JP2022161085A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化されたバルブ装置を提供する。【解決手段】バルブ装置は、入口から出口までの経路の一部を構成する連通路を有するハウジングと、ハウジング内で所定の軸心まわりに回転可能に設けられた弁体５０とを備える。弁体５０は、連通路の一端の連通路口４２に面する周壁部５２を有し、回転位置に応じて連通路口４２の開口面積を調節する。径方向から見た連通路口４２は、連通路口４２の中心Ｃｐから軸方向に離れるほど周方向のサイズが小さくなるような形状になっている。周壁部５２は、連通路口４２を全閉し得る閉塞部６０と、周方向に互いに離れて配置された複数の開口部とを有する。複数の開口部には、大開口部６３と、大開口部６３よりも小さい２つ小開口部６１、６２とが含まれる。小開口部６１、６２の中心Ｃ１、Ｃ２は、周方向仮想線Ｌｖに対して軸方向にずれている。【選択図】図７

Description

本発明は、バルブ装置に関する。

特許文献１に開示された流量制御弁は、所定の軸心まわりに回転可能な弁体を備える。弁体の側壁部には、比較的小さな第１開口部および第２開口部と、第２開口部よりも大きく、入口パイプおよびバイパスパイプをほぼ全開し得るだけの大きさを持つ第３開口部とが形成されている。流量制御弁は、弁体の開口部による連通通路の開口面積に応じて流体の流量を調節する。

特開平０９－２７４５２１号公報

特許文献１では、各開口部が単独で連通通路を開口できるようになっており、これにより流体流量の一定制御が可能である。一方で、各開口部の周方向の間隔を確保する必要があり、弁体の側壁部の必要周長が長くなるので、装置体格が大きくなるという問題があった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化されたバルブ装置を提供することである。

本発明のバルブ装置は、入口から出口までの経路の一部を構成する連通路を有するハウジングと、ハウジング内で所定の軸心まわりに回転可能に設けられた弁体と、弁体を回転駆動するアクチュエータとを備える。弁体は、連通路の一端の連通路口に面する周壁部を有し、回転位置に応じて連通路口の開口面積を調節する。

以下において、軸心に平行な方向のことを軸方向と定義し、軸心に直交する方向のことを径方向と定義し、軸心まわりの方向のことを周方向と定義し、連通路口の中心を通り周方向に延びる仮想線のことを周方向仮想線と定義する。

径方向から見た連通路口は、当該連通路口の中心から軸方向に離れるほど周方向のサイズが小さくなるような形状になっている。周壁部は、連通路口を全閉し得る閉塞部と、周方向に互いに離れて配置された複数の開口部とを有する。複数の開口部には、大開口部と、大開口部よりも小さい１つまたは複数の小開口部とが含まれる。１つ以上の小開口部の中心は、周方向仮想線に対して軸方向にずれている。

これにより、小開口部の中心が周方向仮想線に一致する従来形態と比べて、小開口部を周方向に寄せて配置することができる。そして弁体の回転に際して小開口部が連通路口を通過するのに要する周方向距離が短くなる。そのため、小開口部が単独で連通路口を開口できるようにするために必要な各開口部の周方向の間隔が小さくなり、弁体の周壁部の周長を短くすることができる。したがって弁体の外径を小さくしてバルブ装置を小型化できる。また、ハウジングに対する弁体の摺動部分の移動距離が短くなることで、アクチュエータの負荷を小さくすることができ、さらに弁体の摺動に関わる摺動部品の摩耗を低減できる。

一実施形態のバルブ装置の概略構成を示す断面図。 図１のＩＩ－ＩＩ線断面図。 図２に示す弁体の環状部の外周面を展開した図であって、連通路口と閉塞部とが一致する全閉状態を示す図。 図３と同様の展開図であって、連通路口と第１の小開口部とが連通する第１小開口状態を示す図。 図３と同様の展開図であって、連通路口と第２の小開口部とが連通する第２小開口状態を示す図。 図３と同様の展開図であって、連通路口と大開口部とが連通する全開状態を示す図。 図３に対応する図であって、許容移動エリアを示す図。 第１の他の実施形態のバルブ装置における環状部の外周面の展開図。 第２の他の実施形態のバルブ装置における環状部の外周面の展開図。 第３の他の実施形態のバルブ装置における環状部の外周面の展開図。 比較形態のバルブ装置における環状部の外周面の展開図。

