JP2013137070A - 流体制御バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】 流体制御バルブにおいて、弁体のバタツキ現象を抑制し、これによる振動及びそれに起因する周辺部品、例えばロッド、ピストン、Ｅリングの摩耗や破損、ハウジング側の摩耗や変形、コイルばねの折損等の不具合、並びに異音の発生を防止できるようにする。
【解決手段】 流体制御バルブ２８は、弁座シート部２６に対し直交する方向から往復駆動されるロッド部１８の先端部にコイルばね１９で付勢した状態で保持される弁体１３を備え、弁室２１、流体通路２５等での流体の流れを制御するように構成される。前記弁体と弁座シート部とで構成される流体通路の狭窄部分の通路長さが最小限となるように、弁体、弁座シート部の少なくともいずれか一方の着座部に、該流体制御バルブで開閉される流体通路の狭窄部分の通路長さを最小限とするための環状凸部３２を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車等に使用される内燃機関（以下、エンジンという）を冷却する冷却水を、熱交換器（以下、ラジエータという）との間で循環させるエンジンの冷却水回路において、冷却水の温度変化により作動することでエンジン冷却水の流れを切換えて冷却水温度を制御するために用いられる温度感知式自動弁であるサーモスタット装置に採用され冷却水の流れを制御するために用いて好適な流体制御バルブに関する。

従来この種の流体制御バルブとしては、例えば特許文献１に記載されているように、自動車用エンジンの冷却装置に用いられるサーモスタットバルブが知られている。

これを簡単に説明すると、自動車用エンジンにおいて、これを冷却するためには、一般にはラジエータを用いた水冷式の冷却システムが使用されている。この種の冷却システムにおいては、エンジンに導入する冷却水の温度を制御できるように、ラジエータ側に循環させる冷却水量を調節する熱膨張体を用いたサーモスタットバルブなどが従来から使用されている。

即ち、上記の熱膨張体を用いたサーモスタットバルブなどの流体制御バルブを、冷却水通路の一部、例えばエンジンの入口側または出口側に介装し、冷却水温度が低い場合に、該制御バルブを閉じて冷却水をラジエータを経由せずバイパス通路を介して循環させ、また冷却水温度が高くなった場合は、制御バルブを開いて冷却水がラジエータを通して循環させることで、エンジン冷却水の温度を所要の状態に制御することができるものである。

上記のサーモスタットバルブは、一般には、流体の温度変化により作動する熱膨張体を封入したサーモエレメントと、これを保持するハウジングとしての本体フレームとを備え、前記サーモエレメントの両端側には、例えば傘状、板状等といった形状をもつ第１、第２の弁体が設けられ、これによりサーモスタット装置を構成している。

上記の第１の弁体は、例えばラジエータからエンジンへの冷却水の流れを制御するメインバルブとして機能し、また第２の弁体は、バイバス流路からのエンジンへの冷却水の流れを制御するバイパスバルブとなるサブバルブとして機能するような構成となっている。

そして、前記サーモエレメントは、流体の温度を感知して膨張、収縮する熱膨張体により進退動作する第1の弁軸としてのピストンを備え、このピストンの動きに連動して前記それぞれの弁体が流体通路を適宜開閉制御するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、上述した第１、第２の弁体のうち、リリーフバルブとして機能する第２の弁体１は、例えば図５（ａ）に示すように、第２の弁軸としてのロッド部２の先端部に嵌装して係止され、かつコイルばね３により付勢された状態で弾性保持されている。そして、ロッド部２の軸線方向の動きで流体通路を構成する途中に設けた流体通路４を適宜開閉制御するように構成されている。なお、図中５は第２の弁体１が着座する弁座シート部である。

このような構造を採用する理由は、ロッド部２の動きにより第２の弁体１が流体通路４の周縁の弁座シート部５に着座したときに、確実な弁閉状態を得られるようにするためにである。

