DE102021111614A1

DE102021111614A1 - Ventilvorrichtung

Info

Publication number: DE102021111614A1
Application number: DE102021111614.7A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Ishii; Makoto Koyama; Daisuke Takayama
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2021-12-23
Also published as: US20210396315A1; US11940048B2; JP2021196023A; CN113803477A

Abstract

Es wird eine Ventilvorrichtung bereitgestellt, die in der Lage ist, abnormale Geräusche und Abnutzung zu unterdrücken und die Gleitfähigkeit zu gewährleisten, um eine Unterdrückung der Kostensteigerung, eine Verbesserung der Produktivität, eine Verbesserung der Haltbarkeit, eine Verbesserung der Funktionszuverlässigkeit und dergleichen zu erreichen.Eine Ventilvorrichtung enthält einen Körper, der einen Durchgang definiert, durch den ein Fluid strömt, eine Welle, die in Bezug auf den Körper beweglich gelagert ist und eine Achse definiert, ein Ventilelement, das an der Welle befestigt ist, um den Durchgang zu öffnen und zu schließen, und eine zylindrischen Lagerbuchse, die die Welle in Bezug auf den Körper beweglich lagert, wobei die Lagerbuchse einen gemischten Bereich, in dem ein Metallkernmaterial und Blähgraphit miteinander gemischt sind, und einen ersten Blähgraphitbereich aufweist, der nur aus dem Blähgraphit gefertigt ist, so dass das Metallkernmaterial in einem inneren Umfangsseitenbereich, der in Kontakt mit einer äußeren Umfangsfläche der Welle steht, nicht freiliegt.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, bei der eine Welle, an der ein einen Durchgang öffnendes und schließendes Ventilelement befestigt ist, durch eine Lagerbuchse (auch als Gleitlager bezeichnet) gelagert bzw. gestützt ist, und insbesondere eine Ventilvorrichtung, die in einem Fall angewendet wird, in dem ein Durchgang, durch den ein Abgas mit hoher Temperatur strömt, geöffnet und geschlossen wird, wie in einem Abgassystem eines Motors oder dergleichen.
Beschreibung des Standes der Technik
Als eine Ventilvorrichtung aus dem Stand der Technik gibt es eine Ventilvorrichtung, die ein Gehäuse, das einen Fluiddurchgang definiert, ein Ventil, das den Fluiddurchgang öffnet und schließt, eine Ventilwelle, der angetrieben wird, um das Ventil zu öffnen und zu schließen, und ein Dichtungsbauteil, das in das Gehäuse eingepasst ist, um die Ventilwelle rotierbar zu lagern und abzudichten, enthält, wobei das Dichtungsbauteil eine Wellendichtungsstruktur aufweist, die durch Pressen eines Kohlenstoffmaterials mit einem folien- bzw. lagenartigen Material, das durch Stricken eines Edelstahldrahtes in eine Maschenform erhalten wird, als ein Kernmaterial (Aggregat bzw. Agglomeration) gebildet wird (zum Beispiel Patentdokument 1).
Da das Dichtungselement durch Pressen eines Kohlenstoffmaterials in eine maschenförmige Lage als eine Agglomeration und Füllen eines Spalts bzw. einer Lücke mit dem Kohlenstoffmaterial hergestellt wird, kann das Kernmaterial, das ein Edelstahldraht ist, auf einer Gleitfläche in Kontakt mit der Ventilwelle freigelegt sein.
Da in diesem Fall das Kernmaterial in direktem Kontakt mit der Ventilwelle gleitet, kann es durch das Gleiten zu ungewöhnlichen Geräuschen oder Verschleiß kommen. Ein erhöhter Verschleiß verursacht ein Klappern der Ventilwelle und ähnliches, und somit besteht die Sorge, dass die Öffnungs- und Schließvorgänge des Ventils behindert werden könnten.
Um dies zu verhindern, kann eine Keramikbuchse verwendet oder eine Oberflächenbehandlung der Ventilwelle durchgeführt werden, was jedoch eine Verringerung der Produktivität und einen Anstieg der Kosten verursacht.
Patentdokumente
[Patentdokument 1] Japanisches Patent Nr. 5335167
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Umstände gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ventilvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, abnormale Gleitgeräusche und Verschleiß zu unterdrücken oder zu verhindern und auch die Gleitfähigkeit zu gewährleisten, um eine Unterdrückung der Kostensteigerung, eine Verbesserung der Produktivität, eine Verbesserung der Haltbarkeit, eine Verbesserung der Funktionssicherheit und dergleichen zu erreichen, um die Probleme des Standes der Technik zu lösen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Ventilvorrichtung bereitgestellt, die einen Körper, der einen Durchgang definiert, durch den ein Fluid strömen kann bzw. strömt; eine Welle, die in Bezug auf den Körper beweglich gelagert ist und eine Achse definiert; ein Ventilelement, das zum Öffnen und Schließen des Durchgangs an der Welle befestigt ist und eine zylindrische Lagerbuchse, die die Welle in Bezug auf den Körper beweglich stützt, wobei die Lagerbuchse einen gemischten Bereich, in dem ein Metallkernmaterial und Blähgraphit miteinander gemischt sind, und einen ersten Blähgraphitbereich aufweist, der nur aus dem Blähgraphit gefertigt ist, so dass das Metallkernmaterial in einem inneren Umfangsseitenbereich in Kontakt mit einer äußeren Umfangsfläche der Welle nicht freiliegt.
In der Ventilvorrichtung kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der die Welle einen anliegenden Abschnitt aufweist, der an einer Endfläche der Lagerbuchse in einer Richtung der Achse anliegt, und die Lagerbuchse ferner einen zweiten Blähgraphitbereich aufweist, der nur aus dem Blähgraphit gefertigt ist, an einer Seite der einen Endfläche in der Richtung der Achse.
