JP2014105764A

JP2014105764A - バルブ装置

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Publication number: JP2014105764A
Application number: JP2012258469A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Harada; 彰洋原田; Shuya Mikami; 三上　　修也; Takashi Kobayashi; 高史小林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-06-09
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: JP5924247B2

Abstract

【課題】フッ素樹脂を素材とする樹脂製シール５により回転軸９の周囲の漏れを防止するバルブ装置において、樹脂製シール５の取付環を圧入する際のハウジング３に対する傷付けを防止する。
【解決手段】フッ素樹脂を素材とする樹脂製シール５を、メタル軸受け１９とハウジング３の段２９とにより軸方向に挟持し、回転軸９の周囲の排気ガスの漏れ流れに関して全ての軸周り機能品４の上流側に配置する。これにより、樹脂製シール５は、回転軸９の外周面に摺接して軸シールの機能を果たす。また、従来、樹脂製シール５を保持するために必要とされていた取付環を使用しなくても、樹脂製シール５を保持して回転軸９に摺接させることができる。このため、取付環の圧入作業を省いて、ハウジング３に対する傷付けを防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスが通る流路の開度を増減するバルブ装置に関するものであり、例えば、排気ガスを吸気の流路に還流するＥＧＲ装置等に好適に利用することができる。

従来から、内燃機関の排気ガスが通る流路の開度を増減するバルブ装置では、弁体の回転軸を回転自在に支持するメタル軸受け等の軸受け部材、および、回転軸の周囲を通って排気ガスが漏れるのを防止するオイルシール等の軸シール部材を備えるものが公知である。ところで、軸受け部材と回転軸との隙間は金属素材同士の摺接により形成されており、シール機能が劣ると考えられるので、軸受け部材と回転軸との隙間には、排気ガスに含まれる未燃焼物や凝縮水が浸入してススがたまる虞がある。

このため、回転軸周囲の排気ガスの漏れ流れに関して軸受け部材の上流側に（つまり、回転軸の軸方向に関して軸受け部材よりも流路に近い位置に）軸シール部材を配置する必要がある。しかし、オイルシール等の従来から汎用されている軸シール部材は、軸受け部材の上流側に配置した場合、排気ガスからの熱伝導に対する耐熱性に不安がある。

そこで、軸受け部材の上流側に、耐熱性が高くかつ柔軟性が高いフッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）を素材とする樹脂製シールを配置する構成が公知になっている（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、樹脂製シールを保持するために金属製の取付環を使用しており、取付環をハウジングに圧入している。このため、取付環をハウジングに圧入するときにハウジングを傷付けてシール性能を損なう虞がある。

特開２０１０−０６５７２９号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、フッ素樹脂を素材とする樹脂製シールにより回転軸周囲の漏れを防止するバルブ装置において、樹脂製シールの取付環を圧入する際のハウジングに対する傷付けを防止することにある。

本願の第１発明によれば、バルブ装置は、以下のハウジング、軸周り機能品および樹脂製シールを備える。
まず、ハウジングは、内燃機関の排気ガスが通る筒状空間を形成するとともに、筒状空間に排気ガスの流量を調節する弁体を回転自在に収容する。また、軸周り機能品は、弁体の回転軸を回転自在に支持する軸受け、および、回転軸の周囲を通って筒状空間から排気ガスが漏れるのを防止する軸シールの両方または一方の機能を果たすものである。

そして、樹脂製シールは、フッ素樹脂を素材として設けられ、ハウジングと軸周り機能品とにより挟持されるとともに、回転軸周囲の排気ガスの漏れ流れに関して軸周り機能品よりも上流側に配置され、回転軸の外周面に摺接して軸シールの機能を果たす。
これにより、取付環を使用しなくても樹脂製シールを保持して回転軸に摺接させることができる。このため、取付環の圧入作業を省いて、ハウジングに対する傷付けを防止することができる。

第１発明に従属する第２発明によれば、樹脂製シールは、ハウジングと軸周り機能品とにより回転軸の軸方向に挟まれて挟持される。そして、ハウジングと樹脂製シールとの間、または樹脂製シールと軸周り機能品との間にゴム製リングが挟まって軸方向に潰れている。
ハウジングと樹脂製シールとの隙間、または樹脂製シールと軸周り機能品との隙間を封鎖するために樹脂製シールの潰し代を利用する場合、潰し代の寸法交差は極めて小さく、潰し代の管理は極めて煩雑になる。

