JP6783631B2 - 三方弁 - Google Patents

Description

本発明は、第１と第２と第３の３個のポートと、第１ポートの軸線方向に隣接し、第１ポートに常時連通する弁室とを有するバルブケーシング内に、弁室と第２ポートとを連通する第１開口部を有する第１弁座に対し移動して第１開口部の開度を可変する第１弁体と、弁室と第３ポートとを連通する第２開口部を有する第２弁座に対し移動して第２開口部の開度を可変する第２弁体とが配置された分配弁や混合弁として用いる三方弁に関する。

従来の三方弁では、一般的に、第１ポートの軸線方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する方向をＹ軸方向として、第１弁座と第２弁座を弁室のＹ軸方向一方の端部と他方の端部にＹ軸方向に直交するように設け、Ｙ軸方向に長手の操作軸をＹ軸方向に進退自在として、第１弁体と第２弁体を、弁室内で夫々第１弁座と第２弁座に対しＹ軸方向に対向するように操作軸に連結している（例えば、特許文献１参照）。この場合、操作軸のＹ軸方向一方への移動で、第１弁体が第１弁座に接近、第２弁体が第２弁座から離隔して、第１開口部の開度が減少すると共に第２開口部の開度が増加し、また、操作軸のＹ軸方向他方への移動で、第１弁体が第１弁座から離隔、第２弁体が第２弁座に接近して、第１開口部の開度が増加すると共に第２開口部の開度が減少する。

然し、このものでは、操作軸の駆動源たる電動モータの回転運動を操作軸の直線運動に変換する送りねじ機構が必要になり、コストアップを招く不具合がある。そこで、送りネジ機構を不要とした三方弁も従来知られている（例えば、特許文献２参照）。

この三方弁は、旧来の三方弁と同様に、第１弁座と第２弁座を弁室のＹ軸方向一方の端部と他方の端部にＹ軸方向に直交するように設けるが、Ｙ軸方向に長手の操作軸はその軸線回りに回転自在とし、第１と第２の各弁体を、夫々操作軸に連結されて、第１と第２の各弁座に接した状態で操作軸の軸線回りに回転する板材で構成している。そして、操作軸の正逆一方への回転に伴う第１と第２の両弁体の回転で第１開口部の開度が増加すると共に第２開口部の開度が減少し、操作軸の正逆他方への回転に伴う第１と第２の両弁体の回転で第１開口部の開度が減少すると共に第２開口部の開度が増加するようにしている。

然し、このものでは、送りねじ機構が不要になるものの、旧来の三方弁と同様に、第１ポートとＹ軸方向同一位置に存する弁室に対しＹ軸方向一方に離れた部分に第２ポートを配置すると共に、弁室に対しＹ軸方向他方に離れた部分に第３ポートを配置することが必要になる。そのため、三方弁のＹ軸方向寸法が大きくなってしまう。

特開２０１０−３８３３６号公報 特開２０１３−８３３４５号公報

本発明は、以上の点に鑑み、Ｙ軸方向寸法を短縮した小型の三方弁を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、第１と第２と第３の３個のポートと、第１ポートの軸線方向に隣接し、第１ポートに常時連通する弁室とを有するバルブケーシング内に、弁室と第２ポートとを連通する第１開口部を有する第１弁座に対し移動して第１開口部の開度を可変する第１弁体と、弁室と第３ポートとを連通する第２開口部を有する第２弁座に対し移動して第２開口部の開度を可変する第２弁体とが配置された三方弁であって、第１ポートの軸線方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する方向をＹ軸方向として、第１弁体と第２弁体は、Ｙ軸方向に長手の共通の操作軸の正逆一方への回転に伴う第１と第２の両弁体の移動で第１開口部の開度が増加すると共に第２開口部の開度が減少し、操作軸の正逆他方への回転に伴う第１と第２の両弁体の移動で第１開口部の開度が減少すると共に第２開口部の開度が増加するように構成されるものにおいて、第２弁座は、弁室のＹ軸方向と同等方向に沿う周面の一部分に設けられた、Ｙ軸方向と同等方向に直交する断面形状が円弧状の湾曲面を持つ弁座で構成され、第２弁体は、Ｙ軸方向と同等方向に直交する断面形状が円弧状の湾曲面を持ち、この湾曲面が第２弁座にＹ軸方向と同等方向に直交する方向から接した状態で操作軸の軸線回りに旋回するように操作軸に連結された弁体で構成されることを特徴とする。