In der Ventilvorrichtung kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der die Lagerbuchse weiterhin einen dritten Blähgraphitbereich enthält, der nur aus dem Blähgraphit gefertigt ist, an einer Seite der anderen Endfläche in Richtung der Achse.
In der Ventilvorrichtung kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der in der Lagerbuchse die Seite der einen Endfläche und die Seite der anderen Endfläche die gleiche Form aufweisen.
In der Ventilvorrichtung kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der die Lagerbuchse ein pressgeformtes Produkt ist, das durch einer Druckbindungslage erhalten wird, bei der eine Metallgitterlage aus dem Metallkernmaterial zwischen Blähgraphitlagen aus dem Blähgraphit eingelegt und druckgebunden wird.
Die Ventilvorrichtung mit der oben beschriebenen Konfiguration kann abnormale Gleitgeräusche und Verschleiß unterdrücken oder verhindern und außerdem die Gleitfähigkeit sicherstellen, um eine Unterdrückung der Kostensteigerung, eine Verbesserung der Produktivität, eine Verbesserung der Haltbarkeit, eine Verbesserung der Funktionssicherheit und dergleichen zu erreichen.
Figurenliste

1 zeigt eine Ventilvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und ist eine perspektivische Außenansicht der Ventilvorrichtung von einer Seite.
2 ist eine perspektivische Außenansicht der in 1 gezeigten Ventilvorrichtung von der anderen Seite.
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 1 gezeigten Ventilvorrichtung.
4 ist eine Schnittansicht entlang einer Achse einer Welle in der in 1 gezeigten Ventilvorrichtung.
5 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die einen Bereich einer Lagerbuchse zeigt, die eine Endseite der Welle in der Schnittansicht von 4 lagert.
6 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die einen Bereich der Lagerbuchse zeigt, die die andere Endseite der Welle in der Schnittansicht von 4 lagert.
7 ist eine Schnittansicht der Lagerbuchse.
8 zeigt ein Herstellungsverfahren für die Lagerbuchse, die in der in 1 gezeigten Ventilvorrichtung enthalten ist, und ist eine perspektivische Teilansicht, die eine Metallgitterlage und zwei Lagen aus Blähgraphit zeigt, die so angeordnet sind, dass die Metallgitterlage dazwischen liegend angeordnet ist.
9 zeigt das Herstellungsverfahren für die Lagerbuchse, die in der in 1 dargestellten Ventilvorrichtung enthalten ist, und ist ein schematisches Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem die Metallgitterlage und die beiden in 8 gezeigten Blähgraphitlagen druckgebunden werden, um eine Druckbindungslage zu bilden.
10 ist eine Teilschnittansicht, die schematisch eine Sektion der Druckbindungslage zeigt, die gemäß dem in 9 dargestellten Druckbindungsverfahren gebildet wurde.
11 zeigt das Herstellungsverfahren für die Lagerbuchse, die in der in 1 gezeigten Ventilvorrichtung enthalten ist, und ist eine perspektivische Ansicht, die ein Zwischenprodukt zeigt, das durch Umwandlung der Druckbindungslage, die gemäß dem in 9 gezeigten Druckbindungsverfahren gebildet wurde, in eine zylindrische Form erhalten wird.
12 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem das in 11 gezeigten zylindrische Zwischenprodukt durch eine Form formgepresst wird, um die Lagerbuchse zu bilden.
13 ist eine Schnittansicht entlang der Achse der in 12 gezeigten, durch Pressformen geformten Lagerbuchse.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Eine Ventilvorrichtung M gemäß einer Ausführungsform enthält, wie in 1 bis 4 gezeigt, einen Körper 10, eine Welle 20, die eine Achse S definiert, eine Platte 30, ein Ventilelement 40, zwei Lagerbuchsen 50, eine Kappe 60 und ein Verbindungsbauteil 70.
Der Körper 10 wird durch Gießen eines Metallmaterials, wie beispielsweise Edelstahl oder Eisen, beispielsweise nach einem Wachsausschmelzverfahren, gebildet und umfasst einen Durchgang 11, durch den ein Fluid hindurchgeht, einen Dichtungsabschnitt 12, der so gebildet ist, dass er in den Durchgang 11 hineinragt, einen vollständig-offen-Anschlag 13, der so gebildet ist, dass er in den Durchgang 11 hineinragt, zwei Wellenlöcher 14, durch die die Welle 20 hindurchgeht, zwei Einpasslöcher 15, in die die Lagerbuchsen 50 eingepasst werden, einen Einpassabschnitt 16, in den die Kappe 60 eingepasst wird, einen Flanschabschnitt 17, einen ersten Verbindungsabschnitt 18 und einen zweiten Verbindungsabschnitt 19.
Der Durchgang 11 ist ein zylindrischer Durchgang mit einem zylindrischen Schnitt, dessen Mittelpunkt auf einer Mittellinie L liegt und der einen vorbestimmten Innendurchmesser aufweist.
Der Dichtungsabschnitt 12 wird von einem ersten Dichtungsteil 12a und einem zweiten Dichtungsteil 12b gebildet, die in Bereichen der Wellenlöcher 14 geteilt sind und halbbogenförmig vorstehend gebildet sind.
Das erste Dichtungsteil 12a definiert eine Anlagefläche, an der das Ventilelement 40 an einer Position anliegt, die von der Mitte des Wellenloch 14 (Achse S) nach einer Seite in Richtung der Mittellinie L abweicht.
Das zweite Dichtungsteil 12b definiert eine Anlagefläche, an der das Ventilelement 40 an einer Position anliegt, die von der Mitte des Wellenlochs 14 zur anderen Seite in Richtung der Mittellinie L abweicht.
Der vollständig-offen-Anschlag 13 definiert eine Anlagefläche, an der das Ventilelement 40 in einem vollständig geöffneten Zustand an einer Position anliegt, die von der Mitte des Wellenloch 14 nach einer Seite in Richtung der Mittellinie L abweicht und an das erste Dichtungsteil 12a angrenzt.
