JP2014074428A - 回転軸のシール構造及びそれを有する弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材の面圧の低下を抑制できる回転軸のシール構造及びそれを有する弁装置を提供する。
【解決手段】流量調整弁１は、弁本体１０と、弁本体１０を貫通し、軸心回りに回転可能に設けられた円柱状又は円筒状の回転軸３０と、回転軸３０が内側に嵌挿され、弁本体１０と回転軸３０とによって半径方向に挟まれるように配置された円環状のシール部材４０と、シール部材４０の上方向への移動を規制するように弁本体１０に設けられた上壁部１０ａと、シール部材４０を上方向に向けて上壁部１０ａに押しつける押圧部材５０と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸のシール構造及びそれを有する弁装置に関する。

従来、回転軸のシール構造を有する弁装置として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に記載された弁装置としての流量調整弁８０１は、図８に示すように、ケースとしての弁本体８１０と、弁本体８１０の弁室８１４に回動可能に設けられた円筒状の弁体８２０と、弁体８２０の天井部８２３に突設された回転軸８２５と、を有している。

回転軸８２５は、弁本体８１０の天井部８３５を貫通して、弁本体８１０に設けられた軸受穴８３６に回転可能に支持されている。また、回転軸８２５に設けられた装着溝に、シール部材としてのＯリング８２９、８２９が嵌め込まれている。

この流量調整弁８０１によれば、Ｏリング８２９、８２９によって弁本体８１０と回転軸８２５との間を封止して、弁室８１４から弁本体８１０外側への流体の漏れを抑制していた。

特開２００９−２２８７６４号公報

しかしながら、Ｏリング８２９は、例えば、ニトリルゴムなどの比較的軟質の弾性材料で構成され、弁本体８１０と回転軸８２５とによって半径方向に挟まれることで弾性変形し、これによりＯリング８２９の外表面が所定の面圧で弁本体８１０及び回転軸８２５に押しつけられてそれらの間を封止するものであるところ、例えば、低温や経時によるＯリング８２９の硬化、収縮又はクリープ現象による変形などによって弾性力が維持できなくなることがあり、そのため、Ｏリング８２９の面圧が低下して、封止効果が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決することを目的とする。即ち、本発明は、シール部材の面圧の低下を抑制できる回転軸のシール構造及びそれを有する弁装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、ケースと、前記ケースを貫通し、軸心回りに回転可能に設けられた円柱状又は円筒状の回転軸と、前記回転軸が内側に嵌挿され、前記ケースと前記回転軸とによって半径方向に挟まれるように配置された円環状のシール部材と、前記シール部材の前記軸心に平行な一方向への移動を規制するように前記ケース又は前記回転軸に設けられたシール部材受け部と、前記シール部材を前記一方向に向けて前記シール部材受け部に押しつける押圧部材と、を有することを特徴とする回転軸のシール構造である。

請求項２に記載された発明は、上記目的を達成するために、ケースと、前記ケースを貫通し、軸心回りに回転可能でかつ前記軸心方向に移動可能に設けられた円柱状又は円筒状の回転軸と、前記回転軸が内側に嵌挿され、前記ケースと前記回転軸とによって半径方向に挟まれるように配置された円環状の第１シール部材と、前記回転軸に設けられたフランジ状の第１シール部材受け部と、前記回転軸が内側に嵌挿され、前記ケースと前記回転軸とによって半径方向に挟まれかつ前記第１シール部材受け部を挟んで前記第１シール部材と前記軸心方向に並べて配置された円環状の第２シール部材と、前記第２シール部材の前記軸心に平行な一方向への移動を規制しかつ前記第１シール部材受け部との間に前記第２シール部材を挟むように、前記第１シール部材受け部と前記軸心方向に対向して前記ケースに設けられた第２シール部材受け部と、前記第１シール部材を前記一方向に向けて前記第１シール部材受け部に押しつける押圧部材と、を有することを特徴とする回転軸のシール構造である。

請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記ケースには、前記回転軸との間に前記第１シール部材を挟む第１内周面と、前記第１内周面の前記第２シール部材受け部から離れた側に連なる第２内周面と、が設けられ、前記第１内周面が、前記軸心方向にわたって均一な内径となるように形成され、前記第２内周面が、前記一方向と反対の他方向に向かうにしたがって徐々に内径が大きくなるように形成され、前記回転軸が液封状態において前記他方向に移動したときに前記第１シール部材が前記第１内周面から離れかつ前記第２内周面と間隔をあけて対向するように、前記第１内周面及び前記第２内周面が設けられていることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、上記目的を達成するために、弁室が設けられた弁本体と、前記弁室に回転可能に収容された弁体と、前記弁体に取り付けられ、前記弁本体を貫通して軸心回りに回転可能に設けられた円柱状又は円筒状の回転軸と、を有する弁装置において、前記回転軸のシール構造として、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転軸のシール構造を有することを特徴とする弁装置である。

