ボール弁
【課題】ボール状弁体の回転の際の摺動抵抗を軽減して、より小さい出力のモータでボールを回転させることを可能にし、互いの摩耗も少なくすることで弁閉時の漏れを減らし、製造コストを低減することができるボール弁を提供する。
【解決手段】弁ケース２０には、内部に弁室２１が形成され、流入口２２と流出口２３，２４とが設けられている。内部に流路１１，１２が形成されているボール状弁体１０が弁室２１内に回転可能に収納されていて、対称軸が回転軸に対して偏心している。ボール状弁体１０が押し付けられる弁座３１，３２は、ボール状弁体１０の回転に応じて、レール４１〜４４によって、案内されて移動可能となっているので、ボール状弁体１０の偏心に起因して膨らんだ部分１０ａが接触して回転するときに移動して、強い押し付けが回避される。
【解決手段】弁ケース２０には、内部に弁室２１が形成され、流入口２２と流出口２３，２４とが設けられている。内部に流路１１，１２が形成されているボール状弁体１０が弁室２１内に回転可能に収納されていて、対称軸が回転軸に対して偏心している。ボール状弁体１０が押し付けられる弁座３１，３２は、ボール状弁体１０の回転に応じて、レール４１〜４４によって、案内されて移動可能となっているので、ボール状弁体１０の偏心に起因して膨らんだ部分１０ａが接触して回転するときに移動して、強い押し付けが回避される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボール弁に関し、特に、球状（ボール状）の弁体が弁室内で回転可能に収納されて、流路を切り換える切換弁としても使用可能なボール弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切換弁として用いられるボール弁であって、例えばユニットバス用のものとして四方切換弁が知られている。
【０００３】
図７は、特許文献１に開示されているユニットバスの一例を、概略的に図示したものであり、該ユニットバスは、通常、給湯ユニットＡ、浴槽Ｂ、四方切換弁Ｖ及びフィルタＣ等の機器を備え、該各機器を管路で接続した構造を有している。また、ユニットバスの運転においては、浴槽Ｂの湯水を、給湯ユニットＡ、フィルタＣ、四方切換弁Ｖを順次通じて浴槽Ｂに戻るメイン循環路（湯水の流れを太い一点鎖線矢印（Ｉ）で示す）を用いて循環させ、給湯ユニットＡで湯温を調節して浴槽Ｂ内の湯温を入浴適温に保持している。
【０００４】
フィルタＣは、該メイン循環路（Ｉ）を循環する湯水を洗浄するためのものであるが、湯水を循環しているとフィルタＣに湯垢や塵挨等が付着してしまい、不衛生になるおそれがある。このため定期的にフィルタＣを洗浄する必要があり、その場合は、四方切換弁Ｖを切換えて、湯水を浴槽Ｂに戻すことなく、四方切換弁Ｖから給湯ユニットＡに導き、該給湯ユニットＡで湯水を昇温させながらフィルタＣを介して四方切換弁Ｖに導くように循環させる。これにより、フィルタＣは、高温の湯水を所要時間循環させることで洗浄される。洗浄が終了すると、四方切換弁Ｖを切換えて、フィルタＣからの洗浄湯水を四方切換弁Ｖを介して外部に排出する。
【０００５】
四方切換弁Ｖは、ユニットバスの湯水をメイン循環路、洗浄用循環路及び外部排出の三ルートに切換・変更できるように構成されており、一つの流入口１０１と三つの流出口、即ち、洗浄用流出口１０２、戻り用流出口１０３及び排出用流出口１０４を備えている。
【０００６】
図８は、四方切換弁Ｖの一例を縦断面図で示したものであり、該四方切換弁Ｖは、弁ケース１１２と、当該弁ケース１１２の上部に配置されたギャードモーター１２０、弁ケース１１２の弁室１１５内に配置されたボール状弁体１３０と、該ボール状弁体１３０を弁室１１５内に保持するために、弁ケース１１２の左側面開口部１１５ａにその螺合部１３６ａで螺入される押さえシート１３６と、左側面開口部１１５ａに取り付けられた弁カバー１１３を備えている。弁ケース１１２は、下部に一つの流入口１０１と側部に二つの流出口１０４，１０２を形成しており、洗浄用流出口としての流出口１０２（図８には図示なし）と、排出用流出口１０４とは９０度位相を異にして配置されている。更に、弁カバー１１３にも、一つの流出口（戻り用流出口）１０３が形成されている。
【０００７】
ボール状弁体１３０は、その中心部付近で合流する断面円形の流入路１３１と流出路１３２とが穿設されており、流入路１３１は、常時、流入口１０１に接続していると共に、流出路１３２は、ボール状弁体１３０の回転位置に応じて、三つの流出口１０２，１０３，１０４に択一的に接続するように配置されている。
【０００８】
ボール状弁体１３０は、ギャードモーター１２０により弁軸１２５を介して回転駆動され、弁ケース１１２の流入口１０１から流入した湯水は、ボール状弁体１３０の流入路１３１から流出路１３２へと導かれ、ボール状弁体１３０を回転して切換変更した所定の位置により、三つの流出口１０２，１０３，１０４に択一的に接続されて、メイン循環路（Ｉ）、洗浄用循環路（ＩＩ）、若しくは、外部排出（ＩＩＩ）の三ルートのいずれかのルートに流れる。このように、四方切換弁Ｖは、ユニットバスの各循環路の切換手段として機能する。更に、四方切換弁Ｖにおいては、弁室１１５内のボール状弁体１３０と、弁ケース１１２及び押さえシート１３６との接触部分に、複数のパッキン１４１，１４２が介在されており、当該接触部分で弁室１１５から三つの流出口１０２，１０３，１０４の各々、あるいは該三つの流出口１０２，１０３，１０４の各々から弁室１１５への湯水の漏洩を防止している。なお、符号１１４は流出口１０３の管ホルダの取付ボルトである。
一般のボール型三方弁は、弁にシートを押し付けて固定し、閉弁側の漏れを防止している。
【０００９】
上記の一般的な切換弁としてのボール弁は、ボール状弁体の回りからの漏れを低減させるために、フッ素樹脂から形成される弁シートをゴムやバネなどで弁体に押し付ける構造となっている。そのため、組立時に強い力で弁体を弁シートに押え付ける必要がある。こうしたボール弁において流路を切り換えるには、弁シート面に強く押し付けられているボールをモータで回転させている。強い押付け力に基づく摩擦力に抗してボールを回転させる必要があるので、モータには高い出力トルクが求められ、駆動毎にモータへ負荷となっていた。
【００１０】
また、こうしたボール弁においては、弁シートに強く押し付けられているボールを回転させるので、弁体回転の際の摺動抵抗が大きく、ボールや弁シートの摺動面に摩耗を生じ易いという問題がある。耐摩耗性の材料、例えばフッ素樹脂は高価であり、ボール弁の生産コストを上昇させる。また、モータとしては出力の大きいものを用いる必要があり、必然的にボール弁が大型化する、という問題がある。
【００１１】
