JP6959129B2 - Valve device and valve seat - Google Patents
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Description
本発明は、バルブ装置及びバルブシートに関する。 The present invention relates to a valve device and a valve seat.
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。 Patent Document 1 discloses a valve device using a ball valve for executing flow rate control or distribution control of a fluid such as an automobile engine coolant (radiator liquid). In this valve device, the valve opening of the ball valve and the valve seat are formed by pressing the concave spherical seat surface of the valve seat against the convex spherical ball surface of the ball valve and rotating the ball valve. Switch between communication and non-communication of the seat opening.
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。 However, the conventional valve device including Patent Document 1 repeatedly slides in a state where the ball surface of the ball valve and the seat surface of the valve seat are in pressure contact with each other when used for a long period of time. The seat surface was worn and there was a risk of fluid leaking even when the valve was closed.
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。 The present invention has been made based on the above awareness of the problem, and an object of the present invention is to obtain a highly durable valve device and valve seat capable of preventing wear of the valve seat and leakage of fluid due to the wear. do.
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、を有し、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、ことを特徴としている。 The valve device of the present embodiment includes a ball valve having a ball surface and a ball opening, and a valve seat having a seat surface and a seat opening, and the ball opening and the ball opening are in a state where the ball surface and the seat surface face each other. A valve device in which the flow of fluid is allowed by communicating the seat openings, and the seat surface is a reference concave seat surface facing the ball surface and the reference concave seat surface toward the ball surface. the fluid between the lip surface adjacent with projecting possess a plurality of lip surface capable of storing, the radius of curvature of the reference concave seat surface is larger than the radius of curvature of the ball surface, that the said There is.
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。 The plurality of lip surfaces have different radii of curvature and / or can project toward the ball surface with different protrusion amounts.
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。 The plurality of lip surfaces can increase the radius of curvature and / or the amount of protrusion as the ball opening and the sheet opening move away from the communication axis.
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。 The plurality of lip surfaces can be composed of three lip surfaces that increase the radius of curvature and the amount of protrusion as the distance from the communication axis increases.
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。 The plurality of lip surfaces can be arranged at substantially equal intervals as they move away from the communication axis of the ball opening and the sheet opening.
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。 The plurality of lip surfaces can be provided continuously or discontinuously in a concentric ring centered on the communication axis when viewed along the communication axis between the ball opening and the sheet opening.
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、を有し、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、ことを特徴としている。 The valve seat of the present embodiment has a seat surface and a seat opening, and in a state where the ball surface of the ball valve and the seat surface face each other, the ball opening of the ball valve and the seat opening communicate with each other to form a fluid. A valve seat that allows flow, the seat surface is between a reference concave seat surface facing the ball surface and a lip surface that projects from the reference concave seat surface toward the ball surface and is adjacent to the ball surface. the fluid possess a plurality of lip surface capable of storing and a radius of curvature of the reference concave seat surface, the greater than the radius of curvature of the ball surface is characterized by.
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。 According to the present invention, a highly durable valve device and valve seat capable of preventing wear of the valve seat and leakage of fluid due to the wear can be obtained.
≪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。
<< First Embodiment >>
The valve device 1 and the
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。
The valve device 1 has a
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。
A
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。
A
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。
The ball opening 41 of the
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。
The flow direction of the LLC in the valve device 1 is not particularly limited, but as an example of understanding assistance, the LLC supplied from the inlet of the
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。
The opening diameter of the ball opening 41 of the
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。 By the way, the conventional valve device including Patent Document 1 repeatedly slides in a state where the ball surface of the ball valve and the seat surface of the valve seat are in pressure contact with each other when used for a long period of time. The seat surface was worn and there was a risk of fluid leaking even when the valve was closed.
