JP2021148237A - 制御バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】流出口から流出される液体の流出流量の低下を抑制しつつ、弁体の周壁部の外径を小径化できるようにして、装置全体の小型化を図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２２と、シール筒部材３７を備えている。弁体２２は、弁孔４７が形成された周壁部４４を有する。シール筒部材３７は周壁部４４の外周面に摺動自在に当接する環状の弁摺接面５９を有する。シール筒部材３７は、流出口に連通する第１筒部５６と、軸方向の端面が弁摺接面５９を構成し、内径が第１筒部５６の内径よりも大きい第２筒部５７と、を有する。弁孔４７は、周壁部４４の周方向に沿う周方向幅が周壁部４４の軸方向に沿う軸方向幅よりも狭いオーバル形状とされている。周方向幅Ｗ１は式（１）を満たすように設定されている。Ｒ１≦Ｗ１＜Ｗ２…（１）、Ｒ１：第１筒部５６の内径、Ｗ２：弁孔４７の軸方向幅【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機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と、が設けられている。弁体は、ケーシングの内部に回転可能に配置されている。弁体は、略円筒形状の周壁部を有し、周壁部に当該周壁部の内外を連通する弁孔が形成されている。ケーシングの流出口には、シール筒部材が取り付けられている。シール筒部材の弁体の外周面（周壁部の外周面）に対向する側の端面には、弁体の周壁部の外周面に摺接する環状の弁摺接面が形成されている。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、周壁部の外周面に摺接する。

上記制御バルブの弁体は、シール筒部材の軸方向の端部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、シール筒部材の軸方向の端部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。
また、弁体の周壁部に形成される弁孔は、真円形状や、周方向に長い長孔形状に形成されている。弁体の特定の回転位置で流出口に液体を流す場合には、真円形状の弁孔が用いられ、弁体の広範な回転領域で流出口に液体を流す場合には、周方向に長い長孔状の弁孔が用いられる。

特開２０１８−７１６２１号公報

特許文献１に記載の制御バルブは、真円形状の弁孔の内径がシール筒部材の連通孔の内径とほぼ同じか、若干大きい内径に形成されている。このため、弁体の周壁上部に、円周方向に離間して複数の弁孔を形成する場合には、弁体の剛性低下を抑制する観点から弁体の周長をある程度以上に小さくすることができない。上記の制御バルブでは、このことが弁体の周壁部の外径を小径化するうえでのネックとなっていた。また、弁体の周壁部の外径を小径化するために、弁孔の内径を小さくすると、弁孔での液体の圧力損失が大きくなり、流出口から流出される液体の流出流量が低下してしまう。

そこで本発明は、流出口から流出される液体の流出流量の低下を抑制しつつ、弁体の周壁部の外径を小径化できるようにして、装置全体の小型化を図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。

本発明の一形態の制御バルブは、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環状の弁摺接面が設けられたシール筒部材と、を備えた制御バルブであって、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とともに、内径が前記第１筒部の内径よりも大きい第２筒部と、を有し、前記弁孔は、前記周壁部の周方向に沿う周方向幅が前記周壁部の軸方向に沿う軸方向幅よりも狭いオーバル形状に形成され、前記弁孔の前記周方向幅Ｗ１は、式（１）を満たすように設定されていることを特徴とする。
Ｒ１≦Ｗ１＜Ｗ２ …（１）
Ｒ１：第１筒部の内径
Ｗ２：弁孔の軸方向幅

本制御バルブは、弁体の弁孔が、周方向幅が軸方向幅よりも狭いオーバル形状とされているため、弁体の周壁部の剛性低下を抑制しつつ、周壁部の周長を短くすることができる。したがって、弁体の周壁部の外径を小径にすることができる。また、本制御バルブでは、弁孔の周方向幅がシール筒部材の第１筒部の内径以上の幅に設定されているため、流出口から流出される液体の圧力損失は、第１筒部の内径によって影響を受け、弁孔の周方向幅によって影響を受けることがない。このため、弁孔の周方向幅を狭めても、その周方向幅が上記の範囲であれば液体の圧力損失が増大することがない。
また、本制御バルブは、弁体の弁孔が、周方向幅が軸方向幅よりも狭いオーバル形状とされているため、弁孔が真円形状である場合に比較して、弁体の周方向の移動速度に対する弁孔とシール筒部材の連通面積の変化量を増加させることができる。このため、本制御バルブでは、弁体の回転調整により、所望の流出流量を迅速に得ることができる。

