JP6887513B2 - バルブ装置 - Google Patents
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Description
本願は、2017年9月26日に、日本に出願された特願2017−184802号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
このような冷却システムでは、各流路(ラジエータ流路や熱交換流路等)への分岐部に、各流路への冷却水の流通を制御するバルブ装置が設けられている。
この構成によれば、バルブを回転させることで、流出口と連通口との連通及び遮断が切り替えられる。そして、バルブ装置内に流入した冷却水は、流通路を流通する過程で、連通口と連通状態にある流出口を通じてバルブ装置から流出する。これにより、バルブ装置に流入した冷却水が、バルブの回転に応じて1つ又は複数の流路に分配される。
上述した環状のシートのような、バルブ外周面に摺動接触する摺動部材とバルブとでは、要求される特性が異なる。そのため、摺動部材とバルブとは通常、異なる材料で構成されている。例えば上述した特許文献1には、ボールバルブの材料としてPPS、バルブシートの材料としてPTFEが記載されている。
本発明の一態様に係るバルブ装置は、第1方向に開口する流体の流出口が形成された流出ポートを有するケーシングと、前記流出ポートにおける前記流出口の開口端面に接合されたジョイントと、回転可能又は摺動可能に前記ケーシング内に収容され、前記流出口に連通可能な連通口が形成されたバルブと、前記流出ポート内に収容された状態で前記バルブの外表面に摺動する摺動面を有し、前記バルブの回転位置又は摺動位置に応じて前記流出口と前記連通口とを連通させる摺動リングと、を備え、前記バルブは、少なくとも前記外表面が、第1の樹脂を主成分として含む第1の樹脂材料からなり、前記摺動リングは、少なくとも前記摺動面が、第2の樹脂を主成分として含む第2の樹脂材料からなり、前記第1の樹脂と前記第2の樹脂とが同種の樹脂である。
また、上記構成としたことで、上述した従来技術のようにバルブの外表面がPPSで構成され、摺動リングの摺動面がPTFEで構成される場合に比べて、摺動リングの摺動面の摩耗係数が大きく、摩耗しやすい傾向がある。したがって、製造直後にバルブの外表面や摺動リングの摺動面に寸法誤差が存在していても、摺動面が摩耗することで寸法誤差が低減され、シール性能が向上する。
本態様によれば、ケーシング内の液圧が、摺動リングの対向面と摺動面に作用する。このとき、対向面には、ケーシング内の流体の圧力がそのまま作用する。一方で、摺動面には、ケーシング内の流体の圧力がそのまま作用しない。具体的に、流体の圧力は、摺動面とバルブの間の微小な隙間を流体が外周縁から内周縁に向かって流れるときに圧力減少を伴いつつ作用する。このとき、流体の圧力は、内周縁に向かって漸減しつつ、摺動リングを第1方向の外側に押し上げようとする。そのため、対向面を通してシール筒部材に作用する液圧による第1方向の押し付け力が、摺動面とバルブとの間の微少隙間から流体が漏れ出るときに摺動リングに作用するバルブからの浮き上がり力以上の力であれば、摺動リングの摺動面をバルブに当接させた状態に維持することができる。
ここで、本態様では、摺動リングの摺動面の面積が対向面の面積よりも大きいため、ケーシング内の液圧が大きくなっても、摺動リングがバルブに過剰な力で押し付けられるのを抑制することができる。したがって、バルブを駆動する駆動ユニットの大型化及び高出力化を回避することができる上、摺動リング等の早期摩耗を抑制できる。
