JP2017141932A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁石への異物の堆積を抑止しつつシール部の異物を除去可能とすることでシール性の向上を図った流量制御弁を提供する
【解決手段】 流体が流れる第１ポート６、及び第２ポート７を有するハウジング８０と、 ハウジング８０内に流体から区画された状態で移動自在に配設されたリング状の磁石１５と、磁性体で形成され、磁石１５の磁力により吸引力が作用するプレート部材１３と、磁石１５とプレート部材１３との間に配設され、少なくともプレート部材１３と当接することで第１ポート６と第２ポート７が遮断され閉弁状態となると共に、流体圧力に応じて第１ポート６と第２ポート７が連通し少なくともプレート部材１３から離間することで開弁状態となる非磁性体で形成された薄板部材１４とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷却系に使用される流量制御弁に関する。

流体の流れを連通、及び遮断する流量制御弁として特許文献１に示される磁力利用ボール栓が知られている。これは、流路上に設けられたボール状の弁体と、弁体を近接させ密着することで流路を遮断する弁座とを有し、一方は永久磁石を内蔵し、他方はこの永久磁石に吸着される材質で形成されることで密着する構造である。これにより、流体の圧力が高くなると流路を連通し、また流体の圧力が減少すると流路を遮断している。

また、このような流路内には流体中に鉄粉等の異物が混在する場合があり、弁体と弁座とのシール性に影響を与えることがある。この対策として、特許文献２に示される電磁アクチュエータが知られている。これは、電磁アクチュエータの機能を実現する部品とは別にハウジング内に永久磁石を配置する凹部を形成し、この永久磁石が磁力での吸引により異物を捕集することで電磁アクチュエータの機能の阻害となることを抑止している。

特開平１０−６８４６８号公報 特開２００９−２５７５１１号公報

上記したように特許文献１の磁力利用ボール栓では、異物（鉄粉）が流体中に混在した場合、弁体と弁座のシール性に影響を与える恐れがある。また、さらに特許文献２に示す異物を捕集する構造を適用したとしても、永久磁石によって捕集した異物は除去できないため、異物が堆積していくと磁石の磁力が弱まり、やがてシール部に異物が付着、及び残留する恐れがある。

そこで、本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、磁石への異物の堆積を抑止しつつシール部の異物を除去可能とすることでシール性の向上を図った流量制御弁を提供することを目的とする。

本発明による流量制御弁の特徴構成は、流体が流れる第１ポート、及び第２ポートを有するハウジングと、該ハウジング内に流体から区画された状態で移動自在に配設されたリング状の磁石と、磁性体で形成され、前記磁石の磁力により吸引力が作用するプレート部材と、前記磁石と前記プレート部材との間に配設され、少なくとも前記プレート部材と当接することで前記第１ポートと前記第２ポートが遮断され閉弁状態となると共に、流体圧力に応じて前記第１ポートと前記第２ポートが連通し、少なくとも前記プレート部材から離間することで開弁状態となる非磁性体で形成された薄板部材とを有する点にある。

本構成により、磁石を流体から区画することで流体中の異物が磁石に付着、及び堆積することはない。これにより、磁石の磁力が異物による影響を受けることなく、プレート部材に対し吸引力を作用することができる。また、薄板部材を介し磁石の磁力が働くことで鉄粉等の異物がプレート部材側の薄板部材上に付着することがある。ここで、第１ポートと第２ポートが連通し開弁状態となる場合、薄板部材上を流体が流れることを可能にするため、流体により異物を洗い流すことができる。よって、シール面（プレート部材と薄板部材の当接面）に異物の残留を抑止することができる。これらにより、シール性の向上を図ることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記磁石と前記薄板部材との間に設けられ、前記閉弁状態の場合、前記磁石と前記薄板部材とが当接し、前記開弁状態の場合、前記磁石と前記薄板部材が離間するように設定された付勢力を有する付勢部材を備えた点にある。

