(57)【要約】【課題】流体を流す管路を切り換える際に、異物が噛み込むことがなく、しかも小さなモータ容量によって大きな弁部材の駆動力を得ることができる三方切換弁を提供する。【解決手段】第１および第２の弁座１２ａ、１３ａ間に弁室１４に開口する第３の管路１１の開口部１１ａが配置された配管に設けられた三方切換弁であって、ステッピングモータ１５と、その回転を直線運動に変換する変換機構１６と、弁室１４内に配設され、支持部１７が変換機構１６に一体的に取り付けられることにより第１および第２の弁座１２ａ、１３ａ間を直線的に移動自在に設けられた弁部材１８とを備えてなり、弁部材１８は、第１および第２の弁座１２ａ、１３ａを開閉可能であるとともに、第３の管路１１の開口部１１ａを閉塞しない寸法に形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
2008151178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通される第１〜第３の管路の集合部に弁室が形成され、上記弁室を間に挟んで上記第１および第２の管路の弁座が対向配置されるとともに、これら第１および第２の弁座間に上記弁室に開口する第３の管路の開口部が配置された配管に設けられ、上記第３の管路と、上記第１の管路および／または上記第２の管路とを選択的に連通させる三方切換弁であって、
ステッピングモータと、このステッピングモータの回転を直線運動に変換する変換機構と、上記弁室内に配設され、支持部が上記変換機構に一体的に取り付けられることにより上記第１および第２の弁座間を直線的に移動自在に設けられた弁部材とを備えてなり、
上記弁部材は、上記第１および第２の弁座を開閉可能であるとともに、上記第３の管路の上記開口部を閉塞しない寸法に形成されていることを特徴とする三方切換弁。
【請求項２】
上記ステッピングモータおよび変換機構は、上記配管の外部に設けられ、上記弁室の外壁には、上記弁部材の支持部が挿通されるとともに上記第１および第２の弁座間の移動を許容する溝部が形成され、かつ上記弁部材と上記外壁との間には、上記溝部と上記弁室との間を封じるとともに、上記弁部材の移動に対応して伸縮することのより追従可能なシール部材が介装されていることを特徴とする請求項１に記載の三方切換弁。
【請求項３】
上記変換機構は、上記ステッピングモータの出力軸に設けられた歯車と、外周に上記歯車に歯合する歯車が形成され、かつ中心部に雌ねじが形成されるとともに、回転自在かつ軸線方向に移動不可に設けられた円筒状の駆動部材と、基端部外周に上記駆動部材の上記雌ねじと螺合する雄ねじが形成されて回転不可かつ軸線方向に移動自在に設けられ、先端部に上記弁部材の上記支持部が取り付けられた送りねじ部材とを備えてなることを特徴とする請求項１または２に記載の三方切換弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３本の管路の集合部に介装されてこれら管路を選択的に開閉することにより流体の流れ方向を切り替えるための三方切換弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、給湯ユニットや洗濯機等の洗浄装置においては、温水や排水等の液体を流すための管路に、当該流れを１または２本の管路へと選択的に切り替える三方切換弁が組み込まれている。
図２は、液体の流入側の管路１と、この管路１に対してＴ字状をなすように対向配置された２本の流出側の管路２ａ、２ｂとの集合部に配置された従来のこの種の三方切換弁３を示すものである。
【０００３】
この三方弁３は、内部に円形状の弁室が形成された弁本体４と、この弁本体４の弁室内に軸線回りに回転自在に組み込まれた円板状の弁体５と、この弁体５を回転駆動するモータ（図示を略す。）とから概略構成されたものである。
【０００４】
ここで、弁本体４の外壁には、各々管路１、２ａ、２ｂが接続されることにより内部の弁室と連通させる開口部４ａ、４ｂ、４ｃが穿設されている。また、弁体５には、Ｔ字状の流路６が形成されており、当該流路６は、その外周開口部６ａ、６ｂ、６ｃが、それぞれ弁本体４の開口部４ａ、４ｂ、４ｃと一致するように穿設されている。
【０００５】
上記構成からなる従来の三方切換弁３においては、図示されないモータによって弁体５を図２に示す位置に回転させた場合には、管路１から弁本体４内に流入する液体を、弁体５に形成した流路６を介して、両方の管路２ａ、２ｂへと流すことができる。
また、弁体５を図中矢印で示すように、反時計回り方向に９０°回転させて、開口部６ａを開口部４ｂと一致させ、かつ開口部６ｃを開口部４ａと一致させるとともに、開口部４ｃを弁体５によって塞ぐことにより、管路１から弁本体４内に流入する液体を、流路６を介して管路２ａへと流すことができる。
