往復回転するため、球面の一部で構成されるバルブボディ４２の第１シール面４６ａは必要最小限の面積に抑えられており、これによりバルブボディ４２の贅肉をそぎ落として回転軸４４，４５回りの慣性モーメントを最小限に抑え、小型で小出力のアクチュエータ５０でバルブボディ４２を応答性良く往復回転駆動することができる。
【００３３】
図５（Ａ）に示すように、吸気制御バルブ３２の閉弁時、つまり軸線Ｌ１，Ｌ３が一直線上にあって円板部４６の第１シール面４６ａの全周がシートリング５１の第２シール面５１ａに密着してシートリング５１の開口５１ｂを閉塞している状態では、バルブハウジング４１の段部４１ｂにフローティング支持されたシートリング５１が付勢部材５２の弾発力でバルブボディ４２に向けて付勢されるため、第１、第２シール面４６ａ，５１ａ間にコジリが発生するのを防止してシール性を高めることができる。
【００３４】
このとき、シートリング５１の外周面に装着された低摩擦係数の保持リング５３がバルブハウジング４１の段部４１ｂに摺接するため、バルブハウジング４１に対してシートリングを軸線Ｌ１方向にスムーズ摺動させることができ、かつ保持リング５３のシール機能で吸気の漏れを防止することができる。
【００３５】
図５（Ｂ）に示すように、バルブボディ４２が開弁位置に向かって回転する中間位置では、第１シール面４６ａの２か所でシートリング５１の第２シール面５１ａに摺接するが、その２か所がシートリング５１の第２シール面５１ａの直径方向両端からずれているため、付勢部材４２で付勢されたシートリング５１は反時計方向に傾くような偏荷重を受ける。
【００３６】
図５（Ｃ）に示すように、バルブボディ４２が９０°回転した吸気制御バルブ３２の開弁時、つまり軸線Ｌ１，Ｌ４が一直線上にあって円筒部４３の開口４３ａがシートリング５１の開口５１ｂに完全に連通したとき、円板部４６の第１シール面４６ａはシートリング５１の第２シール面５１ａに１点で接触するため、シートリング５１は最大の偏荷重を受ける。しかしながら、前記偏荷重でシートリング５１が反時計方向に傾こうとしても、バルブハウジング４１に設けた規制部材４１ｃがシートリング５１に当接して傾きを規制するため、第１、第２シール面４６ａ，５１ａ間にコジリが発生するのを防止するとともにシール性が損なわれるのを防止することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３８】
例えば、実施例では付勢部材５２としてＯリングを採用しているが、皿ばね等の他の任意の付勢部材を採用することができる。
【００３９】
また実施例では保持リング５３の材質としてＰＴＦＥを採用しているが、シートリング５１よりも摩擦係数の小さいものであれば任意の材質を採用することができる。
【００４０】
また本発明のボールバルブはエンジンＥの吸気制御バルブ３２以外の任意の用途に適用することができる。
【００４１】
また実施例では規制部材４１ｃをバルブハウジング４１に一体に形成しているが、別部材で構成してバルブハウジング４１に固定しても良く、しかも規制部材４１ｃは環状である必要はなく、円周上の複数個所に設けられていれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】エンジンのシリンダヘッド部およびボールバルブの断面図
【図２】図１の要部拡大図
【図３】図２の３部拡大図
【図４】バルブボディの斜視図
【図５】ボールバルブの作用説明図
【符号の説明】
【００４３】
４１        バルブハウジング
４１ｃ      規制部材
４２        バルブボディ
４４        回転軸
４５        回転軸
４６ａ      第１シール面
５０        アクチュエータ
５１        シートリング
５１ａ      第２シール面
５１ｂ      開口
５２        付勢部材
５３        保持リング
【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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