JP6689118B2 - 流路切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、流路切換弁に関し、特に流体の流れ方向（流路）を切り換えるための三方弁等の流路切換弁に関する。

この種の流路切換弁として、下記特許文献１には、一対の流出口が９０度の角度間隔で設けられた弁本体と、それぞれの流出口の弁座を開閉する弾性材料からなる２つの弁体と、これらの弁体を開閉駆動する回動軸を備えたものが開示されている。このように構成された流路切換弁では、弁体の前面側に凹部を有するように椀状部を形成し、該椀状部の弾性変形を利用して流出口の弁座に密着させることで、弁体と弁座との間のシール性を確保している。

特開２０１３−１７７９６５号公報

上記特許文献に記載の流路切換弁では、弁体と弁座との間のシール性をある程度確保することができるが、シール性を更に向上する余地があった。

本発明は、弁体と弁座との間のシール性を向上することができる流路切換弁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、本発明に係る流路切換弁は、弁室及び該弁室に開口すると共に弁座を有する複数の入出口が設けられた弁本体と、前記入出口を選択的に開閉すべく前記弁室内に回動自在に配置された弁体と、前記弁体を前記入出口の弁座に対して開閉駆動するための回動軸と、前記回動軸に固定されると共に、該回動軸の径方向に沿って延出するアーム部と、前記弁体が固定されたシャフトと、を備える流路切換弁であって、前記アーム部は、前記回動軸の軸方向に沿って離れて配置された上側アームと下側アームとを有し、前記上側アームの延出端部には、前記シャフトの上端部が遊挿される上側貫通穴が設けられ、前記下側アームの延出端部には、前記シャフトの下端部が遊挿される下側貫通穴が設けられ、前記シャフトは、前記アーム部に前記回動軸の軸方向及び径方向に自由度を持つように取り付けられ、前記弁体は、前記回動軸の軸方向及び径方向に自由度を持つように前記回動軸に取り付けられていることを特徴としている。

他の好ましい形態では、前記上側貫通穴及び前記下側貫通穴は、それぞれ前記アーム部の延出方向に延びる長円形状を呈している。

他の好ましい形態では、前記弁本体には、平面視で所定の角度間隔をあけて第１入出口と第２入出口とが設けられ、前記弁室の内部において、前記第１入出口を開閉するための第１弁体と前記第２入出口を開閉するための第２弁体とが背中を向けた状態で前記シャフトに固定されている。

本発明に係る流路切換弁によれば、弁体は回動軸の軸方向及び径方向に自由度を持つように回動軸に取り付けられているので、弁体で入出口を閉じる際に、該弁体が流体の流れ、弁座の形状に合わせて上下、左右、回動方向に自動調整することができる。その結果、弁体の中心軸と入出口の中心軸とが一致しやすくなり、弁体を弁座に確実に密着させることができるので、弁体と弁座との間のシール性を向上することが可能になる。

実施形態に係る流路切換弁を外側から見た斜視図。 実施形態に係る流路切換弁を内側から見た斜視図。 蓋体を取り外した状態の流路切換弁を上から見た斜視図。 回動軸、アーム部、シャフト及び第１、第２弁体の組立状態を示す斜視図。 回動軸、アーム部、シャフト及び第１、第２弁体の分解斜視図。 第１弁体を外した場合における回動軸、アーム部、シャフト及び第２弁体の組立状態を示す斜視図。 第１弁体を外した場合における回動軸、アーム部、シャフト及び第２弁体の組立状態を示す側面図。 第１弁体とアーム部との当接状態を下方から見た斜視図。 第１弁体で第１流出口を閉じる状態を示す斜視図。

以下、図面を参照して本発明に係る流路切換弁の実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。

図１及び図２は実施形態に係る流路切換弁を示す斜視図である。本実施形態の流路切換弁１は、流体の流れ方向を切り換えるための三方弁である。この流路切換弁１は、略扇状の箱型に形成された弁本体２と、弁本体２の隅部に配置されると共に、上端部が外部に露出し他の部分が弁本体２の内部に挿入された回動軸３とを備えている。

弁本体２は、上面が開口した有底筒体２１と、筒体２１の開口を塞ぐように装着固定された蓋体２２とを有する。筒体２１及び蓋体２２によって、弁本体２の内部には弁室４が形成されている（図３参照）。筒体２１は、扇状の底部２１ａと、底部２１ａの半径部分から起立すると共に、中心角が略９０度になる一対の側壁部２１ｂ，２１ｃと、底部２１ａの円弧部分から起立する円周部２１ｄとからなる。蓋体２２の上面には、後述の回動軸３の中間部３２を収容する円筒状の収容部２６が更に設けられている。この収容部２６は、弁室４と連通している。

