JP4096355B2 - 流量制御弁装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）を冷却する冷却システムに用いる流量制御弁装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラジエータで冷却された冷却媒体としての冷却水をエンジンに供給しエンジンを冷却する冷却システムにおいて、冷却水の温度を制御するためにサーモスタットを用いるものが知られている。冷却水の温度が所定温度以下の場合、サーモスタットが作動することによりバイパス通路に冷却水が流れ、ラジエータを通さずに冷却水をエンジンに戻す冷却媒体循環回路が構成される。このように冷却水の温度を検出して冷却水の流量を制御する流量制御弁装置としてサーモスタットを用いると、流量制御弁装置を安価に実現できる。
しかし、サーモスタットの作動は冷却水の温度を検出する感温部材の温度特性により規定されるので、エンジン運転状態に応じ高精度に冷却水の流量制御を行うことができない。
【０００３】
前述した問題を解決するため、エンジンの運転状態に応じて弁部材の回動角度を制御し、弁部材の回動角度により冷却水の流量を高精度に制御する流量制御弁装置が知られている。このような流量制御弁装置として、ラジエータから冷却水が流入するラジエータ通路と、エンジンからラジエータに向かう流れから分岐した冷却水が流入するバイパス通路と、エンジンに冷却水を供給する流出通路とを有し、ステップモータ等の駆動装置により弁部材を回動駆動するものが知られている。弁部材の回動角度はエンジンの運転状態に応じてステップモータへの通電を制御することにより行われる。
ラジエータ通路の開口周囲に環状ゴム製のシール部材が設置されている。弁部材が回動することによりシール部材は弁部材と摺動し、弁部材とシール部材との間がシールされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、弁部材とシール部材との間のシールを確保するためゴム製のシール部材を弾性変形させ弁部材に大きな力で押しつけると、弁部材とシール部材との摺動抵抗が大きくなり、弁部材を回動するために大きなトルクが必要になる。
【０００５】
弁部材に押し付けるシール部材の力を小さくし、かつ弁部材とシール部材との間のシールを確保するためには、研磨等によりシール部材を高精度に加工する必要があるので、製造コストが上昇するという問題がある。
本発明の目的は、加工が容易で弁部材との摺動抵抗が小さいシール部材を有する流量制御弁装置の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の流量制御弁装置の製造方法によると、第１通路の開口周囲のハウジングの内周壁に半加硫の状態でシール部材の母材を取り付け、母材に弁部材を接触させ弁部材を組み付けることにより母材を塑性変形させる。母材は弁部材の摺動部の摺動面の形状に合わせて塑性変形している。したがって、塑性変形した母材を加熱し加硫してシール部材に弾性をもたせても、シール部材は大きな力で弁部材に押し付けられることなく弁部材の摺動部と摺動しシールを確保する。
半加硫状態で弁部材の摺動面に合わせてシール部材の母材を塑性変形しシール部材の形状を規定するので、シール部材の加工が容易である。さらに、シール部材と弁部材との摺動抵抗が小さいので、小さなトルクで弁部材を回動駆動できる。
【０００７】
本発明の請求項２記載の流量制御弁装置の製造方法によると、塑性変形後の母材が弁部材と接触している面積は、ハウジングの内周壁と接触している面積よりも小さい。塑性変形した母材を加熱し加硫したシール部材と弁部材との摺動抵抗が小さくなるので、小さなトルクで弁部材を回動駆動できる。また、ハウジングの内周壁と接触するシール部材の面積が大きいので、ハウジングに安定してシール部材を取り付けることができる。
【０００８】
本発明の請求項３記載の流量制御弁装置の製造方法によると、塑性変形前の母材の中央を貫通する中心軸を含む断面形状は三角形状であり、三角形状の断面の一辺をハウジングの内周壁に取り付け、ハウジングに取り付けた一辺と向き合う頂点を弁部材に接触させ弁部材を組み付けることにより母材を塑性変形させる。塑性変形後の母材が弁部材と接触している面積を、ハウジングの内周壁と接触している面積よりも小さくすることが容易である。
【０００９】
