JP2021025564A

JP2021025564A - 流路切換弁

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Publication number: JP2021025564A
Application number: JP2019142828A
Authority: JP
Inventors: 後藤　聡志; Satoshi Goto; 聡志後藤; 望月　健一; Kenichi Mochizuki; 健一望月; 近藤　大介; Daisuke Kondo; 大介近藤
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2021-02-22
Anticipated expiration: 2039-08-02
Also published as: JP7318915B2

Abstract

【課題】設計が容易な流路切換弁を提供する。【解決手段】流路切換弁１は、第１ソレノイド装置５０は、第１吸引子５２から第１プランジャー５３が離れるように力を加えるばね部材を有しておらず、第２吸引子６２が第２プランジャー６３を吸引する力のみによって、第１プランジャー５３が第１吸引子５２から離されるように構成されている。また、第２ソレノイド装置６０も、第２吸引子６２から第２プランジャー６３が離れるように力を加えるばね部材を有しておらず、第１吸引子５２が第１プランジャー５３を吸引する力のみによって、第２プランジャー６３が第２吸引子６２から離されるように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、流路切換弁に関する。

従来の流路切換弁が特許文献１に開示されている。この流路切換弁は、三方切換弁であって、ステッピングモーターおよび減速機構を有する駆動部により弁軸を昇降させて流路の切り換えを行う。この流路切換弁は、ステッピングモーターのローターや減速機構などの回転部材を収容するキャンの内部に流体が導入される構成を有する。そのため、回転部材の潤滑油や回転部材から生じる粉塵などが流体に混ざるおそれがあった。

特許文献１では、ステッピングモーターを用いた駆動部に代えて、ソレノイド装置を用いた駆動部を採用した構成も提案されている。この構成を採用することで回転部材を省略して、潤滑油や粉塵が流体に混ざることを抑制できる。

特開２０１７−１２９２４０号公報

ソレノイド装置を用いた駆動部を採用した流路切換弁は、吸引子を磁化させてプランジャーを吸引することにより弁軸を一方向に移動させる。そして、この流路切換弁は、吸引子の磁化を解除した際にばね部材によりプランジャーを移動させて、弁軸を元の位置に移動させる。そのため、この流路切換弁では、弁軸が適切に移動するように、吸引子およびばね部材がプランジャーに加える力のバランスを考慮して設計しなければならず、設計が困難であった。また、この流路切換弁において弁軸を一方向に移動させたときの流路切換状態を維持するために、吸引子を磁化させるソレノイドの通電状態を保つ必要がある。そのため、消費電力の低減が求められていた。

そこで、本発明は、設計が容易な流路切換弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の流路切換弁は、筒状の弁本体と、前記弁本体に軸線方向に沿って収容された弁棒と、前記弁棒に取り付けられた第１弁体および第２弁体と、前記弁本体の一端部に配置された第１ソレノイド装置と、前記弁本体の他端部に配置された第２ソレノイド装置と、を有する流路切換弁であって、前記弁本体は、前記一端部側から前記他端部側に向けて順に並ぶ第１弁室、中間室および第２弁室と、前記第１弁室に接続された第１流入路と、前記第２弁室に接続された第２流入路と、前記中間室に接続された流出路と、を有し、前記第１弁体は、前記第１弁室に配置され、前記第１弁室と前記中間室との間を開閉し、前記第２弁体は、前記第２弁室に配置され、前記第２弁室と前記中間室との間を開閉し、前記第１ソレノイド装置は、第１吸引子と前記弁棒に取り付けられた第１プランジャーとを有し、前記第１吸引子が前記第１プランジャーを吸引することにより前記弁棒を軸線方向に沿って前記一端部側および前記他端部側のうちの一方に移動させ、前記第２ソレノイド装置は、第２吸引子と前記弁棒に取り付けられた第２プランジャーとを有し、前記第２吸引子が前記第２プランジャーを吸引することにより前記弁棒を軸線方向に沿って前記一端部側および前記他端部側のうちの他方に移動させ、前記第１ソレノイド装置は、前記第２吸引子が前記第２プランジャーを吸引する力のみによって前記第１プランジャーが前記第１吸引子から離されるように構成され、前記第２ソレノイド装置は、前記第１吸引子が前記第１プランジャーを吸引する力のみによって前記第２プランジャーが前記第２吸引子から離されるように構成されていることを特徴とする。

