JP2018096490A - バルブ装置、および、バルブ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリー式のバルブ装置において、シャフトを精度よく保持すること、および、低コストでシール面精度を確保することを両方とも達成する。
【解決手段】弁体３３は金属製の芯金６８を有し、芯金６８の軸方向の両端にシャフト３６ａ、３６ｂが設けられ、バルブシール面６２は、樹脂で設けられている。これにより、シャフト３６ａ、３６ｂを保持する芯金６８を金属製にすることで、温度変化に対する芯金６８の変形を抑制してシャフト３６ａ、３６ｂの位置を精度よく保つことができる。また、バルブシール面６２を樹脂製にすることにより、バルブシール面６２の面精度を、切削加工を行わなくても、型抜きで確保することができる。このため、ロータリー式のバルブ装置１において、シャフト３６ａ、３６ｂを精度よく保持すること、および、低コストでバルブシール面６２の精度を確保することを両方とも達成することができる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、径方向の外側を向く外周面に円筒面または球面の少なくとも一部が設けられる弁体を備え、この弁体を回転駆動して流体の通路の開度を増減するバルブ装置、および、その製造方法に係わる（以下、外周面に円筒面または球面の少なくとも一部が設けられる弁体を回転駆動して通路の開度を増減する方式をロータリー式と呼ぶことがある。）。

従来から、上記のようなロータリー式のバルブ装置では、例えば、次のような、シャフト、弁体、ハウジングおよびシール部を備える構成が公知である。
まず、シャフトは、所定のモータ等の出力により回転駆動されるものであり、弁体は、シャフトと一体に回転し、外周面に円筒面の少なくとも一部が設けられている。また、ハウジングは、弁体を回転可能に収容する弁室を有し、弁室に、弁体によって開閉される弁開口が存在する。

さらに、シール部は、全閉時に通路の閉鎖を維持する構造であり、弁体側に存在する弁体側シールを、ハウジング側に存在するハウジング側シールに当接させて通路の閉鎖を維持する（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、特許文献１のバルブ装置は、シャフトを精度よく保持することへの対応、および、低コストでシール面精度を確保することへの対応が不充分であり、更なる改善が求められている。

特開２０１３−０４４４１５号公報

本発明は、こ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、ロータリー式のバルブ装置において、シャフトを精度よく保持すること、および、低コストでシール面精度を確保することを両方とも達成することにある。

本願発明のバルブ装置は、次のような、シャフト、弁体およびハウジングを備える。
まず、シャフトは、回転駆動されるものであり、弁体は、シャフトと一体に回転し、径方向の外側を向く外周面に円筒面または球面の少なくとも一部が設けられている。また、ハウジングは、弁体を回転可能に収容する弁室を有し、弁室に、弁体によって開閉される弁開口が存在する。

また、外周面は、ハウジングに対して非接触に設けられ、弁体は、弁開口を閉じる全閉時に、ハウジングに設定された所定の部位に当接することで弁開口を閉塞するバルブシール面を有し、バルブシール面は周方向を向いている。そして、弁体は金属製の芯金を有し、芯金の軸方向の両端にシャフトが設けられ、バルブシール面は、樹脂で設けられている。

これにより、シャフトを保持する芯金を金属製にすることで、温度変化に対する芯金の変形を抑制してシャフトの位置を精度よく保つことができる。また、バルブシール面を樹脂製にすることにより、バルブシール面の面精度を確保するために切削加工を行わなくても、型抜きで面精度を確保することができる。このため、ロータリー式のバルブ装置において、シャフトを精度よく保持すること、および、低コストでシール面精度を確保することを両方とも達成することができる。

バルブ装置を含む内燃機関の全体構成図である（実施例１）。 バルブ装置の側面図である（実施例１）。 バルブ装置の内部を示す正面図である（実施例１）。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である（実施例１）。 バルブ装置のＥＧＲ通路開放時の断面図である（実施例１）。 バルブ装置のＥＧＲ通路全閉時の断面図である（実施例１）。 筒体の斜視図である（実施例１）。 弁体および筒体の斜視図である（実施例１）。 バルブ装置の要部を示す部分断面図である（実施例１）。 弁体の斜視図である（実施例１）。 （ａ）は弁体の側面図であり、（ｂ）は弁体の正面図である（実施例１）。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ断面図である（実施例１）。 芯金の斜視図である（実施例１）。 （ａ）は芯金の側面図であり、（ｂ）は芯金の正面図である（実施例１）。 図１４のＸＶ−ＸＶ断面図である（実施例１）。 （ａ）は図１１のＸＶＩ−ＸＶＩ断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である（実施例１）。 弁体の斜視図である（実施例１）。 シャフトの斜視図である（実施例１）。 樹脂ゲートの位置を示す説明図である（実施例１）。 弁体の斜視図である（実施例２）。 弁体の斜視図である（実施例３）。 （ａ）は刃物により芯金に圧入穴を設けている状態を示す説明図であり、（ｂ）はシャフトを芯金に圧入した状態を示す説明図である（実施例４）。 （ａ）はシャフトを芯金に圧入した後、かしめにより固定した状態を示す説明図であり、（ｂ）はシャフトを芯金に圧入した後、溶接により固定した状態を示す説明図である（実施例４）。 芯金と樹脂部とをネジにより締結した状態を示す説明図である（実施例５）。 （ａ）は芯金と樹脂部とをスナップフィットにより締結した状態を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である（実施例６）。

以下、発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明する。なお、実施例は具体例を開示するものであり、本願発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

〔実施例１の構成〕
実施例１のバルブ装置１を、図１〜図１９を用いて説明する。
まず、バルブ装置１を備える内燃機関２を、図１を用いて説明する。内燃機関２は、以下に説明する機関本体３、吸気装置４、排気装置５、過給機６およびＥＧＲ装置７を備えている。
なお、機関本体３は、シリンダ１０内にピストン１１を収容して燃焼室１２を形成する周知の構造である。

吸気装置４は、外気から機関本体３へ空気を供給するものであり、次の吸気管１４、吸気マニホールド１５、エアクリーナ１６、インタークーラ１７およびスロットル１８等を備える（以下、機関本体３へ供給される空気を吸入空気と呼ぶことがある。）。

