JP2017180764A

JP2017180764A - バタフライバルブ

Info

Publication number: JP2017180764A
Application number: JP2016071814A
Authority: JP
Inventors: 基彰森; Motoaki Mori
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05

Abstract

【課題】高温環境下で使用する場合でも、流路を流れる高温ガスの背圧により生じる応力を材料のクリープ強度よりも小さくすることにより、低コストで変形を防止することのできるバタフライバルブを提供する。【解決手段】バルブ５は、ＥＧＲガスの上流側流路４１及び下流側流路４２を形成する円筒状のスリーブ４ａ・４ｂの内部で回動可能に配置されて、上流側流路４１と下流側流路４２とを区画するものであって、上流側流路４１と下流側流路４２とを開閉可能な円板状のバルブ本体６と、バルブ本体６をスリーブ４ａ・４ｂの内部で回動可能に支持するシャフト７と、を備えるとともに、バルブ本体６がシャフト７の軸方向中途部に組付けられることにより構成され、バルブ本体６はシャフト７よりも高温強度の高い材質が用いられる。【選択図】図３

Description

本発明は、スリーブ状の流路を開閉するバタフライバルブの技術に関する。

従来、自動車用エンジンの排気ガス再循環装置（ＥＧＲ：ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）等に用いられる流量制御バルブにおいて、流路を形成する円筒状のスリーブを開閉するバタフライバルブが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００８−２４９０８７号公報

上記従来技術に示されるバタフライバルブを高温環境下で使用する場合、流路を流れる高温ガスの背圧により材料のクリープ強度以上の応力が発生し、バタフライバルブが変形する可能性があった。

上記課題を解決するために、バタフライバルブのシャフト径を大きくして、発生する応力を低減させる手法が考えられる。しかし、この場合は、シャフトが貫通するハウジングとの円周隙間面積が大きくなることにより全閉時に洩れ量が増加するとともに、流路面積の減少を防ぐために流路の拡大が必要となるため、実現性が低かった。また、全体的に高温時のクリープ強度が高い材質を用いる手法は、コストが高くなりすぎるため採用が困難であった。

そこで、本発明は係る課題に鑑み、高温環境下で使用する場合でも、流路を流れる高温ガスの背圧により生じる応力を材料のクリープ強度よりも小さくすることにより、低コストで変形を防止することのできるバタフライバルブを提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、流体の流路を形成する円筒状のスリーブの内部で回動可能に配置されて、前記流路の上流側と下流側とを区画するバタフライバルブであって、前記流路を開閉可能な円板状のバルブ本体と、該バルブ本体を前記スリーブの内部で回動可能に支持するシャフトと、を備えるとともに、前記バルブ本体が前記シャフトの軸方向中途部に組付けられることにより構成され、前記バルブ本体は前記シャフトよりも高温強度の高い材質が用いられるものである。

請求項２においては、前記バルブ本体の（半径／厚さ）の比率が６．６以上の場合において、前記バルブ本体は、６００〜８００℃時のクリープ強度が、１０００Ｈｒ評価において１００ＭＰａ以上の材質が用いられるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

すなわち、本発明に係るバタフライバルブによれば、高温環境下で使用する場合でも、流路を流れる高温ガスの背圧により生じる応力を材料のクリープ強度よりも小さくすることにより、低コストで変形を防止することができる。

本発明の第一実施形態に係るバタフライバルブが配設されるバルブ構造を示す断面図。バルブ構造が備えるスリーブを示した図。第一実施形態に係るバタフライバルブを示した斜視図。第一実施形態に係るバタフライバルブを備えるバルブ構造を示した図。第二実施形態に係るバタフライバルブを示した斜視図。第二実施形態に係るバタフライバルブを備えるバルブ構造を示した図。

