WO2023112600A1 - 制御バルブ - Google Patents

Abstract

本開示の態様に係る制御バルブは、外部から流体が流入する流入口、及び流体が外部に流出する流出口を有するケーシングと、流体が流通する内部空間を形成する有底筒状の弁体を有し、弁体の軸線回りにケーシング内に回転可能に収容されるロータと、を備えている。ロータは、弁体に形成された連通口を通じて流入口及び流出口の少なくとも一方と内部空間との間の連通及び遮断が弁体の回転位置に応じて切り替えられる。ケーシングは、弁体の軸方向において弁体の外側から弁体の底部に摺接するとともに、底部を介して弁体を回転可能に支持する軸方向支持部を備えている。

Description

制御バルブ

　本開示は、制御バルブに関するものである。
　本願は、２０２１年１２月１３日に日本に出願された特願２０２１－２０１６２８号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　車両には、発熱部（例えば、エンジンやモータ等）と、放熱部（例えば、ラジエータやヒータ等）と、の間で循環する冷却水によって発熱部を冷却する冷却システムが搭載されている。冷却システムでは、発熱部と放熱部とを接続する流路上に制御バルブが設けられることで、冷却水の流通が制御されている。

　制御バルブとして、例えば下記特許文献１には、冷却水の流出口を有するケーシングと、ケーシング内で回転可能に構成された有底筒状のロータと、を備えた構成が開示されている。ロータの筒部には、ロータの回転に応じてロータの内側空間と流出口とを連通させる連通口が形成されている。
　この構成によれば、ロータを回転させることで、流出口と連通口との連通及び遮断が切り替えられる。制御バルブ内に流入した冷却水は、ロータの内側空間を流入した後、連通口と連通状態にある流出口を通じて制御バルブから流出する。これにより、制御バルブに流入した冷却水が、ロータの回転に応じて所望の放熱部に分配される。

日本国特開２０２０‐１９７３０５号公報

　従来技術において、ロータは、ロータの底部とケーシングとの間に設けられたスラスト軸受により、ケーシングに回転可能な状態で軸方向に支持されている。そのため、従来技術に係る制御バルブでは、部品点数の削減を図る点で未だ改善の余地があった。従来技術に係る制御バルブでは、スラスト軸受を保持する箇所をケーシングに設ける必要があることから、小型化を図る点で未だ改善の余地があった。

　本開示は、小型化や部品点数の削減を図ることができる制御バルブを提供する。

　上記課題を解決するために、本開示は以下の態様を採用した。
　（１）本開示の一態様に係る制御バルブは、外部から流体が流入する流入口、及び流体が外部に流出する流出口を有するケーシングと、流体が流通する内部空間を形成する有底筒状の弁体を有し、前記弁体の軸線回りに前記ケーシング内に回転可能に収容されるロータと、を備え、前記ロータは、前記弁体に形成された連通口を通じて前記流入口及び前記流出口の少なくとも一方と前記内部空間との間の連通及び遮断が前記弁体の回転位置に応じて切り替えられ、前記ケーシングは、前記弁体の軸方向において前記弁体の外側から前記弁体の底部に摺接するとともに、前記底部を介して前記弁体を回転可能に支持する軸方向支持部を備えている。

　本態様によれば、ロータを回転可能に支持する軸方向支持部をケーシング自体が備えることで、別体のスラスト軸受等でロータを支持する構成に比べ、部品点数の削減を図ることができる。しかも、軸方向支持部によって弁体の底部を支持することで、例えばスラスト軸受用の段差面をロータの軸部に形成する場合に比べ、軸部の小径化を図ることができる。別体のスラスト軸受を保持する箇所をケーシングに設ける場合に比べ、ケーシングの小型化を図ることができる。その結果、制御バルブの小型化を図ることができる。

　（２）上記（１）の態様において、前記軸方向支持部は、前記軸線回りの全周に亘って連続的に延びていることが好ましい。
　本態様によれば、ケーシング内においてロータを安定して支持し易くなり、ロータの振れ回りや片当たり等を抑制できる。軸方向支持部とロータ（底部）との間を通じて、軸方向支持部よりも径方向の内側にコンタミ等が進入すること等を抑制できる。

　（３）上記（１）の態様において、前記軸方向支持部は、前記軸線回りに間欠的に設けられていることが好ましい。
　本態様によれば、軸方向支持部と底部との接触面積を低減させることができるので、軸方向支持部と底部との間の摩耗を抑制できる。

　（４）上記（１）から（３）の何れかの態様において、前記ケーシングのうち、前記軸方向支持部に対して径方向の外側に位置する部分には、前記軸方向支持部に対して前記軸方向に窪んだ窪み部が形成されていることが好ましい。
　本態様によれば、ケーシング内において、軸方向支持部に対して径方向の外側領域に流体の澱み領域を形成することができる。これにより、流体中に含まれるコンタミ等を軸方向支持部と底部との間に進入する前に捕捉することができる。その結果、軸方向支持部とロータ（底部）との間を通じてシール収容部内にコンタミ等が進入すること等を抑制できる。

　（５）上記（１）から（４）の何れかの態様において、前記ケーシングは、前記流入口及び前記流出口が形成されたケーシング本体と、前記ケーシング本体のうち前記流入口の開口端面に接続された流入ジョイントと、を備え、前記軸方向支持部は、前記ケーシング本体に一体形成されていることが好ましい。
　本態様によれば、例えばジョイント等に軸方向支持部を形成する場合に比べ、軸方向支持部の設計自由度を向上させることができる。これにより、所望の位置に所望の形状で軸方向支持部を形成することができ、ケーシング内においてロータを安定して支持し易くなる。