吸気管１４は、外気から燃焼室１２に吸入空気を導くための配管であり、吸気路１９を形成する。また、吸気管１４の一端は外気に開放され、他端は吸気マニホールド１５に接続されている。吸気マニホールド１５は、吸気管１４の他端と機関本体３とを接続するものであり、シリンダ１０の数と同数の通路に分岐する構造を有する。エアクリーナ１６は、外気から取り込んだ空気から異物を除去するものであり、インタークーラ１７は、過給機６のコンプレッサ２０により圧縮されて昇温した吸入空気を冷却する。また、スロットル１８は、機関本体３の吸気量を調整する。

排気装置５は、機関本体３が排出する排気ガスを外気へ放出するものであり、次の排気管２２、排気マニホールド２３および排気浄化ユニット２４を有している。
排気管２２は、機関本体３から外気に排気ガスを導くための配管であり、排気路２５を形成する。排気マニホールド２３は、排気管２２の一端と機関本体３とを接続するものであり、シリンダ１０の数と同数の通路が合流する構造を有する。また、排気浄化ユニット２４は、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）を分解したり、微粒子状物質（ＰＭ）を捕捉したりするものであり、排気管２２に組み入れられている。

過給機６は、排気ガスのエネルギーを利用して吸気管１４内で吸入空気を圧縮することで燃焼室１２に吸入空気を過給するものであり、次のコンプレッサ２０、タービン２７およびシャフト２８を備える。まず、コンプレッサ２０は、吸気路１９においてエアクリーナ１６とインタークーラ１７との間に配置されて吸入空気を圧縮し、タービン２７は、排気路２５において排気マニホールド２３と排気浄化ユニット２４との間に配置されて排気ガスのエネルギーにより回転駆動される。また、シャフト２８は、コンプレッサ２０とタービン２７とを連結しており、シャフト２８により、コンプレッサ２０とタービン２７とは同期して回転する。

ＥＧＲ装置７は、タービン２７を通過した後の排気ガスを吸気路１９に還流し、エアクリーナ１６を経由した空気とともに燃焼室１２に供給するものであり、バルブ装置１とともに、次のＥＧＲ管３０およびＥＧＲクーラ３１を備える。

ＥＧＲ管３０は、排気管２２の排気浄化ユニット２４よりも下流側の位置と、吸気管１４のコンプレッサ２０よりも上流側の位置とを接続する。そして、ＥＧＲ管３０は、タービン２７を通過した後の排気ガスを、コンプレッサ２０による圧縮前の空気に還流するためのＥＧＲ通路３２を形成する。また、バルブ装置１は、ＥＧＲ通路３２を通じて吸気路１９に還流される排気ガスの流量を増減する。

さらに、ＥＧＲクーラ３１は、ＥＧＲ通路３２においてバルブ装置１の上流側に配置され、ＥＧＲ通路３２を通る排気ガスを冷却する。
なお、バルブ装置１およびスロットル１８等は、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）により制御される。

続いて、バルブ装置１を、図２〜図１９を用いて説明する。
バルブ装置１は、円筒状の弁体３３を回転駆動して流体の通路の開度を増減するロータリー式を採用するものであり、具体的には、ＥＧＲ通路３２の吸気路１９に対する開度を増減する。

そして、バルブ装置１は、弁体３３以外に、次のシャフト３６、ハウジング３４、駆動部３７、検出部３８およびストッパ部４０等を備える。
なお、以下の説明では、弁体３３の回転軸Ｘ１（図１０参照。）と平行な方向を軸方向と呼び、回転軸Ｘ１の周囲を旋回する方向を周方向と呼び、弁体３３に対して垂直に近付いたり、遠ざかったりする方向を径方向と呼ぶことがある。

シャフト３６は、ステンレス鋼を材料として２つに分かれて設けられ、軸方向一方側のシャフト３６が駆動部３７により回転駆動される。以下、軸方向一方側のシャフト３６をシャフト３６ａと呼ぶことがあり、軸方向他方側のシャフト３６をシャフト３６ｂと呼ぶことがある。
ここで、２つのシャフト３６ａ、３６ｂは、弁体３３と一体化されており、弁体３３と一体になって回転する（図４および図８参照。）。

また、シャフト３６ａ、３６ｂは、回転軸Ｘ１と同軸となるように、軸方向に離れて弁体３３に一体化され、それぞれ、個別に、軸受５０ａ、５０ｂ（図４参照。）により支持されている。そして、駆動部３７は、シャフト３６ａの軸方向一方側に機械的に連結してシャフト３６および弁体３３の一体物を回転駆動する。

さらに、シャフト３６ａの軸方向一方側には、駆動部３７の一部を構成する減速機５６、および、検出部３８が存在し、シャフト３６ａの軸方向他方側には、弁体３３を回転可能に収容する弁室４２が存在する。そして、シャフト３６ａには、弁体３３と軸受５０ａとの間にオイルシール５０ｃが装着されており、オイルシール５０ｃは、減速機５６や検出部３８が存在する空間へ弁室４２から流体が漏れるのを抑制する。

弁体３３は、シャフト３６と一体に回転し、径方向の外側を向く外周面４１に円筒面が設けられている（図５、図６および図８参照。）。すなわち、弁体３３は、円筒状の外周面４１を有する弁部３３ａと、シャフト３６ａ、３６ｂそれぞれに締結される２つのアーム３３ｂとを有する。そして、弁体３３は、回転することにより、ＥＧＲ通路３２の吸気路１９に対する開度を増減する。さらに、弁体３３は、ＥＧＲ通路３２の開度とともに吸気路１９の開度を増減するものであり、吸気路１９の開度を絞って負圧を発生させることでＥＧＲ通路３２から排気ガスを吸気路１９に導入する。

ハウジング３４は、主に、ハウジング本体３４Ａと筒体３５とから構成されている。
ハウジング本体３４Ａは、アルミニウム等の金属材料を成形したものであり、吸気路１９とＥＧＲ通路３２との合流部を形成するとともに、弁体３３を回転自在に収容する。