【０００６】
さらに、弁体５を図２に示す位置から、時計回り方向に９０°回転させて、開口部６ａを開口部４ｃと一致させ、かつ開口部６ｂを開口部４ａと一致させるとともに、開口部４ｂを弁体５によって塞ぐことにより、管路１から弁本体４内に流入する液体を、流路６を介して管路２ｂへと流すことができる。
【０００７】
なお、この種の三方切換弁は、例えば下記特許文献１においても開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２７８６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記従来の三方切換弁３にあっては、上述した温水ユニットにおける温水のような異物のない液体を流す管路１、２ａ、２ｂに適用した場合には問題ないものの、例えば、洗濯機や食器洗浄機等の洗浄装置の排水管路に介装された場合には、当該排水中に糸屑や食品滓等の異物が多く混入しているために、モータによって弁体５を回転させて流路を切り換える際に、開口部４ａ〜ｃと開口部６ａ〜ｃとの間に位置する上記異物が、管路１、２ａ、２ｂと弁体５との間に噛み込まれてしまい、この結果円滑な流路の切り換えが行えなくなってしまうという問題点があった。
【０００９】
また、管路１、２ａ、２ｂ内を液体が流れている状態で上記切り換えを行う際には、弁体５を回転するために大きな駆動力が必要となり、この結果モータの容量が大きくなって装置全体の大型化および設備コストの高騰化を招くという問題点もあった。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、流体を流す管路を切り換える際に、異物が噛み込むことがなく、しかも小さなモータ容量によって大きな弁部材の駆動力を得ることができる三方切換弁を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、流体が通される第１〜第３の管路の集合部に弁室が形成され、上記弁室を間に挟んで上記第１および第２の管路の弁座が対向配置されるとともに、これら第１および第２の弁座間に上記弁室に開口する第３の管路の開口部が配置された配管に設けられ、上記第３の管路と、上記第１の管路および／または上記第２の管路とを選択的に連通させる三方切換弁であって、ステッピングモータと、このステッピングモータの回転を直線運動に変換する変換機構と、上記弁室内に配設され、支持部が上記変換機構に一体的に取り付けられることにより上記第１および第２の弁座間を直線的に移動自在に設けられた弁部材とを備えてなり、上記弁部材は、上記第１および第２の弁座を開閉可能であるとともに、上記第３の管路の上記開口部を閉塞しない寸法に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記ステッピングモータおよび変換機構は、上記配管の外部に設けられ、上記弁室の外壁には、上記弁部材の支持部が挿通されるとともに上記第１および第２の弁座間の移動を許容する溝部が形成され、かつ上記弁部材と上記外壁との間には、上記溝部と上記弁室との間を封じるとともに、上記弁部材の移動に対応して伸縮することのより追従可能なシール部材が介装されていることを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記変換機構は、上記ステッピングモータの出力軸に設けられた歯車と、外周に上記歯車に歯合する歯車が形成され、かつ中心部に雌ねじが形成されるとともに、回転自在かつ軸線方向に移動不可に設けられた円筒状の駆動部材と、基端部外周に上記駆動部材の上記雌ねじと螺合する雄ねじが形成されて回転不可かつ軸線方向に移動自在に設けられ、先端部に上記弁部材の上記支持部が取り付けられた送りねじ部材とを備えてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜３のいずれかに記載の三方切換弁においては、所定数のパルスをステッピングモータに与えることにより、当該ステッピングモータの回転を変換機構によって直線運動に変換して、その先端部に設けられた弁部材を第１および第２の弁座間に位置させると、第３の管路から弁室内に流入した流体は、第１および第２の管路の双方に流出して行く。また、上記弁部材を移動させて第１の弁座を塞ぐと、第３の管路から弁室内に流入した流体は、第２の管路へと流出し、逆に上記弁部材を移動させて第２の弁座を塞ぐと、第３の管路から弁室内に流入した流体は、第１の管路へと流出して行く。
【００１５】
この際に、弁部材は、直線的な移動によって第１または第２の弁座を塞ぐために、上記流体中に異物が混入している場合においても、従来のもののように当該異物を噛み込む虞がない。
