JP2024020688A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体が弁体に衝突することによる圧力損失を低減し、又、流体の通路抵抗を低減できる弁装置を提供する。【解決手段】流体を通す上流側通路１２ａ及び下流側通路１３ａ，上流側通路と下流側通路の間に介在する作動室Ｃ及び弁座面１１ｄを画定するハウジング１０と、弁座面に対して着座及び離脱するべく作動室において往復動する弁体２０と、弁体に連結されたシャフト４０を有し弁体を駆動する駆動ユニットＵを備えた弁装置において、上流側通路１２ａ及び下流側通路１３ａは同一の軸線Ｌ上に配列され、弁座面１１ｄは軸線Ｌを中心として軸線Ｌに対して傾斜して配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、流体の通路を開閉する弁装置に関し、特に、通路の途中に配置された弁座に対して弁体が着座及び離脱するように往復動することにより、通路を開閉する弁装置に関する。

従来の弁装置としては、流体が流入する上流側通路、流体が流出する下流側通路、上流側通路と下流側通路を接続するＵ字状又はクランク状の屈曲通路、屈曲通路の途中において通路に垂直に形成された弁座面、弁座面に対して着座及び離脱するように往復動する弁体、弁体を駆動するソレノイド等を備えた電磁制御弁又は電磁弁が知られている（例えば、特許文献１～３を参照）。

上記電磁制御弁又は電磁弁においては、上流側通路から流入した流体は、屈曲通路において弁体に正面から衝突し、その後、弁体を回避するように弁体の周りを流れて下流側通路に流れ出る。すなわち、流体が弁体に衝突することにより、流体の圧力損失が大きくなる。また、上流側通路と下流側通路が屈曲通路により接続されているため、直線状の通路に比べて通路抵抗が増加し、同様に流体の圧力損失を助長することになる。

特開昭６２－５６６７９号公報 特開平３－１７２６９４号公報 特開２００２－２５０４６０号公報

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、流体が弁体に衝突することによる流体の圧力損失の低減又通路抵抗の低減を図れる弁装置を提供することにある。

本発明の弁装置は、流体を通す上流側通路及び下流側通路，上流側通路と下流側通路の間に介在する作動室及び弁座面を画定するハウジングと、弁座面に対して着座及び離脱するべく作動室において往復動する弁体と、弁体に連結されたシャフトを有し弁体を駆動する駆動ユニットを備え、上流側通路及び下流側通路は、同一の軸線上に配列され、弁座面は、軸線を中心として軸線に対して傾斜して配置されている、構成となっている。

上記弁装置において、弁座面は、内側の輪郭が楕円形状に形成され、弁体は、円形状に形成されている、構成を採用してもよい。

上記弁装置において、弁体には、弁座面に当接し得る円環状のシール部材が装着されている、構成を採用してもよい。

上記弁装置において、弁座面は、上流側通路の下流端に形成され、弁体は、上流側通路から流れ込む流体に対抗する向きに閉弁する、構成を採用してもよい。

上記弁装置において、駆動ユニットは、シャフトに駆動力を及ぼす電磁アクチュエータを含む、構成を採用してもよい。

上記弁装置において、電磁アクチュエータは、固定子と、励磁用のコイルと、シャフトが連結されてコイルの通電により作動位置に移動しコイルの非通電により休止位置に戻る可動子を含む、構成を採用してもよい。

