(57)【要約】【課題】弁部材を閉じた位置又は開いた位置に駆動するのに必要な電力消費を減少させ、弁部材が閉じた位置に駆動される場合に、ねじりばねにより生ずる最大トルクに打勝つのに充分なトルクを生じさせることにある。【解決手段】回転できる弁部材１２とモータ１４とを備えた弁１０において、モータ１４は、弁部材１２を閉じた位置又は開いた位置に向かい回転するようにする。モータ１４のスイッチを切ったときに弁部材１２を開いた位置又は閉じた位置に戻すのに適する弾性付勢手段１６を弁１０に設けてある。弁部材１２の閉じた位置及び開いた位置の間の回転運動の範囲にわたり弾性付勢手段１６が、弁部材１２にほぼ一定の付勢力を加えるようにする。【選択図】　図１
2004003643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転できる弁部材と、
閉じた位置又は開いた位置に向かい前記弁部材を回転させるのに適するモータと、
前記モータのスイッチを切ったときに、前記弁部材を開いた位置又は閉じた位置に戻すのに適する弾性付勢手段と、
を備えた弁において、
前記弁部材の前記閉じた位置と前記開いた位置との間の回転運動の範囲にわたり、前記弾性付勢手段が前記弁部材にほぼ一定の付勢力を加えるようにしたことを特徴とする弁。
【請求項２】
前記弾性付勢手段が、前もってカールさせたばねストリップを備え、前記ばねストリップの第１端部は、駆動軸に連結され、このばねストリップの中央部分は、支持部分に係合させられ、この支持部分のまわりにカールさせられることにより、第１の方向における前記駆動軸の回転が、前記支持部分のまわりの前記ばねストリップのカールを伸ばすようにした請求項１の弁。
【請求項３】
前記モータを、前記駆動軸に連結することにより、前記モータの作動によって第１方向における前記駆動軸の回転を生じさせるようにした請求項２の弁。
【請求項４】
前記駆動軸を、少なくとも１個のギヤにより前記モータに連結した請求項３の弁。
【請求項５】
前記駆動軸が、大体において円筒形であり、前記ばねストリップの平衡曲率半径より大きい半径を備えた請求項２の弁。
【請求項６】
前記駆動軸の角度位置の表示を生ずるのに適する回転感知装置を、前記駆動軸に設けた請求項２の弁。
【請求項７】
前記弾性付勢手段をばね鋼で作った請求項１の弁。
【請求項８】
前記モータが、前記弁部材を閉じた位置に向かい駆動するのに適し、前記弾性付勢手段が、前記弁部材を開いた位置に戻すのに適する請求項１の弁。
【請求項９】
さらにボール弁を備えた請求項１の弁。
【請求項１０】
前記弁が、自動車エンジンに使用する冷却剤流体弁である請求項１の弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、弁、ことにたとえば電動機により駆動さればねにより静止位置に戻される、ボール弁部材のような回転弁部材を持つ弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弁開閉のために弁部材が電動機により駆動され、この電動機を切ると前記弁部材がばねにより静止位置に戻される。公知のこのような弁ではばねは、電動機が弁部材をたとえば閉位置に向かって駆動する際に巻き締まるねじりばねである。すなわち電動機を切り従って電動機の拘束力が除かれ、ねじりばねは巻戻り弁部材をその静止位置に駆動して戻す。
【０００３】
この種の弁の欠点は、ばね巻き締まりの際に復原力が増大するばねの力に逆らって、弁部材を閉じた位置又は開いた位置に駆動するのに必要な電力消費が比較的高くなり、又弁部材が閉じた位置に駆動される場合の弁では、電動機がねじりばねにより生ずる最大トルクに打勝つのに十分なトルクを生ずることができないときに、弁部材の前後で漏れを生ずる恐れのあることである。
【０００４】
本発明では、回転できる弁部材と、この弁部材を閉じた位置又は開いた位置に向かい回動するようにしたモータとを備え、このモータをスイッチを切ったときに前記弁部材をそれぞれ開いた位置又は閉じた位置に戻すようにした弾性付勢手段を設けて成る弁を提供する。
【０００５】
前記弾性付勢手段は、閉じた位置及び開いた位置の間の前記弁部材の回動運動範囲にわたってこの弁部材にほぼ一定の付勢力を加えるようにしてある。
【０００６】
