JP2016151340A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ開口部４ａの位置ずれによるバルブ開き始め角度のずれを補正できるバルブ装置１を提供する。
【解決手段】バルブ装置１は、流出ポート９の一部に光を透過する光透過部９ａが設けられ、センサカバー１５の内部に照度センサ１６が搭載される。バルブ閉弁時には、光透過部９ａを透過して流出ポート９の内部へ入り込んだ光がロータリバルブ４によって遮られるため、照度センサ１６まで光が届くことはない。一方、バルブ開弁時には、光透過部９ａを透過して流出ポート９の内部へ入り込んだ光がロータリバルブ４によって遮られることはなく、光ルートを通って照度センサ１６まで到達する。ＥＣＵ１４は、照度センサ１６が一定以上の明るさを検知した時のロータリバルブ４の回転角度をバルブ開き始め角度としてメモリに記憶し、その情報を基に設計上のバルブ開き始め角度とのずれを補正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転駆動されるロータリバルブの回転角度に応じてポート開口部の開口面積を可変するバルブ装置に関する。

従来技術として特許文献1に開示されたバルブ装置がある。
このバルブ装置は、外周面にバルブ開口部を有する円筒状のロータリバルブと、このロータリバルブを回動自在に収容すると共に、バルブ開口部と連通可能なポート開口部を形成するバルブハウジングとを有し、ロータリバルブの回転角度に応じてバルブ開口部と連通するポート開口部の開口面積が変化する。

特開２０１３−２４５７３８号公報

従来技術に係るバルブ装置は、ロータリバルブの製造ばらつきや組付誤差などの影響により、バルブ開口部に軸方向の位置ずれを生じる可能性がある。
例えば、図５（ａ）に示すように、バルブ開口部４ａが軸方向（図示矢印方向）に位置ずれすると、同図（ｂ）に示すように、バルブ開口部４ａがポート開口部７ａを開き始める時の開弁角度にずれが生じる。すなわち、バルブ開口部４ａが設計上の位置でポート開口部７ａを開き始める時の開弁角度と、バルブ開口部４ａが軸方向にずれた位置でポート開口部７ａを開き始める時の開弁角度との間にずれが生じる。なお、図５では、バルブ開口部４ａの設計上の位置を実線で示し、設計上の位置に対し軸方向へずれた位置を破線で示している。

また、バルブ開口部４ａが設計上の位置に対し軸方向にずれると、ロータリバルブの作動角に対する流量特性が変化する。つまり、バルブ開口部４ａが軸方向にずれた位置でポート開口部７ａを開く場合は、バルブ開口部４ａが設計上の位置でポート開口部７ａを開く場合よりポート開口部７ａの開口面積が小さくなるため、図６に示すように、ロータリバルブの作動角に対する流量制御性が悪化する。なお、図６は、バルブ開口部４ａが設計上の位置に開口している場合の流量特性を実線で示し、バルブ開口部４ａが軸方向にずれている場合の流量特性を破線で示している。また、図６の横軸上において、バルブ開口部４ａが設計上の位置でポート開口部７ａを開き始める時の開弁角度をＡ、バルブ開口部４ａが軸方向にずれた位置でポート開口部７ａを開き始める時の開弁角度をＢとする。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、バルブ開口部の位置ずれによるバルブ開き始め角度のずれを補正できるバルブ装置を提供することにある。

請求項１に係る本発明は、外周面にバルブ開口部を有するロータリバルブと、このロータリバルブを収容するバルブ室を形成するバルブハウジングと、ロータリバルブの外周面に対向してバルブ室に開口するポート開口部とを有し、ロータリバルブの回転角度に応じてバルブ開口部に連通するポート開口部の開口面積を可変するバルブ装置であって、ロータリバルブがポート開口部を開いた状態をバルブ開弁時と呼ぶ時に、バルブ開弁時にバルブハウジングの外部からポート開口部を通ってバルブハウジングの内部へ侵入した光を検知できる照度センサを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、照度センサが検知する光の明るさによって、ロータリバルブがポート開口部を開き始める時の回転角度、すなわちバルブ開き始め角度を判定できる。つまり、照度センサが一定以上の明るさを検知できない場合は、ロータリバルブがポート開口部を閉じている状態（バルブ開口部とポート開口部とが非連通の状態）であると判断できる。一方、照度センサが一定以上の明るさを検知した場合は、ロータリバルブがポート開口部を開いた状態（バルブ開口部とポート開口部とが連通する状態）であると判断できる。
よって、バルブ開口部とポート開口部とが非連通状態から連通状態へ切り替わる時のロータリバルブの回転角度（バルブ開き始め角度）を照度センサが検知する光の明るさによって認識できる。なお、本発明のバルブ装置は、ポート開口部に連通する流体ポートの一部または全部に光を透過できる光透過部（例えば透明な樹脂）を設けて、その光透過部からバルブハウジングの内部へ外光を取り入れることができる。

