JP7486872B2

JP7486872B2 - 制御弁の組立方法

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Publication number: JP7486872B2
Application number: JP2020173686A
Authority: JP
Inventors: 昌博中川; 年克西村; 智一山本; 高広川崎
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2024-05-20
Anticipated expiration: 2040-10-15
Also published as: JP2022065257A

Description

本発明は、制御弁の組立方法に関する。

従来の制御弁としては、本出願人が先に出願した例えば以下の特許文献１に記載されたものがある。

この制御弁は、自動車用冷却水の循環装置に適用されたもので、円筒状のハウジングの周壁に開口形成された主連通口、並びにヒータ、オイルクーラ及びラジエータと連通する連通口と、ハウジング内に回転可能に収容される筒状の弁体の周壁に開口形成された各連通口に対応する開口部と、を有する。各連通口内には、前記弁体に向けて付勢され、先端のシール面が前記弁体の外周面に摺接する円筒状のシール部材が収容配置されている。

また、前記シール面の外周縁部には、一対の平坦部と、この各平坦部に形成されて、前記弁体の外周面に４点で接触する一対のエッジ部を有している。

そして、シール部材を連通口の内部に組み付ける際に、前記一対のエッジ部の両端部が、それぞれ弁体の外周面に接触することによって、弁体に対するシール部材の自動調心を行うことができるようになっている。

特開２１１９－１５７９０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の制御弁は、各シール部材の外径が所定以下の小さいものでは、弁体の外周面に対するシール部材の自動調心機能が低下して、シール部材を組み付けた後のシール面と弁体の外周面との間のシール性が十分に得られないおそれがあることが本願発明者の実験により判明した。

そこで、シール部材のシール面が、弁体の外周面に密着するように予めシール部材の回転角度を決めてからシール部材を連通口の内部に挿入して配置することも考えられる。しかし、実験により、この場合であっても、各シール部材の組み付け角度誤差や各シール部材と弁体の製造誤差などに起因して、最適な接触角度位置がそれぞれ異なってしまう場合があるので、単にシール部材の回転角度だけの管理では満足できるシール性能を確保することが困難であることが判明した。

本発明は、前記従来の技術的課題に鑑みて案出されたものであり、連通口にシール部材を組み付ける際に、シール面の高低差を利用してシール部材の最適な位置を検出して弁体との高いシール性能を確保できる制御弁を提供することを目的としている。

本発明は、その一態様として、シール部材を連通口に挿入し、シール面を弁体の外周面に該弁体の径方向から当接させる第１工程と、
前記連通口の内部で前記シール部材をシール軸線回りに回転させて、前記シール面が前記弁体の回転軸の径方向に対して最も低い低位部の位置での前記シール部材の前記シール軸線回りの回転角度を検出する第２工程と、
前記第２工程で検出された前記シール部材の前記低位部での回転角度位置に合うように、前記連通口の内部で前記シール部材を前記シール軸線回りに回転させてセットする第３工程と、を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、連通口にシール部材を組み付ける際に、シール面の高低差を利用してシール部材の最適な位置を検出して弁体との高いシール性能を得ることができる。

本発明に係る制御弁が適用される自動車用冷却水の循環回路の構成を表したブロック図である。本発明の実施形態に係る制御弁の分解斜視図である。本実施形態の制御弁の平面図である。図４は図３のＡ－Ａ線に沿った断面図である。本実施形態に供されるシール部材を後端部側から視た斜視図である。本実施形態に供されるシール部材を示し、Ａはシール部材のシール面側から視た正面図、ＢはＡのＢ－Ｂ線断面図、ＣはＡのＣ－Ｃ線断面図である。本実施形態のシール部材をセット治具によって排出口内にセットする初期の状態を示す断面図である。図７の状態からシール部材をセット治具によって排出口内にセットした状態を示す断面図である。排出口内にセットされたシール部材を位置決め治具によって弁体方向へ押し込みながら回転させる状態を示す断面図である。図９の状態からシール部材を位置決め治具によって回転させて低位部の位置を決定した状態を示す断面図である。シール部材を位置決め治具によって回転させて位置決めする動作フローを示す図である。排出口内で位置決めされたシール部材をウエーブスプリングで弁体方向へ付勢させた状態を示す断面図である。

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、本実施形態では、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。）の循環装置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ＣＶが適用され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制御弁ＣＶが駆動制御される。また、符号ＴＣは、エンジンＥＧ内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り、符号ＥＣは、エンジンＥＧの燃焼後の排気ガスを冷却するＥＧＲクーラである。

