JP5177073B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体流路の開度を弁体の回動により可変する弁装置に関する。

従来から、弁装置では、流体流路の開度を可変する弁体と、弁体を保持して回動する弁軸と、弁軸を軸受けするボールベアリングと、ボールベアリングを保持するとともに流体流路の一部を形成する弁ハウジングと、弁ハウジングに保持されて流体流路をボールベアリングによる軸受け領域からシールするシール部材とを備えるものが公知であり、スロットルバルブや、タンブル・ジェネレータ・バルブ（以下、ＴＧＶと呼ぶ）のようなエンジンの吸排気流路に配される各種の弁による流路の開度操作に利用されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、従来の弁装置によれば、軸方向にボールベアリング１０１とシール部材１０２とが隣り合っており、ボールベアリング１０１の内輪１０３は、弁軸１０４に圧入されて弁軸１０４とともに回転し、シール部材１０２は、弁ハウジング１０５に圧入され弁軸１０４に対して相対的に静止している。このため、内輪１０３とシール部材１０２とが当接した状態で弁ハウジング１０５に組み込まれると、シール部材１０２が内輪１０３との摺動により劣化してしまう。

そこで、このような摺動劣化を回避するために、ボールベアリング１０１、シール部材１０２および弁軸１０４を弁ハウジング１０５に組み込む工程に関して種々の組み込みパターンが考えられている。

例えば、図４に示すように、ボールベアリング１０１の内輪１０３を弁軸１０４に対して圧入し、ボールベアリング１０１および弁軸１０４を含んでなる軸アセンブリ１０６を組み立てるとともに、シール部材１０２を弁ハウジング１０５に対して圧入しておき、シール部材１０２を圧入した弁ハウジング１０５に対して、ボールベアリング１０１の外輪１０７を圧入することで、軸アセンブリ１０６を弁ハウジング１０５に組み付ける。

しかし、図４に示すパターンによれば、軸アセンブリ１０６を弁ハウジング１０５に組み付ける際に、弁軸１０４によってシール部材１０２が破損する虞がある。
すなわち、弁軸１０４には、弁体（図示せず）を取り付けるために窪み１０８やスリット（図示せず）が設けられ、窪み１０８やスリットの端は不可避的にエッジ１０９を形成してしまう。このため、軸アセンブリ１０６を弁ハウジング１０５に組み付ける際に、エッジ１０９がシール部材１０２を通過することによりシール部材１０２の内周部分を傷付ける虞がある。

このような弁軸１０４のエッジ１０９によるシール部材１０２の破損を回避するため、図５に示すように、弁ハウジング１０５に弁軸１０４を装着しておき、弁軸１０４を装着した弁ハウジング１０５に対してシール部材１０２を圧入し、さらに、ボールベアリング１０１の内輪１０３を弁軸１０４に対して圧入するとともにボールベアリング１０１の外輪１０７を弁ハウジング１０５に対して圧入するパターンが考えられている。

しかし、図５に示すパターンによれば、ボールベアリング１０１の内輪１０３および外輪１０７を、それぞれ弁軸１０４、弁ハウジング１０５に対して同時に圧入するため、内輪１０３、外輪１０７の圧入荷重を個々に管理できない。このため、エッジ１０９によるシール部材１０２の破損を回避することができるものの、ボールベアリング１０１や弁軸１０４の圧入が不十分となって抜け落ちの虞がある。

特開２００７−０２３８６０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、弁軸のエッジによりシール部材を傷つけることなく、また、ボールベアリングの内輪および外輪を同時圧入することなく弁装置を製造して、シール部材と内輪との摺動を回避できるようにすることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の弁装置は、流体流路の開度を可変する弁体と、弁体を保持して回動する弁軸と、弁軸を軸受けするボールベアリングと、ボールベアリングを保持するとともに流体流路の一部を形成する弁ハウジングと、弁ハウジングに保持されて流体流路をボールベアリングによる軸受け領域からシールするシール部材とを備える。

