JP2020143736A - バルブ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バルブ装置において、シート開口が閉じられバルブ面に対する被付勢部側に冷却水の圧力が印加された場合に、その冷却水の圧力が変動しても、バルブ面へ押し付けられたシート面の面圧を一定に保つ。【解決手段】被付勢部19の第1受圧面191は、バルブ体18がシート開口22aを閉じている場合にバネ28の付勢力Fsに対しスリーブ軸方向DAsに対抗する付勢対抗力を生じる圧力を冷却水から受ける受圧面である。被付勢部19の第2受圧面192は、バルブ体18がシート開口22aを閉じている場合に上記付勢対抗力に対しスリーブ軸方向DAsに対抗する力を生じる圧力を冷却水から受ける受圧面である。また、スリーブ軸方向DAsに直交する仮想平面に第1受圧面191を投影して得られる投影形状の面積S1が、その仮想平面に第2受圧面192を投影して得られる投影形状の面積S2と同じになるように、被付勢部19は形成されている。【選択図】図3

Description

本発明は、流体の流量を増減するバルブ装置に関するものである。
この種のバルブ装置として、例えば特許文献1に記載されたバルブ装置が従来から知られている。この特許文献1に記載されたバルブ装置は、凸形球面形状のボール面であるバルブ面が形成されたボールバルブと、凹形球面形状のシート面が形成されたバルブシートと、スプリングとを備えている。そして、そのスプリングはバルブシートをボールバルブへ押し付けている。これにより、シート面がバルブ面に押し付けられ、そのシート面とバルブ面との間がシールされる。
また、特許文献1のバルブ装置では、ボールバルブが回転操作されることで、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との間の連通と非連通とが切り替えられる。
特開2016−53415号公報
特許文献1のバルブ装置は、バルブシートとボールバルブとのうちボールバルブ側からバルブシート側へ流れる流体の流量を増減するが、これとは逆に、バルブ装置が、バルブシート側からボールバルブ側へ流れる流体の流量を増減する場合を想定する。その場合、バルブ装置の閉弁時には、流れを止められた流体の圧力は、バルブ面に対するバルブシート側に印加される。従って、その流体の圧力は、バルブシートおよびそのバルブシートの周辺部品に作用するので、そのバルブシートまたはそのバルブシートの周辺部品の形状によっては、バルブシートをボールバルブへ押し付ける押付け力を増減するように作用する。
そのように、スプリングに付勢される被付勢部に含まれるバルブシートをボールバルブへ押し付ける上記押付け力が流体の圧力によって変動するとすれば、バルブ面に押し付けられたシート面の面圧を一定に保つことが困難になる。このことは、例えば、バルブ装置の閉弁時においてシート面とバルブ面との間のシール性を損なうことにつながる。発明者らの詳細な検討の結果、以上のようなことが見出された。
本発明は上記点に鑑み、バルブ装置において、シート開口が閉じられバルブ面に対する被付勢部側に流体の圧力が印加された場合に、その流体の圧力が変動しても、バルブ面へ押し付けられたシート面の面圧を一定に保つことを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載のバルブ装置は、
流体の流量を増減するバルブ装置であって、
バルブハウジング(12)と、
バルブハウジング内で一軸方向(DAs)に移動可能に支持され、上記一軸方向に貫通し流体が流通する流体流通孔(19a)が形成され、上記一軸方向における流体流通孔の一方側の端部であるシート開口(22a)の周りに設けられたシート面(221)を有する被付勢部(19)と、
バルブハウジング内に設けられ、シート面に対向し接触するバルブ面(181)を有し、シート開口を開閉するバルブ体(18)と、
被付勢部を上記一軸方向の一方側へ付勢する付勢力(Fs)を発生し、その付勢力によってシート面をバルブ面へ押し付ける付勢部材(28)とを備え、
バルブ体がシート開口を開いている場合には、流体は流体流通孔を上記一軸方向の一方側とは反対側の他方側から一方側へと流れることがあり、
被付勢部は、バルブ体がシート開口を閉じている場合に付勢力に対し上記一軸方向に対抗する付勢対抗力を生じる圧力を流体から受ける第1受圧面(191)と、バルブ体がシート開口を閉じている場合に付勢対抗力に対し上記一軸方向に対抗する力を生じる圧力を流体から受ける第2受圧面(192)とを有し、
上記一軸方向に直交する仮想平面(PLa)に第1受圧面を投影して得られる投影形状の面積(S1)が、仮想平面に第2受圧面を投影して得られる投影形状の面積(S2)と同じになるように、被付勢部は形成されている。
このようにすれば、シート開口が閉じられバルブ面に対する被付勢部側に流体圧力が印加された場合、流体圧力に起因して被付勢部を上記一軸方向の一方側へ押す押圧力は、流体圧力に起因して被付勢部を上記一軸方向の他方側へ押す押圧力によって相殺される。そのため、その流体圧力が変動しても、バルブ面へ押し付けられたシート面の面圧を一定に保つことが可能である。
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
