JP6490021B2 - バルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、凸球面形状のバルブに弾性部材の弾性力で押し付けられる凹球面形状のシール面を有する環状のシートを備えたバルブ装置に関するもので、特に流体の流量をコントロールするバルブ装置に係わる。

［従来の技術］
従来より、ケーシングに弾性支持される環状のバルブシートと、このバルブシートのシール面と摺動接触する凸球面形状のボール面を有するボールバルブと、このボールバルブのボール面にバルブシートを押し付ける方向に付勢する弾性部材とを備えたバルブ装置が知られている（例えば、特許文献１）。
このバルブ装置は、駆動装置によりボールバルブを回動操作してバルブシートの第１開口とボールバルブの第２開口との連通状態、つまりボールバルブの開閉動作を制御している。

［従来の技術の不具合］
ところが、従来のバルブ装置においては、バルブシートのシール面とボールバルブのボール面とを常時摺動接触させて開閉しているので、シール面が摩耗してシール面とボール面の接触面積が増加する。このため、ボールバルブに対するシール面の接触面圧が低下し流体が漏れ易くなり、ボールバルブの閉弁時における流体のシール性能を長期間に渡って確保することができなかった。
したがって、弾性部材の付勢力によってシートがバルブに押し付けられる場合でも、シートのシール面の耐摩耗性の向上と、流体の漏れ防止に対する信頼性の向上との両立を図ることのできるバルブ装置が要望される。

独国特許出願公開第１０２００９０１４０４７号明細書

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、シートのシール面の耐摩耗性の向上と、流体の漏れ防止に対する信頼性の向上の両立を図ることのできるバルブ装置の提供にある。

請求項１に記載の発明（バルブ装置）によれば、凸球面形状のボール面および第１開口を有するバルブを、その回転方向に往復移動（以下、回動と呼ぶ場合がある）させることで、少なくとも開閉動作が行われる。
このようなバルブ装置では、バルブに押し付けられるシートにシール面およびシート接触面を備えている。
シール面は、ボール面と第２開口が重なり合う閉弁時に、ボール面と摺動接触する。また、シート接触面は、第１開口と第２開口が重なり合う開弁時に、第１開口の開口内壁面または開口端面と摺動接触する。
さらに、バルブ装置は、バルブにシートを弾性的に押し付ける押し付け荷重方向の弾性力を発生する弾性部材と、バルブを回転可能に収容するハウジングと、シートを保持する保持部を有し、シートと共に前記弾性部材の押し付け荷重方向へ移動可能な筒状のスリーブとを備える。
ここで、ハウジングは、スリーブと接触してスリーブの荷重方向への移動を規制する規制部を有している。

これによって、閉弁時にボール面と摺動接触するシール面と、開弁時に第１開口の開口内壁面または開口端面と摺動接触するシート接触面とを分離することで、シートのシール面の摩耗を低減することができる。これにより、シール面とボール面の間から流体が漏れ難くなり、閉弁時における流体のシール性能を長期間に渡って確保することができる。
したがって、シートのシール面の耐摩耗性の向上と、流体の漏れ防止に対する信頼性の向上の両立が可能となる。

開弁時におけるバルブ装置の要部を示した断面図である（実施例１）。 閉弁時におけるバルブ装置の要部を示した断面図である（実施例１）。 ボールバルブを示した斜視図である（実施例１）。 閉弁時におけるバルブ装置の要部を示した断面図である（実施例１）。 開弁時におけるバルブ装置の要部を示した断面図である（実施例１）。 エンジン始動時におけるエンジンの内部水温の変化を示したタイミングチャートである（実施例１）。 エンジン冷却水の漏れ流量と燃費改善効果との関係を示したグラフである（実施例１）。 ボールバルブを示した斜視図である（実施例２）。 （ａ）は図８の要部拡大図で、（ｂ）は（ａ）のＩＸ−ＩＸ断面図である（実施例２）。 閉弁時におけるバルブ装置の要部を示した断面図である（実施例３）。 開弁時におけるバルブ装置の要部を示した断面図である（実施例３）。 （ａ）はボールバルブを示した斜視図で、（ｂ）はバルブ装置の要部拡大図である（実施例４）。 （ａ）、（ｂ）は閉弁時、開弁時におけるバルブ装置の要部を示した断面図である（実施例４）。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例１の構成］
図１ないし図７は、本発明を適用したバルブ装置（実施例１）を示したものである。

本実施例のバルブ装置は、自動車に搭載されるボール型ロータリバルブ装置であり、ボールバルブ１にバルブシート２を弾性的に押し付けるスプリング３を備えている。このバルブ装置は、ボールバルブ１を回動操作することで、流体の一例であるエンジン冷却水（以下冷却水）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（流路切替）を行うものである。

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つや３つ等）の冷却水出口（アウトレット）を備えている。
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、ケーシング、多面の球面体形状のボールバルブ１、円環形状のバルブシート２、スプリング３および電動アクチュエータを備えている。

ボールバルブ１は、その回転軸線（ＣＬ）方向に真っ直ぐに延びるシャフト（図示せず）を備えている。このボールバルブ１は、図３に示したように、回転軸線（ＣＬ）を中心にして矢印Ｒで示す回転方向に往復移動（回動）するようになっている。
シャフトは、ボールバルブ１をそのＣＬ方向に貫通するように設置されて、ボールバルブ１と一体回転可能に連結されている。このシャフトは、ケーシングのうちのハウジング４に対して相対回転可能に支持されている。
電動アクチュエータは、ボールバルブ１のシャフトをその回転方向に往復駆動（回動駆動）する動力を発生する電動モータを備えている。

