JP2010065729A

JP2010065729A - 密封装置及びその装着方法

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Publication number: JP2010065729A
Application number: JP2008230943A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Furuyama; 秀之古山; Tatsuhiko Watanabe; 竜彦渡邉
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: JP5304995B2; EP2327909A1; WO2010029820A1; EP2327909A4; EP2327909B1; CN102144116A; CN102144116B

Abstract

【課題】車両のＥＧＲシステムに用いられるバタフライバルブの弁軸外周をＰＴＦＥ製のシールリップ１３により密封する密封装置１０において、弁軸に対する所要の締め代を維持して密封性能を向上させる。
【解決手段】弁軸挿入孔１０２に圧入固定される取付環１１，１２と、この取付環１１，１２に保持されて弁軸の外周面に摺動可能に密接されるシールリップ１３とを備え、このシールリップ１３はフッ素樹脂で円盤状に成形され、内径部１３ｂが前記弁軸によって流路１０１側を向いた状態に強制変形される。
【選択図】図２

Description

本発明は弁軸周を密封する密封装置に関するものであって、特に、車両の排気ガス再循環システム（以下、ＥＧＲシステムという）におけるバタフライバルブの弁軸周をシールリップにより密封する密封装置及びその装着方法に関する。

車両のＥＧＲシステムに用いられるバタフライバルブは、弁体を動作させる弁軸が、流路を形成するハウジングを貫通して設けられているため、このハウジングに開設した弁軸挿入孔と、この弁軸挿入孔に挿通した弁軸との隙間を通じて前記流路から流体が漏出することのないように、両者間には密封装置を設ける必要がある。

図１０は、従来の密封装置を、ＥＧＲシステムのバルブアセンブリと共に示す説明図である。このバルブアセンブリは、不図示のエキゾーストマニホールドとインテークマニホールドとを連通する流路１０１を有するハウジング１００と、前記流路１０１の流路断面積を調整するバタフライバルブ２００とを備える。

バタフライバルブ２００は、ハウジング１００に流路１０１の中心線と直交する方向に開設されると共に一端が閉塞された弁軸挿入孔１０２に挿通された弁軸２０１と、この弁軸２０１における両端近傍の小径部２０１ｂ，２０１ｃを前記流路１０１の両側で前記弁軸挿入孔１０２に回転自在に支持する軸受２０３，２０４と、前記流路１０１内に配置されると共に前記弁軸２０１に取り付けられた円盤状弁体２０２とを備える。そして、弁軸挿入孔１０２の開放端１０２ａからハウジング１００の外部へ突出した弁軸２０１の外端２０１ｄに取り付けられたレバー２０５が、不図示のモータからの駆動力を受けることによって、弁軸２０１がその軸心の周りに適当な角度範囲で回転し、これによって円盤状弁体２０２が動作して流路１０１の流路断面積を変化させるものである。

弁軸挿入孔１０２とその内周の弁軸２０１との間には密封装置３００が設けられている。この密封装置３００は、前記弁軸挿入孔１０２に圧入固定される金属環３０１と、この金属環３０１に保持されて、流路１０１側を向いた内径部が弁軸２０１の外周面に摺動可能に密接されるシールリップ３０２とを備えている。そして流路１０１内は排ガスによる２００℃の高温かつ強酸性の凝縮水を生じる環境になることから、密封装置３００は軸受２０３より外側、すなわち流路１０１から十分に離れた位置に設けられると共に、シールリップ３０２にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を用いている（例えば特許文献１参照）。
特開２００７−３２３０１号公報

