JP2005256742A - 流体用弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁体の故障時においても安全側（開弁側）に機能する流体用弁機構を提供する。
【解決手段】流体が流れる流路１００内に配設されると共に、流体の温度に応じて内部に収容される熱膨張体が膨張することによって流路１００方向に摺動する弁体２００と、弁体２００の摺動方向に抗するように、弁体２００に付勢力を与える弾性体３１０とを有し、熱膨張体の膨張時に、弁体２００が弾性体３１０の付勢力に打ち勝って、流路１００の内径よりも小さく開口される流路開口部１２２を閉弁状態から開弁状態とする流体用弁機構において、熱膨張体が弁体２００から洩れた時に、流体の温度に関わらず弁体２００の閉弁状態を解除する解除手段を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば車両エンジンの冷却水回路中に配設されて、冷却水流れを切替えるバルブに用いて好適な流体用弁機構に関するものである。

従来の流体用バルブとして、例えば特許文献１に示されるものが知られている。即ち、この流体用バルブは、車両エンジンの冷却液通路に配置されて、冷却水の温度変化によって冷却水通路の流れを制御するサーモスタットに適用されており、バルブ本体と弁体とを備えている。

バルブ本体は、筒状の周面に入口開口部と出口開口部が形成され、この入口開口部と出口開口部が冷却液通路に連通する位置に固定されている。また、弁体は、内部に熱膨張体（ワックス）が収容され、バルブ本体の入口開口部と出口開口部とを連通する流路領域に配設されており、冷却液の温度変化に応じて膨張収縮する熱膨張体の作用力とバネ部材の付勢力とによって、流路領域を横断するように進退動して、入口開口部と出口開口部を開閉し、流路領域を連通遮断する（冷却液の温度が上昇すると流路領域を連通する）ようにしている。
特開２０００−２１３３５１号公報

しかしながら、上記特許文献１中の流体用バルブにおいては、特にフェイルセーフ機能の思想は持ち合わせておらず、例えば、弁体の腐食や割れ等によって熱膨張体の洩れが生ずると、弁体が流路領域を遮断したままになってしまう。即ち、冷却液通路に本来冷却水を流すべきところを流せなくなり、例えば車両エンジンのオーバーヒートのような不具合に至ってしまう。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、弁体の故障時においても安全側（開弁側）に機能する流体用弁機構を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、流体が流れる流路（１００）内に配設されると共に、流体の温度に応じて内部に収容される熱膨張体が膨張することによって流路（１００）方向に摺動する弁体（２００）と、弁体（２００）の摺動方向に抗するように、弁体（２００）に付勢力を与える弾性体（３１０）とを有し、熱膨張体の膨張時に、弁体（２００）が弾性体（３１０）の付勢力に打ち勝って、流路（１００）の内径よりも小さく開口される流路開口部（１２２）を閉弁状態から開弁状態とする流体用弁機構において、熱膨張体が弁体（２００）から洩れた時に、流体の温度に関わらず弁体（２００）の閉弁状態を解除する解除手段を設けたことを特徴としている。

これにより、弁体（２００）の故障時においても流路（１００）内に流体を流すことができ、弁体（２００）の下流側で本来必要とされる流体を供給することができるので、安全側（開弁側）に機能する流体用弁機構（１０）とすることができる。

請求項２に記載の発明では、上記請求項１に記載の発明に対して、弁体（２００）は、熱膨張体が収容される本体部（２１０）と、本体部（２１０）の係合によって閉塞される開口部（２２１）を有し、弾性体（３１０）によって流路開口部（１２２）を閉弁状態にする弁部（２２０）とから成り、解除手段は、本体部（２１０）と、本体部（２１０）に作用して弁部（２２０）との係合を解除することで開口部（２２１）を開く開弁用弾性体（３２０）とから成ることを特徴としている。