　（６）上記（１）から（５）の何れかの態様において、前記ケーシングは、前記弁体の開口部を通じて前記内部空間内に進入するとともに、前記弁体の筒部を径方向の内側から回転可能に支持する径方向支持部を備えていることが好ましい。
　本態様によれば、ロータを回転可能に支持する径方向支持部をケーシング自体が備えることで、従来のようにロータとケーシングとの間に滑り軸受を設ける構成等に比べ、部品点数の削減を図ることができる。しかも、径方向支持部によって弁体を径方向の内側から回転可能に支持することで、弁体を径方向の外側から回転可能に支持する構成に比べ、制御バルブについて特に径方向での小型化を図ることができる。
　弁体を径方向の内側から支持することで、弁体を径方向の外側から支持する場合に比べ、径方向支持部と弁体の内周面との接触点から軸線までの径方向の距離を短くすることができる。その結果、弁体の内周面における周速を軽減し、径方向支持部と弁体の内周面との接触点での摩耗を抑制できる。接触点に作用するトルクを軽減することで、ロータを動作させる駆動ユニットの負荷を減らすことができるため、駆動ユニットを小さくできる。

　本開示の一態様によれば、小型化や部品点数の削減を図ることができる。

実施形態に係る冷却システムのブロック図である。 実施形態に係る制御バルブの斜視図である。 実施形態に係る制御バルブの分解斜視図である。 図２のＩＶ－ＩＶ線に対応する断面図である。 図４のＶ－Ｖ線に対応する断面図である。 変形例に係る制御バルブの拡大断面図である。

　次に、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。以下で説明する実施形態や変形例において、対応する構成については同一の符号を付して説明を省略する場合がある。以下の説明において、例えば「平行」や「直交」、「中心」、「同軸」等の相対的又は絶対的な配置を示す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差や同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。本実施形態において、「向かい合う」とは、２つの面それぞれの直交方向（法線方向）が互いに一致している場合に限らず、直交方向同士が交差している場合も含んでいる。

［冷却システム１］
　図１は、冷却システム１のブロック図である。
　図１に示すように、冷却システム１は、例えば車両に搭載されている。本実施形態において、車両とは、車両駆動源としてエンジン（内燃機関）を有しているものに限らず、電動車両であってもよい。電動車両には、電気自動車やハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、燃料電池自動車等が含まれる。

　冷却システム１は、発熱部２と、放熱部３と、ウォータポンプ４（Ｗ／Ｐ）と、制御バルブ５（ＥＷＶ）と、を備えている。冷却システム１では、ウォータポンプ４及び制御バルブ５が動作することで、発熱部２及び放熱部３間で冷却液が循環する。

　発熱部２は、冷却液による冷却対象（冷却液の吸熱対象）となる部品であって、車両の駆動源、その他の発熱部品である。電動車両の場合において、発熱部２には例えば駆動用モータやバッテリ、電力変換装置等が含まれる。
　放熱部３は、冷却液の放熱対象となる部品である。本実施形態では、放熱部３として、ラジエータ８（ＲＡＤ）と、ヒータコア９（ＨＴＲ）と、を備えている。放熱部３としては、通常動作時における温度が発熱部２を通過した後の冷却液の温度よりも低くなる部材であれば適宜選択可能である。このような部品として、放熱部３は、例えばＥＧＲガスと冷却液との熱交換を行うＥＧＲクーラや、潤滑油と冷却液との熱交換を行うヒートエクスチェンジャ等であってもよい。

　ウォータポンプ４、発熱部２及び制御バルブ５は、メイン流路１０上で上流から下流にかけて順に接続されている。メイン流路１０では、ウォータポンプ４の動作により冷却液が発熱部２及び制御バルブ５を順に通過する。

　メイン流路１０には、ラジエータ流路１１及び空調流路１２がそれぞれ接続されている。
　ラジエータ流路１１には、ラジエータ８が設けられている。ラジエータ流路１１は、ラジエータ８よりも上流に位置する部分において、制御バルブ５に接続されている。ラジエータ流路１１は、ラジエータ８よりも下流に位置する部分において、発熱部２に接続されている。ラジエータ流路１１では、ラジエータ８において、冷却液と外気との熱交換が行われる。

　空調流路１２には、ヒータコア９が設けられている。空調流路１２は、ヒータコア９よりも上流に位置する部分において、制御バルブ５に接続されている。空調流路１２は、ヒータコア９よりも下流に位置する部分において、発熱部２に接続されている。ヒータコア９は、例えば空調装置のダクト（不図示）内に設けられている。空調流路１２では、ヒータコア９において、冷却液とダクト内を流通する空調空気との熱交換が行われる。

　冷却システム１において、ウォータポンプ４の動作によって制御バルブ５内に流入した冷却液は、制御バルブ５の動作によって少なくとも何れかの放熱部３に対して選択的に供給される。放熱部３に供給される冷却液は、放熱部３を通過する過程で放熱部３との間で熱交換される。その結果、冷却液が放熱部３によって冷却される。放熱部３を通過した冷却液は、発熱部２に供給された後、発熱部２を通過する過程で発熱部２との間で熱交換される。これにより、冷却液によって発熱部２が冷却される。このように、冷却システム１では、発熱部２及び放熱部３間で冷却液を循環させる過程で、冷却液を放熱部３によって冷却しつつ、発熱部２を冷却液によって冷却する。これにより、冷却システム１では、発熱部２を所望の温度に制御することができる。

　＜制御バルブ５＞
　図２は、制御バルブ５の斜視図である。図３は、制御バルブ５の分解斜視図である。
　図２、図３に示すように、制御バルブ５は、ケーシング２１と、駆動ユニット２２と、ロータ２３と、シール機構（第１シール機構２４及び第２シール機構２５）と、を備えている。

