JP6634572B2 - 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、シャフトに円板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、流体通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、例えば金属プレートを弾性部材で被覆して得られた弁体を有する。弁体が回動されてその外周部が通路の内面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２０００−１７０９２６号公報

このようなバタフライバルブは、閉弁状態において高圧側と低圧側との差圧が弁体に作用する。この差圧は、後述のように、弁体の回転軸に対して一方の側のシール部には閉方向に作用するが、他方の側のシール部には開方向に作用する。このため、例えば冷凍サイクルなど、特に高圧流体を扱う装置に適用した場合、十分なシール性能が得られなくなる可能性があった。

本発明の目的の一つは、バタフライバルブの閉弁時のシール性能を高めることにある。

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、プレートと、そのプレートの外周部に沿って配設された弾性部材を含む。弾性部材は、通路の内面に着脱して通路を開閉するシール部を有する。プレートは、閉弁状態においてシール部のシール中心よりも低圧側に通路の内面との間隙を狭小化させる特定形状を、シャフトの軸線に対して両側に有する。

この態様では、通路側に弾性体は設けられず、弁体を構成するプレートの外周部に沿って弾性部材が配設される。そして特に、プレートが特定形状を有することにより、閉弁時にシール中心よりも低圧側における通路の内面とプレートとの間隙が狭くなる。このため、閉弁時の差圧がシール部の一部に開方向に作用したとしても、その間隙が抵抗となってシール部の変位を規制する。このとき、その抵抗に逆らって弾性部材が通路とプレートとの狭い間隙に押し込まれようとすることで、差圧が開方向に作用するシール部についても面圧が上昇し、弁体が自封性を発揮することとなる。この態様によれば、バタフライバルブの閉弁時のシール性能を高め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閉弁時のシール性能を高め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。 シール方法の原理を模式的に表す図である。 図７のシール方法を実現するための具体的構造を表す図である。 図７のシール方法を実現するための具体的構造を表す図である。 第２実施形態に係るバタフライバルブの弁体の構成を表す図である。 第１変形例に係る弁体の断面図である。 第２変形例に係るバタフライバルブの弁体の構成を表す図である。 変形例に係るシール方法を模式的に表す図である。 変形例に係るトルク低減方法を模式的に表す図である。 変形例に係るプレートの構造を表す図である。

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は図２（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。

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、通路１６はＴ字状の通路とされている。すなわち、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。

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、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、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。

図３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。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、軸シール部材５４側への冷媒の流通を抑制している。

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、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通路１６の内壁面には、切削加工による一対の平坦面７１，７３が形成されており、それらの平坦面により弁体１８の軸線方向への動きが規制されている。これらの平坦面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、その外周部が通路１６の内周面に沿って当接する。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、通路１６の軸線に沿う状態から一方向（図中反時計回り）に又は反対方向（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。

弁体１８が一方向に回動することにより第１の弁が閉じ（図中点線状態）、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、弁体１８が他方向に回動することにより第２の弁を閉じ（図中波線状態）、第２流路が開放され、第１流路が閉止（遮断）される。本実施形態では、第１の弁および第２の弁のいずれの開閉に際しても、弁体１８が、第１通路２４の軸線に対して９０度よりも小さい角度をなすようにして第１通路２４の内面に着脱する。

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Ｃ−Ｃ矢視断面図である。図５は弁体１８を構成するプレートの外観を表す図である。図５（Ａ）は斜視図であり、図５（Ｂ）は正面図であり、図５（Ｃ）は平面図である。図６は弁体１８の外観を表す図である。図６（Ａ）は斜視図であり、図６（Ｂ）は正面図であり、図６（Ｃ）は平面図である。

図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、弁体１８は、金属製のプレート７２の外面を弾性部材７４により被覆して得られ、軸線Ｌ１に対して対称な構造を有する。図５（Ａ）〜（Ｃ）にも示すように、プレート７２は、正面視楕円状をなし、シャフト２０を挿通する筒状のベース８０と、ベース８０から半径方向外向きに延出する板状の本体部８２と、本体部８２の外周部に沿って設けられたシール支持部８４とを有する。ベース８０の内方にシャフト２０を挿通するための取付孔８６が形成されている。図４（Ｂ）に示すように、シール支持部８４は断面三股形状をなし、本体部８２の延在方向に延出する第１支持部８１と、本体部８２から弁体１８の回転方向一方の側に延出する第２支持部８３と、本体部８２から弁体１８の回転方向他方の側に延出する第３支持部８５とを有する。第２支持部８３と第３支持部８５とは、本体部８２の径方向の断面において本体部８２に対して互いに反対側に延び、それぞれ第１支持部８１と約９０度の角度をなす。

