JP6399860B2 - 流路切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一つの流入口と二つの流出口とを持つ三方弁や四方弁等の流路切換弁に係り、特に、給湯設備における流路の切り換え等に使用するのに好適な流路切換弁に関する。

図１０に、一つの流入口と二つの流出口とを持つ流路切換弁の一つである三方弁が使用された従来の給湯設備の一例の主要部を示す（特許文献１も参照）。図示例の給湯設備１００は、基本的には、その下部に給水、その上部から給湯が行われる貯湯タンク１１０と、圧縮機１３１、湯水熱交換器（湯水加熱器）１３２、膨張弁１３３、及び空気熱交換器１３４等を有するヒートポンプ式湯水加熱源１３０と、貯湯タンク１１０と加熱源１３０との間で湯水を循環させるための沸き上げポンプ１２０と、一つの流入口１６０と二つの流出口１６１、１６２とを持つ流路切換弁としての三方弁１５０と、を備える。

三方弁１５０は、例えば、所要箇所に設けられた温度センサにより検出される湯水の温度等に基づいてその流路切換動作等が制御される電子制御式電動弁で構成され、該三方弁１５０においては、湯水を流入口１６０から第１流出口１６１へ流す第１の流通状態と、湯水を流入口１６０から第２流出口１６２へ流す第２の流通状態とを選択的にとり得るようにされており、通常、加熱源１３０からの湯水が高温の場合には、第１の流通状態がとられて、高温の湯は貯留タンク１１０の上部に戻され、加熱源１３０からの湯水が低温の場合には、第２の流通状態がとられて、低温の湯水は貯留タンク１１０の下部に戻され、再び、沸き上げポンプ１２０により加熱源１３０へ送られる。

特開２００４−２５７５８３号公報

前記した如くの従来の給湯設備等に使用される三方弁等の流路切換弁においては、第１の流通状態（流入口→第１流出口）のときに流体が第２流出口側へ漏れないようにするため、また、第２の流通状態（流入口→第２流出口）のときに流体が第１流出口側へ漏れないようにするため、少なくとも第１流出口と第２流出口との間にＯリング等のシール材を設けているが、Ｏリング等のシール材を設けるには弁体等に円環状の装着溝等を設ける必要があり、部品コスト、加工組立コスト、ひいては製品コストが高くなる嫌いがあった。

また、従来の流路切換弁においては、弁体（弁軸）は、Ｏリング等のシール材を介して弁本体に形成された挿通穴等に水密的に嵌挿されることが多く、また、加工組立誤差等も少なからずあり、弁本体（弁座）に対して弁体（弁軸）が多少傾斜、芯ずれ等しただけで、漏れだけでなく、弁機能までもが損なわれ、甚だしくは作動不良、故障が生じることがあった。かかる問題を確実に回避するには、厳格な寸法管理や高精度の加工成形技術が要求されるので、これによっても、加工組立コスト、ひいては製品コストが高くなる嫌いがあった。

さらに、給湯設備等に使用される流路切換弁においては、流出口に接続された配管内の流体圧力が凍結等の理由で不意に高くなり、流路切換弁に通常の流れ方向とは逆向きの高い圧力（逆圧）が掛かることがあり、このような逆圧により流路切換弁や配管等が故障するおそれがあった。

これを避けるには、例えば、流路切換弁をバイパスする流路を設け、該流路に所定圧以上で開くリリーフ弁を介装する方策が考えられるが、かかる方策では、配管や継手類などの部品の点数が増大するとともに、配管接続作業にも多大な手間と時間がかかり、設備のコストアップを招くという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数個の流出口間での漏れを防ぐためのＯリング等のシール材を不要にできるとともに、厳格な寸法管理や高精度の加工成形技術を必要とすることなく、流出口間の漏れを確実に防ぐことができ、また、逆圧を効果的に逃がすリリーフ機能を持たせることもでき、加工組立コスト、製品コストを低く抑えることのできる流路切換弁を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る流路切換弁は、基本的には、弁軸と、該弁軸を回転駆動するための駆動源と、流入口、複数個の流出口、前記弁軸が回動可能に嵌挿される弁軸嵌挿部、及び、該弁軸嵌挿部の下部に連設された弁座を有する弁本体と、を備え、前記弁座に、前記各流出口の始端部となる流出開口がそれぞれ形成され、前記弁軸における前記弁座より下方に突出した下端部に、厚肉円板状ないし短円筒状の弁体が前記弁軸に伴って回動可能、かつ、前記弁軸の軸方向に沿って摺動可能に遊嵌され、前記弁座の下側に、前記弁体が収容される弁体収容部が設けられるとともに、該弁体収容部の下側に前記流入口が設けられ、前記弁体は、前記流入口と前記各流出口とを選択的に開通させる少なくとも一つの開口状通路を持ち、前記弁軸を回動させることにより、少なくとも、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の一つへと流れる第１の流通状態と、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の他の一つへと流れる第２の流通状態とを選択的にとり得るようにされ、前記弁体及び前記弁軸の少なくとも一方は、前記流入口に流入した流体の圧力により押し上げられ、これによって当該弁体の上面が前記弁座に押し付けられるようにされていることを特徴としている。

