JP2017003064A

JP2017003064A - 流量制御弁

Info

Publication number: JP2017003064A
Application number: JP2015119852A
Authority: JP
Inventors: 猛吉村; Takeshi Yoshimura
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2035-06-15
Also published as: JP6501641B2

Abstract

【課題】ロータの良好な作動性を確保しながらシール性の向上を図り得る流量制御弁を提供する。【解決手段】径方向から第１、第２排出口が連通すると共に軸方向から第３排出口Ｅ３が連通するように構成されたハウジング１１の弁体収容部１３内に、その回転位置に応じて第１〜第３排出口との重合状態が変化する第１〜第３開口部有する弁体３が回転可能に収容され、かつ前記各排出口と前記各開口部の間に、弁体３の外面と摺接することで前記排出口と開口部間をシールする第１〜第３シール部材介装された流量制御弁において、弁体３を、第３排出口Ｅ３に対する第３開口部の重合量が減少する方向への回転に伴って第３シール部材Ｓ３と圧接する方向へ軸方向移動させるように構成した。【選択図】図１１

Description

本発明は、例えば自動車用冷却水の流量制御に供する流量制御弁に関する。

例えば自動車用冷却水の流量制御に適用される従来の流量制御弁としては、例えば以下の特許文献１に記載されたようなものが知られている。

この流量制御弁は、ほぼ筒状の弁体たるロータの回転位置（位相）に応じて流量制御を行ういわゆるロータリ式のバルブであって、ハウジングの開口部とロータの開口部との重合により開弁し、前記ハウジングの開口部に弾装された弾性部材の付勢力でもって円筒状のシール部材をロータの非開口部である外周壁に押圧することにより閉弁する構成となっている。

独国特許出願公開第２０１１０８３８０３号公報

しかしながら、前記従来の流量制御弁にあっては、前述のように、前記弾性部材の付勢力でもって前記シール部材をロータの外周壁に押圧することによりシール性を確保している。このため、シール性の向上を図るべく前記弾性部材の付勢力を高めようとすると、該付勢力に伴ってロータの摺動抵抗も上昇してしまう結果、ロータの作動性が悪化してしまうおそれがあった。

本発明はかかる技術的課題に鑑みて案出されたものであり、ロータの良好な作動性を確保しながらシール性の向上を図り得る流量制御弁を提供することを目的としている。

本発明は、中空状の弁体収容部に設けられ流体の導入に供する導入口と、前記弁体収容部と軸方向から連通して当該弁体収容部内の流体の排出に供する軸方向排出口とを有するハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に支持され、その回転位置に応じて前記軸方向排出口との重合状態が変化する軸方向開口部を有する弁体と、前記ハウジングと前記弁体との軸方向間に配置され、前記弁体の外周面に摺接することにより前記ハウジングと前記弁体との軸方向間をシールする軸方向シール部材と、を備え、前記弁体は、前記軸方向排出口に対する前記軸方向開口部の重合量が減少する方向への回転に伴い、前記軸方向シール部材と圧接する方向へ軸方向移動することを特徴としている。

ここで、本発明の好ましい一の態様としては、前記弁体を駆動制御するアクチュエータと、前記アクチュエータの駆動力を前記弁体に伝達することによって該弁体の駆動に供する駆動機構と、をさらに設けて、前記アクチュエータの駆動に伴い、前記駆動機構において発生したスラスト力が、前記軸方向シール部材を前記弁体に押圧する方向へ作用するように構成することが好ましい。

かかる構成とすることで、アクチュエータの駆動力伝達に供する駆動機構において発生したスラスト力でもって、閉弁方向の回転時に軸方向シール部材を弁体に押圧することで、該軸方向シール部材について、シールの不要な開弁時よりも相対的に高いシール性を確保することができる。

しかも、弁体の駆動に必要な駆動機構で発生するスラスト力を利用するため、別途他の構成を追加する必要もなく、比較的簡素な構造でもって前述した弁体の良好な作動性と軸方向シール部材の良好なシール性との両立を実現することができる。

この発明によれば、シールの必要な閉弁時には弁体を軸方向シール部材に圧接させてシールの不要な開弁時よりも相対的に高いシール性を確保できる結果、弁体の良好な作動性を確保しながら軸方向シール部材のシール性の向上を図ることができる。

本発明に係る流量制御弁の自動車用冷却水の循環系への適用説明に供する冷却水回路図である。本発明に係る流量制御弁の分解斜視図である。図２に示す流量制御弁の正面図である。図３のＡ−Ａ線断面図である。図３のＢ−Ｂ線断面図である。図３に示す流量制御弁の側面図である。図６のＣ−Ｃ線断面図である。図５に示すフェールセーフバルブの縦断面図であって、（ａ）は閉弁状態、（ｂ）は開弁状態を示す図である。図２に示す弁体の斜視図であって、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ別の視点から見た状態を示す図である。本発明に係る流量制御弁の作動説明に供する図であって、（ａ）は全ての排出口が非連通となる状態、（ｂ）は第１排出口のみが連通した状態、（ｃ）は第１、第２排出口が連通した状態、（ｄ）は全ての排出口が連通した状態を示す弁体収容部の展開図である。本発明に係る流量制御弁の作用説明に供する図であって、（ａ）は閉弁時の流量制御弁の部分断面図、（ｂ）は同図（ａ）の要部拡大図である。本発明に係る流量制御弁の作用説明に供する図であって、（ａ）は開弁時の流量制御弁の部分断面図、（ｂ）は同図（ａ）の要部拡大図である。