このように、従来のボール弁においては、ボールと弁シートとが強い力で押しつけられたままの状態でボールを回動することによって、ボールと弁シートとの押し付け面を擦っていることが、出力の大きなモータを必要とし且つ押付け面の摩耗の原因になっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４２８６５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この発明の目的は、ボール状弁体の回転の際の摺動抵抗を軽減することができるボール弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題（目的）を解決（達成）するため、この発明によるボール弁は、流入口と流出口とが設けられており且つ内部に弁室が形成されている弁ケースと、前記弁室内に回転可能に収納されていて内部に流路が形成されているボール状弁体と、前記流入口と流出口とに関連して配置されており前記ボール状弁体が押し付けられる弁座とを備えており、前記ボール状弁体の回転に応じて、前記流入口と前記流出口とが、前記ボール状弁体の前記流路を通じて連通される状態と前記弁座に押し付けられて遮断される状態とに切り換えられるボール弁であって、前記ボール状弁体は、その中心がその回転軸に対して偏心しており、前記弁座は、前記弁室に対して、前記ボール状弁体の偏心に起因して膨らんだ部分が接触して回転するときの接線方向に移動可能に案内されていることを特徴としている。
【００１５】
このボール弁によれば、ボール状弁体の中心と、ボール状弁体を回転させる弁軸の回転軸（すなわちボール状弁体の回転軸）は偏心した構造であるから、弁体が所定の流出口を閉鎖した状態では該弁体は弁座を適度な押し付け力で押し付けて弁漏れが防止される。
一方、上記閉鎖状態からの弁体の回転開始時（流路切換開始時）は、弁座は弁体の回転と共にレールのような案内構造によって案内移動され、その後、弁体から離脱する。そして他の流出口を閉鎖する段階においては、弁体は当該他の流出口の弁座に徐々に接近し、これと接触した後、弁座は弁体と共に前記案内構造によって案内移動され、最終的には該弁座は弁体により適度な力で押し付けられて当該他の流出口が閉鎖される。
【００１６】
このように、流路の切換時においては、弁体は弁座を強く押し付けた状態で該弁座と摺動することがなく、弁がロックしない。またこの結果、当該弁体の回転に要するトルクが抑えられ、モータに負荷が掛かりにくくなる。また、常時、弁座面で摺動しないので、傷が付きにくい構造となる。更に、回転トルクが小さくて良いので、弁体のアクチュエータとしてステッピングモータを用いることができ、当該弁体の回転位置検出手段等を設けることなく高精度な弁位置制御が可能となり、またボール状弁体と弁軸と樹脂等により一体形成した構造を用いることも可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明は、上記のように構成されているので、流路切換時にボール状弁体を弁座に対して必要以上の強い力で押し付けることが無い。また、より小さい出力のモータでボールを回転させることを可能にして、弁体及び弁座間の摩耗も少なくし、製造コストを低減することができるボール弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るボール弁の第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すボール弁のＤ−Ｄ断面図である。
【図３】図１に示すボール弁の動作説明図であり、該ボール弁の横断面図である。
【図４】本発明に係るボール弁の第２実施例を示す縦断面図である。
【図５】本発明に係るボール弁の第３実施例を示す縦断面図である。
【図６】図５に示すボール弁の動作説明図であり、該ボール弁の横断面図である。
【図７】切換弁が適用されているユニットバスの一例を示す概略図である。
【図８】従来の四方切換弁の一例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付した図面に基づいて、この発明によるボール弁の実施例を説明する。図１は本発明に係るボール弁の第１実施例を示す縦断面図、図２は図１に示すボール弁のＤ−Ｄ断面図、図３は図１に示すボール弁の動作説明図である。
【００２０】
図１及び図２に示すボール弁１は、三方切換弁を構成しており、内部に弁室２１を形成している弁ケース２０と、弁室２１内に回転可能に配置されている球体状の弁体（ボール）１０と、弁体１０を回転駆動するために弁ケース２０の上部に取り付けられているアクチュエータとしてのステッピングモータ２５とを有している。弁体１０は、その弁軸１３が弁ケース２０に設けられているシール機能を備えた軸受２６によって回転可能に支持されている。弁体１０には流入路１１と流出路１２とからなるＬ形の流路が形成されている。弁ケース２０は、上側ケース２０ａと下側ケース２０ｂとが互いに結合されて一体のケース２０に構成されており、下側ケース２０ｂには流入口２２が形成されると共に、上側ケース２０ａには第１流出口２３と第２流出口２４の管部が互いに対向して形成されている。流入口２２と第１流出口２３又は第２流出口２４とは、弁体１０を弁軸１３によって回転させることによって、流路１１，１２を通じて選択的に連通可能に構成されている。
【００２１】
ボール弁１においては、球体状の弁体１０の中心（球の中心）Ｏは、弁軸１３の回転軸Ｐ（すなわち弁体１０の回転軸でありＤ−Ｄ線上にある）からオフセット（偏心）している。換言すれば、弁体１０の対称軸はその回転軸Ｐからオフセットしている。したがって、弁体１０の弁軸１３の回転軸Ｐから遠い部分１０ａが弁軸１３の回転軸Ｐの回りに振れ回り、この部分１０ａが後述する弁座と当接してシールする。
【００２２】
弁室２１には、第１流出口２３と第２流出口２４とに対応して、それぞれの流出口２３，２４が開く弁ケース２０の環状段部２０ｃと環状段部２０ｄの位置において、円環状の第１弁座３１と第２弁座３２とが配設されている。第１弁座３１と第２弁座３２との環状内部のスペースがそれぞれ第１流出口２３と第２流出口２４とに通じている。弁体１０の振れ回り部分１０ａが第１弁座３１又は第２弁座３２に当接するときに、それぞれ第１流出口２３と第２流出口２４とに通じる流路を遮断する。
【００２３】
第１弁座３１と第２弁座３２には、弁体１０に向かう側に、弁体１０と接触可能な環状のテーパ面（凹状の球面の一部）３３，３４が形成されており、また、弁体１０に向かう側とは反対側に環状の凸部３５，３６が形成されている。環状の凸部３５，３６は、第１流出口２３又は第２流出口２４が弁室２１に開く開口の周りを余裕を持って取り囲んでおり、即ち該開口の直径よりも大きな直径を有しており、環状段部２０ｃと環状段部２０ｄとに接触又は接触可能である。
【００２４】
第１弁座３１と第２弁座３２とには、上側ケース２０ａの上底面に対向する部位に弦状に溝３７，３８が形成されており、下側ケース２０ｂの下底面に対向する部位に弦状に溝３９，４０が形成されている。また、上側ケース２０ａの上底壁には、溝３７，３８に対応して上側レール４１，４２が設けられており、下側ケース２０ｂの下底壁には、溝３９，４０に対応して下側レール４３，４４が設けられている。したがって、上下の各側のレール４１，４３と、レール４２，４４とは、互いに平行で且つ対向して位置されていて、第１弁座３１と第２弁座３２とを環状段部２０ｃと環状段部２０ｄとにおいて、所定の姿勢に保持している。
