(57)【要約】  回転式バルブ装置は、流体通路を備えるケーシングと、ケーシングに回転自在に配設され、回転することにより流体通路を流れる流体の流通状態を制御する回転子と、回転子を回転させる駆動機構と、駆動機構からの回転力を回転子に伝達すると共に、駆動機構の回転の非駆動時において回転子の回転を禁止するロック機構と、を備える。
2010073898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路を備えるケーシングと、
前記ケーシングに回転自在に配設され、回転することにより前記流体通路を流れる流体の流通状態を制御する回転子と、
前記回転子を回転させる駆動機構と、
前記駆動機構からの回転力を前記回転子に伝達すると共に、前記駆動機構の回転の非駆動時において前記回転子の回転を禁止するロック機構と、を備える回転式バルブ装置。
【請求項２】
前記ロック機構は、前記駆動機構からの回転力の伝達経路上に設けられる請求項１記載の回転式バルブ装置。
【請求項３】
前記ロック機構は、前記流体の流体圧が前記回転子に作用しても、前記回転子の回転を禁止する請求項１または２に記載の回転式バルブ装置。
【請求項４】
前記流体通路は少なくとも第１の流体通路と第２の流体通路とを有し、
前記回転子は回転することにより、前記流体が前記第１の流体通路と前記第２の流体通路とのどちらか一方に流れるように制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【請求項５】
前記流体通路は、第１の流通口と、第２の流通口と、第３の流通口とを有し、
前記第１の流体通路は、前記第１の流通口と、前記第３の流通口と、前記第１の流通口と前記第３の流通口とを連通する第１の連絡路からなり、
前記第２の流体通路は、前記第２の流通口と、前記第３の流通口と、前記第２の流通口と前記第３の流通口とを連通する第２の連絡路からなる請求項４記載の回転式バルブ装置。
【請求項６】
前記ケーシングは、前記回転子を収容する収容空間を有し、
前記収容空間は、前記回転子の回転軸と同軸の円環状の内周壁に囲まれ、
前記内周壁は、前記収容空間に突出するとともに前記回転軸を挟んで対向する第１の突出部及び第２の突出部を有し、
前記第１の突出部及び前記第２の突出部は、前記回転軸に垂直な断面において先端部が前記回転軸と同軸の円弧状を呈する請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【請求項７】
前記回転子が回転して前記回転子と前記ケーシングとが当接することによりシール状態となるシール部と、
前記ロック機構と前記回転子との間に前記回転子を前記シール状態に維持する付勢機構を備えてある請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【請求項８】
前記第１の突出部は、前記第１の突出部の周方向一側に第１の周方向端面と、前記第１の突出部の周方向他側に第２の周方向端面を有し、
前記第２の突出部は、前記第２の突出部の周方向一側に位置すると共に前記内周壁の周方向において前記第１の周方向端面と対向する第３の周方向端面と、前記第２の突出部の周方向他側に位置すると共に前記内周壁の周方向おいて前記第２の周方向端面と対向する第４の周方向端面を有し、
前記回転子は、前記回転軸を挟んで前記回転軸に垂直な方向の一側に配設される第１仕切部と前記回転軸に垂直な方向の他側に配設される第２仕切部を有し、
前記第１仕切部及び前記第２仕切部は、少なくとも前記回転軸の軸方向に延在する平板状を呈し、
前記第１仕切部は、その一方の面で少なくとも前記第１の突出部の前記第１の周方向端面と当接可能な第１当接部と、その他方の面で少なくとも前記第２の突出部の前記第３の周方向端面と当接可能な第２当接部を有し、
前記第２仕切部は、その一方の面で少なくとも前記第１の突出部の前記第１の周方向端面と当接可能な第３当接部と、その他方の面で少なくとも前記第２の突出部の前記第３の周方向端面と当接可能な第４当接部を有し、
前記回転子が一方に回転することによって、前記第１仕切部の前記第１当接部が前記第１の突出部の前記第１の周方向端面に当接し、前記第２仕切部の前記第４当接部が前記第２の突出部の前記第４の周方向端面に当接することにより、前記第１の流体通路と前記第２の流体通路との連通を遮断するシール状態となり、
前記回転子が他方に回転することによって、前記第１仕切部の前記第２当接部が前記第２の突出部の前記第３の周方向端面に当接し、前記第２仕切部の前記第３当接部が前記第１の突出部の前記第２の周方向端面に当接することにより、前記第１の流体通路と前記第２の流体通路との連通を遮断するシール状態となる請求項６に記載の回転式バルブ装置。
【請求項９】
前記ロック機構がウォームギアを有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【請求項１０】
前記付勢機構がばねを有する請求項１〜９のいずれか一項に回転式バルブ装置。
【請求項１１】
前記シール部が弾性部材を有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好なシール性能をもつ回転式バルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体移送用の通路が形成された回転子と、この回転子を回動可能に収容するケーシングとからなり、前記回転子の回動移動により、ケーシングに形成された複数のポートが前記通路で連通される開き状態と、前記ポートが遮断される閉じ状態とに切替え自在に構成された回転式バルブが知られている。【０００３】
回転式バルブの回転子の回転にはケーシングとの間にポートシールの摺動抵抗が発生し、そのため、回転式バルブの切替えには回転子を回転させるには大きな駆動力が必要となり、これは回転式バルブ装置の大型化を招いていた。また、大きな駆動力を得るためには電力も多く消費することとなり、このような回転式バルブを車両に搭載した場合には燃費の悪化も懸念される。【０００４】
特許文献１の回転式バルブでは、回転子の回転中心に対し、ポートシール部の曲率半径の中心をオフセットさせることで、回転式バルブが閉じ状態から開き状態になる際は、回転子がケーシングに接触せずに回転するようにし摺動抵抗の低減を図っている。
また、特許文献２の回転式バルブでは、ケーシングの内周面あるいは回転式バルブの回動部材の外周面の少なくともいずれかの面に凹部を形成することで、ケーシングと回動部材との接触面積を減らして摺動抵抗の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１３８７３
【特許文献２】特開２００３−３４３７４６
【発明の概要】
【０００６】
特許文献１、２において、ポートシールの摺動抵抗を低減するよう工夫は施されているものの、特許文献１では、回転式バルブが開き状態から閉じ状態になる際には、回転子はポートシール部とケーシングとの間の摺動抵抗を受けながら回転する。また、特許文献２においても、回転式バルブの回動部材とケーシングとの摺動抵抗は半減程度になるものの、回転部材の回動時に一定の摺動抵抗が発生する。
【０００７】
一方、回転子とケーシングとの間の発生する摺動抵抗を減らすため、回転子とケーシングとの接触面を過度に少なくすると、回転子は小さな駆動力で回転できるようにはなるものの、回転子の駆動源のモータを停止した場合に、回転子が流体の作用を受けて回転し、回転式バルブの切替え時におけるシール状態が維持できないという不具合が存在する。
【０００８】
そこで、本発明は、小さな駆動力で回転子を回転させつつ、良好なシール性能をもつ回転式バルブ装置を得ることを目的とする。
【０００９】
本発明に係る回転式バルブ装置の第１の特徴構成は、流体通路を備えるケーシングと、前記ケーシングに回転自在に配設され、回転することにより前記流体通路を流れる流体の流通状態を制御する回転子と、前記回転子を回転させる駆動機構と、前記駆動機構からの回転力を前記回転子に伝達すると共に、前記駆動機構の回転の非駆動時において前記回転子の回転を禁止するロック機構と、を備えることにある。
【００１０】
この構成により、回転子は、駆動機構の駆動力でのみ回転し、駆動機構の回転の非駆動時においてはロック機構が機能し回転しない。したがって、駆動機構のモータを停止した場合であっても、回転子の位置は保持され、現在の流体の流通状態が維持されることとなる。これにより、モータを停止しても回転式バルブの流通状態の維持が可能となり、消費電力を大幅に低減することができる。
【００１１】
本発明に係る回転式バルブ装置の第２の特徴構成は、前記ロック機構は、前記駆動機構からの回転力の伝達経路上に設けられることにある。
【００１２】
