JP2023042855A - ロータリバルブ - Google Patents
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Abstract
【課題】バルブロータの回転によりポートを切り換え、ポートでの流路抵抗を抑制した状態で流体を送り出すロータリバルブを構成する。【解決手段】周方向に並ぶ少なくとも3つのポートPを配置したバルブ室2と、3つのポートPに各別に連通する少なくとも3つの外部流路Lと、バルブ室2に対し回転自在に収容され、回転作動により複数のポートPの間での流体の流れを切り換えるバルブロータRとを備えている。第1ポートP1が、バルブ室2の壁部3の周方向に沿って延びており、第1ポートP1に対応する外部流路Lと第1ポートP1との間に、第1ポートP1の全体を覆い、バルブ流路14の周方向幅より大きい周方向幅を有する空間となる第1緩衝部Saが形成されている。【選択図】図2
Description
本発明は、ロータリバルブに関する。
ロータリバルブとして、特許文献1には、5つのポートに連通する5つの弁室が形成された弁箱と、この弁箱に重ね合わせて配置される弁体を備え、弁体を回転させることにより、弁体に形成された複数の連通路を弁室に接続させ、ポートでの流体の流れを制御する5ポート4位置切換弁が記載されている。
また、ロータリバルブとして特許文献2には、5つのポートを有するバルブハウジングの内部に、回転自在にステムシェルを収容し、ステムシェルの回転により5つのポートのうち予め設定されたものを選択的に結合させ、結合したポートの間で流体の流れを可能にする構成が記載されている。
特許文献1は、弁箱と弁体とを、回転軸を中心に相対回転自在に重ね合わせ、弁箱の5つの弁室が弁箱と弁体との境界に開放し、この弁室が開放する部位で固定側弁座を形成した構成を有している。弁体は回転軸を中心として90°間隔で4つの開口を弁箱と弁体との境界に開放し、この開放する部位で可動側弁座が形成されている。この切換弁は、隣接する2つの開口を第1連通路で接続し、残りの2つの開口を第2連通路で接続している。
これにより、弁体を回転操作した場合には5つのポートのうち、2組の2つのポートの間に流体を流す制御を可能にしている。
特許文献2は、円筒状のバルブハウジングに対し、ステムシェルの回転軸芯を中心に放射状の姿勢で筒状となる5つのポートが形成され、ステムシェルには流体の流れを決める2つチャネルを備えたロータリバルブ(特許文献2ではマルチポート・マルチモードバルブ)が記載されている。
この特許文献2では、当該文献の図8に示されるようにポートAからポートCに流体を流すモードを基準にステムシェルを回転させ、当該文献の図9に示されるようにポートBからの流体をポートCに流すモードのへの切り換えを可能にしている。
このような切り換えを実現するため、特許文献2のロータリバルブではステムシェルの流路の端部に対応するポートCの開口面積を充分に大きくし、ポートAとポートBとがステムシェルに対向する部位の開口面積をポートCより縮小している。しかしながら、ポートの開口面積を縮小する構成では、流路抵抗を増大させ流体の流れの抑制に繋がるものであった。
また、特許文献2に記載されるようにバルブハウジングの内部に収容したステムシェルによって各ポートにおける流体の流れを制御するものでは、バルブハウジングに接続する流路の姿勢は、特許文献2の図8~図13等に記載されるようにバルブハウジングの中心に対して放射状に設定することによりポートとバルブロータとの境界部位での流路抵抗の増大を抑制している。
しかしながら、ロータリバルブが備えられる機器の構造や、流路の配置が可能な空間を考慮すると、バルブハウジングに接続される流路の姿勢は、特許文献2に示されるように放射状に形成することが困難であることも多く、例えば、流路がバルブハウジングの外面に対し接線に近い角度で接続される構成も想像できた。このような角度で流路が接続するものでは、ポートとバルブロータ(特許文献2ではステムシェル)との境界の流路抵抗を増大させる懸念もあった。
このような理由から、バルブロータの回転によりポートに流れる流体を制御する構成でありながら、ポートでの流路抵抗を抑制した状態で流体を送り出すロータリバルブが求められる。
本発明に係る1の特徴構成は、回転軸芯を中心とする円筒状の壁部に、周方向に並ぶ開口として少なくとも第1ポート、第2ポート、第3ポートの少なくとも3つのポートを、この順序で配置したバルブ室と、前記バルブ室の外部に配置され、少なくとも前記第1ポート、前記第2ポート、前記第3ポートの3つの前記ポートに各別に連通する少なくとも3つの外部流路と、前記バルブ室に対し、前記回転軸芯を中心に回転自在に収容され、回転作動により複数の前記ポートの間での流体の流れを切り換えるバルブロータとを備えると共に、前記バルブロータが、第1回転ポジションに設定された状態で前記第1ポートと前記第2ポートとの間での流体の流れを可能にするバルブ流路を有し、前記バルブロータを前記第1回転ポジションから所定角度だけ回転させた第2回転ポジションに設定された状態で前記バルブ流路を介して前記第1ポートと前記第3ポートとの間での流体の流れを可能にするため前記第1ポートが、前記所定角度に対応して前記壁部の周方向に沿って延びており、前記第1ポートに対応する前記外部流路と前記第1ポートとの間に、前記第1ポートの全体を覆い、前記バルブ流路の周方向幅より大きい周方向幅を有する空間となる第1緩衝部が形成されている点にある。