【００２５】
第１弁座３１は、弁室２１内において、溝３７，３９にそれぞれレール４１，４３が嵌入していることにより、レール４１，４３に沿って移動可能である。図２に示すように、第１弁座３１は、レール４１，４３に沿った左右方向に、隙間Ｌ１，Ｌ２だけ移動可能となっている。第２弁座３２の場合も同様であり、溝３８，４０にそれぞれレール４２，４４が嵌入していて、左右方向に、隙間Ｌ１，Ｌ２だけ移動可能となっている。第１弁座３１と第２弁座３２の環状の凸部３５，３６は、第１弁座３１（第２弁座３２）がレール４１，４３（レール４２，４４）に沿ってスライドしたときにも、第１流出口２３又は第２流出口２４の開口を取り囲むことができる。
【００２６】
前記第１弁座３１には弦状の溝３７及び３９が形成され、また前記第２弁座３２には弦状の溝３８及び４０が形成されるものとしたが、本発明はこれのみに限定されることはなく、弦状の溝３７及び３９、並びに３８及び４０を形成する代わりに、該弦状の溝３７及び３９、並びに３８及び４０を含むように、第１弁座３１及び第２弁座３２に、それぞれ１つの環状の溝を形成しても良い。すなわち、この環状の溝に上側レール及び下側レールを嵌入させることにより、第１弁座３１及び第２弁座３２を弁室２１内に取り付けても良い。
このように各弁座３１、３２に対して、それぞれ１つの環状の溝を形成すれば、該第１弁座３１及び第２弁座３２を上側レール及び下側レールに取り付ける際、該弁座３１及び３２の取付方向を意識することになく該取り付けを行うことが出来るので、その作業が容易である。
【００２７】
また、図３に関して後述するように、弁体１０の回動に応じて各弁座３１、３２が上側レール及び下側レールに沿って移動するが、その移動の際、各弁座３１、３２自身も回転が可能となる。したがって、上側レール及び下側レールに対する環状溝の接触部も弁体１０の回転毎に変わり、該環状溝の偏摩耗が防止され、当該ボール弁の高耐久性を得ることができる。
さらに、第１弁座３１及び第２弁座３２は、円環状であるものとしたが、本発明はこれのみに限定されることはなく、その外側の輪郭形状は矩形であっても良い。
【００２８】
図３に、ボール弁１の動作が説明されている。図３には、図１及び図２の主要な要素等についてのみ符号を付している。また図３においては、第１弁座３１及び第２弁座３２には、前述したように弦状の溝３７及び３９、並びに弦状の溝３８及び４０の代わりにそれぞれ１つの環状の溝が形成された様子が示されている。
ボール弁１は、図３において（１）→（２）→（３）の順に動作する。流体は、下側の流入口２２から流入する。（１）の状態では、弁体１０の回転軸Ｐから遠い部分１０ａが第１弁座３１側に向いている。弁体１０は、球の中心Ｏ（対称軸）が弁体１０を回転させる回転軸Ｐに対して偏心している。したがって、弁体１０を回転させると、該弁体１０の表面は、同心球面上で回らないで、カム状に膨らんで回ることになる。そして弁座に当たる面が弁体１０の回転に伴って動く。即ち、弁体１０の回転に伴って、弁座３１、３２の座面（テーパ面３３，３４）に弁体１０の球面が接近又は離間する。
【００２９】
図３（１）に示された状態（第１流出口２３の閉鎖状態）では、該弁体１０の流路（流入路１１及び流出路１２）が形成されていない部分が第１弁座３１のテーパ面３３に強く押し付けられるので、確実なシールが形成され、第１流出口２３側の遮断された流路には流体が流れることはない。したがって、流体は、流入口２２から第２流出口２４へと流れる。弁体１０は、第２流出口２４側では、第２弁座３２の座面であるテーパ面３４からは離間しているので、流体は弁体１０の裏側へと回り込むことができる。しかしながら、第１流出口２３側では第１弁座３１が環状段部２０ｃと弁体１０との間をシールしているので、回り込んだ流体が第１流出口２３側に漏れることはない。
【００３０】
図３（１）の状態から弁体１０が矢印の方向に回転され始めると、第１弁座３１が弁体１０の回転に引きずられてレール４１，４３（図３においては図示せず）の案内によって、図の上側に向かって移動する。この移動は弁室２１の内壁との隙間以上に移動することはない。その後、弁体１０は第１弁座３１から離れると共に第２弁座３２に徐々に接近していく。図３（２）は弁体１０の中間開度の状態を示す図であり、該弁体１０は、第１弁座３１に対しても、第２弁座３２に対してもフリーな状態にある。
【００３１】
図３（２）に示す状態から弁体１０がさらに回転すると、該弁体１０は第１弁座３１からはさらに離れると共に、第２弁座３２にさらに接近する。そして弁体１０が第２弁座３２に接触すると、該第２弁座３２は、弁体１０の回動に引きずられてレール４２、４４（図３においては図示せず）の案内によって図の下側に移動（弁体１０の回転方向に倣った接線方向にスライド）し、図３（３）に示す状態（第２流出口２４の閉鎖状態）に移行する。
すなわち、弁体１０の回動によって球面の部分１０ａが膨らんで回ることにより、当該部分１０ａが第２弁座３２のテーパ面３４で定められる座の中心に入り込み、この動作によって流入口２２と第２流出口２４との連通をシール（遮断）する。
【００３２】
このように、第１流出口２３又は第２流出口２４の閉鎖時においては、弁体１０は第１弁座３１又は第２弁座３２を強く押し付けた状態になるが、流路切換の際には弁体１０は第１弁座３１及び第２弁座３２から離れた状態で回転するので、その摺動抵抗を軽減することができ、シール面の摩耗を回避することができる。
【００３３】
弁体１０の回転開始時及び回転終了時には、第１弁座３１及び第２弁座３２は、前記環状の溝（あるいは弦状の溝３７及び３９、並びに３８及び４０）でレール４１及び４３、並びに４２及び４４と摺動することになるが、当たり面積を大きく取るなどの面圧を設計にて調整できるので、この部分で摩耗が進むこともあまりない。さらに前述のように、弦状の溝の代わりに環状の溝とすれば前記摩耗はさらに抑えられる。
【００３４】
このように、このボール弁１では弁体１０と弁座３１，３２との間に摺動部分が少ないので、長期に渡って使用しているときにも、ボール弁が摺動部分の摩耗によって漏れが生じるのを回避することができる。
【００３５】
