特許 6783061 流路切換弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6783061

(24)【登録日】2020年10月23日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】流路切換弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 11/087 20060101AFI20201102BHJP

   F16K 27/06 20060101ALI20201102BHJP

【ＦＩ】

   F16K11/087 Z

   F16K27/06 C

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-42289(P2016-42289)

(22)【出願日】2016年3月4日

(65)【公開番号】特開2017-155909(P2017-155909A)

(43)【公開日】2017年9月7日

【審査請求日】2019年1月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】391002166

【氏名又は名称】株式会社不二工機

(74)【代理人】

【識別番号】100091096

【弁理士】

【氏名又は名称】平木 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100105463

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 三男

(74)【代理人】

【識別番号】100129861

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 滝治

(74)【代理人】

【識別番号】100182176

【弁理士】

【氏名又は名称】武村 直樹

(72)【発明者】

【氏名】原 聖一

(72)【発明者】

【氏名】望月 健一

【審査官】 小岩 智明

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭４９−０９７８２６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５１−１２８７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−１３５７７３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００１−３４９４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭４６−０１１０２５（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 実開昭５５−０９４９６７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第２６０４９０４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 仏国特許出願公開第９８４１０２（ＦＲ，Ａ１）

【文献】 英国特許出願公告第９３９７３３（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ５／００− ５／２２，１１／０８−１１／０８７，

２７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁室、該弁室の底部に開口せしめられた底部入出口、及び、該弁室の側部に開口せしめられた複数の側部入出口を有する弁本体と、前記弁室内に回転自在に配在された弁体とを備え、前記弁体を回転させることにより、前記底部入出口及び前記複数の側部入出口の連通状態を選択的に切り換えるようにされた流路切換弁であって、
前記弁体には、該弁体を貫通する貫通孔からなり、前記底部入出口と常時連通するとともに前記複数の側部入出口のうちのいずれかと択一的に連通する内部通路と、該弁体の外周に設けられた凹溝からなり、前記複数の側部入出口のうちの少なくとも２つの側部入出口と連通する外周通路とが設けられ、
前記内部通路は、前記弁体内を下部から側部まで貫通する側面視へ字状で構成され、
前記外周通路は、前記内部通路の前記へ字状の一辺に沿って傾いて形成され、
前記外周通路には、該外周通路を流れる流体を前記側部入出口側に案内する傾斜面を有する案内部が設けられ、
前記外周通路は、前記案内部と前記側部入出口との間に、前記複数の側部入出口のうちの側部流入口から側部流出口へ向けて流体が流出するように傾いて形成されていることを特徴とする流路切換弁。

【請求項2】

前記外周通路は、前記弁体の一側部から他側部に亘って形成された平面視Ｕ字状の凹溝で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流路切換弁。

【請求項3】

前記弁体の下部には、前記底部入出口に内挿される円筒部が突設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流路切換弁。

【請求項4】

前記円筒部と前記底部入出口との間には、前記円筒部と前記底部入出口との摺動面隙間を封止するシール部材が介装されていることを特徴とする請求項３に記載の流路切換弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流路切換弁に係り、例えばボール状の弁体（ボール弁体）を弁室内で回転摺動させることにより流路を切り換えるロータリー形の流路切換弁に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の従来の流路切換弁として、流入路と流出路とを有するボール弁体（ボール状の弁体）と、該ボール弁体が回転可能に収容される弁室と、該弁室に連通する入口流路及び複数の出口流路を有する弁ケース（弁本体）とを備え、前記流入路が常時前記入口流路に連通し、前記ボール弁体の回転動作によって、前記流出路が前記複数の出口流路のいずれかに択一的に連通するものが知られている。

【0003】

より詳しくは、前記従来の流路切換弁（三方切換弁）は、下部に１つの入口流路と側部に２つの出口流路とを有する弁ケースと、弁ケースの上部に配置されたモータと、弁ケースの弁室内に配置されたボール弁体とを備え、このボール弁体には、その中心部付近で合流する断面円形の流入路と流出路とが穿設され、流入路は、常時入口流路に連通し、流出路は、２つの出口流路のいずれか一方と択一的に連通するように配置され、そのボール弁体をモータにより弁軸を介して回転駆動することにより、２つの出口流路に択一的に流体の流れを切り換えるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