この特徴構成によると、第1ポートがバルブ室の壁部の周方向に延びる領域に形成されるため、バルブロータが第1回転ポジションから第2回転ポジションに切り換られた場合でも第1ポートからバルブロータのバルブ流路に流体を供給することが可能となる。また、この構成では、特許文献2に記載されるポートA、あるいは、ポートBのように、第2ポートと第3ポートとの流路面積を絞る構成を採用する必要がないため、第2ポートと第3ポートにおける流路抵抗の増大を招くこともない。
更に、壁部のうち第1ポートを覆い、バルブ流路の周方向幅より大きい周方向幅を有する空間となる第1緩衝部が形成され、この第1緩衝部に対して外部流路の流体が流れるため、例えば、外部流路が第1ポートに対して壁部の接線に沿う姿勢で配置されていても、外部流路と第1ポートとの間で流れる流体を第1緩衝部の内部において第1ポートの開口に対して直交する姿勢(バルブ室の中心を通過する仮想直線に沿う姿勢)で流し、流路が急角度で折れ曲がる不都合を解消して、この部位での流路抵抗の増大を抑制できる。
従って、バルブロータの回転によりポートに流れる流体を制御する構成でありながら、ポートでの流路抵抗を抑制した状態で流体を送り出すロータリバルブが構成された。
上記構成に加えた構成として、前記第1緩衝部が、前記壁部の外面から外方に突出した外壁面を有する空間であっても良い。
これによると、第1緩衝部を、第1ポートの外部でバルブ室の壁部の外側に張り出すように形成することが可能となる。また、第1緩衝部がバルブ室の壁部の外側に張り出す構造であるため、第1ポートとの間で流体を流す外部流路を配置する場合でも、外部流路が外壁部に接続する角度を任意に設定することも可能となる。
上記構成に加えた構成として、前記第1緩衝部が、前記壁部に近接する領域ほど、流路断面積を拡大する拡大領域であって良い。
これによると、外部流路のうち、壁部に近接する領域ほど流路断面積が拡大するように外部流路を成形することにより、バルブ室の外部に部材を付加する構成を採用しなくとも、第1ポートに連通する第1緩衝部を形成できる。また、この構成では外部流路の端部の構造を変更するだけで済み、構成の複雑化を抑制できる。
上記構成に加えた構成として、前記バルブ流路の流路断面積は、前記第1緩衝部と前記第1ポートとの境界の流路断面積よりも大きくても良い。
これによると、第1ポートとバルブ流路との境界に流体に作用する流路抵抗より、バルブロータのバルブ流路における流路抵抗を小さくでき、流量の低下を招くことなく良好な流体の流れを現出する。
上記構成に加えた構成として、前記バルブ室は、前記第1ポート、前記第2ポート、前記第3ポートに加えて第4ポートと、第5ポートとを、この順序で更に備えており、前記バルブロータは、前記バルブロータが前記第1回転ポジション、及び、前記第2回転ポジションの何れにある場合でも、前記第4ポートと前記第5ポートとを連通させる連通流路を有しても良い。
これによると、第4ポートと第5ポートとの間において連通流路により流体を流す状態を維持したまま、バルブロータの回転ポジションの設定により第1ポート、第2ポートと、第3ポートとにおける流体の流れの制御が可能となる。
上記構成に加えた構成として、前記第4ポートと前記第5ポートのうち、少なくとも何れか一方のポートと当該ポートに対応する前記外部流路との間に、当該ポートの全体を覆う緩衝部が形成されても良い。
これによると、第4ポートと第5ポートとのうち少なくとも何れか一方のポートからの流体を、緩衝部を介して外部流路に連通するため、例えば、外部流路が壁部の接線に沿う姿勢で配置されていても、第4ポート、第5ポートと外部流路との間で流れる流体を、緩衝部の内部においてポートの開口に対して直交する姿勢(バルブ室の中心を通過する仮想直線に沿う姿勢)で流し、流路が急角度で折れ曲がる不都合を解消して、この部位での流路抵抗の増大を抑制できる。
上記構成に加えた構成として、前記バルブロータの前記連通流路が、前記バルブ室の前記壁部の内側で、前記回転軸芯の方向に窪む制御面で形成されても良い。
これによると、例えば、バルブロータに貫通する構造の流路を形成しなくとも、バルブロータに形成された制御面で、流体の流れを制御できる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図1~図3、図6に示すように、バルブハウジング1のバルブ室2に対し、回転軸芯Xを中心とする円筒状の壁部3を形成し、この壁部3の内部に回転軸芯Xを中心に回転自在にバルブロータRを収容し、バルブ室2の壁部3に対して開口として複数のポートPを形成し、複数のポートPに各別に連通する外部流路Lを備え、バルブロータRを回転操作する電動アクチュエータ6を備えてロータリバルブVが構成されている。