第1実施形態において、閉弁状態のバルブ装置の概略構成を示した断面図である。 第1実施形態において、開弁状態のバルブ装置の概略構成を示した断面図である。 図1のIII部分を拡大して図示した拡大断面図であって、スリーブ、バルブシート、バネ、およびそれらの周辺を示した図である。 図3のIV部分を拡大して図示した拡大断面図であって、スリーブシール材に対しスリーブ軸方向の他方側から接触する冷却水の圧力がスリーブシール材に掛かっていない場合を示した図である。 図4と同じ部位を示した拡大断面図であって、スリーブシール材に対しスリーブ軸方向の他方側から接触する冷却水の圧力がスリーブシール材に掛かりその圧力によってスリーブシール材がスリーブ軸方向の一方側へ押された場合を示した図である。 第2実施形態において、図1のIII部分に相当する部分を拡大して図示した拡大断面図であって、図3に相当する図である。 第2実施形態のバルブ装置の効果を説明するために、第1実施形態における冷却水の漏出経路を図3相当の図に表した図である。 図7に示された2つの漏出経路のうちの第1漏出経路で冷却水漏れが発生した場合に生じる事態を説明するために、第1実施形態のバルブシート周りを抜粋して模式的に示した部分断面図である。 第3実施形態において、図1のIII部分に相当する部分を拡大して図示した拡大断面図であって、図3に相当する図である。 第4実施形態において、図1のIII部分に相当する部分を拡大して図示した拡大断面図であって、図3に相当する図である。 第5実施形態において、図1のIII部分に相当する部分を拡大して図示した拡大断面図であって、図3に相当する図である。 第6実施形態において、図1のIII部分に相当する部分を拡大して図示した拡大断面図であって、図11に相当する図である。 第7実施形態において、図1のIII部分に相当する部分を拡大して図示した拡大断面図であって、図3に相当する図である。 第8実施形態において、図1のIII部分に相当する部分を拡大して図示した拡大断面図であって、図3に相当する図である。
以下、図面を参照しながら、各実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本実施形態のバルブ装置10は、自動車に搭載される車両用の冷却水制御バルブである。図1に示すバルブ装置10は、エンジン冷却水をエンジンおよびラジエータ等に循環させる冷却水回路の一部を構成する。そして、バルブ装置10は、その冷却水回路において、エンジン冷却水の流量を増減し、バルブ装置10が閉弁状態とされることでエンジン冷却水の流通経路を遮断することもできる。なお、以下の説明では、エンジン冷却水を単に冷却水と称することがある。また、冷却水は液体の流体であり、冷却水としては、例えばエチレングリコールを含むLLCなどが用いられる。
具体的には、図1および図2に示すように、バルブ装置10は、所定のバルブ軸心Cvまわりにバルブ体18が回転することでバルブ開閉作動を行うボールバルブである。図1はバルブ装置10の閉弁状態を示し、図2はバルブ装置10の開弁状態を示している。図2の矢印FLa、FLbは、バルブ装置10の開弁状態においてバルブ装置10を通過する冷却水の流れを示している。なお、図1および図2は、バルブ軸心Cvと後述のスリーブ軸心Csとを含む仮想平面でバルブ装置10を切断した縦断面図であり、図1および図2では、バルブ軸心Cvを境とした紙面下側の図示が省略されている。
バルブ装置10は、バルブハウジング12と、バルブ回転軸16と、バルブ体18と、スリーブ20と、バルブシート22と、スリーブシール材24と、シール保持体26と、バネ28とを備えている。
バルブハウジング12は、バルブ装置10の外殻を構成し、ハウジング本体13とスペーサ14とを含んで構成されている。ハウジング本体13には、バルブ体18が配置されるバルブ空間13aと、スリーブ20が配置されバルブ軸心Cvに直交する向きに延びるスリーブ配置孔13bとが形成されている。なお、スリーブ20の軸方向DAsをスリーブ軸方向DAsとも称し、バルブ軸心Cvの軸方向DAvをバルブ軸方向DAvとも称する。また、スリーブ20の径方向DRsをスリーブ径方向DRsとも称し、バルブ軸心Cvの径方向DRvをバルブ径方向DRvとも称する。また、スリーブ径方向DRsは、スリーブ20が有する後述の筒状部201の径方向でもある。また、バルブ軸心Cvとスリーブ軸心Csは交点を生じ、スリーブ軸方向DAsは、バルブ径方向DRvの1つと一致する。
スリーブ配置孔13bの一端はバルブ空間13aに接続され、スリーブ配置孔13bの他端13dはハウジング本体13の外部に開放されている。バルブ空間13aは、バルブ軸方向DAvの一方側にて、バルブハウジング12内の冷却水がバルブハウジング12の外へ流出する流出ポート131に連通している。
スペーサ14は、略筒状を成し、スリーブ配置孔13bの他端13d側からスリーブ配置孔13bに挿入されている。そして、スペーサ14は、ハウジング本体13に対してビス止め等により固定されている。このスペーサ14には、冷却水がバルブハウジング12の外からバルブハウジング12内へ流入する流入ポート141が形成されている。ハウジング本体13とスペーサ14との境目は、スリーブ配置孔13bの他端13dの外周を囲むように環状に形成されたハウジングシール材121によってシールされている。
バルブ回転軸16は、バルブ軸心Cvを中心軸心とし、バルブ空間13a内を通ってバルブ軸方向DAvに延びている。バルブ回転軸16は、バルブ軸心Cvまわりに回転可能にハウジング本体13によって支持されている。バルブ空間13aに対するバルブ軸方向DAvの他方側には、バルブ回転軸16とハウジング本体13との間の径方向隙間が形成されているが、この径方向隙間には、環状に形成された回転軸シール材161が配置されている。すなわち、その径方向隙間は、回転軸シール材161によってシールされている。
例えば、バルブ回転軸16は、回転軸シール材161よりもバルブ軸方向DAvの他方側にて、不図示の電動モータに連結されており、この電動モータによって回転駆動される。
バルブ体18は、流入ポート141から流出ポート131へ至る冷却水の流通経路を断続する弁体であり、バルブハウジング12内に設けられている。詳しくは、バルブ体18は、バルブ空間13aに収容されている。
また、バルブ体18は、バルブ回転軸16に対して固定されている。従って、バルブ体18は、バルブ回転軸16に連結された電動モータによって、バルブ回転軸16と一体にバルブ軸心Cvまわりに回転させられる。
また、バルブ体18は、バルブ体18の内側にバルブ内空間18aが形成されている。そのバルブ内空間18aはバルブ軸方向DAvの一方側(別言すれば、流出ポート131側)では開放され、バルブ軸方向DAvの他方側では閉塞されている。バルブ体18は上記したようにバルブ空間13aに収容されているので、バルブ内空間18aはバルブ空間13aに含まれる。
