(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動装置により駆動される作動軸に上側カムを形成したカム筒が前記作動軸と一体に回転可能かつ軸方向に摺動自在に嵌合され、前記作動軸を中心に回転する弁体の上面に、前記上側カムに対向する位置に下側カムを設け、前記弁体の下面に上突起を設け、前記作動軸に固定され前記上突起に対向して下突起を備えた補助部材を設けたことを特徴とする電動四方弁。
【請求項２】
上側カムを下側カム側に付勢するスプリングを設け、上側カムがスプリングを縮めて弁体を弁座に押圧可能となるようにした請求項１記載の電動四方弁。
【請求項３】
上側カムの回転停止位置はモータ内に設けた回転停止位置検出用ホール素子により検出されモータへの通電が停止されるようにしてなる請求項１または請求項２記載の電動四方弁。
【請求項４】
弁体を弁座から離間する方向に付勢するスプリングを設けてなる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動四方弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、室内のラジエータに冷水または温水を選択的に供給するために、冷温水供給管路を切り替えるため等に使用する電動式の四方弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
室内に設けたラジエータに、夏は冷水を供給して冷房し、冬は温水を供給して暖房行うために、ラジエータに至る管路に冷水用管路と温水用管路を配管し、両管路を適宜切り替えるために電動四方弁が用いられる。この電動四方弁としては、ラジエータに至る管路、冷水を供給する管路、温水を供給する管路、温水または冷水をバイパスして戻す管路の４個の管路を弁本体内の４個の弁孔に連結し、弁本体内には４個の開口を有し、各々２個の開口を連結する２個の流路を形成した椀状の弁体をモータにより回動自在に設けている。それにより、弁体内の第１流路により冷水の導入孔とラジエータへの管路を連通し、弁体内の第２の流路により温水の導入孔とバイパス管路を連通する第一の位置と、弁体内の第２の流路により温水の導入孔とラジエータへの管路を連通し、弁体内の第一の流路により冷水の導入孔とバイパス管路とを連通する第２の位置とを選択的に位置させることができるようにして切り替えを行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような電動式四方弁においては、４個の開口を有する弁座に対して４個の開口を有する弁体を、水漏れの生じないように密着状態で保持しておかなければならない。一方、このように密着状態に保持されている弁体は、その流路切り換えに際しては、弁座上を摺動して回転しなければならず、水漏れを防止するための上記密着力が大きければ大きいほど、回転させる際には、弁座と弁体の接触表面間で大きな摩擦力が生じることとなる。
【０００４】
この摩擦力により、弁体が回転する際には、両者は大きな摩耗を生じるほか、弁座と弁体に４個の開口を有しているため、弁体の回転の際に両者の開口の縁部分で引っかかりを生じ、特にこの部分では大きな摩耗や損傷を生じる。このような摩耗や損傷により弁座と弁体間では水漏れを生じ、弁の機能不良を生じる。特に、内部に流路を形成する弁体をセラミック等で製作し、この弁体に当接する弁座側をシール性の良好なゴム等の弾性体で製作することが多いが、このような場合には、水漏れを防止するため弁体を弁座に大きな力で押圧すると、弁体が弁座のゴムに喰い込み、この喰い込み状態で弁体を回転すると、ゴムの弁座はセラミックの弁体により短期間で摩耗し、頻繁に弁座等を交換しなければならない。
【０００５】
また、弁座と弁体間に、配管の錆やごみ、あるいは砂等を噛み込んだ場合には、弁体の回転によりこれらが弁座等に喰い込み、上記摩耗が更に生じ易くなる。更に、弁体を弁座に対して強力に押圧しシール性を向上しようとすると、弁体の回動時に強い摩擦力を生じるので、電動装置には大きな負荷がかかり、電動弁の作動不良を生じ、その対策として強力な電動装置を用いると、弁が高価なものとならざるをえない。
【０００６】
