JP6633660B2

JP6633660B2 - 軸封装置

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Publication number: JP6633660B2
Application number: JP2017567593A
Authority: JP
Inventors: 裕美石川; 直弘竹本
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2036-02-15
Also published as: US20180347706A1; WO2017141331A1; JPWO2017141331A1; DE112016006437T5; CN108138989A

Description

本開示は、回転軸におけるガス漏れを抑制する技術に関する。

下記特許文献１には、軸側に設けられた部材と排気管側に設けられた部材とが面接触することによってガス漏れを抑制する軸封装置が開示されている。

特許第５３４５７０８号公報

しかしながら、上記の軸封装置では、面接触によって両部材を接触させるので、両部材を均等に接触させることが難しく、ガス漏れを抑制しにくいという問題があった。
本開示の一局面は、軸封装置において回転軸におけるガス漏れをより確実に抑制できることが望ましい。

本開示の一局面の軸封装置は、流路管と、回転部と、バルブと、軸側シール部と、流路側シール部と、を備える。
流路管は、内部にガスの流路を備え、該流路と該流路の外部とを連通する貫通孔を有している。回転部は、貫通孔に挿入されて保持され、予め設定された回転軸で回転する。バルブは、回転部の回転に伴って流路の少なくとも一部を開放および閉塞する。軸側シール部は、回転部の外周部に沿って突出して設けられる。流路側シール部は、流路管と回転部との間に配置され、軸側シール部に対して回転部を囲んで線接触する。

このような軸封装置によれば、軸側シール部と流路側シール部とを線接触させるので、これらを面接触させる場合よりも均等に接触させやすく構成できる。よって、軸封装置において流路から流路の外部へのガス漏れを抑制することができる。

また、本開示の一局面の軸封装置は、軸側シール部を流路側シール部側に付勢するように構成された付勢部材を備えてもよい。
このような軸封装置によれば、軸側シール部を流路側シール部側に付勢することができるので、軸側シール部と流路側シール部との接触圧を高めることができる。よって、流路から流路の外部へのガス漏れをより抑制することができる。

また、本開示の一局面の軸封装置において付勢部材は、軸側シール部を流路側シール部側に付勢し、かつバルブを予め設定された位置にて保持してもよい。
このような軸封装置によれば、付勢部材に、軸側シール部を流路側シール部側に付勢する機能と、バルブを予め設定された位置にて保持する機能とを持たせることができるので、それぞれの機能毎に付勢部材を設ける場合と比較して、省スペース化することができる。

また、本開示の一局面の軸封装置においては、回転軸を通る仮想平面で軸封装置を切断した際に、軸側シール部および流路側シール部のうちの一方が、これらの当接部位において直線で構成され、軸側シール部および流路側シール部のうちの他方が、これらの当接部位において曲線で構成されてもよい。

このような軸封装置によれば、軸側シール部および流路側シール部を確実に線接触させることができる。
また、本開示の一局面の軸封装置では、回転軸を通る仮想平面で軸封装置を切断した際に、軸側シール部および流路側シール部の当接部位が、それぞれ曲線で構成されてもよい。

このような軸封装置によれば、軸側シール部および流路側シール部を確実に線接触させることができる。
また、本開示の一局面の軸封装置においては、軸側シール部および流路側シール部は、回転軸を通る仮想平面で軸封装置を切断した際に、回転部を挟んで位置する複数の当接部位を備え、軸側シール部は、複数の当接部位にて回転軸側への力を受けるか、または回転軸とは反対側への力を受けてもよい。

このような軸封装置によれば、回転部を一定の位置に保持する機能を備えることができる。よって、流路側シール部を、回転部を保持する軸受けとして機能させることができる。

軸封装置の構成を示す斜視図である。軸封装置におけるII−II断面図である。バルブおよびバルブ開閉機構の分解斜視図である。バルブにおける正面図である。バルブにおけるV−V断面図である。実施形態のバルブの断面図においてシール部の拡大図である。付勢部材の組み付け前の軸封装置におけるVII−VII断面図である。付勢部材の組み付け後の軸封装置における断面図である。第１変形例のバルブの断面図においてシール部の拡大図である。第２変形例のバルブの断面図においてシール部の拡大図である。第３変形例のバルブの断面図においてシール部の拡大図である。

