JP6700870B2 - 流路切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、流路切換弁に係り、例えばボール状の弁体（ボール弁体）を弁室内で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。

この種の従来の流路切換弁として、流入路と流出路とを有するボール弁体（ボール状の弁体）と、該ボール弁体が回転可能に収容される弁室と、該弁室に連通する入口流路及び複数の出口流路を有する弁ケース（弁本体）とを備え、前記流入路が常時前記入口流路に連通し、前記ボール弁体の回転動作によって、前記流出路が前記複数の出口流路のいずれかに択一的に連通するものが知られている。

より詳しくは、前記従来の流路切換弁（三方切換弁）は、下部に１つの入口流路と側部に２つの出口流路とを有する弁ケースと、弁ケースの上部に配置されたモータと、弁ケースの弁室内に配置されたボール弁体とを備え、このボール弁体には、その中心部付近で合流する断面円形の流入路と流出路とが穿設され、流入路は、常時入口流路に連通し、流出路は、２つの出口流路のいずれか一方と択一的に連通するように配置され、そのボール弁体をモータにより弁軸を介して回転駆動することにより、２つの出口流路に択一的に流体の流れを切り換えるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、前記した如くの従来の流路切換弁では、ボール弁体に設けられた流路（流入路、流出路）の関係上、弁ケースの側部（左右）に設けられた２つの出口流路を同時に開くことはできない。

このような問題に対し、特許文献２には、弁ケースの側部に設けられた２つの出口流路を９０度間隔で設けることで、２つの出口流路を同時に開くモードを含めた４モード（つまり、２つの出口流路を同時に開くモード、２つの出口流路を同時に閉じるモード、２つの出口流路の一方を開き、他方を閉じるモード）を実現した流路切換弁が提案されている。

特開２０１０−２２３４１８号公報 特開２０１５−０３４５６０号公報

しかしながら、上記特許文献２に所載の流路切換弁では、弁体（特許文献２では、円筒状弁体）を周方向で均一にシールするためのリブを、弁ケース（弁本体）側に９０度毎に合計４個用意する必要があり、弁体の駆動トルク（回転トルク）が大きくなり、大型化、コストアップ等を招く可能性があった。また、上記４モードを実現するためには、弁体を２７０度程度回転させる必要があり、摺動部の摩耗やモータの負荷が増加して耐久性が低下するおそれもあった。また、弁ケースに４個のリブを一体成形する場合、金型構造上で弁ケース側に４個のリブを形成することが不可能であるため、弁ケースを複数の構成部品に分割する必要があり、部品点数の増加や組立工数の増加を招くといった問題もあった。

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、大型化、コストアップを招くことなく、かつ、耐久性に優れた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、弁室、該弁室の底部に開口せしめられた流入口、及び、該弁室の側部に開口せしめられた複数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た弁体とを備え、前記弁体を回転させることにより、前記流入口及び前記複数の流出口の連通状態を選択的に切り換えるようにされた流路切換弁であって、前記複数の流出口は、前記弁体の回転軸線に対して反対側に設けられた２つの流出口を含むとともに、前記弁体には、該弁体を前記弁体の回転軸線に対して垂直方向に貫通する貫通路と、該貫通路から傾斜する方向に分岐して該弁体の外周まで延びる傾斜路と、前記貫通路と前記傾斜路との交差部と前記流入口とに常時連通する下通路とが設けられており、前記連通状態を切り換える際の摺動抵抗を低減すべく、前記弁体の外周に、等角度間隔で６箇所に薄肉部が設けられ、前記薄肉部の３箇所に、前記貫通路の両端開口と前記傾斜路の外周側開口が形成されており、前記両端開口と前記外周側開口とに設けられた前記薄肉部の四方に、平面状に面取りされた面取り面を有し、前記弁体は、弾性体で構成され、前記弁室内に圧縮された状態で配在されるとともに、前記面取り面が前記弁本体の前記流出口に圧縮された状態で当接していることを特徴としている。

また、好ましくは、前記弁体の１８０度の回転で、前記２つの流出口を同時に開くモード、前記２つの流出口を同時に閉じるモード、及び前記２つの流出口の一方を開き、他方を閉じるモードの合計で４つのモードの切換ができるように、前記貫通路、前記傾斜路、及び前記下通路が配置される。

