JP6387495B2 - バタフライバルブ - Google Patents

Description

本発明は、バタフライバルブに関する。

バタフライバルブは、シャフトにプレート状の弁体を組み付けた簡素な構成を有し、比較的低コストにて実現できる。このため、給湯装置等の水回路に設置され、流路の開閉や切り替えに用いられることが多い（例えば特許文献１参照）。このようなバタフライバルブは、例えば金属からなる楕円形状の弁体を有し、その短径方向をシャフトの軸線方向に合わせるように組み付けられる。一方、その弁体が配置される通路部分には、ゴム等の弾性体からなるスリーブが嵌め込まれ、弁座として機能する。すなわち、弁体が回動されてその外周部がスリーブに押し付けられることにより、閉弁時のシールが実現される。

特開２０１１−８９５８１号公報

このようなバタフライバルブは、シャフトを伝った流体の外部漏れを防止するために、弁体の軸線方向両端面とスリーブとの当接力をある程度大きくする等の手法がとられている。しかしながら、その当接力を大きくすることが弁体の作動トルクそのものを大きくすることにつながるため、アクチュエータの作動効率を低下させる要因となっていた。

本発明の目的の一つは、バタフライバルブの作動トルクを低減可能とすることにある。

本発明のある態様は、電動式のバタフライバルブである。このバタフライバルブは、流体を通過させるための通路を有するボディと、自軸周りに回動可能となるようボディに支持され、通路の径方向に延在するシャフトと、シャフトに組み付けられた状態で通路に配置され、シャフトと共に回動することにより通路の開閉状態又は開度を調整可能な弁体と、通電によりシャフトを回転駆動させるアクチュエータと、を備える。

弁体は、金属製のプレートの少なくとも外周部を弾性部材により被覆して得られ、ボディに、アクチュエータの機構が配置される作動室と通路とを区画する隔壁が設けられ、隔壁にシャフトを挿通させるための挿通孔が形成され、弾性部材に、挿通孔の開口端の周囲を取り囲みつつ、通路の内面に密着するビード部が形成され、弾性部材の外周部が通路の内周面に沿って当接することにより、弁体が通路を閉止した状態におけるシールが実現され、通路の開閉状態にかかわらず、ビード部の通路への密着により、通路と挿通孔との間のシールが常に実現される。

この態様によると、弁体を構成する弾性部材にビード部を形成し、そのビード部と通路内面との密着性能を局所的に高めることにより、外部漏れに対するシールが確保される。このため、少なくとも弁体におけるビード部の内側については、逆に密着性能を緩和するか又は密着しない構成とすることが可能となり、弁体と通路内面との摺動抵抗を低減することができる。すなわち、弁体の作動領域において、バタフライバルブの作動トルクを小さく抑えることが可能となる。

本発明によれば、バタフライバルブの作動トルクを低減することが可能となる。

第１実施形態に係るバタフライバルブの構成を表す図である。 第１実施形態に係るバタフライバルブの構成を表す図である。 第１実施形態に係るバタフライバルブの構成を表す図である。 弁体およびその周辺構造を示す図である。 弁体およびその周辺構造を示す図である。 弁体およびその周辺構造を示す図である。 第１実施形態の変形例に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す部分拡大断面図である。 第２実施形態に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す部分拡大断面図である。 第３実施形態に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す部分拡大断面図である。 第４実施形態に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す部分拡大断面図である。 第５実施形態に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す図である。 第５実施形態の変形例に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す図である。 第５実施形態およびその変形例の作用効果を表す図である。 変形例に係るバタフライバルブの構成を表す正面図である。 変形例に係るバタフライバルブの主要部の構成を表す図である。 変形例に係るバタフライバルブの主要部の構成を表す図である。 変形例に係るバタフライバルブの主要部の構成を表す図である。 変形例に係るバタフライバルブの主要部の構成を表す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を上下と表現することがある。

［第１実施形態］
本実施形態では、バタフライバルブを車両用空調装置の冷凍サイクルに適用される切替弁として構成している。この車両用空調装置は、図示しない圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器等を配管にて接続した冷凍サイクルを備え、冷媒が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で車室内の空調を行う。冷媒としては、例えばＨＦＣ−１３４ａ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆなどが採用される。このバタフライバルブは、その冷凍サイクルの所定位置に設置され、冷媒の流路を切り替え可能な三方弁として機能する。

図１〜図３は、第１実施形態に係るバタフライバルブの構成を表す図である。図１（Ａ）は正面図であり、図１（Ｂ）は底面図である。図２（Ａ）は図１（Ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。図３（Ａ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＥ部拡大図である。

図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、バタフライバルブ１０は、弁部を収容するボディ１２と、弁部を駆動するためのアクチュエータ１４とを一体に組み付けて構成される。なお、アクチュエータ１４としては、ＤＣモータ、ステッピングモータその他の電動アクチュエータを採用することができるが、その詳細については説明を省略する。

図２（Ａ）に示すように、バタフライバルブ１０は、ボディ１２に収容されて冷媒通路１６の開閉状態を調整可能（流路を切り替え可能）な弁体１８と、弁体１８の回動中心となるシャフト２０を備える。シャフト２０は、アクチュエータ１４の回転機構２２（回転軸）に接続されている。ボディ１２は、例えばアルミニウム合金や真鍮などの金属材を切削加工等することにより得られる。