その対策として、本出願人により、弁の切り替え作動時には、弁体を弁座から浮かせるようにして回転させ、切り替え作動終了時には、弁座に対して強固に密着させるようにするため、通常時には弁体を押さえスプリングにより強固に弁座に対して密着させ、弁体の切り替え作動時には、カムを用いて押さえスプリングに抗して弁体を浮かせる方向に移動可能とし、この状態で弁体を回転させ、切り替え終了位置においては再び押さえスプリングにより強固に弁座に対して弁体を密着させるようにした電動多方弁を提案している。
【０００７】
しかしながら、この電動多方弁においては、弁体のシャフトと弁体の間にねじりバネを設ける他、電動機から弁体に至る伝動機構が複雑となり、部品点数が多く、組立工数が増加し、また、高価なものとならざるを得なかった。
【０００８】
したがって、本発明は、弁体の回動時には弁座に対する弁体の押圧力を減少することにより、弁座等の摩耗を減少すると共に電動装置の負荷を軽減し、弁体としての使用時には弁体を弁座に対して強く押圧してシール性を向上させることができる、構造が簡単で部品点数が少なく、安価な電動四方弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、電動装置により駆動される作動軸に上側カムを形成したカム筒が前記作動軸と一体に回転可能かつ軸方向に摺動自在に嵌合され、前記作動軸を中心に回転する弁体の上面に、前記上側カムに対向する位置に下側カムを設け、前記弁体の下面に上突起を設け、前記作動軸に固定され前記上突起に対向して下突起を備えた補助部材を設けた電動四方弁を構成したものである。
【００１０】
本発明は、上記のように構成したので、通常状態においては上側カムと下側カムとのかみ合いにより、上側カムが弁体を弁座側に押圧してシール状態が保持されており、流路切り替え時に電動装置により上側カムを回転すると、上側カムと下側カムのかみ合い状態が変わることにより、弁体と弁座の摩擦力が減少するので、下側カムは上側カムと共に回転する。このとき、弁体が弁座に密着しているときでも、弁体の下面の上突起が電動装置のシャフトに設けた下突起により押し上げられ、弁体は弁座から離間するので下側カムは上側カムと共に回転し、弁体の外周に形成したストッパが、弁箱部分と当接する事により弁体の回転は停止し、流路は切り替えられる。この後も電動装置は上側カムを所定量だけ回転し、上側カムと下側カムとの噛み合いにより、弁体が弁座側に押圧されて再びシール状態が保持される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の参考例を図１乃至図８に沿って説明する。弁箱１の下部には、４個の接続管路２，３，４，５が互いに９０度の角度をなして放射状に設けられ、これらは中心部で直角に立ち上げられて、円筒状の弁収納部６の弁座面７の弁孔１０，１１，１２，１３に各々接続されている。弁収納部６内には、隣接する２個の弁孔を接続する第１流路１４と第２流路１５とを有する弁体１６が回転自在に設けられている。第１流路１４と第２流路は、各々９０度の範囲で延びる環状流路として形成されており、その上面には、リング状の下側カム１７を備えている。下側カム１７は、図中上下方向に凹凸状をなしている。弁体１６の中心下部には中心突起１８が形成され、この中心突起１８は、弁箱１に設けた支持穴２０内に嵌合し、支持穴内に縮設されたバネ２１によって上方に付勢されている。
【００１２】
弁体１６の外周には互いに１８０度離れた位置に突起２２−１，２２−２が設けられ、弁箱１の弁収納部６の内面には、この突起２２が当接するストッパ２３が、図中４個２３−１、２３−２、２３−３、２３−４と４個設けられている。下側カム１７の上方には、下側カム１７と同一径のリング状の上側カム２４が配置され、上側カム２４の下面に形成したカム面は下側カム１７のカム面と対称的に形成され、互いに噛み合うように形成されている。上側カム２４の中心には軸穴が設けられ、軸穴の上部に設けた上部軸穴２７には、弁箱１の上部に設けた電動装置としてのモータ２８のシャフト３０の先端が回転可能かつ軸方向に摺動自在に嵌合されている。また、軸穴の下部に設けた下部軸穴２５には弁体１６の中央上面に設けた突起２６が回転方向及び軸方向に摺動自在に嵌合されている。
【００１３】
