JP2018159449A - 開閉弁 - Google Patents

Abstract

【課題】本体の収容空間にシール部材を介して収容された弁体が液体の圧力で片寄るのを制限することで、シール性能を確保する。【解決手段】円筒形状の弁体１０の一端を塞ぐ蓋面に、弁体１０を周方向に回転させる回転軸１２を設けると共に、蓋面とは反対側の他端に開口した軸側開口部１３と、弁体１０の周面に開口した周側開口部１４とを弁体通路で連通する。また、シール部材４０，４１を介して内部の収容空間に弁体１０を収容する本体３０には、軸側開口部１３に接続する軸側通路３３と、弁体１０の所定の回転位置で、周側開口部１４と接続可能な周側通路３４とを備える。そして、軸側通路３３の端部には、収容空間に突出した状態で、軸側開口部１３から弁体通路内に挿入される突出部３８が形成されている。こうすれば、弁体通路の内周面が突出部３８に当接することで、弁体１０の片寄りが制限されるので、シール性能を確保することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、円筒形状の弁体を、本体の収容空間にシール部材を介して回転可能に収容し、弁体の回転によって液体の通路を開閉する開閉弁に関する。

水などの液体が流れる通路を開閉する開閉弁として、円筒形状の弁体を本体の収容空間に収容し、弁体の回転によって通路を開閉するものが知られている。例えば、特許文献１の開閉弁では、弁体の一端面に、弁体を周方向に回転させる回転軸が突設されると共に、弁体が切頭円筒形に形成されて、回転軸とは反対側の弁体の他端面が回転軸に対して約４５度に傾斜した傾斜面になっている。また、本体は、円筒形状の収容空間の底面（弁体の回転軸とは反対側）に開口して回転軸と同軸に設けられた軸側通路と、収容空間の周面に開口して径方向に設けられた周側通路とを備えている。そして、弁体と本体との間にはシール部材が介在しており、弁体を回転させることによって、弁体の外周面が周側通路を塞いだ閉状態と、弁体の傾斜面で周側通路を軸側通路に連通させた開状態とを切り換えることが可能になっている。

特表２００６−５１２５４７号公報

しかし、上述のように弁体を収容する本体に軸側通路と周側通路とを備える開閉弁では、弁体に作用する液体の圧力が回転軸に対して径方向に均一ではなく、弁体を周側通路とは反対側に向けて押すように作用するため、弁体が片寄せされることにより、周側通路が設けられた側ではシール性能が低下して、液体漏れが生じることがあるという問題があった。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題に対応してなされたものであり、本体の収容空間にシール部材を介して収容された弁体が液体の圧力で片寄るのを制限することで、シール性能を確保することが可能な開閉弁の提供を目的とする。

上述した課題を解決するために本発明の開閉弁は次の構成を採用した。すなわち、
円筒形状の弁体を、本体の収容空間にシール部材を介して回転可能に収容し、該弁体の回転によって液体の通路を開閉する開閉弁において、
前記弁体は、
一端を塞ぐ蓋面に、前記弁体を周方向に回転させる回転軸が設けられると共に、
前記蓋面とは反対側の他端に開口した軸側開口部と、前記弁体の周面に開口した周側開口部とを連通する弁体通路を有し、
前記本体は、
前記軸側開口部に接続する軸側通路と、
前記弁体の所定の回転位置で、前記周側開口部に接続可能な周側通路と
を備え、
前記軸側通路の端部には、前記収容空間に突出した状態で、前記軸側開口部から前記弁体通路内に挿入される突出部が形成されている
ことを特徴とする。

このような本発明の開閉弁では、周側通路あるいは軸側通路から弁体通路に流入する液体の圧力が、弁体を周側通路とは反対側に向けて押すように作用しても、周側通路が設けられた側で、弁体通路の内周面が突出部に当接することによって、弁体の片寄りが制限されるので、弁体に接するシール部材によるシール性能を確保することができる。その結果、開閉弁の液体漏れの発生を抑制することが可能となる。

