JP2017101775A

JP2017101775A - ブッシュ

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Publication number: JP2017101775A
Application number: JP2015236687A
Authority: JP
Inventors: 高史小林; Takashi Kobayashi; 沖村　明彦; Akihiko Okimura; 明彦沖村; 哲也片峯; Tetsuya Katamine
Original assignee: Denso Corp; Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: WO2017094523A1; JP6595323B2; KR20180090830A; CN108368873A; DE112016005044T5; CN108368873B; US11131343B2; US20180347627A1

Abstract

【課題】ハウジングに装着された状態でシャフトを摺動自在に支持することが可能な樹脂製のブッシュであって、特に、ハウジング、シャフトの材質として、樹脂製のブッシュとは熱膨張係数が異なる金属等の材質が用いられている場合において、高温環境下等の熱膨張係数の差の影響が出やすい環境下での使用に好適な樹脂製のブッシュを提供する。【解決手段】射出成形により成形される樹脂製のブッシュ１において、軸方向の一方の端面１１ａから他方の端面１１ｂに向けてスリット１２を形成した。また、軸方向の一方の端面１１ａに設けられるゲート用凹部１３（ゲート位置）を、少なくともブッシュ本体１０の中心軸Ｏに対してスリット１２と線対称となる位置からずれた位置に設けた。なお、ブッシュ１の材料に用いる樹脂には、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂等の耐熱性および耐薬品性に優れた樹脂が用いられる。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂製のブッシュに関し、特に、ＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）のＥＧＲバルブを駆動するシャフトを摺動自在に支持するのに好適な樹脂製のブッシュに関する。

ＥＧＲ装置は、車両に搭載されるエンジンにおいて、燃焼後の排気ガスの一部を取り出して再度吸気させることにより、排気ガス中の窒素酸化物の低減、あるいは燃費向上を図るための装置であり、排気ガスの一部をエンジンの排気路から吸気路に戻す還流路と、還流路内に設けられ、開度を調整することにより吸気路に戻す排気ガスの流量を調節するＥＲＧバルブと、ＥＲＧバルブを駆動するシャフトと、シャフトを摺動自在に支持するブッシュと、を備えている。ここで、ブッシュは、例えばハウジングに装着されている（例えば特許文献１）。

特開２０１２−１０７５７２号公報

ところで、ＥＧＲ装置は、燃焼後の高温の排気ガスを取り扱う。また、排気ガス中の窒素酸化物、硫黄酸化物は、水と反応して硝酸、硫酸を発生させる。このため、ＥＧＲ装置のブッシュには、耐熱性に優れ、かつ硫酸、硝酸等の対策が施された金属製のブッシュが用いられてきたが、この種のブッシュは高価であるため、近年では、より安価な樹脂製のブッシュが提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載のＥＧＲ装置のように、シャフトが挿入されたブッシュがハウジングに装着されている場合、つぎのような問題が生じる。すなわち、高温下での使用が前提となるＥＧＲ装置のハウジングおよびシャフトには、金属製のものが用いられる。このため、ブッシュに樹脂製を用いた場合、高温下において、ブッシュがハウジングおよびシャフトに比べてより大きく熱膨張し、ブッシュの内周面とシャフトの外周面との隙間が大きくなってシャフトにガタツキが発生する可能性がある一方、ブッシュの外周面がハウジングの内周面に押圧されて、ブッシュにクリープが発生する可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハウジングに装着された状態でシャフトを摺動自在に支持することが可能な樹脂製のブッシュであって、特に、ハウジング、シャフトの材質として、樹脂製のブッシュとは熱膨張係数が異なる金属等の材質が用いられている場合において、高温環境下等の熱膨張係数の差の影響が出やすい環境下での使用に好適な樹脂性のブッシュを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、樹脂製のブッシュにおいて、円筒状のブッシュ本体の軸方向の一方の端面から他方の端面に向けてスリットを形成した。なお、ブッシュの材料に用いる樹脂には、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂等の耐熱性および耐薬品性に優れた樹脂が用いられる。ここで、本発明の樹脂製のブッシュを射出成形方法により製造する場合、軸方向のいずれかの端面上あるいは外周面上に設けられるゲート位置は、少なくとも円筒状のブッシュ本体の中心軸に対してスリットと線対称となる位置からずれた位置に設けることが好ましい。

