(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ハウジングの内周壁における前記第1連通孔及び前記第2連通孔の夫々の外周を覆う状態で前記ハウジングに設けられ、前記ハウジングの内周壁と前記ロータとの夫々に液密的に当接し、前記第1連通孔及び前記第2連通孔を流通する流体のリークを防止するシール機構が備えられている請求項1から6のいずれか一項に記載の制御弁。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1に記載の技術を例えば車両に搭載されたエンジンの冷却通路に用いたとすると、例えばエンジンがアイドル回転のような低回転の状態ではウォータポンプの回転速度が低下して流体の圧力が低くなり、シールリングとハウジングとの間に流体がリークすることが考えられる。この結果、例えばエンジン始動時にあってはエンジンの暖機が遅れ、燃費が悪化する可能性がある。また、特許文献2に記載の技術は、弁ボ―ルが開弁移行中又は閉弁移行中は付勢力が弱くなるため、シールリングとハウジングとの間におけるリーク量が増加する可能性がある。
【0007】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、ハウジング内におけるリークを低減することが可能な制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するための本発明に係る制御弁の特徴構成は、筒状のハウジングと、前記ハウジングの軸方向一方の端面に設けられ、ポンプと連通するポンプ連通孔と、前記ハウジングの内周壁に設けられる第1連通孔及び第2連通孔と、前記ハウジング内に前記ハウジングと同軸上に収容され、拡径方向に広がり特性を有する筒状のロータと、前記ロータの軸心を回転中心として前記ロータを前記ハウジングの内周壁に沿って回転させるロータ回転機構と、前記ロータに形成され、前記ロータの回転に応じて前記第1連通孔と前記ロータの径方向内側の中央空間とを連通状態に切り換える第1開口部と、前記ロータに形成され、前記ロータの回転に応じて前記第2連通孔と前記中央空間とを連通状態に切り換える第2開口部と、を備え
、前記ロータは、軸方向一方の端部から他方の端部に亘って開口する軸方向開口部を有し、前記ロータ回転機構は、前記ロータにおける前記軸方向開口部を形成する一対の開口縁部のうち、回転方向の上流側の開口縁部を支持して前記ロータを回転させる点にある。
【0009】
このような特徴構成とすれば、ロータを回転させて、第1連通孔に連通する流路及び第2連通孔に連通する流路における流体の流通を制御する場合でも、ロータ自体が拡径方向に広がり特性を有するので、ロータとハウジングとの間に流体がリークすることを低減できる。また、ロータに拡径方向へ広がる力を与える他の機構を設ける必要がないので、低コストで制御弁を実現できる。
また、このような構成とすれば、ロータを回転させる時に、ロータ回転機構が、ロータの回転方向上流側の開口縁部に対して回転方向上流側から回転方向下流側に向けて引っ張ることができる。したがって、ハウジングの内周壁に対してロータが広がろうとする力を小さくできるので、スムーズにロータを回転させることができる。
【0010】
また、前記ハウジングの内周壁に沿って摺動する摺動部材を前記ロータの外周面に設けてあると好適である。
【0011】
このような構成とすれば、ロータとハウジングの内周壁との摺動性を向上することができるので、ロータ及びハウジングの摩耗を低減することが可能となる。
【0012】
また、前記ロータは、前記拡径方向に広がり特性を有する筒状部と、当該筒状部の外周面を覆う状態に設けた前記摺動部材とで構成されると好適である。
【0013】
このような構成とすれば、筒状部はハウジングに対して摺動することがないので、筒状部を形成する材料の選択範囲が広くなる。このため、筒状部及び摺動部材の材料を最適に設定し、また、各々の部材として必要量の材料を用いることができるので、制御弁を効率的に構成することが可能となる。
【0014】
【0015】
【0016】