請求項６に係る本発明は、外周面にバルブ開口部を有するロータリバルブと、このロータリバルブを収容するバルブ室を形成するバルブハウジングと、ロータリバルブの外周面に対向してバルブ室に開口するポート開口部とを有し、ロータリバルブの回転角度に応じてバルブ開口部に連通するポート開口部の開口面積を可変するバルブ装置であって、ロータリバルブの回転によりバルブ開口部がポート開口部と非連通状態から連通状態へ切り替わる時のロータリバルブの回転角度をバルブ開き始め角度と呼ぶ時に、このバルブ開き始め角度を判定するためのバルブ開度検査を実施し、このバルブ開度検査は、ポート開口部よりバルブハウジングの内部に入り込んだ光の明るさを照度計で測定し、その照度計の測定値を基にバルブ開き始め角度を判定することを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、照度計を用いたバルブ開度検査により、ロータリバルブがポート開口部を開き始める時の回転角度、すなわちバルブ開き始め角度を判定できる。つまり、照度計により一定以上の明るさを測定できない場合は、ロータリバルブがポート開口部を閉じている状態（バルブ開口部とポート開口部とが非連通の状態）であると判断できる。一方、照度計により一定以上の明るさを測定できる場合は、ロータリバルブがポート開口部を開いた状態（バルブ開口部とポート開口部とが連通する状態）であると判断できる。よって、バルブ開口部とポート開口部とが非連通状態から連通状態へ切り替わる時のロータリバルブの回転角度（バルブ開き始め角度）を照度計の測定値に基づいて判定できる。なお、本発明のバルブ開度検査は、製品出荷前の段階で実施することができる。

実施例１に係るバルブ装置の断面図である。 実施例１に係るバルブ装置のシール構造を示す断面図である。 実施例１に係るバルブ装置の光ルートを示す断面図である。 実施例２に係るバルブ装置の断面図である。 （ａ）従来技術に係るバルブ開口部の位置ずれを示す図面、（ｂ）バルブ開口部の位置ずれの有無による開き始めの開弁位置を比較した図面である。 ロータリバルブの作動角と流量との関係を示すグラフである。

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のバルブ装置１は、例えば、自動車の冷却水回路に適用されて、エンジン冷却水の流量制御あるいは経路（流れ方向）の切り替えを行う。
バルブ装置１は、図１に示すように、円筒状のバルブ室２を形成するバルブハウジング３と、バルブ室２に回動可能に収容されるロータリバルブ４と、このロータリバルブ４の回転角度を検出する回転角センサ５等より構成される。
バルブハウジング３は、例えばエンジンブロックに取り付けられ、そのエンジンブロックに設けられる冷却水路（図示せず）とバルブ室２とが連通している。具体的には、バルブ室２の図示下側がバルブハウジング３の底面に開口してエンジンブロックの冷却水回路に接続される。

このバルブハウジング３には、ロータリバルブ４の外周面に対向してバルブ室２に開口する一つまたは複数（図１では二つ）の開口孔が形成され、この開口孔に金属製のスリーブ６が挿入される。スリーブ６のバルブ側端部には、図２に示すように、本発明のポート開口部を形成するリング状のバルブシート７が配置される。以下、バルブシート７の内周開口部をポート開口部７ａと呼ぶ。このバルブシート７は、スリーブ６の外周に嵌合するコイルスプリング８の反力を受けてロータリバルブ４の外周面に押圧され、スリーブ６とロータリバルブ４との間を液密にシールしている。バルブシート７は、ロータリバルブ４の回転に対して摺動抵抗を小さくできる材料、例えば摩擦係数の低いＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）材によって形成される。

スリーブ６の反バルブ側端部には、樹脂製の流出ポート９が接続され、この流出ポート９の外周に車両側のホース１０（図１参照）が嵌合して接続される。
流出ポート９には、その一部または全体に外部からの光を透過できる光透過部９ａが設けられている。この光透過部９ａは、例えば、二色成形によって流出ポート９の一部に透明な樹脂を構成することで実現できる。あるいは、流出ポート９全体を透明な樹脂で形成しても良い。なお、流出ポート９を複数設ける場合は、全ての流出ポート９に光透過部９ａを設けても良いが、いずれか一つの流出ポート９にのみ光透過部９ａを設けることもできる。

