JP7310778B2 - バルブ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、バルブ装置に関する。
特許文献1に、回転軸とハウジングとの間のガスの通過を防止するシール部材と、シール部材をハウジングに取り付ける取付環とを備えるバルブ装置が開示されている。シール部材は、回転軸が配置される開口部を有する板形状である。シール部材は、回転軸の外周面に摺動可能に密接する。取付環は、回転軸の外周面の周りに配置される。
取付環は、シール部材に対して回転軸の軸線方向の一方側に位置する一方側板部と、シール部材に対して軸線方向の他方側に位置する他方側板部とを有する。一方側板部と他方側板部とのそれぞれは、回転軸の径方向に沿って延びる板形状である。シール部材は、一方側板部と他方側板部とによって挟んで保持される。取付環は、ハウジングのうち回転軸を収容する収容空間を形成する内壁面に対して、圧入によって固定される。
特開2010-65729号公報
取付環がハウジングに対して圧入された状態で固定される構成および取付環のハウジングへの組み付け方法について、より具体的に説明する。
ハウジングは、収容空間を形成する内壁面として、取付環の周りを囲む筒状壁面と、他方側板部に対して軸線方向で対向する対向面とを有する。取付環が筒状壁面に接するとともに、他方側板部が対向面に接する状態で、取付環は、ハウジングに固定される。
ハウジングへの取付環の組み付けの際、シール部材を挟んだ状態の取付環は、筒状壁面に囲まれた空間に配置される。取付環は、筒状壁面に接した状態で、対向面に接する位置まで、圧入パンチによって押し込まれる。これによって、取付環がハウジングに固定される。
しかしながら、取付環が対向面に接する位置まで、圧入パンチによって押し込まれた状態のとき、取付環に対して、圧入パンチと対向面との両方から荷重が印加される。この荷重によって一方側板部が変形し、シール部材が過圧縮される。特に、他方側板部の内周端が一方側板部の内周端よりも径方向の外側に位置する場合、シール部材のうち取付環の他方側板部の内周端と一方側板部とに軸線方向で挟まれる部位が過圧縮されると、シール部材が破断するという課題を本発明者が見出した。
なお、この課題は、特許文献1に記載の構造の取付環を備えるバルブ装置に限らず、一方側板部と他方側板部とがシール部材を軸線方向で挟む構造の取付環を備えるバルブ装置において、発生する。
本発明は上記点に鑑みて、ハウジングへの取付環の組み付けの際に、シール部材のうち取付環の他方側板部の内周端と一方側板部とに軸線方向で挟まれる部位が過圧縮されることを抑制することができるバルブ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明によれば、
バルブ装置は、
ガスが流れるガス流路(15)、および、ガス流路に連通するとともに回転軸を収容する収容空間(16)が内部に形成されたハウジング(11)と、
ガス流路に配置され、ガス流路の開度を調整する弁体(12)と、
収容空間に配置され、軸線を中心として回転することで、弁体を回転させる回転軸(13)と、
回転軸の外周面の周りに位置するように収容空間に配置され、回転軸の外周面に摺動可能に密接し、回転軸とハウジングとの間のガスの通過を防止するシール部材(30)と、
回転軸の外周面の周りに位置するように収容空間に配置され、シール部材をハウジングに取り付ける環形状の取付環(31、40)とを備え、
シール部材のうち外周端側の部分(302)は、回転軸側から回転軸の径方向の外側に向かって、径方向に沿って延びる板形状であり、
取付環は、
シール部材に対して回転軸の軸線方向の一方側に位置し、径方向に沿って延びる板形状である一方側板部(33、412)と、
シール部材に対して軸線方向の他方側に位置し、径方向に沿って延びる板形状である他方側板部(34、422)とを有し、
一方側板部と他方側板部とは、シール部材のうち外周端側の部分を軸線方向で挟んで保持し、
ハウジングは、収容空間を形成する内壁面として、取付環の周りを囲む筒状壁面(161)と、他方側板部に対して軸線方向で対向する対向面(162)とを有し、
取付環は、取付環が筒状壁面に接するとともに、他方側板部が対向面に接する状態で、ハウジングに固定されており、
他方側板部のシール部材に接する内面(341、423)のうち径方向の内側の端である他方側板部の内周端(342、424)は、一方側板部のシール部材に接する内面(331、413)のうち径方向の内側の端である一方側板部の内周端(332、414)よりも径方向の外側に位置し、
一方側板部のうち軸線方向の一方側の表面である一方側板部の外面(333、415)は、他方側板部の内周端よりも径方向の外側に位置する外周側領域(334、416)と、外周側領域よりも径方向の内側に位置する内周側領域(335、337、417、418)とを含み、
外周側領域は、内周側領域に対して、軸線方向の一方側に位置する。
ここで、取付環のハウジングへの組み付けの際、シール部材を挟んだ状態の取付環は、筒状壁面に囲まれた空間に配置される。取付環は、筒状壁面に接した状態で、対向面に向かって、圧入パンチによって押し込まれる。これによって、取付環がハウジングに圧入された状態で固定される。
圧入パンチは、軸線方向の一方側から他方側に向かって取付環を押圧する。取付環を押圧する圧入パンチの押圧面は、軸線方向に垂直な平坦面である。取付環が対向面に当接する位置まで、圧入パンチによって取付環は押し込まれる。このため、取付環に対して圧入パンチと対向面との両方から荷重が印加される。このとき、圧入パンチの押圧面が一方側板部の外面のうち外周側領域のみに接した状態となる。これにより、圧入パンチと対向面とによる取付環への荷重印加範囲を、他方側板部の内周端よりも径方向の外側の範囲に限定することができる。よって、シール部材のうち他方側板部の内周端と一方側板部とに軸線方向で挟まれる部位が、過圧縮されることを抑制することができる。
また、請求項4に記載の発明によれば、
バルブ装置は、
ガスが流れるガス流路(15)、および、ガス流路に連通するとともに回転軸を収容する収容空間(16)が内部に形成されたハウジング(11)と、