より具体的には、ハウジング本体３４Ａは、図５および図６に示すように、弁体３３を回転可能に収容する略円筒状の弁室４２、空気を弁室４２に導く上流側通路４３、弁室４２から空気をハウジング本体３４Ａの外に導く下流側通路４４、筒体３５を収容するとともに弁室４２に開口する収容空間４５を有する。ここで、上流側通路４３および下流側通路４４は、同軸に設けられており、吸気路１９の一部をなす。また、収容空間４５に収容された筒体３５の内周はＥＧＲ通路３２の一部をなす。

そして、弁体３３は、自身の回転により、弁部３３ａの外周が筒体３５の内周の開口３５ｂと上流側通路４３の弁室４２に対する開口との間を往来することができるように収容されている。

ここで、弁部３３ａは、周方向に関して最も筒体３５の開口３５ｂの側に位置しているときに、ＥＧＲ通路３２を弁室４２に対して全閉にするとともに、上流側通路４３を弁室４２に対して最大限に開放する（図６参照。）。また、弁部３３ａは、周方向に関して最も上流側通路４３の開口の側に位置しているときに、ＥＧＲ通路３２を弁室４２に対して最大限に開放するとともに、上流側通路４３を弁室４２に対して最小限に絞る（図５参照。）。

これにより、弁体３３は、弁室４２への空気の流入を絞って弁室４２に負圧を発生させることで、排気ガスをＥＧＲ通路３２から吸気路１９に導入することができる。さらに、弁体３３は、回転位置を変えることで、弁室４２への空気の流入量を変化させて弁室４２の負圧の状況を変え、排気ガスの吸気管１４への導入量を変化させることができる。

すなわち、排気ガスの吸気路１９への導入に関し、コンプレッサ２０の上流側の吸気路１９では、機関本体３で生じる負圧を利用するのが困難であり、代わりに、弁体３３により空気の流れを絞って負圧を発生させることで、排気ガスを吸気路１９に導入することができる。

なお、ハウジング本体３４Ａは、軸方向一方側をセンサカバー５１により閉じられ、軸方向他方側をボトムカバー５２により閉じられている。ここで、センサカバー５１とは、検出部３８の内、ホールＩＣ５３等が設けられている部品である。
以下の説明では、周方向に関し、上流側通路４３の開口を閉じる側を一方側、筒体３５の開口３５ｂを閉じる側を他方側と呼ぶことがある。

筒体３５は、ハウジング本体３４Ａとは別の部品であり、例えば、ステンレス鋼を材料として設けられている。そして、筒体３５は収容空間４５に収容され、筒体３５の内周はＥＧＲ通路３２の一部をなす（図５および図６参照。）。また、筒体３５は、図７に示すように、フランジ３５ａを有する円筒体であって両端に内周の開口を有し、フランジ３５ａは、一方の開口の周囲に設けられている。そして、筒体３５は、フランジ３５ａが存在する側と反対側の開口３５ｂが弁室４２に対して開かれるように、収容されており、弁体３３は、弁部３３ａにより開口３５ｂを開閉することで、ＥＧＲ通路３２を吸気路１９に対して開閉する。

また、筒体３５は、収容空間４５に設けた段差４５ａにフランジ３５ａを突き当てられた状態で収容空間４５に収容されている（図９参照。）。このとき、筒体３５は、リング４７をハウジング本体３４Ａに圧入することでハウジング本体３４Ａに対して固定されており、リング４７は、ウェーブワッシャ４８を介してフランジ３５ａを段差４５ａに押し当てている。

駆動部３７は、モータ５５および減速機５６を含んで構成されている（図３および図４参照。）。
モータ５５は、例えば、ブラシと整流子との摺接構造を有する直流機であり、ＥＣＵ（図示せず。）により通電制御され、弁体３３を周方向一方側に（つまり、ＥＧＲ通路３２を吸気路１９に対して開く側に）回転駆動するトルクを発生する。

減速機５６は、モータ５５の回転速度を減速してシャフト３６ａに伝達する歯車列により構成され、減速比に応じて、モータ５５のトルクを増幅してシャフト３６ａに伝達する。この歯車列は、例えば、モータ５５の出力軸に取り付けられるピニオンギヤ５６ａと、ピニオンギヤ５６ａに噛み合う中間減速ギヤ５６ｂと、中間減速ギヤ５６ｂと共通の中心軸に支持されて中間減速ギヤ５６ｂと一体に回転する小径ギヤ５６ｃと、小径ギヤ５６ｃに噛み合うバルブギヤ５６ｄとで構成され、バルブギヤ５６ｄはシャフト３６ａの端部に締結されている。

なお、バルブギヤ５６ｄとハウジング本体３４Ａとの間には、弁体３３を周方向他方側に（つまり、ＥＧＲ通路３２を吸気路１９に対して閉じる側に）付勢するリターンスプリング５７が装着されている。

検出部３８は、バルブギヤ５６ｄに固定されてシャフト３６およびバルブギヤ５６ｄとともに回転する磁石５８と、磁石５８が発生する磁界の磁束密度に応じて電気信号を発生するホールＩＣ５３等により構成される。

なお、ホールＩＣ５３は、センサカバー５１に組み付けられており、センサカバー５１には、バルブ装置１とＥＣＵとの間で信号を入出力するためのコネクタ５９が設けられている（図２参照。）。また、センサカバー５１は、スクリュー６０によってハウジング本体３４Ａに固定されている（図３参照。）。
そして、ＥＣＵは、検出部３８によって検出される弁体３３の回転角が目標値に一致するように、モータ５５の通電量をフィードバック制御する。なお、回転角の目標値は、内燃機関２の運転状態に応じて設定される。

ストッパ部４０は、バルブギヤ５６ｄに存在する回転側のストッパ部４０Ａと、ハウジング本体３４Ａに存在する静止側のストッパ部４０Ｂとを有し、ＥＧＲ通路３２の閉鎖時にストッパ部４０Ｂによりストッパ部４０Ａの回転を規制することで弁体３３の回転を規制する。

ストッパ部４０Ａは、バルブギヤ５６ｄの外周縁に並ぶ歯車の他方側に存在しており、歯車の山とは別に、外周側に突き出る凸部６５として設けられている（図３参照。）。
静止側ストッパ部４０Ｂは、ハウジング本体３４Ａに設けたネジ穴にネジ螺合により固定されるスクリュー６６である（図３参照。）。
そして、スクリュー６６の内、ネジ穴から突き出ている部分に凸部６５の他方の側面が突き当たることで、バルブギヤ５６ｄの回転が規制されて弁体３３の回転が規制される。

