JP2019011869A5 - - Google Patents

Description

（従来技術）
ボールバルブにおける凸形球面形状のボール面に、バルブシートにおける凹形球面形状のシート面を押し付け、ボールバルブを回動操作することで、ボールバルブのバルブ開口とバルブブシートのシート開口の連通と非連通の切替えを行うバルブ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

（問題点）
このようなバルブ装置では、シャフトの周囲をシールするシール部材から流体の漏れが生じる懸念がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、シャフトの周囲をシールするシール部材からの流体の漏れに対して好適なバルブ装置の提供にある。

本発明のバルブ装置は、バルブを内側に収容するハウジングと、ハウジングを貫通してバルブと一体に回動するシャフトと、ハウジングとシャフトとの間をシールするシール部材と、ハウジングの内側においてシール部材へ向かう流体の運動エネルギを減衰させるラビリンス部とを備える。

これにより、ラビリンス部によって、バルブ室からシール部材へ向かう流体の運動エネルギーが減衰するため、シール部材における流体の漏れに対して好適なバルブ装置を提供できる。

１ ボールバルブ（バルブ）
３ ハウジング
１４ シャフト
３１ シール部材
３２ ラビリンス部

Claims (43)

1. バルブ（１）を内側に収容するハウジング（３）と、
   このハウジングを貫通して前記バルブと一体に回動するシャフト（１４）と、
   前記ハウジングと前記シャフトとの間をシールするシール部材（３１）と、
   前記ハウジングの内側において前記シール部材へ向かう流体の運動エネルギを減衰させるラビリンス部（３２）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、
   前記ラビリンス部は、
   前記ハウジングにおける前記シャフトの挿通穴の開口縁から、前記バルブを収容するバルブ室（１７）に向けて突出するとともに、前記シャフトの外周を隙間を介して囲う筒部（５０）と、
   前記バルブに設けられて、前記筒部の外周面（５０ａ）または内周面（５０ｂ）の少なくともいずれか一方に隙間（Ｃ２、Ｃ４）を介して径方向に対向する周壁（５１、５９）とを用いて形成されることを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項２に記載のバルブ装置において、
   前記ハウジングには、前記ハウジングを貫通して前記シャフトを軸受けするための軸受孔（３３）が形成され、この軸受孔は、前記ハウジングを貫通するものであり、前記バルブを収容するバルブ室への開口を有しており、前記軸受孔における前記バルブ室への開口箇所を軸受開口（３３ａ）と呼び、
   さらに、前記軸受孔の軸方向を弁軸方向とし、前記バルブ室に向かう側を弁軸方向一端側、その反対側を弁軸方向他端側とすると、
   前記バルブには、前記軸受開口に対向する箇所に凹部（５３）が形成されており、この凹部は、前記シャフトの外周面と径方向に対向する周壁（５１）と、前記シャフトに対して垂直で前記筒部の端面と対向する平面部（５４）とを有しており、
   前記ラビリンス部は、前記周壁と前記筒部の外周面（５０ａ）との間の隙間（Ｃ２）、前記平面部と前記筒部の弁軸方向一端面との間の隙間（Ｃ３）によって形成されることを特徴とするバルブ装置。
4. 請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   前記ハウジングには、前記ハウジングを貫通して前記シャフトを通すための孔が形成され、この孔は、前記バルブを収容するバルブ室に開口しており、前記孔の開口縁から、前記シャフトの外周を囲う筒部が前記バルブ室に向けて突出しており、
   前記シャフトの軸方向を弁軸方向とし、前記孔において前記バルブ室に向かう側を弁軸方向一端側とすると、
   前記孔に前記シール部材が収容され、前記シール部材の前記弁軸方向一端側には、前記筒部により外周側を区画され、かつ、前記シャフトにより内周側を区画される筒状の空間が形成されていることを特徴とするバルブ装置。
5. 請求項２に記載のバルブ装置において、
   前記バルブは、前記筒部の内周に嵌まる凸部（６２）を有し、
