(57)【要約】【課題】冷寒時における弁体とシール筒部材の隙間からの液体の漏出を抑制することができる制御バルブを提供する。【解決手段】弁体２２は、凸球面状の周壁部５３Ｂと、弁孔を有する。シール筒部材１３１は、凹球面状の弁摺接面１４１ａと、シール開口９０を有する。液体が常温範囲の基準温度であるときにおける弁体２２の外周面の曲率半径Ｒ１と、液体が常温範囲の基準温度であるときにおけるシール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａの曲率半径Ｒ２と、弁体２２の線膨張係数α１と、シール筒部材１３１の線膨張係数α２とは、式（１），（２）を満たすように設定されている。  Ｒ１（１＋α１・Δｔ）≧Ｒ２（１＋α２・Δｔ）    …（１）  ΔＴ≦−２５                                      …（２）  ΔＴ：実際の液体の温度と基準温度との温度差【選択図】図４
2020159514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から液体が流入する流入口、及び、内部に流入した液体を外部に流出させる流出口を有するケーシングと、
前記ケーシングの内部に回転可能に配置され、外周面が凸球面状の周壁部と、当該周壁部の内外を連通する弁孔と、を有する弁体と、
一端部が前記流出口に連通した状態で前記ケーシングに保持され、他端部に形成され前記弁体の前記外周面に摺接する凹球面状の弁摺接面と、前記他端部と前記一端部とを連通するシール開口と、を有するシール筒部材と、を備え、
前記弁体が、前記弁孔と前記シール開口を連通させる回転位置にあるときに、前記周壁部の内側領域から前記流出口への液体の流出を許容し、前記弁体が、前記弁孔と前記シール開口を連通させない回転位置にあるときに、前記周壁部の内側領域から前記流出口への液体の流出を遮断する制御バルブにおいて、
液体が常温範囲の基準温度であるときにおける前記弁体の前記外周面の曲率半径Ｒ１と、液体が常温範囲の基準温度であるときにおける前記シール筒部材の前記弁摺接面の曲率半径Ｒ２と、前記弁体の線膨張係数α１と、前記シール筒部材の線膨張係数α２とは、式（１），（２）を満たすように設定されていることを特徴とする制御バルブ。
Ｒ１（１＋α１・Δｔ）≧Ｒ２（１＋α２・Δｔ）    …（１）
ΔＴ≦−２５                                      …（２）
ΔＴ：実際の液体の温度と基準温度との温度差
【請求項２】
前記シール筒部材は、前記ケーシングの内部の液体の圧力を受けて当該シール筒部材を前記弁体の側に付勢する付勢用受圧面を有し、
前記付勢用受圧面の面積Ｓ１と前記シール筒部材の前記弁摺接面の面積Ｓ２とは、式（３），（４）を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の制御バルブ。
Ｓ１＜Ｓ２≦Ｓ１／ｋ            …（３）
β≦ｋ＜１                      …（４）
ｋ：弁摺接面と弁体の間の微小隙間を流れる液体の圧力減少定数
β：液体の物性によって決まる圧力減少定数の下限値
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用冷却水の流路切換等に用いられる制御バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷却水を用いてエンジンを冷却する冷却システムでは、ラジエータとエンジンの間を循環するラジエータ流路とは別に、ラジエータをバイパスするバイパス流路やオイルウォーマを通過する暖機流路等が併設されることがある。この種の冷却システムでは、流路の分岐部に制御バルブが介装され、その制御バルブによって適宜流路が切り換えられる。制御バルブとしては、ケーシング内に弁体が回転可能に配置され、弁体の回転位置に応じて任意の流路が開閉されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の制御バルブは、ケーシングには、冷却水等の液体が流入する流入口と、その流入した液体を外部に流出させる複数の流出口が設けられている。弁体は、ケーシングの内部に配置され、外周面が凸球面状の周壁部と、その周壁部の内外を連通する弁孔と、を有している。ケーシングの流出口には、シール筒部材が取り付けられている。シール筒部材の弁体の外周面に対向する端面には、弁体の外周面に摺接する凹球面状の弁摺接面が形成されている。また、シール筒部材には、弁摺接面の内側領域と流出口側とを連通するシール開口が形成されている。シール筒部材の凹球面状の弁摺接面は、弁体の対応する弁孔の回転経路とラップする位置において、弁体の凸球面状の外周面に摺接する。
なお、弁体の回転方向と交差する方向の弁孔の幅は、シール筒部材のシール開口の内径よりも大きく設定されており、弁体の凸球面状の外周面の曲率半径は、シール筒部材の凹球面状の弁摺接面の曲率半径以下となるように設定されている。
【０００４】
上記制御バルブの弁体は、シール筒部材のシール開口が対応する弁孔と連通する位置にあるときには、弁体の内側領域から対応する流出口への液体の流出を許容し、シール筒部材のシール開口が対応する弁孔と連通しない位置にあるときには、弁体の内側領域から対応する流出口への液体の流出を遮断する。なお、弁体は、電動モータ等のアクチュエータによって回転位置を操作される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−３０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の制御バルブは、冷寒時（冷却水温が０℃以下）における弁体やシール筒部材の伸縮変形について特に考慮されていない。このため、冷寒時には、弁体やシール筒部材の温度変化に伴う変形によって、シール筒部材の弁摺接面と弁体の外周面との接触状態が変化する可能性がある。この場合、ケーシング内の液体が弁体とシール筒部材の隙間から流出口側に漏出することが懸念される。
