(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動力を発生させるアクチュエータ部と、
内部に設けた流体通路に連通する貫通穴を形成したハウジングと、
一端側を前記アクチュエータ部に連結し、他端側を前記貫通穴から前記流体通路に挿入して、前記アクチュエータ部の回転駆動力により回転するバルブ軸と、
前記バルブ軸と一体に回転して、前記流体通路を開閉するバルブと、
前記アクチュエータ部と前記ハウジングの間に設けた水冷通路と、
前記水冷通路より前記アクチュエータ部側に配置され、前記バルブが前記流体通路を閉じる方向へ前記バルブ軸を付勢するスプリングと、
前記水冷通路より前記アクチュエータ部側に配置されて前記バルブ軸の一端側を軸支すると共に、前記バルブを間に挟んだ前記バルブ軸の他端側を軸支する、両持ち構造の軸受け部を備え、
前記両持ち構造の軸受け部の一方を、前記水冷通路より前記アクチュエータ部側に配置されて前記バルブ軸の一端側を軸支するベアリングで構成し、
前記バルブ部の振動印加時および流体圧力印加時の荷重の合計よりも大きい耐荷重を持たせるようにして、前記バルブ部にかかる荷重を前記ベアリングの外輪と内輪で支持し、
前記アクチュエータ部と一体的に形成され回転駆動するピニオンギアと、
前記水冷通路より前記アクチュエータ部側に配置され、前記両持ち構造の軸受け部に挟まれた部分の前記バルブ軸に一体的に形成され前記ピニオンギアに噛合するギアと、
前記スプリングおよび前記ベアリングを収納するギアカバーとを備え、
前記ベアリングの外輪は前記ギアカバーに固定され、前記ベアリングの内輪は前記バルブ軸に固定された前記ギアと、前記ベアリングの内輪に当接し上方から下方へ押さえる部材とにより挟まれて軸方向に隙間なく固定されることを特徴とする流体制御バルブ。
【請求項２】
アクチュエータ部を囲うヒートシールドを、水冷通路と一体的に形成することを特徴とする請求項１記載の流体制御バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高温流体が流れる管路に設置される流体制御バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体（特に〜８００℃の高温流体）の流れる管路に設置されるＥＧＲＶ（排気ガス再循環バルブ）のような流体制御バルブは、高温流体からバルブ軸を伝わる伝熱があるため、アクチュエータ部の出力軸とバルブ軸とをギアで直接噛合させて一体化構造にすることが困難であった。そこで、アクチュエータ部の基板、樹脂部材といった耐熱温度の低い部品を保護するために、アクチュエータ部の出力軸とバルブ軸とをリンク、ワイヤ等で接続して別体構造にし、バルブ軸からの伝熱が直接アクチュエータ部へ届かないように断熱するものが多かった。
【０００３】
ただし、従来の流体制御バルブの中には、特許文献１，２のようにアクチュエータ部の出力軸とバルブ軸とをギアで直接噛合させた一体化構造を採用しているものもある。特許文献１，２に係る流体制御バルブは、アクチュエータ部を高温流体の伝熱および輻射熱から保護するために、流体通路を設けたバルブ部ハウジングとアクチュエータ部ハウジングとで材質を変え（バルブ部ハウジングをステンレス鋼または耐熱鋼、アクチュエータ部ハウジングをアルミニウム）、さらにアクチュエータ部ハウジングにエンジン冷却水を循環供給して冷却する。その他、アクチュエータ部ハウジングとバルブ部ハウジングの接触面積を極力減らして、その間に空気の断熱層を設けたり、管路とバルブ部の流体通路との間にステンレス筒を挟み込んだりして、耐熱性を確保する。これらの構成により、適用可能ガス温を６００℃〜８００℃に高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９６４３７号公報
