JP2019027505A - バタフライバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】微小開度制御が可能なバタフライバルブについて、閉弁時におけるシール性能の低下を防止又は抑制する。【解決手段】バタフライバルブは、ボディ１２に回動可能に支持されたシャフト４２と、シャフト４２と共に回動することにより通路１５の開閉状態又は開度を調整する弁体２０と、ボディ１２の内壁１７側から突出し、弁体２０の外周縁の回動軌跡に沿うように形成された対向面１２６を有する遮蔽壁と、遮蔽壁において弁体の回動方向に設けられた切欠きからなり、弁体２０の回動角度に応じて流体の通過を許容する開口面積が変化する可変開口部１２４と、を備える。弁体２０は、遮蔽壁の対向面１２６に沿って変位して可変開口部１２４の開口面積を変化させる流量調整部Ｃ１と、ボディ１２の内壁１７に着脱して通路１５を開閉する弾性材料からなるシール部Ｓ１とを有する。流量調整部Ｃ１とシール部Ｓ１とが異なる位置に設けられている。【選択図】図６

Description

本発明は、バタフライバルブに関する。

バタフライバルブは、シャフトに円板状の弁体を組み付けた簡素な構成を有し、比較的低コストにて実現できる。このため、給湯装置等の水回路に設置され、流体通路の開閉や切り替えに用いられることが多い。バタフライバルブの機能を高めるために、可変開口部を設けて微小開度での制御が可能な構造も提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−８９５８１号公報

特許文献１のバタフライバルブは、主として水回路への適用が想定されており、水圧には十分に耐えうる構造を有する。しかしながら、例えば冷凍サイクルなど特に高圧流体を扱う装置に適用した場合、微小開度時に流体が可変開口部を高速で通過するため、弁体の外周面にエロージョン（流体摩耗）による損傷を発生させる可能性がある。それにより、閉弁時におけるシール性能が低下する虞がある。

本発明の目的の一つは、微小開度制御が可能なバタフライバルブについて、閉弁時におけるシール性能の低下を防止又は抑制することにある。

本発明のある態様は、電動式のバタフライバルブである。このバタフライバルブは、流体の通路を画定する内壁を有するボディと、ボディに回動可能に支持されたシャフトと、シャフトに組み付けられた状態で通路に配置され、シャフトと共に回動することにより通路の開閉状態又は開度を調整する弁体と、通電によりシャフトを回転駆動させるアクチュエータと、ボディの内壁側から突出し、弁体の外周縁の回動軌跡に沿うように形成された対向面を有する遮蔽壁と、遮蔽壁において弁体の回動方向に設けられた切欠きからなり、弁体の回動角度に応じて流体の通過を許容する開口面積が変化する可変開口部と、を備える。

弁体は、遮蔽壁の対向面に沿って変位して可変開口部の開口面積を変化させる流量調整部と、ボディの内壁に着脱して通路を開閉する弾性材料からなるシール部とを有する。流量調整部とシール部とが異なる位置に設けられている。

この態様によれば、バタフライバルブの弁体に流量調整部およびシール部が設けられ、流量調整部によって微小開度の調整が行われ、シール部によって弁部の開閉が行われる。流量調整部とシール部とが異なる位置に設けられるため、微小開度時にシール部を可変開口部から離隔させることができ、シール部の摩耗を抑制できる。その結果、閉弁時におけるシール性能の低下を防止又は抑制できる。

本発明によれば、微小開度制御が可能なバタフライバルブについて、閉弁時におけるシール性能の低下を防止又は抑制できる。

第１実施形態に係るバタフライバルブの構成を表す図である。 弁体およびその周辺構造を示す図である。 弁体の外観を表す図である。 遮蔽部材の構成を表す図である。 図１（Ａ）のＥ方向矢視に対応する遮蔽部材周辺の部分拡大図である。 弁体の作動状態を表す図である。 弁体の作動状態を表す図である。 弁体の角度と冷媒流量との関係を表す図である。 第２実施形態に係る弁体およびその周辺構造を示す図である。 弁体の作動状態を表す図である。 第３実施形態に係る遮蔽部材の構成を表す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。

［第１実施形態］
本実施形態のバタフライバルブは、車両用冷暖房装置の冷凍サイクルに適用され、膨張弁又は開閉弁として機能する。この冷暖房装置は、いわゆるヒートポンプ式であり、図示しない圧縮機、室内凝縮器、室外熱交換器、蒸発器及びアキュムレータを配管にて接続した冷凍サイクルを備える。室外熱交換器は、冷房運転時に室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には室外蒸発器として機能する。冷媒としては、例えばＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆなどが採用される。バタフライバルブは、冷凍サイクルの所定位置に設置され、蒸発器の上流側で冷媒を絞り膨張させる膨張弁、又は冷媒通路を全開又は閉弁状態に切り替える開閉弁として機能する。

