JP4575172B2 - 排気流路制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（例えば、自動車のエンジン等）の排気流路に配置される排気流路制御弁に関する。詳しくは、排気流路を流れる排気ガスの圧力が所定値以上となったときに開弁する排気流路制御弁に関する。

内燃機関の排気流路には、排気ガスの圧力が所定値以上となると開弁する排気流路制御弁が配置される。例えば、自動車のエンジンの排気系では、消音器内に消音器の通気抵抗を低減させるバイパス流路が設けられ、このバイパス流路に排気流路制御弁が配置される。排気流路制御弁は、排気ガスの圧力が高圧のときは開弁してエンジン出力を高出力化し、排気ガスの圧力が低いときは閉弁して消音性能を高める。
従来、この種の排気流路制御弁としてはバタフライ弁が用いられてきたが、バタフライ弁は弁開度に比例してばね荷重が線形的に増加する。したがって、排気ガスの圧力が所定値となって開弁を開始しても、弁が全開となるためには排気ガスの圧力がかなり高くなる必要があった。そこで、弁開度の増加に対する弁開き荷重の増加率を緩やかとし、排気ガスの圧力が所定値を超えると一気に全開となり、充分な弁開度を得ることができる排気流路制御弁が開発されている（特許文献１）。

特許文献１の排気流路制御弁は、エンジンの排気ガスが流れるハウジングと、ハウジングに装着した弁体と、弁体を閉じ側に付勢するねじりコイルばねを備える。ねじりコイルばねは弁体の反ハウジング側に配置される。ねじりコイルばねのコイル部は、弁体の略中央に設けたばね受け部に支持され、コイル部の巻回軸線は弁体表面に略平行となっている。ねじりコイルばねのアームは、ばね取付部材に支持されており、ばね取付部材に対してその軸線方向に摺動自在となっている。これらの部品が組み立てられるとアームが回転変位し、アームの回転変位により発生するコイル部の撓み反力によって弁体が閉じ側に付勢される。
この排気流路制御弁では、弁体が開き側に変移すると、ねじりコイルばねのアームがばね取付部材に対して摺動し、コイル部の撓み反力を生じるアームの有効長（荷重作用半径）が変化する。したがって、弁体の開き側への変移に伴ってアームの有効長が長くなるように設定することで、弁開き荷重の増加を低く抑えることができる。これにより、排気ガスの圧力が所定値を超えると一気に全開となり、充分な弁開度を得ることができる。
特許３３２６７４６号

上述した説明から明らかなように特許文献１の排気流路制御弁では、組立時におけるねじりコイルばねのアームの回転角度によって開弁時の弁開き荷重が決定される。組立時のアームの回転角度は、組立前のアーム角度と、組立後のアーム角度によって決まる。組立後のアーム角度はハウジングやばね取付部材の寸法から一定値となるため、開弁時の弁開き荷重を所望の値とするためには、組立前のアーム角度をコントロールする必要がある。
しかしながら、ねじりコイルばねの製造工程には時効処理等の熱処理工程が含まれ、この熱処理工程によってねじりコイルばねの形状、特に自由時のアーム相対角度が変化する。熱処理工程による形状変化の程度はバラツキが大きく、ねじりコイルばねの形状精度を高めることは困難であった。特に、排気流路制御弁に用いられるねじりコイルばねは、高温の排気ガス（例えば、５００〜６００℃）によって加熱されるものであるため、インコネル等の特殊な材料が用いられる。このような特殊な材料を用いた場合、熱処理による形状変化のバラツキがより大きくなり、熱処理後の形状精度を高めることは困難であった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ねじりコイルばねの形状にバラツキが生じる場合であっても、所望の弁開き荷重（開弁時の弁開き荷重）に設定することができる排気流路制御弁とその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本願第１の排気流路制御弁は、内燃機関からの排気ガスが流れる排気流路に配置され、排気ガスの圧力が所定値以上となると開弁する排気流路制御弁である。この排気流路制御弁は、排気流路が形成されたハウジングと、ハウジングの一端から離れて排気流路を開く開位置と、ハウジングの一端に当接して排気流路を閉じる閉位置とに移動可能とされる板状の弁体と、弁体の反ハウジング側に配置されたねじりコイルばねと、ねじりコイルばねのアームをその軸線方向に摺動自在に支持するばね取付部材を備えている。ねじりコイルばねは、ばね素線がコイル状に巻回されたコイル部と、コイル部の両端に設けられたアームとを有し、コイル部は弁体の略中央でその巻回軸線が弁体表面と略平行となるように配置されており、コイル部の撓み反力によって弁体を閉じ側に付勢する。ばね取付部材には、弁体を案内する案内部と、ねじりコイルばねのアームをその軸線方向に摺動自在に支持するばね取付孔が形成されている。そして、ばね取付部材のばね取付孔にねじりコイルばねのアームを組付けた状態で、弁体が閉位置にあるときのアームの回転角度が変更できるように、ハウジングに対するばね取付部材の取付位置が調整可能となっている。
この排気流路制御弁では、ハウジングとばね取付部材が別部材で構成され、ハウジングに対するばね取付部材の取付け位置が調整可能となっている。このため、ねじりコイルばねの形状にバラツキが生じても、ハウジングに対するばね取付部材の取付け位置を調整することで、開弁時の弁開き荷重を所望の値に調整することができる。

