特許 7562195 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(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-27

(45)【発行日】2024-10-07

(54)【発明の名称】流路切換弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 11/076 20060101AFI20240930BHJP

   F16K 11/087 20060101ALI20240930BHJP

【ＦＩ】

F16K11/076 Z

F16K11/087 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2024064196

(22)【出願日】2024-04-11

【審査請求日】2024-04-11

【早期審査対象出願】

(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】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 大介

【審査官】山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６４－０３６７７１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１９３０３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ １１／０７６

Ｆ１６Ｋ １１／０８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に弁室が形成されると共に、前記弁室に開口した複数の入出口が設けられた弁本体と、
前記弁室内に回転自在に配置され、かつ内部に流路が形成された弁体と、
前記弁体と前記入出口が形成された前記弁室の壁面との間に配置され、前記弁体側に前記弁体の外周シール面と密着可能な内側シール面を有する環状のシート部材と、
前記シート部材と前記入出口の形成された前記壁面との間に配置される環状のサポート部材と、
前記サポート部材と前記入出口の形成された前記壁面との間に配置され、前記サポート部材を前記弁体側へ押し付ける第１の位置と前記サポート部材の前記弁体側への押し付けを解除する第２の位置との間を前記弁体とは別個に移動可能なカム部材と、
を有する流路切換弁。

【請求項2】

前記カム部材は、第１の方向、及び第１の方向とは反対方向へ移動可能に設けられ、
前記カム部材が前記第１の方向へ移動した際には、前記サポート部材を前記弁体側へ押し付ける、
請求項１に記載の流路切換弁。

【請求項3】

前記弁体を回転させる回転軸と、
前記カム部材に設けられ、前記回転軸の外側に外挿される筒状の軸部と、
前記軸部に形成される雄ネジと、
前記雄ネジに螺合する雌ネジを有する回転ナットと、
を備え、
前記カム部材は、前記回転ナットの正逆回転により前記第１の方向、及び前記第１の方向とは反対方向に移動する、
請求項２に記載の流路切換弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、流路切換弁に係り、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流路切換弁に関する。

【背景技術】

【0002】

弁体の回転動作によって、流路を切り換えるタイプの流路切替弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

この種の流路切換弁では、モータを含む回転駆動部を用いて弁体を回転駆動している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－２２３３０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の流路切換弁では、弁室に、互いに対向した一対の流出口に対応して環状に形成された一対のシート部材が配置され、この一対のシート部材の間にボール状の弁体が回転摺動自在に配置されている。

【0006】

この流路切換弁では、シート部材の弁体側とは反対側に圧縮コイルばねが圧縮状態で配置されており、圧縮コイルばねがシート部材を弁体に常に押し付けている。このため、シート部材と弁体との間に摩擦が生じており、流路切換時に弁体を回転させるには大きな回転力、即ち、大きなトルクを必要とし、改善の余地がある。

【0007】

本開示は上記事実を考慮し、小さなトルクで弁体を回転可能とする流路切換弁の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の態様に係る流路切換弁は、内部に弁室が形成されると共に、前記弁室に開口した複数の入出口が設けられた弁本体と、前記弁室内に回転自在に配置され、かつ内部に流路が形成された弁体と、前記弁体と前記入出口が形成された前記弁室の壁面との間に配置され、前記弁体側に前記弁体の外周シール面と密着可能な内側シール面を有する環状のシート部材と、前記シート部材と前記入出口の形成された前記壁面との間に配置される環状のサポート部材と、前記サポート部材と前記入出口の形成された前記壁面との間に配置され、前記サポート部材を前記弁体側へ押し付ける第１の位置と前記サポート部材の前記弁体側への押し付けを解除する第２の位置との間を移動可能なカム部材と、を有する。

【0009】

第１の態様に係る流路切換弁では、弁体を回転させることで、弁室の複数の入出口の連通状態を、弁体の流路を通じて選択的に切り替えることができる。

【0010】

一の入出口と他の入出口とを弁体の流路を通じて連通させ、一の入出口と他の入出口との間で流体を流す場合には、カム部材を第１の位置に移動してカム部材でサポート部材を弁体側へ押し付け、シート部材の内側シール面を弁体の外周シール面に密着させる。これにより、シート部材と弁体との間からの流体の漏れが抑制される。

【0011】

入出口の連通状態を切り替える場合には、弁体を回転させる前に、カム部材を第２の位置に移動してカム部材によるサポート部材の押し付けを解除する。これにより、シート部材の内側シール面が弁体の外周シール面に押し付けられなくなり、小さなトルクで弁体を回転させることができる。

【0012】

第２の態様に係る流路切換弁は、第１の態様に係る流路切換弁において、前記カム部材は、第１の方向、及び第１の方向とは反対方向へ移動可能に設けられ、前記カム部材が前記第１の方向へ移動した際には、前記サポート部材を前記弁体側へ押し付ける。