上記弁装置において、休止位置は、弁体が弁座面から離脱した開弁位置に対応し、作動位置は、弁体が弁座面に着座した閉弁位置に対応する、構成を採用してもよい。

上記弁装置において、シャフトは、上流側通路及び下流側通路が配列された軸線に対して垂直方向に往復動するように配置されている、構成を採用してもよい。

上記弁装置において、シャフトは、弁座面に対して垂直方向に往復動するように配置されている、構成を採用してもよい。

上記構成をなす弁装置によれば、流体が弁体に正面から衝突するのを防止することができる。それ故に、流体の圧力損失を低減することができ、又、通路抵抗を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る弁装置を示す外観斜視図である。 第１実施形態に係る弁装置を、上流側通路及び下流側通路の中心を通る軸線及び弁体が連結されたシャフトの軸線を含む面で切断した斜視断面図である。 第１実施形態に係る弁装置に含まれるハウジングを示す斜視図である。 第１実施形態に係る弁装置を、上流側通路及び下流側通路の中心を通る軸線及び弁体が連結されたシャフトの軸線を含む面で切断したものであり、弁体が弁座面から離脱した開弁状態を示す断面図である。 第１実施形態に係る弁装置を、上流側通路及び下流側通路の中心を通る軸線及び弁体が連結されたシャフトの軸線を含む面で切断したものであり、弁体が弁座面に着座した閉弁状態を示す断面図である。 第１実施形態に係る弁装置において、弁座面に平行な面にて切断して弁座面に垂直な方向から視た断面図である。 本発明の第２実施形態に係る弁装置を示す外観斜視図である。 第２実施形態に係る弁装置を、上流側通路及び下流側通路の中心を通る軸線及び弁体が連結されたシャフトの軸線を含む面で切断した斜視断面図である。 第２実施形態に係る弁装置に含まれるハウジングを示す斜視図である。 第２実施形態に係る弁装置を、上流側通路及び下流側通路の中心を通る軸線及び弁体が連結されたシャフトの軸線を含む面で切断したものであり、弁体が弁座面から離脱した開弁状態を示す断面図である。 第２実施形態に係る弁装置を、上流側通路及び下流側通路の中心を通る軸線及び弁体が連結されたシャフトの軸線を含む面で切断したものであり、弁体が弁座面に着座した閉弁状態を示す断面図である。 第２実施形態に係る弁装置において、弁座面に平行な面にて切断して弁座面に垂直な方向から視た断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
本発明に係る弁装置は、例えば、車両の冷却水循環システム等において、流体としての冷却水の流れを調整するために適用されるものである。
第１実施形態に係る弁装置Ｍ１は、図１ないし図５に示すように、ハウジング１０、弁体２０、シール部材３０、ハウジング１０に固定された駆動ユニットＵを備えている。
駆動ユニットＵは、シャフト４０及び電磁アクチュエータＡを備えている。

ハウジング１０は、樹脂材料等により形成され、本体部１１、軸線Ｌ上に中心をもつ上流側パイプ部１２、及び軸線Ｌ上に中心をもつ下流側パイプ部１３を備えている。
本体部１１は、図３に示すように、軸線Ｌに垂直な軸線Ｓを中心とする円筒壁１１ａ、開口部１１ｂ、フランジ部１１ｃを備えている。また、本体部１１は、内部において、弁体２０が着座し得る弁座面１１ｄ、弁体２０が往復動する作動室Ｃを画定する。
円筒壁１１ａは、軸線Ｌに垂直な軸線Ｓを中心とする円筒状に形成され、径方向において上流側パイプ部１２及び下流側パイプ部１３が軸線Ｌ方向に伸長する。
開口部１１ｂは、作動室Ｃを外側に向けて開口する領域であり、駆動ユニットＵが接合されることにより閉塞される。

フランジ部１１ｃは、駆動ユニットＵを接合して固定する領域であり、開口部１１ｂの周りにおいて略矩形状の輪郭に形成され、シール部材３０を嵌め込む環状溝１１ｃ_１、締結ネジｂを捩じ込む四つの雌ネジ穴１１ｃ_２を備えている。
弁座面１１ｄは、図４及び図５に示すように、軸線Ｌを中心として軸線Ｌに対して所定の角度θだけ傾斜した平坦面として形成されている。そして、弁座面１１ｄは、図３に示すように、上流側通路１２ａの下流端において開口する開口部１２ａ_１の周りを取り囲む。開口部１２ａ_１は、軸線Ｌ方向から視た場合は円形であるが、図６に示すように、弁座面１１ｄに垂直な方向から視た場合は楕円形状をなす。したがって、弁座面１１ｄは、内側の輪郭が楕円形状をなすように形成されている。

上流側パイプ部１２は、適用対象物の流体導入配管が接続される領域であり、軸線Ｌを中心とする円形断面の上流側通路１２ａを画定する。
上流側通路１２ａは、軸線Ｌ上に配置され、その下流端において、本体部１１の弁座面１１ｄと同一面上に開口する開口部１２ａ_１に通じる。
下流側パイプ部１３は、適用対象物の流体導出配管が接続される領域であり、軸線Ｌを中心とする円形断面の下流側通路１３ａを画定する。
下流側通路１３ａは、軸線Ｌ上に配置され、その上流端において、本体部１１の円筒壁１１ａに開口する開口部１３ａ_１に通じる。

上記ハウジング１０において、上流側通路１２ａ及び下流側通路１３ａは、直線的に並ぶように同一の軸線Ｌ上に配列され、弁座面１１ｄは、軸線Ｌを中心として軸線Ｌに対して角度θ（ここでは、４５度）をなして傾斜して配置されている。
また、作動室Ｃは、シャフト４０の軸線Ｓ方向において、弁体２０が所定範囲を往復動し得る空間として形成され、軸線Ｌ上において上流側通路１２ａと下流側通路１３ａとの間に介在する。
すなわち、上流側通路１２ａ及び下流側通路１３ａは、弁座面１１ｄ及び作動室Ｃを介在させた状態で、従来のような屈曲通路を経ることなく、直線的に連通するようになっている。したがって、弁座面１１ｄを含む通路の領域において、通路抵抗による流体の圧力損失を低減することができる。

