弁体開閉装置
【課題】弁体開閉装置の入力ポート数の増加等により、装置内に流入する流体の流体圧の総和が大きくなった場合であっても、簡易な構成で流体の流路を完全に封止することができる弁体開閉装置を提供する。
【解決手段】内部に空間が形成された本体１０と、該本体１０に接続され該空間に流体を流入させる流入管１２および該空間から流体を流出させる流出管１４と、前記流体が前記流入管１２から前記本体１０を経て前記流出管１４に流れる流路を開閉する弁体１６と、該弁体１６を開閉駆動する駆動部１８を備えた弁体開閉装置１において、前記弁体１６は、前記本体１６の前記流入管１２と接続される開口６５の該流入管１２側に設けられ、開口６５に当接することで閉状態をなし、開口６５から離間することで開状態をなすことを特徴とする弁体開閉装置１とした。
【解決手段】内部に空間が形成された本体１０と、該本体１０に接続され該空間に流体を流入させる流入管１２および該空間から流体を流出させる流出管１４と、前記流体が前記流入管１２から前記本体１０を経て前記流出管１４に流れる流路を開閉する弁体１６と、該弁体１６を開閉駆動する駆動部１８を備えた弁体開閉装置１において、前記弁体１６は、前記本体１６の前記流入管１２と接続される開口６５の該流入管１２側に設けられ、開口６５に当接することで閉状態をなし、開口６５から離間することで開状態をなすことを特徴とする弁体開閉装置１とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体開閉装置に関し、更に詳しくは、モータ駆動によって弁体を動作させて流路を開閉する弁体開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、モータを駆動源として弁体を駆動し、冷蔵庫等の冷媒流路を開閉する弁体開閉装置が知られている。特許文献１には、弁体をネジ部材に取り付け、このネジ部材をモータによって回転させることにより、弁体をその軸線方向に進退移動させて、冷媒が流入する流路を開閉する弁体開閉装置が記載されている。このような弁体開閉装置は、その用途、配置個所に応じて、入力／出力ポート数等の機械的構造や、その制御方法等が決定される。
【０００３】
例えば、特許文献２には、冷凍冷蔵庫において、冷凍室内の温度制御および除霜のために、冷凍室用蒸発器の上流位置に除霜弁を設けた構成が記載されている（図１０等参照）。この除霜弁は、入力される温度の異なる三種の冷媒から冷凍室用蒸発器に流出する一種を選択制御するものであり、複数の入力ポート（入力ポート数３、出力ポート数１）を有するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４９７４０号公報
【特許文献２】特開２００１−２４１８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示される弁体開閉装置は、流体の流路を閉鎖する際には、装置内に流入する流体圧に抗して弁体を動作させなければならない。そのため、確実に流路を封止するためには、新たに減速歯車を追加したり、モータ自体のトルクを大きくする等の対応が必要となる場合があり、弁体開閉装置が大型化したり、製造コストが上昇してしまうという問題がある。
【０００６】
さらに、特許文献２に示されるような、複数の入力される流体から流出させる流体を選択制御する弁体開閉装置の場合には、入力される流体が単数のものと比較し、装置に入力される流体圧の総和が大きくなる場合が多い。したがって、流体の流路を封止する力をさらに高めることが必要となり、弁体開閉装置の大型化および製造コストの上昇という問題がさらに大きくなる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、弁体開閉装置の入力ポート数の増加等により、装置に付加される流体の流体圧の総和が大きくなった場合であっても、簡易な構成で流体の流路を確実に封止することができる弁体開閉装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る弁体開閉装置は、内部に空間が形成された本体と、該本体に接続され該空間に流体を流入させる流入管および該空間から流体を流出させる流出管と、前記流体が前記流入管から前記本体を経て前記流出管に流れる流路を開閉する弁体と、該弁体を開閉駆動する駆動部を備えた弁体開閉装置において、前記弁体は、前記本体の前記流入管と接続される開口の該流入管側に設けられ、前記開口に当接することで閉状態をなし、前記開口から離間することで開状態をなすことを要旨とするものである。
【０００９】
この場合、請求項２に記載のように、前記流入管は複数設けられ、該流入管のそれぞれに前記弁体が設けられていることが望ましい。
【００１０】
また、請求項３に記載のように、前記複数の弁体によって前記複数の流入管からの流路の全てを閉状態にするモードと、いずれか一つの流入管からの流路のみを開状態とするモードとを備えていれば好適である。
【００１１】
また、請求項４に記載のように、前記複数の弁体によって前記複数の流入管からの流路の全てを開状態にするモードを備えていればさらに良い。
【００１２】
また、請求項５に記載のように、前記駆動部は、駆動源であるモータと、該モータの回転により前記弁体を前記開口に当接または離間するよう駆動する直動機構部とからなり、該直動機構部は前記モータによって回転すると共に前記弁体を前記開口から離間させる方向に付勢するカムと、前記弁体を閉方向に付勢する付勢手段とを備えることが望ましい。
【００１３】
また、請求項６に記載のように、前記直動機構部は、前記弁体の回転を規制する回り止め機構を有し、該回り止め機構は、前記弁体と係合される直動部材に設けられた凸部と、該直動部材に前記モータの駆動力を伝達するための回転動力伝達部材が支承される軸に形成された凹部とで構成されていればよい。
【００１４】
また、請求項７に記載のように、前記回転動力伝達部材にはその回転量を一回転未満に規制するための回転規制部が設けられていればよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に係る弁体開閉装置によれば、流体の流路を開閉する弁体は、弁体開閉装置の本体の外側、すなわち、流体が流入する開口の流入管側に配置されるため、弁体は流入する流体の流体圧によって閉方向に付勢される。そのため、開口を閉状態とする際には、流体に抗する力が必要なくなり、流路を確実に封止することができる。また、この弁体は、その軸線方向に動作することで、開口に当接／開口から離間するように構成されているため、弁体を開口に接続された流入管内に収容することができ、弁体開閉装置の小型化に寄与する。
【００１６】
この場合、請求項２に記載のように、上記流入管が複数設けられ、該流入管のそれぞれに弁体が設けられている構成であれば、また、請求項３に記載のように、上記複数の弁体によって複数の流入管からの流路の全てを閉状態にするモードと、いずれか一つの流入管からの流路のみを開状態とするモードとを有する構成であれば、装置内に入力される複数種の流体（例えば温度の異なる複数の流体）のうち、出力する流体を選択的に制御可能な弁体開閉装置とすることができる。
【００１７】
さらに、請求項４に記載のように、上記複数の流入管からの流路の全てを開状態にするモードを備えていれば、弁体を開口から離間させておくことで、弁体開閉装置を冷蔵庫等に組み付ける際に生じる溶接熱等により、弁体が損傷してしまうのを防止することができる。
【００１８】
また、請求項５に記載のように、上記弁体は、付勢手段によって開口を閉状態とする方向に常に付勢されているため、開口を開状態とする方向に付勢する場合のみ、駆動源であるモータの駆動力が直動機構部を介して使用される。よって、弁体開閉装置の消費電力等を従来よりも抑えることができる。
【００１９】
そして、請求項６に記載のように、上記直動機構部において、弁体と係合される直動部材、およびこの直動部材にモータの駆動力を伝達するための回転動力伝達部材が支承される軸に回り止め機構が設けられており、また、請求項７に記載のように、上記回転動力伝達部材には、その回転量を一回転未満に規制するための回転規制部が設けられている。そのため、弁体の回り止めや、歯車等の回転動力伝達部材の回転止めとして別部材を新たに設ける必要がなく、弁体開閉装置の構成をコンパクトにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の第一の実施形態に係る弁体開閉装置１の断面図であり、図２はその外観斜視図である。
【００２１】