ボールベアリングは、外輪が弁ハウジングに対して圧入されるとともに内輪が弁軸に対して圧入される。また、シール部材は、軸方向に関して流体流路とボールベアリングとの間に配され、弁ハウジングに対して圧入されて弁軸の外周面に摺接することで流体流路をシールする
そして、弁装置は、軸方向に関してシール部材とボールベアリングとの間に配されるカラーを備え、カラーは、内輪との当接を回避しながら外輪およびシール部材に当接できる形状に設けられ、内輪とシール部材との当接を防止する。

これにより、ボールベアリングの内輪を弁軸に対して圧入するとともにシール部材を弁軸に装着して、弁軸、ボールベアリングおよびシール部材を含んでなる軸アセンブリを組み立て、ボールベアリングの外輪を弁ハウジングに対して圧入することで、弁軸のエッジによりシール部材を傷つけることなく、また、ボールベアリングの内輪および外輪を同時圧入することなく弁装置を製造することができる。

さらに、軸アセンブリを組み立てる際にシール部材とボールベアリングとの間にカラーを配して弁軸に装着しておくことで、軸アセンブリを弁ハウジングに組み付けるときに懸念される内輪とシール部材との当接を確実に回避できる。

以上により、弁軸のエッジによりシール部材を傷つけることなく、また、ボールベアリングの内輪および外輪を同時圧入することなく弁装置を製造して、シール部材と内輪との摺動を回避することができる。

また、カラーは、弁ハウジングに対して圧入され、自身の外周面が弁ハウジングに径方向に圧接している。
これにより、カラーの内周部は、弁軸の外周面との間に径方向のクリアランスを形成できる。このため、カラーと弁軸との摺動を回避することができる。
さらに、弁ハウジングは、カラーの外周面により径方向に圧接される第１被圧接面、およびシール部材の外周面により径方向に圧接される第２被圧接面を有し、第１被圧接面は第２被圧接面よりも外周側に設けられ、第１被圧接面と第２被圧接面との間には、カラーと軸方向に対向する段面が形成されている。そして、カラーは、シール部材に当接する突起を有し、突起により段面との間に軸方向のクリアランスを形成している。
これにより、各部材の軸方向に関する寸法公差を、カラーと段面との間の軸方向のクリアランスにより吸収することができる。このため、軸方向に関する寸法公差を吸収できずに、例えば、カラーの内周部が弁軸の外周面に摺接してしまう事態を回避できる。また、突起によりシール部材を押圧することができるので、シール部材がカラーの方に向かって飛び出すのを阻止することができる。このため、シール部材の外周面と第２被圧接面との圧接面積の低下を防止してシール能力の低減を回避できる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の弁装置によれば、カラーの外周面は、弁ハウジングに対する圧入方向の先端部分においてテーパ状に形成されている。
これにより、カラーの弁ハウジングに対する圧入が容易になる。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の弁装置の製造方法は、ボールベアリングの内輪を弁軸に対して圧入するとともに、シール部材およびカラーを弁軸に装着して、弁軸、ボールベアリング、シール部材およびカラーを含んでなる軸アセンブリを組み立てる第１工程と、ボールベアリングの外輪を弁ハウジングに対して圧入することで、軸アセンブリを弁ハウジングに組み付ける第２工程とを備える。
これにより、弁軸のエッジによりシール部材を傷つけることなく、また、ボールベアリングの内輪および外輪を同時圧入することなく弁装置を製造して、シール部材と内輪との摺動を回避することができる。

