JP6784577B2 - 制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体の流量を制御するための制御弁に関し、特に自動車等の車両の冷却システムにおける冷却水の流量制御に好適な制御弁に関する。

従来、例えば、自動車用冷却水の流量制御に適用される従来の制御弁としては、特許文献１に記載されたようなものが知られる。

特許文献１に開示される制御弁は、筒状の弁体たるロータの回転位置に応じて流量制御を行うロータリー式バルブあって、ハウジングの連通口とロータの開口部とが重合することにより開弁し、ハウジングの連通口とロータの開口部との相対位置がずれることによって閉弁する構成となっている。

ハウジングの連通口には、スプリングによって付勢されたシール部材が設けられており、このシール部材は、ロータ外周面と摺接するようになっている。

独国特許出願公開第２０１１０８３８０３号明細書

しかしながら、特許文献１に開示された制御弁は、ハウジングの連通口とシール部材との間にクリアランスがあるため、ロータが回転作動すると、スプリングで付勢されたシール部材が、ロータの回転方向一方側に傾いた状態となってしまう。このように、シール部材に一方向の傾きが生じた状態で、ロータの回転方向が逆転すると、シール部材が一方向に傾いた状態のままとなり、シール部材の先端側の外周部がロータの開口部の外周縁に強く当接し、シール性を損なってしまうおそれがあった。

本発明は、かかる技術的課題に鑑みて案出されたものであって、シール性を損なう不具合を低減することができる制御弁を提供することを目的としている。

本発明によれば、その一つの態様において、中空状に形成された弁体収容部と、前記弁体収容部と連通する連通口とを有するハウジングと、前記弁体収容部内に回転可能に軸支され、外周面に開口部を有する弁体と、前記弁体収容部における前記連通口と前記弁体の外周面との間に設けられ、前記弁体の回転位相に応じて前記開口部と前記連通口とを連通するように前記弁体の外周面に付勢されるシール部材と、前記弁体の回転方向において前記シール部材と摺接する前記開口部及び／又は前記弁体の外周面と摺接する前記シール部材の外周縁に設けられた面取り部と、を備えている。

本発明によれば、シール性を損なう不具合を低減することができる。

本願発明が適用された制御弁を用いた自動車用の冷却水の回路構成の一例を示すブロック図である。 本願発明が適用された制御弁を用いた自動車用の冷却水の回路構成の他例を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における制御弁の構造を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態における制御弁の平面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 図５の要部拡大図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態における制御弁の斜視図、（ｂ）は同制御弁の正面図である。 （ａ）は図７（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図７（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第１実施形態における制御弁の作動状態を表した概念図であって、図６のＡ−Ａ線断面に係る図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る弁体の斜視図、（ｂ）は同弁体の平面図である。 （ａ）は図１０（ｂ）のＡ−Ａ線断面における弁体とシール部材との摺動状態を示す断面図、（ｂ）は図１０（ｂ）のＢ−Ｂ線断面における弁体とシール部材との摺動状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る弁体とシール部材との摺動状態を示す断面図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態に係る弁体の斜視図、（ｂ）は同弁体の正面図である。 （ａ）は図１３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図に第１シール部材を配置した図、（ｂ）は図１３（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図に第２シール部材を配置した図である。 （ａ）は本発明の第５実施形態に係る弁体の斜視図、（ｂ）は同弁体の正面図である。 （ａ）は図１５（ｂ）のＡ−Ａ線断面図に第１シール部材を配置した図、（ｂ）は図１５（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図に第２シール部材を配置した図である。

以下、本発明に係る制御弁の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、下記の各実施形態では、本発明に係る制御弁を前記特許文献１と同様の自動車用冷却水（以下、「冷却水」と略称する。）の循環回路に適用したものを例に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る制御弁が適用される冷却水の循環回路の構成を表したブロック図である。

制御弁ＣＶは、エンジンＥＧ（具体的には図示しないシリンダヘッド）の側部に取り付けられている。また、制御弁ＣＶは、エンジンＥＧと、エアコンの温風を作り出すために熱交換を行う暖房熱交換器ＨＴ、エンジンＥＧ内の燃焼後の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラＥＣ、エンジンＥＧ内の摺動部分を潤滑するためのオイルを冷却するオイルクーラＯＣ、並びにエンジンＥＧを冷却するための冷却水を冷却するラジエータＲＤと、の間に配置されている。

具体的には、ウォータポンプＷＰから吐出された冷却水が、導入通路Ｌ０を通じて制御弁ＣＶに導かれ、この制御弁ＣＶにより、配管Ｌ１〜Ｌ３を介して暖房熱交換器ＨＴ、オイルクーラＯＣ及びラジエータＲＤへとそれぞれ分配される。すなわち、制御弁ＣＶは、これら配管Ｌ１〜Ｌ３により分配される冷却水の流量を制御する。この際、暖房熱交換器ＨＴに導かれた冷却水は、ＥＧＲクーラＥＣへと導かれた後、ウォータポンプＷＰを介してエンジンＥＧ側へと還流されるようになっている。同様に、オイルクーラＯＣ及びラジエータＲＤに導かれた冷却水についても、ウォータポンプＷＰを介してエンジンＥＧ側へと還流されるようになっている。

また、制御弁ＣＶには、導入通路Ｌ０をバイパスすることによって冷却水をエンジンＥＧからエンジンＥＧ内で燃焼される燃料と混合される空気の流量を制御するスロットルチャンバーＴＣへ直接導くバイパス通路ＢＬが設けられている。これにより、エンジンＥＧ側から導かれた冷却水は、スロットルチャンバーＴＣへと常時供給可能となっている。そして、スロットルチャンバーＴＣに供給された冷却水は、暖房熱交換器ＨＴと同様、ＥＧＲクーラＥＣへと導かれて、ＥＧＲクーラＥＣ及びウォータポンプＷＰを介してエンジンＥＧ側へと還流される。なお、図１の符号ＷＴは、冷却水の循環回路内の水温を計測する水温センサを示している。

