JP2021143700A

JP2021143700A - 三方弁

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Publication number: JP2021143700A
Application number: JP2020041721A
Authority: JP
Inventors: 裕樹松下; Hiroki Matsushita; 健太藤森; Kenta Fujimori
Original assignee: Nidec Copal Electronics Corp
Current assignee: Nidec Copal Electronics Corp
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2040-03-11
Also published as: CN113389919A; JP7433993B2

Abstract

【課題】プランジャの高速移動が可能で、流路を高速且つ確実に切り替えることが可能な三方弁を提供する。【解決手段】筒状部１７は、ハウジング１１内の第１開口部Ａと第２開口部Ｂを結ぶ線に沿って配置され、第１端部が第１開口部と前記第３開口部Ｃの近傍に位置し、第２端部が第２開口部に連通され、内面に第１端部と第２開口部との間に設けられた第１溝２３を有する。プランジャは、筒状部内に移動可能に設けられ、第３端部と第４端部とを有し、第３端部が第１開口部を閉塞したとき、第４端部が第２開口部から離れて第１溝２３の一部を露出させ、第４端部が第２開口部を閉塞するとき、第３端部が第１開口部から離れ、第１溝２３を閉塞する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、気体などの流体の流路を切り替えることが可能な三方弁に関する。

例えば第１開口部、第２開口部、第３開口部の３つの開口部を有し、ソレノイドで駆動されるプランジャにより、第３開口部から第１開口部への流路と、第３開口部から第２開口部への流路とを切り替えることが可能な三方弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６３−１８２３７８号公報

第３開口部と第２開口部が連通している状態において、ソレノイドによりプランジャを駆動して、第１開口部から第３開口部に流路を切り替える際、第２開口部と第３開口部の両方が同時に開放された状態がある。したがって、両方の流路内に流体が存在するため、プランジャは、閉じられるべき開口部側の流体から圧力を受け、プランジャの高速移動が妨げられていた。

本発明の実施形態は、プランジャの高速移動が可能で、流路を高速且つ確実に切り替えることが可能な三方弁を提供する。

本実施形態の三方弁は、第１開口部と、前記第１開口部と対向する第２開口部と、前記第１開口部と前記第２開口部との間、且つ第１開口部の近傍に位置する第３開口部とを有するハウジングと、前記ハウジング内の前記第１開口部と前記第２開口部を結ぶ線に沿って配置され、第１端部が前記第１開口部と前記第３開口部の近傍に位置し、第２端部が前記第２開口部に連通され、内面に前記第１端部と前記第２開口部との間に設けられた第１溝を有する筒状部と、前記筒状部内に移動可能に設けられ、第３端部と第４端部とを有し、前記第３端部が前記第１開口部を閉塞したとき、前記第４端部が前記第２開口部から離れて前記第１溝の一部を前記筒状部の内部に露出させ、前記第４端部が前記第２開口部を閉塞するとき、前記第３端部が前記第１開口部から離れ、前記第１溝を閉塞するプランジャと、前記プランジャを前記第１開口部方向と前記第２開口部方向の一方に付勢する弾性部材と、前記筒状部の周囲に設けられ、前記プランジャを前記弾性部材の付勢方向と反対方向に移動させるソレノイドと、を具備する。

第１実施形態に係る三方弁を示す側断面図。図１の一部を示す側断面図。図１の一部を示すものであり、正面から見た斜視図。図３Ａの裏面から見た斜視図。図１と異なる動作状態を示す側断面図。第２実施形態に係る三方弁を示す側断面図。図５の一部を示す側断面図。図５の一部を示すものであり、正面から見た斜視図。図７Ａの裏面から見た斜視図。図５と異なる動作状態を示す側断面図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には、同一符号を付している。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る三方弁１０を示している。三方弁１０は、ハウジング１１を具備している。ハウジング１１は、例えば有底筒状のフレーム１２と、スイッチングボディ１３と、蓋体１４により構成される。蓋体１４は、フレーム１２の開口部に取り付けられ、開口部を覆う。スイッチングボディ１３は、蓋体１４に複数のねじ１５により取り付けられる。

スイッチングボディ１３は、第１開口部Ａと第３開口部Ｃとを具備しており、第１開口部Ａと第３開口部Ｃは，スイッチングボディ１３の内部で連通可能とされている。フレーム１２の底部には、後述する第２開口部Ｂが設けられる。したがって、ハウジング１１は、第１開口部Ａと、第２開口部Ｂと、第３開口部Ｃとを具備している。

