JP3832314B2 - 流体バルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体流れを制御する流体バルブに関するもので、水冷式内燃機関の冷却水流れを制御する流量調整バルブに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
流量調整バルブとして、実公平２−２０５４１号公報に記載の発明では、バルブとシート部との間にパッキンを配設してバルブとシート部との隙間を確実にシールしているが、バルブがパッキンと接触しながら回転するで、バルブの摺動に伴ってパッキンが摩耗してしまう。
【０００３】
そして、パッキンが摩耗してパッキンの厚みが縮小すると、パッキンとバルブとの接触面圧が低下するので、バルブとシート部との隙間を確実にシールできなくなるおそれがある。
【０００４】
そこで、上記公報に記載の発明では、シール部の背面側に板バネを配置して、板バネの弾性力によりパッキンをバルブに押圧することにより、パッキンとバルブとの接触面圧が所定圧力以下となることを予防している。
【０００５】
このとき、パッキンとバルブとの接触面圧は、最大流量及び最大圧力に基づいて決定されるので、パッキンの摩耗量が少ないときには、必要以上に、パッキンとバルブとの接触面圧が大きくなってしまう。
【０００６】
このため、パッキンの摩耗量が少ないときには、バルブ摺動時の摩擦力が必要以上に大きくなってしまうので、早期にパッキンが摩耗してしまうおそれが高く、パッキンの寿命が短くなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、パッキン寿命の延命化を図りつつ、バルブとシートとの隙間を確実にシールすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、
流体通路（４０ａ）を構成するとともに、流入口（４２ａ）及び流出口（４２ｃ）が形成されたハウジング（４１）と、
流体通路（４０ａ）内に配設されて流入口（４２ａ）側と流出口（４２ｃ）側とを仕切るとともに、流入口（４２ａ）側と流出口（４２ｃ）側と連通させる連通口（４３ａ）が形成されたシート面（４３ｂ）を有するシートプレート（４３）と、
シート面（４３ｂ）と平行なバルブ面（４５ａ）を有し、このバルブ面（４５ａ）をシート面（４３ｂ）と平行な方向に移動することにより連通口（４３ａ）の開口面積を調節するバルブ（４５）と、
シート面（４３ｂ）およびバルブ面（４５ａ）のうちいずれか一方の面（４３ｂ）に固定され、他方側の面（４５ａ）に摺接することにより、シート面（４３ｂ）とバルブ面（４５ａ）との隙間から流体が下流側に流れることを防止するパッキン（４４）とを備え、
シートプレート（４３）は、バルブ（４５）より上流側に位置してバルブ（４５）に対してシート面（４３ｂ）およびバルブ面（４５ａ）と直交する方向に変位可能に配設されており、
シート面（４３ｂ）の連通口（４３ａ）の開口面積をハウジング（４１）の流入口（４２ａ）側の通路面積よりも小さくすることにより、流入口（４２ａ）からの流体流れに対向する受圧部がシート面（４３ｂ）に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
これにより、パッキン（４４）の接触面圧は、シートプレート（４３）に作用する流体圧に比例して増減する。
【００１４】
したがって、パッキン（４４）の接触面圧を高める必要があるとき、すなわち流体バルブに流入する流量が増大するときには、流体圧が増大するので接触面圧が増加し、一方、パッキン（４４）の接触面圧を高める必要がないとき、すなわち流体バルブに流入する流量が減少したときには、流体圧が減少するので接触面圧が減少する。
【００１５】
延いては、バルブ（４５）が摺動する時の摩擦力が必要以上に大きくなってしまうことを防止できるので、早期にパッキン（４４）が摩耗してしまうことを防止でき、パッキン（４４）の寿命を延長させつつ、バルブ（４５）とシートプレート（４３）とを確実にシールすることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、バルブ（４５）は、流入口（４２ａ）からの流体流れ方向に延びるシャフト（４５ｃ）を有し、
バルブ面（４５ａ）はシャフト（４５ｃ）を中心として回転するようになっており、
更に、ハウジング（４１）は、流体通路（４０ａ）と連通可能な開口部（４１ｆ）を有し、
