JP6274984B2 - サーモスタットバルブ - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用エンジンの冷却システムにおいて、冷却水量を温度及び圧力に応じて開閉制御するメインバルブ及びリリーフバルブを一体化してなるサーモスタットバルブに関する。

自動車用エンジンの冷却水通路には、例えばエンジンの始動直後等のように冷却水温度が低温状態であるときには、冷却水をラジエータ側から切り離し、ウォーターポンプを介してエンジンのウォータージャケットに還流させるとともに、エンジンが高温状態になったときにラジエータ側に供給し、冷却してからエンジンに還流させるためのサーモスタットバルブが設けられている。

この種のサーモスタットバルブとして従来から種々の構造のものが提案されており、例えば特許文献１に開示されるように、エンジンのウォータージャケットの出口側に配置され冷却水を出口制御する構造をもつものが知られている。また、この特許文献１によるサーモスタットバルブは、本体フレームに形成したシートバルブ部に対し、弁体を冷却水の流れの下流側から上流側に向かって閉弁動作するように構成することにより、バルブ全体の構造を簡素化するとともに、全体の小型化を図り、しかもバルブ性能を向上させるようにしている。

これは、弁体が上記とは逆に、冷却水の流れの方向の上流側から下流側に動くことで閉弁動作するようになっていると、開弁時に流体の流れや水圧に逆行して弁体が開弁動作するように、フレーム、その他の構造部品を構成しなければならず、全体構造が複雑化し、大型化も避けられないからである。さらに、このような開閉動作するバルブでは、弁体の動きに遅延を生じる等の問題もあるが、このような問題も解決し得るものである。

特開平６−２２９２４０号公報

しかし、上述した従来のサーモスタットバルブでは、バルブ弁体が本体フレームのバルブシート部に着座した閉弁時におけるバルブの締め切り性能を確実に得ることが難しいばかりでなく、全体構造の簡素化、部品点数の削減、小型化、さらに軽量化を図ることができない等といった問題をもつものであった。

すなわち、上述した従来構造では、弁体とハウジング側に形成される弁座（バルブシート部）とがテーパ状に当接するために、接触面積を小さく、確実にシールできるとは言えず、シール性能が低下する等の問題を招く虞れがある。したがって、このようなサーモスタットバルブでは、漏水量がゼロあるいは限りなく小さくすることが難しい。

さらに、この種のサーモスタットバルブは、例えばロータリーバルブ等のモータにより駆動する冷却制御弁のフェールセーフ用のサーモスタットとしても利用できるが、このような利用では、一般的に漏水量はサーモスタット単体ではなく、メインの冷却制御弁とセットで考慮されるため、単体で限りなく小さくなくてはいけない。そのため、従来からサーモスタットバルブには、全体の構造を簡素化し、しかも可能な限りの小型化を達成できることが求められている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、閉弁時の漏水量を限りなく小さくするとともに、本体ハウジングを樹脂成型により一体化し、また全体の構成の簡素化と小型化、部品点数削減、軽量化を達成することができるリリーフ機能付のサーモスタットバルブを得ることを目的とする。

このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係るサーモスタットバルブは、一端面の開口周縁部にバルブシート部が形成されている円環状本体部とその他端面の外周縁から軸線方向に延設した複数の脚部を介して設けられるフレーム部を有し、全体が合成樹脂材により円筒形状を呈するように一体成形されている本体ハウジングと、この本体ハウジングの一端面側に軸線方向に進退自在に配置され前記バルブシート部に選択的に着座する円盤状の弁体と、この弁体を前記バルブシート部に対し着座させる閉弁方向に付勢するばね手段と、このばね手段の反弁体側の端部に配置され前記本体ハウジングから延設された係止アームの先端フックにより係止保持されるばね受けと、前記本体ハウジングのフレーム部に設けたエレメントガイドに保持固定され、流体温度に応じて前記弁体を開弁方向に動作させるサーモエレメントを備えてなり、前記本体ハウジングの一端面であって前記開口の周縁部に近接する部分に、所定幅による頂部をもつ円環状の段部を形成し、この円環状段部の頂部を、前記弁体が平面接触可能な前記バルブシート部としたことを特徴とする。

本発明（請求項２記載の発明）に係るサーモスタットバルブは、請求項１において、前記本体ハウジングは、少なくとも前記円環状段部の頂部を避けた位置にパーティングラインを形成するように構成された金型構造によって、樹脂成型されていることを特徴とする。