また、バルブ体18は、バルブ径方向DRvの外側を向いた外周面としてバルブ面181を有している。そのバルブ面181は、バルブ径方向DRvの外側へ膨らんだ凸形球面形状を成している。また、バルブ体18には、バルブ面181からバルブ内空間18aまでバルブ径方向DRvに貫通したバルブ開口18bが形成されている。
図1〜図3に示すように、スリーブ20は、一軸方向としてのスリーブ軸方向DAsに延びた円筒形状を成す筒状部201と、バルブシート22を保持するシート保持部202とを有している。また、スリーブ20は、バルブハウジング12に対しスリーブ軸方向DAsへ移動可能となっている。
スリーブ20の筒状部201は、スリーブ軸方向DAsに延びるスリーブ軸心Csを中心軸心として形成されている。筒状部201は、スリーブ軸方向DAsの一方側に筒状部一端201aを有し、スリーブ軸方向DAsの他方側に筒状部他端201bを有している。筒状部201の内側すなわちスリーブ20の内側には、スリーブ軸方向DAsに貫通した筒状部孔20aが形成されている。筒状部他端201bはスリーブ20の端でもある。
また、筒状部201のうち筒状部他端201bを含むスリーブ軸方向DAsの他方側の部分は、スペーサ14の内側へ挿入されている。従って、スペーサ14は、筒状部201の径方向外側に設けられ筒状部201を取り囲む筒外周部である。また、スリーブ20は、スペーサ14の流入ポート141に対してスリーブ軸方向DAsの一方側に配置されている。
スリーブ20のシート保持部202は、筒状部201に対してフランジ状に拡がった径方向拡大部(別言すれば、フランジ部)である。そして、シート保持部202は、筒状部201のうちのスリーブ軸方向DAsの一方側で筒状部201からスリーブ径方向DRsの外側に拡がるように形成されている。詳細には、そのシート保持部202は、筒状部一端201aからスリーブ径方向DRsの外側へフランジ状に張り出している。そして、シート保持部202は、バルブシート22にスリーブ軸方向DAsの他方側から当接している。そのバルブシート22には、径方向拡大部としてのシート保持部202に対向する拡大部対向面222が形成されている。
また、シート保持部202は、バルブ体18が回転してもバルブシート22がスリーブ20に対してバルブ軸方向DAvまたはバルブ軸心Cvの周方向へずれないようにバルブシート22の外周を拘束している。
バルブシート22は、スリーブ軸心Csを中心とした円環形状を成している。バルブシート22は、例えばPTFE等の樹脂によって構成されている。バルブシート22には、そのバルブシート22をスリーブ軸方向DAsに貫通した貫通孔であるシート開口22aと、スリーブ軸方向DAsの一方側を向いてシート開口22aまわりに設けられたシート面221とが形成されている。そのシート面221は、スリーブ軸心Csを中心とした円環形状を成すように延びている。
また、バルブ体18のバルブ面181はシート面221に対向し接触している。そのため、シート面221は、バルブ面181に沿う形状、具体的には、スリーブ軸方向DAsの他方側へ凹んだ凹形球面形状を成している。
また、シート面221がバルブ面181に押し付けられることで、そのシート面221とバルブ面181との間はシールされる。そして、バルブ面181は、バルブ体18の回転に伴ってシート面221に対し摺動する。
バルブ装置10においてバルブ体18は、そのバルブ体18の回転に伴ってバルブ開口18bをシート開口22aに対し連通させることにより、そのシート開口22aを開く。このシート開口22aが開かれた状態が、図2に示すバルブ装置10の開弁状態である。バルブ装置10の開弁状態では、冷却水は矢印FLaのように流入ポート141から筒状部孔20aとシート開口22aとバルブ開口18bとを順に通ってバルブ内空間18aへ流入する。そして、そのバルブ内空間18aへ流入した冷却水は、矢印FLbのようにバルブ内空間18aから流出ポート131を経てバルブハウジング12の外へと流出する。
一方、バルブ体18は、そのバルブ体18の回転に伴ってバルブ開口18bをシート開口22aに対し非連通にすることにより、そのシート開口22aを閉じる。このシート開口22aが閉じられた状態が、図1に示すバルブ装置10の閉弁状態である。このようにして、バルブ体18は、そのバルブ体18の回転に伴ってシート開口22aを開閉する。
図1〜図3に示すように、スリーブシール材24は環状のシール材である。このスリーブシール材24は、スリーブ20の筒状部201に対しスリーブ径方向DRsの外側に設けられている。
そして、スリーブシール材24は、その筒状部201とスペーサ14とによってスリーブ径方向DRsに圧縮され弾性変形している。このように、スリーブシール材24は、その筒状部201とスペーサ14とによって圧縮されることで筒状部201とスペーサ14との間の径方向隙間をシールしている。
詳しく言うと、その径方向隙間のうちスリーブシール材24よりもスリーブ軸方向DAsの他方側の部位には、流入ポート141からの冷却水は流入する。そして、スリーブシール材24は、その他方側の部位に流入した冷却水がスリーブシール材24を超えてスリーブ軸方向DAsの一方側へ流れることを阻止している。
本実施形態ではスリーブシール材24としてVリングが採用されている。スリーブシール材24は、VリングにおけるV字状断面の凸側がスリーブ軸方向DAsの一方側を向くように配置されている。
また、スペーサ14は、スリーブシール材24を係止する形状を備えている。詳細には、スペーサ14は、スリーブシール材24がスペーサ14に対しスリーブ軸方向DAsの他方側へ移動することを制限する形状を備えている。
シール保持体26は、スリーブシール材24とスペーサ14とに対しスリーブ軸方向DAsの一方側に配置され、スリーブシール材24をスリーブ軸方向DAsの一方側から保持している。また、シール保持体26は、スリーブ20の筒状部201の外周を囲むように環状に形成されている。
具体的には、スペーサ14のうちスリーブ軸方向DAsの一方側の端部とシール保持体26は、スリーブシール材24が嵌め入れられるシール溝143を形成している。そして、シール保持体26は、そのシール溝143に対しスリーブ軸方向DAsの一方側から面する側壁面を形成している。