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制御弁ＣＶ内のロータＲＴ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へと導かれた冷却水が、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へと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。これにより、バイパス通路ＢＬを介して制御弁ＣＶへと導かれた冷却水が、スロットルチャンバーＴＣへと常時供給される。なお、スロットルチャンバーＴＣに供給された冷却水は、ヒータＨＴと同様、ＥＧＲクーラＥＣへと導かれて、ＥＧＲクーラＥＣ及びウォータポンプＷＰを介してエンジンＥＧ側へと還流される。

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より流入した冷却水を第１～第３配管Ｌ１～Ｌ３へと分配すると共に、当該分配時の冷却水の流量を制御する。

（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、図３は図２に示す制御弁ＣＶを組み立てた後の平面図を示している。

なお、本図の説明では、駆動軸２の回転軸線Ｚに平行な方向を「軸方向」、駆動軸２の回転軸線Ｚに直交する方向を「径方向」、駆動軸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３中の上方を「一端側」、下方を「他端側」として説明する。

制御弁ＣＶは、図２に示すように、ハウジング１内において駆動軸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、を有している。

ハウジング１は、軸方向に２分割に形成されて、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、該第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、から構成されている。第１ハウジング１１と第２ハウジング１２は、それぞれアルミニウム合金材料でもって鋳造により成形され、複数のボルト１３により固定されている。

なお、本実施形態では、第１ハウジング１１と第２ハウジング１２が、アルミニウム合金材料で製造されたものを例示するが、これ以外にも、耐熱性及び耐薬品性を有する合成樹脂、例えばエンジニアリングプラスチックの一種であるポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）によって製造されてもよい。

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、後述するフランジ部１１４を介して図示外のシリンダブロックに、図示外の固定手段、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ている。弁体収容部１１１の軸方向の他端部には、第１ハウジング１１の図示外のシリンダブロックへの取り付けに供されるフランジ部１１４が、径方向の外側へ延びるように設けられている。

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には、駆動軸２が貫通する軸貫通孔１１６が貫通形成されている。

弁体収容部１１１の端壁１１３には、径方向（長手方向）の両側端部に、後述する減速機構５の支持軸５１，５２を軸受けする平板状の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。

第２ハウジング１２は、弁体収容部１１１とモータ収容部１１２とに跨ってこれら弁体収容部１１１とモータ収容部１１２とを被覆可能に開口する縦断面凹形状に形成されている。そして、この凹形状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が形成されている。

電動モータ４は、出力軸４２が第２ハウジング１２側へ臨む形でモータ本体４１がモータ収容部１１２内に収容されている。

そして、この電動モータ４は、モータ本体４１の出力軸４２側の端部に径方向の外側へと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により固定される。

なお、電動モータ４は、図示しない車載の電子コントローラによって制御され、車両の運転状態に応じて弁体３を回転駆動することで、ラジエータＲＤ等（図１参照）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、駆動軸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斜歯歯車ＨＧ２とは、筒状の両歯車ＨＧ１，ＨＧ２が直列状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線に沿った制御弁の断面図を示している。なお、本図の説明では、駆動軸２の回転軸線Ｚに平行な方向を「軸方向」、駆動軸２の回転軸線Ｚに直交する方向を「径方向」、そして駆動軸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、駆動軸２が貫通する軸貫通孔１１６が、弁体収容部１１１と後述の減速機構収容部１２１とを連通するように、軸方向に沿って形成されている。また、第１ハウジング１１には、弁体収容部１１１に隣接する形で、内部に電動モータ４のモータ本体４１を収容する有底円筒状のモータ収容部１１２が、軸方向の一端側に向けて開口形成されている。

また、第１ハウジング１１は、弁体収容部１１１の軸方向の他端部の外周縁に設けられたフランジ部１１４を介して、図示外のシリンダヘッドの側部に、図示外の固定手段、例えば複数のボルトによって固定されるようになっている。フランジ部１１４の内周側には、図示外のシリンダブロックの内部と連通してシリンダブロックのウォームジャケットから冷却水を導入するための主連通口としての導入口Ｅ０が開口形成されている。すなわち、この導入口Ｅ０が弁体収容部１１１の他端側の開口部と通じていて、当該導入口Ｅ０を介して、弁体収容部１１１内に冷却水が導入可能となっている。

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の複数(本実施形態では３つ)の連通口である第１～第３排出口Ｅ１～Ｅ３が形成されている。これら各排出口Ｅ１～Ｅ３には、対応する第１～第３配管Ｌ１～Ｌ３が接続されている。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２１～２３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、周方向のそれぞれ約９０°位相をずらした位置に配置されている（図１、図４参照）。

