JP7152341B2

JP7152341B2 - 回転式切換弁

Info

Publication number: JP7152341B2
Application number: JP2019058497A
Authority: JP
Inventors: 鎮基梅村; 一幸雨宮
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2022-10-12
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: JP2020159439A

Description

本発明は、円筒状の周面を持つ弁室と、弁室の軸方向一端に連通する軸方向ポートと、弁室の周面の周方向一部に開口する少なくとも１つの径方向ポートとを有する弁筐と、弁室内に回転自在に設けられた円筒状の周壁部を持つ弁体とを備え、弁体の軸方向一端は、弁体の内部空間と軸方向ポートとを常時連通するように開放され、弁体の周壁部に、弁体の回転で弁体の内部空間と径方向ポートとを連通可能な弁開口が形成された回転式切換弁に関する。

従来、この種の回転式切換弁においては、径方向ポートの弁室に対する開口端の周囲に設けられた環状のパッキン装着溝に、弁体の周壁部外周面に接する環状のパッキンが装着され、径方向ポートから弁体の周壁部外周面と弁室の周面との間の隙間に流体が漏れ出ることをパッキンで防止できるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、弁体の周壁部に摺接するパッキンの先端面は、自由状態で、パッキンの外周面及び内周面の先端部に亘って断面円弧状に湾曲した湾曲面になっている。そのため、パッキンの先端湾曲面とパッキン装着溝の外周側溝壁の先端部との間に隙間を生ずる。そして、弁体を回転させたときに、弁体の回転方向前側に位置するパッキン部分の先端部が弁体からの摩擦力で上記隙間分だけ弁体の回転方向前側に逃げ、この部分のシール性が悪化してしまう。

特開２０１８－１６８９６９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、弁体の回転方向前側に位置するパッキン部分でのシール性の悪化を防止できるようにした回転式切換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、円筒状の周面を持つ弁室と、弁室の軸方向一端に連通する軸方向ポートと、弁室の周面の周方向一部に開口する少なくとも１つの径方向ポートとを有する弁筐と、弁室内に回転自在に設けられた円筒状の周壁部を持つ弁体とを備え、弁体の軸方向一端は、弁体の内部空間と軸方向ポートとを常時連通するように開放され、弁体の周壁部に、弁体の回転で弁体の内部空間と径方向ポートとを連通可能な弁開口が形成された回転式切換弁であって、径方向ポートの弁室に対する開口端の周囲に設けられた環状のパッキン装着溝に、弁体の周壁部外周面に接する環状のパッキンが装着されるものにおいて、パッキン装着溝の外周側溝壁のうち少なくとも弁体の回転方向両側に位置する部分の弁室側の先端部に、パッキン装着溝の内周側に突出する突起部が設けられ、パッキンの少なくとも弁体の回転方向両側に位置する部分の外周面の弁室側の先端部が突起部に押接することを特徴とする。

本発明によれば、弁体の回転方向前側に位置するパッキン部分の先端部に弁体から回転方向前側への摩擦力が作用しても、当該先端部は、パッキン装着溝の外周側溝壁の対応する部分の先端部に設けた突起部で回転方向前側から押えられているため、当該先端部が回転方向前側に逃げることはない。従って、弁体の回転方向前側に位置するパッキン部分でのシール性の悪化を防止できる。

また、本発明において、突起部は、パッキン装着溝の内周側への突出量が弁室に向けて次第に増加するテーパー状に形成されることが望ましい。これによれば、パッキンの外周面先端部が突起部に接触しやすくなって、突起部との間に空隙を生じ難くなり、シール性が向上する。

ところで、パッキン装着溝の外周側溝壁と、径方向ポートの弁室に対する開口端を囲うパッキン装着溝の内周側溝壁と、パッキンの弁室側と反対の基端部を受けるパッキン装着溝の底壁とを弁筐に一体に形成することも可能であるが、パッキン装着溝の外周側溝壁のみを弁筐と一体に形成し、パッキン装着溝の内周側溝壁と底壁部とを有する環状のパッキン装着部材を設けて、このパッキン装着部材を径方向ポートにおいて弁筐に嵌合固定してもよい。