ガス流路に配置され、ガス流路の開度を調整する弁体(12)と、
収容空間に配置され、軸線を中心として回転することで、弁体を回転させる回転軸(13)と、
回転軸の外周面の周りに位置するように収容空間に配置され、回転軸の外周面に摺動可能に密接し、回転軸とハウジングとの間のガスの通過を防止するシール部材(30)と、
回転軸の外周面の周りに位置するように収容空間に配置され、シール部材をハウジングに取り付ける環形状の取付環(31)とを備え、
シール部材のうち外周端側の部分(302)は、回転軸側から回転軸の径方向の外側に向かって、径方向に沿って延びる板形状であり、
取付環は、
シール部材に対して回転軸の軸線方向の一方側に位置し、径方向に沿って延びる板形状である一方側板部(33)と、
シール部材に対して軸線方向の他方側に位置し、径方向に沿って延びる板形状である他方側板部(34)とを有し、
一方側板部と他方側板部とは、シール部材のうち外周端側の部分を軸線方向で挟んで保持し、
ハウジングは、収容空間を形成する内壁面として、取付環の周りを囲む筒状壁面(161)と、他方側板部に対して軸線方向で対向する対向面(162)とを有し、
取付環は、取付環が筒状壁面に接するとともに、他方側板部が対向面に接する状態で、ハウジングに固定されており、
他方側板部のシール部材に接する内面(341)のうち径方向の内側の端である他方側板部の内周端(342)は、一方側板部のシール部材に接する内面(331)のうち径方向の内側の端である一方側板部の内周端(332)よりも径方向の外側に位置し、
対向面の他方側板部との接触領域のうち径方向の内側の端である対向面の内周端(163)は、他方側板部の内周端に対して径方向の外側に位置する。
ここで、取付環のハウジングへの組み付けの際、シール部材を挟んだ状態の取付環は、筒状壁面に囲まれた空間に配置される。取付環は、筒状壁面に接した状態で、対向面に接する位置まで、圧入パンチによって押し込まれる。これによって、取付環がハウジングに圧入された状態で固定される。
圧入パンチは、軸線方向の一方側から他方側に向かって取付環を押圧する。取付環が対向面に当接する位置まで、圧入パンチによって取付環は押し込まれる。このため、取付環に対して圧入パンチと対向面との両方から荷重が印加される。このとき、他方側板部の外面のうち他方側板部の内周端に対して径方向の外側に位置する外周側領域のみに対向面が接した状態となる。他方側板部の外面は、他方側板部のうち軸線方向の他方側の表面である。これにより、圧入パンチと対向面とによる取付環への荷重印加範囲を、他方側板部の内周端よりも径方向の外側の範囲に限定することができる。よって、シール部材のうち他方側板部の内周端と一方側板部とに軸線方向で挟まれる部位が、過圧縮されることを抑制することができる。
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
第1実施形態におけるバルブ装置の断面図である。 図1のII部の拡大図である。 第1実施形態におけるバルブ装置の製造工程の一部を示す板材の断面図である。 第1実施形態におけるバルブ装置の製造工程の一部を示す板材の断面図である。 第1実施形態におけるバルブ装置の製造工程の一部を示すシール部材の断面図である。 第1実施形態におけるバルブ装置の製造工程の一部を示すシール部材および取付環の断面図である。 第1実施形態におけるバルブ装置の製造工程の一部を示すシール部材、取付環および回転軸の断面図である。 第1実施形態におけるバルブ装置の製造工程の一部を示すシール部材、取付環およびハウジングの断面図である。 比較例1におけるバルブ装置の一部を示す断面図であり、図2に対応する図である。 比較例2におけるバルブ装置の製造工程の一部を示すシール部材、取付環およびハウジングの断面図である。 比較例2におけるバルブ装置の製造工程の一部を示すシール部材、取付環およびハウジングの断面図である。 図2に対応する図であって、第2実施形態におけるシール部材、取付環、回転軸およびハウジングの断面図である。 図5に対応する図であって、第2実施形態におけるバルブ装置の製造工程の一部を示すシール部材、取付環およびハウジングの断面図である。 図2に対応する図であって、第3実施形態におけるシール部材、取付環、回転軸およびハウジングの断面図である。 図5に対応する図であって、第3実施形態におけるバルブ装置の製造工程の一部を示すシール部材、取付環およびハウジングの断面図である。 図2に対応する図であって、第4実施形態におけるシール部材、取付環および回転軸の断面図である。 図5に対応する図であって、第4実施形態におけるバルブ装置の製造工程の一部を示すシール部材、取付環およびハウジングの断面図である。 図2に対応する図であって、第5実施形態におけるシール部材、取付環および回転軸の断面図である。 図5に対応する図であって、第5実施形態におけるバルブ装置の製造工程の一部を示すシール部材、取付環およびハウジングの断面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
(第1実施形態)
図1に示す本実施形態のバルブ装置10は、内燃機関の吸気側流路に、内燃機関の排気ガスを還流するEGR装置(すなわち、排気ガス再循環装置)に用いられる。バルブ装置10は、内燃機関の吸気側流路に向かって流れる内燃機関の排気ガスの流量を増減する。バルブ装置10は、ハウジング11と、弁体12と、回転軸13と、軸受14とを備える。
ハウジング11の内部には、ガスが流れるガス流路15と、回転軸13を収容する収容空間16とが形成されている。ガス流路15を流れるガスは、内燃機関の吸気側流路に向かって流れる内燃機関の排気ガスである。ガス流路15は、ハウジング11の内部空間である。ガス流路15は、主に、ハウジング11の内壁面によって形成されている。収容空間16は、ガス流路15に連通している。収容空間16は、ハウジング11の内壁面によって形成されている。ハウジング11は、アルミニウム合金等の金属材料で構成されている。
