JP4689057B2 - 二方弁および三方弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二方弁および三方弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、空調における冷、温水の流量制御、化学プラントにおける薬液の流量制御、ガス分野におけるガス流量の流体制御として、例えば、ボールバルブが広く使用されている。
このボールバルブは、ハンドルにより弁棒を介してボールを９０°回動するだけの操作で弁の開閉を行うことができるので、玉形弁などのようにハンドルを数回〜数十回も回す必要がなく、操作が迅速、かつ簡易であるといった利点がある。一方、急激な操作を行った場合は、圧力変動によるウォーターハンマー等が生じ易いといった問題もあり、さらには流体調整が困難であるという欠点もある。
【０００３】
一方、図４に示すように、特開平２−３８７６６号公報には、流量調整を行えるようにしたボールバルブが開示されている。このボールバルブ１００では、ボール弁体１０２に形成される貫通孔１０４における入口１０６に対向する側の形状が円形に、出口１０８に対向する側の形状が扇形に形成されている。このようなボールバルブ１００では、矢印方向の流体流量を、ボール弁体１０２の回動に伴って徐々に調節できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなボールバルブ１００では、流体中に塵埃や微粒子等が含まれていると、それらがボール弁体１０２と弁座形成部材１１０との間隙に噛み込んでしまうという問題があった。仮に、塵埃等を噛み込んでしまうと、弁座形成部材１１０上で弁操作時に繰り返し摺接されるため、弁座形成部材１１０やボール弁体１０２が磨耗したり損傷したり、あるいは弁座形成部材１１０内に刺さったりして、弁機能が低下する虞がある。
【０００５】
本発明は、このような実情に鑑み流体中に塵埃や微粒子等が含まれるとしても、その塵埃や微粒子等によって弁座や弁体等が損傷されることが少なく、長期に亘り安定した弁機能を発揮させることが可能な弁構造を使用した二方弁および三方弁を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る二方弁は、
直線的に連通する第１の管路と第２の管路との間に弁体収容凹部が形成されているとともに、前記第１の管路または前記第２の管路の少なくとも一方の管路の開口端面に、環状の弁座が形成されている弁箱と、
前記弁箱の前記弁体収容凹部内に、前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向に移動可能に収容されているとともに、軸芯部に中央貫通孔が形成され、さらに円周方向に環状のガイド溝が形成され、前記弁座に対向する端部にシール部材装着溝が形成されている弁体と、
前記弁体の前記シール部材装着溝内に装着される環状シール部材と、
前記弁体の前記中央貫通孔内に圧入され、両端部が前記弁体より外方に突出して配置されている弁軸と、
前記弁体に圧入された前記弁軸の、前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向への移動を案内する弁軸ガイドと、
前記弁体の前記ガイド溝内に一端が挿入されたピンと、
前記ピンを前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向へ移動させるアクチュエータと、
を有し、
前記ピンへ前記アクチュエータから力を加えることにより、前記弁体を前記弁軸とともに、前記弁軸を中心として僅かに回動させながら前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向へスライド移動させ、
これにより前記弁座に弁体を着座あるいは接近させて、前記第１の管路と第２の管路の間における流量の調整がなされるよう構成されていることを特徴とする。
【０００７】
このような本発明によれば、塵埃等の影響により弁体や弁座等が損傷されることが少なく、長期に亘り安定した弁機能を発揮することが可能な二方弁を提供することができる。
【０００９】
また、本発明に係る二方弁は、