ケーシングは、ハウジング４、５、プレート６およびスリーブ７等によって構成されている。このケーシングは、ボールバルブ１を回転可能に収容するハウジング４と、このハウジング４のスリーブ規制部（後述する）に対して接触可能に対向し、且つバルブシート２と共にスプリング３の押し付け荷重方向へ移動可能なスリーブ７とによって構成されている。すなわち、ケーシングは、少なくともハウジング４、５およびスリーブ７を備えている。

また、スリーブ７とハウジング５の間には、例えばリップシール等のシール部品８が配置されており、ハウジング４とハウジング５の間にも例えばＯリング等のシール部材９が配置されている。
ケーシングの内部には、バルブシート２のシート開口１２よりも冷却水の流れ方向の下流側に位置し、且つシート開口１２を介して、ボールバルブ１のバルブ開口１１と連通する冷却水流路１３、１４が形成されている。また、ケーシングの内部には、ボールバルブ１を回転可能に収容するバルブ収容室が設けられている。

ボールバルブ１は、例えば合成樹脂（ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂）によって設けられるものであり、少なくともバルブシート２と接触する面が凸球面形状を呈する平滑なボール面２１に設けられている。すなわち、ボールバルブ１は、シャフトを介して電動アクチュエータにより回動操作される。このボールバルブ１は、一例として略カップ形状を呈する。また、ボールバルブ１は、その回転軸線（ＣＬ）の周りを回動する（図３参照）。
なお、冷却水の流れ方向は限定するものではないが、理解補助の一例としてインレットから供給された冷却水がカップ開口部からボールバルブ１の内側の冷却水流路１０に供給される。そして、ボールバルブ１が開弁すると、冷却水流路１０に供給された冷却水が、バルブ開口１１と、シート開口１２と、冷却水流路１３、１４を通ってアウトレットへ導かれる。

ボールバルブ１は、所定の回転軸線（シャフトの中心軸線）ＣＬを中心とする半径方向外側に凸となる凸球面形状を呈する複数（例えば２つや３つ等）のボール面２１、２２を有するものであり、電動アクチュエータによって回動操作される。
ボール面２１は、バルブシート２のシール面（第２摺動面）３１と摺動接触可能な第１摺動面である。このボール面２１には、ボールバルブ１の円周方向に延びると共に、シート開口１２と連通可能なバルブ開口１１が形成されている。
ボール面２２は、バルブシート２とは異なる他のバルブシート（図示せず）のシール面（第４摺動面）と摺動接触可能な第３摺動面である。このボール面２２には、他のバルブシートの第４開口であるシート開口（図示せず）と連通可能なバルブ開口１５が形成されている。

バルブ開口１１は、ボール面２１で開口し、冷却水が通過可能な第１開口である。このバルブ開口１１は、ボール面２１の円周方向に延びる長孔形状を呈する。また、バルブ開口１１には、その開口壁面同士を繋ぐ補強用のブリッジ１６が設けられている。
バルブ開口１５は、ボール面２２で開口し、冷却水が通過可能な円孔形状の第３開口である。
また、ボールバルブ１のＣＬ方向のバルブ開口１１の開口周縁には、テーパ形状の面取り部５４が設けられている。面取り部５４は、バルブ開口１１の開口面積をボールバルブ１の半径方向外側に向かって次第に漸増するように傾斜した傾斜面を有している。

シャフトは、バルブ収容室の略中心部を通って配置される駆動軸であり、ハウジング４に対してベアリング等を介して回転自在に支持される。
このシャフトを駆動す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させる電動モータと、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、シャフトの回転角度（すなわち、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。

バルブシート２は、その中心部を貫通し、冷却水が通過可能なシート開口１２が形成されるリング円板である。
シート開口１２は、バルブ開口１１と連通可能な第２開口である。
バルブシート２は、閉弁時の密閉性や操作時の摺動性を高めるという目的や、製造コストを抑えるという目的から、バルブシート２が合成樹脂（ＰＴＦＥ等）によって設けられる。
バルブシート２には、ボール面２１に対して摺動接触可能に対向し、スプリング３の弾性力によってボール面２１に押し付けられる円環状の対向部が設けられている。この対向部の対向面には、シール面３１が形成されている。
また、バルブシート２のうち、シール面３１の反対側の面（図１および図２の図示上側の面）は、シート裏面である。

バルブシート２は、ハウジング４に支持されるものであり、ハウジング４にはバルブシート２を支持するための支持手段が設けられる。
この支持手段は、スプリング３、ハウジング４、ハウジング５、プレート６およびスリーブ７等を用いて構成される。
スプリング３は、バルブシート２とハウジング５の間に配置される、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み付けられている。このスプリング３は、一端がプレート６に保持され、他端がスリーブ７のシート保持部（後述する）に保持され、ボールバルブ１にバルブシート２を弾性的に押し付ける荷重方向の弾性力を発生する弾性部材である。また、スプリング３の弾性力は、バルブシート２をボールバルブ１に所定の押し付け荷重で押圧するように設定される。