この弁体開閉装置１は、装置に入力（流入）される二種の流体（温度の異なる二種の流体）のうち、いずれか一方の流体を選択的に出力（通過）させることができる、いわゆる「２ＩＮ／１ＯＵＴ」バルブである。なお、以下の説明において、装置に入力される一方の流体Ａを制御するための構成部品と、他方の流体Ｂを制御するための構成部品は同一であるため、一方の説明は省略する。また、場合によっては、流体Ａを制御するための構成部品に符号「ａ」を、流体Ｂを制御するための構成部品に符号「ｂ」を付し、両者を区別して説明する。
【００２２】
弁体開閉装置１は、内部に流体空間５を有する本体１０と、この本体１０に接続され、流体空間５内に流入する流体の流路となる流入管１２と、流体空間５から流出する流体の流路となる流出管１４と、流入管１２内に設けられ、弁座６８に密着／離間することで流体空間内に流入する流体の流路を開閉する弁体１６と、この弁体１６を開閉駆動するための駆動部１８とを備える。以下、各構成について具体的に説明する。
【００２３】
本体１０は、流体空間５が形成されるケース体であり、本体ケース２０およびベースプレート２２とから構成される。本体ケース２０は、相対的に大径の大径筒部２０１と相対的に小径の小径筒部２０２とが、ステンレス材料のプレス絞り加工により形成されてなるものである。
【００２４】
ベースプレート２２は、ステンレス製の板材であり、本実施形態では、流体が流体空間５へ流入するための流入口２４、流体空間５から流出するための流出口（図示しない）が形成されている。また、後述するプレート５２を位置決め固定するための位置決めピン２３が二個所に立設されている。
【００２５】
そして、上記本体ケース２０の大径筒部２０１の開口端縁には、フランジ部２１が、ベースプレート２２の周縁には、段差部２２１が形成されている。このフランジ部２１と段差部２２１がＴＩＧ（タングステンイナートガス）溶接により固着されることによって、本体１０が構成される。
【００２６】
一方、流入管１２および流出管１４は、銅製のパイプである。流入管１２および流出管１４は、上記ベースプレート２２に形成された流入口２４および図示されない流出口にそれぞれロウ付けにより接続固定される。これにより、本体１０の流体空間５に流入する流体、および流体空間５から流出する流体の流路を形成する。
【００２７】
弁体１６は、円柱状のゴム製の弾性部材である。弁体１６は、詳細を後述するスライダ６０の先端部６６に形成された段差部６６１に、ワッシャ１９１を介してスプリングナット１９２により固定される。この弁体１６がモータ３０の駆動力を得て弁座６８に密着／離間することで、弁体開閉装置１に流入する流体の流路を遮断／開放する。
【００２８】
駆動部１８は、駆動源であるモータ３０と、このモータ３０の駆動力を上記弁体１６に伝達するための直動機構部５０とを備える。
【００２９】
モータ３０は、公知のステッピングモータであり、ロータ３２およびステータ部４０とから構成される。ロータ３２は、本体ケース２０およびベースプレート２２の中央に支持された支軸９０に支承されている。ロータ３２には、支軸９０に遊挿される軸筒部３４に円環状のマグネット（永久磁石）３６が、軸筒部３４の外周両端縁に周設される保持部３４１に支持された状態で一体的に設けられている。また、ロータ３２のベースプレート２２側には、図示されないカップリング機構により、モータ３０の回転動力を出力するための出力歯車３８がロータ３２と一体的に回転するように設けられている。この出力歯車３８は、後述するプレート５２の貫通孔５２１に挿通されて、大径筒部２０１の内周側に位置する。
【００３０】
そして、このロータ３２に対応して、本体ケース２０の小径筒部２０２の外周面には、２層のステータ４０１が配設されたステータ部４０が形成されている。各ステータ４０１は、コイルボビン４２に駆動コイル４４が巻回されることで形成される。このステータ部４０は、その外周面を囲うようにステータケース４６に固定され、本体ケース２０の外側に被着されている。
【００３１】
また、このステータ４０１の各駆動コイル４４は、この端子の各先端部分が制御基板４８の所定の位置に接続されており、この制御基板４８が駆動コイル４４への通電を制御することにより、ロータ３２の回転が制御される。
【００３２】
直動機構部５０は、プレート５２と、伝達歯車５６と、スライダ６０と、スプリング７０とを備える。この直動機構部５０の構成を説明するための分解図を図３および４に示す。
【００３３】
プレート５２は、ポリナノメチレンテレフタラミド（ＰＡ９Ｔ）により一体成形された板状の部材であり、ベースプレート２２に取り付けられる部材である。その略中央には、ロータ３２の出力歯車３８が挿通可能な貫通穴５２１が形成されている。また、貫通穴５２１の周囲には、軸５３および位置決めボス５４が貫通孔５２１を隔てて、それぞれ二本設けられている。軸５３は、伝達歯車５６およびスライダ６０が支承される軸部材であり、その長手方向に延在して、スライダ６０の回り止め機構の一部である凹部５３１が形成されている。一方、位置決めボス５４には、ベースプレート２２に立設された位置決めピン２３が係合され、これにより、プレート５２は、所定の位置に位置決め固定されることとなる。
【００３４】
伝達歯車５６は、プレート５２と同様にポリナノメチレンテレフタラミド（ＰＡ９Ｔ）により一体成形され、ロータ３０の出力歯車３８と噛合する歯車である。その回転軸線上には、上記軸５３が遊挿可能な軸孔５７が貫通して形成されている。また、この軸孔５７と同軸上に、軸孔５７よりも径が大きい有底の係合穴５８が形成されている。そして、係合穴５８の底面には、係合穴５８の壁面に沿って所定幅に形成されたカム溝５９１が形成された凹カム面５９が形成されている。このカム溝５９１は、伝達歯車５６の回転方向に沿って、溝が深くなるように形成されている。
【００３５】
また、伝達歯車５６には、回転規制部５６１が設けられている。この回転規制部５６１は、伝達歯車５６の原位置を設定し、かつ伝達歯車５６が一回転以上しないよう規制するための凸部材である。さらに、この回転規制部５６１には、円形の凹部５６２が形成されている。この凹部５６２は、伝達歯車５６ａおよび５６ｂの回転方向の位置関係が所定の関係になるようにするため使用される。具体的には、例えば、治具プレートに二本の位置決めピンを立設し、この位置決めピンを凹部５６２に係合させることで、伝達歯車５６ａおよび５６ｂを所定の位置関係に位置決めする。
【００３６】
スライダ６０は、プレート５２および伝達歯車５６と同様にポリナノメチレンテレフタラミド（ＰＡ９Ｔ）により一体成形され、土台部６２、本体部６４、先端部６６とからなる軸部材である。
【００３７】
土台部６２は、伝達歯車５６の係合穴５８に係合される部分であり、その底面には、上記カム溝５９１と係合される突起６３１が形成された凸カム面６３が形成されている。
【００３８】
本体部６４は、スプリング７０および弁座６８に挿通される部分であり、その外周面には、回転方向に９０度間隔で長手方向に所定幅の溝６４１が形成されている。図５に図１におけるＦ−Ｆ断面図（弁体１６と弁座６８の当接面の断面図）を示す。この図から分かるように、本体部６４が弁座６８の軸孔６８１に挿通されると、溝６４１により弁座６８の軸孔６８１と、スライダ６０の本体部６４の間に開口６５ができる。弁体１６が開状態にある際には、この開口６５を通じ、弁体開閉装置１に入力される流体が流体空間５内に流れ込むこととなる。
【００３９】
先端部６６は、弁体１６が取付固定される部分であり、前述のように、その段部６６１に、弁体１６が載置されて固定されている。
【００４０】
また、スライダ６０には、軸５３が挿通される軸孔６７が形成されている。そして、この軸孔６７には、軸孔６７の半径方向の内側に向かって突出した係合凸部６７１が形成されている。この係合凸部６７１は、プレート５２の軸５３に形成された係合凹部５３１と係合し、スライダ６０（弁体１６）の回り止め機構を構成する。なお、この回り止め機構は、このような構造に限られるものではない。つまり、軸５３および軸孔６７の係合によって、スライダ６０（弁体１６）の回り止めがなされる構成であればよく、例えば、軸５３および軸孔６７の断面をＤ形にしたいわゆるＤカット構造や、断面を鋸歯形にしたいわゆるセレーション構造を採用してもよい。これにより、新たにスライダ６０（弁体１６）回り止めのための別部材を設ける必要がなく、かつ直動機構部５０の構成をコンパクトなものとすることができる。
【００４１】
また、このスライダ６０は、軸５３に挿通されると共に、前述のように伝達歯車５６の係合穴５８に係合される。したがって、スライダ６０の軸線に対し垂直方向（ラジアル方向）の動きが規制されている。これにより、スライダ６０の倒れ、つまり弁体１６の倒れを防止することができるため、流体の流路を閉鎖する際には、弁体１６と弁座６８が平行に密着し流路を確実に遮断する。
