JP7016207B2 - 流路切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、流路切換弁に関するものである。

流入口と複数の流出口とが形成されたケーシングと、ケーシング内に配設されて流出口を開閉する複数の揺動弁と、前記複数の揺動弁に係合して揺動弁を開弁方向へ揺動駆動する軸部材と、揺動弁を閉弁方向へ揺動駆動するバネと備えることを特徴とする流路切換弁が、特許文献１に開示されている。
特許文献１の流路切換弁においては、軸部材が直動することにより揺動弁が開弁方向へ揺動駆動され、バネが伸びることにより揺動弁が閉弁方向へ揺動される。

実開昭５９－１８８３９８号公報

特許文献１の流路切換弁には、揺動弁の開閉を互いに別個の二つの部材で行っているので部材数が多く、またバネによる揺動弁の揺動駆動が安定しないという問題がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、流入口と複数の流出口とが形成されたケーシングと、ケーシング内に配設されて流出口を開閉する複数の揺動弁とを備える流路切換弁であって、従来に比べて部材数が少なく、作動が安定した流路切換弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、流入口と複数の流出口とが形成されたケーシングと、ケーシング内に配設されて流出口を開閉する複数の揺動弁と、前記複数の揺動弁に係合して揺動弁を揺動駆動する回転カムとを備え、回転カムは環状のカム溝を備え、揺動弁は前記カム溝に係合するカムロッドを備えることを特徴とする流路切換弁を提供する。
回転カムを用いて揺動弁を揺動駆動することにより、揺動弁を開閉することができる。バネを使用しないので、従来に比べて部材数が低減し、作動が安定する。回転カムの環状のカム溝にカムロッドを係合させることにより、揺動弁を開閉方向に揺動駆動できる。

本発明の好ましい態様においては、環状のカム溝の外周側壁の一部が切り欠かれている。
環状のカム溝の内周側面はカムロッドを径方向外方へ付勢し、ひいては揺動弁を閉弁方向に付勢して弁座に押し当てる。環状のカム溝の外周側面はカムロッドを径方向内方へ付勢し、ひいては揺動弁を開弁方向に付勢する。環状のカム溝の内周側面がカムロッドを径方向外方へ付勢し、ひいては揺動弁を閉弁方向に付勢して弁座に押し当てているカム溝の周方向領域では、揺動弁の閉弁方向の揺動は弁座によって規制されるので、カム溝の外周側面ひいては外周側壁は不要である。この部分を切り欠くことにより、カムの構造が簡素化され、ひいては流路切換弁の構造が簡素化される。
本発明の好ましい態様においては、ケーシングが備えるＵ溝を有する軸受と、揺動弁が有し軸受のＵ溝に嵌合する軸部とによって、揺動弁の軸支部が形成されており、カムロッドはカム溝の底面に常時当接し、軸部はＵ溝の底面に常時当接する。
カムロッドをカム溝の底面に常時当接させ、軸部をＵ溝の底面に常時当接させることにより、カム溝とＵ溝とで揺動弁を常時挟持して揺動弁を安定的に作動させることができる。
本発明の好ましい態様においては、軸受と軸部とは、延在方向に２分割されており、２つの半部分の間の隙間に介在し、軸部の半部分に相対摺動可能に当接するリブがケーシングに形成されている。
軸受と軸部とを、延在方向に２分割し、２つの半部分の間の隙間に介在し、軸部の半部分に相対摺動可能に当接するリブをケーシングに形成することにより、単一の部材で揺動弁を軸部の延在方向に位置決めできる。

本発明の実施例に係る流路切換弁の構造図である。（ａ）は断面図であり（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ矢視図である。 本発明の実施例に係る流路切換弁が備える回転カムの構造図である。（ａ）は上面図であり、（ｂ）は底面図である。 本発明の実施例に係る流路切換弁が備える揺動弁の構造図である。（ａ）は正面であり、（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ矢視図であり、（ｃ）は（ａ）のｃ－ｃ矢視図であり、（ｄ）は変形例に係る揺動弁の（ｂ）に相当する図である。