これに対し、ゴム製リングを挟んで軸方向に潰すことで、樹脂製シールの潰し代を用いずにハウジングと樹脂製シールとの隙間、または樹脂製シールと軸周り機能品との隙間を封鎖することができる。このため、樹脂製シールの潰し代の管理を緩和したり、管理を不要にしたりすることができる。

第１、第２発明に従属する第３発明によれば、ハウジングには、樹脂製シールを回転軸の径方向に関して位置決めするガイドが設けられている。
これにより、樹脂製シールが回転軸に対し偏芯して摺接するのを抑制することができるので、回転軸の周方向に関してシール性能がばらつくのを抑制することができる。

第１〜第３発明に従属する第４発明によれば、樹脂製シールには、ハウジングまたは軸周り機能品により潰される突起が軸方向に突出している。
これにより、潰し代を含む突起を軸方向に突出させることで、樹脂製シール本体の軸方向の厚さと突起の高さとを合わせた数値に対して潰し代に対する寸法交差を決定することができる。このため、潰し代に対する寸法交差を大きくすることができるので、樹脂製シールの潰し代の管理を緩和することができる。

第４発明に従属する第５発明によれば、ガイドは、樹脂製シールの周縁に当たることで、樹脂製シールを回転軸の径方向に関して位置決めする。そして、突起は、樹脂製シールの周縁から軸方向に突出して樹脂製シールの周縁とともにガイドに当たる。
これにより、ガイドと樹脂製シールとの当接面積が増えるので、より容易に樹脂製シールを位置決めすることができる。

バルブ装置の断面図である（実施例１）。バルブ装置の要部拡大図である（実施例１）。バルブ装置の要部拡大図である（実施例２）。バルブ装置の要部拡大図である（実施例３）。バルブ装置の要部拡大図である（実施例４）。バルブ装置の要部拡大図である（実施例５）。バルブ装置の要部拡大図である（実施例６）。バルブ装置の要部拡大図である（実施例７）。

実施形態のバルブ装置１を実施例に基づき説明する。

〔実施例１の構成〕
実施例１のバルブ装置１の構成を、図１および図２を用いて説明する。
バルブ装置１は、内燃機関（図示せず。）の排気ガスが通る流路２の開度を増減するものであり、例えば、排気ガスを吸気側流路（図示せず。）に還流するＥＧＲ装置に利用され、所定の電子制御ユニット（ＥＣＵ：図示せず）により動作を制御される。そして、バルブ装置１は、以下に説明するハウジング３、軸周り機能品４および樹脂製シール５を備える。

ハウジング３は、流路２の一部としての筒状空間７を形成するとともに、筒状空間７に排気ガスの流量を調節する弁体８を回転自在に収容する。
弁体８は、例えば、厚みを有する円板状のバタフライ弁であり、回転することにより流路２の開度を増減する。また、弁体８は、回転軸９に対して傾斜するように回転軸９の先端に溶接等されて一体化し、回転軸９と鋭角を形成している。

ここで、バルブ装置１は、弁体８および回転軸９を回転駆動するトルクを発生する電動モータ（図示せず。）、電動モータが発生するトルクを減速して回転軸９に伝達する減速機１０、弁体８および回転軸９を電動モータのトルクとは逆方向に回転付勢する捩りバネ１１、ならびに、弁体８および回転軸９の回転角を検出する回転角センサ１２等を備える。

そして、弁体８は、電動モータおよび減速機１０から伝わるトルクにより、捩りバネ１１のトルクに抗して回転することで流路２の開度を増減する。また、ＥＣＵは、回転角センサ１２の出力に基づき弁体８の回転角を目標とする指令値に略一致させることで、流路２における排気ガスの流量を制御する。

また、弁体８の周縁には、流路２の閉鎖時に弁体８の周縁と流路壁１４との間を封鎖するシールリング１５が装着されている。シールリング１５は、例えば、Ｃ字状の円環として設けられて合口（図示せず。）を形成するものであり、弁体８の周縁に設けられた溝１６に嵌まって弁体８とともに回転する。