【００４２】
弁座６８は、ステンレス製の筒状の部材であり、スライダ６０の本体部６４が遊挿される軸孔と、この軸孔よりも大きく、スライダ６０の本体部６４に挿通されたスプリング７０が収納可能なスプリング収納孔６８１が形成されている。弁座６８は、小径部と大径部とからなり、小径部がベースプレート２２に形成された各流入口２４に圧入されることで、ベースプレート２２に固定されている。
【００４３】
このように構成される弁体開閉装置１の組立方法について、一部上記説明と重複するが、図６、７および図１を参照して説明する。
【００４４】
まず、ベースプレート２２の流出口２４に弁座６８を圧入固定した後、流出管１２および流入管１４をロウ付けにより固定する（図６）。なお、ロウ材としては、特に限定されるものではないが、ニッケルロウが最も好適である。
【００４５】
次いで、プレート５２の軸５３に伝達歯車５６およびスライダ６０を挿通する。具体的には、スライダ６０の土台部６２を伝達歯車５６の係合穴５８に嵌め込み、伝達歯車５６の凹カム面５９とスライダ６０の凸カム面６３とを係合させた状態で軸５３に挿通する。この時、軸５３に形成された係合凹部５３１と、スライダ６０の軸孔６７に形成された係合凸部６７１が係合する。また、伝達歯車５６ａおよび５６ｂは、前述した凹部５６２を利用する方法により、歯車の回転方向が所定の位置関係になるよう組み付ける。そして、スライダ６０の本体部６４にスプリング７０を挿通する。
【００４６】
この状態で、プレート５２の位置決めボス５４に、ベースプレート２２に立設された位置決めピン２３を係合し、プレート５２をベースプレート２２に取り付ける。これにより、伝達歯車５６およびスライダ６０がベースプレート２２とプレート６２の間に支持される。また、スプリング７０は、弁座６８とスライダ６０間に挾持される。そして、弁座１６は、流入管１２の先端から落とし込まれる（図７）ことにより、スライダ６０の先端部６６に固定される（図８）。
【００４７】
最後に、ロータ３２を収納した本体ケース２０とベースプレート２２がＴＩＧ溶接により固定され、ステータ部４０および冷蔵庫等に弁体開閉装置１を固定するための取付板９９が取り付けられて組立は完了する（図１）。
【００４８】
次に、弁体開閉装置１における弁体１６の開閉動作について、図９のタイムチャートに基づき以下説明する。なお、このタイムチャートにおいて、ＩＮＡが弁体１６ａの開閉状態を表し、ＩＮＢが弁体１６ｂの開閉状態を示しており、またタイムチャートの下には、弁体１６ａおよび弁体１６ｂの開閉状態を模式的に示した図を付属した。
【００４９】
まず、初期状態（原位置）においては、入力される流体圧によって弁体１６ａおよび１６ｂが弁座６８ａおよび６８ｂに押圧され、開口６５ａおよび６５ｂ（流入口２４ａおよび２４ｂ）は、共に閉状態となっている（１．閉−閉モード）。
【００５０】
この状態から、モータ３０を駆動し、ロータ３２を回転させると、これに伴い伝達歯車５６ａ，５６ｂが回転する。このときの伝達歯車５６ａの回転方向と、伝達歯車５６ｂの回転方向は逆方向になる。所定量ロータ３２が回転すると、伝達歯車５６ａの凹カム面５９ａにより、前述の回り止め機構により回転方向への動きが規制されているスライダ６０ａが押し上げられ、弁体１６ａが開状態となる。一方、弁体１６ｂは、未だ閉状態に位置する（２．開−閉モード）。なお、このとき、スライダ６０ａが押し上げられることにより、スライダ６０ａと弁座６８ａの間に介在されたスプリング７０ａが収縮し、弁体１６ａを閉方向に付勢する状態となる。
【００５１】
次いで、さらに所定量ロータ３２を回転させると、今度は伝達歯車５６ｂの凹カム面５９ｂにより、スライダ６０ｂが押し上げられ、弁体１６ｂが開状態となる。一方、弁体１６ａの開状態もそのまま維持される（３．開−開モード）。このとき、弁座１６ａと同様に、スプリング７０ｂが収縮し、弁体１６ｂを閉方向に付勢する状態となる。
【００５２】
そして、さらに所定量ロータ３２を回転させると、伝達歯車５６ａの凹カム面５９ａによるスライダ６０ａの押し上げが解除される。すると、弁体１６ａは、スプリング７０の付勢力により、閉状態に戻ろうとする。さらにこの時、弁体１６ａは、スプリング７０ａの付勢力に加え、流体空間５に流入している流体圧の閉方向への付勢力を受けて、弁座６８に押圧されることから、確実に流体の流れを遮断することができる（４．閉−開モード）。
【００５３】
このように、本実施形態に係る弁体開閉装置１は、弁体１６ａ，１６ｂの開閉状態として、四種類のモードを有し、モータ３０の正転／逆転を適宜切り替えて、所望のモードになるように制御される。そのうち、いずれか一方が開状態となるモード、すなわち、（２．開−閉モード）と（４．閉−開モード）を適宜切り替えることで、入力される二種の流体のうち、いずれか一方の流体を選択的に通過させることができる。
【００５４】
なお、上記弁体１６の開閉動作の説明において、初期状態（原位置）が（１．閉−閉モード）であることを説明したが、これに限られるものではない。つまり、ロータ３２の回転量を変化させることにより、上記四種類のモードを適宜切替制御することができる構成であればよい。
【００５５】
また、本実施形態は、弁体１６ａおよび１６ｂを開状態に位置させる（３．開−開モード）が、選択可能に構成されている。このモードは、弁体開閉装置１の流入管１２および流出管１４が流体流路と溶接（ロウ付け）により連結される際の熱より、ベースプレート２２が高温になってしまう場合に使用すればよい。つまり、ベースプレート２２から弁体１６ａおよび１６ｂの両方を離間させることで、溶接熱による弁体１６ａおよび１６ｂの損傷を防止することができる。さらに、当然ではあるが、弁体開閉装置１の使用態様により、入力される二種の流体を混合させて通過させることが必要である場合に使用すればよい。
【００５６】
次に、本発明の第二の実施形態に係る弁体開閉装置を説明する。この弁体開閉装置は、装置に流入（入力）する三種の流体（温度の異なる三種の流体）のうち、いずれか一種の流体を選択的に出力（通過）することができる、いわゆる「３ＩＮ／１ＯＵＴ」バルブである。なお、この弁体開閉装置は、入力される流体が増加したことに伴い、これに対応した流路（流入管１２）および伝達歯車５６やスライダ６０等の直動機構部５０の構成部品が増加した点のみで、上記第一の実施形態に係る弁体開閉装置１と異なる。したがって、第二の実施形態に係る弁体開閉装置において加わった構成部品については、符号「ｃ」を付して表すものとし、その具体的な構成ならびに組立方法の説明は省略する。
【００５７】
この弁体開閉装置における弁体１６の開閉動作について、図１０のタイムチャートに基づき以下説明する。なお、このタイムチャートにおいて、ＩＮＡが弁体１６ａ、ＩＮＢが弁体１６ｂ、ＩＮＣが弁体１６ｃの開閉状態を示している。
【００５８】
まず、初期状態（原位置）においては、入力される流体圧によって弁体１６ａ〜１６ｃが弁座６８ａ〜６８ｃに押圧され、開口６５ａ〜６５ｃ（流入口２４ａおよび２４ｃ）は、全て閉状態となっている（１．閉−閉−閉モード）。
【００５９】
この状態から、モータ３０を駆動し、ロータ３２を回転させると、これに伴い伝達歯車５６ａ〜５６ｃが回転する。所定量ロータ３２が回転すると、伝達歯車５６ａの凹カム面５９ａにより、前述の回り止め機構により回転方向への動きが規制されているスライダ６０ａが押し上げられ、弁体１６ａが開状態となる。一方、弁体１６ｂおよび１６ｃは、未だ閉状態に位置する（２．開−閉−閉モード）。このとき、スライダ６０ａが押し上げられることにより、スライダ６０ａと弁座６８ａの間に介在されたスプリング７０ａが収縮し、弁体１６ａを閉方向に付勢する状態となる。
【００６０】
この状態から、さらに所定量ロータ３２を回転させると、今度は伝達歯車５６ｂの凹カム面５９ｂにより、スライダ６０ｂが押し上げられ、弁体１６ｂが開状態となる。一方、弁体１６ａの開状態、弁体１６ｃの閉状態もそのまま維持される（３．開−開−閉モード）。このとき、弁座１６ａと同様に、スプリング７０ｂが収縮し、弁体１６ｂを閉方向に付勢する状態となる。
【００６１】
そして、さらに所定量ロータ３２を回転させると、伝達歯車５６ａの凹カム面５９ａによるスライダ６０ａの押し上げが解除される。すると、弁体１６ａは、スプリング７０ａの付勢力により、閉状態に戻ろうとする。さらにこの時、弁体１６ａは、スプリング７０ａの付勢力に加え、流体空間５に流入している流体圧の閉方向への付勢力を受けて、弁座６８に押圧されることから、確実に流体の流れを遮断することができる（４．閉−開−閉モード）。
【００６２】
