JP2020159500A - 制御バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】シール筒部材の軸方向の端部の突出高さの変化に起因するシール筒部材の弁摺接面の部分的な面圧の増加を抑制し、シール筒部材の早期摩耗を抑制することができる制御バルブを提供する。【解決手段】制御バルブはケーシングと弁体とシール筒部材１３１を備える。ケーシングは流入口と流出口を有する。弁体はケーシングの内部に回転可能に配置され、内外を連通する弁孔が形成された周壁部を有する。シール筒部材１３１は一端部が流出口の下流側に連通し、他端部に弁摺接面１４１ａが設けられている。シール筒部材１３１の他端部は、周壁部の外周面の形状に沿って突出高さが周方向で連続的に変化する。シール筒部材１３１の他端部のうちの突出高さの低い領域には、他の部位に比較して肉厚が厚く弁摺接面に達する肉厚部５５が設けられている。【選択図】図８

Description

本発明は、車両用冷却水の流路切換等に用いられる制御バルブに関するものである。

冷却水を用いてエンジンを冷却する冷却システムでは、ラジエータとエンジンの間を循環するラジエータ流路とは別に、ラジエータをバイパスするバイパス流路やオイルウォーマを通過する暖気流路等が併設されることがある。この種の冷却システムでは、流路の分岐部に制御バルブが介装され、その制御バルブによって適宜流路が切り換えられる。制御バルブとしては、ケーシング内に円筒状の弁体が回転可能に配置され、弁体の回転位置に応じて任意の流路が開閉されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の制御バルブは、ケーシングに、冷却水等の液体が流入する流入口と、その流入した液体を外部に流出させる複数の流出口が設けられている。弁体の周壁には、内外を連通する弁孔が複数の流出口と対応して複数形成されている。各流出口には、略円筒状のシール筒部材の一端部側が摺動自在に保持されている。各シール筒部材の一端部は対応する流出口の下流側に連通している。また、各シール筒部材の他端部には、弁体の外周面に摺動自在に当接する弁摺接面が設けられている。各シール筒部材の弁摺接面は、弁体の対応する弁孔の回転経路とラップする位置において、弁体の外周面に摺接する。
なお、シール筒部材の弁摺接面は、弁体の外周面に密接する関係上、弁体の外面形状に沿うように形成されている。つまり、シール筒部材の軸方向の他端部は、弁体の外面形状に沿うように、弁体方向への突出高さが当該シール筒部材の円周方向で連続的に変化している。

上記制御バルブの弁体は、シール筒部材が対応する弁孔と連通する位置にあるときには、弁体の内側領域から対応する流出口への液体の流出を許容し、シール筒部材が対応する弁孔と連通しない位置にあるときには、弁体の内側領域から対応する流出口への液体の流出を遮断する。なお、弁体は、電動モータ等のアクチュエータによって回転位置を操作される。

特開２０１７−３０６４号公報

上記従来の制御バルブは、シール筒部材の他端部の突出高さが、円筒状の弁体の外面形状に沿うように連続して変化している。このため、弾性を有するシール筒部材と弁体とが曲面部分で接触することになり、両者の間に押し付け方向の荷重が作用したときに接触面のヘルツ面圧が増大する。シール筒部材では、他端部側の突出高さが最も低い領域（凹状に形状変化する領域）のヘルツ面圧が増大する。したがって、上記従来の制御バルブでは、シール筒部材が弁体の外周面に押し付けられた状態で、弁体が回転操作されると、シール筒部材の他端部側の突出高さの低い領域の弁摺接面が早期に摩耗することが懸念される。

そこで本発明は、シール筒部材の軸方向の端部の突出高さの変化に起因するシール筒部材の弁摺接面の部分的な面圧の増加を抑制し、シール筒部材の早期摩耗を抑制することができる制御バルブを提供しようとするものである。

本発明に係る制御バルブは、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
すなわち、本発明に係る制御バルブは、外部から液体が流入する流入口、及び、内部に流入した液体を外部に流出させる流出口を有するケーシングと、前記ケーシングの内部に回転可能に配置され、内外を連通する弁孔が形成された周壁部を有する弁体と、軸方向の一端部が、前記流出口の下流側に連通するとともに、軸方向の他端部に、前記弁体の前記弁孔の回転経路と少なくとも一部がラップする位置で前記周壁部の外周面に摺動自在に当接する弁摺接面が設けられたシール筒部材と、を備え、前記シール筒部材の軸方向の他端部は、前記周壁部の外周面の形状に沿って、前記周壁部に向かう方向の突出高さが周方向で連続的に変化する制御バルブにおいて、前記シール筒部材の軸方向の他端部のうちの、前記突出高さの低い領域には、他の部位に比較して肉厚が厚く前記弁摺接面に達する肉厚部が設けられていることを特徴とする。

上記の構成により、シール筒部材の軸方向の他端部が弁体の周壁部の外周面に閉塞されると、弁体の内側から流出口への液体の流出が遮断される。この状態から弁体が回転して、シール筒部材の軸方向の他端部が弁体の弁孔に連通する（ラップする）と、弁体の内側から流出口に液体が流出する。シール筒部材の軸方向の他端部が弁体の周壁部の外周面によって閉塞されているときには、シール筒部材の弁摺接面が弁体の周壁部に押し付けられている。このとき、シール筒部材の他端部側では、弁体方向の突出高さの低い領域のヘルツ面圧が高くなる。しかし、本発明に係る制御バルブでは、シール筒部材の他端部側の突出高さの低い領域に弁摺接面に達する肉厚部が設けられているため、突出高さの低い領域での部分的な面圧の増加が抑制される。この結果、シール筒部材の他端部側の突出高さの低い領域の早期摩耗が抑制される。

