JP2009299736A - 弁構造とこれを用いた二方弁及び三方弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁棒が弁ガイドで摺動自在に案内され、弁室内に形成された弁孔を開閉する二つの弁体を直線上に配置し、より小さな駆動力で弁体による弁孔の開閉を可能にすると共に、弁全体の小型化を図ることができる弁構造を提供する。
【解決手段】両側に弁孔３３、３４が設けられた弁箱体３１の弁室３２内に、両側の弁孔３３、３４を交互に開閉するよう一体に移動する一対の弁体４２、４２を収納し、この両弁体４２、４２間に弁室３２内へ開口する空所４６を形成し、前記空所４６に、その軸心を駆動軸４１の軸心よりも外れた位置で駆動軸４１に連結され、駆動軸４１の軸心を中心に旋回するようになっている開閉軸４８を前記開口から挿入し、この開閉軸４８に該開閉軸４８の回動で両弁体４２、４２を選択的に閉弁位置に押圧するカム４９を設け、このカム４９は、弁体押圧面が一定範囲にわたり円弧状に形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、流体の流れを開閉したり切り換えるための弁構造と、この弁構造を用いて構成した二方弁及び三方弁に関する。

例えば、管路を流れる各種流体の流れを開閉するには二方弁が用いられ、また、流体の流出経路を切り換えたり、流体の流れを切り換える場合は三方弁が用いられている。

従来、二方弁及び三方弁には、ボールバルブを用いるのが一般的である。このボールバルブは、図７（ｂ）に示すように、弁箱体１に弁室２とその両側に流入通路３と流出通路４を連通するように設け、前記弁室２内で流入通路３と流出通路４に導通する部分に設けたシートパッキン５と６の間にボール弁体７を摺接自在に配置し、ステッピングモータ等の電動アクチュエータ８により、あるいは手動操作によりボール弁体７を回動させることにより、流入通路３と流出通路４の連通を開閉する構造になっている。

なお、図７（ｂ）は、二方弁の例を示しているが、三方弁の場合は、弁箱体とボール弁体７の下部に流入通路を設けて図示の両側が流出通路となり、ボール弁体７の回動で流入通路に対する両流出通路の導通を選択的に切り換えるようになっている。

このような、ボールバルブは、シートパッキン５、６とボール弁体７間の気密精度が要求されるため、ボール弁体７の高い加工精度が必要であり、しかも、シートパッキン５、６の摩擦抵抗を減じるために、高価な四フッ化エチレン樹脂を使用しているので、製品のコストが高くつくという問題がある。

また、シートパッキン５と６間にボール弁体７を摺接自在に配置した構造のため、経年変化で摩擦抵抗が高くなり、ボール弁体７を回動させるのに必要な操作力が過大になるという問題も生じていた。

そこで、ボールバルブ構造に対して、平弁（リフト弁）式の弁体を開閉するようにし、ボールバルブ構造でのコストや摩擦抵抗等の上記問題を解決しようとする二方弁及び三方弁が提案されている。

図７（ａ）は、従来提案されている平弁式三方弁の第１の例を示し、弁箱体１１に、弁室１２とその両側に弁孔１３、１４を介して連通する流出通路１５、１６と、弁室１２の下部で連通する流入通路１７を設け、前記弁室１２内に両側弁孔１３、１４を交互に開閉するための弁体１８を、弁軸ガイド１９、２０で弁孔１３、１４と同軸心に支持した弁軸２１に取り付けることにより、この弁軸２１によって弁孔１３、１４間を移動するように配置し、弁箱体１１に固定した電動アクチュエータ２２のスピンドル２３に設けた偏心ピン２４を、弁体１８の上部に設けた周方向の溝２５に係合し、スピンドル２３の回転による偏心ピン２４の回動で、弁体１８を弁軸２１と共に左右何れかに動かし、流入通路１７と両流出通路１５、１６の連通を切り換える構造になっている（例えば、特許文献１参照）。

また、第２の例の三方弁としては、上記と同様の三方弁において、両側弁体を弁体ガイドで軸方向に移動可能となるよう直接支持し、両弁体間で軸心から離れた位置に設けた偏心カムを電動アクチュエータのスピンドルに連結した回転軸に取付け、この偏心カムの回転で両側の弁体を選択的に押圧して流入通路と両流出通路の連通を切り換えるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。