第１開口部Ａと第２開口部Ｂは、直線上に例えば対向して配置され、第３開口部Ｃは、第１開口部Ａと第２開口部Ｂの間、且つ第１開口部Ａの近傍で、第１開口部Ａと第２開口部Ｂとを結ぶ直線と交差する方向に配置される。

フレーム１２の内部には、ソレノイド（コイル）２５の枠としてのボビン１６が設けられる。ボビン１６は、その中央に筒状部１７を有している。筒状部１７は、第１端部及び第２端部を有している。第１端部は、蓋体１４を貫通してスイッチングボディ１３の内部に配置され、第２端部は、フレーム１２の底部に配置される。

具体的には、筒状部１７は、第１開口部Ａと第２開口部Ｂとを結ぶ線に沿って配置され、
第１端部は、第１開口部Ａと第３開口部Ｃの近傍に配置され、第２端部は、フレーム１２の底部に設けられた第２開口部Ｂに連通される。

筒状部１７の第２端部内には、ストッパ１８が設けられる。ストッパ１８は、後述するプランジャの位置を規制する。ストッパ１８には、第２開口部Ｂが設けられている。

筒状部１７の内部には、プランジャ１９が移動可能に設けられる。プランジャ１９は、円柱状の例えば金属により形成される。プランジャ１９は、第１端部（第３端部）と第２端部（第４端部）を有し、第１端部と第２端部の間の長さ（プランジャ１９の長さ）Ｌ1は、第１開口部Ａのスイッチングボディ１３の内部に位置する端部とストッパ１８の筒状部１７の内部に位置する端部との距離Ｌ２より短く、筒状部１７の第１端部からストッパ１８までの距離Ｌ３より長い（Ｌ３＜Ｌ１＜Ｌ２）。

プランジャ１９の第１端部には、弁としてのラバー２０が設けられ、第２端部には弁としてのラバー２１が設けられる。ラバー２０は、第１端部より突出しており、プランジャ１９が第１開口部Ａ方向に移動するとき、プランジャ１９より先に第１開口部Ａに接触し、第１開口部Ａを弾性により閉塞する。また、ラバー２１は、第２端部より突出しており、プランジャ１９が第２開口部Ｂ方向に移動するとき、プランジャ１９より先に第２開口部Ｂに接触し、第２開口部Ｂを弾性により閉塞する。

また、ラバー２０、２１は、プランジャ１９が第１開口部Ａ、又は第２開口部Ｂから離れるとき、プランジャ１９の動作より遅れて第１開口部Ａ、又は第２開口部Ｂから離れ、第１開口部Ａ、又は第２開口部Ｂを開放する。

尚、ラバー２０、２１と、第１開口部Ａ、第２開口部Ｂとの接触及び離間のタイミングは、プランジャ１９と第１開口部Ａ、第２開口部Ｂとの接触及び離間のタイミングと同時であってもよい。

さらに、ラバー２０、２１は、第１開口部Ａ及び第２開口部Ｂに接触したとき、プランジャ１９と第１開口部Ａ及び第２開口部Ｂとの接触音を低減する役割も有している。

筒状部１７の内面の一部には、後述するように、筒状部１７の軸心に沿って溝２３が設けられている。溝２３の数は、１つに限らず、複数個であってもよい。溝２３は、プランジャ１９が第１開口部Ａの方向に動作されたとき、溝２３の一部が筒状部１７の内部に露出され、第３開口部Ｃと第２開口部Ｂを連通する流路を形成する。また、プランジャ１９が第２開口部Ｂの方向に移動されたとき、筒状部１７の内部に位置する溝２３は、プランジャ１９により閉塞される。このため、第３開口部Ｃと第２開口部Ｂとを連通する流路が断たれる。

プランジャ１９の第１端部にはフランジ２２が設けられ、フランジ２２と筒状部１７の第１端部との間には、弾性部材としてのスプリング２４が設けられる。プランジャ１９は、スプリング２４により、第１開口部Ａの方向に付勢されている。

