JP2011007263A

JP2011007263A - 三方弁

Info

Publication number: JP2011007263A
Application number: JP2009151257A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Shimazu; 智行島津; Mitsuru Miyata; 充宮田
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】入力ポートから出力ポートに向かう流体が弁体に衝突しないようにして全体流量を上げる。
【解決手段】出力ポートの第１及び第２ポート11,12と、ポートの間に設ける入力ポートの第３ポート13とが連通する直線流路14内に軸方向に移動可能なシャフト7に取付けられる第１弁体4ａと第２弁体4ｂが配設される。第１弁体4ａが当接する第１弁座18が第１ポートと第３ポートとの間に形成され、第２弁体4ｂが当接する第２弁座19が第２ポートと第３ポートとの間に形成される。弁体4a,4bの間には、各弁体を相互に離間させる方向に付勢するコイルバネ5が配置される。弁体4a,4bは弁体間に形成される空間の軸方向長さが第３ポートの直径とシャフト7の最大移動長さとを足した長さ以上で、コイルバネ5の付勢力と支持手段で軸方向への移動が規制されてシャフト7に支持される。第１弁体又は第２弁体が閉状態であるときに弁体4a,4bは第３ポートに対向しないように配置される。
【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。従来の三方弁を分流弁とする概略構成は、例えば、直線流路の中間位置に入力ポートを形成し、この直線流路の両端側に第１出力ポート及び第２出力ポートを形成している。前記直線流路内の入力ポートと各出力ポートとの間には、第１弁座と第２弁座とを形成し、前記直線流路内には、第１弁座に当接又は離間させて第１出力ポートを開閉させる第１弁体と、第２弁座に当接又は離間させて第２出力ポートを開閉させる第２弁体とを配置している。

第１弁体及び第２弁体は、モータ駆動により軸方向に移動するシャフトに取り付けられており、このシャフトの軸方向の移動に伴って第１弁体及び第２弁体が前記直線流路内を移動して、第１弁座に第１弁体を当接させたり、第２弁座に第２弁体を当接させたりする。

特開２００５−３１９０号公報

ところで、従来の三方弁は、第１弁体及び第２弁体が前記直線通路内を移動すると、これら弁体の少なくとも一方が入力ポートに対向するようになっている。そのため、入力ポートから前記直線流路内に流れ込んだ液体等は第１弁体又は第２弁体の側面に衝突した後に出力ポートへ向かって流れることから圧力損失が生じて三方弁の全体流量が制限されるという不具合が生じていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、その目的は、圧力損失を少なくすることができる三方弁を提供することにある。

本発明に係る三方弁は、直線流路に連通する第１ポート及び第２ポートと、前記直線流路における第１ポートと第２ポートの間に連通する第３ポートとを備え、前記直線流路内には軸方向に移動可能なシャフトと当該シャフトに取り付けられる第１弁体及び第２弁体とが配設されると共に、第１弁体が当接又は離間する第１弁座が前記直線流路の第１ポートと第３ポートとの間に形成され、第２弁体が当接又は離間する第２弁座が前記直線流路の第２ポートと第３ポートとの間に形成される三方弁であって、
第１弁体及び第２弁体は、各弁体を相互に離間させる方向に付勢するバネと、当該バネの付勢力による軸方向への移動を規制する支持手段とを介して前記シャフトに取り付けられ、前記バネによって付勢された第１弁体と第２弁体との間に形成される空間の軸方向長さが第３ポートの直径と前記シャフトの最大移動長さとを足した長さ以上に設定され、
第１弁体及び第２弁体は、第１弁体又は第２弁体が前記弁座に当接して閉状態であるときに第３ポートに対向しないように配設されていることを特徴とする。

これにより、第１弁体と第２弁体とが前記直線流路内を軸方向に移動しても、第１弁体及び第２弁体が第３ポートに対向しないようにすることができるので、第３ポートから前記直線流路内に流入した流体は、第１弁体又は第２弁体に側方から衝突することなく、各弁体と前記直線流路の内壁との間に形成された隙間から第１ポート又は第２ポートへと流れていき、圧力損失をできるだけ少なくすることができる。その結果、第３ポートから第１ポート及び第２ポートへ流れる流体の全体流量を上げることができる。

また、本発明の三方弁において、第１弁体の側面は、第１弁座と当接する部分よりも第１ポート側をテーパに形成し、第２弁体の側面は、第２弁座と当接する部分よりも第２ポート側をテーパに形成して、各テーパ面のテーパ角度を任意の角度に設定することが好ましい。

第１弁体及び第２弁体のテーパ面の角度を任意に設定することにより、テーパ面と前記直線流路の内壁との間に形成される隙間の流路断面積を自由に設定することができるので、第１ポートを流れる流量と第２ポートを流れる流量とを所望の分配比に制御することができる。

