(57)【要約】【課題】流体中に燃料生成物等の塵埃が含まれている場合であっても、ボールバルブの円滑な回動動作を維持することができる流路開閉弁を提供する。【解決手段】流路開閉弁１０は、流体が流通する貫通孔４２が形成されたボールバルブ１４と、ボールバルブ１４を回転自在に収容する連通室２６の上流側及び下流側にそれぞれガス流入口２２及びガス流出口２４が設けられたボディ本体１２と、ボールバルブ１４を回動させてガス流入口２２とガス流出口２４とを連通及び遮断するシャフト軸４６と、ボールバルブ１４のガス流入口２２側に設けられて第１連通路３４が形成されたバルブ押さえ１６と、ボールバルブ１４のガス流出口２４側に設けられてガス流出口２４と貫通孔４２の間を連通する第２連通路３８が形成されたバルブシート１８とを備え、前記ガス流入口２２には、上流側から下流側に向かって縮径する流入通路２２ａが設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する貫通孔が形成されたボールバルブと、
前記ボールバルブを回転自在に収容する室が設けられ、且つ該室の上流側及び下流側にそれぞれ流体流入口及び流体流出口が設けられたボディ本体と、
アクチュエータの駆動作用下に回転することで、前記ボールバルブを前記室内で回動させて前記流体流入口と前記流体流出口とを連通及び遮断するシャフト軸と、
前記ボールバルブの前記流体流入口側に設けられ、前記ボールバルブに変位自在に摺接すると共に、前記流体流入口と前記貫通孔の間を連通する第１連通路が形成されたバルブ押さえと、
前記ボールバルブの前記流体流出口側に設けられ、前記ボールバルブが着座すると共に、前記流体流出口と前記貫通孔の間を連通する第２連通路が形成されたバルブシートと、
前記バルブ押さえを前記ボールバルブ側に押圧することで、前記ボールバルブを前記バルブシート側に押圧する弾性部材と、
を備え、
前記流体流入口には、上流側から下流側に向かって縮径する流入通路が設けられていることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項２】
請求項１記載の流路開閉弁において、
前記流入通路の下流端開口は、前記バルブ押さえに形成された前記第１連通路の上流端開口よりも小径であることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項３】
請求項２記載の流路開閉弁において、
前記流入通路の下流端周りには、前記バルブ押さえに形成された前記第１連通路の上流端開口よりも小径の環状壁が設けられていることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項４】
請求項２又は３記載の流路開閉弁において、
前記流入通路の下流端周りに環状溝が設けられ、該環状溝に前記バルブ押さえが係合されることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の流路開閉弁において、
前記流体流出口には、上流から下流に向かって拡径する流出通路が設けられていることを特徴とする流路開閉弁。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の流路開閉弁において、
前記バルブシートに形成された前記第２連通路は、上流から下流に向かって拡径していることを特徴とする流路開閉弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流通する流路を開閉することにより該流体の流通状態を切り換える流路開閉弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、流体の流通する流路に接続され、該流路の連通状態を切り換えることによって前記流体の流通状態を制御する流路開閉弁が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示される流路開閉弁は、ボディ本体（ケーシング）の内部に流体が流通する貫通孔（弁孔）が形成されたボールバルブ（ボール弁体）が設けられ、該ボールバルブがシャフト軸（弁棒）によって回動制御されることにより、流体流入口（開口部）から流入する流体の流通及び遮断を切り換え可能に構成されている。この流路開閉弁では、皿ばねによってボディ本体側から弾性的に押圧付勢されて可動するバルブ押さえ（シートリング）がボールバルブに着座することで、流体流入口から貫通孔へと延在する流路が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平６−４９８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、このような流路開閉弁では、ボールバルブの回動に追従させるため、バルブ押さえを可動構造としているため、バルブ押さえとボディ本体との間や、バルブ押さえとボールバルブとの間には、多少の隙間が形成されている。
