JPH1194100A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁体の回転の際のトルクを低減でき、シール
部材の取り付けの際の位置ずれを防止でき、また複数の
流れの制御を容易に行うことができる安価な構造の弁装
置を提供する。 【解決手段】 流体の流入口３および流出口４を有する
本体１内に弁体５を回転可能に収納し、弁体の流路口１
０と同一円周上の一部に本体１の流出口４よりも大きく
なるように凹部１１を形成し、この凹部１１にシート状
のシール部材１２を挿入し、かつ、シール部材１２の背
面に内圧を導入するように凹部１１と弁体５の内部とを
連通する導圧路９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切換弁や混合弁な
どの各種の弁に適用される弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水または空気などの流体の配管系に設置
されるバルブ類の中には、円筒形または円錐形等の弁体
を流路内に回転可能に配置し、その弁体に設けた貫通孔
を流路とするプラグバルブ等が広く利用されている。こ
のプラグバルブは、例えば湯水混合弁や切換弁などにも
適用され、弁体が回転してその回転角度によって流路を
切り換えることが構造面での一つの特徴である。このよ
うな円筒形等の弁体を回転させる構造では、シールのた
めのパッキンが弁体の周面に密着するように配置するこ
とが必要である。パッキンは、一般に利用されているＯ
リングやガスケットなどが主であり、弁体の円周方向の
周面をシールするために環状としたものが多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の弁構造は以上の
ように構成されていたため、次のような不具合があっ
た。すなわち、前記パッキンによるシール圧が弁体に作
用し、弁体を回転させる際にはこのシール圧が摩擦抵抗
となって、回転の際に大きな起動トルクを要するほか、
回転時にも大きなトルクを必要とすることになる。これ
が、例えばモータ等の制御によって行う自動駆動を想定
した場合に、モータの容量を大きくする必要が生じる、
装置が大型化する、コストアップとなるなどの大きな不
具合点となっていた。

【０００４】このような不具合を解消する手段として、
例えば特開平１−１９９０６９号公報では、弁体の回転
を円滑にするために弁体の外壁面もしくは本体の内壁面
のいずれか一方にフッ素含有樹脂のシート材を設ける方
法を開示しているが、この方法でも、シート材のシール
圧を確保するためのパッキンが必要で、高圧流体などの
シール性を確保するためにはパッキンのシール圧を高く
設定しなければならず、摩擦抵抗の増大を招くなどの不
具合があった。また、パッキンとシート材をともに弁体
側への組み付ける場合には、まずパッキンを取り付けた
後その上にシート材を組み付ける順序となるため、シー
ト材の組み付け後にパッキンの位置ずれが生じることが
あり、またその位置ずれが組立段階では分かりにくいな
どの不具合があった。また、多数の流れを制御するため
には、一般に良く利用される三方弁などを複数個使用す
ることになるが、一つの製品内で複数の流れを一度に制
御するものに適用する場合、同じ三方弁を複数個用いた
のでは各々を制御する必要が生じ、コストの増大と制御
の煩雑さを招き、また従来のようなシール構造を複数の
流れの制御に用いたのでは弁構造が複雑になるだけでな
く、回転の際のトルクが極端に大きくなるなどの不具合
があった。

【０００５】本発明は、上記のような弁体のシール構造
に伴う不具合点に鑑みてなされたもので、弁体の回転の
際のトルクを低減でき、シール部材の取り付けの際の位
置ずれを防止でき、また複数の流れの制御を容易に行う
ことができる安価な構造の弁装置を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る弁装置は、
流体の流入口および流出口を有する本体と、該本体内に
回転可能に収納され、周壁に流路口を設けた中空円筒状
の弁体とを備え、前記弁体の回転位置により前記弁体の
流路口を前記本体の流出口と整合または不整合させるこ
とにより流路を開閉する弁装置において、前記弁体の周
壁に前記流出口よりも大きくなるように形成された凹部
と、前記凹部に挿入されたシート状のシール部材と、前
記シール部材の背面に内圧を導入するように前記凹部と
前記弁体の内部とを連通する導圧路とを備えたことを特
徴とするものである。

