JP2021148238A - 制御バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】シール筒部材での液体の流出流量を減少させることなく、弁体の周壁部の軸方向に沿う方向の幅をより狭め、制御バルブ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、弁体２２、第１のシール筒部材３７Ａ及び第２のシール筒部材３７Ｂを備える。弁体２２は、ケーシングの内部に回転可能に配置され、周壁部４４の軸方向に離間した位置に第１弁孔４７Ａと第２弁孔４７Ｂが形成されている。第１のシール筒部材は、一端部が流出口に連通し、他端部が弁体２２の第１弁孔によって開閉される。第２のシール筒部材は、一端部が流出口に連通し、他端部が弁体２２の第２弁孔によって開閉される。第２のシール筒部材は、第１のシール筒部材よりも内部通路が小断面に形成されている。第２のシール筒部材の軸方向の他端部側の外周面は、弁体２２の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されている。【選択図】図９

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空調空気を加熱する空調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ようになっている。制御バルブとしては、周壁部（円筒壁）を有する弁体がケーシング内に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、冷却液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吐出するための設定数の流出口が設けられている。弁体の周壁部には、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。また、ケーシングの各流出口には、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。各シール筒部材の他端部側には、弁体の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周壁部の外周面に摺接する。各シール筒部材は、弁体上の対応する弁孔によって開閉される。

弁体は、シール筒部材が対応する弁孔と連通する回転位置にあるときには、周壁部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回転位置にあるときには、周壁部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、特許文献１に記載の制御バルブは、弁体の周壁部上に、ケーシング側の三つの流出口に対応して三種類の弁孔が形成されている。三種類の弁孔のうちの二種類の弁孔は、少なくとも一部が弁体の軸方向に沿う方向で相互にラップするように周壁部上に形成されている。特許文献１に記載の制御バルブは、この構成により、弁体の周壁部の軸方向の短縮化が図られている。

特開２０１８−１２３８８７号公報

特許文献１に記載の制御バルブは、二種類の弁孔を、弁体の軸方向で相互にラップするように弁体の周壁部に形成することにより、弁体の周壁部の軸方向に沿う方向の幅を狭めることができる。しかし、現在、弁体の周壁部の軸長をさらに短縮し、制御バルブ全体をさらに小型化することが望まれている。
この対策として、弁孔の軸方向幅（弁体の軸方向に沿う方向の幅）を狭めることも検討されているが、狭めた弁孔の軸方向幅に合わせてシール筒部材の内外径を小さくすると、シール筒部材での液体の流出流量（最大流出流量）が減少してしまう。このため、シール筒部材での液体の流出流量を充分に確保したうえで、弁体の周壁部の軸長を短縮するのには限界がある。

そこで本発明は、シール筒部材での液体の流出流量を減少させることなく、弁体の周壁部の軸方向に沿う方向の幅をより狭め、制御バルブ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、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、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複数の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、周壁部の軸方向に離間した位置に第１弁孔と第２弁孔とが形成された弁体と、軸方向の一端部が一の前記流出口に連通し、軸方向の他端部が前記周壁部の外周面に当接して前記第１弁孔によって開閉される第１のシール筒部材と、軸方向の一端部が他の前記流出口に連通し、軸方向の他端部が前記周壁部の外周面に当接して前記第２弁孔によって開閉される第２のシール筒部材と、を備え、前記第２のシール筒部材は、前記第１のシール筒部材よりも内部通路が小断面に形成され、前記第２のシール筒部材の軸方向の他端部側の外周面は、前記弁体の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されていることを特徴とする。

