以下、本発明に係る制御弁の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、下記の実施形態では、本発明に係る制御弁を従来と同様の自動車用冷却水(以下、単に「冷却水」と略称する。)の循環系に適用したものを例に説明する。
(冷却水の循環回路の構成)
図1は、本発明に係る制御弁が適用される、自動車の機関の冷却回路である冷却水の循環回路の構成を表したブロック図を示している。
制御弁CVは、エンジンEG(具体的には図示外のシリンダヘッド)の側部に配置される。そして、この制御弁CVは、図1に示すように、ヒータHTと、オイルクーラOCと、ラジエータRDとの間に配置されている。ヒータHTは、図示外の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である。オイルクーラOCは、エンジンEG内部の摺動部分を潤滑するためのオイルを冷却する。ラジエータRDは、エンジンEGの冷却に供する冷却水を冷却する。
ここで、図中の符号WPは、冷却水の循環に供するウォータポンプである。また、符号WTは、制御弁CVの駆動制御に供する水温センサであって、当該水温センサWTの検出結果に応じて電子コントローラCUの制御電流に基づき制御弁CVが駆動制御される。また、符号TCは、エンジンEGの内部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である。
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へと導かれる。そして、水温センサWTによる検出結果などエンジンEGの運転状態に基づき、電子コントローラCUによって制御弁CVの弁体3が駆動制御される。これにより、導入通路L0を介して制御弁CVに導かれた冷却水が、第1~第3配管L1~L3を介して、ヒータHT、オイルクーラOC及びラジエータRDにそれぞれ分配される。
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からスロットルチャンバーTCへと直接導くためのバイパス通路BLが設けられている。このバイパス通路BLは、導入通路L0を介して制御弁CVに導かれた冷却水を、スロットルチャンバーTCに常時供給する。
このように、制御弁CVは、いわゆる1in-3Out形式の分配デバイスとして適用され、導入通路L0から流入した冷却水を第1~第3配管L1~L3に分配すると共に、当該分配時の冷却水の流量を制御する。
なお、本実施形態では、自動車の機関の一態様として、内燃機関であるエンジンEGを例示しているが、当該機関には、エンジンEGのみならず、例えばモータや燃料電池など、エネルギを動力に変換するあらゆる装置が含まれる。
〔第1実施形態〕
(制御弁の構成)
図2は、本発明に係る制御弁CVの分解斜視図を示している。また、図3は、図2に示す制御弁CVを組み立てた状態を表した、当該制御弁CVの平面図を示している。なお、本図の説明では、回転軸2の回転軸線Zに平行な方向を「軸方向」、回転軸2の回転軸線Zに直交する方向を「径方向」、回転軸2の回転軸線Z周りの方向を「周方向」として説明する。また、前記「軸方向」については、図2中の上方を「一端側」、下方を「他端側」として説明する。
図2、図3に示すように、制御弁CVは、ハウジング1の内部において回転軸2を介して回転可能に支持された筒状の弁体3と、ハウジング1に収容され、弁体3を回転駆動する電動モータ4と、ハウジング1に収容され、電動モータ4の回転を減速して伝達する減速機構5と、を有する。
ハウジング1は、軸方向に2分割に形成されていて、弁体3及び電動モータ4を収容する第1ハウジング11と、第1ハウジング11の一端側の開口部を閉塞するように設けられ、減速機構5を収容する第2ハウジング12と、から構成される。第1ハウジング11と第2ハウジング12は、共に合成樹脂材料によって成形されていて、複数のボルト13により固定されている。
第1ハウジング11は、弁体3を収容する中空円筒状の弁体収容部111と、弁体収容部111に並列して付設され、電動モータ4のモータ本体41を収容する中空円筒状のモータ収容部112と、を有する。そして、この第1ハウジング11は、軸方向の他端部に設けられた取付部(具体的には、後述するフランジ部114a,114b,114c)を介して図示外のシリンダブロックに、図示外の固定部材、例えば複数のボルトにより固定される。