本構成により、閉弁状態の場合は磁石の磁力を最大限にプレート部材に作用させることができ、プレート部材と薄板部材の密着状態を強力に保持することができる。また、開弁状態の場合は、付勢部材により磁石と薄板部材を離間させることができるため、薄板部材のプレート部材側に吸引された異物への磁力を弱めることが可能となる。よって、薄板部材上に付着した異物が流体によって洗い流され易くなり、異物の残留を抑止することができる。これらにより、シール性の向上を図ることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記開弁状態の場合、前記磁石は該磁石の自重により前記薄板部材から離間する点にある。

本構成により、開弁状態の場合は、付勢部材により磁石と薄板部材を離間させることができるため、薄板部材のプレート部材側に吸引された異物への磁力を弱めることが可能となる。よって、薄板部材上に付着した異物が流体によって洗い流され易くなり、異物の残留を抑止することができる。すなわち、シール性の向上を図ることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記磁石の前記薄板部材の設けられる側の反対の軸方向端面と接触して設けられ、径方向に延在するフランジ部と、軸方向に延在する筒部とを有するヨークを有する点にある。

本構成により、磁石の磁力をプレート部材に対し効率的に作用させることができる。また、磁石の磁力を薄板部材側のみに向けて作用させることができるので、異物の捕集場所を薄板部材上のみに集約することができる。これにより、開弁状態となったときに、薄板部材上に集約された異物に働く磁力が弱まり、確実に流体により洗い流すことが可能となる。これらにより、シール性の向上を図ることができる。

第１実施形態における車両流体制御装置の構成図である。 第１実施形態における流量制御弁の閉弁状態を示す断面図である。 図２における流量制御弁の開弁状態を示す断面図である。 図２における磁力を示す説明図である。 第２実施形態における流量制御弁の閉弁状態を示す断面図である。 図５における流量制御弁の開弁状態を示す断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明に係る流量制御弁１の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、流量制御弁１を備えた車両用エンジン冷却装置２０の全体構成を示す説明である。エンジン２１の流体（例えば冷却水）の流出ポート２２にラジエータ２３の流入ポート２４が接続され、ラジエータ２３の流出ポート２５は、サーモスタットバルブ２６の流入ポート２７に接続される。サーモスタットバルブ２６の流出ポート２８は、電動ポンプ３１の吸入ポート３２に接続され、電動ポンプ３１の吐出ポート（図番なし）は、エンジン２１の冷却水の流入ポート（図番なし）に接続される。

エンジン２１の暖房用流出ポート（図番なし）は、流量制御弁１の第１ポート６に接続される。流量制御弁１の第２ポート７は、ヒータコア３３の流入ポート３４に接続され、ヒータコア３３の流出ポート３５は、サーモスタットバルブ２６のバイパス流入ポート２９に接続される。バイパス流入ポート２９は流出ポート２８まで連通する。

車両用エンジン冷却装置２０は、電動ポンプ３１からの流体がエンジン２１とラジエータ２３を経由し、サーモスタット２６を介して循環する第１流路４１と、電動ポンプ３１からの流体がエンジン２１とヒータコア３３を経由し、サーモスタット２６を介して循環する第２流路４２とを備え、流量制御弁１が第２流路４２に配置される。第２流路４２には、ヒータコア３３と並列に他の冷却系部品３６（ＥＧＲクーラー等）が接続されている。車両用エンジン冷却装置２０には、電動ポンプ３１の出力を制御する制御部３７が備えられている。電動ポンプ３１は、本実施形態では、エンジン２１の回転数に依存することなく吐出力（吐出量）の変更が可能な電動ポンプ３１で構成してあるが、機械式可変ポンプで構成しても良い。

