JP6928356B2 - 流路切換弁およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、流路切換弁およびその製造方法に関する。

従来の流路切換弁の一例が特許文献１に開示されている。この流路切換弁は、弁本体としての弁ケースにボール弁体が回転可能に収容されている。弁ケースには、弁軸を介してボール弁体を回転駆動するギヤードモーターが取り付けられている。また、弁ケースには、弁室に通じる１つの入口流路と２つの出口流路とが設けられている。この流路切換弁は、ボール弁体の回転位置に応じて、入口流路を２つある出口流路のいずれかに択一的に接続する。

特開２０１０−２２３４１８号公報

このような流路切換弁は、ギヤードモーター、弁軸および弁体を共通化し、入口流路および出口流路の配置などの弁ケースの構成を変更することで、コストを抑えつつ様々な装置に対応させることが可能となる。しかしながら、ギヤードモーターを取り付けるためのねじ止め構造やスナップフィット構造などの取り付け構造を弁ケースに設ける必要があるので、弁ケースの構成の自由度が制限されてしまうことがある。

そこで、本発明は、弁本体の構成の自由度を効果的に高めることができる流路切換弁、および、流路切換弁の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る流路切換弁は、弁室および当該弁室に通じる複数の流路が設けられた樹脂製の弁本体と、前記弁室内に回転可能に収容され、回転位置に応じて前記流路の接続を切り換える弁体と、前記弁体を回転させる駆動機構を有する駆動部と、前記弁体と前記駆動機構とを接続する弁軸と、を有する流路切換弁であって、前記駆動部が、前記駆動機構を収容する樹脂製の駆動部ケースを有し、前記駆動部ケースが、前記弁本体に接合されていることを特徴とする。

本発明によれば、弁体を回転させる駆動機構を収容する樹脂製の駆動部ケースが、弁本体に接合されている。このようにしたことから、弁本体における駆動部ケースとの接合箇所のみ共通化すればよいので、設計上制約を受ける箇所を極小化して、弁本体の構成の自由度を効果的に高めることができる。

本発明において、前記駆動部ケースが、前記弁本体に超音波溶着または赤外線溶着されている。このようにすることで、例えば、接着剤による接合に比べて、接着剤の塗布量や塗布ムラを考慮する必要がなく、駆動部ケースおよび弁本体を容易に接合することができる。また、駆動部ケースおよび弁本体の内部を溶着することができるので、溶着箇所が露出することを防ぐことができる。

本発明において、前記弁体が、前記弁軸が挿入される弁軸挿入孔を有し、前記弁軸挿入孔が、前記弁軸の回転に伴って前記弁体が回転するように形成されている。このようにすることで、弁体と弁軸とが分離可能となり、組立時において、弁軸挿入孔に弁軸を挿入して弁体と弁軸とを結合するタイミングを選択することができる。例えば、弁本体に収容された弁体に弁軸を挿入したのち、弁本体と駆動部ケースとを組み合わせて溶着することができる。または、弁本体に弁体を収容し、駆動部ケースに弁軸を支持させて、弁軸挿入孔に弁軸を挿入しつつ弁本体と駆動部ケースとを組み合わせて溶着することができる。これにより、溶着の影響をより受けにくい組立手順を選択することができる。

本発明において、前記駆動部ケースが、前記弁軸が挿入される軸受部を一体に有し、前記弁軸が、前記軸受部との隙間を封止する環状の封止部材を有し、前記弁体が、前記弁軸挿入孔が前記軸受部と間隔をあけて対向するように配置され、前記弁軸が、前記弁軸挿入孔への挿入を進めた場合に前記弁体に突き当たる弁体側ストッパ面を有する。このようにすることで、組立時に弁軸を弁軸挿入孔に必要以上に深く挿入してしまうことを防ぐことができる。

本発明において、前記軸受部における前記封止部材の封止箇所から弁体側の端面までの距離が、前記弁体側ストッパ面から前記弁体までの距離より短くなるように構成されていることが好ましい。超音波溶着を採用した場合、駆動部ケースに超音波を当てたときに軸受部に封止部材が接していると、封止部材が溶けて軸受部に付着したり、封止部材が傷ついたりしてしまうことがある。そして、本発明では、上記構成を有することにより、駆動部ケースに超音波を当てる際に、弁軸の弁体側ストッパ面を弁体に突き当てることで封止部材を軸受部の外に配置することができる。そのため、封止部材が軸受部に付着したり傷ついたりしてしまうことを防ぐことができる。赤外線溶着を採用した場合も、封止部材を軸受部の外に配置することで、溶着中に弁軸および封止部材が軸受部から脱落してしまうことを防ぐことができる。

本発明において、前記弁軸が、前記弁体側ストッパ面と反対側を向き、前記軸受部への挿入を進めた場合に前記軸受部の弁体側の端面に突き当たる軸受部側ストッパ面を有していることが好ましい。このようにすることで、弁室内と大気との圧力差により弁軸に対して弁体側から軸受部側に向かう力が生じた場合に、軸受部側ストッパ面が軸受部の弁体側の端面に突き当たる。そのため、弁軸の脱落を防ぐことができる。

本発明において、前記弁軸が、前記弁軸挿入孔に挿入される挿入部分が多角形柱状に形成され、前記弁軸挿入孔が、前記挿入部分の横断面形状と同一の形状に形成されていることが好ましい。このようにすることで、弁軸の挿入部分と弁体の弁軸挿入孔とが嵌まり合い、弁軸の回転を確実に弁体に伝えることができる。

本発明において、前記弁本体が、周壁部を有し、前記駆動部ケースが、前記周壁部の内側に溶着方向に挿入される環状壁部を有し、前記駆動部ケースが前記弁本体に溶着されるときに、前記周壁部の内周面と前記環状壁部の外周面とが接するように構成されていることが好ましい。このようにすることで、溶着時に駆動部ケースは弁本体に近づく方向（溶着方向）に移動して互いの溶着箇所が接合されるところ、周壁部の内周面と環状壁部の外周面とが接することで、駆動部ケースが弁本体に対して溶着方向と直交する方向に移動することが規制される。そのため、駆動部ケースと弁本体とが位置がずれた状態で溶着されてしまうことを抑制できる。