樹脂製の摺動要素において、固定側と動作側に同一材料を用いた場合、摺動熱にともなう材料の溶融、固着や過剰な摩耗の懸念が生じる。そのため、それぞれに異なる種類の材料を組み合わせる又は一方に金属を用いることが一般的である。しかし、電動ウォータバルブ(EWV)のような制御バルブに要求される応答速度においてはシール面の摺動速度を低く(3m/分以下)することが好ましく、さらに上記の過剰な押し付け力の抑制と、摺動面の微小隙間に存在する液膜によって、樹脂材料の主成分を同一とした場合でもシール面の摩耗を抑制することが可能である。よって、シール性と長寿命を保ちつつ、フリクションが小さく、コンパクトな駆動ユニットで動作させることができる。
本態様によれば、摺動リングの溶融や過剰摩耗をより効果的に抑制できる。
本態様によれば、温度変化による寸法変化によってバルブの外表面と摺動リングの摺動面との間に生じる隙間をより小さくできる。
本態様によれば、バルブの外表面、摺動リングの摺動面それぞれの耐クリープ性がより優れており、クリープによるシール性能の低下を抑制でき、長期にわたってシール性能を維持できる。特に、PPSは、射出成形可能であり、製造コストを低減できる。
図1は、冷却システム1のブロック図である。
図1に示すように、冷却システム1は、車両駆動源に少なくともエンジンを具備する車両に搭載される。なお、車両としては、エンジンのみを有する車両の他に、ハイブリッド車両やプラグインハイブリッド車両等であっても構わない。
ウォータポンプ3、エンジン2及びバルブ装置8は、メイン流路10上で上流から下流にかけて順に接続されている。メイン流路10では、ウォータポンプ3の動作により冷却水がエンジン2及びバルブ装置8を順に通過する。
暖機流路12には、ヒートエクスチェンジャ5が接続されている。ヒートエクスチェンジャ5とエンジン2との間には、オイル流路18を通してエンジンオイルが循環している。暖機流路12では、ヒートエクスチェンジャ5において、冷却水とエンジンオイルとの熱交換が行われる。すなわち、ヒートエクスチェンジャ5は、水温が油温よりも高い場合にオイルウォーマとして機能し、エンジンオイルを加熱する。一方、ヒートエクスチェンジャ5は、水温が油温よりも低い場合にオイルクーラとして機能し、エンジンオイルを冷却する。
EGR流路14には、EGRクーラ7が接続されている。EGR流路14では、EGRクーラ7において、冷却水とEGRガスとの熱交換が行われる。
図2は、バルブ装置8の斜視図である。図3は、バルブ装置8の分解斜視図である。
図2、図3に示すように、バルブ装置8は、ケーシング21と、ロータ22(バルブ)(図3参照)と、駆動ユニット23と、を主に備えている。
ケーシング21は、有底筒状のケーシング本体25と、ケーシング本体25の開口部を閉塞する蓋体26と、を有している。なお、以下の説明では、ケーシング21の軸線O1に沿う方向を単にケース軸方向という。ケース軸方向において、ケーシング本体25の周壁部31に対してケーシング本体25の底壁部32に向かう方向を第1側といい、ケーシング本体25の周壁部31に対して蓋体26に向かう方向を第2側という。さらに、軸線O1に直交する方向をケース径方向といい、軸線O1回りの方向をケース周方向という。
図3、図4に示すように、周壁部31における第2側に位置する部分には、ケース径方向の外側に膨出する流入ポート37が形成されている。流入ポート37には、流入ポート37をケース径方向に貫通する流入口37a(図4参照)が形成されている。流入口37aは、ケーシング21内外を連通している。流入ポート37の開口端面(ケース径方向の外側端面)には、上述したメイン流路10(図1参照)が接続される。
また、ラジエータ流出口41bは、フェール開口41aに対してケース軸方向の第1側に位置している。
図2に示すように、駆動ユニット23は、ケーシング本体25の底壁部32に取り付けられている。駆動ユニット23は、図示しないモータや減速機構、制御基板等が収納されて構成されている。なお、図4に示すように、駆動ユニット23と底壁部32との間において、駆動ユニット23と底壁部32との締結部分以外の部分には隙間C1が設けられている。
