JP2012036925A - 二方弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円筒状の弁体収容空間2、及び、半径方向に連通する複数の連通口18を具備するバルブボディ1と、バルブボディ1の複数の連通口18にそれぞれ連通可能な複数の弁口22を具備し、バルブボディ1の弁体収容空間2に収容された状態で駆動手段により回動され、バルブボディ1の複数の連通口18と複数の弁口22とがそれぞれ連通、または、非連通のいずれかに切り替えられる円筒状の弁体3と、流体流入口16及び流体流出口17を具備し、バルブボディ1を収容するケース4とを備え、バルブボディ1の外周面とケース4の内周面との間には全周にわたり均圧通路21が形成され、均圧通路21は流体流入口16又は流体流出口17と連通している。
【選択図】図1
Description
この従来技術においては、流入する流体を切頭円筒形の弁体100を回転させて複数の流出口に選択的に流出させるものであって、弁体100とケーシング102との間には、弁体100と一体的に回転し、流体のシールを行うためのシールリング101が弁体に装着されている。シールリング101には入口管103から流入する流体の半径方向外側へ向けた圧力が作用し、シールリング101はケーシング102内面に押し付けられる。シールリング101の外周面には、シールリング101とケーシング102との摩擦を低減させるため、ディンプル104が多数設けられ、従来の平滑面を持つシールリングの摩擦トルクに比べて、約1/3に減少させるようになっている。
前記バルブボディの複数の連通口にそれぞれ連通可能な複数の弁口を具備し、前記バルブボディの弁体収容空間に収容された状態で駆動手段により回動され、前記バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通、または、非連通のいずれかに切り替えられる円筒状の弁体と、
流体流入口及び流体流出口を具備し、前記バルブボディを収容するケースとを備え、
前記バルブボディの外周面とケースの内周面との間には全周にわたり均圧通路が形成され、前記均圧通路は前記流体流入口又は流体流出口と連通しており、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通した状態では、流体が流体流入口から流体流出口に流れ、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ非連通の状態では、流体の圧力がバルブボディの複数の連通口を介して弁体の外周面に作用することを特徴としている。
また、均圧通路をバルブボディの外周面とケースの内周面との間隙を利用して全周に形成することができるから、連通口及び弁口の円周方向の位置及び数を柔軟に設定することができる。
第2の特徴により、連通口、及び、弁口の数を設計条件に応じて最適なものに選択することができる。
第3の特徴により、カップ型弁体の内面に作用する流体の圧力を圧力抜き口を通して底辺部の外側に導き、底辺部の外側から下方に向かう圧力を発生させて、弁体に作用する流体のスラスト荷重を減殺させることができる。
前記バルブボディの複数の連通口にそれぞれ連通可能な複数の弁口を具備し、前記バルブボディの弁体収容空間に収容された状態で駆動手段により回動され、前記バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通、または、非連通のいずれかに切り替えられる円筒状の弁体と、
前記バルブボディの連通口の1つは前記流体流入口又は流体流出口と直結し、他の連通口はバルブボディ内に形成された均圧通路により前記流体流入口又は流体流出口と連通され、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通した状態では、流体が流体流入口から流体流出口に流れ、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ非連通の状態では、流体の圧力がバルブボディの複数の連通口を介して弁体の外周面に作用することを特徴としている。
第4の特徴により、弁体に加わる半径方向の流体圧力を弁体の回転中心に対してバランスさせ、弁体と弁座との摩擦力を最小限に保持することにより、弁体を駆動するための消費電力及びバルブサイズの極小化を図ることができる
