JP6298714B2 - 多方切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、エアコン、冷凍機などの空気調和機の冷媒循環回路の冷媒、プラントにおける流体、ガス分野におけるガスなどの流体制御に用いられ、弁体の動作により流体の流れを多方向に切り替える多方切換弁に関する。

従来、この種の多方切換弁として、ボールバルブが広範に使用されており、このボールバルブは、ボール弁体に連結した回転軸を回転するだけの操作で、ボール弁体に形成した流路によって、流路の切り換えができるので、操作が迅速で、簡単であるといった利点がある。

例えば、特許文献１（特開昭５９−０１３１７０号公報）には、このような多方切換弁として機能するボールバルブとして、ボール弁体の片寄りがなく、弁漏れが増加しない４方向のボールバルブが開示されている。

すなわち、図１１に示したように、特許文献１のボールバルブ１００では、弁本体１０２に、弁室１０４に連通するように、中心角度９０°で相互に離間した４つの水平方向流路１０６〜１１２が形成されている。そして、これらの４つの水平方向流路のうち、３つの水平方向流路１０６〜１１０の開口部に環状の突出部１０６ａ〜１１０ａが形成されている。

これらの突出部１０６ａ〜１１０ａの外周に、環状の弁座部材１１４が摺動可能に嵌合されている。また、これらの弁座部材１１４の内周に、シール部材収容溝１１６が形成され、このシール部材収容溝１１６に、Ｏリング１１８を装着することによって、高圧側から低圧側へのいわゆる裏漏れを防止し、気密性が保たれるように構成されている。

また、弁座部材１１４の後端と、弁本体１０２との間には、座金１２０と皿バネ１２２からなる押圧部材が介装されており、弁座部材１１４をボール弁体１２４に押し付ける（押圧する）ように構成されている。

さらに、ボール弁体１２４には、２つの連通流路（弁孔）１２６、１２８が形成され、弁本体１０２に形成した４つの水平方向流路１０６〜１１２のうち、隣接するそれぞれ２つの流路に連通するように構成されている。また、ボール弁体１２４には、その中心に垂直方向に挿通孔１３０が形成されており、この挿通孔１３０内に、回転軸１３２が挿着されている。

このように構成することによって、回転軸１３２が流体の圧力を受けても変位せず、また、弁座部材１１４の後端に、押圧部材の押圧力と流体の圧力とを作用させることによって漏れが生じないように構成されている。

また、特許文献２（特開２０１３−４４３５４号公報）には、多方切換弁として機能するボールバルブとして、特許文献１のボールバルブ１００よりも簡単な構造とした４方向のボールバルブが開示されている。

すなわち、図１２に示したように、この特許文献２のボールバルブ２００では、弁本体２０２に、弁室２０４に連通するように、中心角度９０°で相互に離間した４つの水平方向流路２０６、２０８、２１０、２１２が形成されている。

そして、これらの水平方向流路２０６、２０８、２１０、２１２の弁室２０４側の開口部の周囲には、弁座部材収容用溝部２１４が形成され、これらの弁座部材収容用溝部２１４には、弁座部材２１６と、弁座部材２１６をボール弁体２１８に押圧するシール部材２２０が装着されている。

そして、ボール弁体２１８には、２つの連通流路（弁孔）２２２、２２４が形成され、弁本体２０２に形成した４つの水平方向流路２０６、２０８、２１０、２１２のうち、隣接するそれぞれ２つの流路に連通するように構成されている。

特開昭５９−０１３１７０号公報 特開２０１３−０４４３５４号公報

しかしながら、このような従来の多方切換弁では、下記のような問題がある。

すなわち、特許文献１のボールバルブ１００では、ボール弁体の片寄りがなく、弁漏れが発生しないようにするために、回転軸１３２をボール弁体１２４に形成した挿通孔１３０内に、精度よく貫通させる必要があり、コストが高くつくことになる。

また、特許文献１のボールバルブ１００では、環状の突出部１０６ａ〜１１０ａ、環状の弁座部材１１４を設ける必要があり、いわゆる裏漏れを防ぐためのシール部材収容溝１１６に装着したＯリング１１８、および、弁座部材１１４をボール弁体１２４に付勢するための座金１２０と皿バネ１２２からなる押圧部材を設ける必要があり、複雑な構成が必要で部品点数が多くなり、コストが高くつくことになる。

さらに、特許文献１のボールバルブ１００では、図１１に示したように、ボール弁体１２４に形成した２つの連通流路（弁孔）１２６、１２８が、弁本体１０２に形成した４つの水平方向流路１０６、１０８、１１０、１１２のうち、隣接するそれぞれ２つの流路にしか連通することができないため、切り換えの種類（方向）が限定されており、このため、分野、用途が限定されることになってしまう。

また、特許文献２のボールバルブ２００では、特許文献１のボールバルブ１００に比較して簡単な構造となっているが、特許文献１のボールバルブ１００と同様に、図１２に示したように、ボール弁体２１８に形成した連通流路（弁孔）２２２、２２４が、弁本体２０２に形成した４つの水平方向流路２０６〜２１２のうち、隣接するそれぞれ２つの流路に連通することができないため、切り換えの種類が限定されており、このため、分野、用途が限定されることになってしまう。

また、特許文献１のボールバルブ１００、特許文献２のボールバルブ２００のいずれも、全ての流路を、４つの水平方向の水平方向流路として弁本体に形成する必要があるため、スペース的にボールバルブが大型化してしまうことになる。

本発明は、このような現状に鑑み、複雑な構成が不要で、部品点数が少なく、コストも低減でき、しかも、切り換えの種類（方向）が多く、様々な分野、用途に適用可能な多方切換弁を提供することを目的とする。

