JP6230723B2 - 流体制御バルブ - Google Patents

Description

この発明は、流体が流れる管路に設置される流体制御バルブに関し、特に、バルブ軸周りから漏れた流体が外部に流出することを防止する構造に関するものである。

例えば、特許文献１に記載の排気ガス再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブでは、排気ガスが流れる流体通路を有するバルブ側ハウジングと、バルブを駆動するアクチュエータ部を有するアクチュエータ側ハウジングとが、ねじ部材を用いて連結されている。
バルブ側ハウジングとアクチュエータ側ハウジングとの連結部から排気ガスが外部に流出することがないよう、ねじ部材で締結されている部分では、バルブ側ハウジングとアクチュエータ側ハウジングとの間に、シール部材が挟まれた状態となっている。

特開２００４―３０１０８６号公報

上記のようにねじ部材で締結されている部分にシール部材が挟まれている場合、使用環境下で温度変化が生じると、ねじ部材、連結された２つのハウジング、シール部材の線膨張係数がそれぞれ異なることから、ねじ部材の締結力が低下することがあった。このようなねじ部材の締結力の低下は、高温環境下（例えば、７００℃程度〜８００℃程度）になるほど特に顕著となる。そして、温度変化に起因して締結力が低下した状態で、外部からの振動が加わると、締結が取れてしまうことも考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、温度変化に起因する締結力の低下を抑制しつつ、バルブ軸周りから漏れた流体が外部に流出することを防止できる流体制御バルブを得ることを目的とする。

この発明に係る流体制御バルブは、バルブにより開閉される流体通路を有する第１のハウジングと、第１のハウジングと互いの対向面を離間させて締結される第２のハウジングと、第２のハウジングに取り付けられ、駆動力を発生するアクチュエータ部と、第１のハウジングの対向面と第２のハウジングの対向面とを貫通する貫通穴に挿入され、アクチュエータ部の駆動力を受けてバルブを開閉させるバルブ軸とを備えたものであって、第１のハウジングの対向面と第２のハウジングの対向面との間に設けられ、双方の対向面に接触して対向面間をシールするシール部材を備え、シール部材は、取り付け位置を位置決めする位置決め部を備え、位置決め部は、第１のハウジングの対向面における段差部の側面に接触して、バルブ軸に垂直な方向の移動が規制され位置決めされることを特徴とするものである。

この発明によれば、温度変化に起因する締結力の低下を抑制しつつ、バルブ軸周りから漏れた流体が外部に流出することを防止する流体制御バルブを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る流体制御バルブを示す図である。 図１のＡ部分の断面拡大図である。 バルブ側ハウジングを示す図である。 シール部材を示す斜視図である。 図２の一部を拡大した図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る流体制御バルブを示す図であり、実施の形態１に係る流体制御バルブを、エンジン排気ガスを吸気通路に循環させるＥＧＲバルブに具体化した場合を示している。図１に示すＥＧＲバルブは、バタフライ式と呼ばれるバルブであって、バルブ３３がバルブ軸３２と一体に回転して排気ガス通路（流体通路）３４を開閉する。その構成として、アクチュエータ部１０、駆動力伝達部２０およびバルブ部３０を備える。

アクチュエータ部１０は、モータ１１を備えて、バルブ３３を開閉させる回転駆動力を発生する。モータ１１の出力軸は、駆動力伝達部２０の内部に配置されたギア機構に取り付けられる。

駆動力伝達部２０は、上記ギア機構およびこれを収容するアクチュエータ側ハウジング２１を備えて構成される。モータ１１の出力軸とバルブ軸３２は、このギア機構を介して連結され、モータ１１の回転駆動力がギア機構を介してバルブ軸３２に伝達される。
例えば、モータ１１の出力軸に取り付けられたピニオンギアとバルブ軸３２とをギアで噛合させて、モータ１１の回転駆動力を直接的にバルブ軸３２へ伝達する。
アクチュエータ側ハウジング２１は、本発明における第２のハウジングを具体化したものであり、例えばアルミニウムで構成される。アクチュエータ側ハウジング２１には、図１に示すようにアクチュエータ部１０が取り付けられている。

バルブ部３０は、排気ガスが流れる管路に連結され、バルブ３３を開閉して排気ガスの流量を制御する。このバルブ部３０を構成するバルブ側ハウジング３１は、本発明における第１のハウジングを具体化したものであり、鋳鉄、ステンレス鋼などの耐熱鋼で構成され、内部に排気ガス通路３４が設けられる。