〔実施例１の特徴〕
実施例１のバルブ装置１の特徴を、図１〜図１９を用いて説明する。
まず、バルブ装置１は、次のようなシール部３９を備える。
すなわち、シール部３９は、弁体３３に存在する回転側のシール部３９Ａと、筒体３５に存在する静止側のシール部３９Ｂとを有し、ＥＧＲ通路３２の閉鎖時にシール部３９Ａをシール部３９Ｂに圧接させて閉鎖状態を維持するものである（図８および図９等参照。）。

シール部３９Ａは、弁体３３の外周面４１に設けられており、具体的には、円筒面６２Ａ、６２Ｂおよび段差面６２Ｃ、６２Ｄである（図８、図９参照。）。ここで、円筒面６２Ａ、６２Ｂは、中心角１８０度の半円筒形であり、円筒面６２Ａの半径は円筒面６２Ｂの半径よりも大きい。また、円筒面６２Ａ、６２Ｂは互いに同軸であり、円筒面６２Ａ、６２Ｂの中心軸は回転軸Ｘ１に直交する。

そして、円筒面６２Ａは、周方向他方側を向く内周面であり、円筒面６２Ｂは、周方向他方側を向く外周面である（図８、図９参照。）。また、段差面６２Ｃ、６２Ｄは、周方向他方側を向く平面であり、円筒面６２Ａ、６２Ｂの両端において、円筒面６２Ａ、６２Ｂに直交しており、さらに、段差面６２Ｃ、６２Ｄの法線は、平行移動により回転軸Ｘ１に直交させることができる。

シール部３９Ｂは、筒体３５において開口３５ｂを形成する筒先３５ｃに設けられており、ゴム製のシール部分６３で筒先３５ｃの内外周表面および端面を覆うことで構成されている（図７〜図９参照。）。具体的には、シール部３９Ｂは、シール部分６３の円筒面６３Ａ、６３Ｂのそれぞれに設けられたシールリップ６４Ａ、６４Ｂおよび段差面６３Ｃ、６３Ｄである。

ここで、円筒面６３Ａ、６３Ｂは、中心角１８０度の半円筒形であり、円筒面６３Ａの半径は円筒面６３Ｂの半径よりも大きい。また、円筒面６３Ａ、６３Ｂは互いに同軸であり、円筒面６３Ａ、６３Ｂの中心軸は回転軸Ｘ１に直交する。そして、円筒面６３Ａは、周方向一方側を向く外周面であり、円筒面６３Ｂは、周方向一方側を向く内周面である。

また、段差面６３Ｃ、６３Ｄは、周方向一方側を向く平面であり、円筒面６３Ａ、６３Ｂの両端において、円筒面６３Ａ、６３Ｂに直交しており、さらに、段差面６３Ｃ、６３Ｄの法線は、平行移動により回転軸Ｘ１に直交させることができる。

そして、シールリップ６４Ａは、円筒面６３Ａにおいて外周側に突き出るように設けられ、円筒面６２Ａに圧接されて倒されながら弾性変形する（図９参照。）。また、シールリップ６４Ｂは、円筒面６３Ｂにおいて内周側に突き出るように設けられ、円筒面６２Ｂに圧接されて倒されながら弾性変形する（図９参照。）。
また、段差面６３Ｃ、６３Ｄは、それぞれ段差面６２Ｃ、６２Ｄに圧接される（図７および図８参照。）。

さらに、シール部３９Ａは、ＥＧＲ通路３２が開いているときにシール部３９Ｂから離れており、弁体３３がＥＧＲ通路３２を閉じる方向に回転すると、シール部３９Ｂに接近していった後、シール部３９Ｂに圧接してＥＧＲ通路３２を閉鎖する。つまり、弁体３３がＥＧＲ通路３２を最大限に開放している状態からＥＧＲ通路３２を閉じる方向（周方向他方側）に回転していくと、円筒面６２Ａ、６２Ｂは、それぞれシールリップ６４Ａ、６４Ｂに接触することなく接近していく。

この間、段差面６２Ｃ、６２Ｄも、それぞれ段差面６３Ｃ、６３Ｄに接触することなく接近していく。やがて、円筒面６２Ａ、６２Ｂは、それぞれシールリップ６４Ａ、６４Ｂに接触し、引き続きシールリップ６４Ａ、６４Ｂを倒しつつ弾性変形させていく。また、円筒面６２Ａ、６２Ｂがそれぞれシールリップ６４Ａ、６４Ｂを弾性変形させている途中で、段差面６２Ｃ、６２Ｄもそれぞれ段差面６３Ｃ、６３Ｄに接触し、段差面６３Ｃ、６３Ｄをなす部分を圧縮していく。

つまり、弁体３３の外周面４１は、ＥＧＲ通路３２を閉じるとき以外は、ハウジング３４に対して非接触となるように設けられている。
なお、以下の説明では、円筒面６２Ａ、６２Ｂおよび段差面６２Ｃ、６２Ｄを、まとめてバルブシール面６２と呼ぶことがある。また、シール部分６３は、例えば、筒先３５ｃを金型内に配置するとともにゴム材料を金型内に注入することで成形されている。

次に、弁体３３は、図１０〜図１５に示すように、金属製の芯金６８を有し、芯金６８の軸方向の一端、他端それぞれにシャフト３６ａ、３６ｂが締結されている。また、シャフト３６ａ、３６ｂは、両方とも一部を金型内にインサートして芯金６８をダイカスト成形することにより、芯金６８に締結される。なお、芯金６８の材料は、例えば、アルミニウムである。

また、バルブシール面６２は、樹脂で形成された樹脂部６９に存在する。つまり、バルブシール面６２は樹脂で設けられている。また、樹脂部６９は、例えば、芯金６８の一部を金型内にインサートして射出成型することにより設けられ、芯金６８により支持されている。なお、樹脂部６９には、高い耐熱性を有する樹脂材料を使用するのが好ましく、例えば、ポリフェニレンスルフィドを使用するのが好ましい。