本発明によれば、軸方向の一方の端面から他方の端面に向けて形成されたスリットにより、径方向に伸縮することができるので、支持対象のシャフトおよび本発明のブッシュが装着されるハウジングとの熱膨張量の差を吸収することができる。したがって、ハウジングに装着された状態でシャフトを摺動自在に支持することが可能な樹脂製のブッシュであって、特に、ハウジング、シャフトの材質として、樹脂製のブッシュとは熱膨張係数が異なる金属等の材質が用いられている場合において、高温環境下等の熱膨張係数の差の影響が出やすい環境下での使用に好適な樹脂製のブッシュを提供することができる。

さらに、本発明の樹脂製のブッシュを射出成形方法により製造する場合、円筒状のブッシュ本体の軸方向のいずれかの端面あるいは外周面において、少なくとも円筒状のブッシュ本体の中心軸に対してスリットと線対称となる位置からずれた位置にゲート位置を設けることにより、強度的に弱いゲート位置を熱膨張の影響に伴うスリット間隔の変化により発生する曲げ応力が集中する部位から外すことができるので、本発明の樹脂製のブッシュの強度をより向上させることができる。

図１（Ａ）および図１（Ｃ）は、本発明の一実施の形態に係るブッシュ１の正面図および背面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すブッシュ１のＡ−Ａ断面図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）に示すゲート用凹部１３のＢ矢視拡大図であり、図２（Ｂ）は、図１（Ｃ）に示す突出しピン座用凹部１４のＣ矢視拡大図である。図３は、構造解析における試験体２Ａ〜２Ｄの拘束条件を説明するための図である。図４は、構造解析における試験体２Ａ〜２Ｄの測定ポイントを説明するための図である。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、ブッシュ１の試験体２Ａ〜２Ｄに対する構造解析の解析結果を示す図である。図６は、流動解析における試験体２Ａ〜２Ｄの測定ポイントを説明するための図である。

以下に、本発明の一実施の形態について説明する。

図１（Ａ）および図１（Ｃ）は、本実施の形態に係るブッシュ１の正面図および背面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すブッシュ１のＡ−Ａ断面図である。また、図２（Ａ）は、図１（Ａ）に示すゲート用凹部１３のＢ矢視拡大図であり、図２（Ｂ）は、図１（Ｃ）に示す突出しピン座用凹部１４のＣ矢視拡大図である。

本実施の形態に係るブッシュ１は、ＥＧＲ装置に用いられるものであり、ＥＧＲ装置の金属製のハウジングに装着された状態で、ＥＧＲバルブを駆動する金属製のシャフトを摺動自在に支持する。また、ブッシュ１は、射出成形により成形され、図示するように、円筒状のブッシュ本体１０と、ブッシュ本体１０の軸方向の一方の端面１１ａから他方の端面１１ｂに向けて形成されたスリット１２と、ブッシュ本体１０の軸方向の一方の端面１１ａに形成されたゲート用凹部１３と、ブッシュ本体１０の軸方向の他方の端面１１ｂに形成された突出しピン座用凹部１４と、を備えている。

ブッシュ本体１０は、外周面１５がＥＧＲ装置の金属製のハウジングの装着用孔の装着面と接触し、内周面１６がＥＧＲバルブを駆動する金属製のシャフトの外周面と摺接する。

スリット１２は、ブッシュ本体１０の一方の端面１１ａから他方の端面１１ｂに向けて、ブッシュ本体１０の中心軸Ｏに対して斜めに形成されている。

ゲート用凹部１３は、ゲート位置に形成され、このゲート位置は、少なくともブッシュ本体１０の中心軸Ｏに対してスリットと線対称となるエリア（図１（Ａ）に示すＤ部）から外れた位置に設けられる。また、ゲート用凹部１３は、底面１３０と両側壁１３１ａ、１３１ｂとの連結部１３２ａ、１３２ｂにアールが付けられている（図２（Ａ）参照）。