しかしながら、従来の密封装置３００は、軸受２０３より外側に配置されていることから、流路１０１内を流れる排ガス中に含まれるスス、凝縮水、未燃焼物などが軸受２０３に侵入するおそれがある。このため、軸受２０３と流路１０１との間にはワイヤフィルタ２０６及びラビリンスシール２０７を介在させているが、前記スス、凝縮水、未燃焼物などの侵入をワイヤフィルタ２０６及びラビリンスシール２０７によって完全に遮断することは困難である。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、車両のＥＧＲシステムに用いられるバタフライバルブの弁軸外周をＰＴＦＥ製のシールリップにより密封する密封装置において、弁軸に対する所要の締め代を維持して密封性能を向上させることにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る密封装置は、ハウジング内周の流路内に配置された円盤状弁体を開閉動作させる弁軸と、前記ハウジングに前記流路の中心線と直交する方向に開設されて前記弁軸が挿通された弁軸挿入孔との間を密封する密封装置であって、前記弁軸挿入孔に圧入固定される取付環に保持されて前記弁軸の外周面に摺動可能に密接されるシールリップを備え、このシールリップはフッ素樹脂で円盤状に成形され、内径部が前記弁軸によって前記流路側を向いた状態に強制変形されることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明に係る密封装置の装着方法は、フッ素樹脂で円盤状に成形されたシールリップを備える密封装置の前記シールリップの内周に、円盤状弁体を開閉動作させる弁軸を挿入するに際して、外径が前記弁軸の外径と略同等であって前記シールリップの内径寸法よりも適宜大径の円筒状又は円柱状の治具を、密封装置の反密封側となる方向から前記シールリップの内周に挿入することによって、前記シールリップの内径部を前記治具の挿入方向へ強制変形させてから、前記弁軸を、その端部又は端部側を向いた段差部が前記治具の端部と同心的に衝合した状態で、前記治具の挿入方向と反対側へ向けて前記シールリップの内周へ挿入することを特徴とするものである。

請求項１の発明に係る密封装置によれば、円盤状に成形されたシールリップは、内径部が弁軸によって前記流路側を向いた状態に強制変形されることによって、フッ素樹脂からなるものであるにも拘らず大きな初期締め代が確保され、しかも高温条件によってクリープしても残留締め代が大きなものとなる。したがって、弁軸挿入孔における流路寄りの位置に装着しても、長期間にわたって優れた密封性を維持することができる。

請求項２の発明に係る密封装置の装着方法によれば、円盤状に成形されたシールリップの内径部を、治具の挿入によって密封側となる方向へ強制変形させた状態で、確実に弁軸を挿入することができる。このため、請求項１の発明による効果を確実に実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る密封装置をＥＧＲシステムのバルブアセンブリと共に示す説明図、図２は、本発明に係る密封装置をその軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。

図１に示されるバルブアセンブリは、不図示のエキゾーストマニホールドとインテークマニホールドとを連通する流路１０１を有するハウジング１００と、前記流路１０１の流路断面積を調整するバタフライバルブ２００とを備える。

バタフライバルブ２００は、ハウジング１００に流路１０１の中心線と直交する方向に開設されると共に一端が閉塞された弁軸挿入孔１０２に挿通された弁軸２０１と、この弁軸２０１を前記流路１０１の両側で前記弁軸挿入孔１０２に回転自在に支持する軸受２０３，２０４と、前記流路１０１内に配置されると共に前記弁軸２０１に取り付けられた円盤状弁体２０２とを備える。弁軸２０１は、円盤状弁体２０２が取り付けられた軸方向中間の大径部２０１ａと、その両側の小径部２０１ｂ，２０１ｃを有し、軸受２０３，２０４は、大径部２０１ａと小径部２０１ｂ間及び大径部２０１ａと小径部２０１ｃ間の段差部に当接することによって、弁軸２０１の軸方向変位を規制した状態で、小径部２０１ｂ，２０１ｃの外周を支持している。

そしてこのバタフライバルブ２００は、弁軸挿入孔１０２の開放端１０２ａからハウジング１００の外部へ突出した弁軸２０１の外端２０１ｄにレバー２０５が取り付けられており、不図示のモータからの駆動力をレバー２０５を介して受けることによって、弁軸２０１がその軸心の周りに適当な角度範囲で回転し、これによって円盤状弁体２０２が動作して流路１０１の流路断面積を変化させるものである。

本発明に係る密封装置１０は、軸受２０３，２０４の流路１０１側の端部に配置されている。

詳しくは、この密封装置１０は図２に示されるように、ハウジング１００の弁軸挿入孔１０２に圧入固定される金属（例えばステンレス鋼板）製の外環１１と、この外環１１の内周にカシメ固定された金属（例えばステンレス鋼板）製の内環１２と、これら外環１１及び内環１２に形成されて互いに軸方向に並んだ内向き鍔部１１ａ，１２ａの間に外径部１３ａが保持されたシールリップ１３とを備えている。なお、外環１１及び内環１２は、請求項１に記載された取付環に相当する。