【特許文献２】特開２００７−２８５３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２のバルブ径を大きくして、大流量用の流体制御バルブに適用すると、バルブ軸と一体化構造になったアクチュエータ部への伝熱および輻射熱の熱量が大きくなって、耐熱性を十分に確保できない恐れがある。また、特許文献１ではアクチュエータ部がバルブ部の横に設置されているため、熱量の大きくなった伝熱および輻射熱の影響をより受けやすくなる。従って、従来の流体制御バルブでは、大流量が流れる〜８００℃のような高温下で使用される流体制御バルブへの適用が困難であるという課題があった。
【０００６】
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、大流量かつ高温流体に対応した流体制御バルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の流体制御バルブは、回転駆動力を発生させるアクチュエータ部と、内部に設けた流体通路に連通する貫通穴を形成したハウジングと、一端側をアクチュエータ部に連結し、他端側を貫通穴から流体通路に挿入して、アクチュエータ部の回転駆動力により回転するバルブ軸と、バルブ軸と一体に回転して、流体通路を開閉するバルブと、アクチュエータ部とハウジングの間に設けた水冷通路と、水冷通路よりアクチュエータ部側に配置され、バルブが流体通路を閉じる方向へバルブ軸を付勢するスプリングと、水冷通路よりアクチュエータ部側に配置されてバルブ軸の一端側を軸支すると共に、バルブを間に挟んだバルブ軸の他端側を軸支する、両持ち構造の軸受け部を備え、両持ち構造の軸受け部の一方を、水冷通路よりアクチュエータ部側に配置されてバルブ軸の一端側を軸支するベアリングで構成し、バルブ部の振動印加時および流体圧力印加時の荷重の合計よりも大きい耐荷重を持たせるようにして、バルブ部にかかる荷重をベアリングの外輪と内輪で支持し、アクチュエータ部と一体的に形成され回転駆動するピニオンギアと、水冷通路よりアクチュエータ部側に配置され、両持ち構造の軸受け部に挟まれた部分のバルブ軸に一体的に形成されピニオンギアに噛合するギアと、スプリングおよびベアリングを収納するギアカバーとを備え、ベアリングの外輪はギアカバーに固定され、ベアリングの内輪はバルブ軸に固定されたギアと、ベアリングの内輪に当接し上方から下方へ押さえる部材とにより挟まれて軸方向に隙間なく固定されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、アクチュエータ部と内部に流体通路を設けたハウジングとを別体で構成すると共に、その間に水冷通路を配置することにより、大流量かつ高温の流体の伝熱および輻射熱から耐熱温度の低いアクチュエータ部およびフェールセーフ用のスプリングを保護することができるようになり、大流量かつ高温流体に対応した流体制御バルブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る流体制御バルブの構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る流体制御バルブのダイレクトリンク構造を示す平面図である。
【図３】図１に示すＡＡ線に沿って切断したバルブ部の断面図である。
【図４】図１に示すＢＢ線に沿って切断した水冷通路の断面図である。
【図５】実施の形態１に係る流体制御バルブにおける、水冷による冷却の影響と流体の熱による影響とを表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１に示す流体制御バルブは、バルブ開閉の回転駆動力を発生させるアクチュエータ部１０と、アクチュエータ部１０の駆動力をバルブ軸３２に伝達するギア部２０と、高温ガス等の流体が流通する管（不図示）に介装され、バルブ３３を開閉して流体の流量を制御するバルブ部３０とからなる。
【００１１】
アクチュエータ部１０はＤＣモータ等をモータ１１に用い、このモータ１１をヒートシールド１２で囲う。モータ１１の出力軸の一端側は、ギアボックス２１内部に伸びたピニオンギア２２が形成されている。図２に示すように、モータ１１が正転駆動または逆転駆動するとピニオンギア２２が扇型のギア２３に噛合して回転し、モータ１１の駆動力を直接的にバルブ軸３２へ伝達する。以下では、このピニオンギア２２とギア２３の噛合によりモータ１１の出力軸とバルブ軸３２を直結した一体化構造をダイレクトリンク構造と称す。バルブ軸３２は、ベアリング２４の内輪に固着して回転自在に軸支され、モータ１１の駆動力により回転中心軸Ｘを中心に回転して、バルブ軸３２に固定されているバルブ３３を開閉させる。