以下、本発明に係る流量制御弁の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、下記の実施形態では、本発明に係る流量制御弁を従来と同様の自動車用冷却水（以下、単に「冷却水」と略称する。）の循環系に適用したものを例に説明する。

まず、この流量制御弁ＣＶが適用される冷却水の循環回路について説明すると、図１に示すように、当該流量制御弁ＣＶは、エンジンＥＧ（具体的には、図示外のシリンダヘッド）の側部に配置され、該エンジンＥＧと暖房熱交換器ＨＴ（ＥＧＲクーラＥＣ）、オイルクーラＯＣ及びラジエータＲＤとの間に配置されている。そして、ウォータポンプＷＰによって加圧され導入通路Ｌ０を通じて当該流量制御弁ＣＶに導かれた冷却水が、第１〜第３配管Ｌ１〜Ｌ３を介して暖房熱交換器ＨＴ、オイルクーラＯＣ及びラジエータＲＤ側へとそれぞれ分配されると共に、その各流量が制御されるようになっている。なお、この際、前記暖房熱交換器ＨＴへと導かれた冷却水については、ＥＧＲクーラＥＣへと導かれた後、エンジンＥＧ側へと還流されるようになっている。

また、前記流量制御弁ＣＶには、前記導入通路Ｌ０をバイパスして冷却水をスロットルチャンバーＴＣへと直接導くバイパス通路ＢＬが設けられ、該バイパス通路ＢＬをもって、エンジンＥＧ側から導かれた冷却水を第４配管Ｌ４を介して常時スロットルチャンバーＴＣへと供給可能となっている。そして、該スロットルチャンバーＴＣに供給された冷却水は、前記暖房熱交換器ＨＴと同様、ＥＧＲクーラＥＣへと導かれて、該ＥＧＲクーラＥＣを通じてエンジンＥＧ側へと還流される。図１中における符号ＷＴは水温センサを示している。

続いて、前記流量制御弁ＣＶの具体的な構成について説明すると、この流量制御弁ＣＶは、図２〜図７に示すように、後述する弁体３及び電動モータ４を収容する第１ハウジング１１と後述する減速機構５を収容する第２ハウジング１２とからなるハウジング１と、第１ハウジング１１と第２ハウジング１２とを隔成する第１ハウジング１１の一端壁１１ｂに挿通配置され、該一端壁１１ｂに保持される軸受Ｂ１によって回転可能に支持された回転軸２と、該回転軸２の一端部に固定され、第１ハウジング１１内にて回転可能に収容されたほぼ円筒状の弁体３と、第１ハウジング１１内にて弁体３と並列に配置され、弁体３の駆動制御に供する電動モータ４と、該電動モータ４のモータ出力軸４ｃと回転軸２との間に介装され、電動モータ４の回転速度を減速して伝達する減速機構５と、から主として構成されている。

前記第１ハウジング１１は、アルミニウム合金材料によって鋳造されてなるもので、幅方向一端側に偏倚して弁体３を収容するほぼ筒状の弁体収容部１３が軸方向一端側に向けて開口形成されると共に、該弁体収容部１３に隣接するかたちで、幅方向他端側に偏倚して電動モータ４を収容するほぼ筒状のモータ収容部１４が軸方向他端側に向けて開口形成され、前記弁体収容部１３の一端側周域に開口形成される後述の導入口１０の外周域に延設された第１フランジ部１１ａを介して図示外のエンジンの側部に図示外のボルトによって取付固定されている。

前記弁体収容部１３は、前記一端側周域に、図示外のエンジンの内部と連通して該エンジンの内部からの冷却水の導入に供する導入口１０が開口形成され、該導入口１０を通じて弁体３の内周側及び外周側にそれぞれ形成される内周側通路１７及び外周側通路１８に前記冷却水をそれぞれ導くようになっている。さらに、前記弁体収容部１３の周壁に、前記第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２（図１参照）と接続することで冷却水の排出に供するほぼ円筒状の第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２が、それぞれ軸方向に相互にオフセットするかたちで径方向に貫通形成されると共に、前記弁体収容部１３の他端壁１１ｃに、前記第３配管Ｌ３（図１参照）と接続することで冷却水の排出に供するほぼ扇形状の第３排出口Ｅ３が、軸方向に貫通形成されている。

ここで、前記第１〜第３排出口Ｅ１〜Ｅ３は、それぞれ後述する第１〜第３排出管Ｐ１〜Ｐ３を介して前記第１〜第３配管Ｌ１〜Ｌ３（図１参照）に接続されるようになっている。すなわち、前記弁体収容部１３の外周部には、それぞれ後述する第１、第２排出管Ｐ１，Ｐ２を構成する第１、第２アウトレットＯ１，Ｏ２が、また、前記弁体収容部１３の他端部には、後述する第３排出管Ｐ３を構成する第３アウトレットＯ３が、それぞれ複数のボルトＢＴ１により取付固定されている。

