(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ポートから弁本体内の弁室に流入した流体を上記入口ポートの両側の上記弁本体に対し上記入口ポートと同じ側にある二つの出口ポートに切換えて流出させる３ポートの流体切換弁であって、上記弁室の両側の対向壁に各出口ポートに通じる第１及び第２の弁座をそれぞれ設け、弁室内に、それらの弁座に選択的に着座して、入口ポートをいずれかの出口ポートに連通させると共に他方の出口ポートを閉鎖するポペットタイプの弁体を配設したものにおいて、
上記第１及び第２の弁座を、上記弁室に凹設され、弁体の周囲における該弁体の厚さの少なくとも２分の１が埋入する深さの弁座孔の内底部に設け、
上記弁室壁の入口ポートに対面する部分において、弁室内壁面と二つの弁座孔の周壁面を一連の部分円筒面により形成し、
該弁座孔の内径Ｄと弁座の内径ｄの差として形成される弁座用段差の幅ｓを、
ｓ≦０．０３ｄ＋３〔ｍｍ〕
とした、
ことを特徴とする流体切換弁。
【請求項２】
入口ポートから弁本体内の弁室に流入した流体を上記入口ポートの両側の上記弁本体に対し上記入口ポートと同じ側にある二つの出口ポートに切換えて流出させる３ポートの流体切換弁であって、上記弁室の両側の対向壁に各出口ポートに通じる第１及び第２の弁座をそれぞれ設け、弁室内に、それらの弁座に選択的に着座して、入口ポートをいずれかの出口ポートに連通させると共に他方の出口ポートを閉鎖するポペットタイプの弁体を配設したものにおいて、
上記第１及び第２の弁座を、上記弁室に凹設され、弁体の周囲における該弁体の厚さの少なくとも２分の１が埋入する深さの弁座孔の内底部に設け、
上記弁本体を、本体ボディにエンドブロックを接合することにより構成し、
上記本体ボディは、少なくとも入口ポート及び該入口ポートから一方の弁座を通して一方のポートに通じる流路を備えると共に、弁体を駆動するロッドを、該弁体が上記弁座に接離する方向に摺動するように貫通させ、かつ該ロッドに取付けた弁体を両弁座に着座させるための駆動手段を付設することにより構成し、
上記エンドブロックは、他方のポートに通じる弁座及び該弁座から該ポートに至る流路を設けることにより構成した、
ことを特徴とする流体切換弁。
【請求項３】
上記第１及び第２の弁座からそれぞれの出口ポートに通じる流路にエルボ状の屈曲部を形成し、該屈曲部における外周側の曲率半径Ｒを、
Ｒ＝０．５ｄ〜１ｄ
とした、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の流体切換弁。
【請求項４】
上記弁本体が、上記第１及び第２の弁座の間を延びてこれらの弁座と上記入口ポートとを結ぶ第１の流路と、上記第１の弁座と一方の出口ポートとを結ぶ第２の流路と、上記第２の弁座と他方の出口ポートとを結ぶ第３の流路とを有し、これらの各流路は、対応する各ポートに向かって流路幅が拡大すると共に、上記第１及び第２の弁座に連通する位置の流路幅が最小で、その最小の流路幅が上記第１及び第２の弁座の内径と同じである、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の流体切換弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３ポートの流体切換弁に関するものであり、特に、構成がコンパクトでありながら大きな流量係数を持つ流体切換弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
３ポートの流体切換弁として、入口ポートから弁室内に流入した流体（液体）を両側の二つのポートに切換えて流出させるようにしたものは、従来から一般的に知られている。この種の流体切換弁において、入口ポートから流体が流入する弁室の両側の対向壁に、二つのポートに通じる弁座をそれぞれ設け、弁室内に、それらの弁座に選択的に着座して、入口ポートを一方のポートに連通させると共に他方のポートを閉鎖するポペットタイプの弁体を配設したものでは、次のような問題点を有している。
【０００３】
