JP5776497B2 - ポペットバルブ - Google Patents

Description

本発明は、シャフトを介して弁体（弁傘部材）が軸方向へ駆動されるポペットバルブに関し、例えば、冷却水（流体の一例）をコントロールするポペットバルブに用いて好適な技術に関する。

（従来技術）
シャフトを介して弁体を軸方向に駆動するポペットバルブの一例として、流体のコントロールを行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、この特許文献１に示すポペットバルブは、ＥＧＲガスのコントロールを行うバルブ装置である。

ポペットバルブは、
（ａ）軸方向へ駆動されるシャフト（駆動軸）と、
（ｂ）このシャフトに設けられる弁体と、
（ｃ）この弁体によって開閉される弁開口を有する弁座部材と、
を備えて構成される。
そして、弁体が弁座部材に着座することで弁開口が閉塞される。

（問題点１）
閉弁時に流体の漏れを防ぐためには、弁体の周囲が全周に亘って弁座部材に接する必要がある。
しかしながら、ポペットバルブを構成する各部品の「組付け誤差」や「部品精度」によって、弁座部材に対して弁体が傾くことが考えられる。
すると、弁体が弁座部材に着座しても、弁体と弁座部材との間に、弁座部材に対する弁体の傾きによる隙間が生じ、その隙間から流体が漏れてしまう。

（問題点２）
螺子機構（雄ネジと雌ネジの螺合構造）などを用いてシャフトに回転力を加えることでシャフトを軸方向へ駆動する場合がある。
弁体はシャフトと一体に移動するものであるため、弁体と弁座部材とが接する状態では、弁体と弁座部材との着座面（接触箇所）に回転方向の摩擦力が生じる。このため、シャフトを回転させるには、摩擦力に抗する回転力をシャフトに付与する必要があり、シャフト駆動力の増加を招く不具合がある。

（問題点３）
また、シャフトに回転力が加わる場合、弁体と弁座部材との着座面に回転方向の摩擦力が生じる。このため、長期の使用により着座面が摩耗してシール不良が発生する懸念がある。

特開２００７−２５５３５７号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、閉弁時に「組付け誤差」や「部品精度」による流体の漏れの発生を防ぐことのできるポペットバルブの提供にある。

〔請求項１の手段〕
請求項１のポペットバルブは、シャフトに弁体が挿通されており、シャフトと弁体との間に介在させた弾性部材によって、シャフトに対して弁体が傾斜可能に支持される。そして、弾性部材は、シャフトと弁体との隙間をシールしている。
このため、ポペットバルブを構成する各部品の「組付け誤差」や「部品精度」によって、弁座部材に対して弁体が相対的に傾く場合であっても、その「傾き」を弾性部材が弾性変形によって吸収する。
その結果、閉弁時において弁体と弁座部材との間に、弁座部材に対する弁体の傾きによる隙間が生じず、隙間から流体が漏れる不具合が無い。

〔請求項２の手段〕
請求項２のポペットバルブは、シャフトまたは弁体と弾性部材との間にベアリングを設けており、シャフトと弁体との間に介在させた弾性部材とベアリングによって、シャフトに対して弁体が「傾斜可能」で且つ「回転可能」に支持される。
このため、シャフトに回転力を加えることでシャフトを軸方向へ駆動する場合、弁体と弁座部材とが接する状態において、ベアリングがシャフトと弁体の相対回転差を吸収する。これにより、容易にシャフトを回転することができ、シャフト駆動力を小さくすることができる。

また、シャフトの回転力がベアリングで吸収されて弁体に伝わらなくなるため、弁体と弁座部材との着座面における回転方向の摩擦力を小さくすることができる。これにより、長期に使用されても着座面の摩耗を抑えることができ、摩耗によるシール不良の発生を防ぐことができる。

ポペットバルブの要部断面図である（実施例１）。 ポペットバルブの要部断面図である（実施例２）。

図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
実施形態１のポペットバルブは、
（ａ）軸方向へ駆動されるシャフト１と、
（ｂ）このシャフト１に設けられる弁体２と、
（ｃ）この弁体２によって開閉される弁開口αを有する弁座部材３と、
（ｄ）シャフト１と弁体２との間に設けられてシャフト１に対して弁体２を弾性変形可能に支持する弾性部材４と、
を備えて構成される。

実施形態２のポペットバルブは、
（ａ）軸方向へ駆動されるシャフト１と、
（ｂ）このシャフト１に設けられる弁体２と、
（ｃ）この弁体２によって開閉される弁開口αを有する弁座部材３と、
（ｄ）シャフト１と弁体２との間に介在され、シャフト１に対して弁体２を弾性変形可能に支持する弾性部材４と、
（ｅ）シャフト１と弁体２との間に介在され、シャフト１に対して弁体２を回転可能に支持するベアリング５（転がりベアリングまたは滑りベアリング）と、
を備えて構成される。

