JP2014194243A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ装置において、ボールバルブの位置ずれが生じた場合でも、バルブシートとの間のシール性能を十分に確保することにある。
【解決手段】バルブ装置は、ボールバルブ１３と、バルブシート１４と、押圧力を自ら発生することで、もしくは、他から伝達された押圧力をバルブシート１４に伝達することで、バルブシート１４に押圧力を付与する押圧力付与部材２４とを備える。そして、押圧力付与部材２４とバルブシート１４との間は摺動可能となっているため、ボールバルブ１３が回転軸の軸方向に変位してしまった場合でも、ボールバルブ１３のずれをバルブシート１４が吸収しつつ押圧力付与部材２４に対して摺動することができる。したがって、ボールバルブ１３の変位は押圧力付与部材２４にまで影響することがなく、押圧力付与部材２４の傾きを防止することできる。この結果、バルブシート１４に対する押圧力が偏って付与される虞を低減できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、流路を開閉するバルブ装置に関する。

従来より、バルブ装置として、内部流路が設けられて所定の回転軸周りに回転することで内部流路の方位を変えるボールバルブと、回転軸とは異なる方向を軸方向とする筒状を呈して、内部流路との連通及び遮断がされる流路を形成するバルブシートとを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
バルブシートの軸方向一端には、開口周縁にボールバルブが回転摺動可能な凹状の球面が設けられており、バルブシートの軸方向他端側には、バルブシートをボールバルブへ向かって押圧するスプリングが配されている。

独国特許出願公開第１０２００９０１４０４７号明細書

ところで、ボールバルブは、部品寸法のばらつきや、圧力印加時のボールバルブの変形や、ボールバルブが固定されるシャフトの変形等によって、ボールバルブが所定の位置からずれて、回転軸の軸方向及び軸直角方向に変位してしまう場合がある。
軸直角方向の変位はバルブシートをスプリングの伸縮によってある程度吸収できるものの、軸方向の変位に関してはスプリングでは吸収できない。

ボールバルブの変位が生じると、ボールバルブの表面の球面と、バルブシートの凹状の球面とが合致せずに漏れが生じる場合がある。また、ボールバルブの位置ずれによって、バルブシートが傾いて、スプリングから押圧力が偏って付与され、バルブシートとボールバルブとの間のシールに必要な押圧力を流路の開口周縁に均等に付与できなくなり、漏れが発生する虞がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ボールバルブの位置ずれが生じた場合でも、バルブシートとの間のシール性能を十分に確保することにある。

本発明のバルブ装置は、流路（以下、内部流路と呼ぶ）が設けられ、所定の回転軸周りに回転することで流路の方位を変化させるとともに、凸状の球面の一部で構成される表面を有する回転体と、回転軸とは異なる方向を軸方向とする筒状の部材であって、筒内部が回転体の回転に伴って内部流路との連通及び遮断がされる流路をなす筒状体と、筒状体の軸方向一端において流路の開口周縁に設けられ、回転体が回転摺動可能な凹状の球面を有し、所定の押圧力によって凹状の球面が回転体の表面に圧接することにより筒状体と回転体との間のシールが形成される球面シール構造と、押圧力を自ら発生することで、もしくは、他から伝達された押圧力を筒状体に伝達することで、筒状体に押圧力を付与する部材であって、筒状体の軸方向他端側から筒状体に当接し、筒状体に当接する面は、筒状体に対して相対的に摺動することができる押圧力付与部材とを備える。

すなわち、回転体が回転摺動する筒状体は、押圧力付与部材に対して摺動可能であるため、回転体が回転軸の軸方向に変位してしまった場合でも、回転体のずれを筒状体が吸収しつつ押圧力付与部材に対して摺動することができる。したがって、回転体が回転軸の軸方向に変位したとしても、この変位は押圧力付与部材にまで影響することがなく、押圧力付与部材の傾きを防止することできる。
この結果、ボールバルブの位置ずれが生じた場合でも、筒状体に対する押圧力が偏って付与される虞を低減でき、バルブシートとの間のシール性能を十分に確保することができる。