前記肉厚部は、前記シール筒部材の周壁の径方向内側に膨出して設けられるようにしても良い。

この場合、シール筒部材の他端部側の外面形状を円形にすることができるため、シール筒部材の他端部側が、ケーシングの流出口等に摺動自在に保持される構造を採用する場合に、シール筒部材を保持するケーシング側の保持部の構造を簡素化することができる。また、このときシール筒部材とケーシング側の保持部の間のシール構造も簡素化することができる。したがって、本構成を採用した場合には、制御バルブの製造を容易にし、製造コストの低減を図ることができる。

前記弁摺接面の内周部のうちの、相互に対向する二位置には、前記肉厚部により、前記弁体の回転軸線と略直交する方向に延びる直線状内縁部がそれぞれ形成されるようにしても良い。

この場合、シール筒部材の内面形状も比較的簡単な形状となるため、低コストでの製造が可能になる。また、シール筒部材を他端部側から見たときに、シール筒部材の内周の直線状内縁部によってシール筒部材の周方向の位置を容易に把握することができる。したがって、制御バルブの製造時に、シール筒部材をケーシング側に容易に組み付けることができる。

前記シール筒部材は、前記一端部側に位置され、前記流出口の下流側に連通する第１筒部と、前記他端部側に位置され、軸方向の端面が前記弁摺接面を構成する第２筒部と、を有し、前記第１筒部の内径は、前記第２筒部の内径よりも小さく形成され、前記肉厚部は、前記第２筒部に設けられるようにしても良い。

この場合、シール筒部材を通して流出口の下流側に流出する液体の流量は、相対的に内径の小さいシール筒部材の第１筒部の内径によって決定される。肉厚部は、相対的に内径の大きい第２筒部の径方向内側に設けられているため、流出口の下流側に流出する液体の流量には影響を与えない。したがって、本構成を採用した場合には、流出口に流出する液体の流量を容易に設定調整することができる。

本発明では、シール筒部材の軸方向の他端部の周壁のうちの、突出高さの低い領域に、他の部位に比較して肉厚が厚く弁摺接面に達する肉厚部が設けられているため、突出高さの低い領域での部分的な面圧の増加を抑制し、シール筒部材の早期摩耗を抑制することができる。

実施形態に係る冷却システムのブロック図である。 実施形態に係る制御バルブの斜視図である。 実施形態に係る制御バルブの分解斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿う拡大図である。 図５のＶＩ部拡大図である。 実施形態のシール筒部材の斜視図である。 実施形態のシール筒部材の端面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明では、冷却水を用いてエンジンを冷却する冷却システムに、本実施形態の制御バルブを採用した場合について説明する。

［冷却システム］
図１は、冷却システム１のブロック図である。
図１に示すように、冷却システム１は、車両駆動源に少なくともエンジンを具備する車両に搭載される。なお、車両としては、エンジンのみを有する車両の他、ハイブリッド車両やプラグインハイブリッド車両等であっても構わない。

冷却システム１は、エンジン２（ＥＮＧ）、ウォータポンプ３（Ｗ／Ｐ）、ラジエータ４（ＲＡＤ）、ヒートエクスチェンジャ５（Ｈ／ＥＸ）、ヒータコア６（ＨＴＲ）、ＥＧＲクーラ７（ＥＧＲ）及び制御バルブ８（ＥＷＶ）が各種流路１０〜１４により接続されて構成されている。
ウォータポンプ３、エンジン２及び制御バルブ８は、メイン流路１０上で上流から下流にかけて順に接続されている。メイン流路１０では、ウォータポンプ３の動作により冷却水（液体）がエンジン２及び制御バルブ８を順に通過する。

メイン流路１０には、ラジエータ流路１１、暖機流路１２、空調流路１３及びＥＧＲ流路１４がそれぞれ接続されている。これらラジエータ流路１１、暖機流路１２、空調流路１３及びＥＧＲ流路１４は、メイン流路１０のうちウォータポンプ３の上流部分と制御バルブ８とを接続している。

ラジエータ流路１１には、ラジエータ４が接続されている。ラジエータ流路１１では、ラジエータ４において、冷却水と外気との熱交換が行われる。

暖機流路１２には、ヒートエクスチェンジャ５が接続されている。ヒートエクスチェンジャ５とエンジン２との間には、オイル流路１８を通してエンジンオイルが循環している。暖機流路１２では、ヒートエクスチェンジャ５において、冷却水とエンジンオイルとの熱交換が行われる。すなわち、ヒートエクスチェンジャ５は、水温が油温よりも高い場合にオイルウォーマとして機能し、エンジンオイルを加熱する。一方、ヒートエクスチェンジャ５は、水温が油温よりも低い場合にオイルクーラとして機能し、エンジンオイルを冷却する。

空調流路１３には、ヒータコア６が接続されている。ヒータコア６は、例えば空調装置のダクト（不図示）内に設けられている。空調流路１３では、ヒータコア６において、冷却水とダクト内を流通する空調空気との熱交換が行われる。

ＥＧＲ流路１４には、ＥＧＲクーラ７が接続されている。ＥＧＲ流路１４では、ＥＧＲクーラ７において、冷却水とＥＧＲガスとの熱交換が行われる。

上述した冷却システム１では、メイン流路１０においてエンジン２を通過した冷却水が、制御バルブ８内に流入した後、制御バルブ８の動作によって各種流路１１〜１３に選択的に分配される。これにより、早期昇温や高水温（最適温）制御等を実現でき、車両の燃費向上が図られている。

＜制御バルブ＞
図２は、制御バルブ８の斜視図である。図３は、制御バルブ８の分解斜視図である。
図２、図３に示すように、制御バルブ８は、ケーシング２１と、弁体２２（図３参照）と、駆動ユニット２３と、を主に備えている。