更に、第３の例の三方弁として、弁体を移動させるため、電動アクチュエータで回転する弁軸に揺動レバーを取付け、その先端を両側弁体の間に形成した空間に嵌合させ、前記レバーを揺動させることにより弁体を移動させて流入通路と両流出通路の連通を切換えるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００２−２２８０２２号公報 実開昭４９−８７５２９号公報 特開昭５４−１６１１２２号公報

ところで、第１の例の三方弁は、ボールバルブの製造コストの問題は解決できるものの、第１の問題として、弁体の周辺部分が操作力を受けるため、流体の流方向と交差する方向の分力が働き、弁軸が弁軸ガイトにこすれ、その分弁体を動かすのに要する回転力が増し、電動アクチュエータの負荷が大きくなり、電動アクチュエータの高能力化が必要になる。

また、第２の問題として、スピンドルが弁体の軸心から離れた位置に挿通されており、スピンドルの挿通スペースを弁体の外側に確保する必要があり、弁全体が大きなものとなることである。

上記第２及び第３の例の三方弁においても、上記第１の例の三方弁と同様、電動アクチュエータの高能力化及び弁全体の大型化という問題が有る。

そこで、この発明の課題は、弁棒が弁ガイドで摺動自在に案内され、弁室内に形成された弁孔を開閉する二つの弁体を直線上に配置したものにおいて、より小さな駆動力で弁体による弁孔の開閉を可能にすると共に、弁全体の小型化を図ることができる弁構造とこれを用いた二方弁及び三方弁を提供することにある。

上記のような課題を解決するため、請求項１の発明は、両側に弁孔が設けられた弁箱体の弁室内に、両側の弁孔を交互に開閉するよう一体に移動する一対の弁体を収納し、この両弁体間に弁室内へ開口する空所を形成し、前記空所に開閉軸を前記開口から挿入し、この開閉軸に該開閉軸の回動で両弁体を選択的に閉弁位置に押圧するカムを設けた構成を採用したものである。

請求項２の発明は、上記開閉軸が、その軸心を駆動軸の軸心よりも外れた位置で駆動軸に連結され、駆動軸の軸心を中心に旋回するようになっている構成としたものである。

請求項３の発明は、上記開閉軸に設けたカムは、弁体押圧面が、一定範囲にわたり円弧状に形成されている構成を採用したものである。

請求項４の発明は、上記カムの弁体押圧面の位置を、弁体の軸心と略一致する位置に設定した構造としたものである。

請求項５の発明は、弁箱体に設けた弁室に流体の流入路と流出路を連通するように設け、この弁箱体の弁室内に、請求項１乃至４の何れかに記載の弁構造を組み込み、この弁構造で流入路と流出路の連通と遮断を行うようにしたものである。

請求項６の発明は、弁箱体に設けた弁室に流体の流入路と二つの流出路が連通し、この弁箱体の弁室内に、請求項１乃至４の何れかに記載の弁構造を組み込み、この弁構造で流入路に対して二つの流出路の連通の切換えを行うようにしたものである。

ここで、カムは弁体中心部に対向して配置することができるので、弁体の中心に操作力を与えて、弁体並びに弁体棒と弁ガイドに不要な力を与えることなく、弁体のスムーズな移動を可能にするものである。

また、両弁体間に形成した空所に開閉軸と両弁体を押圧するカムを納めることにより、開閉軸や駆動軸を弁体中心を外して弁室内に挿通したものと比較して、弁機構の構成をコンパクトにすることができる。

上記両側の弁体は、弁本体とこの弁本体に突設した弁体棒と、弁本体に嵌着したパッキンとからなり、これら弁本体弁体棒の一対を一体成形により連結してもよく、カムも開閉軸に一体成形してもよく、これにより、弁機構の部品点数を減らしてコストを抑えることができる。

また、カムの弁体押圧面を、一定範囲に亘り円弧状に形成することにより、円弧状の一定範囲に亘る弁体押圧面の押圧ストロークは一定となり、電動アクチュエータの位置ズレが生じても弁体を確実に押圧することが可能となる。

更に、開閉軸が、その軸心を駆動軸の軸心より外れた位置で駆動軸に連結され、当該開閉軸にカムを設けると、駆動軸の回転に応じて開閉軸は駆動軸の軸心を中心として円弧状の軌跡を動き、弁体の押圧位置における該弁体の押圧ストロークは、前記軌跡分とカム自体の押圧分とが合わさったものとなり、カムの押圧部分を小さくできるので、弁をコンパクトにでき、特に、従来のボールバルブの弁外形寸法を変更することなく、弁体のみを変更する場合に、設計上有利なものとなる。

