JP2022151121A - 流体制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体の移動時に流体流れの押圧力を極力受けないようにして、弁体の移動をスムーズにする。【解決手段】ハウジングの流体通路内で可動子の流体流れ上流側に配置され、内部を流体が流通可能な筒形状であり、コイルの励磁時に可動子の移動を受けて移動して弁座部材の窓部を開閉する弁体と、ハウジングの流体通路の上流側に配置され流体が流体通路に直接流入するのを防止する衝突部と、流体が衝突部を回り込んで流体通路に流入するのを許容する窓部とを備える弁座部材とを備え、弁座部材は衝突部を回り込んで窓部より流入した流体を上流側に向かわせる逆流空間を衝突部の裏面に形成している。弁体が移動する際に受ける流体流れの押圧力を軽減でき、窓部より逆流空間に向かう流体の流れのベクトルが弁体の移動方向にも合うので、より小さな磁力で弁体を移動させることが可能となる。【選択図】図２

Description

本開示は流体流路の流通遮断を切り替える流体制御弁に関する。例えば、エンジンからエンジン冷却水をヒータコアに供給する流路の開閉切り替えに用いることが可能である。

エンジン冷却水の流路のオンオフ切り替えを行う流体制御弁としては、可動子が流体流路の導通遮断を行う弁体を兼ねている若しくは可動子と弁体が合体しているのが通常である。また、軸流式バルブの場合は、弁体が流体流路を遮断する際には、流体流れに抗して移動するのが通常である。

特許文献１では、弁体が直接流体流れに抗して移動するのではなく、流体流路の中にバルブシートを配置し、流体をそのバルブシートに衝突させることが記載されている。そして、バルブシートの背面に弁体を配置している。

しかしながら、特許文献１記載の技術は、バルブシートを回り込んだ流体が逆流することなく下流側に流れるようにバルブシートを形成していた。即ち、バルブシートの形状がドロップ形状で、流体流れはバルブシートの上流側から下流側に連続して流れるようにしていた。

ドイツ特許ＤＥ１０２０１６１１２４０６Ｂ４号公報

バルブシートの形状をドロップ形状とするのは、流体流れを円滑にする上で望ましいようにも思われる。しかしながら、弁体がバルブシートに着座しようと移動する際には、流体流れの方向と弁体の移動方向とが逆となる。そのため、弁体は流体流れからの押圧力を受けつつ移動することとなり、弁体の移動に要する磁力も大きな磁力が求められることとなる。

本開示は、弁体の移動時に流体流れの押圧力を極力受けないようにし、弁体の移動終了間際では寧ろ流体流れにより弁体の移動をスムーズにすることを課題としている。

本開示の第１は、ボビンに多数回巻回されたコイルと、このコイルの外周側に配置されコイルの励磁時に磁気回路を生成するヨークと、コイルの内周側に配置されコイルの励磁時にヨークと共に磁気回路を生成するステータコアと、ステータコアと磁気ギャップを介して移動可能に配置されコイルの励磁時にヨークステータコアと共に磁気回路を生成する可動子と、コイル、ヨーク、ステータコア及びこの可動子を保持し、内部に流体通路を形成する筒形状のハウジングとを備えるソレノイド部材を用いている。

また、本開示の第１は、ハウジングの流体通路の上流側に配置され、流体が流体通路に直接流入するのを防止する衝突部と、流体がこの衝突部を回り込んで流体通路に流入するのを許容する窓部とを備える弁座部材と、ハウジングの流体通路内でこの可動子の流体流れ上流側に、可動子と当接可能であって流体通路内を移動可能に配置され、内部を流体が流通可能な筒形状であり、コイルの励磁時に可動子の移動を受けて移動して弁座部材の窓部を開閉する弁体も備えている。

そして、本開示の第１は、可動子は内部を流体が流通可能な筒形状であり、コイルの励磁時に流体通路内の流体流れ上流側に移動し、弁座部材は衝突部を回り込んで窓部より流入した流体を上流側に向かわせる逆流空間を衝突部の裏面に形成している。

本開示の第１によれば、コイルの励磁時に可動子が流体通路内の流体流れ上流側に移動するので、弁体も上流側に移動することとなる。しかしながら、弁座部材に衝突部を設けて流体が流体通路に直接流入するのを防止し、弁座部材に窓部と設けて流体が衝突部を回り込んで流体通路に流入するようにしている。しかも、弁座部材の衝突部の裏面に衝突部を回り込んで窓部より流入した流体を逆流させる逆流空間を形成している。

そのため、本開示の第１では、弁体が移動する際に受ける流体流れの押圧力を軽減できている。しかも、逆流空間を設けているので、窓部より逆流空間に向かう流体の流れのベクトルが弁体の移動方向にも合う。これらによって、本開示の第１では、より小さな磁力で弁体を移動させることが可能となる。