【0013】

第２の態様に係る流路切換弁では、カム部材を第１の方向へ移動させることで、サポート部材を弁体側へ押し付けることができる。また、カム部材を第１の方向とは反対方向へ移動させることで、サポート部材による弁体側への押し付けを解除することができる。

【0014】

第２の態様に係る流路切換弁では、カム部材の第１の方向への移動、及び第１の方向とは反対方向への移動という簡単な動作で、サポート部材によるシート部材への押し付け、及び押し付けの解除を容易に行うことができる。

【0015】

第３の態様に係る流路切換弁は、第２の態様に係る流路切換弁において、前記弁体を回転させる回転軸と、前記カム部材に設けられ、前記回転軸の外側に外挿される筒状の軸部と、前記軸部に形成される雄ネジと、前記雄ネジに螺合する雌ネジを有する回転ナットと、を備え、前記カム部材は、前記回転ナットの正逆回転により前記第１の方向、及び前記第１の方向とは反対方向に移動する

【0016】

第３の態様に係る流路切換弁では、回転軸を回転させることで、弁体を回転させることができる。

【0017】

また、回転ナットを回転させると、回転ナットの雌ネジに螺合する雄ネジが形成された軸部を有したカム部材を、直線的に移動させることができる。言い換えると、回転ナットを正逆回転させることで、カム部材を第１の方向、及び第１の方向とは反対方向に移動させることができる。

【発明の効果】

【0018】

以上説明したように本開示の流路切換弁によれば、小さなトルクで弁体を回転させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本開示の一実施形態に係る流路切換弁を示す縦断面図である。

【図2】図１に示す流路切換弁の２-２線断面図である。

【図3】カム部材を上限位置に移動した流路切換弁を示す縦断面図である。

【図4】弁体の向きを切り換えた流路切換弁を示す縦断面図である。

【図5】カム部材を下限位置に移動した流路切換弁を示す縦断面図である。

【図6】図５に示す流路切換弁の６-６線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本開示の一実施形態に係る流路切換弁１０を図面を参照して説明する。

【0021】

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、本開示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、図面の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。なお、一例として、矢印Ｕ方向は上方向、矢印Ｄ方向は下方向を示す。

【0022】

図１は、本開示の一実施形態に係る流路切換弁１０を示す縦断面図であり、図２は、図１に示す流路切換弁１０の水平断面図（２－２線断面図）である。

【0023】

図１、及び図２に示すように、本実施形態の流路切換弁１０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三方切換弁として使用されるものである。
流路切換弁１０は、弁室１２を有する立方体形状の弁本体１４を備えている。

【0024】

本実施形態の弁本体１４は、上部が開口した箱部材１６と、箱部材１６の上部開口を塞ぐ第１蓋部材１８と、第１蓋部材１８の中央に形成された円筒部１８Ａの上部開口に取り付けられる環状の第２蓋部材２０とを備えている。

【0025】

箱部材１６、第１蓋部材１８、及び第２蓋部材２０は、例えば合成樹脂製や金属製とされている。弁本体１４の内部には弁室１２が形成され、箱部材１６には、水平方向である図面矢印Ｆ方向側、矢印Ｌ方向側、及び矢印Ｒ方向側に、弁室１２に開口する横向きの流入口２２、第１流出口２４、及び第２流出口２６が設けられている。

【0026】

箱部材１６には、後述する弁体２８、回転ナット３０、カム部材３２、シート部材３４、及びサポート部材３６が収容されている。

【0027】

弁体２８は、例えば合成樹脂や金属等からボール状に形成され、前記弁本体１４に設けられた流入口２２、及び第１流出口２４、及び第２流出口２６を選択的に連通させるべく、言い換えれば、流入口２２、及び第１流出口２４、及び第２流出口２６の連通状態を選択的に切り換えるべく、内部にＬ字状に形成された流路（内部流路）３８が設けられている。

【0028】

弁体２８の上部に中央には上下方向に延びる回転軸の一例としての回転軸２８Ａが一体的に設けられている。回転軸２８Ａは、モータ（図示省略）等を含んで構成される第１回転駆動装置４０に連結され、第１回転駆動装置４０の回転力が回転軸２８Ａを介して弁体２８に伝達されて、当該弁体２８が回転する。

【0029】

弁本体１４の第１流出口２４側、及び第２流出口２６側には、合成樹脂（テフロン（登録商標）等）で形成され、第１流出口２４、及び第２流出口２６に対応する開口を持つ環状のシート部材３４が配置されている。弁体２８は、シート部材３４とシート部材３４との間（内側）に配置されている。

