JP2019148317A - 流体制御バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】流体制御バルブにおけるシール部材の耐久性を向上させると共に、駆動部の小型軽量化を図る。【解決手段】ボディ１２の収納室２４に弁体１４が回転自在に設けられ、この弁体１４は、第１軸部５２及び第２軸部の軸方向から見て断面楕円形状に形成され、その長軸Ｌ２が導入部２０及び導出部２２と一直線状となった際、外周面がシール部材４０に当接して弁閉状態となり、前記長軸Ｌ２が前記導入部２０及び導出部２２と直交した状態において、短軸Ｌ１方向に貫通した弁孔５６を通じて前記導入部２０と前記導出部２２とが連通した弁開状態となる。そして、弁体１４の開き始め又は閉じ始めにおける外周面とシール部材４０との摺接面積を減少させることで摺動抵抗を低減できる。【選択図】図３

Description

本発明は、液体の流通する流路上に設けられ該液体の流量を制御するための流体制御バルブに関する。

従来から、例えば、車両用の内燃機関を冷却するための冷却水回路に用いられ、冷却水等の液体の流量を制御する流体制御バルブが知られている。この流体制御バルブは、例えば、特許文献１に開示されるように、弁箱における弁収納室の内部に、略円柱状の弁体が回転自在に設けられ、前記弁体には、その径方向に貫通する流量制御穴が形成されている。また、弁箱の両端部には入口側パイプ及び出口側パイプがそれぞれ接続され、この出口側パイプに隣接するように弁収納室の内部には、弁体に摺接するシール用のパッキンが設けられている。

そして、弁体がパッキンに摺接しながら回転し、その流量制御穴が入口側パイプ及び出口側パイプと一直線状となることで互いに連通し、前記入口側パイプからの液体が流体制御穴を通じて出口側パイプへと流れる。

特開２００３−２３２４５４号公報

しかしながら、上述した特許文献１の流体制御バルブでは、弁体を回動させて入口側パイプと出口側パイプとの連通状態を切り替える際、前記弁体が常にパッキンに摺接した状態で動作することになるため、パッキンの摩耗が進行してしまうと共に、該弁体が回動する際の摺動抵抗が大きく、弁体を駆動させるための駆動力が必要とされるため、駆動源が大型化して重量も増加してしまうという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、シール部材の耐久性を向上させると共に、駆動部の小型軽量化を図ることが可能な流体制御バルブを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、液体の導入される導入口と液体の導出される導出口とを有したボディと、ボディの内部に回転自在に設けられる弁体と、弁体を回転駆動させる駆動部とを備え、弁体には、その回転中心に対して直交方向に貫通した弁孔を有し、弁体の回転作用下に弁孔による導入口と導出口との連通状態を切り替える流体制御バルブにおいて、
弁体は、弁体の回転軸方向から見て断面非円形状に形成され、且つ、断面円弧状の着座部を有し、
導入口及び導出口と前記弁孔とが非連通である弁閉状態において、弁体の着座部がボディに設けられたシール部材へ環状に当接し、導入口及び導出口と弁孔とが連通した弁開状態では、シール部材と着座部とが少なくとも全開状態において非接触であることを特徴とする。

本発明によれば、ボディの内部に弁体が回転自在に設けられた流体制御バルブにおいて、この弁体が回転軸方向から見て断面非円形状に形成され、且つ、断面円弧状の着座部を有し、ボディの導入口及び導出口と弁体の弁孔とが非連通である弁閉状態においてのみ弁体の着座部がシール部材に対して環状に当接し、導入口及び導出口と弁孔とが連通した弁開状態では、シール部材と弁体の着座部とが少なくとも全開状態で非接触となるように形成される。

従って、弁閉状態又は弁開状態から弁体が回転し始める際、弁体の外面がシール部材の全面に対して摺接しながら回転することがなく、シール部材の一部のみに摺接しながら回転すると共に、回転途中において摺接面積が徐々に変化するように回転する。