ボビン１６の筒状部１７の周囲には、ソレノイド２５が設けられ、ソレノイド２５を構成する配線の両端部は、複数の端子２６に電気的に接続されている。ソレノイド２５が励磁されると、プランジャ１９は、スプリング２４の付勢力に抗して第２開口部Ｂの方向に移動され、ストッパ１８に当接される。

スプリング２４の位置は、フランジ２２と筒状部１７の第１端部との間に限定されるものではない。さらに、スプリング２４は、プランジャ１９を第１開口部Ａ方向に付勢することに限定されるものではなく、第２開口部Ｂ方向に付勢することも可能である。この場合、ソレノイド２５の磁界の方向を変える必要がある。

（プランジャ１９と溝２３の関係）
図２は、第１実施形態に適用されるプランジャ１９と溝２３の関係を示し、図３Ａ、図３Ｂは、溝２３を示している。

図２に示すように、プランジャ１９は、前述したように円柱形であり、第１端部（第３端部）及び第２端部（第４端部）を有し、第１端部にフランジ２２を有している。フランジ２２の径Ｄ１は、筒状部１７の内径Ｄ３より大きく、プランジャ１９の径Ｄ２は、筒状部１７の内径Ｄ３より僅かに小さい（Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ１）。

図２、図３Ａ、図３Ｂに示すように、筒状部１７は、内面に例えば２つの溝２３を有している。これら溝２３は、筒状部１７の第１端部と第２端部との間に例えば直線状に設けられている。溝２３の長さＬ４は、筒状部１７の第１端部からストッパ１８までの長さＬ３より短い。

溝２３の第１端部は、筒状部１７の第１端部に配置され、プランジャ１９の動作に関らず、筒状部１７の第１端部から常に露出されている。

一方、溝２３の第２端部は、ストッパ１８の近傍に配置される。具体的には、プランジャ１９が第１開口部Ａを閉塞した状態において、筒状部１７の内部には、プランジャ１９の第２端部とストッパ１８との間に空間が形成される。この空間の幅、すなわち、プランジャ１９の第２端部とストッパ１８との間の距離をＬ５とすると、溝２３の第２端部は、距離Ｌ５のほぼ１／２の位置に配置される。換言すると、溝２３の第２端部は、プランジャ１９の第２端部とストッパ１８との中間に配置される。このため、溝２３の一部が筒状部１７の内部に露出され、溝２３を通って第３開口部Ｃと第２開口部Ｂとが連通する流路が形成される。

また、プランジャ１９の第２端部がストッパ２８に当接し、第２開口部Ｂを閉塞すると、溝２３の第２端部もプランジャ１９により閉塞され、第３開口部Ｃと第２開口部Ｂとの間の流路が閉塞される。

尚、溝２３の形状は、直線状に限らず、例えば螺旋状であってもよい。すなわち、溝２３は、筒状部１７の内面に沿って螺旋状に形成されてもよい。

（三方弁の動作）
図１に示すように、三方弁１０は、ソレノイド２５が非励磁とされているとき、プランジャ１９がスプリング２４により、第１開口部Ａの方向に付勢され、ラバー２０により第１開口部Ａが閉塞される。このとき、プランジャ１９の第２端部に設けられたラバー２１が第２開口部Ｂから離間され、溝２３の第２端部が筒状部１７の内部に露出される。このため、第３開口部Ｃと第２開口部Ｂは、溝２３により連通され、第３開口部Ｃと第２開口部Ｂとの間に流路が形成される。

一方、ソレノイド２５が励磁されると、プランジャ１９は、スプリング２４の付勢力に抗して第２開口部Ｂ側に移動される。これにより、ラバー２０が第１開口部Ａから離間され、第３開口部Ｃと第１開口部Ａとを繋ぐ流路が形成される。このとき、プランジャ１９の第２端部により溝２３の第２端部が閉塞され、第３開口部Ｃからスイッチングボディ１３内に流入された流体の殆どは、第１開口部Ａに流れる。このため、プランジャ１９は、第３開口部Ｃから第１開口部Ａに流れる流体の圧力によっても第２開口部Ｂ方向へ押圧され、プランジャ１９は、ソレノイド２５の付勢力と流体の圧力とにより高速に移動され、図４に示すように、プランジャ１９のラバー２１により第２開口部Ｂが閉塞される。したがって、流路を高速に切り替えることができる。

