JP2015057564A - 多方向切替バルブ - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な方法で複数の吐出口の開閉を制御でき、分岐先が増えてもコストの上昇やサイズの拡大を少なくすることができる多方向切替バルブを提供する。【解決手段】流体が流入する吸入口および流体が流出する少なくとも2つの吐出口が設けられた弁ケースと、少なくとも2つの吐出口を開閉するためにそれぞれに設けられる少なくとも2つの弁体と、棒状体の形状に形成され、弁体を駆動するために設けられる駆動体と、駆動体を回転駆動させる駆動源17とを含む多方向切替バルブ1であって、駆動体の回転により駆動体の側面に設けられた凸状部が少なくとも2つの弁体のいずれかに押し当てられ、少なくとも2つの吐出口を順に開放または閉塞させるように構成されている。【選択図】図2a

Description

本発明は、ポンプなどから送られる流体を、送り先を切り替えて吐出する多方向切替バルブに関する。さらに詳しくは、駆動体の回転により吐出先の切替を制御でき、主に、室内用エアマットや床ずれマットへのエアの供給、または、観賞魚用水槽や汚水浄化槽などにおける酸素補給に利用される多方向切替バルブに関する。
従来から、エアーポンプなどの吐出空気を複数の配管に分岐させるバルブとして、たとえば図13に示されるような、ピストンロッド126を介してばね108およびソレノイドなどの電磁装置120に接続された可動弁121を、ばね108の付勢作用と電磁装置120の駆動力によって往復動作させて2つの吐出口104a、104bを閉塞または開放する構成の切替バルブがある。すなわち、図13において、電磁装置120に電流が供給されないときは、ばね108の付勢作用により可動弁121が図13中、右側に引き寄せられて吐出口104aが閉塞され、結果として、吸入側空気室123に流入するエアーポンプなどの吐出空気は、吐出口104bを通って吐出配管124bに吐出される。一方、電磁装置120に電流が供給されると、ばね108の付勢作用に抗する電磁装置120の駆動力によって可動弁121が図13中、左側に動かされて吐出口104bが閉塞され、エアーポンプなどの吐出空気は吐出口104aを通って吐出配管124aに吐出される(たとえば特許文献1参照)。
また、図14および図15に示されるように、複数の可動弁221a〜221eが離間して取り付けられたピストンロッド226が、吸入部223および複数の吐出部222a〜222cが設けられたシリンダ225に挿入され、このピストンロッド226を駆動源214によってシリンダ225内で往復運動させて、可動弁221a〜221eで仕切られるシリンダ225内の空間を介して吸入部223と吐出部222a〜222cのいずれかとを連通させる切替バルブもある(たとえば特許文献2参照)。なお、図14には2つの吐出部222aおよび222bに空気を分岐させる切替バルブが、図15には3つの吐出部222a〜222cに空気を分岐させる切替バルブがそれぞれ示されており、図15においては、吸入部223は分岐口228aまたは228bを介してシリンダ225に接続されている。吸入部223に流入するエアーポンプなどの吐出空気は、図14(a)に示される状態では、シリンダ225内の、図14(a)において可動弁221aの左側の空間を通って吐出部222aに吐出され、一方、図14(b)に示されるように、可動弁221aが吸入部223の開口部223aよりも図14(b)において左側に位置するまでピストンロッド226が動かされると、シリンダ225内の可動弁221aと可動弁221bとの間の空間を通って吐出部222bに吐出される。また、図15(a)に示される状態では、吸入部223に流入するエアーポンプなどの吐出空気は、分岐口228a、および、シリンダ225内の可動弁221bと可動弁221cとの間の空間を通って吐出部222aに吐出され、ピストンロッド226が図15(a)において右方向に動かされると、図15(b)および図15(c)にそれぞれ示されるように、可動弁221a〜221eの位置に応じて、吸入部223と連通する吐出部が、吐出部222aから吐出部222b、さらに吐出部222cに順に切り替わり、エアーポンプなどの吐出空気は吸入部223と連通する吐出部222a〜222cのいずれかに吐出される。
特開2001−193663号公報 特開2002−250455号公報
図13に示される従来の切替バルブは、吸入側の空気を2つの吐出口104a、104bのいずれか一方に吐出し、電磁装置120により駆動される可動弁121で他方を閉塞する構成としているため、分岐先が2つよりも多い場合は、分岐先が1つ増えるごとに、電磁装置120および可動弁121を、吐出口104aの吐出配管124a側および吐出口104bの吐出配管124b側のいずれかまたは両方に追加することになり、高価な電磁装置120の数が増えてコストが大幅に増加すると共に、切替バルブのサイズが大きくなるという問題がある。また、そのように複数の電磁装置120を使用するには、それぞれの電磁装置120ごとに駆動電流の供給を制御する必要があり、しかも、他の電磁装置120に供給される駆動電流の供給および停止の切替と連携して制御する必要があるので、吐出口の開閉の制御が複雑になるという問題がある。さらに電磁装置120の数が増えることにより切替バルブの故障率が上昇するという問題もある。
また、可動弁121は、吐出口104aおよび104bに繰り返し押し付けられるため、破損する可能性や、磨耗や変形によって正常に機能を発揮できない状態に至る可能性がある。その場合可動弁121の交換が必要となるが、図13に示される切替バルブでは可動弁121はピストンロッド126に固定されているので容易に取り外すことができず、ピストンロッド126ごと、または電磁装置120ごと交換することとなり、コストがかかるという問題がある。