図3、図4に示すように、ロータ22は、ケーシング21内に収容されている。ロータ22は、ケーシング21の軸線O1と同軸に配置された円筒状に形成されている。ロータ22は、軸線O1回りに回転することで、上述した各流出口(ラジエータ流出口41b、暖機流出口56a及び空調流出口66a)を開閉する。
ロータ本体72は、第1の樹脂材料からなる。第1の樹脂材料については後で詳しく説明する。内側軸部73は、第1の樹脂材料よりも硬度が高い材料(例えば、金属材料)により形成されている。内側軸部73は、軸線O1と同軸で延在している。
なお、ロータ22は、第1の樹脂材料により一体で形成しても構わない。
具体的に、底壁部32には、ケース軸方向の第2側に向けて第1軸収容壁79が形成されている。第1軸収容壁79は、上述した貫通孔32aを取り囲んでいる。第1軸収容壁79の内側には、上述した第1ブッシュ78が嵌合されている。
なお、ラジエータポート41とラジエータジョイント42との接続部分、及び空調ポート66と空調ジョイント68との接続部分については、暖機ポート56及び暖機ジョイント62の接続部分と同等の構成であるため、説明を省略する。
図5に示すように、暖機ポート56は、ポート軸方向に延びるシール筒部(シール壁、第1規制部)101と、シール筒部101からポート径方向の外側に張り出すポートフランジ部102と、を有している。
ポートフランジ部102において、囲繞壁105に対してポート径方向の内側に位置する部分には、ポート軸方向の外側に突出するポート接合部106が形成されている。ポート接合部106は、ポートフランジ部102の全周に亘って形成されている。
暖機ポート56及び暖機ジョイント62は、ポート接合部106とジョイント接合部113との対向面同士が振動溶着されることで、互いに接合されている。
なお、図3に示すように、上述したラジエータポート41内及び空調ポート66内にも、暖機ポート56内に設けられたシール機構130と同様の構成からなるシール機構130が設けられている。本実施形態では、ラジエータポート41内及び空調ポート66内に設けられたシール機構130は、暖機ポート56内に設けられたシール機構130と同様の符号を付して説明を省略する。
摺動リング131は、軸線O2と同軸に延びるとともに、ポート軸方向の外側に向かうに従い外径が段々を縮径する多段筒状に形成されている。具体的に、ポート軸方向の内側に位置する大径部141と、大径部141に対してポート軸方向の外側に連なる小径部142と、を有している。
一方、小径部142の内周面は、大径部141の内周面に滑らかに連なっている。小径部142におけるポート軸方向の外側端面(以下、「座面142a」という。)は、ポート軸方向に直交する平坦面に形成されている。小径部142の座面142aは、ポート軸方向においてシール筒部101の外側端面と同等の位置に配置されている。
なお、摺動リング131は、暖機ジョイント62に対してポート径方向及びポート軸方向で離間している。
ここで、摺動リング131において、段差面143の面積S1と、摺動面141aの面積S2とは、以下の式(1),(2)を満たすように設定されている。
S1<S2≦S1/k …(1)
α≦k<1 …(2)
k:摺動面141aと弁筒部82との間の微少隙間を流れる冷却水の圧力減少定数
α:冷却水の物性によって決まる圧力減少定数の下限値
なお、段差面143の面積S1と摺動面141aの面積S2は、ポート軸方向に投影したときの面積を意味する。
また、式(2)における圧力減少定数kは、摺動面141aがポート径方向の外側端縁から内側端縁にかけて均一に弁筒部82に接しているときには、圧力減少定数の標準値であるα(例えば、1/2)となる。但し、摺動リング131の製造誤差や組付け誤差等によって、摺動面141aの外周部分と弁筒部82との間の隙間が摺動面141aの内周部分に対して僅かに増大することがある。この場合、式(2)における圧力減少定数kは、次第にk=1に近づくことになる。