ここで、制御弁ＣＶは、必ずしもエンジンＥＧの直後配置される必要はなく、例えば図２に示すようにエンジンＥＧの直前に配置してもよく、また、搭載される車両の仕様に応じて適宜変更することができる。また、スロットルチャンバーＴＣに分配される冷却水は、後述するように流量制御の対象に該当しないことから、バイパス通路ＢＬの有無についても、搭載対象の仕様に応じて適宜変更することができる。

図３は本実施形態における制御弁ＣＶの構造を示す分解斜視図、図４は制御弁ＣＶの平面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。

制御弁ＣＶは、第１ハウジング１１及び第２ハウジング１２からなるハウジング１と、第１ハウジング１１内に駆動軸２を介して回転軸Ｚを中心に回転自在に支持された円筒状の弁体３と、第１ハウジング１１内に収容されて弁体３を駆動する電動モータ４と、第２ハウジング１２内に収容されて電動モータ４の回転を減速して駆動軸２へと伝達する減速機構５と、を有する。

本実施形態において、第１ハウジング１１は、アルミニウム合金材料をもって鋳造により製造される。また、図５に示すように、第１ハウジング１１は、図中下方に向かって開口して弁体３を収容する円筒形状の弁体収容部１３を備える。また、本実施形態において、第１ハウジング１１及び後述する第２ハウジング１２は、アルミニウム合金材料により製造されたものを例示しているが、該各ハウジング１１，１２は、耐熱性及び耐薬品性を有する合成樹脂、例えばエンジニアリングプラスチックの一種であるポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）により製造されてもよい。

弁体収容部１３の開口の反対側、すなわち第１ハウジング１１の第２ハウジング１２が取り付けられる側の端壁には、第２ハウジング１２に形成された後述する減速機構収容部１５へと通じる軸貫通孔１１ｄが形成されている。そして、この軸貫通孔１１ｄに駆動軸２が貫通され、当該駆動軸２の弁体収容部１３へと突出した側の端部に弁体３が固定される。また、軸貫通孔１１ｄの弁体収容部１３側の開口部近傍には、軸受Ｂ１が設けられていて、この軸受Ｂ１により駆動軸２が回転可能に支持されている。また、軸貫通孔１１ｄの減速機構収容部１５側の開口部近傍には、駆動軸２と軸貫通孔１１ｄの周壁との間に、環状のシール部材ＳＬ４が設けられていて、このシール部材ＳＬ４により、軸貫通孔１１ｄを通じた弁体収容部１３内の冷却水の第２ハウジング１２側への流出が抑止されている。

第１ハウジング１１は、弁体収容部１３に隣接して電動モータ４を収容するほぼ円筒形状のモータ収容部１４を備える。モータ収容部１４は、第２ハウジング１２側へと開口していて、当該モータ収容部１４には、出力軸４ｃが第２ハウジング１２側へ突出するように電動モータ４が収容される。電動モータ４は、モータ本体４ａが第１ハウジング１１のモータ収容部１４に収容された状態で、モータ本体４ａのハウジングの出力軸４ｃ側に設けられたフランジ部４ｂを介してモータ収容部１４の開口縁部に複数のボルトＢＴ２により固定される。なお、電動モータ４は、図示しない車載の電子コントローラにより制御され、車両の運転状態に応じて弁体３を回動駆動することで、ラジエータＲＤ等に対する冷却水の適切な分配が実現される。

第１ハウジング１１は、弁体収容部１３の開口の外周域に延びるように設けられた第１フランジ部１１ａを介して図示しないエンジン（シリンダヘッドの側部）に図示しない複数のボルトによって固定される。第１フランジ部１１ａには、エンジン内部と連通してエンジン内部からの冷却水を導入する主連通口となる導入口１０が形成されていて、弁体収容部１３の開口はこの導入口１０に通じている。

弁体収容部１３に収容される弁体３は、後述するように中空状に形成され、回転軸Ｚ方向の一端側に形成された開口端部が、弁体収容部１３から導入口１０側へ多少突出した位置に設けられている。これにより、導入口１０から導入された冷却水が、弁体３の内周側に形成された内側通路１７へと導かれるようになっている。また、弁体３は、導入口１０の内周側には、軸受Ｂ２が配置されていて、この軸受Ｂ２により、回転軸Ｚ方向の一端側の開口端部外周が回転可能に支持されている。

また、第１ハウジングの周壁には、所定の位置に、外部から弁体収容部１３に連通して配管Ｌ１〜Ｌ３が接続されるほぼ円筒形状の複数の貫通孔が排出口Ｅ１〜Ｅ３として形成されている。排出口Ｅ１は、配管Ｌ１を介して例えば暖房熱交換器ＨＴに冷却水を供給するために用いられる。同様に、排出口Ｅ２は、配管Ｌ２を介して例えばオイルクーラＯＣに冷却水を供給するために用いられる。なお、排出口Ｅ１及び排出口Ｅ２は、第１ハウジング１１の周壁において、弁体３の回転軸Ｚ方向に離間して並列に配置される。排出口Ｅ３は、弁体収容部１３を介して排出口Ｅ１及び排出口Ｅ２と対向するかたちで配置され、配管Ｌ３を介して例えばラジエータＲＤに冷却水を循環させるために用いられる。ここで、排出口Ｅ１〜Ｅ３が上述した接続関係にある場合は、排出口Ｅ３は、排出口Ｅ１及び排出口Ｅ２よりも大径に構成される。また、この場合、排出口Ｅ１は、排出口Ｅ２よりも大径であることが望ましい。

そして、電動モータ４が弁体３の回転位相を制御することによって、排出口Ｅ１〜Ｅ３に対応するかたちで弁体３に形成された後述の開口部Ｍ１〜Ｍ３と排出口Ｅ１〜Ｅ３との重なり具合が変化する。例えば、排出口Ｅ１と開口部Ｍ１の少なくとも一部が重なり合う位置に弁体３が制御されると、内側通路１７に流入した冷却水が開口部Ｍ１、排出口Ｅ１を介して配管Ｌ１に分配される。同様に、排出口Ｅ２と開口部Ｍ２の少なくとも一部が重なり合う位置に弁体３が制御されると配管Ｌ２に、また、排出口Ｅ３と開口部Ｍ３の少なくとも一部が重なり合う位置に弁体３が制御されると配管Ｌ３に、それぞれ冷却水が分配される。なお、内側通路１７に流入した冷却水は、後述する複数の連通口３ｃから弁体３と第１ハウジング１１との間に形成される外側通路１８にも導かれ、弁体３の外周と弁体収容部１３との間に満たされる。

