JP6639975B2 - 流路切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、流路切換弁に係り、例えば弁室内で弁体を回転摺動させることにより流路を切り換えるロータリー形の流路切換弁に関する。

この種の従来例を図８に示す。図示従来例の流路切換弁１'は、例えば自動車のエンジンルーム内等を流れる流体の流路を切り換えるロータリー形の切換弁（ロータリー弁）として使用されるもので、回転駆動部としてのモータ５０と、弁室１１並びに該弁室１１に開口する流入口ｐ１０及び流出口ｐ１、ｐ２を有する弁本体１０と、前記弁本体１０の前記弁室１１内に配置されるシール部材３０であって、周方向に複数の開口３１〜３４が形成された円筒体３５及び前記開口３１〜３４の周囲に沿って前記円筒体３５の内周面及び外周面から内側及び外側へ向けて突設された内側リブ３１ａ〜３４ａ及び外側リブ３１ｂ〜３４ｂを有するシール部材３０と、前記モータ５０に連結される弁軸２６を有し、前記シール部材３０により囲まれる領域に収容される円筒状の弁体２０と、を備え、前記モータ５０で前記弁軸２６を介して前記弁体２０を前記弁室１１内で回転させることにより、前記弁体２０が前記シール部材３０の前記内側リブ３１ａ〜３４ａの内周側を回転摺動して前記弁本体１０の前記流出口ｐ１、ｐ２の開閉又は切換を行うようにされている（例えば、特許文献１参照）。

また、上記従来例の流路切換弁１'では、前記弁室１１と各流出口ｐ１、ｐ２との間の流体漏れ（弁漏れ）を防止するために、弁体２０と弁本体１０との間で、シール部材３０が常時圧縮された状態で介装されている。

また、この種の流路切換弁としては、弁体の回転トルク（つまり、流路切換に要するトルク）、具体的には、弁体と弁本体との間の摩擦抵抗（摺動抵抗）を低減するために、当該弁体と弁本体との間に配在されるシール部材を排除したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１５−０３４５６０号公報 特開２０１３−２４１９８２号公報

ところで、上記従来の流路切換弁、特に、シール部材を持たない流路切換弁においては、弁体によって弁室の側部に設けられた流出口を閉塞する際の流体の漏れ量を少なくしたり、流量調整を精緻に行うために、弁体（の外周）と弁本体（の内周）との間のクリアランス（間隙）をなるべく小さくすることが求められている。しかしながら、弁室を流れる流体の圧力（流体圧）等により、弁体と弁本体との間の流体漏れ（弁漏れ）を完全に防止することは難しく、例えば、弁室の側部に設けられた流出口を全て閉塞するモードを実現することは極めて困難である。

また、弁体と弁本体との間のクリアランス（間隙）を小さくし過ぎると、弁体と弁本体との間の摩擦抵抗（摺動抵抗）が大きくなり、弁体が円滑に回転しなくなるおそれもある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、流路切換に要するトルクを増加させることなく、弁体と弁本体との間の流体漏れ（弁漏れ）を確実に防止して、様々な開閉モードを実現することのできる流路切換弁を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明に係る流路切換弁は、円筒状空所からなる弁室、前記弁室の底部に開口せしめられた流入口、及び前記弁室の側部に開口せしめられた少なくとも一つの流出口を有する弁本体と、前記弁室内に回転自在に配在されるとともに、側部に少なくとも一つの連通口が設けられた円筒状の弁体と、前記弁体を回転させるための回転駆動部と、を備え、前記回転駆動部によって前記弁室内で前記弁体を回転させることにより、前記弁本体の前記流出口の開閉又は切換を行うようにされた流路切換弁であって、前記弁体の下方に、前記弁体の回転に応じて前記流入口に対して上下動して該流入口を開閉する開閉弁が設けられていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記開閉弁は、前記流入口に対して回転が阻止された状態で上下動するようにされる。

更に好ましい態様では、前記弁本体の底部に支柱が立設されるとともに、前記開閉弁に前記支柱が摺動自在に嵌合される嵌合部が設けられる。

更なる好ましい態様では、前記嵌合部は、前記開閉弁の外周に設けられた凹部で構成される。

他の好ましい態様では、前記弁体の底部に下向きの弁体側凸部が設けられるとともに、前記開閉弁に上向きの開閉弁側凸部が設けられ、前記弁体の回転に応じて前記弁体側凸部と前記開閉弁側凸部とが接離して前記開閉弁が前記流入口に対して上下動するようにされる。