　＜ケーシング２１＞
　ケーシング２１は、ケーシング本体３１と、流入ジョイント３２と、第１流出ジョイント３３と、第２流出ジョイント３４と、を備えている。
　ケーシング本体３１は、底壁部３１ａ及び周壁部３１ｂを有する有底筒状に形成されている。以下の説明では、ケーシング本体３１の軸線Ｏ１に沿う方向を単に軸方向という。軸方向において、ケーシング本体３１に対して流入ジョイント３２側を第１側といい、第１側とは反対側を第２側という。軸方向から見て軸線Ｏ１に交差する方向を径方向といい、軸線Ｏ１回りの方向を周方向という。

　図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に対応する断面図である。
　図４に示すように、底壁部３１ａは、周壁部３１ｂから径方向の外側に張り出す大きさに形成されている。底壁部３１ａのうち、軸線Ｏ１上に位置する部分には、底壁部３１ａを軸方向に貫通する貫通孔３１ｃが形成されている。

　ケーシング本体３１において、周壁部３１ｂには、流入口４１及び複数の流出口（第１流出口４２及び第２流出口４３）が形成されている。
　流入口４１は、周壁部３１ｂのうち軸方向の第１側を向く開口部である。
　各流出口４２，４３は、周壁部３１ｂを径方向に貫通している。各流出口４２，４３は、同一円周上（軸方向で同じ位置）で周方向に間隔をあけて形成されている。本実施形態において、各流出口４２，４３は、周方向で等間隔に形成されている。したがって、図示の例において、流入口４１の開口方向及び第１流出口４２の開口方向は、互いに直交している。流入口４１の開口方向及び第２流出口４３の開口方向は、互いに直交している。流出口は、単数でもよく、３つ以上の複数であってもよい。流出口を複数設ける場合には、周方向で等間隔に設けることが好ましい。

　流入ジョイント３２は、流入口４１の開口端面に取り付けられている。流入ジョイント３２は、メイン流路１０と制御バルブ５との間を接続する。流入ジョイント３２は、ジョイント筒部３２ａと、フランジ部３２ｂと、位置決め筒部３２ｃと、径方向支持部３２ｄと、を備えている。

　ジョイント筒部３２ａは、軸線Ｏ１と同軸に延びている。ジョイント筒部３２ａは、流入口４１の開口端面に対して軸方向の第１側に突出した状態で配置されている。
　フランジ部３２ｂは、ジョイント筒部３２ａにおける軸方向の第２側端部から径方向の外側に張り出している。フランジ部３２ｂは、流入口４１の開口端面との間にパッキンを挟んだ状態で、ケーシング本体３１にビス等により固定されている。流入ジョイント３２（フランジ部３２ｂ）は、流入口４１の開口端面に溶着（例えば、振動溶着等）によって取り付けられていてもよい。

　位置決め筒部３２ｃは、フランジ部３２ｂから軸方向の第２側に向けて突出している。位置決め筒部３２ｃは、軸線Ｏ１と同軸の筒状に形成されている。位置決め筒部３２ｃは、流入口４１（周壁部３１ｂ）内に挿入されている。位置決め筒部３２ｃは、流入口４１内において、流入口４１の内周面に径方向の内側から近接又は当接した状態で配置されている。これにより、ケーシング本体３１に対する流入ジョイント３２の径方向の移動が規制されている。

　径方向支持部３２ｄは、位置決め筒部３２ｃから軸方向の第２側に向けて突出している。図示の例において、径方向支持部３２ｄは、流出口４２，４３の一部と軸方向に重なる位置まで突出している。但し、径方向支持部３２ｄにおける位置決め筒部３２ｃからの突出量は、適宜変更が可能である。

　径方向支持部３２ｄは、軸線Ｏ１と同軸の筒状に形成されている。すなわち、径方向支持部３２ｄは、周方向の全周に亘って連続的に延びている。径方向支持部３２ｄは、軸方向の第１側から第２側に向かうに従い内径が漸次拡大するテーパ状に形成されている。径方向支持部３２ｄの外径は、軸方向の全長に亘って一様に形成されている。本実施形態において、径方向支持部３２ｄの外径は、ジョイント筒部３２ａの外径よりも大きく、位置決め筒部３２ｃの外径よりも小さい。したがって、周壁部３１ｂの内周面と径方向支持部３２ｄの外周面との間には、径方向に隙間を有している。但し、径方向支持部３２ｄの外径は、一様でなくてもよい。

　径方向支持部３２ｄの内周面は、軸方向の第１側から第２側に向かうに従い径方向の外側に向けて延びる傾斜面３２ｆに形成されている。本実施形態において、傾斜面３２ｆは、位置決め筒部３２ｃの内周面に至る範囲で連続的に形成されている。但し、傾斜面３２ｆは、径方向支持部３２ｄのみに形成されていてもよく、ジョイント筒部３２ａまで形成されていてもよい。また、径方向支持部３２ｄの内径は、一様であってもよい。

　第１流出ジョイント３３は、第１流出口４２の開口端面に取り付けられている。第１流出ジョイント３３は、例えばラジエータ８（ラジエータ流路１１）と制御バルブ５との間を接続する。第１流出ジョイント３３は、ジョイント筒部５１と、フランジ部５２と、位置決め筒部５３と、を備えている。

　ジョイント筒部５１は、第１流出口４２の開口端面に対して径方向の外側に突出した状態で配置されている。以下の説明において、ジョイント筒部５１の軸線Ｏ２に沿う方向をジョイント軸方向といい、ジョイント軸方向から見てジョイント軸方向に交差する方向をジョイント径方向といい、軸線Ｏ２回りの方向をジョイント周方向という場合がある。

　ジョイント筒部５１は、ジョイント軸方向の外側（ケーシング本体３１から離間する向き）に向かうに従い径が縮小する多段筒状に形成されている。ジョイント筒部５１は、小径部５５と、小径部５５に対してジョイント軸方向の内側（ケーシング本体３１に接近する向き）に連なる大径部５６と、を備えている。
　フランジ部５２は、大径部５６からジョイント径方向の外側に向けて張り出している。フランジ部５２は、第１流出口４２の開口端面との間にパッキンを挟んだ状態で、ケーシング本体３１にビス等により固定されている。第１流出ジョイント３３（フランジ部５２）は、第１流出口４２の開口端面に溶着（例えば、振動溶着等）によって取り付けられていてもよい。