第２ハウジング１２は、図３、図５に示すように、第１ハウジング１１と対向する側が弁体収容部１３とモータ収容部１４とに跨って両者１３，１４を覆うように開口する凹形状を有し、この凹形状の内部空間により、減速機構５を収容する減速機構収容部１５が構成されている。そして、この第２ハウジング１２は、開口部の外周域に延びるように設けられた第２フランジ部１２ａを介して複数のボルトＢＴ１により第１ハウジング１１に固定される。なお、第１ハウジング１１と第２ハウジング１２との結合部にはシール部材ＳＬ３が介在されており、減速機構収容部１５内が実質的に気密に保持される。

減速機構５は、２つの食い違い歯車である第１歯車Ｇ１と第２歯車Ｇ２からなる駆動機構である。すなわち、第１歯車Ｇ１は、電動モータ４の出力軸４ｃと同軸上に設けられ、該出力軸４ｃと一体となって回転する第１ねじ歯車ＷＧ１と、電動モータ４の出力軸４ｃとほぼ直交して配置される中間軸３０に固定され、第１ねじ歯車ＷＧ１と噛み合う第１斜歯歯車ＨＧ１と、で構成される。第２歯車Ｇ２は、中間軸３０に固定され、第１斜歯歯車ＨＧ１と一体となって回転する第２ウォームギヤＷＧ２と、駆動軸２に固定され、第２ウォームギヤＷＧ２と噛み合う第２斜歯歯車ＨＧ２と、で構成される。このような構成から、電動モータ４の出力軸４ｃから出力される回転駆動力は、第１歯車Ｇ１と第２歯車Ｇ２を介することで、２段階に減速されて弁体３に伝えられる。

図６は、図５中の弁体収容部３の近傍を拡大して表示した拡大断面図である。

第１排出口Ｅ１、第２排出口Ｅ２及び第３排出口Ｅ３の内周側には、該排出口Ｅ１〜Ｅ３と弁体３との間を気密にシールするシール手段が設けられている。すなわち、このシール手段は、弾性を有する合成樹脂からなる円筒状のシール部材Ｓ１〜Ｓ３と、金属製のコイルスプリングＳＰ１〜ＳＰ３と、弾性を有する合成樹脂製のＯリングＳＬ２と、から構成されている。

シール部材Ｓ１〜Ｓ３は、排出口Ｅ１〜Ｅ３の内周側に収容配置され、弁体３側へと向かって進退移動可能に設けられている。コイルスプリングＳＰ１〜ＳＰ３は、排出口Ｅ１〜Ｅ３の配管Ｌ１〜Ｌ３が接続される側の開口部に設けられた着座部Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａに着座するように、この着座部Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａとシール部材Ｓ１〜Ｓ３の配管Ｌ１〜Ｌ３側の端面との間に所定のセット荷重をもって配置され、それぞれシール部材Ｓ１〜Ｓ３を弁体３側へと付勢する付勢部材である。ＯリングＳＬ２は、シール部材Ｓ１〜Ｓ３の外周面に切欠形成された凹部内に収容されるかたちで排出口Ｅ１〜Ｅ３の内周面とシール部材Ｓ１〜Ｓ３の外周面との間に設けられ、排出口Ｅ１〜Ｅ３の内周面と摺接することで排出口Ｅ１〜Ｅ３とシール部材Ｓ１〜Ｓ３との間をシールしている。

また、シール部材Ｓ１〜Ｓ３には、弁体３側の端部内周側に、後述のシール摺接部Ｄ１〜Ｄ３と摺接するほぼ円錐テーパ状のシール面Ｓ１ａ〜Ｓ３ａが形成されている。他方、シール部材Ｓ１〜Ｓ３の配管Ｌ１〜Ｌ３側の端面には、コイルスプリングＳＰ１〜ＳＰ３の端部が着座するほぼ平坦な着座面Ｓ１ｂ〜Ｓ３ｂが形成されている。シール面Ｓ１ａ〜Ｓ３ａは、その厚さ方向（径方向）のほぼ中間部（具体的には後述する図９（ａ）に示す点Ｆ）が摺接する、いわゆる線接触をもって、シール摺接部Ｄ１〜Ｄ３に摺接するようになっている。なお、本実施形態では、閉弁時におけるシール面Ｓ１ａ〜Ｓ３ａと弁体３との摺接部が、弁体３の回転軸Ｚ方向において後述する開口部Ｍ１〜Ｍ３の内側となるように構成されている。

また、本実施形態において、シール部材Ｓ１〜Ｓ３は、合成樹脂材料の一種である四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ樹脂）製のものを用いているが、これらシール部材Ｓ１〜Ｓ３としては、低摩擦性に優れたものであれば、ＰＴＦＥ樹脂以外の合成樹脂材料を用いることも可能である。

図７は弁体３の外観を表した図であって、図７（ａ）は弁体３の斜視図、図７（ｂ）は弁体３の側面図である。

弁体３は、合成樹脂材料の一種であるポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）を射出成型することにより形成される。なお、この弁体３は、耐熱性及び耐薬品性に優れた合成樹脂であれば、ＰＰＳ樹脂に限られず、他の合成樹脂材料で製造されていてもよい。

また、弁体３の回転軸Ｚ方向の一端側（図５中の下方）の端面には、第１ハウジング１１の導入口１０より導かれる冷却水を内周側通路１７に流入させるための流入口３ａが形成されている。一方、弁体３の他端側（図５中の上方）には、端壁３ｂが設けられている。端壁３ｂには、内側通路１７と外側通路１８とを連通可能にするほぼ円弧状の複数の連通口３ｃが弁体３の回転方向（回転軸Ｚ周りの方向）に沿って形成されている。さらに、端壁３ｂの中央部には、駆動軸２との固定に供する円筒状の軸固定部３ｄが設けられている。軸固定部３ｄの内周側には、金属製のインサート部材３ｅが一体に成形されていて、該インサート部材３ｅに駆動軸２が圧入されることで、弁体３が駆動軸２に固定されるようになっている。