また、ハウジング３には、筒状空間７における流路壁１４の一部を形成するように、筒状のノズル１７が圧入されており、弁体８は、ノズル１７内で回転するように収容されている。そして、シールリング１５は、流路２を閉鎖するときに、ノズル１７の内周の流路壁１４に環状に摺接して弁体８の周縁と流路壁１４との間を封鎖する。このとき、シールリング１５は、合口を狭めるように弾性変形して流路壁１４に摺接する。

なお、弁体８およびノズル１７は排気ガスに対する耐熱性、凝縮水に対する耐腐食性等の点から、例えば、ステンレス鋼を素材として設けられ、ハウジング３は軽量化等の点から、例えば、アルミニウム合金を素材として設けられている。

軸周り機能品４は、回転軸９を回転自在に支持する軸受け、および、回転軸９の周囲を通って筒状空間７から排気ガスが漏れるのを防止する軸シールの両方または一方の機能を果たすものである。そして、バルブ装置１は、軸周り機能品４として、メタル軸受け１９、オイルシール２０および転がり軸受け２１を備える。

ここで、バルブ装置１は、回転軸９の支持構造に関して、いわゆる「片持ち構造」を採用するものであり、流路２を挟まずに流路２の片側のみで回転軸９を支持する。そして、軸周り機能品４は、回転軸９の軸方向片側にのみ配置され、回転軸９の周囲の排気ガスの漏れ流れに関して下流側に向かい（つまり、流路２から軸方向に遠ざかる方向に）メタル軸受け１９、オイルシール２０および転がり軸受け２１の順に配置されている。

また、ハウジング３には、軸周り機能品４および回転軸９を受け入れる収容孔２２が設けられ、収容孔２２は筒状空間７に開口している。そして、メタル軸受け１９、オイルシール２０および転がり軸受け２１は、予め回転軸９に装着されて回転軸９とともに１つのアッシー２３を構成し、アッシー２３は、回転軸９の先端が筒状空間７に突出するように収容孔２２に収容される。
なお、メタル軸受け１９、オイルシール２０および転がり軸受け２１には公知構造を有するものが採用されている。

また、収容孔２２は、軸方向に関して筒状空間７（流路２）と反対側でギヤ室２５に開口する。
ギヤ室２５は、減速機１０や捩りバネ１１等を収容する空間であり、樹脂製のカバー（図示せず。）により閉じられる。なお、減速機１０を構成する複数の歯車の内、回転軸９に一体化される歯車２６には磁石２７が装着されている。また、樹脂製のカバーには、磁石２７が発生する磁束を検出するホールＩＣ（図示せず）等が設けられている。そして、磁石２７とホールＩＣ等により回転角センサ１２が構成されている。

樹脂製シール５は、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）を素材として円環板状に設けられ、軸周り機能品４の１つであるメタル軸受け１９と収容孔２２の段２９とにより軸方向に挟まれて挟持されている。段２９は、収容孔２２を流路２の側に向かって段状に縮径するものであり、円環状に設けられている。また、段２９の内径は、回転軸９の直径に樹脂製シール５の２倍の厚さを加えたものより大きく、段２９の外径は、メタル軸受け１９の外径と略同一である。

また、樹脂製シール５は、内径が段２９の内径よりも小さく、外径が段２９の外径と略同一に設けられている。そして、段２９に樹脂製シール５を載せた状態でアッシー２３を収容孔２２に収容し、回転軸９の先端を筒状空間７に突出させる。これにより、樹脂製シール５をメタル軸受け１９と段２９とにより軸方向に挟み込むとともに、樹脂製シール５の内周縁５ａを筒状空間７の方に向けて折り曲げて回転軸９の外周面に密着させる。

また、段２９には、ゴム製のＯリング３０を収容する円環状の溝３１が設けられており、Ｏリング３０は、樹脂製シール５と溝３１の底面とにより挟み込まれて軸方向に潰れている。
以上により、樹脂製シール５は、回転軸９の周囲の排気ガスの漏れ流れに関して全ての軸周り機能品４の上流側に配置され、内周縁５ａにより回転軸９の外周面に摺接して軸シールの機能を果たす。

