説明

三方弁

【課題】弁体の駆動動力を低く抑えると共に、混入した異物に起因する流体漏れを効果的に防止することも可能な三方弁を提供する。
【解決手段】中空楕円柱状の弾性体からなる弁体2と、弁体2の中心孔の内壁との間に空隙を形成するように遊嵌される弁棒部31と、弁体2を支える支持部32とからなる弁ホルダ3と、楕円柱状の空洞が形成され、弁体2及び弁ホルダ3が回転可能に収容される弁室4aを有する弁本体4と、楕円柱状の弁室4aの長軸側側面を貫通して弁室4aに連通する入口ポート5aと、短軸側側面を貫通して弁室4aに連通する2つの出口ポート6a、7aとを備え、弁棒部31が弁ホルダ3の軸線を中心として回転して、2つの出口ポート6a、7aのいずれか一方を閉じ、他方を開く状態と、一方の出口ポートを開き、他方の出口ポートを閉じる状態とを切り換える三方弁1。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転式の弁体を介して水等の流体の流路を切り換える三方弁に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、大容量の水等の流路を切り換える弁として、例えば、特許文献1には、流路を有するボール状の弁体を備え、この弁体が弁室内を回転することで水等の流路を切り換える切換え弁としてのボールバルブが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2005−308165号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、上記特許文献に記載のボールバルブは、弁体が回転可能に収容される弁室を有する弁ケースにおいて、弁ケースに装着したパッキンに弁体を押し付けて弁ケースと弁体との間をシールしているため、弁体の回転時の摺動抵抗が大きくなり、弁体を回転させるための動力が大きくなるという問題があった。また、弁体の流体通路に異物が混入した場合には、弁体によって異物がパッキンに押し付けられ、パッキンに傷が付き、流体の漏れに繋がるおそれもあった。
【0005】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、弁体の摺動抵抗を小さくして弁体の駆動動力を低く抑えると共に、混入した異物に起因する流体漏れを効果的に防止することも可能な三方弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明は、中空楕円柱状の弾性体からなる弁体と、該弁体の中心孔の内壁との間に空隙を形成するように遊嵌される弁棒部と、前記弁体を支持する支持部とからなる弁ホルダと、楕円柱状の空洞が形成され、前記弁体及び前記弁ホルダが回転可能に収容される弁室を有する弁本体と、前記楕円柱状の弁室の長軸側側面を貫通して該弁室に連通する入口ポートと、短軸側側面を貫通して該弁室に連通する2つの出口ポートとを備え、前記弁棒部が前記弁ホルダの軸線周りに回転し、前記2つの出口ポートのいずれか一方を閉じ、他方を開く状態と、該一方の出口ポートを開き、該他方の出口ポートを閉じる状態とを切り換えることを特徴とする。
【0007】
そして、本発明によれば、弁体が出口ポートを閉塞している状態では、弾性体からなる弁体が弁座へ押圧されて弾性変形して弁座に面接触するため、流体が弁体と弁座との間から漏洩するのを効果的に防止することができる。
【0008】
また、弁体が出口ポートを閉塞している状態から出口ポートを開く状態へと切り換えられる瞬間(以下、「回転初動時」という)においては、弁体の中心孔の内壁と弁棒部との間に形成される空隙や、弁本体の長軸側側面と弁体との間に形成される隙間が遊びとなって、弁体が前記空隙等へ流れるように歪みながら回転するため、弁体の弁室内面に対する摺動抵抗が小さくなり、駆動動力や弁体の磨耗を低減することができる。
【0009】
加えて、弁体が弁室の長軸側側面の略中央に位置する状態にある場合には、弁体は弁室内面にほとんど接触することがないため、回転初動時よりさらに、弁体の駆動動力や弁体の磨耗が低減される。そして、弁室等に異物が混入し、その異物が弁体の表面と弁室の内面との間に形成される隙間に侵入した場合でも、異物が流出し易く、混入した異物に起因する流体漏れを効果的に防止することもできる。
【0010】
さらに、本発明によれば、中空楕円柱状の弾性体からなる弁体のみでシールを行い、他の部材を使用しない単純な構造を備えることから、組立が容易になる利点もある。また、従来の多方弁と比べ流路を大きく取れるため、圧力損失も低減することができる。
【0011】