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２１～２３と、これら第１～第３シール部材２１～２３を弁体３の外周面３ａ側へ付勢する付勢部材である金属製の第１～第３ウエーブスプリングＳＰ１～ＳＰ３と、から構成される。また、第１～第３シール部材２１～２３の外周側には、第１～第３排出口Ｅ１～Ｅ３の内周面と摺接可能な第１～第３シールリングＳＲ１～ＳＲ３が取り付けられている。

駆動軸２は、図２及び図４に示すように、一定外径の棒状を呈し、軸貫通孔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、駆動軸２と軸貫通孔１１６の間は、オイルシールに類似した環状のシール部２０によって気密にシールされている。すなわち、このシール部２０によって、軸貫通孔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。

弁体３は、一定の外径を有する有底のほぼ円筒状を呈し、他端側の開口部が導入口Ｅ０側へ臨むように設けられることによって、内周側に形成される内部通路１１８内に冷却水を導くようになっている。そして、この弁体３は、一端部の内周側に埋設された金属製のインサート部材２９を介して駆動軸２に圧入固定され、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、これら第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。すなわち、第１～第３開口部Ｍ１～Ｍ３は、それぞれ隣接する軸方向位置に配置される後述する第１～第３シール部材２１～２３とオーバーラップ可能な軸方向間隔をもって配置されている。

具体的には、第１開口部Ｍ１は、隣接する軸方向位置にそれぞれ配置され、かつ弁体３の回転に伴い当該弁体３の外周面３ａに摺接する第２、第３シール部材２２，２３の第２、第３シール面２２ａ，２３ａの一部とオーバーラップ可能な軸方向位置に設けられる。第１開口部Ｍ１の軸方向の一方に配置される第２開口部Ｍ２は、隣接する軸方向位置に配置され、かつ弁体３の回転に伴い当該弁体３の外周面３ａに摺接する第１シール部材２１の第１シール面２１ａの一部とオーバーラップ可能な軸方向位置に設けられる。同様に、第１開口部Ｍ１の軸方向の他方に配置される第３開口部Ｍ３は、隣接する軸方向位置に配置され、かつ弁体３の回転に伴い当該弁体３の外周面３ａに摺接する第１シール部材２１の第１シール面２１ａの一部とオーバーラップ可能な軸方向位置に設けられる。

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は第１シール部材を後端部側から視た斜視図を示し、図６Ａは第１シール部材の正面図、ＢはＡのＢ－Ｂ線断面図(直線状断面図)、ＣはＡのＣ－Ｃ線断面図(円弧凹状断面図)である。

第１～第３シール部材２１～２３は、前述したように、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））により円筒状に形成され、第１～第３排出口Ｅ１～Ｅ３の内部に収容されて、それぞれ弁体３の外周面３ａ方向へ進退移動可能に設けられている。

なお、これら第１～第３シール部材２１～２３は、いずれも大きさ違いで同一の形状を有するものであることから、以下では、便宜上、第１シール部材２１についてのみ説明し、第２、第３シール部材２２，２３については具体的な説明を省略する。

第１シール部材２１は、図５及び図６に示すように、軸方向の両端が開口するほぼ円筒状に形成されて、内部にシール軸線Ｐに沿って貫通する貫通孔２１ｄを有している。また、第１シール部材２１は、軸方向の後端部側の外周面に外周側から第１シールリングＳＲ１が嵌め込まれる横断面凹状の環状溝２１ｅが周方向に沿って設けられている。そして、この第１シール部材２１のシール軸線Ｐの一端側、つまり弁体３側の先端面には、弁体３の外周面の曲率に対応する所定の曲率に設定された円弧凹状をなす曲面であって、かつ弁体３の外周面３ａに密着しつつ摺接可能な第１シール面２１ａが形成されている。この第１シール面２１ａは、円弧凹状であるから高低差を有し、径方向で対称位置にある最も高い一対の高位部２１ｂ、２１ｂ(弁体３の回転軸に対して径方向外側の部位)と、該両高位部２１ｂ、２１ｂを結ぶ線の左右対称位置にある最も低い一対の低位部２１ｃ、２１ｃ(弁体３の回転軸に対して径方向内側の部位)と、を有している。

