JP7093201B2

JP7093201B2 - 流路切替バルブ

Info

Publication number: JP7093201B2
Application number: JP2018034477A
Authority: JP
Inventors: 信洋北岡; 吉史滝田; 純杉原
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2022-06-29
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: JP2019148315A

Description

本発明は、供給される流体の流路を切り替えて下流側へと出力可能な流路切替バルブに関する。

従来から、流体の供給される複数の供給通路と、該流体の排出される単一の排出通路とを有し、前記供給通路のいずれかと前記排出通路との連通状態を切替可能な流路切替バルブが知られている。

この流路切替バルブは、特許文献１に開示されるように、ケーシング内に弁ディスクが回転自在に設けられ、該ケーシングの下端に２つの流入口が形成され、前記弁ディスクを挟んだ上端中央には流出口が形成されている。また、流入口が開口したケーシングの内壁面と弁ディスクとの間には、前記流入口の外周側となるようにそれぞれシール部材が設けられている。

このシール部材は、弾性材料からなるシール部と、該シール部の内部に設けられた一組のばねとを有し、前記ばねの弾発力によって前記シール部を弁ディスク及びケーシングの内壁面側へとそれぞれ付勢して当接させることで、前記流入口と前記弁ディスクとの間を通じた流体の漏出をシール部によって防止している。

特表２０１３－５０２５４１号公報

しかしながら、上述した流路切替バルブのシール部材は、シール部が弾性材料から形成されているため、弁ディスクの回転によって当接部位が摩耗していくと共に、前記シール部の内部に一組のばねを設けるという複雑な構造としているため、その製造工数及び製造コストが増加してしまうという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、簡素な構成でシール手段の耐久性の向上を図ると共に、製造時間及び製造コストの削減を図ることが可能な流路切替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、内部にバルブの収納されるハウジングと、流体が供給又は排出される複数のポートを有しハウジングの開口部を閉塞するカバー部材と、カバー部材におけるポートの外周側とバルブとの間に設けられる環状のシール手段とを備え、シール手段がポートの外周側となるように配置され、バルブの回転作用下にハウジングの内部とポートとの連通状態を切り替える流路切替バルブにおいて、
シール手段は、樹脂製材料から形成されバルブの端面に摺接する環状のシート部材と、
弾性材料から形成され、シート部材とカバー部材との間に設けられカバー部材に当接するシール部材と、
から構成され、
シート部材は、カバー部材に向けて開口しシール部材の装着される環状溝部を内部に有した断面Ｕ字状に形成され、
シート部材の底部が、バルブの端面に摺接し、底部とは反対側に配置され環状溝部の開口したシート部材の開口端部が、カバー部材の端面に向かい合い、環状溝部がカバー部材によって囲まれることを特徴とする。

本発明によれば、ハウジングと、複数のポートを有しハウジングの開口部を閉塞するカバー部材との間に環状のシール手段を設け、このシール手段が、ポートの外周側に配置されると共に、樹脂製材料からなりバルブの端面に摺接する環状のシート部材と、弾性材料からなりシート部材とカバー部材との間に設けられカバー部材に当接するシール部材とから構成されている。シート部材は、カバー部材に向けて開口しシール部材の装着される環状溝部を内部に有し、シート部材の底部が、バルブの端面に摺接し、底部とは反対側に配置され環状溝部の開口したシート部材の開口端部が、カバー部材の端面に向かい合っている。

従って、弾性材料からなるシール部材の弾発力によってシート部材をバルブ側へと押圧することでバルブに対して確実に当接させてシール性を確保でき、しかも、バルブの回転時に摺接するシート部材を樹脂製材料から形成することで、弾性材料からなるシール部を有していた従来の流路切替バルブと比較し、摩耗を好適に低減して耐久性の向上を図ることができる。また、シール手段を、シート部材及びシール部材を組み合わせるという簡素な構成としているため、シール部内に一組のばねを組み込んでいた従来の流路切替バルブと比較し、製造時間及び製造コストの削減を図ることが可能となる。