（ａ）は弁装置の全体図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である（実施例）。 （ａ）は軸アセンブリの全体図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図であり、（ｃ）はカラーの断面図である（実施例）。 （ａ）は第１工程の説明図であり、（ｂ）は第２工程の説明図である（実施例）。 （ａ）はボールベアリングの弁軸への圧入による軸アセンブリの組立てを示す説明図であり、（ｂ）はシール部材の弁ハウジングへの圧入を示す説明図であり、（ｃ）は軸アセンブリの弁ハウジングへの組付けを示す説明図である（従来例）。 （ａ）は弁軸の弁ハウジングへの装着を示す説明図であり、（ｂ）はシール部材の弁ハウジングへの圧入を示す説明図であり、（ｃ）はボールベアリングの弁軸および弁ハウジングへの圧入を示す説明図である（従来例）。

実施形態の弁装置は、流体流路の開度を可変する弁体と、弁体を保持して回動する弁軸と、弁軸を軸受けするボールベアリングと、ボールベアリングを保持するとともに流体流路の一部を形成する弁ハウジングと、弁ハウジングに保持されて流体流路をボールベアリングによる軸受け領域からシールするシール部材とを備える。

ボールベアリングは、外輪が弁ハウジングに対して圧入されるとともに内輪が弁軸に対して圧入される。また、シール部材は、軸方向に関して流体流路とボールベアリングとの間に配され、弁ハウジングに対して圧入されて弁軸の外周面に摺接することで流体流路をシールする。
そして、弁装置は、軸方向に関してシール部材とボールベアリングとの間に配されるカラーを備え、カラーは、内輪との当接を回避しながら外輪およびシール部材に当接できる形状に設けられ、内輪とシール部材との当接を防止する。

また、カラーは、弁ハウジングに対して圧入され、自身の外周面が弁ハウジングに径方向に圧接している。
さらに、カラーの外周面は、弁ハウジングに対する圧入方向の先端部分においてテーパ状に形成されている。

また、弁ハウジングは、カラーの外周面により径方向に圧接される第１被圧接面、およびシール部材の外周面により径方向に圧接される第２被圧接面を有し、第１被圧接面は第２被圧接面よりも外周側に設けられ、第１被圧接面と第２被圧接面との間には、カラーと軸方向に対向する段面が形成されている。そして、カラーは、シール部材に当接する突起を有し、突起により段面との間に軸方向のクリアランスを形成している。

また、実施形態の弁装置の製造方法は、ボールベアリングの内輪を弁軸に対して圧入するとともに、シール部材およびカラーを弁軸に装着して、弁軸、ボールベアリング、シール部材およびカラーを含んでなる軸アセンブリを組み立てる第１工程と、ボールベアリングの外輪を弁ハウジングに対して圧入することで、軸アセンブリを弁ハウジングに組み付ける第２工程とを備える。

〔実施例の構成〕
実施例の弁装置１の構成を、図面に基づいて説明する。
弁装置１は、流体流路の開度を弁体２の回動により可変するものであり、例えば、エンジン（図示せず）のシリンダ内でタンブルを発生させるためのタンブル・ジェネレータ・バルブ（ＴＧＶ）に適用され、エンジンへの吸気流路に組み込まれてタンブル発生用の流路（以下、「タンブル流路３」と呼ぶ）の開度操作に利用されている。

この弁装置１は、図１、図２に示すように、タンブル流路３の開度を可変する弁体２と、弁体２を保持して回動する弁軸４と、弁軸４を軸受けするボールベアリング５と、ボールベアリング５を保持するとともにタンブル流路３の一部を形成する弁ハウジング６と、弁ハウジング６に保持されてタンブル流路３をボールベアリング５による軸受け領域７からシールするシール部材８とを備える。

弁軸４には、弁体２を取り付けるための窪み１２が設けられ、窪み１２の部分にはネジ穴１３が貫通している。そして、弁体２は、ネジ締結により弁軸４に取り付けられている。また、窪み１２の端はエッジ１４を形成する。なお、弁軸４は、周知の減速機構（図示せず）を介してモータ（図示せず）の出力が伝達され、モータの出力により駆動されて回動する。