前記弁孔の前記軸方向幅Ｗ２は、式（２）を満たすように設定されることが望ましい。
Ｗ２＜Ｒ２ …（２）
Ｒ２：第２筒部の外径

この場合、弁孔の軸方向幅が、第２筒部の外径よりも狭い幅に設定されているため、流出口からの液体の流出流量が最大となる位置に弁体を回転させたときに、第２筒部の弁摺接面が、弁体の軸孔の軸方向外側の縁部に安定して当接する。このため、流出口からの液体の流出流量が最大となる位置に弁体を回転させたときにおけるシール筒部材の状態を安定させることができる。
また、シール筒部材の第２筒部が弁孔を通して弁体の周壁部の内側と連通しているときに、周壁部の外周側の液体が弁孔を通して第２筒部内に流入しにくくなる。したがって、本構成を採用した場合には、弁体の周壁部に当接したシール筒部材の周域に、不要な圧力変動が生じるのを抑制することができる。

前記弁孔の前記周方向幅Ｗ１は、式（３）を満たすように設定されることが望ましい。
Ｗ１＜Ｒ３ …（３）
Ｒ３：第２筒部の内径

この場合、弁孔の周方向幅が、第２筒部の内径よりも狭い幅に設定されているため、流出口からの液体の流出流量が最大となる位置に弁体を回転させたときに、第２筒部の弁摺接面が、弁体の軸孔の周方向外側の縁部に安定して当接する。このため、流出口からの液体の流出流量が最大となる位置に弁体を回転させたときにおけるシール筒部材の状態を安定させることができる。

前記シール筒部材は、前記第１筒部の外径が前記第２筒部の外径よりも大きく形成されるとともに、前記第１筒部の外周面と前記第２筒部の外周面の間に段差面が設けられ、前記段差面は、前記ケーシングの内部の液体の圧力を受けて前記シール筒部材を前記弁体の側に付勢する付勢用受圧面を構成し、前記付勢用受圧面の面積Ｓ１と前記シール筒部材の前記弁摺接面の面積Ｓ２とは、式（４），（５）を満たすように設定されるようにしても良い。
Ｓ１＜Ｓ２≦Ｓ１／ｋ …（４）
α≦ｋ＜１ …（５）
ｋ：弁摺接面と弁体の間の微少隙間を流れる液体の圧力減少定数。
α：液体の物性によって決まる圧力減少定数の下限値。

上記の構成により、シール筒部材の付勢用受圧面の面積Ｓ１は、シール筒部材の弁摺接面の面積Ｓ２に圧力減少定数ｋを乗じた値以上の面積となる。この結果、ケーシング内の液体の圧力が、付勢用受圧面と、弁摺接面の外側の周域部とに作用すると、付勢用受圧面を通してシール筒部材に作用する液圧による弁体方向の押し付け力が、弁摺接面と弁体の間の微少隙間から液体が漏れ出るときにシール筒部材に作用する弁体からの浮き上がり力以上の力となる。このため、シール筒部材の弁摺接面を弁体の外面に当接させた状態に維持することができる。
また、シール筒部材の付勢用受圧面の面積Ｓ１が弁摺接面の面積Ｓ２よりも小さいため、ケーシング内の液体の圧力が大きくなってもシール筒部材が過剰な力で弁体に押し付けられるのを抑制される。
本構成では、シール筒部材に作用する液体による弁体方向の押し付け力が、シール筒部材に作用する浮き上がり力を下回らない範囲で、弁摺接面の面積が付勢用受圧面の面積よりも大きく設定されている。したがって、本構成を採用した場合には、弁体に対するシール筒部材の過剰な力での押し付けを抑制しつつ、良好なシール性を確保することができる。

上述の制御バルブは、弁体の弁孔が、周方向幅が軸方向幅よりも狭いオーバル形状とされ、弁孔の周方向幅がシール筒部材の第１筒部の内径以上の幅に設定されているため、流出口から流出される液体の流出流量の低下を抑制しつつ、弁体の周壁部の外径を小径化することができる。したがって、上述の制御バルブを採用した場合には、液体の流出流量の低下を抑制しつつ、装置全体の小型化を図ることができる。

実施形態の冷却システムのブロック図。 実施形態の制御バルブの斜視図。 実施形態の制御バルブの分解斜視図 実施形態の制御バルブの図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。 実施形態の制御バルブの図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図。 図５のＶＩ部の拡大図。 実施形態のシール筒部材の縦断面図。 実施形態の弁体の周壁部の一部の展開図。

