JP2021025565A

JP2021025565A - 流路切換弁

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Publication number: JP2021025565A
Application number: JP2019142829A
Authority: JP
Inventors: 近藤　大介; Daisuke Kondo; 大介近藤; 望月　健一; Kenichi Mochizuki; 健一望月; 後藤　聡志; Satoshi Goto; 聡志後藤
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: US20220170555A1; US11965601B2; CN114144607B; CN114144607A; EP4008937A4; CN117685389A; WO2021024641A1; JP7118435B2; EP4008937A1

Abstract

【課題】小さい力で流路を切り換えることができる流路切換弁を提供する。【解決手段】流路切換弁１は、弁棒３０が第１背圧室２１側に移動されると、第１弁体４１によって第１弁室２２と第１背圧室２１との間が閉じられ、第２弁体４２によって第２弁室２４と中間室２３との間が閉じられる。弁棒３０が第２背圧室側に移動されると、第１弁体４１によって第１弁室２２と中間室２３との間が閉じられ、第２弁体４２によって第２弁室２４と第２背圧室２５との間が閉じられる。そして、弁棒３０には、第１背圧室２１と第２背圧室２５とを連通する均圧通路３１が設けられている。【選択図】図２

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、弁本体としての略円筒状のボデー部を有している。ボデー部は、第１流入口と第２流入口と流出口とが設けられている。また、ボデー部内には、第１流入口と流出口との間で流体を流通させる第１流路内に第１弁座が設けられ、第２流入口と流出口との間で流体を流通させる第２流路内に第２弁座が設けられている。ボデー部内には、軸方向に沿ってプッシュロッドが配置されている。プッシュロッドには第１弁体と第２弁体とが取り付けられている。プッシュロッドが一方向に移動されると、第２弁体が第２弁座に接して第２流路が閉じられかつ第１弁体が第１弁座から離れて第１流路が開かれる。プッシュロッドが他方向に移動されると、第１弁体が第１弁座に接して第１流路が閉じられかつ第２弁体が第２弁座から離れて第２流路が開かれる。

特開２０１６−８９９３１号公報

上述した従来の流路切換弁は、第１流路が開かれかつ第２流路が閉じられている状態において、第２弁体は、第２流入口の流体から第２弁座に押し付ける力が加えられている。そのため、第２流路を開くために第２弁体を第２弁座から離そうとしたときに、プッシュロッドを移動させるために大きな力が必要であった。第２流路が開かれかつ第１流路が閉じられている状態において、第１流路を開くために第１弁体を第１弁座から離そうとしたときも同様である。そのため、プッシュロッドを移動させるための強力な駆動装置が必要であった。

そこで、本発明は、小さい力で流路を切り換えることができる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、を有する流路切換弁であって、前記弁本体は、軸線方向に順に並ぶ第１背圧室、第１弁室、中間室、第２弁室および第２背圧室と、前記第１弁室に接続された第１流路と、前記第２弁室に接続された第２流路と、前記中間室に接続された第３流路と、を有し、前記第１弁体は、前記第１弁室に配置され、前記第２弁体は、前記第２弁室に配置され、前記弁棒が前記第１背圧室側に移動されると、前記第１弁室と前記中間室との間が開かれかつ前記第１弁体によって前記第１弁室と前記第１背圧室との間が閉じられ、前記第２弁室と前記第２背圧室との間が開かれかつ前記第２弁体によって前記第２弁室と前記中間室との間が閉じられ、前記弁棒が前記第２背圧室側に移動されると、前記第１弁室と前記第１背圧室との間が開かれかつ前記第１弁体によって前記第１弁室と前記中間室との間が閉じられ、前記第２弁室と前記中間室との間が開かれかつ前記第２弁体によって前記第２弁室と前記第２背圧室との間が閉じられ、前記弁本体または前記弁棒には、前記第１背圧室と前記第２背圧室とを連通する均圧通路が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、弁棒が第１背圧室側に移動されると、第１弁室と中間室との間が開かれかつ第１弁体によって第１弁室と第１背圧室との間が閉じられ、第２弁室と第２背圧室との間が開かれかつ第２弁体によって第２弁室と中間室との間が閉じられる。そして、弁本体または弁棒には、第１背圧室と第２背圧室とを連通する均圧通路が設けられている。これにより、第２流路の流体の圧力が、第１弁体における第１背圧室側の面と第２弁体における第２背圧室側の面とに加わって、当該圧力をキャンセルすることができる。また、弁棒が第２背圧室側に移動されると、第１弁室と第１背圧室との間が開かれかつ第１弁体によって第１弁室と中間室との間が閉じられ、第２弁室と中間室との間が開かれかつ第２弁体によって第２弁室と第２背圧室との間が閉じられる。そして、弁本体または弁棒には、第１背圧室と第２背圧室とを連通する均圧通路が設けられている。これにより、第１流路の流体の圧力が、第１弁体における第１背圧室側の面と第２弁体における第２背圧室側の面とに加わって、当該圧力をキャンセルすることができる。そのため、弁棒を移動させるために必要な力を小さくすることができる。