本発明において、前記駆動部ケースが前記弁本体に溶着される前の状態において、前記周壁部の内周面と前記環状壁部の外周面との接触部分における前記溶着方向の長さが１．５ｍｍ以上であることが好ましい。このようにすることで、周壁部の内周面と環状壁部の外周面とが接する部分を十分に確保して、駆動部ケースと弁本体とが位置がずれた状態で溶着されてしまうことをより効果的に抑制できる。

本発明において、前記弁軸挿入孔の周縁部および前記弁軸における前記弁体側の端面の周縁部の少なくとも一方に環状のテーパー面が設けられていることが好ましい。このようにすることで、弁軸挿入孔に弁軸を挿入するときに互いの軸がずれていた場合でも、環状のテーパー面によって弁軸挿入孔に弁軸を導いて自動的に軸あわせをすることができる。

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る流路切換弁の製造方法は、弁室および当該弁室に通じる複数の流路が設けられた樹脂製の弁本体と、前記弁室内に回転可能に収容され、回転位置に応じて前記流路の接続を切り換える弁体と、前記弁体を回転させる駆動機構と当該駆動機構を収容する樹脂製の駆動部ケースとを有する駆動部と、前記弁体と前記駆動機構とを接続する弁軸と、を有する流路切換弁の製造方法であって、前記駆動部ケースを前記弁本体に接合することを特徴とする。

本発明によれば、弁体を回転させる駆動機構を収容する樹脂製の駆動部ケースを、弁本体に接合する。このようにしたことから、弁本体における駆動部ケースとの溶着箇所のみ共通化すればよいので、設計上制約を受ける箇所を極小化して、弁本体の構成の自由度を効果的に高めることができる。

本発明において、前記駆動部ケースが、前記弁軸が挿入される軸受部を一体に有し、前記弁軸が、前記軸受部との隙間を封止する環状の封止部材を有し、前記弁体が、前記弁軸が挿入されることにより当該弁軸の回転に伴って前記弁体が回転するように形成された弁軸挿入孔を有し、前記弁軸が、前記弁軸挿入孔への挿入を進めた場合に前記弁体に突き当たる弁体側ストッパ面を有し、前記軸受部における前記封止部材の封止箇所から弁体側の端面までの距離が、前記弁体側ストッパ面から前記弁体までの距離より短くなるように構成されており、前記弁室に収容された前記弁体の前記弁軸挿入孔に、前記弁体側ストッパ面が前記弁体に突き当たるまで前記弁軸を挿入し、前記弁軸挿入孔と前記軸受部とが間隔をあけて対向するように、前記弁本体と前記駆動部ケースとを組み合わせ、前記封止部材が前記軸受部の外にある状態で前記駆動部ケースを前記弁本体に超音波溶着または赤外線溶着し、前記駆動部ケースを前記弁本体に溶着した後、前記封止部材が前記隙間を封止するように、前記弁軸を軸方向に沿って前記軸受部側に移動させる。超音波溶着を採用した場合、駆動部ケースに超音波を当てたときに封止部材が軸受部に接していると、封止部材が溶けて軸受部に付着したり、封止部材が傷ついたりしてしまうことがある。そして、本発明では、上記構成を有することにより、駆動部ケースに超音波を当てる際に、弁軸の弁体側ストッパ面を弁体に突き当てて、封止部材を軸受部の外に配置する。そのため、封止部材が軸受部に付着したり傷ついたりしてしまうことを防ぐことができる。赤外線溶着を採用した場合も、封止部材を軸受部の外に配置することで、溶着中に弁軸および封止部材が軸受部から脱落してしまうことを防ぐことができる。

本発明において、前記弁本体の周壁部の内側に前記駆動部ケースの環状壁部を溶着方向に挿入して、前記周壁部の内周面と前記環状壁部の外周面とを接触させるとともに、前記周壁部の内周面と前記環状壁部の外周面との接触部分における前記溶着方向の長さが１．５ｍｍ以上となるように、前記弁本体と前記駆動部ケースとを組み合わせたのち、前記駆動部ケースを前記弁本体に超音波溶着または赤外線溶着することが好ましい。このようにすることで、溶着時に駆動部ケースは弁本体に近づく方向（溶着方向）に移動して溶着されるところ、周壁部の内周面と環状壁部の外周面とが接することで、駆動部ケースが弁本体に対して溶着方向と直交する方向に移動することが規制される。また、周壁部の内周面と環状壁部の外周面との接触部分における溶着方向の長さを１．５ｍｍ以上とすることで、周壁部の内周面と環状壁部の外周面とが接する部分を十分に確保できる。そのため、駆動部ケースと弁本体とが位置ずれして溶着されてしまうことを効果的に抑制できる。

本発明によれば、弁本体の構成の自由度を効果的に高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る流路切換弁の正面図である。 図１の流路切換弁の縦断面図である。 図１の流路切換弁の一部断面を含む斜視図である。 図１の流路切換弁の一部断面を含む分解斜視図である。 図１の流路切換弁の製造方法を説明する断面図である（弁軸をボール弁体に挿入した状態）。 図１の流路切換弁の製造方法を説明する断面図である（弁本体と駆動部ケースとを組み合わせた状態）。 図１の流路切換弁の製造方法を説明する断面図である（弁軸を軸受部側に移動した状態）。 本発明の第２実施形態に係る流路切換弁の製造方法を説明する断面図である（弁軸をボール弁体に挿入した状態）。 図８の流路切換弁の製造方法を説明する断面図である（弁本体と駆動部ケースとを組み合わせた状態）。 図８の流路切換弁の製造方法を説明する断面図である（弁軸を軸受部側に移動した状態）。 本発明の第３実施形態に係る流路切換弁の製造方法を説明する断面図である（弁軸を軸受部に挿入した状態）。 図１１の流路切換弁の製造方法を説明する断面図である（弁本体と駆動部ケースとに赤外線を照射する状態）。 図１１の流路切換弁の製造方法を説明する断面図である（弁本体と駆動部ケースとを組み合わせた状態、溶着前）。 図１１の流路切換弁の製造方法を説明する断面図である（弁本体と駆動部ケースとを組み合わせた状態、溶着後）。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る流路切換弁の構成について、図１〜図４を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る流路切換弁の正面図である。図２（ａ）は、図１の流路切換弁の弁軸の軸方向に沿う断面図（縦断面図）であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）における一点鎖線で囲んだ部分を拡大した図である。図３は、図１の流路切換弁の一部断面を含む斜視図である。図４は、図１の流路切換弁の一部断面を含む分解斜視図である。なお、本明細書において、「上下左右」は各図において各部材の相対的な位置関係を示すために用いており、絶対的な位置関係を示すものではない。