弁体１０を回転させるアクチュエータとして、ステッピングモータ（パルスモータ）２５が用いられている。このボール弁１では、弁体１０の回転の際に該弁体と弁座とが相対摺動をすることが少なく、したがって、モータの負荷が小さいので、弁体１０の駆動用としてステッピングモータ２５を用いることができる。ステッピングモータ２５は、そのモータ特性として、出力軸の回転位置を確実に出すことができるモータであり、回転位置を正確に出すことによって、最も押し付け力が大きくなりシール効果の高い位置（膨れ回る部分１０ａの位置）を、各弁座３１，３２のテーパ面３３，３４に向けて停止させることができる。例えば、ＤＣモータの場合にはモータ運転時間（秒数）で位置制御しているので、位置の制御が曖昧であり、また場合によっては弁体の回転位置検出手段が必要だったが、ステッピングモータ２５を使用することで該検出手段を用いることなく位置制御を高精度に行うことができる。更に、このボール弁１においては、大きな摩擦力に抗して回転させる必要がないので、小さい出力トルクのステッピングモータ２５で作動可能である。大きいトルクで作動する従来のものは、例えば、軸が折れる等の、強度がもたないという不具合があるので、別体に製作したものを結合させる構造とする必要があった。このボール弁１では、構造的にも、金属製の弁軸１３と弁体１０（例えばＰＰＳ樹脂）とを例えばインサート成形で一体化することができるという利点がある。なお、弁座３１，３２には、例えばフッ素系の樹脂が用いられる。
【００３６】
次に、図４を参照して、本発明によるボール弁の第２実施例について説明する。図４は本発明に係るボール弁の第２実施例を示す縦断面図である。図４に示すボール弁は、図１〜図３に示す第１実施例のボール弁１と同じく三方弁構造であるが、第１弁座３１及び第２弁座３２の支持構造が異なる以外、第１実施例と同じであるので、同等の要素等には同じ符号を用いることにより、再度の詳細な説明を省略する。
【００３７】
図４に示すボール弁５０においては、第１弁座３１及び第２弁座３２をレールによってスライド可能に案内するために、第１実施例では第１弁座３１及び第２弁座３２に溝を形成していたのに代えて、第１弁座３１及び第２弁座３２の端面を利用している。即ち、第１弁座３１及び第２弁座３２においては、環状の凸部３５，３６が形成されている端面とは反対側の端面５１，５２が、レール４１〜４４に沿わせて配置されている。レール４１〜４４は第１実施例の場合と同様に、紙面に垂直な方向に延びている。こうした構造によれば、第１弁座３１及び第２弁座３２に溝３７〜４０（あるいは環状の溝）を形成する必要がなく、また、第１弁座３１及び第２弁座３２の弁室２１内への組付け作業性も簡素化されるので、第１弁座３１及び第２弁座３２の製造コスト、延いてはボール弁の製造コストの低減を図ることができる。
【００３８】
次に、図５及び図６を参照して、本発明によるボール弁の第３実施例について説明する。図５は本発明に係るボール弁の第３実施例を示す縦断面図であり、図６は図５に示すボール弁の動作説明図である。第３実施例は、本発明によるボール弁を二方弁として適用した例である。第３実施例は、第１実施例と比較して、流入口及び流出口の構造と、それに伴う弁の機能が異なる以外、第１実施例と同じであるので、同等の要素等には同じ符号を用いることにより、再度の詳細な説明を省略する。
【００３９】
図５に示す二方弁としてのボール弁６０においては、流入口６１（例えば図で左側とする）と流出口６２とが対向して配置されている。ボール弁６０には、紙面に垂直な方向に貫通して流路６３が形成されている。流入口６１と流出口６２とは逆の配置であっても構わない。第１弁座３１及び第２弁座３２とそれらのスライド構造については、第１実施例の場合と同等である。図５に示す状態では、弁体１０の流路６３が形成されていない部分が第１弁座３１に押し付けられていて流入口６１は閉塞されているが、第２弁座３２に対しては、当接していない。この状態においては、弁体１０は流入口６１を閉塞しているので、流体はボール弁６０を流れることができない。
【００４０】
図６の（１）は、図５に示す状態の横断面図である。弁体１０の流路６３は、流入口６１と流出口６２に対して直交する方向を向いており、弁体１０が第１弁座３１に押し付けられているので、弁体１０は流路を遮断している。図６の（２）は、図６の（１）に示す状態から弁体１０を時計方向に９０度回転させた状態を示しており、弁体１０は、第１弁座３１と第２弁座３２とに対して押し付けられておらず、テーパ面３３，３４から離れており、弁体１０の流路６３は、流入口６１と流出口６２とを連通して、流体がボール弁６０を流れることができる。
【００４１】
この場合、弁体１０が図６（１）の状態と同図（２）の状態との間の９０度の範囲でのみ、正逆転される場合には、第２弁座３２は不要である。図６に示す例は、（２）の状態から更に弁体１０を時計方向に９０度回転させて、第２弁座３２を閉塞させる場合のものであり、弁体１０は１８０度の範囲で正逆転される。
さて本発明のボール弁は、ユニットバスの湯水切り換え用として用いられるのみでなく、いかなる用途に用いられても良いことは当然である。
また本発明のボール弁は、４方弁以上の多方弁に適用されても良いことは当然である。
【符号の説明】
【００４２】
１ ボール弁 １０ 弁体（ボール）
１０ａ 部分
１１ 流入路 １２ 流出路
１３ 弁軸
２０ 弁ケース
２０ａ 上側ケース ２０ｂ 下側ケース
２０ｃ 環状段部 ２０ｄ 環状段部
２１ 弁室 ２２ 流入口
２３ 第１流出口 ２４ 第２流出口
２５ ステッピングモータ ２６ 軸受
３１ 第１弁座 ３２ 第２弁座
３３，３４ テーパ面（凹状の球面の一部）
３５，３６ 環状の凸部３５，３６
３７，３８，３９，４０ 溝
４１，４２ 上側レール ４３，４４ 下側レール
５０ ボール弁 ５１，５２ 端面
６０ ボール弁 ６１ 流入口
６２ 流出口 ６３ 流路
Ｏ 球の中心 Ｐ 弁軸（弁体）の回転軸
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ボール弁に関し、特に、球状（ボール状）の弁体が弁室内で回転可能に収納されて、流路を切り換える切換弁としても使用可能なボール弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切換弁として用いられるボール弁であって、例えばユニットバス用のものとして四方切換弁が知られている。
【０００３】
図７は、特許文献１に開示されているユニットバスの一例を、概略的に図示したものであり、該ユニットバスは、通常、給湯ユニットＡ、浴槽Ｂ、四方切換弁Ｖ及びフィルタＣ等の機器を備え、該各機器を管路で接続した構造を有している。また、ユニットバスの運転においては、浴槽Ｂの湯水を、給湯ユニットＡ、フィルタＣ、四方切換弁Ｖを順次通じて浴槽Ｂに戻るメイン循環路（湯水の流れを太い一点鎖線矢印（Ｉ）で示す）を用いて循環させ、給湯ユニットＡで湯温を調節して浴槽Ｂ内の湯温を入浴適温に保持している。
【０００４】
フィルタＣは、該メイン循環路（Ｉ）を循環する湯水を洗浄するためのものであるが、湯水を循環しているとフィルタＣに湯垢や塵挨等が付着してしまい、不衛生になるおそれがある。このため定期的にフィルタＣを洗浄する必要があり、その場合は、四方切換弁Ｖを切換えて、湯水を浴槽Ｂに戻すことなく、四方切換弁Ｖから給湯ユニットＡに導き、該給湯ユニットＡで湯水を昇温させながらフィルタＣを介して四方切換弁Ｖに導くように循環させる。これにより、フィルタＣは、高温の湯水を所要時間循環させることで洗浄される。洗浄が終了すると、四方切換弁Ｖを切換えて、フィルタＣからの洗浄湯水を四方切換弁Ｖを介して外部に排出する。
