(57)【要約】【課題】弁組体において開弁に必要な力を低減させる。【解決手段】弁室５，この弁室５を通って延在する流路６，および前記弁室５内に形成されたピストン室９を有するハウジング２と、内部が流体通路１５となる筒状に成形され、前記ピストン室９内に摺動可能に嵌合する弁部材１２と、前記ピストン室９の内周面に装着され、前記ピストン室９と前記弁部材１２との間をシールする第二シール部材１４と、前記弁室５内に前記弁部材１２の先端側開口部と相対して配設され、閉時に前記弁部材１２の先端部１６と当接する弁座２１と、前記弁部材１２を弁座方向へ付勢するばね２３と、前記弁室５内へ挿通されるとともに、前記弁部材１２と接続され、外力により前記弁部材１２を前記弁座２１から離反させる弁棒２５とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁室，この弁室を通って延在する流路，および前記弁室内に形成されたピストン室を有するハウジングと、
内部が流体通路となる筒状に成形され、前記ピストン室内に摺動可能に嵌合する弁部材と、
前記ピストン室の内周面に装着され、前記ピストン室と前記弁部材との間をシールするシール部材と、
前記弁室内に前記弁部材の先端側開口部と相対して配設され、閉時に前記弁部材の先端部と当接する弁座と、
前記弁部材を弁座方向へ付勢するばねと、
前記弁室内へ挿通されるとともに、前記弁部材と接続され、外力により前記弁部材を前記弁座から離反させる弁棒と、
を備えたことを特徴とする弁組体。
【請求項２】
前記弁部材は、その先端部に流体圧力が作用するように前記弁部材の外部から内部へ向かって傾斜する第一作用面を有し、また後端部に流体圧力が作用する第二作用面を有することを特徴とする請求項１に記載の弁組体。
【請求項３】
前記第一作用面および前記第二作用面は、閉時に前記弁部材に弁座方向へ作用する力が実質的に前記ばねの取付荷重となるように、ほぼ等しい面積に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の弁組体。
【請求項４】
前記ハウジングの外部に前記弁棒を偏心カムにより操作するカム機構を備え、前記偏心カムのカムフェースには、前記弁部材を開状態から閉状態へ移行させるスタート位置に、前記弁部材を前記弁座から離反する方向へ移動させる突出部が設けられていることを特徴とする請求項１，２または３に記載の弁組体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、たとえば水処理機器の流路切換などに使用される弁組体に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟水装置や濾過装置に代表される水処理機器は、通水工程や洗浄工程などの処理工程に応じて流体流路を切り換えるために、複数の弁組体を組み込んだコントロールバルブユニットを備えている。このコントロールバルブユニットに使用される弁組体は、たとえば特許文献１に開示されているように、ダイレクトカム駆動方式の弁組体であり、構成部材の大半を合成樹脂で形成することによって大量生産を可能とし、前記水処理機器の低コスト化に寄与している。
【０００３】
このダイレクトカム駆動方式の弁組体の構成を、図５を参照して説明する。図５は、従来の弁組体を示す縦断面図である。この図５に示す弁組体５０は、ハウジング５１内に流路５２がＵターンして上下に形成されている。この流路５２は、前記ハウジング５１の下側が流入路５３となり、また前記ハウジング５１の上側が、流出路５４となっている。前記流入路５３と前記流出路５４との間における前記流路５２の途中には、弁孔５５を有する弁座５６が設けられている。前記ハウジング５１内には、前記弁座５６を境にして前記流入路５３側に一次側室５７が形成され、また前記流出路５４側に二次側室５８が形成されている。前記弁孔５５および前記弁座５６は、前記ハウジング５１の中間に介在させたプレートパッキンよりなる仕切板５９に形成されている。
【０００４】
前記一次側室５７には、前記弁座５６と当接または離反する弁体６０が配置されている。前記弁体６０は、前記一次側室５７に作用する流体圧と前記一次側室５７内のばね６１による取付荷重とにより、閉方向へ付勢されて前記弁座５６と当接している。
【０００５】
