JP3607926B2 - 電動多方弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、冷却水回路や循環水回路の水路切り換え等に用いる電動式の五方弁あるいは四方弁等の多方弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
温水や冷水を用いる冷暖房装置や、風呂、給湯装置の水回路において、この水の循環方向を切り換えるために用いる電動式多方弁は、複数個の流路に連通している複数個の開口を有する弁座に対して、任意の開口を選択的に連通するための流路を内部に形成し、複数個の開口を有する椀状の弁体を、密着状態で回動自在とし、電磁装置あるいはモータ等により弁体を回動することにより、弁体の内部流路の開口を弁座の開口に任意に連通させ、水回路の反転切り換え等を行っている。また、この弁体内の流路を任意に設定することにより四方弁等各種の弁の形成が可能であり、弁体に前記弁座に対向する開口の他に他の流路を連通して五方弁とする事もある。このような五方弁とすることにより、循環風呂において、ジエット流として風呂に供給する循環等を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような電動式多方弁においては、複数の開口を有する弁座に対向して、複数の開口を有する弁体を、水漏れの生じないように密着状態で保持しておかなければならない。一方、このように密着状態に保持されている弁体は、その流路切り換えに際しては、弁座上を摺動して回転しなければならず、水漏れを防止するための上記密着力が大きければ大きいほど、回転させる際には、弁座と弁体の接触表面間で大きな摩擦力及び粘着力が生じることとなる。
【０００４】
この摩擦力及び粘着力により弁体が回転する際には、両者は大きな摩耗を生じるほか、弁座と弁体に複数の開口を有しているため、弁体の回転の際に、両者の開口の縁部分で引っかかりを生じ、特にこの部分では大きな摩耗や損傷を生じる。このような摩耗や損傷により、弁座と弁体間では水漏れを生じ、弁の機能不良を生じる。特に、内部に流路を形成する弁体をセラミック等で製作し、この弁体に当接する弁座側をシール性の良好なゴム等の弾性体で製作することが多いが、このような場合には、水漏れを防止するため弁体を弁座に大きな力で押圧すると、弁体が弁座のゴムに喰い込み、この喰い込み状態で弁体を回転すると、ゴムの弁座はセラミックの弁体により短期間で摩耗し、頻繁に弁座等を交換しなければならない。
【０００５】
また、弁座と弁体間に、配管の錆やごみ、あるいは砂等を噛み込んだ場合には、弁体の回転によりこれらが弁座等に喰い込み、上記摩耗が更に生じ易くなる。更に、弁体を弁座に対して強力に押圧しシール性を向上しようとすると、弁体の回動時に強い摩擦力及びゴムの粘着力を生じるので、電動装置には大きな負荷がかかり、電動弁の作動不良を生じ、その対策として強力な電動装置を用いると弁が高価なものとならざるをえない。
【０００６】
したがって、本発明は、弁体の回動時には、弁座に対する弁体の押圧力を減少することにより、弁座等の摩耗を減少する、また弁座を非粘着ゴムにすることにより弁座から弁体を上方に移動する際の粘着力を減少すると共に電動装置の負荷を軽減し、弁体としての通常使用時には、弁体を弁座に対して強く押圧してシール性を向上させるようにした、電動多方弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、内部に流路を形成した弁体をスプリングにより弁座に押圧してシール可能とし、電動装置のモータシャフトにより弁体を回動自在とした電動多方弁において、弁体のスピンドルにねじりバネを介設すると共に、モータシャフトには弁箱に固定した下側ラチエットと噛み合う上側ラチエットを設け、モータシャフトの回転による上側ラチエットの回転開始時に、両ラチエット相互の摺動により上側ラチエットが前記スプリングに抗して弁体と共に上方に移動可能とし、所定位置で下方に戻るように構成したものである。
【０００８】
本発明は、上記のように構成したので、この電動多方弁の通常使用時には、電動装置には通電されておらず、弁体は所定位置で停止状態にあり、この時、下側ラチエットと上側ラチエットの噛み合いは、上側ラチエットが下方に戻っている位置にあるので、弁体はスプリングにより非粘着ゴム弁座に対して押しつけられ、確実なシールがなされる。電動装置に通電を開始すると、モータシャフトの回転により上側ラチエットも回転し、上側ラチエットは、下側ラチエットとの相互の摺動によりスプリングに抗して上方に移動しようとする。この時、未だ非粘着ゴム弁座と弁体間にスプリング押圧力等による摩擦力があるので、モータシャフトは、弁体を回転せずにスピンドルに設けたねじりバネをねじる。