弁体１８の製造工程においては、プレート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、そのゴムとプレート７２との加硫接合が行われる。それにより、弾性部材７４がプレート７２に対し、密着した状態で安定に固定される。

図４（Ａ）に示すように、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８６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８８を構成する。

一方、ベース８０の内壁面には、一対の回転力伝達面８８にそれぞれ当接する一対の受圧面９０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８８が受圧面９０を押圧することによりプレート７２に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通路１６の切り替えを実現する。

図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、弁体１８は、平面視において上下左右対称に構成されている。弾性部材７４は、プレート７２の外面全体を滑らかに覆うベース部７５と、ベース部７５から突設され、弁体１８の外周面に沿って連続する帯状のシール部７７とを有する。弾性部材７４の上端面および下端面は、それぞれ軸線に対して垂直であり、互いに平行な平坦面９２，９４とされている。平坦面９２には、取付孔８６の上端開口部を取り囲むように円形の環状ビード９６が突設されている。環状ビード９６は、挿通孔３６の開口部を同軸状に取り囲みつつ、通路１６の平坦面７１に密着し、弁体１８の内方への冷媒の流入を阻止する「第１環状シール部」として機能する（図２（Ａ）参照）。一方、平坦面９４には、取付孔８６の下端開口部を取り囲むように円形の環状ビード９８が突設されている。この環状ビード９８は、軸受穴３８の開口部を同軸状に取り囲みつつ、通路１６の平坦面７３に密着し、弁体１８の内方への冷媒の流入を阻止する「第２環状シール部」として機能する（図２（Ａ）参照）。

また、弾性部材７４の外周面に沿って円弧を描くようにビード１００，１０２，１０４および１０６が突設されている。弁体１８の軸線Ｌ１に対して一方の側にビード１００，１０２が並設され、他方の側にビード１０４，１０６が並設されている。一方、弾性部材７４の上面には、環状ビード９６から半径方向外向きに延出するように一対の直線ビード１０８，１１０が設けられている。さらに、これら直線ビード１０８，１１０の先端とそれぞれ直交するように弧状ビード１１２，１１４が設けられている。ビード１００の上端が弧状ビード１１２の一端とつながり、ビード１０２の上端が弧状ビード１１２の他端とつながっている。ビード１０４の上端が弧状ビード１１４の一端とつながり、ビード１０６の上端が弧状ビード１１４の他端とつながっている。

同様に、弾性部材７４の下面には、環状ビード９８から半径方向外向きに延出するように一対の直線ビード１１６，１１８が設けられている。さらに、これら直線ビード１１６，１１８の先端とそれぞれ直交するように弧状ビード１２０，１２２が設けられている。ビード１００の下端が弧状ビード１２０の一端とつながり、ビード１０２の下端が弧状ビード１２０の他端とつながっている。ビード１０４の下端が弧状ビード１２２の一端とつながり、ビード１０６の下端が弧状ビード１２２の他端とつながっている。

弧状ビード１１２，１１４は、環状ビード９６と同心状に設けられている。同様に、弧状ビード１２０，１２２は、環状ビード９８と同心状に設けられている。なお、ここでいう「同心状」は、円弧状であることは望ましいが、図示のように弧状ビードの長さが短い場合、直線状（環状シール部の同心円の接線方向に延びる形状）としてもよい。このような直線状は、実質的に「同心状」の概念に含めてよい。

環状ビード９６，直線ビード１０８，１１０および弧状ビード１１２，１１４は、弁部の開閉状態にかかわらず、実質的に同じ潰し代にて通路１６の平坦面７１に密着する。弧状ビード１１２，１１４は、弾性部材７４において軸線Ｌ１を中心とした半径方向の最も外側で平坦面７１に当接する。同様に、環状ビード９８，直線ビード１１６，１１８および弧状ビード１２０，１２２も、弁部の開閉状態にかかわらず、実質的に同じ潰し代にて通路１６の平坦面７３に密着する。弧状ビード１２０，１２２は、弾性部材７４において軸線Ｌ１を中心とした半径方向の最も外側で平坦面７３に当接する。

