JP2001132856A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回動可能な弁体を有する流量制御弁におい
て、流量制御弁の大型化を招くことなく、少ない弁開度
の変化量（小回動量）で連通面積を急変可能にする。 【解決手段】 弁体５０の回動に伴って流体通路との連
通面積が変化する開口部５０ａを弁体５０に形成した流
量制御弁において、弁体５０の一部の回動範囲でのみ流
体通路と連通する補助開口部５０ｂを設けることによ
り、流体通路と補助開口部５０ｂとが連通する回動範囲
では、弁開度の変化量に対する連通面積の変化量を極め
て大きくすることができる。また、開口部５０ａおよび
補助開口部５０ｂを弁体５０の回動方向にずらして配置
することにより、弁体５０の径方向寸法の拡大を招くこ
となく実施することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、出入口通路間の連
通面積を回動可能な弁体により制御するロータリー式の
流量制御弁に関し、例えば車両用空調装置における温水
流量の制御弁として好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用空調装置における温水流量
制御弁においては、図８に示すように、温水の出入口通
路を有するハウジングの内部に回動可能に収納された円
柱状の弁体５０を備え、この弁体５０の外周面に入口開
口部５０ｃ、５０ｄを形成し、弁体５０の底部に出口開
口部５０ａを形成している。

【０００３】そして、弁体５０の回動に伴って、温水入
口通路と入口開口部５０ｃ、５０ｄ間、および温水出口
通路と出口開口部５０ａ間の、連通面積が変化するよう
になっており、それにより、暖房用熱交換器に供給され
る温水流量を制御して吹出空気の温度を調整する。ここ
で、温水入口通路と入口開口部５０ｃ、５０ｄ間の連通
面積が、温水出口通路と出口開口部５０ａ間の連通面積
よりも、常時大きくなるように構成されており、従っ
て、温水出口通路と出口開口部５０ａ間の連通面積によ
って温水の流量が制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、弁体５０の
回動量（弁開度）に対する、温水出口通路と出口開口部
５０ａ間の連通面積は、図９に実線で示すように、弁開
度が５０％を超えたあたりから急増する。従って、弁体
５０の回動量（弁開度）に対する吹出空気温度は、図１
０に実線で示すように、弁開度が５０％に至るまではリ
ニアに上昇し、５０％を超えたあたりから急上昇する。
また、弁開度が約８０％を超えると、吹出空気温度が温
水温度に近づくため温度効率が低下し、吹出空気温度は
頭打ちになってしまう。

【０００５】ここで、空調制御を良好に（精度よく）行
うには、図１０に破線で示すように吹出空気温度を弁開
度に対してリニアな特性にするのが望ましく、そのため
には、図９に破線で示すように弁開度が約８０％を超え
たあたりから連通面積を急増させる必要がある。

【０００６】しかしながら、少ない弁開度の変化量（小
回動量）で連通面積を急増させようとすると、出口開口
部５０ａを弁体５０の径方向外方に拡げて出口開口部５
０ａの面積を拡げる必要があり、従って弁体５０の径が
大きくなって、流量制御弁が大型化してしまうという問
題があった。

【０００７】また、実開平２−１２１６７４号公報に
は、水の出入口通路を有するハウジングと、その内部に
回動可能に収納された円柱状の弁体とを備え、弁体の外
周面のみに開口部を形成し、弁体の回動により出入口通
路と開口部との連通状態を切り替えるようにした弁が示
されている。そして、この公報に記載された弁において
は、少ない弁開度の変化量（小回動量）で連通面積を急
増させようとすると、開口部を弁体の軸方向に延ばして
開口部の面積を拡げる必要があり、従って弁体が長くな
って、弁が大型化してしまうという問題が生じる。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、回動可能な弁体を有する流量制御弁において、流量
制御弁の大型化を招くことなく、少ない弁開度の変化量
（小回動量）で連通面積を急変可能にすることを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、ハウジング（４０）の
内部に円柱状の弁体（５０）を回動可能に収納し、弁体
（５０）の回動に伴って入口通路および出口通路のうち
いずれか一方の通路との連通面積が変化する開口部（５
０ａ）を弁体（５０）に形成した流量制御弁において、
弁体（５０）の一部の回動範囲でのみ一方の通路と連通
する補助開口部（５０ｂ）を、開口部（５０ａ）から離
れた位置で弁体（５０）に形成したことを特徴とする。