【０００７】この構成によると、本体の流出口を閉じる
ときは、流入口より供給された流体の圧力が導圧路より
凹部内のシール部材に作用し、該シール部材を流出口に
押し付けることにより該流出口を塞ぐ。したがって、流
体の流れを停止させる。また、流出口を開くように弁体
を回転させるときは、内圧を低下させた状態で弁体を回
転させるので、シール部材と本体内面との接触圧が減ず
るため、摩擦抵抗が低下し、弁体の回転の際のトルクを
低減することができる。

【０００８】本発明においては、前記凹部を複数段に構
成し、前記導圧路を前記本体の内面に最も近接する外側
の凹部と前記弁体の内部とを連通するように設ける。内
圧が小さい場合や不安定な場合には、一枚のシール部材
では所要のシール圧を確保できない場合があり、このよ
うな場合には凹部を複数段設け、内側のシール部材の弾
性圧によりシール圧を補填し、所要のシール圧を確保す
る。内圧は本体内面に最も近接する外側のシール部材に
作用するように導圧路を設ける。

【０００９】本発明においては、前記凹部を複数段に構
成し、各々の段の前記凹部の少なくとも一辺または接線
を共通とするように構成する。凹部を複数段に構成した
場合には、内側のシール部材が正常にはまっていない
と、外側のシール部材を取り付けたときに、共通一辺の
端部が弁体外周面より盛り上がった状態となるので、シ
ール部材の取付不良や位置ずれ等を目視で確認できる。
したがって、シール部材の取付不良や位置ずれ等を組立
段階で防ぐことができる。シール部材および凹部が円形
の場合は各段における接線が共通であればよい。

【００１０】本発明においては、前記複数段の凹部にそ
れぞれ挿入されるシール部材のうち、前記外側の凹部に
挿入されるシール部材を良潤滑性部材で構成し、内側の
凹部に挿入されるシール部材を弾性部材で構成し、前記
弾性部材を前記良潤滑性部材よりも小さく、かつ、前記
本体の流出口よりも大きくなるように形成する。本体内
面に接触する外側のシール部材は、例えばフッ素樹脂の
ような良潤滑性部材で構成し、摩擦抵抗を減ずる。内側
のシール部材は、例えばシリコンゴムのような弾性部材
で構成し、前述した内圧が小さい場合や不安定な場合に
おけるシール圧の補助作用をさせる。

【００１１】本発明においては、前記本体の周壁に複数
の流入口および複数の流出口を設け、前記弁体の内部を
複数の室に区画し、そのうちの一つの前記室の周壁部に
前記シール部材を挿入する前記凹部および前記内圧を導
入する前記導圧路を設ける。この構成によると、一つの
弁装置で弁体の回転動作のみで複数の流路の切り換えを
行うことができる。しかも、前記のシール構造を採用し
ているので、弁体の作動トルクは小さい。

【００１２】本発明においては、前記弁体に設けた内圧
導入室以外の少なくとも一つの前記室を溝状に形成し、
該室と前記本体の流入口および流出口とで凹形流路を構
成する。この構成により、本体の流入口から流出口へ流
れる一つ以上の凹形流路の開閉および切り換えが可能に
なる。弁体における流路構成も簡単になり、弁装置の小
型化が可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１に係る弁装
置の断面図で、ここでは水用開閉弁装置を例示してい
る。図２は図１の要部の拡大図である。本体１は、全体
として例えば略円筒状に形成され、内部に円形断面の弁
体収納室２を有し、この弁体収納室２に通じる流入口３
が一端に設けられている。流体の流出口４は本体１の周
壁もしくは側壁に設けられる。中空円筒状に形成された
弁体５は、内部に中空室６を有し、その先端の開口端７
を流入口３の方へ向けて弁体収納室２内に同軸に嵌入さ
れる。弁体５の外周面と本体１の内周面の隙間はできる
だけ小さくなるように形成されている。また、弁体５の
内部の中空室６の後端側は端板８で閉鎖されており、か
つ、周壁には弁体５を回転させたとき流出口４と一致す
るように円周上に２つの孔９、１０が設けられている。
孔径の小さい方の孔９は導圧路をなし、孔径の大きい方
の孔１０は流路口を形成する。流路口１０と流出口４は
ほぼ同径となっている。そしてさらに、弁体５の外周面
には流路口１０と同一の円周上に流出口４より大きな凹
部１１が設けられており、導圧路９は凹部１１の底面部
に連通している。この凹部１１にシート状のシール部材
１２がはめ込まれる。シール部材１２はゴム板などの弾
性部材で構成されている。凹部１１およびシール部材１
２の形状は通常、円形や四角形などである。なお、流路
口１０と凹部１１とがなす中心角、すなわち弁体５の回
転角は特に限定されない。

