(57)【要約】【課題】  簡易な構造の３方ロータリバルブを提供する。【解決手段】  回動支点から弁体３０の側面３６までの長さは、空間Ｓの中心部からケーシング１２の内周面５０までの長さ以上とする。このため、ケーシング１２の内周面５０と弁体３０の側面３６との間には、すきましろができない。これにより、弁体３０とケーシング１２との間が封鎖され、シール部品がなくとも、弁体３０とケーシング１２との間から流体が漏れない。シール部品を必要としないので、部品点数を低減できる。また、従来のボールバルブと違って、弁体内に通路を形成する必要がないため、弁体自体の構造が簡易となる。また、弁体内の通路とケーシング１２に形成された通路との位置調整をする必要がないので、ロータリバルブ全体の構造も簡易となる。従って、簡易な構造とすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状の空間及び、該空間から３方へ延出すると共に該空間を介して互いに連通する３つの通路が形成されたケーシングと、
前記空間の中心部を回動支点に回動可能に支持され、前記空間を形成するケーシングの内周面に、球状に湾曲した表面が接触して、前記３つの通路のいずれかを閉塞する弁体と、
を備え、
前記弁体と前記ケーシングとは、摺動自在にしまりばめ構造の関係にあることを特徴とする３方ロータリバルブ。
【請求項２】
前記３つの通路のうち、いずれか２つの通路は、互いに反対方向へ延出して直線状に形成され、
前記弁体は、他の一つの通路を閉塞することにより、前記２つの通路を連通させることを特徴とする請求項１に記載の３方ロータリバルブ。
【請求項３】
前記弁体は、前記空間の中心部側に平面を有し、流体が前記通路を通過する際に、該流体が前記平面上を流れることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３方ロータリバルブ。
【請求項４】
前記弁体は、半球形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の３方ロータリバルブ。
【請求項５】
前記弁体は、半球体の頂部に平面を形成した形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の３方ロータリバルブ。
【請求項６】
前記弁体は、前記空間の中心部を通り前記ケーシングに回動可能に支持された支軸から半径方向外側へ延びる腕部に支持されていることを特徴とする請求項１〜５に記載の３方ロータリバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流れる方向を制御する３方ロータリバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体が流れる方向を制御する３方ロータリバルブとしては、特許文献１に開示されるように、ボールバルブを用いた３方ロータリバルブが公知である。
特許文献１の３方ロータリバルブは、一定空間を有するケーシングを備えている。その空間に、球状の弁体が装着されている。ケーシングには、弁体を滑動可能に支持する３つの弁座が、円周方向に互いに１２０度離間して配置されている。
この３つの弁座には、それぞれ、その中央を貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔のそれぞれに連通する第１〜第３連通路がケーシングに形成されている。また、弁体の内部には、１２０度に屈曲する弁体通路が形成されている。
【０００３】
この構成によれば、以下に説明するように、３態様の弁体の切り換えが可能となっている。すなわち、弁体を回動させて、弁体の表面で第１連通路を閉塞すると共に、第２連通路と第３連通路とを弁体通路によって連通させる。これにより、第２連通路と第３連通路との間において、流体を流すことができる。
【０００４】
また、弁体を回動させて、弁体の表面で第２連通路を閉塞すると共に、第１連通路と第３連通路を、弁体通路によって連通させることができる。さらに、弁体の表面で第３連通路を閉塞すると共に、第１連通路と第２連通路を、弁体通路によって連通させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１６９８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、特許文献１の３方ロータリバルブでは、球体の弁体の表面で一の連通路を閉塞すると同時に、他の二つの連通路を、球体の弁体内の弁体通路によって連通させる。このため、弁体は、複数の弁座で正確な位置に支持されると共に、弁体の切換の際には正確に位置決めされる必要がある。
