(57)【要約】【課題】弁部材を閉方向に付勢する付勢部材の付勢力を低くすることで、回転軸と軸受けとの摩擦を低減させ、弁部材の開き角度を大きく確保する。【解決手段】バルブ構造３２の弁部材３８は、回転軸４０により、外筒３４に回転可能に支持される。回転軸４０は、弁部材３８の外周の接線より内側で、且つ中心点を避けた位置で弁部材３８に固定される。弁部材３８の閉方向への回転力を発生させる引張力をリンクアーム５４に常時作用させるリターンバネ５２は引張バネである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管に設けられ、前記排気管を閉塞する閉位置から、前記排気管を開放する開位置へ排気を受けて回転する弁部材と、
前記弁部材を前記排気の流れ方向に見て、前記弁部材の外周の接線より内側で且つ前記弁部材の中心点を避けた位置で前記弁部材に固定され、前記排気管に回転可能に取り付けられる回転軸と、
前記回転軸に固定されると共に前記回転軸から前記流れ方向で離間した位置に作用点を備えるリンク部材と、
前記排気管に設けられ前記弁部材の閉方向への回転力を発生させる引張力を前記作用点に常時作用させる引張バネと、
を有するバルブ構造。
【請求項２】
前記弁部材の前記中心点を含む受圧面が前記流れ方向の下流側に向かって凸の形状である請求項１に記載のバルブ構造。
【請求項３】
前記受圧面を前記流れ方向に沿った断面で見た曲率が、前記回転軸から離れるにしたがって大きくなるか、若しくは一定である請求項２に記載のバルブ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気管に設けられるバルブ構造として、特許文献１には、消音器のアウタシェルに設けられ、ばねによって開口部に付勢された弁体に高い排気ガス圧力が作用すると、弁体が軸を中心に回転し、開口部が開口される構造が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、ケーシングに回転可能に備えられたバルブ軸にバタフライバルブを固着した構造が記載されている。特許文献２では、バルブ軸の外周に巻装されたリターンスプリングの復元力により、バタフライバルブが閉方向に常時付勢されている。また、特許文献２の構造では、バルブ軸に固着されたリンクにコンプレッションスプリングのバネ力が作用するようになっている。そして、バタフライバルブが開くとき、リンクの連結ピンがターンオーバー位置に達するまでは、コンプレッションスプリングのバネ力がバタフライバルブの閉方向に作用する。連結ピンがターンオーバー位置を過ぎると、コンプレッションスプリングのバネ力がバタフライバルブの開方向に作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平３−５１１２４号公報
【特許文献２】特開平９−３０３１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
排気管の内部を弁部材の回転（回動）によって開閉するバルブ構造では、バネ等を用いて弁部材を閉位置に付勢する構造がある。バネ力の一部が、弁部材の軸に大きな荷重として作用すると、軸受け部分との摩擦が大きくなって弁部材が閉じづらくなる。弁部材を確実に閉じる（閉位置に維持する）ために閉方向にバネ力を大きく設定すると、開き角度を大きく確保することが難しくなる。
【０００６】
また、回転軸にリンクを取り付け、このリンクにバネ力が作用する構造も考えられるが、トーションバネを回転軸に巻装する構造では、リンクとして有効な長さを確保することが難しい。
【０００７】
本発明は上記事実を考慮し、弁部材を閉方向に付勢する付勢部材の付勢力を低くすることで、回転軸と軸受けとの摩擦を低減させ、弁部材の開き角度を大きく確保するバルブ構造を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様では、排気管に設けられ、前記排気管を閉塞する閉位置から、前記排気管を開放する開位置へ排気を受けて回転する弁部材と、前記弁部材を前記排気の流れ方向に見て、前記弁部材の外周の接線より内側で且つ前記弁部材の中心点を避けた位置で前記弁部材に固定され、前記排気管に回転可能に取り付けられる回転軸と、前記回転軸に固定されると共に前記回転軸から前記流れ方向で離間した位置に作用点を備えるリンク部材と、前記排気管に設けられ前記弁部材の閉方向への回転力を発生させる引張力を前記作用点に常時作用させる引張バネと、を有する。
【０００９】
このバルブ構造では、弁部材が、回転軸を回転中心として回転し、排気管の内部を開閉する。
【００１０】
回転軸に固定されたリンク部材の作用点には引張バネの引張力が作用している。この引張力の一部は、弁部材の閉方向への回転力として回転軸に作用する。すなわち、引張バネの引張力により、弁部材は閉方向への回転力を受ける。排気から弁部材に作用する開方向の力が大きくなると、引張バネの引張力による閉方向の回転力に抗して、弁部材が開方向に回転する。
【００１１】