（ケーシング）
ケーシング２１は、有底筒状のケーシング本体２５と、ケーシング本体２５の開口部を閉塞する蓋体２６と、を有している。なお、以下の説明では、ケーシング２１の軸線Ｏ１に沿う方向を単にケース軸方向という。ケース軸方向において、ケーシング本体２５のケース周壁３１に対してケーシング本体２５の底壁部３２に向かう方向を第１側といい、ケーシング本体２５のケース周壁３１に対して蓋体２６に向かう方向を第２側という。さらに、軸線Ｏ１に直交する方向をケース径方向といい、軸線Ｏ１回りの方向をケース周方向という。

ケーシング本体２５のケース周壁３１には、複数の取付片３３が形成されている。各取付片３３は、ケース周壁３１からケース径方向の外側に突設されている。制御バルブ８は、例えば各取付片３３を介してエンジンルーム内に固定される。なお、各取付片３３の位置や数等は、適宜変更が可能である。

図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
図３、図４に示すように、ケース周壁３１における第２側に位置する部分には、ケース径方向の外側に膨出する流入ポート３７が形成されている。流入ポート３７には、流入ポート３７をケース径方向に貫通する流入口３７ａ（図４参照）が形成されている。流入口３７ａは、ケーシング２１内外を連通している。流入ポート３７の開口端面（ケース径方向の外側端面）には、上述したメイン流路１０（図１参照）が接続される。

図４に示すように、ケース周壁３１において、軸線Ｏ１を間に挟んで流入ポート３７にケース径方向で対向する位置には、ケース径方向の外側に膨出するラジエータポート４１が形成されている。ラジエータポート４１には、フェール開口４１ａ及びラジエータ流出口４１ｂ（流出口）がケース軸方向に並んで形成されている。フェール開口４１ａ及びラジエータ流出口４１ｂは、ラジエータポート４１をそれぞれケース径方向に貫通している。本実施形態において、フェール開口４１ａは、上述した流入口３７ａにケース径方向で対向している。また、ラジエータ流出口４１ｂは、フェール開口４１ａに対してケース軸方向の第１側に位置している。

ラジエータポート４１の開口端面（ケース径方向の外側端面）には、ラジエータジョイント４２が接続されている。ラジエータジョイント４２は、ラジエータポート４１とラジエータ流路１１（図１参照）の上流端部との間を接続している。なお、ラジエータジョイント４２は、ラジエータポート４１の開口端面に溶着（例えば、振動溶着等）されている。

フェール開口４１ａには、サーモスタット４５が設けられている。サーモスタット４５は、上述した流入口３７ａにケース径方向で対向している。サーモスタット４５は、ケーシング２１内を流れる冷却水の温度に応じてフェール開口４１ａを開閉する。

蓋体２６のうち、軸線Ｏ１に対してケース径方向でラジエータポート４１寄りに位置する部分には、ＥＧＲ流出口５１が形成されている。ＥＧＲ流出口５１は、蓋体２６をケース軸方向に貫通している。本実施形態において、ＥＧＲ流出口５１は、フェール開口４１ａの開口方向（ケース径方向）に交差（直交）している。また、ＥＧＲ流出口５１は、ケース軸方向から見た正面視において、サーモスタット４５に少なくとも一部が重なり合っている。

蓋体２６において、ＥＧＲ流出口５１の開口縁には、ＥＧＲジョイント５２が形成されている。ＥＧＲジョイント５２は、ケース軸方向の第２側に向かうに従いケース径方向の外側に延びる管状に形成され、ＥＧＲ流出口５１と上述したＥＧＲ流路１４（図１参照）の上流端部との間を接続している。

図３に示すように、ケース周壁３１において、ラジエータポート４１よりもケース軸方向の第１側に位置する部分には、ケース径方向の外側に膨出する暖機ポート５６が形成されている。暖機ポート５６には、暖機ポート５６をケース径方向に貫通する暖機流出口５６ａ（流出口）が形成されている。暖機ポート５６の開口端面には、暖機ジョイント６２が接続されている。暖機ジョイント６２は、暖機ポート５６と上述した暖機流路１２（図１参照）の上流端部とを接続している。なお、暖機ジョイント６２は、暖機ポート５６の開口端面に溶着（例えば、振動溶着等）されている。

図２，図３に示すように、ケース周壁３１のうち、ケース軸方向におけるラジエータポート４１と暖機ポート５６との間であって、かつ暖機ポート５６に対してケース周方向で１８０°程度ずれた位置には、空調ポート６６が形成されている。空調ポート６６には、空調ポート６６をケース径方向に貫通する空調流出口６６ａ（流出口）が形成されている。空調ポート６６の開口端面には、空調ジョイント６８が接続されている。空調ジョイント６８は、空調ポート６６と上述した空調流路１３（図１参照）の上流端部とを接続している。なお、空調ジョイント６８は、空調ポート６６の開口端面に溶着（例えば、振動溶着等）されている。

（駆動ユニット）
図２に示すように、駆動ユニット２３は、ケーシング本体２５の底壁部３２に取り付けられている。駆動ユニット２３は、図示しないモータや減速機構、制御基板等がユニットケース内に収納されている。

（弁体）
図３、図４に示すように、弁体２２は、ケーシング２１内に収容されている。弁体２２は、円筒状に形成され、ケーシング２１の内部において、ケーシング２１の軸線Ｏ１と同軸に配置されている。弁体２２は、軸線Ｏ１回りに回転することで、上述した各流出口（ラジエータ流出口４１ｂ、暖機流出口５６ａ及び空調流出口６６ａ）を開閉する。

