JP2019078391A - 流体制御弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の排出口からの流量を、流体制御弁装置によって正確に制御できること。【解決手段】流体制御弁装置１０は、ハウジング２０の排出口２５，２６を、個別に開閉可能な弁機構３０を含む。この弁機構３０は、前記ハウジング２０に収納されたカム軸３１と、このカム軸３１のカム３２，３３により駆動されて前記排出口２５，２６を個別に開閉可能な複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂとを含む。この複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂは、それぞれ、前記ハウジング２０に設けられた弁箱４１Ａ，４１Ｂと、この弁箱４１Ａ，４１Ｂに設けられた弁座６１Ａ，６１Ｂと、この弁座６１Ａ，６１Ｂに対して変位可能に前記弁箱４１Ａ，４１Ｂに収納された弁体７１Ａ，７１Ｂと、前記弁座６１Ａ，６１Ｂに対して前記弁体７１Ａ，７１Ｂを閉じる方向へ付勢する付勢部材８１Ａ，８１Ｂとを含む。前記弁体７１Ａ，７１Ｂは、前記複数のカム３２，３３によって駆動される。【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジングに１つの流入口と複数の排出口とを有している、流体制御弁装置の改良技術に関する。

複数の排出口を有した流体制御弁装置は、１つの流入口から入った流体を複数の排出口から個別に排出するものであり、例えばエンジン冷却システムに用いられている。このような流体制御弁装置に関する従来技術として、例えば特許文献１及び特許文献２に開示される技術がある。

特許文献１に開示された技術は、筒状のハウジングに筒状の弁体を回転可能に収納した、いわゆるロータリ式制御弁である。ハウジングは、一端に流入口を有するとともに、周壁に２つの排出口を有している。弁体の外周面は、ハウジングの内周面に密着しており、モータによって回転駆動される。弁体の回転角（位相）に応じて、各排出口からの流量制御を行うことができる。

特許文献２に開示された技術は、筒状のハウジングに中空の半球状の弁体を回転可能に収納した、いわゆるロータリ式制御弁である。ハウジングは、一端に流入口を有するとともに、周壁に２つの排出口を有している。この２つの排出口は、弁体の外周面に密着したシール部を有する。弁体は、モータによって回転駆動される。弁体の回転角（位相）に応じて、各排出口からの流量制御を行うことができる。

しかしながら、特許文献１の技術は、弁体の外周面がハウジングの内周面に摺動することによってシールするシール構造である。また、特許文献２の技術は、弁体の外周面がシール部に摺動することによってシールするシール構造である。このように、弁体の外周面が、ハウジングの内周面やシール部に摺動する。つまり、各摺動面に摩耗が発生し得る。各摺動面間に摩耗による隙間が発生することによるシール性能の低下は、流体制御弁装置によって流量を制御する上で、不利である。

特開２０１６−０３１１３９号公報 特開２０１６−１８８６９３号公報

本発明は、複数の排出口から排出される流量を正確に制御することができる、流体制御弁装置の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、１つの流入口と複数の排出口とを有しているハウジングと、前記複数の排出口を個別に開閉可能な弁機構とを含む流体制御弁装置において、前記弁機構は、前記ハウジングに回転可能に収納されており１つまたは複数のカムを有したカム軸と、１つまたは複数の前記カムにより個別に駆動されて１つまたは複数の前記排出口を個別に開閉可能な１つまたは複数の弁ユニットと、を含む。

少なくとも１つの前記弁ユニットには、前記ハウジングに設けられて、このハウジングの内部と前記排出口とを連通している弁箱と、この弁箱に設けられた弁座と、前記カムの位相の変位に従い、前記カム軸の軸線から離間する方向に変位可能であるよう前記弁箱に収納された弁体と、前記弁座に対して前記弁体を閉じる方向へ付勢する付勢部材とを、含むことを特徴とする。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記弁座は、前記弁箱の内部に位置するとともに、前記ハウジングに対して反対側を向いている。前記弁体は、前記付勢部材の付勢力のみにより、前記弁座に対する閉鎖状態を保持されている。前記カムは、前記付勢部材の付勢力に抗して、前記弁体を、前記弁座に対して開く方向へ駆動可能なカム面を有している。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記弁体は、前記カムによって個別に駆動可能な弁棒を有する。この弁棒の先端の位置は、前記弁体が閉鎖位置に位置したときに、対応する前記カムのカム面に対して非接触となる位置に設定されている。

請求項４に記載のごとく、好ましくは、前記弁箱の内周面には、前記弁体を開閉方向に案内する、複数のガイドが設けられている。この複数のガイドの一部は、前記弁座を基準とした前記弁体の開き方向の長さが、他のガイドに対して短く設定されている。

請求項５に記載のごとく、好ましくは、前記弁座と、前記弁体と、前記付勢部材と、前記排出口とは、同一線上に位置している。前記弁箱の中には、前記付勢部材を迂回して前記排出口に連通したバイパス流路を有している。

請求項６に記載のごとく、好ましくは、前記弁体は、前記弁座とは反対側の面に、前記付勢部材を受ける受け凹部を有する。この受け凹部は、それぞれ、前記付勢部材を受ける底面と、前記付勢部材の一端部の外周囲を囲う内周面と、からなる。この底面と内周面とのコーナには、このコーナに沿って全周にわたり、溝が形成されてなる。

請求項１に係る発明では、弁機構は、複数の排出口を個別に開閉可能な複数の弁ユニットを、１つまたは複数のカムを有したカム軸によって個別に開閉駆動する、カム駆動式弁機構である。このカム駆動式弁機構によれば、カム軸の回転運動を、カム軸の軸線に対して直角方向への直線運動に変換して複数の弁ユニットを開閉することができる。