以下、実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［一実施形態］
一実施形態のバルブ装置は、冷却システムにおいて冷却水の循環経路の途中に設けられ、冷却水の流量や経路を制御する。図１に示すように、バルブ装置１０は、入口１２および出口１３、１４を有するハウジング２０と、ハウジング２０内で所定の軸心Ｏまわりに回転可能に設けられた弁体５０と、弁体５０を回転駆動するアクチュエータ７０とを備える。

ここで、軸心Ｏに平行な方向のことを軸方向と定義する。また、軸心Ｏに直交する方向のことを径方向と定義する。また、軸心Ｏまわりの方向のことを周方向と定義する。

ハウジング２０は、本体部２１、パイプ２２、２３およびシールユニット２４、２５を含む。本体部２１は、筒部２６と、筒部２６の両端に配置された支持部２７、２８とを有する。支持部２７、２８は、軸心Ｏ上に配置されている。支持部２７には軸受３１が設けられ、支持部２８には軸受３２が設けられている。支持部２８は、本体部２１を内外に貫通する入口孔３３を有する。入口孔３３の一端が入口１２である。筒部２６は、支持部２７寄りに設けられたパイプ設置孔３４と、支持部２８寄りに設けられたパイプ設置孔３５とを有する。パイプ２２はパイプ設置孔３４に設けられ、パイプ２３はパイプ設置孔３５に設けられている。パイプ２２の外側の開口が出口１３であり、パイプ２３の外側の開口が出口１４である。

図１および図２に示すように、弁体５０は、回転軸部５１、周壁部５２および連結部５３を有する。回転軸部５１は、軸受３１、３２により支持されている。回転軸部５１の一端部には、アクチュエータ７０が接続されている。連結部５３は、回転軸部５１と周壁部５２とを連結している。周壁部５２は筒状であり、軸方向に並ぶように連結された環状部５４、５５を有する。環状部５４、５５の外周面は球面状になっている。シールユニット２４は環状部５４とパイプ２２との間に設けられ、シールユニット２５は環状部５５とパイプ２３との間に設けられている。

シールユニット２４および環状部５４は、シールユニット２５および環状部５５と同様な構成をもっている。以下、それらを代表してシールユニット２４および環状部５４について説明する。

シールユニット２４は、シート３６、スリーブ３７、スプリング３８およびパッキン３９を有する。シート３６は、環状部５４の外周面に当接する環状のシール部材である。スリーブ３７は、パイプ２２内から弁体収容空間２９内に突き出すように設けられた筒状部材であり、シート３６を保持している。スプリング３８は、スリーブ３７を介してシート３６を環状部５４に押し付けている。パッキン３９は、パイプ２２とスリーブ３７との間に設けられている。弁体５０が回転するとき、環状部５４がシート３６に対して摺動することでシールユニット２４によるシール状態が維持される。

シート３６は、その中心部に連通路４１を有する。連通路４１は、出口１３に連通しており、入口１２から出口１３までの経路の一部を構成する。連通路４１の一端の開口は、周壁部５２に面した連通路口４２である。図３に示すように、径方向から見た連通路口４２は、円形であり、連通路口４２の中心Ｃｐから軸方向に離れるほど周方向のサイズが小さくなるような形状になっている。

図１～図３に示すように、弁体５０は、回転位置に応じて連通路口４２の開口面積を調節する。具体的には、環状部５４は、連通路口４２を全閉し得る閉塞部６０、および複数の開口部６１、６２、６３を用いて連通路口４２の開口面積を調節する。複数の開口部６１、６２、６３は、周方向に互いに離れて配置されている。複数の開口部６１、６２、６３には、連通路口４２をほぼ全開し得る大開口部６３と、大開口部６３よりも小さい２つの小開口部６１、６２とが含まれる。小開口部６１は、小開口部６２よりも小さい。小開口部６１は、閉塞部６０と大開口部６３との間で閉塞部６０寄りに配置されている。小開口部６２は、閉塞部６０と大開口部６３との間で大開口部６３寄りに配置されている。