回転軸（回転中心）は、弁部材の外周の接線より内側で且つ弁部材の中心点を避けた位置にある。すなわち、弁部材に排気から作用する力は、回転軸を境界とする広面積部（中心点を含む面、受圧面）と狭面積部（中心点を含まない面）に、反対方向の回転力として作用する。そして、排気から弁部材の広面積部に作用する力の一部が、狭面積部に作用する力によって相殺される。このため、回転軸が弁部材の外周の接線の位置に設けられる構造と比較して、実質的に排気から弁部材に作用する開方向の力は小さくなる。
【００１２】
このように、排気から弁部材に作用する開方向の力が小さくなるので、引張バネの引張力を小さく設定しても、排気の流れが弱い状態で、弁部材を確実に閉位置に戻すこと、あるいは閉位置に維持することができる。
【００１３】
そして、引張バネの引張力を弱くすることで、引張バネから回転軸に対し、回転中心に向かう方向の成分も小さくなる。回転軸と軸受けとの間には摩擦力が作用するが、この摩擦力も小さくなる。摩擦力が小さくなるため、弁部材の開位置での回転角度を大きく設定することができる。
【００１４】
加えて、第一の態様では、弁部材の閉方向への回転力を発生させる引張力を作用点に常時作用させる部材が、引張バネである。したがって、この部材が、たとえば回転軸に巻装されたトーションバネである構造と比較して、リンク部材の形状の自由度が大きい。リンク部材の作用点を回転軸から十分に離間した位置に設定することで、回転軸に作用する回転モーメントを大きくできる。これにより、引張バネの引張力を小さく設定でき、引張バネから回転軸に対し回転中心に向かう方向の成分も小さくできる。
【００１５】
本発明の第二の態様では、第一の態様において、前記弁部材の前記中心点を含む受圧面が前記流れ方向の下流側に向かって凸の形状である。
【００１６】
このため、弁部材が開位置にある姿勢では、回転軸から離れる程、排気の流れで作用する表面圧が高くなり、弁部材を開位置へ回転させる力も大きくなる。
【００１７】
本発明の第三の態様では、第二の態様において、前記受圧面を前記流れ方向に沿った断面で見た曲率が、前記回転軸から離れるにしたがって大きくなるか、若しくは一定である。
【００１８】
受圧面を流れ方向に沿った断面で見た曲率が、回転中心から離れるにしたがって小さくなる形状では、排気が受圧面に当たり受圧面に沿って流れるときに、負圧が発生するおそれがある。第三の態様のように、受圧面の曲率を、回転中心から離れるにしたがって大きくなるか、若しくは一定とすることで、このような負圧の発生を抑制できるので、弁部材を開位置へ回転させる力が大きくなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は上記構成としたので、弁部材を閉方向に付勢する付勢部材の付勢力を低くすることで、回転軸と軸受けとの摩擦を低減させ、弁部材の開き角度を大きく確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は第一実施形態のバルブ構造を排気管の一部と共に示す斜視図である。
【図２】図２は第一実施形態のバルブ構造を排気の流れの上流側から見た状態で排気管の一部と共に示す正面図である。
【図３】図３は第一実施形態のバルブ構造を排気管の一部と共に示す平面図である。
【図４】図４は第一実施形態のバルブ構造を排気管の一部と共に示す側面図である。
【図５】図５は第一実施形態のバルブ構造を弁部材の閉状態で示す図２の５−５線断面図である。
【図６】図６は第一実施形態のバルブ構造を弁部材の閉状態で示す図５と同位置の断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは第一比較例の弁部材と回転軸の関係を示す模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは第一実施形態の弁部材と回転軸の関係を示す模式図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは本発明に該当しない構造の弁部材と回転軸の関係を示す模式図である。
【図８Ａ】図８Ａは第一比較例の弁部材と回転軸の関係を示す模式図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは第一実施形態の弁部材と回転軸の関係を示す模式図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは本発明に該当しない構造の弁部材と回転軸の関係を示す模式図である。
【図９Ａ】図９Ａは第一実施形態においてリターンバネから作用する引張力を弁部材が閉位置にある状態で示す説明図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは第一実施形態においてリターンバネから作用する引張力を弁部材が閉位置と開位置の中間にある状態で示す説明図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは第一実施形態においてリターンバネから作用する引張力を弁部材が開位置にある状態で示す説明図である。