弁体収容部111は、軸方向の一端側が端壁113により閉塞され、他端側が開口形成される。弁体収容部111の軸方向の他端部には、第1ハウジング11を図示外のシリンダブロックに取り付ける複数(本実施形態では3つ)のフランジ部114a,114b,114cが、概ね放射状に、径方向の外側へ延びるように設けられている。各フランジ部114a,114b,114cは、周方向において、ほぼ等間隔に配置されている。また、各フランジ部114a,114b,114cの先端部には、断面が円形の貫通孔114dが、軸方向に沿って貫通形成されていて、各貫通孔114dには、円筒状に形成された金属製のスリーブ14が圧入されている。なお、このスリーブ14は、各フランジ部114a,114b,114cと同等の高さ(軸方向寸法)を有していて、このスリーブ14によって図示外のボルトの軸力を受ける構成となっている。
また、弁体収容部111の端壁113には、有蓋円筒状のボス部115が、第2ハウジング12側へ突出形成されている。ボス部115の端壁には、回転軸2が挿入され貫通する貫通孔116が貫通形成されている。また、この弁体収容部111の端壁113には、後述する減速機構5の支持軸51,52の軸受けに供する平板状の1対の軸受部117,117が、直立形成されている。1対の軸受部117,117には、それぞれ支持軸51,52を回転可能に支持する軸受孔117a,117aが貫通形成されている。
また、第1ハウジング11には、弁体収容部111の側壁(周壁)に、弁体収容部111とヒータHT、オイルクーラOC及びラジエータRD(図1参照)とを接続する接続パイプである、第1~第3配管L1~L3が取り付けられている。なお、図2、図3中に示す符号L4は、弁体収容部111とスロットルチャンバーTC(図1参照)を接続するバイパス通路BLを構成する第4配管を示している。第1~第4配管L1~L4は、いずれも複数のスクリュSWによって第1ハウジング11に固定されている。
第2ハウジング12は、弁体収容部111とモータ収容部112とに跨って当該弁体収容部111及びモータ収容部112を被覆可能に開口する有底筒状に形成されている。そして、この第2ハウジング12が、弁体収容部111及びモータ収容部112を覆うように第1ハウジング11に取り付けられることで、第2ハウジング12の内部空間によって、減速機構5を収容する減速機構収容部121が形成される。
電動モータ4は、出力軸42が第2ハウジング12側へ臨むかたちでモータ本体41がモータ収容部112内に収容される。そして、この電動モータ4は、モータ本体41の出力軸42が突出する側の端部に径方向の外側へ延びるように設けられたフランジ部43を介して、モータ収容部112の開口縁部に複数のボルト44によって固定される。なお、電動モータ4は、電子コントローラCU(図1参照)により駆動制御され、車両の運転状態に応じて弁体3を回転駆動することによって、ラジエータRD等(図1参照)の補機に対する冷却水の適切な分配が実現される。
減速機構5は、2組の食い違い歯車である第1歯車G1及び第2歯車G2により構成された駆動機構である。第1歯車G1は、電動モータ4の出力軸42と同軸上に設けられ、出力軸42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42と直交するように配置される第1支持軸51によって回転支持され、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、第2支持軸52によって回転支持され、第1斜歯歯車HG1と一体となって回転する第2ねじ歯車WG2と、回転軸2に固定され、第2ねじ歯車WG2と噛み合う第2斜歯歯車HG2と、で構成される。ここで、第1斜歯歯車HG1と第2ねじ歯車WG2とは、筒状に形成された両歯車HG1,WG2が直列に並んで一体に構成された複合歯車部材であって、この複合歯車部材の両端部に挿入される第1、第2支持軸51,52を介して、第1ハウジング11の1対の軸受部117,117に回転支持される。このような構成から、電動モータ4の出力軸42から出力された回転駆動力が、第1歯車G1及び第2歯車G2を介して2段階に減速されて弁体3へと伝達される。
図4は、図3のA-A線に沿って切断した制御弁CVの断面図を示している。なお、本図の説明では、回転軸2の回転軸線Zに平行な方向を「軸方向」、回転軸2の回転軸線Zに直交する方向を「径方向」、回転軸2の回転軸線Z周りの方向を「周方向」として説明する。また、前記「軸方向」については、図4中の上方を「一端側」、下方を「他端側」として説明する。
図4に示すように、第1ハウジング11には、軸方向の一端側が端壁113により閉塞され、かつ他端側が外部に開口する有底円筒状の弁体収容部111が形成されている。また、弁体収容部111の端壁113に設けられたボス部115には、回転軸2が挿入され貫通する貫通孔116が、弁体収容部111と後述する減速機構収容部121とを連通するように、軸方向に沿って形成されている。換言すれば、貫通孔116は、軸方向において、後述する導入口E0が開口する方向と反対側の方向に設けられ、弁体収容部111に開口形成されている。
