JP2015148288A

JP2015148288A - 弁装置

Info

Publication number: JP2015148288A
Application number: JP2014021841A
Authority: JP
Inventors: 岩崎　充; Mitsuru Iwasaki; 充岩崎; 回谷　雄一; Yuichi Kaitani; 雄一回谷
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-20
Also published as: WO2015119008A1

Abstract

【課題】部品点数を増やすことなく、比較的簡易な構造でシール性の確保と、回転トルクの低減を図ることのできる弁装置を提供する。
【解決手段】流体の流入口１０ｃおよび流出口１１ａ〜１１ｃが設けられた本体１０と、本体内に回転可能に軸支される弁体３０と、本体内に収容され、弁体に回転駆動力を伝達する弁体受部２０とを備え、弁体３０は小径部と大径部とを繋ぐ側面が傾斜を有する第１のテーパ面１３０とされた円錐台状に形成され、本体の内周側には、流体の圧力によって弁体が本体側に押圧された際に、弁体の第１のテーパ面１３０と接触可能な傾斜を有する第２のテーパ面１０ａを有し、弁体受部には、弁体を流体の上流側に移動させて弁体の第１のテーパ面１３０と本体の第２のテーパ面１０ａとの接触状態を解除する解除手段（カム部２４）が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、切換弁や混合弁などに適用される弁装置に関する。

従来から、水等の流体が流通する流体通路が形成された本体と、本体内に回転可能に収容される弁体とを備え、弁体の回転によって流体通路を開閉する弁装置が知られている。

このような弁装置に関する技術は種々提案されている（特許文献１等）。

特許文献１に係る弁装置は、本体の内部に中空円筒状の弁体を回転可能に収納し、弁体の周壁及び本体の周壁には流路口を設けた構成となっている。

特開平１１−９４１００号公報

ところが、上記従来技術では、シール性を保持するためのシール材と、そのシール材を設置するための凹部等を設ける必要があった。また、弁体を回転させるトルクを低減させるために内圧を下げる必要が有り、シール部材の背面に内圧を導入するための連通口を設けなければならなかった。そのため、従来技術では部品点数が増加し、部品コストや製造コストが増加するという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、部品点数を増やすことなく、比較的簡易な構造でシール性の確保と、回転トルクの低減を図ることのできる弁装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る弁装置は、流体の流入口および流出口が設けられた本体と、前記本体内に回転可能に軸支される弁体と、前記本体内に収容され、前記弁体に回転駆動力を伝達する弁体受部とを備え、前記弁体は、周壁に流路口を設けた中空状とされ、回転位置により前記流路口と前記流出口とを連通させることで流路を開閉するものであり、当該弁体は、前記弁体受部側の小径部と流体の上流側の大径部とを有し、前記小径部と前記大径部とを繋ぐ側面が傾斜を有する第１のテーパ面とされた円錐台状に形成され、前記本体の内周側には、流体の圧力によって前記弁体が前記本体側に押圧された際に、当該弁体の第１のテーパ面と接触可能な傾斜を有する第２のテーパ面が形成され、前記弁体受部には、前記弁体を流体の上流側に移動させて前記弁体の第１のテーパ面と前記本体の第２のテーパ面との接触状態を解除する解除手段が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る弁装置によれば、流体の圧力によって弁体が本体側に押圧された際に、弁体の第１のテーパ面と本体の第２のテーパ面とが接触することにより高いシール性を確保することができ、流出口からの流体の漏れを防ぐことができる。また、本体と弁体の形状によって前記効果を奏するため、部品点数が増加することなく、比較的低コストでシール性を確保することができる。

また、弁体を回転させる際には、解除手段の作用により、弁体の第１のテーパ面と本体の第２のテーパ面との接触状態を解除することができるので、弁体と本体との間の接触面圧を低下させて、弁体の回転駆動トルクを低減させることができる。

実施の形態に係る弁装置の全体構成を示す斜視図である。実施の形態に係る弁装置の内部構成を示す断面斜視図である。実施の形態に係る弁装置の平面図（ａ）および側方断面図（ｂ）である。実施の形態に係る弁装置における弁体の回転角と流出口との関係を示す図表である。実施の形態に係る弁装置における弁体の外観を示す斜視図（ａ）および弁体受部の構成を示す斜視図（ｂ）である。実施の形態に係る弁装置における弁体受部の構造を示す側面図である。実施の形態に係る弁装置における弁体受部と弁体との係合状態を示す側面図である。実施の形態に係る弁装置における弁体受部と弁体との係合状態を示す側方断面図である。実施の形態に係る弁装置におけるカム部と弁体との係合状態を示す説明図（ａ）、図９（ａ）の要部拡大図（ｂ）およびカム部の動作状態を示す説明図（ｃ）である。実施の形態に係る弁装置におけるカム部の他の実施例を示す側面図である。実施の形態に係る弁装置における弁体の開口部の形成例を示す平面図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