実開平３−４１１２３号公報

しかし、上述した特許文献１で用いられている流体制御バルブにおける第２の弁体１によるバイパスバルブによれば、図５（ｂ）に示すように、確実な弁閉のために、流体通路より弁体を大きくしており、第２の弁体１の平坦面による着座部が平坦な弁座シート部５に着座したときの着座面積（当接面積）が広くなり、これにより弁閉直前または弁開直後の狭窄部の通路長さが長くなることから、該流体通路の狭窄部（図中Ｐで示す部分）を通過する流体の流速変動による負圧発生によって、第２の弁体１が上下（ロッド２の軸線方向）に揺動、挙動する等、いわゆるバタツキ現象が生じる場合があった。このようなバタツキ現象を生じると、装置作動時に振動及びそれに起因する周辺部品、例えばロッド、ピストン、Ｅリングの摩耗や破損、ハウジング側の摩耗や変形、コイルばねの折損等の不具合、並びに異音が生じてしまうものであった。

また、上述した第２の弁体１の閉弁時における流体圧の受圧状態において、図６（ａ），（ｂ）に示すように、第２の弁体１の着座面と該第２の弁体１で適宜開閉される流体通路４とに軸ずれＧを生じ、必ずしも同軸にならないため、流体圧の受圧バランスが崩れて均等に開弁しない場合があった。そして、このような軸ずれＧを生じると、上述した第２の弁体１でのバタツキ現象、さらには振動及びそれに起因する周辺部品、例えばロッド、ピストン、Ｅリングの摩耗や破損、ハウジング側の摩耗や変形、コイルばねの折損等の不具合、並びに異音等の発生が助長されるものであり、このような問題点を一掃できる何らかの対策を講じることが求められている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構造によって、弁体のバタツキ現象を抑制し、これによる振動及びそれに起因する周辺部品、例えばロッド、ピストン、Ｅリングの摩耗や破損、ハウジング側の摩耗や変形、コイルばねの折損等の不具合、並びに異音の発生を防止できるようにする流体制御バルブを得ることを目的とする。

このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係る流体制御バルブは、弁座シート部に対し直交する方向から往復駆動される弁軸の先端部にばねで付勢した状態で保持される弁体を備え、流体通路での流体の流れを制御する流体制御バルブにおいて、前記弁体と前記弁座シート部とで構成される流体通路の狭窄部分の通路長さが最小限となるように構成したことを特徴とする。

本発明（請求項２記載の発明）に係る流体制御バルブは、請求項１において、前記弁体の弁座シート部への着座部近傍に、流体からの受圧面積を拡げるように凹部を形成したことを特徴とする。

本発明（請求項３記載の発明）に係る流体制御バルブは、請求項１または請求項２において、前記弁体と前記弁座シート部との少なくともいずれか一方の着座部に、この流体制御バルブで開閉される流体通路の狭窄部分の通路長さを最小限とするための環状凸部を設けたことを特徴とする。

本発明（請求項４記載の発明）に係る流体制御バルブは、請求項１、請求項２または請求項３において、前記環状凸部は、前記弁体、弁座シート部の他方の着座部と線接触状態で着座するように構成されていることを特徴とする。

本発明（請求項５記載の発明）に係る流体制御バルブは、請求項３または請求項４において、前記環状凸部には、周方向に所定間隔をおいて複数の溝部が形成され、該バルブの上、下流側を連通する連通路とされていることを特徴とする。

本発明（請求項６記載の発明）に係る流体制御バルブは、請求項３、請求項４または請求項５において、前記環状凸部は、前記弁体、弁座シート部の他方の着座部に対し延設されたＬ字状部によって構成されていることを特徴とする。

以上説明したように本発明に係る流体制御バルブによれば、弁体と弁座シート部との間に形成される流体通路の弁閉時などにおいての狭窄部分の通路長さが最小限となるように構成しているから、簡単な構成であるにもかかわらず、以下に述べる種々優れた効果を奏する。