また、本発明は、高圧側から低圧側へのいわゆる裏漏れを防止し、気密性が保持され、安定した性能が得られる多方切換弁を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、ボール弁体と弁本体の間の間隙に、いわゆる液封が生じて破損損傷することがなく、安定した性能が得られる多方切換弁を提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の多方切換弁は、
弁体の動作により流体の流れを切り替える多方切換弁であって、
弁本体の内部に形成された弁室内に装着され、駆動軸の回転によって、弁室内で回転するように構成されたボール弁体と、
前記ボール弁体の回転方向に相互に一定の中心角度で離間するように弁本体に形成され、前記弁室に連通する複数の水平方向流路と、
前記ボール弁体の駆動軸の方向に弁本体に形成され、前記弁室に連通する鉛直方向流路と、
前記ボール弁体に形成され、前記水平方向流路同士を連通するように形成された水平方向連通流路と、
前記ボール弁体に形成され、前記水平方向流路の一つと鉛直方向流路とを連通するように形成された鉛直方向連通流路とを備え、
前記弁本体の水平方向流路の弁室側の開口部の周囲には、弁座部材収容用溝部が形成され、
前記弁座部材収容用溝部には、弁座部材と、弁座部材をボール弁体に押圧するシール部材が装着され、
前記弁座部材と弁座部材収容用溝部の間には、差圧が作用していない状態で隙間Ｌが形成され、
差圧が作用していない状態で、前記隙間Ｌが、シール部材の圧縮量ｄより小さく（Ｌ＜ｄ）設定されていることを特徴とする。

このように構成することによって、弁本体には、ボール弁体の回転方向に相互に一定の中心角度で離間するように形成された複数の水平方向流路と、ボール弁体の駆動軸の方向に形成された鉛直方向流路とを備えている。

これに対応して、ボール弁体には、水平方向流路同士を連通するように形成された水平方向連通流路と、水平方向流路の一つと鉛直方向流路とを連通するように形成された鉛直方向連通流路とを備えている。

従って、駆動軸の回転によって、ボール弁体を弁室内で回転することによって、従来の多方切換弁に比較して、格段に切り換えの種類（方向）が多くなり、様々な分野、用途に適用可能な多方切換弁を提供することができる。

しかも、従来の多方切換弁のように、水平方向の水平方向流路のみを形成するだけでなく、鉛直方向の鉛直方向流路を形成するので、その分、スペース的に余裕ができ、ボールバルブが大型化してしまうことなく、コンパクト化することができる。

従って、本発明の多方切換弁によれば、複雑な構成が不要で、部品点数が少なく、コストも低減でき、しかも、切り換えの種類（方向）が多く、様々な分野、用途に適用可能な多方切換弁を提供することができる。

このように構成することによって、弁座部材収容用溝部には、弁座部材と、弁座部材をボール弁体に押圧するシール部材が装着され、弁座部材と弁座部材収容用溝部の間には、差圧が作用していない状態で隙間Ｌが形成されるとともに、差圧が作用していない状態で、隙間Ｌが、シール部材の圧縮量ｄより小さく（Ｌ＜ｄ）設定されている。

従って、シール部材の復元力が常に生じて、弁座部材がボール弁体に押圧された状態であるので、シール性が良好で、たとえ、異常な高圧が印加された場合でも、高圧側から低圧側へのいわゆる裏漏れを防止し、気密性が保持され、安定した性能が得られる。

また、弁座部材が膨潤変形しても、弁座部材と弁座部材収容用溝部の間には、差圧が作用していない状態で隙間Ｌが形成されているので、この弁座部材の膨潤変形をシール部材で吸収することができる。そのため、ボール締め付け力が異常に高くなり、作動性が悪くなるという不具合が発生しない。

さらに、弁本体の水平方向流路の弁室側の開口部の周囲に、弁座部材収容用溝部が形成され、弁座部材収容用溝部には、弁座部材と、弁座部材をボール弁体に押圧するシール部材が装着されて、シール性が確保されているが、ボール弁体の駆動軸の方向に弁本体に形成された鉛直方向流路には、このような弁座部材と、弁座部材をボール弁体に押圧するシール部材が装着されていない。

従って、鉛直方向流路を介して、ボール弁体と弁本体の間の間隙に入った流体が排出されるので、ボール弁体と弁本体の間の間隙に、いわゆる液封が生じて破損損傷することがなく、安定した性能が得られる。

また、本発明の多方切換弁は、前記弁本体には、弁座保持部材が装着され、前記水平方向流路と弁座部材収容用溝部が、弁座保持部材に形成されていることを特徴とする。

このように弁本体には、弁座保持部材が装着され、水平方向流路と弁座部材収容用溝部が、弁座保持部材に形成されていれば、弁本体に水平方向流路と弁座部材収容用溝部を加工することなく、別途弁座保持部材にこれらを加工して、弁本体に脱着自在に装着することができるので、加工が容易であり、メンテナンス性も向上する。

また、本発明の多方切換弁は、前記弁本体の水平方向流路が、奇数個の水平方向流路から形成されていることを特徴とする。

このように弁本体の水平方向流路が、奇数個の水平方向流路から形成されていれば、ボール弁体に、弁本体の水平方向流路同士を連通する水平方向連通流路と、弁本体の残りの水平方向流路の一つと弁本体の鉛直方向流路とを連通する鉛直方向連通流路を形成することができる。

また、本発明の多方切換弁は、前記弁本体の水平方向流路が、３つの水平方向流路から形成されていることを特徴とする。

これにより、従来の特許文献１、特許文献２の４方向のボールバルブでは、４つの水平方向流路を設ける必要があるのに対して、本発明の４方向の多方切換弁では、弁本体の水平方向流路を、３つの水平方向流路から形成すれば良いので、その分、スペース的に余裕ができ、ボールバルブが大型化してしまうことなく、コンパクト化することができる。

また、本発明の多方切換弁は、
差圧が作用していない状態で、前記水平方向流路が相互になす中心角度θ：θ
前記弁座部材と弁座部材収容用溝部の間の隙間：Ｌ
シール部材の圧縮量：ｄ
とした時、
Ｌ・ｃｏｓ（θ／２）＜ｄ
の関係を満たすように構成されていることを特徴とする。