ことを特徴としている。
第5の特徴により、均圧通路をバルブボディに比較的簡単に形成することができる。
第6の特徴により、二方弁の軽量化及び低コスト化を図ることができる。
また、本発明の二方弁は、第7に、第4又は6の特徴において、前記バルブボディを合成樹脂製とし、前記バルブボディの複数の連通口のうち、対向する連通口を連通させる前記均圧通路が、円筒状の弁体収容空間の周囲を円弧状に迂回するようにバルブボディ内に設けられるトンネル孔により形成されることを特徴としている。
第7の特徴により、均圧通路をOリング等によりシールすることが不要になる。
また、本発明の二方弁は、第9に、第4ないし第8のいずれかの特徴において、前記弁体がカップ型であり、前記ケースの半径方向又は回転軸芯方向に流体の流入口又は流出口が設けられ、該カップ型弁体の底辺部に駆動軸が設けられるとともに該底辺部が前記バルブボディに支持されてスラスト荷重を受けるように配置され、該底辺部を貫通するように圧力抜き口が設けられることを特徴としている。
前記バルブボディの複数の連通口にそれぞれ連通可能な複数の弁口を具備し、前記バルブボディの弁体収容空間に収容された状態で駆動手段により上下動され、前記バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通、または、非連通のいずれかに切り替えられる円筒状の弁体と、
流体流入口及び流体流出口を具備し、前記バルブボディを収容するケースとを備え、
前記バルブボディの外周面とケースの内周面との間には全周にわたり均圧通路が形成され、前記均圧通路は前記流体流入口又は流体流出口と連通しており、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通した状態では、流体が流体流入口から流体流出口に流れ、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ非連通の状態では、流体の圧力がバルブボディの複数の連通口を介して弁体の外周面に作用することを特徴としている。
第9の特徴により、弁体に加わる半径方向の流体圧力を弁体の回転中心に対してバランスさせ、弁体と弁座との摩擦力を最小限に保持することにより、弁体を駆動するための消費電力及びバルブサイズの極小化を図ることができる。
また、均圧通路をバルブボディの外周面とケースの内周面との間隙を利用して全周に形成することができるから、連通口及び弁口の円周方向の位置及び数を柔軟に設定することができる。
さらに、弁体を上下にわずかな距離だけ移動させることで弁体の開閉を切り替えることができるため、ソレノイドとして直動型を採用することができるとともに、駆動力も回転型に比較して小さくするできる。
また、本発明の二方弁は、第12に、第10又は第11の特徴において、前記弁体がカップ型であり、前記ケースの半径方向及び回転軸芯方向に流体の流入口又は流出口が設けられ、該カップ型弁体の底辺部に駆動軸が設けられるとともに該底辺部が前記バルブボディに支持されてスラスト荷重を受けるように配置され、該底辺部を貫通するように圧力抜き口が設けられることを特徴としている。
(1)第1、第4及び第10の特徴により、弁体に加わる半径方向の流体圧力を弁体の回転中心に対してバランスさせ、弁体と弁座との摩擦力を最小限に保持することにより、弁体を駆動するための消費電力及びバルブサイズの極小化を図ることができる。
(2)第1及び第10の特徴により、均圧通路をバルブボディの外周面とケースの内周面との間隙を利用して全周に形成することができるから、連通口及び弁口の円周方向の位置及び数を柔軟に設定することができる。
(4)第3、第9及び第12の特徴により、カップ型弁体の内面に作用する流体の圧力を圧力抜き口を通して底辺部の外側に導き、底辺部の外側から下方に向かう圧力を発生させて、弁体に作用する流体のスラスト荷重を減殺させることができる。
(5)第5の特徴より、均圧通路をバルブボディに比較的簡単に形成することができる。
(6)第6の特徴より、二方弁の軽量化及び低コスト化を図ることができる。
(7)第7の特徴より、均圧通路をOリング等によりシールすることが不要になる。
図1は、実施の形態1に係る二方弁の要部を示す斜視図であり、図2は、実施の形態1に係る二方弁の全体構成を示す正面断面図であり、また、図3(a)は、図2のA−A断面図、図3(b)は、図3(a)の弁体の閉時の状態を示す平面断面図である。