すなわち、本発明によれば、弁体と弁座シート部とによる流体通路の狭窄部分の通路長さを必要最小限としているため、流体の流速変動による負圧の発生を抑制し、弁開閉時における振動及びそれに起因する周辺部品、例えばロッド、ピストン、Ｅリングの摩耗や破損、ハウジング側の摩耗や変形、コイルばねの折損等の不具合、並びに異音の発生原因である弁体の揺動動作、いわゆるバタツキ現象を抑制することができる。

また、本発明によれば、弁体の弁閉時において受圧状況が、該弁体の着座面と弁座シート部とが同軸ではなく、軸ずれを生じているにもかかわらず、着座時の受圧面積を均一にしたことにより、部品点数を増やすことなく、弁体が傾いたりすることなく、平行開弁動作等が可能となる。

また、本発明によれば、弁体の弁座シート部への着座部として必要最小限の部分を残し、かつ流体からの受圧面積を拡げるように、流路断面積を拡げる方向に向かう凹部を形成しているから、軸ずれや流体通路開口径に影響されず、弁体は均等に圧力を受け、振動及びそれに起因する周辺部品、例えばロッド、ピストン、Ｅリングの摩耗や破損、ハウジング側の摩耗や変形、コイルばねの折損等の不具合、並びに異音の発生する原因である弁体のバタツキ現象を抑制することができる。

さらに、本発明によれば、上述した凹部や環状凸部をなだらかにすることにより（図２中Ａ部等参照）、流体を今までと同程度にスムーズに流すという整流効果があり、サーモスタットバルブでは、サーモスタットの感温部への流れをスムーズにするという効果がある。また、上述した凹部は、該弁体を弾性保持するばねのばね受けとしても利用できるという効果がある。

また、本発明において、環状凸部に複数の溝部を形成しているから、弁体（板状の弁体）が弁閉時にも、流体をリークさせることにより、弁開時に流体が一気に流れ込むことによる温度の変動を抑制し、温度の制御性が上がるため、該流体制御バルブのハンチング防止を図ることができる。

本発明に係る流体制御バルブの一実施例を示し、（ａ）は全体の概略断面図、（ｂ）はそのＡ部拡大図である。 図１による弁体での凹部による作用効果を説明するための要部拡大図である。 （ａ）は図１の環状凸部を説明するための弁体の概略底面図、（ｂ）はその変形例図である。 （ａ），（ｂ）は本発明に係る流体制御バルブのそれぞれ別の実施例を示し、開弁直後の状態での要部断面図である。 （ａ），（ｂ）は従来の弁体での狭窄部を説明するための概略断面図及び要部拡大図である。 （ａ），（ｂ）は従来の弁体を用いた場合の軸ずれＧを説明するための要部断面図及びその平面図である。

流体制御バルブにおいて、弁体と弁座シート部とで構成される流体通路の狭窄部分の通路長さが最小限となるように、いずれかの着座部に凹部、凸部等を設けることで、弁の開閉時等において流体圧をほぼ均等な圧力を受圧するようにすることで、バタツキ現象を抑制する。

図１ないし図３は本発明に係る流体制御バルブの一実施例を示す。
これらの図において、全体を符号１０で示すものは、温度感知式自動弁であるサーモスタット装置であり、例えば自動車用エンジンの冷却システム（図示せず）において、ラジエータ側の冷却水路と、エンジン出口部側からのバイパス流路との交差部に付設され、これらの通路によって構成される流体流路での冷却水の流れを選択的に切り換えることにより、エンジン入口部に至る冷却水温度を制御するために用いられている。