本発明の実施形態の回転式切換弁の切断側面図。図１のＩＩ－ＩＩで切断した切断平面図。実施形態の回転式切換弁に設けられる弁体の斜視図。実施形態の回転式切換弁に設けられるパッキン及びパッキン装着部材の斜視図。実施形態の回転式切換弁に設けられる弁筐の上半部を切除した状態の斜視図。実施形態の回転式切換弁の要部の拡大切断平面図。

図１、図２に示す本発明の実施形態の回転式切換弁は、円筒状の周面を持つ弁室１１と、弁室１１の軸方向一端（図１の下端）に連通する軸方向ポート１２と、弁室１１の周面の周方向２箇所に開口する第１と第２の一対の径方向ポート１３_１，１３_２とを有する弁筐１を備えている。尚、この回転式切換弁は、第１径方向ポート１３_１から軸方向ポート１２に流す第１の流体と第２径方向ポート１３_２から軸方向ポート１２に流す第２の流体との混合割合を切換える混合弁、或いは、軸方向ポート１２に流入する流体の第１径方向ポート１３_１と第２径方向ポート１３_２とへの分配割合を切換える分配弁として用いるものである。

回転式切換弁は、更に、弁室１１内に回転自在に設けられた円筒状の周壁部２１を持つ弁体２を備えている。図３も参照して、弁体２の軸方向一端は、弁体２の内部空間と軸方向ポート１２とを常時連通するように開放されている。また、弁体２の周壁部２１には、弁体２の回転で弁体２の内部空間と第１と第２の各径方向ポート１３_１，１３_２とを連通可能な単一の弁開口２２が形成されている。弁体２の軸方向他端の端壁には、弁軸２３が立設されている。そして、弁軸２３を弁筐１の外面に搭載したモータ３に連結して、モータ３により弁体２を回転させるようにしている。

また、弁体２の軸方向他端の端壁の外周部の１箇所には、弁室１１の軸方向他端面に形成した円弧状溝１４に挿入されるストッパ突起２４が突設されている。そして、円弧状溝１４の両端にストッパ突起２４が当接することで、弁体２の回転範囲が制限されるようにしている。

弁体２には、更に、弁開口２２の周方向中間部を通る弁体２の直径方向に沿って軸方向に延在する補強リブ２５が設けられている。ここで、弁開口２２が存在しない周方向部分の周壁部２１が第１と第２の各径方向ポート１３_１，１３_２に対向して各径方向ポート１３_１，１３_２を閉鎖したときに、各径方向ポート１３_１，１３_２に対向する周壁部２１の部分が各径方向ポート１３_１，１３_２の流体圧に押されて径方向内方に撓むと、各径方向ポート１３_１，１３_２のシール不良を生ずる。補強リブ２５は、後述する如く各径方向ポート１３_１，１３_２のシール不良を防止するのに役立つ。

ところで、弁小型化のため、弁体２の径も小さくすると、弁体２での通路抵抗が大きくなる。そこで、弁開口２２の軸方向一端側（図１、図３の下端側、即ち、軸方向ポート１２側）に隣接する弁体２の周壁部２１の部分を、弁開口２２の周方向範囲よりも狭い、補強リブ２５を中心とした所定の周方向範囲の周壁部分２１ａを除いて切り欠いている。周壁部２１を切り欠いた部分は、図３に２点鎖線で示されている。これによれば、周壁部２１を切り欠いた部分では、周壁部２１の厚み分だけ軸方向ポート１２との間の通路面積が大きくなり、弁体２の小径化による弁体２での通路抵抗の増加を抑制することができる。

尚、弁開口２２が存在しない周方向部分の周壁部２１が第１と第２の各径方向ポート１３_１，１３_２に対向したときに、この周壁部２１の部分に作用する各径方向ポート１３_１，１３_２の流体圧は、補強リブ２５を介して上記周壁部分２１ａで受けることができる。そのため、各径方向ポート１３_１，１３_２に対向する周壁部２１の部分の撓みでシール不良を生ずることを防止できる。