本発明よれば、第１ソレノイド装置は、第２吸引子が第２プランジャーを吸引する力のみによって第１プランジャーが第１吸引子から離されるように構成されている。第２ソレノイド装置は、第１吸引子が第１プランジャーを吸引する力のみによって第２プランジャーが第２吸引子から離されるように構成されている。このようにしたことから、第１プランジャーが第１吸引子から離れるように力を加えるばね部材、および、第２プランジャーが第２吸引子から離れるように力を加えるばね部材を省略することができる。そのため、設計に際して吸引子およびばね部材がプランジャーに加える力のバランスを考慮する必要がなく、容易に設計することができる。

本発明において、前記弁本体は、前記中間室における前記第１弁室側の開口を囲む第１弁座と、前記中間室における前記第２弁室側の開口を囲む第２弁座と、をさらに有し、前記弁棒が前記一端部側に移動されると、前記第１弁体が前記第１弁座から離れて前記第１弁室と前記中間室との間が開かれかつ前記第２弁体が前記第２弁座に接して前記第２弁室と前記中間室との間が閉じられ、前記弁棒が前記他端部側に移動されると、前記第２弁体が前記第２弁座から離れて前記第２弁室と前記中間室との間が開かれかつ前記第１弁体が前記第１弁体に接して前記第１弁室と前記中間室との間が閉じられることが好ましい。

このようにすることで、本発明の流路切換弁が第１流入路および第２流入路のそれぞれに同じ圧力の流体が流れ込むシステムで用いられる場合に、ソレノイド装置に通電することなく流路切換状態を維持することができる。例えば、第２流入路と流出路とが第２弁室および中間室を介して連通された流路切換状態において、第２流入路に流れ込んだ流体の圧力は中間室において低下する。これにより、第１弁室の流体の圧力が中間室の流体の圧力より高くなるので、これら流体の差圧によって第１弁体が第２弁座に押し付けられ、上記流路切換状態を維持することができる。第１流入路と流出路とが第１弁室および中間室を介して連通された流路切換状態でも同様である。そのため、流路切換動作時以外はソレノイドの通電が不要となり、消費電力を低減することができる。

本発明によれば、設計が容易な流路切換弁を提供することができる。

本発明の一実施例に係る流路切換弁の断面図である。図１の流路切換弁の他の状態を示す断面図である。

以下、本発明の一実施例に係る流路切換弁について、図１、図２を参照して説明する。

図１、図２は、本発明の一実施例に係る流路切換弁の断面図（縦断面図）である。図１は、第２流入路と流出路とが連通された状態を示し、図２は、第１流入路と流出路とが連通された状態を示す。

図１、図２に示すように、本実施例の流路切換弁１は、三方切換弁であって、弁本体５と、弁棒３０と、第１弁体４１と、第２弁体４２と、第１ソレノイド装置５０と、第２ソレノイド装置６０と、を有している。

弁本体５は、弁ハウジング１０と、蓋部材１４、１５と、を有している。

弁ハウジング１０は略円筒状に形成されている。弁ハウジング１０は、軸線Ｌ方向と直交する方向に延びる第１管状部１１と、第２管状部１２と、第３管状部１３とを有している。第１管状部１１および第２管状部１２は、軸線Ｌ方向に間隔をあけて並べて配置されており、同一方向（図１、図２の左方）に延びている。第３管状部１３は、軸線Ｌ方向について第１管状部１１と第２管状部１２との間に配置されており、第１管状部１１および第２管状部１２と反対方向（図１、図２の右方）に延びている。

本実施例において、流路切換弁１は、第１管状部１１の内側の第１流入路１１ａおよび第２管状部１２の内側の第２流入路１２ａに流体が流れ込み、第３管状部１３の内側の流出路１３ａから流体が流れ出すように用いられる。本実施例において、第１流入路１１ａに流れ込む流体の圧力Ｐ１と第２流入路１２ａに流れ込む流体の圧力Ｐ２は同一である。

蓋部材１４は、弁ハウジング１０の上端開口を塞ぐように当該弁ハウジング１０に取り付けられている。蓋部材１５は、弁ハウジング１０の下端開口を塞ぐように当該弁ハウジング１０に取り付けられている。

