JP2013044410A - 流路切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡素な構成でありながら、流路抵抗、圧力損失を可及的に低減でき、かつ、シール面の摩耗抑制、耐久性向上等をも図ることのできる流路切換弁を提供する。
【解決手段】弁室６及び複数個の入出口１１、１２が設けられた弁本体５と、前記入出口１１、１２を選択的に開閉すべく前記弁室６内に配在された複数個のリフト弁２１、２２と、該リフト弁２１、２２を開閉駆動するための回動軸１５と、を備え、前記リフト弁２１、２２を前記入出口１１、１２開閉方向に直線的に移動させるべく、前記弁室６の底部及び／又は天井部に、前記リフト弁の一部が摺動自在に嵌合せしめられる案内溝３５、３６が設けられるとともに、前記各リフト弁２１、２２を前記案内溝３５、３６に沿って開閉移動させるべく、前記回動軸１５に、前記リフト弁２１、２２の特定部位２５、２６をその内周面及び／又は外周面で押圧する円筒状偏心カム１７が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体の流れ方向(流路）を切り換えるための三方弁等の流路切換弁に係り、特に、複数個の入出口を選択的に開閉するためのリフト弁、リフト弁を開閉駆動するための回動軸（モータ等の駆動装置）、回動軸の回転をリフト弁の開閉運動に変換するカム機構を備えた流路切換弁に関する。

この種の流路切換弁として、下記特許文献１には、弁本体の左右に一対の入出口が設けられた三方弁において、左右の入出口にそれぞれ弁軸ガイドを設け、リフト弁の弁軸（中心軸）を前記弁軸ガイドに通すことでリフト弁を左右方向（入出口開閉方向）に移動可能に支持するようにされたものが開示されている。

特開２００２−２２８０２２号公報

しかしながら、前記特許文献１に所載の流路切換弁では、左右の入出口にそれぞれ弁軸ガイドを設けているが、この弁軸ガイドが流体の流れを阻害するものとなり、流路抵抗、圧力損失が大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、比較的簡素な構成でありながら、流路抵抗、圧力損失を可及的に低減でき、かつ、シール面の摩耗抑制、耐久性向上等をも図ることのできる流路切換弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る流路切換弁は、基本的には、弁室及び該弁室に開口する複数個の入出口が設けられた弁本体と、前記入出口を選択的に開閉すべく前記弁室内に配在された１個ないし複数個のリフト弁と、該リフト弁を開閉駆動するための回動軸と、を備え、前記リフト弁を前記入出口開閉方向に直線的に移動させるべく、前記弁室の底部及び／又は天井部に、前記リフト弁の一部が摺動自在に嵌合せしめられる案内溝又は案内突条が設けられるとともに、前記各リフト弁を前記案内溝又は案内突条に沿って開閉移動させるべく、前記回動軸に、前記リフト弁の特定部位をその内周面及び／又は外周面で押圧する筒状偏心カムが設けられていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記弁本体に平面視で所定の角度間隔をあけて第１入出口と第２入出口とが設けられるとともに、前記弁室内に前記第１入出口を開閉するための第１リフト弁及び前記第２入出口を開閉するための第２リフト弁が前記弁室の中央部に背中を向けた状態で配在される。

他の好ましい態様では、前記各リフト弁に、前記筒状偏心カムの内周面に押圧され得る内周側押受部とその外周面に押圧され得る外周側押受部とが設けられる。

前記リフト弁は、好ましくは、前記入出口の開口端縁部に押し付けられてそれを閉塞する球冠ないし球帯状のゴム製弁体部を有する。

他の好ましい態様では、前記リフト弁に対する前記筒状偏心カムの押圧中心が前記リフト弁の中心線付近に位置するようにされる。

さらに他の好ましい態様では、前記リフト弁は複数であり、各リフト弁の構成は同一とされる。

本発明に係る流路切換弁では、リフト弁を弁室の底部及び／又は天井部に設けられた案内溝又は案内突条で摺動自在に支持するようにされるので、従来例のように入出口に弁軸ガイドを設ける必要はなく、したがって、比較的簡素な構成でありながら、流路抵抗、圧力損失を可及的に低減できる。

また、リフト弁を複数設ける場合においては各リフト弁の構成を同一とすることにより、入出口の数に応じた数のリフト弁を準備するだけで、二方弁、三方弁、四方弁、あるいはそれ以上の入出口を備えた流路切換弁を製造することができるので、部品の共用化を図ることが出来、当該流路切換弁の構造が簡略化される。