流量制御弁１について、図２〜図４を用いて説明する。

流量制御弁１は、図２に示すように、ハウジング８０と、弁座１４と、弁座１４から離間する位置と当該弁座１４に当接する位置とに移動自在な弁体１３と、弁体１３に対し吸引力を作用する磁石１５とを備えている。弁体１３、及び弁座１４は、第１ポート６と第２ポート７とを連通、及び遮断するようにハウジング８０内に設けられ、弁体１３と弁座１４が当接することで第１ポート６と第２ポート７を遮断し（閉弁状態）、また、弁体１３と弁座１４が離間することで第１ポート６と第２ポート７とを連通する（開弁状態）。本実施形態では、磁性体のプレート部材により弁体１３が形成され、非磁性体で形成された薄板状の薄板部材により弁座１４が形成される。また、磁石１５に対し一体的にヨーク１６が設けられている。

ハウジング８０は、冷却水を受け入れる第１ポート６を形成するベース部材８１と、冷却水を放出する第２ポート７を形成するカバー体８２とを備える。このとき、第１ポート６と第２ポート７の中心軸は、略同一中心軸Ｑ上に設けられる。

ベース部材８１は、第１ポート６を形成し、また、中心軸Ｑの延びる方向に延出形成された円筒状の円筒部６１と、円筒部６１の外周６１ａに外挿されるように磁石１５、及びヨーク１６を備える。この磁石１５、及びヨーク１６は、円筒部６１の延びる方向に沿うように移動自在である。また、ベース部材８１には、非磁性体で形成された薄板状の薄板部材１４を備える。

カバー体８２は、第２ポート７を形成する。この第２ポート７は、本実施形態では第１ポート６と同一中心軸Ｑ上に設ける例を示したが、流体が流れる流路が確保されていればいかなる方向に屈曲させたりしても良い。また、このカバー体８２は、ベース部材８１に対し、例えば溶着により固定される。この時、一例として溶着する例を示したが、ベース部材８１とカバー体８２との間に流体が外部に漏れることを抑止するシール部材（図示しない）を挟みこみ、ボルト（図示しない）等のネジ部材により一体化しても良い。

ベース部材８１またはカバー体８２は、中心軸Ｑに沿う方向にプレート部材１３の移動を案内するガイド部（図示しない）が形成される。

プレート部材１３は、図示しない磁性体と、磁性体を覆う樹脂体によって構成され、また、磁性体は磁石１５に対して露出するように配置されている。ここで、プレート部材１３は、ベース部材８１、またはカバー体８２のいずれかに中心軸Ｑの延びる方向に形成されたガイド（図示しない）によりプレート部材１３の移動を案内する。また、プレート部材１３には図示しない冷却水の流通孔が形成されても良い。

磁石１５は、リング状であり、上面１５ａと下面１５ｂとを有する。また、磁石１５は中心軸Ｑが延びる方向に着磁されている。

ヨーク１６は、径方向に延出形成されたフランジ部１６ａと、磁石１５の外径に接触しないように形成された円筒部１６ｃ（筒部）とを備える。このとき、磁石１５の下面１５ｂがフランジ部１６ａの上面１６ｂと接触するように形成される。この接触により、図４に示すように、例えば磁石１５は、プレート部材１３側をＮ極、フランジ部１６ａ側をＳ極に着磁され形成された場合、プレート部材１３に対し磁石１５のＮ極が作用し、またプレート部材１３に対しヨーク１６を介しＳ極を作用させることができる。これにより、磁石１５、及びヨーク１６とプレート部材１３とを、より強力に吸着することができる。

磁石１５の上面１５ａと、ヨーク１６の円筒部１６ｃの端面１６ｄは略同一平面となるように形成する方が良いが、閉弁状態を維持することができれば、コスト等の観点から同一平面上になくても良い。

薄板部材１４は、非磁性体で形成され、プレート部材１３側にプレート部材１３と当接する当接面１４ｂと、円筒部６１の内径部６１ｃの内径と略同一内径となる内径部１４ａとを有し、円筒部６１の端面６１ｂに当接するように配設される。また、薄板部材１４は、磁石１５、及びヨーク１６に対し、蓋をするようにベース部材８１に固着される。つまり、第１ポート６から流入した冷却水は、磁石１５、及びヨーク１６が配設された空間８１ａに浸入することはない。また、閉弁状態を維持するために、磁石１５、及びヨーク１６から発生する磁力がプレート部材１３に対し、十分作用する厚みであることが望ましい。具体的には、２ｍｍ以下の厚みする方が良い。