ところで、この種の流路切換弁としては、前記した三方切換弁に対して入口流路を追加したバタフライ式の四方切換弁等も既に知られている。

【0005】

しかし、従来知られたバタフライ式の四方切換弁は、２つの入口流路と２つの出口流路が弁ケース（弁本体）の四方に平面的に配在されており、配置箇所が制約される、閉弁時に弁体の周囲や先端部が当接する弾性パッキンの潰し代（圧縮率）の設定が難しい、弁体を保持するために常時保持トルクを印加する必要がある等の様々な問題がある。

【0006】

そこで、近年では、当該流路切換弁の利用範囲を拡充すべく、前記したボール弁体を用いた三方切換弁を改良した四方切換弁等の開発が検討されている。

【0007】

このような四方切換弁を実現し得る従来技術として、特許文献２には、ボール弁体内に２つの独立した流路を設け、１つのボール弁体で水平方向（横、横方向）とＬ字方向（下、横方向）に各々流体を流すようにしたものが開示されている。なお、特許文献２では、前記した如くのボール弁体を三方切換弁に使用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１０−２２３４１８号公報

【特許文献2】特開平９−２８０３９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、上記特許文献２に所載の従来技術では、ボール弁体内に、水平方向（横、横方向）に流体を流すための流路が直線状に形成され、その流路の中間に、Ｌ字方向（下、横方向）に流体を流すための流路との間を仕切る仕切壁が形成されているので、このボール弁体を四方切換弁等に採用した場合、当該流路（水平方向の流路）を流れる流体の圧力損失が大きくなる、大流量化が難しいといった問題が生じる可能性がある。また、ボール弁体と弁ケース（弁本体）との摺動面積が大きいため、ボール弁体の駆動トルク（つまり、流路切換に要するトルク）が大きくなり、大型化、コストアップ等を招くおそれもある。

【0010】

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、大型化、コストアップを招くことなく、かつ、圧力損失低減、大流量化を図ることのできる流路切換弁を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記する課題を解決するために、本発明に係る流路切換弁は、弁室、該弁室の底部に開口せしめられた底部入出口、及び、該弁室の側部に開口せしめられた複数の側部入出口を有する弁本体と、前記弁室内に回転自在に配在された弁体とを備え、前記弁体を回転させることにより、前記底部入出口及び前記複数の側部入出口の連通状態を選択的に切り換えるようにされ、前記弁体には、該弁体を貫通する貫通孔からなり、前記底部入出口と常時連通するとともに前記複数の側部入出口のうちのいずれかと択一的に連通する内部通路と、該弁体の外周に設けられた凹溝からなり、前記複数の側部入出口のうちの少なくとも２つの側部入出口と連通する外周通路とが設けられ、前記内部通路は、前記弁体内を下部から側部まで貫通する側面視へ字状で構成され、前記外周通路は、前記内部通路の前記へ字状の一辺に沿って傾いて形成され、前記外周通路には、該外周通路を流れる流体を前記側部入出口側に案内する傾斜面を有する案内部が設けられ、前記外周通路は、前記案内部と前記側部入出口との間に、前記複数の側部入出口のうちの側部流入口から側部流出口へ向けて流体が流出するように傾いて形成されていることを特徴としている。

【0013】

別の好ましい態様では、前記外周通路は、前記弁体の一側部から他側部に亘って形成された平面視Ｕ字状の凹溝で構成される。

【0014】

他の好ましい態様では、前記弁体の下部には、前記底部入出口に内挿される円筒部が突設される。

【0015】

更なる好ましい態様では、前記円筒部と前記底部入出口との間には、前記円筒部と前記底部入出口との摺動面隙間を封止するシール部材が介装される。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、複数の側部入出口のうちの少なくとも２つの側部入出口と連通する流路（外周通路）が弁体の外周に設けられた凹溝から構成されているので、例えば水平方向（横、横方向）に流体を流すための流路が直線状に形成された従来のボール弁体を使用した流路切換弁と比べて、当該流路を流れる流体の圧力損失を小さくできるとともに、その流量を確保することもできる。また、弁体と弁本体との摺動面積が小さくなるので、弁体の駆動トルク（つまり、流路切換に要するトルク）を可及的に低減することもできる。

