(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
プラグ周辺が高温になっても被圧入側部材の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない封止構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
即ち、第一の発明は、
摂氏600度となる高温箇所に設けられた穴のプラグ圧入による封止構造であって、
前記プラグの裏端面に凹部を設けることで円筒部分と円板部分が形成されており、
前記プラグの円筒部分と前記穴のみが締り嵌めの状態となって
おり、
前記穴に内装されるブッシュを具備し、
前記ブッシュの端面に円形凹部が形成されており、
前記プラグの円筒部分が前記ブッシュの円形凹部に挿入された状態となっており、
前記穴の内径が一部拡径されており、
当該拡径された部分に前記プラグの円板部分が収まって、
前記プラグの円板部分と前記穴が隙間嵌めの状態となっている、ものである。
【0007】
第二の発明は、
摂氏600度となる高温箇所に設けられた穴のプラグ圧入による封止構造であって、
前記プラグの裏端面に凹部を設けることで円筒部分と円板部分が形成されており、
前記プラグの円筒部分と前記穴のみが締り嵌めの状態となっており、
前記穴に内装されるブッシュを具備し、
前記ブッシュの端面に円形凹部が形成されており、
前記プラグの円筒部分が前記ブッシュの円形凹部に挿入された状態となっており、
前記プラグの円板部分の外径が縮径されており、
前記プラグの円板部分と前記穴が隙間嵌めの状態となっている、ものである。
【0008】
第三の発明は、第一または第二の発明に係る封止構造において、
前記穴の開口端面を押圧することで変形部分が形成されており、
前記変形部分の先端が前記プラグの表端面に掛かった状態となっている、ものである。
【0009】
第四の発明は、第一から第三のいずれかの発明に係る封止構造において、
前記ブッシュに支持されるシャフ
トを具備し、
前記シャフトが前記ブッシュを突抜けて前記プラグの凹部に挿入された状態となっている、ものである。
【発明の効果】
【0010】
第一の発明に係る封止構造は、プラグの裏端面に凹部を設けることで円筒部分と円板部分が形成されている。そして、プラグの円筒部分と穴のみが締り嵌めの状態となっている。かかる封止構造によれば、径方向内側へ歪みやすい円筒部分のみが穴に荷重を掛けるので、荷重が抑えられて被圧入側部材の応力値が低減する。従って、プラグ周辺が高温になっても被圧入側部材の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない。
また、第一の発明に係る封止構造は、穴の内径が一部拡径されている。そして、拡径された部分にプラグの円板部分が収まって、プラグの円板部分と穴が隙間嵌めの状態となっている。かかる封止構造によれば、径方向内側へ歪みやすい円筒部分が穴に荷重を掛け、径方向内側へ歪みにくい円板部分が穴に荷重を掛けないので、荷重が抑えられて被圧入側部材の応力値が低減する。従って、プラグ周辺が高温になっても被圧入側部材の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない。さらに、第一の発明に係る封止構造は、穴に内装されるブッシュを具備している。そして、ブッシュの端面に円形凹部が形成されており、プラグの円筒部分がブッシュの円形凹部に挿入された状態となっている。かかる封止構造によれば、被圧入側部材にプラグが深く圧入されるので、プラグの突出を低減できる。従って、被圧入側部材の小型化を実現できる。
【0011】
第二の発明に係る封止構造は、
