バルブ装置
【課題】スライド機構を利用しなくても、弁体および弁軸を備えた開閉部材を変位可能に支持することができるバルブ装置を提供すること。
【解決手段】バルブ装置１において、開閉部材５は、流路３１０を開閉する可撓性の弁体５１、および弁体５１の中央から開方向に延在する弁軸５３を備えており、弁軸５３は、付勢部材９によって閉方向に付勢されている。ここで、弁体５１の外周部たる環状部分５１５はハウジング２に保持されており、開閉部材５は、ハウジング２による弁体５１の環状部分５１５の保持、および付勢部材９による閉方向に向けての付勢により、弁軸５３の軸線方向Ｌに移動可能にハウジング２に支持されている。
【解決手段】バルブ装置１において、開閉部材５は、流路３１０を開閉する可撓性の弁体５１、および弁体５１の中央から開方向に延在する弁軸５３を備えており、弁軸５３は、付勢部材９によって閉方向に付勢されている。ここで、弁体５１の外周部たる環状部分５１５はハウジング２に保持されており、開閉部材５は、ハウジング２による弁体５１の環状部分５１５の保持、および付勢部材９による閉方向に向けての付勢により、弁軸５３の軸線方向Ｌに移動可能にハウジング２に支持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路の開閉を行う弁体を備えたバルブ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体や気体等の流体の供給を制御するバルブ装置としては、流路を開閉するための弁体、および弁体から延在する弁軸を備えた開閉部材をカム機構で駆動するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
かかる特許文献１に記載のバルブ装置において、ケースに形成された穴内には筒状のスライド部材とバネとが配置され、スライド部材の内側に弁軸が挿入されている。従って、カム機構によってスライド部材を押圧すれば、開閉部材が閉方向に変位するとともに、カム機構によるスライド部材の押圧を停止すれば、バネの付勢力によって開閉部材が開方向に変位する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７０５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、開閉部材を開方向および閉方向に変位可能に支持するにあたって、特許文献１に記載の技術のように、ケースに設けた穴内でスライド部材がスライドする機構を採用すると、スライド部材と穴の内壁との間に発生する摺動抵抗によって余計な負荷が発生するため、駆動部に無駄な電力消費が発生するという問題点がある。また、穴内に異物が侵入すると、スライド部材がスムーズに移動できず、その結果、流路の開閉を制御できなくなるという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、スライド機構を利用しなくても、弁体および弁軸を備えた開閉部材を変位可能に支持することができるバルブ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るバルブ装置は、流路を開閉する可撓性の弁体、および該弁体の中央から閉方向および開方向のうちの一方方向に延在する弁軸を備えた開閉部材と、該弁軸を閉方向および開方向のうちの他方方向に付勢する付勢部材と、前記開閉部材を前記一方方向側に向けて駆動する際に前記弁軸に当接して前記開閉部材を前記一方方向に押圧する弁軸駆動部と、前記開閉部材、前記付勢部材および前記弁軸駆動部を支持する支持体と、を有し、前記開閉部材は、前記支持体による前記弁体の外周部の保持、および前記付勢部材による前記他方方向に向けての付勢により、前記弁軸の軸線方向に移動可能に前記支持体に支持されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、開閉部材は、流路を開閉する可撓性の弁体、および弁体の中央から閉方向および開方向のうちの一方方向に延在する弁軸を備えており、弁軸は、付勢部材によって閉方向および開方向のうちの他方方向に付勢されている。このため、弁軸駆動部が弁軸を押圧していない間、開閉部材は、付勢部材に付勢された他方方向に位置する。この状態から、弁軸駆動部が弁軸に当接して開閉部材を一方方向に押圧すると、開閉部材は、付勢部材の付勢力に抗して一方方向に移動する。かかる開閉部材の変位によって、弁体は流路を開閉する。ここで、弁体の外周部は支持体に保持されており、開閉部材は、支持体による弁体の外周部の保持、および付勢部材による他方方向に向けての付勢により、弁軸の軸線方向に移動可能に支持体に支持されている。このため、開閉部材に対してスライド機構を設ける必要がない。それ故、スライド機構での摺動抵抗に起因する余計な負荷の発生や、スライド機構での引っ掛かり等に起因する不具合の発生を防止することができる。
【０００９】
本発明において、前記弁軸駆動部は、駆動源、および該駆動源からの駆動力を前記弁軸に伝達する伝達機構と、を有し、前記伝達機構は、前記開閉部材を前記一方方向に向けて駆動する際、前記弁軸において前記他方方向に向く被伝達部に当接した状態で摺動しながら当該開閉部材を前記一方方向に向けて押圧する出力部材を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、伝達機構の出力部材と開閉部材とを連結しなくても開閉部材を一方方向に駆動することができる。それ故、開閉部材が閉方向に変位する際、出力部材から開閉部材に大きな負荷が加わらないので、付勢部材の付勢力によって開閉部材を他方方向に変位させることができる。
【００１０】
本発明において、前記伝達機構は、前記駆動源により駆動されるカム部材を備えたカム機構を有していることが好ましい。かかる構成によれば、カム形状によって開閉部材を任意のパターンで変位させることができる。
【００１１】
本発明において、前記伝達機構は、前記出力部材として、前記弁軸の軸線方向に対して交差する軸線周りに揺動可能に前記支持体に支持された揺動部材を備え、前記弁軸駆動部からの駆動力は、前記カム部材に従動して前記揺動部材が揺動することにより前記被伝達部に伝達されることが好ましい。かかる構成によれば、カムによって弁軸を直接、軸線方向に押圧する場合に比して、弁軸に対して軸線方向に沿う方向の力を加えることができる。従って、開閉部材を一方方向に押圧する際、弁軸が傾かないので、開閉部材を適正な姿勢で変位させることができる。
【００１２】
本発明において、前記弁軸は、前記被伝達部をもって前記軸線方向に対して交差する方向に突出した凸部を備え、前記付勢部材は、前記凸部において前記一方方向に位置する面に当接して当該面を前記他方方向に向けて付勢していることが好ましい。かかる構成によれば、弁軸に対して、簡素な構成で、付勢部材による付勢力および弁軸駆動部による駆動力を印加することができる。
【００１３】
本発明において、前記開閉部材を複数備え、当該複数の開閉部材はいずれも、共通の前記駆動源により駆動されることが好ましい。かかる構成によれば、簡素な構成で複数の流路の開閉を制御することができる。
【００１４】
本発明において、前記カム部材は、前記駆動源により回転駆動される軸部から外周側にカム部が突出したカムシャフトであることが好ましい。かかる構成によれば、簡素な構成で複数の開閉部材を駆動することができる。
【００１５】
本発明において、前記付勢部材は、前記弁軸に対して同軸状に配置されたコイルバネであることが好ましい。かかる構成によれば、付勢部材によって弁軸を付勢する構成を採用した場合、弁軸が傾かないので、開閉部材を適正な姿勢で変位させることができる。
【００１６】
本発明において、前記弁体は、ダイヤフラム弁であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明において、開閉部材は、流路を開閉する可撓性の弁体、および弁体の中央から閉方向および開方向のうちの一方方向に延在する弁軸を備えており、弁軸は、付勢部材によって閉方向および開方向のうちの他方方向に付勢されている。このため、弁軸駆動部が弁軸を押圧していない間、開閉部材は、付勢部材に付勢された他方方向に位置する。この状態から、弁軸駆動部が弁軸に当接して開閉部材を一方方向に押圧すると、開閉部材は、付勢部材の付勢力に抗して一方方向に移動する。かかる開閉部材の変位によって、弁体は流路を開閉する。ここで、弁体の外周部は支持体に保持されており、開閉部材は、支持体による弁体の外周部の保持、および付勢部材による他方方向に向けての付勢により、弁軸の軸線方向に移動可能に支持体に支持されている。このため、開閉部材に対してスライド機構を設ける必要がない。それ故、スライド機構での摺動抵抗に起因する余計な負荷の発生や、スライド機構での引っ掛かり等に起因する不具合の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用したバルブ装置の外観を示す説明図である。
【図２】本発明を適用したバルブ装置を部分的に分解した様子を示す説明図である。
【図３】本発明を適用したバルブ装置をさらに分解した様子を示す説明図である。
【図４】本発明を適用したバルブ装置の流路構成部材における流路等を示す説明図である。
【図５】本発明を適用したバルブ装置のカムシャフト等の可動部の説明図である。