また、上記課題を解決するために、本願第２の排気流路制御弁は、内燃機関からの排気ガスが流れる排気流路に配置され、排気ガスの圧力が所定値以上となると開弁する排気流路制御弁である。この排気流路制御弁は、排気流路が形成されたハウジングと、ハウジングの排気流路を開閉する弁体と、弁体の反ハウジング側に配置されたねじりコイルばねを備えている。ねじりコイルばねは、ばね素線がコイル状に巻回されたコイル部と、コイル部の両端に設けられたアームとを有し、コイル部は弁体の略中央でその巻回軸線が弁体表面と略平行となるように配置されており、コイル部の撓み反力によって弁体を閉じ側に付勢する。そして、ハウジングには、ねじりコイルばねのアームをその軸線方向に摺動自在に支持するばね取付孔が複数形成されており、アームを取付けるばね取付孔を変更することで弁体が閉じ位置にあるときのアームの回転角度が変更される。
この排気流路制御弁では、ハウジングに複数のばね取付孔が形成されており、ねじりコイルばねの取付け位置を変更することができる。このため、ねじりコイルばねの形状にバラツキが生じても、そのバラツキに応じてねじりコイルばねの取付け位置を変更することで、開弁時の弁開き荷重を所望の値に調整することができる。

上記の各排気流路制御弁においては、弁体が閉じ位置にあるときに、アーム取付位置（すなわち、第１の排気流路制御弁におけるばね取付部材へのアーム取付け位置、第２の排気流路制御弁におけるばね取付孔の位置）の高さがコイル部の上面より低く、かつ、コイル部の下面より高いことが好ましい。
アーム取付位置の高さをコイル部の上面より低くするのは、アーム取付位置の高さがコイル部の上面より高いと、弁体の開き側への移動に伴ってアームの有効長が短くなり、弁開度の増加に対する弁開き荷重の増加率が大きくなってしまうためである。一方、アーム取付位置の高さをコイル部の下面より高くするのは、アーム支持位置の高さがコイル部の下面より低くなると、アーム取付け部に対するアームの摺動量が増加してしまうためである。

また、ハウジングと弁体とのシール面には金属メッシュシートが配設されていることが好ましい。ハウジングと弁体とのシール面に金属メッシュシートを配設することで、閉弁時のシール性を向上でき、また、閉弁時の打音の発生を抑制することができる。ハウジングと弁体とのシール面に金属メッシュシートを配設する場合には、金属メッシュシートは、ハウジングに溶接される溶接部と、ハウジングと弁体とのシール面をシールするシール部と、を有しており、シール部ではハウジングに溶接されていないことが好ましい。

さらに、弁体の略中央にはねじりコイルばねのコイル部を保持するばね受け部が形成されており、コイル部とばね受け部との間に金属メッシュシートが配設されていることが好ましい。コイル部とばね受け部との間に金属メッシュシートを配することで、コイル部とばね受け部の摩擦抵抗が減少し、過大なヒステリシスの発生を抑制することができる。