図１〜図４に示すように、本実施形態の流路切換弁１は、弁本体１０と、ボール弁体２０と、支持部材３０、３０と、駆動部４０と、弁軸５０と、を有している。

弁本体１０は、合成樹脂を材料として、上部が開口した略立方体箱状に形成されている。弁本体１０は、底壁部１５と、底壁部１５の周縁部に連設された周壁部１６と、を有している。周壁部１６は、左側壁部１０ａと、正面壁部１０ｂと、右側壁部１０ｃと、背面壁部１０ｄと、を有している。左側壁部１０ａには、略Ｌ字状の第１流路１１が設けられている。正面壁部１０ｂには、直線状の第２流路１２が設けられている。右側壁部１０ｃには、略Ｌ字状の第３流路１３が設けられている。第１流路１１の開口１１ａと、第２流路１２の開口１２ａと、第３流路１３の開口１３ａとは、同一方向（正面側、図１の紙面手前）に向けられている。第１流路１１と第２流路１２と第３流路１３とは、弁本体１０内に設けられた弁室１４に通じている。弁室１４に通じる流路は、２つまたは４つ以上設けられていてもよい。

ボール弁体２０は、例えば、金属や合成樹脂などを材料として中空ボール状（球体状）に形成されている。ボール弁体２０は、弁本体１０の弁室１４に回転可能に収容されている。ボール弁体２０は、図３に示す状態において、左側に向けて開口された第１開口２１と、正面に向けて開口された第２開口２２と、右側に向けて開口された第３開口２３と、が設けられている。第１開口２１と第２開口２２と第３開口２３とは、ボール弁体２０内で互いにつながっている。なお、本実施例では弁体としてボール弁体２０を用いているが、柱状の弁体を用いてもよい。

ボール弁体２０は、図３に示す回転位置において、第１流路１１と第２流路１２と第３流路１３とを接続する。ボール弁体２０は、図３に示す回転位置から平面視で時計回りに９０度回転された回転位置において、第１流路１１と第２流路１２とを接続する。ボール弁体２０は、図３に示す回転位置から平面視で反時計回りに９０度回転された回転位置において、第２流路１２と第３流路１３とを接続する。ボール弁体２０は、回転位置に応じて第１流路１１と第２流路１２と第３流路１３との接続を切り換える。

ボール弁体２０の上部には、弁軸５０が挿入される弁軸挿入孔２４が設けられている。弁軸挿入孔２４は、弁軸５０が挿入されることにより当該弁軸５０の回転に伴ってボール弁体２０が回転するように形成されている。具体的には、弁軸挿入孔２４は、弁軸５０の角柱部５２における軸方向と直交する方向の断面形状（横断面形状）と同一の形状に形成されている。

支持部材３０、３０は、例えば、合成樹脂を材料として、円環状に形成されている。支持部材３０、３０は、弁室１４内においてボール弁体２０を間に挟んで回転可能に支持している。支持部材３０、３０は、弁本体１０との間に設けられたゴム材からなるＯリング３１、３１とともに、弁本体１０とボール弁体２０との間をシール（封止）している。

駆動部４０は、図示しないモーターおよびギヤ４１を含む減速機を組み合わせた駆動機構と、この駆動機構を収容する樹脂製の駆動部ケース４２と、を有している。駆動部ケース４２は、略直方体箱状に形成されている。駆動部ケース４２は、下ケース４３と上ケース４４とを有している。下ケース４３と上ケース４４とは、ねじ止め構造やスナップフィット構造などの図示しない取り付け構造により互いに組み付けられる。

下ケース４３は、底壁４３ａの中央に円筒状の軸受部４５を一体に有している。軸受部４５は、弁軸５０が挿入されるとともに、弁軸５０を回転可能に軸支する。また、下ケース４３の底壁４３ａには、環状壁部としてのリブ４３ｂが設けられている。リブ４３ｂは、弁本体１０の周壁部１６の内側に挿入されている。リブ４３ｂは、周壁部１６に嵌合するように形成されている。リブ４３ｂの外周面は、周壁部１６の内周面に接している。リブ４３ｂは、弁本体１０の周壁部１６の上端部と組み合わされ、溶着部Ｍにおいて互いに接合されている。本実施形態では、溶着部Ｍは超音波溶着されている。溶着部Ｍは、超音波溶着に代えて、赤外線溶着されていてもよい。

弁軸５０は、円柱部５１と、円柱部５１の下端に同軸に連なる角柱部５２と、を有している。弁軸５０の軸心は軸線Ｌに一致する。

円柱部５１は、その下端部に、径方向外側に突出した環状のストッパ部５３が設けられている。ストッパ部５３は、その外径が円柱部５１の外径および軸受部４５の内径より大きくなるように形成されている。これにより、軸受部４５への円柱部５１の挿入を進めると、ストッパ部５３の上面である軸受部側ストッパ面５３ａが、軸受部４５のボール弁体２０側の下端面４５ａに突き当たる。通常動作時又は無負荷時において、軸受部４５の下端面４５ａと軸受部側ストッパ面５３ａとの間には隙間（クリアランス）が設けられている。