本発明の請求項４記載の流量制御弁装置の製造方法によると、塑性変形後のシール部材の断面形状は等脚台形であるから、弁部材がいずれの方向に回動しても、シール部材が一方の回動方向に偏って傾くことを防止する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による製造方法により製造した流量制御弁装置を用いた冷却システムを図２に示す。
冷却媒体である冷却水は、ウォーターポンプ２２０によりエンジン２００のウォータージャケットに供給されエンジン２００を冷却する。エンジン２００を冷却した冷却水は、次に示す（１）、（２）および（３）の３系統を通り流量制御弁装置１０に向かう。流量制御弁装置１０は、３系統の通路から流入する冷却水の割合を調整しエンジン２００に供給する冷却水の流量および温度を制御する。
【００１３】
（１）通路３００からラジエータ２０２を通り、さらにファン２０４からの送風により冷やされ通路３０２から流量制御弁装置１０に向かう。
（２）ラジエータ２０２に向かう通路３００から分岐したバイパス通路３０４を通りラジエータ２０２を迂回して直接流量制御弁装置１０に向かう。
（３）通路３１０からヒータ２１０、ならびに自動変速機制御弁装置２１２の作動油を冷却するオイルクーラ２１４を通り流量制御弁装置１０に向かう。
流量制御弁装置１０で３系統から流入する割合を調整された冷却水は、ウォーターポンプ２２０により通路３０６からエンジン２００に供給される。
【００１４】
図１に示すように、流量制御弁装置１０は、ハウジングとして入口ハウジング１２、駆動ハウジング３０、およびカバー３２を有している。
入口ハウジング１２は、筒部１４および円板部１６により漏斗状に形成されている。筒部１４に通路３０２と連通する第１通路としてのラジエータ通路が形成されている。ラジエータ通路は二つに別れ、ハウジングの内周壁である円板部１６を貫通して弁部材７０側に開口している連通路１０２を形成している。図４に示すように、円板部１６の弁部材７０側に連通路１０２の開口周囲を囲むように環状の溝１７が形成されている。図３に示す環状ゴム製のシール部材２０は、焼き付けまたは接着等により図４に示す溝１７に取り付けられている。冷却水流れに沿い、前記シール部材２０の中央を貫通する中心軸を含むシール部材２０の断面形状は、弁部材７０と接触している短辺と溝１７の底部に接触している長辺とが平行な等脚台形である。
【００１５】
図１に示す駆動ハウジング３０は円板状の弁部材７０を回動可能に流体室１１０に収容している。流体室１１０は、連通孔７３、連通孔７７（図６参照）および流出通路１２４と連通している。駆動ハウジング３０およびカバー３２は、弁部材７０を回動駆動する駆動装置としてのステップモータ４０を収容している。ステップモータ４０は、シャフト４２の外周に周方向に交互に異なる磁極を形成する永久磁石４４を設置している。永久磁石４４の外周に、コイル４６が周方向に複数設置されている。コイル４６に通電する方向を制御することによりコイル４６の極性を交互に変化させ、シャフト４２を所定角度回動させる。
【００１６】
シャフト４２の端部に駆動ギア５０が取り付けられている。駆動ハウジング３０に回動可能に取り付けられているシャフト５４に、軸方向両端部にギア歯５８、６０を有する駆動ギア５６が取り付けられている。ギア歯５８は駆動ギア５０のギア歯５２と係合し、ギア歯６０は駆動ギア６４のギア歯６６と係合する。ギア歯６０のギア径はギア歯５８のギア径よりも小さい。駆動ギア６４を取り付けているシャフト６２は弁部材７０とともに回動する。シャフト６２を軸受けするベアリング６８は、図５に示すように内周側よりも外周側が円板部１６側にずれるように組付けられている。これにより、シャフト６２が円板部１６から離れる方向に移動することを防止する。
【００１７】
図１に示すように、駆動ハウジング３０には、バイパス通路３０４と連通する第２通路であるバイパス通路１２０、通路３１０と連通するヒータ通路１２２、ならびに通路３０６と連通する第３通路である流出通路１２４が形成されている。
【００１８】
弁部材７０は、入口ハウジング１２の円板部１６と向き合う摺動部としての円板部７２と、円板部７２の周方向の一部において円板部７２の外周縁からシャフト６２に沿って入口ハウジング１２と反対側に突出する閉塞部７４とを有している。図６に示すように、連通路として２個の円形の連通孔７３が回転中心を挟み１８０°反対側に円板部７２に形成されている。連通孔７３はラジエータ通路と流体室１１０とを連通可能である。閉塞部７４は円弧状に形成されており、バイパス閉塞部７６とヒータ閉塞部７８とを有している。ヒータ閉塞部７８はバイパス閉塞部７６からさらにシャフト６２に沿って入口ハウジング１２と反対側に突出している。バイパス閉塞部７６はバイパス通路１２０だけを閉塞可能であり、ヒータ閉塞部７８はバイパス通路１２０およびヒータ通路１２２の両方を閉塞可能である。バイパス閉塞部７６にはバイパス通路１２０と流体室１１０とを連通可能な連通孔７７が形成されている。
