(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が導入される円筒体と、
該円筒体内に挿入され当該円筒体の中心を軸として回転可能に支持される軸部材と、
該軸部材と前記円筒体との間に介装され前記流体を密封する密封部材とを備えた軸部材の密封保持装置であって、
前記密封部材が、
前記軸部材周りに配置され、前記円筒体の内周面に嵌着される第１の環状プレートと、
該第１の環状プレートに隣接して前記軸部材周りに配置され、前記軸部材の外周面に嵌着される第２の環状プレートと、
該第２の環状プレートに隣接して前記軸部材周りに配置され、前記円筒体の内周面に嵌着される第３の環状プレートを備え、
該第３の環状プレートは、前記第１の環状プレートと前記第３の環状プレートとの間の軸方向の間隙を規定する立壁部であって、当該間隙に配置される前記第２の環状プレートが軸方向に隙間なく保持される状態で前記第１の環状プレートの板面に当接する立壁部を有する 
ことを特徴とする軸部材の密封保持装置。
【請求項２】
前記立壁部は、前記第３の環状プレートの外周に沿って一体的に形成された円環状の立壁部である 
ことを特徴とする請求項１記載の軸部材の密封保持装置。
【請求項３】
前記第１の環状プレートの内周面と前記軸部材の外周面との間に第１の環状空間を有し、
前記第２の環状プレートの外周面と前記立壁部の内周面との間に第２の環状空間を有し、且つ、
前記第３の環状プレートの内周面と前記軸部材の外周面との間に第３の環状空間を有する
ことを特徴とする請求項２記載の軸部材の密封保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸部材の密封保持装置に関し、特に、内燃機関の排気系に供される弁装置に好適な軸部材の密封保持装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を搭載する自動車においては、排気系に供される弁装置として、例えば、排気装置内を流れる排気ガスの流量制御を行う弁装置があり、バタフライバルブが多用されている。このようなバタフライバルブを用いた弁装置においては、高温高圧の排気ガスが軸部材（バルブシャフト）の支持部から漏洩することを防止すべく、軸部材の密封保持装置として、通常ラビリンスシール構造の密封部材（シール部材）が設けられている。このラビリンスシールの一般的な構造は、例えば下記の特許文献１の図４に開示されており、「ラビリンスシールは、各々ステンレス鋼製の第一小径リングと大径リングと第二小径リングとを備えている。これら第一小径リング、大径リング、第二小径リングは、ガス通路側からレバー側に向かって、この順番に配置されている。また、第二小径リングのレバー側には、ステンレス鋼製のワッシャーリングが並設されている。ワッシャーリングの外周面は、弁軸孔の内周面に当接している。」旨説明されている（特許文献１の段落〔００３７〕に記載。但し、付記された符合は省略）。
【０００３】
更に、総合的な熱効率の向上のために、内燃機関の排気熱を熱交換器で回収し、冷却媒体を加熱して諸機関の暖機促進や暖房性能向上に供する排気熱回収装置（ヒートコレクタ）が普及しつつある。例えば、下記の特許文献２に排気熱回収器が提案されており、この排気熱回収器に供されるバルブシャフトの支持構造（特許文献２の図３に開示）に関し、「軸受の間には、排気ガスの漏出を抑えるラビリンスが嵌め込み装着されている」旨付言されている（特許文献２の段落〔００４６〕に記載。但し、同段落内で付記された符合は省略）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１５４８８８号公報
【特許文献２】特許第４８２１８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のラビリンスシールにおいては、その構成部材を軸方向に隙間なく保持する必要があるが、前掲の特許文献１では、ワッシャーリング、ワイヤフィルター、第二スリーブ、補強カラー、軸受等の多数の部材によって複雑な保持構造が構成されており、コスト及び重量が嵩むだけでなく、各部材の精度、隙間精度、押圧力のバラツキ等により、位置決め精度を維持することは困難である。また、前掲の特許文献２においても、ラビリンスが嵌め込まれる二つの軸受を所望の軸方向位置に調整することは至難である。
【０００６】
