JP2021152405A - 制御バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】弁体の周壁部の内側の液体の流入容積を縮小できるようにして、液体分配システム内の各部を所望の温度に迅速にコントロール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２１と弁体２２とシール筒部材３７と駆動軸２７を備える。ケーシング２１は流入口と流出口を有する。弁体２２は周壁部４４の軸方向の一端部寄りに弁孔４７Ａを有する。シール筒部材３７は、流出口に連通し、周壁部４４の外周面に当接して弁孔４７Ａによって開閉される。弁体２２は周壁部４４と周壁部４４の軸方向の一端部寄りの位置と駆動軸２７を連結する連結壁４５を有する。連結壁４５は、弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁よりも周壁部４４の軸方向内側位置から径方向内側に延出して、周壁部４４の軸方向の一端部側に開口する凹形状部５１を形成する。ケーシングの軸方向の一端部側の端部壁３２は、凹形状部５１の内側に入り込むように膨出している。【選択図】図７

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。
弁体の周壁部の軸心位置には、アクチュエータの動力を弁体に伝達するための駆動軸が配置されている。弁体の周壁部の軸方向の一端部には、周壁部と駆動軸を連結するための連結壁が一体に形成されている。連結壁は、周壁部の軸方向の一端部から径方向内側に延び、径方向内側の端部が駆動軸に連結されている。ケーシングの軸方向の一端側（アクチュエータ側）の端部壁は、連結壁の軸方向外側に隣接して配置されている。

特開２０１５−９６７３６号公報

しかし、特許文献１に記載の制御バルブは、弁体の周壁部と駆動軸を連結する連結壁が周壁の軸方向の一端部から径方向内側に延出しているため、連結壁の径方向外側の端部が支障となってケーシングの端部壁を周壁部の軸方向内側方向に充分に入り込ませることができない。このため、弁体の周壁部の内側の液体の流入容積が大きくなり、制御バルブを含む液体分配システム（例えば、上記の冷却システム）を流れる液体の量が増大してしまう。そして、液体分配システムを流れる液体の量が増大すると、液体分配システム内の各部を所望の温度にコントロールするのに長時間を要し、駆動源であるエンジンのフリクションが増大してしまう。

そこで本発明は、弁体の周壁部の内側の液体の流入容積を縮小できるようにして、液体分配システム内の各部を所望の温度に迅速にコントロール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。
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、周壁部の軸方向の一端部寄りに弁孔が形成された弁体と、一端部が前記流出口に連通し、他端部が前記周壁部の外周面に当接して前記弁孔によって開閉されるシール筒部材と、前記弁体の軸心位置に配置されて前記弁体に回転動力を伝達する駆動軸と、を備え、前記弁体は、前記周壁部と、当該周壁部の軸方向の一端部寄りの位置と前記駆動軸を連結する連結壁と、を有し、前記連結壁は、前記弁孔の前記一端部寄りの端縁よりも前記周壁部の軸方向内側位置から径方向内側に延出して、前記周壁部の軸方向の一端部側に開口する凹形状部を形成し、前記ケーシングの軸方向の一端部寄りの端部壁は、前記凹形状部の内側に入り込むように膨出していることを特徴とする。

上記の構成の場合、弁体の連結壁の外周縁部が周壁部の一端部寄りの端部から軸方向内側に大きく窪むように配置されるため、ケーシングの軸方向の一端部寄りの端部壁の膨出部分を凹形状部内に大きく入り込ませることができる。この結果、弁体の周壁部の内側に流入する液体の流入容積を小さくことが可能になる。

前記連結壁の径方向外側の端部は、前記周壁部の外周面よりも径方向内側に窪む接続部を介して、前記弁孔の前記一端部寄りの端縁に接続されるようにしても良い。

この場合、連結壁が弁孔の存在する周方向位置においても接続壁によって弁孔の端縁に接続されることになる。このため、本構成を採用した場合には、周壁部に対する連結壁の結合部剛性を高めることができる。

前記シール筒部材は、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を有し、前記弁孔の前記一端部寄りの端縁と、当該端縁と対向する他端部寄りの端縁とは、前記シール筒部材の前記弁摺接面のうちの、内周端部よりも径方向外側位置に当接するようにしても良い。