その結果、弁体を開閉動作させる際に常にパッキンと摺接している従来の流体制御バルブと比較して、弁体とシール部材との摺動範囲を低減できるため、シール部材の摩耗が抑制され耐久性の向上を図ることができ、さらに弁体を駆動する際に必要とされる駆動力を低減できるため、駆動部の小型軽量化が可能となる。

また、弁体を、回転軸方向から見て断面楕円形状に形成するとよい。

さらに、弁体を、弁孔が短軸方向に沿って形成され、長軸方向が導入口及び導出口に沿った状態でシール部材へと当接させるとよい。

さらにまた、弁体が、回転軸方向から見て長軸方向端部に着座部を有し、短軸方向端部に平坦部を有した断面形状で形成されるとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、ボディの内部に回転自在に設けられた弁体が、回転軸方向から見て断面非円形状に形成され、且つ、断面円弧状の着座部を有し、ボディの導入口及び導出口と弁体の弁孔とが非連通である弁閉状態においてのみ弁体の着座部がシール部材に対して環状に当接してシールされ、導入口及び導出口と弁孔とが連通した弁開状態では、シール部材と弁体の着座部とが少なくとも全開状態で非接触となるように設けることで、弁体が開閉動作する際に常にパッキンと摺接している従来の流体制御バルブと比較して、弁体とシール部材との摺動範囲を低減できるため、それに伴ってシール部材の摩耗が抑制され耐久性を向上できると共に、弁体を駆動する際の駆動力を低減できるため駆動部を小型軽量化できる。

本発明の実施の形態に係る流体制御バルブの全体断面図である。 図１の流体制御バルブの弁閉状態を示す全体横断面図である。 図３Ａは、図２の流体制御バルブにおける弁体近傍を示す拡大断面図であり、図３Ｂは、図３Ａの弁体が回動した弁開状態を示す拡大断面図である。 図４Ａは、変形例に係る弁体の用いられた流体制御バルブの拡大断面図であり、図４Ｂは、図４Ａの弁体が回動した弁開状態を示す拡大断面図である。

本発明に係る流体制御バルブについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る流体制御バルブを示す。なお、以下の説明では、この流体制御バルブ１０が、内燃機関等の冷却水回路に適用される場合について説明する。

この流体制御バルブ１０は、図１及び図２に示されるように、ボディ１２と、該ボディ１２に対して回転自在に設けられる弁体１４と、前記ボディ１２に設けられ前記弁体１４を回転駆動させる駆動部１６とを含み、このボディ１２は、例えば、樹脂製材料から形成され、前記弁体１４の収納される本体部１８と、該本体部１８から突出して液体（冷却水）の供給される導入部２０と、前記本体部１８に対して前記導入部２０とは反対方向に突出し前記液体の排出される導出部２２とを含む。

本体部１８は、例えば、断面矩形状に形成され、その中央部には弁体１４の収納される収納室２４が形成されると共に、該収納室２４の下方（図１中、矢印Ａ方向）に開口した開口部２６にはカバー部材２８が装着され閉塞されている。また、本体部１８には、収納室２４の上部に軸方向（図１中、矢印Ｂ方向）に沿って延在したシャフト孔３０が形成され、該シャフト孔３０の内部には環状溝を介してパッキン３２及びダストシール３４が設けられる。

一方、本体部１８の内壁面には、上流側（矢印Ｃ方向）に開口して後述する導入部２０と連通する第１開口３６と、下流側（矢印Ｄ方向）に開口して後述する導出部２２と連通する第２開口３８とが形成され、この第１及び第２開口３６、３８は、本体部１８の軸方向と直交方向（矢印Ｃ、Ｄ方向）に断面円形状に開口し、収納室２４を挟んで水平方向に一直線状となるように形成される。