【００１０】これにより、一方の通路と補助開口部（５
０ｂ）とが連通する回動範囲では、弁開度の変化量に対
する連通面積の変化量を極めて大きくすることができ
る。

【００１１】また、開口部（５０ａ）から離れた位置に
補助開口部（５０ｂ）を形成しているため、弁体（５
０）の径方向または軸方向寸法の拡大（流量制御弁の大
型化）を招くことなく実施することができる。

【００１２】請求項２に記載の発明では、開口部（５０
ａ）および補助開口部（５０ｂ）を、弁体（５０）の軸
方向の一端面に形成するとともに、弁体（５０）の回動
方向にずらして配置したことを特徴とする。

【００１３】これにより、弁体（５０）の軸方向の一端
面において、従来使用されていなかった部位に補助開口
部（５０ｂ）が配置されるため、弁体（５０）の径方向
寸法の拡大を招くことなく実施することができる。

【００１４】請求項３に記載の発明では、温水供給源
（１）から暖房用熱交換器（３）に供給される温水流量
を制御するための流量制御弁であって、入口通路は温水
供給源（１）の温水吐出側と接続され、出口通路は暖房
用熱交換器（３）の温水入口側と接続され、補助開口部
（５０ｂ）は、開口部（５０ａ）の連通面積が最大にな
る付近の弁体（５０）の回動範囲で、一方の通路と連通
することを特徴とする。

【００１５】これにより、開口部（５０ａ）の連通面積
が最大になる付近、すなわち、吹出空気温度が温水温度
に近づいて吹出空気温度の上昇が頭打ちになってしまう
領域で、連通面積ひいては温水流量を急増させることが
でき、従って、吹出空気温度を弁開度に対して全域でリ
ニアな特性にすることが可能となり、空調制御を良好に
（精度よく）行うことができる。

【００１６】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１〜５は本発
明の第１実施形態を示すもので、車両用空調装置の温水
式暖房装置において、自動車走行用の水冷式エンジン１
から暖房用熱交換器（ヒータコア）３へ供給される温水
流量を制御するための温水流量制御弁に本発明を適用し
た例を示す。ここで、図１は温水式暖房装置の概略構成
および流量制御弁の具体的構成を示している。

【００１８】図１〜図３において、１は自動車走行用の
水冷式エンジン、２はエンジン１により駆動されるウオ
ータポンプで、エンジン１の冷却水回路（温水回路）１
ａにエンジン冷却水（温水）を循環させるものである。
冷却水回路１ａ中に暖房用熱交換器（ヒータコア）３が
配置され、また、この暖房用熱交換器３は図示しない空
調ユニットの空気通路（通風ダクト）内に設置されて、
エンジン１から供給される温水と送風空気とを熱交換し
て、送風空気を加熱するものである。

【００１９】この暖房用熱交換器３による加熱量の調整
は、後述する流量制御弁により暖房用熱交換器３への温
水量を調整することにより行うことができ、この温水量
の調整により吹出空気温度を調整できる。車両用空調装
置では、この温度調整後の空気をフェイス吹出口から車
室内の乗員顔部に向けて吹き出したり、フット吹出口か
ら乗員の足元に吹き出したり、デフロスタ吹出口から車
両窓ガラスに向けて吹き出すようになっている。