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、冷却液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の動作により冷却液（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、バイパス流路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、バイパス流路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、冷却液と外気との熱交換が行われる。バイパス流路１２は、制御バルブ８を通過した冷却液を、ラジエータ４（ラジエータ流路１１）を迂回してウォータポンプ３の上流部分に戻す。

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、冷却液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、冷却液と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を通過した冷却液が、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。

［制御バルブ］
図２は、制御バルブ８の斜視図であり、図３は、制御バルブ８の分解斜視図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う制御バルブ８の断面図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う制御バルブ８の断面図である。
これらの図に示すように、制御バルブ８は、ケーシング２１と、弁体２２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の開口側の端部に取り付けられる端部カバー２６と、を有している。ケーシング２１の内部には、弁体２２が回転可能に収容されている。ケーシング２１のうちの、弁体２２の回転中心軸線と合致する軸線をケーシング２１の軸線Ｏ１と言う。また、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言う。また、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に向かう方向をケース軸方向の一端側と言い、ケーシング本体２５のケース周壁３１に対して端部カバー２６に向かう方向をケース軸方向の他端側と言う。さらに、ケーシング２１の軸線Ｏ１に直交する方向をケース径方向と言う。

ケーシング本体２５は、樹脂材料によって外面形状が略直方体状に形成されている。ケース周壁３１のケース軸方向の他端側の端部には、複数の取付片３３が延設されている。制御バルブ８は、取付片３３を介して図示しないエンジンブロック等に固定される。

ケーシング２１の端部カバー２６は、円環状のフレーム枠２６ａの軸心位置にボス部２６ｃが配置されている。ボス部２６ｃは、複数のスポーク部２６ｂによってフレーム枠２６ａに支持されている。ボス部２６ｃには、有底円筒状の滑り軸受１６が取り付けられている。端部カバー２６のうちの、フレーム枠２６ａと、ボス部２６ｃと、隣接するスポーク部２６ｂとに囲まれた開口部分は、ケーシング２１の内部に冷却液を流入させる流入口１７とされている。流入口１７は、冷却システム１のメイン流路１０（図１参照）のエンジン２の下流側に接続されている。端部カバー２６は、ケーシング本体２５と同様に樹脂材料によって形成されている。

ケース周壁３１の一面を成す壁には、ケース径方向の外側に膨出するラジエータポート４１（図４参照）が形成されている。ラジエータポート４１には、図示しないフェール開口とラジエータ流出口６０（流出口）がケース軸方向と直交する方向に並んで形成されている。フェール開口とラジエータ流出口６０は、ラジエータポート４１を貫通して形成されている。また、フェール開口とラジエータ流出口６０とは、ケース周壁３１の一面を成す壁のうちの、ケース軸方向の他端側に偏った位置に形成されている。

ラジエータポート４１の開口端面には、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、ラジエータ流出口６０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。
また、ラジエータ流出口６０には、シール機構３６が設けられている。シール機構３６は、シール筒部材３７と、付勢部材３８と、シール部材３９，４０と、を備えている。シール筒部材３７は、軸方向の一端部がラジエータ流出口６０に連通するとともに、軸方向の他端部が、後述する弁体２２によって開閉される。シール機構３６については、後に詳述する。

フェール開口には、サーモスタット６１が配置されている。サーモスタット６１は、ケーシング２１内を流れる冷却液の温度に応じてフェール開口を開閉する。フェール開口は、ラジエータジョイント４２（ラジエータ流路１１）に連通している。サーモスタット６１は、ケーシング２１内を流れる冷却液の温度が規定の温度よりも高まったときに、フェール開口を開いてケーシング２１内の冷却液をラジエータ流路１１に流出させる。

ケース周壁３１のケース軸方向の一端側の端部近傍には、サーモスタット６１の収容部に隣接してＥＧＲポート６２が形成されている。ＥＧＲポート６２は、ケース周壁３１にケース径方向の外側に膨出して形成されている。ＥＧＲポート６２には、サーモスタット６１の収容部内のサーモスタット６１よりも上流側部分に連通するＥＧＲ流出口６３が形成されている。ＥＧＲポート６２の開口端面には、ＥＧＲジョイント５２が接続されている。ＥＧＲジョイント５２は、ＥＧＲ流出口６３とＥＧＲ流路１４（図１参照）の上流端部との間を接続している。