図１は、第１実施形態に係るバタフライバルブの構成を表す図である。図１（Ａ）は縦断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
図１（Ａ）に示すように、バタフライバルブ１０は、弁部を内蔵するボディ１２と、弁部を駆動するアクチュエータ１４とを組み付けて構成される。アクチュエータ１４としては、ＤＣモータ、ステッピングモータその他の電動アクチュエータを採用できる。

ボディ１２は、例えばアルミニウム合金や真鍮などの金属材を切削加工して得られる。ボディ１２の側面を貫通するように直線状の通路１５が設けられている。ボディ１２の内壁１７によって通路１５が画定されている。通路１５の一端には上流側から冷媒を導入するための導入ポート１６が設けられ、他端には下流側へ冷媒を導出する導出ポート１８が設けられている。通路１５の中央に弁体２０が設けられている。弁体２０の上流側には第１遮蔽部材５０ａ、下流側には第２遮蔽部材５０ｂがそれぞれ配設されている。これらの遮蔽部材は、同一構造を有し、弁体２０の軸線に対して対称の構造を有するように配置され、弁体２０との協働により通路１５の開度を調整する。以下、両者を特に区別しないときには「遮蔽部材５０」と総称する。

ボディ１２は、アクチュエータ１４の機構が配置される作動室２２と通路１５とを区画する隔壁２４を有する。隔壁２４を上下に貫通するように挿通孔３０が設けられている。挿通孔３０は、上方から下方に向けて複数段に縮径される段付孔となっており、上段から大径部３２、中径部３４、小径部３６が連設されている。大径部３２には雌ねじ部３８が形成されている。ボディ１２にはまた、通路１５を挟んで挿通孔３０と対向する軸受穴４０が設けられている。軸受穴４０は、挿通孔３０と同軸状に形成されている。挿通孔３０を軸線方向に貫通するようにシャフト４２が設けられている。シャフト４２は、弁体２０の回転軸を構成する。

シャフト４２は、段付円柱状をなし、その軸線方向中間部にフランジ状の摺動部４４が設けられている。摺動部４４は、中径部３４に挿通され、回転摺動可能に支持されている。シャフト４２の下半部に弁体２０が組み付けられている。シャフト４２は、弁体２０を同軸状に貫通し、通路１５を径方向に横断するように延在する。シャフト４２の下端部は、軸受穴４０に挿通され、回転自在に支持されている。すなわち、シャフト４２は、中径部３４と軸受穴４０とによって軸線周りに回動自在に支持されている。

挿通孔３０の上半部には、段付円筒状の支持部材４６が固定されている。支持部材４６の上半部には雄ねじ部４８が形成されている。雄ねじ部４８を雌ねじ部３８に螺合させて締結することにより、支持部材４６がボディ１２に固定される。支持部材４６の下端部が中径部３４に挿通され、摺動部４４との間にリング状のすべり軸受５１を介装している。支持部材４６は、すべり軸受５１を介してシャフト４２を上方から支持し、シャフト４２の上方への変位を規制するストッパとして機能する。

シャフト４２は支持部材４６を貫通し、その上端部がアクチュエータ１４の回転機構（回転軸）に接続されている。中径部３４における摺動部４４の下方には、すべり軸受５２およびＯリング５４が配設されている。Ｏリング５４は、通路１５側から作動室２２側への流体の漏洩を防止する「シール部材」として機能する。すべり軸受５２は、すべり軸受５１と同様にリング状をなし、シャフト４２を下方から支持するとともに、Ｏリング５４に対するバックアップリングとしても機能する。

弁体２０は、シャフト４２に対して軸線方向に固定されておらず、ボディ１２の内壁１７により軸線方向への動きが規制されている。内壁１７において弁体２０の上端面および下端面とそれぞれ対向する部分が半径方向に隆起し、一対のガイド部５６，５８を形成している。各ガイド部の径方向の端面は、平坦面６０，６２となっている。それらの平坦面により弁体２０の軸線方向への動きが規制されている。これらの平坦面は、例えばマシニングセンタやインターナルブローチ等による切削加工による得ることができる。

図１（Ｂ）に示すように、弁体２０は、実線にて示す全開状態から約４５度回動すると、その外周部が内壁１７に沿って当接する。それにより、通路１５が閉止され、その閉止状態（閉弁状態）におけるシールが実現される。すなわち、弁体２０は、通路１５の軸線に沿う全開状態から一方向（図中反時計回り）又は反対方向（図中時計回り）に回動可能であり（図中点線および破線参照）、アクチュエータ１４により回転駆動される。なお、本実施形態では、バタフライバルブ１０を膨張弁として機能させるため、弁体２０を全開状態（実線）と一方向の閉弁状態（点線）との間で駆動する。