本発明によれば、小さい力で流路を切り換えることができる。

本発明の一実施例に係る流路切換弁の斜視図である。図１の流路切換弁の縦断面図である図１の流路切換弁の弁体およびその近傍の拡大断面図である。図１の流路切換弁の他の状態における弁体およびその近傍の拡大断面図である。

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４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斜視図および軸線方向に沿う断面図（縦断面図）である。図３、図４は、図１の流路切換弁の弁体およびその近傍の拡大断面図である。図３は、第１流路と第３流路とが連通された状態を示し、図４は、第２流路と第３流路とが連通された状態を示す。

図１〜図４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、駆動装置５０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流路１１ａおよび第２管状部１２の内側の第２流路１２ａに流体が流れ込み、第３管状部１３の内側の第３流路１３ａから流体が流れ出すように用いられる。なお、流路切換弁１は、第３流路１３ａに流体が流れ込み、第１流路１１ａまたは第２流路１２ａから流体が流れ出すように用いられてもよい。

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かい順に並ぶ第１背圧室２１、第１弁室２２、中間室２３、第２弁室２４および第２背圧室２５を有している。

第１弁室２２には、第１流路１１ａが接続されている。中間室２３には、第３流路１３ａが接続されている。第２弁室２４には、第２流路１２ａが接続されている。

第１背圧室２１は第１弁室２２に開口している。第２背圧室２５は、第２弁室２４に開口している。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、第１背圧室２１の開口を囲む第１背圧室側弁座２６と、第２背圧室２５の開口を囲む第２背圧室側弁座２７と、が設けられている。また、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、駆動装置５０のプランジャー５３が取り付けられている。

弁棒３０は、均圧通路３１が設けられている。均圧通路３１は、弁棒３０内を軸線Ｌ方向に延びる縦通路３２と、縦通路３２の上端に連設され軸線Ｌ方向と直交する方向に延びる横通路３３とを有している。均圧通路３１の一端３１ａは第１背圧室２１に開口している。均圧通路３１の他端３１ｂは第２背圧室２５に開口している。均圧通路３１は、第１背圧室２１と第２背圧室２５とを連通している。弁棒３０に均圧通路３１を設けることで流路切換弁１をより小型にすることができるが、弁棒３０の均圧通路３１に代えて、弁本体５に第１背圧室２１と第２背圧室２５とを連通する均圧通路を設けてもよい。

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１弁体４１は、第１背圧室側弁座２６に接離されることにより、第１背圧室２１と第１弁室２２との間を開閉する。すなわち、第１弁体４１は、第１背圧室２１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２弁体４２は、第２背圧室側弁座２７に接離されることにより、第２背圧室２５と第２弁室２４との間を開閉する。すなわち、第２弁体４２は、第２背圧室２５の開口を開閉する。

本実施例において、第１背圧室２１の開口の面積は、中間室２３における第２弁室２４側の開口の面積と同一である。また、第２背圧室２５の開口の面積は、中間室２３における第１弁室２２側の開口の面積と同一である。このようにすることで、流体の圧力をより適切にキャンセルすることができ、弁棒を移動させるために必要な力をより小さくすることができる。

