JP2009257475A - 三方切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】安定運転を維持し、製造コストの低い三方切換弁を提供する。
【解決手段】筒状のケーシング３には、流体が流入する流入配管１３と、流体が選択的に流出する第１流出配管１４及び第２流出配管１５とが連結され、ケーシング内には、その内部空間を第１弁室７ａと第２弁室７ｂとに区画する弁座部材７が固定され、弁座部材には、流入配管を両弁室に連通させる第１連通路７ｃと、第１弁室を第１流出配管に連通させる第２連通路７ｄと、第２弁室を第２流出配管に連通させる第３連通路７ｅとが備わっており、第１弁室には、電磁アクチュエーターの作動によって第２連通路の弁口７ｆを開閉する第１弁体５が配置され、第２弁室には、第３連通路の弁口７ｇを開閉する第２弁体１０を有するピストン８が変位自在に配置され、第２弁体を第１弁体の変位に追随させる連動手段１１、１２が備わっている三方切換弁１。
【選択図】図１

Description

本発明は、三方切換弁に関し、特に、空調機器の冷凍サイクル等に用いられる三方切換弁に関する。

従来、空調機器における冷媒の流量制御や、風呂、シャワーにおける燃焼ガス、空気、温水、液体燃料等の流量制御に三方切換弁が広く用いられている。

図６は、従来の三方切換弁の一例を示し、この三方切換弁５０は電磁ソレノイド方式のものであって、コイル装置５１と、コイル装置５１に内嵌される第１ケーシング５２と、第１ケーシング５２内に設けられるプランジャ５３、ボール状の第１弁体５４及びコイルばね５５と、弁本体５６と、弁本体５６の内部空間を第１弁室５６ａと第２弁室と５６ｂに区画する弁座６９と、弁本体５６に一部を内嵌されて連結される第２ケーシング５７と、第２ケーシング５７内に設けられるピストン５８、下蓋５９、ボール状の第２弁体６０及びコイルばね６１と、プランジャ５３とピストン５８との間に介装され、弁本体５６を貫通する作動棒６２と、弁座６９の第１連通路６９ａと連通する流路を有する流入配管６３と、弁座６９の第２連通路６９ｂに連通する流路を有する第１流出配管（不図示）と、弁座６９の第３連通路６９ｃに連通する流路を有する第２流出配管６４等で構成される。なお、コイルばね５５のばね荷重は、コイルばね６１よりも大きく設定される。

第１ケーシング５２、第２ケーシング５７、流入配管６３及び第２流出配管６４等は、各々ろう付け（ろう付け部６５、６６）によって弁本体５６に溶接され、合計で５箇所ろう付けされる。

また、上記三方切換弁５０の第１弁体５４は、図７（ａ）に示すように、プランジャ５３の凹部５３ａに収容され、かしめ加工によって固定される。また、プランジャ５３の凹部５３ａの底面には均圧孔５３ｂが穿設される。この均圧孔５３ｂを形成するのは、均圧孔５３ｂが存在しないと、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、凹部５３ａと第１弁体５４により形成される密閉空間６７に侵入したＣＯ_２等の高圧流体が気化した後に膨張し、第１弁体５４に高い圧力Ｐがかかってプランジャ５３から脱落するのを防止するためである。なお、図６に示すピストン５８についても同様の理由で均圧孔５８ｂが穿設される。

次に、上記構成を有する三方切換弁５０の動作について図６を参照しながら説明する。コイル装置５１に通電しない場合には、同図に示すように、プランジャ５３がコイルばね５５によって第１ケーシング５２内を第１弁口６９ｄの方向へ摺動し、第１弁体５４によって第１弁口６９ｄを閉じる。また、このプランジャ５３の摺動に伴い、作動棒６２が下方に移動し、ピストン５８を第２弁口６９ｅから離間する方向へ摺動させ、第２弁体６０を第２弁口６９ｅから離間させて第２弁口６９ｅを開く。これによって、流入配管６３から流入した流体が、弁本体５６の第１連通路６９ａを通過し、第２弁口６９ｅを介して第１流出配管６４から流出する。

一方、コイル装置５１に通電されると、磁力によってプランジャ５３が吸引子７０に吸引されて第１ケーシング５２内を上方に摺動し、第１弁体５４を第１弁口６９ｄから離間させて第１弁口６９ｄを開く。このプランジャ５３の摺動に伴い、作動棒６２によってピストン５８を押し下げる力が作用しなくなり、コイルばね６１の弾性力によりピストン５８が上方に移動し、第２弁体６０によって第２弁口６９ｅを閉じる。これによって、流入配管６３から流入した流体が、弁本体５６の第１連通路６９ａを通過し、第１弁口６９ｄを介して図示しない第２流出配管（紙面に向かって垂直に延設される）から流出する。