前記弁体６０は、この弁体６０を開方向へ操作する弁棒６２によって前記弁座５６から離反されるようになっている。図５では、前記弁棒６２は、前記弁体６０の表面中央に突設されている。そして、前記弁棒６２は、前記二次側室５８を通って前記ハウジング５１の貫通孔６３を摺動自在に通り、外部へ延出されている。外部へ出た前記弁棒６２の先端部には、バケット６４が、その平面６５を前記弁棒６２と直交する向きにして嵌めて固定されている。前記バケット６４は、前記平面６５と当接する偏心カム６６を備えたカム機構６７によって、押圧と押圧解除がなされるようになっている。
【０００６】
前記弁組体５０は、前記一次側室５７が高圧の室として、前記二次側室５８が低圧の室として使用される。したがって、閉弁状態では、前記弁体６０は裏面側へ作用する一次側流体圧力と、前記ばね６１の取付荷重とにより、前記弁座５６へ押し付けられている。このとき、前記弁体６０に作用している閉弁力は、前記弁座５６で囲まれた部分の面積と単位面積当たりの一次側流体圧力との積で求められる力および前記ばね６１の取付荷重の合計となる。前記弁体６０を閉状態へ移行させるときには、前記偏心カム６６により前記バケット６４を介して前記弁棒６２を下方へ押下するが、開弁に必要な駆動力は、前記弁体６０に作用している閉弁力よりも大きくなくてはならない。すなわち、ダイレクトカム駆動方式の前記弁組体５０においては、前記弁体６０の裏面に作用する単位面積当たりの閉方向への流体圧力と前記弁座５６で囲まれた部分の面積との積で求められる力が前記弁体６０に作用しているため、大流量の流体制御に対応するために、前記弁孔５５の開口面積を大きくすればするほど、また複数の流体流路を切り換えるために、前記弁組体５０を連設すればするほど、開弁に必要な駆動力も大きくなるという特性を有する。
【特許文献１】特許第２９９３４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このため、前述した構造で複数の大口径の弁組体を組み込んだコントロールバルブユニットを製作しようとすると、前記カム機構６７の駆動源として安価な低出力モータを使用することができず、水処理機器のコスト低減に限界があった。
【０００８】
この発明が解決しようとする課題は、弁組体において開弁に必要な力を低減させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明に係る弁組体は、弁室，この弁室を通って延在する流路，および前記弁室内に形成されたピストン室を有するハウジングと、内部が流体通路となる筒状に成形され、前記ピストン室内に摺動可能に嵌合する弁部材と、前記ピストン室の内周面に装着され、前記ピストン室と前記弁部材との間をシールするシール部材と、前記弁室内に前記弁部材の先端側開口部と相対して配設され、閉時に前記弁部材の先端部と当接する弁座と、前記弁部材を弁座方向へ付勢するばねと、前記弁室内へ挿通されるとともに、前記弁部材と接続され、外力により前記弁部材を前記弁座から離反させる弁棒と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明に係る弁組体は、請求項１において、前記弁部材は、その先端部に流体圧力が作用するように前記弁部材の外部から内部へ向かって傾斜する第一作用面を有し、また後端部に流体圧力が作用する第二作用面を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明に係る弁組体は、請求項２において、前記第一作用面および前記第二作用面は、閉時に前記弁部材に弁座方向へ作用する力が実質的に前記ばねの取付荷重となるように、ほぼ等しい面積に設定されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明に係る弁組体は、請求項１，２または３において、前記ハウジングの外部に前記弁棒を偏心カムにより操作するカム機構を備え、前記偏心カムのカムフェースには、前記弁部材を開状態から閉状態へ移行させるスタート位置に、前記弁部材を前記弁座から離反する方向へ移動させる突出部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の弁組体では、前記弁部材の先端側開口部と相対するようにして前記弁室内に配設された弁座に、前記弁部材の先端部が当接して閉状態となる。そして、前記弁部材は、前記弁棒により、前記弁座から離反させることにより開状態となる。このような請求項１に記載の弁組体によれば、前記弁部材は、内部が流体通路となる筒状に成形され、前記ピストン室内を摺動するように構成されているので、前記弁部材において、弁座方向，すなわち閉方向の流体圧力を受ける部分の面積が従来よりも著しく減少する。