また、弁体３の外周面、つまり弁体３の径方向（回転軸Ｚに直交する方向）の外側面は、弁体３の回転時にシール部材Ｓ１，Ｓ２と摺接する部分が、ほぼ球面形状に形成されている。同様に、弁体３の回転時にシール部材Ｓ３と摺接する部分についても、ほぼ球面形状に形成されている。なお、以下では、便宜上、シール部材Ｓ１〜Ｓ３と摺接する部分を、シール摺接部（シール摺接部Ｄ１〜Ｄ３）と呼称する。他方、弁体３の回転時にシール部材Ｓ１と摺接しない部分を非シール摺動部ＵＡ１と呼称し、同様に、弁体３の回転時にシール部材Ｓ２と摺接しない部分を非シール摺動部ＵＡ２ａ，ＵＡ２ｂと呼称する。なお、本実施形態では、シール摺接部Ｄ１，Ｄ２が、弁体３の回転軸Ｚ方向に並んで形成されている。他方、シール摺接部Ｄ３は、シール摺接部Ｄ１，Ｄ２とは径方向反対側の側壁に形成されている。

シール摺接部Ｄ１は、弁体３の外周面に周方向のほぼ半周にわたって形成されている。そして、このシール摺接部Ｄ１には、弁体３の回転軸Ｚ方向において排出口Ｅ１とほぼ過不足なく重なり合い、かつ排出口Ｅ１の内径よりもやや幅が狭く周方向へと延びる開口部Ｍ１が形成されている。同様に、シール摺接部Ｄ２，Ｄ３についても、弁体３の外周面に周方向のほぼ半周にわたって形成されている。そして、シール摺接部Ｄ２には、弁体３の回転軸Ｚ方向において排出口Ｅ２とほぼ過不足なく重なり合い、かつ排出口Ｅ２の内径よりもやや幅が狭く周方向へと延びる開口部Ｍ２が形成されている。また、シール摺接部Ｄ３には、弁体３の回転軸Ｚ方向に排出口Ｅ３とほぼ過不足なく重なり合い、かつ排出口Ｅ３の内径よりもやや幅の狭い開口部Ｍ３が形成されている。

図８は弁体３の横断面図であり、図８（ａ）は図７（ｂ）のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図、図８（ｂ）は図７（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。

図８（ａ）において、Ｄ１で示される領域は、シール摺接部Ｄ１が形成されている領域である。シール部材Ｓ１のシール摺接面Ｓ１ａの全体がＣ１ａで示される領域内に位置しているときは、第１排出口Ｅ１は閉弁した状態となる。一方、シール摺接面Ｓ１ａの少なくとも一部分が領域ＯＡ１にかかり、排出口Ｅ１の内径部分が開口部Ｍ１と重なり合うようになると、内側通路１７と配管Ｌ１とが連通し、第１排出口Ｅ１が開弁した状態となる。以下では、シール摺接部Ｄ１において、領域Ｃ１ａの部分を閉塞領域と、領域ＯＡ１を開口領域と呼称する。

閉塞領域Ｃ１ａの開口領域ＯＡ１（開口部Ｍ１）との境界となる外周壁端部には、内周側に形成された内側端壁部Ｍ１ｂと、内側端壁部Ｍ１ｂのエッジ部分を面取りした面取り部Ｍ１ｃと、外周面Ｃ１ａＤ１から面取り部Ｍ１ｃにかけて弁体３の径方向内側に傾斜し、面取り部Ｍ１ｃに近づくにつれて外周壁の厚さが徐々に薄くなるシールガイド部Ｍ１ａが形成されている。また、開口領域ＯＡ１の閉塞領域Ｃ１ａとは反対側の外周壁端部には、非シール摺動部ＵＡ１に形成される周壁部Ｃ１ｂＤ１側から開口領域ＯＡ１側に向かって傾斜した端壁部Ｍ１ｄが形成されている。

閉塞領域Ｃ１ａを形成する外周面Ｃ１ａＤ１とシールガイド部Ｍ１ａの成す角と、端壁部Ｍ１ｄが隣接する周壁部Ｃ１ｂＤ１と端壁部Ｍ１ｄの成す角は、共に鈍角である。また、閉塞領域Ｃ１ａの外周面Ｃ１ａＤ１とシールガイド部Ｍ１ａの成す角度は、端壁部Ｍ１ｄが隣接する周壁部Ｃ１ｂＤ１と端壁部Ｍ１ｄの成す角度より大きく形成されている。なお、内側端壁部Ｍ１ｂ及び端壁部Ｍ１ｄは、弁体３を型成形する場合の型分割方向の抜き勾配を形成するためにテーパ状に設けられている。

シール摺接部Ｄ２についても、シール摺接部Ｄ１と同様、閉塞領域Ｃ２ａと開口領域ＯＡ２（開口部Ｍ２）の境界に位置する外周壁端部に、シールガイド部Ｍ２ａが形成されている。また、開口領域ＯＡ２の閉塞領域Ｃ２ａとは反対側の周壁端部には、非シール摺動部ＵＡ２ａに形成される周壁部Ｃ２ｂＤ２側から開口領域ＯＡ２側へと向かって傾斜した端壁部Ｍ２ｄが形成されている。なお、シール摺接部Ｄ３については、閉塞領域Ｃ３ａ，Ｃ３ｂと開口領域ＯＡ３（開口部Ｍ３）の境界に位置する外周壁の端部にシールガイド部は設けられていないが、当該シールガイド部については、必要に応じて適宜設けることができる。

図９は、図７（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿って切断した横断面断面を示しており、制御弁ＣＶの具体的な作動状態を説明するための要部拡大断面図である。以下では、図９に基づいて、弁体３が電動モータ４によって回転駆動されたときのシール部材Ｓ２の挙動について説明する。

