JP5875694B2

JP5875694B2 - バルブ

Info

Publication number: JP5875694B2
Application number: JP2014539512A
Authority: JP
Inventors: 貴好水田; 壮士井階
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: CN204420296U; JPWO2014054118A1; WO2014054118A1

Description

この発明は、弁軸と軸受部の隙間からの流体漏れを抑制するシール部材に、弁軸に付着した付着物を掻き落とす機能を付加したバルブに関する。

例えば、特許文献１に係る排気ガス再循環制御バルブは、弁軸が摺動する軸受部に、所定の範囲で移動および変形が可能なシール部材を設け、このシール部材が排ガス通路の圧力に応じて変形する構成であった。下方の排ガス通路から排気圧力が掛かったとき、シール部材の内径部が変形して弁軸外径部に密着し、また、このシール部材が上方に設置されたプラグへ押し付けられることによって、軸受部周りの排ガス漏れを抑制していた。

また例えば、図６に示す従来のシール部材１００は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）から成る薄い円板状に形成され、その外周部に装着されたＯリング１０１によって弁軸１０３の外周部へ押し付けられる構成である。弁軸１０３への組み付け性向上のため、シール部材１００の上下端にはテーパ部１０２が形成されている。また、Ｏリング１０１の押し付け力（図６の矢印）により、シール部材１００のシール性を確保している。

特開２００５−１２０９３２号公報

特許文献１の場合、弁軸が動き出す瞬間にシール部材とプラグの間に隙間が生じ、その隙間を排ガスが流れることによって、プラグ上方に設置されたモータ側へ排ガスが吹き抜ける可能性がある。軸受部と弁軸との隙間、および、シール部材とプラグとの隙間を通って上方へ排ガスが吹き抜けると、モータ内部にまで排ガスが侵入し、モータ停止に至る可能性があるという課題があった。また、シール部材には、弁軸に付着した排ガスデポジット（カーボン）を掻き落とす機能が無いため、弁軸に付着したデポジットがシール部材と軸受部の隙間に侵入し、軸受部でのデポジットの固着およびシール部材の磨耗促進に至るという課題があった。

また、図６に示すシール部材１００の場合、テーパ部１０２がガイドの役目をし、弁軸１０３に付着した排ガスデポジットが弁軸１０３の軸方向の動きによりシール部材１００の内周部に侵入しやすくなる。そのため、シール部材１００でのデポジットの固着および磨耗促進に至るという課題があった。また、シール部材１００に対するＯリング１０１の押し付け力は水平方向に１方向となるため、シール部材１００が磨耗しやすいという課題があった。

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、弁軸と軸受部との隙間からの漏れ量を低減すると共に、弁軸に付着した排ガスデポジットを掻き落とすシール部材を用いたバルブを提供することを目的とする。

この発明のバルブは、内部に流体の通路を有するハウジングと、通路を開閉する弁体を有する弁軸と、弁軸を摺動可能に支持する軸受部と、ハウジングに対して固定され、弁軸と軸受部との隙間を塞ぐ環状のシール部材と、シール部材の内周面を弁軸の外周部へ押し付けるＯリングとを備え、シール部材は、内周面に環状の凹部が形成されており、弁軸の摺動に伴って内周面と当該凹部との境界となる角部で弁軸の外周部の付着物を掻き落とし、当該凹部に溜め、シール部材は、内周面に環状の凹部が複数形成されているようにしたものである。

この発明によれば、弁軸と軸受部との隙間を、Ｏリングの押し付け力によりシール部材で塞いで、漏れ量を低減すると共に、シール部材の内周面の角部で弁軸の付着物を掻き落とし、凹部に溜めるようにしたので、シール部材のシール面への付着物の侵入を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係るバルブの構成を示す断面図である。図１中に破線で囲んだ領域Ａを拡大した図である。実施の形態１に係るバルブのシール部材を拡大した図である。実施の形態１に係るバルブのシール部材の変形例を示す図である。実施の形態１に係るバルブのシール部材の別の変形例を示す図である。従来のシール部材の構成を示す断面図である。