本発明のバルブ装置が適用されるエンジン冷却装置の全体構成を示す概略図である（実施例１）。 バルブ装置の全体構成を示す概略図である（実施例１）。 バルブ装置の断面図である（実施例１）。 本発明の作用効果を説明する説明図である（実施例１）。 バルブ装置の断面図である（実施例２）。 バルブ装置の断面図である（実施例３）。 バルブ装置の断面図である（実施例４）。 本発明の作用効果を説明する説明図である（実施例４）。 バルブ装置の断面図である（実施例５）。 バルブ装置の断面図である（実施例６）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
〔実施例１の構成〕
本実施例を図１〜４を用いて説明する。
まず、本実施例のバルブ装置１が適用されるエンジン冷却装置２の構成を、図１及び図２を用いて説明する。
エンジン冷却装置２は、エンジン３に冷却水を強制的に循環させてエンジン３を冷却する冷却水回路を有している。

冷却水回路は、ウォータポンプ４より吐出された冷却水を、エンジン３→ラジエータ５→ウォータポンプ４の順に循環させる回路である。
なお、冷却水としては、例えばエチレングリコールを主成分の冷却水（例えば、ＬＬＣ）などが用いられる。

エンジン３は、シリンダヘッド６とシリンダブロック７とを備え、シリンダヘッド６及びシリンダブロック７には、冷却水が流通するウォータジャケット８が形成されている。

冷却水回路内には冷却水の流量を制御するバルブ装置１が配されている。本実施例では、ウォータジャケット８の出口下流に接続された冷却水流路１１の途中に配置されている。

次に、図２及び図３を用いてバルブ装置１について説明する。
本実施例のバルブ装置１は、ボールバルブ１３（回転体）と、ボールバルブ１３の下流側に配されるバルブシート１４（筒状体）とを備える。

ボールバルブ１３は、凸状の球面の一部で構成される表面１５を有する弁体であって、所定の回転軸を中心に回転駆動されるシャフト１７の一端に固定されている。

また、ボールバルブ１３には、回転軸とは異なる方向を流れ方向とする流路（以下、内部流路１８と呼ぶ）が設けられており、ボールバルブ１３が回転することにより内部流路１８の方位が変化する。

バルブシート１４は、例えば、金属もしくは樹脂により形成された円筒状の部材である。本実施例では、例えば摺動性に優れた四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）によって形成されている。なお、バルブシート１４をゴム材料にて形成し、ＰＴＦＥ被覆を施してもよい。
ボールバルブ１３の下流側には、冷却水流路１１を形成するとともに回転軸と異なる方向を軸方向とする配管２０が接続されており、バルブシート１４は配管２０と同軸に配されている。

バルブシート１４の筒内部は、配管２０とともに冷却水流路１１の一部をなし、ボールバルブ１３の回転に伴って内部流路１８との連通及び遮断がされる流路２１（以下、弁座側流路２１と呼ぶ）が形成されている。

これらの構成によって、ボールバルブ１３が回転することで、内部流路１８と弁座側流路２１との間が遮断されて冷却水流路１１が閉じた状態と、内部流路１８と弁座側流路２１とが連通して冷却水流路１１が開いた状態とを切り替えるバルブ構造が形成される。

バルブシート１４の軸方向一端には弁座側流路２１の開口があり、その開口周縁には、ボールバルブ１３の表面１５の凸状の球面と同じ曲率であって、ボールバルブ１３が回転摺動可能な凹状の球面（以下、球状シール面２３と呼ぶ）が設けられている。
そして、所定の押圧力によって球状シール面２３がボールバルブ１３の表面１５に面接触で圧接することによりバルブシート１４とボールバルブ１３との間に球面シール構造が形成される。

所定の押圧力は、押圧力付与部材２４を介して伝達される。
本実施例の押圧力付与部材２４は、バルブシート１４の軸方向他端側からバルブシート１４に当接して、スプリング２５からの押圧力を伝達する部材である。
なお、スプリング２５は本実施例ではコイルスプリングであるが、板バネや皿バネ等であってもよい。

押圧力付与部材２４は、金属または樹脂により形成された円筒状の部材であって、その外径及び内径は、バルブシート１４と同等に形成されている。押圧力付与部材２４の筒内部はバルブシート１４の筒内部と連通しており、冷却水流路１１の一部をなす。