また、円柱部５１の下端部には、ストッパ部５３より上方の位置に全周にわたって溝５１ａが形成されている。溝５１ａには、ゴム材などを材料として環状に形成された封止部材５４（Ｏリング）がはめ込まれている。円柱部５１は、軸受部４５に挿入されて、軸受部４５に回転可能に軸支される。円柱部５１の外径は軸受部４５の内径より若干小さい。円柱部５１が軸受部４５に挿入されると封止部材５４が弁軸５０と軸受部４５との隙間を封止する。これにより、弁室１４内の流体が外部に漏れることを防止する。

円柱部５１の上端部には、駆動部４０のギヤ４１が圧入により固定して取り付けられている。弁軸５０は、ギヤ４１の回転に伴って軸線Ｌを回転軸として回転される。円柱部５１の上端部には、圧入されたギヤ４１の空回りを抑制する平坦部が設けられている。

角柱部５２は、横断面形状が正六角形状となる柱状に形成されている。角柱部５２は、ボール弁体２０の弁軸挿入孔２４に挿入される挿入部分である。弁軸挿入孔２４は角柱部５２の横断面形状と同一の正六角形状に形成されている。そのため、弁軸挿入孔２４と角柱部５２とが嵌まり合い、弁軸５０の回転に伴ってボール弁体２０が回転される。また、角柱部５２は、その外径がストッパ部５３より小さくなるように形成されている。これにより、弁軸挿入孔２４への角柱部５２の挿入を進めると、ストッパ部５３の下面である弁体側ストッパ面５３ｂがボール弁体２０に突き当たる。

本実施形態において、角柱部５２は横断面形状が正六角形状となる柱状に形成されているものであったが、これに限定されるものではない。角柱部５２は、例えば、三角形柱状や四角形柱状などの多角形柱状であってもよい。さらに、角柱部５２として、角柱以外の形状の部材を用いてもよく、例えば円柱の側面の一部を平面にした断面Ｄ字状の柱状でもよい。この場合、弁軸挿入孔２４も、角柱部５２の横断面形状と同一の形状に形成される。

流路切換弁１は、図２（ｂ）に示すように、弁軸５０の軸方向において、軸受部４５における封止部材５４の封止箇所Ｋからボール弁体２０側の下端面４５ａまでの距離Ａが、弁体側ストッパ面５３ｂからボール弁体２０までの距離Ｂより短くなるように構成されている。この構成により、ボール弁体２０の弁軸挿入孔２４に、弁体側ストッパ面５３ｂがボール弁体２０に突き当たるまで弁軸５０の角柱部５２の挿入を進めると、封止部材５４が軸受部４５の外に出て弁室１４内に位置づけられる。なお、本実施形態においては、封止箇所Ｋを、軸受部４５における封止部材５４の上下方向の中央に対応する箇所としているが、これ以外にも、封止箇所Ｋを、軸受部４５における溝５１ａの上側の壁部に対応する箇所としてもよい。

流路切換弁１は、駆動部４０のモーターの回転がギヤ４１を通じて弁軸５０に出力され、弁軸５０が軸線Ｌを回転軸として回転される。この弁軸５０の回転に伴ってボール弁体２０が回転されて、各回転位置に位置づけられる。これにより、回転位置に応じた流路の接続が実現される。

次に、本実施形態の流路切換弁１の製造方法の一例を、図５〜図７を参照して説明する。

図５〜図７は、図１の流路切換弁の製造方法を説明する断面図であって、順に、弁軸５０をボール弁体２０に挿入した状態、弁本体１０と駆動部ケース４２とを組み合わせた状態、および、弁軸５０を軸受部４５側に移動した状態を示す。

図５に示すように、弁室１４に収容されたボール弁体２０の弁軸挿入孔２４に、弁体側ストッパ面５３ｂがボール弁体２０に突き当たるまで弁軸５０の角柱部５２を挿入する。

次に、図６に示すように、弁軸挿入孔２４と軸受部４５とが上下方向に間隔をあけて対向するように、弁本体１０と駆動部ケース４２の下ケース４３とを組み合わせる。具体的には、弁本体１０の周壁部１６の内側に上下方向（すなわち、溶着時に駆動部ケースが弁本体に近づく方向（溶着方向））に沿ってリブ４３ｂを挿入して、周壁部１６の内周面とリブ４３ｂの外周面とが接するように配置する。これにより、弁軸５０の円柱部５１の上端部は軸受部４５に挿入され、かつ、円柱部５１の下端部は軸受部４５の外にある状態となる。この状態において、封止部材５４が軸受部４５の下方の弁室１４内に位置しており、封止部材５４は軸受部４５に当接せず、その内側を押圧しない。つまり、この状態では、封止部材５４は軸受部４５の外にある。そして、弁軸５０の円柱部５１と軸受部４５とが非接触となる（円柱部５１の外周面全周にわたって軸受部４５と隙間ができる）ように、弁軸５０の軸心と軸受部４５の軸心とを一致させる。

次に、封止部材５４が軸受部４５の外にある状態で駆動部ケース４２の下ケース４３に超音波を与え、下ケース４３を弁本体１０に超音波溶着する。このとき、下ケース４３は、弁本体１０のみに接しており、弁軸５０および封止部材５４には接していないので、下ケース４３と弁本体１０との間のみ超音波を作用させることができる。また、下ケース４３が弁本体１０に溶着されるときに、周壁部１６の内周面とリブ４３ｂ外周面とが接している。そのため、周壁部１６とリブ４３ｂとによって、下ケース４３は上下方向に沿って移動するように案内され、上下方向と直交する方向への移動が規制される。これにより、下ケース４３と弁本体１０とを精度よく接合することができる。

次に、図７に示すように、封止部材５４が弁軸５０と軸受部４５との隙間を封止するように、弁軸５０を軸方向に沿って軸受部４５側に移動させる。

そして、弁軸５０の円柱部５１の上端部にギヤ４１を圧入するなどして駆動機構を下ケース４３に組み込むとともに上ケース４４を被せて駆動部４０を組み上げる。このようにして、流路切換弁１が完成する。