【図６】本発明を適用したバルブ装置を、弁体を通る位置で切断したときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
（バルブ装置の全体構成）
図１は、本発明を適用したバルブ装置の外観を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、バルブ装置を斜め上方からみた斜視図、およびバルブ装置を斜め下方からみた斜視図である。図２は、本発明を適用したバルブ装置を部分的に分解した様子を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、バルブ装置を部分的に分解した様子を斜め上方からみた分解斜視図、およびバルブ装置を部分的に分解した様子を斜め下方からみた分解斜視図である。図３は、本発明を適用したバルブ装置をさらに分解した様子を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は、バルブ装置の分解斜視図、および開閉部材の斜視図である。図４は、本発明を適用したバルブ装置の流路構成部材における流路等を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、下ケースの流路の一部を拡大して示す平面図、上ケースに形成した流路の一部を拡大して示す底面図、および流路構成部材の断面図である。
【００２１】
図１、図２および図３に示すように、本形態のバルブ装置１は、略直方体のハウジング２から弁軸駆動部６の駆動源６０として用いたモータが突出した構造になっている。かかるバルブ装置１において、ハウジング２は、ハウジング本体２０と、ハウジング本体２０の上部開口を覆う上カバー２６と、ハウジング本体２０の下部開口を覆う流路構成体３とから構成されており、ハウジング本体２０の内部には、詳しくは後述する弁軸駆動部６、付勢部材９、および開閉部材５が配置されている。かかるバルブ装置１では、共通の流体供給装置から供給された流体を所定のタイミングで貫通穴３５１に供給するのに利用することができる。また、本形態のバルブ装置１では、貫通穴３５１が複数形成されていることから、共通の流体供給装置から供給された流体を所定のタイミングで複数の貫通穴３５１に分配しながら供給するのに利用することができる。
【００２２】
（流路構成体３の構成）
図２および図３に示すように、ハウジング２の底部に連結された流路構成体３は、下ケース３５、ゴムシート等からなるシール材３３、および上ケース３１が積層された構造になっており、下ケース３５とハウジング本体２０とは、シール材３３および上ケース３１を間に挟んだ状態でボルト３９により連結されている。また、上ケース３１の下面からは円柱状の突起３１９が２つ形成されており、シール材３３において突起３１９と重なる位置には貫通穴３３９が形成され、下ケース３５の上面には、突起３１９と重なる位置に貫通穴３５９が形成されている。従って、下ケース３５、シール材３３、および上ケース３１を重ねた際、下ケース３５、シール材３３、および上ケース３１は、突起３１９によって互いの位置合わせが行われる。
【００２３】
かかる流路構成体３の底面では流体入口１１と流体出口１２とが開口しており、流体入口１１および流体出口１２には流入管１１０および流出管１２０（図１参照）が接続される。本形態においては、１つの流体入口１１と３つの流体出口１２とが設けられており、流体入口１１は、上ケース３１に形成された流路３１０、および下ケース３５に形成された共通流路３５０を経由して３つの流体出口１２の各々に連通している。
【００２４】
かかる流路を構成するにあたって、まず、下ケース３５は四角形の板状であり、かかる下ケース３５の上面には、溝状の共通流路３５０が形成されている。共通流路３５０の底部には、貫通穴３５０ａが１つ形成されており、貫通穴３５０ａは、下ケース３５の下面で流体入口１１として開口している。また、下ケース３５において共通流路３５０の側方位置には、共通流路３５０の延在方向に沿って３つの貫通穴３５１が等間隔に形成されており、３つの貫通穴３５１は各々、下ケース３５の下面で流体出口１２として開口している。また、下ケース３５において、ボルト３９が止められる位置等には貫通穴３５８が形成されている。
【００２５】
シール材３３は、下ケース３５の上面と略同一サイズのゴム製シートであり、ボルト３９が止められる位置等には切り欠き３３８が形成されている。シール材３３において、下ケース３５の３つの貫通穴３５１に対して重なる位置の各々には３つの貫通穴３３１が形成されているとともに、共通流路３５０と重なる位置に３つの貫通穴３３２が等間隔に形成されている。
【００２６】
上ケース３１は、下ケース３５の上面と略同一サイズの板材であり、ボルト３９が止められる位置等には貫通穴３１８が形成されている。上ケース３１の上面には、円形の凹部からなる流路３１０が等間隔に３つ形成されており、流路３１０の底部の中央には円筒状の段部３１３が形成されている。かかる円筒状の段部３１３の上面は、後述する弁体５１に対するシール面３１４として機能する。また、流路３１０の周りには、環状凸部３１７が形成されており、かかる環状凸部３１７は、後述する弁体５１をハウジング本体２０との間で保持する。
【００２７】
３つの段部３１３の各々の中央には貫通穴３１２が形成されており、かかる３つの貫通穴３１２は、シール材３３に形成された貫通穴３３２に対して一対一の関係をもって重なる。従って、３つの流路３１０は各々、上ケース３１の貫通穴３１２およびシール材３３の貫通穴３３２を介して共通流路３５０に連通し、かかる共通流路３５０を介して流体入口１１に連通している。
【００２８】
また、３つの流路３１０の各々において、段部３１３の外側に位置する底部には貫通穴３１１が形成されており、かかる貫通穴３１１は、シール材３３に形成された貫通穴３３１に対して一対一の関係をもって重なる。従って、３つの流路３１０は各々、上ケース３１の貫通穴３１１、シール材３３の貫通穴３３１、および下ケース３５の貫通穴３５１を介して流体出口１２に連通している。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、下ケース３５の上面には、共通流路３５０を全周で囲むリブ状の突条部３５５と、貫通穴３５１を全周で囲むリブ状の突条部３５６とが形成されている。本形態において、突条部３５５と突条部３５６とは部分的に繋がっている。また、図４（ｂ）に示すように、上ケース３１の下面には、貫通穴３１２を全周で囲むリブ状の突条部３１５と、貫通穴３１１を全周で囲むリブ状の突条部３１６とが形成されている。本形態において、突条部３１５、３１６、３５５、３５６はいずれも、断面三角形状を有している。
【００３０】
ここで、下ケース３５の突条部３５５、３５６と上ケース３１の突条部３１５、３１６とは、互いにずれた位置に形成されており、シール材３３を互いに異なる位置で押圧する。より具体的には、上ケース３１の突条部３１５は、下ケース３５の突条部３５５と共通流路３５０とによって挟まれた領域に重なるように形成され、上ケース３１の突条部３１６は、下ケース３５の突条部３５６と貫通穴３５１とによって挟まれた領域に重なるように形成されている。従って、シール材３３は、共通流路３５０および貫通穴３１２の周りにおいて、上ケース３１の突条部３１５によって押圧され、さらに、上ケース３１の突条部３１５によって押圧されている箇所より外側では、下ケース３５の突条部３５５によって押圧されている。また、シール材３３は、貫通穴３１１、３５１の周りにおいて、上ケース３１の突条部３１６によって押圧され、さらに、上ケース３１の突条部３１６によって押圧されている箇所より外側では、下ケース３５の突条部３５６によって押圧されている。それ故、共通流路３５０の周りおよび貫通穴３１１、３１２、３５１の周りは確実に封止されている。
【００３１】
（弁体５１および付勢部材９の構成）
図５は、本発明を適用したバルブ装置１のカムシャフト等の可動部の説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、可動部の斜視図、および可動部の分解斜視図である。
【００３２】
図１、図２、図３、図４および図５において、ハウジング本体２０の底部には、上ケース３１の上面に形成された流路３１０と重なる位置に弁体配置穴２０５が形成されており、かかる弁体配置穴２０５、およびハウジング本体２０と上カバー２６との間に形成された空間を利用して、上ケース３１の段部３１３の上面（シール面３１４）に対向するように開閉部材５が配置されている。本形態において、弁体配置穴２０５は、ハウジング本体２０の底部において等間隔に３つ形成されており、それ故、開閉部材５は、等間隔に３つ配置されている。また、本形態のバルブ装置１では、ハウジング本体２０と上カバー２６との間に形成された空間を利用して、開閉部材５を開方向（シール面３１４から離間する方向）に駆動する弁軸駆動部６が構成されており、弁軸駆動部６は、３つの開閉部材５を各々、所定のタイミングで駆動して、開閉部材５がシール面３１４に形成された貫通穴３１２を塞いだ閉状態、および開閉部材５が貫通穴３１２を開放した開状態を実現する。
【００３３】
