JP6447353B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体の流れる通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、気体の流れる通路の開度を弁体の回動により可変する弁装置が知られている。
このような弁装置においては、シール構造に関しては、通路内周面との摺接による摩耗等を勘案し、金属製シールリングを弁体の外周溝に嵌め込んだ構成が一般的なものとなっている。

ところで、近年、車両搭載機器について、一層の性能向上やコストダウンが要求され、このような弁装置においても、かかる要求に呼応すべく、シールリングの樹脂化が検討され、例えば、特許文献１に示すような弁装置が提案されている。

この弁装置は、弁体の外周を樹脂製のシールリングで覆うことにより樹脂の弾性変形機能を利用して寸法公差を緩和しながら全閉時における気体漏れ抑制能力（以下、シール性能と呼ぶ。）を向上させ、性能向上とコストダウンの両立を図っている。

しかしながら、特許文献１の構成によると弁体等の基本構造を大幅に変更しなければならず、シールリングも設計自由度が高い構成とは言えない。
また、シールリングの軸方向に生じる差圧による弾性変形を利用しシール性能を向上させる構成となっているため、差圧が大きくないとシール性能を向上させにくく実用的な構成とは言い難い。

そこで、本発明者は、樹脂製のシールリングの実用性について鋭意実験研究を重ねた結果、以下の事象を確認することができた。
先ず、樹脂による弾性変形は、特許文献１において示す軸方向のみではなく径方向にも利用可能であること。
次いで、閉弁過程において生じる樹脂製リングの内径側と外径側とで生じる差圧を拡径方向への弾性変形を促進させる手段として活用し得ること。

特開２０１１−１２７４９号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、弁体等の基本構造を大きく変更することなく、簡単な構造のシールリングを用いてシール性能の向上とコストダウンの両立できる弁装置を提供することにある。

本願発明によれば、以下に述べるハウジング、弁体、および、シールリングを備える。
ハウジングは、内部に気体の流れる通路が形成されている。
弁体は、通路内に収容され通路を回動変位により開閉するものであり、外周縁に周溝が設けられている。
シールリングは、周溝に嵌め込まれ弁体の全閉時に通路の内周面と弁体の外周縁との間をシールするものであり、径を拡縮可能とし径方向および軸方向に重なりが生じる合口が設けられる平板状となっている。

ここで、シールリングは、樹脂製であって、外径部が周溝の外側に存するとともに内径部が周溝の内側に嵌り込んでいる。
また、シールリングは、軸方向または周方向の断面積を減じる除肉部が設けられている。
さらに、シールリングは、全閉時に生じる差圧によって軸方向一端側が周溝の壁に密着するとともに拡径して外周面が通路の内周面に密着する。
そして、合口は全閉時に径方向および軸方向に密着している。
また、除肉部は、軸方向一端側と軸方向他端側に設けられ、軸方向一端側の除肉部は、周溝の内側に設けられ、除肉部により、シールリングを軸方向に貫通する貫通孔が形成される。

このため、除肉部を設けることによりシールリングの剛性を下げることができ、シールリングを弾性変形させやすくなり、シール性能を向上させることができる。
なお、シールリングに除肉部を設けるだけであるため、弁体等の基本構造は変更することはない。
これにより、簡単な構造のシールリングを用いてシール性能の向上とコストダウンの両立できる弁装置を提供することができる。

弁装置の全体図である（参考例１）。 （ａ）は弁体外周縁の断面図であり、（ｂ）は合口の平面視による説明図であり、（ｃ）は合口の側面視による説明図であり、（ｄ）は合口の使用状態を示す説明図である（参考例１）。 シールリングの全閉時の動作説明図である（参考例１）。 （ａ）は弁体外周縁の断面図であり、（ｂ）はシールリングの平面視による説明図である（参考例２）。 （ａ）は弁体外周縁の断面図であり、（ｂ）はシールリングの平面視による説明図である（参考例３）。 （ａ）は弁体外周縁の断面図であり、（ｂ）はシールリングの平面視による説明図である（実施例１）。 （ａ）は弁体外周縁の断面図であり、（ｂ）はシールリングの平面視による説明図であり、（ｃ）は弁体外周縁の断面図であり、（ｄ）はシールリングの平面視による説明図である（その他の参考例）。 （ａ）は弁体外周縁の断面図であり、（ｂ）はシールリングの平面視による説明図であり、（ｃ）は弁体外周縁の断面図であり、（ｄ）はシールリングの平面視による説明図である（その他の参考例）。 （ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は弁体外周縁の断面図である（その他の参考 例）。