また、芯金６８は、弁体３３の内、弁部３３ａの一部、および、アーム３３ｂを構成し、樹脂部６９は、弁部３３ａの一部を構成する。つまり、弁部３３ａは芯金６８と樹脂部６９とで構成され、アーム３３ｂは芯金６８で構成される。
すなわち、芯金６８は、弁部３３ａの骨格をなす基体７０を有し、基体７０の軸方向両端からアーム３３ｂが伸び、軸方向一端、他端のアーム３３ｂそれぞれにシャフト３６ａ、３６ｂが締結されている。また、基体７０は、射出成型時に金型内にインサートされ、樹脂部６９との間に界面を構成する。

さらに、基体７０は、自身を径方向に貫通する穴７１を有し、穴７１は樹脂部６９により埋められている。ここで、穴７１の軸は、回転軸Ｘ１に垂直に交差する（以下、穴７１の軸を穴軸Ｘ２と呼ぶことがある。）。そして、基体７０の表面の内、穴軸Ｘ２の方向の一方側の表面、つまり、基体７０の径方向外側の表面は、全面、樹脂部６９で覆われてバルブシール面６２が形成され、金属の表面は全く露出していない。また、バルブシール面６２は、穴軸Ｘ２を全周で包囲する。

また、基体７０において、穴７１の周囲には、段７１Ｃ、７１Ｄおよびリブ７１Ａ１、７１Ａ２、７１Ｂが存在する（図１３および図１４参照。）。具体的には、穴軸Ｘ２の方向の一端、他端それぞれの外側に軸方向と平行に伸びる段７１Ｃ、７１Ｄが存在し、段７１Ｃ、７１Ｄの周方向一方側は、他方側よりも外周側に盛り上がっている。また、段７１Ｃ、７１Ｄの周方向一方側には、軸方向一方側、他方側それぞれに分かれて穴７１の内周縁形状に沿う曲線弧状のリブ７１Ａ１、７１Ａ２が存在し、段７１Ｃ、７１Ｄの周方向他方側には、曲線弧状のリブ７１Ｂが存在する。

そして、リブ７１Ａ１、７１Ａ２、７１Ｂの形状、ならびに、樹脂部６９の射出成型に用いられる金型の形状により、穴７１の全周において、以下のような挟み込み構造Ｐおよび等被覆範囲αが形成されている（図１６参照。）。なお、等被覆範囲αとは、バルブシール面６２の面精度を高めるために設定されるものである。

まず、挟み込み構造Ｐとは、樹脂部６９により芯金６８の一部を挟む構造であり、穴７１の内周縁およびリブ７１Ａ１、７１Ａ２、７１Ｂを樹脂部６９で挟むことにより、穴７１の周囲に環状に形成されている。また、等被覆範囲αは、挟み込み構造Ｐにおいて、芯金６８を挟む両側の樹脂部６９の厚さが等しい範囲であり、穴７１の周囲に環状に設けられている。そして、バルブシール面６２は、等被覆範囲αが形成する環の外側に存在する。

ここで、穴軸Ｘ２を含むように弁体３３を切断した断面βを想定する（図１６参照。）。なお、弁体３３は、鏡像対称性を有するものであり、断面βは、鏡像対称の対称面であって回転軸Ｘ１に垂直である。

断面βにおける芯金６８の切断図６８ＣＳは、穴７１の内周縁を先端とする突起７３を含んでいる。また、断面βでは、挟み込み構造Ｐの存在により、突起７３の先端から反先端側に向かって、突起７３の両側に樹脂部６９の切断図６９ＣＳが存在している。さらに、断面βでは、等被覆範囲αの存在により、突起７３の両側の切断図６９ＣＳにおいて、突起７３の接線から樹脂部６９の外縁に向かって垂直に測った長さＬ１、Ｌ２が、互いに等しくなる範囲が存在している。

そして、バルブシール面６２の切断図は、突起７３の一方の側における等被覆範囲αの反先端側に存在する。また、このような挟み込み構造Ｐおよび等被覆範囲αが穴７１の全周に設けられ、バルブシール面６２は、穴７１の全周囲で等被覆範囲αの反先端側に存在する。
ここで、リブ７１Ａ１、７１Ａ２は、バルブシール面６２の内、円筒面６２Ａに対して等被覆範囲αを形成するために設けられており、リブ７１Ｂは、円筒面６２Ｂに対して等被覆範囲αを形成するために設けられている。

なお、段７１Ｃ、７１Ｄは、段差面６２Ｃ、６２Ｄに対応する部分である。また、段７１Ｃ、７１Ｄの周方向他方側において、リブ７１Ｂの軸方向一方側、他方側に、直線状のリブ７１Ｅ、７１Ｆが存在する。リブ７１Ｅ、７１Ｆは、それぞれ段差面６２Ｃ、６２Ｄに垂直な段差面６２Ｅ、６２Ｆに対応する部分であり（図８、図１０、図１１等参照）、段差面６２Ｅ、６２Ｆは、弁体３３が閉側に向かって回転しているときに、シール部分６３の外周面の摺接を受ける。これにより、段差面６２Ｅ、６２Ｆは、全閉時のシール能力を高める機能を有する。

また、芯金６８には、樹脂部６９に覆われずに露出する金属面７４が存在する（図１２、図１６および図１７参照。）。ここで、弁体３３の表面の内、外周面４１が存在する側を表側としたときに、金属面７４は裏側の表面、つまり、径方向内周側の表面に存在する。換言すると、穴軸Ｘ２の方向の他方側の表面、つまり、基体７０の径方向内周側の表面には、樹脂部６９に覆われずに露出する金属面７４が存在する。そして、金属面７４は穴軸Ｘ２を包囲している。

また、弁体３３の裏側の表面の内、樹脂部６９により形成される樹脂面には、樹脂部６９の内、芯金６８の裏側の表面を覆う部分により形成される領域６９ａが存在する（図１２、図１６および図１７参照。）。穴７１の周囲では、全周で、樹脂部６９が穴７１の内周壁を径方向外周端と径方向内周端との間で連続して覆っており、さらに、樹脂部６９は、径方向内周端において、穴軸Ｘ２から遠ざかる方向に伸びて領域６９ａを形成している（図１２、図１６および図１７参照。）。

