(57)【要約】【課題】バルブシートの摩耗及びこれに起因する流体の漏れを防止することができる耐久性の高いバルブ装置及びバルブシートを得る。【解決手段】ボール面とボール開口を有するボールバルブと、シート面とシート開口を有するバルブシートと、を有し、前記ボール面と前記シート面が対向した状態で前記ボール開口と前記シート開口が連通することで流体の流れが許容されるバルブ装置であって、前記シート面は、前記ボール面と対向する基準凹シート面と、前記基準凹シート面から前記ボール面に向かって突出するとともに隣接するリップ面の間に前記流体を貯留可能な複数のリップ面と、を有することを特徴とするバルブ装置。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボール面とボール開口を有するボールバルブと、
シート面とシート開口を有するバルブシートと、
を有し、
前記ボール面と前記シート面が対向した状態で前記ボール開口と前記シート開口が連通することで流体の流れが許容されるバルブ装置であって、
前記シート面は、
前記ボール面と対向する基準凹シート面と、
前記基準凹シート面から前記ボール面に向かって突出するとともに隣接するリップ面の間に前記流体を貯留可能な複数のリップ面と、
を有することを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
前記基準凹シート面の曲率半径は、前記ボール面の曲率半径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記複数のリップ面は、互いに異なる曲率半径を有し、且つ／又は、互いに異なる突出量で前記ボール面に向かって突出する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバルブ装置。
【請求項４】
前記複数のリップ面は、前記ボール開口と前記シート開口の連通軸から離れるのに連れて、前記曲率半径及び／又は前記突出量を大きくする、
ことを特徴とする請求項３に記載のバルブ装置。
【請求項５】
前記複数のリップ面は、前記連通軸から離れるのに連れて、前記曲率半径及び前記突出量を大きくする３つのリップ面から構成される、
ことを特徴とする請求項４に記載のバルブ装置。
【請求項６】
前記複数のリップ面は、前記ボール開口と前記シート開口の連通軸から離れるのに連れて、略等間隔に配置される、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のバルブ装置。
【請求項７】
前記複数のリップ面は、前記ボール開口と前記シート開口の連通軸に沿って見たとき、前記連通軸を中心とする同心環状に連続又は不連続に設けられる、
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のバルブ装置。
【請求項８】
シート面とシート開口を有し、ボールバルブのボール面と前記シート面が対向した状態で、前記ボールバルブのボール開口と前記シート開口が連通することで、流体の流れが許容されるバルブシートであって、
前記シート面は、
前記ボール面と対向する基準凹シート面と、
前記基準凹シート面から前記ボール面に向かって突出するとともに隣接するリップ面の間に前記流体を貯留可能な複数のリップ面と、
を有することを特徴とするバルブシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ装置及びバルブシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、自動車のエンジン冷却液（ラジエータ液）などの流体の流量制御あるいは分配制御を実行するためのボールバルブを使用したバルブ装置が開示されている。このバルブ装置では、ボールバルブにおける凸形球面形状のボール面に、バルブシートにおける凹形球面形状のシート面を押し付けて、ボールバルブを回動操作することで、ボールバルブのバルブ開口とバルブシートのシート開口の連通と非連通を切り替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−５３４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１を含む従来のバルブ装置は、長期間に亘って使用されたときに、ボールバルブのボール面とバルブシートのシート面が圧接された状態で摺動を繰り返すので、バルブシートのシート面が摩耗して、閉弁時にもかかわらず流体が漏れるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、バルブシートの摩耗及びこれに起因する流体の漏れを防止することができる耐久性の高いバルブ装置及びバルブシートを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態のバルブ装置は、ボール面とボール開口を有するボールバルブと、シート面とシート開口を有するバルブシートと、を有し、前記ボール面と前記シート面が対向した状態で前記ボール開口と前記シート開口が連通することで流体の流れが許容されるバルブ装置であって、前記シート面は、前記ボール面と対向する基準凹シート面と、前記基準凹シート面から前記ボール面に向かって突出するとともに隣接するリップ面の間に前記流体を貯留可能な複数のリップ面と、を有することを特徴としている。