また、本発明は、上記第１の排気流路制御弁を製造するための新規な製造方法を提供する。すなわち、本発明の排気流路制御弁の製造方法は、上記第１の排気流路制御弁を製造する方法であって、ハウジングに弁体を組付ける工程と、ねじりコイルばねのアームをばね取付部材に組付ける工程と、弁体が組み付けられたハウジングに対して、ねじりコイルばねが組み付けられたばね取付部材を固定する工程と、を有する。
そして、前記固定工程は、（１）ハウジングに対するばね取付部材の取付位置を変更しながらねじりコイルばねから弁体に作用する押圧力を計測する工程と、（２）測定された押圧力が設定値となった位置でばね取付部材をハウジングに固定する工程とを有する。
この製造方法によると、ねじりコイルばねから弁体に作用する押圧力を計測し、その計測値が設定値となったときにばね取付部材をハウジングに固定する。このため、開弁時の弁開き荷重を所望の値に設定することができる。

次に、本発明を具現化した第１実施形態の排気流路制御弁について添付図面を参照して詳細に説明する。図１〜４には本実施形態に係る排気流路制御弁の全体構成が示されている。図１〜４に示すように、排気流路制御弁は管状のパイプ材からなるハウジング３０を備えている。ハウジング３０の下端（排気管接続口）には自動車等のエンジンから排出されるガスが導入され、ハウジング３０内を排気ガスが流れるようになっている。ハウジング３０の上端（排気口）は、弁体２０によって開閉可能に閉じられている。

弁体２０は、プレス成形等によって製造される板成形品である。図４に良く示されるように弁体２０は、その中央にばね受け部２２が形成され、その外周上の対向する位置に一対の溝２４ａ，２４ｂが形成されている。ばね受け部２２は、ハウジング側に凹に形成されており、ねじりコイルばね４０のコイル部４１の形状に応じた形状に形成されている。
弁体２０の裏面（ハウジング側の面）には、リング形状の金属メッシュシート３２がスポット溶接等によって固着されている。金属メッシュシート３２は、金属線を編込んでメッシュ状にしたものであり、ある程度の弾力性を備えている。金属メッシュシートとしては、例えばステンレス鋼線を用いたものがあり、その他焼結多孔質金属板、黒鉛と金属線の複合体、セラミックス繊維からなるシート等を用いることができる。弁体２０がハウジング３０の上端（排気口）を閉じると、金属メッシュシート３２がハウジング３０のシール面と当接するようになっている。金属メッシュシート３２が弾力性を有することから、金属メッシュシート３２によってシール性の向上と、弁体２０が閉弁する時の弁体２０とハウジング３０との打音の発生防止が図られている。

弁体２０の反ハウジング側にはねじりコイルばね４０が配されている。ねじりコイルばね４０は、ばね素線をコイル状に巻回したコイル部４１と、コイル部４１の両端に形成されたアーム４２ａ、４２ｂを備えている。コイル部４１は、弁体２０のばね受け部２２に保持されている。コイル部４１の外周がばね受け部２２に保持されると、コイル部４１の巻回軸線が弁体２０（弁体２０の上面）と略平行となっている。

ねじりコイルばね４０のアーム４２ａ，４２ｂは、ばね取付部材１２に形成された取付孔１４ａ，１４ｂにそれぞれ取付けられる。アーム４２ａ，４２ｂは、取付孔１４ａ，１４ｂに対してその長手方向に摺動自在に支持される。
また、ばね取付部材１２には、弁体２０を案内する案内部１６ａ，１６ｂと、それら案内部１６ａ，１６ｂの下端に連なる固定部１８ａ，１８ｂが形成されている。案内部１６ａ，１６ｂは、ばね取付部材１２がハウジング３０に固定されたときに、弁体２０の溝２４ａ，２４ｂを案内する。弁体２０は、案内部１６ａ，１６ｂに案内されることで、図１に示す閉弁状態から図３に示す開弁状態まで移動することができる。なお、図３に示す開弁状態では、弁体２０の上面がばね取付部材１２に当接し、弁体２０のそれ以上の開弁方向への移動が規制される。
固定部１８ａ，１８ｂは、溶接等によってハウジング３０に固定される部位である。ばね取付部材１２にねじりコイルばね４０を取付けた状態で固定部１８ａ，１８ｂがハウジング３０に固定されると、アーム４２ａ、４２ｂが回転方向に撓み、コイル部の撓み反力によって弁体２０を閉じ側に付勢する。ねじりコイルばね４０から弁体２０へ作用する押圧力は、ばね取付部材１２のハウジング３０への取付位置を調整することで調整することができる。