〔基本構成〕
図1~図3、図6に示すように、バルブハウジング1のバルブ室2に対し、回転軸芯Xを中心とする円筒状の壁部3を形成し、この壁部3の内部に回転軸芯Xを中心に回転自在にバルブロータRを収容し、バルブ室2の壁部3に対して開口として複数のポートPを形成し、複数のポートPに各別に連通する外部流路Lを備え、バルブロータRを回転操作する電動アクチュエータ6を備えてロータリバルブVが構成されている。
図6に示すように、ロータリバルブVは、バルブ室2の壁部3の内周に筒状のシール材4を備え、このシール材4の内周側にバルブロータRを収容し、バルブ室2の開放部分がプレート状の蓋体5で閉塞されている。バルブロータRに形成した駆動シャフトRa(図4、図5を参照)を、蓋体5の貫通孔5aに挿通する状態で配置し、この駆動シャフトRaに対して電動アクチュエータ6の出力軸が連結されている。なお、駆動シャフトRaは、バルブロータRとは別部品で形成されて、バルブロータRに取り付けられるように構成されていても良い。
このロータリバルブVは、バルブハウジング1と、蓋体5と、バルブロータRとが樹脂材で形成され、シール材4は、バルブロータRの外周と、壁部3の内周との間での流体のリークを抑制するようにゴムや柔軟に変形し得る樹脂材等で構成されている。
このロータリバルブVは、例えば、自動車等の車両において、クーラントや冷却水等の流体の流れの制御に用いられるものであり、バルブロータRの回転作動により、複数の外部流路Lのうち供給源側からの流体を、複数の外部流路Lのうち供給対象側に送り出す制御を実現する。
図2、図3に示すように、ポートPは、第1ポートP1、第2ポートP2、第3ポートP3、第4ポートP4の総称である。また、外部流路Lは、第1外部流路L1、第2外部流路L2、第3外部流路L3、第4外部流路L4、第5外部流路L5の総称である。
このロータリバルブVは、任意の姿勢で用いることが可能であるが、図6に示すように回転軸芯Xが縦向き姿勢にあることに準じて上下関係を説明する。回転軸芯Xは円筒状の壁部3の中心位置を示すものであるが、図2~図4に示すように、バルブロータRの回転中心を示すためにも用いている。
〔バルブハウジング/バルブ室〕
図2、図3、図6に示すように、バルブ室2は回転軸芯Xを中心とする壁部3の内側に柱状の空間として形成され、バルブロータRが回転自在に収容されている。また、図6に示すようにバルブ室2の下側にバルブ室2より小径の連通空間7が形成されている。この実施形態ではバルブ室2の下端と、連通空間7の上端との境界にバルブロータRの外周より僅かに小径で、回転軸芯Xを中心とする環状の底壁2aが形成されている。
図2、図3、図6に示すように、バルブ室2は回転軸芯Xを中心とする壁部3の内側に柱状の空間として形成され、バルブロータRが回転自在に収容されている。また、図6に示すようにバルブ室2の下側にバルブ室2より小径の連通空間7が形成されている。この実施形態ではバルブ室2の下端と、連通空間7の上端との境界にバルブロータRの外周より僅かに小径で、回転軸芯Xを中心とする環状の底壁2aが形成されている。
このため、バルブ室2にバルブロータRを収容し、バルブ室2の上部の開口を蓋体5で閉塞することにより、バルブロータRの下端の外周部がバルブ室2の環状の底壁2aに当接し、バルブロータRの上面が蓋体5の下面に当接することにより、バルブロータRの上下方向の位置を決めている。
バルブ室2の壁部3には、第1ポートP1と、第2ポートP2と、第3ポートP3と、第4ポートP4とが、壁部3の肉厚方向(径方向)に貫通する開口として、この順序で周方向に並んで形成されている。シール材4は、第1ポートP1と、第2ポートP2と、第3ポートP3と、第4ポートP4とに対応して、これらと同形状の開口が形成されている。
図1~図3に示すように、バルブハウジング1には、第1管路部M1と、第2管路部M2と、第3管路部M3と、第4管路部M4とが形成され、図6に示すように、バルブハウジング1には連通空間7に連通する第5管路部M5が形成されている。
第1管路部M1と、第2管路部M2と、第3管路部M3と、第4管路部M4と、第5管路部M5とは、車両の冷却対象や放熱部等にクーラントや冷却水等の流体の給排を行うチューブやホースが接続する接続ポートとして形成されている。尚、第1管路部M1は第1外部流路L1の端部であり、第2管路部M2、第3管路部M3、第4管路部M4、及び、第5管路部M5の各々は、第2外部流路L2、第3外部流路L3、第4外部流路L4、及び第5外部流路L5の端部である。図2、図3に示すように、ロータリバルブVは、第1管路部M1から供給される流体を第2管路部M2又は第3管路部M3に流し、第5管路部M5から供給される流体を第4管路部M4に流すように構成されている。