以下において本発明の具体例（実施例）を、図面を参照して説明する。以下の実施例は具体的な一例を示すものであって、本発明が実施例に限定されないことはいうまでもない。なお、以下の実施例において、上記「発明を実施するための形態」と同一符号は同一機能物を示すものである。

［実施例１］
図１を参照して実施例１を説明する。
この実施例のポペットバルブは、自動車に搭載されて、エンジン冷却水の流量制御（流路の開閉および開度制御）、あるいは分配制御（流路の切替制御）を行うものである。

このポペットバルブは、
（ａ）軸方向へ駆動されるシャフト１と、
（ｂ）このシャフト１とともに軸方向へ移動する弁体２と、
（ｃ）この弁体２によって開閉される弁開口αを有する弁座部材３と、
（ｄ）シャフト１と弁体２との間に介在して配置され、シャフト１に対して弁体２を弾性変形可能に支持する弾性部材４と、
を備える。

シャフト１は、金属（または硬質な樹脂）によって設けられた図１の上下方向へ延びる円柱棒状の軸部材であり、弁開口αの略中心部に貫通配置されるものである。そして、このシャフト１は、図示しないアクチュエータ（例えば、電動アクチュエータ等）によって軸方向（図１の上下方向）へ駆動される。

弁体２は、金属（または硬質な樹脂）によって設けられたリング状の円板部材であり、シャフト１に対して直交して設けられる。この弁体２の外径寸法は、弁開口αの内径寸法より大径に設けられ、閉弁時に弁開口αを閉塞するものである。

弁座部材３は、上流側の冷却水と下流側の冷却水とを区画する区画壁に設けられ、シャフト１に対して直交して設けられる。そして、弁座部材３には、弁開口αが図示上下方向へ貫通形成されており、弁体２が弁座部材３から離座した際に上流側の冷却水が弁開口αを通って下流側へ流れる。

弾性部材４は、弾性変形可能な円環状のゴム部材であり、シャフト１と弁体２の間に介在されて、シャフト１に対して弁体２を傾斜可能に支持するものである。もちろん弾性部材４は、シャフト１の軸方向の移動を弁体２に伝えてシャフト１と一体に弁体２を軸方向に移動させるとともに、シャフト１と弁体２との間を冷却水が流れないようにシャフト１と弁体２との間をシールするものである。

弁体２と弾性部材４との結合手段は限定されるものではないが、具体的な一例として弾性部材４の外周面に設けた環状溝に弁体２の内径側を嵌め入れたもの、あるいは弁体２の内径側を弾性部材４がモールド（インサート）するように弾性部材４を樹脂成形したものである。

シャフト１と弾性部材４との結合手段も限定されるものではないが、図１の例はシャフト１に設けた２つのフランジ（挟持用の鍔部）１ａ、１ｂに弾性部材４を挟んで支持するものである。
この例を具体的に説明すると、図示上側のフランジ１ａは、シャフト１と一体に設けられるものであり、図示下側のフランジ１ｂは、弾性部材４をシャフト１に組付けた後に圧入等によりシャフト１に固定されるものである。

また、シャフト１と弾性部材４を、接着剤や焼付等の結合技術を用いて強固に固着させて一体に回転するように設けても良いが、２つのフランジ１ａ、１ｂで挟まれる弾性部材４の圧迫力を小さく設けるなど、シャフト１と弾性部材４の間に所定以上の回転力が付与された場合に、シャフト１と弾性部材４の接触箇所に回転方向の滑りが生じるように設けても良い。あるいは、弁体２と弾性部材４との接触箇所において回転方向の滑りが生じるように設けても良い。
なお、シャフト１と弁体２との間の回転差を積極的に吸収する例を、後述実施例２において説明する。

（実施例１の効果）
この実施例のポペットバルブは、上述したように、シャフト１と弁体２との間に介在させた弾性部材４によって、シャフト１に対して弁体２が傾斜可能に支持される。
このため、ポペットバルブを構成する各部品の「組付け誤差」や「部品精度」によって、弁座部材３に対して弁体２が相対的に傾く場合であっても、閉弁時に弁体２が弁座部材３に押し付けられることで、弁座部材３に対する弁体２の「傾き」を弾性部材４が弾性変形により吸収する。

その結果、閉弁時において弁体２と弁座部材３との間に、弁座部材３に対する弁体２の傾きによる隙間が生じず、弁体２の周囲全周が弁座部材３に着座する。このため、閉弁時に冷却水が漏れる不具合が無い。
また、弁座部材３に対する弁体２の「傾き」を弾性部材４が吸収するため、「組付け公差」や「部品公差」を大きく設けることが可能になる。これによって、部品コストや組付けコストを抑えることが可能になり、結果的に信頼性の高いポペットバルブのコストを低く抑えることが可能になる。