ねじりばねを持つ弁では弁ヘッドが閉じた位置になるまでねじりばねを巻締めるようにモータにより加えるトルクはたとえばばねが巻締まるに伴い増し、同様に弁ヘッドを開いた位置に駆動するトルクはばねが巻戻るに伴って減小する。弁ヘッドを駆動して開いた位置に戻すのに十分な動力を生ずるようにねじりばねは弁ヘッドが閉じた位置にあるときに比較的堅く巻かなければならない。このようにしてモータはばねが堅く巻かれるに伴いばねの抵抗に打勝つのに必要な力を加えるのに十分なだけ強力でなければならない。
【０００７】
一定の力の付勢手段を設けることにより、弁を閉じるのに次第に強く巻いたねじりばねの抵抗にモータが打勝つことができる必要がないから弁を動かすのに必要な動力が一層弱くなる。すなわち弁の作動に使うモータが一層小形で済む。又、モータは弁を閉じた位置に保持するのに比較的低いトルクを加えるだけでよいから、弁部材を閉じた位置に駆動するようなときに弁の前後の漏れのおそれも少なくなる。
【０００８】
弾性付勢手段は前もってカールしたばねストリップ（ｐｒｅ−ｃｕｒｌｅｄ　ｓｐｒｉｎｇ　ｓｔｒｉｐ）を備えるのがよい。このストリップの第１端部は駆動軸に連結され、このストリップの中央部分は支持部分に係合し、この支持部分のまわりにカールすることにより、第１方向における駆動軸の回転が、支持部分のまわりのカールを伸ばす（ｕｎｃｕｒｌ）ようになる。
【０００９】
モータは駆動軸に接続してこのモータの作動により第１方向におけるこの駆動軸の回転が生ずるようにするのがよい。
【００１０】
駆動軸は少なくとも１個のギヤによりモータに接続するのがよい。
【００１１】
駆動軸は、一般に円筒形でばねストリップの平衡曲率半径より大きい半径を持つのがよい。
【００１２】
駆動軸には、駆動軸の角度位置の表示を生ずるようにした回転感知装置を設けるのがよい。この回転感知装置からの情報はこのようにして、弁の所望の角度の開閉ができるようにモータを制御するのに使う。
【００１３】
弾性付勢手段はばね鋼から作るのがよい。
【００１４】
１例では本体発明弁が内燃機関又はその他のエンジン用の冷却システムに使う弁であるときは、このモータは弁部材を閉じた位置に向かい駆動するようにし、又本発明はたとえば加熱システムに使うのに弁部材を開いた位置に駆動する場合に応用できるが弾性付勢手段により弁部材を開いた位置に戻すようにしてある。
【００１５】
弁部材はボール形の弁でよい。
【００１６】
以下本発明を添付図面について説明する。
【００１７】
添付図面において弁１０は回転できる弁部材１２とモータ（ｍｏｔｏｒ）１４とを備えている。モータ１４はこの場合図１及び２に例示したように弁部材１２を閉じた位置に回動するようにしてある。弁１０はさらに弾性付勢手段１６を備える。付勢手段１６は、モータ１４のスイッチを切ったときに図３に示すように弁部材１２を開いた位置に戻すようにしてある。
【００１８】
弾性付勢手段（ｒｅｓｉｌｉｅｎｔ　ｂｉａｓｉｎｇ　ｍｅａｎｓ）１６は、ばね１８を備える。ばね１８は弁部材１２の回転運動の全範囲にわたり弁部材１２にほぼ一定の力を及ぼす。ばね１８はこの例では、前もってカールした金属（ｐｒｅ−ｃｕｒｌｅｄ　ｍｅｔａｌ）たとえば第１端部１８ａで一般に円筒形の駆動軸２０に接続したばね鋼ストリップである。
【００１９】
ばね１８は典型的には、扁平なステンレス鋼ストリップ（ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｉｐ）又は高炭素組織化ばね鋼ストリップから形成する。このストリップは、プレストレスを加え熱処理後にカールし休止条件のもとですなわちばね１８に外力が加わらないときにこのストリップは堅く巻いた大体において円形のコイルを形成する。巻き戻した（ｕｎｃｏｉｌｅｄ）ときにこのばねは、ばね伸張に関係なく大体において一様なカール傾向を示す。このようなばねはよく知られ、典型的にはケーブル、ホース又はコードの戻し機構或は機械化巻取りの玩具又は時計用のモータのような用途に使われる。
【００２０】
ばね１８は、駆動軸２０のドラム２０ａから延び大体において円筒形の軸受部分２２のまわりにカールさせる。ドラム２０ａの半径はばねの平衡曲率半径より大きい。電位差計のような回転感知装置２４は、駆動軸２０の第１端部部分２０ｂに係合し、たとえばモータ・ハウジングに対する駆動軸２０の角度位置の表示を生ずるようにしてある。この情報は、弁１０の所望の開度が得られるようにモータ１４の作動を制御するのに使う。