また、バルブ側ハウジング３１には、ハウジング外部と排気ガス通路３４とを連結する貫通穴３１ａが形成されており、この貫通穴３１ａにバルブ軸３２が挿入される。バルブ３３は、バルブ軸３２と一体に回転して排気ガス通路３４を開閉する。
アクチュエータ側ハウジング２１とバルブ側ハウジング３１とは、ねじ部材であるボルト２２により締結される。

図２は、図１のＡ部分の断面拡大図であり、Ａ部分を軸方向に切った断面を示している。図３は、バルブ側ハウジング３１を示す図であり、アクチュエータ側ハウジング２１との対向面側から見た構成を示している。

アクチュエータ側ハウジング２１には、バルブ部３０の側に抜ける貫通穴２１ａが形成されており、この貫通穴２１ａにバルブ軸３２が挿入される。図２に示すように、対向面２１Ａ，３１Ａが離間して空間Ｂが形成されており、アクチュエータ側ハウジング２１は、接続面２１ｂのみを介してバルブ側ハウジング３１と接続している。接続面２１ｂは、空間Ｂを挟んでバルブ側ハウジング３１に対向する対向面２１Ａよりも、バルブ部３０の側に突出している。接続面２１ｂは、対向面２１Ａの外周に位置する。また、ボルト２２を挿入するボルト穴２１ｃが、接続面２１ｂを貫通して形成されている。貫通穴２１ａは、対向面２１Ａを貫通している。

アクチュエータ側ハウジング２１には、図２に示すように、冷却水を循環する冷却通路２３が形成されている。冷却通路２３を設けることで、バルブ部３０を通過する排気ガスの熱が、アクチュエータ部１０まで伝わるのを抑制している。
なお、空間Ｂによっても、バルブ部３０を通過する排気ガスの熱が、バルブ側ハウジング３１からアクチュエータ側ハウジング２１へと伝わるのを抑制している。

バルブ側ハウジング３１には、貫通穴３１ａに連通する穴部が形成されており、この穴部に軸受部３５が装着される。またこの穴部は、アクチュエータ側ハウジング２１との対向面３１Ａを貫通して形成されている。貫通穴３１ａに挿入されたバルブ軸３２は、この軸受部３５の内周面で回転自在に支持される。
対向面３１Ａは、空間Ｂを挟んで対向面２１Ａに離間した状態で対向している。接続面３１ｂは、アクチュエータ側ハウジング２１の接続面２１ｂに接触する接続面であり、対向面３１Ａの外周に位置する。接続面３１ｂは、ボルト穴２１ｃと同軸上に形成されるボルト穴３１ｃに貫通される。
対向面３１Ａでは、軸受部３５が装着された穴部の周囲が盛り上がって、上面が略矩形を成す段差部３１ｄが形成される。

ところで、バルブ軸３２を回転自在に支持する軸受部３５の内周面と、バルブ軸３２の外周面との間には、わずかに隙間が形成される。このため、排気ガス通路３４を流れる排気ガスが、この隙間を通って空間Ｂまで到達して、軸漏れが発生する。図２中には、軸漏れの際の排気ガスの流れＦを示している。こうしてバルブ軸３２周りから漏れた排気ガスが、接続面２１ｂと接続面３１ｂとの間を通り抜けてＥＧＲバルブ外部に流出することのないように、空間Ｂには、例えばステンレス鋼で構成されたシール部材４０が設けられている。

図４は、シール部材４０の斜視図である。段差部３１ｄの上面の外形に沿うように形成されるシール部材４０は、略矩形のフレーム状の部材であり、断面がＣ字状となっている。このＣ字状の断面の曲線部分を湾曲部４１とし、上下の直線部分を平坦部４２，４３とする。湾曲部４１は、フレーム状のシール部材４０の内側に向けて凸となっており、平坦部４２，４３は、湾曲部４１の両端からフレーム状のシール部材４０の外側に向けて延設されている。一体的に形成された湾曲部４１と平坦部４２，４３は、平坦部４２，４３の間隔が狭まる方向に押す外力が加わると、弾性変形して当該外力と反対方向に押し返す働きを有する弾性形状となっており、いわゆる板ばねとして機能する。
平坦部４３では、平坦部４２から離れる方向に延びる位置決め片（位置決め部）４４が設けられている。図４の例では、位置決め片４４が、略矩形のシール部材４０の各辺の位置に１つずつ設けられて、合計４つ形成される。