また、基体７０を、穴７１を形成する筒部７０Ａと見立てると、筒部７０Ａの周囲の少なくとも２か所では、筒部７０Ａの内面、外面が両方とも樹脂部６９で覆われている（図１２参照。）。
すなわち、回転軸Ｘ１および穴軸Ｘ２を両方含むように弁体３３を切断して得られる断面γを想定すると（図１２参照。）、断面γでは、芯金６８の切断図６８ＣＳが軸方向一端側、他端側に分かれて存在する（以下、断面γにおいて切断図６８ＣＳの内、軸方向一端側、他端側それぞれに存在する部分を切断図６８ＣＳａ、６８ＣＳｂと呼ぶことがある。）。また、切断図６８ＣＳａ、６８ＣＳｂの内、基体７０の切断図に相当する部分は、樹脂部６９の切断図６９ＣＳにより接続されている。

そして、切断図６９ＣＳは、切断図６８ＣＳａ、６８ＣＳｂそれぞれの周囲で、切断図６８ＣＳａ、６８ＣＳｂに挟まれる内側の領域、切断図６８ＣＳａ、６８ＣＳｂに挟まれていない外側の領域に分岐して伸びている。つまり、切断図６８ＣＳａ、６８ＣＳｂそれぞれの周囲では、切断図６９ＣＳは、切断図６８ＣＳａ、６８ＣＳｂそれぞれの軸方向一方側、他方側に分岐して伸びている。

〔実施例１の製造方法〕
実施例１のバルブ装置１の製造方法を用いて説明する。
バルブ装置１の製造方法では、芯金６８を金属で形成し、芯金６８の軸方向の両端にシャフト３６ａ、３６ｂを固定し、バルブシール面６２を樹脂で設ける。
すなわち、バルブ装置１の製造方法は、芯金６８をダイカスト成形する芯金成形工程、および、バルブシール面６２を含む樹脂部６９を成形する樹脂成形工程を備える。そして、芯金成形工程にて、金型内にシャフト３６ａ、３６ｂをインサートして芯金６８をダイカスト成形し、さらに、樹脂成形工程にて、芯金６８の一部を金型内にインサートして樹脂部６９を射出成型する。

ここで、シャフト３６ａ、３６ｂは、ローレット７５を有するものであり（図１８参照。）、芯金成形工程では、ローレット７５が存在する部分を金型内にインサートして芯金６８を成形する。
また、樹脂成形工程では、１つの樹脂ゲート７６を、バルブシール面６２からの距離の平均値が最小となる位置、つまり、穴軸Ｘ２上に配置する（図１９参照。）。

〔実施例１の効果〕
実施例１のバルブ装置１によれば、シャフト３６ａ、３６ｂは、回転駆動されるものであり、弁体３３は、シャフト３６ａ、３６ｂと一体に回転し、外周面４１に円筒面が設けられている。また、ハウジング３４は、弁体３３を回転可能に収容する弁室４２を有し、弁室４２に、弁体３３によって開閉される開口３５ｂが存在する。

また、外周面４１は、ハウジング３４に対して非接触に設けられている。さらに、弁体３３は、開口３５ｂを閉じる全閉時に、ハウジング３４に設定された所定の部位に当接することで開口３５ｂを閉塞するバルブシール面６２を有し、バルブシール面６２は周方向を向いている。そして、弁体３３は金属製の芯金６８を有し、芯金６８の軸方向の両端にシャフト３６ａ、３６ｂが設けられ、バルブシール面６２は、樹脂で設けられている。

これにより、シャフト３６ａ、３６ｂを保持する芯金６８を金属製にすることで、温度変化に対する芯金６８の変形を抑制してシャフト３６ａ、３６ｂの位置を精度よく保つことができる。また、バルブシール面６２を樹脂製にすることにより、バルブシール面６２の面精度を、切削加工を行わなくても、型抜きで確保することができる。このため、ロータリー式のバルブ装置１において、シャフト３６ａ、３６ｂを精度よく保持すること、および、低コストでバルブシール面６２の精度を確保することを両方とも達成することができる。

また、全閉時にバルブシール面６２が当接する部位はシールリップ６４Ａ、６４Ｂであり、シールリップ６４Ａ、６４Ｂは、ハウジング３４側の筒先３５ｃに設けられている。
これにより、リップの押し倒しによるシール方式を採用する場合に、リップ周囲にアンダーカットを設定する必要がなくなる。すなわち、弁体３３の側にリップを設けようとすると、アンダーカットが必要となり、型抜きが難しくなる。これに対し、ハウジング３４側の筒先３５ｃにシールリップ６４Ａ、６４Ｂを設けることで、アンダーカットを設定することなく、リップの押し倒しによるシール方式を採用することができる。

また、芯金６８の穴７１の全周には等被覆範囲αが設けられ、バルブシール面６２は、穴軸Ｘ２の周囲で考えた場合に、等被覆範囲αの外側に設けられている。より具体的には、穴７１の内周縁としての突起７３を考えるとともに突起７３の突き出る側を先端側とみなしたときに、突起７３の一方の側における等被覆範囲αの反先端側に、バルブシール面６２が存在する。
これにより、さらにバルブシール面６２の精度を高めることができるので、シールリップ６４Ａ、６４Ｂの押し倒し量をより均一にすることができる。このため、シールリップ６４Ａ、６４Ｂの疲労強度を確保することができる。

また、穴７１は樹脂部６９により埋められており、基体７０の径方向外側の表面は樹脂部６９で覆われてバルブシール面６２が形成され、径方向内側の表面では、金属面７４が穴軸Ｘ２を包囲している。
これにより、樹脂部６９におけるウェルドの発生を阻止することができるので、低温と高温とが繰り返される冷熱環境で発生する応力に対し、強度を確保することができる。

また、弁体３３の裏側の表面の内、樹脂部６９により形成される樹脂面には、樹脂部６９の内、芯金６８の裏側の表面を覆う部分により形成される領域６９ａが存在する。
これにより、領域６９ａを形成する部分によって、芯金６８を引っ掛けることができる。このため、芯金６８と樹脂部６９との線膨張の差に起因する樹脂部６９の脱落を防止することができる。
以下の説明では、樹脂部６９によって芯金６８を引っ掛けて芯金６８の脱落を防止する構造を脱落防止構造と呼ぶことがある。