ボールベアリング５は、ボール１６を介して外輪１７と内輪１８とが相対的に回動することができる周知の構造を有するものであり、外輪１７が弁ハウジング６に対して圧入されるとともに内輪１８が弁軸４に対して圧入されている。また、外輪１７と内輪１８との間には、グリース等の潤滑剤が充填され、潤滑剤は、シール板１９によって流出が抑制されている。

シール部材８は、例えば、金属環２２を内蔵するゴム製のオイルシールであって周知の構造を有しており、内周側に２つの環状のシールリップ２３を有する。また、シール部材８は、弁ハウジング６に対して圧入され、軸方向に関してタンブル流路３とボールベアリング５との間に配される。そして、シールリップ２３が弁軸４の外周面２４に摺接することで、タンブル流路３が軸受け領域７に対してシールされる。

すなわち、シール部材８は、エンジンからの吹返し燃料の飛沫がタンブル流路３から軸受け領域７の方に達して外気に放出してしまうのを阻止したり、吸入負圧により軸受け領域７を介して外気がタンブル流路３に漏れ込むのを阻止したりすることができる。
なお、シール部材８は、ボールベアリング５よりも径小である。

〔実施例の特徴〕
実施例の弁装置１の特徴を、図１〜図３を用いて説明する。
弁装置は、軸方向に関してシール部材８とボールベアリング５との間に、ボールベアリング５と略同一径のカラー２６を備える。

また、弁ハウジング６は、弁軸４の軸受け領域７を形成する第１圧入穴２７、タンブル流路３を軸受け領域７からシールするためのシール領域２８を形成する第２圧入穴２９、および、第２圧入穴２９とタンブル流路３とを連通する貫通穴３０を同軸的に有し、弁軸４は、第１圧入穴２７、第２圧入穴２９、貫通穴３０およびタンブル流路３を貫通するように配されている。

ここで、第２圧入穴２９は、第１圧入穴２７よりもタンブル流路３の側に設けられ、第１圧入穴２７よりも径小である。そして、第１圧入穴２７にボールベアリング５およびカラー２６が圧入されて軸受け領域７が形成され、第２圧入穴２９にシール部材８が圧入されてシール領域２８が形成される。

すなわち、第１圧入穴２７を形成する内周面は、カラー２６の外周面および外輪１７により径方向に圧接される第１被圧接面３３であり、第２圧入穴２９を形成する内周面は、シール部材８の外周面３４により径方向に圧接される第２被圧接面３５である。そして、第２圧入穴２９が第１圧入穴２７よりも径小であることから、第１被圧接面３３は第２被圧接面３５よりも外周側にあり、第１被圧接面３３と第２被圧接面３５との間には、円環状の第１段面３６が形成されている。

カラー２６は、例えば、ＰＢＴやＰＥＴ等のポリエステル樹脂、または、ナイロン６やナイロン６６等のポリアミド樹脂を素材として、弁軸４が貫通する空洞３８を有するように円環状に成形されている（図２（ｃ）参照）。そして、カラー２６は、弁ハウジング６に対して圧入される円環状の本体３９と、本体３９の圧入方向の先端に設けられ円環状の突起４０とを有する。

本体３９は、後端部分の外周面が円筒状に設けられて第１被圧接面３３に圧接する圧接面４１をなし、先端部分の外周面が先端に向かってテーパ状に縮径するテーパ面４２をなす。
ここで、空洞３８を形成する本体３９の内周面４３は、弁軸４の外周面２４との間に径方向のクリアランスａを形成するように設けられている。また。空洞３８の後端部は拡径して本体３９の後端面４４に開口しており、後端面４４は、空洞３８の拡径開口構造により、内輪１８との当接を回避しながら外輪１７に当接することができる。