【００１２】
ダイレクトリンク構造にすることにより、モータ１１の出力軸であるピニオンギア２２とバルブ軸３２とをギア２３で直結するので、軸ずれおよび伝達ロスが少ない。また、部品点数の削減、コスト低減およびコンパクト化が可能となる。さらに、流体制御バルブのコンパクト化だけでなく、この流体制御バルブを搭載する側でもレイアウトスペースが少なくて済む、アクチュエータ部１０とバルブ部３０が一体化しているので外部のアクチュエータに連結する必要がない等の利点がある。
【００１３】
ギア部２０のハウジングはギアボックス２１とギアカバー２５とを接合して構成し、このギアカバー２５にヒートシールド１２を一体に形成する。ギアボックス２１およびギアカバー２５はアルミニウムで構成し、ヒートシールド１２はアルミニウムまたはステンレス鋼で構成する。
【００１４】
ベアリング２４の外輪は、底面をギアカバー２５内周面の段差部分に嵌合させ、上面からプレート２６を圧入固定することにより、ギアカバー２５内部に固定されている。このベアリング２４には、バルブ部３０の振動印加時および流体圧力印加時の荷重の合計よりも大きい耐荷重を持たせるようにして、バルブ部３０にかかる荷重をベアリング２４の外輪と内輪で支持する構成とする。これにより、バルブ軸３２およびバルブ３３のガタツキを抑制することができるので、耐振性を確保でき、大流量化が可能となる。
【００１５】
また、フェールセーフとして、バルブ軸３２の上端側にスプリングホルダ２７で保持されたリターンスプリング２８が配置されており、このリターンスプリング２８がバルブ軸３２を付勢して、バルブ３３をバルブシート３４ａに当接する閉位置へ戻す。
【００１６】
バルブ部ハウジング３１は、鋳鉄、ステンレス鋼等の耐熱鋼で構成する。このバルブ部ハウジング３１には、外部と流体通路３４とを連通する貫通穴３５が設けられている。この貫通穴３５にバルブ軸３２が挿入される。また、この貫通穴３５の上端側には金属製のフィルタ部３６、下端側にはブッシュ３７が周設されている。バルブ軸３２の一端側をベアリング２４で軸支し、他端側をブッシュ３７で軸支するようにして両持ちの軸受け部を構成する。先立って説明した特許文献１，２のようにバルブ軸を一端側から軸支するような片持ち構造では、流体圧力が大きいと、バルブが流体から受ける偏荷重によりバルブ軸の軸受け部分にこじりが発生しやすいと推定される。また、軸折れの懸念もある。一方、本実施の形態１の両持ちの軸受け部であれば、バルブ軸３２の軸受け部にこじりが発生しにくくなり、軸折れも発生しにくくなる。従って、大流量に適用が可能となる。
【００１７】
また、従来は、バルブ部のバルブ軸の一端とアクチュエータ部の出力軸がリンクでつながれている構造が多く、その場合、バルブ軸の両端が支持されていてもアクチュエータ部の駆動力はリンクでつながれている一端側からしかかからないため、偏荷重を受けてこじりおよび軸折れが発生しやすい。これに対し、本実施の形態１ではバルブ軸３２を両持ちにして両端を支持し、ダイレクトリンク構造を両端支持の間、即ちバルブ軸３２の途中に接続するので、アクチュエータ部１０の駆動力が両端の軸受け部それぞれに伝わりやすくなり、両端で受ける偏荷重の度合いが少なくなる。よって、こじりおよび軸折れがより発生しにくくなる。さらに、両持ち構造の軸受け部のうち、一方をベアリング２４にすることによって、バルブ軸３２と軸受け間はボールベアリングで支えることができるため、バルブ軸３２との間をすべり面で支えるすべり軸受けの場合と比較して摺動がしやすく、こじりが発生しにくくなる。
【００１８】
