JP6387753B2 - バルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、回動バルブを回動操作することで、回動バルブに設けたバルブ開口と、バルブシートに設けたシート開口との連通度合が変化するバルブ装置に関し、例えば冷却水（流体の一例）をコントロールする車両用のバルブ装置に用いて好適な技術に関する。

（従来技術）
回動バルブを回動操作することで、回動バルブに設けたバルブ開口と、バルブシートに設けたシート開口との連通度合が変化するバルブ装置の一例として、特許文献１に開示される技術が知られている。
特許文献１に開示される技術は、回動バルブに円筒形状を呈したロータリバルブを用いるものであり、ロータリバルブを回動操作することで、ロータリバルブの外周面に設けたバルブ開口と、ハウジング側のバルブシートに設けたシート開口との連通度合が変化する。

（問題点）
従来技術の問題点を、図６を参照して説明する。なお、以下で用いる符合は、後述する実施例と同一機能物に同一符合を付したものである。
ロータリバルブを組付けた状態で、バルブ開口１ｂの設計上の開口位置を、図６（ａ）の実線に示す位置とする。
バルブ開口１ｂが設計上の位置で開口する場合に、ロータリバルブを回動した際の流量変化（開度変化に伴う流量変化）を図６（ｃ）の実線Ａに示す。
この時、バルブ開口１ｂとシート開口２ｂが非連通から連通状態に切り替わる開弁開始角をＡ１とする。

しかし、図６（ａ）の破線に示すように、各部品の寸法公差や組付誤差などにより、バルブ開口１ｂが軸方向（ロータリバルブの回転中心が延びる方向）へ位置ズレする可能性がある。
このように、バルブ開口１ｂが軸方向へ位置ズレした状態で、ロータリバルブを回動した際の流量変化を図６（ｃ）の破線Ｂに示す。
この時、バルブ開口１ｂとシート開口２ｂが非連通から連通状態に切り替わる開弁開始角をＢ１とする。

従来技術では、バルブ開口１ｂとシート開口２ｂが共に円形に設けられており、バルブ開口１ｂが軸方向へ位置ズレすると、開弁開始角Ｂ１が、設計上の開弁開始角Ａ１に対してズレてしまう。
このように、バルブ開口１ｂが軸方向へ位置ズレすることにより、ロータリバルブの作動角に対して開弁開始角がズレてしまうため、作動角に対して流量のバラツキが生じてしまい、作動角に対する流量の制御性が劣化する不具合が生じてしまう。

なお、上記では、回動バルブの具体例として筒形形状を呈するロータリバルブを用いて問題点を説明したが、外周面が凸形球面形状を呈するボールバルブを採用する場合であっても、上記と同様の問題が生じてしまう。

特開２０１３−２４５７３８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、組付誤差や寸法公差等によりバルブ開口（１ｂ）とシート開口（２ｂ）の相対位置が軸方向へズレた場合であっても、開弁開始角のズレを防ぐことができるバルブ装置の提供にある。

本発明のバルブ装置は、バルブ開口（１ｂ）またはシート開口（２ｂ）の少なくとも一方の開弁開始箇所｛バルブ開口（１ｂ）とシート開口（２ｂ）が非連通から連通状態に切り替わる箇所｝に、回動バルブ（１）の回動方向に対して垂直な直線部（α）を設けている。
これにより、組付誤差や寸法公差等によりバルブ開口（１ｂ）とシート開口（２ｂ）の相対位置が軸方向へズレた場合であっても、開弁開始角を一定にできる。その結果、開弁開始角のズレによって生じる流量のバラツキを防ぐことができ、バルブ装置に対する流量制御の信頼性を高めることができる。