本発明によれば、弁体の下方に、弁体の回転に応じて流入口に対して上下動して該流入口を開閉する開閉弁が設けられているので、流路切換に要するトルクを増加させることなく、弁体と弁本体との間の流体漏れ（弁漏れ）を確実に防止して、様々な開閉モード（特に、弁室の側部に設けられた流出口を全て閉塞するモード）を実現することができる。

本発明に係る流路切換弁の一実施形態の主要構成を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は部分切欠（平面視で中心角９０度部分が切欠）斜視図。 図１に示される流路切換弁の縦断面図であり、流入口が開かれた状態を示す図。 図１に示される流路切換弁の縦断面図であり、流入口が閉じられた状態を示す図。 本発明に係る流路切換弁の下部ポート部材を斜め上方から視た斜視図。 本発明に係る流路切換弁の弁体を示す図であり、（Ａ）は斜め上方から視た、（Ｂ）は斜め下方から視た斜視図。 本発明に係る流路切換弁の開閉弁を示す図であり、（Ａ）は斜め上方から視た斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は斜め下方から視た斜視図。 本発明に係る流路切換弁の下部ポート部材に開閉弁を組み付けた状態を示す図であり、（Ａ）は斜め上方から視た斜視図、（Ｂ）は側面図。 従来の流路切換弁を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ矢視線に従う断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

なお、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。また、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、図１（Ａ）の方向矢印表示を基準としており、実際の使用状態での位置、方向を指すものではない。

また、各図において、弁体を回転駆動するための回転駆動部としてのモータは省略されている。

図１は、本発明に係る流路切換弁の一実施形態の主要構成を示す図であり、図１（Ａ）は斜視図、図１（Ｂ）は部分切欠（平面視で中心角９０度部分が切欠）斜視図である。また、図２及び図３は、図１に示される流路切換弁の縦断面図であり、それぞれ、流入口が開かれた状態、流入口が閉じられた状態を示す図である。

図示実施形態の流路切換弁１は、例えば自動車のエンジンルーム内等を流れる流体の流路を多方向に切り換えるロータリー形の三方切換弁として使用されるもので、基本的に、弁室１１を有する合成樹脂製の弁本体１０と、弁室１１内に回転自在に配在された天井部２０Ａ付き円筒状の弁体２０と、弁体２０を回転軸線Ｏ回りで回転させるべく、弁本体１０の上部に配置されたモータ（回転駆動部）（不図示）と、を備えるとともに、前記弁室１１における前記弁体２０の下方に、略円板状の開閉弁３０が回転不能且つ上下動可能に配在されている。

前記弁本体１０は、天井部１２Ａ付き円筒状の基体部材１２と下部ポート部材１５とで構成されており、前記基体部材１２は、内部に段付きの円筒状空所からなる弁室１１が形成されるとともに、側部に前記弁室１１（の上側小径部分）に開口する２つの流出口ｐ１、ｐ２が所定角度間隔（図示例では、９０度の角度間隔）をあけて設けられている。前記基体部材１２の外周には、各流出口ｐ１、ｐ２に連通するように管継手からなる流出ポート＃１、＃２が一体的に連結されている。また、基体部材１２の天井部１２Ａには、弁体２０（の天井部２０Ａ）に連結される弁軸２６（の胴部２６Ｂ）が挿通される嵌挿穴１３が形成されている。基体部材１２の下端開口には、前記弁室１１（の下側大径部分）に開口する縦向きの流入口ｐ１０が設けられた管継手からなる流入ポート＃１０を持つ下部ポート部材１５が、超音波溶着、圧入、かしめ等により内嵌固定されている。

また、本実施形態では、前記下部ポート部材１５の上面（弁室１１側の面）における流入口ｐ１０周りに、図１〜図３と共に図４及び図７を参照すればよく分かるように、円柱状の支柱１６が所定角度間隔をあけて複数個（図示例では、９０度の等角度間隔をあけて４個）立設されている。

前記弁体２０は、例えば合成樹脂製あるいは金属製とされ、図１〜図３と共に図５を参照すればよく分かるように、側部に２つの長円形の連通口２１、２２が所定角度間隔（図示例では、９０度の角度間隔）をあけて設けられるとともに、上部開口を閉塞する天井部２０Ａには、前記モータの回転力を当該弁体２０に伝達する弁軸２６が一体的に連結されている。

前記弁軸２６は、前記嵌挿穴１３に回動自在に嵌挿される、弁体２０より小径の胴部２６Ｂと、該胴部２６Ｂ上に突設され、前記モータの出力軸に連結される、平面視小判形の上部連結部２６Ａとから構成され、前記胴部２６Ｂ（の外周に形成された環状溝）には、シール部材としてのＯリング２７が二段介装されている。