弁本体２の底面と左右の側面には、それぞれ弁室４に開口する入出口７、８、９が設けられている。ここでは、底面に設けられた入出口が流入口７とされ、左右の側面に設けられた入出口が第１流出口８と第２流出口９とされている。そして、第１流出口８と第２流出口９とは平面視で９０度の角度間隔をあけて配置されている。

図３は蓋体を取り外した状態の流路切換弁を上から見た斜視図である。図３に示すように、弁室４の内部には、第１流出口８を開閉するための第１弁体１０及び第２流出口９を開閉するための第２弁体１１が、互いに背中を向けながら所定の距離で離れた状態で配置されている。そして、側壁部２１ｂの中央には、第１弁体１０で第１流出口８を閉じる際に、該第１弁体１０に密着する弁座２４が形成されている。側壁部２１ｃの中央には、第２弁体１１で第２流出口９を閉じる際に、該第２弁体１１に密着する弁座２５が設けられている。

回動軸３は、第１弁体１０を第１流出口８の弁座２４に対して開閉駆動したり、第２弁体１１を第２流出口９の弁座２５に対して開閉駆動したりできるように、弁本体２に回動自在に設けられている。この回動軸３は、図示されない駆動装置の出力軸と連結する上端部３１と、後述のアーム部５を固定するための下端部３３と、上端部３１と下端部３３の間の中間部３２に分けられている。上端部３１は弁本体２の外部に露出しており、その外周には、駆動装置の出力軸と噛み合う歯が複数形成されている。一方、中間部３２及び下端部３３は弁本体２の内部に挿入されている。

図４は回動軸、アーム部、シャフト及び第１、第２弁体の組立状態を示す斜視図であり、図５はこれらの分解斜視図である。弁室４内のシール性を確保するために、中間部３２にはＯリングを装着するための環状溝３４，３５が設けられている。下端部３３には、該下端部３３に固定されると共に、回動軸３の径方向に沿って延出するアーム部５が形成されている。このアーム部５は、Ｃ字状に形成され、回動軸３の軸方向に沿って所定の間隔で離れて配置された上側アーム５１と下側アーム５２と、回動軸３の軸方向に沿って延在すると共に上側アーム５１及び下側アーム５２を連結する連結部５３とからなる。

上側アーム５１の延出端部５１ａには、後述するシャフト６の上端部６１ａが遊挿される上側貫通穴５１ｂが設けられている。これに対応して、下側アーム５２の延出端部５２ａには、後述するシャフト６の下端部６１ｂが遊挿される下側貫通穴５２ｂが設けられている。上側貫通穴５１ｂ及び下側貫通穴５２ｂ、それぞれ平面視でアーム部５の延出方向に延びる長円形状を呈している。両貫通穴５１ｂ，５２ｂを長円形状とすることでシャフト６を回動軸３の方向に自由度を持たせることができる。

また、シャフト６を上側貫通穴５１ｂと下側貫通穴５２ｂに挿入しやすくするため、延出端部５１ａの下面及び延出端部５２ａの上面は、その間の距離が徐々に拡がるようにテーパ状に加工されている。なお、連結部５３は、上側アーム５１及び下側アーム５２を補強する役割を果たすものである。

シャフト６は、樹脂材料からなり、円柱状に形成された本体部６１と、本体部６１の中央位置から左右両側に突出し、第１弁体１０を取り付ける円柱状の取付部６２と、第２弁体１１を取り付ける円柱状の取付部６３とを有する。本体部６１は、更に、直径が比較的に小さく形成された上端部６１ａ及び下端部６１ｂと、直径が比較的に大きく形成された中間部６１ｃとからなる。

上端部６１ａの直径は延出端部５１ａに設けられた上側貫通穴５１ｂの直径より若干小さくなっており、下端部６１ｂの直径は延出端部５２ａに設けられた下側貫通穴５２ｂの直径より若干小さくなっている。一方、中間部６１ｃの直径は、上側貫通穴５１ｂ及び下側貫通穴５２ｂのいずれの直径より大きくなっている。このように上端部６１ａ、下端部６１ｂ及び中間部６１ｃの直径の違いによって、上端部６１ａと中間部６１ｃの間には上側段差面６４、下端部６１ｂと中間部６１ｃの間には下側段差面６５がそれぞれ形成されている。