バルブ装置の要部概略図である（実施例１）。 （ａ）回動軸から見たバルブ開口とシート開口の説明図、（ｂ）位置ズレの有無を比較した開弁開始箇所におけるバルブ開口とシート開口の説明図である（実施例１）。 回動軸から見たバルブ開口とシート開口の説明図である（実施例２）。 回動軸から見たバルブ開口とシート開口の説明図である（実施例３）。 回動軸から見たバルブ開口とシート開口の説明図である（実施例４）。 （ａ）バルブ開口の位置ズレの説明図、（ｂ）位置ズレの有無を比較した開弁開始箇所におけるバルブ開口とシート開口の説明図、（ｃ）位置ズレの有無を比較した作動角度と流量との関係を示すグラフである（従来例）。

以下において「発明を実施するための形態」を詳細に説明する。

本発明の具体的な一例（実施例）を図面に基づき説明する。なお、以下の「実施例」は具体的な一例を開示するものであり、本発明が「実施例」に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
図１、図２を参照して実施例１を説明する。
この実施例のバルブ装置は、自動車に搭載されるものであり、ボールバルブ１のボール面１ａに、バルブシート２のシート面２ａを押し付け、ボールバルブ１を回動操作することでエンジン冷却水の流量制御（流路の開閉および開度調整）、あるいは分配制御（流路の切替）を行うものである。

このバルブ装置は、１つの冷却水入口（インレット）と、１つまたは複数（例えば、２個や３個など）の冷却水出口（アウトレット）を備える。なお、複数の冷却水出口を備える場合、各冷却水出口の基本構造は同じであり、以下では１つの冷却水出口に通じる開閉部を例に説明する。

バルブ装置は、
（ａ）冷却水入口と冷却水出口が設けられるハウジング３と、
（ｂ）このハウジング３に対して回動自在に支持されるシャフト４と、
（ｃ）このシャフト４を回動操作する電動アクチュエータと、
（ｄ）シャフト４と一体に回動するボールバルブ１と、
（ｅ）このボールバルブ１に押し付けられるリング状のバルブシート２と、
を備えて構成される。

ハウジング３には、ボールバルブ１をハウジング３内に組み入れる開口部と、ボールバルブ１を収容するバルブ室とが設けられる。
ハウジング３がエンジンに直接組付けられる場合を説明すると、ハウジング３のエンジン装着面に開口部が設けられ、開口部を介して冷却水がバルブ室（具体的には、ボールバルブ１の内側）へ供給される。
一方、ハウジング３がエンジンから独立して搭載される場合は、エンジンを通過した冷却水をバルブ室へ導くインレットパイプがハウジング３に設けられる。

また、ハウジング３には、バルブ装置で調量した冷却水を外部へ導くアウトレットパイプが固定される。そして、アウトレットパイプに接続される配管を介して、バルブ装置で調量された冷却水が、ラジエータやヒータコア等へ導かれる。

シャフト４は、バルブ室の略中心部を通って配置される駆動軸であり、シャフト４の一端がボールベアリング等を介して回転自在に支持されるとともに、シャフト４の他端がバルブ室の開口部（ボールバルブ１の組付口）に装着した軸受盤を介して回転自在に支持される。なお、軸受盤には、冷却水の通過を許容する開口部が設けられる。

電動アクチュエータは、周知な構成を採用するものであり、一例を開示すると、電力を回転トルクに変化する電動モータと、この電動モータの回転出力を減速してシャフト４の駆動トルクを増大させる減速機構（例えば、歯車減速装置等）と、シャフト４の回転角度（即ち、ボールバルブ１の作動角）を検出する非接触型の回転角度センサとを組み合わせて構成される。

ボールバルブ１は、回動バルブの一例であり、材質は限定するものではないが、理解補助のために一例を開示すると、樹脂（例えば、ＰＰＳ等）によって形成される。ボールバルブ１は、略カップ形状を呈するものであり、冷却水をボールバルブ１の内部に取り入れるカップ開口が、バルブ室の開口部（即ち、ボールバルブ１の組付口）に向かって開口する。

ボールバルブ１には、ボールバルブ１の外周面とカップ内を連通するバルブ開口１ｂが設けられている。このバルブ開口１ｂが設けられる箇所のボールバルブ１の外面は、凸形球面形状を呈する平滑なボール面１ａである。なお、「凸形球面形状」は外側へ膨出する球面形状である。