さらに、シール部材を、断面円形状のОリングから構成してもよいし、断面十字状のＸリングから構成してもよい。

さらにまた、シート部材には、バルブに臨む端面にテーパ部を形成し、テーパ部を、バルブから離れる方向に向かって傾斜させるとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、複数のポートを有したカバー部材によってハウジングの開口部を閉塞可能な流路切替バルブにおいて、このハウジングとカバー部材との間に環状のシール手段を設け、このシール手段をポートの外周側に配置し、樹脂製材料から形成されバルブの端面に摺接するシート部材と、弾性材料から形成されてシート部材とカバー部材との間に設けられるシール部材とから構成することにより、シール部材の弾発力によってシート部材をバルブ側へと押圧することで確実にシール性を確保でき、しかも、バルブの回転時に摺接するシート部材の耐久性を、弾性材料のシール部を有していた従来の流路切替バルブと比較して向上させることができる。また、シール手段が、シート部材及びシール部材を組み合わせるという簡素な構成であるため、シール部内に一組のばねを組み込んでいた従来の流路切替バルブと比較し、製造時間及び製造コストの削減を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る流路切替バルブの全体断面図である。図１の流路切替バルブにおけるシールユニット近傍を示す拡大断面図である。図１の流路切替バルブを構成するバルブ及びシールユニットを示す分解斜視図である。変形例に係るシールリングの適用されたシールユニット近傍を示す拡大断面図である。

本発明に係る流路切替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路切替バルブを示す。

この流路切替バルブ１０は、例えば、車両における車体等に固定され、内燃機関を循環する冷却水等の流体の供給先を切り替える目的で用いられる。この流路切替バルブ１０は、図１に示されるように、ハウジング１２と、該ハウジング１２に収納されるモータ１４と、該モータ１４の駆動作用下に流路を切り替える弁機構部１６と、前記モータ１４の駆動力を前記弁機構部１６へと伝達するギア機構１８とを含む。

ハウジング１２は、例えば、樹脂製材料や金属製材料から形成され、モータ１４の収納されるモータ収納室２０と、ギア機構１８の収納されるギア収納室２２と、後述する弁機構部１６のバルブ８４が収納されるバルブ室２４と、前記ギア収納室２２側となる一端部側（矢印Ａ方向）に開口した第１開口部２６と、前記バルブ室２４側となる他端部側（矢印Ｂ方向）に開口した第２開口部（開口部）２８とを備えている。

モータ収納室２０は、断面略円形状に形成され、ハウジング１２の一端部側において軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）と直交方向に延在するように形成され、その内部にはモータ１４が収納され固定される。ギア収納室２２は、モータ収納室２０と共に第１開口部２６に臨むように形成されると共に、前記モータ収納室２０に隣接するように側方に設けられる。

そして、ハウジング１２の第１開口部２６は、モータ収納室２０にモータ１４が収納され、ギア収納室２２にギア機構１８が収納された状態で、第１カバー部材３４が装着されることで閉塞される。

バルブ室２４は、例えば、断面円形状でハウジング１２の他端部側（矢印Ｂ方向）に開口し、一端部側に向かって所定深さで形成されると共に、前記ハウジング１２の側部に形成された導出ポート３０と連通している。導出ポート３０は、バルブ室２４の外周側に接続され、ハウジング１２の一端部側（矢印Ａ方向）に向かって開口し管状に形成される。そして、導出ポート３０の先端には、図示しない配管やチューブ等が接続され、バルブ室２４へ導入された流体が排出される。

第２開口部２８は、図１及び図２に示されるように、バルブ室２４に臨むように開口し、その外縁部から径方向外側に突出した複数の取付部３２と、内周面から径方向外側に向かって段差状に形成された環状段部３６とを有している。取付部３２の中央にはハウジング１２の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って延在したねじ孔３８がそれぞれ形成されている。

また、ハウジング１２の内部には、図１に示されるように、ギア収納室２２とバルブ室２４とを接続し、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って一直線状に延在するシャフト孔４０が形成され、該シャフト孔４０によってギア収納室２２とバルブ室２４とが連通する。

