(57)【要約】【課題】弁体がモータによって駆動されるＥＧＲバルブにおいて、ロータの位置決めのため、ロータを付勢するロータスプリングを、モータの回転軸周りの構造体において本来必要とされるスペースを利用して配置することにより、ロータの直径を小さくして、モータを小型化する。【解決手段】ＥＧＲバルブ１は、流路１０ａが形成されたバルブハウジング１１と、流路１０ａを開閉して流路１０ａを流れるＥＧＲガスの流量を調整可能とされた弁体１２と、ロータ２２を有するモータ２０とを備え、ロータ２２の回転により弁体１２を移動して流路１０ａの流量調整を行う。さらに、ＥＧＲバルブ１は、ロータ２２とバルブハウジング１１との間に設けられており、ロータ２２の回転軸方向位置を弾性保持するロータスプリング２４と、ロータ回転時のロータスプリング２４によるロータ２２の磨耗を抑制するための摺動部材２５とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路が形成されたバルブハウジングと、
前記流路を開閉して前記流路を流れる流体の流量を調整可能とされた弁体と、
ロータを有するモータとを備え、
ロータの回転により前記弁体を移動して前記流路の流量調整を行うバルブ装置であって、さらに、
ロータとバルブハウジングとの間に設けられており、ロータの回転軸方向位置を弾性保持するロータスプリングと、
ロータ回転時の前記ロータスプリングによるロータの磨耗を抑制するための磨耗抑制部材とを備えているバルブ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記磨耗抑制部材は、ロータとロータスプリングとの間に介挿された摺動部材であるバルブ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記摺動部材は、ロータの回転軸方向に移動自在で、バルブハウジングに対して相対的な回転が規制されており、ロータに対して摺動する摺動面を備えているバルブ装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、
ロータは、その軸芯を回転軸と一致された円筒形状を成し、
前記摺動部材は、ロータの端面に対して摺動する第１摺動面と、ロータの内周面に対して摺動する第２摺動面とを備えているバルブ装置。
【請求項５】
請求項２において、
前記摺動部材は、ロータに固定され、ロータスプリングに対して摺動する第３摺動面と、バルブハウジング側部材に対して摺動する第４摺動面とを備えているバルブ装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記磨耗抑制部材は、ロータスプリングとバルブハウジングとの間に介挿された摺動部材であるバルブ装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記摺動部材、ロータ及びロータスプリングは、共に回転するように構成されているバルブ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記ロータスプリングは、ロータに対して、その軸方向から見て少なくとも一部が互いに重なる位置に設けられているバルブ装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記ロータスプリングは、コイルスプリングであり、コイル径がロータの径方向の大きさに対応する大きさとされているバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排ガス再循環（ＥＧＲ）装置に使用されるＥＧＲバルブ等のバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、ステップモータにより開閉動作されるＥＧＲバルブが開示されている。このＥＧＲバルブは、図８のように構成されている。
【０００３】