【図１０】図１０は第一実施形態において弁部材に作用する回転力と弁部材の開き角度との関係を定性的に示すグラフである。
【図１１】図１１は第二実施形態のバルブ構造を排気管の一部と共に示す斜視図である。
【図１２】図１２は第二実施形態のバルブ構造を弁部材の閉状態で示す断面図である。
【図１３】図１３は第二実施形態のバルブ構造を弁部材の開状態で示す断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは第二実施形態のバルブ構造を弁部材の閉状態で示す模式図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは第二実施形態のバルブ構造を弁部材の開状態で示す模式図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは第二実施形態の第一変形例のバルブ構造を弁部材の閉状態で示す模式図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは第二実施形態の第一変形例のバルブ構造を弁部材の開状態で示す模式図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは第二実施形態の第二変形例のバルブ構造を弁部材の閉状態で示す模式図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは第二実施形態の第二変形例のバルブ構造を弁部材の開状態で示す模式図である。
【図１７】図１７は第三実施形態のバルブ構造を排気の流れの上流側から見た状態で排気管の一部と共に示す正面図である。
【図１８】図１８は第三実施形態のバルブ構造を排気管の一部と共に示す側面図である。
【図１９】図１９は第三実施形態においてリターンバネから作用する引張力を弁部材が開位置にある状態で示す説明図である。
【図２０】図２０は第三実施形態において弁部材に作用する回転力と弁部材の開き角度との関係を定性的に示すグラフである。
【図２１】図２１は排気管における背圧とエンジン回転数との関係を定性的に示すグラフである。
【図２２】図２２は排気管における音圧レベルとエンジン回転数との関係を定性的に示すグラフである。
【図２３】図２３は弁部材の振幅と周波数及びエンジン回転数との関係を定性的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の第一実施形態のバルブ構造について、図面を参照して説明する。  
【００２２】
図１〜図３に示すように、第一実施形態のバルブ構造３２は、外筒３４に備えられる。この外筒３４としては、エンジンの排気が流れる排気管であってもよいし、たとえば、排気管が途中で分岐している場合は、分岐した部分（分岐管）であってもよい。さらに、排気管に消音器が設けられる構造では、外筒３４は、消音器の内部に設けられる管であってもよい。いずれの構造であっても、バルブ構造３２は、排気管に設けられていることになる。
【００２３】
図面において、排気の流れ方向を矢印Ｆ１で示す。単に「上流」及び「下流」というときは、それぞれ、排気の流れ方向における「上流」及び「下流」を意味する。本実施形態では、外筒３４は全体として略円筒状に形成されている。そして、排気の流れ方向は、外筒３４の軸方向と一致する。
【００２４】
図１及び図３に示すように、本実施形態の外筒３４には、軸方向の一部で、且つ周方向で対向する位置において、内側（軸方向と直交する方向）に凹む一対の凹部３６が形成されている。このような凹部３６が形成された部分では、凹部３６が形成されていない部分と比較して、外筒３４の面剛性が高い。
【００２５】
バルブ構造３２は、外筒３４の内部に配置される弁部材３８を有する。図１に示すように、弁部材３８は、凹部３６を形成した位置に設けられる。弁部材３８は、排気の流れ方向（矢印Ｆ１方向）に見て、外筒３４の内部を閉じることが可能な板状の部材である。特に第一実施形態では、弁部材３８は平板状である。
【００２６】
弁部材３８を正面から（矢印Ｆ１方向に見た）形状は、第一実施形態では、図２から分かるように、外筒３４の内部形状にあわせて略円形である。ただし、弁部材３８において、凹部３６に対応する部分は直線状に形成されており、全体として、弁部材３８は、いわゆるレーストラック形状である。
【００２７】
図２に示す弁部材３８の中心点ＣＰとは、弁部材３８を正面から（矢印Ｆ１方向に）見たときの面積の中心となる点である。すなわち、中心点ＣＰを通る任意の直線（たとえば直線Ｌ１）で弁部材３８を２つの部分に分けたときに、分けられた２つの面の面積が等しい。
【００２８】
弁部材３８には、回転軸４０が固定されている。回転軸４０の両側部分は、外筒３４に取り付けられた軸受け４２によって、外筒３４に対し回転可能に支持されている。本実施形態では、軸受け４２は凹部３６に設けられており、回転軸４０の両側部分は、凹部３６において外筒３４を貫通している。回転軸４０と外筒３４の貫通部分（貫通孔）の間にはパッキン４４が配置されており、外筒３４の内部と外部との気密性が保たれている。