図2、図7に示すように、バルブハウジング1には、第1管路部M1から供給される流体を、第1緩衝部Sa(緩衝部S)を通過させた後に、第1ポートP1に導く第1外部流路L1が形成されている。また、バルブハウジング1は、第4ポートP4からの流体を第2緩衝部Sb(緩衝部S)を介して第4管路部M4に導く第4外部流路L4が形成されている。特に、第1外部流路L1は、第1管路部M1の内部空間から第1緩衝部Saの内部を介して第1ポートP1に達する領域に形成されている。第1緩衝部Sa(緩衝部S)は、バルブ流路14の周方向幅より大きい周方向幅を有する空間として形成されている。
この第1緩衝部Saと、後述する第2緩衝部Sbと、後述する第3緩衝部Scとは、共通する構成を有しており、これらを緩衝部Sと総称する。
図1~図3に示すように、バルブハウジング1は、第2ポートP2からの流体を第2管路部M2に導く第2外部流路L2と、第3ポートP3からの流体を第3管路部M3に導く第3外部流路L3とが形成されている。特に、第2外部流路L2のうち第2ポートP2からの流体を直線的に送る領域と、第3外部流路L3のうち第3ポートP3からの流体を直線的に送る領域とは互いに平行する姿勢で形成されている。尚、第2外部流路L2のうち第2ポートP2からの流体を直線的に送る領域と、第3外部流路L3のうち第3ポートP3からの流体を直線的に送る領域とは平行姿勢に限るものではなく、非平行で並列的な位置関係で形成されても良い。
第1管路部M1と、第2管路部M2と、第3管路部M3と、第4管路部M4と、第1外部流路L1と、第2外部流路L2と、第3外部流路L3と、第4管路部M4と、第1ポートP1と、第2ポートP2と、第3ポートP3と、第4ポートP4とは、回転軸芯Xに直交する姿勢の仮想平面に重なり合う位置に配置されている。尚、連通空間7に連通する第5管路部M5は、前述した仮想平面から外れた位置に配置されている。
〔バルブロータ/バルブ室〕
図4、図5に示すように、バルブロータRは、円板状の上部壁11と、不完全な円形(一部が欠けた円形)の下部壁12とが一体形成されたバルブ本体13を有している。バルブ本体13は、回転軸芯Xに沿う方向視において回転軸芯Xの近傍位置で折れ曲がる形状のバルブ流路14を内部に形成し、このバルブ流路14に対し回転軸芯Xを挟んで対向する位置に開放部15(連通流路の一例)が形成されている。
図4、図5に示すように、バルブロータRは、円板状の上部壁11と、不完全な円形(一部が欠けた円形)の下部壁12とが一体形成されたバルブ本体13を有している。バルブ本体13は、回転軸芯Xに沿う方向視において回転軸芯Xの近傍位置で折れ曲がる形状のバルブ流路14を内部に形成し、このバルブ流路14に対し回転軸芯Xを挟んで対向する位置に開放部15(連通流路の一例)が形成されている。
バルブ流路14は、バルブ本体13の円形の外周に形成された上流側の導入口14aと排出側の排出口14bとを結ぶ領域に貫通孔状に形成されている。また、開放部15(連通流路)は、図6に示す連通空間7の流体を、バルブ本体13の下端位置から上部壁11の下面に達する位置まで流すことが可能であり、平面視において、バルブ室2の壁部3の内側で、回転軸芯Xの方向に窪む一対の制御面15aで構成されている。すなわち、開放部15(連通流路)は、下部壁12の円形の一部が欠けた箇所に形成されている。
一対の制御面15aは、図2、図3に示すように、回転軸芯Xに沿う方向視においてバルブ流路14が屈曲する角度と等しい角度で、回転軸芯Xの近傍位置で折れ曲がる位置関係で配置され、バルブロータRの回転ポジションの設定により、一対の制御面15aが、第4ポートP4に流れる流体の流量を制御する。
バルブロータRは、電動アクチュエータ6から駆動シャフトRaに伝えられる回転力により回転軸芯Xを中心に回転する。この実施形態では、バルブロータRを図2に示す第1回転ポジションQ1に設定した場合に、バルブ流路14の導入口14aが、第1ポートP1に連通し、バルブ流路14の排出口14bが第2ポートP2に連通する位置に配置され、第1ポートP1から第2ポートP2への流体の流れを実現する。
更に、バルブロータRを、第1回転ポジションQ1から所定角度だけ回転させ図3に示す第2回転ポジションQ2に設定した場合でも、バルブ流路14の導入口14aが第1ポートP1に連通する状態のまま、バルブ流路14の排出口14bが第3ポートP3に連通する位置に達し、第1ポートP1から第3ポートP3への流体の流れを実現する。
このように、バルブ流路14の導入口14aが第1ポートP1に連通する状態を維持するため、図2、図3に示すように第1ポートP1がバルブ室2の壁部3の周方向に延びる領域に長円状または長方形の開口として形成されている。
特に、このロータリバルブVでは、第1回転ポジションQ1と第2回転ポジションQ2との何れに設定した場合でも、第1ポートP1とバルブ流路14との境界における流路断面積より、バルブ流路14の流路断面積を大きく設定している。具体的な構造として、第1ポートP1の開口は長円状であるため、第1回転ポジションQ1と第2回転ポジションQ2とにおいて、第1ポートP1の開口の一部が円形となるものであるが、バルブ流路14の流路断面積は、第1ポートP1の開口より流路断面積が大きい矩形であるため、このような流路断面積の大小関係を作り出している。また、バルブ流路14の流路断面積は、バルブロータRが、第1回転ポジションQ1と第2回転ポジションQ2との何れにある場合でも、第1緩衝部Saと第1ポートとP1との境界の流路断面積よりも大きくなるように構成されている。