また、円弧凹状の第１シール面２１ａの曲率は、弁体３の円弧凸状の外周面３ａの曲率よりも僅かに大きく設定されている。

第１シール部材２１のシール軸線Ｐの他端側、つまり後端面には、付勢部材である第１ウエーブスプリングＳＰ１(第２、第３ウエーブスプリングＳＰ２，ＳＰ３)が着座可能なほぼ平坦状のスプリング着座面２１ｆ(２２ｆ、２３ｆ)が形成されている。第１～第３ウエーブスプリングＳＰ１～ＳＰ３は、第１～第３シール部材２１～２３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２１～２３を弁体３の外周面３ａ側へ付勢するようになっている。

また、第１シール部材２１のスプリング着座面２１ｆには、後述する位置合わせ治具３１の先端部に設けられた一対の突起が嵌合する一対の嵌合溝２１ｇが直径方向に沿って設けられている。

第１シール面２１ａの各高位部２１ｂ、２１ｂの各外周縁部には、円筒状素材の平坦面に第１シール面２１ａを形成することにより残存する一対の平坦部２１ｈ，２１ｈが、径方向に対向する形で形成されている。この平坦部２１ｈ，２１ｈは、弁体３の外周面３ａに４点で接触する１対のエッジ部２１ｉ，２１ｉを有している。

前記各平坦部２１ｈ、２１ｈや各エッジ部２１ｉ、２１ｉなどは、後述する第１排出口Ｅ１内で第１シール部材２１の回転位置決めを行う際に、弁体３の外周面３ａに点や線接触ではなく、面接触状態で摺動するようになっている。

また、第１シール部材２１は、以下に説明する第１排出口Ｅ１内において回転させて前後のストローク位置を決定する際に、最初はセット治具３０によって組み付けられ、その後、位置合わせ治具３１によっての弁体３の外周面３ａに対して位置決めされるようになっている。

図７～図１０及び図１２は第１ハウジング１１の弁体収容部１１１に弁体３が予め収容配置された状態で、第１排出口Ｅ１内に第１シール部材２１が組み付けられて位置決めされる各工程を示している。

なお、第２、第３排出口Ｅ２，Ｅ３に第２、第３シール部材２２，２３が組み付けられる手順も同じであるので説明を省略する。

まず、図７に示すように、弁体３を収容した状態の第１ハウジング１１を、図示外の基台上に第１排出口Ｅ１が上向きとなるように配置固定しておき、第１排出口Ｅ１の上方位置でセット治具３０によって第１シール部材２１を保持する。

セット治具３０は、図示外の昇降機によって昇降可能に制御されていると共に、先端部(図中下端部)に複数の爪部３０ａが径方向へ開閉可能に設けられている。セット治具３０は、閉じ状態にあった各爪部３０ａを、第１シール部材２１の貫通孔２１ｄの後端側内に挿入しつつ拡げて貫通孔２１ｄの内周面を圧接状態で支持する。なお、第１シール部材２１の環状溝２１ｅ内には予めシールリングＳＲ１が嵌着保持されている。

その後、図８に示すように、第１シール部材２１のシール軸線Ｐと第１排出口Ｅ１の中心軸心Ｐ’を合わせつつセット治具３０を漸次下降させて第１シール部材２１を第１排出口Ｅ１内に挿入して、第１シール面２１ａを弁体３の外周面３ａに当該弁体３の径方向外側から当接させる（第１工程）。

次に、セット治具３０の各爪部３０ａを縮径移動させて第１シール部材２１の支持を解除すると共に、セット治具３０を単独で上昇させる。

続いて、図９に示すように、保持治具である位置合わせ治具３１によって第１シール部材２１を回転させてストロークセンサ３２により位置決めを行う。

位置合わせ治具３１は、図示外の回転駆動機構によって第１シール部材２１をシール軸線Ｐ回りに一方向へ所定の速度で回転可能させつつ弁体３の外周面３ａ方向へ押し込むようになっている。

また、位置合わせ治具３１の上端部には、ストロークセンサ３２が設けられている。このストロークセンサ３２は、回転位置に応じて上下ストローク位置を検出して図示外の電子制御回路に出力し、この電子制御回路で第１シール面２１ａの回転位置に対応した現在の高さ位置を算出するようになっている。つまり、ストロークセンサ３２は、第１シール部材２１のシール軸線Ｐ回りの回転時における高位部２１ｂ、２１ｂと低位部２１ｃ、２１ｃと間の高さ位置を検出するようになっている。また、ストロークセンサ３２で検出した第１シール面２１ａの高さ位置は、電子制御回路によって算出されて後述する図１１に示す動作フローの軌跡が表示されるようになっている。

また、位置合わせ治具３１の先端面には、第１シール部材２１の一対の嵌合溝２１ｇに軸方向から嵌合して回転力を伝達可能な一対の突部３１ｂが径方向に沿って設けられている。