第１と第２の各径方向ポート１３_１，１３_２の弁室１１に対する開口端の周囲には、環状のパッキン装着溝４が設けられている。そして、各パッキン装着溝４に、弁体２の周壁部２１の外周面に接する環状の各パッキン５が装着されている。尚、各パッキン装着溝４及び各パッキン５は、弁室１１側から見た形状がほぼ方形の環状になっている。

また、本実施形態において、各パッキン装着溝４の外周側溝壁４１は、弁筐１に一体に形成されている。一方、各径方向ポート１３_１，１３_２の弁室１１に対する開口端を囲う各パッキン装着溝４の内周側溝壁４２と、各パッキン５の弁室１１側と反対の基端部５１を受ける各パッキン装着溝４の底壁４３とは、弁筐１とは別体で、各径方向ポート１３_１，１３_２において弁筐１に嵌合固定される環状の各パッキン装着部材６に形成されている。

図４を参照して、各パッキン装着部材６の上記底壁４３となる部分から外方にのびる筒部６１の周方向４箇所には、筒部６１の径方向に弾性変形可能な爪部６２が設けられている。また、図５に示す如く、各径方向ポート１３_１，１３_２の周面には、各爪部６２に対応する凹溝１３１が形成されている。そして、各パッキン装着部材６に形成した内周側溝壁４２に各パッキン５を外嵌させた状態で、各パッキン装着部材６を各径方向ポート１３_１，１３_２に外方から挿入したときに、各パッキン装着部材６が所定のセット位置に到達したところで、各爪部６２が凹溝１３１に弾性的に入り込んで係合し、各パッキン装着部材６が各径方向ポート１３_１，１３_２において弁筐１に嵌合固定されるようにしている。

尚、各パッキン５の基端部５１は、外周側に屈曲するフランジ状に形成されている。また、各径方向ポート１３_１，１３_２の周面に、各パッキン装着溝４の外周側溝壁４１となる部分の基端に位置させて、外方を向く段差１３２を形成している。そして、各パッキン装着部材６が上記セット位置に到達したとき、各パッキン５のフランジ状基端部５１が段差１３２と底壁４３との間に挟まれるようにしている。

また、各パッキン装着部材６の筒部６１の先端部外面の対角位置には、突条６３が突設されている。一方、各径方向ポート１３_１，１３_２の周面の対角位置には、突条６３が係合可能な各径方向ポート１３_１，１３_２の長手方向にのびる溝部１３３が形成されている。そして、溝部１３３への突条６３の係合で各パッキン装着部材６が位相決めされるようにしている。

ところで、弁体２の周壁部２１に摺接する各パッキン５の先端面は、自由状態で、図６の仮想線及び図４に示す如く、各パッキン５の外周面及び内周面の先端部に亘って断面円弧状に湾曲した湾曲面である。そのため、各パッキン装着溝４の外周側溝壁４１が弁室１１側の先端部に亘って各径方向ポート１３_１，１３_２の軸線に平行な真直面に形成されていると、各パッキン５の先端湾曲面と各パッキン装着溝４の外周側溝壁４１の先端部との間に隙間を生ずる。そして、そして、弁体２を回転させたときに、弁体２の回転方向前側に位置するパッキン部分５ａの先端部が弁体２からの摩擦力で上記隙間分だけ弁体２の回転方向前側に逃げ、この部分のシール性が悪化してしまう。

そこで、本実施形態では、各パッキン装着溝４の外周側溝壁４１のうち弁体２の回転方向両側に位置する部分の弁室１１側の先端部に、各パッキン装着溝４の内周側に突出する突起部４１ａを設けている。そして、各パッキン５の少なくとも弁体２の回転方向両側に位置する部分の外周面の弁室１１側の先端部が図６に実線で示す如く、突起部４１ａに押接するようにしている。