前記アクチュエータがモータであって、
前記弁体のガイド溝内に一端が挿入された前記ピンは、
他端に前記ピンとは直角方向に第２のピンの一端が接続され、
前記第２のピンの他端が前記モータのスピンドルに接続されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る二方弁は、
前記弁体と前記弁軸ガイドとの間に、前記弁軸を介してばね部材が圧縮状態で介装されていることが好ましい。
このような構成であれば、弁体および弁軸ガイドを弁体収容凹部内で安定した状態で保持することができるとともに、流体通路の開度の調整が容易になる。
【００１１】
また、本発明に係る三方弁は、
略Ｔ字状に配置される第１の管路と第２の管路と第３の管路との接続部に弁体収容凹部が形成されているとともに、直線的に連通する前記第１の管路と前記第２の管路の開口端面に、それぞれ環状の弁座が形成されている弁箱と、
前記弁箱の前記弁体収容凹部内に、前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向に移動可能に収容されているとともに、軸芯部に中央貫通孔が形成され、さらに円周方向に環状のガイド溝が形成され、それぞれの前記弁座に対向する両端部にシール部材装着溝がそれぞれ形成されている弁体と、
前記弁体のそれぞれの前記シール部材装着溝内に装着されている環状シール部材と、
前記弁体の前記中央貫通孔内に圧入され、両端部が前記弁体より外方に突出して配置されている弁軸と、
前記弁体に圧入された前記弁軸の、前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向への移動を案内する弁軸ガイドと、
前記弁体の前記ガイド溝内に一端が挿入されたピンと、
前記ピンを前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向へ移動させるアクチュエータと、
を有し、
前記ピンへ前記アクチュエータから力を加えることにより、前記弁体を前記弁軸とともに、前記弁軸を中心として僅かに回動させながら前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向へスライド移動させ、
これにより前記弁座に弁体を着座あるいは接近させて三方の管路間における流量の調整および流体流れ方向の調整がなされるよう構成されていることを特徴とする。
【００１２】
このような本発明によれば、塵埃等の影響により弁体や弁座等が損傷されることが少なく、長期に亘り安定した弁機能を発揮することが可能な三方弁を提供することができる。
また、本発明に係る三方弁は、
前記アクチュエータがモータであって、
前記弁体のガイド溝内に一端が挿入された前記ピンは、
他端に前記ピンとは直角方向に第２のピンの一端が接続され、
前記第２のピンの他端が前記モータのスピンドルに接続されていることが好ましい。
また、本発明に係る三方弁は、
前記弁体と前記弁軸ガイドとの間に、前記弁軸を介してばね部材が圧縮状態で介装されていることが好ましい。
【００１３】
このような構成であれば、弁体および弁軸ガイドを弁体収容凹部内で安定した状態で保持することができるとともに、流体通路の開度の調整が容易になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
図１および図２は本発明の一実施例による弁構造が採用された三方弁を示したものである。
この三方弁２では、第１の管路４と第２の管路６と第３の管路８とが形成された略Ｔ字状の弁箱１０が具備され、弁箱１０の開口端面は、弁蓋１１によりシールされている。
【００１５】
弁箱１０は、２つの分割体から構成され、略円筒状に形成された一方の弁箱部分１２には、上記第１の管路４が形成され、略Ｌ字状に形成された他方の弁箱部分１４には、上記第２の管路６と第３の管路８とが形成されている。また、これら２つの分割体を互いに接合したときに構成される、第１，第２，第３の管路４，６，８の会合部には、円筒状の弁体収容凹部１６が形成されている。
【００１６】
弁体収容凹部１６に臨む上記第１の管路４の開口端面には、第１の弁座３２が形成され、弁体収容凹部１６に臨む上記第２の管路６の開口端面には、第２の弁座３４が形成されている。