図９（ａ）に示すように、シール摺接部Ｄ２の閉塞領域Ｃ２ａとシール部材Ｓ２のシール面Ｓ２ａが安定的に接触している状態から弁体３が時計回り（図中の右から左）に回転していく場合、シール部材Ｓ２は、コイルスプリングＳＰ２によって弁体３の方向に付勢されているため、シール面Ｓ２ａと弁体３との間に発生する摺動抵抗に基づいて、弁体３から反時計回りの反力を受ける。この状態で、図９（ｂ）に示すように、シール部材Ｓ２のシール面Ｓ２ａの一部が開口部Ｍ２にかかると、シール部材Ｓ２は、弁体３から受ける反時計回りの反力により、弁体３（シール摺接部Ｄ２）の移動方向（図中の左方向）へと傾く。

一方、図９（ｃ）に示すように、シール部材Ｓ２のシール面Ｓ２ａの全体が開口領域ＯＡ２にある状態で弁体が反時計回りに回転し始めると、シール部材Ｓ２は、開口部Ｍ２の幅方向の外側（図中の紙面手前側及び奥側）でシール面Ｓ２ａが弁体３と摺接しているため、弁体３から時計回り方向の反力を受け、弁体３（シール摺接部Ｄ２）の移動方向（図中の右方向）へと傾く。さらに、弁体３が反時計回りに回転を続けると、図９（ｄ）に示すように、シール面Ｓ２ａの外周縁Ｓ２ａ’が、シールガイド部Ｍ２ａと当接することになる。そうすると、図中の右方向へと傾いたシール部材Ｓ２は、図９（ｅ）に示すように、弁体３の回転軸Ｚに対する接線方向の力Ｆａを受けることで、この接線方向の力Ｆａがシールガイド部Ｍ２ａによって分解される図中の左下方向のシール部材持ち上げ力Ｆｂを受けることになる。その結果、図９（ｆ）に示すように、当該シール部材持ち上げ力Ｆｂに基づいてシール部材Ｓ２が反時計回りに回転することとなり、シール部材Ｓ２の傾き（前記図中の右方向への傾き）が修正される。

また、シールガイド部Ｍ２ａと閉塞領域Ｃ２ａにおけるシール摺接部Ｄ２の周壁部Ｃ２ｂＤ２は鈍角という緩やかな角度変化で接続されることから、この接続部分におけるシール部材Ｓ２の欠損が発生し難い。なお、シール部材Ｓ１の挙動についても前記シール部材Ｓ２の場合と同様であることから、具体的な説明は省略する。また、シール部材Ｓ３の挙動については、シール摺接部Ｄ３の閉塞領域Ｃ３ａ，Ｃ３ｂと開口領域ＯＡ３との間にシールガイド部が設けられていないことから説明を省略するが、シール摺接部Ｄ３の閉塞領域Ｃ３ａ，Ｃ３ｂと開口領域ＯＡ３の間にシールガイド部が設けられた場合のシール部材Ｓ３の挙動については、前記シール部材Ｓ２の場合と同様である。

従来の制御弁においては、弁体の回転動作の影響によりシール部材に一方向の傾きが生じた状態でシール部材がシール摺接部の閉塞領域へと当接すると、閉塞領域の開口領域との境界となる周壁端部に対しほぼ直角方向から衝突することになり、シール部材が当該周壁端部から強い力を受けて損傷し、シール性を損なってしまうおそれがあった。

これに対し、本実施形態に係る制御弁ＣＶでは、弁体３の回転方向においてシール部材Ｓ１，Ｓ２が摺接する部分にシールガイド部Ｍ１ａ，Ｍ２ａを設けた。これにより、一方向に傾いたシール部材Ｓ１，Ｓ２がシールガイド部Ｍ１ａ、Ｍ２ａに当接することによってシールガイド部Ｍ１ａ，Ｍ２ａからの反力が作用して、前記一方向に傾いたシール部材Ｓ１、Ｓ２の傾きを修正することができる。

しかも、シール部材Ｓ１、Ｓ２は、鈍角という緩やかな角度でもって接続されたシールガイド部Ｍ１ａ，Ｍ２ａとシール摺接部Ｄ１，Ｄ２の閉塞領域Ｃ１ａ，Ｃ２ａとの接続部を通過する（横切る）ことになるため、その接続部分によって、シール部材Ｓ１，Ｓ２の耐久性を向上させることができる。これにより、弁体３とシール部材Ｓ１，Ｓ２との間のシール性の低下を抑制することができる。

また、シールガイド部Ｍ１ａ，Ｍ２ａが開口部Ｍ１，Ｍ２の幅方向の全体にわたって形成されていることで、シール部材Ｓ１，Ｓ２がシールガイド部Ｍ１ａ，Ｍ２ａに当接した際に、安定してシール部材Ｓ１，Ｓ２の傾きを修正することができる。

〔第２実施形態〕
図１０は、本発明に係る制御弁の第２実施形態を示したものであって、第１実施形態に係る周壁部Ｃ１ａＤ１，Ｃ２ａＤ２と連続して接続されるシールガイド部Ｍ１ａ，Ｍ２ａの形状を変更したものを表している。また、図１１は、図１０のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って切断した弁体３の横断面図にそれぞれ対応したシール部材Ｓ１，Ｓ２を配置した状態を表したものである。なお、本実施形態でも、後述するシールガイド部Ｍ１ａａ，Ｍ２ａａ以外の構成については、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、図１０中に斜線領域で示すシールガイド部Ｍ１ａａ，Ｍ２ａａが、第１実施形態にて例示したような傾斜形状（図６中のＭ１ａ，Ｍ２ａ参照）ではなく、図１１に示すように、弁体３の回転軸Ｚに対し周方向に曲率が一定の半径Ｒとなる断面円弧状の曲面形状に形成されている。

かかる本実施形態の構成によれば、シール部材Ｓ１，Ｓ２の外周縁Ｓ１ａ’，Ｓ２ａ’がシールガイド部Ｍ１ａａ，Ｍ２ａａを通過するにあたり、該シールガイド部Ｍ１ａａ，Ｍ２ａａが前記曲面形状であることから、シール部材Ｓ１，Ｓ２の外周縁Ｓ１ａ’，Ｓ２ａ’及びシール面Ｓ１ａ，Ｓ２ａの耐久性を向上させることができ、シール部材Ｓ１，Ｓ２の良好なシール性の維持に供される。

