JP3602421B2 - 流体切換弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、3ポートの流体切換弁に関するものであり、特に、構成がコンパクトでありながら大きな流量係数を持つ流体切換弁に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
3ポートの流体切換弁として、入口ポートから弁室内に流入した流体(液体)を両側の二つのポートに切換えて流出させるようにしたものは、従来から一般的に知られている。この種の流体切換弁において、入口ポートから流体が流入する弁室の両側の対向壁に、二つのポートに通じる弁座をそれぞれ設け、弁室内に、それらの弁座に選択的に着座して、入口ポートを一方のポートに連通させると共に他方のポートを閉鎖するポペットタイプの弁体を配設したものでは、次のような問題点を有している。
【0003】
即ち、上記流体切換弁では、外形を大きくすることなく流量を増大させるために、通常、可能な範囲内で入口ポートから弁室に至る流路や弁室自体の断面積を大きくするように考慮されるが、種々の実験の結果、任意に流路を拡大しても、よどみ部分や流路断面を急激に変化させて流れを乱す部分をつくるなど、流量の増大に有効に作用するところが少なく、逆効果になることもあり、結果的に、部分的に急激な絞りが形成されるようなところ、具体的には、弁体の背後で該弁体の一部が流路中に突出することにより急激な絞りが形成されている部分や、弁座を設けるために形成される急激な絞り部分等において、その絞りを可及的に急激でないものとすることにより、流量係数を十分に高め得ることを確かめた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した知見に基づいてなされたもので、その技術的課題は、基本的には、上述した3ポートの流体切換弁において、構成をコンパクトなものとしておきながら大きな流量係数を持つように構成することにある。
本発明の他の技術的課題は、上記知見に基づき、弁体の背後における弁体の一部の突出による急激な絞りや、弁座における絞りを可及的に急激でないものとして、流体切換弁の流量係数を高めることにある。
本発明の他の技術的課題は、上記流量係数を高めた流体切換弁を、製造及び組立が簡単な構成を有するものとして提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の流量切換弁は、入口ポートから弁本体内の弁室に流入した流体を上記入口ポートの両側の上記弁本体に対し上記入口ポートと同じ側にある二つの出口ポートに切換えて流出させる3ポートの流体切換弁であって、上記弁室の両側の対向壁に各出口ポートに通じる第1及び第2の弁座をそれぞれ設け、弁室内に、それらの弁座に選択的に着座して、入口ポートをいずれかの出口ポートに連通させると共に他方の出口ポートを閉鎖するポペットタイプの弁体を配設したものにおいて、上記第1及び第2の弁座を、上記弁室に凹設され、弁体の周囲における該弁体の厚さの少なくとも2分の1が埋入する深さの弁座孔の内底部に設け、上記弁室壁の入口ポートに対面する部分において、弁室内壁面と二つの弁座孔の周壁面を一連の部分円筒面により形成し、該弁座孔の内径Dと弁座の内径dの差として形成される弁座用段差の幅sを、
s≦0.03d+3〔mm〕
としたことを特徴とするものである。
【0006】
また、上記課題を解決するための本発明の流量切換弁は、入口ポートから弁本体内の弁室に流入した流体を上記入口ポートの両側の上記弁本体に対し上記入口ポートと同じ側にある二つの出口ポートに切換えて流出させる3ポートの流体切換弁であって、上記弁室の両側の対向壁に各出口ポートに通じる第1及び第2の弁座をそれぞれ設け、弁室内に、それらの弁座に選択的に着座して、入口ポートをいずれかの出口ポートに連通させると共に他方の出口ポートを閉鎖するポペットタイプの弁体を配設したものにおいて、上記第1及び第2の弁座を、上記弁室に凹設され、弁体の周囲における該弁体の厚さの少なくとも2分の1が埋入する深さの弁座孔の内底部に設け、上記弁本体を、本体ボディにエンドブロックを接合することにより構成し、上記本体ボディは、少なくとも入口ポート及び該入口ポートから一方の弁座を通して一方のポートに通じる流路を備えると共に、弁体を駆動するロッドを、該弁体が上記弁座に接離する方向に摺動するように貫通させ、かつ該ロッドに取付けた弁体を両弁座に着座させるための駆動手段を付設することにより構成し、上記エンドブロックは、他方のポートに通じる弁座及び該弁座から該ポートに至る流路を設けることにより構成したことを特徴とするものである。