図５はばね取付部材１２のハウジング３０への取付位置の調整方法を模式的に示す図である。ばね取付部材１２をハウジング３０へ取付るためには、まず、図５（ａ）に示すように、ハウジング３０に弁体２０を組付けた状態とする共に、ばね取付部材１２にねじりコイルばね４０を組付けた状態とする。
次に、図５（ｂ）に示すように、ばね取付部材１２に操作力Ｐ’を加えて、ばね取付部材１２をハウジング３０の上方から下方にスライド移動させる。ばね取付部材１２に加える操作力Ｐ’は、ねじりコイルばね４０からの反力と釣り合い、また、ねじりコイルばね４０から弁体２０に作用する押圧力Ｐ’に等しい。したがって、ばね取付部材１２に加える操作力Ｐ’を計測しながらばね取付部材１２を下方に移動させ、操作力Ｐ’が所望の値となったときに固定部１８ａ，１８ｂをハウジング３０に固定する。このような組付方法を用いると、ねじりコイルばね４０を所望のセット荷重に設定することができ、これによって所望の排気ガス圧力となったときに弁体２０を開弁させることができる。

上述した排気流路制御弁では、ハウジング３０内を流れる排気ガスの圧力が所定値より低いと弁体２０がハウジング３０の排気口を閉じ、排気ガスの圧力が所定値より高くなると弁体２０がハウジング３０の排気口を開ける。弁体２０が開き方向に移動すると、ねじりコイルばね４０のアーム４２ａ，４２ｂが摺動し、アーム４２ａ，４２ｂの荷重作用半径が長くなる。このため、弁体の移動量（弁開度）の増加に対して弁開き荷重の増加率を低く抑えることができる。ここで、荷重作用半径とは、コイル中心から取り付け位置までの距離をいう。
図６は上述した排気流路制御弁の弁開度と弁開き荷重の関係を示すグラフである。図中、比較例としてバタフライ式の排気流路制御弁の結果と、ばねの形状誤差による影響（ばね取付部材１２の位置調整を行わないときの結果）を併せて示している。図６より明らかなように、本実施形態の排気流路制御弁は、弁開度に対する弁開き荷重の上昇率が低く抑えられている。このため、排気ガスの圧力が所定値を越えると速やかに弁体２０が開き、充分な弁開度を得ることができる。
また、図に示すように、ばねに形状誤差が生じると、所望の「弁開度−弁開き荷重」の特性（図中、中心値で示されている）からのずれが生じる。しかしながら、本実施形態では、ハウジング３０に対するばね取付部材１２の取付位置を調整することで、所望の「弁開度−弁開き荷重」に設定することができる。

上述したことから明らかなように、第１実施形態の排気流路制御弁では、ねじりコイルばね４０に形状誤差があっても、ハウジング３０に対するばね取付部材１２の取付位置を調整することで、所望の「弁開度−弁開き荷重」特性に設定することができる。
また、本実施形態では、弁体１２を板成形品として一体で成形しているため強度が向上し、これによって振動の低減や、耐久性や信頼性を向上することができる。また、弁体１２に直接ねじりコイルばね４０を受けるばね受け部２２を設けているため、部品点数が削減でき低コストで製造することができる。
さらに、弁体１２の反ハウジング側にねじりコイルばね４０を配することから、ねじりコイルばね４０が高温の排気ガスに直接晒されることが防止され、ばねの熱へたりが抑制される。

（第２実施形態） 次に、第２実施形態に係る排気流路制御弁を説明する。図７，８は第２実施形態に係る排気流路制御弁を示す斜視図である。
図７，８に示すように、第２実施形態の排気流量制御弁では、ハウジング６０にばね取付部６２，６６が立設されている。ばね取付部６２，６６には３つのばね取付孔６４，６８が形成されている。３つのばね取付孔６４，６８には、ねじりコイルばね４０のアーム４２ａ，４２ｂが選択的に取付けられる。したがって、ねじりコイルばね４０のアーム４２ａ，４２ｂを取付ける位置を調整することで、ねじりコイルばね４０から弁体２０に作用する押圧力及び「弁開度−弁開き荷重」特性を選択することができる。

