(57)【要約】【課題】  三方弁の低電力化を図る。【解決手段】  ピストン３を上下動させることによって、入力ポート２１に流れ込んだ流体Ｘを２つの出力ポート２２，２３に分配する三方弁であって、少なくともいずれか一方の出力ポート２２．２３の閉じ切り近傍における力が相対的に大きくなり、非閉じ切り近傍における力が相対的に小さくなるように上記ピストンを上下動させる駆動機構を有する。【選択図】          図１
2006064023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンを上下動させることによって、入力ポートに流れ込んだ流体を２つの出力ポートに分配する三方弁であって、
少なくともいずれか一方の出力ポートの閉じ切り近傍における力が相対的に大きくなり、非閉じ切り近傍における力が相対的に小さくなるように前記ピストンを上下動させる駆動機構を有することを特徴とする三方弁。
【請求項２】
前記駆動機構は、
モータに対して当該モータの回転軸に対して偏心して取り付けられるピンと、
前記ピストンに当該ピストンの上下動方向と直交する方向に延在して形成されかつ前記ピンと係合される溝部と
を備えることを特徴とする請求項１記載の三方弁。
【請求項３】
前記駆動機構は、
モータに対して当該モータの回転軸に対して偏心して取り付けられるピンと、
前記ピストンに当該ピストンの上下動方向と直交する方向に対してずれた方向に延在して形成されかつ前記ピンと係合される溝部と
を備えることを特徴とする請求項１記載の三方弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三方弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、航空機等に搭載される三方弁としては、ボールを利用した三方弁（ボール弁）や、ボールネジ，ラック＆ピニオン機構を利用したピストンタイプの三方弁が利用されている。このような三方弁は、例えば、航空機の冷却水切り替え用バルブとして用いられている。
そして、ボール弁は、一般的に電動モータあるいは手動によって駆動されており、ピストンタイプの三方弁は、空圧アクチュエータによって駆動されている。
【非特許文献１】笹原  敬史、「バルブの基礎」、２００３年１１月、パワー社
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ボール弁は、ボールと筐体との間における流体の漏れを防止するために、ボール自体が強くシールされている。このため、ボールの摺動抵抗が大きくなり、ボールを駆動するために大容量のモータが必要となり、消費電力が増加する。
また、ボールネジやラック＆ピニオン機構を利用したピストンタイプの三方弁は、ボールネジやラック＆ピニオン等の複雑な機構を必要としている。また、ピストンタイプの三方弁は、出力ポートの閉じ切り時に流体が出力ポートに漏出しないよう、出力ポートの閉じ切り近傍においては、ピストンに大きなトルクをかける必要がある。このため、常に、十分なトルクがピストンにかかるように大容量の駆動機構を備えている。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
（１）三方弁の低電力化を図る。
（２）三方弁の構造を簡素化する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、ピストンを上下動させることによって、入力ポートに流れ込んだ流体を２つの出力ポートに分配する三方弁であって、少なくともいずれか一方の出力ポートの閉じ切り近傍における力が相対的に大きくなり、非閉じ切り近傍における力が相対的に小さくなるように上記ピストンを上下動させる駆動機構を有するという構成を採用する。
【０００６】
第２の手段として、上記第１の手段において、上記駆動機構は、モータに対して当該モータの回転軸に対して偏心して取り付けられるピンと、上記ピストンに当該ピストンの上下動方向と直交する方向に延在して形成されかつ上記ピンと係合される溝部とを備えるという構成を採用する。
【０００７】
第３の手段として、上記第１の手段において、上記駆動機構は、モータに対して当該モータの回転軸に対して偏心して取り付けられるピンと、上記ピストンに当該ピストンの上下動方向と直交する方向に対してずれた方向に延在して形成されかつ上記ピンと係合される溝部とを備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の三方弁によれば、出力ポートの閉じ切り近傍における力が相対的に大きくなり、非閉じ切り近傍における力が相対的に小さくなるようにピストンが上下動される。このため、駆動機構の仕事量を減少させることができ、例えば、駆動機構の動力源としてモータを用いた場合には、モータの低電力化を図ることができる。
【０００９】