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は本実施の形態１に係るバルブの構成を示す断面図である。本実施の形態１では、図１に示すバルブを、排ガスを吸気系へ再循環させる排気ガス再循環バルブとして用いる場合を例に説明する。ハウジング１の排ガス通路１ａにバルブシート２が設置され、弁軸（ロッド）４の下端部に締結された弁体３がバルブシート２を開閉する。図１は閉弁した状態を示す。

図２に、図１中に破線で囲んだ領域Ａの拡大図を示す。ハウジング１の中央部には、弁軸４を貫通する貫通穴が形成され、この貫通穴にフィルタ５、軸受部（ブッシュ）６、Ｏリング７、プレート８、シール９、およびプラグ１０が設置されている。このプラグ１０はハウジング１の貫通穴に圧入固定されている。また、プラグ１０の上方には、スプリング１１、スプリングホルダ１２、およびスプリングホルダ１２を弁軸４の上端部に締結するコッタ１３が設置され、さらに上方にモータ（アクチュエータ）１４が取り付けられている。

モータ１４の出力軸１４ａを介して、モータ１４の動力が弁軸４に伝わり、スプリング１１の付勢力に抗して弁軸４が下方へ動き、この弁軸４に締結された弁体３がバルブシート２から下方へ離れて排ガスが流れる（開弁）。一方、モータ１４の伝達力が逆方向に変換されると、圧縮されていたスプリング１１の反発力がスプリングホルダ１２とコッタ１３を伝わって、弁軸４と弁体３が上方へ動き、弁体３がバルブシート２に接する（閉弁）。弁軸４は軸受部６により上下方向に摺動可能に支持されており、弁軸４の摺動部に付着した排ガス成分をフィルタ５で掻き落とす。

軸受部６とプレート８との隙間をＯリング７が塞ぐことにより、弁軸４と軸受部６との隙間から漏れる排ガスが、軸受部６とプレート８との隙間、および、プラグ１０とハウジング１との隙間を流れてモータ１４側へ吹き抜けるのを抑制している。
また、弁軸４とプラグ１０との隙間をシール９が塞ぐことにより、弁軸４と軸受部６との隙間から漏れる排ガスが、弁軸４とプラグ１０との隙間を流れてモータ１４側へ吹き抜けるのを抑制している。即ち、弁軸４と軸受部６との間から排ガスが上方へ吹きぬけるのを抑制する役目として、シール９を設置している。

図３にシール９の断面図を示す。シール９は、弁軸４の外周部、プレート８、およびプラグ１０に囲まれた空間に設置されている。ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）から成る薄い円板状のシール部材９ａは、弁軸４の外周部に装着され、軸受部６と弁軸４との隙間を吹き抜けた排ガスが軸受部６の上部へ流れないように、その隙間を塞いでいる。また、シール部材９ａの外周部に設置したＯリング９ｂの押し付け力（締め付け力）によって、シール部材９ａの内周面が弁軸４の外周部に密着し、シール性を確保している。これにより、弁軸４と軸受部６との間の摺動部分からの漏れ量を低減させることができる。

また、シール部材９ａの内周面には、環状の凹部９ｄが形成されている。シール部材９ａの内周面はシール面となるが、複数の凹部９ｄを形成してこの内周面を分離（多段化）することにより、複数のシール面９ｃが構成される。これにより、１箇所のシール面９ｃが磨耗してシール性が低下したとしても、残りのシール面９ｃでシールすることが可能である。また、軸受部６と弁軸４との隙間を吹き抜けた排ガスデポジットを、これら凹部９ｄに溜めることができるので、吹き抜けを抑制可能となる。

さらに、シール９に、弁軸４と軸受部６との間から排ガスが上方へ吹きぬけるのを抑制する役目に加え、弁軸４に付着した排ガスデポジットを掻き落とす役目を付加する。シール９に対して弁軸４が動く際に、シール面９ｃと凹部９ｄとの境界となる角部９ｅそれぞれが、弁軸４の外周部に付着した排ガスデポジットを掻き落とし、掻き落とした排ガスデポジットを凹部９ｄに溜める。これにより、シール面９ｃへの排ガスデポジットの侵入を抑制して、シール部材９ａでの排ガスデポジットの固着リスクを低減させることができる。また、最下端のシール面９ｃにも角部９ｅ’を形成して、弁軸４に付着した排ガスデポジットを掻き落とす。なお、先立って説明した特許文献１のシール部材とは異なり、本実施の形態１のシール部材９ａでは、シール９はＯリング９ｂの締め付け力によってシールするため排気圧力の影響を受けない。