図２（Ｂ）にも示すように、ボディ１２は断面Ｔ字状をなし、冷媒通路１６はＴ字状の通路とされている。すなわち、冷媒通路１６は、ボディ１２を貫通する直線状の第１通路２４と、第１通路２４に対して直角に接続される第２通路２６を有する。第２通路２６の一端には上流側から冷媒を導入するための導入ポート３０が設けられている。一方、第１通路２４の一端には第１導出ポート３２が設けられ、他端には第２導出ポート３４が設けられている。弁体１８は、第１通路２４における第２通路２６との接続点に配置されている。導入ポート３０を介して導入された冷媒は、弁体１８の回動位置に応じて第１導出ポート３２又は第２導出ポート３４から下流側に導出可能となっている。

図１（Ａ）にも示したように、第２通路２６の第１通路２４への開口端部２８は、シャフト２０の軸線方向よりも直角方向に開口幅が小さい断面を有する。本実施形態では図示のように、上下に長い長円形状（非真円状）とされている。このように、開口端部２８の横幅を相対的に小さくすることで、弁体１８の長径を大きくとらなくともその弁体１８が着座する座面領域を確保することができる。一方、開口端部２８の縦幅を相対的に大きくすることで、十分な流量の冷媒を通過させることが可能となる。すなわち、弁体１８を大きくしなくとも必要流量を確保することができる。

図２（Ａ）に戻り、ボディ１２は、アクチュエータ１４の機構が配置される作動室３３と冷媒通路１６とを区画する隔壁３５を有する。その隔壁３５を貫通するように、シャフト２０を挿通させるための挿通孔３６が設けられている。ボディ１２にはまた、冷媒通路１６を挟んで挿通孔３６と対向する軸受穴３８が設けられている。軸受穴３８は、挿通孔３６と同軸状に形成されており、シャフト２０の下端部を支持する。すなわち、シャフト２０が冷媒通路１６を径方向に横断するように延在し、自軸周りに回動可能となるようボディ１２に支持されている。

挿通孔３６は、上方から下方に向けて複数段に縮径される段付孔となっており、上段から大径部４０、中径部４２、小径部４４が連設されている。大径部４０には雌ねじ部４６が形成されている。挿通孔３６の上半部には、段付円筒状の軸支部材４８が固定されている。シャフト２０は、その軸支部材４８と軸受穴３８とによって軸線周りに回動可能に支持されている。軸支部材４８は、その上半部に雄ねじ部５０が形成されている。雄ねじ部５０を雌ねじ部４６に螺合させて締結することにより、軸支部材４８をボディ１２に固定することができる。軸支部材４８の下半部は、中径部４２に挿通される。軸支部材４８の内方は段付円孔とされており、その段部５２がシャフト２０の上方への変位を規制するストッパとして機能する。

中径部４２の下半部には、Ｏリングとバックアップリングとを交互に重ねた軸シール部材５４が設けられている。すなわち、軸シール部材５４は、下方からＯリング５６、バックアップリング５８、Ｏリング６０、およびバックアップリング６２を配置して構成される。軸シール部材５４は、中径部４２の底面と軸支部材４８の底面との間に配設され、特にＯリング５６，６０が中径部４２とシャフト２０との間に介装されることにより、冷媒通路１６側から作動室３３側への冷媒の漏洩を規制する。軸シール部材５４と弁体１８との間に形成される間隙空間６４にはオイルが封入されている。このオイルは、軸シール部材５４と協働してシール性能を高める機能を有するが、その詳細については後述する。

図３（Ａ）にも示すように、シャフト２０は、段付円柱状をなし、その下半部が弁体１８を貫通するようにして弁体１８に組み付けられている。シャフト２０の上半部が段階的に縮径しており、その段部６６が軸支部材４８の段部５２により係止可能とされている。図３（Ｂ）にも示すように、シャフト２０は、小径部４４に位置する部分の外周面に凹部６８が周設され、その部分が縮径部７０となっている。この縮径部７０と小径部４４とに囲まれる間隙空間６４にオイルが封入されている。仮に冷媒通路１６の冷媒が挿通孔３６に侵入すると、軸シール部材５４だけでは冷媒の漏洩を完全には防止できない。Ｏリング等の樹脂材では冷媒の透過漏れまでを防止できないためである。

そこで本実施形態では、弁体１８と軸シール部材５４との間の間隙空間６４にオイルを封入することで、軸シール部材５４側への冷媒の流通を抑制している。ただし、万が一そのオイルが冷媒通路１６に漏出しても問題とならないよう、オイルとして冷凍機油、つまり圧縮機等の潤滑に用いられるオイルを使用する。例えば冷媒としてＨＦＣ−１３４ａが用いられる場合、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）等を採用することができる。ＨＦＯ−１２３４ｙｆが用いられる場合、ポリオールエステル（ＰＯＥ）等を採用することができる。

弁体１８は、シャフト２０に対して軸線方向に固定されておらず、冷媒通路１６の内面により軸線方向への動きが規制されている。すなわち、弁体１８の上端面および下端面とそれぞれ対向する冷媒通路１６の内壁面には、切削加工による一対の平坦面７１が形成されており、それらの平坦面７１により弁体１８の軸線方向への動きが規制されている。平坦面７１の切削加工については、例えばマシニングセンタやインターナルブローチ等による加工を採用することができる。