この後、順次所定量ロータ３２を回転させていくことにより、弁体１６ｃが開状態となり（５．閉−開−開モード）、次いで弁体１６ｂがスプリング７０ｂおよび流体圧の付勢により閉状態となり（６．閉−閉−開モード）、次いで弁体１６ａが開状態となり（７．開−閉−開モード）、最後に弁体１６ｂが開状態となり、弁体１６ａ〜１６ｃのすべてが開状態に位置することとなる（８．開−開−開モード）。
【００６３】
このように、第二の実施形態に係る弁体開閉装置は、弁体１６ａ〜１６ｃの開閉状態として、八種類のモードを有する。そのうち、いずれか一つが開状態となるモード、すなわち、（２．開−閉−閉モード）、（４．閉−開−閉モード）および（６．閉−閉−開モード）を適宜切り替えることで、入力される三種の流体のうち、いずれか一種の流体を選択的に通過させることができる。
【００６４】
なお、この弁体開閉装置によれば、弁体開閉装置に入力される三種の流体のうち二種以上を混合させて通過させるモード、すなわち、（３．開−開−閉モード）、（５．閉−開−開モード）、（７．開−閉−開モード）、（８．開−開−開モード）を適宜切り替えることで、出力される流体温度等を調節することも可能である。
【００６５】
また、第一の実施形態に係る弁体開閉装置１と同様に、弁体１６ａ〜１６ｃの全てを開状態に位置させるモード（８．開−開−開モード）を選択することにより、溶接熱による弁体１６ａ〜１６ｃの損傷を防止することができる。
【００６６】
なお、上記第一および第二の実施形態に係る弁体開閉装置において、モータ３０の駆動力は、その出力歯車３８から伝達歯車５６に伝達されることを説明したが、これに限られるものではない。すなわち、このような歯車機構のみならず、プーリやスプロケット等による伝達機構を採用してもよい。また、弁体１６を開方向に付勢する駆動力が不足する場合、出力歯車３８と伝達歯車５６との間に減速ギヤを介在させて、出力トルクを増加させる構成としてもよい。
【００６７】
このように、本実施形態に係る弁体開閉装置によれば、流体流路を開閉する弁体１６は、本体１０の外側、すなわち、流体が流入する開口６５（流入口６５）の流入管側に配置されるため、弁体１６は、流入する流体の流体圧によって閉方向に付勢される。そのため、開口６５（流入口６５）を閉状態とする際には、流体に抗する力が必要なくなり、開口６５（流入口６５）を確実に封止することができる。また、この弁体１６は、その軸線方向に動作することで、開口６５（流入口６５）に当接、および開口６５（流入口６５）から離間するように構成されているため、弁体１６を流入管１２内に収容することができ、弁体開閉装置の小型化に寄与する。
【００６８】
また、弁体開閉装置は、複数の弁体１６によって複数の流入管１２からの流路の全てを閉状態にするモードと、いずれか一つの流入管１２からの流路のみを開状態とするモードとを有ているため、入力される複数種の流体のうち、通過させる流体を選択的に制御する場合に好適に使用することができる。
【００６９】
さらに、弁体開閉装置は、複数の流入管１２からの流路の全てを開状態にするモードを備えているため、弁体開閉装置を冷蔵庫等に組み付ける際に生じる溶接熱等により、弁体１６を開口から離間させておくことで、弁体１６が損傷してしまうのを防止することができる。
【００７０】
また、弁体１６は、スプリング７０によって開口６５を閉状態とする方向に常に付勢されているため、開口６５を開状態とする方向に付勢する場合のみ、駆動源であるモータ３０の駆動力が直動機構部５０を介して使用される。これにより、弁体開閉装置の消費電力等を従来よりも抑えることができる。
【００７１】
さらに、直動機構部５０においては、弁体１６と係合されるスライダ６０の係合凸部６７１と、伝達歯車５６が支承される軸５３に形成された係合凹部５３１とが係合することによって、スライダ６０（弁体１６）回り止め機構が構築されている。また、伝達歯車５６には、その回転量を一回転未満に規制するための回転規制部５６１が設けられている。そのため、弁体１６の回り止めや、伝達歯車５６の回転止めとして別部材を新たに設ける必要がなく、弁体開閉装置の構成をコンパクトにすることができる。
【００７２】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００７３】
例えば、本実施形態に係る弁体開閉装置は、取付板９９によって冷蔵庫等の内部に取付固定されて、イソブタンやフロン等の冷媒流路を開閉制御する場合に好適に使用できるものであるが、その他の液体や気体を開閉制御する開閉バルブにも本願発明の技術的思想は適用可能である。
【００７４】
また、上記駆動源は、（ステッピング）モータ３０であることを説明したが、駆動源としてソレノイド、シリンダ等を使用してもよい。さらに、上記実施形態では、凹カム面５９と凸カム面６３によるカム機構により回転動力が直線動力に変換されることを説明したが、弁体が設けられたネジ部材を回転させることによって、弁体を開口６５に対して進退動作させる構造等、回転運動を直線運動に変換できる動力伝達機構を有していればよく、上記構成に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る弁体開閉装置の断面図である。
【図２】図１に示した弁体開閉装置の外観斜視図である。
【図３】図１に示した弁体開閉装置における直動機構部の構成を説明するための分解斜視図である。
【図４】図１に示した弁体開閉装置における直動機構部の構成を説明するための分解斜視図である。
【図５】図１に示した弁体開閉装置のＦ−Ｆ断面図である。
【図６】図１に示した弁体開閉装置の組立方法を説明するための断面図である（弁座、流出管および流入管がベースプレートに固定された状態を示す）。
【図７】図１に示した弁体開閉装置の組立方法を説明するための断面図である（弁体が流入管の先端から組み付けられる状態を示す）。
【図８】図１に示した弁体開閉装置の組立方法を説明するための断面図である（弁体がスライダに組み付けられた状態を示す）。
【図９】図１に示した弁体開閉装置の開閉動作を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】本発明の第二の実施形態に係る弁体開閉装置の開閉動作を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１ 弁体開閉装置（第一実施形態）
１０ 本体
１２ 流入管
１４ 流出管
１６ 弁体
１８ 駆動部
２４ 流入口
３０ モータ
５０ 直動機構部
５２ プレート
５３ 軸
５３１ 係合凹部
５６ 伝達歯車
５９ 凹カム面
５９１ カム溝
６０ スライダ
６３ 凸カム面
６３１ 突起
６４１ 溝
６５ 開口
６７１ 係合凸部
６８ 弁座
７０ スプリング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体開閉装置に関し、更に詳しくは、モータ駆動によって弁体を動作させて流路を開閉する弁体開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、モータを駆動源として弁体を駆動し、冷蔵庫等の冷媒流路を開閉する弁体開閉装置が知られている。特許文献１には、弁体をネジ部材に取り付け、このネジ部材をモータによって回転させることにより、弁体をその軸線方向に進退移動させて、冷媒が流入する流路を開閉する弁体開閉装置が記載されている。このような弁体開閉装置は、その用途、配置個所に応じて、入力／出力ポート数等の機械的構造や、その制御方法等が決定される。
【０００３】
例えば、特許文献２には、冷凍冷蔵庫において、冷凍室内の温度制御および除霜のために、冷凍室用蒸発器の上流位置に除霜弁を設けた構成が記載されている（図１０等参照）。この除霜弁は、入力される温度の異なる三種の冷媒から冷凍室用蒸発器に流出する一種を選択制御するものであり、複数の入力ポート（入力ポート数３、出力ポート数１）を有するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４９７４０号公報
【特許文献２】特開２００１−２４１８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示される弁体開閉装置は、流体の流路を閉鎖する際には、装置内に流入する流体圧に抗して弁体を動作させなければならない。そのため、確実に流路を封止するためには、新たに減速歯車を追加したり、モータ自体のトルクを大きくする等の対応が必要となる場合があり、弁体開閉装置が大型化したり、製造コストが上昇してしまうという問題がある。
【０００６】