請求項１に記載された発明によれば、ケースと回転軸とによって半径方向に挟まれるように配置された円環状のシール部材と、シール部材の回転軸の軸心に平行な一方向への移動を規制するようにケース又は回転軸に設けられたシール部材受け部と、シール部材を前記一方向に向けてシール部材受け部に押しつける押圧部材と、を有している。そのため、押圧部材が、シール部材を前記一方向に向けてシール部材受け部に押しつけることによって、シール部材が、前記一方向即ち回転軸の軸心方向に圧縮されて半径方向に膨張する力が強まる。これにより、低温や経時によるシール部材の硬化、収縮又はクリープ現象による変形などが生じた場合でも、シール部材のケース及び回転軸に対する面圧の低下を抑制することができる。

請求項２に記載された発明によれば、ケースと、ケースを貫通し、軸心回りに回転可能でかつ軸心方向に移動可能に設けられた円柱状又は円筒状の回転軸と、ケースと回転軸とによって半径方向に挟まれるように配置された円環状の第１シール部材と、回転軸に設けられたフランジ状の第１シール部材受け部と、ケースと回転軸とによって半径方向に挟まれかつ第１シール部材受け部を挟んで第１シール部材と回転軸の軸心方向に並べて配置された円環状の第２シール部材と、第２シール部材の回転軸の軸心に平行な一方向への移動を規制しかつ第１シール部材受け部との間に第２シール部材を挟むように、第１シール部材受け部と回転軸の軸心方向に対向してケースに設けられた第２シール部材受け部と、第１シール部材を一方向に向けて第１シール部材受け部に押しつける押圧部材と、を有している。そのため、押圧部材が、第１シール部材を前記一方向に向けて第１シール部材受け部に押しつけると、第１シール部材が第１シール部材受け部を押して第１シール部材受け部が回転軸とともに前記一方向に向けて移動する。この移動により第１シール部材受け部が第２シール部材を前記一方向に向けて第２シール部材受け部に押しつけて、第１シール部材及び第２シール部材が、前記一方向即ち回転軸の軸心方向に圧縮されて半径方向に膨張する力が強まる。これにより、低温や経時によるシール部材の硬化、収縮又はクリープ現象による変形などが生じた場合でも、第１シール部材及び第２シール部材のケース及び回転軸に対する面圧の低下を抑制することができる。

また、上述した流量調整弁８０１では、Ｏリング８２９が、回転軸８２５に設けられた装着溝に嵌め込まれているところ、Ｏリング８２９と弁本体８１０及び回転軸８２５との間の微少な隙間空間に液体が浸入した液封状態において、温度変化により当該隙間空間に浸入した液体が膨張すると、弁本体８１０や回転軸８２５に高圧が加わって、それらに大きな負荷がかかり破壊してしまうという懸念があったが、請求項２に記載された発明によれば、回転軸が軸心方向に移動可能に設けられているため回転軸に設けられた第１シール部材受け部も軸心方向に移動可能であるので、第２シール部材とこれを囲うように配置された第１シール部材受け部、第２シール部材受け部、ケース及び回転軸との間の微少な隙間空間に液体が浸入した液封状態において、温度変化により当該隙間空間に浸入した液体が膨張した場合でも、第１シール部材受け部が軸心方向に移動して圧力を当該隙間空間から外部に開放できる。そのため、第２シール部材やケース、回転軸等に与える負荷を軽減することができる。

請求項３に記載された発明によれば、ケースには、回転軸との間に第１シール部材を挟む第１内周面と、第１内周面の第２シール部材受け部から離れた側に連なる第２内周面と、が設けられ、第１内周面が、回転軸の軸心方向にわたって均一な内径となるように形成され、第２内周面が、前記一方向と反対の他方向に向かうにしたがって徐々に内径が大きくなるように形成され、回転軸が液封状態において前記他方向に移動したときに第１シール部材が第１内周面から離れかつ第２内周面と間隔をあけて対向するように、第１内周面及び第２内周面が設けられている。そのため、例えば、第１シール部材と第２シール部材との間で液封状態が生じた場合などに、温度変化により当該隙間空間に浸入した液体が膨張した場合でも、回転軸が上記他方向に移動し、この回転軸の移動に伴い第１シール部材が第１内周面から離れかつ第２内周面と間隔をあけて対向する位置まで移動して、第１シール部材と第２内周面との間隔（隙間）から圧力を確実に開放できる。そのため、第２シール部材やケース、回転軸等に与える負荷をさらに軽減することができる。

請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転軸のシール構造を有しているので、低温や経時によるシール部材の硬化、収縮又はクリープ現象による変形などが生じた場合でも、シール部材のケース及び回転軸に対する面圧の低下を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態の流量調整弁の縦断面図である。 本発明の第２の実施形態の流量調整弁の縦断面図である。 （ａ）は、図２の流量調整弁の通常状態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、図２の流量調整弁の液封時における圧力上昇により回転軸が移動した状態を示す拡大断面図である。 図２の流量調整弁の第１の変形例の構成を示す拡大断面図である。 図２の流量調整弁の第２の変形例の構成を示す拡大断面図である。 図２の流量調整弁の第３の変形例の構成を示す拡大断面図であって、（ａ）は、通常状態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、液封時における圧力上昇により回転軸が移動した状態を示す拡大断面図である。 図２の流量調整弁の第４の変形例の構成を示す拡大断面図であって、（ａ）は、通常状態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、液封時における圧力上昇により回転軸が移動した状態を示す拡大断面図である。 従来の流量調整弁の縦断面図である。

