JP2016125574A - 流路切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】複数個の流出口間での漏れを防ぐためのＯリング等のシール材を不要にできるとともに、厳格な寸法管理や高精度の加工成形技術を必要とすることなく、流出口間の漏れを確実に防ぐことができ、加工組立コスト、製品コストを低く抑えることのできる流路切換弁を提供する。
【解決手段】弁体４０は、弁軸３０の下端部に一体的に設けられ、弁体４０は、流入口２０と各流出口２１、２２とを選択的に開通させる少なくとも一つの開口状通路４１、４２を持ち、弁本体６内の流体圧力により弁体４０の上面が弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けられ、この状態で弁体４０付き弁軸３０を回動させることにより、流体が流入口２０から開口状通路４１を介して流出口２１へと流れる第１の流通状態と、流体が流入口２０から開口状通路４２を介して流出口２２へと流れる第２の流通状態とを選択的にとり得るようにされる。
【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも一つの流入口と二つの流出口とを持つ三方弁や四方弁等の流路切換弁に係り、特に、給湯設備における流路の切り換え等に使用するのに好適な流路切換弁に関する。

図１０に、一つの流入口と二つの流出口とを持つ流路切換弁の一つである三方弁が使用された従来の給湯設備の一例の主要部を示す（特許文献１も参照）。図示例の給湯設備１００は、基本的には、その下部に給水、その上部から給湯が行われる貯湯タンク１１０と、圧縮機１３１、湯水熱交換器（湯水加熱器）１３２、膨張弁１３３、及び空気熱交換器１３４等を有するヒートポンプ式湯水加熱源１３０と、貯湯タンク１１０と加熱源１３０との間で湯水を循環させるための沸き上げポンプ１２０と、一つの流入口１６０と二つの流出口１６１、１６２とを持つ流路切換弁としての三方弁１５０と、を備える。

三方弁１５０は、例えば、所要箇所に設けられた温度センサにより検出される湯水の温度等に基づいてその流路切換動作等が制御される電子制御式電動弁で構成され、該三方弁１５０においては、湯水を流入口１６０から第１流出口１６１へ流す第１の流通状態と、湯水を流入口１６０から第２流出口１６２へ流す第２の流通状態とを選択的にとり得るようにされており、通常、加熱源１３０からの湯水が高温の場合には、第１の流通状態がとられて、高温の湯は貯留タンク１１０の上部に戻され、加熱源１３０からの湯水が低温の場合には、第２の流通状態がとられて、低温の湯水は貯留タンク１１０の下部に戻され、再び、沸き上げポンプ１２０により加熱源１３０へ送られる。

特開２００４−２５７５８３号公報

前記した如くの従来の給湯設備等に使用される三方弁等の流路切換弁においては、第１の流通状態（流入口→第１流出口）のときに流体が第２流出口側へ漏れないようにするため、また、第２の流通状態（流入口→第２流出口）のときに流体が第１流出口側へ漏れないようにするため、少なくとも第１流出口と第２流出口との間にＯリング等のシール材を設けているが、Ｏリング等のシール材を設けるには弁体等に円環状の装着溝等を設ける必要があり、部品コスト、加工組立コスト、ひいては製品コストが高くなる嫌いがあった。

また、給湯設備等に使用される流路切換弁においては、流出口に接続された配管内の流体圧力が凍結等に起因して不意に高くなり、流路切換弁に通常の流れ方向とは逆向きの高い圧力（逆圧）が掛かることがあり、このような逆圧により流路切換弁や配管等が故障するおそれがあった。