図４に示すように、プランジャ１９により第２開口部Ｂが閉塞されている状態において、ソレノイド２５が非励磁とされると、プランジャ１９は、スプリング２４の付勢力により第１開口部Ａの方向に移動される。これにより、溝２３の第２端部が筒状部１７の内部に露出されると、溝２３により第３開口部Ｃと第２開口部Ｂとを繋ぐ流路が形成される。このため、プランジャ１９は、第３開口部Ｃから第２開口部Ｂに流れる流体の圧力によっても第１開口部Ａの方向へ押圧され、図１に示す状態に復帰する。したがって、プランジャ１９は、スプリング２４と流体の圧力とにより、高速に移動することができ、流路を高速に切り替えることができる。

（第１実施形態の効果）
上記第１実施形態によれば、筒状部１７の内面は、その一部に溝２３を有し、溝２３は、第３開口部Ｃと第２開口部Ｂとの間の流路を、第３開口部Ｃと第１開口部Ａとの間の流路に切り替える場合、プランジャ１９が第２開口部Ｂの方向に移動すると、直ぐに閉塞されて第３開口部Ｃと第１開口部Ａとの間の流路を形成することができる。また、第３開口部Ｃと第１開口部Ａとの間の流路を、第３開口部Ｃと第２開口部Ｂとの間の流路に切り替える場合、プランジャ１９が第１開口部Ａの方向に移動すると、溝２３は、直ぐに開放されて第３開口部Ｃと第２開口部Ｂとの間の流路を形成することができる。このため、プランジャ１９は、ソレノイド２５及びスプリング２４の付勢力と、形成された流路内の流体の圧力の両方により移動されるため、高速且つ確実に流路を切り替えることが可能である。

しかも、切り替え後、流路内の流体の圧力がプランジャ１９に与えられるため、切り替え状態を安定に保持することが可能である。

また、プランジャ１９は、流体の圧力によっても移動される。このため、スプリング２４の弾性力は、プランジャ１９に流体の圧力が作用しない場合に比べて弱くすることができる。

さらに、スプリング２４の弾性力が弱いため、プランジャ１９を駆動するため、ソレノイド２５に供給される電力も削減することが可能である。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態を示している。第１実施形態と第２実施形態は、筒状部１７の溝２３の形状及びプランジャ１９の形状が相違している。

（溝２３とプランジャ１９の構成）
図５において、筒状部１７は、例えば２つの溝（第１溝）２３を有している。溝２３は、筒状部１７の第１端部の近傍からストッパ１８との間に設けられ、溝２３の第１端部は、筒状部１７の第１端部から露出していない。

具体的には、図６、図７Ａ、図７Ｂに示すように、溝２３の第１端部は、筒状部１７の第１端部から距離Ｌ６だけ内側に配置されている。すなわち、筒状部１７は、第１端部と溝２３との間に幅Ｌ６を有する縁部３１を具備している。溝２３の第２端部は、例えばストッパ１８と対応する位置に配置されている。しかし、これに限定されるものではなく、第１実施形態と同様の位置に配置されもよい。

プランジャ１９は、周囲の一部に溝（第２溝と称す）３２を有している。第２溝３２の幅Ｌ７は、プランジャ１９が第１開口部Ａを閉塞したとき、筒状部１７の縁部３１が第２溝３２と対向し、第２溝３２と溝２３を通して第３開口部Ｃと第２開口部Ｂとを繋ぐ流路を形成でき、プランジャ１９が第２開口部Ｂを閉塞したとき、縁部３１が第２溝３２とフランジ２２の間に位置し、第２溝３２を閉塞できればよい。

換言すると、第２溝３２の幅Ｌ７は、筒状部１７の縁部３１の幅Ｌ６より広く（Ｌ７＞Ｌ６）、プランジャ１９が第１開口部Ａを閉塞した状態において、筒状部１７の第１端部と第２溝３２のフランジ２２側端部との間の距離Ｌ８が、プランジャ１９の移動距離Ｌ５より短ければよい（Ｌ８＜Ｌ５）。

第２溝３２の深さは、任意であるが、第２溝３２に対応する部分のプランジャ１９の径Ｄ４は、プランジャ１９の径Ｄ２より細い（Ｄ４＜Ｄ２）。

（三方弁１０の動作）
第２実施形態において、三方弁１０の動作は、第１実施形態と同様である。

図５に示すように、ソレノイド２５が非励磁である場合、プランジャ１９は、第１開口部Ａを閉塞し、プランジャ１９の第２溝３２の一部が筒状部１７の第１端部から露出され、第２溝３２と筒状部１７の溝２３とにより第３開口部Ｃと第２開口部Ｂを繋ぐ流路が形成される。