また、バルブ部３０をステップタイプのバタフライバルブにする。具体的には、図３に示すように、流体通路３４に段差（ステップ）を設けてバルブシート３４ａを形成する。一方のバルブ軸３２には円形状のバルブ３３を取り付け、このバルブ３３がバルブ軸３２と一体に回転中心軸Ｘを中心に回転して、バルブシート３４ａとの間の隙間量を変化させ、流体の流量を制御する。閉弁時には、バルブシート３４ａが、回転中心軸Ｘを境にしたバルブ３３の一方側半円の表面と他方側半円の裏面とに当接してシールする。
【００１９】
本構造では、高温時に、バルブ軸３２のベアリング２４で固定された部分が基点となって、バルブ軸３２がブッシュ３７の方向へ熱膨張して伸びるため、バルブ３３の位置ずれが発生する。この位置ずれがバルブシート３４ａの段差Ｃ内でおさまる程度であれば、バルブ３３が位置ずれしても流体通路３４に干渉せず、かつ、バルブシート３４ａとの間からの洩れもない。このように、ステップタイプのバルブ構造にして段差Ｃの長さを適切に設定することにより、バルブ軸３２の熱膨張によるバルブ３３の位置ずれの影響をキャンセルできる。
【００２０】
図４に示すように、ギアボックス２１に水冷通路２９が形成されている。この水冷通路２９はアクチュエータ部１０およびギア部２０とバルブ部３０との間であってバルブ軸３２の途中に配置される。図示例では、水冷通路２９の３箇所の出入口のうち１箇所を栓２９ａで塞いでコの字型の通路にし、一方を入口、他方を出口にする。
【００２１】
図５は、水冷通路２９による冷却効果（実線で示す矢印）と流体通路３４を流れる高温流体の熱の影響（破線で示す矢印）を表した模式図である。ギアボックス２１およびギアカバー２５をアルミニウム製にして、水冷通路２９の水冷効果を高め、バルブ軸３２、ベアリング２４、リターンスプリング２８等の各部品を効率的に冷却する。また、水冷通路２９と一体的に形成したヒートシールド１２（アルミニウムまたはステンレス鋼）の水冷効果も高めることができるので、アクチュエータ部１０を効率的に冷却できる。
【００２２】
また、バルブ部３０とベアリング２４の間にギア２３を配置したので、バルブ軸３２を伝わる熱をギア２３で吸収させてベアリング２４への伝熱を抑え、ベアリング２４を保護できる。さらに、リターンスプリング２８もバルブ部３０から離れた位置に配置して、ギア２３で熱を吸収させ、リターンスプリング２８への伝熱を抑える。
【００２３】
また、バルブ部ハウジング３１とギアボックス２１を、ボルト３９により固定する。図１に示すように、ボルト３９の固定部分以外は、バルブ部ハウジング３１とギアボックス２１を接触させずに隙間を設けているため、バルブ部３０からの輻射熱を断熱できる。また例えバルブ部３０から輻射熱を受けても、この熱がギアボックス２１およびギアカバー２５を通過する構造にしたので、アクチュエータ部１０への伝熱を抑制できる。
【００２４】
このように、バルブ部３０からアクチュエータ部１０およびギア部２０への伝熱および輻射熱の影響を低減して、モータ１１、ギア２３、ベアリング２４、リターンスプリング２８等の部品の耐熱性を確保できるので、高温かつ大流量の流体に対応可能である。
【００２５】
また、バルブ部ハウジング３１とギアボックス２１の間のバルブ軸３２にカバー３８を配設して、流体通路３４を流通する流体がバルブ軸３２の表面を伝わってギアボックス２１内へ吹き抜けて侵入しないようにする。これにより、ギアボックス２１のバルブ軸３２を挿通するための開口付近にカバー３８によるラビリンス構造が形成されるので、流体（排ガス）だけでなく、外部からバルブ部ハウジング３１とギアボックス２１の隙間を抜けてきた水および異物もギアボックス２１内に侵入しにくくなる。
【００２６】
ギアボックス２１内への水および異物侵入を完全に防ぐために、カバー３８に加えて、ギアボックス２１とバルブ軸３２の隙間に軸シール４１，４２を設置したり、ギアボックス２１とギア２３の隙間に軸シール４３を設置したりしてもよい。
【００２７】
なお、さらなる大流量化が必要な場合は、流体通路３４とバルブ３３の径を大きくして対応することが可能である。バルブ３３の径を大きくすることにより流体から受ける荷重も増大するので、必要に応じてバルブ軸３２を軸支するベアリング２４の個数を増やしたり、ブッシュ３７を長くしてバルブ軸３２との接触面積を増やしたりして、軸受け部分を強化してもよい。
【００２８】