弁箱１の円筒状の弁収納部６の上部には、Ｏリング３１を介して蓋体３２がねじ３３により固定され、蓋体３２の上面にはモータ２８がねじ３４により固定されている。蓋体３２の中心にはモータ２８のシャフト３０を支持する軸受け部３５が形成されている。シャフト３０には鍔３６が設けられ、この鍔３６の下面と上側カム２４の上面との間には皿バネ３７を設けている。
【００１４】
この皿バネ３７は、図１における弁の通常の冷房、暖房の使用状態においては、図５に示すような第１状態にあり、上側カム２４の突出部４０が下側カム１７の突出部４１に乗り上げた状態で停止しているので、下側カム１７によって上側カム２４が持ち上げられた状態となっており、それにより皿バネ３７は押し縮められ、その反発力によって弁体１６を下方に押圧し、弁体１６の下面に設けたシール４２を弁孔１０，１１，１２，１３に押しつけてシール作用をなしている。また、シャフト３０が回転して上側カム２４が回転し、図７に示すように、上側カムの突出部４０が下側カムの凹部４３に嵌合し、下側カム１７の突出部４１が上側カム２４の凹部４４に嵌合するとき、上側カム２４は下側カム１７によって持ち上げられることがなくなり、それにより皿バネ３７を押し縮める力がなくなるので、弁体１６は下方への押圧力がほとんどなくなり、逆にバネ２１によって上方へ押し上げる力が作用し、弁体は自由に回転できる状態となる。
【００１５】
上記構成の電動四方弁において、例えば、室内の冷房を行う第１の作動状態には、図５に示すように、第１状態にあり、上側カム２４の突出部４０が下側カム１７の突出部４１に乗り上げた状態で停止しており、モータ２８への給電は停止している。そのため、下側カム１７によって上側カム２４が持ち上げられた状態となっており、それにより皿バネ３７は押し縮められ、その反発力によって弁体１６を下方に押圧し、弁体１６の下面に設けたシール４２を弁孔１０，１１，１２，１３に押しつけてシール作用をなしている。このとき、図２に示すように、弁体１６の第１流路１４は弁孔１０と１１を連通し、第２流路１５は弁孔１２と１３を連通している。それにより、この弁が室内ラジエータに冷水または温水を供給するための四方弁として用いられる場合には、ラジエータに連通する弁孔１０と冷水供給源と連通する弁孔１１とを連通することにより、ラジエータに冷水が供給され、室内は冷房を行うことができる。このとき、第２流路１５は温水供給源と連通する弁孔１３と戻り流路に連通するバイパス流路１２と連通する事により、ラジエータには温水は供給されずバイパスされる。なお、このとき、弁体１６に設けた突起２２−１は弁箱１のストッパ２３−１に当接し、突起２２−２はストッパ２３−３に当接している。
【００１６】
次いで、例えば、室内の暖房を行う第２の作動状態にする時には、モータ２８に通電し、上側カム２４を時計方向に回転させると、上記の突起２２−１はストッパ２３−１から、また突起２２−２はストッパ２３−３から各々離れて回転し、また、それにより上側カム２４の突出部４０は、図６に示すように第２状態になり、乗り上げていた下側カム１７の突出部４１から次第に下側カムの凹部４４側に移動する。このとき、弁体１６には皿バネ３７の押圧力が作用し、上側カム２４は、皿バネ３７の押圧力によって下方に移動し、また皿バネ３７はその押圧力を減少させていく。
【００１７】
モータ２８がさらに回転すると、図７に示すように第３状態になり、上側カムの突出部４０が下側カム１７の凹部４３に落ち込むと、皿バネ３７の押圧力はほとんどなくなり、むしろ弁体１６の下側からバネ２１の押し上げ力が働くので、弁体１６はほぼ自由状態となる。そのため、上側カム２４と下側カム１７とが嵌合し、下側カム１７は上側カム２４から回転力を受け、自由状態となった弁体１６は上側カム２４と共に回転する。このまま上側カム２４と下側カム１７は一体的に回転を続け、弁体１６の突起２２−１が弁箱１のストッパ２３−４に当接し、突起２２−２がストッパ２３−２に当接するとき、弁体１６の回転は停止され、下側カム１７は回転しないので、モータ２８の回転力によって上側カム２４のみ回転を続ける。
【００１８】
このとき、弁体１６は図３に示す第２の作動状態となっており、それにより、弁体１６の第１流路１４は弁孔１０と弁孔１３を連通し、第２流路１５は弁孔１１と弁孔１２を連通している。それにより、ラジエータに連通する弁孔１０と温水供給源と連通する弁孔１３とを連通することにより、ラジエータに温水が供給され、室内は暖房を行うことができる。このとき第２流路１５は、冷水供給源と連通する弁孔１１と戻り、流路に連通するバイパス流路と連通する事により、ラジエータには冷水は供給されずバイパスされる。
