JP2003156174A - 回転機構駆動式切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シートを使用することなく、音の発生を防止す
ることを可能にした切換弁を提供すること。 【解決手段】切換弁１は、ボディ１１に４つの弁座１６
Ａ，１７Ａ，１６Ｂ，１７Ｂが形成され、それぞれ２つ
ずつ連結された弁体２１Ａ（Ｂ），２２Ａ（Ｂ）によっ
て開閉される。弁体２１Ａ（Ｂ）は、ピストンロッド２
５Ａ（Ｂ）によって往復動され、ピストンロッド２５Ａ
（Ｂ）の基端部に設けられた凹部２６Ａ（Ｂ）に、鋼球
２７Ａ（Ｂ）が転動可能にはめ込まれている。鋼球２７
Ａ（Ｂ）は、略円板状のカム部３２を有する立体カム３
０の当接面に当接され、立体カム３０は、モータ部４０
によって定速に回転される。立体カム３０の当接面は、
厚みが異なる複数の分割領域に分割され、その境界には
勾配が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、在宅医療用の酸素
濃縮装置、窒素濃縮装置、ヒートレスドライヤ等に用い
られ、回転機構によって複数の弁座を交互に切り換える
回転機構駆動式切換弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、在宅医療の拡大につれて、在宅酸
素療法用として小型の酸素濃縮装置を自宅に備え、酸素
ガスを自家生産することが行われている。酸素濃縮装置
としては、例えば、吸着型濃縮器によるものがあり、こ
れは、吸着筒により空気中の窒素を吸着除去することに
よって、酸素を濃縮したガスを生産している。吸着筒に
は無数の穴があいており、その中に加圧した空気を加え
ると電気的な結びつきが大きい窒素はその穴に吸着され
る。一方、大気圧では吸着力が下がり、吸着した窒素を
排出して吸着筒が再生される。そのため、一般に、小型
の酸素濃縮装置では、２つの吸着筒を備えて、一方の吸
着筒で窒素を吸着して酸素を濃縮すると同時に、他方の
吸着筒を排気して再生することを１０〜２０秒間隔で交
互に繰り返すことで、とぎれなく酸素ガスを生産するよ
うにしている。

【０００３】そこで、コンプレッサ等と連通され圧縮空
気が入力される入力口と大気開放される排気口とを、２
台の吸着筒に交互に連通させるために切換弁が用いられ
る。従来の切換弁１００は、図１５，１６に示すよう
に、２個の電磁弁１０１，１０２を隣接して設けて、図
示されない制御回路によって制御されている。

【０００４】図１５，１６に示すように、従来の切換弁
１００のボディ１０３には、圧縮空気を入力するための
入力ポート１０４と排気用の出力ポート１０５と、図示
されない２台の吸着筒へ接続される２つのＣＯＭポート
１０６，１０７が設けられている。そして、ボディ１０
３の内部には、各ポートを互いに連通させる４つの弁座
１１１，１１２，１１３，１１４が形成されている。Ｃ
ＯＭポート１０６を入力ポート１０４及び出力ポート１
０５と連通させる弁座１１１，１１２を開閉する一対の
弁体１１５，１１６は、電磁弁１０１によって一体的に
駆動される。同様に、ＣＯＭポート１０７用の弁座１１
３，１１４を開閉する一対の弁体１１７，１１８は、電
磁弁１０２によって一体的に駆動される。また、弁体１
１６はバネ１１９によって、弁体１１８はバネ１２０に
よって、それぞれ図中上方へ付勢されている。

【０００５】２つの電磁弁１０１，１０２は、一般的な
ものであり、それぞれ同じ構成である。電磁弁１０１が
通電されてコイル１２１が励磁されると、プランジャ１
２２がコア１２３に吸着される。さらに、バネ１１９の
付勢力も加わって、一対の弁体１１５，１１６は図中上
方へ移動され、弁座１１１が開放されるとともに弁座１
１２が閉止される。従って、ＣＯＭポート１０６は入力
ポート１０４に連通される。また、電磁弁１０１の通電
が停止されると、バネ１２４の復元力によって一対の弁
体１１５，１１６は図中下方へ移動され、弁座１１２が
開放されるとともに弁座１１１が閉止される。従って、
ＣＯＭポート１０６は出力ポート１０５に連通される。

【０００６】この切換弁１００において、図示されない
制御回路によって２つの電磁弁１０１，１０２が交互に
通電される。電磁弁１０１が通電されたときには弁座１
１１，１１４が開放され、入力ポート１０４とＣＯＭポ
ート１０６とが連通し、同時に出力ポート１０５とＣＯ
Ｍポート１０７とが連通する。また、電磁弁１０２が通
電されたときには弁座１１２，１１３が開放され、入力
ポート１０４とＣＯＭポート１０７とが連通し、同時に
出力ポート１０５とＣＯＭポート１０６とが連通する。
これらの２つの状態を交互に繰り返すことによって、図
示されない２台の吸着筒において、吸着と再生を交互に
行うことが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
切換弁１００では、電磁弁１０１，１０２を使用してい
るので、プランジャ１２２がコア１２３に吸着される際
に衝突による金属音が発生する。例えば、１０〜２０秒
程度の間隔で絶えず金属音が発生することは、静かな自
宅療養環境では不快なものであるという問題点があっ
た。

【０００８】これに対し、特許第３０９６２６９号公報
に、突起を設けた円板を回転させて球体を押下すること
によって開閉されるバルブが提案されている。このバル
ブ２００は、図１７に示すように、円板２０１と球体２
０２とシート２０３とボディ２０４を備え、円板２０１
の突起部分２０５によって球体２０２を押下する。これ
によって、球体２０２はシート２０３と共にボディ２０
４の通路２０６内に押し込まれ、弁座２０７を閉止する
ものである。そして、突起部分２０５以外では、球体２
０２は流体圧力とシート２０３の復元力とによって押し
戻されて開弁される。