こうした本発明の開閉弁では、軸側通路の端部の全周のうち、突出部が形成された領域と、突出部が形成されていない領域とを設けて、少なくとも周側通路が設けられた側の所定領域には突起部が形成されていることとしてもよい。

このようにすれば、液体の圧力が弁体を周側通路とは反対側に向けて押すように作用しても、弁体通路の内周面が所定領域の突出部に当接することで、弁体の片寄りを制限することができる。こうしてシール性能を確保しつつ、軸側通路の端部の全周のうち突出部が形成されていない領域を設けて突出部の領域を制限することで、全周に亘って突出部が形成されている場合に比べて、弁体が回転する際の弁体通路の内周面と突出部との接触面積を減らすことができるので、弁体の回転に対する抵抗を少なくすることが可能となる。

本実施例の開閉弁１を分解した状態を示した斜視図である。 本実施例の開閉弁１を組み立てた状態の断面図である。 液体漏れが生じる開閉弁１を例示した説明図である。 液体漏れの発生を抑制するために本実施例の開閉弁１の本体３０に採用された構成を示す斜視図である。 本実施例の開閉弁１で液体漏れの発生が抑制される理由を示す説明図である。 変形例の開閉弁１における本体３０の構成を示す斜視図である。

図１は、本実施例の開閉弁１を分解した状態を示した斜視図である。この開閉弁１は、例えば、図示しない給湯器などに搭載されて、水や湯などの液体が流れる通路を開閉するのに用いられる。図示されるように本実施例の開閉弁１は、まず、円筒形状の弁体１０や、この弁体１０を収容する収容空間３１が内部に設けられた円筒形状の本体３０を備えている。弁体１０は、一端（図中の上端）が蓋面１１で塞がれており、この蓋面１１の中央には、弁体１０を周方向に回転させる回転軸１２が突設されている。尚、回転軸１２は、図示しない駆動モーターと接続される。

また、弁体１０は、蓋面１１とは反対側の他端（図中の下端）に開口した円形の軸側開口部１３や、周面に開口した２つの矩形の周側開口部１４，１５を有している。２つの周側開口部１４，１５は、弁体１０の周方向に９０度位置を異ならせて設けられており、以下では、図中左側を「第１周側開口部１４」、図中右側を「第２周側開口部１５」と呼んで区別することがある。尚、本実施例の軸側開口部１３と周側開口部１４，１５とを連通する弁体１０の内部空間は、本発明の「弁体通路」に相当している。

そして、弁体１０は、本体３０の収容空間３１に収容された状態で、弁体押え２０によって回転可能に軸支される。弁体押え２０は、中央に挿通孔２１を有する円環形状に形成されており、挿通孔２１に弁体１０の回転軸１２を挿通して、本体３０の収容空間３１の上部開口に嵌め込まれる。弁体押え２０と本体３０とは、間にＯリング２２を介在させることでシールされる。また、弁体押え２０には、外周面から径方向に突出して回り止め２３が設けられており、弁体押え２０が嵌め込まれる収容空間３１の端部に形成された切欠き３２に回り止め２３が係合することで、本体３０に対して弁体押え２０が回転することを阻止する。

弁体１０の回転軸１２と弁体押え２０との間は、２つのＯリング１６を介在させることでシールされる。また、弁体１０の蓋面１１に突出して、回転軸１２から径方向に延びた直方体形状の凸部１７が設けられると共に、弁体押え２０で蓋面１１と向き合う面（図中の下面）に、凸部１７を収納する扇形状の凹部２４が設けられている。弁体１０の回転に伴って凸部１７が凹部２４内を移動することから、弁体１０の回転範囲は、凹部２４内で凸部１７が移動可能な範囲に限定され、本実施例の開閉弁１では、弁体１０の回転範囲が９０度となるように凹部２４が形成されている。