【0007】
本発明の好ましい実施形態においては、上記第1及び第2の弁座からそれぞれの出口ポートに通じる流路にエルボ状の屈曲部を形成し、該屈曲部における外周側の曲率半径Rを、
R=0.5d〜1d
とするのが適切であり、また、上記弁本体が、上記第1及び第2の弁座の間を延びてこれらの弁座と上記入口ポートとを結ぶ第1の流路と、上記第1の弁座と一方の出口ポートとを結ぶ第2の流路と、上記第2の弁座と他方の出口ポートとを結ぶ第3の流路とを有し、これらの各流路は、対応する各ポートに向かって流路幅が拡大すると共に、上記第1及び第2の弁座に連通する位置の流路幅が最小で、その最小の流路幅が上記第1及び第2の弁座の内径と同じであるのが好ましい。
【0008】
上記構成を有する本発明の流体切換弁は、入口ポートから弁本体内の弁室に流入した流体を上記入口ポートの両側の上記弁本体に対し上記入口ポートと同じ側にある二つの出口ポートに切換えて流出させるものであるが、それらのポートに至る流路に設ける弁座を、弁体の周囲における該弁体の厚さの少なくとも2分の1が弁室内壁に埋入する深さの弁座孔の内底部に設けているので、弁座に着座している弁体の背後部分が、他方の弁座を通して流れる流体の流路に大きく突出して該流路に急激な絞りが形成されることはなく、弁体による絞りを可及的に急激でないものとして、流体切換弁の流量係数を高めることができる。
即ち、上記弁座を、構造の簡単化のために弁室内の両側の対向壁の内表面にそれぞれ設けておくと、弁座に着座している弁体自体の背後部分が弁室内に突出して、入口ポートから開放している弁座を通して流れる流体の流路を急激に減少させることになるが、上述の構成によりこのような問題が解消される。
【0009】
また、上記構成を有する本発明の流体切換弁は、弁室壁の入口ポートに対面する部分において、弁室内壁面と二つの弁座孔の周壁面を一連の部分円筒面により形成したため、弁本体における弁室の加工を容易にすると共に、流路断面の変化を小さくすることができ、また、弁座用段差の幅sを前述した範囲内で可及的に小さくすることにより、弁座において流路が絞られることによる流量係数の低下を抑制することができる。更に、二つの弁座からそれぞれのポートに通じる流路のエルボ状の屈曲部における外周側の曲率半径Rを、前述した範囲内に設定することにより、流量係数の低下を一層抑制することができる。
このような構成により、上記流体切換弁は、構成をコンパクトなものとしながら大きな流量係数を持つように構成することが可能になる。
【0010】
また、上記構成を有する本発明の流体切換弁は、上記弁本体を、本体ボディにエンドブロックを接合することにより構成し、上記本体ボディは、少なくとも入口ポート及び該入口ポートから一方の弁座を通して一方のポートに通じる流路を備えると共に、弁体を駆動するロッドを、該弁体が上記弁座に接離する方向に摺動するように貫通させ、かつ該ロッドに取付けた弁体を両弁座に着座させるための駆動手段を付設することにより構成し、上記エンドブロックは、他方のポートに通じる弁座及び該弁座から該ポートに至る流路を設けることにより構成したため、該エンドブロックにより閉鎖している本体ボディの孔を通して、本体ブロック内の弁室や弁座の加工、弁体等の組立を簡単かつ容易に行うことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1ないし図5は本発明にかかる流体切換弁の実施例を示している。
この流体切換弁は、入口ポートから弁本体内に流入した流体(液体)を二つのポートに切換えて流出させる3ポートの流体切換弁であって、その主たる構成要素としては、本体ボディ2にエンドブロック3を接合することにより構成した弁本体1と、該弁本体1に連結され、弁本体1の各流路に通じるポートを備えたサブプレート4と、上記本体ボディ2を貫通し、先端にポペットタイプの弁体5を取付けたロッド6を駆動する駆動手段7とを備えている。