これによれば、弁体２の回転方向前側に位置するパッキン部分５ａの先端部に弁体２から回転方向前側への摩擦力が作用しても、当該先端部は、パッキン装着溝４の外周側溝壁４１の対応する部分の先端部に設けた突起部４１ａで回転方向前側から押えられているため、当該先端部が回転方向前側に逃げることはない。従って、弁体２の回転方向前側に位置するパッキン部分５ａでのシール性の悪化を防止できる。

また、本実施形態において、突起部４１ａは、パッキン装着溝４の内周側への突出量が弁室１１に向けて次第に増加するテーパー状に形成されている。これによれば、パッキン５の外周面先端部が突起部４１ａに接触しやすくなって、突起部４１ａとの間に空隙を生じ難くなり、シール性が向上する。

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、上記実施形態では、各パッキン装着溝４の外周側溝壁４１のうち弁体２の回転方向両側に位置する部分のみに、弁室１１側の先端部に位置する突起部４１ａを形成しているが、各パッキン装着溝４の外周側溝壁４１に、全周に亘り、弁室１１側の先端部に位置する突起部４１ａを形成してもよい。また、上記実施形態では、パッキン装着溝４の内周側溝壁４２と底壁４３とを有するパッキン装着部材６を設けているが、パッキン装着部材６を省略し、パッキン装着溝４の外周側溝壁４１に加えて内周側溝壁４２と底壁４３とを弁筐１に一体に形成することも可能である。

更に、上記実施形態では、弁筐１に第１と第２の２つの径方向ポート１３_１，１３_２が設けられているが、単一の径方向ポートを設けて、軸方向ポートと径方向ポートとの間の連通、遮断や両ポート間に流れる流体の流量の切換えを行う回転式切換弁にも同様に本発明を適用できる。また、上記実施形態の回転式切換弁は、モータ３により弁体２を回転させる電動式であるが、手動式のものであってもよい。

１…弁筐、１１…弁室、１２…軸方向ポート、１３_１，１３_２…径方向ポート、２…弁体、２１…周壁部、２２…弁開口、４…パッキン装着溝、４１…パッキン装着溝の外周側溝壁、４１ａ…突起部、４２…パッキン装着溝の内周側溝壁、４３…パッキン装着溝の底壁、５…パッキン、５１…パッキンの基端部、６…パッキン装着部材。

Claims

円筒状の周面を持つ弁室と、弁室の軸方向一端に連通する軸方向ポートと、弁室の周面の周方向一部に開口する少なくとも１つの径方向ポートとを有する弁筐と、弁室内に回転自在に設けられた円筒状の周壁部を持つ弁体とを備え、弁体の軸方向一端は、弁体の内部空間と軸方向ポートとを常時連通するように開放され、弁体の周壁部に、弁体の回転で弁体の内部空間と径方向ポートとを連通可能な弁開口が形成された回転式切換弁であって、
径方向ポートの弁室に対する開口端の周囲に設けられた環状のパッキン装着溝に、弁体の周壁部外周面に接する環状のパッキンが装着されるものにおいて、
パッキン装着溝の外周側溝壁のうち少なくとも弁体の回転方向両側に位置する部分の弁室側の先端部に、パッキン装着溝の内周側に突出する突起部が設けられ、
パッキンの少なくとも弁体の回転方向両側に位置する部分の外周面の弁室側の先端部が突起部に押接することを特徴とする回転式切換弁。
突起部は、パッキン装着溝の内周側への突出量が弁室に向けて次第に増加するテーパー状に形成されることを特徴とする請求項１記載の回転式切換弁。
パッキン装着溝の外周側溝壁は、弁筐に一体に形成され、径方向ポートの弁室に対する開口端を囲うパッキン装着溝の内周側溝壁と、パッキンの弁室側と反対の基端部を受けるパッキン装着溝の底壁とを有する環状のパッキン装着部材が設けられ、パッキン装着部材が径方向ポートにおいて弁筐に嵌合固定されることを特徴とする請求項１又は２記載の回転式切換弁。