これを避けるには、例えば、流路切換弁をバイパスする流路を設け、該流路に所定圧以上で開くリリーフ弁を介装する方策が考えられるが、かかる方策では、配管や継手類などの部品の点数が増大するとともに、配管接続作業にも多大な手間と時間がかかり、設備のコストアップを招くという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数個の流出口間での漏れを防ぐためのＯリング等のシール材を不要にできるとともに、厳格な寸法管理や高精度の加工成形技術を必要とすることなく、流出口間の漏れを確実に防ぐことができ、また、逆圧を効果的に逃がすリリーフ機能を持たせることもでき、加工組立コスト、製品コストを低く抑えることのできる流路切換弁を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る流路切換弁は、基本的には、弁軸と、該弁軸を回転駆動するための駆動源と、流入口、複数個の流出口、前記弁軸が回動可能に嵌挿される弁軸嵌挿部、及び、該弁軸嵌挿部の下部外周に設けられた弁座を有する弁本体と、を備え、前記弁座に、前記各流出口の始端部となる流出開口がそれぞれ形成され、前記弁軸における前記弁座より下方に突出した下端部に厚肉円板状ないし短円筒状の弁体が一体的に設けられるとともに、該弁体付き弁軸が前記弁軸嵌挿部を軸方向に所定範囲内で摺動可能とされ、前記弁座の下側に、前記弁体が収容される弁体収容部が設けられるとともに、該弁体収容部の下側に前記流入口が設けられ、前記弁体は、前記流入口と前記各流出口とを選択的に開通させる少なくとも一つの開口状通路を持ち、前記弁体付き弁軸を回動させることにより、少なくとも、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の一つへと流れる第１の流通状態と、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の他の一つへと流れる第２の流通状態とを選択的にとり得るようにされる。

好ましい態様では、前記弁体付き弁軸は、前記流入口に流入した流体の圧力により押し上げられ、これによって前記弁体の上面が前記弁座に押し付けられるようにされる。

他の好ましい態様では、前記各流出口のいずれかの圧力が所定圧以上高まると、前記弁体付き弁軸が押し下げられて前記弁座と前記弁体の上面との間に隙間が形成され、これによって、前記流出口側の圧力が前記流入口側に逃がされるようにされる。

前記弁体は、好ましくは、前記各流出口間を水密的にシールすべく、前記開口状通路以外の上面が前記弁座に密着し得るようにされる。

この場合、好ましい態様では、前記弁体における前記開口状通路以外の上面は、平坦な平滑面とされる。

前記弁本体は、好ましくは、前記複数個の流出口がその外周部に設けられた円筒状部を持つ本体部材と、前記流入口を持ち、前記本体部材の円筒状部の下部にその上部が内嵌固定される流入口部材と、で分割構成される。

この場合、好ましい態様では、前記本体部材における円筒状部の下部及び弁座と、前記流入口部材の上端部とで前記弁体収容部が画成される。

前記流入口部材の上端部は、好ましくは、前記弁体が前記弁座の下面から一定距離以上下降するのを阻止するストッパとして機能するようにされる。

本発明に係る流路切換弁では、弁本体内の流体圧力を利用して弁体の上面を弁座に押し付けて各流出口の間をシールするようにされているので、各流出口の間をシールするためのＯリング等のシール材を不要にでき、加工組立コスト、製品コストを低く抑えることができる。

また、弁体付き弁軸は、比較的シンプルな構成とすることができ、弁本体内の流体圧力により押し上げられて弁体の上面が弁座に密着するようにされるので、厳格な寸法管理や高精度の加工成形技術を必要とすることなく、各流出口の間に所要のシール性を容易に確保することができ、これによっても、加工組立コスト、製品コストを低く抑えることができる。

また、いずれかの流出口側の圧力が所定圧以上高まると、弁体に逆圧が掛かって、弁体が押し下げられ、弁体と弁座との間に隙間が形成され、これによって、流出口側の逆圧が前記隙間を介して流入口側に逃がされる。このように本発明の流路切換弁は、逆圧を効果的に逃がすリリーフ機能を持たせることができるので、逆圧による当該流路切換弁や配管系の故障を効果的に回避することができ、また、別途に流路にリリーフ弁を設けなくて済むので、設備のコストアップを抑えることができる。