また、図14および図15に示される切替バルブは、吸入部223と複数の吐出部222a〜222cそれぞれとの間に二股の分岐流路とシリンダ225とを組み合わせた流路を形成し、空気を吐出する吐出部以外の吐出部への流路を可動弁221a〜221eで塞ぐ構成としているため、分岐数が2つ増えるごとに、吸入部223側の流路に図15に示される分岐口228a、228bのような分岐流路が必要になり、コストが上昇すると共に、切替バルブのサイズが大きくなるという問題がある。
さらに、図14および図15に示される切替バルブにおいても、可動弁221a〜221eはシリンダ225の内壁に接触しながら摺動するので破損などで交換が必要となる可能性があるが、可動弁221a〜221eはピストンロッド226に固定されているので容易に取り外すことができず、ピストンロッド226ごと、または駆動源214ごと交換することが必要になりコストがかかるという問題がある。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、簡単な方法で複数の吐出口の開閉を制御でき、しかも、分岐先が増えた場合のコストの上昇やサイズの拡大を少なくすることができる多方向切替バルブを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、弁体が破損や磨耗または変形などによって使用不能となった場合に、容易に弁体だけを交換することができ、機能維持のためのコストを安くすることができる多方向切替バルブを提供することにある。
本発明の多方向切替バルブは、流体が流入する吸入口および該流体が流出する少なくとも2つの吐出口が設けられた弁ケースと、前記少なくとも2つの吐出口を開閉するためにそれぞれに設けられる少なくとも2つの弁体と、棒状体の形状に形成され、前記弁体を駆動するために設けられる駆動体と、該駆動体を回転駆動させる駆動源とを含む多方向切替バルブであって、前記駆動体の回転により前記駆動体の側面に設けられた凸状部が前記少なくとも2つの弁体のいずれかに押し当てられ、前記少なくとも2つの吐出口を順に開放または閉塞させるように構成されている。
ここに、凸状部とは、棒状体の形状に形成される駆動体の側面において周囲の部分よりも外側に突出する形状の部分を意味しており、駆動体と一体的に形成された突出形状の部分および駆動体と別々に形成された後に駆動体に取り付けられた突出形状の部分の両方を含む意味である。
前記少なくとも2つの弁体が前記駆動体の軸方向に沿って設けられ、前記弁体は、一端部側に前記吐出口を閉塞する閉塞部と、他端部側に前記閉塞部を移動させる弾力を生じさせる弾性部材部と、前記閉塞部と前記弾性部材部とを接続し、前記弾力による前記閉塞部の移動方向と交差する方向に前記弁体を貫く貫通孔を有する本体部とを有し、前記駆動体は前記少なくとも2つの弁体それぞれの前記貫通孔に挿入されており、前記駆動体の回転により前記凸状部が前記少なくとも2つの弁体それぞれに順に押し当てられ、前記閉塞部を前記駆動体と交差する方向に移動させるように構成することが、前記少なくとも2つの吐出口を順に開放または閉塞させ易いため好ましい。
前記弾性部材部は、前記吐出口が閉塞されるように前記閉塞部を移動させる弾力を生じさせるように構成され、前記閉塞部は、前記凸状部が前記弁体に押し当てられることによって、前記吐出口から離れて前記吐出口が開放されるように構成されてもよい。
前記弾力による前記閉塞部の移動方向と同じ方向または該移動方向に対して鋭角をなす方向に向けられた部分を少なくとも含む壁面が前記弁体の一部に形成され、外周の一部に他の部分よりも突出して形成された頭頂部を有する板カムの該頭頂部が前記駆動体の前記凸状部として設けられ、前記駆動体の所定の回転角において前記板カムの前記頭頂部が前記壁面に押し当てられるように構成されることが、駆動体の回転により凸状部を弁体に押し当て易いため好ましい。
前記弾性部材部が、断面形状がくの字形の一対の板ばねを含んでおり、該一対の板ばねの前記閉塞部と反対側の端部が前記弁ケースの内壁に支持されていてもよい。
前記弾性部材部が、コイルバネを含み、前記コイルバネの一端が前記弁ケースの内壁に支持され、前記コイルバネの他端が前記弁体の前記他端部側に支持されるように構成されていてもよい。
前記少なくとも2つの吐出口が前記弁ケースの1つの面に前記駆動体の軸方向に沿って並べて設けられており、前記凸状部が前記駆動体の周方向において相互に異なる向きに向けられて設けられてもよい。
前記凸状部が前記駆動体と一体的に形成され、前記駆動体が、相互に連結および分離可能な2つ以上の構成部品を連結して構成することが、多方向切替バルブの組み立ておよび弁体の追加や取り外しをし易くするため好ましい。
本発明によれば、吸入口と複数の吐出口とを弁ケースに設け、駆動体の回転により複数の弁体が駆動体の側面に設けられた凸状部に押され、複数の吐出口を順に開放または閉塞させるような構成にしているので、駆動体を回転させるという簡単な操作だけで、複数の吐出口の開閉を制御することができる。また、多くの分岐先に空気を吐出する多方向切換バルブとする場合でも、吐出口の数に応じて駆動源を増設したり吸入側に分岐流路を設けたりせずに、弁体と凸状部とを増やすだけで実現できるので、コストの上昇およびサイズの拡大をいずれも少なくすることができ、また、故障が少なく信頼性の高い多方向切替バルブとすることができる。