図９は３つのばね取付孔６４（６３）にねじりコイルばね４０のアーム４２ａ（４２ｂ）を取付けたときのアーム４２ａ（４２ｂ）のねじり角がそれぞれ示されている。図９に示すように、アーム４２ａ（４２ｂ）を取付けるばね取付孔６４を上から下に移動すると、アーム４２ａ（４２ｂ）のばねねじり角が増加していることが示されている。
図１０は各ばね取付孔の位置での「弁開度−弁開き荷重」特性が示されている。ばね取付孔が上（−）側の位置では、開弁時の弁開き荷重を低くできる一方で、弁開度が増加するにつれて荷重作用半径が短くなるため、弁開き荷重は徐々に増加する傾向を示している。ばね取付孔が中央（正規）の位置では、開弁時の弁開き荷重が高くなるものの、弁開度が増加するにつれて荷重作用半径が長くなるため、弁開き荷重の増加が抑制されている。ばね取付孔が下（＋）側の位置では、上記の傾向がより顕著となる。このため、ばね取付孔６４（６３）の位置を変えることで、開弁時の弁開き荷重と「弁開度−弁開き荷重」特性を選択することができる。

また、ハウジング６０の上端（排気口）は拡径されてフランジ６３が形成され、フランジ６３において弁体７０の下面と当接する。ハウジング６０には金属メッシュシート８０が固定される。金属メッシュシート８０は、ハウジング６０のフランジ６３に当接するシール部８２と、ハウジング６０の拡径部６１（Ｒ形状部）に当接する溶接部８４を備えている。金属メッシュシート８０は、溶接部８４においてハウジング６０に溶接されており、シール部８２では溶接されていない。すなわち、溶接箇所では「へこみ」や硬化が生じるため、緩衝性能の低下やシール性が悪化する。このため、ハウジング６０と弁体７０のシール面をシールするシール部８２で溶接を行わないことで、シール性能の向上と、緩衝性能の維持を図っている。

なお、弁体２０の上面にばね受け部７２が形成される点、弁体７０の外周に溝７４ａ，７４ｂが形成される点は第１実施形態と同様である。弁体７０の溝７４ａ，７４ｂはハウジング６０のばね取付部６２，６６に案内され、弁体７０が閉弁状態から開弁状態までスライド移動する。

上述したことから明らかなように、第２実施形態の排気流路制御弁では、ハウジング６０に立設したばね取付部６２，６６に複数のばね取付孔６４，６８を形成されている。このため、同一のねじりコイルばねを用いて、異なる開弁時の弁開き荷重と「弁開度−弁開き荷重」特性を実現することができる。また、ねじりコイルばねの形状に誤差が生じても、そのねじりコイルばねの形状に応じてばね取付孔６４，６８を選択することで、開弁時の弁開き荷重と「弁開度−弁開き荷重」特性を許容範囲内とすることができる。
また、第２実施形態では、部品点数がより少なくなっているため、製造コストを抑えることができる。

なお、上述した第１及び第２実施形態の説明からも明らかなように、ねじりコイルばねから弁体に作用する力は、ばね取付位置によって大きく変化する。ばねに発生する荷重の方向と、ねじりコイルばねから弁体に作用する力の方向が異なるためである。
例えば、図１１に示すようにばね取付孔位置がねじりコイルばねのコイル部中心となる場合、アームに作用するトルクと、ねじりコイルばねから弁体７０に作用する力は同一方向となる。一方、図１２に示すようにばね取付孔位置がねじりコイルばねのコイル部上面となる場合、アームに作用するトルクと、ねじりコイルばねから弁体７０に作用する力はアームの角度θだけ異なる方向となる。したがって、第２実施形態において、ばね取付孔の位置をいかなる位置に設けるかは、「弁開度−弁開き荷重」特性を決定する上で重要となる。