図４～図６に示すように、開口部６１、６２、６３は、単独で連通路口４２を開口できるように配置されている。これにより冷却水流量の一定制御が可能である。具体的には、図４に示すように小開口部６１の中心Ｃ１の周方向位置が連通路口４２の中心Ｃｐの周方向位置と一致するとき、小開口部６１だけが連通路口４２に連通するように、他の開口部６２、６３は小開口部６１に対して離して配置されている。図５および図６に示すように、他の開口部６２、６３に関しても同様である。

また、図３に示すように、開口部６１、６２、６３は、弁体５０が全閉位置から多少ずれた位置に停止しても、連通路４１に連通しないように配置されている。これにより弁体５０の停止位置精度が低下しても連通路口４２の全閉状態を維持することができる。具体的には、図３に示すように閉塞部６０の中心Ｃ０に対して周方向の一方および他方へ所定距離だけ相対移動した連通路口４２ａ０、４２ｂ０に対して、開口部６１、６２、６３が連通しないように、開口部６１、６２、６３は閉塞部６０から離して配置されている。以下、全閉状態の維持のために許容される連通路口４２の周方向への相対的な移動エリアのことを第１許容移動エリアＡ０（図７参照）と定義する。

さらに、開口部６１、６２、６３は、弁体５０が所定位置から多少ずれた位置に停止しても、開口部６１、６２、６３が単独で連通路口４２を開口させる状態（以下、単独開口状態）となるように配置されている。これにより弁体５０の停止位置精度が低下しても連通路口４２の開口面積が変わらず、冷却水の流量を一定とすることができる。具体的には、図４に示すように小開口部６１の中心Ｃ１に対して周方向の一方および他方へ所定距離だけ移動した連通路口４２ａ１、４２ｂ１に対して、小開口部６１だけが完全に連通するように、他の開口部６２、６３は小開口部６１に対して離して配置されている。図５および図６に示すように、他の開口部６２、６３に関しても同様である。以下、開口部６１、６２、６３による単独開口状態の維持のために許容される連通路口４２の周方向への相対的な移動エリアのことを第２許容移動エリアＡ１、Ａ２、Ａ３（図７参照）と定義する。

次に、一実施形態と比較形態との比較により、一実施形態の特徴点および有利な点を明らかにする。以下、連通路口４２の中心Ｃｐを通り周方向に延びる仮想線のことを周方向仮想線Ｌｖと定義する。

図１１に示すように比較形態では、一実施形態の閉塞部６０および複数の開口部６１、６２、６３と同じ大きさの閉塞部９０および複数の開口部９１、９２、９３が設けられる。小開口部９１、９２は、閉塞部９０および大開口部９３と同じく、連通路口４２と同じ軸方向位置に配置されている。つまり、小開口部９１、９２の中心Ｃ１、Ｃ２は、周方向仮想線Ｌｖ上に位置している。このような比較形態において「停止位置が所定距離ずれても全閉状態および単独開口状態を維持できるようにしつつ、周壁部５２の周長をできるだけ短くすること」を考えた場合、小開口部９１を第１許容移動エリアＡ０に隣接するように配置し、小開口部９２を第２許容移動エリアＡ１に隣接するように配置し、大開口部９３を第２許容移動エリアＡ２に隣接するように配置するとよい。しかし、これ以上に周壁部５２の周長を短くすることはできない。

一実施形態では、図７に示すように、小開口部６１、６２は、その中心Ｃ１、Ｃ２が連通路口４２の中心Ｃｐに対して軸方向にずれるように配置されている。つまり、小開口部６１、６２の中心Ｃ１、Ｃ２は、周方向仮想線Ｌｖに対して軸方向にずれている。