遮蔽部材５０は、段付円筒状をなし、内壁１７に沿って嵌合するようにボディ１２に組み付けられている。ガイド部５６，５８の上流側端面および下流側端面がテーパ形状とされ、遮蔽部材５０の外周面がそれらと相補形状のテーパ面６４を有する。第１遮蔽部材５０ａは、導入ポート１６側から通路１５に挿入され、そのテーパ面６４が両ガイド部の上流側端面に係止されることで規定の位置にセットされる。同様に、第２遮蔽部材５０ｂは、導出ポート１８側から通路１５に挿入され、そのテーパ面６４が両ガイド部の下流側端面に係止されることで規定の位置にセットされる。遮蔽部材５０の構造の詳細については後述する。

次に、弁体２０の構成の詳細について説明する。図２は、弁体２０およびその周辺構造を示す図である。（Ａ）は弁体２０とシャフト４２との接続構造を示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。図３は、弁体２０の外観を表す図である。（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は正面図であり、（Ｃ）は平面図である。

図２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、弁体２０は、金属製のプレート７２の外面を弾性部材７４により被覆して得られ、軸線Ｌ１に対して対称な構造を有する。プレート７２は、正面視楕円状をなし、シャフト４２を挿通する筒状のベース８０と、ベース８０から半径方向外向きに延出する板状の本体部８２と、本体部８２の外周部に沿って設けられたシール支持部８４とを有する。ベース８０の内方にシャフト４２を挿通するための取付孔８６が形成されている。シール支持部８４は断面三股形状をなし、本体部８２の延在方向に延出する第１支持部８１と、本体部８２から弁体２０の回転方向一方の側に延出する第２支持部８３と、本体部８２から弁体２０の回転方向他方の側に延出する第３支持部８５とを有する。第２支持部８３と第３支持部８５とは、本体部８２に対して互いに反対側に延び、それぞれ第１支持部８１と約９０度の角度をなす。

弁体２０の製造工程においては、プレート７２に対して弾性部材７４（耐食性を有する樹脂材）の焼き付けが行われる。本実施形態では、弾性部材７４としてゴムが採用され、そのゴムとプレート７２との加硫接合が行われる。それにより、弾性部材７４がプレート７２に対し、密着した状態で安定に固定される。

シャフト４２は、全体的に段付円柱状をなすが、弁体２０に挿通される部分にいわゆるＤカットが施されている。すなわち、シャフト４２において取付孔８６に挿通される部分には一対の平坦面が形成され、それらがアクチュエータ１４の回転力を伝達するための回転力伝達面８８を構成する。

一方、ベース８０の内壁面には、一対の回転力伝達面８８にそれぞれ当接する一対の受圧面９０が形成されている。アクチュエータ１４の駆動によりシャフト４２が回転駆動されると、回転力伝達面８８が受圧面９０を押圧することによりプレート７２に回転トルクを作用させる。弁体２０は、アクチュエータ１４の回転に応じた方向に回動して通路１５を開閉状態を調整する。

図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、弁体２０は、平面視において上下左右対称に構成されている。弾性部材７４の上端面および下端面は、それぞれ軸線に対して垂直であり、互いに平行な平坦面９２，９４とされている。平坦面９２には、取付孔８６の上端開口部を取り囲むように円形の環状ビード９６が突設されている。環状ビード９６は、挿通孔３０の開口部を同軸状に取り囲みつつ平坦面６０に密着し、弁体２０の内方への冷媒の流入を阻止する「第１環状シール部」として機能する（図１（Ａ）参照）。一方、平坦面９４には、取付孔８６の下端開口部を取り囲むように円形の環状ビード９８が突設されている。この環状ビード９８は、軸受穴４０の開口部を同軸状に取り囲みつつ平坦面６２に密着し、弁体２０の内方への冷媒の流入を阻止する「第２環状シール部」として機能する（図１（Ａ）参照）。

また、弾性部材７４の外周面に沿ってそれぞれ円弧を描くようにビード１００〜１０６が突設されている。弁体２０の軸線Ｌ１に対して一方の側にビード１００，１０１，１０２が並設され、他方の側にビード１０４，１０５，１０６が並設されている。一方、弾性部材７４の上面には、環状ビード９６から半径方向外向きに延出するように一対の直線ビード１０８，１１０が設けられている。さらに、これら直線ビード１０８，１１０の先端とそれぞれ直交するように弧状ビード１１２，１１４が設けられている。ビード１００の上端が弧状ビード１１２の一端とつながり、ビード１０２の上端が弧状ビード１１２の他端とつながっている。ビード１０４の上端が弧状ビード１１４の一端とつながり、ビード１０６の上端が弧状ビード１１４の他端とつながっている。