突起４０は、第２圧入穴２９よりも径小となるように、かつ、弁軸４の外周面２４に摺接しないように、本体３９の先端面４５から先端に向かって突出している。そして、突起４０は、先端に向かう突出構造によりシール部材８の後端に当接する。
以上により、カラー２６は、内輪１８との当接を回避しながら外輪１７およびシール部材８に当接できる形状に設けられ、内輪１８とシール部材８との当接を防止する。

また、突起４０は、シール部材８の後端に当接することで、先端面４５と第１段面３６との間に軸方向のクリアランスｂを形成している。
なお、シール部材８は、第２被圧接面３５の先端側にある第２段面４６との間に、軸方向のクリアランスｃを形成するように圧入される。また、先端面４５では、空洞３８が拡径することなく開口している。

〔実施例の製造方法〕
実施例の弁装置１の製造方法を、図３を用いて説明する。
弁装置１の製造方法は、弁軸４、ボールベアリング５、シール部材８およびカラー２６を含んでなる軸アセンブリ５０を組み立てる第１工程と、軸アセンブリ５０を弁ハウジング６に組み付ける第２工程とを備える。

ここで、第１工程では、ボールベアリング５の内輪１８を弁軸４に対して圧入するとともに、シール部材８およびカラー２６を弁軸４に装着することで軸アセンブリ５０を組み立てる。また、第２工程では、軸アセンブリ５０を構成するボールベアリング５の外輪１７を弁ハウジング６に対して圧入することで、軸アセンブリ５０を弁ハウジング６に組み付ける。

〔実施例の効果〕
実施例の弁装置１は、軸方向に関してシール部材８とボールベアリング５との間に配されるカラー２６を備え、カラー２６は、内輪１８との当接を回避しながら外輪１７およびシール部材８に当接できる形状に設けられ、内輪１８とシール部材８との当接を防止する。

これにより、ボールベアリング５の内輪１８を弁軸４に対して圧入するとともにシール部材８を弁軸４に装着して、弁軸４、ボールベアリング５およびシール部材８を含んでなる軸アセンブリ５０を組み立て、ボールベアリング５の外輪１７を弁ハウジング６に対して圧入することで、弁軸４のエッジ１４によりシール部材８を傷つけることなく、また、ボールベアリング５の内輪１８および外輪１７を同時圧入することなく弁装置１を製造することができる。

さらに、軸アセンブリ５０を組み立てる際にシール部材８とボールベアリング５との間にカラー２６を配して弁軸４に装着しておくことで、軸アセンブリ５０を弁ハウジング６に組み付けるときに懸念される内輪１８とシール部材８との当接を確実に回避できる。
以上により、弁軸４のエッジ１４によりシール部材８を傷つけることなく、また、ボールベアリング５の内輪１８および外輪１７を同時圧入することなく弁装置１を製造して、シール部材８と内輪１８との摺動を回避することができる。

また、カラー２６は、弁ハウジング６に対して圧入され、外周面の一部である圧接面４１が弁ハウジング６に径方向に圧接している。
これにより、カラー２６の内周部は、弁軸４の外周面２４との間に径方向のクリアランスａを形成できる。このため、カラー２６と弁軸４との摺動を回避することができる。

また、カラー２６の外周面は、弁ハウジング６に対する圧入方向の先端部分においてテーパ状に形成されてテーパ面４２をなす。
これにより、カラー２６の弁ハウジング６に対する圧入が容易になる。

また、弁ハウジング６は、カラー２６の圧接面４１により径方向に圧接される第１被圧接面３３、およびシール部材８の外周面３４により径方向に圧接される第２被圧接面３５を有し、第１被圧接面３３は第２被圧接面３５よりも外周側に設けられ、第１被圧接面３３と第２被圧接面３５との間には、カラー２６と軸方向に対向する第１段面３６が形成されている。そして、カラー２６は、シール部材８に当接する突起４０を有し、突起４０により第１段面３６と先端面４５との間に軸方向のクリアランスｂを形成している。

