JP2016031140A - 流体制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】構造の簡略化を図りながら開弁状態と閉弁状態とに確実に切り替えることができる流体制御弁を提供する。
【解決手段】筒状壁体１ａの両端部に端部壁体１ｂ，１ｃを有するハウジング１と、端部壁体１ｂ，１ｃの一方に設けられ、ハウジング１に流体が流入する流入孔４と、筒状壁体１ａに設けられ、ハウジング１の流体が流出する流出孔５ａ，５ｂと、筒軸芯Ｘの周りで回転自在に筒状壁体１ａの内部に設けられ、流出孔５ａ，５ｂに連通する開口部を備えつつ拡径方向に弾性変形する特性を有する筒状のロータ２と、ロータ２を筒軸芯Ｘの周りで回転させるロータ回転機構３とを備え、流入孔４がロータ２の内径よりも小さい径で当該ロータ２の内側に臨んでいる。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体の流通を制御する流体制御弁に関する。

特許文献１には、従来の流体制御弁が記載されている。
この流体制御弁は、筒状壁体の両端部に端部壁体を有するハウジングと、前記端部壁体の一方に設けられ、前記ハウジングに流体が流入する流入孔と、前記筒状壁体に設けられ、前記ハウジングの流体が流出する流出孔と、前記筒状壁体の筒軸芯の周りで回転自在に前記筒状壁体の内部に設けられ、拡径方向に弾性変形する特性を有する断面形状がＣ字状のロータと、前記ロータを前記筒軸芯の周りで回転させるロータ回転機構とを備えている。

ロータの内周側には、当該ロータと一体回転する中実の調節部材を隙間を隔てて装着してある。ロータと筒状壁体との界面のシール性は、ロータと調節部材との隙間に入り込んだ流体の圧力でロータを拡径方向に弾性変形させて、ロータの外遊面を筒状壁体の内周面に押し付けることにより確保する。
ロータ回転機構は、調節部材をロータと一体回転させることにより、筒状壁体に設けた流出孔をロータで塞がない開弁状態とロータで塞ぐ閉弁状態とに切り替える。

特表２００６−５１２５４７号公報

従来の流体制御弁は、調節部材をロータの内周側に隙間を隔てて装着し、ロータ回転機構により調節部材をロータと一体回転させて、開弁状態と閉弁状態とに切り替える。
このため、ロータを操作するための部材点数が多くなり、構造が複雑化する。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、構造の簡略化を図りながら開弁状態と閉弁状態とに確実に切り替えることができる流体制御弁を提供することを目的とする。

本発明による流体制御弁の特徴構成は、筒状壁体の両端部に端部壁体を有するハウジングと、前記端部壁体の一方に設けられ、前記ハウジングに流体が流入する流入孔と、前記筒状壁体に設けられ、前記ハウジングの流体が流出する流出孔と、前記筒状壁体の筒軸芯の周りで回転自在に前記筒状壁体の内部に設けられ、前記流出孔に連通する開口部を備えつつ拡径方向に弾性変形する特性を有する筒状のロータと、前記ロータを前記筒軸芯の周りで回転させるロータ回転機構と、を備え、前記流入孔が、前記ロータの内径よりも小さい径で当該ロータの内側に臨んでいる点にある。

本構成の流体制御弁は、流出孔に連通する開口部を備えた筒状のロータを筒軸芯の周りで回転させて、開口部が流出孔に連通する開弁状態と流出孔に連通しない閉弁状態とに切り替えることができる。
また、流入孔が筒状のロータの内径よりも小さい径で当該ロータの内側に臨んでいるので、流入孔から流入する流体をロータと筒状壁体との間に入り込まないようにロータの内側に向けて流入し易く、ロータと筒状壁体との間に流体圧が作用し難い。
このため、閉弁状態においてロータが流体圧力により拡径方向に弾性変形して筒状壁体の内周面に押し付けられるセルフシール機能を確実に発揮させることができる。
したがって、本構成の流体制御弁であれば、従来のような調節部材を設けることなく構造の簡略化を図りながら、開弁状態と閉弁状態とに確実に切り替えることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記流入孔から流入する流体を前記一方の端部壁体の位置よりも前記ロータの内側に誘導する誘導部を設けてある点にある。

