JP7369794B2 - 流体駆動式シールを含む流体弁アセンブリ - Google Patents
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Description
流体弁アセンブリは、回転式プラグ弁、回転式プラグ弁を作動させるために使用されるモータおよびモータを回転式プラグ弁に接続する歯車セットを含む。回転式プラグ弁は、流体供給システムを通る流体の流れおよび分配を制御するために使用されてもよい1つのタイプの流体弁である。例えば、回転式プラグ弁は、車両冷却システムを通る冷却剤の流れを制御するために使用されてもよい。回転式プラグ弁は、弁本体と、エラストマ弁シールによって弁本体に動作可能に接続された弁プラグとを含んでもよい。幾つかの従来の回転式プラグ弁は、弁の封止のために、弁本体とプラグとの間のエラストマシールまたはばねもしくはその両方の圧縮による力に依存する。様々な硬いシール材料(例えば、熱可塑性プラスチック、セラミックまたは金属)も使用されており、通常、硬いシールに必要な比較的高いシール力を供給するためにばねを利用する。この力は、弁の両側の圧力差が最大のときに弁を封止するのに十分でなければならない。したがって、幾つかの従来の流体弁アセンブリでは、弁アクチュエータは、実際の圧力差がはるかに小さい場合でも、この最大圧力差に対して弁プラグを回転させることができるように寸法設定されている。幾つかの場合、この力は、シールおよび弁本体の過剰な摩耗をも生じさせ、弁の動作寿命を減じる可能性がある。
幾つかの態様において、流体弁は、弁本体と弁プラグとを含む。弁本体は、弁プラグチャンバと弁ポートとを含む。各弁ポートは、弁プラグチャンバに連通する。弁プラグは、弁プラグチャンバ内に配置されていて、回転軸線を中心に弁本体に対して回転可能である。弁プラグは、弁本体に対する弁プラグの特定の回転配向において、弁ポートのうちの第1の弁ポートと弁ポートのうちの第2の弁ポートとの間に延びる流体経路を提供する流体通路を含む。弁プラグは、流体通路とは反対側の弁プラグの側に設けられた盲穴と、盲穴を包囲する溝とを含む。溝は、盲穴と共有された溝内壁と、溝内壁を包囲しかつ溝内壁から離間させられた溝外壁とを有する。弁プラグは、溝内に配置されていて、シール内径およびシール外径を有する環状のシールを含む。さらに、弁プラグは、溝の盲端とシールとの間で溝内に配置された弾性部材を含む。弾性部材は、弁プラグチャンバの内面に対してシールを方向付ける力を与える。盲穴が弁ポートのいずれか1つと整列させられるように、弁プラグが弁本体に対して回転方向に配向されている場合、シールは、弁プラグチャンバを、シールの外面に隣接する第1のチャンバと、シールの内面に隣接する第2のチャンバとに分離させ、第1のチャンバと第2のチャンバとの間に流体密シールを提供し、シール内径およびシール外径は、第1のチャンバ内の流体の圧力と第2のチャンバ内の流体の圧力との間の差である液圧圧力差に基づいて変化する。
図1~図4を参照すると、流体弁アセンブリ1は、流体弁2と、流体弁2を作動させるために使用されるアクチュエータ200とを含む。流体弁アセンブリ1は、例えば、車両冷却システムにおける冷却剤の分配および流れを制御するために使用されてもよい。流体弁2は、回転式プラグ弁である。回転式プラグ弁2は、アクチュエータハウジング202に取り付けられており、弁本体4に配置されかつ回転軸線64を中心に弁本体4に対して回転するプラグアセンブリ60を含む。弁本体4は、3つの弁ポート24,26,28を含み、弁本体4に対するプラグアセンブリ60の回転配向は、アクチュエータ200を介して設定される。弁本体4に対するプラグアセンブリ60の回転配向は、弁ポート24,26,28のうちの対応する弁ポートを通る1つまたは複数の流体流路を決定する。回転式プラグ弁2は、弁本体4とプラグアセンブリ60との間に流体密シールを提供する単一のエラストマ弁シール130を有する。シール130は、プラグアセンブリ60のプラグ62上に支持されており、弁本体4内の流体圧力を利用して、弁本体4とプラグ62との間のシールを促進する。弁シール130は、以下で詳細に説明するように、プラグ回転のためのトルク要求を低減するように実施されている。
Claims (14)
- 流体弁であって、
弁プラグチャンバと、前記弁プラグチャンバにそれぞれ連通する弁ポートと、を含む弁本体と、
前記弁プラグチャンバ内に配置されていて、回転軸線を中心に前記弁本体に対して回転可能である弁プラグであって、
前記弁本体に対する前記弁プラグの特定の回転配向において、前記弁ポートのうちの第1の弁ポートと前記弁ポートのうちの第2の弁ポートとの間に延びる流体経路を提供する流体通路と、