１…軸封装置、２…流路管、３…ガス流路、４…貫通孔、６…弁座、１０…バルブ、１２…弁体、１４…回転部、１４Ａ…先端部、１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ…軸側シール部、１４Ｆ…突起部、１６…第１円筒部、１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１６Ｅ…流路側シール部、１７…当接部位、１８…第２円筒部、２０…バルブ開閉機構、２２…被係合部材、２２Ａ…係止孔、２４…付勢部材、２６…保持部。

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す軸封装置１は、例えば乗用車等の内燃機関を有する移動体に搭載される。この軸封装置１は、内燃機関からの排気ガス等のガス１４２が流通する流路管２の内部に配置されたバルブ１０を、流路管２の外部からガス１４２漏れを抑制しつつ作動させるものである。

軸封装置１は、図１および図２に示すように、流路管２と、バルブ１０と、バルブ開閉機構２０と、を備える。流路管２は、両端が開口した筒状に形成され、内部にガスの流路であるガス流路３を形成する。流路管２は、内燃機関からのガス１４２が流入するエキゾーストパイプやエキゾーストマニホールドなどに接続される。また、流路管２には、ガス流路３の内部とガス流路３の外部とを連通する貫通孔４が設けられている。なお、連通とは、複数の空間が連なった状態であることを示す。

バルブ１０は、図３および図４に示すように、弁体１２と、回転部１４と、第１円筒部１６と、第２円筒部１８と、を備える。
弁体１２は、ガス流路３の少なくとも一部を開放または閉塞する部位であり、回転部１４の回転と一体になって変位する。弁体１２は、流路管２の内部に設けられた弁座６と接触する閉弁位置と、弁座６から離れた開弁位置との間で変位する。なお、閉弁位置については図２において実線で示し、開弁位置については図２において破線で示す。

回転部１４は、貫通孔４に挿入されて保持され、予め設定された回転軸２１で回転する円柱状の部材である。
第１円筒部１６は、図３〜図５にて示すように、両端が開口した円筒形に形成され、内部に回転部１４が挿通される。なお、挿通とは、孔に挿入された部材の先端が孔から突き出た状態を示す。第１円筒部１６は、挿通された回転部１４の弁体１２よりも貫通孔４側の部位を保持する。また、第１円筒部１６は、外周部が貫通孔４の内側に隙間なく接合される。

第２円筒部１８は、図３〜図５にて示すように、両端が開口した円筒形に形成され、内部に回転部１４が挿通される。第２円筒部１８は、流路管２の内部にて保持される。すなわち、流路管２においては、回転部１４の一端のみが流路管２の外部に露出し、回転部１４の他端は流路管２の外部に露出することなく内部にて保持される。

なお、第２円筒部１８は、回転部１４を回転可能に保持する軸受けとしての機能を備える。すなわち、第２円筒部１８は、図５に示すように、閉塞部材３２と、軸支持部材３４と、軸座部材３６とを備える。

閉塞部材３２は、第２円筒部１８の第１円筒部１６とは反対側を閉塞する。詳細には、閉塞部材３２は、第２円筒部１８の内径と概ね一致する外径を有し、第２円筒部１８に少なくとも一部が挿入された状態で固定される。

軸支持部材３４は、回転部１４の外周に沿って配置され、回転部１４を回転可能に支持する周知の軸受けとして構成される。軸支持部材３４は、周知のベアリング等、任意の構成を採り得る。

軸座３６は、閉塞部材３２に固定され、かつ回転部１４の回転軸２１上に配置される。この軸座３６は、例えば、摩擦が小さくなるよう研磨された金属によって構成されており、回転部１４における閉塞部材３２の端部と接触することによって、回転部１４が閉塞部材３２に移動することを抑制する。なお、付勢部材２４を備える構成では、回転部１４が閉塞部材３２から離れる方向に付勢されるため、軸座３６を備えない構成としてもよい。一方、付勢部材２４を備えない構成では、回転部１４が回転軸２１上を何れかの方向に移動するおそれが高まるため、軸座３６を備えることが好ましい。