【０００６】
従って、この種の流路開閉弁を、例えば排気ガス再循環システム用の排気循環弁機構等に適用し、排気ガスのような燃焼生成物を含んだ流体を流通させた場合には、前記隙間からバルブ押さえとボディ本体との間や、バルブ押さえとボールバルブとの間に排気ガスが進入する可能性がある。そうすると、バルブ押さえとボディ本体等との間に前記燃焼生成物が堆積する可能性があり、これによりボールバルブの円滑な回動動作が制限される可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を考慮してなされたものであり、流体中に燃料生成物等の塵埃が含まれている場合であっても、ボールバルブの円滑な回動動作を維持することができる流路開閉弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る流路開閉弁は、流体が流通する貫通孔が形成されたボールバルブと、前記ボールバルブを回転自在に収容する室が設けられ、且つ該室の上流側及び下流側にそれぞれ流体流入口及び流体流出口が設けられたボディ本体と、アクチュエータの駆動作用下に回転することで、前記ボールバルブを前記室内で回動させて前記流体流入口と前記流体流出口とを連通及び遮断するシャフト軸と、前記ボールバルブの前記流体流入口側に設けられ、前記ボールバルブに変位自在に摺接すると共に、前記流体流入口と前記貫通孔の間を連通する第１連通路が形成されたバルブ押さえと、前記ボールバルブの前記流体流出口側に設けられ、前記ボールバルブが着座すると共に、前記流体流出口と前記貫通孔の間を連通する第２連通路が形成されたバルブシートと、前記バルブ押さえを前記ボールバルブ側に押圧することで、前記ボールバルブを前記バルブシート側に押圧する弾性部材とを備え、前記流体流入口には、上流側から下流側に向かって縮径する流入通路が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、流路開閉弁の流体流入口に、上流側から下流側に向かって縮径する流入通路を設けたことにより、該流入通路を流れた流体が、ボディ本体とバルブ押さえの間に形成される隙間に流入することを低減することができる。従って、前記流体中に燃料生成物等の塵埃が含まれている場合であっても、この塵埃が前記隙間に流入し、ボディ本体やバルブ押さえの壁面に付着して堆積することを抑えることができ、ボールバルブの円滑な回動動作が維持され、該回動動作に要するトルクを抑えることができる。
【００１０】
前記流入通路の下流端開口が、前記バルブ押さえに形成された前記第１連通路の上流端開口よりも小径であると、前記流体が前記隙間から一層離れたところに導入されるため、該隙間に前記塵埃が浸入及び堆積することを一層低減することができる。
【００１１】
この場合、前記流入通路の下流端周りには、前記バルブ押さえに形成された前記第１連通路の上流端開口よりも小径の環状壁が設けられていてもよい。そうすると、該環状壁によって前記隙間を塞ぐラビリング構造を形成することができ、流入通路を流れてきた流体が前記隙間に流入することを一層低減することができる。
【００１２】
また、前記流入通路の下流端周りに環状溝が設けられ、該環状溝に前記バルブ押さえが係合されていてもよい。これによっても、前記隙間の開口部にラビリンス構造を形成することができるため、前記隙間への流体の流入を一層低減することができる。
【００１３】
前記流体流出口には、上流から下流に向かって拡径する流出通路が設けられていると、ボールバルブの貫通孔を流れた流体が、バルブシートの第２連通路から急激に流路径が拡大した流体流出口に流入することが防止されるため、該流体流出口での渦流の発生等による圧損の増加を有効に抑えることができ、当該流路開閉弁を通過する流体の流速を向上させることができる。その結果、前記隙間への流体の浸入及び滞留を一層低減することが可能となる。
【００１４】
また、前記バルブシートに形成された前記第２連通路が、上流から下流に向かって拡径していてもよい。これによっても、ボールバルブの貫通孔を出た流体が渦流等を発生して圧損が増加することを抑えることができ、当該流路開閉弁を通過する流体の流速を向上させることができ、前記隙間への流体の浸入及び滞留を一層低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、流路開閉弁の流体流入口に、上流側から下流側に向かって縮径する流入通路を設けたことにより、該流入通路を流れた流体が、ボディ本体とバルブ押さえの間に形成される隙間に流入することを低減することができる。従って、前記流体中に燃料生成物等の塵埃が含まれている場合であっても、この塵埃が前記隙間に流入し、ボディ本体やバルブ押さえの壁面に付着して堆積することを抑えることができ、ボールバルブの円滑な回動動作を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流路開閉弁の縦断面図である。