ガス流路15を形成するハウジング11の内壁面には、圧入によって、筒形状のノズル17が固定されている。ノズル17の内部空間は、ガス流路15の一部を構成している。ノズル17は、耐熱性、耐腐食性に優れた材料(例えば、ステンレス鋼)で構成されている。
弁体12は、ガス流路15に配置されている。弁体12は、ガス流路15の開度を調整する。弁体12は、円盤形状のバタフライ弁である。弁体12は、ノズル17の内部空間に収容されている。
回転軸13は、収容空間16に配置されている。回転軸13は、その軸線を中心として回転することで、弁体12を回転させる。回転軸13は、弁体12の直径方向に対して、回転軸13の軸線が傾斜するように、弁体12に固定されている。回転軸13は、耐腐食性に優れた材料(例えば、ステンレス鋼)で構成されている。
軸受14は、収容空間16に収容されている。軸受14は、回転軸13を回転自在に支持する。軸受14は、ガス流路15を挟んだ両側ではなくなく、ガス流路15に対する片側のみに配置されている。軸受14は、ボールベアリングやローラベアリング等の転がり軸受141と、メタルベアリング等の滑り軸受142とを含む。滑り軸受142は、転がり軸受141よりもガス流路15側に配置されている。
また、バルブ装置10は、オイルシール18を備える。オイルシール18は、収容空間16のうち回転軸13の軸線方向D1での転がり軸受141と滑り軸受142との間に配置されている。オイルシール18は、回転軸13とハウジング11のうち収容空間16を形成する内壁面との間の排気ガスの通過を防止する。
また、バルブ装置10は、電動アクチュエータ20を備える。電動アクチュエータ20は、回転軸13を駆動する。電動アクチュエータ20は、ハウジング11に取り付けられている。電動アクチュエータ20は、図示しない電動モータと、歯車減速機21と、コイルスプリング22とを備える。電動モータは、通電により回転動力を発生する。歯車減速機は、電動モータの回転トルクを増幅して回転軸13に伝達する。コイルスプリング22は、弁体12を開弁方向または閉弁方向に付勢する。
また、バルブ装置10は、シール部材30と、取付環31とを備える。シール部材30および取付環31は、回転軸13の外周面の周りに位置するように、収容空間16に配置されている。シール部材30および取付環31は、軸受14よりもガス流路15側に配置されている。シール部材30は、回転軸13の外周面に摺動可能に密接することで、回転軸13とハウジング11のうち収容空間16を形成する内壁面との間の排気ガスの通過を防止する。
図2に示すように、シール部材30は、中央に回転軸13が配置される開口部を有し、回転軸13側から回転軸13の径方向D2の外側に向かって広がる板形状である。本実施形態では、シール部材30の外周端が周方向でなす形状は、円である。径方向D2は、軸線方向D1に垂直な方向である。
より具体的には、シール部材30は、シール部材30のうち内周端側の部分301がガス流路15側に向くように曲がっている。すなわち、シール部材30のうち内周端側の部分301がシール部材30のうち外周端側の部分302よりも軸線方向D1でのガス流路15側に位置するように、シール部材30は曲がっている。図2に記載の軸線方向D1の他方側がガス流路15側である。内周端側の部分301が、回転軸13の外周面に摺動可能に密接している。外周端側の部分302は、回転軸13側から径方向D2の外側に向かって、径方向D2に沿って延びる板形状である。なお、シール部材30は、曲がっていなくてもよい。
シール部材30は、フッ素樹脂であるPTFE(すなわち、ポリテトラフルオロエチレン)で構成されている。シール部材30は、PTFE以外のフッ素樹脂で構成されていてもよい。
取付環31は、シール部材30をハウジング11に取り付ける環形状の部材である。取付環31は、ハウジング11のうち収容空間16を形成する内壁面に圧入された状態で、ハウジング11に固定される。取付環31は、耐腐食性に優れた金属材料であるステンレス鋼で構成されている。取付環31は、ステンレス鋼以外の金属材料で構成されてもよい。より具体的には、取付環31は、環状部32と、一方側板部33と、他方側板部34とを有する。
環状部32は、内周面321と外周面322とを有する環形状である。内周面321は、環状部32の内部空間を区画する。外周面322は、環状部32の外形を構成する。環状部32の軸線方向は、回転軸13の軸線方向D1と一致している。
環状部32は、シール部材30の外周端の周りに位置する。内周面321は、シール部材30の外周端と、径方向D2で対向している。内周面321の直径は、シール部材30の外径と同じである。このため、内周面321は、シール部材30の外周端に接している。なお、内周面321の直径は、シール部材30の外径よりも大きくてもよい。
外周面322の軸線方向D1の全域は、直径が一定の円筒面である。すなわち、外周面322の軸線方向D1の全域は、直径が一定の円筒の側面と同じ形状である。図2に示すように、取付環31の軸線を通り、軸線に平行な切断面で切断された取付環31の断面において、外周面322がなす線の全部は、軸線方向D1に平行に延びる直線である。
一方側板部33は、環状部32の軸線方向D1での一方側の端部323の周方向全域に連なる。一方側板部33は、環状部32から回転軸13側に向かって、径方向D2に沿って延びる板形状である。一方側板部33は、シール部材30に対して軸線方向D1の一方側に位置する。
他方側板部34は、環状部32の軸線方向D1での他方側の端部324の周方向全域に連なる。他方側板部34は、環状部32から回転軸13側に向かって、径方向D2に沿って延びる板形状である。他方側板部34は、シール部材30に対して軸線方向D1の他方側に位置する。一方側板部33と他方側板部34とは、シール部材30のうち外周端側の部分302を、軸線方向D1で挟んで保持している。
環状部32と、一方側板部33と、他方側板部34とは、一枚の連続する板材によって構成されている。回転軸13の軸線を通り、軸線方向D1に平行な切断面における、この一枚の連続する板材の断面形状は、U字形状である。