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。
The present inventor has succeeded in solving the technical problem by considering the above problem as an important technical problem and devising the structure of the
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。
FIG. 3A is a cross-sectional view of a main part showing the structure of the
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。
The reference
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。
The first lip surface 22B1 to the third lip surface 22B3 are provided continuously or discontinuously in a concentric ring around the communication shaft 50 when viewed along the communication shaft 50 of the
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。
The first lip surface 22B1 to the third lip surface 22B3 are arranged at substantially equal intervals as they move away from the communication shaft 50 of the
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。
The first lip surface 22B1 to the third lip surface 22B3 increase the radius of curvature and the amount of protrusion to the
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。
The tips of the first lip surface 22B1 to the third lip surface 22B3 come into contact with (bullet contact) the
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。
When the facing portion between the
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。
Further, when the communication or non-communication between the ball opening 41 of the
≪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。
<< Second Embodiment >>
In the first embodiment, the first lip surface 22B1 to the third lip surface 22B3 are provided, but it is sufficient that there are a plurality of lip surfaces, and various design changes can be made. FIG. 4A illustrates a case where two lip surfaces, a first lip surface 22C1 and a second lip surface 22C2, are provided. The first lip surface 22C1 and the second lip surface 22C2 have a radius of curvature and an amount of protrusion (contact amount, impact amount) to the
≪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。
<< Third Embodiment >>
In the first and second embodiments, a plurality of lip surfaces (first lip surface 22B1 to third lip surface 22B3, first lip surface 22C1 to second lip surface 22C2, first lip surface 22D1 to 1). The fourth lip surface 22D4) makes both the radius of curvature and the amount of protrusion to the
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。 The valve device and valve seat of the present invention are suitable for use, for example, in an automobile to perform flow control or distribution control of a long life coolant (LLC). In this case, in addition to the above-mentioned effects of the present invention, advantages such as early warm-up, combustion improvement, friction reduction, cooling loss reduction, fuel consumption improvement, and emission improvement can be obtained.
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
1
Claims (7)
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、
を有し、
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、
ことを特徴とするバルブ装置。 A ball valve with a ball surface and a ball opening,
A valve seat with a seat surface and a seat opening,
Have,
A valve device in which a fluid flow is allowed by communicating the ball opening and the seat opening with the ball surface and the seat surface facing each other.
The seat surface is
A reference concave sheet surface facing the ball surface and
A plurality of lip surfaces that project from the reference concave sheet surface toward the ball surface and can store the fluid between adjacent lip surfaces.
Have a,
The radius of curvature of the reference concave sheet surface is larger than the radius of curvature of the ball surface.
A valve device characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載のバルブ装置。 The plurality of lip surfaces have different radii of curvature and / or project toward the ball surface with different protrusion amounts.
The valve device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載のバルブ装置。 The plurality of lip surfaces increase the radius of curvature and / or the amount of protrusion as they move away from the communication axis between the ball opening and the sheet opening.
The valve device according to claim 2.
ことを特徴とする請求項3に記載のバルブ装置。 The plurality of lip surfaces are composed of three lip surfaces that increase the radius of curvature and the amount of protrusion as the distance from the communication axis increases.
The valve device according to claim 3.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のバルブ装置。 The plurality of lip surfaces are arranged at substantially equal intervals as they move away from the communication axis of the ball opening and the sheet opening.
The valve device according to any one of claims 1 to 4.
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。 The plurality of lip surfaces are provided continuously or discontinuously in a concentric ring centered on the communication axis when viewed along the communication axis between the ball opening and the sheet opening.
The valve device according to any one of claims 1 to 5.
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、
を有し、
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、
ことを特徴とするバルブシート。 A valve seat that has a seat surface and a seat opening, and in a state where the ball surface of the ball valve and the seat surface face each other, the ball opening of the ball valve and the seat opening communicate with each other to allow fluid flow. There,
The seat surface is
A reference concave sheet surface facing the ball surface and
A plurality of lip surfaces that project from the reference concave sheet surface toward the ball surface and can store the fluid between adjacent lip surfaces.
Have a,
The radius of curvature of the reference concave sheet surface is larger than the radius of curvature of the ball surface.
The valve seat is characterized by that.
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