【００１９】
次に、流量制御弁装置１０の製造工程について説明する。
（１）シャフト６２と弁部材７０とを組み付ける。
（２）駆動ハウジング３０にベアリング６８を取り付ける。
（３）弁部材７０を組み付けたシャフト６２をベアリング６８で軸受けする。
（４）シャフト６２の弁部材７０と反対側の端部に駆動ギア６４を取り付ける。さらに、駆動ギア５６を取り付けたシャフト５４をギア歯６０がギア歯６６と係合するように駆動ハウジング３０に取り付ける。
（５）シャフト４２に駆動ギア５０を取り付けたステップモータ４０をギア歯５２がギア歯５８に係合するように組み付ける。
【００２０】
（６）シール部材２０の母材１３０を図７に示す。母材１３０の中央を貫通する中心軸を含む断面形状は三角形である。この三角形の断面の一辺を溝１７の底部に接触させ、焼き付けまたは接着等により溝１７に母材１３０を取り付ける。母材１３０は半加硫状態のゴムであり、塑性変形する。母材１３０のゴム材として、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、フッ素系ゴム等を用いる。
【００２１】
（７）工程（５）で組み付けた構造体と、工程（６）で組み付けた構造体とを、溝１７に接触している一辺に向き合う母材１３０の頂点が弁部材７０と接触するように弁部材７０を組み付ける。母材１３０は、弁部材７０の円板部７２の摺動面に合わせ図４に示すように中心軸を含む断面が等脚台形状に塑性変形する。
（８）工程（７）で組み付けた構造体を約１００℃で加熱し、母材１３０を加硫させる。加熱により加硫された母材１３０は弾性を有するシール部材２０となる。
【００２２】
シール部材２０は円板部７２の摺動面の形状に合わせて塑性変形し加硫されているので、シール部材２０は弁部材７０の円板部７２と摺動するが円板部７２に押し付けられていない。したがって、シール部材２０と弁部材７０との摺動抵抗は小さい。
【００２３】
次に、流量制御弁装置１０の作動について図８および図９に基づき説明する。図９において、実線１５０はラジエータ２０２からラジエータ通路、連通路１０２、連通孔７３を通り流体室１１０に流入する冷却水の流量を示している。点線１５２は、バイパス通路１２０から流体室１１０に流入する冷却水の流量を示している。一点鎖線１５４は、ヒータ通路１２２から流体室１１０に流入する冷却水の流量を示している。流体室１１０から流出通路１２４を通りエンジン２００に供給される冷却水の流量は、実線１５０、点線１５２および一点鎖線１５４が示す流量の合計である。
【００２４】
（１）弁部材７０が図８の（Ａ）に示す位置にあるとき、連通路１０２と連通孔７３とは同心上にあり、連通路１０２と流体室１１０とは連通孔７３を介し全開状態で連通している。バイパス通路１２０と流体室１１０との連通は、バイパス閉塞部７６により遮断されている。、ヒータ通路１２２は流体室１１０と連通している。このときの冷却水の流量は図９に示す全開状態である。
【００２５】
（２）弁部材７０が図８の（Ａ）に示す位置から図８の（Ｂ）に示す位置に回転すると、連通孔７３を介し連通路１０２と流体室１１０とが連通する面積は徐々に小さくなる。したがって、ラジエータ２０２から連通路１０２、連通孔７３を通り流体室１１０に流入する冷却水の流量は減少する。一方、バイパス閉塞部７６の連通孔７７を介しバイパス通路１２０と流体室１１０とが連通するので、バイパス通路１２０から流体室１１０に流入する冷却水の流量は増加する。ヒータ通路１２２は開放されているので、ヒータ通路１２２から流体室１１０に流入する冷却水の流量は一定である。
【００２６】
（３）弁部材７０が図８の（Ｂ）に示す位置から図８の（Ｃ）に示す位置に回転すると、連通孔７３を介し連通路１０２と流体室１１０とが連通する面積はさらに小さくなる。したがって、ラジエータ２０２から連通路１０２、連通孔７３を通り流体室１１０に流入する冷却水の流量は減少し、図８の（Ｃ）に示す全閉状態では０になる。バイパス閉塞部７６の連通孔７７を介しバイパス通路１２０と流体室１１０とが連通する面積はピークに達したあと減少する。ヒータ通路１２２と流体室１１０との連通面積はヒータ閉塞部７８により徐々に減少する。したがって、ヒータ通路１２２から流体室１１０の流入する冷却水の流量は減少する。
