JP2010038336A - 三方弁 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を低減して組み付けが容易で且つ耐久性に優れる三方弁を提供する。
【解決手段】本三方弁は、筒状の流路４０の両端側に第１のポート１１と第２のポート１２とを設けるとともに流路４０の中間位置に第３のポート１０を設け、第３のポート１０と第１のポート１１との間に第１の弁座２１を形成するとともに第３のポート１０と第２のポート１２との間に第２の弁座２２を形成している。第１・第２の弁座２１，２２に当接又は離間させて第１・第２のポート１１，１２を開閉させる第１・第２の弁体１，２を流路４０内に配置している。第１・第２の弁体１，２はモータ３０に連結するシャフト３に取り付けられている。第１・第２の弁体１，２には内周面をシャフト３との間でシールする内シール部２０ａとするとともに外周面を第１・第２の弁座２１，２２との間でシールする外シール部２０ｂとするシール部材２０が一体形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、三方弁に関し、例えば、水、ガス等の流体に対する分流弁又は混合弁として利用される三方弁に関する。

従来、この種の三方弁として、特許文献１に記載のものが知られている。図２に示すように、従来の三方弁を分流弁とする概略構成は、筒状の流路１４０の両端側に第１の出力ポート１１１と第２の出力ポート１１２とを設けるとともに流路１４０の中間位置に入力ポート１１０を設け、流路１４０の両側に第１の弁座１２１と第２の弁座１２２を形成している。そして、第１・第２の弁座１２１，１２２に当接又は離間させて第１・第２の出力ポート１１１，１１２を開閉させる第１・第２の弁体１０１，１０２を流路１４０内に配置している。第１・第２の弁体１０１，１０２は、モータ１３０に連結するシャフト１０３に取り付けられている。

また、第１・第２の弁体１０１，１０２の外周面には弁シート１３１，１３１が取り付けられ、第１・第２の弁体１０１，１０２の内面とシャフト１０３との間には軸Ｏリング１３２，１３２が嵌め込まれ且つ押さえ部材１３３，１３３が取り付けられている。さらに、第１・第２の弁体１０１，１０２は、シャフト１０３に取り付けられた２つのＥリング１３４，１３４によって支持され、各押さえ部材１３３，１３３の間にバネ１０４を介在してこのバネ１０４の付勢力によりＥリング１３４，１３４側へ押さえつけるようにしてシャフト１０３に取り付けられている。
特開２００５−３１９０号公報

このように従来の三方弁では、シャフト１０３に取り付ける弁体１０１，１０２、弁シート１３１，１３１、軸Ｏリング１３２，１３２、押さえ部材１３３，１３３及びＥリング１３４，１３４等が全て別体に構成されているため、部品点数が多く、弁体１０１，１０２の製造及び組み付けが面倒である上に、各構成部品の寸法公差や組み付けによるバラツキ等を考慮すると現実的に正確な組み立てが困難であった。

また、シャフト１０３を移動させて入力ポート１１０からの流体の流れを第１の出力ポート１１１から第２の出力ポート１１２又はその逆へ切り替える際、流体の圧力が一挙に弁体１０１，１０２に作用するため、各弁体１０１，１０２の軸Ｏリング１３２，１３２がズレたり外れたりするおそれがあった。そして、この流路切り替え時には弁体１０１，１０２及びシャフト１０３に大きな負荷が加わることから、シャフト１０３を移動させるモータ１３０の駆動力を大きくすると、さらに軸Ｏリング１３２，１３２の外れ等が助長される。しかも、モータ１３０に大きな負荷がかかるため、モータ１３０の寿命を短くするおそれもあった。そのため、三方弁の耐久性を向上することが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、部品点数を低減して組み付けが容易で、且つ耐久性に優れる三方弁を提供することを課題とする。