【０００９】
スピンドルが更に回転すると、スピンドルに設けた上側ラチエットが、下側ラチエットとの摺動により更に上方に移動することにより、モータシャフトとスピンドルを貫通したピンは嵌合孔で遊動し、モータシャフトとスピンドルは、ピンを介して上側ラチエットと共に弁体を上方に移動させ、弁体を押圧するスプリングの力を弱め、弁体と弁座間の摩擦力を軽減する。この時、同時にねじりバネを更にねじるので、弁体に対する回転力が強くなり、弁体は回転を開始する。この回転の過程においては、弁体と弁座間は摺接することなく、摩擦力なしで回転する。
【００１０】
スピンドルが更に回転して弁体の所定位置に至ると、上側ラチエットは下側ラチエットとの噛み合いにより下方に移動可能となる。それにより、弁体はスプリングにより下方に押圧され、この所定位置で非粘着弁座に密着し、確実なシール状態で停止する。以降、この作動が繰り返され、弁体の開口と非粘着弁座の開口を任意に組み合わせて対向させ、所定の多方弁としての作用が行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。下面４個の流体流路接続部１，２，３，４を備えた弁箱５は、上下２分割可能とされ、内部に弁体収容部６を備え、その底部７には、各流路接続部内の流路に連通する弁開口８，９，１０，１１を、中心から等距離に且つ互いに等間隔に形成している。収容部６の底部には弁座を形成する非粘着ゴムシート１２を固定しており、非粘着ゴムシート１２には各弁ポートに一致する弁開口が形成されている。
【００１２】
弁座からなる非粘着ゴムシート１２上には、内部に流路１３と開孔１４を形成し、底面全体が非粘着ゴムシート１２に密接するシール板１５を有する弁体１６を配置しており、弁体１６は弁箱５の上壁１７と弁体１６の上部間に縮設したスプリング１８により非粘着ゴムシート１２に密着可能とされている。弁箱の上壁１７の上部には支持板１９が固定され、この支持板１９上には支柱２０により電動装置２１が固定されている。電動装置２１から下方に延びるモータシャフト２２には回転作動部材２３が固定され、回転作動部材２３の下面に上側ラチエット２４を形成し、周縁部に一部にスリット２５を形成し回転検出部としている。モータシャフト２２にはスピンドル２７が同心状に嵌合し、モータシャフト２２と上側ラチエット２４とスピンドル２７にピン２６を遊嵌する孔（図示しない）を設け、モータシャフト２２に対してスピンドル２７がピンを介して上下動可能に結合されている。
【００１３】
支持板１９の中央上面には、上記上側ラチエット２４に対向して上側ラチエット２４と噛み合う下側ラチエット２８を形成している。下側ラチエット２８は、電動装置２１への通電時にモータシャフト２２が回転するとき、その回転方向に次第に上方に至る傾斜面３０を形成しており、その傾斜面３０の最上部から垂直面３１が形成され、垂直面３１の下端から再び傾斜面が形成されている。上側ラチエット２４もこの下側ラチエット２８と密接しうる面として、傾斜面３２と垂直面３３を形成している。
【００１４】
この上側ラチエット２４を形成した回転作動部材２３の周縁に設けた回転検出部２５には、図７に示すように、この回転作動部材２３を覆うケース３４内にピン２６と上側ラチエット２４を囲繞して切り換えモードと同数のスイッチ３５を作動する操作部３６を備え、上側ラチエット２４と下側ラチエット２８とが、図１に示すような噛み合い状態の時、カムとして構成した操作部３６が回転検出スイッチ３５を作動し、モータへの通電を停止するように構成している。この回転検出スイッチ３５は、弁体を停止したい任意の位置に設けることができ、例えば図７に示すように配置し、モード切替スイッチ３９と共に使用すると、たとえば給湯モード、ジェットモード等の各モードに対応した位置に弁体を停止することができる。これらの電動装置２１及び回転作動部材２３等は、蓋３７によって覆われている。
【００１５】
図８に示すように、ケース３４の内周にはピン２６と上側ラチエット２４を囲繞してスイッチ固定板５０とスイッチ基板５１とが設けられている。スイッチ固定板５０には固定スイッチ５２が固定されている。また、スイッチ固定板５０に一端が固定され他端は自由端となっている板バネ５３が設けられ、板バネ５３の中間部に固定スイッチ５２に対設して可動スイッチ５４が設けられている。
【００１６】