【０００７】
また、弁体と弁座との間に、すきまをつくらないように、流体の漏れ防止用のシール部品が複数必要となり、構成部品の部品点数が多くなっている。
このため、特許文献１の３方ロータリバルブでは、構造が複雑となると共に、加工部位が数多く必要となる。
【０００８】
上記のように、構成部品の部品点数が多く、多くの加工を必要な３方ロータリバルブでは、その製造コストがかかる。
本発明は、上記事実を考慮し、簡易な構造の３方ロータリバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る３方ロータリバルブは、球状の空間及び、該空間から３方へ延出すると共に該空間を介して互いに連通する３つの通路が形成されたケーシングと、前記空間の中心部を回動支点に回動可能に支持され、前記空間を形成するケーシングの内周面に、球状に湾曲した表面が接触して、前記３つの通路のいずれかを閉塞する弁体と、を備え、前記弁体と前記ケーシングとは、摺動自在にしまりばめ構造の関係にあることを特徴とする。
【００１０】
この構成では、ケーシングに、球状の空間及び、この空間から３方へ延出すると共にこの空間を介して互いが連通した３つの通路が形成されている。この空間の中心部を回動支点に回動可能に支持された弁体を回動させて、弁体の球状に湾曲した表面を、球状の空間を形成するケーシングの内周面に接触させる。
これにより、３つの通路のいずれかを閉塞する。これにより、他の２つの通路は、連通した状態を保つので、流体の流通が可能となる。また、弁体を回動させて閉塞する通路を替えることにより、連通する通路が替わり、流体の流通方向を切り換えられる。
【００１１】
ここで、弁体とケーシングとは、摺動自在にしまりばめ構造の関係にある。
このため、弁体とケーシングとの間が封鎖され、シール部品がなくとも、弁体とケーシングとの間から流体が漏れない。シール部品を必要としないので、部品点数を低減できる。
従って、本発明の請求項１の構成によれば、３方ロータリバルブを簡易な構造とすることができる。
【００１２】
本発明の請求項２に係る３方ロータリバルブは、請求項１の構成において、前記３つの通路のうち、いずれか２つの通路は、互いに反対方向へ延出して直線状に形成され、前記弁体は、他の一つの通路を閉塞することにより、前記２つの通路を連通させることを特徴とする。
【００１３】
この構成では、３つの通路のうち、いずれか２つの通路は、互いに反対方向へ延出して直線状に形成されている。他の一つの通路を、弁体が閉塞することにより、その２つの通路を連通させる。これにより、連通した２つの通路を流体が流通可能となる。
従来のボールバルブでは、通路が３方ある場合において、直線状に流体を流すことができなかったが、本発明の請求項２の構成によれば、直線状に流体を流すことができるので、流通方向の自由度が増す。また、直線状に流体を流せるので、屈曲させて流体を流す場合と比較して、流体へ生じる流通抵抗を小さくできる。
【００１４】
本発明の請求項３に係る３方ロータリバルブは、請求項１又は請求項２の構成において、前記弁体が、前記空間の中心部側に平面を有し、流体が前記通路を通過する際に、該流体が前記平面上を流れることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、流体が通路を通過する際に、弁体の内部ではなく、弁体の平面上を通過する。
このため、従来のボールバルブのように、弁体の内部に通路を形成する必要がないので、弁体が簡易な構造となる。
【００１６】
本発明の請求項４に係る３方ロータリバルブは、請求項１〜３のいずれか１項の構成において、前記弁体が、半球形状であることを特徴とする。
この構成では、弁体が半球形状であるので、弁体の成形が容易となる。
【００１７】
本発明の請求項１〜３のいずれか１項に記載の弁体は、請求項５に記載のように、半球体の頂部に平面を形成した形状としてもよい。
また、本発明の請求項１〜５のいずれか１項に記載の弁体は、請求項６に記載のように、前記空間の中心部を通り前記ケーシングに回動可能に支持された支軸から半径方向外側へ延びる腕部に支持されている構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、上記構成としたので、３方ロータリバルブが簡易な構造となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の３方ロータリバルブに係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