   この凸部の外周面は、前記筒部の内周面とともに前記隙間を形成して前記ラビリンス部の一部をなすことを特徴とするバルブ装置。
6. 請求項２または請求項３に記載のバルブ装置において、
   前記ラビリンス部の少なくとも一部は、前記筒部の外周面と前記周壁とにより形成され、
   前記筒部の内周面と前記シャフトの外周面との間には筒状の空間が形成され、
   前記ラビリンス部の内、前記筒部の外周面と前記周壁とにより形成される部分の径方向の幅は、前記筒状の空間の径方向の幅よりも小さいことを特徴とするバルブ装置。
7. 請求項１に記載のバルブ装置において、
   前記ハウジングは、前記シャフトを囲むとともに前記ハウジングの内側に突き出る筒部（５０）を有し、この筒部の内周は、前記シャフトを軸受けするための軸受孔（３３）をなし、さらに、この軸受孔に前記シール部材が収容され、
   前記バルブは、前記筒部の外周面または内周面の少なくとも一方と隙間を介して径方向に対向する周壁を有し、
   前記ラビリンス部は、前記筒部の外周面または内周面の少なくとも一方と前記バルブの周壁との間に形成されて軸方向に伸びる隙間であることを特徴とするバルブ装置。
8. 請求項７に記載のバルブ装置において、
   前記バルブは、前記筒部の先端が嵌まる凹部を有し、
   この凹部の内周面は、前記筒部の外周面とともに前記隙間を形成して前記ラビリンス部の一部をなし、
   さらに、前記凹部の底面は、前記筒部の先端面と隙間を介して軸方向に対向しており、
   前記凹部の底面と前記筒部の先端面との間に形成されて径方向に伸びる隙間も、前記ラビリンス部の一部をなすことを特徴とするバルブ装置。
9. 請求項１ないし請求項８の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   前記ハウジングの表面の内、前記バルブを収容する内側に存在する面と、前記バルブの表面の内、前記ハウジングの内側に存在する面とにより形成される隙間に、前記ラビリンス部に通じる通路が形成され、
   この通路は、前記シャフトに対して傾斜していることを特徴とするバルブ装置。
10. 請求項９に記載のバルブ装置において、
    前記シャフトの回転の軸心の含む全断面の内、前記シャフトの軸心の一方側では前記通路が前記軸心に垂直であり、他方側では前記通路が前記軸心に対して傾斜していることを特徴とするバルブ装置。
11. 請求項９に記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングには、前記ハウジングを貫通して前記シャフトを軸受けするための軸受孔が形成され、この軸受孔は、前記ハウジングを貫通するものであり、前記バルブを収容するバルブ室への開口を有しており、
    前記軸受孔の軸方向を弁軸方向とし、前記バルブ室に向かう側を弁軸方向一端側、その反対側を弁軸方向他端側とすると、
    前記通路は、内径側に向かうにしたがって前記弁軸方向一端側へと傾斜していることを特徴とするバルブ装置。
12. 請求項９に記載のバルブ装置において、
    前記通路には、内径側ほど幅が小さくなっている部分を有していることを特徴とするバルブ装置。
13. 請求項９に記載のバルブ装置において、
    前記通路は、前記シャフトに向かって円錐状に傾斜する傾斜面により形成されていることを特徴とするバルブ装置。
14. 請求項２または請求項７に記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングの表面の内、前記バルブを収容する内側に存在する面と、前記バルブの表面の内、前記ハウジングの内側に存在する面とにより形成される隙間に、前記ラビリンス部に通じる通路が形成され、
    前記隙間の径方向の幅は、前記通路の軸方向の幅よりも狭いことを特徴とするバルブ装置。
15. 請求項３に記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングの表面の内、前記バルブを収容する内側に存在する面と、前記バルブの表面の内、前記ハウジングの内側に存在する面とにより形成される隙間に、前記ラビリンス部に通じる通路が形成され、
    前記平面部と前記筒部の弁軸方向一端面との間の隙間の軸方向の幅は、前記通路の軸方向の幅よりも狭く形成されていることを特徴とするバルブ装置。