また、本発明の三方弁は、駆動機構が、モータに対して当該モータの回転軸に対して偏心して取り付けられるピンと、ピストンに当該ピストンの上下動方向と直交する方向に延在して形成されかつピンと係合される溝部とを備えるという構成を採用する場合には、
モータが駆動することによってピンが変位し、このピンが係合された溝部内を移動することによってピストンが上下動される。このピンは、モータの回転軸に対して偏心して取り付けられているため、ピンが下死点近傍及び上死点近傍に位置する場合には、モータの単位角度あたりにおけるピンの上下方向の変位が少なくなる。逆にピンが非下死点近傍及び非上死点近傍に位置する場合には、モータの単位角度あたりにおけるピンの上下方向の変位が多くなる。これは、言い換えれば、ピンが下死点近傍及び上死点近傍に位置している場合にはピストンに相対的に大きなトルクがかかり、ピンが非下死点近傍及び非上死点近傍に位置している場合にはピストンに相対的に小さなトルクがかかるということである。したがって、出力ポートの閉じ切り近傍における力が相対的に大きくなり、非閉じ切り近傍における力が相対的に小さくなるようにピストンを上下動することができる。すなわち、このような構成を有する本発明の三方弁によれば、小容量のモータを使用した場合であっても、出力ポートの閉じ切り近傍における力が相対的に大きくなり、非閉じ切り近傍における力が相対的に小さくなるようにピストンを上下動することができる。したがって、三方弁の低電力化及び小型化を図ることができる。また、本発明の三方弁によれば、ボールネジやラック＆ピニオン機構を利用することなく、出力ポートの閉じ切り近傍における力が相対的に大きくなり、非閉じ切り近傍における力が相対的に小さくなるようにピストンを上下動することができるため、三方弁の構造を簡素化することができる。
【００１０】
また、本発明の三方弁は、上記駆動機構が、モータに対して当該モータの回転軸に対して偏心して取り付けられるピンと、ピストンに当該ピストンの上下動方向と直交する方向に対してずれた方向に延在して形成されかつピンと係合される溝部とを備えるという構成を採用する場合には、三方弁の低電力化及び小型化を図ることができるとともに、三方弁の構造を簡素化することができる。また、溝部がピストンの上下方向と直交する方向に対してずれた方向に延在されているため、溝部がピストンの上下方向と直交する方向に延在された場合と比較してピストンの変位特性を変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明に係る三方弁の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の三方弁１の概略構成を示した断面図である。また、図２は、図１のＡ部を図１紙面左方向から見た拡大図である。
図１に示すように、本実施形態の三方弁１は、ピストン３を上下動させることによって、入力ポートに流れ込んだ流体Ｘを２つの出力ポートに分配するものであり、筐体２と、ピストン３と、クランク４と、クランク支持部５とを主な構成要素としている。
【００１３】
筐体２は、その内部が中空状に形成されており、入力ポートである流体流入口２１が１つと、出力ポートである流体流出口２２，２３とが形成されている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、流体流入口２１が紙面右側に形成されており、流体流出口２２，２３が紙面左側に形成されている。また、流体流出口２２が筐体２の上部に形成されており、流体流出口２３が筐体２の下部に形成されている。
【００１４】
ピストン３は、筐体２の上部に形成された挿通口２４を介して筐体２の内部に上下動可能に挿通されている。このピストン３は、図１に示すように、途中部位３１が他の部位と比較して平面視形状で広く形成されており、ピストン３が上方に位置している場合には、途中部位３１が筐体２の内部空間の上方を閉じ、ピストン３が下方に位置している場合には、途中部位３１が筐体２の内部空間の下方を閉じるように構成されている。そして、例えば、ピストン３が上方に位置している場合には、流体流入口２１から筐体２の内部に流れ込んだ流体Ｘが、ピストン３の途中部位３１によって閉じられていない筐体３の内部空間の下方に流れ、流体流出口２３から流体Ｘが流れ出る。また、逆に、ピストン３が下方に位置している場合には、流体流入口２１から筐体２の内部に流れ込んだ流体Ｘが、ピストン３の途中部位３１によって閉じられていない筐体３の内部空間の上方に流れ、流体流出口２２から流体Ｘが流れ出る。
すなわち、ピストン３が上方に位置することによって、ピストン３の途中部位３１が筐体２の内部空間の上方を閉じている状態が、流体流出口２２（出力ポート）の閉じ切り状態であり、ピストン３が下方に位置することによって、ピストン３の途中部位３１が筐体２の内部空間の下方を閉じている状態が、流体流出口２３（出力ポート）の閉じ切り状態である。