したがって、前記弁部材に作用する閉方向の流体圧力を低減させることができ、開弁に必要な力を低減させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の弁組体によれば、前記第一作用面には、前記弁座から離反する方向，すなわち開方向への流体圧力が作用する。一方、前記第二作用面には、弁座方向，すなわち閉方向への流体圧力が作用する。したがって、前記第二作用面に作用する閉方向の流体圧力が、前記第一作用面に作用する開方向の流体圧力によって低減される。これにより、開弁に必要な力を一層低減させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の弁組体によれば、前記弁部材に弁座方向，すなわち閉方向へ作用する流体圧力がなくなるように、前記第一作用面に作用する開方向への流体圧力によって、前記第二作用面に作用する閉方向への流体圧力が打ち消される。これにより、開弁に必要な力をより一層低減させることができる。
【００１６】
請求項４に記載の弁組体によれば、開状態のまま所定時間が経過し、前記ピストン室の内面に装着された前記シール部材に、前記弁部材が固着したとしても、前記弁部材が開状態から閉状態へ移行するとき、前記弁部材が前記突出部によって前記弁座から離反する方向へ移動することによって固着状態が解除される。これにより、前記ばねの弾発力によって確実に閉状態にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。  
（第一実施形態）
まず、この発明の第一実施形態について説明する。図１は、この発明に係る弁組体の第一実施形態において閉状態を示す縦断面図であり、また図２は、図１に示す第一実施形態の弁組体において開状態を示す縦断面図であり、さらに図３は、第一実施形態の弁組体において、図２に示す開状態から閉状態へ移行するときを示す縦断面である。
【００１８】
第一実施形態の弁組体１のハウジング２は、ハウジング本体３とこのハウジング本体３に嵌合する蓋部材４とを備えて構成されている。また、前記ハウジング２は、弁室５とこの弁室５を通って延在する流路６とを有している。この流路６は、前記ハウジング２の下側が流入路７となり、前記ハウジング２の上側が流出路８となっている。
【００１９】
前記弁室５内には、ピストン室９が形成されている。前記蓋部材４は、前記ピストン室９と相対するようにして前記ハウジング本体３に嵌合し、前記弁室５を閉鎖するようになっている。前記蓋部材４には、第一溝部１０が形成されており、この第一溝部１０に装着されたＯリングよりなる第一シール部材１１により、前記蓋部材４と前記ハウジング本体３との間がシールされている。
【００２０】
前記ピストン室９内には、弁部材１２が摺動自在に嵌合している。そして、前記ピストン室９の内周面には、第二溝部１３が形成されており、この第二溝部１３に装着された第二シール部材１４により、前記ピストン室９と前記弁部材１２との間がシールされている。
【００２１】
前記弁部材１２は、内部が流体通路１５となる筒状のピストンにより構成されている。そして、前記弁部材１２は、その先端部１６が後述する弁座２１と当接するようになっており、また後端部１７において閉方向への流体圧力を受けるようになっている。
【００２２】
前記弁部材１２には、後述する弁棒２５を支持する支持部材１８が、前記流体通路１５内に設けられている。この支持部材１８は、十字状をなしており、その先端は前記弁部材１２の内周面に一体に支持されている。そして、十字状の前記支持部材１８の交差した中央支持部１９に、前記弁棒２５の基端が支持されている。また、前記中央支持部１９には、ばね嵌合部２０が設けられている。
【００２３】
前記弁室５内には、閉時に前記弁部材１２の先端部１６と当接する弁座２１が、前記弁部材１２の先端側開口部と相対して配設されている。具体的には、前記弁座２１は、孔２２を有する板状の弾性体で形成されており、前記蓋部材４に固着されている。ここで、前記孔２２にあっては、前記弁棒２５を挿通可能であり、なおかつ後述するプラグ２８を挿通可能な大きさに形成されている。
【００２４】
前記ばね嵌合部２０には、前記弁部材１２を弁座方向へ付勢するばね２３の一端側が嵌合されている。また、このばね２３の他端側は、前記弁室５内に突出するようにして前記ハウジング２と一体成形された突部２４に嵌合している。
【００２５】