さらに、特許文献２に示されるような、複数の入力される流体から流出させる流体を選択制御する弁体開閉装置の場合には、入力される流体が単数のものと比較し、装置に入力される流体圧の総和が大きくなる場合が多い。したがって、流体の流路を封止する力をさらに高めることが必要となり、弁体開閉装置の大型化および製造コストの上昇という問題がさらに大きくなる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、弁体開閉装置の入力ポート数の増加等により、装置に付加される流体の流体圧の総和が大きくなった場合であっても、簡易な構成で流体の流路を確実に封止することができる弁体開閉装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る弁体開閉装置は、内部に空間が形成された本体と、該本体に接続され該空間に流体を流入させる流入管および該空間から流体を流出させる流出管と、前記流体が前記流入管から前記本体を経て前記流出管に流れる流路を開閉する弁体と、該弁体を開閉駆動する駆動部を備えた弁体開閉装置において、前記弁体は、前記本体の前記流入管と接続される開口の該流入管側に設けられ、前記開口に当接することで閉状態をなし、前記開口から離間することで開状態をなすことを要旨とするものである。
【０００９】
この場合、請求項２に記載のように、前記流入管は複数設けられ、該流入管のそれぞれに前記弁体が設けられていることが望ましい。
【００１０】
また、請求項３に記載のように、前記複数の弁体によって前記複数の流入管からの流路の全てを閉状態にするモードと、いずれか一つの流入管からの流路のみを開状態とするモードとを備えていれば好適である。
【００１１】
また、請求項４に記載のように、前記複数の弁体によって前記複数の流入管からの流路の全てを開状態にするモードを備えていればさらに良い。
【００１２】
また、請求項５に記載のように、前記駆動部は、駆動源であるモータと、該モータの回転により前記弁体を前記開口に当接または離間するよう駆動する直動機構部とからなり、該直動機構部は前記モータによって回転すると共に前記弁体を前記開口から離間させる方向に付勢するカムと、前記弁体を閉方向に付勢する付勢手段とを備えることが望ましい。
【００１３】
また、請求項６に記載のように、前記直動機構部は、前記弁体の回転を規制する回り止め機構を有し、該回り止め機構は、前記弁体と係合される直動部材に設けられた凸部と、該直動部材に前記モータの駆動力を伝達するための回転動力伝達部材が支承される軸に形成された凹部とで構成されていればよい。
【００１４】
また、請求項７に記載のように、前記回転動力伝達部材にはその回転量を一回転未満に規制するための回転規制部が設けられていればよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に係る弁体開閉装置によれば、流体の流路を開閉する弁体は、弁体開閉装置の本体の外側、すなわち、流体が流入する開口の流入管側に配置されるため、弁体は流入する流体の流体圧によって閉方向に付勢される。そのため、開口を閉状態とする際には、流体に抗する力が必要なくなり、流路を確実に封止することができる。また、この弁体は、その軸線方向に動作することで、開口に当接／開口から離間するように構成されているため、弁体を開口に接続された流入管内に収容することができ、弁体開閉装置の小型化に寄与する。
【００１６】
この場合、請求項２に記載のように、上記流入管が複数設けられ、該流入管のそれぞれに弁体が設けられている構成であれば、また、請求項３に記載のように、上記複数の弁体によって複数の流入管からの流路の全てを閉状態にするモードと、いずれか一つの流入管からの流路のみを開状態とするモードとを有する構成であれば、装置内に入力される複数種の流体（例えば温度の異なる複数の流体）のうち、出力する流体を選択的に制御可能な弁体開閉装置とすることができる。
【００１７】
さらに、請求項４に記載のように、上記複数の流入管からの流路の全てを開状態にするモードを備えていれば、弁体を開口から離間させておくことで、弁体開閉装置を冷蔵庫等に組み付ける際に生じる溶接熱等により、弁体が損傷してしまうのを防止することができる。
【００１８】
また、請求項５に記載のように、上記弁体は、付勢手段によって開口を閉状態とする方向に常に付勢されているため、開口を開状態とする方向に付勢する場合のみ、駆動源であるモータの駆動力が直動機構部を介して使用される。よって、弁体開閉装置の消費電力等を従来よりも抑えることができる。
【００１９】
そして、請求項６に記載のように、上記直動機構部において、弁体と係合される直動部材、およびこの直動部材にモータの駆動力を伝達するための回転動力伝達部材が支承される軸に回り止め機構が設けられており、また、請求項７に記載のように、上記回転動力伝達部材には、その回転量を一回転未満に規制するための回転規制部が設けられている。そのため、弁体の回り止めや、歯車等の回転動力伝達部材の回転止めとして別部材を新たに設ける必要がなく、弁体開閉装置の構成をコンパクトにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の第一の実施形態に係る弁体開閉装置１の断面図であり、図２はその外観斜視図である。
【００２１】
この弁体開閉装置１は、装置に入力（流入）される二種の流体（温度の異なる二種の流体）のうち、いずれか一方の流体を選択的に出力（通過）させることができる、いわゆる「２ＩＮ／１ＯＵＴ」バルブである。なお、以下の説明において、装置に入力される一方の流体Ａを制御するための構成部品と、他方の流体Ｂを制御するための構成部品は同一であるため、一方の説明は省略する。また、場合によっては、流体Ａを制御するための構成部品に符号「ａ」を、流体Ｂを制御するための構成部品に符号「ｂ」を付し、両者を区別して説明する。
【００２２】
弁体開閉装置１は、内部に流体空間５を有する本体１０と、この本体１０に接続され、流体空間５内に流入する流体の流路となる流入管１２と、流体空間５から流出する流体の流路となる流出管１４と、流入管１２内に設けられ、弁座６８に密着／離間することで流体空間内に流入する流体の流路を開閉する弁体１６と、この弁体１６を開閉駆動するための駆動部１８とを備える。以下、各構成について具体的に説明する。
【００２３】
本体１０は、流体空間５が形成されるケース体であり、本体ケース２０およびベースプレート２２とから構成される。本体ケース２０は、相対的に大径の大径筒部２０１と相対的に小径の小径筒部２０２とが、ステンレス材料のプレス絞り加工により形成されてなるものである。
【００２４】
ベースプレート２２は、ステンレス製の板材であり、本実施形態では、流体が流体空間５へ流入するための流入口２４、流体空間５から流出するための流出口（図示しない）が形成されている。また、後述するプレート５２を位置決め固定するための位置決めピン２３が二個所に立設されている。
【００２５】
そして、上記本体ケース２０の大径筒部２０１の開口端縁には、フランジ部２１が、ベースプレート２２の周縁には、段差部２２１が形成されている。このフランジ部２１と段差部２２１がＴＩＧ（タングステンイナートガス）溶接により固着されることによって、本体１０が構成される。
【００２６】
一方、流入管１２および流出管１４は、銅製のパイプである。流入管１２および流出管１４は、上記ベースプレート２２に形成された流入口２４および図示されない流出口にそれぞれロウ付けにより接続固定される。これにより、本体１０の流体空間５に流入する流体、および流体空間５から流出する流体の流路を形成する。
【００２７】
弁体１６は、円柱状のゴム製の弾性部材である。弁体１６は、詳細を後述するスライダ６０の先端部６６に形成された段差部６６１に、ワッシャ１９１を介してスプリングナット１９２により固定される。この弁体１６がモータ３０の駆動力を得て弁座６８に密着／離間することで、弁体開閉装置１に流入する流体の流路を遮断／開放する。
【００２８】
駆動部１８は、駆動源であるモータ３０と、このモータ３０の駆動力を上記弁体１６に伝達するための直動機構部５０とを備える。
【００２９】
モータ３０は、公知のステッピングモータであり、ロータ３２およびステータ部４０とから構成される。ロータ３２は、本体ケース２０およびベースプレート２２の中央に支持された支軸９０に支承されている。ロータ３２には、支軸９０に遊挿される軸筒部３４に円環状のマグネット（永久磁石）３６が、軸筒部３４の外周両端縁に周設される保持部３４１に支持された状態で一体的に設けられている。また、ロータ３２のベースプレート２２側には、図示されないカップリング機構により、モータ３０の回転動力を出力するための出力歯車３８がロータ３２と一体的に回転するように設けられている。この出力歯車３８は、後述するプレート５２の貫通孔５２１に挿通されて、大径筒部２０１の内周側に位置する。
