(57)【要約】【課題】  弁体の故障時においても安全側（開弁側）に機能する流体用弁機構を提供する。【解決手段】  流体が流れる流路１００内に配設されると共に、流体の温度に応じて内部に収容される熱膨張体が膨張することによって流路１００方向に摺動する弁体２００と、弁体２００の摺動方向に抗するように、弁体２００に付勢力を与える弾性体３１０とを有し、流体が所定温度を超えた時に、熱膨張体の膨張によって弁体２００が弾性体３１０の付勢力に打ち勝って、流路１００の内径よりも小さく開口される流路開口部１２２を閉弁状態から開弁状態とする流体用弁機構において、所定温度を超える温度領域で、弾性体３１０の付勢力を低下させる低下手段を設ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路（１００）内に配設されると共に、前記流体の温度に応じて内部に収容される熱膨張体が膨張することによって前記流路（１００）方向に摺動する弁体（２００）と、
前記弁体（２００）の摺動方向に抗するように、前記弁体（２００）に付勢力を与える弾性体（３１０）とを有し、
前記流体が所定温度を超えた時に、前記熱膨張体の膨張によって前記弁体（２００）が前記弾性体（３１０）の付勢力に打ち勝って、前記流路（１００）の内径よりも小さく開口される流路開口部（１２２）を閉弁状態から開弁状態とする流体用弁機構において、
前記所定温度を超える温度領域で、前記弾性体（３１０）の付勢力を低下させる低下手段を設けたことを特徴とする流体用弁機構。
【請求項２】
前記低下手段は、前記弾性体（３１０）用材料の曲げ弾性率を前記流体の温度上昇に伴って低下するものとして設定することで形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体用弁機構。
【請求項３】
前記弁体（２００）と前記弾性体（３１０）との間には、前記弾性体（３１０）を支持する支持部（２４０）を有し、
前記低下手段は、前記支持部（２４０）が前記流体の温度上昇に伴って前記付勢力の作用方向に変形するように設定することで形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体用弁機構。
【請求項４】
前記支持部（２４０）は、前記所定温度を超える温度領域の所定変形温度で前記変形する形状記憶合金によって形成されたことを特徴とする請求項３に記載の流体用弁機構。
【請求項５】
前記弁体（２００）には、前記摺動方向に前記弁体（２００）に付勢力を与える補助弾性体（３２０）が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の流体用弁機構。
【請求項６】
前記弾性体（３１０）は、バネ部材（３１０）であり、
前記弁体（２００）には、前記バネ部材（３１０）の伸縮方向に凸と成る突状部（２１２）が設けられ、
前記バネ部材（３１０）は、前記突状部（２１２）を内側に収容するように配設されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の流体用弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両エンジンの冷却水回路中に配設されて、冷却水流れを切替えるバルブに用いて好適な流体用弁機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体用バルブとして、例えば特許文献１に示されるものが知られている。即ち、この流体用バルブは、車両エンジンの冷却液通路に配置されて、冷却水の温度変化によって冷却水通路の流れを制御するサーモスタットに適用されており、バルブ本体と弁体とを備えている。
【０００３】
バルブ本体は、筒状の周面に入口開口部と出口開口部が形成され、この入口開口部と出口開口部が冷却液通路に連通する位置に固定されている。また、弁体は、内部に熱膨張体（ワックス）が収容され、バルブ本体の入口開口部と出口開口部とを連通する流路領域に配設されており、冷却液の温度変化に応じて膨張収縮する熱膨張体の作用力とバネ部材の付勢力とによって、流路領域を横断するように進退動して、入口開口部と出口開口部を開閉し、流路領域を連通遮断する（冷却液の温度が上昇すると流路領域を連通する）ようにしている。