【００１９】
上側カム２４のみ回転を続け、図８に示すように第４状態になり、上側カム２４の突出部４０は下側カム１７の次の突出部４１に次第に乗り上げ、皿バネ３７を次第に圧縮していき、最後に再び下側カム１７の突出部に完全に乗り上げると、モータ２８は回転を停止し、図５の状態に戻る。上側カム２４のこの回転停止位置は、モータ内に設けた回転停止位置検出装置により、あるいは図示されない上側カムの回転停止位置検出用ホール素子等によって検出され、モータへの通電が停止される。その結果、弁体は前記図１の状態となり、皿バネ３７は弁体１６を弁座４２側に押圧して確実なシール状態で弁体を保持する。
【００２０】
本発明の実施例を、図９乃至図１２に基づいて説明する。この電動四方弁の基本構成は前記参考例の電動四方弁と同様であり、この実施例の電動四方弁においては、弁体６６の下端中央部１００に下方に突出する上突起１０１を設け、弁箱５１の中央にはこの上突起１０１に対向して、下突起１０２が駆動軸とともに回転するように設けることにより、上記参考例の電動四方弁を改良した点で最も異なっている。そのほか、細部でも後述するように第１実施例のものを改良している。なお、図９において中心線より左側は弁の切り替え終了状態を示し、右側は弁の切り替え途中の状態を示す。
【００２１】
第９図において、弁収納部５６の上部に設けた蓋体８２の上端部にはモータ７８を固定しており、このモータ７８から突出した軸１０３には歯車１０４を備えている。弁箱５１の中心に設けた軸穴１０５には作動軸１０６が立設しており、この作動軸１０６の上端中央に設けた嵌合穴１０７には蓋体８２の中心に設けた軸受１０８に支持されるスピンドル１１０が一体的に回動するように嵌合している。スピンドル１１０の上端には歯車１１１が固定され、この歯車１１１がモータで駆動される歯車１０４と噛み合っている。
【００２２】
スピンドル１１０で駆動される作動軸１０６の上部外周には、下面側に下方に突出する上側カム７４を形成したフランジ１１２を備えているカム筒１１３が作動軸１０６と一体に回転可能かつ軸方向に摺動自在に嵌合されている。このフランジ１１２の上面と蓋体８２の中央下面との間には第１スプリング８７を設けている。作動軸１０６に中心を位置決めされて回転する弁体６６の中央部の上面には、前記上側カム７４と対向する位置に下側カム６７を備えており、この上側カム７４と下側カム６７とは、前記第１実施例の電動四方弁と同様に作動し、図９の中心線の左側に示すように、上側カム７４の突出部分と、下側カム６７の突出部分とが対向する位置においては、カム筒１１３が第１スプリング８７を押し縮めて上方に移動しており、それにより弁体６６の下端面のシール体１１４は、弁箱５１の上面の弁座に第１スプリング８７の力により圧接している。なお、このとき、弁体６６のシール体１１４の下面には、弁箱５１に設けた第２スプリング１１５の力が作用しているが、第２スプリング１１５の力は第１スプリング８７より小さいので、弁体６６は第２スプリング１１５に拘らず、第１スプリング８７によりシールする力を付与されている。
【００２３】
弁体６６の下端中央部１００の下面に設けた上突起１０１に対して、弁箱５１の中央には、作動軸１０６に固定され、この上突起１０１に対向して形成された下突起１０２を備えている補助部材１１６が回転自在に収納されている。上記上突起１０１、下突起１０２及び上側カム７４、下側カム６７の位置関係及びその作動は、図１０乃至図１２に模式的に示される。
【００２４】
図１０は弁体の切り替え終了位置である上側カムと下側カムの噛み合いの第１状態を示し、上記した図９の中心線の左側に示す位置と同一位置であって、上側カム７４の突出部分と、下側カム６７の突出部分とが対向する位置にあり、ここで静止しており、このときはカム筒１１３が第１スプリング８７により弁体６６の下端面のシール体１１４は、弁箱５１の上面の弁座に圧接している。また、このとき、上突起１０１と下突起１０２は対向しない位置となっている。
【００２５】