第１の管路４を構成している大径部分と小径部分との間の段部には、液通路を備えた弁軸ガイド３６が移動可能な状態で収容され、第２の管路６を構成している大径部分と小径部分との間の段部には、液通路を備えた弁軸ガイド３８が移動可能な状態で収容されている。なお、これら弁軸ガイド３６，３８は、実施例の形状に限定されず、弁軸１８の摺動を案内し、かつ内方に液通路が形成されていれば、他の形状のものを採用することができる。
【００１７】
一方、弁体収容凹部１６内には、左右方向にスライド移動可能な弁体２０が収容されている。この弁体２０は、中央貫通孔４０内に圧入された弁軸１８により、左右方向への移動が案内される。そして、この弁軸１８は、弁軸ガイド３６，３８の軸部分に摺動自在に支持されている。
上記弁体２０は、図示されるように、左半部と右半部とが対称に形成され、両端部分は徐々に径が細く形成されている。また、弁体２０の中央部における外周面には、環状のガイド溝２２が形成されている。
【００１８】
さらに、弁体２０のガイド溝２２を中心としてその両側には、シール部材装着溝２４，２６が同様に環状に形成され、このシール部材装着溝２４，２６内には、ゴムなどからなる環状シール部材２８，３０がそれぞれ装着されている。
弁体２０の両端部と弁軸ガイド３６，３８との間には、それぞれ圧縮状態にされたばね部材４２，４４が介装され、これらばね部材４２，４４の付勢力により、弁軸ガイド３６，３８が軸方向に移動しないように固定されている。
【００１９】
さらに、上記弁体２０に形成された上記ガイド溝２２内には、弁体２０を操作するためのピン４６の一端が挿入されている。このピン４６の他端は、これと直角な方向に配置される第２のピン４８に接続され、この第２のピン４８の他端は、ケーシング５０内に収容されたモータのスピンドル５２に接続されている。
したがって、このような弁構造を備えた三方弁２では、図示しないモータが駆動されることによりスピンドル５２が所定角度回動されたときに、それに伴って第２のピン４８およびこれに接続されたピン４６が、図２において、矢印Ｙ方向のいずれかに旋回移動することが可能になっている。こうして、ピン４６、４８が矢印Ｙ方向のいずれかに旋回移動すると、弁体収容凹部１６内では、弁体２０が直線的にスライド移動する。なお、このとき、ピン４６は、ガイド溝２２内で円弧状の回動軌跡を描くことになるが、ピン４６は、環状のガイド溝２２内に挿入されているので、弁体２０に無理な力がかかることはなく、弁体２０を直線方向にスライド移動させることができる。また、このとき、弁軸１８は、弁軸ガイド３６，３８の軸部分に案内される。
【００２０】
なお、図１において、符号５６は、弁箱部分１２と弁箱部分１４との間に介装されたＯリングを示したもので、符号５８は、弁箱部分１４と弁蓋１１との間に介装されたＯリングを示したものである。このようなＯリングを介装する場合、Ｏリングの装着溝内には、予めグリスを塗布しておくことが好ましい。また、本実施例では、モータとして、ステッピングモータが採用されており、これによりスピンドル５２の回転角度を調整できるように構成されている。
【００２１】
このように構成された三方弁２では、弁体２０を左右方向へスライド移動させることにより、第３の管路８内に流れてくる流体を、この第３の管路８から第１の管路４または第２の管路６のいずれかの管路に流すことが可能になっている。また、弁体２０の向きを変えることにより、反対の管路に流すことができる。
以下にその作用について説明する。
【００２２】
今、弁体２０は図１の状態にある。すなわち、弁体２０は図の左側に位置しており、一方の環状シール部材３０が第１の弁座３２から離反して、他方の環状シール部材２８が第２の弁座３４に当接している。この状態でも、ばね部材４２、４４はともに圧縮状態にある。したがって、弁軸ガイド３６、３８は、それぞればね部材４２，４４の付勢力によって、軸方向へ移動しないように固定されている。
【００２３】