前記第１、第２アウトレットＯ１，Ｏ２は、第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２の外端側開口縁への取付固定に供するフランジＯ１ａ，Ｏ２ａと、該各フランジＯ１ａ，Ｏ２ａの外側部に突出形成され、第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２から排出された冷却水を第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２へと導く第１、第２排出管Ｐ１，Ｐ２と、が一体成形されることによって構成されている。

前記第３アウトレットＯ３は、弁体収容部１３の他端側において第３排出口Ｅ３の外端側開口縁への取付固定に供するフランジＯ３ａと、該フランジＯ３ａの外側部に突出形成され、第３排出口Ｅ３及び後述する連通口２６から流出した冷却水を第３配管Ｌ３へと導く第３排出管Ｐ３と、が一体成形されることによって構成されている。

また、前記第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２の内周側には、該第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２を閉じる際に該各排出口Ｅ１，Ｅ２と弁体３との間を液密にシールするシール手段が設けられている。このシール手段は、各排出口Ｅ１，Ｅ２の内端側において進退移動可能に収容され、弁体３の外周面に摺接することで各排出口Ｅ１，Ｅ２と弁体３との間をシールするほぼ円筒状の第１、第２シール部材Ｓ１，Ｓ２と、各排出口Ｅ１，Ｅ２の外端側において各排出管Ｐ１，Ｐ２の開口縁に着座させるかたちで該各排出管Ｐ１，Ｐ２の開口縁と前記各シール部材Ｓ１，Ｓ２の内側端面との間に所定の予圧をもって弾装され、該各シール部材Ｓ１，Ｓ２を弁体３側へと付勢する第１、第２コイルスプリングＳＰ１，ＳＰ２と、から主として構成されている。

前記第１、第２シール部材Ｓ１，Ｓ２は、弁体３側となる一端側の内周縁に、後述する第１、第２シール摺接部Ｄ１，Ｄ２と摺接するほぼ円錐テーパ状に形成された第１、第２弁体摺接部Ｓ１ａ，Ｓ２ａが設けられている一方、他端側には、前記第１、第２コイルスプリングＳＰ１，ＳＰ２の一端側が着座する平坦状の第１、第２着座面Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂが形成されている。かかる構成から、前記各弁体摺接部Ｓ１ａ，Ｓ２ａについては、前記各シール摺接面Ｄ１，Ｄ２に対して、厚さ幅方向（径方向）の中間部のみが摺接する、いわゆる線接触をもって摺接するようになっている。

ここで、前記シール手段としては、前記各シール部材Ｓ１，Ｓ２による物理的なシール手段に限定されるものではなく、例えば前記各排出口Ｅ１，Ｅ２と弁体３との間を所定の微小隙間を介在させることによりシールする、いわゆるクリアランスシールを採用することも可能である。かかるクリアランスシール構造とした場合には、流量制御弁ＣＶの構造を簡素化することができ、生産性の向上や製造コストの低廉化に供されるメリットがある。

また、前記第３排出口Ｅ３の内周側にも、該第３排出口Ｅ３を閉じる際に該第３排出口Ｅ３と弁体３との間を液密にシールするためのシール手段が設けられている。このシール手段は、周知のＯリングである第３シール部材Ｓ３のみによって構成され、前記第１、第２シール部材Ｓ１，Ｓ２によるシール手段のようなコイルスプリングＳＰ１，ＳＰ２による付勢手段を具備せず、弁体３に対して常時付勢される構成とはなっていない。これによって、弁体３に対する不要な圧接が抑制されている。

また、前記弁体収容部１３の他端側外周部には、内端側が外周側通路１８へと臨み、かつ外端側に第４排出管Ｐ４が接続されることで冷却水をスロットルチャンバーＴＣへと導く第４排出口Ｅ４が貫通形成されていて、これによって前記バイパス通路ＢＬ（図１参照）が構成されている。すなわち、かかる構成によって、外周側通路１８に導かれた冷却水を、後述する弁体３の回動位相にかかわらず常に第４排出管Ｐ４から排出させ、前記第４配管Ｌ４（図１参照）を介してスロットルチャンバーＴＣへ分配することが可能となっている。

さらに、前記第３排出口Ｅ３の側部には、図２、図５、図８に示すように、例えば電気系が失陥した時など弁体３が駆動不能となった非常時に弁体収容部１３（外周側通路１８）と第３排出口Ｅ３とを連通可能にするフェールセーフバルブ２０が設けられていて、弁体３の不動状態であっても、ラジエータＲＤに対する冷却水の供給を確保することにより、エンジンＥＧのオーバーヒートを防ぐことが可能となっている。