すなわち、摺動リング131の段差面143には、上述したようにケーシング21内の冷却水の圧力がそのまま作用する。一方で、摺動面141aには、ケーシング21内の冷却水の圧力がそのまま作用しない。具体的に、冷却水の圧力は、摺動面141aと弁筒部82の間の微小な隙間を冷却水がポート径方向の外側端縁から内側端縁に向かって流れるときに圧力減少を伴いつつ作用する。このとき、冷却水の圧力は、ポート径方向の内側に向かって漸減しつつ、摺動リング131をポート軸方向の外側に押し上げようとする。
したがって、摺動リング131の段差面143に作用する押し付け方向の力F1(F1=P×S1)は、摺動リング131の摺動面141aに作用する浮き上がり方向の力F2(F2=P×k×S2)以上に大きくなる。よって、本実施形態のバルブ装置8においては、ケーシング21内の冷却水の圧力の関係のみによっても、摺動リング131と弁筒部82との間をシールすることができる。
また、バルブ装置8は、ロータ22の外周面に対する摺動面141aの摺動速度(m/分)をxとし、バルブ装置8が摺動可能な面圧(Pa)をyとしたときに、x+y≦4の関係を満たすように構成されていることが好ましい。例えば、図7に示すように、ロータ22の外周面に対する摺動面141aの摺動速度が3m/分のときは1MPa以下の面圧で摺動可能に構成されていることが好ましい。摺動速度が2m/分のときは2MPa以下の面圧で摺動可能に構成されていることが好ましい。摺動速度が1m/分のときは3MPa以下の面圧で摺動可能に構成されていることが好ましい。
バルブ装置8は、1MPa以下の面圧で、3m/分以下の摺動速度で摺動可能に構成されていることが好ましい。つまり、摺動速度(m/分)と面圧(MPa)とが、図7にてハッチングを施した領域内(0m/分≦摺動速度≦3m/分、0MPa<面圧≦1MPa)に存在することが好ましい。面圧が1MPa以下であれば、摺動リング131の溶融や過剰摩耗をより効果的に抑制できる。
バルブ装置8は、1MPa以下の面圧で、2m/分以下の摺動速度で摺動可能に構成されていることが特に好ましい。
摺動速度の下限は、例えば0m/分である。
面圧の下限は、例えば0.02MPaである。
摩耗代は、例えば0.5〜10mmの範囲で設定される。
この場合、ホルダ134のポート軸方向の内側への移動は、シール筒部101により規制される。一方、ホルダ134のポート軸方向の外側への移動は、中径部122により規制される。したがって、シールリング133が所望の位置(小径部142の外周面及びシール筒部101の内周面の間)に保持される。
なお、ホルダ134は、上述したように暖機ポート56と暖機ジョイント62との接合時において、少なくとも暖機ジョイント62から離間していれば構わない。ここでいう「離間」とは、ホルダ134(ホルダフランジ部152)と暖機ジョイント62(中径部122)との間がポート軸方向で50μm以上の隙間を有することを言う。但し、シールリング133に液圧が作用した際に、ホルダ134が暖機ジョイント62に対してポート軸方向の外側に移動した場合には、ホルダフランジ部152が中径部122にポート軸方向で当接しても構わない。
まず、暖機流出口56a内に摺動リング131を挿入した後、シールリング133、ホルダ134、付勢部材132を順次セットする。この際、ホルダ134のホルダフランジ部152が、シール筒部101にポート軸方向で当接する位置まで、ホルダ134及びシールリング133を押し込むことが好ましい。
第1の樹脂材料は、第1の樹脂を主成分として含む。第1の樹脂材料は、第1の樹脂以外の他の樹脂を含んでもよい。第1の樹脂材料は、樹脂以外の他の成分を含んでもよい。