さらに、基体７０を、穴７１を形成する筒部７０Ａと見立てると（図１２参照。）、筒部７０Ａの周囲の少なくとも２か所では、筒部７０Ａの内面、外面が両方とも樹脂部６９で覆われている。すなわち、回転軸Ｘ１および穴軸Ｘ２を両方含むように弁体３３を切断して得られる断面γを想定すると、断面γでは、芯金６８の切断図６８ＣＳが軸方向一端側、他端側の切断図６８ＣＳａ、６８ＣＳｂに分かれて存在する。そして、樹脂部６９の切断図６９ＣＳは、切断図６８ＣＳａ、６８ＣＳｂそれぞれの周囲で、それぞれの軸方向一方側、他方側に分岐して伸びている。

これにより、低温時には、樹脂部６９の収縮により、切断図６８ＣＳａ、６８ＣＳｂに対応する部分６８ａ、６８ｂそれぞれの軸方向一方側、他方側の樹脂部６９が、部分６８ａ、６８ｂそれぞれを軸方向他方側、一方側に押し、芯金６８を軸方向に外側から締め付ける。また、高温時には、樹脂部６９の膨張により、部分６８ａ、６８ｂそれぞれの軸方向他方側、一方側の樹脂部６９が、部分６８ａ、６８ｂそれぞれを軸方向一方側、他方側に押し、芯金６８を軸方向に内側から突っ張らせる。

このため、芯金６８と樹脂部６９との線膨張の差に起因するがたつきを抑制することができる。
以下の説明では、筒部７０Ａの２か所（部分６８ａ、６８ｂ）の内側、外側の樹脂部６９のように、低温時の締め付け、高温時の突っ張りによって芯金６８と樹脂部６９との間のがたつきを抑制する構造を、がたつき抑制構造と呼ぶことがある。

また、シャフト３６ａ、３６ｂは、ローレット７５を有するものであり、芯金成形工程では、ローレット７５が存在する部分を金型内にインサートして芯金６８を成形する。
これにより、芯金６８からのシャフト３６ａ、３６ｂの抜けや、芯金６８に対するシャフト３６ａ、３６ｂの回りを抑制することができるので、シャフト３６ａ、３６ｂの芯金６８に対する固定力を強化することができる。

また、樹脂成形工程において１つの樹脂ゲート７６から樹脂を射出することで、樹脂部６９におけるウェルドの発生を阻止することができるので、低温と高温とが繰り返される冷熱環境で発生する応力に対し、さらに強度を確保することができる。

さらに、樹脂ゲート７６を、バルブシール面６２からの距離の平均値が最小となる位置、つまり、穴軸Ｘ２上に配置することで、樹脂に含まれるフィラーの配向のばらつきをバルブシール面６２の全周で低減することができる。このため、さらにバルブシール面６２の精度を高めることができるので、シールリップ６４Ａ、６４Ｂの押し倒し量をより均一にすることができ、シールリップ６４Ａ、６４Ｂの疲労強度を確保することができる。

〔実施例２〕
実施例２のバルブ装置１を実施例１のバルブ装置１と異なる点を中心に説明する。
実施例２のバルブ装置１によれば、図２０に示すように、基体７０の径方向内側の表面も、全面、樹脂部６９に覆われており、金属の表面は露出していない。
このため、芯金６８の腐食を抑制することができる。

〔実施例３〕
実施例３のバルブ装置１を実施例１のバルブ装置１と異なる点を中心に説明する。
実施例３のバルブ装置１によれば、図２１に示すように、外周面４１には円筒面に代わって球面が設けられている。そして、円筒面６２Ａ、６２Ｂおよび段差面６２Ｃ、６２Ｄは球面に設けられている。なお、アーム３３ｂの外側の表面は、弁部３３の外周面とほぼ面一の球面をなし、弁体３３は、全体として、回転軸Ｘ１に垂直な断面を対称面として鏡像対称性を有する。

〔実施例４〕
実施例４のバルブ装置１を実施例１のバルブ装置１と異なる点を中心に説明する。
実施例４のバルブ装置１によれば、芯金６８はシャフト３６ａ、３６ｂとは別体として設けられ、シャフト３６ａ、３６ｂは圧入により芯金６８に固定される。ここで、芯金６８は、シャフト３６ａ、３６ｂそれぞれの圧入を受ける圧入穴７７ａ、７７ｂを有し、圧入穴７７ａ、７７ｂは、同軸度を出すため、例えば、図２２に示すように、１本の刃物７８で切削されて設けられる。
なお、圧入後、かしめまたは溶接により、シャフト３６ａ、３６ｂを、さらに強固にアーム３３ｂに固定することができる（図２３参照。）。

〔実施例５〕
実施例５のバルブ装置１を実施例１のバルブ装置１と異なる点を中心に説明する。
実施例５のバルブ装置１によれば、樹脂部６９は、芯金６８とは別体に設けられ、ネジ締結により芯金６８に一体化されている（図２４参照。）。

〔実施例６〕
実施例６のバルブ装置１を実施例１のバルブ装置１と異なる点を中心に説明する。
実施例６のバルブ装置１によれば、樹脂部６９は、芯金６８とは別体に設けられ、自身に設けられたスナップフィット７９により芯金６８に一体化されている（図２５参照。）。

〔変形例〕
本願発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
まず、実施例のバルブ装置１によれば、芯金６８の材料はアルミニウムであったが、ステンレス鋼を材料として芯金６８を設けてもよい。ステンレス鋼を芯金６８の材料として採用することにより、弁体３３の耐腐食性を高めることができる。
また、実施例のバルブ装置１によれば、芯金６８には穴７１が設けられていたが、芯金６８に穴７１を設けなくてもよい。
また、実施例のバルブ装置１によれば、シャフト３６ａ、３６ｂには芯金６８との締結強化のためにローレット７５が設けられていたが、ローレット７５に代えて、カット面、凸、凹または曲げをシャフト３６ａ、３６ｂに設けてもよい。

