JP2018071554A - 流路切替弁 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の流出口の形成位置に左右されることなく低コストにて流路切替を行うことができる流路切替弁を提供する。【解決手段】流入口２および複数の流出口３、４、５を有する弁筺体６と、弁筺体６内にて回動するカム弁体７と、複数の流出口３、４、５にはそれぞれ、一端側にカム弁体７と接触する当接部８０を有するシャフト８、シャフト８の移動に追随するとともに流出口３、４、５を閉鎖する形状を有するシール部９、およびシャフト８をカム弁体６側に押圧するバネ１０を有し、カム弁体６は、回動範囲内においてシャフト８の当接部８０に接触する第一端部７１、及び、回動中心からの距離が第一端部７１より短い第二端部７２を備える。【選択図】図３

Description

この発明は、例えば給湯機や空気調和装置に代表される冷熱機器に用いる流路切替弁に係り、特に複数の流出口の形成位置に左右されることなく低コストにて流路切替を行うことができるものである。

従来の給湯機や空気調和装置に代表される冷熱機器では、水や空気に代表されるような流体を搬送する配管が存在し、配管の流路を切替るための弁部品が搭載される。例えば、ボール弁を用いるのが一般的である。ボールバルブの弁体となるボール弁体の内部には流体の経路が設けられており、ボール弁体を回転させることで流体の経路を切替ることができる（例えば、特許文献１参照）。

このように、流路切替弁の一般的な構成であるボール弁では、球状のボール弁体と、シートパッキンから構成される。ボール弁体の内部には少なくとも２方向の流路が形成されており、ボール弁を回転させることで弁筐体に設けられた流路に連通し流路が切替る。その際、流路口の周囲の面とシートパッキンの接触面において流体の封止が行われる。流体の封止性能を高く保つ必要がある場合、ボール弁やシートパッキンの表面の加工精度を向上させる、シートパッキンをボール弁に押し付ける力を増加させるといった方法があるが、前者の場合、ボール弁やシートパッキンの製造コストが増加する問題がある。

後者の場合、シートパッキンとボール弁体の間に生じる摩擦力が増加するためボール弁体を回転させるためのトルクが増加し、回転用の駆動装置としてモータを用いる場合、モータの大型化が必要となるといった問題がある。また、シートパッキンの押付力を増加させると、シートパッキンとボール弁体の間の摩擦力の増加により両部材の摩耗が増加するため、長期的な使用には適さない。また、シートパッキンは摩擦低減のため高価な四フッ化エチレン樹脂を使用することが一般的であり、製品コストが増加する要因となる。

このことを解決するものとして、カムを用いた流路切替弁が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この例では、一つの流体の流入口とその両側に流体の流出口が設けられた弁箱体の弁室内に両側の弁孔を交互に開閉するよう一体に移動する一対の弁体を収納する構成となっている。カムの働きにより、一方の弁孔を封止するともう一方が封止される構造とすることで、流入口へ流入した流体をどちらかの流出口に選択的に搬送するものである。

特開２０００−１５４８７９号公報 特開２００９−２９９７３６号公報

従来の流路切替弁によれば、流出口が２つ以下の場合にのみ適用可能な構造であり、３つ以上の流出口を必要とする仕様や、２つの流出口が直交する仕様では、さらに流路切替弁を設ける必要があるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数の流出口の形成位置に左右されることなく低コストにて流路切替を行うことができる流路切替弁を提供することを目的とする。

この発明の流路切替弁は、
流入口および複数の流出口を有する弁筐体と、
前記弁筐体内に設けられ、回動する軸体の駆動力により回動するカム弁体と、
複数の前記流出口にはそれぞれ、一端側に前記カム弁体と接触する当接部を有する従節体、前記従節体の移動に追随するとともに前記流出口を閉鎖する形状を有するシール部、および前記従節体を前記カム弁体側に押圧するバネを有し、
前記カム弁体は、回動範囲内において前記従節体の前記当接部に接触する第一端部、および、回動中心からの距離が前記第一端部より短い第二端部を有し、
前記カム弁体の前記第一端部が前記従節体の前記当接部に当接する位置では、前記シール部は前記流出口を閉鎖し、
前記カム弁体の前記第二端部が前記従節体の前記当接部に対向する位置では、前記従節体は前記バネにより前記カム弁体側に押圧され前記シール部は前記流出口から離反して形成される
ものである。

