JP2024057874A - ロータリ型多方弁 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ内での複数の流路間における流体の漏れを抑え、且つ、ロータの駆動トルクを小さくすることの可能なロータリ型多方弁を提供する。【解決手段】ハウジング１０は、円筒状のハウジング穴１４を有する。複数のポート２０は、ハウジング１０においてハウジング穴１４の軸心方向、周方向または径方向に配置される。少なくとも1つ以上の分割ロータ３０は、ハウジング穴１４の内側でハウジング穴１４の軸心方向に配置される。連通路としての溝部４０および切欠部５０は、分割ロータ３０に設けられ、所定のポート２０と他のポート２０との連通状態と遮断状態とを切り替える。シャフト６０は、分割ロータ３０をハウジング穴１４の軸心ＣＬまわりに回転させる。ここで、分割ロータ３０とハウジング穴１４の内壁との間に微小な隙間Ｓ２が形成されており、分割ロータ３０はそれぞれ径方向に微小な移動が許容されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ロータリ型多方弁、および、それを用いた熱分配システムに関するものである。

電気自動車では、電池、駆動系、電気系、空調など様々な吸廃熱を必要とする機器があり、状況に応じて冷水および温水（以下「冷温水」という）を様々なパターンで流通させ、熱マネージメントを行うことで電費の向上を図っている。この冷温水の流通パターンを切り替えるためのバルブとして、多数のポートを有し多数の流通パターンを実現可能な多方弁を用いればシステムを簡素化することが可能となる。そのような多方弁の成立性では、ロータリ型のバルブが有利である。ロータリ型のバルブは、円筒状の穴を有するハウジングの内側にロータを配置し、そのロータを軸心まわりに回転させることで、流通パターンを切り替える構成である。このロータリ型のバルブは、ハウジングの円筒穴の軸方向および径方向に流路を増やすことや、流路の繋がり方をロータ内で任意に設定することが出来るので、多方弁における多数のポートおよび多数の流路パターンの成立性に有利である。それに対し、ディスク型またはボール弁型のバルブでは、スペース効率が悪くなるので多方弁の成立性に不利である。

特許文献１には、ロータリ型のバルブの一例が開示されている。特許文献１では、ハウジングがアウターハウジングと固定部材（fixing element）で構成されており、ロータはバルブコアと呼ばれている。特許文献１のバルブは、ロータの外周に設けられたシール部材（sealing element）が、ハウジングを構成する固定部材の内周面に接触し、バルブ内で複数の流路間における流体の漏れを防ぐ構成となっている。

欧州特許出願公開第３５５０１８９号明細書

本発明の発明者は、特許文献１に記載のバルブの構成に関し、次の様な課題を見出した。それは、特許文献１のバルブの構成においてハウジングの円筒穴の軸心方向に流路の段数を増やして多方弁とした場合、それに伴ってシール部材の長さも非常に長くなる。そのようなシール部材とハウジングの内周面とに面圧が加わり、両者の摺動摩擦が極めて大きくなることで、ロータを回転させる駆動力が非常に大きくなる。そのため、ロータを回転させるアクチュエータが大型化し、その駆動に必要な電力も増大してしまう。
一方、仮に、特許文献１のバルブの構成において、ロータの外周のシール部材を廃止すれば、バルブ内で複数の流路間における流体の漏れが増加してしまう。特に、多方弁とした場合、ハウジングとロータの円筒度の公差が大きくなるので、その隙間から、バルブ内で複数の流路間における流体の漏れがより増加してしまう。

本発明は上記点に鑑みて、バルブ内での複数の流路間における流体の漏れを抑え、且つ、ロータの駆動トルクを小さくすることの可能なロータリ型多方弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明によると、複数の流体流路の連通状態および遮断状態を切り替えることの可能なロータリ型多方弁は、ハウジング（１０）、複数のポート（２０）、分割ロータ（３０）、連通路（４０、５０）およびシャフト（６０）を備える。ハウジングは、円筒状のハウジング穴（１４）を有する。複数のポートは、ハウジングにおいてハウジング穴の軸心方向、周方向または径方向に配置され、ハウジングの外壁と内壁とを貫通する。ハウジング穴の内側でハウジング穴の軸心方向に配置される少なくとも1つ以上の分割ロータは、ハウジングに対して相対回転可能である。連通路は、分割ロータに設けられ、所定のポートと他のポートとの連通状態と遮断状態とを切り替える。シャフトは、分割ロータをハウジング穴の軸心まわりに回転させる。ここで、分割ロータとハウジング穴の内壁との間に微小な隙間（Ｓ２）が形成されており、分割ロータは径方向に微小な移動が許容されている。

これによれば、発明者は、鋭意研究の末、ロータリ型多方弁にクリアランスシール構造を採用した。クリアランスシール構造とは、ハウジングとロータとの隙間を小さくして、バルブ内での複数の流路間における流体の漏れを抑制する構造である。しかし、ロータリ型多方弁はハウジングとロータが軸心方向に長いことから、クリアランスシール構造を採用した場合、ロータおよびハウジングの円筒度の公差が厳しくなる（即ち、円筒度の公差が大きくなる）といった新たな課題が生じる。そこで、発明者は、クリアランスシール構造を採用するに当たり、分割ロータの径方向の微小な移動を許容する構成としたことで、その課題を解決した。すなわち、少なくとも1つ以上の分割ロータはハウジング穴の内壁に倣って自己調心する。そのため、このロータリ型多方弁は、分割ロータおよびハウジングの円筒度の公差を緩和できると共に、バルブ内での複数の流路間における流体の漏れを小さく抑えることができる。また、クリアランスシール構造により、分割ロータとハウジング穴の内壁との間に微小な隙間が形成されるので、ハウジング穴の内壁と分割ロータとの摺動摩擦が低減する。したがって、ロータリ型多方弁は、分割ロータとシャフトを軸心まわりに回転するための駆動トルクを小さくすることができる。