以上より、本実施形態の流路切換弁１によれば、ボール弁体２０を回転させる駆動機構を収容する樹脂製の駆動部ケース４２が、弁本体１０に接合されている。弁本体１０は天井面（駆動部ケース４２側の壁面）を有していないため、駆動部ケース４２に溶着後、駆動部ケース４２の壁面（底面部）の一部が弁室の壁面（天井面）を構成する。このようにしたことから、弁本体１０における駆動部ケース４２との溶着箇所のみ共通化すればよいので、設計上制約を受ける箇所を極小化して、弁本体１０の構成の自由度を効果的に高めることができる。

また、駆動部ケース４２が、弁本体１０に超音波溶着されている。このようにすることで、駆動部ケース４２および弁本体１０の内部を容易に溶着することができるので、溶着箇所が露出することを防止することができる。また、超音波溶着（または赤外線溶着）を採用することで、例えば、接着剤による接合に比べて、接着剤の塗布量や塗布ムラを考慮する必要がなく、駆動部ケースおよび弁本体を容易に接合することができる。

また、ボール弁体２０が、弁軸５０が挿入される弁軸挿入孔２４を有している。弁軸挿入孔２４が、弁軸５０の回転に伴ってボール弁体２０が回転するように形成されている。このようにすることで、ボール弁体２０と弁軸５０とが別体であり互いに分離可能となる。これにより、組立時において、ボール弁体２０と弁軸５０とを結合するタイミングを選択することができる。そのため、溶着の影響をより受けにくい組立手順を選択することができる。

すなわち、本実施形態の流路切換弁１は、ボール弁体２０と弁軸５０とがそれぞれ分離可能な別体であり、組立時に互いの位置関係を変更できるように構成されている。例えば、ボール弁体２０と弁軸５０とが一体化されている構成では、組立時にボール弁体２０と弁軸５０との位置関係を変更することができない。そのため、弁本体１０と駆動部ケース４２とを超音波溶着するときに、各部材が流路切換弁１の完成時と同一の位置に配置される。そのため、超音波溶着のために下ケース４３に超音波を与えると、超音波による振動が軸受部４５から順に封止部材５４、弁軸５０、ボール弁体２０、支持部材３０、３０、および、Ｏリング３１、３１に伝わる。これにより、封止部材５４と軸受部４５、ボール弁体２０と支持部材３０、３０、および、弁本体１０とＯリング３１、３１、が互いに擦れて、溶けてしまったり傷ついてしまったりするおそれがある。そこで、本実施形態の流路切換弁１では、組立時にボール弁体２０と弁軸５０との互いの位置関係を変更して、下ケース４３に与えた超音波による振動が、封止部材５４やボール弁体２０、Ｏリング３１、３１に伝わらないようにしている。

また、駆動部ケース４２が、弁軸５０が挿入される軸受部４５を一体に有している。弁軸５０が、軸受部４５との隙間を封止する環状の封止部材５４を有している。ボール弁体２０が、軸受部４５と間隔をあけて対向配置され、弁軸５０が挿入されることにより当該弁軸５０の回転に伴ってボール弁体２０が回転するように形成された弁軸挿入孔２４を有している。弁軸５０が、弁軸挿入孔２４への挿入を進めた場合にボール弁体２０に突き当たる弁体側ストッパ面５３ｂを有している。このようにすることで、組立時に弁軸５０を弁軸挿入孔２４に必要以上に深く挿入してしまうことを防ぐことができる。そして、軸受部４５における封止部材５４の封止箇所Ｋからボール弁体２０側の下端面４５ａまでの距離Ａが、弁体側ストッパ面５３ｂからボール弁体２０までの距離Ｂより短くなるように構成されている。超音波溶着を採用した場合、駆動部ケース４２に超音波を当てたときに軸受部４５に封止部材５４が接していると、封止部材５４が溶けて軸受部４５に付着したり、封止部材５４が傷ついたりしてしまうことがある。そして、本実施形態の流路切換弁１では、ボール弁体２０と弁軸５０とが別体でありかつ上記構成を有することにより、駆動部ケース４２に超音波を当てる際に、弁軸５０の弁体側ストッパ面５３ｂをボール弁体２０に突き当てることで封止部材５４を軸受部４５の外に配置することができる。そのため、封止部材５４が軸受部４５に付着したり傷ついたりしてしまうことを防ぐことができる。

また、弁軸５０が、弁体側ストッパ面５３ｂと反対側を向き、軸受部４５への挿入を進めた場合に軸受部４５のボール弁体２０側の下端面４５ａに突き当たる軸受部側ストッパ面５３ａを有している。このようにすることで、弁室１４内と大気との圧力差により弁軸５０に対してボール弁体２０側から軸受部４５側に向かう力が生じた場合に、軸受部側ストッパ面５３ａが軸受部４５の下端面４５ａに突き当たる。そのため、弁軸５０の脱落を抑制することができる。

また、弁軸５０が、弁軸挿入孔２４に挿入される角柱部５２が正六角形柱状に形成され、弁軸挿入孔２４が、角柱部５２の横断面形状と同一の形状に形成されている。このようにすることで、弁軸５０の角柱部５２と弁軸挿入孔２４とが嵌まり合い、弁軸５０の回転を確実にボール弁体２０に伝えることができる。

また、弁本体１０が、周壁部１６を有し、駆動部ケース４２が、周壁部１６の内側に上下方向に沿って挿入される環状壁部としてのリブ４３ｂを有している。そして、駆動部ケース４２が弁本体１０に溶着されるときに、周壁部１６の内周面とリブ４３ｂの外周面とが接するように構成されている。このようにすることで、溶着時に周壁部１６の内周面とリブ４３ｂの外周面とが接することで、駆動部ケース４２が弁本体１０に対して上下方向と直交する方向に移動することが規制される。そのため、駆動部ケース４２と弁本体１０とが位置ずれして溶着されてしまうことを抑制できる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態に係る流路切換弁について、図８〜図１０を参照して説明する。