本形態の制御バルブは、第２のシール筒部材の軸方向の他端部側の外周面が、弁体の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されているため、第２のシール筒部材での液体の流出流量を確保したうえで、第２弁孔の軸方向幅（弁体の軸方向に沿う方向の幅）を狭めることができる。
また、第１のシール筒部材や第２のシール筒部材の軸方向の他端部側の弁体（周壁部）との摺接面は、弁体の周壁部の外周面の形状に沿って突出高さが連続的に変化し、その突出高さは、弁体の周方向に沿う方向の端部位置でほぼ最大となる。このため、シール筒部材の軸方向の他端部側の外周面を、弁体の軸方向に沿う方向を短軸とする（弁体の周方向に沿う方向を長軸とする）長円形状にすると、シール筒部材の上記突出高さがほぼ最大となる位置に作用する液圧による曲げモーメントが増大する。しかし、本形態の制御バルブは、内部通路がより小断面である第２のシール筒部材側に上記の長円形状が設けられているため、上記突出高さがほぼ最大となる位置に作用する液圧による曲げモーメントの増大を抑制することができる。したがって、本形態の制御バルブを採用した場合には、ケーシング内の液圧によるシール筒部材の不要な変形を抑制しつつ、制御バルブ全体の小型化を図ることができる。

前記第２のシール筒部材は、前記一端部側に位置され、他の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周壁部の外周面に摺接可能で、かつ、内側の通路断面が前記第１筒部よりも大きい第２筒部と、を有し、前記第２筒部の外周面が、前記弁体の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されるようにしても良い。

この場合、第２のシール筒部材での液体の最大流出流量（最大圧力損失）は、内側の通路断面の小さい第１筒部によって決まる。このため、第２のシール筒部材の第２筒部の内周面を外周面とともに長円形状に形成しても、液体の最大流出流量に大きく影響を及ぼすことがない。

前記第１筒部は、外周面が真円形状に形成され、前記流出口と前記第１筒部の外周面の間には、シール部材が介装されるようにしても良い。

この場合、第１筒部の外周面が真円形状に形成されているため、第２筒部の外周面が長円形状であっても、流出口と第１筒部の間をシール部材によって容易に、かつ、均一に密閉することができる。

前記第２のシール筒部材は、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第２の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と前記第２のシール筒部材の前記弁体との摺接面の面積Ｓ２とは、式（１），（２）を満たすように設定されるようにしても良い。
Ｓ１＜Ｓ２≦Ｓ１／ｋ …（１）
α≦ｋ＜１ …（２）
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、第２のシール筒部材の付勢用受圧面の面積Ｓ１は、第２のシール筒部材の弁体との摺接面の面積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、弁体との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第２の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、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第２の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、第２のシール筒部材の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、第２のシール筒部材の付勢用受圧面の面積Ｓ１が摺接面の面積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第２の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、第２の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、第２の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、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、弁体に対する第２の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。
また、本構成では、第２のシール筒部材の第２筒部の外周面が、弁体の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されているため、第２のシール筒部材の付勢用受圧面は、弁体の周方向に沿う方向の端部付近が第２のシール筒部材の軸心位置から最も離間することになる。このため、第２筒部の弁摺接面のうちの、弁体方向の突出高さの高い領域に液圧による大きな曲げモーメントが作用することになる。しかし、付勢用受圧面のうちの、弁体の周方向に沿う方向の端部付近の面積が最も大きくなるため、その部分で受ける液圧による弁体方向の押し付け力によって弁摺接面付近の変形を抑制することができる。

上述の制御バルブは、第２のシール筒部材の内部通路が第１のシール筒部材の内部通路よりも小断面に形成され、第２のシール筒部材の軸方向の他端部側の外周面が弁体の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されている。このため、上述の制御バルブを採用した場合には、シール筒部材での液体の流出流量を減少させることなく、弁体の周壁部の軸方向に沿う方向の幅を狭め、制御バルブ全体の小型化を図ることができる。
また、上述の制御バルブは、内部通路が小断面である第２のシール筒部材側に上記の長円形状が設けられているため、ケーシング内の液圧によるシール筒部材の不要な変形を抑制しつつ、制御バルブ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。 実施形態の弁体とシール筒部材を示す斜視図。 実施形態の弁体の周壁部の一部の展開図と、シール筒部材を軸方向から見た図を重ね合わせて示した図。