弁座は弁箱に設けられている。弁体は、弁座に対して変位可能である。弁ユニットは、付勢部材によって閉鎖状態に付勢されている弁体を、カムの位相が変化することによって、全開まで開くことができる。

このように、弁体を、弁座に対して直線運動させることにより、弁ユニットを開閉することができる。弁座に対して、弁体を摺動することなく開閉できるので、弁体と弁座の摩耗を極力防止することができる。摩耗を防止することによって、弁体と弁座との間のシール性能を、維持することができる。この結果、排出口から排出される流体の流量を、流体制御弁装置によって正確に制御することができる。

さらには、付勢部材は、弁座に対して弁体を閉じる方向へ付勢している。このため、ハウジング内の内圧が過大に急増したときには、弁体は、カムの位相の変位に従うことなく、付勢部材の付勢力に抗して開く、いわゆるフェールセーフ作用を果たすことができる。つまり、弁ユニットは、リリーフ弁を兼ねることができる。この結果、過大な内圧の上昇を、防止することができる。しかも、上述のように、弁体と弁座の摩耗を極力防止することができるので、リリーフ弁のリリーフ圧を一定に維持することができる。

さらには、複数の弁ユニットを個別に制御することができるので、各弁ユニットから流れる流量を個別に高精度に調節することができる。特に、１つまたは複数の弁ユニットは、概ねグローブバルブに類似した構成であるから、ロータリ式制御弁に比べて固有流量特性に優れており、リニア特性に近づけることも可能である。加えて、弁体は、それぞれ個別の付勢部材によって、閉鎖状態に付勢されている。このため、付勢部材の付勢力を個別に設定することにより、１つまたは複数の弁ユニットの開き始めるタイミングを、各排出口に接続されている外部機器に応じて、最適に設定することができる。なお、付勢部材の付勢力をすべて同じとし、弁体の面積を変える（すなわち、水圧の作用する面積を変える）ことで、複数の弁ユニットの開き始めるタイミングを設定することもできる。

また、１つのカム軸によって複数の弁ユニットを個別に開閉させることができるので、この複数の弁ユニットを駆動する駆動機構を簡単な構成にすることができる。加えて、ロータリ式制御弁のように、ハウジングの中に筒状の弁体や半球状の弁体が、回転可能に収納されておらず、例えば流入口と流出口を周方向に並ぶように配置しても、互いに干渉することがない。そのため、流入口の位置に制限がなく、配置の自由度をより高めることができる。また、ハウジングの径を小さくすることができ、ロータリ式制御弁に比べて駆動トルクを低減することができる。

請求項２に係る発明では、弁体は、弁箱の内部に位置した付勢部材の付勢力のみにより、弁座に対する閉鎖状態を保持されている。カムは、各弁体を開くときだけ、この弁体を駆動する。このように、弁機構は、カムによって弁体を弁座に押し付けない構成なので、各部の位置合わせが容易である。しかも、閉鎖状態のときに弁体と弁座との間をシールするための弾性を有したシール部材を設けなくても、流体制御弁装置を採用するシステムの性能に影響しない程度に、シール性能を確保することができる。例えば、流体制御弁装置をエンジン冷却システムに採用した場合には、このシステムの暖機性能に影響しない程度にシール性能を確保することができる。

さらには、付勢部材は、弁箱の内部に位置している。このため、付勢部材を保持する部材を、別個に設ける必要がない。弁ユニットの部品数が少なくて済む。しかも、付勢部材をハウジングの中に設ける必要がないので、その分、ハウジングの径を小さくすることができる。

請求項３に係る発明では、弁棒はカムによって個別に駆動される。このため、弁ユニットのうち、弁棒だけがハウジングの中に位置すればよいので、ハウジングの径を小さくすることができる。加えて、弁体がそれぞれ閉鎖位置に位置したときに、弁棒の先端は対応するカムのカム面に対して非接触となる。つまり、弁体が閉鎖状態のときには、カムによって弁棒を駆動しないので、その分、カム軸のトルクを低減することができる。

請求項４に係る発明では、複数のガイドによって、弁体を開閉方向に案内することにより、各弁体の開閉動作を、より円滑にすることができる。しかも、複数のガイドの一部を短くすることにより、流路の面積を確保して、圧力損失を抑制することができる。

請求項５に係る発明では、弁箱の中には、付勢部材を迂回して排出口に連通したバイパス流路を有している。このため、弁体が開いた状態のときに、流体は付勢部材を通ることなく、バイパス流路を通って排出口へ流れることができる。流体の流れを付勢部材によって妨げられることはない。弁箱の中を流れる流体の圧力損失を、極力低減することができる。

請求項６に係る発明では、弁体は、付勢部材を受ける受け凹部を有する。この受け凹部は、付勢部材を受ける底面と、付勢部材の一端部の外周囲を囲う内周面とからなる。このため、受け凹部に付勢部材の一端部を嵌め込むことによって、弁体に対する付勢部材の位置ズレを防止することができる。さらには、受け凹部における、底面と内周面とのコーナには、このコーナに沿って全周にわたり、溝が形成されてなる。このため、受け凹部に対して、付勢部材の一端部をほぼ隙間無く嵌め込むことができる。この結果、弁体に対して、付勢部材を精度よく組み付けることができる。

本発明による流体制御弁装置をカム軸の軸線に沿って断面した図である。 図１の２−２線に沿った断面図である。 図２に示される弁箱の弁箱本体と弁体との関係を示す図である。 図２に示される弁箱のリッドと付勢部材との関係を示す図である。 図２に示される弁体の受け凹部と付勢部材との関係を示す図である。 図２に示される流体制御弁装置の作用図である。 図１に示される流体制御弁装置をエンジン冷却システムに組み込んだ模式図である。