ケース周壁３１のラジエータポート４１の形成される壁と対向する側の壁には、ケース径方向の外側に膨出するバイパスポート６４が形成されている。バイパスポート６４には、バイパスポート６４をケース径方向に貫通するバイパス流出口６５（流出口）が形成されている。バイパス流出口６５は、ケーシング２１の軸線Ｏ１を間に挟んで、ラジエータ流出口６０と対向する位置に形成されている。また、バイパス流出口６５は、ラジエータ流出口６０と同様にケース周壁３１のケース軸方向の他端側に偏った位置に形成されている。バイパスポート６４の開口端面には、バイパスジョイント６６が接続されている。バイパスジョイント６６は、バイパス流出口６５とバイパス流路１２（図１参照）の上流端部とを接続している。バイパス流出口６５には、ラジエータ流出口６０に設けられるものと同様のシール機構３６が設けられている。このシール機構３６のシール筒部材３７は、軸方向の一端部がバイパス流出口６５に連通するとともに、軸方向の他端部が弁体２２によって開閉される。

ケース周壁３１のうちの、ラジエータポート４１の形成される壁の一側に隣接する壁には、ケース径方向の外側に膨出する空調ポート６７（図２，図３参照）が形成されている。空調ポート６７には、空調ポート６７をケース径方向に貫通する空調流出口６８が形成されている。空調ポート６７の開口端面には、空調ジョイント６９が接続されている。空調ジョイント６９は、空調流出口６８と空調流路１３（図１参照）の上流端部とを接続している。空調流出口６８には、ラジエータ流出口６０やバイパス流出口６５に設けられるものと同様のシール機構３６が設けられている。このシール機構３６のシール筒部材３７は、軸方向の一端部が空調流出口６８に連通するとともに、軸方向の他端部が弁体２２によって開閉される。

［駆動ユニット］
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。図４に示すように、底壁部３２は、ケース周壁３１のケース軸方向の一端側の端面を閉塞する底壁本体３２ａと、底壁本体３２ａの外周縁部からケース軸方向の一端側に突出する囲み壁３２ｂと、を有している。駆動ユニット２３は、一部が囲み壁３２ｂの内側に収容され、その状態で底壁部３２にボルト締結等によって固定されている。

駆動ユニット２３は、モータや減速機構、制御基板等から成るユニット本体２３Ａと、ユニット本体２３Ａを収容するユニットケース２３Ｂと、を備えている。ユニット本体２３Ａの出力軸２３Ａａは、ユニットケース２３Ｂを貫通して外部に突出している。出力軸２３Ａａには、別体の駆動軸２７が一体に連結されている。駆動軸２７は、同軸に連結された樹脂製の第１軸２７Ａと、金属製の第２軸２７Ｂと、によって構成されている。駆動軸２７は、ケーシング２１の底壁本体３２ａに形成された軸孔２８を貫通し、後述する弁体２２の軸心部に連結されている。駆動軸２７は、ケーシング２１の軸線Ｏ１と同軸に配置される。

ケーシング２１の底壁本体３２ａは、ケース周壁３１内に臨む側の肉厚が、周縁部から中心領域（軸孔２８の形成される領域）に向かって増大している。軸孔２８は、底壁本体３２ａの肉厚の最も厚い部分をケース軸方向に貫通するように形成されている。軸孔２８の内部には、駆動軸２７（第１軸２７Ａ）の外周面を摺動自在に支持するための円筒状の滑り軸受２９が保持されている。また、軸孔２８の弁体２２側の端縁には、軸孔２８の他の部位の内周面よりも内径の大きい拡径溝３０が形成されている。拡径溝３０の内部には、駆動軸２７（第２軸２７Ｂ）の外周面に摺動自在に密接して、ケーシング本体２５の内部から駆動ユニット２３側への冷却液の漏出を防止するシールリング３５が取り付けられている。また、駆動軸２７の第２軸２７Ｂのケース軸方向の他端側部分は、滑り軸受１６を介して端部カバー２６のボス部２６ｃに回転自在に支持されている。

