JP7538536B2 - 流体切替弁 - Google Patents

Description

本件の開示は流体の流路を切り替える切替弁に関し、例えば、エンジンに供給される燃料の切り替え等に用いることができる。

流体の切替弁として、特許文献１に示されるように、バルブ部材の回動位置により流体出口通路の開閉切り替えを行うものが知られている。特許文献１では、バルブ部材とバルブ室とのシールを行うために、円錐状のバルブ室内に円錐形のバルブ部材を回動可能に配置し、かつ、バルブ部材をバルブ室の小径側にバネで押圧していた。

また、特許文献２に示すように、シール部材をバルブ部材とバルブ室との間に介在させて、シール部材によりバルブ室とバルブ部材とのシールを行うことも知られている。

実開昭６３－１０４８４２号公報 実開昭６０－１８５７６９号公報

ただ、いずれのものも、バネやシール部材を別に設ける必要があり、部品点数が増えて、組付け工数が増加し、コストアップの要因となっていた。

本件開示は、上記点に鑑み、バルブ室内にバルブ部材を回動自在に配置する構造を前提とし、流体入口通路及び流体出口通路の少なくともいずれか一方のシールを確実に行うことができることを課題とする。かつ、部品点数を極力低減して組付けコストも含めコスト低減を図ることを課題とする。

本開示の第１は、筒形状をしたバルブ室とこのバルブ室と軸方向に連続する円筒状の回動支持部とバルブ室に径方向に開口し流体をバルブ室に流入する流体入口通路とバルブ室に径方向に開口しバルブ室より流体を流出する流体出口通路とを有するバルブボディと、このバルブボディの回動支持部及びバルブ室内に回動可能に配置されるバルブ部材とを備える流体切替弁である。

そして、回動支持部及びバルブ室は、バルブ室側が閉じ、回動支持部側が開く有底筒形状をしており、流体入口通路及び流体出口通路は、バルブ室に径方向に開口している。また、バルブ部材は、大径部及び小径部を有する多段円柱形状をして、大径部が回動支持部により回動自在に支持され、小径部がバルブ室内に保持されている。かつ、バルブ部材は、弾力性を有する樹脂製である。

そして、バルブ部材の外周には、大径部に位置する肩部から小径部に向かい、かつ、流体入口通路及び流体出口通路の少なくともいずれか一方と対向する位置に向かって伸びる腕部を一体形成すると共に、この腕部の先端に流体入口通路及び流体出口通路の少なくともいずれか一方を閉じる半球形状のシール部を一体形成している。そして、回動支持部とバルブ室とは同一径の円筒形状であり、バルブ部材をバルブボディより取り出した状態では、バルブ部材の中心軸からシール部の先端までの距離は大径部の外径より大きく、バルブ部材をバルブボディに配置した状態では、肩部及び腕部の弾性変形によりシール部はバルブ室内に配置されている。その為、シール部が流体入口通路及び流体出口通路の少なくともいずれか一方を閉じる状態で、肩部及び腕部の弾性変形に伴う弾性及びバルブ部材に腕部と一体形成されたシール部の弾性により、シール部が流体入口通路及び流体出口通路の少なくともいずれか一方に押圧される構造である。

本開示の第１によれば、バルブ部材の大径部、小径部、肩部、腕部、及びシール部を一体成形しているので、単に、バルブ部材をバルブボディに挿入するのみで、シール部の組付けを完了させることができる。かつ、シール部はバルブ部材の弾力性によって、流体入口通路及び流体出口通路の少なくともいずれか一方に押圧されるので、流体入口通路及び流体出口通路の少なくともいずれか一方のシールを確実に行うことができる。

本開示の第２は、バルブ部材の外周のうち、大径部には、Ｏリング保持溝が形成される。そして、このＯリング保持溝に保持されたＯリングにより、流体のバルブ室からの流出を防止している。本開示の第２によれば、Ｏリングでバルブ室のシールを達成することが可能である。

本開示の第３では、バルブボディ及びバルブ部材のうち、Ｏリング保持溝より回動支持部の解放端側に、バルブのバルブ室からの抜け止めを行う抜け止め機構が設けられている。この抜け止め機構により、バルブ部材はバルブ室に確実に保持される。

本開示の第４は、バルブ部材の外周のうち、小径部と腕部との間に、シール部が流体入口通路及び流体出口通路の少なくともいずれか一方を閉じる状態で、シール部を流体入口通路及び流体出口通路の少なくともいずれか一方に向けて押圧する補助弾性部材が配置されている。バルブ部材の弾力性に加えて、補助弾性部材の弾力性も利用でき、流体入口通路及び流体出口通路の少なくともいずれか一方のシールを確実にすることができる。

本開示の第５では、流体入口通路及び流体出口通路は、バルブ室を挟んで対向配置されている。バルブ部材の弾力性をバランスよく利用することが可能である。

図１は、流体切替弁の第１実施形態の断面図である。 図２は、図１図示バルブ部材の正面図である。 図３は、図１図示バルブ部材の斜視図である。 図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。 図５は、流体切替弁の他の実施形態の断面図である。 図６は、流体切替弁の他の実施形態の断面図である。 図７は、流体切替弁の使用例を示す正面図である。