シールリップ１３は、耐熱性及び耐酸性に優れたフッ素樹脂であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を、切削等によって円盤状に成形したものであって、その内径φ１は図１に示される弁軸２０１の大径部２０１ａの外径よりも小径であり、したがってこの弁軸２０１を挿入した状態では、内径部１３ｂが図２に一点鎖線で示されるように流路１０１側を向いた状態に拡径変形され、その変形状態で弁軸２０１の大径部２０１ａの外周面に摺動可能に密接されるものである。

ここで、図１のようなバタフライバルブ２００では、密封装置１０の装着に際しては、弁軸２０１を図２における右側（流路１０１側となる方向）からシールリップ１３の内周に挿入せざるを得ないが、このような方向から弁軸２０１を挿入した場合は、シールリップ１３の内径部１３ｂを図２のように流路１０１側を向いた状態に強制変形させることができない。したがって、本発明では、シールリップ１３の内径部１３ｂを、流路１０１側を向いた状態に強制変形させるため、図３〜図７に示される方法によって密封装置１０を装着する。このうち図３は、治具の挿入前の状態を示す説明図、図４は、治具の挿入状態を示す説明図、図５は、治具の端部に弁軸を衝合させた状態を示す説明図、図６は、シールリップが治具の外周から弁軸の外周へ相対移動する過程を示す説明図、図７は、弁軸を挿入した状態を示す説明図である。

まず図３において、参照符号２０は本発明の装着方法で使用される治具である。この治具２０は中空円筒状であって、外径φ２が図５に示される弁軸２０１の大径部２０１ａの外径φ３と略同径であり、したがってシールリップ１３の内径φ１より大径であり、内径φ４が、前記弁軸２０１における外端２０１ｄ側の小径部２０１ｂを挿入可能な大きさとなっている。

なお、シールリップ１３の内径φ１は、弁軸２０１の大径部２０１ａを挿入した時の伸び、すなわち（φ３−φ１）／φ１で求められる伸びが、材料（ＰＴＦＥ）の破断伸び未満となるように設定する。

治具２０の先端外径部には面取り部２０ａが形成されている。この面取り部２０ａは、図５に示されるように、弁軸２０１における大径部２０１ａと小径部２０１ｂ間の段差部２０１ｅの外径部に形成された面取り部２０１ｆと同等の大きさ又はそれより小さく形成されている。

なお、面取り部２０ａ，２０１ｆの角度θは、３０〜４５度程度とすることが好ましく、シールリップ１３の内周を通過する時の抵抗を小さくするため、面取り部２０ａ，２０１ｆにおける大径側及び小径側の角部はＲ面に加工することが好ましい。

密封装置１０の装着において、シールリップ１３の内周に弁軸２０１の大径部２０１ａを挿入する作業では、まず図３に示されるように、治具２０を、面取り部２０ａが形成された先端部２０ｃを先頭にして、密封装置１０の反密封側（図１に示される装着状態において流路１０１と反対側となる方向）、すなわち図３における左側から、矢印で示されるようにシールリップ１３の内周へ向けて挿入する。先に説明したように、治具２０の外径φ２はシールリップ１３の内径φ１より大径であるため、図４に示されるように、シールリップ１３の内径部１３ｂは治具２０の挿入方向を向くように強制的に拡径変形を受けながら、治具２０の面取り部２０ａから外周面２０ｂへ相対的に乗り上がる。

次に、図５に示されるように、弁軸２０１の小径部２０１ｂを、治具２０の内周孔へ、この治具２０の先端部２０ｃ側から挿入することによって、弁軸２０１の小径部２０１ｂと大径部２０１ａ間の段差部２０１ｅを治具２０の先端部２０ｃと同心的に衝合させてから、この状態で治具２０の挿入方向と反対側（図における左側）へ向けて治具２０を押し戻すように弁軸２０１及び治具２０を移動させる。これによって、シールリップ１３の内径部１３ｂは治具２０の挿入方向（図における右側）を向いた状態を維持しながら、治具２０の外周面２０ｂを先端部２０ｃ側へ向けて摺動されることになる。

この移動過程では、図６に示されるように、シールリップ１３の内周を治具２０と弁軸２０１の段差部２０１ｅとの衝合部が通過することになるが、このときシールリップ１３の内径部１３ｂは、治具２０の先端外径の面取り部２０ａへいったん落ち込んだ後、図における右側を向いた状態を維持しながら、弁軸２０１の面取り部２０１ｆから大径部２０１ａの外周面へ相対的に乗り上がる。