すなわち、Ｌ・ｃｏｓ（θ／２）＜ｄ
の関係を満たすように構成されていれば、例えば、図８、図９に示したように、ボール弁体２０が、図８の矢印Ｆで示した方向に、高圧側から低圧側（Ｂ側）に移動しても、高圧側ではシール部材５４の潰し代が確保され、シール部材５４の復元力が常に作用して、弁座部材５６がボール弁体２０に押圧された状態である。
これにより、シール性が確保され、高圧側から低圧側（Ｂ側）に高圧流体が漏れるのが効果的に防止される。

また、本発明の多方切換弁は、差圧が作用していない状態で、前記弁座部材と弁座部材収容用溝部の間の隙間Ｌが、前記シール部材の圧縮量ｄに対して、Ｌ／２＜ｄの関係に設定されていることを特徴とする。

このように構成することによって、弁本体の水平方向流路が、３つの水平方向流路から形成され、これらの水平方向流路が、ボール弁体の回転方向に相互に一定の中心角度１２０°で離間するように弁本体に形成されていることになる。

従って、差圧が作用していない状態で、弁座部材と弁座部材収容用溝部の間の隙間Ｌが、シール部材の圧縮量ｄに対して、Ｌ／２＜ｄの関係に設定されていれば、後述するように、図８、図９に示したように、ボール弁体が、高圧側から低圧側（Ｂ側）に移動しても、高圧側ではシール部材の潰し代が確保され、シール部材の復元力が常に作用して、弁座部材がボール弁体に押圧された状態である。

これにより、シール性が確保され、高圧側から低圧側（Ｂ側）に高圧流体が漏れるのが効果的に防止される。

本発明によれば、弁本体には、ボール弁体の回転方向に相互に一定の中心角度で離間するように形成された複数の水平方向流路と、ボール弁体の駆動軸の方向に形成された鉛直方向流路とを備えている。

これに対応して、ボール弁体には、水平方向流路同士を連通するように形成された水平方向連通流路と、水平方向流路の一つと鉛直方向流路とを連通するように形成された鉛直方向連通流路とを備えている。

従って、駆動軸の回転によって、ボール弁体を弁室内で回転することによって、従来の多方切換弁に比較して、格段に切り換えの種類（方向）が多くなり、様々な分野、用途に適用可能な多方切換弁を提供することができる。

しかも、従来の多方切換弁のように、水平方向の水平方向流路のみを形成するだけでなく、鉛直方向の鉛直方向流路を形成するので、その分、スペース的に余裕ができ、ボールバルブが大型化してしまうことなく、コンパクト化することができる。

従って、本発明の多方切換弁によれば、複雑な構成が不要で、部品点数が少なく、コストも低減でき、しかも、切り換えの種類（方向）が多く、様々な分野、用途に適用可能な多方切換弁を提供することができる。

図１は、本発明の多方切換弁を４方向のボールバルブに適用した多方切換弁の一部を切欠した状態の縦断面図である。 図２は、図１のＩ−Ｉ線での断面図である。 図３は、本発明の多方切換弁の作動状態を説明する図１のＩ−Ｉ線での断面図である。 図４は、本発明の多方切換弁の作動状態を説明する図１のＩ−Ｉ線での断面図である。 図５は、図１のＩＩ部分の拡大図である。 図６は、弁座部材が膨潤変形する状態を説明する図１のＩＩ部分の拡大図である。 図７は、本発明の多方切換弁のシール状態を説明する図１のＩ−Ｉ線での断面図である。 図８は、本本発明の多方切換弁のシール状態を説明する図１のＩ−Ｉ線での断面図である。 図９は、弁座部材５６と弁座部材収容用溝部５０との間の隙間Ｌと、シール部材５４の圧縮量ｄとの関係を示す概略図である。 図１０は、本発明の多方切換弁１０の別の実施例の示す概略図である。 図１１は、従来のボールバルブ１００の断面図である。 図１２は、従来のボールバルブ１００の断面図である。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
（実施例１）

図１は、本発明の多方切換弁を４方向のボールバルブに適用した多方切換弁の一部を切欠した状態の縦断面図、図２は、図１のＩ−Ｉ線での断面図、図３〜図４は、本発明の多方切換弁の作動状態を説明する図１のＩ−Ｉ線での断面図、図５は、図１のＩＩ部分の拡大図、図６は、弁座部材が膨潤変形する状態を説明する図１のＩＩ部分の拡大図である。

図１〜図４において、符号１０は、全体で本発明の多方切換弁１０を示している。

図１〜図４に示したように、本発明の多方切換弁１０は、弁本体１２を備えており、弁本体１２の内部には、略球形状の弁室１４が形成されている。この弁室１４内には、例えば、直流モーター・ステッピングモータなどの駆動モーターから構成されるアクチュエーター１６の駆動軸１８に連結されたボール弁体２０が、回転可能に装着されている。

すなわち、図１に示したように、ボール弁体２０の上部の中心には、スリット２２が形成されており、このスリット２２に、駆動軸１８の下端２４に形成した図示しない回り止め突設部を嵌合することによって、回り止め防止部２６が構成され、駆動軸１８とボール弁体２０とが、相互に連結されるようになっている。

また、図１に示したように、弁本体１２の上部には、駆動軸１８を挿通する挿通孔２８が形成されており、弁室１４に連通した状態となっている。この挿通孔２８は、上部の小径部３０と拡径部３２とから構成されている。

図１に示したように、小径部３０内に、駆動軸１８の上部に形成された２つのフランジ３４が配置され、これらのフランジ３４の間に、Ｏリングからなる２つのシール部材３６を装着することによって、外部に流体が漏えいするのが防止されるようになっている。