Die beiden Wellenlöcher 14 sind zylinderförmig mit einem Innendurchmesserabmessung gebildet, mit der ein erster Wellenabschnitt 21 und ein zweiter Wellenabschnitt 22 der Welle 20 berührungslos auf der senkrecht zur Mittellinie L verlaufenden Achse S in diese eingeführt werden können.
Die beiden Einpasslöcher 15 sind zylindrisch geformt und haben ein Innenabmessung, mit dem die Lagerbuchse 50 spaltfrei und dicht in diese eingepasst werden kann, an Stellen, die in Richtung der Achse S an die Außenseite der Wellenlöcher 14 angrenzen.
Der Einpassabschnitt 16 ist außerhalb eines Einpasslochs 15 in der Richtung der Achse S so gebildet, dass die Kappe 60 nach dem Einsetzen eingepasst und befestigt oder angeschweißt und befestigt werden kann.
Der Flanschabschnitt 17 ist mit einem Antriebsaktuator festgemacht, der die Welle 20 rotierbar antreibt, und ist ringförmig gebildet, zusammen mit einem Schenkelteil, das von einer Außenwand des Körpers 10 in der Richtung der Achse S vorsteht.
Der erste Verbindungsabschnitt 18 und die zweiten Verbindungsabschnitte 19 sind so gebildet, dass sie mit einem Abgasrohr in einem Zustand verbunden werden können, in dem die Ventilvorrichtung M in der Mitte des Abgasrohrs angeordnet ist, das einen Abgasdurchgang eines Motors bildet.
Die Welle 20 ist in einer Säulenform gebildet, die sich in Richtung der Achse S erstreckt und eine äußere Umfangsfläche 20a mit der gleichen Außendurchmesserabmessung definiert, indem ein metallisches Material wie hochkorrosionsbeständiger Edelstahl verwendet wird.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, weist die Welle 20 den ersten Wellenabschnitt 21, den zweiten Wellenabschnitt 22, einen Schlitz 23, in den das Ventilelement 40 zur Befestigung eingesetzt wird, zwei durch den Schlitz 23 hindurchgehende Schraubenlöcher 24 und einen Endabschnitt 25, der zur Verbindung mit der Außenseite des zweiten Wellenabschnitts 22 gebildet ist.
Der erste Wellenabschnitt 21 und der zweite Wellenabschnitt 22 sind in die Wellenlöcher 14 des Körpers 10 eingesetzt und werden von der Lagerbuchse 50 um die Achse S rotierbar gelagert.
Der Schlitz 23 hat eine Breitenabmessung, die es erlaubt, das Ventilelement 40 darin einzusetzen.
Das Ventilelement 40 wird in den Schlitz 23 eingesetzt und eine Schraube b in das Schraubenloch 24 geschraubt, um das Ventilelement 40 an der Welle 20 zu befestigen.
Der Endabschnitt 25 definiert einen zweiseitigen Breitenabschnitt, der in die Platte 30 eingepasst und an dieser befestigt wird, die integral bzw. einstückig mit der Welle 20 rotiert wird.
Der Endabschnitt 25 wird nach dem Einpassen in die Platte 30 verstemmt.
Die Platte 30 wird unter Verwendung einer dünnen Edelstahlplatte oder ähnlichem gebildet und enthält einen Verbindungsabschnitt 31 und vier Eingriffsstücke 32, wie in 3 gezeigt.
Der Verbindungsabschnitt 31 hat eine Form einer kreisförmigen Platte senkrecht zur Achse S und enthält ein rechteckiges Einpassloch 31a, in das der Endabschnitt 25 der Welle 20 eingepasst wird.
Die vier Eingriffsstücke 32 sind im gleichen Abstand um die Achse S angeordnet, um in Eingriffsnuten 71 des Verbindungsbauteils 70 einzugreifen, und sind so gebildet, dass sie vom Verbindungsabschnitt 31 in der Richtung senkrecht zur Achse S vorstehen.
Der Endabschnitt 25 der Welle 20 ist in die Platte 30 eingepasst und durch Verstemmen an dieser befestigt, und somit wird die Platte 30 einstückig mit der Welle 20 rotiert, nimmt die Vorspannkraft einer Vorspannfeder (nicht abgebildet) in der Richtung der Achse S auf und fungiert als ein anliegender Abschnitt, der an einer Endfläche 50c der Lagerbuchse 50 anliegt.
Das Ventilelement 40 ist eine Drosselklappe bzw. ein Schmetterlingsventil, das scheibenförmig gebildet ist und das auf einem Schnittpunkt zwischen der Achse S und der Mittellinie L unter Verwendung eines Metallmaterials, wie beispielsweise Edelstahl, zentriert ist, und enthält, wie in den 3 und 4 dargestellt, zwei Löcher 41, durch die eine Schraube b auf der Achse S hindurchgeht, und eine erste halbkreisförmige Platte 42 auf einer Seite und eine zweite halbkreisförmige Platte 43 auf der anderen Seite mit einer auf der Achse S befindlichen geraden Linie als eine Begrenzung.
Das Ventilelement 40 wird in den Schlitz 23 der Welle 20 eingepasst und durch Einschrauben einer Schraube b in das Schraubenloch 24 der Welle 20 durch das kreisförmige Loch 41 an der Welle 20 befestigt, und zwar in einem Zustand, in dem die Welle 20 in die Lagerbuchsen 50 und 50 durch die Wellenlöcher 14 und 14 des Körpers 10 eingepasst ist.
Hier liegt in einem vollständig geschlossenen Zustand, in dem das Ventilelement 40 den Durchgang 11 vollständig verschließt, die erste halbkreisförmige Platte 42 an dem ersten Dichtungsteil 12a und die zweite halbkreisförmige Platte 43 an dem zweiten Dichtungsteil 12b an.
Andererseits, in einem vollständig geöffneten Zustand, in dem das Ventilelement 40 den Durchgang 11 vollständig öffnet, liegt die zweite halbkreisförmige Platte 43 an dem vollständig-offen-Anschlag 13 an.