図１には、本実施形態に係る３方ロータリバルブの断面図が示されている。
図１に示すように、本実施形態に係る３方ロータリバルブ１０は、ケーシング１２を備えている。
【００２０】
ケーシング１２の内部には、球状の空間Ｓが形成されている。この空間Ｓから半径方向へ延出すると共に、空間Ｓを介して互いに連通する３本の第１通路１４、第２通路１６、第３通路１８がケーシング１２の内部に形成されている。
各通路１４、１６、１８は、同一内径の円筒形状をしており、第１通路１４は、図１において左方向へ延出しており、第２通路１６は、図１において右方向に延出しており、第３通路１８は、図１において下方へ延出している。
【００２１】
すなわち、第１通路１４は、第２通路１６の延出方向（図１においてＹ方向）に対して、反対方向（図１においてＸ方向）へ延出し、第１通路１４及び第２通路１６は直線状に形成されている。また、第１通路１４は、第３通路１８の延出方向（図１においてＺ方向）に対して直角方向へ延出している。さらに、第２通路１６は、第３通路１８の延出方向（図１においてＺ方向）に対して、直角方向へ延出している。
【００２２】
第１通路１４の先端部には、他の配管と接続される接続口としての第１ポート２４が形成されている。この第１ポート２４から空間Ｓへの流体の流入及び空間Ｓから第１ポート２４への流体の流出が可能となっている。
第２通路１６の先端部には、他の配管と接続される接続口としての第２ポート２６が形成されている。この第２ポート２６から空間Ｓへの流体の流入及び空間Ｓから第２ポート２６への流体の流出が可能となっている。
第３通路１８の先端部には、他の配管と接続される接続口としての第３ポート２８が形成されている。この第３ポート２８から空間Ｓへの流体の流入及び空間Ｓから第３ポート２８への流体の流出が可能となっている。
【００２３】
ケーシング１２には、各通路１４、１６、１８の延出方向（図１において、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）と直交すると共に空間Ｓの中心部を通る支軸３２が、回動可能に支持されている。この支軸３２から半径方向外側へ延びる軸体６０（腕部）が設けられている。空間Ｓ内には、この軸体６０（腕部）に支持された弁体３０が設けられている。
この構成により、弁体３０は、空間Ｓの中心部を回動支点に、支軸３２の軸周りに回動可能とされている。なお、弁体３０の回動方向は、図１において時計方向であっても、反時計方向で合っても構わない。
【００２４】
この弁体３０は、回動することにより、第１通路１４を閉塞する第１位置（図１に示す位置）、第２通路１６を閉塞する第２位置（図２に示す位置）、第３通路１８を閉塞する第３位置（図３に示す位置）に切り換え可能となっている。
【００２５】
弁体３０は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、平面３８から頂点までの高さＨが、球体Ｋの半径ｒより短くなるように、球体Ｋを切断線Ａで切断し、さらに、弁体３０の頂部に、弁体３０の平面３８に平行に切り欠けられた円形状の切欠面（平面）３４が形成された形状をしている。
この切欠面３４は、弁体３０が回動した際を含め、ケーシング１２の内周面５０には、接触しない構成となっている。切欠面３４の直径は、各通路１４、１６、１８の内径と同一とされ、切欠面３４は、各通路１４、１６、１８に対向して、各通路１４、１６、１８を閉塞する。
【００２６】
弁体３０の側面３６は、円弧状に湾曲し、球状の空間Ｓを形成するケーシング１２の内周面５０に、接触するように構成されている。弁体３０が第１位置にあるときには、弁体３０の側面３６は、支軸３２に直交する方向の軸周りの全周Ｒ１に渡って接触する（図５参照）。これにより、第１通路１４が閉塞される。
【００２７】
弁体３０が第２位置にあるときには、弁体３０の側面３６は、支軸３２に直交する方向の軸周りの全周Ｒ２に渡って接触する（図５参照）。これにより、第２通路１６が閉塞される。弁体３０が第３位置にあるときには、弁体３０の側面３６は、支軸３２に直交する方向の軸周りの全周Ｒ３に渡って接触する（図５参照）。これにより、第３通路１６が閉塞される。
【００２８】
側面３６の支軸３２の軸周りの周方向長さＮ１（図４参照）は、第１通路１４と第３通路１８との間に形成された内周面５０の支軸３２の軸周りの周方向長さＮ２（図５参照）及び第２通路１６と第３通路１８との間に形成された内周面５０の支軸３２の軸周りの周方向長さＮ３（図５参照）と同一とされている。
【００２９】