バルブ（４５）には、開口部（４１ｆ）を開閉する第２のバルブ面（４５ｂ）がバルブ面（４５ａ）と一体に設けられていることを特徴とする。
これにより、回転式のバルブ（４５）を用いて、連通口（４３ａ）の開口面積を調節する機能と、連通口（４３ａ）とは別の開口部（４１ｆ）を開閉する機能とを同時に発揮できる。
請求項３に記載の発明では、連通口（４３ａ）は、連通口（４３ａ）の外縁が描く図形の図心がシート面（４３ｂ）の図心と一致するように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
これにより、シートプレート（４３）に作用する流体圧による押圧力の中心が偏心してしまうことを防止できる。したがって、パッキン（４４）の接触面圧を略均一とすることができるので、パッキン（４４）が偏摩耗してしまうことを防止できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、第１の面（４３ｂ）には開口部（４３ｅ）が形成されており、さらに、開口部（４３ｅ）は、開口部（４３ｅ）の外縁が描く図形の図心がシート面（４３ｂ）の図心と一致するように形成されていることを特徴とする。
【００１９】
これにより、開口部（４３ｅ）の大きさを調節することによりシートプレート（４３）の受圧面積を容易に調節することができるので、流体バルブの開発時間を短縮することができる。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明同様に、シートプレート（４３）に作用する流体圧による押圧力の中心が偏心してしまうことを防止できる。したがって、パッキン（４４）の接触面圧を略均一とすることができるので、パッキン（４４）が偏摩耗してしまうことを防止できる。
【００２１】
なお、パッキン（４４）は、請求項５に記載の発明のごとく、シートプレート（４３）に固定してもよい。
【００２２】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る流体バルブを車両の走行用エンジンの冷却装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係るエンジンの冷却装置の模式図である。
【００２４】
図１中、ラジエータ２０はエンジン１０内を循環する冷却水を冷却し、その冷却した冷却水をエンジン１０に戻す熱交換器であり、送風機２１はラジエータ２０に冷却風を送風する送風手段である。
【００２５】
バイパス通路３０はエンジン１０から流出する冷却水をラジエータ２０を迂回させてエンジン１０に戻すバイパス手段であり、流量調整バルブ４０はラジエータ２０に循環させる冷却水量とバイパス通路３０に循環させる冷却水量とを調節する電子制御式の流体バルブであり、ポンプ５０はエンジン１０から駆動力を得て冷却水を循環させる渦巻式のウォータポンプである。なお、流量調整バルブ４０の構造は後述する。
【００２６】
そして、流量調整バルブ４０は、バイパス通路３０を流れる冷却水の温度を検出する第１水温センサ１０１の検出温度、及びポンプ５０の流入側に配設されてエンジン１０に戻ってくる冷却水の温度を検出する第２水温センサ１０２の検出温度等に基づいて電子制御装置（ＥＣＵ）１００により制御される。
【００２７】
次に、流量調整バルブ４０の構造について述べる。
【００２８】
図２は流量調整バルブ４０の断面図であり、図３は図２の上面図である。そして、冷却水通路４０ａを構成するアルミニウム製のハウジング４１は、図２に示すように、ラジエータ２０の流出側に接続される第１流入口４２ａが形成された第１ハウジング４１ａ、並びにバイパス通路３０の流出側に接続される第２流入口４２ｂ及びポンプ５０の吸入側に接続される流出口４２ｃ（図３参照）が形成された第２ハウジング４１ｂを有して構成されている。
【００２９】
なお、第１、２ハウジング４１ａ、４１ｂは、Ｏリング等のパッキン４１ｃを介してボルト４１ｄ（図３参照）により締結されている。
【００３０】
また、ハウジング４１内のうち第１ハウジング４１ａのフランジ部４１ｅには、第１流入口４２ａ側と流出口４２ｃ側とを仕切るアルミニウム製のシートプレート４３が配設されている。そして、このシートプレート４３は、図４に示すように、段付き部４３ｃが形成された円筒部４３ｄ、及びこの円筒部４３ｄの軸方向一端側を閉塞するように、特許請求の範囲に記載の第１の面に相当する円盤状のシート面４３ｂが形成されており、シート面４３ｂには、第１流入口４２ａ側と流出口４２ｃ側と連通させる連通口４３ａが形成されている。
