特許 6972776 流体制御弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6972776

(24)【登録日】2021年11月8日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】流体制御弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/10 20060101AFI20211111BHJP

   F16K 31/06 20060101ALI20211111BHJP

   F16K 15/18 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   F16K31/10

   F16K31/06 305S

   F16K31/06 305L

   F16K31/06 305M

   F16K15/18 B

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-161993(P2017-161993)

(22)【出願日】2017年8月25日

(65)【公開番号】特開2019-39499(P2019-39499A)

(43)【公開日】2019年3月14日

【審査請求日】2020年7月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】特許業務法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】奥野 翔

(72)【発明者】

【氏名】松坂 正宣

【審査官】 笹岡 友陽

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１０１９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５２０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０４０６７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６３−０２７７６７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ３１／１０

Ｆ１６Ｋ ３１／０６

Ｆ１６Ｋ １５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁性体からなる部分を有し流体の流通を制御する弁体と、
前記弁体と当接可能な弁座と、
前記弁体を前記弁座側に付勢する第１バネと、
前記弁体を前記弁座側に移動させるソレノイドと、
前記弁体に対して流体の流通方向の上流側に設けられ、前記弁体を前記弁座から離間させる開方向に押圧する押圧体と、
前記押圧体を前記開方向に付勢する第２バネと、
前記押圧体に対して流体の流れ方向の下流側に設けられ、前記押圧体が当接することで前記押圧体の移動を規制する規制部と、を備え、
前記第２バネの付勢力は前記第１バネの付勢力よりも大きく設定され、
前記ソレノイドが非通電であり且つ流体の流通がないとき、前記押圧体が前記第２バネの付勢力により前記弁体を押圧しつつ前記規制部に当接することで、前記弁体が前記弁座から所定距離だけ離間した少量流通位置に保持される流体制御弁。

【請求項2】

前記押圧体は、円筒形状に形成されて中央に流体が流通する貫通孔を有する請求項１記載の流体制御弁。

【請求項3】

前記押圧体が樹脂製である請求項１又は２記載の流体制御弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁性体からなる部分を有し流体の流通を制御する弁体と、弁体と当接可能な弁座と、弁体を弁座側に移動させるソレノイドとを備えた流体制御弁に関する。

【背景技術】

【0002】

流体制御弁は、例えば自動車のエンジンを冷却液によって冷却する冷却システムにおいて、内燃機関とヒータコアなどの熱交換器との間に設けられ、内燃機関から熱交換器に流れる冷却液の流量を制御するよう構成されている。

【0003】

特許文献１には、ソレノイドが非通電のときに弁体が弁座に当接する閉弁状態に保持できるように、弁体を弁座に当接するように付勢するバネを備えた流体制御弁が開示されている。この流体制御弁では、ソレノイドが非通電のときには、流入路側の液圧がバネの付勢力に抗する大きさに上昇するまで、弁体が弁座に当接する閉弁状態に保持されている。
このため、流入路側の液圧がバネの付勢力に抗する大きさに上昇するまでの間は冷却液を流通させることができず、制御可能な冷却液の流量範囲が狭くなる。

【0004】

これに対し、特許文献２には、バネ機構として、弁体を弁座に近接する側に付勢する第１バネと、弁体を弁座から離間する側に付勢する第２バネとを備えた流体制御弁が開示されている。このバネ機構は、ソレノイドが非通電のときに、弁体を弁座から所定距離だけ離間した位置で釣合状態に保持するよう構成されている。このため、ソレノイドが非通電のときに、弁体と弁座とが互いに付着することがなく、流入路側の液圧の上昇に応じて、弁体を弁座から離間する側に応答性良く移動させることができる。これにより、流体制御弁において制御可能な冷却液の流量範囲が拡げることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−１２１２４７号公報