請求項１０に係る発明によると、電気自動車に用いられる熱分配システムは、請求項１に記載のロータリ型多方弁と、そのロータリ型多方弁の備える複数のポートに接続される流体流路（１０６）と、その流体流路の途中に接続される電池（１０５）、電気駆動機器（１０２、１０３）または空調機器（１０４）とを備える。そして、ロータリ型多方弁が備える分割ロータとシャフトを軸心まわりに回転させ、所定の位置に設定することで、適宜必要な機器に必要なタイミングで温水および冷水を循環させることが可能である。

これによれば、熱分配システムは、請求項１に記載のロータリ型多方弁を備えることで、ロータリ型多方弁のシャフトを駆動するアクチュエータの体格を小型化すると共に、その駆動に消費される電力を低減することができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係るロータリ型多方弁の側面図である。 図１のＩＩ―ＩＩ線の断面図である。 図２に示したハウジングと分割ロータとシャフトを分けた図である。 図２のＩＶ―ＩＶ線の断面図である。 図２のＶ―Ｖ線の断面図である。 第１実施形態に係るロータリ型多方弁が備える分割ロータとシャフトを組み付けた状態を示す側面図である。 第１実施形態に係るロータリ型多方弁が備える分割ロータの分解図であり、ブロックとプレートを軸心方向から視た図である。 第１実施形態に係るロータリ型多方弁が備える分割ロータを径方向外側から視た状態を周方向に展開した展開図である。 第２実施形態に係る熱分配システムを説明するための説明図である。 第３実施形態に係るロータリ型多方弁の断面図であり、図２に相当する部位を示す図である。 図１０のＸＩ―ＸＩ線の断面図である。 第４実施形態に係るロータリ型多方弁の断面図であり、図１１に相当する部位を示す図である。 図１２のＸＩＩＩ―ＸＩＩＩ線の断面図である。 第５実施形態に係るロータリ型多方弁が備えるハウジングの斜視図である。 第５実施形態に係るロータリ型多方弁が備える分割ロータとシャフトを組み付けた状態の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

（第１実施形態）
第１実施形態のロータリ型多方弁は、複数の流体通路の連通状態および遮断状態を切り替えることの可能なバルブであり、詳細には、多数のポートを有し、多数の流通パターンを実現した、いわゆる超多方弁である。

まず、第１実施形態のロータリ型多方弁の構成について説明する。図１～図５に示すように、ロータリ型多方弁は、ハウジング１０、複数のポート２０、少なくとも１つ以上の分割ロータ３０、連通路としての溝部４０および切欠部５０、シャフト６０、規制部７０、並びに押圧部材８０などを備えている。

図１、図４および図５に示すように、ハウジング１０は、有底筒状に形成され、底部１１と、その底部１１から筒状に延びる筒部１２を有している。ハウジング１０の筒部１２のうち底部１１とは反対側の部位には、蓋部材１３が液密に固定されている。ハウジング１０は、内側に円筒状の穴であるハウジング穴１４を有している。以下の説明では、ハウジング穴１４の軸心ＣＬが延びる方向を「軸心方向」といい、ハウジング穴１４において軸心ＣＬに垂直な断面視の径方向を「径方向」といい、ハウジング穴１４において軸心ＣＬに垂直な断面視の周方向を「周方向」という。

図１～図３に示すように、複数のポート２０は、ハウジング１０の外壁と内壁とを貫通する流路開口部であり、ハウジング１０において軸心方向、周方向、径方向の任意の位置に配置することが可能である。また、複数のポート２０の個数についても任意に設定可能である。第１実施形態では、例えば１０個のポート２０が、周方向に２個、軸心方向に５段配置されている。また、図２に示すように、第１実施形態では、複数のポート２０は、ハウジング穴１４の軸心ＣＬに垂直な断面視において軸心ＣＬを中心として１８０°以内（詳細には、９０°以内）の所定の範囲に設けられている。

なお、ハウジング１０は、複数のポート２０の段数（即ち、軸心方向の数）が増えるほど軸心方向に長くなるので、円筒度の公差が大きくなるといった課題がある。

図４～図７に示すように、分割ロータ３０は、ハウジング穴１４の内側で軸心方向に積層配置されている。分割ロータ３０は、ハウジング１０に対して相対回転可能となっている。図２および図５に示すように、分割ロータ３０とハウジング穴１４の内壁との間には微小な隙間Ｓ２が設けられており、クリアランスシール構造を構成している。クリアランスシール構造とは、ハウジング穴１４の内壁と分割ロータ３０との隙間を小さくして、バルブ内での複数の流路間における流体の漏れを抑制する構造である。なお、微小な隙間Ｓ２は、製品（即ち、所定の熱分配システムに適用されるロータリ型多方弁）に許容される流体の漏れ量などによって設定される。第１実施形態では、微小な隙間Ｓ２は、例えば数十μｍに設定されている。

第１実施形態では、複数の分割ロータ３０は、複数のブロック３１と複数のプレート３２とを有している。複数のブロック３１は、ハウジング穴１４の軸心方向に配置されている。複数のプレート３２は、複数のブロック３１同士の間に配置されている。すなわち、複数のブロック３１と複数のプレート３２とは、ハウジング穴１４の内側で軸心方向に交互に配置されている。