この発明の流路切替弁によれば、
複数の流出口の形成位置に左右されることなく低コストにて流路切替を行うことができる。

この発明の実施の形態１の流路切替弁の構成を示す斜視図である。 図１に示した流路切替弁の構成を示す斜視図である。 図１に示した流路切替弁の構成を示す分解斜視図である。 図１に示した流路切替弁の構成を示す断面図である。 図１に示した流路切替弁の構成を示す断面図である。 図１に示した流路切替弁の構成を示す断面図である。 図１に示した流路切替弁の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２の流路切替弁の構成を示す斜視図である。 図８に示した流路切替弁の構成を示す斜視図である。 図８に示した流路切替弁の構成を示す分解斜視図である。 図８に示した流路切替弁の構成を示す断面図である。 図８に示した流路切替弁のシャフトの構成を示す斜視図である。 図１２に示したシャフトの構成を示す正面図である。 この発明の実施の形態３の流路切替弁におけるカム弁体の構成を示す斜視図である。 図１４に示したカム弁体の構成を示す正面図である。 この発明の実施の形態３の流路切替弁におけるシャフトの構成を示す斜視図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における流路切替弁の構成を示す斜視図であり、流入口を裏面に示したものである。図２は図１に示した流路切替弁の構成を示す斜視図であり、流入口を正面に示したものである。図３は図１に示した流路切替弁の構成を示す分解斜視図である。図４から図７は図１に示した流路切替弁の構成を示す断面図であり、各図においてカム弁体の位置が異なる例を示したものであり、各流路の切替について説明するための図である。

図において、流路切替弁１は、弁筐体６に１個の流入口２と、複数の流出口、本実施の形態においては第一流出口３、第二流出口４、および第三流出口５とが接続され形成される。尚、本実施の形態１および以下の実施の形態において、１個の流入口２と３個の各流出口３、４、５から構成される例にて説明するが、これに限られることはなく、１個の流入口に、２個または４個以上の流出口を有する場合も同様に適用することができるため、その説明は適宜省略する。

弁筐体６の内部には、カム弁体７が配置される。カム弁体７は、外部に存在する駆動装置１２により回動する軸体７０の駆動力により、弁筐体６内にて回動する。ここでは、弁筐体６に対して、各第一流出口３、第二流出口４、および第三流出口５の流出方向は、流入口２の流入方向に直交する方向に形成される。カム弁体７は、流入口２の流入方向に平行な方向に軸体７０の軸が設置され形成される。第一流出口３、第二流出口４、および第三流出口５には、弁筐体６に継手部１１が設置され形成される。

それぞれの継手部１１、すなわち、第一流出口３、第二流出口４、および第三流出口５には、従節体としてのシャフト８と、シール部９と、バネ１０とが設置される。シャフト８は、各流出口３、４、５の流出方向に対して、軸が平行に設置され、直動移動する。シャフト８は、一端側にカム弁体７と接触する当接部８０を有する。シャフト８は、鍔部８１を有する。シャフト８の継手部１１への設置の方法は、例えば、シャフト８の他端側にネジ溝部などを設け、シャフト８を継手部１１に挿入した後に、シャフト８の他端側にナットを取り付け、シャフト８を継手部１１から抜けないよう設置することが考えられる。

シール部９は、シャフト８を貫通する筒形状にて形成され、シャフト８に圧入して設置されている。シール部９は、圧入可能であればよく、材質は例えばプロピレンゴムやエチレンプロピレンジエンゴムやフッ素ゴムに代表されるゴム材の適用が望ましい。但し、流路切替弁１を用いる流路に流れる流体の種類や使用環境に適合し、かつ、各流出口３、４、５に押し付けられることで流路を閉鎖することができる材質であれば材質は特に問うものではない。そして、シール部９は、シャフト８の直動移動に追随するとともに各流出口３、４、５を閉鎖する形状を有する。よって、シール部９は、シャフト８の鍔部８１および各流出口３、４、５により移動が制限される。

