JP7045222B2 - 流体制御バルブ - Google Patents

Description

本発明は、流体の流通する流路上に設けられ該流体の流量を制御するための流体制御バルブに関する。

従来から、例えば、車両用の内燃機関を冷却するための冷却水回路に用いられ、冷却水等の流体の流量を制御する流体制御バルブが知られている。この流体制御バルブは、例えば、特許文献１に開示されるように、弁箱における弁収納室の内部に、略円柱状の弁体が回転自在に設けられ、前記弁体には、その径方向に貫通する流量制御穴が形成されている。また、弁箱の両端部には入口側パイプ及び出口側パイプがそれぞれ接続され、この出口側パイプに隣接するように弁収納室の内部には、弁体に摺接するシール用のパッキンが設けられている。

そして、弁体がパッキンに摺接しながら回転し、その流量制御穴が入口側パイプ及び出口側パイプと一直線状となることで互いに連通し、前記入口側パイプからの流体が流量制御穴を通じて出口側パイプへと流れる。

特開２００３－２３２４５４号公報

しかしながら、上述した特許文献１の流体制御バルブでは、流体中に含まれる異物が弁収納室内へと進入した際、この弁収納室の底部に溜まってしまい、流体の流れが弱い部位に堆積してしまうことがある。この堆積した異物が、弁体とボディとの間や前記弁体とパッキンとの間に噛み込まれて作動不良の原因となったり、シール性の低下を招くという問題が生じる。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、ボディ内における異物の堆積を防止し、弁体の作動性を高めると同時にシール性の低下を防止することが可能な流体制御バルブを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、流体の導入される導入口と流体の導出される導出口とを有したボディと、ボディの弁室に回転自在に設けられる弁体とを備え、弁体には、その回転中心に対して直交方向に貫通した弁孔を有し、弁体の回転作用下に弁孔による導入口と導出口との連通状態を切り替える流体制御バルブにおいて、
弁室は、上流側に配置され導入口が開口する上流側内壁面と、
導入口よりも下流側に配置され導出口が開口する下流側内壁面と、
を有し、
弁体と上流側内壁面との間には、弁体の外周面に摺接するシール面を有したシール部材が設けられ、
弁室には、弁室において重力方向下方となる底部と弁体及びシール部材との間に設けられるクリアランスと、
底部側において流体の流通方向に沿った内壁面と上流側内壁面とがなす角部に設けられる湾曲部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、流体制御バルブを構成するボディには、弁体が回転自在に収納される弁室を備え、この弁室には、上流側に配置され導入口が開口する上流側内壁面と、導入口よりも下流側に配置され導出口が開口する下流側内壁面とを有しており、弁体と上流側内壁面との間には、弁体の外周面に摺接するシール面を有したシール部材が設けられる。また、弁室には、弁室において重力方向下方となる底部と弁体及びシール部材との間に設けられるクリアランスと、底部側において流体の流通方向に沿った内壁面と上流側内壁面とがなす角部に設けられる湾曲部とを備える。

従って、弁体の回転作用下に導入口と導出口とが連通した弁開状態において、弁室内に流入する流体の一部を、弁体及びシール部材と底部との間のクリアランスを通じて上流側へと導くことで、上流側内壁面近傍となる底部に溜まりやすい異物を流体によって好適に押し流し、湾曲部に沿って導くことで外部へと排出することができる。その結果、弁室内における異物の堆積を防止することで、この異物がボディと弁体との間やシール部材と弁体との間に噛み込んでしまうことによる動作不良が回避され、弁体の作動性を向上できると同時にシール性の低下を防止できる。

また、湾曲部を、断面円弧状に形成するとよい。

さらに、クリアランスを、流体中に含まれる異物よりも大きく設定するとよい。

さらにまた、下流側内壁面を断面円弧状に形成するとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、弁体が回転自在に収納されるボディの弁室は、重力方向下方となる底部と弁体及びシール部材との間にクリアランスが設けられ、底部側において流体の流通方向に沿った内壁面と上流側の内壁面との角部に湾曲部が設けられるため、弁体の回転作用下に導入口と導出口とが連通した弁開状態において、弁室内に流入する流体の一部を、クリアランスを通じて上流側へと導くことで、上流側の内壁面近傍の底部に溜まりやすい異物を流体によって好適に押し流すことができ、しかも湾曲部に沿って導くことで好適に異物を外部へと排出することができる。その結果、弁室内における異物の堆積を防止することで、この異物のボディと弁体との間やシール部材と弁体との間への噛み込みが回避され、弁体の作動性を向上できると同時にシール性の低下を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る流体制御バルブの全体断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。