具体的な構造として、一端部側に吐出口を閉塞する閉塞部と、他端部側に閉塞部を移動させる弾力を生じさせる弾性部材部とを有するように弁体を形成し、複数の吐出口を駆動体の軸方向に沿って設け、駆動体を複数の弁体に設けられたそれぞれの貫通孔に挿入する構造とすることにより、駆動体を回転させて凸状部が複数の弁体に順に押し当て、複数の弁体それぞれの閉塞部を駆動体と交差する方向に移動させて、複数の吐出口を開放または閉塞させることができることとなる。また、このような構成では、駆動体の動作と同じ動きで弁体を移動させるのではなく、駆動体の回転により凸状部を弁体に押し当てて弁体の閉塞部を駆動体と交差する方向に移動させるため、弁体を駆動体に固定しなくてもよい。したがって、閉塞部や弾性部材部が破損したり磨耗したりしたときには、破損した弁体を駆動体から抜いて容易に弁体だけを交換することができ、多方向切替バルブの機能を維持するためのコストを安くすることができる。
本発明の一実施形態の多方向切替バルブの平面視の外形を示す説明図である。 本発明の一実施形態の多方向切替バルブの正面視の外形を示す説明図である。 本発明の一実施形態の多方向切替バルブの右側面視の外形を示す説明図である。 図1の多方向切換バルブの第1ハウジングを外した状態の斜視説明図である。 図1の多方向切換バルブの第1ハウジングを外した状態で第2ハウジングの内部を示す説明図である。 図1aのA−A断面説明図である。 図1cのB−B断面説明図である。 本発明の一実施形態の弁体の説明図である。 本発明の一実施形態の駆動体の説明図である。 本発明の一実施形態の弁体の一例の動作を説明する図1aのC−C断面説明図である。 本発明の一実施形態の弁体の変形例の動作を説明する図1aのC−C断面説明図である。 本発明の一実施形態の多方向切替バルブの動作を説明する図である。 本発明の一実施形態の多方向切替バルブの動作を説明する図である。 本発明の他の実施形態の多方向切替バルブを説明する図である。 弁体の弾性部材部としてコイルばねを用いた他の実施形態の説明図である。 弾性部材部としてコイルばねを用いた場合の図1aのA−A断面説明図である。 従来の切替バルブの一例を示す図である。 従来の切替バルブの他の例を示す図である。 従来の切替バルブの他の例の別形態を示す図である。
つぎに、本発明の多方向切換バルブの一実施形態について、図1a〜1c、2a、2b、3a、3b、4および5を参照しながら説明する。なお、図4(a)〜4(d)には、本発明の一実施形態の弁体5の正面視、左側面視、背面視、平面視の外形が、それぞれ示されている。本実施形態の多方向切換バルブ1は、流体が流入する吸入口3およびこの流体が流出する吐出口4a〜4dが設けられた弁ケース2と、吐出口4a〜4dを開閉するためにそれぞれに設けられる弁体5a〜5dと、棒状態の形状に形成され、弁体5a〜5dを駆動するために設けられる駆動体であるカム軸6と、カム軸6を回転駆動させる駆動源17とを含んで構成されている。本実施形態では、板カム10a〜10dがカム軸6に設けられ、カム軸6は、板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dからなる凸状部をカム軸6の外周側面に有している。そして、本実施形態の多方向切替バルブ1は、カム軸6の回転により板カム10a〜10dそれぞれの頭頂部11a〜11dが、弁体5a〜5dそれぞれに押し当てられ、吐出口4a〜4dそれぞれを順に開放または閉塞させるように構成されている。そのため、カム軸6を回転させるという簡単な操作だけで、複数の吐出口4a〜4dの開閉を制御することができる。また、1つのカム軸6の回転により複数の吐出口4a〜4dを順に開放または閉塞させることができるので、弁体5と板カム10とを増やすだけで、より多くの分岐先に空気を吐出できる多方向切換バルブとすることができる。本実施形態の吐出口4a〜4dの開閉動作は、具体的には次のような構造により実現される。
本実施形態では、図1bおよび図3bに示されるように、4つの吐出口4a〜4dがカム軸6の軸方向に沿って設けられている。また、図4に示されるように本実施形態では、弁体5は、図4(a)上、左側の一端部側に吐出口4a〜4dいずれかを閉塞する閉塞部7と、図4(a)上、右側の他端部側に閉塞部7を移動させる弾力を生じさせる弾性部材部である一対の板ばね8と、閉塞部7と板ばね8とを接続し、板ばね8の弾力による閉塞部7の移動方向(図4(a)上、左方向または右方向)と交差する方向に弁体5を貫く貫通孔9を有する本体部23とを有しており、カム軸6は、図2aおよび図2bに示されるように、4つの弁体5a〜5dの貫通孔9それぞれに挿入されている。そして、本実施形態では、図5に示されるように、板カム10a〜10dは、頭頂部11a〜11dがカム軸6の周方向において互いに異なる向き(本実施形態では、90°ずつ異なる向き)を向くようにカム軸6にそれぞれ設けられている。それにより、カム軸6の回転により板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dそれぞれを弁体5a〜5dそれぞれに異なるタイミングで押し当て、閉塞部7a〜7dをカム軸6の軸方向と交差する方向に移動させて、吐出口4a〜4dを順に開放または閉塞させることができることとなる。このような構成では、カム軸6の動作と同じ動きで弁体5a〜5dを移動させるのではなく、カム軸6に設けられた板カム10a〜10dそれぞれの頭頂部11a〜11dを弁体5a〜5dに押し当てて弁体5a〜5dの閉塞部7a〜7dをカム軸6と交差する方向に移動させるので、弁体5a〜5dをカム軸6に固定しなくてもよく、したがって、弁体5a〜5dのいずれかが破損したり磨耗したりしたときには、その弁体だけを容易にカム軸6から抜き取って交換することができる。なお、本実施形態では、4つの吐出口4a〜4dが設けられており、それに応じて4つの弁体5a〜5dおよび4つの板カム10a〜10dが設けられているが、4以外の複数個の吐出口が設けられてもよい。