【００２７】
このように、弁部材７０の回動角度を調節することにより、エンジン２００に供給する冷却水の流量および温度を調整する。
例えば、弁部材７０の回動位置を図８の（Ｃ）に示す全閉位置に近づけることにより、エンジン２００を循環する冷却水の流量を減少し、エンジン始動時にエンジンを早期に暖機運転する。
【００２８】
エンジン２００の冷却性を高めるためには、弁部材７０の回動位置を図８の（Ａ）に示す全開位置に近づける。ラジエータ２０２で冷却されエンジン２００に供給される冷却水の流量が増加するので、エンジン２００をより冷却することができる。
【００２９】
第１実施例では、半加硫状態のシール部材２０の母材１３０と弁部材７０とを組み付けることにより、弁部材７０の摺動面に合わせて母材１３０を塑性変形させ、その後に母材１３０を加熱して加硫しシール部材２０に弾性をもたせている。シール部材２０が弁部材７０に押し付けられていないので、シール部材２０と弁部材７０との摺動抵抗が小さい。小さなトルクで弁部材７０を回動駆動できるので、ステップモータ４０を小型化できる。また、シール部材２０が弁部材７０の摺動面に沿って摺動するので、シール部材２０と弁部材７０との間のシールを確保できる。
【００３０】
また、塑性変形前の断面三角形状の母材１３０の一辺を溝１７に取り付け、この一辺と向き合う頂点を弁部材７０に接触させ弁部材７０を組み付けることにより母材１３０を塑性変形させる。したがって、塑性変形後の母材１３０が弁部材７０と接触している面積を、溝１７と接触している面積よりも小さくすることが容易である。
【００３１】
塑性変形後の母材１３０の中心軸を含む断面形状は、弁部材７０側を短辺とし、溝１７側を短辺と平行であり短辺よりも長い長辺とする等脚台形である。弁部材７０と摺動するシール部材２０の面積が小さいので、シール部材２０と弁部材７０との摺動抵抗が小さくなる。また、溝１７と接触するシール部材２０の面積が大きいので、溝１７に安定してシール部材２０を取り付けることができる。さらに、弁部材７０がいずれの方向に回動しても、シール部材７０が一方に傾くことを防止できる。
【００３２】
（第２実施例、第３実施例）
本発明の第２実施例によるシール部材を図１０および図１１に、第３実施例を図１２に示す。
第２実施例のシール部材８０は環状に形成されており、平板な底部８２と、底部８２の外周縁および内周縁から弁部材７０側に延びる環状のリップ８４とを有している。シール部材８０の中心軸を含む断面において、シール部材８０は弁部材７０側に開口している。シール部材８０は溝１７に焼き付けられておらず嵌合している。
【００３３】
付勢部材としてのコイルスプリング８６は底部８２と内周側および外周側のリップ８４とが形成する空間に収容されている。コイルスプリング８６は溝１７に底部８２を付勢しているとともに、弁部材７０にリップ８４を付勢している。コイルスプリング８６が弁部材７０および溝１７に向けシール部材８０を付勢しているので、溝１７にシール部材８０を嵌合するだけでシール部材８０を組み付けることができる。
【００３４】
また、コイルスプリング８６が弾性変形しやすいリップ８４を弁部材７０に向け付勢しているので、小さな付勢力で弁部材７０にリップ８４を押し付けることができる。コイルスプリング８６の付勢力を調整することにより、シール部材８０と弁部材７０との摺動抵抗を極力小さくしつつ、弁部材７０とシール部材８０との間のシールを確保できる。
図１２に示す第３実施例では、第２実施例のコイルスプリング８６に代え、付勢部材として環状の板ばね８８を用いている。
【００３５】
（第４実施例）
本発明の第４実施例によるシール部材を図１３に示す。
シール部材９０は環状に形成されており、平板な底部９２と、底部９２の外周縁および内周縁から弁部材７０側に延びる環状のリップ９６とを有している。底部９２の外壁に溝１７に向けて突出する環状突部９４が形成されている。シール部材９０の中心軸を含む断面において、シール部材９０は弁部材７０側に開口している。シール部材９０は溝１７に焼き付けられておらず嵌合している。
【００３６】
コイルスプリング８６は底部９２と内周側および外周側のリップ９６とが形成する空間に収容されている。コイルスプリング８６は溝１７に環状突部９４を付勢しているとともに、弁部材７０にリップ９６を付勢している。コイルスプリング８６がシール部材９０を弁部材７０および溝１７に向け付勢しているので、溝１７にシール部材９０を嵌合するだけでシール部材９０を組み付けることができる。