16. 請求項８に記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングの表面の内、前記バルブを収容する内側に存在する面と、前記バルブの表面の内、前記ハウジングの内側に存在する面とにより形成される隙間に、前記ラビリンス部に通じる通路が形成され、
    前記凹部の底面と前記筒部の先端面との間に形成されて径方向に伸びる隙間の軸方向の幅は、前記通路の軸方向の幅よりも狭く形成されていることを特徴とするバルブ装置。
17. 請求項９に記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングには、前記シャフトの挿通穴の開口縁から、前記バルブを収容するバルブ室に向けて突出するとともに、前記シャフトの外周を隙間を介して囲う筒部が設けられ、
    この筒部の外周面または内周面を用いて前記ラビリンス部が形成され、
    前記シャフトの軸方向を弁軸方向とし、前記バルブ室に向かう側を弁軸方向一端側、その反対側を弁軸方向他端側とすると、
    前記ハウジングの外周面には、前記バルブ室に流体を流入させたり、前記バルブ室から流体を流出させたりするための開口が設けられ、
    前記筒部の先端は、前記開口の最も前記弁軸方向他端側の位置よりも前記弁軸方向一端側に存在することを特徴とするバルブ装置。
18. 請求項９に記載のバルブ装置において、
    前記通路は、内径側ほど幅が小さくなっている部分を有していることを特徴とするバルブ装置。
19. 請求項１に記載のバルブ装置において、
    前記ラビリンス部は、
    前記ハウジングの表面の内、前記バルブを収容する内側に存在する面と、
    前記バルブの表面の内、前記ハウジングの内側に存在する面とにより形成される隙間であり、
    この隙間は、径方向に伸びる部分と軸方向に伸びる部分とが連続することにより蛇行していることを特徴とするバルブ装置。
20. 請求項１ないし請求項１９の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記シール部材は、前記シャフトの外周面に弾接するシールリップを有することを特徴とするバルブ装置。
21. 請求項２０に記載のバルブ装置において、
    前記シール部材は、ゴム材料で設けられたゴム部（３１ｂ）を有することを特徴とするバルブ装置。
22. 請求項２１に記載のバルブ装置において、
    前記シール部材は、環状の金属部（３１ａ）を有し、前記ゴム部は環状に設けられて前記金属部を芯とすることを特徴とするバルブ装置。
23. 請求項２０ないし請求項２２の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングには、前記ハウジングを貫通して前記シャフトを軸受けするための軸受孔が形成されており、
    前記軸受孔の軸方向を弁軸方向とし、前記バルブを収容するバルブ室に向かう側を弁軸方向一端側、その反対側を弁軸方向他端側とすると、
    前記シールリップは、弁軸方向一端側に向かって突出することを特徴とするバルブ装置。
24. 請求項２０ないし請求項２２の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記シールリップは、前記ハウジングの内側の方に伸びていることを特徴とするバルブ装置。
25. 請求項２０ないし請求項２４の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記シャフトの外周を隙間を介して囲う筒部が、前記ハウジングにおける前記シャフトの挿通穴の開口縁から、前記バルブを収容するバルブ室に向けて突出しており、
    前記ハウジングには、前記ハウジングを貫通して前記シャフトを軸受けするための軸受孔が形成されており、
    前記軸受孔の軸方向を弁軸方向とし、前記バルブを収容するバルブ室に向かう側を弁軸方向一端側、その反対側を弁軸方向他端側とすると、
    前記シールリップの弁軸方向一端側の先端が、前記筒部の弁軸方向一端側の先端よりも弁軸方向他端側に位置することを特徴とするバルブ装置。
26. 請求項２０ないし請求項２５の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    軸方向に関し、前記ハウジングの内側に向かう方向を軸方向一端側、前記ハウジングの外側に向かう方向を軸方向他端側とすると、