許容移動エリアＡ０、Ａ１は、連通路口４２と同様に、周方向仮想線Ｌｖから軸方向に離れるほど周方向のサイズが小さくなるような形状になっている。そのため「停止位置が所定距離ずれても全閉状態および単独開口状態を維持できるようにしつつ、周壁部５２の周長をできるだけ短くすること」を考えた場合、比較形態と比べて小開口部６１、６２を閉塞部６０側に寄せて配置することができる。これにより、小開口部６１の周方向範囲Ｒ１は、閉塞部６０に関する第１許容移動エリアＡ０の周方向範囲Ｒａ０の一部と重なっている。また、小開口部６２の周方向範囲Ｒ２は、小開口部６１に関する第２許容移動エリアＡ１の周方向範囲Ｒａ１の一部と重なっている。一実施形態では、比較形態と比べて小開口部６１、６２を閉塞部６０側に寄せた分、すなわち周方向範囲Ｒ１が周方向範囲Ｒａ０と重なった分および周方向範囲Ｒ２が周方向範囲Ｒａ１と重なった分だけ、周壁部５２の周長が短くなる。

また、各小開口部６１、６２は、周方向において順に、周方向仮想線Ｌｖに対して軸方向の一方側と他方側とに交互に配置されている。中心Ｃ１の周方向仮想線Ｌｖからのずれ量ｓ１は、中心Ｃ２の周方向仮想線Ｌｖからのずれ量ｓ２とは異なる。小開口部６１は、連通路口４２ａ１と連通路口４２ｂ１との重複エリア内、および許容移動エリアＡ０外および許容移動エリアＡ２外において、できるだけ周方向仮想線Ｌｖから離れた位置に配置されている。小開口部６２は、連通路口４２ａ２と連通路口４２ｂ２との重複エリア内であり、且つ許容移動エリアＡ１外および許容移動エリアＡ３外において、できるだけ周方向仮想線Ｌｖから離れた位置に配置されている。

（効果）
以上説明したように、一実施形態では、径方向から見た連通路口４２は、当該連通路口４２の中心Ｃ０から軸方向に離れるほど周方向のサイズが小さくなるような形状になっている。小開口部６１、６２の中心Ｃ１、Ｃ２は、周方向仮想線Ｌｖに対して軸方向にずれている。これにより、中心Ｃ１、Ｃ２が周方向仮想線Ｌｖに一致する従来形態と比べて、小開口部６１、６２を閉塞部６０側に寄せて配置することができる。そして弁体５０の回転に際して小開口部６１、６２が連通路口４２を通過するのに要する周方向距離が短くなる。そのため、小開口部６１、６２が単独で連通路口４２を開口できるようにするために必要な各開口部６１、６２、６３の周方向の間隔が小さくなり、弁体５０の周壁部５２の周長を短くすることができる。したがって弁体５０の外径を小さくしてバルブ装置１０を小型化できる。また、ハウジング２０に対する弁体５０の摺動部分の移動距離が短くなることで、アクチュエータ７０の負荷を小さくすることができ、さらに弁体５０の摺動に関わる摺動部品の摩耗を低減できる。

また、一実施形態では、各小開口部６１、６２は、周方向において順に、周方向仮想線Ｌｖに対して軸方向の一方側と他方側とに交互に配置されている。これにより、小開口部６１、６２同士をできるだけ離すことができ、周壁部５２の強度低下を抑制できる。
前記連通路口の全閉状態の維持のために許容される前記連通路口の周方向への相対的な移動エリアのことを第１許容移動エリア（Ａ０）と定義すると、

また、一実施形態では、小開口部６１の周方向範囲Ｒ１の少なくとも一部は、第１許容移動エリアの周方向範囲Ｒａ０と重なっている。そのため周方向範囲Ｒ１が周方向範囲Ｒａ０と重なった分だけ、周壁部５２の周長が短くなる。

また、一実施形態では、周方向において隣り合う２つの小開口部６１、６２のうち、一方の小開口部６２の周方向範囲Ｒ２は、他方の小開口部６１に関する第２許容移動エリアＡ１の周方向範囲Ｒａ１と重なっている。そのため周方向範囲Ｒ２が周方向範囲Ｒａ１と重なった分だけ、周壁部５２の周長が短くなる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、各小開口部の中心の周方向仮想線からのずれ量は同じであってもよい。