図２および図３に示すように、複数のブロック３１はそれぞれ、中央部３３と、その中央部３３から放射状に延びる壁部３４とを有している。ブロック３１の中央部３３には、シャフト６０が挿通する挿通孔３５が設けられている。ブロック３１の有する周方向に隣り合う壁部３４同士の間に連通路としての溝部４０が形成される。以下の説明では、便宜上、図４～図７に示した５個のブロック３１を、図の上から順に第１ブロック３１ａ、第２ブロック３１ｂ・・・第５ブロック３１ｅと呼ぶことがある。

複数のプレート３２の中央にも、複数のブロック３１と同様に、シャフト６０が挿通する挿通孔３６が設けられている。複数のプレート３２のうち軸心方向の一方側のプレート３２と他方側のプレート３２は、ハウジング１０に対して相対回転が規制された固定プレートである。以下の説明では、便宜上、固定プレートのうち、蓋部材１３側に配置されたものを第１固定プレート３２１と呼び、底部１１側に配置されたものと第２固定プレート３２２と呼ぶ。なお、ハウジング１０の底部１１と第２固定プレート３２２との間には、不図示のシール部材が設けられている。

複数のプレート３２のうち第１固定プレート３２１と第２固定プレート３２２の間に配置されたプレート３２は、ハウジング１０に対して相対回転可能な回転プレート３２３である。回転プレート３２３には、外周縁から中心側に切り欠かれた切欠部５０が設けられている。なお、切欠部５０の形状は、上記のものに限らず、例えば回転プレート３２３を板厚方向に貫通する孔でもよい。

分割ロータ３０に設けられる連通路としての溝部４０と切欠部５０は、所定のポート２０と他のポート２０との連通状態と遮断状態とを切り替えるものである。具体的に、溝部４０は、複数のブロック３１のうち少なくとも１つに設けられ、所定のポート２０と他のポート２０との連通状態と遮断状態とを切り替えるものである。図７に示すように、第１実施形態では、溝部４０は全てのブロック３１に、それぞれ任意の数にて設けられている。また、第２ブロック３１ｂ、第３ブロック３１ｃ、第４ブロック３１ｄには、周方向に隣り合う壁部３４同士の距離が遠く配置され、溝部４０が周方向に大きく形成されたものがある。以下の説明では、溝部４０のうち周方向に大きく形成されたものを「周方向連通溝部４１」と呼ぶ。ハウジング１０の周方向に隣り合う複数のポート２０に周方向連通溝部４１が跨ると、その複数のポート２０同士は、周方向連通溝部４１を経由して連通する。

切欠部５０は、複数のプレート３２のうち少なくとも１つに設けられ、軸心方向にプレート３２を挟んで配置される所定のブロック３１の溝部４０と他のブロック３１の溝部４０とを連通するものである。なお、第１実施形態では、切欠部５０は全ての回転プレート３２３に、それぞれ任意の数にて設けられている。

図４および図５に示すように、シャフト６０は、軸心方向の一方の端部が蓋部材１３に設けられた軸受６１により回転可能に支持され、他方の端部がハウジング１０の底部１１に回転可能に支持されている。そして、シャフト６０の一方の端部は、蓋部材１３よりも外側に突出している。シャフト６０は、蓋部材１３よりも外側に突出した部位６３に不図示のアクチュエータからトルクを印加されて、軸心ＣＬまわりに回転する。

図２および図５に示すように、回転プレート３２３とブロック３１とシャフト６０とは、規制部７０によって相対回転が規制されている。規制部７０は、径方向外側の部位が回転プレート３２３およびブロック３１に設けられた嵌合溝７１に嵌合し、径方向内側の部位がシャフト６０に設けられた嵌合溝７２に嵌合している。規制部７０は、シャフト６０の回転を、分割ロータ３０の有する回転プレート３２３およびブロック３１に伝達する。したがって、シャフト６０が軸心ＣＬまわりに回転すると、それに伴って回転プレート３２３とブロック３１も回転する。なお、規制部７０は、シャフト６０に対する回転プレート３２３およびブロック３１の軸心方向の移動を規制していない。また、規制部７０は、嵌合溝７１、７２よりも径方向に小さく形成されているので、シャフト６０に対する回転プレート３２３およびブロック３１の径方向の僅かな移動が許容されている。

図４および図５に示すように、蓋部材１３と第１固定プレート３２１との間に配置される押圧部材８０は、例えば圧縮コイルスプリングにより構成されている。押圧部材８０は、その一端が蓋部材１３に係止され、他端が第１固定プレート３２１に係止されている。押圧部材８０は、第１固定プレート３２１に対して軸心方向底部１１側に荷重を印加している。上述したように、分割ロータ３０とハウジング穴１４の内壁との間には微小な隙間Ｓ２が設けられている。そのため、押圧部材８０が第１固定プレート３２１に印加した荷重は、ハウジング穴１４の内壁と分割ロータ３０との摩擦等によって損失することが殆どない。したがって、押圧部材８０は、第１固定プレート３２１と回転プレート３２３と複数のブロック３１を、軸心方向の一方側から他方側に向けてほぼ同一の押圧力を維持したまま第２固定プレート３２２まで押圧することが可能である。