【００３１】
このとき、連通口４３ａは、その外縁が描く図形の図心がシート面４３ｂの図心と一致するように形成されているとともに、連通口４３ａの外縁部には、連通口４３ａを縁取るようにゴム製のパッキン４４が焼き付け固着されている。
【００３２】
因みに、図形の図心とは、周知のごとく、平面図形において面積モーメントが釣り合う点であり、本実施形態では、シート面４３ｂは円盤状であるので、その図心は中心と一致する。
【００３３】
なお、シートプレート４３を挟んで上流側と下流側とは、フランジ部４１ｅとシートプレート４３との間に配設されたＯリング等のパッキン４３ｆにより密閉されている。このため、シートプレート４３の上流側から下流側に流れる冷却水の全ては、連通口４３ａを通過することとなる。
【００３４】
また、シートプレート４３より冷却水流れ下流側には、連通口４３ａの開口面積、すなわち開度を調節するバルブ４５が配設されており、このバルブ４５は、図５に示すように、シート面４３ｂと平行に配置されてパッキン４４と接触しながら平行移動するように回転する、特許請求の範囲に記載の第２の面に相当する円盤状の第１バルブ面４５ａ、第２流入口４２ｂ側に繋がる開口部４１ｆ（図２参照）の開口面積を調節する第２バルブ面４５ｂ、並びに第１バルブ面及び第２バルブ面４５ｂを回転させるシャフト部４５ｃ等からなるもので、これら４５ａ〜４５ｃは金属にて一体形成されている。
【００３５】
このとき、第１バルブ面４５ａには、連通口４３ａに対応するように扇状の開口部４５ｄがシャフト４５ｃに対して対称に形成されており、第２バルブ面４５ｂは、第１バルブ面４５ａの外縁部に位置してシャフト４５ｃの長手方向と平行な方向に延出する円筒状の壁部であり、シャフト４５ｃの先端側には、後述する減速機４７の出力軸を固定するためのネジ穴が形成されている。
【００３６】
ところで、シートプレート４３のシート面４３ｂに形成された連通口４３ａのうち、第１バルブ面４５ａに形成された扇状の開口部４５ｄと対応する部位からずれた位置、すなわちシート面４３ｂの中心部の開口部（図４の二点鎖線で示された部位）４３ｅは、シートプレート４３を挟んで上流側と下流側とを連通させる連通口４３ａとしての機能に加えて、シート面４３ｂの流入口４２ａ側の面に作用する水圧よる力（以下、この力をシート押圧力と呼ぶ。）を調節する受圧面積調節穴として機能する。そこで、以下、開口部４３ｅを受圧面積調節穴４３ｅと表記する。
【００３７】
つまり、現状の受圧面積は、図４（ａ）において斜線で示された面積であるが、受圧面積調節穴４３ｅを大きくすれば、受圧面積が減少してシート押圧力が減少し、逆に受圧面積調節穴４３ｅを小さくすれば、受圧面積が増大してシート押圧力が増大する。
【００３８】
なお、図２において、モータ４６はバルブ４５を回転駆動する動力を発生するステッピングモータであり、減速機４７はモータ４６の出力を減速してバルブ４５のシャフト４５ｃに伝達する複数枚の歯車からなる変速機であり、この減速機４７及びモータ４６によりバルブ４５を回転駆動させるアクチュエータが構成されている。
【００３９】
また、軸受４８はシャフト４５ｃを回転可能に支持する転がり軸受であり、リップシール４９は流体通路４０ａ内の冷却水がアクチュエータ内に流入することを防止するシール手段である。
【００４０】
以上に述べた構成により、シートプレート４３は、バルブ４５より上流側に位置してバルブ４５に対してシート面４３ｂと直交する方向に微少、つまりパッキン４３ｆの弾性変形量程度に変位することができる。このとき、図２に示すように、シートプレート４３の変位方向一端側、つまり下流側への変位はバルブ４５により規制され、シートプレート４３の変位方向他端側、つまり上流側への変位はフランジ部４１ｅにより規制される。
【００４１】
なお、バルブ４５が回転すると、パッキン４４と第１バルブ面４３ｂとの摩擦量によりシートプレート４３が回転するおそれがあるので、本実施形態では、シートプレート４３の外周側に外方側に突出する突起部４３ｈを第２ハウジング４１ｂに設けた溝部４１ｇに摺動可能に嵌合させることによりシートプレート４３が回転することを防止している。
【００４２】
次に、本実施形態に係る流量調整バルブ４０の特徴的作動及びその効果について述べる。
【００４３】