弁体１８は、図２（Ｂ）に示す状態から約４５度回動すると、その外周部が冷媒通路１６の内周面に沿って当接する（少なくとも部分的に密着する）。それにより、第１導出ポート３２側の通路又は第２導出ポート３４側の通路が閉止され、その閉止状態（閉弁状態）におけるシールが実現される。すなわち、弁体１８は、冷媒通路１６の軸線に沿う状態から一方向（図中反時計回り）又は反対方向（図中時計回り）に回動可能とされており（図中点線および波線参照）、アクチュエータ１４により回転駆動される。図中点線状態では導入ポート３０と第１導出ポート３２とをつなぐ第１流路が開放され、導入ポート３０と第２導出ポート３４とをつなぐ第２流路が閉止（遮断）される。一方、図中波線状態では第２流路が開放され、第１流路が閉止（遮断）される。

次に、弁体１８の構成の詳細について説明する。図４〜図６は、弁体１８およびその周辺構造を示す図である。図４（Ａ）は弁体１８とシャフト２０との接続構造を示す正面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＦ−Ｆ矢視断面図である。図５（Ａ）は弁体１８を構成するプレートの構成を示す図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＧ−Ｇ矢視断面図である。図５（Ｃ）〜（Ｅ），図６（Ａ），（Ｂ）は、弁体１８の製造過程を示す図である。図６（Ｃ）は図６（Ｂ）のＨ−Ｈ矢視断面図であり、図６（Ｄ）は図６（Ｃ）のＩ部拡大図である。図６（Ｅ）は図２（Ａ）のＤ部拡大図である。

図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、弁体１８は、正面視楕円形状をなす板状体であり、金属製のバルブ本体７２の全体を弾性部材７４により被覆して得られる。バルブ本体７２は、第１プレート７６と第２プレート７８とを、互いの対向面中央部にシャフト２０を組み付けるための取付孔８０を形成するように接合した接合体として構成される。第１プレート７６と第２プレート７８とは同一構造を有し、両者を加締め接合することによりバルブ本体７２が形成される。シャフト２０は、全体的に段付円柱状をなすが、弁体１８に挿通される部分にいわゆるＤカットが施されている。すなわち、シャフト２０において取付孔８０に挿通される部分には一対の平坦面が形成され、それらがアクチュエータ１４の回転力を伝達するための回転力伝達面８２を構成する。

取付孔８０が形成されるバルブ本体７２の内壁面には、一対の回転力伝達面８２にそれぞれ当接する一対の受圧面８４が形成されている。アクチュエータ１４の駆動によりシャフト２０が回転駆動されると、回転力伝達面８２が受圧面８４を押圧することにより回転トルクを作用させる。弁体１８は、アクチュエータ１４の回転方向に応じた方向に回動して冷媒通路１６の切り替えを実現する。

図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、プレート７６，７８は、楕円形状の本体８６を有し、その本体８６の短軸Ｌ１に沿って凹状に曲折成形された取付孔形成部８８を有する。本体８６の長軸Ｌ２上には、短軸Ｌ１に対して対称となる位置に円ボス状の凸部９０、円孔状の孔部９２がそれぞれ設けられている。取付孔形成部８８の内面には、本体８６に延在する接合面９４に平行な受圧面８４が形成されている。

弁体１８の製造工程においては、図５（Ｃ）に示すように、第１プレート７６と第２プレート７８とを互いの接合面９４を対向させた状態で組み付ける。このとき、第１プレート７６と第２プレート７８の一方の凸部９０を他方の孔部９２に挿通させ、互いの接合面９４を当接させる。そして図５（Ｄ）に示すように、所定の工具Ｗの先端を両プレートの凸部９０の先端開口部に突き当てて加締める。このようにして、図５（Ｅ）に示すように、第１プレート７６と第２プレート７８とが接合されたバルブ本体７２が形成される。すなわち、第１プレート７６と第２プレート７８とが、一方の対向面に設けられた凸部９０を他方の対向面に設けられた孔部９２に嵌合させることにより組み付けられ、その凸部９０を加締めることにより接合されている。このとき、両プレートの取付孔形成部８８に囲まれるように取付孔８０が形成される。

続いて、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、バルブ本体７２に対して弾性部材７４（耐食性を有する樹脂材）の焼き付けが行われる。本実施形態では、弾性部材７４としてゴムが採用され、そのゴムとバルブ本体７２との加硫接合が行われる。それにより、弾性部材７４がバルブ本体７２に対し、密着した状態で安定に固定される。弾性部材７４の上端面および下端面は互いに平行な平坦面９８とされており、それらの平坦面９８には、取付孔８０の開口端の周囲を取り囲むように円環状のビード１００が突設されている。