この場合、弁孔の一端部寄りの端縁と他端部寄りの端縁がシール筒部材の弁摺接面の内周端部よりも径方向外側位置において、弁摺接面に摺接する。このため、経時使用によってシール筒部材の弁摺接面に摩耗が生じることがあっても、その摩耗部がシール筒部材の内周端部に跨ることがない。したがって、弁摺接面に上記の摩耗が生じた場合であっても、周壁部と弁摺接面の間の隙間を通してシール筒部材の内部に液体が漏出するのを抑制することができる。

前記連結壁は、前記周壁部と前記駆動軸の間を閉塞することが望ましい。

この場合、周壁部の内側に流入した液体が連結壁よりも周壁部の軸方向外側に流出しにくいため、不要な部位に液体が流入することによる液体の圧力損失を抑制することができる。

前記連結壁は、径方向外側の端部から径方向内側に向かって前記周壁部の軸方向内側に湾曲する形状であっても良い。

この場合、周壁部の内側に流入した液体が連結壁の湾曲面によって案内され、弁孔の方向にスムーズに流れるようになる。

前記弁孔は、前記周壁部の周方向に沿って延びる長孔形状に形成されるようにしても良い。

この場合、弁孔が周方向に沿って延びる長孔形状であるため、弁孔の一部が連結壁によって狭められることがあっても、周方向に延びる長孔形状によって液体の充分な流入部面積を確保することができる。

本発明では、弁体の連結壁が弁孔の一端部寄りの端縁よりも周壁部の軸方向内側位置から径方向内側に延出し、当該連結壁が周壁部の軸方向の一端部側に凹形状部を形成するとともに、ケーシングの端部壁が凹形状部に入り込む形状とされている。このため、ケーシングの端部壁によって弁体の周壁部内に流入する液体の流入容積を縮小し、液体分配システムの各部を所望の温度に迅速にコントロールすることができる。

実施形態の液体分配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。 実施形態の制御バルブの図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図。 実施形態の弁体とシール筒部材を示す斜視図。 実施形態のシール筒部材の縦断面図。 他の実施形態の図７と同様の断面図。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、エンジン冷却用の冷却液をラジエータその他の機器に分配供給する車両の液体分配システムに制御バルブが採用されている。

［液体分配システム］
図１は、液体分配システム１のブロック図である。
図１に示すように、液体分配システム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。

液体分配システム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。

上述した液体分配システム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。また、図６は、図５のＶＩ部の拡大図であり、図７は、図２のＶＩＩ−ＶＩＩ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の底壁である端部壁３２に向かう側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に向かう側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、液体分配システム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。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。
以下では、空調流出口６８内に連通するシール筒部材３７を第１のシール筒部材３７Ａと言い、バイパス流出口６５内に連通するシール筒部材３７を第２のシール筒部材３７Ｂと言い、ラジエータ流出口６０内に連通するシール筒部材３７を第３のシール筒部材３７Ｃと言うことがある。

［駆動ユニット］
駆動ユニット２３は、ケーシング本体２５の端部壁３２に取り付けられている。図４に示すように、端部壁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端部壁本体３２ａと、端部壁本体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、その状態で端部壁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の端部壁本体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の端部壁本体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。即ち、端部壁本体３２ａのケース周壁３１内に臨む側には、弁体２２の周壁部４４の内側方向に向かって膨出する膨出部３２ａ−１が形成されている。軸孔２８は、端部壁本体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部寄り位置から径方向内側に向かって延設された連結壁４５と、連結壁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、連結壁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（空調流出口６８、バイパス流出口６５及びラジエータ流出口６０）と連通可能な弁孔４７が形成されている。各弁孔４７は、周壁部４４をケース径方向に貫通している。
以下、空調流出口６８に連通可能な弁孔４７を第１弁孔４７Ａと言い、バイパス流出口６５に連通可能な弁孔４７を第２弁孔４７Ｂ、ラジエータ流出口６０に連通可能な弁孔４７を第３弁孔４７Ｃと言う。

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（第１のシール筒部材３７Ａ，第２のシール筒部材３７Ｂ，第３のシール筒部材３７Ｃ）を示す斜視図である。
第１弁孔４７Ａは、周壁部４４のケース軸方向の一端側（周壁部４４の軸方向の一端部寄り）の領域に一つ形成されている。第１弁孔４７Ａは、周壁部４４の周方向に沿う長孔形状に形成されている。第１弁孔４７Ａ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とを連通可能とする。また、第１弁孔４７Ａは、周壁部４４の軸方向に沿う方向の幅が、第２弁孔４７Ｂや第３弁孔４７Ｃよりも狭く設定されている。

