JP5740558B2 - 弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体の流量を制御する弁装置に関する。

従来から、流体の流入口および流出口を有する外筒と、この外筒内に回転可能に収納され、周壁部に流路口を設けた中空円筒状の内筒とを備えた弁装置が知られている。このような弁装置は内筒の回転により流路口を外筒の流出口と整合又は不整合させて流路を開閉するため、構造上の問題として、内筒と外筒との摩擦抵抗によって内筒の回転動作をスムーズに行うことができず、回転の際に大きな起動トルクを要することがあった。

そこで、特許文献１では、内筒の周壁部に本体の流出口よりも大きくなるように凹部を形成し、この凹部にシート状のシール部材を挿入し、さらにこのシール部材の背面に内圧を導入するように凹部と外筒の内部とを連通する導圧路を設けた弁装置を提案している。

この弁装置は、外筒の流出口を閉じるときは、ポンプの稼働によって流入口より供給された流体の圧力を導圧路より凹部内のシール部材に作用させ、シール部材を流出口に押し付けることにより流出口を塞いで流体の流れを停止している。そして、流出口を開くように内筒を回転させるときは、内圧を低下させた状態で内筒を回転させるので、シール部材と外筒内面との接触圧が減少して摩擦抵抗が低下し、回転の際の起動トルクを低減することができる。

特開平１１−９４１００号公報

しかしながら、特許文献１の弁装置は、流出口を開くように内筒を回転させる際、ポンプの稼働を停止するなどして内圧を低下させた状態にする必要があり、内圧が高い状態では依然として回転の際に大きな起動トルクを要する。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、内筒の回転の際の起動トルクを低減して内筒の回転動作をスムーズに行うことができる弁装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明の弁装置は、流体を流入させる流入口と流体を流出させる流出口とを有するケーシングと、このケーシングに内装される弁体とを備え、前記弁体は、円筒状の外筒とこの外筒に回転可能に内装される円筒状の内筒とを有し、前記外筒の周壁部には内外に貫通する第１の外筒側開口と第２の外筒側開口とが周方向に形成され、前記第１の外筒側開口は前記ケーシングの流出口に連通しており、前記内筒の内部には前記ケーシングの流入口に連通する内部流路が形成され周壁部には内外に貫通する第１の内筒側開口と第２の内筒側開口とが周方向に形成され、前記内筒の回転により前記第１の外筒側開口と前記第１の内筒側開口とを連通又は非連通にして流体を流通させる流路を開閉する弁装置であって、前記第２の外筒側開口と前記第２の内筒側開口とは、前記流路の閉状態時に互いに連通する位置に形成されていることを特徴とする。

この弁装置においては、前記内筒の周壁部の周方向の一部が、周方向の他の箇所よりも外径が小さい径小部で構成され、この径小部に前記第２の内筒側開口が形成されていることが好ましい。

また、この弁装置においては、前記内筒の周壁部には、前記ケーシングの流入口側に、内外に貫通する切欠き部が設けられ、この切欠き部は、前記流路の閉状態時に前記第２の外筒側開口と連通する位置に形成されていることが好ましい。

本発明の弁装置によれば、内筒の回転の際の起動トルクを低減して内筒の回転動作をスムーズに行うことができる。

本発明の弁装置の一実施形態を示す断面図である。 （ａ）は図１の弁装置における弁体の外筒の斜視図であり、（ｂ）は図１の弁装置における弁体の内筒の斜視図である。 （ａ）は図１の弁装置のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）の弁装置における弁体の内筒を周方向に回転させて流路を閉鎖した状態を示す断面図である。 （ａ）は別の一実施形態の弁装置における弁体の内筒の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の内筒を用いた弁装置の断面図である。 さらに別の一実施形態の弁装置における弁体の内筒の斜視図である。

本発明の弁装置を図面に沿って説明する。図１は本発明の弁装置の一実施形態を示す断面図である。図２の（ａ）は図１の弁装置における弁体の外筒の斜視図であり、（ｂ）は図１の弁装置における弁体の内筒の斜視図である。図３の（ａ）は図１の弁装置のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）の弁装置における弁体の内筒を周方向に回転させて流路を閉鎖した状態を示す断面図である。

弁装置１は、図１に示されるように、ケーシング２と弁体３とで構成されており、例えば、上水道の配管などの外部流路６に配設され、水などの流体の流量を増減制御するのに用いることができる。