駆動装置５０は、電磁式アクチュエータであり、弁本体５の上方に配置されている。駆動装置５０は、キャン５１と、吸引子５２と、プランジャー５３と、コイル体５４と、圧縮コイルばね５５と、を有している。なお、駆動装置５０は、電動モーターを用いて弁棒３０を軸線Ｌ方向に移動させるものであってもよい。

キャン５１は、上端部が塞がれた円筒状に形成されている。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。吸引子５２は、円筒状に形成されており、キャン５１の内側に固定されている。吸引子５２には弁棒３０の上端部３０ａが挿通されている。プランジャー５３は、円筒状に形成されており、キャン５１の内側において吸引子５２の上方に配置されている。プランジャー５３は、円筒状の形成されており、弁棒３０の上端部３０ａに固定されている。吸引子５２とプランジャー５３との間には、圧縮コイルばね５５が配置されている。圧縮コイルばね５５は、吸引子５２とプランジャー５３とに対して、互いに離す方向の力を加えている。コイル体５４は、略円筒状に形成されている。コイル体５４は、ボビン５４ａとボビン５４ａに巻回された電線からなるコイル５４ｂとを有している。コイル体５４は、内側にキャン５１が挿通された状態で当該キャン５１に固定されている。

次に、上述した流路切換弁１の動作の一例について、図３、図４を参照して説明する。図３、図４において、流路を流れる流体をドットで模式的に示す。そして、ドットの密度が低い領域が第１流路１１ａに流れ込んだ流体を示し、ドットの密度が高い領域が第２流路１２ａに流れ込んだ流体を示す。また、図３、図４において、太線の矢印は流体の流れを模式的に示す。

図３に示すように、駆動装置５０のコイル体５４に通電していない状態において、圧縮コイルばね５５によってプランジャー５３が上方に持ち上げられて、弁棒３０が軸線Ｌ方向に沿って第１背圧室２１側に移動される。この状態において、第１弁体４１は、第１弁座２８から離れて第１背圧室側弁座２６に接する。これにより、第１弁室２２と中間室２３との間が開かれ、かつ、第１弁体４１によって第１弁室２２と第１背圧室２１との間が閉じられる。また、第２弁体４２は、第２背圧室側弁座２７から離れて第２弁座２９に接する。これにより、第２弁室２４と第２背圧室２５との間が開かれ、かつ、第２弁体４２によって第２弁室２４と中間室２３との間が閉じられる。

図３に示す状態において、第１流路１１ａと第３流路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流路１１ａに流れ込んだ流体は第３流路１３ａから流れ出る。そして、第２流路１２ａに流れ込んだ流体は、第２弁室２４、第２背圧室２５および均圧通路３１を経由して第１背圧室２１に導入される。これにより、第１弁体４１における第１背圧室２１側の面４１ａおよび第２弁体４２における第２背圧室２５側の面４２ａには、第２流路１２ａに流れ込んだ流体の圧力が加わる。面４１ａに加わる圧力と面４２ａに加わる圧力は互いに反対向きとなる。そのため、第２流路１２ａに流れ込んだ流体から加えられる軸線Ｌ方向の圧力がキャンセルされる。

図４に示すように、駆動装置５０のコイル体５４に通電した状態において、磁化された吸引子５２にプランジャー５３が吸い寄せられることにより下方に引き下げられて、弁棒３０が軸線Ｌ方向に沿って第２背圧室２５側に移動される。この状態において、第１弁体４１は、第１背圧室側弁座２６から離れて第１弁座２８に接する。これにより、第１弁室２２と第１背圧室２１との間が開かれ、かつ、第１弁体４１によって第１弁室２２と中間室２３との間が閉じられる。また、第２弁体４２は、第２弁座２９から離れて第２背圧室側弁座２７に接する。これにより、第２弁室２４と中間室２３との間が開かれ、かつ、第２弁体４２によって第２弁室２４と第２背圧室２５との間が閉じられる。