さらに、駆動軸１８の下端２４には、バネ保持フランジ３８が形成されており、駆動軸１８の上部に設けた保持リング４０との間に、圧縮状態の圧縮バネ４２を介装することによって、Ｏリング３６を常に圧縮するように構成されている。なお、図１中、符号１１は、スラストベアリングとしてのＰＴＦＥ製のリングである。

また、図１〜図２に示したように、ボール弁体２０の回転方向に相互に一定の中心角度（この実施例の場合には、１２０°）で離間するように弁本体１２に形成され、弁室１４に連通する複数の（この実施例では、３つの）水平方向流路４４（４４ａ〜４４ｃ）が形成されている。

すなわち、図１、図２において、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）には、第１の水平方向流路４４ａが形成されている。この第１の水平方向流路４４ａは、図１、図２において、弁本体１２の右側（Ａ側）の側部に形成された開口部４６ａに装着された弁座保持部材４８ａに形成されている。

また、図５の拡大図に示したように、弁座保持部材４８ａの弁室１４の側の開口部の周囲には、弁座部材収容用溝部５０ａが形成されている。そして、弁座部材収容用溝部５０ａには、その底部にシール溝部５２ａが形成され、このシール溝部５２ａに、Ｏリング形状のシール部材５４ａが装着されている。

さらに、弁座保持部材４８ａの弁座部材収容用溝部５０ａには、シール部材５４ａの弁室１４の側に、弁座部材５６ａが装着されている。この弁座部材５６ａには、ボール弁体２０に接する側に、弁座シール面５８ａが形成されており、シール部材５４ａの復元力によって、弁座部材５６ａがボール弁体２０に押圧されシールされるように構成されている。

すなわち、図５に示したように、弁座部材５６ａと弁座部材収容用溝部５０ａの間には、差圧が作用していない状態で隙間Ｌが形成されるとともに、差圧が作用していない状態で、隙間Ｌが、シール部材５４ａの圧縮量ｄより小さく（Ｌ＜ｄ）設定されている。

従って、シール部材５４ａの復元力が常に生じて、弁座部材５６ａがボール弁体２０に押圧された状態であるので、シール性が良好で、たとえ、異常な高圧が印加された場合でも、高圧側から低圧側へのいわゆる裏漏れを防止し、気密性が保持され、安定した性能が得られる。

また、図６に示したように、弁座部材５６ａが膨潤変形しても、弁座部材５６ａと弁座部材収容用溝部５０ａの間には、差圧が作用していない状態で隙間Ｌが形成されているので（図６（Ａ）参照）、この弁座部材の膨潤変形をシール部材で吸収することができる（図６（Ｂ）参照）。そのため、ボール締め付け力が異常に高くなり、作動性が悪くなるという不具合が発生しない。

なお、図１〜図２に示したように、弁本体１２の開口部４６ａと、弁座保持部材４８ａとの間には、シール部材６０ａが装着され、シール性が保持されるようになっている。

また、同様に、図２に示したように、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）に対して、反時計方向に１２０°の中心角度離間した弁本体１２の側部（Ｂ側）には、第２の水平方向流路４４ｂが形成されている。この第２の水平方向流路４４ｂは、図２において、弁本体１２の側部（Ｂ側）の側部に形成された開口部４６ｂに装着された弁座保持部材４８ｂに形成されている。

また、弁座保持部材４８ｂの弁室１４の側の開口部の周囲には、弁座部材収容用溝部５０ｂが形成されている。そして、弁座部材収容用溝部５０ｂには、その底部にシール溝部５２ｂが形成され、このシール溝部５２ｂに、Ｏリング形状のシール部材５４ｂが装着されている。

さらに、弁座保持部材４８ｂの弁座部材収容用溝部５０ｂには、シール部材５４ｂの弁室１４の側に、弁座部材５６ｂが装着されている。この弁座部材５６ｂには、ボール弁体２０に接する側に、弁座シール面５８ｂが形成されており、シール部材５４ｂの復元力によって、弁座部材５６ｂがボール弁体２０に押圧されシールされるように構成されている。

また、弁座保持部材４８ａと同様に、弁座部材５６ｂと弁座部材収容用溝部５０ｂの間には、差圧が作用していない状態で隙間Ｌが形成されるとともに、差圧が作用していない状態で、隙間Ｌが、シール部材５４ｂの圧縮量ｄより小さく（Ｌ＜ｄ）設定されている。

なお、図２に示したように、弁本体１２の開口部４６ｂと、弁座保持部材４８ｂの間には、シール部材６０ｂが装着され、シール性が保持されるようになっている。

さらに、同様に、図２に示したように、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）に対して、時計方向に１２０°の中心角度離間した弁本体１２の側部（Ｃ側）には、第３の水平方向流路４４ｃが形成されている。この第３の水平方向流路４４ｃは、図２において、弁本体１２の側部（Ｃ側）の側部に形成された開口部４６ｃに装着された弁座保持部材４８ｃに形成されている。

また、弁座保持部材４８ｃの弁室１４の側開口部の周囲には、弁座部材収容用溝部５０ｃが形成されている。そして、弁座部材収容用溝部５０ｃには、その底部にシール溝部５２ｃが形成され、このシール溝部５２ｃに、Ｏリング形状のシール部材５４ｃが装着されている。

さらに、弁座保持部材４８ｃの弁座部材収容用溝部５０ｃには、シール部材５４ｃの弁室１４の側に、弁座部材５６ｃが装着されている。この弁座部材５６ｃには、ボール弁体２０に接する側に、弁座シール面５８ｃが形成されており、シール部材５４ｃの復元力によって、弁座部材５６ｃがボール弁体２０に押圧され、弁座シール面５８ｃでシールされるように構成されている。

また、弁座保持部材４８ａと同様に、弁座部材５６ｃと弁座部材収容用溝部５０ｃの間には、差圧が作用していない状態で隙間Ｌが形成されるとともに、差圧が作用していない状態で、隙間Ｌが、シール部材５４ｃの圧縮量ｄより小さく（Ｌ＜ｄ）設定されている。