本発明（請求項３記載の発明）に係るサーモスタットバルブは、請求項１または請求項２において、前記本体ハウジングの円盤状本体部の一端面の外周縁部分には、複数の突起部が設けられ、これらの突起部と前記係止アームとで、前記弁体の水平方向の動きを規制するように構成されていることを特徴とする。

本発明（請求項４記載の発明）に係るサーモスタットバルブは、請求項３において、前記突起部先端の内周側部分に、曲面またはカット面を設けたことを特徴とする。

本発明（請求項５記載の発明）に係るサーモスタットバルブは、請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記弁体の中央部には、前記サーモエレメントの駆動端と係合する係合部が形成されていることを特徴とする。

本発明（請求項６記載の発明）に係るサーモスタットバルブは、請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記係止アームの先端フックを、フック面が先端に向かって内向きに傾斜するように形成されていることを特徴とする。

以上説明したように本発明に係るサーモスタットバルブによれば、樹脂製の本体ハウジングの円盤状本体部の一端面上であって、開口の周縁に沿うように所定幅をもつ円環状の段部を設け、その頂面部分に弁体が面接触するバルブシート部を形成するようにしているから、弁閉時において確実な平面シールによる接触面積を確保でき、シール性能を向上させることができ、その結果として漏水量がゼロあるいは限りなく小さくすることが可能となる。

さらに、本発明によれば、本体ハウジングを樹脂成型品とし、複雑な形状が容易に成形可能であることから、従来構造に比べて全体の構成部品点数を削減し、組立も容易となり、さらには軽量化を向上させることができる。また、本発明によれば、ポペット式バルブ構造であるため、流量面積が十分に稼ぐことができ、結果として装置全体を小さくでき、小型化を図ることが可能となる。

また、本発明によるサーモスタットバルブによれば、弁体とバルブシート部との関係から、差圧弁としても機能できるものであり、例えばエンジンが低温時に高負荷となった際（高回転になりウォーターポンプ回転数も上昇した際）、過剰な圧力を逃すことができるため、冷却水回路内にある管路が破裂したりしなくて済むという利点もある。

さらに、本発明によれば、シール性を確保するために、本体ハウジングの弁座側に円環状の段部を設け、その頂部を弁体との平面シールとして確実な接触面積を確保できるようにしているから、弁体が多少ずれたとしても確実にシールすることができる。

特に、本発明によれば、本体ハウジングの樹脂成型時に、円環状段部の頂部を避けた位置（例えば円環状段部よりも外周側の位置）にパーティングラインを形成する金型構造としているから、樹脂成型時にバリが発生しても、バルブのシール面には影響が出にくいようにすることができる。よって、バリ処理をしなくてもよいため工程・製造時間削減によりの製造コストを下げることができる。また、パーティングラインＰが前記円環状部に生じないため、確実にシール面を確保できる。

さらに、本発明によれば、本体ハウジングから突設した係止アームの先端フックとばね受けとの係合部分をテーパ状に構成しているから、単純な係止に比べて、より外れにくく構成でき、これにより当該係止部分の係合しろを小さくでき、結果的に装置全体を小型化することができる。

また、一般に、サーモエレメントはその外径部（加締め部）で固定できないため、ピストン先端とサーモエレメントケース部のみで固定しなければならず、サーモエレメント等が不安定となり易いが、本発明によれば、弁体とのバルブシート部から離れた本体ハウジングの端部フレーム部に、サーモエレメントガイドを設け、この部分でサーモエレメントを嵌合保持することが可能で、上述したような不安定さは解消することができる。さらに、本発明によれば、開弁中にエンジン振動や急な圧力変動によりバルブが不安定になり、その結果漏水を招くことを防ぐことができ、さらにはバルブ抜けあるいはピストンが抜けたりするのを防ぐことができ、また周方向の位置を規制することができる。

また、本発明によれば、サーモエレメントガイドを上記のように設けているから、流体通路内でサーモエレメントを感温し易い位置に設けることができる。

さらに、従来この種のサーモスタットバルブを、ロータリーバルブ等のモータにより駆動する冷却制御弁のフェールセーフ用のサーモスタットとしても利用することがあるが、本発明のような構造によるバルブを用いると、このような場合にも対処することができる。すなわち、上述したようなフェールセーフ用サーモスタットは、一般的に漏水量はサーモスタット単体ではなく、メインの冷却制御弁とセットで考慮されるため、単体で限りなく小さくしなければならず、小型化が求められるが、本発明構造では、このような要請に応えることができる。