シール保持体26は、例えば金属製の板材で構成されている。シール保持体26は、スリーブ軸方向DAsを厚み方向とした板状を成す円盤部261を有している。その円盤部261の中央には、スリーブ20の筒状部201が挿通された孔が形成されている。
また、ハウジング本体13は、シール保持体26の一部である円盤部261に対しスリーブ軸方向DAsの一方側に配置された保持体支持部132を有している。そのため、スリーブ軸方向DAsにおいて円盤部261は、スペーサ14の先端142と保持体支持部132とに挟まれるように配置されている。
更に、ハウジング本体13の保持体支持部132は、スリーブ20のシート保持部202およびバルブシート22よりもスリーブ径方向DRsの外側に配置されている。スリーブ軸方向DAsにおいては、保持体支持部132は、シート保持部202およびバルブシート22よりも他方側に配置されている。そして、シール保持体26の円盤部261は、スリーブシール材24に対してスリーブ軸方向DAsの一方側に重なる位置から、保持体支持部132に対してスリーブ軸方向DAsの他方側に重なる位置にまでスリーブ径方向DRsに延設されている。
このような配置および構成により、シール保持体26の位置は、スペーサ14の先端142と保持体支持部132とによってスリーブ軸方向DAsに拘束されている。そして、保持体支持部132は、シール保持体26に当接することによって、スリーブ軸方向DAsの一方側へのスリーブシール材24およびシール保持体26の移動を止める。
但し、図4に示すように、シール保持体26の円盤部261がスペーサ14の先端142に当接している場合には、その円盤部261と保持体支持部132との間にスリーブ軸方向DAsの隙間が僅かに生じる。また、図5に示すように、シール保持体26の円盤部261が保持体支持部132に当接している場合には、その円盤部261とスペーサ14の先端142との間にスリーブ軸方向DAsの隙間が僅かに生じる。このスリーブ軸方向DAsの僅かな隙間は生じなくてもよいが、バルブ装置10の製造上の都合等により適宜設けられる。
例えば、バルブ装置10の閉弁状態では、図3の矢印FLiのように流れる冷却水がバルブ体18によって塞き止められる。そして、その閉弁状態では、流入ポート141(図1参照)における冷却水圧力の方が流出ポート131(図1参照)における冷却水圧力よりも大きくなる。そのため、バルブ体18によって塞き止められた状態の冷却水は、図5に示すように、スリーブシール材24とシール保持体26とをスリーブ軸方向DAsの一方側へ押す押圧力Piを生じる。バネ28がシール保持体26を押すバネ力にその押圧力Piが打ち勝てば、シール保持体26の円盤部261は保持体支持部132に当接する。
逆に、スリーブシール材24に対し冷却水の上記押圧力Piが掛からなければ、図4に示すように、バネ28がシール保持体26を押すバネ力によって、シール保持体26の円盤部261はスペーサ14の先端142に当接する。
図1〜図3に示すように、バネ28は、スリーブ20をスリーブ軸方向DAsの一方側へ付勢する付勢力Fsを発生する付勢部材である。そして、バルブシート22もその付勢力Fsによってスリーブ軸方向DAsの一方側へ付勢されるので、スリーブ20とバルブシート22は、バネ28によって付勢される被付勢部19を構成している。
具体的に、バネ28は、シール保持体26に対しスリーブ軸方向DAsの一方側に配置されている。そして、バネ28は圧縮コイルバネであり、スリーブ20の筒状部201に対しスリーブ径方向DRsの外側に配置されている。
そして、シール保持体26はバネ28に対するバネ座としても機能し、バネ28は、そのシール保持体26の円盤部261とスリーブ20のシート保持部202との間でスリーブ軸方向DAsに圧縮された状態で保持されている。これにより、バネ28は上記の付勢力Fsを発生し、その付勢力Fsによってシート面221をバルブ面181へ押し付けている。別言すれば、バルブシート22は、スリーブ20のシート保持部202とバルブ面181との間でバネ28の付勢力Fsによって圧縮されている。
上記の被付勢部19は、スリーブ20とバルブシート22とから構成されているので、その被付勢部19については、次のように構成されていると言える。すなわち、被付勢部19は、バルブハウジング12内でスリーブ軸方向DAsに移動可能に支持されている。また、被付勢部19の内側には、筒状部孔20aとシート開口22aとからなる流体流通孔19aが形成されている。その流体流通孔19aは被付勢部19をスリーブ軸方向DAsに貫通し、流体流通孔19aには、流入ポート141から流入した冷却水が流通する。被付勢部19に含まれる筒状部201の内側およびバルブシート22の内側には、その流体流通孔19aが通っている。また、シート開口22aは、スリーブ軸方向DAsにおける流体流通孔19aの一方側の端部に相当する。
また、図2で冷却水の流れを示す矢印FLaから判るように、本実施形態のバルブ装置10では、バルブ体18がシート開口22aを開いている場合に、冷却水は流体流通孔19aをスリーブ軸方向DAsの他方側から一方側へと流れる。そのバルブ体18がシート開口22aを開いている場合とは、言い換えれば、バルブ装置10が開弁状態である場合である。逆に、バルブ体18がシート開口22aを閉じている場合とは、言い換えれば、バルブ装置10が閉弁状態である場合である。なお、本実施形態では、冷却水が矢印FLaの向きとは逆に流体流通孔19aをスリーブ軸方向DAsの一方側から他方側へと流れる場合はない。
図3に示すように、被付勢部19は、第1受圧面191と第2受圧面192とを有している。その第1受圧面191と第2受圧面192はそれぞれ、冷却水に接する被付勢部19の表面のうちの一部分であり、詳しくは、被付勢部19のうちスリーブ20に形成されている。
