(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流路を形成した弁体を弁座に押圧しシール可能とし、電動装置により弁体を回動自在とした電動四方弁において、電動装置の駆動軸と弁体の間にローラ軸を設け、ローラ軸には弁箱内周に形成した軌道に沿って転動するローラを有し、該軌道はローラ軸を介し弁体を所定位置で弁座に対して押圧する下方軌道と、該所定位置以外の位置でローラ軸を上昇させ該押圧を解除可能とする上方軌道とを有し、ローラ軸と弁体間には板バネを配設し、弁体には弁箱の所定位置に設けたストッパに当接する突起を設けたことを特徴とする電動四方弁。
【請求項２】
弁体の中央軸部の上面とローラ軸のガイド孔の上面とを略一致させ、該中央軸部の上面に該板バネの中心部を固定し、板バネの周縁をローラ軸の上面に当接させてなる請求項１記載の電動四方弁。
【請求項３】
弁体を収納する弁箱収容部の上部開口に、中心部にモータの駆動軸を密封状態で回動自在に貫通させる孔を有し、外周に弁箱内周に密封状態で嵌合する嵌合突部を有する蓋部材を設けてなる請求項１または請求項２記載の電動四方弁。
【請求項４】
該軌道を弁箱内に固定した下方ガイド部材と、弁箱の収容部を密封する蓋部材で形成してなる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の記載の電動四方弁。
【請求項５】
該軌道の上方軌道を弁体の回転角度以上の角度に設定してなる請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電動四方弁。
【請求項６】
弁体の弁座に当接する部分は、弁体に形成した流路の周縁部分のみとした請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電動四方弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却水回路や循環水回路の水路切り換え等に用いる電動式四方弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
温水や冷水を用いる冷暖房装置や、風呂、給湯装置の水回路において、この水の循環方向を切り換えるために用いる電動式四方弁は、４個の流路に連通している４個の開口を有する弁座に対して、任意の開口を選択的に連通するための２個の流路を内部に形成し４個の開口を有するお椀状の弁体を、密着状態で回動自在とし、電磁装置あるいはモータ等により弁体を回動することにより、弁体の内部流路の開口を弁座の開口に任意に連通させ、水回路の反転切り換え等を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような電動式四方弁においては、４個の開口を有する弁座に対して４個の開口を有する弁体を、水漏れの生じないように密着状態で保持しておかなければならない。一方、このように密着状態に保持されている弁体は、その流路切り換えに際しては弁座上を摺動して回転しなければならず、水漏れを防止するための上記密着力が大きければ大きいほど、回転させる際には弁座と弁体の接触表面間で大きな摩擦力が生じることとなる。
【０００４】
この摩擦力により弁体が回転する際には両者は大きな摩耗を生じるほか、弁座と弁体に４個の開口を有しているため、弁体の回転の際に両者の開口の縁部分で引っかかりを生じ、特にこの部分では大きな摩耗や損傷を生じる。このような摩耗や損傷により弁座と弁体間では水漏れを生じ、弁の機能不良を生じる。特に、内部に流路を形成する弁体をセラミック等で製作し、この弁体に当接する弁座側をシール性の良好なゴム等の弾性体で製作することが多いが、このような場合には水漏れを防止するため弁体を弁座に大きな力で押圧すると、弁体が弁座のゴムに喰い込み、この喰い込み状態で弁体を回転するとゴムの弁座はセラミックの弁体により短期間で摩耗し、頻繁に弁座等を交換しなければならない。
【０００５】
また、弁座と弁体間に、配管の錆やごみ、あるいは砂等を噛み込んだ場合には、弁体の回転によりこれらが弁座等に喰い込み、上記摩耗が更に生じ易くなる。更に、弁体を弁座に対して強力に押圧しシール性を向上しようとすると、弁体の回動時に強い摩擦力を生じるので電動装置には大きな負荷がかかり、電動弁の作動不良を生じ、その対策として強力な電動装置を用いると弁が高価なものとならざるをえない。
【０００６】