【0030】

シート部材３４において、弁体２８側の内周（面）における開口周りの部分は、曲面（凹状の球面の一部）で構成され、弁体２８の外周シール面（曲面）２８Ｆと摺動可能となる内周シール面３４Ｆとされている。

【0031】

シート部材３４には、弁体２８側とは反対側の側面に、開口の外側にＯリング溝４２が形成されている。Ｏリング溝４２には、弾性体からなるＯリング４４が嵌め込まれている。Ｏリング溝４２に嵌め込まれたＯリング４４は、一部分がシート部材３４の側面から突出している。

【0032】

シート部材３４の弁本体１４側とは反対側には、環状に形成された板状のサポート部材３６が配置されている。

【0033】

サポート部材３６は、全体的に一定厚さに形成されているが、シート部材３４とは反対側の側面上部に、上方に向けて板厚が徐々に漸減するように形成されたテーパー面３６Ｔが設けられている。

【0034】

弁室１２の内部には、弁本体１４、シート部材３４、及びサポート部材３６の上側に、カム部材３２が設けられている。

【0035】

カム部材３２は、弁本体１４、シート部材３４、及びサポート部材３６の上側に、水平方向に配置される板状の基部４６を備えている。基部４６の上部中央には軸部の一例としての円柱部４８が一体的に形成されている。カム部材３２には、円柱部４８、及び基部４６を貫通する貫通孔５０が形成されており、この貫通孔５０に、回転軸２８Ａが貫通している。なお、円柱部４８は、貫通孔５０が形成されることで、筒状となっている。

【0036】

円柱部４８の外周には、雄ネジ５２が形成されており、この雄ネジ５２に回転ナット３０が螺合している。

【0037】

基部４６の下面には、矢印Ｌ方向側、及び矢印Ｒ方向側の端部分に、下方に向けて板厚が漸減するように形成された楔状のテーパーカム４９が形成されている。このカム部材３２のテーパーカム４９は、サポート部材３６のテーパー面３６Ｔと対向するように基部４６の下面に形成されている。

【0038】

ここで、弁体２８の回転軸２８Ａは、モータ等を含んで構成された第１回転駆動装置４０から駆動力を得て、正逆方向（図２の時計回り方向（ＣＷ）、及び反時計回り方向（ＣＣＷ））に回転される。

【0039】

回転ナット３０は、モータ等を含んで構成された第２回転駆動装置５４から駆動力を得て、正逆方向（図２の時計回り方向（ＣＷ）、及び反時計回り方向（ＣＣＷ））に回転される。

【0040】

一例として、回転ナット３０が正転（図２の時計回り方向に回転）すると、カム部材３２は回転せずに箱部材１６の内壁に案内されて上方に移動し、回転ナット３０が逆転（図２の反時計回り方向に回転）すると、カム部材３２は回転せずに下方に移動する。
なお、図１では、カム部材３２が下限位置（第１の位置）に移動された状態が示され、図３では、カム部材３２が上限位置（第２の位置）に移動された状態が示されている。

【0041】

（作用、効果）
次に、本実施形態の流路切換弁１０の作用、効果を説明する。
図１、及び図２には、流入口２２と第１流出口２４とを弁体２８の流路３８で連通させた状態（第１の状態）の流路切換弁１０が示されている。

【0042】

流入口２２と第１流出口２４とを連通させた流路切換弁１０では、図１、及び図２に示すように、カム部材３２が下限位置に移動されており、この状態では、サポート部材３６がシート部材３４に接近してＯリング４４が圧縮され、Ｏリング４４の弾発力によってシート部材３４が弁体２８に向けて付勢されている。

【0043】

これにより、シート部材３４の内周シール面３４Ｆが、弁体２８の外周シール面２８Ｆに密着し、シート部材３４とサポート部材３６との間の隙間がＯリング４４でシールされる。

【0044】

次に、流入口２２と第１流出口２４とを連通させた状態（第１の状態）から、流入口２２と第２流出口２６とを連通させる状態（第２の状態）に切り替える際の順番を説明する。

【0045】

先ず、第２回転駆動装置５４で回転ナット３０を正転させ、図３に示すように、カム部材３２を上限位置まで上昇させる。カム部材３２を上限位置まで上昇させることで、サポート部材３６のテーパー面３６Ｔとカム部材３２のテーパーカム４９の傾斜面とが摺動する。Ｏリング４４の弾発力を受けたサポート部材３６はシート部材３４から離間する方向に移動し、シート部材３４がＯリング４４で弁体２８側へ付勢されなくなる（なお、Ｏリング４４が、サポート部材３６の側面から離間する場合もある。）。

【0046】

このようにカム部材３２を上限位置まで上昇させると、シート部材３４が弁体２８を押し付けなくなるので、小さいトルクで弁体２８を回転させることができる状態となる。言い換えれば、第１回転駆動装置４０に、発生するトルクが小さいものを用いることができる。