【図２】図１の流路開閉弁の弁開状態を示す一部省略縦断面図である。
【図３】図２に示す流路開閉弁の変形例を示す一部省略縦断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る流路開閉弁の一部省略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る流路開閉弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１において、参照符号１０は、本発明の第１の実施の形態に係る流路開閉弁を示す。なお、ここでは、流路開閉弁が、自動車等の内燃機関から排出された排気ガスを該内燃機関に対して再循環させるためのＥＧＲ用切換バルブ（排気循環弁機構）として用いられる場合について説明する。
【００１９】
図１及び図２に示すように、この流路開閉弁１０は、ボディ本体１２と、該ボディ本体１２の内部に回動自在に設けられるボールバルブ１４と、前記ボールバルブ１４の外周面に当接するバルブ押さえ（可動シート）１６及びバルブシート（固定シート）１８と、前記ボディ本体１２の上部に設けられ、前記ボールバルブ１４に対して回転駆動力を付与する駆動力伝達機構２０とを含む。
【００２０】
ボディ本体１２の下側には、例えば、排気ガス（流体）の供給されるガス流入口（流体流入口）２２と、その反対側に設けられ、前記排気ガスを導出して内燃機関（図示せず）へと循環させるガス流出口（流体流出口）２４が設けられている。なお、ボディ本体１２において、ガス流入口２２とガス流出口２４とは略同軸上に設けられる。また、ボディ本体１２は、ガス流入口２２とガス流出口２４との間に連通室２６を有し、この連通室２６の内部に略球状のボールバルブ１４が回動自在に配設されている。
【００２１】
ガス流入口２２は、上流側から下流側に向かって（矢印Ａ方向に向かって）縮径し、連通室２６（バルブ押さえ１６）へと流体（例えば、前記排気ガス）を流入させるためのテーパ状の流入通路２２ａを構成している。一方、本実施の形態の場合、ガス流出口２４は、連通室２６（バルブシート１８）からの流体を流出させるための円筒状の流出通路２４ａを構成している。
【００２２】
連通室２６とガス流入口２２との間には、バルブ押さえ１６が設けられ、前記バルブ押さえ１６は、小径部２８と、該小径部２８と一体的且つ同軸な大径部３０とからなる。そして、小径部２８が、ボディ本体１２において、ガス流入口２２に臨み大径部３０が前記ボールバルブ１４に臨むように配設される。また、大径部３０には、ボディ本体１２との間にウェーブワッシャ（弾性部材）３２が設けられ、前記ウェーブワッシャ３２の弾発力によってバルブ押さえ１６は常にボールバルブ１４側へと付勢され、前記大径部３０によって前記ボールバルブ１４がシートされている。
【００２３】
バルブ押さえ１６には、中心部にガス流入口２２と連通する第１連通路（連通孔）３４が形成され軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通すると共に、該バルブ押さえ１６の一端面には、ボールバルブ１４の当接するシート面３６が形成される。
【００２４】
一方、連通室２６とガス流出口２４との間には、リング状のバルブシート１８が設けられ、前記バルブシート１８は、ガス流出口２４と連通室２６との間に形成された環状の装着溝に装着されている。
【００２５】
バルブシート１８は、装着溝に対して回転自在に設けられ、その一端面が連通室２６に臨んでボールバルブ１４の外周面に当接し、他側面がガス流出口２４に臨むように配設されている。なお、バルブシート１８は、連通室２６を中心としてバルブ押さえ１６と同軸上に設けられる。
【００２６】
このバルブシート１８には、中心部にガス流出口２４と連通する第２連通路（連通孔）３８が形成され軸線方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通している。また、バルブシート１８の一端面は、ボールバルブ１４の当接するシート面４０が形成される。
【００２７】
図１及び図２に示すように、第２連通路３８は、上流側から下流側に向かって（矢印Ａ方向に向かって）拡径したテーパ形状であり、連通室２６からの流体をガス流出口２４へと導出する。
【００２８】
ボールバルブ１４は、中心軸に直交するように一方の曲面と他方の曲面が取り除かれ、該中心軸に沿って一方の面から他方の面へと貫通する貫通孔４２の形成された球体である。そして、貫通孔４２に直交する頂部には、平面長方形状の凹部４４が形成され、後述するシャフト軸４６の端部が挿入される。
【００２９】
貫通孔４２は、ボールバルブ１４の弁開状態において、ガス流入口２２に臨む第１開口部４８と、ガス流出口２４に臨む第２開口部５０とを有し、前記第１開口部４８から第２開口部５０へと直線状に形成される。この貫通孔４２の延在方向は、ボールバルブ１４に連結されるシャフト軸４６の軸線と直交するように設定され、前記第１及び第２開口部４８、５０は、貫通孔４２を通じて流通させる排気ガスの必要流量に基づいて同一直径（通路断面積）で形成される。