【００２１】
モータ１４は、電動機であり、第１のギヤ・ホイール２８を取付けた出力軸２６を持つ。第１ギヤ・ホイール２８は第２ギヤ・ホイール３０にかみあう。第３ギヤ・ホイール３２は、駆動軸２０の第１端部部分２０ｂに取付けた９０°ギヤ・セグメント３４にかみあう。すなわちモータ１４は１連のギヤ２８、３０、３２、３４を介し駆動軸２０に接続してある。
【００２２】
駆動軸２０の第２端部部分２０ｃは弁部材１２に接続してある。この例の弁部材は一般に普通の構造を持つボール弁である。すなわち弁部材１２は、ボール中心を貫いて延びる円筒形通路１２ａを持つ大体球形のボールである。通路１２ａの直径は一般に、弁１０を位置させた導管３６の内径に対応する。
【００２３】
弁部材１２が図３に示すように開いた位置にあるときは、通路１２ａは導管３６の縦方向軸線に平行な縦方向軸線に整合させ流体が弁部材１２の通路１２ａを通る導管に沿って流れるようにしてある。弁部材１２が図１及び２に示すように閉じた位置にあるときは、通路１２ａの縦方向軸線は導管３６の縦方向軸線に大体直交して延び、又流体は弁部材１２により導管３６に沿って流れないようにされる。
【００２４】
弁部材１２は、導管２６の縦方向軸線に大体において直交して延びる駆動軸２０の縦方向軸線のまわりで導管３６内で回転するように取付けてある。すなわち弁部材１２は、駆動軸２０を９０°回動することにより開いた位置から閉じた位置に移行する。
【００２５】
弁部材１２が図３に示すように開いた位置にあるときは、ギヤ・セグメント３４の第１縁部部分は第３ギヤ・ホイール３２にかみあい、弁１０は、前記した所から明らかなようにモータ出力軸２６を逆時計回りに回転するようにモータ１４を作動することによって閉じる。この運動はギヤ２８、３０、３２、３４により伝えられ、駆動軸２０の逆時計回りの回転を生ずる。
【００２６】
各ギヤ２８、３０、３２、３４の比率は、モータ出力軸２６の所望の回転数により駆動軸２０を９０°だけ回転するように選定され、弁部材１２の運動の所要の感知ができる。たとえば弁部材１２の運動の精密な制御が必要な場合にはギヤ比は、駆動軸２６を９０°回転するのにモータ出力軸２６の多数回の回転が必要になるように選定しなければならない。
【００２７】
この実施例の正確なギヤ構造を使う必要がないのはもちろん明らかであり、ギヤの個数及び構造は同様な結果を得るのに変えてもよい。また１連のかみあいギヤを使う必要がなく、そしてたとえば１個又は複数個の摩擦カップリングのような他の任意適当な動力伝達装置を使いモータ１４を駆動軸２０に接続するようにしてもよい。或は駆動軸２０を直接駆動するのにステッパ・モータを使うことができる。この場合モータ出力軸２６を駆動軸２０に接続するのにギヤを必要としない。
【００２８】
駆動軸２０を逆時計回りに９０°だけ回動すると、ギヤ・セグメント３４の第２縁部部分が第３のギヤ・ホール３２にかみあい、そして弁部材１２が図１及び２に示すように閉じた位置になる。駆動軸２０のこの回転により又ばね１８の第１端部１８ａが支持部分２２から引離されドラム２０ａの９０°セグメントのまわりに曲げられる。ばね１８は、このばね１８をカールするようにプレ・ストレスを加えた方向とは反対の方向にばね１８をドラム２０ａのまわりに曲げられるようにしてある。すなわちばね１８は支持部分２２及びドラム２０ａのまわりにＳ字形を形成する。
【００２９】
ばね１８を支持部分２２から引離すに伴い、支持部分２２は、ばね１８を付勢してそのカールを伸ばすようにする（ｕｎｃｕｒｌ）。この場合ばね１８をそのカールした状態に戻す戻り力を生ずる。そしてこの戻り力は一般に伸長又は巻戻りの程度に関係なく一定である。すなわち戻り力は駆動軸２０を時計回りに回転するようにする。しかしモータ１４はばね１８の戻り力に打勝つようにしてある。
【００３０】
ばね１８の戻り力（ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ）は一般に伸長の状態に関係なく一定であるから、同じ用途の普通のねじりばねの抵抗に打勝つのに必要であるよりも一層低い動力の従って一層小形のモータ１４を設ければよい。さらにばね１８により受ける抵抗は、弁部材１２が閉位置に近づく際に最高値までは増大しない。モータ１４はばね１８の抵抗に打勝ち弁部材１２を全閉位置に持来たすことができなくなるおそれが減る。すなわち弁部材１２の前後の漏れのおそれがなくなる。