Wie in den 5 und 6 dargestellt, ist die Lagerbuchse 50 in einer zylindrischen Form gebildet, die eine innere Umfangsfläche 50a, eine äußere Umfangsfläche 50b, eine Endfläche 50c und die andere Endfläche 50d definiert.
Die Lagerbuchsen 50 sind jeweils in die beiden Einpasslöcher 15 des Körpers 10 eingepasst, und ihre inneren Umfangsflächen 50a kommen mit den äußeren Umfangsflächen 20a des ersten Wellenabschnitts 21 und des zweiten Wellenabschnitts 22 der Welle 20 in Kontakt, so dass die Welle 20 beweglich ist, das heißt die Lagerbuchsen 50 wirken als Gleitlager, die die Welle 20 um die Achse S rotierbar lagern.
Hier ist die Lagerbuchse 50 als ein Komposit bzw. Verbundwerkstoff gebildet, bei dem ein Metallkernmaterial 51 in Blähgraphit 52 eingebettet ist, und enthält, wie in 7 dargestellt, einen Mischbereich A0, einen ersten Blähgraphitbereich A1, einen zweiten Blähgraphitbereich A2 und einen dritten Blähgraphitbereich A3.
Das Metallkernmaterial 51 hat eine Skelettstruktur, in der ein Metalldraht zwei- oder dreidimensional zu einer Maschenform verwoben ist.
Hier ist das Material des Metallkernmaterials 51 ein Metall mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit, Biegeverarbeitbarkeit und dergleichen und mit mechanischer Festigkeit als Lager, und zum Beispiel kann Edelstahl (SUS), Eisen, eine Aluminiumlegierung oder eine Nickellegierung verwendet werden.
Der Mischbereich A0 ist ein auf der Achse S zentrierter zylindrischer Bereich, in dem Lücken zwischen den Metallkernmaterialien 51 mit dem Blähgraphit 52 ausgefüllt sind und somit das Metallkernmaterial 51 und der Blähgraphit 52 miteinander vermischt werden.
Der erste Blähgraphitbereich A1 ist ein zylindrischer Bereich, der auf der Achse S zentriert ist, und ist nur aus dem Blähgraphit 52 gefertigt, so dass das Metallkernmaterial 51 im inneren Umfangsseitenbereich in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche 20a der Welle 20 nicht freiliegt.
Der zweite Blähgraphitbereich A2 ist ein ringförmiger, plattenförmiger Bereich, der auf der Achse S zentriert ist, und ist nur aus dem Blähgraphit 52 gefertigt, so dass das Metallkernmaterial 51 auf einer Seite der einen Endfläche 50c in Richtung der Achse S nicht freiliegt.
Der dritte Blähgraphitbereich A3 ist ein ringförmiger, plattenförmiger Bereich, der auf der Achse S zentriert ist, und ist nur aus dem Blähgraphit 52 gefertigt, so dass das Metallkernmaterial 51 auf einer Seite der anderen Endfläche 50d in Richtung der Achse S nicht freiliegt.
Hier wird im Mischbereich A0 ein Verhältnis eines Volumens Vm des Metallkernmaterials 51 zu einem Volumen Vg des Blähgraphits 52 in einem Wertebereich von Vm:Vg = 2:8 bis 5:5 eingestellt.
Da das Volumenverhältnis (Vm:Vg) wie oben beschrieben im Wertebereich von 2:8 bis 5:5 liegt, kann die Lücke zwischen den Metallkernmaterialien 51 zuverlässig mit dem Blähgraphit 52 ausgefüllt werden und somit die mechanische Festigkeit als Verbundwerkstoff gewährleistet werden, und Gewichtsreduzierung, Wärmebeständigkeit, Gleitfähigkeit, Haltbarkeit und dergleichen können gewährleistet werden.
Das Volumenverhältnis (Vm:Vg) ist nicht auf den obigen Wertebereich beschränkt, und je nach Verwendungsmuster kann auch ein Verhältnis außerhalb des obigen Wertebereichs verwendet werden.
Im ersten Blähgraphitbereich A1 wird eine Schichtdickenabmessung T1 in einer Durchmesserrichtung senkrecht zur Achse S von der inneren Umfangsfläche 50a in einem Wertebereich von beispielsweise 0,05 mm bis 0,2 mm eingestellt.
Unter Berücksichtigung der Einsatzumgebung der Ventilvorrichtung M besteht in einem Fall, in dem die Schichtdickenabmessung T1 kleiner als 0,05 mm ist, die Sorge, dass das Metallkernmaterial 51 freigelegt werden kann, wenn die innere Umfangsfläche 50a abgenutzt ist, und andererseits, wenn die Schichtdickenabmessung T1 größer als 0,2 mm ist, die Sorge, dass die mechanische Festigkeit des inneren Umfangsbereichs geschwächt werden kann.
Daher wird die Schichtdickenabmessung T1 des ersten Blähgraphitbereichs A1 im Wertebereich von 0,05 mm bis 0,2 mm eingestellt, wodurch eine Freilegung des Metallkernmaterials 51 zuverlässig verhindert, eine ausreichende mechanische Festigkeit gewährleistet und die Welle 20 in radialer Richtung rotierbar gelagert werden kann.
Die Schichtdickenabmessung T1 ist nicht auf den obigen Wertebereich beschränkt, und je nach Verwendungsmuster kann auch ein Wert von mehr als 0,2 mm verwendet werden. Bei der vorliegenden Struktur kann die Schichtdickenabmessung T1 in einem Wertebereich von maximal 0,6 mm eingestellt werden.
Im ersten Blähgraphitbereich A1 kann die Schichtdickenabmessung T1 in Durchmesserrichtung senkrecht zur Achse S von der Innenumfangsfläche 50a aus in einem Wertebereich von 1 % bis 7 % einer Gesamtdickenabmessung T der Lagerbuchse 50 in Durchmesserrichtung eingestellt werden.