プラグの裏端面に凹部を設けることで円筒部分と円板部分が形成されている。そして、プラグの円筒部分と穴のみが締り嵌めの状態となっている。かかる封止構造によれば、径方向内側へ歪みやすい円筒部分のみが穴に荷重を掛けるので、荷重が抑えられて被圧入側部材の応力値が低減する。従って、プラグ周辺が高温になっても被圧入側部材の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない。また、第二の発明に係る封止構造は、プラグの円板部分の外径が縮径されている。そして、プラグの円板部分と穴が隙間嵌めの状態となっている。かかる封止構造によれば、径方向内側へ歪みやすい円筒部分が穴に荷重を掛け、径方向内側へ歪みにくい円板部分が穴に荷重を掛けないので、荷重が抑えられて被圧入側部材の応力値が低減する。従って、プラグ周辺が高温になっても被圧入側部材の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない。さらに、第二の発明に係る封止構造は、穴に内装されるブッシュを具備している。そして、ブッシュの端面に円形凹部が形成されており、プラグの円筒部分がブッシュの円形凹部に挿入された状態となっている。かかる封止構造によれば、被圧入側部材にプラグが深く圧入されるので、プラグの突出を低減できる。従って、被圧入側部材の小型化を実現できる。
【0012】
第三の発明に係る封止構造は、
穴の開口端面を押圧することで変形部分が形成されている。そして、変形部分の先端がプラグの表端面に掛かった状態となっている。かかる封止構造によれば、プラグを穴の開口側から押さえるので、プラグの緩みや脱落を防止できる。また、穴の変形に起因した応力開放が生じないので、応力値のバラツキを低減できる。
従って、封止構造としての信頼性向上を実現できる。
【0013】
第
四の発明に係る封止構造は、
ブッシュに支持されるシャフ
トを具備している。そして、シャフトがブッシュを突抜けてプラグの凹部に挿入された状態となっている。かかる封止構造によれば、シャフトの外周面がブッシュの内周面全体に接するので、ブッシュの摩耗を低減できる。従って、被圧入側部材に設けられた軸受構造の長寿命化を実現できる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明の技術的思想は、以下に説明するバルブユニット1のほか、他の機械部品にも適用できる。
【0016】
まず、バルブユニット1の全体構成について簡単に説明する。
【0017】
図1は、バルブユニット1の全体構成を示したものである。図中の矢印Gは、排気ガスの流動方向を表している。
【0018】
バルブユニット1は、エンジンに取り付けられ、排気ガスの流量を調節するものである。バルブユニット1は、主にハウジング2と、バタフライバルブ3と、で構成されている。
【0019】
ハウジング2は、エンジンの排気管に接続される。ハウジング2には、一方から他方まで貫通するガス通路2aが設けられている。また、ハウジング2には、ガス通路2aの中心軸に対して直交するシャフト穴2bが設けられている。なお、ハウジング2は、ステンレス鋼(SCS13若しくはこれに類する構造材料)によって形成されている。これは、高温時における耐力や耐食性を確保するためである。
【0020】
バタフライバルブ3は、ハウジング2のガス通路2aに配置される。バタフライバルブ3は、バルブプレート31とバルブシャフト32を組み合わせて構成されている。そして、バタフライバルブ3は、ハウジング2のシャフト穴2bにバルブシャフト32が挿入された状態で回動自在となっている。なお、バルブプレート31とバルブシャフト32は、ステンレス鋼(SUS310S若しくはこれに類する構造材料)によって形成されている。これは、高温時における耐力や耐食性を確保するためである。
【0021】
次に、バタフライバルブ3の動作態様について説明する。
【0022】
図2は、バタフライバルブ3の動作態様を示したものである。図中の矢印Gは、排気ガスの流動方向を表している。また、図中の矢印Rは、バタフライバルブ3の回動方向を表している。
【0023】
バタフライバルブ3は、図示しないリンク機構に連結されている。また、リンク機構は、図示しないアクチュエータに接続されている。従って、バタフライバルブ3は、アクチュエータの動作に応じて一方又は他方に回動する(矢印R参照)。
【0024】
図2の(A)に示すように、バタフライバルブ3が一方へ回動すると、ガス通路2aの流路面積が徐々に小さくなる。こうして、バルブユニット1は、ガス通路2aを通る排気ガスの流量を減少させることができる。なお、バタフライバルブ3を構成するバルブプレート31が排気ガスの流動方向に対して略垂直となれば、ガス通路2aの流路面積が最小となる。このとき、排気ガスの流量は、最も小さくなる。