〔実施例１の効果〕
実施例１のバルブ装置１によれば、フッ素樹脂を素材とする樹脂製シール５が、メタル軸受け１９とハウジング３の段２９とにより軸方向に挟持され、回転軸９の周囲の排気ガスの漏れ流れに関して全ての軸周り機能品４の上流側に配置され、回転軸９の外周面に摺接して軸シールの機能を果たす。
これにより、従来、樹脂製シール５を保持するために必要とされていた取付環を使用しなくても、樹脂製シール５を保持して回転軸９に摺接させることができる。このため、取付環の圧入作業を省いて、ハウジング３に対する傷付けを防止することができる。

また、段２９には、円環状の溝３１が設けられており、Ｏリング３０は、溝３１に収容され、メタル軸受け１９と溝３１の底面とにより挟み込まれて軸方向に潰れている。
樹脂製シール５と段２９との隙間を封鎖するために樹脂製シール５の潰し代を利用する場合、潰し代の寸法交差は極めて小さく、潰し代の管理は極めて煩雑になる。
これに対し、樹脂製シール５と段２９との間にＯリング３０を挟んで軸方向に潰すことで、樹脂製シール５の潰し代を用いずに樹脂製シール５と段２９との隙間を封鎖することができる。このため、樹脂製シール５の潰し代の管理を緩和したり、管理を不要にしたりすることができる。

〔実施例２〕
実施例２のバルブ装置１によれば、図３に示すように、段２９には、樹脂製シール５を回転軸９の径方向に関して位置決めするガイド３３が設けられている。また、ガイド３３は、樹脂製シール５の周縁５ｂに当たることで、樹脂製シール５を径方向に関して位置決めする。そして、収容孔２２は、段２９にガイド３３を設けることで、更に流路２の側に向かって段状に縮径している。

これにより、樹脂製シール５が回転軸９に対し偏芯して摺接するのを抑制することができるので、回転軸９の周方向に関してシール性能がばらつくのを抑制することができる。
なお、実施例２と同様に、樹脂製シール５と段２９との間にＯリング３０が挟まれて軸方向に潰され、樹脂製シール５と段２９との隙間が封鎖されている。

〔実施例３〕
実施例３のバルブ装置１によれば、図４に示すように、樹脂製シール５には、軸方向に円環状に突出する突起５ｃが設けられている。そして、突起５ｃを溝３１に嵌めた状態で、樹脂製シール５をメタル軸受け１９と段２９とにより軸方向に挟み込むことで、突起５ｃの先端を溝３１の底面に押し付けて潰す。つまり、突起５ｃの先端部は潰し代として機能する。

これにより、樹脂製シール５の本体５ｄの軸方向の厚さと突起５ｃの高さとを合わせた数値に対して潰し代に対する寸法交差を決定することができる。このため、潰し代に対する寸法交差を大きくすることができるので、樹脂製シール５の潰し代の管理を緩和することができる。

〔実施例４〕
実施例４のバルブ装置１によれば、図５に示すように、実施例２と同様のガイド３３が設けられ、樹脂製シール５は径方向に位置決めされている。また、実施例３と同様に突起５ｃが設けられ、突起５ｃの先端部は潰し代として機能している。

〔実施例５〕
実施例５のバルブ装置１によれば、図６に示すように、溝３１は、外周壁がガイド３３と同一面を形成するように設けられ、突起５ｃは、樹脂製シール５の周縁５ｂから軸方向に突出して周縁５ｂとともにガイド３３に当たる。
これにより、ガイド３３と樹脂製シール５との当接面積が増えるので、より容易に樹脂製シール５を位置決めすることができる。

〔実施例６〕
実施例６のバルブ装置１によれば、図７に示すように、突起５ｃが樹脂製シール５の周縁５ｂから軸方向に突出しており、樹脂製シール５は、突起５ｃが流路２の反対側に突出するように段２９に載せられる。これにより、突起５ｃは、メタル軸受け１９の先端部が押し付けられて潰され、突起５ｃにより、樹脂製シール５とメタル軸受け１９との隙間が封鎖される。

〔実施例７〕
実施例７のバルブ装置１によれば、図８に示すように、実施例２と同様のガイド３３が設けられ、樹脂製シール５は径方向に位置決めされている。また、実施例５、６と同様に、突起５ｃが樹脂製シール５の周縁５ｂから軸方向に突出している。そして、実施例６と同様に、樹脂製シール５は、突起５ｃが流路２の反対側に突出するように段２９に載せられ、突起５ｃは、樹脂製シール５とメタル軸受け１９との隙間を封鎖する。さらに、実施例５と同様に、突起５ｃは、周縁５ｂとともにガイド３３に当たり、樹脂製シール５の位置決めを容易化している。