第２実施形態に係る流路切換弁２は、上述した第１実施形態に係る流路切換弁１において、弁軸５０に代えて、ストッパ部５３が設けられていない弁軸５０Ａを有している。これ以外の構成について、流路切換弁２は、流路切換弁１と同様の構成を有している。流路切換弁２について、上述した流路切換弁１と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図８〜図１０は、本発明の第２実施形態に係る流路切換弁の製造方法を説明する断面図であって、順に、弁軸５０Ａをボール弁体２０に挿入した状態、弁本体１０と駆動部ケース４２とを組み合わせた状態、および、弁軸５０Ａを軸受部４５側に移動した状態を示す。

弁軸５０Ａは、円柱部５１と、円柱部５１の下端に同軸に連なる角柱部５２と、を有している。弁軸５０Ａの軸心は軸線Ｌに一致する。

円柱部５１は、その外径が角柱部５２の外径より小さくなるように形成されている。換言すると、弁軸５０Ａを軸線Ｌ方向から見たときに、角柱部５２の投影面積内に円柱部５１が含まれる。これにより、軸受部４５への円柱部５１の挿入を進めると、角柱部５２の上面である軸受部側ストッパ面５２ａが、軸受部４５のボール弁体２０側の下端面４５ａに突き当たる。

角柱部５２は、横断面形状が正六角形状となる柱状に形成されている。角柱部５２は、ボール弁体２０の弁軸挿入孔２４に挿入される挿入部分である。弁軸挿入孔２４は角柱部５２の横断面形状と同一の正六角形状に形成されている。そのため、弁軸挿入孔２４と角柱部５２とが嵌まり合い、弁軸５０Ａの回転に伴ってボール弁体２０が回転される。また、弁軸挿入孔２４への角柱部５２の挿入を進めると、角柱部５２の下面である弁体側ストッパ面５２ｂがボール弁体２０に突き当たる。

流路切換弁２は、図１０に示すように、軸受部４５における封止部材５４の封止箇所Ｋからボール弁体２０側の下端面４５ａまでの距離Ａが、弁体側ストッパ面５２ｂからボール弁体２０までの距離Ｂより短くなるように構成されている。この構成により、ボール弁体２０の弁軸挿入孔２４に、弁体側ストッパ面５２ｂがボール弁体２０に突き当たるまで弁軸５０Ａの角柱部５２の挿入を進めると、封止部材５４が軸受部４５の外に位置づけられる。

次に、本実施形態の流路切換弁２の製造方法の一例を、図８〜図１０を参照して説明する。

図８に示すように、弁室１４に収容されたボール弁体２０の弁軸挿入孔２４に、弁体側ストッパ面５２ｂがボール弁体２０に突き当たるまで弁軸５０Ａの角柱部５２を挿入する。

次に、図９に示すように、弁軸挿入孔２４と軸受部４５とが上下方向に間隔をあけて対向するように、弁本体１０と駆動部ケース４２の下ケース４３とを組み合わせる。具体的には、弁本体１０の周壁部１６の内側に上下方向に沿ってリブ４３ｂを挿入して、周壁部１６の内周面とリブ４３ｂの外周面とが接するように配置する。これにより、弁軸５０Ａの円柱部５１の上端部は軸受部４５に挿入され、かつ、円柱部５１の下端部は軸受部４５の外にある状態となる。この状態において、封止部材５４が軸受部４５の下方の弁室１４内に位置づけられており、つまり、封止部材５４は軸受部４５の外にある。そして、弁軸５０Ａの円柱部５１と軸受部４５とが非接触となる（円柱部５１の外周面全周にわたって軸受部４５と隙間ができる）ように、弁軸５０Ａの軸心と軸受部４５の軸心とを一致させる。

次に、封止部材５４が軸受部４５の外にある状態で駆動部ケース４２の下ケース４３に超音波を与え、下ケース４３を弁本体１０に超音波溶着する。このとき、下ケース４３は、弁本体１０のみに接しており、弁軸５０Ａおよび封止部材５４には接していないので、下ケース４３と弁本体１０との間のみ超音波を作用させることができる。また、下ケース４３が弁本体１０に溶着されるときに、周壁部１６の内周面とリブ４３ｂ外周面とが接している。そのため、下ケース４３は上下方向に沿って移動するように案内され、上下方向と直交する方向への移動が規制される。これにより、下ケース４３と弁本体１０とを精度よく接合することができる。

次に、封止部材５４が弁軸５０Ａと軸受部４５との隙間を封止するように、弁軸５０Ａを軸方向に沿って軸受部４５側に移動させる。

そして、弁軸５０Ａの円柱部５１の上端部にギヤ４１を圧入するなどして駆動機構を下ケース４３に組み込むとともに上ケース４４を被せて駆動部４０を組み上げる。このようにして、流路切換弁２が完成する。

本実施形態の流路切換弁２においても、上述した第１実施形態の流路切換弁１と同様の作用効果を奏する。

上述した第１、第２実施形態は、駆動部ケース４２（具体的には下ケース４３）を弁本体１０に超音波溶着する構成を有している。溶着方法として超音波溶着に代えて赤外線溶着を採用してもよい。この場合、駆動部ケース４２および弁本体１０のそれぞれの溶着部を赤外線で加熱した後に当接させて溶着する。このようにすることで、弁本体１０における駆動部ケース４２との溶着箇所のみ共通化すればよいので、超音波溶着と同様に、設計上制約を受ける箇所を極小化して、弁本体の構成の自由度を効果的に高めることができる。

（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態に係る流路切換弁について、図１１〜図１４を参照して説明する。

第３実施形態に係る流路切換弁３は、上述した第２実施形態に係る流路切換弁２において、超音波溶着に代えて赤外線溶着により下ケース４３と弁本体１０とを溶着するための構成を有している。流路切換弁３について、上述した流路切換弁１、２と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図１１〜図１４は、本発明の第３実施形態に係る流路切換弁の製造方法を説明する断面図である。図１１〜図１４は、順に、弁軸５０Ａを駆動部ケース４２の軸受部４５に挿入した状態、弁本体１０と駆動部ケース４２とに赤外線を照射する状態、弁本体１０と駆動部ケース４２とを組み合わせた状態（溶着前に溶着箇所を当接した状態）、および、弁本体１０と駆動部ケース４２とを組み合わせた状態（溶着状態）を示す。