二方弁は、主として、バルブボディ1と、該バルブボディ1内の円筒状の弁体収容空間2内に配置されるカップ型の弁体3と、バルブボディ1を密封状態に収容支持するケース4と、弁体3を回動するソレノイド5から構成されている。バルブボディ1とケース4との上側の当接面にはOリング6が、また、下側の当接面にはOリング7が配設され、両部材の間での流体の漏れを防止している。カップ型の弁体3は、底辺部8が上側に、開口部9が下側になるように倒立状に配置され、底辺部8には回転軸10が一体的に設けられ、該回転軸10はソレノイド5の駆動軸11とピン12及ノブ13を介して連結される。回転軸10とバルブボディ1との間にはOリング14が配設され、両部材の間をシールしている。また、弁体3の底辺部8とバルブボディ1との間には摺動リング15が配設され、弁体3のスラスト荷重を受けるようになっている。
なお、弁体3の回転駆動をマグネットカップリング方式あるいはラックアンドピニオンで行うことも可能である。
図3(a)は、バルブボディの複数の連通口18と複数の弁口22とがそれぞれ連通した開の状態にあり、流体が流体流入口16から均圧通路21、複数の連通口18及び弁口22を介して流体流出口17に流れる。図3(b)は、バルブボディの複数の連通口18と複数の弁口22とがそれぞれ非連通の閉の状態にあり、流体流入口16から均圧通路21及び複数の連通口18に流れ込んだ流体は、弁体3の外周面に均等に圧力をかける。この際、弁体3の外周面に作用する半径方向の流体圧力は、弁体3の回転中心に対してバランスし、従来の弁装置におけるような片当たりではないため、弁体3を回転駆動する駆動力を最小化することができる。
また、連通口18は、同一の開口面積にしたり、又は、円周方向に等間隔に設ける必要はなく、要するに、弁体3の外周面に作用する半径方向の流体圧力が、弁体3の回転中心に対してバランスするものであればよい。
さらに、上記した例では、連通孔18及び弁口22の軸方向(上下方向)の位置について同じ高さにしているが、異なってもよい。
さらにまた、本発明は、流体流入口16と流体流出口17が逆でもよく、また、流体流入口16及び流体流出口17の双方が弁体3の回転中心に直交する方向に設けられても適用できる。
図4の例では、流体流入口16に近い左右の連通口18でも、流体流入口16から円周方向に45°ずれているため、流体流入口16からストレートに連通口18に流れ込む成分はなく、少なくとも45°の円周長さ分だけ均圧通路21を回り込んで流れ込むようになっている。
このため、特に、開時における流体の動圧による弁体に作用する力は入り口近傍で局所的に高くなるようなことはなく、全周において均一化されたものとなる。これに伴い、弁体の開から閉への駆動力も低減される。
図5は、実施の形態2に係る二方弁の要部を示す図であって、(a)は正面断面図、(b)は、図5(a)のA−A断面図、(c)は、図5(b)の弁体の閉時の状態を示す平面断面図である。
実施の形態2に係る二方弁は、主として、バルブボディ31と、該バルブボディ1内の円筒状の弁体収容空間32内に配置されるカップ型の弁体33と、バルブボディ31の上面に装着される上方フランジ34、弁体3を回動するソレノイド(図示せず)から構成されている。カップ型の弁体33は、底辺部36が上側に、開口部37が下側になるように配置され、底辺部36には回転軸38が一体的に設けられ、ソレノイドにより回動駆動される。回転軸38と上方フランジ34との間にはOリング39が配設され、両部材の間をシールしている。また、弁体33の底辺部36とバルブボディ31との間には摺動リング40が配設され、弁体33の回転軸方向のスラスト荷重を受けるようになっている。
図5(a)(b)は、バルブボディ31の2つの連通口43と2つの弁口50とがそれぞれ連通した開の状態にあり、流体は、流体流入口41から第1連通口43−1及び弁口50を介して流体流出口42に流れるルートと、流体流入口41から垂直孔46、両側の円弧状の深溝45、垂直孔47、第2連通口43−2及び弁口50を介して流体流出口42に流れるルートとの2つのルートで流れる。