更にまた、上記のような構造において、カムの弁体押圧面を駆動軸の周面と略同一面にすることにより、駆動軸を弁に直線的に挿通させることができ、弁組立ての作業性が向上する。

また、開閉軸と駆動軸やカムとの一体成形が可能であり、カムの弁体押圧面を、一定範囲に亘り円弧状に形成することも、上記したとおりの効果が得られる。

そしてまた、開閉軸と駆動軸やカムを合成樹脂による一体成形することにより、開閉軸の弾性を利用して弁孔を閉塞する際の力を吸収させることができ、パッキンを無くすか、若しくはパッキンの圧縮代を少なくした嵌着方法を用いることができる。

この発明によると、弁本体の弁室内に、両側の弁孔を交互に開閉するよう一体に移動する一対の弁体を収納し、この両弁体間に弁室内へ開口する空所を形成し、前記空所に開閉軸を前記開口から挿入し、この開閉軸に該開閉軸の回動で両弁体を選択的に閉弁位置に押圧するカムを設けたので、カムは弁体中心部に対向した配置にすることができ、弁体の中心部に操作力を与えることで、弁体のスムーズな移動が可能になり、電動アクチュエータで作動させる場合の高能力化が必要でなくなると共に、両弁体間の空所に開閉軸及びカムを納めることで、弁全体の小型化を図ることができる。

また、開閉軸が、駆動軸の軸心に対して偏心し、この開閉軸にカムを設けたので、弁体の押圧位置における該弁体の押圧ストロークは、開閉軸の偏心量とカム自体の押圧分とが合わさったものとなり、その分カムを小さくできるので、弁をコンパクトにすることができる。

更に、両弁体を一体成形により連結すると共に、開閉軸にカムを一体成形することで、弁の部品点数を減らし、コストを抑えることができる。

また、カムの弁体押圧面を、一定範囲に亘り円弧状にすることにより、弁体押圧面の押圧ストロークは一定となり、電動アクチュエータで作動させる場合に、電動アクチュエータの位置ズレが生じても弁体を確実に押圧が可能になる。

更にまた、カムの弁体押圧面を、駆動軸の周面と略同一面にすることができ、駆動軸を弁に対して直線的に挿通させることで、弁組み立ての作業性を向上させることができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１乃至図４は、第１の実施の形態の弁構造を用いた三方弁を示し、弁箱体３１に、中央に位置する弁室３２と、その両側に弁孔３３、３４を介して連通する流出路３５、３６と、弁室３２の下部に連通する流入路３７を形成し、前記弁室３２の内部に弁構造３８を収納すると共に、弁箱体３１の上部に、弁構造３８を作動させるための電動アクチュエータ３９が固定され、前記弁箱体３１における弁室３２の上部に、この弁室３２と上下同軸心状配置で連通する軸受孔４０を形成し、この軸受孔４０で電動アクチュエータ３９（ＤＣ（ＡＣ）ギヤードモータ）によって駆動される垂直の駆動軸４１を回転可能に支持している。

上記弁構造３８は、弁室３２内に納まる両側一対の弁体４２、４２が、弁本体４３とこの弁本体４３の相反する端面に同軸心状の配置で突設した弁体棒４４と、弁本体４３の相反する端面に設けたパッキン４５とからなり、これら一対の弁体４２、４２を、その対向面間に弁室３２内に開口する空所４６を形成した状態で、両側の横桟４７ａによって結合一体化した構造に形成され、両弁体４２、４２の弁体棒４４が、それぞれの対応する弁孔３３、３４を貫通し、流出路３５、３６に設けた弁ガイド４７、４７で軸方向に移動自在となるよう支持され、一方弁体４２が一方流出路３５の弁孔３３を閉鎖するとき他方弁体４２が他方流出路３６の弁孔３４を開放し、弁体４２、４２の水平方向への移動により両弁孔３３と３４を交互に開閉するようになっている。

上記駆動軸４１の下端で、その軸心が駆動軸４１の軸心より外れた位置に開閉軸４８が連結され、この開閉軸４８を上記弁構造３８における両弁体４２、４２間の空所４６に上部開口を通して挿通し、この開閉軸４８の下端部に、両弁体４２、４２を選択的に押圧するカム４９が設けられている。

このカム４９は、両弁体４２、４２の中心線上の位置に対向して配置され、カム４９の弁体押圧面は、一定範囲に亘り円弧状に形成され、しかも、弁体押圧面が駆動軸４１の周面と略面一になっている。