ここで、図３に示すように、シャフト６０の外径Ｄ１と挿通孔３５、３６の内径Ｄ２との差は、分割ロータ３０（即ち、ブロック３１およびプレート３２）の径方向の外縁を周方向に結んだ仮想円の外径Ｄ３とハウジング穴１４の内径Ｄ４との差と同じか又は大きく形成されている。そのため、図２の拡大図に示すように、シャフト６０の軸心ＣＬと分割ロータ３０の軸心ＣＬとが一致している状態では、シャフト６０の外壁と挿通孔３５、３６の内壁との隙間Ｓ１は、分割ロータ３０の外壁とハウジング穴１４の内壁との隙間Ｓ２と同じか又は大きいものとなる。したがって、分割ロータ３０は径方向に微小な移動が許容されている。その結果、分割ロータ３０の円筒度の公差およびハウジング１０の円筒度の公差が比較的大きい場合でも、複数の分割ロータ３０はそれぞれハウジング穴１４の内壁に倣って自己調心する。そのため、このロータリ型多方弁は、分割ロータ３０の円筒度の公差およびハウジング１０の円筒度の公差を緩和できると共に、バルブ内での複数の流路間における流体の漏れを小さく抑えることができる。

次に、ロータリ型多方弁の作動について、図６～図８を参照しつつ説明する。

図６は、分割ロータ３０とシャフト６０を組み付けた状態を示す側面図である。図６では、ハウジング１０に対して分割ロータ３０とシャフト６０を所定の位置に回転させたときのハウジング１０のポート２０の位置を一点鎖線で示している。

また、図８は、分割ロータ３０を径方向外側から視た状態を周方向に展開した展開図である。図８では、第１ブロック３１ａに設けられた溝部４０に対し、説明の便宜上、ａ１～ｊ１の符号を付している。また、第２～第５ブロック３１ｂ～３１ｅに設けられた溝部４０のうち、ｅ１の軸心方向に並ぶものにｅ２～ｅ５の符号を付し、ｆ１の軸心方向に並ぶものにｆ２～ｆ５の符号を付している。なお、ｅ４とｆ４は１つの周方向連通溝部４１である。さらに、図８では、複数の溝部４０が連通している箇所を、２つの黒点を太線で繋いだ記号で示している。なお、周方向連通溝部４１についても同様の記号で示している。図８でも、ハウジング１０に対して分割ロータ３０とシャフト６０を所定の位置に回転させたときのハウジング１０のポート２０の位置を一点鎖線で示している。なお、ハウジング１０に対して分割ロータ３０とシャフト６０を回転させることで、分割ロータ３０とポート２０との相対的な位置関係は、図８の左右方向に変化する。

図８に示した状態では、ｅ２とｅ３の溝部４０が連通し、ｆ２とｆ３の溝部４０が連通し、ｅ４とｆ４の溝部４０（即ち、周方向連通溝部４１）が連通している。一方、ｅ１、ｆ１、ｅ５、ｆ５の溝部４０はどこにも連通していない。そのため、この状態では、連通する溝部４０に対応するポート２０同士は流体の流れが許容されており、どこにも連通していない溝部４０に対応するポート２０は流体の流れが遮断されている。なお、ハウジング１０に対して分割ロータ３０とシャフト６０を回転させると、分割ロータ３０とポート２０との相対的な位置関係が変化するので、複数のポート２０の連通状態および遮断状態が切り替わる。このように、ロータリ型多方弁は、複数の流体通路の連通状態および遮断状態を切り替え、多数の流通パターンを実現することが可能である。

以上説明した第１実施形態のロータリ型多方弁は、次の作用効果を奏するものである。
（１）第１実施形態では、ロータリ型多方弁は、ハウジング穴１４の内側に分割ロータ３０を配置した構成である。その分割ロータ３０とハウジング穴１４の内壁との間には微小な隙間Ｓ２が形成されており、分割ロータ３０は径方向に微小な移動が許容されている。
これによれば、クリアランスシール構造を採用したロータリ型多方弁において、分割ロータ３０はハウジング穴１４の内壁に倣って自己調心する。そのため、このロータリ型多方弁は、分割ロータ３０およびハウジング１０の円筒度の公差を緩和できると共に、バルブ内での複数の流路間における流体の漏れを小さく抑えることができる。また、クリアランスシール構造により、分割ロータ３０とハウジング穴１４の内壁との間に微小な隙間Ｓ２が形成されるので、ハウジング穴１４の内壁と分割ロータ３０との摺動摩擦が低減する。したがって、ロータリ型多方弁は、分割ロータ３０とシャフト６０を軸心ＣＬまわりに回転するための駆動トルクを小さくすることができる。

（２）第１実施形態では、シャフト６０の外径Ｄ１と挿通孔３５、３６の内径Ｄ２との差は、分割ロータ３０の径方向の外縁を周方向に結んだ仮想円の外径Ｄ３とハウジング穴１４の内径Ｄ４との差と同じか又は大きい。なお、差は絶対値で比較したものである。
これによれば、シャフト６０の外壁と挿通孔３５、３６の内壁と隙間Ｓ１は、分割ロータ３０の外縁とハウジング穴１４の内壁との隙間Ｓ２と同じか又は大きいものとなる。そのため、シャフト６０と共に分割ロータ３０が軸心ＣＬまわりに回転する際、分割ロータ３０の外縁がハウジング穴１４の内壁に接すると、その分割ロータ３０はハウジング穴１４の内壁に干渉しない位置に自己調心することが可能である。