弁本体１０には、弁本体側溶着部１６ａが設けられている。弁本体側溶着部１６ａは、周壁部１６の上端から上方に向けて突出するように形成された環状突部である。

ボール弁体２０における弁軸挿入孔２４の周縁部には、環状のテーパー面２４ａが設けられている。また、弁軸５０の下面（ボール弁体２０側の端面）である弁体側ストッパ面５２ｂの周縁部には、環状のテーパー面５２ｃが設けられている。このようにすることで、弁軸挿入孔２４に弁軸５０を挿入するときに互いの軸がずれていた場合でも、テーパー面２４ａおよびテーパー面５２ｃによって弁軸挿入孔２４に弁軸５０を導いて自動的に軸あわせをすることができる。テーパー面２４ａおよびテーパー面５２ｃのいずれか一方のみ設けられた構成としてもよい。

下ケース４３には、ケース側溶着部４３ｃが設けられている。ケース側溶着部４３ｃは、底壁４３ａから下方に向けて突出するように形成された環状突部である。ケース側溶着部４３ｃは、リブ４３ｂを囲むように配置されている。ケース側溶着部４３ｃは、平面視で弁本体側溶着部１６ａと同一となる形状を有している。また、リブ４３ｂの下端面の外縁部には、環状のテーパー面４３ｄが設けられている。リブ４３ｂを弁本体１０の周壁部１６の内側に挿入するときに軸がずれていた場合でも、テーパー面４３ｄが周壁部１６に当たって、周壁部１６の内側にリブ４３ｂを導くことができる。

次に、本実施形態の流路切換弁３の製造方法の一例を、図１１〜図１４を参照して説明する。

図１１に示すように、ボール弁体２０を弁本体１０の弁室１４に収容する。また、駆動部ケース４２の下ケース４３に設けられた軸受部４５に弁軸５０Ａの円柱部５１を挿入する。この状態において、封止部材５４が弁軸５０Ａと軸受部４５との隙間を封止している。

次に、図１２に示すように、弁本体１０と駆動部ケース４２の下ケース４３とを途中まで組み合わせる。具体的には、弁本体１０の周壁部１６の内側に上下方向に沿ってリブ４３ｂを挿入して、周壁部１６の内周面とリブ４３ｂの外周面とが接するように配置する。このとき、弁本体側溶着部１６ａとケース側溶着部４３ｃとが上下方向に間隔をあけて対向している。この状態において、弁本体側溶着部１６ａとケース側溶着部４３ｃとに赤外線を照射してそれぞれを溶融させる。なお、図１２に示す状態では、弁軸５０はまだ弁軸挿入孔２４に挿入されていないが、弁軸５０が弁軸挿入孔２４に挿入されていてもよい。赤外線の照射は、図１１に示す状態で行ってもよい。

次に、図１３、図１４に示すように、弁本体１０と駆動部ケース４２の下ケース４３とを最後まで組み合わせる。具体的には、図１３に示すように、弁本体１０の周壁部１６へのリブ４３ｂの挿入を進めて、弁本体側溶着部１６ａとケース側溶着部４３ｃとを互いに当接させる。そして、図１４に示すように上記挿入をさらに進めて、弁本体側溶着部１６ａとケース側溶着部４３ｃとを互いに溶着する。これと並行して、弁軸５０を弁軸挿入孔２４に挿入する。

弁本体側溶着部１６ａとケース側溶着部４３ｃとを互いに当接した状態（図１３、当接状態）における弁本体１０と下ケース４３との距離をＣとする。弁本体側溶着部１６ａとケース側溶着部４３ｃとを溶着した状態（図１４、溶着状態）における弁本体１０と下ケース４３との距離をＤとする。距離Ｃから距離Ｄを差し引いた値が、溶着により弁本体１０と下ケース４３とが近づく距離（「溶着量」という）となる。この溶着量は、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度であることが好ましい。

また、図１３に示す当接状態において、周壁部１６の内周面とリブ４３ｂの外周面との接触部分における上下方向の長さＥが１．５ｍｍ以上になるようにすることが好ましい。このように、周壁部１６の内周面とリブ４３ｂ外周面とが接していることで、下ケース４３は上下方向に沿って移動するように案内され、上下方向と直交する方向への移動が規制される。これにより、下ケース４３と弁本体１０とを精度よく接合することができる。また、上記長さＥを１．５ｍｍ以上とすることで、周壁部１６の内周面とリブ４３ｂの外周面とが接する部分を十分に確保することができる。そのため、駆動部ケース４２と弁本体１０とが位置がずれた状態で溶着されてしまうことをより効果的に抑制できる。

そして、弁軸５０Ａの円柱部５１の上端部にギヤ４１を圧入するなどして駆動機構を下ケース４３に組み込むとともに上ケース４４を被せて駆動部４０を組み上げる。このようにして、流路切換弁３が完成する。

本実施形態の流路切換弁３においても、上述した第１実施形態の流路切換弁１と同様の作用効果を奏する。

なお、流路切換弁３を、上述した第２実施形態の流路切換弁２と同様の手順で組み立ててもよい。すなわち、弁室１４に収容されたボール弁体２０の弁軸挿入孔２４に、弁体側ストッパ面５２ｂがボール弁体２０に突き当たるまで弁軸５０Ａの角柱部５２を挿入する。そして、弁本体１０と駆動部ケース４２の下ケース４３とを組み合わせて赤外線溶着するようにしてもよい。このように、赤外線溶着を採用した場合も、封止部材５４を軸受部４５の外に配置することで、溶着中に弁軸５０および封止部材５４が軸受部４５から脱落してしまうことを防ぐことができる。