本開示の第２は、ハウジングの流体通路の流体流れ上流側に配設され、流体の流入通路と、弁座部材を収容する弁座部材室とを有する入口ポートを備えている。そして、弁座部材室は、流入通路から流入して衝突部を回り込んだ流体が窓部に流入するよう、弁座部材の周囲に形成されている。弁座室を形成することで、流体が衝突部を回り込んで窓部に流入しやすくしている。窓部に流入する流体の流れ方向が、弁体の移動方向と反対とならないように弁座室が機能している。

本開示の第３は、ハウジングの流体通路内に弁体の外周側であって弁体を可動子側に付勢する部位に、コイルの非励磁時に弁体を弁座部材の窓部の開閉を反転させる方向に移動させる付勢部材を配置している。弁体に流体の流れによる押圧力が掛かりにくくなっているので、コイルの非励磁時の弁体の移動を付勢部材で補っている。

本開示の第４は、弁座部材、弁体、ハウジングを樹脂材料製としている。そして、付勢部材を、その一端が弁体に係止され他端が弁座部材に係止される状態で、ハウジング内に配置している。かつ、付勢部材を、コイルの励磁時の磁気回路外に配置している。付勢部材に金属製バネを用いても、付勢部材によってコイルの磁気回路が阻害されることは無い。

本開示の第５は、弁体がコイルの励磁時に可動子の移動を受けて流体流れ上流側に移動して弁座部材の窓部を塞ぎ、付勢部材がコイルの非励磁時に弁体を弁座部材の窓部が開く方向に移動させるように構成している。また、本開示の第６は、弁体を、コイルの励磁時に可動子の移動を受けて流体流れ上流側に移動して弁座部材の窓部を開き、付勢部材をコイルの非励磁時に弁体を弁座部材の窓部を閉じる方向に移動させるように構成している。

本開示の第５及び第６によれば、コイルの励磁と、弁体の移動による窓部の開閉とを適宜設定することが可能である。

本開示の流体制御弁が用いられるエンジン冷却水システムを示す構成図である。 本開示の流体制御弁の断面図である。 図２図示流量制御弁の閉弁状態を示す断面図である。 図２図示弁体の斜視図である。 図２図示弁座部材の斜視図である。 本開示の流体制御弁の他の例の断面図である。 図６図示流量制御弁の開弁状態を示す断面図である。 図２図示流量制御弁の開弁時の流体流れを説明する断面図である。 比較例の開弁時の流体流れを説明する断面図である。

図１は、本開示の流体制御弁がエンジン１０からのエンジン冷却水の流路の開閉を行う冷却水バルブ１００として用いられた際のエンジン冷却水システムを示している。冷却水流路は、ラジエータ１１側に流れるラジエータ側通路１２と、ヒータコア１３側に流れるヒータ側流路１４に分岐する。分岐したラジエータ側流路１２とヒータ側流路１４はサーモスタット１５の部位で合流し、エンジン１０に戻る。このエンジン冷却水の流れはウォータポンプ１６により作られる。

ラジエータは、エンジン冷却水の放熱を行うもので、自動車走行時の走行風が当たるよう、エンジンルーム内の前方位置に配置される。ヒータコアは車室内の暖房を行うもので、図示しない冷房装置と共にエアコンユニット内に配置される。

エンジン１０の始動と共にウォータポンプ１６が作動を開始し、エンジン冷却水の循環が始まるが、冷間時にはサーモスタット１５がラジエータ側流路１２を閉じているので、ラジエータ１１での放熱は行われない。この状態で、エンジン１０の早期暖機を図る際には、冷却水バルブ１００がヒータ側流路１４も閉じ、エンジン冷却水をエンジン１０の内部のみで循環させる。

エンジン冷却水の温度が６０度程度まで上昇すると、サーモスタット１５がラジエータ側流路１２を開き始めて、ラジエータ１１をエンジン冷却水が流通出来るようにする。サーモスタット１５が全開となるのは８０度程度である。これにより、エンジン１０が高温になるのを防止する。このエンジン冷却水の温度が上昇した際の冷却水バルブ１００の挙動は、エアコンユニットを制御する図示しないＥＣＵからの指示に基づく。冷房運転時で室内温度を上昇させる必要がない状態や、エンジン１０の早期暖機運転が必要な状態では、閉弁状態となり、ヒータ側流路１４を閉じる。それ以外は開弁状態となって、ヒータコア１３に温水を供給する。

図２は、冷却水バルブ１００として用いる流体制御弁の開弁状態の断面図である。１０１はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料製のボビンで、このボビン１０１にエナメル被覆銅線が多数回巻回されてコイル１０２が形成される。

コイル１０２の外周側には、コイル１０２の励磁時に磁気回路を形成するヨーク１０３が配置されている。ヨーク１０３は鉄等の磁性材料製である。コイル１０２の内周側にも鉄等の磁性材料製のステータコア１０４が配置されている。ステータコア１０４は、ヨーク１０３と共にコイル１０２の励磁時に磁気回路を形成する部材である。