前記サーモスタット装置１０は、図１（ａ）に示すように、流体の温度変化により作動する作動体であるサーモエレメント１１を備え、このサーモエレメント１１の一端側（図中上側）にはほぼ傘状を呈する第１の弁体１２を設けるとともに、他端側（図中下側）に延びた弁軸（後述する）の先端部にはほぼ板状を呈する第２の弁体１３を設けている。また、サーモエレメント１１の軸線方向の中央部分には、第１の弁体１２を弁閉位置に付勢する付勢手段であるコイルばね１４と、そのばね押さえを兼ねる本体フレーム１５が嵌挿して設けられている。この本体フレーム１５は、後述する固定部であるバルブハウジング側の支持脚に係止されることにより、第１の弁体１２をコイルばね１４を介して常時弁閉方向に付勢するとともに、該サーモエレメント１１を摺動自在に保持する部材である。

前記サーモエレメント１１は、流体の温度を感知して膨張収縮するワックス等の熱膨張体を内封した温度感知部を備え、この温度感知部の先端（上端）からピストンロッド１１ａが進退自在に突出している。

図中２０は流体出入り口であるラジエータからの冷却水が流入しエンジン入口部に連通する通路を構成するとともに内部に前記サーモスタット装置１０を収納配置するハウジングであり、このハウジング２０の内部には、サーモスタット装置１０を配置する弁室２１が形成されるとともに、図中上方にはラジエータからの冷却水通路２１Ａが、図中右側にはエンジンに向かう冷却水通路２１Ｂが、図中下方にはバイパス流路からの流体通路２５が形成されている。

また、サーモスタット装置１０の長手方向の中程に設けたフランジ状部の内側には、前記第１の弁体１２が着座可能に対向する弁座２２が形成されている。そして、この弁座２２に弁体１２が着座可能な状態で、サーモエレメント１１や本体フレーム１５等が組み込まれている。
さらに、図中２３は前記ピストンロッド１１ａの先端部を係止保持する係止部であり、図１（ａ）の状態において、ピストンロッド１１ａが熱膨張体の熱膨張によって図中上方に突出すると、サーモエレメント１１と第１の弁体１２が図中下方に移動し、第１の弁体１２は適宜の弁開状態となり、ラジエータからの冷却水をエンジン側に流通させるように構成されている。

一方、前記サーモエレメント１１から下方に延設された弁軸としてのロッド部１８の下端には、ほぼ板状を呈する第２の弁体１３が嵌装して組付けられてＥリング等で係止され、かつコイルばね１９により付勢されることにより弾性支持されている。また、ハウジング２０の下方には、第２の弁体１３によって開閉される流体通路２５が開口し、その開口２５ａの周縁に弁座シート部２６が形成されている。

ここで、この実施例では、第２の弁体１３は、上記の弁座シート部２６に常時着座する構造となっており、バイパス流路側での冷却水圧力に応じて開閉されるリリーフバルブとして機能するように構成されている。

以上の構成によるサーモスタット装置１０において、第２の弁体１３と弁座シート部２６とによる流体制御バルブとしてのリリーフバルブ２８は、以下のような構成となっている。
すなわち、本発明によれば、弁座シート部２６に対し直交する方向から往復駆動されるロッド部１８の先端部にコイルばね１９で付勢した状態で保持される第２の弁体１３を備え、流体通路２５での流体の流れを制御する流体制御バルブ２８において、前記第２の弁体１３と前記弁座シート部２６とで構成される流体通路の狭窄部分の通路長さが最小限となるように構成している。

特に、本発明によれば、図１（ｂ）、図２、図３（ａ）に示すように、第２の弁体１３の弁座シート部２６への着座部として必要最小限の部分を残し、流体の受圧面積を拡げるように、流路断面積を拡げる方向への凹部３１を形成している。
さらに、この凹部３１につながる弁体１３の弁座シート部２６への着座部に、該バイパスバルブ２８で開閉される流体通路の狭窄部分の通路長さを最小限とするための環状凸部３２を設けている。ここでは、この環状凸部３２は、半球状に膨出する凸部として形成されている。