【０００５】
四方切換弁Ｖは、ユニットバスの湯水をメイン循環路、洗浄用循環路及び外部排出の三ルートに切換・変更できるように構成されており、一つの流入口１０１と三つの流出口、即ち、洗浄用流出口１０２、戻り用流出口１０３及び排出用流出口１０４を備えている。
【０００６】
図８は、四方切換弁Ｖの一例を縦断面図で示したものであり、該四方切換弁Ｖは、弁ケース１１２と、当該弁ケース１１２の上部に配置されたギャードモーター１２０、弁ケース１１２の弁室１１５内に配置されたボール状弁体１３０と、該ボール状弁体１３０を弁室１１５内に保持するために、弁ケース１１２の左側面開口部１１５ａにその螺合部１３６ａで螺入される押さえシート１３６と、左側面開口部１１５ａに取り付けられた弁カバー１１３を備えている。弁ケース１１２は、下部に一つの流入口１０１と側部に二つの流出口１０４，１０２を形成しており、洗浄用流出口としての流出口１０２（図８には図示なし）と、排出用流出口１０４とは９０度位相を異にして配置されている。更に、弁カバー１１３にも、一つの流出口（戻り用流出口）１０３が形成されている。
【０００７】
ボール状弁体１３０は、その中心部付近で合流する断面円形の流入路１３１と流出路１３２とが穿設されており、流入路１３１は、常時、流入口１０１に接続していると共に、流出路１３２は、ボール状弁体１３０の回転位置に応じて、三つの流出口１０２，１０３，１０４に択一的に接続するように配置されている。
【０００８】
ボール状弁体１３０は、ギャードモーター１２０により弁軸１２５を介して回転駆動され、弁ケース１１２の流入口１０１から流入した湯水は、ボール状弁体１３０の流入路１３１から流出路１３２へと導かれ、ボール状弁体１３０を回転して切換変更した所定の位置により、三つの流出口１０２，１０３，１０４に択一的に接続されて、メイン循環路（Ｉ）、洗浄用循環路（ＩＩ）、若しくは、外部排出（ＩＩＩ）の三ルートのいずれかのルートに流れる。このように、四方切換弁Ｖは、ユニットバスの各循環路の切換手段として機能する。更に、四方切換弁Ｖにおいては、弁室１１５内のボール状弁体１３０と、弁ケース１１２及び押さえシート１３６との接触部分に、複数のパッキン１４１，１４２が介在されており、当該接触部分で弁室１１５から三つの流出口１０２，１０３，１０４の各々、あるいは該三つの流出口１０２，１０３，１０４の各々から弁室１１５への湯水の漏洩を防止している。なお、符号１１４は流出口１０３の管ホルダの取付ボルトである。
一般のボール型三方弁は、弁にシートを押し付けて固定し、閉弁側の漏れを防止している。
【０００９】
上記の一般的な切換弁としてのボール弁は、ボール状弁体の回りからの漏れを低減させるために、フッ素樹脂から形成される弁シートをゴムやバネなどで弁体に押し付ける構造となっている。そのため、組立時に強い力で弁体を弁シートに押え付ける必要がある。こうしたボール弁において流路を切り換えるには、弁シート面に強く押し付けられているボールをモータで回転させている。強い押付け力に基づく摩擦力に抗してボールを回転させる必要があるので、モータには高い出力トルクが求められ、駆動毎にモータへ負荷となっていた。
【００１０】
また、こうしたボール弁においては、弁シートに強く押し付けられているボールを回転させるので、弁体回転の際の摺動抵抗が大きく、ボールや弁シートの摺動面に摩耗を生じ易いという問題がある。耐摩耗性の材料、例えばフッ素樹脂は高価であり、ボール弁の生産コストを上昇させる。また、モータとしては出力の大きいものを用いる必要があり、必然的にボール弁が大型化する、という問題がある。
【００１１】
このように、従来のボール弁においては、ボールと弁シートとが強い力で押しつけられたままの状態でボールを回動することによって、ボールと弁シートとの押し付け面を擦っていることが、出力の大きなモータを必要とし且つ押付け面の摩耗の原因になっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４２８６５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この発明の目的は、ボール状弁体の回転の際の摺動抵抗を軽減することができるボール弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題（目的）を解決（達成）するため、この発明によるボール弁は、流入口と流出口とが設けられており且つ内部に弁室が形成されている弁ケースと、前記弁室内に回転可能に収納されていて内部に流路が形成されているボール状弁体と、前記流入口と流出口とに関連して配置されており前記ボール状弁体が押し付けられる弁座とを備えており、前記ボール状弁体の回転に応じて、前記流入口と前記流出口とが、前記ボール状弁体の前記流路を通じて連通される状態と前記弁座に押し付けられて遮断される状態とに切り換えられるボール弁であって、前記ボール状弁体は、その中心がその回転軸に対して偏心しており、前記弁座は、前記弁室に対して、前記ボール状弁体の偏心に起因して膨らんだ部分が接触して回転するときの接線方向に移動可能に案内されていることを特徴としている。
【００１５】
このボール弁によれば、ボール状弁体の中心と、ボール状弁体を回転させる弁軸の回転軸（すなわちボール状弁体の回転軸）は偏心した構造であるから、弁体が所定の流出口を閉鎖した状態では該弁体は弁座を適度な押し付け力で押し付けて弁漏れが防止される。
一方、上記閉鎖状態からの弁体の回転開始時（流路切換開始時）は、弁座は弁体の回転と共にレールのような案内構造によって案内移動され、その後、弁体から離脱する。そして他の流出口を閉鎖する段階においては、弁体は当該他の流出口の弁座に徐々に接近し、これと接触した後、弁座は弁体と共に前記案内構造によって案内移動され、最終的には該弁座は弁体により適度な力で押し付けられて当該他の流出口が閉鎖される。
【００１６】
このように、流路の切換時においては、弁体は弁座を強く押し付けた状態で該弁座と摺動することがなく、弁がロックしない。またこの結果、当該弁体の回転に要するトルクが抑えられ、モータに負荷が掛かりにくくなる。また、常時、弁座面で摺動しないので、傷が付きにくい構造となる。更に、回転トルクが小さくて良いので、弁体のアクチュエータとしてステッピングモータを用いることができ、当該弁体の回転位置検出手段等を設けることなく高精度な弁位置制御が可能となり、またボール状弁体と弁軸と樹脂等により一体形成した構造を用いることも可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明は、上記のように構成されているので、流路切換時にボール状弁体を弁座に対して必要以上の強い力で押し付けることが無い。また、より小さい出力のモータでボールを回転させることを可能にして、弁体及び弁座間の摩耗も少なくし、製造コストを低減することができるボール弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るボール弁の第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すボール弁のＤ−Ｄ断面図である。