【００２９】
回転軸４０の位置は、弁部材３８の外周の接線よりも内側で、且つ弁部材３８の中心点ＣＰを避けた位置である。したがって、図２から分かるように、弁部材３８は、正面から（矢印Ｆ１方向に）見たとき、中心点ＣＰを含む広面積部３８Ａと、中心を含まない狭面積部３８Ｂとに分けられる。
【００３０】
外筒３４の外周にはブラケット４８が固着されている。ブラケット４８の先端には係止部５０が形成されている。係止部５０には、リターンバネ５２の一端（係止点ＫＰ）が係止されている。第一実施形態では、ブラケット４８は、凹部３６の位置に設けられている。
【００３１】
回転軸４０が外筒３４及び軸受け４２から突出する部分（ブラケット４８と同じ側）には、リンク部材の一例であるリンクアーム５４が固着されている。リンクアーム５４には、係止部５６が形成されている。係止部５６には、リターンバネ５２の他端が係止されている。
【００３２】
リターンバネ５２は、引張力をリンクアーム５４に作用させる引張コイルバネである。リターンバネ５２の引張力は、リンクアーム５４を介して、回転軸４０に作用する。この引張力の一部（後述する接線方向成分ＳＦ−Ｔ）は、弁部材３８を常に閉方向（矢印Ｔ１方向）に回動させる方向に作用する。
【００３３】
図４から分かるように、係止部５６は、外筒３４を側面視して、回転軸４０よりも排気の流れ方向の下流側にオフセットされている。そして、リンクアーム５４は、回転軸４０を中心として係止部５６側が回転するリンクとして機能している。
【００３４】
外筒３４の外周には、回転軸４０の上流側にストッパ片５８が取り付けられている。リンクアーム５４には、２つのストッパ突起６０、６２が形成されている。２つのストッパ突起６０、６２のそれぞれは、回転軸４０から見て径方向外側に突出している。
【００３５】
ストッパ突起６０は、弁部材３８が閉位置ＴＰ（図５参照）からさらに閉方向（矢印Ｔ１方向）に回転しようとすると、ストッパ片５８に当たって閉方向への回転を阻止する位置に形成されている。
【００３６】
これに対し、ストッパ突起６２は、弁部材３８が開位置ＨＰ（図６参照）からさらに開方向（矢印Ｈ１方向）に回転しようとすると、ストッパ片５８にあたって、開方向への回転を阻止する位置に形成されている。すなわち、ストッパ突起６０、６２は、弁部材３８の回転範囲を閉位置ＴＰと開位置ＨＰとの間に規制している。
【００３７】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３８】
外筒３４内を排気が流れていない状態や、排気の流速が低い状態では、弁部材３８は、リターンバネ５２から作用する引張力の一部を閉方向の回転力として受け、図５に示すように閉位置ＴＰにある。この状態で、図１及び図４に示すように、ストッパ突起６０がストッパ片５８に当たっているので、弁部材３８はさらに閉方向に回転せず、閉位置ＴＰに維持される。
【００３９】
外筒３４内の排気の流速が高くなると、弁部材３８に排気から作用する力は、広面積部３８Ａでは開方向（矢印Ｈ１方向）に、狭面積部３８Ｂでは閉方向（矢印Ｔ１方向）に作用する。広面積部３８Ａの方が狭面積部３８Ｂよりも面積が広いため、排気から受ける力も大きいが、これらの力は回転方向としては反対方向である。このため、広面積部３８Ａに作用する開方向の回転力の一部は、狭面積部３８Ｂに作用する閉方向の回転力によって相殺される。その結果、弁部材３８には開方向の回転力が作用する。そして、この回転力がリターンバネ５２から作用する閉方向の回転力よりも大きいと、弁部材３８は開方向へ回転する。
【００４０】
図６に示すように、弁部材３８が開位置ＨＰに至ると、ストッパ突起６２がストッパ片５８に当たる。弁部材３８は、それ以上は開方向（矢印Ｈ１方向）に回転しない。
【００４１】
そして、排気から作用する開方向の回転力がリターンバネ５２から作用する閉方向の回転力より小さいと、弁部材３８は閉方向へ回転する。
【００４２】
ここで、図７Ａ〜図７Ｃ及び図８Ａ〜図８Ｃを用いて、回転軸４０、すなわち、弁部材３８の回転中心の位置について説明する。なお、図７Ａ〜図７Ｃは、弁部材３８が正面視で円形の場合、図８Ａ〜図８Ｃは、弁部材３８が正面視で長方形（正方形を含む）の場合であり、いずれも、弁部材の形状を単純化している。図７Ａの構造は、以下において第一比較例として説明する。
【００４３】
図７Ｂ、図８Ｂでは、上記実施形態と同様に、回転軸４０が、弁部材３８の外周の接線ＴＬとよりも内側で、中心点ＣＰを避けた位置を通っている。本実施形態では、この構造を採ったことで、回転軸４０によって、弁部材が広面積部３８Ａと狭面積部３８Ｂとに分けられていると言える。
【００４４】
これに対し、図７Ａ、図８Ａでは、回転軸４０の位置が弁部材３８の外周の接線と一致している。図７Ａ、図８Ａの構造では、回転軸４０によって、弁部材が広面積部と狭面積部（いずれも図７Ｂ、図８Ｂ参照）に分けられていない。そして、図７Ａ、図８Ａの構造では、排気から弁部材３８に作用する力がすべて、弁部材３８の開方向への回転力として作用する。すなわち、弁部材３８に開方向に作用する力が大きい。このため、弁部材３８を閉方向に付勢するためにも大きな力が必要であり、リターンバネの引張力は大きく設定される。