図８のＥＧＲバルブは、エンジンの排ガス再循環経路中に挿入されるバルブ本体５０と、バルブ本体５０の弁体５２を弁座５１に対して移動させるステップモータ６０とを備えている。バルブ本体５０は、弁体５２に結合されたステム５３を上下動自在に支持している。ステップモータ６０は、複数のステータコイル６１と、永久磁石を保持したロータ６２と、ロータ６２と共に回転するようにロータ６２内に保持され、中心部に雌ネジを形成された雌ネジ体６３とを備えている。ステム５３には雌ネジ体６３の雌ネジに螺合する雄ネジ５３ａが形成されている。そのため、ステム５３は雌ネジ体６３の回転に伴って軸方向に移動される。また、ロータ６２内には、ステム５３に付勢力を与えて弁体５２を閉方向に付勢するバルブスプリング５４と、ロータ６２をスラスト方向に付勢してロータ６２の位置決めを行うロータスプリング６４とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２２２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近時、ＥＧＲバルブの小型化が求められている。図８のＥＧＲバルブのステップモータ６０に着目すると、そのロータ６２内には２つのスプリング５４、６４が径方向に並んで内装されている。そのため、ロータ６２の直径が大きくなっている。
【０００６】
そこで本発明の課題は、弁体がモータによって駆動されるバルブ装置において、ロータの位置決めのため、ロータを付勢するロータスプリングを、モータの回転軸周りの構造体において本来必要とされるスペースを利用して配置することにより、ロータの直径を小さくして、モータを小型化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明は、流路が形成されたバルブハウジングと、前記流路を開閉して前記流路を流れる流体の流量を調整可能とされた弁体と、ロータを有するモータとを備え、ロータの回転により前記弁体を移動して前記流路の流量調整を行うバルブ装置である。さらに、第１発明は、ロータとバルブハウジングとの間に設けられており、ロータの回転軸方向位置を弾性保持するロータスプリングと、ロータ回転時の前記ロータスプリングによるロータの磨耗を抑制するための磨耗抑制部材とを備えている。
【０００８】
第１発明において、ロータスプリングは、ロータに対してロータの回転軸方向のどちら側に配置しても良い。
【０００９】
第１発明によれば、ロータスプリングはロータとバルブハウジングとの間に設けられることにより、モータの回転軸周りの構造体において本来必要とされるスペースを利用して配置され、ロータスプリング単独でモータの径を大きくすることはないため、ロータの直径を小さくして、モータを小型化することができる。しかも、ロータが小型化することで、ロータの回転慣性力を小さくすることができ、モータのコイルも小型化することができる。
【００１０】
第２発明は、上記第１発明において、前記磨耗抑制部材は、ロータとロータスプリングとの間に介挿された摺動部材である。
【００１１】
第２発明によれば、ロータとロータスプリングとを直接接触させないで、摺動部材によりロータを回転可能に支持することができる。
【００１２】
第３発明は、上記第２発明において、前記摺動部材は、ロータの回転軸方向に移動自在で、バルブハウジングに対して相対的な回転が規制されており、ロータに対して摺動する摺動面を備えている。
【００１３】
第３発明によれば、摺動部材の回転が規制されているため、摺動部材とロータスプリングとの相対回転が抑制され、ロータスプリングによる摺動部材の磨耗を抑制することができる。
【００１４】
第４発明は、上記第２又は第３発明において、ロータは、その軸芯を回転軸と一致された円筒形状を成し、前記摺動部材は、ロータの端面に対して摺動する第１摺動面と、ロータの内周面に対して摺動する第２摺動面とを備えている。
【００１５】
第４発明によれば、摺動部材の第１摺動面によりロータをスラスト方向に支持すると共に、第２摺動面によりラジアル方向にも支持することができる。
【００１６】
第５発明は、上記第２発明において、前記摺動部材は、ロータに固定され、ロータスプリングに対して摺動する第３摺動面と、バルブハウジング側部材に対して摺動する第４摺動面とを備えている。
【００１７】
第５発明において、バルブハウジング側部材とは、バルブハウジング自体でもよいし、バルブハウジングに設けられた軸受等の部材でもよい。
【００１８】
第５発明によれば、摺動部材によりロータを保護すると共に、ロータの摺動抵抗を抑制することができる。
【００１９】