【図３】図１に示すボール弁の動作説明図であり、該ボール弁の横断面図である。
【図４】本発明に係るボール弁の第２実施例を示す縦断面図である。
【図５】本発明に係るボール弁の第３実施例を示す縦断面図である。
【図６】図５に示すボール弁の動作説明図であり、該ボール弁の横断面図である。
【図７】切換弁が適用されているユニットバスの一例を示す概略図である。
【図８】従来の四方切換弁の一例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付した図面に基づいて、この発明によるボール弁の実施例を説明する。図１は本発明に係るボール弁の第１実施例を示す縦断面図、図２は図１に示すボール弁のＤ−Ｄ断面図、図３は図１に示すボール弁の動作説明図である。
【００２０】
図１及び図２に示すボール弁１は、三方切換弁を構成しており、内部に弁室２１を形成している弁ケース２０と、弁室２１内に回転可能に配置されている球体状の弁体（ボール）１０と、弁体１０を回転駆動するために弁ケース２０の上部に取り付けられているアクチュエータとしてのステッピングモータ２５とを有している。弁体１０は、その弁軸１３が弁ケース２０に設けられているシール機能を備えた軸受２６によって回転可能に支持されている。弁体１０には流入路１１と流出路１２とからなるＬ形の流路が形成されている。弁ケース２０は、上側ケース２０ａと下側ケース２０ｂとが互いに結合されて一体のケース２０に構成されており、下側ケース２０ｂには流入口２２が形成されると共に、上側ケース２０ａには第１流出口２３と第２流出口２４の管部が互いに対向して形成されている。流入口２２と第１流出口２３又は第２流出口２４とは、弁体１０を弁軸１３によって回転させることによって、流路１１，１２を通じて選択的に連通可能に構成されている。
【００２１】
ボール弁１においては、球体状の弁体１０の中心（球の中心）Ｏは、弁軸１３の回転軸Ｐ（すなわち弁体１０の回転軸でありＤ−Ｄ線上にある）からオフセット（偏心）している。換言すれば、弁体１０の対称軸はその回転軸Ｐからオフセットしている。したがって、弁体１０の弁軸１３の回転軸Ｐから遠い部分１０ａが弁軸１３の回転軸Ｐの回りに振れ回り、この部分１０ａが後述する弁座と当接してシールする。
【００２２】
弁室２１には、第１流出口２３と第２流出口２４とに対応して、それぞれの流出口２３，２４が開く弁ケース２０の環状段部２０ｃと環状段部２０ｄの位置において、円環状の第１弁座３１と第２弁座３２とが配設されている。第１弁座３１と第２弁座３２との環状内部のスペースがそれぞれ第１流出口２３と第２流出口２４とに通じている。弁体１０の振れ回り部分１０ａが第１弁座３１又は第２弁座３２に当接するときに、それぞれ第１流出口２３と第２流出口２４とに通じる流路を遮断する。
【００２３】
第１弁座３１と第２弁座３２には、弁体１０に向かう側に、弁体１０と接触可能な環状のテーパ面（凹状の球面の一部）３３，３４が形成されており、また、弁体１０に向かう側とは反対側に環状の凸部３５，３６が形成されている。環状の凸部３５，３６は、第１流出口２３又は第２流出口２４が弁室２１に開く開口の周りを余裕を持って取り囲んでおり、即ち該開口の直径よりも大きな直径を有しており、環状段部２０ｃと環状段部２０ｄとに接触又は接触可能である。
【００２４】
第１弁座３１と第２弁座３２とには、上側ケース２０ａの上底面に対向する部位に弦状に溝３７，３８が形成されており、下側ケース２０ｂの下底面に対向する部位に弦状に溝３９，４０が形成されている。また、上側ケース２０ａの上底壁には、溝３７，３８に対応して上側レール４１，４２が設けられており、下側ケース２０ｂの下底壁には、溝３９，４０に対応して下側レール４３，４４が設けられている。したがって、上下の各側のレール４１，４３と、レール４２，４４とは、互いに平行で且つ対向して位置されていて、第１弁座３１と第２弁座３２とを環状段部２０ｃと環状段部２０ｄとにおいて、所定の姿勢に保持している。
【００２５】
第１弁座３１は、弁室２１内において、溝３７，３９にそれぞれレール４１，４３が嵌入していることにより、レール４１，４３に沿って移動可能である。図２に示すように、第１弁座３１は、レール４１，４３に沿った左右方向に、隙間Ｌ１，Ｌ２だけ移動可能となっている。第２弁座３２の場合も同様であり、溝３８，４０にそれぞれレール４２，４４が嵌入していて、左右方向に、隙間Ｌ１，Ｌ２だけ移動可能となっている。第１弁座３１と第２弁座３２の環状の凸部３５，３６は、第１弁座３１（第２弁座３２）がレール４１，４３（レール４２，４４）に沿ってスライドしたときにも、第１流出口２３又は第２流出口２４の開口を取り囲むことができる。
【００２６】
前記第１弁座３１には弦状の溝３７及び３９が形成され、また前記第２弁座３２には弦状の溝３８及び４０が形成されるものとしたが、本発明はこれのみに限定されることはなく、弦状の溝３７及び３９、並びに３８及び４０を形成する代わりに、該弦状の溝３７及び３９、並びに３８及び４０を含むように、第１弁座３１及び第２弁座３２に、それぞれ１つの環状の溝を形成しても良い。すなわち、この環状の溝に上側レール及び下側レールを嵌入させることにより、第１弁座３１及び第２弁座３２を弁室２１内に取り付けても良い。
このように各弁座３１、３２に対して、それぞれ１つの環状の溝を形成すれば、該第１弁座３１及び第２弁座３２を上側レール及び下側レールに取り付ける際、該弁座３１及び３２の取付方向を意識することになく該取り付けを行うことが出来るので、その作業が容易である。
【００２７】
また、図３に関して後述するように、弁体１０の回動に応じて各弁座３１、３２が上側レール及び下側レールに沿って移動するが、その移動の際、各弁座３１、３２自身も回転が可能となる。したがって、上側レール及び下側レールに対する環状溝の接触部も弁体１０の回転毎に変わり、該環状溝の偏摩耗が防止され、当該ボール弁の高耐久性を得ることができる。
さらに、第１弁座３１及び第２弁座３２は、円環状であるものとしたが、本発明はこれのみに限定されることはなく、その外側の輪郭形状は矩形であっても良い。
【００２８】
図３に、ボール弁１の動作が説明されている。図３には、図１及び図２の主要な要素等についてのみ符号を付している。また図３においては、第１弁座３１及び第２弁座３２には、前述したように弦状の溝３７及び３９、並びに弦状の溝３８及び４０の代わりにそれぞれ１つの環状の溝が形成された様子が示されている。