【０００７】
そこで本発明は、冷寒時における弁体とシール筒部材の隙間からの液体の漏出を抑制することができる制御バルブを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る制御バルブは、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
すなわち、本発明に係る制御バルブは、外部から液体が流入する流入口、及び、内部に流入した液体を外部に流出させる流出口を有するケーシングと、前記ケーシングの内部に回転可能に配置され、外周面が凸球面状の周壁部と、当該周壁部の内外を連通する弁孔と、を有する弁体と、一端部が前記流出口に連通した状態で前記ケーシングに保持され、他端部に形成され前記弁体の前記外周面に摺接する凹球面状の弁摺接面と、前記他端部と前記一端部とを連通するシール開口と、を有するシール筒部材と、を備え、前記弁体が、前記弁孔と前記シール開口を連通させる回転位置にあるときに、前記周壁部の内側領域から前記流出口への液体の流出を許容し、前記弁体が、前記弁孔と前記シール開口を連通させない回転位置にあるときに、前記周壁部の内側領域から前記流出口への液体の流出を遮断する制御バルブにおいて、液体が常温範囲の基準温度であるときにおける前記弁体の前記外周面の曲率半径Ｒ１と、液体が常温範囲の基準温度であるときにおける前記シール筒部材の前記弁摺接面の曲率半径Ｒ２と、前記弁体の線膨張係数α１と、前記シール筒部材の線膨張係数α２とは、式（１），（２）を満たすように設定されていることを特徴とする。
Ｒ１（１＋α１・Δｔ）≧Ｒ２（１＋α２・Δｔ）    …（１）
ΔＴ≦−２５                                      …（２）
ΔＴ：実際の液体の温度と基準温度との温度差
【０００９】
上記の構成により、弁体が弁孔とシール開口を連通させない回転位置にあるときには、シール筒部材を通した弁孔と流出口との連通が遮断される。この状態から弁体が回転して、シール筒部材のシール開口が弁体の弁孔に連通する（ラップする）と、弁体の内側の液体が弁孔とシール開口を通して流出口に流出する。液体の温度が０℃以下となる冷寒時では、上記の式（１），（２）により、シール筒部材の弁摺接面の実際の曲率半径は、弁体の外周面の実際の曲率半径以下となる。このため、シール筒部材の弁摺接面は、径方向外側寄り部分から弁体の外周面に接し易くなり、シール筒部材に弁体方向の押し付け荷重が作用すると、径方向のほぼ全域で弁体の外周面に接触するようになる。この結果、シール筒部材の弁摺接面と弁体の外周面とが広い面積で面接触し、弁孔と流出口が非連通の状態のときに、ケーシング内の液体が弁摺接面と弁体の外周面の隙間を通して流出口側に漏れ出るのを抑制される。
【００１０】
前記シール筒部材は、前記ケーシングの内部の液体の圧力を受けて当該シール筒部材を前記弁体の側に付勢する付勢用受圧面を有し、
前記付勢用受圧面の面積Ｓ１と前記シール筒部材の前記弁摺接面の面積Ｓ２とは、式（３），（４）を満たすように設定されるようにしても良い。
Ｓ１＜Ｓ２≦Ｓ１／ｋ            …（３）
β≦ｋ＜１                      …（４）
ｋ：弁摺接面と弁体の間の微小隙間を流れる液体の圧力減少定数
β：液体の物性によって決まる圧力減少定数の下限値
【００１１】
上記の構成により、シール筒部材の付勢用受圧面の面積Ｓ１は、シール筒部材の弁摺接面の面積Ｓ２に圧力減少定数ｋを乗じた値以上の面積となる。この結果、ケーシング内の液体の圧力が、付勢用受圧面と、弁摺接面の外側の周域部とに作用すると、付勢用受圧面を通してシール筒部材に作用する液圧による弁体方向の押し付け力が、弁摺接面と弁体の間の微少隙間から液体が漏れ出るときにシール筒部材に作用する弁体からの浮き上がり力以上の力となる。このため、シール筒部材の弁摺接面を弁体の外周面に当接させた状態に維持することができる。このとき、シール筒部材の弁摺接面は、径方向の広い面積でほぼ均一に弁体の外周面に当接していないと、所望の圧力減少定数ｋを得ることができない。本構成の場合、冷寒時に弁体とシール筒部材が伸縮変形することがあっても、シール筒部材の弁摺接面が弁体の外周面に広い面積で接触するため、冷寒時にも、所望の圧力減少定数ｋを得ることができる。
また、本構成では、シール筒部材の付勢用受圧面の面積Ｓ１が弁摺接面の面積Ｓ２よりも小さいため、ケーシング内の液体の圧力が大きくなってもシール筒部材が過剰な力で弁体に押し付けられるのを抑制される。
したがって、本構成によれば、シール筒部材に作用する液体による弁体方向の押し付け力が、シール筒部材に作用する浮き上がり力を下回らない範囲で、弁摺接面の面積が付勢用受圧面の面積よりも大きく設定されているため、弁体に対するシール筒部材の過剰な力での押し付けを抑制しつつ、良好なシール性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、冷寒時に、シール筒部材の弁摺接面の実際の曲率半径が弁体の外周面の実際の曲率半径以下になるように、弁体の外周面の基準温度での曲率半径と、シール筒部材の弁摺接面の基準温度での曲率半径と、弁体とシール筒部材の各線膨張係数と、が設定されている。このため、冷寒時には、シール筒部材に弁体方向の押し付け荷重が作用した状態で、シール筒部材の弁摺接面が弁体の外周面に広い面積で接触するようになる。したがって、本発明によれば、冷寒時における弁体とシール筒部材の隙間からの液体の漏出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る冷却システムのブロック図である。
【図２】実施形態に係る制御バルブの斜視図である。