かかる開閉動作を実現するにあたって、本形態では、まず、図４（ｃ）および図５（ｂ）に示すように、開閉部材５は、シール面３１４に対向する可撓性の弁体５１と、弁体５１の中央から閉方向および開方向のうちの開方向に延在する弁軸５３を備えており、弁軸５３と弁体５１の中央部分とは一体に変位する。本形態において、弁体５１と弁軸５３とは別部材からなり、弁体５１の背面（開方向の側の面）で開口する穴５１９内に弁軸５３の端部５３９が係合して弁体５１と弁軸５３とが一体に連結された構造になっている。本形態において、弁体５１は、ダイヤフラム弁であり、かかるダイヤフラム弁（弁体５１）は、中央の肉厚部分からなる円柱状部分５１１と、円柱状部分５１１から外周側に向けて拡径した円形の肉薄部分からなるフランジ部５１３と、フランジ部５１３の外周部分でフランジ部５１３よりも肉厚に形成された環状部分５１５とを備えている。また、円柱状部分５１１に形成された穴５１９内に、弁軸５３において括れ部分５３９ａが形成された端部５３９が嵌っている。
【００３４】
また、図４（ｃ）に示すように、弁体５１において、シール面３１４に対向する面には、貫通穴３１２の内径寸法よりもわずかに大径で、シール面３１４の外径寸法よりわずかに小径の環状突起５１８が形成されており、開閉部材５が閉方向に変位した際、環状突起５１８がシール面３１４に当接することにより、流体入口１１側の貫通穴３１２と流体出口１２側の貫通穴３１１とが遮断される。これに対して、開閉部材５が開方向に変位した際、環状突起５１８がシール面３１４から離れるので、流体入口１１側の貫通穴３１２と流体出口１２側の貫通穴３１１とが連通する状態となる。このようにして流路３１０の開閉が行われる。
【００３５】
ここで、弁軸５３は、等しい外径をもって延在する軸部５３１と、軸部５３１の長さ方向の途中部分で外周側に張り出した凸部５３２とを有している。本形態において、凸部５３２は、軸部５３１を中心に互いに逆方向に延在する板状部分であり、凸部５３２は、延在している方向に直交する方向では、軸部５３１よりわずかに突出しているだけである。
【００３６】
かかる構成の開閉部材５において、弁体５１の外周部（環状部分５１５）は、全周にわたって、上ケース３１の上面に形成された環状凸部３１７と、ハウジング本体２０の底部との間に挟持されている。
【００３７】
また、バルブ装置１において、上カバー２６とハウジング本体２０との間には、開閉部材５に対して開方向で重なる位置に、開閉部材５を閉方向に付勢する付勢部材９が配置されている。本形態において、付勢部材９は、上カバー２６と開閉部材５の凸部５３２との間に配置されたコイルバネ９０からなり、かかる付勢部材９（コイルバネ９０）は、弁軸５３と同軸状に配置されている。より具体的には、上カバー２６の下面には、弁軸５３と対向する位置にコイルバネ９０の一方の端部が嵌る円柱状突起２６１が形成されており、コイルバネ９０の他方の端部は、弁軸５３の軸部５３１のうち、凸部５３２より開方向の側に位置する部分に嵌っている。従って、開閉部材５は、ハウジング２を構成するハウジング本体２０と上ケース３１とによる弁体５１の外周部（環状部分５１５）の保持、および付勢部材９による閉方向に向けての付勢により、弁軸５３の軸線方向Ｌに移動可能な状態にハウジング２に支持され、弁軸５３は、開方向および閉方向に延在する軸線に平行な姿勢で支持されている。
【００３８】
（弁軸駆動部６の構成）
図１、図２、図３、図４および図５において、本形態のバルブ装置１において、弁軸駆動部６は、駆動源６０としてのモータと、駆動源６０からの駆動力を弁軸５３に伝達する伝達機構６１とを備えている。駆動源６０は、ハウジング本体２０の側面に固定されており、伝達機構６１は、ハウジング本体２０と上カバー２６との間に形成された空間に配置されている。
【００３９】
図５に示すように、本形態において、駆動源６０はステッピングモータであり、伝達機構６１は、駆動源６０から出力を伝達する歯車機構６５と、歯車機構６５から出力された回転駆動力を伝達するカム機構７と、カム機構７によって変位する揺動部材８とを備えている。歯車機構６５は、駆動源６０としてのモータの出力軸に固着されたピニオン６５１と、ピニオン６５１に噛合する大径歯車６５２を備えた複合歯車６５５と、複合歯車６５５の小径歯車６５３に噛合する大径歯車６５６とを備えており、減速機構として構成されている。
【００４０】
カム機構７は、カム部材として、大径歯車６５６が固着されたカムシャフト７０を有している。カムシャフト７０は、駆動源６０により回転駆動される軸部７１と、かかる軸部７１の側面から外周側に突出したカム部７２とを備えており、両端側が各々、軸受７９によってハウジング本体２０に回転可能に支持されている。本形態において、カム部７２は、軸部７１の長さ方向で離間する３個所に設けられており、３つのカム部７２は、軸部７１に対して互いに異なる角度位置に設けられている。なお、本形態において、カムシャフト７０は、軸体７３に対して複数の円筒部材７６を取り付けた構造になっている。このため、軸部７１は、円筒部材７６の円筒状胴部７６０と軸体７３とによって形成され、カム部７２は、円筒部材７６から外周側に張り出す板状部からなる。ここで、複数の円筒部材７６はいずれも同一構造の部材であるため、軸体７３に対する固定角度を相違させることにより、カム部７２を所定の角度位置に設けることができる。
【００４１】
伝達機構６１において、揺動部材８は、弁軸駆動部６における出力部材として用いられており、ハウジング本体２０に固定された支軸８９が貫通する軸穴８５が形成された筒部８１と、筒部８１から一方側に突出した板状凸部８２と、板状凸部８２とは反対側に突出した出力部８３とを備えている。支軸８９は、開閉部材５の開方向および閉方向（弁軸５３の軸線方向）と交差する方向に軸線が向くように配置されており、揺動部材８は、支軸８９の軸線周りに回転可能である。
【００４２】
出力部８３は、幅方向の中央に形成されたスリット８４によって２つに分割されており、かかるスリット８４内に、開閉部材５の弁軸５３が配置される。また、弁軸５３の凸部５３２の両面のうち、出力部８３の端部と対向する閉方向側の面は、出力部８３から駆動力が伝達される被伝達部５３３として利用され、出力部８３において、被伝達部５３３と対向する面側は断面円形に突出した当接部８３０になっている。
【００４３】
なお、図１および図３に示すように、カムシャフト７０の先端部には、カムシャフト７０の回転位置や回転数等を検出する回転検出装置６８が設けられている。回転検出装置６８を設けるにあたって、本形態では、カムシャフト７０の先端部には磁石ホルダ６８１を介して永久磁石（図示せず）が固定されており、かかる永久磁石に対向するように、ホール素子等の感磁素子が実装されたセンサ基板６８２が配置されている。従って、カムシャフト７０が回転すると、磁石が回転するので、感磁素子からの出力信号によれば、カムシャフト７０の回転角度や回転数等を検出することができる。
【００４４】
（開閉動作）
図６は、本発明を適用したバルブ装置１を、弁体５１を通る位置で切断したときの断面図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、流路３１０を閉状態にしたときの断面図、および流路３１０を開状態にしたときの断面図である。本形態のバルブ装置１において、流体の供給を制御する際、駆動源６０であるモータが回転し、モータの出力は、伝達機構６１の歯車機構６５で減速された後、カム機構７のカムシャフト７０に伝達される。ここで、カムシャフト７０のカム部７２が揺動部材８に当接するまでの間、開閉部材５は、図６（ａ）に示す閉位置にある。かかる状態では、弁体５１の環状突起５１８がシール面３１４に当接することにより、流体入口１１側の貫通穴３１２と流体出口１２側の貫通穴３１１とが遮断される。この状態は、付勢部材９の付勢力によって保持される。
【００４５】
そして、図６（ｂ）に示すように、カムシャフト７０が時計回りＣＷに回転してカム部７２が揺動部材８の板状凸部８２を押し下げると、揺動部材８が支軸８９を中心に反時計回りＣＣＷに回転する。その結果、出力部８３の先端部が、開閉部材５の弁軸５３の凸部５３２において閉方向に位置する面（被伝達部５３３）に当接し、付勢部材９の付勢力に抗して、弁軸５３を開方向に押圧する。その際、揺動部材８の出力部８３に設けた当接部８３０は、凸部５３２の被伝達部５３３に摺動しながら当接し、弁軸５３を開方向に押圧する。従って、開閉部材５は開方向に変位し、環状突起５１８がシール面３１４から離れるので、流体入口１１側の貫通穴３１２と流体出口１２側の貫通穴３１１とが連通する状態となる。それ故、流体入口１１から流入した流体は、流体出口１２から流出することになる。
【００４６】
その間もカムシャフト７０は回転し続け、揺動部材８が開閉部材５を開方向に変位させている間、開状態が保持される。そして、カムシャフト７０のカム部７２が揺動部材８の板状凸部８２から離間すると、開閉部材５は、付勢部材９の付勢力によって閉方向に変位する。その際、弁軸５３の凸部５３２の被伝達部５３３によって揺動部材８の出力部８３に設けた当接部８３０が押し下げられる。より具体的には、被伝達部５３３と当接部８３０とが摺動しながら、被伝達部５３３によって揺動部材８の当接部８３０が押し下げられる。その結果、揺動部材８は、時計方向ＣＷに回転する。従って、開閉部材５には大きな負荷が加わらない。それ故、開閉部材５は、円柱状突起２６１、付勢部材９、弁軸５３、および弁体５１の外周部（環状部分５１５）によって、姿勢が保持された状態にある。このため、開閉部材５は、傾くことなく閉方向に安定して動作する。よって、弁体５１の環状突起５１８は、シール面３１４に適正に当接するので、流体入口１１側の貫通穴３１２と流体出口１２側の貫通穴３１１とを確実に遮断することができる。