【００２０】４は流量制御装置で、樹脂にて成形された
弁ハウジング４０内に、温水出入口を３つ有する三方弁
タイプの流量制御弁（詳細後述）５と、断面円形のバイ
パス通路（第１流体通路）６と、バイパス通路６に設け
られた圧力応動弁（均圧弁、詳細後述）７とを有してい
る。ここで、バイパス通路６は温水回路１ａにおいて暖
房用熱交換器３と並列に設けられるものである。また、
圧力応動弁７はエンジン１から供給される温水の圧力に
応じてバイパス通路６を開閉することより、エンジン１
の回転数変動によりウオータポンプ２の回転数が変動し
ても、暖房用熱交換器３の前後差圧を一定に近づける役
割を果たすものである。

【００２１】流量制御装置４の弁ハウジング４０には、
エンジン１からの温水が流入する第１の温水入口パイプ
４１、エンジン１に温水を還流させる第１の温水出口パ
イプ４２、暖房用熱交換器３の出口からの温水が流入す
る第２の温水入口パイプ４３、第１の温水入口パイプ４
１から流入した温水を暖房用熱交換器３に向けて流出さ
せる第２の温水出口パイプ４４が一体成形されている。

【００２２】次に、流量制御弁５について説明する。弁
ハウジング４０内には２つの弁室４５、４６が形成され
ており、第１弁室４５に流量制御弁５が収納されてい
る。そして、流量制御弁５は、樹脂材料（例えばポリア
セタール）にて円柱状に成形された弁体５０を有し、こ
の弁体５０は弁ハウジング４０内に回動可能に収納され
ている。

【００２３】この弁体５０の底部（弁体の軸方向の一端
面）の表面には、弁体５０の径方向の幅が狭いスリット
部５１１と径方向の幅が広い拡大部５１２とからなる主
出口開口部５０ａと、径方向に細長い略三角形の補助開
口部５０ｂとが形成されている。この補助出口開口部５
０ｂは、主出口開口部５０ａに対して弁体５０の回動方
向にずらして配置されて主出口開口部５０ａと離れた位
置に形成され、従って、主出口開口部５０ａと補助出口
開口部５０ｂは、弁体５０の底部表面では分離されてい
る。

【００２４】また、弁体５０の外周面には、小孔の第１
入口開口部５０ｃと、弁体軸方向の幅が広い第２入口開
口部５０ｄと、軸方向の幅が広いバイパス開口部５０ｅ
とが形成されている。第１、第２入口開口部５０ｃ、５
０ｄおよびバイパス開口部５０ｅは、弁体５０の回動方
向にずらして配置されて、弁体５０の外周面では相互に
分離されている。

【００２５】ただし、弁体５０に形成された全ての開口
部５０ａ〜５０ｅは、弁体５０の外表面では分離されて
いるが、弁体５０の内部に形成した連通路５０ｆによっ
て、弁体５０の内部ではそれらの開口部５０ａ〜５０ｅ
はいずれも相互に連通している。

【００２６】弁体５０の周囲に３つのパッキン５１、５
２、５３が配置され、これらのパッキン５１、５２、５
３は耐熱性に優れるゴム材（例えばＥＰＤＭ…エチレン
−プロピレン−ジエンモノマー）よりなる。弁体５０の
外周面側に位置する第１および第２のパッキン５１、５
２は、その平面形状が矩形状に成形されると共に、弁体
５０に接する側の面は弁体５０の外周面に沿った湾曲形
状に成形される。また、弁体５０の底面側に位置する第
３のパッキン５３は矩形状に成形される。

【００２７】第１パッキン５１には温水の通路となる円
形の入口穴部５１ａが形成され、第２パッキン５２にも
温水の通路となる円形のバイパス穴部５２ａが形成され
ている。また、第３パッキン５３には、温水の通路とな
る略半月状の主出口穴部５３ａと、略三角形の補助出口
穴部５３ｂが形成されている。そして、これらの穴部５
１ａ，５２ａ，５３ａ、５３ｂと弁体５０の開口部５０
ａ〜５０ｅとの連通状態が、弁体５０の回動に伴って制
御される。