【図３】実施形態に係る制御バルブの一部の分解斜視図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図４のＶ部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明では、冷却液を用いてエンジンを冷却する冷却システムに、本実施形態の制御バルブを採用した場合について説明する。
【００１５】
［冷却システム］
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、車両駆動源に少なくともエンジンを具備する車両に搭載される。なお、車両としては、エンジンのみを有する車両の他、ハイブリッド車両やプラグインハイブリッド車両等であっても構わない。
【００１６】
冷却システム１は、エンジン２（ＥＮＧ）、ウォータポンプ３（Ｗ／Ｐ）、ラジエータ４（ＲＡＤ）、ヒートエクスチェンジャ５（Ｈ／ＥＸ）、ヒータコア６（ＨＴＲ）、ＥＧＲクーラ７（ＥＧＲ）及び制御バルブ８（ＥＷＶ）が各種流路１０〜１４により接続されて構成されている。
ウォータポンプ３、エンジン２及び制御バルブ８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３の動作により冷却液（液体）がエンジン２及び制御バルブ８を順に通過する。
【００１７】
メイン流路１０には、ラジエータ流路１１、暖機流路１２、空調流路１３及びＥＧＲ流路１４がそれぞれ接続されている。これらラジエータ流路１１、暖機流路１２、空調流路１３及びＥＧＲ流路１４は、メイン流路１０のうちウォータポンプ３の上流部分と制御バルブ８とを接続している。
【００１８】
ラジエータ流路１１には、ラジエータ４が接続されている。ラジエータ流路１１では、ラジエータ４において、冷却液と外気との熱交換が行われる。
【００１９】
暖機流路１２には、ヒートエクスチェンジャ５が接続されている。ヒートエクスチェンジャ５とエンジン２との間には、オイル流路１８を通してエンジンオイルが循環している。暖機流路１２では、ヒートエクスチェンジャ５において、冷却液とエンジンオイルとの熱交換が行われる。すなわち、ヒートエクスチェンジャ５は、水温が油温よりも高い場合にオイルウォーマとして機能し、エンジンオイルを加熱する。一方、ヒートエクスチェンジャ５は、水温が油温よりも低い場合にオイルクーラとして機能し、エンジンオイルを冷却する。
【００２０】
空調流路１３には、ヒータコア６が接続されている。ヒータコア６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１３では、ヒータコア６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。
【００２１】
ＥＧＲ流路１４には、ＥＧＲクーラ７が接続されている。ＥＧＲ流路１４では、ＥＧＲクーラ７において、冷却液とＥＧＲガスとの熱交換が行われる。
【００２２】
上述した冷却システム１では、メイン流路１０においてエンジン２を通過した冷却液が、制御バルブ８内に流入した後、制御バルブ８の動作によって各種流路１１〜１３に選択的に分配される。これにより、早期昇温や高水温（最適温）制御等を実現でき、車両の燃費向上が図られている。
【００２３】
（制御バルブ）
図２は、制御バルブ８の斜視図である。図３は、制御バルブ８の一部の分解斜視図である。なお、図３は、制御バルブ８から後述するケーシング２１や駆動ユニット２３等を取り去った弁体２２を中心とした分解斜視図である。
図２、図３に示すように、制御バルブ８は、ケーシング２１と、弁体２２（図３参照）と、駆動ユニット２３と、を主に備えている。
【００２４】
（ケーシング）
ケーシング２１は、有底筒状のケーシング本体２５と、ケーシング本体２５の開口部を閉塞する蓋体２６と、を有している。なお、以下の説明では、ケーシング２１の軸線Ｏ１に沿う方向を単にケース軸方向という。ケース軸方向において、ケーシング本体２５のケース周壁３１に対してケーシング本体２５の底壁部３２に向かう方向を第１側といい、ケーシング本体２５のケース周壁３１に対して蓋体２６に向かう方向を第２側という。さらに、軸線Ｏ１に直交する方向をケース径方向といい、軸線Ｏ１回りの方向をケース周方向という。
【００２５】
ケーシング本体２５のケース周壁３１には、複数の取付片３３が形成されている。各取付片３３は、ケース周壁３１からケース径方向の外側に突設されている。制御バルブ８は、例えば各取付片３３を介してエンジンルーム内に固定される。なお、各取付片３３の位置や数等は、適宜変更が可能である。
【００２６】
ケース周壁３１における第２側に位置する部分には、ケース径方向の外側に膨出する流入ポート３７が形成されている。流入ポート３７には、流入ポート３７をケース径方向に貫通する図示しない流入口が形成されている。流入口は、ケーシング２１の内外を連通している。流入ポート３７の開口端面（ケース径方向の外側端面）には、上述したメイン流路１０（図１参照）が接続される。
【００２７】
ケース周壁３１において、軸線Ｏ１を間に挟んで流入ポート３７にケース径方向で対向する位置には、ケース径方向の外側に膨出するラジエータポート４１が形成されている。ラジエータポート４１には、図示しないフェール開口とラジエータ流出口（流出口）がケース軸方向に並んで形成されている。フェール開口とラジエータ流出口は、ラジエータポート４１をそれぞれケース径方向に貫通している。
【００２８】
ラジエータポート４１の開口端面（ケース径方向の外側端面）には、ラジエータジョイント４２が接続されている。ラジエータジョイント４２は、ラジエータ流出口とラジエータ流路１１（図１参照）の上流端部との間を接続している。なお、ラジエータジョイント４２は、ラジエータポート４１の開口端面に溶着（例えば、振動溶着等）されている。
【００２９】
フェール開口には、図示しないサーモスタットが設けられている。サーモスタットは、ケーシング２１内を流れる冷却液の温度に応じてフェール開口を開閉する。