また、本発明に係る流路切換弁は、基本的には、弁軸と、該弁軸を回転駆動するための駆動源と、流入口、複数個の流出口、前記弁軸が回動可能に嵌挿される弁軸嵌挿部、及び、該弁軸嵌挿部の下部に連設された弁座を有する弁本体と、を備え、前記弁座に、前記各流出口の始端部となる流出開口がそれぞれ形成され、前記弁軸における前記弁座より下方に突出した下端部に、厚肉円板状ないし短円筒状の弁体が前記弁軸に伴って回動可能、かつ、前記弁軸の軸方向に沿って摺動可能に遊嵌され、前記弁座の下側に、前記弁体が収容される弁体収容部が設けられるとともに、該弁体収容部の下側に前記流入口が設けられ、前記弁体は、前記流入口と前記各流出口とを選択的に開通させる少なくとも一つの開口状通路を持ち、前記弁軸を回動させることにより、少なくとも、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の一つへと流れる第１の流通状態と、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の他の一つへと流れる第２の流通状態とを選択的にとり得るようにされ、前記弁体は、前記開口状通路以外の上面が前記流入口に流入する流体により前記弁座に押し付けられ、前記各流出口間が水密的にシールされることを特徴としている。

好ましい態様では、前記弁体は、前記弁軸が前記弁軸嵌挿部の中心線に対して最大限傾斜した状態であっても、流入口に流入した流体の押し上げ力によりその姿勢を自動的に修正して、その上面を前記弁座に偏り無く密着させ得るように、各部の寸法が設定される。

他の好ましい態様では、前記各流出口のいずれかの圧力が所定圧以上高まると、前記弁座と前記弁体の上面との間に隙間が形成され、これによって、前記流出口側の圧力が前記流入口側に逃がされるようにされる。

他の好ましい態様では、前記弁軸嵌挿部の中心線上に前記流入口が配置され、前記各流出口の上流部分は前記弁軸嵌挿部の中心線に直交する共通の平面上に配置される。

他の好ましい態様では、前記弁軸嵌挿部は、前記弁軸の上部がシール材を介して水密的に嵌挿される大径穴部と、前記弁軸における下部軸部が緩く嵌挿される小径挿通穴部とを有し、前記弁軸における前記シール材の装着部より下側で前記下部軸部の上部と前記下部軸部の下端部とにそれぞれ半径方向外方に突出する上側凸部と下側凸部が突設されるとともに、前記弁軸嵌挿部の小径挿通穴部に前記下側凸部と上側凸部とを上下方向に通し得る縦溝が形成され、前記弁体には、前記下部軸部が遊挿される挿通穴と、前記下側凸部を上下方向に通し得る縦溝と、該縦溝とは所定角度間隔をあけて、前記下側凸部が下側から遊嵌される下側及び内周側が開口した嵌合凹部とが形成される。

この場合、好ましい態様では、前記弁軸の下部軸部及び下側凸部と前記弁体の挿通穴及び嵌合凹部との間には、単に前記弁軸と前記弁体とを一体的に回動可能、かつ、前記弁体を弁軸の軸方向に摺動可能とする場合よりも大きめの遊びが形成される。

前記弁体は、好ましくは、前記弁軸の下部軸部が遊挿される挿通穴を持つ内筒部と、前記弁体収容部に遊挿される円環状厚板部とを有し、前記内筒部と円環状厚板部との間に前記開口状通路が設けられる。

他の好ましい態様では、前記弁体における前記内筒部と円環状厚板部との間は、４つの隔壁部で仕切られた４つの扇形状部に区画されており、隣り合う２つの扇形状部がそれぞれ前記開口状通路とされ、残り２つの扇形状部が前記流出開口を閉塞する閉じ蓋部とされる。

前記弁本体は、好ましい態様では、前記複数個の流出口がその外周部に設けられた円筒状部を持つ本体外周部材と、前記弁軸嵌挿部及び弁座を持ち、前記本体外周部材の円筒状部にその上側から挿入されて水密的に内嵌される内嵌部材と、前記流入口を持ち、前記本体外周部材の円筒状部における前記内嵌部材より下側にその上部が内嵌固定される流入口部材と、で分割構成される。

この場合、好ましくは、前記本体外周部材における円筒状部の下部と、前記内嵌部材の弁座と、前記流入口部材の上端部とで前記弁体収容部が画成される。

この場合、前記流入口部材の上端部は、好ましくは、前記弁体が前記弁座の下面から一定距離以上下降するのを阻止するストッパとして機能するようにされる。

本発明に係る流路切換弁では、弁本体内の流体圧力を利用して弁体の上面を弁座に押し付けて第１流出口と第２流出口との間をシールするようにされているので、第１流出口と第２流出口との間をシールするためのＯリング等のシール材を不要にでき、加工組立コスト、製品コストを低く抑えることができる。