バルブシート２は、中心部に貫通したシート開口２ｂが形成されるリング体であり、材質は限定するものではないが、理解補助の目的で一例を開示すると、樹脂（例えば、ＰＴＦＥ等）によって設けられる。このバルブシート２は、凹形球面形状を呈する平滑なシート面２ａが設けられており、このシート面２ａがボールバルブ１のボール面１ａに押し付けられる。なお、「凹形球面形状」は内側へ凹む球面形状である。
そして、ボールバルブ１が回動操作されることで、バルブ開口１ｂとシート開口２ｂの連通度合が変化するものであり、バルブ開口１ｂとシート開口２ｂが連通することで開弁し、バルブ開口１ｂとシート開口２ｂが非連通になることで閉弁する。

ボール面１ａの曲率とシート面２ａの曲率の関係は、限定するものではないが、理解補助の目的で一例を開示すると、この実施例ではボール面１ａの曲率半径を、シート面２ａの曲率半径と同じか、シート面２ａの曲率半径より小さく設けている（ボール面１ａの曲率≧シート面２ａの曲率）。
あるいは、シート面２ａの内側の曲率を「ボール面１ａの曲率＝シート面２ａの曲率」に設け、シート面２ａの外側の曲率を「ボール面１ａの曲率＞シート面２ａの曲率」に設けている。

バルブシート２は、ハウジング３に支持されるものであり、ハウジング３にはバルブシート２を支持する支持手段が設けられる。
この支持手段は、
（ａ）ハウジング３に固定される装着部品５と、
（ｂ）バルブシート２と装着部品５の間に配置されるスプリング６と、
（ｃ）このスプリング６と装着部品５との間に配置されるプレート７と、
（ｄ）バルブシート２を支持するスリーブ８と、
を用いて構成される。

装着部品５は、内側に流体流路が形成されるものであり、例えばバルブシート２を通過した冷却水を冷却水出口へ導くアウトレットパイプの一部であっても良いし、アウトレットパイプとは異なる部品（筒状スペーサ等）であっても良い。
スプリング６は、例えば圧縮コイルスプリングであり、圧縮された状態で組付けられる。
プレート７は、金属製のバネ座であり、リング円板形状を呈する。

スリーブ８は、一端側（図１右端）においてバルブシート２を支持し、他端側が装着部品５の内部に挿し入れられる略円筒体であり、シート開口２ｂを通過した冷却水をアウトレットパイプへ導く。
具体的に、スリーブ８は、体腐食性に優れたステンレス等の金属材料によって設けられるものであり（限定するものではない）、筒状を呈するスリーブ８の一端には、バルブシート２を支持する手段として、バルブシート２の外周面を拘束する筒体８ａと、シート裏面に圧接するリング板８ｂとが一体に設けられている。なお、シート裏面は、バルブシート２のうち、シート面２ａとは反対側の面（図１の左側の面）である。
また、スリーブ８と装着部品５の間には、シール部品（リップシール等）９が配置されており、スリーブ８と装着部品５の間から冷却水が溢流するのを防いでいる。

この実施例では、バルブ開口１ｂまたはシート開口２ｂの少なくとも一方の開弁開始箇所に、ボールバルブ１の回動方向に対して垂直な直線部αを設けている。なお、「開弁開始箇所」は、バルブ開口１ｂとシート開口２ｂが非連通から連通状態に切り替わる箇所である。

具体的な一例として、この実施例では図２（ａ）に示すように、ボールバルブ１におけるバルブ開口１ｂに直線部αを設けている。即ち、バルブ開口１ｂの開弁開始箇所に回動方向に対して垂直な直線部αを設けている。
直線部αは、閉弁時にシート面２ａに接するものであり、閉弁時にシート面２ａと直線部αの間に隙間が形成されないように設けられている。
具体的に、直線部αは、図２（ａ）に示すように、シャフト４の軸芯方向から見た場合に直線形状を成すものであり、直線部αにおいてシート面２ａと接する箇所は、シート面２ａの曲率に沿って湾曲するものである。