そして、被付勢部19の第1受圧面191は、バルブ体18がシート開口22aを閉じている場合にバネ28の付勢力Fsに対しスリーブ軸方向DAsに対抗する付勢対抗力を生じる圧力を冷却水から受ける受圧面である。その一方で、第2受圧面192は、バルブ体18がシート開口22aを閉じている場合に上記付勢対抗力に対しスリーブ軸方向DAsに対抗する力を生じる圧力を冷却水から受ける受圧面である。
また、スリーブ軸方向DAsに直交する仮想平面PLaに第1受圧面191を投影して得られる投影形状の面積S1が、その仮想平面PLaに第2受圧面192を投影して得られる投影形状の面積S2と同じになるように、被付勢部19は形成されている。その面積S1を有する第1受圧面191の投影形状と、面積S2を有する第2受圧面192の投影形状はそれぞれ、スリーブ軸心Csを中心とした円環状になる。なお、上記の面積S1と面積S2とが同じになるようにすることは、冷却水から被付勢部19に作用する圧力を相殺することが目的であるので、その面積S1と面積S2との間に多少の誤差があっても差し支えない。
このように第1受圧面191および第2受圧面192が形成されているので、本実施形態のバルブ装置10では、図3に示すようにシート開口22aが閉じられバルブ面181に対する被付勢部19側に冷却水の圧力が印加された場合、次のような作用が生じる。すなわち、その場合、冷却水の圧力に起因して被付勢部19をスリーブ軸方向DAsの一方側へ押す押圧力は、冷却水の圧力に起因して被付勢部19をスリーブ軸方向DAsの他方側へ押す押圧力によって相殺される。その他方側へ押す押圧力とは、上記した付勢対抗力であり、その一方側へ押す押圧力とは、上記した付勢対抗力に対しスリーブ軸方向DAsに対抗する力である。
従って、バルブ装置10の閉弁状態において、バルブ体18に塞き止められている冷却水の圧力が変動しても、バルブ面181へ押し付けられたシート面221の面圧を一定に保つことが可能である。
また、本実施形態によれば、図3および図5に示すように、スリーブシール材24は、スリーブ20の筒状部201に対しスリーブ径方向DRsの外側に設けられ、その筒状部201とスペーサ14との間をシールしている。シール保持体26は、スリーブシール材24をスリーブ軸方向DAsの一方側から保持している。そして、ハウジング本体13の保持体支持部132は、シール保持体26に当接することによって、スリーブ軸方向DAsの一方側へのスリーブシール材24の移動を止める。従って、スリーブシール材24がスリーブ20の筒状部201とスペーサ14との間の所定位置から脱落することを防止することが可能である。
また、本実施形態によれば、図3に示すように、ハウジング本体13の保持体支持部132は、スリーブ20のシート保持部202およびバルブシート22よりもスリーブ径方向DRsの外側に配置されている。そして、シール保持体26は、スリーブシール材24に対してスリーブ軸方向DAsの一方側に重なる位置から、保持体支持部132に対してスリーブ軸方向DAsの他方側に重なる位置にまでスリーブ径方向DRsに延設されている。従って、バルブ装置10の組立て時に、保持体支持部132は、スリーブ20およびバルブシート22がハウジング本体13内に挿入される際の障害にならないので、バルブ装置10を組み立てやすいというメリットがある。
また、本実施形態によれば、図3に示すように、バネ28は、シール保持体26に対しスリーブ軸方向DAsの一方側に配置されている。そして、バネ28は、シール保持体26とスリーブ20のシート保持部202との間でスリーブ軸方向DAsに圧縮された状態で保持されている。そのため、スリーブシール材24と共にシール保持体26がスリーブ軸方向DAsに変位するとバネ28の付勢力Fsが変動するが、保持体支持部132は、上記のようにスリーブ軸方向DAsの一方側へのスリーブシール材24の移動を止める。従って、そのシール保持体26の変位に起因したバネ28の圧縮量変動を保持体支持部132によって抑えて軽微なものにすることが可能である。別言すれば、そのシール保持体26の変位に起因したバネ28の付勢力Fsの変動を保持体支持部132によって抑えて軽微なものにすることが可能である。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。このことは後述の実施形態の説明においても同様である。
図6に示すように、本実施形態では、スリーブ20とバルブシート22との全体、すなわち被付勢部19の全体が単一の部品として構成されている。この点において本実施形態は第1実施形態と異なっている。なお、本実施形態でも第1実施形態と同様に、上述した第1受圧面191の投影形状の面積S1が第2受圧面192の投影形状の面積S2と同じになるように、被付勢部19は形成されている。
具体的に、バルブシート22は筒状部201に直接連結しており、その筒状部201は、バルブシート22と一体構成になっている。例えば、本実施形態の被付勢部19は、第1実施形態におけるバルブシート22と同じ樹脂材料で構成されている。
そして、筒状部201がバルブシート22と一体構成になっているので、シート保持部202(図3参照)は設けられていない。また、本実施形態では、バルブシート22が、筒状部201に対してスリーブ径方向DRsの外側に拡がった径方向拡大部を含んでいる。
ここで、本実施形態のバルブ装置10の効果を前述の第1実施形態と比較して説明するために、第1実施形態について図7および図8を用いて説明する。その図7および図8に示すように、第1実施形態では、バルブ装置10の閉弁状態において冷却水が流体流通孔19a内から流体流通孔19aの外部へ漏れ出る経路として、第1漏出経路LK1と第2漏出経路LK2とが想定される。その第1漏出経路LK1は、冷却水がバルブシート22とスリーブ20のシート保持部202との間を通って漏れ出る経路である。また、第2漏出経路LK2は、冷却水がバルブシート22のシート面221とバルブ体18のバルブ面181との間を通って漏れ出る経路である。
例えば第1漏出経路LK1で冷却水の漏れが発生した場合には、図8に示すように、バルブシート22とスリーブ20のシート保持部202との間に入った冷却水の圧力により、スリーブ20をスリーブ軸方向DAsの他方側へ押す押圧力が発生する。これにより、矢印A1のように、スリーブ20がバルブシート22から浮き上がる。