本発明に係る流路切換弁の一実施形態（第１実施例）を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図。 （Ａ）は図１（Ｂ）のＹ-Ｙ断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ-Ｘ断面図であり、［第１入出口：閉、第２入出口：開］状態を示している。 図２と同様な断面図であり、［第１入出口及び第２入出口：開（中間開度）］状態を示している。 図２と同様な断面図であり、［第１入出口：開、第２入出口：閉］状態を示している。 第１実施例で使用されている部材を示し、（Ａ）はホルダの底面図、（Ｂ）は円筒状偏心カムの底面図、（Ｃ）はリフト弁の正面図。 第１実施例の改善例を示す断面図。 第２実施例の構成、動作説明に供される断面図。

以下、本発明の流路切換弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る流路切換弁の一実施形態（第１実施例）を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図、図２（Ａ）は図１（Ｂ）のＹ-Ｙ断面図、図２（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ-Ｘ断面図である。

図示第１実施例の流路切換弁１は、三方弁の形態をとるもので、上面が開口した有底円筒状の弁本体５とこの弁本体５の上面開口部５ａに装着固定された蓋状ホルダ７とを備えている。弁本体５内には、蓋状ホルダ７を天井部とする弁室６が画成され、弁本体５の正面（前面）と左右の側面には、それぞれ前記弁室６に開口する入出口１０、１１、１２が設けられている。ここでは、前面に設けられた入出口が流入口１０とされ、左右の側面に設けられた入出口が第１流出口１１と第２流出口１２となっており、この事例では第１流出口１１と第２流出口１２は平面視で１８０度の角度間隔をあけて対向配置され、それらに等角度（９０度）間隔で流入口１０が配置されている。

なお、第１流出口１１と第２流出口とは平面視で１８０度以外の角度間隔で配置されても良く、また流入口１０もそれらに等角度（即ち第１流出口１１と第２流出口１２との中間位置）以外の位置に配置されても良い。

弁室６内には、第１流出口１１を開閉するための第１リフト弁２１及び第２流出口１２を開閉するための第２リフト弁２２が相互に背中を対向させた分離状態で配在されている。言い換えれば、第１リフト弁２１及び第２リフト弁は、それぞれ弁室の中央部に背中を向けた状態で配在されている。第１リフト弁２１と第２リフト弁２２の構成等は後で詳述する。

前記蓋状ホルダ７の中央に設けられた挿通穴７ａには、前記リフト弁２１、２２を開閉駆動するための（流入口１１、１２に接離する方向に移動させるための）回動軸１５が回動自在に支持されている。回動軸１５は図示されていないステッピングモータ等の回転駆動源により正逆両方向に任意に回転せしめられるようになっている。

そして、本実施例では、第１リフト弁２１及び第２リフト弁２２を流出口１１、１２の開閉方向（左右方向）に直線的に移動させるべく、弁室６の底部５ｂ及び天井部（図５（Ａ）に示される蓋状ホルダ７の下面部）の中央に、それぞれリフト弁２１、２２の一部が摺動自在に嵌合せしめられる案内溝３５、３６が設けられるとともに、前記各リフト弁２１、２２を前記案内溝３５、３６に沿って開閉移動させるべく、前記回動軸１５の下端部には、前記リフト弁２１、２２の特定部位（後述）をその内周面及び外周面で押圧する天井部１７ａ付き短円筒状の偏心カム１７が一体に設けられている。

短円筒状偏心カム１７の中心線Ｃは、回動軸１５の中心線（回転軸線Ｏ）から半径方向に所定の距離ｅだけ偏心せしめられている（図２（Ａ）、（Ｂ）に加えて図５（Ｂ）の底面図を参照）。

第１リフト弁２１と第２リフト弁２２は、この事例においては同一構成（大きさ、形状等が同一）であり、図２（Ａ）、（Ｂ）に加えて図５（Ｃ）の正面図を参照すればよくわかるように、矩形厚板状の基体部２３と流出口１１、１２の開口端縁部１１ａ、１２ａに押し付けられてそれを閉塞する球冠ないし球帯状のゴム製弁体部３０とを有している。このゴム製弁体部３０は、基体部２３の一端面に設けられた矩形板状部２７とキノコ状抜止部２８により基体部２３にしっかりと固定されている。

基体部２３の下部は、弁室６の底部５ｂに設けられた案内溝３５に摺動自在に嵌合せしめられ、基体部２３の上部における外周側（流出口１１、１２側）には、その上端部が弁室６の天井部（蓋状ホルダ７の下面部）に設けられた案内溝３６に摺動自在に嵌合せしめられ、かつ、前記回動軸１５が回転せしめられるとき、前記短円筒状偏心カム１７の外周面により押圧され得る丸棒状の外周側押受部２６が上向きに突設され、また、基体部２３の上部における内周側（弁室６の中心側）には、前記回動軸１５が回転せしめられるとき、前記短円筒状偏心カム１７の内周面により押圧され得る丸棒状の内周側押受部２５が上向きに突設されている。内周側押受部２５と外周側押受部２６との間は円筒状偏心カム１７が挿入される矩形凹部２４となっている。