本発明によれば、第２弁座が弁室のＹ軸方向と同等方向に沿う周面部分に設けられるため、第２弁座に形成する第２開口部を介して弁室に連通する第３ポートをその少なくとも一部が弁室に対しＹ軸方向にオーバーラップするように配置することが可能になる。そのため、弁室に対しＹ軸方向一方と他方に離れた部分に夫々第２ポートと第３ポートを配置せざるを得ない従来例の三方弁に比し、Ｙ軸方向寸法を短縮して、三方弁の小型化を図ることができる。

特に、第３ポートを、第１ポートとＹ軸方向同等位置に、当該第３ポートの軸線がＹ軸方向と同等方向に直交するように設ければ、三方弁のＹ軸方向寸法を可及的に短縮でき、有利である。

また、本発明において、弁室の周面の第１ポートに対する連通口とＸ軸方向反対側に位置する部分に第２弁座が設けられる場合には、弁室の操作軸の軸線に合致する中心位置から第２弁座の湾曲面までの距離を当該中心位置から連通口までの距離よりも短くすることが望ましい。これによれば、第２弁体が閉じ位置から１８０°旋回しても、連通口と第２弁体との間に隙間が確保されて、第１ポートから弁室に流体が流入する。そのため、分配比（三方弁を分配弁として用いる場合）や混合比（三方弁を混合弁として用いる場合）が操作軸の１８０°の回転範囲で徐々に可変するように設計でき、分配比調節や混合比調節の分解能が向上する。

本発明の第１実施形態の三方弁の切断側面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図。 図１の矢印ＩＶ方向から見た第２弁体の閉じ位置での第２弁座に対する第２弁体の位置関係を示す図。 第１実施形態の三方弁の要部の分解斜視図。 本発明の第２実施形態の三方弁の切断側面図。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した断面図。 第２実施形態の三方弁の要部の分解斜視図。

図１を参照して、本発明の実施形態の三方弁Ａは、熱交換器ａを有する給湯器において、給水路ｂからの水を熱交換器ａに並列のバイパス水路ｃと熱交換器ａに連なる熱交水路ｄとに分配する分配弁として用いられるものである。この三方弁Ａは、給水路ｂを接続する第１ポート１１と、バイパス水路ｃを接続する第２ポート１２と、熱交水路ｄを接続する第３ポート１３と、第１ポート１１の軸線方向に隣接し、第１ポート１１に常時連通する弁室１４とを有するバルブケーシング１を備えている。

バルブケーシング１内には、弁室１４と第２ポート１２とを連通する第１開口部１５ａを有する第１弁座１５に対し移動して第１開口部１５ａの開度を可変する第１弁体２と、弁室１４と第３ポート１３とを連通する第２開口部１６ａを有する第２弁座１６に対し移動して第２開口部１６ａの開度を可変する第２弁体３と、第１と第２の両弁体２，３を移動させる共通の操作軸４とが配置されている。

以下、第１ポート１１の軸線方向（図１の上下方向）をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する方向（図１の左右方向）をＹ軸方向として、第１と第２の各弁座１５，１６と、第１と第２の各弁体２，３と、操作軸４とについて図２乃至図５も参照して詳述する。

操作軸４は、Ｙ軸方向に長手である。また、バルブケーシング１のＹ軸方向一方（図１で右方）の端部外面にはステッピングモータから成る電動モータ５が配置されている。そして、操作軸４のＹ軸方向一方の端部をバルブケーシング１のＹ軸方向一方の端部に形成した貫通孔１７を通して電動モータ５に連結している。尚、貫通孔１７に挿通される操作軸４の部分には、貫通孔１７からの水漏れを防止するシール部材たるＯリング４１が装着されている。また、バルブケーシング１は、弁室１４のＹ軸方向他方（図１で左方）の端部に装着される栓体１８を備えており、この栓体１８に形成した支持孔１９に操作軸４のＹ軸方向他方の端部が挿入支持されている。

第１弁座１５は、弁室１４のＹ軸方向一方の端部にＹ軸方向に直交するように設けられている。弁室１４から第１ポート１１に向かう方向をＸ軸方向一方として、第１弁座１５のＸ軸方向一方の半部には、操作軸４が挿通される中央部の孔１５ｂより外側に位置させて、図２、図５に示す如く、半周に亘る円弧状の第１開口部１５ａが形成されている。尚、本実施形態では、第１弁座１５を、バルブケーシング１の本体とは別体の部材で構成しているが、バルブケーシング１の本体に第１弁座１５を一体成形することも可能である。

第１弁体２は、第１弁座１５のＹ軸方向他方の面に接した状態で操作軸４の軸線回りに回転するように操作軸４に連結された扇形の板材で構成されている。そして、第１開口部１５ａを全開状態とする開き位置と、全開位置から１８０°回転した、第１開口部１５ａを全閉状態とする閉じ位置との間で第１弁体２が操作軸４と一体に正逆一方と他方に回転するようにしている。尚、本実施形態では、第１弁体２を操作軸４に一体成形しているが、操作軸４にこれとは別体の第１弁体を連結してもよい。