本発明を実施するための形態を、添付図に基づいて以下に説明する。図１及び図２に示されるように、流体制御弁装置１０は、ハウジング２０と弁機構３０とを含む。

ハウジング２０は、周壁２１に囲まれた断面真円状の内部空間２２を有する、筒状の部材である。この内部空間２２は、ハウジング２０の長手方向の両端部が、一対の隔壁２３Ａ，２３Ｂによって外部から仕切られることにより、形成されてなる。ハウジング２０は、１つの流入口２４と複数（例えば２つ）の排出口２５，２６とを有している。複数の排出口２５，２６は、それぞれホース等の外部配管によって、図示せぬ外部機器に接続される。

以下、複数の排出口２５，２６の一方のことを適宜「第１排出口２５」といい、他方のことを適宜「第２排出口２６」という。流入口２４と第１排出口２５と第２排出口２６とは、ハウジング２０の外周面に位置して内部空間２２に連通しており、ハウジング２０の周方向と長手方向の両方に、互いに位置がずれている。流入口２４と第１排出口２５と第２排出口２６とを周方向、または長手方向のいずれかが一致するように設けてもよいが、互いに位置がずれるようにすることで、流体制御弁装置１０全体の長さをコンパクトにすることができる。第１排出口２５と第２排出口２６とは、互いに同じ構成である。但し、第１排出口２５と第２排出口２６とは、接続される外部機器に応じて口径が異なってもよい。また、複数の排出口２５，２６の数量は２つに限定されるものではなく、３つ以上あってもよい。

前記弁機構３０は、複数の排出口２５，２６を個別に開閉可能であり、１つのカム軸３１と複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂとを含む。

カム軸３１は、複数のカム３２，３３を有しており、この複数のカム３２，３３と共にハウジング２０の内部空間２２に回転可能に収納されている。カム軸３１の軸線３１ａは、内部空間２２の中心２２ａに合致している。複数のカム３２，３３は、カム軸３１から径外方へ突出している。以下、複数のカム３２，３３の一方のことを適宜「第１カム３２」といい、他方のことを適宜「第２カム３３」という。なお、複数のカム３２，３３は、カム軸３１が回転したときに、各カム３２，３３の頂部と弁棒７３Ａ，７３Ｂとが当接することによって、カム軸３１の軸線３１ａとの距離が変化するものであればよい。本実施例においては、複数のカム３２，３３は、カム軸３１から径外方へ突出している。

カム軸３１の両端部は、軸受３４Ａ，３４Ｂによって回転可能にハウジング２０に支持されるとともに、シール部材３５Ａ，３５Ｂによってシールされている。軸受３４Ａ，３４Ｂとシール部材３５Ａ，３５Ｂは、隔壁２３Ａ，２３Ｂに組み込まれている。さらに、カム軸３１の一端部は、アクチュエータ３６の駆動軸に連結されている。このアクチュエータ３６は、図示せぬ制御部の制御信号を受けて、カム軸３１を回転制御する。このアクチュエータ３６は、一方の隔壁２３Ａに固定されており、例えば電動モータによって構成される。なお、カム軸３１は、軸受３４Ａ，３４Ｂによって２点で支持される構成に限定されるものではなく、１点で支持される構成であってもよい。

前記複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂは、複数のカム３２，３３により個別に駆動されて、複数の排出口２５，２６を個別に開閉することが可能である。

以下、複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂの一方のことを適宜「第１弁ユニット４０Ａ」といい、他方のことを適宜「第２弁ユニット４０Ｂ」という。第１弁ユニット４０Ａは第１排出口２５に対応しており、第１カム３２によって駆動される。第２弁ユニット４０Ｂは第２排出口２６に対応しており、第２カム３３によって駆動される。この複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂは、複数の弁箱４１Ａ，４１Ｂと複数の弁座６１Ａ，６１Ｂと複数の弁体７１Ａ，７１Ｂと複数の付勢部材８１Ａ，８１Ｂとを含む。つまり、第１弁ユニット４０Ａは、１つの弁箱４１Ａと１つの弁座６１Ａと１つの弁体７１Ａと１つの付勢部材８１Ａとを含む。第２弁ユニット４０Ｂは、１つの弁箱４１Ｂと１つの弁座６１Ｂと１つの弁体７１Ｂと１つの付勢部材８１Ｂとを含む。

第１弁ユニット４０Ａと第２弁ユニット４０Ｂとは、互いに同じ構成である。但し、第１弁ユニット４０Ａと第２弁ユニット４０Ｂの大きさは、第１排出口２５と第２排出口２６の各口径に合わせて異なってもよい。

第１弁ユニット４０Ａにおいて、第１排出口２５と弁箱４１Ａと弁座６１Ａと弁体７１Ａと付勢部材８１Ａとは、カム軸３１の軸線３１ａに直交する、同一の線上に位置している。第２弁ユニット４０Ｂにおいて、第２排出口２６と弁箱４１Ｂと弁座６１Ｂと弁体７１Ｂと付勢部材８１Ｂとは、カム軸３１の軸線３１ａに直交する、同一の線上に位置している。この第１及び第２弁ユニット４０Ａ，４０Ｂは、複数の弁座６１Ａ，６１Ｂに対して複数の弁体７１Ａ，７１Ｂを垂直方向に接離することにより開閉する、いわゆるグローブバルブに似た構成である。