なお、リフト弁２１、２２の基体部２３、外周側押受部２６、内周側押受部２５、矩形板状部２７、キノコ状抜止部２８は、摩擦抵抗が小さく摺動性に優れた例えばテフロン（登録商標）系の合成樹脂を素材として一体に成形されている。

このような構成とされた本実施例の流路切換弁１においては、回動軸１５が例えば平面視で時計回りに、図２に示される如くの回転位置まで回転せしめられた際には、円筒状偏心カム１７の外周面により第１リフト弁２１の外周側押受部２６が半径方向外方側に押圧され、それによって、第１リフト弁２１が案内溝３５、３６に案内されながら第１流出口１１側に押動され、第１リフト弁２１のゴム製弁体部３０が第１流出口１１の開口端縁部１１ａに押し付けられてそれを閉塞し、これと同時に、円筒状偏心カム１７の内周面により第２リフト弁２２の内周側押受部２５が半径方向内方側に押圧され、それによって、第２リフト弁２２が案内溝３５、３６に案内されながら第２流出口１２から離れる方向に押動され、第２流出口１２が全開する。これにより、流入口１０からの流体は第２流出口１２の方へ流れる。

続いて、回動軸１５が図２に示される回転位置から時計回りに回転せしめられると、円筒状偏心カム１７の内周面により第１リフト弁２１の内周側押受部２５が半径方向内方側に押圧され、それによって、第１リフト弁２１が案内溝３５、３６に案内されながら第１流出口１１から離れる方向に押動され、第１流出口１１が開き（中間開度、図３）、これと同時に、円筒状偏心カム１７の外周面により第２リフト弁２２の外周側押受部２６が半径方向外方側に押圧され、それによって、第２リフト弁２２が案内溝３５、３６に案内されながら第２流出口１２側に押動されるが、第２流出口１２を閉じるまでには至らない。

さらに、回動軸１５が図３に示される回転位置から時計回りに、図４に示される如くの回転位置まで回転せしめられると、第１リフト弁２１が案内溝３５、３６に案内されながら第１流出口１１から離れる方向にさらに押動され、第１流出口１１が全開し、これと同時に、円筒状偏心カム１７の外周面により第２リフト弁２２の外周側押受部２６が半径方向外方側に押圧されて、第２リフト弁２２が案内溝３５、３６に案内されながら第２流出口１２側にさらに押動され、第２リフト弁２２のゴム製弁体部３０が第２流出口１２の開口端縁部１２ａに押し付けられてそれを閉塞する。これにより、流入口１０からの流体は第１流出口１１の方へ流れる。

このような構成の本実施例の流路切換弁１では、リフト弁２１、２２を弁室６の底部及び天井部に設けられた案内溝３５、３６で摺動自在に支持するようにされるので、従来例のように入出口に弁軸ガイドを設ける必要はなく、したがって、比較的簡素な構成でありながら、流路抵抗、圧力損失を可及的に低減できる。

リフト弁２１、２２のゴム製弁体部３０のみでシールする構成なので、パッキン等の他のシール部品は不要となり、部品点数を削減できる。

流出口１１、１２の開口端縁部（弁座）に球冠ないし球帯状のゴム製弁体部３０を押し付ける構造であるため、シール面が摺動して摩耗する懸念はなく、耐久性の向上が見込まれる。

シール面（ゴム製弁体部３０）が球面なので、多少の傾きが生じても所要のシール性を確保できる。

第１流出口１１を開閉するための第１リフト弁２１と第２流出口１２を開閉するための第２リフト弁２２が相互に背中を対向させた分離状態で配在されているので、図３に示される如くの中間開度状態においては、二つの弁間距離が縮まり、流出口１１、１２とリフト弁２１、２２との離隔距離を大きくとることができ、そのため、二つの流出口１１、１２に流体を大量に流すことが可能となる。

なお、上記実施例では、偏心カム１７が短円筒状とされているため、円筒状偏心カム１７の押圧中心がリフト弁２１、２２の上部に位置することになり、リフト弁２１、２２に不所望なモーメントが生じるおそれがある。

そこで、図６に示されているように、円筒状偏心カム１７’を高さ方向に長くするとともに、矩形凹部２４’を深くして、円筒状偏心カム１７’の押圧中心がリフト弁２１、２２（のゴム製弁体部３０）の中心線Ｊ付近に位置するようになすことが改善例として挙げられる。