更に、バルブロータRが、第1回転ポジションQ1と第2回転ポジションQ2との何れの回転ポジションにある場合でも、連通空間7の流体を第4ポートP4から第4外部流路L4に導くように、第4ポートP4が、第1ポートP1と同様に、バルブ室2の壁部3の周方向に延びる領域に長円状または長方形の開口として形成されている。
〔第1緩衝部/第2緩衝部〕
この実施形態のロータリバルブVでは、第1管路部M1が、第1ポートP1の開口の中央部から離れた位置に流体を供給する姿勢で形成されているため、例えば、第1管路部M1を、この姿勢のまま第1ポートP1に接続する構成を想像すると、第1管路部M1から第1ポートP1を介してバルブ流路14に流れる際に、流路が急角度で折れ曲がる形態となり、流路抵抗の増大を招くものであった。
この実施形態のロータリバルブVでは、第1管路部M1が、第1ポートP1の開口の中央部から離れた位置に流体を供給する姿勢で形成されているため、例えば、第1管路部M1を、この姿勢のまま第1ポートP1に接続する構成を想像すると、第1管路部M1から第1ポートP1を介してバルブ流路14に流れる際に、流路が急角度で折れ曲がる形態となり、流路抵抗の増大を招くものであった。
このような流路抵抗の増大を抑制するため、図2、図3に示すように、第1ポートP1が形成された壁部3の外部で、第1ポートP1を覆う位置にバルブ流路14の周方向幅より大きい周方向幅を有し、第1ポートP1から外方に張り出す空間として第1緩衝部Sa(緩衝部S)が形成されている。この第1緩衝部Saは、壁部3の外面に沿って、壁部3から離間する位置に形成された供給側外壁面8と壁部3との間に形成されている。
これにより、第1管路部M1に供給された流体は、この第1管路部M1の内部空間から第1緩衝部Saの内部に供給された後に、この第1緩衝部Saから第1ポートP1が形成された部位の壁部3の壁面に直交する姿勢(回転軸芯Xを中心とする半径方向に沿う姿勢)で流れることも可能となり、第1ポートP1での流路抵抗を低減している。
第2緩衝部Sb(緩衝部S)は、第1緩衝部Saと同様に、第4ポートP4の外部に壁部3の外部で、第4ポートP4を覆う位置に第4ポートP4から外方に張り出す空間として形成されている。この第2緩衝部Sbは、壁部3から離間する位置に形成された排出側外壁面9と壁部3との間に形成されている。これにより、第4ポートP4から流体が送り出される際には、壁部3の壁面に直交する姿勢(回転軸芯Xを中心とする半径方向に沿う姿勢)に流体が流れることが可能となり、第4ポートP4において第4外部流路L4が急角度で折れ曲がる不都合を解消し、流路抵抗を低減している。
〔流体の制御〕
図2に示すように、バルブロータRが第1回転ポジションQ1に設定されることで第1管路部M1に供給された流体は、第1管路部M1と、第1緩衝部Saと、第1ポートP1とに、この順序で流れ、バルブロータRの導入口14aからバルブ流路14に流れ、排出口14bから第2ポートP2に流れる。この第2ポートP2に流れた流体は第2外部流路L2の終端位置の第2管路部M2から送り出される。
図2に示すように、バルブロータRが第1回転ポジションQ1に設定されることで第1管路部M1に供給された流体は、第1管路部M1と、第1緩衝部Saと、第1ポートP1とに、この順序で流れ、バルブロータRの導入口14aからバルブ流路14に流れ、排出口14bから第2ポートP2に流れる。この第2ポートP2に流れた流体は第2外部流路L2の終端位置の第2管路部M2から送り出される。
また、バルブロータRが第1回転ポジションQ1に設定された場合には、第5管路部M5に供給された流体が、図6に示す連通空間7からバルブロータRの開放部15に流れ、第4ポートP4と、第2緩衝部Sbとに、この順序で流れ、第4管路部M4から送り出される。
図3に示すように、バルブロータRが第2回転ポジションQ2に設定されることで第1管路部M1に供給された流体は、第1管路部M1と、第1緩衝部Saと、第1ポートP1とを、この順序で流れ、バルブロータRの導入口14aからバルブ流路14に流れ、排出口14bから第3ポートP3に流れる。この第3ポートP3に流れた流体は第3外部流路L3の終端位置の第3管路部M3から送り出される。
また、バルブロータRが第2回転ポジションQ2に設定された場合には、第5管路部M5に供給された流体が、図6に示す連通空間7からバルブロータRの開放部15に流れ、第4ポートP4と、第2緩衝部Sbとに、この順序で流れ、第4管路部M4から送り出される。つまり、バルブロータRが第1回転ポジションQ1と第2回転ポジションQ2との何れに設定された場合でも、第5管路部M5に供給された流体は第4管路部M4から送り出される。
〔第4ポート/第5ポートの配置の変形例〕
