JP6907807B2 - 複合シールリング - Google Patents
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Description
また、樹脂の高温クリープによってシールリングの張力が低下し、通路部とのシール面圧が低下しシール不良に至るおそれがある。
樹脂製のシールリングは、回動変位により通路(80)を開閉するバルブ(70)の外周溝(75)に装着され、バルブの全閉時に、通路を形成する通路部(81)の内壁(84)とバルブとの間をシールする。
金属製のスプリングは、シールリングの径方向の幅の範囲内に環状に配置され、シールリングに作用する圧力又はシールリングの変形に応じて、シールリングを径外方向及び径内方向に押圧可能である。
本明細書で「複合シールリング」とは、樹脂製のシールリングに金属製のスプリングが組み合わされてなるシールリングをいう。本実施形態の複合シールリングは、排気の一部を吸気通路に還流するEGRシステムにおいて、EGRガスの通路開閉及び開度調整を行うバルブ装置に適用される。
図1、図2に、バルブ装置の概略構成を示す。その概要は特許文献1(特開2016−211678号公報)に記載された内容と同様であるため、詳細な説明を省略し、簡単に説明する。図1、図2において、複合シールリングは、第1実施形態の複合シールリング101を代表として図示する。
ハウジング91内で通路80を形成する部分のうち、バルブ70が回動する部分を通路部81と記す。図1、図2の構成例では、ハウジング91の孔に内挿されたノズルにより通路部81が構成されており、このノズルの内壁が「通路部81の内壁」に相当する。
例えばハウジング91はアルミニウム合金のダイカスト製であり、ノズルは、耐熱性や耐腐食性に優れたステンレス等により形成されている。
バルブ70は、シャフト95の先端部に、シャフト95の軸に対して傾斜した状態で固定され、シャフト95と一体に回動することにより通路80の開度を調整する。
センサケース96は、シャフト95の回転角度を検出することでバルブ70の開度を検出する回転角センサ97が収容されている。リターンスプリング98は、バルブ70を閉弁方向に向けて付勢する
シールリング301は、PPS、PTFE、PEEK等の樹脂材料で成形された平板状のリングである。シールリング301は、弾性変形可能であり、バルブ70の全閉時に、バルブ70と通路部81の内壁84との間をシールする。
ただし、各実施形態によって、スプリング50がシールリングの径方向の幅の範囲内に配置される詳細な構成が異なる。以下、複合シールリングの詳細な構成及び作用効果について実施形態毎に説明する。各実施形態の複合シールリング及び樹脂製のシールリングの符号は、それぞれ、「10」、「30」に続く3桁目に実施形態の番号を付す。
図3(a)、図3(b)を参照し、第1実施形態の複合シールリング101の構成を説明する。第1実施形態の複合シールリング101は、シールリング301の軸方向の一方の端面31に形成されたスプリング溝35にスプリング50が収容されている。
シールリング301の軸方向断面は、軸方向の一方の端面31、他方の端面32、内周面33及び外周面34に囲まれた略矩形状であり、一方の端面31にスプリング溝35が形成されている。スプリング溝35は、溝底壁352、径方向内側の溝内壁353、及び、径方向外側の溝内壁354を有し、スプリング50を収容可能に形成されている。スプリング50は、スプリング溝35に収容されることにより、シールリング301の径方向の幅の範囲内に環状に配置される。
シールリング301をバルブ外周溝75へ組み付ける時、作業者は、弾性変形により合口39を離間させて一旦拡径させ、外周溝75に挿着する。挿着後、シールリング301は縮径する。また、バルブ装置90で使用されるとき、ガスの圧力によってシールリング301が拡径し合口39が離間するものの、バルブ全閉時には合口39の隙間が密着するように形成されている。
スプリング50は、周方向の一箇所に合口59を有しており、スプリング溝35に収容された状態で、合口59に臨む周方向端部56の位置が周端壁36によって規制される。そのため、シールリング301の合口39とスプリング50の合口59とは、周方向の同じ位置に配置される。
この構成により、第1実施形態の複合シールリング101は、シールリング301に対するスプリング50の周方向の回転、すなわち相対移動が抑制される。したがって、スプリング50の摺動によるシールリング301の摩耗が抑制される。
図11(a)、図11(b)に示すように、従来技術の樹脂製シールリング309は、第1実施形態のシールリング301に対しスプリング溝35が形成されておらず、単純な略矩形状の断面を有する。
図12(b)、図13(b)において、バルブ70の上流側端面71から下流側端面72に向かうFlow方向にEGRガスが流入する。バルブ外周溝75は、上流側の溝内壁751、下流側の溝内壁752、及び溝底壁753を有している。
Flow方向に流入するガスの圧力Pは、シールリング309の一方の端面31に作用し、他方の端面32が外周溝75の下流側溝内壁752に押し当てられる。また、シールリング309の内周面33と外周溝75の溝底壁753との間に流入したガスの圧力Pが内周面33を径外方向に押し広げるように作用する。以下、外周溝75の溝底壁753側から内周面33に対し径外方向に作用する圧力Pを「内圧」という。
そのため、図13(a)、図13(b)に示すように、シールリング309の外周面34がフリーとなるバルブ開時に合口39が広がり、シールリング309が径外方向に移動して外周溝75から脱落するおそれがある。脱落したシールリング309がバルブ70と通路部81との間に噛み込むと、シールリング309が折損したり、バルブ70がロックしたりするおそれがある。
各実施形態の複合シールリングは、第1実施形態と同様に、樹脂製シールリング302−306に組み合わされた金属製スプリング50によって内圧に対する剛性を確保し、バルブ外周溝75からの脱落を防止することができる。また、高温クリープ後の張力を確保することができる。