【００４７】
かかる開閉動作は、バルブ装置１に設けた３つの開閉部材５において、各々、カム部７２の位置によって規定されたタイミングで実行される。
【００４８】
（本形態の主な効果）
このように本形態のバルブ装置１において、開閉部材５は、流路３１０を開閉する可撓性の弁体５１、および弁体５１の中央から閉方向および開方向のうちの開方向（一方方向）に延在する弁軸５３を備えており、弁軸５３は、付勢部材９によって閉方向および開方向のうちの閉方向（他方方向）に付勢されている。ここで、弁体５１の外周部（環状部分５１５）はハウジング２（支持体）に保持されており、開閉部材５は、ハウジング２による弁体５１の外周部（環状部分５１５）の保持、および付勢部材９による閉方向に向けての付勢により、弁軸５３の軸線方向Ｌに移動可能にハウジング２に支持されている。このため、開閉部材５に対してスライド機構を設ける必要がない。それ故、スライド機構での摺動抵抗に起因する余計な負荷の発生や、スライド機構での引っ掛かり等に起因する不具合の発生を防止することができる。
【００４９】
また、弁軸駆動部６は、駆動源６０および伝達機構６１を有し、伝達機構６１は、開閉部材５を開方向に向けて駆動する際、弁軸５３において閉方向に向く被伝達部５３３に当接した状態で摺動しながら開閉部材５を開方向に向けて押圧する揺動部材８（出力部材）を備えている。このため、伝達機構６１の出力部材と開閉部材５とを連結しなくても開閉部材５を開方向に駆動することができる。それ故、開閉部材５が閉方向に変位する際、出力部材（揺動部材８）から開閉部材５に大きな負荷が加わらないので、付勢部材９の付勢力によって開閉部材５を閉方向に変位させることができる。
【００５０】
また、本形態において、伝達機構６１には、駆動源６０により駆動されるカムシャフト７０（カム部材）を備えたカム機構７を有しているため、カム形状によって開閉部材５を任意のパターンで変位させることができる。また、本形態では、カム部材として、軸部７１から外周側にカム部７２が突出したカムシャフト７０を用いたため、簡素な構成で複数の開閉部材５を駆動することができる。それ故、複数の開閉部材５はいずれも、共通の駆動源６０により、複数の流路３１０の開閉を制御することができる。
【００５１】
また、伝達機構６１は、出力部材として、弁軸５３の軸線方向に対して交差する軸線周りに揺動可能にハウジング２に支持された揺動部材８を備え、弁軸駆動部６からの駆動力は、カムシャフト７０に従動して揺動部材８が揺動することにより弁軸５３の被伝達部５３３に伝達される。このため、カムによって弁軸５３を直接、軸線方向に押圧する場合に比して、弁軸５３に対して軸線方向Ｌに沿う方向の力を加えることができる。従って、開閉部材５を開方向に押圧する際、弁軸５３が傾かないので、開閉部材５を適正な姿勢で変位させることができる。
【００５２】
また、弁軸５３は、被伝達部５３３をもって軸線方向に対して交差する方向に突出した凸部５３２を備え、付勢部材９は、凸部５３２において被伝達部５３３とは反対側（開方向側）に位置する面に当接して弁軸５３を閉方向に向けて付勢している。このため、弁軸５３に対して、簡素な構成で、付勢部材９による付勢力および弁軸駆動部６による駆動力を印加することができる。
【００５３】
しかも、付勢部材９は、弁軸５３に対して同軸状に配置されたコイルバネ９０であるため、付勢部材９によって弁軸５３を付勢する構成を採用した際に弁軸５３が傾かないので、開閉部材５を適正な姿勢で変位させることができる。すなわち、弁軸５３は、付勢部材９（コイルバネ９０）の付勢力、およびハウジング２を構成するハウジング本体２０と上ケース３１とによる弁体５１の外周部（環状部分５１５）の保持によって調芯されているため、弁軸５３の周りをガイド部材によってガイドしなくても、軸方向に移動可能である。
【００５４】
さらに、本形態では、揺動部材８の出力部８３は、スリット８４によって２つに分割されており、かかるスリット８４内に開閉部材５の弁軸５３が配置される。このため、弁軸５３において両側に設けられた２つの被伝達部５３３が各々、出力部８３でバランスよく押圧されるので、開閉部材５は安定した動作を行う。
【００５５】
また、揺動部材８の出力部８３は、弁軸５３の中心軸線に近い位置を押圧するため、揺動部材８が円弧動作を行った際に力を加える方向と開閉部材５が移動する方向との間に多少の差があっても、かかる差は当接部８３０によって吸収することができるので、弁軸５３に対して概ね直線動作を行わせることができる。
【００５６】
［他の実施形態］
上記実施形態では、開閉部材５が複数設けられているバルブ装置１に本発明を適用したが、開閉部材５が１つだけ設けられているバルブ装置１に本発明を適用してもよい。
【００５７】
上記実施形態では、付勢部材９が開閉部材５を閉方向に付勢し、弁軸駆動部６が弁軸５３を開方向に押圧する構成であったが、付勢部材９が開閉部材５を開方向に付勢し、弁軸駆動部６が弁軸５３を閉方向に押圧するバルブ装置１に本発明を適用してもよい。
【００５８】
上記実施形態では、カム部７２の動作を揺動部材８を介して開閉部材５に伝達したが、カム部７２によって開閉部材５を直接、駆動してもよい。また、上記実施の形態では、カムシャフト７０が１回転する間に開閉部材５が開閉動作を１回行う構成であったが、周方向の複数個所にカム部７２を設け、カムシャフト７０が１回転する間に開閉部材５が開閉動作を複数回行う構成を採用してもよい。また、上記実施の形態では、カム部７２が板状であったが、カム部７２の断面形状を、例えば三角形等に変更して、開閉部材５の移動速度や変位量を制御してもよい。
【００５９】
上記実施形態では、共通の液体を分配するバルブ装置１に本発明を適用したが、複数の液体をある比率で混合するバルブ装置に本発明を適用してもよい。いずれの場合も、流入側の圧力については、流出側の圧力より高く設定することになる。
【００６０】
上記実施形態では、揺動部材８において回転中心からみて力点までの寸法と作用点までの寸法が概ね２：１であったが、軸からの長さを変えることで、開閉部材５のストロークを調整してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１・・バルブ装置
２・・ハウジング（支持体）
５・・開閉部材
６・・弁軸駆動部
７・・カム機構
８・・揺動部材（出力部材）
９・・付勢部材
５１・・弁体
５３・・弁軸
６０・・駆動源
６１・・伝達機構
７０・・カムシャフト
３１０・・流路
５１５・・弁体の環状部分（外周部）
５３３・・弁軸の被伝達部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路の開閉を行う弁体を備えたバルブ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体や気体等の流体の供給を制御するバルブ装置としては、流路を開閉するための弁体、および弁体から延在する弁軸を備えた開閉部材をカム機構で駆動するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
かかる特許文献１に記載のバルブ装置において、ケースに形成された穴内には筒状のスライド部材とバネとが配置され、スライド部材の内側に弁軸が挿入されている。従って、カム機構によってスライド部材を押圧すれば、開閉部材が閉方向に変位するとともに、カム機構によるスライド部材の押圧を停止すれば、バネの付勢力によって開閉部材が開方向に変位する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７０５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、開閉部材を開方向および閉方向に変位可能に支持するにあたって、特許文献１に記載の技術のように、ケースに設けた穴内でスライド部材がスライドする機構を採用すると、スライド部材と穴の内壁との間に発生する摺動抵抗によって余計な負荷が発生するため、駆動部に無駄な電力消費が発生するという問題点がある。また、穴内に異物が侵入すると、スライド部材がスムーズに移動できず、その結果、流路の開閉を制御できなくなるという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、スライド機構を利用しなくても、弁体および弁軸を備えた開閉部材を変位可能に支持することができるバルブ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るバルブ装置は、流路を開閉する可撓性の弁体、および該弁体の中央から閉方向および開方向のうちの一方方向に延在する弁軸を備えた開閉部材と、該弁軸を閉方向および開方向のうちの他方方向に付勢する付勢部材と、前記開閉部材を前記一方方向側に向けて駆動する際に前記弁軸に当接して前記開閉部材を前記一方方向に押圧する弁軸駆動部と、前記開閉部材、前記付勢部材および前記弁軸駆動部を支持する支持体と、を有し、前記開閉部材は、前記支持体による前記弁体の外周部の保持、および前記付勢部材による前記他方方向に向けての付勢により、前記弁軸の軸線方向に移動可能に前記支持体に支持されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、開閉部材は、流路を開閉する可撓性の弁体、および弁体の中央から閉方向および開方向のうちの一方方向に延在する弁軸を備えており、弁軸は、付勢部材によって閉方向および開方向のうちの他方方向に付勢されている。このため、弁軸駆動部が弁軸を押圧していない間、開閉部材は、付勢部材に付勢された他方方向に位置する。この状態から、弁軸駆動部が弁軸に当接して開閉部材を一方方向に押圧すると、開閉部材は、付勢部材の付勢力に抗して一方方向に移動する。かかる開閉部材の変位によって、弁体は流路を開閉する。ここで、弁体の外周部は支持体に保持されており、開閉部材は、支持体による弁体の外周部の保持、および付勢部材による他方方向に向けての付勢により、弁軸の軸線方向に移動可能に支持体に支持されている。このため、開閉部材に対してスライド機構を設ける必要がない。それ故、スライド機構での摺動抵抗に起因する余計な負荷の発生や、スライド機構での引っ掛かり等に起因する不具合の発生を防止することができる。