１０５は、ステータコア１０４と磁気ギャップ１０６を介して配置される可動子で、この可動子１０５も鉄等の磁性材料製である。ボビン１０１及びヨーク１０３の内周にはステンレス製のスリーブ１０７が配置されており、可動子１０５はこのスリーブ１０７に沿って摺動する。可動子１０５は内径が１４ミリメートル程度の円筒形状をしており、可動子内部流路１０５ｂをエンジン冷却水が流通する。

上述のボビン１０１、コイル１０２、ヨーク１０３、ステータコア１０４やスリーブ１０７は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料製のハウジング１１０により保持されている。ハウジング１１０は、直径が５センチメートル程度で長さが６センチメートル程度の円筒形状をしており、内部にエンジン冷却水が流通する流体通路を形成している。上記可動子１０５はこのハウジング１１０の流体通路内に配置されることとなる。そして、ボビン１０１、コイル１０２、ヨーク１０３、ステータコア１０４、スリーブ１０７をハウジング１１０により保持して、内部に可動子１０５を配置した状態がソレノイド部材１００ａとなる
ハウジング１１０の流体通路内には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料製の弁体１２０も配置されている。弁体１２０は、図４に示すように、中間にフランジ部１２１を外方に突出形成した円筒形状をしている。円筒形状の内部は、可動子１０５と同じく、エンジン冷却水が流通する。そして、フランジ部１２１よりエンジン冷却水流れの下流側の下流部１２２の弁体下流内部流路１２２ａでは、内径は１４ミリメートル程度であって、可動子１０５の内径と同様である。上流部１２３の弁体上流内部流路１２３ａでは、その内径が下流部１２２に向けて徐々に狭まる形状である。

弁体１２０は、下流部１２２の最も下流側に弁体１２０外周側のエンジン冷却水と内周側のエンジン冷却水とを流通可能とする流通溝１２４が周方向に等間隔離れて複数形成されている。また、弁体１２０の下流端１２５は可動子１０５の上流端１０５ａと当接している。

ハウジング１１０の上流側開口端１１１には弁座部材１３０が配設されている。弁座部材１３０は中間に弁座部材フランジ１３１を形成しており、この弁座部材フランジ１３１がハウジング１１０の上流側開口端１１１と当接する。弁座部材１３０の上流側には、エンジン冷却水がハウジング１１０の流体通路、より具体的には弁体１２０の上流部１２３の弁体上流内部流路１２３ａに直接流入するのを防止する衝突部１３２が形成されている。衝突部１３２は直径が２６ミリメートル程度の円盤形状をしており、後述する入口ポート１４０の流路内径より大きくなっている。

衝突部１３２は２本の支柱１３３により弁座部材フランジ１３１と連結している。そして、衝突部１３２と弁座部材フランジ１３１との間は、支柱１３３が存在する部分を除いて窓部１３４が形成されている。衝突部１３２を回り込んだエンジン冷却水はこの窓部１３４より、弁体１２０の上流部１２３の内部流路に流入する。窓部１３４は、その窓部１３４を通過するエンジン冷却水に大きな流通抵抗を与えないよう、比較的大きく形成され、図２における左右方向の幅が２～３ミリメートル程度となっている。

衝突部１３２と窓部１３４との間には、幅が４ミリメートル程度の円筒状部１３６が形成されている。この円筒状部１３６によって、衝突部１３２の裏面に逆流空間１３７が形成される。円筒状部１３６と同じく４ミリメートル程度の深さを有し、直径が１６～１８ミリメートル程度の円柱状をしている。そして、この逆流空間１３７により、窓部１３４より弁座部材１３０内に流入したエンジン冷却水が上流側に流れるのを許容している。

１５０は付勢部材で、耐食性を考慮してステンレス製であり、コイル状に巻かれている。付勢部材１５０の一端１５１は、弁座部材１３０の弁座部材フランジ１３１に当接している。弁座部材１３０の弁座部材フランジ１３１の下流側は円筒形状となって、付勢部材１５０の一端１５１を保持するガイド１３５として機能している。付勢部材１５０の他端１５２は、弁体１２０のフランジ部１２１と当接している。付勢部材１５０は、弁座部材フランジ１３１とフランジ部１２１に挟持されて圧縮され、弁体１２０を可動子１０５側に押し付ける付勢力を発生する。

入口ポート１４０も弁座部材１３０と共に、ハウジング１１０の上流側開口端１１１に配設されている。この入口ポート１４０の上流側はエンジン冷却水の流入通路１４１を形成している。流入通路１４１の内径は、１５ミリメートル程度で、可動子１０５や弁体１２０の下流部１２２内径（１４ミリメートル程度）よりやや大きい。入口ポート１４０の上流側端部には、ヒータ側流路１４をなすホースの抜け止めを行う入口側係止部１４２が外周方向に突出形成されている。