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。

〔参考例１の構成〕
参考例１の弁装置１の構成を図１〜図３に基づいて説明する。
弁装置１は、気体の流れる通路２を、弁体３の回動変位により開閉するものであり、例えば、エンジン（図示しない。）の排気系に組み込まれ、エンジンに還流される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと呼ぶことがある。）の通過量を操作するＥＧＲ装置に適用されている。

すなわち、弁装置１は、車両に搭載されたエンジンの排気通路から吸気通路へＥＧＲガスを戻すものであり、図１に示すような構成をしている。
弁装置１は、以下に説明するハウジング５、センサケース６等を備えている。

ハウジング５は、金属製、例えば、アルミニウム合金のダイカスト製であり、内部にエンジンの排気通路から吸気通路へＥＧＲガスの流れる通路２を有する。通路２の内壁には、耐熱性、耐腐食性に優れた部材、例えば、ステンレスにより設けられたノズル８が固定配置されている。すなわち、ノズル８の内周は、通路２の一部の内壁となっており、通路２の一部を構成している。

また、ハウジング５は、通路２の開度を調整する弁体３を回動自在に支持するとともに、この弁体３を回動させるモータ（図示しない。）を収容している。
ここで、弁体３は、シャフト９を介してノズル８内に収容され、ノズル８内に回動自在に支持されており、シャフト９の回動変位に応じて通路２（ノズル８）の開口面積を変更可能な円板形状のバタフライ弁である。すなわち、弁体３はシャフト９と一体に回動することにより通路２（ノズル８）の開度を調整している。

なお、弁体３は複数のギアの組み合わせによりモータの回転を減速させ、すなわち減速により増幅された回転トルクを伝達され回動する。
具体的には、モータと一体に回転するモータギア（図示しない。）と、このモータギアによって回動駆動される中間ギア（図示しない。）と、この中間ギアによって回動駆動される最終ギア１２の組み合わせにより、モータの回転は減速される。
そして、最終ギア１２と一体にシャフト９が回動する。

また、弁装置１には、弁体３を閉弁方向にのみ向けて付勢するリターンスプリング１３が設けられている。
このリターンスプリング１３は、一方向のみに巻かれたコイルバネよりなるシングルスプリングであり、シャフト９の周囲に同軸的に配置される。
そして、リターンスプリング１３はハウジング５と最終ギア１２との間に組み付けられることで閉弁方向に向けて付勢するバネ力を発生する。
すなわち、最終ギア１２等はリターンスプリング１３のバネ力に抗して回動していることになる。

センサケース６は、樹脂製であり、弁体３の回転角を検出するセンサ１５を収容する。
なお、センサ１５はシャフト９の回転角度を検出することで弁体３の開度を検出する非接触ポジションセンサである。
そして、ハウジング５のフランジとセンサケース６のフランジとを突き合わせ螺子締結することによりハウジング５とセンサケース６は一体となる。

ここで、全閉時のシール性能に多大な影響を及ぼす弁体３、および、シールリング２０について図２を用いて詳しく説明する。
図２（ａ）に示すように、弁体３の外周縁には断面矩形状の周溝２２が全周に渡って設けられている。

そして、この周溝２２には、弁体３の全閉時にノズル８の内周面と弁体３の外周縁との間をシールする平板状の樹脂製のシールリング２０が嵌め込まれている。
より具体的には、シールリング２０は、外径部２０ａが周溝２２の外側にあり、内径部２０ｂが周溝２２の内側に嵌り込み、周溝２２に収容されている。

また、シールリング２０には、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、径を拡縮可能とする合口２３が設けられている。
なお、シールリング２０は、合口２３を離間させて一旦拡径させ、周溝２２に配した後に縮径することで周溝２２に嵌め込むことができる。