【０００９】
本発明において、前記弁軸駆動部は、駆動源、および該駆動源からの駆動力を前記弁軸に伝達する伝達機構と、を有し、前記伝達機構は、前記開閉部材を前記一方方向に向けて駆動する際、前記弁軸において前記他方方向に向く被伝達部に当接した状態で摺動しながら当該開閉部材を前記一方方向に向けて押圧する出力部材を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、伝達機構の出力部材と開閉部材とを連結しなくても開閉部材を一方方向に駆動することができる。それ故、開閉部材が閉方向に変位する際、出力部材から開閉部材に大きな負荷が加わらないので、付勢部材の付勢力によって開閉部材を他方方向に変位させることができる。
【００１０】
本発明において、前記伝達機構は、前記駆動源により駆動されるカム部材を備えたカム機構を有していることが好ましい。かかる構成によれば、カム形状によって開閉部材を任意のパターンで変位させることができる。
【００１１】
本発明において、前記伝達機構は、前記出力部材として、前記弁軸の軸線方向に対して交差する軸線周りに揺動可能に前記支持体に支持された揺動部材を備え、前記弁軸駆動部からの駆動力は、前記カム部材に従動して前記揺動部材が揺動することにより前記被伝達部に伝達されることが好ましい。かかる構成によれば、カムによって弁軸を直接、軸線方向に押圧する場合に比して、弁軸に対して軸線方向に沿う方向の力を加えることができる。従って、開閉部材を一方方向に押圧する際、弁軸が傾かないので、開閉部材を適正な姿勢で変位させることができる。
【００１２】
本発明において、前記弁軸は、前記被伝達部をもって前記軸線方向に対して交差する方向に突出した凸部を備え、前記付勢部材は、前記凸部において前記一方方向に位置する面に当接して当該面を前記他方方向に向けて付勢していることが好ましい。かかる構成によれば、弁軸に対して、簡素な構成で、付勢部材による付勢力および弁軸駆動部による駆動力を印加することができる。
【００１３】
本発明において、前記開閉部材を複数備え、当該複数の開閉部材はいずれも、共通の前記駆動源により駆動されることが好ましい。かかる構成によれば、簡素な構成で複数の流路の開閉を制御することができる。
【００１４】
本発明において、前記カム部材は、前記駆動源により回転駆動される軸部から外周側にカム部が突出したカムシャフトであることが好ましい。かかる構成によれば、簡素な構成で複数の開閉部材を駆動することができる。
【００１５】
本発明において、前記付勢部材は、前記弁軸に対して同軸状に配置されたコイルバネであることが好ましい。かかる構成によれば、付勢部材によって弁軸を付勢する構成を採用した場合、弁軸が傾かないので、開閉部材を適正な姿勢で変位させることができる。
【００１６】
本発明において、前記弁体は、ダイヤフラム弁であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明において、開閉部材は、流路を開閉する可撓性の弁体、および弁体の中央から閉方向および開方向のうちの一方方向に延在する弁軸を備えており、弁軸は、付勢部材によって閉方向および開方向のうちの他方方向に付勢されている。このため、弁軸駆動部が弁軸を押圧していない間、開閉部材は、付勢部材に付勢された他方方向に位置する。この状態から、弁軸駆動部が弁軸に当接して開閉部材を一方方向に押圧すると、開閉部材は、付勢部材の付勢力に抗して一方方向に移動する。かかる開閉部材の変位によって、弁体は流路を開閉する。ここで、弁体の外周部は支持体に保持されており、開閉部材は、支持体による弁体の外周部の保持、および付勢部材による他方方向に向けての付勢により、弁軸の軸線方向に移動可能に支持体に支持されている。このため、開閉部材に対してスライド機構を設ける必要がない。それ故、スライド機構での摺動抵抗に起因する余計な負荷の発生や、スライド機構での引っ掛かり等に起因する不具合の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用したバルブ装置の外観を示す説明図である。
【図２】本発明を適用したバルブ装置を部分的に分解した様子を示す説明図である。
【図３】本発明を適用したバルブ装置をさらに分解した様子を示す説明図である。
【図４】本発明を適用したバルブ装置の流路構成部材における流路等を示す説明図である。
【図５】本発明を適用したバルブ装置のカムシャフト等の可動部の説明図である。
【図６】本発明を適用したバルブ装置を、弁体を通る位置で切断したときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
（バルブ装置の全体構成）
図１は、本発明を適用したバルブ装置の外観を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、バルブ装置を斜め上方からみた斜視図、およびバルブ装置を斜め下方からみた斜視図である。図２は、本発明を適用したバルブ装置を部分的に分解した様子を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、バルブ装置を部分的に分解した様子を斜め上方からみた分解斜視図、およびバルブ装置を部分的に分解した様子を斜め下方からみた分解斜視図である。図３は、本発明を適用したバルブ装置をさらに分解した様子を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は、バルブ装置の分解斜視図、および開閉部材の斜視図である。図４は、本発明を適用したバルブ装置の流路構成部材における流路等を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、下ケースの流路の一部を拡大して示す平面図、上ケースに形成した流路の一部を拡大して示す底面図、および流路構成部材の断面図である。
【００２１】
図１、図２および図３に示すように、本形態のバルブ装置１は、略直方体のハウジング２から弁軸駆動部６の駆動源６０として用いたモータが突出した構造になっている。かかるバルブ装置１において、ハウジング２は、ハウジング本体２０と、ハウジング本体２０の上部開口を覆う上カバー２６と、ハウジング本体２０の下部開口を覆う流路構成体３とから構成されており、ハウジング本体２０の内部には、詳しくは後述する弁軸駆動部６、付勢部材９、および開閉部材５が配置されている。かかるバルブ装置１では、共通の流体供給装置から供給された流体を所定のタイミングで貫通穴３５１に供給するのに利用することができる。また、本形態のバルブ装置１では、貫通穴３５１が複数形成されていることから、共通の流体供給装置から供給された流体を所定のタイミングで複数の貫通穴３５１に分配しながら供給するのに利用することができる。
【００２２】
（流路構成体３の構成）
図２および図３に示すように、ハウジング２の底部に連結された流路構成体３は、下ケース３５、ゴムシート等からなるシール材３３、および上ケース３１が積層された構造になっており、下ケース３５とハウジング本体２０とは、シール材３３および上ケース３１を間に挟んだ状態でボルト３９により連結されている。また、上ケース３１の下面からは円柱状の突起３１９が２つ形成されており、シール材３３において突起３１９と重なる位置には貫通穴３３９が形成され、下ケース３５の上面には、突起３１９と重なる位置に貫通穴３５９が形成されている。従って、下ケース３５、シール材３３、および上ケース３１を重ねた際、下ケース３５、シール材３３、および上ケース３１は、突起３１９によって互いの位置合わせが行われる。
【００２３】
かかる流路構成体３の底面では流体入口１１と流体出口１２とが開口しており、流体入口１１および流体出口１２には流入管１１０および流出管１２０（図１参照）が接続される。本形態においては、１つの流体入口１１と３つの流体出口１２とが設けられており、流体入口１１は、上ケース３１に形成された流路３１０、および下ケース３５に形成された共通流路３５０を経由して３つの流体出口１２の各々に連通している。
【００２４】