そこで、本発明は、ラビリンスシールの構成部材のみによって軸方向の位置決めを適切且つ確実に行い得る軸部材の密封保持装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を達成するため、本発明は、流体が導入される円筒体と、該円筒体内に挿入され当該円筒体の中心を軸として回転可能に支持される軸部材と、該軸部材と前記円筒体との間に介装され前記流体を密封する密封部材とを備えた軸部材の密封保持装置であって、前記密封部材が、前記軸部材周りに配置され、前記円筒体の内周面に嵌着される第１の環状プレートと、該第１の環状プレートに隣接して前記軸部材周りに配置され、前記軸部材の外周面に嵌着される第２の環状プレートと、該第２の環状プレートに隣接して前記軸部材周りに配置され、前記円筒体の内周面に嵌着される第３の環状プレートを備え、該第３の環状プレートは、前記第１の環状プレートと前記第３の環状プレートとの間の軸方向の間隙を規定する立壁部であって、当該間隙に配置される前記第２の環状プレートが軸方向に隙間なく保持される状態で前記第１の環状プレートの板面に当接する立壁部を有する構成としたものである。
【０００８】
上記の密封保持装置において、前記立壁部は、前記第３の環状プレートの外周に沿って一体的に形成された円環状の立壁部とするとよい。
【０００９】
更に、前記第１の環状プレートの内周面と前記軸部材の外周面との間に第１の環状空間を有し、前記第２の環状プレートの外周面と前記立壁部の内周面との間に第２の環状空間を有し、且つ、前記第３の環状プレートの内周面と前記軸部材の外周面との間に第３の環状空間を有する構成とするとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明の密封保持装置は、流体として例えば内燃機関の排気ガスを対象とする弁装置に好適であり、特に、密封部材は、軸部材周りに配置され、円筒体の内周面に嵌着される第１の環状プレートと、これに隣接して軸部材周りに配置され、軸部材の外周面に嵌着される第２の環状プレートと、これに隣接して軸部材周りに配置され、円筒体の内周面に嵌着される第３の環状プレートを備え、これらによってラビリンスシールが構成されており、この第３の環状プレートは、第１の環状プレートと第３の環状プレートとの間の軸方向の間隙を規定する立壁部であって、当該間隙に配置される第２の環状プレートが軸方向に隙間なく保持される状態で第１の環状プレートの板面に当接する立壁部を有しており、第２の環状プレート自身が軸方向の位置決め機能を有し、例えば挿入による組み立てのみによって、適正なクリアランスが設定されるので、特に位置決めのための構造や別部材を必要としない。この結果、密封部材のコスト及び重量の何れも削減することができ、組立も容易となる。
【００１１】
上記の立壁部は、第３の環状プレートの外周に沿って一体的に形成された円環状の立壁部とすれば、第１乃至第３の環状プレートの何れも、例えばステンレス鋼板に対するプレス加工によって容易に製造することができるので、安価な装置とすることができる。
【００１２】
特に、第１の環状プレートの内周面と軸部材の外周面との間に第１の環状空間を有し、第２の環状プレートの外周面と立壁部の内周面との間に第２の環状空間を有し、且つ、第３の環状プレートの内周面と軸部材の外周面との間に第３の環状空間を有する構成とすれば、特に位置決めのための構造や別部材を必要とすることなく、第１乃至第３の環状プレートの組み立てのみによって軸方向の位置決めを適切且つ確実に行うことができ、組立も容易となる。従って、排気熱回収装置に好適な軸部材の密封保持装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸部材の密封保持装置の横断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る軸部材の密封保持装置が装着された排気熱回収装置の縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る軸部材の密封保持装置が装着された排気熱回収装置の横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る軸部材の密封保持装置が装着された排気熱回収装置の部分断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る軸部材の密封保持装置が装着された排気熱回収装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る軸部材の密封保持装置を示すもので、例えば内燃機関の排気ガス等の流体が導入される円筒体Ｃと、この円筒体Ｃ内に挿入され円筒体Ｃの中心を軸として回転可能に支持される軸部材Ａと、この軸部材Ａと円筒体Ｃとの間に介装され流体を密封（シール）する密封部材（シール部材）ＲＳを備えている。図１に示すように、軸部材Ａは軸受部材Ｂを介して円筒体Ｃに回転可能に支持されており、円筒体Ｃ内の流体が軸受部材Ｂを介して外部に漏れないよう、軸部材Ａと円筒体Ｃとの間に密封部材ＲＳが介装されている。