ハウジング11は、収容空間16を形成する内壁面として、取付環31の周りを囲む筒状壁面161と、他方側板部34に対して軸線方向D1で対向する対向面162とを有する。対向面162は、径方向D2に平行な平坦面である。環状部32が筒状壁面161に接するとともに、他方側板部34が対向面162に接する状態で、取付環31は、ハウジング11に固定されている。このとき、環状部32の外周面322の周方向全域は、筒状壁面161と面接触している。環状部32は、筒状壁面161に圧入された状態である。
取付環31がハウジング11に固定された状態において、他方側板部34の内周端342は、一方側板部33の内周端332よりも径方向D2の外側に位置する。他方側板部34の内周端342は、他方側板部34のシール部材30に接する内面341のうち径方向D2の内側の端である。他方側板部34の内面341は、他方側板部34の軸線方向D1の一方側の表面である。一方側板部33の内周端332は、一方側板部33のシール部材30に接する内面331のうち径方向D2の内側の端である。一方側板部33の内面331は、一方側板部33の軸線方向D1の他方側の表面である。
また、一方側板部33の外面333は、外周側領域334と内周側領域335とを含む。外面333は、一方側板部33のうち軸線方向D1の一方側の表面である。外周側領域334は、外面333のうち他方側板部34の内周端342よりも径方向D2の外側に位置する領域である。内周側領域335は、外面333のうち外周側領域334よりも径方向D2の内側に位置する領域である。
一方側板部33の内周側部分は、径方向D2の外側から内側に向かうにつれて軸線方向D1の他方側に位置するように、径方向D2に対して傾斜している。このため、内周側領域335は、径方向D2の外側から内側に向かうにつれて軸線方向D1の他方側に位置するように傾斜する傾斜面である。外周側領域334は、径方向D2に平行である。これによって、外周側領域334は、内周側領域335に対して軸線方向D1の一方側に位置する。
同様に、一方側板部33の内面331の内周側領域336は、径方向D2の外側から内側に向かうにつれて軸線方向D1の他方側に位置するように傾斜する傾斜面である。一方側板部33の内面331の内周側領域336は、外面333の内周側領域335に対して、軸線方向D1での反対側に位置する。
次に、本実施形態のバルブ装置10の製造方法について説明する。バルブ装置10の製造方法は、図3Aに示すように、取付環31を形成するための部材である一枚の板材310を用意することと、図3Bに示すように、円筒部312を形成することと、図3Cに示すように、シール部材30を用意することと、図3Dに示すように、シール部材30を取付環31に保持させることとを含む。
図3Aに示すように、板材310を用意することにおいて、用意される板材310は、一対の主表面310a、310bを有する円形の平板形状である。板材310は、中央に回転軸13が配置される開口部311を有する。
図3Bに示すように、円筒部312を形成することにおいて、一点鎖線で示される板材310の外周端側の部分は、図中の矢印のように、曲げ加工としてのプレス絞り加工によって円筒状に曲げられる。これにより、実線で示されるように、一方側板部33と円筒部312とが形成される。
図3Cに示すように、シール部材30を用意することにおいて、用意されるシール部材30は、一対の主表面を有する円形の平板形状である。シール部材30は、中央に回転軸13が配置される開口部303を有する。このとき、内周端側の部分301は、外周端側の部分302と平行に延びている。
図3Dに示すように、シール部材30を取付環31に保持させることにおいて、一方側板部33の円筒部312側に対して、シール部材30の外周端側の部分302が重ねられた状態とされる。この状態で、円筒部312のうち一方側板部33から離れた側の部分の周方向全域が、曲げ加工としての巻きかしめによって、曲げられる。巻きかしめは、回転かしめとも呼ばれる。巻きかしめは、被加工体とパンチとの一方を回転させながら、パンチで被加工体を押圧して曲げる加工方法である。これにより、環状部32と他方側板部34とが形成される。シール部材30が一方側板部33と他方側板部34とに挟まれる。さらに、このときの曲げ加工によって、一方側板部33の内周側部分は、取付環31の径方向D2に対して傾斜する。すなわち、一方側板部33の外面333の内周側領域335は、径方向D2に対して傾斜する。これにより、一方側板部33の外面333のうち外周側領域334は、内周側領域335に対して軸線方向D1の一方側に位置する。なお、取付環31の径方向D2は、図2の回転軸13の径方向D2と一致する。
このように、一枚の板材310に対して曲げ加工を行うことよって、環状部32と他方側板部34とを形成し、一方側板部33と他方側板部34とでシール部材30を挟むことができる。また、このときの曲げ加工の条件を管理することによって、容易に一方側板部33の外面333の内周側領域335を傾斜させることができる。
さらに、バルブ装置10の製造方法は、回転軸13とシール部材30とを組み付けることと、回転軸13および取付環31をハウジング11へ組み付けることとを含む。
回転軸13とシール部材30とを組み付けることにおいて、図3Dに示されるシール部材30の開口部303に、軸線方向D1の一方側から他方側に向かって、回転軸13が挿入される。このとき、シール部材30の開口部303の直径は、シール部材30が装着される部位での回転軸13の直径よりも小さい。このため、シール部材30の内周端側の部分301が、軸線方向D1の他方側に向かって押される。これにより、図4に示すように、シール部材30の内周端側の部分301が、軸線方向D1の他方側に向くように曲げられる。このようにして、シール部材30が回転軸13に装着される。
回転軸13および取付環31をハウジング11へ組み付けることにおいては、図1に示すように、収容空間16のガス流路15側とは反対側からガス流路15側に向かって、収容空間16に回転軸13が挿入される。すなわち、軸線方向D1の一方側から他方側に向かって、収容空間16に回転軸13が挿入される。