第６発明は、上記第１発明において、前記磨耗抑制部材は、ロータスプリングとバルブハウジングとの間に介挿された摺動部材である。
【００２０】
第６発明によれば、摺動部材によりロータを回転可能に支持することができる。
【００２１】
第７発明は、上記第６発明において、前記摺動部材、ロータ及びロータスプリングは、共に回転するように構成されている。
【００２２】
第７発明によれば、ロータとロータスプリングとが相対回転しないため、ロータスプリングによるロータの磨耗を抑制することができる。
【００２３】
第８発明は、上記第１〜第７発明のいずれかにおいて、前記ロータスプリングは、ロータに対して、その軸方向から見て少なくとも一部が互いに重なる位置に設けられている。
【００２４】
第９発明は、上記第１〜第８発明のいずれかにおいて、前記ロータスプリングは、コイルスプリングであり、コイル径がロータの径方向の大きさに対応する大きさとされている。
【００２５】
第８又は第９発明によれば、ロータスプリングによる付勢力をロータに対して効率良く伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態の縦断面図である。
【図２】上記第１実施形態のモータ部分の拡大図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面矢視拡大図である。
【図４】図３の断面形状の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態のモータ部分の拡大縦断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態のモータ部分の拡大縦断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態のモータ部分の拡大縦断面図である。
【図８】本発明の従来例の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１、２は、本発明の第１実施形態を示す。第１実施形態は、ステップモータ駆動のＥＧＲバルブに本発明を適用した例を示す。このＥＧＲバルブは、図１に示した方向でエンジン（図示省略）に取り付けられており、以下の説明において、方向に関する記述は、図示の方向に基づいて行うものとする。但し、本発明において、ＥＧＲバルブの取り付け方向はこの方向に限定されない。
【００２８】
第１実施形態のＥＧＲバルブ１は、エンジンの排ガス再循環経路（図示省略）中に挿入接続されるバルブ本体１０と、バルブ本体１０の弁体１２を弁座１４に対して移動させるステップモータ２０とを備えている。バルブ本体１０は、弁体１２に結合されたステム１３を軸受１５により上下動自在に支持している。ここで、ステム１３は軸受１５に対して軸回りに回転しないように規制されている。
【００２９】
ステップモータ２０は、複数のステータコイル２１とロータ２２とを備えている。ロータ２２は、ボンド磁石製で円筒形状のマグネット部２２ａと、マグネット部２２ａの円筒形内上部に一体に保持され、中心部に雌ネジを形成された雌ネジ体２２ｂとを備えている。ステム１３の上端部には、雌ネジ体２２ｂの雌ネジに螺合する雄ネジ１３ｂが形成されている。そのため、ステム１３は、雌ネジ体２２ｂの回転に伴って軸方向に移動される。また、マグネット部２２ａ内には、ステム１３に付勢力を与えて弁体１２を閉方向に付勢するバルブスプリング１３ａを備えている。
【００３０】
即ち、ＥＧＲバルブ１は、ロータ２２の回転により弁体１２が移動されると、バルブハウジング１１内に形成された流路１０ａを弁体１２により開閉する構成とされている。流路１０ａは、エンジンの排ガス再循環経路に接続されており、ロータ２２の回転量制御により、流路１０ａを流れる排ガス（本発明における流体に相当）の流量を調整可能とされている。
【００３１】
雌ネジ体２２ｂの一部はマグネット部２２ａの回転中心付近で上方に突出して、その突出部周りをベアリング１７により支持されている。ベアリング１７の内輪は雌ネジ体２２ｂの突出部に圧入され、ベアリング１７の外輪はモータハウジング２３の内側凹部にすき間嵌めされている。従って、マグネット部２２ａは雌ネジ体２２ｂを介してベアリング１７により回転自在に支持されている。
【００３２】