【００３０】
蓋体２６のうち、軸線Ｏ１に対してケース径方向でラジエータポート４１寄りに位置する部分には、図示しないＥＧＲ流出口が形成されている。蓋体２６において、ＥＧＲ流出口の開口縁には、ＥＧＲジョイント５２が形成されている。ＥＧＲジョイント５２は、ケース軸方向の第２側に向かうに従いケース径方向の外側に延びる管状に形成され、ＥＧＲ流出口と上述したＥＧＲ流路１４（図１参照）の上流端部との間を接続している。
【００３１】
ケース周壁３１において、ラジエータポート４１よりもケース軸方向の第１側に位置する部分には、ケース径方向の外側に膨出する図示しない暖機ポートが形成されている。暖機ポートには、暖機ポートをケース径方向に貫通する暖機流出口（流出口）が形成されている。暖機ポートの開口端面には、暖機ジョイント６２が接続されている。暖機ジョイント６２は、暖機流出口と上述した暖機流路１２（図１参照）の上流端部とを接続している。なお、暖機ジョイント６２は、暖機ポートの開口端面に溶着（例えば、振動溶着等）されている。
【００３２】
ケース周壁３１のうち、ケース軸方向におけるラジエータポート４１と暖機ポート（暖機ジョイント６２）との間であって、かつ暖機ポートに対してケース周方向で１８０°程度ずれた位置には、空調ポート６６が形成されている。空調ポート６６には、空調ポート６６をケース径方向に貫通する空調流出口６６ａ（流出口）が形成されている。空調ポート６６の開口端面には、空調ジョイント６８が接続されている。空調ジョイント６８は、空調流出口６６ａと上述した空調流路１３（図１参照）の上流端部とを接続している。なお、空調ジョイント６８は、空調ポート６６の開口端面に溶着（例えば、振動溶着等）されている。
【００３３】
（駆動ユニット）
駆動ユニット２３は、ケーシング本体２５の底壁部３２に取り付けられている。駆動ユニット２３は、図示しないモータや減速機構、制御基板等がユニットケース内に収納されている。駆動ユニット２３は、図示しない制御装置からの指令に基づき、後述する弁体２２を回転操作する。
【００３４】
（弁体）
図３に示す弁体２２は、図２に示すケーシング２１の内部に回転可能に収容されている。図３に示すように、弁体２２は、凸球面状の三つの周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃが軸線Ｏ１に沿う方向で連結されている。弁体２２は、ケーシング２１の内部において、ケーシング２１の軸線Ｏ１と同軸に配置されている。弁体２２は、軸線Ｏ１回りに回転することで、上述した各流出口（ラジエータ流出口、暖機流出口及び空調流出口６６ａ）を開閉する。
【００３５】
弁体２２は、三連の周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの内側に、周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃと同軸に軸部７３（回転軸）が設けられている。軸部７３は、スポーク部７４を介して周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃと一体に連結されている。軸部７３は、ケーシング２１に図示しない軸受けを介して回転可能に支持され、軸線Ｏ１に沿うようにケーシング２１の内部に配置される。軸部７３の端部は、上述した駆動ユニット２３に連結されている。弁体２２は、軸部７３を通して駆動ユニット２３によって回転操作される。
【００３６】
三連の周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは、ケーシング２１内において、流入口（流入ポート３７）よりもケース軸方向の第１側に位置する部分に配置されている。具体的には、周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃは、ケース軸方向において、フェール開口を回避し、かつラジエータ流出口、空調流出口６６ａ及び暖機流出口に跨る位置に配置されている。三連の周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの内側には、流入口を通してケーシング２１内に流入した冷却液がケース軸方向に沿って流入する。ケース軸方向の第２側に位置される周壁部５３Ａは、ラジエータ流出口にケース径方向で対向するように配置され、ケース軸方向の第１側に位置される周壁部５３Ｃは、暖機流出口にケース径方向で対向するように配置されている。中央の周壁部５３Ｂは、空調流出口６６ａにケース径方向で対向するように配置されている。なお、各周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの外周面と、ケース周壁３１の内周面と、の間には、ケース径方向に隙間が設けられている。
【００３７】
周壁部５３Ａには、周壁部５３Ａをケース径方向に貫通する弁孔９５が形成されている。弁孔９５は、ケーシング２１側のラジエータ流出口とケース軸方向の同位置に形成されている。弁孔９５は、周壁部５３Ａの外周面に沿う方向が長手の長孔状に形成されている。弁孔９５は、ケース径方向から見てラジエータ流出口に挿入されたシール筒部材１３１と重なり合う場合に、弁孔９５とシール筒部材１３１を通じて周壁部５３Ａ内とラジエータ流出口とを連通させる。これにより、ケーシング２１内の冷却液は、ラジエータ流出口を通してラジエータ流路１１（図１参照）に流出する。
【００３８】
周壁部５３Ｂには、周壁部５３Ｂをケース径方向に貫通する弁孔９６が形成されている。弁孔９６は、ケーシング２１側の空調流出口６６ａとケース軸方向の同位置に形成されている。弁孔９６は、周壁部５３Ｂの外周面に沿う方向が長手の長孔状に形成されている。弁孔９６は、ケース径方向から見て空調流出口６６ａに挿入されたシール筒部材１３１と重なり合う場合に、弁孔９６とシール筒部材１３１を通じて周壁部５３Ｂ内と空調流出口６６ａとを連通させる。これにより、ケーシング２１内の冷却液は、空調流出口６６ａを通して空調流路１３（図１参照）に流出する。