即ち、上記流体切換弁では、外形を大きくすることなく流量を増大させるために、通常、可能な範囲内で入口ポートから弁室に至る流路や弁室自体の断面積を大きくするように考慮されるが、種々の実験の結果、任意に流路を拡大しても、よどみ部分や流路断面を急激に変化させて流れを乱す部分をつくるなど、流量の増大に有効に作用するところが少なく、逆効果になることもあり、結果的に、部分的に急激な絞りが形成されるようなところ、具体的には、弁体の背後で該弁体の一部が流路中に突出することにより急激な絞りが形成されている部分や、弁座を設けるために形成される急激な絞り部分等において、その絞りを可及的に急激でないものとすることにより、流量係数を十分に高め得ることを確かめた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した知見に基づいてなされたもので、その技術的課題は、基本的には、上述した３ポートの流体切換弁において、構成をコンパクトなものとしておきながら大きな流量係数を持つように構成することにある。
本発明の他の技術的課題は、上記知見に基づき、弁体の背後における弁体の一部の突出による急激な絞りや、弁座における絞りを可及的に急激でないものとして、流体切換弁の流量係数を高めることにある。
本発明の他の技術的課題は、上記流量係数を高めた流体切換弁を、製造及び組立が簡単な構成を有するものとして提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の流量切換弁は、入口ポートから弁本体内の弁室に流入した流体を上記入口ポートの両側の上記弁本体に対し上記入口ポートと同じ側にある二つの出口ポートに切換えて流出させる３ポートの流体切換弁であって、上記弁室の両側の対向壁に各出口ポートに通じる第１及び第２の弁座をそれぞれ設け、弁室内に、それらの弁座に選択的に着座して、入口ポートをいずれかの出口ポートに連通させると共に他方の出口ポートを閉鎖するポペットタイプの弁体を配設したものにおいて、上記第１及び第２の弁座を、上記弁室に凹設され、弁体の周囲における該弁体の厚さの少なくとも２分の１が埋入する深さの弁座孔の内底部に設け、上記弁室壁の入口ポートに対面する部分において、弁室内壁面と二つの弁座孔の周壁面を一連の部分円筒面により形成し、該弁座孔の内径Ｄと弁座の内径ｄの差として形成される弁座用段差の幅ｓを、
ｓ≦０．０３ｄ＋３〔ｍｍ〕
としたことを特徴とするものである。
【０００６】
また、上記課題を解決するための本発明の流量切換弁は、入口ポートから弁本体内の弁室に流入した流体を上記入口ポートの両側の上記弁本体に対し上記入口ポートと同じ側にある二つの出口ポートに切換えて流出させる３ポートの流体切換弁であって、上記弁室の両側の対向壁に各出口ポートに通じる第１及び第２の弁座をそれぞれ設け、弁室内に、それらの弁座に選択的に着座して、入口ポートをいずれかの出口ポートに連通させると共に他方の出口ポートを閉鎖するポペットタイプの弁体を配設したものにおいて、上記第１及び第２の弁座を、上記弁室に凹設され、弁体の周囲における該弁体の厚さの少なくとも２分の１が埋入する深さの弁座孔の内底部に設け、上記弁本体を、本体ボディにエンドブロックを接合することにより構成し、上記本体ボディは、少なくとも入口ポート及び該入口ポートから一方の弁座を通して一方のポートに通じる流路を備えると共に、弁体を駆動するロッドを、該弁体が上記弁座に接離する方向に摺動するように貫通させ、かつ該ロッドに取付けた弁体を両弁座に着座させるための駆動手段を付設することにより構成し、上記エンドブロックは、他方のポートに通じる弁座及び該弁座から該ポートに至る流路を設けることにより構成したことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態においては、上記第１及び第２の弁座からそれぞれの出口ポートに通じる流路にエルボ状の屈曲部を形成し、該屈曲部における外周側の曲率半径Ｒを、
Ｒ＝０．５ｄ〜１ｄ
とするのが適切であり、また、上記弁本体が、上記第１及び第２の弁座の間を延びてこれらの弁座と上記入口ポートとを結ぶ第１の流路と、上記第１の弁座と一方の出口ポートとを結ぶ第２の流路と、上記第２の弁座と他方の出口ポートとを結ぶ第３の流路とを有し、これらの各流路は、対応する各ポートに向かって流路幅が拡大すると共に、上記第１及び第２の弁座に連通する位置の流路幅が最小で、その最小の流路幅が上記第１及び第２の弁座の内径と同じであるのが好ましい。
【０００８】