図5(c)は、バルブボディ31の2つの連通口43と2つの弁口50とがそれぞれ非連通の閉の状態にあり、流体流入口41から第1及び第2の連通口43−1、43−2に流れ込んだ流体は、弁体33の外周面に圧力をかける。この際、弁体33の外周面に作用する半径方向の流体圧力は、弁体33の回転中心に対してバランスし、従来の弁装置におけるような片当たりではないため、弁体33を回転駆動する駆動力を最小化することができる。
また、連通口43は、同一の開口面積にしたり、又は、円周方向に等間隔に設ける必要はなく、要するに、弁体33の外周面に作用する半径方向の流体圧力が、弁体33の回転中心に対してバランスするものであればよい。
さらに、上記した例では、連通孔18及び弁口22の軸方向(上下方向)の位置について同じ高さにしているが、異なってもよい。
さらにまた、図4の例と同様に、バルブボディ1の2つの連通口43−1、43−2を円周方向に、例えば90°ずらして配設し、流体流入口41から90°の円周長さ分だけ均圧通路44を回り込んで流れ込むようにすると、弁体の駆動力をさらに低減できる。
また、垂直孔46及び垂直孔47のそれぞれを複数設けたり、あるいは、1つの開口面積を大きくすることにより、弁体に対する圧力バランスの応答性をよくすることもできる。
図6の例では、均圧通路44の深溝45は、全周に設けられ、第2及び第3の連通口43−2、43−3はそれぞれ垂直孔47、47を介して、深溝45に連通される。
連通口43が円周方向に120゜の等間隔で配設されているため、弁体33の外周面に作用する半径方向の流体圧力が、弁体33の回転中心に対して一層バランスよく作用する。
図7(a)(b)は、バルブボディ31’の第1及び第2の連通口43−1、43−2と2つの弁口50とがそれぞれ連通した開の状態にあり、流体は、流体流入口41から第1の連通口43−1、弁口50及び第2の連通口43−2を介して流体流出口42に流れる。また、流体流入口41から第3の連通口43−3、あるいは、流体流出口42から第4の連通口43−4に流れた流体が弁体33’外周面に圧力をかける。
図7(c)は、バルブボディ31’の第1及び第2の連通口43−1、43−2と2つの弁口46とがそれぞれ非連通の閉の状態にあり、流体流入口41から第1の連通口43−1及び第3の連通口43−3、あるいは、流体流出口42から第2の連通口43−2及び第4の連通口43−4に流れた流体が弁体33’外周面に圧力をかける。
この際、弁体33’の外周面に作用する半径方向の流体圧力は、弁体33’の回転中心に対してバランスし、従来の弁装置におけるような片当たりではないため、弁体33を回転駆動する駆動力を最小化することができる。
また、図9において、弁体収容空間32に半径方向に連通する2つの連通口43−1、43−2とを連通させるための均圧通路44は、バルブボディ31内に設けられるものであって、円筒状の弁体収容空間32の周囲を円弧状に迂回するように第1連通口43−1と第2連通口43−2とを左右から連通させる2つのトンネル孔57、57により形成される。
なお、トンネル孔は、2つのうちのいずれか一方でもよい。
本例においては、バルブボディ31を合成樹脂製とすることにより、二方弁の軽量化及び低コスト化を図ることができる。また、対向する連通口43−1及び43−2を連通させる均圧通路44をトンネル孔方式により形成することにより、Oリング等のシール手段が不要になる。
図10は、実施の形態3に係る二方弁の要部を示す斜視図であり、図11は、実施の形態3に係る二方弁の全体構成を示す正面断面図である。
実施の形態1に係る二方弁は弁体が回動することにより流路を開閉する構成であるのに対し、実施の形態3に係る二方弁では、弁体が上下動することにより流路を開閉する構成としている点で実施の形態1と相違する。図10及び11において、図1乃至3と同じ符号は図1乃至3と同じ部材を示しており、詳しい説明は省略する。
実施の形態3に係る二方弁は、主として、バルブボディ1と、該バルブボディ1内の円筒状の弁体収容空間2内に配置されるカップ型の弁体3と、バルブボディ1を密封状態に収容支持するケース4と、弁体3を上下動するソレノイド5’から構成されている。バルブボディ1とケース4との上側の当接面にはOリング6が、また、下側の当接面にはOリング7が配設され、両部材の間での流体の漏れを防止している。カップ型の弁体3は、底辺部8が上側に、開口部9が下側になるように配置され、底辺部8には上下動軸10’が一体的に設けられ、ソレノイド5’の駆動軸11’とはピン12、12及ノブ13を介して連結されている。上下動軸10’とバルブボディ1との間にはOリング14が配設され、両部材の間をシールしている。