弁体３０の回動中心から弁体３０の側面３６までの長さ（以下、弁体３０の外径という。）Ｌ１（図４参照）及び、ケーシング１２が形成する球状の空間Ｓの中心から、空間Ｓを形成するケーシング１２の内周面５０までの長さ（以下、ケーシング１２の内径という。）Ｌ２（図５参照）は、弁体３０とケーシング１２とが摺動自在にしまりばめ構造の関係となるように、調整されている。
具体的には、弁体３０の外径とケーシング１２の内径とを同一設計寸法Ａとし、弁体３０の公差を＋α、ケーシング１２の公差を−αとして、弁体３０及びケーシング１２は形成されている。
【００３０】
弁体３０の平面３８は、空間Ｓの中心部側に形成されており、この平面３８に軸体６０が固定される。また、３本の通路１４、１６、１８のいずれかが閉塞されている際において、閉塞されていない他の２つの通路を流れる流体は、この平面３８上を流れ、平面３８に案内されるように構成されている。
【００３１】
なお、支軸３２の一端側には、操作レバー５２が接続され、操作レバー５２を手動操作することにより、弁体３０の切り換えが可能となっている。なお、切り換え操作は、電動で行うように構成してもよい。
また、本実施形態では、弁体３０とケーシング１２とは、同一材料で構成され、例えば、ポリプロピレン、ステンレス等で形成される。
【００３２】
また、本実施形態に係る３方ロータリバルブ１０において、弁体３０をケーシング１２内部に収容すると共に、弁体３０を支軸３２へ取付ける方法としては、例えば、以下の方法がある。
ケーシング１２上部（操作レバー５２が位置する側、図６において下方側）に、中央部に孔が形成された上蓋を設ける。その上蓋を開放して、予め組み付けられた（又は一体的に成形された）弁体３０、軸体６０及び支軸３２を挿入した後、上蓋の孔に支軸３２を通して上蓋を閉め、上蓋をボルトでケーシング１２に組み付ける。その後、操作レバー５２を支軸３２に取り付ける。なお、上蓋とケーシング１２との間、上蓋の孔に通された支軸３２と上蓋との間は、Ｏリングにより、シールする。
また、支軸３２の軸体６０が取付けられる部分に雌ねじ部を形成する。弁体３０と軸体６０を予め組み付け（又は、一体的に形成し）、軸体６０の支軸３２に取付けられる部分に、雄ねじ部を形成する。この弁体３０と軸体６０を、いずれかの通路１４、１６、１８から挿入し、ケーシング１２の内部で軸体６０を支軸３２に螺合させて、両者を組み付けて、弁体３０を支軸３２へ取付ける方法が考えられる。なお、支軸３２は、ケーシング１２に形成した孔に通し、ケーシング１２と支軸３２に間は、Ｏリングによりシールする。
また、ケーシング１２を任意の位置で分割して、内部が開放できるように構成し、弁体３０、軸体６０及び支軸３２を組み付けてから、弁体３０をケーシング１２内部に挿入して、ケーシング１２を接合する方法が考えられる。
【００３３】
次に、上記の実施形態について作用を説明する。
ここでは、第１ポート２４から第２ポート２６へ流体を流すと共に、第１ポート２４から第３ポート２８へ流体を流す制御について説明する。
【００３４】
まず、第３通路１８を閉塞する第３位置に弁体３０を回動させる（図３参照）。弁体３０の側面３６が、第３通路１８と空間Ｓとの接続部分にある内周面５０に接触する。この内周面５０と弁体３０の側面３６との間の摩擦によって、弁体３０は、第３位置に位置決めされる。
【００３５】
この第３位置では、切欠面３４が第３通路に対向し、弁体３０の側面３６と内周面５０が接触してこの間を封鎖することにより、第３通路１８が閉塞される。
第１通路１４と第２通路１６は連通した状態を保ち、第１ポート２４から第２ポート２６へ流体を流すことができる。
【００３６】
次に、第２通路１６を閉塞する第２位置に弁体３０を回動させる。弁体３０の側面３６が、第２通路１６と空間Ｓとの接続部分にある内周面５０に接触する。この内周面５０と弁体３０の側面３６との間の摩擦によって、弁体３０は、第２位置に位置決めされる。
この第２位置では、切欠面３４が第２通路に対向し、弁体３０の側面３６と内周面５０が接触してこの間を封鎖することにより、第２通路１６が閉塞される。
【００３７】
第１通路１４と第３通路１８は連通した状態を保ち、第１ポート２４から第３ポート２８へ流体を流すことができる。
このように、第１ポート２４から第２ポート２６への流通方向から、第１ポート２４から第３ポート２８への流通方向から切り換えることができる。
【００３８】
ここで、弁体３０とケーシング１２との関係は、摺動自在にしまりばめ構造となっている。
このため、弁体３０とケーシング１２との間が封鎖され、シール部品がなくとも、弁体３０とケーシング１２との間から流体が漏れない。シール部品を必要としないので、部品点数を低減できる。
【００３９】