【０００７】
前記基準凹シート面の曲率半径は、前記ボール面の曲率半径よりも大きくすることができる。
【０００８】
前記複数のリップ面は、互いに異なる曲率半径を有し、且つ／又は、互いに異なる突出量で前記ボール面に向かって突出することができる。
【０００９】
前記複数のリップ面は、前記ボール開口と前記シート開口の連通軸から離れるのに連れて、前記曲率半径及び／又は前記突出量を大きくすることができる。
【００１０】
前記複数のリップ面は、前記連通軸から離れるのに連れて、前記曲率半径及び前記突出量を大きくする３つのリップ面から構成することができる。
【００１１】
前記複数のリップ面は、前記ボール開口と前記シート開口の連通軸から離れるのに連れて、略等間隔に配置することができる。
【００１２】
前記複数のリップ面は、前記ボール開口と前記シート開口の連通軸に沿って見たとき、前記連通軸を中心とする同心環状に連続又は不連続に設けることができる。
【００１３】
本実施形態のバルブシートは、シート面とシート開口を有し、ボールバルブのボール面と前記シート面が対向した状態で、前記ボールバルブのボール開口と前記シート開口が連通することで、流体の流れが許容されるバルブシートであって、前記シート面は、前記ボール面と対向する基準凹シート面と、前記基準凹シート面から前記ボール面に向かって突出するとともに隣接するリップ面の間に前記流体を貯留可能な複数のリップ面と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、バルブシートの摩耗及びこれに起因する流体の漏れを防止することができる耐久性の高いバルブ装置及びバルブシートが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態によるバルブ装置の開弁状態を示す要部断面図である。
【図２】第１実施形態によるバルブ装置の閉弁状態を示す要部断面図である。
【図３】第１実施形態によるバルブシートのシート面の構造を示す要部断面図である。
【図４】第２実施形態によるバルブシートのシート面の構造を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
≪第１実施形態≫
図１〜図３を参照して、第１実施形態によるバルブ装置１及びバルブシート２０について詳細に説明する。バルブ装置１は、例えば、自動車に搭載されて、ロング・ライフ・クーラント（ＬＬＣ：Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）の流量制御あるいは分配制御を実行する。なお、バルブ装置１の適用対象には自由度があり、ＬＬＣ以外のあらゆる流体の流量制御あるいは分配制御に使用することが可能である。
【００１７】
バルブ装置１は、当該バルブ装置１の各構成要素を直接的又は間接的に支持するハウジング１０を有している。ハウジング１０は、ＬＬＣ（流体）が導かれるインレットと、バルブ装置１で流量制御あるいは分配制御されたＬＬＣが排出されるアウトレットとを有している。
【００１８】
ハウジング１０には、バルブシート２０が支持されている。バルブシート２０は、例えば、ＥＰＤＭ等のゴムやＰＴＦＥ等の樹脂を含んで形成したリング体から構成されるが、その材料には自由度がある。バルブシート２０は、中心部を貫通する円形のシート開口２１と、シート開口２１の周囲に位置する凹形球面形状のシート面２２とを有している。ハウジング１０は、バルブシート２０を支持する支持手段として、小径筒状部１１と、該小径筒状部１１から拡径する拡径部１２と、該拡径部１２に連続する大径筒状部１３とを有している。小径筒状部１１の外周面には、スプリング３０が支持されている。また、拡径部１２の上面かつ大径筒状部１３の内周面には、バルブシート２０が支持される。つまり、拡径部１２の上面は、バルブシート２０のシート面２２と反対側の面を支持し、大径筒状部１３は、バルブシート２０の外周面を拘束（位置規制）する。
【００１９】
バルブシート２０の直上にはボールバルブ４０が支持されている。図示は省略しているが、ボールバルブ４０は、当該ボールバルブ４０を回動自在に支持するシャフトと、当該シャフトを回動操作する電動アクチュエータとに連係されている。ボールバルブ４０は、例えば、熱可塑性樹脂等の樹脂を含んで形成したカップ体から構成されるが、その材料には自由度がある。ボールバルブ４０は、中心部を貫通する円筒状のボール開口４１と、バルブシート２０の凹形球面形状のシート面２２に対向する凸形球面形状のボール面４２とを有している。