ケーシング２は、内部に弁体３を収納する弁体収納空間を有し、また、流体を流入させる流入口４と流体を流出させる流出口５とを有しており、流入口４と流出口５とは弁体収納空間を介して連通している。このケーシング２は、流入口４と流出口５とをそれぞれ外部流路６に連通させるように配設される。

弁体３は、外筒１０と内筒２０とを有して構成され、ケーシング２の弁体収納空間に内装される。弁体３は、弁体３の外筒１０の外周面とケーシング２の内周面との間の隙間が小さくなるように形成されており、その隙間はシリコンゴムやＥＰＤＭ等の弾性部材でシールされていてもよい。

外筒１０は、図２（ａ）に示されるように円筒状に形成され、周壁部１１には内外に貫通する第１の外筒側開口１２と第２の外筒側開口１３とが周方向に離れて形成されている。図１に示されるようにケーシング２の弁体収納空間に弁体３を内装した状態では、外筒１０の第１の外筒側開口１２はケーシング２の流出口５に連通している。第２の外筒側開口１３の個数は特に制限されるものではなく、一つでもよいし二つ以上であってもよい。第２の外筒側開口１３の形成箇所も特に制限されるものではなく、本実施形態では第１の外筒側開口１２の直径方向に対向する位置に一つの第２の外筒側開口１３が形成されている。

外筒１０の筒軸方向の一端部には、内筒２０を挿入し、また流体を流入させる挿通孔１４が形成されており、この挿通孔１４は、内筒２０の外径と略同径であり、ケーシング２の流入口４に連通してもいる。他端部には、挿通孔１４の内径よりも小さい内径である貫通孔１５が形成されており、この貫通孔１５の内径は、後述する内筒２０の回転軸部２３が挿通可能にこの回転軸部２３の外径よりも若干大きく形成されている。

内筒２０は、図２（ｂ）に示されるように円筒状に形成されており、図１に示されるように回転可能に外筒１０に内装されている。内筒２０の外周面と外筒１０の内周面との間の隙間が小さくなるように内筒２０の外径が外筒１０の内径と略同径とされている。内筒２０の外周面と外筒１０の内周面との間の隙間はシリコンゴムやＥＰＤＭ等の弾性部材でシールされていてもよい。内筒２０の内部には流体が流通する内部流路２１が形成されており、この内部流路２１は、内筒２０の筒軸方向の一端部に形成されている開口２２を介してケーシング２の流入口４に連通している。内筒２０の筒軸方向の他端部には回転軸部２３が形成されており、この回転軸部２３を外筒１０の挿通孔１４及び貫通孔１５に順次挿通させることにより内筒２０が外筒１０に内装される。

内筒２０の回転軸部２３は、モータ５０の回転駆動軸に連結されており、回転駆動軸を回転駆動させることにより内筒２０を周方向に回転させることができる。

内筒２０の周壁部２４には内外に貫通する第１の内筒側開口２５と第２の内筒側開口２６とが周方向に離れて形成されている。第１の内筒側開口２５は外筒１０の第１の外筒側開口１２と連通可能に形成されており、第１の内筒側開口２５と第２の内筒側開口２６との間には非開口の閉鎖部２７が周壁部２４に形成されている。

本実施形態に係る弁装置１は、内筒２０を周方向に回転させることによって第１の外筒側開口１２と第１の内筒側開口２５とを連通又は非連通にして流体を流通させる流路を開閉し、流体を通水又は止水している。つまり、図１や図３（ａ）に示されるように、内筒２０の回転により第１の内筒側開口２５が第１の外筒側開口１２に重なると、第１の外筒側開口１２と第１の内筒側開口２５とが連通して流路が開放され通水状態となる。流通する流体の流量は、第１の外筒側開口１２と第１の内筒側開口２５との重なり度合いによって変化するため、その重なり度合いを調整することによって流体の流量を変化させることができる。図３（ｂ）に示されるように、内筒２０の回転により閉鎖部２７が第１の外筒側開口１２に重なると、第１の外筒側開口１２と第１の内筒側開口２５とが非連通となり、流路が閉鎖され止水状態となる。このように内筒２０の第１の内筒側開口２５及び閉鎖部２７を外筒の第１の外筒側開口１２に重ねるように内筒２０を回転させることで流体の流量を調整することができる。