そして、図5に示すように、圧入パンチ50は、軸線方向D1の一方側から他方側に向かって取付環31を押圧する。図5では、回転軸13の図示が省略されている。圧入パンチ50は、回転軸13を避けて取付環31を押圧できるように、環状である。他方側板部34が対向面162に当接する位置まで、圧入パンチ50によって取付環31は押し込まれる。このため、取付環31に対して圧入パンチ50と対向面162との両方から荷重が印加される。
このとき用いられる圧入パンチ50の押圧面51は、軸線方向D1に直交する平坦面である。押圧面51が取付環31を押圧するとき、押圧面51は、一方側板部33の外面333の外周側領域334および内周側領域335に対して軸線方向D1で対向する。このため、押圧面51が一方側板部33の外面333のうち外周側領域334のみに接した状態となる。
このようにして、取付環31は、筒状壁面161に圧入される。取付環31は、ハウジング11に固定される。なお、バルブ装置10の製造方法では、シール部材30を保持した状態の取付環31をハウジング11へ組み付けることと、回転軸13をハウジング11へ組み付けることとが、この記載順に行われてもよい。
次に、本実施形態の取付環31と、図6に示す比較例1の取付環40とを比較する。比較例1の取付環40は、特許文献1に記載のバルブ装置の取付環に相当する。比較例1の取付環40は、外環41と、内環42とを有する。外環41は、取付環40のうち外側の環状の部材である。内環42は、外環41の内側に配置される環状の部材である。
外環41は、外環円筒部411と外環板部412とを有する。外環円筒部411は、回転軸13の軸線方向D1に延びる円筒形状である。外環板部412は、軸線方向D1での一方側の外環円筒部411の端部から、回転軸13の径方向D2の内側に向かって、径方向D2に沿って延びる板形状である。
内環42は、内環円筒部421と内環板部422とを有する。内環円筒部421は、回転軸13の軸線方向D1に延びる円筒形状である。内環板部422は、軸線方向D1での一方側の内環円筒部421の端部から、回転軸13の径方向D2の内側に向かって、径方向D2に沿って延びる板形状である。
外環円筒部411は、圧入によって、ハウジング11の筒状壁面161に固定される。内環円筒部421は、かしめ固定によって、外環円筒部411の内周面に固定される。外環板部412と内環板部422とは、シール部材30を軸線方向D1で挟んでいる。このようにして、取付環40は、シール部材30をハウジング11に取り付ける。
比較例1の取付環40は、外環41と内環42との2つの部品で構成されている。これに対して、本実施形態の取付環31は、1つの部品で構成されており、比較例1の取付環40よりも部品点数が低減されている。
また、比較例1の取付環40では、シール部材30を挟んで保持する部分に対して、軸線方向D1での隣りの位置に、内環42と外環41とを互いに固定する部分が必要であった。これが、取付環40の軸線方向D1での寸法L3が大きくなる要因であった。シール部材30を挟んで保持する部分は、外環板部412と内環板部422である。内環42と外環41とを固定する部分は、内環円筒部421と、外環円筒部411のうち内環円筒部421と接する部分である。
また、比較例1の取付環40では、内環円筒部421と回転軸13との間に、大きなデッドスペース43が形成される。このデッドスペース43には、排気ガス中に含まれる凝縮水、異物などが溜まる。この場合、取付環40、シール部材30および回転軸13が腐食する。また、堆積した異物によって回転軸13がロックする。
これに対して、図2に示すように、本実施形態の取付環31によれば、一方側板部33と他方側板部34とは、環状部32を介してつながっている。一方側板部33と他方側板部34とが、シール部材30を挟んで保持する部分である。環状部32は、軸線方向D1で一方側板部33と他方側板部34との間に位置する。このため、比較例1の取付環40における内環42を外環41に固定する部分が不要である。よって、その固定する部分の軸線方向D1での長さL2の分、取付環31の軸線方向D1での長さL1を、比較例1の取付環40の軸線方向D1での長さL3よりも短くすることができる。また、本実施形態の取付環31によれば、内環円筒部421を有していない。このため、取付環31と回転軸13との間のデッドスペースを小さくすることができる。デッドスペースに排気ガス中に含まれる凝縮水、異物などが溜まることによって生じる問題を抑制することができる。
このように、本実施形態によれば、取付環31の部品点数の低減と取付環31の軸線方向での寸法の縮小とを可能とするバルブ装置10を提供することができる。さらに、本実施形態によれば、下記の効果を奏する。
図7Aに示す比較例2の取付環J31は、一方側板部33の外面333の形状が、本実施形態の取付環31と異なる。比較例2の取付環J31では、一方側板部33の外面333のうち内周端から外周端側までの大部分が軸線方向D1に対して直交する平坦面である。このため、図7Aに示すように、取付環J31に対して圧入パンチ50と対向面162との両方から荷重が印加されるとき、押圧面51が一方側板部33の外面333の大部分に接した状態となる。
この場合、図7Bに示すように、圧入時の荷重によって一方側板部33が変形し、シール部材30が過圧縮される。特に、シール部材30のうち他方側板部34の内周端342と一方側板部33とに軸線方向D1で挟まれる部位30aが過圧縮されると、シール部材30が破断するという課題を本発明者が見出した。
これに対して、本実施形態によれば、図2、5に示すように、一方側板部33の外面333のうち内周側領域335は、径方向D2の外側から内側に向かうにつれて軸線方向D1の他方側に位置するように傾斜する傾斜面である。これによって、一方側板部33の外面333のうち外周側領域334は、内周側領域335に対して、軸線方向D1の一方側に位置する。