（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態の流量調整弁を、図１を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態の弁装置としての流量調整弁の縦断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は、図１における上下に対応しており、各部材の相対的な位置関係を示すものであって、絶対的な位置関係を示すものではない。

図１に示すように、本実施形態の流量調整弁（図中、符号１で示す）は、ケースとしての弁本体１０と、弁体２０と、回転軸３０と、シール部材４０と、押圧部材５０と、を有している。

弁本体１０は、第１本体部分１１と第２本体部分１２とが図示しないボルトで結合されており、その内側に弁室１３が設けられている。

弁室１３は、互いに連通された弁体収容部分１３ａと、回転軸収容部分１３ｂと、を有している。弁体収容部分１３ａは、後述する略球体形状の弁体２０が収容される略立方体状の空間である。回転軸収容部分１３ｂは、弁体収容部分１３ａから図中上方に向けて延びる略円柱状の空間である。図１の上下方向に延びる線Ｐは、回転軸収容部分１３ｂの軸心と重なる直線である。

弁本体１０における回転軸収容部分１３ｂは、第１内周面１３ｃ、第２内周面１３ｄ及び第３内周面１３ｅによって区画されている。

第１内周面１３ｃは、回転収容部分１３ｂの図中上部分を区画している。第１内周面１３ｃは、その内径が後述する回転軸３０の回転軸本体３１の外径より大きくかつ回転軸３０の軸心方向（線Ｐ方向）にわたって均一に形成されている。第２内周面１３ｄは、第１内周面１３ｃの図中下側に連なり、回転軸収容部分１３ｂの図中中央部分を区画している。第２内周面１３ｄは、その内径が図中下方に向かうにしたがって徐々に大きくなるように形成されている。第３内周面１３ｅは、第２内周面１３ｄの図中下側に連なり、回転軸収容部分１３ｂの図中下部分を区画している。第３内周面１３ｅは、その内径が回転軸３０の軸心方向にわたって均一に形成されている。

また、弁本体１０の回転軸収容部分１３ｂの図中上方の上壁部１０ａには、後述する回転軸３０の回転軸本体３１の外径と略同一の径に形成された貫通孔１４が設けられている。貫通孔１４は、その中心を線Ｐが通るように配置されている。貫通孔１４の周面と回転軸３０の外周面との間には若干のクリアランスが設けられており、この上壁部１０ａは、後述する回転軸３０の軸受部として機能する。また、この上壁部１０ａは、後述するシール部材４０が当接されて、シール部材４０の上方向への移動を規制するシール部材受け部としても機能する。

また、弁本体１０は、第１本体部分１１側に弁室１３の弁体収容部分１３ａと連通する一次側開口１５が設けられ、第２本体部分１２側に弁室１３の弁体収容部分１３ａと連通する二次側開口１６が設けられている。一次側開口１５と二次側開口１６とは、弁室１３の弁体収容部分１３ａを挟んで互いに対向配置されている。弁室１３の弁体収容部分１３ａには、弁体２０を回動可能に支持する弁シートリング１７、１７が収容されている。

弁体２０は、略球体形状に形成されており、その中央を貫通する流過孔２１が設けられている。弁体２０は、弁室１３の弁体収容部分１３ａに収容されており、弁シートリング１７、１７によって、その中心を通り図中上下方向に延びる線Ｐの周りを回転可能に支持されている。

回転軸３０は、円柱状又は円筒状に形成された回転軸本体３１を有している。この回転軸本体３１は、弁本体１０の上壁部１０ａに設けられた貫通孔１４に挿通されている。これにより、回転軸本体３１は、弁本体１０を貫通し、軸心周りに回転可能に支持されている。回転軸本体３１は、その軸心が線Ｐに重なるように配置されている。

回転軸本体３１の図中下方の一端部は、弁体２０の嵌合穴２２に嵌合固着されている。回転軸本体３１の図中上方の他端部は、弁本体１０外側に位置しており図示しない遊星歯車機構等の減速機を備えた電動アクチュエータに取り付けられている。この電動アクチュエータによって回転軸本体３１が線Ｐ（即ち軸心）周りに回転されると、それに伴って弁体２０が線Ｐ周りに回転される。流量調整弁１は、弁体２０の回転位置によって、一次側開口１５と二次側開口１６との間が弁体２０の流過孔２１によって連通された弁開状態、一次側開口１５と二次側開口１６との間が弁体２０によって遮断された弁閉状態、又は、弁開状態と弁閉状態の間の状態である弁半開状態となる。

シール部材４０は、例えば、ニトリルゴムやシリコーンゴムなどの比較的軟質の弾性材料で構成されている。シール部材４０は、外部から力を加えられていない状態（弾性変形していない状態）で円環状（リング状）になるように形成されており、その内径が回転軸３０の回転軸本体３１の外径より若干小さく、かつ、その外径が弁室１３の回転軸収容部分１３ｂの弁本体１０の上壁部１０ａ付近、即ち、シール部材４０が位置づけられる箇所（第１内周面１３ｃ）の内径より若干大きくされている。