ここで、流路管２においては、貫通孔４を設けて回転部１４を流路管２の外部から回転できるよう構成しているため、第１円筒部１６と回転部１４との隙間から流路管２を流れるガスが漏れないよう対策を行う必要がある。そこで、本実施形態においては、図５および図６に示すように、回転部１４に軸側シール部１４Ｂを備えるとともに、第１円筒部１６の内周面に沿って内側に突出する流路側シール部１６Ｂを備える。軸側シール部１４Ｂは、回転部１４の外周部に沿って突出して設けられている。

流路側シール部１６Ｂは、流路管２において配置され、軸側シール部１４Ｂと回転部１４を囲んで当接部位１７にて線接触する。当接部位１７とは、流路側シール部１６Ｂと軸側シール部１４Ｂとが接触する部位を表す。当接部位１７の形状は、円形または楕円形となるよう構成される。

なお、軸側シール部１４Ｂおよび流路側シール部１６Ｂは、例えば、図５や図６に示すように、回転部１４における回転軸２１を通る任意の仮想平面で軸封装置１を切断した際に、軸側シール部１４Ｂにおける当接部位１７を含む接触面が直線で構成され、流路側シール部１６Ｂにおける当接部位１７を含む接触面が曲線で構成される。また、軸側シール部１４Ｂは、回転部１４における回転軸２１内側に当接部位１７が向けられ、流路側シール部１６Ｂは、回転部１４における回転軸外側に当接部位１７が向けられる。

このとき、軸側シール部１４Ｂにおける当接部位１７は、図６に示すように、回転部１４の回転軸２１を通る仮想平面で軸封装置１を切断した際に、回転部１４を挟んで位置する。この図において、軸側シール部１４Ｂは、複数の当接部位１７のそれぞれにおいて、回転部１４の回転軸２１とは反対側への力Ｐ１およびＰ２を受ける。すなわち、回転部１４は、当接部位１７から受ける力Ｐ１およびＰ２が均等となるように、複数の当接部位１７と回転部１４の中心軸との距離が等しくなる中心位置に寄せられて保持されることになる。このような作用により、軸封装置１においては、流路側シール部１６Ｂを回転部１４の軸受けの１つとして機能させることができる。

次に、バルブ開閉機構２０は、図３に示すように、被係合部材２２と、付勢部材２４と、保持部２６と、を備える。
被係合部材２２は、係止孔２２Ａが形成されている。係止孔２２Ａには、弁軸となる回転部１４の先端部１４Ａが挿通されて固定される。被係合部材２２は、流路管２の外部に配置されたモータやサーモアクチュエータ等の動力部によって回転させられることによって、回転部１４を回転させ、弁体１２を作動させる。

保持部２６は、金属にて構成され、付勢部材２４のバルブ１０側の端部を該端部が移動しないよう保持する。
付勢部材２４は、例えば、ねじりコイルばねとして構成されている。付勢部材２４は、バルブ１０側の端部が保持部２６に固定され、反対側の端部が被係合部材２２に接続される。また、付勢部材２４の被係合部材２２に接続された端部は、被係合部材２２の回転に伴って変位する。この構成によって、弁体１２が予め設定された位置から変位すると、付勢部材２４がこの位置に戻るよう付勢力を与えることになる。

この結果、付勢部材２４は、バルブ１０の弁体１２を予め設定された位置にて保持しようとすることになる。なお、予め設定された位置とは、例えば、弁体１２が開弁した位置や閉弁した位置等を示す。特に、本実施形態では、弁体１２を閉弁する方向に付勢力を加えるように取り付けられる。

付勢部材２４は、図３および図７に示すように、外力を受けないときにおいて、ねじりコイルばねを構成する鋼線の間隔が開くよう構成されている。そして、付勢部材２４を回転部１４に組み付ける際には、図８に示すように、鋼線の間隔が狭くなるよう外力を受けた状態とされる。この状態において付勢部材２４は、鋼線の間隔が開く方向に付勢力を発する。つまり、付勢部材２４は、回転部１４が被係合部材２２側に移動する方向の付勢力を発揮する。この付勢部材２４により、流路側シール部１６Ｂと軸側シール部１４Ｂとの当接部位１７においてこれらが互いに接触しようとする力が向上することになる。

［１−２．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）上記の軸封装置１は、流路管２と、回転部１４と、バルブ１０と、軸側シール部１４Ｂと、流路側シール部１６Ｂと、を備える。