図４に示すように、弁体２２は、ロータ本体７２の内側に内側軸部７３がインサート成形されて構成されている。内側軸部７３は、軸線Ｏ１と同軸に延在している。

内側軸部７３の第１側端部は、底壁部３２に形成された貫通孔（大気開放部）３２ａを通して底壁部３２をケース軸方向に貫通している。内側軸部７３の第１側端部は、上述した底壁部３２に設けられた第１ブッシュ（第１軸受）７８に回転可能に支持されている。具体的に、底壁部３２には、ケース軸方向の第２側に向けて第１軸収容壁７９が形成されている。第１軸収容壁７９は、上述した貫通孔３２ａを取り囲んでいる。第１軸収容壁７９の内側には、上述した第１ブッシュ７８が嵌合されている。

内側軸部７３のうち、第１ブッシュ７８よりもケース軸方向の第１側に位置する部分（底壁部３２よりも外側に位置する部分）には、連結部７３ａが形成されている。連結部７３ａは、ケーシング２１の外部において、上述した駆動ユニット２３に連結されている。これにより、駆動ユニット２３の動力が内側軸部７３に伝達される。

内側軸部７３の第２側端部は、上述した蓋体２６に設けられた第２ブッシュ（第２軸受）８４に回転可能に支持されている。具体的に、蓋体２６には、ケース軸方向の第１側に向けて第２軸収容壁８６が形成されている。第２軸収容壁８６は、上述したＥＧＲ流出口５１よりもケース径方向の内側で、軸線Ｏ１を取り囲んでいる。第２軸収容壁８６の内側には、上述した第２ブッシュ８４が嵌合されている。

ロータ本体７２は、上述した内側軸部７３の周囲を取り囲んでいる。ロータ本体７２は、内側軸部７３を覆う外側軸部８１と、外側軸部８１を囲繞する周壁部８２と、外側軸部８１と周壁部８２を連結するスポーク部８３と、を有している。

外側軸部８１は、内側軸部７３におけるケース軸方向の両端部を露出させた状態で、内側軸部７３の周囲を全周に亘って取り囲んでいる。本実施形態では、外側軸部８１及び内側軸部７３によって弁体２２の回転軸８５を構成している。

上述した第１軸収容壁７９内において、第１ブッシュ７８に対してケース軸方向の第２側に位置する部分には、第１リップシール８７が設けられている。第１リップシール８７は、第１軸収容壁７９の内周面と回転軸８５（外側軸部８１）の外周面との間をシールする。第１軸収容壁７９内において、第１リップシール８７よりもケース軸方向の第１側に位置する部分は、貫通孔３２ａを通じて大気に開放されている。

一方、上述した第２軸収容壁８６内において、第２ブッシュ８４に対してケース軸方向の第１側に位置する部分には、第２リップシール８８が設けられている。第２リップシール８８は、第２軸収容壁８６の内周面と回転軸８５（外側軸部８１）の外周面との間をシールする。蓋体２６には、蓋体２６をケース軸方向に貫通する貫通孔（大気開放部）９８が形成されている。

弁体２２の周壁部８２は、軸線Ｏ１と同軸に配置されている。周壁部８２は、ケーシング２１内において、流入口３７ａよりもケース軸方向の第１側に位置する部分に配置されている。具体的に、周壁部８２は、ケース軸方向において、フェール開口４１ａを回避し、かつラジエータ流出口４１ｂ、暖機流出口５６ａ及び空調流出口６６ａに跨る位置に配置されている。周壁部８２の内側は、流入口３７ａを通してケーシング２１内に流入した冷却水がケース軸方向に流通する流通路９１を構成している。一方、ケーシング２１内において、周壁部８２よりもケース軸方向の第２側に位置する部分は、流通路９１に連通する接続流路９２を構成している。なお、周壁部８２の外周面と、ケース周壁３１の内周面と、の間には、ケース径方向に隙間Ｃ２が設けられている。

周壁部８２において、上述したラジエータ流出口４１ｂとケース軸方向の同位置には、周壁部８２をケース径方向に貫通する弁孔９５が形成されている。弁孔９５は、ケース径方向から見てラジエータ流出口４１ｂに挿入されたシール筒部材１３１と少なくとも一部が重なり合う場合に、弁孔９５を通じて周壁部８２内（流通路９１）とラジエータ流出口４１ｂとを連通させる。

周壁部８２において、上述した暖機流出口５６ａとケース軸方向の同位置には、周壁部８２をケース径方向に貫通する別の弁孔９６が形成されている。弁孔９６は、ケース径方向から見て暖機流出口５６ａに挿入されたシール筒部材１３１と少なくとも一部が重なり合う場合に、弁孔９６を通じて周壁部８２内（流通路９１）と暖機流出口５６ａとを連通させる。

周壁部８２において、上述した空調流出口６６ａとケース軸方向の同位置には、周壁部８２をケース径方向に貫通するさらに別の弁孔９７が形成されている。弁孔９７は、ケース径方向から見て空調流出口６６ａに挿入されたシール筒部材１３１と少なくとも一部が重なり合う場合に、弁孔９７を通じて周壁部８２内（流通路９１）と空調流出口６６ａとを連通させる。

弁体２２は、軸線Ｏ１回りの回転に伴い、弁孔９５，９６，９７と、これらに対応する各流出口４１ｂ，５６ａ，６６ａとの連通及び遮断を切り替える。なお、弁孔９５，９６，９７と流出口４１ｂ，５６ａ，６６ａの連通パターンは、適宜設定が可能である。

つづいて、暖機ポート５６及び暖機ジョイント６２の接続部分の詳細について説明する。なお、ラジエータポート４１とラジエータジョイント４２との接続部分、及び空調ポート６６と空調ジョイント６８との接続部分については、暖機ポート５６及び暖機ジョイント６２の接続部分と同等の構成であるため、説明を省略する。