【0025】
反対に、
図2の(B)に示すように、バタフライバルブ3が他方へ回動すると、ガス通路2aの流路面積が徐々に大きくなる。こうして、バルブユニット1は、ガス通路2aを通る排気ガスの流量を増加させることができる。なお、バタフライバルブ3を構成するバルブプレート31が排気ガスの流動方向に対して略並行となれば、ガス通路2aの流路面積が最大となる。このとき、排気ガスの流量は、最も大きくなる。
【0026】
次に、バタフライバルブ3の構造について説明する。
【0027】
図3は、バタフライバルブ3の構造を示したものである。
図3の(A)は、正面図であり、
図3の(B)は、側面図である。
【0028】
上述したように、バタフライバルブ3は、バルブプレート31とバルブシャフト32を組み合わせて構成されている。
【0029】
バルブプレート31は、ステンレス鋼の板材から形成される。バルブプレート31の中央部分には、所定の間隔をあけて二つの貫通穴31a・31aが設けられている。一方で、バルブシャフト32は、ステンレス鋼の棒材から形成される。バルブシャフト32の両端部分には、外径が小さい回動軸部32a・32aが設けられている。また、バルブシャフト32の中央部分には、長手方向に沿って一本のスリット32bが設けられている。更に、スリット32bに対して垂直に交わるように、かつ所定の間隔をあけて二つのネジ穴32c・32cが設けられている。このため、バルブプレート31は、バルブシャフト32のスリット32bに差し込まれた状態で二つのネジ33・33によって固定される。
【0030】
次に、バルブシャフト32の軸受構造について説明する。
【0031】
図4は、バルブシャフト32の軸受構造を示したものである。
図4の(A)は、展開図であり、
図4の(B)は、組立図である。
【0032】
上述したように、ハウジング2には、ガス通路2aの中心軸に対して直交するシャフト穴2bが設けられている。
【0033】
シャフト穴2bは、ハウジング2の外周面からガス通路2aの内周面まで貫通している。より詳細に説明すると、シャフト穴2bは、ハウジング2に設けられた突起部2cの端面から、当該突起部2cの中心を通ってガス通路2aの内周面まで貫通している。また、シャフト穴2bの内側には、ブッシュ4が嵌め込まれる。ブッシュ4は、略円筒形状に形成されており、その内径が回動軸部32aの外径よりもやや大きくなっている。このため、バルブシャフト32は、その回動軸部32aがブッシュ4に挿入された状態で回動自在に支持される。こうして、バタフライバルブ3は、バルブシャフト32を中心に回動自在となっているのである。
【0034】
次に、シャフト穴2bの封止構造について説明する。
【0035】
図5は、シャフト穴2bの封止構造を示したものである。
図5の(A)は、展開図であり、
図5の(B)は、組立図である。
【0036】
バルブユニット1においては、プラグ5を圧入してシャフト穴2bを塞ぐ封止構造を採用している。
【0037】
プラグ5は、シャフト穴2bに嵌め込まれる。プラグ5は、略円柱形状に形成されており、その外径がシャフト穴2bの内径よりもやや大きくなっている。このため、シャフト穴2bは、プラグ5によって完全に塞がれる。こうして、バルブユニット1は、排気ガスがシャフト穴2bから漏れ出すのを防いでいるのである。また、外部から水や砂塵が侵入するのを防いでいるのである。なお、プラグ5は、ステンレス鋼(SUS304N2若しくはこれに類する構造材料)によって形成されている。これは、高温時における耐力や耐食性を確保するためである。
【0038】
以下に、シャフト穴2bの封止構造について更に詳しく説明する。
【0039】
まず、第一実施形態に係る封止構造について述べる。
【0040】
図6は、第一実施形態に係る封止構造の一部領域を拡大したものである。具体的には、
図5の(B)における領域Rを拡大したものである。また、
図7は、プラグ5をカシメた状態を示したものである。
【0041】
プラグ5は、その裏端面に凹部5aが設けられている。より詳細に説明すると、プラグ5は、ブッシュ4に対向している端面の中央部分に凹部5aが設けられている。凹部5aは、軸方向断面が矩形状であり、径方向断面が円形状である。そのため、プラグ5には、中心部分が空洞である円筒部分5bが形成されることとなる。また、プラグ5には、中心部分が空洞でない円板部分5cも形成されることとなる。なお、円筒部分5bの肉厚寸法Dは、ハウジング2の応力値に基づいて適宜に設定される。