［実施の形態に係る弁装置の全体構成］
図１〜図３等を参照して、実施の形態に係る弁装置１の全体構成について説明する。

まず、図１〜図３に示すように、本実施の形態に係る弁装置１は、流体の流入口１０ｃおよび流出口１１ａ〜１１ｃが設けられた本体１０と、本体１０内に回転可能に軸支される弁体３０と、本体１０内に収容され、弁体３０に回転駆動力を伝達する弁体受部２０とを備えている。なお、本体１０、弁体受部２０および弁体３０は、例えば耐熱樹脂等の射出成形などによって形成される。

また、図１等に示す本実施の形態に係る弁装置１では、１系統の流入口１０ｃと３系統の流出口１１ａ〜１１ｃを備える四方弁を例示するが、これに限らず、２系統の流出口としたり、４系統以上の流出口を設けた弁装置としてもよい。

弁体３０は、周壁に流路口３２、３３を設けた中空状とされ、回転位置により流路口３２、３３と流出口１１ａ〜１１ｃとを連通させるようになっている。なお、弁体３０の回転角と流路口３２、３３との関係については図４を参照して後述する。

弁体３０は、弁体受部２０側の小径部３０Ａと流体の上流側の大径部３０Ｂとを有し（図５等参照）、小径部３０Ａと大径部３０Ｂとを繋ぐ側面が傾斜角θを有した第１のテーパ面１３０とされた円錐台状に形成されている（図５（ａ）、図８参照）。なお、第１のテーパ面１３０について、後述する第２のテーパ面１０ａとの接触性を高めたい場合には、鏡面仕上とするとよい。また、第２のテーパ面１０ａとの離脱性を向上させたい場合には、第１のテーパ面１３０を粗面化してもよい。

本体１０は、内周面の少なくとも一部に、弁体３０の第１のテーパ面１３０と接触可能な傾斜角θを有する第２のテーパ面１０ａが形成されている（図３（ｂ）参照）。なお、第２のテーパ面１０ａは、前述の第１のテーパ面１３０との接触性を高めたい場合には、鏡面仕上とするとよい。また、第１のテーパ面１３０との離脱性を向上させたい場合には、第２のテーパ面１０ａを粗面化するようにしてもよい。

このような構成により、流路口３２に接続される配管５０を介してＦ１方向に流入する流体の圧力によって弁体３０が本体１０側に押圧された際に、弁体３０の第１のテーパ面１３０と本体１０の第２のテーパ面１０ａとが接触することで高いシール性を確保することができ、流出口１１ａ〜１１ｃからの流体の無用な漏れを防ぐことができる。特に、小径部３０Ａと大径部３０Ｂの受圧面積の差により弁体３０の押圧力を強めることができ、シール性を向上させることができる。また、従来のようにシール材を用いる必要がないので、部品点数が増加することがなく、製造コストを低廉化することができる。

なお、流路口３２と配管５０との間には、Ｏリング５１が介在されて、流体の漏出を防止している（図２、図３（ｂ）参照）。

また、弁体受部２０には、弁体３０を流体の上流側（図２上、Ｆ１方向と反対方向）に移動させて弁体３０の第１のテーパ面１３０と本体１０の第２のテーパ面１０ａとの接触状態を解除する解除手段が設けられている。

本実施の形態に係る弁装置１において、解除手段は、小径部３０Ａの上面に設けられた被係合部と、弁体受部２０から弁体３０側に延設されて被係合部と係合する突起状のカム部２４で構成されている。本実施の形態において、被係合部は、弁体３０の内部と弁体３０を収容する本体１０の内部を連通する開口部３１で構成されている（図３（ｂ）等参照）。なお、カム部２４および開口部３１の具体的な構成例については後述する。

このようにカム部２４および開口部３１で構成される解除手段を設けることにより、弁体３０を回転させる際には、カム部２４と開口部３１との作用により、弁体３０の第１のテーパ面１３０と本体１０の第２のテーパ面１０ａとの接触状態を解除することができ、弁体３０と本体１０との間の接触面圧を低下させて、弁体３０の回転駆動トルクを低減させることができる。