　位置決め筒部５３は、フランジ部５２の内周縁からジョイント軸方向の内側に向けて突出している。位置決め筒部５３は、軸線Ｏ２と同軸の筒状に形成されている。位置決め筒部５３の内径は、大径部５６の内径と同等になっている。位置決め筒部５３は、第１流出口４２内に挿入されている。位置決め筒部５３は、第１流出口４２内において、第１流出口４２の内周面にジョイント径方向の内側から近接又は当接した状態で配置されている。これにより、ケーシング本体３１に対する第１流出ジョイント３３のジョイント径方向の移動が規制されている。

　第２流出ジョイント３４は、第２流出口４３の開口端面に取り付けられている。第２流出ジョイント３４は、例えばヒータコア９（空調流路１２）と制御バルブ５との間を接続する。第２流出ジョイント３４は、第１流出ジョイント３３と同様の構成である。したがって、第２流出ジョイント３４のうち、第１流出ジョイント３３に対応する構成について第１流出ジョイント３３と同様の符号を付すことで、第２流出ジョイント３４の説明を省略する。

　＜駆動ユニット２２＞
　駆動ユニット２２は、底壁部３１ａに取り付けられている。駆動ユニット２２は、図示しないモータや減速機構、制御基板等が収納されて構成されている。

　＜ロータ２３＞
　ロータ２３は、ケーシング２１内において軸線Ｏ１回りに回転可能に収容されている。ロータ２３は、軸部２３ａと、弁体２３ｂと、を備えている。
　軸部２３ａは、軸線Ｏ１と同軸に配置されている。軸部２３ａは、貫通孔３１ｃを通じて底壁部３１ａを貫通している。軸部２３ａにおける軸方向の第２側端部は、ケーシング２１の外部において駆動ユニット２２に連結されている。これにより、駆動ユニット２２の動力が軸部２３ａを介してロータ２３に伝達される。

　弁体２３ｂは、軸方向の第１側に向けて開口するとともに、軸線Ｏ１と同軸に配置された有底筒状に形成されている。弁体２３ｂのうち、底部６１と筒部６２とに囲まれた空間は、弁体２３ｂの内部空間Ｋ１を構成している。すなわち、内部空間Ｋ１は、筒部６２における軸方向の第１側を向く開口部を通じてケーシング２１内に連通している。

　弁体２３ｂの底部６１は、軸部２３ａにおける軸方向の第１側端部から径方向の外側に張り出している。
　弁体２３ｂの筒部６２は、底部６１の外周縁から軸方向の第１側に延びている。筒部６２は、流出口４２，４３よりも軸方向の第１側まで延びている。

　筒部６２のうち、各流出口４２，４３と軸方向の同位置には、連通口６２ａが形成されている。連通口６２ａは、筒部６２を径方向に貫通している。弁体２３ｂは、連通口６２ａと、何れかの流出口４２，４３と、の少なくとも一部同士が径方向から見て重なり合う場合に、連通口６２ａを通じて何れかの流出口４２，４３と内部空間Ｋ１とを連通させる。本実施形態の連通口６２ａは、周方向に間隔をあけて２つ形成されている。図示の例において、軸線Ｏ１と各連通口６２ａそれぞれとを結ぶ直線がなす共役角のうち、劣角側の角度は９０°よりも大きく、１８０°よりも小さくなっている。但し、連通口６２ａの数や隣り合う連通口６２ａ同士の間隔等は適宜変更が可能である。

　ここで、ロータ２３は、筒部６２において径方向支持部３２ｄに径方向の内側から支持され、底部６１において軸方向支持部６５に軸方向の第２側から支持された状態で、ケーシング２１内で回転可能に収容されている。径方向支持部３２ｄは、筒部６２における軸方向の第１側を向く開口部を通じて筒部６２内に挿入されている。径方向支持部３２ｄは、筒部６２のうち軸方向の第１側端部において、筒部６２の内周面に径方向の内側から近接又は当接している。これにより、径方向支持部３２ｄは、ケーシング２１に対するロータ２３の径方向の移動を規制している。そして、径方向支持部３２ｄは、ロータ２３の回転に伴い、筒部６２の内周面が摺動することでロータ２３を回転可能に支持している。径方向支持部３２ｄにおける筒部６２内への進入量は、適宜変更可能である。図示の例において、径方向支持部３２ｄは、径方向から見て連通口６２ａと重ならず、かつシール機構２４，２５（後述する摺動リング７１）の一部と重なり合う位置まで進入している。

　軸方向支持部６５は、底壁部３１ａのうち軸方向から見て底部６１と重なり合う部分から軸方向の第１側に向けて突出している。軸方向支持部６５は、軸線Ｏ１と同軸に配置されるとともに、軸部２３ａの周囲を取り囲む筒状に形成されている。すなわち、軸方向支持部６５は、周方向の全周に亘って連続的に延びている。

　軸方向支持部６５のうち、軸方向の第１側端面は、軸方向に直交する平坦面に形成されている。軸方向支持部６５は、底部６１の外端面（軸方向の第２側を向く端面）に対して軸方向の第２側から近接又は当接している。これにより、軸方向支持部６５は、ケーシング２１に対するロータ２３の軸方向の第２側への移動を規制している。そして、軸方向支持部６５は、ロータ２３の回転に伴い、底部６１の外端面が摺動することでロータ２３を回転可能に支持している。軸方向支持部６５は、底部６１の外端面に対して外端面の外周部分で向かい合っていることが好ましい。図示の例において、軸方向支持部６５は、底部６１の半径を１：１に内分した箇所よりも径方向の外側であって、筒部６２の内周面よりも径方向の内側に位置する部分で底部６１の外端面に向かい合っている。