また、本実施形態では、前記円筒状の弁体２０の底部（詳細には、前記下部ポート部材１５に対面する弁体２０の底面）に、後述する開閉弁３０に設けられた凸部３４に対接せしめられる、周方向で滑らかな傾斜面を持つ側面視略山型状の凸部２４が突設されている。本例では、この凸部２４は、中心線（回転軸線）Ｏに対して反対側に２個（言い換えれば、１８０度の角度間隔をあけて）設けられている。また、本例では、前記弁体２０の外径は、弁室１１の上側小径部分の内径と同径とされており、当該弁体２０は、前記弁室１１の上側小径部分で回転摺動するようになっている。

前記開閉弁３０は、例えば合成樹脂製とされ、図１〜図３と共に図６及び図７を参照すればよく分かるように、流入口ｐ１０より若干大径の薄肉円板状の弁体部３１と、該弁体部３１より大径であって前記弁本体１０（の下部ポート部材１５）の支柱１６に（回転が阻止された状態で）上下動可能に支持される逆立円錐台状の基体部３２とで構成されている。この開閉弁３０は、弁体部３１の下面（流入口ｐ１０に当接する面）が露出するように当該弁体部３１が基体部３２の下面側に一体に成形（例えば、二色成形（ダブルインジェクション成形））されて作製されている。弁体部３１は、H-NBR、EPDM、FKM等の弾性の高いゴム材を使用して作製されることが好ましいが、この材料のみには限定されない。また、弁体部３１と基体部３２とは、ねじ止め、かしめ等の固定手法により連結されても良い。

前記基体部３２は、弁体２０の外径と略同径とされ、その外周に、前記弁本体１０（の下部ポート部材１５）の支柱１６が摺動自在に嵌合される平面視半円形の凹部からなる嵌合部３３が設けられるとともに、当該基体部３２の上面の外周部分には、前記弁体２０の底部に設けられた凸部２４に対接せしめられる、周方向で滑らかな傾斜面を持つ側面視略山型状の凸部３４が突設されている。前記嵌合部３３は、前記支柱１６と同様、所定角度間隔をあけて複数個（図示例では、９０度の等角度間隔をあけて４個）設けられている。また、前記凸部３４は、前記凸部２４と同様、中心線（回転軸線）Ｏに対して反対側に２個（言い換えれば、１８０度の角度間隔をあけて）設けられるとともに、平面視で前記凸部２４と同一円周上に配在されている。弁本体１０（の下部ポート部材１５）の各支柱１６が開閉弁３０（の基体部３２）の各嵌合部３３に嵌挿されることで、当該開閉弁３０が弁体２０の下方で（すなわち、前記弁室１１の下側大径部分で）弁本体１０（の下部ポート部材１５）に対して上下動可能となっており、それにより、当該開閉弁３０の下面側に設けられた弁体部３１が流入口ｐ１０（の上端部分）に接離するようになっている。

また、図示例では、弁体２０の天井部２０Ａ（の上面）と弁本体１０の基体部材１２の天井部１２Ａ（の下面）との間（言い換えれば、弁体２０の天井部２０Ａの上面における弁軸２６の周り）に、流路切換時（弁体２０回転時）における弁本体１０に対する弁体２０の摺動抵抗を低減すべく、テフロン（登録商標）等から作製された滑り用の円環状のシート部材２３が介装されている。

かかる構成の流路切換弁１では、モータの駆動によって弁体２０を回転させることにより、弁体２０が弁室１１（の上側小径部分）の内周側を回転摺動して弁本体１０の流出口ｐ１、ｐ２の開閉又は切換を行うようになっている。具体的には、弁本体１０に形成された各流出口ｐ１、ｐ２が（弁体２０の各連通口２１、２２を介して）弁室１１に連通する開−開モードと、各流出口ｐ１、ｐ２が（弁体２０により）閉じられる閉−閉モードと、流出口ｐ１が（弁体２０の連通口２２を介して）弁室１１に連通し、流出口ｐ２が（弁体２０により）閉じられる開−閉モードと、流出口ｐ１が（弁体２０により）閉じられ、流出口ｐ２が（弁体２０の連通口２１を介して）弁室１１に連通する閉−開モードの、４つの開閉モードが選択的にとられるようになっている。