【００４５】
図９Ａ〜図９Ｃには、リターンバネ５２からリンクアーム５４に作用する力が、弁部材３８（リンクアーム５４）の位置との関係で示されている。図９Ａは、弁部材３８が閉位置ＴＰ（図５参照）にある状態、図９Ｃは弁部材３８が開位置ＨＰ（図６参照）にある状態、図９Ｂは弁部材が閉位置ＴＰと開位置ＨＰの中間にある状態を示す。
【００４６】
図９Ａ〜図９Ｃにおいて、弁部材３８（回転軸４０）の回転に伴い、リンクアーム５４も回転するので、作用点ＡＰが円周ＣＦ上を移動する。そして、引張力ＳＦの接線方向成分ＳＦ−Ｔが、弁部材３８の閉方向の力として作用する。これに対し、引張力ＳＦの法線方向成分ＳＦ−Ｎが、回転軸４０と軸受け４２との接触部分に作用する。この法線方向成分ＳＦ−Ｎの力が大きくなると、回転軸４０と軸受け４２との摩擦力も大きくなる。
【００４７】
なお、図９Ａ〜図９Ｃから分かるように、弁部材３８が回転する範囲内では、係止点ＫＰと回転軸４０（回転中心）を結ぶ直線Ｌ１に対し、作用点ＡＰが常に同じ側、すなわち接線方向成分ＳＦ−Ｔが閉方向の力として作用する側にある。
【００４８】
図９Ａから分かるように、弁部材３８が閉位置にあるときは、引張力ＳＦの接線方向成分ＳＦ−Ｔが法線方向成分ＳＦ−Ｎよりも大きい。しかし、図９Ｂから分かるように、弁部材３８が開位置へ回転するにしたがい、徐々に法線方向成分ＳＦ−Ｎが大きくなり、法線方向成分ＳＦ−Ｎは小さくなる。そして、たとえば弁部材３８が開位置にある状態では、図９Ｃに示すように、引張力ＳＦの法線方向成分ＳＦ−Ｎが接線方向成分ＳＦ−Ｔよりも大きい。このように、法線方向成分ＳＦ−Ｎが大きい状態では、回転軸４０と軸受け４２との摩擦力も大きい。
【００４９】
図１０には、第一実施形態及び第一比較例において、回転軸４０と軸受け４２との間の摩擦力（軸摩擦抵抗力）と、回転軸４０に作用する回転力（開方向及び閉方向）と、が、弁部材３８の開き角度の関数として定性的に示されている。開方向の回転力は、排気から作用する。閉方向の回転力は、リターンバネ５２から作用する。このグラフにおいて、細い線（実線、鎖線及び一点鎖線）は第一実施形態に対応し、太い線（実線、鎖線及び一点鎖線）は第一比較例に対応する。
【００５０】
このグラフから分かるように、第一実施形態では第一比較例よりも、排気から弁部材３８に作用する開方向の回転力が小さい。このため、リターンバネ５２から回転軸４０に作用する閉方向の回転力も、第一比較例よりも第一実施形態のほうが小さく設定される。そして、「軸摩擦抵抗力」すなわち回転軸４０と軸受け４２との摩擦力も、第一比較例より第一実施形態のほうが小さい。実際に弁部材３８を閉方向へ回転させるには、閉方向の回転力が、軸摩擦抵抗力よりも大きいことが必要であるため、これらを示す曲線の交点における弁部材３８の開き角度が「最大開度」となる。第一実施形態では第一比較例よりも、最大開度が大きくなっていることが分かる。
【００５１】
しかも、第一実施形態では、回転軸４０に閉方向の回転力を作用させる部材として、引張コイルバネの一例であるリターンバネ５２を用いている。これに対し、引張コイルバネに代えて、たとえば、回転軸４０に巻きつけるタイプのバネ（ねじりコイルバネ）を用いることも考えられる。しかし、ねじりコイルバネを回転軸４０に装着し、作用点ＡＰ（図６Ａ〜図６Ｃ参照）を回転軸４０から離れた位置に設定すると、ねじりコイルバネの腕部分が長くなる。そして、ねじりコイルバネの腕部分が長くなると、腕部分の撓みや捩れが生じることがあり、安定的な引張力を回転軸に作用させることが難しい。
【００５２】
第一実施形態では、弁部材３８に閉方向の回転力を作用させる部材として引張コイルバネを用いているので、作用点ＡＰの位置の設定の自由度が大きい。このため、たとえば、作用点ＡＰを回転軸４０から離れた位置とすることが可能である。作用点ＡＰを回転軸４０から離すことで、リターンバネ５２の引張力は弱くても、閉方向には大きな回転力（回転モーメント）を回転軸４０に作用させることが可能である。リターンバネ５２の引張力を弱くすることで、弁部材３８の「最大開度」が大きくなる。
【００５３】
なお、上記したように、排気から弁部材３８に作用する開方向の回転力を小さくする観点では、回転軸４０（回転中心）の位置を中心点ＣＰに近づけることが望ましい。しかし、図７Ｃ及び図８Ｃに示すように回転軸４０の位置を、中心点ＣＰを通るように設定すると、回転軸４０によって分けられる２つの部分の面積が等しくなる。そして、排気から弁部材３８に作用する力が、これら２つの部分で相殺してゼロになる（開方向にも閉方向にも作用しない）ため、弁部材３８を開方向に回転させることが難しい。第一実施形態では、回転軸４０（回転中心）が中心点ＣＰを避けており、広面積部３８Ａと狭面積部３８Ｂとが生じている。このため、排気から作用する力で弁部材３８を確実に開方向へ回転させることができる。
