JP5982101B2 - 三方弁 - Google Patents

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ぐ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、アーチ形の凸状表面を弾性体で形成した弁体と、該弁体が回転可能に収容される半円筒状の弁室を有する弁本体と、前記弁体を前記弁室内で回転摺動させる回転軸と、前記弁室に連通する入口ポート及び２つの出口ポートとを備え、前記弾性体が前記弁室の内面を摺動し、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三方弁であって、前記切り換え途中の中間開度において、前記弁体が前記回転軸を基準として前記入口ポートと反対側に位置すると共に、前記弾性体の両端部の一方の端部が前記２つの出口ポートのいずれか一方の出口ポートに突出し、他方の端部が他方の出口ポートに突出し、前記回転軸に直交する面において、前記弁室を形成する円弧の中心に前記回転軸が位置することを特徴とする。

そして、本発明によれば、中間開度において、弾性体の両端部の一方の端部が前記２つの出口ポートのいずれか一方の出口ポートに突出し、他方の端部が他方の出口ポートに突出するため、出口ポートに突出した弾性体の表面と弁室の内面との隙間から、弁室の内面に当接する弾性体の表面と該弁室の内面との間に流体が入り込み、弁体の表面の摺動抵抗が小さくなる。

また、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入り込んだ場合でも、中間開度では、弁体の表面が弁室の内面に強く押し付けられず、両面間に流体が入り込むため、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ぐこともできる。

上記三方弁において、前記弾性体を差圧を補う程度の軽荷重のコイルばねによって前記弁室の内面に付勢することができる。これによって、弁体の表面と弁室の内面との間のシール性を高め、流体の漏れを効果的に防止することができる。

上記三方弁において、前記弁体は、回転軸の回転により前記弁室内を回転し、該回転軸の軸線方向に前記コイルばねを複数並置することができる。これにより、回転軸の軸線方向の長さがある程度長い比較的大型の三方弁であっても、弁体の表面と弁室の内面との間のシール性を高め、流体の漏れを効果的に防止することができる。

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ぐことも可能な三方弁を提供することが可能となる。

本発明にかかる三方弁の一実施の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）は水平断面図（（ａ）のＢ−Ｂ線断面図）である。 図１の三方弁の弁体の表面に装着される弾性体を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。 図２の弾性体を保持する保持部材を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＥ−Ｅ線断面図である。 図１の三方弁の回転軸を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は（ｂ）のＦ−Ｆ線断面図、（ｅ）は（ｄ）のＧ−Ｇ線断面図である。 図１の三方弁の弁体及び回転軸の組立方法を説明するための概略図であって、（ａ）は垂直断面図、（ｂ）は水平断面図、（ｃ）は組み立てた状態を示す断面図である。 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。

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、本発明にかかる三方弁の一実施の形態を示し、この三方弁１は、アーチ形の弾性体２１を装着した保持部材２２を有する弁体２と、弁体２が回転可能に収容される半円筒状の弁室３ａを有する弁本体３と、弁体２を弁室３ａ内で回転摺動させるための回転軸８と、弁体２の弾性体２１を弁室３ａの内面３ｂに付勢するためのコイルばね９（９Ａ、９Ｂ）と、弁体２に接続された流入管４及び２本の流出管５、６等で構成される。

弁体２の弾性体２１は、ゴム、フッ素樹脂等からなり、図２に示すように、上面視アーチ形の板状に形成される。

弁体２の保持部材２２は、図３に示すように、弾性体２１と略同形の収容部２２ａを有する保持部２２ｂと、保持部２２ｂの収容部２２ａを備える側とは反対側の面から突出する２つの円筒状の突出部２２ｃ、２２ｄとを備える。収容部２２ａに、弾性体２１が圧入又は接着等により固定される。

図４に示すように、回転軸８は、第１軸部８ａから第４軸部８ｄを備え、これらの軸部８ａ〜８ｄは、上方より下方に向かって徐々に径が大きくなる。第１軸部８ａ及び第２軸部８ｂは、モータ１０（図１（ａ）参照）の出力部（不図示）に接続され、モータ１０によって回転軸８全体が回転する。第３軸部８ｃは、シール部１１（図１（ａ）参照）を貫通し、第４軸部８ｄには、軸線方向に２つの円筒状突起８ｅ、８ｆが並置され、これらの円筒状突起８ｅ、８ｆの内部には、円柱状突起８ｇ、８ｈが配置される。

上記弁体２及び回転軸８を組み立てるには、図５に示すように、回転軸８の円筒状突起８ｅ、８ｆに各々コイルばね９（９Ａ、９Ｂ）を収容し（この際回転軸８の円柱状突起８ｇ、８ｈの各々に各々のコイルばね９の内部空間が挿入される）、弾性体２１を保持部材２２の保持部２２ｂに固定した後、保持部材２２の突出部２２ｃ、２２ｄを各々回転軸８の円筒状突起８ｅ、８ｆに収容して図５（ｃ）に示すような弁本体３と回転軸８からなる組立体１３が完成する。