また、本実施形態の構成では、従来のボールバルブと違って、弁体内に通路を形成する必要がないため、弁体自体の構造が簡易となる。また、弁体内の通路とケーシング１２に形成された通路との位置調整をする必要がないので、ロータリバルブ全体の構造も簡易となる。従って、本実施形態の構成によれば、３方ロータリバルブを簡易な構造とすることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、閉塞する通路に対向する弁体３０の頂部に切り欠けられた切欠面３４は、ケーシング１２の内周面５０に接触しない。
このため、弁体３０を回動させたとき、弁体３０とケーシング１２の内周面５０との間に発生する摩擦抵抗が抑えられ、弁体３０の回動がスムーズとなる。本実施形態の構成では、回動支点から弁体３０の側面３６までの長さが、空間Ｓの中心部からケーシング１２の内周面５０までの長さ以上とされているため、弁体３０の側面３６とケーシング１２の内周面５０との摩擦抵抗が大きいため、弁体３０とケーシング１２の内周面５０との間に発生する摩擦抵抗を抑えることが、特に有効である。
【００４１】
また、本実施形態の構成では、弁体３０の平面３８が、閉塞されていない２つ通路を流れる流体を案内する。このため、連通された通路を流れる流体の流通を促進する。
【００４２】
また、本実施形態の構成では、第１通路１４と第２通路１６は、互いに反対方向へ延出して直線状に形成され、第３通路１８を閉塞することにより、この２つの通路を流体が流通可能となる。
従来のボールバルブでは、通路が３方ある場合において、直線状に流体を流すことができなかったが、本実施形態では、直線状に流体を流すことができるので、流通方向の自由度が増す。また、直線状に流体を流せるので、屈曲させて流体を流す場合と比較して、流体へ生じる流通抵抗を小さくできる。
【００４３】
なお、上記実施の形態では、第１ポート２４から第２ポート２６へ流体を流すと共に、第１ポート２４から第３ポート２８へ流体を流していたが、流体が流れる方向の制御としては、第２ポート２６から第１ポート２４へ流体を流すと共に、第３ポート２８から第１ポート２４へ流体を流してもよい。また、弁体３０で第１通路１４を閉塞することにより、第２通路１６と第３通路１８とを連通させ、第２ポート２６から第３ポート２８へ流体を流してもよく、また、その逆の第３ポート２８から第２ポート２６へ流体を流してもよい。
すなわち、本実施形態では、流体が流れる方向の制御としては、６方向の流れる方向を用いることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、弁体３０の頂部に切欠面３４が形成されているが、本発明の弁体としては、切欠面３４が形成されていなくてもよく、例えば、平面３８から頂点までの高さＨが、球体Ｋの半径より短くなるように、切断線Ａによって球体Ｋを切断したドーム形状であってもよい（図２参照）。
また、本実施形態では、弁体３０とケーシング１２とは、同一材料で形成されていたが、異なる材料で形成されていても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る３方ロータリバルブにおいて、弁体が第１位置にある場合を示す断面図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る３方ロータリバルブにおいて、弁体が第２位置にある場合を示す断面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る３方ロータリバルブにおいて、弁体が第３位置にある場合を示す断面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る弁体を示す断面図である。（Ａ）は弁体をその頂部から見た図を示し、（Ｂ）は、横方向（側面側）から見た図を示す。
【図５】図５は、本実施形態に係るケーシングを示す断面図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る３方ロータリバルブを上方から見た断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ３方ロータリバルブ
１２  ケーシング
１４  第１通路
１６  第２通路
１８  第３通路
３０  弁体
３４  切欠面（平面）
３６  側面（表面）
３８  平面
５０  内周面
６０  軸体（腕部）
Ｓ  空間
【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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