この構成により、駆動機構からの回転力はロック機構が機能しない状態で回転子に伝達され、駆動機構の回転の非駆動時において回転子からの回転力にはロック機構が機能し回転子の回転を禁止する。このように回転子の回転が禁止されることで、駆動機構は回転子の回転力による負荷を受けない。その結果、回転式バルブ装置の耐久性を向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る回転式バルブ装置の第３の特徴構成は、前記ロック機構は、前記流体の流体圧が前記回転子に作用しても、前記回転子の回転を禁止することにある。
【００１４】
この構成により、駆動機構の回転の非駆動時において、回転子に流体の流体圧が作用しても、ロック機構が回転子の回転を禁止するので回転子は回転しない。したがって、駆動機構のモータを停止した場合であっても、流体の流体圧の影響を受けることなく回転子の位置が保持され、現在の流体の流通状態が確実に維持されることとなる。
【００１５】
本発明に係る回転式バルブ装置の第４の特徴構成は、前記流体通路は少なくとも第１の流体通路と第２の流体通路とを有し、前記回転子は回転することにより、前記流体が前記第１の流体通路と前記第２の流体通路とのどちらか一方に流れるように制御することにある。
【００１６】
この構成により、回転子の回転で、第１の流体通路と第２の流体通路のいずれかの選択が可能になり、回転式バルブの流体通路の制御が簡単になる。
【００１７】
本発明に係る回転式バルブ装置の第５の特徴構成は、前記流体通路は、第１の流通口と、第２の流通口と、第３の流通口とを有し、前記第１の流体通路は、前記第１の流通口と、前記第３の流通口と、前記第１の流通口と前記第３の流通口とを連通する第１の連絡路からなり、前記第２の流体通路は、前記第２の流通口と、前記第３の流通口と、前記第２の流通口と前記第３の流通口とを連通する第２の連絡路からなることにある。
【００１８】
この構成により、３つの流通口を有する回転式バルブにおいて、第１の流通口と第３の流通口とを連通させる第１の流体通路と、第２の流通口と第３の流通口とを連通させる第２の流体通路のいずれかの選択が可能になり、第１の流体通路、または、第２の流体通路への切替えを確実にすることができる。
【００１９】
本発明に係る回転式バルブ装置の第６の特徴構成は、前記ケーシングは、前記回転子を収容する収容空間を有し、前記収容空間は、前記回転子の回転軸と同軸の円環状の内周壁に囲まれ、前記内周壁は、前記収容空間に突出するとともに前記回転軸を挟んで対向する第１の突出部及び第２の突出部を有し、前記第１の突出部及び前記第２の突出部は、前記回転軸に垂直な断面において先端部が前記回転軸と同軸の円弧状を呈することにある。
【００２０】
この構成により、回転子が周方向時計回りまたは反時計回りに回転すると、回転子がケーシングの内周壁の第１の突出部及び第２の突出部と当接し、それ以上回転子は回転できなくなる。
つまり、第１の突出部及び第２の突出部はストッパの役割をなし、その位置で回転子は停止状態となって、回転子が前記内周壁の第１の突出部及び第２の突出部に当接した位置で回転式バルブが第１の流体通路か、第２の流体通路のいずれかに切替えられるよう設定することができる。
また、第１の突出部及び第２の突出部は、回転軸に垂直な断面において先端部が回転軸と同軸の円弧状を呈することにより、回転子とケーシングの突出部の間に適度のクリアランスを発生し、回転子を前記突出部に当接するまでは前記突出部１及び２と回転子に接触しない状態で回転させることができる。
【００２１】
本発明に係る回転式バルブ装置の第７の特徴構成は、前記回転子が回転して前記回転子と前記ケーシングとが当接することによりシール状態となるシール部と、前記ロック機構と前記回転子との間に前記回転子を前記シール状態に維持する付勢機構を備えてあることにある。
【００２２】
当該シール部により、回転式バルブ装置における回転子とケーシングのシール状態が維持されることとなり、流体が回転子とケーシングとの隙間を抜けて別の流体通路に流れてしまうといった危険性が小さくなる。
また、ロック機構と回転子との間に回転子をシール状態に維持する付勢機構を備えることで、シール部がケーシングに当接した際の反動で回転式バルブの回転軸が受ける衝撃を該付勢機構で受け止めることになる。そして、駆動機構の駆動力により回転子のシール部がケーシングをさらに押圧すると、駆動機構のモータトルクが付勢機構に蓄えられ、モータが停止しても、当該付勢機構が回転子をシール状態に維持するように働くことになり、回転式バルブにおける回転子とケーシングとのシール性が向上する
【００２３】
本発明に係る回転式バルブ装置の第８の特徴構成は、前記第１の突出部は、前記第１の突出部の周方向一側に第１の周方向端面と、前記第１の突出部の周方向他側に第２の周方向端面を有し、
前記第２の突出部は、前記第２の突出部の周方向一側に位置すると共に前記内周壁の周方向において前記第１の周方向端面と対向する第３の周方向端面と、前記第２の突出部の周方向他側に位置すると共に前記内周壁の周方向おいて前記第２の周方向端面と対向する第４の周方向端面を有し、
前記回転子は、前記回転軸を挟んで前記回転軸に垂直な方向の一側に配設される第１仕切部と前記回転軸に垂直な方向の他側に配設される第２仕切部を有し、
前記第１仕切部及び前記第２仕切部は、少なくとも前記回転軸の軸方向に延在する平板状を呈し、
前記第１仕切部は、その一方の面で少なくとも前記第１の突出部の前記第１の周方向端面と当接可能な第１当接部と、その他方の面で少なくとも前記第２の突出部の前記第３の周方向端面と当接可能な第２当接部を有し、
前記第２仕切部は、その一方の面で少なくとも前記第１の突出部の前記第１の周方向端面と当接可能な第３当接部と、その他方の面で少なくとも前記第２の突出部の前記第３の周方向端面と当接可能な第４当接部を有し、
前記回転子が一方に回転することによって、前記第１仕切部の前記第１当接部が前記第１の突出部の前記第１の周方向端面に当接し、前記第２仕切部の前記第４当接部が前記第２の突出部の前記第４の周方向端面に当接することにより、前記第１の流体通路と前記第２の流体通路との連通を遮断するシール状態となり、
前記回転子が他方に回転することによって、前記第１仕切部の前記第２当接部が前記第２の突出部の前記第３の周方向端面に当接し、前記第２仕切部の前記第３当接部が前記第１の突出部の前記第２の周方向端面に当接することにより、前記第１の流体通路と前記第２の流体通路との連通を遮断するシール状態となることにある。
【００２４】
この構成により、回転子が一方に回転することによって、第１仕切部の第１当接部が第１の突出部の第１の周方向端面に当接し、第２仕切部の第４当接部が第２の突出部の前記第４の周方向端面に当接することにより、第１の流体通路と第２の流体通路との連通を遮断するシール状態と、回転子が他方に回転することによって、第１仕切部の第２当接部が第２の突出部の第３の周方向端面に当接し、第２仕切部の第３当接部が第１の突出部の第２の周方向端面に当接することにより、第１の流体通路と第２の流体通路との連通を遮断するシール状態にすることができる。このため、第１の流体通路と第２の流体通路とのいずれかに確実に回転式バルブを切替えつつ、他の流体通路への流体の漏れを防ぐことができる。
【００２５】
本発明に係る回転式バルブ装置の第９の特徴構成は、前記ロック機構がウォームギアを有することにある。
【００２６】
この構成により、モータの駆動力で回転式バルブの回転軸を回転させることはできるが、逆に回転式バルブの回転軸が例えば外力によって回転しようとしてもモータ側のウォームが回転せず、このことにより、回転式バルブのシール状態において回転子の回転軸の位置が保持され、シール性の維持を確実にすることができる。
【００２７】
本発明に係る回転式バルブ装置の第１０の特徴構成は、前記付勢機構がばねを有することにある。
【００２８】
この構成により、回転式バルブ装置の前記付勢機構を容易に構成することができる。
【００２９】
本発明に係る回転式バルブ装置の第１１の特徴構成は、前記シール部が弾性部材を有することにある。
【００３０】
この構成により、回転子がケーシングに当接する際の衝撃を当該シール部の弾性で吸収することができる。また、回転式バルブのシール状態においても、当該弾性部材が変形して押圧されることでシール性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】は、本発明の回転式バルブ装置の全体図である。
【図２】は、回転式バルブの斜視図である。
【図３】は、バルブの付勢機構の作用図である。
【図４】は、回転式バルブの作用を示す断面側面図である。
【図５】は、バルブの付勢機構の作用図である。
【図６】は、回転式バルブの作用を示す断面側面図である。
【図７】は、モータトルクとモータ電流との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は回転式バルブ装置の全体図、図２はケーシングに回転子を収容した回転式バルブの斜視図、図３、図５はバルブの付勢機構の作用図、図４、図６は回転式バルブの作用を示す断面側面図、図７はモータトルクとモータ電流との関係を示すグラフである。