【００１５】
本実施形態の密封部材ＲＳは、軸部材Ａ周りに配置され、円筒体Ｃの内周面に嵌着される第１の環状プレートＰ１と、第１の環状プレートＰ１に隣接して軸部材Ａ周りに配置され、軸部材Ａの外周面に嵌着される第２の環状プレートＰ２と、第２の環状プレートＰ２に隣接して軸部材Ａ周りに配置され、円筒体Ｃの内周面に嵌着される第３の環状プレートＰ３を備えている。そして、第３の環状プレートＰ３には、第２の環状プレートＰ２の板厚に応じて設定され、第１の環状プレートＰ１の板面に当接して第１の環状プレートＰ１と第３の環状プレートＰ３との間の軸方向の間隙を規定し、所謂スペーサとして機能する立壁部Ｐ３ｓが形成されている。上記の環状プレートＰ１、Ｐ２及びＰ３は、何れも耐熱性の高いステンレス鋼板をプレス加工によって円筒状に形成したものであるが、軸受部材Ｂは特に高温耐熱性に優れたワイヤ圧縮体で構成されている。尚、第２の環状プレートＰ２はシールリングとも呼ばれる。
【００１６】
本実施形態においては、立壁部Ｐ３ｓは、第３の環状プレートＰ３の外周に沿って円環状に一体的に形成されている。而して、第１の環状プレートＰ１の内周面と軸部材の外周面との間に第１の環状空間Ｓ１が形成される状態で第１の環状プレートＰ１が円筒体Ｃ内に圧入され、第２の環状プレートＰ２の外周面と立壁部Ｐ３ｓの内周面との間に第２の環状空間Ｓ２が形成される状態で第２の環状プレートＰ２が軸部材Ａに挿入され、且つ、第３の環状プレートＰ３の内周面と軸部材Ａの外周面との間に第３の環状空間Ｓ３が形成される状態で第３の環状プレートＰ３が円筒体Ｃ内に圧入されている。
【００１７】
図１に示すように、第３の環状プレートＰ３の立壁部Ｐ３ｓの外周面は円筒体Ｃの内周面に密着しており、気密シール性が確保されるように構成されているが、第３の環状プレートＰ３の外周面が円筒体Ｃの内周面に密着しておれば、必ずしも立壁部Ｐ３ｓの外周面が円筒体Ｃの内周面に密着している必要はない。また、第１の環状プレートＰ１にも立壁部Ｐ１ａが形成されており、円筒体Ｃの内周面に密着し気密シール性が確保されているが、これは他部材に対する軸方向の間隙を規定するものではない。従って、第１の環状プレートＰ１については、立壁部Ｐ１ａを省略することとしてもよいが、これを設けることによって円筒体Ｃへの圧入時の倒れ防止機能及び気密シール性を確保することができる。
【００１８】
以上のように、本実施形態の密封部材ＲＳは、上記の環状プレートＰ１、Ｐ２及びＰ３によってラビリンスシールが構成されており、第２の環状プレートＰ２自身が軸方向の位置決め機能を有する。従って、環状プレートＰ１、Ｐ２及びＰ３の圧入及び挿入による組み立てのみによって、シールリングたる第２の環状プレートＰ２に対し適正なクリアランスが設定されるので、特に位置決めのための構造や別部材を必要としない。この結果、密封部材ＲＳのコスト及び重量の何れも削減することができ、組立も容易となる。尚、本実施形態においては、上記の環状プレートＰ１、Ｐ２及びＰ３（３枚）が一組として構成される最小単位（セット）のラビリンスシールであるが、必要に応じて、複数組のセットを同軸上に配設することとしてもよい。
【００１９】
図２乃至図５は上記の密封保持装置を搭載した排気熱回収装置を示すもので、図３に示すように、内燃機関（図示せず）の排気ガスを導入する主排気流路２と、この主排気流路２から分岐し主排気流路２に合流する迂回流路３と、この迂回流路３を通過する排気ガスと熱交換して排気熱を回収する熱交換器１を備えている。ハウジング２０は、主排気流路２に対し上方に配置されたアッパハウジング２１と、これに接合されるロアハウジング２２によって筐体形状に形成され、封止部材２３によって液密的に分離されている。尚、二つの部材２２ａ及び２２ｂが接合されてロアハウジング２２が形成されている。更に、主排気流路２と迂回流路３との連通を開閉する弁装置４が設けられている。
【００２０】