また、第1ハウジング11の一端側に取り付けられる第2ハウジング12は、軸方向の一端側が底壁122により閉塞され、かつ端壁113と対向する他端側が開口する有底筒状に形成されている。すなわち、第1ハウジング11の軸方向の一端側を閉塞するように第2ハウジング12が被せられることで、第2ハウジング12の内部空間に減速機構収容部121が形成され、この減速機構収容部121に内に、減速機構5が収容されている。
また、第1ハウジング11には、弁体収容部111の軸方向の他端部に、図示外のシリンダブロックの内部と連通して当該シリンダブロック側から冷却水を導入するための主連通口である導入口E0が開口形成されている。すなわち、制御弁CVが図示外のエンジン(シリンダブロック)に取り付けられた状態で、この導入口E0が前記シリンダブロック側の開口部と連通し、当該導入口E0を介してシリンダブロック側から弁体収容部111に冷却水が導入されるようになっている。
また、弁体収容部111の周壁には、外部と弁体収容部111を連通する横断面ほぼ円形状となる複数の副連通口が、第1~第3排出口E1~E3として形成されている。換言すれば、弁体収容部111の周壁には、副連通口である第1~第3排出口E1~E3が、それぞれ径方向に沿って弁体収容部111に開口形成されている。この第1~第3排出口E1~E3には、対応する第1~第3配管L1~L3が接続されている(以下、第1排出口E1については、図2参照)。第1排出口E1は、第1配管L1を介して、例えばヒータHTに接続される。第2排出口E2は、第2配管L2を介して、例えばオイルクーラOCに接続される。第3排出口E3は、第3配管L3を介して、例えばラジエータRDに接続される。
ここで、第1~第3排出口E1~E3は、それぞれ第1ハウジング11の周壁上において異なる軸方向位置であって、かつ後述する第1~第3シール部材S1~S3が弁体3上においてそれぞれ隣接する軸方向位置に配置される第1~第3開口部M1~M3とオーバーラップ可能な軸方向間隔で配置されている。また、第1~第3排出口E1~E3は、それぞれ第1ハウジング11の周壁上において異なる周方向位置、具体的には、約90°ずつ位相をずらした位置に配置されている(図3参照)。
また、第1~第3排出口E1~E3の内周側には、当該各排出口E1~E3と弁体3との間を気密にシールするシール機構が設けられている。このシール機構は、合成樹脂材料からなる円筒状の第1~第3シール部材S1~S3と、これら第1~第3シール部材S1~S3を弁体3側へ付勢する付勢部材であって、金属製の板バネである第1~第3スプリングSP1~SP3と、から構成される。また、第1~第3シール部材S1~S3の外周側には、第1~第3排出口E1~E3と摺接可能な第1~第3シール部材側リングSR1~SR3が取り付けられている。なお、第1~第3スプリングSP1~SP3は、板バネだけでなく、コイルスプリングなどの圧縮コイルばねであってもよい。
第1~第3シール部材S1~S3は、所定のフッ素樹脂(本実施形態では、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン))により形成され、第1~第3排出口E1~E3の内周側に、それぞれ弁体3の径方向、すなわち第1~第3排出口E1~E3の中心軸線X1~X3の方向に沿って進退移動可能に収容される。第1~第3スプリングSP1~SP3は、第1~第3シール部材S1~S3と第1~第3配管L1~L3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側へ向けて付勢する付勢部材である。
回転軸2は、一定の外径を有する棒状を呈し、貫通孔116を貫通して弁体収容部111と減速機構収容部121とに跨って配置され、ボス部115の内周側に収容保持された軸受B1によって回転可能に支持される。また、回転軸2と貫通孔116の間は、弁体収容部111側から圧入される円筒状のシール部材21によって液密にシールされている。すなわち、このシール部材21により、貫通孔116を通じた、弁体収容部111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。さらに、シール部材21と軸受B1との間には、ダストシール22が配置されている。すなわち、このダストシール22により、減速機構収容部121内の粉塵の弁体収容部111側への侵入が抑制されている。これにより、貫通孔116とシール部材21との間における粉塵の噛み込みが抑制され、シール部材21が保護されている。
弁体3は、所定の硬質樹脂材料によって形成され、一定の外径を有する有底円筒状を呈し、他端側の開口部である導入部M0が導入口E0側へ臨むように設けられることで、内周側に形成される内部通路118に冷却水を導入可能となっている。そして、この弁体3は、軸方向の一端部が、当該一端部の内周側に埋設された金属製のインサート部材30を介して回転軸2に圧入固定される一方、導入口E0側へと臨む他端部が、導入口E0の内周側に保持される軸受B2によって回転可能に支持されている。