ボール弁１は、図３において（１）→（２）→（３）の順に動作する。流体は、下側の流入口２２から流入する。（１）の状態では、弁体１０の回転軸Ｐから遠い部分１０ａが第１弁座３１側に向いている。弁体１０は、球の中心Ｏ（対称軸）が弁体１０を回転させる回転軸Ｐに対して偏心している。したがって、弁体１０を回転させると、該弁体１０の表面は、同心球面上で回らないで、カム状に膨らんで回ることになる。そして弁座に当たる面が弁体１０の回転に伴って動く。即ち、弁体１０の回転に伴って、弁座３１、３２の座面（テーパ面３３，３４）に弁体１０の球面が接近又は離間する。
【００２９】
図３（１）に示された状態（第１流出口２３の閉鎖状態）では、該弁体１０の流路（流入路１１及び流出路１２）が形成されていない部分が第１弁座３１のテーパ面３３に強く押し付けられるので、確実なシールが形成され、第１流出口２３側の遮断された流路には流体が流れることはない。したがって、流体は、流入口２２から第２流出口２４へと流れる。弁体１０は、第２流出口２４側では、第２弁座３２の座面であるテーパ面３４からは離間しているので、流体は弁体１０の裏側へと回り込むことができる。しかしながら、第１流出口２３側では第１弁座３１が環状段部２０ｃと弁体１０との間をシールしているので、回り込んだ流体が第１流出口２３側に漏れることはない。
【００３０】
図３（１）の状態から弁体１０が矢印の方向に回転され始めると、第１弁座３１が弁体１０の回転に引きずられてレール４１，４３（図３においては図示せず）の案内によって、図の上側に向かって移動する。この移動は弁室２１の内壁との隙間以上に移動することはない。その後、弁体１０は第１弁座３１から離れると共に第２弁座３２に徐々に接近していく。図３（２）は弁体１０の中間開度の状態を示す図であり、該弁体１０は、第１弁座３１に対しても、第２弁座３２に対してもフリーな状態にある。
【００３１】
図３（２）に示す状態から弁体１０がさらに回転すると、該弁体１０は第１弁座３１からはさらに離れると共に、第２弁座３２にさらに接近する。そして弁体１０が第２弁座３２に接触すると、該第２弁座３２は、弁体１０の回動に引きずられてレール４２、４４（図３においては図示せず）の案内によって図の下側に移動（弁体１０の回転方向に倣った接線方向にスライド）し、図３（３）に示す状態（第２流出口２４の閉鎖状態）に移行する。
すなわち、弁体１０の回動によって球面の部分１０ａが膨らんで回ることにより、当該部分１０ａが第２弁座３２のテーパ面３４で定められる座の中心に入り込み、この動作によって流入口２２と第２流出口２４との連通をシール（遮断）する。
【００３２】
このように、第１流出口２３又は第２流出口２４の閉鎖時においては、弁体１０は第１弁座３１又は第２弁座３２を強く押し付けた状態になるが、流路切換の際には弁体１０は第１弁座３１及び第２弁座３２から離れた状態で回転するので、その摺動抵抗を軽減することができ、シール面の摩耗を回避することができる。
【００３３】
弁体１０の回転開始時及び回転終了時には、第１弁座３１及び第２弁座３２は、前記環状の溝（あるいは弦状の溝３７及び３９、並びに３８及び４０）でレール４１及び４３、並びに４２及び４４と摺動することになるが、当たり面積を大きく取るなどの面圧を設計にて調整できるので、この部分で摩耗が進むこともあまりない。さらに前述のように、弦状の溝の代わりに環状の溝とすれば前記摩耗はさらに抑えられる。
【００３４】
このように、このボール弁１では弁体１０と弁座３１，３２との間に摺動部分が少ないので、長期に渡って使用しているときにも、ボール弁が摺動部分の摩耗によって漏れが生じるのを回避することができる。
【００３５】
弁体１０を回転させるアクチュエータとして、ステッピングモータ（パルスモータ）２５が用いられている。このボール弁１では、弁体１０の回転の際に該弁体と弁座とが相対摺動をすることが少なく、したがって、モータの負荷が小さいので、弁体１０の駆動用としてステッピングモータ２５を用いることができる。ステッピングモータ２５は、そのモータ特性として、出力軸の回転位置を確実に出すことができるモータであり、回転位置を正確に出すことによって、最も押し付け力が大きくなりシール効果の高い位置（膨れ回る部分１０ａの位置）を、各弁座３１，３２のテーパ面３３，３４に向けて停止させることができる。例えば、ＤＣモータの場合にはモータ運転時間（秒数）で位置制御しているので、位置の制御が曖昧であり、また場合によっては弁体の回転位置検出手段が必要だったが、ステッピングモータ２５を使用することで該検出手段を用いることなく位置制御を高精度に行うことができる。更に、このボール弁１においては、大きな摩擦力に抗して回転させる必要がないので、小さい出力トルクのステッピングモータ２５で作動可能である。大きいトルクで作動する従来のものは、例えば、軸が折れる等の、強度がもたないという不具合があるので、別体に製作したものを結合させる構造とする必要があった。このボール弁１では、構造的にも、金属製の弁軸１３と弁体１０（例えばＰＰＳ樹脂）とを例えばインサート成形で一体化することができるという利点がある。なお、弁座３１，３２には、例えばフッ素系の樹脂が用いられる。
【００３６】
次に、図４を参照して、本発明によるボール弁の第２実施例について説明する。図４は本発明に係るボール弁の第２実施例を示す縦断面図である。図４に示すボール弁は、図１〜図３に示す第１実施例のボール弁１と同じく三方弁構造であるが、第１弁座３１及び第２弁座３２の支持構造が異なる以外、第１実施例と同じであるので、同等の要素等には同じ符号を用いることにより、再度の詳細な説明を省略する。
【００３７】
図４に示すボール弁５０においては、第１弁座３１及び第２弁座３２をレールによってスライド可能に案内するために、第１実施例では第１弁座３１及び第２弁座３２に溝を形成していたのに代えて、第１弁座３１及び第２弁座３２の端面を利用している。即ち、第１弁座３１及び第２弁座３２においては、環状の凸部３５，３６が形成されている端面とは反対側の端面５１，５２が、レール４１〜４４に沿わせて配置されている。レール４１〜４４は第１実施例の場合と同様に、紙面に垂直な方向に延びている。こうした構造によれば、第１弁座３１及び第２弁座３２に溝３７〜４０（あるいは環状の溝）を形成する必要がなく、また、第１弁座３１及び第２弁座３２の弁室２１内への組付け作業性も簡素化されるので、第１弁座３１及び第２弁座３２の製造コスト、延いてはボール弁の製造コストの低減を図ることができる。
【００３８】
次に、図５及び図６を参照して、本発明によるボール弁の第３実施例について説明する。図５は本発明に係るボール弁の第３実施例を示す縦断面図であり、図６は図５に示すボール弁の動作説明図である。第３実施例は、本発明によるボール弁を二方弁として適用した例である。第３実施例は、第１実施例と比較して、流入口及び流出口の構造と、それに伴う弁の機能が異なる以外、第１実施例と同じであるので、同等の要素等には同じ符号を用いることにより、再度の詳細な説明を省略する。
【００３９】