これにより、弁体（２００）が故障した場合でも、開弁用弾性体（３２０）によって開口部（ ２２１）が開かれ、流体を流すことができるので、安全側（開弁側）に機能する流体用弁機構（１０）とすることができる。

請求項２に記載の発明においては、請求項３に記載の発明のように、本体部（２１０）は、熱膨張体の膨張に応じて摺動するシャフト（２１６）を有し、シャフト（２１６）の外部先端側が流路（１００）内で支持されるものであって、開弁用弾性体（３２０）は、本体部（２１０）をシャフト（２１６）の外部先端側に摺動させて弁部（２２０）との係合を解除するようにしてやれば良い。

これにより、本体部（２１０）を開弁用弾性体（３２０）によってシャフト（２１６）の外部先端側へ摺動させることができるので、容易に開口部（２２１）を開くことができる。

また、請求項４に記載の発明では、上記請求項１に記載の発明に対して、弁体（２００）は、自身の外周面が流路開口部（１２２）の内周面（１２３ａ）に当接して閉弁状態を形成する周面シール弁体（２１０）であり、解除手段は、弾性体（３１０）によって周面シール弁体（２１０）の内周面（１２３ａ）との当接を解除することで流路開口部（１２２）を開く構造としたことを特徴としている。

これにより、弁体（２００）が故障した場合でも、弾性体（３１０）によって周面シール弁体（２１０）の閉弁状態が解除されるので、流体を流すことができ、安全側（開弁側）に機能する流体用弁機構（１０）とすることができる。

請求項４に記載の発明においては、請求項５に記載の発明のように、周面シール弁体（２１０）は、熱膨張体の膨張に応じて摺動するシャフト（２１６）を有し、シャフト（２１６）の外部先端側が流路（１００）内で支持されるものであって、弾性体（３１０）は、周面シール弁体（２１０）をシャフト（２１６）の外部先端側に摺動させて内周面（１２３ａ）との当接を解除するようにしてやれば良い。

これにより、周面シール弁体（２１０）を弾性体（３１０）によってシャフト（２１６）の外部先端側へ摺動させることができるので、容易に流路開口部（１２２）を開くことができる。

請求項６に記載の発明では、弾性体（３１０）および開弁用弾性体（３２０）は、バネ部材（３１０、３２０）であり、弁体（２００）あるいは本体部（２１０）には、バネ部材（３１０、３２０）の伸縮方向に凸と成る突状部（２１１、２１２ｂ）が設けられ、バネ部材（３１０、３２０）は、突状部（２１１、２１２ｂ）を内側に収容するように配設されたことを特徴としている。

これにより、突状部（２１１、２１２ｂ）がバネ部材（３１０、３２０）にガイドされ安定保持されるので、弁体（２００）あるいは本体部（２１０）の傾きを防止することができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、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。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。本発明の流体用弁機構は、ヒータコア（暖房用熱交換器）が配設される車両用エンジンの温水回路に用いられる流体用バルブ１０に適用したものであり、上記温水回路中、ヒータコアの上流側に配設されて、ヒータコアへ供給する温水流量を制御するものとしている。

尚、図１は流体用バルブ１０の閉弁状態を示す断面図、図２はエレメント２１０の単体状態を示す正面図、図３は流体用バルブ１０の開弁状態を示す断面図、図４は流体用バルブ１０の故障時の閉弁解除状態を示す断面図である。

流体用バルブ１０は、流路１００内に弁体２００、各バネ３１０、３２０等が配設されて形成されており、まず、その基本構成の詳細について、図１、図２を用いて説明する。

流路１００は、第１ボディ１１０と第２ボディ１２０とがＯリング１３０を介して接合されることによって形成されている。第１ボディ１１０は、一端側に入口パイプ部１１１を有し、他端側に向けて階段状に拡がっており、ここに第１段部１１２、第２段部１１３が形成されている。