また、弁体3の周壁には、第1ハウジング11の第1~第3排出口E1~E3に対応する軸方向位置に、所定の回転位置(位相)において第1~第3排出口E1~E3と連通可能な第1~第3開口部M1~M3が、それぞれ径方向に沿って貫通形成されている。なお、第1~第3開口部M1~M3については、例えば真円や周方向に延びる長円など、弁体3の制御内容に応じた形状や数量に設定されている。
以上のように構成された制御弁CVは、第1開口部M1と第1排出口E1の少なくとも一部が重なる周方向位置に弁体3が制御されることによって、第1配管L1に冷却水を分配する。同様に、制御弁CVは、第2開口部M2と第2排出口E2の少なくとも一部が重なる周方向位置に弁体3が制御されることにより第2配管L2に冷却水を分配し、第3開口部M3と第3排出口E3の少なくとも一部が重なる周方向位置に弁体3が制御されることにより第3配管L3に冷却水を分配する。また、この冷却水の分配に際し、第1~第3開口部M1~M3と第1~第3排出口E1~E3との重なり具合(重なり合う面積)が変化することで、当該分配時の冷却水の流量が変化する。
図5は、図4の要部拡大図であって、図4中の第2排出口E2の近傍を拡大して表示した図を示している。また、図6は、図5に示す第2スプリングSP2を示す図であって、(a)は第2スプリングSP2の斜視図、(b)は第2スプリングSP2の平面図、(c)は第2スプリングSP2の側面図を示している。なお、本図の説明では、中心軸線X2に平行な方向を「軸方向」、中心軸線X2に直交する方向を「径方向」、さらに中心軸線X2周りの方向を「周方向」として説明する。また、前記「軸方向」については、弁体収容部111に臨む側を「一端側」、外部に臨む側を「他端側」として説明する。なお、本実施形態では、第2排出口E2に接続される第2配管L2に本発明を適用したものを例示するが、本発明は、第2配管L2に限られず、他の第1、第3配管L1,L3に適用可能であることは言うまでもない。
図5に示すように、第2シール部材S2は、一定の内径及び外径(後述する第2シール部材側リング溝S22を除く。)を有する、ほぼ円筒状に形成されている。そして、この第2シール部材S2の内周側には、弁体収容部111側、すなわち弁体3の第2開口部M2を介して流れ込む冷却水が通流するシール内側水路S21が、軸方向に沿って貫通形成されている。また、第2シール部材S2には、軸方向の中間部よりもやや外側(第2スプリングSP2側)の位置に、径方向の外側に開口する無端環状の第2シール部材側リング溝S22が、第2シール部材S2の周方向に沿って連続して設けられている。そして、この第2シール部材側リング溝S22には、横断面がX字形状をなす、いわゆるXリングである第2シール部材側リングSR2が嵌め込まれている。第2シール部材側リングSR2は、第2排出口E2の内側面に弾性的に当接することで、第2排出口E2の内側面と第2シール部材S2の外側面との間を液密にシールしている。
図5、図6に示すように、第2スプリングSP2は、金属製の板バネであって、内径ID1がシール部材S2の内径ID2とほぼ同じか、当該シール部材S2の内径ID2よりも若干大きく設定され、かつ外径OD1が第2排出口E2の内径ID3よりも小さく設定された、概ね円筒状に形成されている。そして、この第2スプリングSP2の内周側には、シール内側水路S21を通じて流入する冷却水が通流するスプリング内側水路SP21が、軸方向に沿って貫通形成されている。また、第2スプリングSP2は、第2シール部材S2と第2配管L2との間に、所定のセット荷重が付与された状態で装入されている。これにより、第2スプリングSP2は、内側端面SP22がシール部材S2の外側端面S23に弾性的に当接するかたちで着座すると共に、外側外周縁SP23が後述する第2配管L2の着座面L20に弾性的に当接するかたちで着座する。
図5に示すように、第2配管L2は、円筒状の金属パイプを曲げ加工することにより形成されたもので、軸方向の一端部に段差状に拡径形成された接続部としての排出口挿入部L21が第2排出口E2に挿入された状態で、第1ハウジング11に固定されている。また、第2配管L2の排出口挿入部L21の外周側には、径方向の外側へ開口する環状溝としての第2接続パイプ側リング溝L22が、第2配管L2の周方向に沿って連続して設けられている。そして、この第2接続パイプ側リング溝L22には、横断面がO字形状をなす、いわゆるOリングである第2接続パイプ側リングPS2が嵌め込まれている。第2接続パイプ側リングPR2は、第2排出口E2の内側面に弾性的に当接することで、第2排出口E2の内側面と第2配管L2の外側面との間を液密にシールしている。