なお、ビード１０２，１０４が第１の弁を開閉する「第１ビード部」として機能し、ビード１００，１０６が第２の弁を開閉する「第２ビード部」として機能する。環状ビード９６が「第１環状シール部」として機能し、環状ビード９８が「第２環状シール部」として機能する。弧状ビード１１２，１１４が「第１シール接続部」として機能し、直線ビード１０８，１１０が「第２シール接続部」として機能する。弧状ビード１２０，１２２が「第３シール接続部」として機能し、直線ビード１１６，１１８が「第４シール接続部」として機能する。各ビードは、断面半円状をなしている。

第１の弁が閉じられるときには、ビード１０２，１０４が通路１６の内面に沿って密着する。このとき、ビード１０２，１０４が通路１６の内面にて強圧縮され、十分なシール性能が確保される。すなわち、環状ビード９６→直線ビード１０８→弧状ビード１１２→ビード１０２→弧状ビード１２０→直線ビード１１６→環状ビード９８→直線ビード１１８→弧状ビード１２２→ビード１０４→弧状ビード１１４→直線ビード１１０→環状ビード９６のように連続的につながる環状のシール構造が実現され、第１の弁を介する冷媒の流通が確実に遮断される。このとき、ビード１００，１０６は、通路１６の内面から離脱している（図２（Ｂ）の点線参照）。

一方、第２の弁が閉じられるときには、ビード１００，１０６が通路１６の内面に沿って密着する。このとき、ビード１００，１０６が通路１６の内面にて強圧縮され、十分なシール性能が確保される。すなわち、環状ビード９６→直線ビード１０８→弧状ビード１１２→ビード１００→弧状ビード１２０→直線ビード１１６→環状ビード９８→直線ビード１１８→弧状ビード１２２→ビード１０６→弧状ビード１１４→直線ビード１１０→環状ビード９６のように連続的につながる環状のシール構造が実現され、第２の弁を介する冷媒の流通が確実に遮断される。このとき、ビード１０２，１０４は、通路１６の内面から離脱している（図２（Ｂ）の破線参照）。

次に、本実施形態のシール構造およびシール方法の詳細について説明する。
図７は、シール方法の原理を模式的に表す図である。図７（Ａ）および（Ｂ）は、弁体のシール性能を向上させる構造を示す。図７（Ｃ）および（Ｄ）は、閉弁時における弁体の締め切りトルクを低減させる構造を示す。図８および図９は、図７のシール方法を実現するための具体的構造を表す図である。図８（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ図６（Ｂ）のＡ−Ａ〜Ｅ−Ｅ矢視断面を示す。図９（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ図６（Ｂ）のＦ−Ｆ〜Ｉ−Ｉ矢視断面を示す。

本実施形態では、弁体１８が高圧流体下におかれても十分なシール性能を確保すること（シール性能向上）、および閉弁時の締め切りトルクを抑制すること（トルク低減）を両立させる。シール性能向上の観点から、図７（Ａ）および（Ｂ）に示すように、プレート７２が、閉弁状態においてシール部のシール中心よりも低圧側に通路１６の内面との間隙を狭小化させる特定形状を有する。すなわち、上述のように、シール支持部８４が三股形状とされている。なお、ここでいう「シール部」は、弾性部材７４において閉弁時に通路１６に押し付けられて弾性変形する部分（押し潰される部分）である。「シール中心」は、シール部において最も高いシール面圧を発生させる部分を意味する。

図７（Ａ）に示すように、第１の弁が閉じられることにより、第１導出ポート３２側が高圧、第２導出ポート３４側が低圧となる場合、導入ポート３０側からみてシャフト２０よりも奥側のシール部Ｓ１には自開方向、シャフト２０よりも手前側のシール部Ｓ２には自閉方向の差圧が作用する。このような状況であっても、シール部Ｓ１のシール中心よりも低圧側に狭小部Ｐが形成されるため、その狭小部Ｐの間隙が抵抗となってシール部Ｓ１の変位を規制する。このとき、その抵抗に逆らってシール部Ｓ１がその間隙に押し込まれようとすることでその面圧が上昇し、シール部Ｓ１についても自封性を発揮させることができる。

図７（Ｂ）に示すように、第２の弁が閉じられることにより、第２導出ポート３４側が高圧、第１導出ポート３２側が低圧となる場合においても、シール部Ｓ１に自開方向、シール部Ｓ２に自閉方向の差圧が作用する。このような状況であっても、シール部Ｓ１のシール中心よりも低圧側に狭小部Ｐが形成されるため、シール部Ｓ１の変位を規制する。このため、自開側のシール部Ｓ１についても面圧が上昇し、自封性を発揮させることができる。以上により、いずれの弁が閉じるときにもシール性能を高めることが可能となる。