熱交換器１は、アッパハウジング２１によってケースが構成され、複数個（本実施形態では５個）の熱交換セグメント（代表して１０で示す）を有し、各熱交換セグメント１０は、所定方向の一つの面が開口する筐体１１と、筐体１１内に収容された案内部材１２によって構成されている。各案内部材１２は、所定方向（筐体１１の長手方向）のガス流のみを許容する複数の流路ＧＰを有し、筐体１１の長手方向の前後に開口部１１ａ、１１ｂを形成するように配置される。上記５個の熱交換セグメント１０は所定の間隙を隔てて平行に配置され、各熱交換セグメント１０の開口面１０ａと同じ側の面に開口部２１ａを有するアッパハウジング２１によって囲繞されている。而して、アッパハウジング（ケース）２１内に５個の熱交換セグメント１０が収容され、各熱交換セグメント１０の所定方向（筐体１１の長手方向）の前後に迂回流路３のガス導入口３ａ（開口部１１ａ）及びガス排出口３ｂ（開口部１１ｂ）が形成されるように、アッパハウジング２１に支持される。
【００２１】
上記の熱交換器１には、アッパハウジング２１（ケース）内を液密的に区画する封止部材２３が設けられており、この封止部材２３に熱交換セグメント１０が支持される。而して、アッパハウジング２１及び封止部材２３の内面と５個の熱交換セグメント１０の外面との間、並びに、それらの熱交換セグメント１０が相互に隣接する筐体１１、１１間の間隙に、冷却媒体流路ＦＰが形成される。尚、冷却媒体流路ＦＰへの冷却媒体導入口２１ｂが、冷却媒体流路ＦＰからの冷却媒体排出口２１ｃより下方に設けられており、冷却媒体導入口２１ｂと冷却媒体排出口２１ｃとの間に整流板２４が介装されている。
【００２２】
整流板２４は櫛型形状を有し、図示は省略するが、一部の櫛歯は、５個の熱交換セグメント１０が相互に隣接する各間隙に介装されており、上記の熱交換セグメント１０間の各間隙に対する冷却媒体案内路が形成され、各熱交換セグメント１０内で均等に熱交換を行い得るように構成されている。また、各熱交換セグメント１０の案内部材１２は、一枚の熱交換用板材が屈曲され、連続するＳ字状断面を有する波状（図２）に形成されたフィン部材１３で構成されており、図３に破線矢印で示すように排気ガスの流路が形成される。
【００２３】
一方、弁装置４はロアハウジング２２に装着され、ロアハウジング２２内に主排気流路２が形成されている。従って、主排気流路２から迂回流路３に分岐する分岐部２ａと、迂回流路３から主排気流路２に合流する合流部２ｂが、ロアハウジング２２内に形成されている。図３に示すように、弁座２５ａを有する隔壁部材２５が部材２２ａに接合されると共に、連通孔２６ａを有する隔壁部材２６が部材２２ｂに嵌合されており、隔壁部材２５によって分岐部２ａと合流部２ｂが分離されている。
【００２４】
弁装置４は、主排気流路２を開閉する第１の弁部材４１と、迂回流路３を開閉する第２の弁部材４２と、これら第１及び第２の弁部材４１、４２を支持する単一の軸部材４３と、軸部材４３を囲繞するように保持しロアハウジング２２の少なくとも一方の側面（本実施形態では図２の左側の側面）に支持される保持部材４４を備え、軸部材４３は、その両端が軸受部材Ｂ，Ｂを介して保持部材４４に回転可能に支持され、アクチュエータ５０によって回転駆動されるように構成されている。従って、軸部材４３が図１の軸部材Ａに対応し、保持部材４４が図１の円筒体Ｃに対応しており、図２に示すように密封部材ＲＳが介装されている。尚、軸部材４３の一端部には抜け防止としてフランジ部４３ｆが形成されており、他端部にはスリーブ４３ｓが圧入固定されている。更に、スリーブ４３ｓには（後述のアクチュエータ５０を駆動する）レバー４６が溶接固定されると共に、（後述のリターンスプリング４５を係止する）カップ４７が溶接固定されている。
【００２５】
第２の弁部材４２は、円板状の第１の弁部材４１の支持部に接合された湾曲板で構成されており、（隔壁部材２６に両端が支持された）保持部材４４に対し回動自在に軸支された軸部材４３を中心に、第１の弁部材４１と一体となってピボット作動するように構成されている。そして、第２の弁部材４２は合流部２ｂで迂回流路３を開閉するように配設され、第１の弁部材４１が主排気流路２を開位置とするときには、第２の弁部材４２が迂回流路３を閉位置とする（但し、必ずしも全閉状態とする必要はない）と共に、保持部材４４を主排気流路２内の排気ガスに対し遮蔽するように配設されている。これにより、保持部材４４（円筒体Ｃ）ひいては軸部材４３（軸部材Ａ）が主排気流路２内の高温の排気ガスに晒されることを阻止することができる。
【００２６】