バネ１０は、シール部９の筒形状の外周に設置される。バネ１０は、シャフト８の鍔部８１を介して、シャフト８をカム弁体７側の直動方向に押圧する。バネ１０としては、例えば、各流出口３、４、５を開放させる際にシャフト８をカム弁体７側に押圧するための反発力を付与する機能と、各流出口３、４、５側が負圧となった際、シャフト８が各流出口３、４、５側に引き寄せられる力に抗する機能とを有する、平行バネを用いる例を示している。また、バネ１０の他の例として、シャフト８と継手部１１もしくは弁筐体６と間のクリアランスによる傾きを抑制するために円錐バネを適用してもよい。

カム弁体７は、回動範囲内においてシャフト８の当接部８０に接触する第一端部７１、および、回動中心からの距離が第一端部７１より短い第二端部７２を有している。ここでは、カム弁体７は、軸体７０に垂直な断面形状が、その外周の一部を切欠かれた円形状にて形成する。よって、切り欠いた箇所が第二端部７２となり、切り欠かかれていない箇所が第一端部７１として形成される。カム弁体７の第一端部７１がシャフト８の当接部８０に当接する位置では、シャフト８はカム弁体７の第一端部７１により、各流出口３、４、５側に直動移動する。

よって、バネ１０はシャフト８の鍔部８１により各流出口３、４、５側に押圧される。
これととともに、シール部９も鍔部８１により各流出口３、４、５側に追随して押圧され、シール部９を鍔部８１と各流出口３、４、５とにて挟むことにより、シール部９は各流出口３、４、５を閉鎖する。また、カム弁体７の第二端部７２がシャフト８の当接部８０に対向する位置では、シャフト８はバネ１０により、シャフト８の鍔部８１を介してカム弁体７側に押圧されシール部９は各流出口３、４、５から離反する。

駆動装置１２は、カム弁体７に軸体７０を介してトルクを与え回転させる機能を有する。駆動の方式としてはモータを例示したが、ハンドルを取り付け手動でカム弁体７を回転させてもよい。カム弁体７は、このように円周面の一部に切欠形状を有する円形状にて形成されており、駆動装置１２により回転される回動方向を、シャフト８の駆動する直動移動に転換する機能を有する。

継手部１１は、弁筐体６に取り付けて使用され、上記に示したシャフト８が直動移動する際のガイドとなる機能を有している。よって、シャフト８を継手部１１に挿入する部分のクリアランスはなるべく小さいことが望ましい。継手部１１の弁筐体６と接続される反対側の形状は、使用用途に応じて配管を接続する形状やホースを接続しやすい形状やテーパネジ形状が想定される。本実施の形態においては、弁筐体６に複数の継手部１１を接続する構成にて形成する例を示しているが、これに限られることはなく、加工と組み立てとが可能であれば弁筐体と継手部とを一体にて製作してもよい。

次に上記のように構成された実施の形態１における流路切替弁１の組み立て手順について説明する。まず、シャフト８にシール部９およびバネ１０を取り付ける。次に、シャフト８を継手部１１に取り付ける。次に、弁筐体６にカム弁体７を挿入する。次に、シャフト８、シール部９、およびバネ１０を取り付けた継手部１１を弁筐体６に接続する。この際の接続方法としては、ネジにて固定する方法、または、接着剤にて固定する方法のいずれでもよい。この接続の際には、シャフト８の当接部８０をカム弁体７に押し当て、バネ１０を圧縮する。最後に、カム弁体７を回動させるため軸体７０に駆動装置１２を取り付ける。

次に、実施の形態１における流路切替弁１の動作について図４から図７を交えて説明する。尚、実施の形態１における流路切替弁１の内部を搬送される流体の種類としては、水や油や液体燃料に代表される液体や、空気や天然ガスに代表される気体が考えられる。また、このことは以下の実施の形態においても同様である。まず、図４に示すように、全てのシャフト８の当接部８０がカム弁体７の第一端部７１に当接している。よって、全てのシャフト８がカム弁体７により各流出口３、４、５側に押圧されるとともに、シール部９はシャフト８の鍔部８１を介して各流出口３、４、５側に押圧され、各流出口３、４、５を閉鎖している。当然のことながら、バネ１０もシャフト８の鍔部８１を介して各流出口３、４、５側に押圧されている。よって、全ての流出口３、４、５がシール部９により閉鎖された状態である。