　底壁部３１ａのうち、軸方向支持部６５に対して径方向の内側に位置する部分には、シール収容部６６が形成されている。シール収容部６６は、軸方向の第１側に向けて開口する凹部である。シール収容部６６の底面上には、貫通孔３１ｃが開口している。シール収容部６６内には、リップシール６７が嵌め込まれている。リップシール６７は、断面視においてＵ字状に形成された環状の部材である。リップシール６７は、シール収容部６６内において、軸部２３ａの外周面とシール収容部６６の内周面との間をシールしている。

　底壁部３１ａのうち、軸方向支持部６５に対して径方向の外側に位置する部分には、窪み部６８が形成されている。窪み部６８は、冷却液の澱み領域を形成することで、冷却液中に含まれるコンタミ等を軸方向支持部６５と底部６１との間に進入する前に捕捉するためのものである。窪み部６８は、軸方向支持部６５に対して軸方向の第２側に窪み、かつ周方向の全周に亘って延びる溝状に形成されている。窪み部６８の内面のうち、径方向の内側を向く面は、周壁部３１ｂの内周面によって構成されている。一方、窪み部６８の内面のうち、径方向の外側を向く面は、軸方向支持部６５の外周面によって形成されている。

　＜第１シール機構２４及び第２シール機構２５＞
　第１シール機構２４は、第１流出ジョイント３３と第１流出口４２とで囲まれた部分に設けられて、第１流出ジョイント３３及び弁体２３ｂ（筒部６２）間をシールする。第２シール機構２５は、第２流出ジョイント３４と第２流出口４３とで囲まれた部分に設けられて、第２流出ジョイント３４及び弁体２３ｂ（筒部６２）間をシールする。各シール機構２４，２５は、何れも同様の構成であるため、第１シール機構２４を例にして説明する。

　図５は、図４のＶ－Ｖ線に対応する断面図である。
　図５に示すように、第１シール機構２４は、摺動リング７１と、付勢部材７２と、シールリング７３と、を備えている。
　摺動リング７１は、第１流出口４２内に挿入されている。摺動リング７１は、軸線Ｏ２と同軸に延びるとともに、ジョイント軸方向の外側に向かうに従い径が縮小する多段筒状に形成されている。摺動リング７１は、大径部７１ａと、大径部７１ａからジョイント軸方向の外側に連なる小径部７１ｂと、を備えている。

　大径部７１ａは、第１流出口４２内において、第１流出口４２の内周面にジョイント径方向の内側から近接又は当接した状態で配置されている。これにより、ケーシング本体３１に対する摺動リング７１のジョイント径方向の移動が規制されている。大径部７１ａにおけるジョイント軸方向の内側端面は、摺動面７１ｃを構成している。摺動面７１ｃは、軸方向から見て筒部６２の外周面に倣って延びる円弧状に形成されている。摺動面７１ｃは、ロータ２３と摺動リング７１との相対回転に伴い、筒部６２の外周面上を摺動する。

　小径部７１ｂの外周面は、大径部７１ａの外周面に対して段差面７１ｄを介して連なっている。段差面７１ｄは、ジョイント軸方向の内側に向かうに従いジョイント径方向の外側に傾斜した後、ジョイント径方向の外側にさらに延びている。したがって、小径部７１ｂの外周面と、第１流出口４２の内周面と、の間には、ジョイント径方向の隙間（以下、シール隙間Ｑという。）が設けられている。
　一方、小径部７１ｂの内周面は、大径部７１ａの内周面に滑らかに連なっている。小径部７１ｂにおけるジョイント軸方向の外側端面（以下、座面７１ｆという。）は、ジョイント軸方向に直交する平坦面に形成されている。座面７１ｆは、ジョイント軸方向において第１流出口４２の開口端面と同等の位置に配置されている。

　付勢部材７２は、摺動リング７１と第１流出ジョイント３３との間に配置されている。付勢部材７２は、例えばウェーブスプリングである。付勢部材７２におけるジョイント軸方向の内側端部は、座面７１ｆに当接している。付勢部材７２におけるジョイント軸方向の外側端部は、第１流出ジョイント３３のうち小径部５５と大径部５６との段差面に当接している。これにより、付勢部材７２は、摺動リング７１をジョイント軸方向の内側（筒部６２の外周面）に向けて付勢している。

　シールリング７３は、例えばＹパッキンである。シールリング７３は、開口部（二股部）をジョイント軸方向の内側に向けた状態で、摺動リング７１（小径部７１ｂ）の周囲を取り囲んでいる。シールリング７３は、シール隙間Ｑ内に配置された状態で、二股部の各先端部が小径部７１ｂの外周面及び第１流出口４２の内周面にそれぞれ密接している。シール隙間Ｑ内において、シールリング７３に対してジョイント軸方向の内側領域は、第１流出口４２の内周面と摺動リング７１との間を通じてケーシング２１の液圧が導入される。この場合、段差面７１ｄは、摺動リング７１上で摺動面７１ｃとジョイント軸方向で向かい合い、ケーシング２１内の液圧を受けてジョイント軸方向の内側に押圧される受圧面を構成している。

　ところで、摺動リング７１において、段差面７１ｄの面積Ｓ１と、摺動面７１ｃの面積Ｓ２とは、以下の式（１），（２）を満たすように設定されている。
　Ｓ１＜Ｓ２≦Ｓ１／ｋ　　　　　　…（１）
　α≦ｋ＜１　　　　　　　　　　　…（２）
　ｋ：摺動面７１ｃと筒部６２との間の微少隙間を流れる冷却液の圧力減少定数
　α：冷却液の物性によって決まる圧力減少定数の下限値
　なお、段差面７１ｄの面積Ｓ１と摺動面７１ｃの面積Ｓ２は、ジョイント軸方向に投影したときの面積を意味する。