また、トルク低減の観点から、図７（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、弾性部材７４が、閉弁時に通路１６の内面に沿って密着可能となるよう、プレート７２側から通路１６の内面に向けて突出するビード部（ビード１００〜１０６）を有する。閉弁時には、これらのビード部がシール部Ｓ１，Ｓ２を構成する。

図７（Ｃ）に示すように、第１の弁が閉じられる場合、ビード１０４がシール部Ｓ１となり、ビード１０２がシール部Ｓ２となる。これらのビード１０２，１０４が「第１シール部」を構成する。また、図７（Ｄ）に示すように、第２の弁が閉じられる場合には、ビード１００がシール部Ｓ１となり、ビード１０６がシール部Ｓ２となる。これらビード１００，１０６が「第２シール部」を構成する。第１ビード部および第２ビード部の一方が通路１６に密着した状態では、他方は通路１６から離脱する。このように、通路１６との密着部位をビード部に限定することで、閉弁時に弾性部材７４における潰し量を最小限に抑えることができ、弁体１８の締め切りトルクを小さく抑えることができる。

図８（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、ビード１０２，１０４は、それぞれ全長にわたり、第１支持部８１と第３支持部８５とによる二股形状（「第１の股形状」に対応する）に挟まれる。ビード１０２，１０４の中心（シール中心）は、その二股形状の中心線上に位置する。これらのビードが第１の弁の閉弁時においてほぼ同時に通路１６の内面に着座し、それらの潰し代がほぼ均一となるよう、両ビードの形状および配置構成が定められている。それにより、第１の弁が閉弁を開始してから締め切るまでの弾性部材７４の潰し量を最小限に抑えることができる。その結果、弁体１８が第１の弁を閉じる際の締め切りトルクを小さく抑えることができる。

同様に、ビード１００，１０６は、それぞれ全長にわたり、第１支持部８１と第２支持部８３とによる二股形状（「第２の股形状」に対応する）に挟まれる。ビード１００，１０６の中心（シール中心）は、その二股形状の中心線上に位置する。これらのビードが第２の弁の閉弁時においてほぼ同時に通路１６の内面に着座し、それらの潰し代がほぼ均一となるよう、両ビードの形状および配置構成が定められている。それにより、第２の弁が閉弁を開始してから締め切るまでの弾性部材７４の潰し量を最小限に抑えることができる。その結果、弁体１８が第２の弁を閉じる際の締め切りトルクを小さく抑えることができる。

図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、環状ビード９６，直線ビード１０８および弧状ビード１１２は、通路１６の開閉状態にかかわらず、通路１６の平坦面７１に密着する。図示を省略するが、直線ビード１１０および弧状ビード１１４についても同様である。既に述べたように、弧状ビード１１２，１１４が、弁体１８の軸線を中心とした半径方向の最も外側で平坦面７１に当接する。このため、開弁時に弁体１８の作動トルク（回動抵抗）を発生させる部分を、弧状ビード１１２，１１４およびその内方の領域のみとすることができる。しかも、弧状ビード１１２，１１４は、環状ビード９６と同心状に設けられているため、回動抵抗を小さく抑えることができる。直線ビード１０８，１１０についても、半径方向にそれぞれ一本ずつとされているため、潰し量を考慮しても概ね線接触であり、平坦面７１との接触面積は小さく抑えられる。このため、弁体１８のシール性を確保しつつも、その作動トルクを小さく抑えることができる。

同様に、環状ビード９８，直線ビード１１６および弧状ビード１２０は、通路１６の開閉状態にかかわらず、通路１６の平坦面７３に密着する。図示を省略するが、直線ビード１１８および弧状ビード１２２についても同様である。既に述べたように、弧状ビード１２０，１２２が、弁体１８の軸線を中心とした半径方向の最も外側で平坦面７３に当接し、環状ビード９８と同心状に設けられている。直線ビード１１６，１１８についても半径方向にそれぞれ一本ずつとされている。このため、弁体１８のシール性を確保しつつも、その作動トルクを小さく抑えることができる。

また、図９（Ｄ）に示すように、プレート７２の上端部近傍および下端部近傍には、それぞれ半径方向外向きに突出するフランジ部１３０，１３２が設けられている。フランジ部１３０は、プレート７２の上端に向けて外径が徐々に小さくなる形状を有する。それにより、環状ビード９６の内側にプレート７２と平坦面７１との間隙を狭小化させる環状狭小部Ｐ２が形成される。すなわち、環状狭小部Ｐ２が「特定環形状」を有する。同様に、フランジ部１３２は、プレート７２の下端に向けて外径が徐々に小さくなる形状を有する。それにより、環状ビード９８の内側にプレート７２と平坦面７３との間隙を狭小化させる環状狭小部Ｐ２が形成される。