すなわち、図９に示すように、まず、位置合わせ治具３１の先端部３１ａを、第１排出口Ｅ１の内部に挿入しつつ先端部に有する２つの突部３１ｂを第１シール部材２１の２つの嵌合溝２１ｇに軸方向から嵌合する。

続いて、図１０に示すように、位置合わせ治具３１によって第１シール部材２１を弁体３方向に押し込みつつシール軸線Ｐ回りに所定の低速度で回転させる。これによって、第１シール面２１ａが弁体３の回転軸の径方向に対して最も低い(内側)低位部２１ｃ、２１ｃの位置での第１シール部材２１のシール軸線Ｐ回りの回転角度(最も低いストローク位置)を検出する（第２工程）。

具体的に説明すれば、前記第１工程後では、前述のように、当初、弁体３の外周面３ａに対して第１シール面２１ａが弁体３の回転軸方向に対して所定角度ずれた回転位置の例えば高位部２１ｂ、２１ｂ付近が当接している。

第２工程では、この当接位置から、位置合わせ治具３１を用いて第１シール部材２１を、弁体３方向へ押し込みながらシール軸線Ｐ回りに回転させる。つまり、第１シール部材２１を押し込みながら高位部２１ｂ、２１ｂの位置から一方向へ回転させて各低位部２１ｃ、２１ｃの位置まで回転させる。さらに、この低位部２１ｃ、２１ｃから再び高位部２１ｂ、２１ｂ側から各平坦部２１ｈ、２１ｈが外周面３ａを乗り越えながら通過させて、再度各低位部２１ｃ、２１ｃへ回転させて、この位置を検出する。つまり、最も低い低位部２１ｃ、２１ｃの位置からさらに３６０°回転させて再び最低位部２１ｃ、２１ｃのストローク位置(位相)を決定する。

図１１は第２工程でのストロークセンサ３２による弁体３の外周面３ａに対する第１シール部材２１の低位部２１ｃ、２１のストローク位置を決定する動作フローの軌跡を示す図である。ここで縦軸はシール面の高さを表し、横軸はシール面の回転移動位置を表している。

まず、(１)に示す初期の回転位置(Ｑ１)では、前述した第１シール部材２１の第１シール面２１ａの例えば高位部２１ｂ、２１ｂ(平坦部２１ｈ、２１ｈ)が弁体３の外周面３ａに当接している。ここから第１シール部材２１をシール軸線Ｐ回り(周方向)に一方向へ回転させて、(２)の位置に示す変曲点Ｑ２を最下位の低位部２１ｃ、２１ｃとして検出する。

さらに第１シール部材２１を同方向へ回転させると、(３)に示す位置で変曲点Ｑ１を再び最上位の平坦部２１ｈ、２１ｈを乗り上げた位置を高位部２１ｂ、２１ｂとして検出する。さらに回転させると、位置の変曲点Ｑ２を再び低位部２１ｃ、２１ｃとして検出する。この２度目の低位部２１ｃ、２１ｃの検出情報を最終的な最下点位置として決定する。つまり、２度目の変曲点Ｑ２で低位部２１ｃ、２１ｃであることを確認してこの最下点位置として決定する。

次に、第２工程で検出された第１シール部材２１の低位部２１ｃ、２１ｃの回転角度位置(ストローク位置)に合うように、第１排出口Ｅ１の内部で第１シール部材２１をシール軸線Ｐ回りに回転させて改めて配置する（第３工程）。

この第３工程後には、図１２に示すように、第１シール部材２１のスプリング着座面２１ｆ側に第１シール部材２１を弁体３の外周面３ａ方向に付勢する第１ウエーブスプリングＳＰ１の一端部を当接させつつ第１配管Ｌ１を第１排出口Ｅ１の後端部内に挿入配置する（第４工程）。

前記第３工程において第１シール部材２１の第１シール面２１ａを弁体３の外周面３ａに当接させた状態では、第１シール面２１ａと外周面３ａの曲率の大きさの相違によって、図１２の一点鎖線で示すように、第１シール面２１ａが両高位部２１ｂ、２１ｂ側で２点接触状態になり、両低位部２１ｃ、２１ｃが外周面３ａから僅かに離間した状態になる。

その後、第４工程においては、図１２に示すように、第１シール部材２１が第１ウエーブスプリングＳＰ１によって弁体３方向へ付勢されることになることから、この付勢力(プリロード)によって第１シール面２１ａの各高位部２１ｂ、２１ｂと各低位部２１ｃ、２１ｃを含む全体が弁体３の外周面３ａに精度良く密着する。これにより、第１シール面２１ａと外周面３ａとの間のシール性能の向上が図れる。