ここで、第2接続パイプ側リング溝L22は、第2配管L2の軸方向の一端部を曲げ加工することによって形成される。具体的には、この第2接続パイプ側リング溝L22は、第2配管L2の排出口挿入部L21の外周側に押圧部材(図示外)を押し当てながら当該押圧部材を公転させ、排出口挿入部L21の外周側を全周にわたって断面凹状に窪ませることによって形成される。また、この第2接続パイプ側リング溝L22の形成に伴い、第2スプリングSP2と対向(当接)する第2配管L2の軸方向の一端部には、後述する半径IDXが軸方向の他端側(第2スプリングSP2の反対側)に向かって徐々に縮小する円錐状のテーパ面L23によって構成される着座面L20が、周方向の全域にわたって、すり鉢状に形成されている。
すなわち、第2配管L2の着座面L20は、第2スプリングSP2の付勢方向に直交する平面を基準平面Pと定義したとき、この基準平面Pとの成す角θが0度よりも大きく90度よりも小さい(0°<θ<90°)関係となるように構成されている。換言すれば、第2配管L2の着座面L20は、第2スプリングSP2の座面に相当する外側端面SP24との成す角θが鋭角となるように構成されている。より具体的には、第2配管L2の着座面L20は、径方向において、中心軸線X2から着座面L20までの半径IDXが、中心軸線X2の方向において、弁体3に近づくほど徐々に増大するような平坦状の傾斜面によって構成されている。
以上のように、第2配管L2の着座面L20は、当該第2配管L2の軸方向一端部に設けられた排出口挿入部L21の外周側に第2接続パイプ側リング溝L22を形成する際に、前記円錐状のテーパ面L23に自動的に形成される。すなわち、第2接続パイプ側リング溝L22の底壁L221と一端側壁L222の間に、円弧状に曲折する曲げアール部Rが形成されることから、第2配管L2の着座面L20は、基準平面Pと平行な平面を十分に確保できず、必然的に前記円錐状のテーパ面L23に形成されることになる。
なお、本実施形態では、金属パイプを曲げ加工することで第2接続パイプ側リング溝L22を形成する態様を例示したため、第2配管L2の着座面L20が円錐状のテーパ面L23に自動的に形成されるが、本発明は当該態様に限定されるものではない。換言すれば、金属材料を鋳造することをもって第2配管L2を形成することも可能である。このように、第2配管L2を鋳造によって形成する場合は、第2配管L2の着座面L20の径方向外側を肉盛りして比較的厚肉に形成することで、当該着座面L20に前記円錐状のテーパ面L23を形成することができる。また、第2配管L2は、前述のような金属製のものに限定されるものではなく、例えば、第3配管L3のように、樹脂材料によって形成することも可能である。このように、第2配管L2を樹脂材料により形成する場合には、第2配管L2の着座面L20の厚肉部分に前記円錐状のテーパ面L23を形成することができる。
(本実施形態の作用効果)
従来の制御弁によれば、第2シール部材S2を付勢する第2スプリングSP2の一端部を支持する第2配管L2の着座面L20が、第2スプリングSP2の付勢方向に直交する基準平面Pに平行な平坦面により形成されていた。このため、第2スプリングSP2の水平方向の位置(基準平面P上の位置)を制御できず、当該第2スプリングSP2の水平方向の位置が偏倚してしまうおそれがあった。すると、この第2スプリングSP2の偏倚の程度によっては、第2スプリングSP2の内周側の一部が、排水路を構成する第2排出口E2の内周面よりも径方向内側に侵入し、当該第2スプリングSP2の内周側の一部が、冷却水の排出の妨げとなってしまうおそれがあった。換言すれば、第2スプリングSP2の内周側に形成されるスプリング内側水路SP21が、第2シール部材S2の内周側に形成されるシール部材内側水路S21に対し、径方向に相対的な位置ずれを生じる結果、第2シール部材S2の内周側の一部が、スプリング内側水路SP21を通流する冷却水の通流抵抗を増大させてしまうおそれがあった。
特に、従来の制御弁では、第2スプリングSP2の組み付けに際し、弁体3が収容されたハウジング1の第2排出口E2に、外側(外部)から第2シール部材S2が挿入され、続いて第2スプリングSP2が挿入された後、第2排出口E2を閉塞するように、第2配管L2が第2排出口E2に挿入される。このように、従来の制御弁では、第2スプリングSP2を挿入に際し、第2スプリングSP2の姿勢を制御できないうえに、挿入後の第2スプリングSP2の姿勢を確認することも修正することもできない。かかる事情から、従来の制御弁では、第2スプリングSP2の組み付け時に、当該第2スプリングSP2を径方向中心部に位置制御可能な技術が求められていた。
これに対して、本実施形態に係る制御弁CVでは、以下の効果が奏せられることで、前記従来の制御弁の課題を解決することができる。