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内（ラジエータ流出口６０の下流側）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内（バイパス流出口６５の下流側）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内（空調流出口６８の下流側）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の周上の軸方向でほぼ重なる領域に形成されている。各弁孔４７，４７Ａの形状は、真円形状や長円形状、矩形形状等任意であるが、周壁部４４の軸方向に沿う方向の幅は、ラジエータ流出口６０に連通可能な弁孔４７Ａの方が弁孔４７よりも広く設定されている。

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。弁孔４７Ｂは、周壁部４４上の残余の弁孔４７，４７Ａと軸方向で重ならない領域（軸方向に離間した領域）に形成されている。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。また、弁孔４７Ｂは、周壁部４４の軸方向に沿う方向の幅が、弁孔４７Ａよりも狭く設定されている。
なお、本実施形態では、ラジエータ流出口６０に連通可能な弁孔４７Ａが第１弁孔を構成し、空調流出口６８に連通可能な弁孔４７Ｂが第２弁孔を構成している。

［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（図５参照）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（図５参照）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と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。図７に示すように、第１筒部５６の内径寸法をＲ１、第２筒部５７の内径寸法をＲ２、第１筒部５６の外径寸法をＲ３、第２筒部５７の外径寸法をＲ４とすると、第１筒部５６と第２筒部５７の内径と外径は、Ｒ１＜Ｒ２、Ｒ３＜Ｒ４を満たすように設定されている。
また、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）とを連通する内部通路９０を構成している。

シール筒部材３７は、図６に示すように、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の端面は、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（摺接面）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の外周面の形状に沿った連続し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（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（２）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。使用する冷却液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（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の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（１），（２）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（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。

ここで、ラジエータ流出口６０に配置されるシール筒部材３７と、バイパス流出口６５に配置されるシール筒部材３７と、空調流出口６８に配置されるシール筒部材３７とは、流出側で必要とされる冷却液の流量（必要流量）の相違から、各部の寸法が異なっている。各流出口で必要とされる必要流量は、空調流出口６８、バイパス流出口６５、ラジエータ流出口６０の順で次第に大きくなっている。第１筒部５６の内外径Ｒ１，Ｒ３と第２筒部５７の内外径Ｒ２，Ｒ４は、いずれも空調流出口６８に配置されるシール筒部材３７、バイパス流出口６５に配置されるシール筒部材３７、ラジエータ流出口６０に配置されるシール筒部材３７の順に次第に大きくなっている。
なお、本実施形態では、ラジエータ流出口６０に配置されるシール筒部材３７が第１のシール筒部材３７Ａを構成し、空調流出口６８に配置されるシール筒部材３７が第２のシール筒部材３７Ｂを構成している。第１のシール筒部材３７Ａの第２筒部５７側の端部は、弁体２２の弁孔４７Ａ（第１弁孔）によって開閉され、第２のシール筒部材３７Ｂの第２筒部５７側の端部は、弁体の弁孔４７Ｂ（第２孔）によって開閉される。

図８は、弁体２２と、弁体２２の周壁部４４の周域に配置される各シール筒部材３７を示す斜視図である。また、図９は、弁体２２の周壁部４４の一部の展開図と、周壁部４４上の弁孔４７Ａ，４７Ｂを開閉する各シール筒部材３７（３７Ａ，３７Ｂ）を当該部材の軸方向から見た図とを重ね合わせた図である。なお、図９では、弁体２２の周壁部４４が仮想線で示されている。また、各シール筒部材３７（３７Ａ，３７Ｂ）は、弁体２２に当接する側（軸方向の他端部側）から見た状態として描かれている。
図８，図９中の上方側に位置される第２のシール筒部材３７Ｂは、前述のように第１筒部５６と第２筒部５７の内外径が、第１のシール筒部材３７Ａの内外径よりも小さく設定されている。第２のシール筒部材３７Ｂの第１筒部５６は、内周面と外周面がいずれも真円形状に形成されている。これに対し、第２のシール筒部材３７Ｂの第２筒部５７は、内周面と外周面がいずれも長円形状に形成されている。第２筒部５７の内周面と外周面の長円形状は、弁体２２の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状されている。即ち、図９に示す第２筒部５７の外周面は、弁体２２の軸方向に沿う方向の外径寸法Ｒ４Ｓが最も短く、弁体２２の周方向に沿う方向の外径寸法Ｒ４Ｌが最も長くなる長円形状に形成されている。また、第２筒部５７の内周面は外周面と同様の長円形状に形成されている。