ハウジング４の上流端には、冷却水入口が設けられている。このハウジング４の下流端には、冷却水出口が設けられている。
ハウジング４には、ボールバルブ１をハウジング４内に組み入れる開口部と、ボールバルブ１を収容するバルブ収容室とが設けられる。
ハウジング４がエンジンに直接組み付けられる場合を説明する。ハウジング４は、エンジン（例えばシリンダヘッド等）に直接組み付けられるものであり、ハウジング４がエンジンに固定されることで、ハウジング４の開口部がエンジンの冷却水の出口に合致して、エンジンを通過して冷却水がハウジング４の開口部を介してハウジング４の内部のバルブ収容室（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４がエンジンから独立して搭載される場合、ハウジング４にはエンジンを通過した冷却水をバルブ収容室へ導くインレットパイプが設けられる。
また、ハウジング４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。

ハウジング５は、ハウジング４の内側に固定された円環状のスペーサであり、ハウジング４と別体で構成されている。このハウジング５の内部には、冷却水流路１４が形成されている。また、ハウジング５は、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、あるいはアウトレットパイプとは異なる部品（筒状体等）であっても良い。
ハウジング４、５、特にハウジング５の内周には、スリーブ７の被係止部（後述する）と接触してスリーブ７のバルブ側への移動を規制するスリーブ規制部（以下、内周突起と呼ぶ）５１が設けられている。また、スリーブ７は、内周突起５１に対して接触可能に対向し、且つ内周突起５１に係止される被係止部（以下外周突起）４２を備えている。

プレート６は、リング円板形状を呈し、スプリング３とハウジング５との間に配置されている。このプレート６は、スプリング３の一端を保持する金属製のバネ座であり、ハウジング４、５と別体で構成されている。
スリーブ７は、内周突起５１に対して接離可能に対向する外周突起４２、およびバルブシート２を保持するシート保持部（リング板４３、周壁４４）を備えている。
外周突起４２は、ボールバルブ１の閉弁時に、内周突起５１との間に環状隙間Ｓを隔てて対向して配置されている。また、外周突起４２は、ボールバルブ１の開弁時に、内周突起５１と接触して係止される。

スリーブ７は、一端側（ボールバルブ１に近い側）においてバルブシート２を支持し、他端側がハウジング５の内部に挿し入れられる円筒体である。このスリーブ７は、内側に冷却水流路１３が形成されるものであり、シート開口１２を通過した冷却水を冷却水流路１４へ導く。
具体的には、スリーブ７は、耐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７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と、シート裏面に圧接するリング板４３とが一体となっている。

本実施例のバルブ装置は、ボールバルブ１の閉弁時に、バルブシート２の両面（シール面側とシート裏面側）に冷却水の圧力（以下水圧）を意図的に導くように設けられている。
この技術的手段を以下において具体的に説明する。
シート裏面側には、インレットからバルブ装置の内部（すなわち、ハウジング４の内部）に流入する冷却水が導かれる背圧空間４５が設けられる。

具体的な背圧空間４５は、スプリング３が配置されるスリーブ７の周囲の空間であり、更に詳しく説明すると、背圧空間４５は、ハウジング４においてアウトレットに通じる流路壁、プレート６、スリーブ７、リング板４３に囲まれる空間である。
この背圧空間４５は、ハウジング４とリング板４３との間に形成される隙間を介して、ハウジング４内においてボールバルブ１を収容する空間に連通する。ボールバルブ１を収容する空間は、インレットと常に連通する。このため、背圧空間４５には、図中の破線矢印Ｗに示すように、インレットを介してエンジンから冷却水が導かれる。

ここで、本実施例のバルブシート２には、シール面３１およびシート接触面３２とが設けられている。
シール面３１は、ボールバルブ１が回動操作されると、ボール面２１とシート開口１２が重なり合う閉弁時、つまりボールバルブ１の閉弁時に、ボール面２１と摺動接触する。 シート接触面３２は、シール面３１と異なる面に設けられている。このシート接触面３２は、バルブ開口１１とシート開口１２が重なり合う開弁時、つまりボールバルブ１の開弁時に、バルブ開口１１の開口内壁面１７と摺動接触する。

また、本実施例のバルブ装置は、スプリング３、ハウジング４、５およびスリーブ７を備えている。
ハウジング５は、スリーブ７の外周突起４２と接触してスリーブ７のバルブ側への移動を規制する内周突起５１を設けている。また、スリーブ７は、内周突起５１に対して接触可能に対向し、且つ内周突起５１に係止される外周突起４２を設けている。
スリーブ７のシート保持部は、バルブシート２のシート裏面を固定（接合または接着）する円環状のリング板４３、およびバルブシート２の外周面を固定（接合または接着または圧入またはカシメ固定）する円筒状の周壁４４等により構成されている。すなわち、スリーブ７は、バルブシート２と一体移動可能に連結されている。

スリーブ７は、ハウジング５の内周突起５１に対して接触可能に対向し、且つバルブシート２と共にスプリング３の押し付け荷重方向へ移動可能な円筒体である。このスリーブ７の内側には、シート開口１２と冷却水流路１４とを連通する冷却水流路１３が形成されている。
そして、ハウジング５の内周に内周突起５１を設け、スリーブ７の外周に外周突起４２を設けている。すなわち、スリーブ７の円筒部の外側に外周突起４２の外周端面よりも半径方向内側に凹んだ外周凹部内に内周突起５１が嵌まり込むような構造を備えている。