次に、図５に示すように、図４の状態からカム弁体７を反時計回りに９０度回転させる。この状態では、第一流出口３に対応する位置にあるシャフト８の当接部８０が、カム弁体７の第二端部７２に対向する位置となる。第二端部７２はカム弁体７の回動中心からの距離が第一端部７１より短いため、シャフト８はバネ１０の反発力により、シャフト８の鍔部８１を介してカム弁体７側に押圧される。よって、シャフト８の移動に追随するシール部９も、第一流出口３から離反する。したがって、シール部９による閉鎖が解除され第一流出口３が開放された状態となる。一方、第二流出口４および第三流出口５のシャフト８は、シャフト８の当接部８０がカム弁体７の第一端部７１に当接された状態であるため、第二流出口４および第三流出口５は上記図４の場合と同様に、シール部９によって閉鎖された状態を維持する。

次に、図６に示すように、図５の状態からカム弁体７を反時計回りに９０度回転させる。この状態では、第二流出口４に対応する位置にあるシャフト８の当接部８０が、カム弁体７の第二端部７２に対向する位置となる。第二端部７２はカム弁体７の回動中心からの距離が第一端部７１より短いため、シャフト８はバネ１０の反発力により、シャフト８の鍔部８１を介してカム弁体７側に押圧される。よって、シャフト８の移動に追随するシール部９も、第二流出口４から離反する。したがって、シール部９による閉鎖が解除され第二流出口４が開放された状態となる。一方、第三流出口５のシャフト８は、シャフト８の当接部８０がカム弁体７の第一端部７１に当接された状態であるため、第三流出口５は上記図４の場合と同様に、シール部９によって閉鎖された状態を維持する。また、第一流出口３のシャフト８は、シャフト８の当接部８０がカム弁体７の第一端部７１に当接された状態になるため、第一流出口３は上記図４の場合と同様に、シール部９によって閉鎖された状態に変化する。

次に、図７に示すように、図６の状態からカム弁体７を反時計回りに９０度回転させる。この状態では、第三流出口５に対応する位置にあるシャフト８の当接部８０が、カム弁体７の第二端部７２に対向する位置となる。第二端部７２はカム弁体７の回動中心からの距離が第一端部７１より短いため、シャフト８はバネ１０の反発力により、シャフト８の鍔部８１を介してカム弁体７側に押圧される。よって、シャフト８の移動に追随するシール部９も、第三流出口５から離反する。したがって、シール部９による閉鎖が解除され第三流出口５が開放された状態となる。一方、第一流出口３のシャフト８は、シャフト８の当接部８０がカム弁体７の第一端部７１に当接された状態であるため、第一流出口３は上記図６の場合と同様に、シール部９によって閉鎖された状態を維持する。また、第二流出口４のシャフト８は、シャフト８の当接部８０がカム弁体７の第一端部７１に当接された状態になるため、第二流出口４は上記図３の場合と同様に、シール部９によって閉鎖された状態に変化する。

次に、図７の状態から再度、カム弁体７を反時計回りに９０度回転させると、図４の状態に戻り全ての流出口３、４、５が閉鎖された状態となる。このようにしてカム弁体７を回動させるのみにて、各流出口３、４、５の流路の切替を行うことができる。

上記のように構成された実施の形態１の流路切替弁によれば、カム弁体を回転運動させるのみにて、シャフトの直線運動に変換し、流入口から流入した流体を複数の流出口のうち少なくともいずれか一つに搬送することが可能となる。また、シール部が円筒状にて形成されているため、流出口の封止が確実にかつ簡便に構成できる。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２の流路切替弁の構成を示す斜視図であり、流入口を裏面に示したものである。図９は図８に示した流路切替弁の構成を示す斜視図であり、流入口を正面に示したものである。図１０は図８に示した流路切替弁の構成を示す分解斜視図である。図１１は図８に示した流路切替弁の構成を示す断面図である。図１２は図８に示した流路切替弁のシャフトの構成を示す斜視図である。図１３は図１２に示したシャフトの構成を示す正面図である。