本発明に係るサーモスタットバルブの一実施形態を示し、全体の概略斜視図である。 図１に示すサーモスタットバルブの要部の縦断側面図である。 図１に示すサーモスタットバルブを弁体付設側から見た本体ハウジングの平面図である。 本発明に係るサーモスタットバルブを流体配管中に配置した場合を説明する概略図である。 （ａ），（ｂ）は本発明が特徴とするバルブシート部の拡大図および製造時の説明図である。 本発明の別の特徴部分である係止アームの先端フックを説明するための説明図である。

図１ないし図４は本発明に係るサーモスタットバルブの一実施形態を示す。
これらの図において、全体を符号１０で示すサーモスタットバルブは、円環状本体部とその外周部から軸線方向に延設された４本の脚部１２ｂとこれらの脚部を介して設けられた端部フレーム部１２ｃとによって全体が円筒形状を呈するように合成樹脂材により一体成型されている本体ハウジング１２を備えている。

この本体ハウジング１２における円環状本体部の一端面側には、開口１４の周縁部分に沿って弁座となるバルブシート部１６が所定幅をもつ頂部を有する円環状段部１６ａによって形成されている。

２０はサーモスタットバルブ１０を構成する浅皿円盤状の弁体（バルブ弁体）であり、この弁体２０は、前記バルブシート部１６に対し進退自在に移動して着座するように構成されている。２２はこの弁体２０をバルブシート部１６に対して接触するように付勢するコイルばねであり、その反弁体側には、環状プレートによるばね受け２４が設けられている。

前記ばね受け２４は、前記本体ハウジング１２の円環状本体部の一側面外周縁部分から立設されている一対の係止アーム３０の先端にフック３２を設けることにより、周縁部の一部が係止保持されることで組付けられている。ここで、このフック３２のばね受け２２の外周縁の一部を係止する係止面は、図２、図６等に示すように、内向きに傾斜するテーパ面で形成されている。

このようなテーパ状の係合部分によれば、単純な係止に比べて、より外れにくく構成でき、これにより当該係止部分の係合しろを小さくでき、結果的に装置全体を小型化することができる。

図１中３６は本体ハウジング１２の円盤状本体部の一端面において、外周縁部分に突設された複数の突起部で、これらの突起部３６は、前記バルブシート部１６に着座する弁体２０の水平方向の動きを規制するように構成されている。

また、前記円盤状の弁体２０の中央部分には、図２中上向きに膨出する突出部が形成され、その内側に後述するピズトンとの係合部としての係合凹部２０ａが形成されている。この係合凹部２０ａは、後述するサーモエレメント４０から進退自在に突出するピストン４２の先端部と係合することにより、該円盤状弁体２０の水平方向の動きを規制し、該弁体２０を所要の位置に位置決め保持する役割りを果たしている。さらに、このような構造を採用すると、弁体２０の組込み作業がきわめて容易に行えるという利点もある。

上述したような突起部３６や係止アーム３０の基端部、さらには弁体２０の係合凹部２０ａに対して契合するピストン４２によって、弁体２０は、水平方向への動きを規制された状態で、軸線方向には進退動作可能な状態に保持されている。

なお、上述した水平方向の規制手段としては、上述した突起部３６、係合凹部２０ａには限定されず、いずれか一方のみであってもよく、また上述した以外の手法で、弁体２０を進退動作可能に保持できるものであればよい。例えば前記ピストン４２の駆動端と係合凹部２０ａによる係合構造としても、組立性に優れ、また弁体２０の進退動作を許容できる構造であれば、単純な係合構造は勿論、場合によってはリベット止め等であってもよい。

ここで、上述した突起部３６の先端の内周側部分には、図１や図３等に示されるように、曲面またはカット面３６ａを形成している。これにより、弁体２０を組付け時に所定位置にガイドするようになっている。

４０は流体温度を感知する感温部４０ａを備えたサーモエレメントであり、前記本体ハウジング１２のフレーム部１２ｃに設けたエレメントガイド部（このフレーム部１２ｃ内側のガイド孔）に嵌合して保持固定されている。このサーモエレメント４０は、周知の通り、流体温度が所定温度以上になったときに進退動作するピストン４２を備えている。このピストン４２の先端は、前記弁体２０の中央部分に凹設された係合凹部２０ａに係合して設けられ、温度上昇時には、図２中上方に移動し、弁体２０をコイルばね２２の付勢力に抗して押し上げて、サーモスタットバルブを開弁動作させるようになっている。