直線部αの長さ寸法Ｌの一例は、設計位置に対するバルブ開口１ｂの軸方向への最大ズレ量をｘとした場合、「±ｘ≦Ｌ」の関係に設けられる。即ち、寸法公差や組付誤差などにより、ボールバルブ１に軸方向の位置ズレが生じた場合であっても、直線部αで開弁が開始されるように設けられている。

なお、ボールバルブ１に直線部αを設ける手段は、別部品を用いる必要はない（限定するものではない）。即ち、切削技術または成形技術等により、バルブ開口１ｂを形成する際に直線部αも同時に形成されるものであり、直線部αが設けられるボールバルブ１は１部品によって構成される。

直線部αを除くバルブ開口１ｂの形状は円形を呈する。
一方、シート開口２ｂの形状は、図２（ａ）に示すように、円形を呈する。

なお、図面では、バルブ開口１ｂの開口径を、シート開口２ｂの開口径より小径に設ける例を開示しているが、もちろん一例であり、限定するものではない。

（実施例１の効果１）
次に、図２（ｂ）を参照して、実施例１の効果を説明する。
ボールバルブ１を組付けた状態で、バルブ開口１ｂの設計上の開口位置を、図２（ｂ）の実線に示す位置とする。
バルブ開口１ｂが設計上の位置で開口する場合、バルブ開口１ｂとシート開口２ｂが非連通から連通状態に切り替わる開弁開始角をＡ１とする。

一方、ボールバルブ１を組付けた状態で、図２（ｂ）の破線に示すように、各部品の寸法公差や組付誤差などにより、バルブ開口１ｂが軸方向へ位置ズレする可能性がある。
このように、バルブ開口１ｂが軸方向へ位置ズレした場合、バルブ開口１ｂとシート開口２ｂが非連通から連通状態に切り替わる開弁開始角をＢ１とする。

この実施例１では、バルブ開口１ｂに直線部αを設けているため、図２（ｂ）の実線と破線を比較して明らかなように、組付誤差や寸法公差等によりバルブ開口１ｂとシート開口２ｂの相対位置が軸方向へズレた場合であっても、直線部αによって開弁開始角Ｂ１を、ズレの無い開弁開始角Ａ１と同じにできる（Ａ１＝Ｂ１）。
このように、組付誤差等によりボールバルブ１に軸方向の位置ズレが生じて、バルブ開口１ｂがシート開口２ｂに対して軸方向へズレた場合であっても、開弁開始角のズレを防ぐことができる。これにより、開弁開始角のズレによって生じる流量のバラツキを防ぐことができるため、バルブ装置に対する流量制御の信頼性を高めることができる。

［実施例２］
図３を参照して実施例２を説明する。なお、以下の各実施例において上記実施例１と同一符合は同一機能物を示すものである。
上記実施例１では、バルブ開口１ｂに直線部αを設ける例を示した。
これに対し、この実施例２は、シート開口２ｂに直線部αを設けるものである。即ち、シート開口２ｂの開弁開始箇所に回動方向に対して垂直な直線部αを設けるものである。この直線部αは、閉弁時にボール面１ａに接するものであり、閉弁時にボール面１ａと直線部αの間に隙間が形成されないように設けられている。
このように設けても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

［実施例３］
図４を参照して実施例３を説明する。
この実施例３は、バルブ装置に複数の冷却水出口を設ける場合の具体例を示す。
この場合、図４に示すように、１つのボールバルブ１には、複数（図面では２つ）のバルブ開口１ｂが設けられる。
一方、ハウジング３には、複数の冷却水出口にそれぞれが通じる複数（図面では２つ）のバルブシート２が設けられる。
そして、ボールバルブ１を回動操作することで、各バルブ開口１ｂと、各バルブシート２に設けられるシート開口２ｂとの連通度合の調整が成され、各冷却水出口への向かう冷却水の流量調整が成される。