詳しく言うと、スリーブ20に接触する冷却水の圧力は、スリーブ20をスリーブ軸方向DAsの一方側へ押す一方側向き押圧力も、スリーブ20をスリーブ軸方向DAsの他方側へ押す他方側向き押圧力も生じさせる。しかし、第1漏出経路LK1に沿って流体流通孔19aからバルブシート22とスリーブ20のシート保持部202との間に冷却水が入ると、それが原因で、一方側向き押圧力と比較して他方側向き押圧力の方が一方的に大きくなる。その結果、上記のようにスリーブ20がバルブシート22から浮き上がる。
これに対し、本実施形態によれば、図6に示すように、筒状部201はバルブシート22と一体構成になっている。従って、図7の第1漏出経路LK1での冷却水漏れは発生することがない。そのため、スリーブ20がバルブシート22から浮き上がるという事態の発生を未然に防止することができる。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図9に示すように、本実施形態では、バルブシート22は、拡大部対向面222に設けられた環状押圧部223を有している。この点において、本実施形態は第1実施形態と異なっている。
具体的に、バルブシート22の環状押圧部223は、拡大部対向面222からスリーブ軸方向DAsの他方側へ突き出た凸部であり、バルブシート22の周方向すなわちスリーブ軸心Csの周方向に延びて環形状を成している。この環状押圧部223は、1本であっても3本以上であってもよいが、本実施形態では2本設けられている。
また、バルブシート22は、バネ28により付勢されたスリーブ20のシート保持部202によって押圧されているので、バルブシート22の環状押圧部223は、拡大部対向面222のうち、シート保持部202によって局所的に強く押圧された部位となっている。
そのため、拡大部対向面222の面圧は、環状押圧部223において局所的に大きくなっている。その結果として、第1漏出経路LK1(図7参照)での冷却水漏れを防止することができる。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図10に示すように、本実施形態のバルブ装置10は、ゴム等の弾性体で構成されたシート介装部材30を備えている。この点において、本実施形態は第1実施形態と異なっている。
具体的に、シート介装部材30は、バルブシート22に沿って環状に形成されている。すなわち、シート介装部材30は、スリーブ軸心Csの周方向に延びて環形状を成している。
また、シート介装部材30は、スリーブ20のシート保持部202とバルブシート22とに比して高い弾力性を有している。別言すれば、シート介装部材30は、そのシート保持部202とバルブシート22とに比して弾性変形しやすい。
また、シート介装部材30は、シート保持部202とバルブシート22との間に挟まっており、そのシート保持部202とバルブシート22との両方に接触している。更に、シート介装部材30は、バネ28の付勢力Fs(図3参照)を受けたシート保持部202とバルブシート22とによってスリーブ軸方向DAsに弾性変形させられている。要するに、シート介装部材30は、シート保持部202とバルブシート22との間をシールするシール材として機能している。
このようにシート介装部材30がシート保持部202とバルブシート22との間に配置されているので、第1漏出経路LK1(図7参照)での冷却水漏れを防止することができる。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図11に示すように、本実施形態では、バルブ装置10の開弁状態において、冷却水は、流体流通孔19aを矢印FLioのようにスリーブ軸方向DAsの一方側から他方側へ流れることもあれば、他方側から一方側へ流れることもある。この点において、本実施形態は第1実施形態と異なっている。なお、本実施形態では、矢印FLioのように冷却水の流れが双方向になるので、第1実施形態の流入ポート141を第1ポート141と称し、第1実施形態の流出ポート131を第2ポート131と称する。
本実施形態では、上記のように冷却水の流れが双方向になるので、スリーブシール材24はVリングではなく、Xリングである。このXリングは、断面形状がX字形を成すシール材である。
スリーブシール材24としてXリングが採用されることで、矢印FLioで示される双方向の冷却水の流れに対応したスリーブシール材24のシール機能を得ることができる。別言すれば、バルブ装置10の閉弁状態において、第1ポート141(図1参照)の冷却水圧力が第2ポート131の冷却水圧力に対し高くても低くても、スリーブ20の筒状部201とスペーサ14との径方向隙間をスリーブシール材24でシールすることができる。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第1実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第2〜第4実施形態のうちの何れかと組み合わせることも可能である。
(第6実施形態)
次に、第6実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第5実施形態と異なる点を主として説明する。
図12に示すように、本実施形態のスリーブシール材24はXリングではなく、Oリングである。この点において本実施形態は第5実施形態と異なっている。そして、これを除き、本実施形態は第5実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第5実施形態と共通の構成から奏される効果を第5実施形態と同様に得ることができる。
(第7実施形態)
次に、第7実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図13に示すように、本実施形態のバルブハウジング12は、ハウジング本体13およびスペーサ14のほかに、シール保持体連結部材32を有している。この点において本実施形態は第1実施形態と異なっている。