［弁体］
弁体２２は、ケーシング２１の内部に回転可能に配置されている。弁体２２は、円筒形状の周壁部４４と、周壁部４４のケース軸方向の一端側から径方向内側に向かって延設された接続フランジ部４５と、接続フランジ部４５の径方向内側の端部に連設された略筒状の連結筒部４６と、を備えている。これらの周壁部４４、接続フランジ部４５、及び、連結筒部４６は、樹脂材料によって一体に形成されている。連結筒部４６は、駆動軸２７（第２軸２７Ｂ）に一体に連結されている。周壁部４４には、上述した各流出口（バイパス流出口６５、ラジエータ流出口６０及び空調流出口６８）と連通可能な弁孔４７，４７Ａ，４７Ｂが形成されている。各弁孔４７，４７Ａ，４７Ｂは、周壁部４４をケース径方向に貫通している。

バイパス流出口６５と連通可能な弁孔４７は、周壁部４４のケース軸方向の他端側の領域に複数（例えば、二つ）形成されている。ラジエータ流出口６０に連通可能な弁孔４７Ａは、周壁部４４のケース軸方向の他端側の領域に複数（例えば、二つ）形成されている。バイパス流出口６５に連通可能な弁孔４７と、ラジエータ流出口６０に連通可能な弁孔４７Ａとは、周壁部４４の周上のほぼ同じ軸方向領域に形成されている。弁孔４７，４７Ａの形状とサイズについては、後に詳述する。

空調流出口６８に連通可能な弁孔４７Ｂは、周壁部４４のケース軸方向の一端側の領域に一つのみ形成されている。この弁孔４７Ｂは、周壁部４４の周方向に沿って長孔形状に形成されている。この弁孔４７Ｂは、弁体２２が所定の回動範囲にあるときに、弁体２２の周壁部４４の内側空間と空調流出口６８とを連通させる。

［シール機構］
つづいて、各流出口（バイパス流出口６５、ラジエータ流出口６０、空調流出口６８）に設けられるシール機構３６とその周域部の構造について説明する。なお、各流出口に配置されるシール機構３６は、同様の基本構造とされているため、以下では、バイパス流出口６５のシール機構３６とその周域部の構造について詳細に説明し、ラジエータ流出口６０と空調流出口６８のシール機構３６とその周辺部の構造については説明を省略する。

図６は、図５のＶＩ部を拡大して示した図である。以下の説明では、バイパス流出口６５の軸線Ｏ２に沿う方向をポート軸方向と呼ぶことがある。この場合、ポート軸方向において、バイパスポート６４に対して軸線Ｏ１に向かう側を内側といい、バイパスポート６４に対して軸線Ｏ１から離間する側を外側という。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６に示すように、バイパスポート６４に形成されるバイパス流出口６５は、ケーシング２１の内面に隣接する小径孔６５ａと、小径孔６５ａのポート軸方向外側に連設される中径孔６５ｂと、中径孔６５ｂのポート軸方向外側に連設される大径孔６５ｃと、を有している。

バイパスジョイント６６は、軸線Ｏ２と同軸に配置されたジョイント筒部５３と、ジョイント筒部５３からポート径方向外側に張り出すジョイントフランジ部５４と、を有している。ジョイントフランジ部５４は、バイパスポート６４の膨出方向の端面に重ねられ、ボルト締結等によってバイパスポート６４に固定されている。また、ジョイント筒部５３は、バイパス流出口６５の大径孔６５ｃに嵌合される大径部５３ａと、バイパス流出口６５の中径孔６５ｂに嵌合される小径部５３ｂと、バイパス流出口６５の大径孔６５ｃとの間で環状のシール収容部５８を形成する中径部５３ｃと、を有している。
また、ジョイント筒部５３の内周面には、ポート軸方向の内側の端部まで連続する拡径溝５５が形成されている。拡径溝５５のポート軸方向の外側の端部には、段差部５５ａが設けられている。

バイパスポート６４のバイパス流出口６５とバイパスジョイント６６で囲まれた部分には、シール機構３６が配置されている。シール機構３６は、シール筒部材３７と、付勢部材３８と、シール部材３９，４０と、を有している。シール筒部材３７は、その一部がバイパス流出口６５の小径孔６５ａ内に挿入されている。

図７は、シール筒部材３７の縦断面図である。
シール筒部材３７は、図５〜図７に示すように、軸線Ｏ２と同軸に延びる周壁を有している。シール筒部材３７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３７の周壁は、ポート軸方向の外側（軸方向の一端部側）に位置され、バイパス流出口６５の下流側に連通する第１筒部５６と、ポート軸方向の内側（軸方向の他端部側）に位置され、第１筒部５６よりも内径及び外径が大きい第２筒部５７と、を有している。第１筒部５６と第２筒部５７の内周面は、シール筒部材３７のポート軸方向の外側端（一端部）と内側端（他端部）とを連通するシール開口９０を構成している。