バルブ４５が第１バルブ面４５ａの中心を中心として回転すると、シートプレート４３の連通口４３ａとバルブ４５の開口部４５ｄとの重なり合う面積、すなわち連通口４３ａの開口面積、及び開口部４１ｆの開口面積がバルブ４５の回転角に比例して変化し、流量調整バルブ４０内を流れる冷却水量が調節される。
【００４４】
このとき、第１バルブ面４５ａはパッキン４４と接触しているので、第１バルブ面４５ａとシート面４３ｂとの隙間から冷却水が下流側に流れてしまうことを防止できる。したがって、バルブ４５の回転角、つまり連通口４３ａの開口面積に応じてラジエータ２０を流れる冷却水量を調節することができる。
【００４５】
ところで、シートプレート４３は、バルブ４５より上流側に位置してバルブ４５に対してシート面４３ｂと直交する方向に微少に変位することができるので、パッキン４４の接触面圧はシール押圧力、つまりシート面４３ｂの流入口４２ａ側の面に作用する水圧に比例して増減する。
【００４６】
したがって、パッキン４４の接触面圧を高める必要があるとき、すなわち流量調整バルブ４０に流入する流量が増大するときには、シート面４３ｂの流入口４２ａ側の面に作用する水圧が増大するのでシール押圧力が増加し、一方、パッキン４４の接触面圧を高める必要がないとき、すなわち流量調整バルブ４０に流入する流量が減少したときには、シート面４３ｂの流入口４２ａ側の面に作用する水圧が減少するのでシール押圧力が減少する。
【００４７】
延いては、バルブ４５が摺動する時の摩擦力が必要以上に大きくなってしまうことを防止できるので、早期にパッキン４４が摩耗してしまうことを防止でき、パッキン４４の寿命を延長させつつ、バルブ４５とシートプレート４３とを確実にシールすることができる。
【００４８】
また、受圧面積調節穴４３ｅを調節することにより、受圧面積、つまりシート押圧力を容易に調節することができるので、流量調整バルブ４０の開発時間を短縮することができる。
【００４９】
また、連通口４３ａは、その外縁が描く図形の図心がシート面４３ｂの図心と一致するように形成されているので、シートプレート４３に作用する水圧によるシート押圧力の中心が偏心してしまうことを防止できる。したがって、パッキン４４の接触面圧を略均一とすることができるので、パッキン４４が偏摩耗してしまうことを防止できる。
【００５０】
同様に、受圧面積調節穴４３ｅの外縁が描く図形の図心がシート面４３ｂの図心と一致しているので（図４（ａ）参照）、シートプレート４３に作用する水圧によるシート押圧力の中心が偏心してしまうことを確実に防止でき、パッキン４４が偏摩耗してしまうことを確実に防止できる。
【００５１】
（第２実施形態）
第１実施形態では、パッキン４３ｆは第１ハウジング４１ａのフランジ部４１ｅに接触していたが、本実施形態は、図６に示すように、第１ハウジング４１ａの円筒内壁面にパッキン４３ｆを接触させる円筒面シール構造としたものである。
【００５２】
なお、本実施形態では、円筒面シール構造としたので、流量が増大してもパッキン４３ｆと第１ハウジング４１ａの円筒内壁面との摩擦力によりパッキン４４の接触面圧が第１実施形態ほど増大しない。
【００５３】
そこで、第１ハウジング４１ａの円筒内壁面との摩擦力によるパッキン４４の接触面圧低下量を補うために、パッキン４４の接触面圧を高める向きの弾性力をシートプレート４３に作用させる弾性手段としてのバネ４３ｇを設けている。
【００５４】
（第３実施形態）
第２実施形態では、第１ハウジング４１ａの円筒内壁面にパッキン４３ｆを接触させたが、本実施形態は、図７に示すように、第２ハウジング４１ｂの円筒内壁面にパッキン４３ｆを接触させたものである。
【００５５】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、連通口４３ａと受圧面積調節穴４３ｅとが繋がっていたが（図４（ａ）参照）、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図８に示すように、連通口４３ａと受圧面積調節穴４３ｅとをそれぞれ独立した開口部としてもよい。
【００５６】
また、上述の実施形態では、シートプレート４３にパッキン４４を固定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、バルブ４５、つまり第１バルブ面４５ａにパッキン４４を固定してもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態では、シートプレート４３をバルブ４５の上流側に配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、シートプレート４３をバルブ４５の下流側に配置して、バルブ４５を第１バルブ面４５ａと直交する方向に変位可能としてもよい。