本発明に係る流体制御バルブについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る流体制御バルブを示す。なお、以下の説明では、この流体制御バルブ１０が、内燃機関等の冷却水回路に適用される場合について説明する。

この流体制御バルブ１０は、図１及び図２に示されるように、ボディ１２と、該ボディ１２に対して回転自在に設けられる弁体１４と、前記ボディ１２に設けられ前記弁体１４を回転駆動させる駆動部１６とを含み、このボディ１２は、例えば、樹脂製材料から形成され、前記弁体１４の収納される本体部１８と、該本体部１８から突出して流体の供給される導入部（導入口）２０と、前記本体部１８に対して前記導入部２０とは反対方向に突出し前記流体の排出される導出部（導出口）２２とを備える。

本体部１８は、例えば、断面矩形状に形成され、その中央部には弁体１４の収納される収納室（弁室）２４が形成される。

この収納室２４は、上流側（矢印Ａ方向）となる上流側内壁面２６が導入部２０及び導出部２２の延在方向（矢印Ａ、Ｂ方向）と直交した平面状に形成され、下流側（矢印Ｂ方向）となる下流側内壁面２８が収納室２４から外側に向かって断面円弧状に膨出するように形成される。そして、上流側内壁面２６には、後述する導入部２０と連通する第１開口（導入口）３０が開口し、下流側内壁面２８には、後述する導出部２２と連通する第２開口（導出口）３２が開口している。なお、第１及び第２開口３０、３２は、収納室２４を挟んで一直線状となるように形成される。

また、上流側内壁面２６の両側部には、該上流側内壁面２６と略直交した一組の側壁面３４ａ、３４ｂ（図２参照）が形成され、前記側壁面３４ａ、３４ｂは、流体の流通方向となる上流側から下流側に沿って互いに略平行となるように形成され、その下流側端部が下流側内壁面２８に接続されている。

さらに、収納室２４の底部３６は、第１及び第２開口３０、３２に対して重力方向下方（図１中、矢印Ｃ方向）へと所定高さだけ突出するように形成され、本体部１８の軸線と略直交方向に延在した底面３６ａを有している。そして、一組の側壁面３４ａ、３４ｂと上流側内壁面２６とがなす一対の角部３８には、底面３６ａに臨む下部に内側に向かって膨出した一対の湾曲部４０が形成される。

この湾曲部４０は、例えば、断面円弧状で内側に向かって凹状となるように形成されると共に、本体部１８の軸方向となる高さ方向（図１中、矢印Ｃ、Ｄ方向）において、底面３６ａから後述するシール部材４８の下端部４８ａまでの範囲内に形成されている。

一方、本体部１８には、収納室２４の上部に軸方向（矢印Ｄ方向）に沿って延在したシャフト孔４２が形成され、該シャフト孔４２の内部には環状溝を介してパッキン４４及びダストシール４６が設けられる。

また、本体部１８の内部には、上流側内壁面２６に臨むようにシール部材４８が設けられる。このシール部材４８は、例えば、ゴム等の弾性材料から断面矩形状に形成され、中央部に形成され厚さ方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に貫通した断面円形状の貫通孔５０と、前記貫通孔５０の外周側となり収納室２４側に臨む端面にシール面５２を有している。このシール面５２は、図２に示されるように、本体部１８の軸方向から見て断面略円弧状に形成され、弁体１４の外周面が当接可能に形成される。

そして、シール部材４８は、側壁面３４ａ、３４ｂに形成された溝部に沿って本体部１８の上方から内部へと挿入されることで、上流側内壁面２６に臨み、且つ、その下端部４８ａが湾曲部４０の上方となる位置に装着され固定される。この際、シール部材４８の下端部４８ａと収納室２４の底面３６ａとの間のクリアランスＳ（図１参照）は、流体中に含まれる可能性がある異物の大きさよりも大きくなるように設定される。すなわち、異物がクリアランスＳを通じて自由にボディ１２の底面３６ａに沿って移動可能な大きさに設定される。