本発明によれば、２つの流出口が、弁体の回転軸線に対して反対側に設けられるとともに、弁体（の内部）に、該弁体を弁体の回転軸線に対して垂直方向に貫通する貫通路と、該貫通路から傾斜する方向に分岐して該弁体の外周まで延びる傾斜路と、前記貫通路と前記傾斜路との交差部と流入口とに常時連通する下通路とが設けられているため、例えば従来の流路切換弁と比べて、弁本体側に用意するリブの数を抑えることができ、弁体の駆動トルク（つまり、流路切換に要するトルク）を可及的に低減することができる。

また、弁体の外周に薄肉部が設けられているので、これによっても、弁体の駆動トルク（つまり、流路切換に要するトルク）をより効果的に低減することができる。

さらに、弁体を１８０度程度回転させるだけで上記４モードを実現できるので、弁体の回転量も抑えることができ、モータ（弁体を回転駆動するための回転駆動部）の負荷や摺動部の摩耗を軽減して耐久性を高めることができる。

本発明に係る流路切換弁の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）は縦断面斜視図。 図１（Ｂ）の弁体を示す図であり、（Ａ）は斜め上方から視た斜視図、（Ｂ）は斜め下方から視た斜視図。 図１に示される流路切換弁の第１連通状態（回転角度：０度）を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＵ−Ｕ矢視線に従う断面図。 図１に示される流路切換弁の第２連通状態（回転角度：６０度）を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＵ−Ｕ矢視線に従う断面図。 図１に示される流路切換弁の第３連通状態（回転角度：１２０度）を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＵ−Ｕ矢視線に従う断面図。 図１に示される流路切換弁の第４連通状態（回転角度：１８０度）を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＵ−Ｕ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を示す図であり、図１（Ａ）は外観斜視図、図１（Ｂ）は縦断面斜視図である。また、図２は、図１（Ｂ）の弁体を示す図であり、図２（Ａ）は斜め上方から視た斜視図、図２（Ｂ）は斜め下方から視た斜視図である。

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を有する樹脂製、金属製等の弁本体１０と、弁室１１内に回転自在に配在されたボール状の弁体（ボール弁体ともいう）２０と、弁体２０を回転軸線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、を備えている。なお、弁体２０の回転軸線（上下方向に延びる軸線）は、後述する流入口ｐ１や弁軸２６の中心線と同軸とされている。

前記弁本体１０は、横倒し短円筒状の基体部材１２とホルダ部材１５とで構成されており、前記基体部材１２は、内部に弁室１１が形成されるとともに、その底部及び左部にそれぞれ、前記弁室１１に開口する、縦向きの流入口ｐ１及び横向きの左側流出口ｐ２が設けられている。また、前記基体部材１２の天井部には、弁体２０に連結される弁軸２６が挿通される嵌挿穴１３が設けられている。基体部材１２の右端開口には、前記弁室１１に開口する横向きの右側流出口ｐ３が（基体部材１２の左側流出口ｐ２と対向するように）設けられた短円筒状のホルダ部材１５が、超音波溶着、圧入、かしめ等により固定されている。

すなわち、弁本体１０には、弁室１１の底部に開口せしめられた流入口ｐ１が設けられるとともに、弁室１１の側部に開口せしめられた左側流出口ｐ２と右側流出口ｐ３が弁体２０の回転軸線に対して反対側の位置に（１８０度の角度間隔をあけて）設けられている。

前記弁体２０は、例えばゴムや合成樹脂等からなる弾性体で構成されており、前記弁本体１０に設けられた流入口ｐ１、左側流出口ｐ２、及び右側流出口ｐ３を選択的に連通させるべく、言い換えれば、流入口ｐ１、左側流出口ｐ２、及び右側流出口ｐ３の連通状態を選択的に切り換えるべく、その内部に、貫通路２１、傾斜路２２、及び下通路２３からなる流路が形成されている。

図１（Ｂ）とともに図２〜図６を参照すればよく分かるように、貫通路２１は、弁体２０内をその一側部から他側部（弁体２０の回転軸線に対して一側部とは反対側）まで水平方向（弁体２０の回転軸線に対して垂直方向）に直線状に貫通するように形成されている。

また、傾斜路２２は、前記貫通路２１の中央（すなわち、回転軸線上）から約６０度傾斜する方向に分岐して弁体２０の外周まで水平方向に延びるように形成されている。

また、下通路２３は、貫通路２１と傾斜路２２との交差部から下方に向けて（すなわち、回転軸線に沿って）延びるように形成されており、その下端開口は、弁室１１の底部に開口せしめられた流入口ｐ１と常時連通するようにされている。