また、ボールバルブ１の閉弁時には、ボール面２１とシール面３１が摺動接触しているため、スリーブ７がスプリング３の押し付け荷重方向の反対側に移動している。これにより、内周突起５１の図示上端面と外周突起４２の図示下端面との間に、スプリング３の押し付け荷重方向の隙間が設けられており、内周突起５１と外周突起４２は非接触となる。また、閉弁時には、スリーブ７がスプリング３の押し付け荷重方向に隙間分だけ自由に変位できる。
一方、ボールバルブ１の開弁時には、ボール面２１とシール面３１が非接触状態となり、若干バルブ開口１１内にバルブシート２が入り込むため、スリーブ７がスプリング３の押し付け荷重方向に移動する。これにより、内周突起５１の図示上端面と外周突起４２の図示下端面との間の隙間がなくなり、内周突起５１と外周突起４２は接触する。したがって、バルブシート２は、スプリング３の押し付け荷重方向の位置が固定される。

［実施例１の効果］
以上のように、本実施例のバルブ装置において、スプリング３の押し付け荷重によって、ボールバルブ１のボール面２１およびバルブ開口１１の開口内壁面１７に押し付けられるバルブシート２にシール面３１およびシート接触面３２を備えている。
そして、ボールバルブ１の閉弁時には、スプリング３の押し付け荷重によって、バルブシート２がボールバルブ１に押し付けられることで、バルブシート２のシール面３１とボール面２１とが摺動接触する。すなわち、ボールバルブ１の閉弁時には、ボール面２１とシール面３１が接触状態となり、ボール面２１とシール面３１の間の隙間が液密的にシールされる。

一方、ボールバルブ１の開弁時には、スプリング３の押し付け荷重によって、バルブシート２がボールバルブ１に押し付けられることで、内周突起５１と外周突起４２とが接触する。これにより、バルブシート２のシール面３１がバルブ開口１１の内部に入り込んだ状態で固定されるので、シート接触面３２とバルブ開口１１の開口内壁面１７とが摺動接触する。すなわち、ボールバルブ１の開弁時には、シール面３１とボール面２１とは非接触状態となる。

これによって、ボールバルブ１の閉弁時にボール面２１と摺動接触するシール面３１と、ボールバルブ１の開弁時にバルブ開口１１の開口内壁面１７と摺動接触するシート接触面３２とを分離することで、バルブシート２のシール面３１の摩耗を低減することができる。これにより、ボール面２１とシール面３１の間から冷却水が漏れ難くなり、ボールバルブ１の閉弁時における冷却水のシール性能を長期間に渡って確保することができる。したがって、バルブシート２のシール面３１の耐摩耗性の向上と、冷却水の漏れ防止に対する信頼性の向上の両立が可能となる。

また、ボールバルブ１の開弁時には、スプリング３の押し付け荷重によって、バルブシート２のシール面３１がボールバルブ１に押し付けられた場合であっても、ボール面２１とシール面３１が非接触状態となり、シール面３１の摩耗を低減できるので、ボール面２１とシール面３１の接触面積が増えることはない。
これによって、ボールバルブ１に対するシール面３１の接触面圧が確保されることで、ボール面２１とシール面３１のシール部から冷却水が漏れ難くなり、ボールバルブ１の閉弁時における冷却水のシール性能を長期間に渡って確保することができる。したがって、バルブシート２の摩耗に関係なく、常時一定の接触面圧を均等に保持できるため、バルブシート２のシール面３１の耐摩耗性の向上と、冷却水の漏れ防止に対する信頼性の向上の両立が可能となる。

ここで、図６は、縦軸にエンジンの内部水温ＴＷの平均値［℃］を示し、横軸にエンジンを始動してからの経過時間Ｔｉｍｅ［ｓｅｃ］を示している。なお、Ｇは、実施例１の冷却水の漏れ流量の変化を示し、Ｈは、従来例（実施例１のバルブ装置の無いシステム）の冷却水の漏れ流量の変化を示す。
また、図７は、縦軸に燃費改善効果［％］を示し、横軸に冷却水の漏れ流量［Ｌ／ｍｉｎ］を示している。
そして、本実施例のバルブ装置においては、ボールバルブ１の開弁時に、シート接触面３２と開口内壁面１７とを接触させ、ボール面２１とシール面３１を非接触化することで、シール面３１の摩耗を抑制することができる。

このようなバルブ装置をエンジン冷却水の流量制御に用いた場合、図６および図７に示したように、ボールバルブ１の閉弁時における冷却水の漏れ流量を、従来例がＡ（例えば２５〜３５［Ｌ／ｍｉｎ］）であったものが、実施例１が０［Ｌ／ｍｉｎ］となり高いシール性能を長期間維持できるようになる。
すなわち、長期に渡ってシール性能を維持できれば、燃費改善効果：α％以上を達成することができ、信頼性の向上に繋がる。
なお、燃費改善効果：α％とは、エンジンの始動から暖機完了までの時間が、従来例の場合と比べて、ΔＴ秒間短くなると、燃費がα％向上することを言う。