したがって、本発明は、弁体の回動時には弁座に対する弁体の押圧力を減少することにより、弁座等の摩耗を減少すると共に電動装置の負荷を軽減し、弁体としての使用時には弁体を弁座に対して強く押圧してシール性を向上させるようにした、電動四方弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、内部に流路を形成した弁体を弁座に押圧しシール可能とし、電動装置により弁体を回動自在とした電動四方弁において、電動装置の駆動軸と弁体の間にローラ軸を設け、ローラ軸には弁箱内周に形成した軌道に沿って転動するローラを有し、該軌道はローラ軸を介し弁体を所定位置で弁座に対して押圧する下方軌道と、該所定位置以外の位置でローラ軸を上昇させ該押圧を解除可能とする上方軌道とを有し、ローラ軸と弁体間には板バネを配設し、弁体には弁箱の所定位置に設けたストッパに当接する突起を設けることにより電動四方弁を構成したものである。
【０００８】
本発明は、上記のように構成したので、ローラ軸のローラが弁箱の軌道における下方軌道に位置しているときには、弁体はローラ軸により弁座に対して押圧されておりこの状態で所定の流路が形成される。この流路を切り換えるに際して電動装置を作動して駆動軸を回転させると、ローラ軸のローラは最初下方軌道部分を回転するので、弁体は弁座に強く押しつけられたままで摩擦力が大きいので、ローラ軸のみ回転し弁体は回転しない。
【０００９】
駆動軸が更に回転し、ローラ軸のローラが上方軌道に移行するときローラ軸は次第に上昇し、それにより弁体がローラ軸と共に上昇する。この時弁体は弁座との摩擦力が減少するので、ローラ軸と共に弁体が回転を開始する。駆動軸が更に回転し、ローラ軸が完全に上方軌道に移行するとローラ軸は完全に上昇し、弁体がローラ軸に追従して回転する。弁体の突起が弁箱内の所定位置に設けたストッパに当接すると回転が停止し、ローラ軸のみが駆動軸と共に回転する。この弁体の回転時には、弁座に対する押圧力が軽減されているので、電動装置は小さな負荷で回転し、しかも弁体と弁座との摩擦力の減少により摩耗が防止され、ごみ等がこの部分に噛み込むことも防止される。
【００１０】
駆動軸が更に回転し、ローラ軸が下方軌道に移行すると、ローラ軸によって弁体が弁座に対して押圧され、弁座部分のシールを確実に行う。この状態で電動装置を停止すると、弁体は流路を切り換えた状態で停止する。流路を元の状態に戻す際には、電動装置を逆転すると、上記と同様の作動により流路は切り換えられる。
【００１１】
【発明の実施の態様】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図１ないし図４に示すように、両側面に各々２個の流体流路接続部１，２，３，４を備えた弁箱５は、内部に有底円筒状の収容部６を備え、その底部７には各流路接続部内の流路に連通する弁ポート８，９，１０，１１が、中心から等距離に且つ互いに等間隔に形成されている。収容部６の底部７には弁座を形成するゴムシート１２が固定されており、ゴムシート１２には各弁ポートに一致する弁孔が形成されている。
【００１２】
ゴムシート１２上には内部に第１流路１３と第２流路１４を形成した略逆椀状の弁体１５が配置されており、第１流路１３及び第２流路１４を画成する周縁部のみにおいてゴムシート１２に密着可能とされている。弁体１５の外周には、互いに１８０度離れている位置に突起１９，１６を備えており、この突起１９，１６は弁箱５内収容部６の周面に形成された第１溝１７、第２溝１８内を摺動し、各溝の端部としてのストッパ２０，２１，２２，２３と当接可能となっている。
【００１３】
弁体の上面中央部には中央軸部２４が設けられると共に、その周囲に上方に突出する上面突起２５が形成されている。中央軸部２４は、弁体１５の上面突部２５に載置当接されるローラ軸２６のガイド孔２７に遊嵌されており、中央軸部２４の上面２８とローラ軸２６のガイド孔２７の周囲上面２９とは略等しい高さとされている。この周囲上面２９の外周部には、この部分より高く形成された段部３０が形成されている。
【００１４】
中央軸部２４の上面２８には、その中心位置にネジ３１により円板状の板バネ３２が固定されている。板バネ３２の外周は、ローラ軸２６の上面の段部３０に載置され、その弾性力により弁体１５の円柱突部２５を上方に持ち上げる力が生じており、それによって弁体１５の上面突部２５はローラ軸２６の下面に当接する力が付与されている。
【００１５】
ローラ軸２６には、互いに１８０度離れた位置に放射状にローラ軸部３３が突出されており、各ローラ軸部３３には、ローラ３４が回転自在に支持されている。このローラ３４は、弁箱５の収容部６内に設置した下ガイド部材３５の上面に形成される下方軌道面３６と、弁箱５の上面開口に載置嵌合されれる蓋部材３７の下面外周に形成される上方軌道面３８との間に形成された軌道４０内で転動可能とされている。下方軌道面３６と上方軌道面３８は、図５に示すように等間隔で平行面をなしている。
【００１６】