ここで、上記構成とされた流路切換弁１においては、開−開モード、開−閉モード、閉−開モードの３つのモードでは、弁体２０の底部に設けられた凸部２４と開閉弁３０に設けられた凸部３４とが対接しておらず（つまり、周方向で離間しており）、流入口ｐ１０（流入ポート＃１０）を流れる流体の圧力（流体圧）によって、開閉弁３０が（支柱１６に案内されながら）弁本体１０（の下部ポート部材１５の流入口ｐ１０）に対して持ち上げられる。具体的には、前記弁体２０の凸部２４の下端が開閉弁３０（の基体部３２）の上面と衝接し、前記開閉弁３０の凸部３４の上端が弁体２０の底面に衝接するまで、上昇せしめられる。そのため、弁本体１０に形成された流入口ｐ１０は、弁室１１における開閉弁３０の外側の空間（詳細には、弁室１１の下側大径部分における上側小径部分より拡幅した部分）、開閉弁３０と弁体２０との間隙（詳細には、開閉弁３０の凸部３４と弁体２０の凸部２４との間隙）、弁体２０の下端開口を介して、弁室１１に連通している（図２に示される状態）。

一方で、上記３つの開閉モードから弁体２０を回転して、閉−閉モードがとられるときには、その回転（回転角）に応じて、弁体２０の底部に設けられた凸部２４と開閉弁３０に設けられた凸部３４とが対接せしめられ、前記した流体圧に抗して、開閉弁３０が（支柱１６に案内されながら）弁本体１０（の下部ポート部材１５の流入口ｐ１０）に対して押し下げられる。そのため、開閉弁３０の下面側に露出する弁体部３１が、弁本体１０の流入口ｐ１０に押し付けられ、当該流入口ｐ１０が閉じられる（図３に示される状態）。

このように、本実施形態の流路切換弁１では、弁室１１における弁体２０の下方に、弁体２０の回転（回転角）に応じて流入口ｐ１０に対して上下動して該流入口ｐ１０を開閉する開閉弁３０が設けられているので、流路切換に要するトルクを増加させることなく、弁体２０と弁本体１０との間の流体漏れ（弁漏れ）を確実に防止して、様々な開閉モード（特に、弁室１１の側部に設けられた流出口ｐ１、ｐ２を全て閉塞するモード）を実現することができる。

また、前記開閉弁３０は、流入口ｐ１０に対して回転が阻止された状態で上下動するようにされているので、当該流入口ｐ１０を精緻に開閉でき、弁体２０と弁本体１０との間の流体漏れ（弁漏れ）をより確実に防止できる。

なお、弁体２０に形成された連通口、弁本体１０に形成された流出口の数や配置構成は、当該流路切換弁１の適用箇所等に応じて、適宜に変更できることは言うまでも無い。

１ 流路切換弁
１０ 弁本体
１１ 弁室
１２ 基体部材
１３ 嵌挿穴
１５ 下部ポート部材
１６ 支柱
２０ 弁体
２１、２２ 連通口
２３ シート部材
２４ 弁体側凸部
２６ 弁軸
３０ 開閉弁
３１ 弁体部
３２ 基体部
３３ 嵌合部
３４ 開閉弁側凸部
ｐ１、ｐ２ 流出口
ｐ１０ 流入口

Claims (5)

1. 円筒状空所からなる弁室、前記弁室の底部に開口せしめられた流入口、及び前記弁室の側部に開口せしめられた少なくとも一つの流出口を有する弁本体と、
   前記弁室内に回転自在に配在されるとともに、側部に少なくとも一つの連通口が設けられた円筒状の弁体と、
   前記弁体を回転させるための回転駆動部と、を備え、
   前記回転駆動部によって前記弁室内で前記弁体を回転させることにより、前記弁本体の前記流出口の開閉又は切換を行うようにされた流路切換弁であって、
   前記弁体の下方に、前記弁体の回転に応じて前記流入口に対して上下動して該流入口を開閉する開閉弁が設けられていることを特徴とする流路切換弁。
2. 前記開閉弁は、前記流入口に対して回転が阻止された状態で上下動するようにされていることを特徴とする請求項１に記載の流路切換弁。
3. 前記弁本体の底部に支柱が立設されるとともに、前記開閉弁に前記支柱が摺動自在に嵌合される嵌合部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の流路切換弁。
4. 前記嵌合部は、前記開閉弁の外周に設けられた凹部で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の流路切換弁。
5. 前記弁体の底部に下向きの弁体側凸部が設けられるとともに、前記開閉弁に上向きの開閉弁側凸部が設けられ、前記弁体の回転に応じて前記弁体側凸部と前記開閉弁側凸部とが接離して前記開閉弁が前記流入口に対して上下動するようにされていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の流路切換弁。

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