【０００９】このバルブ２００は、電磁弁を使用しない
ので静かに開閉される。しかしながら、このバルブ２０
０は、シート２０３を使用しているので、シート２０３
のへたりや粘着等の劣化が発生するおそれがある。シー
ト２０３の劣化が起きた場合、流体圧力が小さい流体を
流通させると、開弁がスムーズに行われないおそれがあ
る。また、弁開度を大きくするためには球体２０２の押
下距離を大きくする必要があり、大きい押し込み力が必
要となるので、弁開度を大きくとることが難しいという
問題点もある。弁開度が小さいと、流通される空気の量
が少なくなり、酸素濃縮の能率が低下する。従って、こ
のバルブ２００を酸素濃縮装置の切換弁に適用すること
は難しかった。

【００１０】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
するためになされたものであり、シートを使用すること
なく、音の発生を防止することを可能にした回転機構駆
動式切換弁を提供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
になされた請求項１に係る発明は、複数の弁座と、各弁
座にそれぞれ設けられた複数の弁体と、を備え、各弁体
の往復動で各弁座の開閉を切り換える回転機構駆動式切
換弁において、各弁体をそれぞれ往復動させる複数のピ
ストンロッドと、各ピストンロッドのそれぞれの基端部
に設けられた凹部に対して転動可能にはめ込まれた複数
の転がり部材と、各転がり部材が付勢されて当接する立
体カムと、前記立体カムを回転させる回転機構と、を有
し、各転がり部材が当接する前記立体カムの当接面に、
厚みがそれぞれ異なる複数の分割領域を設けるととも
に、前記立体カムの当接面の分割領域の境界に勾配を設
けたこと、を特徴とする。

【００１２】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
記載する回転機構駆動式切換弁であって、前記弁座と、
前記弁体、前記ピストンロッド、前記転がり部材をそれ
ぞれ一対ずつ有し、前記回転機構を定速で回転させるこ
とと、前記立体カムの当接面の分割領域が前記立体カム
の回転中心を中心にして等角度に分割されることとによ
り、一方の転がり部材の当接する位置の厚みが弁座の開
に対応するようにするとともに、他方の転がり部材の当
接する位置の厚みが弁座の閉に対応するようにしたこ
と、を特徴とする。

【００１３】このような特徴を有する本発明の回転機構
駆動式切換弁では、回転機構によって立体カムが回転さ
れ、その立体カムには転がり部材が付勢されて当接され
ている。そして、各転がり部材が当接する立体カムの当
接面には、厚みがそれぞれ異なる複数の分割領域が設け
られているので、立体カムが回転すると、各転がり部材
は、その当接される分割領域の厚みに対応した位置とな
る。また、その転がり部材は、ピストンロッドの基端部
に設けられた凹部に対して転動可能にはめ込まれ、その
ピストンロッドによって弁体が往復動されて弁座の開閉
が切り換えられるので、各転がり部材の変位はピストン
ロッドを介して弁体の変位に対応される。従って、各分
割領域の厚みを例えば開弁位置と閉弁位置とに対応させ
ることができ、それにより、立体カムを回転させること
で弁の開閉を切り換えることができる。ここで、立体カ
ムの当接面の分割領域の境界に勾配を設けたので、当接
面に当接しつつ分割領域の境界に到達した転がり部材
は、勾配を転がることで、衝突音を発生させることなく
分割領域の境界を超えることができ、シートを使用する
ことなく、音の発生を防止することが可能となる。

【００１４】さらに、回転機構が定速で回転され、立体
カムの当接面の分割領域が立体カムの回転中心を中心に
して等角度に分割されていれば、転がり部材によって当
接される立体カムの当接位置は、立体カムの回転によっ
て等時間間隔で隣接する分割領域へと移る。そして、弁
座と、弁体、ピストンロッド、転がり部材をそれぞれ一
対ずつ有し、一方の転がり部材の当接する位置の厚みが
弁座の開に対応するようにするとともに、他方の転がり
部材の当接する位置の厚みが弁座の閉に対応するように
すれば、両方の転がり部材によって、等時間間隔で同時
に弁座の開閉状態が交代される。

【００１５】ここで、立体カムの回転中心を中心にして
等角度に分割される分割領域としては、少なくとも転が
り部材が当接する領域を含んでいればよい。

【００１６】また、この課題を解決するためになされた
請求項３に係る発明は、複数の弁座と、各弁座にそれぞ
れ設けられた複数の弁体と、を備え、各弁体の往復動で
各弁座の開閉を切り換える回転機構駆動式切換弁におい
て、各弁体をそれぞれ往復動させる複数のピストンロッ
ドと、各ピストンロッドのそれぞれの基端部が付勢され
て当接し、共通のカム軸を有する複数の板カムと、各板
カムを回転させる回転機構と、を有し、各板カムの輪郭
に、カム軸からの距離がそれぞれ異なる複数の分割領域
を設けるとともに、前記板カムの輪郭の分割領域の境界
に勾配を設けたこと、を特徴とする。

【００１７】また、請求項４に係る発明は、請求項３に
記載する回転機構駆動式切換弁であって、前記弁座と、
前記弁体、前記ピストンロッド、前記板カムをそれぞれ
一対ずつ有し、前記回転機構を定速で回転させること
と、各板カムの輪郭の分割領域がカム軸を中心にして等
角度に分割されることと、各板カムが各板カムの輪郭の
分割角度だけ互いにずれてカム軸にとりつけられること
とにより、一方のピストンロッドの当接する位置の輪郭
が弁座の開に対応するようにするとともに、他方のピス
トンロッドの当接する位置の輪郭が弁座の閉に対応する
ようにしたこと、を特徴とする。