導入部２０は、例えば、管状に形成され、本体部１８の一側部から該本体部１８の軸方向と直交する水平方向（矢印Ａ方向）に沿って所定長さだけ突出し、その内部には導入流路５４が形成され、本体部１８の第１開口３０と連通することで導入部２０と収納室２４とが連通する。そして、導入部２０の端部には図示しないチューブが接続され、図示しない流体供給源から導入流路５４へと流体が供給される。

導出部２２は、導入部２０と同様に管状に形成され、本体部１８の他側部から導入部２０とは反対方向となるように水平方向（矢印Ｂ方向）に沿って所定長さだけ突出している。すなわち、導入部２０と導出部２２とは本体部１８を挟んで一直線状となるように設けられる。

また、導出部２２の内部には、その端部から収納室２４まで一直線状に延在する導出流路５６が形成され、本体部１８の第２開口３２と連通することで導出部２２と収納室２４とが連通している。そして、導出部２２の端部には図示しないチューブが接続され、導入部２０から収納室２４へと流れた流体が導出部２２の導出流路５６を通じて図示しない内燃機関の冷却水回路へと排出される。

弁体１４は、例えば、収納室２４に収納される弁部５８と、該弁部５８の上端部中央から軸方向（矢印Ｄ方向）に沿って延在した軸部６０とを有する。

弁部５８は、例えば、軸部６０の軸方向から見て断面円形状に形成された円柱体からなり、軸部６０の軸方向と直交方向に貫通した弁孔６２が形成され、該弁孔６２は断面円形状で弁部５８の外周面を貫通するように形成される。そして、弁部５８の外周面は、ボディ１２に設けられたシール部材４８のシール面５２に当接し、摺接しながら回転動作する。

また、図１に示されるように、弁部５８は、その下端部５８ａが収納室２４内において底面３６ａから上方（矢印Ｄ方向）へと所定距離だけ離れて該底面３６ａとの間にクリアランスＳを有し、湾曲部４０よりも上方となるように配置される。

軸部６０は、ボディ１２のシャフト孔４２へと挿通され、その外周面にパッキン４４及びダストシール４６が摺接することで、前記シャフト孔４２に対して回転自在に支持されると共に、前記シャフト孔４２と前記軸部６０との間を通じて収納室２４から流体が漏出することが防止され、且つ、外部から収納室２４側への塵埃等の進入が防止される。なお、軸部６０の上端部はシャフト孔４２を通じて本体部１８の外側へと突出している。

駆動部１６は、例えば、ＤＣモータやステッピングモータ等の回転駆動源からなり、図示しないコントローラからの制御信号に基づき、所定方向に所定角度だけ回転する。そして、駆動部１６は、ボディ１２における本体部１８の上部に設けられ、軸部６０の上端部が連結されることで、その通電作用下に前記軸部６０を介して弁体１４が収納室２４内において所定方向且つ所定角度だけ回転する。

本発明の実施の形態に係る流体制御バルブ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、流体制御バルブ１０において、弁体１４の弁孔６２が導入流路５４及び導出流路５６と直交する位置とすることで、弁体１４によって前記導入流路５４と前記導出流路５６との連通が遮断された弁閉状態となる。そのため、図示しない流体供給源から導入部２０の導入流路５４へと供給された流体は、ボディ１２の収納室２４を通じて導出部２２の導出流路５６へと流れることがない。

次に、図示しないコントローラからの制御信号に基づき駆動部１６が駆動することで、弁体１４は、軸部６０と共に弁部５８が所定方向に回転し始め、約９０°回転することで、前記弁体１４における弁孔６２の両端部がそれぞれ収納室２４の第１及び第２開口３０、３２に臨み、導入流路５４及び導出流路５６と一直線状となった弁開状態となる。これにより、導入流路５４に供給されていた流体が弁体１４の弁孔６２を通じて下流側（矢印Ｂ方向）の導出流路５６へと流通して図示しない内燃機関の冷却水回路へと導出される。

また、収納室２４内に流入した流体が弁体１４の弁孔６２を通じて下流側へと流れる際、図２に示されるように、前記流体の一部が、前記収納室２４の底部３６側において、断面円弧状の下流側内壁面２８に沿って流れることで上流側（矢印Ａ方向）へと導かれる。そのため、収納室２４の底部３６において、上流側となりシール部材４８の下方となる上流側内壁面２６近傍に溜りやすい異物を、上流側へと導かれた流体の流れによって好適に押し流すことができる。