図５に示す二方弁としてのボール弁６０においては、流入口６１（例えば図で左側とする）と流出口６２とが対向して配置されている。ボール弁６０には、紙面に垂直な方向に貫通して流路６３が形成されている。流入口６１と流出口６２とは逆の配置であっても構わない。第１弁座３１及び第２弁座３２とそれらのスライド構造については、第１実施例の場合と同等である。図５に示す状態では、弁体１０の流路６３が形成されていない部分が第１弁座３１に押し付けられていて流入口６１は閉塞されているが、第２弁座３２に対しては、当接していない。この状態においては、弁体１０は流入口６１を閉塞しているので、流体はボール弁６０を流れることができない。
【００４０】
図６の（１）は、図５に示す状態の横断面図である。弁体１０の流路６３は、流入口６１と流出口６２に対して直交する方向を向いており、弁体１０が第１弁座３１に押し付けられているので、弁体１０は流路を遮断している。図６の（２）は、図６の（１）に示す状態から弁体１０を時計方向に９０度回転させた状態を示しており、弁体１０は、第１弁座３１と第２弁座３２とに対して押し付けられておらず、テーパ面３３，３４から離れており、弁体１０の流路６３は、流入口６１と流出口６２とを連通して、流体がボール弁６０を流れることができる。
【００４１】
この場合、弁体１０が図６（１）の状態と同図（２）の状態との間の９０度の範囲でのみ、正逆転される場合には、第２弁座３２は不要である。図６に示す例は、（２）の状態から更に弁体１０を時計方向に９０度回転させて、第２弁座３２を閉塞させる場合のものであり、弁体１０は１８０度の範囲で正逆転される。
さて本発明のボール弁は、ユニットバスの湯水切り換え用として用いられるのみでなく、いかなる用途に用いられても良いことは当然である。
また本発明のボール弁は、４方弁以上の多方弁に適用されても良いことは当然である。
【符号の説明】
【００４２】
１ ボール弁 １０ 弁体（ボール）
１０ａ 部分
１１ 流入路 １２ 流出路
１３ 弁軸
２０ 弁ケース
２０ａ 上側ケース ２０ｂ 下側ケース
２０ｃ 環状段部 ２０ｄ 環状段部
２１ 弁室 ２２ 流入口
２３ 第１流出口 ２４ 第２流出口
２５ ステッピングモータ ２６ 軸受
３１ 第１弁座 ３２ 第２弁座
３３，３４ テーパ面（凹状の球面の一部）
３５，３６ 環状の凸部３５，３６
３７，３８，３９，４０ 溝
４１，４２ 上側レール ４３，４４ 下側レール
５０ ボール弁 ５１，５２ 端面
６０ ボール弁 ６１ 流入口
６２ 流出口 ６３ 流路
Ｏ 球の中心 Ｐ 弁軸（弁体）の回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口と流出口とが設けられており且つ内部に弁室が形成されている弁ケースと、前記弁室内に回転可能に収納されていて内部に流路が形成されているボール状弁体と、前記流入口と流出口とに関連して配置されており前記ボール状弁体が押し付けられる弁座とを備えており、前記ボール状弁体の回転に応じて、前記流入口と前記流出口とが、前記ボール状弁体の前記流路を通じて連通される状態と前記弁座に押し付けられて遮断される状態とに切り換えられるボール弁において、
前記ボール状弁体は、その中心がその回転軸に対して偏心しており、
前記弁座は、前記弁室に対して、前記ボール状弁体の偏心に起因して膨らんだ部分が接触して回転するときの接線方向に移動可能に案内されていること
を特徴とするボール弁。
【請求項２】
前記弁座は、前記弁室の壁面に設けられたレールによって案内されることを特徴とする請求項１に記載のボール弁。
【請求項３】
前記レールは、前記弁座に形成された溝に嵌入していることを特徴とする請求項２に記載のボール弁。
【請求項４】
前記レールは、前記弁座の端面に当接していることを特徴とする請求項２に記載のボール弁。
【請求項５】
前記ボール状弁体は、ステッピングモータによって回転駆動されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のボール弁。
【請求項６】
二つの前記流出口が、前記ボール状弁体の回転方向に隔置して配置されており、三方弁として適用されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のボール弁。
【請求項７】
前記流入口と前記流出口が、前記ボール状弁体の回転方向に隔置して配置されており、二方弁として適用されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のボール弁。
【請求項１】
流入口と流出口とが設けられており且つ内部に弁室が形成されている弁ケースと、前記弁室内に回転可能に収納されていて内部に流路が形成されているボール状弁体と、前記流入口と流出口とに関連して配置されており前記ボール状弁体が押し付けられる弁座とを備えており、前記ボール状弁体の回転に応じて、前記流入口と前記流出口とが、前記ボール状弁体の前記流路を通じて連通される状態と前記弁座に押し付けられて遮断される状態とに切り換えられるボール弁において、
前記ボール状弁体は、その中心がその回転軸に対して偏心しており、
前記弁座は、前記弁室に対して、前記ボール状弁体の偏心に起因して膨らんだ部分が接触して回転するときの接線方向に移動可能に案内されていること
を特徴とするボール弁。
【請求項２】
前記弁座は、前記弁室の壁面に設けられたレールによって案内されることを特徴とする請求項１に記載のボール弁。
【請求項３】
前記レールは、前記弁座に形成された溝に嵌入していることを特徴とする請求項２に記載のボール弁。
【請求項４】
前記レールは、前記弁座の端面に当接していることを特徴とする請求項２に記載のボール弁。
【請求項５】
前記ボール状弁体は、ステッピングモータによって回転駆動されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のボール弁。
【請求項６】
二つの前記流出口が、前記ボール状弁体の回転方向に隔置して配置されており、三方弁として適用されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のボール弁。
【請求項７】
前記流入口と前記流出口が、前記ボール状弁体の回転方向に隔置して配置されており、二方弁として適用されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のボール弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−２９１６８（Ｐ２０１３−２９１６８Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６５９４４（Ｐ２０１１−１６５９４４）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（３９１００２１６６）株式会社不二工機 (451)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（３９１００２１６６）株式会社不二工機 (451)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]