弁体２０は、ステンレス鋼等の金属材料を用いて円板状に形成され、図２に示すように、シャフト４０が嵌合される嵌合孔２１、外縁領域において環状溝２２を備えている。
嵌合孔２１には、シャフト４０の一端部４１が溶接又は圧入により連結されている。
環状溝２２には、弁座面１１ｄに当接し得る環状のシール部材Ｓｒが装着されている。
シール部材Ｓｒは、ゴム材料等により、円環状に形成され、弁体２０が閉弁位置に位置するとき、弁座面１１ｄに密接して開口部１２ａ_１を閉塞する役割をなす。

ここで、弁座面１１ｄは、図６に示すように、開口部１２ａ_１を画定する内側の輪郭が楕円形状をなすように形成されているが、弁体２０は楕円形状ではなく円形状の平板として形成され、シール部材Ｓｒは円環状に形成されている。
このように、弁体２０を円形状とすることにより、楕円形状とする場合に比べて、弁体２０の製造コストを低減することができる。

シール部材３０は、弾性変形可能な薄膜状のゴム材料等により、円板状に形成され、環状嵌合部３１、中央連結部３２、連通孔３３を備えている。
連通孔３３は、異物等を通さない大きさに形成され、通気孔として調圧作用に寄与するものである。
そして、シール部材３０は、中央連結部３２にシャフト４０が通されて連結され、環状嵌合部３１がハウジング１０の環状溝１１ｃ_１に嵌め込まれて、駆動ユニットＵのケーシング（第２固定子６０）が接合されて挟持されるようになっている。
この組付け状態において、シール部材３０は、ハウジング１０と駆動ユニットＵとの接合面においてシール機能をなすと共に、シャフト４０と一体的に移動するべく弾性変形して流体内の異物等が電磁アクチュエータＡ側に侵入するのを防止するようになっている。尚、シール部材３０は、シャフト４０の移動を阻害しないように、弾性変形する際に連通孔３３を通して調圧作用がなされる。

駆動ユニットＵは、シャフト４０と、電磁アクチュエータＡを備えている。
電磁アクチュエータＡは、ケーシングを画定する固定子としての第１固定子５０及び第２固定子６０、可動子７０、付勢部材８０、コイルモジュール９０を備えている。
コイルモジュール９０は、ボビン９１、励磁用のコイル９２、ボビン９１及びコイル９２を埋設した成形部９３を備えている。

シャフト４０は、ステンレス鋼等の金属材料を用いて、軸線Ｓ方向に長尺な円柱状に形成され、弁体２０に連結される一端部４１、可動子７０に連結される他端部４２を備えている。一端部４１は、弁体２０の嵌合孔２１に圧入により嵌合され又は嵌合孔２１に嵌合されて溶接されている。他端部４２は、可動子７０の嵌合孔７１に圧入により嵌合されている。そして、シャフト４０は、弁体２０及び可動子７０と一体的に、軸線Ｓ方向に往復動する。

ここで、シャフト４０は、上流側通路１２ａ及び下流側通路１３ａが配列された軸線Ｌに対して垂直方向（軸線Ｓ方向）に往復動する。すなわち、弁体２０は、弁座面１１ｄに対して（９０度－θ）の角度をなす方向において、弁座面１１ｄに着座し又弁座面１１ｄから離脱するようになっている。
したがって、シャフト４０は、弁体２０が着座する際に径方向（ラジアル方向）の力を反作用として受ける。そこで、第２固定子６０のガイド孔６１ａは、シャフト４０の傾きを規制し得る長さに設定されている。

第１固定子５０は、軟鉄等を用いて機械加工又は鍛造により形成され磁力線を通す磁路として機能するものであり、図２に示すように、有底円筒状に形成され、内側円筒部５１、外側円筒部５２、フランジ部５３、切欠き部５４を備えている。
内側円筒部５１は、軸線Ｓを中心とする有底円筒状に形成され、可動子７０を軸線Ｓ方向において移動自在に収容する。
外側円筒部５２は、軸線Ｓを中心とする有底円筒状に形成され、内側においてコイルモジュール９０を収容する。
フランジ部５３は、ハウジング１０のフランジ部１１ｃに対応するべく、略矩形状の外輪郭をなす平板状に形成され、締結ネジｂを通す四つの円孔（不図示）を備えている。
切欠き部５４は、コイルモジュール９０の一部（コネクタ９３ａ）を露出させるべく矩形状に形成されている。