　式（２）におけるαは、冷却液の種類や、使用環境（例えば、温度）等によって決まる圧力減少定数の標準値である。例えば、通常使用条件下において、水の場合にはα＝１／２となる。使用する冷却液の物性が変化した場合には、α＝１／３等に変化する。
　また、式（２）における圧力減少定数ｋは、摺動面７１ｃがジョイント径方向の外側端縁から内側端縁にかけて均一に筒部６２に接しているときには、圧力減少定数の標準値であるα（例えば、１／２）となる。但し、摺動リング７１の製造誤差や組付け誤差等によって、摺動面７１ｃの外周部分と筒部６２との間の隙間が摺動面７１ｃの内周部分に対して僅かに増大することがある。この場合、式（２）における圧力減少定数ｋは、次第にｋ＝１に近づくことになる。

　本実施形態では、摺動リング７１の摺動面７１ｃと筒部６２の外周面との間に、摺動を許容するための微小な隙間があることを前提として、段差面７１ｄと摺動面７１ｃの各面積Ｓ１，Ｓ２の関係が式（１），（２）によって決められている。
　すなわち、段差面７１ｄには、ケーシング２１内の冷却液の圧力がそのまま作用する。一方で、摺動面７１ｃには、ケーシング２１内の冷却液の圧力がそのまま作用しない。冷却液の圧力は、摺動面７１ｃと筒部６２の間の微小な隙間を冷却液がジョイント径方向の外側端縁から内側端縁に向かって流れるときに圧力減少を伴いつつ作用する。このとき、冷却液の圧力は、ジョイント径方向の内側に向かって漸減しつつ、摺動リング７１をジョイント軸方向の外側に押し上げようとする。

　その結果、段差面７１ｄには、段差面７１ｄの面積Ｓ１にケーシング２１内の圧力Ｐを乗じた力がそのまま作用する。一方、摺動面７１ｃには、摺動面７１ｃの面積Ｓ２にケーシング２１内の圧力Ｐと圧力減少定数ｋとを乗じた力が作用する。

　本実施形態の制御バルブ５は、式（１）からも明らかなようにｋ×Ｓ２≦Ｓ１が成り立つように面積Ｓ１，Ｓ２が設定されている。このため、Ｐ×ｋ×Ｓ２≦Ｐ×Ｓ１の関係も成り立つ。
　したがって、摺動リング７１の段差面７１ｄに作用する押し付け方向の力Ｆ１（Ｆ１＝Ｐ×Ｓ１）は、摺動リング７１の摺動面７１ｃに作用する浮き上がり方向の力Ｆ２（Ｆ２＝Ｐ×ｋ×Ｓ２）以上に大きくなる。よって、本実施形態の制御バルブ５においては、ケーシング２１内の冷却液の圧力の関係のみによっても、摺動リング７１と筒部６２との間をシールすることができる。

　一方、本実施形態では、段差面７１ｄの面積Ｓ１が摺動面７１ｃの面積Ｓ２よりも小さい。そのため、ケーシング２１内の冷却液の圧力が大きくなっても、摺動面７１ｃが過剰な力で筒部６２に押し付けられるのを抑制できる。したがって、本実施形態の制御バルブ５を採用した場合には、ロータ２３を回転駆動する駆動ユニット２２の大型化及び高出力化を回避することができる上、径方向支持部３２ｄや軸方向支持部６５、摺動リング７１の早期摩耗を抑制できる。

　このように、本実施形態では、摺動リング７１に作用するジョイント軸方向の内側への押し付け力が、摺動リング７１に作用するジョイント軸方向の外側への浮き上がり力を下回らない範囲で、摺動面７１ｃの面積Ｓ２が段差面７１ｄの面積Ｓ１よりも大きく設定されている。そのため、筒部６２に対する摺動リング７１の過剰な力での押し付けを抑制しつつ、摺動リング７１と筒部６２との間をシールできる。

［制御バルブ５の動作方法］
　次に、上述した制御バルブ５の動作方法を説明する。
　図１に示すように、メイン流路１０において、ウォータポンプ４により送り出される冷却液は、発熱部２で熱交換された後、制御バルブ５に向けて流通する。図４に示すように、メイン流路１０において発熱部２を通過した冷却液は、流入ジョイント３２内を通じて内部空間Ｋ１内に流入する。なお、内部空間Ｋ１内に流入した冷却液は、連通口６２ａや、ロータ２３と流入ジョイント３２との隙間等を通じてケーシング本体３１内の全域に満たされている。

　続いて、制御バルブ５において、冷却液の分配方法について説明する。
　連通口６２ａと流出口４２，４３とが径方向から見て重なり合っていない場合、摺動リング７１内を通じた内部空間Ｋ１と流出口４２，４３（流出ジョイント３３，３４）との連通は遮断されている（遮断状態）。遮断状態では、内部空間Ｋ１の冷却液が連通口６２ａを通じて流出口４２，４３内に流れることが規制されている。

　例えばラジエータ８に冷却液を供給したい場合には、連通口６２ａと第１流出口４２とを連通させる。具体的には、駆動ユニット２２を駆動させ、ロータ２３を軸線Ｏ１回りに回転させる。この際、ロータ２３は、筒部６２の外周面上を摺動リング７１（摺動面７１ｃ）が摺動しながら、軸線Ｏ１回りに回転する。そして、連通口６２ａと摺動リング７１内との少なくとも一部が径方向から見て重なり合うことで、連通口６２ａと第１流出口４２とが連通する（連通状態）。連通状態では、内部空間Ｋ１の冷却液が連通口６２ａを通じて流出する。内部空間Ｋ１から流出した冷却液は、摺動リング７１内を通じて第１流出口４２を通過することで、第１流出ジョイント３３内を通ってラジエータ流路１１に分配される。ラジエータ流路１１に分配された冷却液は、ラジエータ８を通過した後、メイン流路１０に戻され、再び制御バルブ５内に流入する。