なお、ここでは、貫通路２１、傾斜路２２、及び下通路２３の断面形状は、略円形とされている。

弁体２０の上部突設部には、図２（Ａ）に示される如くに、平面視矩形状の嵌合溝２５が設けられ、この嵌合溝２５に、モータ（の出力軸）に連結される弁軸２６の先端部（に形成された平面視矩形状の係合部）が嵌合されることにより、モータの回転力が弁軸２６を介して弁体２０に伝達されて、当該弁体２０が回転せしめられる。なお、ここでは、弁軸２６に、シール部材としてのＯリング２６Ａが二段介装されている。

また、本実施形態では、流路を切り換える際（弁体２０を回転させる際）の摺動抵抗を低減すべく、前記弁体２０の外周における等角度間隔で６箇所の部分（そのうちの３箇所は、前記貫通路２１の両端開口と、前記傾斜路２２の外周側開口に対応する部分）が、平面状に面取りされて薄肉とされている（薄肉部２４）。

そして、前記弁体２０は、前記弁本体１０内に若干圧縮された状態で回転摺動自在に配在されている。

かかる構成の流路切換弁１では、モータによって弁体２０が弁室１１内で回転されると、弁体２０内に設けられた貫通路２１、傾斜路２２、及び下通路２３によって、弁本体１０に設けられた流入口ｐ１、左側流出口ｐ２、及び右側流出口ｐ３の連通状態が選択的に切り換えられる。詳細には、弁体２０の約１８０度の回転で、２つの流出口（左側流出口ｐ２、右側流出口ｐ３）を同時に開くモード、２つの流出口を同時に閉じるモード、及び２つの流出口の一方を開き、他方を閉じるモードの合計で４つのモードの切換ができるようになっている。

より具体的には、図３に示される回転位置（弁体２０の回転角度が０度の位置）では、弁体２０の内部に設けられた下通路２３（の下端開口）が流入口ｐ１と連通するとともに、傾斜路２２（の外周側開口）が左側流出口ｐ２と連通し、貫通路２１（の両端開口）は右側流出口ｐ３等とは連通しない。すなわち、この回転位置では、流入口ｐ１と左側流出口ｐ２とが、下通路２３と傾斜路２２とからなる逆Ｌ字状の流路を介して連通せしめられる。そのため、流入口ｐ１から上向きに流入した流体は、下通路２３から傾斜路２２内を通って（その流れ方向が左向きに変えられて）左側流出口ｐ２から流出する（第１連通（開−閉）状態）。

図３に示される回転位置（第１連通状態）から、モータによって弁体２０を６０度（下から視て時計回りに６０度）回転させると、図４に示される如くに、下通路２３（の下端開口）が流入口ｐ１と連通するとともに、貫通路２１（の両端開口）がそれぞれ左側流出口ｐ２及び右側流出口ｐ３と連通し、傾斜路２２（の外周側開口）はいずれの流出口とも連通しない。すなわち、この回転位置では、流入口ｐ１と左側流出口ｐ２と右側流出口ｐ３とが、下通路２３と貫通路２１とからなるＴ字状の流路を介して連通せしめられる。そのため、流入口ｐ１から上向きに流入した流体は、下通路２３から貫通路２１内を通って（その流れ方向が左向き及び右向きに変えられて）左側流出口ｐ２及び右側流出口ｐ３から流出する（第２連通（開−開）状態）。

図４に示される回転位置（第２連通状態）から、モータによって弁体２０をさらに６０度（下から視て時計回りにさらに６０度）、つまり、図３に示される回転位置（第１連通状態）から１２０度回転させると、図５に示される如くに、下通路２３（の下端開口）が流入口ｐ１と連通しているが、貫通路２１（の両端開口）及び傾斜路２２（の外周側開口）は左側流出口ｐ２及び右側流出口ｐ３とは連通しなくなる。そのため、流入口ｐ１から上向きに流入した流体は、左側流出口ｐ２及び右側流出口ｐ３からは流出しなくなる（第３連通（閉−閉）状態）。

図５に示される回転位置（第３連通状態）から、モータによって弁体２０をさらに６０度（下から視て時計回りにさらに６０度）、つまり、図３に示される回転位置（第１連通状態）から１８０度回転させると、図６に示される如くに、下通路２３（の下端開口）が流入口ｐ１と連通するとともに、傾斜路２２（の外周側開口）が右側流出口ｐ３と連通し、貫通路２１（の両端開口）は左側流出口ｐ２等とは連通しない。すなわち、この回転位置では、流入口ｐ１と右側流出口ｐ３とが、下通路２３と傾斜路２２とからなる逆Ｌ字状の流路を介して連通せしめられる。そのため、流入口ｐ１から上向きに流入した流体は、下通路２３から傾斜路２２内を通って（その流れ方向が右向きに変えられて）右側流出口ｐ３から流出する（第４連通（閉−開）状態）。