図２に示すロアハウジング２２にはブラケット２８が固定されているが、このブラケット２８は、図４及び図５に示すように、アクチュエータ５０が支持されると共に弁装置４の保持部材４４が嵌合されている。この保持部材４４（円筒体Ｃ）は図２に示す隔壁部材２６の連通孔２６ｂに嵌合されており、保持部材４４に収容され回動自在に支持されている軸部材４３（軸部材Ａ）がロアハウジング２２の外側に延出し、ブラケット２８に一端が係止されたリターンスプリング（付勢部材）４５によって所定位置（第１の弁部材４１の閉位置）方向に付勢されている。更に、軸部材４３の先端部にはレバー４６が装着されており、その端部４６ａに対しアクチュエータ５０のロッド５０ａが当接可能に配設されている。
【００２７】
そして、図４に示すように、内燃機関（図示せず）の冷却媒体が導入側パイプＦＴｂを介して冷却媒体導入口２１ｂからアッパハウジング２１内に導入され、冷却媒体排出口２１ｃから排出される熱交換後の高温の冷却媒体が排出側パイプＦＴｃ及び温度検出部ＦＴｘを介して内燃機関（図示せず）に還流するように配管されている。アクチュエータ５０としては、図４に示すように、従前と同様の温度感応ワックスを内蔵した温度感応部材（サーモエレメント）５０ｂが用いられており、温度検出部ＦＴｘ内の熱交換後の冷却媒体温度に応じて、温度感応部材５０ｂがリターンスプリング５０ｃの付勢力に抗してロッド５０ａを前進駆動するように構成されている。尚、図４及び図５には、例えば凍結時に強制的に第１の弁部材４１を駆動するため、更に、電気加熱式のアクチュエータ６０が装着され、レバー４６の端部４６ａと反対側の端部４６ｂに対しロッド６０ａが当接可能に配設されているが、これは省略することとしてもよい。
【００２８】
上記のように構成された排気熱回収装置において、図２及び図３に示す態様は、内燃機関（図示せず）の暖気過程（冷間時）において、排気熱回収優先とし、冷却媒体を早急に温めて暖機及び暖房に供する状態を示しており、主排気流路２が第１の弁部材４１によって全閉状態とされると共に、迂回流路３が全開状態とされている。これにより、排気ガスの流れを破線矢印で示すように、排気管（図示せず）から流入する排気ガスの全てがガス導入口１１ａ（３ａ）から熱交換器１へ流入して積極的に熱回収（冷却）され、ガス排出口１１ｂ（３ｂ）から主排気流路２内へ排出される。一方、内燃機関（図示せず）の中回転乃至高回転時における排気効率優先時には、図３に二点鎖線で示すように主排気流路２が全開状態とされると共に、迂回流路３が第２の弁部材４２によって略全閉状態とされ、排気ガスの殆どが主排気流路２から排気管（図示せず）へ排出される。
【００２９】
上記の排気熱回収装置においても、図２に示す密封部材ＲＳは、図１に拡大して示す環状プレートＰ１、Ｐ２及びＰ３によってラビリンスシールが構成されており、第２の環状プレートＰ２自身が軸方向の位置決め機能を有し、環状プレートＰ１、Ｐ２及びＰ３の圧入及び挿入による組み立てのみによって、第２の環状プレートＰ２に対し適正なクリアランスが設定されるので、特に位置決めのための構造や別部材を必要としない。また、上記の排気熱回収装置においても、環状プレートＰ１、Ｐ２及びＰ３（３枚）が一組として構成される最小単位のラビリンスシールが用いられているが、必要に応じて、複数組のセットを同軸上に配設することとしてもよい。もちろん、上記の排気熱回収装置や排気系弁装置に供される密封保持装置に限らず、自動車以外の種々の流体弁装置への適用も可能である。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ    軸部材
Ｂ    軸受部材
Ｃ    円筒体
ＲＳ    密封部材
Ｐ１  第１の環状プレート
Ｐ２  第２の環状プレート
Ｐ３  第３の環状プレート
Ｐ３ｓ  立壁部
１  熱交換器
２  主排気流路
３  迂回流路
４  弁装置
１０  熱交換セグメント
１１  筐体
１３  フィン部材
２１  アッパハウジング
２２  ロアハウジング
２３  封止部材
２４  整流板
４１  第１の弁部材
４２  第２の弁部材
４３  軸部材
４４  保持部材
４５  リターンスプリング
４６  レバー
４７  カラー
５０、６０  アクチュエータ
【図１】
0006440570.tif 000002
【図２】
0006440570.tif 000003
【図３】
0006440570.tif 000004
【図４】
0006440570.tif 000005
【図５】
0006440570.tif 000006