図8~図10に示すように、回転軸芯Xに沿う方向視において、バルブ室2の壁部3に対し、第4ポートP4と、第1ポートP1との間に、第5ポートP5を形成し、この第5ポートP5より外側に第3緩衝部Scを形成している。
図8~図10に示すように、回転軸芯Xに沿う方向視において、バルブ室2の壁部3に対し、第4ポートP4と、第1ポートP1との間に、第5ポートP5を形成し、この第5ポートP5より外側に第3緩衝部Scを形成している。
この変形例では、バルブロータRを、第1回転ポジションQ1と第2回転ポジションQ2とに設定することにより、第1ポートP1からの流体を第2ポートP2と、第3ポートP3とに切り換えて送り出すと共に、第1回転ポジションQ1と第2回転ポジションQ2の何れのポジションにおいても第5ポートP5が、バルブロータRの開放部15を介して第4ポートP4に連通するように構成されている。
つまり、実施形態と同様に、バルブロータRが第1回転ポジションQ1にある場合には、第1外部流路L1の始端の第1管路部M1からの流体が、第1緩衝部Sa、第1ポートP1、バルブロータRのバルブ流路14、第2ポートP2、第2外部流路L2の終端位置に、この順序で流れ第2管路部M2から送り出される。尚、この構成では、図10に示すように、実施形態に示した連通空間7を備えないでロータリバルブVを構成している。
また、バルブロータRが第2回転ポジションQ2にある場合には、第1外部流路L1の始端の第1管路部M1からの流体が、第1緩衝部Sa、第1ポートP1、バルブ流路14、第3ポートP3、第3外部流路L3の終端位置に、この順序で流れの第3管路部M3から送り出される。
更に、バルブロータRが、第1回転ポジションQ1と第2回転ポジションQ2との何れにある場合でも、第5外部流路L5の始端の第5管路部M5からの流体が、第3緩衝部Sc、第5ポートP5、開放部15の制御面15a、第4ポートP4、第4外部流路L4の終端位置に、この順序で流れ第4管路部M4から送り出される。
また、この変形例では、実施形態と同様に壁部3より外方に供給側外壁面8を配置することで第1ポートP1を覆い、バルブ流路14の周方向幅より大きい周方向幅を有する空間となる第1緩衝部Saを形成し、壁部3より外方に排出側外壁面9を配置することで第4ポートP4を覆い、前記第4ポートから外方に張り出す空間となる第2緩衝部Sbを形成している。
さらに、壁部3より外方に別の連通側外壁面10を配置することで、第5ポートP5を覆う第3緩衝部Scを形成している。このように、当該変形例では、図10に示すように、バルブ室2に平坦な底壁部を形成することにより、第5ポートP5からの流体を第4ポートP4に送ることになる。
特に、この変形例では、第1ポートP1に対応する第1緩衝部Saに連通する第1管路部M1と、第4ポートP4に対応する第2緩衝部Sbに連通する第4管路部M4と、第5ポートP5に対応する第3緩衝部Scに連通する第5管路部M5とが互いに平行する姿勢で形成されている。尚、第1管路部M1と、第4管路部M4と、第5管路部M5とは、平行姿勢に限るものではなく、非平行となる並列的な位置関係で形成されても良い。
〔実施形態/変形例の作用効果〕
ロータリバルブVは、バルブロータRの回転ポジションの切り換えによって流路の切り換えを可能にする構成であるにも拘わらず、第1ポートP1を、第2ポートP2や第3ポートP3と比較してバルブ室2の壁部3の周方向に延びる領域に長円状または長方形の開口として形成しているため、バルブ流路14と、第2ポートP2と、第3ポートP3との何れの流路面積も縮小する必要がなく、圧損により流体の流量や圧力を低下させる不都合を招くことがない。
ロータリバルブVは、バルブロータRの回転ポジションの切り換えによって流路の切り換えを可能にする構成であるにも拘わらず、第1ポートP1を、第2ポートP2や第3ポートP3と比較してバルブ室2の壁部3の周方向に延びる領域に長円状または長方形の開口として形成しているため、バルブ流路14と、第2ポートP2と、第3ポートP3との何れの流路面積も縮小する必要がなく、圧損により流体の流量や圧力を低下させる不都合を招くことがない。
また、ロータリバルブVは、第1緩衝部Saを備えたことにより、第1管路部M1、あるいは、第1外部流路L1を介して供給される流体の流れの方向が、第1ポートP1が形成された部位の壁部3の壁面に直交しない姿勢(回転軸芯Xを中心にする半径方向から外れた姿勢)であっても、流体を第1ポートP1の開口が形成された部位の壁部3の壁面に直交する姿勢で供給し、流路抵抗の低減を実現する。
このように、第1緩衝部Saを備える構成では、第1ポートP1に流体を供給する方向を考慮することなく第1管路部M1、あるいは、第1外部流路L1の姿勢を決めることが可能となりロータリバルブVの設計を容易に行える。
更に、第2緩衝部Sbを備えたことにより、第4ポートP4から流体が送り出される際に第4ポートP4が形成された部位の壁部3の壁面に直交しない姿勢(回転軸芯Xを中心にする半径方向から外れる姿勢)であっても、流体を第4ポートP4の開口が形成された部位の壁部3の壁面に直交する姿勢で送り出し、流路抵抗の低減を実現する。