【0047】

図４に示すように、弁体２８の流路３８で、流入口２２と第２流出口２６と連通（第２の状態）させるように、第１回転駆動装置４０で回転軸２８Ａを回転させる。この回転時では、シート部材３４が弁体２８を押し付けないので、第１回転駆動装置４０は、小さいトルクで弁体２８を回転させることができる。

【0048】

次に、図４の状態から、第２回転駆動装置５４で回転ナット３０を逆転させ、カム部材３２を下限位置まで下降させる。

【0049】

カム部材３２を下限位置まで下降させると、サポート部材３６がシート部材３４へ接近する方向に移動し、Ｏリング４４がサポート部材３６で圧縮され、シート部材３４が弁体２８側へ付勢される。

【0050】

これにより、シート部材３４とサポート部材３６との間の隙間がＯリング４４でシールされ、シート部材３４の内周シール面３４Ｆが弁体２８の外周シール面２８Ｆに密着し、流入口２２と第２流出口２６とを連通（第２の状態）させることができる。

【0051】

なお、Ｏリング４４がシート部材３４とサポート部材３６との間で圧縮されている状態では、シート部材３４の内周シール面３４Ｆが弁体２８の外周シール面２８Ｆに密着するように押し付けられ、弁体２８と第１流出口２４、弁体２８と第２流出口２６との間の漏れ（弁漏れ）が抑制される。

【0052】

このように、本実施形態の流路切換弁１０では、カム部材３２の上下方向の移動という簡単な操作で、シート部材３４による弁体２８への押し付け、及び押し付けの解除を容易に行うことができ、流路を切り換える際には、軽いトルクで弁体２８を回転させることができる。

【0053】

［その他の実施形態］
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

【0054】

上記実施形態では、Ｏリング４４を、シート部材３４に形成したＯリング溝４２に取り付けたが、本開示はこれに限らず、サポート部材３６にＯリング溝４２を形成し、サポート部材３６に形成したＯリング溝４２にＯリング４４を取り付ける構成としてもよい。

【0055】

上記実施形態では、弁体２８としてボール状の弁体（ボール弁体）を採用しているが、回転に応じて流路を切り換えられれば、ボール状の弁体２８に替えて、例えば円筒状の弁体（円筒弁）を使用してもよいし、使用用途等に応じてその内部に形成される内部流路の形状等を変更してもよいことは勿論である。

【0056】

また、上記実施形態では、弁体２８と回転軸２８Ａとを一体に成形されていたが、弁体２８と回転軸２８Ａとが別部品で（別体として）構成されていてもよい。

【0057】

上記実施形態では、回転軸２８Ａを第１回転駆動装置４０で回転させ、回転ナット３０を第２回転駆動装置５４で回転させたが、内側回転軸と外側回転軸とを備えた１台の二軸同軸モータ（２軸一体型モーターとも呼ばれる）を用いて回転軸２８Ａと回転ナット３０とを個別に回転させることもできる。

【0058】

弁本体１４に形成される入出口（流入口、流出口）の数や配置構成は、当該流路切換弁１０の適用箇所等に応じて、適宜に変更できることは言うまでも無い。上記実施形態では、流路切換弁１０として三方弁を例にとって説明したが、例えば、二方弁や、四方以上の切換弁としてもよいことは言うまでも無い。

【0059】

また、上記実施形態の流路切換弁１０は、車両におけるエンジンルーム内等（エンジン冷却用回路や電子機器冷却用回路等）の流路切換用に使用されるものとしているが、用途はこれに限らず、例えば給湯設備における流路切換用に使用してもよいことは勿論である。

【符号の説明】

【0060】

*
１０ 流路切換弁
１２ 弁室
１４ 弁本体
２８ 弁体
２８Ａ 回転軸
３０ 回転ナット
３２ カム部材
３４ シート部材
３６ サポート部材
４８ 軸部
５２ 雄ネジ

【要約】

【課題】小さなトルクで弁体を回転可能とする流路切換弁を提供する。
【解決手段】流路切換弁は、内部に弁室が形成されると共に、弁室に開口した複数の入出口が設けられた弁本体と、弁室内に回転自在に配置され、かつ内部に流路が形成された弁体と、弁体と入出口が形成された弁室の壁面との間に配置され、弁体側に弁体の外周シール面と密着可能な内側シール面を有する環状のシート部材と、シート部材と入出口の形成された壁面との間に配置される環状のサポート部材と、サポート部材と入出口の形成された壁面との間に配置され、サポート部材を弁体側へ押し付け可能な第１の位置とサポート部材の弁体側への押し付けを解除する第２の位置との間を移動可能なカム部材とを有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】