なお、図２に示したように、弁本体１２の開口部４６ｃと、弁座保持部材４８ｃの間には、シール部材６０ｃが装着され、シール性が保持されるようになっている。

さらに、図１に示したように、弁本体１２の底部（Ｄ側）には、弁本体１２の駆動軸１８の方向（鉛直方向）に、弁室１４に連通する鉛直方向流路６２が形成されている。

一方、図１〜図２に示したように、ボール弁体２０には、弁本体１２に形成された水平方向流路４４（４４ａ〜４４ｃ）同士を連通するように形成された水平方向連通流路６４が形成されている。

すなわち、水平方向連通流路６４は、例えば、ボール弁体２０が、図２の回転位置にある際に、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂと、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃを連通するように形成されている。

図２に示したように、水平方向連通流路６４は、例えば、ボール弁体２０が、図２の回転位置にある際に、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂと連通する連通流路６４ａと、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃと連通する連通流路６４ｂとから構成されている。すなわち、図２に示したように、連通流路６４ａと連通流路６４ｂとは、略１２０°の中心角度で離間しており、連通している。

また、図１〜図２に示したように、ボール弁体２０には、弁本体１２に形成された水平方向流路４４（４４ａ〜４４ｃ）の一つと鉛直方向流路６２とを連通するように形成された鉛直方向連通流路６６が形成されている。

すなわち、鉛直方向連通流路６６は、例えば、ボール弁体２０が、図２の回転位置にある際に、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａと、弁本体１２の底部（Ｄ側）の鉛直方向流路６２とを連通するように形成されている。

図１〜図２に示したように、鉛直方向連通流路６６は、例えば、ボール弁体２０が、図２の回転位置にある際に、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａと連通する水平方向に形成された連通流路６６ａと、弁本体１２の底部（Ｄ側）の鉛直方向流路６２とを連通する鉛直方向の連通流路６６ｂと、これらの連通流路６６ａと連通流路６６ｂとを連通する連通流路６６ｃとから構成されている。

このように構成される本発明の多方切換弁１０の作動について、図２〜図４に基づいて説明する。

先ず、ボール弁体２０が、図２の回転位置にある際には、前述したように、ボール弁体２０の水平方向連通流路６４を介して、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂと、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃとが連通する。すなわち、Ｂ⇔Ｃ方向の流路が形成される。

また、ボール弁体２０が、図２の回転位置にある際には、前述したように、ボール弁体２０の鉛直方向連通流路６６を介して、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａと、弁本体１２の底部（Ｄ側）の鉛直方向流路６２とが連通する。すなわち、Ａ⇔Ｄ方向の流路が形成される。

そして、ボール弁体２０が、図２の回転位置にある状態から、アクチュエーター１６を駆動させて、駆動軸１８に連結されたボール弁体２０を、図２において反時計方向に１２０°回転させることによって、ボール弁体２０が、図３の回転位置にある状態とする。

この状態では、図３に示したように、ボール弁体２０の水平方向連通流路６４を介して、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａと、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃとが連通する。すなわち、Ａ⇔Ｃ方向の流路が形成される。

また、ボール弁体２０が、図３の回転位置にある際には、ボール弁体２０の鉛直方向連通流路６６を介して、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂと、弁本体１２の底部（Ｄ側）の鉛直方向流路６２とが連通する。すなわち、Ｂ⇔Ｄ方向の流路が形成される。

続いて、ボール弁体２０が、図３の回転位置にある状態から、アクチュエーター１６を駆動させて、駆動軸１８に連結されたボール弁体２０を、図３において反時計方向に１２０°回転させることによって、ボール弁体２０が、図４の回転位置にある状態とする。

この状態では、図４に示したように、ボール弁体２０の水平方向連通流路６４を介して、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａと、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂとが連通する。すなわち、Ａ⇔Ｂ方向の流路が形成される。

また、ボール弁体２０が、図４の回転位置にある際には、ボール弁体２０の鉛直方向連通流路６６を介して、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃと、弁本体１２の底部（Ｄ側）の鉛直方向流路６２とが連通する。すなわち、Ｃ⇔Ｄ方向の流路が形成される。

このように構成することによって、弁本体１２には、ボール弁体２０の回転方向に相互に一定の中心角度で離間するように形成された複数の水平方向流路４４と、ボール弁体２０の駆動軸１８の方向に形成された鉛直方向流路６２とを備えている。

これに対応して、ボール弁体２０には、水平方向流路４４（４４ａ〜４４ｃ）同士を連通するように形成された水平方向連通流路６４と、水平方向流路４４（４４ａ〜４４ｃ）の一つと鉛直方向流路６２とを連通するように形成された鉛直方向連通流路６６とを備えている。

従って、駆動軸１８の回転によって、ボール弁体２０を弁室１４内で回転することによって、従来の多方切換弁に比較して、格段に切り換えの種類（方向）が多くなり、様々な分野、用途に適用可能な多方切換弁を提供することができる。

しかも、従来の多方切換弁のように、水平方向の水平方向流路のみを形成するだけでなく、鉛直方向の鉛直方向流路６２を形成するので、その分、スペース的に余裕ができ、ボールバルブが大型化してしまうことなく、コンパクト化することができる。

従って、本発明の多方切換弁によれば、複雑な構成が不要で、部品点数が少なく、コストも低減でき、しかも、切り換えの種類（方向）が多く、様々な分野、用途に適用可能な多方切換弁を提供することができる。

このように構成される本発明の多方切換弁１０のシール状態について、以下に説明する。

図７〜図８は、本発明の多方切換弁のシール状態を説明する図１のＩ−Ｉ線での断面図である。

なお、図７〜図８は、説明の便宜上、本発明の多方切換弁１０全体を、図２の状態から反時計方向に３０°回転した状態を示している。また、説明の便宜上、断面のハッチングを省略し、その代わりに、高圧流体の部分をハッチングで図示している。