以上のように、本実施形態の組立方法によれば、第２工程において、第１シール面２１ａの低位部２１ｃ、２１ｃでのストローク移動位置である回転角度位置(位相)を検出し、第３工程において、この検出された回転角度位相に合わせて第１排出口Ｅ１内で第１シール部材２１を回転させてセットする。これによって、第１シール部材２１の第１シール面２１ａが弁体３の外周面３ａに対して精度の高い密着位置を確保できる。したがって、第１シール部材２１と弁体３との間の安定したシール性能を得ることができる。

特に、第２工程では、低位部２１ｃ、２１ｃの位置検出中において一旦、低位部２１ｃ、２１ｃの位置を通過させる軌跡(図１１の(２))が得られることから、第１シール部材２１の第１シール面２１ａにおける低位部２１ｃ、２１ｃの回転角度位置を検出し易くなると共に、再度低位部２１ｃ、２１ｃを検出することによって低位部２１ｃ、２１ｃの位置を精度良くかつ確実に検出することが可能になる。

さらに、第１シール部材２１の第１シール面２１ａの曲率は、弁体３の外周面３ａの曲率よりも大きくなっていることから、前述したように、第１シール面２１ａを弁体３の外周面３ａに当接させた初期では、第１シール面２１ａが両高位部２１ｂ、２１ｂ側で２点接触状態になる。

その後、第４工程において、第１シール部材２１を、第１ウエーブスプリングＳＰ１によって弁体３方向へ付勢(プリロード)することから、第１シール面２１ａの高位部２１ｂ、２１ｂ及び低位部２１ｃ、２１ｃを含む全体が弁体３の外周面３ａに高精度に密着する。したがって、第１シール部材２１と弁体３との間のシール性能が向上する。

また、セット治具３０は、第１シール部材２１の外周側ではなく、複数の爪部３０ａによって第１シール部材２１の貫通孔２１ｄの内周面を保持することから、第１シール部材２１を第１排出口Ｅ１内にセットし易くなる。

また、位置合わせ治具３１は、第１シール部材２１のシール軸線Ｐの他端側を弁体３方向へ押し出しながら回転させるので、第１シール面２１ａの円弧凹形状に伴うシール軸線Ｐ方向のストローク移動(上下移動)を測定し易くなる。

さらに、第１シール部材２１の回転に伴い高位部２１ｂ、２１ｂ側では、平坦部２１ｈ、２１ｈが弁体３の外周面３ａに面接触状態で乗り上げ摺動することから、高位部２１ｂ、２１ｂ側での割れなどの発生を抑制できる。

換言すれば、高位部２１ｂ、２１ｂに平坦部２１ｈ、２１ｈがなく、高位部２１ｂ、２１ｂの先端が突起状になっている場合は、弁体３の外周面３ａに対して点や線接触状態で摺動することから、高位部２１ｂ、２１ｂ側に割れなどが発生し易くなる。

しかし、本実施形態では面接触状態で摺動することから、高位部２１ｂ、２１ｂの割れのリスクを低減することができる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、第２工程における第１シール部材２１を回転の動作フローとして一旦低位部２１ｃを検出した後、さらに３６０°回転させることなく、最初の低位部２１ｃの検出時点で回転位置を決定することも可能である。

また、付勢部材として、ウエーブスプリングの他にコイルスプリングなどを用いることも可能である。

さらに、前記実施形態では、位置合わせ治具３１によって第１シール部材２１を３６０°回転させて各低位部２１ｃ、２１ｃを２度検出したが、最初の１度の検出結果のみと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の組立方法としては、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。

その１つの態様において、駆動軸を有する駆動機構と、弁体収容部と、該弁体収容部に開口する連通口と、を有するハウジングと、前記弁体収容部内に配置され、前記駆動軸よって回転して前記連通口と重なる範囲が変化する開口部を有する筒状の弁体と、前記連通口に配置された円筒状のシール部材であって、該シール部材の中心軸をシール軸線とし、該シール軸線方向の一端に有し前記弁体の外周面形状に倣って円弧凹状に形成され、シール面が前記弁体の外周面に摺接可能なシール部材と、
を備えた制御弁の組立方法であって、
前記シール部材を前記連通口に挿入し、前記シール面を前記弁体の外周面に該弁体の径方向から当接させる第１工程と、
前記連通口の内部で前記シール部材を前記弁体の外周面に径方向から当接させた状態で前記シール軸線回りに回転させて、前記シール面が前記弁体の回転軸の径方向に対して最も内側の低位部の位置での前記シール部材の前記シール軸線回りの回転角度を検出する第２工程と、
前記第２工程で検出された前記シール部材の前記低位部での回転角度位置に合うように、前記連通口の内部で前記シール部材を前記シール軸線回りに回転させてセットする第３工程と、
を備えている。