第２弁孔４７Ｂは、周壁部４４のケース軸方向の他端側（周壁部４４の軸方向の他端部寄り）の領域に周方向に離間して二つ形成されている。第３弁孔４７Ｃは、周壁部４４のケース軸方向の他端側（周壁部４４の軸方向の他端部寄り）の領域に周方向に離間して二つ形成されている。第２弁孔４７Ｂと第３弁孔４７Ｃは、周壁部４４上の軸方向で相互にほぼラップする領域に形成されている。また、第２弁孔４７Ｂと第３弁孔４７Ｃは、周壁部４４上の第１弁孔４７Ａと軸方向でラップしない領域（軸方向に離間した領域）に形成されている。第２弁孔４７Ｂと第３弁孔４７Ｃ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に連通可能な第３弁孔４７Ｃの方が第２弁孔４７Ｂよりも広くなっている。

ここで、前述の弁体２２の連結壁４５は、第１弁孔４７Ａのうちの、軸方向の一端部寄り（周壁部４４の軸方向の一端部寄り）の端縁よりも周壁部４４の軸方向内側位置から径方向内側に延びている。連結壁４５の外周側の端部は、周壁部４４上の第１弁孔４７の存在しない領域では、図４に示すように、周壁部４４の内周面に直接接続されている。これに対し、周壁部４４上の第１弁孔４７の存在する領域では、図７に示すように、周壁部４４の外周面よりも径方向内側に窪む接続部５０を介して第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１に接続されている。接続部５０は、周壁部４４の第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１から径方向内側に段差状に窪みつつ、第１弁孔４７Ａの内側（周壁部４４の軸方向内側）に延びている。連結壁４５の外周側の端部は、接続部５０の延び方向の端部に連結されている。

本実施形態の弁体２２では、上述のようにして連結壁４５の外周側の縁部が、第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１よりも軸方向内側に配置され、それによって周壁部４４の軸方向の一端部側に開口する凹形状部５１が形成されている。凹形状部５１の外周縁部の深さ（周壁部４４の軸方向の一端側からの深さ）は、第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１よりも深くなっている。凹形状部５１内には、ケーシング２１の端部壁３２に形成された膨出部３２ａ−１が入り込む。弁体２２の凹形状部５１は、特に外周縁部の深さが深くなっているため、凹形状部５１内に入り込むケーシング２１側の膨出部３２ａ−１の容積は大きくなっている。

また、連結壁４５は、図４，図７に示すように、径方向外側の端部から径方向内側に向かって軸方向内側に湾曲している。つまり、連結壁４５は、周壁部４４の軸方向の他端側の流入口１７から流入した冷却液が、連結壁４５の湾曲面に沿って円滑に第１弁孔４７Ａの方向に流れるように形成されている。
また、連結壁４５は、弁体２２の周壁部４４と駆動軸２７を連結するための壁であるため、スポーク状に形成することも可能であるが、本実施形態の連結壁４５は、周壁部４４と駆動軸２７の間を閉塞するように隙間や開口のない連続した壁によって構成されている。

［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。

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言うことがある。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言い、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言う。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言う場合がある。
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９は、シール筒部材３７の縦断面図である。
シール筒部材３７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９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。

［弁体とシール筒部材］
弁体２２の周壁部４４の軸方向の一端部寄りに形成される第１弁孔４７Ａは、前述のように周壁部４４の円周方向に長い長孔形状に形成されている。第１弁孔４７は、弁体２２の回動操作により第１のシール筒部材３７Ａを開閉する。第１のシール筒部材３７Ａが周壁部４４によって閉塞された状態で弁体２２が回転する間は、第１のシール筒部材３７の弁摺接面５９のほぼ全面が周壁部４４の外周面に接して摺動する。また、第１のシール筒部材３７Ａが第１弁孔４７Ａによって開かれた状態で弁体２２が回転する間は、第１のシール筒部材３７の弁摺接面５９の一部が第１弁孔４７Ａの軸方向の一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１と他端部寄りの端縁４７Ａｅ−２（第１弁孔４７Ａを挟んで一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１と対向する側の端側）に接して摺動する。