【0012】
上記弁本体1は、サブプレート4の入口ポート41から流路11を通して流体が流入する弁室12の両側の対向壁に、一対の弁座13,31を設けている。そして、これらの弁座13,31の下流側には、上記サブプレート4における入口ポート41の両側に開設した二つのポート42,43に通じる流路15,16をそれぞれ設けている。したがって、サブプレート4は、本体ボディ2の流路11に対して入口ポート41を、また本体ボディ2の流路15,16に対してポート42,43をそれぞれ連通させた状態で、本体ボディ2に接合されている。
なお、サブプレート4における入口ポート41とその両側のポート42,43とは、図3乃至図5からわかるように、開口する方向が逆になっている。
【0013】
また、上記本体ボディ2は、それに挿設する弁体5のロッド6と同軸にエンドブロック3の接合孔14を設け、該接合孔14にエンドブロック3を嵌着してフランジ部33を固定することにより、該エンドブロック3と接合してなり、上記弁座13,31のうちの一方の弁座13は本体ボディ2に直接的もしくは分解可能なかたちに設け、他方の弁座31は、エンドブロック3と共に上記本体ボディ2に装着している。
上記エンドブロック3には、上記弁座31から本体ボディ2の流路16を通してポート43に通じる流路32を設けている。この流路32と流路16とは、弁座31内の流路を含めてそれらの流路断面積がほぼ均一になるように形成したものである。上記弁座31は、図示しているように、エンドブロック3と別体に形成しても、またエンドブロック3と一体に形成しても差し支えない。
【0014】
上記弁座13,31は、いずれも弁室12内に凹設した弁座孔17,18の内底部に設け、しかも、その弁座孔17,18は、弁体5の周囲における該弁体5の厚さの少なくとも2分の1が埋入する深さに形成している。これにより、入口ポート41から本体ボディ2内の弁室12に流入した流体を両側の二つのポート42,43側に切換えて流出させる際に、弁座孔17,18の内底部の弁座13,31に着座している弁体5の背後部分が、他方の弁座31,13を通して流れる流体の流路に大きく突出することがなく、そのため、該流路に急激な絞りが形成されることはなく、弁体5による流路の絞りを可及的に急激でないものとし、流体切換弁の流量係数を高めることができる。
【0015】
なお、弁座孔17,18の深さを弁体5の厚さの全部が埋入されるようにするのが、流路に絞りを形成しないという点でより効果的ではあるが、それらの弁座孔17,18を設けるために弁本体1の外形を大きくする必要が生じるので、弁体5による流路の絞りが流量係数に与える影響が大きくならない範囲内とするのが有効である。この範囲は、各種の実験により、弁体5の周囲の厚さの2分の1乃至全体が弁室内壁に埋入する深さの弁座孔17,18が有効であることを確かめている。弁座孔17,18の深さを弁体5の厚さよりも大きくするのは、流路断面の変化が大きくなるので好ましいことではない。
【0016】
上記本体ボディ2における弁室12は、その弁室壁の入口ポート41に対面する部分の内壁面12aを、二つの弁座孔17,18の周壁面と共に、一連の部分円筒面により形成している。また、本体ボディ2に設けたエンドブロック3の接合孔14は、少なくとも上記部分円筒面よりも大径の円筒面としている。
そのため、弁室12から弁座13,31に至る流路断面の変化を小さくすることができるばかりでなく、本体ボディ2における上記接合孔14を通して、該本体ブロック2内の弁室12の内壁面12aや弁座13の加工、弁体5の組立等を簡単かつ容易に行うことができる。
なお、本体ボディ2の肉厚に余裕があっても、上記弁室12の内壁面12aに凹部を形成して弁室12の拡大を図るのは、弁座13,31において弁室12からの流路を大きく絞ることになるので、望ましいことではない。
【0017】
上記弁座孔17,18においては、その内径Dと弁座13,31の内径dの差として形成される弁座用段差の幅s(図3参照)を、できるだけ小さくすることにより、弁座孔17,18から弁座13,31を通して流れる流体の流路断面の変化を小さくすることが必要であるが、上記弁座用段差の幅sには、少なくとも弁体5が着座してシールするのに必要な幅や、弁体5の製造、組立上における公差を考慮した余裕が必要である。それらを考慮した場合、汎用されているような流体切換弁において、基本的には、該幅sとして3mm、好ましくは2mmが必要であり、また、弁座の内径dが大きくなればそれに応じて該段差sの幅を考慮する必要があるが、経験的には、0.03d〔mm〕が必要である。