この発明の態様によれば、弁体の外周面に対してシール部材の円弧凹状のシール面の全体が弁体の外周面に対して馴染んだ形で当接した位置であるシール部材が弁体に対して最も寄った位置、つまりシール面の最も低い低位部での回転角度を第２工程で検出する。その後、この検出された回転角度位相に合わせて連通口内でシール部材を回転させてセットする。これによって、シール部材のシール面が弁体の外周面に対して最適な位置になってシール部材と弁体との間の安定したシール性能を確保できる。なお、後述するシール部材を付勢部材によって弁体方向へ付勢した状態では、シール面の全体が弁体の外周面に密着した状態になる。

さらに好ましくは、前記シール部材は、前記シール面の前記弁体の回転軸の径方向に対して最も外側となる高位部における前記シール軸線方向の断面が直線状の直線状断面部と、前記シール面の前記低位部における前記直線状断面部に対して直交する方向の断面が円弧凹状である円弧凹状断面部と、を有し、
前記第２工程では、前記直線状断面部が前記弁体の回転軸方向に対して所定角度ずれた回転位置から前記シール部材を回転させて前記円弧凹状断面部方向へ回転移動させ、この円弧凹状断面部の最も低い低位部の位置を検出し、この低位部の位置からさらに３６０°回転させて再び最低位部の位置を決定する。

この発明の態様によれば、第２工程では、まず、シール部材を連通口に挿入してシール面の直線状断面部を弁体の外周面に当接させ、つまり、例えば周方向へずれた回転位置(高位部側)で当接させ、その後、シール部材を回転させて、シール面の円弧凹状断面部側へ回転移動させることによって、一旦、低位部位置を検出し、ここからシール部材を再び３６０°回転させることによって再び検出された低位部の回転位置(位相)を決定する。このように、低位部の位置のサーチ中において一旦、低位部位置を通過させる軌跡が得られることから、シール部材のシール面における低位部の回転角度を検出し易くなると共に、低位部の位置の確実な設定が可能になる。

さらに好ましくは、前記第３工程後に、前記シール部材のシール軸線の他端側に、前記シール部材を前記弁体の外周面方向に付勢する付勢部材を配置する第４工程を有している。

第３工程では、シール部材のシール面を弁体の外周面に当接させた初期では、シール面が高位部側で２点接触状態になるが、その後、第４工程において、シール部材が付勢部材によって弁体方向へ付勢されることになることから、シール面全体が弁体の外周面に精度良く密着することになることからシール性能の向上が図れる。

さらに好ましくは、前記シール部材は、前記シール軸線方向の他端に嵌合溝を有し、前記第２工程では、保持治具が前記嵌合溝に嵌合して前記シール部材を一方向へ回転させる。

さらに好ましくは、前記第１工程では、セット治具によって前記シール部材の内周を保持しながら前記シール部材を前記連通口の内部に配置し、前記第２工程では、保持治具によって前記シール部材の前記シール軸線方向の他端を前記弁体の外周面に向かって押し込むと共に前記シール部材を前記シール軸線回りに回転させ、前記シール部材のシール軸線方向の変位を検出する。

この発明の態様によれば、セット治具は、シール部材の内周を保持することから、シール部材をセットし易く、また、位置合わせ用の保持治具は、シール部材のシール軸線の他端を弁体方向へ押し出しながら回転させるので、シール面の円弧凹形状に伴うシール軸線方向のストローク移動を測定し易い。

さらに好ましくは、前記シール部材は、前記シール面の前記弁体の回転軸の径方向に対して最も外側の高位部における前記シール軸線方向の断面が直線状の直線状断面部と、前記シール面の前記低位部における前記直線状断面部に対して直交する方向の断面が円弧凹状である円弧凹状断面部と、を有し、
前記円弧凹状断面部の円弧の曲率は、前記弁体の外周面の曲率よりも大きい。

この発明の態様によれば、円弧凹状断面部の曲率の方が弁体の外周面の曲率よりも大きいことから、シール部材のシール面を弁体の外周面に当接させた初期では、シール面が高位部側で２点接触状態になる。