具体的に、そのシール保持体連結部材32は略筒状を成し、スペーサ14に対しスリーブ径方向DRsの外側に設けられ、スペーサ14と共にスリーブ配置孔13bの他端13d側(図1参照)からスリーブ配置孔13bに挿入されている。そして、シール保持体連結部材32は、スペーサ14と共に、ハウジング本体13に対してビス止め等により固定されている。
また、シール保持体連結部材32は、スリーブ軸方向DAsの一方側の端部に、シール保持体26が連結され固定された連結部321を有している。詳細には、その連結部321には、シール保持体26の円盤部261の外周端部が固定されている。従って、シール保持体26は、シール保持体連結部材32を含むバルブハウジング12に固定されている。
そのため、シール保持体26はバルブハウジング12に対し変位しないので、そのシール保持体26の変位に起因したバネ28の圧縮量の変動がない。すなわち、バネ28の付勢力Fs(図3参照)が変化しないように安定させることが可能である。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第1実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第2〜第6実施形態のうちの何れかと組み合わせることも可能である。
(第8実施形態)
次に、第8実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第1実施形態と異なる点を主として説明する。
図14に示すように、本実施形態のバルブ装置10は、ゴム等の弾性体で構成された被圧縮部材34を備えている。この点において本実施形態は第1実施形態と異なっている。
具体的に、被圧縮部材34は、スリーブ軸心Csの周方向に延びて環形状を成している。また、被圧縮部材34は、スリーブ軸方向DAsにおいてハウジング本体13の保持体支持部132とシール保持体26との間に配置されている。詳しくは、被圧縮部材34は、保持体支持部132と、その保持体支持部132に対向するシール保持体26の円盤部261との間に配置されている。
更に、被圧縮部材34は、保持体支持部132とシール保持体26の円盤部261とによってスリーブ軸方向DAsに圧縮され弾性変形させられている。
従って、スリーブ軸方向DAsにおける保持体支持部132とシール保持体26の円盤部261との隙間を被圧縮部材34によって埋めることができる。その結果、バネ28の圧縮量がシール保持体26の変位に起因して変動することを抑制することが可能である。すなわち、バネ28の付勢力Fs(図3参照)が変化しないように安定させることが可能である。
以上説明したことを除き、本実施形態は第1実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第1実施形態と共通の構成から奏される効果を第1実施形態と同様に得ることができる。
なお、本実施形態は第1実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第2〜第6実施形態のうちの何れかと組み合わせることも可能である。
(他の実施形態)
(1)上述の各実施形態において例えば図1には、バルブ装置10の流出ポート131と流入ポート141とが1つずつ示されているが、バルブ装置10は、流出ポート131と流入ポート141との一方または両方を複数備えていても差し支えない。例えば、バルブ装置10は三方弁や四方弁であってもよい。
(2)上述の各実施形態において、バルブ装置10内を通過する流体は冷却水であるが、その流体は冷却水以外の流体であってもよい。また、バルブ装置10内を通過する流体は、液体ではなく気体であってもよい。
(3)上述の第1実施形態では図3に示すように、ハウジング本体13の保持体支持部132は、シール保持体26の一部に対しスリーブ軸方向DAsの一方側に配置されているが、これは一例である。その保持体支持部132は、シール保持体26の全体に対しスリーブ軸方向DAsの一方側に配置されていても差し支えない。
(4)上述の各実施形態では図1に示すように、バルブ装置10は、バルブ軸心Cvまわりにバルブ体18が回転することでバルブ開閉作動を行うボールバルブであるが、これは一例である。バルブ装置10はボールバルブである必要はなく、バルブ体18は回転以外の動作でバルブ開閉作動を行っても差し支えない。
(5)なお、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。
また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。
また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
18 バルブ体
19 被付勢部
19a 流体流通孔
22a シート開口
28 バネ(付勢部材)
181 バルブ面
191 第1受圧面
192 第2受圧面
221 シート面
DAs スリーブ軸方向(一軸方向)

Claims (10)

  1. 流体の流量を増減するバルブ装置であって、
    バルブハウジング(12)と、
    前記バルブハウジング内で一軸方向(DAs)に移動可能に支持され、前記一軸方向に貫通し前記流体が流通する流体流通孔(19a)が形成され、前記一軸方向における前記流体流通孔の一方側の端部であるシート開口(22a)の周りに設けられたシート面(221)を有する被付勢部(19)と、
    前記バルブハウジング内に設けられ、前記シート面に対向し接触するバルブ面(181)を有し、前記シート開口を開閉するバルブ体(18)と、
    前記被付勢部を前記一軸方向の前記一方側へ付勢する付勢力(Fs)を発生し、該付勢力によって前記シート面を前記バルブ面へ押し付ける付勢部材(28)とを備え、
    前記バルブ体が前記シート開口を開いている場合には、前記流体は前記流体流通孔を前記一軸方向の前記一方側とは反対側の他方側から前記一方側へと流れることがあり、