シール筒部材３７は、大径の第２筒部５７がバイパス流出口６５の小径孔６５ａの内周面に摺動可能に挿入されている。第２筒部５７におけるポート軸方向の内側端面は、弁体２２の周壁部４４の外周面に摺動自在に当接する環状の弁摺接面５９を構成している。なお、本実施形態において、弁摺接面５９は、周壁部４４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５６の外周面は、第２筒部５７の外周面に対して段差面４９を介して連なっている。シール筒部材３７の第１筒部５６の外周面と、バイパス流出口６５の中径孔６５ｂの内周面の間には、シール筒部材３７の段差面４９と、バイパスジョイント６６の小径部５３ｂの端面とに挟まれた隙間Ｑ１が形成されている。この隙間Ｑ１には、ＸパッキンやＹパッキン等の環状のシール部材３９が介装されている。シール部材３９は、シール筒部材３７の第１筒部５６の外周面と、バイパス流出口６５の中径孔６５ｂの内周面とに摺動可能に密接している。
なお、隙間Ｑ１内のシール部材３９を挟んでポート軸方向の内側の空間部には、バイパス流出口６５の小径孔６５ａとシール筒部材３７の第２筒部５７の間の隙間を通してケーシング２１内の冷却液の液圧が導入される。段差面４９は、ポート軸方向におけるシール筒部材３７の弁摺接面５９と相反する向きに形成されている。段差面４９は、ケーシング２１内の冷却液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。
また、バイパス流出口６５の大径孔６５ｃとバイパスジョイント６６の中径部５３ｃの間には、両者の間を液密に密閉するためのＯリング等の環状のシール部材４０が介装されている。

付勢部材３８は、シール筒部材３７の第１筒部５６の軸方向の端面と、バイパスジョイント６６の段差部５５ａとの間に介在している。付勢部材３８は、例えばウェーブスプリング等によって構成される。付勢部材３８は、シール筒部材３７をポート軸方向の内側に向けて（弁体２２の周壁部４４に向けて）付勢している。

ここで、シール筒部材３７において、段差面４９の面積Ｓ１と、弁摺接面５９の面積Ｓ２とは、以下の式（４），（５）を満たすように設定されている。
Ｓ１＜Ｓ２≦Ｓ１／ｋ …（４）
α≦ｋ＜１ …（５）
ｋ：弁摺接面５９と弁体２２の周壁部４４との間の微少隙間を流れる冷却液の圧力減少定数
α：冷却液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４９の面積Ｓ１と弁摺接面５９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（５）におけるαは、冷却液の種類や、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（５）における圧力減少定数ｋは、弁摺接面５９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４４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３７の製造誤差や組付け誤差等によって、弁摺接面５９の外周部分と周壁部４４との間の隙間が弁摺接面５９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（５）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３７の弁摺接面５９と周壁部４４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４９と弁摺接面５９の各面積Ｓ１，Ｓ２の関係が式（４），（５）によって決められている。
すなわち、シール筒部材３７の段差面４９には、上述したようにケーシング２１内の冷却液の圧力がそのまま作用する。一方で、弁摺接面５９には、ケーシング２１内の冷却液の圧力がそのまま作用しない。具体的には、冷却液の圧力は、弁摺接面５９と周壁部４４の間の微小な隙間を冷却液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、冷却液の圧力は、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３７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３７の段差面４９には、段差面４９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３７の弁摺接面５９には、弁摺接面５９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（４）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３７の段差面４９に作用する押し付け方向の力Ｆ１（Ｆ１＝Ｐ×Ｓ１）は、シール筒部材３７の弁摺接面５９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内の冷却液の圧力の関係のみによっても、シール筒部材３７と周壁部４４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３７の段差面４９の面積Ｓ１が弁摺接面５９の面積Ｓ２よりも小さい。そのため、ケーシング２１内の冷却液の圧力が大きくなっても、シール筒部材３７の弁摺接面５９が過剰な力で周壁部４４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３７や駆動部のブッシュ類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３７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３７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５９の面積Ｓ２が段差面４９の面積Ｓ１よりも大きく設定されている。そのため、周壁部４４に対するシール筒部材３７の過剰な力での押し付けを抑制しつつ、シール筒部材３７と周壁部４４との間をシールできる。