図６（Ｄ）にも示すように、ビード１００は半球状（断面半円状）をなしている。弁体１８をボディ１２に対して組み付けた際には、図６（Ｅ）に示すように、ビード１００がボディ１２の平坦面７１に強圧縮され、その平坦面７１に対して環状に密着する。一方、弁体１８におけるビード１００の周囲の平坦面９８は、平坦面７１と当接するが、ビード１００と比較してその平坦面７１への密着度は小さい。すなわち、ビード１００は、挿通孔３６の開口端の周囲を取り囲みつつ、冷媒通路１６の内面（平坦面７１）に密着する。一方、ビード１００の内外においては逆にその密着性能が緩和され、冷媒通路１６の内面と弁体１８との摺動抵抗が小さく抑えられている。なお、下方のビード１００についても同様である。すなわち、下方のビード１００は、軸受穴３８の開口端の周囲を取り囲みつつ、冷媒通路１６の内面（平坦面７１）に密着する（図２（Ａ）参照）。一方、ビード１００の内外においては逆にその密着性能が緩和され、冷媒通路１６の内面と弁体１８との摺動抵抗が小さく抑えられている。このような構成により、第１流路および第２流路のいずれも閉止されない開弁時において、弁体１８の上下面の摩擦抵抗を抑えることができ、弁体１８の作動トルクを抑えることができる。

以上に説明したように、本実施形態のバタフライバルブ１０では、バルブ本体７２（第１プレート７６，第２プレート７８）の全体を被覆するように弾性部材７４が設けられるため、弾性部材７４がバルブ本体７２に密着した状態を維持することができる。このため、弁体１８が高圧冷媒に晒された状態で弁部の開閉作動が繰り返されたとしても、弾性部材７４の欠損が生じ難い。また、バルブ本体７２が芯金のように機能して弾性部材７４の耐圧強度を高めることができる。その結果、バタフライバルブ１０は、制御対象となる冷媒が高圧となる環境下においても良好に作動することが可能となる。

また、弁体１８を構成する弾性部材７４の上下端面にそれぞれビード１００が形成され、そのビード１００が圧縮されることによる冷媒通路１６の内面（平坦面７１）との局所的な密着によりシールが実現される。その結果、シール性能を確保するとともに、弁体１８の作動領域において弁体１８と冷媒通路１６の内面とが密着する面積を小さくでき、バタフライバルブ１０の作動トルクを小さく抑えることが可能となる。また、弁体１８の摺動抵抗を小さく抑えることができるため、弁体１８が一方の流路を確実に閉止し易くなり、バタフライバルブ１０の弁閉止性能を向上させることができる。

さらに、第１プレート７６および第２プレート７８の一方の凸部９０を他方の孔部９２に嵌合させる工程を経ることで、両者の位置決めが自律的になされつつ組み付けられ、簡易に弁体１８を得ることができる。そして、その組み付けにより形成された取付孔８０にシャフト２０を挿通させるという簡易な工程にて弁体１８とシャフト２０とを組み付けることができる。特に、第１プレート７６と第２プレート７８とを同一構造としたため、部品の共用化によるコスト削減を図ることができる。また、第１プレート７６と第２プレート７８との組み付け工程の流れにおいて凸部９０を加締めることができるため、溶接等による接合方法を採用するよりも製造効率を高めることができる。

また、本実施形態によれば、弁体１８と軸シール部材５４との間隙空間６４にオイルが封入されることで、冷媒通路１６から軸シール部材５４側へ冷媒の流通が規制される。このため、たとえ軸シール部材５４（Ｏリング５６，６０）のみでは冷媒の透過漏れまでを防止できないとしても、そのオイルの介在により冷媒が軸シール部材５４そのものへ到達し難くなる。すなわち、オイルと軸シール部材５４による二重の規制により、冷媒の漏洩を防止するためのシール性能を高めることができる。

（変形例）
図７は、第１実施形態の変形例に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す部分拡大断面図である。本変形例では、シャフト１２０の小径部４４に位置する部分の外周面に複数段（図示の例では３段）の凹部１７０が周設されている。これらの凹部１７０と小径部４４とに囲まれる間隙空間６４にオイルが封入される。このような構成によっても、本実施形態と同様にシール性能を高めることができる。

なお、本実施形態では、図４（Ｂ）に示したように、シャフト２０に第１プレート７６と第２プレート７８との接合面に対して平行な一対の平坦面を設け、それらを回転力伝達面８２として各プレートの内壁面に当接させる構成とした。すなわち、バルブ本体７２においてシャフト２０を挿通させる取付孔８０の内壁面が、シャフト２０からの回転力を受ける受圧面として両プレートの接合面に平行な面のみを有する構成を示した。変形例においては、その取付孔８０の内壁面が、両プレートの接合面に非平行な受圧面を含むようにしてもよい。例えば、シャフト２０における上記一対の平坦面に連続する曲面と、取付孔８０の内壁面とが当接する構成としてもよい。このような構成により、後述する第５実施形態と同様に、シャフト２０の回転トルクによる力が、第１プレート７６と第２プレート７８との接合面に非平行な受圧面にも分散して作用するようになる。それにより、第１プレート７６と第２プレート７８との剥離や取付孔８０の変形等の問題が生じ難くなる。

また、本実施形態では、図５等に示したように、複数のプレート（第１プレート７６，第２プレート７８）を用意し、それらを接合してバルブ本体７２を形成する例を示した。変形例においては、金属材の一体成形によりバルブ本体７２を形成してもよい。すなわち、金属材の射出成形、鍛造、ダイキャスト等によりバルブ本体７２を成形してもよい。例えば、金属粉末射出成形（Metal Injectipn Molding：以下「ＭＩＭ」ともいう）を行ってもよい。ＭＩＭは、金属粉末を材料とした射出成形により対象物を成形、焼結する加工技術であり、粉末冶金と射出成形とを融合させた技術である。具体的には、金属粉末に対して樹脂からなるバインダを混練し、それにより得られたコンパウンドを用いて射出成形を行う。このとき得られた射出成形品に対し、バインダを除去する脱脂を行った後に焼結し、バルブ本体７２を得る。なお、必要に応じ、焼結後に切削等の後加工を行ってもよい。