さらに、シャフト孔４０の内部には円筒状の軸受４２が設けられ、後述する弁機構部１６のシャフト８６が回転自在に支持されると共に、前記シャフト孔４０の両端部にはそれぞれ環状のシャフトシール４４ａ、４４ｂが設けられる。

そして、ハウジング１２の第２開口部２８には、バルブ室２４にバルブ８４が収納された状態で第２カバー部材(カバー部材)４６が装着される。

第２カバー部材４６は、例えば、第２開口部２８の開口形状に対応した略円形状に形成され、外縁部から径方向外側へと突出した複数の取付フランジ４８と、中心から径方向外側にオフセットして周方向に沿って並んで設けられた複数の導入孔（ポート）５０と、ハウジング１２側（矢印Ａ方向）となる一端面から突出した断面円形状の凸部５２とを含む。なお、本実施の形態では、３つの導入孔５０を備える場合について説明するが、特にこの数量に限定されるものではない。

取付フランジ４８は、例えば、ハウジング１２の取付部３２に対応する位置及び数量で形成され、その中央には締結ねじ５４の挿通される貫通孔５６が軸方向（厚さ方向）に貫通している。

そして、この第２カバー部材４６はハウジング１２の第２開口部２８を覆うように装着され、凸部５２がハウジング１２の環状段部３６へと挿入されて係合されることで径方向及び軸方向に位置決めされる。また、取付フランジ４８がハウジング１２の取付部３２に当接して貫通孔５６に挿通された締結ねじ５４が前記取付部３２のねじ孔３８へと螺合され、前記第２カバー部材４６が第２開口部２８を閉塞した状態でハウジング１２の他端部へと固定される。

複数の導入孔５０は、例えば、同一直径で断面円形状に形成され軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に貫通すると共に、第２カバー部材４６の中心（バルブ８４の中心）から所定距離だけ径方向外側となる位置で、且つ、互いに周方向に沿って等間隔離間するように設けられる。また、各導入孔５０は、例えば、第２カバー部材４６の周方向において１８０°の範囲内に全てが配置されるように、前記周方向の一部にまとまって配置されている。

さらに、第２カバー部材４６には、その一端面において導入孔５０の外周側となる位置に形成された環状凹部５８と、他端面において前記導入孔５０の外周側となる位置に形成された環状溝部６０とを有し、環状凹部５８及び環状溝部６０はそれぞれ一端面及び他端面に対して軸方向に沿って窪んで形成される。そして、各環状凹部５８には、環状のシールユニット（シール手段）６２がそれぞれ装着され、各環状溝部６０には、それぞれ導入ポート（ポート）６４が装着される。

すなわち、シールユニット６２及び導入ポート６４は、導入孔５０と同数となるようにそれぞれ設けられる。

シールユニット６２は、図１～図３に示されるように、バルブ８４側（矢印Ａ方向）に設けられ該バルブ８４に摺接するシート部材６６と、該シート部材６６に対して第２カバー部材４６側（矢印Ｂ方向）に設けられたシールリング（シール部材）６８とを含む。

このシート部材６６は、例えば、摩擦係数の小さなテフロン（登録商標）等の樹脂製材料から断面Ｕ字状で環状に形成され、その底部７０がバルブ８４側となって摺接し、内部に形成された溝部７２が第２カバー部材４６側（矢印Ｂ方向）に開口するように配置されると共に、その中央には軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に貫通した連通孔７４が形成される。

また、底部７０における内周側及び外周側には第１及び第２テーパ部（テーパ部）７６、７８が形成され、この第１テーパ部７６は、シート部材６６の軸線と直交方向に延在した底部７０に対し、径方向内側（連通孔７４側）に向かって徐々に該底部７０から離間する方向（矢印Ｂ方向）へと傾斜し、第２テーパ部７８は、前記底部７０に対して径方向外側に向かって徐々に該底部７０から離間する方向（矢印Ｂ方向）へと傾斜して形成される。この第１及び第２テーパ部７６、７８は、底部７０に対する傾斜角度が略同一角度となるように形成される。