図７の状態は、図１〜図２の状態と同じであり、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａと、弁本体１２の底部（Ｄ側）に形成された鉛直方向流路６２とが高圧側で、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂと、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃとが低圧の場合であって、下記のような状態となる。

すなわち、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａから導入された高圧の流体は、図７のハッチングで示したように、ボール弁体２０に形成された鉛直方向連通流路６６を介して、弁本体１２の底部（Ｄ側）に形成された鉛直方向流路６２に流入する。
また、後述のように鉛直方向流路６２には弁座部材が装着されていないため、第１の水平方向流路４４ａから導入された高圧の流体は、ボール弁体２０と弁本体１２の間の間隙Ｓにも流入する。

一方、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂからの低圧流体は、ボール弁体２０に形成された水平方向連通流路６４を介して、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃに流入する。

この場合、ボール弁体２０と弁本体１２の間の間隙Ｓでは、図７のハッチングで示したように、間隙Ｓ１〜Ｓ３内が全て高圧となる。一方、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂ、ボール弁体２０に形成された水平方向連通流路６４、および、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃは低圧である。
従って、シール部材５４ｂ、５４ｃのそれぞれの復元力によって、高圧流体と低圧流体とを気密に分離する弁座部材５６ｂ、５６ｃがボール弁体２０に押圧される。これにより、ボール弁体２０と弁座部材５６ｂ、５６ｃの弁座シール面５８ｂ、５８ｃとのシール性は維持され、高圧流体と低圧流体は気密に分離される。

ところで、弁本体１２の水平方向流路４４の弁室１４の側の開口部の周囲に、弁座部材収容用溝部５０が形成され、弁座部材収容用溝部５０には、弁座部材５６と、弁座部材５６をボール弁体２０に押圧するシール部材５４が装着されて、シール性が確保されているが、ボール弁体２０の駆動軸１８の方向に弁本体１２の底部（Ｄ側）に形成された鉛直方向流路６２には、このような弁座部材５６と、弁座部材５６をボール弁体２０に押圧するシール部材５４が装着されていない。

従って、例えば、ボール弁体２０が、図１〜図２の回転位置にある場合に、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａが高圧側で、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂと、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃとが低圧の場合には、下記のような状態となる。

すなわち、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａから導入された高圧の流体は、図７のハッチングで示したように、ボール弁体２０に形成された鉛直方向連通流路６６を介して、ボール弁体２０と弁本体１２の間の間隙Ｓに高圧流体が流入する。

この場合、弁本体１２の底部（Ｄ側）に形成された鉛直方向流路６２には、水平方向流路４４ａ、４４ｂ、４４ｃに装着されたような弁座部材５６と、弁座部材５６をボール弁体２０に押圧するシール部材５４が装着されていないので、図１の矢印Ｅで示したように、鉛直方向連通流路６６を介して、ボール弁体２０と弁本体１２の間の間隙Ｓに入った流体が排出される。従って、ボール弁体２０と弁本体１２の間の間隙Ｓに、いわゆる液封が生じて破損損傷することがなく、安定した性能が得られる。

一方、図８の状態は、図３の状態と同じであり、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａと、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃとが高圧側で、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂと、弁本体１２の底部（Ｄ側）に形成された鉛直方向流路６２が低圧の場合であって、下記のような状態となる。

すなわち、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａから導入された高圧の流体は、図８のハッチングで示したように、ボール弁体２０に形成された水平方向連通流路６４を介して、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃに流入する。

一方、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂからの低圧流体は、ボール弁体２０に形成された鉛直方向連通流路６６を介して、弁本体１２の底部（Ｄ側）に形成された鉛直方向流路６２に流入する。また、上述のように、鉛直方向流路６２には弁座部材は装着されていないため、ボール弁体２０と弁本体１２の間の間隙Ｓにも低圧流体が流入する。

従って、この場合、弁本体１２の右側の側部（Ａ側）の第１の水平方向流路４４ａの高圧流体、ボール弁体２０に形成された水平方向連通流路６４の高圧流体、および、弁本体１２の側部（Ｃ側）の第３の水平方向流路４４ｃの高圧流体と、弁本体１２の側部（Ｂ側）の水平方向流路４４ｂの低圧流体、および、ボール弁体１２と弁本体１２の間の間隙Ｓの低圧流体との差圧による作用によって、図８の矢印Ｆで示した方向にボール弁体２０が移動することになる。

従って、弁座部材５６ａ、５６ｃの弁座シール面５８ａ、５８ｃのボール弁体２０に対する密着度を保たないと、高圧流体が、ボール弁体２０と弁本体１２の間の間隙Ｓに漏れて、低圧側である弁本体１２の底部（Ｄ側）に形成された鉛直方向流路６２、弁本体１２の側部（Ｂ側）の第２の水平方向流路４４ｂへ弁漏れが生じてしまうことになる。

このために、本発明の多方切換弁１０では、図８、図９に示したように、弁座部材５６と弁座部材収容用溝部５０との間の隙間Ｌと、シール部材５４の圧縮量ｄとの関係を下記のように設定している。
なお、図９では、説明の便宜上、弁座部材５６ｂ、５６ｃのみを図示しており、弁座部材５６ａについては、省略して図示している。

差圧が作用していない状態では、弁本体１２の側部（Ａ〜Ｃ側）では、弁座保持部材４８ａ〜４８ｃの弁座部材収容用溝部５０ａ〜５０ｃに装着された弁座部材５６ａ〜５６ｃは、弁座部材５６ａ〜５６ｃと弁座部材収容用溝部５０ａ〜５０ｃの間には、それぞれ、隙間Ｌが形成されている。

従って、図８の矢印Ｆで示した方向にボール弁体２０が移動する場合、ボール弁体２０の移動量は、最大で隙間Ｌの距離となる。

この場合、図８、図９（Ｃ）に示したように、弁本体１２の側部（Ｃ側）では、弁座保持部材４８ｃの弁座部材収容用溝部５０ｃに装着された弁座部材５６ｂは、シール部材５４ｃの復元力が作用していないと、弁座シール面５８ｃがボール弁体２０に押圧されなくなり漏れが生じてしまうことになる。