前記フェールセーフバルブ２０は、弁体収容部１３に臨むように該弁体収容部１３の他端壁１１ｃより穿設されたバルブ収容孔１１ｄに嵌挿され、内周側に外周側通路１８と第３排出管Ｐ３とを連通する流路としての連通口２６を構成するほぼ筒状の流路構成部材であるバルブボディ２１と、該バルブボディ２１の内端側に収容され、冷却水温が所定温度を超えると内部に充填された図示外のワックスが膨張することによってロッド２２ａが開弁方向へ進出するように構成されたサーモエレメント２２と、該サーモエレメント２２のロッド２２ａに固定され、前記連通口２６の開閉に供する弁部材２３と、該弁部材２３と対向するかたちでバルブボディ２１の外端部（後述するアーム部２１ｂの支持片部２１ｃ）に支持されるほぼ円板状のリテーナ部材２４と、該リテーナ部材２４と弁部材２３の間に所定の予圧をもって弾装され、弁部材２３を閉弁方向へと付勢するコイルスプリング２５と、から主として構成されている。

前記バルブボディ２１は、ほぼ段差径状を呈し、前記サーモエレメント２２の収容保持に供する小径状のボディ本体２１ａと、該ボディ本体２１ａの外端側における周方向所定位置に突設され、前記リテーナ部材２４の支持に供する複数のアーム部２１ｂと、を備える。そして、前記各アーム部２１ｂの先端部には、ほぼ爪状に構成された支持片部２１ｃが径方向内側へと曲折形成されていて、該各支持片部２１ｃに前記リテーナ部材２４が支持される構成となっている。

前記弁部材２３は、前記サーモエレメント２２のロッド２２ａとの固定に供する芯金２３ａと、該芯金２３ａの外周縁部を覆うように設けられ、閉弁時におけるバルブボディ２１との密着性の向上に供するゴム製の被覆２３ｂと、を備える。そして、この弁部材２３の被覆２３ｂがボディ本体２１ａの外端開口縁に離着座することで、前記連通口２６が開閉されるようになっている。

このようにして、通常状態（冷却水温が所定温度未満）では、コイルスプリング２５の付勢力でもって弁部材２３の被覆２３ｂが連通口２６の外側孔縁に圧接することによって、閉弁状態が維持される。一方、高温状態（冷却水温が所定温度以上）になると、前記サーモエレメント２２内のワックスが膨張して前記コイルスプリング２５の付勢力に抗してロッド２２ａと共に弁部材２３が外端側へと後退移動することにより開弁され、これによって外周側通路１８に導かれた冷却水が前記連通口２６を介して第３排出管Ｐ３より排出され、前記第３配管Ｌ３（図１参照）を通じてラジエータＲＤへと供給されることとなる。

なお、かかる冷却水温の上昇のほか、冷却水圧が所定圧力を超えた場合にも、弁部材２３がコイルスプリング２５の付勢力に抗して押し退けられることで開弁し、これによって流量制御弁ＣＶの内部圧力が減少する結果、該流量制御弁ＣＶの故障を回避することが可能となっている。

前記第２ハウジング１２は、図２に示すように、第１ハウジング１１と対向する一端側が弁体収容部１３とモータ収容部１４とに跨って該両収容部１３，１４を覆うように開口する凹状に形成され、該一端側開口の外周域に延設される第２フランジ部１２ａを介して第１ハウジング１１の一端側に複数のボルトＢＴ２によって固定されることで、該第１ハウジング１１の一端側との間に、減速機構５を収容する減速機構収容部１５が形成されている。なお、前記第１、第２ハウジング１１，１２の接合に際しては、該接合面間に環状のシール部材ＳＬ３が介装されることによって、減速機構収容部１５内が液密に保持されている。

前記回転軸２は、図２、図４、図５に示すように、弁体収容部１３の一端壁１１ｂに貫通形成された軸挿通孔１１ｅ内に収容配置される軸受Ｂ１によって回転可能に支持され、軸方向の一端部には弁体３が、他端部には後述する第２斜歯歯車ＨＧ２が、それぞれ一体回転可能に固定される。なお、この回転軸２の外周面と軸挿通孔１１ｅの内端側開口縁との間には環状のシール部材ＳＬ４が介装されていて、該シール部材ＳＬ４によって、前記軸挿通孔１１ｅと回転軸２との径方向隙間を通じた弁体収容部１３側から減速機構収容部１５側への冷却水の流入が抑止されている。

前記弁体３は、図２、図４、図５、図９に示すように、所定の合成樹脂材料によりほぼ円筒状に一体成形され、前記一端壁１１ｂと対向する軸方向一端側の中央部には、前記回転軸２への取付固定に供するほぼ筒状の軸固定部３ａが弁体３の回転軸方向に沿って延設されている。この軸固定部３ａの内周側には、金属製のインサート部材（図示外）が一体に成形され、該インサート部材を介して回転軸２に圧入固定されている。

また、前記軸固定部３ａの外周域には、前記導入口１０を通じて導入された冷却水を内周側通路１７に対して軸方向から流入させる主流入口である軸方向流入口３ｂが、周方向のほぼ全周に亘って開口形成されている。さらに、前記弁体３の軸方向一端部の周壁には、前記導入口１０を通じて導入された冷却水を内周側通路１７に対して径方向から流入させる補助流入口である径方向流入口３ｃが、弁体３の所定の周方向領域（具体的には、弁体３の位相に関係なく導入口１０と連通可能な周方向領域）に亘って開口形成されている。