ここで、第２のシール筒部材３７Ｂは、第２筒部５７の内周面の短軸方向の寸法が第１筒部５６の内径Ｒ１以上に大きい寸法に設定されている。このため、第２のシール筒部材３７Ｂの内部通路９０は、第１筒部５６の内周部分の断面が最も小さく、その断面の大きさによって冷却液の流出流量（最大流出流量）が決定される。
なお、第１のシール筒部材３７Ａやその他のシール筒部材３７も同様に第１筒部５６の内周部分の断面が最も小さくなっており、第１筒部５６の内周部分の断面の大きさによって冷却液の流出流量（最大流出流量）が決定される。

図８，図９中の下方側に位置される第１のシール筒部材３７Ａは、第１筒部５６の内周面と外周面が第２のシール筒部材３７Ｂと同様に真円形状に形成されている。また、第１のシール筒部材３７Ａの第２筒部５７の内周面と外周面は、真円形状であっても楕円形状であっても良い。

［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、第２のシール筒部材３７Ｂの内部通路９０が第１のシール筒部材３７Ａの内部通路９０よりも小断面に形成され、第２のシール筒部材３７Ｂの弁体２２側の外周面が弁体２２の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されている。このため、第２のシール筒部材３７Ｂでの冷却液の流出流量を確保したうえで、第２のシール筒部材３７Ｂの端部を開閉する弁孔４７Ｂ（第２弁孔）の軸方向幅（弁体２２の軸方向に沿う方向の幅）を狭めることができる。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、第２のシール筒部材３７Ｂでの冷却液の流出流量を減少させることなく、弁体２２の周壁部４４の軸方向に沿う方向の幅を狭め、制御バルブ８全体の小型化を図ることができる。

また、本実施形態の制御バルブ８は、内部通路９０の断面の小さい第２のシール筒部材３７Ｂの側の端部の外周面が、弁体２２の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されている。このため、内部通路９０の断面の大きい第１のシール筒部材３７Ａの側の端部の外周面を同様の長円形状にする場合に比較して、弁摺接面５９の弁体２２方向に最も突出した部分が液圧による曲げモーメントを受けて変形するのを抑制することができる。即ち、内部通路９０の断面の大きい第１のシール筒部材３７Ａは、内外径がともに大型化するため、弁摺接面５９の弁体２２方向に最も突出した部分（弁体２２の周方向に沿う方向の端部）とシール筒部材の軸心位置との離間距離が長くなる。このため、弁摺接面５９の弁体２２方向に最も突出した部分に作用する液圧による曲げモーメントが大きくなる。これに対し、本実施形態の制御バルブ８は、内部通路９０の断面の小さい第２のシール筒部材３７Ｂの外周面に上記の長円形状が設けられているため、弁摺接面５９の弁体２２方向に最も突出した部分に作用する液圧による曲げモーメントを小さくすることができる。
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、ケーシング２１内の液圧によるシール筒部材３７の不要な変形を抑制しつつ、制御バルブ８全体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、第２のシール筒部材３７Ｂが、第１筒部５６と、第１筒部５６よりも通路断面が大きく、端面が弁体２２の周壁部４４に摺接する第２筒部５７と、を有し、第２筒部５７の外周面が、弁体２２の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されている。この場合、第２のシール筒部材３７Ｂでの冷却液の最大流出流量（最大圧力損失）が、通路断面の小さい第１筒部５６によって決まるため、第２のシール筒部材３７Ｂの第２筒部５７の内周面を外周面とともに長円形状に形成しても、液体の最大流出流量に大きく影響を及ぼすことがない。したがって、本構成を採用した場合には、第２のシール筒部材３７Ｂの弁体２２側の外周面の形状変更の自由度が高まる。