【００３９】
また、周壁部５３Ｃには、周壁部５３Ｃをケース径方向に貫通する弁孔９７が形成されている。弁孔９７は、ケーシング２１側の暖機流出口とケース軸方向の同位置に形成されている。本実施形態の場合、弁孔９７は円形状に形成されている。弁孔９７は、ケース径方向から見て暖機流出口に挿入されたシール筒部材１３１と重なり合う場合に、弁孔９７とシール筒部材１３１を通じて周壁部５３Ｃ内と暖機流出口とを連通させる。これにより、ケーシング２１内の冷却液は、暖機流出口を通して暖機流路１２（図１参照）に流出する。
【００４０】
弁体２２は、軸線Ｏ１回りの回転に伴い、弁孔９５，９６，９７と、これらに対応する各流出口との連通及び遮断を切り替える。なお、弁孔９５，９６，９７と流出口の連通パターンは、適宜設定が可能である。
【００４１】
つづいて、空調ポート６６及び空調ジョイント６８の接続部分の詳細について説明する。なお、ラジエータポート４１とラジエータジョイント４２との接続部分、及び暖機ポートと暖機ジョイント６２との接続部分については、空調ポート６６及び空調ジョイント６８の接続部分と同等の構成であるため、説明を省略する。
【００４２】
図４は、図２のＩＶ―ＩＶ線に沿う断面図であり、図５は、図４のＶ部拡大図である。以下の説明では、空調流出口６６ａの軸線Ｏ２に沿う方向をポート軸方向（第１方向）という場合がある。この場合、ポート軸方向において、空調ポート６６に対して軸線Ｏ１に向かう方向を内側といい、空調ポート６６に対して軸線Ｏ１から離間する方向を外側という。また、軸線Ｏ２に直交する方向をポート径方向（第２方向）といい、軸線Ｏ２回りの方向をポート周方向という場合がある。
図４に示すように、空調ポート６６は、ポート軸方向に延びるシール筒部１０１と、シール筒部１０１からポート径方向の外側に張り出すポートフランジ部１０２と、を有している。シール筒部１０１の内側は、上述した空調流出口６６ａ（流出口）を構成している。シール筒部１０１の内径は、ポート軸方向の全域で一様に設定されている。
【００４３】
空調ジョイント６８は、軸線Ｏ２と同軸に配置されたジョイント筒部１１０と、ジョイント筒部１１０におけるポート軸方向の内側端部からポート径方向の外側に張り出すジョイントフランジ部１１１と、を有している。ジョイントフランジ部１１１は、空調ポート６６のポートフランジ部１０２に対し、ポート軸方向で重ねられている。空調ポート６６と空調ジョイント６８とは、ポートフランジ部１０２とジョイントフランジ部１１１の対向面同士が振動溶着されることで、互いに接合されている。
【００４４】
ジョイント筒部１１０は、ジョイントフランジ部１１１の内周縁からポート軸方向の外側に延在している。ジョイント筒部１１０は、ポート軸方向の外側に向かうに従い段階的に縮径する多段筒状に形成されている。具体的には、ジョイント筒部１１０は、大径部１２１、中径部１２２及び小径部１２３がポート軸方向の外側に向けて順に連なっている。
【００４５】
大径部１２１は、上述したシール筒部１０１に対してポート径方向の外側に間隔をあけた状態で、シール筒部１０１を囲繞している。中径部１２２は、シール筒部１０１に対してポート軸方向に隙間Ｑ１をあけて対向している。
【００４６】
空調ポート６６及び空調ジョイント６８で囲まれた部分には、シール機構１３０が設けられている。シール機構１３０は、シール筒部材１３１と、付勢部材１３２と、シールリング１３３と、ホルダ１３４と、を有している。なお、図３に示すように、上述したラジエータポート４１内及び暖機ポート内にも、空調ポート６６内に設けられたシール機構１３０と同様の構成からなるシール機構１３０が設けられている。本実施形態の説明では、ラジエータポート４１内及び暖機ポート内に設けられたシール機構１３０については、空調ポート６６内に設けられたシール機構１３０と同様の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
図４，図５に示すように、シール筒部材１３１は、その一部が空調流出口６６ａ内に挿入されている。シール筒部材１３１は、軸線Ｏ２と同軸に延びる周壁を有している。シール筒部材１３１の周壁は、ポート軸方向の外側に向かうに従い外径が段状に縮径する多段筒状に形成されている。具体的には、シール筒部材１３１の周壁は、ポート軸方向の外側（軸方向の一端側）に位置され、空調流出口６６ａの下流側に連通する第１筒部１４２と、ポート軸方向の内側（軸方向の他端側）に位置され、第１筒部１４２よりも内径及び外径が大きい第２筒部１４１と、を有している。第１筒部１４２と第２筒部１４１の内周面は、シール筒部材１３１のポート軸方向の外側端（一端部）と内側端（他端部）とを連通するシール開口９０を構成している。
【００４８】
シール筒部材１３１は、大径の第２筒部１４１がシール筒部１０１の内周面に摺動可能に挿入されている。第２筒部１４１におけるポート軸方向の内側端面は、弁体２２の周壁部５３Ｂの凸球面状の外周面に摺動自在に当接する弁摺接面１４１ａとされている。弁摺接面１４１ａは、凹球面状に形成されており、周壁部５３Ｂの凸球面状の外周面に対して球面で面接触する。
【００４９】
第１筒部１４２の外周面は、第２筒部１４１の外周面に対して段差面１４３を介して連なっている。段差面１４３は、ポート軸方向の内側に向かうに従いポート径方向の外側に傾斜した後、ポート径方向の外側にさらに延設されている。したがって、小径の第１筒部１４２の外周面と、シール筒部１０１の内周面と、の間には、ポート径方向にシール隙間Ｑ２が設けられている。
【００５０】
第１筒部１４２におけるポート軸方向の外側端面（以下、「座面１４２ａ」という。）は、ポート軸方向と直交する平坦面とされている。第１筒部１４２の座面１４２ａは、ポート軸方向においてシール筒部１０１の外側端面と同等の位置に配置されている。なお、シール筒部材１３１は、空調ジョイント６８に対してポート径方向及びポート軸方向で離間している。