図１に示すように、流路切換弁１は、頂壁に軸挿通穴２ａが形成され、底壁に流入口２ｂが形成され、周側壁に等間隔で４つの流出口２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆが形成された、頂壁と底壁とを有する円筒状のケーシング２と、ケーシング２内に配設されて流出口２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆを開閉する揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆと、揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆに係合して揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを揺動駆動する回転カム４とを備えている。回転カム４が有する回転軸４ａの一端がケーシング頂壁の軸挿通穴２ａに挿通され、他端がケーシング底壁によって回転可能に支持されている。
図２に示すように、回転カム４の底面に、環状カム溝４ｂが形成されている。環状カム溝４ｂは、１８０度を僅かに超える周長に亙って延在する曲率半径の大きな径方向外方へ凸の第１円弧部４ｂ_１と、第１円弧部４ｂ_１の両端から略６０度の周長に亙って延在する曲率半径の小さな径方向外方へ凸の一対の第２円弧部４ｂ_２と、前記一対の第２円弧部４ｂ_２に挟まれて略６０度の周長に亙って延在する第１円弧部４ｂ_１と略同一曲率半径の径方向内方へ凸の第３円弧４ｂ_３とで形成されている。第１一円弧部４ｂ_１、第２円弧部４ｂ_２、第３円弧４ｂ_３は互いに滑らかに接続している。第１円弧部４ｂ_１の深さは全長に亙って一定であり、第２円弧部４ｂ_２と第３円弧４ｂ_３の深さは第３円弧４ｂ_３の延在方向中央部へ向けて第１円弧部４ｂ_１の深さから連続的に漸減し、第３円弧４ｂ_３の延在方向中央部が最も浅くなっている。
図３に示すように、揺動弁３ｃは、偏平直方体の弁体３ｃ_１と、弁体３ｃ_１に埋め込まれた合成ゴム製の弁ディスク３ｃ_２と、弁体３ｃ_１の一端に形成された先端が球形のカムロッド３ｃ_３と、弁体３ｃ_１の他端に形成された先端が半円形断面の軸部３ｃ_４とを有している。軸部３ｃ_４は延在方向に２分割されており、２つの半部分３ｃ_４’の間に隙間Ｓが形成されている。揺動弁３ｄ、３ｅ、３ｆは揺動弁３ｃと同一構造である。
図１に示すように、ケーシングの底壁に、流出口２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆに対峙して軸受５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆが形成されている。軸受５ｃは、Ｕ溝５ｃ_１を有している。軸受５ｃは延在方向に２分割されており、２つの半部分の間に隙間が形成されている。軸受５ｄ、５ｅ、５ｆは軸受５ｃと同一構造である。
ケーシングの底壁に、流出口２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆに対峙してリブ６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆが形成されている。リブ６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆは、軸受５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆの半部分の間の隙間と、揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆの軸部の半部分の間の隙間とに介在し、揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆの軸部の半部分に摺動可能に当接している。

図１、２に示すように、揺動弁３ｃのカムロッド３ｃ_３が、カム溝の第１円弧部４ｂ_１の延在方向中央部に係合しており、軸部３ｃ_４の２つの半部分３ｃ_４’が、軸受５ｃのＵ溝５ｃ_１の２つの半部分に係合している。リブ６ｃは、軸部３ｃ_４の２つの半部分３ｃ_４’の間の隙間Ｓに介在し、２つの半部分３ｃ_４’に対して相対摺動可能に当接している。カムロッド３ｃ_３は、カム溝４ｂ_１の底面と内外周側面とに当接しており、カム溝４ｂ_１の底面から軸受５ｃ方向へ付勢され、カム溝４ｂ_１の内周側面から径方向外方へ付勢されている。この結果、揺動弁３ｃは、軸受５ｃに押し付けられると共に、軸部３ｃ_４回りに径方向外方へ揺動し、弁ディスク３ｃ_２を流出口２ｃ周囲のケーシング２内周側面が形成する弁座に押し付け、流出口２ｃを閉鎖している。
図１、２に示すように、揺動弁３ｄ、３ｆのカムロッド３ｄ_３、３ｆ_３はカム溝の第１円弧部４ｂ_１の延在方向両端部の一方と他方とに係合しており、それぞれの軸部の２つの半部分が、軸受５ｄ、５ｆのＵ溝の２つの半部分に係合している。リブ６ｄ、６ｆは、揺動弁３ｄ、３ｆの軸部の２つの半部分の間の隙間に介在し、前記半部分に対して相対摺動可能に当接している。カムロッド３ｄ_３、３ｆ_３は、カム溝４ｂ_１の底面と内外周側面とに当接しており、カム溝４ｂ_１の底面から軸受５ｄ、５ｆ方向へ付勢され、カム溝４ｂ_１の内周側面から径方向外方へ付勢されている。この結果、揺動弁３ｄ、３ｆは、軸受５ｄ、５ｆに押し付けられると共に、軸部回りに径方向外方へ揺動し、弁ディスクを流出口２ｄ、２ｆ周囲のケーシング内周側面が形成する弁座に押し付け、流出口２ｄ、２ｆを閉鎖している。
図１、２に示すように、揺動弁３ｅのカムロッド３ｅ_３は、カム溝の第３円弧部４ｂ_３の延在方向中央部に係合しており、軸部の２つの半部分が、軸受５ｅのＵ溝の２つの半部分に係合している。リブ６ｅは、揺動弁３ｅの軸部の２つの半部分の間の隙間に介在し、前記２つの半部分に対して相対摺動可能に当接している。カムロッド３ｅ_３は、カム溝４ｂ_３の底面と内外周側面とに当接しており、カム溝４ｂ_３の底面から軸受５ｅ方向へ付勢され、カム溝４ｂ_３の外周側面から径方向内方へ付勢されている。この結果、揺動弁３ｅは、軸受５ｅに押し付けられると共に、軸部回りに径方向内方へ揺動し、弁ディスクを流出口２ｅ周囲のケーシング内周側面が形成する弁座から遠ざけて、流出口２ｅを開放している。
揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆの上記作動により、流路切換弁１は、流入口２ｂを流出口２ｅに連通させている。