Die Schichtdickenabmessung T1 des ersten Blähgraphitbereichs A1 ist, wie oben beschrieben, im Wertebereich von 1 % bis 7 % der Gesamtdicke T eingestellt, so dass eine Freilegung des Metallkernmaterials 51, wie oben beschrieben, zuverlässig verhindert werden kann, eine ausreichende mechanische Festigkeit gewährleistet ist und die Welle 20 in radialer Richtung rotierbar gelagert werden kann.
Die Schichtdickenabmessung T1 ist nicht auf den obigen Wertebereich beschränkt und kann je nach Verwendungszweck in einem Wertebereich von 20 % oder weniger eingestellt werden.
Selbst falls der Blähgraphit 52, der in dem ersten Blähgraphitbereich A1 vorhanden ist, aufgrund seiner Ausdehnung oder Verformung in engen Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche 20a der Welle 20 kommt oder ein Teil des Blähgraphits 52 aufgrund des Gleitens der Welle 20 auf die äußere Umfangsfläche 20a der Welle 20 übertragen wird, funktioniert der Blähgraphit 52 als Gleitmittel, und somit wird die Welle 20 gelagert, um reibungslos zu rotieren.
In einem Fall, in dem die Lagerbuchse 50 so angeordnet ist, dass sie an die an der Welle 20 befestigte Platte 30 angrenzt, fungiert der zweite Blähgraphitbereich A2 als eine Endfläche 50c, an der die Platte 30 als anliegender Abschnitt in Richtung der Achse S gleitend anliegt.
Hier wird im zweiten Blähgraphitbereich A2 eine Schichtdickenabmessung H in Richtung der Achse S in einem Wertebereich von beispielsweise 0,05 mm bis 0,2 mm eingestellt.
Folglich kann eine Freilegung des Metallkernmaterials 51 verhindert werden, eine ausreichende mechanische Festigkeit kann gewährleistet werden, und die Platte 30, die einstückig mit der Welle 20 rotiert wird, kann in einer Schub- bzw. Axialrichtung rotierbar gelagert werden, ohne dass anormale Gleitgeräusche oder Ähnliches verursacht werden.
Die Schichtdickenabmessung H ist nicht auf den obigen Wertebereich beschränkt, und je nach Verwendungsmuster kann auch ein Wert von mehr als 0,2 mm verwendet werden. Bei der vorliegenden Struktur kann die Schichtdickenabmessung H auf geeignete Weise in einem Wertebereich von maximal 0,6 mm eingestellt werden.
Der dritte Blähgraphitbereich A3 ist in der gleichen Form wie der zweite Blähgraphitbereich A2 gebildet, und in der vorliegenden Ausführungsform, in einem Fall, in dem der dritte Blähgraphitbereich A3 keine Last in der Axialrichtung aufnimmt, sondern so eingebaut ist, dass er der Platte 30 zugewandt ist, fungiert der dritte Blähgraphitbereich A3 als eine Endfläche, an der die Platte 30 als ein anliegender Abschnitt in Richtung der Achse S gleitend anliegt, in der gleichen Weise wie der zweite Blähgraphitbereich A2.
Mit anderen Worten, die Lagerbuchse 50 ist so geformt, dass die Seite der einen Endfläche 50c die gleiche Form aufweist wie die Seite der anderen Endfläche 50d.
Da die Lagerbuchse 50 bei der Montage keine Richtungsabhängigkeit aufweist, kann daher die andere Endfläche 50d, die mit dem dritten Blähgraphitbereich A3 versehen ist, so eingebaut werden, dass sie der Platte 30 in einer entgegengesetzten Richtung zugewandt ist zu dem in 5 gezeigten Zustand.
Da die Lagerbuchse 50, wie oben beschrieben, keine Richtungsabhängigkeit aufweist, kann eine fehlerhafte Montage der Lagerbuchse 50 verhindert werden. Wie in 6 dargestellt, benötigt die Lagerbuchse 50, die den ersten Wellenabschnitt 21 der Welle 20 lagert, keine Funktion zur Aufnahme einer Axiallast, sondern ist die gleiche wie die Lagerbuchse 50, die den zweiten Wellenabschnitt 22 lagert. Daher werden gemeinsame Komponenten verwendet, und so ist es möglich, die Anzahl der Komponenten zu reduzieren, eine Kostensteigerung zu unterdrücken und eine fehlerhafte Montage zu verhindern.
Die Welle 20 ist über die beiden in den Körper 10 eingepassten Lagerbuchsen 50 um die Achse S rotierbar gelagert und kann somit im Vergleich zu einem Fall, in dem die Welle 20 direkt durch die Wellenlöcher 14 gelagert ist, leichtgängig rotiert werden, indem die Wellenlöcher 14 als Lagerlöcher verwendet werden.
Da die Lagerbuchse 50 in das Körper 10 eingepasst ist, gibt es keine Lücke zwischen der Lagerbuchse 50 und dem Körper 10, und da eine Endfläche 50c der Lagerbuchse 50 und die Platte 30 aneinander anliegen, kann verhindert werden, dass ein Hochtemperaturfluid nach außen aus dem Körper 10 austritt.
Die Lagerbuchse 50 kann mit einem vierten äußeren Umfangs-Blähgraphitbereich versehen sein, der nur aus dem Blähgraphit 52 gefertigt ist, der in dem äußeren Umfangsbereich eine zylindrische Form aufweist, die sich von der äußeren Umfangsfläche 50b nach innen in der Durchmesserrichtung senkrecht zur Achse S erstreckt.
Die Kappe 60 wird durch Verwendung einer dünnen Edelstahlplatte oder dergleichen in einer bodigen bzw. flachen zylindrischen Form gebildet.
Wie in 6 dargestellt, wird die Kappe 60 an den Einpassabschnitt 16 des Körpers 10 eingepasst, um an einer Endfläche 50c der Lagerbuchse 50 anzuliegen oder dieser gegenüberzuliegen, und deckt die Lagerbuchse 50 und den ersten Wellenbereich 21 der Welle 20 ab.