（３）第１実施形態では、複数の分割ロータ３０は、ハウジング穴１４の軸心方向に配置される複数のブロック３１と、複数のブロック３１同士の間に配置される複数のプレート３２を有する。複数のブロック３１のうち少なくとも１つに溝部４０が設けられ、複数のプレート３２のうち少なくとも１つに切欠部５０が設けられる。
これによれば、ブロック３１に設けた溝部４０（具体的には、周方向連通溝部４１）により、所定のポート２０と他のポート２０とを、ハウジング穴１４の周方向または径方向に連通させることが可能である。また、プレート３２に設けた切欠部５０により、所定のブロック３１が有する溝部４０と他のブロック３１が有する溝部４０とを、ハウジング穴１４の軸心方向に連通させることが可能である。そのため、複数のブロック３１の溝部４０と複数のプレート３２の切欠部５０を組み合わせることで、任意の連通パターンを実現できる。

ところで、プレート３２に切欠き部５０が無く、プレート３２表裏で圧力差が大きくなった場合（例えば図８に示した状態で、ｅ３,ｆ３に低圧、ｅ４,ｆ４に高圧の流体が流れている場合）、ブロック３１とプレート３２が離間し、本来シールしたい流路に漏れが生じる恐れがある。

（４）それに対し、第１実施形態では、押圧部材８０が、第１固定プレート３２１に対して荷重を印加し、第１固定プレート３２１と回転プレート３２３と第２固定プレート３２２と複数のブロック３１をハウジング穴１４の軸心方向の一方側から他方側に押圧する構成である。
これによれば、ハウジング１０内に流れる流体の圧力差が大きくなった場合でも、複数のブロック３１と複数のプレート３２がハウジング穴１４の軸心方向に離れることを防ぐことが可能である。これにより、ロータリ型多方弁は、ハウジング１０内での複数の流路間における流体の漏れを抑制できる。また、押圧部材８０から荷重が印加される第１固定プレート３２１は、ハウジング１０に対して相対回転が規制されているので、押圧部材８０と第１固定プレート３２１との摩耗を防ぐことが可能である。したがって、ロータリ型多方弁は、信頼性を確保できる。

ところで、上記特許文献１に開示されたロータリ型バルブのようにロータの外周に設けたシール部材とハウジング穴１４の内壁とが所定の面圧で摺接する構成では、シール部材の長さ分、ゴムの弾性変形の復元力と摩擦係数に応じた摩擦力が積み重なる。そのため、多方弁のポート２０数が軸心方向に増えれば増えるほど押圧部材８０の押付力を増加しなければならず、その結果、ロータの回転に大きな駆動トルクを必要とすることになる。

それに対し、第１実形態のロータリ型多方弁は、クリアランスシール構造としたことで、多方弁の段数がどれだけ増えても押圧部材８０の押付力は理論上一定値で良い。この点でも、クリアランスシール構造と分割ロータ構造とは相性が良く、分割ロータ３０とシャフト６０の回転に必要な駆動トルクを小さくできる。

（５）第１実施形態では、ハウジング穴１４の軸心ＣＬに垂直な断面視において軸心ＣＬを中心として１８０°以内の所定の範囲に複数のポート２０が設けられている。
これによれば、例えば、ロータリ型多方弁を車両に搭載する際に、車両側の配管の取り回しを容易にし、ロータリ型多方弁のポート２０と車両側の配管との組み付けの作業性を向上できる。
また、この構成により、例えばポンプやチラーなどの熱マネージメント機器とロータリ型多方弁とをモジュール化にする場合にも有効である。すなわち、ロータリ多方弁は一方向にポート２０が纏めて配置されているので、そのポート２０が配置されている面を熱マネージメント機器の流体流路の開口部が設けられた面に結合する事で配管を用いずに連結できる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態で説明したロータリ型多方弁を熱分配システムに適用したものである。

図９に示すように、ロータリ型多方弁は、電気自動車に用いられる熱分配システムに適用することが可能である。熱分配システムは、電気自動車が備える電気駆動機器、空調機器、電池１０５などの吸廃熱を必要とする機器に対し、状況に応じて冷温水（例えばＬＬＣ：Long Life Coolantの略）を様々なパターンで流通し、熱マネージメントを行うシステムである。図９では、熱分配システムが備える機器として、ラジエータ１０１、モータジェネレータ１０２（即ち、電気駆動機器の一例）、インバータ１０３（即ち、電気駆動機器の一例）、チラー１０４（即ち、空調機器の一例）、電池１０５が示されている。それらの機器は、流体流路としての配管１０６を経由してロータリ型多方弁と接続されている。なお、流体流路としての配管の途中には、流体ポンプ１０７および不図示の液貯めなどが設けられている。

ロータリ型多方弁は、ハウジング１０に対してシャフト６０と分割ロータ３０とを軸心ＣＬまわりに回転させ、所定の位置に設定することで、適宜必要な機器に必要なタイミングで冷温水を循環させることが可能である。なお、図９に示したものは、熱分配システムの一部であり、実際には、ロータリ型多方弁に対し、より多くの配管１０６と吸廃熱を必要とする機器などが接続されている。

ところで、電動自動車の熱マネージメントシステムにおいては、各車両メーカ毎に様々なシステム構成があり、それらに合わせて多方弁の連通パターンを多種類用意する必要がある。それに対し、第２実施形態では、図７および図８で示したように、種々のパターンのプレート３２とブロック３１を組み合わせる事により、あらゆる連通パターンを実現する事が出来る。具体的には、プレート３２に設ける切欠部５０のパターン、ブロック３１に設ける溝部４０のパターンを複数用意し、それらを組み合わせる事により、必要に応じた連通パターンを任意に構成する事ができ、ニーズに応じたバリエーションを容易に実現可能である。