入口ポート１４０の下流側には弁座部材１３０の衝突部１３２を収納する弁座部材室１４３が形成されている。弁座部材室１４３は流路断面積を大きくして、流入通路１４１から流入したエンジン冷却水が衝突部を回り込んで窓部に流入するのをガイドしている。換言すれば、弁座部材室１４３を設けることで、窓部１３４に向かうエンジン冷却水の流通抵抗が過大となるのを防いでいる。この入口ポート１４０も、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料でできている。

弁座部材室１４３の下流側の端部は弁座部材１３０の弁座部材フランジ１３１によって閉じられている。この弁座部材フランジ１３１は、窓部１３４の下流側端部１３４ａと同一の位置に形成されている。従って、弁座部材室１４３で衝突部１３２を回り込んだエンジン冷却水は、この弁座部材フランジ１３１によってガイドされ、径方向外側から内側に流れる。特に、窓部１３４の径方向内側には逆流空間１３７が形成されているので、衝突部１３２を回り込んだエンジン冷却水の流れの下流側に向かうベクトルが小さくなっている。

ハウジング１１０の下流側開口端１１２には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料製の出口ポート１６０が配設されている。出口ポート１６０にはポートフランジ１６１が外周側に形成されて、ハウジング１１０の下流側開口端１１２を覆っている。出口ポート１６０の内部はエンジン冷却水の流出通路１６２をなしており、この流出通路１６２も内径は１５ミリメートル程度である。

出口ポート１６０の上流側の端面は可動子１０５を係止する可動子受け部１６３となっている。また、出口ポート１６０の上流側の端面には、可動子受け部１６３の間にポート流通溝１６４が形成されている。可動子１０５の外周とスリーブ１０７とのクリアランスを流れたエンジン冷却水はこのポート流通溝１６４より流出通路１６２に流れるようになっている。出口ポート１６０の下流側端部にも、ヒータ側流路１４をなすホースの抜け止めを行う出口側係止部１６５が外周方向に突出形成されている。

次に、以上の構成からなる冷却水バルブ１００の組付け工程を説明する。

まず、ボビン１０１上にコイル１０２を形成する。そして、コイル１０２の外周側にヨーク１０３、内周側にステータコア１０４とスリーブ１０７を配置した状態で、ハウジング１１０を二次成形する。

ハウジング１１０の下流側開口端１１２から可動子１０５を挿入し、その状態で下流側開口端１１２と出口ポート１６０のポートフランジ１６１とをレーザー溶着して、下流側開口端１１２を塞ぐ。また、上流側開口端１１１側から、弁体１２０、付勢部材１５０及び弁座部材１３０を組み込み、付勢部材１５０を圧縮した状態で、かつ、弁座部材フランジ１３１を上流側開口端１１１と入口ポート１４０で挟持した状態で、入口ポート１４０とハウジング１１０の上流側開口端１１１との間をレーザー溶着して、組付けを終了する。

組付けられた状態では、入口ポート１４０と円筒形状のハウジング１１０と出口ポート１６０との軸線が一致する。そのため、全体として一つの通路部材となり、ヒータ側流路１４を構成する部材として、エンジンルーム内での配置が容易となる。

このようにして組付けられた冷却水バルブ１００の作動を次に説明する。

上述の通り、冷却水バルブ１００は図示しないエアコンユニットのＥＣＵからの指令に基づいて、ヒータ側流路１４の開閉を行うものである。ＥＣＵからの指令がなく、コイル１０２に通電されていない状態では、コイル１０２は非励磁である。この状態では、付勢部材１５０の押圧力をフランジ部１２１に受けて、弁体１２０は可動子１０５側に押圧される。そのため、可動子１０５も付勢部材１５０の押圧力を受けて、出口ポート１６０の可動子受け部１６３に押圧される。

この状態が、弁体１２０の開弁状態で、図２に示す。入口ポート１４０の流入通路１４１から流入したエンジン冷却水は、弁座部材室１４３内で、弁座部材１３０の衝突部１３２を回り込み、弁座部材フランジ１３１にガイドされて径方向より窓部１３４に流入する。窓部１３４から弁座部材１３０に径方向より流入したエンジン冷却水は、軸方向に流れを変える。エンジン冷却水流れの主流Ａは、ハウジング１１０の流体通路に流れ込む。具体的には、弁体１２０の上流部１２３の弁体上流内部流路１２３ａに流入する。

