JP6447461B2

JP6447461B2 - シールリング

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Publication number: JP6447461B2
Application number: JP2015216544A
Authority: JP
Inventors: 石垣　聡; 聡石垣
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: WO2017077816A1; US10704507B2; JP2017089675A; KR20170134671A; DE112016005053T5; US20180258889A1

Description

本発明は、合口を有するシールリングに関する。

樹脂や金属など硬質な材料によって設けられるシールリングは、線膨張の差分を吸収するための合口が設けられる。
合口は、シールリングにおける周方向の分離部であり、シールリングの無負荷状態の自由長において、合口を成すシールリングの両端部が周方向に離間し、シールリングの外径寸法が組付対象物（例えば、ノズル等）の内径寸法より僅かに大径に設けられる。
そして、シールリングが組付対象物の内壁の内側に組み付けられることで、シールリングの外周縁が組付対象物の内壁に押し付けられて、シールリングの外周縁が組付対象物の内壁に合致する。

開弁時等においてシールリングに加わる局部的な荷重や、シールリングに生じる歪み等によって、合口を成すシールリングの両端が径方向に一致せずにずれる可能性がある。
この不具合を回避するために、合口を成すシールリングの端部同士を径方向に係合させて、合口の径方向のずれを防ぐステップカットジョイントを設けたシールリングが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図４に基づいて、合口Ａにステップカットジョイント１５を設けたシールリング１２を説明する。なお、符合は、後述する実施形態と同一機能物に同一符合を付したものである。
ステップカットジョイント１５は、シールリング１２の径方向ｙと板厚方向ｚの両方に重なるものであり、シールリング１２の端部が径方向ｙへスライドするのを規制しつつ、シールリング１２の端部が周方向ｘへスライドするのを許容する。

特開２０１１−１２７４９号公報

特許文献１に開示されるステップカットジョイント１５は、図４に示すように、シールリング１２の端部から周方向ｘへ伸びる係止片１５ａをシールリング１２の外径側に設けるとともに、係止片１５ａと径方向ｙに係合する被係止片１５ｂをシールリング１２の内径側に設けるものである。
即ち、シールリング１２の一方の端部の係止片１５ａと、シールリング１２の他方の端部の係止片１５ａとを、シールリング１２の外径側において板厚方向ｚで重ねる構成を採用している。

上記の構造を採用することにより、合口Ａにおいて板厚方向に流体が漏れる隙間αを、シールリング１２の外径側において塞ぐことができる。
しかし、特許文献１のように、係止片１５ａをシールリング１２の外径側に設けても、シールリング１２の内径側に、合口Ａの隙間αが形成されてしまう。このため、全閉時であっても内径側に形成される合口Ａの隙間αから流体が漏れてしまう。

本発明の目的は、合口Ａの径方向ｙのずれを防ぎつつ、さらに合口Ａに隙間αがないシールリング１２の提供にある。

本発明は、合口（Ａ）を成すシールリング（１２）の端部に、合口（Ａ）の径方向（ｙ）のずれを防ぐステップカットジョイント（１５）と、合口（Ａ）の隙間（α）を塞ぐラップジョイント（１６）の両方を設けるものである。
これにより、合口（Ａ）の径方向（ｙ）のずれを防ぎつつ、合口（Ａ）に隙間（α）がないシールリング（１２）を提供できる。

ＥＧＲバルブの概略断面図である。シールリングの全体図である。（ａ）シールリングの合口を板厚方向ｚから見た図、（ｂ）合口を離間させた状態におけるシールリングの合口を板厚方向ｚの一方から見た図、（ｃ）合口を離間させた状態におけるシールリングの合口を板厚方向ｚの他方から見た図、（ｄ）合口を離間させた状態におけるシールリングの合口の斜視図である。（ａ）シールリングの合口を板厚方向ｚから見た図、（ｂ）合口を離間させた状態におけるシールリングの合口を板厚方向ｚから見た図である。

図面に基づいて発明を実施するための形態を説明する。なお、以下で開示する実施形態は、一例を開示するものであって、本発明が実施形態に限定されないことは言うまでもない。

［実施形態１］
図１〜図３に基づいて実施形態１を説明する。
この実施形態１は、本発明を自動車の走行用のエンジンに搭載されるＥＧＲ装置のＥＧＲバルブ１に適用したものである。

ＥＧＲ装置は、エンジンの排出した排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気側に戻すことで、吸気の一部に不燃ガスであるＥＧＲガスを混入させてエンジン燃焼室の燃焼温度を抑える周知の技術である。
ＥＧＲ装置は、排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路へ戻すＥＧＲ流路２の開閉および開度調整を行なうＥＧＲバルブ１を備る。なお、ＥＧＲバルブ１は、高圧ＥＧＲ装置に用いられるものであっても良いし、低圧ＥＧＲ装置に用いられるものであっても良い。