図３乃至図５も参照して、第２弁座１６は、弁室１４のＹ軸方向と同等方向に沿う周面の一部分、より具体的には、弁室１４の周面の第１ポート１１に対する連通口１１ａとＸ軸方向反対側に位置する部分（連通口１１ａから周方向に１８０°離れた部分）に設けられた、Ｙ軸方向と同等方向に直交する断面形状が円弧状の湾曲面を持つ弁座で構成されている。第２弁座１６には、第１ポート１１とＹ軸方向同等位置に第２開口部１６ａが開設されている。そして、第３ポート１３を、第１ポート１１とＹ軸方向同等位置に、第３ポート１３の軸線がＹ軸方向と同等方向に直交するように設けている。ここで、上記「Ｙ軸方向と同等方向」には、Ｙ軸方向に完全に合致する方向だけでなく、Ｙ軸方向に対し若干傾斜した方向も含まれる。尚、本実施形態では、第２弁座１６を栓体１８に一体成形しているが、バルブケーシング１の本体に第２弁座１６を一体成形することも可能である。また、栓体１８には、第２弁座１６のＹ軸方向一方の端部に位置させて、第１弁座１５に第１弁体２を挟んで対峙する端板部１８ａが設けられており、この端板部１８ａに、第２弁体３及び操作軸４を挿通可能な孔１８ｂを形成している。

第２弁体３は、Ｙ軸方向に直交する断面形状が円弧状の湾曲面を持ち、この湾曲面が第２弁座１６に接した状態で操作軸４の軸線回りに旋回するように操作軸４に連結された弁体で構成される。そして、第１弁体２の開き位置では、第２弁体３が第２開口部１６ａの開度を最小とする閉じ位置に存し、第１弁体２の閉じ位置では、第２弁体３が第２開口部１６ａを全開状態とする開き位置に存するようにしている。従って、第１弁体２が閉じ位置、第２弁体３が開き位置に存する状態（図２、図３に示す状態）から操作軸４を正転方向（図２、図３で反時計方向）に回転させると、第１開口部１５ａの開度が増加すると共に第２開口部１６ａの開度が減少して、バイパス水路ｃへの分配比が増加し、第１弁体２が開き位置、第２弁体３が閉じ位置に存する状態から操作軸４を逆転方向（図２、図３で時計方向）に回転させると、第１開口部１５ａの開度が減少すると共に第２開口部１６ａの開度が増加して、バイパス水路ｃへの分配比が減少する。

尚、本実施形態では、第２弁体３の閉じ位置で第２開口部１６ａが完全に閉塞されないようにしているが、これは熱交水路ｄに僅かでも通水して、バイパス水路ｃへの分配比の急激な上昇を抑えるためである。第２弁体３の閉じ位置で第２開口部１６ａを全閉状態にすることも勿論可能である。また、本実施形態では、第２弁体３を操作軸４に一体成形しているが、操作軸４にこれとは別体の第２弁体を連結してもよい。

ここで、弁室１４の操作軸４の軸線に合致する中心位置から第２弁座１６の湾曲面までの距離Ｌ１は、当該中心位置から連通口１１ａまでの距離Ｌ２よりも短い。そのため、第２弁体３が閉じ位置から開き位置に１８０°旋回しても、連通口１１ａと第２弁体３との間に隙間が確保されて、第１ポート１１から弁室１４に流体が流入する。従って、操作軸４の１８０°の回転範囲でバイパス水路ｃへの分配比が徐々に可変するように設計でき、分配比調節の分解能が向上する。また、本実施形態では、第１開口部１５ａの逆転方向側の半部を先細り形状に形成すると共に、第２弁体３及び第２開口部１６ａのＹ軸方向他方の側縁を正転方向に向けてＹ軸方向一方に傾斜させて、分配比調節の分解能を一層向上できるようにしている。

尚、本実施形態では、第２弁座１６を連通口１１ａから周方向に１８０°離れた弁室１４の周面部分に設けているが、連通口１１ａから周方向に１８０°以外の角度、例えば９０°離れた弁室１４の周面部分に第２弁座１６を設けることも可能である。この場合は、弁室１４の中心位置から第２弁座１６の湾曲面までの距離を当該中心位置から連通口１１ａまでの距離より短くしなくてもよい。