【0042】
シャフト穴2bは、その内径が一部拡径されている。より詳細に説明すると、シャフト穴2bは、その内径が突起部2cにおける開口端付近で拡径されている。かかる拡径された部分2dは、軸方向で内径が一定となっている。これは、プラグ5の円筒部分5bとシャフト穴2bが締り嵌めの状態となり、プラグ5の円板部分5cとシャフト穴2bが隙間嵌めの状態となることを意図したものである(Fa:締り嵌めとなる範囲、Fb:隙間嵌めとなる範囲)。但し、拡径された部分2dの形状については限定しない。
【0043】
このような構成により、本封止構造においては、径方向内側へ歪みやすい円筒部分5bがシャフト穴2bに荷重を掛けることとなる。同時に、径方向内側へ歪みにくい円板部分5cがシャフト穴2bに荷重を掛けることがなくなる。すると、シャフト穴2bに掛かる荷重が抑えられてハウジング2の応力値が低減するのである。これにより、従来の封止構造においては、温度Taで構造材料の0.2パーセント耐力を超えていたのに対し、本封止構造においては、温度Tbまで上昇しなければ0.2パーセント耐力を超えない(
図10参照)。具体的には、プラグ5の周辺が摂氏600度になってもハウジング2の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない(
図10参照)。
【0044】
このように、本封止構造は、プラグ5の裏端面に凹部5aを設けることで円筒部分5bと円板部分5cが形成されている。そして、プラグ5の円筒部分5bと穴(シャフト穴2b)のみが締り嵌めの状態となっている。かかる封止構造によれば、径方向内側へ歪みやすい円筒部分5bのみが穴(シャフト穴2b)に荷重を掛けるので、荷重が抑えられて被圧入側部材(ハウジング2)の応力値が低減する。従って、プラグ5周辺が高温になっても被圧入側部材(ハウジング2)の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない。
【0045】
第一実施形態に係る封止構造に基づいて説明すると、本封止構造は、穴(シャフト穴2b)の内径が一部拡径されている。そして、拡径された部分にプラグ5の円板部分5cが収まって、プラグ5の円板部分5cと穴(シャフト穴2b)が隙間嵌めの状態となっている。かかる封止構造によれば、径方向内側へ歪みやすい円筒部分5bが穴(シャフト穴2b)に荷重を掛け、径方向内側へ歪みにくい円板部分5cが穴(シャフト穴2b)に荷重を掛けないので、荷重が抑えられて被圧入側部材(ハウジング2)の応力値が低減する。従って、プラグ5周辺が高温になっても被圧入側部材(ハウジング2)の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない。
【0046】
加えて、第一実施形態に係る封止構造は、シャフト穴2bの開口端面2eを押圧し、プラグ5をカシメることも可能である。
【0047】
プラグ5をカシメる場合であっても、当初より円板部分5cがシャフト穴2bに荷重を掛けておらず、更には円板部分5cとシャフト穴2bの隙間が緩衝部となって変形範囲を抑制するので、円筒部分5bによるシャフト穴2bへの荷重に変化は生じない。ひいては、ハウジング2の応力値に影響を及ぼさない(応力開放が生じない)。
【0048】
このように、プラグ5をカシメた封止構造に基づいて説明すると、本封止構造は、穴(シャフト穴2b)の開口端面2eを押圧することで変形部分2fが形成されている。そして、変形部分2fの先端がプラグ5の表端面に掛かった状態となっている。かかる封止構造によれば、プラグ5を穴(シャフト穴2b)の開口側から押さえるので、プラグ5の緩みや脱落を防止できる。また、穴(シャフト穴2b)の変形に起因した応力開放が生じないので、応力値のバラツキを低減できる。従って、封止構造としての信頼性向上を実現できる。
【0049】
次に、第二実施形態に係る封止構造について述べる。
【0050】
図8は、第二実施形態に係る封止構造の一部領域を拡大したものである。具体的には、