【００３７】
また、環状突部９４が溝１７と接触することによりシール部材９０が入口ハウジング１２と接触する面積が小さくなる。シール部材９０が入口ハウジング１２に単位面積当たり押し付けられる力が大きくなるので、コイルスプリング８６の付勢力が小さくても、シール部材９０と入口ハウジング１２との間から冷却水が漏れることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の製造方法により製造した流量制御弁装置を示す断面図である。
【図２】第１実施例の流量制御弁装置を用いた冷却システムを示す構成図である。
【図３】第１実施例のシール部材を示す図１のIII 方向矢視図である。
【図４】第１実施例のシール部材を示す拡大断面図である。
【図５】第１実施例による弁部材のシャフトを軸受けするベアリングの取り付け状態を示す説明図である。
【図６】（Ａ）は第１実施例の弁部材を示す図１のVI方向矢視図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。
【図７】塑性変形前のシール部材の母材を示す断面図である。
【図８】弁部材の回動による通路の連通状態を示す説明図である。
【図９】弁部材の回動にともない変化するラジエータから流入する冷却水量、バイパス通路から流入する冷却水量、ならびにヒータ通路から流入する冷却水量を示す特性図である。
【図１０】第２実施例のシール部材を示す断面図である。
【図１１】第２実施例のシール部材の取り付け状態を示す断面図である。
【図１２】第３実施例のシール部材を示す断面図である。
【図１３】第４実施例のシール部材を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 流量制御弁装置
１２ 入口ハウジング（ハウジング）
２０、８０、９０ シール部材
３０ 駆動ハウジング（ハウジング）
３２ カバー（ハウジング）
４０ ステップモータ（駆動装置）
７０ 弁部材
７２ 円板部（摺動部）
７３ 連通孔（連通路）
８６ コイルスプリング（付勢部材）
８８ 板ばね（付勢部材）
９４ 環状突部
１００ ラジエータ通路（第１通路）
１０２ 連通路（第１通路）
１１０ 流体室
１２０ バイパス通路（第２通路）
１２２ ヒータ通路
１２４ 流出通路（第３通路）

Claims (4)

1. ラジエータから冷却媒体が流入する第１通路、内燃機関から前記ラジエータに向かう流れから分岐した冷却媒体が流入する第２通路、ならびに内燃機関に冷却媒体を供給する第３通路を有するハウジングと、
   前記ハウジングの内周壁に開口している前記第１通路の開口を囲んで前記ハウジングの内周壁に設置されている環状ゴム製のシール部材と、
   前記ハウジング内に回動可能に収容され、回動することにより前記シール部材と摺動する摺動部を有し、前記第１通路および前記第２通路から前記ハウジング内に流入し前記第３通路から流出する冷却媒体の流量を回動角度に応じて制御する弁部材と、
   前記弁部材を回動駆動する駆動装置とを備える流量制御弁装置の製造方法であって、
   前記第１通路の開口周囲の前記ハウジングの内周壁に半加硫の状態で前記シール部材の母材を取り付け、前記母材に前記弁部材を接触させ前記弁部材を組み付けることにより前記母材を塑性変形させ、前記母材を加熱し加硫することを特徴とする流量制御弁装置の製造方法。
2. 塑性変形後、前記母材が前記弁部材と接触している面積は、前記母材が前記ハウジングの内周壁と接触している面積よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の流量制御弁装置の製造方法。
3. 塑性変形前の前記母材の中央を貫通する中心軸を含む断面形状は三角形状であり、前記三角形状の断面の一辺を前記ハウジングの内周壁に取り付け、前記一辺と向き合う頂点を前記弁部材に接触させ前記弁部材を組み付けることにより前記母材を塑性変形させることを特徴とする請求項２記載の流量制御弁装置の製造方法。
4. 塑性変形後の前記中心軸を含む前記母材の断面形状は、前記弁部材側が短辺であり、前記ハウジングの内周壁側が前記短辺よりも長く前記短辺と平行な長辺である等脚台形であることを特徴とする請求項２または３記載の流量制御弁装置の製造方法。

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