なお、図２に示されるように、第１開口３６の開口した内壁面２４ａが本体部１８の軸方向（図１中、矢印Ａ、Ｂ方向）と直交した平面状に形成され、第２開口３８の開口した内壁面２４ｂは断面円弧状に形成される。

また、本体部１８の内部には、第１開口３６の開口した内壁面２４ａにシール部材４０が設けられ、このシール部材４０は、例えば、ゴム等の弾性材料から断面矩形状に形成され、中央部には厚さ方向（矢印Ｃ、Ｄ方向）に貫通した断面円形状の貫通孔４２を有している。この貫通孔４２は、例えば、ボディ１２の第１開口３６より大径で同軸上となるように配置され、前記貫通孔４２を介して第１開口３６と収納室２４とが連通する。

また、シール部材４０には、貫通孔４２の外周側となり収納室２４側に臨む端面にシール面４４を有し、前記シール面４４は、本体部１８の軸方向から見て収納室２４から離間する方向に向かって窪んだ断面円弧状に形成され、弁体１４の外周面が当接可能に形成される。なお、シール部材４０は、ボディ１２に対して第１開口３６の開口した内壁面２４ａと、該内壁面２４ａと直交する両側壁に対して当接するように設けられる（図２及び図３Ａ参照）。

導入部２０は、図１及び図２に示されるように、例えば、管状に形成され、本体部１８の一側部から軸方向（矢印Ｃ方向）に沿って所定長さだけ突出し、その内部には導入流路４６が形成され、本体部１８の第１開口３６と連通することで導入部２０と収納室２４とが連通する。そして、導入部２０の端部には図示しないチューブが接続され、図示しない液体供給源から導入流路４６へと液体が供給される。

導出部２２は、導入部２０と同様に管状に形成され、本体部１８の他側部から導入部２０とは反対方向となるように軸方向（矢印Ｄ方向）に沿って所定長さだけ突出している。すなわち、導入部２０と導出部２２とは本体部１８を挟んで一直線状となるように設けられる。

また、導出部２２の内部には、その端部から収納室２４まで一直線状に延在する導出流路４８が形成され、本体部１８の第２開口３８と連通することで導出部２２と収納室２４とが連通している。そして、導出部２２の端部には図示しないチューブが接続され、導入部２０から収納室２４へと流れた液体が導出部２２の導出流路４８を通じて図示しない内燃機関の冷却水回路へと排出される。

弁体１４は、図１〜図３Ｂに示されるように、例えば、収納室２４に収納される弁部５０と、該弁部５０の上端部中央から軸方向（図１中、矢印Ｂ方向）に沿って延在した第１軸部（回転軸）５２と、前記弁部５０の下端部中央から軸方向（図１中、矢印Ａ方向）に沿って延在した第２軸部（回転軸）５４とを有する。

弁部５０は、図２〜図３Ｂに示されるように、例えば、第１及び第２軸部５２、５４の軸方向から見て断面楕円形状に形成され、前記軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って同一断面形状となる柱状に形成される。この弁部５０には、図３Ａに示されるように、その短軸Ｌ１の方向に沿って貫通した弁孔５６が形成され、この弁孔５６は長軸Ｌ２の方向の中央に断面円形状で形成され一直線状に形成される。

そして、弁体１４は、図３Ａに示されるように、収納室２４において弁部５０の長軸Ｌ２が導入部２０及び導出部２２の延在方向（矢印Ｃ、Ｄ方向）と同一方向となることで外周面（着座部）がシール部材４０のシール面４４へと当接して弁閉状態となり、一方、図３Ｂに示されるように、短軸Ｌ１が前記延在方向（矢印Ｃ、Ｄ方向）と同一方向となることで前記外周面がシール面４４から離間して弁開状態となる。

第１軸部５２は、図１に示されるように、ボディ１２のシャフト孔３０へと挿通され、その外周面にパッキン３２及びダストシール３４が摺接することで、前記シャフト孔３０に対して回転自在に支持されると共に、前記シャフト孔３０と前記第１軸部５２との間を通じて収納室２４から液体が漏出することが防止され、且つ、外部から収納室２４側への塵埃等の進入が防止される。なお、第１軸部５２の上端部はシャフト孔３０を通じて本体部１８の外側へと突出している。