「主成分」とは、樹脂材料に含まれる樹脂のうち、最も含有量の多い樹脂を意味する。例えば樹脂材料に含まれる樹脂が2つである場合、主成分の含有量は、樹脂材料に含まれる全ての樹脂の総質量に対して50質量%超である。
第1の樹脂は、第1の樹脂材料に含まれる成分のうち、最も含有量の多い成分であることが好ましい。例えば第1の樹脂材料に含まれる成分が2つである場合、第1の樹脂の含有量は、第1の樹脂材料の総質量に対して50質量%超であることが好ましい。
PAとしては、脂肪族ポリアミド、半芳香族ポリアミド、芳香族ポリアミド等が挙げられ、例えば、PA6、PA66、PA46、PA610、PA612、PA11、PA12、PA6T、PA9T、PA10T、PA6T/PA11共重合体、PA6T/PA12共重合体、PA6T/PA66共重合体、PA6T/PA6I共重合体、PA6T/PA6I/PA66共重合体、ヘキサメチレンジアミン/2−メチル−1,5−ペンタメチレンジアミン/テレフタル酸共重合体、ポリペンタメチレンテレフタラミド、ポリメタキシリレンアジパミド(MXD6)、ポリフタルアミド(PPA)が挙げられる。
なお、PA6T/PA11共重合体はPA6TとPA11との共重合体を示し、他の共重合体も同様である。
第1の樹脂が上記樹脂であると、ロータ22の外周面(弁筒部82の外周面)と摺動リング131の摺動面141aとを、同種の樹脂を主成分とする樹脂材料からなる構成としつつ、ロータ22の外周面の硬度、耐衝撃性の特性と、摺動リング131の摺動面の低摩擦性、低摩耗性の特性とを共に優れたものにできる。また、上記樹脂は射出成形可能であるため製造コストを低減できる。
特に、第1の樹脂がPPSである(したがって第2の樹脂もPPSである)場合には、ロータ22の外周面、摺動リング131の摺動面141aそれぞれの耐クリープ性がより優れており、クリープによるシール性能の低下を抑制でき、長期にわたってシール性能を維持できる。
他の成分としては、例えば無機充填材等が挙げられる。
無機充填材は、例えば繊維状、板状、粉末状、粒状等であってよい。無機充填材の具体例としては、ガラス繊維、炭素繊維(PAN系、ピッチ系等)、鉱物粉等が挙げられる。
これら他の成分はいずれか1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
第1の樹脂材料は、ロータ22の硬度、耐衝撃性の点から、ガラス繊維を含むことが好ましい。
線膨張係数は、−30〜90℃における平均膨張係数であり、熱機械分析装置(TMA)を用い、ASTM D696に従って測定される。
第2の樹脂材料は、第2の樹脂を主成分として含む。第2の樹脂材料は、第2の樹脂以外の他の樹脂を含んでもよい。第2の樹脂材料は、樹脂以外の他の成分を含んでもよい。
「主成分」は上記と同義である。例えば第2の樹脂材料に含まれる樹脂が2つである場合、第2の樹脂の含有量は、第2の樹脂材料に含まれる全ての樹脂の総質量に対して50質量%超である。
第2の樹脂は、第2の樹脂材料に含まれる成分のうち、最も含有量の多い成分であることが好ましい。例えば第2の樹脂材料に含まれる成分が2つである場合、第2の樹脂の含有量は、第2の樹脂材料の総質量に対して50質量%超であることが好ましい。
「同種」は、樹脂を特徴付ける構造、例えば必須の単量体単位が同じであることを示す。平均分子量、2種以上の単量体単位を含む場合の各単量体単位の比率等が異なっていても構わない。例えばPA6T及びPA10Tは、共にポリアミド構造を有するため、同種の樹脂である。
第1の樹脂及び第2の樹脂は、PPS、PEEK、PAのいずれか1つに共に属することが好ましく、共にPPSであることが特に好ましい。
他の成分としては、第1の樹脂材料における他の成分と同様のものが挙げられる。
第2の樹脂材料は、摺動面の低摩擦性、低摩耗性の点から、炭素繊維及びPTFEのいずれか一方又は両方を含むことが好ましい。