図６は、第１弁体を外した場合における回動軸、アーム部、シャフト及び第２弁体の組立状態を示す斜視図である。図６に示すように、シャフト６の取付部６２の先端部６２ａは、周囲に拡がるように円板状に形成されている。取付部６２に第１弁体１０を取り付けた場合に、該先端部６２ａは第１弁体１０の内部に入り込み、第１弁体１０が取付部６２から抜けることを防止する効果を奏する。なお、取付部６３の先端部も取付部６２の先端部６２ａと同様な構造を有するように形成されている。

第１弁体１０及び第２弁体１１は、ゴム等の弾性材料によって円板状に形成されている。弁座２４又は弁座２５に好適に密着するために、これらの弁体は内側から外側（シャフト６に近い側から遠い側）に向かって徐々に縮径されている。なお、本実施形態において、シャフト６及び第１弁体１０、第２弁体１１は、例えば二色成形によって一体的に形成されている。すなわち、先に一次側となるシャフト６を樹脂材料で成形し、その後、二次側となる第１弁体１０及び第２弁体１１をゴム材料でシャフト６と一体で成形させる。このようにすることで、弁体とシャフト６の接合強度を高めることができる。なお、両弁体１０，１１は、弾性材料によりカップ状、吸盤状、半球状等に形成されてもよい。

シャフト６をアーム部５に取り付ける際に、例えばシャフト６を斜めに持ちながら、先に上端部６１ａを上側アーム５１の延出端部５１ａに設けられた上側貫通穴５１ｂに挿入し、次に下端部６１ｂを下側アーム５２の延出端部５２ａに設けられた下側貫通穴５２ｂに上側アーム５１と下側アーム５２を上下方向に弾性変形させて挿入する。そして、シャフト６の下端部６１ｂの直径が下側貫通穴５２ｂの直径より小さく、中間部６１ｃの直径が下側貫通穴５２ｂの直径より大きいため、アーム部５に取り付けられた状態では、シャフト６の下側段差面６５が下側アーム５２の延出端部５２ａの上面と当接する。これによって、シャフト６は、その長手方向が回動軸３の軸方向に平行するようにアーム部５に取り付けられる。

図７は第１弁体を外した場合における回動軸、アーム部、シャフト及び第２弁体の組立状態を示す側面図である。図７に示すように、シャフト６がアーム部５に取り付けられた状態では、シャフト６の上側段差面６４から上側アーム５１の延出端部５１ａの下面までの距離ｔ（ｔ＞０）を有するように設定されている。すなわち、シャフト６は回動軸３の軸方向に一定の自由度を持つようにアーム部５に取り付けられている。

また、シャフト６の上端部６１ａの直径が上側貫通穴５１ｂの直径より小さいため、上側貫通穴５１ｂに挿入された上端部６１ａは、該上側貫通穴５１ｂに制限された範囲において回動軸３の径方向に自由に動くことができる。同様に、下端部６１ｂの直径が下側貫通穴５２ｂの直径より小さいため、下側貫通穴５２ｂに挿入された下端部６１ｂも、該下側貫通穴５２ｂに制限された範囲において回動軸３の径方向に自由に動くことができる（図３参照）。すなわち、シャフト６は回動軸３の径方向にも自由度を持つようにアーム部５に取り付けられている。

更に、シャフト６の上端部６１ａの直径が上側貫通穴５１ｂの直径より小さく、下端部６１ｂの直径が下側貫通穴５２ｂの直径より小さいため、アーム部５に取り付けられた状態では、シャフト６は所定の範囲において回動自在になっている。

図８は第１弁体とアーム部との当接状態を下方から見た斜視図である。シャフト６の回動に伴って第１弁体１０及び第２弁体１１も回動するが、第１弁体１０の外縁部が上側アーム５１又は下側アーム５２と当接した場合、或いは第２弁体１１の外縁部が上側アーム５１又は下側アーム５２と当接した場合には、シャフト６の回動が制限され、それ以上の回動ができなくなる。すなわち、第１弁体１０及び第２弁体１１の回動範囲は、第１弁体１０の外縁部が上側アーム５１、下側アーム５２に当接する位置から、第２弁体１１の外縁部が上側アーム５１、下側アーム５２に当接する位置までの範囲である。

このように構成された流路切換弁１において、例えば図３に示す状態から回動軸３を時計回りに回すと、該回動軸３に固定されたアーム部５が回動し、アーム部５に取り付けられたシャフト６はアーム部５によって時計回り方向に付勢される。このため、シャフト６に固定された第１弁体１０は、第１流出口８に接近し、該第１流出口８の弁座２４に密着して該第１流出口８を閉塞する（図９参照）。このとき、流入口７からの流体は、弁室４を経由して第２流出口９に流れる。