本体３０は、弁体１０の軸側開口部１３に接続する円形断面の流出通路３３や、弁体１０の所定の回転位置で第１周側開口部１４に接続可能な矩形断面の第１流入通路３４や、第２周側開口部１５に接続可能な矩形断面の第２流入通路３５を備えている。本実施例の第１流入通路３４および第２流入通路３５は、本体３０の中心軸（弁体１０の回転軸１２と同軸）に対して１８０度反対側の位置に設けられており、流出通路３３は本体３０の中心軸と同軸に設けられている。尚、本実施例の第１流入通路３４および第２流入通路３５の断面形状は、弁体１０の周側開口部１４，１５の形状と対応して、矩形に形成されているが、これに限られず、円形であってもよい。また、本実施例の流出通路３３は、本発明の「軸側通路」に相当しており、本実施例の第１流入通路３４および第２流入通路３５は、本発明の「周側通路」に相当している。

第１流入通路３４には、ゴム等の弾性材料で矩形の環状に形成された弁パッキン４０や、樹脂などの硬質材料で矩形の環状に形成された弁パッキン押え４２が挿入される。弁パッキン押え４２は、弁パッキン４０よりも一回り小さく形成されており、弁パッキン４０の中央開口に弁パッキン押え４２を嵌め込んで、弁パッキン４０のフランジ４０ａと弁パッキン押え４２のフランジ４２ａとを重ね合せた状態で第１流入通路３４に挿入される。尚、弁パッキン４０および弁パッキン押え４２の形状は、第１流入通路３４の断面形状と対応して、矩形の環状に形成されているが、これに限らず、円環状であってもよい。

そして、第１流入通路３４には、図示しない第１配管を接続するための円筒形状の第１継手４４が接合される。本体３０には第１流入通路３４の周囲に張り出してフランジ３６が形成されており、第１継手４４に形成されたフランジ４４ａと重ね合せてビス５０で固定される。

第１流入通路３４と同様に、第２流入通路３５には、弁パッキン４１や弁パッキン押え４３が挿入される。そして、第２流入通路３５には、図示しない第２配管を接続するための円筒形状の第２継手４５が接合されるようになっており、本体３０の第２流入通路３５の周囲に形成されたフランジ３７と、第２継手４５に形成されたフランジ４５ａとを重ね合せてビス５０で固定される。

尚、弁パッキン４０，４１および弁パッキン押え４２，４３で収容空間３１に向き合う側の端面は、平面ではなく、弁体１０の周面に沿うように湾曲して形成されている。また、本体３０の第１流入通路３４のフランジ３６と第１継手４４のフランジ４４ａとの間、および本体３０の第２流入通路３５のフランジ３７と第２継手４５のフランジ４５ａとの間は、継手パッキン４７をそれぞれ介在させることでシールされる。

図２は、本実施例の開閉弁１を組み立てた状態の断面図である。図では、本体３０の中心軸に垂直な平面で切断した開閉弁１の断面を、弁体押え２０側から見た状態を表している。前述したように本体３０の第１流入通路３４に接合される第１継手４４は、本体３０側の端面がフランジ４４ａよりも突出している。第１流入通路３４のフランジ３６と第１継手４４のフランジ４４ａとをビス止めした状態では、第１継手４４の端面が弁パッキン押え４２のフランジ４２ａに当接して、弁パッキン押え４２と重ね合わされた弁パッキン４０を弁体１０の外周面に押し付けることで、本体３０の第１流入通路３４と弁体１０との間がシールされる。

同様に、第２流入通路３５のフランジ３７と第２継手４５のフランジ４５ａとをビス止めした状態では、第２継手４５の端面が弁パッキン押え４３のフランジ４３ａに当接して、弁パッキン押え４３と重ね合わされた弁パッキン４１を弁体１０の外周面に押し付けることで、本体３０の第２流入通路３５と弁体１０との間がシールされる。尚、本実施例の弁パッキン４０，４１は、本発明の「シール部材」に相当している。