【００１８】このような特徴を有する本発明の回転機構
駆動式切換弁では、回転機構によって板カムが回転さ
れ、その板カムには各ピストンロッドの基端部が付勢さ
れて当接されている。そして、各ピストンロッドが当接
する板カムの輪郭には、カム軸からの距離がそれぞれ異
なる複数の分割領域が設けられているので、板カムが回
転すると、各ピストンロッドは、その当接される分割領
域のカム軸からの距離に対応した位置となる。また、そ
のピストンロッドによって弁体が往復動されて弁座の開
閉が切り換えられるので、各ピストンロッドの変位は弁
体の変位に対応される。従って、各分割領域のカム軸か
らの距離を例えば開弁位置と閉弁位置とに対応させるこ
とができ、それにより、板カムを回転させることで弁の
開閉を切り換えることができる。ここで、板カムの輪郭
の分割領域の境界に勾配を設けたので、輪郭に当接しつ
つ分割領域の境界に到達したピストンロッドは、勾配を
すべることで、衝突音を発生させることなく分割領域の
境界を超えることができ、シートを使用することなく、
音の発生を防止することが可能となる。

【００１９】さらに、回転機構が定速で回転され、各板
カムの輪郭の分割領域がカム軸を中心にして等角度に分
割されていれば、ピストンロッドによって当接される板
カムの輪郭位置は、板カムの回転によって等時間間隔で
隣接する分割領域へと移る。そして、弁座と、弁体、ピ
ストンロッド、板カムをそれぞれ一対ずつ有し、各板カ
ムが各板カムの輪郭の分割角度だけ互いにずれてカム軸
にとりつけられて、一方のピストンロッドの当接する位
置の輪郭が弁座の開に対応するようにするとともに、他
方のピストンロッドの当接する位置の輪郭が弁座の閉に
対応するようにすれば、両方の板カムによって、等時間
間隔で同時に弁座の開閉状態が交代される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る切換弁の第１
の実施の形態について図面を参照して説明する。

【００２１】第１の実施の形態の切換弁１は、例えば酸
素濃縮装置に用いられて、２つの窒素吸着筒に対して圧
縮空気の入力と大気圧への開放を交互に行うためのもの
であり、図１は、第１の実施の形態の切換弁１の断面図
であり、図２は、同じく平面図、図３は、同じく底面図
である。また、図４は、一部に断面を示した右側面図、
図５は、左側面図である。

【００２２】この切換弁１は、図１に示すように、内部
に流路が形成されたボディに１１を備えている。ボディ
１１には、図１〜５に示すように、それぞれ管継手が接
続された入力ポート１２と、出力ポート１３、ＣＯＭポ
ート１４，１５の４つのポートが設けられて、いずれも
外部へ開口している。また、図１に示すように、ボディ
１１の内部には、４つの弁座１６Ａ，１７Ａ，１６Ｂ，
１７Ｂが形成され、弁座１６Ａ，１６Ｂは入力ポート１
２へ、弁座１７Ａ，１７Ｂは出力ポート１３へ連通して
いる。また、ボディ１１の内部には、弁座１６Ａの弁室
１８Ａと、弁座１７Ａの弁室１９Ａ、ＣＯＭポート１４
を互いに連通する図示されない連通路が設けられてい
る。同様に、弁座１６Ｂの弁室１８Ｂと、弁座１７Ｂの
弁室１９Ｂ、ＣＯＭポート１５を互いに連通する図示さ
れない連通路も設けられている。

【００２３】次に、弁座１６Ａ，１７Ａを開閉する構成
と弁座１６Ｂ，１７Ｂを開閉する構成とは、並列に設け
られた同様の構成であり、共にカバー２０によって覆わ
れてボディ１１にネジ止めされている。ここでは弁座１
６Ａ，１７Ａを開閉する構成について説明する。弁座１
６Ｂ，１７Ｂを開閉する構成は、各部材の符号のうちＡ
をＢに変更したものである。

【００２４】弁座１６Ａを開閉する弁体２１Ａと、弁座
１７Ａを開閉する弁体２２Ａとは連結棒２３Ａによって
連結され、一体的に往復動可能にされている。弁体２２
Ａには、図中上方向に付勢するバネ２４Ａが当接する。
弁体２１Ａは、ピストンロッド２５Ａの先端部に固定さ
れる。ピストンロッド２５Ａの基端部には凹部２６Ａが
設けられ、その凹部２６Ａに転がり部材に相当する鋼球
２７Ａが転動可能にはめ込まれている。凹部２６Ａは略
円筒形の有底穴であり、その底面の直径は鋼球２７Ａの
直径とほぼ同径にされている。また、ピストンロッド２
５Ａとボディ１１との間にダイアフラム２８Ａが配置さ
れ、ピストンロッド２５Ａやカバー２０と弁室１８Ａと
の間をシールしている。ピストンロッド２５Ａの外周に
は、スラスト軸受け２９Ａが設けられる。

【００２５】２つの鋼球２７Ａ，２７Ｂは、図１に示す
ように、立体カム３０に転動可能に当接する。立体カム
３０は、中心部に貫通孔３１が形成された断面Ｔ字型の
部材で、略円板状のカム部３２と、カム部３２から延設
された軸部３３とで構成される。この立体カム３０につ
いては、後に詳述する。貫通孔３１には、モータ部４０
の回転部４１がはめ込まれて固定され、モータ部４０の
駆動により立体カム３０が回転可能にされている。この
モータ部４０が、請求項１に記載の回転機構に相当す
る。そして、立体カム３０のカム部３２の図中上面と、
軸部３３の外周とには、それぞれ軸受け３４，３５が設
けられている。モータ部４０は、電源の投入により定速
で回転するものであり、ここではＡＣ１００Ｖの供給に
よって３０秒で１回転するタイプを使用している。