この状態から弁体を回転して流路を切り替えるときには、第１実施例と同様にモータを駆動し、歯車１０４と歯車１１１との噛み合いによりスピンドル１１０を回転し、作動軸１０６を介してカム筒１１３を回転する。それにより上側カムが図１０から図１１に示すように右方向に回転すると、上側カム７４と下側カム６７の対向は外れ、上側カムと下側カムの第２状態となる。このとき、弁体が弁座に密着して弁座から離れないときには、図１１において実線で示すように、上側カム７４と一体的に回転する下突起１０２が上突起１０１と当接し、下突起の移動側斜面１２０が上突起の斜面１２１を押圧することにより、上突起に対して持ち上げる力を生じ、それにより弁体全体が上方に持ち上げる力が作用するため、上記のように弁体が弁座と密着して離れないときでも、モータの回転力により引き離すことができる。なお、弁体が弁座とすぐ離れる状態にあるときには、上側カム７４が下側カム６７との対向する位置から外れると、弁体は第１スプリング８７からの押圧力が低下するので、図１１の破線で示すように、第２スプリング１１５の力により上方に移動する。その時には、上突起１０１も破線のように上昇しており、下突起１０２は上突起１０１と当接することなく、更に移動することとなる。
【００２６】
上記のように、弁体６６が弁座と密着して離れないときに、下突起１０２と上突起１０１との噛み合いにより強制的に上方に移動するとき、あるいは弁体６６と弁座とがすぐに離れたときのいずれにおいても、図１１の状態から図１２の状態、すなわち上側カム７４が弁体の上面において隣接する下側カム６７，６７間の底部に落ち込む第３状態となる。以降は前記第１実施例と同様に、上側カム７４が更に回転する時、上側カム７４の移動側斜面が下側カム６７の対向斜面を押圧し、その力により弁体を回転させる。その後弁体６６の周辺の突起が弁箱５１の突起と係合し、弁体６６の回転は停止し、上側カム７４が更に回転すると上側カム７４は下側カム６７に乗り上げ、第１スプリング８７の力により弁体６６を弁座側に圧接する。このときの上側カム７４の回転位置を図示しない検出手段によりし、モータの駆動を停止する。
【００２７】
このように、実施例の電動四方弁においては、弁体が弁座と密着して離れないときでも、強制的に弁座から離すので、密着した状態で強制的に弁体を駆動することによる弁座及び弁体の損傷を防止し、密着した弁体を強制的に回転させることを考慮したモータの余裕駆動力を必要とせず、小型のモータにより容易に弁体を回転することができる等の種々の効果を奏する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、弁体の回動時には、弁座に対する弁体の押圧力を減少することにより、弁座等の摩耗を減少することができるので、弁体や弁座の摩耗を減少させることができ、弁体と弁座との間に配管の錆やごみ等を噛み込ませることがなくなり、また、弁体を駆動する電動装置の負荷を軽減することができる。さらに、弁体としての使用時には、弁体を弁座に対して強く押圧してシール性を向上させることができる。且つ電動機から弁体に至る伝動機構が簡単化し、部品点数が減少し、組立工数が減少すると共に、安価な電動四方弁とすることができる。
【００２９】
上記の効果に加えて、弁体が弁座と密着して離れないときでも、強制的に弁座から離すので、密着した状態で強制的に弁体を駆動することによる弁座及び弁体の損傷を防止し、密着した弁体を強制的に回転させることを考慮したモータの余裕駆動力を必要とせず、小型のモータにより容易に面体を回転することができる等の種々の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例を示す断面図である。
【図２】  図１のＸーＸ部分断面図である。
【図３】  同底面図である。
【図４】  図１の弁体の流路の切り換え状態を示すＸーＸ部分断面図である。
【図５】  下側カムと上側カムの第１状態を示す側面図である。
【図６】  同第２状態を示す側面図である。
【図７】  同第３状態を示す側面図である。
【図８】  同第４状態を示す側面図である。
【図９】  本発明の実施例を示す断面図である。
【図１０】  下側カムと上側カムの第１状態を示す側面図である。
【図１１】  同第２状態を示す側面図である。
【図１２】  同第３状態を示す側面図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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