本構成であれば、流入孔から流入する流体をロータと筒状壁体との間に入り込まないようにロータの内側に積極的に誘導できるので、閉弁状態においてロータと筒状壁体との間に流体圧が一層作用し難い。

本発明の他の特徴構成は、前記流入孔から流入する流体を前記ロータの内面に向けて噴出させる噴出部を設けてある点にある。

本構成であれば、流入孔から流入する流体の噴出圧力をロータの内面に作用させて、ロータを筒状壁体に強く押し付けることができるので、閉弁状態においてロータと筒状壁体との間に流体圧が一層作用し難い。

本発明の他の特徴構成は、前記流入孔を前記筒軸芯よりも前記流出孔から離れる側に設けてある点にある。

本構成であれば、流入孔から流入した流体が筒軸芯よりも位置から流出孔に向けて筒径方向に流動する流れを形成できる。
このため、流入孔から流入した流体の動圧を流出孔を塞いでいるロータ部分に作用させて、閉弁状態に確実に維持できる。

本発明の他の特徴構成は、前記端部壁体と当該端部壁体に対向する前記ロータの端部との間にラビリンス構造部を設けてある点にある。

本構成であれば、流入孔からロータの内側に流入した流体が端部壁体とロータとの間からロータと筒状壁体との間に流入し難い。
このため、閉弁状態においてロータと筒状壁体との間に流体圧が一層作用し難く、閉弁状態に確実に切り替えることができる。

流体制御弁を設けてある冷却回路の説明図である。 流体制御弁の斜視図である。 流体制御弁の断面図である。 第１開弁状態を示す断面図である。 第２開弁状態を示す断面図である。 閉弁状態を示す断面図である。 第２実施形態の流体制御弁を示す断面図である。 第３実施形態の流体制御弁を示す断面図である。 第４実施形態の流体制御弁を示す断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図６は、車両用エンジンを冷却する冷却水（流体の一例）がポンプ（ウォータポンプ）Ｐで循環する冷却回路１００に設けてある本実施形態の流体制御弁Ｖを示す。
冷却回路１００は、図１に示すように、エンジンＥを通過した冷却水がラジエータＲを介して循環する第１経路Ｗ１と、エンジンＥを通過した冷却水がヒータコアＨを介して循環する第２経路Ｗ２とを有する。

流体制御弁Ｖは、エンジンＥのウォータジャケットを通過した冷却水をラジエータＲ及びヒータコアＨに向けて流通させる。ポンプＰは、ラジエータＲ及びヒータコアＨを通過した冷却水をエンジンＥのウォータジャケットに流入させる。

図２，図３に示すように、流体制御弁Ｖは、金属製又は樹脂性のハウジング１と、ハウジング１に収容された円筒状のロータ２と、ロータ２を駆動回転させるロータ回転機構３とを有する。

ハウジング１は、内径が一定の円筒状壁体１ａと、円筒状壁体１ａの両端部を塞ぐ円形の端部壁体１ｂ，１ｃと備え、円筒状壁体１ａの筒軸芯Ｘが上下方向に沿う姿勢で固定される。
ロータ２は、筒軸芯Ｘの周りで回転自在に円筒状壁体１ａの内部に支持されている。

一方の端部壁体である上方に配置される天板１ｂには、エンジンＥを通過した冷却水が流入管４ａを通してハウジング１に流入する流入孔４を設けてある。流入孔４は筒軸芯Ｘと同芯の円形に形成してある。
他方の端部壁体である下方に配置される底板１ｃには、ロータ２を筒軸芯Ｘと同芯で回転させるロータ回転機構３を設けてある。
円筒状壁体１ａには、ハウジング１に流入した冷却水が流出する二つの円形の流出孔５ａ，５ｂを設けてある。