【００２６】次に、立体カム３０の形状について説明す
る。図６に、立体カム３０の下方からの斜視図を示す。
立体カム３０のカム部３２のうち、鋼球２７Ａ，２７Ｂ
に当接される面である当接面３６は、軸部３３の中心を
通る境界３７によって、カム部３２の厚さが互いに異な
る２つの分割領域３６Ｐ、３６Ｑに分割されている。ま
た、境界３７ではカム部３２の厚さが次第に変化するよ
うに勾配が設けられており、厚い方の部分である分割領
域３６Ｐには半円のＶ溝３８が形成されている。薄い方
の分割領域３６Ｑは、平面となっている。境界３７は、
幅が約３．２ｍｍの帯状であり、貫通孔３１に対して約
５４度の傾きをもった斜面で構成されている。また、カ
ム部３２のうち当接面３６の裏面には、境界３７と直交
する径の両端部の２箇所にＶ字型の切り欠き３９が設け
られている（図２参照）。

【００２７】また、図２，４に示すように、立体カム３
０に並列してスイッチ４２が設けられ、立体カム３０の
カム部３２の側面にスイッチ４２の作動片４３が接する
ように配置される。ここで、図７に、モータ部４０を取
り外した状態の切換弁１の平面図を示す。図７に示した
のは、図１，２の状態から立体カム３０が９０度回転し
た状態である。立体カム３０の切り欠き３９は、図７に
２点鎖線で示したように、作動片４３が入り込むことが
できる大きさに形成される。そして、カバー２０の外部
にスイッチ４２の出力端子４４が突出している。

【００２８】次に、このように構成された切換弁１の動
作を説明する。この切換弁１を酸素濃縮装置に使用する
際には、ＣＯＭポート１４，１５にはそれぞれ図示され
ない窒素吸着筒を接続する。そして、入力ポート１２に
は図示されないコンプレッサ等を接続して圧縮空気を入
力し、出力ポート１３は大気開放する。

【００２９】図１に示したのは、鋼球２７Ａが立体カム
３０の薄い方の分割領域３６Ｑに、鋼球２７Ｂが立体カ
ム３０の厚い方の分割領域３６Ｐに当接している状態で
ある。このとき、ピストンロッド２５Ａと弁体２１Ａ，
２２Ａとはバネ２４Ａの付勢力によって押し上げられ、
弁座１６Ａは開弁し、弁座１７Ａは閉弁している。一
方、ピストンロッド２５Ｂは、立体カム３０のカム部３
２によってバネ２４Ｂに抗して押し下げられ、弁体２１
Ｂは弁座１６Ｂに当接する。従って、弁座１６Ｂは閉弁
し、弁座１７Ｂは開弁している。

【００３０】この図１の状態では、入力ポート１２から
入力した圧縮空気は、弁座１６Ａから弁室１８Ａを介し
てＣＯＭポート１４へと流されるので、ＣＯＭポート１
４に接続された第１の図示されない窒素吸着筒へ流入す
る。従って、第１の図示されない窒素吸着筒では、窒素
が吸着されて酸素が濃縮された空気が生成される。同時
に、出力ポート１３は弁座１７Ｂから弁室１９Ｂを介し
てＣＯＭポート１５に連通している。従って、ＣＯＭポ
ート１５に接続された第２の図示されない窒素吸着筒
は、出力ポート１３を介して大気開放されるので、吸着
した窒素を放出して再生される。

【００３１】ここで、モータ部４０に電源が投入される
と、回転部４１が回転し、立体カム３０を回転させる。
立体カム３０の回転速度は、モータ部４０の回転速度に
等しく、ここでは３０秒で１回転となる。立体カム３０
に当接する鋼球２７Ａ，２７Ｂは、カム部３２の動きに
つれて凹部２６Ａ，２６Ｂの内部で回転し、いずれの方
向へも容易に回転できるので、立体カム３０の回転はス
ムーズに行われる。当接面３６のうち厚い方の分割領域
３６Ｐに当接している鋼球２７Ｂは、Ｖ溝３８によって
転がり方向が誘導される。そして、立体カム３０は、図
６に示したように、当接面３６が２つの分割領域３６
Ｐ、３６Ｑに分割されていることから、半回転に相当す
る約１５秒毎に両鋼球２７Ａ，２７Ｂの当接する分割領
域３６Ｐ，３６Ｑは交代される。

【００３２】図１の状態から立体カム３０が約９０度回
転すると、両鋼球２７Ａ，２７Ｂは、分割領域３６Ｐ，
３６Ｑの境界３７に到達する。境界３７は勾配が設けら
れているので、両鋼球２７Ａ，２７Ｂは当接面３６に当
接したまま、勾配を転がることができる。そして、鋼球
２７Ａが厚い方の分割領域３６Ｐに、鋼球２７Ｂが薄い
方の分割領域３６Ｑに当接した状態へと移る。これによ
って、弁体２１Ａ，２２Ａの組と弁体２１Ｂ，２２Ｂの
組の状態が、先の図１の状態とは逆になり、入力ポート
１２とＣＯＭポート１５、出力ポート１３とＣＯＭポー
ト１４がそれぞれ連通する。そして、第１の図示されな
い窒素吸着筒は大気開放されて窒素を放出して再生さ
れ、第２の図示されない窒素吸着筒は圧縮空気が流入さ
れて窒素を吸着して酸素を濃縮する。従って、モータ部
４０を３０秒で１回転の定速で回転させれば、切換弁１
に接続された２つの図示されない窒素吸着筒では、約１
５秒の等時間間隔で互いに窒素の吸着と再生を交互に行
うことができる。