かかる流路を構成するにあたって、まず、下ケース３５は四角形の板状であり、かかる下ケース３５の上面には、溝状の共通流路３５０が形成されている。共通流路３５０の底部には、貫通穴３５０ａが１つ形成されており、貫通穴３５０ａは、下ケース３５の下面で流体入口１１として開口している。また、下ケース３５において共通流路３５０の側方位置には、共通流路３５０の延在方向に沿って３つの貫通穴３５１が等間隔に形成されており、３つの貫通穴３５１は各々、下ケース３５の下面で流体出口１２として開口している。また、下ケース３５において、ボルト３９が止められる位置等には貫通穴３５８が形成されている。
【００２５】
シール材３３は、下ケース３５の上面と略同一サイズのゴム製シートであり、ボルト３９が止められる位置等には切り欠き３３８が形成されている。シール材３３において、下ケース３５の３つの貫通穴３５１に対して重なる位置の各々には３つの貫通穴３３１が形成されているとともに、共通流路３５０と重なる位置に３つの貫通穴３３２が等間隔に形成されている。
【００２６】
上ケース３１は、下ケース３５の上面と略同一サイズの板材であり、ボルト３９が止められる位置等には貫通穴３１８が形成されている。上ケース３１の上面には、円形の凹部からなる流路３１０が等間隔に３つ形成されており、流路３１０の底部の中央には円筒状の段部３１３が形成されている。かかる円筒状の段部３１３の上面は、後述する弁体５１に対するシール面３１４として機能する。また、流路３１０の周りには、環状凸部３１７が形成されており、かかる環状凸部３１７は、後述する弁体５１をハウジング本体２０との間で保持する。
【００２７】
３つの段部３１３の各々の中央には貫通穴３１２が形成されており、かかる３つの貫通穴３１２は、シール材３３に形成された貫通穴３３２に対して一対一の関係をもって重なる。従って、３つの流路３１０は各々、上ケース３１の貫通穴３１２およびシール材３３の貫通穴３３２を介して共通流路３５０に連通し、かかる共通流路３５０を介して流体入口１１に連通している。
【００２８】
また、３つの流路３１０の各々において、段部３１３の外側に位置する底部には貫通穴３１１が形成されており、かかる貫通穴３１１は、シール材３３に形成された貫通穴３３１に対して一対一の関係をもって重なる。従って、３つの流路３１０は各々、上ケース３１の貫通穴３１１、シール材３３の貫通穴３３１、および下ケース３５の貫通穴３５１を介して流体出口１２に連通している。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、下ケース３５の上面には、共通流路３５０を全周で囲むリブ状の突条部３５５と、貫通穴３５１を全周で囲むリブ状の突条部３５６とが形成されている。本形態において、突条部３５５と突条部３５６とは部分的に繋がっている。また、図４（ｂ）に示すように、上ケース３１の下面には、貫通穴３１２を全周で囲むリブ状の突条部３１５と、貫通穴３１１を全周で囲むリブ状の突条部３１６とが形成されている。本形態において、突条部３１５、３１６、３５５、３５６はいずれも、断面三角形状を有している。
【００３０】
ここで、下ケース３５の突条部３５５、３５６と上ケース３１の突条部３１５、３１６とは、互いにずれた位置に形成されており、シール材３３を互いに異なる位置で押圧する。より具体的には、上ケース３１の突条部３１５は、下ケース３５の突条部３５５と共通流路３５０とによって挟まれた領域に重なるように形成され、上ケース３１の突条部３１６は、下ケース３５の突条部３５６と貫通穴３５１とによって挟まれた領域に重なるように形成されている。従って、シール材３３は、共通流路３５０および貫通穴３１２の周りにおいて、上ケース３１の突条部３１５によって押圧され、さらに、上ケース３１の突条部３１５によって押圧されている箇所より外側では、下ケース３５の突条部３５５によって押圧されている。また、シール材３３は、貫通穴３１１、３５１の周りにおいて、上ケース３１の突条部３１６によって押圧され、さらに、上ケース３１の突条部３１６によって押圧されている箇所より外側では、下ケース３５の突条部３５６によって押圧されている。それ故、共通流路３５０の周りおよび貫通穴３１１、３１２、３５１の周りは確実に封止されている。
【００３１】
（弁体５１および付勢部材９の構成）
図５は、本発明を適用したバルブ装置１のカムシャフト等の可動部の説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、可動部の斜視図、および可動部の分解斜視図である。
【００３２】
図１、図２、図３、図４および図５において、ハウジング本体２０の底部には、上ケース３１の上面に形成された流路３１０と重なる位置に弁体配置穴２０５が形成されており、かかる弁体配置穴２０５、およびハウジング本体２０と上カバー２６との間に形成された空間を利用して、上ケース３１の段部３１３の上面（シール面３１４）に対向するように開閉部材５が配置されている。本形態において、弁体配置穴２０５は、ハウジング本体２０の底部において等間隔に３つ形成されており、それ故、開閉部材５は、等間隔に３つ配置されている。また、本形態のバルブ装置１では、ハウジング本体２０と上カバー２６との間に形成された空間を利用して、開閉部材５を開方向（シール面３１４から離間する方向）に駆動する弁軸駆動部６が構成されており、弁軸駆動部６は、３つの開閉部材５を各々、所定のタイミングで駆動して、開閉部材５がシール面３１４に形成された貫通穴３１２を塞いだ閉状態、および開閉部材５が貫通穴３１２を開放した開状態を実現する。
【００３３】
かかる開閉動作を実現するにあたって、本形態では、まず、図４（ｃ）および図５（ｂ）に示すように、開閉部材５は、シール面３１４に対向する可撓性の弁体５１と、弁体５１の中央から閉方向および開方向のうちの開方向に延在する弁軸５３を備えており、弁軸５３と弁体５１の中央部分とは一体に変位する。本形態において、弁体５１と弁軸５３とは別部材からなり、弁体５１の背面（開方向の側の面）で開口する穴５１９内に弁軸５３の端部５３９が係合して弁体５１と弁軸５３とが一体に連結された構造になっている。本形態において、弁体５１は、ダイヤフラム弁であり、かかるダイヤフラム弁（弁体５１）は、中央の肉厚部分からなる円柱状部分５１１と、円柱状部分５１１から外周側に向けて拡径した円形の肉薄部分からなるフランジ部５１３と、フランジ部５１３の外周部分でフランジ部５１３よりも肉厚に形成された環状部分５１５とを備えている。また、円柱状部分５１１に形成された穴５１９内に、弁軸５３において括れ部分５３９ａが形成された端部５３９が嵌っている。
【００３４】
また、図４（ｃ）に示すように、弁体５１において、シール面３１４に対向する面には、貫通穴３１２の内径寸法よりもわずかに大径で、シール面３１４の外径寸法よりわずかに小径の環状突起５１８が形成されており、開閉部材５が閉方向に変位した際、環状突起５１８がシール面３１４に当接することにより、流体入口１１側の貫通穴３１２と流体出口１２側の貫通穴３１１とが遮断される。これに対して、開閉部材５が開方向に変位した際、環状突起５１８がシール面３１４から離れるので、流体入口１１側の貫通穴３１２と流体出口１２側の貫通穴３１１とが連通する状態となる。このようにして流路３１０の開閉が行われる。
【００３５】
ここで、弁軸５３は、等しい外径をもって延在する軸部５３１と、軸部５３１の長さ方向の途中部分で外周側に張り出した凸部５３２とを有している。本形態において、凸部５３２は、軸部５３１を中心に互いに逆方向に延在する板状部分であり、凸部５３２は、延在している方向に直交する方向では、軸部５３１よりわずかに突出しているだけである。
【００３６】
かかる構成の開閉部材５において、弁体５１の外周部（環状部分５１５）は、全周にわたって、上ケース３１の上面に形成された環状凸部３１７と、ハウジング本体２０の底部との間に挟持されている。
【００３７】
また、バルブ装置１において、上カバー２６とハウジング本体２０との間には、開閉部材５に対して開方向で重なる位置に、開閉部材５を閉方向に付勢する付勢部材９が配置されている。本形態において、付勢部材９は、上カバー２６と開閉部材５の凸部５３２との間に配置されたコイルバネ９０からなり、かかる付勢部材９（コイルバネ９０）は、弁軸５３と同軸状に配置されている。より具体的には、上カバー２６の下面には、弁軸５３と対向する位置にコイルバネ９０の一方の端部が嵌る円柱状突起２６１が形成されており、コイルバネ９０の他方の端部は、弁軸５３の軸部５３１のうち、凸部５３２より開方向の側に位置する部分に嵌っている。従って、開閉部材５は、ハウジング２を構成するハウジング本体２０と上ケース３１とによる弁体５１の外周部（環状部分５１５）の保持、および付勢部材９による閉方向に向けての付勢により、弁軸５３の軸線方向Ｌに移動可能な状態にハウジング２に支持され、弁軸５３は、開方向および閉方向に延在する軸線に平行な姿勢で支持されている。
【００３８】
（弁軸駆動部６の構成）
図１、図２、図３、図４および図５において、本形態のバルブ装置１において、弁軸駆動部６は、駆動源６０としてのモータと、駆動源６０からの駆動力を弁軸５３に伝達する伝達機構６１とを備えている。駆動源６０は、ハウジング本体２０の側面に固定されており、伝達機構６１は、ハウジング本体２０と上カバー２６との間に形成された空間に配置されている。
【００３９】