シールリング６８は、例えば、ゴム等の弾性材料から断面円形状に形成されたОリングからなり、シート部材６６の溝部７２へと収納されると共に、その一部が前記シート部材６６から第２カバー部材４６側（矢印Ｂ方向）へと突出している（図２中、二点鎖線形状参照）。

そして、シールユニット６２は、導入孔５０の一端部側（矢印Ａ方向）を囲むように外周側に配置され、シート部材６６の底部７０がバルブ８４の他端面に摺接し、シールリング６８が前記シート部材６６に当接して前記バルブ８４側へ押圧すると共に第２カバー部材４６の一端面に当接することで、該シールリング６８が前記シート部材６６側へと押し潰され、前記第２カバー部材４６の導入孔５０とバルブ８４の他端面とのシールを行っている。

すなわち、シールユニット６２は、導入孔５０の数量に応じて３つ設けられ、シート部材６６の連通孔７４が導入孔５０と同軸上となるように配置され連通している。

導入ポート６４は、図１に示されるように、例えば、軸方向に沿って所定長さを有した管状に形成され、その一端部には径方向外側に拡径したフランジ部８０と、該フランジ部８０の一端面から軸方向（矢印Ａ方向）に突出した環状突起８２とを備える。

そして、導入ポート６４は、フランジ部８０が第２カバー部材４６の他端面に当接し、その環状突起８２が環状溝部６０へと挿入されることで、前記導入ポート６４が導入孔５０と同軸上となるように配置されて連通し、前記第２カバー部材４６の他端面から軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に突出するように固定される。この導入ポート６４の先端には、図示しない配管やチューブ等が接続され、図示しない機器等から流体が供給される。

モータ１４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、ハウジング１２のモータ収納室２０へと収納されると共に、その駆動軸（図示せず）には、後述するギア機構１８を構成するギア（図示せず）が連結されている。そして、モータ１４は、その軸方向がシャフト孔４０の延在方向と直交するように設けられ、図示しないコントローラからの制御信号に基づいて駆動することで、その駆動軸が回転駆動する。

弁機構部１６は、図１及び図３に示されるように、ハウジング１２のバルブ室２４に設けられる円盤状のバルブ８４と、該バルブ８４の中心に連結されるシャフト８６とを有し、前記バルブ８４には、中心から径方向外側となる位置に開口したバルブポート８８を備える。

バルブポート８８は、径方向に所定幅となり周方向に沿って延在すると共に、シャフト８６の延在方向となるバルブ８４の厚さ方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通するように形成される。また、バルブポート８８の周方向に沿った幅寸法は、例えば、第２カバー部材４６における３本の導入ポート６４（導入孔５０）の全てに臨む長さに設定される。

そして、バルブ８４は、第２カバー部材４６側（矢印Ｂ方向）となる他端面が導入孔５０に臨むように設けられると共に、該他端面がシールユニット６２のシート部材６６と摺接する。

シャフト８６は、図１に示されるように、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って所定長さを有し、ハウジング１２のシャフト孔４０に挿通されると共に、その一端部にギア機構１８のシャフトギア９０が連結され、他端部がバルブ８４の中心に連結されている。

また、シャフト８６は、シャフト孔４０に設けられた軸受４２の内部に挿通されることで回転自在に支持されると共に、一組のシャフトシール４４ａ、４４ｂが前記シャフト８６の外周面に対して摺接することで、前記シャフト８６とハウジング１２との間を通じたシャフト孔４０への流体や異物の流入を防止している。

ギア機構１８は、シャフト８６の一端部に連結されるシャフトギア９０と、モータ１４の駆動軸に連結されるギア（図示せず）に噛合されたウォームギア９２とからなり、前記シャフトギア９０は、シャフト８６の一端部側となるギア収納室２２に設けられ、前記ウォームギア９２は、前記シャフトギア９０とモータ１４との間となるように配置される。