また、前述したように弁体１０の周面には、２つの周側開口部１４，１５が開口しており、図２に示した弁体１０の回転位置では、第１周側開口部１４が第１流入通路３４に接続しており、第１流入通路３４は開状態になっている。そのため、第１継手４４を通って第１流入通路３４に供給される液体は、太線の矢印で示すように第１周側開口部１４から弁体１０の内部に流入して、軸側開口部１３に接続された図面の奥側の流出通路３３へと流出する。一方、第２周側開口部１５は、本体３０の収容空間３１の内周面と向き合っており、第２流入通路３５は、弁体１０の外周面で塞がれることで閉状態になっている。

これに対して、駆動モーターを制御して弁体１０の回転軸１２を反時計回りに９０度回転させると、第１周側開口部１４が本体３０の収容空間３１の内周面と向き合い、第１流入通路３４は、弁体１０の外周面で塞がれることで閉状態になる。一方、第２周側開口部１５は、第２流入通路３５に接続することから、第２流入通路３５は開状態になる。このとき、第２継手４５を通って第２流入通路３５に供給される液体は、第２周側開口部１５から弁体１０の内部に流入して、流出通路３３へと流出する。

以上のように弁体１０を回転可能に収容する本体３０に、弁体１０の軸側開口部１３に接続する流出通路３３と、周側開口部１４，１５に接続可能な流入通路３４，３５とを備えた開閉弁１では、弁パッキン４０，４１を介在させてシールしているにも拘らず、液体漏れが生じることがある。以下では、液体漏れの発生を抑制するために本実施例の開閉弁１に採用された構成について説明するが、比較として、液体漏れが生じる開閉弁１について先に説明しておく。

図３は、液体漏れが生じる開閉弁１を例示した説明図である。図３（ａ）では、本体３０の中心軸および継手４４，４５の中心軸を含む平面で開閉弁１を切断した断面を表している。また、図示した弁体１０の回転位置では、第１周側開口部１４が第１流入通路３４に接続しており、第１流入通路３４は開状態になっている。太線の矢印で示されるように第１継手４４を通って第１流入通路３４に供給される液体は、第１周側開口部１４から弁体１０の内部に流入し、軸側開口部１３に接続された流出通路３３へと流出する。

このとき、弁体１０に作用する液体の圧力は、回転軸１２に対して径方向に均一ではなく、図中に白抜きの矢印で示されるように弁体１０を第２流入通路３５側（第１流入通路３４とは反対側）に向けて押すように作用する。そして、弁体１０は、蓋面１１側（図中の上側）で回転軸１２が弁体押え２０の挿通孔２１に挿通されて軸支されているものの、液体の圧力で本体３０に対して弁体１０が傾き、本体３０の収容空間３１の底面に接する弁体１０の軸側開口部１３側（図中の下側）の端部が第２流入通路３５側に片寄せされることがある。

こうして液体の圧力で弁体１０が片寄せされることにより、第２流入通路３５側では、弁体１０が接近するので、図３（ｂ）に拡大して示されるように、弁体１０の外周面に接する弁パッキン４１の圧縮量が増大して、シール性能が向上する。その反面、第１流入通路３４側では、弁体１０が離隔することで、図３（ｃ）に拡大して示されるように、弁体１０の外周面に接する弁パッキン４０の圧縮量が減少するので、シール性能が低下して、液体漏れが生じる原因となる。

尚、図３に示した弁体１０の回転位置から回転軸１２を反時計回りに９０度回転させると、第２流入通路３５が開状態になり、第２継手４５を通って第２流入通路３５に供給される液体の圧力は、図３に示した例とは逆に、弁体１０を第１流入通路３４側（第２流入通路３５とは反対側）に向けて押すように作用する。そして、弁体１０の軸側開口部１３側の端部が第１流入通路３４側に片寄せされることにより、第２流入通路３５側のシール性能が低下する。