【００２０】
ボールバルブ４０のボール面４２とバルブシート２０のシート面２２を対向させた状態で、シャフトとアクチュエータ（図示略）によりボールバルブ４０を回動させることで、ボールバルブ４０のボール開口４１とバルブシート２０のシート開口２１の連通と非連通を切り替えることができる。ボールバルブ４０のボール開口４１とバルブシート２０のシート開口２１が連通した開弁状態ではＬＬＣの流れが許容され（図１）、ボールバルブ４０のボール開口４１とバルブシート２０のシート開口２１が非連通の閉弁状態ではＬＬＣの流れが遮断される（図２）。また、ボール開口４１とシート開口２１が連通した開弁状態で、ボールバルブ４０を回動させることで、ボール開口４１とシート開口２１の連通の度合い（ＬＬＣの流量）を制御することができる。図１、図２では、ボール開口４１とシート開口２１の連通の度合い（ＬＬＣの流量）が最も大きくなる状態におけるボール開口４１とシート開口２１の共通の軸を連通軸５０として描いている。
【００２１】
バルブ装置１におけるＬＬＣの流れ方向は特に限定されないが、理解補助の一例として説明すると、ハウジング１０のインレットから供給されたＬＬＣがボールバルブ４０のボール開口４１の内側に供給される。そして、バルブ装置１が閉弁状態から開弁状態に切り替わると、ボール開口４１とシート開口２１を介してＬＬＣがハウジング１０のアウトレットに導かれる。
【００２２】
ボールバルブ４０のボール開口４１の開口径は、バルブシート２０のシート開口２１の開口径よりも大きく設定されている。しかし、ボール開口４１の開口径とシート開口２１の開口径が略同一であってもよいし、ボール開口４１の開口径がシート開口２１の開口径よりも小さく設定されていてもよい。
【００２３】
ところで、特許文献１を含む従来のバルブ装置は、長期間に亘って使用されたときに、ボールバルブのボール面とバルブシートのシート面が圧接された状態で摺動を繰り返すので、バルブシートのシート面が摩耗して、閉弁時にもかかわらず流体が漏れるおそれがあった。
【００２４】
本発明者は、上記問題を重要な技術課題として捉えて、バルブシート２０のシート面２２の構造に工夫を施すことにより、当該技術課題を解決することに成功した。
【００２５】
図３Ａはバルブシート２０のシート面２２の構造を示す要部断面図であり、図３Ｂは図３Ａにおいて丸で囲んだ部分の拡大図である。バルブシート２０のシート面２２は、ボールバルブ４０のボール面４２と対向する基準凹シート面２２Ａを有している。当該基準凹シート面２２Ａは、シート面２２の基準凹面を構成するものである。基準凹シート面２２Ａの曲率半径は、ボールバルブ４０のボール面４２の曲率半径よりも大きく設定されている。このため、シート開口２１とボール開口４１の連通軸５０を基準としたとき、連通軸５０に近い位置では基準凹シート面２２Ａとボール面４２が接触しているが、連通軸５０から遠い位置では、基準凹シート面２２Ａとボール面４２が非接触で両者の間にクリアランスが形成され、当該クリアランスにＬＬＣ（流体）を貯留することが可能になっている。
【００２６】
基準凹シート面２２Ａには、該基準凹シート面２２Ａからボール面４２に向かって突出する第１のリップ面２２Ｂ１と第２のリップ面２２Ｂ２と第３のリップ面２２Ｂ３が形成されている。第１のリップ面２２Ｂ１〜第３のリップ面２２Ｂ３は、シート開口２１とボール開口４１の連通軸５０に近い側から遠い側に向かって順に配置されている。
【００２７】
第１のリップ面２２Ｂ１〜第３のリップ面２２Ｂ３は、シート開口２１とボール開口４１の連通軸５０に沿って見たとき、当該連通軸５０を中心とする同心環状に連続又は不連続に設けられている。
【００２８】
第１のリップ面２２Ｂ１〜第３のリップ面２２Ｂ３は、シート開口２１とボール開口４１の連通軸５０から離れるのに連れて、略等間隔に配置されている。すなわち、連通軸５０と直交する方向（図中の左右方向）に沿って見たときに、第１のリップ面２２Ｂ１と第２のリップ面２２Ｂ２の間隔が略同一となり、且つ、第２のリップ面２２Ｂ２と第３のリップ面２２Ｂ３の間隔が略同一となっている。
【００２９】
第１のリップ面２２Ｂ１〜第３のリップ面２２Ｂ３は、シート開口２１とボール開口４１の連通軸５０から離れるのに連れて、曲率半径とボール面４２への突出量を大きくする。すなわち、第１のリップ面２２Ｂ１より第２のリップ面２２Ｂ２の方が、曲率半径とボール面４２への突出量が大きく、第２のリップ面２２Ｂ２より第３のリップ面２２Ｂ３の方が、曲率半径とボール面４２への突出量が大きい。
【００３０】