本発明に係る流路切換弁の一実施例の外観を示す斜視図。 上記一実施例の第１の流通状態を示す部分切欠断面図。 上記一実施例の第１の流通状態を示す半断面斜視図。 上記一実施例の第２の流通状態を示す部分切欠断面図。 上記一実施例の第２の流通状態を示す半断面斜視図。 （Ａ）図２のＵ-Ｕ断面図、（Ｂ）図４のＶ-Ｖ断面図。 上記一実施例の逆圧発生時の説明に供される部分切欠断面図。 上記一実施例の弁体付き弁軸を示す斜視図。 上記一実施例の本体部材を示す斜視図。 一つの流入口と二つの流出口とを持つ流路切換弁が使用された従来の給湯設備の一例の主要部を示す概略構成図。

以下、本発明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例を示す外観斜視図、図２、図３は、上記一実施例の第１の流通状態を示す部分切欠断面図、半断面斜視図、図４、図５は、上記一実施例の第２の流通状態を示す部分切欠断面図、半断面斜視図である。なお、図１ないし図５において、本発明の理解にさほど必要とはしない部分（モータ５の内部等）は、その図示やハッチングを省略している。また、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、誇張して描かれている場合がある。

さらに、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際の使用状態での位置、方向を指すものではない。

図示実施例の流路切換弁１は、前述した図１０に示される如くの給湯設備に使用されるもの（図１０の符号１５０に相当）で、基本的には、弁軸３０と、該弁軸３０を回転駆動するための駆動源としてのモータ５と、このモータ５がその上側に取付固定される弁本体６とを備える。

弁本体６は、合成樹脂を素材としており、その成形上等の便宜を図るため、本体部材７と、流入口部材９と、に分割構成されている。

本体部材７は、図１〜図５に加えて図９を参照すればよくわかるように、上部短円柱状部８Ａと下部円筒状部８Ｂとを持つ基体部８を有し、この基体部８の外周部（左右の側部）に、段付き円筒状の第１流出口（継手）２１と第２流出口（継手）２２が対向するように設けられている。

また、上部短円柱状部８Ａの上部の前後には取付受台部７ｆ、７ｆが設けられており、モータ５を本体部材７に取付固定するにあたっては、取付受台部７ｆ、７ｆにモータ５の下部前後に設けられたねじ止め部５ｆ、５ｆを載せて、モータ５と本体部材７を前後２本のねじ１５で締付固定するようになっている。

基体部８の上部短円柱状部８Ａには、該上部短円柱状部８Ａの中央を縦貫するように弁軸嵌挿部１２が設けられるとともに、第１流出口２１側に開口する周面開口と下面開口とを持つ逆Ｌ字状の第１流出開口２３と、第２流出口２２側に開口する周面開口と下面開口とを持つ逆Ｌ字状の第２流出開口２４とが１８０°の角度間隔をあけて左右対称的に形成されている。

より詳細には、第１流出開口２３と第２流出開口２４の下面開口部分は、両端が半円状の曲がり長溝状ないし中心角が１００°以上の扇形状を呈し、その下端部は、上部短円柱状部８Ａの下端面８ａ（図９参照）より下方に突出しており、この第１流出開口２３と第２流出開口２４の下端部が後述する弁体４０の上面が押し付けられて密着せしめられる弁座１５Ａ、１５Ｂとなっている。言い換えれば、弁座１５Ａ、１５Ｂは、第１流出開口２３と第２流出開口２４を画成する端縁部と同外形の、所定の幅を持つ枠状凸部からなっており、その下面（弁シート面）は、弁軸嵌挿部１２の中心線（弁軸３０の回転軸線）Ｏに直交する平坦な平滑面とされている。第１流出開口２３及び第２流出開口２４の下面開口部分の幅は、後述する弁体４０に形成された開口状通路４１、４２の幅より若干大きく、その長さ（中心角）は、前記開口状通路４１、４２の長さ（中心角）より両端半円状部分程度長くされている（図６も参照）。