［第２実施形態］
図８は、第２実施形態に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す部分拡大断面図である。図８（Ａ）は第２実施形態の構成を示し、図８（Ｂ）は第２実施形態の変形例の構成を示す。以下では第１実施形態との相異点を中心に説明する。なお、同図において第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。

図８（Ａ）に示すように、本実施形態では、ボディ２１２の小径部４４の内周面に凹部２６８が周設されている。この凹部２６８とシャフト２２０とに囲まれる間隙空間６４にオイルが封入される。一方、図８（Ｂ）に示すように、変形例では、小径部４４の内周面に複数段（図示の例では３段）の凹部２７０が周設されている。これらの凹部２７０とシャフト２２０とに囲まれる間隙空間６４にオイルが封入される。このような構成によっても、第１実施形態と同様にシール性能を高めることができる。

［第３実施形態］
図９は、第３実施形態に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す部分拡大断面図である。図９（Ａ）は第３実施形態の構成を示し、図９（Ｂ）は第３実施形態の変形例の構成を示す。以下では第２実施形態との相異点を中心に説明する。なお、同図において第２実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。

図９（Ａ）に示すように、本実施形態では、ボディ３１２の挿通孔３３６において中径部４２が延長され、小径部４４が小さくされている。その中径部４２の下部に円筒状の中間部材３６８が配置されている。そして、中間部材３６８の内周面に凹部２６８が周設されている。この凹部２６８とシャフト２２０とに囲まれる間隙空間６４にオイルが封入される。一方、図９（Ｂ）に示すように、変形例では、中間部材３７０の内周面に複数段（図示の例では３段）の凹部２７０が周設されている。これらの凹部２７０とシャフト２２０とに囲まれる間隙空間６４にオイルが封入される。このような構成によっても、第２実施形態と同様にシール性能を高めることができる。なお、中間部材３６８は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂からなるものでもよい。あるいは、焼結金属等の金属材からなるものでもよい。いずれにしても冷媒に対する耐食性に優れた耐食性材料であることが好ましい。

［第４実施形態］
図１０は、第４実施形態に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す部分拡大断面図である。図１０（Ａ）は第４実施形態の構成を示し、図１０（Ｂ）は第４実施形態の変形例の構成を示す。以下では第３実施形態との相異点を中心に説明する。なお、同図において第３実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。

図１０（Ａ）に示すように、本実施形態では、中径部４２の下部に円筒状の中間部材４６８が配置されている。中間部材４６８の内周面には凹部２６８が周設され、外周面にも凹部４６７が周設されている。そして、凹部２６８とシャフト２２０とに囲まれる間隙空間６４と、凹部４６７と中径部４２とに囲まれる間隙空間４６４にオイルが封入される。一方、図１０（Ｂ）に示すように、変形例では、中間部材４７０の内周面に複数段（図示の例では３段）の凹部２７０が周設され、外周面にも複数段（図示の例では３段）の凹部４６９が周設されている。そして、凹部２７０とシャフト２２０とに囲まれる間隙空間６４と、凹部４６９と中径部４２とに囲まれる間隙空間４６４にオイルが封入される。このような構成によっても、第２実施形態と同様にシール性能を高めることができる。

［第５実施形態］
図１１は、第５実施形態に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す図である。図１１（Ａ）は弁体とシャフトとの組み付け構造の要部を示す。図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＪ−Ｊ矢視断面図である。なお、同図においては説明の便宜上、弾性部材の図示を省略している。以下では第１実施形態との相異点を中心に説明する。同図において第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付している。

図１１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、本実施形態では、第１プレート５７６と第２プレート５７８との接合により形成される取付孔５８０が菱形状となるように構成されている。すなわち、各プレートの本体５８６において取付孔５８０を形成する内壁面が、両プレートの接合面９４と非平行の受圧面５９６とされている。図示の例では、第１プレート５７６および第２プレート５７８のそれぞれに、互いに直角をなす２つの受圧面５９６が形成されている。各受圧面５９６と接合面９４とのなす角が４５度となるように設定されている。そして、これら４つの受圧面５９６により取付孔５８０が形成される。そして、シャフト５２０において取付孔５８０に挿通される部分が、その取付孔５８０と相補形状となるように構成されている。すなわち、その挿通部分の断面が概略菱形状とされており、その挿通部分の４つの回転力伝達面５８２が４つの受圧面５９６にそれぞれ当接する。このような構成により、シャフト５２０の回転トルクに対するバルブ本体５７２の耐性を高めることができる。この作用効果については後述する。

（変形例）
図１２は、第５実施形態の変形例に係るバタフライバルブの主要部の構成を示す図である。図１２（Ａ）は弁体とシャフトとの組み付け構造の要部を示す。図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＪ−Ｊ矢視断面図である。