また、図２および図３に示すように、本体１０には、弁体受部２０および弁体３０を軸支する回転軸２１が本体１０の開口部１０ｂに回転可能に取り付けられている。

回転軸２１の先端部２１ａは、切欠部を有し、端面形状がＤ型に形成されており、図示しないステッピングモータ等の駆動源に接続されるようになっている。

回転軸２１には、本体１０の開口部１０ｂとの接触部からの流体漏れを防止するＯリング２２が設けられている。

なお、弁体受部２０の詳細な構成については後述する。

［弁体の回転角と流出口との関係］
ここで、図４を参照して、弁体３０の回転角と流路口３２、３３との関係について説明する。

なお、図４において、上段は図３（ｂ）の断面Ａ−Ａにおける状態を、下段は図３（ｂ）の断面Ｂ−Ｂにおける状態をそれぞれ示す。

まず、弁体３０の回転角が「０°」の場合には、弁体３０の流路口３２と本体１０の流出口１１ｃとが連通し、Ｆ２方向に流体が流れる状態となる。

弁体３０の回転角が「９０°」の場合には、弁体３０の流路口３３と本体１０の流出口１１ｂとが連通し、Ｆ４方向に流体が流れる状態となる。

弁体３０の回転角が「１８０°」の場合には、弁体３０の流路口３２と本体１０の流出口１１ａとが連通し、Ｆ３方向に流体が流れる状態となる。

このように、図示しないステッピングモータ等を制御して、弁装置１の回転軸２１の回転量を調整することにより、弁体３０の回転角を変化させて、流体の流出方向を切り換えることができる。

［弁体受部の構成］
図５〜図８を参照して、本実施の形態に係る弁装置１が備える弁体受部２０の構成について説明する。

図５（ａ）に示すように、弁体受部２０の上部は、弁体３０の上方に露出され、弁体受部２０の下部は弁体３０内に収容されている。

図５（ａ）および図６〜図８に示すように、弁体受部２０の上部は、回転軸２１の略中央に固定される円盤状の受部本体２３と、この受部本体２３の上に配設されるシール部材２７とから構成されている。

受部本体２３の下面には、対向する位置に２つの突起状のカム部２４が設けられている。

なお、カム部２４の設置数は２つに限定されるものではなく、例えば、受部本体２３の下面に１２０°毎に３つのカム部を設けたり、９０°毎に４つのカム部を設けるなどしてもよい。このようにカム部の数を変更した場合には、そのカム部を挿入する弁体３０側の開口部の数もカム部の数に合わせて変更する必要があることは云うまでもない。

弁体受部２０の下部は、受部本体２３の下側の回転軸２１に挿通されるスプリング２５と、このスプリング２５の抜けを防止する円盤状の係止部材２６とから構成されている。なお、係止部材２６は、固定具２８によって回転軸２１の下方に固定されている。

スプリング２５の上部は、弁体３０の小径部３０Ａの内壁に当接されるように取り付けられる（図８参照）。これにより、カム部２４は、スプリング２５の付勢力により、弁体３０の開口部３１側に付勢された状態となる。

このように、カム部２４は開口部３１側に付勢されているので、回転軸２１の回転に伴って、カム部２４が開口部３１内を移動する際に、カム部２４と開口部３１との係合状態を保持することができ、またカム部２４を介して弁体３０に回転力を伝達させることができる。

［カム部と弁体との係合状態について］
図９および図１０を参照して、カム部２４と弁体３０との係合状態について説明する。

図９（ａ）に示すように、カム部２４は、弁体３０の開口部３１に挿入されている。

図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、カム部２４の根元には、駆動力伝達方向（Ｍ方向）に傾斜する傾斜部２４ａが形成されている。

そして、弁体受部２０が回動されてカム部２４が開口部３１内をＭ方向に移動された際に、傾斜部２４ａに沿って開口部３１の内側端部３１ａが移動することで発生されるＮ方向の抗力によって、弁体３０の第１のテーパ面１３０と本体１０の第２のテーパ面１０ａとの接触状態が解除されるようになっている。

このように、ステッピングモータ等によって弁体３０を回転させる際の初期において、カム部２４および開口部３１の作用により、弁体３０の第１のテーパ面１３０と本体１０の第２のテーパ面１０ａとの接触状態を解除することができ、弁体３０と本体１０との間の接触面圧を低下させて、弁体３０の回転駆動トルクを低減させることができる。