また、シール部材９ａの排ガス通路１ａ側、最下端部には、弁軸４の外周面に当接して弁軸４に付着した排ガスデポジットを掻き落とす掻き落とし部９ｆが形成されている。この掻き落とし部９ｆは、Ｏリング９ｂの押し付け力を受けないよう、シール面９ｃから分離した形状になっており、さらに、弾性変形しやすいよう径方向の厚みが薄くなっている。弁軸４と軸受部６との間には隙間があるため、弁軸４が動く際には軸ぶれが生じるが、弁軸４の動きに合わせて掻き落とし部９ｆが弾性変形し、排ガスデポジットを掻き落とすことができる。

なお、掻き落とし部９ｆは、シール部材９ａの上端部と下端部両方に形成してもよいが、特に排ガス通路１ａ側を向く下端部に形成した場合には、弁軸４が閉弁方向に動く際にデポジットを掻き落とすことができるので、弁軸４が開弁方向に動く際にシール面９ｃへのデポジット侵入を効果的に抑制することができる。

また、シール部材９ａの外周面には、Ｏリング９ｂを装着する断面円弧状の受け面９ｇが形成されている。この受け面９ｇの曲率半径を、Ｏリング９ｂの受け面９ｇに接する面の曲率半径より小さくして、Ｏリング９ｂによる押し付け力を分散させ、シール面９ｃの磨耗を抑制している。

以上より、実施の形態１によれば、排気ガス再循環バルブは、内部に排ガス通路１ａを有するハウジング１と、排ガス通路１ａのバルブシート２を開閉する弁体３を有する弁軸４と、弁軸４を摺動可能に支持する軸受部６と、ハウジング１に対して固定され、弁軸４と軸受部６との隙間を塞ぐ環状のシール部材９ａと、シール部材９ａの内周面を弁軸４の外周部へ押し付けるＯリング９ｂとを備え、シール部材９ａの内周面（シール面９ｃ）に環状の凹部９ｄが形成されており、弁軸４の摺動に伴ってシール面９ｃと凹部９ｄとの境界となる角部９ｅで弁軸４の外周部に付着した排ガスデポジットを掻き落とし、凹部９ｄに溜めるように構成したので、弁軸４と軸受部６との隙間からの漏れ量を低減すると共に、弁軸４に付着した排ガスデポジットを掻き落とすことができ、シール面９ｃへの排ガスデポジットの侵入を抑制することができる。これにより、排ガス吹き抜けによるモータ１４への悪影響を低減させると共に、シール面９ｃでの排ガスデポジットの固着リスクを低減させることができる。

また、実施の形態１によれば、シール部材９ａの内周面（シール面９ｃ）に、環状の凹部９ｄを複数形成する構成にした。このため、複数の凹部９ｄによってシール面９ｃが複数に分離され、１箇所のシール面９ｃが磨耗しても他のシール面９ｃでシールすることができる。また、排ガスデポジットを溜める凹部９ｄの容積増加により、モータ１４側への吹き抜けをさらに抑制可能となる。

なお、図３では凹部９ｄを２つ形成して、シール面９ｃを３箇所に分離する構成例を示したが、凹部９ｄの数はこれに限定されるものではない。
シール部材９ａの大きさを固定した場合において凹部９ｄの数を増やすと、シール面９ｃの面積が減少してシール性が低下するため、漏れ量の増加につがなる。また、シール面９ｃの面積が減少すると、個々のシール面９ｃに掛かるＯリング９ｂの押し付け力が高まるため、シール面９ｃの耐久性が低下し磨耗促進につながる。従って、凹部９ｄの数は、シール性および耐久性に及ぼすデメリットと、シール面分離によるメリットとの兼ね合いで決定するとよい。

例えば図４に示すように、凹部９ｄを１つ形成して、シール面９ｃを２箇所に分離してもよい。なお、図４のシール部材９ａにおいては、下端部に掻き落とし部９ｆを形成していないが、弁軸４（不図示）の外周部に付着した排ガスデポジットを角部９ｅ，９ｅ’で掻き落とすことができるので、シール面９ｃへの排ガスデポジット侵入を抑制可能である。また、図４において、シール部材９ａの排ガス通路１ａ側の端部に掻き落とし部９ｆを形成した場合には、この掻き落とし部９ｆが弁軸４の外周部に当接して弁軸４の動きに合わせて弾性変形して排ガスデポジットを掻き落とすので、シール面９ｃへの排ガスデポジット侵入をさらに抑制することができる。