本実施形態では、第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１と他端部寄りの端縁４７Ａｅ−２とは、第１のシール筒部材３７Ａの弁摺接面５９のうちの、内周端部５９ｅ（図９参照）よりも径方向外側位置に接するように設定されている。つまり、一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１と他端部寄りの端縁４７Ａｅ−２とは、弁体２２の回転時に、周壁部４４の軸方向において、弁摺接面５９の内周端部５９ｅよりも内側位置（弁摺接面５９の内周面よりも内側位置）を移動することがない。

［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、弁体２２の連結壁４５が第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１よりも周壁部４４の軸方向内側位置から径方向内側に延出する構造とされ、周壁部４４の軸方向の一端側に、径方向外側領域の深さの深い凹形状部５１が形成されている。そして、この凹形状部５１の内側に、ケーシング２１の端部壁３２の膨出部３２ａ−１が入り込んでいる。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、ケーシング２１の端部壁３２によって弁体２２の周壁部４４内に流入する冷却液の流入容積を縮小し、液体分配システム１の各部を所望の温度に迅速にコントロールすることができる。この結果、駆動源であるエンジン２のフリクションを低減することができる。

また、本実施形態の制御バルブ８は、弁体２２の連結壁４５の径方向外側の端部が、周壁部４４の外周面よりも径方向内側に窪む接続部５０を介して第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１に接続されている。このため、連結壁４５が第１弁孔４７Ａの開口していない領域だけでなく、第１弁孔４７Ａの開口している領域においても周壁部４４に連結されることになる。したがって、本構成を採用した場合には、弁体２２の周壁部４４に対する連結壁４５の結合部剛性を高めることができる。

さらに、本実施形態の制御バルブ８は、周壁部４４のうちの第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１と、他端部寄りの端縁４７Ａｅ−２とが、第１のシール筒部材３７Ａの弁摺接面５９の内周端部５９ｅよりも径方向外側位置に当接する構成とされている。特に、周壁部４４の第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１は、周壁部４４の外周面よりも径方向内側に窪む接続部５０を介して連結壁４５に接続されている。このため、周壁部４４の軸方向の一端側に径方向外側領域の深さの深い凹形状部５１を確保しつつも、第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１を、第１のシール筒部材３７Ａの弁摺接面５９のうちの、内周端部５９ｅよりも径方向外側位置に当接させることができる。このため、上記の構成により、経時使用によって第１のシール筒部材３７Ａの弁摺接面５９に摩耗が生じることがあっても、その摩耗部が第１のシール筒部材３７Ａの内周端部５９ｅに跨ることがない。したがって、弁摺接面５９の摩耗時に、周壁部４４の外周面と弁摺接面５９の間の隙間を通して第１のシール筒部材３７Ａ内に液体が漏出するのを抑制することができる。よって、本構成を採用した場合には、第１シール筒部材３７Ａのシール寿命を延ばすことができる。

また、本実施形態の制御バルブ８は、弁体２２の連結壁４５が周壁部４４と駆動軸２７の間を閉塞し、周壁部４４の内側に流入した冷却液が連結壁４５の外側に流出しにくい構造とされている。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、不要な部位に冷却液が流れ込み難くなり、制御バルブ８を流れる冷却液の圧力損失をより低減することができる。

また、本実施形態の制御バルブ８は、弁体２２の連結壁４５が径方向外側の端部から内側に向かって周壁部４４の軸方向内側に湾曲しているため、流入口１７から周壁部４４の内側に流入した冷却液を連結壁４５の湾曲面に沿って第１弁孔４７Ａの方向にスムーズに流すことができる。

さらに、本実施形態の制御バルブ８は、弁体２２の第１弁孔４７Ａが周壁部４４の周方向に沿って延びる長孔形状に形成されているため、第１弁孔４７Ａの一部が連結壁４５によって狭められることがあっても、周方向に延びる長孔形状によって冷却液の充分な流入部面積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。例えば、上記の実施形態では、シール筒部材３７が第１筒部５６と第２筒部５７を持つ段付き円筒形状のものを採用しているが、シール筒部材３７は段差部のない筒状形状であっても良い。
ただし、上記の実施形態のようにシール筒部材３７が第１筒部５６と第２筒部５７を持つ段付き円筒形状である場合には、シール筒部材３７を開閉する弁体２２側の弁孔が周方向に延びる長孔形状でなくても、充分な量の冷却液を対応する流出口に流出させることができる。