加えて、第１の管路または第２の管路を塞いでいる際に、第３の管路から弁室に流入する流体の圧力によって、弁部材が塞いでいる第１の管路または第２の管路の弁座に強く押圧されるために、一層確実な封止効果を得ることができる。
【００１６】
また、弁部材を移動させる駆動源としてステッピングモータを用いているために、弁部材を移動させる際に、ステッピングモータの駆動周波数を変えることにより、必要なトルクを得ることができ、よって大きな駆動トルクを必要とする開閉時には、周波数を低くすることにより容易に対応することができるとともに、オープンループ制御によって、上記弁部材の移動量を制御することができるために、正確な弁座の開閉を行うことができる。
【００１７】
また、特に請求項３に記載の発明によれば、ステッピングモータによって、駆動部材を回転させ、当該駆動部材の中心部の雌ねじと螺合された送りねじを直線運動させて弁部材を移動させるようにしているために、上記送りねじのピッチを適宜設定することにより、小さなモータ容量によって大きな弁部材の駆動力を得ることができる。さらに、上記送りねじの長さ寸法を設定するのみで、開閉時に弁体に大きな移動量（ストローク）が要求される管路に対しても、容易に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明に係る三方切換弁の一実施形態を示すものである。
この三方切換弁は、食器洗浄機の排水系に組み込まれたもので、当該三方切換弁への排水の流入管路（第３の管路）１１と、流出側となる第１の管路１２および第２の管路１３との集合部に設けられている。
【００１９】
ここで、上記集合部には、弁室１４が形成されており、第１および第２の管路１２、１３は、弁室１４を間に挟んで各々の第１および第２の弁座１２ａ、１３ａが対向配置されている。そして、流入管路１１は、これら第１および第２の管路１２、１３とともに弁室１４を交差部とするＴ字状に配管されることにより、第１および第２の弁座１２ａ、１３ａの間に弁室１４への開口部１１ａが配置されている。
【００２０】
そして、この三方切換弁は、ステッピングモータ１５と、このステッピングモータ１５の回転を直線運動に変換する変換機構１６と、弁室１４内に配設され、支持部１７が変換機構１６に一体的に取り付けられることにより第１および第２の弁座１２ａ、１３ａ間に移動自在に設けられた弁体（弁部材）１８とから概略構成されている。
【００２１】
このステッピングモータ１５は、第１の管路１２の外壁に沿って設けられたハウジング１９の側壁に固定されており、内部に組み込まれた減速歯車列の最終段の出力軸２０がハウジング１９内に突出するとともに、その外周に歯車２０ａが取り付けられている。そして、この歯車２０ａに、ハウジング１９内に設けられた円筒状の駆動部材２１の外周に形成された歯車２１ａが歯合されている。さらに、これら歯車２０ａ、２１ａは、ハウジング１９内に一体的に設けられた歯車収納ケース２２内に収納されるとともに、駆動部材２１は、両端部においてこの収納ケース２２に回転自在に支持されている。
【００２２】
これにより、駆動部材２１は、収納ケース２２内において、回転自在かつ軸線方向に移動不可に設けられている。他方、この駆動部材２１の中空部の内周には、雌ねじ２１ｂが形成されている。他方、このハウジング１９には、駆動部材２１と軸線を一致させた円筒部２４が形成されており、この円筒部２４内に、送りねじ部材２３が挿入されている。そして、駆動部材２１の雌ねじ２１ｂに、送りねじ部材２３の基端部分の外周に形成された雄ねじ２３ａが螺合されている。
【００２３】
この送りねじ部材２３は、基端側から中央部の範囲に雄ねじ２３ａが形成されており、この雄ねじ２３ａの両端部に、ガイドピン２５が円周方向の４箇所から突出するように取り付けられている。他方、ハウジング１９の円筒部２４の内壁には、こられガイドピン２５が挿入されて送りねじ部材２３を軸線方向に案内するとともに、軸線回りの回転を阻止するための溝部２６が形成されている。これにより、送りねじ部材２３は、駆動部材２１が回転することにより、溝部２６に沿って図中左右方向に移動するように設けられている。
【００２４】
そして、ステッピングモータ１５の出力軸２０に設けられた歯車２０ａと、この歯車２０ａに外周に形成された歯車２１ａが歯合するとともに中心部に雌ねじ２１ｂが形成され、回転自在かつ軸線方向に移動不可に設けられた駆動部材２１と、基端部外周に駆動部材２１の雌ねじ２１ｂと螺合する雄ねじ２３ａが形成されて回転不可かつ軸線方向に移動自在に設けられた送りねじ部材２３により、上記変換機構１６が構成されている。
【００２５】
また、上記送りねじ部材２３の先端部分は、ハウジング１９から突出して弁室１４に臨む位置まで延出されている。そして、この送りねじ部材２３の先端部分は、弁室１４を塞ぐ外壁２７に形成された支承部２７ａに挿通されることにより、外壁２７に支持されている。ここで、外壁２７には、弁体１８の支持部１７が挿通されるとともに第１および第２の弁座１２ａ、１３ａ間の移動を許容する溝部２８が形成されている。