【００３０】
そして、このロータ３２に対応して、本体ケース２０の小径筒部２０２の外周面には、２層のステータ４０１が配設されたステータ部４０が形成されている。各ステータ４０１は、コイルボビン４２に駆動コイル４４が巻回されることで形成される。このステータ部４０は、その外周面を囲うようにステータケース４６に固定され、本体ケース２０の外側に被着されている。
【００３１】
また、このステータ４０１の各駆動コイル４４は、この端子の各先端部分が制御基板４８の所定の位置に接続されており、この制御基板４８が駆動コイル４４への通電を制御することにより、ロータ３２の回転が制御される。
【００３２】
直動機構部５０は、プレート５２と、伝達歯車５６と、スライダ６０と、スプリング７０とを備える。この直動機構部５０の構成を説明するための分解図を図３および４に示す。
【００３３】
プレート５２は、ポリナノメチレンテレフタラミド（ＰＡ９Ｔ）により一体成形された板状の部材であり、ベースプレート２２に取り付けられる部材である。その略中央には、ロータ３２の出力歯車３８が挿通可能な貫通穴５２１が形成されている。また、貫通穴５２１の周囲には、軸５３および位置決めボス５４が貫通孔５２１を隔てて、それぞれ二本設けられている。軸５３は、伝達歯車５６およびスライダ６０が支承される軸部材であり、その長手方向に延在して、スライダ６０の回り止め機構の一部である凹部５３１が形成されている。一方、位置決めボス５４には、ベースプレート２２に立設された位置決めピン２３が係合され、これにより、プレート５２は、所定の位置に位置決め固定されることとなる。
【００３４】
伝達歯車５６は、プレート５２と同様にポリナノメチレンテレフタラミド（ＰＡ９Ｔ）により一体成形され、ロータ３０の出力歯車３８と噛合する歯車である。その回転軸線上には、上記軸５３が遊挿可能な軸孔５７が貫通して形成されている。また、この軸孔５７と同軸上に、軸孔５７よりも径が大きい有底の係合穴５８が形成されている。そして、係合穴５８の底面には、係合穴５８の壁面に沿って所定幅に形成されたカム溝５９１が形成された凹カム面５９が形成されている。このカム溝５９１は、伝達歯車５６の回転方向に沿って、溝が深くなるように形成されている。
【００３５】
また、伝達歯車５６には、回転規制部５６１が設けられている。この回転規制部５６１は、伝達歯車５６の原位置を設定し、かつ伝達歯車５６が一回転以上しないよう規制するための凸部材である。さらに、この回転規制部５６１には、円形の凹部５６２が形成されている。この凹部５６２は、伝達歯車５６ａおよび５６ｂの回転方向の位置関係が所定の関係になるようにするため使用される。具体的には、例えば、治具プレートに二本の位置決めピンを立設し、この位置決めピンを凹部５６２に係合させることで、伝達歯車５６ａおよび５６ｂを所定の位置関係に位置決めする。
【００３６】
スライダ６０は、プレート５２および伝達歯車５６と同様にポリナノメチレンテレフタラミド（ＰＡ９Ｔ）により一体成形され、土台部６２、本体部６４、先端部６６とからなる軸部材である。
【００３７】
土台部６２は、伝達歯車５６の係合穴５８に係合される部分であり、その底面には、上記カム溝５９１と係合される突起６３１が形成された凸カム面６３が形成されている。
【００３８】
本体部６４は、スプリング７０および弁座６８に挿通される部分であり、その外周面には、回転方向に９０度間隔で長手方向に所定幅の溝６４１が形成されている。図５に図１におけるＦ−Ｆ断面図（弁体１６と弁座６８の当接面の断面図）を示す。この図から分かるように、本体部６４が弁座６８の軸孔６８１に挿通されると、溝６４１により弁座６８の軸孔６８１と、スライダ６０の本体部６４の間に開口６５ができる。弁体１６が開状態にある際には、この開口６５を通じ、弁体開閉装置１に入力される流体が流体空間５内に流れ込むこととなる。
【００３９】
先端部６６は、弁体１６が取付固定される部分であり、前述のように、その段部６６１に、弁体１６が載置されて固定されている。
【００４０】
また、スライダ６０には、軸５３が挿通される軸孔６７が形成されている。そして、この軸孔６７には、軸孔６７の半径方向の内側に向かって突出した係合凸部６７１が形成されている。この係合凸部６７１は、プレート５２の軸５３に形成された係合凹部５３１と係合し、スライダ６０（弁体１６）の回り止め機構を構成する。なお、この回り止め機構は、このような構造に限られるものではない。つまり、軸５３および軸孔６７の係合によって、スライダ６０（弁体１６）の回り止めがなされる構成であればよく、例えば、軸５３および軸孔６７の断面をＤ形にしたいわゆるＤカット構造や、断面を鋸歯形にしたいわゆるセレーション構造を採用してもよい。これにより、新たにスライダ６０（弁体１６）回り止めのための別部材を設ける必要がなく、かつ直動機構部５０の構成をコンパクトなものとすることができる。
【００４１】
また、このスライダ６０は、軸５３に挿通されると共に、前述のように伝達歯車５６の係合穴５８に係合される。したがって、スライダ６０の軸線に対し垂直方向（ラジアル方向）の動きが規制されている。これにより、スライダ６０の倒れ、つまり弁体１６の倒れを防止することができるため、流体の流路を閉鎖する際には、弁体１６と弁座６８が平行に密着し流路を確実に遮断する。
【００４２】
弁座６８は、ステンレス製の筒状の部材であり、スライダ６０の本体部６４が遊挿される軸孔と、この軸孔よりも大きく、スライダ６０の本体部６４に挿通されたスプリング７０が収納可能なスプリング収納孔６８１が形成されている。弁座６８は、小径部と大径部とからなり、小径部がベースプレート２２に形成された各流入口２４に圧入されることで、ベースプレート２２に固定されている。
【００４３】
このように構成される弁体開閉装置１の組立方法について、一部上記説明と重複するが、図６、７および図１を参照して説明する。
【００４４】
まず、ベースプレート２２の流出口２４に弁座６８を圧入固定した後、流出管１２および流入管１４をロウ付けにより固定する（図６）。なお、ロウ材としては、特に限定されるものではないが、ニッケルロウが最も好適である。
【００４５】
次いで、プレート５２の軸５３に伝達歯車５６およびスライダ６０を挿通する。具体的には、スライダ６０の土台部６２を伝達歯車５６の係合穴５８に嵌め込み、伝達歯車５６の凹カム面５９とスライダ６０の凸カム面６３とを係合させた状態で軸５３に挿通する。この時、軸５３に形成された係合凹部５３１と、スライダ６０の軸孔６７に形成された係合凸部６７１が係合する。また、伝達歯車５６ａおよび５６ｂは、前述した凹部５６２を利用する方法により、歯車の回転方向が所定の位置関係になるよう組み付ける。そして、スライダ６０の本体部６４にスプリング７０を挿通する。
【００４６】
この状態で、プレート５２の位置決めボス５４に、ベースプレート２２に立設された位置決めピン２３を係合し、プレート５２をベースプレート２２に取り付ける。これにより、伝達歯車５６およびスライダ６０がベースプレート２２とプレート６２の間に支持される。また、スプリング７０は、弁座６８とスライダ６０間に挾持される。そして、弁座１６は、流入管１２の先端から落とし込まれる（図７）ことにより、スライダ６０の先端部６６に固定される（図８）。
【００４７】
最後に、ロータ３２を収納した本体ケース２０とベースプレート２２がＴＩＧ溶接により固定され、ステータ部４０および冷蔵庫等に弁体開閉装置１を固定するための取付板９９が取り付けられて組立は完了する（図１）。
【００４８】
次に、弁体開閉装置１における弁体１６の開閉動作について、図９のタイムチャートに基づき以下説明する。なお、このタイムチャートにおいて、ＩＮＡが弁体１６ａの開閉状態を表し、ＩＮＢが弁体１６ｂの開閉状態を示しており、またタイムチャートの下には、弁体１６ａおよび弁体１６ｂの開閉状態を模式的に示した図を付属した。
【００４９】
まず、初期状態（原位置）においては、入力される流体圧によって弁体１６ａおよび１６ｂが弁座６８ａおよび６８ｂに押圧され、開口６５ａおよび６５ｂ（流入口２４ａおよび２４ｂ）は、共に閉状態となっている（１．閉−閉モード）。
【００５０】
この状態から、モータ３０を駆動し、ロータ３２を回転させると、これに伴い伝達歯車５６ａ，５６ｂが回転する。このときの伝達歯車５６ａの回転方向と、伝達歯車５６ｂの回転方向は逆方向になる。所定量ロータ３２が回転すると、伝達歯車５６ａの凹カム面５９ａにより、前述の回り止め機構により回転方向への動きが規制されているスライダ６０ａが押し上げられ、弁体１６ａが開状態となる。一方、弁体１６ｂは、未だ閉状態に位置する（２．開−閉モード）。なお、このとき、スライダ６０ａが押し上げられることにより、スライダ６０ａと弁座６８ａの間に介在されたスプリング７０ａが収縮し、弁体１６ａを閉方向に付勢する状態となる。