図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態２においては、シール部９０がＯリングにて形成される。シール部９０を設置するために、シャフト８の鍔部８１の外周にＯリング溝部８２が形成される。そして、シール部９０はＯリング溝部８２に設置される。よって、シール部９０はシャフト８に追随して移動する。

また、継手部１１の内周壁には、シール部９０の適当な当接が得られるように、テーパ形状にてなるシール面部１１１が形成される。Ｏリング溝部８２の形状は、シール部９０がシャフト８から外れない範囲内に、かつ、継手部１１のテーパ面であるシール面部１１１と接触することができる範囲内において、溝深さを深く形成できる。シャフト８の強度を向上させるため、鍔部８１の近傍にリブ８４を設けている。尚、このリブ８４はシャフト８の材質や使用環境から、十分な剛性を確保することができる場合は設けなくてもよい。そして、シール部９０が継手部１１のシール面部１１１に潰される形状となり、シール部９のシール性能が確保される。

また、上記実施の形態１においては、シャフト８を継手部１１に設置する際に、ネジ溝とナットとにて行う例を示したが、本実施の形態２においては、シャフト８の他端８５側には、一部切り欠きを有する突起が設けられており、継手部１１に取り付ける際、シャフト８の先端突起を変形させた状態で継手部１１に挿入し、挿入後、突起の変形が戻ることで、シャフト８が抜けないようにし、組み立てを容易にしている。尚、組み立て手順および動作など上記実施の形態１と同様の部分はその説明を適宜省略する。

次に、実施の形態２における流路切替弁１の動作について図１１を交えて説明する。尚、当該図１１は、上記実施の形態１における図７に対応する動作を示した図である。図１１に示す状態では、第三流出口５に対応する位置にあるシャフト８の当接部８０が、カム弁体７の第二端部７２に対向する位置となる。第二端部７２はカム弁体７の回動中心からの距離が第一端部７１より短いため、シャフト８はバネ１０の反発力により、シャフト８の鍔部８１を介してカム弁体７側に押圧される。よって、シャフト８の移動に追随するシール部９０は、シール面部１１１すなわち第三流出口５から離反する。したがって、シール部９０による閉鎖が解除され第三流出口５が開放された状態となる。

一方、第一流出口３および第二流出口４のシャフト８は、シャフト８の当接部８０がカム弁体７の第一端部７１に当接している。よって、第一流出口３および第二流出口４のシャフト８がカム弁体７により第一流出口３および第二流出口４側に押圧されるとともに、シール部９０はシャフト８の鍔部８１を介して第一流出口３および第二流出口４のシール面部１１１に押圧され、第一流出口３および第二流出口４を閉鎖している。当然のことながら、バネ１０もシャフト８の鍔部８１を介して第一流出口３および第二流出口４側に押圧されている。

上記のように構成された実施の形態２の流路切替弁は、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、シール部をＯリングにて形成しているため、シール部をシャフトに圧入する必要がなく、組み立て性が向上する。

上記実施の形態１と比較すると、シール部で専有される部分が小さくなるため、その分、流路が広がることとなり圧力損失を抑制することができる。また、上記実施の形態１のようにシール部にシャフトを圧入して形成すると、圧入時にシール部が破損したり、使用中にシール部とシャフトとが解離する可能性があるが、本実施の形態２によれば、シール部の弾性変形の範囲内で取り付けるため破損の可能性も低く、シール部がシャフトを締め付ける状態を維持するため、使用中にシール部とシャフトが解離する可能性も低減することができるため、動作安定性が向上する。さらに、継手部がバネを受ける部分と、シャフトがバネを受ける部分の間隔を長くできるため、バネの形状や材質の選択自由度が増す。

実施の形態３．
図１４はこの発明の実施の形態３の流路切替弁におけるカム弁体の構成を示す斜視図である。図１５は図１４に示したカム弁体の構成を示す正面図である。図１６はこの発明の実施の形態３の流路切替弁におけるシャフトの構成を示す斜視図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。