このような状態では、第３の管路８と第１の管路４とが連通しており、第３の管路８と第２の管路６との間は、遮断されている。したがって、流体は第３の管路８から第１の管路４に向かって、すなわち矢印Ａ方向に流れるように設定されている。この状態からＡ方向に流れる流量を調整するために、信号が入力されると、モータの回転力がスピンドル５２から第２のピン４８を介して出力端であるピン４６に伝達される。すると、このピン４６は、ガイド溝２２内において図２の右矢印Ｙ方向に移動する。すると、弁体２０は、ピン４６の移動に応じた距離だけ、第１の管路４側にスライド移動する。弁体２０が第１の管路４側に若干移動すると、第３の管路８と第１の管路４との間の開口面積が狭くなるので、その開口面積に応じて、流体流量を減少させることができる。なお、この減少量を制御すれば、流れる流量を比例的に制御することができる。
【００２４】
また、弁体２０がこのように直線移動をする場合に、弁体２０が円盤状であることに加えて、ピン４６が環状のガイド溝２２内で周方向に移動することができるので、弁体２０は、矢印Ｚ方向に旋回することも可能になっている。したがって、弁体２０は、直線移動するときに、若干の回転運動が行われる。このように弁体２０が回転する方向、すなわちＺ方向に姿勢を変えると、環状シール部材２８と第２の弁座３４との当接面、あるいは環状シール部材３０と第１の弁座３２との当接面がいつも同じではなく、毎回変わることになる。したがって、環状シール部材２８、３０、あるいは弁座３４，３２などの局所的な偏磨耗を防止することができる。さらに、このように弁体２０が回転すれば、仮に弁体と弁座との間に塵埃や微粒子等が侵入してきたとしても、それらの塵埃や微粒子等を流体の流れの中で流し去ることができる。よって、本実施例の弁構造では、このようにセルフクリーニング機能を有しているため、弁機能が損なわれることもない。
【００２５】
一方、このような三方弁２において、弁体２０を最右方まで移動させれば、今度はシール部材３０が第１の弁座３２に当接することになる。これにより、第３の管路８から第１の管路４への流体通路が遮断され、これに変わって、第３の管路８から第２への管路６への流体通路が連通されることになる。
なお、本実施例の弁構造によれば、一方の環状シール部材３０が第１の弁座３２に当接しているとき、あるいは他方の環状シール部材２８が第２の弁座３４に当接しているときなどは、環状シール部材３０または環状シール部材２８の摩擦抵抗が生じているので、弁体２０は、図２のＺ方向に回転することはない。このように、弁体２０がＺ方向に回転しない状態、すなわち環状シール部材３０，２８の一方が対応する弁座３２、３４に当接している場合は、仮に塵埃等が弁部分に滞留しても、この弁が閉まっているため、弁座や環状シール部材が損傷を受けることはない。これに対して、弁体２０が弁箱内を右方あるいは左方に向かって移動している最中には、弁体２０はＺ方向に回転するため、塵埃や微粒子等が弁座３２の周囲に滞留してしまうことはなく、前述したセルフクリーニング機能により下流に流される。よって、弁機能が低下することもない。
【００２６】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されない。例えば、上記実施例では、ステッピングモータにより流量を比例制御するようにしたが、流量調整はこれに限定されない。例えば、ハンドルなどを手動操作することにより、目視で調整することもできる。また、比例制御が不要であれば、ＤＣモータ、弁閉位置決め用センサなどを使用して、ＯＮ／ＯＦＦ切換弁とすることもできる。
【００２７】
さらに、ピン４６へ力を入力するアクチュエータも上記実施例に限定されず、他の構造を採用することもできる。要は、ピン４６をガイド溝２２内で周方向に移動可能にし、この状態で弁体２０を移動させる構造であれば良い。
また、上記実施例では、三方弁を例にして本発明の弁構造を説明したが、本発明の弁構造は、図３に示すような二方弁６０に採用することもできる。なお、図３では、図２と同一要素は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２８】
この二方弁６０では、他方の弁箱部分１４の第２の管路６と、一方の弁箱部分１２の第１の管路４とが直線的に連通している。したがって、流体は、矢印で示したように、図３の左側から右側にあるいはその逆に流すことができる。