【００３３】次に、切換弁１を動作させたときのタイム
チャート図を図８に示す。図８では、横軸に立体カム３
０の回転角と経過時間をとり、モータ部４０の電圧と、
両ＣＯＭポート１４，１５と入力ポート１２との連通を
開閉する弁座１６Ａ，１６Ｂ（図８ではバルブ１，バル
ブ２と表記する）の開閉状態、スイッチ４２の出力信号
の変化をグラフにして示す。まず、横軸に示すようにモ
ータ部４０に電源電圧ＡＣ１００Ｖを加えると、立体カ
ム３０は３０秒で１回転の定速で回転する。

【００３４】両弁座１６Ａ，１６Ｂは交互にＯＮ−ＯＦ
Ｆされる。図８では、ＣＯＭポート１４，１５が、入力
ポート１２と連通され圧縮空気の入力がなされている状
態をＯＮ状態、出力ポート１３と連通され大気開放され
ている状態をＯＦＦ状態としている。つまり、弁座１６
Ａ，１６Ｂが開放されているのがＯＮ状態、閉止されて
いるのがＯＦＦ状態である。それらのＯＮ−ＯＦＦ状態
の切り換わり時には、まず、ＯＦＦ状態にあるバルブが
次第にＯＮ状態へと切り換えられ、完全にＯＮ状態とな
ると同時にもう一方のバルブが次第にＯＦＦ状態へと切
り換えられる。この切換のためにかかるオーバーラップ
時間は約１秒である。ここで、常にいずれかのバルブが
ＯＮ状態となっていることで、コンプレッサからの圧縮
空気は常にいずれかのＣＯＭポート１４，１５へと連通
されているので、コンプレッサ等に負担をかけることな
く連続運転が可能である。

【００３５】また、立体カム３０の回転によってスイッ
チ４２の作動片４３が切り欠き３９に入り込むと、スイ
ッチ４２で検出され、出力端子４４に接続された外部の
図示されない機器に信号が伝達される。この信号によっ
て、モータ部４０の原点等の駆動状態を得ることがで
き、酸素濃縮装置全体としての制御に使用される。立体
カム３０には、２カ所の切り欠き３９が設けられている
ので、スイッチ４２は半回転の１５秒に１回ずつＯＮさ
れる。１回の信号検出時間は約１秒である。

【００３６】以上詳細に説明したように第１の実施の形
態の切換弁１によれば、モータ部４０によって立体カム
３０が回転され、その立体カム３０には鋼球２７Ａ，２
７Ｂがバネ２４Ａ，２４Ｂで付勢されて当接されてい
る。そして、各鋼球２７Ａ，２７Ｂが当接する立体カム
３０の当接面３６には、厚みがそれぞれ異なる複数の分
割領域３６Ｐ，３６Ｑが設けられているので、立体カム
３０が回転すると、各鋼球２７Ａ，２７Ｂは、その当接
される分割領域３６Ｐ，３６Ｑの厚みに対応した位置と
なる。また、その鋼球２７Ａ，２７Ｂは、ピストンロッ
ド２５Ａ，２５Ｂの基端部に設けられた凹部２６Ａ，２
６Ｂに対して転動可能にはめ込まれ、そのピストンロッ
ド２５Ａ，２５Ｂによって弁体２１Ａ，２１Ｂが往復動
されて弁座１６Ａ，１６Ｂの開閉が切り換えられるの
で、各鋼球２７Ａ，２７Ｂの変位はピストンロッド２５
Ａ，２５Ｂを介して弁体２１Ａ，２１Ｂの変位に対応さ
れる。従って、各分割領域３６Ｐ，３６Ｑの厚みを弁座
１６Ａ，１６Ｂの開弁位置と閉弁位置とに対応させ、立
体カム３０を回転させることで弁座１６Ａ，１６Ｂの開
閉を切り換えることができる。ここで、立体カム３０の
当接面３６の分割領域３６Ｐ，３６Ｑの境界３７に勾配
を設けたので、当接面３６に当接しつつ分割領域３６
Ｐ，３６Ｑの境界３７に到達した鋼球２７Ａ，２７Ｂ
は、勾配を転がることで、衝突音を発生させることなく
分割領域３６Ｐ，３６Ｑの境界３７を超えることがで
き、シートを使用することなく、音の発生を防止するこ
とが可能となった。

【００３７】さらに、モータ部４０が定速で回転され、
立体カム３０の当接面３６の分割領域３６Ｐ，３６Ｑが
立体カム３０の回転中心を中心にして等角度に分割され
ていれば、鋼球２７Ａ，２７Ｂによって当接される立体
カム３０の当接位置は、立体カム３０の回転によって等
時間間隔で隣接する分割領域３６Ｐ，３６Ｑへと移る。
そして、弁座１６Ａ，１６Ｂと、弁体２１Ａ，２１Ｂ、
ピストンロッド２５Ａ，２５Ｂ、鋼球２７Ａ，２７Ｂを
それぞれ一対ずつ有し、一方の鋼球２７Ａ，２７Ｂの当
接する位置の厚みが弁座１６Ａ，１６Ｂの開に対応する
ときには、他方の鋼球２７Ａ，２７Ｂの当接する位置の
厚みが弁座１６Ａ，１６Ｂの閉に対応するので、両方の
鋼球２７Ａ，２７Ｂによって、等時間間隔で同時に弁座
１６Ａ，１６Ｂの開閉状態が交代される。これによっ
て、各弁座１６Ａ，１６Ｂをそれぞれ異なる図示されな
い窒素吸着筒に連通させれば、等時間間隔で交互に各弁
座１６Ａ，１６Ｂを開閉できるので、各図示されない窒
素吸着筒による酸素濃縮と再生とを交互に行ってとぎれ
ることなく酸素を供給することができる。