また、前記ロータは、前記一対の開口縁部の夫々が前記ロータの径方向内側を向いて曲げられた一対のロータ壁部を有し、前記ロータ回転機構は、前記一対のロータ壁部を前記軸方向開口部の両外側から周方向に沿って挟む一対の係止部を備え、前記一対の係止部のうち前記回転方向の上流側の前記ロータ壁部に係止する係止部が前記ロータを回転させるよう構成してあると好適である。
【0017】
このような構成とすれば、ロータを回転させる時に、一対の係止部のうちロータの回転方向上流側の係止部を、ロータ壁部に係止させ、ロータ壁部を引っ張ることができる。このため、ハウジングの内周壁に対してロータが広がろうとする力を小さくできるので、スムーズにロータを回転させることができる。
【0018】
また、前記ロータ壁部のうち前記係止部が係止する位置より径外に位置する部分が前記回転方向の下流側に位置していると好適である。
【0019】
このような構成とすれば、ロータの回転中に係止部が係止する位置において係止部からロータ壁部に作用する力が、当該係止位置におけるロータ壁部の接線方向にも分力され、ロータにおける回転方向上流側の部分を回転中のみハウジングの内周壁から離間させることができる。よって、ロータの回転中におけるロータとハウジングとの接触面積が減少し、ロータを回転させ易くできる。
【0020】
また、前記ロータ回転機構は、前記一対の係止部の間において径方向外側に向って延出し、前記一対の開口縁部どうしの間に位置する中間部を有すると好適である。
【0021】
このような構成とすれば、中間部と一対の係止部の夫々との間隔が一定に維持されるので、一対の係止部の一方が、中間部から前記一定の間隔となる位置までしか回転方向上流側のロータ壁部を引っ張れないように構成できる。したがって、回転方向上流側のロータ壁部の変形を中間部で規制することができるので、ロータの過度の変形を防止できる。また、ロータの回転に応じて中間部で回転方向下流側のロータ壁部を押すことができるので、ロータを回転させ易くできる。
【0022】
また、前記ハウジングの内周壁における前記第1連通孔及び前記第2連通孔の夫々の外周を覆う状態で前記ハウジングに設けられ、前記ハウジングの内周壁と前記ロータとの夫々に液密的に当接し、前記第1連通孔及び前記第2連通孔を流通する流体のリークを防止するシール機構が備えられていると好適である。
【0023】
このような構成とすれば、ロータとハウジングとの間における流体のリーク防止効果を更に高めることができる。
【発明を実施するための形態】
【0025】
1.第1の実施形態
本発明に係る制御弁は、ハウジング内における流体のリークを低減しつつ、流体の流通を制御可能に構成される。以下、本実施形態の制御弁1について説明する。
図1には車両のエンジンを冷却する冷却回路100に制御弁1を採用した例が示され、
図2には、制御弁1の斜視図が示される。
【0026】
図1に示される車両の冷却回路100では第1経路2と第2経路3とを有する。第1経路2は、エンジン4からの冷媒(流体)がラジエータ5を介して循環する経路であり、第2経路3は、エンジン4からの冷媒がヒータコア6を介して循環する経路である。いずれの経路も、冷媒はポンプ7により循環される。ポンプ7の上流側には制御弁1が設けられ、当該制御弁1にはラジエータ5及びヒータコア6の夫々から冷媒が流通可能に構成される。
【0027】
図2に示されるように、制御弁1は、ハウジング10、ポンプ連通孔20、第1連通孔30、第2連通孔40、ロータ50、ロータ回転機構60、第1開口部70、第2開口部80を備えて構成される。ハウジング10は筒状に構成される。本実施形態では、ハウジング10は円筒状に構成される。詳細は後述するが、ハウジング10の天面11にはポンプ連通孔20が付設され、底面14にはロータ回転機構60が付設される。ハウジング10は、金属を用いて構成することも可能であるし、樹脂を用いて構成することも可能である。
【0028】
ポンプ連通孔20は、ハウジング10の軸方向一方の端面に設けられ、ポンプ7と連通する。ハウジング10の軸方向一方の端面とは、筒状のハウジング10が有する面のうち、筒の軸心方向に直交する2つの面(天面11及び底面14)の一方である。
図2の例では、天面11が相当する。ポンプ連通孔20は、
図1に示されるように、第1経路2及び第2経路3として用いられ、ポンプ7に接続される。
【0029】