このようにすることにより、駆動軸４１を弁箱体３１に対して直線的に挿通させることができ、弁組立作業性が向上する。

上記のように、駆動軸４１の偏心位置に開閉軸４８を連結し、この開閉軸４８にカム４９を設けることにより、駆動軸４１の回転に応じて開閉軸４８は駆動軸４１の軸心を中心として円弧状の軌跡を動き、弁体４２、４２の押圧位置における該弁体４２、４２の押圧ストロークは、前記軌跡分とカム４９自身の押圧分が合わさったものとなり、押圧ストロークを長く稼げることでカム４９を小さくできるので、弁構造３８のコンパクト化が図れることになる。

また、カム４９の弁体押圧面を、一定範囲に亘り円弧状に形成することにより、円弧状の一定範囲に亘る弁体押圧面の押圧ストロークは一定となり、弁箱体３１に対して固定する電動アクチュエータ３９の位置ズレが生じても、確実に弁体４２、４２を押圧することが可能になる。

上記弁構造３８において、両側一対の弁体４２、４２は、一体成形により連結してもよく、また、駆動軸４１と開閉軸４８及びカム４９も一体成形が可能である。

第１の実施の形態の弁構造３８とこれを用いた三方弁は、上記のような構成であり、図１（ａ）と（ｂ）のように、開閉軸４８のカム４９が同図左側に向けて突出して同じ側の一方弁体４２を押圧した状態では、この弁体４２はパッキン４５で流出路３６に通じる弁孔３４を閉鎖し、他方弁体４２は弁孔３３から離反して開放し、流入路３７からの流体は、弁室３２から弁孔３３を通って流出路３５に流れる。

この状態で、流入路３７からの流体の流れを流出路３６に切り換えるには、電動アクチュエータ３９の起動により駆動軸４１を一方方向に回転させる。開閉軸４８が駆動軸４１の軸心を中心にして旋回動し、開閉軸４８のカム４９も同様に旋回するので、カム４９の弁体押圧面が弁孔３４を閉鎖する弁体４２から離れる。

図２（ａ）と（ｂ）は、駆動軸４１が９０°回転したときのカム４９の位相を示し、カム４９の弁体押圧面は、弁孔３４を閉鎖する弁体４２から離れて押圧を解くと共に、他方弁体４２の押圧を開始している。

図３（ａ）と（ｂ）は、駆動軸４１が１８０°回転したときのカム４９の位相を示し、カム４９は他方弁体４２を押圧した状態となり、この弁体４２はパッキン４５で流出路３５に通じる弁孔３３を閉鎖し、同時に一方弁体４２は弁孔から離反した開放位相となり、流入路３７からの流体は、弁室３２から弁孔３４を通って流出路３６に流れるように切り換わる。

このように、電動アクチュエータ３９によって駆動軸４１を１８０°回転制御することにより、流入路３７からの流体の流れを、流出路３５と３６の何れかに切り換えることができる。

なお、駆動軸４１の回動は、電動アクチュエータ３９による駆動だけでなく、手動操作によって行なうことも当然可能である。

次に、図５（ａ）、（ｂ）は、第２の実施の形態の弁構造を用いた三方弁を示し、弁構造が弁体を弁孔に対して二次側である流出路内に配置した構造になっている。なお、上述した第１の実施の形態の弁構造及び三方弁と同一部分には、同一符号を付すことによって説明に代える。

この第２の実施の形態の弁構造３８は、弁室３２内に横桟４７ａで結合した一対の受圧板５０、５０を水平方向に移動可能に収納し、両受圧板５０、５０の対向面間に弁室３２内に開口する空所４６を形成し、両受圧板５０、５０の相反する端面の中央に弁体棒４４、４４を同軸心の配置で突設し、両弁体棒４４、４４は、対応する弁孔３３、３４を軸方向に貫通し、弁孔３３、３４の内部に設けた弁ガイド４７、４７で軸方向に移動自在に支持され、前記弁体棒４４、４４の流出路３５、３６内に位置する部分に弁体４２、４２が固定されている。従って、弁体４２、４２は流出路３５、３６内に収納され、前記弁孔３３、３４を流出路３５、３６内において交互に開閉することになる。

上記両受圧板５０、５０の対向面間に形成した空所４６に開閉軸４８が挿入され、開閉軸４８に設けたカム４９が弁体４２の軸心線上の位置で、両受圧板５０、５０を選択的に押圧し、図示の場合、カム４９で押された受圧板５０側の弁体４２は弁孔３３又は３４を開放し、カムで押されていない受圧板５０側の弁体４２は弁孔３４又は３３を閉じることになる。