合口２３を形成する２つのシールリング端には、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、一方のシールリング端から他方のシールリング端に向かって突出する突出片２５と、この突出片２５の収まる欠落空間２６とがそれぞれに設けられている。
そして、シールリング２０は、周溝２２に嵌め込まれた状態、及び、全閉時に図２（ｄ）に示すように、合口２３は径方向および軸方向に重なりが生じている。
なお、参考例１における合口２３の形状は、一つの例に過ぎず、径方向および軸方向に重なりが生じている構成であればこの態様に拘るものではない。

ここで、シールリング２０の全閉時の動作について図３を用いて説明する。
全閉時において、図３（ａ）の状態から、生じる差圧によって、先ず、シールリング２０は、軸方向一端側に押され、図３（ｂ）に示すように軸方向一端側が周溝２２の壁に密着する。
これにより、シールリング２０の内径側を通じての気体の流れが遮断され、内径側の圧力が上昇する。
また、シールリング２０の外径側の隙間を通じて気体が流れているためシールリング２０の外径側の圧力は低くなっている。

このため、図３（ｃ）に示すようにシールリング２０は、内径側と外径側とで生じる差圧によって拡径し、シールリング２０の外周面がノズル８の内周面に密着する。
なお、合口２３は、拡径することによって離間するものの、全閉時に径方向及び軸方向に生じる差圧によって重なり部分がお互いに密着している。

ここで、シールリング２０には、図２、および、図３に示すように、軸方向他端側にのみ軸方向または周方向の断面積を減じる除肉部３０が設けられている。
この除肉部３０は、シールリング２０の内径側の端部に全周に渡って設けられており、内径側ほど、軸方向により多くの量が除肉されるように設けられ、すなわち、シールリング２０は内径側ほど軸方向の厚みが薄くなるようにテーパ状に形成されている。

〔参考例１の効果〕
参考例１の弁装置１において、シールリング２０は、樹脂製であって、外径部２０ａが周溝２２の外側に存するとともに内径部２０ｂが周溝２２の内側に嵌り込んでいる。
また、シールリング２０は、軸方向または周方向の断面積を減じる除肉部３０が設けられている。
さらに、シールリング２０は、全閉時に生じる差圧によって軸方向一端側が周溝２２の壁に密着するとともに拡径して外周面がノズル８の内周面に密着する。
そして、合口２３は全閉時に径方向及び軸方向に密着している。

このため、除肉部３０を設けることによりシールリング２０の剛性を下げることができ、シールリング２０を弾性変形させやすくなり、シール性能を向上させることができる。
なお、シールリング２０に除肉部３０を設けるだけであるため、弁体３等の基本構造は変更することはない。
これにより、簡単な構造のシールリング２０を用いてシール性能の向上とコストダウンの両立できる弁装置１を提供することができる。
なお、拡径にともない合口２３は離間することになるが、径方向及び軸方向に重なりが生じており、全閉時に径方向及び軸方向に密着することで、シール性能の低下を抑制している。

参考例１の弁装置１において、除肉部３０は、軸方向他端側にのみ設けられている。
これにより、軸方向一端側における周溝２２の壁との密着を犠牲にすることなくシールリング２０の剛性を下げることができる。

〔参考例２〕
参考例２におけるシールリング２０を図４に示す。なお、以下の参考例や実施例においては、参考例１と同一機能物には同一符号を付して示している。
参考例２において、除肉部３０は、シールリング２０の軸方向一端側と軸方向他端側に設けられ、軸方向一端側の除肉部３０は、周溝２２の外側に設けられている。
なお、軸方向一端側と軸方向他端側の面に除肉部３０を、それぞれ環状に設けることにより、図４（ｂ）に示すように、それぞれ周方向の全周に渡って環状溝が形成されている。
これにより、軸方向一端側の周溝２２の壁との密着を犠牲にすることなくシールリング２０の剛性をさらに下げることができる。

〔参考例３〕
参考例３におけるシールリング２０を図５に示す。
参考例３において、除肉部３０は、シールリング２０の軸方向一端側と軸方向他端側に設けられ、軸方向一端側の除肉部３０は、周溝２２の内側に設けられている。
なお、軸方向一端側と軸方向他端側の面に除肉部３０を、それぞれ環状に設けることにより、図５（ｂ）に示すように、それぞれ周方向の全周に渡って環状溝が形成されている。
これにより、除肉部３０の配置の自由度を高めることができる。