【特許文献2】特開２０１４−１０１９４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献２の流体制御弁は、弁体を弁座に近接する側に付勢する第１バネのバネ力と、弁体を弁座から離間する側に付勢する第２バネのバネ力とのバランスに応じて、ソレノイドが非通電のときに弁体が弁座から離間する位置が定まる。このため、当該位置を変更するためには、第１バネのバネ力と第２バネのバネ力とのバランスを再調整する必要があるため、ソレノイドが非通電のときに弁体が弁座から離間する位置の調整を容易に行うことができない。

【0007】

自動車のエンジンを冷却液によって冷却する冷却システムでは、流体制御弁が設けられる流路にウォータポンプが配置されており、ウォータポンプからの流体が流体制御弁に供給される。ウォータポンプが電動ポンプである場合には、エンジンの回転数に関係なく、電動モータの回転数を上げることで冷却液の液圧を高めることができる。したがって、ヒータコア等の熱交換器に冷却液を流通させる要求が発生した際には、電動モータの回転数を上げることで流体制御弁を開状態にして対応することができる。一方、ウォータポンプが機械式ポンプである場合には、ウォータポンプはエンジンの回転に比例して回転数が変動する。したがって、例えば自動車が停車中等、エンジンの回転数が低い場合にはウォータポンプの回転数も低くなる。このため、ヒータコア等の熱交換器に冷却液を流通させる要求が発生した際に、冷却液の液圧が低い状態が維持されて流体制御弁を開状態に移行しないことがある。

【0008】

上記実情に鑑み、液圧が低い場合でも所定量の流体の流通が可能な流体制御弁が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明による流体制御弁の特徴構成は、磁性体からなる部分を有し流体の流通を制御する弁体と、前記弁体と当接可能な弁座と、前記弁体を前記弁座側に付勢する第１バネと、前記弁体を前記弁座側に移動させるソレノイドと、前記弁体に対して流体の流通方向の上流側に設けられ、前記弁体を前記弁座から離間させる開方向に押圧する押圧体と、前記押圧体を前記開方向に付勢する第２バネと、前記押圧体に対して流体の流れ方向の下流側に設けられ、前記押圧体が当接することで前記押圧体の移動を規制する規制部と、を備え、前記第２バネの付勢力は前記第１バネの付勢力よりも大きく設定され、前記ソレノイドが非通電であり且つ流体の流通がないとき、前記押圧体が前記第２バネの付勢力により前記弁体を押圧しつつ前記規制部に当接することで、前記弁体が前記弁座から所定距離だけ離間した少量流通位置に保持される点にある。

【0010】

本構成の流体制御弁は、ソレノイドが非通電であり且つ流体の流通がないとき、弁体が弁座から所定距離だけ離間した少量流通位置に保持される押圧体を備えている。このため、ソレノイドが非通電のときに、弁体と弁座とが互いに付着することがなく、流入路側の液圧が低い場合においても、少量の流体の流通が可能になる。これにより、流体制御弁において、流体を流通させる必要がある場合には、流入路側の液圧の大小に関係なく、流体制御弁に供給された流体を確実に流通させることができる。
また、ウォータポンプが駆動していれば、ソレノイドが非通電のときであっても弁体が弁座から離間して流体が流通するので、流体の流量が増加すると増加量にしたがって弁体と弁座の間隔が大きくなる。したがって、本構成の流体制御弁であれば、流体を流通させる最低流量を少量に設定することができると共に、流体の流量を広範囲で制御することができる。

【0011】

本発明の他の特徴構成は、前記押圧体は、円筒形状に形成されて中央に流体が流通する貫通孔を有する点にある。
本発明の他の特徴構成は、前記押圧体が樹脂製である点にある。

【0012】

流体制御弁では、ソレノイドが非通電且つ流体の流通がないとき、押圧体が第２バネの付勢力により弁体を押圧しつつ規制部に当接することで、弁体が弁座から所定距離だけ離間した少量流通位置に保持され、ソレノイドが通電されると弁体は弁座からの磁力を受けて弁座に吸着される。このとき、本構成のように、押圧体が樹脂製であると、押圧体は弁座から弁体に作用させる磁力を減少させる妨げにならないため、弁体を安定的に閉位置に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】流体制御弁が装備された冷却システムの模式図である。