同様に、弾性部材７４の下面には、環状ビード９８から半径方向外向きに延出するように一対の直線ビード１１６，１１８が設けられている。さらに、これら直線ビード１１６，１１８の先端とそれぞれ直交するように弧状ビード１２０，１２２が設けられている。ビード１００の下端が弧状ビード１２０の一端とつながり、ビード１０２の下端が弧状ビード１２０の他端とつながっている。ビード１０４の下端が弧状ビード１２２の一端とつながり、ビード１０６の下端が弧状ビード１２２の他端とつながっている。

弧状ビード１１２，１１４は、環状ビード９６と同心状に設けられている。同様に、弧状ビード１２０，１２２は、環状ビード９８と同心状に設けられている。なお、ここでいう「同心状」は、円弧状であることは望ましいが、図示のように弧状ビードの長さが短い場合、直線状（環状シール部の同心円の接線方向に延びる形状）としてもよい。このような直線状は、実質的に「同心状」の概念に含めてよい。

環状ビード９６，直線ビード１０８，１１０および弧状ビード１１２，１１４は、弁部の開閉状態にかかわらず、実質的に同じ潰し代にて通路１５の平坦面６０に密着する。弧状ビード１１２，１１４は、弾性部材７４において軸線Ｌ１を中心とした半径方向の最も外側で平坦面６０に当接する。同様に、環状ビード９８，直線ビード１１６，１１８および弧状ビード１２０，１２２も、弁部の開閉状態にかかわらず、実質的に同じ潰し代にて通路１５の平坦面６２に密着する。弧状ビード１２０，１２２は、弾性部材７４において軸線Ｌ１を中心とした半径方向の最も外側で平坦面６２に当接する。

ビード１０２，１０４は、「第１シール部」として機能し、弁体２０が一方向に回転することにより内壁１７に着座して通路１５（第１の弁）を閉じる（図１（Ｂ）の点線参照）。第１の弁が閉じられるときには、ビード１０２，１０４が内壁１７に沿って密着する。このとき、ビード１０２，１０４が内壁１７にて強圧縮され、十分なシール性能が確保される。すなわち、環状ビード９６→直線ビード１０８→弧状ビード１１２→ビード１０２→弧状ビード１２０→直線ビード１１６→環状ビード９８→直線ビード１１８→弧状ビード１２２→ビード１０４→弧状ビード１１４→直線ビード１１０→環状ビード９６のように連続的につながる環状のシール構造が実現され、第１の弁を介する冷媒の流通が確実に遮断される。このとき、ビード１００，１０６は、内壁１７から離脱している。

一方、ビード１００，１０６は、「第２シール部」として機能し、内壁１７に着脱して通路１５（第２の弁）を開閉する（図１（Ｂ）の破線参照）。第２の弁が閉じられるときには、ビード１００，１０６が内壁１７に沿って密着する。このとき、ビード１００，１０６が内壁１７にて強圧縮され、十分なシール性能が確保される。すなわち、環状ビード９６→直線ビード１０８→弧状ビード１１２→ビード１００→弧状ビード１２０→直線ビード１１６→環状ビード９８→直線ビード１１８→弧状ビード１２２→ビード１０６→弧状ビード１１４→直線ビード１１０→環状ビード９６のように連続的につながる環状のシール構造が実現され、第２の弁を介する冷媒の流通が確実に遮断される。このとき、ビード１０２，１０４は、内壁１７から離脱している（図１（Ｂ）の破線参照）。

ビード１０１，１０５は、弁体２０の最外径に沿って設けられ、遮蔽部材５０と協働して弁部の微小開度を調整する「流量調整部」として機能する（図３（Ｃ）参照）。それにより、バタフライバルブ１０を膨張弁として機能させることができる。一方、第１シール部（ビード１０２，１０４）および第２シール部（ビード１００，１０６）は、弁体２０の最外径から外れた位置に設けられている。

図４は、遮蔽部材５０の構成を表す図である。（Ａ）は正面側からみた斜視図であり、（Ｂ）は背面側からみた斜視図である。（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は平面図である。（Ｆ）は（Ｃ）のＣ−Ｃ矢視断面図、（Ｇ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ矢視断面図である。

図４（Ａ）および（Ｃ）に示すように、遮蔽部材５０は、概略円筒状の本体１２０を有する。本体１２０には、軸線Ｌ２から左側にオフセットした長円状の開口部１２３が設けられている。ここで、軸線Ｌ２は、遮蔽部材５０が通路１５に設置された際に、通路１５の軸線と一致する。本体１２０は、内壁１７側から半径方向内向きに突出し、通路１５における冷媒の流れを部分的に遮蔽する「遮蔽壁」として機能する。本体１２０の右側内壁には、軸線Ｌ２と平行に延びるスリット１２４が形成されている。

図４（Ｂ）および（Ｄ）〜（Ｇ）に示すように、本体１２０の背面側は凹曲面（凹球面状）となっており、弁体２０との対向面１２６を構成する。遮蔽部材５０が通路１５に設置されると、対向面１２６は、弁体２０の外周縁の回動軌跡に沿うようになる。