また、エンジンの暖機運転とは、エンジン始動直後にエンジン回転数やエンジン負荷を抑えた運転状態を一定時間維持して、エンジンの内部水温（ＴＷ）を適正な温度（例えば内部水温：ＴＷ＝８０［℃］）まで上昇させることを言う。すなわち、エンジンの始動から暖機完了までとは、エンジンを始動してからエンジンの内部水温が適正な温度に上昇するまでの期間を言う。

［実施例２の構成］
図８および図９は、本発明を適用したバルブ装置（実施例２）を示したものである。ここで、実施例１と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。

本実施例のバルブ装置は、実施例１と同様に、多面の球面体形状のボールバルブ１、円環形状のバルブシート２、スプリング３およびケーシングを備えている。
ケーシングは、少なくともハウジング４、５および筒状のスリーブ７を備えている。
ボールバルブ１のボール面２１には、バルブ開口１１の回転方向に延びる一対の開口周縁に突条部５２、５３が一体で設けられている。これらの突条部５２、５３は、ボール面２１のボール基準面２３よりも半径方向外側に突出したバルブ凸部である。

突条部５２、５３のＣＬ方向のバルブ開口１１の開口周縁には、テーパ形状の面取り部５４が設けられている。また、突条部５２、５３のＣＬ方向のバルブ開口１１の反対側には、テーパ形状の面取り部５５が設けられている。そして、面取り部５４は、面取り部５５よりも緩やかな傾斜面であり、バルブ開口１１の開口面積をボールバルブ１の半径方向外側に向かって次第に漸増するように傾斜した傾斜面を有している。
突条部５２、５３の回転方向の両端部には、テーパ形状の面取り部５６がそれぞれ設けられている。面取り部５６は、ボール基準面２３から各突条部５２、５３の頂き面に向かって上り勾配となるように傾斜した傾斜面を有している。

そして、ボール面２１には、ボールバルブ１の外周面（突条部５２、５３以外の凸球面）に沿ったボール基準面２３が設けられている。また、バルブシート２には、ボールバルブ１の各突条部５２、５３の頂き面に沿ったボール接触面２４が設けられている。
ボール基準面２３には、ボールバルブ１の閉弁時にシール面３１が摺動接触する。
ボール接触面２４は、ボールバルブ１の回転軸線（ＣＬ）を中心とする半径方向外側に凸となる凸球面形状を呈し、ボール基準面２３よりも半径方向外側に突出した位置に設けられている。このボール接触面２４は、バルブ開口１１の開口端面であり、ボール基準面２３と比べてスプリング３の押し付け荷重方向の反対側に突出するように設けられている。

バルブシート２には、ボールバルブ１の閉弁時に、スプリング３の弾性力によってボール面２１に押し付けられて、ボール面２１のボール基準面２３に摺動接触する円環状のシール面３１が形成されている。
このシール面３１よりも半径方向外側には、ボールバルブ１の開弁時に、スプリング３の弾性力によってボールバルブ１に押し付けられて、ボール接触面２４と摺動接触する円環状のシート接触面３３が設けられている。このシート接触面３３は、シール面３１の周囲を周方向に取り囲むように設けられている。

ここで、ボールバルブ１の閉弁時には、バルブシート２がスプリング３の押し付け荷重方向に移動することで、ボール基準面２３とシール面３１が摺動接触する。このとき、内周突起５１の図示上端面と外周突起４２の図示下端面との間の隙間が最も狭くなる。
また、閉弁時には、バルブシート２およびスリーブ７がスプリング３の押し付け荷重方向に所定の距離分だけ自由に変位できる。
また、閉弁時には、スプリング３の押し付け荷重によって、バルブシート２のシール面３１がボールバルブ１に押し付けられることで、ボール基準面２３とシール面３１が接触状態となり、ボール面２１とシール面３１の間の隙間が液密的にシールされる。

一方、ボールバルブ１の開弁動作時には、バルブシート２が、ボール基準面２３から面取り部５６を経てボール接触面２４上に乗り上げるため、ボール接触面２４とシート接触面３３が摺動接触し、且つボール基準面２３とシール面３１が非接触状態となる。このとき、シール面３１は、バルブ開口１１の内壁面よりも内側に位置する。
また、ボール接触面２４とシート接触面３３が接触している。このため、バルブシート２の、スプリング３の押し付け荷重方向の位置が固定される。

したがって、バルブシート２のシール面３１の耐摩耗性を向上させるという目的で、ボールバルブ１の閉弁時にボール面２１のボール基準面２３と摺動接触するシール面３１と、ボールバルブ１の開弁時にボール接触面２４と摺動接触するシート接触面３３とを分離することで、バルブシート２のシール面３１の摩耗を低減することができる。
以上のように、本実施例のバルブ装置においては、実施例１と同様な効果を奏する。

［実施例３の構成］
図１０および図１１は、本発明を適用したボール型ロータリバルブ装置（実施例３）を示したものである。ここで、実施例１及び２と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。

本実施例のハウジング５には、スリーブ７の外周突起４２と接触してスリーブ７の移動を規制する内周突起５１が設けられている。
スリーブ７には、内周突起５１に対して接触可能に対向し、且つ内周突起５１に係止される外周突起４２が設けられている。
そして、内周突起５１および外周突起４２には、スプリング３の押し付け荷重方向に対して傾斜した傾斜面６１、６２が形成されている。
傾斜面６１は、ハウジング５の図示上端から図示下端へ向かって冷却水流路１４の流路断面積が次第に漸減するように傾斜した円錐面である。
傾斜面６２は、スリーブ７の図示上端から図示下端へ向かって外周突起４２の突出量が次第に漸減するように傾斜した円錐面である。