【００５１】
次いで、さらに所定量ロータ３２を回転させると、今度は伝達歯車５６ｂの凹カム面５９ｂにより、スライダ６０ｂが押し上げられ、弁体１６ｂが開状態となる。一方、弁体１６ａの開状態もそのまま維持される（３．開−開モード）。このとき、弁座１６ａと同様に、スプリング７０ｂが収縮し、弁体１６ｂを閉方向に付勢する状態となる。
【００５２】
そして、さらに所定量ロータ３２を回転させると、伝達歯車５６ａの凹カム面５９ａによるスライダ６０ａの押し上げが解除される。すると、弁体１６ａは、スプリング７０の付勢力により、閉状態に戻ろうとする。さらにこの時、弁体１６ａは、スプリング７０ａの付勢力に加え、流体空間５に流入している流体圧の閉方向への付勢力を受けて、弁座６８に押圧されることから、確実に流体の流れを遮断することができる（４．閉−開モード）。
【００５３】
このように、本実施形態に係る弁体開閉装置１は、弁体１６ａ，１６ｂの開閉状態として、四種類のモードを有し、モータ３０の正転／逆転を適宜切り替えて、所望のモードになるように制御される。そのうち、いずれか一方が開状態となるモード、すなわち、（２．開−閉モード）と（４．閉−開モード）を適宜切り替えることで、入力される二種の流体のうち、いずれか一方の流体を選択的に通過させることができる。
【００５４】
なお、上記弁体１６の開閉動作の説明において、初期状態（原位置）が（１．閉−閉モード）であることを説明したが、これに限られるものではない。つまり、ロータ３２の回転量を変化させることにより、上記四種類のモードを適宜切替制御することができる構成であればよい。
【００５５】
また、本実施形態は、弁体１６ａおよび１６ｂを開状態に位置させる（３．開−開モード）が、選択可能に構成されている。このモードは、弁体開閉装置１の流入管１２および流出管１４が流体流路と溶接（ロウ付け）により連結される際の熱より、ベースプレート２２が高温になってしまう場合に使用すればよい。つまり、ベースプレート２２から弁体１６ａおよび１６ｂの両方を離間させることで、溶接熱による弁体１６ａおよび１６ｂの損傷を防止することができる。さらに、当然ではあるが、弁体開閉装置１の使用態様により、入力される二種の流体を混合させて通過させることが必要である場合に使用すればよい。
【００５６】
次に、本発明の第二の実施形態に係る弁体開閉装置を説明する。この弁体開閉装置は、装置に流入（入力）する三種の流体（温度の異なる三種の流体）のうち、いずれか一種の流体を選択的に出力（通過）することができる、いわゆる「３ＩＮ／１ＯＵＴ」バルブである。なお、この弁体開閉装置は、入力される流体が増加したことに伴い、これに対応した流路（流入管１２）および伝達歯車５６やスライダ６０等の直動機構部５０の構成部品が増加した点のみで、上記第一の実施形態に係る弁体開閉装置１と異なる。したがって、第二の実施形態に係る弁体開閉装置において加わった構成部品については、符号「ｃ」を付して表すものとし、その具体的な構成ならびに組立方法の説明は省略する。
【００５７】
この弁体開閉装置における弁体１６の開閉動作について、図１０のタイムチャートに基づき以下説明する。なお、このタイムチャートにおいて、ＩＮＡが弁体１６ａ、ＩＮＢが弁体１６ｂ、ＩＮＣが弁体１６ｃの開閉状態を示している。
【００５８】
まず、初期状態（原位置）においては、入力される流体圧によって弁体１６ａ〜１６ｃが弁座６８ａ〜６８ｃに押圧され、開口６５ａ〜６５ｃ（流入口２４ａおよび２４ｃ）は、全て閉状態となっている（１．閉−閉−閉モード）。
【００５９】
この状態から、モータ３０を駆動し、ロータ３２を回転させると、これに伴い伝達歯車５６ａ〜５６ｃが回転する。所定量ロータ３２が回転すると、伝達歯車５６ａの凹カム面５９ａにより、前述の回り止め機構により回転方向への動きが規制されているスライダ６０ａが押し上げられ、弁体１６ａが開状態となる。一方、弁体１６ｂおよび１６ｃは、未だ閉状態に位置する（２．開−閉−閉モード）。このとき、スライダ６０ａが押し上げられることにより、スライダ６０ａと弁座６８ａの間に介在されたスプリング７０ａが収縮し、弁体１６ａを閉方向に付勢する状態となる。
【００６０】
この状態から、さらに所定量ロータ３２を回転させると、今度は伝達歯車５６ｂの凹カム面５９ｂにより、スライダ６０ｂが押し上げられ、弁体１６ｂが開状態となる。一方、弁体１６ａの開状態、弁体１６ｃの閉状態もそのまま維持される（３．開−開−閉モード）。このとき、弁座１６ａと同様に、スプリング７０ｂが収縮し、弁体１６ｂを閉方向に付勢する状態となる。
【００６１】
そして、さらに所定量ロータ３２を回転させると、伝達歯車５６ａの凹カム面５９ａによるスライダ６０ａの押し上げが解除される。すると、弁体１６ａは、スプリング７０ａの付勢力により、閉状態に戻ろうとする。さらにこの時、弁体１６ａは、スプリング７０ａの付勢力に加え、流体空間５に流入している流体圧の閉方向への付勢力を受けて、弁座６８に押圧されることから、確実に流体の流れを遮断することができる（４．閉−開−閉モード）。
【００６２】
この後、順次所定量ロータ３２を回転させていくことにより、弁体１６ｃが開状態となり（５．閉−開−開モード）、次いで弁体１６ｂがスプリング７０ｂおよび流体圧の付勢により閉状態となり（６．閉−閉−開モード）、次いで弁体１６ａが開状態となり（７．開−閉−開モード）、最後に弁体１６ｂが開状態となり、弁体１６ａ〜１６ｃのすべてが開状態に位置することとなる（８．開−開−開モード）。
【００６３】
このように、第二の実施形態に係る弁体開閉装置は、弁体１６ａ〜１６ｃの開閉状態として、八種類のモードを有する。そのうち、いずれか一つが開状態となるモード、すなわち、（２．開−閉−閉モード）、（４．閉−開−閉モード）および（６．閉−閉−開モード）を適宜切り替えることで、入力される三種の流体のうち、いずれか一種の流体を選択的に通過させることができる。
【００６４】
なお、この弁体開閉装置によれば、弁体開閉装置に入力される三種の流体のうち二種以上を混合させて通過させるモード、すなわち、（３．開−開−閉モード）、（５．閉−開−開モード）、（７．開−閉−開モード）、（８．開−開−開モード）を適宜切り替えることで、出力される流体温度等を調節することも可能である。
【００６５】
また、第一の実施形態に係る弁体開閉装置１と同様に、弁体１６ａ〜１６ｃの全てを開状態に位置させるモード（８．開−開−開モード）を選択することにより、溶接熱による弁体１６ａ〜１６ｃの損傷を防止することができる。
【００６６】
なお、上記第一および第二の実施形態に係る弁体開閉装置において、モータ３０の駆動力は、その出力歯車３８から伝達歯車５６に伝達されることを説明したが、これに限られるものではない。すなわち、このような歯車機構のみならず、プーリやスプロケット等による伝達機構を採用してもよい。また、弁体１６を開方向に付勢する駆動力が不足する場合、出力歯車３８と伝達歯車５６との間に減速ギヤを介在させて、出力トルクを増加させる構成としてもよい。
【００６７】
このように、本実施形態に係る弁体開閉装置によれば、流体流路を開閉する弁体１６は、本体１０の外側、すなわち、流体が流入する開口６５（流入口６５）の流入管側に配置されるため、弁体１６は、流入する流体の流体圧によって閉方向に付勢される。そのため、開口６５（流入口６５）を閉状態とする際には、流体に抗する力が必要なくなり、開口６５（流入口６５）を確実に封止することができる。また、この弁体１６は、その軸線方向に動作することで、開口６５（流入口６５）に当接、および開口６５（流入口６５）から離間するように構成されているため、弁体１６を流入管１２内に収容することができ、弁体開閉装置の小型化に寄与する。
【００６８】
また、弁体開閉装置は、複数の弁体１６によって複数の流入管１２からの流路の全てを閉状態にするモードと、いずれか一つの流入管１２からの流路のみを開状態とするモードとを有ているため、入力される複数種の流体のうち、通過させる流体を選択的に制御する場合に好適に使用することができる。
【００６９】
さらに、弁体開閉装置は、複数の流入管１２からの流路の全てを開状態にするモードを備えているため、弁体開閉装置を冷蔵庫等に組み付ける際に生じる溶接熱等により、弁体１６を開口から離間させておくことで、弁体１６が損傷してしまうのを防止することができる。
【００７０】
また、弁体１６は、スプリング７０によって開口６５を閉状態とする方向に常に付勢されているため、開口６５を開状態とする方向に付勢する場合のみ、駆動源であるモータ３０の駆動力が直動機構部５０を介して使用される。これにより、弁体開閉装置の消費電力等を従来よりも抑えることができる。