次に、上述した構成の流量制御弁１を含む車両流体制御装置２０の作動、及び効果について説明する。

図１に示す車両流体制御装置２０において、電動ポンプ３１から冷却水を送出することで循環する。この車両流体制御装置２０は、冷却水がエンジン２１の内部で加熱後、ラジエータ２３により冷却され、サーモスタットバルブ２６を経由して電動ポンプ３１へと戻り、再度電動ポンプ３１から冷却水を送出することで循環する。ここで、エンジン２１が低温時には、エンジン２１の早期暖気が必要となるため、ラジエータ２３への循環を停止するためにサーモスタットバルブ２６が閉弁状態となる。また、暖房作動時には、エンジン２１の内部で加熱された冷却水が、流体圧によって開弁状態に維持された流量制御弁１を経由してヒータコア３３に供給され、室内が暖められる。ヒータコア３３で熱交換（冷却）された冷却水は、サーモスタットバルブ２６を経由して電動ポンプ３１により再度循環する。

ここで流量制御弁１について詳述すると、電動ポンプ３１の停止時には、流量制御弁１の第１ポート６に流体圧力が発生していない。このため、図２に示すようにプレート部材１３は磁石１５の磁力（吸引力）を受けて薄板部材１４と当接し閉弁状態となる。

電動ポンプ３１の作動時には、磁石１５の吸引力が電動ポンプ３１から送出される流体圧力（流体によって作用する力）よりも大きい場合には、プレート部材１３が薄板部材１４に当接した状態（閉弁状態）に維持される。ここで、磁石１５と一体的にヨーク１６を備えているため、プレート部材１３と磁石１５との間に薄板部材１４を配設しても、プレート部材１３に吸引力を作用させることができるので、薄板部材１４とプレート部材１３を強力に密着させることができる。また、薄板部材１４により磁石１４が備えられる空間に冷却水が流入することがなくなる。これにより、冷却水の中に含まれる鉄粉等の異物が磁石１５に付着することをなくすことができる。よって、磁石１５の磁力をプレート部材１３に対し、長期に亘って安定的に作用させることができる。これらにより、プレート部材１３と薄板部材１４との間のシール性を向上することができる。

また、図３に示すように例えば、エンジン２１内の温度が所定温度まで上昇すると、制御部３７は、プレート部材１３が開弁状態の位置に移動するように、電動ポンプ３１のＤｕｔｙ（出力）を予め設定した状態まで高める制御を行う。これにより、プレート部材１３に作用する電動ポンプ３１からの流体圧力が増加し、やがてプレート部材１３が開方向に移動し始める。つまり、プレート部材１３を磁石１５の吸引力に抗して移動させるために、プレート部材１３に作用する流体圧力が、磁石１５の吸引力を上回るように制御される。また、流量制御弁１が開弁状態に移行されると、電動ポンプ３１は開弁開始時の最大Ｄｕｔｙよりも低いＤｕｔｙに制御される。これは、開弁開始時とは異なり、前述の流体圧力が、磁石１５の吸引力よりも大きい状態であれば良く、また、開弁状態の時に磁石１５の吸引力はプレート部材１３との距離に応じて減少するため、流量制御弁１の開弁状態が維持されるからである。

この開弁状態のとき、磁石１５とプレート部材１３との間の吸引力が弱まり、やがて磁石１５、及びヨーク１６は、自重によりベース部材８１の底部８１ｂの方向に移動する。これにより、例えば閉弁状態のときに、磁石１５からプレート部材１３に対し作用するために発生する磁力が冷却水の中に混在する鉄粉等の異物に対しても作用し、薄板部材１４に異物が付着することがあるが、開弁状態となることで磁石１５が底部８１ｂ側に移動することで異物に対する磁力を弱めることができる。よって、薄板部材１４上（例えば内径部１４ａや当接面１４ｂ）に付着した異物は、冷却水の流れによって洗い流し易くすることができる。つまり、プレート部材１３が閉弁状態と移行する時に、異物の影響を受け難くすることができ、シール性の向上を図ることができる。
〔第２実施形態〕
この第２実施形態では、前述した第１実施形態と共通する構成の車両流体制御装置２０を用いるものであるが、流量制御弁１において構造が異なる。