図５は、図２のＶ―Ｖ線に相当する拡大断面図である。以下の説明では、暖機流出口５６ａの軸線Ｏ２に沿う方向をポート軸方向（第１方向）という場合がある。この場合、ポート軸方向において、暖機ポート５６に対して軸線Ｏ１に向かう方向を内側といい、暖機ポート５６に対して軸線Ｏ１から離間する方向を外側という。また、軸線Ｏ２に直交する方向をポート径方向（第２方向）といい、軸線Ｏ２回りの方向をポート周方向という場合がある。
図５に示すように、暖機ポート５６は、ポート軸方向に延びるシール筒部１０１と、シール筒部１０１からポート径方向の外側に張り出すポートフランジ部１０２と、を有している。シール筒部１０１の内側は、上述した暖機流出口５６ａ（流出口）を構成している。本実施形態において、シール筒部１０１の内径は、ポート軸方向の外側端部を除く領域で一様に設定されている。

ポートフランジ部１０２の外周部分には、ポート軸方向の外側に突出する囲繞壁１０５が形成されている。囲繞壁１０５は、ポートフランジ部１０２の全周に亘って形成されている。ポートフランジ部１０２において、囲繞壁１０５に対してポート径方向の内側に位置する部分には、ポート軸方向の外側に突出するポート接合部１０６が形成されている。ポート接合部１０６は、ポートフランジ部１０２の全周に亘って形成されている。

暖機ジョイント６２は、軸線Ｏ２と同軸に配置されたジョイント筒部１１０と、ジョイント筒部１１０におけるポート軸方向の内側端部からポート径方向の外側に張り出すジョイントフランジ部１１１と、を有している。

ジョイントフランジ部１１１は、外径がポートフランジ部１０２と同等で、かつ内径がシール筒部１０１の外径よりも大きい環状に形成されている。ジョイントフランジ部１１１の内周部分には、ポート軸方向の内側に突出するジョイント接合部１１３が形成されている。ジョイント接合部１１３は、ポート接合部１０６にポート軸方向で対向している。暖機ポート５６及び暖機ジョイント６２は、ポート接合部１０６とジョイント接合部１１３との対向面同士が振動溶着されることで、互いに接合されている。

ジョイント筒部１１０は、ジョイントフランジ部１１１の内周縁からポート軸方向の外側に延在している。ジョイント筒部１１０は、ポート軸方向の外側に向かうに従い段階的に縮径する多段筒状に形成されている。具体的には、ジョイント筒部１１０は、大径部１２１、中径部１２２及び小径部１２３がポート軸方向の外側に向けて順に連なっている。

大径部１２１は、上述したシール筒部１０１に対してポート径方向の外側に間隔をあけた状態で、シール筒部１０１を囲繞している。中径部１２２は、シール筒部１０１に対してポート軸方向に隙間Ｑ１をあけて対向している。

暖機ポート５６及び暖機ジョイント６２で囲まれた部分には、シール機構１３０が設けられている。シール機構１３０は、シール筒部材１３１と、付勢部材１３２と、シールリング１３３と、ホルダ１３４と、を有している。なお、図３に示すように、上述したラジエータポート４１内及び空調ポート６６内にも、暖機ポート５６内に設けられたシール機構１３０と同様の構成からなるシール機構１３０が設けられている。本実施形態の説明では、ラジエータポート４１内及び空調ポート６６内に設けられたシール機構１３０については、暖機ポート５６内に設けられたシール機構１３０と同様の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、シール筒部材１３１は、暖機流出口５６ａ内に挿入されている。シール筒部材１３１は、軸線Ｏ２と同軸に延びる周壁を有している。シール筒部材１３１の周壁は、ポート軸方向の外側に向かうに従い外径が段状に縮径する多段筒状に形成されている。具体的には、シール筒部材１３１の周壁は、ポート軸方向の外側（軸方向の一端側）に位置され、暖機流出口５６ａの下流側に連通する第１筒部１４２と、ポート軸方向の内側（軸方向の他端側）に位置され、第１筒部１４２よりも内径及び外径が大きい第２筒部１４１と、を有している。

シール筒部材１３１は、大径の第２筒部１４１がシール筒部１０１の内周面に摺動可能に挿入されている。第２筒部１４１におけるポート軸方向の内側端面は、弁体２２の周壁部８２の外周面に摺動自在に当接する弁摺接面１４１ａを構成している。なお、本実施形態において、弁摺接面１４１ａは、周壁部８２の外周面の曲率半径に倣って形成された湾曲面とされている。

第１筒部１４２の外周面は、第２筒部１４１の外周面に対して段差面１４３を介して連なっている。段差面１４３は、ポート軸方向の内側に向かうに従いポート径方向の外側に傾斜した後、ポート径方向の外側にさらに延設されている。したがって、小径の第１筒部１４２の外周面と、シール筒部１０１の内周面と、の間には、ポート径方向にシール隙間Ｑ２が設けられている。

第１筒部１４２におけるポート軸方向の外側端面（以下、「座面１４２ａ」という。）は、ポート軸方向と直交する平坦面とされている。第１筒部１４２の座面１４２ａは、ポート軸方向においてシール筒部１０１の外側端面と同等の位置に配置されている。なお、シール筒部材１３１は、暖機ジョイント６２に対してポート径方向及びポート軸方向で離間している。

付勢部材１３２は、シール筒部材１３１の座面１４２ａと、暖機ジョイント６２における小径部１２３のポート軸方向の内側端面と、の間に介在している。付勢部材１３２は、例えばウェーブスプリングである。付勢部材１３２は、シール筒部材１３１をポート軸方向の内側に向けて（周壁部８２に向けて）付勢している。