以下、第１弁ユニット４０Ａを代表して詳細な構成を説明する。第２弁ユニット４０Ｂについては、第１弁ユニット４０Ａと同じ構成なので、説明を省略する。なお、第１弁ユニット４０Ａを構成する各部材（各要素）には、数字の後にアルファベット「Ａ」を付している（例；４１Ａ、４９Ａａ）。同様に、第２弁ユニット４０Ｂを構成する各部材（各要素）には、第１弁ユニット４０Ａを構成する各部材（各要素）と同じ数字の後にアルファベット「Ｂ」を付している（例；４１Ａに対して４１Ｂ、４９Ａａに対して４９Ｂａ）。

図２及び図３に示されるように、第１弁ユニット４０Ａの弁箱４１は、ハウジング２０に設けられて、このハウジング２０の内部２２（内部空間２２）と第１排出口２５とを連通している。詳しく述べると、弁箱４１Ａは、弁箱本体４２Ａとリッド４３Ａとからなる。

弁箱本体４２Ａは、ハウジング２０の周壁２１から径外方へ膨出した有底円筒状の構成であり、先端面が開放されている。この弁箱本体４２Ａは、平面状の平坦な底４４Ａと、この底４４Ａを周縁から起立した円筒状の周壁部４５Ａとからなる。

この弁箱本体４２Ａの開放端面は、リッド４３Ａによって塞がれている。このリッド４３Ａは、弁箱本体４２Ａに対して取り付けられている。第１排出口２５は、リッド４３Ａに設けられることにより、弁箱４１Ａに連通している。このリッド４３Ａは、大筒部４６Ａと、この大筒部４６Ａの先端に連なり大筒部４６Ａよりも小径の小筒部４７Ａと、この小筒部４７Ａの先端を閉鎖する平板状の平板部４８Ａとからなる、一体成型品である。第１排出口２５と大筒部４６Ａと小筒部４７Ａとは、同心上に位置している。

大筒部４６Ａは、弁箱本体４２Ａの周壁部４５Ａを囲む円筒状の部分である。小筒部４７Ａは、周壁部４５Ａに対してほぼ同径の円筒状の部分であって、弁箱本体４２Ａの周壁部４５Ａの先端に位置している。第１排出口２５は円筒状の部材であって、平板部４８Ａを貫通して、小筒部４７Ａの中を、弁箱本体４２Ａの周壁部４５Ａの先端近傍まで延びている。第１排出口２５のなかの、小筒部４７Ａの中へ延びた部分のことを、内筒部４９Ａという。

図４も参照して、リッド４３Ａの説明をする。図４（ａ）は、リッド４３Ａを弁箱本体４２Ａ側から見た斜視図である。図４（ｂ）は、リッド４３Ａと付勢部材８１Ａとを弁箱本体４２Ａ側から見た斜視図である。内筒部４９Ａの先端面４９Ａａは、付勢部材８１Ａの一端を支持している。この内筒部４９Ａは、径方向に貫通した複数のスリット４９Ａｂを有する。この複数のスリット４９Ａｂは、内筒部４９Ａの周方向に均等に配置されており、内筒部４９Ａの内部と小筒部４７Ａの内部とを連通している。大筒部４６Ａ内の流体は、小筒部４７Ａから複数のスリット４９Ａｂを通り、内筒部４９Ａ内を介して第１排出口２５へ流れることが可能である。小筒部４７Ａと複数のスリット４９Ａｂとの組み合わせ構造のことを、以下、「バイパス流路５１Ａ」という。このように、弁箱４１Ａ内には、付勢部材８１Ａの中を通過可能な流路の他に、付勢部材８１Ａを迂回して第１排出口２５に連通したバイパス流路５１Ａを有している。

図２及び図３に示されるように、弁箱４１Ａの内部５２Ａ、つまり、弁箱本体４２Ａとリッド４３Ａとによって囲まれた内部空間５２Ａには、弁座６１Ａと弁体７１Ａと付勢部材８１Ａとが収納されている。より詳しく述べると、弁箱本体４２Ａの底４４Ａには、１つの弁棒支持孔５３Ａと、複数の連通孔５４Ａ，５４Ａと弁座６１Ａとが一体に形成されてなる。弁棒支持孔５３Ａと複数の連通孔５４Ａ，５４Ａとは、ハウジング２０の周壁２１を貫通している。弁棒支持孔５３Ａは、弁箱本体４２Ａの底４４Ａの中央からカム軸３１の軸線３１ａへ向かって貫通した断面真円状の貫通孔である。弁棒支持孔５３Ａの中心線５３Ａａは、カム軸３１の軸線３１ａに対して直交している。複数の連通孔５４Ａ，５４Ａは、弁棒支持孔５３Ａの周囲を囲うように位置し、ハウジング２０と弁箱４１Ａとを連通している。

さらに、弁箱４１Ａの内周面４５Ａａ（周壁部４５Ａの内周面４５Ａａ）には、弁体７１Ａを開閉方向に案内する、複数のガイド５５Ａが設けられている。詳しく述べると、複数のガイド５５Ａは、弁棒支持孔５３Ａの中心線５３Ａａに沿って細長いバーによって構成されており、周壁部４５Ａの内周面４５Ａａに対して、周方向に等ピッチに配置されている。

この複数のガイド５５Ａは、複数の長いガイド５５Ａａと複数の短いガイド５５Ａｂとの組み合わせからなる。長いガイド５５Ａａと短いガイド５５Ａｂとは、周壁部４５Ａの周方向に交互に配列されている。長いガイド５５Ａａは、弁箱本体４２Ａの底４４Ａから先端まで延びている。短いガイド５５Ａｂは、弁箱本体４２Ａの底４４Ａから途中まで延びている。このように、複数のガイド５５Ａの一部５５Ａｂ（短いガイド５５Ａｂ）は、弁座６１Ａを基準とした弁体７１Ａの開き方向の長さＬ１が、他のガイド５５Ａａ（長いガイド５５Ａａ）の長さＬ２に対して短く設定されている。