軌道４０は、図５に示すように、両端の下方軌道部４０１，４０２とその間の上方軌道部４０３、及び両軌道部の間において両軌道をつなぐ移行軌道部４０４、４０５からなっている。下方軌道部４０１、４０２は略２０度の範囲に、移行軌道部４０４，４０５も略２０度の範囲に、上方軌道部４０３は約１００度の範囲に形成されている。この軌道内でローラ３４が転動するとき、後述するようにローラ３４が下方軌道部４０１，４０２に位置するときには、上方軌道面３８に当接し、上方軌道部４０３に位置するときには、下方軌道面３６に当接する。また、その移行部においては、略５度過ぎたとき次の軌道面と同じ高さとなるように設定されている。
【００１７】
ローラ軸２６には、互いに１８０度離れた位置に放射状にアーム４１を備えており、アーム４１はローラ軸部３３とは９０度離れている。アーム４１には係合孔４２を備えており、この係合孔４２には、回動軸４６が嵌合されており、この回動軸４６は、電動装置としてのモータ４３で回転される駆動軸４４から互いに１８０度離れた位置で放射状に延びる回動アーム４５の先端から下方に延出されている。
【００１８】
蓋部材３７の中心部には軸支持孔４７を備え、軸支持孔４７内の駆動軸４４はＯリング４８によってシールされつつ回動自在に支持されている。また、蓋部材３７は、弁箱５の収容部６内に嵌合する嵌合突部４９を備え、嵌合突部４９の外周面の溝にはＯリング５０が設けられ、収容部６の内周面との間でシール部分を形成している。蓋部材３７の上方にはモータ４３が固定されている。
【００１９】
上記構成からなる電動四方弁５１の作動に際しては、最初、図１ないし図３に示す状態に弁体１５が存在するとする。この状態においては、弁体１５は弁ポート８と弁ポート１０とは第１流路１３で連通され、弁ポート９と弁ポート１１とは第２流路１４で連通されている。このとき、弁体１５の突起１９はストッパ２１に、また、突起１６はストッパ２３に当接されている。また、ローラ軸２６のローラ３４は、軌道４０において下方軌道部４０１の端部に位置しており、下方軌道部４０１における上方軌道面３８に当接している。このように、ローラ３４が下方軌道部４０１に位置しているので、ローラ軸２６は下方に押し下げられており、それによりローラ軸２６の下面で弁体１５の上面突起２５を介して弁体１５を押し下げ、弁体１５の下面をゴムシート１２に強い力で押圧し確実なシール作用を行う。この時、弁体１５の下面は、内部に形成された流路の外周縁部分のみによってゴムシート１２に当接されているので、シール面圧が強く、確実なシール作用が得られる。
【００２０】
この流路形成状態から、図４に示すように弁ポート８と弁ポート９とが第２流路１４で連通され、弁ポート１０と弁ポート１１とを第１流路１３で連通させるには、モータ４３を駆動して弁体１５を図３において時計方向に回動させる。モータ４３の駆動により駆動軸４４が回動され、回動アーム４５、回動軸４６を介してローラ軸２５が回転される。
【００２１】
この回転の初期においては、ローラ軸２６のローラ３４は、軌道４０における下方軌道部４０１の端部から移行軌道部４０４の端部まで回転する。このとき、ローラ３４は下方軌道部４０１において上方軌道面３８に沿って移動する。このときはローラの高さは変わらないので、ローラ軸の下面は弁体１５の上面突起２５を押圧し、弁体１５をゴムシート１２に強く押しつけているので、弁体１５とゴムシート１２との摩擦力は非常に大きく、しかも、ローラ軸２６と弁体１５の中央軸部２４間に存在する板バネ３２の付勢力は弱いので、両者は板バネ３２の部分で滑り、弁体の中央軸部２４はローラ軸２６のガイド孔２６内で摺動し、ローラ軸２６が上記のように回動しても弁体１５はその位置から動かない。
【００２２】
モータ４３の作動をさらに続け、ローラ軸２６を更に回転させると、ローラ３４は、軌道４０において２０度回転した位置で移行軌道部４０４に入り、ローラ３４は上方軌道面３８に沿って移動しているので、この部分においても上方軌道面３８に沿って移動し、その結果、ローラ軸２６全体が上方に持ち上げられ始める。それにより、弁体１５はその中央軸部２４において板バネ３２により持ち上げる力が作用し、弁体１５の下面はゴムシート１２から持ち上げられ始める。その結果、両者の摩擦力は減少し、この弁体１５の中央軸部とローラ軸間の板バネ３２の摩擦力が、弁体１５とゴムシート１２間の摩擦力に打ち勝って、弁体１５はローラ軸２６とともに回転を始める。
【００２３】