ただ、弁座部材１３０には窓部１３４に隣接して逆流空間１３７が形成されているので、窓部１３４から弁座部材１３０に流入したエンジン冷却水の一部Ｂは、この逆流空間１３７側に逆流する。このように、一部Ｂのエンジン冷却水の流れが逆流することで、主流Ａの流れを弱めることができる。本開示の逆流空間１３７を備える弁座部材１３０は、逆流空間１３７を有さない単純な円盤状をした弁座部材と比較すると、主流Ａの流れによる押圧力を半減することが可能である。例えば、弁体１２０が閉弁状態から開弁方向に移動する際、逆流空間１３７を備えない円盤状の弁座部材であれば、弁体１２０は、開弁直後には６．３ニュートン程度の押圧力を受ける。開弁終了時であっても、弁体１２０は、０．２ニュートン程度の押圧力を受ける。それに対し、本開示の逆流空間１３７を備える弁座部材１３０を用いれば、弁体１２０に加わる応圧力は、開弁直後でも３．６ニュートン程度の押圧力である。そして、開弁終了時に弁体１２０に加わる押圧力は０．１ニュートン程度に減少している。

一部Ｂが逆流することで、エンジン冷却水の流れに乱れが生じるが、弁体上流内部流路１２３ａでは内部流路の径が徐々に狭くなっているので、この部位でエンジン冷却水の流れは整流される。整流されたエンジン冷却水は下流に流れるが、弁体１２０の弁体下流内部流路１２２ａ、可動子１０５の可動子内部流路１０５ｂ及び出口ポート１６０の流出通路１６２は略同径であるため、エンジン冷却水はスムーズに流れる。

この開弁状態では、衝突部１３２によりエンジン冷却水が直線的に弁体上流内部流路１２３ａに流れ込むことが無いため、弁体１２０や可動子１０５はエンジン冷却水の流圧を受けにくい構造である。そのため、上述の通り、付勢部材１５０によって、開弁状態を維持している。

この開弁状態で、エンジン冷却水は、弁体上流内部流路１２３ａ、弁体下流内部流路１２２ａ、及び可動子内部流路１０５ｂを主に流れる。そのため、付勢部材１５０の保持される位置はエンジン冷却水の主流から外れており、付勢部材１５０がエンジン冷却水の流れに影響を及ぼすこともなく、逆に、エンジン冷却水の流れが付勢部材１５０の付勢力に影響を及ぼすこともない。

上述の通り、エンジン冷却水の主流は、弁体上流内部流路１２３ａ、弁体下流内部流路１２２ａ、及び可動子内部流路１０５ｂであるが、弁体１２０の上流部１２３の外周と弁座部材１３０のガイド１３５の内周との間には０．１ミリメートルを超える程度のクリアランスがある。そのため、このクリアランスにも一部のエンジン冷却水は流入する。

しかしながら、本開示では弁体１２０の下流部１２２に流通溝１２４を形成しているので、クリアランスより流入したエンジン冷却水は滞留することなく、可動子内部流路１０５ｂ側に流れる。同様に、可動子１０５の外周とスリーブ１０７の内周とのクリアランスに入り込んだエンジン冷却水は、ポート流通溝１６４より出口ポート１６０の流出通路１６２側に流れる。

エアコンユニットのＥＣＵよりヒータ側流路１４を閉じる指令があると、コイル１０２に通電される。その結果、コイル１０２が励磁し、ステータコア１０４と可動子１０５との間の磁気ギャップ１０６に吸引力が生じる。この磁気吸引力は付勢部材１５０の付勢力より大きくなるように設定してあるので、可動子１０５はステータコア１０４側に移動する。可動子１０５の移動と共に、弁体も付勢部材１５０を圧縮しつつ移動する。この弁体１２０の移動は、弁体１２０の上流部１２３の先端１２３ｂが弁座部材１３０の衝突部１３２の裏面に当接するまで継続する。

この際、弁体１２０の上流部１２３は、弁座部材１３０の窓部１３４を横切るように移動し、窓部１３４の開口面積を狭め、上流部１２３の先端が弁座部材１３０の衝突部１３２の裏面に当接した状態では、窓部１３４を完全に締め切っている。従って、弁体１２０の移動量は、窓部１３４の幅以上のストロークとなっている。

また、弁体１２０の移動方向は、窓部１３４を横切る方向である。ここで、エンジン冷却水の流れ方向は、弁座部材フランジ１３１によって、窓部１３４に径方向外側から内側に向かう流れとなっている。そのため、弁体１２０はエンジン冷却水の流れ方向に対向することもなく、エンジン冷却水により大きな押圧力を受けることもない。

特に、図８に示すように、弁体１２０が窓部１３４を横切る中間位置にある状態では、弁体１２０の上流部１２３の先端１２３ｂが弁座部材フランジ１３１より上流側に位置している。かつ、弁座部材１３０の衝突部１３２の裏面には逆流空間１３７が形成されている。そのため、窓部１３４を通過するエンジン冷却水の流れ方向は、逆流空間１３７側に向かうこととなる。その結果、エンジン冷却水の流れ方向のうち、弁体１２０の移動を阻害する方向のベクトルは、弁体１２０の先端１２３ｂでは、少なくなる。エンジン冷却水の流れは逆流空間１３７から弁体１２０の上流部１２３に向かうこととなる。