しかし、上記従来の三方切換弁５０においては、弁本体５６と２本のケーシング５２、５７が傾いた状態でろう付けされると、これに伴ってプランジャ５３及びピストン５８も傾く。また、両ケーシング５２、５７の芯がずれた状態で弁本体５６にろう付けされると、プランジャ５３及びピストン５８も芯がずれた状態となる。このような状態で三方切換弁５０が作動すると、プランジャ５３とピストン５８は作動棒６２を介して連動するため、両ケーシング５２、５７の内壁に対してプランジャ５３及びピストン５８が片当たりし、プランジャ５３及びピストン５８が著しく摩耗して弁本体５６内に異物が発生し、三方切換弁５０の安定運転を阻害するおそれがあった。

また、弁本体５６と２本のケーシング５２、５７をろう付けによって溶接するため、両ケーシング５２、５７を各々異なる金型で成型する必要があるとともに、成型後これらを各々弁本体５６とろう付けしなくてはならないため、製造コストが上昇するという問題があった。

さらに、図７に示すように、プランジャ５３の凹部５３ａと第１弁体５４の密閉空間６７に侵入した気体の圧力Ｐによって第１弁体５４が脱落するのを防止するため、均圧孔５３ｂ、５８ｂを設けなくてはならず、製造コストを増加させる要因の一つとなっていた。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、安定的に作動する三方切換弁を低コストで提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、三方切換弁であって、筒状のケーシングには、流体が流入する流入配管と、前記流体が選択的に流出する第１流出配管及び第２流出配管とが連結され、前記ケーシング内には、その内部空間を第１弁室と第２弁室とに区画する弁座部材が固定され、前記弁座部材には、前記流入配管を前記両弁室に連通させる第１連通路と、前記第１弁室を第１流出配管に連通させる第２連通路と、前記第２弁室を前記第２流出配管に連通させる第３連通路とが備わっており、前記第１弁室には、電磁アクチュエーターの作動によって前記第２連通路の弁口を開閉する第１弁体が配置され、前記第２弁室には、前記第３連通路の弁口を開閉する第２弁体を有するピストンが変位自在に配置され、前記第２弁体を前記第１弁体の変位に追随させる連動手段が備わっていることを特徴とする。

そして、本発明によれば、従来２本に分割されていたケーシングを１本とし、該ケーシング内に弁座部材を設けたため、ケーシングの成型にかかるコストを低減することができるとともに、弁座部材とケーシングとのろう付け箇所も少なくすることができるため、製造コストを低減することができる。さらに、従来は、弁本体と２本のケーシングとを、ろう付けにより、気密性を確保しながら連結していたのに対し、本発明にかかる三方切換弁は、１本のケーシング内に弁座部材を設け、ケーシング内で弁座部材をろう付けすることができるため、ケーシングと弁座部材との間で、ろう付けにより気密性を確保する必要がなく、従来よりも気密性を格段に向上させることができる。

また、電磁アクチュエーターの作動によって第２連通路の弁口を開閉するにあたり、第１弁体を備えてケーシング内をケーシングの軸線方向に摺動するプランジャを用い、第３連通路の弁口を開閉するにあたり、第２弁体を備えてケーシング内をケーシングの軸線方向に摺動するシリンダを用いた場合でも、ケーシングを１本としているため、プランジャ及びシリンダがケーシングの内壁に片当たりして摩耗することを防止することができ、三方切換弁の安定運転を維持することができる。

前記三方切換弁において、前記連動手段を、前記弁座部材を摺動自在に貫通して前記第１弁体の保持部と前記ピストンとの間に介在する複数の作動棒と、前記ピストンを前記第１弁体側へ付勢する付勢ばねとで構成することができる。

前記三方切換弁において、前記電磁アクチュエーターを、電磁ソレノイド又は電動モータとすることができる。これにより、上記三方切換弁を電磁ソレノイド方式、電動モータ方式の両方において実現することができる。

前記三方切換弁において、前記電磁アクチュエーターを電磁ソレノイドとし、その構成要素であるプランジャに前記第１弁体を備え付けることができる。

前記三方切換弁において、前記第１弁体及び前記第２弁体をボール弁体とし、該ボール弁体を、その保持部に備わっている凹部から突出する複数の突出片をかしめ加工することによって、前記凹部に密閉空間を生じないように保持することができる。これにより、保持部に備わっている凹部に侵入した流体が気化して膨張したとしても、凹部に侵入した気体を逃がすことができるため、第１及び第２の弁体が凹部から脱落するのを防止することができるとともに、保持部に均圧孔を穿設する必要もなく、製造コストの低減に繋がる。