シール部材４０は、回転軸３０（具体的には、回転軸本体３１）が内側に嵌挿され、弁室１３の回転軸収容部分１３ｂに配置されることにより、弁本体１０の弁室１３の回転軸収容部分１３ｂを区画する第１内周面１３ｃと回転軸３０の外周面とによってその半径方向に挟まれて、弁本体１０と回転軸３０との間を封止する。

押圧部材５０は、カラー５１と、圧縮コイルばね５２と、を有している。

カラー５１は、例えば、比較的硬質の合成樹脂などを材料として円環状に形成されており、その内径が回転軸３０の回転軸本体３１の外径より若干大きく、かつ、その外径が弁室１３の回転軸収容部分１３ｂの弁本体１０の上壁部１０ａ付近の内径より若干小さくされている。カラー５１は、回転軸３０（具体的には、回転軸本体３１）が内側に挿通され、シール部材４０の弁体２０側に隣接して配置されている。

圧縮コイルばね５２は、その内径が回転軸３０の回転軸本体３１の外径より大きくされ、かつ、その外径が弁室１３の回転軸収容部分１３ｂの内径より小さくされている。圧縮コイルばね５２は、回転軸３０（具体的には、回転軸本体３１）が内側に挿通され、軸心が線Ｐに重ねて配置されている。また、圧縮コイルばね５２は、一端がカラー５１に当接されかつ他端が弁体２０に当接されて、カラー５１と弁体２０との間に線Ｐ方向に圧縮された状態で配置されている。

次に、本実施形態の流量調整弁１の作用について説明する。

流量調整弁１は、弁本体１０と回転軸３０との間にシール部材４０が設けられている。このシール部材４０は、弁本体１０と回転軸３０とによって半径方向に挟まれており、これにより、シール部材４０が弁本体１０と回転軸３０により半径方向に圧縮されるように弾性変形して、シール部材４０の外表面が弁本体１０の弁室１３の回転軸収容部分１３ｂを区画する第１内周面１３ｃ及び回転軸３０の外周面に押しつけられて、弁本体１０と回転軸３０との間を封止する。

また、シール部材４０は、上壁部１０ａによって上方向への移動が規制されており、押圧部材５０のカラー５１及び圧縮コイルばね５２によって、上方向に向けて上壁部１０ａに押しつけられている。これにより、シール部材４０は、線Ｐ方向に圧縮されて半径方向に膨張する力が強まる。

以上、説明したように、本実施形態の流量調整弁１は、弁本体１０と、弁本体１０を貫通し、軸心回りに回転可能に設けられた円柱状又は円筒状の回転軸３０と、回転軸３０が内側に嵌挿され、弁本体１０と回転軸３０とによって半径方向に挟まれるように配置された円環状のシール部材４０と、シール部材４０の上方向への移動を規制するように弁本体１０に設けられた上壁部１０ａと、シール部材４０を上方向に向けて上壁部１０ａに押しつける押圧部材５０と、を有している。

本実施形態によれば、弁本体１０と回転軸３０とによって半径方向に挟まれるように配置された円環状のシール部材４０と、シール部材４０の上方向への移動を規制するように弁本体１０に設けられた上壁部１０ａと、シール部材４０を上方向に向けて上壁部１０ａに押しつける押圧部材５０と、を有している。そのため、押圧部材５０が、シール部材４０を上方向に向けて上壁部１０ａに押しつけることによって、シール部材４０が、上方向即ち回転軸３０の軸心方向に圧縮されて半径方向に膨張する力が強まる。これにより、低温や経時によるシール部材４０の硬化、収縮又はクリープ現象による変形などが生じた場合でも、シール部材４０の弁本体１０及び回転軸３０に対する面圧の低下を抑制することができる。

（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態の弁装置としての流量調整弁を、図２、図３を参照して説明する。

図２は、本発明の第２の実施形態の流量調整弁の縦断面図である。図３（ａ）は、図２の流量調整弁の通常状態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、図２の流量調整弁の液封時における圧力上昇により回転軸が移動した状態を示す拡大断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は、図２、図３における上下に対応しており、各部材の相対的な位置関係を示すものであって、絶対的な位置関係を示すものではない。

図２に示すように、本実施形態の流量調整弁（図中、符号１Ａで示す）は、ケースとしての弁本体１０と、弁体２０と、回転軸３０Ａと、第１シール部材４１と、第２シール部材４２と、押圧部材５０と、を有している。本実施形態において、上述した第１の実施形態と同一の構成部材には、同一の符号を付して説明を省略する。

回転軸３０Ａは、円柱状又は円筒状に形成された回転軸本体３１と、その軸心方向の途中箇所に設けられ、外径が弁室１３の回転軸収容部分１３ｂの第１内周面１３ｃの内径と略同一のフランジ部３２と、を一体に有している。この回転軸本体３１は、弁本体１０の上壁部１０ａに設けられた貫通孔１４に挿通されている。これにより、回転軸本体３１は、弁本体１０を貫通し、軸心周りに回転可能に支持されている。回転軸本体３１は、その軸心が線Ｐに重なるように配置されている。この状態において、フランジ部３２は、弁本体１０の上壁部１０ａと線Ｐ方向に対向配置される。