【００７１】
さらに、直動機構部５０においては、弁体１６と係合されるスライダ６０の係合凸部６７１と、伝達歯車５６が支承される軸５３に形成された係合凹部５３１とが係合することによって、スライダ６０（弁体１６）回り止め機構が構築されている。また、伝達歯車５６には、その回転量を一回転未満に規制するための回転規制部５６１が設けられている。そのため、弁体１６の回り止めや、伝達歯車５６の回転止めとして別部材を新たに設ける必要がなく、弁体開閉装置の構成をコンパクトにすることができる。
【００７２】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００７３】
例えば、本実施形態に係る弁体開閉装置は、取付板９９によって冷蔵庫等の内部に取付固定されて、イソブタンやフロン等の冷媒流路を開閉制御する場合に好適に使用できるものであるが、その他の液体や気体を開閉制御する開閉バルブにも本願発明の技術的思想は適用可能である。
【００７４】
また、上記駆動源は、（ステッピング）モータ３０であることを説明したが、駆動源としてソレノイド、シリンダ等を使用してもよい。さらに、上記実施形態では、凹カム面５９と凸カム面６３によるカム機構により回転動力が直線動力に変換されることを説明したが、弁体が設けられたネジ部材を回転させることによって、弁体を開口６５に対して進退動作させる構造等、回転運動を直線運動に変換できる動力伝達機構を有していればよく、上記構成に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る弁体開閉装置の断面図である。
【図２】図１に示した弁体開閉装置の外観斜視図である。
【図３】図１に示した弁体開閉装置における直動機構部の構成を説明するための分解斜視図である。
【図４】図１に示した弁体開閉装置における直動機構部の構成を説明するための分解斜視図である。
【図５】図１に示した弁体開閉装置のＦ−Ｆ断面図である。
【図６】図１に示した弁体開閉装置の組立方法を説明するための断面図である（弁座、流出管および流入管がベースプレートに固定された状態を示す）。
【図７】図１に示した弁体開閉装置の組立方法を説明するための断面図である（弁体が流入管の先端から組み付けられる状態を示す）。
【図８】図１に示した弁体開閉装置の組立方法を説明するための断面図である（弁体がスライダに組み付けられた状態を示す）。
【図９】図１に示した弁体開閉装置の開閉動作を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】本発明の第二の実施形態に係る弁体開閉装置の開閉動作を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１ 弁体開閉装置（第一実施形態）
１０ 本体
１２ 流入管
１４ 流出管
１６ 弁体
１８ 駆動部
２４ 流入口
３０ モータ
５０ 直動機構部
５２ プレート
５３ 軸
５３１ 係合凹部
５６ 伝達歯車
５９ 凹カム面
５９１ カム溝
６０ スライダ
６３ 凸カム面
６３１ 突起
６４１ 溝
６５ 開口
６７１ 係合凸部
６８ 弁座
７０ スプリング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空間が形成された本体と、該本体に接続され該空間に流体を流入させる流入管および該空間から流体を流出させる流出管と、前記流体が前記流入管から前記本体を経て前記流出管に流れる流路を開閉する弁体と、該弁体を開閉駆動する駆動部を備えた弁体開閉装置において、
前記弁体は、前記本体の前記流入管と接続される開口の該流入管側に設けられ、前記開口に当接することで閉状態をなし、前記開口から離間することで開状態をなすことを特徴とする弁体開閉装置。
【請求項２】
前記流入管は複数設けられ、該流入管のそれぞれに前記弁体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弁体開閉装置。
【請求項３】
前記複数の弁体によって前記複数の流入管からの流路の全てを閉状態にするモードと、いずれか一つの流入管からの流路のみを開状態とするモードとを備えていることを特徴とする請求項２に記載の弁体開閉装置。
【請求項４】
前記複数の弁体によって前記複数の流入管からの流路の全てを開状態にするモードを備えていることを特徴とする請求項３に記載の弁体開閉装置。
【請求項５】
前記駆動部は、駆動源であるモータと、該モータの回転により前記弁体を前記開口に当接または離間するよう駆動する直動機構部とからなり、該直動機構部は前記モータによって回転すると共に前記弁体を前記開口から離間させる方向に付勢するカムと、前記弁体を閉方向に付勢する付勢手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の弁体開閉装置。
【請求項６】
前記直動機構部は、前記弁体の回転を規制する回り止め機構を有し、該回り止め機構は、前記弁体と係合される直動部材に設けられた凸部と、該直動部材に前記モータの駆動力を伝達するための回転動力伝達部材が支承される軸に形成された凹部とで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の弁体開閉装置。
【請求項７】
前記回転動力伝達部材にはその回転量を一回転未満に規制するための回転規制部が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の弁体開閉装置。
【請求項１】
内部に空間が形成された本体と、該本体に接続され該空間に流体を流入させる流入管および該空間から流体を流出させる流出管と、前記流体が前記流入管から前記本体を経て前記流出管に流れる流路を開閉する弁体と、該弁体を開閉駆動する駆動部を備えた弁体開閉装置において、
前記弁体は、前記本体の前記流入管と接続される開口の該流入管側に設けられ、前記開口に当接することで閉状態をなし、前記開口から離間することで開状態をなすことを特徴とする弁体開閉装置。
【請求項２】
前記流入管は複数設けられ、該流入管のそれぞれに前記弁体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弁体開閉装置。
【請求項３】
前記複数の弁体によって前記複数の流入管からの流路の全てを閉状態にするモードと、いずれか一つの流入管からの流路のみを開状態とするモードとを備えていることを特徴とする請求項２に記載の弁体開閉装置。
【請求項４】
前記複数の弁体によって前記複数の流入管からの流路の全てを開状態にするモードを備えていることを特徴とする請求項３に記載の弁体開閉装置。
【請求項５】
前記駆動部は、駆動源であるモータと、該モータの回転により前記弁体を前記開口に当接または離間するよう駆動する直動機構部とからなり、該直動機構部は前記モータによって回転すると共に前記弁体を前記開口から離間させる方向に付勢するカムと、前記弁体を閉方向に付勢する付勢手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の弁体開閉装置。
【請求項６】
前記直動機構部は、前記弁体の回転を規制する回り止め機構を有し、該回り止め機構は、前記弁体と係合される直動部材に設けられた凸部と、該直動部材に前記モータの駆動力を伝達するための回転動力伝達部材が支承される軸に形成された凹部とで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の弁体開閉装置。
【請求項７】
前記回転動力伝達部材にはその回転量を一回転未満に規制するための回転規制部が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の弁体開閉装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２６１４３３（Ｐ２００８−２６１４３３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０４６２１（Ｐ２００７−１０４６２１）
【出願日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【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２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【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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