図5の(B)における領域Rの相当箇所を拡大したものである。また、
図9は、プラグ5をカシメた状態を示したものである。
【0051】
プラグ5は、その裏端面に凹部5aが設けられている。より詳細に説明すると、プラグ5は、ブッシュ4に対向している端面の中央部分に凹部5aが設けられている。凹部5aは、軸方向断面が矩形状であり、径方向断面が円形状である。そのため、プラグ5には、中心部分が空洞である円筒部分5bが形成されることとなる。また、プラグ5には、中心部分が空洞でない円板部分5cも形成されることとなる。なお、円筒部分5bの肉厚寸法Dは、ハウジング2の応力値に基づいて適宜に設定される。
【0052】
加えて、プラグ5は、その円板部分5cの外径が縮径されている。より詳細に説明すると、プラグ5は、円筒部分5bの外径よりも円板部分5cの外径が縮径されている。かかる縮径された部分5dは、軸方向で外径が一定となっている。これは、プラグ5の円筒部分5bとシャフト穴2bが締り嵌めの状態となり、プラグ5の円板部分5cとシャフト穴2bが隙間嵌めの状態となることを意図したものである(Fa:締り嵌めとなる範囲、Fb:隙間嵌めとなる範囲)。但し、縮径された部分5dの形状については限定しない。
【0053】
このような構成により、本封止構造においては、径方向内側へ歪みやすい円筒部分5bがシャフト穴2bに荷重を掛けることとなる。同時に、径方向内側へ歪みにくい円板部分5cがシャフト穴2bに荷重を掛けることがなくなる。すると、シャフト穴2bに掛かる荷重が抑えられてハウジング2の応力値が低減するのである。これにより、従来の封止構造においては、温度Taで構造材料の0.2パーセント耐力を超えていたのに対し、本封止構造においては、温度Tbまで上昇しなければ0.2パーセント耐力を超えない(
図10参照)。具体的には、プラグ5の周辺が摂氏600度になってもハウジング2の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない(
図10参照)。
【0054】
このように、本封止構造は、プラグ5の裏端面に凹部5aを設けることで円筒部分5bと円板部分5cが形成されている。そして、プラグ5の円筒部分5bと穴(シャフト穴2b)のみが締り嵌めの状態となっている。かかる封止構造によれば、径方向内側へ歪みやすい円筒部分5bのみが穴(シャフト穴2b)に荷重を掛けるので、荷重が抑えられて被圧入側部材(ハウジング2)の応力値が低減する。従って、プラグ5周辺が高温になっても被圧入側部材(ハウジング2)の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない。
【0055】
第二実施形態に係る封止構造に基づいて説明すると、本封止構造は、プラグ5の円板部分5cの外径が縮径されている。そして、プラグ5の円板部分5cと穴(シャフト穴2b)が隙間嵌めの状態となっている。かかる封止構造によれば、径方向内側へ歪みやすい円筒部分5bが穴(シャフト穴2b)に荷重を掛け、径方向内側へ歪みにくい円板部分5cが穴(シャフト穴2b)に荷重を掛けないので、荷重が抑えられて被圧入側部材(ハウジング2)の応力値が低減する。従って、プラグ5周辺が高温になっても被圧入側部材(ハウジング2)の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない。
【0056】
加えて、第二実施形態に係る封止構造は、シャフト穴2bの開口端面2eを押圧し、プラグ5をカシメることも可能である。
【0057】
プラグ5をカシメる場合であっても、当初より円板部分5cがシャフト穴2bに荷重を掛けておらず、更には円板部分5cとシャフト穴2bの隙間が緩衝部となって変形範囲を抑制するので、円筒部分5bによるシャフト穴2bへの荷重に変化は生じない。ひいては、ハウジング2の応力値に影響を及ぼさない(応力開放が生じない)。
【0058】
このように、プラグ5をカシメた封止構造に基づいて説明すると、本封止構造は、穴(シャフト穴2b)の開口端面2eを押圧することで変形部分2fが形成されている。そして、変形部分2fの先端がプラグ5の表端面に掛かった状態となっている。かかる封止構造によれば、プラグ5を穴(シャフト穴2b)の開口側から押さえるので、プラグ5の緩みや脱落を防止できる。また、穴(シャフト穴2b)の変形に起因した応力開放が生じないので、応力値のバラツキを低減できる。従って、封止構造としての信頼性向上を実現できる。