このため、弁体１８が閉弁状態となったときに、環状ビード９６，９８の高圧側の側面に半径方向内向きの差圧が作用したとしても、その環状狭小部Ｐ２の間隙が抵抗となってその環状シール部の変位を規制する。このとき、その抵抗に逆らって環状シール部がその間隙に押し込まれようとすることでその面圧が上昇し、自封性を発揮する。このような構成により、バタフライバルブ１０の閉弁時のシール性能を高めることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、閉弁時にシール部のシール中心よりも低圧側に狭小部ができるようプレートを構成することで、高圧流体下での弁部のシールを確保するという課題に対処することができる。また、弁体の外周面に沿って帯状のシール部（ビード部）を形成し、通路に対してほぼ同時に着脱できる配置構成とすることで、弁体の締め切りトルクを抑制するという課題に対処することができる。さらに、通路の平坦部に常に当接するシール部を、環状シール部と弧状シール部とそれらをつなぐ直線状シール部に留めることで、弁体の作動トルクを抑制するという課題に対処することができる。

［第２実施形態］
図１０は、第２実施形態に係るバタフライバルブの弁体の構成を表す図である。図１０（Ａ）は正面図であり、図１０（Ｂ）は平面図であり、図１０（Ｃ）は図１０（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。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。

本実施形態では、弾性部材がプレートの外面全体を覆ってはおらず、ビード部のみにより構成される点が第１実施形態と異なる。すなわち、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、弁体２１８は、プレート７２の外周面に沿って弾性部材２７４を配設して得られ、軸線Ｌ１に対して対称な構造を有する。弾性部材２７４は、第１実施形態の弾性部材７４からベース部７５を除き、シール部７７を残したような構造を有する。すなわち、弾性部材２７４は、環状ビード９６、直線ビード１０８、弧状ビード１１２、ビード１００，１０２、弧状ビード１２０、直線ビード１１６、環状ビード９８、直線ビード１１８、弧状ビード１２２、ビード１０４，１０６、弧状ビード１１４および直線ビード１１０を連続的につなげて構成される。

プレート７２の上端面および下端面は、それぞれ軸線Ｌ１に対して垂直であり、互いに平行な平坦面２９２，２９４とされている。平坦面２９２に環状ビード９６が設けられ、平坦面２９４に環状ビード９８が設けられている。第１実施形態と同様に、環状ビード９６，直線ビード１０８，１１０および弧状ビード１１２，１１４は、実質的に同じ潰し代にて通路１６の平坦面７１に密着する。同様に、環状ビード９８，直線ビード１１６，１１８および弧状ビード１２０，１２２も、実質的に同じ潰し代にて通路１６の平坦面７３に密着する。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、弾性部材２７４を必要最小限に設ける形としたため、材料コストを抑制することができる。

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。

図１１は、第１変形例に係る弁体の断面図である。第１実施形態では図６に示したように、プレート７２を滑らかに覆うベース部７５に対してビード１００〜１０６を突設する構成を例示した。本変形例では逆に、弁体３１８を構成する弾性部材３７４の一部が切り欠かれることによりビード部（シール部）が形成される。具体的には、プレート７２を滑らかに覆うベース部３７５に対して断面半円状の溝３７７を複数成形することにより、ビード１００〜１０６を形成してもよい。これらのビード１００〜１０６も、プレート７２側から突出する点については第１実施形態と同様である。このような構成によっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図１２は、第２変形例に係るバタフライバルブの弁体の構成を表す図である。図１２（Ａ）は正面図であり、図１２（Ｂ）は平面図であり、図１２（Ｃ）は図１２（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。本変形例の弁体４１８は、弾性部材４７４が第１実施形態のようなビード１００〜１０６を有しておらず、滑らかな側面を有している。このような構成においても、閉弁時には、シール支持部８４の股形状に挟まれる部分４００〜４０６がシール部Ｓ１又はＳ２として機能する（図７（Ａ），（Ｂ）参照）。このような構成によっても、閉弁時にはシール部のシール中心よりも低圧側に狭小部が形成されるため、シール性能向上の点では第１実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、シール部がビード部によらないため、第１実施形態と同様のトルク低減効果を得ることはできない。