弁ケース2は、図1a〜1cに示されるように、本実施形態では、第1ハウジング21と第2ハウジング22とを組み合わせて形成されている。第1ハウジング21には、図2aおよび図2bに示される第2ハウジング22の内部空間である空気流路14と連通する吸入口3が設けられ、第2ハウジング22には、本実施形態では、4つの吐出管16a〜16dが一列に並べて設けられており、吐出管16a〜16dは吐出口4a〜4dを介して空気流路14と連通している。吸入口3から流入した空気は空気流路14を流動し、弁体5a〜5dの閉塞部7a〜7dによって閉塞されていないいずれかの吐出口4a〜4dから吐出される。吸入口3は、たとえば、送気用の管材などを経由してエアーポンプに接続されてよく、一方、吐出口4a〜4dは、吐出管16a〜16dを経由して、たとえば、異なる複数の汚水浄化槽にそれぞれ接続されてよい。弁ケース2の材料は特に限定されず、金属またはプラスチックなどが用いられてよい。
図2a、2bおよび3bに示されるように、空気流路14には、本実施形態では、4つの弁体5a〜5dと、この4つの弁体5a〜5dの貫通孔9に挿入されたカム軸6と、このカム軸6が接続され、カム軸6を回転駆動する駆動源17とが配置されている。
弁体5a〜5dは、弁体5a〜5dが安定して移動できるように、図3aに示されるように上下方向をガイド部18およびガイド部19に弁体5a〜5dの移動方向P1に沿ってガイドされ、図3bに示されるようにカム軸6の軸方向(後述する、薄板状の本体部23の厚さ方向)をガイド部20にガイドされている。また、弁体5a〜5dの一端部側に設けられた閉塞部7a〜7dがそれぞれ吐出口4a〜4dに対向するように位置づけられている。本実施形態では、弁体5a〜5dの他端部側に設けられた板ばね8a〜8dは、第1ハウジング21が第2ハウジング22に組み合わされると、閉塞部7a〜7dと反対側の端部81が第1ハウジング21の内壁に押されて圧縮状態となるように配置されている。このため、板ばね8a〜8dは、平衡状態に復帰するための弾力を常に生じさせ、閉塞部7a〜7dを常に吐出口4a〜4d側に付勢している。図3aには、弁体5aが、板カム10aの頭頂部11aによって図3a上、右方向に押され、板ばね8aがさらに圧縮されると共に吐出口4aが開放された状態が示されている。
図3bに示されるように、弁体5a〜5dは、カム軸6の軸方向において、弁体5a〜5dに設けられた壁面12a〜12dの少なくとも一部がカム軸6に設けられた4つの板カム10a〜10dとそれぞれカム軸6の周方向の一部で対向するような位置に配置されている。このような位置に配置されることによりカム軸6の回転により、板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dを壁面12a〜12dに押し当てて、閉塞部7a〜7dをカム軸6と交差する方向に移動させ、吐出口4a〜4dを開放させることができる。図3bには、図3b上、最も左側に位置する板カム10aだけが、頭頂部11aを弁体5aに設けられた壁面12aに押し当てられている状態で示されている。そのため、図3bには、弁体5aに設けられた閉塞部7aに対向する位置の吐出口4aだけが開放された状態で示され、他の吐出口4b〜4dは閉塞された状態が示されている。なお、図3bには、弁体5cに組み合わされた板カム10cの頭頂部11cが、吐出口4c側を向いた状態で示されており、板カム10bおよび10dの頭頂部は、図3bに示された断面に対して垂直方向を向いているため図示されていない。
図4に示されるように、本実施形態の弁体5の閉塞部7は、円板状の形状に形成され、側周にOリングを嵌め込むための溝25が設けられている。また、弁体5の本体部23は、薄板状の形状に形成され、中央付近にカム軸6を挿通するための貫通孔9が設けられている。貫通孔9は、カム軸6に対して弁体5がカム軸6の軸方向に対して交差する方向に移動できるように、本体部23の中央付近に弁体5の移動方向に沿って、少なくとも弁体5のストローク分の長さを有する長孔状に形成されている。また、本実施形態の弁体5の一対の板ばね8の一端は、本体部23の図4上、上下の2つの辺の他端部側の端部27にそれぞれ接続され、本体部23と閉塞部7とは、本体部23の厚さと同程度の幅に形成された接続部24で接続されている。また、本体部23の他端部側には第1ハウジング21のガイド部19(図3a参照)にガイドされる、本体部23の他端部側から弁体5の移動方向に突出する被ガイド部26が設けられている。
板ばね8は、矩形の薄板を長手方向の中央付近で屈曲させたような、断面形状がくの字形の形状に形成されている。板ばね8の厚さや屈曲部分の形状は特に限定されないが、板ばね8に力が加わっていない状態で、屈曲部分が曲率半径2mm〜5mmで30°〜50°程度の角度で形成されるのが、弁体5の閉塞部7により吐出口4a〜4dを適切に開閉できる点で好ましい。
本体部23には、他端部側の端部と貫通孔9の他端部側の外周部との間に、板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dが押し当てられる壁面12を形成するための厚肉部28が形成されている。厚肉部28は、薄板状の本体部23の表面からカム軸6の軸方向に突出して厚肉に形成されている。厚肉部28は、板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dで押されることによって、板ばね8が生じさせる弾力により閉塞部7が付勢される方向と逆方向に閉塞部7が移動されるように、閉塞部7が付勢される方向と同方向またはこの付勢される方向に対して鋭角をなす方向に向けられた部分を少なくとも壁面12が含むように形成される。
貫通孔9は、本実施形態では長孔状の形状に形成されているが、カム軸6などの駆動体を挿通できる形状および大きさであればこれに限定されるものではない。また、本実施形態では、貫通孔9は薄板状の本体部23の平面と直交する向きで本体部23を貫くように設けられているが、これに限定されるものではなく、板ばね8が生じさせる弾力による閉塞部7の移動方向と交差する向きで本体部23を貫くように形成されていればよい。