　一方、ヒータコア９に冷却液を供給したい場合には、上述した方法と同様の方法によって連通口６２ａと第２流出口４３とを連通させる。これにより、内部空間Ｋ１から流出した冷却液は、摺動リング７１内を通じて第２流出口４３を通過することで、第２流出ジョイント３４内を通って空調流路１２に分配される。
　このように、本実施形態の制御バルブ５では、連通口６２ａを通じた内部空間Ｋ１と流出口４２，４３との連通及び遮断をロータ２３の回転位置に応じて切り替える。これにより、所望の流路に対して冷却液を分配することができる。

　そして、本実施形態の制御バルブ５では、ケーシング２１が、軸方向の第２側から弁体２３ｂの底部６１に摺接するとともに、底部６１を介してロータ２３を回転可能に支持する軸方向支持部６５を備えている構成とした。
　この構成によれば、ロータ２３を回転可能に支持する軸方向支持部６５をケーシング２１自体が備えることで、別体のスラスト軸受等でロータ２３を支持する構成に比べ、部品点数の削減を図ることができる。しかも、軸方向支持部６５によって弁体２３ｂの底部６１を支持することで、例えばスラスト軸受用の段差面を軸部に形成する場合に比べ、軸部２３ａの小径化を図ることができる。別体のスラスト軸受を保持する箇所をケーシングに設ける場合に比べ、ケーシング２１の小型化を図ることができる。その結果、制御バルブ５の小型化を図ることができる。軸部２３ａの小径化を図ることで、軸部２３ａとの摺動部（例えば、リップシール６７や貫通孔３１ｃの内周面）と、軸部２３ａと、の接触点から軸線Ｏ１までの径方向の距離を短くすることができる。その結果、軸部２３ａの外周面における周速を軽減し、軸部２３ａとの摺動部と軸部２３ａとの接触点での摩耗を抑制できる。接触点に作用するトルクを軽減することで、駆動ユニット２２の負荷を減らすことができるため、駆動ユニット２２を小さくできる。

　本実施形態の制御バルブ５では、軸方向支持部６５が軸線Ｏ１回りの全周に亘って連続的に延びている構成とした。
　この構成によれば、ケーシング２１内においてロータ２３を安定して支持し易くなり、ロータ２３の振れ回りや片当たり等を抑制できる。軸方向支持部６５とロータ２３（底部６１）との間を通じてシール収容部６６内にコンタミ等が進入すること等を抑制できる。

　本実施形態の制御バルブ５では、ケーシング２１のうち、軸方向支持部６５に対して径方向の外側に位置する部分に、軸方向支持部６５に対して軸方向に窪んだ窪み部６８が形成されている構成とした。
　この構成によれば、ケーシング２１内において、軸方向支持部６５に対して径方向の外側領域に冷却液の澱み領域を形成することができる。これにより、冷却液中に含まれるコンタミ等を軸方向支持部６５と底部６１との間に進入する前に捕捉することができる。その結果、軸方向支持部６５とロータ２３（底部６１）との間を通じてシール収容部６６内にコンタミ等が進入すること等を抑制できる。

　本実施形態の制御バルブ５では、軸方向支持部６５がケーシング本体３１に一体に形成されている構成とした。
　この構成によれば、例えばジョイント等に軸方向支持部６５を形成する場合に比べ、軸方向支持部６５の設計自由度を向上させることができる。これにより、所望の位置に所望の形状で軸方向支持部６５を形成することができ、ケーシング２１内においてロータ２３を安定して支持し易くなる。

　本実施形態の制御バルブ５では、ケーシング２１が、弁体２３ｂにおける軸方向の第１側を向く開口部を通じて内部空間Ｋ１内に進入するとともに、弁体２３ｂを径方向の内側から回転可能に支持する径方向支持部３２ｄを備えている構成とした。
　この構成によれば、ロータ２３を回転可能に支持する径方向支持部３２ｄをケーシング２１自体が備えることで、従来のようにロータとケーシングとの間に滑り軸受を設ける構成等に比べ、部品点数の削減を図ることができる。しかも、径方向支持部３２ｄによってロータ２３を径方向の内側から回転可能に支持することで、ロータを径方向の外側から回転可能に支持する構成に比べ、制御バルブ５について特に径方向での小型化を図ることができる。
　ロータ２３を径方向の内側から支持することで、ロータ２３を径方向の外側から支持する場合に比べ、径方向支持部３２ｄと筒部６２の内周面との接触点から軸線Ｏ１までの径方向の距離を短くすることができる。その結果、筒部６２の内周面における周速を軽減し、径方向支持部３２ｄと筒部６２の内周面との接触点での摩耗を抑制できる。接触点に作用するトルクを軽減することで、駆動ユニット２２の負荷を減らすことができるため、駆動ユニット２２を小さくできる。

（変形例）
　上述した実施形態では、軸方向支持部６５が全周に亘って連続的に延びている構成について説明したが、この構成に限られない。図６に示す制御バルブ５のように、軸方向支持部６５が周方向に間欠的に設けられていてもよい。
　この構成によれば、軸方向支持部６５と底部６１との接触面積を低減させることができるので、軸方向支持部６５と底部６１との間の摩耗を抑制できる。

（その他の変形例）
　以上、本開示の好ましい実施形態を説明したが、本開示はこれら実施形態に限定されることはない。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本開示は上述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
　例えば、上述した実施形態では、制御バルブ５が車両の冷却システム１に搭載された構成について説明したが、この構成のみに限らず、その他のシステムに搭載しても構わない。
　上述した実施形態では、制御バルブ５に流入した冷却液を、ラジエータ流路１１及び空調流路１２に分配する構成について説明したが、この構成のみに限られない。制御バルブ５は、制御バルブ５内に流入する冷却液を複数の流路に分配する構成であれば構わない。