上記構成を有する本発明の流体切換弁は、入口ポートから弁本体内の弁室に流入した流体を上記入口ポートの両側の上記弁本体に対し上記入口ポートと同じ側にある二つの出口ポートに切換えて流出させるものであるが、それらのポートに至る流路に設ける弁座を、弁体の周囲における該弁体の厚さの少なくとも２分の１が弁室内壁に埋入する深さの弁座孔の内底部に設けているので、弁座に着座している弁体の背後部分が、他方の弁座を通して流れる流体の流路に大きく突出して該流路に急激な絞りが形成されることはなく、弁体による絞りを可及的に急激でないものとして、流体切換弁の流量係数を高めることができる。
即ち、上記弁座を、構造の簡単化のために弁室内の両側の対向壁の内表面にそれぞれ設けておくと、弁座に着座している弁体自体の背後部分が弁室内に突出して、入口ポートから開放している弁座を通して流れる流体の流路を急激に減少させることになるが、上述の構成によりこのような問題が解消される。
【０００９】
また、上記構成を有する本発明の流体切換弁は、弁室壁の入口ポートに対面する部分において、弁室内壁面と二つの弁座孔の周壁面を一連の部分円筒面により形成したため、弁本体における弁室の加工を容易にすると共に、流路断面の変化を小さくすることができ、また、弁座用段差の幅ｓを前述した範囲内で可及的に小さくすることにより、弁座において流路が絞られることによる流量係数の低下を抑制することができる。更に、二つの弁座からそれぞれのポートに通じる流路のエルボ状の屈曲部における外周側の曲率半径Ｒを、前述した範囲内に設定することにより、流量係数の低下を一層抑制することができる。
このような構成により、上記流体切換弁は、構成をコンパクトなものとしながら大きな流量係数を持つように構成することが可能になる。
【００１０】
また、上記構成を有する本発明の流体切換弁は、上記弁本体を、本体ボディにエンドブロックを接合することにより構成し、上記本体ボディは、少なくとも入口ポート及び該入口ポートから一方の弁座を通して一方のポートに通じる流路を備えると共に、弁体を駆動するロッドを、該弁体が上記弁座に接離する方向に摺動するように貫通させ、かつ該ロッドに取付けた弁体を両弁座に着座させるための駆動手段を付設することにより構成し、上記エンドブロックは、他方のポートに通じる弁座及び該弁座から該ポートに至る流路を設けることにより構成したため、該エンドブロックにより閉鎖している本体ボディの孔を通して、本体ブロック内の弁室や弁座の加工、弁体等の組立を簡単かつ容易に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１ないし図５は本発明にかかる流体切換弁の実施例を示している。
この流体切換弁は、入口ポートから弁本体内に流入した流体（液体）を二つのポートに切換えて流出させる３ポートの流体切換弁であって、その主たる構成要素としては、本体ボディ２にエンドブロック３を接合することにより構成した弁本体１と、該弁本体１に連結され、弁本体１の各流路に通じるポートを備えたサブプレート４と、上記本体ボディ２を貫通し、先端にポペットタイプの弁体５を取付けたロッド６を駆動する駆動手段７とを備えている。
【００１２】
上記弁本体１は、サブプレート４の入口ポート４１から流路１１を通して流体が流入する弁室１２の両側の対向壁に、一対の弁座１３，３１を設けている。そして、これらの弁座１３，３１の下流側には、上記サブプレート４における入口ポート４１の両側に開設した二つのポート４２，４３に通じる流路１５，１６をそれぞれ設けている。したがって、サブプレート４は、本体ボディ２の流路１１に対して入口ポート４１を、また本体ボディ２の流路１５，１６に対してポート４２，４３をそれぞれ連通させた状態で、本体ボディ２に接合されている。
なお、サブプレート４における入口ポート４１とその両側のポート４２，４３とは、図３乃至図５からわかるように、開口する方向が逆になっている。
【００１３】
また、上記本体ボディ２は、それに挿設する弁体５のロッド６と同軸にエンドブロック３の接合孔１４を設け、該接合孔１４にエンドブロック３を嵌着してフランジ部３３を固定することにより、該エンドブロック３と接合してなり、上記弁座１３，３１のうちの一方の弁座１３は本体ボディ２に直接的もしくは分解可能なかたちに設け、他方の弁座３１は、エンドブロック３と共に上記本体ボディ２に装着している。