すなわち、本実施形態に係る制御弁CVは、弁体収容部111と、弁体収容部111に開口する主連通口(導入口E0)及び副連通口(第2排出口E2)とを有するハウジング1と、アクチュエータ(電動モータ4)によって回転駆動される弁体3であって、弁体3の回転位置に応じて主連通口(導入口E0)及び副連通口(第2排出口E2)との接続状態を変化させる弁体3と、副連通口(第2排出口E2)に設けられ、弁体3と当接するシール部材(第2シール部材S2)と、副連通口(第2排出口E2)に設けられ、シール部材(第2シール部材S2)を弁体3に向けて付勢する付勢部材(第2スプリングSP2)と、副連通口(第2排出口E2)に設けられ、付勢部材(第2スプリングSP2)の付勢方向の一端が着座する着座面L20と、着座面L20において円周方向に連続して設けられた、円錐状のテーパ面L23と、を有する円筒状の接続パイプ(第2配管L2)と、を備えている。
換言すれば、本実施形態に係る制御弁CVは、自動車の機関の冷却回路に設けられる制御弁CVであって、回転軸2と、回転軸2が挿入される弁体収容部111と、弁体収容部111に開口する主連通口(導入口E0)と、回転軸2の回転軸線Zに対する径方向において弁体収容部111に開口する副連通口(第2排出口E2)と、を有するハウジング1と、弁体収容部111に配置され、回転軸2と繋がっている弁体3であって、主連通口(導入口E0)と重なり合う主開口部(導入部M0)と、副連通口(第2排出口E2)と重なり合う副開口部(第2開口部M2)と、を有する弁体3と、副連通口(第2排出口E2)に設けられ、弁体3と当接するシール部材(第2シール部材S2)と、副連通口(第2排出口E2)に設けられ、シール部材(第2シール部材S2)を弁体3に向けて付勢する付勢部材(第2スプリングSP2)と、副連通口(第2排出口E2)に設けられた円筒状の接続パイプ(第2配管L2)であって、付勢部材(第2スプリングSP2)の座面に対して角度(基準平面Pとの成す角θ)を有する着座面L20が円周方向に形成された接続パイプ(第2配管L2)と、を備えている。
このように、本実施形態に係る制御弁CVでは、第2配管L2における第2スプリングSP2の着座面L20が、基準平面Pとの成す角θが0度よりも大きく90度よりも小さい、0°<θ<90°となるテーパ面L23によって構成されている。換言すれば、第2配管L2の着座面L20が、第2スプリングSP2の座面に相当する外側端面SP24との成す角θが鋭角となるように構成されている。
かかる構成によれば、第2配管L2の着座面L20の周方向全域にわたって設けられた、0°<θ<90°(θが鋭角)となるテーパ面L23によって、第2配管L2を挿入する際、第2スプリングSP2が、着座面L20のテーパ面L23に倣って径方向の中心位置に配置される。すなわち、第2スプリングSP2が挿入された第2排出口E2に第2配管L2の挿入することで、着座面L20のテーパ面L23によって第2スプリングSP2が径方向の内側へ押圧され、当該第2スプリングSP2が第2排出口E2の径方向の中心位置に自動的にセンタリングされる。
このように、本実施形態に係る制御弁CVでは、第2配管L2の挿入時に、第2スプリングSP2が、第2配管L2の着座面L20(テーパ面L23)に倣って、第2排出口E2の径方向の中心位置に自動的に配置される。換言すれば、第2配管L2の挿入の際に、既に挿入された第2スプリングSP2の状態(径方向位置)を確認できなくても、当該第2スプリングSP2を、第2排出口E2の径方向の中心位置に配置することができる。これにより、第2排出口E2内において、第2スプリングSP2が適切な位置に配置され、その結果、当該第2スプリングSP2のスプリング内側水路SP21における冷却水の良好な通流を確保でき、第2排出口E2からの冷却水の良好な排出に供する。
ここで、第2スプリングSP2を第2排出口E2の径方向の中心位置に配置する他の方法として、例えば第2スプリングSP2を支持する排出口挿入部L21の先端部外周側に、第2スプリングSP2の外周側を包囲する包囲壁を形成し、この包囲壁によって第2スプリングSP2の径方向位置を矯正することが考えられる。しかしながら、この場合、第2配管L2を第2排出口E2に挿入した際に、第2スプリングSP2が前記包囲壁に乗り上げてしまうおそれがあり、この乗り上げによって、第2スプリングSP2のセット荷重が必要以上に高くなってしまうため、有効な手段にはなり得ない。
また、本実施形態では、着座面L20の径(基準軸線(中心軸線X2)から着座面L20までの半径IDX)は、弁体3に近づくほど徐々に増大する。
かかる構成によれば、第2配管L2の着座面L20が第2スプリングSP2の外周縁と当接(弾性的に当接)することによって、第2スプリングSP2を第2排出口E2の径方向の中心位置に自動的に配置することができる。
また、本実施形態では、着座面L20は、金属パイプを曲げることによって形成されている。
このように、本実施形態では、第2配管L2が金属パイプによって形成されているため、第2配管L2を鋳造や鍛造等によって一から成型する必要がなく、第2配管L2を安価に形成することが可能となり、制御弁CVの製造コストの低廉化に供する。