【0017】

また、弁体の下部には、底部入出口に内挿される円筒部が突設されているので、当該弁体を弁室内に位置決めして配置できるとともに、その弁体の円筒部と底部入出口との間には、円筒部と底部入出口との摺動面隙間を封止するシール部材が介装されているので、弁室と底部入出口との間の流体漏れ（弁漏れ）を確実に阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係る流路切換弁の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は外観斜視図、（Ｂ）は部分切欠（平面視で中心角９０度部分が切欠）斜視図。

【図2】図１（Ｂ）の弁体を示す図であり、（Ａ）は内部通路側から視た斜視図、（Ｂ）は外周通路側から視た斜視図。

【図3】図１に示される流路切換弁の第１連通状態（回転角度：０度）を示す図であり、（Ａ）は部分切欠（平面視で中心角９０度部分が切欠）斜視図、（Ｂ）は横断面図。

【図4】図１に示される流路切換弁の第２連通状態（回転角度：１８０度）を示す図であり、（Ａ）は部分切欠（平面視で中心角９０度部分が切欠）斜視図、（Ｂ）は横断面図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

【0020】

なお、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、誇張して描かれている場合がある。また、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、図１の方向矢印表示を基準としており、実際の使用状態での位置、方向を指すものではない。

【0021】

図１は、本発明に係る流路切換弁の一実施形態を示す図であり、図１（Ａ）は外観斜視図、図１（Ｂ）は部分切欠（平面視で中心角９０度部分が切欠）斜視図である。また、図２は、図１（Ｂ）の弁体を示す図であり、図２（Ａ）は内部通路側から視た斜視図、図２（Ｂ）は外周通路側から視た斜視図である。

【0022】

図示実施形態の流路切換弁１は、例えば自動車のエンジンルーム内等を流れる流体の流路を多方向に切り換えるロータリー形の四方切換弁として使用されるもので、基本的に、弁室１１を有する金属製の弁本体１０と、弁室１１内に回転自在に配在されたボール状の弁体（ボール弁体ともいう）２０と、弁体２０を回転軸線回りで回転させるべく、弁本体１０の上部に配置されたモータ（回転駆動部）５０と、を備えている。なお、弁体２０の回転軸線（上下方向に延びる軸線）は、後述する底部流入口ｐ１や弁軸２６の中心線と同軸とされている。

【0023】

前記弁本体１０は、横倒し円筒状の基体部材１２とホルダ部材１５とで構成されており、前記基体部材１２は、内部に弁室１１が形成されるとともに、その底部、前部、及び左部にそれぞれ、前記弁室１１に開口する、縦向きの底部流入口ｐ１、前後向きの前部流入口ｐ２、及び横向きの左部流出口ｐ３が設けられている。また、前記基体部材１２の天井部には、弁体２０に連結される弁軸２６が挿通される嵌挿穴１３が設けられている。基体部材１２の右端開口には、前記弁室１１に開口する横向きの右部流出口ｐ４が（基体部材１２の左部流出口ｐ３と対向するように）設けられた短円筒状のホルダ部材１５が、超音波溶着、圧入、かしめ等により内嵌固定されている（図３及び図４も併せて参照）。

【0024】

すなわち、弁本体１０には、弁室１１の底部に開口せしめられた底部流入口ｐ１が設けられるとともに、弁室１１の側部に開口せしめられた左部流出口ｐ３、前部流入口ｐ２、右部流出口ｐ４が９０度の角度間隔をあけて設けられている。

【0025】

前記弁体２０は、例えば合成樹脂や金属等からなり、前記弁本体１０に設けられた底部流入口ｐ１、前部流入口ｐ２、左部流出口ｐ３、及び右部流出口ｐ４を選択的に連通させるべく、言い換えれば、底部流入口ｐ１、前部流入口ｐ２、左部流出口ｐ３、及び右部流出口ｐ４の連通状態を選択的に切り換えるべく、それぞれが独立した流路を形成する内部通路２１と外周通路２２とが設けられている。