【図2】流体制御弁の初期状態を示す断面図である。

【図3】流体制御弁が液圧で開弁している状態を示す断面図である。

【図4】流体制御弁の閉弁状態を示す断面図である。

【図5】ソレノイドを示す斜視図である。

【図6】押圧体を示す斜視図である。

【図7】第２実施形態の流体制御弁の押圧体の斜視図である。

【図8】第２実施形態の流体制御弁の初期状態を示す要部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0015】

〔第１実施形態〕
図１は、本発明による流体制御弁の一例としての車両用の冷却液停止弁Ａを装備してあるエンジン冷却系１００を示す。

【0016】

エンジン冷却系１００は、エンジン５１の冷却液出口ポート５２がラジエータ５３の入口ポート５４に接続され、ラジエータ５３の出口ポート５５がサーモスタットバルブ５６の入口ポート５７に接続される。サーモスタットバルブ５６の出口ポート５８は、エンジン５１によって駆動されるウォータポンプ６０の吸込ポート６１に接続される。ウォータポンプ６０の吐出ポート（不図示）は、エンジン５１の冷却液入口ポート（不図示）に接続される。

【0017】

エンジン５１の暖房用出口ポート（不図示）は、冷却液停止弁Ａの入口ポート１（図２〜図４参照）に接続される。冷却液停止弁Ａの出口ポート２は、ヒータコア６２の入口ポート６３と、ＥＧＲクーラ６５の入口ポート６６とに接続される。ヒータコア６２の出口ポート６４とＥＧＲクーラ６５の出口ポート６７とは、サーモスタットバルブ５６のバイパス入口ポート５９に接続される。バイパス入口ポート５９は出口ポート５８に連通している。

【0018】

エンジン冷却系１００は、ウォータポンプ６０の駆動により、エンジン５１の内部で加熱された冷却液（流体の一例）をラジエータ５３で冷却した後、サーモスタットバルブ５６を経由してエンジン５１に戻るように冷却液を循環させる。低温時には、サーモスタットバルブ５６が閉状態に維持されて冷却液はラジエータ５３に流れず、エンジン５１の内部流路を通過した冷却液は、冷却液停止弁Ａ、ヒータコア６２又はＥＧＲクーラ６５、及びサーモスタットバルブ５６を経由してエンジン５１に戻るように循環する。

【0019】

図２〜図４に示すように、冷却液停止弁Ａは、冷却液の流通孔３が設けられたハウジング６に、磁性体からなる部分を有し冷却液の流通を制御する弁体７と、弁体７に当接可能な弁座４と、ソレノイド５と、弁体７を弁座４の側（閉方向）に付勢するコイルスプリング８（第１バネの一例）とが配置されている。冷却液停止弁Ａは、ソレノイド５の通電により弁体７が弁座４の側（閉方向）に移動するように励磁される。

【0020】

樹脂製のハウジング６は、入口流路部６ａとハウジング本体６ｂと出口流路部６ｃとを備える。入口流路部６ａは、エンジン５１の出口ポートからの冷却液が流入する入口ポート１を有する。ハウジング本体６ｂは、入口ポート１と出口ポート２とを連通する冷却液の流通孔３、流通孔３の周囲に設けた弁座４、および、ソレノイド５と、を有する。出口流路部６ｃは、ヒータコア６２の入口ポート６３及びＥＧＲクーラ６５の入口ポート６６に接続される出口ポート２を有する。入口流路部６ａおよび出口流路部６ｃは、入口ポート１の軸芯と出口ポート２の軸芯とが同じ流路軸芯Ｘになるようにハウジング本体６ｂと一体になるように接続されて構成されている。