第1連通孔30及び第2連通孔40は、ハウジング10の内周壁12に設けられる。ハウジング10の内周壁12とは、筒状のハウジング10が有する内壁のうち、筒状のハウジング10の軸心に平行な内壁である。本実施形態では、
図2に示されるように、第1連通孔30と第2連通孔40とは、ハウジング10における周方向において一致し、軸方向に異なる位置に設けられる。すなわち、ハウジング10を軸方向外側から見た場合には、第1連通孔30と第2連通孔40とが軸方向に重複し、ハウジング10を径方向外側から見た場合には、第1連通孔30と第2連通孔40とが互いに離間しているように設けられる。なお、理解を容易にするために、
図2では第1連通孔30が天面11の側に設けられ、第2連通孔40が底面14の側に設けられているとして説明する。
【0030】
ロータ50は、ハウジング10内に当該ハウジング10と同軸上に収容される。ロータ50は、ハウジング10の径方向内側に形成される筒状空間の形状に合わせて構成される。筒状空間とは、筒状のハウジング10の内周壁12で囲まれた空間である。本実施形態では、ハウジング10は円筒状に形成されることから、ロータ50も円筒状に形成される。このようなロータ50は、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の摺動性に優れたグレード(摺動グレード)の板状の樹脂を円筒状に丸めて形成され、ロータ50の軸心をハウジング10の軸心に一致させて、ハウジング10がロータ50を内包するよう筒状空間に収容される。
【0031】
また、ロータ50は、拡径方向に広がり特性を有する筒状で構成される。このような筒状のロータ50が
図3に示される。拡径方向とは、円筒状のロータ50の内径が大きくなる方向をいう。このため、拡径方向に広がり特性を有するとは、円筒状のロータ50の内径が大きくなるような特性を有することを意味する。
【0032】
このような広がり特性を有するロータ50は、軸方向一方の端部から他方の端部に亘って開口する軸方向開口部53を有して構成すると好適である。軸方向一方の端部から他方の端部に亘って開口するとは、ロータ50が軸方向に沿って一様にギャップを有することを意味する。すなわち、ロータ50は、軸方向に交差するロータ50の断面が「C字状」で構成されていることを意味する。したがって、軸方向開口部53は、ロータ50の軸方向の長さと同一の長さを有して構成される。これにより、板状の材料を筒状に丸めることで、広がり特性を有するロータ50を構成し易くできる。
【0033】
ロータ50には、第1開口部70及び第2開口部80が形成される。第1開口部70はロータ50の回転に応じて第1連通孔30と中央空間13とを連通状態に切り替え、第2開口部80はロータ50の回転に応じて第2連通孔40と中央空間13とを連通状態に切り替える。第1開口部70は、ロータ50に形成された孔部が相当し、中央空間13とはロータ50の径方向内側の空間が相当する。第1開口部70は、ロータ50の回転に応じて第1連通孔30と中央空間13とを連通状態又は遮断状態に切り替える。また、第2開口部80は、ロータ50に形成された孔部が相当し、ロータ50の回転に応じて第2連通孔40と中央空間13とを連通状態又は遮断状態に切り替える。
【0034】
本実施形態では、第1開口部70及び第2開口部80により3つの状態が設定できるよう構成されている。
図4には、このような3つの状態を理解し易いよう、ロータ50を平板状にした状態の図が示される。3つの状態とは、第1連通孔30と中央空間13とを連通状態にすると共に、第2連通孔40と中央空間13とを連通状態する状態Aと、第1連通孔30と中央空間13とを遮断状態にすると共に、第2連通孔40と中央空間13とを連通状態する状態Bと、第1連通孔30と中央空間13とを遮断状態にすると共に、第2連通孔40と中央空間13とを遮断状態する状態Cとのいずれかに切り替え可能に構成されている。
【0035】
したがって、
図4に示されるように状態Aでは第1開口部70及び第2開口部80が共に開口する状態となり、状態Bでは第2開口部80のみが開口する状態となる。また、状態Cでは第1開口部70及び第2開口部80が共に開口しない状態となる。このため、ロータ50は、当該ロータ50を軸方向に見て、第1開口部70及び第2開口部80が重複する部分と、第2開口部80のみが設けられた部分と、第1開口部70及び第2開口部80の双方が設けられていない部分と、を有して構成される。これにより、ロータ50を回転させて、第1経路2及び第2経路3の夫々における流体の流通を制御することが可能となる。