【0026】

内部通路２１は、図２（Ａ）を参照すればよく分かるように、弁体２０内をその下部から側部まで貫通する側面視逆Ｌ字状ないしはへ字状かつ断面円形の貫通孔で構成されており、その下部開口が底部流入口ｐ１と常時連通するとともに、その側部開口が左部流出口ｐ３、及び右部流出口ｐ４のいずれかと択一的に連通するようにされている。

【0027】

一方、外周通路２２は、図１（Ｂ）とともに図２（Ｂ）を参照すればよく分かるように、弁体２０の外周にその一側部から他側部（弁体２０の回転軸線に対して一側部とは反対側）に亘って形成された平面視Ｕ字状かつ断面略半円形の凹溝で構成されており、その外面開口が前部流入口ｐ２、左部流出口ｐ３、及び右部流出口ｐ４のうちの隣り合う２つ（つまり、左部流出口ｐ３及び前部流入口ｐ２、又は、前部流入口ｐ２及び右部流出口ｐ４）と選択的に連通するようにされている。

【0028】

また、外周通路（凹溝）２２の中間（内部通路２１の側部開口とは反対側の位置）には、当該外周通路２２を流れる流体を左部流出口ｐ３側に案内する傾斜面２３ａ及び右部流出口ｐ４側に案内する傾斜面２３ｂを有する、平面視略三角形状の案内部２３が形成されている。

【0029】

また、弁体２０の下部（における内部通路２１の下部開口の周り）には、底部流入口ｐ１に内挿される円筒部２４が下向きに突設されるとともに、当該円筒部２４と底部流入口ｐ１との間（図示例では、円筒部２４の外周に形成された環状溝）には、当該円筒部２４と底部流入口ｐ１との摺動面隙間を封止するシール部材としてのＯリング２４Ａが介装されている。

【0030】

なお、弁体２０の上部には、図２（Ａ）、（Ｂ）に示される如くに、平面視Ｔ字状の嵌合溝２５が設けられ、この嵌合溝２５に、モータ５０（の出力軸）に連結される弁軸２６の先端部（に形成された平面視Ｔ字状の係合部）が嵌合されることにより、モータ５０の回転力が弁軸２６を介して弁体２０に伝達されて、当該弁体２０が回転せしめられる。なお、ここでは、弁軸２６に、シール部材としてのＯリング２６Ａが二段介装されている。

【0031】

また、図示例では、弁本体１０の内壁面における左部流出口ｐ３周り及び右部流出口ｐ４周りに、テフロン（登録商標）等から作製され、左部流出口ｐ３周り及び右部流出口ｐ４に対応する開口を持つ円環状のシート部材２８、２８が配在されており、そのシート部材２８、２８の内側に、前記弁体２０が回転摺動自在に配在されている。また、各シート部材２８、２８と弁本体１０との間（具体的には、弁本体１０の基体部材１２の左部流出口ｐ３周りに形成された環状凹溝、及び、弁本体１０のホルダ部材１５の右部流出口ｐ４周りに形成された環状凹溝）には、ゴム等の弾性材料により構成されたシール部材としてのＯリング２９、２９が介装されている。

【0032】

かかる構成の流路切換弁１では、モータ５０によって弁体２０が弁室１１内で回転されると、弁体２０に設けられた内部通路２１と外周通路２２とによって、弁本体１０に設けられた底部流入口ｐ１、前部流入口ｐ２、左部流出口ｐ３、及び右部流出口ｐ４の連通状態が選択的に切り換えられる。

【0033】

具体的には、図３に示される回転位置（弁体２０の回転角度が０度の位置）では、弁体２０の内部に設けられた内部通路２１が、底部流入口ｐ１と連通するとともに、左部流出口ｐ３と連通し、弁体２０の外周に設けられた外周通路２２が、前部流入口ｐ２及び右部流出口ｐ４と連通する。そのため、底部流入口ｐ１から上向きに流入した流体は、内部通路２１内を通って（その流れ方向が左向きに変えられて）左部流出口ｐ３から流出する。一方で、前部流入口ｐ２から後向きに流入した流体は、外周通路２２を通るとともにその外周通路２２の中間に設けられた案内部２３（の傾斜面２３ｂ）によって右部流出口ｐ４側に案内されて（その流れ方向が右向きに変えられて）右部流出口ｐ４から流出する（第１連通状態）。