すなわち、上述したように、図８の矢印Ｆで示した方向にボール弁体２０が移動した場合、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示したように、弁座部材５６ｂは、最大で隙間Ｌの分だけ弁座保持部材４８ｂの方向に変位する。

一方、図８の矢印Ｆで示した方向にボール弁体２０が移動した場合、弁座部材５６ｃと弁座部材５６ａは、それぞれ、弁座保持部材４８ｃ、弁座保持部材４８ａから離れる方向に変位にする。
この場合、その最大の変位量Ｘは、水平方向流路４４ａ〜４４ｃが相互になす中心角度θ（図８参照）に依存する。

すなわち、ボール弁体２０の移動量をＡとした時、弁座部材５６ｃと弁座部材５６ａの変位量Ｘは、Ｘ＝Ａ・ｃｏｓ（θ／２）の関係式で表される。
なお、θの角度は、多方切換弁であるためには、０°＜θ≦１８０°の範囲であるのが望ましい。

さらに、水平方向流路４４が奇数個の場合（例えば、この実施例のように、水平方向流路４４ａ〜４４ｃの３つで、鉛直方向流路６２が１つの場合）には、０＜θ≦１２０°であるのが望ましい
この実施例の場合、水平方向流路の数は、水平方向流路４４ａ〜４４ｃの３つであり、中心角度θは、１２０°となるため、Ｘ＝Ａ・ｃｏｓ６０°＝Ａ・１／２となる。

この実施例の場合、ボール弁体２０がボール弁体２０に作用する差圧により、図８の矢印Ｆで示した方向に移動すると、ボール弁体２０の最大の移動量Ａは、弁座部材５６ｂと弁座保持部材４８ｂとの隙間であるＬ（Ａ＝Ｌ）となる（図９（Ａ）、図９（Ｂ）参照）。
従って、図９（Ａ）の矢印に示したように、弁座部材５６ｂも、隙間Ｌ分だけ弁座保持部材４８ｂの方向に変位する。

一方、弁座部材５６ｃと弁座部材５６ａも変位するが、その方向は、それぞれ、弁座部材保持部４８ｃ、弁座部材保持部４８ａから離れる方向となり、その変位量Ｘは、最大でＬ／２となる（図９（Ａ）、図９（Ｃ）参照）。

すなわち、水平方向流路４４ａ〜４４ｃが相互になす中心角度θは、１２０°であるため、シール部材５４ｃの圧縮量ｄは、図９（Ｂ）に示したように、Ｙ軸方向の移動量Ｌ／２より大きくないと、弁座シール面５８ｃがボール弁体２０に押圧されなくなり漏れが生じてしまうことになる。従って、この関係を、式で表せば下記のようになる。

すなわち、この実施例の場合、差圧が作用していない状態で、弁座部材５６と弁座部材収容用溝部５０の間の隙間Ｌが、シール部材５４の圧縮量ｄに対して、Ｌ／２＜ｄの関係に設定されていることが必要である。

このように、差圧が作用していない状態で、弁座部材５６と弁座部材収容用溝部５０の間の隙間Ｌが、シール部材５４の圧縮量ｄに対して、Ｌ／２＜ｄの関係に設定されていれば、図８、図９に示したように、ボール弁体２０が、図８の矢印Ｆで示した方向に、高圧側から低圧側（Ｂ側）に移動しても、高圧側ではシール部材５４の潰し代が確保され、シール部材５４の復元力が常に作用して、弁座部材５６がボール弁体２０に押圧された状態である。

従って、この関係を、一般式で表せば下記のようになる。
すなわち、
水平方向流路４４が相互になす中心角度θ：θ
弁座部材５６と弁座部材収容用溝部５０の間の隙間：Ｌ
シール部材５４の圧縮量：ｄ
とした時、
Ｌ・ｃｏｓ（θ／２）＜ｄ
の関係を満たせばよい。

これにより、シール性が確保され、高圧側から低圧側（Ｂ側およびＤ側）に高圧流体が漏れるのが効果的に防止される。
（実施例２）

図１０は、本発明の多方切換弁１０の別の実施例の示す概略図である。

この実施例の多方切換弁１０は、図１〜１０に示した実施例１の多方切換弁１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
なお、図１０では、説明の便宜上、簡易に図示したものであって、弁座保持部材４８、弁座部材収容用溝部５０、シール溝部５２、シール部材５４、弁座部材５６などは省略して図示している。

実施例１では、ボール弁体２０の回転方向に相互に一定の中心角度（実施例１の場合には、１２０°）で離間するように弁本体１２に形成され、弁室１４に連通する複数の（実施例１では、３つの）水平方向流路４４（４４ａ〜４４ｃ）が形成されている。

これに対して、この実施例では、ボール弁体２０の回転方向に相互に一定の中心角度（実施例２の場合には、７２°）で離間するように弁本体１２に形成され、弁室１４に連通する複数の（実施例２では、５つの）水平方向流路４４（４４ａ〜４４ｅ）が形成されている。

従って、実施例１の場合には、ボール弁体２０に１つの水平方向連通流路６４が形成されているが、この実施例の場合には、ボール弁体２０に２つの水平方向連通流路６４が形成されている。

なお、この実施例の多方切換弁１０の場合には、水平方向流路４４ａが低圧で、それ以外の水平方向流路４４ｂ〜４４ｅが高圧の時には、図１０の矢印Ｇ方向に、ボール弁体２０が移動することになる。

従って、この場合には、水平方向流路４４ｃ、水平方向流路４４ｄから低圧側である水平方向流路４４ａに漏れることになる。
従って、この場合にも、上記一般式、
Ｌ・ｃｏｓ（θ／２）＜ｄ
の関係を満たせばよい。