回転軸本体３１の図中下方の一端部は、弁体２０に設けられた嵌合穴２２に、線Ｐ方向に若干の遊びを設けて嵌合されている。例えば、回転軸本体３１の図中下方の一端部は、その外周面の一部に半径方向に突出して形成された突部（図示なし）を有するキー形状（鍵形状）に形成され、嵌合穴２２は、平面視形状がこのキー形状に合致するキー溝形状（鍵穴形状）に形成されている。これにより、弁体２０と回転軸３０Ａとは、互いに上下方向には摺動可能で、かつ、線Ｐ周りの回転方向には互いに一体的に回転可能となっている。つまり、回転軸３０Ａは、線Ｐ方向に移動可能に設けられている。本実施形態においては、回転軸３０Ａが線Ｐ方向に移動した場合でも、当該回転軸３０Ａと共に移動する第１シール部材４１が弁本体１０と回転軸３０とによって半径方向に挟まれた状態を維持（即ち、封止機能を発揮）するように、回転軸３０Ａの線Ｐ方向の移動可能量や、弁本体１０の第１内周面１３ｃ及び第２内周面１３ｄの形状などが設定されている。回転軸本体３１の図中上方の他端部は、弁本体１０外側に位置しており図示しない遊星歯車機構等の減速機を備えた電動アクチュエータに取り付けられている。この電動アクチュエータによって回転軸本体３１が線Ｐ周りに回転されると、それに伴って弁体２０が線Ｐ周りに回転される。流量調整弁１Ａは、弁体２０の回転位置によって、一次側開口１５と二次側開口１６との間が弁体２０の流過孔２１によって連通された弁開状態、一次側開口１５と二次側開口１６との間が弁体２０によって遮断された弁閉状態、又は、弁開状態と弁閉状態の間の状態である弁半開状態となる。

第１シール部材４１は、例えば、ニトリルゴムやシリコーンゴムなどの比較的軟質の弾性材料で構成されている。第１シール部材４１は、外部から力を加えられていない状態（弾性変形していない状態）で円環状（リング状）になるように形成されており、その内径が回転軸３０Ａの回転軸本体３１の外径より若干小さく、かつ、その外径が弁室１３の回転軸収容部分１３ｂの弁本体１０の上下方向中央付近、即ち、第１シール部材４１が位置づけられる箇所（第１内周面１３ｃ）の内径より若干大きくされている。

第１シール部材４１は、回転軸３０Ａ（具体的には、回転軸本体３１）が内側に嵌挿され、弁室１３の回転軸収容部分１３ｂに配置されることにより、弁本体１０の弁室１３の回転軸収容部分１３ｂを区画する第１内周面１３ｃと回転軸３０Ａの外周面とによってその半径方向に挟まれて弁本体１０と回転軸３０Ａとの間を封止する。

第２シール部材４２は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂等の比較的硬質の合成樹脂で構成されている。第２シール部材４２は、円環状（リング状）に形成されており、その内径が回転軸３０Ａの回転軸本体３１の外径と略同一、かつ、その外径が弁室１３の回転軸収容部分１３ｂの弁本体１０の上壁部１０ａ付近、即ち、第２シール部材４２が位置づけられる箇所（第１内周面１３ｃ）の内径と略同一にされている。第２シール部材４２は、第１シール部材４１と同様に、比較的軟質の弾性材料で構成されていてもよく、その場合、その内径が回転軸３０Ａの回転軸本体３１の外径より若干小さく、かつ、その外径が弁室１３の第１内周面１３ｃより若干大きくされていることが好ましい。

第２シール部材４２は、回転軸３０Ａ（具体的には、回転軸本体３１）が内側に嵌挿され、弁室１３の回転軸収容部分１３ｂに配置されることにより、弁本体１０の第１内周面１３ｃと回転軸３０Ａの外周面とによってその半径方向に挟まれて弁本体１０と回転軸３０Ａとの間を封止する。

第１シール部材４１は、回転軸３０Ａのフランジ部３２の弁体２０側に配置されている。第２シール部材４２は、回転軸３０Ａのフランジ部３２の上壁部１０ａ側に配置されている。つまり、第１シール部材４１と第２シール部材４２とはフランジ部３２を挟んで線Ｐ方向に並べて配置されている。

押圧部材５０のカラー５１は、回転軸３０Ａ（具体的には、回転軸本体３１）が内側に挿通され、第１シール部材４１の弁体２０側に隣接して配置されている。押圧部材５０の圧縮コイルばね５２は、一端がカラー５１に当接されかつ他端が弁体２０に当接されて、カラー５１と弁体２０との間に線Ｐ方向に圧縮された状態で配置されている。