また、第２ボディ１２０は、入口パイプ部１１１に対して交差する方向に延びる出口パイプ部１２１を有し、流路１００としては、Ｌ字状に形成されている。第２ボディ１２０の中間部には、内径が縮小されて開口する流路開口部１２２が形成されており、この流路開口部１２２の上側面は、シール面１２３として形成されている。入口パイプ部１１１に対向する第２ボディ１２０の底面部（出口パイプ部１２１側）には凹状のシャフト支持部１２４が形成されている。

尚、シール面１２３には、流路開口部１２２の半径方向に延びる微小幅の溝部（図示せず）が流路開口部１２２の円周方向に複数設けられている。また、流路開口部１２２から出口パイプ部１２１に向かう内壁には、円周方向に複数設けられ、中心側に突出して、後述するエレメント２１０の大径部２１３をガイドするエレメントガイド部１２５が設けられている。

上記流路１００内には弁体２００が配設され、この弁体２００は、本体部を成すエレメント２１０と弁部を成す密閉弁２２０とから形成されるようにしている。エレメント２１０は、感温部２１１、シール部２１２、大径部２１３、シャフト挿入部２１４を形成するケース２１０Ａの内部に、熱膨張体としてのワックスが封入され、シャフト挿入部２１４にゴム栓２１５、シャフト２１６が挿入されて形成されている（図２）。

感温部（本発明における突出部に対応）２１１は、入口パイプ部１１１側に突出しており、入口パイプ部１１１から流入する温水の温度（熱）を内部のワックスに伝達する。シール部２１２は、感温部２１１よりも外径が大きく形成され、外周部にＯリング２１２ａが装着されている。更に、大径部２１３は、シール部２１２よりも外径が大きく形成されている。

ゴム栓２１５は、ワックスの洩れを防止すると共に、ワックスの膨張収縮に伴ってシャフト挿入部２１４内を摺動し、また、シャフト２１６は、ゴム栓２１５に連動し、シャフト挿入部２１４内を摺動する。そして、シャフト２１６の外部先端側は、第２ボディ１２０のシャフト支持部１２４に挿入されて、支持されている。

よって、内部のワックスが温水の温度に応じて膨張すると、ゴム栓２１５を介してシャフト２１６が押し出されることになるが、シャフト２１６の外部先端側がシャフト支持部１２４に支持されていることから、逆にケース２１０Ａ（感温部２１１、シール部２１２、大径部２１３、シャフト挿入部２１４）が入口パイプ部１１１側に移動することになる。

密閉弁２２０は、円盤状の弁であり、中央に開口部２２１を有し、この開口部２２１の周囲には、入口パイプ部１１１側に立てられたフランジ部２２２が設けられている。密閉弁２２０の下側面は、弁シール面２２３として形成されている。そして、開口部２２１（フランジ部２２２）にはエレメント２１０のシール部２１２が摺動可能に挿入され、開口部２２１はＯリング２１２ａを介してシール部２１２によって閉塞される。

上記のように形成される弁体２００には、密閉弁用バネ（本発明における弾性体、バネ部材に対応）３１０と、エレメント押えバネ（本発明における開弁用弾性体、バネ部材に対応）３２０とが装着されている。即ち、密閉弁用バネ３１０は、一端側が第１ボディ１１０の第２段部１１３で支持され、他端側がフランジ部２２２の外径側に位置して、密閉弁２２０を第２ボディ１２０のシール面１２３側に付勢するように装着されている。また、エレメント押えバネ３２０は、一端側が第１ボディ１１０の第１段部１１２で支持され、感温部２１１を内側に収容するようにしてシール部２１２に当接して、ケース２１０Ａをシャフト２１６の外部先端側に付勢するように装着されている。