【0021】

図５に示すように、ソレノイド５は、板状の固定ヨーク９と、電磁コイル１０とを備えている。固定ヨーク９は、鉄などの磁性体で形成されている。電磁コイル１０は、固定ヨーク９に取り付けられ、ソレノイド５の通電により固定ヨーク９に磁場を発生させて弁体７を弁座４に吸引させる。ソレノイド５は、電磁コイル１０を外部の駆動回路（不図示）に電気的に接続するソケット（不図示）を有する。

【0022】

固定ヨーク９は、円形の流通孔３が形成された基板部９ａと、基板部９ａのうちの流通孔３を挟む両側の位置から互いに平行に対向するように延設された一対の延設板部９ｂとを一体に有する平面視で略「Ｕ」の字状に形成され、流通孔３の周囲部分を弁座４として設けられている。基板部９ａの弁座４を構成する部分が外部に露出するように、ソレノイド５はハウジング本体６ｂにインサート成形されている。

【0023】

電磁コイル１０は、樹脂などの非磁性体で形成されたボビン１０ａに絶縁導線を巻き付けて構成され、電磁コイル１０の内側、つまり、ボビン１０ａの内周側には、鉄などの磁性体で軸状に形成されたコア１２がボビン１０ａの軸芯と同軸芯状に装着されている。電磁コイル１０は、コア１２を介して、コイル軸芯を弁体７の移動方向（流路軸芯Ｘに沿う方向）に対し直交する方向にして固定ヨーク９に取付けられる。コア１２の両端部は、基板部９ａにおける流通孔３を挟む方向と平行な方向で互いに対向するように、延設板部９ｂの夫々に一体形成した一対の支持部１３に支持されている。

【0024】

各支持部１３は、延設板部９ｂの側縁部分を直角に折り曲げて形成した折り曲げ片１３ａにスリット溝１３ｂを形成して構成されている。コア１２の端部は、コア径方向からスリット溝１３ｂに係入されて支持されている。これにより、電磁コイル１０により発生した磁束の磁路が、コア１２と一対の延設板部９ｂと基板部９ａとによって環状に形成される。

【0025】

弁体７は、鉄などの磁性体で形成されている円環状の帯板部材７ａが、その表面が弁座４の側に露出するよう樹脂部分７ｂにインサート成形されて構成されている。図２〜図４に示すように、弁体７は、ハウジング本体６ｂに形成された弁体収容空間１５に収容されている。

【0026】

コイルスプリング８は、ハウジング６の内部において弁体７と出口流路部６ｃとに亘って装着され、弁体７に対向する側の端部は、樹脂部分７ｂに設けられる環状凸部７ｃに外嵌固定されている。コイルスプリング８により、弁体７は弁座４に近接する方向（閉じ方向）に付勢される。したがって、ソレノイド５が非通電のときには、ウォータポンプ６０の作動により発生する冷却液の液圧により、コイルスプリング８による付勢力に抗して弁体７が開方向に移動可能になる。なお、本実施形態では、ハウジング本体６ｂの内面に、弁体７の流路軸芯Ｘの方向の移動を案内する案内部１７が設けられており、弁体７は樹脂部分７ｂの外周面の一部が案内部１７に当接した状態で流路軸芯Ｘの方向に移動する。

【0027】

入口流路部６ａには、弁体７に対して冷却液の流通方向の上流側に設けられ、弁体７を弁座４から離間させる開方向に押圧する押圧体２１と、押圧体２１を開方向に付勢するコイルスプリング２２（第２バネの一例）と、が配置されている。本実施形態では、押圧体２１は樹脂で形成されている。押圧体２１が樹脂製であると、押圧体２１は弁座４から弁体７に作用させる磁力を減少させる妨げにならないため、弁体７を安定的に閉位置に維持することができる。