【００５４】
次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同一の要素、部材等については、同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００５５】
第二実施形態のバルブ構造１１２では、弁部材の構造が第一実施形態と異なる。すなわち、図１２及び図１３にも示すように、第二実施形態の弁部材１１８は、排気の流れ方向に沿った断面で見て、広面積部１１８Ａ（受圧面）が、流れ方向の下流側に向かって凸となるように湾曲している。第二実施形態は、図１１から分かるように、弁部材の形状以外は、第一実施形態と同一の構造である。
【００５６】
なお、図１２に示す例において、狭面積部１１８Ｂは流れ方向の上流側に向かって凸となるよう湾曲しているが、狭面積部１１８Ｂの形状は特に限定されない。
【００５７】
図１４Ａ及び図１４Ｂには、第二実施形態の弁部材１１８の形状が、弁部材１１８を流れ方向に沿った断面で模式的に示されている。この断面において、第二実施形態の広面積部１１８Ａの曲率は、回転軸４０（回転中心）からの距離に関わらず一定である。換言すれば、図１２、図１３、図１４Ａ及び図１４Ｂに現れる広面積部１１８Ａの形状は、円の一部である。
【００５８】
第二実施形態のバルブ構造１１２においても、外筒３４内を排気が流れていない状態や、排気の流速が低い状態では、弁部材１１８は開方向及び閉方向に回転せず、閉位置ＴＰに維持される。
【００５９】
第二実施形態では、広面積部１１８Ａ（受圧面）が排気の流れ方向の下流側に向かって凸の形状である。したがって、図１３に示すように、弁部材１１８が開位置ＨＰにあるとき（あるいは閉位置ＴＰと開位置ＨＰの中間にあるとき）、排気の流れにより発生する弁部材１１８の表面圧ＳＰが、回転軸４０から離れるほど大きくなる傾向にある。これにより、弁部材１１８に作用する開方向の回転力も大きくなるので、弁部材１１８の開き角度が大きくなる。
【００６０】
特に、第二実施形態では、弁部材１１８の広面積部１１８Ａの曲率が、回転軸４０（回転中心）からの距離に関わらず一定である。換言すれば、第二実施形態では、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、広面積部１１８Ａ内の任意の点ＡＡにおいて広面積部１２８Ａの曲率と同一曲率の仮想円ＫＣを想定すると、仮想円ＫＣは広面積部１１８Ａと一致する。
【００６１】
第二実施形態において、図１４Ｂに示すように、弁部材１１８が開位置ＨＰにあるとき、点ＡＡで広面積部１１８Ａに当たった排気は、矢印Ｆ２で示すように、広面積部１１８Ａに沿って下流側へ移動する。広面積部１１８Ａはこの排気の流れＦ２に沿った位置にある。排気の流れＦ２が広面積部１１８Ａから離れないので、広面積部１１８Ａで負圧が発生することは抑制される。
【００６２】
なお、弁部材としては、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、第二実施形態の第一変形例の弁部材１２０でもよい。この弁部材１２０は広面積部１２０Ａと狭面積部１２０Ｂとに分けられており、広面積部１２０Ａの曲率が、回転軸４０（回転中心）から離れるにしたがって大きくなる形状である。
【００６３】
図１５Ａ及び図１５Ｂに示す構造においては、回転軸４０から見て点ＡＡよりも遠い位置では、広面積部１２０Ａは仮想円ＫＣよりも排気の流れ方向の上流側にある。図１５Ｂに示すように、弁部材１２０が開位置ＨＰにあるとき、点ＡＡで広面積部１２０Ａに当たった排気は、矢印Ｆ２で示すように、広面積部１２０Ａに沿って下流側へ移動する。この排気の流れＦ２により、広面積部１２０Ａを開方向（下流側）へ押す力が作用する。すなわち、図１５Ａ及び図１５Ｂに示す構造においても、広面積部１２０Ａで負圧が発生することは抑制される。
【００６４】
ここで、第二実施形態の第二変形例として、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、弁部材１２８が広面積部１２８Ａと狭面積部１２８Ｂとに分けられ、広面積部１２８Ａの曲率が、回転軸４０（回転中心）から離れるにつれて小さくなる（ゼロになる場合やマイナスになる場合を含む）形状を考える。
【００６５】
第二変形例では、広面積部１２８Ａの任意の点ＡＡにおいて、仮想円ＫＣを想定すると、点ＡＡよりも回転軸４０から遠い位置では、仮想円ＫＣよりも下流側に広面積部１２８Ａが位置する。この構造では、図１６Ｂに示すように、広面積部１２８Ａに当たった排気の流れＦ２の一部が広面積部１２８Ａから離れる方向に生じると、広面積部１２８Ａにおいて負圧が発生するおそれがある。そしてこの負圧は、弁部材１２８に閉方向の回転力を作用させてしまう。
【００６６】
本発明としては第二変形例の構造も含まれるが、特に、第二実施形態及び第一変形例では、弁部材１１８、１２０が開位置ＨＰにあるときに、弁部材１１８、１２０の閉方向への回転力を作用させる負圧の発生を抑制できる。これにより、弁部材１２０の開き角度が大きくなる。