このように、弁体１２０の移動はエンジン冷却水の流れに抗するものではなく、移動時にエンジン冷却水の流れによる押圧力も、上記の通り半減できている。また、付勢部材１５０の付勢力には抗することになるが、付勢部材１５０の付勢力は開弁状態での弁体１２０及び可動子１０５の位置が安定していればよく、エンジン冷却水の流圧に比しても小さな力である。そのため、本開示によれば、弁体１２０の移動に必要な磁力を軽減することができる。上述の通り、閉弁時には窓部１３４の幅を超える移動ストロークが必要となるが、磁力を軽減しても必要ストロークの移動は可能である。

比較例として示す図９では、エンジン冷却水の流れ方向は、ドロップ形状をしたバルブシート１８０の外周に沿った流れ方向となる。そのため、バルブシート１８０に沿って流れるエンジン冷却水には、径方向外側から内側に向かうベクトルはあるものの、上流側から下流側に向かうベクトルが大きくなる。バルブ１８１がバルブシート１８０に着座しようとする際の移動は、エンジン冷却水の流れの上流側から下流側に向かうベクトルに抗した移動となるため、バルブ１８１の移動には、本開示に比べてより大きな磁力を必要とする。

特に、図９の比較例は、バルブシート１８０がドロップ形状であるため、上述した逆流空間１３７を備えない円盤状の弁座部材を用いた例と比較しても、上流側から下流側に向かうベクトルは大きい。そのため、本開示の逆流空間１３７を備える弁座部材１３０と図９図示比較例のバルブシート１８０とを対比すれば、本開示の逆流空間１３７を備える弁座部材１３０の効果は更に顕著となる。弁体１２０に加わるエンジン冷却水の流れによる押圧力は、図９図示比較例のバルブシート１８０に対して、本開示の逆流空間１３７を備える弁座部材１３０を用いれば、半減より更に低下することができる。

本開示において、弁体１２０が窓部１３４を完全に閉じた閉弁状態を図３に示す。この状態で、弁体１２０の上流部１２３の外周と弁座部材１３０のガイド１３５の内周との間のクリアランスより僅かなエンジン冷却水は流れるが、ヒータコア１３により空気を加熱するには不十分であり、エアコンユニットの制御に悪影響を及ぼすものではない。即ち、エアコンユニットとしては所定の温度に設定することができる。また、エンジン制御の観点でも不必要にエンジン冷却水を循環させるものではないので、エンジンの燃費悪化に影響を与えることはない。

この状態で、付勢部材１５０は可動子１０５と当接しないように配置されている。そのため、この閉弁状態で、ヨーク１０３、可動子１０５及びステータコア１０４により形成される磁気回路に付勢部材１５０が位置することはない。磁気回路内に付勢部材１５０が存在しない結果、付勢部材１５０のスペースに伴う磁気効率の悪化も防ぐことができる。

また、付勢部材１５０が可動子１０５と当接しない構造とするために弁体１２０を用いているが、弁体１２０は樹脂材料製である。そのため、可動子１０５が弁体機能を兼ねることなく、別部品として弁体１２０を採用したとしても、重量の大幅増加をきたすことはない。

なお、可動子１０５と弁体１２０とは、開弁状態と閉弁状態とに拘わらず常に当接している。即ち、開弁状態では付勢部材１５０に押圧されて、弁体１２０の下流端１２５が可動子１０５の上流端１０５ａに当接している。一方、閉弁状態ではコイル１０２の磁力で可動子１０５が、可動子１０５の上流端１０５ａが弁体１２０の下流端１２５に当接しつつ、付勢部材１５０側に移動している。そのため、鉄等の磁性材料製の可動子１０５と樹脂材料製の弁体１２０との２部品としても、両者間を圧入やカシメ等の固定手段で固定する必要がなく、追加の固定工数は不要となる。

また、可動子１０５と弁体１２０とを２部品としているので、却ってハウジング１１０の流体通路での移動がスムーズになっている。上述の通り、弁体１２０の上流部１２３の外周と弁座部材１３０のガイド１３５の内周との間にはクリアランスがあるので、弁体１２０はこのクリアランス内で多少傾く可能性がある。しかし、弁体１２０は可動子１０５とは別部品であるので、弁体１２０の傾きが可動子１０５の移動に悪影響を及ぼすことはない。同様に、可動子１０５がスリーブ１０７とのクリアランス内で傾いたとしても、弁体１２０の開弁動作や閉弁動作に悪影響を及ぼすことはない。

次に、本開示の他の実施例を図６及び図７を用いて説明する。上述の実施例では、コイル１０２の非励磁時に弁体１２０が窓部１３４を開く常開弁であったが、図６及び図７に示すように常閉弁を用いることも可能である。

図６はコイル１０２の非励磁状態を示すが、この状態では磁気ギャップ１０６は広く、弁体１２０及び可動子１０５は付勢部材１５０の付勢力によって図の右側に付勢されている。この状態で、弁体１２０の上流部１２３の最上流位置に形成されたシャッタ部１２８が、弁座部材１３０の窓部１３４を閉じている。