図５に示すように、本形態において、駆動源６０はステッピングモータであり、伝達機構６１は、駆動源６０から出力を伝達する歯車機構６５と、歯車機構６５から出力された回転駆動力を伝達するカム機構７と、カム機構７によって変位する揺動部材８とを備えている。歯車機構６５は、駆動源６０としてのモータの出力軸に固着されたピニオン６５１と、ピニオン６５１に噛合する大径歯車６５２を備えた複合歯車６５５と、複合歯車６５５の小径歯車６５３に噛合する大径歯車６５６とを備えており、減速機構として構成されている。
【００４０】
カム機構７は、カム部材として、大径歯車６５６が固着されたカムシャフト７０を有している。カムシャフト７０は、駆動源６０により回転駆動される軸部７１と、かかる軸部７１の側面から外周側に突出したカム部７２とを備えており、両端側が各々、軸受７９によってハウジング本体２０に回転可能に支持されている。本形態において、カム部７２は、軸部７１の長さ方向で離間する３個所に設けられており、３つのカム部７２は、軸部７１に対して互いに異なる角度位置に設けられている。なお、本形態において、カムシャフト７０は、軸体７３に対して複数の円筒部材７６を取り付けた構造になっている。このため、軸部７１は、円筒部材７６の円筒状胴部７６０と軸体７３とによって形成され、カム部７２は、円筒部材７６から外周側に張り出す板状部からなる。ここで、複数の円筒部材７６はいずれも同一構造の部材であるため、軸体７３に対する固定角度を相違させることにより、カム部７２を所定の角度位置に設けることができる。
【００４１】
伝達機構６１において、揺動部材８は、弁軸駆動部６における出力部材として用いられており、ハウジング本体２０に固定された支軸８９が貫通する軸穴８５が形成された筒部８１と、筒部８１から一方側に突出した板状凸部８２と、板状凸部８２とは反対側に突出した出力部８３とを備えている。支軸８９は、開閉部材５の開方向および閉方向（弁軸５３の軸線方向）と交差する方向に軸線が向くように配置されており、揺動部材８は、支軸８９の軸線周りに回転可能である。
【００４２】
出力部８３は、幅方向の中央に形成されたスリット８４によって２つに分割されており、かかるスリット８４内に、開閉部材５の弁軸５３が配置される。また、弁軸５３の凸部５３２の両面のうち、出力部８３の端部と対向する閉方向側の面は、出力部８３から駆動力が伝達される被伝達部５３３として利用され、出力部８３において、被伝達部５３３と対向する面側は断面円形に突出した当接部８３０になっている。
【００４３】
なお、図１および図３に示すように、カムシャフト７０の先端部には、カムシャフト７０の回転位置や回転数等を検出する回転検出装置６８が設けられている。回転検出装置６８を設けるにあたって、本形態では、カムシャフト７０の先端部には磁石ホルダ６８１を介して永久磁石（図示せず）が固定されており、かかる永久磁石に対向するように、ホール素子等の感磁素子が実装されたセンサ基板６８２が配置されている。従って、カムシャフト７０が回転すると、磁石が回転するので、感磁素子からの出力信号によれば、カムシャフト７０の回転角度や回転数等を検出することができる。
【００４４】
（開閉動作）
図６は、本発明を適用したバルブ装置１を、弁体５１を通る位置で切断したときの断面図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、流路３１０を閉状態にしたときの断面図、および流路３１０を開状態にしたときの断面図である。本形態のバルブ装置１において、流体の供給を制御する際、駆動源６０であるモータが回転し、モータの出力は、伝達機構６１の歯車機構６５で減速された後、カム機構７のカムシャフト７０に伝達される。ここで、カムシャフト７０のカム部７２が揺動部材８に当接するまでの間、開閉部材５は、図６（ａ）に示す閉位置にある。かかる状態では、弁体５１の環状突起５１８がシール面３１４に当接することにより、流体入口１１側の貫通穴３１２と流体出口１２側の貫通穴３１１とが遮断される。この状態は、付勢部材９の付勢力によって保持される。
【００４５】
そして、図６（ｂ）に示すように、カムシャフト７０が時計回りＣＷに回転してカム部７２が揺動部材８の板状凸部８２を押し下げると、揺動部材８が支軸８９を中心に反時計回りＣＣＷに回転する。その結果、出力部８３の先端部が、開閉部材５の弁軸５３の凸部５３２において閉方向に位置する面（被伝達部５３３）に当接し、付勢部材９の付勢力に抗して、弁軸５３を開方向に押圧する。その際、揺動部材８の出力部８３に設けた当接部８３０は、凸部５３２の被伝達部５３３に摺動しながら当接し、弁軸５３を開方向に押圧する。従って、開閉部材５は開方向に変位し、環状突起５１８がシール面３１４から離れるので、流体入口１１側の貫通穴３１２と流体出口１２側の貫通穴３１１とが連通する状態となる。それ故、流体入口１１から流入した流体は、流体出口１２から流出することになる。
【００４６】
その間もカムシャフト７０は回転し続け、揺動部材８が開閉部材５を開方向に変位させている間、開状態が保持される。そして、カムシャフト７０のカム部７２が揺動部材８の板状凸部８２から離間すると、開閉部材５は、付勢部材９の付勢力によって閉方向に変位する。その際、弁軸５３の凸部５３２の被伝達部５３３によって揺動部材８の出力部８３に設けた当接部８３０が押し下げられる。より具体的には、被伝達部５３３と当接部８３０とが摺動しながら、被伝達部５３３によって揺動部材８の当接部８３０が押し下げられる。その結果、揺動部材８は、時計方向ＣＷに回転する。従って、開閉部材５には大きな負荷が加わらない。それ故、開閉部材５は、円柱状突起２６１、付勢部材９、弁軸５３、および弁体５１の外周部（環状部分５１５）によって、姿勢が保持された状態にある。このため、開閉部材５は、傾くことなく閉方向に安定して動作する。よって、弁体５１の環状突起５１８は、シール面３１４に適正に当接するので、流体入口１１側の貫通穴３１２と流体出口１２側の貫通穴３１１とを確実に遮断することができる。
【００４７】
かかる開閉動作は、バルブ装置１に設けた３つの開閉部材５において、各々、カム部７２の位置によって規定されたタイミングで実行される。
【００４８】
（本形態の主な効果）
このように本形態のバルブ装置１において、開閉部材５は、流路３１０を開閉する可撓性の弁体５１、および弁体５１の中央から閉方向および開方向のうちの開方向（一方方向）に延在する弁軸５３を備えており、弁軸５３は、付勢部材９によって閉方向および開方向のうちの閉方向（他方方向）に付勢されている。ここで、弁体５１の外周部（環状部分５１５）はハウジング２（支持体）に保持されており、開閉部材５は、ハウジング２による弁体５１の外周部（環状部分５１５）の保持、および付勢部材９による閉方向に向けての付勢により、弁軸５３の軸線方向Ｌに移動可能にハウジング２に支持されている。このため、開閉部材５に対してスライド機構を設ける必要がない。それ故、スライド機構での摺動抵抗に起因する余計な負荷の発生や、スライド機構での引っ掛かり等に起因する不具合の発生を防止することができる。
【００４９】
また、弁軸駆動部６は、駆動源６０および伝達機構６１を有し、伝達機構６１は、開閉部材５を開方向に向けて駆動する際、弁軸５３において閉方向に向く被伝達部５３３に当接した状態で摺動しながら開閉部材５を開方向に向けて押圧する揺動部材８（出力部材）を備えている。このため、伝達機構６１の出力部材と開閉部材５とを連結しなくても開閉部材５を開方向に駆動することができる。それ故、開閉部材５が閉方向に変位する際、出力部材（揺動部材８）から開閉部材５に大きな負荷が加わらないので、付勢部材９の付勢力によって開閉部材５を閉方向に変位させることができる。
【００５０】
また、本形態において、伝達機構６１には、駆動源６０により駆動されるカムシャフト７０（カム部材）を備えたカム機構７を有しているため、カム形状によって開閉部材５を任意のパターンで変位させることができる。また、本形態では、カム部材として、軸部７１から外周側にカム部７２が突出したカムシャフト７０を用いたため、簡素な構成で複数の開閉部材５を駆動することができる。それ故、複数の開閉部材５はいずれも、共通の駆動源６０により、複数の流路３１０の開閉を制御することができる。
【００５１】
また、伝達機構６１は、出力部材として、弁軸５３の軸線方向に対して交差する軸線周りに揺動可能にハウジング２に支持された揺動部材８を備え、弁軸駆動部６からの駆動力は、カムシャフト７０に従動して揺動部材８が揺動することにより弁軸５３の被伝達部５３３に伝達される。このため、カムによって弁軸５３を直接、軸線方向に押圧する場合に比して、弁軸５３に対して軸線方向Ｌに沿う方向の力を加えることができる。従って、開閉部材５を開方向に押圧する際、弁軸５３が傾かないので、開閉部材５を適正な姿勢で変位させることができる。
【００５２】
また、弁軸５３は、被伝達部５３３をもって軸線方向に対して交差する方向に突出した凸部５３２を備え、付勢部材９は、凸部５３２において被伝達部５３３とは反対側（開方向側）に位置する面に当接して弁軸５３を閉方向に向けて付勢している。このため、弁軸５３に対して、簡素な構成で、付勢部材９による付勢力および弁軸駆動部６による駆動力を印加することができる。
【００５３】