図４は、液体漏れの発生を抑制するために本実施例の開閉弁１の本体３０に採用された構成を示す斜視図である。図では、本体３０の一部を切断して本体３０の内部が見えるように表している。前述したように本体３０には、弁体１０を収容する収容空間３１が設けられており、この収容空間３１の底面に連通した流出通路３３の端部には、収容空間３１に突出して突出部３８が設けられている。図示されるように本実施例の突出部３８は、流出通路３３の端部の全周に亘って環状に形成されている。

図５は、本実施例の開閉弁１で液体漏れの発生が抑制される理由を示す説明図である。図５（ａ）では、図３（ａ）と同様に、本体３０の中心軸および継手４４，４５の中心軸を含む平面で開閉弁１を切断した断面を表している。図示されるように、本体３０の流出通路３３の端部に設けられた突出部３８は、軸側開口部１３から弁体１０の内側に挿入されており、弁体１０の回転が可能に弁体１０の内周面と緩く嵌合している。

このような本実施例の開閉弁１では、第１継手４４を通って第１流入通路３４に供給される液体の圧力が、弁体１０を第２流入通路３５側（第１流入通路３４とは反対側）に向けて押すように作用しても、第１流入通路３４側では、図５（ｂ）に拡大して示されるように、弁体１０の内周面が突出部３８に当接することで、弁体１０の片寄りを制限することができるので、弁体１０の外周面に接する弁パッキン４０の圧縮量を維持してシール性能を確保することが可能となる。その結果、開閉弁１の液体漏れの発生を抑制することができる。

もちろん、図５に示した例とは逆に、第２継手４５を通って第２流入通路３５に供給される液体の圧力が、弁体１０を第１流入通路３４側（第２流入通路３５とは反対側）に向けて押すように作用する場合においても、第２流入通路３５側では、弁体１０の内周面が突出部３８に当接することで、弁体１０の片寄りが制限されるので、弁体１０の外周面に接する弁パッキン４１の圧縮量を維持してシール性能を確保することができる。

また、仮に突出部３８を、弁体１０の内側に挿入するのではなく、弁体１０の外側を囲むように設けたとしても、弁体１０の外周面が突出部３８に当接することで、弁体１０の片寄りが制限される。ただし、弁パッキン４０，４１が接する弁体１０の外周面に、突出部３８との摩擦で傷がつくと、その傷自体や、削れた微粉が弁体１０と弁パッキン４０，４１との接触に影響することによって、シール性能が低下してしまうことがある。これに対して、本実施例のように突出部３８を弁体１０の内側に挿入することとすれば、突出部３８との摩擦で弁体１０の外周面に傷がつくことはない。加えて、弁体１０の内周面に、突出部３８との摩擦で傷がついたとしても、弁体１０と弁パッキン４０，４１との接触に影響することはないので、シール性能を維持することができる。

上述した本実施例の開閉弁１には、次のような変形例も存在する。以下では、上述の実施例とは異なる点を中心に変形例について説明する。尚、変形例の説明では、上述の実施例と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図６は、変形例の開閉弁１における本体３０の構成を示す斜視図である。図では、本体３０の一部を切断して本体３０の内部が見えるように表している。上述した実施例の開閉弁１では、突出部３８が流出通路３３の端部の全周に亘って環状に形成されていた（図４参照）。これに対して、変形例の開閉弁１では、図６に示されるように、突出部３８が流出通路３３の端部の全周に亘る環状ではなく、第１流入通路３４と第２流入通路３５とを結んだ線分と直交する方向の２か所に、突出部３８を欠いた欠落部３９が設けられている。すなわち、流出通路３３の端部の全周のうち、突出部３８が形成された領域と、突出部３８が形成されていない領域（欠落部３９）とがあり、第１流入通路３４側および第２流入通路３５側の所定領域には突出部３８が設けられている。