以上のように、本実施例のバルブ装置においては、実施例１及び２と同様な効果を奏する。
その他、内周突起５１と外周突起４２の対向面を傾斜化することで、バルブシート２およびスリーブ７の水平方向（図示左右方向）の変位を拘束し、ボールバルブ１の開弁時に、エンジン振動や自動車の振動による、ボール面２１とシール面３１の摺動接触を避けることができる。これにより、ボール面２１およびシール面３１の摩耗を抑制することができる。

［実施例４の構成］
図１２および図１３は、本発明を適用したバルブ装置（実施例４）を示したものである。ここで、実施例１〜３と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。

本実施例のバルブ装置は、実施例１と同様に、多面の球面体形状のボールバルブ１、円環形状のバルブシート２、スプリング３およびケーシングを備えている。
ケーシングは、少なくともハウジング４、５および筒状のスリーブ７を備えている。
ボールバルブ１は、ボール面２１およびボール接触面２５を有している。
ボール接触面２５は、バルブ開口１１の開口端面であり、バルブ開口１１の開口周縁に設けられている。このボール接触面２５には、ボールバルブ１の開弁時にシート接触面３５が摺動接触する。

ボールバルブ１のＣＬ方向のバルブ開口側の開口周縁には、テーパ形状の面取り部５４が設けられている。
また、ボールバルブ１の回転方向におけるバルブ開口１１の両端部には、テーパ形状の面取り部５８がそれぞれ設けられている。これらの各面取り部５８は、バルブ開口１１の開口周縁に円弧状に設けられて、バルブ開口１１の開口端に向かって上り勾配となるように傾斜した傾斜面を有している。すなわち、面取り部５８は、ボールバルブ１の閉弁動作時に、バルブシート２がバルブ開口１１からボール面２１上へ円滑に乗り上げるテーパ形状に形成されている。

バルブシート２には、円環状のシール面３１よりも半径方向外側に円環状のシート凹部３４が設けられている。このシート凹部３４は、スプリング３の押し付け荷重方向の反対側に凹むように設けられている。
シート凹部３４の半径方向外側には、ボール面２１に対して摺動接触可能に対向し、スプリング３の弾性力によってボール面２１に押し付けられる円環状のシート接触面３５が形成されている。

シート接触面３５は、円環状の段差３６を介してシール面３１と接続している。このシート接触面３５は、シール面３１の周囲を周方向に取り囲むように設けられている。また、シート接触面３５は、ボールバルブ１の開弁時にボール接触面２５と摺動接触し、且つボールバルブ１の閉弁時にボール面２１と非接触状態となる。
ここで、ボールバルブ１の閉弁時におけるシート接触面３５の位置は、図中の一点鎖線で示す基準線ＳＬで示されて、開弁時におけるシート接触面３５の位置よりも図示上方に位置している。なお、基準線ＳＬは、実際はバルブシート２を保持するリング板４３の位置を示している。すなわち、ボールバルブ１の開弁時には、基準線ＳＬよりも図示下方にリング板４３が配置される。

シート凹部３４の半径方向内側には、シール面３１が配置されている。このシール面３１は、シート開口１２の開口周縁に設けられている。また、シール面３１は、シート接触面３５と比べてスプリング３の押し付け荷重方向に突出するように設けられている。また、シール面３１は、ボールバルブ１の閉弁時にボール面２１と摺動接触し、且つボールバルブ１の開弁時にボール面２１およびボール接触面２５と非接触状態となる。

そして、バルブ装置には、ハウジング５に内周突起が設けられておらず、また、スリーブ７に外周突起が設けられていない。これにより、ボール面２１にシール面３１が接触している場合（閉弁状態）よりも、ボール面２１にシート接触面３５が接触している場合（開弁状態）と比べて、バルブシート２およびスリーブ７の位置が図示下方で固定される。 よって、バルブシート２は、開弁時に、バルブシート２とスリーブ７の移動をボール面２１が規制した際に、シール面３１がバルブ開口１１の内部に入り込んだ状態で固定される。すなわち、ボール面２１は、バルブシート２と接触してバルブシート２とスリーブ７の移動を規制するシート規制部としての機能を有している。

ここで、ボールバルブ１の閉弁時には、シール面３１がボール面２１に乗り上げることで、バルブシート２がスプリング３の押し付け荷重方向に移動する。つまりバルブシート２が図１２（ｂ）に示した矢印方向（図示上方）に移動する。
また、ボールバルブ１の閉弁時には、スプリング３の押し付け荷重によって、シール面３１がボールバルブ１に押し付けられることで、ボール面２１とシール面３１が接触状態となり、ボール面２１とシール面３１の間の隙間が液密的にシールされる。
また、ボールバルブ１の閉弁時には、ボール面２１とシール面３１が接触しているので、バルブシート２およびスリーブ７のリング板４３が、開弁時よりも図示上方側に固定される。