　上述した実施形態では、流入口４１が軸方向を向き、流出口４２，４３が径方向を向く構成について説明したが、この構成に限られない。例えば、流出口が軸方向を向き、流入口が径方向を向く構成や、流入口及び流出口の全てが軸方向又は径方向を向く構成であってもよい。
　また、流入口又は流出口が径方向を向く構成について、流入口又は流出口は同一円周上に限らず、軸方向で異なる位置に設けられていてもよい。流入口又は流出口を周方向で不均等に配置する場合には、ケーシング２１のうち流入口又は流出口と同一円周上に位置する部分にロータ２３（筒部６２）を支持するボス等が設けられていてもよい。この場合、同一円周上に配置される流入口、流出口又はボス同士が等間隔に配置されることで、ケーシング２１内においてロータ２３を安定して支持し易くなり、ロータ２３の振れ回りや片当たり等を抑制できる。

　上述した実施形態では、ケーシング本体３１（周壁部３１ｂ）の開口部を流入口４１として機能させた構成について説明したが、この構成に限られない。ケーシング本体３１の底壁部３１ａに流入口や流出口を形成してもよい。この場合、ロータ２３の底部６１に連通口が形成されていてもよい。
　上述した実施形態では、流入口４１が内部空間Ｋ１に常時連通する構成について説明したが、この構成に限られない。流入口４１についても、ロータ２３の回転に応じて内部空間Ｋ１との連通及び遮断が切り替えられる構成であってもよい。すなわち、本開示に係る制御バルブは、弁体に形成された連通口を通じて流入口及び流出口の少なくとも一方と内部空間との間の連通及び遮断が弁体の回転位置に応じて切り替えられる構成であればよい。

　上述した実施形態では、軸方向支持部６５が底壁部３１ａから軸方向に突出する構成について説明したが、この構成に限られない。軸方向支持部をケーシング２１の内面とした上で、ロータ２３（例えば、底部６１や筒部６２）から軸方向支持部に向けて突出するとともに、軸方向支持部に摺動する突起部等を形成してもよい。
　上述した実施形態では、シール機構を介してロータ２３と流出口との間がシールされている構成について説明したが、この構成に限られない。例えばケーシング本体３１の内周面とロータ２３（筒部６２）とが直接摺動することで、ケーシング本体３１とロータ２３との間がシールされていてもよい。

　上述した実施形態では、軸方向支持部６５がケーシング本体３１に一体形成された構成について説明したが、この構成に限られない。軸方向支持部６５は、流入ジョイント３２や流出ジョイント３３，３４に一体形成されていてもよい。
　上述した実施形態では、径方向支持部３２ｄがケーシング２１に一体に形成される構成について説明したが、この構成に限られない。ロータ２３を径方向で支持するために、ケーシング２１とは別体の滑り軸受等が設けられていてもよい。

　上述した実施形態では、ロータ２３（筒部６２）及びケーシング２１（周壁部３１ｂ）をそれぞれ円筒状（軸方向の全体に亘って一様な径）に形成した場合について説明したが、この構成に限られない。すなわち、筒部６２が周壁部３１ｂ内を回転可能な構成であれば、筒部６２の外径及び周壁部３１ｂの内径を軸方向で変化させてもよい。この場合、筒部６２及び周壁部３１ｂは、例えば球状（軸方向の中央部から両端部に向かうに従い径が縮小する形状）や、球状が軸方向に複数連なった形状、テーパ状（軸方向の第１側から第２側にかけて漸次径が変化する形状）、階段状（軸方向の第１側から第２側にかけて段々と径が変化する形状）等、種々の形状を採用することが可能である。

　その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。

５：制御バルブ
２１：ケーシング
２３：ロータ
２３ｂ：弁体
３１：ケーシング本体
３２：流入ジョイント
３２ｄ：径方向支持部
４１：流入口
４２：第１流出口（流出口）
４３：第２流出口（流出口）
６１：底部
６２：筒部
６２ａ：連通口
６５：軸方向支持部
６８：窪み部
Ｏ１：軸線

　

Claims (6)

1. 　外部から流体が流入する流入口、及び流体が外部に流出する流出口を有するケーシングと、
   　流体が流通する内部空間を形成する有底筒状の弁体を有し、前記弁体の軸線回りに前記ケーシング内に回転可能に収容されるロータと、を備え、
   　前記ロータは、前記弁体に形成された連通口を通じて前記流入口及び前記流出口の少なくとも一方と前記内部空間との間の連通及び遮断が前記弁体の回転位置に応じて切り替えられ、
   　前記ケーシングは、前記弁体の軸方向において前記弁体の外側から前記弁体の底部に摺接するとともに、前記底部を介して前記弁体を回転可能に支持する軸方向支持部を備えている制御バルブ。
2. 　前記軸方向支持部は、前記軸線回りの全周に亘って連続的に延びている請求項１に記載の制御バルブ。
3. 　前記軸方向支持部は、前記軸線回りに間欠的に設けられている請求項１に記載の制御バルブ。
4. 　前記ケーシングのうち、前記軸方向支持部に対して径方向の外側に位置する部分には、前記軸方向支持部に対して前記軸方向に窪んだ窪み部が形成されている請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御バルブ。
5. 　前記ケーシングは、
   　　前記流入口及び前記流出口が形成されたケーシング本体と、
   　　前記ケーシング本体のうち前記流入口の開口端面に接続された流入ジョイントと、を備え、
   　前記軸方向支持部は、前記ケーシング本体に一体形成されている請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御バルブ。
6. 　前記ケーシングは、前記弁体の開口部を通じて前記内部空間内に進入するとともに、前記弁体の筒部を径方向の内側から回転可能に支持する径方向支持部を備えている請求項１から請求項５の何れか１項に記載の制御バルブ。

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