押圧力付与部材２４は、配管２０内に挿入されており、配管２０の内周面と押圧力付与部材２４の外周面との間にはシール部材２６が配されている。このシール部材２６により、バルブシート１４及び押圧力付与部材２４の外周からの冷却水の漏れを阻止するシールが形成される。

押圧力付与部材２４の軸方向一端側は、バルブシート１４に当接する当接面３０となっており、この当接面３０は、バルブシート１４に対して回転軸の軸方向（以下、回転軸方向と呼ぶ）に相対的に摺動可能となっている。
本実施例では、バルブシート１４の押圧力付与部材２４に当接する当接面３１が凸状の球面を呈しており、当接面３０は当接面３１と同じ曲率であって当接面３１と面接触する凹状の球面を呈している。
そして、当接面３１が当接面３０に沿って全面接触しながら摺動して、回転軸方向に摺動可能となっている。

なお、当接面３１及び当接面３０の球面の曲率Ｒ１は、ボールバルブ１３の表面１５及び球状シール面２３の曲率Ｒ２と異なっている。例えば、曲率Ｒ１が曲率Ｒ２よりも小さい。

また、押圧力付与部材２４の軸方向他端側は、スプリング２５からの押圧力を受ける受け座２４ａが形成されている。スプリング２５の反押圧力付与部材側の端部は、配管２０内に形成された段部２０ａに係止されている。

〔本実施例の作用効果〕
本実施例の作用効果を図４を用いて説明する。
本実施例では、バルブシート１４が押圧力付与部材２４に対して摺動自在となっている。例えば、バルブシート１４が摺動抵抗の低い材料で形成されているため、バルブシート１４はボールバルブ１３及び押圧力付与部材２４の双方に対して、摺動しやすくなっている。
このため、ボールバルブ１３が回転軸方向一端側（図示下側）へ位置ずれした場合に、バルブシート１４はボールバルブ１３と押圧力付与部材２４との間で滑り、回転軸方向他端側（図示上側）へ移動する。すなわち、バルブシート１４の球状シール面２３とボールバルブ１３の表面１５とが全面接触しながら摺動するとともに、当接面３１と当接面３０とが全面接触しながら摺動する。

これによれば、ボールバルブ１３の軸方向への位置ずれを生じても、バルブシート１４がボールバルブ１３に追従してボールバルブ１３の表面１５に沿って変位するため、バルブシート１４とボールバルブ１３との間のシールを確保することができる。
また、バルブシート１４と押圧力付与部材２４との間が摺動可能であるため、ボールバルブ１３が回転軸方向に位置ずれを生じた場合でも、このずれはバルブシート１４の変位により吸収され、押圧力付与部材２４には影響が及ばないため、押圧力付与部材２４が配管２０の軸方向に対して傾くことがない。
この結果、ボールバルブ１３の位置ずれが生じた場合でも、バルブシート１４に対する押圧力が偏って付与される虞を低減でき、バルブシート１４との間のシール性能を十分に確保することができる。

〔実施例２〕
実施例２のバルブ装置１を実施例１とは異なる点を中心に図５を用いて説明する。なお、実施例１と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例では、押圧力付与部材２４はゴム材料にて形成されており、押圧力付与部材２４の一部が配管２０の内周面に圧接して、バルブシート１４及び押圧力付与部材２４の外周からの冷却水の漏れを阻止するシールとして機能する。

これによれば、実施例１におけるシール部材２６を設けなくてすむため、部品点数及び組付工数を削減できる。したがって、コスト削減に貢献できる。
なお、押圧力付与部材２４をゴム材料にて形成した場合、押圧力付与部材２４がスプリング２５の押圧力によって変形する虞があるため、本実施例ではスプリング２５を平角線コイルスプリングとし、スプリング２５と押圧力付与部材２４とを面接触させて押圧力付与部材２４の変形を抑制している。