一方、ボールバルブ１の開弁動作時には、バルブシート２のシール面３１が、ボール面２１から面取り部５８を経てバルブ開口１１に侵入するため、ボール接触面２５とシート接触面３５が摺動接触し、且つボール面２１とシール面３１が非接触状態となる。このとき、シール面３１は、バルブ開口１１の内壁面よりも内側に位置する。また、ボール接触面２５とシート接触面３５が接触している。このため、バルブシート２の、スプリング３の押し付け荷重方向の位置が固定される。
また、ボールバルブ１の閉弁動作時には、バルブシート２のシール面３１が、バルブ開口１１から面取り部５８を経てボール面２１へ乗り上げるため、ボール面２１とシール面３１が摺動接触し、且つボール接触面２５とシート接触面３５が非接触状態となる。

したがって、シール面３１の耐摩耗性を向上させるという目的で、ボールバルブ１の閉弁時にボール面２１と摺動接触するシール面３１と、ボールバルブ１の開弁時にボール接触面２５と摺動接触するシート接触面３５とを分離することで、シール面３１の摩耗を低減することができる。
以上のように、本実施例のボール型ロータリバルブにおいては、実施例１〜３と同様な効果を奏する。

［変形例］
本実施例では、回転型のバルブの一例としてボールバルブを用いる例を示したが、限定するものではなく、例えば外周面が凸球面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。
本実施例では、開弁時に流体（実施例では冷却水）が回転型のバルブ（実施例ではボールバルブ）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。

本実施例では、電動アクチュエータによってボールバルブを回動操作する例を示したが、ボールバルブの駆動手段を限定しない。
本実施例では、スリーブとバルブシート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。
本実施例では、スプリング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、ゴム部材を用いる等、種々適用可能なものである。

本実施例では、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。
本実施例では、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
２ バルブシート
３ スプリング（弾性部材）
４ ハウジング
５ ハウジング
７ スリーブ
１１ バルブ開口（第１開口）
１２ シート開口（第２開口）
２１ ボール面
３１ シール面

Claims (13)