【００１４】本体１は他端にフランジ部１３を有し、中
空の蓋体１４をフランジ部１３に通常のボルトなどの固
定手段で取り付けることにより閉鎖される。また、弁体
５の端板８には同心に回転軸１５が連接され、蓋体１４
の中心孔１６を通して回転軸１５を外部に引き出し、モ
ータ１７の駆動軸（図示せず）に回転軸１５を結合して
いる。蓋体１４と本体１間の隙間、および蓋体１４の中
心孔１６と回転軸１５間の隙間はそれぞれＯリング１
８、１９によりシールされている。

【００１５】本体１の流入口３および流出口４にはそれ
ぞれ図示しない配管が接続されており、弁体５が図１に
示す回転位置にあるとき、すなわちシート状のシール部
材１２が本体１の流出口４と整合する位置にあるとき
は、ポンプ（図示せず）により流体を流入口３へ供給す
ると、本体１内の弁体収納室２および弁体５内の中空室
６を流体が満たし内圧Ｐが発生する。この内圧Ｐは、図
２に示すように弁体５の周壁に形成した凹部１１内のシ
ール部材１２に対しても導圧路９を通じて作用し、この
背面からの圧力がシール部材１２のシール圧となり、シ
ール部材１２を流出口４の周縁部に均一に押し付けるた
め、流体が流出口４より排出されるのを防止でき、流れ
を止めることができる。

【００１６】次に、モータ１７に制御信号を送り、弁体
５を中心線２０のまわりに例えば１８０゜回転させる
と、弁体５の周壁に開口した流路口１０が流出口４と整
合し、流入口３より入った流体は流出口４より排出され
る。これら一連の動作によって、水用開閉弁の機能を発
揮する。なお、弁体５を回転させるときには上記ポンプ
を停止してから回転させるので、シール部材１２に作用
する内圧が低下し、シール部材１２と本体１内面との接
触圧が低下するため、摩擦抵抗が減じ、したがって弁体
５の回転の際のトルクを低減することができる。

【００１７】以上のように構成され、作用をする本実施
形態の弁装置によれば、弁体５の回転の際、弾性体から
なるシール部材１２のシール圧は不要、もしくは最小限
とすることができるため、弁体５を回転させる際のシー
ル圧による摩擦抵抗および、回転の際の起動トルク、回
転時のトルクを必要最小限に抑制することができる。こ
れが、例えばモータ等での自動駆動を想定した場合に、
前述した不具合の解消となる。

【００１８】実施の形態２．次に、本発明の実施の形態
２について図３により説明する。本実施形態の弁装置
は、前記凹部を複数段に構成し、本体１の内面に最も近
接する外側の凹部２１と弁体５の内部とを導圧路９で連
通させる構成としたものである。ここでは、２段の凹部
１１、２１で示してあり、内側の小さい方（但し、本体
１の流出口４よりも大きい））の凹部１１には実施の形
態１と同様に弾性体からなるシール部材１２が挿入さ
れ、外側の大きい方の凹部２１には例えばフッ素樹脂系
のような良潤滑性部材からなるシール部材２２が挿入さ
れている。その他の構成は実施の形態１と同じである。