〔実施例３〕
実施例２のバルブ装置１を実施例２とは異なる点を中心に図６を用いて説明する。なお、実施例２と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例では、押圧力付与部材２４はゴム材料にて形成されており、押圧力付与部材２４自身が押圧力を自ら発生する。
すなわち、段部２０ａと当接面３１との間に、押圧力付与部材２４を圧縮した状態で組み付けることにより、押圧力付与部材２４の復元力でバルブシート１４がボールバルブ１３に押圧される。

これによれば、実施例１におけるスプリング２５を設けなくてすむため、部品点数及び組付工数を削減できる。したがって、コスト削減に貢献できる。

〔実施例４〕
実施例４のバルブ装置１を実施例１とは異なる点を中心に図７及び図８を用いて説明する。なお、実施例１と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例のバルブシート１４は、配管２０内に挿入されており、バルブシート１４の外周面と配管２０の内周面との間にはシール部材３８が配されている。

そして、バルブ装置１は、バルブシート１４の軸方向他端側からバルブシート１４に当接してバルブシート１４をボールバルブ１３に押圧する押圧力を付与する押圧力付与部材４０を備える。本実施例では押圧力付与部材４０はコイルスプリング４１である。
なお、本実施例の押圧力付与部材４０は、バルブシート１４をボールバルブ１３へ押圧する機能としては実施例１の押圧力付与部材２４と共通しているが、バルブシート１４との間で積極的に摺動を生じさせるか否かの点で異なるために、別の符号を付している。

そして、バルブシート１４の軸方向他端には、押圧力付与部材４０に当接して押圧力付与部材４０からの押圧力を受ける押圧力受面１４ａが、凹状の球面として形成されている。なお、コイルスプリング４１の反バルブシート側の端部は、配管２０内に形成された段部２０ａに係止されている。

そして、コイルスプリング４１は、バルブシート１４に当接する側が、押圧力受面１４ａの形状に沿った球状の外形を有するように巻回されており、コイルスプリング４１のコイル素線が押圧力受面１４ａの径方向に並んで押圧力受面１４ａに当接する。

〔本実施例の作用効果〕
本実施例では、実施例１とは異なり、ボールバルブ１３が回転軸方向に位置ずれした場合に、図８に示すように、配管２０内でバルブシート１４が配管２０の軸方向に対して傾く可能性がある。
しかしながら、コイルスプリング４１からの押圧力を受ける押圧力受面１４ａが凹状の球面であるため、バルブシート１４の傾きによる押圧力受面の位置ずれは少ない。

そして、押圧力受面が位置ずれしても、球状の当接部を有するコイルスプリング４１が追従するため、バルブシート１４に対する押圧力が偏って付与される虞を低減できる。

〔実施例５〕
実施例４のバルブ装置１を実施例１とは異なる点を中心に図９を用いて説明する。なお、実施例４と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例の押圧力付与部材２４は、円筒状のコイルスプリング４１及びコイルスプリング４１の軸方向他端に配されてコイルスプリング４１からの押圧力をバルブシート１４に伝達する円筒部材４５を有する。

円筒部材４５のバルブシート１４に当接する当接面４６は、押圧力受面１４ａと全面接触するような凸状の球面を呈している。
本実施例によっても、実施例４と同様に、ボールバルブ１３が回転軸方向に位置ずれによって押圧力受面が位置ずれした場合においても、バルブシート１４に対する押圧力が偏って付与される虞を低減できる。

〔実施例６〕
実施例４のバルブ装置１を実施例１とは異なる点を中心に図１０を用いて説明する。なお、実施例４と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例の押圧力付与部材２４は、ゴム材料により形成された円筒部材５０であって、段部２０ａと押圧力受面１４ａとの間に、円筒部材５０を圧縮した状態で組み付けることにより、円筒部材５０の復元力でバルブシート１４がボールバルブ１３に押圧される。

そして、円筒部材５０のバルブシート１４に当接する当接面５１は、押圧力受面１４ａと全面接触するような凸状の球面を呈している。
本実施例によっても、実施例４と同様に、ボールバルブ１３が回転軸方向に位置ずれによって押圧力受面が位置ずれした場合においても、バルブシート１４に対する押圧力が偏って付与される虞を低減できる。

〔変形例〕
実施例１では、当接面３１が凸状の球面であり、当接面３０が凹状の球面であったが、当接面３１が凹状の球面とし、当接面３０が凸状の球面としてもよい。また、当接面３１及び当接面３０を共に平面としてもよい。