次に、上述したバルブ装置8の動作方法を説明する。
図1に示すように、メイン流路10において、ウォータポンプ3により送出される冷却水は、エンジン2で熱交換された後、バルブ装置8に向けて流通する。図4に示すように、メイン流路10においてエンジン2を通過した冷却水は、流入口37aを通してケーシング21内の接続流路92内に流入する。
ロータ22の外周面を形成している第1の樹脂材料と、摺動リング131の摺動面141aを形成している第2の樹脂材料とは、同種の樹脂を主成分とするため、線膨張係数等の熱的特性の差が少ない。
したがって、上記構成によれば、温度変化によってロータ22及び摺動リング131の寸法が変化したときに、各樹脂材料の膨張又は収縮による寸法変化の差が少ないため、寸法変化したとしても、バルブの外周面と摺動リングの摺動面との間に生じる隙間を小さくでき、隙間から漏れる流体の量を少なくできる。
また、上記構成によれば、ロータ22の外周面がPPSで構成され、摺動リング131の摺動面141aがPTFEで構成される場合に比べて、摺動面141aの摩耗係数が大きく、摩耗しやすい。したがって、製造直後にロータ22の外周面や摺動リング131の摺動面141aに寸法誤差が存在していても、摺動面141aが摩耗することで寸法誤差が低減され、シール性能が向上する。
例えば、上述した実施形態では、バルブ装置8がエンジン2の冷却システム1に搭載された構成について説明したが、この構成のみに限らず、その他のシステムに搭載しても構わない。
上述した実施形態では、バルブ装置8に流入した冷却水を、ラジエータ流路11、暖機流路12、空調流路13及びEGR流路14に分配する構成について説明したが、この構成のみに限られない。バルブ装置8は、バルブ装置8内に流入する冷却水を少なくとも2つの流路に分配する構成であれば構わない。
また、各連通口や流出口のレイアウトや種類、形状等についても適宜変更が可能である。
上述した実施形態では、流出ポート及びジョイントの接合に、振動溶着を用いた場合について説明したが、この構成のみに限らず、種々の溶着方法(超音波溶着等)や接着等であっても構わない。
上述した実施形態では、ホルダ134が、暖機ジョイント62に対してポート軸方向で離間可能に配置された構成、並びに暖機ポート56及び暖機ジョイント62の双方に対してポート軸方向で離間可能に配置された構成について説明したが、この構成のみに限られない。すなわち、ホルダ134は、暖機ポート56及び暖機ジョイント62の少なくとも何れかに離間可能に配置されていればよい。この場合、ホルダ134は、暖機ポート56のみに離間可能に配置(暖機ジョイント62に当接)されていても構わない。また、ホルダ134と、暖機ポート56及び暖機ジョイント62の少なくとも何れかと、はポート径方向に離間可能に配置していても構わない。
バルブは、円筒形状以外の他のバルブであっても構わない。その他のバルブとしては、例えば球状等のロータ、スライダ等が挙げられる。スライダは、例えば流出口に連通する連通口が形成された板状のバルブである。スライダは、ケーシング本体25内に収容されてケーシング本体25内を摺動可能に構成される。スライダが摺動する過程において、流出口と連通口との少なくとも一部が重なり合う場合に摺動リングを通じて流出口と連通口とが連通する。
ロータ22の代わりにスライダを用いる構成とした場合には、スライダは3m/分以下の速度で摺動可能とすることが好ましく、2m/分以下の周速で摺動可能とすることがより好ましい。また、スライダの摺動時にスライダの外表面と摺動リングの摺動面との間に作用する面圧は、1MPa以下とすることが好ましい。
以下の手順で、ロータ22(バルブ)と摺動リング131とを作製した。このロータ22及び摺動リング131を用いて、前記した実施形態に係るバルブ装置8と同様の構成のバルブ装置を作製した。