一方、前記流入口部材９は、内周側に流入口２０となる漏斗状の挿通穴を持ち、外周側に本体部材７の基体部８における下部円筒状部８Ｂが載せられる鍔状部９ａ、及び、この鍔状部９ａから上方に突出して下部円筒状部８Ｂの下部に内挿される突出内挿部９ｂを有し、鍔状部９ａと下部円筒状部８Ｂとが超音波溶着等により固着されている。

なお、下部円筒状部８Ｂの下部と、基体部８の下面８ａと、流入口部材９の突出内挿部９ｂ（の上端面）と、で後述する弁体４０を揺動自在に収容する弁体収容部１４が画成されている。また、流入口部材９の突出内挿部９ｂは、弁体４０が弁座１５Ａ、１５Ｂの下面（弁シート面）から一定距離以上下降するのを阻止するストッパとして機能するようになっている（図７参照）。

弁本体６において、弁軸嵌挿部１２の中心線Ｏ上に、前記弁体収容部１４及び流入口２０が配置され、前記中心線Ｏに直交する共通の中心線Ｃ上に、第１流出口２１と第２流出口２２とが配置されている。

弁軸３０は、図１から図５に加えて図８を参照すればよくわかるように、その最上部に、周方向位置決め用のＤカット凸部３１、モータ５のロータの回転駆動力が減速歯車機構を介して伝達されるインボリュートセレーション軸部３２が設けられ、そのセレーション軸部３２の下側には、Ｏリング３５、３５が装着される、３段の鍔状部３４からなる装着溝が設けられ（弁軸３０におけるＯリング３５、３５が装着されている部分をＯリング装着部３３と称す）、最下部には、厚肉円板状の弁体４０が一体的に設けられている（弁軸３０と弁体４０は一体物）。この弁体４０付き弁軸３０は、弁軸嵌挿部１２を軸方向（上下方向）に所定範囲内で摺動可能とされている。

詳細には、モータ５内には、前記減速歯車機構の出力歯車５１を回転自在に支持する支持部５７が設けられ、前記出力歯車５１のボス部５２には前記セレーション軸部３２が軸方向に摺動自在に嵌挿されるセレーション嵌合穴５３が設けられるとともに、該セレーション嵌合穴５３の上側に前記Ｄカット凸部３１が嵌合するＤ形嵌合穴５４が連設されている。この場合、弁体４０付き弁軸３０は、図１ないし図５に示される如くの、弁体４０が弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けられた最上昇位置と、図７に示される如くの、弁体４０が流入口部材９の突出内挿部９ｂ上面に接当した最下降位置（最上昇位置から距離Ｋ分下降）とをとり得るように、弁体４０付き弁軸３０が最下降位置をとっている状態（図７）において、セレーション軸部３２の上端とセレーション嵌合穴５３の上側段丘面５３ａとの間、及び、Ｄカット凸部３１の上端とＤ形嵌合穴５４の上面５４ａとの間には、それぞれ前記Ｋより長い距離Ｌ分のスペースが設けられている。

前記弁体４０には、流入口２０と第１流出口２１あるいは流入口２０と第２流出口２２とを選択的に開通させるための２つの開口状通路４１、４２（第１開口状通路４１、第２開口状通路４２）が９０°の角度間隔をあけて設けられている。各開口状通路４１、４２は、中心角が７０°ないし８０°の扇形状を呈し、前述したように、その幅及び長さ（中心角）は、第１流出開口２３及び第２流出開口２４の下面開口部分のそれより小さくされている。

また、弁体４０における開口状通路４１、４２以外の上面は、前記各流出口２１、２２間を水密的にシールすべく、前記弁座１５Ａ、１５Ｂの下面（弁シート面）に密着し得るように、平坦な平滑面とされている。