図５は、図２におけるシール部材４０付近の拡大図である。シール部材４０は、バルブ側ハウジング３１の対向面３１Ａに形成された段差部３１ｄに置かれて、平坦部４２が、アクチュエータ側ハウジング２１の対向面２１Ａに接触し、平坦部４３が、バルブ側ハウジング３１の対向面３１Ａに接触する。このように対向面２１Ａ，３１Ａに接触する平坦部４２，４３と、平坦部４２，４３と一体的に形成された湾曲部４１とで、接触部が構成される。また、位置決め片４４が段差部３１ｄの側面に接触してバルブ軸３２に垂直な方向の移動が規制され、対向面３１Ａでの位置決めがなされる。こうして、シール部材４０は、対向面２１Ａと対向面３１Ａとの間をシールし、バルブ軸３２周りから漏れた排気ガスが外部に流出することを防止している。

これに対して、従来は、シール部材４０を設けずに、接続面２１ｂと接続面３１ｂとの間にシール部材としてガスケットを挟んで段差部３１ｄの周りを囲う構成とすることで、バルブ軸３２周りから漏れた排気ガスが外部に流出することを防止していた。このように構成した場合、ボルト２２、アクチュエータ側ハウジング２１、バルブ側ハウジング３１、ガスケットの線膨張係数の差によって、ボルト２２の締結力の低下が発生する。つまり、ガスケットは、ボルト２２による締結に対し、その締結力が低下するような影響を与えるものとなる。さらに、高温環境下にさらされるＥＧＲバルブでは、マイカ、粘土質材料等で構成されたガスケットが用いられるが、こうした材料の線膨張係数は、アクチュエータ側ハウジング２１を構成するアルミニウム、バルブ側ハウジング３１を構成する鋳鉄の線膨張係数と大きく異なる。従って、接続面２１ｂと接続面３１ｂとの間にガスケットを挟むことで、ボルト２２の締結力が大きく低下していた。

本発明では、接続面２１ｂと接続面３１ｂとの間に挟むのではなく、対向面２１Ａと対向面３１Ａとが離間して形成された空間Ｂにシール部材４０を設置している。このため、シール部材４０がボルト２２による締結に対して与える影響を低減することができ、温度変化に起因するボルト２２の締結力の低下を抑制することができる。

また、シール部材４０は、板ばねとして構成されており、その弾性で平坦部４２がアクチュエータ側ハウジング２１の対向面２１Ａに圧接し、平坦部４３がバルブ側ハウジング３１の対向面３１Ａに圧接している。従って、温度変化に起因して対向面２１Ａと対向面３１Ａとの間隙が変化しても、その変化に追従して対向面２１Ａ，３１Ａとの接触状態を保つことができる。

なお、シール部材４０が対向面２１Ａ，３１Ａに接触していることで、バルブ部３０を通過する排気ガスの熱が、シール部材４０を介してアクチュエータ側ハウジング２１そしてアクチュエータ部１０へと伝わる。そこで、この伝熱を抑制するために、シール部材４０を、熱伝導率の低い材料で構成することが望ましい。例えばアクチュエータ側ハウジング２１を構成するアルミニウムよりも熱伝導率の低い材料、具体的には、既に述べたステンレス鋼でもよいし、他にもマイカ、カーボン等で構成してもよい。また、シール部材４０の板厚を、対向面２１Ａと対向面３１Ａとの間隙より薄くすることでも、アクチュエータ側ハウジング２１への伝熱を抑制することができる。シール部材４０の板厚は、例えば０．２ｍｍ程度以下と薄くする。

また、シール部材４０は、対向面２１Ａ，３１Ａに圧接する弾性形状であればよく、図示した形状に限らない。例えば、湾曲部４１がフレーム状のシール部材４０の内側に向けて凸となるように構成するのではなく、外側に凸となるように構成してもよい。
また、上記では、位置決め片４４は、部分的に合計４つ設けられる構成としたが、シール部材４０のフレームの全周から延出させた位置決め壁として、段差部３１ｄの側面の一周を囲うように形成してもよい。

また、上記では、対向面３１Ａに段差部３１ｄを形成して、段差部３１ｄにシール部材４０を置く構成とした。しかしながら、対向面３１Ａを平坦にするとともに対向面２１Ａに段差部を形成して、この段差部にシール部材４０が置かれ位置決め片４４によって対向面２１Ａでの位置決めがなされるようにしてもよい。

また、上記では、接続面２１ｂと接続面３１ｂとが直接的に接触する構成を示した。しかしながら、排気ガスの熱が接続面３１ｂから接続面２１ｂへ伝わるのを抑制するために、接続面２１ｂと接続面３１ｂとの間に熱伝導率の低いプレートを挟んで、接続面２１ｂと接続面３１ｂとが間接的に接触する構成としてもよい。またこの場合は、接続面２１ｂと接続面３１ｂとの間に挟んだプレートによって、ボルト２２の締結力がさらに低下することのないように配慮する必要がある。従って、プレートは、熱伝導率が低く、かつ、アクチュエータ側ハウジング２１及びバルブ側ハウジング３１と線膨張係数が大きく異ならない材料、例えばステンレス鋼で構成される。