また、バルブロータRが第1回転ポジションQ1と第2回転ポジションQ2との何れにある場合でも、第5外部流路L5の始端の第5管路部M5からの流体を、バルブロータRにおいて回転軸芯Xの方向に窪む一対の制御面15aで形成された開放部15で制御して第4外部流路L4の終端位置から第4管路部M4から送り出すことを可能にしている。
変形例に示すように、第1管路部M1と、第4管路部M4と、第5管路部M5とを互いに平行する姿勢に設定することにより、これらに接続するホース類の取り扱いを容易にする。
また、このように第1管路部M1と、第4管路部M4と、第5管路部M5を平行姿勢に設定すると共に、これらに対応して、第1緩衝部Saと第2緩衝部Sbと第3緩衝部Scとを備えることにより、第1ポートP1と第4ポートP4と第5ポートP5に流れる流体が急角度で折れ曲がる状態で流れる現象を解消して、流路抵抗の増大を抑制している。
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い(実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している)。
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い(実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している)。
(a)図11、図12に示すように、バルブハウジング1のバルブ室2に回転軸芯Xを中心に回転自在にバルブロータRを収容し、バルブ室2の壁部3に対して第1ポートP1、第2ポートP2、第3ポートP3、第4ポートP4を形成し、バルブハウジング1に対し第1管路部M1と、第2管路部M2と、第3管路部M3と、第4管路部M4とを備えている。
図面には示していないが、この別実施形態(a)では、実施形態に記載したものと共通する構成のバルブロータR(図4、図5を参照)を備えており、実施形態に記載したものと同様に、回転軸芯Xの沿う方向視においてバルブ室2と重なる位置にバルブ室2より小径の有底で、回転軸芯Xを中心とする連通空間7(図6を参照)が形成されている。
この別実施形態(a)では、バルブロータRを、第1回転ポジションQ1と第2回転ポジションQ2とに設定することにより、第1ポートP1からの流体を第2ポートP2と、第3ポートP3とに切り換えて送り出すと共に、連通空間7を、バルブロータRの開放部15を介して第4ポートP4に連通させるように構成されている。
この別実施形態(a)の構成では、第1管路部M1と、第2管路部M2と、第3管路部M3と、第4管路部M4との姿勢が実施形態と異なっている。つまり、第1管路部M1と、第2管路部M2と、第4管路部M4とは互いに平行で、第1管路部M1と第2管路部M2と同じ方向に開口を形成し、第4管路部M4は逆方向に開口を形成している。更に、第3管路部M3は、回転軸芯Xを中心に半径方向に延びる方向に姿勢が設定されている。尚、第1管路部M1と、第2管路部M2と、第4管路部M4とは平行姿勢に限るものではなく、非平行の位置関係で形成されても良い。
このように複数の管路部Mの姿勢が設定されても、圧損を抑制しつつ流体の流れの制御を実現する。
(b)図13に示すように、第1緩衝部Sa(緩衝部Sの一例)が、ポートPに連通する外部流路Lのうち、壁部3に近接する領域ほど、流路断面積を拡大する拡大領域20によって形成されている。この別実施形態(b)では、外部流路Lの端部に拡大領域20を一体的に形成し、このように形成した拡大領域20を、第1ポートP1を覆う位置に配置するように、外部流路Lを壁部3の外部に取り付けるように構成される。
この別実施形態(b)は、第2緩衝部Sb(緩衝部Sの一例)を、図13に示した構成と同様に構成することが可能である。
特に、外部流路Lが樹脂で形成されるものでは、外部流路Lの成形時に拡大領域20を一体的に形成して良く、決まった内径の外部流路Lの端部に、壁部3に近接する領域ほど流路断面積を拡大する部材を取り付けて形成することも可能である。
(c)実施形態で説明したようにバルブロータRに開放部15が形成され、下部壁12が、一部が欠けた形状の円形に成形されるものであったが、これに代えて、下部壁12の一部が欠けた領域に対し回転軸芯Xを中心とする円弧状の帯状部材を備えても良い。
このように帯状部材を備えることにより、バルブ室2の円筒状の壁部3にバルブロータRを収容した場合に、円弧状の帯状部材が壁部3の内壁に接触することにより、バルブロータRの安定的な回転を可能にする。
(d)バルブロータRに形成されるバルブ流路14の形状は、実施形態で示した折れ曲がった形状に限るものでなく、直線的な形状や、湾曲する形状であっても良い。また、バルブロータRは、バルブ流路14を複数形成したものであっても良い。
(e) ロータリバルブVが、5つ以上のポートPを形成した構成であっても良い。