また、上記実施例では、本発明を一つの流入口１０と二つの流出口１１、１２を有する三方弁に適用した場合を例示したが、本発明の適用範囲は上記のような三方弁に限られることはなく、二方弁や四方弁等にも適用できる。

図７は、本発明を、一つの流入口１０と三つの流出口１１、１２、１３を有する四方弁に適用した例を示す。図示例（第２実施例）の流路切換弁２では、弁室６の底部と天井部にそれぞれＴ字状に案内溝３５、３５’（３６、３６’）を設けるとともに、三つの流出口１１、１２、１３を開閉すべく、上記実施例と同様な構成の三つのリフト弁３１、３２、３３を９０度の角度間隔をあけて配備し、三つのリフト弁３１、３２、３３の内周側押受部２５及び外周側押受部２６を上記実施例と同様な円筒状偏心カム１７で押圧するようになっている。
もちろん、三つのリフト弁３１、３２、３３（三つの流出口１１、１２、１３）は９０度以外の角度間隔をあけて配備されても良く、流入口１０もリフト弁３１、３２（流出口１１、１２）の中間位置以外の位置に配備されても良い。

かかる構成の流路切換弁２においても上記第１実施例と略同様な作用効果が得られる。
また上記の各実施例では複数のリフト弁の大きさ、形状等が同一であるものとしたが、この場合は流出口の数に応じた数のリフト弁を準備するだけで、二方弁（この場合はリフト弁は１つ）、三方弁、四方弁、あるいはそれ以上の流出口を備えた流路切換弁を製造することが出来るので、部品の共用化を図ることが出来、当該流路切換弁の簡略化を図ることができる。もちろん、本発明においては、複数のリフト弁を用いる場合には各リフト弁の大きさ、形状、材質等を異なるものとしても良いことは当然である。

なお、上記実施例では、弁室６の底部と天井部にそれぞれ案内溝３５、３６を設けているが、案内溝の代わりに案内突条を設け、リフト弁に該案内突条に摺動自在に嵌合する溝を設けるようにしてもよい。

また、リフト弁の上下端が弁室６の底部と天井部とに支持されるものとして説明したが、それらの一方にのみ支持される構成としても良い。

さらに、流入口１０及び流出口１１、１２、１３という表現を用いたが、符号１１、１２、１３の流管から弁室内に流体を流入させ、符号１０の流管から流体を流出させるようにしても良い。すなわち、流入口及び流出口は流体の入出口で良い。

１ 流路切換弁
５ 弁本体
６ 弁室
７ 蓋状ホルダ
１０ 流入口
１１ 第１流出口
１２ 第２流出口
１５ 回動軸
１７ 円筒状偏心カム
２１ 第１リフト弁
２２ 第２リフト弁
２３ 基体部
２４ 矩形凹部
２５ 内周側押受部
２６ 外周側押受部
３０ ゴム製弁体部
３５、３６ 案内溝

Claims (6)

1. 弁室及び該弁室に開口する複数個の入出口が設けられた弁本体と、前記入出口を選択的に開閉すべく前記弁室内に配在された１個ないし複数個のリフト弁と、該リフト弁を開閉駆動するための回動軸と、を備えた流路切換弁であって、
   前記リフト弁を前記入出口開閉方向に直線的に移動させるべく、前記弁室の底部及び／又は天井部に、前記リフト弁の一部が摺動自在に嵌合せしめられる案内溝又は案内突条が設けられるとともに、前記各リフト弁を前記案内溝又は案内突条に沿って開閉移動させるべく、前記回動軸に、前記リフト弁の特定部位をその内周面及び／又は外周面で押圧する筒状偏心カムが設けられていることを特徴とする流路切換弁。
2. 前記弁本体に平面視で所定の角度間隔をあけて第１入出口と第２入出口とが設けられるとともに、前記弁室内に前記第１入出口を開閉するための第１リフト弁及び前記第２入出口を開閉するための第２リフト弁が前記弁室の中央部に背中を向けた状態で配在されていることを特徴とする請求項１に記載の流路切換弁。
3. 前記各リフト弁に、前記筒状偏心カムの内周面に押圧され得る内周側押受部とその外周面に押圧され得る外周側押受部とが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路切換弁。
4. 前記リフト弁は、前記入出口の開口端縁部に押し付けられてそれを閉塞する球冠ないし球帯状のゴム製弁体部を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の流路切換弁。
5. 前記リフト弁に対する前記筒状偏心カムの押圧中心が前記リフト弁の中心線付近に位置するようにされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の流路切換弁。
6. 前記リフト弁は複数であり、各リフト弁の構成は同一であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の流路切換弁。

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