JP5864171B2

JP5864171B2 - 三方弁

Info

Publication number: JP5864171B2
Application number: JP2011195549A
Authority: JP
Inventors: 忠志杉浦; 葉子田村
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2031-09-08
Also published as: JP2013057352A

Description

本発明は、回転式の弁体を介して水等の流体の流路を切り換える三方弁に関する。

従来、大容量の水等の流路を切り換える弁として、例えば、特許文献１には、流路を有するボール状の弁体を備え、この弁体が弁室内を回転することで水等の流路を切り換える切換え弁としてのボールバルブが開示されている。

特開２００５−３０８１６５号公報

しかし、上記特許文献に記載のボールバルブは、弁体が回転可能に収容される弁室を有する弁ケースにおいて、弁ケースに装着したパッキンに弁体を押し付けて弁ケースと弁体との間をシールしているため、弁体の回転時の摺動抵抗が大きくなり、弁体を回転させるための動力が大きくなるという問題があった。また、弁体の流体通路に異物が混入した場合には、弁体によって異物がパッキンに押し付けられ、パッキンに傷が付き、流体の漏れに繋がるおそれもあった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、弁体の摺動抵抗を小さくして弁体の駆動動力を低く抑えると共に、混入した異物に起因する流体漏れを効果的に防止することも可能な三方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、本発明は、中空楕円柱状の弾性体からなる弁体と、該弁体の中心孔の内壁との間に空隙を形成するように該中心孔に遊嵌される弁棒部、前記弁体を支持する支持部、並びに前記弁棒部及び前記支持部に連接する回転軸部からなる弁ホルダと、楕円柱状の空洞が形成され、前記弁体及び前記弁ホルダが回転可能に収容される弁室を有する弁本体と、前記楕円柱状の弁室の長軸側側面を貫通して該弁室に連通する入口ポートと、短軸側側面を貫通して該弁室に連通する２つの出口ポートとを備え、前記弁ホルダの前記回転軸部が回転することにより、前記弁体が前記２つの出口ポートのいずれか一方を閉じ、他方を開く状態と、該一方の出口ポートを開き、該他方の出口ポートを閉じる状態とを切り換えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、弁体が出口ポートを閉塞している状態では、弾性体からなる弁体が弁座へ押圧されて弾性変形して弁座に面接触するため、流体が弁体と弁座との間から漏洩するのを効果的に防止することができる。

また、弁体が出口ポートを閉塞している状態から出口ポートを開く状態へと切り換えられる瞬間（以下、「回転初動時」という）においては、弁体の中心孔の内壁と弁棒部との間に形成される空隙や、弁本体の長軸側側面と弁体との間に形成される隙間が遊びとなって、弁体が前記空隙等へ流れるように歪みながら回転するため、弁体の弁室内面に対する摺動抵抗が小さくなり、駆動動力や弁体の磨耗を低減することができる。

加えて、弁体が弁室の長軸側側面の略中央に位置する状態にある場合には、弁体は弁室内面にほとんど接触することがないため、回転初動時よりさらに、弁体の駆動動力や弁体の磨耗が低減される。そして、弁室等に異物が混入し、その異物が弁体の表面と弁室の内面との間に形成される隙間に侵入した場合でも、異物が流出し易く、混入した異物に起因する流体漏れを効果的に防止することもできる。

さらに、本発明によれば、中空楕円柱状の弾性体からなる弁体のみでシールを行い、他の部材を使用しない単純な構造を備えることから、組立が容易になる利点もある。また、従来の多方弁と比べ流路を大きく取れるため、圧力損失も低減することができる。

上記三方弁において、前記弁室の楕円平面部のいずれか一方の面にガイドを配設し、前記弁ホルダの前記回転軸部が回転する際に、前記弁棒部が前記ガイドに沿って摺動する構成とすることもできる。これにより、弁ホルダ及び弁体の回転時のがたつきを抑え、円滑な切換動作が可能となる。