【００５１】
付勢部材１３２は、シール筒部材１３１の座面１４２ａと、空調ジョイント６８における小径部１２３のポート軸方向の内側端面と、の間に介在している。付勢部材１３２は、例えばウェーブスプリングである。付勢部材１３２は、シール筒部材１３１をポート軸方向の内側に向けて（周壁部５３Ｂに向けて）付勢している。
【００５２】
シールリング１３３は、例えばＹパッキンである。シールリング１３３は、開口部（二股部）をポート軸方向の内側に向けた状態で、シール筒部材１３１の第１筒部１４２に外挿されている。具体的に、シールリング１３３は、上述したシール隙間Ｑ２内に配置された状態で、二股部の各先端部が第１筒部１４２の外周面及びシール筒部１０１の内周面にそれぞれ摺動可能に密接している。なお、シール隙間Ｑ２内において、シールリング１３３に対してポート軸方向の内側領域は、シール筒部１０１の内周面とシール筒部材１３１の第２筒部１４１との隙間を通じてケーシング２１の内部の液圧が導入される。段差面１４３は、ポート軸方向におけるシール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａと相反する向きに形成されている。段差面１４３は、ケーシング２１内の冷却液の液圧を受けてポート軸方向の内側に押圧される付勢用受圧面を構成している。
【００５３】
ここで、シール筒部材１３１において、段差面１４３（付勢用受圧面）の面積Ｓ１と、弁摺接面１４１ａの面積Ｓ２とは、以下の式（３），（４）を満たすように設定されている。
Ｓ１＜Ｓ２≦Ｓ１／ｋ            …（３）
β≦ｋ＜１                      …（４）
ｋ：弁摺接面１４１ａと弁体２２の周壁部５３Ｂとの間の微少隙間を流れる冷却液の圧力減少定数
β：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１４３の面積Ｓ１と弁摺接面１４１ａの面積Ｓ２は、ポート軸方向に投影したときの面積を意味する。
【００５４】
式（４）におけるβ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β＝１／２となる。使用する冷却液の物性が変化した場合には、β＝１／３等に変化する。
また、式（４）における圧力減少定数ｋは、弁摺接面１４１ａがポート径方向の外側端縁から内側端縁にかけて均一に周壁部５３Ｂに接しているときには、圧力減少定数の標準値であるβ（例えば、１／２）となる。但し、シール筒部材１３１の製造誤差や組付け誤差等によって、弁摺接面１４１ａの外周部分と周壁部５３Ｂとの間の隙間が弁摺接面１４１ａ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（４）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。
【００５５】
本実施形態では、シール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａと周壁部５３Ｂの外周面との間に、摺動を許容するために微小な隙間があることを前提として、段差面１４３と弁摺接面１４１ａの各面積Ｓ１，Ｓ２の関係が式（３），（４）によって決められている。
すなわち、シール筒部材１３１の段差面１４３には、上述したようにケーシング２１内の冷却液の圧力がそのまま作用する。一方で、弁摺接面１４１ａ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。具体的に、冷却液の圧力は、弁摺接面１４１ａと周壁部５３Ｂの間の微小な隙間を冷却液がポー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、ポート径方向の内側に向かって漸減しつつ、シール筒部材１３１をポート軸方向の外側に押し上げようとする。
【００５６】
その結果、シール筒部材１３１の段差面１４３には、段差面１４３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、シール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａには、弁摺接面１４１ａ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。
【００５７】
本実施形態の制御バルブ８は、式（３）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、シール筒部材１３１の段差面１４３に作用する押し付け方向の力Ｆ１（Ｆ１＝Ｐ×Ｓ１）は、シール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａ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８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、シール筒部材１３１と周壁部５３Ｂとの間をシールすることができる。
【００５８】
一方、本実施形態では、上述したようにシール筒部材１３１の段差面１４３の面積Ｓ１が弁摺接面１４１ａ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、シール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａが過剰な力で周壁部５３Ｂ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８を採用した場合には、弁体２２を回転駆動する駆動ユニット２３の大型化及び高出力化を回避することができる上、シール筒部材１３１や各ブッシュ７８，８４（図４参照）の早期摩耗を抑制できる。