【0059】
以下に、各実施形態に係る封止構造の他の特徴点について説明する。
【0060】
本封止構造において、ブッシュ4は、その端面に円形凹部4aが形成されている(
図6から
図9参照)。詳細に説明すると、ブッシュ4は、プラグ5に対向している端面の最外部分に円形凹部4aが形成されている。なお、円形凹部4aの隙間寸法dは、円筒部分5bの肉厚寸法Dよりもやや大きくなっている。これは、プラグ5の円筒部分5bがブッシュ4の円形凹部4aに挿入されることを意図したものである。
【0061】
このように、本封止構造は、穴(シャフト穴2b)に内装されるブッシュ4を具備している。そして、ブッシュ4の端面に円形凹部4aが形成されており、プラグ5の円筒部分5bがブッシュ4の円形凹部4aに挿入された状態となっている。かかる封止構造によれば、被圧入側部材(ハウジング2)にプラグ5が深く圧入されるので、プラグ5の突出を低減できる。従って、被圧入側部材(ハウジング2)の小型化を実現できる。
【0062】
更に、本封止構造において、シャフト32は、回動軸部32aが長く設定されている。詳細に説明すると、シャフト32は、回動軸部32aがプラグ5に近接する方向へ比較的に長く設定されている。これは、回動軸部32aの端部がプラグ5の凹部5aに挿入されることを意図したものである。
【0063】
このように、本封止構造は、穴(シャフト穴2b)に内装されるブッシュ4と、ブッシュ4に支持されるシャフト32(回動軸部32a)と、を具備している。そして、シャフト32(回動軸部32a)がブッシュ4を突抜けてプラグ5の凹部5aに挿入された状態となっている。かかる封止構造によれば、シャフト32(回動軸部32a)の外周面がブッシュ4の内周面全体に接するので、ブッシュ4の摩耗を低減できる。従って、被圧入側部材(ハウジング2)に設けられた軸受構造の長寿命化を実現できる。
【0064】
以下に、他の実施形態に係る封止構造と技術的思想の適用事例について説明する。
【0065】
図11は、他の実施形態に係る封止構造と技術的思想の適用事例を示したものである。
図11の(A)は、他の実施形態に係る封止構造であり、
図11の(B)は、技術的思想の適用事例である。
【0066】
図11の(A)に示すように、プラグ5の円筒部分5bがシャフト穴2bに圧入され、円板部分5cがシャフト穴2bに圧入されない構成であっても良い。このような構成であっても、径方向内側へ歪みやすい円筒部分5bのみが穴(シャフト穴2b)に荷重を掛けるので、荷重が抑えられて被圧入側部材(ハウジング2)の応力値が低減する。従って、プラグ5周辺が高温になっても被圧入側部材(ハウジング2)の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない。
【0067】
加えて、上記の各実施形態に係る封止構造は、プラグを用いて穴を完全に塞ぐ構造であるが、いわゆる中空プラグを用いて穴の内径を調節する構造にも適用できる。
【0068】
図11の(B)に示すように、中空プラグ7の裏端面に凹部7aが設けられている。そして、中空プラグ7の円筒部分7bと穴6aが締り嵌めの状態となり、中空プラグ7の円板部分7cと穴6aが隙間嵌めの状態となる構成であっても良い。このような構成であっても、径方向内側へ歪みやすい円筒部分7bのみが穴6bに荷重を掛けるので、荷重が抑えられて被圧入側部材6の応力値が低減する。従って、中空プラグ7周辺が高温になっても被圧入側部材6の応力値が構造材料の0.2パーセント耐力を超えない。
【0069】
1 バルブユニット
2 ハウジング
2a ガス通路
2b シャフト穴(穴)
2c 突起部
2d 拡径された部分
2e シャフト穴の開口端面
2f 変形部分
3 バタフライバルブ
31 バルブプレート
31a 貫通穴
32 バルブシャフト
32a 回動軸部
32b スリット
32c ネジ穴
33 ネジ
4 ブッシュ
4a 円形凹部
5 プラグ
5a 凹部
5b 円筒部分
5c 円板部分
5d 縮径された部分
Fa 締り嵌めとなる範囲
Fb 隙間嵌めとなる範囲