図１３は、ばね取付孔の位置をねじりコイルばねの上面高さとした場合と、ばね取付孔の位置をねじりコイルばねの中心高さとした場合と、ばね取付孔の位置をねじりコイルばねの下面高さとした場合の、「弁開度−弁開き荷重」特性を示している（ただし、ねじりコイルばねの位置は閉弁時の位置（セット位置）を基準としている。）。
図１３から明らかなように、ばね取付孔の位置をねじりコイルばねの上面高さとした場合は、弁開度の増加に応じて荷重作用半径も短くなるため、弁開き荷重の増加が顕著となる。この場合における、閉弁時と最大開弁時にアームに作用する荷重の方向とねじりコイルばねに作用する弁体からの反力の関係を図１６に示している。図中（ａ）は弁体が最大開弁時の状態を示し、（ｂ）は弁体が閉じた状態を示している。（ａ）と（ｂ）の比較から明らかなように、弁体の開度が大きくなるに伴ってばね取付孔から突出しているアーム長が長くなり、荷重作用半径が短くなっている。
また、ばね取付孔の位置をねじりコイルばねの中心高さとした場合は、弁開度の増加に応じて荷重作用半径が若干長くなるため、弁開き荷重の増加を抑制することができる。この場合における、閉弁時と最大開弁時にアームに作用する荷重の方向とねじりコイルばねに作用する弁体からの反力の関係を図１５に示している。図中（ａ）は弁体が最大開弁時の状態を示し、（ｂ）は弁体が閉じた状態を示している。（ａ）と（ｂ）の比較から明らかなように、弁体の開度が大きくなるに伴ってばね取付孔から突出しているアーム長が短くなり、荷重作用半径が長くなっている。
さらに、ばね取付孔の位置をねじりコイルばねの下面高さとした場合は、弁開度の増加に応じて荷重作用半径が長くなる程度が大きいため、逆に弁開き荷重は小さくなっている。この場合における、閉弁時と最大開弁時にアームに作用する荷重の方向とねじりコイルばねに作用する弁体からの反力の関係を図１４に示している。図中（ａ）は弁体が最大開弁時の状態を示し、（ｂ）は弁体が閉じた状態を示している。（ａ）と（ｂ）の比較から明らかなように、弁体の開度が大きくなるに伴ってばね取付孔から突出しているアーム長が短くなり、荷重作用半径が長くなっている。また、図１４と図１５の比較から明らかなように、図１４に示す場合は弁開度に伴って荷重作用半径が長くなる程度が大きい。このため、図１３に示すように、弁開度が増加すると弁開き荷重が減少することとなる。
したがって、上述した「弁開度−弁開き荷重」特性を考慮してばね取付孔位置を考慮する必要がある。

ただし、上述した説明からも明らかなように、ばね取付孔の位置を変えると、弁体が最大弁開度まで移動する間のアームのばね取付孔に対するスライド量も変化する。アームのスライド量が大きくなると、その分摩擦損失が大きくなり、ヒステリシスも大きくなる。適度なヒステリシスは振動低減等に有用であるが、過剰なヒステリシスは弁体が完全に閉まらないという事態を招くこととなる。
図１７は、ばね取付孔の位置と、その位置におけるばね取付孔から突出するアームの長さとの関係を模式的に示す図である。図１７から明らかなように、ばね取付孔の位置がばね中心のとき、ばね取付孔から最もアームが突出している。そして、ばね取付孔の位置がばね中心から離れるに応じてばね取付孔からのアーム突出長さは小さくなる。したがって、ばね取付孔がばね中心を挟んで＋Ｄ／２から−Ｄ／２の範囲にあると、最もスライド量を少なくすることができる。
図１８は、セット時のばね取付孔の位置と、その位置にばねをセットしたときの弁開度最大のときのアームのスライド量との関係を示している。図１８から明らかなように、セット時のばね取付孔位置がコイル中心より上にあると（図中の右側）、弁体が閉弁した状態から最大開度まで移動するとアーム突出長さは増大する。一方、セット時のばね取付孔位置がコイル中心より下にあると（図中の左側）、弁体が閉弁した状態から最大開度まで移動するとアーム突出長さが減少する。アーム突出長さが減少しすぎると、アームがばね取付孔より外れる危険性があり採用できない。
これらの結果から、セット時のばね取付孔位置は、ねじりコイルばねのコイル上面高さより低く、コイル下面高さより高いところで決定することが好ましいこととなる。