ここで、温水の温度が開弁させたい開弁温度まで上昇するまでの間は、密閉弁用バネ３１０によって密閉弁２２０の弁シール面２２３は、シール面１２３に押し当てられて、また、エレメント２１０は、内部のワックスの作用力とエレメント押えバネ３２０の付勢力とのバランスによって、大径部２１３が密閉弁２２０の下側に位置し、シール部２１２がフランジ部２２２に当接して開口部２２１を閉塞するようにしている。

本発明においては、上記エレメント２１０、密閉弁２２０、エレメント押えバネ３２０によって、解除手段が形成される。この解除手段の技術的意味および作動の詳細については後述する。

次に、上記構成に基づく流体用バルブ１０の作動およびその作用効果について説明する。

車両エンジンから流出される温水は、入口パイプ部１１１から流路１００内に流入するが、例えば、車両エンジン始動直後のように、温水温度が開弁温度より低いと、上記で説明したように、エレメント２１０および密閉弁２２０は、図１に示す位置関係となり、エレメント２１０、密閉弁２２０によって流路開口部１２２は閉塞され、流体用バルブ１０は閉弁状態を形成する。

よって、温水は下流となるヒータコア側へは流れず、ヒータ回路（配管）あるいはヒータコアでの温水の放熱が抑制されて、温水が短時間で昇温され、エンジンの暖機が促進される。

尚、密閉弁２２０が流路開口部１２２を閉じると言いつつも、流路開口部１２２の周りに設けた微小幅の溝部によって、入口パイプ部１１１側から出口パイプ部１２１側への温水の微量流れが形成されるようにしており、温感部２１１の機能低下を防止するようにしている。

そして、図３に示すように、温水の温度が上昇して開弁温度を超えると、エレメント２１０内のワックスが膨張し、エレメント押えバネ３２０の付勢力に打ち勝って、ケース２１０Ａ自体が入口パイプ部１１１側に移動する。すると、大径部２１３は密閉弁２２０に当接（係合）して、密閉弁用バネ３１０の付勢力にも打ち勝って、密閉弁２２０を入口パイプ部１１１側に移動し、流路開口部１２２を開き、開弁状態を形成する。

よって、充分昇温したエンジンからの温水は、流体用バルブ１０を通過してヒータコアを流れ、本来の暖房が行われる。

ところで、流体用バルブ１０において、例えばケース２１０Ａの腐食や割れ等によってエレメント２１０内のワックスが外部に洩れると言った不具合が生ずると、従来技術では閉弁状態を維持したままとなって、下流側での本来の機能を損なう（ここではヒータが利かなくなる）場合があったが、本発明では、それを回避できるようにしている。

即ち、図４に示すように、上記のようにワックスの洩れが生じた場合には、エレメント押えバネ３２０の付勢力によって、シャフト２１６はケース２１０Ａの内部に入り込む形となって、ケース２１０Ａがシャフト２１６の外部先端側に摺動され、シール部２１２はフランジ部２２２から外れ（係合が解除され）、開口部２２１が開かれ、閉弁解除状態となる（解除手段による閉弁解除状態の形成）。

これにより、内部のワックスが洩れると言うような弁体２００（エレメント２１０）の故障時においても流路１００内に温水を流すことができ、弁体２００の下流側（ヒータコア）で本来必要とされる温水を供給することができるので、安全側（開弁側）に機能する流体用バルブ１０とすることができる。

また、エレメント押えバネ３２０は、エレメント２１０の突状部となる感温部２１１を内側に収容するように配設されているので、感温部２１１がエレメント押えバネ３２０にガイドされ安定保持され、エレメント２１０の傾きを防止することができる。即ち、温水の通水抵抗増加やシャフト２１６の外れを防止できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５〜図７に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、流路１００をＬ字状からストレート状にし、弁体２００およびバネの構造を簡素化したものである。

共に直管から成る第１ボディ１１０と第２ボディ１２０とをＯリング１３０を介在させて接合し、ストレート状の流路１００を形成している。そして、第２ボディ１２０に内径寸法が小さく絞られて開口する流路開口部１２２を形成しており、この開口部１２２の内周面を内周シール面１２３ａとしている。