一方、第2配管L2を樹脂で成形する場合には、例えば拡径形成された排出口挿入部L21の内周側など、第2配管L2の内周側の隅部をアール状(断面円弧状)に形成することが困難であり、ほぼ直角に曲折する角状に形成せざるを得ない。そうすると、当該角部によって、第2配管L2内を流れる冷却水の圧力損失が大きくなってしまい、制御弁CVの排出性の低下を招来してしまう。
さらに、本実施形態では、金属パイプを曲げ加工することによって第2配管L2が形成されているため、例えば第2配管L2を鋳造や鍛造等によって成型する場合と比べて、第2配管L2を安価に形成可能となり、制御弁CVの製造コストの低廉化に供する。また、第2配管L2を鍛造で成型する場合には、少なくとも2ピース構造となってしまうが、本実施形態のように、金属パイプを曲げ加工して第2配管L2を形成することで、第2配管L2の構造が簡素化され、制御弁CVの生産性の向上にも供する。
また、本実施形態では、接続パイプ(第2配管L2)は、副連通口(第2排出口E2)に挿入されて副連通口(第2排出口E2)の周壁と重なり合って接続される接続部(排出口挿入部L21)に、接続パイプ(第2配管L2)の周方向に沿って接続パイプ(第2配管L2)の径方向内側に凹む環状溝(第2接続パイプ側リング溝L22)を有し、環状溝(第2接続パイプ側リング溝L22)に、副連通口(第2排出口E2)の周壁と接続部(排出口挿入部L21)との間をシールするシールリング(第2接続パイプ側リングPS2)が嵌め込まれている。
かかる構成から、本実施形態では、金属パイプを曲げ加工することにより、第2接続パイプ側リング溝L22の形成に伴い、着座面L20が形成される。換言すれば、金属パイプを曲げ加工して第2接続パイプ側リング溝L22を形成することにより、前記テーパ面L23からなる着座面L20が自動的に形成される。これにより、着座面L20の形成を容易に行うことができる。
(変形例)
図7は、本発明に係る制御弁の第1実施形態の変形例を示し、前記第1実施形態に係る着座面L20の形態を変更したものを示している。なお、当該着座面L20以外の基本的な構成については前記第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより、その説明を省略する。
図7は、第2配管L2の着座面L20の近傍を拡大して表示した図を示している。なお、本図の説明では、中心軸線X2に平行な方向を「軸方向」、中心軸線X2に直交する方向を「径方向」、さらに中心軸線X2周りの方向を「周方向」として説明する。また、前記「軸方向」については、弁体収容部111に臨む側を「一端側」、外部に臨む側を「他端側」として説明する。
すなわち、本変形例では、図7に示すように、第2配管L2の着座面L20が、前記第1実施形態で例示したような円錐状のテーパ面L23ではなく、縦断面が凸円弧状となるアール面L24によって構成されている。そして、このアール面L24は、当該アール面L24の接線Tと基準平面Pとの成す角θが0度よりも大きく90度よりも小さくなるように構成されている。換言すれば、アール面L24の接線Tと、第2スプリングSP2の座面に相当する外側端面SP24との成す角θが鋭角となるように構成されている。
かかる構成により、本変形例においても、第2スプリングSP2が挿入配置された第2排出口E2に第2配管L2を挿入する際、第2スプリングSP2の外側外周縁SP23が第2配管L2の着座面L20に弾性的に当接することで、この着座面L20のアール面L24によって、第2スプリングSP2を径方向の内側へ導く力が作用する。その結果、第2スプリングSP2が、第2排出口E2の径方向の中心位置に自動的に配置されるなど、前記第1実施形態と同様の作用効果が奏せられる。
〔第2実施形態〕
図8は、本発明に係る制御弁の第2実施形態を示し、前記第1実施形態で開示した第2配管L2における第2スプリングSP2の支持構造を変更したものである。なお、当該支持構造以外の基本的な構成については前記第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すことにより、その説明を省略する。
図8は、図5に相当する図であって、図4中の第2排出口E2の近傍を拡大して表示した図を示している。なお、本図の説明では、中心軸線X2に平行な方向を「軸方向」、中心軸線X2に直交する方向を「径方向」、さらに中心軸線X2周りの方向を「周方向」として説明する。また、前記「軸方向」については、弁体収容部111に臨む側を「一端側」、外部に臨む側を「他端側」として説明する。
本実施形態では、図8に示すように、第2配管L2の着座面L20について、外周側に対して内周側が厚肉に形成され、第2スプリングSP2側へ突出する構成となっている。具体的には、第2配管L2の着座面L20が、第2排出口E2の中心軸線X2から当該着座面L20までの半径IDXが軸方向において弁体3に近づくほど徐々に減少するような円錐状のテーパ面L23によって構成されている。そして、かかる構成から、本実施形態では、第2配管L2の着座面L20の内周側を第2スプリングSP2の外側内周縁SP25に当接させることにより、第2スプリングSP2が支持されている。