以下、本発明に係る流量制御弁１の実施形態を図５と図６に基づいて説明する。

流量制御弁１は、第１実施形態と同様にハウジング８０と、ハウジング８０に固定され、磁性体からなる弁座１４０と、弁座１４０から離間する位置と当該弁座１４０に当接する位置とに移動自在な弁体１３０とを備えている。弁体１３０、及び弁座１４０は、第１ポート６と第２ポート７とを連通、及び遮断するようにハウジング８０内に設けられ、弁体１３０と弁座１４０が当接することで第１ポート６と第２ポート７を遮断し（閉弁状態）、また、弁体１３０と弁座１４０が離間することで第１ポート６と第２ポート７とを連通する（開弁状態）。

弁座１４０は、磁性体からなるプレート部材１４０により形成され、ハウジング８０を形成するベース部材８１と一体的に備えられる。このとき、第１ポート６をプレート部材１４０の内径部１４０ａにより形成される。

弁体１３０は、内部空間を形成し、有底円筒状のケース１３１と、ケース１３１に蓋をするように設けられ、プレート部材１４０と当接する非磁性体の薄板部材１３２と、ケース１３１内に設けられ、ベース部材８１に対し磁力を発生する磁石１３３と、磁石１３３と一体的に設けられたお椀状のヨーク１３４と、ヨーク１３４と薄板部材１３２との間に設けられ、薄板部材１３２から離間するようにヨーク１３４に付勢する付勢部材１３５（例えばコイルスプリング）とを備える。

ケース１３１は、円筒状に形成され、外周面１３１ａが、ベース部材８１またはカバー体８２のいずれかに形成されたガイド部（図示しない）により案内されることで中心軸Ｑに沿う方向に移動自在となる。

薄板部材１３２は、非磁性体により形成され、プレート部材１４０と当接する当接面１３２ａと、付勢部材１３５と当接する内面１３２ｂとを有する。この当接面１３２ａは、プレート部材１４０と当接することで、冷却水の流れを遮断するシール面として機能する。また、内面１３２ｂは、付勢部材１３５と当接し、この付勢部材１３５を固定する固定部（図示しない）を形成する。

このように、磁石１３３が備えられる空間は、ケース１３１と薄板部材１３２により区画されるので冷却水が流入することがなくなる。よって第１実施形態と同様に、冷却水の中に含まれる鉄粉等の異物が磁石１３３に付着することをなくすことができる。つまり、磁石１３３の磁力をプレート部材１４０に対し、長期に亘って安定的に作用させることができる。これらにより、プレート部材１４０と弁体１３０（薄板部材１３２）との間のシール性を向上することができる。

コイルスプリング１３５は、ヨーク１３４を薄板部材１３２から離間する方向に付勢する。このコイルスプリング１３５の付勢力は、閉弁状態を維持する場合、磁石１３３がプレート部材１４０に対し作用する磁力に対し小さくなるように設定される。また、このコイルスプリング１３５の付勢力は、開弁状態を維持する場合、ヨーク１３４の端面１３４ａがケース１３１の底面１３１ｂに当接する位置まで離間するように設定される。

詳述すると、電動ポンプ３１の作動時において、磁石１３３の吸引力Ｆｍ１が、コイルスプリング１３５の付勢力Ｆｓ１と電動ポンプ３１からの流体圧力Ｆｗ１との和よりも大きい場合には、図５に示すようにプレート部材１４０と弁体１３０（薄板部材１３２）は当接した状態（閉弁状態）に保持される。