回転カム４の回転軸４ａを図示しないモータで回転駆動し、カム４を図２の状態から回転させると、カムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｆ_３が、カム溝４ｂの底面と内外周側面とに当接しつつカム溝４ｂに対して相対移動する。
カムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｅ_３は、カム溝の第１円弧部４ｂ_１と係合している時は、カム溝内周側面から径方向外方へ付勢される。カムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｅ_３が、第３円弧部４ｂ_３へ向けて移動しつつ第２円弧部４ｂ_２と係合している時は、カム溝内周側面から径方向外方への付勢力が漸減すると共にカム溝外周側面から径方向内方への付勢力が漸増し、カム溝の第３円弧部４ｂ_３と係合している時は、カム溝外周側面から径方向内方へ付勢され、第１円弧部４ｂ_１へ向けて移動しつつ第２円弧部４ｂ_２と係合している時は、カム溝外周側面から径方向内方への付勢力が漸減すると共にカム溝内周側面から径方向外方への付勢力が漸増する。
カム溝４ｂの深さは、第１円弧部４ｂ_１から第３円弧部４ｂ_３の延在方向中央部へ向けて漸減しているので、図１から分かるように、カムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｆ_３が、カム溝４ｂ内を第１円弧部４ｂ_１から第２円弧部４ｂ_２を経由して第３円弧部４ｂ_３の延在方向中央部へ向けて相対移動する時は、揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆは、カムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｆ_３をカム溝４ｂの底面に当接させ、軸部を軸受５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆのＵ溝底面に当接させつつ、立った状態から次第に寝た状態へ揺動し、カムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｆ_３が、第３円弧部４ｂ_３の延在方向中央部から第２円弧部４ｂ_２を経由して第１円弧部４ｂ_１へ向けて相対移動する時は、揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆは、カムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｆ_３をカム溝４ｂの底面に当接させ、軸部を軸受５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆのＵ溝底面に当接させつつ、寝た状態から次第に立った状態へ揺動する。
カム４を図２の状態から時計回りに９０度回転させると、カムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３が、カム溝の第１円弧部４ｂ_１に係合し、カムロッド３ｆ_３がカム溝の第３円弧部４ｂ_３の延在方向中央部に係合する。この結果、流出口２ｃ、２ｄ、２ｅが閉鎖され、流出口２ｆが開放される。
回転カム４の回転軸４ａを図示しないモータで回転駆動し、カム４を時計回りに更に９０度回転させると、カムロッド３ｄ_３、３ｅ_３、３ｆ_３が、カム溝の第１円弧部４ｂ_１に係合し、カムロッド３ｃ_３がカム溝の第３円弧部４ｂ_３の延在方向中央部に係合する。この結果、流出口２ｄ、２ｅ、２ｆが閉鎖され、流出口２ｃが開放される。
回転カム４の回転軸４ａを図示しないモータで回転駆動し、カム４を時計回りに更に９０度回転させると、カムロッド３ｅ_３、３ｆ_３、３ｃ_３が、カム溝の第１円弧部４ｂ_１に係合し、カムロッド３ｄ_３がカム溝の第３円弧部４ｂ_３の延在方向中央部に係合する。この結果、流出口２ｅ、２ｆ、２ｃが閉鎖され、流出口２ｄが開放される。
上記説明から分かるように、流路切換弁１においては、回転カム４を回転駆動することにより、流出口を切り換えることができる。