【００５９】
このように、本実施形態では、シール筒部材１３１に作用するポート軸方向の内側への押し付け力が、シール筒部材１３１に作用するポート軸方向の外側への浮き上がり力を下回らない範囲で、弁摺接面１４１ａの面積Ｓ２が段差面１４３の面積Ｓ１よりも大きく設定されている。そのため、周壁部５３Ｂに対するシール筒部材１３１の過剰な力での押し付けを抑制しつつ、シール筒部材１３１と周壁部５３Ｂとの間をシールできる。
【００６０】
上述したホルダ１３４は、隙間Ｑ１内において、空調ポート６６及び空調ジョイント６８に対してポート軸方向に移動可能に構成されている。また、ホルダ１３４は、空調ポート６６及び空調ジョイント６８の少なくとも何れかにポート軸方向で離間可能に配置されている。ホルダ１３４は、ホルダ筒部１５１と、ホルダフランジ部１５２と、規制部１５３と、を有している。
【００６１】
ホルダ筒部１５１は、ポート軸方向に延在している。ホルダ筒部１５１は、シール隙間Ｑ２内にポート軸方向の外側から挿入されている。ホルダ筒部１５１におけるポート軸方向の内側端面には、上述したシールリング１３３の底部が当接可能とされている。すなわち、ホルダ筒部１５１は、シールリング１３３のポート軸方向の外側への移動を規制する。
【００６２】
ホルダフランジ部１５２は、ホルダ筒部１５１におけるポート軸方向の外側端部からポート径方向の外側に突設されている。ホルダフランジ部１５２は、シール筒部１０１におけるポート軸方向の外側端面と、中径部１２２におけるポート軸方向の内側端面と、の間の隙間Ｑ１に配置されている。ホルダ１３４のポート軸方向の内側への移動は、シール筒部１０１によって規制され、ホルダ１３４のポート軸方向の外側への移動は、中径部１２２によって規制される。
【００６３】
規制部１５３は、ホルダ筒部１５１の内周部分からポート軸方向の外側に筒状に突出して形成されている。規制部１５３は、付勢部材１３２のポート径方向の移動を、ホルダ筒部１５１とともに規制する。
【００６４】
（弁体の周壁部とシール筒部材の詳細）
弁体２２の周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃと、シール筒部材１３１とは、例えば、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド（ＰＡ）等を主成分とする樹脂材料によって形成されている。周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃを構成する樹脂材料と、シール筒部材１３１を構成する樹脂材料には、耐衝撃性や低摩擦性、低摩耗性等を考慮してガラス繊維や炭素繊維等が適宜混合されている。
【００６５】
周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃを構成する樹脂材料の線膨張係数α１は、例えば１×１０−５〜１０×１０−５／Ｋとされている。これに対し、シール筒部材１３１を構成する樹脂材料の線膨張係数α２は、周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃを構成する樹脂材料の線膨張係数α１よりも大きくなっている。したがって、温度変化に対する変化量は、シール筒部材１３１の方が大きくなっている。
【００６６】
ここで、冷却液が常温範囲（２０℃〜２５℃）の基準温度であるときにおける周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの凸球面状の外周面の曲率半径をＲ１とし、冷却液が常温範囲（２０℃〜２５℃）の基準温度であるときにおけるシール筒部材１３１の凹球面状の弁摺接面１４１ａの曲率半径をＲ２とすると、これらの各曲率半径Ｒ１，Ｒ２と、各樹脂材料の線膨張係数α１，α２は、以下の式（１），（２）を満たすように設定されている。
Ｒ１（１＋α１・Δｔ）≧Ｒ２（１＋α２・Δｔ）    …（１）
ΔＴ≦−２５                                      …（２）
ΔＴ：実際の冷却液の温度と基準温度との温度差
【００６７】
このため、冷却液の温度が０℃以下の温度環境下では、上記の式（１），（２）により、シール筒部材１３１の凹球面状の弁摺接面１４１ａの実際の曲率半径は、各周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの凸球面状の外周面の実際の曲率半径以下となる。したがって、冷却液の温度が０℃以下の温度環境下では、各シール筒部材１３１の凹球面状の弁摺接面１４１ａは、対応する各周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの凸球面状の外周面に対して、外周縁部（径方向外側寄り部分）から接し易くなる。
このため、シール筒部材１３１が冷却液の液圧や付勢部材１３２による付勢力を受けて、対応する周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの外周面（弁孔９５，９６，９７の存在しない部分）に押し付けられると、弁摺接面１４１ａの周域の径方向のほぼ全域で対応する周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの外周面に接触する。
【００６８】
［制御バルブの動作方法］
次に、上述した制御バルブ８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３により送出される冷却液は、エンジン２で熱交換された後、制御バルブ８に向けて流通する。メイン流路１０においてエンジン２を通過した冷却液は、流入口を通してケーシング２１の内部に流入する。
【００６９】