さらに、本発明の三方弁において、第１弁体及び第２弁体の前記テーパ面には、前記直線流路の内壁に常時接する複数のガイド部を周方向に複数形成することが好ましい。
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。さらに、弁体が軸方向に移動しても、弁体が傾くのを抑制できるので、流路断面積を一定に保つことができ、流量のばらつきを抑制できる。

以上のように、本発明の三方弁によれば、第１弁体及び第２弁体はどのような状態でも常に第３ポートに対向しないようにすることができるので、第３ポートから前記直線流路内に流入した流体は、第１弁体又は第２弁体に側方から衝突することなく、各弁体と前記直線流路の内壁との間に形成された隙間から第１ポート又は第２ポートへと円滑に流れていき、圧力損失をできるだけ少なくすることができる。その結果、第３ポートから第１ポート及び第２ポートへ流れる流体の全体流量を上げることができる。

本発明の実施の形態に係る分流弁（三方弁）の第３ポートと第２ポートとの間が遮断された状態の一例を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る分流弁（三方弁）の第１ポート及び第２ポートが第３ポートと連通している状態の一例を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る分流弁（三方弁）に用いる弁体の斜視図であって、バネが配設される端面側から見た斜視図である。図３に示す弁体を反対側の端面から見た斜視図である。

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及び図２に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。本実施形態に係る分流弁は、出力ポートとなる第１ポート１１及び第２ポート１２と入力ポートとなる第３ポート１３とを有するケーシング１と、ケーシング１内に配設される第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂとを備える。

ケーシング１は、第１ポート１１、第２ポート１２及び第３ポート１３を側面に有する円筒状の本体２と、本体２の筒内部に挿入され、第１ポート１１と第３ポート１３とを連通するＬ字状の内部通路が形成された軸ガイド部材３とにより構成されている。軸ガイド部材３の外周面と本体２の内面との間には２つのパッキン６１が介在されており、ケーシング１内に形成される流路を外部からシールしている。

ケーシング１内には、本体２と軸ガイド部材３により直線流路１４が形成され、軸ガイド部材３により直線流路１４に対し直角な方向に第１流路１５が形成され、本体２により直線流路１４に対し直角な方向に第２流路１６及び第３流路１７が形成されている。第１流路１５は直線流路１４の一端部に連続して形成され、第２流路１６は直線流路１４の他端部に連続して形成されており、第３流路１７は直線流路１４の長手方向中間位置に連通するように形成されている。第１流路１５は第１ポート１１に連通し、第２流路１６は第２ポート１２に連通し、第３流路１７は第３ポート１３に連通している。

本実施形態では、本体２の内部に配置される軸ガイド部材３の端面を第１弁体４ａが着座する第１弁座１８としている。また、本体２の内部には、直線流路１４における第３流路１７と第２流路１６との間に第２流路１６側の流路断面積が小径となる段部２１が形成されている。この段部２１が第２弁体４ｂが着座する第２弁座１９となる。軸ガイド部材３の第１弁座１８が形成される流路開口部の内径は、本体２の段部２１で形成される小径の流路の内径と同じ大きさになっている。

さらに、軸ガイド部材３には、後述する駆動ギア８の雄ネジ部８２が螺合する雌ネジ部３２が形成されたギア支持部３１と、このギア支持部３１に隣接し、ギア支持部３１の中心と同心の孔を有してシャフト７を支持する軸受部３３とを有する。この軸受部３３は、軸ガイド部材３で形成される直線流路１４の端部に開口させている。軸受部３３は、弾性体からなるリング状のシール部材６２を介してシャフト７を支持している。

直線流路１４内には、第１弁座１８に当接又は離間させて第１ポート１１を開閉させる第１弁体４ａと、第２弁座１９に当接又は離間させて第２ポート１２を開閉させる第２弁体４ｂが配置されている。第１弁体４ａと第２弁体４ｂとは、軸ガイド部材３のギア支持部３１及び軸受部３３から内部に挿通されたシャフト７の一端側に取り付けられている。第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂの間には、各弁体４ａ，４ｂを相互に離間させる方向に付勢するコイルバネ５が設けられている。このコイルバネ５もシャフト７に挿通させている。

第１弁体４ａと第２弁体４ｂとは共に同じ形状をしている。各弁体４ａ，４ｂについて図１から図４に基づいて説明する。第１弁体４ａと第２弁体４ｂとは、シャフト７が挿通される挿通孔４１を有している。この挿通孔４１は、一端側がシャフト７の第１小径部７１と略同径の内径を有する第１挿通部４１ａと、この第１挿通部４１ａに隣接し第１挿通部４１ａの内径より大径の第２挿通部４１ｂと、第２挿通部４１ｂに隣接し第２挿通部４１ｂの内径より大径の第３挿通部４１ｃとが形成されている。