また、弁軸と弁体との間に、通常（単に、弁軸と弁体とを一体的に回動可能、弁体を弁軸の軸方向に摺動可能とする場合）よりも大きめの遊びが形成されているので、弁軸の姿勢に規制されることなく、弁軸に対して弁体はフレキシブルにその姿勢を変化させることができる。そのため、弁軸が弁軸嵌挿部の中心線に対して最大限傾斜した状態であっても、弁体は、流入口に流入した流体の押し上げ力によりその姿勢を自動的に修正して、その上面を弁座に偏り無く密着させることができる。

また、弁軸に弁軸嵌挿部の中心線に対する芯ずれが生じても、そのずれ分は、前記遊び分で吸収されるため、弁体の回動動作等に与える影響は少ない。

したがって、本発明の流路切換弁では、厳格な寸法管理や高精度の加工成形技術を必要とすることなく、第１流出口と第２流出口との間のシール性を一層確実に高めることができ、これによっても、加工組立コスト、製品コストを低く抑えることができる。

また、いずれかの流出口側の圧力が所定圧以上高まると、弁体に逆圧が掛かって、弁体が押し下げられ、弁体と弁座との間に隙間が形成され、これによって、流出口側の逆圧が前記隙間を介して流入口側に逃がされる。このように本発明の流路切換弁は、逆圧を効果的に逃がすリリーフ機能を持たせることができるので、逆圧による当該流路切換弁や配管系の故障を効果的に回避することができ、また、別途に流路にリリーフ弁を設けなくて済むので、設備のコストアップを抑えることができる。

本発明に係る流路切換弁の一実施例の外観を示す部分斜視図。 上記一実施例の第１の流通状態を示す部分切欠断面図。 上記一実施例の第１の流通状態を示す半断面斜視図。 上記一実施例の第２の流通状態を示す部分切欠断面図。 上記一実施例の第２の流通状態を示す半断面斜視図。 上記一実施例の動作・作用効果の説明に供される要部半断面図 上記実施例の部品を示し、（Ａ）は内嵌部材の下方斜視図、（Ｂ）は弁体の上方斜視図、（Ｃ）は弁体の下方斜視図。 （Ａ）上記一実施例の弁体を示す斜視図、（Ｂ）図２のＪ−Ｊ断面図。 上記一実施例における弁軸の下端部への弁体の組付方法の一例の説明に供される図。 一つの流入口と二つの流出口とを持つ流路切換弁が使用された従来の給湯設備の一例の主要部を示す概略構成図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る流路切換弁の一実施例を示す外観斜視図、図２、図３は、上記一実施例の第１の流通状態を示す部分切欠断面図、半断面斜視図、図４、図５は、上記一実施例の第２の流通状態を示す部分切欠断面図、半断面斜視図である。なお、図１ないし図５において、本発明の理解にさほど必要とはしない部分（モータ５の内部等）は、その図示やハッチングを省略している。また、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、誇張して描かれている場合がある。

さらに、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際の使用状態での位置、方向を指すものではない。

図示実施例の流路切換弁１は、前述した図１０に示される如くの給湯設備に使用されるもの（図１０の符号１５０に相当）で、基本的には、弁軸３０と、該弁軸３０を回転駆動するための駆動源としてのモータ５と、このモータ５がその上側に取付固定される弁本体６とを備える。

弁本体６は、合成樹脂を素材としており、その成形上等の便宜を図るため、本体外周部材７と、内嵌部材８と、流入口部材９と、に分割構成されている。

本体外周部材７は、円筒状部７Ａを有し、この円筒状部７Ａの外周部（左右の側部）に、Ｌ形の第１流出口（継手）２１と第２流出口（継手）２２が対向するように設けられている。

内嵌部材８は、図１ないし図５に加えて、図７（Ａ）を参照すればよくわかるように、上側から順に、本体外周部材７の円筒状部７Ａ上に載せられる鍔状部８ａ、円筒状部７ＡにＯリング１９を介して水密的に内嵌される上部内嵌部８Ａ、第１流出口２１側に開口する第１周側開口２６と第２流出口２２側に開口する第２周側開口２７が形成され、円筒状部７Ａの上部に内嵌される外筒部８Ｂ、及び、この外筒部８Ｂの内周側で前記上部内嵌部８Ａの下側に連設された内筒部８Ｃを有し、上部内嵌部８Ａと内筒部８Ｃの中央を縦貫するように、大径穴部１２Ａと小径挿通穴部１２Ｂとからなる弁軸嵌挿部１２が設けられている。弁軸嵌挿部１２における大径穴部１２Ａと小径挿通穴部１２Ｂとの段差部分を中間段丘部１２Ｃと称す。