【特許文献１】特開２０００−２１３３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１中の流体用バルブにおいては、特にフェイルセーフ機能の思想は持ち合わせておらず、例えば、弁体の腐食や割れ等による熱膨張体の洩れや、弁体自体の進退動不良等が生ずると、弁体が流路領域を遮断したままになってしまう。即ち、冷却液通路に本来冷却水を流すべきところを流せなくなり、例えば車両エンジンのオーバーヒートのような不具合に至ってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、弁体の故障時においても安全側（開弁側）に機能する流体用弁機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、流体が流れる流路（１００）内に配設されると共に、流体の温度に応じて内部に収容される熱膨張体が膨張することによって流路（１００）方向に摺動する弁体（２００）と、弁体（２００）の摺動方向に抗するように、弁体（２００）に付勢力を与える弾性体（３１０）とを有し、流体が所定温度を超えた時に、熱膨張体の膨張によって弁体（２００）が弾性体（３１０）の付勢力に打ち勝って、流路（１００）の内径よりも小さく開口される流路開口部（１２２）を閉弁状態から開弁状態とする流体用弁機構において、所定温度を超える温度領域で、弾性体（３１０）の付勢力を低下させる低下手段を設けたことを特徴としている。
【０００８】
これにより、流体の温度が所定温度を超える領域で、低下手段によって弾性体（３１０）の付勢力が低下され、閉弁状態が解除されるので、流路（１００）内に流体を流すことができ、弁体（２００）が故障しても常に、安全側（開弁側）に機能する流体用弁機構（１０）とすることができる。
【０００９】
上記低下手段としては、請求項２に記載の発明のように、弾性体（３１０）用材料の曲げ弾性率を流体の温度上昇に伴って低下するものとして設定することで形成することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、弁体（２００）と弾性体（３１０）との間に、弾性体（３１０）を支持する支持部（２４０）を設け、低下手段としては、支持部（２４０）が流体の温度上昇に伴って付勢力の作用方向に変形するように設定することで形成することもできる。
【００１１】
そして、支持部（２４０）としては、請求項４に記載の発明のように、所定温度を超える温度領域の所定変形温度で変形する形状記憶合金によって形成されるようにするのが良い。
【００１２】
請求項５に記載の発明のでは、弁体（２００）には、摺動方向に弁体（２００）に付勢力を与える補助弾性体（３２０）が設けられたことを特徴としている。
【００１３】
これにより、弁体（２００）が故障した時でも、より確実な開弁状態を形成することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明では、弾性体（３１０）は、バネ部材（３１０）であり、弁体（２００）には、バネ部材（３１０）の伸縮方向に凸と成る突状部（２１２）が設けられ、バネ部材（３１０）は、突状部（２１２）を内側に収容するように配設されたことを特徴としている。
【００１５】
これにより、突状部（２１２）がバネ部材（３１０）にガイドされ安定保持されるので、弁体（２００）の傾きを防止することができる。
【００１６】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。本発明の流体用弁機構は、ヒータコア（暖房用熱交換器）が配設される車両用エンジンの温水回路に用いられる流体用バルブ１０に適用したものであり、上記温水回路中、ヒータコアの上流側に配設されて、ヒータコアへ供給する温水流量を制御するものとしている。
【００１８】
尚、図１は流体用バルブ１０の閉弁状態を示す断面図、図２はエレメント２００の単体状態を示す正面図、図３は、エレメント押えバネ３１０用材料の温度に対する曲げ弾性率を示すグラフ、図４は流体用バルブ１０の開弁状態を示す断面図、図４は流体用バルブ１０の故障時の閉弁解除状態を示す断面図である。
【００１９】
流体用バルブ１０は、流路１００内にエレメント２００およびエレメント押えバネ３１０が配設されて形成されており、まず、その基本構成の詳細について、図１〜図３を用いて説明する。
【００２０】
流路１００は、第１ボディ１１０と第２ボディ１２０とがＯリング１３０を介して接合されることによって形成されている。第１ボディ１１０は、一端側に入口パイプ部１１１を有し、この入口パイプ１１１の内側開口部には段部１１２が形成されている。
【００２１】
また、第２ボディ１２０は、入口パイプ部１１１に対して交差する方向に延びる出口パイプ部１２１を有し、流路１００としては、Ｌ字状に形成されている。第２ボディ１２０の中間部には、内径が縮小されて開口する流路開口部１２２が形成されており、この流路開口部１２２の円周上には入口パイプ部１１１側に突出するシール面１２３が形成されている。尚、シール面１２３には、流路開口部１２２の半径方向に延びる微小幅の溝部（図示せず）が流路開口部１２２の円周方向に複数設けられている。そして、入口パイプ部１１１に対向する第２ボディ１２０の底面部（出口パイプ部１２１側）には凹状のシャフト支持部１２４が形成されている。