    前記被付勢部は、前記バルブ体が前記シート開口を閉じている場合に前記付勢力に対し前記一軸方向に対抗する付勢対抗力を生じる圧力を前記流体から受ける第1受圧面(191)と、前記バルブ体が前記シート開口を閉じている場合に前記付勢対抗力に対し前記一軸方向に対抗する力を生じる圧力を前記流体から受ける第2受圧面(192)とを有し、
    前記一軸方向に直交する仮想平面(PLa)に前記第1受圧面を投影して得られる投影形状の面積(S1)が、前記仮想平面に前記第2受圧面を投影して得られる投影形状の面積(S2)と同じになるように、前記被付勢部は形成されている、バルブ装置。
  2. 環状のシール材(24)と、
    該シール材を前記一軸方向の前記一方側から保持するシール保持体(26)とを備え、
    前記被付勢部は、前記一軸方向に延び前記流体流通孔が内側に通る筒形状を成す筒状部(201)を有し、
    前記バルブハウジングは、前記筒状部の径方向外側に設けられ該筒状部を取り囲む筒外周部(14)と、前記シール保持体の少なくとも一部に対し前記一軸方向の前記一方側に配置された保持体支持部(132)とを有し、
    前記シール材は、前記筒状部の径方向外側に設けられ、該筒状部と前記筒外周部との間をシールしており、
    前記保持体支持部は、前記シール保持体に当接することによって、前記一軸方向の前記一方側への前記シール材の移動を止める、請求項1に記載のバルブ装置。
  3. 環状のシール材(24)と、
    該シール材を前記一軸方向の前記一方側から保持するシール保持体(26)とを備え、
    前記被付勢部は、前記一軸方向に延び前記流体流通孔が内側に通る筒形状を成す筒状部(201)を有し、
    前記バルブハウジングは、前記筒状部の径方向外側に設けられ該筒状部を取り囲む筒外周部(14)を有し、
    前記シール材は、前記筒状部の径方向外側に設けられ、該筒状部と前記筒外周部との間をシールしており、
    前記シール保持体は前記バルブハウジングに固定されている、請求項1に記載のバルブ装置。
  4. 環状のシール材(24)と、
    該シール材を前記一軸方向の前記一方側から保持するシール保持体(26)と、
    弾性体で構成された被圧縮部材(34)とを備え、
    前記被付勢部は、前記一軸方向に延び前記流体流通孔が内側に通る筒形状を成す筒状部(201)を有し、
    前記バルブハウジングは、前記筒状部の径方向外側に設けられ該筒状部を取り囲む筒外周部(14)と、前記シール保持体の少なくとも一部に対し前記一軸方向の前記一方側に配置された保持体支持部(132)とを有し、
    前記シール材は、前記筒状部の径方向外側に設けられ、該筒状部と前記筒外周部との間をシールしており、
    前記被圧縮部材は、前記保持体支持部と前記シール保持体との間に配置され、該保持体支持部と該シール保持体とに圧縮されている、請求項1に記載のバルブ装置。
  5. 環状のシール材(24)と、
    該シール材を前記一軸方向の前記一方側から保持するシール保持体(26)とを備え、
    前記被付勢部は、前記一軸方向に延び前記流体流通孔が内側に通る筒形状を成す筒状部(201)と、該筒状部に対して径方向外側に拡がった径方向拡大部(22、202)とを有し、
    前記バルブハウジングは、前記筒状部の径方向外側に設けられ該筒状部を取り囲む筒外周部(14)と、前記シール保持体の少なくとも一部に対し前記一軸方向の前記一方側に配置された保持体支持部(132)とを有し、
    前記シール材は、前記筒状部の径方向外側に設けられ、該筒状部と前記筒外周部との間をシールしており、
    前記保持体支持部は、前記筒状部の径方向(DRs)において前記径方向拡大部よりも外側に配置され、
    前記シール保持体は、前記シール材に対して前記一軸方向の前記一方側に重なる位置から、前記保持体支持部に対して前記一軸方向の前記他方側に重なる位置にまで延設されている、請求項1に記載のバルブ装置。
  6. 前記被付勢部は、前記筒状部に対して径方向外側に拡がった径方向拡大部(22、202)を有し、
    前記付勢部材は、前記シール保持体に対し前記一軸方向の前記一方側に配置されたバネであり、前記シール保持体と前記径方向拡大部との間で前記一軸方向に圧縮された状態で保持されている、請求項2ないし4のいずれか1つに記載のバルブ装置。
  7. 前記被付勢部は、前記シート面が形成されたバルブシート(22)を有し、
    前記筒状部は、前記バルブシートと一体構成になっている、請求項2ないし6のいずれか1つに記載のバルブ装置。
  8. 前記径方向拡大部(202)は、前記筒状部のうちの前記一軸方向の前記一方側で該筒状部から径方向外側に拡がるように形成され、
    前記被付勢部は、前記筒状部と前記径方向拡大部とを含むスリーブ(20)と、前記径方向拡大部と前記バルブ面との間で前記付勢部材の付勢力によって圧縮されている環状のバルブシート(22)とを有し、
    前記バルブシートには、前記径方向拡大部に対向する拡大部対向面(222)が形成されており、
    前記拡大部対向面には、前記バルブシートの周方向に延びて環形状を成し前記径方向拡大部によって局所的に強く押圧された環状押圧部(223)が設けられている、請求項5または6に記載のバルブ装置。
  9. 弾性体で構成されたシート介装部材(30)を備え、
    前記径方向拡大部(202)は、前記筒状部のうちの前記一軸方向の前記一方側で該筒状部から径方向外側に拡がるように形成され、
    前記被付勢部は、前記筒状部と前記径方向拡大部とを含むスリーブ(20)と、前記径方向拡大部と前記バルブ面との間で前記付勢部材の付勢力によって圧縮されている環状のバルブシート(22)とを有し、
    前記シート介装部材は、前記バルブシートに沿って環状に形成され、前記径方向拡大部と前記バルブシートとに比して高い弾力性を有し、前記径方向拡大部と前記バルブシートとの間に挟まっている、請求項5または6に記載のバルブ装置。
  10. 前記シール材はXリングまたはOリングである、請求項2ないし9のいずれか1つに記載のバルブ装置。
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