一方、前記弁体３の軸方向他端側には、各シール部材Ｓ１〜Ｓ３と摺接することによって閉弁時のシール作用に供するほぼ球面状のシール摺接部が設けられている。すなわち、前記弁体３の軸方向他端側においては、軸方向中間部の外周壁に第１シール部材Ｓ１と摺接する第１シール摺接部Ｄ１が、軸方向他端部の外周壁に第２シール部材Ｓ２と摺接する第２シール摺接部Ｄ２が、そして他端壁３ｄの外側面に第３シール部材Ｓ３と摺接する第３シール摺接部Ｄ３が、それぞれ設けられている。

前記第１シール摺接部Ｄ１は、図４に示すように、弁体３の軸方向中間部の外周壁に周方向に沿って設けられ、当該第１シール摺接部Ｄ１の所定の周方向範囲には、第１排出口Ｅ１とほぼ過不足なく重合可能な軸方向幅に設定された長孔状の第１開口部Ｍ１が、弁体３の周方向に沿って設けられている。そして、この第１開口部Ｍ１を介して第１排出口Ｅ１と内周側通路１７とが連通することにより、前記オイルクーラＯＣへの冷却水の供給が可能となっている。

同様に、前記第２シール摺接部Ｄ２は、弁体３の軸方向他端部の外周壁に周方向に沿って設けられ、当該第２シール摺接部Ｄ２の所定の周方向範囲には、第２排出口Ｅ２とほぼ過不足なく重合可能な軸方向幅に設定された長孔状の第２開口部Ｍ２が、弁体３の周方向に沿って設けられている。そして、この第２開口部Ｍ２を介して第２排出口Ｅ２と内周側通路１７とが連通することにより、前記ヒータＨＴへの冷却水の供給が可能となっている。

前記第３シール摺接部Ｄ３には、図５に示すように、第３排出口Ｅ３と重合可能な径方向幅に設定されたほぼ円弧状の第３開口部Ｍ３が、弁体３の周方向に沿って設けられている。この第３開口部Ｍ３については、周方向において径方向幅が変化する異形に形成されていて、周方向においてほぼ一定の径方向幅となるように開口形成された扇形状の前記第３排出口Ｅ３との重合にあたり、単なる連通・非連通ではなく、第３排出口Ｅ３との重合面積（連通量）を変化させることが可能となっている。

また、前記弁体３の他端壁３ｄの外側中央部には、図４、図５に示すように、該弁体３の他端側の回転支持に供する支持突起３ｅが、該弁体３の回転軸方向に沿って突出形成されている。この支持突起３ｅは、弁体収容部１３の他端壁１１ｃの内側面に穿設された凹状の軸受穴１１ｆに摺動可能に係合することにより、弁体３の他端側の回転支持に供されている。また、この支持突起３ｅは、先端側が円錐テーパ状に形成されると共に、先端部がほぼ球面状に形成されることにより、弁体３の他端側の回転軸線のセンタリングが可能となっている。

以上のようにして構成された前記弁体３は、前記回転軸２及び支持突起３ｅを介して回転可能に支持され、前記各シール部材Ｓ１〜Ｓ３と摺接しつつ所定の角度範囲内で回動することによって、前記各排出口Ｅ１〜Ｅ３の開閉が行われるようになっている。なお、かかる排出口Ｅ１〜Ｅ３の開閉にあたり、前記各開口部Ｍ１〜Ｍ３は、図１０に示す後述の第１〜第４状態の順に前記各排出口Ｅ１〜Ｅ３との連通状態が切り替わるように設定されている。

前記電動モータ４は、図２に示すように、モータ本体４ａが第１ハウジング１１のモータ収容部１４内に収容された状態でモータ本体４ａの基端部に設けられたフランジ部４ｂを介してモータ収容部１４の開口縁部に図示外の複数のボルトによって取付固定され、モータ出力軸４ｃがモータ収容部１４の一端側開口を通じて第２ハウジング１２の減速機構収容部１５内に臨んでいる。なお、この電動モータ４は、車載の電子コントローラ（図示外）により駆動制御され、車両運転状態に応じて弁体３を回動制御することにより、前記ラジエータＲＤ等に対する冷却水の適切な分配が実現される。

前記減速機構５は、２つのウォームギヤにより構成された駆動機構であって、モータ出力軸４ｃと連係し、電動モータ４の回転を減速する第１ウォームギヤＧ１と、該第１ウォームギヤＧ１に接続され、この第１ウォームギヤＧ１を介して伝達される電動モータ４の回転をさらに減速して回転軸２に伝達する第２ウォームギヤＧ２と、から構成され、前記第２ウォームギヤＧ２は、前記第１ウォームギヤＧ１に対しほぼ直交するかたちで配置されている。

前記第１ウォームギヤＧ１は、モータ出力軸４ｃの外周に一体的に設けられ、該モータ出力軸４ｃと一体回転する第１ねじ歯車ＷＧ１と、モータ回転軸４ｃとほぼ平行に前記第１ねじ歯車ＷＧ１と直交するかたちで設けられる回転軸１９の一端側外周に一体的に設けられ、前記第１ねじ歯車ＷＧ１と噛合することにより該第１ねじ歯車ＷＧ１の回転を減速して出力する第１斜歯歯車ＨＧ１と、で構成されている。