次に、本実施形態の流量調整弁１Ａの作用について説明する。

流量調整弁１Ａは、弁本体１０と回転軸３０Ａとの間に第１シール部材４１が設けられている。この第１シール部材４１は、弁本体１０と回転軸３０Ａとによって半径方向に挟まれており、これにより、第１シール部材４１が弁本体１０と回転軸３０Ａにより半径方向に圧縮されるように弾性変形して、第１シール部材４１の外表面が弁本体１０の弁室１３の回転軸収容部分１３ｂを区画する第１内周面１３ｃ及び回転軸３０Ａの外周面に押しつけられて、弁本体１０と回転軸３０Ａとの間を封止する。また、第２シール部材４２も、弁本体１０と回転軸３０Ａとによって半径方向に挟まれて、弁本体１０と回転軸３０Ａとの間を封止する。

また、流量調整弁１Ａは、弁体２０側から上方向に向けて順に押圧部材５０、第１シール部材４１、回転軸３０Ａのフランジ部３２、第２シール部材４２及び弁本体１０の上壁部１０ａが並べて配置されている。回転軸３０Ａは上下方向に移動可能である。そのため、押圧部材５０によって第１シール部材４１が上方向に向けて押されて回転軸３０Ａのフランジ部３２に押しつけられ、この回転軸３０Ａのフランジ部３２によって第２シール部材４２が上方向に向けて押されて上壁部１０ａに押しつけられる。これにより、第１シール部材４１は、回転軸３０Ａのフランジ部３２によって上方向への移動が規制され、線Ｐ方向に圧縮されて半径方向に膨張する力が強まる。また、本実施形態において、第２シール部材４２は比較的硬質の合成樹脂であるが、第２シール部材４２が比較的軟質の弾性材料で構成されている場合、上壁部１０ａによって上方向への移動が規制され、線Ｐ方向に圧縮されて半径方向に膨張する力が生じる。

また、流量調整弁１Ａでは、第２シール部材４２が、回転軸３０Ａのフランジ部３２、弁本体１０の上壁部１０ａ、弁本体１０の弁室１３の回転軸収容部分１３ｂを区画する部分、及び、回転軸３０Ａの回転軸本体３１、で囲われた空間に収容されている。そのため、図３（ａ）に示す通常状態において、第２シール部材４２とそれを囲う部材との間の微少な隙間空間Ｓに液体が浸入した液封状態となる場合がある。そして、この隙間空間Ｓに浸入した液体が温度変化などにより膨張して当該液体の圧力が上昇すると、その圧力が回転軸３０Ａのフランジ部３２及び第１シール部材４１を介して押圧部材５０に伝わり押圧部材５０が圧縮されて、図３（ｂ）に示すように、第１シール部材４１、フランジ部３２及び第２シール部材４２が図中下方に移動して、上壁部１０ａと第２シール部材４２との間に隙間空間Ｓ’が生じ、そのため、隙間空間Ｓ’内の液体が、上壁部１０ａと回転軸３０Ａとの隙間（貫通孔１４の周面と回転軸３０Ａの外周面とのクリアランス）から流量調整弁１Ａの外部に開放される。即ち、液封状態において、液体の膨張により生じた圧力が外部に開放される。

以上、説明したように、本実施形態の流量調整弁１Ａは、弁本体１０と、弁本体１０を貫通し、軸心回りに回転可能に設けられた円柱状又は円筒状の回転軸３０Ａと、回転軸３０Ａが内側に嵌挿され、弁本体１０と回転軸３０Ａとによって半径方向に挟まれるように配置された円環状の第１シール部材４１と、回転軸３０Ａに設けられたフランジ部３２と、回転軸３０Ａが内側に嵌挿され、弁本体１０と回転軸３０Ａとによって半径方向に挟まれかつ回転軸３０Ａのフランジ部３２を挟んで第１シール部材４１と回転軸の軸心方向に並べて配置された円環状の第２シール部材４２と、第２シール部材４２の上方向への移動を規制しかつ回転軸３０Ａのフランジ部３２との間に第２シール部材４２を挟むように、フランジ部３２と回転軸３０Ａの軸心方向に対向して弁本体１０に設けられた上壁部１０ａと、第１シール部材４１を上方向に向けて回転軸３０Ａのフランジ部３２に押しつける押圧部材５０と、を有している。

本実施形態によれば、弁本体１０と回転軸３０Ａとによって半径方向に挟まれるように配置された円環状の第１シール部材４１と、回転軸３０Ａに設けられたフランジ部３２と、弁本体１０と回転軸３０Ａとによって半径方向に挟まれかつ回転軸３０Ａのフランジ部３２を挟んで第１シール部材４１と回転軸３０Ａの軸心方向に並べて配置された円環状の第２シール部材４２と、第２シール部材４２の上方向への移動を規制しかつ回転軸３０Ａのフランジ部３２との間に第２シール部材４２を挟むように、回転軸３０Ａのフランジ部３２と回転軸３０Ａの軸心方向に対向して弁本体１０に設けられた上壁部１０ａと、第１シール部材４１を上方向に向けて回転軸３０Ａのフランジ部３２に押しつける押圧部材５０と、を有している。そのため、押圧部材５０が、第１シール部材４１を上方向に向けて回転軸３０Ａのフランジ部３２に押しつけると、第１シール部材４１が回転軸３０Ａのフランジ部３２を押してこのフランジ部３２が回転軸とともに上方向に向けて移動する。この移動により回転軸３０Ａのフランジ部３２が第２シール部材４２を上方向に向けて弁本体１０の上壁部１０ａに押しつけて、第１シール部材４１及び第２シール部材４２が、上方向即ち回転軸の軸心方向に圧縮されて半径方向に膨張する力が生じる。これにより、低温や経時によるシール部材の硬化、収縮又はクリープ現象による変形などが生じた場合でも、シール部材の弁本体１０及び回転軸３０Ａに対する面圧の低下を抑制することができる。