【実施例１】
【００３３】
本発明における回転式バルブ装置を構成する回転式バルブ１は、図２に示すように、流体通路を備えるケーシング３と、ケーシング３に回転自在に配設され、回転することにより流体通路を流れる流体の流通状態を制御する回転子４とを有する。
ケーシング３は、第１の流通口５、第２の流通口６、第３の流通口７の３つの流通口を有する。また、ケーシング３には流体通路が２つ設けられ、第１の流体通路８は、第１の流通口５と、第３の流通口７と、第１の流通口５と第３の流通口７と連通する第１の連絡路９とを有し、第２の流体通路１０は、第２の流通口６と、第３の流通口７と、第２の流通口６と第３の流通口７と連通する第２の連絡路１１とを有する。【００３４】
さらに、ケーシング３は、回転子４を収容する収容空間１２を有する。収容空間１２は、回転子４の回転軸１６と同軸の円環状の内周壁１３に囲まれている。内周壁１３は、収容空間１２に突出するとともに回転軸１６を挟んで対向する第１の突出部３Ａ及び第２の突出部３Ｂを有する。第１の突出部３Ａ及び第２の突出部３Ｂは、回転軸１６に垂直な断面において先端部が回転軸１６と同軸の円弧状を呈するよう構成されている。
ケーシング３の第１突出部３Ａは、第１の突出部３Ａの周方向一側に第１の周方向端面３１と、第１の突出部３Ａの周方向他側に第２の周方向端面３２を有している。第２の突出部３Ｂは、第２の突出部３Ｂの周方向一側に位置すると共に内周壁１３の周方向において第１の周方向端面３１と対向する第３の周方向端面３３と、第２の突出部３Ｂの周方向他側に位置すると共に内周壁１３の周方向おいて第２の周方向端面３２と対向する第４の周方向端面３４を有している。【００３５】
回転子４は、駆動機構１５より回転力が伝達される回転軸１６と、流体移送用の通路が形成された略筒状の回転子本体２と、当該回転子本体２に回転軸１６を挟んで回転軸１６に垂直な方向の一側に板状の第１仕切部４Ａと、回転軸１６に垂直な他側に配設される板状の第２仕切部４Ｂを有する。第１仕切部４Ａ及び第２仕切部４Ｂは、回転軸１６の軸方向及び径方向に延在する平板状を呈している。
また、回転子４の第１仕切部４Ａは、その一方の面で第１の突出部３Ａの第１の周方向端面３１と当接可能な第１当接部４１と、その他方の面で第２の突出部３Ｂの第３の周方向端面３３と当接可能な第２当接部４２を有する。回転子の第２仕切部４Ｂは、その一方の面で第１の突出部３Ａの第１の周方向端面３１と当接可能な第３当接部４３と、その他方の面で第２の突出部３Ｂの第３の周方向端面３３と当接可能な第４当接部４４を有している。【００３６】
回転子４の第１仕切部４Ａ及び第２仕切部４Ｂとケーシング３の第１突出部３Ａ及び第２突出部３Ｂが当接する部分に弾性部材からなるシール部１９が備えられている。本実施例においては、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂ側にシール部を設けたが、ケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂ側に設けてもよいし、仕切部４Ａ、４Ｂ、突出部３Ａ、３Ｂの両側に設けてあってもよい。【００３７】
回転子４を回転操作する駆動機構１５は、モータ２０と、モータ２０の駆動軸２１側に配置したウォームギア２２と、回転式バルブ１の回転軸２３側に配置したヘリカルギア（ウォームホイル）２４とを備えている。【００３８】
回転式バルブ１による流体通路の切替えは、駆動機構１５のモータ２０を回転させることにより行う。駆動機構１５の駆動力はウォームギア２２からヘリカルギア２４に伝達し駆動軸２１側の回転式バルブの回転軸２５を回転させ、弾性体２６を介して被駆動軸側の回転式バルブ１の回転軸２７により回転子４を回転させて、図４または図６に示すように回転式バルブ１の流体通路を切替える。
図４では、第１の流通口５と第３の流通口７とが連通する第１の流体通路８に流体が流れるよう回転式バルブ１が切替えられている。このときの回転式バルブ装置の動作について以下、説明する。【００３９】
図４に示すように、回転子４が時計回りに回転することによって、回転子４の第１仕切部４Ａの第１当接部４１がケーシング３の第１の突出部３Ａの第１の周方向端面３１に当接する。第２仕切部４Ｂの第４当接部４４が第２の突出部３Ｂの第４の周方向端面３４に当接することにより、第１の流通口５と第３の流通口７が連通する第１の流体通路８に流体が流れるよう回転式バルブ１が切替えられる。さらに、ケーシング３の突出部３Ａ，３Ｂの周方向端面３１、３４が回転子の仕切部４Ａ、４Ｂに備えられた弾性体からなるシール部１９に押付けられることで、第１の流体通路８と第２の流体通路１０との連通を遮断するシール状態となる。【００４０】
モータ２０の回転はモータ駆動軸２１から回転式バルブ１の回転軸２５，２７に伝達され回転子４が時計方向に回転することになる。しかし、逆に流体が回転子４に作用することにより回転子４が回転しようとしても、回転式バルブ１の回転軸２５側のヘリカルギア２４の回転がモータ駆動軸２１側のウォームギア２２を回転させることはできない。このため、回転子４の回転が禁止され回転子４はその位置で保持されて、シール状態が維持されることになる。
このウォームギア２２とヘリカルギア２４で、駆動機構１５による回転子４の回転を許可し、流体が回転子４に作用することにより回転子４が回転することを禁止するロック機構２８が構成される。【００４１】
ロック機構２８について詳述すると、ウォームギア２２が有するセルフロックを用い、駆動機構１５からの回転力を回転子４に伝達し、かつ、流体の流体圧が回転子４に作用しても回転子４及び駆動機構１５の回転を禁止している。換言すれば、駆動機構１５からの回転力は回転子４に伝達可能であると共に、回転子４からの回転力にはウォームギア２２のセルフロックが機能して駆動機構１５の回転を禁止し、その結果として、回転子４の回転が禁止される。なお、セルフロックとは、ウォームギア２２の歯を螺旋状に形成したウォームのねじり角を、ウォームギア２２とヘリカルギア２４とで滑りを伴わない角度（摩擦角）より小さく設定したものである。【００４２】
ロック機構２８は、回転子４と駆動機構１５との間の回転力の伝達経路上に設けられる。詳述すれば、ロック機構２８は、駆動機構１５のモータ駆動軸２１の長手方向一側に設けられたウォームギア２２と回転子４の回転軸２５の長手方向一側に設けられたヘリカルギア２４とで構成されるため、回転子４と駆動機構１５との間の伝達経路上に設けることができる。【００４３】
回転式バルブ１の回転軸２３には、モータ駆動軸２１と直接かみ合う駆動軸側の回転軸２５と、回転式バルブ１を直接回動させる被駆動軸側の回転軸２７との間に弾性体としてトーションスプリング２６が配置されている。
こうすることで、回転式バルブ１の流体連通路の切替えは、モータ２０の駆動力がウォームギア２２からヘリカルギア２４に伝達され、トーションスプリング２６を介して回転式バルブ１の回転軸２７で回転子４を回転させ、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂをケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂに当接させて行う。【００４４】
モータ２０の駆動力は、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシング３の突出部に当接するまでは、駆動軸側の回転軸２５から弾性体のトーションスプリング２６を介して被駆動軸側の回転軸２７に伝達される。しかし、回転子４の仕切部４Ａ，４Ｂがケーシングの突出部３Ａ、３Ｂに当接すると、被駆動軸側の回転軸２７はそれ以上回転できない。このため、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシングの突出部３Ａ、３Ｂに当接した後はモータの駆動力が駆動軸側の回転軸２５のみをトーションスプリング２６により時計方向（図３の矢印の方向）に回転させ回転式バルブの被駆動軸側の回転軸２７はその位置を保持することとなる。これにより、モータの駆動力がトーションスプリング２６に蓄積され、このトーションスプリング２６が回転子４をシール状態に維持する付勢機構として働くことになる。【００４５】
なお、ケーシング３と回転子４とは、回転子４の前記仕切部４Ａ、４Ｂがケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂと当接するとき以外は接触しないよう、ケーシング３と回転子本体２の外面の間には常に空隙が存在するように構成されている。
こうすることで、回転子４は、流体通路の切替え時に摺動抵抗を受けることなく回転できる。よって、その分必要なモータトルクは小さくてすむこととなり、小さなモータが利用できることとなる。【００４６】