前記第２ウォームギヤＧ２は、前記回転軸１９の他端側外周に一体的に設けられ、前記第１斜歯歯車ＨＧ１と一体回転する第２ねじ歯車ＷＧ２と、該第２ねじ歯車ＷＧ２と直交するかたちで配置される回転軸２の他端側外周に一体回転可能に固定され、前記第２ねじ歯車ＷＧ２と噛合することで該第２ねじ歯車ＷＧ２の回転を減速して出力する第２斜歯歯車ＨＧ２と、で構成されている。

ここで、前記第２ウォームギヤＧ２については、第３排出口Ｅ３の閉弁時に弁体３を前記他端壁１１ｃに接近させる方向へスラスト力Ｆｇを発生させると共に（図１１参照）、第３排出口Ｅ３の開弁時に弁体３を弁体収容部１３の他端壁１１ｃ側から離間させる方向へスラスト力Ｆｇを発生させるように構成されている（図１２参照）。

以下、前記流量制御弁ＣＶの具体的な作動状態について、図１０に基づいて説明する。なお、当該説明にあたって、図１０では、弁体３の第１〜第３開口部Ｍ１〜Ｍ３については破線で示す一方、第１ハウジング１１の第１〜第３排出口Ｅ１〜Ｅ３についてはハッチングを施して表示し、これら両者Ｅ１〜Ｅ３，Ｍ１〜Ｍ３が重合し連通した状態を塗り潰して表示することによって、便宜上、前記各排出口Ｅ１〜Ｅ３と前記各開口部Ｍ１〜Ｍ３の相対的な識別を図るものとする。

すなわち、前記流量制御弁ＣＶは、車両の運転状態に基づいて演算及び出力される前記図示外の電子コントローラからの制御電流によって電動モータ４が駆動制御されることにより、前記車両の運転状態に応じて前記各排出口Ｅ１〜Ｅ３と前記各開口部Ｍ１〜Ｍ３との相対関係が以下の状態となるように、弁体３の回転位置（位相）が制御されることとなる。

図１０（ａ）に示す第１状態では、第１〜第３開口部Ｍ１〜Ｍ３のいずれもが前記各排出口Ｅ１〜Ｅ３に対して非連通状態となる。これにより、当該第１状態では、暖房熱交換器ＨＴ、オイルクーラＯＣ及びラジエータＲＤのいずれに対しても冷却水が供給されないこととなる。

前記第１状態の後、図１０（ｂ）に示す第２状態では、第１開口部Ｍ１のみが連通状態となり、第２、第３開口部Ｍ２，Ｍ３については非連通状態となる。これにより、当該第２状態では、かかる連通状態に基づいて、第１排出口Ｅ１から第１配管Ｌ１を通じて暖房熱交換器ＨＴに対してのみ冷却水が供給され、第１排出口Ｅ１と第１開口部Ｍ１との重合量に基づいてその供給量が変化することとなる。

前記第２状態の後、図１０（ｃ）に示す第３状態では、第３開口部Ｍ３のみが非連通状態となり、第１、第２開口部Ｍ１，Ｍ２については連通状態となる。これにより、当該第３状態では、かかる連通状態に基づいて、第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２から第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２を通じてそれぞれ暖房熱交換器ＨＴ及びオイルクーラＯＣに対して冷却水が供給され、第１、第２排出口Ｅ１〜Ｅ２と第１、第２開口部Ｍ１〜Ｍ２との重合量に基づいてその供給量が変化することとなる。

前記第３状態の後、図１０（ｄ）に示す第４状態では、第１〜第３開口部Ｍ１〜Ｍ３のいずれもが前記各排出口Ｅ１〜Ｅ３に対して連通状態となる。これにより、かかる第４状態では、暖房熱交換器ＨＴ、オイルクーラＯＣ及びラジエータＲＤのいずれに対しても冷却水が供給され、第１〜第３排出口Ｅ１〜Ｅ３と第１〜第３開口部Ｍ１〜Ｍ３との重合量に基づいてその供給量が変化することとなる。

以下、本実施形態に係る前記流量制御弁ＣＶの特徴的な作用効果について、図１１、図１２に基づいて説明する。

すなわち、前記従来の流量制御弁では、前記流量制御弁ＣＶにおける第１、第２開口部Ｍ１，Ｍ２に対して行っているように、全てのシール部材につき、弾性部材（スプリング）の付勢力でもってロータの外周壁へと押し付けることによりシール性を確保していた。このため、各排出口におけるシール性の向上を図るべく前記弾性部材の付勢力を高めようとすると、該付勢力に伴いロータの摺動抵抗も上昇してしまう結果、該ロータの作動性が悪化してしまうおそれがあった。