流路管２は、内部にガスのガス流路３が形成され、該ガス流路３の内部と該ガス流路３の外部とを連通する貫通孔４が設けられている。回転部１４は、貫通孔４に挿入されて保持され、予め設定された回転軸２１で回転する。バルブ１０は、回転部１４の回転に伴ってガス流路３の少なくとも一部を開放および閉塞する。軸側シール部１４Ｂは、回転部１４の外周部に沿って突出して設けられている。流路側シール部１６Ｂは、流路管２と回転部１４との間において配置され、軸側シール部１４Ｂに対して回転部１４を囲んで線接触する。

このような軸封装置１によれば、軸側シール部１４Ｂと流路側シール部１６Ｂとを線接触させるので、これらを面接触させる場合よりも均等に接触させやすく構成できる。よって、軸封装置１においてガス流路３からガス流路３の外部へのガス漏れを抑制することができる。また、軸側シール部１４Ｂと流路側シール部１６Ｂとを線接触させるので、これらを面接触させる場合よりもバルブ１０を変位させる際の摩擦抵抗を小さくすることができる。

（１ｂ）上記の軸封装置１は、軸側シール部１４Ｂを流路側シール部１６Ｂ側に付勢するように構成された付勢部材２４を備える。
このような軸封装置１によれば、軸側シール部１４Ｂを流路側シール部１６Ｂ側に付勢することができるので、軸側シール部１４Ｂと流路側シール部１６Ｂとの接触圧を高めることができる。よって、ガス流路３からガス流路３の外部へのガス漏れをより抑制することができる。

（１ｃ）上記の軸封装置１において付勢部材２４は、軸側シール部１４Ｂを流路側シール部１６Ｂ側に付勢し、かつバルブ１０を予め設定された位置にて保持する。
このような軸封装置１によれば、付勢部材２４に、軸側シール部１４Ｂを流路側シール部１６Ｂ側に付勢する機能と、バルブ１０を予め設定された位置にて保持する機能とを持たせることができるので、それぞれの機能毎に付勢部材２４を設ける場合と比較して、省スペース化することができる。また、それぞれの機能毎に付勢部材２４を設ける場合と比較して、部品点数を削減することもでき、コスト削減に寄与する。

（１ｄ）上記の軸封装置１においては、回転軸２１を通る仮想平面で軸封装置１を切断した際に、軸側シール部１４Ｂおよび流路側シール部１６Ｂのうちの一方が、これらの当接部位１７において直線で構成され、軸側シール部１４Ｂおよび流路側シール部１６Ｂのうちの他方が、これらの当接部位１７において曲線で構成される。

このような軸封装置１によれば、断面においては直線と曲線との点接触となるため、軸側シール部１４Ｂおよび流路側シール部１６Ｂを確実に線接触させることができる。
（１ｅ）上記の軸封装置１においては、軸側シール部１４Ｂおよび流路側シール部１６Ｂは、回転軸２１を通る仮想平面で軸封装置１を切断した際に、回転部１４を挟んで位置する複数の当接部位を備え、軸側シール部１４Ｂは、複数の当接部位にて回転軸２１側への力を受けるか、または回転軸２１とは反対側への力を受ける。

このような軸封装置１によれば、回転部１４を一定の位置に保持する機能を備えることができる。よって、流路側シール部１６Ｂを、回転部１４を保持する軸受けとして機能させることができる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（２ａ）上記実施形態では、回転部１４における回転軸２１を通る任意の仮想平面で軸封装置を切断した際に、軸側シール部１４Ｂにおける流路側シール部１６Ｂとの当接部位が直線で構成され、流路側シール部１６Ｂにおける軸側シール部１４Ｂとの当接部位が曲線で構成されたが、これに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、軸側シール部１４Ｃにおける流路側シール部１６Ｃとのそれぞれにおいて、当接部位１７を曲線で構成してもよい。

（２ｂ）上記実施形態では、回転部１４の回転軸２１を通る仮想平面で軸封装置１を切断した際に、軸側シール部１４Ｂは、複数の当接部位１７のそれぞれにおいて、回転部１４の回転軸２１とは反対側への力を受けるよう構成したが、回転軸２１側への力を受けるようにしてもよい。

すなわち、図１０に示すように、軸側シール部１４Ｄは、回転部１４における回転軸２１外側に当接部位が向けられ、流路側シール部１６Ｄは、回転部１４における回転軸２１内側に当接部位が向けられる。