図１３は、変形例に係るシール方法を模式的に表す図である。図１３（Ａ）および（Ｂ）は第３変形例を示し、図１３（Ｃ）は第４変形例を示す。上記実施形態では、図７（Ａ）および（Ｂ）に示したように、いわゆる三方弁に適用可能な構成として、シール支持部８４が三股形状とされる例を示した。

第３変形例では、いわゆる二方弁を想定し、通路５１６において上流側と下流側とが切り替わる双方向の流れに適用可能な構成を示す。図１３（Ａ）に示すように、プレート５７２は、閉弁状態においてシール部のシール中心よりも低圧側に通路５１６の内面との間隙を狭小化させるための特定形状を有する。すなわち、シール支持部５８４が、本体部８２の延在方向に延出する第１支持部８１と、本体部８２から弁体１８の回転方向一方の側（閉弁方向）に延出する第２支持部８３とを有する。

このような構成により、図１３（Ａ）に示すように、閉弁状態においてポート５３４側が高圧、ポート５３２側が低圧となる場合、シャフト２０に対して一方の側のシール部Ｓ１には自閉方向、他方の側のシール部Ｓ２には自開方向の差圧が作用する。このような状況であっても、シール部Ｓ２のシール中心よりも低圧側に狭小部Ｐが形成されるため、弁体５１８の全周にわたって自封性を発揮させることができる。

また、図１３（Ｂ）に示すように、閉弁状態においてポート５３２側が高圧、ポート５３４側が低圧となる場合、シャフト２０に対して一方の側のシール部Ｓ１には自開方向、他方の側のシール部Ｓ２には自閉方向の差圧が作用する。このような状況であっても、シール部Ｓ１のシール中心よりも低圧側に狭小部Ｐが形成されるため、弁体５１８の全周にわたって自封性を発揮させることができる。本変形例を採用することにより、二方弁について三方弁の場合よりもプレートの形状を簡素にできる。

第４変形例では、通路５１６における流れが一方向となる場合に適用可能な構成を示す。図１３（Ｃ）に示すように、プレート６７２は、閉弁状態においてシール部のシール中心よりも低圧側に通路５１６の内面との間隙を狭小化させるための特定形状を有する。すなわち、シール支持部６８４が、本体部８２の先端付近でプレート６７２の延在方向に対して下流側にずれるように延出する形状を有する。

このような構成により、閉弁状態においてポート５３４側が高圧、ポート５３２側が低圧となる場合、シャフト２０に対して一方の側のシール部Ｓ１には自閉方向、他方の側のシール部Ｓ２には自開方向の差圧が作用する。このような状況であっても、シール部Ｓ２のシール中心よりも低圧側に狭小部Ｐが形成されるため、弁体６１８の全周にわたって自封性を発揮させることができる。

なお、以上においては、通路に対する流れ方向に応じた特定形状の例をそれぞれ示したが、「シール部のシール中心よりも低圧側に通路の内面との間隙を狭小化させるための形状」であれば、その他の形状を採用することもできる。例えば、通路５１６における流れが一方向となる場合に、第３変形例の構成（図１３（Ａ）等）を採用してもよい。二方弁に対して第１，第２実施形態の構成（図７（Ａ）等）を採用してもよい。

図１４は、変形例に係るトルク低減方法を模式的に表す図である。上記実施形態では、図７（Ｃ）および（Ｄ）に示したように、いわゆる三方弁に適用可能な構成として、ビード１０２，１０４による第１ビード部と、ビード１００，１０６による第２ビード部とを有する構成を示した。

本変形例では、いわゆる二方弁を想定する。弁体７１８は、第１実施形態の弁体１８においてビード１００，１０６による第２ビード部を省略した構成を有する。このような構成により、図１４（Ａ）に示すように、閉弁状態においてポート５３４側が高圧、ポート５３２側が低圧となる場合、ビード１０４がシール部Ｓ１となり、ビード１０２がシール部Ｓ２となる。また、図１４（Ｂ）に示すように、閉弁状態においてポート５３２側が高圧、ポート５３４側が低圧となる場合にも、ビード１０４がシール部Ｓ１となり、ビード１０２がシール部Ｓ２となる。このような構成により、弁体７１８の締め切りトルクを小さく抑える効果を維持しつつ、通路５１６と密着する弾性部材の製造コストを抑えることができる。なお、本変形例の構成は、通路５１６における流れが一方向となる場合にも適用可能である。