他の実施形態では、図８に示すように小開口部が１つであってもよい。また、他の実施形態では、図９に示すように小開口部が３つ（すなわち小開口部６１、６２、６４）であってもよいし、４つ以上設けられもよい。また、図１０に示すように大開口部６３が複数設けられてもよい。

他の実施形態では、１つの環状部に対応して２つ以上のパイプが設けられてもよい。すなわち、１つの環状部が２つ以上の出口（または入口）を開閉するように構成してもよい。また、ハウジングの出口および入口の配置が逆であってもよい。また、ハウジングの出口が１つであってもよいし、入口が複数であってもよい。

他の実施形態では、バルブ装置は冷却システムに限らず、他のシステムに用いられてもよい。バルブ装置の制御対象は冷却水等の冷媒に限らす、他の流体であってもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０ バルブ装置、１２ 入口、１３、１４ 出口、２０ ハウジング、
４１ 連通路、 ４２ 連通路口、５０ 弁体、５２ 周壁部、６０ 閉塞部、
６１、６２、６４ 小開口部、６３ 大開口部、７０ アクチュエータ、
Ｃ１、Ｃ２ 小開口部の中心、Ｃｐ 連通路口の中心、Ｌｖ 周方向仮想線、
Ｏ 軸心。

Claims (4)

1. 入口（１２）から出口（１３、１４）までの経路の一部を構成する連通路（４１）を有するハウジング（２０）と、
   前記ハウジング内で所定の軸心（Ｏ）まわりに回転可能に設けられ、前記連通路の一端の連通路口（４２）に面する周壁部（５２）を有し、回転位置に応じて前記連通路口の開口面積を調節する弁体（５０）と、
   前記弁体を回転駆動するアクチュエータ（７０）と、
   を備え、
   前記軸心に平行な方向のことを軸方向と定義し、
   前記軸心に直交する方向のことを径方向と定義し、
   前記軸心まわりの方向のことを周方向と定義し、
   前記連通路口の中心（Ｃｐ）を通り周方向に延びる仮想線のことを周方向仮想線（Ｌｖ）と定義すると、
   径方向から見た前記連通路口は、当該連通路口の中心から軸方向に離れるほど周方向のサイズが小さくなるような形状になっており、
   前記周壁部は、前記連通路口を全閉し得る閉塞部（６０）と、周方向に互いに離れて配置された複数の開口部（６１、６２、６３、６４）とを有し、
   前記複数の開口部には、大開口部（６３）と、前記大開口部よりも小さい１つまたは複数の小開口部（６１、６２、６４）とが含まれ、
   １つ以上の前記小開口部の中心（Ｃ１、Ｃ２）は、前記周方向仮想線に対して軸方向にずれている、バルブ装置。
2. 前記小開口部は複数設けられ、
   各前記小開口部は、周方向において順に、前記周方向仮想線に対して軸方向の一方側と他方側とに交互に配置されている、請求項１に記載のバルブ装置。
3. 前記連通路口の全閉状態の維持のために許容される前記連通路口の周方向への相対的な移動エリアのことを第１許容移動エリア（Ａ０）と定義すると、
   所定の前記小開口部（６１）の周方向範囲（Ｒ１）の少なくとも一部は、前記第１許容移動エリアの周方向範囲（Ｒａ０）と重なっている、請求項１または２に記載のバルブ装置。
4. 前記小開口部は複数設けられ、
   前記小開口部が単独で前記連通路口を開口させる状態のことを単独開口状態と定義し、
   前記単独開口状態の維持のために許容される前記連通路口の周方向への相対的な移動エリアのことを第２許容移動エリア（Ａ１、Ａ２、Ａ３）と定義すると、
   周方向において隣り合う２つの前記小開口部のうち、一方の前記小開口部（６２）の周方向範囲（Ｒ２）の少なくとも一部は、他方の前記小開口部（６１）に関する前記第２許容移動エリアの周方向範囲（Ｒａ１）と重なっている、請求項１～３のいずれか一項に記載のバルブ装置。

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