マグネット部２２ａの下端側で、マグネット部２２ａとバルブハウジング１１との間には、マグネット部２２ａを上方へ付勢するように、コイルスプリングであるロータスプリング２４が設けられている。ここで、ロータスプリング２４は、マグネット部２２ａとその径方向の大きさを略同じとされ、マグネット部２２ａの回転軸方向で、マグネット部２２ａと重なるように構成されている。即ち、ロータスプリング２４は、モータの回転軸周りのロータ２２において本来必要とされるスペースで、マグネット部２２ａとバルブハウジング１１との間のスペースを利用して配置されている。また、バルブハウジング１１の上面は、ロータスプリング２４がそこに嵌り込んで位置決めされるように、ロータスプリング２４の端部形状に合わせて窪まされている。
【００３３】
また、マグネット部２２ａとロータスプリング２４との間には、摺動部材（本発明の磨耗抑制部材に相当）２５が介挿されている。摺動部材２５は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂により形成されており、マグネット部２２ａに対する摺動抵抗を抑制すると共に、ロータスプリング２４がマグネット部２２ａに直接接触しないようにしている。それによりロータ回転時のロータスプリング２４によるロータ２２の磨耗を抑制している。
【００３４】
摺動部材２５を通じたロータスプリング２４による付勢力は、マグネット部２２ａから雌ネジ体２２ｂを介してベアリング１７に伝達される。そのため、マグネット部２２ａの回転軸（スラスト）方向位置がロータスプリング２４により弾性保持され、併せてマグネット部２２ａのラジアル方向の振れも抑制される。
【００３５】
摺動部材２５は、マグネット部２２ａの端面形状に合わせて円板状に形成され、その円板の内周側には全周に沿ってフランジ部２５ｃが一体に形成されている。円板の上面がマグネット部２２ａの下端面と摺動する第１摺動面（本発明の摺動面に相当）２５ｄであり、フランジ部２５ｃの外周面がマグネット部２２ａの内周面と摺動する第２摺動面２５ｅである。
【００３６】
図３は、摺動部材２５と軸受１５との結合構造を示している。摺動部材２５と軸受１５との間には、２面幅構造が形成されている。即ち、軸受１５の外周側で、軸芯を挟んで両側には、面取部１５ａが形成され、摺動部材２５の内周側で、面取部１５ａに対応する位置には、平面部２５ａが形成されている。そのため、摺動部材２５は、軸受１５に対してマグネット部２２ａの回転軸方向には移動自在であるが、マグネット部２２ａの回転方向には回転を規制されている。その結果、摺動部材２５は、ロータスプリング２４の付勢力をマグネット部２２ａの回転軸方向に伝達してマグネット部２２ａを弾性保持している。また、摺動部材２５は、回転するマグネット部２２ａに対して、マグネット部２２ａの下面及びマグネット部２２ａの内周面との小さい摩擦抵抗で摺動している。
【００３７】
一方、摺動部材２５は、マグネット部２２ａの回転方向には回転を規制されているため、ロータスプリング２４に対して相対回転することはなく、摺動部材２５の下面がロータスプリング２４の端部により引っ掛かれて磨耗することはない。
【００３８】
図４は、摺動部材２５と軸受１５との結合構造の変形例を示している。この変形例では、摺動部材２５と軸受１５との間には、凹凸形状による係合構造が形成されている。即ち、軸受１５の外周側で、軸芯を挟んで両側には、係合凹部１５ｂが形成され、摺動部材２５の内周側で、係合凹部１５ｂに対応する位置には、係合凸部２５ｂが形成されている。そのため、摺動部材２５は、軸受１５に対してマグネット部２２ａの回転軸方向には移動自在であるが、マグネット部２２ａの回転方向には回転を規制されている。摺動部材２５の回転を規制する構造は、図３、４に限定されない。例えば、図３、４では、２面幅構造及び係合構造を、摺動部材２５の内周面上の互いに対向する２箇所に設けたが、回転規制構造を別の構造としてもよいし、回転規制構造の設置箇所を１箇所、３箇所としてもよい。
【００３９】