なお、図３では掻き落とし部９ｆを、弁軸４の軸方向に対して傾斜した形状に形成した例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、掻き落とし部９ｆを、弁軸４の軸方向に対して直交する形状に形成してもよい。この形状の場合にも、弁軸４の動きに合わせて掻き落とし部９ｆが弾性変形し、排ガスデポジットを掻き落とすことができる。

また、実施の形態１によれば、シール部材９ａのＯリング９ｂの受け面９ｇの曲率半径をＯリング９ｂの曲率半径より小さくしたので、Ｏリング９ｂによる押し付け力を分散させ、シール面９ｃの磨耗を抑制することができる。

なお、シール９を排気ガス再循環バルブに用いる例を説明してきたが、シール９を別の用途のバルブに用いることも可能である。
また、上記以外にも、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、この発明に係るバルブは、軸受部と弁軸との隙間を塞ぐシールに、弁軸の付着物を掻き落とす機能を追加するようにしたので、車両に搭載される排気ガス再循環バルブなどに用いるのに適している。

１ハウジング、１ａ排ガス通路、２バルブシート、３弁体、４，１０３弁軸、５フィルタ、６軸受部７，９ｂ，１０１Ｏリング、８プレート、９シール、９ａ，１００シール部材、９ｃシール面、９ｄ凹部、９ｅ，９ｅ’ 角部、９ｆ掻き落とし部、９ｇ受け面、１０プラグ、１１スプリング、１２スプリングホルダ、１３コッタ、１４モータ、１４ａ出力軸、１０２テーパ部。

Claims

内部に流体の通路を有するハウジングと、
前記通路を開閉する弁体を有する弁軸と、
前記弁軸を摺動可能に支持する軸受部と、
前記ハウジングに対して固定され、前記弁軸と前記軸受部との隙間を塞ぐ環状のシール部材と、
前記シール部材の内周面を前記弁軸の外周部へ押し付けるＯリングとを備えるバルブにおいて、
前記シール部材は、前記内周面に環状の凹部が形成されており、前記弁軸の摺動に伴って前記内周面と当該凹部との境界となる角部で前記弁軸の外周部の付着物を掻き落とし、当該凹部に溜め、
前記シール部材は、前記内周面に前記環状の凹部が複数形成されていることを特徴とするバルブ。
内部に流体の通路を有するハウジングと、
前記通路を開閉する弁体を有する弁軸と、
前記弁軸を摺動可能に支持する軸受部と、
前記ハウジングに対して固定され、前記弁軸と前記軸受部との隙間を塞ぐ環状のシール部材と、
前記シール部材の内周面を前記弁軸の外周部へ押し付けるＯリングとを備えるバルブにおいて、
前記シール部材は、前記内周面に環状の凹部が形成されており、前記弁軸の摺動に伴って前記内周面と当該凹部との境界となる角部で前記弁軸の外周部の付着物を掻き落とし、当該凹部に溜め、
前記シール部材の前記通路側の端部に形成され、前記弁軸の外周部に当接して前記弁軸の動きに合わせて弾性変形して前記付着物を掻き落とす掻き落とし部を備えることを特徴とするバルブ。
内部に流体の通路を有するハウジングと、
前記通路を開閉する弁体を有する弁軸と、
前記弁軸を摺動可能に支持する軸受部と、
前記ハウジングに対して固定され、前記弁軸と前記軸受部との隙間を塞ぐ環状のシール部材と、
前記シール部材の内周面を前記弁軸の外周部へ押し付けるＯリングとを備えるバルブにおいて、
前記シール部材は、前記内周面に環状の凹部が形成されており、前記弁軸の摺動に伴って前記内周面と当該凹部との境界となる角部で前記弁軸の外周部の付着物を掻き落とし、当該凹部に溜め、
前記シール部材の前記Ｏリングの受け面の曲率半径は、前記Ｏリングの曲率半径より小さいことを特徴とするバルブ。