弁本体５は、軸線Ｌ方向に沿って上方から下方に向けて順に並ぶ第１弁室２２、中間室２３および第２弁室２４を有している。

第１弁室２２には、第１流入路１１ａが接続されている。中間室２３には、流出路１３ａが接続されている。第２弁室２４には、第２流入路１２ａが接続されている。

中間室２３は、第１弁室２２および第２弁室２４に開口している。

弁ハウジング１０には、中間室２３における第１弁室２２側の開口を囲む第１弁座２８と、中間室２３における第２弁室２４側の開口を囲む第２弁座２９と、が設けられている。

弁棒３０は、弁本体５に軸線Ｌ方向に沿って収容されている。弁ハウジング１０および弁棒３０の軸は軸線Ｌに一致する。弁棒３０は、蓋部材１４、１５によって軸線Ｌ方向に移動可能に支持されている。弁棒３０の上端部３０ａは、蓋部材１４を貫通して上方に突き出している。弁棒３０の上端部３０ａには、第１ソレノイド装置５０の第１プランジャー５３が取り付けられている。弁棒３０の下端部３０ｂは、蓋部材１５を貫通して下方に突き出している。弁棒３０の下端部３０ｂには、第２ソレノイド装置６０の第２プランジャー６３が取り付けられている。

第１弁体４１および第２弁体４２は、例えば、合成樹脂や硬質のゴム材などで構成されている。第１弁体４１および第２弁体４２は、外方に突出する鍔部が両端部に設けられた円柱状に形成されている。第１弁体４１および第２弁体４２は、弁棒３０が内側に挿通された状態で当該弁棒３０に固定されている。第１弁体４１は第１弁室２２に配置されている。第２弁体４２は第２弁室に配置されている。第１弁体４１および第２弁体４２を、合成樹脂またはゴム材で構成することで、第１弁体４１および第２弁体４２が各弁座に接するときの音の大きさを低減することができる。

第１弁体４１は、第１弁座２８に接離されることにより、第１弁室２２と中間室２３との間を開閉する。すなわち、第１弁体４１は、中間室２３における第１弁室２２側の開口を開閉する。第２弁体４２は、第２弁座２９に接離されることにより、第２弁室２４と中間室２３との間を開閉する。すなわち、第２弁体４２は、中間室２３における第２弁室２４側の開口を開閉する。

第１ソレノイド装置５０は、弁本体５の上方寄りの一端部に配置されている。第１ソレノイド装置５０は、第１キャン５１と、第１吸引子５２と、第１プランジャー５３と、第１コイル体５４と、を有している。

第１キャン５１は、上端部が塞がれた円筒状に形成されている。第１キャン５１の下端部は弁本体５の蓋部材１４に取り付けられている。第１吸引子５２は、円筒状に形成されており、第１キャン５１の内側に固定されている。第１プランジャー５３は、円筒状に形成されており、第１キャン５１の内側において第１吸引子５２の下方に配置されている。第１プランジャー５３は、弁棒３０の上端部３０ａに固定されている。第１コイル体５４は、略円筒状に形成されている。第１コイル体５４は、第１ボビン５４ａと第１ボビン５４ａに巻回された電線からなる第１コイル５４ｂ（ソレノイド）とを有している。第１コイル体５４は、内側に第１キャン５１が挿通された状態で当該第１キャン５１に取り付けられている。

第２ソレノイド装置６０は、弁本体５の下方寄りの他端部に配置されている。第２ソレノイド装置６０は、第１ソレノイド装置５０と同一の構成を有しており、第２キャン６１と、第２吸引子６２と、第２プランジャー６３と、第２コイル体６４と、を有している。

第２キャン６１は、下端部が塞がれた円筒状に形成されている。第２キャン６１の上端部は弁本体５の蓋部材１５に取り付けられている。第２吸引子６２は、円筒状に形成されており、第２キャン６１の内側に固定されている。第２プランジャー６３は、円筒状に形成されており、第２キャン６１の内側において第２吸引子６２の上方に配置されている。第２プランジャー６３は、弁棒３０の下端部３０ｂに固定されている。第２コイル体６４は、略円筒状に形成されている。第２コイル体６４は、第２ボビン６４ａと第２ボビン６４ａに巻回された電線からなる第２コイル６４ｂ（ソレノイド）とを有している。第２コイル体６４は、内側に第２キャン６１が挿通された状態で当該第２キャン６１に取り付けられている。

次に、上述した流路切換弁１の動作の一例について、図１、図２を参照して説明する。図１、図２において、太線の矢印は流体の流れを模式的に示す。第１流入路１１ａに流れ込む流体の圧力Ｐ１と第２流入路１２ａに流れ込む流体の圧力Ｐ２とは同一である。初期状態において、第１ソレノイド装置５０および第２ソレノイド装置６０は通電されていない。

初期状態に続いて、第２ソレノイド装置６０の第２コイル６４ｂに通電すると、磁化された第２吸引子６２に第２プランジャー６３が吸引される。これにより、図１に示すように、弁棒３０が軸線Ｌ方向に沿って下方（弁本体５の他端部側）に移動されて、第１弁体４１が第１弁座２８に接して第１弁室２２と中間室２３との間が閉じられ、第２弁体４２が第２弁座２９から離れて第２弁室２４と中間室２３との間が開かれる。また、圧縮コイルばねなどのばね部材による力を加えることなく、第２吸引子６２が第２プランジャー６３を吸引する力のみによって、第１プランジャー５３が第１吸引子５２から離される。そして、第２ソレノイド装置６０の第２コイル６４ｂへの通電を停止する。