なお、上述した実施形態では、サーモエレメント４０の下端部を、前記本体ハウジング１２のフレーム部１２ｃに設けたエレメントガイド部に圧入して嵌合保持させているが、このような固定方法としては、種々の手段を採用し得ることは言うまでもない。

上述した構成によるサーモスタットバルブ１０において、本発明によれば、本体ハウジング１２を円盤状本体部、脚部を介して設けられたフレーム部１２ｃ等によって構成し、さらに円盤状本体部の一端面側に前記弁体２０を着座するための弁座として円環状バルブシート部１６を所定幅をもって形成し、この頂部に平面接触するようにして円盤状の弁体２０を着座させるように構成している。

そして、このような構成によれば、バルブとしての締め切り性能に優れ、閉弁時における漏水量を可能な限り小さくすることができるものである。また、上述した構成では、弁体２０が多少水平方向にずれを生じたとしても、バルブシート部１６との平面接触は維持され、シール性は確保される。

ここで、上述した構造は、この円盤状本体部の一端面であって、開口１４の周縁部分を避けた位置に、他の部品の組付け用となる係止アーム３０や突起部３６が設けられ、一つの金型で、パーティングラインＰなどが、バルブシート部１６となる円環状段部１６ａの頂部には生ぜず、しかもばり等も当該バルブシート部１６上には生じない状態で成型できるからである。換言すれば、樹脂成型にあたっての金型構造を、金型と入子金型によるパーティングラインＰが、前記円環状段部１６ａの頂部を避けた位置、特に円環状段部１６ａの外周側にずれた位置に位置するように構成することにより、樹脂成型時にバリが発生しても、バルブのシール面には影響が出にくいようにすることができる。

すなわち、本発明によれば、図５（ａ），（ｂ）から明らかなように、前記本体ハウジング１２における円環状本体部の一端面に形成される円環状段部１６ａよりも外周側の部分に金型と入子金型との合わせ面（パーティングラインＰ）を位置させるように構成している。なお、入子金型は、前記円環状段部１６ａや開口１４の内周面部１４ａなどを形成するためのものであって、本体ハウジング１２の上側に型抜きされるように構成されている。また、本体ハウジング１２の外周側部分を成型する金型は、横割り（図中矢印で示す抜き方向）に型抜きされることにより、本体ハウジング１２の外側部分を成型するような構成となっている。

なお、図５（ｂ）中Ｐは円環状段部１６ａよりも外周側付近に形成される金型、入子金型によるパーティングラインであり、仮にこの部分にばり等が生じたとしても、前記円環状段部１６ａの頂部に生じるバルブシート部１６には何ら影響することはないことは明らかである。勿論、このようなパーティングラインＰとしては、円環状段部１６ａの頂部を避けた位置であれば、適宜の位置に形成することは自由である。

以上のような構成によるサーモスタットバルブ１０によれば、樹脂製の本体ハウジング１２の円盤状本体部の一端面上であって、開口の周縁に沿うように所定幅をもつ円環状の段部を設け、その頂面部分に弁体が面接触するバルブシート部１６を形成するようにしているから、弁閉時において確実な平面シールによる接触面積を確保でき、シール性能を向上させることができ、その結果として漏水量がゼロあるいは限りなく小さくすることが可能となる。

さらに、本体ハウジングを樹脂成型品とし、複雑な形状が容易に成形可能であることから、従来構造に比べて全体の構成部品点数を削減し、組立も容易となり、さらには軽量化を向上させることができる。特に、ポペット式バルブ構造であるため、流量面積を十分に稼ぐことができ、結果として装置全体を小さくでき、小型化が可能となる。

また、上述した構造によるサーモスタットバルブ１０では、弁体２０とバルブシート部１６との関係から、差圧弁としても機能する。したがって、例えばエンジンが低温時に高負荷となった際（高回転になりウォーターポンプ回転数も上昇した際）、過剰な圧力を逃すことができるというリリーフ機能をもつものである。このため、冷却水回路内にある管路が破裂したりしなくて済む。

また、上述したサーモスタットバルブ１０では、サーモエレメントガイド１２ｃを、弁体２０とバルブシート部１６とのバルブ部分とは離れた位置に設けているから、流体通路内でサーモエレメント４０を感温し易い位置に位置づけることができる。