なお、セット時のばね取付孔の位置は、ねじりコイルばねの素線に作用する応力にも影響する。図１９はセット時のばね取付孔の位置と、セット時にばね素線に作用する応力の関係を示している。同図はセット荷重を所望の値に調整した時の各ばね取付孔位置での応力値を示している。図１９に示すように、セット時のばね取付孔の位置がばね中心高さのときに最も応力が小さく、ばね中心から遠くなるに伴って応力も高くなる。これは、セット時のばね取付孔の位置がばね中心から遠くなるにつれて、ばねに作用するモーメントが弁体を押圧する力として有効に利用されないためである。ばね素線に作用する応力が大きくなると、ばねのへたりや耐久性の面で問題となる。したがって、応力の観点からも、セット時のばね取付孔の位置をね中心高さの付近に設定することが好ましい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上述した実施形態では、ねじりコイルばねのアームが直線状のものを例に説明したが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、図２０に示すように、ばね取付孔の位置が制限される場合は、屈曲したアームを有するねじりコイルばねを用いることもできる。

また、図２１に示すように、ねじりコイルばね４０と弁体７０のばね受け部との間に金属線ニットメッシュの圧縮成形品８６を配設することもできる。このような構成を採用すると、弁体とねじりコイルばねとの間の摩擦係数が低く抑えられ、ヒステリシスの発生を抑制することができる。図２２に圧縮成形品８６を配したときと、配していないときのヒステリシスループを示している。図２２から明らかなように、圧縮成形品８６を配することでヒステリシスを低減することができる。

さらに、図２３に示すように、排気流路制御弁１０の排気口側をパンチングメタルで覆うことも好ましい。排気口側をパンチングメタルで覆い、開弁時に発生する排気ガスの乱れを整流することで気流音を低減することができる。また、図２４に示すように、弁体２０にパンチングメタル２６を取付けるようにしてもよい。図２４に示す構造を採る場合、弁体２０に均一に排気ガスの圧力が作用するため、気流音低減に加えて、弁体の安定した開閉動作を行うことができる。なお、図２５にはパンチングメタルを設けたときと、設けていないときの音圧レベルの測定結果を示している。図２５から明らかなように、パンチングメタルを設けることで、気流音の高周波成分が低減されていることが分かる。

なお、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

第１実施形態に係る排気流路制御弁の閉弁時の斜視図。 第１実施形態の排気流路制御弁を異なる方向から見た斜視図。 第１実施形態の排気流路制御弁の開弁時の斜視図。 第１実施形態の排気流路制御弁の分解斜視図。 ばね取付部材のハウジングへの取付位置の調整方法を模式的に示す図。 第１実施形態の排気流路制御弁の弁開度と弁開き荷重の関係を示すグラフ。 第２実施形態に係る排気流路制御弁の閉弁時の斜視図。 第２実施形態に係る排気流路制御弁の分解斜視図。 ばね取付孔位置とねじりコイルばねのアーム角度の関係を模式的に示す図。 取付孔位置を変えたときの「弁開度−弁開き荷重」特性を示す図。 アームに作用するモーメントと、弁体に作用する押圧力の関係の一例を併せて示す図。 アームに作用するモーメントと、弁体に作用する押圧力の関係の他の例を併せて示す図。 ばね取付孔を変えたときの「弁開度−弁開き荷重」特性を示す図。 ばね取付孔の位置をねじりコイルばねの下面高さとした場合の、閉弁時と最大開弁時にアームに作用するトルクの方向とねじりコイルばねに作用する弁体からの反力の関係を示す図。 ばね取付孔の位置をねじりコイルばねの中央高さとした場合の、閉弁時と最大開弁時にアームに作用するトルクの方向とねじりコイルばねに作用する弁体からの反力の関係を示す図。 ばね取付孔の位置をねじりコイルばねの上面高さとした場合の、閉弁時と最大開弁時にアームに作用するトルクの方向とねじりコイルばねに作用する弁体からの反力の関係を示す図。 ばね取付孔の位置と、その位置におけるばね取付孔から突出するアームの長さとの関係を模式的に示す図。 セット時のばね取付孔の位置と、その位置にばねをセットしたときの弁開度最大のときのアームのスライド量との関係を示す図。 セット時のばね取付孔の位置と、セット時にばね素線に作用する応力の関係を示す図。 本実施形態に係る排気流路制御弁の変形例を説明するための図。 本実施形態に係る排気流路制御弁の他の変形例を説明するための図。 図２１に示す変形例のヒステリシス低減効果を説明するための図。 本実施形態に係る排気流路制御弁の他の変形例を説明するための図。 本実施形態に係る排気流路制御弁の他の変形例を説明するための図。 気流音を実測した結果を示す図。