シールリング１３３は、例えばＹパッキンである。シールリング１３３は、開口部（二股部）をポート軸方向の内側に向けた状態で、シール筒部材１３１の第１筒部１４２に外挿されている。具体的に、シールリング１３３は、上述したシール隙間Ｑ２内に配置された状態で、二股部の各先端部が第１筒部１４２の外周面及びシール筒部１０１の内周面にそれぞれ摺動可能に密接している。なお、シール隙間Ｑ２内において、シールリング１３３に対してポート軸方向の内側領域は、シール筒部１０１の内周面とシール筒部材１３１の第２筒部１４１との隙間を通じてケーシング２１の液圧が導入される。段差面１４３は、ポート軸方向におけるシール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａと相反する向きに形成されている。段差面１４３は、ケーシング２１内の冷却水の液圧を受けてポート軸方向の内側に押圧される受圧面を構成している。

図６は、図５のＶＩ部拡大図である。
ここで、シール筒部材１３１において、段差面１４３の面積Ｓ１と、弁摺接面１４１ａの面積Ｓ２とは、以下の式（１），（２）を満たすように設定されている。
Ｓ１＜Ｓ２≦Ｓ１／ｋ …（１）
α≦ｋ＜１ …（２）
ｋ：弁摺接面１４１ａと弁体２２の周壁部８２との間の微少隙間を流れる冷却水の圧力減少定数
α：冷却水の物性によって決まる圧力減少定数の下限値
なお、段差面１４３の面積Ｓ１と弁摺接面１４１ａの面積Ｓ２は、ポート軸方向に投影したときの面積を意味する。

式（２）におけるαは、冷却水の種類や、使用環境（例えば、温度）等によって決まる圧力減少定数の標準値である。例えば、通常使用条件下において、水の場合にはα＝１／２となる。使用する冷却水の物性が変化した場合には、α＝１／３等に変化する。
また、式（２）における圧力減少定数ｋは、弁摺接面１４１ａがポート径方向の外側端縁から内側端縁にかけて均一に周壁部８２に接しているときには、圧力減少定数の標準値であるα（例えば、１／２）となる。但し、シール筒部材１３１の製造誤差や組付け誤差等によって、弁摺接面１４１ａの外周部分と周壁部８２との間の隙間が弁摺接面１４１ａの内周部分に対して僅かに増大することがある。この場合、式（２）における圧力減少定数ｋは、次第にｋ=１に近づくことになる。

本実施形態では、シール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａと周壁部８２の外周面との間に、摺動を許容するために微小な隙間があることを前提として、段差面１４３と弁摺接面１４１ａの各面積Ｓ１，Ｓ２の関係が式（１），（２）によって決められている。
すなわち、シール筒部材１３１の段差面１４３には、上述したようにケーシング２１内の冷却水の圧力がそのまま作用する。一方で、弁摺接面１４１ａには、ケーシング２１内の冷却水の圧力がそのまま作用しない。具体的に、冷却水の圧力は、弁摺接面１４１ａと周壁部８２の間の微小な隙間を冷却水がポート径方向の外側端縁から内側端縁に向かって流れるときに圧力減少を伴いつつ作用する。このとき、冷却水の圧力は、ポート径方向の内側に向かって漸減しつつ、シール筒部材１３１をポート軸方向の外側に押し上げようとする。

その結果、シール筒部材１３１の段差面１４３には、段差面１４３の面積Ｓ１にケーシング２１内の圧力Ｐを乗じた力がそのまま作用する。一方、シール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａには、弁摺接面１４１ａの面積Ｓ２にケーシング２１内の圧力Ｐと圧力減少定数ｋとを乗じた力が作用する。

本実施形態の制御バルブ８は、式（１）からも明らかなようにｋ×Ｓ２≦Ｓ１が成り立つように面積Ｓ１，Ｓ２が設定されている。このため、Ｐ×ｋ×Ｓ２≦Ｐ×Ｓ１の関係も成り立つ。
したがって、シール筒部材１３１の段差面１４３に作用する押し付け方向の力Ｆ１（Ｆ１＝Ｐ×Ｓ１）は、シール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａに作用する浮き上がり方向の力Ｆ２（Ｆ２＝Ｐ×ｋ×Ｓ２）以上に大きくなる。よって、本実施形態の制御バルブ８においては、ケーシング２１内の冷却水の圧力の関係のみによっても、シール筒部材１３１と周壁部８２との間をシールすることができる。

一方、本実施形態では、上述したようにシール筒部材１３１の段差面１４３の面積Ｓ１が弁摺接面１４１ａの面積Ｓ２よりも小さい。そのため、ケーシング２１内の冷却水の圧力が大きくなっても、シール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａが過剰な力で周壁部８２に押し付けられるのを抑制できる。したがって、本実施形態の制御バルブ８を採用した場合には、弁体２２を回転駆動する駆動ユニット２３の大型化及び高出力化を回避することができる上、シール筒部材１３１や各ブッシュ７８，８４（図４参照）の早期摩耗を抑制できる。

このように、本実施形態では、シール筒部材１３１に作用するポート軸方向の内側への押し付け力が、シール筒部材１３１に作用するポート軸方向の外側への浮き上がり力を下回らない範囲で、弁摺接面１４１ａの面積Ｓ２が段差面１４３の面積Ｓ１よりも大きく設定されている。そのため、周壁部８２に対するシール筒部材１３１の過剰な力での押し付けを抑制しつつ、シール筒部材１３１と周壁部８２との間をシールできる。

上述したホルダ１３４は、隙間Ｑ１内において、暖機ポート５６及び暖機ジョイント６２に対してポート軸方向に移動可能に構成されている。また、ホルダ１３４は、暖機ポート５６及び暖機ジョイント６２の少なくとも何れかにポート軸方向で離間可能に配置されている。ホルダ１３４は、ホルダ筒部１５１と、ホルダフランジ部１５２と、規制部１５３と、を有している。