上記エンドブロック３には、上記弁座３１から本体ボディ２の流路１６を通してポート４３に通じる流路３２を設けている。この流路３２と流路１６とは、弁座３１内の流路を含めてそれらの流路断面積がほぼ均一になるように形成したものである。上記弁座３１は、図示しているように、エンドブロック３と別体に形成しても、またエンドブロック３と一体に形成しても差し支えない。
【００１４】
上記弁座１３，３１は、いずれも弁室１２内に凹設した弁座孔１７，１８の内底部に設け、しかも、その弁座孔１７，１８は、弁体５の周囲における該弁体５の厚さの少なくとも２分の１が埋入する深さに形成している。これにより、入口ポート４１から本体ボディ２内の弁室１２に流入した流体を両側の二つのポート４２，４３側に切換えて流出させる際に、弁座孔１７，１８の内底部の弁座１３，３１に着座している弁体５の背後部分が、他方の弁座３１，１３を通して流れる流体の流路に大きく突出することがなく、そのため、該流路に急激な絞りが形成されることはなく、弁体５による流路の絞りを可及的に急激でないものとし、流体切換弁の流量係数を高めることができる。
【００１５】
なお、弁座孔１７，１８の深さを弁体５の厚さの全部が埋入されるようにするのが、流路に絞りを形成しないという点でより効果的ではあるが、それらの弁座孔１７，１８を設けるために弁本体１の外形を大きくする必要が生じるので、弁体５による流路の絞りが流量係数に与える影響が大きくならない範囲内とするのが有効である。この範囲は、各種の実験により、弁体５の周囲の厚さの２分の１乃至全体が弁室内壁に埋入する深さの弁座孔１７，１８が有効であることを確かめている。弁座孔１７，１８の深さを弁体５の厚さよりも大きくするのは、流路断面の変化が大きくなるので好ましいことではない。
【００１６】
上記本体ボディ２における弁室１２は、その弁室壁の入口ポート４１に対面する部分の内壁面１２ａを、二つの弁座孔１７，１８の周壁面と共に、一連の部分円筒面により形成している。また、本体ボディ２に設けたエンドブロック３の接合孔１４は、少なくとも上記部分円筒面よりも大径の円筒面としている。
そのため、弁室１２から弁座１３，３１に至る流路断面の変化を小さくすることができるばかりでなく、本体ボディ２における上記接合孔１４を通して、該本体ブロック２内の弁室１２の内壁面１２ａや弁座１３の加工、弁体５の組立等を簡単かつ容易に行うことができる。
なお、本体ボディ２の肉厚に余裕があっても、上記弁室１２の内壁面１２ａに凹部を形成して弁室１２の拡大を図るのは、弁座１３，３１において弁室１２からの流路を大きく絞ることになるので、望ましいことではない。
【００１７】
上記弁座孔１７，１８においては、その内径Ｄと弁座１３，３１の内径ｄの差として形成される弁座用段差の幅ｓ（図３参照）を、できるだけ小さくすることにより、弁座孔１７，１８から弁座１３，３１を通して流れる流体の流路断面の変化を小さくすることが必要であるが、上記弁座用段差の幅ｓには、少なくとも弁体５が着座してシールするのに必要な幅や、弁体５の製造、組立上における公差を考慮した余裕が必要である。それらを考慮した場合、汎用されているような流体切換弁において、基本的には、該幅ｓとして３ｍｍ、好ましくは２ｍｍが必要であり、また、弁座の内径ｄが大きくなればそれに応じて該段差ｓの幅を考慮する必要があるが、経験的には、０．０３ｄ〔ｍｍ〕が必要である。
【００１８】
したがって、結果的には、
ｓ≦０．０３ｄ＋３〔ｍｍ〕
とすればよいことになる。
このような範囲内で弁座用段差の幅ｓを可及的に小さくすることにより、弁座１３，３１において流路が絞られることによる流量係数の低下を抑制することができる。
【００１９】
また、上記二つの弁座１３，３１からそれぞれのポート４２，４３に通じる流路は、エルボ状の屈曲部を形成しているが、該屈曲部における外周側の曲率半径Ｒは、
Ｒ＝０．５ｄ〜１ｄ
とするのが、流量係数の低下を抑制するのにより適切である。
【００２０】
前記ロッド６の先端には、シール部材５１を介して円板状をなすポペットタイプの弁体５を嵌挿し、ホルダー５２を介してボルト５３を螺挿することにより、該弁体５を取付けている。上記ロッド６は、本体ボディ２及びそれにＯリング２２を介して取付けた支持プレート２１を貫通し、弁本体１から外部に導出したもので、該支持プレート２１を覆うように、本体ボディ２には駆動手段７としての空気圧駆動シリンダを付設している。上記ロッド６は、支持プレート２１に設けた孔２３に、エアシール６１、液体シール６２、及びスクレーパ６３を介して、気密、液密に挿通している。