符号の説明

１０・・排気流路制御弁
１２・・ばね取付部材
２０・・弁体
３０・・ハウジング
４０・・ねじりコイルばね

Claims (6)

1. 内燃機関からの排気ガスが流れる排気流路に配置され、排気ガスの圧力が所定値以上となると開弁する排気流路制御弁であって、
   排気流路が形成されたハウジングと、
   ハウジングの一端から離れて排気流路を開く開位置と、ハウジングの一端に当接して排気流路を閉じる閉位置とに移動可能とされる板状の弁体と、
   弁体の反ハウジング側に配置され、ばね素線がコイル状に巻回されたコイル部と、コイル部の両端に設けられたアームとを有し、コイル部は弁体の略中央でその巻回軸線が弁体表面と略平行となるように配置されており、コイル部の撓み反力によって弁体を閉じ側に付勢するねじりコイルばねと、
   ねじりコイルばねのアームをその軸線方向に摺動自在に支持するばね取付部材と、を備えており、
   ばね取付部材には、弁体を案内する案内部と、ねじりコイルばねのアームをその軸線方向に摺動自在に支持するばね取付孔が形成されており、
   ばね取付部材のばね取付孔にねじりコイルばねのアームを組付けた状態で、弁体が閉位置にあるときのアームの回転角度が変更できるように、ハウジングに対するばね取付部材の取付位置が調整可能となっていることを特徴とする排気流路制御弁。
2. 内燃機関からの排気ガスが流れる排気流路に配置され、排気ガスの圧力が所定値以上となると開弁する排気流路制御弁であって、
   排気流路が形成されたハウジングと、
   ハウジングの排気流路を開閉する弁体と、
   弁体の反ハウジング側に配置され、ばね素線がコイル状に巻回されたコイル部と、コイル部の両端に設けられたアームとを有し、コイル部は弁体の略中央でその巻回軸線が弁体表面と略平行となるように配置されており、コイル部の撓み反力によって弁体を閉じ側に付勢するねじりコイルばねと、を有し、
   ハウジングには、ねじりコイルばねのアームをその軸線方向に摺動自在に支持するばね取付孔が複数形成されており、
   アームを取付けるばね取付孔を変更することで、弁体が閉位置にあるときのアームの回転角度が変更されることを特徴とする排気流路制御弁。
3. 弁体が閉位置にあるときに、アーム取付位置の高さがコイル部の上面より低く、かつ、コイル部の下面より高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気流路制御弁。
4. ハウジングと弁体とのシール面には金属メッシュシートが配設されており、
   その金属メッシュシートは、ハウジングに溶接される溶接部と、ハウジングと弁体とのシール面をシールするシール部と、を有しており、シール部ではハウジングに溶接されていないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気流路制御弁。
5. 弁体の略中央にはねじりコイルばねのコイル部を保持するばね受け部が形成されており、コイル部とばね受け部との間に金属メッシュシートが配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の排気流路制御弁。
6. 排気流路が形成されたハウジングと、ハウジングの排気流路を開閉する弁体と、弁体の反ハウジング側に配置され、ばね素線がコイル状に巻回されたコイル部と、コイル部の両端に設けられたアームとを有し、コイル部は弁体の略中央でその巻回軸線が弁体表面と略平行となるように配置されており、コイル部の撓み反力によって弁体を閉じ側に付勢するねじりコイルばねと、ねじりコイルばねのアームをその軸線方向に摺動自在に支持するばね取付部材と、を備えており、弁体が閉位置にある状態のままアームの回転角度が変更できるようにハウジングに対するばね取付部材の取付位置が調整可能となっている排気流路制御弁を製造する方法であって、
   ハウジングに弁体を組付ける工程と、
   ねじりコイルばねのアームをばね取付部材に組付ける工程と、
   弁体が組み付けられたハウジングに対して、ねじりコイルばねが組み付けられたばね取付部材を固定する工程と、を有し、
   前記固定工程は、（１）ハウジングに対するばね取付部材の取付位置を変更しながらねじりコイルばねから弁体に作用する押圧力を計測する工程と、（２）測定された押圧力が設定値となった位置でばね取付部材をハウジングに固定する工程とを有することを特徴とする排気流路制御弁の製造方法。

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