このため、図5に示すように、取付環31に対して圧入パンチ50と対向面162との両方から荷重が印加されるとき、押圧面51が一方側板部33の外面333のうち外周側領域334のみに接した状態となる。これにより、圧入パンチ50と対向面162とによる取付環31への荷重印加範囲を、他方側板部34の内周端342よりも径方向D2の外側の範囲に限定することができる。よって、シール部材30のうち他方側板部34の内周端342と一方側板部33とに軸線方向D1で挟まれる部位が、過圧縮されることを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、図2に示すように、一方側板部33の外面333のうち内周側領域335は、径方向D2の外側から内側に向かうにつれて軸線方向D1の他方側に位置するように傾斜する傾斜面である。図3Dに示すように、回転軸13がシール部材30に挿入される前の状態において、内周側領域335は傾斜面とされる。この場合、シール部材30は、径方向D2の外側から内側に向かうにつれて軸線方向D1の他方側に位置するように、径方向D2に対して傾斜した状態となる。
これにより、回転軸13とシール部材30との組み付けが容易となる。すなわち、図3Dに示されるシール部材30の開口部303に、軸線方向D1の一方側から他方側に向かって、回転軸13を容易に挿入することができる。回転軸13の挿入時にシール部材30が切断することを防止することができる。
(第2実施形態)
図8に示すように、本実施形態では、取付環31の一方側板部33の外面333の形状が、第1実施形態と異なる。外面333は、外周側領域334と、内周側領域337と、段差形成部338とを含む。
外周側領域334は、第1実施形態と同様に、径方向D2に平行である。内周側領域337は、第1実施形態の内周側領域335と異なり、径方向D2に平行である。段差形成部338は、外周側領域334と内周側領域337との両方に連なっている。段差形成部338は、外周側領域334と内周側領域337とのそれぞれの軸線方向D1での位置が異なる段差を形成する。これにより、外周側領域334は、内周側領域337に対して軸線方向D1の一方側に位置する。取付環31の他の構成は、第1実施形態と同じである。
バルブ装置10の製造方法において、第1実施形態と同様に、取付環31は、ハウジング11へ組み付けられる。図9に示すように、軸線方向D1の一方側から他方側に向かって、圧入パンチ50は取付環31を押圧する。他方側板部34が対向面162に当接する位置まで、圧入パンチ50によって取付環31は押し込まれる。このため、取付環31に対して圧入パンチ50と対向面162との両方から荷重が印加される。このとき、押圧面51が一方側板部33の外面333のうち外周側領域334のみに接した状態となる。よって、本実施形態においても、第1実施形態と同じ効果が得られる。
(第3実施形態)
図10に示すように、本実施形態では、ハウジング11の対向面162の内周端163の位置が、第1実施形態と異なる。内周端163は、対向面162の他方側板部34との接触領域のうち径方向D2の内側の端である。内周端163は、他方側板部34の内周端342に対して径方向D2の外側に位置する。
バルブ装置10の製造方法において、第1実施形態と同様に、取付環31は、ハウジング11へ組み付けられる。図11に示すように、軸線方向D1の一方側から他方側に向かって、圧入パンチ50が取付環31を押圧する。他方側板部34が対向面162に当接する位置まで、圧入パンチ50によって取付環31は押し込まれる。このため、取付環31に対して圧入パンチ50と対向面162との両方から荷重が印加される。このとき、他方側板部34の外面343のうち他方側板部34の内周端342に対して径方向D2の外側の外周側領域344のみに対向面162が接した状態となる。他方側板部34の外面343は、他方側板部34のうち軸線方向D1の他方側の表面である。これにより、圧入パンチ50と対向面162とによる取付環31への荷重印加範囲を、他方側板部34の内周端342よりも径方向D2の外側の範囲に限定することができる。よって、本実施形態においても、第1実施形態と同じ効果が得られる。
なお、本実施形態では、対向面162は、径方向D2に平行な平坦面である。しかしながら、他方側板部34の外面343の外周側領域344のみに対向面162が接するようになっていれば、対向面162は、径方向D2に対して斜めであってもよい。また、収容空間16のうち対向面162よりも軸線方向D1の他方側の部分において、対向面162の近傍での直径が、他の部分の直径よりも大きい。しかしながら、収容空間16のうち対向面162よりも軸線方向D1の他方側の部分の全域において、収容空間16の直径が均一であってもよい。
(第4実施形態)
図12に示すように、本実施形態の取付環40は、比較例1の取付環40における外環板部412の外面の形状を、第1実施形態の取付環31における一方側板部33の外面333と同じ形状に変更したものである。
すなわち、本実施形態の取付環40は、比較例1の取付環40と同様に、外環41と、内環42とを有する。外環41は、外環円筒部411と外環板部412とを有する。内環42は、内環円筒部421と内環板部422とを有する。外環板部412と内環板部422とは、シール部材30のうち外周端側の部分302を軸線方向D1で挟んで保持している。外環板部412は、シール部材30に対して軸線方向D1の一方側に位置し、径方向D2に沿って延びる板形状である。このため、外環板部412は、一方側板部に相当する。内環板部422は、シール部材30に対して軸線方向D1の他方側に位置し、径方向D2に沿って延びる板形状である。このため、内環板部422は、他方側板部に相当する。
取付環40がハウジング11に固定された状態において、内環板部422の内周端424は、外環板部412の内周端414よりも径方向D2の外側に位置する。内環板部422の内周端424は、内環板部422のシール部材30に接する内面423のうち径方向D2の内側の端である。内環板部422の内面423は、内環板部422の軸線方向D1の一方側の表面である。外環板部412の内周端414は、外環板部412のシール部材30に接する内面413のうち径方向D2の内側の端である。外環板部412の内面413は、外環板部412の軸線方向D1の他方側の表面である。