図11では、バルブボディ1の各列の連通口55と各列の弁口56とがそれぞれ連通した開の状態にあり、流体が流体流入口16から均圧通路21、連通口55及び弁口56を介して流体流出口17に流れる。
図11において、弁体3がソレノイド5’により所定距離下方に移動されると、各列の連通口55と各列の弁口56とがそれぞれ非連通の閉の状態になり、流体流入口16から均圧通路21及び各列の連通口55に流れ込んだ流体は、弁体3の外周面に圧力をかける。この際、弁体3の外周面に作用する半径方向の流体圧力は、弁体3の軸芯に対してバランスし、従来の弁装置におけるような片当たりではないため、弁体3を上下に駆動する駆動力を最小化することができる。
また、連通口55は、同一の開口面積にしたり、又は、円周方向に等間隔に設ける必要はなく、要するに、弁体3の外周面に作用する半径方向の流体圧力が、弁体3の軸芯に対してバランスするものであればよい。
さらに、上記した例では、連通孔18及び弁口22の軸方向(上下方向)の位置について同じ高さにしているが、異なってもよい。
さらにまた、本発明は、流体流入口16と流体流出口17が逆でもよく、また、流体流入口16及び流体流出口17の双方が弁体3の軸芯に直交する方向に設けられても適用できる。
2 弁体収容空間
3 弁体
4 ケース
5、5’ ソレノイド
6 Oリング
7 Oリング
8 底辺部
9 開口部
10、10’ 回転軸
11、11’ 駆動軸
12 ピン
13 ノブ
14 Oリング
15 摺動リング
16 流体流入口
17 流体流出口
18 連通口
19 バルブボディの外周面
20 バルブボディの内周面
21 均圧通路
22 弁口
23 圧力抜き口
31、31’ バルブボディ
32 弁体収容空間
33、33’ 弁体
34 上方フランジ
35 下方フランジ
36 底辺部
37 開口部
38 回転軸
39 Oリング
40 摺動リング
41 流体流入口
42 流体流出口
43 連通口
44 均圧通路
45 深溝
46 垂直孔
47 垂直孔
48 Oリング
49 Oリング
50 弁口
51 圧力抜き口
52 メクラ栓
53 弁座
55 連通口
56 弁口
57 トンネル孔
Claims (12)
- 円筒状の弁体収容空間、及び、前記弁体収容空間に半径方向に連通する複数の連通口を具備するバルブボディと、
前記バルブボディの複数の連通口にそれぞれ連通可能な複数の弁口を具備し、前記バルブボディの弁体収容空間に収容された状態で駆動手段により回動され、前記バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通、または、非連通のいずれかに切り替えられる円筒状の弁体と、
流体流入口及び流体流出口を具備し、前記バルブボディを収容するケースとを備え、
前記バルブボディの外周面とケースの内周面との間には全周にわたり均圧通路が形成され、前記均圧通路は前記流体流入口又は流体流出口と連通しており、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通した状態では、流体が流体流入口から流体流出口に流れ、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ非連通の状態では、流体の圧力がバルブボディの複数の連通口を介して弁体の外周面に作用することを特徴とする二方弁。 - 前記バルブボディの複数の連通口、及び、前記弁体の複数の弁口のそれぞれの開口面積を一定、円周方向の開口数をN(Nは2以上の整数)とした場合、前記連通口及び弁口は、360゜/Nの角度で設けられることを特徴とする請求項1記載の二方弁。
- 前記弁体がカップ型であり、前記ケースの半径方向及び回転軸芯方向に流体の流入口又は流出口が設けられ、該カップ型弁体の底辺部に駆動軸が設けられるとともに該底辺部が前記バルブボディに支持されてスラスト荷重を受けるように配置され、該底辺部を貫通するように圧力抜き口が設けられることを特徴とする請求項1又は2記載の二方弁。
- 円筒状の弁体収容空間、前記弁体収容空間に半径方向に連通する複数の連通口、及び、流体流入口及び流体流出口を具備するバルブボディと、