本発明に係る三方弁は、
筒状の流路の両端側に第１のポートと第２のポートとを設けるとともに上記流路の中間位置に第３のポートを設け、第３のポートと第１のポートとの間に第１の弁座を形成するとともに第３のポートと第２のポートとの間に第２の弁座を形成し、
第１の弁座に当接又は離間させて第１のポートを開閉させる第１の弁体及び第２の弁座に当接又は離間させて第２のポートを開閉させる第２の弁体をモータに連結するシャフトに取り付けて上記流路内に配置した三方弁であって、
第１の弁体及び第２の弁体には、内周面をシャフトとの間でシールする内シール部とするとともに外周面を第１・第２の弁座との間でシールする外シール部とするシール部材が一体形成されている。

これにより、従来は弁体に軸Ｏリング、弁シート、押さえ部材等の別部品を組み付けていたが、これらの別部品が不要となる。また、弁体に必要なシール性能は、従来は軸Ｏリングや弁シート等の別部品で確保していたが、弁体に一体形成されたシール部材により確保することができる。従って、弁体の生産性が向上され、弁体のシャフトへの組み付けが容易となり、しかも組み付け時のバラツキも略なくなる。また、使用時には従来のような軸Ｏリングの外れ等の問題を起こすことがない。

また、上記第１・第２の弁体の間には、相互に離間させる方向に付勢するバネが介在され、一方の弁体がシャフトの一端側位置に取り付けられた固定具により支持され、他方の弁体がシャフトの他端側位置に形成された段差部により支持されていることが望ましい。
これにより、各弁体がシャフトに対して確実に位置決めされる。そして、従来は２つのＥリングを必要としたが、一方の弁体はシャフトの段差部によって支持されるから、Ｅリング等の固定具を１つにすることができる。

また、上記第１・第２の弁体には、流路の内壁に常時接するガイド部材が形成されていることが望ましい。
これにより、弁体が流体により振動されることがなく、振動音の発生を防ぐことができる。

以上のように、本発明によれば、部品点数が削減されて生産性が向上され、製造及び組み付け作業が容易な三方弁が提供される。また、シール部材を弁体に一体形成するから、流体の流れの急激な変化等によってシール部材が外れる心配がなく、三方弁の耐久性が向上される。

以下に、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１には、本発明に係る三方弁の一実施形態としての分流弁を示す。図１に示す分流弁は、本体４３の内部に筒状の直線的な流路４０が形成され、この流路４０の両端が第１流路４１と第２流路４２となっており、本体４３には、第１流路４１に連通する第１ポート１１、第２流路４２に連通する第２ポート１２、流路４０の中間位置に連通する第３ポート１０が設けられている。流路４０から第１流路４１に至る境界部分にはテーパ状の第１の弁座２１が設けられ、流路４０から第２流路４２に至る境界部分にはテーパ状の第２の弁座２２が設けられている。また、第１の弁座２１に当接又は離間させて第１のポート１１を開閉させる第１の弁体１と、第２の弁座２２に当接又は離間させて第２のポート１２を開閉させる第２の弁体２が、流路４０内に配置されている。第１・第２の弁体１，２は、流路４０の軸方向に挿通されたシャフト３に取り付けられている。シャフト３は、本体４３の一端側に配設するモータ３０に連結されている。

第１の弁体１と第２の弁体２は、その間にバネ４が介在され、バネ４の一端が第１の弁体１のバネ受け部１４に収容され、バネ４の他端が第２の弁体２のバネ受け部１４に収容されている。第２の弁体２は、シャフト３の先端側位置に取り付けられたＥリング（固定具）３４により支持されてシャフト３に対して位置決めされている。一方、第１の弁体１は、シャフト３の基端側に形成された段差部３５により支持されてシャフト３に対して位置決めされている。なお、シャフト３の段差部３５は、シャフト３の基端側部を拡径することで形成されている。従って、第１・第２の弁体１，２は、バネ４の付勢力によって相互に離反する方向に付勢された状態でＥリング３４と段差部３５との間に配置される。これにより、第１・第２の弁体１，２がシャフト３に対して確実に位置決めされる。また、従来の三方弁（図２）では、２つのＥリング１３４，１３４を必要としたが、本実施形態では、第１の弁体１がシャフト３の段差部３５によって支持されるから、第２の弁体２の固定のためにＥリング３４を１つ使用するだけでよく、その分部品点数が削減される。