第１のリップ面２２Ｂ１〜第３のリップ面２２Ｂ３は、それぞれの先端部がボール面４２に接触（弾接）する。図３Ｂは、第１のリップ面２２Ｂ１〜第３のリップ面２２Ｂ３の自由状態を描いており、ボール面４２に接触（弾接）して圧縮（変形）する部分を破線で示している。第１のリップ面２２Ｂ１とボール面４２の接触量（弾接量）が最も小さく、第２のリップ面２２Ｂ２とボール面４２の接触量（弾接量）が２番目に小さく、第３のリップ面２２Ｂ３とボール面４２の接触量（弾接量）が最も大きくなっている。
【００３１】
バルブシート２０のシート面２２とボールバルブ４０のボール面４２の対向部分をミクロに観察すると、基準凹シート面２２Ａとボール面４２は殆ど接触しておらず（接触している部分があってもよい）、第１のリップ面２２Ｂ１〜第３のリップ面２２Ｂ３がボール面４２に接触（弾接）している。このようにボールバルブ４０のボール面４２との接触（弾接）部位を第１のリップ面２２Ｂ１〜第３のリップ面２２Ｂ３に分散させることにより、バルブシート２０のシート面２２の摩耗及びこれに起因するＬＬＣ（流体）の漏れを防止するとともに、長期間に亘る使用に耐えられる耐久性の高いバルブ装置１を実現することができる。
【００３２】
また、ボールバルブ４０を回動させることで、ボールバルブ４０のボール開口４１とバルブシート２０のシート開口２１の連通と非連通を切り替えた場合、隣接する第１のリップ面２２Ｂ１と第２のリップ面２２Ｂ２の間、及び、隣接する第２のリップ面２２Ｂ２と第３のリップ面２２Ｂ３の間に、ＬＬＣ（流体）が掻き込まれて貯留される。すると、ＬＬＣの浮き上がり（表面張力）効果により、ボールバルブ４０のボール面４２との接触（弾接）を維持しつつ、第１のリップ面２２Ｂ１〜第３のリップ面２２Ｂ３に加わる摩耗（フリクション）を効果的に削減して、優れた追従性・摺動性を実現することが可能になる。
【００３３】
≪第２実施形態≫
上記第１実施形態は第１のリップ面２２Ｂ１〜第３のリップ面２２Ｂ３の３つのリップ面を設けたものであるが、リップ面は複数あればよく種々の設計変更が可能である。図４Ａでは、第１のリップ面２２Ｃ１と第２のリップ面２２Ｃ２の２つのリップ面を設けた場合を例示している。第１のリップ面２２Ｃ１〜第２のリップ面２２Ｃ２は、シート開口２１とボール開口４１の連通軸５０から離れるのに連れて、曲率半径とボール面４２への突出量（接触量、弾接量）を大きくする。図４Ｂでは、第１のリップ面２２Ｄ１と第２のリップ面２２Ｄ２と第３のリップ面２２Ｄ３と第４のリップ面２２Ｄ４の４つのリップ面を設けた場合を例示している。第１のリップ面２２Ｄ１〜第４のリップ面２２Ｄ４は、シート開口２１とボール開口４１の連通軸５０から離れるのに連れて、曲率半径とボール面４２への突出量（接触量、弾接量）を大きくする。
【００３４】
≪第３実施形態≫
上記第１、第２実施形態では、複数のリップ面（第１のリップ面２２Ｂ１〜第３のリップ面２２Ｂ３、第１のリップ面２２Ｃ１〜第２のリップ面２２Ｃ２、第１のリップ面２２Ｄ１〜第４のリップ面２２Ｄ４）が曲率半径とボール面４２への突出量の双方を異ならせている。しかし、複数のリップ面は、曲率半径とボール面４２への突出量のいずれか一方だけを異ならせていてもよい。すなわち、複数のリップ面は、互いに異なる曲率半径を有し、且つ／又は、互いに異なる突出量でボール面４２に向かって突出していればよい。また、複数のリップ面の一部に、曲率半径とボール面４２への突出量が同一のものがあってもよい。さらに、複数のリップ面の一部に、シート開口２１とボール開口４１の連通軸５０から離れるのに連れて、曲率半径とボール面４２への突出量の少なくとも一方が小さくなる（又は同じ）ものがあってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のバルブ装置及びバルブシートは、例えば、自動車に搭載されて、ロング・ライフ・クーラント（ＬＬＣ：Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）の流量制御あるいは分配制御を実行するために使用して好適である。この場合、上述した本願発明の作用効果の他にも、早期暖機、燃焼改善、フリクション低減、冷却損失低減、燃費向上、エミッション向上等の利点が得られる。
【符号の説明】
【００３６】
１  バルブ装置
１０  ハウジング
１１  小径筒状部
１２  拡径部
１３  大径筒状部
２０  バルブシート
２１  シート開口
２２  シート面
２２Ａ  基準凹シート面
２２Ｂ１  第１のリップ面
２２Ｂ２  第２のリップ面
２２Ｂ３  第３のリップ面
２２Ｃ１  第１のリップ面
２２Ｃ２  第２のリップ面
２２Ｄ１  第１のリップ面
２２Ｄ２  第２のリップ面
２２Ｄ３  第３のリップ面
２２Ｄ４  第４のリップ面
３０  スプリング
４０  ボールバルブ
４１  ボール開口
４２  ボール面
５０  連通軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019108953.tif 000006