カム弁体７は、シャフト８の当接部８０が接触する箇所に溝部７３が形成される。シャフト８の当接部８０は、円筒面８３にて形成される。カム弁体７の溝部７３は、シャフト８の当接部８０の円筒面８３の形状に合わせた形状にて形成される。シャフト８がカム弁体７の働きにより駆動する際、シャフト８と継手部１１の間のクリアランスによりシャフト８が傾く可能性が懸念されるが、本実施の形態３においてはシャフト８の当接部８０が当接する位置に、カム弁体７の溝部７３が設けられているため、シャフト８がカム弁体７の軸方向にずれることを防止でき、安定的に流路切替弁１が動作できる。

また、シャフト８の当接部８０が円筒面８３にて形成され、カム弁体７と接触する面積が大きくなるため、シャフト８がカム弁体７の軸方向にずれることを防止でき、安定的に流路切替弁１が動作できる。よって、シャフト８を組み立てる際に、シャフト８が動くことを防ぐことができるため、組み立て性が向上する。

上記のように構成された実施の形態３の流路切替弁によれば、上記実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、カム弁体に溝部が形成され、また、シャフトの当接部が円筒面にて形成されているため、シャフトの軸ぶれを防止でき動作安定性を向上できる。

上記各実施の形態において、同時に開放する流出口は一つの例を示したが、これに限られることはなく、同時に２つ以上の流出口を開放することも可能である。例えば、カム弁体の形状を変更することで、流路の数や同時に開放する流出口の数の組み合わせに応じた流路切替弁を実現できる。また、カム弁体の第二端部がある流出口を向いている場合、必ずしも第二端部がその流出口に対応する従節体の当接部に接触している必要はない。

また、カム弁体の形状およびシール部の形状は、上記各実施の形態において示した以外であっても、上記各実施の形態と同様に動作可能な形状であればよく、同様の効果を奏することができる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 流路切替弁、２ 流入口、３ 第一流出口、４ 第二流出口、５ 第三流出口、
６ 弁筐体、７ カム弁体、８ シャフト、９ シール部、１０ バネ、１１ 継手部、１２ 駆動装置、７０ 軸体、７１ 第一端部、７２ 第二端部、７３ 溝部、
８０ 当接部、８１ 鍔部、８２ Ｏリング溝部、８３ 円筒面、８４ リブ、
８５ 他端、１１１ シール面部。

Claims (6)

1. 流入口および複数の流出口を有する弁筺体と、
   前記弁筺体内に設けられ、回動する軸体の駆動力により回動するカム弁体と、
   複数の前記流出口にはそれぞれ、一端側に前記カム弁体と接触する当接部を有する従節体、前記従節体の移動に追随するとともに前記流出口を閉鎖する形状を有するシール部、および前記従節体を前記カム弁体側に押圧するバネを有し、
   前記カム弁体は、回動範囲内において前記従節体の前記当接部に接触する第一端部、及び、回動中心からの距離が前記第一端部より短い第二端部を有し、
   前記カム弁体の前記第一端部が前記従節体の前記当接部に当接する位置では、前記シール部は前記流出口を閉鎖し、
   前記カム弁体の前記第二端部が前記従節体の前記当接部に対向する位置では、前記従節体は前記バネにより前記カム弁体側に押圧され前記シール部は前記流出口から離反して形成される流路切替弁。
2. 前記カム弁体は、前記軸体に垂直な断面形状が、その外周の一部を切欠かれた円形状にて形成され、切り欠いた箇所が前記第二端部となり、切り欠かかれていない箇所が前記第一端部となる請求項１に記載の流路切替弁。
3. 前記シール部は、前記従節体が貫通する筒形状にて形成される請求項１または請求項２に記載の流路切替弁。
4. 前記シール部は、Ｏリングにて形成される請求項１または請求項２に記載の流路切替弁。
5. 前記カム弁体は、前記従節体の前記当接部が接触する箇所に溝部が形成される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の流路切替弁。
6. 前記当接部は、円筒面にて形成される請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の流路切替弁。

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