【００２８】ここで、第１のパッキン５１の穴部５１ａ
が第１の温水入口パイプ４１側の通路と連通し、第２の
パッキン５２の穴部５２ａがバイパス通路６と連通し、
第３のパッキン５３の２つの穴部５３ａ、５３ｂが第２
の温水出口パイプ４４側の通路と連通するように位置決
めして組付けられる。

【００２９】なお、３つのパッキン５１、５２、５３
は、弁体５０内の温水通路を介することなく、第１の温
水入口パイプ４１、第２の温水出口パイプ４４およびバ
イパス通路６間で温水が直接流通してしまうことを防ぐ
ために、弁体５０の周囲に配置される。

【００３０】次に、圧力応動弁７について説明する。こ
の圧力応動弁７は、樹脂材料（例えばポリアセタール）
にて成形された弁体７０と、コイルスプリング７１とを
備え、弁ハウジング４０内の第２弁室４６内に収納され
ている。ここで、バイパス通路６と第２弁室４６との境
界部、すなわちバイパス通路６における第２弁室４６側
の端部には円形の弁座４７が形成され、圧力応動弁７は
弁体７０が弁座４７に接離してバイパス通路６と第２弁
室４６との間を開閉するようになっている。

【００３１】弁体７０は、弁座４７よりも径が大きい円
形の本体部７０ａと、本体部７０ａから弁座４７に向か
って凸形状に形成された円錐状の弁部７０ｂと、本体部
７０ａから反弁座４７方向に延びる細い円柱状の軸部７
０ｃとを備え、弁部７０ｂが弁座４７に接離するように
なっている。コイルスプリング７１は、樹脂製のプレー
ト４８と弁体７０の本体部７０ａとの間に設置され、弁
体７０を弁座４７側（閉弁方向）に付勢している。

【００３２】プレート４８の中心部には弁体７０の軸部
７０ｃが挿入されるガイド穴４８ａが形成され、軸部７
０ｃとガイド穴４８ａの隙間を十分大きくとることによ
り、冷却水回路１ａ中の異物をその隙間から通過可能に
している。また、プレート４８の周辺には温水通過穴４
８ｂが形成されている。

【００３３】なお、弁ハウジング４０内にその開口部側
から流量制御弁５や圧力応動弁７等の構成部品を組み付
けた後、弁ハウジング４０の開口部形状と略同形状の樹
脂製のカバー４９（図２）を図示しない止めネジにて弁
ハウジング４０に固定して、弁ハウジング４０の開口部
を密封する。

【００３４】次に、上記構成において作動を説明する。
まず、圧力応動弁７は、エンジン１からの温水供給圧が
上昇して弁体７０前後の差圧が所定圧より高くなると、
弁体７０がコイルスプリング７１に打ち勝って移動して
開弁し、温水の一部をバイパス通路６を介して第２弁室
４６側に逃がし、弁体７０の前後の圧力差を一定値に維
持するように作用する。このような圧力応動弁７の圧力
調整作用により、エンジン１からの温水供給圧の変化に
よる暖房用熱交換器３への温水流量の変動を抑制するこ
とができる。

【００３５】次に、流量制御弁５は、弁体５０が図示し
ないサーボモータまたは手動操作で回動されることによ
り、弁体５０の各開口部５０ａ〜５０ｅと第１〜第３の
パッキン５１〜５３の穴部５１ａ，５２ａ，５３ａ、５
３ｂとの連通面積（開口面積）が変化する。

【００３６】この連通面積と弁体５０の回動量（弁開
度）との関係について、簡単に説明すると、エンジン１
からの温水の入口となる弁体５０の第１、第２入口開口
部５０ｃ、５０ｄと入口穴部５１ａ間、および暖房用熱
交換器３への温水の出口となる弁体５０の主、補助出口
開口部５０ａ、５０ｂと主、補助出口穴部５３ａ、５３
ｂ間は、弁体５０の開度の増加に伴って連通面積が増加
する。一方、バイパス通路６を介して暖房用熱交換器３
の温水出口側と連通する弁体５０のバイパス開口部５０
ｅとバイパス穴部５２ａ間は、弁体５０の開度の増加に
伴って連通面積が減少する。