また、本実施形態の制御バルブ８では、第２のシール筒部材３７Ｂの第１筒部５６の外周面が真円形状に形成され、空調流出口６８と第１筒部の外周面の間にシール部材３９が介装されている。この場合、第１筒部５６の外周面が真円形状に形成されているため、第２筒部５７の外周面が長円形状であっても、空調流出口６８と第１筒５６部の間をシール部材３９によって容易に、かつ、均一に密閉することができる。

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（１），（２）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。

また、本実施形態の制御バルブ８では、第２のシール筒部材３７Ｂの第２筒部５７の外周面が、弁体２２の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されているため、第２のシール筒部材３７Ｂの付勢用受圧面（段差面４９）は、弁体２２の周方向に沿う方向の端部付近が第２のシール筒部材３７Ｂの軸心位置から最も離間することになる。このため、第２筒部５７の弁摺接面５９のうちの、弁体方向の突出高さの高い領域に液圧による大きな曲げモーメントが作用することになる。しかし、本実施形態の制御バルブ８は、付勢用受圧面（段差面４９）のうちの、弁体２２の周方向に沿う方向の端部付近の面積が最も大きくなるため、その部分で受ける液圧による弁体２２方向の押し付け力によって弁摺接面５９付近の変形を抑制することができる。

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、第２のシール筒部材３７Ｂの第２筒部５７の外周面のみが、弁体２２の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されているが、第１のシール筒部材３７Ａの外周面も同様に、弁体２２の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成しても良い。
また、上記の実施形態では、シール筒部材が第１筒部と第２筒部を持つ段付き円筒状のものを採用しているが、シール筒部材は段差部のない筒状形状であっても良い。

８…制御バルブ
１７…流入口
２１…ケーシング
２２…弁体
３７Ａ…第１のシール筒部材
３７Ｂ…第２のシール筒部材
４４…周壁部
４７Ａ…弁孔（第１弁孔）
４７Ｂ…弁孔（第２弁孔）
４９…段差面
５６…第１筒部
５７…第２筒部
５９…弁摺接面（摺接面）
６０…ラジエータ流出口（流出口）
６５…バイパス流出口（流出口）
６８…空調流出口（流出口）
Ｓ１…付勢用受圧面の面積
Ｓ２…摺接面の面積

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複数の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、周壁部の軸方向に離間した位置に第１弁孔と第２弁孔とが形成された弁体と、
   軸方向の一端部が一の前記流出口に連通し、軸方向の他端部が前記周壁部の外周面に当接して前記第１弁孔によって開閉される第１のシール筒部材と、
   軸方向の一端部が他の前記流出口に連通し、軸方向の他端部が前記周壁部の外周面に当接して前記第２弁孔によって開閉される第２のシール筒部材と、を備え、
   前記第２のシール筒部材は、前記第１のシール筒部材よりも内部通路が小断面に形成され、
   前記第２のシール筒部材の軸方向の他端部側の外周面は、前記弁体の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成されていることを特徴とする制御バルブ。
2. 前記第２のシール筒部材は、
   前記一端部側に位置され、他の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周壁部の外周面に摺接可能で、かつ、内側の通路断面が前記第１筒部よりも大きい第２筒部と、を有し、
   前記第２筒部の外周面が、前記弁体の軸方向に沿う方向を短軸とする長円形状に形成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。
3. 前記第１筒部は、外周面が真円形状に形成され、
   前記流出口と前記第１筒部の外周面の間には、シール部材が介装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. 前記第２のシール筒部材は、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第２の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と前記第２のシール筒部材の前記弁体との摺接面の面積Ｓ２とは、式（１），（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２または３に記載の制御バルブ。
   Ｓ１＜Ｓ２≦Ｓ１／ｋ …（１）
   α≦ｋ＜１ …（２）
   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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