また、例えば、エンジン２１内の温度が所定温度まで上昇すると、制御部３７は、弁体１３０が図６に示すように開弁状態となるよう、電動ポンプ３１のＤｕｔｙ（出力）を予め設定した状態まで高める制御を行う。これにより、弁体１３０が開方向に移動し始める。ここで、弁体１３０を磁石１３３の磁力に抗して移動させるためには、弁体１３０に作用する流体圧力Ｆｗ２とコイルスプリング１３５の付勢力Ｆｓ２との和が、磁石の吸引力Ｆｍ２よりも大きく上回る必要がある。

また、図６に示すように、弁体１３０が開弁状態の位置に移動すると、磁石１３３の吸引力Ｆｍ３が減少し、コイルスプリング１３５の付勢力Ｆｓ３が吸引力Ｆｍ３を上回るように設定されることで、薄板部材１３２と磁石１３３が離間した状態を維持することができる。また、この開弁状態を維持するためには、電動ポンプ３１は開弁開始時の最大Ｄｕｔｙよりも低いＤｕｔｙに制御される。これは、開弁開始時とは異なり、前述の磁石１３３の吸引力Ｆｍ３よりも電動ポンプ３１からの流体圧力Ｆｗ３が大きい状態であれば、流量制御弁１の開弁状態が維持されるためである。

この開弁状態のとき、第１実施形態と同様に磁石１３３とプレート部材１４０との間の吸引力が弱まり、磁石１３３、及びヨーク１３４は、コイルスプリング１３５によりケース１３１の底面１３１ｂの方向に移動する。これにより、例えば閉弁状態のときに、磁石１３３からプレート部材１４０に対し作用するために発生する磁力が冷却水の中に混在する鉄粉等の異物に対しても作用し、薄板部材１３２に異物が付着することがあるが、開弁状態となる（コイルスプリング１３５の付勢力により磁石１３３が移動する）ことで磁石１３３の異物に対する磁力を弱めることができる。よって、薄板部材１３２上（当接面１３２ａ）に付着した異物は、冷却水の流れによって洗い流し易くすることができる。つまり、弁体１３０が閉弁状態と移行する時に、異物の影響を受け難くすることができ、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バルブ装置は、各種車両における幅広い冷却対象に対して利用可能である。

〔第１実施形態〕
１ 流量制御弁
１３ プレート部材(弁体)
１４ 薄板部材（弁座）
１５ 磁石
１６ ヨーク
１７ 付勢部材（コイルスプリング）
〔第２実施形態〕
１ 流量制御弁
１３０ 弁体
１３１ ケース
１３２ 薄板部材
１３３ 磁石
１３２ ヨーク
１３５ 付勢部材（コイルスプリング）

Claims (4)

1. 流体が流れる第１ポート、及び第２ポートを有するハウジングと、
   該ハウジング内に流体から区画された状態で移動自在に配設されたリング状の磁石と、
   磁性体で形成され、前記磁石の磁力により吸引力が作用するプレート部材と、
   前記磁石と前記プレート部材との間に配設され、少なくとも前記プレート部材と当接することで前記第１ポートと前記第２ポートが遮断され閉弁状態となると共に、流体圧力に応じて前記第１ポートと前記第２ポートが連通し、少なくとも前記プレート部材から離間することで開弁状態となる非磁性体で形成された薄板部材と、を有する流量制御弁。
2. 前記磁石と前記薄板部材との間に設けられ、前記閉弁状態の場合、前記磁石と前記薄板部材とが当接し、前記開弁状態の場合、前記磁石と前記薄板部材が離間するように設定された付勢力を有する付勢部材を備えた請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記開弁状態の場合、前記磁石は該磁石の自重により前記薄板部材から離間する請求項１または請求項２に記載の流量制御弁。
4. 前記磁石の前記薄板部材の設けられる側の反対の軸方向端面と接触して設けられ、径方向に延在するフランジ部と、軸方向に延在する筒部とを有するヨークを有する請求項１から請求項３の何れか一項に記載の流量制御弁。

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