【0036】
ロータ回転機構60は、ロータ50の軸心を回転中心としてロータ50をハウジング10の内周壁12に沿って回転させる。
図5には、
図2のV−V線における断面図が示される。本実施形態では、ロータ回転機構60は、ロータ支持部61とモータ62とを備えて構成される。ロータ支持部61はロータ50を支持する。本実施形態では、上述したロータ支持部61は、ロータ50のうち軸方向開口部53に対向する部分を支持する。モータ62は、ロータ支持部61をロータ50の軸心を回転中心として回転させる。また、上述のように、ロータ50はハウジング10と同軸上に設けられ、拡径方向に広がる特性を有している。したがって、ロータ50は、ロータ回転機構60によりロータ50の外周面がハウジング10の内周壁12を摺動回転する。
【0037】
ここで、本実施形態では、ロータ50の外周面には、ハウジング10の内周壁12に沿って摺動する摺動部材51が設けられる。摺動部材51とは、上述したような例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の摺動性に優れたグレード(摺動グレード)の樹脂にあたる。もちろん、摺動性に優れた他の材料を用いることも可能である。これにより、ロータ50とハウジング10の内周壁12との摺動性を向上することができるので、ロータ50及びハウジング10の摩耗を抑制できる。
【0038】
なお、
図3に示されるようにロータ50自体を摺動部材51で形成することも可能であるし、
図6に示されるようにロータ50を、拡径方向に広がり特性を有する筒状部52と、当該筒状部52の外周面を覆う状態で設けた摺動部材51との2層構造で構成しても良い。ロータ50を2層構造で構成する場合には、筒状部52がハウジング10の内周壁12を摺動することがないので、筒状部52を形成する材料の選択範囲を広げることができる。このため、筒状部52及び摺動部材51の材料を最適に設定し、また、各々の部材として必要量の材料を用いることができるので、制御弁1を効率的に構成することが可能となる。
【0039】
2.第2の実施形態
次に、制御弁1の第2の実施形態について説明する。上記第1の実施形態では、ロータ回転機構60が、ロータ50における軸方向開口部53に対向する部分を支持するとして説明した。本実施形態では、ロータ回転機構60が、軸方向開口部53を形成する開口縁部54を支持する点で上記第1の実施形態と異なる。その他の構成については、第1の実施形態と同様であるので、以下では異なる部分を中心に説明する。
【0040】
本実施形態に係るロータ回転機構60の構成を模式的に示す図が
図7に示される。
図7(a)は、ロータ50の軸方向に直交する制御弁1の断面図にあたる。本実施形態に係るロータ回転機構60は、ロータ50における軸方向開口部53を形成する一対の開口縁部54のうち、回転方向の上流側の開口縁部54を支持してロータ50を回転させる。ロータ50における軸方向開口部53を形成する一対の開口縁部54とは、軸方向開口部53を開口両外側から挟むように位置するロータ50の一部である。
【0041】
図7の例では、一対の開口縁部54の夫々が、ロータ50の径方向内側を向いて曲げられて一対のロータ壁部55が形成される。一対の開口縁部54は、ロータ50の軸方向に亘って径方向内側を向いて曲げられる。したがって、ロータ壁部55は、ロータ50の軸方向に亘って形成される。
【0042】
ロータ回転機構60は、上記第1の実施形態と同様に、ロータ支持部61とモータ62とを備えて構成される。ロータ回転機構60が有するロータ支持部61は、径方向外側部分が軸方向に沿った断面がコの字状に形成され、一対の開口縁部54を軸方向開口部53の両外側から周方向に沿って挟む一対の係止部63を備えて構成される。
【0043】
これにより、例えばモータ62がロータ50を反時計周りで回転させる場合には、
図7(b)に示されるように、一対の係止部63のうちロータ50の回転方向の上流側のロータ壁部55に係止する係止部63が、ロータ50の一対のロータ壁部55のうち、ロータ50の回転方向上流側(