回転作動部材２３と連結し下方に延びるスピンドル２７は、上側ラチエット２４、下側ラチエット２８を貫通し、弁箱５の上壁１７に設けた軸支部３８を貫通して支持され、弁体１６の中央部を貫通してその下端は、弁箱５の中央部の支持部４０に回転自在に支持されている。スピンドル２７は、弁体１６内において、弁体１６に形成した収容室４１内に収容したねじりバネ４２の一端４３が係止され、ねじりバネ４２の他端は、弁体１６の収容室４１の内壁に固定されている。また、スピンドル２７にはピン４４を固定し、このピン４４は収容室４１の内壁に形成した溝４５内に回転方向に摺動自在に嵌合している。溝４５は、スピンドル２７に突設したピン４４を回転方向の所定範囲内で遊動させ、上方向には係合する形状をなしている。この弁体１６を収容する弁箱５の上側部には流体流路接続部４６を備え、ここから導入される流体は、弁体収容部６内に流入し、開口１１からこの開口連通する流体流路に流出させている。
【００１７】
上記電動多方弁の作動時には、図３乃至図６に示すように作動する。これらの図において（イ）は弁体１６の作動機構部を示しており、（ロ）は弁体の位置と弁箱５の開口の位置関係を弁体の上方から見た平面図を示しており、（ハ）は弁体１６及び戻しバネ４２の状態を弁体の下方から見た底面図を示しており、（ニ）は弁体１６及び回転軸のピンと弁体の溝の関係を弁体の下方から見た底面図として示している。
【００１８】
この電動多方弁は、図１に示す状態と同じ弁作動状態を示す図３（イ）の状態では弁体は停止している。この時、弁体１６の流路１３は、図３（ロ）に示すように、弁箱５の開口Ａと開口Ｂとを連通し、弁体１６の開孔１４は弁箱の開口Ｄと連通し、また、弁体１６のシール板１５により弁箱５の開口Ｃは閉鎖されており、このとき、スプリング１８により、弁体１６がゴムシート１２に押しつけられて、各開口の連通及び閉鎖が確実なシール状態で保持されている。また、この時のスピンドル２７のピン４４は、図３（ニ）に示すように、溝４５内で、ねじりバネ４２の力により溝４５の第１端面４７側に当接している。また、ねじりバネ４２は図３（ハ）に示す状態にある。
【００１９】
このとき、図９に示すように、板バネ５３の自由端は上側ラチェット２４のスリット２５に契合して、固定スイッチ５２と可動スイッチ５４は離れており、設定モードにおいて設定位置に停止している。一方、図１０に示すように、設定外モードではスイッチは接触している。
【００２０】
この状態から電動装置に通電すると、モータシャフト２２が回転し、回転作動部材２３を介してスピンドル２７が回転する。この時、弁体１６はスプリング１８により非粘着ゴムシート１２に強く押しつけられ、大きな摩擦力があるので回転することができず、スピンドル２７は、図４（ハ）に示すようにねじりバネ４２を巻き込む。この時、スピンドル２７のピン４４は図４（ニ）に示すように、溝４５内で自由に回転する。この時、上側ラチエット２４の傾斜面は、下側ラチエット２８の傾斜面３０に上側ラチエット２４の傾斜面３２が少し乗り上げており、それにより、スピンドル２７のピン４４により溝４５の上面を引き上げ、弁体１６をスプリング１８に抗して少し引き上げることにより、弁体１６と非粘着ゴムシート１２との摩擦力を軽減し、しかも上記のように、ねじりバネ４２の力が回転方向に作用することにより弁体１６を回転しやすくするが、未だその摩擦力が強く、弁体は回転しない。この時の弁体作動機構の状態は図４（イ）に示され、この時の弁体１６の位置は、図４（ロ）に示すように、図３（ロ）に示す状態と変化はない。
【００２１】
ここから電動装置が更に回転し、スピンドル２７が回転すると、上側ラチエット２４の傾斜面は、図５（イ）に示すように、下側ラチエット２８の傾斜面３０に上側ラチエット２４の傾斜面３２が更に大きく乗り上げ、それによりスピンドル２７のピン４４により溝４５の上面を引き上げ、弁体１６をスプリング１８に抗して大きく引き上げることにより、弁体１６は非粘着ゴムシート１２から離れ、両者間の摩擦力はほとんどなくなり、しかもスピンドル２７の更なる回転により、弁体１６を回転方向に作動するねじりバネ４２の力が更に大きくなり、弁体１６は回転を開始する。この時、弁体１６はねじりバネ４２により、ピン４４が溝４５の第１端面４７に当接するまで急速に回転方向に回転される。この時の弁体１６と開口の状態は図５（ロ）に示され、弁体とねじりバネの状態は図５（ハ）に示され、ピンの状態は図５（ニ）に示される。このときは、図１１に示すように、設定外モードのスイッチは接触し、また図１２に示すように、設定モードのスイッチも接触し、電動装置は回転作動を続ける。
【００２２】
以降は、電動装置の回転によるスピンドル２７の回転と共に、弁体１６は回転し、下側ラチエット２８の傾斜面３０に上側ラチエット２４の傾斜面３２が更に大きく乗り上げ、最終的には図６（イ）に示すように、上側ラチエット２８の傾斜面３２と垂直面３３との境界部が、下側ラチエット２８の傾斜面３０と垂直面３１との境界部に至る部分まで回転する。その間、スピンドル２７のピン４４により弁体１６をスプリング１８に抗して大きく引き上げることにより、弁体１６は非粘着ゴムシート１２から離れ、両者間の摩擦力はない状態で回転を行う。この時の弁体１６、ねじりバネ４２、ピン４４及び溝の関係は、図６（ロ）、（ハ）、（ニ）に示す。