図４（Ａ）〜（Ｃ）および（Ｆ）に示すように、スリット１２４は、本体１２０（開口部１２３）の内周縁（遮蔽壁の突出端縁）から弁体２０の回動方向に所定深さを有する切欠きからなる。スリット１２４は、断面Ｖ字状をなし、本体１２０の内周縁に向けて開口幅が大きくなる形状を有する。スリット１２４は、弁体２０の回動角度に応じて冷媒の通過を許容する開口面積が変化する「可変開口部」として機能する。

図５は、図１（Ａ）のＥ方向矢視に対応する遮蔽部材５０周辺の部分拡大図である。（Ａ）は閉弁状態を示し、（Ｂ）は全開状態を示す。
図５（Ａ）に示すように、閉弁状態においては、弁体２０が通路１５を全閉するため、導入ポート１６から導入された冷媒の流通は遮断される。一方、図５（Ｂ）に示すように、開弁状態においては、冷媒が第１遮蔽部材５０ａおよび第２遮蔽部材５０ｂの双方を通過し、下流側へ導かれる。

次に、本実施形態のシール方法および流量制御方法の詳細について説明する。
図６および図７は、弁体２０の作動状態を表す図であり、図１（Ｂ）の部分拡大図に対応する。図６は実質的に閉弁状態を示す。（Ａ）は全閉状態（シール状態）を示し、（Ｂ）は開弁開始状態を示す。図７は開弁状態を示す。（Ａ）および（Ｂ）は流量制御状態を示し、（Ｃ）は全開状態を示す。

図６（Ａ）に示すように、全閉状態においては、弁体２０のシール部Ｓ１（ビード１０２，１０４）が内壁１７に強圧縮されて密着し、十分なシール性能が確保される。すなわち、プレート７２が、閉弁状態においてシール部Ｓ１のシール中心よりも低圧側に内壁１７との間隙を狭小化させる特定形状（本実施形態では上述した三股形状）を有する。なお、シール部Ｓ１は、弾性部材７４において閉弁時に内壁１７に押し付けられて弾性変形する部分（押し潰される部分）である。「シール中心」は、シール部Ｓ１において最も高いシール面圧を発生させる部分を意味する。

このため、第１の弁が閉じられることにより、弁体２０の下流側が低圧となる場合、シール部Ｓ１のシール中心よりも低圧側に狭小部Ｐが形成されるため、その狭小部Ｐの間隙が抵抗となってシール部Ｓ１の変位を規制する。このとき、その抵抗に逆らってシール部Ｓ１がその間隙に押し込まれようとすることでその面圧が上昇し、そのシール部Ｓ１について自封性を発揮させることができる。それにより、シール性能が向上される。また、シール部Ｓ１をビードとすることで、閉弁時に弾性部材７４における潰し量を最小限に抑えることができ、弁体２０の締め切りトルクを小さく抑えることができる。

なお、この全閉状態において、弁体２０の流量調整部Ｃ１（ビード１０１，１０５）は、遮蔽部材５０の対向面１２６におけるスリット１２４の外側に当接しているが、実質的に変形を伴わず、シール部Ｓ１のようなシール性能は有しない。変形例においては、流量調整部Ｃ１と対向面１２６との間に所定のクリアランスを設けてもよい。

図６（Ｂ）に示すように、弁体２０が開弁作動を開始すると、シール部Ｓ１が内壁１７から離脱し、流量調整部Ｃ１がスリット１２４の基端に差し掛かる。図７（Ａ）および（Ｂ）に示すように、流量調整部Ｃ１がスリット１２４に対向する間、微小流量制御が行われる。すなわち、スリット１２４において流量調整部Ｃ１よりも内壁１７に近い側が開口し、冷媒を通過させる。弁体２０が図中時計回りに回動するほど、その開口面積が大きくなる。本実施形態では、図４に示したように、スリット１２４が遮蔽部材５０の半径方向内側に変位するほど大きくなるため、弁部の微小開度もそれに合わせて大きくなり、流量を増加させることができる。本実施形態では、流量調整部Ｃ１がスリット１２４に対向して変位する間、バタフライバルブ１０が膨張弁として機能する。

流量調整部Ｃ１がスリット１２４から離間すると、弁開度の増大率が大きくなる。図７（Ｃ）に示すように、弁体２０が通路１５に対して平行な全開状態になると、冷媒流量を最大とすることができる。この状態は、バタフライバルブ１０を開閉弁として機能させたときの開弁状態である。