図7(b)では左側)のロータ壁部55を回転方向の上流側から下流側に向けて引っ張ることができる。したがって、ハウジング10の内周壁12に対してロータ50が広がろうとする力を小さくできるので、スムーズにロータ50を回転させることが可能となる。
【0044】
一方、モータ62がロータ50を時計周りで回転させる場合には、
図7(c)に示されるように、一対の係止部63のうちロータ50の回転方向の上流側のロータ壁部55に係止する係止部63が、ロータ50の一対のロータ壁部55のうち、ロータ50の回転方向上流側(
図7(c)では右側)のロータ壁部55を回転方向の上流側から下流側に向けて引っ張ることができる。したがって、ハウジング10の内周壁12に対してロータ50が広がろうとする力を小さくできるので、スムーズにロータ50を回転させることが可能となる。
【0045】
3.第3の実施形態
次に、制御弁1の第3の実施形態について説明する。上記第2の実施形態では、ロータ50が、一対の開口縁部54の夫々がロータ50の径方向内側を向いて曲げられた一対のロータ壁部55を有しているとして説明した。特に、本実施形態では、ロータ壁部55はロータ50が回転し易いようにロータ壁部55に加工が施されている。
【0046】
図8には、本実施形態に係るロータ回転機構60の構成を模式的に示す図が示される。
図8(a)は、ロータ50の軸方向に直交する制御弁1の断面図にあたる。本実施形態に係るロータ壁部55は、ロータ壁部55のうち係止部63が係止する位置(以下、係止位置K(
図8(b)及び
図8(c)参照))より径外に位置する部分がロータ50の回転方向の下流側に位置して構成される。係止部63が係止する係止位置Kとは、ロータ50を回転させる際に、回転方向上流側の係止部63とロータ壁部55とが当接する位置にあたる。ロータ50を回転させる前の状態にあっては、
図8(a)に示されるように、係止部63とロータ壁部55とが当接していなくても良い。
図8(b)には、ロータ50を反時計周りに回転させる場合の例が示され、
図8(c)には、ロータ50を時計周りに回転させる場合の例が示される。
【0047】
係止位置Kより径外に位置する部分とは、係止位置Kよりもロータ50の径方向外側の部分をいう。
図8に示されるように、一対のロータ壁部55はロータ50が回転する際に係止位置Kよりも径方向外側の部分が回転方向下流側に位置するように、予め径方向内側に向って次第に開口幅が広くなるように形成されている。
【0048】
また、ロータ回転機構60は、一対の係止部63の間において径方向外側に向って延出し、一対の開口縁部54どうしの間に位置する中間部64を有する。本実施形態では、中間部64は一対の係止部63の中央から径方向外側に向って延出する。
【0049】
これにより、ロータ50の回転中に係止位置Kにおいて係止部63からロータ壁部55に作用する力が、当該係止位置Kにおけるロータ壁部55の接線方向にも分力されるので、例えばモータ62がロータ50を反時計周りで回転させる場合には、
図8(b)に示されるように、ロータ50の回転方向の上流側のロータ壁部55に係止する係止部63が、ロータ50の回転方向上流側(
図8(b)では左側)部分をハウジング10の内周壁12から離間させることができる。したがって、ロータ50の回転中におけるロータ50とハウジング10との接触面積が小さくなるので、ロータ50を回転させ易くできる。一方、モータ62がロータ50を時計周りで回転させる場合には、
図8(c)に示されるように、ロータ50の回転方向の上流側のロータ壁部55に係止する係止部63が、ロータ50の回転方向上流側(
図8(c)では右側)部分をハウジング10の内周壁12から離間させることができる。したがって、ロータ50の回転中におけるロータ50とハウジング10との接触面積が小さくなるので、ロータ50を回転させ易くできる。
【0050】
また、中間部64を設けることにより、中間部64と一対の係止部63の夫々との間隔が一定に維持されるので、一対の係止部63の一方が、中間部64から一定の間隔となる位置までしか回転方向上流側のロータ壁部55を引っ張れないようにすることができる。
このため、回転方向上流側のロータ壁部55の変形を中間部64で規制することができるので、ロータ50の過度の変形を防止できる。