本実施例に係る流路切換弁１に於いては、回転カム４を用いて揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを揺動駆動して、流出口２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆを開閉している。バネを使用しないので、従来に比べて部材数が低減し、作動が安定している。
回転カム４の環状のカム溝４ｂにカムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｆ_３を係合させることにより、揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを開閉方向に揺動駆動できる。
本実施例に係る流路切換弁１に於いては、揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆのカムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｆ_３をカム溝４ｂの底面に常時当接させ、軸部を軸受５ｄ、５ｄ、５ｅ、５ｆのＵ溝の底面に常時当接させているので、カム溝４ｂと軸受５ｄ、５ｄ、５ｅ、５ｆのＵ溝とで揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを常時挟持して、揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを安定的に作動させることができる。
本実施例に係る流路切換弁１に於いては、揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆの軸部と軸受５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆを、それぞれ延在方向に２分割し、揺動弁と軸受の２つの半部分の間の隙間に介在し、揺動弁の２つの半部分に対して相対摺動可能に当接するリブ６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆをケーシングに形成したので、単一の部材であるリブ６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆで揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを軸部の延在方向に位置決めできている。
環状のカム溝４ｂの内周側面はカムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｅ_３を径方向外方へ付勢し、ひいては揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを閉弁方向に付勢して弁座に押し当てる。環状のカム溝４ｂの外周側面はカムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｆ_３を径方向内方へ付勢し、ひいては揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを開弁方向に付勢する。環状のカム溝４ｂの内周側面がカムロッド３ｃ_３、３ｄ_３、３ｅ_３、３ｆ_３を径方向外方へ付勢し、ひいては揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを閉弁方向に付勢して弁座に押し当てているカム溝４ｂの周方向領域、即ち第１円弧部４ｂ_１では、揺動弁３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆの閉弁方向の揺動は弁座によって規制されるので、カム溝の外周側面ひいては外周側壁は不要である。第１円弧部４ｂ_１の外周側壁を切り欠くことにより、カム４の構造が簡素化され、ひいては流路切換弁１の構造が簡素化される。
上記実施例では、流路切換弁１を４方弁として構成したが、流出口２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆの何れか１つを恒久的に閉鎖すれば、流路切換弁１は３方弁になり、流出口２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆの何れか２つを恒久的に閉鎖すれば、流路切換弁１は２方弁になる。
回転カム４の形状を変更し、或いは回転カム４の形状と流入出口の配置とを変更すれば、上記実施例とは異なる種々の流路切換えを実現できる。
図３（ｄ）に示すように、揺動弁３ｃの弁ディスク３ｃ_２をＯリング３ｃ_２’に置換しても良い。揺動弁３ｄ、３ｅ、３ｆに就いても同様である。
回転カム駆動用モータは、ステッピングモータ、ギャードモータ等を使用可能である。

本発明は、流路切換弁に広く利用可能である。

１ 流路切換弁
２ ケーシング
２ｂ 流入口
２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ 流出口
３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ 揺動弁
４ カム
４ｂ カム溝
５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ 軸受
６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆ リブ

Claims (4)

1. 流入口と複数の流出口とが形成されたケーシングと、ケーシング内に配設されて流出口を開閉する複数の揺動弁と、前記複数の揺動弁に係合して揺動弁を揺動駆動する回転カムとを備え、回転カムは環状のカム溝を備え、揺動弁は前記カム溝に係合するカムロッドを備えることを特徴とする流路切換弁。
2. 環状のカム溝の外周側壁の一部が切り欠か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. ケーシングが備えるＵ溝を有する軸受と、揺動弁が有し軸受のＵ溝に嵌合する軸部とによって、揺動弁の軸支部が形成されており、カムロッドはカム溝の底面に常時当接し、軸部はＵ溝の底面に常時当接す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. 軸受と軸部とは、延在方向に２分割されており、２つの半部分の間の隙間に相対摺動可能に嵌合するリブがケーシングに形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。

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