1. 所定の回転軸線を中心とする半径方向外側に凸となる凸球面形状のボール面（２１）、およびこのボール面で開口し、且つ流体が通過可能な第１開口（１１）を有するバルブ（１）と、
   前記ボール面に対して摺動接触可能に対向し、前記ボール面に押し付けられると共に、前記第１開口と連通可能な第２開口（１２）を有する環状のシート（２）と
   を備え、
   前記バルブをその回転方向に往復移動させることで、少なくとも開閉動作が行われるバルブ装置において、
   前記シートは、前記ボール面と前記第２開口が重なり合う閉弁時に、前記ボール面と摺動接触するシール面（３１）、および前記第１開口と前記第２開口が重なり合う開弁時に、前記第１開口の開口内壁面（１７）または開口端面（２４、２５）に摺動接触するシート接触面（３２、３３、３５）を有し、
   前記バルブに前記シートを弾性的に押し付ける押し付け荷重方向の弾性力を発生する弾性部材（３）と、
   前記バルブを回転可能に収容するハウジング（４、５）と、
   前記シートを保持する保持部（４３、４４）を有し、前記シートと共に前記弾性部材の押し付け荷重方向へ移動可能な筒状のスリーブ（７）とを備え、
   前記ハウジングは、前記スリーブと接触して前記スリーブの前記荷重方向への移動を規制する規制部（５１）を有してい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、
   前記スリーブは、前記規制部に対して接触可能に対向し、且つ前記規制部に係止される被係止部（４２）を有し、
   前記規制部および前記被係止部は、前記弾性部材の押し付け荷重方向に対して傾斜した傾斜面（６１、６２）を有していることを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のバルブ装置において、
   前記シートは、前記シール面よりも半径方向外側に設けられて、前記弾性部材の押し付け荷重とは反対方向へ凹んだ凹部（３４）を有していることを特徴とするバルブ装置。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   前記ボール面は、前記閉弁時に、前記シール面と摺動接触するボール基準面（２３）を有し、
   前記第１開口の開口端面は、前記開弁時に、前記シート接触面（３３）と摺動接触するボール接触面（２４）であり、
   前記ボール接触面は、前記ボール基準面と比べて前記弾性部材の押し付け荷重方向の反対側に突出するように設けられており、
   前記シート接触面は、前記シール面の周囲を周方向に取り囲むように設けられていることを特徴とするバルブ装置。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   前記第１開口の開口端面は、前記第１開口の開口周縁に設けられるボール接触面（２５）であり、
   前記シール面は、前記シート接触面（３５）と比べて前記弾性部材の押し付け荷重方向に突出するように設けられて、前記閉弁時に、前記ボール面と摺動接触し、
   前記シート接触面は、前記シール面の周囲を周方向に取り囲むように設けられて、前記開弁時に、前記ボール接触面と摺動接触することを特徴とするバルブ装置。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   前記バルブは、前記第１開口の開口周縁に面取り部（５４）を有し、
   前記面取り部は、前記第１開口の開口面積が、前記バルブの半径方向外側に向かって次第に漸増するように傾斜した傾斜面を有していることを特徴とするバルブ装置。
7. 請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   前記バルブは、その回転方向における前記第１開口の両端部に面取り部（５８）を有し、
   前記面取り部は、前記第１開口の開口面積が、前記バルブの回転方向における往復移動する側に向かって次第に漸増するように傾斜した傾斜面を有していることを特徴とするバルブ装置。
8. 所定の回転軸線を中心とする半径方向外側に凸となる凸球面形状のボール面（２１）、およびこのボール面で開口し、且つ流体が通過可能な第１開口（１１）を有するバルブ（１）と、
   前記ボール面に対して摺動接触可能に対向し、前記ボール面に押し付けられると共に、前記第１開口と連通可能な第２開口（１２）を有する環状のシート（２）と
   を備え、
   前記バルブをその回転方向に往復移動させることで、少なくとも開閉動作が行われるバルブ装置において、
   前記シートは、前記ボール面と前記第２開口が重なり合う閉弁時に、前記ボール面と摺動接触するシール面（３１）、および前記第１開口と前記第２開口が重なり合う開弁時に、前記第１開口の開口内壁面（１７）または開口端面（２４、２５）に摺動接触するシート接触面（３２、３３、３５）を有し、
   前記バルブに前記シートを弾性的に押し付ける押し付け荷重方向の弾性力を発生する弾性部材（３）を備え、
   前記シートは、前記シール面よりも半径方向外側に設けられて、前記弾性部材の押し付け荷重とは反対方向へ凹んだ凹部（３４）を有していることを特徴とするバルブ装置。
9. 所定の回転軸線を中心とする半径方向外側に凸となる凸球面形状のボール面（２１）、およびこのボール面で開口し、且つ流体が通過可能な第１開口（１１）を有するバルブ（１）と、
   前記ボール面に対して摺動接触可能に対向し、前記ボール面に押し付けられると共に、前記第１開口と連通可能な第２開口（１２）を有する環状のシート（２）と
   を備え、
   前記バルブをその回転方向に往復移動させることで、少なくとも開閉動作が行われるバルブ装置において、
   前記シートは、前記ボール面と前記第２開口が重なり合う閉弁時に、前記ボール面と摺動接触するシール面（３１）、および前記第１開口と前記第２開口が重なり合う開弁時に、前記第１開口の開口内壁面（１７）または開口端面（２４、２５）に摺動接触するシート接触面（３２、３３、３５）を有し、
   前記バルブに前記シートを弾性的に押し付ける押し付け荷重方向の弾性力を発生する弾性部材（３）を備え、
   前記ボール面は、前記閉弁時に、前記シール面と摺動接触するボール基準面（２３）を有し、
   前記第１開口の開口端面は、前記開弁時に、前記シート接触面（３３）と摺動接触するボール接触面（２４）であり、
   前記ボール接触面は、前記ボール基準面と比べて前記弾性部材の押し付け荷重方向の反対側に突出するように設けられており、
   前記シート接触面は、前記シール面の周囲を周方向に取り囲むように設けられていることを特徴とするバルブ装置。
10. 請求項８に記載のバルブ装置において、
    前記ボール面は、前記閉弁時に、前記シール面と摺動接触するボール基準面（２３）を有し、
    前記第１開口の開口端面は、前記開弁時に、前記シート接触面（３３）と摺動接触するボール接触面（２４）であり、
    前記ボール接触面は、前記ボール基準面と比べて前記弾性部材の押し付け荷重方向の反対側に突出するように設けられており、
    前記シート接触面は、前記シール面の周囲を周方向に取り囲むように設けられていることを特徴とするバルブ装置。
11. 所定の回転軸線を中心とする半径方向外側に凸となる凸球面形状のボール面（２１）、およびこのボール面で開口し、且つ流体が通過可能な第１開口（１１）を有するバルブ（１）と、
    前記ボール面に対して摺動接触可能に対向し、前記ボール面に押し付けられると共に、前記第１開口と連通可能な第２開口（１２）を有する環状のシート（２）と
    を備え、
    前記バルブをその回転方向に往復移動させることで、少なくとも開閉動作が行われるバルブ装置において、
    前記シートは、前記ボール面と前記第２開口が重なり合う閉弁時に、前記ボール面と摺動接触するシール面（３１）、および前記第１開口と前記第２開口が重なり合う開弁時に、前記第１開口の開口内壁面（１７）または開口端面（２４、２５）に摺動接触するシート接触面（３２、３３、３５）を有し、
    前記バルブに前記シートを弾性的に押し付ける押し付け荷重方向の弾性力を発生する弾性部材（３）を備え、
    前記第１開口の開口端面は、前記第１開口の開口周縁に設けられるボール接触面（２５）であり、
    前記シール面は、前記シート接触面（３５）と比べて前記弾性部材の押し付け荷重方向に突出するように設けられて、前記閉弁時に、前記ボール面と摺動接触し、
    前記シート接触面は、前記シール面の周囲を周方向に取り囲むように設けられて、前記開弁時に、前記ボール接触面と摺動接触することを特徴とするバルブ装置。
12. 請求項８ないし請求項１０のうちいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記第１開口の開口端面は、前記第１開口の開口周縁に設けられるボール接触面（２５）であり、
    前記シール面は、前記シート接触面（３５）と比べて前記弾性部材の押し付け荷重方向に突出するように設けられて、前記閉弁時に、前記ボール面と摺動接触し、
    前記シート接触面は、前記シール面の周囲を周方向に取り囲むように設けられて、前記開弁時に、前記ボール接触面と摺動接触することを特徴とするバルブ装置。
13. 請求項８ないし請求項１２のうちいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    前記バルブは、前記第１開口の開口周縁に面取り部（５４）を有し、
    前記面取り部は、前記第１開口の開口面積が、前記バルブの半径方向外側に向かって次第に漸増するように傾斜した傾斜面を有していることを特徴とするバルブ装置。
    

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