図８は、弁体２０の角度と冷媒流量との関係を表す図である。ここで、「角度（deg）」は、図６（Ａ）に示した全閉状態を０度とした時計回りの角度であり、本実施形態では４２度が全開状態に対応する。図中太線は本実施形態の結果を示し、細線は比較例として遮蔽部材を有しない場合の結果を示す。弁部の前後差圧（上流側と下流側との差圧）に応じた結果が示され、実線が差圧：０．１ＭＰａＧ、一点鎖線が差圧：０．２ＭＰａ、破線が０．５ＭＰａを示す。

図示の実験結果から分かるように、前後差圧が大きくなるほど冷媒流量は大きくなる。そして特に、本実施形態のように遮蔽部材５０を設けることで、弁開度に対する流量の変化を緩やかにでき、微小開度においてより細かな制御が可能であることが分かる。このことは、本実施形態により微小流量制御が容易となり、膨張弁として実用に供しやすいことを意味する。

以上説明したように、本実施形態によれば、バタフライバルブ１０の弁体２０に流量調整部Ｃ１およびシール部Ｓ１が設けられ、流量調整部Ｃ１によって微小開度の調整が行われ、シール部Ｓ１によって弁部の開閉が行われる。流量調整部Ｃ１とシール部Ｓ１とが異なる位置に設けられるため、図７（Ａ）および（Ｂ）に示したように、微小開度時にシール部Ｓ１をスリット１２４（可変開口部）から離隔させることができ、シール部Ｓ１の損傷を抑制できる。すなわち、微小開度においてはスリット１２４の開口面積が小さいため、スリット１２４およびその付近の冷媒の流速が大きくなる。その結果、スリット１２４の近傍の部材にエロージョン（流体摩耗）を生じさせ易い状態となる。この点、本実施形態によれば、微小開度においてシール部Ｓ１がスリット１２４から十分に離間するため、そのシール部Ｓ１のエロージョンを防止又は抑制できる。また、弁体２０の回動によりシール部Ｓ１がスリット１２４に対向する過程において、シール部Ｓ１と対向面１２６との間に十分な間隙が確保される。このため、シール部Ｓ１に摺動摩耗が生じることもない。その結果、閉弁時におけるシール性能の低下を防止又は抑制できる。

［第２実施形態］
図９は、第２実施形態に係る弁体２２０およびその周辺構造を示す図である。（Ａ）は弁体２２０とシャフト４２との接続構造を示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。以下では第１実施形態との相異点を中心に説明する。なお、同図において第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。

本実施形態では、弾性部材２７４がプレート２７２の外面全体を覆ってはおらず、弁体２２０の外周縁において第１支持部２８１の先端が露出している。つまり、流量調整部Ｃ２がビードではなく、金属部分となっている。

図１０は、弁体２２０の作動状態を表す図であり、開弁状態を示す。（Ａ）および（Ｂ）は流量制御状態を示し、（Ｃ）は全開状態を示す。
流量調整部Ｃ２は、金属材料からなり、スリット１２４（可変開口部）と対向した状態において対向面１２６との間に所定のクリアランスを保つ。それにより、弁体２２０の回動時に流量調整部Ｃ２が遮蔽部材５０に摺動して磨耗することがない。

流量調整部Ｃ２がスリット１２４に対向する間、微小流量制御が行われる。弁体２２０が図中時計回りに回動するほど、弁部の開口面積が大きくなり、微小開度についても細かな制御ができる。流量調整部Ｃ２がスリット１２４に対向して変位する間、バタフライバルブ１０が膨張弁として機能する。

本実施形態によれば、第１実施形態の作用効果に加え、流量調整部Ｃ２の摩耗を抑制できる。それにより、微小開度制御を長期間にわたって高精度に維持できる。

［第３実施形態］
図１１は、第３実施形態に係る遮蔽部材３５０の構成を表す図である。（Ａ）は正面側からみた斜視図であり、（Ｂ）は背面側からみた斜視図である。（Ｃ）は正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は平面図である。（Ｆ）は（Ｃ）のＣ−Ｃ矢視断面図、（Ｇ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ矢視断面図である。

図１１（Ａ）および（Ｃ）に示すように、本実施形態の遮蔽部材３５０は、本体３２０（「遮蔽壁」として機能する）を軸線方向に貫通するようなスリットは設けられていない。一方、図１１（Ｂ）および（Ｆ）に示すように、本体３２０の対向面１２６が部分的に切り欠かれて凹部３２４（凹溝）が形成されている。

凹部３２４は、本体３２０（開口部１２３）の内周縁（遮蔽壁の突出端縁）から弁体２０の回動方向に沿って外周縁近傍まで延びる長方形状を有する。凹部３２４の深さは十分に小さいものの、本体３２０の外周縁側から内周縁側に向けてその深さが徐々に大きくされている。本実施形態においても流量調整部Ｃ１と対向面１２６との距離がほぼゼロに保持されるため、弁体２０の回動角度に応じて冷媒の通過を許容する開口面積が変化する。すなわち、凹部３２４が「可変開口部」として機能する。