なお、弁座１５Ａ、１５Ｂに対する弁体４０の回転方向の位置は、ここでは、図２、図３、及び図６（Ａ）に示される如くの、弁座１５Ａ（第１流出開口２３）の真下に開口状通路４１が位置する状態が基準（第１の流通状態）とされ、この第１の流通状態から反時計回りに９０°回転させた状態、すなわち、図４、図５、図６（Ｂ）に示される如くの、弁座１５Ｂ（第２流出開口２４）の真下に開口状通路４２が位置する状態が第２の流通状態とされる。

上記した如くの構成を有する本実施例の流路切換弁１を、前述した図１０に示される如くの給湯設備に、符号１５０で示される三方弁として組み込んだ場合には、弁体４０付き弁軸３０は、弁本体６内の流体（湯水）圧力（弁軸３０のＯリング装着部３３の下側に作用する圧力）と大気圧（弁軸３０のＯリング装着部３３の上側に作用する圧力）との差圧、並びに、流入口２０に流入して第１流出口２１又は第２流出口２２へと流れる流体（湯水）の圧力により、上側に押し上げられ、弁体４０の上面が弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けられ、かつ、その上面を弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けられながら回動可能とされる。

この場合、弁体４０付き弁軸３０が押し上げられて、弁体４０の上面が弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けられることにより、各流出口２１、２２間が水密的にシールされるとともに、該弁体４０が押し付けられた状態で弁軸３０を回動させることにより、流体が流入口２０から第１開口状通路４１を介して第１流出口２１へと流れる第１の流通状態と、流体が流入口２０から第２開口状通路４２を介して第２流出口２２へと流れる第２の流通状態とを選択的にとり得るようにされる。

すなわち、図２、図３に示される如くに、第１開口状通路４１が第１流出開口２３の下端部とされる弁座１５Ａの真下に来たときは、流体が流出口２０→第１開口状通路４１→第１流出開口２３→第１流出口２１へと流れる第１の流通状態がとられる。

一方、上記第１の流通状態から弁体４０を反時計回りに約９０°回転させると、図４、図５に示される如くに、第２開口状通路４２が第２流出開口２４の下端部とされる弁座１５Ｂの真下に来るので、このときは、流体が流出口２０→第２開口状通路４２→第２流出開口２４→第２流出口２２へと流れる第２流通状態がとられる。

このように、本実施例の流路切換弁１では、弁本体６内の流体圧力を利用して、弁体４０付き弁軸３０を押し上げ、弁体４０の上面を弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けて第１流出口２１と第２流出口２２との間をシールするようにされているので、第１流出口と第２流出口との間をシールするためのＯリング等のシール材を不要にでき、加工組立コスト、製品コストを低く抑えることができる。

また、弁体４０付き弁軸３０は、比較的シンプルな構成とされ、弁本体６内の流体圧力により押し上げられて弁体４０の上面が弁座１５Ａ、１５Ｂに密着するようにされるので、厳格な寸法管理や高精度の加工成形技術を必要とすることなく、第１流出口２１と第２流出口２２との間に所要のシール性を容易に確保することができる。

また、図７に示される如くに、例えば、第１の流通状態（流入口２０→第１流出口２１）がとられているときにおいて、第２流出口２２側の圧力が所定圧以上高まると、弁体４０（の上面）に逆圧が掛かって、弁体４０付き弁軸３０が若干傾くか押し下げられ、弁座１５Ａ、１５Ｂの下面（弁シート面）と弁体４０の上面との間に微小隙間が形成され、これに伴い、第２流出口２２側の圧力が流入口２０側に逃がされる。この際、弁体４０は、最大で、流入口部材９の突出内挿部９ｂの上端に接当するまで下降し、それ以上の下降は阻止される（突出内挿部９ｂは、弁体４０が一定距離以上下降するのを阻止するストッパとして機能する）。