また、実施例のバルブ装置１によれば、穴７１の全周に脱落防止構造が設けられていたが、脱落防止構造を穴７１の全周に設けなくても、樹脂部６９の脱落を防止することができる。さらに、芯金６８に穴７１を設けなくても、脱落防止構造を設けることができる。
また、実施例のバルブ装置１によれば、穴７１の周囲の内、断面γ上に存在する位置にがたつき抑制構造が設けられていたが、がたつき抑制構造を設ける位置はこのような態様に限定されず、穴７１の周囲の少なくとも２か所であれば、任意の位置にがたつき抑制構造を設けることで、樹脂部６９のがたつきを抑制することができる。さらに、芯金６８に穴７１を設けなくても、がたつき抑制構造を設けることができる。

また、実施例のバルブ装置１によれば、静止側シール部３９Ｂとして、ゴム製のシールリップ６４Ａ、６４Ｂを設けていたが、回転側シール部３９Ａにリップを用いてもよい。
また、実施例のバルブ装置１は、タービン２７を通過した後の排気ガスを吸気路１９に還流する低圧ループに設けられていたが、バルブ装置１を、タービン２７を通過する前の排気ガスを吸気路１９に還流する高圧ループに設けてもよい。

また、実施例のバルブ装置１によれば、筒体３５は、ステンレス鋼を材料として設けられていたが、他の金属を材料としてもよく、樹脂を材料として設けてもよい。
さらに、実施例のバルブ装置１によれば、シール部分６３は、ゴムであったが、バルブシール面６２により押し倒すことができれば、特に材料にこだわるものではなく、樹脂を材料として採用してもよい。

１ バルブ装置 ３３ 弁体 ３４ ハウジング ３５ｂ 開口（弁開口） ３６、３６ａ、３６ｂ シャフト ４１ 外周面 ４２ 弁室 ６２ バルブシール面 ６８ 芯金

Claims (11)

1. 回転駆動されるシャフト（３６、３６ａ、３６ｂ）と、
   前記シャフトと一体に回転し、径方向の外側を向く外周面（４１）に円筒面または球面の少なくとも一部が設けられる弁体（３３）と、
   前記弁体を回転可能に収容する弁室（４２）を有し、この弁室に、前記弁体によって開閉される弁開口（３５ｂ）が存在するハウジング（３４）とを備えるバルブ装置（１）において、
   前記外周面は、前記ハウジングに対して非接触に設けられ、
   前記弁体は、前記弁開口を閉じる全閉時に、前記ハウジングに設定された所定の部位に当接することで前記弁開口を閉塞するバルブシール面（６２）を有し、このバルブシール面は、前記外周面に設けられて周方向を向いており、
   前記弁体は、樹脂で形成された樹脂部（６９）、および、この樹脂部（６９）を支持する金属製の芯金（６８）を有し、
   前記芯金の軸方向の両端に前記シャフトが設けられ、前記バルブシール面は前記樹脂部に設けられていることを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１に記載のバルブ装置において、
   前記所定の部位にはシールリップ（６４Ａ、６４Ｂ）が設けられていることを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のバルブ装置において、
   前記弁体には、前記樹脂部により前記芯金を挟む挟み込み構造（Ｐ）が環状に設けられ、
   この挟み込み構造には、前記芯金を挟む両側の前記樹脂部の厚さが等しい等被覆範囲（α）が環状に設けられ、
   前記バルブシール面は、前記等被覆範囲が形成する環の外側に存在することを特徴とするバルブ装置。
4. 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において、
   前記芯金は、ステンレス鋼を材料とすることを特徴とするバルブ装置。
5. 請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   前記芯金には、前記樹脂部に覆われずに露出する金属面（７４）が存在することを特徴とするバルブ装置。
6. 請求項５に記載のバルブ装置において、
   前記弁体の表面の内、前記外周面が存在する側を表側としたときに、前記金属面は裏側の表面に存在し、
   この裏側の表面の内、前記樹脂部により形成される樹脂面には、前記樹脂部の内、前記芯金の裏側の表面を覆う部分により形成される領域（６９ａ）が存在することを特徴とするバルブ装置。
7. 請求項１ないし請求項６の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   前記芯金には穴（７１）または窪みを形成する筒部（７０Ａ）が存在し、
   この筒部の周囲の少なくとも２か所（６８ａ、６８ｂ）では、前記筒部の内面、外面が両方とも前記樹脂部で覆われていることを特徴とするバルブ装置。
8. 回転駆動されるシャフトと、
   前記シャフトと一体に回転し、径方向の外側を向く外周面に円筒面または球面の少なくとも一部が設けられる弁体と、
   前記弁体を回転可能に収容する弁室を有し、この弁室に、前記弁体によって開閉される弁開口が存在するハウジングとを備えるバルブ装置の製造方法において、
   前記外周面は、前記ハウジングに対して非接触に設けられ、
   前記弁体は、前記弁開口を閉じる全閉時に、前記ハウジングに設定された所定の部位に当接することで前記弁開口を閉塞するバルブシール面を有し、このバルブシール面は周方向を向いており、
   前記バルブ装置の製造方法では、前記弁体の芯金を金属で形成し、この芯金の軸方向の両端に前記シャフトを固定し、前記バルブシール面を樹脂で設けることを特徴とするバルブ装置の製造方法。
9. 請求項８に記載のバルブ装置の製造方法において、
   前記シャフトは、ローレット（７５）、カット面、凸、凹または曲げを有するものであり、
   前記バルブ装置の製造方法は、前記芯金をダイカスト成形する芯金成形工程を備え、
   この芯金成形工程では、前記ローレット、前記カット面、前記凸、前記凹または前記曲げが存在する部分を金型内にインサートして前記芯金を成形することを特徴とするバルブ装置の製造方法。
10. 請求項８または請求項９に記載のバルブ装置の製造方法において、
    前記バルブシール面を含む樹脂部を成形する樹脂成形工程を備え、
    この樹脂成形工程では、樹脂ゲート（７６）を１つにすることを特徴とするバルブ装置の製造方法。
11. 請求項１０に記載のバルブ装置の製造方法において、
    前記樹脂ゲートを、前記バルブシール面からの距離の平均値が最小となる位置に配置することを特徴とするバルブ装置の製造方法。