【００３８】さらに、立体カム３０の回転によって、切
り欠き３９が作動片４３の位置に達するとスイッチ４２
が作動するので、その信号によってモータ部４０の原点
位置等の駆動状態を知ることが可能である。また、ボデ
ィ１１は従来の切換弁１００のボディ１０３と同じ形状
でありそのまま使用できるので、変更にかかるコストが
小さい。さらに、モータ部４０に電源を投入するだけで
等時間間隔で弁切換が行われ、制御回路が不要となるの
で装置全体としてはコストダウンできる。また、従来の
切換弁１００に比べて、小型化されることが可能であ
る。

【００３９】次に、本発明に係る切換弁の第２の実施の
形態について図面を参照して説明する。第２の実施の形
態の切換弁５０は、第１の実施の形態の切換弁１と、ボ
ディ１１や、弁体２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂの構
造は同様であるので、同じ部分には同じ符号を付し、説
明を省略する。図９は、第２の実施の形態の切換弁５０
を示す断面図である。

【００４０】この切換弁５０は、２つのピストンロッド
２５Ａ，２５Ｂのそれぞれの基端部に板カム５１Ａ，５
１Ｂが当接している。板カム５１Ａ，５１Ｂは、共通の
カム軸５２に固定され、カム軸５２はカバー２０に対
し、軸受け５３によって回転可能に取り付けられてい
る。カム軸５２は、カプラ５４によってモータ部５５の
回転軸５６に固定されている。モータ部５５は、モータ
５７に減速機構５８が取り付けられて構成されている。

【００４１】次に、板カム５１Ａの側面図を図１０に示
す。板カム５１Ａは略円板状であり、その輪郭６０は、
カム軸５２の中心からの距離Ｒ１，Ｒ２が異なる複数の
分割領域６１，６２に分割される。これらの分割領域６
１，６２は、カム軸５２を中心に等角度（図１０では、
９０度ずつ）に分割され、分割領域６１，６２の境界６
３には勾配が設けられている。板カム５１Ｂは、板カム
５１Ａと同じ形状である。板カム５１Ｂは、板カム５１
Ａとは分割領域６１のなす角度（ここでは、９０度）だ
けずれた状態で、カム軸５２に対して固定される。

【００４２】この切換弁５０の動作を説明する。板カム
５１Ａ，５１Ｂはそれぞれ９０度ずつずれてカム軸５２
に固定されているので、ピストンロッド２５Ａ，２５Ｂ
の基端部は、それらの板カム５１Ａ，５１Ｂのそれぞれ
異なる分割領域６１，６２に当接する。図９に示した状
態では、ピストンロッド２５Ａは、板カム５１Ａの分割
領域６２に当接し、カム軸５２の軸芯から距離Ｒ２の位
置にある。このとき、ピストンロッド２５Ａは、バネ２
４Ａの付勢力によって押し上げられ、弁座１６Ａは開弁
し、弁座１７Ａは閉弁している。一方、ピストンロッド
２５Ｂは、板カム５１Ｂの分割領域６１に当接し、カム
軸５２の軸芯から距離Ｒ１の位置にある。このとき、ピ
ストンロッド２５Ｂは、バネ２４Ｂに抗して押し下げら
れ、弁体２１Ｂは弁座１６Ｂに当接する。従って、弁座
１６Ｂは閉弁し、弁座１７Ｂは開弁している。

【００４３】ここで、モータ部５５に電源が投入されて
回転軸５６が定速で回転されると、その回転がカム軸５
２に伝達される。そして、板カム５１Ａ，５１Ｂが定速
で回転されるので、それぞれのピストンロッド２５Ａ，
２５Ｂに当接する分割領域６１，６２が、等時間間隔で
交代される。従って、弁座１６Ａと弁座１６Ｂとは、等
時間間隔で交代に開弁される。

【００４４】以上詳細に説明したように第２の実施の形
態の切換弁５０によれば、モータ部５５によって板カム
５１Ａ，５１Ｂが回転され、その板カム５１Ａ，５１Ｂ
には各ピストンロッド２５Ａ，２５Ｂの基端部が付勢さ
れて当接されている。そして、各ピストンロッド２５
Ａ，２５Ｂが当接する板カム５１Ａ，５１Ｂの輪郭６０
には、カム軸５２からの距離がそれぞれ異なる複数の分
割領域６１，６２が設けられているので、板カム５１
Ａ，５１Ｂが回転すると、各ピストンロッド２５Ａ，２
５Ｂは、その当接される分割領域６１，６２のカム軸５
２からの距離に対応した位置となる。また、そのピスト
ンロッド２５Ａ，２５Ｂによって弁体２１Ａ，２１Ｂが
往復動されて弁座１６Ａ，１６Ｂの開閉が切り換えられ
るので、各ピストンロッド２５Ａ，２５Ｂの変位は弁体
２１Ａ，２１Ｂの変位に対応される。従って、各分割領
域６１，６２のカム軸５２からの距離Ｒ１，Ｒ２を例え
ば開弁位置と閉弁位置とに対応させることができ、それ
により、板カム５１Ａ，５１Ｂを回転させることで弁の
開閉を切り換えることができる。ここで、板カム５１
Ａ，５１Ｂの輪郭６０の分割領域６１，６２の境界６３
に勾配を設けたので、輪郭６０に当接しつつ分割領域６
１，６２の境界６３に到達したピストンロッド２５Ａ，
２５Ｂは、勾配をすべることで、衝突音を発生させるこ
となく分割領域６１，６２の境界６３を超えることがで
き、シートを使用することなく、音の発生を防止するこ
とが可能となる。