ステップモータ２０が作動され、ステータコイル２１に印加されるパルス信号に応じてロータ２２が回転されると、弁体１２が弁座１４に対して開かれて、ＥＧＲバルブとして機能する。このとき、マグネット部２２ａの回転は、ベアリング１７と摺動部材２５により軸支される。摺動部材２５はマグネット部２２ａの下端面と内周面との接触抵抗を小さくするように機能して、マグネット部２２ａの回転摩擦抵抗が大きくならないようにしている。また、摺動部材２５は、ロータスプリング２４の上端面がマグネット部２２ａの下端面に直接接触しないようにして、ロータスプリング２４の上端部がマグネット部２２ａの下端面を磨耗させないようにしている。
【００４０】
第１実施形態によれば、ロータスプリング２４はマグネット部２２ａとバルブハウジング１１との間に設けられることにより、マグネット部２２ａの回転軸周りのロータ２２において本来必要とされるスペースを利用して配置され、ロータスプリング２４単独でステップモータ２０の径を大きくすることはない。そのため、マグネット部２２ａの直径を小さくして、ステップモータ２０を小型化することができる。しかも、マグネット部２２ａが小型化することで、マグネット部２２ａの回転慣性力を小さくすることができ、ステップモータ２０のステータコイル２１も小型化することができる。
【００４１】
また、ロータスプリング２４は、コイルスプリングとされ、コイル径がマグネット部２２ａの径方向の大きさと略同じとされているため、ロータスプリング２４による付勢力をマグネット部２２ａに対して効率良く伝達することができる。
【００４２】
図５は、本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、第１実施形態における摺動部材２５の形状を変更して摺動部材２６とした点と、マグネット部２２ａの内周面を軸受１５の外周面に面するようにした点である。その他の点は両者同一であり、同一部分についての再度の説明は省略する。
【００４３】
摺動部材２６は、第１実施形態における摺動部材２５の上側に延びるフランジ部２５ｃをなくしている。その代わり、軸受１５の上端部で外周方向に延びるフランジ部１５ｃを形成して、フランジ部１５ｃの外周面がマグネット部２２ａの内周面に面するようにしている。ここで、摺動部材２６の内周面と軸受１５の外周面との間には、図３又は図４に示したのと同様の構成が設けられている。その構成により、摺動部材２６は、軸受１５に対して軸方向には移動自在だが、相対回転は規制されている。また、軸受１５のフランジ部１５ｃの下面と摺動部材２６の上面との間には、両者が接触しないように隙間が設けられている。従って、ロータスプリング２４による付勢力が、摺動部材２６を介してマグネット部２２ａの下端面に確実に印加される。
【００４４】
第２実施形態のＥＧＲバルブ１では、摺動部材２６はマグネット部２２ａに対して第１実施形態の摺動部材２５と同様に機能する一方、軸受１５のフランジ部１５ｃの外周面は、第１実施形態の摺動部材２５のフランジ部２５ｃと同様に、マグネット部２２ａを軸支する摺動面として機能する。従って、摺動部材２６の上面は、マグネット部２２ａの下端面に摺動する第１摺動面（本発明の摺動面に相当）２６ａを形成している。ここで、摺動部材２６はＰＰＳ樹脂であり、軸受１５は銅の焼結合金である。
【００４５】
従って、機能的には、第２実施形態はマグネット部２２ａの内周面が軸受１５の外周面に面している点の他は、第１実施形態と同一である。なお、軸受１５の外周面には、グリス等の潤滑剤を塗布してマグネット部２２ａの内周面との接触抵抗をより小さくなるようにしてもよい。
【００４６】
図６は、本発明の第３実施形態を示す。第３実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、第１実施形態における摺動部材２５に代えて摺動部材２７を設けた点である。その他の点は両者同一であり、同一部分についての再度の説明は省略する。
【００４７】
摺動部材２７は、ステンレス製であり、マグネット部２２ａの下端部の内周面に圧入されている。そのため、摺動部材２７は、マグネット部２２ａの下端部に一体となってマグネット部２２ａの下端部を保護している。従って、マグネット部２２ａが回転するとき、摺動部材２７も一緒に回転して、摺動部材２７の下面である第３摺動面２７ａではロータスプリング２４の上端部と摺動し、摺動部材２７の内周面である第４摺動面２７ｂでは軸受１５の外周面と摺動する。ロータスプリング２４もステンレス製であり、摺動部材２７とロータスプリング２４とが摺動接触しても磨耗の問題は生じない。また、軸受１５は銅の焼結合金であり、摺動部材２７と軸受１５とが摺動接触しても磨耗の問題は生じない。なお、それらの摺動部分には、グリス等の潤滑剤を塗布して互いの接触抵抗がより小さくなるようにしてもよい。