以上より、実施の形態１によれば、流体制御バルブは、回転駆動力を発生させるアクチュエータ部１０と、内部に設けた流体通路３４に連通する貫通穴３５を形成したバルブ部ハウジング３１と、一端側をアクチュエータ部１０に連結し、他端側を貫通穴３５から流体通路３４に挿入して、アクチュエータ部１０の回転駆動力により回転するバルブ軸３２と、バルブ軸３２と一体に回転して流体通路３４を開閉するバルブ３３と、アクチュエータ部１０とバルブ部ハウジング３１の間に設けた水冷通路２９と、水冷通路２９よりアクチュエータ部１０側に配置され、バルブ３３が流体通路３４を閉じる方向へバルブ軸３２を付勢するリターンスプリング２８とを備えるように構成した。このため、耐熱温度の低いアクチュエータ部１０およびフェールセーフ用のリターンスプリング２８を、バルブ部３０を流れる大流量かつ高温の流体の伝熱および輻射熱から保護することができるようになる。よって、大流量かつ高温流体に対応した流体制御バルブを提供することができる。
【００２９】
また、実施の形態１によれば、流体制御バルブは、水冷通路２９よりアクチュエータ部１０側に配置されてバルブ軸３２の一端側を軸支すると共に、バルブ３３を間に挟んだバルブ軸３２の他端側を軸支する、両持ち構造の軸受け部を備えるように構成した。このため、こじりおよび軸折れが発生しにくくなるとともに、大流量の流体からの荷重に対する耐性が向上する。
さらに、この両持ち構造の軸受け部の一方を、水冷通路２９よりアクチュエータ部１０側に配置されてバルブ軸３２の一端側を軸支するベアリング２４で構成するようにしたので、大流量かつ高温の流体の伝熱および輻射熱からベアリング２４を保護できる。また、バルブ軸３２が摺動しやすくなり、こじりがより発生しにくくなる。
【００３０】
また、実施の形態１によれば、流体制御バルブは、アクチュエータ部１０と一体的に形成され回転駆動するピニオンギア２２と、水冷通路２９よりアクチュエータ部１０側に配置され、バルブ軸３２と一体的に形成されピニオンギア２２に噛合するギア２３とを備えるように構成した。これにより、ギア２３が水冷通路２９により冷却されるので、バルブ軸３２からアクチュエータ部１０への伝熱を遮断してアクチュエータ部１０を保護できる。そのため、アクチュエータ部１０の出力軸であるピニオンギア２２とバルブ軸３２とをギア２３により直接連結できるようになり、部品点数の削減、コスト低減、およびコンパクト化が可能となる。また、軸ずれおよび伝達ロスも少ない。
さらに、このギア２３を、両持ち構造の軸受け部に挟まれた部分のバルブ軸３２に一体的に形成することにより、アクチュエータ部１０の駆動力がバルブ軸３２の両端へ伝わりやすくなるので、該両端で受ける偏荷重の度合いが少なくなり、こじりおよび軸折れがより発生しにくくなる。
【００３１】
また、実施の形態１によれば、流体制御バルブは、アクチュエータ部１０を囲うヒートシールド１２を、水冷通路２９を設けたギアカバー２５と一体的に形成するようにしたので、アクチュエータ部１０を効率的に冷却でき、流体の伝熱および輻射熱から保護できる。
【００３２】
なお、上記実施の形態１では流体制御バルブを大流量かつ高温の流体用に適用した場合を説明したが、小流量、低温であっても適用可能であることは言うまでもない。
【００３３】
また、ダイレクトリンク構造を用いてアクチュエータ部１０の出力軸をバルブ軸３２に連結したが、これに限定されるものではなく、アクチュエータ部１０の出力軸をバルブ軸３２に直接連結してもよい。この場合であっても、バルブ部３０からの熱を水冷通路２９が冷却するギアボックス２１およびギアカバー２５で遮断すると共にヒートシールド１２で囲うので、アクチュエータ部１０を熱から保護できる。そのほか冷却が必要なベアリング２４、リターンスプリング２８等の部品も水冷通路２９よりアクチュエータ部１０側に配置するので耐熱性を確保できる。
【図１】
0005404927.tif 000002
【図２】
0005404927.tif 000003
【図３】
0005404927.tif 000004
【図４】
0005404927.tif 000005
【図５】
0005404927.tif 000006