図１に示す流路切換状態において、第１流入路１１ａと流出路１３ａとは連通されず、第１流入路１１ａに流れ込んだ流体は第１弁室２２で滞留する。そのため、第１弁室２２の流体の圧力は、第１流入路１１ａに流れ込んだ流体の圧力Ｐ１と同じになる。一方、第２流入路１２ａと流出路１３ａとが第２弁室２４および中間室２３を介して連通され、第２流入路１２ａに流れ込んだ流体は流出路１３ａから流れ出る。そのため、中間室２３の流体の圧力Ｐ２’は、第２流入路１２ａに流れ込んだ流体の圧力Ｐ２より低くなる。これにより、第１弁室２２の流体の圧力と中間室２３の流体の圧力との差圧で第１弁体４１が第１弁座２８に押し付けられる。したがって、流体の圧力のみによって、第１弁室２２と中間室２３との間が閉じられかつ第２弁室２４と中間室２３との間が開かれた状態、すなわち、第２流入路１２ａと流出路１３ａとが連通された流路切換状態を維持することができる。

次に、第１ソレノイド装置５０の第１コイル５４ｂに通電すると、磁化された第１吸引子５２に第１プランジャー５３が吸引される。これにより、図２に示すように、弁棒３０が軸線Ｌ方向に沿って上方（弁本体５の一端部側）に移動されて、第１弁体４１が第１弁座２８から離れて第１弁室２２と中間室２３との間が開かれ、第２弁体４２が第２弁座２９に接して第２弁室２４と中間室２３との間が閉じられる。また、圧縮コイルばねなどのばね部材による力を加えることなく、第１吸引子５２が第１プランジャー５３を吸引する力のみによって、第２プランジャー６３が第２吸引子６２から離される。そして、第１ソレノイド装置５０の第１コイル５４ｂへの通電を停止する。

図２に示す流路切換状態において、第２流入路１２ａと流出路１３ａとは連通されず、第２流入路１２ａに流れ込んだ流体は第２弁室２４で滞留する。そのため、第２弁室２４の流体の圧力は、第２流入路１２ａに流れ込んだ流体の圧力Ｐ２と同じになる。一方、第１流入路１１ａと流出路１３ａとが第１弁室２２および中間室２３を介して連通され、第１流入路１１ａに流れ込んだ流体は流出路１３ａから流れ出る。そのため、中間室２３の流体の圧力Ｐ１’は、第１流入路１１ａに流れ込んだ流体の圧力Ｐ１より低くなる。これにより、第２弁室２４の流体の圧力と中間室２３の流体の圧力との差圧で第２弁体４２が第２弁座２９に押し付けられる。したがって、流体の圧力のみによって、第１弁室２２と中間室２３との間が開かれかつ第２弁室２４と中間室２３との間が閉じられた状態、すなわち、第１流入路１１ａと流出路１３ａとが連通された流路切換状態を維持することができる。

以上より、本実施例の流路切換弁１によれば、第１ソレノイド装置５０は、第２吸引子６２が第２プランジャー６３を吸引する力のみによって、第１プランジャー５３が第１吸引子５２から離されるように構成されている。第２ソレノイド装置６０は、第１吸引子５２が第１プランジャー５３を吸引する力のみによって、第２プランジャー６３が第２吸引子６２から離されるように構成されている。このようにしたことから、第１プランジャー５３が第１吸引子５２から離れるように力を加えるばね部材、および、第２プランジャー６３が第２吸引子６２から離れるように力を加えるばね部材を省略することができる。そのため、設計に際して吸引子およびばね部材がプランジャーに加える力のバランスを考慮する必要がなく、流路切換弁１を容易に設計することができる。