ホルダ筒部１５１は、ポート軸方向に延在している。ホルダ筒部１５１は、シール隙間Ｑ２内にポート軸方向の外側から挿入されている。ホルダ筒部１５１におけるポート軸方向の内側端面には、上述したシールリング１３３の底部が当接可能とされている。すなわち、ホルダ筒部１５１は、シールリング１３３のポート軸方向の外側への移動を規制する。

ホルダフランジ部１５２は、ホルダ筒部１５１におけるポート軸方向の外側端部からポート径方向の外側に突設されている。ホルダフランジ部１５２は、シール筒部１０１におけるポート軸方向の外側端面と、中径部１２２におけるポート軸方向の内側端面と、の間の隙間Ｑ１に配置されている。ホルダ１３４のポート軸方向の内側への移動は、シール筒部１０１によって規制され、ホルダ１３４のポート軸方向の外側への移動は、中径部１２２によって規制される。

規制部１５３は、ホルダ筒部１５１の内周部分からポート軸方向の外側に筒状に突出して形成されている。規制部１５３は、付勢部材１３２のポート径方向の移動を、ホルダ筒部１５１とともに規制する。

［シール筒部材の詳細］
図７は、シール筒部材１３１を弁摺接面１４１ａの側を上にして見た斜視図である。また、図８は、シール筒部材１３１を弁摺接面１４１ａの側から見た端面図である。
シール筒部材１３１は、第１筒部１４２と、第１筒部１４２よりも外径の大きい第２筒部１４１と、を有し、第２筒部１４１の軸方向の端部（軸方向の他端部）に、弁体２２の周壁部８２の外周面に摺動自在に当接する弁摺接面１４１ａが設けられている。第１筒部１４２の外周面と第２筒部１４１の外周面の間には、段差面１４３が設けられている。また、第１筒部１４２の内径は、第２筒部１４１の内径よりも小さく形成されている。第１筒部１４２の内周面と第２筒部１４１の内周面の間には段差面４４が設けられている。

第２筒部１４１の軸方向の端部（ポート軸方向の内側の端部）の周壁は、弁体２２の周壁部８２の外周面の形状に沿って、周壁部８２に向かう方向の突出高さが周方向で連続的に変化している。つまり、第２筒部１４１の軸方向の端部の周壁は、弁摺接面１４１ａが弁体２２の周壁部８２の外周面に面接触するように、突出高さが連続して変化している。第２筒部１４１の軸方向の端部は、軸線Ｏ１（弁体２２の回転軸線）に沿う方向に関して、最も外側に位置される領域の突出高さが最も低くなり、軸線Ｏ１と直交する方向（弁体２２の回転方向に沿う方向）に関して、最も外側に位置される領域の突出高さが最も高くなっている。なお、図８中の符号Ｃ１は、弁体２２の軸線Ｏ１方向においての弁孔９６（９５，９７）の中心を示す中心線である。

シール筒部材１３１は、第２筒部１４１の周壁のうちの、弁体２２の周壁部８２に向かう方向の突出高さ（以下、「弁体２２方向の突出高さ」と呼ぶ。）の低い二つの領域（弁体２２方向の突出高さが最小となる部位を含む二つの領域）に肉厚部５５が設けられている。各肉厚部５５は、第２筒部１４１の内周部に径方向内側に膨出して設けられている。二位置に配置された肉厚部５５は、図８に示すように、シール筒部材１３１を軸方向（ポート軸方向）から見たときに、径方向内側に向く内縁部が相互に平行になるように形成されている。第２筒部１４１の径方向内側には、相互に対向する直線状内縁部５０ａが肉厚部５５によって形成されている。第２筒部１４１の直線状内縁部５０ａ以外の部分の内縁部５０ｂは、第２筒部１４１の軸心を中心とした円弧状に形成されている。本実施形態の場合、第２筒部１４１の端部の突出高さの最も低い部位に肉厚部５５の最も肉厚の厚い部分が配置されている。
なお、肉厚部５５は、第１筒部１４２の内径よりも径方向内側に突出しないように形成することが望ましい。

また、肉厚部５５は、第２筒部１４１の内周面に径方向内側に膨出して形成されているが、肉厚部５５は、第１筒部１４２と第２筒部１４１の間の段差面４４部分から、第２筒部１４１の弁摺接面１４１ａ（シール筒部材１３１の軸方向の他端部の端面）に達する領域に延在している。第２筒部１４１の弁体２２側の端面に形成される弁摺接面１４１ａは、肉厚部５５によって第２筒部１４１の円周方向の他の領域よりも径方向幅が部分的に増大するように形成されている。

［制御バルブの動作方法］
次に、上述した制御バルブ８の動作方法を説明する。
図１に示すように、メイン流路１０において、ウォータポンプ３により送出される冷却水は、エンジン２で熱交換された後、制御バルブ８に向けて流通する。図４に示すように、メイン流路１０においてエンジン２を通過した冷却水は、流入口３７ａを通してケーシング２１内の接続流路９２内に流入する。

接続流路９２内に流入した冷却水のうち、一部の冷却水はＥＧＲ流出口５１内に流入する。ＥＧＲ流出口５１内に流入した冷却水は、ＥＧＲジョイント５２を通ってＥＧＲ流路１４内に供給される。ＥＧＲ流路１４内に供給された冷却水は、ＥＧＲクーラ７において、冷却水とＥＧＲガスとの熱交換が行われた後、メイン流路１０に戻される。

一方、接続流路９２内に流入した冷却水のうち、ＥＧＲ流出口５１内に流入しなかった冷却水は、ケース軸方向の第２側から流通路９１内に流入する。流通路９１内に流入した冷却水は、流通路９１内をケース軸方向に流通する過程で各流出口に分配される。すなわち、流通路９１内に流入する冷却水は、各流出口のうち対応する弁孔に連通している流出口を通して各流路１１〜１３に分配される。