【００３０】
駆動力伝達機構２０は、ボールバルブ１４の頂部に連結されるシャフト軸４６と、前記シャフト軸４６の上端部に連結される回転ヨーク５６と、ボディ本体１２の上部に連結され、前記回転ヨーク５６を介して前記シャフト軸４６を回転駆動させる駆動源５８とを含む。
【００３１】
シャフト軸４６は、ボディ本体１２の内部に設けられた一組の軸受６０ａ、６０ｂによって回転自在に支持され、その下端部が断面長方形状に形成され連通室２６内においてボールバルブ１４の凹部４４に挿入される。また、シャフト軸４６の上端部は、回転ヨーク５６の略中央部に挿通されてナット６２を締め付けることによって固定されている。
【００３２】
駆動源５８は、例えば、通電作用下に回転駆動するステッピングモータやロータリーアクチュエータからなり、その回転駆動力が回転ヨーク５６を介してシャフト軸４６へと伝達されることにより、前記シャフト軸４６に連結されたボールバルブ１４が所定方向に回動動作する。
【００３３】
本発明の第１の実施の形態に係る流路開閉弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、ここでは、図１に示されるように、ボールバルブ１４の貫通孔４２がガス流入口２２及びガス流出口２４に対して直交する位置となり、第１及び第２連通路３４、３８がいずれもボールバルブ１４によって閉塞された弁閉状態を初期位置として説明する。
【００３４】
上述した初期位置では、排気ガスがガス流入口２２へと供給されているが、バルブ押さえ１６のシート面３６にボールバルブ１４が当接しているため、該バルブ押さえ１６を通じて前記排気ガスの連通室２６内への流通が遮断されている。
【００３５】
初期位置から弁開状態にするためには、先ず、駆動源５８が付勢されることによって回転ヨーク５６を介してシャフト軸４６に回転駆動力が伝達され、貫通孔４２の第１及び第２開口部４８、５０がそれぞれガス流入口２２及びガス流出口２４に接近するようにボールバルブ１４が回転する。そして、図２に示されるように、ボールバルブ１４の回動作用下に貫通孔４２がガス流入口２２及びガス流出口２４と一直線上となることにより、前記貫通孔４２を通じてガス流入口２２とガス流出口２４とが連通した弁開状態となる。これにより、ガス流入口２２に供給されている排気ガスが、ボールバルブ１４の貫通孔４２を通じてガス流出口２４側へと流通して図示しない内燃機関へと導入される。
【００３６】
この際、内燃機関において燃料が燃焼される際に生じた燃焼生成物等の塵埃を含んだ排気ガスが、バルブ押さえ１６とボディ本体１２との隙間Ｇ１（図２参照）や、シート面３６とボールバルブ１４との接触部分に生じる隙間Ｇ２（図２参照）に浸入してしまうと、燃焼生成物が各壁面に付着して堆積し、ボールバルブ１４の円滑な回動動作が制限される可能性がある。
【００３７】
そこで、本実施の形態に係る流路開閉弁１０では、上流側から下流側に向かって縮径するテーパ形状、つまり下流に進むについて狭くなる流入通路２２ａをガス流入口２２に設けている。これにより、流入通路２２ａを流れてきた排気ガスは、図２中の矢印Ｆ１に示すように、隙間Ｇ１、Ｇ２から離間して流路の中央部に集まるように流れ、該隙間Ｇ１、Ｇ２への排気ガスの流入が低減される。従って、排気ガス中の燃焼生成物が隙間Ｇ１、Ｇ２を形成するボディ本体１２やバルブ押さえ１６、ボールバルブ１４の各壁面に付着して堆積することを抑えることができ、ボールバルブ１４の円滑な回動動作が維持され、該回動動作に要するトルクを抑えることができる。
【００３８】
さらに、流路開閉弁１０では、ボールバルブ１４の下流側に設けられたバルブシート１８の第２連通路３８を下流側に向かって拡径するテーパ形状、つまり下流に進むにつれて広くなるように構成している。これにより、貫通孔４２を流れた排気ガスが第２連通路３８から急激に流路径が拡大したガス流出口２４（流出通路２４ａ）に流れ、該ガス流出口２４での渦流の発生等による圧損の増加を有効に抑えることができ、当該流路開閉弁１０を通過する排気ガスの流速を向上することができる。その結果、上記したテーパ形状の流入通路２２ａによる隙間Ｇ１、Ｇ２への排気ガスの浸入及び滞留を一層低減することができる。
【００３９】
このような流路開閉弁１０は、バルブシート１８の第２連通路３８を下流側に向かって拡径したテーパ形状に構成する以外にも、例えば、図３に示すように、第２連通路３８をテーパ形状ではない円筒状の第２連通路３８ａとし、ガス流出口２４にテーパ形状の流出通路６４ａを有する第２バルブシート６４を設けた流路開閉弁１０ａとして構成してもよい。
【００４０】