また、弁本体５は、中間室２３における第１弁室２２側の開口を囲む第１弁座２８と、中間室２３における第２弁室２４側の開口を囲む第２弁座２９と、をさらに有している。弁棒３０が上方に移動されると、第１弁体４１が第１弁座２８から離れて第１弁室２２と中間室２３との間が開かれかつ第２弁体４２が第２弁座２９に接して第２弁室２４と中間室２３との間が閉じられる。弁棒３０が下方に移動されると、第２弁体４２が第２弁座２９から離れて第２弁室２４と中間室２３との間が開かれかつ第１弁体４１が第１弁座２８に接して第１弁室２２と中間室２３との間が閉じられる。このようにすることで、流路切換弁１が第１流入路１１ａおよび第２流入路１２ａのそれぞれに同じ圧力の流体が流れ込むシステムで用いられる場合に、第１ソレノイド装置５０または第２ソレノイド装置６０に通電することなく流路切換状態を維持することができる。例えば、第２流入路１２ａと流出路１３ａとが第２弁室２４および中間室２３を介して連通された流路切換状態において、第２流入路１２ａに流れ込んだ流体の圧力Ｐ２は中間室において低下して圧力Ｐ２’となる。これにより、第１弁室２２の流体の圧力Ｐ１が中間室２３の流体の圧力Ｐ２’より高くなるので、これら流体の差圧によって第１弁体４１が第２弁座２９に押し付けられ、上記流路切換状態を維持することができる。第１流入路１１ａと流出路１３ａとが第１弁室２２および中間室２３を介して連通された流路切換状態でも同様である。そのため、流路切換動作時以外は第１ソレノイド装置５０および第２ソレノイド装置６０の通電が不要となり、消費電力を低減することができる。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

１…流路切換弁、５…弁本体、１０…弁ハウジング、１１…第１管状部、１１ａ…第１流入路、１２…第２管状部、１２ａ…第２流入路、１３…第３管状部、１３ａ…流出路、１４、１５…蓋部材、２２…第１弁室、２３…中間室、２４…第２弁室、２８…第１弁座、２９…第２弁座、３０…弁棒、３０ａ…上端部、３０ｂ…下端部、４１…第１弁体、４２…第２弁体、５０…第１ソレノイド装置、５１…第１キャン、５２…第１吸引子、５３…第１プランジャー、５４…第１コイル体、５４ａ…第１ボビン、５４ｂ…第１コイル、６０…第２ソレノイド装置、６１…第２キャン、６２…第２吸引子、６３…第２プランジャー、６４…第２コイル体、６４ａ…第２ボビン、６４ｂ…第２コイル、Ｌ…軸線

Claims

筒状の弁本体と、前記弁本体に軸線方向に沿って収容された弁棒と、前記弁棒に取り付けられた第１弁体および第２弁体と、前記弁本体の一端部に配置された第１ソレノイド装置と、前記弁本体の他端部に配置された第２ソレノイド装置と、を有する流路切換弁であって、
前記弁本体は、前記一端部側から前記他端部側に向けて順に並ぶ第１弁室、中間室および第２弁室と、前記第１弁室に接続された第１流入路と、前記第２弁室に接続された第２流入路と、前記中間室に接続された流出路と、を有し、
前記第１弁体は、前記第１弁室に配置され、前記第１弁室と前記中間室との間を開閉し、
前記第２弁体は、前記第２弁室に配置され、前記第２弁室と前記中間室との間を開閉し、
前記第１ソレノイド装置は、第１吸引子と前記弁棒に取り付けられた第１プランジャーとを有し、前記第１吸引子が前記第１プランジャーを吸引することにより前記弁棒を軸線方向に沿って前記一端部側および前記他端部側のうちの一方に移動させ、
前記第２ソレノイド装置は、第２吸引子と前記弁棒に取り付けられた第２プランジャーとを有し、前記第２吸引子が前記第２プランジャーを吸引することにより前記弁棒を軸線方向に沿って前記一端部側および前記他端部側のうちの他方に移動させ、
前記第１ソレノイド装置は、前記第２吸引子が前記第２プランジャーを吸引する力のみによって前記第１プランジャーが前記第１吸引子から離されるように構成され、
前記第２ソレノイド装置は、前記第１吸引子が前記第１プランジャーを吸引する力のみによって前記第２プランジャーが前記第２吸引子から離されるように構成されていることを特徴とする流路切換弁。
前記弁本体は、前記中間室における前記第１弁室側の開口を囲む第１弁座と、前記中間室における前記第２弁室側の開口を囲む第２弁座と、をさらに有し、
前記弁棒が前記一端部側に移動されると、前記第１弁体が前記第１弁座から離れて前記第１弁室と前記中間室との間が開かれかつ前記第２弁体が前記第２弁座に接して前記第２弁室と前記中間室との間が閉じられ、
前記弁棒が前記他端部側に移動されると、前記第２弁体が前記第２弁座から離れて前記第２弁室と前記中間室との間が開かれかつ前記第１弁体が前記第１弁体に接して前記第１弁室と前記中間室との間が閉じられる、請求項１に記載の流路切換弁。