上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

１、２、３…流路切換弁、１０…弁本体、１０ａ…左側壁部、１０ｂ…正面壁部、１０ｃ…右側壁部、１０ｄ…背面壁部、１１…第１流路、１２…第２流路、１３…第３流路、１１ａ、１２ａ、１３ａ…開口、１４…弁室、１５…底壁部、１６…周壁部、１６ａ…弁本体側溶着部、２０…ボール弁体、２１…第１開口、２２…第２開口、２３…第３開口、２４…弁軸挿入孔、２４ａ…テーパー面、３０…支持部材、３１…Ｏリング、４０…駆動部、４１…ギヤ、４２…駆動部ケース、４３…下ケース、４３ａ…底壁、４３ｂ…リブ、４３ｃ…ケース側溶着部、４３ｄ…テーパー面、４４…上ケース、４５…軸受部、４５ａ…下端面、５０…弁軸、５１…円柱部、５１ａ…溝、５２…角柱部、５３…ストッパ部、５２ａ、５３ａ…軸受部側ストッパ面、５２ｂ、５３ｂ…弁体側ストッパ面、５２ｃ…テーパー面、５４…封止部材、Ｍ…溶着部、Ｋ…封止箇所、Ａ…封止箇所から軸受部の下端面までの距離、Ｂ…弁体側ストッパ面からボール弁体までの距離、Ｃ…弁本体側溶着部とケース側溶着部とを当接した状態における弁本体と下ケースとの距離、Ｄ…弁本体側溶着部とケース側溶着部とを溶着した状態における弁本体と下ケースとの距離、Ｅ…周壁部の内周面とリブの外周面との接触部分における上下方向の長さ

Claims (9)

1. 弁室および当該弁室に通じる複数の流路が設けられた樹脂製の弁本体と、前記弁室内に回転可能に収容され、回転位置に応じて前記流路の接続を切り換える弁体と、前記弁体を回転させる駆動機構を有する駆動部と、前記弁体と前記駆動機構とを接続する弁軸と、を有する流路切換弁であって、
   前記駆動部が、前記駆動機構を収容する樹脂製の駆動部ケースを有し、
   前記駆動部ケースが、前記弁本体に接合されており、
   前記駆動部ケースが、前記弁本体に超音波溶着または赤外線溶着され、
   前記弁体が、前記弁軸が挿入される弁軸挿入孔を有し、
   前記弁軸挿入孔が、前記弁軸の回転に伴って前記弁体が回転するように形成され、
   前記駆動部ケースが、前記弁軸が挿入される軸受部を一体に有し、
   前記弁軸が、前記軸受部との隙間を封止する環状の封止部材を有し、
   前記弁体が、前記弁軸挿入孔が前記軸受部と間隔をあけて対向するように配置され、
   前記弁軸が、前記弁軸挿入孔への挿入を進めた場合に前記弁体に突き当たる弁体側ストッパ面を有することを特徴とする流路切換弁。
2. 前記軸受部における前記封止部材の封止箇所から弁体側の端面までの距離が、前記弁体側ストッパ面から前記弁体までの距離より短くなるように構成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. 前記弁軸が、前記弁体側ストッパ面と反対側を向き、前記軸受部への挿入を進めた場合に前記軸受部の弁体側の端面に突き当たる軸受部側ストッパ面を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流路切換弁。
4. 前記弁軸が、前記弁軸挿入孔に挿入される挿入部分が多角形柱状に形成され、
   前記弁軸挿入孔が、前記挿入部分の横断面形状と同一の形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の流路切換弁。
5. 前記弁本体が、周壁部を有し、
   前記駆動部ケースが、前記周壁部の内側に溶着方向に挿入される環状壁部を有し、
   前記駆動部ケースが前記弁本体に溶着されるときに、前記周壁部の内周面と前記環状壁部の外周面とが接するように構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の流路切換弁。
6. 前記駆動部ケースが前記弁本体に溶着される前の状態において、前記周壁部の内周面と前記環状壁部の外周面との接触部分における前記溶着方向の長さが１．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の流路切換弁。
7. 前記弁軸挿入孔の周縁部および前記弁軸における前記弁体側の端面の周縁部の少なくとも一方に環状のテーパー面が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の流路切換弁。
8. 弁室および当該弁室に通じる複数の流路が設けられた樹脂製の弁本体と、前記弁室内に回転可能に収容され、回転位置に応じて前記流路の接続を切り換える弁体と、前記弁体を回転させる駆動機構と当該駆動機構を収容する樹脂製の駆動部ケースとを有する駆動部と、前記弁体と前記駆動機構とを接続する弁軸と、を有する流路切換弁の製造方法であって、
   前記駆動部ケースが、前記弁軸が挿入される軸受部を一体に有し、
   前記弁軸が、前記軸受部との隙間を封止する環状の封止部材を有し、
   前記弁体が、前記弁軸が挿入されることにより当該弁軸の回転に伴って前記弁体が回転するように形成された弁軸挿入孔を有し、
   前記弁軸が、前記弁軸挿入孔への挿入を進めた場合に前記弁体に突き当たる弁体側ストッパ面を有し、
   前記軸受部における前記封止部材の封止箇所から弁体側の端面までの距離が、前記弁体側ストッパ面から前記弁体までの距離より短くなるように構成されており、
   前記弁室に収容された前記弁体の前記弁軸挿入孔に、前記弁体側ストッパ面が前記弁体に突き当たるまで前記弁軸を挿入し、
   前記弁軸挿入孔と前記軸受部とが間隔をあけて対向するように、前記弁本体と前記駆動部ケースとを組み合わせ、
   前記封止部材が前記軸受部の外にある状態で前記駆動部ケースを前記弁本体に超音波溶着または赤外線溶着して、前記駆動部ケースを前記弁本体に接合し、
   前記駆動部ケースを前記弁本体に溶着した後、前記封止部材が前記隙間を封止するように、前記弁軸を軸方向に沿って前記軸受部側に移動させることを特徴とする流路切換弁の製造方法。
9. 前記弁本体の周壁部の内側に前記駆動部ケースの環状壁部を溶着方向に挿入して、前記周壁部の内周面と前記環状壁部の外周面とを接触させるとともに、前記周壁部の内周面と前記環状壁部の外周面との接触部分における前記溶着方向の長さが１．５ｍｍ以上となるように、前記弁本体と前記駆動部ケースとを組み合わせたのち、前記駆動部ケースを前記弁本体に超音波溶着または赤外線溶着することを特徴とする請求項８に記載の流路切換弁の製造方法。

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