図４に示す状態において、第２流路１２ａと第３流路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流路１２ａに流れ込んだ流体は第３流路１３ａから流れ出る。そして、第１流路１１ａに流れ込んだ流体は、第１弁室２２、第１背圧室２１および均圧通路３１を経由して第２背圧室２５に導入される。これにより、第１弁体４１における第１背圧室２１側の面４１ａおよび第２弁体４２における第２背圧室２５側の面４２ａには、第１流路１１ａに流れ込んだ流体の圧力が加わる。面４１ａに加わる圧力と面４２ａに加わる圧力は互いに反対向きとなる。そのため、第１流路１１ａに流れ込んだ流体から加えられる軸線Ｌ方向の圧力がキャンセルされる。

以上より、本実施例の流路切換弁１によれば、弁棒３０が第１背圧室２１側に移動されると、第１弁室２２と中間室２３との間が開かれかつ第１弁体４１によって第１弁室２２と第１背圧室２１との間が閉じられ、第２弁室２４と第２背圧室２５との間が開かれかつ第２弁体４２によって第２弁室２４と中間室２３との間が閉じられる。そして、弁棒３０には、第１背圧室２１と第２背圧室２５とを連通する均圧通路３１が設けられている。これにより、第２流路１２ａの流体の圧力が、第１弁体４１における第１背圧室２１側の面４１ａと第２弁体４２における第２背圧室２５側の面４２ａとに加わって、当該圧力をキャンセルすることができる。また、弁棒３０が第２背圧室２５側に移動されると、第１弁室２２と第１背圧室２１との間が開かれかつ第１弁体４１によって第１弁室２２と中間室２３との間が閉じられ、第２弁室２４と中間室２３との間が開かれかつ第２弁体４２によって第２弁室２４と第２背圧室２５との間が閉じられる。そして、弁棒３０には、第１背圧室２１と第２背圧室２５とを連通する均圧通路３１が設けられている。これにより、第１流路１１ａの流体の圧力が、第１弁体４１における第１背圧室２１側の面４１ａと第２弁体４２における第２背圧室２５側の面４２ａに加わって、当該圧力をキャンセルすることができる。そのため、弁棒３０を移動させるために必要な力を小さくすることができ、小さい力で第１流路１１ａおよび第２流路１２ａと第３流路１３ａとの接続を切り換えることができる。

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流路、１２…第２管状部、１２ａ…第２流路、１３…第３管状部、１３ａ…第３流路、１４、１５…蓋部材、２１…第１背圧室、２２…第１弁室、２３…中間室、２４…第２弁室、２５…第２背圧室、２６…第１背圧室側弁座、２７…第２背圧室側弁座、２８…第１弁座、２９…第２弁座、３０…弁棒、３０ａ…上端部、３１…均圧通路、３１ａ…一端、３１ｂ…他端、３２…縦通路、３３…横通路、４１…第１弁体、４１ａ…第１背圧室側の面、４２…第２弁体、４２ａ…第２背圧室側の面、５０…駆動装置、５１…キャン、５２…吸引子、５３…プランジャー、５４…コイル体、５４ａ…ボビン、５４ｂ…コイル、５５…圧縮コイルばね、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、を有する流路切換弁であって、
前記弁本体は、軸線方向に順に並ぶ第１背圧室、第１弁室、中間室、第２弁室および第２背圧室と、前記第１弁室に接続された第１流路と、前記第２弁室に接続された第２流路と、前記中間室に接続された第３流路と、を有し、
前記第１弁体は、前記第１弁室に配置され、
前記第２弁体は、前記第２弁室に配置され、
前記弁棒が前記第１背圧室側に移動されると、前記第１弁室と前記中間室との間が開かれかつ前記第１弁体によって前記第１弁室と前記第１背圧室との間が閉じられ、前記第２弁室と前記第２背圧室との間が開かれかつ前記第２弁体によって前記第２弁室と前記中間室との間が閉じられ、
前記弁棒が前記第２背圧室側に移動されると、前記第１弁室と前記第１背圧室との間が開かれかつ前記第１弁体によって前記第１弁室と前記中間室との間が閉じられ、前記第２弁室と前記中間室との間が開かれかつ前記第２弁体によって前記第２弁室と前記第２背圧室との間が閉じられ、
前記弁本体または前記弁棒には、前記第１背圧室と前記第２背圧室とを連通する均圧通路が設けられていることを特徴とする流路切換弁。