本実施形態では、閉塞部7、板ばね8、接続部24および本体部23が一体的に形成されているので、部品点数を削減でき、製造を簡単にできるので、コストを下げることができる。しかしながら、閉塞部7や板ばね8を別々に形成してから組み合わせて弁体5を形成してもよい。弁体5の材料は、閉塞部7のシール性および、板ばね8の所望の弾性が得られるものであれば、特に限定されるものではなく、金属、プラスチックなどの樹脂、または、これらの組み合わせによるものなどを用いることができる。
また、本実施形態では、弾性部材部として、板ばね8を用いたものを例にあげて説明した。しかしながら、弾性部材部は、弁体5の閉塞部7を吐出口4a〜4d側に向かって付勢することができるものであれば、特に弾性部材部に用いられる弾性部材の種類は限定されるものではない。たとえば、図11および12に示されるように、弾性部材部として、コイルばね91を用いてもよい。コイルばね91は、一端が弁ケース2の内壁に支持され、コイルばね91の他端は、弁体5の他端部側に支持されている。コイルばね91と弁体5は、一体に形成してもよいし、別体として形成してもよい。コイルばね91は、本実施形態では、図11および12に示されるように、弁体5の他端部側に形成された被ガイド部26の周囲に配置されている。図12には、弁体5aが、板カム10aの頭頂部11aによって図12上、右方向に押され、コイルばね91がさらに圧縮されると共に吐出口4aが開放された状態が示されている。なお、弾性部材部としてコイルばね91を用いる場合、弁体5および弁ケース2の構成は、板ばね8以外は同様のものを用いることができる。また、コイルばね91を設ける位置は、弁体5の他端部側に設けられたものを示しているが、弁体5の閉塞部7を吐出口4a〜4d側に向かって付勢することができるものであれば、その位置は特に限定されない。この点は、板ばね8を用いた場合も同様である。
つぎに、本実施形態の多方向切換バルブの吐出口4a〜4dを開閉する弁体5a〜5dの一例の動作について図6を参照して説明する。なお、以下の説明では、弾性部材部として板ばね8を用いたものを説明するが、上述したコイルばね91を用いた場合も、弁体5a〜5dの動作は同様であり、説明は省略する。図6には、図1aのC−C断面が示されており、図6(a)には吐出口4aが閉塞された状態が、図6(b)には吐出口4aが開放された状態がそれぞれ示されている。なお、図1aのC−C断面の位置は、図3bにおいてG−G線が示された位置に相当し、G−G線は、弁体5aの厚肉部28以外の本体部23上および接続部24上に位置していないので、図6(a)および図6(b)には、本体部23および接続部24の輪郭が2点鎖線で示されている。前述のように、板ばね8aは、常時圧縮状態になるように構成されており、平衡状態に復帰するための弾力を常に生じさせているので、図6(a)に示されるように、板カム10aの頭頂部11aが図6(a)上の上下方向や左方向のような弁体5aと接しない方向を向いているときは、閉塞部7aが、図6(a)において矢印P1で示される側に、すなわち、吐出口4a側に付勢されて吐出口4aが閉塞される。一方、駆動源17(図3b参照)によりカム軸6が回転駆動されて図6(b)に示される状態、すなわち、板カム10aの頭頂部11aが図6(b)上の右方向を向く状態になると、板カム10aの頭頂部11aが弁体5aに設けられた壁面12aに押し当てられて、閉塞部7aをカム軸6と交差する方向であって図6(b)において矢印P2で示される方向に移動させ、閉塞部7aを吐出口4aから離して吐出口4aを開放させる。このように、板ばね8aが生じさせる弾力による作用と、カム軸6の回転により板カム10aの頭頂部11aが弁体5aを押す作用とによって、閉塞部7aをカム軸6と交差する方向に往復動作させて、吐出口4aを開放状態または閉塞状態にすることができる。また、図6に示される本実施形態の弁体5aの例では、板カム10aの頭頂部11aに弁体5aが押されるときに吐出口4aが開放されるので、複数の吐出口4a〜4dを順に開放する多方向切替バルブとすることができる。
このように、本実施形態では、板ばね8a〜8dの弾力によって閉塞部7a〜7dが付勢されて吐出口4a〜4dが閉塞され、駆動源17の駆動力で閉塞部7a〜7dを板ばね8a〜8dの弾力の方向と逆方向に移動させて吐出口4a〜4dが開放されるように構成されているが、本発明はこのような構成に限定されない。図7を参照して、本実施形態の弁体5a〜5dの変形例について説明する。図7には、図1aのC−C断面が示されており、図7(a)には吐出口4aが開放された状態が、図7(b)には、吐出口4aが閉塞された状態がそれぞれ示されている。なお、図7(a)および図7(b)にも、図6(a)および図6(b)と同様に、弁体5aの本体部23および接続部24の輪郭が2点鎖線で示されている。本変形例では、図7に示されるように、弁体5aにカム軸6が挿入された状態でカム軸6よりも閉塞部7a側となる弁体5aの領域に、壁面12aを形成する厚肉部28が設けられている。また、一対の板ばね8aの閉塞部7aと反対側の端部81は、それぞれ、第1ハウジング21の内壁と、第1ハウジング21の内壁に設けられた断面がL字形の形状のフック部29との間に差し込まれ、板ばね8a全体の閉塞部7a側への移動が制限されている。そして、本変形例では、図7(a)に示されるように板カム10aの頭頂部11aが弁体5aに設けられた壁面12aに押し当てられていない状態では、板ばね8aが圧縮も伸長もしていない略平衡状態となるように、かつ、吐出口4aが開放状態になるように板ばね8aの形状や弁体5aのその他の部分の寸法が設計されている。一方、図7(b)に示されるような、板カム10aの頭頂部11aが閉塞部7a側を向き、板カム10aの頭頂部11aが弁体5aに設けられた壁面12aに押し当てられるような状態では、板ばね8aが伸ばされ、閉塞部7aが吐出口4a側に移動させられて、吐出口4aは閉塞される。図7(b)に示される状態から、カム軸6の回転により板カム10aの頭頂部11aが弁体5aに設けられた壁面12aに押し当てられない状態になると、板ばね8aの圧縮方向の弾力により閉塞部7aが吐出口4aから離され、吐出口4aが開放状態に戻ると共に、板ばね8aも略平衡状態に戻る。複数の吐出口4a〜4dを順に閉塞するような多方向切替バルブとする場合は、弁体5a〜5dをこのような構成としてもよい。