In der Lagerbuchse 50, da die Seite der einen Endfläche 50c die gleiche Form hat wie die Seite der anderen Endfläche 50d, kann die Lagerbuchse 50 in der entgegengesetzten Richtung zu der in 6 dargestellten Richtung eingebaut werden, so dass die Kappe 60 an der anderen Endfläche 50d anliegt oder ihr gegenüberliegt.
Wie in 3 dargestellt, ist das Verbindungsbauteil 70 zylindrisch geformt, indem eine Edelstahlplatte oder ähnliches verwendet wird, und enthält Eingriffsnuten 71 und Verbindungsnuten 72.
Im Verbindungsbauteil 70 sind die Eingriffsstücke 32 der Platte 30 mit den Eingriffsnuten 71 in Eingriff und eine Rotationswelle des Antriebsaktuators ist mit den Verbindungsnuten 72 verbunden, so dass die Rotationskraft des Antriebsaktuators auf die Welle 20 übertragen wird.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Lagerbuchse 50 mit Bezug auf die 8 bis 13 beschrieben.
Zunächst werden eine Metallgitterlage 100 und zwei Blähgraphitlagen 110 und 120 in Form von Basismaterialrollen R1, R2 und R3 vorbereitet, wie in 9 dargestellt.
Die Metallgitterlage 100 dient als das Metallkernmaterial 51 der Lagerbuchse 50. Ein Edelstahldraht wird beispielsweise in einer Maschenform durch Leinwandbindung, Köperbindung, Satinbindung oder eine Kombination davon in einer zwei- oder dreidimensionalen Weise gewebt, um ein plattenförmiges Band mit einem Breitenabmessung W1 und einem Dickenabmessung t1 zu bilden, wie in 8 dargestellt.
Die Blähgraphitlage 110 dient als der Blähgraphit 52, der auf der Seite der inneren Umfangsfläche 50a der Lagerbuchse 50 und dem Lückenbereich des Metallkernmaterials 51 gebildet ist, nach dem Formen, und bildet ein plattenförmiges Band mit einem Breitenabmessung W2 und einem Dickenabmessung t2, wie in 8 dargestellt.
Die Blähgraphitlage 120 dient als der Blähgraphit 52, der auf der Seite der äußeren Umfangsfläche 50b der Lagerbuchse 50 und dem Lückenbereich des Metallkernmaterials 51 gebildet wird, nach dem Formen, und bildet ein plattenförmiges Band mit der Breitenabmessung W2 und einer Dickenabmessung t3, wie in 8 dargestellt.
Dabei wird die Breitenabmessung W2 der Blähgraphitlagen 110 und 120 größer eingestellt als die Breitenabmessung W1 der Metallgitterlage 100.
Wie oben beschrieben, dient ein Teil der Blähgraphitlagen 110 und 120 mit einer langen Breitenabmessung (W2-W1) als der Blähgraphit 52, der auf der Seite der einen Endfläche 50c und der Seite der anderen Endfläche 50d der Lagerbuchse 50 gebildet wird, nach dem Formen.
Wie in 9 dargestellt, werden die Metallgitterlage 100 und die beiden Blähgraphitlagen 110 und 120 aus den Basismaterialrollen R1, R2 und R3 herausgezogen und durch ein Paar Presswalzen 130 zu einer Druckbindungslage 140 zusammengepresst.
Wie in 10 dargestellt, wird die Druckbindungslage 140 so eingedrückt, dass die Blähgraphitlagen 110 und 120 die Metallgitterlage 100 sandwichartig umschließen und Lücken der Metallgitterlage 100 mit Blähgraphit gefüllt werden.
Im Schritt des Verpressens bzw. Druckbindens werden die Dickenabmessung t1 der Gitterlage 100, die Dickenabmessung t2 der Blähgraphitlage 110 und die Dickenabmessung t3 der Blähgraphitlage 120 auf geeignete Weise eingestellt, so dass die Blähgraphitlage 110 nicht vollständig in der Lücke der Metallgitterlage 100 eingebettet wird, das heißt der erste Blähgraphitbereich A1, der nur aus dem Blähgraphit 52 gefertigt ist, bleibt nach dem Formen in einer zylindrischen Schichtform.
Als nächstes wird die Druckbindungslage 140 auf eine vorbestimmte Länge geschnitten und in eine zylindrische Form verarbeitet, so dass sich beide Enden teilweise überlappen, um ein Zwischenprodukt 150 zu bilden, wie in 11 dargestellt.
Anschließend wird das Zwischenprodukt 150 unter Verwendung einer Form 160 pressgeformt, um die Lagerbuchse 50 als Pressformprodukt zu bilden.
Hier, wie in 12 dargestellt, umfasst die Form 160 eine äußere Form 161, eine untere Form 162 und eine obere Form 163.
Die äußere Form 161 hat eine zylindrische Form und umfasst eine innere Umfangsfläche 161a zur Bildung der äußeren Umfangsfläche 50b der Lagerbuchse 50.
Die untere Form 162 enthält einen säulenförmigen Abschnitt 162a zur Bildung der inneren Umfangsfläche 50a der Lagerbuchse 50 und eine ringförmige Endfläche 162b zur Bildung einer Endfläche 50c der Lagerbuchse 50.
Die obere Form 163 enthält einen zylindrischen Abschnitt 163a, der in eine ringförmige Aussparung 160a eingepasst werden kann, die durch die innere Umfangsfläche 161a der äußeren Form 161 und den säulenförmigen Abschnitt 162a der unteren Form 162 definiert ist, und eine ringförmige Endfläche 163b zur Bildung der anderen Endfläche 50d der Lagerbuchse 50.
Im Pressschritt wird das in die Aussparung 160a der Form 160 eingepasste Zwischenprodukt 150 durch die obere Form 163 gepresst und um einen vorgegebenen Betrag in Richtung der Achse S zusammengedrückt.