なお、図１は、ピストン３が上方に位置する場合、すなわち、流体流出口２２が閉じ切っている状態を示している。
【００１５】
クランク支持部５は、筐体２の上部に配置されており、クランク４を支持している。このクランク支持部５には、ピストン３の上部が挿通される挿通口５１が形成されている。
【００１６】
クランク４は、図２に示すように、ギア６を介してモータ７と接続されている。そして、クランク４は、モータ７の回転によって、図２の紙面の左右方向に延在するモータ７の回転軸Ｌを中心として回転される。クランク４は、モータ７の回転軸Ｌに対して偏心して取り付けられるピン４１を有している。すなわち、本実施形態の三方弁１は、モータ７に対して当該モータ７の回転軸Ｌに対して偏心して取り付けられるピン４１を備えている。
また、本実施形態の三方弁１は、不図示のポテンショメータを備えており、このポテンショメータによって、モータ７の回転角度が検出可能とされている。
【００１７】
このように、モータ７の回転軸Ｌに対して偏心して取り付けられたピン４１は、モータ７の回転によって、モータ７の回転軸Ｌを中心として円運動をする。なお、以下、ピストン３が最下方に位置した状態、すなわち、ピン４１が最下方に位置する状態を、ピン４１の下死点と称し、ピストン３が最上方に位置した状態、すなわち、ピン４１が最上方に位置する状態を、ピン４１の上死点と称する。
【００１８】
また、図１に示すように、ピストン３の上部には、ピン４１と係合される溝部３２が形成されている。この溝部３２は、ピストン３の上下動方向と直交する方向に延在して形成されている。そして、ピストン３は、溝部３２がピン４１に係合されることによって、支持されている。すなわち、ピストン３は、筐体２の挿通口２４及びクランク支持体５の挿通口５１を介して、クランク４のピン４１によって上下動可能に支持されている。なお、ピン４１は、溝部３２内を摺動自在とされている。
【００１９】
なお、このように構成された本実施形態の三方弁１においては、溝部３２、ピン４１、ギア６及びモータ７によって本発明の駆動装置が構成されている。
【００２０】
次に、このように構成された本実施形態の三方弁１の動作について説明する。
【００２１】
モータ７が回転すると、モータ７の回転力がギア６を介してクランク４に伝達される。そして、この回転力によってクランク４がモータ７の回転軸Ｌを中心として回転される。この際、ピン４１は、クランク４の回転によって、モータ７の回転軸Ｌを中心として円運動する。また、このピン４１の円運動に伴って、ピストン３に上下方向の力が加わり、ピストン３が上下運動する。
【００２２】
例えば、ピン４１が下死点に位置している場合には、ピストン３が最下方に位置することとなり、筐体２の内部空間の下方が閉鎖される。この状態、すなわち、流体流出口２３が閉じ切り状態において、筐体２の内部空間の上方は、開放されているため、流体流入口２１から筐体２内に流入した流体Ｘは、筐体２の内部空間の上方を介して流体流出口２２から流出する。
また、逆にピン４２が上死点に位置している場合には、ピストン３が最上方に位置することとなり、筐体２の内部空間の上方が閉鎖される。この状態、すなわち、流体流出工２２の閉じ切り状態において、筐体２の内部空間の下方は、開放されているため、流体流入口２１から筐体２内に流入した流体Ｘは、筐体２の内部空間の下方を介して流体流出口２３から流出する。
【００２３】
図３は、ピン４２が下死点から上死点まで左回りで円運動した場合におけるピストン３の位置を示した図である。なお、（ａ）がピン４１の位置を時系列的に示した図であり、（ｂ）がピン４１の位置、すなわちモータ７の回転角度と、ピストン３の位置を時系列的に示した図である。また、（ｂ）においては、ピン４１が下死点に位置している場合を、モータ７の回転角度が０°として示してあり、ピン４２が上死点に位置している場合を、モータ７の回転角度が１８０°として示してある。
【００２４】
この図３に示すように、モータ７の回転によって、ピン４１が下死点から上死点まで円運動すると、ピストン３の位置は、Ｓｉｎカーブを描いて変位する。これは、ピン４１が下死点近傍及び上死点近傍においては、モータ７の単位回転角度あたりにおける上下方向の変位量が少なく、ピン４１が非下死点近傍及び上死点近傍においては、モータ７の単位回転角度あたりにおける上下方向の変位量が多くなるためである。
これは、言い換えると、ピン４１が下死点近傍及び上死点近傍に位置している場合には、ピストン３に相対的に大きな力がかかり、ピン４１が非下死点近傍及び非上死点近傍に位置している場合には、ピストン３に相対的に小さな力がかかることになる。上述のように、ピン４１の下死点近傍及び上死点近傍は、流体流出口２２，２３の閉じ切り近傍であり、ピン４１の非下死点近傍及び非上死点近傍は、流体流出口２２，２３の非閉じ切り近傍であるため、本実施形態の三方弁１によれば、流体流出口２２，２３の閉じ切り近傍における力が相対的に大きくなり、非閉じ切り近傍における力が相対的に小さくなるようにピストン３が上下動される。