また、上記では、流体制御バルブをＥＧＲバルブとして用いる場合を説明したが、ＥＧＲバルブ以外のバルブとして用いても構わない。
また、上記では、バタフライ式の流体制御バルブとして説明したが、ポペット式、フラップ式等の流体制御バルブであってもよい。

以上のように、この実施の形態１に係る流体制御バルブによれば、シール部材４０は、アクチュエータ側ハウジング２１とバルブ側ハウジング３１をボルト２２で締結した際に接触する接続面２１ｂと接続面３１ｂとの間ではなく、対向面２１Ａと対向面３１Ａとが離間して形成される空間Ｂに設けられる。従って、温度変化に起因するボルト２２の締結力の低下を抑制しつつ、バルブ軸３２周りから漏れた排気ガスが外部に流出することを防止することができる。

また、シール部材４０は、対向面２１Ａ，３１Ａへの取り付け位置を位置決めする位置決め片４４を備えることとした。従って、シール部材４０が容易に位置決めされる。

また、シール部材４０は、対向面２１Ａ，３１Ａに接触する接触部が弾性形状を有し、接触部は、対向面２１Ａ，３１Ａのそれぞれに圧接していることとした。従って、シール部材４０は対向面２１Ａ，３１Ａとの接触状態を保ち、対向面２１Ａと対向面３１Ａとの間を常にシールすることができる。

また、シール部材４０は、アクチュエータ側ハウジング２１より熱伝導率が低い材料および対向面２１Ａと対向面３１Ａとの間隙より薄い厚さで構成されることとした。従って、バルブ側ハウジング３１を流れる流体の熱が、シール部材４０を介してアクチュエータ部１０へと伝わるのを抑制することができる。

また、この実施の形態１に係る流体制御バルブをＥＧＲバルブとして用いることで、循環させる排気ガスが高温であっても、締結力の低下を抑制しつつ、排気ガスが外部に流出することを防止することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

以上のように、この発明に係る流体制御バルブは、高温環境下にさらされても、温度変化に起因するボルトの締結力の低下を抑制しつつ、バルブ軸周りから漏れた流体が外部に流出することを防止することができるため、例えば高温の排気ガスが内部を流れるＥＧＲバルブとして用いるのに適している。

１０ アクチュエータ部、１１ モータ、２０ 駆動力伝達部、２１ アクチュエータ側ハウジング（第２のハウジング）、２１Ａ 対向面、２１ａ 貫通穴、２１ｂ 接続面、２１ｃ ボルト穴、２２ ボルト、２３ 冷却通路、３０ バルブ部、３１ バルブ側ハウジング（第１のハウジング）、３１Ａ 対向面、３１ａ 貫通穴、３１ｂ 接続面、３１ｃ ボルト穴、３１ｄ 段差部、３２ バルブ軸、３３ バルブ、３４ 排気ガス通路（流体通路）、３５ 軸受部、４０ シール部材、４１ 湾曲部、４２，４３ 平坦部、４４ 位置決め片（位置決め部）。

Claims (2)

1. バルブにより開閉される流体通路を有する第１のハウジングと、
   前記第１のハウジングと互いの対向面を離間させて締結される第２のハウジングと、
   前記第２のハウジングに取り付けられ、駆動力を発生するアクチュエータ部と、
   前記第１のハウジングの前記対向面と前記第２のハウジングの前記対向面とを貫通する貫通穴に挿入され、前記アクチュエータ部の駆動力を受けて前記バルブを開閉させるバルブ軸とを備えた流体制御バルブにおいて、
   前記第１のハウジングの前記対向面と前記第２のハウジングの前記対向面との間に設けられ、双方の前記対向面に接触して対向面間をシールするシール部材を備え、
   前記シール部材は、取り付け位置を位置決めする位置決め部を備え、
   前記位置決め部は、前記第１のハウジングの前記対向面における段差部の側面に接触して、前記バルブ軸に垂直な方向の移動が規制され位置決めされることを特徴とする流体制御バルブ。
2. 前記シール部材は、前記第２のハウジングより熱伝導率が低い材料および前記対向面の間隙より薄い厚さで構成されていることを特徴とする請求項１記載の流体制御バルブ。

Images