図１２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、本変形例では、第１プレート６７６と第２プレート６７８との接合により形成される取付孔６８０が長方形状（又は正方形状）となるように構成されている。すなわち、各プレートの本体６８６において取付孔６８０を形成する内壁面が、両プレートの接合面９４と平行となる受圧面６９６と、非平行となる一対の受圧面６９８を含む。受圧面６９６と受圧面６９８とは互いに直角をなす。そして、これら受圧面６９６，６９８により取付孔６８０が形成される。そして、シャフト６２０において取付孔６８０に挿通される部分が、その取付孔６８０と相補形状となるように構成されている。すなわち、その挿通部分の断面が長方形状（又は正方形状）とされており、その挿通部分の４つの回転力伝達面６８２が受圧面６９６，６９８にそれぞれ当接する。このような構成により、シャフト６２０の回転トルクに対するバルブ本体６７２の耐性を高めることができる。この作用効果については後述する。

図１３は、第５実施形態およびその変形例の作用効果を表す図である。図１３（Ａ）は比較例として第１実施形態の構成を示し、図１３（Ｂ）は第５実施形態の構成を示し、図１３（Ｃ）は変形例の構成を示す。

図１３（Ａ）に示すように、第１実施形態の構成においては、シャフト２０の回転トルクによる力が、第１プレート７６と第２プレート７８との接合面９４に平行な一対の受圧面９６にのみ作用する（太線矢印参照）。このため、図示のように、第１プレート７６と第２プレート７８とを引き離す方向の力が大きくなる。その結果、回転トルクの大きさによっては、第１プレート７６と第２プレート７８との剥離や取付孔５８０の変形を生じさせ、アクチュエータの駆動力が弁体に伝わらず、バタフライバルブとしての機能を果たせなくなる可能性が残る。

これに対し、図１３（Ｂ）に示すように、第５実施形態の構成においては、シャフト５２０の回転トルクによる力が、第１プレート５７６と第２プレート５７８との接合面９４に非平行な４つの受圧面５９６に分散して作用する（太線矢印参照）。しかも、その力の成分が、第１プレート５７６と第２プレート５７８とを引き離す方向（点線矢印参照）と、接合面９４に平行な方向（二点鎖線矢印参照）とに分散される。このため、第１プレート５７６と第２プレート５７８との剥離や取付孔５８０の変形等の問題を生じさせ難い。また、接合面９４に平行な方向の力を凸部９０が受け止めるため、接合面９４の剪断が生じることもない。その結果、弁体とシャフトとの組み付け状態を確保でき、シャフトによる回転力伝達機能を維持することができる。

また、図１３（Ｃ）に示すように、変形例の構成においては、シャフト６２０の回転トルクによる力が、第１プレート６７６と第２プレート６７８との接合面９４に平行な受圧面６９６と、接合面９４に非平行な受圧面６９８とに分散して作用する（太線矢印参照）。このため、第１プレート６７６と第２プレート６７８との剥離や取付孔６８０の変形等の問題を生じさせ難い。また、接合面９４に平行な方向の力を凸部９０が受け止めるため、接合面９４の剪断が生じることもない。その結果、弁体とシャフトとの組み付け状態を確保でき、シャフトによる回転力伝達機能を維持することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態においては、図１（Ａ）に示したように、第２通路２６の第１通路２４への開口端部２８を断面長円形状とする例を示した。変形例においては、開口端部２８の断面形状として、他の形状を採用してもよい。図１４は、変形例に係るバタフライバルブの構成を表す正面図である。

例えば、図１４（Ａ）に示すように、断面形状が縦長の長方形状の開口端部７２８としてもよい。あるいは、図１４（Ｂ）に示すように、断面形状が第１実施形態とは異なる長円形状の開口端部８２８としてもよい。あるいは、樽形状や楕円形状など縦長の他の多角形状としてもよい。

上記実施形態では、図４に示したように、バルブ本体７２（第１プレート７６，第２プレート７８）の全体を弾性部材７４により被覆して弁体１８を構成する例を示した。変形例においては、バルブ本体（プレート）の全体ではないが、少なくともその外周部を弾性部材により被覆するようにして弁体を構成してもよい。

上記実施形態ではボディ１２を金属製とした。変形例においては、ボディ１２を例えば樹脂等その他の材質から構成してもよい。

上記実施形態では、図５に示したように、第１プレート７６と第２プレート７８とを加締め接合する例を示した。変形例においては、ねじ接合等その他の方法により接合してもよい。すなわち、凸部９０を本体８６とは別体の雄ねじに置き換え、孔部９２を本体８６に形成された雌ねじに置き換えてもよい。

上記第３，第４実施形態では述べなかったが、中間部材を多孔質材にオイルを含浸させた含油部材にて構成してもよい。その場合、中間部材の内周面や外周面に凹部を形成しない構成としてもよい。また、中間部材を含油軸受として機能させ、シャフトを支持させるようにしてもよい。