突出しピン座用凹部１４は、突出しピン位置に形成され、この突出しピン位置は、周方向においてゲート用凹部１３からずれた位置に設けられる。また、突出しピン座用凹部１４は、底面１４０と両側壁１４１ａ、１４１ｂとの連結部１４２ａ、１４２ｂにアールが付けられている（図２（Ｂ）参照）。なお、本実施の形態では、３つの突出しピン座用凹部１４を周方向に均等配置しているが、少なくとも一つの突出しピン座用凹部１４が配置されていればよい。

本実施の形態に係るブッシュ１の材料には、ＥＧＲ装置の高温度環境での使用に耐え得る耐熱性（例えば１５０度以上）を有し、かつ、排気ガス中の窒素酸化物、硫黄酸化物が水と反応して生成される硝酸、硫酸等に対する耐性に優れた樹脂が用いられる。このような樹脂として、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂等がある。

上記構成の本実施の形態に係るブッシュ１は、ブッシュ本体１０の軸方向の一方の端面１１ａから他方の端面１１ｂに向けて形成されたスリット１２により、径方向に伸縮することができるので、ＥＧＲ装置の金属製のシャフトおよびハウジングとの熱膨張係数の差を吸収することができる。したがって、ＥＧＲ装置の金属製のハウジングに装着された状態で、ＥＧＲバルブを駆動する金属製のシャフトをより確実に摺動自在に支持することができる。

また、本実施の形態に係るブッシュ１では、スリット１２をブッシュ本体１０の中心軸Ｏに対して斜めに形成している。このため、周方向において、ブッシュ本体１０の内周面１６を支持対象であるシャフトの外周面と全周に亘って摺接させることができるので、支持対象のシャフトをより滑らかに摺動自在に支持することができる。

また、本実施の形態に係るブッシュ１では、軸方向の一方の端面１１ａにおいて、少なくともブッシュ本体１０の中心軸Ｏに対してスリット１２と線対称となる位置（図１（Ａ）に示すＤ部）からずれた位置にゲート位置（ゲート用凹部１３）を設けている。より具体的には、ゲート位置は、ブッシュ本体１０の中心軸Ｏに対してスリット１２と線対称となる位置に仮想スリットを設けた場合において、軸方向外方からブッシュ本体１０の一方の端面１１ａを見たときに、この端面１１ａと仮想スリットとが重なる領域（図１（Ａ）に示すＤ部）に、ゲート用凹部１３が一切重複しない位置に設けられる。これにより、強度的に弱いゲート位置をスリット１２の間隔Ｔ（図１（Ｂ）参照）の変化により曲げ応力が集中する部位から外すことができるため、ブッシュ１の強度をより向上させることができる。

本発明者は、以下の表１に示すブッシュ１の試験体２Ａ〜２Ｄ（表中の寸法は図１および図２参照）に対して、以下の表２に示す条件で構造解析を行なった。そして、図３に示すように、スリット１２が中央に位置するようにして試験体２Ａ〜２Ｄの外周面１５を拘束物３ａ、３ｂで挟み込み、ブッシュ１を縮径させたときの周方向歪データを取得した。

なお、表１において、ゲート位置とは、ブッシュ本体１０の中心軸Ｏおよびスリット１２の中点Ｐを含む平面３０と、ブッシュ本体１０の中心軸Ｏおよびゲート用凹部１３の中点Ｑを含む平面３１とのなす角Ｇである（図１（Ａ）参照）。また、突出しピン座用凹部１４の数および配置位置は、すべての試験体２Ａ〜２Ｄにおいて共通である。

なお、周方向歪データの測定ポイントは、図４に示すように、ブッシュ本体１０の外周面１５において、ゲート用凹部１３の中央を通りかつブッシュ本体１０の中心軸Ｏに平行な線Ｓ１上、ゲート用凹部１３と周方向に最も近い突出しピン座用凹部１４の中央を通りかつブッシュ本体１０の中心軸Ｏに平行な線Ｓ２上、線Ｓ１および線Ｓ２の中央を通りかつブッシュ本体１０の中心軸Ｏに平行な線Ｓ３上のそれぞれについて、突出しピン座用凹部１４の底面１４０を含むブッシュ本体１０の中心軸Ｏに垂直な面と交差する位置Ｇ１からゲート用凹部１３の底面１３０を含むブッシュ本体１０の中心軸Ｏに垂直な面と交差する位置Ｇ２に向けて０．５ｍｍ間隔で設定している。