このような構成によれば、従来のような単純な平坦面同士での着座に対し、狭窄部分の通路長さが短くなり、流体の流速変動による負圧などが生じていた不具合を抑制することができるものである。特に、このような構成では、環状凸部３４は、弁座シート部２６の着座部と線接触状態で着座するようになっており、狭窄部分が必要最小限となることが明白である。

すなわち、弁体１３と弁座シート部２６とによる流体通路の狭窄部分の通路長さを必要最小限としているため、流体の流速変動による負圧の発生を抑制し、弁開閉時における振動及びそれに起因する周辺部品、例えばロッド、ピストン、Ｅリングの摩耗や破損、ハウジング側の摩耗や変形、コイルばねの折損等の不具合、並びに異音の発生原因であった弁体の揺動動作、いわゆるバタツキ現象を抑制することができる。

また、弁体１３の弁閉時において受圧状況が、該弁体１３の着座面と弁座シート部２６とが同軸ではなく、軸ずれを生じていても、着座時の接触部分が線接触で確保できるため、受圧面積を均一となり、部品点数を増やすことなく、弁体１３が傾いたりすることなく、平行開弁動作が可能となる。さらに、従来のようなバタツキ現象を抑制することにより、振動及びそれに起因する周辺部品、例えばロッド部１８、ピストン、Ｅリングの摩耗や破損、ハウジング側の摩耗や変形、コイルばね１９の折損等の不具合を防止することができる。

また、弁体１３の弁座シート部２６への着座部として必要最小限の部分を残し、流体の受圧面積を拡げるように凹部３１を形成しているから、図２等に示すように、軸ずれやバイパスバルブ開口径に影響されず、弁体１３は均等に圧力を受け、振動及びそれに起因する周辺部品、例えばロッド、ピストン、Ｅリングの摩耗や破損、ハウジング側の摩耗や変形、コイルばねの折損等の不具合、並びに異音の発生する原因である弁体のバタツキ現象を抑制することができる。

さらに、上述した凹部３１や環状凸部３２をなだらかにすることにより（図２中Ａ部等参照）、流体を今までと同程度にスムーズに流すという整流効果があり、サーモスタットバルブ１０では、環状凸部３２等をなだらかにすることにより、サーモスタットの感温部への流れをスムーズにするという利点もある。また、上述した凹部３１は、該弁体１３を弾性保持するコイルばね１９のばね受けとしても利用可能である。

ここで、前述した特許文献１で説明した従来公報による流体制御バルブでのバイパスバルブにおいて、図面上には、弁体の弁座シート側との着座部分に突条部を設けたような形状で描かれており、本発明を特徴づける環状凸部３２と似ているようにも見えるが、この特許文献１には何らの示唆すべき記載もなく、また弁体と弁座との締め切り部分の通路長さを最小限とすることを示唆する記載もない。

なお、図３（ｂ）に示すように、上述した環状凸部３２に、周方向に所定間隔をおいて複数の溝部３８が放射方向に向かって形成され、該バルブの上、下流側を連通する連通路とするように構成してもよい。
このような構成によれば、環状凸部３２に形成した複数の溝部３８によって、第２の弁体（板状弁体）１３が弁閉時にも、流体をリークさせ、弁開時に流体が一気に流れ込むことによる温度の変動を抑制し、温度の制御性が上がるため、該バイパスバルブ２８のハンチング防止を図ることができるという利点もある。

図４（ａ），（ｂ）は本発明の別の実施例を示す。
すなわち、図４（ａ）には、環状凸部３４を半球状に膨出する凸部として形成し、弁体１３が着座する弁座シート部２６側に設けた場合である。このようにしても、前述した実施例とほぼ同等の作用効果が得られることは容易に理解されよう。

図４（ｂ）には、弁体１３の側縁部をＬ字状に折り曲げることで、環状凸部３６を該弁体１３側に設けた場合である。このようにしても同様の作用効果が得られることは言うまでもない。

なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、サーモスタット装置１０、さらに流体制御バルブ２８としてのリリーフバルブを構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。