そして、ウォームギア９２とシャフトギア９０とが略直交するように配置され互いに噛合されることで、モータ１４の駆動力が図示しないギアから前記ウォームギア９２を介して前記シャフトギア９０へと伝達され前記シャフト８６が回転する。

本発明の実施の形態に係る流路切替バルブ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。なお、複数の導入ポート６４に接続された配管を通じてそれぞれ流体が予め供給されると共に、バルブ８４によって３つの導入孔５０が覆われた全閉状態を初期状態として説明する。

先ず、上述した初期状態では、バルブ８４によって第２カバー部材４６の３つの導入孔５０が全て覆われているため、導入ポート６４とバルブ室２４との連通が遮断され、この導入ポート６４に供給されている流体が導入孔５０からシールユニット６２の連通孔７４まで流通し、さらに導入孔５０の外周側に当接したシールリング６８の弾発力によってシート部材６６の底部７０がバルブ８４の他端面に押し付けられているため、第２カバー部材４６と前記バルブ８４との間における流体の流入が遮断される。

次に、図示しないコントローラからの制御信号に基づきモータ１４に対して制御信号が入力されることで、このモータ１４が所定方向に回転し、図示しないギアに噛合されたウォームギア９２からシャフトギア９０へと駆動力が伝達され、シャフト８６が軸受４２に支持された状態で所定角度だけ回転する。

これにより、シャフト８６と共にバルブ８４がバルブ室２４内で回転し、周方向に沿った導入ポート６４の１つとバルブポート８８とが対向する位置となることで、前記バルブポート８８を通じて１つの導入ポート６４とバルブ室２４とが連通した状態となる。

この際、シート部材６６の底部７０が、シールリング６８の弾発力によって回転するバルブ８４の他端面に対して常に均等に押圧されているため、前記シート部材６６の底部７０と前記バルブ８４との間から流体がバルブ室２４へと漏出することがなく、一方、前記シールリング６８が第２カバー部材４６に当接することで、シールユニット６２と第２カバー部材４６との間から流体が漏出することもない。

さらに、回転するバルブ８４の他端面に摺接したシート部材６６が、摩擦係数の小さな樹脂製材料から形成されているため、前記バルブ８４が回転する際の摺動抵抗が小さく、さらに、前記シート部材６６の摩耗も軽減される。

これにより、１つの導入ポート６４から導入孔５０へと供給された流体が、シート部材６６の連通孔７４からバルブ８４のバルブポート８８を通じてバルブ室２４内へと流通し、該バルブ室２４に接続された導出ポート３０を通じて排出されることで、図示しない機器等へと流体が供給される。

また、２つの導入ポート６４に供給された流体を同時に導出ポート３０へと供給する場合には、バルブ８４の回転作用下にバルブポート８８を２つの導入孔５０に臨む位置へと配置することで、該バルブポート８８を通じて２つの導入孔５０（導入ポート６４）が同時にバルブ室２４と連通するため、２つの導入ポート６４からそれぞれ各導入孔５０を通じてバルブ８４のバルブポート８８へと流通した流体が、バルブ室２４で合流して導出ポート３０へと供給される。

以上のように、本実施の形態では、ハウジング１２のバルブ室２４に収納された円盤状のバルブ８４と、ハウジング１２のバルブ室２４（第２開口部２８）を閉塞する第２カバー部材４６との間にシールユニット６２を設け、このシールユニット６２を、前記第２カバー部材４６に形成された複数の導入ポート６４に臨むようにそれぞれ配置すると共に、前記バルブ８４の他端面に摺接するシート部材６６を樹脂製材料から形成し、該シート部材６６の溝部７２に設けられ前記第２カバー部材４６の一端面に当接するシールリング６８を弾性材料から形成している。

従って、シールリング６８の弾発力によってシート部材６６の底部７０をバルブ８４の他端面に対して確実に押し付けてシール性を確保できるため、前記バルブ８４と第２カバー部材４６との間を通じた流体の漏出が確実に防止されると共に、複数の導入ポート６４と導出ポート３０との連通状態を切り替えるためにバルブ８４を回転させた場合でも、前記バルブ８４に摺接するシート部材６６が樹脂製材料から形成されているため、弾性材料からなるシール部を有していた従来技術に係る流路切替バルブと比較し、摩耗が好適に低減され耐久性の向上を図ることができる。