コイル１０２が励磁すると、図７に示すように、可動子１０５は磁気ギャップ１０６が縮小する方向に移動する。付勢部材１５０の付勢力に打ち勝って可動子１０５及び弁体１２０が図の左側に変移する。この状態で、弁体１２０の上流部１２３にシャッタ部１２８に隣接して形成された開口部１２９が、弁座部材１３０の窓部１３４と連通する。その結果、入口ポート１４０から弁座部材室１４３に流入したエンジン冷却水は、窓部１３４と開口部１２９から弁体１２０の上流部１２３の弁体上流内部流路１２３ａに流入する。

この開口部１２９が窓部１３４を横切る際に、衝突部１３２を回り込んだエンジン冷却水は開口部１２９に当接するが、前述の実施例と同様、エンジン冷却水の流れ方向は、径方向外側から内側に向かう流れとなっている。また、エンジン冷却水は開口部１２９の下流側の面１２９ａのみでなく、上流側の面１２９ｂにも当たるので、両方の面でエンジン冷却水の流れによる押圧力を相殺し、弁体１２０の移動を阻害する力を弱めることができる。更に、本開示では開口部１２９の上流側に逆流空間１３７を形成している。

上記の各利点が相俟って、この実施例においても、弁体１２０の移動に必要なコイルの励磁力を小さなものとすることができている。そして、小さな励磁力でよいのは、弁体１２０の移動中に限らず、図７で示す開弁状態を維持する際でも同様である。

図６及び図７の例では、弁体上流内部流路１２３ａの内径が徐々に狭くなる形状ではないが、窓部１３４と開口部１２９から流入したエンジン冷却水は、弁体１２０の弁体下流内部流路１２２ａ、可動子１０５の可動子内部流路１０５ｂ及び出口ポート１６０の流出通路１６２をスムーズに流れることは、図２及び図３の実施例に劣らない。

以上の実施例は本開示の望ましい例であるが、本開示は種々に変更可能である。寸法や材質は要求仕様に応じて適宜変更できる。

付勢部材１５０として、上記の開示ではコイルバネを用いたが、他の弾力性材料を使用することも可能である。また、上記の開示では、付勢部材１５０を弁体１２０のフランジ部１２１と弁座部材フランジ１３１とで挟持構造としたが、弁体に付勢力が加わる構造であればよい。付勢部材１５０をハウジング１１０に係止することも可能である。

付勢部材１５０を用いることは、エンジン冷却水の流れの圧力を直接受けない本開示において望ましい。ただ、本開示の構成を採用した場合でも、エンジン冷却水の流れの圧力が全く無くなる訳ではないので、可能な場合付勢部材１５０を廃止しても良い。

上記の開示では、衝突部１３２を円盤形状としたが、衝突部１３２はエンジン冷却水の主流流れがハウジング１１０の流体通路に直接流入することを防止できればよく、形状は種々に変更可能である。窓部１３４の形状も閉弁時に弁体１２０の上流部１２３が横切ることが出来る形状であればよく、図５図示の四角形状に限らない。支柱１３３の数も３本以上としても良い。

逆流空間１３７の形状も種々変更可能である。弁座部材１３０が円形形状であるため、衝突部１３２と円筒状部１３６の厚さを一定にすれば、逆流空間１３７の形状は円柱形状となる。そのため、樹脂成型上は逆流空間１３７を円柱形状とするのが望ましい。ただ、逆流空間１３７は、窓部１３４より弁座部材１３０内に流入したエンジン冷却水の流れに上流側に向かう流れを生じさせることができる空間であるため、それに適した形状を適宜設計することができる。

上記の開示では、入口ポート１４０に弁座部材室１４３を形成したが、弁座部材１３０はエンジン冷却水の流路内にあればよい。従って、弁座部材１３０をハウジング１１０内に収納することも可能である。その場合には、弁座部材室はハウジング１１０内に形成される。

図３の例では、コイル１０２の励磁時に弁体１２０が弁座部材１３０に当接して可動子１０５の移動が規制されていたが、必ずしも当接しなくてもよい。例えば、図７の例ではコイル１０２の励磁時であっても、弁体１２０は弁座部材１３０とは当接しておらず、弁体１２０及び可動子１０５の移動は規制されていない。

上記の開示では、出口ポート１６０に可動子受け部１６３を形成したが、可動子１０５はエンジン冷却水の流れ方向下流側の移動が規制されていればよい。移動を規制する構造を出口ポート１６０以外に形成することも可能である。例えば、ハウジング１１０に移動を規制する機構を設けることも可能である。