図１から図４を用いて、本発明の第一実施形態に係るバタフライバルブであるバルブ５が配設されたバルブ構造１を説明する。本実施形態において、バルブ構造１は自動車のＥＧＲに用いられる流量制御バルブである。このバルブ構造１は、図示しない給気管と排気管とを連通させるガス通路２（パイプ）の途中に配設されている。そして、図４中の矢印Ｆに示す如く流体としてのＥＧＲガスが上流側から下流側に向かって流通する。本実施形態においては、バルブ構造１の左側をＥＧＲガスの上流側、右側を下流側として説明する。

バルブ構造１は、ガス通路２の途中に取り付けた円筒状のハウジング３と、ハウジング３の内周部に相互に逆方向から軸心をずらして挿入した円筒状のスリーブ（上流側スリーブ４ａ及び下流側スリーブ４ｂ、以下、「スリーブ４ａ・４ｂ」と記載する）と、を備える。スリーブ４ａ・４ｂはその内周面がＥＧＲガスの流路（上流側流路４１及び下流側流路４２、以下、「流路４１・４２」と記載する）を形成する。

また、バルブ構造１は、スリーブ４ａ・４ｂの内部で回動可能に配置され、上流側流路４１と下流側流路４２とを区画するバルブ５を備える。バルブ５は、流路４１・４２を開閉可能な円板状のバルブ本体６と、バルブ本体６をスリーブ４ａ・４ｂの内部で回動可能に支持するシャフト７と、を備える。

本実施形態において、シャフト７の素材は、例えばＳＵＳ３０３のようなオーステナイト系ステンレスが用いられる。また、バルブ本体６の素材は、例えばＳＵＨ６６０のようなボロン、バナジウム、チタンといった合金元素を添加した耐熱鋼や、ニッケル基又はコバルト基の超合金などが用いられる。このように、本実施形態においてはバルブ本体６の素材にはシャフト７よりも高温時のクリープ強度が高い材質が用いられている。具体的に、バルブ本体６の（半径／厚さ）の比率が６．６以上の場合において、高温６００〜８００℃時のクリープ強度が、１０００Ｈｒ評価において１００ＭＰａ以上であることが好ましい。

バルブ５は、一端部が図示しない駆動手段（例えば、モータやエアシリンダ）に連結されている。そして、バルブ５はこの駆動手段によって、図１中の矢印Ｒに示す如く軸心回りの正方向及び逆方向に回動される。図１に示す如く、バルブ本体６の端部がスリーブ４ａ・４ｂの先端に当接している際は、バルブ５が流路４１・４２を閉塞する。また、図１中の二点鎖線に示す如く、バルブ本体６の端部がスリーブ４ａ・４ｂの先端から離間している際は、バルブ５は流路４１・４２を開放する。このように、バルブ５が流路４１・４２を閉塞又は開放することにより、図示しない給気管と排気管との間においてＥＧＲガスが遮断又は流通される。そして、上記駆動手段によるバルブ５の回動角度を変更することにより、ガス通路２を流通する排気ガスの流量を制御することが出来る。

ハウジング３におけるシャフト７の軸心方向の両側部には、図４に示す如く、ハウジング３の軸心と直交する直線上に二か所の貫通孔３ｈを穿設している。また、ハウジング３に挿入したスリーブ４ａ・４ｂの内周面には、貫通孔３ｈの位置に合わせて、スリーブ４ａ・４ｂの軸心方向と直交する方向に挿通孔４ｈが開口されている。詳細には図２に示す如く、上流側スリーブ４ａ及び下流側スリーブ４ｂのそれぞれの先端部に、半円筒状の切欠きが形成されている。そして、この切欠きの位置が一致するように上流側スリーブ４ａと下流側スリーブ４ｂとの先端面を突き合わせることにより、挿通孔４ｈが形成される。図４に示す如く、シャフト７が挿通孔４ｈに挿通された状態で、シャフト７の被支持部７ｃが貫通孔３ｈに配設された軸受３ａに回動可能に支持される。これにより、バルブ５はスリーブ４ａ・４ｂの内部で回動可能とされる。