【００５８】
また、本発明に係る流体バルブを車両の走行用エンジンの冷却装置に適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却水回路を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る流体バルブの断面図である。
【図３】図２の上面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るシートプレートの二面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るバルブの二面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る流体バルブの断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る流体バルブの断面図である。
【図８】本発明のその他の実施形態に係るシートプレートの正面図である。
【符号の説明】
４０…流量調整バルブ、４１…ハウジング、４２ａ…第１流入口、
４２ｂ…第２流入口、４３…シートプレート、４４…パッキン、
４５…バルブ。

Claims (5)

1. 流体通路（４０ａ）を構成するとともに、流入口（４２ａ）及び流出口（４２ｃ）が形成されたハウジング（４１）と、
   前記流体通路（４０ａ）内に配設されて前記流入口（４２ａ）側と前記流出口（４２ｃ）側とを仕切るとともに、前記流入口（４２ａ）側と前記流出口（４２ｃ）側と連通させる連通口（４３ａ）が形成されたシート面（４３ｂ）を有するシートプレート（４３）と、
   前記シート面（４３ｂ）と平行なバルブ面（４５ａ）を有し、このバルブ面（４５ａ）を前記シート面（４３ｂ）と平行な方向に移動することにより前記連通口（４３ａ）の開口面積を調節するバルブ（４５）と、
   前記シート面（４３ｂ）および前記バルブ面（４５ａ）のうちいずれか一方の面（４３ｂ）に固定され、他方側の面（４５ａ）に摺接することにより、前記シート面（４３ｂ）と前記バルブ面（４５ａ）との隙間から流体が下流側に流れることを防止するパッキン（４４）とを備え、
   前記シートプレート（４３）は、前記バルブ（４５）より上流側に位置して前記バルブ（４５）に対して前記両面（４３ｂ、４５ａ）と直交する方向に変位可能に配設されており、
   前記連通口（４３ａ）の開口面積を前記流入口（４２ａ）側の通路面積よりも小さくすることにより、前記流入口（４２ａ）からの流体流れに対向する受圧部が前記シート面（４３ｂ）に形成されていることを特徴とする流体バルブ。
2. 前記バルブ（４５）は、前記流入口（４２ａ）からの流体流れ方向に延びるシャフト（４５ｃ）を有し、
   前記バルブ面（４５ａ）はシャフト（４５ｃ）を中心として回転するようになっており、
   更に、前記ハウジング（４１）は、前記流体通路（４０ａ）と連通可能な開口部（４１ｆ）を有し、
   前記バルブ（４５）には、前記開口部（４１ｆ）を開閉する第２のバルブ面（４５ｂ）が前記バルブ面（４５ａ）と一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流体バルブ。
3. 前記連通口（４３ａ）は、前記連通口（４３ａ）の外縁が描く図形の図心が前記シート面（４３ｂ）の図心と一致するように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体バルブ。
4. 前記シート面（４３ｂ）には開口部（４３ｅ）が形成されており、
   さらに、前記開口部（４３ｅ）は、前記開口部（４３ｅ）の外縁が描く図形の図心が前記シート面（４３ｂ）の図心と一致するように形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の流体バルブ。
5. 前記パッキン（４４）は前記シートプレート（４３）に固定されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の流体バルブ。

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