必要に応じ、弁体１２０の上流部１２３の先端と、弁座部材１３０の衝突部１３２の裏面との当接部位に、当接時の衝撃を緩和する緩衝材を配置するようにしても良い。ゴム等の弾性材を用いることで、併せてシール性能を向上させることができる。また、弁体１２０が窓部１３４を閉じた際に、弁座部材１３０のガイド１３５が弁体１２０のフランジ部１２１と当接するようにしても良い。更に、弁座部材１３０のガイド１３５が弁体１２０のフランジ部１２１と当接するようにした場合には、ガイド１３５若しくはフランジ部１２１にゴム等の弾性材を配置してシール性能を高めるようにしてもよい。

また、上述の例では本開示の流体制御弁を冷却水バルブ１００として用いたが、冷却水バルブ１００以外の用途に用いることは勿論可能である。用途としても、開弁状態と閉弁状態の単純なオンオフ切り替えの他に、開弁状態と閉弁状態との間をデューティ比が０％と１００％との間で連続して変化するようにして、流量を可変制御するようにしても良い。

更に、上述の例では、可動子１０５と弁体１２０とは常時当接する構造としていたが、当接可能であればよい。コイル１０２の非励磁時には必ずしも当接している必要はなく、コイル１０２の励磁時に可動子１０５と共に弁体１２０が移動できれば良い。

１００ 冷却水バルブ
１０２ コイル
１０３ ヨーク
１０４ ステータコア
１０５ 可動子
１１０ ハウジング
１２０ 弁体
１３０ 弁座部材
１３２ 衝突部
１３４ 窓部
１３７ 逆流空間
１４３ 弁座部材室

Claims (6)

1. ボビンに多数回巻回されたコイル（１０２）と、このコイルの外周側に配置され前記コイルの励磁時に磁気回路を生成するヨーク（１０３）と、前記コイルの内周側に配置され前記コイルの励磁時に前記ヨークと共に磁気回路を生成するステータコア（１０４）と、ステータコアと磁気ギャップを介して移動可能に配置され前記コイルの励磁時に前記ヨーク、前記ステータコアと共に磁気回路を生成する可動子（１０５）と、前記コイル、前記ヨーク、前記ステータコア及びこの可動子を保持し、内部に流体通路を形成する筒形状のハウジングとを備えるソレノイド部材（１００ａ）と、
   前記ハウジングの前記流体通路の上流側に配置され、流体が前記流体通路に直接流入するのを防止する衝突部（１３２）と、流体がこの衝突部を回り込んで前記流体通路に流入するのを許容する窓部（１３４）とを備える弁座部材（１３０）と、
   前記ハウジングの前記流体通路内で前記可動子の流体流れ上流側に、前記可動子と当接可能であって前記流体通路内を移動可能に配置され、内部を流体が流通可能な筒形状であり、前記コイルの励磁時に前記可動子の移動を受けて移動して前記弁座部材の前記窓部を開閉する弁体（１２０）とを備え、
   前記可動子は、内部を流体が流通可能な筒形状であり、前記コイルの励磁時に前記流体通路内の流体流れ上流側に移動し、
   前記弁座部材は、前記衝突部を回り込んで前記窓部より流入した流体を上流側に向かわせる逆流空間（１３７）を前記衝突部の裏面に形成する
   ことを特徴とする流体制御弁（１００）。
2. 前記ハウジングの前記流体通路の流体流れ上流側に配設され、流体の流入通路と、前記弁座部材を収容する弁座部材室（１４３）とを有する入口ポートを備え、
   前記弁座部材室は、前記流入通路から流入して前記衝突部を回り込んだ流体が前記窓部に流入するよう、前記弁座部材の周囲に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体制御弁。
3. 前記ハウジングの前記流体通路内に前記弁体の外周側であって前記弁体を前記可動子側に付勢する部位に配置され、前記コイルの非励磁時に前記弁体を前記弁座部材の前記窓部の開閉を反転させる方向に移動させる付勢部材（１５０）を備える
   ことを特徴とする請求項１若しくは２に記載の流体制御弁。
4. 前記弁座部材、前記弁体、前記ハウジングは樹脂材料製であり、
   前記付勢部材は、その一端を前記弁体に係止され他端を前記弁座部材に係止される状態で、前記ハウジング内に配置され、
   前記付勢部材は、前記コイルの励磁時の磁気回路外に配置される
   ことを特徴とする請求項３に記載の流体制御弁。
5. 前記弁体は、前記コイルの励磁時に前記可動子の移動を受けて流体流れ上流側に移動して前記弁座部材の前記窓部を塞ぎ、
   前記付勢部材は、前記コイルの非励磁時に前記弁体を前記弁座部材の前記窓部が開く方向に移動させる
   ことを特徴とする請求項３若しくは４に記載の流体制御弁。
6. 前記弁体は、前記コイルの励磁時に前記可動子の移動を受けて流体流れ上流側に移動して前記弁座部材の前記窓部を開き、
   前記付勢部材は、前記コイルの非励磁時に前記弁体を前記弁座部材の前記窓部を閉じる方向に移動させる
   ことを特徴とする請求項３若しくは４に記載の流体制御弁。

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