第２固定子６０は、軟鉄等を用いて機械加工又は鍛造により形成され、磁力線を通す磁路として機能すると共にコイル９２の通電時に可動子７０を吸引する固定鉄心として機能するものであり、図２に示すように、内側円筒部６１、フランジ部６２を備えている。
内側円筒部６１は、軸線Ｓを中心とするガイド孔６１ａ、軸線Ｓを中心とする環状凹部６１ｂを備えている。
ガイド孔６１ａは、軸線Ｓ方向において、シャフト４０を摺動自在にガイドするものであり、弁体２０のリフト量の二倍以上の長さに設定されている。これにより、ガイド孔６１ａは、シャフト４０の傾きを規制しつつ、シャフト４０を円滑にガイドすることができる。
環状凹部６１ｂは、付勢部材８０の一端部８１を受けると共に軸線Ｓに垂直な方向において一端部８１を位置決めする役割をなす。
フランジ部６２は、ハウジング１０のフランジ部１１ｃに対応するべく、略矩形状の外輪郭をなす平板状に形成され、締結ネジｂを通す四つの円孔（不図示）を備えている。

可動子７０は、磁力線を通す磁路として機能すると共にコイル９２の通電時に軸線Ｓ方向に移動する可動鉄心として機能するものであり、快削鋼（ＳＵＭ）等を用いて、機械加工又は鍛造により円筒状に形成され、図２に示すように、嵌合孔７１、環状凹部７２を備えている。
嵌合孔７１は、シャフト４０の他端部４２が圧入される領域であり、シャフト４０の外径寸法よりも僅かに小さい内径に形成されている。
環状凹部７２は、付勢部材８０の他端部８２を受けると共に軸線Ｓに垂直な方向において他端部８２を位置決めする役割をなす。
尚、可動子７０の移動を円滑にするために、例えば、外周面において軸線Ｓ方向に伸長する溝孔を形成して、可動子７０が移動する際に、前後の圧力が調整されるようにしてもよい。

付勢部材８０は、圧縮型のコイルバネであり、一端部８１が第２固定子６０の環状凹部６１ｂに当接し、他端部８２が可動子７０の環状凹部７２に当接した状態で、軸線Ｓ方向に伸縮自在に配置される。そして、付勢部材８０は、鉛直方向（軸線Ｓ方向）に移動する可動子７０を下方から支持する。

コイルモジュール９０は、前述の通り、ボビン９１、励磁用のコイル９２、成形部９３を備えている。
ボビン９１は、樹脂材料を用いて形成され、図２に示すように、第１固定子５０の内側円筒部５１と第２固定子６０の内側円筒部６１の周りに嵌め込まれる。
コイル９２は、通電により磁力を生じる励磁用のものであり、ボビン９１に巻回され、二つの端子（不図示）に接続されている。
成形部９３は、樹脂材料を用いてモールドされたものであり、ボビン９１にコイル９２を巻回しかつ二つの端子を接続した状態で、全体を覆うと共に二つの端子をコネクタ９３ａ内に露出させるように成形されている。

次に、第１実施形態に係る弁装置Ｍ１の動作について説明する。
先ず、コイル９２が通電されない非通電の状態において、図４に示すように、可動子７０及びシャフト４０は、付勢部材８０の付勢力により休止位置に位置付けられる。この休止位置において、弁体２０は、弁座面１１ｄから離脱して開口部１２ａ_１を開放した開弁位置に位置する。
この開弁位置において、上流側通路１２ａから流れ込んだ流体は、傾斜した弁体２０の面に沿うように流れ、又、弁体２０から外れた領域Ｃａを弁体２０に衝突することなく直線的に流れて、下流側通路１３ａに流れる。

したがって、従来のように流体が弁体に正面から衝突する場合に比べて、流体の圧力損失を低減することができる。また、上流側通路１２ａと下流側通路１３ａとは、同一の軸線Ｌ上に配列されているため、流体に直線的な流れを生じさせることができ、通路抵抗の低減により流体の圧力損失を低減することができる。
尚、ストロークの大きな駆動ユニットを採用し、弁体２０のリフト量を大きくして、開弁位置において、弁体２０が上流側通路１２ａ及び下流側通路１３ａを直線的に接続する領域から外れる位置に位置付けられるようにすることもできる。
これによれば、上流側通路１２ａから流れ込んだ流体は、弁体２０に衝突することなく、下流側通路１３ａに向けて直線的に流れることになる。よって、流体の圧力損失をさらに低減することができる。

一方、コイル９２が通電されると、図５に示すように、第１固定子５０から可動子７０を経由して第２固定子６０に向かう磁力線（電磁力）が生じ、可動子７０及びシャフト４０は、付勢部材８０の付勢力に抗して作動位置に位置付けられる。この作動位置において、弁体２０は、弁座面１１ｄに着座して開口部１２ａ_１を閉塞した閉弁位置に位置する。
この閉弁位置において、弁体２０は、上流側通路１２ａから流れ込む流体に対抗する向きに閉弁している。すなわち、上流側通路１２ａから流れ込んだ流体は、弁座面１１ｄから弁体２０を離脱させる向きに圧力を及ぼす状態になっている。