ＥＧＲバルブ１の具体的な一例を、図１を参照して説明する。
なお、以下では、図１の図示上側を上、図示下側を下と称して説明するが、この上下は実施形態の説明のための方向であり、限定されるものではない。
ＥＧＲバルブ１は、内部にＥＧＲ流路２の一部を形成するハウジング３を備える。
ＥＧＲバルブ１は、ＥＧＲ流路２を開閉可能なバタフライバルブ４を備える。
ＥＧＲバルブ１は、ハウジング３に対して回動自在に指示されるシャフト５を介してバタフライバルブ４を回動操作する電動アクチュエータ６を備える。

ハウジング３は、アルミニウム合金のダイキャスト製である。ＥＧＲ流路２の内壁には、耐熱性、耐摩耗性に優れた金属材料（例えば、ステンレス等）よりなる円筒形状のノズル７が固定配置されており、ノズル７の内側がＥＧＲ流路２の一部を成す。
バタフライバルブ４は、略円板形状を呈するものあり、シャフト５の回動位置に応じてＥＧＲ流路２を開閉するとともに、ＥＧＲ流路２の開口面積を可変する。

シャフト５は、バタフライバルブ４をノズル７の内部において回動可能に支持する。この実施形態におけるシャフト５の軸線は、ノズル７の中心線に対して傾斜配置される。そして、シャフト５は、バタフライバルブ４を片持ち支持するものであり、シャフト５の下端部にバタフライバルブ４が傾斜した状態で固定される。

シャフト５は、ＥＧＲ流路２の上側のみに配置された２つの軸受８によって回転自在に支持される。なお、２つの軸受８は、上下方向に離間配置されるものであり、ボールベアリング等の転がりベアリングであっても良いし、メタルベアリング等の滑りベアリングであっても良い。

また、ハウジング３とシャフト５の間には、ＥＧＲガスの洩れ出しを防ぐシール部材９が配置される。なお、図１では、２つの軸受８の間に独立したシール部材９を設けているが、図１とは異なり、シール機能が組み合わされた軸受８を用いても良い。

電動アクチュエータ６は、ハウジング３の上部に固定されて、シャフト５を回動駆動するものである。電動アクチュエータ６は周知なものであり、通電により回転動力を発生する電動モータと、この電動モータの回転トルクを増幅してシャフト５に伝達する減速装置とを備える。また、図１に示す電動アクチュエータ６は、シャフト５を初期位置へ戻すリターンスプリング１０と、シャフト５の回転角度を検出する回転角センサ１１とを備える。

そして、電動モータがエンジンの制御を行うＥＣＵによって通電制御されることで、バタフライバルブ４の開度がコントロールされて、エンジンの吸気通路へ戻されるＥＧＲ量の調整が行なわれる。

バタフライバルブ４は、上述したように、回動操作されてＥＧＲ量の調整を行なうものであり、バタフライバルブ４の外周縁には、全閉時にバタフライバルブ４とノズル７の内周壁の隙間を閉塞するシールリング１２が設けられる。
具体的に、シールリング１２は、バタフライバルブ４の外周縁に全周に亘って形成された環状溝１３に嵌め入れられる。

シールリング１２は、断面が略四角形状の線材を円環状に設けたものであり、周方向ｘの１箇所に線膨張の差分を吸収するための合口Ａが設けられる。
この合口Ａは、シールリング１２における周方向ｘの分離部であり、シールリング１２の自由長においてシールリング１２の外径寸法がノズル７の内径寸法より僅かに大径に設けられる。そして、シールリング１２がノズル７内に組み付けられることで、シールリング１２の外周縁がノズル７の内壁に押し付けられて、全閉時にシールリング１２の外周縁がノズル７の内周壁に合致する。また、バタフライバルブ４、ノズル７およびシールリング１２に膨張変化が生じても、全閉時にシールリング１２の外周縁が常にノズル７の内壁に接する状態に保たれる。

合口Ａを成すシールリング１２の両端には、シールリング１２の一端と他端が重なり合う重合部１４が設けられる。
この重合部１４には、径方向ｙに重なって合口Ａが径方向ｙにずれるのを規制するステップカットジョイント１５と、板厚方向ｚに重なるラップジョイント１６とが設けられる。

ステップカットジョイント１５を説明する。ステップカットジョイント１５は、シールリング１２の径方向ｙに重なり、シールリング１２の端部が径方向ｙへスライドするのを規制しつつ、シールリング１２の端部が周方向ｘへスライドするのを許容する。
具体的に、ステップカットジョイント１５は、板厚方向ｚに重なる平面部と、径方向ｙに重なる係合部とを組み合わせて設けられる。
なお、以下では、合口Ａを成すシールリング１２の両端のうち、一方の端部を第１端部Ｂ、他方の端部を第２端部Ｃと称して説明する。