Als Ergebnis werden die Metallkernmaterialien 51, die durch die Metallgitterlage 100 gebildet werden, so modifiziert, dass sie näher beieinander liegen, und der Blähgraphit 52, der durch die Blähgraphitlagen 110 und 120 gebildet wird, wird so modifiziert, dass er auf geeignete Weise verteilt wird, so dass die Lagerbuchse 50, die eine erhöhte Dichte des Verbundwerkstoffs als Ganzes hat, als ein pressgeformtes Produkt erhalten wird.
Wie in 13 dargestellt ist, ist die gemäß den obigen Fertigungsschritten erhaltene Lagerbuchse 50 als ein Verbundwerkstoff aus dem Metallkernmaterial 51 und dem Blähgraphit 52 gebildet, einschließlich des Mischbereichs A0, in dem das Metallkernmaterial 51 und der Blähgraphit 52 miteinander vermischt sind, des ersten Blähgraphitbereichs A1, der nur aus dem Blähgraphit 52 auf der Seite der inneren Umfangsfläche 50a gefertigt ist, des zweiten Blähgraphitbereichs A2, der nur aus dem Blähgraphit 52 auf der Seite der einen Endfläche 50c in Richtung der Achse S gefertigt ist, und des dritten Blähgraphitbereichs A3, der nur aus dem Blähgraphit 52 auf der Seite der anderen Endfläche 50d in Richtung der Achse S gefertigt ist.
Wie oben beschrieben, wird die Lagerbuchse 50 als ein pressgeformtes Produkt erhalten, das durch Pressformen der Druckbindungslage 140 erhalten wird, bei dem die Metallgitterlage 100 aus dem Metallkernmaterial 51 zwischen den Blähgraphitlagen 110 und 120 aus dem Blähgraphit 52 eingelegt und druckgebunden wird.
Daher ist es möglich, bei der Herstellung der Lagerbuchse 50 eine Kostenreduzierung, Produktivitätsverbesserung und ähnliches zu erreichen, verglichen mit einem Fall, in dem die Lagerbuchse 50 durch Schneiden oder ähnliches gebildet wird.
Als nächstes wird der Betrieb beschrieben, wenn die Ventileinrichtung M an einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugmotors eingesetzt wird.
Hier wird der Antrieb eines Antriebsaktuators auf der Basis von Steuersignalen, die von einer Steuereinheit ausgegeben werden, unter Verwendung verschiedener Informationen über einen Fahrzustand des Automobils und einen Antriebszustand des Motors auf geeignete Weise geregelt bzw. gesteuert.
In einem Fall, in dem beispielsweise ein Abgasdurchgang vollständig geöffnet ist, wird die Welle 20 durch den Antriebsaktuator in eine Richtung rotiert, und das Ventilelement 40 stößt an den vollständig-offen-Anschlag 13. Folglich ist der Durchgang 11 vollständig geöffnet.
Andererseits wird in einem Fall, in dem ein Abgasdurchgang vollständig geschlossen ist, die Welle 20 durch den Antriebsaktuator in die andere Richtung rotiert, und das Ventilelement 40 stößt an den Dichtungsabschnitt 12. Folglich ist der Durchgang 11 vollständig geschlossen.
In einem Fall, in dem ein durch den Abgasdurchgang strömendes Abgas auf eine vorbestimmte Menge geregelt wird, wird die Welle 20 durch den Antriebsaktuator in geeigneter Weise in die eine oder andere Richtung rotiert, das Ventilelement 40 auf eine gewünschte Öffnung eingestellt und somit eine Flussrate des durch den Kanal 11 strömenden Abgases eingestellt.
Auf die oben beschriebene Weise wird das Ventilelement 40 so gesteuert, dass es nicht nur in einem vollständig geöffneten Zustand und einem vollständig geschlossenen Zustand, sondern auch in einem Zwischenöffnungszustand, der durch die Rotationsantriebskraft des Antriebsaktuators auf eine vorgegebene Öffnung eingeengt ist, mit hoher Genauigkeit geöffnet und geschlossen wird. Daher kann eine Flussrate mit hoher Genauigkeit auf eine gewünschte Flussrate gesteuert werden, und es können verschiedene Arten der Antriebssteuerung auf der Grundlage der Steuerung durchgeführt werden.
Insbesondere wird in der Ventilvorrichtung M gemäß der obigen Ausführungsform die Lagerbuchse 50, die den ersten Blähgraphitbereich A1 enthält, der nur aus dem Blähgraphit 52 gefertigt ist, auf der Seite der inneren Umfangsfläche 50a verwendet, die mit der äußeren Umfangsfläche 20a der Welle 20 in Kontakt ist. Daher können abnormale Gleitgeräusche oder Verschleiß unterdrückt oder verhindert werden, und die Haltbarkeit wird verbessert. Der Blähgraphit 52 ist im Bereich der äußeren Umfangsfläche 20a der Welle 20 zwischenliegend angeordnet, so dass der Rotationsbetrieb der Welle 20 ruhiger wird und die Funktionssicherheit verbessert wird.
In der obigen Ausführungsform wurde die Form beschrieben, in der der Körper 10, der den zylindrischen Durchgang 11 definiert, als Körper und die kreisförmige Drosselklappe als Ventilelement 40 verwendet werden, und die Lagerbuchse 50 die Welle 20 rotierbar lagert, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt.
Beispielsweise kann in einer Ausführungsform, bei der das an der Welle befestigte Ventilelement ein Tellerventil ist und die Welle in Richtung der Achse S hin- und herbewegt wird, die Lagerbuchse der vorliegenden Erfindung zur beweglichen Lagerung der Welle in Achsrichtung gebildet sein. Das Ventilelement kann oval oder viereckig anstelle von kreisförmig sein.