上記外筒部８Ｂの下部と内筒部８Ｃの下部との間、言い換えれば、弁軸嵌挿部１２の下部外周側には、後述する弁体４０が押し付けられる弁座１５（１５Ａ、１５Ｂ）が設けられている。より詳細には、弁軸嵌挿部１２の下部外周の、第１流出口２１側には第１流出開口２３が形成され、第２流出口２２側には第２流出開口２４が形成されている。第１流出開口２３と第２流出開口２４は、一端側が半円状で他端側が直線状の扇形状を呈し、その下端部は、内筒部８Ｃ及び外筒部８Ｂの下端面より下方に突出しており、この第１流出開口２３と第２流出開口２４の下端部が上記弁体４０が押し付けられる弁座１５Ａ、１５Ｂとなっている。言い換えれば、この弁座１５Ａ、１５Ｂは、第１流出開口２３と第２流出開口２４を画成する端縁部と同外形の、所定の幅を持つ枠状部からなっており、その下面は、弁軸嵌挿部１２の中心線（弁軸３０の回転軸線）Ｏに直交する平坦な平滑面とされている。また後述するように、弁体４０は、互いに隣り合う２つの開口状通路４１、４２と蓋部４３、４４とを有し、弁体４０が９０°回転することで開口状通路４１と第１流出開口２３とを連通し、蓋部４３で第２流出開口２４を閉止する第１の流通状態と、蓋部４４で第１流出開口２３を閉止し、開口状通路４２と第２流出開口２４とを連通する第２の流通状態とを切換える。この第１流出開口２３及び第２流出開口２４の断面積は、この開口を通過する流体の妨げとならないように、弁体の開口状通路４１、４２よりも大きくされている。例えば第１の流通状態から第２の流通状態へと切換えたときに、弁体４０、弁軸３０等の組付け誤差によって、開口状通路４１の一部が第２流出開口２４と重なる位置で停止して両方の開口に流体が流れてしまう場合もあり、これを避けるために第１流出開口２３と第２流出開口２４とは、その他端側が直線状の扇形状とされている。

流入口部材９は、内周側に流入口２０となる漏斗状の挿通穴を持ち、外周側に本体外周部材７の円筒状部７Ａが載せられる鍔状部９ａ、この鍔状部９ａから上方に突出して円筒状部７Ａ下部に内挿される突出内挿部９ｂ、及び鍔状部９ａと突出内挿部９ｂとの間の階段状段差部９ｃを有し、本体外周部材７における円筒状部７Ａの下部段差部にその階段状段差部９ｃが超音波溶着等により内嵌固定されている。

なお、本体外周部材７における円筒状部７Ａの下部と、内嵌部材８の弁座１５Ａ、１５Ｂと、流入口部材９の突出内挿部９ｂ（の上端面）と、で後述する弁体４０を揺動自在に収容する弁体収容部１４が画成されている。また、流入口部材９の突出内挿部９ｂは、弁体４０が弁座の下面から一定距離以上下降するのを阻止するストッパとして機能するようになっている。より詳細には、流出口２１、２２のいずれかの圧力が所定圧以上高まって、弁体４０が押し下げられても、弁体４０によって弁軸３０が押し下げられないようになっている（後述）。

このような構成の弁本体６を組み立てるには、まず、本体外周部材７の円筒状部７Ａの下部に流入口部材９の階段状段差部９ｃを超音波溶着等により内嵌固定し、次いで、内嵌部材８に後述する弁軸３０及び弁体４０を組み付けるとともに、装着溝８ｆにＯリング１９を装着し、この内嵌部材８を本体外周部材７の円筒状部７Ａに上から挿入して内嵌する。この際、円筒状部７Ａの上部の前後に設けられた取付受台部７ｊ上に内嵌部材８の鍔状部８ａの前後に設けられた矩形取付板部８ｊを載せ、さらに、この矩形取付板部８ｊ上にモータ５の下部前後に設けられたねじ止め部５ｊを載せて、モータ５、内嵌部材８、及び本体外周部材７を前後２本のねじ１５で共締め固定する。

弁本体６において、弁軸嵌挿部１２の中心線Ｏ上における弁座１５Ａ、１５Ｂより下側には、前記弁体収容部１４及び流入口２０が配置され、前記中心線Ｏに直交する共通の中心線Ｃ上に、第１流出口２１と第２流出口２２が配置されている。

弁軸３０は、図１から図５に加えて図８（Ａ）を参照すればよくわかるように、その最上部に、モータ５のロータの回転駆動力が減速歯車機構等を介して伝達されるセレーション軸部３２及び周方向位置決め用のＤカット凸部３１が設けられ、セレーション軸部３２の下部には、Ｏリング３５、３５が装着される、３段の鍔状部３４からなる装着溝が設けられている。弁軸３０におけるＯリング３５、３５が装着されている部分をＯリング装着部３３と称す。

また、図１ないし図５に加えて、図８、図９を参照すればよくわかるように、弁軸３０におけるＯリング装着部３３より下側の下部軸部３６の上部（最下段の鍔状部３４の直下）には、半径方向外方に突出する左右一対の上側凸部３７、３７が突設され、弁軸３０における下部軸部３６の下端部にも、上側凸部３７、３７と平面視で同一位置、同一幅、及び同一突出長の、半径方向外方に突出する左右一対の下側凸部３８、３８が突設されている。下側凸部３８、３８の高さ（軸方向に沿う長さ）は上側凸部３７、３７より長くされているが、上側凸部３８、３８を短くしてもよいし、同じ高さにしてもよい。