(f)実施形態、変形例、別実施形態では、壁部3に対して開口として形成された複数のポートPのうち特定の位置のものを第1ポートP1と決め、この他のポートPを、第1ポートP1を基準にして第2ポートP2、第3ポートP3、第4ポートP4として位置を決めていたが、これらのポートPの位置関係は図面に示すものに限るものでなく、任意の位置関係に配置することが可能である。
また、これらのポートPに関連する外部流路Lの位置の、対応するポートPに対応する複数の外部流路L(第1外部流路L1、第2外部流路L2、第3外部流路L3、第4外部流路L4)も任意の位置に配置することが可能である。更に、バルブハウジング1に対するこれらの外部流路Lの配置も任意に設定することが可能である。
この別実施形態(f)では、流体の流動方向は、実施形態に記載した方向と逆向きであっても良い。これと同様に、第4ポートP4と第5ポートP5との間での流体の流れも実施形態に記載した方向と逆向きであっても良い。
本発明は、バルブ室にバルブロータを収容し、バルブ室の円筒状の壁部に複数のポートが形成されたロータリバルブに利用することができる。
2 バルブ室
3 壁部
8 外壁面
14 バルブ流路
15 開放部(連通流路)
15a 制御面
20 拡大領域
L 外部流路
L1 第1外部流路(外部流路)
L2 第2外部流路(外部流路)
L3 第3外部流路(外部流路)
L4 第4外部流路(外部流路)
L5 第5外部流路(外部流路)
P ポート
P1 第1ポート(ポート)
P2 第2ポート(ポート)
P3 第3ポート(ポート)
P4 第4ポート(ポート)
P5 第5ポート(ポート)
Q1 第1回転ポジション
Q2 第2回転ポジション
R バルブロータ
S 緩衝部
Sa 第1緩衝部
Sb 第2緩衝部
Sc 第3緩衝部
X 回転軸芯
3 壁部
8 外壁面
14 バルブ流路
15 開放部(連通流路)
15a 制御面
20 拡大領域
L 外部流路
L1 第1外部流路(外部流路)
L2 第2外部流路(外部流路)
L3 第3外部流路(外部流路)
L4 第4外部流路(外部流路)
L5 第5外部流路(外部流路)
P ポート
P1 第1ポート(ポート)
P2 第2ポート(ポート)
P3 第3ポート(ポート)
P4 第4ポート(ポート)
P5 第5ポート(ポート)
Q1 第1回転ポジション
Q2 第2回転ポジション
R バルブロータ
S 緩衝部
Sa 第1緩衝部
Sb 第2緩衝部
Sc 第3緩衝部
X 回転軸芯
Claims (7)
- 回転軸芯を中心とする円筒状の壁部に、周方向に並ぶ開口として少なくとも第1ポート、第2ポート、第3ポートの少なくとも3つのポートを、この順序で配置したバルブ室と、
前記バルブ室の外部に配置され、少なくとも前記第1ポート、前記第2ポート、前記第3ポートの3つの前記ポートに各別に連通する少なくとも3つの外部流路と、
前記バルブ室に対し、前記回転軸芯を中心に回転自在に収容され、回転作動により複数の前記ポートの間での流体の流れを切り換えるバルブロータとを備えると共に、
前記バルブロータが、第1回転ポジションに設定された状態で前記第1ポートと前記第2ポートとの間での流体の流れを可能にするバルブ流路を有し、前記バルブロータを前記第1回転ポジションから所定角度だけ回転させた第2回転ポジションに設定された状態で前記バルブ流路を介して前記第1ポートと前記第3ポートとの間での流体の流れを可能にするため前記第1ポートが、前記所定角度に対応して前記壁部の周方向に沿って延びており、
前記第1ポートに対応する前記外部流路と前記第1ポートとの間に、前記第1ポートの全体を覆い、前記バルブ流路の周方向幅より大きい周方向幅を有する空間となる第1緩衝部が形成されているロータリバルブ。 - 前記第1緩衝部が、前記壁部の外面から外方に突出した外壁面を有する空間である請求項1に記載のロータリバルブ。
- 前記第1緩衝部が、前記壁部に近接する領域ほど、流路断面積を拡大する拡大領域である請求項1に記載のロータリバルブ。
- 前記バルブ流路の流路断面積は、前記第1緩衝部と前記第1ポートとの境界の流路断面積よりも大きい請求項1~3のいずれか一項に記載のロータリバルブ。
- 前記バルブ室は、前記第1ポート、前記第2ポート、前記第3ポートに加えて第4ポートと、第5ポートとを、この順序で更に備えており、
前記バルブロータは、前記バルブロータが前記第1回転ポジション、及び、前記第2回転ポジションの何れにある場合でも、前記第4ポートと前記第5ポートとを連通させる連通流路を有している請求項1~4のいずれか一項に記載のロータリバルブ。 - 前記第4ポートと前記第5ポートのうち、少なくとも何れか一方のポートと当該ポートに対応する前記外部流路との間に、当該ポートの全体を覆う緩衝部が形成されている請求項5に記載のロータリバルブ。
- 前記バルブロータの前記連通流路が、前記バルブ室の前記壁部の内側で、前記回転軸芯の方向に窪む制御面で形成されている請求項5又は6に記載のロータリバルブ。
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