これにより、各部材の軸方向に関する寸法公差をクリアランスｂにより吸収することができる。このため、軸方向に関する寸法公差を吸収できずに、例えば、カラー２６の内周部が弁軸４の外周面２４に摺接してしまう事態を回避できる。また、突起４０によりシール部材８を押圧することができるので、シール部材８がカラー２６の方に向かって飛び出すのを阻止することができる。このため、シール部材８の外周面３４と第２被圧接面３５との圧接面積の低下を防止してシール能力の低減を回避できる。

〔変形例〕
実施例の弁装置１は、ＴＧＶに適用されていたが、スロットルバルブ等のエンジンの吸排気流路に配される他の弁に適用してもよく、エンジンの吸排気流路に配される弁以外の弁に適用してもよい。
また、カラー２６の形状および寸法、シール部材８の形状および寸法、ならびに、ボールベアリング５の形状および寸法等は、実施例の態様に限定されるものではない。

１ 弁装置
２ 弁体
３ タンブル流路
４ 弁軸
５ ボールベアリング
６ 弁ハウジング
７ 軸受け領域
８ シール部材
１７ 外輪
１８ 内輪
２４ 外周面（弁軸の外周面）
２６ カラー
３３ 第１被圧接面
３４ 外周面（シール部材の外周面）
３５ 第２被圧接面
３６ 第１段面
４０ 突起
４１ 圧接面（カラーの外周面）
４２ テーパ面（カラーの外周面）
５０ 軸アセンブリ

Claims (3)

1. 流体流路の開度を可変する弁体と、この弁体を保持して回動する弁軸と、この弁軸を軸受けするボールベアリングと、このボールベアリングを保持するとともに前記流体流路の一部を形成する弁ハウジングと、前記弁ハウジングに保持されて前記流体流路を前記ボールベアリングによる軸受け領域からシールするシール部材とを備え、
   前記ボールベアリングは、外輪が前記弁ハウジングに対して圧入されるとともに内輪が前記弁軸に対して圧入され、
   前記シール部材は、軸方向に関して前記流体流路と前記ボールベアリングとの間に配され、前記弁ハウジングに対して圧入されて前記弁軸の外周面に摺接することで前記流体流路をシールする弁装置において、
   軸方向に関して前記シール部材と前記ボールベアリングとの間に配されるカラーを備え、
   このカラーは、前記内輪との当接を回避しながら前記外輪および前記シール部材に当接できる形状に設けられ、前記内輪と前記シール部材との当接を防止し、
   また、前記カラーは、前記弁ハウジングに対して圧入され、自身の外周面が前記弁ハウジングに径方向に圧接し、
   前記弁ハウジングは、前記カラーの外周面により径方向に圧接される第１被圧接面、および前記シール部材の外周面により径方向に圧接される第２被圧接面を有し、
   前記第１被圧接面は前記第２被圧接面よりも外周側に設けられ、前記第１被圧接面と前記第２被圧接面との間には、前記カラーと軸方向に対向する段面が形成され、
   さらに、前記カラーは、前記シール部材に当接する突起を有し、この突起により前記段面との間に軸方向のクリアランスを形成していることを特徴とする弁装置。
2. 請求項１に記載の弁装置において、
   前記カラーの外周面は、前記弁ハウジングに対する圧入方向の先端部分においてテーパ状に形成されていることを特徴とする弁装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の弁装置の製造方法において、
   前記ボールベアリングの前記内輪を前記弁軸に対して圧入するとともに、前記シール部材および前記カラーを前記弁軸に装着して、前記弁軸、前記ボールベアリング、前記シール部材および前記カラーを含んでなる軸アセンブリを組み立てる第１工程と、
   前記ボールベアリングの前記外輪を前記弁ハウジングに対して圧入することで、前記軸アセンブリを前記弁ハウジングに組み付ける第２工程とを備えることを特徴とする弁装置の製造方法。

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