一方、回動軸３を反時計回りに回動すると、アーム部５に取り付けられたシャフト６がアーム部５によって反時計回り方向に付勢されるので、第２弁体１１は、第２流出口９の弁座２５に接近し密着することで、該第２流出口９を閉塞する。このとき、第１弁体１０が第１流出口８の弁座２４から離れるので、第１流出口８は全開する。従って、流入口７からの流体は、弁室４を経由して第１流出口８に流れる。

なお、図３に示すように、第１弁体１０及び第２弁体１１が第１流出口８と第２流出口９との間に配置された場合には、第１流出口８及び第２流出口９はともに全開するので、流入口７からの流体は、一部が弁室４を経由して第１流出口８に流れ、一部が弁室４を経由して第２流出口９に流れる。すなわち、流入口７からの流体は、第１流出口８及び第２流出口９の双方に流れる。

本実施形態に係る流路切換弁１によれば、シャフト６が回動軸３の軸方向及び径方向に自由度を持つようにアーム部５に取り付けられているので、該アーム部５に固定された第１弁体１０及び第２弁体１１は、回動軸３の軸方向及び径方向に自由度を有すると共に、シャフト６の回動に伴って回動することが可能になる。

従って、例えば第１弁体１０で第１流出口８を閉じる際に、第１弁体１０がシャフト６に支持されながら、流体の流れ、第１流出口８の弁座２４の形状に合わせて上下、左右、回動方向に自動調整することができ、第１弁体１０の中心軸と第１流出口８の中心軸とが一致しやすくなる。すなわち、該第１弁体１０は自動調心機能を有するようにされている。このため、仮に第１流出口８との位置ずれ等があっても、第１弁体１０は、位置ずれ等を解消するように自動調整を行い、第１流出口８の中心軸と一致して該第１流出口８の弁座２４に密着することができる。その結果、第１弁体１０と弁座２４との間のシール性を確実に向上することができる。なお、第２弁体１１で第２流出口９を閉じる場合も、同様な作用効果を得られる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態では、上側貫通穴５１ｂ及び下側貫通穴５２ｂについて平面視で長円形状を呈す例を挙げて説明したが、これらの貫通穴の形状を円、楕円としてもよい。また、上記の実施形態において、三方弁を挙げて説明したが、本発明は二方弁にも適用される。二方弁の場合には第１弁体１０及び第２弁体１１の一方を省略すればよい。

１ 流路切換弁
２ 弁本体
３ 回動軸
４ 弁室
５ アーム部
６ シャフト
７ 流入口
８ 第１流出口
９ 第２流出口
１０ 第１弁体
１１ 第２弁体
２１ 筒体
２１ａ 底部
２１ｂ，２１ｃ 側壁部
２１ｄ 円周部
２２ 蓋体
２４，２５ 弁座
２６ 収容部
５１ 上側アーム
５１ａ 延出端部
５１ｂ 上側貫通穴
５２ 下側アーム
５２ａ 延出端部
５２ｂ 下側貫通穴
６１ 本体部
６１ａ 上端部
６１ｂ 下端部
６２，６３ 取付部

Claims (3)

1. 弁室及び該弁室に開口すると共に弁座を有する複数の入出口が設けられた弁本体と、
   前記入出口を選択的に開閉すべく前記弁室内に回動自在に配置された弁体と、
   前記弁体を前記入出口の弁座に対して開閉駆動するための回動軸と、
   前記回動軸に固定されると共に、該回動軸の径方向に沿って延出するアーム部と、
   前記弁体が固定されたシャフトと、を備える流路切換弁であって、
   前記アーム部は、前記回動軸の軸方向に沿って離れて配置された上側アームと下側アームとを有し、
   前記上側アームの延出端部には、前記シャフトの上端部が遊挿される上側貫通穴が設けられ、
   前記下側アームの延出端部には、前記シャフトの下端部が遊挿される下側貫通穴が設けられ、
   前記シャフトは、前記アーム部に前記回動軸の軸方向及び径方向に自由度を持つように取り付けられ、
   前記弁体は、前記回動軸の軸方向及び径方向に自由度を持つように前記回動軸に取り付けられていることを特徴とする流路切換弁。
2. 前記上側貫通穴及び前記下側貫通穴は、それぞれ前記アーム部の延出方向に延びる長円形状を呈し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. 前記弁本体には、平面視で所定の角度間隔をあけて第１入出口と第２入出口とが設けられ、
   前記弁室の内部において、前記第１入出口を開閉するための第１弁体と前記第２入出口を開閉するための第２弁体とが背中を向けた状態で前記シャフトに固定されてい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。

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