図６では、第２の流通口６と第３の流通口７とが連通する第２の流体通路１０に流体が流れるよう回転式バルブ１が切替えられている。このときの回転式バルブ装置１の動作について以下、説明する。【００４７】
図６に示すように、回転子４が反時計周りに回転することによって、回転子４の第１仕切部４Ａの第２当接部４２がケーシング３の第２の突出部３Ｂの第３の周方向端面３３に当接する。併せて回転子４の第２仕切部４Ｂの第３当接部４３がケーシング３の第１の突出部３Ａの第２の周方向端面３２に当接する。これにより、第２の流通口６と第３の流通口７が連通する前記第２の流体通路１０に流体が流れるよう回転式バルブ１が切替えられる。さらに、ケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂの周方向端面３２、３３が回転子の仕切部４Ａ、４Ｂに備えられた弾性体からなるシール部１９に押付けられることで、第１の流体通路８と第２の流体通路１０との連通を遮断するシール状態となる。【００４８】
このとき、モータ２０の回転はモータ駆動軸２１から回転式バルブ１の回転軸２７に伝達され回転子４が反時計方向に回転する。しかし、流体が回転子４に作用することにより回転子４が回転しようとしても、ロック機構２８により、回転子４が回転することは禁止され、回転子４がその位置で保持されてシール状態が維持されることになる。【００４９】
モータ２０の駆動力は、回転子４の仕切部４Ａ，４Ｂがケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂに当接するまでは、駆動軸側の回転軸２５からトーションスプリング２６を介して被駆動軸側の回転軸２７に伝達される。しかし、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂに当接すると、被駆動軸側の回転軸２７はそれ以上回転できない。よって、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂに当接した後はモータ２０の駆動力が駆動軸側の回転軸２５のみをトーションスプリング２６により反時計方向（図５の矢印の方向）に回転させ、回転式バルブ１の被駆動軸側の回転軸２７はその位置を保持することとなる。これにより、モータの駆動力はトーションスプリング２６に蓄積され、このトーションスプリング２６が回転子４をシール状態に維持する付勢機構として働くことになる。【００５０】
また、このように回転式バルブ１を切替えるための駆動機構１５に備えたモータ２０のモータロックトルクは、回転式バルブ１が必要とするシール面圧のモータトルクより大きいモータトルクであることが好ましい。
そうすることで、回転式バルブ１が必要とするシール面圧のモータトルクを超えるモータロックトルクがトーションスプリング２６に蓄積され、トーションスプリング２６で回転子の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシングの突出部３Ａ、３Ｂに付勢し回転式バルブ１のシール性が向上するからである。【００５１】
回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシングの突出部３Ａ、３Ｂに当接するシール状態において、モータ２０が停止するとモータトルクがなくなり、回転式バルブ１の回転軸２３はケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂから離脱する周方向に回転しようとする。しかし、モータ駆動軸２１に設けられたロック機構２８のウォームギア２２によって、回転式バルブ１の回転軸２３の回転が阻止される。さらに、トーションスプリング２６に蓄積されたモータトルクが回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂをケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂの周方向端面に押付ける力として働き、回転式バルブ１のシール状態が維持されることとなる。【００５２】
モータトルクとモータ電流、シールに必要なモータトルクと、モータが実際に停止するモータロックトルクとの関係を図７のグラフに示す。つまり、図７に示すように、モータ電流とモータトルクは比例関係にあり、シールに必要なモータトルク以上のモータロックトルクが定まれば、このモータロックトルクに対応するモータロック電流を検出したときに、モータへの電流供給を停止するよう設定することができる。【００５３】
また、モータの駆動開始からシールに必要なモータトルク以上のモータロックトルクとなる時間を予め計測し、この所定時間経過時にモータがロックしたとみなして、モータへの電流供給を停止するように設定してもよい。こうすることで、モータ電流を計測する必要がなくなり、モータ制御がさらに容易になる。【００５４】
その他、モータにより駆動される軸の回転角度をポテンショメータ、ホールセンサ、マグネットピックアップ等により検出して所定角度を検出したときや、ブラシ等モータの温度を検知して所定温度を検知したときに、モータがロックしたとみなして、モータへの電流供給を停止するように設定してもよい。
【実施例２】
【００５５】
ウォームギアに代えて、モータ駆動軸にラチェット機構を採用することでロック機構を構成してもよい。なお、ラチェット機構は回転方向が一方向のみであるので、回転式バルブの回転軸を回動させるには他の動力伝達機構を併用する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の回転式バルブ装置は、気体や液体等の各種流体を流通させる配管等に使用することができ、例えば車両等の流体制御に用いることもできる。
【図１】
2010073898.tif 000003
【図２】
2010073898.tif 000004
【図３】
2010073898.tif 000005
【図４】
2010073898.tif 000006
【図５】
2010073898.tif 000007
【図６】
2010073898.tif 000008
【図７】
2010073898.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月16日(2010.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路を備えるケーシングと、
前記ケーシングに回転自在に配設され、回転することにより前記流体通路を流れる流体の流通状態を制御する回転子と、
前記回転子を回転させる駆動機構と、
前記駆動機構からの回転力を前記回転子に伝達すると共に、前記駆動機構の回転の非駆動時において前記回転子の回転を禁止するロック機構と、を備え、
前記ケーシングは、前記回転子を収容する収容空間を有し、
前記収容空間は、前記回転子の回転軸と同軸の円環状の内周壁に囲まれ、
前記内周壁は、前記収容空間に突出するとともに前記回転軸を挟んで対向する第１の突出部及び第２の突出部を有し、
前記第１の突出部及び前記第２の突出部は、前記回転軸に垂直な断面において先端部が前記回転軸と同軸の円弧状を呈する回転式バルブ装置。
【請求項２】
前記ロック機構は、前記駆動機構からの回転力の伝達経路上に設けられる請求項１記載の回転式バルブ装置。
【請求項３】
前記ロック機構は、前記流体の流体圧が前記回転子に作用しても、前記回転子の回転を禁止する請求項１または２に記載の回転式バルブ装置。
【請求項４】
前記流体通路は少なくとも第１の流体通路と第２の流体通路とを有し、
前記回転子は回転することにより、前記流体が前記第１の流体通路と前記第２の流体通路とのどちらか一方に流れるように制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【請求項５】
前記流体通路は、第１の流通口と、第２の流通口と、第３の流通口とを有し、
前記第１の流体通路は、前記第１の流通口と、前記第３の流通口と、前記第１の流通口と前記第３の流通口とを連通する第１の連絡路からなり、
前記第２の流体通路は、前記第２の流通口と、前記第３の流通口と、前記第２の流通口と前記第３の流通口とを連通する第２の連絡路からなる請求項４記載の回転式バルブ装置。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
前記回転子が回転して前記回転子と前記ケーシングとが当接することによりシール状態となるシール部と、
前記ロック機構と前記回転子との間に前記回転子を前記シール状態に維持する付勢機構を備えてある請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【請求項８】
前記第１の突出部は、前記第１の突出部の周方向一側に第１の周方向端面と、前記第１の突出部の周方向他側に第２の周方向端面を有し、