一方、弁軸嵌挿部１２は、弁軸３０のＯリング装着部３３が水密的に嵌挿される大径穴部１２Ａと、弁軸３０における下部軸部３６が緩く嵌挿される小径挿通穴部１２Ｂとを有し、小径挿通穴部１２Ｂには、図８（Ｂ）に示される如くに、下側凸部３８、３８と上側凸部と３７、３７を上下方向に通し得る縦溝１６、１６が形成されている。

そして、前記弁体４０は、図１ないし図５に加えて、図７（Ｂ）、（Ｃ）、及び図９を参照すればよくわかるように、弁軸３０の下部軸部３６が遊挿される挿通穴４５を持つ内筒部４０ａと、この内筒部４０ａより外周側の、前記弁体収容部１４に遊挿される円環状厚板部４０ｂとを有し、内筒部４０ａと円環状厚板部４０ｂとの間に、流入口２０と第１流出口２１あるいは流入口２０と第２流出口２２とを選択的に開通させるために２つの開口状通路４１、４２が設けられている。より詳細には、弁体４０における内筒部４０ａと円環状厚板部４０ｂとの間は、４つの隔壁部５１、５２、５３、５４により仕切られた中心角が９０°前後の４つの扇形状部に区画されており、隣り合う２つの扇形状部がそれぞれ前記開口状通路４１、４２とされ、残り２つの扇形状部が第１流出開口２３、第２流出開口２４を閉塞する閉じ蓋部４３、４４とされている。なお、開口状通路４１と４２とを仕切る隔壁部５２は、他の隔壁部５１、５３、５４よりその幅（厚み）が狭くされ、かつその下端は円環状厚板部４０ｂと略同じ高さで平坦とされた平坦部と該平坦部の端から内筒部４０ａの下端内側まで届くように斜めにされた斜面部とからなっている。

開口状通路４１、４２は、平面視で前記した所定の幅を持つ枠状部からなる弁座１５Ａ、１５Ｂの内周よりも縮小された大きさ、形状とされており、また、閉じ蓋部４３、４４は、弁座１５Ａ、１５Ｂ（第１流出開口２３、第２流出開口２４）を完全に閉塞できる形状とされている。

なお、弁座１５Ａ、１５Ｂに対する弁体４０の回転方向の位置は、ここでは、図２、図３に示される如くの、弁座１５Ａ（第１流出開口２３）の真下に開口状通路４１が位置し、弁座１５Ｂ（第２流出開口２４）を完全に閉塞する位置に閉じ蓋部４３が位置する状態が基準（第１の流通状態）とされ、この第１の流通状態から反時計回りに９０°回転させた状態、すなわち、図４、図５に示される如くの、弁座１５Ｂ（第２流出開口２４）の真下に開口状通路４２が位置し、弁座１５Ａ（第１流出開口２３）を完全に閉塞する位置に閉じ蓋部４４が位置する状態が第２の流通状態とされる。

弁座１５Ａ、１５Ｂに対する弁体４０の回転方向の位置は、上記の他、弁座１５Ａ（第１流出開口２３）の真下に開口状通路４２が位置し、弁座１５Ｂ（第２流出開口２４）を完全に閉塞する位置に閉じ蓋部４４が位置する状態を第１の流通状態とし、この第１の流通状態から時計回りに９０°回転させた状態、すなわち、弁座１５Ｂ（第２流出開口２４）の真下に開口状通路４１が位置し、弁座１５Ａ（第１流出開口２３）を完全に閉塞する位置に閉じ蓋部４３が位置する状態を第２の流通状態としてもよい。

上記のように、弁体４０における内筒部４０ａと円環状厚板部４０ｂとの間を中心角が９０°前後の４つの扇形状部に区画し、隣り合う２つの扇形状部をそれぞれ開口状通路４１、４２とし、残り２つの扇形状部を閉じ蓋部４３、４４とすることにより、流路の切り換え（第１の流通状態と第２の流通状態の切り換え）が弁体４０を９０°回転させるだけで済むとともに、切り換え時における漏れを最小限に抑えることができる。また扇形状部を区画する角度は９０°に限らず適宜変更できる。

一方、弁体４０の内筒部４０ａには、前記挿通穴４５の他に、前記下側凸部３８、３８を上下方向に通し得る縦溝４６と、この縦溝４６とは所定角度間隔（ここでは９０°）をあけて、前記下側凸部３８、３８が下側から遊嵌される下側及び内周側が開口した嵌合凹部４８、４８とが形成されている。

次に、前記弁軸３０の下端部への弁体４０の組付方法について、図９を参照しながら説明する。

まず、Ｏリング３５、３５を装着した状態の弁軸３０を内嵌部材８の弁軸嵌挿部１２（の大径穴部１２Ａ）に上から挿入し、その下側凸部３８、３８を小径挿通穴部１２Ｂに形成された縦溝１６、１６に嵌め込むようにして弁軸３０を下降させ、さらに、弁体４０に形成された縦溝４６、４６の平面視位置を前記縦溝１６、１６に合わせた状態で、弁体４０の上面を弁座１５Ａ、１５Ｂの下面に当接させ、下側凸部３８、３８を前記縦溝４６、４６に嵌め込むとともに、上側凸部３７、３７を縦溝１６、１６に嵌め込んで、最下段の鍔状部３４が中間段丘部１２Ｃに当接するまで下降させる。これにより、図９（Ａ）に示される如くに、下側凸部３８、３８が弁体４０の縦溝４６、４６及び嵌合凹部４８、４８の下端（下面）より下側に抜けた状態となる。