また、本実施例では、弁体収容凹部６２内に収容された弁体６４には、一つの環状シール部材３０しか介装されていない。したがって、一方の弁箱部分１２の開口端面には、第１の弁座３２が形成されているが、他方の弁箱部分１４には、弁座が形成されていない。他の構造は図１の三方弁と略同様に形成されている。
【００２９】
このような二方弁６０であっても、弁体６４が直線的にスライド移動するときに、ピン４６がガイド溝２２内で旋回運動することができる。したがって、弁座３２に対する環状シール部材３０の当接箇所が毎回変わるため、弁座３２や環状シール部材３０等に局所的な磨耗や食い込みなどが生じることはない。また、仮に、その微粒子等が弁座３２とシール部材３０との当接部周辺に存在したとしても、その塵埃や微粒子等をセルフクリーニング機能により流体の流れの中で流し出すことができる。したがって、シール部材３０と弁座３２との間の弁機能を長期に亘り維持することができる。
【００３０】
このように、本発明の弁構造は、三方弁に限定されず、二方弁にも適用可能である。
さらに、上記各実施例による弁体２０，６４は一つのブロックを切削加工して形成しても良く、あるいは、複数の部材を組み付けて構成しても良い。さらに、弁軸１８も、弁体２０，６４と一体的に形成することができる。
【００３１】
さらに、三方弁２などにおいて、一方の弁箱部分１２と他方の弁箱部分１４などの形状は実施例に何ら限定されず、他の構造を採用することもできる。
また、上記各実施例では、弁軸ガイド３６，３８が組み付け時に移動可能な状態で弁箱部分１２，１４内に収容されているが、これら弁軸ガイド３６，３８は、弁箱部分１２，１４内に移動不能状態、すなわち固定状態で配置することもできる。なお、これら実施例で示したように、弁軸ガイド３６，３８が移動可能な状態で収容される場合は、２つのばね部材４２，４４は必ず必要となるが、仮に弁軸ガイド３６，３８が圧入などによる手段で弁箱内に固定されていれば、ばね部材４２，４４は、必ずしも必要ではない。
【００３２】
また、２つの弁軸ガイド３６，３８のうち、いずれか一方の弁軸ガイドを移動可能状態で収容し、いずれか他方の弁軸ガイドを移動不能状態で配置することもできる。その場合には、移動可能な方の弁軸ガイドには、ばね部材が必要であるが、移動不能な方の弁軸ガイドには、ばね部材は必要ではない。しかし、弁体の安定のためには、固定されている側の弁軸ガイドにもばね部材が介装されることが好ましい。
【００３３】
このように、弁を構成する様々な構成部材は実施例の形状、態様に限定されるものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、弁体は直線方向に移動するとともに回転可能であるため、ボールバルブのようなボールを使用した弁と異なり、流体中の塵埃や微粒子等が弁座の周辺に滞ることがなくなる。したがって、弁座や弁体等の磨耗や損傷さらには、微粒子等の食い込みなどを防止することができる。これにより、長期に亘り安定した弁機能を発揮させることができる。
【００３５】
また、このような弁構造を二方弁および三方弁に適用すれば、流量調整弁、切換弁などとして好ましく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施例による弁構造を備えた三方弁の断面図である。
【図２】図２は図１における弁蓋を取り外した状態での要部横断面図である。
【図３】図３は本発明に係る弁構造を備えた二方弁の断面図である。
【図４】図４は従来の弁構造を備えたボールバルブの断面図である。
【符号の説明】
２ 三方弁
４ 第１の管路
６ 第２の管路
８ 第３の通路
１０ 弁箱
１６ 弁体収容凹部
１８ 弁軸
２０ 弁体
２２ ガイド溝
２４，２６ シール部材装着溝
２８ 環状シール部材
３０ 環状シール部材
３２ 弁座
３４ 弁座
３６ 弁軸ガイド
３８ 弁軸ガイド
４０ 中央貫通孔
４２ ばね部材
４４ ばね部材
４６ ピン
６０ 二方弁
６２ 弁体収容凹部
６４ 弁体

Claims (6)

1. 直線的に連通する第１の管路と第２の管路との間に弁体収容凹部が形成されているとともに、前記第１の管路または前記第２の管路の少なくとも一方の管路の開口端面に、環状の弁座が形成されている弁箱と、