【0028】

図６に示すように、押圧体２１は円筒形状に形成され、円環部２４と、側壁部２５と、円環部２４に設けられた複数の押圧部２６とを備える。円環部２４は、薄板状であって中央に冷却液が流通する貫通孔２３を有する。側壁部２５は円環部２４の外周縁から下方に向けて延設されている。複数の押圧部２６は、棒状に形成され円環部２４から垂直に立設されており、貫通孔２３の周囲に分散配置されている。図６に示す押圧部２６は、円柱体を縦方向に半割した形状であって、先端部分２６ａが球状に形成されている。なお、押圧部２６は、図６に示される形状に特定されることなく、隣接する押圧部２６との間に冷却液が流通する空間が形成され、弁体７を適正な姿勢で押圧できる形状であれば他の形状であってもよい。

【0029】

図２に示すように、ハウジング本体６ｂには、押圧体２１の移動を規制する規制部３１が設けられている。規制部３１は、押圧体２１に対して冷却液の流れ方向の下流側に設けられ、押圧体２１の円環部２４が当接することで押圧体２１の開方向への移動を規制する。

【0030】

コイルスプリング２２は、一端部が押圧体２１の円環部２４と側壁部２５により形成された内側の空間に内嵌固定され、他端部が入口流路部６ａに固定されている。コイルスプリング２２（第２バネの一例）は、コイルスプリング８（第１バネの一例）の付勢力よりも大きく設定されている。

【0031】

以下に、冷却液停止弁Ａの動作を説明する。冷却液停止弁Ａは、ソレノイド５が非通電であり、且つ、ウォータポンプ６０の駆動停止により冷却液の流通がない状態（エンジン５１が停止している初期状態）では、図２に示すように、コイルスプリング２２によって付勢された押圧体２１が弁体７を開方向に押圧する。このとき、押圧体２１の円環部２４がハウジング本体６ｂの規制部３１に当接する。これにより、弁体７が弁座４から所定距離Ｌだけ離間した小流量位置に保持されている。したがって、弁体７が小流量位置であるときには、入口ポート１と出口ポート２とが弁座４と弁体７との隙間を介して連通している。

【0032】

運転者がイグニッションキー等を操作すると、エンジン５１が始動する前、すなわち、ウォータポンプ６０が作動する前にソレノイド５に通電される。ソレノイド５の通電により、図４に示すように、弁体７がコイルスプリング２２の付勢力に抗して弁座４に吸着され、冷却液停止弁Ａは閉弁状態に保持される。

【0033】

これにより、エンジン５１の始動に伴うウォータポンプ６０の作動にかかわらず、冷却液のヒータコア６２及びＥＧＲクーラ６５への流入が阻止され、ヒータコア６２及びＥＧＲクーラ６５における熱交換による冷却液温度の低下が抑制される。また、冷却液温度が低い場合にはサーモスタットバルブ５６も閉弁しているため、冷却液はラジエータ５３にも流れない。このため、エンジン５１の暖機運転時における冷却液温度の上昇を促進して、エンジンオイル等の温度上昇も促進することができ、燃費向上に寄与する。

【0034】

エンジン５１の始動後、冷却液温度が所定の温度に達する（暖機運転の終了）とソレノイド５が非通電状態に切り替えられる。ソレノイド５が非通電状態に切り替えられると、弁体７は初期位置（図２）に復帰移動する。すなわち、弁体７は押圧体２１に押圧されて少量流通位置に保持される。これにより、入口ポート１の冷却液は、弁体７の外周側とハウジング６の内周側との間を通して出口ポート２からヒータコア６２等に向けて流出する。その後、エンジン５１の回転が増すことでウォータポンプ６０の回転数が上昇すると、冷却液停止弁Ａの入口ポート１において冷却液の液圧が高まり流量が増加する。これにより、図３に示すように、弁体７は初期位置（図２）よりも弁座４から離間する側に移動する。すなわち、冷却液停止弁Ａにおいて、冷却液の流量が入口ポート１の液圧に比例して増加するようになり、液圧に応じた流量の冷却液が出口ポート２からヒータコア６２等に向けて流出する。