このように本実施例の流路切換弁１には、逆圧を効果的に逃がすリリーフ機能を持たせることができるので、凍結等に起因して発生する逆圧による当該流路切換弁１や配管系の故障を効果的に回避することができ、また、別途に流路にリリーフ弁を設けなくて済むので、設備のコストアップを抑えることができる。

なお、上記実施例では、流路切換弁として流出口を２つ有する三方弁を例示したが、これに限られることはなく、流出口を３つあるいは４つ設けて四方弁あるいは五方弁とすることもできる。また、弁体の構成も上記実施例のものに限らず様々な態様のものを採用できる。具体的には、例えば、同一平面上に９０°間隔で第１ないし第４の流出口を設けるとともに、弁体に開口状通路を一つ設け、弁体を９０°、１８０°、２７０°回転させる毎に、流入口と各流出口とを選択的に開通させるようにする等してもよい。

また、上記実施例では、弁軸３０と弁体４０は一体物として作製されているが、それらを別体で作製した後に、一体的に組み付けるようにしてもよいことは勿論である。

１ 流路切換弁
５ モータ
６ 弁本体
７ 本体部材
８ 基体部
９ 流入口部材
１２ 弁軸嵌挿部
１４ 弁体収容部
１５Ａ、１５Ｂ 弁座
２０ 流入口
２１ 第１流出口
２２ 第２流出口
２３ 第１流出開口
２４ 第２流出開口
３０ 弁軸
４０ 弁体
４１、４２ 開口状通路

Claims (8)

1. 弁軸と、該弁軸を回転駆動するための駆動源と、流入口、複数個の流出口、前記弁軸が回動可能に嵌挿される弁軸嵌挿部、及び、該弁軸嵌挿部の下部外周に設けられた弁座を有する弁本体と、を備え、
   前記弁座に、前記各流出口の始端部となる流出開口がそれぞれ形成され、
   前記弁軸における前記弁座より下方に突出した下端部に厚肉円板状ないし短円筒状の弁体が一体的に設けられるとともに、該弁体付き弁軸が前記弁軸嵌挿部を軸方向に所定範囲内で摺動可能とされ、
   前記弁座の下側に、前記弁体が収容される弁体収容部が設けられるとともに、該弁体収容部の下側に前記流入口が設けられ、
   前記弁体は、前記流入口と前記各流出口とを選択的に開通させる少なくとも一つの開口状通路を持ち、
   前記弁体付き弁軸を回動させることにより、少なくとも、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の一つへと流れる第１の流通状態と、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の他の一つへと流れる第２の流通状態とを選択的にとり得るようにされていることを特徴とする流路切換弁。
2. 前記弁体付き弁軸は、前記流入口に流入した流体の圧力により押し上げられ、これによって前記弁体の上面が前記弁座に押し付けられるように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. 前記各流出口のいずれかの圧力が所定圧以上高まると、前記弁体付き弁軸が押し下げられて前記弁座と前記弁体の上面との間に隙間が形成され、これによって、前記流出口側の圧力が前記流入口側に逃がされるように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。
4. 前記弁体は、前記各流出口間を水密的にシールすべく、前記開口状通路以外の上面が前記弁座に密着し得るように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。
5. 前記弁体における前記開口状通路以外の上面は、平坦な平滑面とされていることを特徴とする請求項４に記載の流路切換弁。
6. 前記弁本体は、前記複数個の流出口がその外周部に設けられた円筒状部を持つ本体部材と、前記流入口を持ち、前記本体部材の円筒状部の下部にその上部が内嵌固定される流入口部材と、で分割構成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。
7. 前記本体部材における円筒状部の下部及び弁座と、前記流入口部材の上端部とで前記弁体収容部が画成されていることを特徴とする請求項６に記載の流路切換弁。
8. 前記流入口部材の上端部は、前記弁体が前記弁座の下面から一定距離以上下降するのを阻止するストッパとして機能するようになっていることを特徴とする請求項７に記載の流路切換弁。

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