【００３１】
しかしモータ動力を切ると、モータ１４はばね１８の戻り力により駆動軸２０を時計回りに回転させ、弁部材１２を開いた位置に戻るようにする。
【００３２】
すなわちモータ動力がなくなると弁部材１２はこの場合全開位置に戻る。しかし弁１０は所望により、弁部材１２を開いた位置に駆動するのにモータ１４を使えるように配置することもできるのは明らかである。又ばね１８は弁部材１２を閉じた位置に戻すように作用する。
【００３３】
弁１０を制御システムと一体にした場合回転感知電位差計（ｒｏｔａｔｉｏｎｓｅｎｓｉｎｇ　ｐｏｌｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ）２４は制御システムにより弁部材１２の位置の表示を生ずるようにしてある。
【００３４】
本発明による弁１０は、開いた位置又は閉じた位置でフェイルセイフのモータ駆動弁を必要とする用途で内燃機関又はその他のエンジン又はその他の用途に有利に使うことができる。
【００３５】
前記した実施例はボール部材１２に係わるが、本発明は、回転部材を持つその他任意の形式の動力作動弁に協働して使うことができる。
【００３６】
前記説明で述べた特徴又は以下の各請求項又は前記した機能を果たす手段又は前記した結果の得られる方法又は処理は各別に又はこのような特徴の任意の組合せで本発明の実現に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明弁の１実施例の閉じた位置における側面図である。
【図２】図１に示した本弁の閉じた位置における平面図である。
【図３】図２に示した本弁の全開位置における平面図である。
【符号の説明】
１０　　　弁
１２　　　弁部材
１４　　　モータ
１６　　　弾性付勢手段
【図１】
2004003643.tif 000003
【図２】
2004003643.tif 000004
【図３】
2004003643.tif 000005
【図４】
2004003643.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月25日(2003.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明弁の１実施例の閉じた位置における側面図である。
【図２】図１に示した本弁の閉じた位置における平面図である。
【図３】図２に示した本弁の全開位置における平面図である。
【図４】２個のばねを取付けた駆動軸を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
１０　　　弁
１２　　　弁部材
１４　　　モータ
１６　　　弾性付勢手段




【手続補正書】
【提出日】平成15年7月25日(2003.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明弁の１実施例の閉じた位置における側面図である。　【図２】図１に示した本弁の閉じた位置における平面図である。　【図３】図２に示した本弁の全開位置における平面図である。　【図４】２個のばねを取付けた駆動軸を示す拡大平面図である。　【符号の説明】
１０　　　弁
１２　　　弁部材
１４　　　モータ
１６　　　弾性付勢手段




【外国語明細書】
2004003643.tif 000007
2004003643.tif 000008
2004003643.tif 000009
2004003643.tif 000010
2004003643.tif 000011
2004003643.tif 000012
2004003643.tif 000013
2004003643.tif 000014
2004003643.tif 000015
2004003643.tif 000016
2004003643.tif 000017
2004003643.tif 000018
2004003643.tif 000019
2004003643.tif 000020
2004003643.tif 000021
2004003643.tif 000022
2004003643.tif 000023
2004003643.tif 000024