この実施例３では、複数のバルブ開口１ｂの開弁開始箇所に直線部αを設けたものである。
このように設けることで、組付誤差等によりボールバルブ１に軸方向の位置ズレが生じる場合であっても、それぞれの開弁開始角のズレを防ぐことができるため、各冷却水出口への向かう冷却水の流量制御の信頼性を高めることができる。

［実施例４］
図５を参照して実施例４を説明する。
この実施例４は、上記実施例３と同様、バルブ装置に複数の冷却水出口を設ける例を示す。
そして、この実施例４では、複数のシート開口２ｂの開弁開始箇所に直線部αを設けたものである。
このように設けても、実施例３と同様の効果を得ることができる。

上記の実施例では、回動バルブの一例としてボールバルブ１を用いる例を示したが、限定するものではなく、例えば外周面が円筒形状を呈するロータリバルブに本発明を適用しても良い。

上記の実施例では、開弁時に流体（実施例では冷却水）が回動バルブ（実施例ではボールバルブ１）の内側から外側へ向かって流れる例を示したが、流体を流す方向は逆でも良い。

上記の実施例では、電動アクチュエータによってボールバルブ１を回動操作する例を示したが、ボールバルブ１の駆動手段を限定しない。

上記の実施例では、スリーブ８とバルブシート２の固定技術として圧入を用いる例を示したが、結合手段を限定せず、例えば接着剤等を用いても良い。

上記の実施例では、スプリング６の一例として圧縮コイルスプリングを用いたが、ボールバルブ１とバルブシート２の圧迫手段は限定するものではない。具体的な一例を開示すると、スプリング機能を有するベローズを用いたり、ゴム部材を用いるなど、種々適用可能なものである。

上記の実施例では、エンジン冷却水のコントロールを行うバルブ装置に本発明を適用する例を示したが、エンジンを搭載しない車両の冷却水のコントロールを行うバルブ装置に本発明を適用しても良い。

上記の実施例では、液体（具体的な一例として冷却水）のコントロールを行うバルブ装置に本発明を適用する例を示したが、流体は液体に限定されるものではなく、気体（ガス類）のコントロールを行うバルブ装置に本発明を適用しても良い。

１ ボールバルブ（回動バルブ）
１ｂ バルブ開口
２ バルブシート
２ｂ シート開口
３ ハウジング
４ シャフト
α 直線部

Claims (3)

1. 回動操作される回動バルブ（１）と、この回動バルブ（１）を収容するハウジング（３）に設けられるバルブシート（２）とを備え、
   前記回動バルブ（１）を回動操作することで、
   前記回動バルブ（１）の外周面に設けられたバルブ開口（１ｂ）と、
   前記バルブシート（２）に設けられたシート開口（２ｂ）と、
   の連通度合が変化するバルブ装置において、
   前記バルブ開口（１ｂ）と前記シート開口（２ｂ）が非連通から連通状態に切り替わる個所を開弁開始箇所とした場合、
   前記バルブ開口（１ｂ）または前記シート開口（２ｂ）の少なくとも一方の開弁開始箇所には、前記回動バルブ（１）の回動方向に対して垂直な直線部（α）が設けられており、
   前記バルブ開口（１ｂ）および前記シート開口（２ｂ）のうち、前記直線部（α）が設けられる箇所は前記開弁開始位置のみであり、
   前記直線部（α）を除いた前記バルブ開口（１ｂ）および前記シート開口（２ｂ）の形状は円形であることを特徴とするバルブ装置。
   
2. 請求項１に記載のバルブ装置において、
   前記回動バルブ（１）は、外周面に凸形球面形状のボール面（１ａ）が設けられたボールバルブ（１）であり、
   前記バルブ開口（１ｂ）は、前記ボール面（１ａ）に開口することを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項２に記載のバルブ装置において、
   前記バルブシート（２）において前記ボール面（１ａ）に摺接するシート面（２ａ）は、凹形球面形状を呈することを特徴とするバルブ装置。

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