以上説明した第２実施形態の熱分配システムは、上記第１実施形態または後述の実施形態のロータリ型多方弁を備えることで、ロータリ型多方弁のシャフト６０を駆動するアクチュエータの体格を小型化すると共に、その駆動に必要な電力を低減することができる。

また、第２実施形態のロータリ型多方弁は、第１実施形態と同様に、溝部４０の位置が異なる複数のブロック３１、および、切欠部５０の位置が異なる複数のプレート３２の少なくとも一方の配置や形状を替えることで、複数のポート２０の連通パターンを変更可能である。
これによれば、ロータリ型多方弁は、例えば、流体通路の構成が異なる種々の熱分配システムに対応することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態のロータリ型多方弁は、第１実施形態で説明したものに対し、ハウジング１０の構成の一部を変更したものである。

図１０および図１１に示すように、第３実施形態のロータリ型多方弁が備えるハウジング１０は、外部ハウジング１５とシリンダ１６とを有している。外部ハウジング１５は、シリンダ１６を格納する格納穴１７を有し、ハウジング１０の外殻を形成する。外部ハウジング１５の格納穴１７に格納されるシリンダ１６は、円筒状のハウジング穴１４を有している。なお、外部ハウジング１５とシリンダ１６との結合方法は、例えば圧入など種々の方法を採用できる。また、外部ハウジング１５とシリンダ１６との間に不図示のシール部材を挿入して結合部のシールを確保してもよい。

以上説明した第３実施形態のロータリ型多方弁は、ハウジング１０を、外部ハウジング１５とシリンダ１６により構成している。これによれば、ハウジング穴１４の内径の寸法精度および円筒度の加工精度が要求されるシリンダ１６を、外部ハウジング１５とは別部材で構成することで、シリンダ１６の加工精度を高め、且つ、その加工を容易に行うことができる。

また、第３実施形態のロータリ型多方弁において、シリンダ１６と分割ロータ３０とは同一の材質で形成することが好ましい。これにより、ロータリ型多方弁を流れる作動流体の温度変化によりシリンダ１６と分割ロータ３０とが熱膨張した場合、それらが同じ材料であれば、同じ線膨張係数で膨張する。そのため、ハウジング穴１４の内壁と分割ロータ３０との隙間が温度変化に応じて増減することを防ぐことができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。第４実施形態のロータリ型多方弁は、第１、第３実施形態で説明したものに対し、構成の一部を変更したものである。

図１２に示すように、シャフト６０は、一方の端部が蓋部材１３に設けられた第１軸受６１により回転可能に支持され、他方の端部がハウジング１０の底部１１に設けられた第２軸受６２により回転可能に支持されている。なお、第１軸受６１は、蓋部材１３に設けられた軸受穴１８に設けられる例えばボールベアリングであり、第２軸受６２は、ハウジング１０の底部１１に設けられた軸受穴１９に設けられる例えばスリーブベアリングである。

また、図１３に示すように、第４実施形態のロータリ型多方弁が備える複数のポート２０も、第１実施形態と同じく、ハウジング穴１４の軸心ＣＬに垂直な断面視において軸心ＣＬを中心として１８０°以内（詳細には、９０°以内）の所定の範囲に設けられている。

図１２および図１３に示すように、第４実施形態のロータリ型多方弁は、ハウジング１０に対してシャフト６０を複数のポート２０が設けられている側へ押し付ける押付部材９０、９１を備えている。押付部材９０、９１は、例えば２つの板ばねにより構成されている。その一方の押付部材９０は、蓋部材１３に設けられた軸受穴１８の内壁と第１軸受６１との間に配置されている。他方の押付部材９１は、ハウジング１０の底部１１に設けられた軸受穴１９の内壁と第２軸受６２との間に配置されている。２つの押付部材９０、９１は、第１軸受６１と第２軸受６２を複数のポート２０が設けられている側へ押圧する。これにより、第４実施形態のロータリ型多方弁は、ハウジング穴１４の内壁のうちポート２０が設けられている部位の近傍と分割ロータ３０との隙間を小さくすることが可能である。したがって、分割ロータ３０およびハウジング１０の円筒度の公差をより緩和できると共に、バルブ内での複数の流路間における流体の漏れもより小さく抑えることができる。なお、ハウジング穴１４の内壁のうちポート２０とは反対側の部位は、流路として使わないので、隙間が大きくなっても問題ない。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。第５実施形態ロータリ型多方弁は、第１、第３、第４実施形態で説明したものに対し、分割ロータ３０の構成の一部を変更したものである

第５実施形態の説明において、図１４はロータリ型多方弁が備えるハウジング１０を示し、図１５は分割ロータ３０とシャフト６０を組み付けた状態を示している。図１５に示すように、第５実施形態のロータリ型多方弁が備える分割ロータ３０は、ブロック３１とプレート３２が一体に構成されたものである。分割ロータ３０は、ハウジング穴１４の軸心方向に配置されている。なお、分割ロータ３０の数は、図１５に示した２個に限らず、例えば１個でもよく、３個以上でもよい。
以上説明したように第５実施形態のロータリ型多方弁も、第１、第３、第４実施形態で説明したものと同様の作用効果を奏することができる。

（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、分割ロータ３０はブロック３１とプレート３２を有するものとして説明したが、これに限らず、例えばブロックのみ、または、プレート３２のみで構成してもよい。