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、ブッシュ１の試験体２Ａ〜２Ｄに対する構造解析の解析結果を示す図である。図５（Ａ）は、ブッシュ本体１０の外周面１５においてゲート用凹部１３の中央を通りかつブッシュ本体１０の中心軸Ｏに平行な線Ｓ１上の各測定ポイントにおける周方向歪データの測定結果を示しており、図５（Ｂ）は、ブッシュ本体１０の外周面１５においてゲート用凹部１３と周方向に最も近い突出しピン座用凹部１４の中央を通りかつブッシュ本体１０の中心軸Ｏに平行な線Ｓ２上の各測定ポイントにおける周方向歪データの測定結果を示しており、そして、図５（Ｃ）は、ブッシュ本体１０の外周面１５において線Ｓ１と線Ｓ２の中央を通りかつブッシュ本体１０の中心軸Ｏに平行な線Ｓ３上の各測定ポイントにおける周方向歪データの測定結果を示している。

なお、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）において、縦軸は、測定ポイントにおける周方向歪を示しており、横軸は、測定ポイントの図４に示す位置Ｇ１からの距離を示している。また、グラフ２Ａ−Ｓ１〜２Ａ−Ｓ３は、試験体２Ａの測定結果を示しており、グラフ２Ｂ−Ｓ１〜２Ｂ−Ｓ３は、試験体２Ｂの測定結果を示しており、グラフ２Ｃ−Ｓ１〜２Ｃ−Ｓ３は、試験体２Ｃの測定結果を示しており、そして、グラフ２Ｄ−１〜２Ｄ−Ｓ３は、試験体２Ｄの測定結果を示している。

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示す結果から、ゲート位置Ｇが０度以外の試験体２Ｂ〜２Ｄは、ゲート位置Ｇが０度の試験体２Ａに比べて周方向歪が小さいことが分かった。特に、ブッシュ本体１０の外周面１５において、強度的に弱いゲート用凹部１３の中央（ゲート位置）を通りかつブッシュ本体１０の中心軸Ｏに平行な線Ｓ１上では、ゲート位置Ｇの角度が大きくなるほど、周方向歪が小さくなることが分かった。

また、本発明者は、上記の表１に示すブッシュ１の試験体２Ａ〜２Ｄに対して流動解析を行なった。そして、図６に示すように、スリット１２近傍のＥ−Ｅ断面における射出成形の保圧終了時の圧力分布データを取得した。その結果、ゲート位置Ｇが４５度の試験体２Ｄでは、ゲート用凹部１３が形成される一方の端面１１ａ側に、他に比べて圧力が高いエリアがあり、このため、成形品にバリが発生する可能性があることが分かった。

上記の構造解析および流動解析の結果から、ゲート位置Ｇの角度が大きくなるほど、ブッシュ１の強度は高くなるが、ゲート位置Ｇがある角度を超えると成形性に問題が生じることが分かった。したがって、ゲート位置Ｇは、成形性に問題が生じない範囲内において角度を大きくすることが、ブッシュ１の強度的に好ましい。上記の結果では、ゲート位置Ｇの角度は、０度より大きくかつ４５度より小さい範囲であることが好ましく、特に３０度のときに、ブッシュ１の強度および成形性の両方において良好な結果が得られた。

また、本実施の形態では、ゲート用凹部１３の底面１３０と両側壁１３１ａ、１３１ｂとの連結部１３２ａ、１３２ｂにアールを付けている。同様に、突出しピン座用凹部１４の底面１４０と両側壁１４１ａ、１４１ｂとの連結部１４２ａ、１４２ｂにアールを付けている。したがって、これらの凹部１３、１４の連結部１３２ａ、１３２ｂ、１４２ａ、１４２ｂの強度を向上させることができ、ブッシュ１の強度をさらに向上させることができる。