上記三方弁において、前記弁室の楕円平面部のいずれか一方の面にガイドを配設し、前記弁棒部が、前記弁ホルダの軸線を中心として回転する際に、該ガイドに沿って摺動する構成とすることもできる。これにより、弁ホルダ及び弁体の回転時のがたつきを抑え、円滑な切換動作が可能となる。
【発明の効果】
【0012】
以上のように、本発明によれば、弁体の駆動動力を低く抑えると共に、混入した異物に起因する流体漏れを効果的に防止することなども可能な三方弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明に係る三方弁の第1の実施形態を示す断面図であって、(a)は縦断面図((b)のA−A線断面図)、(b)は横断面図((a)のB−B線断面図)である。
【図2】図1の弁体と弁ホルダの組立方法及びその組立体を説明するための概略図であって、(a)は組立展開図、(b)は組立体の外観を示す四面図(正面図、上面図、下面図、側面図)、(c)は組立体の断面図(縦断面図、横断面図)である。
【図3】図1の三方弁の動作を説明するための概略断面図である。
【図4】組立体を弁室内へ組み付けた状態を示す概略断面図である。
【図5】本発明に係る三方弁の第2の実施形態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0015】
図1は、本発明に係る三方弁の第1の実施形態を示し、この三方弁1は、中空楕円柱状の弾性体からなる弁体2と、弁棒部31及び弁体2を支える支持部32からなる弁ホルダ3と、弁体2及び弁ホルダ3が回転可能に収容されると共に楕円柱状の空洞が形成された弁室4aを有する弁本体4と、弁体2を弁室4a内でがたつきなく回転摺動させるため、弁棒部31を案内するガイド8と、弁体2に接続された流入管5及び2本の流出管6、7等で構成される。
【0016】
弁体2は、ゴム、フッ素樹脂等の弾性体からなり、図2に示すように、中空楕円柱状に形成される。
【0017】
弁ホルダ3は、図2に示すように、弁体2の中心孔2aの内壁との間に空隙を形成するように遊嵌される弁棒部31と、弁体2の楕円柱形状に適合するように形成された支持部32と、弁棒部31と支持部32に連接し、モータ9によって弁ホルダ3全体を回転させる回転軸部33とを備える。
【0018】
上記弁体2及び弁ホルダ3を組み立てるには、図2(a)に示すように、弁ホルダ3の弁棒部31へ弁体2を圧入し、弁棒部31の先端突起部31aに弁体2の下端を嵌合させる。このような単純な工程により、図2(b)及び(c)に示すように、弁体2と弁ホルダ3からなる組立体11が完成する。
【0019】
図1に示すように、弁本体4は、上記組立体11が収容される弁室4aを備え、弁室4aには、入口ポート5a及び出口ポート6a、7aが連通する。また、弁室4aの楕円平面状の下面にはガイド8が凹設される。弁ホルダ3の弁棒部31の先端部が、ガイド8に沿って回転することにより、弁室4aの内面4bを弾性体からなる弁体2の表面が摺動する。
【0020】
弁室4aの上方開口は、シール部10によって閉じられ、シール部10の内周面と回転軸部33の外周面との間にはパッキン10a、10bが介装され、シール部10と回転軸部33との間の流体の漏れを防止している。
【0021】
シール部10の上方にはモータ9が設けられ、モータ9の出力軸(不図示)に回転軸部33が連結され、モータ9の出力軸と共に回転軸部33が回転する。
【0022】
次に、上記構成を有する三方弁1の動作について、図3を中心に参照しながら説明する。
【0023】
図3(a)は、弁体2によって出口ポート6aを閉じ、出口ポート7aを開いている状態を示し、入口ポート5aから流入した流体は、矢印で示すように、弁室4aを経由して出口ポート7aに流出する。
【0024】
この状態では、図4に示すように、組立体11は、弁体2が弁座4cに押圧されるように弁室4aへ収納されている。これにより、弁体2の弁室内面4b側の楕円柱側面2bが潰され(波線は組み付け前の弁体2の状態を示し、実線は組み付け後の弁体2の状態を示す)、弁体2が弾性力によって弁座4cに押圧された状態で出口ポート6aを完全に塞ぎ、弁体2と弁座4cとの接触面からの流体漏れが防止される。
【0025】
図3(a)の状態からモータ9によって弁ホルダ3が右回りに回転し、図3(b)に示すように、弁体2がそれまで閉塞していた出口ポート6aを少し開いた状態になると、出口ポート7aだけでなく、出口ポート6aも開かれた状態となり、入口ポート5aから流入した流体が、弁室4aを経由して、出口ポート6aへも流出するようになる。
【0026】