ロータリバルブ４は、軸方向の一端（図示上端）が閉塞されて軸方向の他端が開口する円筒形状を有し、その円筒形状の中央部を挿通するシャフト１１に固定されて、シャフト１１と一体に回転する。ロータリバルブ４の外周面には、ポート開口部７ａと連通可能なバルブ開口部４ａが周方向に長孔状に開口している。
シャフト１１は、軸受１２を介してバルブハウジング３に回転自在に支持され、電動アクチュエータにより回転駆動される。軸受１２の他端側には、シャフト１１の外周に嵌合してバルブハウジング３とシャフト１１との間をシールするオイルシール１３が配置される。
電動アクチュエータは、動力源であるモータ（図示せず）と、このモータの駆動トルクを増幅してシャフト１１に伝達するギヤトレイン（歯車減速機構）より構成される。

回転角センサ５は、例えば、ホールＩＣとマグネットを用いた周知の非接触型ポテンショメータであり、シャフト１１の回転角度を検出して、その回転角情報を外部のＥＣＵ１４へ出力する。この回転角センサ５は、ギヤトレインと共にバルブハウジング３の上端側に配置されてセンサカバー１５に覆われている。
センサカバー１５の内部には、後述する光ルートを通ってセンサカバー１５の内部へ入り込む光の明るさを検知する照度センサ１６が搭載され、この照度センサ１６で検知される明るさの情報がＥＣＵ１４へ出力される。なお、バルブハウジング３には、バルブ室２の上部壁を貫通してセンサカバー１５の内部に通じる貫通孔１７が形成され、この貫通孔１７が光ルートの一部を構成している。但し、貫通孔１７は、バルブ室２からセンサカバー１５の内部へ冷却水が流れ込まないように、光を透過できる樹脂製のフタ（図示せず）によって気密に覆われている。あるいは、貫通孔１７に光を透過できる透明なネジを結合して貫通孔１７を気密に塞ぐ構造でも良い。

続いて、バルブ開き始め角度を調整するためのキャリブレーションについて説明する。
ＥＣＵ１４は、モータの電源をオンする起動時毎にキャリブレーションを実施する。
なお、バルブ開き始め角度とは、ロータリバルブ４の回転によりバルブ開口部４ａとポート開口部７ａとが非連通の状態から連通状態へ切り替わる時のロータリバルブ４の回転角度を言う。また、ロータリバルブ４がバルブ開口部４ａを閉じている状態、即ちバルブ開口部４ａとポート開口部７ａが非連通の状態をバルブ閉弁時と呼び、ロータリバルブ４がバルブ開口部４ａを開いている状態、即ちバルブ開口部４ａとポート開口部７ａとが連通している状態をバルブ開弁時と呼ぶ。

バルブ閉弁時には、流出ポート９に設けられる光透過部９ａを透過して流出ポート９の内部へ入り込んだ光がロータリバルブ４によって遮られるため、照度センサ１６まで光が届くことはない。一方、バルブ開弁時には、流出ポート９の光透過部９ａを透過して流出ポート９の内部へ入り込んだ光がロータリバルブ４によって遮られることはなく、ポート開口部７ａおよびバルブ開口部４ａを通ってロータリバルブ４の内側へ入り込むことができる。これにより、図３に示す光ルート（矢印Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇ）を通って照度センサ１６まで光が届く。
ＥＣＵ１４は、バルブ閉弁時とバルブ開弁時とで照度センサ１６が検知する光の明るさが異なることを利用してバルブ開き始め角度を判定する。すなわち、ＥＣＵ１４は、照度センサ１６が一定以上の明るさを検知した時のロータリバルブ４の回転角度をバルブ開き始め角度としてメモリに記憶し、その情報を基に設計上のバルブ開き始め角度とのずれを補正する。

〔実施例１の作用および効果〕
実施例１のバルブ装置１は、センサカバー１５の内部に搭載される照度センサ１６からＥＣＵ１４へ明るさの情報が出力される。ＥＣＵ１４は、照度センサ１６が一定以上の明るさを検知した時のロータリバルブ４の回転角度をバルブ開き始め角度として認識する。これにより、図６に示す開弁角度Ａと開弁角度Ｂとの間にずれが生じる場合でも、ＥＣＵ１４が認識するバルブ開き始め角度の情報を基に開弁角度Ａと開弁角度Ｂとのずれを補正できる。その結果、ロータリバルブ４の作動角に対する流量のバラツキを抑制できるので、流量制御性の良いバルブ装置１を提供できる。

以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例１と共通する部品および構成を示すものは、実施例１と同一の符号を付与して詳細な説明は省略する。
〔実施例２〕
実施例２は、バルブ開き始め角度を判定するためのバルブ開度検査を製品出荷前に実施する事例である。