【００２５】
このような本実施形態の三方弁１によれば、従来の三方弁のように、流体流出口２２，２３の閉じ切り近傍及び非閉じ切り近傍において、ピストン３に常に大きな力をかける必要がなく、また、小容量のモータ７を使用した場合であっても、流体流出口２２，２３の閉じ切り近傍における力を大きくすることができる。したがって、モータ７を低電力化し、かつ、小型化することができる。
【００２６】
また、本実施形態の三方弁１によれば、従来のピストンタイプの三方弁のようにボールネジやラック＆ピニオン機構を利用することがないため、三方弁の構造を簡素化することが可能となる。
【００２７】
また、本実施形態の三方弁１においては、上述のように、下死点近傍及び上死点近傍において、モータ７の単位回転角度あたりにおける上下方向の変位量が小さくなる。このため、流体流出口２２，２３の閉じ切り近傍におけるピストン３の移動を細かく制御することが可能となる。
【００２８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図４を参照して説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００２９】
図４は、本第２実施形態の三方弁が備えるピストン３の上部を拡大した図である。この図に示すように、本第２実施形態においては、ピストン３の上部に、ピストン３の上下動方向と直交する方向に対してずれた方向に延在して形成された溝部３３が形成されている。そして、クランク４のピン４１が溝部３３と係合されている。
【００３０】
なお、図４においては、紙面左方向から紙面右方向に向けて溝部３３が下がる構成を図示しているが、紙面左方向から紙面右方向に向けて溝部３３が上がる構成を採用することもできる。
このような構成を採用することによって、図３（ｂ）に示す、モータ７の単位回転角度あたりのピストン３の変位量を示すカーブを変化させる（変位特性を変化させる）ことができ、かつ、上記第１実施形態の三方弁と同様の効果を奏することができる。
【００３１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る三方弁の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３２】
例えば、上記実施形態においては、本発明の駆動機構が、溝部３２（３３）、ピン４１、ギア６及びモータ７によって構成されている形態を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、駆動機構として、カムを用いる構成を採用することもできる。このような場合には、ピストン３を上方向に押圧する弾性体を設置し、カムによってピストン３を下方向に押圧することによってピストン３を上下動させる。しかしながら、弾性体を備えることによって、三方弁の構造が上記実施形態と比較して複雑化するため、上記実施形態のように、本発明の駆動機構が溝部３２（３３）、ピン４１、ギア６及びモータ７によって構成されている構成を採用することが好ましい。なお、カムを駆動機構として採用する場合には、少なくともいずれか一方の流体流出口２２，２３の閉じ切り近傍における力が相対的に大きくなり、非閉じ切り近傍における力が相対的に小さくなるようにピストン３が上下動されるように、カムの形状を規定する。
【００３３】
また、上記実施形態においては、溝部３２（３３）の上辺と下辺とが平行な構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、溝部３２（３３）の上辺と下辺とが非平行な構成を採用することもできる。このように、溝部３２（３３）の上辺と下辺とを非平行とすることによって、図３（ｂ）に示した、モータ７の単位回転角度あたりのピストン３の変位量を示すカーブを変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態の三方弁の概略構成を示した断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ部を図１紙面左方向から見た拡大図である。
【図３】モータ７の単位回転角度あたりのピストン３の変位量を示すである。
【図４】本発明の２実施形態の三方弁が備えるピストン３の上部を拡大した図である。
【符号の説明】
【００３５】
１……三方弁
２１……流体流入口（入力ポート）
２２，２３……流体流出口（出力ポート）
３……ピストン
３２，３３……溝部
４……クランク
４１……ピン
７……モータ
Ｌ……回転軸
Ｘ……流体
【図１】
2006064023.tif 000003
【図２】
2006064023.tif 000004
【図３】
2006064023.tif 000005
【図４】
2006064023.tif 000006