このように、本実施形態の流路切換弁１では、２つの流出口（左側流出口ｐ２及び右側流出口ｐ３）が、弁体２０の回転軸線に対して反対側に設けられるとともに、弁体２０（の内部）に、該弁体２０を水平方向（弁体２０の回転軸線に対して垂直方向）に貫通する貫通路２１と、該貫通路２１から傾斜する方向に分岐して該弁体２０の外周まで延びる傾斜路２２と、前記貫通路２１と前記傾斜路２２との交差部と流入口ｐ１とに常時連通する下通路２３とが設けられているため、例えば従来の流路切換弁と比べて、弁本体１０側に用意するリブの数を抑えることができ、弁体２０の駆動トルク（つまり、流路切換に要するトルク）を可及的に低減することができる。

また、前述のように貫通路２１、傾斜路２２、及び下通路２３が弁体２０内でレイアウト（配置）されているので、弁体２０を１８０度程度回転させるだけで上記４モードを実現でき、この結果、弁体２０の回転量も抑えることができ、モータ（回転駆動部）の負荷を軽減して耐久性を高めることができる。

また、弁体２０の外周に平面状に面取りされて薄肉とされた薄肉部２４が設けられているので、これによっても、弁体２０の駆動トルク（つまり、流路切換に要するトルク）をより効果的に低減することができる。

なお、上記実施形態では、弁室１１の底部に流入口ｐ１が開口せしめられ、弁室１１の側部（左部、右部）に左側流出口ｐ２及び右側流出口ｐ３が開口せしめられているが、２つの流出口が弁体２０の回転軸線に対して反対側に設けられていれば、例えば、弁室１１の側部に開口せしめられる流出口の数等を変更（追加）してもよいことは言うまでも無い。

また、上記実施形態では、弁体２０が、弾性体で構成され、弁本体１０の弁室１１内に圧縮された状態で配在されているが、流路切換時（弁体２０回転時）の摺動抵抗を軽減すべく、弁体２０と弁本体１０との間に、テフロン（登録商標）等で作製されるシート部材等を介装してもよいことは勿論である。

１ 流路切換弁
１０ 弁本体
１１ 弁室
１２ 基体部材
１３ 嵌挿穴
１５ ホルダ部材
２０ 弁体
２１ 貫通路
２２ 傾斜路
２３ 下通路
２４ 薄肉部
２５ 嵌合溝
２６ 弁軸
２６Ａ Ｏリング
ｐ１ 流入口
ｐ２ 左側流出口
ｐ３ 右側流出口

Claims (2)

1. 弁室、該弁室の底部に開口せしめられた流入口、及び、該弁室の側部に開口せしめられた複数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た弁体とを備え、前記弁体を回転させることにより、前記流入口及び前記複数の流出口の連通状態を選択的に切り換えるようにされた流路切換弁であって、
   前記複数の流出口は、前記弁体の回転軸線に対して反対側に設けられた２つの流出口を含むとともに、
   前記弁体には、該弁体を前記弁体の回転軸線に対して垂直方向に貫通する貫通路と、該貫通路から傾斜する方向に分岐して該弁体の外周まで延びる傾斜路と、前記貫通路と前記傾斜路との交差部と前記流入口とに常時連通する下通路とが設けられており、
   前記連通状態を切り換える際の摺動抵抗を低減すべく、前記弁体の外周に、等角度間隔で６箇所に薄肉部が設けられ、
   前記薄肉部の３箇所に、前記貫通路の両端開口と前記傾斜路の外周側開口が形成されており、
   前記両端開口と前記外周側開口とに設けられた前記薄肉部の四方に、平面状に面取りされた面取り面を有し、
   前記弁体は、弾性体で構成され、前記弁室内に圧縮された状態で配在されるとともに、前記面取り面が前記弁本体の前記流出口に圧縮された状態で当接していることを特徴とする流路切換弁。
2. 前記弁体の１８０度の回転で、前記２つの流出口を同時に開くモード、前記２つの流出口を同時に閉じるモード、及び前記２つの流出口の一方を開き、他方を閉じるモードの合計で４つのモードの切換ができるように、前記貫通路、前記傾斜路、及び前記下通路が配置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。

Images