そして、この分流弁によれば、モータ３０を駆動してシャフト３を進退動させることにより、第３のポート１０から流路４０内に流れ込む流体を第１のポート１１と第２のポートに任意の分流比で分流可能となっている。例えば、図１に示す状態では、第１の弁体１の第１の弁座２１に対する開度及び第２の弁体２の第２の弁座２２に対する開度を等しくし、第３のポート１０から第１・第２の各ポート１１，１２へ流れる流体の分流比を等しく設定した状態を示している。この状態から、シャフト３を移動させ、シャフト３の移動量を調節することにより、第１・第２の弁座２１，２２に対する第１・第２の弁体１，２の開度を所定に設定することができる。これにより、第３のポート１０から流れ込む流体を所定の分量比で第１・第２のポート１１，１２に分流させることができる。また、シャフト３を移動させることにより、第１・第２の弁座２１，２２に対して第１・第２の弁体１，２を当接又は離間させることができ、例えば、第３のポート１０からの流体の流れを第１のポート１１から第２のポート１２又はその逆へ切り替えることができる。

ところで、第１・第２の弁体１，２は、シール部材２０が中間に配置されるように一体成形されたものからなる。シール部材２０は、内周面をシャフト３の外周面と密着してシールする内シール部２０ａとし、外周面を第１・第２の各弁座２１，２２と密着してシールする外シール部２０ｂとして機能する。第１の弁体１は、シール部材２０を具備させた部分から第１流路４１に向って縮径するニードル形状に形成され、また、第２の弁体２は、シール部材２０を具備させた部分から第２流路４２に向って縮径するニードル形状に形成されている。従って、第１・第２の弁座２１，２２がテーパ状に形成されているので、第１・第２の弁体１，２のシール部材２０，２０の部分を第１・第２の弁座２１，２２に対してテーパ嵌合して当接されるから、第１・第２の弁体１，２を第１・第２の弁座２１，２２に密にシールすることができる。尚、第１・第２の弁体１，２と第１・第２の弁座２１，２２とのシール時の接触面積を小さくするほど、各弁体１，２を移動させる流路切り替え時にシャフト３に連結されるモータ３０の負荷が軽減され、モータ３０の耐久性が向上される。

そして、第１・第２の弁体１，２をシャフト３に組み付けるには、シャフト３の先端側（モータ３０が連結されない側）から、第１の弁体１、バネ４、第２の弁体２を順に所定の向きでシャフト３に挿通させ、第２の弁体２の先端に位置してシャフト３にＥリング３４を取り付けるだけでよい。従来の三方弁（図２）では、弁体１０１，１０２に軸Ｏリング１３２，１３２、弁シート１３１，１３１、押さえ部材１３３，１３３等の別部品を組み付けていたが、本実施形態のものでは、これらの別部品が不要である。また、弁体に必要なシール性能は、従来の三方弁は軸Ｏリング１３２，１３２や弁シート１３１，１３１等の別部品で確保していたが、本実施形態のものでは、一体成形により弁体１，２に一体化されたシール部材２０，２０により確保することができる。従って、第１・第２の弁体１，２の生産性が格段に向上されるとともに第１・第２の弁体１，２のシャフト３への組み付けが容易となり、しかも組み付け時のバラツキもほとんど無い。

このように、実施の形態による三方弁では、シール部材２０を第１・第２の弁体１，２に一体化するとともに、第１の弁体１の固定にはＥリング３４に代わる段差部３５をシャフト３に一体形成する構成としたから、図２の従来のものに比べて部品点数が削減され、三方弁の製造及び組み付けが容易となる。