前記弁室５内へは、前記弁棒２５が挿通され、この弁棒２５は前記弁部材１２の支持部材１８と接続されている。この弁棒２５は、外力により前記弁部材１２を操作して前記ピストン室９内を摺動させ、前記弁座２１から前記弁部材１２を離反させるようになっている。
【００２６】
前記弁棒２５は、前記蓋部材４の挿通孔２６を通り、前記ハウジング２内に挿通されている。前記挿通孔２６内には、この挿通孔２６と前記弁棒２５との間をシールするためのＸリング２７が嵌着されている。このＸリング２７は、プラグ２８でその位置に固定されている。そして、このプラグ２８は、前記弁座２１の孔２２から前記挿通孔２６へ挿入されている。
【００２７】
前記ハウジング２の外部に突出した前記弁棒２５の先端部には、バケット２９が、その平面３０を前記弁棒２５と直交する向きにして嵌めて固定されている。前記バケット２９は、前記平面３０と当接するようにして前記ハウジング２の外部に設けられた偏心カム３１を備えたカム機構３２によって、押圧と押圧解除が行われ、これにより前記弁棒２５の操作が行われるようになっている。
【００２８】
前記カム機構３２について具体的に説明すると、前記偏心カム３１は、押圧解除部３３と押圧突部３４とを有している。そして、図１に示すように、前記バケット２９の平面３０が前記押圧解除部３３と当接しているときは、前記偏心カム３１による前記バケット２９への押圧が解除される。このとき、前記弁部材１２は、前記ばね２３の取付荷重によって前記弁座２１と当接し、閉状態になる。一方、前記偏心カム３１が図において反時計回り方向へ回転し、図２および図３に示すように、前記押圧突部３４によって前記バケット２９が押圧されると、前記弁棒２５によって前記弁部材１２が押し下げられて開状態になる。
【００２９】
前記押圧突部３４は、前記押圧解除部３３における前記偏心カム３１のカムフェース３５から接線方向へ延びる接線部３６と、この接線部３６と連続して形成された円弧部３７とを有している。この円弧部３７は、前記偏心カム３１の回転軸（図示省略）から等距離になるように形成されている。
【００３０】
前記偏心カム３１が反時計回り方向へ回転し、前記接線部３６と前記円弧部３７との間の境界部３８によって前記バケット２９が押圧されると、前記弁部材１２が閉状態から開状態へ移行するようになっている。そして、前記偏心カム３１が反時計回り方向へさらに回転し、前記バケット２９の平面３０と前記円弧部３７とが当接すると、前記弁部材１２は全開状態になるようになっている。
【００３１】
前記偏心カム３１のカムフェース３５には、前記押圧突部３４の円弧部３７における回転方向の端部であって、前記偏心カム３１が回転して前記バケット２９の平面３０が前記押圧突部３４から前記押圧解除部３３へ移行する位置，すなわち前記弁部材１２を全開状態から閉状態へ移行させるスタート位置に、突出部３９が設けられている。そして、全開状態から閉状態へ移行するとき、前記突出部３９によって前記バケット２９が押圧されると、前記弁部材１２が前記弁座２１から離反させる方向へ移動するようになっている。
【００３２】
さて、前記弁組体１では、前記偏心カム３１の押圧解除部３３が、前記バケット２９の平面３０と当接しているとき、前記偏心カム３１による前記バケット２９への押圧が解除される。このとき、前記弁部材１２は、前記ばね２３の取付荷重と前記後端部１７に作用する流体圧力とが弁座方向に作用した状態で前記弁座２１と当接し、閉状態になる。
【００３３】
そして、図１に示す状態から前記偏心カム３１が反時計回り方向へ回転し、図２に示すように、前記押圧突部３４によって前記バケット２９が押圧されると、前記弁棒２５によって前記弁部材１２が前記ばね２３の取付荷重に抗して前記弁座２１から離反し、開状態になる。そして、前記弁部材１２は、前記バケット２９の平面３０と前記偏心カム３１の円弧部３７とが当接したとき、全開状態になる。
【００３４】
前記弁部材１２は、全開状態から閉状態へ移行するとき、図３に示すように、前記突出部３９によって前記バケット２９が押圧されることにより、前記弁座２１から離反する方向へ移動する。そして、前記バケット２９は、その平面部３０が前記押圧解除部３３へ至ると、前記偏心カム３１による押圧が解除される。これにより、前記弁部材１２は、前記ばね２３の弾発力と前記後端部１７に作用する流体圧力とによって弁座方向へ移動し、前記弁座２１と当接して閉状態になる。
【００３５】