したがって、弁体２０を開弁させるべき状態において、仮に駆動ユニットＵのシャフト４０がスティック現象等により不動になっても、流体の圧力が上昇して弁体２０を開弁させることができる。このように、流体の圧力により弁体２０を開弁させるフェールセーフ機能を得ることができる。

上記第１実施形態に係る弁装置Ｍ１によれば、流体を通す上流側通路１２ａ及び下流側通路１３ａ，上流側通路１２ａと下流側通路１３ａの間に介在する作動室Ｃ及び弁座面１１ｄを画定するハウジング１０と、弁座面１１ｄに対して着座及び離脱するべく作動室Ｃにおいて往復動する弁体２０と、弁体２０に連結されたシャフト４０を有し弁体２０を駆動する駆動ユニットＵを備え、上流側通路１２ａ及び下流側通路１３ａが同一の軸線Ｌ上に配列され、弁座面１１ｄが軸線Ｌを中心として軸線Ｌに対して傾斜して配置されている。これによれば、開弁状態において、流体が弁体２０に衝突しないで流れる領域Ｃａを確保することができ、又、流体が上流側通路１２ａから下流側通路１３ａに向けて直線的に流れることができ、流体の圧力損失を低減することができる。

また、内側の輪郭が楕円形状に形成された弁座面１１ｄに対して、弁体２０が円形状に形成されているため、弁体２０の製造が容易であり、楕円形状に形成する場合に比べて製造コストを低減することができる。
また、弁体２０には、弁座面１１ｄに当接し得る円環状のシール部材Ｓｒが装着されているため、閉弁状態においてシール性を向上させることができる。
また、弁座面１１ｄが上流側通路１２ａの下流端に形成され、弁体２０が上流側通路１２ａから流れ込む流体に対抗する向きに閉弁するため、駆動ユニットＵのシャフト４０がスティック現象等により不動になっても、流体の圧力により弁体２０を開弁させることができ、フェールセーフ機能を得ることができる。

また、駆動ユニットＵが、シャフト４０に駆動力を及ぼす電磁アクチュエータＡを含むため、電磁アクチュエータＡが生じる電磁力のオン／オフを適宜制御することにより、弁体２０の開閉動作を円滑に行うことができる。
特に、電磁アクチュエータＡが、固定子（第１固定子５０及び第２固定子６０）と、励磁用のコイル９２と、シャフト４０が連結されてコイル９２の通電により作動位置に移動しコイル９２の非通電により休止位置に戻る可動子７０を含むため、簡単な構造にて所望する駆動力を得ることができる。

また、可動子７０の休止位置を、弁体２０が弁座面１１ｄから離脱した開弁位置に対応させ、可動子７０の作動位置を、弁体２０が弁座面１１ｄに着座した閉弁位置に対応させることにより、流体を流すのが基本モードの場合において、必要なときにコイル９２に通電して閉弁させることができ、消費電力を抑制することができる。
さらに、駆動ユニットＵのシャフト４０が、上流側通路１２ａ及び下流側通路１３ａの中心線である軸線Ｌに対して垂直方向に往復動するように配置されることにより、ハウジング１０に対して駆動ユニットＵをコンパクトに形成することができ、弁装置Ｍ１全体の小型化を達成することができる。

図６ないし図１２は、本発明の第２実施形態に係る弁装置Ｍ２を示すものであり、前述の第１実施形態に係る弁装置Ｍ１と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態に係る弁装置Ｍ２は、ハウジング１１０、弁体１２０、シール部材３０、ハウジング１１０に固定された駆動ユニットＵ２を備えている。
駆動ユニットＵ２は、シャフト１４０及び電磁アクチュエータＡ（第１固定子５０及び第２固定子６０、可動子７０、付勢部材８０、コイルモジュール９０）を備えている。

ハウジング１１０は、樹脂材料等により形成され、本体部１１１、軸線Ｌ２上に中心をもつ上流側パイプ部１１２、及び軸線Ｌ２上に中心をもつ下流側パイプ部１１３を備えている。
本体部１１１は、図９に示すように、軸線Ｌ２に対して傾斜して交差する軸線Ｓ２を中心とする円筒壁１１１ａ、開口部１１１ｂ、フランジ部１１１ｃを備えている。また、本体部１１１は、内部において、弁体１２０が着座し得る弁座面１１１ｄ、弁体１２０が往復動する作動室Ｃ２を画定する。
円筒壁１１１ａは、軸線Ｓ２を中心とする円筒状に形成されている。
開口部１１１ｂは、作動室Ｃ２を外側に向けて開口する領域であり、駆動ユニットＵ２が接合されることにより閉塞される。