［実施例２］
図２を参照して実施例２を説明する。
上記の実施例１のポペットバルブでは、シャフト１と弁体２との間に弾性部材４を介在させる例を示した。
これに対し、この実施例２のポペットバルブは、シャフト１と弁体２の間に、弾性部材４の他に、さらにシャフト１に対して弁体２を回転可能に支持するベアリング５を設けるものである。

ベアリング５は、弁体２と弾性部材４との間に介在されるものであっても良いが、この実施例ではシャフト１と弾性部材４との間に介在される例を示す。
このベアリング５は、軸方向への移動は許容せずに、回転のみを許容するものであり、ボールベアリングあるいは滑りベアリングによって設けられる。もちろんベアリング５は、ベアリング５を介して冷却水が漏れないようにシールタイプを採用するものである。

ベアリング５の具体的な一例を、ボールベアリングを用いて説明する。
弾性部材４とベアリング５のアウターレース（外輪）との結合手段は限定されるものではないが、具体的な一例としてこの実施例では、弾性部材４の内周面に設けた環状溝にアウターレースを嵌め入れるものである。なお、接着剤や焼付等の結合技術を用いて弾性部材４とアウターレースとを結合しても良い。

シャフト１とベアリング５のインナーレース（内輪）との結合手段も限定されるものではないが、具体的な一例としてシャフト１に設けた２つのフランジ１ａ、１ｂにインナーレースを挟んで支持するものである。
さらに具体的に説明すると、実施例１と同様、図示上側のフランジ１ａはシャフト１と一体に設けられるものであり、図示下側のフランジ１ｂは、ベアリング５をシャフト１に組付けた後に圧入等によりシャフト１に固定されるものである。

ここで、シャフト１を軸方向へ駆動するアクチュエータは、螺子機構（雄ネジと雌ネジの螺合構造）等を用い、シャフト１に回転力を加えることでシャフト１を軸方向へ駆動するものである。
このため、ポペットバルブの作動時には、シャフト１に回転力が付与される。

（実施例２の効果１）
この実施例のポペットバルブは、上述したように、ベアリング５を用いてシャフト１と弁体２との回転力を吸収するように設けている。
これにより、弁体２が弁座部材３に接触する状態でシャフト１に回転力が加えられた場合（シャフト１と弁体２の間に回転差が生じた場合）、ベアリング５がシャフト１と弁体２の相対回転差を吸収する。
このため、弁体２が弁座部材３に接する状態であっても、ベアリング５によってシャフト１を容易に回転させることができ、シャフト駆動力を小さくすることができる。
その結果、アクチュエータに求められる駆動トルクを小さくすることができ、アクチュエータの小型化および低コスト化が可能になる。

（実施例２の効果１）
また、弁体２が弁座部材３に接する状態でシャフト１に回転力が加えられた場合、ベアリング５がシャフト１と弁体２の相対回転差を吸収するため、弁体２と弁座部材３との着座面に生じる回転方向の摩擦力を極めて小さくすることができる。
これにより、長期に使用されても着座面の摩耗を抑えることができ、摩耗によるシール不良の発生を未然に防ぐことができる。即ち、ポペットバルブの信頼性を高めることができる。

上記の実施例では、エンジン冷却水のコントロールを行うポペットバルブに本発明を適用する例を示したが、エンジンを搭載しない車両の排熱回収循環水のコントロールを行うポペットバルブに本発明を適用しても良い。

上記の実施例では、液体（具体的な一例として冷却水）のコントロールを行うポペットバルブに本発明を適用する例を示したが、流体は液体に限定されるものではなく、気体（ガス類）のコントロールを行うポペットバルブに本発明を適用しても良い。

１ シャフト
２ 弁体
３ 弁座部材
４ 弾性部材
５ ベアリング
α 弁開口

Claims (2)

1. 軸方向へ駆動されるシャフト（１）と、
   このシャフト（１）に設けられて前記シャフト（１）とともに軸方向へ移動する弁体（２）と、
   前記シャフト（１）と前記弁体（２）との間に設けられて前記シャフト（１）に対して前記弁体（２）を弾性変形可能に支持する弾性部材（４）と、
   を具備し、
   前記弁体（２）は、前記シャフト（１）に対して挿通される穴を有しており、
   前記弾性部材（４）は、前記穴の内周囲と前記シャフト（１）の外周囲との隙間をシールすることで、前記シャフト（１）と前記弁体（２）とを弾性的に結合していることを特徴とするポペットバルブ。
2. 請求項１に記載のポペットバルブにおいて、
   前記シャフト（１）または前記弁体（２）と前記弾性部材（４）との間には、前記シャフト（１）に対して前記弁体（２）を回転可能に支持するベアリング（５）が設けられており、
   前記弾性部材（４）は、前記ベアリング（５）の外周囲または内周囲との隙間をシールすることで、前記ベアリング（５）を介して前記シャフト（１）と前記弁体（２）とを弾性的に結合していることを特徴とするポペットバルブ。

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