この際、弁ホルダ3及び弁体2の内部での応力分布は、図3(a)から図3(b)の実線に示すように変化する。出口ポート6aが完全に閉塞されている場合には、図3(a)に示すように弁室4aの短軸に線対称に応力が分布し、弁体2は均等に潰される。しかし、弁体2が弁室4aの楕円長軸側へ移動するにつれて、図3(b)に示すように、楕円長軸方向へ応力が分散するため、弾性体からなる弁体2は楕円長軸方向へ流れるように変形する。これにより、弁体2が弁室内面4bを摺動する際の抵抗が少なくなり、また、弁体の磨耗も低減される。
【0027】
図3(b)の状態からモータ9によってさらに弁ホルダ3が回転し、図3(c)に示すように、弁体2が弁室4aの内面4bの略中央に位置する状態(以下、「中間開度」という。)になると、出口ポート6a及び出口ポート7aの両方が開かれた状態となり、入口ポート5aから流入した流体が、弁室4aを経由して出口ポート6a及び出口ポート7aに流出する。
【0028】
三方弁1の動作中に弁室4a等に異物が混入し、その異物が弁体2の弾性体の表面2bと弁室4aの内面4bとの間に入り込んだとしても、上記中間開度では、弾性体の表面2bが弁室4aの内面4bにほとんど接触しないため、異物が落下し易く、混入した異物に起因する流体漏れを効果的に防止することもできる。
【0029】
図3(c)の状態からモータ9によって弁体2がさらに回転し、弁体2によって出口ポート7aが閉じられる状態となると、図示を省略するが、入口ポート5aから流入した流体は、弁室4aを経由して出口ポート6aのみに流出する。この状態では、弁体2の楕円柱側面2bが弁座4cに押圧されて潰され、出口ポート7aを完全に塞ぐため、弁体2と流出管7との間に流体漏れが生じない。
【0030】
次に、本発明に係る三方弁の第2の実施形態について、図5を参照しながら説明する。
【0031】
上記第1の実施形態においては、ガイド8を弁室4aの楕円平面状の下面に凹設したが、本実施の形態に係る三方弁1’では、三方弁1のガイド8と同様の形状を備えたガイド8’を弁室4aの楕円平面状の上面に凹設し、ガイド8’によって三方弁1の弁棒部31と同様の形状を備え、かつ上向きに突設された弁棒部31’の先端部を案内している。三方弁1’のその他の部分は、三方弁1と同様であり、図5において、図1に示した三方弁1と同様の構成要素については、同一の参照番号を付している。この三方弁1’も、三方弁1と同様に動作し、三方弁1と同様の作用効果を奏する。
【0032】
また、図示を省略するが、上記ガイド8、8’を弁室4aの楕円平面状の下面又は上面に凹設するのではなく、凸設すると共に、弁棒部31、31’の先端に溝部を凹設し、両者を係合させて案内動作を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【0033】
1、1’ 三方弁
2 弁体
2a (弁体の)中心孔
2b (弁体の)弁室内面側の楕円柱側面
3 弁ホルダ
31、31’ 弁棒部
31a (弁棒部の)先端突起部
32 支持部
33 回転軸部
4 弁本体
4a 弁室
4b (弁室の)内面
4c 弁座
5 流入管
5a 入口ポート
6、7 流出管
6a、7a 出口ポート
8、8’ ガイド
9 モータ
10 シール部
10a、10b パッキン
11 組立体

【特許請求の範囲】
【請求項1】
中空楕円柱状の弾性体からなる弁体と、
該弁体の中心孔の内壁との間に空隙を形成するように遊嵌される弁棒部と、前記弁体を支持する支持部とからなる弁ホルダと、
楕円柱状の空洞が形成され、前記弁体及び前記弁ホルダが回転可能に収容される弁室を有する弁本体と、
前記楕円柱状の弁室の長軸側側面を貫通して該弁室に連通する入口ポートと、短軸側側面を貫通して該弁室に連通する2つの出口ポートとを備え、
前記弁棒部が前記弁ホルダの軸線周りに回転し、前記2つの出口ポートのいずれか一方を閉じ、他方を開く状態と、該一方の出口ポートを開き、該他方の出口ポートを閉じる状態とを切り換えることを特徴とする三方弁。
【請求項2】
前記弁室の楕円平面部のいずれか一方の面に配設されたガイドを備え、前記弁棒部が、前記弁ホルダの軸線周りに回転する際に、該ガイドに沿って摺動することを特徴とする請求項1に記載の三方弁。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−57352(P2013−57352A)
【公開日】平成25年3月28日(2013.3.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−195549(P2011−195549)
【出願日】平成23年9月8日(2011.9.8)
【出願人】(391002166)株式会社不二工機 (451)
【Fターム(参考)】