［弁体の弁孔の詳細］
図８は、弁体２２の周壁部４４の一部（二つの弁孔４７が形成された領域）の展開図である。
弁体２２の周壁部４４に形成される弁孔４７，４７Ａは、真円形状ではなく、周壁部４４の周方向に沿う周方向幅Ｗ１が周壁部４４の軸方向に沿う軸方向幅Ｗ２よりも狭いオーバル形状に形成されている。なお、本実施形態において、オーバル形状とは、楕円形状や長円形状、卵形形状、角丸長方形状等を含む。

また、弁孔４７，４７Ａの周方向幅Ｗ１と軸方向幅Ｗ２は、以下の式（１），（２）を満たすように設定されている。
Ｒ１≦Ｗ１＜Ｗ２ …（１）
Ｗ２＜Ｒ２ …（２）
Ｒ１：シール筒部材３７の第１筒部５６の内径
Ｒ２：シール筒部材３７の第２筒部５７の外径

さらに、弁孔４７，４７Ａの周方向幅Ｗ１は、以下の式（３）を満たすように設定することがより望ましい。
Ｗ１＜Ｒ３ …（３）
Ｒ３：第２筒部５７の内径

［制御バルブの動作］
次に、上述した制御バルブ８の動作について説明する。
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液は、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。メイン流路１０においてエンジン２を通過した冷却液は、流入口１７を通して制御バルブ８のケーシング２１内に流入する。

制御バルブ８のケーシング２１内に流入した冷却液のうち、一部の冷却液はＥＧＲ流出口６３内に流入する。ＥＧＲ流出口６３内に流入した冷却液は、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液は、ＥＧＲクーラ７において、冷却液と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、制御バルブ８のケーシング２１内に流入した冷却液のうち、ＥＧＲ流出口６３内に流入しなかった冷却液は、ケーシング２１内の弁体２２の回転位置に応じて、弁体２２によって開かれているいずれかの流出口（ラジエータ流出口６０、バイパス流出口６５、空調流出口６８）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、駆動ユニット２３によって弁体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、弁体２２の周壁部４４に形成する弁孔４７，４７Ａが、周方向幅Ｗ１が軸方向幅Ｗ２よりも狭いオーバル形状とされている。このため、弁体２２の周壁部４４の外周上に（同じ軸方向領域での外周上に）同じ数の弁孔を形成するのであれば、弁体２２の周壁部４４の周長を短くして、周壁部４４の外径を小径にすることができる。

さらに、本実施形態の制御バルブ８は、弁孔４７，４７Ａの周方向幅がシール筒部材３７の第１筒部５６の内径Ｒ１以上の幅に設定されている。このため、冷却液の圧力損失は、シール筒部材３７の第１筒部５６の内径のみによって影響を受け、弁孔４７，４７Ａの周方向幅Ｗ１によって影響を受けることがない。
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、バイパス流出口６５やラジエータ流出口６０から流出される冷却液の流出流量の低下を抑制しつつ、弁体２２の周壁部４４の外径を小径にし、装置全体（制御バルブ８）の小型化を図ることができる。

さらに、本実施形態の制御バルブ８は、弁体２２の弁孔４７，４７Ａが、周方向幅Ｗ１が軸方向幅Ｗ２よりも狭いオーバル形状とされているため、弁孔４７，４７Ａが真円形状である場合に比較して、弁体２２の周方向の移動速度に対する弁孔４７，４７Ａとシール筒部材３７の連通面積の変化量を増加させることができる。このため、本実施形態の制御バルブ８を採用した場合には、弁体２２の回転調整により、所望の流出流量を迅速に得ることができる。

また、本実施形態の制御バルブ８では、弁体２２の弁孔４７，４７Ａの軸方向幅Ｗ１が、シール筒部材３７の第２筒部５７の外径Ｒ２よりも狭い幅に設定されている。このため、バイパス流出口６５やラジエータ流出口６０からの冷却液の流出流量が最大となる位置に弁体２２が回転操作されたときに、シール筒部材３７の弁摺接面５９が、弁体２２の弁孔４７，４７Ａの軸方向外側の縁部に安定して当接することになる。したがって、本構成を採用した場合には、バイパス流出口６５やラジエータ流出口６０からの冷却液の流出流量が最大となる位置に弁体２２を回転させたときにおけるシール筒部材３７の状態を安定させることができる。