以上のように、本発明によれば、弁体の駆動動力を低く抑えると共に、混入した異物に起因する流体漏れを効果的に防止することなども可能な三方弁を提供することができる。

本発明に係る三方弁の第１の実施形態を示す断面図であって、（ａ）は縦断面図（（ｂ）のＡ−Ａ線断面図）、（ｂ）は横断面図（（ａ）のＢ−Ｂ線断面図）である。図１の弁体と弁ホルダの組立方法及びその組立体を説明するための概略図であって、（ａ）は組立展開図、（ｂ）は組立体の外観を示す四面図（正面図、上面図、下面図、側面図）、（ｃ）は組立体の断面図（縦断面図、横断面図）である。図１の三方弁の動作を説明するための概略断面図である。組立体を弁室内へ組み付けた状態を示す概略断面図である。本発明に係る三方弁の第２の実施形態を示す縦断面図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る三方弁の第１の実施形態を示し、この三方弁１は、中空楕円柱状の弾性体からなる弁体２と、弁棒部３１及び弁体２を支える支持部３２からなる弁ホルダ３と、弁体２及び弁ホルダ３が回転可能に収容されると共に楕円柱状の空洞が形成された弁室４ａを有する弁本体４と、弁体２を弁室４ａ内でがたつきなく回転摺動させるため、弁棒部３１を案内するガイド８と、弁体２に接続された流入管５及び２本の流出管６、７等で構成される。

弁体２は、ゴム、フッ素樹脂等の弾性体からなり、図２に示すように、中空楕円柱状に形成される。

弁ホルダ３は、図２に示すように、弁体２の中心孔２ａの内壁との間に空隙を形成するように遊嵌される弁棒部３１と、弁体２の楕円柱形状に適合するように形成された支持部３２と、弁棒部３１と支持部３２に連接し、モータ９によって弁ホルダ３全体を回転させる回転軸部３３とを備える。

上記弁体２及び弁ホルダ３を組み立てるには、図２（ａ）に示すように、弁ホルダ３の弁棒部３１へ弁体２を圧入し、弁棒部３１の先端突起部３１ａに弁体２の下端を嵌合させる。このような単純な工程により、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、弁体２と弁ホルダ３からなる組立体１１が完成する。

図１に示すように、弁本体４は、上記組立体１１が収容される弁室４ａを備え、弁室４ａには、入口ポート５ａ及び出口ポート６ａ、７ａが連通する。また、弁室４ａの楕円平面状の下面にはガイド８が凹設される。弁ホルダ３の弁棒部３１の先端部が、ガイド８に沿って回転することにより、弁室４ａの内面４ｂを弾性体からなる弁体２の表面が摺動する。

弁室４ａの上方開口は、シール部１０によって閉じられ、シール部１０の内周面と回転軸部３３の外周面との間にはパッキン１０ａ、１０ｂが介装され、シール部１０と回転軸部３３との間の流体の漏れを防止している。

シール部１０の上方にはモータ９が設けられ、モータ９の出力軸（不図示）に回転軸部３３が連結され、モータ９の出力軸と共に回転軸部３３が回転する。

次に、上記構成を有する三方弁１の動作について、図３を中心に参照しながら説明する。

図３（ａ）は、弁体２によって出口ポート６ａを閉じ、出口ポート７ａを開いている状態を示し、入口ポート５ａから流入した流体は、矢印で示すように、弁室４ａを経由して出口ポート７ａに流出する。

この状態では、図４に示すように、組立体１１は、弁体２が弁座４ｃに押圧されるように弁室４ａへ収納されている。これにより、弁体２の弁室内面４ｂ側の楕円柱側面２ｂが潰され（波線は組み付け前の弁体２の状態を示し、実線は組み付け後の弁体２の状態を示す）、弁体２が弾性力によって弁座４ｃに押圧された状態で出口ポート６ａを完全に塞ぎ、弁体２と弁座４ｃとの接触面からの流体漏れが防止される。

図３（ａ）の状態からモータ９によって弁ホルダ３が右回りに回転し、図３（ｂ）に示すように、弁体２がそれまで閉塞していた出口ポート６ａを少し開いた状態になると、出口ポート７ａだけでなく、出口ポート６ａも開かれた状態となり、入口ポート５ａから流入した流体が、弁室４ａを経由して、出口ポート６ａへも流出するようになる。

この際、弁ホルダ３及び弁体２の内部での応力分布は、図３（ａ）から図３（ｂ）の実線に示すように変化する。出口ポート６ａが完全に閉塞されている場合には、図３（ａ）に示すように弁室４ａの短軸に線対称に応力が分布し、弁体２は均等に潰される。しかし、弁体２が弁室４ａの楕円長軸側へ移動するにつれて、図３（ｂ）に示すように、楕円長軸方向へ応力が分散するため、弾性体からなる弁体２は楕円長軸方向へ流れるように変形する。これにより、弁体２が弁室内面４ｂを摺動する際の抵抗が少なくなり、また、弁体の磨耗も低減される。