フランジ部１１１ｃは、駆動ユニットＵ２を接合して固定する領域であり、開口部１１１ｂの周りにおいて略矩形状の輪郭に形成され、シール部材３０を嵌め込む環状溝１１１ｃ_１、締結ネジｂを捩じ込む四つの雌ネジ穴１１１ｃ_２を備えている。
弁座面１１１ｄは、図９ないし図１１に示すように、軸線Ｌ２を中心として軸線Ｌ２に対して所定の角度θだけ傾斜した平坦面として形成されている。そして、弁座面１１１ｄは、上流側通路１１２ａの下流端において開口する開口部１１２ａ_１の周りを取り囲む。
開口部１１２ａ_１は、軸線Ｌ２方向から視た場合は円形であるが、図１２に示すように、弁座面１１１ｄに垂直な軸線Ｓ２方向から視た場合は楕円形状をなす。したがって、弁座面１１１ｄは、内側の輪郭が楕円形状をなすように形成されている。

上流側パイプ部１１２は、適用対象物の流体導入配管が接続される領域であり、軸線Ｌ２を中心とする円形断面の上流側通路１１２ａを画定する。
上流側通路１１２ａは、軸線Ｌ２上に配置され、その下流端において、本体部１１１の弁座面１１１ｄと同一面上に開口する開口部１１２ａ_１に通じる。
下流側パイプ部１１３は、適用対象物の流体導出配管が接続される領域であり、軸線Ｌ２を中心とする円形断面の下流側通路１１３ａを画定する。
下流側通路１１３ａは、軸線Ｌ２上に配置され、その上流端において、本体部１１１の円筒壁１１１ａに開口する開口部１１３ａ_１に通じる。

上記ハウジング１１０において、上流側通路１１２ａ及び下流側通路１１３ａは、直線的に並ぶように同一の軸線Ｌ２上に配列され、弁座面１１１ｄは、軸線Ｌ２を中心として軸線Ｌ２に対して角度θ（ここでは、４５度）をなして傾斜して配置されている。
また、作動室Ｃ２は、シャフト１４０の軸線Ｓ２方向において、弁体１２０が所定範囲を往復動し得る空間として形成され、軸線Ｌ２上において上流側通路１１２ａと下流側通路１１３ａとの間に介在する。
すなわち、上流側通路１１２ａ及び下流側通路１１３ａは、弁座面１１１ｄ及び作動室Ｃ２を介在させた状態で、従来のような屈曲通路を経ることなく、直線的に連通するようになっている。したがって、弁座面１１１ｄを含む通路の領域において、通路抵抗による流体の圧力損失を低減することができる。

弁体１２０は、ステンレス鋼等の金属材料を用いて円板状に形成され、図８に示すように、シャフト１４０が嵌合される嵌合孔１２１、外縁領域において環状溝１２２を備えている。
嵌合孔１２１には、シャフト１４０の一端部１４１が溶接又は圧入により連結されている。
環状溝１２２には、弁座面１１１ｄに当接し得る環状のシール部材Ｓｒが装着されている。

ここで、弁座面１１１ｄは、図１２に示すように、開口部１１２ａ_１を画定する内側の輪郭が楕円形状をなすように形成されているが、弁体１２０は楕円形状ではなく円形状の平板として形成され、シール部材Ｓｒは円環状に形成されている。
このように、弁体１２０を円形状とすることにより、楕円形状とする場合に比べて、弁体１２０の製造コストを低減することができる。

シャフト１４０は、ステンレス鋼等の金属材料を用いて、軸線Ｓ２方向に長尺な円柱状に形成され、弁体１２０に連結される一端部１４１、可動子７０に連結される他端部１４２を備えている。一端部１４１は、弁体１２０の嵌合孔１２１に圧入により嵌合され又は嵌合孔１２１に嵌合されて溶接されている。他端部１４２は、可動子７０の嵌合孔７１に圧入により嵌合されている。そして、シャフト１４０は、弁体１２０及び可動子７０と一体的に軸線Ｓ２方向に往復動する。

ここで、シャフト１４０は、軸線Ｌ２に対して（９０度－θ）の角度をなす方向、すなわち、弁座面１１１ｄに対して垂直方向に往復動する。
したがって、シャフト１４０は、弁体１２０が着座する際に軸線Ｓ２方向の力を反作用として受けるため、シャフト１４０を傾かせるような力は作用しない。

次に、第２実施形態に係る弁装置Ｍ２の動作について説明する。
先ず、コイル９２が通電されない非通電の状態において、図１０に示すように、可動子７０及びシャフト１４０は、付勢部材８０の付勢力により休止位置に位置付けられる。この休止位置において、弁体１２０は、弁座面１１１ｄから離脱して開口部１１２ａ_１を開放した開弁位置に位置する。
この開弁位置において、上流側通路１１２ａから流れ込んだ流体は、傾斜した弁体１２０の面に沿うように流れ、又、弁体１２０から外れた領域Ｃａを弁体１２０に衝突することなく直線的に流れて、下流側通路１１３ａに流れる。