また、第１ボディ１１０の中間部には、バネ支持部１１４が設けられ、第２ボディ１２０の出口パイプ部１２１先端近傍には、シャフト支持部１２４ａが設けられている。両支持部１１４、１２４ａには、相手側となるエレメント押えバネ３２０、シャフト２１６を支持する部位を除いて温水が流通する複数の流通穴１１４ａ、１２４ｂが設けられたものとしている。

弁体２００は、上記第１実施形態におけるエレメント２１０を基本としており、感温部２１１と大径部２１３の間を第１実施形態のシール部２１２に代えて中間部（本発明における突状部に対応）２１２ｂとしており、大径部２１３の外周にＯリング２１３ａを装着するようにしている。そして、流路開口部１２２には大径部２１３が摺動可能に挿入され、内周シール面１２３ａはＯリング２１３ａを介して大径部２１３によって閉塞（閉弁）される。

エレメント２１０のシャフト２１６の外部先端側は、シャフト支持部１２４ａによって支持されている。また、エレメント押えバネ３２０は、一端側がバネ支持部１１４で支持され、中間部２１２ｂを内側に収容するようにして大径部２１３に当接して、エレメント２１０をシャフト２１６の外部先端側に付勢するように装着されている。

第２実施形態においては、上記エレメント２１０およびエレメント押えバネ３２０によって、解除手段が形成される。

上記のように形成される第２実施形態の流体用バルブ１０においては、温水温度が開弁温度より低い時には、エレメント２１０内のワックスの作用力と、エレメント押えバネ３２０の付勢力とのバランスによって、エレメント２１０が、図５に示す位置となるようにして、エレメント２１０の大径部２１３によって流路開口部１２２（内周シール面１２３ａ）は閉塞され、流体用バルブ１０は閉弁状態を形成する。よって、温水のヒータコア側への流れが停止される。

そして、図６に示すように、温水の温度が上昇して開弁温度を超えると、エレメント２１０内のワックスが膨張し、エレメント押えバネ３２０の付勢力に打ち勝って、ケース２１０Ａ自体が入口パイプ部１１１側に移動する。すると、大径部２１３は内周シール面１２３ａから外れて、流路開口部１２２を開き、開弁状態を形成する。よって、充分昇温したエンジンからの温水は、流体用バルブ１０を通過してヒータコアを流れ、本来の暖房が行われる。

しかし、エレメント２１０のワックスの洩れが生じた場合には、図７に示すように、エレメント押えバネ３２０の付勢力によって、シャフト２１６はケース２１０Ａの内部に入り込む形となって、ケース２１０Ａがシャフト２１６の外部先端側に摺動され、大径部２１３は内周シール面１２３ａから外れ、流路開口部１２２が開かれ、閉弁解除状態となる（解除手段による閉弁解除状態の形成）。

これにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、第２実施形態においては、上記第１実施形態に対して、流路１００がストレート状となるようにしているので、ヒータ回路の途中に介在させやすくなり搭載性に優れ、また、温水の流通抵抗を下げることができる。また、密閉弁２２０、密閉弁用バネ３１０を不要として安価にすることができる。

（その他の実施形態）
上記第１、第２実施形態では、本流体用バルブ１０をヒータ回路に用いるものとして説明したが、これに限らず、エンジンや自動変速機用のオイルクーラをオイル低温時にはウォーマとして用いる場合の冷却水回路に適用しても良い。