〔第３実施形態〕
図１２は、本発明に係る制御弁の第３実施形態を示したものであって、第２実施形態に係るシール部材Ｓ１，Ｓ２の外周縁Ｓ１ａ’，Ｓ２ａ’の形状を変更したものを表している。なお、図１２では、本実施形態に係るシール部材Ｓ２のみを示しており、後述するシール部材Ｓ２の外周縁Ｓ２ａ’ｒ以外の構成については、第２実施形態と同様である。

本実施形態では、シール部材Ｓ２の外周縁Ｓ２ａ’ｒの形状が、第２実施形態にて例示したような角張った形状でなく、曲率が一定の半径Ｒ’ となる断面円弧状の曲面形状となるように形成されている。

かかる本実施形態の構成によれば、シール部材Ｓ２の外周縁Ｓ２ａ’ｒが前記曲面形状のシールガイド部Ｍ２ａａを通過するにあたり、該シール部材Ｓ２の外周縁Ｓ２ａ’ｒが前記曲面形状であることから、シールの外周縁Ｓ２ａ’ｒの耐久性をより一層向上させることができ、シール部材Ｓ２の良好なシール性を維持に供される。

なお、本実施形態では、シール部材Ｓ２を代表例として説明したが、シール部材Ｓ１の外周縁Ｓ１ａ’ｒを、前述したような曲率が一定の半径Ｒ’の曲面形状となるように形成してもよい。

また、シール部材Ｓ１，Ｓ２の外周縁Ｓ１ａ’ｒ，Ｓ２ａ’ｒに傾斜形状の面取りがされていた場合も、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施形態で例示したようなシール部材Ｓ１，Ｓ２の外周縁Ｓ１ａ’ｒ，Ｓ２ａ’ｒが曲面形状であるシール部材Ｓ１，Ｓ２を第１実施形態に適用しても、同様の効果を得ることができる。

〔第４実施形態〕
図１３は、本発明に係る制御弁の第４実施形態を示したものであって、第１実施形態に係るシールガイド部Ｍ１ａ，Ｍ２ａの形状を突起形状に形成したものを表している。また、図１４は、図１３のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って切断した弁体３の横断面図にそれぞれ対応したシール部材Ｓ１，Ｓ２を配置した状態を表したものである。なお、本実施形態でも、後述するシールガイド部Ｍ１ａ’が形成された突起部Ｐｍ１及びシールガイド部Ｍ２ａ’が形成された突起部Ｐｍ２以外の構成については、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、第１実施形態で例示したシールガイド部Ｍ１ａの弁体３の回転軸Ｚ方向における両端部が除去され、弁体３の周方向に突出する突起部Ｐｍ１が、開口部Ｍ１における弁体３の回転軸Ｚ方向の中央部に形成されている。この突起部Ｐｍ１の外周面は、周壁部Ｃ１ａＤ１の右側（図１４（ａ）中の弁体３の周方向右側）と連続して形成され、後述の面取り部Ｍ１ｃ’に近づくにつれて外周壁の厚さが徐々に薄くなる傾斜形状のシールガイド部Ｍ１ａ’と、シールガイド部Ｍ１ａ’の右側と連続して形成され、突起部Ｐｍ１の先端部に形成された面取り部Ｍ１ｃ’と、面取り部Ｍ１ｃ’の右側に連続して形成された内側端壁部Ｍ１ｂ’と、を有する。

同様に、シールガイド部Ｍ２ａ’の弁体３の回転軸Ｚ方向における両端部が除去され、弁体３の周方向に突出する突起部Ｐｍ２が、開口部Ｍ１における弁体３の回転軸Ｚ方向の中央部に形成されている。この突起部Ｐｍ２の外周面は、周壁部Ｃ２ａＤ２の右側（図１４（ｂ）中の弁体３の周方向右側）と連続して形成され、後述の内側端壁部Ｍ２ｂ’に近づくにつれて外周壁の厚さが徐々に薄くなる傾斜形状のシールガイド部Ｍ２ａ’と、シールガイド部Ｍ２ａ’の右側と連続して形成された内側端壁部Ｍ２ｂ’と、を有する。

かかる本実施形態の構成によれば、シールガイド部Ｍ１ａ’，Ｍ２ａ’の回転軸Ｚ方向の幅寸法を小さくできるため、開口部Ｍ１，Ｍ２の開口範囲をより拡大することが可能となる。また、開口部Ｍ１，Ｍ２の開口範囲が拡大されることで、開口部Ｍ１，Ｍ２が開口し始める初期状態においてより多くの冷却水の供給が可能となり、弁体３の小型化や制御弁ＣＶの搭載性の向上に供される。

〔第５実施形態〕
図１５は、本発明に係る制御弁の第５実施形態を示したものであって、第４実施形態に係る突起部Ｐｍ１，Ｐｍ２の構成を変更したものを表している。また、図１６は、図１５（ｂ）のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って切断した弁体３の横断面図にそれぞれ対応したシール部材Ｓ１，Ｓ２を配置した状態を表したものである。なお、本実施形態でも、後述する上側、下側突起部Ｐｍ１ｕ，Ｐｍ１ｌ及び上側、下側突起部Ｐｍ２ｕ，Ｐｍ２ｌ以外の構成については、第４実施形態と同様である。

本実施形態では、第４実施形態で例示した突起部Ｐｍ１，Ｐｍ２を、開口部Ｍ１，Ｍ２の軸方向の中央部に形成するのでなく、開口部Ｍ１，Ｍ２における弁体３の回転軸Ｚ方向の上下にそれぞれ１つずつ、上側突起部Ｐｍ１ｕ及び下側突起部Ｐｍ１ｌ、上側突起部Ｐｍ２ｕ及び下側突起部Ｐｍ２ｌが形成されている。

上側突起部Ｐｍ１ｕの外周面は、周壁部Ｃ１ａＤ１の右側（図１６（ａ）中の弁体３の周方向右側）と連続して形成され、後述の第１上側面取り部Ｍ１ｃ’ｕに近づくにつれて外周壁の厚さが徐々に薄くなる傾斜形状の第１上側シールガイド部Ｍ１ａ’ｕと、第１上側シールガイド部Ｍ１ａ’ｕの右側と連続して形成され、第１上側突起部Ｐｍ１ｕの先端部に形成された第１上側面取り部Ｍ１ｃ’ｕと、第１上側面取り部Ｍ１ｃ’ｕの右側に連続して形成された第１上側端壁部Ｍ１ｂ’ｕと、を有する。