上記実施形態では、閉弁時における通路の軸線に対する弁体の角度を４５度に設定し、弁体がその通路を斜めにシールする構成を示した。変形例においては、その弁体の角度として他の適正な角度を採用してもよい。その弁体の角度は９０度としてもよいが、９０度よりも小さい角度とするのが好ましい。その角度を９０度とすると、弁体におけるシャフトの両側において差圧が自開方向に作用するため、シール性能の安定化の観点から不利となるためである。９０度よりも小さい角度とすることで、シャフトに対する一方の側については差圧が自閉方向に作用することになるため、相対的にシール性能を安定化させることができる。また、自閉側のシール部が弁体の回転に対するストッパ機能を有するため、シール部そのものを小さく抑えることもできる。それにより、シール部の潰し量を抑えることができ、締め切りトルクを抑制できる可能性がある。

上記実施形態ではボディ１２を金属製としたが、樹脂その他の材質から構成してもよい。また、上記実施形態では弁体を構成するプレートを金属製としたが、樹脂その他の材質から構成してもよい。ただし、弾性部材よりも硬質な材質を選択する。

上記実施形態では、図４等に示したように、金属材の一体成形によりプレート７２を形成した。上記実施形態では述べなかったが、金属材の射出成形（金属粉末射出成形など）、鍛造、ダイキャスト等によりプレート７２を成形することができる。変形例においては、複数のプレート（第１プレート，第２プレート）を用意し、それらを接合してもよい。

図１５は、変形例に係るプレートの構造を表す図である。上記実施形態のプレート７２に代えて、プレート８７２を採用することもできる。プレート８７２は、ベース８０、本体部８２およびシール支持部８８４を有する。シール支持部８８４は、上記実施形態と同様に断面三股形状をなし、本体部８２の延在方向に延出する第１支持部８８１と、本体部８２から弁体の回転方向一方の側に延出する第２支持部８８３と、本体部８２から弁体の回転方向他方の側に延出する第３支持部８８５とを有する。

ベース８０および本体部８２の上面には、弾性部材７４（図６参照）の直線ビード１０８，１１０に対応する位置にそれぞれ第４支持部８９０，８９２が設けられ、弧状ビード１１２，１１４に対応する位置にそれぞれ第５支持部８９４，８９６が設けられている。第４支持部８９０，８９２は、一対の第１支持部８８１のそれぞれの周方向延長上に位置する。第４支持部８９０は第５支持部８９４と直交し、第４支持部８９２は第５支持部８９６と直交する。第４支持部８９０，８９２は、それぞれ直線ビード１０８，１１０のシール中心付近（好ましくはシール中心よりも低圧側）にプレート８７２と平坦面７１（図２参照）との間隙を狭小化させる形状を有する。第５支持部８９４，８９６は、それぞれ弧状ビード１１２，１１４のシール中心よりも低圧側にプレート８７２と平坦面７１との間隙を狭小化させる形状を有する。

同様に、本体部８２の下面には、弾性部材７４の直線ビード１１６，１１８に対応する位置にそれぞれ第６支持部８９８，９００が設けられ、弧状ビード１２０，１２２に対応する位置にそれぞれ第７支持部９０２，９０４が設けられている。第６支持部８９８，９００は、一対の第１支持部８８１のそれぞれの周方向延長上に位置する。第６支持部８９８は第７支持部９０２と直交し、第６支持部９００は第７支持部９０４と直交する。第６支持部８９８，９００は、それぞれ直線ビード１１６，１１８のシール中心付近（好ましくはシール中心よりも低圧側）にプレート８７２と平坦面７３（図２参照）との間隙を狭小化させる形状を有する。第７支持部９０２，９０４は、それぞれ弧状ビード１２０，１２２のシール中心よりも低圧側にプレート８７２と平坦面７３との間隙を狭小化させる形状を有する。

なお、第４支持部８９０，８９２が、図１５（Ｃ）に示すよりもプレート８７２の幅方向に大きくずれていてもよい。それにより、第４支持部８９０，８９２が、それぞれ直線ビード１０８，１１０のシール中心よりも低圧側にプレート８７２と平坦面７１との間隙を狭小化できるようにするのが好ましい。同様に、第６支持部８９８，９００が、プレート８７２の幅方向にずれていてもよい。それにより、支持部８９８，９００が、それぞれ直線ビード１１６，１１８のシール中心よりも低圧側にプレート８７２と平坦面７３との間隙を狭小化できるようにするのが好ましい。