【００２１】
上記空気圧駆動シリンダは、本体ボディ２にその支持プレート２１を覆うように取付けられ、内部にシリンダ孔７２を備えたカバー７１と、ロッド６の外端に固定され、シリンダ孔７２内に嵌入されたピストン７３とを備えている。このピストン７３は、シリンダ孔７２内を本体ボディ２側のパイロット室７４とその反対側の背室７５とに区画するものであり、パイロット室７４はパイロット圧縮空気が給排される図示しないポートに連通され、背室７５は図示しない呼吸ポートを通して大気に開放され、かつ、外背室７５内にはパイロット室７４から圧縮空気を排出したときにピストン７３をパイロット室７４側に押圧するリターンスプリング７６を収容している。なお、ピストン３の周囲には、シリンダ孔７２の内面に摺接するウエアリング７７及びピストンパッキン７８を周設している。
なお、駆動手段７はこのような空気圧駆動シリンダに限るものではない。
【００２２】
上記構成を有する流体切換弁は、構成をコンパクトなものとしておきながら大きな流量係数を持つように構成したもので、入口ポート４１から弁本体１内の弁室に流入した流体（水や油等の液体）を、駆動手段７により駆動される弁体５により両側の二つのポート４２，４３に切換えて流出させるものである。そして、それらの流路に設けた弁座１３，３１を、弁体５の周囲における該弁体５の厚さの少なくとも２分の１が弁室内壁に埋入する深さの弁座孔１７，１８の内底部に設けているので、例えば、図１に示すように、弁座３１に着座している弁体５の背後部分が、他方の弁座１３を通して流れる流体の流路に大きく突出して該流路に急激な絞りが形成されることはない。
【００２３】
また、弁室壁の入口ポート４１に対面する部分の内壁面１２ａを、二つの弁座孔１７，１８の周壁面と共に、一連の部分円筒面により形成しているので、弁本体１における弁室１２の加工が容易であるばかりでなく、流路断面の変化を小さくすることができ、更に、弁座用段差の幅ｓを前述した範囲内で可及的に小さくするようにしているので、この点でも弁座１３，３１において流路が絞られるのを抑制することができる。しかも、二つの弁座１３，３１からそれぞれのポート４２，４３に通じる流路のエルボ状の屈曲部の曲率半径Ｒを、前述した範囲内に設定することにより、流量係数の低下を一層抑制することができる。
【００２４】
また、本体ボディ２にエンドブロック３を接合することにより弁本体１を構成し、上記本体ボディ２に設けた一方の弁座１３に対向する他方の弁座３１をエンドブロック３に設けているので、該エンドブロック３により閉鎖している本体ボディ２の接合孔１４を通して、本体ブロック２内の弁室１２や弁座の加工、弁体５等の組立を簡単かつ容易に行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明の流体切換弁によれば、３ポートの流体切換弁において構成をコンパクトなものとしておきながら、弁体の背後における弁体の一部の突出による急激な絞りや、弁座における絞りを可及的に急激でないものとして、大きな流量係数を有する流体切換弁を得ることができ、その製造及び組立も簡単なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る流体切換弁の実施例を示す断面図である。
【図２】上記実施例における弁体の他の切換え状態を示す断面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ位置での断面図である。
【図４】図１におけるＢ−Ｂ位置での断面図である。
【図５】図１におけるＣ−Ｃ位置での断面図である。
【符号の説明】
１    弁本体
２    本体ボディ
３    エンドブロック
５    弁体
６    ロッド
７    駆動手段
１１    流路
１２    弁室
１２ａ  内壁面
１３    弁座
１５，１６    流路
１７，１８    弁座孔
３１    弁座
３２    流路
４１    入口ポート
４２，４３    ポート
【図１】
0003602421.tif 000002
【図２】
0003602421.tif 000003
【図３】
0003602421.tif 000004
【図４】
0003602421.tif 000005
【図５】
0003602421.tif 000006