複数のガイド５５Ａによって、弁体７１Ａを開閉方向に案内することにより、弁体７１Ａの開閉動作を、より円滑にすることができる。しかも、複数のガイド５５Ａの一部５５Ａｂ（短いガイド５５Ａｂ）を短くすることにより、弁箱４１Ａの内部５２Ａの流路の面積を確保して、圧力損失を抑制することができる。

図２に示されるように、弁箱本体４２Ａの周壁部４５Ａと、リッド４３Ａの大筒部４６Ａとの間には、全周にわたって若干の隙間５６Ａを有している。この隙間５６Ａは、バリ溜まりとして用いることができる。

図２及び図３に示されるように、前記弁座６１Ａは、複数の連通孔５４Ａ，５４Ａの周囲を囲うように位置することによって、弁箱４１Ａの内部５２Ａに位置するとともに、ハウジング２０に対して反対側（第１排出口２５側）を向いている。このように、弁座６１Ａは弁箱４１Ａに設けられている。この弁座６１Ａは、カム軸３１の軸線３１ａに対して平行に位置、つまり弁棒支持孔５３Ａの中心線５３Ａａに対して直交しており、しかも、この中心線５３Ａａを基準とした真円状の平坦な環状面の構成である。

図２及び図３に示されるように、前記弁体７１Ａは、弁座６１Ａに密着させて流体の流れを遮断することが可能な部材である。この弁体７１Ａは、第１カム３２の位相の変位に従い、弁座６１Ａに対して直角方向（弁棒支持孔５３Ａの中心線５３Ａａに沿う方向）へ変位可能に弁箱４１Ａに収納されている。つまり、この弁体７１Ａは、カム軸３１の軸線３１ａから離間する方向に変位可能である。詳しく述べると、この弁体７１Ａは円盤状の部材である。弁体７１Ａのなかの、弁座６１Ａに対向する面７２Ａは、弁座６１Ａの面に沿ったシール面である。以下、弁座６１Ａに対向する面７２Ａのことを、適宜「シール面７２Ａ」という。

この弁体７１Ａは、第１カム３２によって個別に駆動可能な弁棒７３Ａを有する。この弁棒７３Ａは、弁体７１Ａの径方向中心に位置して、シール面７２Ａからカム軸３１の近傍まで延びた丸棒であり、弁棒支持孔５３Ａにスライド可能に嵌合されている。この結果、弁棒７３Ａは、ハウジング２０及び弁箱４１Ａに、スライド可能に支持され且つ径方向への位置ズレを規制されている。

図２に示されるように、弁棒７３Ａの先端７３Ａａの位置は、弁体７１Ａが閉鎖位置に位置したときに、対応する第１カム３２のカム面３２ａに対して非接触となる位置に設定されている。つまり、弁体７１Ａが閉鎖位置に位置したとき、弁棒７３Ａの先端７３Ａａとカム面３２ａとの間には隙間を有する。

弁棒７３Ａは第１カム３２によって個別に駆動される。このため、第１弁ユニット４０Ａのうち、弁棒７３Ａだけがハウジング２０の中に位置すればよいので、ハウジング２０の径を小さくすることができる。加えて、弁体７１Ａが閉鎖位置に位置したときに、弁棒７３Ａの先端７３Ａａは対応する第１カム３２のカム面３２ａに対して、非接触となる。つまり、弁体７１Ａが閉鎖状態のときには、第１カム３２によって弁棒７３Ａを駆動しないので、その分、カム軸３１のトルクを低減することができる。

図２に示されるように、前記付勢部材８１Ａは、弁座６１Ａに対して弁体７１Ａを閉じる方向へ付勢する。弁体７１Ａは、付勢部材８１Ａの付勢力のみにより、弁座６１Ａに対する閉鎖状態を保持されている。この付勢部材８１Ａは、弁箱４１Ａの内部に位置しており、例えば圧縮コイルばねやウェイブスプリングによって構成されている。

弁体７１Ａは、弁箱４１Ａの内部に位置した付勢部材８１Ａの付勢力のみにより、弁座６１Ａに対する閉鎖状態を保持されている。第１カム３２は、弁体７１Ａを開くときだけ、この弁体７１Ａを駆動する。つまり、第１カム３２は、付勢部材８１Ａの付勢力に抗して、弁体７１Ａを、弁座６１Ａに対して開く方向へのみ駆動可能なカム面３２ａを有している。

このように、弁機構３０は、第１カム３２によって弁体７１Ａを弁座６１Ａに押し付けない構成なので、各部の位置合わせが容易である。しかも、閉鎖状態のときに弁座６１Ａと弁体７１Ａとの間をシールするための弾性を有したシール部材を設けなくても、流体制御弁装置１０を採用するシステムの性能に影響しない程度に、シール性能を確保することができる。例えば、流体制御弁装置１０をエンジン冷却システム１００（図７参照）に採用した場合には、このシステム１００の暖機性能に影響しない程度にシール性能を確保することができる。

さらには、付勢部材８１Ａは、弁箱４１Ａの内部に位置している。このため、付勢部材８１Ａを保持する部材を、別個に設ける必要がない。第１弁ユニット４０Ａの部品数が少なくて済む。しかも、付勢部材８１Ａをハウジング２０の中に設ける必要がないので、その分、ハウジング２０の径を小さくすることができる。