【００４５】さらに、モータ部５５が定速で回転され、
各板カム５１Ａ，５１Ｂの輪郭６０の分割領域６１，６
２がカム軸５２を中心にして等角度に分割されていれ
ば、ピストンロッド２５Ａ，２５Ｂによって当接される
板カム５１Ａ，５１Ｂの輪郭６０の位置は、板カム５１
Ａ，５１Ｂの回転によって等時間間隔で隣接する分割領
域６１，６２へと移る。そして、弁座１６Ａ，１６Ｂ
と、弁体２１Ａ，２１Ｂ、ピストンロッド２５Ａ，２５
Ｂ、板カム５１Ａ，５１Ｂをそれぞれ一対ずつ有し、各
板カム５１Ａ，５１Ｂがその輪郭６０の分割角度だけ互
いにずれてカム軸５２にとりつけられて、一方のピスト
ンロッド２５Ａ，２５Ｂの当接する位置の輪郭６０が弁
座１６Ａ，１６Ｂの開に対応するときには、他方のピス
トンロッド２５Ａ，２５Ｂの当接する位置の輪郭６０が
弁座１６Ａ，１６Ｂの閉に対応するので、両方の板カム
５１Ａ，５１Ｂによって、等時間間隔で同時に弁座１６
Ａ，１６Ｂの開閉状態が交代される。

【００４６】次に、本発明に係る切換弁の第３の実施の
形態について図面を参照して説明する。第３の実施の形
態の切換弁７０は、第２の実施の形態の切換弁５０のカ
ム軸５２を回転させる機構が異なるのみであるので、同
じ部分には同じ符号を付し、説明を省略する。図１１
は、第３の実施の形態の切換弁７０を示す断面図であ
り、図１２は、同じく側面図である。

【００４７】この実施の形態の切換弁７０では、モータ
部７１の回転軸７２にウォーム７３が設けられる。カム
軸５２には、板カム５１Ａ，５１Ｂの間にウォームホィ
ール７４が固定される。ウォーム７３とウォームホィー
ル７４とがかみ合うことで、回転軸７２の回転をカム軸
５２の回転に変換している。従って、モータ部７０を定
速で回転させることで、カム軸５２も定速に回転し、第
２の実施の形態の切換弁５０と同様の作用・効果を得る
ことができる。

【００４８】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更
が可能である。 （１）前記第１の実施の形態では略円板状のカム部３２
を有する立体カム３０の当接面３６を、２つの分割領域
３６Ｐ，３６Ｑに分割したが、例えば、６分割や１０分
割等に分割した立体カム３０を使用して実施することも
できる。 （２）また、前記第１の実施の形態の立体カム３０で
は、分割領域３６Ｐ，３６Ｑとして、当接面３６のほぼ
全体を分割したが、例えば、図１３，１４にその断面を
示すように、鋼球２７Ａ，２７Ｂが当接する位置の近傍
のみを分割領域として形成した立体カム８０，８１とす
ることもできる。この場合においても、分割領域の境界
は勾配が設けられる。 （３）また、前記第１の実施の形態に記載したモータ部
４０の回転速度、境界３７の幅や傾き、切り欠き３９の
個数等の数値は例示であり、これらの数値にこだわるも
のではない。 （４）また、前記第２の実施の形態では、板カム５１
Ａ，５１Ｂの輪郭６０を４つの分割領域６１，６２に分
割したが、例えば、２分割、６分割等に分割して実施す
ることもできる。 （５）また、前記第３の実施の形態では、ウォーム７３
とウォームホィール７４とによって、モータ部７１の回
転軸７２の回転をカム軸５２の回転に変換しているが、
カサバ歯車によって行うこともできる。

【００４９】

【発明の効果】本発明の切換弁は、回転機構によって立
体カムが回転され、その立体カムには転がり部材が付勢
されて当接されている。また、その転がり部材は、ピス
トンロッドの基端部に設けられた凹部に対して転動可能
にはめ込まれ、そのピストンロッドによって弁体が往復
動されて弁座の開閉が切り換えられる。そして、各転が
り部材が当接する立体カムの当接面には、厚みがそれぞ
れ異なる複数の分割領域が設けられている。それによ
り、立体カムを回転させることで弁の開閉を切り換える
ことができる。ここで、立体カムの当接面の分割領域の
境界に勾配を設けたので、当接面に当接しつつ分割領域
の境界に到達した転がり部材は、勾配を転がることで、
衝突音を発生させることなく分割領域の境界を超えるこ
とができ、シートを使用することなく、音の発生を防止
することが可能となった。

【００５０】また、回転機構が定速で回転され、立体カ
ムの当接面の分割領域が立体カムの回転中心を中心にし
て等角度に分割されていれば、転がり部材によって当接
される立体カムの当接位置は、立体カムの回転によって
等時間間隔で隣接する分割領域へと移る。そして、弁座
と、弁体、ピストンロッド、転がり部材をそれぞれ一対
ずつ有し、一方の転がり部材の当接する位置の厚みが弁
座の開に対応するようにするとともに、他方の転がり部
材の当接する位置の厚みが弁座の閉に対応するようにす
れば、両方の転がり部材によって、等時間間隔で同時に
弁座の開閉状態が交代される。

【００５１】また、本発明の切換弁は、回転機構によっ
て板カムが回転され、その板カムにはピストンロッドが
付勢されて当接されている。また、そのピストンロッド
によって弁体が往復動されて弁座の開閉が切り換えられ
る。そして、各ピストンロッドが当接する板カムの輪郭
には、カム軸からの距離がそれぞれ異なる複数の分割領
域が設けられている。それにより、板カムを回転させる
ことで弁の開閉を切り換えることができる。ここで、板
カムの輪郭の分割領域の境界に勾配を設けたので、輪郭
に当接しつつ分割領域の境界に到達したピストンロッド
は、勾配をすべることで、衝突音を発生させることなく
分割領域の境界を超えることができ、シートを使用する
ことなく、音の発生を防止することが可能となった。