前記流体通路とは反対側の前記弁プラグの側に設けられた盲穴と、
前記盲穴を包囲する溝であって、前記盲穴と共有された溝内壁と、該溝内壁を包囲しかつ該溝内壁から離間させられた溝外壁とを有する溝と、
前記溝内に配置されていて、シール内径およびシール外径を有する環状のシールと、
前記溝の盲端と前記シールとの間で前記溝内に配置された弾性部材であって、前記弁プラグチャンバの内面に対して前記シールを方向付ける力を与える弾性部材と、
を含む弁プラグと、
を備え、
前記盲穴が前記弁ポートのいずれか1つと整列させられるように、前記弁プラグが前記弁本体に対して回転方向に配向されている場合、
前記シールは、前記弁プラグチャンバを、前記シールの外面に隣接する第1のチャンバと、前記シールの内面に隣接する第2のチャンバとに分離させ、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に流体密シールを提供し、
前記シール内径および前記シール外径は、前記第1のチャンバ内の流体の圧力と前記第2のチャンバ内の流体の圧力との間の差である流体圧力差に基づいて変化し、
前記第1のチャンバ内の流体圧力が前記第2のチャンバ内の流体圧力よりも大きい場合、前記シール内径が減少し、前記シールの前記内面が、前記溝内壁と接触しかつ該溝内壁と共に流体密シールを形成するように前記シールが収縮し、
前記第1のチャンバ内の流体圧力が前記第2のチャンバ内の流体圧力よりも小さい場合、前記シール外径が増大し、前記シールの前記外面が、前記溝外壁と接触しかつ該溝外壁と共に流体密シールを形成するように前記シールが拡張する、
流体弁。 - 前記シールは、中空の円筒形部材であり、
前記シールの前記外面は、前記溝外壁に面しており、
前記シールの前記外面は、前記シールの外周に沿って延びる環状の突出部を有する、
請求項1記載の流体弁。 - 前記シールは、中空の円筒形部材であり、
前記シールの前記内面は、前記溝内壁に面しており、
前記シールの前記内面は、前記シールの内周に沿って延びる環状の突出部を有する、
請求項1記載の流体弁。 - 前記シールは、中空の円筒形部材であり、該円筒形部材は、
前記弁本体の内面に面したシール外端と、
前記弾性部材に面した、前記シール外端とは反対側のシール内端と、
を含み、
前記シール外端は、該シール外端の第1のエッジおよび前記シール外端の第2のエッジに対して凹まされた環状凹面を含み、前記シール外端の前記第1のエッジは、前記シール外端と前記シールの前記外面との交差部に配置されており、前記シール外端の前記第2のエッジは、前記シール外端と前記シールの前記内面との交差部に配置されている、
請求項1記載の流体弁。 - 前記弁プラグチャンバの内面に面した前記シールの外端が、前記シールの他の部分よりも低い摩擦係数を有する、請求項1記載の流体弁。
- 前記弾性部材は、コイルばね、波形ばねまたは波形ワッシャのうちの1つである、請求項1記載の流体弁。
- 前記流体通路は、線形であり、前記回転軸線に対して垂直な第1のプラグ横断軸線に対して平行に延びており、
前記盲穴が前記弁ポートのうちの第3の弁ポートと整列させられるように、前記弁プラグが前記弁本体に対して回転方向に配向されている場合、前記盲穴は、前記回転軸線および前記第1のプラグ横断軸線に対して垂直な第2のプラグ横断軸線と同心である、
請求項1記載の流体弁。 - 前記弁本体は、
ベースと、
前記ベースの周囲から前記回転軸線に対して平行な方向に突出した側壁と、を備え、
前記弁ポートのうちの前記第1の弁ポートは、前記側壁に設けられており、前記弁ポートのうちの前記第1の弁ポートは、a)前記回転軸線に対して垂直でありかつb)前記回転軸線と交差する第1の弁本体横断軸線と同心であり、
前記弁ポートのうちの第3の弁ポートが、前記側壁に設けられており、前記弁ポートのうちの前記第3の弁ポートは、a)回転軸線に対して垂直であり、b)前記第1の弁本体横断軸線に対して垂直でありかつc)前記回転軸線と交差する第2の弁本体横断軸線と同心である、
請求項1記載の流体弁。 - 前記弁ポートのうちの前記第2の弁ポートは、前記側壁において、前記弁ポートのうちの前記第1の弁ポートとは直径方向で反対側の位置に設けられている、請求項8記載の流体弁。
- 前記溝内壁の直径が、前記弁ポートのそれぞれの直径と等しい、またはそれよりも大きい、請求項8記載の流体弁。
- 前記弁ポートのそれぞれは、共通の平面に存在する、請求項1記載の流体弁。
- 前記盲穴は、前記弁ポートのうちの少なくとも1つの弁ポートの形状および寸法に対応するように成形および寸法設定されている、請求項1記載の流体弁。
- 流体弁であって、
弁本体であって、