以上のように、本発明によれば、安定的に作動する三方切換弁を低コストで提供することができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２は、本発明にかかる三方切換弁の一実施の形態を示し、この三方切換弁１は、コイル装置２と、一部がコイル装置２に内嵌されるケーシング３と、ケーシング３内の上部に設けられるプランジャ４、ボール状の第１弁体５及びコイルばね６と、ケーシング３の内部空間を第１弁室７ａと第２弁室７ｂとに区画する弁座部材７と、ケーシング３内の下部に設けられるピストン８、下蓋９、ボール状の第２弁体１０及びコイルばね１１と、プランジャ４とピストン８との間に介装され、弁座部材７を貫通する作動棒１２と、弁座部材７の第１連通路７ｃと連通する流路を有する流入配管１３と、弁座部材７の第２連通路７ｄに連通する流路を有する第１流出配管１４と、弁座部材７の第３連通路７ｅに連通する流路を有する第２流出配管１５とで構成される。なお、コイルばね６のばね荷重は、コイルばね１１よりも大きく設定される。

ケーシング３の内部に配置された弁座部材７と、３本の配管１３、１４、１５とは、ケーシング３に連結され、ケーシング３と弁座部材７、及びケーシング３と３本の配管１３、１４、１５とは、例えば、青銅を用いた炉中ろう付けなどにより接合され（ろう付部１６、１８）、合計で４箇所ろう付けされる。

プランジャ４は、その下端に第１弁体５がかしめ加工により固定され、プランジャ４とコイル装置２の吸引子１９との間に介装されるコイルばね６により下方に付勢される。ピストン８も同様に、上端に第２弁体１０がかしめ加工により固定され、ピストン８と下蓋９との間に介装されるコイルばね１１によって上方に付勢される。

上記三方切換弁１の第１弁体５は、図４に示すように、プランジャ４の凹部４ａに収容され、凹部４ａから突出し、この実施例では、下面視で等間隔に３つ形成されるかしめ用突出片４ｂによって、凹部４ａに密閉空間が生じないように固定される。なお、突出片４ｂの個数は３個に限るものではないことは言うまでもない。また、図示を省略するが、図１に示すピストン８についても同様の加工を施す。

コイルばね６は、ばね荷重がコイルばね１１より大きく設定される。これは、コイル装置２に通電していないときに、コイルばね６の弾性力を作動棒１２を介してピストン８に伝達し、第２弁口７ｇを開くためである。

作動棒１２は、弁座部材７を貫通し、どの部材にも固定されない状態でプランジャ４とピストン８との間に介装され、コイルばね６の弾性力をピストン８に伝達して第２弁口７ｇを開くために設けられる。なお、図１（ｂ）に明示されるように、この作動棒１２は、ケーシング３の軸線を挟んで相対向する位置に２本配置されているが、これに限らず、作動棒１２を１本又は３本以上配置することもできる。

次に、上記構成を有する三方切換弁１の動作について図面を参照しながら説明する。

コイル装置２に通電しない状態では、図１及び図２に示すように、プランジャ４がコイルばね６によって下方に付勢されてケーシング３内を下方に摺動し、第１弁体５によって第１弁口７ｆが閉じられる。また、このプランジャ４の摺動に伴い、作動棒１２が下方に移動してピストン８を下方に移動させ、第２弁体１０を第２弁口７ｇから離間させて第２弁口７ｇを開く。これによって、流入配管１３から流入した流体が、弁座部材７の第１連通路７ｃを通過し、第２弁口７ｇを介して第２流出配管１５に流出する。

一方、コイル装置２に通電すると、図３に示すように、磁力によってプランジャ４が吸引子１９に吸引されてケーシング３内を上方に摺動し、第１弁体５を第１弁口７ｆから離間させて第１弁口７ｆを開く。また、このプランジャ４の摺動に伴い、作動棒１２によってピストン８を押し下げる力が作用しなくなり、コイルばね１１の弾性力によりピストン８が上方に摺動し、第２弁体１０によって第２弁口７ｇを閉じる。これによって、流入配管１３から流入した流体が、弁座部材７の第１連通路７ｃを通過し、第１弁口７ｆを介して図１（ａ）及び図２に示す第１流出配管１４から流出する。