また、外環板部412の外面415は、外周側領域416と内周側領域417とを含む。外面415は、外環板部412のうち軸線方向D1の一方側の表面である。外周側領域416は、外面415のうち内環板部422の内周端424よりも径方向D2の外側に位置する領域である。内周側領域417は、外面415のうち外周側領域416よりも径方向D2の内側に位置する領域である。
比較例1の取付環40と異なり、外環板部412の内周側部分は、径方向D2の外側から内側に向かうにつれて軸線方向D1の他方側に位置するように、径方向D2に対して傾斜している。このため、内周側領域417は、径方向D2の外側から内側に向かうにつれて軸線方向D1の他方側に位置するように傾斜する傾斜面である。外周側領域416は、径方向D2に平行である。これによって、外周側領域416は、内周側領域417に対して軸線方向D1の一方側に位置する。
バルブ装置10の他の構成は、第1実施形態と同じである。バルブ装置10の製造方法において、第1実施形態と同様に、取付環40は、ハウジング11へ組み付けられる。図13に示すように、軸線方向D1の一方側から他方側に向かって、圧入パンチ50が取付環40を押圧する。図13では、回転軸13の図示が省略されている。圧入パンチ50によって、取付環40が対向面162に当接する位置まで取付環40は押し込まれる。このため、取付環40に対して圧入パンチ50と対向面162との両方から荷重が印加される。
このとき用いられる圧入パンチ50の押圧面51は、軸線方向D1に直交する平坦面である。押圧面51が取付環40を押圧するとき、押圧面51は、外環板部412の外面415の外周側領域416および内周側領域417に対して軸線方向D1で対向する。このため、押圧面51が外環板部412の外面415のうち外周側領域416のみに接した状態となる。
これにより、圧入パンチ50と対向面162とによる取付環40への荷重印加範囲を、内環板部422の内周端424よりも径方向D2の外側の範囲に限定することができる。よって、シール部材30のうち内環板部422の内周端424と外環板部412とに軸線方向D1で挟まれる部位が、過圧縮されることを抑制することができる。
(第5実施形態)
図14に示すように、本実施形態の取付環40は、比較例1の取付環40における外環板部412の外面の形状を、第2実施形態の取付環31における一方側板部33の外面と同じ形状に変更したものである。本実施形態の取付環40では、外環板部412の外面415の形状が、第4実施形態の取付環40と異なる。すなわち、外環板部412の外面415は、外周側領域416と、内周側領域418と、段差形成部419とを含む。
外周側領域416は、径方向D2に平行である。内周側領域418は、第4実施形態の内周側領域417と異なり、径方向D2に平行である。段差形成部419は、外周側領域416と内周側領域418との両方に連なっている。段差形成部419は、外周側領域416と内周側領域418とのそれぞれの軸線方向D1での位置が異なる段差を形成する。これにより、外周側領域416は、内周側領域418に対して軸線方向D1の一方側に位置する。取付環40の他の構成は、第4実施形態と同じである。
バルブ装置10の取付環40以外の構成は、第1実施形態と同じである。バルブ装置10の製造方法において、第1実施形態と同様に、取付環40は、ハウジング11へ組み付けられる。第4実施形態と同様に、図15に示すように軸線方向D1の一方側から他方側に向かって、圧入パンチ50が取付環40を押圧する。図15では、回転軸13の図示が省略されている。圧入パンチ50によって、取付環40が対向面162に当接する位置まで取付環40は押し込まれる。このため、取付環40に対して圧入パンチ50と対向面162との両方から荷重が印加される。
押圧面51が取付環40を押圧するとき、押圧面51は、外環板部412の外面415の外周側領域416および内周側領域418に対して軸線方向D1で対向する。このとき、押圧面51が外環板部412の外面415のうち外周側領域416のみに接した状態となる。よって、本実施形態においても、第4実施形態と同じ効果が得られる。
(他の実施形態)
(1)第1、第2実施形態では、外面333の外周側領域334は、径方向D2に平行な面である。すなわち、外面333の外周側領域334は、圧入パンチ50の押圧面51に面接触する領域である。しかしながら、外面333の外周側領域334は、圧入パンチ50の押圧面51に線接触する線状の領域であってもよい。第4、第5実施形態の外面415の外周側領域416も同様である。
(2)上記した実施形態では、シール部材30は、フッ素樹脂で構成されている。しかしながら、シール部材30は、フッ素樹脂以外の合成樹脂で構成されてもよい。また、シール部材は、合成ゴム等のシール機能を有する他の材料で構成されてもよい。
(3)上記した実施形態では、取付環31は、金属材料で構成されている。しかしながら、取付環31は、金属材料以外の耐腐食性に優れた材料で構成されてもよい。
(4)上記した実施形態では、取付環31の環状部32の外周面322の少なくとも一部は、円筒面である。しかしながら、環状部32の外周面322は、円筒面でなくてもよい。外周面322がハウジング11の筒状壁面161に線接触した状態で、取付環31はハウジング11に固定されてもよい。
(5)上記した各実施形態のバルブ装置10は、内燃機関の吸気側流路に向かって流れる内燃機関の排気ガスの流量を増減する用途に用いられる。しかしながら、本発明のバルブ装置は、内燃機関の排気ガスの流量を増減する他の用途に用いられてもよい。また、本発明のバルブ装置は、排気ガス以外のガスの流量を増減する用途に用いられてもよい。このような場合、軸受14の種類および配置は、第1実施形態と異なってもよい。また、シール部材30とは別のシール部材が配置されてもよい。
(6)本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
11 ハウジング
12 弁体
13 回転軸
30 シール部材
31 取付環
33 一方側板部
34 他方側板部
40 取付環

Claims (5)