〔変形例〕
バルブ装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例１〜７のバルブ装置１によれば、樹脂製シール５は、ハウジング３の段２９とメタル軸受け１９とにより軸方向に挟持されていたが、樹脂製シール５をメタル軸受け１９以外の軸周り機能品４（例えば、転がり軸受け２１）とハウジング３とにより挟持してもよい。また、樹脂製シール５を軸方向以外の方向（例えば、径方向）に挟持してもよい。

また、実施例１、２のバルブ装置１によれば、Ｏリング３０は、ハウジング３の段２９と樹脂製シール５との間に挟まれていたが、樹脂製シール５と軸周り機能品４との間にＯリング３０を挟んでもよい。
さらに、実施例１〜７のバルブ装置１は、いわゆる「片持ち構造」を採用するものであったが、バルブ装置１として、流路２の両側で回転軸９を支持する「両持ち構造」を採用してもよい。そして、「両持ち構造」を採用する場合、流路２の片側のみに本願発明を適用してもよく、両側に本願発明を適用してもよい。

１バルブ装置３ハウジング４軸周り機能品５樹脂製シール７筒状空間８弁体９回転軸

Claims

内燃機関の排気ガスが通る筒状空間（７）を形成するとともに、この筒状空間（７）に排気ガスの流量を調節する弁体（８）を回転自在に収容するハウジング（３）と、
前記弁体（８）の回転軸（９）を回転自在に支持する軸受け、および、前記回転軸（９）の周囲を通って前記筒状空間（７）から排気ガスが漏れるのを防止する軸シールの両方または一方の機能を果たす軸周り機能品（４）と、
フッ素樹脂を素材として設けられ、前記ハウジング（３）と前記軸周り機能品（４）とにより挟持されるとともに、前記回転軸（９）周囲の排気ガスの漏れ流れに関して前記軸周り機能品（４）よりも上流側に配置され、前記回転軸（９）の外周面に摺接して前記軸シールの機能を果たす樹脂製シール（５）とを備えるバルブ装置（１）。
請求項１に記載のバルブ装置（１）において、
前記樹脂製シール（５）は、前記ハウジング（３）と前記軸周り機能品（４）とにより前記回転軸（９）の軸方向に挟まれて挟持され、
前記ハウジング（３）と前記樹脂製シール（５）との間、または前記樹脂製シール（５）と前記軸周り機能品（４）との間にゴム製リング（３０）が挟まって軸方向に潰れていることを特徴とするバルブ装置（１）。
請求項１または請求項２に記載のバルブ装置（１）において、
前記樹脂製シール（５）は、前記ハウジング（３）と前記軸周り機能品（４）とにより前記回転軸（９）の軸方向に挟まれて挟持され、
前記ハウジング（３）には、前記樹脂製シール（５）を前記回転軸（９）の径方向に関して位置決めするガイド（３３）が設けられていることを特徴とするバルブ装置（１）。
請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載のバルブ装置（１）において、
前記樹脂製シール（５）は、前記ハウジング（３）と前記軸周り機能品（４）とにより前記回転軸（９）の軸方向に挟まれて挟持され、
前記樹脂製シール（５）には、前記ハウジング（３）または前記軸周り機能品（４）により潰される突起（５ｃ）が軸方向に突出していることを特徴とするバルブ装置（１）。
請求項４に記載のバルブ装置（１）において、
前記ハウジング（３）には、前記樹脂製シール（５）を前記回転軸（９）の径方向に関して位置決めするガイド（３３）が設けられ、
このガイド（３３）は、前記樹脂製シール（５）の周縁（５ｂ）に当たることで、前記樹脂製シール（５）を前記回転軸（９）の径方向に関して位置決めし、
前記突起（５ｃ）は、前記樹脂製シール（５）の周縁（５ｂ）から軸方向に突出して前記樹脂製シール（５）の周縁（５ｂ）とともに前記ガイド（３３）に当たることを特徴とするバルブ装置（１）。