ここで、弁体７１Ａと付勢部材８１Ａの関係について、さらに詳しく説明する。図５（ａ）は、弁体７１Ａに付勢部材８１Ａを組み付けた構成を示している。図５（ｂ）は、弁体７１Ａから付勢部材８１Ａを外した構成を示している。

図２、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように、弁体７１Ａは、弁座６１Ａとは反対側の面７４Ａに、付勢部材８１Ａを受ける受け凹部７５Ａを有する。この受け凹部７５Ａは、付勢部材８１Ａを受ける底面７５Ａａと、付勢部材８１Ａの一端部の外周囲を囲う内周面７５Ａｂと、からなる。受け凹部７５Ａに付勢部材８１Ａの一端部を嵌め込むことによって、弁体７１Ａに対する付勢部材８１Ａの位置ズレを防止することができる。

一般に、この底面７５Ａａと内周面７５Ａｂとのコーナには、製作上の小さい丸み（いわゆる、コーナーアール）が発生し得る。これに対し、本発明では、この底面７５Ａａと内周面７５Ａｂとのコーナには、このコーナに沿って全周にわたり、溝７６Ａが形成されてなる。この溝７６Ａは、例えば底面７５Ａａに形成される。溝７６Ａを有することにより、受け凹部７５Ａに対して、付勢部材８１Ａの一端部をほぼ隙間無く嵌め込むことができる。つまり、内周面７５Ａｂと付勢部材８１Ａとの間の隙間を小さくすることができるので、両者間のガタツキを防止することができる。弁体７１Ａに対して、付勢部材８１Ａを精度よく組み付けることができる。

なお、図１に示される第２弁ユニット４０Ｂの、弁体７１Ｂと付勢部材８１Ｂの関係についても同様である。つまり、第２弁ユニット４０Ｂについては、図５（ａ）及び図５（ｂ）において符号「７１Ａ」を符号「７１Ｂ」、「７２Ａ」を「７２Ｂ」、「７４Ａ」を「７４Ｂ」、「７５Ａ」を「７５Ｂ」、「７５Ａａ」を「７５Ｂａ」、「７５Ａｂ」を「７５Ｂｂ」、「７６Ａ」を「７６Ｂ」、「８１Ａ」を「８１Ｂ」と、それぞれ読み替えればよい。

次に、上記構成の流体制御弁装置１０の作用を説明する。図１及び図２に示されるように、今、第１弁ユニット４０Ａと第２弁ユニット４０Ｂの両方が閉鎖状態にある。その後、カム軸３１が回転することにより、第１カム３２が第１弁ユニット４０Ａの弁棒７３Ａを押し出す。第１弁ユニット４０Ａの弁体７１Ａは、付勢部材８１Ａの付勢力に抗して弁座６１Ａから離れる。その結果を図６に示す。

図６に示されるように、カム面３２ａの変位に従って、このカム面３２ａと弁棒７３Ａとが接し、弁体７１Ａがカム軸３１の軸線３１ａから離間する方向に押し上げられることで、弁座６１Ａに対する弁体７１Ａのリフト量が変化する。この結果、流体の流量を制御することができる。流入口２４（図１参照）からハウジング２０の内部２２へ流入した流体は、ハウジング２０から連通孔５４Ａ，５４Ａを通って弁箱４１Ａの内部５２Ａに入る。つまり、流体は弁座６１Ａと弁体７１Ａとの間から、弁体７１Ａの外周を通った後に、２系統に分かれて第１排出口２５へ流れる。第１の系統は、付勢部材８１Ａの線の間の隙間を通過して、第１排出口２５へ流れる、いわゆる主流路である。第２の系統は、付勢部材８１Ａの周りを通り、バイパス流路５１Ａを通って第１排出口２５へ流れる副流路である。２系統を流れた流体は、第１排出口２５に集まって、外部に排出される。

このように、弁箱４１Ａの中には、付勢部材８１Ａを迂回して第１排出口２５に連通したバイパス流路５１Ａを有している。このため、弁体７１Ａが開いた状態のときに、流体は付勢部材８１Ａを通ることなく、バイパス流路５１Ａを通って第１排出口２５へ流れることができる。例え、付勢部材８１Ａが圧縮されて縮むことにより、線の間の隙間が小さくなっても、流体の流れを付勢部材８１Ａによって妨げられることはない。弁箱４１Ａの中を流れる流体の圧力損失を、極力低減することができる。

次に、上記構成の流体制御弁装置１０の使用例を説明する。図７に示されるように、流体制御弁装置１０は乗用車等の車両のエンジン冷却システム１００に用いられて、冷却水の流れを制御する。このエンジン冷却システム１００は、エンジン１０１を冷却する冷却水をウォーターポンプ１０２によって循環する冷却水循環ラインを有する。

エンジン１０１の水冷ジャケットから排出された冷却水は、流体制御弁装置１０の流入口２４へ流入する。流体制御弁装置１０の第１排出口２５から排出された冷却水は、ラジエータ１０３を通ってウォーターポンプ１０２の吸入口へ流れる。流体制御弁装置１０の第２排出口２６から排出された冷却水は、ヒーターコアやヒートエクスチェンジャー等の各種の熱交換用のデバイス１０４を通ってウォーターポンプ１０２の吸入口へ流れる。ウォーターポンプ１０２の吐出口から吐出された冷却水は、エンジン１０１の水冷ジャケットに戻る。

以上の内容をまとめると、次のとおりである。図１及び図２に示されるように、弁機構３０は、複数の排出口２５，２６を個別に開閉可能な複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂを、複数のカム３２，３３を有したカム軸３１によって個別に開閉駆動する、カム駆動式弁機構である。このカム駆動式弁機構によれば、カム軸３１の回転運動を、カム軸３１の軸線３１ａに対して直角方向への直線運動に変換して複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂを開閉することができる。