弁プラグチャンバと、
前記弁プラグチャンバにそれぞれ連通する弁ポートと、
を含む弁本体と、
前記弁プラグチャンバ内に配置されていて、回転軸線を中心に前記弁本体に対して回転可能である弁プラグであって、
前記弁本体に対する前記弁プラグの幾つかの回転配向において、前記弁ポートのうちの第1の弁ポートと前記弁ポートのうちの第2の弁ポートとの間に延びる流体通路の一部を提供する線形の第1の溝と、
前記第1の溝とは反対側の前記弁プラグの側に配置された中空の管状突出部であって、該管状突出部の内面が、盲穴を画定している、管状突出部と、
前記管状突出部を包囲しかつ該管状突出部から離間させられたスリーブであって、前記管状突出部と前記スリーブとの間の空間が、前記管状突出部を包囲する環状の第2の溝を画定しており、該第2の溝は、前記管状突出部と共有された溝内壁と、前記スリーブと共有された溝外壁とを有する、スリーブと、
前記第2の溝内に配置されていて、シール内径およびシール外径を有する環状のシールと、
前記第2の溝の盲端と前記シールとの間で前記第2の溝内に配置された弾性部材であって、前記弁プラグチャンバの内面に対して前記シールを方向付ける力を与える弾性部材と、
を含む弁プラグと、
を備え、
前記盲穴が前記弁ポートのいずれか1つと整列させられるように、前記弁プラグが前記弁本体に対して回転方向に配向させられている場合、
前記シールは、前記弁プラグチャンバを、前記シールの外面に隣接する第1のチャンバと、前記シールの内面に隣接する第2のチャンバとに分離させ、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に流体密シールを提供し、
前記シール内径および前記シール外径は、前記第1のチャンバ内の流体の圧力と前記第2のチャンバ内の流体の圧力との間の差である流体圧力差に基づいて変化し、
前記第1のチャンバ内の流体圧力が前記第2のチャンバ内の流体圧力よりも大きい場合、前記シール内径が減少し、前記シールの前記内面が、前記溝内壁と接触しかつ該溝内壁と共に流体密シールを形成するように前記シールが収縮し、
前記第1のチャンバ内の流体圧力が前記第2のチャンバ内の流体圧力よりも小さい場合、前記シール外径が増大し、前記シールの前記外面が、前記溝外壁と接触しかつ該溝外壁と共に流体密シールを形成するように前記シールが拡張する、
流体弁。 - 流体弁アセンブリであって
流体弁と、
アクチュエータと、
前記アクチュエータを前記流体弁に機械的に接続する歯車セットと、
を備え、
前記流体弁は、
弁本体と、
弁プラグチャンバ内に配置されていて、回転軸線を中心に前記弁本体に対して回転可能な弁プラグと、
を含み、
前記弁本体は、
弁プラグチャンバと、
前記弁プラグチャンバにそれぞれ連通する弁ポートと、
を含み、
前記弁プラグは、
前記弁本体に対する前記弁プラグの幾つかの回転配向において、前記弁ポートのうちの第1の弁ポートと前記弁ポートのうちの第2の弁ポートとの間に延びる流体経路を提供する流体通路と、
前記流体通路とは反対側の前記弁プラグの側に設けられた盲穴と、
前記盲穴を包囲する溝であって、前記盲穴と共有された溝内壁と、該溝内壁を包囲しかつ該溝内壁から離間させられた溝外壁とを有する溝と、
前記溝内に配置されていて、シール内径およびシール外径を有する環状のシールと、
前記溝の盲端と前記シールとの間で前記溝内に配置された弾性部材であって、前記弁プラグチャンバの内面に対して前記シールを方向付ける力を与える弾性部材と、
を含み、
前記盲穴が前記弁ポートのいずれか1つと整列させられるように、前記弁プラグが前記弁本体に対して回転方向に配向されている場合、
前記シールは、前記弁プラグチャンバを、前記シールの外面に隣接する第1のチャンバと、前記シールの内面に隣接する第2のチャンバとに分離させ、前記第1のチャンバと前記第2のチャンバとの間に流体密シールを提供し、
前記シール内径および前記シール外径は、前記第1のチャンバ内の流体の圧力と前記第2のチャンバ内の流体の圧力との間の差である流体圧力差に基づいて変化し、
前記第1のチャンバ内の流体圧力が前記第2のチャンバ内の流体圧力よりも大きい場合、前記シール内径が減少し、前記シールの前記内面が、前記溝内壁と接触しかつ該溝内壁と共に流体密シールを形成するように前記シールが収縮し、
前記第1のチャンバ内の流体圧力が前記第2のチャンバ内の流体圧力よりも小さい場合、前記シール外径が増大し、前記シールの前記外面が、前記溝外壁と接触しかつ該溝外壁と共に流体密シールを形成するように前記シールが拡張する、
流体弁アセンブリ。
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