前記バルブボディの複数の連通口にそれぞれ連通可能な複数の弁口を具備し、前記バルブボディの弁体収容空間に収容された状態で駆動手段により回動され、前記バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通、または、非連通のいずれかに切り替えられる円筒状の弁体と、
前記バルブボディの連通口の1つは前記流体流入口又は流体流出口と直結し、他の連通口はバルブボディ内に形成された均圧通路により前記流体流入口又は流体流出口と連通され、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通した状態では、流体が流体流入口から流体流出口に流れ、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ非連通の状態では、流体の圧力がバルブボディの複数の連通口を介して弁体の外周面に作用することを特徴とする二方弁。 - 前記均圧通路は、前記バルブボディの上面又は下面に沿って円弧状に設けられた深溝と、該深溝と前記流体流入口又は流体流出口とを結ぶ垂直孔及び該深溝と前記連通口とを結ぶ垂直孔により形成され、前記深溝は前記バルブボディの上面及び下面に装着されるフランジにより覆われることを特徴とする請求項4記載の二方弁。
- 前記バルブボディを合成樹脂製とし、前記弁体の外周面と接する部分に金属製の弁座を設けることを特徴とする請求項4記載の二方弁。
- 前記バルブボディを合成樹脂製とし、前記バルブボディの複数の連通口のうち、対向する連通口を連通させる前記均圧通路が、円筒状の弁体収容空間の周囲を円弧状に迂回するようにバルブボディ内に設けられるトンネル孔により形成されることを特徴とする請求項4又は6記載の二方弁。
- 前記バルブボディの複数の連通口、及び、前記弁体の複数の弁口のそれぞれの開口面積を一定、円周方向の開口数をN(Nは2以上の整数)とした場合、前記連通口及び弁口は、360゜/Nの角度で設けられることを特徴とする請求項4ないし7のいずれか1項に記載の二方弁。
- 前記弁体がカップ型であり、前記ケースの半径方向又は回転軸芯方向に流体の流入口又は流出口が設けられ、該カップ型弁体の底辺部に駆動軸が設けられるとともに該底辺部が前記バルブボディに支持されてスラスト荷重を受けるように配置され、該底辺部を貫通するように圧力抜き口が設けられることを特徴とする請求項4乃至8のいずれか1項に記載の二方弁。
- 円筒状の弁体収容空間、及び、前記弁体収容空間に半径方向に連通する複数の連通口を具備するバルブボディと、
前記バルブボディの複数の連通口にそれぞれ連通可能な複数の弁口を具備し、前記バルブボディの弁体収容空間に収容された状態で駆動手段により上下動され、前記バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通、または、非連通のいずれかに切り替えられる円筒状の弁体と、
流体流入口及び流体流出口を具備し、前記バルブボディを収容するケースとを備え、
前記バルブボディの外周面とケースの内周面との間には全周にわたり均圧通路が形成され、前記均圧通路は前記流体流入口又は流体流出口と連通しており、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通した状態では、流体が流体流入口から流体流出口に流れ、
バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ非連通の状態では、流体の圧力がバルブボディの複数の連通口を介して弁体の外周面に作用することを特徴とする二方弁。 - 前記バルブボディの複数の連通口、及び、前記弁体の複数の弁口のそれぞれの開口面積を一定、円周方向の開口数をN(Nは2以上の整数)とした場合、前記連通口及び弁口は、360゜/Nの角度で設けられることを特徴とする請求項10記載の二方弁。
- 前記弁体がカップ型であり、前記ケースの半径方向及び回転軸芯方向に流体の流入口又は流出口が設けられ、該カップ型弁体の底辺部に駆動軸が設けられるとともに該底辺部が前記バルブボディに支持されてスラスト荷重を受けるように配置され、該底辺部を貫通するように圧力抜き口が設けられることを特徴とする請求項10又は11記載の二方弁。
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