ケーシング２１の内部に流入した冷却液のうち、一部の冷却液はＥＧＲ流出口に流入する。ＥＧＲ流出口に流入した冷却液は、ＥＧＲジョイント５２を通ってＥＧＲ流路１４内に供給される。ＥＧＲ流路１４内に供給された冷却液は、ＥＧＲクーラ７において、冷却液とＥＧＲガスとの熱交換が行われた後、メイン流路１０に戻される。
【００７０】
一方、ケーシング２１の内部に流入した冷却液のうち、ＥＧＲ流出口に流入しなかった冷却液は、ケース軸方向に流通する過程で各流出口に分配される。すなわち、ケース軸方向に流通する冷却液は、各流出口のうち対応する弁孔９５，９６，９７に連通している流出口を通して各流路１１，１３，１２に分配される。
【００７１】
制御バルブ８において、弁孔と流出口との連通パターンを切り替えるには、弁体２２を軸線Ｏ１回りに回転させる。そして、設定したい連通パターンに対応する位置で弁体２２の回転を停止させることで、弁体２２の停止位置に応じた連通パターンで弁孔と流出口とが連通する。
【００７２】
［実施形態の効果］
以上のように、本実施形態の制御バルブ８は、冷却液が常温範囲（２０℃〜２５℃）の基準温度であるときにおける弁体２２の周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの外周面の曲率半径をＲ１と、冷却液が常温範囲（２０℃〜２５℃）の基準温度であるときにおけるシール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａの曲率半径Ｒ２と、周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃを構成する樹脂材料の線膨張係数α１と、シール筒部材１３１を構成する樹脂材料の線膨張係数α２が上記の式（１），（２）を満たすように設定されている。このため、冷寒時には、各樹脂の温度変化に伴う伸縮変形によってシール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａの実際の曲率半径が、弁体２２側の周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの外周面の実際の曲率半径以下になる。
したがって、本実施形態の制御バルブ８の場合、冷寒時には、シール筒部材１３１が周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの外周面に押し付けられると、弁摺接面１４１ａの周域が、対応する周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの外周面に広い面積（径方向幅）で接触するようになる。よって、本実施形態の制御バルブ８を採用した場合には、冷寒時における弁体２２とシール筒部材１３１の隙間からの冷却液の漏出を抑制することができる。
【００７３】
また、本実施形態の制御バルブ８は、シール筒部材１３１の付勢用受圧面である段差面１４３の面積Ｓ１と、弁摺接面１４１ａの面積Ｓ２とが上記の式（３），（４）を満たすように設定されている。このため、ケーシング２１の内部の冷却液の液圧が、段差面１４３（付勢用受圧面）と、弁摺接面１４１ａの外側の周域部とに作用すると、段差面１４３を通してシール筒部材１３１に作用する液圧による弁体２２方向の押し付け力が、弁摺接面１４１ａと各周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃとの隙間に作用する冷却液による浮き上がり力以上の力となる。したがって、本実施形態の制御バルブ８では、付勢部材１３２の付勢力を大きくすることなく、シール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａを周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの外周面に当接させた状態に維持することができる。
また、本構成では、シール筒部材１３１の段差面１４３の面積Ｓ１が弁摺接面１４１ａの面積Ｓ２よりも小さいため、ケーシング２１の内部の冷却液の圧力が大きくなってもシール筒部材１３１が過剰な力で周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃに押し付けられるのを抑制することができる。
【００７４】
さらに、本実施形態の制御バルブ８は、冷却液の温度が０°以下の冷寒時に弁体２２の周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃとシール筒部材１３１が伸縮変形することがあっても、前述の通りシール筒部材１３１の弁摺接面１４１ａを周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの外周面に広い面積で接触させることができる。このため、冷寒時であっても、弁摺接面１４１ａの外周縁部が、対応する周壁部５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃの外周面から浮き上がるのを防止し、段差面１４３と弁摺接面１４１ａに作用する冷却液による力のバランスを一定に維持することができる。したがって、冷寒時においても、弁孔と流出口の間を、シール筒部材１３１によって遮断状態に安定して維持することができる。
【００７５】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００７６】
８…制御バルブ
２１…ケーシング
２２…弁体
５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ…周壁部
６６ａ…空調流出口（流出口）
９０…シール開口
９５，９６，９７…弁孔
１３１…シール筒部材
１４１ａ…弁摺接面
１４３…段差面（付勢用受圧面）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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