平面部は、板厚方向ｚに対して垂直な平面であり、シールリング１２の板厚方向ｚを、１／２の厚みにてカットした面である。
具体的に、第１端部Ｂと第２端部Ｃのそれぞれに平面部が設けられる。以下では、第１端部Ｂに設けられる平面部を第１平面部２１とし、第２端部Ｃに設けられる平面部を第２平面部２２とする。
第１平面部２１と第２平面部２２は、板厚方向ｚに重なった状態で、周方向ｘへスライド可能に設けられる。

係合部は、断面が階段形状を呈するものであり、シールリング１２の端部において周方向ｘへ伸びる係止片と、この係止片と径方向ｙに係合する被係止片とを備える。
係止片は、シールリング１２の外径側に設けられる。一方、被係止片は、シールリング１２の内径側に設けられる。なお、この実施形態とは逆に、係止片をシールリング１２の内径側に設け、被係止片をシールリング１２の外径側に設けるものであっても良い。

具体的に、第１端部Ｂと第２端部Ｃのそれぞれに係止片と被係止片が設けられる。以下では、第１端部Ｂに設けられる係止片と被係止片を、第１係止片２３と第１被係止片２４とする。また、第２端部Ｃに設けられる係止片と被係止片を、第２係止片２５と第２被係止片２６とする。

第１係止片２３は、第１端部Ｂの外径側において周方向ｘへ伸びる突出部であり、第１係止片２３の内周面は周方向ｘに沿う円弧面に設けられる。この円弧面を第１内向円弧面２７とする。
同様に、第２係止片２５は、第２端部Ｃの外径側において周方向ｘへ伸びる突出部であり、第２係止片２５の内周面は周方向ｘに沿う円弧面に設けられる。この円弧面を第２内向円弧面２８とする。

第１被係止片２４は、第１端部Ｂの内径側で周方向ｘへ伸びるステップ形状の段差であり、第１被係止片２４の外周面は周方向ｘに沿う円弧面に設けられる。この円弧面を第１外向円弧面２９とする。
同様に、第２被係止片２６は、第２端部Ｃの内径側で周方向ｘへ伸びるステップ形状の段差であり、第２被係止片２６の外周面は周方向ｘに沿う円弧面に設けられる。この円弧面を第２外向円弧面３０とする。

上述した第１内向円弧面２７、第２内向円弧面２８、第１外向円弧面２９、第２外向円弧面３０は、径方向ｙに対して垂直な面である。また、第１内向円弧面２７、第２内向円弧面２８、第１外向円弧面２９、第２外向円弧面３０の全ては、シールリング１２のリング中心を中心点とした円弧に設けられる。そして、第１内向円弧面２７と第２外向円弧面３０が径方向ｙに重なって接触するとともに、第２内向円弧面２８と第１外向円弧面２９が径方向ｙに重なって接触する。
このようにステップカットジョイント１５が設けられることで、シールリング１２の端部が径方向ｙへスライドするのを規制しつつ、シールリング１２の端部が周方向ｘへスライドするのが許容される。

続いて、ラップジョイント１６を説明する。ここで、シールリング１２の内周縁を成す円弧を内周円弧Ｒ１とし、シールリング１２の外周縁を成す円弧を外周円弧Ｒ２とする。ラップジョイント１６において板厚方向ｚに対向する対向面は、内周円弧Ｒ１から外周円弧Ｒ２に至る平面に設けられる。

対向面を具体的に説明する。対向面は、板厚方向ｚに対して垂直な平面であり、シールリング１２の板厚方向ｚを、１／２の厚みにてカットした形状を呈する。
即ち、第１端部Ｂの対向面を第１対向面３１とし、第２端部Ｃの対向面を第２対向面３２とした場合、第１対向面３１は上述した第１平面部２１に連続する平面であり、第２対向面３２は上述した第２平面部２２に連続する平面である。

第１端部Ｂにおいてステップカットジョイント１５が設けられる周方向ｘの範囲と、ラップジョイント１６が設けられる周方向ｘの範囲は、周方向ｘに隣接して設けられる。
即ち、図３（ｂ）に示すように、第１係止片２３と第１被係止片２４が設けられる周方向の範囲と、第１対向面３１が設けられる周方向ｘの範囲は、周方向ｘに隣接して設けられる。

同様に、第２端部Ｃにおいてステップカットジョイント１５が設けられる周方向ｘの範囲と、ラップジョイント１６が設けられる周方向ｘの範囲は、周方向ｘに隣接して設けられる。
即ち、図３（ｃ）に示すように、第２係止片２５と第２被係止片２６が設けられる周方向ｘの範囲と、第２対向面３２が設けられる周方向ｘの範囲は、周方向ｘに隣接して設けられる。