同様に、第１下側突起部Ｐｍ１ｌの外周面は、周壁部Ｃ１ａＤ１の右側（図１６（ａ）中の弁体３の周方向右側）と連続して形成され、後述の第１下側面取り部Ｍ１ｂ’ｌに近づくにつれて外周壁の厚さが徐々に薄くなる傾斜形状の第１下側シールガイド部Ｍ１ａ’ｌと、第１下側シールガイド部Ｍ１ａ’ｌの右側と連続して形成され、第１下側突起部Ｐｍ１ｌの先端部に形成された第１下側面取り部Ｍ１ｃ’ｌと、第１下側面取り部Ｍ１ｃ’ｌの右側と連続して形成された第１下側端壁部Ｍ１ｂ’ｌと、を有する。なお、第１上側突起部Ｐｍ１ｕと第１下側突起部Ｐｍ１ｌの間には、空隙が形成される。

また、開口部Ｍ１と同様、第２上側突起部Ｐｍ２ｕの外周面は、周壁部Ｃ２ａＤ２の右側（図１６（ｂ）中の弁体３の周方向右側）と連続して形成され、後述の第２上側面取り部Ｍ２ｃ’ｕに近づくにつれて外周壁の厚さが徐々に薄くなる傾斜形状の第２上側シールガイド部Ｍ２ａ’ｕと、第２シールガイド部Ｍ２ａ’ｕの右側と連続して形成され、第２上側突起部Ｐｍ２ｕの先端部に形成された第２上側面取り部Ｍ２ｃ’ｕと、第２上側面取り部Ｍ２ｃ’ｕの右側に連続して形成された第２上側端壁部Ｍ２ｂ’ｕと、を有する。

同様に、第２下側突起部Ｐｍ２ｌの外周面は、周壁部Ｃ２ａＤ２の右側（図１６（ｂ）中の弁体３の周方向右側）と連続して形成され、後述の第２下側面取り部Ｍ２ｂ’ｌに近づくにつれて外周壁の厚さが徐々に薄くなる傾斜形状の第２下側シールガイド部Ｍ２ａ’ｌと、第２下側シールガイド部Ｍ２ａ’ｌの右側と連続して形成され、第２下側突起部Ｐｍ２ｌの先端部に形成された第２下側面取り部Ｍ２ｃ’ｌと、第２下側面取り部Ｍ２ｃ’ｌの右側と連続して形成された第２下側端壁部Ｍ２ｂ’ｌと、を有する。なお、第２上側突起部Ｐｍ２ｕと第２下側突起部Ｐｍ２ｌの間には、空隙が形成される。

かかる本実施形態の構成によれば、シール部材Ｓ１の外周縁Ｓ１ａ’又はシール面Ｓ１ａと当接してシール部材Ｓ１の傾きを補正する面を、開口部Ｍ１における弁体３の回転軸Ｚ方向の上下に形成された第１上側突起部Ｐｍ１ｕ及び第１下側突起部Ｐｍ１ｌの外周面、すなわち第１上側シールガイド部Ｍ１ａ’ｕ及び第１下側シールガイド部Ｍ１ａ’ｌに設けたことにより、第４実施形態よりも安定して弁体３の傾きを修正することができる。

しかも、本実施形態では、第１上側突起部Ｐｍ１ｕと第１下側突起部Ｐｍ１ｌの間に形成される前記空隙の分だけ第１実施形態よりも開口部Ｍ１の開口範囲を拡大させることができる。これにより、より多くの冷却水を供給が可能となって、弁体３の小型化や制御弁ＣＶの搭載性の向上に供される。

なお、開口部Ｍ２に設けられた第２上側突起部Ｐｍ１ｕ及び第２下側突起部Ｐｍ２ｌについての効果は、前述の開口部Ｍ１に設けられた第１上側突起部Ｐｍ１ｕ及び第１下側突起部Ｐｍ１ｌのものと同様であるため、具体的な説明は省略する。

本発明は前記各実施形態に係る構成に限定されるものではなく、前記制御弁ＣＶの具体的構成については、前述した本発明の作用効果を奏し得る形態であれば、制御対象となる製品の仕様等に応じて自由に変更することができる。

例えば、前記各実施形態では、制御弁ＣＶを冷却水の流量制御や流路の切り換えに用いられる制御弁を例示して説明したが、制御対象は冷却水に限らず、オイル等の流体や気体等を制御するものに適用することも可能である。

また、前記各実施形態では、弁体３を合成樹脂材料で形成したものを例示して説明したが、弁体３はアルミニウム合金等の金属材料によって成型してもよい。なお、弁体３を金属材料で成型した場合は、当該弁体３の耐久性をさらに向上させられるメリットがある。

さらに、前記各実施形態では、シール部材Ｓ１〜Ｓ３に凹部を形成し、この凹部にＯリングＳＬ２を配置していたが、排出口Ｅ１〜Ｅ３の内周面に凹部を形成し、この凹部にＯリングＳＬ２を配置する構成としてもよい。

加えて、前記各実施形態では、弁体３において、開口部Ｍ１，Ｍ２の周方向一方側にシールガイド部Ｍ１ａ，Ｍ２ａを設けたものを例示して説明したが、シールガイド部Ｍ１ａ，Ｍ２ａは、開口部Ｍ１，Ｍ２における周方向他方側（例えば周壁部Ｃ１ｂＤ１，Ｃ２ｂＤ２と端壁部Ｍ１ｄ，Ｍ２ｄの間）に設けられていてもよく、さらには、開口部Ｍ１，Ｍ２の周方向両側に設けられていてもよい。