このように、本発明の多方切換弁１０では、３個以上の奇数個の水平方向流路から形成することが可能である。

このように弁本体１２の水平方向流路４４が、奇数個の水平方向流路４４から形成されていれば、ボール弁体２０に、弁本体１２の水平方向流路４４同士を連通する水平方向連通流路６４と、弁本体１２の残りの水平方向流路４４の一つと弁本体１２の鉛直方向流路６２とを連通する鉛直方向連通流路６６を形成することができる。

以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、上記実施例では、水平方向流路４４を、弁本体１２の側部に形成された開口部４６に装着された弁座保持部材４８に形成したが、水平方向流路４４を弁本体１２に直接形成することも可能である。

また、高圧側、低圧側、流体の流れ方向は、特に限定されるものではなく適用可能であるなど本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明は、例えば、エアコン、冷凍機などの空気調和機の冷媒循環回路の冷媒、プラントにおける流体、ガス分野におけるガスなどの流体制御に用いられ、弁体の動作により流体の流れを多方向に切り替える多方切換弁に適用することができる。

１０ 多方切換弁
１１ スラストベアリング
１２ 弁本体
１４ 弁室
１６ アクチュエーター
１８ 駆動軸
２０ ボール弁体
２２ スリット
２４ 下端
２６ 回り止め防止部
２８ 挿通孔
３０ 小径部
３２ 拡径部
３４ フランジ
３６ シール部材
３８ バネ保持フランジ
４０ 保持リング
４２ 圧縮バネ
４４ 水平方向流路
４４ａ 第１の水平方向流路
４４ｂ 第２の水平方向流路
４４ｃ 第３の水平方向流路
４６ 開口部
４６ａ 開口部
４６ｂ 開口部
４６ｃ 開口部
４８ 弁座保持部材
４８ａ 弁座保持部材
４８ｂ 弁座保持部材
４８ｃ 弁座保持部材
５０ 弁座部材収容用溝部
５０ａ 弁座部材収容用溝部
５０ｂ 弁座部材収容用溝部
５０ｃ 弁座部材収容用溝部
５２ａ シール溝部
５２ｂ シール溝部
５２ｃ シール溝部
５４ シール部材
５４ａ シール部材
５４ｂ シール部材
５４ｃ シール部材
５６ 弁座部材
５６ａ 弁座部材
５６ｂ 弁座部材
５６ｃ 弁座部材
５８ 弁座シール面
５８ａ 弁座シール面
５８ｂ 弁座シール面
５８ｃ 弁座シール面
６０ａ シール部材
６０ｂ シール部材
６０ｃ シール部材
６２ 鉛直方向流路
６４ 水平方向連通流路
６４ａ 連通流路
６４ｂ 連通流路
６６ 鉛直方向連通流路
６６ａ 連通流路
６６ｂ 連通流路
６６ｃ 連通流路
１００ ボールバルブ
１０２ 弁本体
１０４ 弁室
１０６-１１２ 水平方向流路
１０６ａ-１１０ａ 突出部
１１４ 弁座部材
１１６ シール部材収容溝
１１８ Ｏリング
１２０ 座金
１２２ 皿バネ
１２４ ボール弁体
１２６、１２８ 連通流路（弁孔）
１３０ 挿通孔
１３２ 回転軸
２００ ボールバルブ
２０２ 弁本体
２０４ 弁室
２０６-２１２ 水平方向流路
２１４ 弁座部材収容用溝部
２１６ 弁座部材
２１８ ボール弁体
２２０ シール部材
ｄ 圧縮量
Ｌ 隙間
Ｌ／２ 移動量
Ｓ 間隙
Ｓ１-Ｓ３ 間隙

Claims (6)

1. 弁体の動作により流体の流れを切り替える多方切換弁であって、
   弁本体の内部に形成された弁室内に装着され、駆動軸の回転によって、弁室内で回転するように構成されたボール弁体と、
   前記ボール弁体の回転方向に相互に一定の中心角度で離間するように弁本体に形成され、前記弁室に連通する複数の水平方向流路と、
   前記ボール弁体の駆動軸の方向に弁本体に形成され、前記弁室に連通する鉛直方向流路と、
   前記ボール弁体に形成され、前記水平方向流路同士を連通するように形成された水平方向連通流路と、
   前記ボール弁体に形成され、前記水平方向流路の一つと鉛直方向流路とを連通するように形成された鉛直方向連通流路とを備え、
   前記弁本体の水平方向流路の弁室側の開口部の周囲には、弁座部材収容用溝部が形成され、
   前記弁座部材収容用溝部には、弁座部材と、弁座部材をボール弁体に押圧するシール部材が装着され、
   前記弁座部材と弁座部材収容用溝部の間には、差圧が作用していない状態で隙間Ｌが形成され、
   差圧が作用していない状態で、前記隙間Ｌが、シール部材の圧縮量ｄより小さく（Ｌ＜ｄ）設定されていることを特徴とする多方切換弁。
2. 前記弁本体には、弁座保持部材が装着され、前記水平方向流路と弁座部材収容用溝部が、弁座保持部材に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多方切換弁。
3. 前記弁本体の水平方向流路が、奇数個の水平方向流路から形成されていることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の多方切換弁。
4. 前記弁本体の水平方向流路が、３つの水平方向流路から形成されていることを特徴とする請求項３に記載の多方切換弁。
5. 差圧が作用していない状態で、前記水平方向流路が相互になす中心角度θ：θ
   前記弁座部材と弁座部材収容用溝部の間の隙間：Ｌ
   シール部材の圧縮量：ｄ
   とした時、
   Ｌ・ｃｏｓ（θ／２）＜ｄ
   の関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多方切換弁。
6. 差圧が作用していない状態で、前記弁座部材と弁座部材収容用溝部の間の隙間Ｌが、前記シール部材の圧縮量ｄに対して、Ｌ／２＜ｄの関係に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の多方切換弁。

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