   前記弁箱の前記弁体収容凹部内に、前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向に移動可能に収容されているとともに、軸芯部に中央貫通孔が形成され、さらに円周方向に環状のガイド溝が形成され、前記弁座に対向する端部にシール部材装着溝が形成されている弁体と、
   前記弁体の前記シール部材装着溝内に装着される環状シール部材と、
   前記弁体の前記中央貫通孔内に圧入され、両端部が前記弁体より外方に突出して配置されている弁軸と、
   前記弁体に圧入された前記弁軸の、前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向への移動を案内する弁軸ガイドと、
   前記弁体の前記ガイド溝内に一端が挿入されたピンと、
   前記ピンを前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向へ移動させるアクチュエータと、
   を有し、
   前記ピンへ前記アクチュエータから力を加えることにより、前記弁体を前記弁軸とともに、前記弁軸を中心として僅かに回動させながら前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向へスライド移動させ、
   これにより前記弁座に弁体を着座あるいは接近させて、前記第１の管路と第２の管路の間における流量の調整がなされるよう構成されていることを特徴とする二方弁。
2. 前記アクチュエータがモータであって、
   前記弁体のガイド溝内に一端が挿入された前記ピンは、
   他端に前記ピンとは直角方向に第２のピンの一端が接続され、
   前記第２のピンの他端が前記モータのスピンドルに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の二方弁。
3. 前記弁体と前記弁軸ガイドとの間に、前記弁軸を介してばね部材が圧縮状態で介装されていることを特徴とする請求項１または２に記載の二方弁。
4. 略Ｔ字状に配置される第１の管路と第２の管路と第３の管路との接続部に弁体収容凹部が形成されているとともに、直線的に連通する前記第１の管路と前記第２の管路の開口端面に、それぞれ環状の弁座が形成されている弁箱と、
   前記弁箱の前記弁体収容凹部内に、前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向に移動可能に収容されているとともに、軸芯部に中央貫通孔が形成され、さらに円周方向に環状のガイド溝が形成され、それぞれの前記弁座に対向する両端部にシール部材装着溝がそれぞれ形成されている弁体と、
   前記弁体のそれぞれの前記シール部材装着溝内に装着されている環状シール部材と、
   前記弁体の前記中央貫通孔内に圧入され、両端部が前記弁体より外方に突出して配置されている弁軸と、
   前記弁体に圧入された前記弁軸の、前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向への移動を案内する弁軸ガイドと、
   前記弁体の前記ガイド溝内に一端が挿入されたピンと、
   前記ピンを前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向へ移動させるアクチュエータと、
   を有し、
   前記ピンへ前記アクチュエータから力を加えることにより、前記弁体を前記弁軸とともに、前記弁軸を中心として僅かに回動させながら前記第1の管路から前記第２の管路側および前記第２の管路から前記第1の管路側の双方向へスライド移動させ、
   これにより前記弁座に弁体を着座あるいは接近させて三方の管路間における流量の調整および流体流れ方向の調整がなされるよう構成されていることを特徴とする三方弁。
5. 前記アクチュエータがモータであって、
   前記弁体のガイド溝内に一端が挿入された前記ピンは、
   他端に前記ピンとは直角方向に第２のピンの一端が接続され、
   前記第２のピンの他端が前記モータのスピンドルに接続されていることを特徴とする請求項４に記載の三方弁。
6. 前記弁体と前記弁軸ガイドとの間に、前記弁軸を介してばね部材が圧縮状態で介装されていることを特徴とする請求項４または５に記載の三方弁。