例えば、第１の弁体１２は弁閉、第２の弁体１３は弁開のように組付けられ、ピストン１１ａが熱膨張によって図中上方に突出し、サーモエレメント１１と第１、第２の弁体１２，１３が図１（ａ）中下方に移動し、第１の弁体１２は弁開、第２の弁体１は弁閉となる構造をもつサーモスタット装置においても適用可能である。

また、上述した実施例では、流体制御バルブ２８の弁体として板状の弁体１３を用いた場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、適宜の形状をもつ弁体でよいことは勿論である。要は、弁軸先端部でばねにより弾性保持される弁体であってバタツキ現象を生じる虞れがある弁体であれば、どのような形状、構造をもつ弁体であってもよい。

さらに、上述した実施例では、ほぼ板状を呈する第２の弁体１３の弁座シート部２６への着座部に円環状を呈する環状凸部３２を形成した場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば三角、四角、五角形、六角形、八角形、星形等の多角形状を呈するものであってもよい。

また、上述した実施例では、第２の弁体１３と弁座シート部２６とで構成される流体通路の狭窄部分の通路長さが最小限となるように、弁体１３の着座部近傍に凹部３１を形成し、さらに環状凸部３２を設けているが、本発明はこれに限定されず、弁座シート部２６を有するハウジング２０側に狭窄部分の面積を減らすような形状、例えば歯車の歯形状のような部分をもつ構造を採用するようにしてもよい。

また、上述した実施例では、サーモスタット装置１０においてリリーフバルブとして付設されている流体制御バルブ２８に適用した場合を説明したが、本発明はこれに限らず、例えばリリーフバルブ単独機能をもつ弁装置であっても適用可能である。

また、上述した実施例では、サーモスタット装置１０を、エンジン冷却水回路においてエンジンの入口部側に組み込んだ例を説明したが、本発明はこれに限定されず、エンジンの出口部側に組み込んだ場合においても、同等の作用効果が得られることは言うまでもない。

１０ サーモスタット装置
１３ 第２の弁体（板状の弁体）
２５ バイバス流路側の流体通路
２５ａ 開口
２６ 弁座シート部
２８ 流体制御バルブ（リリーフバルブ）
３１ 凹部
３２，３４，３６ 環状凸部

Claims (6)

1. 弁座シート部に対し直交する方向から往復駆動される弁軸の先端部にばねで付勢した状態で保持される弁体を備え、流体通路での流体の流れを制御する流体制御バルブにおいて、
   前記弁体と前記弁座シート部とで構成される流体通路の狭窄部分の通路長さが最小限となるように構成したことを特徴とする流体制御バルブ。
2. 請求項１記載の流体制御バルブにおいて、
   前記弁体の弁座シート部への着座部近傍に、流体からの受圧面積を拡げるように凹部を形成したことを特徴とする流体制御バルブ。
3. 請求項１または請求項２記載の流体制御バルブにおいて、
   前記弁体と前記弁座シート部との少なくともいずれか一方の着座部に、この流体制御バルブで開閉される流体通路の狭窄部分の通路長さを最小限とするための環状凸部を設けたことを特徴とする流体制御バルブ。
4. 請求項１、請求項２または請求項３記載の流体制御バルブにおいて、
   前記環状凸部は、前記弁体、弁座シート部の他方の着座部と線接触状態で着座するように構成されていることを特徴とする流体制御バルブ。
5. 請求項３または請求項４記載の流体制御バルブにおいて、
   前記環状凸部には、周方向に所定間隔をおいて複数の溝部が形成され、該バルブの上、下流側を連通する連通路とされていることを特徴とする流体制御バルブ。
6. 請求項３、請求項４または請求項５記載の流体制御バルブにおいて、
   前記環状凸部は、前記弁体、弁座シート部の他方の着座部に対し延設されたＬ字状部によって構成されていることを特徴とする流体制御バルブ。

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