【００３７】ここで、第１、第２入口開口部５０ｃ、５
０ｄと入口開穴部５１ａ間の連通面積が、主、補助出口
開口部５０ａ、５０ｂと主、補助出口穴部５３ａ、５３
ｂ間の連通面積よりも、常時大きくなるように設定され
ている。従って、主、補助出口開口部５０ａ、５０ｂと
主、補助出口穴部５３ａ、５３ｂ間の連通面積によっ
て、暖房用熱交換器３へ流れる温水の量が制御される。

【００３８】次に、この主、補助出口開口部５０ａ、５
０ｂと主、補助出口穴部５３ａ、５３ｂ間の連通面積
と、弁開度との関係を、図４、図５に基づいて詳細に説
明する。なお、図４は、弁体５０と第３パッキン５３と
を、図２の矢印Ｂのように、すなわち弁体５０の底部側
から見たものである。

【００３９】まず、弁開度０％では主、補助出口開口部
５０ａ、５０ｂのいずれも主、補助出口穴部５３ａ、５
３ｂと連通しておらず、弁開度が約１０％になった時点
で主出口開口部５０ａのスリット部５１１が主出口穴部
５３ａと連通し始める。そして、弁開度が約８０％にな
るまでは、弁開度の増加に伴って、スリット部５１１と
主出口穴部５３ａとの連通面積がほぼリニアに増加す
る。ここで、スリット部５１１は弁体５０の径方向の幅
が狭いため、弁開度の変化量に対する連通面積の変化量
が小さく、従って、弁開度が約８０％になるまでの連通
面積の増加は緩やかである。

【００４０】さらに弁開度が増加すると、弁体５０の径
方向の幅が広い拡大部５１２が主出口穴部５３ａと連通
し始め、連通面積が急増する。また、弁開度が約９０％
を超えると、拡大部５１２と主出口穴部５３ａとの連通
状態が維持されたまま、補助出口開口部５０ｂが補助出
口穴部５３ｂと連通し始めるため、弁開度の変化量に対
する連通面積の変化量が極めて大きくなり、連通面積は
さらに急激に増加する。

【００４１】従って、図５に示すように、主、補助出口
開口部５０ａ、５０ｂの連通面積は、弁開度が約８０％
になるまではほぼリニアに、かつ緩やかに増加し、その
後２次曲線的に急増する。そして、暖房用熱交換器３に
供給される温水流量も、図５に示すように、この連通面
積の特性と同様に、弁開度が約８０％になるまではほぼ
リニアに増加し、その後２次曲線的に急増する。

【００４２】このように、弁開度１００％（Ｍａｘ ｈ
ｏｔ）近辺、すなわち、吹出空気温度が温水温度に近づ
いて吹出空気温度の上昇が頭打ちになってしまう領域
で、連通面積を急増させることにより、図５に示すよう
に吹出空気温度を弁開度に対して全域でリニアな特性に
することができ、空調制御を良好に（精度よく）行うこ
とができる。

【００４３】また、弁開度の変化量に対する連通面積の
変化量を大きくするにあたって、補助出口開口部５０ｂ
を、主出口開口部５０ａに対して弁体５０の回動方向に
ずらして配置しているため、弁体５０の径方向寸法の拡
大（流量制御弁の大型化）を招くことなく実施すること
ができる。

【００４４】（第２実施形態）第１実施形態では補助出
口開口部５０ｂを弁体５０の底部に設けたが、図６に示
す第２実施形態のように、補助出口開口部５０ｂを弁体
５０の外周面に設けてもよい。この場合、補助出口穴部
が形成された第４パッキン５４（破線で図示）を弁体５
０の外周側に配置し、特定の弁開度領域で補助出口開口
部５０ｂと第４パッキン５４の補助出口穴部とを連通さ
せる。