【００２２】
上記流路１００内にはエレメント（本発明における弁体に対応）２００が配設されている。エレメント２００は、感温部２１１、中間部２１２、大径部２１３、シャフト挿入部２１４を形成するケース２１０の内部に、熱膨張体としてのワックスが封入され、シャフト挿入部２１４にゴム栓２２０、シャフト２３０が挿入されて形成されている（図２）。
【００２３】
感温部２１１は、入口パイプ部１１１側に突出しており、入口パイプ部１１１から流入する温水の温度（熱）を内部のワックスに伝達する。中間部（本発明における突状部に対応）２１２は、感温部２１１よりも外径が大きく形成され、また、大径部２１３は中間部２１２よりも外径が大きく形成されている。そして、大径部２１３の下側面は、エレメントシール面２１３ａとして形成されている。
【００２４】
ゴム栓２２０は、ワックスの洩れを防止すると共に、ワックスの膨張収縮に伴ってシャフト挿入部２１４内を摺動し、また、シャフト２３０は、ゴム栓２２０に連動し、シャフト挿入部２１４内を摺動する。そして、シャフト２３０の外部先端側は、第２ボディ１２０のシャフト支持部１２４に挿入されて、支持されている。
【００２５】
よって、内部のワックスが温水の温度に応じて膨張すると、ゴム栓２２０を介してシャフト２３０が押し出されることになるが、シャフト２３０の外部先端側がシャフト支持部１２４に支持されていることから、逆にケース２１０が入口パイプ部１１１側に移動（摺動）することになる。
【００２６】
上記のように形成されるエレメント２００には、エレメント押えバネ（本発明における弾性体、バネ部材に対応）３１０が装着されている。即ち、エレメント押えバネ３１０は、一端側が第１ボディ１１０の段部１１２で支持され、他端側が中間部２１２を内側に収容するようにして大径部２１３に当接して、ケース２１０をシャフト２３０の外部先端側に付勢するように装着されている。
【００２７】
ここで、温水の温度が開弁させたい開弁温度（本発明における所定温度に対応）に上昇するまでの間は、エレメント押えバネ３１０によって大径部２１３のエレメントシール面２１３ａは、シール面１２３に所定の付勢力で押し当てられる。
【００２８】
本発明においては、温水が開弁温度を超える温度領域でエレメント押えバネ３１０の付勢力を低下させる低下手段を設けるようにしている。具体的には、ここでは、エレメント押えバネ３１０を樹脂材から成るバネとしており、図３に示すように、その樹脂材自身の曲げ弾性率が、開弁温度を超える温度領域で温度上昇に伴って低下していくものとしている。
【００２９】
次に、上記構成に基づく流体用バルブ１０の作動およびその作用効果について説明する。
【００３０】
車両エンジンから流出される温水は、入口パイプ部１１１から流路１００内に流入するが、例えば、車両エンジン始動直後のように、温水温度が開弁温度より低いと、図１に示すように、エレメントシール面２１３ａはエレメント押えバネ３１０によってシール面１２３に所定の付勢力で押し当てられ、エレメント２００によって流路開口部１２２は閉塞され、流体用バルブ１０は閉弁状態を形成する。
【００３１】
よって、温水は下流となるヒータコア側へは流れず、ヒータ回路（配管）あるいはヒータコアでの温水の放熱が抑制されて、温水が短時間で昇温され、エンジンの暖機が促進される。
【００３２】
尚、エレメント２００が流路開口部１２２を閉じると言いつつも、シール面１２３の周りに設けた微小幅の溝部によって、入口パイプ部１１１側から出口パイプ部１２１側への温水の微量流れが形成されるようにしており、温感部２１１の機能低下を防止するようにしている。
【００３３】
そして、図４に示すように、温水の温度が上昇して開弁温度を超えると、エレメント２００内のワックスが膨張し、エレメント押えバネ３１０の付勢力に打ち勝って、ケース２１０自体が入口パイプ部１１１側に移動し、流路開口部１２２を開き、開弁状態を形成する。
【００３４】
よって、充分昇温したエンジンからの温水は、流体用バルブ１０を通過してヒータコアを流れ、本来の暖房が行われる。
【００３５】
ところで、流体用バルブ１０において、例えばエレメント２００のケース２１０の腐食や割れ等によって内部のワックスが外部に洩れる、あるいは、シャフト挿入部２１４での異物噛み込み等によりシャフト２３０の摺動不良に至ると言うような不具合が生ずると、従来技術では閉弁状態を維持したままとなって、下流側での本来の機能を損なう（ここではヒータが利かなくなり、更には、ヒータコアでの温水の放熱が成されず、温水温度が上昇していく）場合があったが、本発明では、それを回避できるようにしている。
【００３６】
即ち、上記のようにエレメント２００に故障が生じた場合には、閉弁状態に伴って開弁温度を超えても更に上昇していく温水温度によって、エレメント押えバネ３１０の付勢力が低下するので（上記曲げ弾性率特性による）、シール面１２３とエレメントシール面２１３ａ間のシール圧力が低下し、閉弁状態が解除されることになる（図５に示す閉弁解除状態）。