第一実施形態の前記弁組体１によれば、前記弁部材１２に作用する弁座方向，すなわち閉方向の流体圧力は、前記後端部１７に作用する。したがって、前記弁部材１２は、閉方向にその肉厚分の流体圧力しか受けず、前記弁部材１２において閉方向の流体圧力が作用する部分の面積が従来よりも著しく減少する。したがって、前記弁部材１２に作用する流体圧力を低減させることができ、開弁に必要な力を低減させることができる。
【００３６】
また、前記弁組体１によれば、全開状態のまま所定時間が経過し、前記第二シール部材１４に前記弁部材１２が固着したとしても、前記弁部材１２が全開状態から閉状態へ移行するとき、前記弁部材１２が前記突出部３９によって前記弁座２１から離反する方向へ移動することによって固着状態が解除される。これにより、前記ばね２３の弾発力によって確実に閉状態にすることができる。
【００３７】
（第二実施形態）
つぎに、この発明の第二実施形態について説明する。図４は、この発明に係る弁組体の第二実施形態を示す縦断面図である。図４において、前記第一実施形態の弁組体と同一の構成については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３８】
図４に示す第二実施形態の弁組体４０にあっては、前記弁部材１２は、前記先端部１６に流体圧力が作用するように、前記弁部材１２の外部から内部へ向かって傾斜する第一作用面４１を前記先端部１６に有している。前記第一作用面４１は、前記弁部材１２の先端部１６における前記弁座２１とのシール箇所以外の部分である。
【００３９】
また、前記弁部材１２は、前記第一実施形態と同様に、前記後端部１７に流体圧力が作用するようになっている。ここでは、この流体圧力が作用する前記後端部１７を第二作用面４２とする。
【００４０】
前記第一作用面４１および前記第二作用面４２は、閉時に前記弁部材１２に弁座方向へ作用する力が実質的に前記ばね２３の取付荷重となるように、ほぼ等しい面積に設定されていることが望ましい。
【００４１】
さて、前記弁組体４０では、前記第一実施形態と同様に前記弁棒２５によって開閉操作が行われる。したがって、ここではその説明を省略する。
【００４２】
前記弁組体４０によれば、前記第一作用面４１には、前記弁座２１から離反する方向，すなわち開方向への流体圧力が作用する。一方、前記第二作用面４２には、弁座方向，すなわち閉方向への流体圧力が作用する。したがって、前記第二作用面４２に作用する閉方向への流体圧力が、前記第一作用面４１に作用する開方向への流体圧力によって低減される。これにより、開弁に必要な力を一層低減させることができる。そして、前記第一作用面４１および前記第二作用面４２がほぼ等しい面積に設定されていれば、前記弁部材１２に閉方向へ作用する流体圧力がなくなるように、前記第一作用面４１に作用する開方向への流体圧力によって、前記第二作用面４２に作用する閉方向への流体圧力が打ち消される。これにより、前記弁部材１２に閉方向へ作用する力が実質的に前記ばね２３の取付荷重のみとなり、開弁に必要な力をより一層低減させることができる。
【００４３】
以上、この発明を前記各実施形態によって説明したが、この発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明に係る弁組体の第一実施形態において閉状態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す第一実施形態の弁組体において開状態を示す縦断面図である。
【図３】第一実施形態の弁組体において、図２に示す開状態から閉状態へ移行するときを示す縦断面である。
【図４】この発明に係る弁組体の第二実施形態を示す縦断面図である。
【図５】従来の弁組体の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，４０  弁組体
２  ハウジング
５  弁室
６  流路
９  ピストン室
１２  弁部材
１４  第二シール部材（シール部材）
１５  流体通路
１６  先端部
１７  後端部
２１  弁座
２３  ばね
２５  弁棒
３１  偏心カム
３２  カム機構
３５  カムフェース
３９  突出部
４１  第一作用面
４２  第二作用面
【図１】
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【図２】
2008115937.tif 000004
【図３】
2008115937.tif 000005
【図４】
2008115937.tif 000006
【図５】
2008115937.tif 000007