（２）上記各実施形態では、ハウジング穴１４の内壁と分割ロータ３０との間にシール部材を備えないものとして説明したが、これに限らず、例えば、必要に応じて一部のみにシール部材を備えてもよい。

（３）上記各実施形態では、ハウジング穴の軸心ＣＬに垂直な断面視において軸心を中心として１８０°以内の所定の範囲に複数のポート２０を配置したものについて説明したが、これに限らず、例えば、１８０°以内の所定の範囲の外側にポート２０を配置してもよい。

（４）上記各実施形態では、ロータリ型多方弁は電気自動車に用いられるものとして説明したが、これに限らず、電気自動車以外に用いてもよい。

（５）上記各実施形態では、押圧部材８０を圧縮コイルスプリングで構成したが、これに限らず、押圧部材８０は例えばゴムなどの弾性力を有する部材で構成してもよく、或いは、ロータリ型多方弁は押圧部材を備えない構成としてもよい。

（６）上記第１実施形態では、ロータリ型多方弁はポート数１０、モード数１０を実現可能なものについて説明したが、これに限らず、ポート数や配置、およびモード数は任意に設定できる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態およびその一部は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

本発明の特徴は次のとおりである。
［請求項１］
複数の流体流路の連通状態および遮断状態を切り替えることの可能なロータリ型多方弁であって、
円筒状のハウジング穴（１４）を有するハウジング（１０）と、
前記ハウジングにおいて前記ハウジング穴の軸心方向、周方向または径方向に配置され、前記ハウジングの外壁と内壁とを貫通する複数のポート（２０）と、
前記ハウジング穴の内側で前記ハウジング穴の軸心方向に配置される少なくとも1つ以上の分割ロータ（３０）であって、前記ハウジングに対して相対回転可能な前記分割ロータと、
前記分割ロータに設けられ、所定の前記ポートと他の前記ポートとの連通状態と遮断状態とを切り替える連通路（４０、５０）と、
前記分割ロータを前記ハウジング穴の軸心まわりに回転させるシャフト（６０）と、を備え、
前記分割ロータと前記ハウジング穴の内壁との間に微小な隙間（Ｓ２）が形成されており、前記分割ロータはそれぞれ径方向に微小な移動が許容されているロータリ型多方弁。
［請求項２］
前記分割ロータと前記シャフトとの相対回転を規制し、前記シャフトの回転を前記分割ロータに伝達する規制部（７０）をさらに備え、
前記分割ロータは、前記シャフトが挿通する挿通孔（３５、３６）を有し、
前記シャフトの外径（Ｄ１）と前記挿通孔の内径（Ｄ２）との差は、前記分割ロータの径方向の外縁を周方向に結んだ仮想円の外径（Ｄ３）と前記ハウジング穴の内径（Ｄ４）との差と同じか又は大きい、請求項１に記載のロータリ型多方弁。
［請求項３］
複数の前記分割ロータは、
前記ハウジング穴の軸心方向に配置される複数のブロック（３１）と、
複数の前記ブロック同士の間に配置される複数のプレート（３２）と、を有し、
前記連通路は、
複数の前記ブロックのうち少なくとも１つに設けられ、所定の前記ポートと他の前記ポートとの連通状態と遮断状態を切り替える溝部（４０）と、
複数の前記プレートのうち少なくとも１つに設けられ、前記ハウジング穴の軸心方向に前記プレートを挟んで配置される所定の前記ブロックの前記溝部と他の前記ブロックの前記溝部とを連通する切欠部（５０）とを有する、請求項１または２に記載のロータリ型多方弁。
［請求項４］
複数の前記分割ロータは、前記溝部の位置が異なる複数の前記ブロック、および、前記切欠部の位置が異なる複数の前記プレートの少なくとも一方の配置、形状を替えることで、複数の前記ポートの連通パターンを変更可能に構成されている、請求項３に記載のロータリ型多方弁。
［請求項５］
複数の前記プレートは、
複数の前記プレートのうち前記ハウジング穴の軸心方向の一方側または他方側に配置され、前記ハウジングに対して相対回転が規制されている固定プレート（３２１、３２２）と、
複数の前記プレートのうち前記ハウジング穴の軸心方向の一方側または他方側の間に配置され、前記ハウジングに対して相対回転可能な回転プレート（３２３）と、を有し、
前記固定プレートに対して荷重を印加し、前記固定プレートと前記回転プレートと複数の前記ブロックを前記ハウジング穴の軸心方向の一方側から他方側に押圧する押圧部材（８０）をさらに備える、請求項３または４に記載のロータリ型多方弁。
［請求項６］
前記ハウジングは、
前記ハウジング穴を有するシリンダ（１６）と、
前記シリンダを格納する格納穴（１７）を有し、前記ハウジングの外殻を形成する外部ハウジング（１５）と、を有する、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のロータリ型多方弁。
［請求項７］
前記シリンダと前記分割ロータとは同一の材質で形成されている、請求項６に記載のロータリ型多方弁。
［請求項８］
前記ハウジング穴の軸心に垂直な断面視において軸心を中心として１８０°以内の所定の範囲に複数の前記ポートが設けられている、請求項１ないし７のいずれか１つに記載のロータリ型多方弁。
［請求項９］
前記ハウジングに対して前記シャフトを複数の前記ポートが設けられている側へ押し付ける押付部材（９０、９１）をさらに備える、請求項８に記載のロータリ型多方弁。
［請求項１０］
電気自動車に用いられる熱分配システムにおいて、
請求項１に記載の前記ロータリ型多方弁と、
前記ロータリ型多方弁の備える複数の前記ポートに接続される前記流体流路（１０６）と、
前記流体流路の途中に接続される電池（１０５）、電気駆動機器（１０２、１０３）または空調機器（１０４）と、を備え、
前記ロータリ型多方弁が備える前記分割ロータと前記シャフトを軸心まわりに回転させ、所定の位置に設定することで、適宜必要な機器に必要なタイミングで温水および冷水を循環させることの可能な熱分配システム。