In der obigen Ausführungsform, in der Konfiguration, in der die Platte 30 als ein auf der Welle 20 vorgesehener anliegenden Abschnitt vorgesehen ist, wurde die Lagerbuchse 50 mit einer Endfläche 50c, die eine Axiallast in Richtung der Achse S aufnimmt, beschrieben, ist aber nicht darauf beschränkt und kann als eine Lagerbuchse konfiguriert werden, die lediglich eine Radiallast aufnimmt, ohne die Axiallast aufzunehmen.
In der obigen Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, in dem der erste Blähgraphitbereich A1, der in der Lagerbuchse 50 gebildet ist, integral mit dem Mischbereich A0 durch Pressformen gebildet ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und solange die mechanische Festigkeit gewährleistet ist und kein Abblättern oder dergleichen auftritt, kann eine Konfiguration verwendet werden, in der der erste Blähgraphitbereich als deutlich unterscheidbare Schicht gebildet ist und mit der Schicht des Mischbereichs A0 verbunden ist.
In der obigen Ausführungsform wurde die Lagerbuchse 50 beschrieben, die als Form einer Lagerbuchse eine zylindrische Form aufweist und deren gesamte innere Umfangsfläche 50a in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche 20a der Welle 20 ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und eine Lagerbuchse mit einer Form, in der ein Teil einer inneren Umfangsfläche der Lagerbuchse in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche 20a der Welle 20 ist, kann verwendet werden.
In der obigen Ausführungsform wurde eine Konfiguration beschrieben, die das Verbindungsbauteil 70 verwendet, das eine rotierende Antriebskraft auf die Welle 20 überträgt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und andere Formen können verwendet werden, solange die Antriebskraft des Antriebsaktuators übertragen wird.
In der obigen Ausführungsform wurde die Ventilvorrichtung M, die für ein Abgassystem eines Motors verwendet wird, beschrieben, ist aber nicht darauf beschränkt und kann als eine Ventilvorrichtung verwendet werden, die einen Durchfluss eines anderen Fluids als das eines Abgassystems einstellt.
Wie oben beschrieben, kann die Ventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung abnormale Gleitgeräusche und Verschleiß unterdrücken oder verhindern und kann die Gleitfähigkeit sicherstellen, um eine Unterdrückung der Kostensteigerung, Verbesserung der Produktivität, Verbesserung der Haltbarkeit, Verbesserung der Funktionssicherheit und dergleichen zu erreichen, und ist somit für ein Abgassystem eines Automobils oder dergleichen anwendbar und ist für andere Bereiche nützlich, die mit Fluiden umgehen.
Bezugszeichenliste

M: Ventilvorrichtung
10: Körper
11: Durchgang
S: Achse
20: Welle
20a: Äußere Umfangsfläche
30: Platte (anliegender Abschnitt)
40: Ventilelement
50: Lagerbuchse (pressgeformtes Produkt)
50a: Innere Umfangsfläche
50c: eine Endfläche
50d: die andere Endfläche
51: Metallkernmaterial
52: Blähgraphit
A0: Mischbereich
A1: Erster Blähgraphitbereich
T1: Schichtdickenabmessung des ersten Blähgraphitbereichs in Durchmesserrichtung senkrecht zur Achse S
T: Gesamtdickenabmessung in Durchmesserrichtung der Lagerbuchse
Vm: Volumen des Metallkernmaterials im Mischbereich
Vg: Volumen des Blähgraphits im Mischbereich
A2: Zweiter Blähgraphitbereich
A3: Dritter Blähgraphitbereich
100: Metallgitterlage
110, 120: Blähgraphitlagen
140: Druckbindungslage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5335167 [0006]

Claims

Ventilvorrichtung (M), umfassend: einen Körper (10), der einen Durchgang (11) definiert, durch den ein Fluid fließt; eine Welle (20), die in Bezug auf den Körper (10) beweglich gelagert ist und eine Achse (S) definiert; ein Ventilelement (40), das an der Welle (20) befestigt ist, um den Durchgang (11) zu öffnen und zu schließen; und eine zylindrische Lagerbuchse (50), die die Welle (20) in Bezug auf den Körper (10) beweglich lagert, wobei die zylindrische Lagerbuchse (50) einen Mischbereich (A0), in dem ein Metallkernmaterial (51) und Blähgraphit (52) miteinander gemischt sind, und einen ersten Blähgraphitbereich (A1) aufweist, in dem nur der Blähgraphit (52) vorhanden ist, so dass das Metallkernmaterial (51) in einem inneren Umfangsseitenbereich in Kontakt mit einer Außenumfangsfläche (20a) der Welle (20) nicht freiliegt.
Ventilvorrichtung (M) gemäß Anspruch 1, wobei die Welle (20) einen anliegenden Abschnitt (30) enthält, der an einer Endfläche (50c) der zylindrischen Lagerbuchse (50) in einer Richtung der Achse (S) anliegt, und wobei die zylindrische Lagerbuchse (50) ferner einen zweiten Blähgraphitbereich (A2) enthält, in dem nur der Blähgraphit (52) vorhanden ist, an einer Seite der einen Endfläche (50c) in Richtung der Achse (S).
Ventilvorrichtung (M) gemäß Anspruch 2, wobei die zylindrische Lagerbuchse (50) ferner einen dritten Blähgraphitbereich (A3) aufweist, in dem nur der Blähgraphit (52) vorhanden ist, an einer Seite der anderen Endfläche (50d) in Richtung der Achse (S).
Ventilvorrichtung (M) gemäß Anspruch 3, wobei in der zylindrischen Lagerbuchse (50) die Seite der einen Endfläche (50c) und die Seite der anderen Endfläche (50d) die gleiche Form haben.
Ventilvorrichtung (M) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zylindrische Lagerbuchse (50) ein pressgeformtes Produkt ist, das durch Pressformen einer Druckbindungslage (140) erhalten wird, bei dem eine Metallgitterlage (100), die aus dem Metallkernmaterial hergestellt ist, sandwichartig zwischen Blähgraphitlagen (110, 120) angeordnet und druckgebunden ist.