また、回転軸３０Ａが軸心方向に移動可能に設けられているため回転軸３０Ａに設けられたフランジ部３２も軸心方向に移動可能であるので、第２シール部材４２と、これを囲うように配置された回転軸３０Ａのフランジ部３２、弁本体１０の上壁部１０ａ、弁本体１０の弁室１３の回転軸収容部分１３ｂを区画する部分、及び、回転軸３０Ａの回転軸本体３１、との間の微少な隙間空間Ｓに液体が浸入した液封状態において、温度変化により当該隙間空間に浸入した液体が膨張した場合でも、回転軸３０のフランジ部３２が軸心方向に移動して、液体の膨張により生じた圧力を上壁部１０ａと回転軸３０Ａとの隙間（クリアランス）から外部に開放することができる。そのため、第２シール部材４２や弁本体１０、回転軸３０Ａ等に与える負荷を軽減することができる。

上述した第２の実施形態では、押圧部材５０が圧縮コイルばね５２を備えた構成であったが、これに限定されるものではない。この圧縮コイルばね５２に代えて、例えば、図４に示すように、円環状に形成された複数の板ばねを重ねてなる圧縮ばね５３を備えた押圧部材５０Ａを用いた構成の流量調整弁１Ｂとしてもよく、本発明の目的に反しない限り、押圧部材５０の構成は任意である。また、上述した第１の実施形態でも同様である。

また、上述した第２の実施形態では、第２シール部材４２が、円環状に形成された１つの部材で構成されているものであったが、これに限定されるものではない。このような第２シール部材４２に代えて、例えば、図５に示すように、上記第１シール部材４１と同一構成の部分シール部材４２ａと、上記第２シール部材４２と同一構成の部分シール部材４２ｂとを組み合わせてなる第２シール部材４２Ａを用いた構成の流量制御弁１Ｃとしてもよく、本発明の目的に反しない限り、第２シール部材の構成は任意である。第１シール部材４１についても同様である。また、上述した第１の実施形態のシール部材４０も同様である。

また、上述した第２の実施形態では、回転軸３０Ａが線Ｐ方向に移動した場合でも、当該回転軸３０Ａと共に移動する第１シール部材４１が弁本体１０と回転軸３０とによって半径方向に挟まれた状態を維持（即ち、封止機能を発揮）するように、回転軸３０Ａの線Ｐ方向の移動可能量や、弁本体１０の第１内周面１３ｃ及び第２内周面１３ｄの形状が設定されており、これにより、液封状態において液体の膨張により生じた圧力を上壁部１０ａと回転軸３０Ａとの隙間（クリアランス）のみから外部に開放する構成であったが、これに限定されるものではない。

例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、上述した流量調整弁１Ａの構成において、回転軸３０Ａが液封状態において図中下方（即ち、請求項中の他方向）に移動したときに第１シール部材４１が第１内周面１３ｃから離れかつ第２内周面１３ｄと間隔をあけて対向するように第１内周面１３ｃ及び第２内周面１３ｄを設けた構成（具体的には、流量調整弁１Ａの構成において、弁本体１０の第１内周面１３ｃと第２内周面１３ｄとの境界Ｋを図中上方に移動した構成）とした流量制御弁１Ｄとしてもよい。図６は、図２の流量調整弁の第３の変形例の構成を示す拡大断面図であって、（ａ）は、通常状態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、液封時における圧力上昇により回転軸が移動した状態を示す拡大断面図である。

同様に、例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、上述した流量調整弁１Ａの変形例の流量調整弁１Ｃの構成において、回転軸３０Ａが液封状態において図中下方（即ち、請求項中の他方向）に移動したときに第１シール部材４１が第１内周面１３ｃから離れかつ第２内周面１３ｄと間隔をあけて対向するように第１内周面１３ｃ及び第２内周面１３ｄを設けた構成（具体的には、流量調整弁１Ｃの構成において、弁本体１０の第１内周面１３ｃと第２内周面１３ｄとの境界Ｋを図中上方に移動した構成）とした流量制御弁１Ｅとしてもよい。図７は、図２の流量調整弁の第４の変形例の構成を示す拡大断面図であって、（ａ）は、通常状態を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、液封時における圧力上昇により回転軸が移動した状態を示す拡大断面図である。