本実施形態によれば、可変開口部の開度を第１実施形態よりも小さくできる。それにより、第１実施形態の作用効果に加え、流量調整部Ｃ２による流量調整をより微小開度で行うことができる（つまり、流量を絞ることができる）。このため、バタフライバルブを膨張弁として機能させ易くなる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では、バタフライバルブとして、導入ポートおよび導出ポートを有し、一方向への流れを許容する二方弁を例示した。変形例においては、二つのポートが導入ポートおよび導出ポートに切り替え可能な双方向の二方弁としてもよい。

上記実施形態では、バタフライバルブとして、導入ポートおよび導出ポートを一つずつ有する二方弁を例示した。変形例においては、導入ポートおよび導出ポートの少なくともいずれかを複数有する三方弁や四方弁としてもよい。その場合、第１遮蔽部材と第２遮蔽部材とが、弁体の軸線に対して対称の構造を有することを必ずしも要しない。

例えば、三方弁とする場合、ボディにおいて２つの通路が同軸状に配置され、直線状通路を形成してもよい。その直線状通路に対してもう一つの通路が直交するように接続され、Ｔ字状の通路を形成してもよい。弁体をその直線状通路における３つの通路の接続部に設けてもよい。そして、その直線状通路における弁体の一方の側に第１遮蔽部材を配置し、他方の側に第２遮蔽部材を配置してもよい。第１遮蔽部材と第２遮蔽部材とを、もう一つの通路の軸線に対して対称の構造を有するように配置してもよい。

上記実施形態では、ボディ１２を金属製としたが、樹脂その他の材質から構成してもよい。また、上記実施形態では弁体を構成するプレートを金属製としたが、樹脂その他の材質から構成してもよい。ただし、弾性部材よりも硬質な材質を選択する。

上記実施形態では、プレートを覆う弾性部材にビードを突設し、シール部や流量調整部とする例示した。本変形例では逆に、弁体を構成する弾性部材の表面を溝状に切り欠いた残余部によりビードを形成し、シール部や流量調整部としてもよい。

あるいは、ビードを有しない構成としつつ、シール部および流量調整部として機能する部分を弾性部材の異なる位置に設定してもよい。ただし、弁体の締め切りトルクを小さく抑える観点からは、シール部をビード状とするのが好ましい。また、可変開口部における開口面積を高精度に調整する観点からは、流量調整部をビード状とするのが好ましい。

上記実施形態では、第１，第２遮蔽部材をボディとは別体で構成し、ボディに組み付ける構成を例示した。変形例においては、いずれかの遮蔽部材をボディと一体成形してもよい。ただし、遮蔽部材の汎用性を高め、設計変更を容易にするなどの観点からは、遮蔽部材を部品とし、ボディと別体で構成するのが好ましい。

上記実施形態では、プレートの外周縁の形状を三股形状とする例を示したが、二股形状その他の形状とし、閉弁時にシール部のシール中心よりも低圧側に狭小部が形成されるようにしてもよい。

上記実施形態では、閉弁時における通路の軸線に対する弁体の角度を約４５度に設定し、弁体がその通路を斜めにシールする構成を示した。変形例においては、その弁体の角度として他の適正な角度を採用してもよい。その弁体の角度は９０度としてもよいが、９０度よりも小さい角度とするのが好ましい。その角度を９０度とすると、弁体におけるシャフトの両側において差圧が自開方向に作用するため、シール性能の安定化の観点から不利となる。この点、９０度よりも小さい角度とすることで、シャフトに対する一方の側については差圧が自閉方向に作用することになるため、相対的にシール性能を安定化させることができる。また、自閉側のシール部が弁体の回転に対するストッパ機能を有するため、シール部そのものを小さく抑えることもできる。それにより、シール部の潰し量を抑えることができ、締め切りトルクを抑制できる可能性がある。

上記実施形態および変形例では述べなかったが、シャフトが弁体を貫通しない構成としてもよい。具体的には、図１に示す構成において、シャフト４２の先端が弁体２０の内部に留まる構成としてもよい。その場合、軸受穴４０を省略することができる。

上記第１および第２実施形態では、可変開口部が遮蔽壁の突出端縁から弁体の回動方向に設けられた切欠きからなる構成を例示した（図４参照）。変形例においては、可変開口部が遮蔽壁の突出端縁には開口しない（開放されない）が、遮蔽壁を軸線方向に貫通する切欠き（可変孔）であってもよい。この可変孔は、遮蔽壁において弁体の回動方向に延びる断面形状（例えば断面三角形状）を有することで「可変開口部」として機能するものでもよい。