上記実施形態では、間隙空間６４にオイルを封入したが、グリースその他の潤滑剤を封入してもよい。このようなオイルやグリース等の潤滑剤は、冷媒と相溶性の材質からなるものでもよい。それにより、仮に潤滑剤が冷媒通路に漏洩するようなことがあっても、その潤滑剤が冷媒を変質させる等、冷媒にダメージを与えることを防止できる。このように冷媒と相溶性の潤滑剤を選択したとしても、少なくとも冷媒が軸シール部材５４へ導かれる割合を少なくでき、冷媒が軸シール部材５４を透過して外部に漏れることを抑制できる。あるいは逆に、その潤滑剤を冷媒と非相溶性の材質からなるものとしてもよい。それにより、間隙空間６４においてその潤滑剤が遮蔽壁のように機能し、冷媒が軸シール部材５４へ導かれることを効果的に抑制できる。このような潤滑剤として、冷媒と相溶性のもの又は非相溶性のもののいずれを選択するかは、バタフライバルブの用途に応じて適宜選択することができる。なお、樹脂材は、間隙空間６４に封入されるが、軸シール部材５４を構成する部材間にも充填されてよい。すなわち、Ｏリング５６や５８の周囲の空間にも潤滑剤が満たされてもよい。このような構成により、仮に冷媒がＯリング５６や５８を透過したとしても、その空間に満たされた潤滑剤により冷媒が軸シール部材５４を越えてアクチュエータ１４側へ漏れることを防止又は抑制できる。

上記実施形態では、軸シール部材５４を構成するシールリングとして断面円形状のＯリング５６，６０を例示した。変形例においては、Ｏリングに代えて断面Ｘ形状のＸリング、断面Ｖ形状のＶリング（Ｖパッキン）、断面Ｔ形状のＴリング等、その他のシールリングを採用してもよい。それにより、Ｏリングを採用する場合よりも、オイルやグリース等の充填量を多くすることができる。

上記実施形態では、図６（Ｂ）〜（Ｅ）においてビード１００を円環状に構成する例を示した。変形例においては、ビードの形状および配置構成として、他の態様を採用してもよい。図１５〜図１８は、変形例に係るバタフライバルブの主要部の構成を表す図である。各図の（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は平面図である。なお、説明の便宜上、図中のビード部分（突出部分）をハッチング模様にて示している。

例えば、図１５に示すようなビード７１０を採用してもよい。ビード７１０は、平坦面９８の中央部において挿通孔３６（図２参照）の開口端の周囲を取り囲む環状部７１２と、その環状部７１２から外方に伸びる突条部７１４，７１６を含む。突条部７１４と突条部７１６とは、環状部７１２の中心に対して対称となり、第１プレート７６と第２プレート７８との接合面（図４（Ｂ）参照）と同一平面上に位置するように配設されている。

あるいは、図１６に示すようなビード７２０を採用してもよい。ビード７２０は、平坦面９８の外周縁に沿って環状に設けられている。すなわち、ビード７２０が、平坦面９８において最も外側に位置するように設けられている。このように構成することにより、ビード７２０の内側領域を大きくすることができる。このような構成においては、そのビード７２０の内側領域をボディ１２の平坦面７１に対して押し付けない構成（例えば、その内側領域と平坦面７１との間にクリアランスをもたせる構成）とすることもでき、弁体の作動トルクを効果的に抑えることが可能となる。

あるいは、図１７に示すようなビード７３０を採用してもよい。ビード７３０は、環状部７１２と、その環状部７１２から外方に伸びる突条部７２２，７２４および突条部７２６，７２７を含む。突条部７２２と突条部７２４とは、環状部７１２の中心に対して対称となるように設けられている。また、突条部７２６と突条部７２７とが、環状部７１２の中心に対して対称となるように設けられている。突条部７２２と突条部７２６とは、第１プレート７６と第２プレート７８との接合面（図４（Ｂ）参照）に対して対称となるように配設されている。また、突条部７２４と突条部７２７とが、第１プレート７６と第２プレート７８との接合面に対して対称となるように配設されている。

あるいは、図１８に示すようなビード７４０を採用してもよい。ビード７４０は、平坦面９８の中央部において挿通孔３６（図２参照）と同心状に設けられた環状部７４２と、平坦面９８の外周縁に沿って部分的に設けられた一対の突条部７４４，７４６とを連設して構成されている。このような構成によっても、冷媒の外部漏れを防止するとともに、弁体の作動トルクを抑えることができる。

なお、上記実施形態において、弁体の平面部におけるビードおよびその外側領域については冷媒通路１６の内面に密着させる必要があるが、ビードの内側については冷媒通路１６の内面に密着させなくてもよい。さらに言えば、ビードの内側については冷媒通路１６の内面との間にクリアランスを設けてもよい。それにより、弁体の作動トルクを効果的に低減することができる。一方、上記変形例においては、弁体の平面部におけるビードについては冷媒通路１６の内面に密着させる必要があるが、ビードの内側および外側については、冷媒通路１６の内面との間にクリアランスを設けてもよい。すなわち、平面部についてはビードのみ冷媒通路１６の内面に密着させ、ビードの内外については冷媒通路１６の内面との間にクリアランスを設けてもよい。それにより、弁体の作動トルクをより効果的に低減することができる。

上記実施形態および変形例では述べなかったが、ビードを二重環状あるいは三重環状といったように挿通孔３６の周囲に複数段に設けてもよい。

上記実施形態では、バタフライバルブを冷媒通路を切り替え可能な三方弁として構成する例を示した。変形例においては、バタフライバルブを四方弁や二方弁として構成してもよい。例えば二方弁とする場合、冷媒通路を開閉可能な開閉弁として構成してもよい。あるいは、冷媒通路の開閉状態や開度を調整可能な制御弁として構成してもよい。

