| 【発明の名称】 |
ロータリーディスク弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】江間 正紀
【氏名】山口 寛
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| 【要約】 |
【課題】流路切り替え時における弁回転時において、小さな負荷で弁を回転することができ、弁座を損傷することなく長期間安定して作動することができるロータリーディスク弁を提供する。
【解決手段】弁押圧カム６と弁上昇カム１１とを備えたディスク弁５を、複数の弁孔を設けた弁箱３内に下端が当接するように回転自在に設け、弁押圧カム６と弁上昇カム１１との間に、上側カム１２と下側カム８とを形成したモータ２１により駆動されるスライドカム７を設け、スライドカム７の上部にスプリング３０を配設するとともにスライドカム７の所定位置への回転を検出する位置検出手段３４を設けたロータリーディスク弁を構成したものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 弁押圧カムと弁上昇カムとを備えたディスク弁を、複数の弁孔を設けた弁箱内に下端が当接するように回転自在に設け、弁押圧カムと弁上昇カムとの間に、上側カムと下側カムとを形成したモータにより駆動されるスライドカムを設け、スライドカムの上部にスプリングを配設するとともにスライドカムの所定位置への回転を検出する位置検出手段を設けたことを特徴とするロータリーディスク弁。
【請求項２】 上側カムは弁上昇カムと対向する位置に設け、下側カムは弁押圧カムと対向する位置に設け、弁押圧カムに設けた高部に下側カムが当接するときスプリングによりスライドカムを介してディスク弁を弁座側に押圧し、スライドカムが回転して下側カムが弁押圧カムの高部から外れるときスプリングによるディスク弁の押圧力をなくし、その後上側カムが弁上昇カムに当接して相互の傾斜面での当接により弁上昇力を発生し、且つ両者の係合によりディスク弁をスライド弁と共に所定位置まで回転し、次いで下側カムが弁押圧カムの高部に乗り上げることによりスプリングによるディスク弁の下方への押圧力を発生するように構成した請求項１記載のロータリーディスク弁。
【請求項３】 位置検出手段は、駆動軸に設けたマグネットとマグネットに対向して弁箱に設けたホールＩＣからなる請求項１又は請求項２記載のロータリーディスク弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷却水回路や循環水回路の水路切り換え等に用いる電動式の五方弁あるいは四方弁等のロータリーディスク弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】温水や冷水を用いる冷暖房装置や、風呂、給湯装置の水回路において、この水の循環方向を切り換えるために用いる電動式多方弁は、複数個の流路に連通している複数個の開口を有する弁座に対して、任意の開口を選択的に連通するための流路を内部に形成し、複数個の開口を有する椀状の弁体を、接触状態で回動自在とし、電磁装置あるいはモータ等により弁体を回動することにより、弁体の内部流路の開口を弁座の開口に任意に連通させ、水回路の反転切り換え等を行っている。また、この弁体内の流路を任意に設定することにより四方弁等各種の弁の形成が可能であり、弁体に前記弁座に対向する開口の他に他の流路を連通して五方弁とすることもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような電動式多方弁においては、複数の開口を有する弁座に対向して、複数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及び粘着力が生じることとなる。
【０００４】この摩擦力及び粘着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、弁座と弁体に複数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及びゴムの粘着力を生じるので、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】したがって、本発明は、流路切り替え時における弁回転時において、小さな負荷で弁を回転することができ、弁座を損傷することなく長期間安定して作動することができるロータリーディスク弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、弁押圧カムと弁上昇カムとを備えたディスク弁を、複数の弁孔を設けた弁箱内に下端が当接するように回転自在に設け、弁押圧カムと弁上昇カムとの間に、上側カムと下側カムとを形成したモータにより駆動されるスライドカムを設け、スライドカムの上部にスプリングを配設するとともにスライドカムの所定位置への回転を検出する位置検出手段を設けたロータリーディスク弁を構成したものである。