そうすると、図２に示すように第２連通路３８をテーパ形状に構成した場合と比べて、ボールバルブ１４の下流側流路のテーパ形状の角度を一層緩やかに構成することができる。従って、貫通孔４２から導出される排気ガスの流路径を一層緩やかに拡径することができるため、流出通路６４ａでの渦流の発生等による圧損の増加を一層有効に抑えることができる。その結果、当該流路開閉弁１０ａを通過する排気ガスの流速を一層向上することができ、隙間Ｇ１、Ｇ２への排気ガスの浸入及び滞留をより一層低減することができる。
【００４１】
なお、図３中に破線で示す第２連通路３８ｂ及び流出通路６４ｂのように、バルブシート１８から第２バルブシート６４へと連なる流路を一体的にテーパ形状に構成することも勿論可能である。そうすると、貫通孔４２から導出される排気ガスの流路径をさらに緩やかに拡径することが可能となる。
【００４２】
次に、第２の実施の形態に係る流路開閉弁７０を図４に示す。なお、上述した第１の実施の形態に係る流路開閉弁１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４３】
図４に示すように、この流路開閉弁７０は、上記第１の実施の形態の流路開閉弁１０（１０ａ）と比較して、ガス流入口２２に設けられる流入通路２２ａの下流端周りに、第１連通路３４内へと突出する環状壁７２と、該環状壁７２の外周側に形成される環状溝７４とをボディ本体１２に設けた点が相違する。
【００４４】
環状壁７２は、流入通路２２ａの下流端周縁から第１連通路３４内へと突出形成され、その内径Ｄ１が第１連通路３４や貫通孔４２の内径Ｄ２よりも小径に設定されることにより、バルブ押さえ１６とボディ本体１２の隙間Ｇ１の開口部を塞ぐラビリンス構造を形成している。環状溝７４は、その内壁が環状壁７２によって形成されており、該環状溝７４内にバルブ押さえ１６の一端が可動自在に係合されることで、前記隙間Ｇ１の開口部を塞ぐラビリンス構造を形成している。
【００４５】
以上のように、本実施の形態に係る流路開閉弁７０では、隙間Ｇ１を塞ぐラビリング構造を形成する環状壁７２をボディ本体１２に設けたことにより、流入通路２２ａを流れてきた排気ガスが隙間Ｇ１に流入することを一層低減することができ、該排気ガスを図４中の矢印Ｆ２に示すように第１連通路３４及び貫通孔４２へと一層円滑に流通させることができる。また、流路開閉弁７０では、ボディ本体１２に環状溝７４を設け、その内側にバルブ押さえ１６の一端を収納配置したことにより、隙間Ｇ１の開口部でのラビリンス構造を一層入り組んだ形状にすることができ、該隙間Ｇ１への排気ガスの流入をより一層低減することができる。
【００４６】
さらに、流路開閉弁７０では、流入通路２２ａの下流端（環状壁７２）の内径Ｄ１を、第１連通路３４や貫通孔４２の内径Ｄ２よりも小径に設定している。これにより、流入通路２２ａの下流端開口が、バルブ押さえ１６の第１連通路３４の上流側開口よりも小さくなるため、排気ガス流が隙間Ｇ１から一層離れたところに導入され、該隙間Ｇ１に燃焼生成物が一層堆積しにくくなるという効果も得られる。
【００４７】
勿論、環状壁７２や環状溝７４が設けられない第１の実施の形態に係る流路開閉弁１０（１０ａ）についても、流入通路２２ａの下流端開口の内径を、第１連通路３４の内径よりも小径に設定し、隙間Ｇ１への排気ガスの流入をさらに低減可能な構成としてもよい。
【００４８】
なお、本発明に係る流路開閉弁は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００４９】
例えば、図２に示されるテーパ形状の流入通路２２ａは、ボディ本体１２のガス流入口２２に成形した構成以外にも、例えば、図３に示される第２バルブシート６４と略同様に、大径且つ円筒状のガス流入口の内面に別体でテーパ形状の部材を嵌合した構成等にしてもよい。一方、図３に示されるテーパ形状の流出通路６４ａは、図２や図３に示されるテーパ形状の流入通路２２ａと略同様に、ボディ本体１２に形成されるガス流出口２４の内面形状をテーパ形状に成形した構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０、１０ａ、７０…流路開閉弁      １２…ボディ本体
１４…ボールバルブ                  １６…バルブ押さえ
１８…バルブシート                  ２０…駆動力伝達機構
２２…ガス流入口                    ２２ａ…流入通路
２４…ガス流出口                    ２４ａ、６４ａ…流出通路
３４…第１連通路                    ３８、３８ａ…第２連通路
４２…貫通孔                        ４６…シャフト軸
６４…第２バルブシート              ７２…環状壁
７４…環状溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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