すなわち、シール筒部材３７を流れる冷却液の圧力損失は、第２筒部５７よりも内径の小さい第１筒部５６の開口面積のみによって影響を受ける。このため、弁体２２の周壁部４４の軸方向の一端側に形成される弁孔が長孔形状でなく、しかも、その弁孔の一部が連結壁３２によって狭められることがあっても、弁孔の開口面積がシール筒部材３７の第１筒部５６の内部通路の開口面積よりも大きければ、弁孔側の開口面積に拘らず、充分な量の冷却液を対応する流出口に流出させることができる。この場合、流出口からの冷却液の流出流量の低下を抑制しつつ、連結壁３２を弁孔の内側方向に（ケース軸方向の内側に）オフセット配置することができる。

また、上記の実施形態では、弁体２２の連結壁４５の径方向外側の端部が接続部５０を介して第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１に接続されている。しかし、図１０に示すように、連結壁１４５の径方向外側の端部は、第１弁孔４７Ａの一端部寄りの端縁４７Ａｅ−１よりも軸方向内側位置から径方向内側に延びて入れば、第１弁孔４７Ａの端縁４７Ａｅ−１に接続されていなくても良い。なお、図１０では、上記の実施形態と共通部分には同一符号を付してある。

また、上述した実施形態では、弁体２２が円筒状の周壁部４４を備え、その円筒状の周壁部４４の外周面に、シール筒部材３７の流出口を開閉する弁孔４７が形成されている。しかし、弁体２２の周壁部４４の形状は、外周面の径が軸方向で一定である円筒形状に限定されるものではない。すなわち、弁体２２の周壁部４４の形状は外周面の径が軸方向で変化するものであっても良い。この場合、弁体２２の周壁部４４は、例えば、球状（軸方向の中央から両端部に向かうに従い径が縮小する形状）や、球状が軸方向に複数連なった形状、テーパ状（軸方向の第１側から第２側にかけて漸次径が変化する形状）、階段状（軸方向の第１側から第２側にかけて段々と径が変化する形状）等、種々の形状を採用することが可能である。

１…液体分配システム
８…制御バルブ
１７…流入口
２１…ケーシング
２２…弁体
２７…駆動軸
３２…端部壁
３７…シール筒部材
４４…周壁部
４５…連結壁
４７Ａ…第１弁孔（弁孔）
４７Ａｅ−１…一端部寄りの端縁
４７Ａｅ−２…他端部寄りの端縁
５０…接続部
５１…凹形状部
５９…弁摺接面
５９ｅ…内周端部
６８…空調流出口（流出口）

Claims (6)

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、周壁部の軸方向の一端部寄りに弁孔が形成された弁体と、
   一端部が前記流出口に連通し、他端部が前記周壁部の外周面に当接して前記弁孔によって開閉されるシール筒部材と、
   前記弁体の軸心位置に配置されて前記弁体に回転動力を伝達する駆動軸と、を備え、
   前記弁体は、前記周壁部と、当該周壁部の軸方向の一端部寄りの位置と前記駆動軸を連結する連結壁と、を有し、
   前記連結壁は、前記弁孔の前記一端部寄りの端縁よりも前記周壁部の軸方向内側位置から径方向内側に延出して、前記周壁部の軸方向の一端部側に開口する凹形状部を形成し、
   前記ケーシングの軸方向の一端部側の端部壁は、前記凹形状部の内側に入り込むように膨出していることを特徴とする制御バルブ。
2. 前記連結壁の径方向外側の端部は、前記周壁部の外周面よりも径方向内側に窪む接続部を介して、前記弁孔の前記一端部寄りの端縁に接続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. 前記シール筒部材は、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を有し、
   前記弁孔の前記一端部寄りの端縁と、当該端縁と対向する他端部寄りの端縁とは、前記シール筒部材の前記弁摺接面のうちの、内周端部よりも径方向外側位置に当接することを特徴とする請求項２に記載の制御バルブ。
4. 前記連結壁は、前記周壁部と前記駆動軸の間を閉塞し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。
5. 前記連結壁は、径方向外側の端部から径方向内側に向かって前記周壁部の軸方向内側に湾曲していることを特徴とする請求項４に記載の制御バルブ。
6. 前記弁孔は、前記周壁部の周方向に沿って延びる長孔形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御バルブ。

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