したがって、従来のように流体が弁体に正面から衝突する場合に比べて、流体の圧力損失を低減することができる。また、上流側通路１１２ａと下流側通路１１３ａとは、同一の軸線Ｌ２上に配列されているため、流体に直線的な流れを生じさせることができ、通路抵抗の低減により流体の圧力損失を低減することができる。
尚、ストロークの大きな駆動ユニットを採用し、弁体１２０のリフト量を大きくして、開弁位置において、弁体１２０が上流側通路１１２ａ及び下流側通路１１３ａを直線的に接続する領域から外れる位置に位置付けられるようにすることもできる。
これによれば、上流側通路１１２ａから流れ込んだ流体は、弁体１２０に衝突することなく、下流側通路１１３ａに向けて直線的に流れることになる。よって、流体の圧力損失をさらに低減することができる。

一方、コイル９２が通電されると、図１１に示すように、可動子７０及びシャフト１４０は、付勢部材８０の付勢力に抗して作動位置に位置付けられる。この作動位置において、弁体１２０は、弁座面１１１ｄに着座して開口部１１２ａ_１を閉塞した閉弁位置に位置する。
この閉弁位置において、弁体１２０は、上流側通路１１２ａから流れ込む流体に対抗する向きに閉弁している。すなわち、上流側通路１１２ａから流れ込んだ流体は、弁座面１１１ｄから弁体１２０を離脱させる向きに圧力を及ぼす状態になっている。

したがって、弁体１２０を開弁させるべき状態において、仮に駆動ユニットＵ２のシャフト１４０がスティック現象等により不動になっても、流体の圧力が上昇して弁体１２０を開弁させることができる。このように、流体の圧力により弁体１２０を開弁させるフェールセーフ機能を得ることができる。

上記第２実施形態に係る弁装置Ｍ２によれば、流体を通す上流側通路１１２ａ及び下流側通路１１３ａ，上流側通路１１２ａと下流側通路１１３ａの間に介在する作動室Ｃ２及び弁座面１１１ｄを画定するハウジング１１０と、弁座面１１１ｄに対して着座及び離脱するべく作動室Ｃ２において往復動する弁体１２０と、弁体１２０に連結されたシャフト１４０を有し弁体１２０を駆動する駆動ユニットＵ２を備え、上流側通路１１２ａ及び下流側通路１１３ａが同一の軸線Ｌ２上に配列され、弁座面１１１ｄが軸線Ｌ２を中心として軸線Ｌ２に対して傾斜して配置されている。
これによれば、開弁状態において、流体が弁体１２０に衝突しないで流れる領域Ｃａを確保することができ、又、流体が上流側通路１１２ａから下流側通路１１３ａに向けて直線的に流れることができ、流体の圧力損失を低減することができる。

また、内側の輪郭が楕円形状に形成された弁座面１１１ｄに対して、弁体１２０が円形状に形成されているため、弁体１２０の製造が容易であり、楕円形状に形成する場合に比べて製造コストを低減することができる。
また、弁体１２０には、弁座面１１１ｄに当接し得る円環状のシール部材Ｓｒが装着されているため、閉弁状態においてシール性を向上させることができる。
また、弁座面１１１ｄが上流側通路１１２ａの下流端に形成され、弁体１２０が上流側通路１１２ａから流れ込む流体に対抗する向きに閉弁するため、駆動ユニットＵ２のシャフト１４０がスティック現象等により不動になっても、流体の圧力により弁体１２０を開弁させることができ、フェールセーフ機能を得ることができる。

また、駆動ユニットＵが、シャフト１４０に駆動力を及ぼす電磁アクチュエータＡを含むため、電磁アクチュエータＡが生じる電磁力のオン／オフを適宜制御することにより、弁体２０の開閉動作を円滑に行うことができる。
また、可動子７０の休止位置を、弁体１２０が弁座面１１１ｄから離脱した開弁位置に対応させ、可動子７０の作動位置を、弁体１２０が弁座面１１１ｄに着座した閉弁位置に対応させることにより、流体を流すのが基本モードの場合において、必要なときにコイル９２に通電して閉弁させることができ、消費電力を抑制することができる。
さらに、駆動ユニットＵのシャフト１４０が、弁座面１１１ｄに対して垂直方向に往復動するように配置されることにより、シャフト１４０を傾かせるような力は作用せず、高精度に往復動させることができる。