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

上記実施形態および変形例では述べなかったが、シャフトが弁体を貫通しない構成としてもよい。具体的には、図２に示す構成において、シャフト２０の先端が弁体１８の内部に留まる構成としてもよい。その場合、軸受穴３８を省略することができる。

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、バッテリやモータの冷却等を目的とする自動車用の冷却液（冷却水や冷却オイル）の循環回路に適用してもよい。すなわち、自動車用流体制御システムの流体回路に適用してもよい。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。

上記実施形態では、三方に開口する流体通路として、２つの通路が同軸状に配置され、もう一つの通路がそれらに直交するＴ字状の通路を例示した。変形例においては、例えば３つの通路が互いに平行に設けられ、それらをつなぐ連通路又は連通孔を有する構成としてもよい。例えば同方向に開口する２つの間にもう一つの通路が反対方向に開口するように配置され、隣接する通路同士の隔壁に連通孔を形成してもよい。その他、様々な流路形状に上記バタフライバルブの構成を適用することができる。

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 通路、１８ 弁体、２０ シャフト、３０ 導入ポート、３２ 第１導出ポート、３４ 第２導出ポート、３６ 挿通孔、３８ 軸受穴、７１ 平坦面、７２ プレート、７３ 平坦面、７４ 弾性部材、７５ ベース部、７６ 第１プレート、７８ 第２プレート、８１ 第１支持部、８２ 本体部、８３ 第２支持部、８４ シール支持部、８５ 第３支持部、９６ 環状ビード、９８ 環状ビード、１００ ビード、１０２ ビード、１０４ ビード、１０６ ビード、１０８ 直線ビード、１１０ 直線ビード、１１２ 弧状ビード、１１４ 弧状ビード、１１６ 直線ビード、１１８ 直線ビード、１２０ 弧状ビード、１２２ 弧状ビード、１３０ フランジ部、１３２ フランジ部、２１８ 弁体、２７４ 弾性部材、３１８ 弁体、３７４ 弾性部材、４１８ 弁体、４７４ 弾性部材、５１６ 通路、５１８ 弁体、５３２ ポート、５３４ ポート、５７２ プレート、５８４ シール支持部、６１８ 弁体、６７２ プレート、６８４ シール支持部、７１８ 弁体、Ｌ１ 軸線、Ｐ 狭小部、Ｐ２ 狭小部、Ｐ２ 環状狭小部、Ｓ１ シール部、Ｓ２ シール部。

Claims (7)

1. 電動式のバタフライバルブであって、
   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、プレートと、そのプレートの外周部に沿って配設された弾性部材を含み、
   前記弾性部材は、前記通路の内面に着脱して前記通路を開閉するシール部を有し、
   前記プレートは、閉弁状態において前記シール部のシール中心よりも低圧側に前記通路の内面との間隙を狭小化させる特定形状を、前記シャフトの軸線に対して両側に有し、
   前記弁体は、前記通路の軸線に対して９０度よりも小さい角度をなすようにして前記通路に着座することを特徴とするバタフライバルブ。
2. 前記プレートは、前記特定形状として、前記プレートの延在方向に対してずれるように延出する形状を含む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. 前記通路において上流側と下流側とが切り替わる双方向の流れに適用可能であり、
   前記プレートは、前記特定形状として、前記シール部を挟む股形状を含むことを特徴とする請求項２に記載のバタフライバルブ。
4. 前記弾性部材は、前記弁体が一方向に回転することにより第１の弁を閉じるための第１シール部と、前記弁体が他方向に回転することにより第２の弁を閉じるための第２シール部とを含み、
   前記プレートは、前記特定形状として、前記第１シール部を挟む第１の股形状と、前記第２シール部を挟む第２の股形状とを含むことを特徴とする請求項２に記載のバタフライバルブ。
5. 前記シャフトは、前記ボディに設けられて前記通路に開口する挿通孔に挿通され、
   前記弾性部材に、前記挿通孔の開口部を取り囲みつつ、前記通路の内面に密着する環状シール部が形成され、
   前記通路の開閉状態にかかわらず、前記環状シール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、
   前記プレートは、前記通路の開閉状態にかかわらず、前記環状シール部の半径方向内側に前記通路の内面との間隙を狭小化させる特定環形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバタフライバルブ。
6. 前記シール部は、前記プレート側から前記通路の内面に向けて突出するとともに前記外周部に沿って延びるビード部からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバタフライバルブ。
7. 自動車用の流体制御システムに設置され、流体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請求項１〜６のいずれかに記載のバタフライバルブ。

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