（２ｃ）その他、流路側シール部と軸側シール部１４Ｂとは、回転部１４を囲んで線接触していれば任意の形状を採用できる。例えば、図１１に示すように、流路側シール部１４Ｅを、回転部１４から回転部１４の外周に沿って突出して配置し、この流路側シール部１６Ｅ側に、回転部１４の回転軸２１を囲むリング状に形成された突起部１４Ｆを備えてもよい。

（２ｄ）上記実施形態においては、流路管２に排気ガスを流通させたが、流路管２には排気ガス以外のガスを流通させてもよい。
上記（２ａ）〜（２ｄ）としても、上記（１ａ）と同様の効果が得られる。

（２ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（２ｆ）上述した軸封装置の他、当該軸封装置を構成要素とするシステム、軸封方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims

内部にガスの流路を備え、該流路の内部と該流路の外部とを連通する貫通孔を有する流路管と、
前記貫通孔に挿入されて保持され、予め設定された回転軸で回転するように構成された回転部と、
前記回転部の回転に伴って前記流路の少なくとも一部を開放および閉塞するように構成されたバルブと、
前記回転部の外周部に沿って突出して設けられた軸側シール部と、
前記流路管および前記回転部の間に配置され、前記軸側シール部に対して前記回転部を囲んで線接触するように構成された流路側シール部と、
前記軸側シール部を前記流路側シール部側に付勢するように構成された付勢部材と、
を備え、
前記付勢部材は、前記軸側シール部を前記流路側シール部側に付勢し、かつ前記バルブを予め設定された位置にて保持する
ように構成された軸封装置。
軸封装置であって、
内部にガスの流路を備え、該流路の内部と該流路の外部とを連通する貫通孔を有する流路管と、
前記貫通孔に挿入されて保持され、予め設定された回転軸で回転するように構成された回転部と、
前記回転部の回転に伴って前記流路の少なくとも一部を開放および閉塞するように構成されたバルブと、
前記回転部の外周部に沿って突出して設けられた軸側シール部と、
前記流路管および前記回転部の間に配置され、前記軸側シール部に対して前記回転部を囲んで線接触するように構成された流路側シール部と、
を備え、
前記軸側シール部および前記流路側シール部は、前記回転軸を通る仮想平面で当該軸封装置を切断した際に、前記回転部を挟んで位置する複数の当接部位をさらに備え、
前記軸側シール部は、前記複数の当接部位にて前記回転軸側への力を受けるか、または前記回転軸とは反対側への力を受ける
ように構成された軸封装置。
内部にガスの流路を備え、該流路の内部と該流路の外部とを連通する貫通孔を有する流路管と、
前記貫通孔に挿入されて保持され、予め設定された回転軸で回転するように構成された回転部と、
前記回転部の回転に伴って前記流路の少なくとも一部を開放および閉塞するように構成されたバルブと、
前記回転部の外周部に沿って突出して設けられた軸側シール部と、
前記流路管および前記回転部の間に配置され、前記軸側シール部に対して前記回転部を囲んで線接触するように構成された流路側シール部と、
を備え、
前記軸側シール部は、該軸側シール部の流路側シール部側に、前記回転部の回転軸を囲むリング状に形成された突起部をさらに備えた
軸封装置。
請求項２または請求項３に記載の軸封装置であって、
前記軸側シール部を前記流路側シール部側に付勢するように構成された付勢部材、
をさらに備えた軸封装置。
請求項４に記載の軸封装置であって、
前記付勢部材は、前記軸側シール部を前記流路側シール部側に付勢し、かつ前記バルブを予め設定された位置にて保持するように構成された
軸封装置。
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の軸封装置であって、
前記回転軸を通る仮想平面で当該軸封装置を切断した際に、前記軸側シール部および前記流路側シール部のうちの一方が、これらの当接部位において直線で構成され、前記軸側シール部および前記流路側シール部のうちの他方が、これらの当接部位において曲線で構成された
軸封装置。
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の軸封装置であって、
前記回転軸を通る仮想平面で当該軸封装置を切断した際に、前記軸側シール部および前記流路側シール部の当接部位が、それぞれ曲線で構成された
軸封装置。