一方、ソレノイド２５が励磁されると、プランジャ１９が第２開口部Ｂの方向に移動される。これに伴い、プランジャ１９の第２溝３２が筒状部１７の第１端部内に侵入して閉塞され、第３開口部Ｃと第１開口部Ａを繋ぐ流路が形成される。このとき、第３開口部Ｃと第１開口部Ａを繋ぐ流路内の流体の圧力により、プランジャ１９が第２開口部Ｂ方向に押圧される。このため、プランジャ１９は、ソレノイド２５の付勢力と流体の圧力とにより、第２開口部Ｂ方向に高速に移動され、図８に示すように、第２開口部Ｂを閉塞する。

ソレノイド２５が非励磁とされると、プランジャ１９は、スプリング２４により第１開口部Ａ方向に移動される。これに伴い、プランジャ１９の第２溝３２の一部が筒状部１７の第１端部から露出され、第２溝３２と筒状部１７の溝２３とにより、第３開口部Ｃと第２開口部Ｂとを繋ぐ流路が形成され、流路内の流体の圧力によりプランジャ１９は第１開口部Ａ方向に押圧される。このため、プランジャ１９は、スプリング２４の付勢力と流体の圧力とにより、第１開口部Ａの方向に高速に移動され、図５に示すように、第１開口部Ａを閉塞する。

（第２実施形態の効果）
上記第２実施形態によっても、第１実施形態と同様に高速且つ確実に流路を切り替えることが可能な三方弁を提供することができる。

その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…三方弁、１１…ハウジング、Ａ…第１開口部、Ｂ…第２開口部、Ｃ…第３開口部、１７…筒状部、１９…プランジャ、２３…溝（第１溝）、２２…フランジ、２４…スプリング、２５…ソレノイド、３１…縁部、３２…第２溝。

Claims

第１開口部と、前記第１開口部と対向する第２開口部と、前記第１開口部と前記第２開口部との間、且つ第１開口部の近傍に位置する第３開口部とを有するハウジングと、
前記ハウジング内の前記第１開口部と前記第２開口部を結ぶ線に沿って配置され、第１端部が前記第１開口部と前記第３開口部の近傍に位置し、第２端部が前記第２開口部に連通され、内面に前記第１端部と前記第２開口部との間に設けられた第１溝を有する筒状部と、
前記筒状部内に移動可能に設けられ、第３端部と第４端部とを有し、前記第３端部が前記第１開口部を閉塞したとき、前記第４端部が前記第２開口部から離れて前記第１溝の一部を前記筒状部の内部に露出させ、前記第４端部が前記第２開口部を閉塞するとき、前記第３端部が前記第１開口部から離れ、前記第１溝を閉塞するプランジャと、
前記プランジャを前記第１開口部方向と前記第２開口部方向の一方に付勢する弾性部材と、
前記筒状部の周囲に設けられ、前記プランジャを前記弾性部材の付勢方向と反対方向に移動させるソレノイドと、
を具備することを特徴とする三方弁。
前記第１溝は、第５端部と第６端部を有し、前記第５端部は、前記筒状部の前記第１端部に位置し、前記第６端部は、前記プランジャの前記第３端部が前記第１開口部を閉塞した状態において、前記プランジャの前記第４端部と前記第２開口部との間に位置することを特徴とする請求項１の三方弁。
前記第１溝の第５端部は、前記筒状部の第１端部から常に露出されていることを特徴とする請求項２記載の三方弁。
前記筒状部の第１端部は、第１幅を有する縁部を有し、前記第１溝は、第５端部と第６端部を有し、前記第１溝の前記第５端部は、前記縁部に隣接し、前記第６端部は、前記第２開口部の近傍に配置され、
前記プランジャは、円柱状であり、前記第３端部にフランジを有し、周囲の一部に前記第１幅より広い第２幅の第２溝を具備し、
前記プランジャが前記第１開口部を閉塞した状態において、前記筒状部の第１端部と前記第２溝の前記フランジ側の端部との間の距離は、前記プランジャの移動距離より短いことを特徴とする請求項１記載の三方弁。