第１弁ユニット４０Ａにおいて、弁座６１Ａは、カム軸３１の軸線３１ａに対して平行に位置し、弁箱４１Ａに設けられている。弁体７１Ａは、弁座６１Ａに対して直角方向、つまりカム軸３１の軸線３１ａに対して直角方向へ変位可能である。第１弁ユニット４０Ａは、付勢部材８１Ａによって閉鎖状態に付勢されている弁体７１Ａを、第１カム３２の位相が変化することによって、全開まで開くことができる。

このように、弁座６１Ａに対して、弁体７１Ａを直角方向へ直線運動させることにより、第１弁ユニット４０Ａを開閉することができる。弁座６１Ａに対して、弁体７１Ａを摺動することなく開閉できるので、弁座６１Ａと弁体７１Ａの摩耗を極力防止することができる。摩耗を防止することによって、弁座６１Ａと弁体７１Ａとの間のシール性能を、維持することができる。この結果、第１排出口２５から排出される流体の流量を、流体制御弁装置１０によって正確に制御することができる。

同様に、第２弁ユニット４０Ｂにおいて、弁座６１Ｂは、カム軸３１の軸線３１ａに対して平行に位置し、弁箱４１Ｂに設けられている。弁体７１Ｂは、弁座６１Ｂに対して直角方向、つまりカム軸３１の軸線３１ａに対して直角方向へ変位可能である。第２弁ユニット４０Ｂは、付勢部材８１Ｂによって閉鎖状態に付勢されている弁体７１Ｂを、第２カム３３の位相が変化することによって、全開まで開くことができる。

このように、弁座６１Ｂに対して、弁体７１Ｂを直角方向へ直線運動させることにより、第２弁ユニット４０Ｂを開閉することができる。弁座６１Ｂに対して、弁体７１Ｂを摺動することなく開閉できるので、弁座６１Ｂと弁体７１Ｂの摩耗を極力防止することができる。摩耗を防止することによって、弁座６１Ｂと弁体７１Ｂとの間のシール性能を、維持することができる。この結果、第２排出口２６から排出される流体の流量を、流体制御弁装置１０によって正確に制御することができる。

さらには、１つのカム軸３１によって、複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂを個別に制御することができるので、各弁ユニット４０Ａ，４０Ｂから流れる流量を個別に高精度に調節することができる。特に、複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂは、概ねグローブバルブに類似した構成であるから、ロータリ式制御弁に比べて固有流量特性に優れており、リニア特性に近づけることも可能である。しかも、この複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂを駆動する駆動機構を簡単な構成にすることができる。加えて、ロータリ式制御弁のように、ハウジング２０の中に筒状の弁体や半球状の弁体が、回転可能に収納されていないので、その分、ハウジング２０の径を小さくすることができる。このため、ロータリ式制御弁に比べて駆動トルクを低減することができる。

さらには、第１弁ユニット４０Ａにおいて、付勢部材８１Ａは、弁座６１Ａに対して弁体７１Ａを閉じる方向へ付勢している。このため、ハウジング２０内の内圧が過大に急増したときには、弁体７１Ａは、第１カム３２の位相の変位に従うことなく、付勢部材８１Ａの付勢力に抗して開く、いわゆるフェールセーフ作用を果たすことができる。つまり、第１弁ユニット４０Ａは、リリーフ弁を兼ねることができる。この結果、内圧の過大な上昇を防止することができる。しかも、上述のように、弁座６１Ａと弁体７１Ａの摩耗を極力防止することができるので、リリーフ弁のリリーフ圧を一定に維持することができる。

同様に、第２弁ユニット４０Ｂにおいて、付勢部材８１Ｂは、弁座６１Ｂに対して弁体７１Ｂを閉じる方向へ付勢している。このため、ハウジング２０内の内圧が過大に急増したときには、弁体７１Ｂは、第２カム３３の位相の変位に従うことなく、付勢部材８１Ｂの付勢力に抗して開く、いわゆるフェールセーフ作用を果たすことができる。つまり、第２弁ユニット４０Ｂは、リリーフ弁を兼ねることができる。この結果、内圧の過大な上昇を防止することができる。しかも、上述のように、弁座６１Ｂと弁体７１Ｂの摩耗を極力防止することができるので、リリーフ弁のリリーフ圧を一定に維持することができる。

上述のように、第１弁ユニット４０Ａにおいて、弁体７１Ａは、個別の付勢部材８１Ａによって、閉鎖状態に付勢されている。このため、付勢部材８１Ａの付勢力を個別に設定することにより、第１弁ユニット４０Ａの開き始めるタイミングを、第１排出口２５に接続されている外部機器に応じて、最適に設定することができる。

同様に、第２弁ユニット４０Ｂにおいて、弁体７１Ｂは、付勢部材８１Ｂによって、閉鎖状態に付勢されている。このため、付勢部材８１Ｂの付勢力を設定することにより、第２弁ユニット４０Ｂの開き始めるタイミングを、第２排出口２６に接続されている外部機器に応じて、最適に設定することができる。

なお、複数の付勢部材８１Ａ，８１Ｂの付勢力をすべて同じとし、複数の弁体７１Ａ，７１Ｂの面積を変える（すなわち、水圧の作用する面積を変える）ことで、複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂの開き始めるタイミングを設定することもできる。