上記第３実施形態では、可変開口部が遮蔽壁の対向面に設けられた凹部（凹溝、切欠き）からなり、その凹部が遮蔽壁の突出端縁にて開放される構成を例示した（図１１参照）。変形例においては、その凹部が弁体の回動方向に延びるものの、突出端縁には開放されない構成としてもよい。この凹部は、遮蔽壁において弁体の回動方向にその深さが変化することで「可変開口部」として効果的に機能するものでもよい。その場合、凹部の深さは、その延在範囲において突出端縁に向かうほど大きくなるものでもよいし、逆に小さくなるものでもよい。流体は、弁体の流量調整部が凹部に差し掛かったとき、その流量調整部の外周を回り込むようにして、流量調整部と凹部との間隙を流れる。

上記実施形態では、バタフライバルブを車両用空調装置の冷凍サイクルに適用する例を示した。変形例においては、家庭用等その他の空調装置の冷凍サイクルに適用してもよい。あるいは、バッテリやモータの冷却等を目的とする自動車用の冷却液（冷却水や冷却オイル）の循環回路に適用してもよい。すなわち、自動車用流体制御システムの流体回路に適用してもよい。あるいは、給湯装置等の水回路に適用してもよい。さらに、オイルその他の作動流体の流れを制御する装置に適用してもよい。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１０ バタフライバルブ、１２ ボディ、１４ アクチュエータ、１５ 通路、１６ 導入ポート、１７ 内壁、１８ 導出ポート、２０ 弁体、３０ 挿通孔、４０ 軸受穴、４２ シャフト、４６ 支持部材、５０ 遮蔽部材、５０ａ 第１遮蔽部材、５０ｂ 第２遮蔽部材、６０ 平坦面、６２ 平坦面、７２ プレート、７４ 弾性部材、８４ シール支持部、１００〜１０６ ビード、１２０ 本体、１２３ 開口部、１２４ スリット、１２６ 対向面、２２０ 弁体、２７２ プレート、２７４ 弾性部材、３２０ 本体、３２４ 凹部、３５０ 遮蔽部材、Ｃ１ 流量調整部、Ｃ２ 流量調整部、Ｐ 狭小部、Ｓ１ シール部。

Claims (8)

1. 電動式のバタフライバルブであって、
   流体の通路を画定する内壁を有するボディと、
   前記ボディに回動可能に支持されたシャフトと、
   前記シャフトに組み付けられた状態で前記通路に配置され、前記シャフトと共に回動することにより前記通路の開閉状態又は開度を調整する弁体と、
   通電により前記シャフトを回転駆動させるアクチュエータと、
   前記ボディの内壁側から突出し、前記弁体の外周縁の回動軌跡に沿うように形成された対向面を有する遮蔽壁と、
   前記遮蔽壁において前記弁体の回動方向に設けられた切欠きからなり、前記弁体の回動角度に応じて流体の通過を許容する開口面積が変化する可変開口部と、
   を備え、
   前記弁体は、前記遮蔽壁の対向面に沿って変位して前記可変開口部の開口面積を変化させる流量調整部と、前記ボディの内壁に着脱して前記通路を開閉する弾性材料からなるシール部とを有し、前記流量調整部と前記シール部とが異なる位置に設けられていることを特徴とするバタフライバルブ。
2. 前記流量調整部が、前記弁体の最外径に沿って設けられ、
   前記シール部は、前記弁体の最外径から外れた位置に設けられ、前記弁体の回動範囲において前記遮蔽壁の対向面と離隔した状態を保つことを特徴とする請求項１に記載のバタフライバルブ。
3. 前記流量調整部は、金属材料からなり、前記可変開口部と対向した状態において前記遮蔽壁の対向面との間に所定のクリアランスを保つことを特徴とする請求項２に記載のバタフライバルブ。
4. 前記シール部は、前記弁体の外周面に突設されたビードからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバタフライバルブ。
5. 前記可変開口部は、前記遮蔽壁の突出端縁に向けて開口幅が大きくなる形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバタフライバルブ。
6. 前記通路に挿入されるようにして前記ボディに組み付けられ、前記通路における流体の流れを部分的に遮蔽する遮蔽部材を備え、
   前記遮蔽部材が前記遮蔽壁を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバタフライバルブ。
7. 前記遮蔽部材として、前記通路における前記弁体の上流側に設けられた第１遮蔽部材と、前記弁体の下流側に設けられた第２遮蔽部材とを備え、
   前記第１遮蔽部材と前記第２遮蔽部材とが、前記弁体の軸線に対して対称の構造を有するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載のバタフライバルブ。
8. 冷凍サイクルに設置され、前記弁体の回動位置により膨張弁又は開閉弁として機能し、
   前記膨張弁として開弁するときには、前記流量調整部が前記可変開口部の開口面積を調整するよう前記弁体の回動位置が調整され、
   前記開閉弁として開弁するときには、前記流量調整部が前記可変開口部から離脱するよう前記弁体の回動位置が調整されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のバタフライバルブ。

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