その後、請求項３に記載された第４工程において、連通口内に位置決め配置されたシール部材を、付勢部材によって弁体方向へ付勢することによりシール面全体が弁体の外周面に高精度に密着することから、シール性能の向上が図れる。

１…ハウジング、１１…第１ハウジング、１１１…弁体収容部、１２…第２ハウジング、Ｅ１…第１排出口（第１連通口）、Ｅ２…第２排出口（第２連通口）、Ｅ３…第３排出口(第３連通口)、２…駆動軸、３…弁体、３ａ…外周面、Ｍ１…第１開口部、Ｍ２…第２開口部、４…電動モータ（駆動機構）、５…減速機構（駆動機構）、２１…第１シール部材（シール部材）、２１ａ…第１シール面、２２…第２シール部材、２２ａ…第２シール面、２３…第３シール部材、２３ａ…第３シール面、ＳＰ１～ＳＰ３…第１・第２・第３ウエーブスプリング（付勢部材）、３０…セット治具、３０ａ…爪部、３１…位置決め治具、３２…ストロークセンサ。

Claims

駆動軸を有する駆動機構と、
弁体収容部と、該弁体収容部に開口する連通口と、を有するハウジングと、
前記弁体収容部内に配置され、前記駆動軸よって回転して前記連通口と重なる範囲が変化する開口部を有する筒状の弁体と、
前記連通口に配置された円筒状のシール部材であって、該シール部材の中心軸をシール軸線とし、該シール軸線方向の一端に有し前記弁体の外周面形状に倣って円弧凹状に形成され、シール面が前記弁体の外周面に摺接可能なシール部材と、
を備えた制御弁の組立方法であって、
前記シール部材を前記連通口に挿入し、前記シール面を前記弁体の外周面に該弁体の径方向から当接させる第１工程と、
前記連通口の内部で前記シール部材を前記弁体の外周面に径方向から当接させた状態で前記シール軸線回りに回転させて、前記シール面が前記弁体の回転軸の径方向に対して最も内側の低位部の位置での前記シール部材の前記シール軸線回りの回転角度を検出する第２工程と、
前記第２工程で検出された前記シール部材の前記低位部での回転角度位置に合うように、前記連通口の内部で前記シール部材を前記シール軸線回りに回転させてセットする第３工程と、
を備えたことを特徴とする制御弁の組立方法。
請求項１に記載の制御弁の組立方法であって、
前記シール部材は、前記シール面の前記弁体の回転軸の径方向に対して最も外側となる高位部における前記シール軸線方向の断面が直線状の直線状断面部と、前記シール面の前記低位部における前記直線状断面部に対して直交する方向の断面が円弧凹状である円弧凹状断面部と、を有し、
前記第２工程では、前記直線状断面部が前記弁体の回転軸方向に対して所定角度ずれた回転位置から前記シール部材を回転させて前記円弧凹状断面部方向へ回転移動させ、この円弧凹状断面部の最も低い低位部の位置を検出し、この低位部の位置からさらに３６０°回転させて再び最低位部の位置を決定することを特徴とする制御弁の組立方法。
請求項１または２に記載の制御弁の組立方法であって、
前記第３工程後に、前記シール部材のシール軸線の他端側に、前記シール部材を前記弁体の外周面方向に付勢する付勢部材を配置する第４工程を有することを特徴とする制御弁の組立方法。
請求項１に記載の制御弁の組立方法であって、
前記シール部材は、前記シール軸線方向の他端に嵌合溝を有し、
前記第２工程では、保持治具が前記嵌合溝に嵌合して前記シール部材を回転させることを特徴とする制御弁の組立方法。
請求項１に記載の制御弁の組立方法であって、
前記第１工程では、セット治具によって前記シール部材の内周を保持しながら前記シール部材を前記連通口の内部に配置し、
前記第２工程では、保持治具によって前記シール部材の前記シール軸線方向の他端を前記弁体の外周面に向かって押し込むと共に前記シール部材を前記シール軸線回りに回転させ、前記シール部材のシール軸線方向の変位を検出することを特徴とする制御弁の組立方法。
請求項１に記載の制御弁の組立方法であって、
前記シール部材は、前記シール面の前記弁体の回転軸の径方向に対して最も外側の高位部における前記シール軸線方向の断面が直線状の直線状断面部と、前記シール面の前記低位部における前記直線状断面部に対して直交する方向の断面が円弧凹状である円弧凹状断面部と、を有し、
前記円弧凹状断面部の円弧の曲率は、前記弁体の外周面の曲率よりも大きいことを特徴とする制御弁の組立方法。