第２の内筒側開口２６は、図３（ｂ）に示されるように、流路が開放された状態及び閉鎖された状態のうち少なくとも閉鎖された状態のときに第２の外筒側開口１３と第２の内筒側開口２６とが連通するような位置に形成されている。つまり、流路の閉状態時に第２の内筒側開口２６が第２の外筒側開口１３に重なるなどして第２の外筒側開口１３と第２の内筒側開口２６とが連通していれば、流路の開状態時の第２の外筒側開口１３と第２の内筒側開口２６との連通状態は問わない。第２の外筒側開口１３と第２の内筒側開口２６とが連通した状態であってもよいし、非連通の状態であってもよい。なお、本実施形態は、流路の開状態時にも第２の外筒側開口１３と第２の内筒側開口２６とが連通した状態となっている。いずれも場合も、第２の外筒側開口１３と第２の内筒側開口２６との連通によって、止水状態時の外筒１０の内部及び内筒２０の内部を満たす流体による圧力が外側に開放されて低く抑えられる。これによって、流路を開放して通水状態とするために内筒２０を回転させる際の内筒２０の起動トルクを低減することができ、内筒２０の回転動作をスムーズに行うことができる。したがって、本実施形態のようにモータ５０で内筒２０の回転動作を行っている場合には、起動トルクの低い安価なモータを採用することができるため、弁装置１を低コストで製造できる。手動で内筒２０の回転動作を行う場合には、軽い力で内筒２０を回転させることができるなど内筒２０の回転動作が容易となり操作性が向上する。

本実施形態では、上述したように流路の開状態時にも第２の外筒側開口１３と第２の内筒側開口２６とが連通するような位置に形成されている。このため、通水状態時の外筒１０の内部及び内筒２０の内部を満たす流体による圧力が、第２の外筒側開口１３と第２の内筒側開口２６との連通によって外側に開放されて低く抑えられる。これによって、上記した効果に加えて、通水時の内筒２０を回転させる作動トルクを低減することができ、内筒２０の回転動作をより一層スムーズに行うことができる。

図４の（ａ）は別の一実施形態の弁装置における弁体の内筒の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の内筒を用いた弁装置の断面図である。なお、図１−図３に示した実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

この弁装置４０は、内筒６０の周壁部２４の周方向の一部が、周方向の他の箇所よりも外径が小さい径小部２８で構成されている。具体的には、内筒６０の周壁部２４は、径小部２８となる外径が小さい部分と径小部２８の外径よりも外径が大きい部分とを有して構成され、これらは同一の円周上に形成されている。径小部２８の外径よりも外径が大きい部分は径大部２９を構成する。内筒６０の内部は断面視略円形状であり、径小部２８は周壁部２４の壁厚が薄い薄肉部３０として構成され、径大部２９は周壁部２４の壁厚が径小部２８の壁厚よりも厚い厚肉部３１として構成される。

径大部２９の外径は外筒１０の内径と略同径とされ、径大部２９の外周面と外筒１０の内周面との間の隙間が小さくなるように形成されている。その隙間はシリコンゴムやＥＰＤＭ等の弾性部材でシールされていてもよい。径大部２９には第１の内筒側開口２５が形成され、第１の内筒側開口２５はその周囲が径大部２９で囲まれる。このため、第１の外筒側開口１２と第１の内筒側開口２５とが連通した状態（通水状態）のときの第１の外筒側開口１２と第１の内筒側開口２５との間からの流体の流出を抑えることができる。また、径大部２９には閉鎖部２７も形成されている。

径小部２８の外周面と外筒１０の内周面との間には圧抜き用の隙間Ｓが形成される。そして、径小部２８には第２の内筒側開口２６が形成されている。第２の内筒側開口２６は、隙間Ｓを介して外筒１０の第２の外筒側開口１３と連通可能であるため、径小部２８における第２の内筒側開口２６の形成箇所は、流路の閉状態時に外筒１０の第２の外筒側開口１３と重なる（整合する）位置でなくてもよい。

以上の構成においては、内筒６０の第２の内筒側開口２６から隙間Ｓに流体が流れ込む。このため、止水状態時又は通水状態時の外筒１０の内部及び内筒６０の内部を満たす流体による圧力が内筒６０の外側に逃れ、結果として内筒６０の内部の流体の圧力が低く抑えられる。これによって、止水状態から通水状態とするために内筒６０を回転させる際の内筒６０の起動トルク及び通水時の内筒６０を回転させる作動トルクを低減することができ、内筒６０の回転動作をより一層スムーズに行うことができる。隙間Ｓに流れた流体の径大部２９の外周面側への廻り込みは、厚肉部３１として構成する径大部２９や上記した弾性部材によって妨げられ、外筒１０の第１の外筒側開口１２からの流体の流出が抑えられている。