第２挿通部４１ｂには、リング状のシール部材６３が配置されており、シール部材６３によりシャフト７と弁体４ａ，４ｂとの間をシールしている。さらに、第３挿通部４１ｃには、コイルバネ５の端部を受け止めるリング板状の受け部材５１が配設される。第３挿通部４１ｃは、コイルバネ５が挿入できる大きさに形成されている。第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂの第３挿通部４１ｃ側の端部には鍔部４２が形成されており、この鍔部４２の第１挿通部４１ａ側端面を第１弁座１８又は第２弁座１９に面接触状態で当接させるようになっている。

さらに、第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂの側面は第３挿通部４１ｃ側から第１挿通部４１ａ側に向かって先細るテーパ面４３で形成されている。このテーパ面４３には、周方向に等間隔で４つのガイド部４４が形成されている。ガイド部４４は、軸方向に延び、径方向外方に向かって張り出すように形成されており、軸ガイド部材３の第１弁座１８の近くの直線流路１４の内壁、又は、本体２の段部２１で形成される小径側の直線流路１４の内壁にガイド部４４が常時当接するようになっている。本実施形態では、ガイド部４４の壁面とテーパ面４３とで形成される空間で流路が形成される。

第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂの各テーパ面４３は、本実施形態ではテーパ角度を同じ角度にしているが、第３ポート１３から第１ポート１１への流量と、第３ポート１３から第２ポート１２への流量を異なるようにする場合には、各弁体４ａ，４ｂのテーパ面４３は、そのテーパ角度を異なるようにする。このように、テーパ角度を変えることにより、第１ポート１１及び第２ポート１２への分配比を自由に設定することができる。

シャフト７は、一端側に第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂが取り付けられる第１小径部７１が形成され、他端側に駆動ギア８が取り付けられる第２小径部７２が形成され、第１小径部７１と第２小径部７２の間に大径部７３が形成されている。本実施形態では、大径部７３における第２小径部７２側の端部がシール部材６２を介して軸ガイド部材３の軸受部３３に支持される。

シャフト７は、大径部７３と第１小径部７１により段部７１ａが形成された状態になる。この段部７１ａに当接するようにリング状の座金７４を挿通させておいて、次に、この第１小径部７１に第１弁体４ａを挿通させ、さらに、コイルバネ５を第１小径部７１に挿通させた後、第２弁体４ｂを第１小径部７１に挿通させ、もう一つのリング状の座金７４を第２弁体４ｂに当接させた状態でＥリング７５を第１小径部７１に形成した環状溝に嵌め込む。

第１弁体４ａと第２弁体４ｂとの間に設けられるコイルバネ５は、一端が第１弁体４ａの第３挿通部４１ｃに収容されて受け部材５１で受け止められ、他端が第２弁体４ｂの第３挿通部４１ｃに収容されて受け部材５１で受け止められる。第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂは、コイルバネ５により互いに離反する方向に付勢させた状態でシャフト７の大径部７３及び第１小径部７１によって形成された段部７１ａとＥリング７５とにより軸方向への移動が規制されて固定される。

本実施形態では、シャフト７１に弁体４ａ，４ｂを取り付けたときに、第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂの対向する鍔部４２の端面間の距離、言い換えれば、コイルバネ５によって付勢された第１弁体４ａと第２弁体４ｂとの間に形成される空間の軸方向長さが、第３ポート１３の直径とシャフト７の最大移動長さとを足した長さ以上となるようにしている。なお、本実施形態の段部７１ａとＥリング７５とがコイルバネ５の付勢力による各弁体４ａ，４ｂの軸方向への移動を規制する支持手段となる。

シャフト７の第２小径部７２に挿通される駆動ギア８は、シャフト７の第２小径部７２と略同径の貫通孔８１を有し、外周面に軸ガイド部材３の雌ネジ部３２に螺合する雄ネジ部８２と、この雄ネジ部８２に軸方向に隣接しモータ９に連結される伝動ギア９１と噛み合う歯部８３とが形成されている。

駆動ギア８は、シャフト７の第２小径部７２に挿通されて第２小径部７２と大径部７３とにより形成される段部に当接させ、座金７４を介してＥリング７５を第２小径部７２に形成した環状溝にはめ込むことにより軸方向に移動しないように固定される。駆動ギア８はシャフト７に対して回転フリーになっており、駆動ギア８がモータ９の駆動により回転すると、雄ネジ部８２が軸ガイド部材３の雌ネジ部３２に噛み合っているので、駆動ギア８は軸方向に移動し、この駆動ギア８の移動に伴ってシャフト７も軸方向に移動するようになっている。