これに対し、前記流量制御弁ＣＶでは、前記第２ウォームギヤＧ２の構成に基づき、第３排出口Ｅ３に対する第３開口部Ｍ３の重合量が減少する第３排出口Ｅ３の閉弁時には、図１１（ａ）にて太線矢印で示すように、弁体３が弁体収容部１３の他端壁１１ｃに接近する方向へスラスト力Ｆｇが作用することで、図１１（ｂ）に示すように、第３シール部材Ｓ３が弁体３（第３シール摺接部Ｄ３）に圧接することとなり、当該閉弁時における第３排出口Ｅ３と第３開口部Ｍ３との間のシール性を向上させることができる。

その後、前記閉弁状態が継続する場合には、内周側通路１７を通流する冷却水の水圧Ｆｗが弁体３の他端壁３ｄの内側面に作用することにより、この水圧Ｆｗによって弁体３が他端側に付勢され、前記他端壁３ｄ（第３シール摺接面Ｄ３）が第３シール部材Ｓ３に圧接した状態が維持されることとなる。これにより、弁体３が静止して前記減速機構５によるスラスト力Ｆｇが生じない閉弁状態が継続している間も、第３排出口Ｅ３と第３開口部Ｍ３の間において高いシール性が維持される。

一方、第３排出口Ｅ３に対する第３開口部Ｍ３の重合量が増大する第３排出口Ｅ３の開弁時には、図１２（ａ）中に太線矢印で示すように、弁体３が弁体収容部１３の他端壁１１ｃから離間する方向へスラスト力Ｆｇが作用することで、図１２（ｂ）に示すように、第３シール部材Ｓ３の弁体３（第３シール摺接部Ｄ３）への不要な密着が抑制され、当該開弁時における弁体３の回動トルクを低減することができる。

以上のように、本実施形態に係る流量制御弁ＣＶによれば、シールが必要となる閉弁時には、前記スラスト力Ｆｇにより、弁体３を第３シール部材Ｓ３に圧接させてシールの不要な開弁時よりも相対的に高いシール性を確保することが可能となって、弁体３の良好な作動性を確保しながら第３シール部材Ｓ３のシール性の向上を図ることができる。

一方、シールを要しない開弁時には、前記スラスト力Ｆｇにより、弁体３を第３シール部材Ｓ３から離間させることでシールの必要な閉弁時よりも弁体３の摺動抵抗を低減できるため、弁体３の作動性をさらに良好なものとすることができる。その結果、上述した弁体３の良好な作動性の確保と第３シール部材Ｓ３のシール性の向上とを、より効果的に両立することができる。

しかも、前記スラスト力Ｆｇは、電動モータ４の駆動力の伝達に必要な駆動機構を構成する第２ウォームギヤＧ２において自動的に発生するものである。このため、前記スラスト力Ｆｇを発生させるにあたり別途他の構成を追加する必要もなく、比較的簡素な構造でもって前述した弁体３の良好な作動性の確保と第３シール部材Ｓ３のシール性の向上との両立を実現することができる。

また、換言すれば、前記スラスト力Ｆｇの利用によって、従来使用していた第３シール部材Ｓ３の付勢に供する付勢手段を廃止し、該第３シール部材Ｓ３のみで構成することができる。これにより、流量制御弁ＣＶの部品点数を削減することが可能となり、流量制御弁ＣＶの生産性の向上及び製造コストの低廉化に寄与することができる。

さらに、前記流量制御弁ＣＶでは、前記第３シール部材Ｓ３を弁体３との軸方向間に配置したことで、他の排出口Ｅ１，Ｅ２及びシール部材Ｓ１，Ｓ２と異なり、第３排出口Ｅ３及び第３シール部材Ｓ３をほぼ円形状に設定する必要がなく、設計自由度が向上する。特に、本実施形態では、前記第３排出口Ｅ３及びシール部材Ｓ３をほぼ扇形状に設定することで、前述したような第３排出口Ｅ３における第３開口部Ｍ３との重合量を漸次変化させることが可能となり、車両運転状態等に応じた冷却水の排出量制御に供される。

加えて、前記流量制御弁ＣＶでは、第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２を弁体収容部１３の径方向から連通するように設けると共に、該第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２と弁体３との径方向間に第１、第２シール部材Ｓ１，Ｓ２を配置したことから、全てを軸方向配置する場合と比べて、流量制御弁ＣＶの軸方向の小型化を図ることができる。

また、前記弁体３の他端側のほぼ中心部に支持突起３ｅを突設すると共に、弁体収容部１３の他端壁１１ｃの内側面に前記支持突起３ｅに対応する軸受穴１１ｆを凹設したことにより、回転軸２に接続されない弁体３の他端側の安定した回転支持に供され、該弁体３の良好な作動性を確保することができる。

さらに、本実施形態では、前記減速機構５を２つのウォームギヤである第１、第２ウォームギヤＧ１，Ｇ２によって構成したことで、当該減速機構５の投影面積の増大を抑制しつつ、減速比を増大させることが可能となって、該減速比増大に伴う流量制御弁ＣＶの大型化を抑制することができる。

しかも、前記減速機構５を、上述のような複数のウォームギヤＧ１，Ｇ２でもって構成することにより、減速比算出式（（第１斜歯歯車ＨＧ１の歯数／第１ねじ歯車ＷＧ１の歯数）×（第２斜歯歯車ＨＧ２の歯数／第２ねじ歯車ＷＧ２の歯数））において分母となる第１、第２ねじ歯車ＷＧ１，ＷＧ２の歯数を「１」に設定することが可能となって、より大きな減速比が得られるメリットがある。