【００１９】実施の形態１の構成では、一枚のシール部
材１２を使用しているため、流入口３からの供給圧力が
小さい場合、あるいは不安定な場合には所望のシール圧
が確保されないことがある。そこで、本実施形態のよう
な構成にすると、内側の弾性体からなるシール部材１２
によって圧力Ｑが外側のシール部材２２に作用するとと
もに、外側のシール部材２２には背面側から弁体５の内
圧Ｐが作用するので、これらの圧力ＱとＰにより、流出
口４方向へのシール圧の不足分を補填することができ
る。よって、必要なシール圧を安定に確保することがで
きる。また、外側のシール部材２２は良潤滑性部材で構
成されているので、弁体５の回転の際の摩擦抵抗が小さ
くなり、回転の際のトルクを低減することができる。内
圧Ｐがシール部材１２からの弾性圧Ｑよりも高い場合に
は外側のシール部材２２が内側のシール部材１２から離
れることもあり得るが、この場合には実施の形態１と同
じになる。

【００２０】このように、内側のシール部材１２の弾性
圧Ｑが付加されていても、外側のシール部材２２が良潤
滑性部材で構成されていることによる効果のために、弁
体５の回転の際のトルクを低減することができる。しか
も、流入口３からの供給圧力が小さい場合、あるいは不
安定な場合でも、内側のシール部材１２の弾性圧Ｑによ
り所要のシール圧を確保することができる。

【００２１】実施の形態３．次に、本発明の実施の形態
３について図４により説明する。本実施形態の弁装置
は、実施の形態２と同様に凹部を２段に構成し、外側の
凹部２１には良潤滑性部材からなるシール部材２２を、
内側の凹部１１には弾性部材からなるシール部材１２を
それぞれ挿入し、外側の凹部２１と弁体５の内部とを導
圧路９で連通させたものであるが、２つの凹部１１、２
１の少なくとも一辺２３が共通となるように構成したも
のである。すなわち、図４に示すように内側の凹部１１
が外側の凹部２１に対して左側（または右側）にオフセ
ットした状態に形成し、一辺２３を同位置に合わせてい
る。凹部１１、２１が角形の場合は少なくとも一辺が共
通となるように形成するが、円形の場合は少なくとも一
点における接線が共通となるように形成すればよい。ま
た、内側の凹部１１は実施の形態２と同様に外側の凹部
２２よりも小さく、かつ、本体１の流出口４よりも大き
くなるように形成する。その他の構成およびシール部材
１２、２２のシール作用については前述したとおり実施
の形態２と同様である。

【００２２】本実施形態では、上記のように２つの凹部
１１、２１の一辺を共通とするように構成したので、シ
ール部材１２、２２を各々の凹部１１、２１に取り付け
る組立工程は、まず、内側の凹部１１の共通一辺２３に
シール部材１２の端部を合わせて挿入し、その後、外側
の凹部２１の共通一辺２３にシール部材２２の端部を合
わせて挿入する順序となる。このとき仮に、シール部材
１２が内側の凹部１１に正常にはまっていない場合に
は、外側の凹部２１にシール部材２２を取り付けたとき
にシール部材１２、２２がその共通一辺２３における端
部において弁体５の外周面よりも盛り上がる状態となる
ため、シール部材１２の取付不良、位置ずれ等が組立段
階で明確に分かり、したがって、シール部材の組立段階
での取付不良、位置ずれ等を防止でき、常に正常な状態
に組み付けることができる。

【００２３】実施の形態４．図５に本発明の実施の形態
４の構成を示す。図６は図５のＡ−Ａ線断面図、図７は
図５のＢ−Ｂ線断面図である。また図８は弁体５を図５
の状態から１８０°回転させた状態を示す説明図であ
る。本実施形態は、本体１の一端に流入口３を設けるほ
か、周壁に複数の流入口２４、２５と流出口２６、２７
を設け、さらに弁体５の内部の中空室を仕切壁により３
つの室２８、２９、３０に区画し、そのうちの一つの室
２８は中空円筒状の弁体５の先端部において仕切壁３
１、３２、３３により区画され、室２８の流路口３７は
図５の状態では一方の流出口２７に連通している。３８
は仕切壁３１に設けた連通口である。２つ目の室２９は
仕切壁３１、３２、３４、３５、３６により軸方向に溝
状に形成され、かつ、本体１の内周面で囲まれた空間と
なっており、この空間２９は一方の流入口２４とそれと
同じ側の他方の流出口２６とを連通する凹形流路４１を
形成している。そして３つ目の室３０は弁体２の周壁部
と仕切壁３２、３３、３４、３５、３６と端板８とで囲
まれた空間（内圧導入室）となっており、仕切壁３３に
設けた連通口３９により室２８と室３０を連通させると
ともに、この室３０と周壁部４２に設けた凹部１１とを
導圧路９で連通させている。凹部１１には実施の形態１
と同様に弾性部材からなるシール部材１２が挿入され、
シール部材１２は図５の状態では他方の流入口２５に相
対している。その他の構成は実施の形態１と同様であ
る。