【００２６】
さらに、弁体１８の外周には、シリコンやゴム等の弾性を有する素材からなり、当該弁体１８の外周面の全体を覆う封止部材２９が設けられている。そして、封止部材２９によって覆われた弁体１８は、第１および第２の弁座１２ａ、１３ａを開閉可能であるとともに、流入管路１１の開口部１１ａを閉塞しない寸法に形成されている。さらに、封止部材２９の両面には、第１の弁座１２ａまたは第２の弁座１３ａに押圧されて、第１または第２の管路１２、１３を液密的に封じる環状の封止突起２９ａが一体に突設されている。
他方、この封止部材２９の支持部１７側基端部には、シール部材３０が一体成形あるいは圧入により装着されている。
【００２７】
このシール部材３０は、外観略円錐筒状または角錐筒状に形成されたもので、その側壁３０ａが蛇腹状に形成されるとともに、先端部３０ｂは、第２管路１２または第３の管路１３と外壁２７との間に挟持されている。これにより、シール部材３０は、外壁２７に形成された溝部２８を介した外部と弁室１４との間を液密的に遮断するとともに、弁体１８の移動に対応して伸縮することによって追従できるようになっている。
【００２８】
以上の構成からなる三方切換弁においては、図１に示す弁体１８が第１および第２の弁座１２ａ、１３ａ間に位置している場合には、流入管路１１から弁室１４に流入した排水は、第１および第２の管路１２、１３へと排出されて行く。
そして、第１または第２の管路１２、１３を閉じる場合には、ステッピングモータ１５に所定数のパルス送って出力軸２０を回転させる。
【００２９】
すると、歯車２０ａに歯合する歯車２１ａによって駆動部材２１が収納ケース２２内において回転し、駆動部材２１の雌ねじ２１ｂと螺合する雄ねじ２３ａが送り出されることにより、送りねじ部材２３が、ガイドピン２５が挿入された溝２６に沿って図中左方または右方に移動する。そして、最終的に弁体１８を覆う封止部材２９の封止突起２９ａが、弁座１２ａまたは弁座１３ａに圧接することにより、第１または第２の管路１２、１３が閉じられる。また、ステッピングモータ１５に逆回転方向のパルスを与えることにより、塞いでいた弁座１２ａまたは弁座１３から弁体１８を離間させて、当該第１または第２の管路１２、１３を開くことができる。
【００３０】
このように、上記三方切換弁によれば、弁体１８が、直線的な移動によって第１の弁座１２ａまたは第２の弁座１３ａを塞ぐ構成であるために、排水中に食物滓等の異物が混入している場合においても、当該異物を噛み込む虞がない。加えて、第１の管路１２または第２の管路１３を塞いでいる際には、流入管路１１から弁室１４に流入する排水の圧力によって、弁体１８が、塞いでいる弁座１２ａまたは弁座１３ｂ側に強く押圧されて封止突起２９ａが密着するために、より一層確実な封止効果を得ることができる。
【００３１】
しかも、ステッピングモータ１５によって、駆動部材２１を回転させ、これと螺合する送りねじ部材２３を直線運動させて弁体１８を移動させているために、送りねじ部材２３における雄ねじ２３ａのピッチを適宜設定することにより、小さなモータ容量によって大きな弁体１８の駆動力を得ることができる。さらに、送りねじ部材２３の長さ寸法を設定するのみで、開閉時に弁体１８に大きな移動量が要求される管路に対しても、容易に対応することができる。
【００３２】
さらに、弁体１８を移動させる際に、ステッピングモータ１５の駆動周波数を変えることにより、必要なトルクを得ることができるため、大きな駆動トルクを必要とする開閉時には、周波数を低くすることにより容易に対応することができるとともに、オープンループ制御によって、弁体１８の移動量を制御することができるために、正確な弁座の開閉を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る三方切換弁の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】従来の三方切換弁を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  流入管路（第３の管路）
１１ａ  開口部
１２  第１の管路
１２ａ、１３ａ  弁座
１３  第２の管路
１４  弁室
１５  ステッピングモータ
１６  変換機構
１７  支持部
１８  弁体（弁部材）
１９  ハウジング
２０  出力軸
２０ａ、２１ａ  歯車
２１  駆動部材
２１ｂ  雌ねじ
２３  送りねじ部材
２３ａ  雄ねじ
２７  弁室の外壁
２８  溝部
３０  シール部材
【図１】
2008151178.tif 000003
【図２】
2008151178.tif 000004