【0051】
また、
図8(b)及び
図8(c)に示されるように、ロータ50の回転方向上流側の係止部63がロータ壁部55を押し、中間部64がロータ50の回転方向下流側のロータ壁部55を押すことで、ロータ50を回転し易くすることができる。なお、中間部64が、ロータ壁部55と当接する位置が、係止位置Kよりも径方向外側であれば、中間部64が下流側のロータ壁部55に作用する回転方向の力を、径方向外側に作用する力よりも大きくすることができるので、ロータ50を更に回転し易くできる。
【0052】
4.その他の実施形態
上記実施形態では、ロータ50がハウジング10の内周壁12に沿って摺動するとして説明した。例えば、ロータ50とハウジング10との間にシール機構90を設けることも可能である。シール機構90は、ハウジング10の内周壁12における第1連通孔30及び第2連通孔40の夫々の外周を覆う状態でハウジング10に設けられ、ハウジング10の内周壁12とロータ50との夫々に液密的に当接して設けられる。
【0053】
図9には、このようなシール機構90が示される。
図9に示されるように、シール機構90は、第1連通孔30の外周部において、ロータ50とハウジング10との間に設けられる。また、図示はしないが、シール機構90は、第2連通孔40の外周部において、ロータ50とハウジング10との間にも設けられる。このため、夫々のシール機構90は、径方向外側の面がハウジング10の内周壁12に沿った円弧状に形成され、径方向内側の面がロータ50の外周面に沿った円弧状に形成される。シール機構90は、ロータ50とハウジング10との間を液密的にシールすることができるシール性の材料で構成すると良い。これにより、第1連通孔30及び第2連通孔40を流通する流体のリークを防止することが可能となる。なお、シール機構90を設ける場合には、ハウジング10とロータ50との間に所定の隙間を設けて構成しても良いし、当該隙間を設けずに構成しても良い。
【0054】
上記実施形態では、ロータ50は、軸方向一方の端部から他方に亘って開口する軸方向開口部53を有しているとして説明したが、ロータ50は軸方向開口部53を備えずに構成することも可能である。
【0055】
上記第3の実施形態では、ロータ回転機構60は、一対の係止部63の間において径方向外側に向って延出し、一対の開口縁部54どうしの間に位置する中間部64を有するとして説明したが、中間部64を備えずにロータ回転機構60を構成することも可能である。
【0056】
上記実施形態では、第1連通孔30と第2連通孔40とはハウジング10における周方向において一致し、軸方向に異なる位置に設けられるとして説明したが、第1連通孔30と第2連通孔40とがハウジング10における周方向及び軸方向が互いに異なる位置に設けることも可能である。
【0057】
上記実施形態では、第1連通孔30が天面11の側に設けられ、第2連通孔40が底面14の側に設けられているとして説明したが、第1連通孔30が底面14の側に設けられ、第2連通孔40が天面11の側に設けられていても良い。
【0058】
上記実施形態では、制御弁1は、第1開口部70及び第2開口部80により、第1連通孔30と中央空間13とを連通状態にすると共に、第2連通孔40と中央空間13とを連通状態する状態Aと、第1連通孔30と中央空間13とを遮断状態にすると共に、第2連通孔40と中央空間13とを連通状態する状態Bと、第1連通孔30と中央空間13とを遮断状態にすると共に、第2連通孔40と中央空間13とを遮断状態する状態Cとのいずれかに切り替え可能に構成されているとして説明した。しかしながら、所定の2つの状態に切り替え可能に構成することも可能であるし、上記3つの状態と、第1連通孔30と中央空間13とを連通状態にすると共に、第2連通孔40と中央空間13とを遮断状態にする状態とからなる4つの状態に切り替え可能に構成することも可能である。
【0059】
上記実施形態では、制御弁1は、ラジエータ5及びヒータコア6を介して流体が流入してくるとして説明したが、制御弁1からラジエータ5及びヒータコア6に向けて流体が流通するように構成することも可能である。
【0060】
本発明は、流体の流通を制御する制御弁に用いることが可能である。