【００６７】
次に、第三実施形態についで説明する。第三実施形態において、第一実施形態又は第二実施形態と同一の要素及び部材については、同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００６８】
第三実施形態のバルブ構造２１２では、図１７及び図１８に示すように、第一実施形態または第二実施形態のブラケット４８に加えて、ブラケット２１４を有する。
【００６９】
このブラケット２１４は、係止部２１６を有する。係止部２１６の位置（係止点ＫＰ２）は、図１８に示すように外筒３４を側方から見たとき、回転軸４０を中心として係止部５０の位置（係止点ＫＰ１）と点対称である。
【００７０】
第三実施形態のリンクアーム２１８は、２つの係止部２２０、２２２を有する。係止部２２０（作用点ＡＰ１）と係止部２２２（作用点ＡＰ２）は、回転軸４０を中心として互いに点対称の位置である。
【００７１】
そして、第三実施形態では、リターンバネ５２に加えて、リターンバネ２２４を有する。リターンバネ５２の一端は係止部５０に、他端は係止部２２０に係止される。リターンバネ２２４の一端は係止部２１６に、他端は係止部２２２に係止される。これにより、回転軸４０を中心として点対称の位置で、２つのリターンバネ５２、２２４がリンクアーム２１８に対し点対称の方向の引張力ＳＦ、ＴＦを作用させる。
【００７２】
図１９には、第三実施形態において、弁部材１１８が開位置にある状態での、リターンバネ５２、２２４からリンクアーム２１８に作用する引張力ＳＦ、ＴＦが示されている。第三実施形態では、リンクアーム２１８に対しリターンバネ５２から作用する引張力ＳＦとリターンバネ２２４から作用する引張力ＴＦとが点対称の関係にある。リターンバネ５２から作用する引張力ＳＦの接線方向成分ＳＦ−Ｔと、リターンバネ２２４から作用する引張力ＴＦの接線方向成分ＴＦ−Ｔとは、いずれも弁部材１１８の閉方向（矢印Ｔ１方向）に働く。このため、第一実施形態や第二実施形態と比較して、弁部材１１８の閉方向に作用する力は大きい。
【００７３】
これに対し、リターンバネ５２から作用する引張力ＳＦの法線方向成分ＳＦ−Ｎと、リターンバネ２２４から作用する引張力ＴＦの法線方向成分ＴＦ−Ｎとは、大きさが等しく向きが逆であり、相殺しあう。このため、回転軸４０と軸受け４２との接触部分には、実質的にリターンバネ５２、２２４からの力が作用せず（たとえ作用しても小さく）、回転軸４０と軸受け４２との摩擦力も小さくなる。
【００７４】
図２０には、第三実施形態において、回転軸４０と軸受け４２との間の摩擦力（軸摩擦抵抗力）と、回転軸４０に作用する閉方向の回転力と、が、弁部材３８の開き角度の関数として定性的に示されている。
【００７５】
第三実施形態では、上記したように、回転軸４０と軸受け４２との接触部分には、実質的にリターンバネ５２、２２４からの力が作用しないため、回転軸４０と軸受け４２との摩擦力は小さく、且つ開き角度に関わらず一定である。このため、第三実施形態の最大開度は、第一実施形態の最大開度や第二実施形態の最大開度と比較して、最大開度が大きくなる。
【００７６】
なお、第三実施形態において、上記した例では、２つのリターンバネ５２、２２４が回転軸４０を中心として、２回対称の回転対称の関係にある、とも言える。そして、第三実施形態では、２以上の自然数Ｎを用いて、Ｎ回対称の回転対称の位置となるように、Ｎ個のリターンバネを設けてもよい。たとえば、Ｎ＝３とすれば、中心角１２０度の位置で、３つのリターンバネが回転対称の位置で備えられる構成となる。
【００７７】
第一実施形態〜第三実施形態において、外筒３４には一対の凹部３６が形成されており、この凹部３６に軸受け４２が設けられている。すなわち、凹部３６が軸受け４２の座面として作用している。これにより、軸受け４２の座面部分の面剛性が高い構造が実現できる。軸受け４２の座面部分の面剛性が高いので、軸受け４２から外筒３４に作用する力によって外筒３４に撓み生じることが抑制される。そして、軸受け４２と回転軸４０との中心線のズレが抑制されるので、軸受け４２と回転軸４０との摩擦力の増加も抑制され、弁部材３８、１１８の最大開度を大きくできる。
【００７８】
以上説明したように、第一実施形態〜第三実施形態のバルブ構造では、弁部材３８、１１８を大きく開くことができ、排気が通る断面積を広く確保できる。このため、たとえば、エンジンの高回転時であっても、弁部材３８における圧力損失を小さくし、背圧を低下させる効果が高いバルブ構造３２を実現できる。
【００７９】
一例として、図２１には、第二実施形態と第一比較例における、エンジン回転数と背圧との関係が定性的に示されている。なお、以下の図２１〜図２３のグラフにおいては、実線が第二実施形態に、破線が第一比較例にそれぞれ対応する。
【００８０】
図２１から分かるように、第二実施形態では、第一比較例よりも、特に高回転域（４００ｒｐｍ以上）において、背圧を低減する効果が高い。
【００８１】