１４ ハウジング穴
１０ ハウジング
２０ ポート
３０ 分割ロータ
４０ 溝部（連通路）
５０ 切欠部（連通路）
６０ シャフト
Ｓ２ 隙間

Claims (10)

1. 複数の流体流路の連通状態および遮断状態を切り替えることの可能なロータリ型多方弁であって、
   円筒状のハウジング穴（１４）を有するハウジング（１０）と、
   前記ハウジングにおいて前記ハウジング穴の軸心方向、周方向または径方向に配置され、前記ハウジングの外壁と内壁とを貫通する複数のポート（２０）と、
   前記ハウジング穴の内側で前記ハウジング穴の軸心方向に配置される少なくとも1つ以上の分割ロータ（３０）であって、前記ハウジングに対して相対回転可能な前記分割ロータと、
   前記分割ロータに設けられ、所定の前記ポートと他の前記ポートとの連通状態と遮断状態とを切り替える連通路（４０、５０）と、
   前記分割ロータを前記ハウジング穴の軸心まわりに回転させるシャフト（６０）と、を備え、
   前記分割ロータと前記ハウジング穴の内壁との間に微小な隙間（Ｓ２）が形成されており、前記分割ロータはそれぞれ径方向に微小な移動が許容されているロータリ型多方弁。
2. 前記分割ロータと前記シャフトとの相対回転を規制し、前記シャフトの回転を前記分割ロータに伝達する規制部（７０）をさらに備え、
   前記分割ロータは、前記シャフトが挿通する挿通孔（３５、３６）を有し、
   前記シャフトの外径（Ｄ１）と前記挿通孔の内径（Ｄ２）との差は、前記分割ロータの径方向の外縁を周方向に結んだ仮想円の外径（Ｄ３）と前記ハウジング穴の内径（Ｄ４）との差と同じか又は大きい、請求項１に記載のロータリ型多方弁。
3. 複数の前記分割ロータは、
   前記ハウジング穴の軸心方向に配置される複数のブロック（３１）と、
   複数の前記ブロック同士の間に配置される複数のプレート（３２）と、を有し、
   前記連通路は、
   複数の前記ブロックのうち少なくとも１つに設けられ、所定の前記ポートと他の前記ポートとの連通状態と遮断状態を切り替える溝部（４０）と、
   複数の前記プレートのうち少なくとも１つに設けられ、前記ハウジング穴の軸心方向に前記プレートを挟んで配置される所定の前記ブロックの前記溝部と他の前記ブロックの前記溝部とを連通する切欠部（５０）とを有する、請求項１または２に記載のロータリ型多方弁。
4. 複数の前記分割ロータは、前記溝部の位置が異なる複数の前記ブロック、および、前記切欠部の位置が異なる複数の前記プレートの少なくとも一方の配置、形状を替えることで、複数の前記ポートの連通パターンを変更可能に構成されている、請求項３に記載のロータリ型多方弁。
5. 複数の前記プレートは、
   複数の前記プレートのうち前記ハウジング穴の軸心方向の一方側または他方側に配置され、前記ハウジングに対して相対回転が規制されている固定プレート（３２１、３２２）と、
   複数の前記プレートのうち前記ハウジング穴の軸心方向の一方側または他方側の間に配置され、前記ハウジングに対して相対回転可能な回転プレート（３２３）と、を有し、
   前記固定プレートに対して荷重を印加し、前記固定プレートと前記回転プレートと複数の前記ブロックを前記ハウジング穴の軸心方向の一方側から他方側に押圧する押圧部材（８０）をさらに備える、請求項３に記載のロータリ型多方弁。
6. 前記ハウジングは、
   前記ハウジング穴を有するシリンダ（１６）と、
   前記シリンダを格納する格納穴（１７）を有し、前記ハウジングの外殻を形成する外部ハウジング（１５）と、を有する、請求項１または２に記載のロータリ型多方弁。
7. 前記シリンダと前記分割ロータとは同一の材質で形成されている、請求項６に記載のロータリ型多方弁。
8. 前記ハウジング穴の軸心に垂直な断面視において軸心を中心として１８０°以内の所定の範囲に複数の前記ポートが設けられている、請求項１または２に記載のロータリ型多方弁。
9. 前記ハウジングに対して前記シャフトを複数の前記ポートが設けられている側へ押し付ける押付部材（９０、９１）をさらに備える、請求項８に記載のロータリ型多方弁。
10. 電気自動車に用いられる熱分配システムにおいて、
    請求項１に記載の前記ロータリ型多方弁と、
    前記ロータリ型多方弁の備える複数の前記ポートに接続される前記流体流路（１０６）と、
    前記流体流路の途中に接続される電池（１０５）、電気駆動機器（１０２、１０３）または空調機器（１０４）と、を備え、
    前記ロータリ型多方弁が備える前記分割ロータと前記シャフトを軸心まわりに回転させ、所定の位置に設定することで、適宜必要な機器に必要なタイミングで温水および冷水を循環させることの可能な熱分配システム。

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