さらに、収納室２４の底面３６ａには、上流側内壁面２６と側壁面３４ａ、３４ｂとの角部３８に湾曲部４０を設けているため、上流側へと流通させた流体の一部を前記湾曲部４０に沿って収納室２４の中央側へと導くことで、該流体と共に異物を導出流路５６へと流れる流体と共に外部へと排出することができ、しかも、異物の溜まりやすい角部３８への堆積も防止される。

以上のように、本実施の形態では、流体制御バルブ１０を構成するボディ１２において、弁体１４の弁部５８が収納される収納室２４を有し、前記収納室２４の底部３６が、シール部材４８の重力方向に沿った下端部４８ａに対して所定距離だけ離間して両者の間にクリアランスＳが形成されると共に、前記底部３６には、該シール部材４８の装着される上流側内壁面２６と、該上流側内壁面２６と略直交した一組の側壁面３４ａ、３４ｂとがなす角部３８に断面円弧状の湾曲部４０を設けている。

従って、弁体１４の回転作用下に導入部２０と導出部２２とが連通した弁開状態において、前記収納室２４の底面３６ａと弁体１４との間のクリアランスＳを通じて収納室２４内に流入する流体の一部が下流側内壁面２８に沿って上流側へと導かれることで、上流側に配置されたシール部材４８の下方に溜まりやすい異物を好適に押し流して前記流体と共に外部へと排出することができる。

その結果、ボディ１２内における異物の堆積が防止され、この異物が前記ボディ１２と弁体１４との間、シール部材４８と前記弁体１４との間に噛み込まれてしまうことによる動作不良が回避され、前記弁体１４の作動性を向上させることができると共にシール性の低下も防止できる。また、異物の堆積に起因したボディ１２における流体の流通抵抗の増加を回避することも可能となる。

さらに、収納室２４の底部３６に湾曲部４０を設けることで、該底部３６に沿って上流側へと導かれた流体の一部を、前記湾曲部４０に沿って円滑に前記収納室２４の中央側へと導くことができるため、前記流体の流れによって異物を好適に導出流路５６側へと押し流すと共に、前記底部３６において直角状の角部３８をなくすことで前記異物の堆積を抑制することができる。

さらにまた、この流体制御バルブ１０は内燃機関等の冷却水回路に適用される場合に限定されるものではなく、例えば、モータを冷却するための冷却水回路やバッテリーを冷却するための冷却水回路に用いてもよいし、冷却水等の液体の代わりにガス等の気体の流れを制御する目的で用いるようにしてもよい。

なお、本発明に係る流体制御バルブは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…流体制御バルブ １２…ボディ
１４…弁体 １８…本体部
２０…導入部 ２２…導出部
２４…収納室 ２６…上流側内壁面
２８…下流側内壁面 ３４ａ、３４ｂ…側壁面
３６…底部 ４０…湾曲部
４８…シール部材 ５８…弁部
Ｓ…クリアランス

Claims (4)

1. 流体の導入される導入口と前記流体の導出される導出口とを有したボディと、該ボディの弁室に回転自在に設けられる弁体とを備え、前記弁体には、その回転中心に対して直交方向に貫通した弁孔を有し、前記弁体の回転作用下に前記弁孔による前記導入口と前記導出口との連通状態を切り替える流体制御バルブにおいて、
   前記弁室は、上流側に配置され前記導入口が開口する上流側内壁面と、
   前記導入口よりも下流側に配置され前記導出口が開口する下流側内壁面と、
   を有し、
   前記弁体と前記上流側内壁面との間には、前記弁体の外周面に摺接するシール面を有したシール部材が設けられ、
   前記弁室には、該弁室において重力方向下方となる底部と前記弁体及び前記シール部材との間に設けられるクリアランスと、
   前記底部側において前記流体の流通方向に沿った内壁面と前記上流側内壁面とがなす角部に設けられる湾曲部と、を備えることを特徴とする流体制御バルブ。
2. 請求項１記載の流体制御バルブにおいて、
   前記湾曲部は、断面円弧状に形成されることを特徴とする流体制御バルブ。
3. 請求項１又は２記載の流体制御バルブにおいて、
   前記クリアランスは、前記流体中に含まれる異物よりも大きく設定されることを特徴とする流体制御バルブ。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の流体制御バルブにおいて、
   前記下流側内壁面が断面円弧状に形成されることを特徴とする流体制御バルブ。
   
   

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