前記第２の突出部は、前記第２の突出部の周方向一側に位置すると共に前記内周壁の周方向において前記第１の周方向端面と対向する第３の周方向端面と、前記第２の突出部の周方向他側に位置すると共に前記内周壁の周方向おいて前記第２の周方向端面と対向する第４の周方向端面を有し、
前記回転子は、前記回転軸を挟んで前記回転軸に垂直な方向の一側に配設される第１仕切部と前記回転軸に垂直な方向の他側に配設される第２仕切部を有し、
前記第１仕切部及び前記第２仕切部は、少なくとも前記回転軸の軸方向に延在する平板状を呈し、
前記第１仕切部は、その一方の面で少なくとも前記第１の突出部の前記第１の周方向端面と当接可能な第１当接部と、その他方の面で少なくとも前記第２の突出部の前記第３の周方向端面と当接可能な第２当接部を有し、
前記第２仕切部は、その一方の面で少なくとも前記第１の突出部の前記第１の周方向端面と当接可能な第３当接部と、その他方の面で少なくとも前記第２の突出部の前記第３の周方向端面と当接可能な第４当接部を有し、
前記回転子が一方に回転することによって、前記第１仕切部の前記第１当接部が前記第１の突出部の前記第１の周方向端面に当接し、前記第２仕切部の前記第４当接部が前記第２の突出部の前記第４の周方向端面に当接することにより、前記第１の流体通路と前記第２の流体通路との連通を遮断するシール状態となり、
前記回転子が他方に回転することによって、前記第１仕切部の前記第２当接部が前記第２の突出部の前記第３の周方向端面に当接し、前記第２仕切部の前記第３当接部が前記第１の突出部の前記第２の周方向端面に当接することにより、前記第１の流体通路と前記第２の流体通路との連通を遮断するシール状態となる請求項１〜５及び７のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【請求項９】
前記ロック機構がウォームギアを有する請求項１〜５及び７〜８のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【請求項１０】
前記付勢機構がばねを有する請求項１〜５及び７〜９のいずれか一項に回転式バルブ装置。
【請求項１１】
前記シール部が弾性部材を有する請求項１〜５及び７〜１０のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月24日(2011.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路を備えるケーシングと、
前記ケーシングに回転自在に配設され、回転することにより前記流体通路を流れる流体の流通状態を制御する回転子と、
前記回転子を回転させる駆動機構と、
前記駆動機構からの回転力を前記回転子に伝達すると共に、前記駆動機構の回転の非駆動時において前記回転子の回転を禁止するロック機構と、を備え、
前記ケーシングは、前記回転子を収容する収容空間を有し、
前記収容空間は、前記回転子の回転軸と同軸の円環状の内周壁に囲まれ、
前記内周壁は、前記収容空間に突出するとともに前記回転軸を挟んで対向する第１の突出部及び第２の突出部を有し、
前記第１の突出部及び前記第２の突出部は、前記回転軸に垂直な断面において先端部が前記回転軸と同軸の円弧状を呈する回転式バルブ装置。
【請求項２】
前記ロック機構は、前記駆動機構からの回転力の伝達経路上に設けられる請求項１記載の回転式バルブ装置。
【請求項３】
前記ロック機構は、前記流体の流体圧が前記回転子に作用しても、前記回転子の回転を禁止する請求項１または２に記載の回転式バルブ装置。
【請求項４】
前記流体通路は少なくとも第１の流体通路と第２の流体通路とを有し、
前記回転子は回転することにより、前記流体が前記第１の流体通路と前記第２の流体通路とのどちらか一方に流れるように制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【請求項５】
前記流体通路は、第１の流通口と、第２の流通口と、第３の流通口とを有し、
前記第１の流体通路は、前記第１の流通口と、前記第３の流通口と、前記第１の流通口と前記第３の流通口とを連通する第１の連絡路からなり、
前記第２の流体通路は、前記第２の流通口と、前記第３の流通口と、前記第２の流通口と前記第３の流通口とを連通する第２の連絡路からなる請求項４記載の回転式バルブ装置。
【請求項６】
流体通路を備えるケーシングと、
前記ケーシングに回転自在に配設され、回転することにより前記流体通路を流れる流体の流通状態を制御する回転子と、
前記回転子を回転させる駆動機構と、
前記駆動機構からの回転力を前記回転子に伝達すると共に、前記駆動機構の回転の非駆動時において前記回転子の回転を禁止するロック機構と、を備え、
前記ケーシングは、前記回転子を収容する収容空間を有し、
前記収容空間は、前記回転子の回転軸と同軸の円環状の内周壁に囲まれ、
前記内周壁は、前記収容空間に突出するとともに前記回転軸を挟んで対向する第１の突出部及び第２の突出部を有し、
前記第１の突出部及び前記第２の突出部は、前記回転軸に垂直な断面において先端部が前記回転軸と同軸の円弧状を呈し、 
前記回転子が回転して前記回転子と前記ケーシングとが当接することによりシール状態となるシール部と、
前記ロック機構と前記回転子との間に前記回転子を前記シール状態に維持する付勢機構を備えてある回転式バルブ装置。
【請求項７】
前記第１の突出部は、前記第１の突出部の周方向一側に第１の周方向端面と、前記第１の突出部の周方向他側に第２の周方向端面を有し、
前記第２の突出部は、前記第２の突出部の周方向一側に位置すると共に前記内周壁の周方向において前記第１の周方向端面と対向する第３の周方向端面と、前記第２の突出部の周方向他側に位置すると共に前記内周壁の周方向おいて前記第２の周方向端面と対向する第４の周方向端面を有し、
前記回転子は、前記回転軸を挟んで前記回転軸に垂直な方向の一側に配設される第１仕切部と前記回転軸に垂直な方向の他側に配設される第２仕切部を有し、
前記第１仕切部及び前記第２仕切部は、少なくとも前記回転軸の軸方向に延在する平板状を呈し、
前記第１仕切部は、その一方の面で少なくとも前記第１の突出部の前記第１の周方向端面と当接可能な第１当接部と、その他方の面で少なくとも前記第２の突出部の前記第３の周方向端面と当接可能な第２当接部を有し、
前記第２仕切部は、その一方の面で少なくとも前記第１の突出部の前記第２の周方向端面と当接可能な第３当接部と、その他方の面で少なくとも前記第２の突出部の前記第４の周方向端面と当接可能な第４当接部を有し、
前記回転子が一方に回転することによって、前記第１仕切部の前記第１当接部が前記第１の突出部の前記第１の周方向端面に当接し、前記第２仕切部の前記第４当接部が前記第２の突出部の前記第４の周方向端面に当接することにより、前記第１の流体通路と前記第２の流体通路との連通を遮断するシール状態となり、
前記回転子が他方に回転することによって、前記第１仕切部の前記第２当接部が前記第２の突出部の前記第３の周方向端面に当接し、前記第２仕切部の前記第３当接部が前記第１の突出部の前記第２の周方向端面に当接することにより、前記第１の流体通路と前記第２の流体通路との連通を遮断するシール状態となる請求項４または５に記載の回転式バルブ装置。
【請求項８】
前記ロック機構がウォームギアを有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転式バルブ装置。
【請求項９】
前記付勢機構がばねを有する請求項６記載の回転式バルブ装置。
【請求項１０】
前記シール部が弾性部材を有する請求項６記載の回転式バルブ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好なシール性能をもつ回転式バルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体移送用の通路が形成された回転子と、この回転子を回動可能に収容するケーシングとからなり、前記回転子の回動移動により、ケーシングに形成された複数のポートが前記通路で連通される開き状態と、前記ポートが遮断される閉じ状態とに切替え自在に構成された回転式バルブが知られている。
【０００３】
回転式バルブの回転子の回転にはケーシングとの間にポートシールの摺動抵抗が発生し、そのため、回転式バルブの切替えには回転子を回転させるには大きな駆動力が必要となり、これは回転式バルブ装置の大型化を招いていた。また、大きな駆動力を得るためには電力も多く消費することとなり、このような回転式バルブを車両に搭載した場合には燃費の悪化も懸念される。
【０００４】
特許文献１の回転式バルブでは、回転子の回転中心に対し、ポートシール部の曲率半径の中心をオフセットさせることで、回転式バルブが閉じ状態から開き状態になる際は、回転子がケーシングに接触せずに回転するようにし摺動抵抗の低減を図っている。