上記実施形態においては、弁体２０，１２０に連結されたシャフト４０，１４０を有し弁体２０，１２０を駆動する駆動ユニットとして、電磁アクチュエータＡを含む駆動ユニットＵ，Ｕ２を示したが、これに限定されるものではなく、シャフトを往復動させるネジ機構等を備えた駆動ユニット、ネジ機構を手動にて操作する操作部を備えた駆動ユニットを採用してもよい。

上記実施形態においては、弁体２０，１２０とシャフト４０，１４０の連結構造として、嵌合及び又は溶接等の手法を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、シャフトに対して弁体が所定の角度範囲で揺動可能となるリンク機構による連結手法を採用してもよい。
上記実施形態においては、駆動ユニットＵ，Ｕ２に含まれる電磁アクチュエータＡの固定子として、上記形態をなす第１固定子５０及び第２固定子６０を示したが、その他の形態をなす第１固定子及び第２固定子を採用してもよい。

上記実施形態においては、駆動ユニットＵに含まれる電磁アクチュエータＡの可動子７０が鉛直方向に移動する場合を示したが、これに限定されるものではない。
例えば、可動子が鉛直方向以外の方向において往復動するように使用される場合は、休止位置において、可動子が付勢部材により付勢されて第１固定子に設けられたストッパ部に当接して停止するように構成された電磁アクチュエータを採用してもよい。これによれば、休止状態において可動子すなわち弁体の振動等を防止することができる。

上記実施形態においては、流体内の異物等が電磁アクチュエータＡ側に侵入するのを防止するべく、ダイヤフラムと類似の構造をなすシール部材３０を採用したが、これに限定されるものではなく、第２固定子の端部において例えばリップ型シールを嵌め込み、シャフトの周りをシールするようにしてもよい。これによれば、流体の圧力が可動部分に作用しないため、可動子及び弁体をより小さい電磁力で駆動することができる。

以上述べたように、本発明の弁装置は、流体が弁体に正面から衝突するのを防止して、流体の圧力損失を低減することができ、又、通路抵抗を低減することができるため、車両等の冷却水循環システムに適用できるのは勿論のこと、その他の分野における流体の流れを制御する機器等においても有用である。

Ｍ１ 弁装置
Ｌ 軸線
Ｓ 軸線Ｌに対して垂直方向
１０ ハウジング
１１ｄ 弁座面
１２ａ 上流側通路
１３ａ 下流側通路
２０ 弁体
Ｓｒ 環状のシール部材
Ｕ 駆動ユニット
３０ シール部材
４０ シャフト（駆動ユニット）
Ａ 電磁アクチュエータ（駆動ユニット）
５０ 第１固定子（固定子）
６０ 第２固定子（固定子）
７０ 可動子
９０ コイルモジュール
９２ コイル
Ｍ２ 弁装置
Ｌ２ 軸線
Ｓ２ 弁座面に対して垂直方向
１１０ ハウジング
１１１ｄ 弁座面
１１２ａ 上流側通路
１１３ａ 下流側通路
１２０ 弁体
Ｕ２ 駆動ユニット
１４０ シャフト（駆動ユニット）

Claims (9)

1. 流体を通す上流側通路及び下流側通路，前記上流側通路と前記下流側通路の間に介在する作動室及び弁座面を画定するハウジングと、
   前記弁座面に対して着座及び離脱するべく前記作動室において往復動する弁体と、
   前記弁体に連結されたシャフトを有し前記弁体を駆動する駆動ユニットを備え、
   前記上流側通路及び前記下流側通路は、同一の軸線上に配列され、
   前記弁座面は、前記軸線を中心として前記軸線に対して傾斜して配置されている、
   ことを特徴とする弁装置。
2. 前記弁座面は、内側の輪郭が楕円形状に形成され、
   前記弁体は、円形状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
3. 前記弁体には、前記弁座面に当接し得る円環状のシール部材が装着されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の弁装置。
4. 前記弁座面は、前記上流側通路の下流端に形成され、
   前記弁体は、前記上流側通路から流れ込む流体に対抗する向きに閉弁する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
5. 前記駆動ユニットは、前記シャフトに駆動力を及ぼす電磁アクチュエータを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
6. 前記電磁アクチュエータは、固定子と、励磁用のコイルと、前記シャフトが連結されて前記コイルの通電により作動位置に移動し前記コイルの非通電により休止位置に戻る可動子を含む、
   ことを特徴とする請求項５に記載の弁装置。
7. 前記休止位置は、前記弁体が前記弁座面から離脱した開弁位置に対応し、
   前記作動位置は、前記弁体が前記弁座面に着座した閉弁位置に対応する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の弁装置。
8. 前記シャフトは、前記軸線に対して垂直方向に往復動するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし７いずれか一つに記載の弁装置。
9. 前記シャフトは、前記弁座面に対して垂直方向に往復動するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし７いずれか一つに記載の弁装置。
   
   
   

Images