換言すると、流量調整弁１Ｄ（又は流量調整弁１Ｅ）において、回転軸３０Ａの図中下方への移動に伴って第１シール部材４１が第１内周面１３ｃから離れかつ第２内周面１３ｄと間隔をあけて対向する位置まで移動されるように、回転軸３０Ａが移動可能に設けられている構成としてもよい。

このような構成とすることで、例えば、図６（ａ）、（ｂ）の流量調整弁１Ｄにおいて第１シール部材４１と第２シール部材４２との間で液封状態が生じた場合などに、温度変化により隙間空間Ｓに浸入した液体が膨張したときでも、回転軸３０Ａが図中下方に移動し、上述した実施形態と同様に、圧力を上壁部１０ａと回転軸３０Ａとの隙間から外部に開放でき、さらに、この回転軸３０Ａの移動に伴い第１シール部材４１が第１内周面１３ｃから離れかつ第２内周面１３ｄと間隔をあけて対向する位置まで移動して、第１シール部材４１と第２内周面１３ｄとの間隔（隙間）から液体（即ち、圧力）を確実に開放できる。

また、特に、図７（ａ）、（ｂ）に示した流量調整弁１Ｅの構成では、第１シール部材４１と第２シール部材４２の部分シール部材４２ａとに挟まれた隙間空間Ｓ’’に液封が生じることがあり、この隙間空間Ｓ’’内の液体は、上壁部１０ａと部分シール部材４２ａとの間に隙間空間Ｓ’が生じても上壁部１０ａと回転軸３０Ａとの間の隙間（クリアランス）から開放されない。しかしながら、流量調整弁１Ｅでは、液体の膨張により回転軸３０Ａが図中下方に移動すると、この回転軸３０Ａの移動に伴い第１シール部材４１が第１内周面１３ｃから離れかつ第２内周面１３ｄと間隔をあけて対向する位置まで移動して、第１シール部材４１と第２内周面１３ｄとの間隔（隙間）から隙間空間Ｓ’’の液体（即ち、圧力）を確実に開放できる。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１、１Ａ 流量調整弁（弁装置）
１０ 弁本体（ケース）
１０ａ 上壁部（シール部材受け部、第２シール部材受け部）
１３ 弁室
１３ａ 弁体収容部分
１３ｂ 回転軸収容部分
２０ 弁体
３０、３０Ａ 回転軸
３１ 回転軸本体
３２ フランジ部（第１シール部材受け部）
４０ シール部材
４１ 第１シール部材
４２ 第２シール部材
５０ 押圧部材
５１ カラー
５２ 圧縮コイルばね

Claims (4)

1. ケースと、
   前記ケースを貫通し、軸心回りに回転可能に設けられた円柱状又は円筒状の回転軸と、
   前記回転軸が内側に嵌挿され、前記ケースと前記回転軸とによって半径方向に挟まれるように配置された円環状のシール部材と、
   前記シール部材の前記軸心に平行な一方向への移動を規制するように前記ケース又は前記回転軸に設けられたシール部材受け部と、
   前記シール部材を前記一方向に向けて前記シール部材受け部に押しつける押圧部材と、
   を有することを特徴とする回転軸のシール構造。
2. ケースと、
   前記ケースを貫通し、軸心回りに回転可能でかつ前記軸心方向に移動可能に設けられた円柱状又は円筒状の回転軸と、
   前記回転軸が内側に嵌挿され、前記ケースと前記回転軸とによって半径方向に挟まれるように配置された円環状の第１シール部材と、
   前記回転軸に設けられたフランジ状の第１シール部材受け部と、
   前記回転軸が内側に嵌挿され、前記ケースと前記回転軸とによって半径方向に挟まれかつ前記第１シール部材受け部を挟んで前記第１シール部材と前記軸心方向に並べて配置された円環状の第２シール部材と、
   前記第２シール部材の前記軸心に平行な一方向への移動を規制しかつ前記第１シール部材受け部との間に前記第２シール部材を挟むように、前記第１シール部材受け部と前記軸心方向に対向して前記ケースに設けられた第２シール部材受け部と、
   前記第１シール部材を前記一方向に向けて前記第１シール部材受け部に押しつける押圧部材と、
   を有することを特徴とする回転軸のシール構造。
3. 前記ケースには、前記回転軸との間に前記第１シール部材を挟む第１内周面と、前記第１内周面の前記第２シール部材受け部から離れた側に連なる第２内周面と、が設けられ、
   前記第１内周面が、前記軸心方向にわたって均一な内径となるように形成され、
   前記第２内周面が、前記一方向と反対の他方向に向かうにしたがって徐々に内径が大きくなるように形成され、
   前記回転軸が液封状態において前記他方向に移動したときに前記第１シール部材が前記第１内周面から離れかつ前記第２内周面と間隔をあけて対向するように、前記第１内周面及び前記第２内周面が設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転軸のシール構造。
4. 弁室が設けられた弁本体と、前記弁室に回転可能に収容された弁体と、前記弁体に取り付けられ、前記弁本体を貫通して軸心回りに回転可能に設けられた円柱状又は円筒状の回転軸と、を有する弁装置において、
   前記回転軸のシール構造として、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転軸のシール構造を有することを特徴とする弁装置。

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