以上説明した実施形態に基づく制御弁としては、例えば以下に述べる態様のものが考えられる。

すなわち、当該制御弁は、その１つの態様において、中空状に形成された弁体収容部と、前記弁体収容部と連通する連通口とを有するハウジングと、前記弁体収容部内に回転可能に軸支され、外周面に開口部を有する弁体と、前記弁体収容部における前記連通口と前記弁体の外周面との間に設けられ、前記弁体の回転位相に応じて前記開口部と前記連通口とを連通するように前記弁体の外周面に付勢されるシール部材と、前記弁体の回転方向において前記シール部材と摺接する前記開口部及び／又は前記弁体の外周面と摺接する前記シール部材の外周縁に設けられた面取り部と、を備えている。

前記制御弁の好ましい態様において、前記面取り部は、前記開口部における前記弁体の回転軸方向の範囲に形成されている。

別の好ましい態様では、前記制御弁の態様のいずれかにおいて、前記面取り部は、前記弁体の外周面から前記弁体の径方向内側へ傾斜して形成されている。

さらに別の好ましい態様では、前記制御弁の態様のいずれかにおいて、前記面取り部と前記弁体の外周面との成す角は鈍角である。

さらに別の好ましい態様では、前記制御弁の態様のいずれかにおいて、前記面取り部は、曲面形状である。

さらに別の好ましい態様では、前記制御弁の態様のいずれかにおいて、前記面取り部は、前記開口部から前記弁体の回転方向に延びる突起部を備える。

さらに別の好ましい態様では、前記制御弁の態様のいずれかにおいて、前記突起部は、前記開口部において、前記弁体の回転軸方向の中央部に形成されている。

さらに別の好ましい態様では、前記制御弁の態様のいずれかにおいて、前記突起部は、前記開口部において、前記弁体の回転軸方向の一端部及び他端部にそれぞれ１つずつ設けられている。

さらに別の好ましい態様では、前記制御弁の態様のいずれかにおいて、前記面取り部は、前記弁体の外周面と摺接する前記シール部材の外周縁に曲面形状に形成されている。

また、別の観点から、前記制御弁は、その１つの態様において、中空状に形成された弁体収容部と、前記弁体収容部と連通する連通ポートとを有するハウジングと、前記弁体収容部に回転可能に配置されて回転方向の一方側に設けられる底部と、前記底部の外周から前記回転方向の一方側に設けられる周壁部と、前記周壁部に設けられ前記連通ポートと連通する開口ポートと、前記開口ポートにおける前記弁体の回転方向の端縁に設けられた持ち上げ部と、を有する弁体と、前記弁体収容部と前記弁体との間に設けられ、前記弁体と前記ハウジングとの間をシールし、前記持ち上げ部によって前記弁体の径方向外側に持ち上げられるシール部材と、を備える。

さらに別の観点から、前記制御弁は、その１つの態様において、中空状に形成された弁室と、前記弁室と連通するポートと、を有するハウジングと、前記弁室内に回転可能に配置され、回転することによって前記ポートと連通可能な孔部と、前記孔部において回転方向の一方側に設けられる第１面取り部と、前記孔部において回転方向の他方側に設けられる第２面取り部と、を有する弁体と、前記弁室と前記弁体との間に配置され、前記弁体と前記ハウジングとの間を封止する封止部材と、を備え、前記第１面取り部と連続する前記弁体の外周面との成す角度は、前記第２面取り部と連続する前記弁体の外周面との成す角度よりも大きいことを特徴とする制御弁。

１…ハウジング、１３…弁体収容部、Ｅ１〜Ｅ３…排出口（連通口）、３…弁体、Ｍ１〜Ｍ３…開口部、Ｍ１ａ…シールガイド部（面取り部、シール持ち上げ部）、Ｍ２ａ…シールガイド部（面取り部、シール持ち上げ部）、Ｍ１ａａ…シールガイド部（面取り部、シール持ち上げ部）、Ｍ２ａａ…シールガイド部（面取り部、シール持ち上げ部）、Ｍ１ａ’…シールガイド部（面取り部、シール持ち上げ部）、Ｍ２ａ’…シールガイド部（面取り部、シール持ち上げ部）、Ｍ１ａ’ｕ…第１上側シールガイド部（面取り部、シール持ち上げ部）、Ｍ１ａ’ｌ…第１下側シールガイド部（面取り部、シール持ち上げ部）、Ｍ２ａ’ｕ…第２上側シールガイド部（面取り部、シール持ち上げ部）、Ｍ２ａ’ｌ…第２下側シールガイド部（面取り部、シール持ち上げ部）、Ｓ１〜Ｓ３…シール部材（シール部材、封止部材）

Claims (7)

1. 中空状に形成された弁室と、前記弁室と連通するポートと、を有するハウジングと、
   前記弁室内に回転可能に配置され、回転することによって前記ポートと連通可能な孔部と、前記孔部において回転方向の一方側に設けられる第１面取り部と、前記孔部において回転方向の他方側に設けられる第２面取り部と、を有する弁体と、
   前記弁室と前記弁体との間に配置され、前記ハウジング側から前記弁体の外周面に向けて付勢され、前記孔部と摺接することにより前記弁体と前記ハウジングとの間を封止する封止部材と、
   を備え、
   前記第１面取り部と連続する前記弁体の外周面との成す角度は、前記第２面取り部と連続する前記弁体の外周面との成す角度よりも大きいことを特徴とする制御弁。
2. 請求項１に記載の制御弁において、
   前記第１面取り部は、前記孔部における前記弁体の回転軸方向の範囲に形成されていることを特徴とする制御弁。
3. 請求項２に記載の制御弁において、
   前記第１面取り部は、前記弁体の外周面から前記弁体の径方向内側へ傾斜して形成されていることを特徴とする制御弁。
4. 請求項３に記載の制御弁において、
   前記第１面取り部と前記弁体の外周面との成す角は鈍角であることを特徴とする制御弁。
5. 請求項１に記載の制御弁において、
   前記第１面取り部は、前記孔部から前記弁体の回転方向に延びる突起部を備えることを特徴とする制御弁。
6. 請求項５に記載の制御弁において、
   前記突起部は、前記孔部において、前記弁体の回転軸方向の中央部に形成されていることを特徴とする制御弁。
7. 請求項５記載の制御弁において、
   前記突起部は、前記孔部において、前記弁体の回転軸方向の一端部及び他端部にそれぞれ１つずつ設けられていることを特徴とする制御弁。

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