第２軸部５４は、弁部５０を挟んで第１軸部５２と同軸上に形成され、カバー部材２８の支持孔５８へと挿入されることで、弁体１４が回転自在に支持される。

駆動部１６は、例えば、ＤＣモータやステッピングモータ等の回転駆動源からなり、図示しないコントローラからの制御信号に基づき、所定方向に所定角度だけ回転する。そして、駆動部１６は、ボディ１２における本体部１８の上部に設けられ、第１軸部５２の上端部が連結されることで、その通電作用下に第１軸部５２を介して弁体１４が収納室２４内において所定方向且つ所定角度だけ回転する。

本発明の実施の形態に係る流体制御バルブ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、図３Ａに示される流体制御バルブ１０では、弁体１４の短軸Ｌ１方向に沿った弁孔５６が導入流路４６及び導出流路４８と直交し、弁部５０の外周面がシール部材４０のシール面４４へと当接して前記導入流路４６と前記導出流路４８との連通が遮断された弁閉状態である。そのため、図２に示されるように、図示しない液体供給源から導入部２０の導入流路４６へと供給された液体は、ボディ１２の収納室２４から弁孔５６を通じて導出部２２の導出流路４８へと流れることがない。

次に、図示しないコントローラからの制御信号に基づき駆動部１６が駆動することで、第１及び第２軸部５２、５４と共に弁部５０が所定方向に回転し始めることで、弁部５０の外周面は、回転方向となるシール部材４０のシール面４４に対して継続的に摺接し続けながら回転方向に移動し、且つ、前記回転方向とは反対方向となるシール面４４からは離間し始める。

そして、弁部５０における長軸Ｌ２方向となる頂部６０が、回転方向となるシール面４４を越えることで、前記シール面４４に対して弁部５０の外周面が全域において非接触となる。そのため、弁体１４が回転する際のシール部材４０に対するその摺動抵抗がなくなり円滑に回転可能となる。

最後に、図示しないコントローラからの制御信号に基づき駆動部１６がさらに駆動して弁部５０が弁閉状態から約９０°だけ回転することで、図１及び図３Ｂに示されるように、弁孔５６の両端部がそれぞれ収納室２４の第１及び第２開口３６、３８に臨み、導入流路４６及び導出流路４８と一直線状となった弁開状態となる。これにより、導入流路４６に供給されていた液体が弁体１４の弁孔５６を通じて下流側（矢印Ｄ方向）の導出流路４８へと流通して図示しない内燃機関の冷却水回路へと導出される。

以上のように、本実施の形態では、流体制御バルブ１０を構成するボディ１２の収納室２４には弁体１４が回転自在に収納され、この弁体１４は、回転中心となる第１及び第２軸部５２、５４の軸方向から見て断面楕円状に形成されると共に、その短軸Ｌ１方向に沿って貫通するように弁孔５６が形成されている。

そして、弁体１４の弁部５０は、その長軸Ｌ２が導入流路４６及び導出流路４８と一直線状となって外周面がシール部材４０のシール面４４へと当接した弁閉状態から、その回転作用下に弁孔５６が導入流路４６及び導出流路４８と一直線状となった弁開状態へと移行する際、シール部材４０におけるシール面４４に対して前記弁部５０の外周面がその全面で摺接しながら回転することがなく、弁体１４の開き始め又は閉め始めにおいて、前記外周面の一部のみが摺接しながら回転し、回転途中からは徐々に離れるように回転する。