カム軸6は、図5に示されるように棒状体の形状に形成されており、本実施形態では、4つの板カム10a〜10dが、吐出口4a〜4d(図3b参照)の配置ピッチと同じピッチで相互に間を空けて設けられている。板カム10a〜10dは、外周の一部に他の部分よりも突出して形成された頭頂部11a〜11dを有する板状体の形状に形成されており、板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dによりカム軸6の側面に凸状部が形成されている。
カム軸6は、一方の端部を駆動源17に接続されており、駆動源17により回転駆動される。駆動源17は、カム軸6を回転させることができるものであれば特に限定されないが、吐出口4a〜4dの所定の開放時間を確保するため、低速で回転するシンクロナスモータや、パルス形態で供給される電力の1パルスごとに所定の角度だけ回転するパルスモータなどが好ましい。
カム軸6は、図3bおよび図5に示されるように、本実施形態では、複数の軸部品61から構成され、板カム10a〜10dそれぞれと一体的に形成された別々の軸部品61を軸方向に連結して構成されている。このように連結可能な構成とすることにより、分岐数が増えたときに、カム軸6全体を新規に作成することなく、増加数に応じた数の軸部品61をさらに連結するだけで、板カム10を増やすことができる。軸部品61の連結部の固定方法は特に限定されず、かしめ、ねじ込みなどにより固定してもよく、また、軸部品61同士を固定せず、単に軸方向に順に挿入するだけにし、図3bに示されるように、先端の軸部品61が弁ケース2の内壁に近接するような構成にして、個々の軸部品61が使用中に脱落しないようにしてもよい。このように軸部品61を分離できるような方法を採用すると、分岐数が減ったときに、カム軸6を新規に作成することなく余剰となる軸部品61を分離してカム軸6を短くすることができ、また、弁体5a〜5dのいずれかが破損したときに、弁体5a〜5dの貫通孔9が板カム10a〜10dを挿通できない形状および大きさに形成されている場合であっても、軸部品61を分離して破損した弁体5a〜5dを交換することができるため好ましい。しかしながら、カム軸6は全体が一体として形成されていてもよく、また板カム10a〜10dそれぞれが、カム軸6および軸部品61と別々に形成されてカム軸6または軸部品61に組み付けられてもよい。
板カム10a〜10dは、本実施形態では、図5に示されるように、それぞれの頭頂部11a〜11dが、カム軸6の周方向において互いに90°ずつ異なる向きを向くように設けられている。このため、カム軸6を回転させれば、板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dそれぞれが、カム軸6の周方向において同じ位置に配置された弁体5a〜5dの壁面12a〜12dそれぞれに、相互に異なるタイミングで押し当てられる。したがって、カム軸6を回転させるだけで、弁体5a〜5dの閉塞部7a〜7dを順に移動させ、吐出口4a〜4dを順に開放状態にすることができる。この吐出口4a〜4dの開閉状態の切り替わりについて、図8および図9を参照して説明する。
図8(a)〜8(d)には、図1aのC−C断面、D−D断面、E−E断面およびF−F断面がそれぞれ示されている。図8には、図1のC−C断面に位置する吐出口4aが開放され、他の吐出口4b〜4dは閉塞された状態が示されている。すなわち、図8(a)に示される板カム10aの頭頂部11aが、図8上、右側の弁体5aの壁面12a側に向けられており、弁体5aが吐出口4aと反対側に押され、閉塞部7aが吐出口4aから離されて吐出口4aが開放状態にされている。一方、図8(b)〜8(d)に示される板カム10b〜10dの頭頂部11b〜11dは、図8上、下側、左側、上側にそれぞれ向けられており、弁体5b〜5dが板カム10b〜10dに押されることはなく、板ばね8b〜8dが生じさせる弾力に付勢されて閉塞部7b〜7dが吐出口4b〜4dをそれぞれ閉塞させている。
図8に示される状態から、カム軸6が、図8上、反時計回りに90°回転した状態が図9に示されており、図9(a)〜9(d)には、図8(a)〜8(d)と同様に、図1aのC−C断面、D−D断面、E−E断面およびF−F断面がそれぞれ示されている。図9に示される状態では、図9(b)に示される板カム10bの頭頂部11bが、弁体5bの壁面12b側に向けられており、弁体5bが吐出口4bと反対側に押され、閉塞部7bが吐出口4bから離されて吐出口4bが開放状態にされている。一方、図9(a)、9(c)および9(d)に示される板カム10a、10cおよび10dの頭頂部11a、11cおよび11dは、図9上、上側、下側、左側にそれぞれ向けられており、弁体5a、5cおよび5dが板カム10a、10cおよび10dに押されることはなく、板ばね8a、8cおよび8dが生じさせる弾力に付勢されて、閉塞部7a、7cおよび7dが吐出口4a、4cおよび4dをそれぞれ閉塞させている。
その後、カム軸6がさらに、図9上、反時計回りに90°ずつ回転すると、吐出口4c、吐出口4dの順に、開放状態にされる吐出口が切り替わり、その他の吐出口は閉塞される。