なお、開口部３１とカム部２４との隙間から流体が弁体３０の上方に流入することにより、流体圧によって弁体３０が押し下げ易くするという作用もある。

また、図９（ｂ）、（ｃ）に示す例では、カム部２４の傾斜部２４ａの斜度が、段階的に変化する場合を示したが、これに限定されない。例えば、図１０（ａ）に示すように、一定の斜度を有する傾斜部２４ｂとしたり、あるいは図１０（ｂ）に示すように、一定斜度の直線部と所定曲率の曲線部とを有する傾斜部２４ｃとすることもできる。

また、図１０（ａ）、（ｂ）において、符号１００は、カム部２４Ａ、２４Ｂが、開口部３１から脱落するのを防ぐ係止部である。

［弁体の開口部について］
図１１に示すように、弁体３０の開口部３１は、小径部３０Ａの円周に沿った同心円上に形成される扇形状の開口部として形成される。

これにより、開口部３１に挿入されるカム部２４の傾斜部２４ａと、開口部３１の端部３１ａ、３１ｂとが、線接触するようになり、開口部３１側やカム部２４側の摩耗を軽減させたり、あるいは摩耗の程度を均等化させることができる。

また、繰返し使用時の摩耗への対処として、開口部３１の周囲やカム部２４を金属で構成するようにしてもよい。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載にしたがって解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、図３（ｂ）に示す弁体３０と配管５０の端部との流路方向の距離Ｃを所定長さに制限することにより、解除手段（カム部２４および開口部３１）によって、弁体３０が押し下げられた際の移動距離を制限するようにしてもよい。

これにより、弁体３０の第１のテーパ面１３０と本体１０の第２のテーパ面１０ａとの接触状態が解除された際に、弁体３０が大きく移動して流体が一気に漏れる事態を防止することができる。

１…弁装置
１０…本体
１０ａ…第２のテーパ面
１０ｂ…開口部
１０ｃ…流入口
１１ａ〜１１ｃ…流出口
２０…弁体受部
２１…回転軸
２１ａ…先端部
２２…Ｏリング
２３…受部本体
２４…カム部
２４ａ〜２４ｃ…傾斜部
２５…スプリング
２６…係止部材
２７…シール部材
２８…固定具
３０…弁体
３０Ａ…小径部
３０Ｂ…大径部
３１…開口部
３１ａ、３１ｂ…内側端部
３２、３３…流路口
５０…配管
５１…Ｏリング
１３０…第１のテーパ面
θ…傾斜角

Claims

流体の流入口（１０ｃ）および流出口（１１ａ〜１１ｃ）が設けられた本体（１０）と、
前記本体内に回転可能に軸支される弁体（３０）と、
前記本体内に収容され、前記弁体に回転駆動力を伝達する弁体受部（２０）と、を備え、
前記弁体は、周壁に流路口（３２、３３）を設けた中空状とされ、回転位置により前記流路口と前記流出口とを連通させることで流路を開閉するものであり、当該弁体は、前記弁体受部側の小径部（３０Ａ）と流体の上流側の大径部（３０Ｂ）とを有し、前記小径部と前記大径部とを繋ぐ側面が傾斜を有する第１のテーパ面（１３０）とされた円錐台状に形成され、
前記本体の内周側には、流体の圧力によって前記弁体が前記本体側に押圧された際に、当該弁体の第１のテーパ面と接触可能な傾斜を有する第２のテーパ面（１０ａ）が形成され、
前記弁体受部には、前記弁体を流体の上流側に移動させて前記弁体の第１のテーパ面と前記本体の第２のテーパ面との接触状態を解除する解除手段が設けられていることを特徴とする弁装置。
前記解除手段は、前記小径部の上面に設けられた被係合部と、前記弁体受部から弁体側に延設されて前記被係合部と係合する突起状のカム部（２４）とで構成され、
前記被係合部は、前記弁体内部と前記弁体を収容する前記本体内部を連通する開口部（３１）で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
前記カム部の根元側には、駆動力伝達方向に傾斜する傾斜部（２４ａ）が形成され、
前記開口部に前記カム部が挿入され、前記弁体受部が回動されて前記カム部が前記開口部内を移動された際に、前記傾斜部に沿って前記開口部の内側端部が移動することで発生される抗力によって、前記弁体の第１のテーパ面と前記本体の第２のテーパ面との接触状態を解除するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の弁装置。
前記開口部（３１）は、前記弁体の小径部の円周に沿った同心円上に形成される扇形状の開口部であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の弁装置。