上記実施形態では、バタフライバルブを車両用空調装置の冷凍サイクルに適用する例を示した。変形例においては、家庭用等その他の空調装置の冷凍サイクルに適用してもよい。あるいは、給湯装置等の水回路に適用してもよい。さらに、オイルその他の作動流体の流れを制御する装置に適用してもよい。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１０ バタフライバルブ、 １２ ボディ、 １４ アクチュエータ、 １６ 冷媒通路、 １８ 弁体、 ２０ シャフト、 ２２ 回転機構、 ２４ 第１通路、 ２６ 第２通路、 ２８ 開口端部、 ３０ 導入ポート、 ３２ 第１導出ポート、 ３３ 作動室、 ３４ 第２導出ポート、 ３５ 隔壁、 ３６ 挿通孔、 ３８ 軸受穴、 ５４ 軸シール部材、 ５６ Ｏリング、 ５８ バックアップリング、 ６０ Ｏリング、 ６２ バックアップリング、 ６４ 間隙空間、 ６８ 凹部、 ７１ 平坦面、 ７２ バルブ本体、 ７４ 弾性部材、 ７６ 第１プレート、 ７８ 第２プレート、 ８０ 取付孔、 ８２ 回転力伝達面、 ８４ 受圧面、 ９０ 凸部、 ９２ 孔部、 ９４ 接合面、 ９８ 平坦面、 １００，７１０，７２０，７３０，７４０ ビード、 １２０ シャフト、 １７０ 凹部、 ２２０ シャフト、 ２６８，２７０ 凹部、 ３３６ 挿通孔、 ３６８，３７０ 中間部材、 ４６４ 間隙空間、 ４６７ 凹部、 ４６８ 中間部材、 ４６９ 凹部、 ４７０ 中間部材、 ５２０ シャフト、 ５７２ バルブ本体、 ５７６ 第１プレート、 ５７８ 第２プレート、 ５８０ 取付孔、 ５８２ 回転力伝達面、 ５９６ 受圧面、 ６２０ シャフト、 ６７２ バルブ本体、 ６７６ 第１プレート、 ６７８ 第２プレート、 ６８０ 取付孔、 ６８２ 回転力伝達面、 ６９６，６９８ 受圧面、 ７２８，８２８ 開口端部。

Claims (3)

1. 電動式のバタフライバルブにおいて、
   流体を通過させるための通路を有するボディと、
   自軸周りに回動可能となるよう前記ボディに支持され、前記通路の径方向に延在するシャフトと、
   前記シャフトに組み付けられた状態で前記通路に配置され、前記シャフトと共に回動することにより前記通路の開閉状態又は開度を調整可能な弁体と、
   通電により前記シャフトを回転駆動させるアクチュエータと、
   を備え、
   前記弁体は、金属製のプレートの少なくとも外周部を弾性部材により被覆して得られ、
   前記ボディに、前記アクチュエータの機構が配置される作動室と前記通路とを区画する隔壁が設けられ、
   前記隔壁に前記シャフトを挿通させるための挿通孔が形成され、
   前記弾性部材に、前記挿通孔の開口端の周囲を取り囲みつつ、前記通路の内面に密着するビード部が形成され、
   弾性部材の外周部が前記通路の内周面に沿って当接することにより、前記弁体が前記通路を閉止した状態におけるシールが実現され、
   前記通路の開閉状態にかかわらず、前記ビード部の前記通路への密着により、前記通路と前記挿通孔との間のシールが常に実現され、
   空調装置の冷凍サイクルに設置され、冷媒の流れを制御する制御弁として機能することを特徴とするバタフライバルブ。
2. 前記ボディにおける前記ビード部との対向面に平坦面が形成され、
   前記ビード部が、前記平坦面に密着することを特徴とする請求項１に記載のバタフライバルブ。
3. 電動式のバタフライバルブにおいて、
   流体を通過させるための通路を有するボディと、
   自軸周りに回動可能となるよう前記ボディに支持され、前記通路の径方向に延在するシャフトと、
   前記シャフトに組み付けられた状態で前記通路に配置され、前記シャフトと共に回動することにより前記通路の開閉状態又は開度を調整可能な弁体と、
   通電により前記シャフトを回転駆動させるアクチュエータと、
   を備え、
   前記弁体は、金属製のプレートの少なくとも外周部を弾性部材により被覆して得られ、
   前記ボディに、前記アクチュエータの機構が配置される作動室と前記通路とを区画する隔壁が設けられ、
   前記隔壁に前記シャフトを挿通させるための挿通孔が形成され、
   前記弾性部材に、前記挿通孔の開口端の周囲を取り囲みつつ、前記通路の内面に密着するビード部が形成され、
   弾性部材の外周部が前記通路の内周面に沿って当接することにより、前記弁体が前記通路を閉止した状態におけるシールが実現され、
   前記通路の開閉状態にかかわらず、前記ビード部の前記通路への密着により、前記通路と前記挿通孔との間のシールが常に実現され、
   前記ボディは、前記通路を挟んで前記挿通孔と対向する軸受穴を有し、
   前記シャフトは、前記弁体を貫通するように組み付けられ、その先端部が前記軸受穴に挿通されるようにして支持され、
   前記弾性部材の一端面に前記ビード部が形成され、
   前記弾性部材の他端面に、前記軸受穴の開口端の周囲を取り囲みつつ、前記通路の内面に密着するもう一つのビード部が形成されていることを特徴とするバタフライバルブ。

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