そして、本実施形態に係る分流弁によれば、モータ９を駆動してシャフト７を進退動させることにより、第３ポート１３から直線流路１４内に流れ込む流体を第１ポート１１と第２ポート１２とに任意の分流比で分流させることができる。

例えば、図１に示す状態は、第２弁体４ｂを第２弁座１９に当接させて第２ポート１２を第３ポート１３に対して遮断し、第３ポート１３から直線流路１４に流入した流体を全て第１ポート１１から流出させる状態を示している。この状態から、図２に示すように、シャフト７を第１ポート１１側に移動させ、シャフト７の移動量を調節することにより、第１弁座１８に対する第１弁体４ａの開度及び第２弁座１９に対する第２弁体４ｂの開度を所定の開度に設定することにより、第３ポート１３から第１ポート１１及び第２ポート１２へ流れる流体の分流比を調節することができる。さらに、シャフト７を第１ポート１１側に移動させて、第１弁座１８に第１弁体４ａを当接させて、第３ポート１３と第１ポート１１との間を遮断することもできる。

本実施形態に係る分流弁では、シャフト７に位置決めされた第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂは、第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂの対向する鍔部４２の端面間の距離が第３ポート１３の直径とシャフト７の最大移動長さとを足した長さ以上となるように位置決めされているので、第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂはどのような状態でも常に第３ポート１３に対向しないようにすることができる。その結果、第３ポート１３から直線流路１４内に流入した流体は、第１弁体４ａ又は第２弁体４ｂの側面に衝突することなく、第１弁体４ａ又は第２弁体４ｂと直線流路１４の内壁との間に形成された隙間をスムーズに通過して第１ポート１１又は第２ポート１２へと流れていき、圧力損失をできるだけ少なくすることができ、全体流量を向上できる。そして、本実施形態に係る分流弁は、一方の弁体が弁座に当接し、他方の弁体が全開状態にあるときの流体の通路断面積に対応した最小全体流量を計算によって正確に決定することができ、種々の仕様を設定できる。

また、第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂのテーパ面４３には、直線流路１４の内周面に常時当接される十字状のガイド部４４が形成されているので、シャフト７の移動に伴って第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂが移動しても、第１弁体４ａ及び第２弁体４ｂはブレたりガタついたりすることがない。従って、使用時に振動音が生じることもないし、傾くこともないので、正確な流量制御が行なえる。また、ガイド部４４は、本実施形態では、十字状に形成したが、周方向に等間隔で３つのガイド部を設けてもよい。

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ポート１１及び第２ポート１２が２系統の流体の入口とされ、２系統の流体が混合された流体の出口を第３ポート１３とする混合弁としても利用可能である。

１ケーシング
２本体
３軸ガイド部材
４ａ第１弁体
４ｂ第２弁体
５コイルバネ
７シャフト
８駆動ギア
９モータ
１１第１ポート
１２第２ポート
１３第３ポート
１４直線流路
１８第１弁座
１９第２弁座
４２鍔部
４３テーパ面
４４ガイド部

Claims

直線流路に連通する第１ポート及び第２ポートと、前記直線流路における第１ポートと第２ポートの間に連通する第３ポートとを備え、前記直線流路内には軸方向に移動可能なシャフトと当該シャフトに取り付けられる第１弁体及び第２弁体とが配設されると共に、第１弁体が当接又は離間する第１弁座が前記直線流路の第１ポートと第３ポートとの間に形成され、第２弁体が当接又は離間する第２弁座が前記直線流路の第２ポートと第３ポートとの間に形成される三方弁であって、
第１弁体及び第２弁体は、各弁体を相互に離間させる方向に付勢するバネと、当該バネの付勢力による軸方向への移動を規制する支持手段とを介して前記シャフトに取り付けられ、前記バネによって付勢された第１弁体と第２弁体との間に形成される空間の軸方向長さが第３ポートの直径と前記シャフトの最大移動長さとを足した長さ以上に設定され、
第１弁体及び第２弁体は、第１弁体又は第２弁体が前記弁座に当接して閉状態であるときに第３ポートに対向しないように配設されていることを特徴とする三方弁。
請求項１に記載の三方弁において、
第１弁体の側面は、第１弁座と当接する部分よりも第１ポート側がテーパに形成され、第２弁体の側面は、第２弁座と当接する部分よりも第２ポート側がテーパに形成され、各テーパ面のテーパ角度は任意の角度に設定されている三方弁。
請求項２に記載の三方弁において、
第１弁体及び第２弁体の前記テーパ面には、前記直線流路の内壁に常時接する複数のガイド部が周方向に複数形成されている三方弁。