また、特許文献２の回転式バルブでは、ケーシングの内周面あるいは回転式バルブの回動部材の外周面の少なくともいずれかの面に凹部を形成することで、ケーシングと回動部材との接触面積を減らして摺動抵抗の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１３８７３
【特許文献２】特開２００３−３４３７４６
【発明の概要】
【０００６】
特許文献１、２において、ポートシールの摺動抵抗を低減するよう工夫は施されているものの、特許文献１では、回転式バルブが開き状態から閉じ状態になる際には、回転子はポートシール部とケーシングとの間の摺動抵抗を受けながら回転する。また、特許文献２においても、回転式バルブの回動部材とケーシングとの摺動抵抗は半減程度になるものの、回転部材の回動時に一定の摺動抵抗が発生する。
【０００７】
一方、回転子とケーシングとの間の発生する摺動抵抗を減らすため、回転子とケーシングとの接触面を過度に少なくすると、回転子は小さな駆動力で回転できるようにはなるものの、回転子の駆動源のモータを停止した場合に、回転子が流体の作用を受けて回転し、回転式バルブの切替え時におけるシール状態が維持できないという不具合が存在する。
【０００８】
そこで、本発明は、小さな駆動力で回転子を回転させつつ、良好なシール性能をもつ回転式バルブ装置を得ることを目的とする。
【０００９】
本発明に係る回転式バルブ装置の第１の特徴構成は、流体通路を備えるケーシングと、前記ケーシングに回転自在に配設され、回転することにより前記流体通路を流れる流体の流通状態を制御する回転子と、前記回転子を回転させる駆動機構と、前記駆動機構からの回転力を前記回転子に伝達すると共に、前記駆動機構の回転の非駆動時において前記回転子の回転を禁止するロック機構と、を備え、前記ケーシングは、前記回転子を収容する収容空間を有し、前記収容空間は、前記回転子の回転軸と同軸の円環状の内周壁に囲まれ、前記内周壁は、前記収容空間に突出するとともに前記回転軸を挟んで対向する第１の突出部及び第２の突出部を有し、前記第１の突出部及び前記第２の突出部は、前記回転軸に垂直な断面において先端部が前記回転軸と同軸の円弧状を呈することにある。
【００１０】
この構成により、回転子は、駆動機構の駆動力でのみ回転し、駆動機構の回転の非駆動時においてはロック機構が機能し回転しない。したがって、駆動機構のモータを停止した場合であっても、回転子の位置は保持され、現在の流体の流通状態が維持されることとなる。これにより、モータを停止しても回転式バルブの流通状態の維持が可能となり、消費電力を大幅に低減することができる。
また、回転子が周方向時計回りまたは反時計回りに回転すると、回転子がケーシングの内周壁の第１の突出部及び第２の突出部と当接し、それ以上回転子は回転できなくなる。
つまり、第１の突出部及び第２の突出部はストッパの役割をなし、その位置で回転子は停止状態となって、回転子が前記内周壁の第１の突出部及び第２の突出部に当接した位置で回転式バルブが第１の流体通路か、第２の流体通路のいずれかに切替えられるよう設定することができる。
また、第１の突出部及び第２の突出部は、回転軸に垂直な断面において先端部が回転軸と同軸の円弧状を呈することにより、回転子とケーシングの突出部の間に適度のクリアランスを発生し、回転子を前記突出部に当接するまでは前記突出部１及び２と回転子に接触しない状態で回転させることができる。
【００１１】
本発明に係る回転式バルブ装置の第２の特徴構成は、前記ロック機構は、前記駆動機構からの回転力の伝達経路上に設けられることにある。
【００１２】
この構成により、駆動機構からの回転力はロック機構が機能しない状態で回転子に伝達され、駆動機構の回転の非駆動時において回転子からの回転力にはロック機構が機能し回転子の回転を禁止する。このように回転子の回転が禁止されることで、駆動機構は回転子の回転力による負荷を受けない。その結果、回転式バルブ装置の耐久性を向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る回転式バルブ装置の第３の特徴構成は、前記ロック機構は、前記流体の流体圧が前記回転子に作用しても、前記回転子の回転を禁止することにある。
【００１４】
この構成により、駆動機構の回転の非駆動時において、回転子に流体の流体圧が作用しても、ロック機構が回転子の回転を禁止するので回転子は回転しない。したがって、駆動機構のモータを停止した場合であっても、流体の流体圧の影響を受けることなく回転子の位置が保持され、現在の流体の流通状態が確実に維持されることとなる。
【００１５】
本発明に係る回転式バルブ装置の第４の特徴構成は、前記流体通路は少なくとも第１の流体通路と第２の流体通路とを有し、前記回転子は回転することにより、前記流体が前記第１の流体通路と前記第２の流体通路とのどちらか一方に流れるように制御することにある。
【００１６】
この構成により、回転子の回転で、第１の流体通路と第２の流体通路のいずれかの選択が可能になり、回転式バルブの流体通路の制御が簡単になる。
【００１７】
本発明に係る回転式バルブ装置の第５の特徴構成は、前記流体通路は、第１の流通口と、第２の流通口と、第３の流通口とを有し、前記第１の流体通路は、前記第１の流通口と、前記第３の流通口と、前記第１の流通口と前記第３の流通口とを連通する第１の連絡路からなり、前記第２の流体通路は、前記第２の流通口と、前記第３の流通口と、前記第２の流通口と前記第３の流通口とを連通する第２の連絡路からなることにある。
【００１８】
この構成により、３つの流通口を有する回転式バルブにおいて、第１の流通口と第３の流通口とを連通させる第１の流体通路と、第２の流通口と第３の流通口とを連通させる第２の流体通路のいずれかの選択が可能になり、第１の流体通路、または、第２の流体通路への切替えを確実にすることができる。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
本発明に係る回転式バルブ装置の第６の特徴構成は、流体通路を備えるケーシングと、前記ケーシングに回転自在に配設され、回転することにより前記流体通路を流れる流体の流通状態を制御する回転子と、前記回転子を回転させる駆動機構と、前記駆動機構からの回転力を前記回転子に伝達すると共に、前記駆動機構の回転の非駆動時において前記回転子の回転を禁止するロック機構と、を備え、前記ケーシングは、前記回転子を収容する収容空間を有し、前記収容空間は、前記回転子の回転軸と同軸の円環状の内周壁に囲まれ、前記内周壁は、前記収容空間に突出するとともに前記回転軸を挟んで対向する第１の突出部及び第２の突出部を有し、前記第１の突出部及び前記第２の突出部は、前記回転軸に垂直な断面において先端部が前記回転軸と同軸の円弧状を呈し、前記回転子が回転して前記回転子と前記ケーシングとが当接することによりシール状態となるシール部と、前記ロック機構と前記回転子との間に前記回転子を前記シール状態に維持する付勢機構を備えてあることにある。
【００２２】
当該シール部により、回転式バルブ装置における回転子とケーシングのシール状態が維持されることとなり、流体が回転子とケーシングとの隙間を抜けて別の流体通路に流れてしまうといった危険性が小さくなる。
また、ロック機構と回転子との間に回転子をシール状態に維持する付勢機構を備えることで、シール部がケーシングに当接した際の反動で回転式バルブの回転軸が受ける衝撃を該付勢機構で受け止めることになる。そして、駆動機構の駆動力により回転子のシール部がケーシングをさらに押圧すると、駆動機構のモータトルクが付勢機構に蓄えられ、モータが停止しても、当該付勢機構が回転子をシール状態に維持するように働くことになり、回転式バルブにおける回転子とケーシングとのシール性が向上する
【００２３】
本発明に係る回転式バルブ装置の第７の特徴構成は、前記第１の突出部は、前記第１の突出部の周方向一側に第１の周方向端面と、前記第１の突出部の周方向他側に第２の周方向端面を有し、
前記第２の突出部は、前記第２の突出部の周方向一側に位置すると共に前記内周壁の周方向において前記第１の周方向端面と対向する第３の周方向端面と、前記第２の突出部の周方向他側に位置すると共に前記内周壁の周方向おいて前記第２の周方向端面と対向する第４の周方向端面を有し、
前記回転子は、前記回転軸を挟んで前記回転軸に垂直な方向の一側に配設される第１仕切部と前記回転軸に垂直な方向の他側に配設される第２仕切部を有し、
前記第１仕切部及び前記第２仕切部は、少なくとも前記回転軸の軸方向に延在する平板状を呈し、
前記第１仕切部は、その一方の面で少なくとも前記第１の突出部の前記第１の周方向端面と当接可能な第１当接部と、その他方の面で少なくとも前記第２の突出部の前記第３の周方向端面と当接可能な第２当接部を有し、
前記第２仕切部は、その一方の面で少なくとも前記第１の突出部の前記第２の周方向端面と当接可能な第３当接部と、その他方の面で少なくとも前記第２の突出部の前記第４の周方向端面と当接可能な第４当接部を有し、