【0034】

図３に示される回転位置（第１連通状態）から、モータ５０によって弁体２０を１８０度（例えば、上から視て時計回りに１８０度）回転させると、図４に示される如くに、内部通路２１が、底部流入口ｐ１と連通するとともに、右部流出口ｐ４と連通し、外周通路２２が、前部流入口ｐ２及び左部流出口ｐ３と連通する。そのため、底部流入口ｐ１から上向きに流入した流体は、内部通路２１内を通って（その流れ方向が右向きに変えられて）右部流出口ｐ４から流出する。一方で、前部流入口ｐ２から後向きに流入した流体は、外周通路２２を通るとともにその外周通路２２の中間に設けられた案内部２３（の傾斜面２３ａ）によって左部流出口ｐ３側に案内されて（その流れ方向が左向きに変えられて）左部流出口ｐ３から流出する（第２連通状態）。

【0035】

このように、本実施形態の流路切換弁１では、弁室１１の側部に開口せしめられた左部流出口ｐ３、前部流入口ｐ２、右部流出口ｐ４の２つ（左部流出口ｐ３及び前部流入口ｐ２、又は、前部流入口ｐ２及び右部流出口ｐ４）と連通する流路（外周通路２２）が弁体２０の外周に設けられた凹溝から構成されているので、例えば水平方向（横、横方向）に流体を流すための流路が直線状に形成された従来のボール弁体を使用した流路切換弁と比べて、当該流路を流れる流体の圧力損失を小さくできるとともに、その流量を確保することもできる。また、弁体２０と弁本体１０との摺動面積が小さくなるので、弁体２０の駆動トルク（つまり、流路切換に要するトルク）を可及的に低減することもできる。

【0036】

また、弁体２０の下部には、底部流入口ｐ１に内挿される円筒部２４が突設されているので、当該弁体２０を弁室１１内に位置決めして配置できるとともに、その弁体２０の円筒部２４と底部流入口ｐ１との間には、円筒部２４と底部流入口ｐ１との摺動面隙間を封止するシール部材２４Ａが介装されているので、弁室１１と底部流入口ｐ１との間の流体漏れ（弁漏れ）を確実に阻止することができる。

【0037】

さらに、図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示されるように、弁体２０の内部通路２１（の側部開口）が左部流出口ｐ３又は右部流出口ｐ４と対向するときは、弁体２０（の内部通路２１）の周囲はＯリング２９の弾性力により弁体２０側に付勢されたシート部材２８に密着するので、内部通路２１（の側部開口）と左部流出口ｐ３又は右部流出口ｐ４とは良好にシールがなされる。一方、この状態においては、シールを行う必要のない弁体２０の外周通路２２側は、該外周通路２２の存在により、弁体２０とシート部材２８との接触部分が少なくなる。したがって、弁体２０の回転時に必要とされるトルクの軽減に寄与できるといった効果も得られる。

【0038】

なお、上記実施形態では、弁室１１の底部に底部流入口ｐ１が開口せしめられ、弁室１１の側部（左部、前部、右部）に左部流出口ｐ３、前部流入口ｐ２、右部流出口ｐ４が開口せしめられているが、例えば、流入口と流出口とを入れ換えてもよいし、弁室１１の側部に開口せしめられる側部入出口の数や配置構成等を変更してもよいことは言うまでも無い。

【符号の説明】

【0039】

１ 流路切換弁
１０ 弁本体
１１ 弁室
１２ 基体部材
１３ 嵌挿穴
１５ ホルダ部材
２０ 弁体
２１ 内部通路
２２ 外周通路
２３ 案内部
２３ａ、２３ｂ 傾斜面
２４ 円筒部
２４Ａ Ｏリング（シール部材）
２５ 嵌合溝
２６ 弁軸
２６Ａ Ｏリング
２８ シート部材
２９ Ｏリング
５０ モータ
ｐ１ 底部流入口（底部入出口）
ｐ２ 前部流入口（側部入出口）
ｐ３ 左部流出口（側部入出口）
ｐ４ 右部流出口（側部入出口）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】