さらに、本実施の形態では、ブッシュ本体１０の他方の端面１１ｂに形成された突出しピン座用凹部１４を、周方向において、ブッシュ本体１０の一方の端面１１ａに形成されたゲート用凹部１３からずれた位置に形成している。このため、突出しピン座用凹部１４が周方向においてゲート用凹部１３と重なって、ブッシュ本体１０に軸方向の長さの短い部分が形成されるのを防止することができる。これにより、ブッシュ１の強度が低下するのを防止することができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記の実施の形態では、スリット１２を、ブッシュ本体１０の一方の端面１１ａから他方の端面１１ｂに向けて、ブッシュ本体１０の中心軸Ｏに対して斜めに形成しているが、本発明はこれに限定されない。スリット１２をブッシュ本体１０の中心軸Ｏと平行に形成してもよい。

また、上記の実施の形態では、ブッシュ本体１０の軸方向の一方の端面１１ａにゲート位置を設けているが、本発明はこれに限定されない。ブッシュ本体１０の外周面１５上にゲート位置を設けてもよい。この場合も、ゲート位置は、少なくともブッシュ本体１０の中心軸Ｏに対してスリットと線対称となるエリアから外れた位置に設ける。なお、ゲート用凹部１３をブッシュ本体１０の軸方向の一方の端面１１ａに形成する必要はない。

なお、本実施の形態では、ＥＧＲ装置に用いられるブッシュ１を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明のブッシュは、支持対象を摺動自在に支持する様々な用途のブッシュに適用可能であり、特に、金属製のハウジングに装着された状態で金属製のシャフトを摺動自在に支持する用途に好適である。

また、本実施の形態では、ブッシュ１の材料として、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂等の耐熱性かつ耐薬品性に優れた樹脂を用いているが、これはブッシュ１がＥＧＲ装置に用いられることを前提したものである。本発明のブッシュは、その用途に適した特性を有する樹脂を用いたものであればよく、摺動性を向上させるための添加剤を加えてもよい。

１：ブッシュ、１０：ブッシュ本体、１１ａ、１１ｂ：ブッシュ本体１０の端部、１２：スリット、１３：ゲート用凹部、１４：突出しピン座用凹部、１５：ブッシュ本体１０の外周面、１６：ブッシュ本体１０の内周面、１３０：ゲート用凹部１３の底面、１３１ａ、１３１ｂ：ゲート用凹部１３の側壁、１３２ａ、１３２ｂ：ゲート用凹部１３の連結部、１４０：突出しピン座用凹部１４の底面、１４１ａ、１４１ｂ：突出しピン座用凹部１４の側壁、１４２ａ、１４２ｂ：突出しピン座用凹部１４の連結部

Claims

シャフトを摺動自在に支持する樹脂製のブッシュであって、
円筒状のブッシュ本体と、
前記ブッシュ本体の軸方向の一方の端面から他方の端面に向けて形成されたスリットと、を有する
ことを特徴とするブッシュ。
請求項１に記載のブッシュであって、
前記スリットは、前記ブッシュ本体の中心軸に対して斜めに形成されている
ことを特徴とするブッシュ。
請求項１または２に記載のブッシュであって、
前記ブッシュは、射出成形方法により製造され、
ゲート位置が、前記一方の端面あるいは外周面において、少なくとも前記ブッシュ本体の中心軸に対してスリットと線対称となる位置からずれた位置に設けられている
ことを特徴とするブッシュ。
請求項３に記載のブッシュであって、
前記一方の端面の前記ゲート位置に形成されたゲート用凹部をさらに有し、
前記ゲート用凹部の底面と側壁との連結部にアールが付けられている
ことを特徴するブッシュ。
請求項３または４に記載のブッシュであって、
前記他方の端面に形成された突出しピン座用凹部をさらに有し、
前記突出しピン座用凹部は、周方向において前記ゲート用凹部からずれた位置に形成されている
ことを特徴とするブッシュ。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のブッシュであって、
前記ブッシュは、ハウジングの装着用孔に装着された状態で前記シャフトを摺動自在に支持するものであり、
前記ブッシュ本体の外周面が前記ハウジングの装着用孔の装着面と接触し、
前記ブッシュ本体の内周面が前記シャフトの外周面と摺接する
ことを特徴とするブッシュ。