【００５２】さらに、回転機構が定速で回転され、各板
カムの輪郭の分割領域がカム軸を中心にして等角度に分
割されていれば、ピストンロッドによって当接される板
カムの輪郭位置は、板カムの回転によって等時間間隔で
隣接する分割領域へと移る。そして、弁座と、弁体、ピ
ストンロッド、板カムをそれぞれ一対ずつ有し、各板カ
ムが各板カムの輪郭の分割角度だけ互いにずれてカム軸
にとりつけられて、一方のピストンロッドの当接する位
置の輪郭が弁座の開に対応するようにするとともに、他
方のピストンロッドの当接する位置の輪郭が弁座の閉に
対応するようにすれば、両方の板カムによって、等時間
間隔で同時に弁座の開閉状態が交代される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る切換弁の第１の実施の形態を示す
断面図である。

【図２】第１の実施の形態の切換弁を示す平面図であ
る。

【図３】第１の実施の形態の切換弁を示す底面図であ
る。

【図４】第１の実施の形態の切換弁を示す右側面図であ
る。

【図５】第１の実施の形態の切換弁を示す左側面図であ
る。

【図６】立体カムを示す斜視図である。

【図７】モータ部を取り外した切換弁を示す平面図であ
る。

【図８】切換弁の動作を示すタイムチャート図である。

【図９】本発明に係る切換弁の第２の実施の形態を示す
断面図である。

【図１０】板カムを示す側面図である。

【図１１】本発明に係る切換弁の第３の実施の形態を示
す断面図である。

【図１２】第３の実施の形態の切換弁を示す右側面図で
ある。

【図１３】立体カムの別例を示す断面図である。

【図１４】立体カムの別例を示す断面図である。

【図１５】従来の切換弁を示す平面図である。

【図１６】従来の切換弁を示す断面図である。

【図１７】従来のシートを使用した切換弁を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ 切換弁 １６Ａ，１６Ｂ 弁座 ２１Ａ，２１Ｂ 弁体 ２４Ａ，２４Ｂ バネ ２５Ａ，２５Ｂ ピストンロッド ２６Ａ，２６Ｂ 凹部 ２７Ａ，２７Ｂ 鋼球 ３０ 立体カム ３６ 当接面 ３６Ｐ，３６Ｑ 分割領域 ３７ 境界 ４０ モータ部 ５０ 切換弁 ５１Ａ，５１Ｂ 板カム ５２ カム軸 ５５ モータ部 ６０ 輪郭 ６１ 分割領域 ６２ 分割領域 ６３ 境界 ７０ 切換弁 ７１ モータ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H063 AA01 AA08 BB02 BB03 BB45 CC03 DA14 DB15 DC04 EE08 GG03 3H067 AA03 AA32 BB03 BB12 CC43 DD02 DD12 DD32 DD44 ED02 FF11 GG25

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の弁座と、各弁座にそれぞれ設けら
   れた複数の弁体と、を備え、各弁体の往復動で各弁座の
   開閉を切り換える回転機構駆動式切換弁において、 各弁体をそれぞれ往復動させる複数のピストンロッド
   と、 各ピストンロッドのそれぞれの基端部に設けられた凹部
   に対して転動可能にはめ込まれた複数の転がり部材と、 各転がり部材が付勢されて当接する立体カムと、 前記立体カムを回転させる回転機構と、を有し、 各転がり部材が当接する前記立体カムの当接面に、厚み
   がそれぞれ異なる複数の分割領域を設けるとともに、前
   記立体カムの当接面の分割領域の境界に勾配を設けたこ
   と、を特徴とする回転機構駆動式切換弁。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する回転機構駆動式切換
   弁であって、 前記弁座と、前記弁体、前記ピストンロッド、前記転が
   り部材をそれぞれ一対ずつ有し、 前記回転機構を定速で回転させることと、前記立体カム
   の当接面の分割領域が前記立体カムの回転中心を中心に
   して等角度に分割されることとにより、一方の転がり部
   材の当接する位置の厚みが弁座の開に対応するようにす
   るとともに、他方の転がり部材の当接する位置の厚みが
   弁座の閉に対応するようにしたこと、を特徴とする回転
   機構駆動式切換弁。
3. 【請求項３】 複数の弁座と、各弁座にそれぞれ設けら
   れた複数の弁体と、を備え、各弁体の往復動で各弁座の
   開閉を切り換える回転機構駆動式切換弁において、 各弁体をそれぞれ往復動させる複数のピストンロッド
   と、 各ピストンロッドのそれぞれの基端部が付勢されて当接
   し、共通のカム軸を有する複数の板カムと、 各板カムを回転させる回転機構と、を有し、 各板カムの輪郭に、カム軸からの距離がそれぞれ異なる
   複数の分割領域を設けるとともに、前記板カムの輪郭の
   分割領域の境界に勾配を設けたこと、を特徴とする回転
   機構駆動式切換弁。
4. 【請求項４】 請求項３に記載する回転機構駆動式切換
   弁であって、 前記弁座と、前記弁体、前記ピストンロッド、前記板カ
   ムをそれぞれ一対ずつ有し、 前記回転機構を定速で回転させることと、各板カムの輪
   郭の分割領域がカム軸を中心にして等角度に分割される
   ことと、各板カムが各板カムの輪郭の分割角度だけ互い
   にずれてカム軸にとりつけられることとにより、一方の
   ピストンロッドの当接する位置の輪郭が弁座の開に対応
   するようにするとともに、他方のピストンロッドの当接
   する位置の輪郭が弁座の閉に対応するようにしたこと、
   を特徴とする回転機構駆動式切換弁。