このような変形例の開閉弁１では、第１流入通路３４あるいは第２流入通路３５に供給される液体の圧力が、弁体１０を反対側の通路に向けて押すように作用しても、第１流入通路３４側あるいは第２流入通路３５側の所定領域の突出部３８に弁体１０の内周面が当接することで、弁体１０の片寄りを制限することができる。こうしてシール性能を確保しつつ、欠落部３９を設けて突出部３８の領域を限定することで、欠落部３９を有しない（流出通路３３の端部の全周に亘って突出部３８が形成されている）場合に比べて、弁体１０が回転する際の弁体１０の内周面と突出部３８との接触面積を減らすことができるので、弁体１０の回転に対する抵抗を少なくすることが可能となる。

以上、本実施例および変形例の開閉弁１について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

例えば、前述した実施例および変形例では、弁体１０の軸側開口部１３に流出通路３３が接続し、周側開口部１４，１５に流入通路３４，３５が接続可能になっていた。しかし、流入側と流出側とを入れ替えて、軸側開口部１３に接続した流入通路から液体が弁体１０の内部に流入して、周側開口部１４，１５に接続可能な流出通路へと液体が流出するようにしてもよい。この場合、弁体１０に作用する液体の圧力は、回転軸１２に対して径方向に均一ではなく、液体が流出する流出通路とは反対側に向けて弁体１０を押すように作用する。そこで、軸側開口部１３に接続する流入通路の端部に設けた突出部３８を、軸側開口部１３から弁体１０の内側に挿入しておけば、前述した実施例と同様に、弁体１０の内周面が突出部３８に当接することで、弁体１０の片寄りを制限することができる。

また、前述した実施例および変形例では、開閉弁１の本体３０に流出通路３３および２つの流入通路３４，３５を備えており、いわゆる三方弁になっていた。しかし、三方弁に限られず、２つの流入通路３４，３５の何れか一方を塞いで二方弁としてもよいし、流入通路（周側開口部に接続可能な通路）を３つ以上に増やして多方弁としてもよい。尚、前述した変形例のように、軸側開口部１３に接続する流出通路３３の端部に、突出部３８を欠いた欠落部３９を設ける場合には、少なくとも流入通路が設けられた側の所定領域に突出部３８を形成しておけばよい。

１…開閉弁、 １０…弁体、 １１…蓋面、
１２…回転軸、 １３…軸側開口部、 １４…第１周側開口部、
１５…第２周側開口部、 １６…Ｏリング、 １７…凸部、
２０…弁体押え、 ２１…挿通孔、 ２２…Ｏリング、
２３…回り止め、 ２４…凹部、 ３０…本体、
３１…収容空間、 ３２…切欠き、 ３３…流出通路、
３４…第１流入通路、 ３５…第２流入通路、 ３６…フランジ、
３７…フランジ、 ３８…突出部、 ３９…欠落部、
４０…弁パッキン、 ４１…弁パッキン、 ４２…弁パッキン押え、
４３…弁パッキン押え、 ４４…第１継手、 ４５…第２継手、
４７…継手パッキン、 ５０…ビス。

Claims (2)

1. 円筒形状の弁体を、本体の収容空間にシール部材を介して回転可能に収容し、該弁体の回転によって液体の通路を開閉する開閉弁において、
   前記弁体は、
   一端を塞ぐ蓋面に、前記弁体を周方向に回転させる回転軸が設けられると共に、
   前記蓋面とは反対側の他端に開口した軸側開口部と、前記弁体の周面に開口した周側開口部とを連通する弁体通路を有し、
   前記本体は、
   前記軸側開口部に接続する軸側通路と、
   前記弁体の所定の回転位置で、前記周側開口部に接続可能な周側通路と
   を備え、
   前記軸側通路の端部には、前記収容空間に突出した状態で、前記軸側開口部から前記弁体通路内に挿入される突出部が形成されている
   ことを特徴とする開閉弁。
2. 請求項１に記載の開閉弁において、
   前記軸側通路の端部の全周のうち、前記突出部が形成された領域と、該突出部が形成されていない領域とがあり、少なくとも前記周側通路が設けられた側の所定領域には前記突出部が形成されている
   ことを特徴とする開閉弁。

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