また、実施例１では、回転軸方向へのボールバルブ１３の位置ずれが生じた際に、バルブシート１４がボールバルブ１３及び押圧力付与部材２４の双方に対して摺動する構成であったが、例えば、ボールバルブ１３の回転軸方向への変位に対してバルブシート１４がボールバルブ１３と共に変位できるようにバルブシート１４とボールバルブ１３との間の回転軸方向への摩擦抵抗を高く設定し、バルブシート１４と押圧力付与部材２４との間のみで摺動を生じる構成としてもよい。

また、実施例１では、曲率Ｒ１と曲率Ｒ２が異なっていたが、曲率Ｒ１と曲率Ｒ２とが同じであってもよい。

１ バルブ装置、１３ ボールバルブ、１４ バルブシート、１５ ボールバルブの表面、１８ 内部流路、２１ 弁座側流路、２３ 球状シール面、２４ 押圧力付与部材

Claims (5)

1. 流路（１８）が設けられ、所定の回転軸周りに回転することで流路（１８）の方位を変化させるとともに、凸状の球面の一部で構成される表面（１５）を有する回転体（１３）と、
   前記回転軸とは異なる方向を軸方向とする筒状の部材であって、筒内部が前記回転体（１３）の回転に伴って前記回転体の流路（１８）との連通及び遮断がされる流路（２１）をなす筒状体（１４）と、
   前記筒状体（１４）の軸方向一端において前記筒状体の流路（２１）の開口周縁に設けられ、前記回転体（１３）が回転摺動可能な凹状の球面（２３）を有し、所定の押圧力によって前記凹状の球面（２３）が前記回転体（１３）の表面１５）に圧接することにより前記筒状体（１４）と前記回転体（１３）との間のシールが形成される球面シール構造と、
   前記押圧力を自ら発生することで、もしくは、他から伝達された前記押圧力を筒状体（１４）に伝達することで、前記筒状体（１４）に前記押圧力を付与する部材であって、前記筒状体（１４）の軸方向他端側から前記筒状体（１４）に当接し、前記筒状体（１４）に当接する面（３０）は、前記筒状体（１４）に対して相対的に摺動することができる押圧力付与部材（２４）とを備えるバルブ装置。
2. 請求項１に記載のバルブ装置において、
   前記押圧力付与部材（２４）は、ゴム材料によって形成されていることを特徴とするバルブ装置。
3. 流路（１８）が設けられ、所定の回転軸周りに回転することで流路（１８）の方位を変化させるとともに、凸状の球面の一部で構成される表面（１５）を有する回転体（１３）と、
   前記回転軸とは異なる方向を軸方向とする筒状の部材であって、筒内部が前記回転体（１３）の回転に伴って前記回転体の流路（１８）との連通及び遮断がされる流路（２１）をなす筒状体（１４）と、
   前記筒状体（１４）の軸方向一端において前記筒状体の流路（２１）の開口周縁に設けられ、前記回転体（１３）が回転摺動可能な凹状の球面（２３）を有し、所定の押圧力によって前記凹状の球面（２３）が前記回転体（１３）の表面（１５）に圧接することにより前記筒状体（１４）と前記回転体（１３）との間のシールが形成される球面シール構造と、
   前記筒状体（１４）に前記押圧力を付与する部材であって、前記筒状体（１４）の軸方向他端側から前記筒状体（１４）に当接する押圧力付与部材（２４）と、
   前記筒状体（１４）の軸方向他端に凹状の球面（２３）として形成されて、前記押圧力付与部材（２４）からの押圧力を受ける押圧力受面（１４ａ）とを備えるバルブ装置。
4. 請求項３に記載のバルブ装置において、
   前記押圧力付与部材（２４）は、コイルスプリングであって、前記押圧力受面（１４ａ）に当接する側が前記押圧力受面（１４ａ）に沿う形状に形成されていることを特徴とするバルブ装置。
5. 前記押圧力付与部材（２４）は、前記押圧力受面（１４ａ）に面接触する凸状の球面を有することを特徴とするバルブ装置。
   

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