第１流出孔５ａは、第１経路Ｗ１を形成する第１流出管６ａを通して冷却水をラジエータＲに流入させる。第２流出孔５ｂは、第２経路Ｗ２を形成する第２流出管６ｂを通して冷却水をヒータコアＨに流入させる。
第１流出孔５ａと第２流出孔５ｂは、筒軸芯Ｘの周りで位相が互いに１８０度ずれた位置に形成してあり、第２流出孔５ｂは、第１流出孔５ａよりも底板１ｃに近い低い位置に形成してある。

ロータ２は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の摺動性に優れた樹脂で、周方向の一部に筒軸芯Ｘの方向に沿うスリット２ａを全幅に亘って備えた断面Ｃ形の円筒状に形成され、ハウジング１に流入した冷却水の圧力で拡径方向に弾性変形して円筒状壁体１ａの内周面に密着する特性を有する。
ロータ２は、第１流出孔５ａに連通する第１開口部７ａと、第２流出孔５ｂに連通する第２開口部７ｂとを備えている。

ロータ回転機構３は、筒軸芯Ｘと同芯で回転自在に支持された支軸３ａと、支軸３ａを駆動回転させる電動モータＭと、支軸３ａのハウジング内部への突出端部に固定された回転板３ｂと、回転板３ｂに外周部から筒軸芯Ｘと平行に延設されたアーム３ｃとを備えている。
ロータ回転機構３は、ロータ２に設けたスリット２ａにアーム３ｃを嵌入して、電動モータＭの駆動による回転板３ｂの回転でロータ２を一体に回転させる。

流体制御弁Ｖは、ロータ回転機構３によるロータ２の回転で、図４〜図６に示すように、第１開弁状態と第２開弁状態と閉弁状態とに切り替える。
第１開弁状態では、図４に示すように、第１開口部７ａが第１流出孔５ａに連通し、同時に、第２開口部７ｂが第２流出孔５ｂに連通する。
第２開弁状態では、図５に示すように、第１開口部７ａが第１流出孔５ａに連通せず、第２開口部７ｂが第２流出孔５ａに連通する。
閉弁状態では、図６に示すように、第１開口部７ａおよび第２開口部７ｂが円筒状壁体１ａで同時に塞がれる。

図３に示すように、流入孔４は、ロータ２の内径よりも小さい径で当該ロータ２の内側に同芯状に臨んでおり、流入孔４からハウジング１に流入する冷却水を天板１ｂの位置よりもロータ２の内側に誘導する円筒状の誘導部８を天板１ｂの内側に一体に設けてある。
誘導部８は、流入孔４の周縁に沿って円形の誘導筒を天板１ｂに一体に設けて構成してある。

また、天板１ｂと天板１ｂに対向するロータ２の上端部との間にラビリンス構造部９を設けてある。
ラビリンス構造部９は、ロータ２の上端部における内外周面および端面を摺動自在に嵌入する下向きの環状溝９ａを、円筒状壁体１ａと誘導筒８の外周面との間に形成して設けてある。

これにより、ロータ２を外周面が円筒状壁体１ａの内周面に密着するように組み付け、さらに、誘導筒８の外周面がロータ２の内周面に密着するように天板１ｂを組み付けるという簡易な作業で、ロータ２と円筒状壁体１ａとの間に冷却水が流入し難い構造を設けることができる。

〔第２実施形態〕
図７は、本実施形態の流体制御弁Ｖを示す。
本実施形態の流体制御弁Ｖは、ラビリンス構造部９を備えず、流入孔４から流入する冷却水をロータ２の内面に向けて噴出させる噴出部１０を設けてある点で第１実施形態と異なる。