次に、図９（Ｂ）に示される如くに、弁体４０を９０°回転させる。これにより、下側凸部３８、３８が弁体４０の嵌合凹部４８、４８の真下に位置せしめられる。

続いて、図９（Ｃ）に示される如くに、弁軸３０を引き上げると、上側凸部３７、３７が縦溝１６、１６から抜けるとともに、下側凸部３８、３８が弁体４０の嵌合凹部４８、４８に遊嵌され、弁体４０は、弁軸３０に伴って回動し得るものとなる。かかる状態で、弁軸３０を例えば時計回りに９０°回転させると、弁体４０も弁軸３０と共に約９０°回転するとともに、図８（Ｂ）に示される如くに、上側凸部３７、３７が平面視で縦溝１６、１６から外れ、これにより、弁軸３０の下端部への弁体４０の組み付けが完了する。

なお、弁体４０は、弁体収容部１４の高さ分、すなわち、弁座１５Ａ、１５Ｂと流入口部材９の突出内挿部９ｂの上端面との間の距離しか移動できない（突出内挿部９ｂがストッパとして機能する）ので、弁体４０が弁軸３０の下側凸部３８、３８から外れることはない。

上記した如くの構成を有する本実施例の流路切換弁１を、前述した図１０に示される如くの給湯設備に、符号１５０で示される三方弁として組み込んだ場合には、弁軸３０は、弁本体６内の流体（湯水）圧力（弁軸３０のＯリング装着部３３の下側に作用する圧力）と大気圧（弁軸３０のＯリング装着部３３の上側に作用する圧力）との差圧により上側に押し上げられることもあるし押し上げられないこともある。弁軸３０が押し上げられるか否かは、Ｏリング３５，３５が大径穴部１２Ａに密着する力と差圧による弁軸３０を上側に押し上げる力とのバランスによって決まる。押し上げられる場合は、弁体４０の上面が弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けられた状態で弁軸３０の下側凸部３８、３８の上面が弁体４０の嵌合凹部４８、４８の上面に当接する位置が、最上昇位置となる。

一方、弁体４０は、流入口２０に流入して第１流出口２１又は第２流出口２２へと流れる流体の圧力により押し上げられ、これによってその上面が弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けられ、かつ、その上面を弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けられながら回動可能とされる（仮に弁体４０の上面が弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けられてなくても回動可能とされる。）。

この場合、流体の圧力により弁体４０のみ、弁軸３０のみ（結果として弁体４０も弁軸３０に伴って押し上げられる。）、あるいは弁体４０と弁軸３０の両方が押し上げられて、弁体４０の上面が弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けられることにより、各流出口２１、２２間が水密的にシールされるとともに、該弁体４０が押し付けられた状態で弁軸３０を回動させることにより、流体（湯水）が流入口２０から開口状通路４１を介して第１流出口２１へと流れる第１の流通状態と、流体が流入口２０から開口状通路４２を介して第２流出口２２へと流れる第２の流通状態とを選択的にとり得るようにされる。

すなわち、図２、図３に示される如くに、開口状通路４１が第１流出開口２３の下端部とされる弁座１５Ａの真下に来たときは、第２流出開口２４の下端部とされる弁座１５Ｂの真下には、閉じ蓋部４３が来るので、第２流出開口２４は閉塞され、流体が流出口２０→開口状通路４１→第１流出開口２３→第１周側開口２６→第１流出口２１へと流れる第１の流通状態がとられる。

一方、上記第１の流通状態から弁体４０を例えば反時計回りに約９０°回転させると、図４、図５に示される如くに、開口状通路４２が第２流出開口２４の下端部とされる弁座１５Ｂの真下に来るとともに、第１流出開口２３の下端部とされる弁座１５Ａの真下には、閉じ蓋部４４が来るので、第１流出開口２３は閉塞され、このときは、流体が流出口２０→開口状通路４２→第２流出開口２４→第２周側開口２７→第２流出口２２へと流れる第２流通状態がとられる。

このように、本実施例の流路切換弁１では、弁本体６内の流体圧力を利用して、弁体４０のみ、弁軸３０のみ、あるいは弁体４０と弁軸３０の両方を押上げ、弁体４０の上面を弁座１５Ａ、１５Ｂに押し付けて第１流出口２１と第２流出口２２との間をシールするようにされているので、第１流出口と第２流出口との間をシールするためのＯリング等のシール材を不要にでき、加工組立コスト、製品コストを低く抑えることができる。