図１に示すように、弁本体３は、上記組立体１３が収容される弁室３ａを備え、弁室３ａには、入口ポート４ａ及び出口ポート５ａ、６ａが連通する。弁室３ａの内面３ｂを回転軸８の回転により、弁体２の表面の弾性体２１が摺動する。

次に、上記構成を有する三方弁１の動作について説明する。

図６（ａ）は、弁体２の弾性体２１によって出口ポート５ａを閉じ、出口ポート６ａを開いている状態であり、入口ポート４ａから流入した流体は、矢印で示すように、弁室３ａを経由して、そのまま出口ポート６ａに流出する。この状態では、弁体２の表面の弾性体２１が、コイルばねの付勢力に加え、出口ポート５ａと弁室３ａに生じる差圧（出口ポート５ａ圧力＜弁室３ａ圧力）により出口ポート５ａを完全に塞ぐため、弁体２と流出管５の間に流体漏れが生じない。

図６（ａ）の状態からモータ１０によって回転軸８が右回りに回転し、図６（ｂ）に示すように、弁体２が弁室３ａの内面３ｂの略中央に位置する状態（この状態を「中間開度」と呼ぶ）になると、出口ポート５ａ及び出口ポート６ａの両方が開かれた状態となり、入口ポート４ａから流入した流体が、弁室３ａを経由して、出口ポート５ａ及び出口ポート６ａに流出する。

弁体２がこのような中間開度を取ると、弾性体２１の両端部が各々出口ポート５ａ、６ａに突出し、出口ポート５ａ、６ａに突出した弾性体２１の表面との間の差圧が小さくなる乃至は均一になる。

これに加え、出口ポート５ａ、６ａに突出した弾性体２１の表面と弁室３ａの内面３ｂとの隙間から、弁室３ａの内面３ｂに当接する弾性体２１の表面と弁室３ａの内面３ｂとの間に流体が入り込むため、さらに弁体２の表面の摺動抵抗が小さくなる。

さらに、三方弁１の動作中に弁室３ａ等に異物が混入し、その異物が弁体２の弾性体２１の表面と弁室３ａの内面３ｂとの間に入り込んだとしても、上記中間開度では、弾性体２１の表面が弁室３ａの内面３ｂに強く押し付けられず、弾性体２１の表面と弁室３ａの内面３ｂとの間に流体が入り込んでいるため、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ぐこともできる。

図６（ｂ）の状態からモータ１０によって回転軸８が右回りに回転し、図６（ｃ）に示す状態となると、弁体２によって出口ポート６ａが閉じられ、出口ポート５ａが開かれ、入口ポート４ａから流入した流体は、矢印で示すように、弁室３ａを経由して、そのまま出口ポート５ａに流出する。この状態では、弁体２の表面の弾性体２１が、コイルばねの付勢力に加え、出口ポート６ａと弁室３ａに生じる差圧（出口ポート６ａ圧力＜弁室３ａ圧力）により出口ポート６ａを完全に塞ぐため、弁体２と流出管６の間に流体漏れが生じない。

尚、上記実施の形態においては、弁体２の弾性体２１を弁室３ａの内面３ｂに付勢するにあたってコイルばね９を用いたが、その他の付勢部材を用いることもできる。また、コイルばね９等の付勢部材を用いなくとも、弁体２の弾性体２１の弾性力のみを利用し、弾性体２１の表面を弁室３ａの内面３ｂに押圧し、弾性体２１の表面と弁室３ａの内面３ｂとの間をシールすることもできる。

１ 三方弁
２ 弁体
２１ 弾性体
２２ 保持部材
２２ａ 収容部
２２ｂ 保持部
２２ｃ、２２ｄ 突出部
３ 弁本体
３ａ 弁室
３ｂ （弁室の）内面
４ 流入管
４ａ 入口ポート
５、６ 流出管
５ａ、６ａ 出口ポート
８ 回転軸
９（９Ａ、９Ｂ） コイルばね
１０ モータ
１１ シール部
１３ 組立体

Claims (3)

1. アーチ形の凸状表面を弾性体で形成した弁体と、
   該弁体が回転可能に収容される半円筒状の弁室を有する弁本体と、
   前記弁体を前記弁室内で回転摺動させる回転軸と、
   前記弁室に連通する入口ポート及び２つの出口ポートとを備え、
   前記弾性体が前記弁室の内面を摺動し、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三方弁であって、
   前記切り換え途中の中間開度において、前記弁体が前記回転軸を基準として前記入口ポートと反対側に位置すると共に、前記弾性体の両端部の一方の端部が前記２つの出口ポートのいずれか一方の出口ポートに突出し、他方の端部が他方の出口ポートに突出し、
   前記回転軸に直交する面において、前記弁室を形成する円弧の中心に前記回転軸が位置することを特徴とする三方弁。
2. 前記弾性体は、コイルばねによって前記弁室の内面に付勢されることを特徴とする請求項１に記載の三方弁。
3. 前記弁体は、回転軸の回転により前記弁室内を回転し、該回転軸の軸線方向に前記コイルばねが複数並置されることを特徴とする請求項２に記載の三方弁。

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