本実施形態では、吐出口4a〜4dが第2ハウジング22の1つの面に並べて設けられ、板カム10a〜10dが、それぞれの頭頂部11a〜11dの向きをカム軸6の周方向において順に90°ずつ異ならせて設けられているが、このような構成に限定されるものではなく、吐出口4a〜4dがカム軸6の軸方向に沿って第2ハウジング22の2つ以上の面に設けられてもよく、また、板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dがカム軸6の周方向において互いに90°以外の角度で異ならせて設けられても、一部または全部の板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dが同じ向きになるように設けられてもよい。このような本発明の他の実施形態について、図10を参照して説明する。
図10に示されるように、本発明の他の実施形態では、略直方体状の第2ハウジング22のうち、吐出管16aおよび16bが第2ハウジング22の一つの面(図1aに示される平面)に設けられ、吐出管16cおよび16dが第2ハウジング22の前記一つの面に対して略垂直な他の面(図1bに示される正面)にそれぞれ設けられている。したがって、吐出口4a〜4dも同様に、吐出口4aおよび4bが第2ハウジング22の平面に、吐出口4cおよび4dが第2ハウジング22の正面にそれぞれ位置している。また、板カム10a〜10dは、板カム10bの頭頂部11bと板カム10cの頭頂部11c(図10ではカム軸6の背面に位置するため示されていない)とがカム軸6の周方向において互いに逆方向を向くように、また、板カム10aの頭頂部11aと板カム10dの頭頂部11dとは、カム軸6の周方向において互いに同じ向きで、かつ、板カム10d側からみて(以下、単に時計回り、または反時計回りと記すときも同様とする)時計回りに90°の角度で板カム10bの頭頂部11bからずらした向きを向くように、それぞれカム軸6に設けられている。そして、カム軸6が弁体5a〜5dそれぞれの貫通孔9に挿入され、弁体5a〜5dは閉塞部7a〜7dそれぞれが吐出口4a〜4dそれぞれと対向するように第2ハウジング22内に配置される。すなわち、弁体5aおよび5bは閉塞部7aおよび7bが第2ハウジング22の平面を向くように、また、弁体5cおよび5dは閉塞部7cおよび7dが第2ハウジング22の正面を向くようにそれぞれ配置される。なお、本実施形態では、弁体5a〜5dに被ガイド部26(図4参照)を設ける代わりに、第2ハウジング22に弁体5a〜5dをガイドするガイド壁33が設けられている。
つぎに、本実施形態における吐出口4a〜4dの開閉状態の切り替わりについて、板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dが弁体5a〜5dの板ばね8a〜8d側を向く状態のときに吐出口4a〜4dがそれぞれ開放される(前述の一実施形態の一例、図6参照)ように構成されているものとして説明する。板カム10aの頭頂部11aが弁体5aの板ばね8a側を向く状態では、弁体5aが板ばね8a側に押され、閉塞部7aが吐出口4aから離れて吐出口4aが開放状態となる。一方、その状態では、板カム10bの頭頂部11bは、カム軸6の周方向において弁体5bの板ばね8bが位置する向きから時計回りに270°ずれた向きを、板カム10cの頭頂部11cは、同様に、弁体5cの板ばね8cが位置する向きから時計回りに180°ずれた向きを、また、板カム10dの頭頂部11dは、同様に、弁体5dの板ばね8dが位置する向きから時計回りに90°ずれた向きを、それぞれ向くこととなり、いずれも対応する弁体5b〜5dの板ばね8b〜8dの側を向く状態にないので、板ばね8b〜8dが生じさせる弾力に付勢された閉塞部7b〜7dによって吐出口4b〜4dはそれぞれ閉塞される。この状態から、カム軸6が反時計回りに90°回転すると、板カム10dの頭頂部11dが弁体5dの板ばね8d側を向く状態になるので、吐出口4dが開放状態となる。一方、板カム10a〜10cの頭頂部11a、11bおよび11cは、対応する弁体5a〜5cの板ばね8a、8bおよび8cが位置する向きから時計回りに、それぞれ、270°、180°および90°ずれた向きを向くことになるので、板ばね8a〜8cが生じさせる弾力に付勢された閉塞部7a〜7cによって吐出口4a〜4cは閉塞される。さらにカム軸が回転すると、開放状態となる吐出口が、吐出口4c、次いで吐出口4bに切り替わり、その他の吐出口は閉塞される。
本実施形態のように、吐出口4a〜4dが第2ハウジング22の異なる面にわたって設けられていても、板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dの向きを適切に設定することによって、開放する吐出口を順に切り替えることができる。したがって、本発明の多方向切替バルブと、分岐させた空気を受け取る装置などとの位置関係や、そのような装置への送気管の配置上の制約などに応じて吐出口を複数の面に設けてもよい。また逆に、複数の吐出先に同時に空気が吐出されるように、すなわち、吐出口4a〜4dの一部が同時に開放されるように吐出口4a〜4dを配置し、かつ、板カム10a〜10dの頭頂部11a〜11dの向きを設定してもよい。