上記に加え、本実施例では、弁体４０は、その挿通穴４５に弁軸３０の下部軸部３６が遊挿されるとともに、その嵌合凹部４８、４８に弁軸３０の下側凸部３８、３８が遊嵌されている。言い換えれば、弁軸３０の下部軸部３６及び下側凸部３８、３８と弁体の挿通穴４５及び嵌合凹部４８、４８との間には、通常（単に、弁軸３０と弁体４０とを一体的に回動可能、弁体４０を弁軸３０の軸方向に摺動可能とする場合）よりも大きめの遊びが形成されているので、弁軸３０の姿勢に規制されることなく、弁軸３０に対して弁体４０はフレキシブルにその姿勢を変化させることができる。

より具体的には、例えば、図６（Ａ）に示される如くに、弁軸３０が弁軸嵌挿部１２の中心線Ｏに対して最大限傾斜した状態（傾斜角度γ）であっても、弁体４０は、流入口２０に流入した流体の押し上げ力によりその姿勢を自動的に修正して、その上面を弁座１５Ａ、１５Ｂの下面に偏り無く密着させることができる。

また、弁軸３０に弁軸嵌挿部１２の中心線Ｏに対する芯ずれが生じても、そのずれ分は、前記遊び分で吸収されるため、弁体４０の回動動作等に与える影響は少ない。

このようにされることにより、厳格な寸法管理や高精度の加工成形技術を必要とすることなく、第１流出口２１と第２流出口２２との間のシール性を一層確実に高めることができる。

また、弁体４０の挿通穴４５に弁軸３０の下部軸部３６が遊挿されるとともに、嵌合凹部４８、４８に弁軸３０の下側凸部３８、３８が遊嵌されている関係上、図６（Ｂ）に示される如くに、例えば、第１の流通状態（流入口２０→第１流出口２１）がとられているときにおいて、第２流出口２２側の圧力が所定圧以上高まると、弁体４０の閉じ蓋部４３に逆圧が掛かって、弁体４０が若干傾き、弁座１５Ｂと閉じ蓋部４３との間に微小隙間が形成され、これに伴い、第２流出口２２側の圧力が流入口２０側に逃げ始めるとともに、弁体４０全体が押し下げられ、弁体４０と弁座１５Ａ、１５Ｂとの間に比較的大きな隙間Ｋが形成され、これによって、第２流出口２２側の圧力が前記隙間Ｋを介して流入口２０側に逃がされる。

この際、弁体４０は、流入口部材９の突出内挿部９ｂの上端に接当するまで下降し、それ以上の下降は阻止される（突出内挿部９ｂは、弁体４０が一定距離以上下降するのを阻止するストッパとして機能する）。なお、この状態では、弁体４０の嵌合凹部４８、４８の上面と弁軸３０の下側凸部３８、３８の上面との間には間隙が残され、弁軸３０が押し下げられることはない。

このように本実施例の流路切換弁１には、逆圧を効果的に逃がすリリーフ機能を持たせることができるので、凍結等の理由で発生する逆圧による当該流路切換弁１や配管系の故障を効果的に回避することができ、また、別途に流路にリリーフ弁を設けなくて済むので、設備のコストアップを抑えることができる。

なお、上記実施例では、流路切換弁として流出口を２つ有する三方弁を例示したが、これに限られることはなく、流出口を３つあるいは４つ設けて四方弁あるいは五方弁とすることもできる。また、弁体の構成も上記実施例のものに限らず様々な態様のものを採用できる。具体的には、例えば、同一平面上に９０°間隔で第１ないし第４の流出口を設けるとともに、弁体に開口状通路を一つ設け、弁体を９０°、１８０°、２７０°回転させる毎に、流入口と各流出口とを選択的に開通させるようにする等してもよい。

また、弁軸３０も、上記実施例のような上側凸部３７、３７や下側凸部３８、３８を設けた構成以外のものでもよいことは勿論である。

１ 流路切換弁
５ モータ
６ 弁本体
７ 本体外周部材
８ 内嵌部材
９ 流入口部材
１５Ａ、１５Ｂ 弁座
２０ 流入口
２１ 第１流出口
２２ 第２流出口
２３ 第１流出開口
２４ 第２流出開口
３０ 弁軸
３６ 下部軸部
３８ 下側凸部
４０ 弁体
４０ａ 内筒部
４０ｂ 円環状厚板部
４１、４２ 開口状通路
４３、４４ 閉じ蓋部
４５ 挿通穴
４８ 嵌合凹部

Claims (12)