【００２４】次に、本実施形態の作用を説明する。図５
において、ポンプ（図示せず）により流体を流入口３、
２４、２５へそれぞれ供給すると、本体１内の弁体収納
室２および弁体５内の室２８、２９、３０は流体で満た
され、内圧導入室３０には内圧Ｐが発生する。そして、
室２８には流路４０に沿って、本体１の流入口３から弁
体５の室２８を通り本体１の流出口２７に至る流れａが
発生し、室２９には凹形流路４１に沿って、本体１の流
入口２４から室２９を通り本体１の流出口２６に至る流
れｂが発生し、また内圧導入室３０には連通口３９を通
る流れの行き止まりで発生する内圧Ｐによりシール部材
１２を流入口２５の方向へ押し付けるため、流入口２５
からシール部材１２までで停止する流れｃが発生する。
ここで、凹部１１に設けた導圧路９よりシール部材１２
に作用する内圧Ｐを流れｃからの作用圧力よりも大きく
なるように構成する。

【００２５】次に、モータ１７を駆動して、図８のよう
に弁体５を１８０゜回転させると、流入口３より入った
流れａは流路４０を経由し流出口２６より排出され、流
入口２５からの流れｃは凹形流路４１を経由し他方の流
出口２７より排出され、また他方の流入口２４からの流
れｂは前述の図５の流れｃと同様にシール部材１２まで
で停止する。これら一連の動作によって、前記ａ、ｂ、
ｃの３つの流れが一つの開閉弁で制御可能となる。

【００２６】本実施形態によれば、一つの弁により多数
の流れを制御することができ、一つの製品内で複数個の
流れを一度に制御するような場合、同じ三方弁を複数個
用いる必要がなく、かつ、制御は１つだけでよくなり、
コストの増大と制御の煩雑さを伴わない。

【００２７】また、本実施形態では実施の形態１で示し
たシール構造を採用したが、実施の形態２、３のシール
構造を採用することもできるものである。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明の弁装置は、弁体
の周壁に本体の流出口よりも大きくなるように凹部を形
成し、この凹部にシート状のシール部材を挿入し、か
つ、シール部材の背面に内圧を導入するように凹部と弁
体の内部とを連通する導圧路を設けたので、本体の流出
口を閉じるときは内圧が導圧路を通じてシート状のシー
ル部材に作用することにより、シール部材が流出口を塞
ぐため流体の排出を防ぐことができ、また弁体の回転の
際においては、内圧を減ずることによりシール部材での
シール圧を不要、もしくは最小限とすることができるの
で、弁体を回転させる際のシール圧による摩擦抵抗およ
び、回転の際の起動トルク、回転時のトルクを必要最小
限に抑制することができる。

【００２９】また、凹部を複数段に構成し、導圧路を本
体の内面に最も近接する外側の凹部と弁体の内部とを連
通するように設けたので、内圧が小さい場合や不安定な
場合、内側のシール部材の弾性圧によりシール圧を補填
し、所要のシール圧を確保することができる。

【００３０】また、凹部を複数段に構成し、各々の段の
凹部の少なくとも一辺または接線を共通とするように構
成したので、複数のシート部材を弁体へ組み付ける際、
内側および外側のシート部材の取り付け端面となる共通
一辺もしくは接線での盛り上がり状況を目視で確認する
ことにより、シート部材の取付不良、位置ずれ等を組立
段階で防ぐことができる。