さらに、本実施形態の制御バルブ８は、弁体２２の弁孔４７，４７Ａの軸方向幅Ｗ１が、シール筒部材３７の第２筒部５７の外径Ｒ２よりも狭い幅に設定されているため、シール筒部材３７が弁孔４７，４７Ａを通して弁体２２の周壁部４４の内側と連通しているときに、周壁部４４の外周側に存在する冷却液が弁孔４７，４７Ａを通ってシール筒部材３７の内部に流れ込みにくくなる。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の周壁部４４に当接したシール筒部材３７の周域に、不要な圧力変動が生じるの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は、弁体２２の弁孔４７，４７Ａの周方向幅Ｗ１が、シール筒部材３７の第２筒部５７の内径Ｒ３よりも狭い幅に設定されている。このため、バイパス流出口６５やラジエータ流出口６０からの冷却液の流出流量が最大となる位置に弁体２２が回転操作されたときに、シール筒部材３７の弁摺接面５９が、弁体２２の弁孔４７，４７Ａの周方向外側の縁部に安定して当接することになる。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、バイパス流出口６５やラジエータ流出口６０からの冷却液の流出流量が最大となる位置に弁体２２を回転させたときにおけるシール筒部材３７の状態を安定させることができる。

さらに、本実施形態の制御バルブ８は、シール筒部材３７の第１筒部５６の外周面と第２筒部５７の外周面の間に段差面４９が設けられ、その段差面４９が、ケーシング２１の内部の冷却液の圧力を受けてシール筒部材３７を弁体２２の側に付勢する付勢用受圧面を構成している。そして、付勢用受圧面の面積Ｓ１とシール筒部材３７の弁摺接面５９の面積Ｓ２とが、上記の式（４），（５）を満たすように設定されている。このため、付勢用受圧面（段差面４９）を通してシール筒部材３７に作用する冷却液の押し付け力は、弁摺接面５９と弁体２２の隙間から冷却液が漏れ出るときに、シール筒部材３７に作用する浮き上がり力以上に大きな力となる。また、シール筒部材３７の付勢用受圧面（段差面４９）の面積Ｓ１が弁摺接面５９の面積Ｓ２よりも小さいため、ケーシング２１内の冷却液の圧力が大きくなってもシール筒部材３７が過剰な力で弁体２２に押し付けられるの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、弁体２２に対するシール筒部材３７の過剰な力での押し付けを抑制しつつ、良好なシール性を確保することができる。

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。

８…制御バルブ
１７…流入口
２１…ケーシング
２２…弁体
３７…シール筒部材
４４…周壁部
４７…弁孔
４９…段差面
５６…第１筒部
５７…第２筒部
５９…弁摺接面
６５…バイパス流出口（流出口）

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環状の弁摺接面が設けられたシール筒部材と、を備えた制御バルブであって、
   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とともに、内径が前記第１筒部の内径よりも大きい第２筒部と、を有し、
   前記弁孔は、前記周壁部の周方向に沿う周方向幅が前記周壁部の軸方向に沿う軸方向幅よりも狭いオーバル形状に形成され、
   前記弁孔の前記周方向幅Ｗ１は、式（１）を満たすように設定されていることを特徴とする制御バルブ。
   Ｒ１≦Ｗ１＜Ｗ２ …（１）
   Ｒ１：第１筒部の内径
   Ｗ２：弁孔の軸方向幅
2. 前記弁孔の前記軸方向幅Ｗ２は、式（２）を満たすように設定さ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。
   Ｗ２＜Ｒ２ …（２）
   Ｒ２：第２筒部の外径
3. 前記弁孔の前記周方向幅Ｗ１は、式（３）を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の制御バルブ。
   Ｗ１＜Ｒ３ …（３）
   Ｒ３：第２筒部の内径
4. 前記シール筒部材は、前記第１筒部の外径が前記第２筒部の外径よりも小さく形成されるとともに、前記第１筒部の外周面と前記第２筒部の外周面の間に段差面が設けられ、
   前記段差面は、前記ケーシングの内部の液体の圧力を受けて前記シール筒部材を前記弁体の側に付勢する付勢用受圧面を構成し、
   前記付勢用受圧面の面積Ｓ１と前記シール筒部材の前記弁摺接面の面積Ｓ２とは、式（４），（５）を満たすように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項に記載の制御バルブ。
   Ｓ１＜Ｓ２≦Ｓ１／ｋ …（４）
   α≦ｋ＜１ …（５）
   ｋ：弁摺接面と弁体の間の微少隙間を流れる液体の圧力減少定数。
   α：液体の物性によって決まる圧力減少定数の下限値。

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