【0018】
したがって、結果的には、
s≦0.03d+3〔mm〕
とすればよいことになる。
このような範囲内で弁座用段差の幅sを可及的に小さくすることにより、弁座13,31において流路が絞られることによる流量係数の低下を抑制することができる。
【0019】
また、上記二つの弁座13,31からそれぞれのポート42,43に通じる流路は、エルボ状の屈曲部を形成しているが、該屈曲部における外周側の曲率半径Rは、
R=0.5d〜1d
とするのが、流量係数の低下を抑制するのにより適切である。
【0020】
前記ロッド6の先端には、シール部材51を介して円板状をなすポペットタイプの弁体5を嵌挿し、ホルダー52を介してボルト53を螺挿することにより、該弁体5を取付けている。上記ロッド6は、本体ボディ2及びそれにOリング22を介して取付けた支持プレート21を貫通し、弁本体1から外部に導出したもので、該支持プレート21を覆うように、本体ボディ2には駆動手段7としての空気圧駆動シリンダを付設している。上記ロッド6は、支持プレート21に設けた孔23に、エアシール61、液体シール62、及びスクレーパ63を介して、気密、液密に挿通している。
【0021】
上記空気圧駆動シリンダは、本体ボディ2にその支持プレート21を覆うように取付けられ、内部にシリンダ孔72を備えたカバー71と、ロッド6の外端に固定され、シリンダ孔72内に嵌入されたピストン73とを備えている。このピストン73は、シリンダ孔72内を本体ボディ2側のパイロット室74とその反対側の背室75とに区画するものであり、パイロット室74はパイロット圧縮空気が給排される図示しないポートに連通され、背室75は図示しない呼吸ポートを通して大気に開放され、かつ、外背室75内にはパイロット室74から圧縮空気を排出したときにピストン73をパイロット室74側に押圧するリターンスプリング76を収容している。なお、ピストン3の周囲には、シリンダ孔72の内面に摺接するウエアリング77及びピストンパッキン78を周設している。
なお、駆動手段7はこのような空気圧駆動シリンダに限るものではない。
【0022】
上記構成を有する流体切換弁は、構成をコンパクトなものとしておきながら大きな流量係数を持つように構成したもので、入口ポート41から弁本体1内の弁室に流入した流体(水や油等の液体)を、駆動手段7により駆動される弁体5により両側の二つのポート42,43に切換えて流出させるものである。そして、それらの流路に設けた弁座13,31を、弁体5の周囲における該弁体5の厚さの少なくとも2分の1が弁室内壁に埋入する深さの弁座孔17,18の内底部に設けているので、例えば、図1に示すように、弁座31に着座している弁体5の背後部分が、他方の弁座13を通して流れる流体の流路に大きく突出して該流路に急激な絞りが形成されることはない。
【0023】
また、弁室壁の入口ポート41に対面する部分の内壁面12aを、二つの弁座孔17,18の周壁面と共に、一連の部分円筒面により形成しているので、弁本体1における弁室12の加工が容易であるばかりでなく、流路断面の変化を小さくすることができ、更に、弁座用段差の幅sを前述した範囲内で可及的に小さくするようにしているので、この点でも弁座13,31において流路が絞られるのを抑制することができる。しかも、二つの弁座13,31からそれぞれのポート42,43に通じる流路のエルボ状の屈曲部の曲率半径Rを、前述した範囲内に設定することにより、流量係数の低下を一層抑制することができる。
【0024】
また、本体ボディ2にエンドブロック3を接合することにより弁本体1を構成し、上記本体ボディ2に設けた一方の弁座13に対向する他方の弁座31をエンドブロック3に設けているので、該エンドブロック3により閉鎖している本体ボディ2の接合孔14を通して、本体ブロック2内の弁室12や弁座の加工、弁体5等の組立を簡単かつ容易に行うことができる。