    前記シールリップは、軸方向一端側に向かって突出する第１リップ（４４ａ）と、この第１リップよりも軸方向他端側に配置されて軸方向他端側に向かって突出する第２リップ（４４ｂ）と、前記第１リップと前記第２リップとの間に設けられた第３リップ（４４ｃ）とを有することを特徴とするバルブ装置。
27. 請求項１ないし請求項２６の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングは、前記シャフトを軸受けするための軸受孔を有し、この軸受孔に、前記シャフトが通されるとともに前記シール部材が収容され、
    軸方向に関し、前記ハウジングの内側に向かう方向を軸方向一端側、前記ハウジングの外側に向かう方向を軸方向他端側とすると、
    前記軸受孔は、軸方向一端側に向けて段差面を有して段状に内径を拡大しており、
    前記シール部材は、前記段差面に当接して前記段差面の軸方向一端側の領域（３３ｃ）に収容されていることを特徴とするバルブ装置。
28. 請求項１ないし請求項２６の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングは、前記シャフトを軸受けするための軸受孔を有し、この軸受孔に、前記シャフトが通されるとともに前記シール部材が収容され、
    軸方向に関し、前記ハウジングの内側に向かう方向を軸方向一端側、前記ハウジングの外側に向かう方向を軸方向他端側とすると、
    前記軸受孔は、軸方向一端側に向けて段差面を有して段状に内径を拡大しており、
    前記シール部材は、前記段差面に当接して前記段差面の軸方向一端側の領域に収容されており、
    さらに、前記軸受孔は、前記シール部材を収容する領域の軸方向一端側で段状に拡径していることを特徴とするバルブ装置。
29. 請求項１ないし請求項２８の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    軸方向に関し、前記ハウジングの内側に向かう方向を軸方向一端側、前記ハウジングの外側に向かう方向を軸方向他端側とすると、
    前記シール部材は、環状の金属部、および、ゴム材料で設けられて前記金属部を芯とするゴム部を有し、
    前記金属部は、内周側に伸びる円環部、および、この円環部の外周縁から軸方向一端側に伸びる円筒部とを有することを特徴とするバルブ装置。
30. 請求項１ないし請求項２９の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記バルブは、流体が流出入する内部空間、および、この内部空間を前記バルブの外部に開くバルブ開口（１ｂ）を有し、
    前記ハウジングは、自身の内側に流体を流入させたり、自身の外側に流体を流出させたりするためのシート開口（２ｂ）を有し、
    前記バルブ装置は、前記バルブが回動操作されて前記バルブ開口と前記シート開口とが連通することで開弁し、
    前記バルブ開口は、前記バルブの回動方向に沿う長穴形状を呈することを特徴とするバルブ装置。
31. 請求項１ないし請求項３０の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングは、自身の内側に流体を流入させるインレット（１６）と、自身の内側から流体を流出させるアウトレット（１１、１２、１３）とを有し、
    前記バルブは、流体が流出入する内部空間を有する円筒状に設けられ、前記ハウジング内において自身の軸の周囲に回動操作され、
    前記バルブ装置は、前記バルブの回動操作により、前記インレットと前記アウトレットとの連通度合を変化させるものであり、
    前記インレットから前記内部空間へ流体を導く流路中心をインレット軸（ｊα）、前記内部空間から前記アウトレットへ向けて流体を導く流路中心をアウトレット軸（ｊβ）とした場合、
    前記バルブは、前記バルブの回動軸と同方向に内部空間を開く開口を有し、
    前記回動軸は、前記アウトレット軸または前記インレット軸に対して鈍角に設けられることを特徴とするバルブ装置。
32. 請求項３１に記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングは、前記アウトレットを複数備え、さらに、複数の前記アウトレットにそれぞれ独立して通じる複数のアウトレット通路（１１ａ、１２ａ）を備え、
    複数の前記アウトレット通路のうち、少なくとも最も開口径の大きい前記アウトレット通路のアウトレット軸が前記回動軸に対して鈍角に設けられることを特徴とするバルブ装置。