第2実施形態について、図6(a)、図6(b)を参照する。
第2実施形態の複合シールリング102は、第1実施形態に対しシールリング302の周方向両端部に周端壁36が形成されていない。そのため、スプリング50は、周方向に自由に回転可能となっている。図6(a)には、スプリング50の合口59とシールリング302の合口39との位置が一致している状態を示し、図6(b)には、スプリング50の合口59とシールリング302の合口39との位置がずれた状態を示す。
第2実施形態では、スプリング50が自由に回転できることにより、スプリング50とシールリング302との衝突によるストレスが軽減される。
第3実施形態について、図7を参照する。
第3実施形態の複合シールリング103は、周方向におけるシールリング303の合口39とは反対側に隔壁37が形成されている。スプリング50は、合口59が隔壁37を挟むようにスプリング溝35に収容される。したがって、シールリング303の合口39の部分に、スプリング50の合口59とは反対側の部分が対応する。
第4実施形態について、図8を参照する。
第4実施形態の複合シールリング104は、第1実施形態の複合シールリング101に対し、シールリング304のスプリング溝35の溝内壁353、354から径方向に突出する複数の当接部38が形成されている。径方向内側の溝内壁353から径外方向に突出する当接部38はスプリング50の内周面に当接し、径方向外側の溝内壁354から径内方向に突出する当接部38はスプリング50の外周面に当接する。これにより、当接部38が設けられた箇所がスプリング50による面圧発生箇所として特定される。
なお、図8の例は、第1実施形態に準じ、シールリング304の合口39とスプリング50の合口59とが周方向の同じ位置に配置されているが、合口39、59が周方向の異なる位置に配置された第3実施形態に当接部38の構成を適用してもよい。
また、第4実施形態の変形例では、当接部38は、スプリング溝35の径方向内側の溝内壁353、又は、径方向外側の溝内壁354のいずれか一方のみに形成されてもよい。
第5実施形態について、図9(a)、図9(b)を参照する。
第5実施形態の複合シールリング105は、スプリング50の少なくとも一部がシールリング305の内部に埋め込まれている。典型的には、スプリング50がインサート成形されることによりシールリング305にモールドされる。スプリング50は、シールリング305の内部に埋め込まれることにより、シールリング305の径方向の幅の範囲内に環状に配置される。
また、スプリング50の合口59に面する周方向端部56は、シールリング305の合口39から露出している。スプリング50の周方向端部56が解放されることで、熱応力を緩和させることができる。
次に、第6実施形態について、図10(a)、図10(b)を参照する。
第6実施形態の複合シールリング106におけるシールリング306は、第1実施形態のシールリング301の合口39において、周方向の両端部が径方向及び軸方向に重なる形状が形成されたものである。
シールリング306の合口40は、径方向外側において一方及び他方の端部から互いに延出する係止片41、42と、径方向内側において各係止片41、42に対応する被係止片43、44とから構成される。係止片41と被係止片43、係止片42と被係止片44はそれぞれ径方向に重なり、係止片41と係止片42とは軸方向に重なる。これにより、バルブ全閉時に合口40の隙間を好適に密着させ、シール性を向上させることができる。
なお、第2−第5実施形態についても同様に、第6実施形態や変形例の合口の構成を適用可能である。
本発明の複合シールリングは、EGRバルブ装置に限らず、吸気ガスが流れるスロットルバルブ装置や、その他バタフライ弁を用いる各種開閉弁、流量調整弁、圧力調整弁等に適用可能である。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
301−306・・・(樹脂製の)シールリング、
35・・・スプリング溝、
50・・・(金属製の)スプリング、
70・・・バルブ、 75・・・(バルブ)外周溝、
80・・・通路、 81・・・通路部、 84・・・内壁。
Claims (7)
- 回動変位により通路(80)を開閉するバルブ(70)の外周溝(75)に装着され、前記バルブの全閉時に、前記通路を形成する通路部(81)の内壁(84)と前記バルブとの間をシールする樹脂製のシールリング(301−306)と、
前記シールリングの径方向の幅の範囲内に環状に配置され、前記シールリングに作用する圧力又は前記シールリングの変形に応じて、前記シールリングを径外方向及び径内方向に押圧可能な金属製のスプリング(50)と、
を備える複合シールリング。 - 前記スプリングは、前記シールリング(301−304、306)の軸方向の一方の端面(31)に形成されたスプリング溝(35)に収容されている請求項1に記載の複合シールリング。
- 前記シールリング及び前記スプリングはそれぞれ周方向の一箇所に合口(39、59)を有しており、
前記シールリングの合口と前記スプリングの合口とは、周方向の同じ位置に配置されている請求項2に記載の複合シールリング。 - 前記シールリング及び前記スプリングはそれぞれ周方向の一箇所に合口(39、59)を有しており、
前記シールリングの合口と前記スプリングの合口とは、周方向の異なる位置に配置されている請求項2に記載の複合シールリング。 - 前記スプリング溝の溝内壁(353、354)から径方向に突出し、前記スプリングの内周面又は外周面の少なくとも一方に当接する当接部(38)が形成されている請求項2〜4のいずれか一項に記載の複合シールリング。
- 前記スプリングは、少なくとも一部が前記シールリング(305)の内部に埋め込まれている請求項1に記載の複合シールリング。
- 前記スプリングは、合口に面する周方向端部(56)が前記シールリングから露出している請求項6に記載の複合シールリング。
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