第1の樹脂材料として下記の樹脂材料A1を用い、内側軸部73に対してロータ本体72をインサート成形し、ロータ22を作製した。
樹脂材料A1:PPSを樹脂の主成分として含む樹脂材料(線膨張係数:2×10−5/K)。
第2の樹脂材料として下記の樹脂材料A2を射出成形して摺動リング131を作製した。
樹脂材料A2:PPSを樹脂の主成分として含む樹脂材料(線膨張係数:4×10−5/K)。
第1の樹脂材料を下記の樹脂材料B1に変更し、第2の樹脂材料を下記の樹脂材料B2に変更した以外は実施例1と同様にしてバルブ装置を作製した。
樹脂材料B1:PEEKを樹脂の主成分として含む樹脂材料(線膨張係数:5×10−5/K)。
樹脂材料B2:PEEKを樹脂の主成分として含む樹脂材料(線膨張係数:3×10−5/K)。
第1の樹脂材料を下記の樹脂材料C1に変更し、第2の樹脂材料を下記の樹脂材料C2に変更した以外は実施例1と同様にしてバルブ装置を作製した。
樹脂材料C1:PA66を樹脂の主成分として含む樹脂材料(線膨張係数:3×10−5/K)。
樹脂材料C2:PA6を樹脂の主成分として含む樹脂材料(線膨張係数:7.5×10−5/K)。
第1の樹脂材料を下記の樹脂材料D1に変更し、第2の樹脂材料を下記の樹脂材料D2に変更した以外は実施例1と同様にしてバルブ装置を作製した。
樹脂材料D1:PPSを樹脂の主成分として含む樹脂材料(線膨張係数:2×10−5/K)。
樹脂材料D2:PTFEを樹脂の主成分として含む樹脂材料(線膨張係数:10×10−5/K)。
実施例1〜3、比較例1のバルブ装置について、クリープ特性をASTM D621に準拠して、面圧13.7MPa、常温、24時間の条件で評価した。結果を表1に示す。
<評価基準>
A:クリープ特性が1%以下。
B:クリープ特性が1%超10%以下。
C:クリープ特性が10%超。
実施例1〜3、比較例1で用いた第1の樹脂材料の線膨張係数(/K)に対する第2の樹脂材料の線膨張係数(/K)の割合(%)を算出し、以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
<評価基準>
A:前記割合が50%以上200%以下。
B:前記割合が40%以上50%未満、又は200%超250%以下。
C:前記割合が40%未満、又は250%超。
実施例1、比較例1のバルブ装置について、以下の手順で、25℃又は80℃の冷却水(HONDA社製11LLC 50±2%濃度)の漏れ量を測定した。雰囲気温度は冷却水温と同じとした。
(1)バルブ装置8のラジエータジョイント42、暖機ジョイント62、空調ジョイント68、EGRジョイント52それぞれに、弁を備えた流路を接続し、これらすべての流路を閉状態とした。
(2)バルブ装置8のロータ22の回転位置を、ロータ22のラジエータ連通口95、暖機連通口96、空調連通口97がいずれも摺動リング131と重なり合わない位置とした。
(3)冷却水を収容した圧力タンクと、バルブ装置8の流入ポート37とを、弁を備えた流路で接続した。圧力タンクにエアを供給し、エアにより冷却水を加圧した。これにより、圧力タンクの冷却水を流入ポート37に供給し、ケーシング21内に圧力をかけた。
(4)漏れ量を測定する箇所のジョイント(本実施例では、暖機ジョイント62)に接続した流路のバルブを開として、漏れ量を測定する箇所のジョイント側を大気開放した。エアによる圧力を次第に増加させながら、前記流路から流出する冷却液の液量を電子天秤で測定し、その測定値を漏れ量とした。
結果を図8に示す。図8は、横軸にケーシング本体25の流通路91と摺動リング131内との差圧(kPa)、縦軸に漏れ量(L/分)をとったグラフである。図8中、「PPS_25℃」、「PPS_80℃」はそれぞれ、冷却水温が25℃、80℃のときの実施例1の結果である。「PTFE_25℃」、「PTFE_80℃」はそれぞれ、冷却水温が25℃、80℃のときの比較例1の結果である。