制御バルブ８において、弁孔と流出口との連通パターンを切り替えるには、弁体２２を軸線Ｏ１回りに回転させる。そして、設定したい連通パターンに対応する位置で弁体２２の回転を停止させることで、弁体２２の停止位置に応じた連通パターンで弁孔と流出口とが連通する。

［実施形態の効果］
以上のように、本実施形態の制御バルブ８は、シール筒部材１３１の軸方向の端部の周壁のうちの、弁体２２方向の突出高さの低い領域に、他の部位に比較して肉厚が厚く、弁摺接面１４１ａに達する肉厚部５５が設けられている。このため、シール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａのうちの、ヘルツ面圧が高くなり易い突出高さの低い領域での部分的な面圧の増加を抑制することができる。したがって、本実施形態の制御バルブ８を採用した場合には、シール筒部材１３１の早期摩耗を抑制することができる。

また、本実施形態の制御バルブ８では、シール筒部材１３１（第１筒部１４２）の周壁の径方向内側に、肉厚部５５が膨出して設けられているため、シール筒部材１３１の大径の第１筒部１４２の外周面を単純な円形形状にすることができる。このため、シール筒部材１３１の第１筒部１４２を摺動自在に保持するケーシング２１側の流出口部分を単純な構造にすることができるとともに、シール筒部材１３１と流出口の間のシール構造も簡素化することができる。したがって、本実施形態の構成を採用した場合には、制御バルブ８の製造を容易にし、製造コストの低減を図ることができる。

また、本実施形態の制御バルブ８では、シール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａの内周部のうちの、相互に対向する二位置に、弁体２２の軸線Ｏ１と直交する方向に延びる直線状内縁部５０ａが肉厚部５５によって形成されている。このため、シール筒部材１３１の内面形状も比較的簡単な形状となり、シール筒部材１３１を低コストで容易に製造することが可能になる。また、肉厚部５５によって弁摺接面１４１ａの内周部に一対の直線状内縁部５０ａが形成されるため、シール筒部材１３１を軸方向の端部から見たときに、内周部の直線状内縁部５０ａによってシール筒部材１３１の周方向の位置を容易に把握することができる。したがって、本実施形態の制御バルブ８を採用した場合には、制御バルブ８の製造時に、シール筒部材１３１をケーシング２１の側に容易に組み付けることが可能になる。

さらに、本実施形態の制御バルブ８は、ケーシング２１の流出口に連通する第１筒部１４２と、弁摺接面１４１ａを有する第２筒部１４１がシール筒部材１３１に設けられ、第１筒部１４２の内径が第２筒部１４１の内径よりも小さく形成され、肉厚部５５が第２筒部１４１の径方向内側に設けられている。このため、シール筒部材１３１を通して流出口の下流側に流出する冷却水の流量が第１筒部１４２の内径によって決定され、内径の大きい第２筒部１４１に設けられる肉厚部５５は、流出口から流出する冷却水の流量に影響を与えない。したがって、本実施形態の構成を採用した場合には、流出口から流出する液体の流量を容易に設定調整することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、肉厚部５５が、シール筒部材１３１の周壁の径方向内側に膨出して設けられているが、肉厚部５５は、シール筒部材１３１の周壁の径方向外側に膨出して設けるようにしても良い。また、肉厚部５５は、必ずしも直線状である必要はなく、直線状以外の任意の形状に形成することができる。

８，８Ａ…制御バルブ
２１…ケーシング
２２…弁体
３７ａ…流入口
４１ｂ…ラジエータ流出口（流出口）
５０…直線状内縁部
５５…肉厚部
５６ａ…暖気流出口（流出口）
６６ａ…空調流出口（流出口）
８２…周壁部
９５，９６，９７…弁孔
１３１…シール筒部材
１４１…第２筒部
１４１ａ…弁摺接面
１４２…第１筒部
Ｏ１…軸線（回転軸線）

Claims (4)

1. 外部から液体が流入する流入口、及び、内部に流入した液体を外部に流出させる流出口を有するケーシングと、
   前記ケーシングの内部に回転可能に配置され、内外を連通する弁孔が形成された周壁部を有する弁体と、
   軸方向の一端部が、前記流出口の下流側に連通するとともに、軸方向の他端部に、前記弁体の前記弁孔の回転経路と少なくとも一部がラップする位置で前記周壁部の外周面に摺動自在に当接する弁摺接面が設けられたシール筒部材と、を備え、
   前記シール筒部材の軸方向の他端部は、前記周壁部の外周面の形状に沿って、前記周壁部に向かう方向の突出高さが周方向で連続的に変化する制御バルブにおいて、
   前記シール筒部材の軸方向の他端部のうちの、前記突出高さの低い領域には、他の部位に比較して肉厚が厚く前記弁摺接面に達する肉厚部が設けられていることを特徴とする制御バルブ。
2. 前記肉厚部は、前記シール筒部材の周壁の径方向内側に膨出して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制御バルブ。
3. 前記弁摺接面の内周部うちの、相互に対向する二位置には、前記肉厚部により、前記弁体の回転軸線と略直交する方向に延びる直線状内縁部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２に記載の制御バルブ。
4. 前記シール筒部材は、
   前記一端部側に位置され、前記流出口の下流側に連通する第１筒部と、
   前記他端部側に位置され、軸方向の端面が前記弁摺接面を構成する第２筒部と、を有し、
   前記第１筒部の内径は、前記第２筒部の内径よりも小さく形成され、
   前記肉厚部は、前記第２筒部に設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の制御バルブ。

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