第１実施形態における流体用バルブの閉弁状態を示す断面図である。 図１におけるエレメントの単体状態を示す正面図である。 第１実施形態における流体用バルブの開弁状態を示す断面図である。 第１実施形態における流体用バルブの故障時の閉弁解除状態を示す断面図である。 第２実施形態における流体用バルブの閉弁状態を示す断面図である。 第２実施形態における流体用バルブの開弁状態を示す断面図である。 第２実施形態における流体用バルブの故障時の閉弁解除状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 流体用バルブ（流体用弁機構）
１００ 流路
１２２ 流路開口部
１２３ａ 内周シール面（内周面）
２００ 弁体
２１０ エレメント（本体部、周面シール弁体、解除手段）
２１１ 感温部（突状部）
２１２ｂ 中間部（突状部）
２１６ シャフト
２２０ 密閉弁（弁部、解除手段）
２２１ 開口部
３１０ 密閉弁用バネ（弾性体、バネ部材、解除手段）
３２０ エレメント押えバネ（開弁用弾性体、バネ部材、解除手段）

Claims (6)

1. 流体が流れる流路（１００）内に配設されると共に、前記流体の温度に応じて内部に収容される熱膨張体が膨張することによって前記流路（１００）方向に摺動する弁体（２００）と、
   前記弁体（２００）の摺動方向に抗するように、前記弁体（２００）に付勢力を与える弾性体（３１０）とを有し、
   前記熱膨張体の膨張時に、前記弁体（２００）が前記弾性体（３１０）の付勢力に打ち勝って、前記流路（１００）の内径よりも小さく開口される流路開口部（１２２）を閉弁状態から開弁状態とする流体用弁機構において、
   前記熱膨張体が前記弁体（２００）から洩れた時に、前記流体の温度に関わらず前記弁体（２００）の前記閉弁状態を解除する解除手段を設けたことを特徴とする流体用弁機構。
2. 前記弁体（２００）は、前記熱膨張体が収容される本体部（２１０）と、前記本体部（２１０）の係合によって閉塞される開口部（２２１）を有し、前記弾性体（３１０）によって前記流路開口部（１２２）を前記閉弁状態にする弁部（２２０）とから成り、
   前記解除手段は、前記本体部（２１０）と、前記本体部（２１０）に作用して前記弁部（２２０）との係合を解除することで前記開口部（２２１）を開く開弁用弾性体（３２０）とから成ることを特徴とする請求項１に記載の流体用弁機構。
3. 前記本体部（２１０）は、前記熱膨張体の膨張に応じて摺動するシャフト（２１６）を有し、前記シャフト（２１６）の外部先端側が前記流路（１００）内で支持されるものであって、
   前記開弁用弾性体（３２０）は、前記本体部（２１０）を前記シャフト（２１６）の外部先端側に摺動させて前記弁部（２２０）との係合を解除することを特徴とする請求項２に記載の流体用弁機構。
4. 前記弁体（２００）は、自身の外周面が前記流路開口部（１２２）の内周面（１２３ａ）に当接して前記閉弁状態を形成する周面シール弁体（２１０）であり、
   前記解除手段は、前記弾性体（３１０）によって前記周面シール弁体（２１０）の前記内周面（１２３ａ）との当接を解除することで前記流路開口部（１２２）を開く構造としたことを特徴とする請求項１に記載の流体用弁機構。
5. 前記周面シール弁体（２１０）は、前記熱膨張体の膨張に応じて摺動するシャフト（２１６）を有し、前記シャフト（２１６）の外部先端側が前記流路（１００）内で支持されるものであって、
   前記弾性体（３１０）は、前記周面シール弁体（２１０）を前記シャフト（２１６）の外部先端側に摺動させて前記内周面（１２３ａ）との当接を解除することを特徴とする請求項４に記載の流体用弁機構。
6. 前記弾性体（３１０）および前記開弁用弾性体（３２０）は、バネ部材（３１０、３２０）であり、
   前記弁体（２００）あるいは前記本体部（２１０）には、前記バネ部材（３１０、３２０）の伸縮方向に凸と成る突状部（２１１、２１２ｂ）が設けられ、
   前記バネ部材（３１０、３２０）は、前記突状部（２１１、２１２ｂ）を内側に収容するように配設されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の流体用弁機構。

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