【0025】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明の流体切換弁によれば、3ポートの流体切換弁において構成をコンパクトなものとしておきながら、弁体の背後における弁体の一部の突出による急激な絞りや、弁座における絞りを可及的に急激でないものとして、大きな流量係数を有する流体切換弁を得ることができ、その製造及び組立も簡単なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る流体切換弁の実施例を示す断面図である。
【図2】上記実施例における弁体の他の切換え状態を示す断面図である。
【図3】図1におけるA−A位置での断面図である。
【図4】図1におけるB−B位置での断面図である。
【図5】図1におけるC−C位置での断面図である。
【符号の説明】
1 弁本体
2 本体ボディ
3 エンドブロック
5 弁体
6 ロッド
7 駆動手段
11 流路
12 弁室
12a 内壁面
13 弁座
15,16 流路
17,18 弁座孔
31 弁座
32 流路
41 入口ポート
42,43 ポート
Claims (4)
- 入口ポートから弁本体内の弁室に流入した流体を上記入口ポートの両側の上記弁本体に対し上記入口ポートと同じ側にある二つの出口ポートに切換えて流出させる3ポートの流体切換弁であって、上記弁室の両側の対向壁に各出口ポートに通じる第1及び第2の弁座をそれぞれ設け、弁室内に、それらの弁座に選択的に着座して、入口ポートをいずれかの出口ポートに連通させると共に他方の出口ポートを閉鎖するポペットタイプの弁体を配設したものにおいて、
上記第1及び第2の弁座を、上記弁室に凹設され、弁体の周囲における該弁体の厚さの少なくとも2分の1が埋入する深さの弁座孔の内底部に設け、
上記弁室壁の入口ポートに対面する部分において、弁室内壁面と二つの弁座孔の周壁面を一連の部分円筒面により形成し、
該弁座孔の内径Dと弁座の内径dの差として形成される弁座用段差の幅sを、
s≦0.03d+3〔mm〕
とした、
ことを特徴とする流体切換弁。 - 入口ポートから弁本体内の弁室に流入した流体を上記入口ポートの両側の上記弁本体に対し上記入口ポートと同じ側にある二つの出口ポートに切換えて流出させる3ポートの流体切換弁であって、上記弁室の両側の対向壁に各出口ポートに通じる第1及び第2の弁座をそれぞれ設け、弁室内に、それらの弁座に選択的に着座して、入口ポートをいずれかの出口ポートに連通させると共に他方の出口ポートを閉鎖するポペットタイプの弁体を配設したものにおいて、
上記第1及び第2の弁座を、上記弁室に凹設され、弁体の周囲における該弁体の厚さの少なくとも2分の1が埋入する深さの弁座孔の内底部に設け、
上記弁本体を、本体ボディにエンドブロックを接合することにより構成し、
上記本体ボディは、少なくとも入口ポート及び該入口ポートから一方の弁座を通して一方のポートに通じる流路を備えると共に、弁体を駆動するロッドを、該弁体が上記弁座に接離する方向に摺動するように貫通させ、かつ該ロッドに取付けた弁体を両弁座に着座させるための駆動手段を付設することにより構成し、
上記エンドブロックは、他方のポートに通じる弁座及び該弁座から該ポートに至る流路を設けることにより構成した、
ことを特徴とする流体切換弁。 - 上記第1及び第2の弁座からそれぞれの出口ポートに通じる流路にエルボ状の屈曲部を形成し、該屈曲部における外周側の曲率半径Rを、
R=0.5d〜1d
とした、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の流体切換弁。 - 上記弁本体が、上記第1及び第2の弁座の間を延びてこれらの弁座と上記入口ポートとを結ぶ第1の流路と、上記第1の弁座と一方の出口ポートとを結ぶ第2の流路と、上記第2の弁座と他方の出口ポートとを結ぶ第3の流路とを有し、これらの各流路は、対応する各ポートに向かって流路幅が拡大すると共に、上記第1及び第2の弁座に連通する位置の流路幅が最小で、その最小の流路幅が上記第1及び第2の弁座の内径と同じである、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の流体切換弁。
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