【００３７】
これにより、流路１００内に温水を流すことができ、エレメント２００が故障しても常に、安全側（開弁側）に機能する流体用バルブ１０とすることができる。
【００３８】
また、エレメント押えバネ３１０は、エレメント２００の中間部２１２を内側に収容するように配設されているので、中間部２１２がエレメント押えバネ３１０にガイドされ安定保持され、エレメント２００の傾きを防止することができる。即ち、温水の通水抵抗増加やシャフト２３０の外れを防止できる。
【００３９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６、図７に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、エレメント押えバネ３１０ａの付勢力を低下させる低下手段を変更したものである。
【００４０】
ここでは、エレメント２００の大径部２１３に、この大径部２１３より外径寸法が大きく設定されたワッシャ状のバネ支え（本発明における支持部に対応）２４０を設けて、エレメント押えバネ３１０ａの他端側がこのバネ支え２４０の外周部に当接するようにしている。尚、ここではエレメント押えバネ３１０ａは、通常の金属材から成るバネとしている（温水温度の上昇に伴うエレメント押えバネ３１０ａ自身の付勢力の低下無し）。
【００４１】
そして、バネ支え２４０は、開弁温度を超える所定の温度（本発明における所定変形温度）で、図７に示すように、外周部が下側（エレメント押えバネ３１０ａの付勢力が作用する方向）に変形する形状記憶合金から形成されている。
【００４２】
これにより、エレメント２００に故障が生じた場合に、開弁温度を超えて温水温度が変形温度に至ると、バネ支え２４０が図７に示すように変形し、エレメント押えバネ３１０ａが伸ばされることで付勢力が低下するので、シール面１２３とエレメントシール面２１３ａ間のシール圧力が低下し、閉弁状態が解除されることになる（閉弁状態解除）。
【００４３】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図８に示す。第３実施形態は、上記第１実施形態に対して、圧縮バネ３２０を追加したものである。
【００４４】
圧縮バネ（本発明における補助弾性体に対応）３２０は、第２ボディ１２０の底面部と大径部２１３のエレメントシール面２１３ａとの間に介在され、エレメント２００内のワックスが膨張する際にエレメント２００の移動（摺動）する方向に付勢力を与えるようにしている。尚、圧縮バネ３２０の付勢力は、エレメント押えバネ３１０の本来の付勢力より小さく、且つ、温水温度の上昇に伴って低下した時のエレメント押えバネ３１０の付勢力より大きくなるように設定されている。
【００４５】
これにより、エレメント２００に故障が生じた場合には、エレメント押えバネ３１０の付勢力低下によって閉弁状態が解除されると共に、圧縮バネ３２０によってエレメント２００は図８中の上側に押し上げられ、確実な開弁状態が形成されることになる。
【００４６】
（その他の実施形態）
上記第１〜第３実施形態では、本流体用バルブ１０をヒータ回路に用いるものとして説明したが、これに限らず、エンジンや自動変速機用のオイルクーラをオイル低温時にはウォーマとして用いる場合の冷却水回路に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１実施形態における流体用バルブの閉弁状態を示す断面図である。
【図２】図１におけるエレメントの単体状態を示す正面図である。
【図３】エレメント押えバネ用材料の温度に対する曲げ弾性率を示すグラフである。
【図４】第１実施形態における流体用バルブの開弁状態を示す断面図である。
【図５】第１実施形態における流体用バルブの故障時の閉弁解除状態を示す断面図である。
【図６】第２実施形態における流体用バルブの閉弁状態を示す断面図である。
【図７】バネ支えの変形状態を示す正面図である。
【図８】第３実施形態における流体用バルブの閉弁状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  流体用バルブ（流体用弁機構）
１００  流路
１２２  流路開口部
２００  エレメント（弁体）
２１２  中間部（突状部）
２４０  バネ支え（支持部）
３１０  エレメント押えバネ（弾性体、バネ部材）
３２０  圧縮バネ（補助弾性体）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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