図2aおよび図2bに示される本発明の一実施形態の多方向切換バルブは、簡単に製造することができる。まず、駆動源17に軸部品61を1つ取り付けて、この軸部品61を弁体5aの貫通孔9に挿入する。その後、軸部品61への継ぎ足し用の軸部品61の連結と、弁体5b〜5dそれぞれへの連結された軸部品61の挿入とを交互に繰り返す。つぎに、組みあげられた軸部品61の連結体すなわちカム軸6と弁体5a〜5dとを駆動源17と共に、第2ハウジング22に設けられたガイド部18(図3a参照)およびガイド部20(図3b参照)に弁体5a〜5dの外周部をガイドさせながら、第2ハウジング22に設置して、駆動源17を第2ハウジング22にねじなどによって固定する。そして、第1ハウジング21を第2ハウジング22にねじなどによって固定すれば、本実施形態の多方向切換バルブが完成する。なお、前述のように、第1ハウジング21を第2ハウジング22に固定するだけで、板ばね8a〜8dが圧縮され、それにより生じる弾力で常に閉塞部7a〜7dを吐出口4a〜4d側に付勢して吐出口4a〜4dを閉塞状態にさせることができる。
以上のように、本発明によれば、駆動体の回転により複数の弁体が駆動体の側面に設けられた凸状部に押され、複数の吐出口を順に開放または閉塞させるような構成にしているため、駆動体を回転させるという単純な操作で、複数の吐出口の開閉を制御することができる。また、吸入口と複数の吐出口とが1つの弁ケースに設けられ、その複数の吐出口が駆動体を回転させるだけで開放または閉塞されるような構成にしているため、多くの分岐先に空気を吐出する多方向切替バルブとする場合であっても、吸入口と吐出口との間に分岐流路などを形成する必要がなく、しかも、駆動源の増設も必要としないので、コストの上昇やサイズの拡大、さらに故障率の上昇を少なくすることができる。また、具体的には、一端部側に閉塞部を有する弁体の貫通孔に駆動体を挿入する構造とすることにより、駆動体の回転により弁体に駆動体の凸状部を押し当て、弁体の閉塞部を駆動体と交差する方向に移動させて吐出口を開閉する構成とすることができ、このような構成では、弁体を駆動体に固定する必要がなく、駆動体が弁体の貫通孔に挿入されるだけなので、弁体が破損したり磨耗したりしたときには、破損した弁体を駆動体から抜いて容易に弁体だけを交換することができ、多方向切替バルブの維持コストを安くすることができる。
1 多方向切替バルブ
2 弁ケース
3 吸入口
4、4a〜4d 吐出口
5、5a〜5d 弁体
6 カム軸
7、7a〜7d 閉塞部
8、8a〜8d 板ばね
9 貫通孔
10、10a〜10d 板カム
11、11a〜11d 板カムの頭頂部
12、12a〜12d 壁面
14 空気流路
16、16a〜16d 吐出管
17 駆動源
21 第1ハウジング
22 第2ハウジング
28 厚肉部
61 軸部品
91 コイルばね

Claims (9)

  1. 流体が流入する吸入口および該流体が流出する少なくとも2つの吐出口が設けられた弁ケースと、前記少なくとも2つの吐出口を開閉するためにそれぞれに設けられる少なくとも2つの弁体と、棒状体の形状に形成され、前記弁体を駆動するために設けられる駆動体と、該駆動体を回転駆動させる駆動源とを含む多方向切替バルブであって、
    前記駆動体の回転により前記駆動体の側面に設けられた凸状部が前記少なくとも2つの弁体のいずれかに押し当てられ、前記少なくとも2つの吐出口を順に開放または閉塞させるように構成されてなることを特徴とする多方向切替バルブ。
  2. 前記少なくとも2つの弁体が前記駆動体の軸方向に沿って設けられ、
    前記弁体は、一端部側に前記吐出口を閉塞する閉塞部と、他端部側に前記閉塞部を移動させる弾力を生じさせる弾性部材部と、前記閉塞部と前記弾性部材部とを接続し、前記弾力による前記閉塞部の移動方向と交差する方向に前記弁体を貫く貫通孔を有する本体部とを有し、
    前記駆動体は前記少なくとも2つの弁体それぞれの前記貫通孔に挿入されており、
    前記駆動体の回転により前記凸状部が前記少なくとも2つの弁体それぞれに順に押し当てられ、前記閉塞部を前記駆動体と交差する方向に移動させて前記少なくとも2つの吐出口を順に開放または閉塞させるように構成されてなる請求項1記載の多方向切替バルブ。
  3. 前記弾性部材部は、前記吐出口が閉塞されるように前記閉塞部を移動させる弾力を生じさせるように構成され、
    前記閉塞部は、前記凸状部が前記弁体に押し当てられることによって、前記吐出口から離れて前記吐出口が開放されるように構成されてなる請求項2記載の多方向切替バルブ。
  4. 前記弾力による前記閉塞部の移動方向と同じ方向または該移動方向に対して鋭角をなす方向に向けられた部分を少なくとも含む壁面が前記弁体の一部に形成され、外周の一部に他の部分よりも突出して形成された頭頂部を有する板カムの該頭頂部が前記駆動体の前記凸状部として設けられ、前記駆動体の所定の回転角において前記板カムの前記頭頂部が前記壁面に押し当てられるように構成されてなる請求項2または3記載の多方向切替バルブ。
  5. 前記弾性部材部が、断面形状がくの字形の一対の板ばねを含んでおり、該一対の板ばねの前記閉塞部と反対側の端部が前記弁ケースの内壁に支持される請求項2〜4のいずれか1項に記載の多方向切替バルブ。
  6. 前記弾性部材部が、コイルばねを含み、前記コイルばねの一端が前記弁ケースの内壁に支持され、前記コイルばねの他端が前記弁体の前記他端部側に支持される請求項2〜4のいずれか1項に記載の多方向切替バルブ。
  7. 前記少なくとも2つの吐出口が前記弁ケースの1つの面に前記駆動体の軸方向に沿って並べて設けられており、前記凸状部が前記駆動体の周方向において相互に異なる向きに向けられて設けられる請求項1〜6記載の多方向切替バルブ。
  8. 前記凸状部が前記駆動体と一体的に形成され、前記駆動体が、相互に連結および分離可能な2つ以上の構成部品を連結して構成される請求項1〜7のいずれか1項に記載の多方向切替バルブ。
  9. エアーポンプが前記吸入口に接続され、前記少なくとも2つの吐出口が汚水浄化槽に接続される請求項1〜8のいずれか1項に記載の多方向切替バルブ。
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