また、第一実施形態〜第三実施形態のバルブ構造では、弁部材３８を大きく開くことで、弁部材３８に排気が当たって生じる騒音を低減することも可能である。
【００８２】
一例として、図２２には、第二実施形態と第一比較例における、エンジン回転数と排気音の音圧レベルとの関係が定性的に示されている。第二実施形態では、第一比較例よりも、特に騒音を抑制する効果が高いことが分かる。特に、第二実施形態では、エンジン回転数が３０００〜５０００ｒｐｍの範囲で、音圧レベルが第一比較例よりも低くなっている。
【００８３】
さらに、第一実施形態〜第三実施形態のバルブ構造では、弁部材３８を大きく開くことで、リターンバネ５２（又はリターンバネ５２、２２４）と排気とが弁部材３８、１１８に作用することによる共振音を抑制できる。
【００８４】
ここで、一般に、１自由度で振動する系における振動数ｆは、この系に引張力を作用させるバネのバネ定数をｋ、系の慣性モーメントをＩとして
【００８５】
【数１】
2016079807.tif 000003
【００８６】
である。Ｉは、この系の質量ｍと、回転中心（回転軸４０）から質量中心までの距離Ｌを用いて、
【数２】
2016079807.tif 000004
【００８７】
である。たとえば、質量ｍを大きくすると、式（２）から分かるように、慣性モーメントＩも大きくなる。そして、慣性モーメントＩが大きくなると、式（１）から分かるように、振動数ｆは小さくなる。しかし、質量ｍが大きくなると、バルブ構造としても質量増を招く。
【００８８】
これに対し、第一実施形態〜第三実施形態では、リターンバネ５２、２２４として引張力の小さいバネを用いることができ、これは、上記式（１）において、バネ定数Ｋを小さくすることになる。第一実施形態〜第三実施形態では、弁部材３８、１１８の質量ｍは大きくしないので、バルブ構造３２、１１２、２１２としても質量増を招かない。
【００８９】
図２３には、第二実施形態と第一比較例における、エンジン回転数と弁部材の振幅との関係が定性的に示されている。振幅の極大値を取る振動数は、第一比較例の場合が２７．６Ｈｚであるのに対し、第二実施形態では１８．３Ｈｚに下がっている。そして、エンジンのアイドル時の回転数の一例である６００〜８００ｒｐｍでの振幅は、第一比較例よりも第二実施形態のほうが小さい。このように、第二実施形態では、エンジンのアイドル域における弁部材３８の振幅が小さいので、共振音を抑制する効果が高い。
【符号の説明】
【００９０】
３２  バルブ構造
３４  外筒（排気管の一例）
３８  弁部材
３８Ａ      広面積部（受圧面の一例）
４０  回転軸
５２  リターンバネ（引張バネの一例）
５４  リンクアーム（リンク部材の一例）
１１２      バルブ構造
１１８      弁部材
１１８Ａ    広面積部（受圧面の一例）
１２０      弁部材
１２０Ａ    広面積部（受圧面の一例）
２１２      バルブ構造
２１８      リンクアーム（リンク部材の一例）
２２４      リターンバネ（引張バネの一例）
【図１】
2016079807.tif 000005
【図２】
2016079807.tif 000006
【図３】
2016079807.tif 000007
【図４】
2016079807.tif 000008
【図５】
2016079807.tif 000009
【図６】
2016079807.tif 000010
【図７Ａ】
2016079807.tif 000011
【図７Ｂ】
2016079807.tif 000012
【図７Ｃ】
2016079807.tif 000013
【図８Ａ】
2016079807.tif 000014
【図８Ｂ】
2016079807.tif 000015
【図８Ｃ】
2016079807.tif 000016
【図９Ａ】
2016079807.tif 000017
【図９Ｂ】
2016079807.tif 000018
【図９Ｃ】
2016079807.tif 000019
【図１０】
2016079807.tif 000020
【図１１】
2016079807.tif 000021
【図１２】
2016079807.tif 000022
【図１３】
2016079807.tif 000023
【図１４Ａ】
2016079807.tif 000024
【図１４Ｂ】
2016079807.tif 000025
【図１５Ａ】
2016079807.tif 000026
【図１５Ｂ】
2016079807.tif 000027
【図１６Ａ】
2016079807.tif 000028
【図１６Ｂ】
2016079807.tif 000029
【図１７】
2016079807.tif 000030
【図１８】
2016079807.tif 000031
【図１９】
2016079807.tif 000032
【図２０】
2016079807.tif 000033
【図２１】
2016079807.tif 000034
【図２２】
2016079807.tif 000035
【図２３】
2016079807.tif 000036