なお、本発明によるサーモスタットバルブ１０は、図４に示すように、例えば冷却水等の流体が流れる配管１，２の途中に設けられるバイパス配管３への分岐部において該分岐部の流体入口に設けられる。そして、流体温度が低いときには、この分岐部を閉弁状態に保ち、配管１，２による流体の流れを維持する一方、流体温度が上昇したとき、或いは所定圧力以上の流体圧が生じたときに開弁して、流体をバイパス配管３側に流す役割を果たすものである。

そして、このとき、サーモエレメント４０を設けた下端部を上記の流体配管１，２中に臨ませるとともに、バルブの軸線方向を流体の流れの方向に沿って配置し、弁体２０を流体の流れの下流側に移動させることで開弁するような状態で配置されるようになっている。

ところで、この種のサーモスタットバルブ１０を、ロータリーバルブ等のモータにより駆動するメインの冷却制御弁のフェールセーフ用のサーモスタットとしても利用することがあるが、上述した構造によるバルブを用いると、対処するうえで効果を発揮し得る。すなわち、このようなフェールセーフ用サーモスタットは、一般的に漏水量はサーモスタット単体ではなく、メインの冷却制御弁とセットで考慮されるため、単体で限りなく小さくしなければならず、小型化が求められるが、本発明のバルブ構造では、このような小型化への要請に応じることができるという利点がある。

なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、サーモスタットバルブ１０を構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。また、このようなサーモスタットバルブ１０の用途としても種々の流体が流れる通路に採用できるものである。要は、種々の流体通路内に設けられ、流体の流れを流体温度及び流体圧力に応じて制御するサーモスタットバルブであれば、適用して効果を発揮し得ることは言うまでもない。

１０ サーモスタットバルブ
１２ 本体ハウジング
１２ｂ 脚部
１２ｃ フレーム部
１４ 開口
１６ バルブシート部（弁座）
１６ａ 円環状段部
２０ 弁体（バルブ弁体）
２０ａ 係合凹部（係合部）
２２ コイルばね
２４ ばね受け
３０ 係止アーム
３２ 先端フック
３６ 突起部
４０ サーモエレメント
４２ ピストン

Claims (6)

1. 一端面の開口周縁部にバルブシート部が形成されている円環状本体部とその他端面の外周縁から軸線方向に延設した複数の脚部を介して設けられるフレーム部を有し、全体が合成樹脂材により円筒形状を呈するように一体成形されている本体ハウジングと、
   この本体ハウジングの一端面側に軸線方向に進退自在に配置され前記バルブシート部に選択的に着座する円盤状の弁体と、
   この弁体を前記バルブシート部に対し着座させる閉弁方向に付勢するばね手段と、
   このばね手段の反弁体側の端部に配置され前記本体ハウジングから延設された係止アームの先端フックにより係止保持されるばね受けと、
   前記本体ハウジングの前記フレーム部に設けたエレメントガイドに保持固定され、流体温度に応じて前記弁体を開弁方向に動作させるサーモエレメントを備えてなり、
   前記本体ハウジングの一端面であって前記開口の周縁部に近接する部分に、所定幅による頂部をもつ円環状の段部を形成し、この円環状段部の頂部を、前記弁体が平面接触可能な前記バルブシート部としたことを特徴とするサーモスタットバルブ。
2. 請求項１記載のサーモスタットバルブにおいて、
   前記本体ハウジングは、少なくとも前記円環状段部の頂部を避けた位置にパーティングラインを形成するように構成された金型構造によって、樹脂成型されていることを特徴とするサーモスタットバルブ。
3. 請求項１または請求項２記載のサーモスタットバルブにおいて、
   前記本体ハウジングの円盤状本体部の一端面の外周縁部分には、複数の突起部が設けられ、これらの突起部と前記係止アームとで、前記弁体の水平方向の動きを規制するように構成されていることを特徴とするサーモスタットバルブ。
4. 請求項３記載のサーモスタットバルブにおいて、
   前記突起部先端の内周側部分に、曲面またはカット面を設けたことを特徴とするサーモスタットバルブ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のサーモスタットバルブにおいて、
   前記弁体の中央部には、前記サーモエレメントの駆動端と係合する係合部が形成されていることを特徴とするサーモスタットバルブ。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のサーモスタットバルブにおいて、
   前記係止アームの先端フックを、フック面が先端に向かって内向きに傾斜するように形成されていることを特徴とするサーモスタットバルブ。

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