本発明は前記実施形態に係る構成に限定されるものではなく、例えば弁体３の外形や、第１〜第３排出口Ｅ１〜Ｅ３の大きさ及び配置、第１〜第３開口部Ｍ１〜Ｍ３の形状、数量及び配置など本発明の技術的特徴とは直接関係しない具体的構成は勿論、前記スラスト力Ｆｇの発生原因などの本発明の技術的特徴についても、前記本発明の作用効果を奏し得る形態であれば、流量制御弁ＣＶの仕様等に応じて自由に変更することができる。

特に、前記スラスト力Ｆｇの発生原因としては、前記実施形態で例示の減速機構５に限られるものではなく、前記スラスト力Ｆｇを発生し得るような態様であれば、いかなる態様であってもよい。

さらに、前記実施形態では、本発明に係る駆動機構の一態様である減速機構５を例示して説明したが、当該駆動機構の他の態様である増速機構を採用することも可能である。

加えて、前記減速機構５の具体的構成についても、本実施形態ではウォームギヤを採用したが、該ウォームギヤには限定されず、例えばヘリカルギヤなど前記スラスト力Ｆｇを発生し得る構成であれば、いかなる構成であってもよい。

また、前記各実施形態では、前記流量制御弁ＣＶの適用の一例として、冷却水の循環系への適用を例示したが、当該流量制御弁ＣＶは、冷却水のみならず、例えば潤滑油など様々な流体について適用可能であることは言うまでもない。

３…弁体
１０…導入口
１１，１２…第１、第２ハウジング（ハウジング）
１３…弁体収容部
Ｅ３…第３排出口（軸方向排出口）
Ｍ３…第３開口部（軸方向開口部）
Ｓ３…第３シール部材（軸方向シール部材）

Claims

中空状の弁体収容部に設けられ流体の導入に供する導入口と、前記弁体収容部と軸方向から連通して当該弁体収容部内の流体の排出に供する軸方向排出口とを有するハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に支持され、その回転位置に応じて前記軸方向排出口との重合状態が変化する軸方向開口部を有する弁体と、
前記ハウジングと前記弁体との軸方向間に配置され、前記弁体の外周面に摺接することにより前記ハウジングと前記弁体との軸方向間をシールする軸方向シール部材と、
を備え、
前記弁体は、前記軸方向排出口に対する前記軸方向開口部の重合量が減少する方向への回転に伴い、前記軸方向シール部材と圧接する方向へ軸方向移動することを特徴とする流量制御弁。
前記弁体は、前記軸方向排出口に対する前記軸方向開口部の重合量が増大する方向への回転に伴い、前記軸方向シール部材から離間する方向へ軸方向移動ことを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
前記ハウジングは、前記弁体収容部と径方向から連通して当該弁体収容部内の流体の排出に供する径方向排出口を有し、
前記弁体は、その回転位置に応じて前記径方向排出口との重合状態が変化する径方向開口部を有し、
前記ハウジングと前記弁体との径方向間には、前記弁体の外周面に摺接することにより前記ハウジングと前記弁体との径方向間をシールする径方向シール部材が配置されることを特徴とする請求項２に記載の流量制御弁。
前記ハウジングと前記弁体との軸方向間は、前記軸方向シール部材の有する弾性力のみでもって前記軸方向シール部材を前記弁体に押し付けることによりシールされる一方、
前記ハウジングと前記弁体との径方向間は、前記径方向シール部材を付勢する付勢部材の付勢力でもって前記径方向シール部材を前記弁体に押し付けることによりシールされることを特徴とする請求項３に記載の流量制御弁。
前記弁体の前記軸方向開口部が貫通形成された壁部の中心部に、前記弁体の回転支持に供する凸部が突設されると共に
前記軸方向排出口が形成された壁部の中心部に、前記凸部が嵌合する凹部が穿設されていることを特徴とする請求項２に記載の流量制御弁。
中空状の弁体収容部に設けられ流体の導入に供する導入口と、前記弁体収容部と軸方向から連通して当該弁体収容部内の流体の排出に供する軸方向排出口とを有するハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に支持され、その回転位置に応じて前記軸方向排出口との重合状態が変化する軸方向開口部を有する弁体と、
前記ハウジングと前記弁体との軸方向間に配置され、前記弁体の外周面に摺接することにより前記ハウジングと前記弁体との軸方向間をシールする軸方向シール部材と、
前記弁体を駆動制御するアクチュエータと、
前記アクチュエータの駆動力を前記弁体に伝達することによって該弁体の駆動に供する駆動機構と、
備え、
前記アクチュエータの駆動に伴い、前記駆動機構において発生したスラスト力が、前記軸方向シール部材を前記弁体に押圧する方向へ作用することを特徴とする流量制御弁。
前記駆動機構は、少なくとも２つ以上のウォームギヤを有することを特徴とする請求項６に記載の流量制御弁。