【００４５】（第３実施形態）第１実施形態では補助出
口開口部５０ｂを弁体５０の底部（下面部）に設けた
が、図７に示す第３実施形態のように、補助出口開口部
５０ｂを弁体５０の上面部に設けてもよい。この場合、
補助出口穴部が形成された第４パッキン５４（破線で図
示）を弁体５０の上面側に配置し、特定の弁開度領域で
補助出口開口部５０ｂと第４パッキン５４の補助出口穴
部とを連通させる。

【００４６】（他の実施形態）なお、上記実施形態で
は、本発明を車両用空調装置の温水流量を制御する流量
制御弁に適用した例について説明したが、温水流量の制
御に限定されることなく、種々な用途の流量制御弁に本
発明は適用可能である。

【００４７】また、上記実施形態では、流量制御装置４
を温水回路１ａ内に単独で配置した例について説明した
が、暖房用熱交換器３等の他の部品と一体的に作られる
ものに適用してもよい。

【００４８】また、本発明の流量制御弁は、特定の弁開
度領域で連通面積を急変させる弁に有効であり、例えば
小開度領域や中間開度領域で補助出口開口部５０ｂを連
通させてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態になる流量制御弁を自動
車用空調装置に適用した例を示す一部断面構成図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１の弁体およびパッキンの分解斜視図であ
る。

【図４】図１の流量制御弁の、各弁開度における出口開
口部の連通状態を示す図表である。

【図５】図１の流量制御弁の、弁開度と吹出空気温度等
との関係を示す特性図である。

【図６】第２実施形態を示す要部（弁体）の斜視図であ
る。

【図７】第３実施形態を示す要部（弁体）の斜視図であ
る。

【図８】従来の流量制御弁の要部（弁体）の斜視図であ
る。

【図９】図８の流量制御弁の、弁開度と連通面積との関
係を示す特性図である。

【図１０】図８の流量制御弁の、弁開度と吹出空気温度
との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

４０…ハウジング、５０…弁体、５０ａ…開口部、５０
ｂ…補助開口部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益川 智成 愛知県大府市横根町惣作70 株式会社東海 理機製作所内 Ｆターム(参考） 3H053 AA25 BA04 BA05 DA02 3H054 AA02 BB16 CA02 CA09 CD01 GG02 GG03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の入口通路および出口通路を有する
   ハウジング（４０）と、このハウジング（４０）の内部
   に回動可能に収納された円柱状の弁体（５０）とを備
   え、 前記弁体（５０）の回動に伴って前記入口通路および出
   口通路のうちいずれか一方の通路との連通面積が変化す
   る開口部（５０ａ）を前記弁体（５０）に形成した流量
   制御弁において、 前記弁体（５０）の一部の回動範囲でのみ前記一方の通
   路と連通する補助開口部（５０ｂ）を、前記開口部（５
   ０ａ）から離れた位置で前記弁体（５０）に形成したこ
   とを特徴とする流量制御弁。
2. 【請求項２】 前記開口部（５０ａ）および補助開口部
   （５０ｂ）を、前記弁体（５０）の軸方向の一端面に形
   成するとともに、前記弁体（５０）の回動方向にずらし
   て配置したことを特徴とする請求項１に記載の流量制御
   弁。
3. 【請求項３】 温水供給源（１）から暖房用熱交換器
   （３）に供給される温水流量を制御するための流量制御
   弁であって、 前記入口通路は前記温水供給源（１）の温水吐出側と接
   続され、 前記出口通路は前記暖房用熱交換器（３）の温水入口側
   と接続され、 前記補助開口部（５０ｂ）は、前記開口部（５０ａ）の
   前記連通面積が最大になる付近の前記弁体（５０）の回
   動範囲で、前記一方の通路と連通することを特徴とする
   請求項１または２に記載の流量制御弁。