以上のように、本実施形態では、着座面L20の径(基準軸線(中心軸線X2)から着座面L20までの半径IDX)は、弁体3に近づくほど徐々に減少する構成となっている。
かかる構成から、本実施形態では、第2スプリングSP2が挿入配置された第2排出口E2に第2配管L2を挿入する際に、第2スプリングSP2の外側内周縁SP25が第2配管L2の着座面L20に弾性的に当接することにより、この着座面L20のテーパ面L23によって、第2スプリングSP2が芯出し(センタリング)された状態で支持される。その結果、第2スプリングSP2を第2排出口E2の径方向の中心位置に自動的に配置することが可能となり、前記第1実施形態と同様の作用効果が奏せられる。
本発明に係る制御弁CVは前記実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の作用効果を奏し得る形態であれば、適用する内燃機関(エンジン)の仕様等に応じて自由に変更可能である。
特に、前記実施形態においては、制御弁CVの適用の一例として、冷却水の循環系への適用を例示したが、当該制御弁CVは、冷却水のみならず、例えば潤滑油など様々な流体について適用可能であることは言うまでもない。
また、前記実施形態では、ハウジングの副連通口として、第1~第3排出口E1~E3からなる3つの排出口を設けた態様を例示したが、当該ハウジングの副連通口としては、少なくとも1つ設けられていればよく、第1~第3排出口E1~E3の3つに限定されるものではない。
同様に、前記実施形態では、弁体の副開口部として、第1~第3開口部M1~M3からなる3つの開口部を設けた態様を例示したが、当該弁体の副開口部としては、少なくとも1つ設けられていればよく、第1~第3開口部M1~M3の3つに限定されるものではない。
また、前述したように、弁体の副開口部(第1~第3開口部M1~M3)は、制御弁の制御内容に応じて決定されるものであって、必ずしもハウジングの副連通口(第1~第3排出口E1~E3)と1対1で対応している必要はない。換言すれば、弁体の回転位置に応じて、1つの副連通口に対し複数の副開口部が重なり合うように構成することも可能である。
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、弁体収容部と、前記弁体収容部に開口する主連通口及び副連通口とを有するハウジングと、アクチュエータによって回転駆動される弁体であって、前記弁体の回転位置に応じて前記主連通口及び前記副連通口との接続状態を変化させる弁体と、前記副連通口に設けられ、前記弁体と当接するシール部材と、前記副連通口に設けられ、前記シール部材を前記弁体に向けて付勢する付勢部材と、前記副連通口に設けられ、前記付勢部材の付勢方向の一端が着座する着座面と、前記着座面において円周方向に連続して設けられた、円錐状のテーパ面又は縦断面が凸円弧状のアール面と、を有する円筒状の接続パイプと、を備えている。
また、別の観点から、当該制御弁は、その1つの態様として、自動車の機関の冷却回路に設けられる制御弁であって、回転軸と、前記回転軸が挿入される弁体収容部と、前記弁体収容部に開口する主連通口と、前記回転軸の回転軸線に対する径方向において前記弁体収容部に開口する副連通口と、を有するハウジングと、前記弁体収容部に配置され、前記回転軸と繋がっている弁体であって、前記主連通口と重なり合う主開口部と、前記副連通口と重なり合う副開口部と、を有する弁体と、前記副連通口に設けられ、前記弁体と当接するシール部材と、前記副連通口に設けられ、前記シール部材を前記弁体に向けて付勢する付勢部材と、前記副連通口に設けられた円筒状の接続パイプであって、前記付勢部材の座面に対して角度を有する着座面が円周方向に形成された接続パイプと、を備えている。
前記制御弁の好ましい態様において、前記着座面の径は、前記弁体に近づくほど増大する。
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、前記着座面は、金属パイプを曲げることによって形成されている。
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、前記接続パイプは、前記副連通口に挿入されて前記副連通口の周壁と重なり合って接続される接続部に、前記接続パイプの周方向に沿って前記接続パイプの径方向内側に凹む環状溝を有し、前記環状溝に、前記副連通口の周壁と前記接続部との間をシールするシールリングが嵌め込まれている。
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、前記着座面の径は、前記弁体に近づくほど徐々に減少する。