噴出部１０は、流入管４ａを筒軸芯Ｘに対して傾斜する姿勢でロータ２の内側に入り込ませて、流入管４ａの先端からロータ２の内面に向けて冷却水を噴出させるように構成してある。
これにより、冷却水の噴出圧力をロータ２の内面に効率良く作用させて、ロータ２を円筒状壁体１ａに対して強く押し付けることができる。

なお、ロータ２の内面に冷却水を噴出させる流入管４ａであれば、流入管４ａを筒軸芯Ｘと同軸芯でロータ２の内側に入り込ませ、その先端をロータ２の内面に向けて屈曲させてあってもよい。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第３実施形態〕
図８は、本実施形態の流体制御弁Ｖを示す。
本実施形態の流体制御弁Ｖは、ラビリンス構造部９を備えず、ロータ２の内径よりも小さい径で当該ロータ２の内側に臨んでいる流入孔４を、筒軸芯Ｘよりも第１流出孔５ａから離れる側に変位した位置に設けてある点で第１実施形態と異なる。

本実施形態であれば、第１流出孔５ａから離れた位置において冷却水を供給するので、ロータ２の第１流出孔５ａを塞いでいる部分に対する押し付け力を発揮させ易い。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第４実施形態〕
図９は、本実施形態の流体制御弁Ｖを示す。
本実施形態の流体制御弁Ｖは、第１実施形態で示したラビリンス構造部９に加えて、底板１ｃと底板１ｃに対向するロータ２の下端部との間にラビリンス構造部１１を設けてある点で第１実施形態と異なる。
ラビリンス構造部１１は、ロータ２の下端部における内外周面および端面を摺動自在に嵌入する上向きの環状溝１１ａを形成して設けてある。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

本実施形態であれば、流入孔４からロータ２の内側に流入した冷却水が、天板１ｂとロータ２との間に加えて、底板１ｃとロータ２との間からも、円筒状壁体１ａとロータ２との間に流入し難い。
このため、閉弁状態においてロータ２と円筒状壁体１ａとの間に流体圧が一層作用し難く、閉弁状態に一層確実に切り替えることができる。

本発明は、冷却水以外の各種流体の流通を制御する流体制御弁に利用できる。

１ ハウジング
１ａ 筒状壁体
１ｂ，１ｃ 端部壁体
２ ロータ
３ ロータ回転機構
４ 流入孔
５ａ，５ｂ 流出孔
７ａ，７ｂ 開口部
８ 誘導部（誘導筒）
９，１１ ラビリンス構造部
１０ 噴出部
Ｘ 筒軸芯

Claims (5)

1. 筒状壁体の両端部に端部壁体を有するハウジングと、
   前記端部壁体の一方に設けられ、前記ハウジングに流体が流入する流入孔と、
   前記筒状壁体に設けられ、前記ハウジングの流体が流出する流出孔と、
   前記筒状壁体の筒軸芯の周りで回転自在に前記筒状壁体の内部に設けられ、前記流出孔に連通する開口部を備えつつ拡径方向に弾性変形する特性を有する筒状のロータと、
   前記ロータを前記筒軸芯の周りで回転させるロータ回転機構と、を備え、
   前記流入孔が、前記ロータの内径よりも小さい径で当該ロータの内側に臨んでいる流体制御弁。
2. 前記流入孔から流入する流体を前記一方の端部壁体の位置よりも前記ロータの内側に誘導する誘導部を設けてある請求項１記載の流体制御弁。
3. 前記流入孔から流入する流体を前記ロータの内面に向けて噴出させる噴出部を設けてある請求項１又は２記載の流体制御弁。
4. 前記流入孔を前記筒軸芯よりも前記流出孔から離れる側に設けてある請求項１又は２記載の流体制御弁。
5. 前記端部壁体と当該端部壁体に対向する前記ロータの端部との間にラビリンス構造部を設けてある請求項１〜４のいずれか１項記載の流体制御弁。

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