図３に示す如く、バルブ５はシャフト７にバルブ本体６を組付けることにより形成される。シャフト７には、シャフト７の軸心部分を通って半径方向に貫通する貫通溝７ａが開口されている。この貫通溝７ａにバルブ本体６を挿入し、ネジ８・８をシャフト７及びバルブ本体６に螺入することにより、バルブ本体６がシャフト７の軸方向中途部に組付けられる。

図３に示す如く、シャフト７においてバルブ本体６よりもシャフト７の軸心方向外側の部分には、バルブ本体６が挿入される中央部分よりも外径が小さい小径部７ｂ・７ｂが形成されている。シャフト７におけるバルブ本体６よりもシャフト７の軸心方向外側の部分は、摺動性が高くなるように形成されている。

上記の如く、本実施形態に係るバルブ５において、バルブ本体６はシャフト７よりも高温強度の高い材質が用いられる。これにより、バルブ５を高温環境下で使用する場合でも、流路４１・４２を流れる高温のＥＧＲガスの背圧により生じる応力を、バルブ本体６とシャフト７とからなるバルブ５全体のクリープ強度よりも小さくすることができるため、バルブ５の変形を防止することができる。また、本実施形態に係るバルブ５によれば、従来のシャフト径を大きくする必要がないため、全閉時の洩れ量が増加することがない。また、流路面積も従来と変わらないため、流路を拡大する必要がない。加えて、シャフト７の素材として、従来用いられているステンレスを使用することができるため、コスト増の影響を限定的にすることができる。即ち、本実施形態に係るバルブ５によれば、低コストで高温環境下での変形を防止することが可能となる。

次に、図５及び図６を用いて、本発明の第二実施形態に係るバタフライバルブであるバルブ１５を説明する。図５に示す如く、バルブ１５はシャフト１７にバルブ本体１６を組付けることにより形成される。シャフト１７には、シャフト１７の軸心方向中途部に凹部１７ａが形成されている。この凹部１７ａにバルブ本体１６を当接し、ネジ１８・１８をシャフト１７及びバルブ本体１６に螺入することにより、バルブ本体１６がシャフト１７の軸方向中途部に組付けられる。

本実施形態に係るバルブ１５においても、バルブ本体１６及びシャフト１７は前記第一実施形態におけるバルブ５と同じ素材が用いられる。即ち、バルブ本体１６はシャフト１７よりも高温強度の高い材質が用いられる。これにより、バルブ１５を高温環境下で使用する場合でも、流路４１・４２を流れる高温のＥＧＲガスの背圧により生じる応力を、バルブ本体１６とシャフト１７とからなるバルブ１５全体のクリープ強度よりも小さくすることができるため、バルブ１５の変形を防止することができる。なお、本実施形態においては図６に示す如く、バルブ本体１６をシャフト１７のＥＧＲガスの上流側（図６の左側）の面に配設する構成としているが、バルブ本体１６をシャフト１７のＥＧＲガスの下流側の面に配設する構成とすることも可能である。

５バルブ（バタフライバルブ）
６バルブ本体
７シャフト

Claims

流体の流路を形成する円筒状のスリーブの内部で回動可能に配置されて、前記流路の上流側と下流側とを区画するバタフライバルブであって、
前記流路を開閉可能な円板状のバルブ本体と、該バルブ本体を前記スリーブの内部で回動可能に支持するシャフトと、を備えるとともに、前記バルブ本体が前記シャフトの軸方向中途部に組付けられることにより構成され、
前記バルブ本体は前記シャフトよりも高温時のクリープ強度が高い材質が用いられる、バタフライバルブ。
前記バルブ本体の（半径／厚さ）の比率が６．６以上の場合において、
前記バルブ本体は、６００〜８００℃時のクリープ強度が、１０００Ｈｒ評価において１００ＭＰａ以上の材質が用いられる、請求項１に記載のバラフライバルブ。