図３（ｂ）の状態からモータ９によってさらに弁ホルダ３が回転し、図３（ｃ）に示すように、弁体２が弁室４ａの内面４ｂの略中央に位置する状態（以下、「中間開度」という。）になると、出口ポート６ａ及び出口ポート７ａの両方が開かれた状態となり、入口ポート５ａから流入した流体が、弁室４ａを経由して出口ポート６ａ及び出口ポート７ａに流出する。

三方弁１の動作中に弁室４ａ等に異物が混入し、その異物が弁体２の弾性体の表面２ｂと弁室４ａの内面４ｂとの間に入り込んだとしても、上記中間開度では、弾性体の表面２ｂが弁室４ａの内面４ｂにほとんど接触しないため、異物が落下し易く、混入した異物に起因する流体漏れを効果的に防止することもできる。

図３（ｃ）の状態からモータ９によって弁体２がさらに回転し、弁体２によって出口ポート７ａが閉じられる状態となると、図示を省略するが、入口ポート５ａから流入した流体は、弁室４ａを経由して出口ポート６ａのみに流出する。この状態では、弁体２の楕円柱側面２ｂが弁座４ｃに押圧されて潰され、出口ポート７ａを完全に塞ぐため、弁体２と流出管７との間に流体漏れが生じない。

次に、本発明に係る三方弁の第２の実施形態について、図５を参照しながら説明する。

上記第１の実施形態においては、ガイド８を弁室４ａの楕円平面状の下面に凹設したが、本実施の形態に係る三方弁１’では、三方弁１のガイド８と同様の形状を備えたガイド８’を弁室４ａの楕円平面状の上面に凹設し、ガイド８’によって三方弁１の弁棒部３１と同様の形状を備え、かつ上向きに突設された弁棒部３１’の先端部を案内している。三方弁１’のその他の部分は、三方弁１と同様であり、図５において、図１に示した三方弁１と同様の構成要素については、同一の参照番号を付している。この三方弁１’も、三方弁１と同様に動作し、三方弁１と同様の作用効果を奏する。

また、図示を省略するが、上記ガイド８、８’を弁室４ａの楕円平面状の下面又は上面に凹設するのではなく、凸設すると共に、弁棒部３１、３１’の先端に溝部を凹設し、両者を係合させて案内動作を行うようにしてもよい。

１、１’ 三方弁
２弁体
２ａ（弁体の）中心孔
２ｂ（弁体の）弁室内面側の楕円柱側面
３弁ホルダ
３１、３１’ 弁棒部
３１ａ（弁棒部の）先端突起部
３２支持部
３３回転軸部
４弁本体
４ａ弁室
４ｂ（弁室の）内面
４ｃ弁座
５流入管
５ａ入口ポート
６、７流出管
６ａ、７ａ出口ポート
８、８’ ガイド
９モータ
１０シール部
１０ａ、１０ｂパッキン
１１組立体

Claims

中空楕円柱状の弾性体からなる弁体と、
該弁体の中心孔の内壁との間に空隙を形成するように該中心孔に遊嵌される弁棒部、前記弁体を支持する支持部、並びに前記弁棒部及び前記支持部に連接する回転軸部からなる弁ホルダと、
楕円柱状の空洞が形成され、前記弁体及び前記弁ホルダが回転可能に収容される弁室を有する弁本体と、
前記楕円柱状の弁室の長軸側側面を貫通して該弁室に連通する入口ポートと、
短軸側側面を貫通して該弁室に連通する２つの出口ポートとを備え、
前記弁ホルダの前記回転軸部が回転することにより、前記弁体が前記２つの出口ポートのいずれか一方を閉じ、他方を開く状態と、該一方の出口ポートを開き、該他方の出口ポートを閉じる状態とを切り換えることを特徴とする三方弁。
前記弁室の楕円平面部のいずれか一方の面に配設されたガイドを備え、前記弁ホルダの前記回転軸部が回転する際に、前記弁棒部が前記ガイドに沿って摺動することを特徴とする請求項１に記載の三方弁。