しかも、付勢部材９は、弁軸５３に対して同軸状に配置されたコイルバネ９０であるため、付勢部材９によって弁軸５３を付勢する構成を採用した際に弁軸５３が傾かないので、開閉部材５を適正な姿勢で変位させることができる。すなわち、弁軸５３は、付勢部材９（コイルバネ９０）の付勢力、およびハウジング２を構成するハウジング本体２０と上ケース３１とによる弁体５１の外周部（環状部分５１５）の保持によって調芯されているため、弁軸５３の周りをガイド部材によってガイドしなくても、軸方向に移動可能である。
【００５４】
さらに、本形態では、揺動部材８の出力部８３は、スリット８４によって２つに分割されており、かかるスリット８４内に開閉部材５の弁軸５３が配置される。このため、弁軸５３において両側に設けられた２つの被伝達部５３３が各々、出力部８３でバランスよく押圧されるので、開閉部材５は安定した動作を行う。
【００５５】
また、揺動部材８の出力部８３は、弁軸５３の中心軸線に近い位置を押圧するため、揺動部材８が円弧動作を行った際に力を加える方向と開閉部材５が移動する方向との間に多少の差があっても、かかる差は当接部８３０によって吸収することができるので、弁軸５３に対して概ね直線動作を行わせることができる。
【００５６】
［他の実施形態］
上記実施形態では、開閉部材５が複数設けられているバルブ装置１に本発明を適用したが、開閉部材５が１つだけ設けられているバルブ装置１に本発明を適用してもよい。
【００５７】
上記実施形態では、付勢部材９が開閉部材５を閉方向に付勢し、弁軸駆動部６が弁軸５３を開方向に押圧する構成であったが、付勢部材９が開閉部材５を開方向に付勢し、弁軸駆動部６が弁軸５３を閉方向に押圧するバルブ装置１に本発明を適用してもよい。
【００５８】
上記実施形態では、カム部７２の動作を揺動部材８を介して開閉部材５に伝達したが、カム部７２によって開閉部材５を直接、駆動してもよい。また、上記実施の形態では、カムシャフト７０が１回転する間に開閉部材５が開閉動作を１回行う構成であったが、周方向の複数個所にカム部７２を設け、カムシャフト７０が１回転する間に開閉部材５が開閉動作を複数回行う構成を採用してもよい。また、上記実施の形態では、カム部７２が板状であったが、カム部７２の断面形状を、例えば三角形等に変更して、開閉部材５の移動速度や変位量を制御してもよい。
【００５９】
上記実施形態では、共通の液体を分配するバルブ装置１に本発明を適用したが、複数の液体をある比率で混合するバルブ装置に本発明を適用してもよい。いずれの場合も、流入側の圧力については、流出側の圧力より高く設定することになる。
【００６０】
上記実施形態では、揺動部材８において回転中心からみて力点までの寸法と作用点までの寸法が概ね２：１であったが、軸からの長さを変えることで、開閉部材５のストロークを調整してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１・・バルブ装置
２・・ハウジング（支持体）
５・・開閉部材
６・・弁軸駆動部
７・・カム機構
８・・揺動部材（出力部材）
９・・付勢部材
５１・・弁体
５３・・弁軸
６０・・駆動源
６１・・伝達機構
７０・・カムシャフト
３１０・・流路
５１５・・弁体の環状部分（外周部）
５３３・・弁軸の被伝達部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を開閉する可撓性の弁体、および該弁体の中央から閉方向および開方向のうちの一方方向に延在する弁軸を備えた開閉部材と、
該弁軸を閉方向および開方向のうちの他方方向に付勢する付勢部材と、
前記開閉部材を前記一方方向側に向けて駆動する際に前記弁軸に当接して前記開閉部材を前記一方方向に押圧する弁軸駆動部と、
前記開閉部材、前記付勢部材および前記弁軸駆動部を支持する支持体と、
を有し、
前記開閉部材は、前記支持体による前記弁体の外周部の保持、および前記付勢部材による前記他方方向に向けての付勢により、前記弁軸の軸線方向に移動可能に前記支持体に支持されていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
前記弁軸駆動部は、駆動源、および該駆動源からの駆動力を前記弁軸に伝達する伝達機構と、を有し、
前記伝達機構は、前記開閉部材を前記一方方向に向けて駆動する際、前記弁軸において前記他方方向に向く被伝達部に当接した状態で摺動しながら当該開閉部材を前記一方方向に向けて押圧する出力部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記伝達機構は、前記駆動源により駆動されるカム部材を備えたカム機構を有していることを特徴とする請求項２に記載のバルブ装置。
【請求項４】
前記伝達機構は、前記出力部材として、前記弁軸の軸線方向に対して交差する軸線周りに揺動可能に前記支持体に支持された揺動部材を備え、
前記弁軸駆動部からの駆動力は、前記カム部材に従動して前記揺動部材が揺動することにより前記被伝達部に伝達されることを特徴とする請求項３に記載のバルブ装置。
【請求項５】
前記弁軸は、前記被伝達部をもって前記軸線方向に対して交差する方向に突出した凸部を備え、
前記付勢部材は、前記凸部において前記一方方向に位置する面に当接して当該面を前記他方方向に向けて付勢していることを特徴とする請求項３または４に記載のバルブ装置。
【請求項６】
前記開閉部材を複数備え、
当該複数の開閉部材はいずれも、共通の前記駆動源により駆動されることを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載のバルブ装置。
【請求項７】
前記カム部材は、前記駆動源により回転駆動される軸部から外周側にカム部が突出したカムシャフトであることを特徴とする請求項６に記載のバルブ装置。
【請求項８】
前記付勢部材は、前記弁軸に対して同軸状に配置されたコイルバネであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のバルブ装置。
【請求項９】
前記弁体は、ダイヤフラム弁であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のバルブ装置。
【請求項１】
流路を開閉する可撓性の弁体、および該弁体の中央から閉方向および開方向のうちの一方方向に延在する弁軸を備えた開閉部材と、
該弁軸を閉方向および開方向のうちの他方方向に付勢する付勢部材と、
前記開閉部材を前記一方方向側に向けて駆動する際に前記弁軸に当接して前記開閉部材を前記一方方向に押圧する弁軸駆動部と、
前記開閉部材、前記付勢部材および前記弁軸駆動部を支持する支持体と、
を有し、
前記開閉部材は、前記支持体による前記弁体の外周部の保持、および前記付勢部材による前記他方方向に向けての付勢により、前記弁軸の軸線方向に移動可能に前記支持体に支持されていることを特徴とするバルブ装置。
【請求項２】
前記弁軸駆動部は、駆動源、および該駆動源からの駆動力を前記弁軸に伝達する伝達機構と、を有し、
前記伝達機構は、前記開閉部材を前記一方方向に向けて駆動する際、前記弁軸において前記他方方向に向く被伝達部に当接した状態で摺動しながら当該開閉部材を前記一方方向に向けて押圧する出力部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記伝達機構は、前記駆動源により駆動されるカム部材を備えたカム機構を有していることを特徴とする請求項２に記載のバルブ装置。
【請求項４】
前記伝達機構は、前記出力部材として、前記弁軸の軸線方向に対して交差する軸線周りに揺動可能に前記支持体に支持された揺動部材を備え、
前記弁軸駆動部からの駆動力は、前記カム部材に従動して前記揺動部材が揺動することにより前記被伝達部に伝達されることを特徴とする請求項３に記載のバルブ装置。
【請求項５】
前記弁軸は、前記被伝達部をもって前記軸線方向に対して交差する方向に突出した凸部を備え、
前記付勢部材は、前記凸部において前記一方方向に位置する面に当接して当該面を前記他方方向に向けて付勢していることを特徴とする請求項３または４に記載のバルブ装置。
【請求項６】
前記開閉部材を複数備え、
当該複数の開閉部材はいずれも、共通の前記駆動源により駆動されることを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載のバルブ装置。
【請求項７】
前記カム部材は、前記駆動源により回転駆動される軸部から外周側にカム部が突出したカムシャフトであることを特徴とする請求項６に記載のバルブ装置。
【請求項８】
前記付勢部材は、前記弁軸に対して同軸状に配置されたコイルバネであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のバルブ装置。
【請求項９】
前記弁体は、ダイヤフラム弁であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のバルブ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２２５４９９（Ｐ２０１２−２２５４９９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９６４６６（Ｐ２０１１−９６４６６）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
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