この第２の実施の形態の三方弁においても、電動アクチュエータ３９によって駆動軸４１を１８０°回転制御することにより、流入路３７からの流体の流れを、流出路３５、３６の何れかに切り換えることができる。

上記した第１及び第２の実施の形態の三方弁において、何れか一方の流出路３５又は３６における流出側端部を閉鎖板等によって閉鎖すれば、三方弁をそのままの構造で二方弁として使用することができる。

図６（ａ）と（ｂ）は、上記した第２の実施の形態の弁構造を用いた二方弁を示している。なお、第２の実施の形態の弁構造を用いた三方弁と同一部分には、同一符号を付して説明に代える。

弁箱体３１の弁室３２を挟んで一方が流入路５１で他方が流出路５２となり、図示例では流入路５１内に弁体４２を配置し、流出路５２側は弁孔３４から弁体棒４４が突出しただけの構造とすれば、流入路５１から弁室３２を介して流出路５２に流れる流体の流出と遮断を、弁体４２による弁孔３３の開閉によって行なえることになる。

なお、図示省略したが、第１の実施の形態の弁構造３８においても、一方弁体４２のパッキン４５を省くようにすれば、図６と同様の二方弁を構成することができる。

上記のような二方弁においても、電動アクチュエータ３９によって駆動軸４１を１８０°回転制御することにより、流入路５１から流出路５２への流体の流を遮断したり開放することができる。

（ａ）はこの発明に係る弁構造を用いた三方弁の要部を縦断した正面図、（ｂ）は同横断平面図 （ａ）はこの発明に係る弁構造を用いた三方弁を示し、駆動軸が図１の状態から９０°回転したときの要部を縦断した正面図、（ｂ）は同横断平面図 （ａ）はこの発明に係る弁構造を用いた三方弁を示し、駆動軸が図１の状態から１８０°回転したときの要部を縦断した正面図、（ｂ）は同横断平面図 この発明に係る弁構造を用いた三方弁を縦断した斜視図 （ａ）はこの発明に係る他の例の弁構造を用いた三方弁の要部を縦断した正面図、（ｂ）は同横断平面図 （ａ）はこの発明に係る弁構造を用いた二方弁の要部を縦断した正面図、（ｂ）は同横断平面図 （ａ）は従来の平弁を用いた三方弁を示す縦断正面図、（ｂ）は従来のボール弁体を用いた二方弁を示す縦断正面図

符号の説明

３１ 弁箱体
３２ 弁室
３３ 弁孔
３４ 弁孔
３５ 流出路
３６ 流出路
３７ 流入路
３８ 弁構造
３９ 電動アクチュエータ
４０ 軸受孔
４１ 駆動軸
４２ 弁体
４３ 弁本体
４４ 弁体棒
４５ パッキン
４６ 空所
４７ 弁ガイド
４８ 開閉軸
４９ カム
５０ 受圧板
５１ 流入路
５２ 流出路

Claims (6)

1. 両側に弁孔が設けられた弁箱体の弁室内に、両側の弁孔を交互に開閉するよう一体に移動する一対の弁体を収納し、この両弁体間に弁室内へ開口する空所を形成し、前記空所に開閉軸を前記開口から挿入し、この開閉軸に該開閉軸の回動で両弁体を選択的に閉弁位置に押圧するカムを設けた弁構造。
2. 上記開閉軸が、その軸心を駆動軸の軸心よりも外れた位置で駆動軸に連結され、駆動軸の軸心を中心に旋回するようになっている請求項１に記載の弁構造。
3. 上記開閉軸に設けたカムは、弁体押圧面が、一定範囲にわたり円弧状に形成されている請求項１又は２に記載の弁構造。
4. 上記カムの弁体押圧面の位置を、弁体の軸心と略一致する位置に設定した請求項１乃至３の何れかに記載の弁構造。
5. 弁箱体に設けた弁室に流体の流入路と流出路を連通して設け、この弁箱体の弁室内に、請求項１乃至４の何れかに記載の弁構造を組み込み、この弁構造で流入路と流出路の連通と遮断を行うようにした二方弁。
6. 弁箱体に設けた弁室に流体の流入路と二つの流出路が連通し、この弁箱体の弁室内に、請求項１乃至４の何れかに記載の弁構造を組み込み、この弁構造で流入路に対して二つの流出路の連通の切換えを行うようにした三方弁。

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