【０００８】本発明は上記のように構成したので、弁の通常作動時には、弁押圧カムに設けた高部にスライドカムの下側カムが当接しており、スプリングによりスライドカムを介してディスク弁を弁座側に押圧し、弁孔部分の確実なシールを行う。流路の切り替えに際してモータに通電すると、スライドカムが回転して下側カムが弁押圧カムの高部から外れ、スプリングによるディスク弁の押圧力がなくなる。その後、上側カムが弁上昇カムに当接して相互の傾斜面での当接により弁上昇力を発生し、弁を持ち上げるので、ディスク弁と弁座との摩擦力はほとんどなくなり、且つ両者の係合によりディスク弁をスライドカムと共に回転移動する。ディスク弁が所定位置まで回転するとディスク弁の回転が停止され、その後スライドカムのみが回転するので下側カムが弁押圧カムの高部に乗り上げ、スプリングによるディスク弁の下方への押圧力を発生する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に添って説明する。下弁箱１と、この下弁箱１の上部にＯリングを介して液密にシールされた上弁箱２からなる固定された弁箱３内には、内部に連通流路４を形成した椀状のディスク弁５が往復回転可能に設けられ、下弁箱２の下面に設けた４個の弁孔に対する連通流路４の位置を切り替えることにより、種々の接続の切り替えを可能としている。
【００１０】ディスク弁５の上面の中央には弁押圧カム６を備え、その上部にこれに対向してスライドカム７の下面の下側カム８が配置されている。ディスク弁５の上面には、互いに１８０度離れた位置に支持アーム１０を立設し、その先端には下方に向けて弁上昇カム１１を形成している。スライドカム７の上面には、スライドカムの回転時に各弁上昇カム１１に当接する上側カム１２を互いに１８０度離れた位置に形成している。弁押圧カム６は図に示すように、中央に凹部１３を有すると共にその両側に第１高部１４と第２高部１５を備え、それらの部分の接続部分は傾斜面となっている。スライドカム７の下側カム８は両側が傾斜面とし、中央が平坦面となった突起状となっており、また、スライドカム７の上側カム１２は断面三角形の突起状となっている。弁上昇カム１１は前記上側カム１２と対称的に逆三角形に下方の突出している。
【００１１】ディスク弁５の側部には突出部１６を備え、後述するようにディスク弁５が回転するとき、この突出部は下弁箱１の側方に固定されるモータ支持用の支柱１７と当接し、ディスク弁５の回転が停止される。したがって、この支柱１７は、ディスク弁５の回転を止めるストッパとしての機能をなす。スライドカム７の側方には相互の所定の間隔を有して２個の突起１８，１９を備え、この突起１８，１９はディスク弁５の上面に立接した支持アーム１０の側部と当接し、スライドカム７の回転が停止される。したがって、この支持アーム１０はスライドカム７のストッパとしての機能をなす。
【００１２】上弁箱２の中央部には軸受部２０が形成され、この軸受部２０には、上端においてモータ２１の駆動軸２２と連結するスピンドル２３が回転自在に軸止されている。スピンドル２３の中央部にはスライドカム７の中央に形成した四角形の嵌合穴２４と嵌合する四角形の係合部２５を備え、スピンドル２３の下端には下弁箱１の上面中央に設けた孔５１に回転自在に嵌合する端部２７を備えている。上弁箱２の軸受け部２０の周囲にはスプリング受け２８を備え、このスプリング受け２８内にはスプリング３０を収納しており、スプリング３０は一方の端部がスライドカム７の上面に当接し、それにより、スライドカム７を図中下方に押圧し、後述するようにスライドカム７の下側カム８が弁押圧カム６上に位置するとき、スプリング３０はスライドカム７を介してディスク弁５を図中下方に押圧して弁をシール状態に保つ作用をなしている。なお、ディスク弁５の上面とスライドカム７の下面との間にはディスク弁５の浮上を防止する弱いバネ４０が設けられている。また、下弁箱１の底面においてディスク弁５の下端と接触する部分においては、ゴム等の弾性シート２９を固定しており、スプリング３０により下弁箱が下方に押圧されるとき、下弁箱１の下面は弾性シート２９に密着し、強いシール作用を行っており、弾性シート２９に形成した流路との連通孔が弁座となっている。
【００１３】下弁箱１の側部に立設した支持用の支柱１７に支持されたモータ２１は往復動可能な双方向回転シンクロナスモータを使用しており、外部からの切り替え信号によって往復動の制御がなされる。モータ２１の駆動軸２２の下端には先端の下方にマグネット３１を内蔵したアーム３２が固定され、一方、モータの駆動軸２２の所定の回転位置でのアーム３２の位置に対向するように、上弁箱２の上端周囲にホールＩＣ３３を備えた検出部３４を設けている。それにより、駆動軸２２が回転してアーム３２が検出部３４に対向する位置まで回転すると、検出部３４のホールＩＣがアーム３２先端のマグネット３１の磁力を検出して駆動軸２１が所定の位置まで回転したことを検出し、モータ２１の回転を停止させる。また、モータ２１が逆転してアーム３２が第２の検出部３５に対向する位置まで回転すると、第２検出部３５のホールＩＣ３３がアーム先端のマグネット３１の磁力を検出して駆動軸２２が第２の所定位置まで回転したことを検出し、モータ２１の回転を停止させる。
【００１４】上記構成からなるロータリーディスク弁において、その作動について、ディスク弁５とそのディスク弁５に設けた弁押圧カム６と弁上昇カム１１、及びスライドカム７に設けた上側カム１２と下側カム８との関係を模式的に描いた図５と共に説明する。最初、図１に示す状態は図５（イ）の状態にあり、モータに通電されていない状態であり、ディスク弁５の上面に設けた弁押圧カム６の第１高部１４上にスライドカム７の下側カム８が載っており、この状態では、スライドカム７が弁押圧カム６により持ち上げられている状態であるので、スライドカム７はスプリング３０を圧縮し、その結果、スプリング３０はスライドカム７を介してディスク弁５を押圧し、ディスク弁５の下端は下弁箱に固定した弾性シート２９に強く当接し、強いシール状態で第１の流路を形成し保持している。