本発明の構成を備える三方切換弁１は、可動部材たる第１弁体５のプランジャ４及び第２弁体１０のピストン８が、単一のケーシング３内に摺動自在に嵌合するから、可動部材の芯ずれが起きることがなく、また両者の連動追随動作も円滑に行える。

また、上述のように、第１弁体５（図４参照）がプランジャ４の凹部４ａに収容され、かしめ用突出片４ｂによって、凹部４ａに密閉空間が生じないように固定されるため、プランジャ４の凹部４ａにＣＯ_２等の高圧流体が侵入した場合でも、かしめ用突出片４ｂが形成されていない箇所からこの気体を逃がすことができ、プランジャ４から第１弁体５が脱落するのを防止することもできる。

なお、高圧流体ではなく、比較的低圧の流体を取り扱う場合には、図５（ｂ）に示すように、かしめ用突出片４ｂ（図４参照）や均圧孔を形成することなく、第１弁体５とプランジャ４の凹部４ａとで形成される密閉空間１７の容積が小さくなるような凹部４ｃを設けることにより、この密閉空間１７に侵入する流体の量を低減して第１弁体５に加えられる圧力を最小限に抑え、プランジャ４から第１弁体５が脱落するのを防止することもできる。

本実施の形態においては、本発明にかかる三方切換弁１を構成するにあたり、電磁アクチュエーターとして電磁ソレノイドを用い、その構成要素であるプランジャ４に第１弁体５を設けることにより、三方切換弁を電磁弁で実現した場合について説明したが、電磁アクチュエーターとして電動モータを採用することにより、三方切換弁１を電動モータ方式で実現することも可能である。

本発明にかかる三方切換弁の一実施の形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示す三方切換弁のＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示す三方切換弁のコイル装置に通電している状態を示す断面図である。 図１に示す三方切換弁のプランジャ及び第１弁体を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は（ｂ）の底面図である。 本発明にかかる三方切換弁のプランジャ及び第１弁体の他の実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。 従来の三方切換弁の一例を示す断面図である。 図６の三方切換弁のプランジャ及び第１弁体を示し、（ａ）及び（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部拡大図、（ｄ）は第１弁体脱落の説明図である。

符号の説明

１ 三方切換弁
２ コイル装置
３ ケーシング
４ プランジャ
４ａ 凹部
４ｂ かしめ用突出片
４ｃ 凹部
５ 第１弁体
６ コイルばね
７ 弁座部材
７ａ 第１弁室
７ｂ 第２弁室
７ｃ 第１連通路
７ｄ 第２連通路
７ｅ 第３連通路
７ｆ 第１弁口
７ｇ 第２弁口
８ ピストン
９ 下蓋
１０ 第２弁体
１１ コイルばね
１２ 作動棒
１３ 流入配管
１４ 第１流出配管
１５ 第２流出配管
１６ ろう付け部
１７ 密閉空間
１８ ろう付け部
１９ 吸引子

Claims (5)

1. 筒状のケーシングには、流体が流入する流入配管と、前記流体が選択的に流出する第１流出配管及び第２流出配管とが連結され、
   前記ケーシング内には、その内部空間を第１弁室と第２弁室とに区画する弁座部材が固定され、
   前記弁座部材には、前記流入配管を前記両弁室に連通させる第１連通路と、前記第１弁室を第１流出配管に連通させる第２連通路と、前記第２弁室を前記第２流出配管に連通させる第３連通路とが備わっており、
   前記第１弁室には、電磁アクチュエーターの作動によって前記第２連通路の弁口を開閉する第１弁体が配置され、
   前記第２弁室には、前記第３連通路の弁口を開閉する第２弁体を有するピストンが変位自在に配置され、
   前記第２弁体を前記第１弁体の変位に追随させる連動手段が備わっていることを特徴とする三方切換弁。
2. 前記連動手段は、前記弁座部材を摺動自在に貫通して前記第１弁体の保持部と前記ピストンとの間に介在する複数の作動棒と、前記ピストンを前記第１弁体側へ付勢する付勢ばねとからなることを特徴とする請求項１に記載の三方切換弁。
3. 前記電磁アクチュエーターは、電磁ソレノイド又は電動モータであることを特徴とする請求項１に記載の三方切換弁。
4. 前記電磁アクチュエーターは電磁ソレノイドであって、その構成要素であるプランジャに前記第１弁体が備え付けられることを特徴とする請求項１に記載の三方切換弁。
5. 前記第１弁体及び前記第２弁体はボール弁体であり、該ボール弁体は、その保持部に備わっている凹部から突出する複数の突出片をかしめ加工することによって、前記凹部に密閉空間を生じないように保持されることを特徴とする請求項１又は４に記載の三方切換弁。

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