このため密封装置１０は、図７に示されるように、シールリップ１３の内径部１３ｂが流路１０１側となる方向を向いた状態で、弁軸２０１の大径部２０１ａの外周へ装着することができる。

上述の方法によって、図１のようなバルブアセンブリに装着された密封装置１０によれば、シールリップ１３が円盤状に成形され、その内径部１３ｂが弁軸２０１の大径部２０１ａの挿入によって流路１０１側を向いた状態に強制変形されたものであるため、ＰＴＦＥからなるものであるにも拘らず大きな初期締め代が確保され、しかも流路１０１内を流れる排ガスによる２００℃程度の高温に曝されることによってクリープしても、大きな残留締め代が維持される。したがって、弁軸挿入孔１０２に、軸受２０３よりも流路１０１側に位置して配置されているにも拘らず、長期間にわたって優れた密封性を維持することができ、このため、流路１０１内の排ガス中に含まれるスス、凝縮水、未燃焼物などが軸受２０３に侵入するのを有効に防止することができる。

図８は、シールリップの締め代の経時変化確認試験結果を示す説明図、図９は、試験のための比較例としての密封装置をその軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。

試験には、本発明の実施例として、シールリップの肉厚が０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍの４種類の密封装置と、比較例として、シールリップを切削によって図９に示される屈曲形状に形成した密封装置を各２個ずつ用い、それぞれ２００℃の温度条件で、ＰＴＦＥからなるシールリップの締め代の経時変化を計測した。

図８に示される試験結果から明らかなように、比較例の密封装置は初期締め代が低く、しかも早期に締め代が低下しているのに対して、本発明の実施例の密封装置は初期締め代が高く、しかもその後長期間にわたって、比較例の初期締め代よりも高い締め代が維持されることが確認された。また、シールリップの肉厚によらず、各実施例ともほぼ同等の初期締め代及び経時変化を示すことが確認された。

本発明に係る密封装置をＥＧＲシステムのバルブアセンブリと共に示す説明図である。本発明に係る密封装置をその軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。本発明に係る密封装置の装着方法において、治具の挿入前の状態を示す説明図である。本発明に係る密封装置の装着方法において、治具の挿入状態を示す説明図である。本発明に係る密封装置の装着方法において、治具の端部に弁軸を衝合させた状態を示す説明図である。本発明に係る密封装置の装着方法において、シールリップが治具の外周から弁軸の外周へ相対移動する過程を示す説明図である。本発明に係る密封装置の装着方法において、弁軸を挿入した状態を示す説明図である。シールリップの締め代の経時変化確認試験結果を示す説明図である。試験のための比較例としての密封装置をその軸心を通る平面で切断して示す片側断面図である。従来の密封装置を、ＥＧＲシステムのバルブアセンブリと共に示す説明図である。

符号の説明

１０密封装置
１１外環（取付環）
１２内環（取付環）
１３シールリップ
２０治具
２０ａ面取り部
１００ハウジング
１０１流路
２００バタフライバルブ
２０１弁軸
２０１ｅ段差部
２０１ｆ面取り部
２０２円盤状弁体

Claims

ハウジング内周の流路内に配置された円盤状弁体を開閉動作させる弁軸と、前記ハウジングに前記流路の中心線と直交する方向に開設されて前記弁軸が挿通された弁軸挿入孔との間を密封する密封装置であって、前記弁軸挿入孔に圧入固定される取付環に保持されて前記弁軸の外周面に摺動可能に密接されるシールリップを備え、このシールリップはフッ素樹脂で円盤状に成形され、内径部が前記弁軸によって前記流路側を向いた状態に強制変形されることを特徴とする密封装置。
フッ素樹脂で円盤状に成形されたシールリップを備える密封装置の前記シールリップの内周に、円盤状弁体を開閉動作させる弁軸を挿入するに際して、外径が前記弁軸の外径と略同等であって前記シールリップの内径寸法よりも適宜大径の円筒状又は円柱状の治具を、密封装置の反密封側となる方向から前記シールリップの内周に挿入することによって、前記シールリップの内径部を前記治具の挿入方向へ強制変形させてから、前記弁軸を、その端部又は端部側を向いた段差部が前記治具の端部と同心的に衝合した状態で、前記治具の挿入方向と反対側へ向けて前記シールリップの内周へ挿入することを特徴とする密封装置の装着方法。