また、差圧が300kPaのときの、冷却水温25℃での漏れ量(L/分)に対する冷却水温80℃における漏れ量(L/分)の割合(以下、「漏れ量の変化率」ともいう。)(%)を表2に示す。
図8及び表2に示すとおり、実施例1〜3のバルブ装置は、比較例1のバルブ装置に比べ、冷却水の漏れが抑制されていた。また、冷却水温の変化や差圧の変化による漏れ量の変化が少なかった。
21…ケーシング
22…ロータ(バルブ)
41…ラジエータポート(流出ポート)
41b…ラジエータ流出口(流出口)
42…ラジエータジョイント(ジョイント)
56…暖機ポート(流出ポート)
56a…暖機流出口(流出口)
62…暖機ジョイント(ジョイント)
66…空調ポート(流出ポート)
66a…空調流出口(流出口)
68…空調ジョイント(ジョイント)
95…ラジエータ連通口(連通口)
96…暖機連通口(連通口)
97…空調連通口(連通口)
101…シール筒部(シール壁、第1規制部)
126…第2バリ収容部(バリ収容部)
131…摺動リング
132…付勢部材
133…シールリング
134…ホルダ
141…大径部
141a…摺動面
142…小径部
143…段差面(対向面)
151…ホルダ筒部
152…ホルダフランジ部
153…規制部(第2規制部)
Claims (6)
- 第1方向に開口する流体の流出口が形成された流出ポートを有するケーシングと、
前記流出ポートにおける前記流出口の開口端面に接合されたジョイントと、
回転可能又は摺動可能に前記ケーシング内に収容され、前記流出口に連通可能な連通口が形成されたバルブと、
前記流出ポート内に収容された状態で前記バルブの外表面に摺動する摺動面を有し、前記バルブの回転位置又は摺動位置に応じて前記流出口と前記連通口とを連通させる摺動リングと、
前記流出ポートの内周面、及び前記摺動リングの外表面との間に介在するシールリングと、を備え、
前記バルブは、少なくとも前記外表面が、第1の樹脂を主成分として含む第1の樹脂材料からなり、
前記摺動リングは、少なくとも前記摺動面が、第2の樹脂を主成分として含む第2の樹脂材料からなり、
前記第1の樹脂と前記第2の樹脂とが同種の樹脂であり、
前記摺動リングは、
前記シールリングが摺動する前記外表面を有する小径部と、
前記小径部に対して前記第1方向で前記バルブ側に位置し、前記小径部に対して拡径された大径部と、を有し、
前記大径部における前記第1方向で前記バルブを向く面は、前記摺動面を構成し、
前記大径部における前記第1方向で前記バルブとは反対側を向く面は、前記シールリングに前記第1方向で対向する対向面を構成し、
前記摺動面の面積が、前記対向面の面積よりも大きくなっていることを特徴とするバルブ装置。 - 前記バルブが回転又は摺動するときの、前記外表面に対する前記摺動面の摺動速度が3m/分以下であることを特徴とする請求項1に記載のバルブ装置。
- 前記バルブが回転又は摺動するときの、前記外表面と前記摺動面との間に作用する面圧が1MPa以下であることを特徴とする請求項2に記載のバルブ装置。
- 前記第2の樹脂材料の線膨張係数が、前記第1の樹脂材料の線膨張係数に対して40〜250%であることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載のバルブ装置。
- 前記第1の樹脂及び前記第2の樹脂が共に、ポリフェニレンスルファイドであるか、又はポリエーテルエーテルケトンであるか、又はポリアミドである請求項1から請求項4の何れか1項に記載のバルブ装置。
- 前記第1の樹脂及び前記第2の樹脂が共にポリフェニレンスルファイドである請求項1から請求項5の何れか1項に記載のバルブ装置。
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