1. 弁軸と、該弁軸を回転駆動するための駆動源と、流入口、複数個の流出口、前記弁軸が回動可能に嵌挿される弁軸嵌挿部、及び、該弁軸嵌挿部の下部に連設された弁座を有する弁本体と、を備え、
   前記弁座に、前記各流出口の始端部となる流出開口がそれぞれ形成され、
   前記弁軸における前記弁座より下方に突出した下端部に、厚肉円板状ないし短円筒状の弁体が前記弁軸に伴って回動可能、かつ、前記弁軸の軸方向に沿って摺動可能に遊嵌され、
   前記弁座の下側に、前記弁体が収容される弁体収容部が設けられるとともに、該弁体収容部の下側に前記流入口が設けられ、
   前記弁体は、前記流入口と前記各流出口とを選択的に開通させる少なくとも一つの開口状通路を持ち、
   前記弁軸を回動させることにより、少なくとも、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の一つへと流れる第１の流通状態と、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の他の一つへと流れる第２の流通状態とを選択的にとり得るようにされ、
   前記弁体及び前記弁軸の少なくとも一方は、前記流入口に流入した流体の圧力により押し上げられ、これによって当該弁体の上面が前記弁座に押し付けられるようにされていることを特徴とする流路切換弁。
2. 弁軸と、該弁軸を回転駆動するための駆動源と、流入口、複数個の流出口、前記弁軸が回動可能に嵌挿される弁軸嵌挿部、及び、該弁軸嵌挿部の下部に連設された弁座を有する弁本体と、を備え、
   前記弁座に、前記各流出口の始端部となる流出開口がそれぞれ形成され、
   前記弁軸における前記弁座より下方に突出した下端部に、厚肉円板状ないし短円筒状の弁体が前記弁軸に伴って回動可能、かつ、前記弁軸の軸方向に沿って摺動可能に遊嵌され、
   前記弁座の下側に、前記弁体が収容される弁体収容部が設けられるとともに、該弁体収容部の下側に前記流入口が設けられ、
   前記弁体は、前記流入口と前記各流出口とを選択的に開通させる少なくとも一つの開口状通路を持ち、
   前記弁軸を回動させることにより、少なくとも、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の一つへと流れる第１の流通状態と、流体が前記流入口から前記開口状通路を介して前記流出口の他の一つへと流れる第２の流通状態とを選択的にとり得るようにされ、
   前記弁体は、前記開口状通路以外の上面が前記流入口に流入する流体により前記弁座に押し付けられ、前記各流出口間が水密的にシールされることを特徴とする流路切換弁。
3. 前記弁体は、前記弁軸が前記弁軸嵌挿部の中心線に対して最大限傾斜した状態であっても、流入口に流入した流体の押し上げ力によりその姿勢を自動的に修正して、その上面を前記弁座に偏り無く密着させ得るようにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路切換弁。
4. 前記各流出口のいずれかの圧力が所定圧以上高まると、前記弁座と前記弁体の上面との間に隙間が形成され、これによって、前記流出口側の圧力が前記流入口側に逃がされるようにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路切換弁。
5. 前記弁軸嵌挿部の中心線上に前記流入口が配置され、前記各流出口の上流部分は前記弁軸嵌挿部の中心線に直交する共通の平面上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路切換弁。
6. 前記弁軸嵌挿部は、前記弁軸の上部がシール材を介して水密的に嵌挿される大径穴部と、前記弁軸における下部軸部が緩く嵌挿される小径挿通穴部とを有し、前記弁軸における前記シール材の装着部より下側で前記下部軸部の上部と前記下部軸部の下端部とにそれぞれ半径方向外方に突出する上側凸部と下側凸部が突設されるとともに、前記弁軸嵌挿部の小径挿通穴部に前記下側凸部と上側凸部とを上下方向に通し得る縦溝が形成され、前記弁体には、前記下部軸部が遊挿される挿通穴と、前記下側凸部を上下方向に通し得る縦溝と、該縦溝とは所定角度間隔をあけて、前記下側凸部が下側から遊嵌される下側及び内周側が開口した嵌合凹部とが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路切換弁。
7. 前記弁軸の下部軸部及び下側凸部と前記弁体の挿通穴及び嵌合凹部との間には、単に前記弁軸と前記弁体とを一体的に回動可能、かつ、前記弁体を弁軸の軸方向に摺動可能とする場合よりも大きめの遊びが形成されていることを特徴とする請求項６に記載の流路切換弁。
8. 前記弁体は、前記弁軸の下部軸部が遊挿される挿通穴を持つ内筒部と、前記弁体収容部に遊挿される円環状厚板部とを有し、前記内筒部と円環状厚板部との間に前記開口状通路が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路切換弁。
9. 前記弁体における前記内筒部と円環状厚板部との間は、４つの隔壁部で仕切られた４つの扇形状部に区画されており、隣り合う２つの扇形状部がそれぞれ前記開口状通路とされ、残り２つの扇形状部が前記流出開口を閉塞する閉じ蓋部とされていることを特徴とする請求項８に記載の流路切換弁。
10. 前記弁本体は、前記複数個の流出口がその外周部に設けられた円筒状部を持つ本体外周部材と、前記弁軸嵌挿部及び弁座を持ち、前記本体外周部材の円筒状部にその上側から挿入されて水密的に内嵌される内嵌部材と、前記流入口を持ち、前記本体外周部材の円筒状部における前記内嵌部材より下側にその上部が内嵌固定される流入口部材と、で分割構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路切換弁。
11. 前記本体外周部材における円筒状部の下部と、前記内嵌部材の弁座と、前記流入口部材の上端部とで前記弁体収容部が画成されていることを特徴とする請求項１０に記載の流路切換弁。
12. 前記流入口部材の上端部は、前記弁体が前記弁座の下面から一定距離以上下降するのを阻止するストッパとして機能するようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の流路切換弁。

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