33. 請求項１ないし請求項３２の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記バルブ装置は、エンジン冷却水の制御を行うことを特徴とするバルブ装置。
34. 請求項１ないし請求項３３の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記バルブは、流体が流出入する円筒状の内部空間、および、この内部空間を前記バルブの外部に開く複数のバルブ開口を有し、前記内部空間が前記シャフトと同軸になるように前記ハウジングの内側に収容され、
    前記ハウジングは、自身の内側に流体を流入させたり、自身の外側に流体を流出させたりするためのシート開口を有し、
    前記複数のバルブ開口の内、特定のバルブ開口は、前記バルブが前記シャフトの周囲に回動することで前記シート開口と連通し、
    また、前記特定のバルブ開口以外の別のバルブ開口は、前記シャフトの回転の軸心と交差するように設けられて、常時、前記内部空間を前記バルブの外部、かつ、前記ハウジングの外部に開いており、
    前記バルブが回動操作されて前記特定のバルブ開口と前記シート開口とが連通することにより、前記別のバルブ開口と前記シート開口との間で流体が流通することを特徴とするバルブ装置。
35. 請求項３４に記載のバルブ装置において、
    前記バルブの壁面の内、前記内部空間を形成する壁面であって前記別のバルブ開口と軸方向に対向する領域には 前記シャフトの回転の軸心に近いほど前記別のバルブ開口に向かって傾斜する斜面が形成されていることを特徴とするバルブ装置。
36. 請求項３５に記載のバルブ装置において、
    前記斜面は、前記シャフトの回転の軸心の周囲の内、少なくとも前記特定のバルブ開口が存在する方位に設けられていることを特徴とするバルブ装置。
37. 請求項１ないし請求項３６の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングの内側には、前記バルブを収容するバルブ室が設けられ、
    また、前記ハウジングには、前記シャフトを軸受けするための軸受孔が形成されており、
    前記シール部材は、前記軸受孔の内周面と前記シャフトの外周面との間に配置され、自身よりも前記バルブ室の反対側の空間を、前記バルブ室に対して液密にシールすることを特徴とするバルブ装置。
38. バルブを内側に収容するハウジングと、
    このハウジングを貫通して前記バルブと一体に回動するシャフトと、
    前記ハウジングと前記シャフトとの間をシールするシール部材とを備えるバルブ装置において、
    前記シール部材は、前記シャフトの外周面に弾接するシールリップを有することを特徴とするバルブ装置。
39. 請求項３８に記載のバルブ装置において、
    前記シール部材は、ゴム材料で設けられたゴム部を有することを特徴とするバルブ装置。
40. 請求項３９に記載のバルブ装置において、
    前記シール部材は、環状の金属部を有し、前記ゴム部は環状に設けられて前記金属部を芯とすることを特徴とするバルブ装置。
41. 請求項３８ないし請求項４０の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングには、前記ハウジングを貫通して前記シャフトを軸受けするための軸受孔が形成されており、
    前記軸受孔の軸方向を弁軸方向とし、前記バルブを収容するバルブ室に向かう側を弁軸方向一端側、その反対側を弁軸方向他端側とすると、
    前記シールリップは、弁軸方向一端側に向かって突出することを特徴とするバルブ装置。
42. 請求項３８ないし請求項４１の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記シールリップは、前記ハウジングの内側の方に伸びていることを特徴とするバルブ装置。
43. 請求項３８ないし請求項４２の内のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングには、前記ハウジングを貫通して前記シャフトを軸受けするための軸受孔が形成されており、
    前記軸受孔の軸方向を弁軸方向とし、前記バルブを収容するバルブ室に向かう側を弁軸方向一端側、その反対側を弁軸方向他端側とすると、
    前記シールリップの弁軸方向一端側の先端が、前記筒部の弁軸方向一端側の先端よりも弁軸方向他端側に位置することを特徴とするバルブ装置。