【００３１】また、本体の周壁に複数の流入口および複
数の流出口を設け、弁体の内部を複数の室に区画し、そ
のうちの一つの室の周壁部にシール部材を挿入する凹部
および内圧を導入する導圧路を設けたので、一つの弁に
より多数の流れを制御することができ、一つの製品内で
複数個の流れを一度に制御するような場合、同じ三方弁
を複数個用いる必要がなく、かつ、制御は１つだけでよ
くなり、コストの増大と制御の煩雑さを伴わない。しか
も、前記のシール構造を採用しているので、弁体の作動
トルクは小さい。

【００３２】さらに、弁体に設けた内圧導入室以外の少
なくとも一つの室を溝状に形成し、該室と本体の流入口
および流出口とで凹形流路を構成することにより、本体
の流入口から流出口へ流れる一つ以上の凹形流路の開閉
および切り換えが可能になる。弁体における流路構成も
簡単になり、弁装置の小型化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の構成図である。

【図２】 図１の要部の拡大図である。

【図３】 本発明の実施の形態２の構成図である。

【図４】 本発明の実施の形態３の構成図である。

【図５】 本発明の実施の形態４の構成図である。

【図６】 図５のＡ−Ａ線断面図である。

【図７】 図５のＢ−Ｂ線断面図である。

【図８】 図５の動作後の説明図である。

【符号の説明】

１ 本体、２ 弁体収納室、３ 流入口、４ 流出口、
５ 弁体、６ 中空室、７ 開口端、８ 端板、９ 導
圧路、１０ 流路口、１１ 凹部、１２ シール部材、
１３ フランジ部、１４ 蓋体、１５ 回転軸、１６
中心孔、１７モータ、１８ Ｏリング、１９ Ｏリン
グ、２１ 凹部、２２ シール部材、２４ 流入口、２
５ 流入口、２６ 流出口、２７ 流出口、２８ 室、
２９ 室、３０ 室（内圧導入室）、３１〜３６ 仕切
壁、３７ 流路口、３８、３９連通口、４０ 流路、４
１ 凹形流路、４２ 周壁部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流入口および流出口を有する本体
   と、該本体内に回転可能に収納され、周壁に流路口を設
   けた中空円筒状の弁体とを備え、前記弁体の回転位置に
   より前記弁体の流路口を前記本体の流出口と整合または
   不整合させることにより流路を開閉する弁装置におい
   て、 前記弁体の周壁に前記流出口よりも大きくなるように形
   成された凹部と、 前記凹部に挿入されたシート状のシール部材と、 前記シール部材の背面に内圧を導入するように前記凹部
   と前記弁体の内部とを連通する導圧路と、を備えたこと
   を特徴とする弁装置。
2. 【請求項２】 前記凹部を複数段に構成し、前記導圧路
   を前記本体の内面に最も近接する外側の凹部と前記弁体
   の内部とを連通するように設けたことを特徴とする請求
   項１記載の弁装置。
3. 【請求項３】 前記凹部を複数段に構成し、各々の段の
   前記凹部の少なくとも一辺または接線を共通とするよう
   に構成したことを特徴とする請求項１記載の弁装置。
4. 【請求項４】 前記複数段の凹部にそれぞれ挿入される
   シール部材のうち、前記外側の凹部に挿入されるシール
   部材を良潤滑性部材で構成し、内側の凹部に挿入される
   シール部材を弾性部材で構成し、前記弾性部材を前記良
   潤滑性部材よりも小さく、かつ、前記本体の流出口より
   も大きくなるように形成したことを特徴とする請求項２
   または請求項３記載の弁装置。
5. 【請求項５】 前記本体の周壁に複数の流入口および複
   数の流出口を設け、前記弁体の内部を複数の室に区画
   し、そのうちの一つの前記室の周壁部に前記シール部材
   を挿入する前記凹部および前記内圧を導入する前記導圧
   路を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のい
   ずれか一に記載の弁装置。
6. 【請求項６】 前記弁体に設けた内圧導入室以外の少な
   くとも一つの前記室を溝状に形成し、該室と前記本体の
   流入口および流出口とで凹形流路を構成したことを特徴
   とする請求項５記載の弁装置。