また、シールユニット６２は、シート部材６６の溝部７２に対してシールリング６８を軸方向に組み合わせるという簡素な構成としているため、シール部の内部に一組のばねを組み込んでいた従来技術に係る流路切替バルブと比較し、その製造時間及び製造コストの削減を図ることができる。

さらに、バルブ８４に摺接するシート部材６６の底部７０には、内周側及び外周側にそれぞれ第１及び第２テーパ部７６、７８を設けているため、例えば、該第１及び第２テーパ部７６、７８を設けずに、前記シート部材６６の軸線と直交する平面状の底部７０のみとした場合と比較し、前記バルブ８４に対する接触面積を減少させ、シート部材６６に対するバルブ８４の摺動抵抗を低減させることができる。

さらにまた、シールリング６８を断面円形状のОリングとすることで、安価で構成の簡素化を図ることができる。

また、シールユニット６２を構成するシールリング６８は、上述したような断面円形状のОリングから構成される場合に限定されるものではなく、例えば、図４に示されるシールリング（シール部材）１００のように、断面十字状で環状に形成されたＸリングから構成するようにしてもよい。このように、Оリングの代わりにＸリングをシールリング１００に用いることで、シート部材６６をバルブ８４側（矢印Ａ方向）へと付勢する弾発力を好適に調整することが可能となるため、前記バルブ８４が回転する際のシート部材６６による摺動抵抗を調整したり、前記シート部材６６の摩耗量を自在に調整可能となる。

なお、本発明に係る流路切替バルブは、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…流路切替バルブ１２…ハウジング
１４…モータ１６…弁機構部
１８…ギア機構２４…バルブ室
４６…第２カバー部材６２…シールユニット
６４…導入ポート６６…シート部材
６８、１００…シールリング７０…底部
７２…溝部７６…第１テーパ部
７８…第２テーパ部８４…バルブ
８６…シャフト

Claims

内部にバルブの収納されるハウジングと、流体が供給又は排出される複数のポートを有し該ハウジングの開口部を閉塞するカバー部材と、前記カバー部材におけるポートの外周側と前記バルブとの間に設けられる環状のシール手段とを備え、前記シール手段が前記ポートの外周側となるように配置され、前記バルブの回転作用下に前記ハウジングの内部と前記ポートとの連通状態を切り替える流路切替バルブにおいて、
前記シール手段は、樹脂製材料から形成され前記バルブの端面に摺接する環状のシート部材と、
弾性材料から形成され、前記シート部材と前記カバー部材との間に設けられ前記カバー部材に当接するシール部材と、
から構成され、
前記シート部材は、前記カバー部材に向けて開口し前記シール部材の装着される環状溝部を内部に有した断面Ｕ字状に形成され、
前記シート部材の底部が、前記バルブの前記端面に摺接し、前記底部とは反対側に配置され前記環状溝部の開口した前記シート部材の開口端部が、前記カバー部材の端面に向かい合い、前記環状溝部が前記カバー部材によって囲まれることを特徴とする流路切替バルブ。
請求項１記載の流路切替バルブにおいて、
前記シール部材は、断面円形状のОリングからなることを特徴とする流路切替バルブ。
請求項１記載の流路切替バルブにおいて、
前記シール部材は、断面十字状のＸリングからなることを特徴とする流路切替バルブ。
請求項１～３のいずれか１項に記載の流路切替バルブにおいて、
前記シート部材には、前記バルブに臨む端面にテーパ部が形成され、該テーパ部は、前記バルブから離れる方向に向かって傾斜していることを特徴とする流路切替バルブ。
請求項１～４のいずれか１項に記載の流路切替バルブにおいて、
前記シール部材が前記環状溝部に収容されたとき、前記シール部材は、前記シート部材の前記開口端部よりも前記カバー部材に向けて突出することを特徴とする流路切替バルブ。