【００２３】
このような回転の後、上記のように、最終的に上側ラチエット２８の傾斜面３２と垂直面３３との境界部が、下側ラチエット２８の傾斜面３０と垂直面３１との境界部に至る部分まで回転すると、両傾斜面３０，３２の係合が外れ、両垂直面３１，３３に沿って上側ラチエット２８がスプリング１８の押圧力によって下方に押し下げられる。このとき、回転作動部材２３の周縁に設けた回転検出部２５には、操作部３６によりケース３４内に設けたスイッチ３５を作動し、モータへの通電を停止する。その結果、弁体１６は、図６（ロ）に示すように、流路１３により弁箱５の開口Ａと開口Ｄとを連通し、開孔１４は開口Ｃと連通し、開口Ｂはシール板１５により塞がれる状態を保持する。
【００２４】
上記実施例では、電動多方弁を五方弁として使用した例を示したが、上記構成の五方弁の他、弁体内の流路や開口を変形して他の構成の五方弁とすることも可能であり、更に、四方弁や開口の数等を変えて各種の多方弁に適用可能であることはいうまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、弁体の回動時には弁座に対する弁体の押圧力を減少することにより、弁座等の摩耗を減少することができるので、弁体や弁座の摩耗を減少させることができ、弁体と弁座との間に配管の錆やごみ等を噛み込ませることがなくなり、また、弁体を駆動する電動装置の負荷を軽減することができる。さらに、弁体としての使用時には弁体を弁座に対して強く押圧してシール性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】同底面側からみた平面図である。
【図３】同弁の第１の作動状態を示す断面図である。
【図４】同弁の第２の作動状態を示す断面図である。
【図５】同弁の第３の作動状態を示す断面図である。
【図６】同弁の第４の作動状態を示す断面図である。
【図７】同弁の回転検出スイッチを用いた回路構成を示す回路図である。
【図８】本発明の実施例を示すスイッチ部分を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の実施例を示す弁着地状態の設定モードのスイッチ部分を示す拡大側面図である。
【図１０】本発明の実施例を示す弁着地状態の設定外モードのスイッチ部分を示す拡大側面図である。
【図１１】本発明の実施例を示す弁浮上状態の設定外モードのスイッチ部分を示す拡大側面図である。
【図１２】本発明の実施例を示す弁浮上状態の設定モードのスイッチ部分を示す拡大側面図である。
【符号の説明】
１，２，３，４ 流体流路接続部
５ 弁箱
６ 弁体収容部
７ 底部
８，９，１０，１１ 弁開口
１２ 非粘着ゴムシート
１３ 流路
１４ 開孔
１５ シール板
１６ 弁体
１７ 上壁
１８ スプリング
２０ 支柱
２１ 電動装置
２２ モータシャフト
２３ 回転作動部材
２４ 上側ラチエット
２５ 回転検出部
２６ ピン
２７ スピンドル
２８ 下側ラチエット
３０ 傾斜面
３１ 垂直面
３２ 傾斜面
３３ 垂直面
３４ ケース
３５ スイッチ
３６ 操作部
３７ 蓋
３８ 軸支部
４１ 収容室
４２ ねじりバネ
４３ 一端
４４ ピン
４５ 溝
４６ 流体流路接続部

Claims (4)

1. 内部に流路を形成した弁体をスプリングにより弁座に押圧してシール可能とし、電動装置のモータシャフトにより弁体を回動自在とした電動多方弁において、弁体のスピンドルにねじりバネを介設すると共に、モータシャフトには弁箱に固定した下側ラチエットと噛み合う上側ラチエットを設け、モータシャフトの回転による上側ラチエットの回転開始時に、両ラチエット相互の摺動により上側ラチエットが前記スプリングに抗して弁体と共に上方に移動可能とし、所定位置で下方に戻るように構成したことを特徴とする電動多方弁。
2. 電動装置のモータシャフトとスピンドルにピンを遊嵌する孔を設け、モータシャフトに対してスピンドルがピンを介して上下動可能に結合されている請求項１記載の電動多方弁。
3. ピンと上側ラチエットを囲繞して切り換えモードと同数のスイッチが設けられてなる請求項１または請求項２記載の電動多方弁。
4. ピンと上側ラチエットを囲繞してスイッチ固定板に固定された固定スイッチとスイッチ基板に一端を固定し他端を自由端とする板バネに固定スイッチに対設して可動スイッチを設けてなる請求項３に記載の記載の電動多方弁。

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