前記回転子が一方に回転することによって、前記第１仕切部の前記第１当接部が前記第１の突出部の前記第１の周方向端面に当接し、前記第２仕切部の前記第４当接部が前記第２の突出部の前記第４の周方向端面に当接することにより、前記第１の流体通路と前記第２の流体通路との連通を遮断するシール状態となり、
前記回転子が他方に回転することによって、前記第１仕切部の前記第２当接部が前記第２の突出部の前記第３の周方向端面に当接し、前記第２仕切部の前記第３当接部が前記第１の突出部の前記第２の周方向端面に当接することにより、前記第１の流体通路と前記第２の流体通路との連通を遮断するシール状態となることにある。
【００２４】
この構成により、回転子が一方に回転することによって、第１仕切部の第１当接部が第１の突出部の第１の周方向端面に当接し、第２仕切部の第４当接部が第２の突出部の前記第４の周方向端面に当接することにより、第１の流体通路と第２の流体通路との連通を遮断するシール状態と、回転子が他方に回転することによって、第１仕切部の第２当接部が第２の突出部の第３の周方向端面に当接し、第２仕切部の第３当接部が第１の突出部の第２の周方向端面に当接することにより、第１の流体通路と第２の流体通路との連通を遮断するシール状態にすることができる。このため、第１の流体通路と第２の流体通路とのいずれかに確実に回転式バルブを切替えつつ、他の流体通路への流体の漏れを防ぐことができる。
【００２５】
本発明に係る回転式バルブ装置の第８の特徴構成は、前記ロック機構がウォームギアを有することにある。
【００２６】
この構成により、モータの駆動力で回転式バルブの回転軸を回転させることはできるが、逆に回転式バルブの回転軸が例えば外力によって回転しようとしてもモータ側のウォームが回転せず、このことにより、回転式バルブのシール状態において回転子の回転軸の位置が保持され、シール性の維持を確実にすることができる。
【００２７】
本発明に係る回転式バルブ装置の第９の特徴構成は、前記付勢機構がばねを有することにある。
【００２８】
この構成により、回転式バルブ装置の前記付勢機構を容易に構成することができる。
【００２９】
本発明に係る回転式バルブ装置の第１０の特徴構成は、前記シール部が弾性部材を有することにある。
【００３０】
この構成により、回転子がケーシングに当接する際の衝撃を当該シール部の弾性で吸収することができる。また、回転式バルブのシール状態においても、当該弾性部材が変形して押圧されることでシール性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】は、本発明の回転式バルブ装置の全体図である。
【図２】は、回転式バルブの斜視図である。
【図３】は、バルブの付勢機構の作用図である。
【図４】は、回転式バルブの作用を示す断面側面図である。
【図５】は、バルブの付勢機構の作用図である。
【図６】は、回転式バルブの作用を示す断面側面図である。
【図７】は、モータトルクとモータ電流との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は回転式バルブ装置の全体図、図２はケーシングに回転子を収容した回転式バルブの斜視図、図３、図５はバルブの付勢機構の作用図、図４、図６は回転式バルブの作用を示す断面側面図、図７はモータトルクとモータ電流との関係を示すグラフである。
【実施例１】
【００３３】
本発明における回転式バルブ装置を構成する回転式バルブ１は、図２に示すように、流体通路を備えるケーシング３と、ケーシング３に回転自在に配設され、回転することにより流体通路を流れる流体の流通状態を制御する回転子４とを有する。
ケーシング３は、第１の流通口５、第２の流通口６、第３の流通口７の３つの流通口を有する。また、ケーシング３には流体通路が２つ設けられ、第１の流体通路８は、第１の流通口５と、第３の流通口７と、第１の流通口５と第３の流通口７と連通する第１の連絡路９とを有し、第２の流体通路１０は、第２の流通口６と、第３の流通口７と、第２の流通口６と第３の流通口７と連通する第２の連絡路１１とを有する。
【００３４】
さらに、ケーシング３は、回転子４を収容する収容空間１２を有する。収容空間１２は、回転子４の回転軸１６と同軸の円環状の内周壁１３に囲まれている。内周壁１３は、収容空間１２に突出するとともに回転軸１６を挟んで対向する第１の突出部３Ａ及び第２の突出部３Ｂを有する。第１の突出部３Ａ及び第２の突出部３Ｂは、回転軸１６に垂直な断面において先端部が回転軸１６と同軸の円弧状を呈するよう構成されている。
ケーシング３の第１突出部３Ａは、第１の突出部３Ａの周方向一側に第１の周方向端面３１と、第１の突出部３Ａの周方向他側に第２の周方向端面３２を有している。第２の突出部３Ｂは、第２の突出部３Ｂの周方向一側に位置すると共に内周壁１３の周方向において第１の周方向端面３１と対向する第３の周方向端面３３と、第２の突出部３Ｂの周方向他側に位置すると共に内周壁１３の周方向おいて第２の周方向端面３２と対向する第４の周方向端面３４を有している。
【００３５】
回転子４は、駆動機構１５より回転力が伝達される回転軸１６と、流体移送用の通路が形成された略筒状の回転子本体２と、当該回転子本体２に回転軸１６を挟んで回転軸１６に垂直な方向の一側に板状の第１仕切部４Ａと、回転軸１６に垂直な他側に配設される板状の第２仕切部４Ｂを有する。第１仕切部４Ａ及び第２仕切部４Ｂは、回転軸１６の軸方向及び径方向に延在する平板状を呈している。
また、回転子４の第１仕切部４Ａは、その一方の面で第１の突出部３Ａの第１の周方向端面３１と当接可能な第１当接部４１と、その他方の面で第２の突出部３Ｂの第３の周方向端面３３と当接可能な第２当接部４２を有する。回転子の第２仕切部４Ｂは、その一方の面で第１の突出部３Ａの第２の周方向端面３２と当接可能な第３当接部４３と、その他方の面で第２の突出部３Ｂの第４の周方向端面３４と当接可能な第４当接部４４を有している。
【００３６】
回転子４の第１仕切部４Ａ及び第２仕切部４Ｂとケーシング３の第１突出部３Ａ及び第２突出部３Ｂが当接する部分に弾性部材からなるシール部１９が備えられている。本実施例においては、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂ側にシール部を設けたが、ケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂ側に設けてもよいし、仕切部４Ａ、４Ｂ、突出部３Ａ、３Ｂの両側に設けてあってもよい。
【００３７】
回転子４を回転操作する駆動機構１５は、モータ２０と、モータ２０の駆動軸２１側に配置したウォームギア２２と、回転式バルブ１の回転軸２３側に配置したヘリカルギア（ウォームホイル）２４とを備えている。
【００３８】
回転式バルブ１による流体通路の切替えは、駆動機構１５のモータ２０を回転させることにより行う。駆動機構１５の駆動力はウォームギア２２からヘリカルギア２４に伝達し駆動軸２１側の回転式バルブの回転軸２５を回転させ、弾性体２６を介して被駆動軸側の回転式バルブ１の回転軸２７により回転子４を回転させて、図４または図６に示すように回転式バルブ１の流体通路を切替える。
図４では、第１の流通口５と第３の流通口７とが連通する第１の流体通路８に流体が流れるよう回転式バルブ１が切替えられている。このときの回転式バルブ装置の動作について以下、説明する。
【００３９】
図４に示すように、回転子４が時計回りに回転することによって、回転子４の第１仕切部４Ａの第１当接部４１がケーシング３の第１の突出部３Ａの第１の周方向端面３１に当接する。第２仕切部４Ｂの第４当接部４４が第２の突出部３Ｂの第４の周方向端面３４に当接することにより、第１の流通口５と第３の流通口７が連通する第１の流体通路８に流体が流れるよう回転式バルブ１が切替えられる。さらに、ケーシング３の突出部３Ａ，３Ｂの周方向端面３１、３４が回転子の仕切部４Ａ、４Ｂに備えられた弾性体からなるシール部１９に押付けられることで、第１の流体通路８と第２の流体通路１０との連通を遮断するシール状態となる。
【００４０】
モータ２０の回転はモータ駆動軸２１から回転式バルブ１の回転軸２５，２７に伝達され回転子４が時計方向に回転することになる。しかし、逆に流体が回転子４に作用することにより回転子４が回転しようとしても、回転式バルブ１の回転軸２５側のヘリカルギア２４の回転がモータ駆動軸２１側のウォームギア２２を回転させることはできない。このため、回転子４の回転が禁止され回転子４はその位置で保持されて、シール状態が維持されることになる。
このウォームギア２２とヘリカルギア２４で、駆動機構１５による回転子４の回転を許可し、流体が回転子４に作用することにより回転子４が回転することを禁止するロック機構２８が構成される。
【００４１】