ローラ軸２６が更に５度程度回転し、ローラ軸２６のローラ３４が、軌道４０の上方軌道面３８に圧接することにより、弁体１５をゴムシート１２に押しつける作用が実質的になくなると、弁体１５はローラ軸２６との重力のみによってゴムシート上に当接する状態となり、この状態でローラ３４は軌道４０内において、上方軌道面３８から離れる。ローラ軸２６が更に１０度程度回転すると、ローラ３４は下方軌道面３６に当接するに至り、ローラ３４は下方軌道面３８によって上方に持ち上げられ、弁体１５はゴムシート１２とほとんど接触しない程度の状態となり、ローラ３４は上方軌道部４０３に入り、この部分の下方軌道面３６に案内されつつ回転を続ける。
【００２４】
モータ４３をこのまま連続的に回転させると、ローラ軸２６は弁体１５を伴って回転を続ける。このとき弁体の突起１９，１６は各々弁箱の第１溝１７及び第２溝１８内で回転を続ける。弁体１５が当初の位置から９０度回転すると、突起１９，１６は、各々第１溝１７の端部としてのストッパ２０と第２溝の端部としてのストッパ２３に当接し、回転が停止される。その結果、ローラ軸２６のみが回転を続け、ローラ３４が上方軌道部４０３から移行軌道部４０５に至り、下方軌道面３６が弁体を支持しなくなり、弁体１５とローラ軸２６の重力により、弁体１５がゴムシート１２を押圧する状態となり、ローラ軸２６が更に回転すると、ローラ３４が移行軌道部４０５において上方軌道面３８に当接するに至る。その結果、ローラ軸２６は弁体１５とともに上方軌道面３８によって下方に押しつけられ、弁体１５はゴムシート１２上に押しつけられる。なお、上方軌道部４０３は図中１００度に設定しており、この角度は弁体１５の回転角度９０度より大きく設定され、弁体がストッパに当接した後もローラ軸が回転し得るようにし、弁体が確実にストッパの位置まで回転できるようにしてある。
【００２５】
ローラ軸２６が更に回転し、ローラ３４が下方軌道部４０２に入ると、ローラ３４は上方軌道面３８によって最も下方まで押し下げられ、弁体１５は、前記停止状態のままゴムシート１２に強く押しつけられ、確実なシールを行う。このとき、弁体１５は、図４に示す状態に保持され、図３の状態から図４の状態に流路は完全に切り換えられる。
【００２６】
図４に示す流路の連通状態から図３に示す状態に切り換える際には、モータ４３を逆転させる。この時も上記作動と同様にして、最初はローラ軸２６のみが回転し、上方軌道面３８によってローラ３４を押圧する作用がなくなるところで弁体１５が回転を始め、弁体は９０度回転してストッパに当接して回転が停止され、ローラ軸２６のみがそのまま回転し、ローラ軸２６は再び上方軌道面で下方に押圧され、弁体１５をゴムシート１２に押しつける。このようにして、温水や冷水を用いる冷暖房装置や、風呂、給湯装置の水回路において、この水の循環方向を任意に切り換えることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成したので、弁体の回動時には弁座に対する弁体の押圧力を減少することにより、弁座等の摩耗を減少することができるので、弁体や弁座の摩耗を減少させることができ、弁体と弁座との間に配管の錆やごみ等を噛み込ませることがなくなり、また、弁体を駆動する電動装置の負荷を軽減することができる。さらに、弁体としての使用時には弁体を弁座に対して強く押圧してシール性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】図１の９０度異なる方向の断面図である。
【図３】図１のＡーＡ部分断面図である。
【図４】図３の弁体の流路の切り換え状態を示す断面図である。
【図５】軌道とローラの関係を示す説明図である。
【図６】図１のＢーＢ部分断面図である。
【符号の説明】
１，２，３，４  流体流路接続部
５  弁箱
６  収容部
７  底部
８，９，１０，１１  弁ポート
１２  ゴムシート
１３  第１流路
１４  第２流路
１５  弁体
１６，１９  突起
１７  第１溝
１８  第２溝
２０，２１，２２，２３  ストッパ
２４  中央軸部
２５  上面突起
２６  ローラ軸
２７  ガイド孔
２８  上面
２９  周囲上面
３０  段部
３１  ネジ
３２  板バネ
３３  ローラ軸部
３４  ローラ
３５  下ガイド部材
３６  下方軌道面
３７  蓋部材
３８  上方軌道面
４０  軌道
４０１，４０２  下方軌道部
４０３  上方軌道部
４０４，４０５  移行軌道部
４１  アーム
４２  係合孔
４３  モータ
４４  駆動軸
４５  回動アーム
４６  回動軸
４７  軸支持孔
４８  嵌合突部
５０  Ｏリング
【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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【図６】
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