上記の如く第２弁座１６を弁室１４のＹ軸方向と同等方向に沿う周面部分に設ければ、第２弁座１６に形成する第２開口部１６ａを介して弁室１４に連通する第３ポート１３をその少なくとも一部が弁室１４に対しＹ軸方向にオーバーラップするように配置することが可能になる。そのため、弁室１４に対しＹ軸方向他方に離れた部分に第３ポート１３を配置せざるを得ない従来例の三方弁に比し、Ｙ軸方向寸法を短縮して、三方弁の小型化を図ることができる。特に、本実施形態の如く、第３ポート１３を、第１ポート１１とＹ軸方向同等位置に、第３ポート１３の軸線がＹ軸方向と同等方向に直交するように設ければ、三方弁のＹ軸方向寸法を可及的に短縮できる。

次に、図６乃至図８に示す第２実施形態について説明する。第２実施形態の上記第１実施形態との相違点は、第１弁座１５と第１弁体２の構造である。即ち、第２実施形態では、弁室１４に、Ｙ軸方向一方にのびる延長室１４ａを設けている。そして、延長室１４ａのＹ軸方向と同等方向に沿う周面の一部分に設けられた、Ｙ軸方向と同等方向に直交する断面形状が円弧状の湾曲面を持つ弁座で第１弁座１５を構成している。また、第１弁体２は、Ｙ軸方向と同等方向に直交する断面形状が円弧状の湾曲面を持ち、この湾曲面が第１弁座１５に接した状態で操作軸４の軸線回りに旋回するように操作軸４に連結された弁体で構成されている。そして、第１実施形態と同様の構造の第２弁体３の開き位置では、第１弁体２が第１開口部１５ａを全閉状態とする閉じ位置に存し、第２弁体３の閉じ位置では、第１弁体２が第１開口部１５ａを全開状態にする開き位置に存するようにしている。

第２実施形態のものでも、第２と第３の各ポート１２，１３の第１ポート１１に対するＹ軸方向の位置関係は第１実施形態のものと同様になり、三方弁のＹ軸方向寸法を短縮できる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態の第３ポート１３にバイパス水路ｃを接続すると共に、上記実施形態の第２ポート１２に熱交水路ｄを接続することも可能である。また、上記実施形態の三方弁Ａは分配弁として用いられるものであるが、第２ポート１２と第３ポート１３から２種類の流体を流入させ、第１ポート１１から混合流体を流出させる混合弁として用いる三方弁にも同様に本発明を適用できる。

１…バルブケーシング、１１…第１ポート、１２…第２ポート、１３…第３ポート、１４…弁室、１５…第１弁座、１５ａ…第１開口部、１６…第２弁座、１６ａ…第２開口部、２…第１弁体、３…第２弁体、４…操作軸。

Claims (3)

1. 第１と第２と第３の３個のポートと、第１ポートの軸線方向に隣接し、第１ポートに常時連通する弁室とを有するバルブケーシング内に、弁室と第２ポートとを連通する第１開口部を有する第１弁座に対し移動して第１開口部の開度を可変する第１弁体と、弁室と第３ポートとを連通する第２開口部を有する第２弁座に対し移動して第２開口部の開度を可変する第２弁体とが配置された三方弁であって、
   第１ポートの軸線方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する方向をＹ軸方向として、第１弁体と第２弁体は、Ｙ軸方向に長手の共通の操作軸の正逆一方への回転に伴う第１と第２の両弁体の移動で第１開口部の開度が増加すると共に第２開口部の開度が減少し、操作軸の正逆他方への回転に伴う第１と第２の両弁体の移動で第１開口部の開度が減少すると共に第２開口部の開度が増加するように構成されるものにおいて、
   第２弁座は、弁室のＹ軸方向と同等方向に沿う周面の一部分に設けられた、Ｙ軸方向と同等方向に直交する断面形状が円弧状の湾曲面を持つ弁座で構成され、第２弁体は、Ｙ軸方向と同等方向に直交する断面形状が円弧状の湾曲面を持ち、この湾曲面が第２弁座にＹ軸方向と同等方向に直交する方向から接した状態で操作軸の軸線回りに旋回するように操作軸に連結された弁体で構成されることを特徴とする三方弁。
2. 前記第３ポートは、前記第１ポートとＹ軸方向同等位置に、当該第３ポートの軸線がＹ軸方向と同等方向に直交するように設けられることを特徴とする請求項１記載の三方弁。
3. 請求項１又は２記載の三方弁であって、前記弁室の周面の前記第１ポートに対する連通口とＸ軸方向反対側に位置する部分に前記第２弁座が設けられるものにおいて、弁室の前記操作軸の軸線に合致する中心位置から第２弁座の湾曲面までの距離は、当該中心位置から前記連通口までの距離よりも短いことを特徴とする三方弁。

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