バルブ開度検査は、図４に示すように、一つの流出ポート９を開放して、その他の流出ポート９およびバルブハウジング３の底面に開口する開口部に気密用治具１８を取付けた状態で実施される。いずれか一つの気密用治具１８から照度計１９のプローブ１９ａを挿入した後、ロータリバルブ４を駆動しながら、流出ポート９よりバルブハウジング３の内部に入り込んだ光の明るさを照度計１９で測定する。照度計１９の測定値は、バルブ閉弁時とバルブ開弁時とで大きく異なるため、測定値が急激に変化する時のロータリバルブ４の回転角度をバルブ開き始め角度とする。これにより、実施例１と同様に、図６に示す開弁角度Ａと開弁角度Ｂとのずれを補正できるので、流量制御性の良いバルブ装置１を提供できる。

〔変形例〕
実施例１、２では、円筒形状のロータリバルブ４を例示しているが、外周面が球面状を有するボール形状のロータリバルブ４でも良い。

１ バルブ装置
２ バルブ室
３ バルブハウジング
４ ロータリバルブ
４ａ バルブ開口部
７ バルブシート
７ａ ポート開口部
９ 流出ポート（流体ポート）
９ａ 光透過部
１４ ＥＣＵ（バルブ開度調整手段）
１６ 照度センサ
１９ 照度計

Claims (8)

1. 外周面にバルブ開口部（４ａ）を有するロータリバルブ（４）と、
   このロータリバルブ（４）を収容するバルブ室（２）を形成するバルブハウジング（３）と、
   前記ロータリバルブ（４）の外周面に対向して前記バルブ室（２）に開口するポート開口部（７ａ）とを有し、
   前記ロータリバルブ（４）の回転角度に応じて前記バルブ開口部（４ａ）に連通する前記ポート開口部（７ａ）の開口面積を可変するバルブ装置（１）であって、
   前記ロータリバルブ（４）が前記ポート開口部（７ａ）を開いた状態をバルブ開弁時と呼ぶ時に、
   前記バルブ開弁時に前記バルブハウジング（３）の外部から前記ポート開口部（７ａ）を通って前記バルブハウジング（３）の内部へ侵入した光を検知できる照度センサ（１６）を備えることを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１に記載したバルブ装置（１）において、
   前記ロータリバルブ（４）の回転により前記バルブ開口部（４ａ）が前記ポート開口部（７ａ）と非連通状態から連通状態へ切り替わる時の前記ロータリバルブ（４）の回転角度をバルブ開き始め角度と呼ぶ時に、このバルブ開き始め角度を調整するためのキャリブレーションを実施するバルブ開度調整手段（１４）を有し、
   このバルブ開度調整手段（１４）は、前記照度センサ（１６）が一定以上の明るさを検知した時に前記バルブ開き始め角度と認識して前記キャリブレーションを実施することを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項２に記載したバルブ装置（１）において、
   前記ロータリバルブ（４）を回転駆動するための動力源であるモータを有し、
   前記バルブ開度調整手段（１４）は、前記モータの電源をオンする起動時に前記キャリブレーションを実施することを特徴とするバルブ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載したバルブ装置（１）において、
   前記ポート開口部（７ａ）に連通して内部を流体が流れる流体ポート（９）を有し、この流体ポート（９）の一部または全体に光を透過できる光透過部（９ａ）が設けられることを特徴とするバルブ装置。
5. 請求項４に記載したバルブ装置（１）において、
   前記光透過部（９ａ）は、透明な樹脂によって形成されることを特徴とするバルブ装置。
6. 外周面にバルブ開口部（４ａ）を有するロータリバルブ（４）と、
   このロータリバルブ（４）を収容するバルブ室（２）を形成するバルブハウジング（３）と、
   前記ロータリバルブ（４）の外周面に対向して前記バルブ室（２）に開口するポート開口部（７ａ）と有し、
   前記ロータリバルブ（４）の回転角度に応じて前記バルブ開口部（４ａ）に連通する前記ポート開口部（７ａ）の開口面積を可変するバルブ装置（１）であって、
   前記ロータリバルブ（４）の回転により前記バルブ開口部（４ａ）が前記ポート開口部（７ａ）と非連通状態から連通状態へ切り替わる時の前記ロータリバルブ（４）の回転角度をバルブ開き始め角度と呼ぶ時に、このバルブ開き始め角度を判定するためのバルブ開度検査を実施し、
   このバルブ開度検査は、前記ポート開口部（７ａ）より前記バルブハウジング（３）の内部に入り込んだ光の明るさを照度計（１９）で測定し、その照度計（１９）の測定値を基に前記バルブ開き始め角度を判定することを特徴とするバルブ装置。
7. 請求項６に記載したバルブ装置（１）において、
   前記バルブ開度検査は、製品出荷前の段階で実施されることを特徴とするバルブ装置。
8. 請求項６または７に記載したバルブ装置（１）において、
   前記バルブ開度検査は、光を取り入れるための前記ポート開口部（７ａ）のみを開放して、前記バルブハウジング（３）に形成されるその他の開口部を気密に塞いだ状態で実施されることを特徴とするバルブ装置。

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