例えば、図１及び図７に示されるように、流体制御弁装置１０をエンジン冷却システム１００に採用した場合には、ラジエータ１０３のように暖機性能に影響する流路を制御する第１弁ユニット４０Ａを、暖機性能に影響が少ない流路を制御する第２弁ユニット４０Ｂよりも遅く開くように、複数の付勢部材８１Ａ，８１Ｂ（図１参照）の付勢力を個別に設定することができる。

従って、複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂが閉鎖状態、または微少に開口した状態のような圧力損失が大きい状態において、エンジン１０１の急激な回転数の増大により、ハウジング２０内の内圧が過大に急増しても、複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂは、暖機性能への影響を抑制したフェールセーフ作用を果たすことができる。

ここで、弁座６１Ａと弁体７１Ａとの間や、弁座６１Ｂと弁体７１Ｂとの間の、シール部材の有無は任意である。例えば、弁座６１Ａと弁体７１Ａとの間や、弁座６１Ｂと弁体７１Ｂとの間からの、流体の漏れ量が、暖機性能に影響しない程度であれば、シール部材を設けなくても許容できる。この結果、部品数を削減することができる。

なお、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。
複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂは、少なくとも２つあればよく、外部機器の数量に応じて増やすことができる。
複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂの大きさは、複数の排出口２５，２６の大きさに応じて、適宜設定することができる。
複数の弁座６１Ａ，６１Ｂ及び複数の弁体７１Ａ，７１Ｂの各形状は、互いに密閉可能な形状であればよい。
流体制御弁装置１０には、複数の弁ユニット４０Ａ，４０Ｂのなかの少なくとも１つが、本実施例の構成であるものを含む。
カム軸３１に有している複数のカム３２，３３は、１つに集約された構成であってもよい。

本発明の流体制御弁装置１０は、エンジン冷却システムに適用するのに好適である。

１０ 流体制御弁装置
２０ ハウジング
２１ 周壁
２２ ハウジングの内部（内部空間）
２４ 流入口
２５ 第１排出口
２６ 第２排出口
３０ 弁機構
３１ カム軸
３１ａ カム軸の軸線
３２ 第１カム
３２ａ カム面
３３ 第２カム
４０Ａ 第１弁ユニット
４０Ｂ 第２弁ユニット
４１Ａ，４１Ｂ 弁箱
４５Ａａ，４５Ｂａ 弁箱の内周面（弁箱本体の内周面）
５１Ａ，５１Ｂ バイパス流路
５５Ａ，５５Ｂ ガイド
５５Ａａ，５５Ｂａ 長いガイド
５５Ａｂ，５５Ｂｂ ガイドの一部（短いガイド）
６１Ａ，６１Ｂ 弁座
７１Ａ，７１Ｂ 弁体
７３Ａ，７３Ｂ 弁棒
７３Ａａ，７３Ｂａ 先端
７４Ａ，７４Ｂ 弁座とは反対側の面
７５Ａ，７５Ｂ 受け凹部
７５Ａａ，７５Ｂａ 底面
７５Ａｂ，７５Ｂａ 内周面
７６Ａ，７５Ｂ 溝
８１Ａ，８１Ｂ 付勢部材
Ｌ１ ガイドの一部の長さ
Ｌ２ 他のガイドの長さ

Claims (6)

1. １つの流入口と複数の排出口とを有しているハウジングと、前記複数の排出口を個別に開閉可能な弁機構とを含む流体制御弁装置において、
   前記弁機構は、前記ハウジングに回転可能に収納されており１つまたは複数のカムを有したカム軸と、１つまたは複数の前記カムにより個別に駆動されて１つまたは複数の前記排出口を個別に開閉可能な１つまたは複数の弁ユニットと、を含み、
   少なくとも１つの前記弁ユニットには、
   前記ハウジングに設けられて、このハウジングの内部と前記排出口とを連通している弁箱と、
   この弁箱に設けられた弁座と、
   前記カムの位相の変位に従い、前記カム軸の軸線から離間する方向に変位可能であるよう前記弁箱に収納された弁体と、
   前記弁座に対して前記弁体を閉じる方向へ付勢する付勢部材とを、含むことを特徴とする流体制御弁装置。
2. 前記弁座は、前記弁箱の内部に位置するとともに、前記ハウジングに対して反対側を向いており、
   前記弁体は、前記付勢部材の付勢力のみにより、前記弁座に対する閉鎖状態を保持されており、
   前記カムは、前記付勢部材の付勢力に抗して、前記弁体を、前記弁座に対して開く方向へ駆動可能なカム面を有していることを特徴とする請求項１記載の流体制御弁装置。
3. 前記弁体は、前記カムによって個別に駆動可能な弁棒を有し、
   この弁棒の先端の位置は、前記弁体が閉鎖位置に位置したときに、対応する前記カムのカム面に対して非接触となる位置に設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の流体制御弁装置。
4. 前記弁箱の内周面には、前記弁体を開閉方向に案内する、複数のガイドが設けられており、
   この複数のガイドの一部は、前記弁座を基準とした前記弁体の開き方向の長さが、他のガイドに対して短く設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の流体制御弁装置。
5. 前記弁座と、前記弁体と、前記付勢部材と、前記排出口とは、同一線上に位置しており、
   前記弁箱の中には、前記付勢部材を迂回して前記排出口に連通したバイパス流路を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の流体制御弁装置。
6. 前記弁体は、前記弁座とは反対側の面に、前記付勢部材を受ける受け凹部を有し、
   この受け凹部は、それぞれ、前記付勢部材を受ける底面と、前記付勢部材の一端部の外周囲を囲う内周面と、からなり、
   この底面と内周面とのコーナには、このコーナに沿って全周にわたり、溝が形成されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の流体制御弁装置。

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