  1. バルブ装置であって、
    ガスが流れるガス流路(15)、および、前記ガス流路に連通するとともに回転軸を収容する収容空間(16)が内部に形成されたハウジング(11)と、
    前記ガス流路に配置され、前記ガス流路の開度を調整する弁体(12)と、
    前記収容空間に配置され、軸線を中心として回転することで、前記弁体を回転させる前記回転軸(13)と、
    前記回転軸の外周面の周りに位置するように前記収容空間に配置され、前記回転軸の前記外周面に摺動可能に密接し、前記回転軸と前記ハウジングとの間のガスの通過を防止するシール部材(30)と、
    前記回転軸の前記外周面の周りに位置するように前記収容空間に配置され、前記シール部材を前記ハウジングに取り付ける環形状の取付環(31、40)とを備え、
    前記シール部材のうち外周端側の部分(302)は、前記回転軸側から前記回転軸の径方向の外側に向かって、前記径方向に沿って延びる板形状であり、
    前記取付環は、
    前記シール部材に対して前記回転軸の軸線方向の一方側に位置し、前記径方向に沿って延びる板形状である一方側板部(33、412)と、
    前記シール部材に対して前記軸線方向の他方側に位置し、前記径方向に沿って延びる板形状である他方側板部(34、422)とを有し、
    前記一方側板部と前記他方側板部とは、前記シール部材のうち前記外周端側の部分を前記軸線方向で挟んで保持し、
    前記ハウジングは、前記収容空間を形成する内壁面として、前記取付環の周りを囲む筒状壁面(161)と、前記他方側板部に対して前記軸線方向で対向する対向面(162)とを有し、
    前記取付環は、前記取付環が前記筒状壁面に接するとともに、前記他方側板部が前記対向面に接する状態で、前記ハウジングに固定されており、
    前記他方側板部の前記シール部材に接する内面(341、423)のうち前記径方向の内側の端である前記他方側板部の内周端(342、424)は、前記一方側板部の前記シール部材に接する内面(331、413)のうち前記径方向の内側の端である前記一方側板部の内周端(332、414)よりも前記径方向の外側に位置し、
    前記一方側板部のうち前記軸線方向の前記一方側の表面である前記一方側板部の外面(333、415)は、前記他方側板部の前記内周端よりも前記径方向の外側に位置する外周側領域(334、416)と、前記外周側領域よりも前記径方向の内側に位置する内周側領域(335、337、417、418)とを含み、
    前記外周側領域は、前記内周側領域に対して、前記軸線方向の前記一方側に位置する、バルブ装置。
  2. 前記内周側領域(335、417)は、前記径方向の内側に向かうにつれて前記軸線方向の前記他方側に位置する傾斜面である、請求項1に記載のバルブ装置。
  3. 前記一方側板部の前記外面は、前記外周側領域と前記内周側領域(337、418)との両方に連なるとともに、前記外周側領域と前記内周側領域とのそれぞれの前記軸線方向での位置が異なる段差(338、419)を形成する段差形成部を含む、請求項1に記載のバルブ装置。
  4. バルブ装置であって、
    ガスが流れるガス流路(15)、および、前記ガス流路に連通するとともに回転軸を収容する収容空間(16)が内部に形成されたハウジング(11)と、
    前記ガス流路に配置され、前記ガス流路の開度を調整する弁体(12)と、
    前記収容空間に配置され、軸線を中心として回転することで、前記弁体を回転させる前記回転軸(13)と、
    前記回転軸の外周面の周りに位置するように前記収容空間に配置され、前記回転軸の前記外周面に摺動可能に密接し、前記回転軸と前記ハウジングとの間のガスの通過を防止するシール部材(30)と、
    前記回転軸の前記外周面の周りに位置するように前記収容空間に配置され、前記シール部材を前記ハウジングに取り付ける環形状の取付環(31)とを備え、
    前記シール部材のうち外周端側の部分(302)は、前記回転軸側から前記回転軸の径方向の外側に向かって、前記径方向に沿って延びる板形状であり、
    前記取付環は、
    前記シール部材に対して前記回転軸の軸線方向の一方側に位置し、前記径方向に沿って延びる板形状である一方側板部(33)と、
    前記シール部材に対して前記軸線方向の他方側に位置し、前記径方向に沿って延びる板形状である他方側板部(34)とを有し、
    前記一方側板部と前記他方側板部とは、前記シール部材のうち前記外周端側の部分を前記軸線方向で挟んで保持し、
    前記ハウジングは、前記収容空間を形成する内壁面として、前記取付環の周りを囲む筒状壁面(161)と、前記他方側板部に対して前記軸線方向で対向する対向面(162)とを有し、
    前記取付環は、前記取付環が前記筒状壁面に接するとともに、前記他方側板部が前記対向面に接する状態で、前記ハウジングに固定されており、
    前記他方側板部の前記シール部材に接する内面(341)のうち前記径方向の内側の端である前記他方側板部の内周端(342)は、前記一方側板部の前記シール部材に接する内面(331)のうち前記径方向の内側の端である前記一方側板部の内周端(332)よりも前記径方向の外側に位置し、
    前記対向面の前記他方側板部との接触領域のうち前記径方向の内側の端である前記対向面の内周端(163)は、前記他方側板部の前記内周端に対して前記径方向の外側に位置する、バルブ装置。
  5. 前記取付環(31)は、内周面(321)および外周面(322)を有する環形状であって、前記シール部材の外周端の周りに位置する環状部(32)を有し、
    前記環状部の前記内周面は、前記シール部材の前記外周端と前記径方向で対向し、
    前記環状部の前記外周面は、前記筒状壁面に接しており、
    前記環状部、前記一方側板部(33)、および、前記他方側板部(34)は、一枚の連続する板材によって構成される、請求項1ないし4のいずれか1つに記載のバルブ装置。
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