ロック機構２８について詳述すると、ウォームギア２２が有するセルフロックを用い、駆動機構１５からの回転力を回転子４に伝達し、かつ、流体の流体圧が回転子４に作用しても回転子４及び駆動機構１５の回転を禁止している。換言すれば、駆動機構１５からの回転力は回転子４に伝達可能であると共に、回転子４からの回転力にはウォームギア２２のセルフロックが機能して駆動機構１５の回転を禁止し、その結果として、回転子４の回転が禁止される。なお、セルフロックとは、ウォームギア２２の歯を螺旋状に形成したウォームのねじり角を、ウォームギア２２とヘリカルギア２４とで滑りを伴わない角度（摩擦角）より小さく設定したものである。
【００４２】
ロック機構２８は、回転子４と駆動機構１５との間の回転力の伝達経路上に設けられる。詳述すれば、ロック機構２８は、駆動機構１５のモータ駆動軸２１の長手方向一側に設けられたウォームギア２２と回転子４の回転軸２５の長手方向一側に設けられたヘリカルギア２４とで構成されるため、回転子４と駆動機構１５との間の伝達経路上に設けることができる。
【００４３】
回転式バルブ１の回転軸２３には、モータ駆動軸２１と直接かみ合う駆動軸側の回転軸２５と、回転式バルブ１を直接回動させる被駆動軸側の回転軸２７との間に弾性体としてトーションスプリング２６が配置されている。
こうすることで、回転式バルブ１の流体連通路の切替えは、モータ２０の駆動力がウォームギア２２からヘリカルギア２４に伝達され、トーションスプリング２６を介して回転式バルブ１の回転軸２７で回転子４を回転させ、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂをケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂに当接させて行う。
【００４４】
モータ２０の駆動力は、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシング３の突出部に当接するまでは、駆動軸側の回転軸２５から弾性体のトーションスプリング２６を介して被駆動軸側の回転軸２７に伝達される。しかし、回転子４の仕切部４Ａ，４Ｂがケーシングの突出部３Ａ、３Ｂに当接すると、被駆動軸側の回転軸２７はそれ以上回転できない。このため、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシングの突出部３Ａ、３Ｂに当接した後はモータの駆動力が駆動軸側の回転軸２５のみをトーションスプリング２６により時計方向（図３の矢印の方向）に回転させ回転式バルブの被駆動軸側の回転軸２７はその位置を保持することとなる。これにより、モータの駆動力がトーションスプリング２６に蓄積され、このトーションスプリング２６が回転子４をシール状態に維持する付勢機構として働くことになる。
【００４５】
なお、ケーシング３と回転子４とは、回転子４の前記仕切部４Ａ、４Ｂがケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂと当接するとき以外は接触しないよう、ケーシング３と回転子本体２の外面の間には常に空隙が存在するように構成されている。
こうすることで、回転子４は、流体通路の切替え時に摺動抵抗を受けることなく回転できる。よって、その分必要なモータトルクは小さくてすむこととなり、小さなモータが利用できることとなる。
【００４６】
図６では、第２の流通口６と第３の流通口７とが連通する第２の流体通路１０に流体が流れるよう回転式バルブ１が切替えられている。このときの回転式バルブ装置１の動作について以下、説明する。
【００４７】
図６に示すように、回転子４が反時計周りに回転することによって、回転子４の第１仕切部４Ａの第２当接部４２がケーシング３の第２の突出部３Ｂの第３の周方向端面３３に当接する。併せて回転子４の第２仕切部４Ｂの第３当接部４３がケーシング３の第１の突出部３Ａの第２の周方向端面３２に当接する。これにより、第２の流通口６と第３の流通口７が連通する前記第２の流体通路１０に流体が流れるよう回転式バルブ１が切替えられる。さらに、ケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂの周方向端面３２、３３が回転子の仕切部４Ａ、４Ｂに備えられた弾性体からなるシール部１９に押付けられることで、第１の流体通路８と第２の流体通路１０との連通を遮断するシール状態となる。
【００４８】
このとき、モータ２０の回転はモータ駆動軸２１から回転式バルブ１の回転軸２７に伝達され回転子４が反時計方向に回転する。しかし、流体が回転子４に作用することにより回転子４が回転しようとしても、ロック機構２８により、回転子４が回転することは禁止され、回転子４がその位置で保持されてシール状態が維持されることになる。
【００４９】
モータ２０の駆動力は、回転子４の仕切部４Ａ，４Ｂがケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂに当接するまでは、駆動軸側の回転軸２５からトーションスプリング２６を介して被駆動軸側の回転軸２７に伝達される。しかし、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂに当接すると、被駆動軸側の回転軸２７はそれ以上回転できない。よって、回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂに当接した後はモータ２０の駆動力が駆動軸側の回転軸２５のみをトーションスプリング２６により反時計方向（図５の矢印の方向）に回転させ、回転式バルブ１の被駆動軸側の回転軸２７はその位置を保持することとなる。これにより、モータの駆動力はトーションスプリング２６に蓄積され、このトーションスプリング２６が回転子４をシール状態に維持する付勢機構として働くことになる。
【００５０】
また、このように回転式バルブ１を切替えるための駆動機構１５に備えたモータ２０のモータロックトルクは、回転式バルブ１が必要とするシール面圧のモータトルクより大きいモータトルクであることが好ましい。
そうすることで、回転式バルブ１が必要とするシール面圧のモータトルクを超えるモータロックトルクがトーションスプリング２６に蓄積され、トーションスプリング２６で回転子の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシングの突出部３Ａ、３Ｂに付勢し回転式バルブ１のシール性が向上するからである。
【００５１】
回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂがケーシングの突出部３Ａ、３Ｂに当接するシール状態において、モータ２０が停止するとモータトルクがなくなり、回転式バルブ１の回転軸２３はケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂから離脱する周方向に回転しようとする。しかし、モータ駆動軸２１に設けられたロック機構２８のウォームギア２２によって、回転式バルブ１の回転軸２３の回転が阻止される。さらに、トーションスプリング２６に蓄積されたモータトルクが回転子４の仕切部４Ａ、４Ｂをケーシング３の突出部３Ａ、３Ｂの周方向端面に押付ける力として働き、回転式バルブ１のシール状態が維持されることとなる。
【００５２】
モータトルクとモータ電流、シールに必要なモータトルクと、モータが実際に停止するモータロックトルクとの関係を図７のグラフに示す。つまり、図７に示すように、モータ電流とモータトルクは比例関係にあり、シールに必要なモータトルク以上のモータロックトルクが定まれば、このモータロックトルクに対応するモータロック電流を検出したときに、モータへの電流供給を停止するよう設定することができる。
【００５３】
また、モータの駆動開始からシールに必要なモータトルク以上のモータロックトルクとなる時間を予め計測し、この所定時間経過時にモータがロックしたとみなして、モータへの電流供給を停止するように設定してもよい。こうすることで、モータ電流を計測する必要がなくなり、モータ制御がさらに容易になる。
【００５４】
その他、モータにより駆動される軸の回転角度をポテンショメータ、ホールセンサ、マグネットピックアップ等により検出して所定角度を検出したときや、ブラシ等モータの温度を検知して所定温度を検知したときに、モータがロックしたとみなして、モータへの電流供給を停止するように設定してもよい。
【実施例２】
【００５５】
ウォームギアに代えて、モータ駆動軸にラチェット機構を採用することでロック機構を構成してもよい。なお、ラチェット機構は回転方向が一方向のみであるので、回転式バルブの回転軸を回動させるには他の動力伝達機構を併用する必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の回転式バルブ装置は、気体や液体等の各種流体を流通させる配管等に使用することができ、例えば車両等の流体制御に用いることもできる。
【国際調査報告】
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