【００４８】
機能的には、第３実施形態では、マグネット部２２ａと摺動部材２７とが相対回転せず、摺動部材２７とロータスプリング２４及び軸受１５とが相対回転する点の他は、第１実施形態と同一である。
【００４９】
図７は、本発明の第４実施形態を示す。第４実施形態が第１実施形態に対して特徴とする点は、第１実施形態における摺動部材２５に代えて摺動部材２８を設けた点と、軸受１５に、その上端部で外周方向に延びるフランジ部１５ｃを形成して、フランジ部１５ｃの外周面がマグネット部２２ａの内周面に面するようにしている点である。その他の点は両者同一であり、同一部分についての再度の説明は省略する。
【００５０】
摺動部材２８は、ステンレス製であり、ロータスプリング２４の下端部の内周面に圧入されている。そのため、摺動部材２８は、ロータスプリング２４の下端部に一体となっている。従って、マグネット部２２ａが回転するとき、ロータスプリング２４と共に摺動部材２８も一緒に回転して、摺動部材２８の下面及び内周面では、バルブハウジング１１の上端部と摺動する。マグネット部２２ａとロータスプリング２４とが一体となって回転するように、マグネット部２２ａの下端面にロータスプリング２４の上端部が嵌り込んで、回転方向に両者を係合させる凹凸構造を備えてもよい。
【００５１】
バルブハウジング１１はアルミ鋳造品であり、摺動部材２８とバルブハウジング１１とが摺動接触した際の接触抵抗を小さくするように、両者の接触面を研磨しておくことが望ましい。また、軸受１５は銅の焼結合金であり、摺動部材２８と軸受１５と接触した際の接触抵抗も小さくされている。なお、各摺動接触部分には、グリス等の潤滑剤を塗布して接触抵抗が更に小さくなるようにしてもよい。
【００５２】
機能的には、第４実施形態では、マグネット部２２ａとロータスプリング２４とを直接接触させるが、両者を相対回転させないため、ロータスプリング２４の端部によってマグネット部２２ａが磨耗されないようにすることができる。その他の機能は第１実施形態と同一である。
【００５３】
第４実施形態では、摺動部材２８をステンレス製としたが、ＰＰＳ樹脂製としてもよい。また、摺動部材２８に代えてベアリングを用いてもよい。更に、第４実施形態では、摺動部材２８をロータスプリング２４に圧入したが、摺動部材２８をバルブハウジング１１側に固定し、摺動部材２８に対してマグネット部２２ａと一緒に回転するロータスプリング２４が摺動する構成としてもよい。
【００５４】
以上、特定の実施形態について説明したが、本発明は、それらの外観、構成に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明のバルブ装置としてＥＧＲバルブを例示したが、本発明はＥＧＲバルブに限定されず、同様の各種バルブに適用することができる。また、上記実施形態では、ＥＧＲバルブの弁体が上下方向に動く場合について説明したが、弁体の移動方向は限定されない。
【符号の説明】
【００５５】
１      ＥＧＲバルブ
１０    バルブ本体
１０ａ  流路
１１    バルブハウジング
１２    弁体
１３    ステム
１３ａ  バルブスプリング
１３ｂ  雄ネジ
１４    弁座
１５    軸受
１５ａ  面取部
１５ｂ  係合凹部
１５ｃ  フランジ部
１７    ベアリング
２０    ステップモータ
２１    ステータコイル
２２    ロータ
２２ａ  マグネット部
２２ｂ  雌ネジ体
２３    モータハウジング
２４    ロータスプリング
２５、２６、２７、２８  摺動部材（磨耗抑制部材）
２５ａ  平面部
２５ｂ  係合凸部
２５ｃ  フランジ部
２５ｄ、２６ａ  第１摺動面
２５ｅ  第２摺動面
２７ａ  第３摺動面
２７ｂ  第４摺動面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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