また、実施の形態の三方弁では、使用時には従来のような軸Ｏリング１３２，１３２の外れ等の問題を起こすことがない。従って、従来の三方弁のように、軸Ｏリング１３２，１３２が外れないようにバネ１０４の付勢力で弁体１０１，１０２を強く押圧する必要がないから、付勢力の大きなバネ１０４を使用する必要がなく、本実施の形態では、バネ４の付勢力は、第１・第２弁体１，２をシャフト３上に位置決めできる程度でよい。これにより、バネ４は、従来のものよりも付勢力の弱いものでも採用可能である。その結果、付勢力の小さいバネ４を使用することにより、シャフト３を移動させる際（特に弁体を弁座に着座させる際）にモータ３０にかかる負荷も小さくなる。これにより、モータ３０の耐久性が向上し、三方弁の寿命を延ばすことができる。

また、第１・第２の弁体１，２は、バネ受け部１４の外側には相互に対向する面１３に向って縮径するテーパ部１５が形成されている。これにより、流体を分流する場合には流体が第１・第２の弁体１，２を円滑に通過し得る。

また、第１・第２弁体１，２の先端には、第１・第２流路４１，４２の内周面に常時当接される十字状のガイド部材２３，２３が形成されている。従って、モータ３０を駆動させてシャフト３を移動させるとき、シャフト３や第１・第２の弁体１，２が、ブレたりガタついたりすることがないので、使用時に振動音が生じることもない。

さらに、付勢力の弱いバネ４を採用し、第１・第２の弁体１，２の各々に設けたガイド部材２３，２３によってシャフト３のブレを防止することにより、第１・第２の弁体１，２の移動に必要な負荷を軽くしてモータ３０にかかる負荷を大幅に軽減できるから、モータ３０の耐久性が向上され、その結果、三方弁の寿命を長くすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではない。
上記実施形態では、三方弁を分流弁として使用する場合の構成を説明したが、第１・第２のポート１１，１２が２系統の流体の入口とされ、流路４０内でこの２系統の流体が混合されて第３のポート１０が出口とされる混合弁としても利用可能である。

実施の形態による分流弁（三方弁）の概略構成を示す断面図である。 従来の分流弁の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 第１の弁体
２ 第２の弁体
３ シャフト
４ バネ
１０ 第３のポート
１１ 第１のポート
１２ 第２のポート
１５ テーパ部
２０ シール部材
２０ａ 内シール部
２０ｂ 外シール部
２１ 第１の弁座
２２ 第２の弁座
２３ ガイド部材
３０ モータ
３４ Ｅリング（固定具）
３５ 段差部
４０ 流路
４１ 第１流路
４２ 第２流路

Claims (3)

1. 筒状の流路の両端側に第１のポートと第２のポートとを設けるとともに上記流路の中間位置に第３のポートを設け、第３のポートと第１のポートとの間に第１の弁座を形成するとともに第３のポートと第２のポートとの間に第２の弁座を形成し、
   第１の弁座に当接又は離間させて第１のポートを開閉させる第１の弁体及び第２の弁座に当接又は離間させて第２のポートを開閉させる第２の弁体をモータに連結するシャフトに取り付けて上記流路内に配置した三方弁であって、
   第１の弁体及び第２の弁体には、内周面をシャフトとの間でシールする内シール部とするとともに外周面を第１・第２の弁座との間でシールする外シール部とするシール部材が一体形成されている三方弁。
2. 請求項１に記載の三方弁において、
   上記第１・第２の弁体の間には、相互に離間させる方向に付勢するバネが介在され、一方の弁体がシャフトの一端側位置に取り付けられた固定具により支持され、他方の弁体がシャフトの他端側位置に形成された段差部により支持されている三方弁。
3. 請求項１又は２に記載の三方弁において、
   上記第１・第２の弁体には、流路の内壁に常時接するガイド部材が形成されている三方弁。

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