その結果、弁閉状態と弁開状態とを弁体１４を回転させて切り替える際、弁体がパッキンに対して常に摺接しながら開閉動作していた従来の流体制御バルブと比較し、弁閉状態でのみシール部材４０のシール面４４に対して前記弁体１４の外周面を環状に当接させる構成とすることで、該弁体１４が回転動作する際の摺動抵抗が低減され、それに伴って、必要とされる駆動部１６の駆動力が低減されることで該駆動部１６の小型軽量化が可能となる。また、弁体１４の開閉動作時における摺動抵抗が低減されることで、シール部材４０の摩耗が抑制されるため耐久性の向上を図ることができる。

さらに、弁体１４における弁部５０は、上述したように第１及び第２軸部５２、５４の軸方向から見て断面楕円形状に形成される場合に限定されるものではなく、例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示される弁体８０の弁部８２のように、長軸Ｌ２方向となる両端部に断面円弧状の一対の着座部８４ａ、８４ｂを有すると共に、短軸Ｌ１方向の両端部に略平行な一対の平坦部８６ａ、８６ｂを有した断面形状としてもよい。

この弁体８０では、図４Ａに示される弁閉状態において着座部８４ａがシール部材４０のシール面４４に対して当接することでシールされると共に、前記着座部８４ａが前記シール面４４から離間する方向へと弁体１４が回転し始めることで、その一部のみがシール面４４へと摺接しながら回転するため、弁体が常にパッキンの全体に対して摺接しながら開閉動作していた従来の流体制御バルブと比較し、その摺動抵抗を好適に低減することが可能となる。

また、上述した流体制御バルブ１０では、シール部材４０の設けられるボディ１２の第１開口３６側を上流側としているが、これに限定されるものではなく、前記シール部材４０の設けられる第１開口３６側を下流側とし、第２開口３８側を上流側として用いてもよい。

さらに、この流体制御バルブ１０は内燃機関等の冷却水回路に適用される場合に限定されるものではなく、例えば、モータを冷却するための冷却水回路やバッテリーを冷却するための冷却水回路に用いてもよいし、冷却水等の液体の代わりにガス等の気体の流れを制御する目的で用いるようにしてもよい。

なお、本発明に係る流体制御バルブは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…流体制御バルブ １２…ボディ
１４、８０…弁体 １６…駆動部
１８…本体部 ２０…導入部
２２…導出部 ２４…収納室
４０…シール部材 ４４…シール面
５０、８２…弁部 ５２…第１軸部
５４…第２軸部 ５６…弁孔
８４ａ、８４ｂ…着座部

Claims (4)

1. 液体の導入される導入口と前記液体の導出される導出口とを有したボディと、該ボディの内部に回転自在に設けられる弁体と、前記弁体を回転動作させる駆動部とを備え、前記弁体には、その回転中心に対して直交方向に貫通した弁孔を有し、前記弁体の回転作用下に前記弁孔による前記導入口と前記導出口との連通状態を切り替える流体制御バルブにおいて、
   前記弁体は、該弁体の回転軸方向から見て断面非円形状に形成され、且つ、断面円弧状の着座部を有し、
   前記導入口及び前記導出口と前記弁孔とが非連通である弁閉状態において、前記弁体の前記着座部が前記ボディに設けられたシール部材へ環状に当接し、前記導入口及び前記導出口と前記弁孔とが連通した弁開状態では、前記シール部材と前記着座部とが少なくとも全開状態において非接触であることを特徴とする流体制御バルブ。
2. 請求項１記載の流体制御バルブにおいて、
   前記弁体は、前記回転軸方向から見て断面楕円形状に形成されることを特徴とする流体制御バルブ。
3. 請求項２記載の流体制御バルブにおいて、
   前記弁体は、前記弁孔が短軸方向に沿って形成され、長軸方向が前記導入口及び前記導出口に沿った状態で前記シール部材に当接することを特徴とする流体制御バルブ。
4. 請求項１記載の流体制御バルブにおいて、
   前記弁体は、前記回転軸方向から見て長軸方向端部に前記着座部を有し、短軸方向端部に平坦部を有した断面形状で形成されることを特徴とする流体制御バルブ。

Images