第１対向面３１は、内周円弧Ｒ１から外周円弧Ｒ２まで連続する平面である。同様に、第２対向面３２は、内周円弧Ｒ１から外周円弧Ｒ２まで連続する平面である。
このようにラップジョイント１６が設けられることにより、第１対向面３１と第２対向面３２が板厚方向ｚに重なった状態で周方向ｘへスライド可能になる。

（実施形態１の効果１）
この実施形態のシールリング１２は、合口Ａを成すシールリング１２の端部に設けたステップカットジョイント１５によって合口Ａの径方向ｙのずれを防ぐことができ、さらに板厚方向ｚで対向するラップジョイント１６によって合口Ａの隙間α（符合、図４参照）をなくすことができる。即ち、合口Ａの径方向ｙのずれを防ぎつつ、合口Ａに隙間αが存在しないシールリング１２を提供できる。

（実施形態１の効果２）
この実施形態のシールリング１２は、上述したように、ＥＧＲバルブ１に用いられる。このため、ＥＧＲバルブ１の閉弁時に、シールリング１２の合口ＡからＥＧＲガスが洩れる不具合を回避することができる。即ち、ＥＧＲバルブ１の閉弁漏れを抑えることができ、ＥＧＲバルブ１の信頼性を高めることができる。

（実施形態１の効果３）
この実施形態のシールリング１２は、耐熱性、耐油性、耐摩耗性に優れた樹脂によって設けられる。シールリング１２を成す樹脂はもちろん限定するものではないが、一例を開示するとＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＡ等の樹脂材料によって設けられる。

具体的に、シールリング１２は、樹脂成形型の内部に溶融した樹脂を流し込み、樹脂の硬化後に樹脂成形型から取り出す樹脂成形技術によって設けられる。このことをさらに具体的に説明する。シールリング１２は、樹脂成形技術により、図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、合口Ａが周方向ｘに離間した状態で成形される。
続いて、図３（ａ）に示すように、重合部１４を重ね合わせ、シールリング１２を治具で真円に保った状態で熱処理を加えて、シールリング１２が自由長であっても重合部１４が重なった状態のシールリング１２を成形する。なお、シールリング１２を真円に保つ治具は、シールリング１２の外径寸法を、ノズル７の内径寸法より僅かに大径の真円に保つものである。

このように、シールリング１２を樹脂で設けることにより、ステップカットジョイント１５とラップジョイント１６の両方を有するシールリング１２を容易に製造することができる。即ち、ステップカットジョイント１５とラップジョイント１６を有するシールリング１２の生産性を高めることができ、ステップカットジョイント１５とラップジョイント１６を有するシールリング１２を安価に提供できる。

［他の実施形態］
上記の実施形態では、シールリング１２を樹脂で設ける例を示したが、限定するものではなく、ステンレス等の金属によって設けても良い。

上記の実施形態では、本発明をＥＧＲバルブ１に適用する例を示したが、ＥＧＲバルブ１とは異なる他の用途のシールリング１２に本発明を適用しても良い。具体的には、バタフライバルブ４を用いた全ての開閉弁、流量調整弁、圧力調整弁に、本発明のシールリング１２を適用しても良い。あるいは、ピストン等の円筒体に装着されるシールリング１２に適用しても良い。

１２・・シールリング１４・・重合部
１５・・ステップカットジョイント１６・・ラップジョイント
３１・・第１対向面３２・・第２対向面
Ａ・・合口Ｒ１・・内周円弧
Ｒ２・・外周円弧ｘ・・周方向
ｙ・・径方向ｚ・・板厚方向

Claims

円環形状を呈し、周方向（ｘ）の１箇所に合口（Ａ）が設けられるシールリング（１２）において、
前記合口を成す前記シールリングの両端には、前記シールリングの一端と他端が重なる重合部（１４）が設けられ、
前記重合部は、径方向（ｙ）に重なるステップカットジョイント（１５）と、板厚方向（ｚ）に重なるラップジョイント（１６）とを備え、
前記ラップジョイントにおいて板厚方向に対向する対向面（３１、３２）は、前記シールリングの内周円弧（Ｒ１）から、前記シールリングの外周円弧（Ｒ２）に至る平面に設けられることを特徴とするシールリング。
請求項１に記載のシールリングにおいて、
このシールリングは、樹脂によって設けられることを特徴とするシールリング。
請求項１または請求項２に記載のシールリングにおいて、
このシールリングは、エンジンの排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気側へ戻すＥＧＲバルブ（１）に用いられることを特徴とするシールリング。