【００１５】図５（イ）の状態からモータ２１に、例えば反時計方向の回転を与えるように通電すると、駆動軸２２を介してスピンドル２３が回転され、このスピンドル２３と一体的にスライドカム７が回転し、このときディスク弁５は弾性シート２９との強い摩擦接触により回転しないので、図５（ロ）に示すように、スライドカム７の下側カム８は弁押圧カム６の第１高部１４から凹部１３部分に落ち込み、スライドカム７の位置が降下し、下弁箱１の軸受５０に接触してディスク弁５への押圧力はなくなる。このときバネ４０はディスク弁５の浮上を防止する。したがって、ディスク弁５の下端と弾性シートとの接触圧がなくなる。この状態からスライドカム７がもう少し回転すると、スライドカム７の上側カム１２が弁上昇カム１１に当接し、この部分をその回転方向に強く押圧する。その結果、ディスク弁５が弾性シート２９に当接する強さに応じて、上側カム１２の傾斜面と弁上昇カム１１の傾斜面との押圧力の分力として弁上昇カム１１を持ち上げる力、即ちディスク弁５を持ち上げる力を生じ、ディスク弁５は確実に持ち上げられ、ディスク弁５と弾性シート２９の摩擦力はほとんどなくなる。それにより、図５（ハ）に示す状態でスライドカム７の回転はディスク弁５に伝達され、したがって、モータ２１の駆動軸２２の回転によってディスク弁５は反時計方向に回転する。
【００１６】ディスク弁５が所定の流路切り替え位置まで回転すると、その位置に支柱１７のストッパが設けられているので、ディスク弁５はそれ以上回転することがなく、スライドカム７のみが回転する。そのためスライドカム７の上側カム１２は弁上昇カム１１の突起を越えて回転する。更に回転すると、図５（ニ）に示すようにスライドカム７の下側カム８がディスク弁５の弁押圧カム６の第２高部１５に乗り上げる。この時、図４に示すようにスライドカム７の側方に設けた第２突起１９は弁上昇カム１１を支持する支持アーム１０の側方に当接してその回動は停止する。この状態は、図５においては（ニ）に鎖線で示すように、突起１８が弁上昇カム１１に当接するように図示している。この時、モータ２１の駆動軸２２に設けたアーム３２がホールＩＣ３３の位置まで回転するので、ホールＩＣ３３はアーム３２先端のマグネット３１の磁力を検出し、その信号によりモータ２１の駆動を停止する。したがって、ディスク弁５は新たな流路の切り替え位置であるこの位置で停止する。この時は、スプリング３０によりスライドカム７を介してディスク弁５が下方に強く押圧されているので、ディスク弁５の下端と弾性シート２９とは強く接触し、シールを確実に行う。
【００１７】この切り替え位置から、元の切り替え位置に戻す際には、モータ２１に対して先とは逆方向の例えば時計方向に回転するように通電する。それによりスライドカム７は図５（ホ）に示すように左方に移動し、スライドカム７の下側カム８はディスク弁５の弁押圧カム６における第２高部１５から凹部１３に落ち込み、スプリング３０によるディスク弁５の下方への押圧力を解除する。その後、更にスライドカム７が回転すると、図５（ホ）に示すように、スライドカム７の上側カム１２と弁上昇カム１１の傾斜面が当接する。その結果、先の作動と同様に、相互の斜面の接触による分力によってスライドカム７の回転力は弁上昇カム１１に対して上昇する力を生じ、ディスク弁５の下端と弾性シート２９との摩擦力は解除され、スライドカム７の回転力は弁上昇カム１１を介してディスク弁５に伝達され、ディスク弁５はモータ２１の回転と共に回転する。ディスク弁５が所定の流路切り替え位置まで回転すると、ディスク弁５はストッパ１７に当接し、その回転を阻止されるので、スライドカム７のみ回転し、スライドカム７の下側カム８がディスク弁５の弁押圧カム６の第１高部１４に乗り上げる。その後、スライドカム７のストッパ１７が支持アーム１０に当接して回転が阻止され、この時、モータ２１の駆動軸２２に設けたアーム３２の先端のマグネット３１が他のホールＩＣと近接するので、そのホールＩＣによって前記と同様にこれを検出し、モータ２１への通電を停止する。この時はスプリング３０によりスライドカム７を介してディスク弁５が下方に強く押圧されているので、ディスク弁５の下端と弾性シート２９とは強く接触し、シールを確実に行う。
【００１８】
【発明の効果】本発明は、上記のように構成したので、流路切り替え時における弁回転時において、小さな負荷で弁を回転することができ、弁座を損傷することなく長期間安定して作動することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１４３９４９
【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月１０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】草野 浩一
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１４１７０６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）５月２８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３２１９９３ |
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