〔実施例１〕
実施例１におけるシールリング２０を図６に示す。
実施例１においては、除肉部３０により、シールリング２０を軸方向に貫通する貫通孔３２が形成されている。
貫通孔３２は、周方向に延びるスリット状であって、周方向に均等のピッチで配されている。
なお、貫通孔３２は周溝２２の内側に存する。
これにより、シールリング２０の剛性をより下げることができる。

なお、軸方向に貫く貫通孔３２が形成されているため、シールリング２０の軸方向の拡径ムラを抑制することもでき、ノズル８の内周面への密着性を向上させることができる。
また、貫通孔３２の軸方向一端側の開口は周溝２２の内側にあるため、全閉時に貫通孔３２を介して気体が漏れることはなくシール性能の悪化を抑制することができる。

［その他の参考例］
参考例１においては、除肉部３０は、内径側ほど、軸方向により多くの量が除肉されるように設けられていたが、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、軸方向他端側の面に周方向の全周に渡る環状溝が形成されるように除肉部３０を設けてもよい。
さらに、除肉部３０を、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、周方向に均等のピッチで円柱部を穿つように設けてもよい。
これにより、ピッチ等を調整することで、剛性を調整することができる。

同様に、参考例２、および、参考例３においては環状溝が形成されるように除肉部３０が設けられていたが、除肉部３０を、図８（ａ）、（ｂ）、および、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、周方向に均等のピッチで円柱部を穿つように設けてもよい。
なお、除肉部３０が全周に渡って設けられていることを含め周方向に均等に配置されていると、均等に拡径しやすくなり、シールリング２０が周溝２２内で回転し位置が変化した場合であっても、偏りなく均等に拡径できるためシール性能の変化を抑制することができる。

また、除肉部３０を図９（ａ）に示すように軸方向一端側、および、軸方向他端側に内径側の端部まで除肉するように設けてもよい。
また、除肉部３０を内径側に周溝を形成することで設けてもよい。
さらに、除肉部３０をシールリング２０の内部に設ける、すなわち、シールリング２０を中空状に形成してもよい。
この場合、シール性能に直接影響を与えずにシールリング２０の剛性を下げることができる。

また、参考例１〜３および実施例１の弁装置１はＥＧＲ装置に適用されていたが、適用対象はＥＧＲ装置に限定されるものではない。

１ 弁装置 ３ 弁体 ５ ハウジング ８ ノズル（通路） ２０ シールリング ２０ａ 外径部 ２０ｂ 内径部 ２２ 周溝 ２３ 合口 ３０ 除肉部 ３２ 貫通孔

Claims (1)

1. 内部に気体の流れる通路（８）の形成されるハウジング（５）と、
   前記通路（８）内に収容され前記通路（８）を回動変位により開閉するものであり、外周縁に周溝（２２）の設けられる弁体（３）と、
   前記周溝（２２）に嵌め込まれ前記弁体（３）の全閉時に前記通路（８）の内周面と前記弁体（３）の外周縁との間をシールするものであり、径を拡縮可能とし径方向および軸方向に重なりが生じている合口（２３）の設けられる平板状のシールリング（２０）とを備え、
   前記シールリング（２０）は、樹脂製であって、外径部（２０ａ）が前記周溝（２２）の外側に存するとともに内径部（２０ｂ）が前記周溝（２２）の内側に嵌り込み、
   前記シールリング（２０）は、軸方向または周方向の断面積を減じる除肉部（３０）が設けられており、
   前記シールリング（２０）は、前記全閉時に生じる差圧によって軸方向一端側が前記周溝（２２）の壁に密着するとともに拡径して外周面が前記通路（８）の内周面に密着し、
   前記合口（２３）は、前記全閉時に径方向および軸方向に密着しており、
   前記除肉部（３０）は、軸方向一端側と軸方向他端側に設けられ、軸方向一端側の除肉部（３０）は、前記周溝（２２）の内側に設けられ、
   前記除肉部（３０）により、前記シールリング（２０）を軸方向に貫通する貫通孔（３２）が形成されることを特徴とする弁装置（１）。

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