【0035】

このように、ソレノイド５が非通電のときに、弁体７と弁座４とが互いに付着することがなく、入口ポート１の冷却液の液圧が低い場合においても、少量の冷却液の流通が可能になる。その結果、冷却液停止弁Ａにおいて、冷却液を流通させる必要がある場合には、入口ポート１の液圧の大小に関係なく、冷却液停止弁Ａに供給された冷却液を確実に流通させることができる。

【0036】

また、ウォータポンプ６０が駆動していれば、ソレノイド５が非通電のときであっても弁体７が弁座４から離間して流体が流通するので、冷却液の流量が増加すると増加量にしたがって弁体７と弁座４の間隔が大きくなる。したがって、本実施形態の冷却液停止弁Ａであれば、冷却液を流通させる最低流量を少量に設定することができると共に、冷却液の流量を広範囲で制御することができる。

【0037】

弁体７の外周側とハウジング６の内周側との間に形成される流路の断面積は、弁体７の初期位置から弁座４から離間する側への移動距離にかかわらず一定に維持される。また、出口流路部６ｃの内壁部１６には、弁体７との当接により、当該弁体７の初期位置からの移動距離を制限する規制部が形成されている。

【0038】

〔第２実施形態〕
図７、図８は本発明の別実施形態を示す。
本実施形態の冷却液停止弁Ａは、押圧体４１の形状が第１実施形態とは異なり、押圧体４１は弁体７の中央部を押圧するよう構成されている。具体的には、押圧体４１は、中央に貫通孔４２を有する環状部４３と、環状部４３の内周面４３ａから径方向内方に延設された複数の接続部４４と、貫通孔４２の中央に位置して複数の接続部４４に接続される小径部４５とを有し、小径部４５から押圧部４６が垂直に立設されている。押圧部４６において弁体７に当接する先端部分４６ａは、円板状に形成されて小径部４５よりも大径で構成されている。

【0039】

冷却液停止弁Ａは、ソレノイド５が非通電であり、且つ、ウォータポンプ６０の駆動停止により冷却液の流通がない状態（初期状態）では、図８に示すように、コイルスプリング２２によって付勢された押圧体４１が弁体７を開方向に押圧する。このとき、押圧体４１の環状部４３がハウジング本体６ｂの規制部３１に当接する。これにより、弁体７が弁座４から所定距離Ｌだけ離間した小流量位置に保持されるので、入口ポート１の冷却液を出口ポート２に向けて流通させることができる。

【0040】

なお、押圧体４１は、図７の形状に特定されることなく、隣接する接続部４４との間に冷却液が流通する空間が形成され、押圧部４６によって弁体７を適正な姿勢で押圧できる形状であれば他の形状であってもよい。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

【0041】

〔その他の実施形態〕
上記の実施形態では、ハウジング本体６ｂの内面に弁体７の移動を案内する案内部１７を設ける例を示したが、ハウジング本体６ｂの内面に案内部１７を設けずに、弁体７がハウジング本体６ｂの内面から離間した状態で流路軸芯Ｘの方向に移動する構成でもよい。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本発明は、車両の冷却液やオイル等の流体の流れを制御する流体制御弁に適用することができる。

【符号の説明】

【0043】

３ ：流通孔
４ ：弁座
５ ：ソレノイド
６ ：ハウジング
６ａ ：入口流路部
６ｂ ：ハウジング本体
６ｃ ：出口流路部
７ ：弁体
７ａ ：帯板部材（磁性体）
８ ：コイルスプリング（第１バネ）
９ ：固定ヨーク
１０ ：電磁コイル
１５ ：弁体収容空間
２１，４１ ：押圧体
２２ ：コイルスプリング（第２バネ）
２３，４２ ：貫通孔
２４ ：円環部
２５ ：側壁部
２６，４６ ：押圧部
２６ａ，４６ａ ：先端部分
３１ ：規制部
５１ ：エンジン
１００ ：エンジン冷却系
Ａ ：冷却液停止弁（流体制御弁）
Ｌ ：所定距離
Ｘ ：流路軸芯

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】