このような径小部２８は、内筒６０の周壁部２４の筒軸方向全長に亘って構成されていてもよい。また、内筒６０の周壁部２４の周方向において、閉鎖部２７が形成されている部分から第１の内筒側開口２５が形成されている部分に至る範囲を径大部２９として構成し、それ以外の範囲を径小部２８として構成することができる。内筒６０の周壁部２４において径小部２８をできるだけ広い範囲に亘って構成することで、止水状態時又は通水状態時の外筒１０の内部及び内筒６０の内部を満たす流体による圧力をより効果的に抑えることができる。

図５は、さらに別の一実施形態の弁装置における弁体の内筒の斜視図である。なお、図１−図４に示した実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

この弁装置の内筒７０の周壁部２４には、ケーシングの流入口側に、内外に貫通する切欠き部３２が設けられている。この切欠き部３２は、内筒７０の筒軸方向の一端部に形成されている開口２２に連設され、矩形状に形成されている。切欠き部３２の個数は特に制限されるものではなく、一つでもよいし二つ以上であってもよい。本実施形態では周壁部２４に一つの切欠き部３２が設けられている。

切欠き部３２は、流路の閉状態時に第２の外筒側開口と連通する位置に形成されている。このような切欠き部３２が形成されることの効果は、第２の内筒側開口２６が形成されていることの効果と同様である。すなわち、第２の外筒側開口と切欠き部３２との連通によって、止水状態時の外筒の内部及び内筒７０の内部を満たす流体による圧力が外側に開放されて低く抑えられる。これによって、流路を開放して通水状態とするために内筒７０を回転させる際の内筒７０の起動トルクを低減することができ、内筒７０の回転動作をスムーズに行うことができる。本実施形態では、第２の外筒側開口と第２の内筒側開口２６との連通による効果と、第２の外筒側開口と切欠き部３２との連通による効果との相乗効果により、止水状態から通水状態とするために内筒７０を回転させる際の内筒７０の起動トルクをより効果的に低減することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。例えば、図５に示される弁装置における弁体の内筒７０において、図４に示されるように、周壁部２４の周方向の一部が径小部２８で構成されていてもよい。この場合、切欠き部３２を径小部２８に形成することができる。切欠き部は、径小部の外周面と外筒の内周面との間の圧抜き用の隙間を介して外筒の第２の外筒側開口と連通可能となるため、径小部における切欠き部の形成箇所は、流路の閉状態時に外筒の第２の外筒側開口と重なる（整合する）位置でなくてもよい。かかる構成の弁装置では、止水状態から通水状態とするために内筒を回転させる際の内筒の起動トルク及び通水時の内筒を回転させる作動トルクをより低減することができ、内筒の回転動作をより一層スムーズに行うことができる。

１，４０ 弁装置
２ ケーシング
３ 弁体
４ 流入口
５ 流出口
１０ 外筒
１１ 周壁部
１２ 第１の外筒側開口
１３ 第２の外筒側開口
２０，６０，７０ 内筒
２１ 内部流路
２４ 周壁部
２５ 第１の内筒側開口
２６ 第２の内筒側開口
２８ 径小部
３２ 切欠き部

Claims (3)

1. 流体を流入させる流入口と流体を流出させる流出口とを有するケーシングと、このケーシングに内装される弁体とを備え、前記弁体は、円筒状の外筒とこの外筒に回転可能に内装される円筒状の内筒とを有し、前記外筒の周壁部には内外に貫通する第１の外筒側開口と第２の外筒側開口とが周方向に形成され、前記第１の外筒側開口は前記ケーシングの流出口に連通しており、前記内筒の内部には前記ケーシングの流入口に連通する内部流路が形成され周壁部には内外に貫通する第１の内筒側開口と第２の内筒側開口とが周方向に形成され、前記内筒の回転により前記第１の外筒側開口と前記第１の内筒側開口とを連通又は非連通にして流体を流通させる流路を開閉する弁装置であって、前記第２の外筒側開口と前記第２の内筒側開口とは、前記流路の閉状態時に互いに連通する位置に形成されていることを特徴とする弁装置。
2. 前記内筒の周壁部の周方向の一部が、周方向の他の箇所よりも外径が小さい径小部で構成され、この径小部に前記第２の内筒側開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
3. 前記内筒の周壁部には、前記ケーシングの流入口側に、内外に貫通する切欠き部が設けられ、この切欠き部は、前記流路の閉状態時に前記第２の外筒側開口と連通する位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の弁装置。

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