図７は、流体切替弁１００の使用例を示す。この使用例では流体切替弁１００は、燃料タンク９００とエンジン９１０の気化器９２０との間に配置される燃料切替弁として利用される。燃料が重力によりエンジン９１０に供給されるよう、燃料タンク９００はエンジン９１０の上方に配置される。９０１は、燃料タンク９００の燃料供給口を閉じるキャップである。

そして、燃料タンク９００と流体切替弁１００とは、燃料パイプ９３０により連結され、流体切替弁１００と気化器９２０とは燃料パイプ９３１により連結される。なお、本例で、エンジン９１０は発電機９４０や高圧洗浄機の駆動に用いられる。

図１に示すように、流体切替弁１００は、バルブボディ２００と、バルブ部材３００とを備える。バルブボディ２００は、ポリアセタールＰＯＭの樹脂製である。そして、流体入口通路２１０と流体出口通路２２０とが左右に突出形成されている。流体入口通路２１０には、図示していないが、燃料パイプに挿入された際の抜け止めとなる係止部が所外周に突出形成されている。流体出口通路２２０にも、同様に、燃料パイプに挿入された際の抜け止めとなる係止部が外周に突出形成されている。

流体入口通路２１０の入口通路穴２１１は、２．３ミリメートル程度である。また、流体出口通路２２０の出口通路穴２２１の径も同様に２．３ミリメートル程度である。入口通路穴２１１と出口通路穴２２１とは１８０度離れて対向している。

バルブボディ２００の中心軸周りには、断面円形上の回動支持部２３０が形成されている。回動支持部２３０は、内径は１５ミリメートル程度である。回動支持部２３０の下方には、流体入口通路２１０及び流体出口通路２２０が開口するバルブ室２４０が形成されている。回動支持部２３０とバルブ室２４０とは連続した同一径の円筒形状である。

バルブ部材３００は、ナイロン樹脂製で、バルブボディ２００の回動支持部２３０に嵌り合って回動する大径部３１０と、この大径部３１０の下方に一体形成されバルブ室２４０内を回動する小径部３２０を備えている。大径部３１０及び小径部３２０は共に円柱形状で、大径部３１０の外径は回動支持部２３０の内径と略同じ１５ミリメートル程度である。小径部の更に下方には、より小径の中心軸部３３０部が形成され、中心軸部３３０は、バルブボディ２００に形成された軸受部２４５によって支持されている。なお、小径部３２０の外径は６ミリメートル程度で、中心軸部３３０の外径は３ミリメートル程度である。

大径部３１０の外周には抜け止め凸部３１１が全周に１ミリメートル程度突出形成され、この抜け止め凸部３１１が回動支持部２３０の抜け止め凹部２３１に嵌り合う。この抜け止め凸部３１１と抜け止め凹部２３１との嵌合で、抜け止め機構が構成される。

大径部３１０の外周のうち、抜け止め凸部３１１より小径部３２０側にはＯリング保持溝３１２が形成され、Ｏリング保持溝３１２にはＯリング５００が保持される。このＯリング５００は回動支持部２３０の内周と密着し、バルブ室２４０より燃料が漏出するのを防いでいる。

バルブ部材３００の大径部３１０と小径部３２０との境界は肩部３４０となり、肩部３４０より腕部３５０が小径部３２０に向かい、かつ、流体入口通路２１０及び流体出口通路２２０と対向する位置に向かって伸びている。そして、腕部３５０の先端には、流体入口通路２１０及び流体出口通路２２０を閉じる半球形状のシール部３６０が一体に形成されている。半球形状としたのは、流体入口通路２１０の開口部２１２及び流体出口通路２２０の開口部２２２を良好にシールすることができ、かつ、流体入口通路２１０及び流体出口通路２２０に必要以上に嵌り込むことが無いようにするためで、その直径は５ミリメートル程度である。なお、本開示において、半球形状は正確な半球形状に限定されるものではなく、なだらかな曲面が膨出した形状を意味する。

図２及び図３に示すように、バルブ部材３００をバルブボディ２００より取り出した状態では、腕部３５０は径方向外側に向けてやや傾斜した形状となっている。また、バルブ部材３００の中心軸Ａからシール部３６０の先端（図の左右方向端部）までの距離は、大径部３１０の外径より大きくなっている。従って、図１及び図４に示すように、バルブ部材３００がバルブボディ２００内に挿入されている状態では、肩部３４０と腕部３５０との弾性により、流体入口通路２１０及び流体出口通路２２０側に押圧されている。

上述の流体切替弁１００の組付けは、Ｏリング保持溝３１２内にＯリング５００をその弾力性を用いて取り付け、その状態で、バルブ部材３００を、バルブボディ２００の回動支持部２３０の上側開口部より挿入する。中心軸部３３０の下端がバルブ室２４０の底部の軸受部に対向する位置で、抜け止め凸部３１１が抜け止め凹部２３１と嵌合し、その状態で、バルブ部材３００はバルブボディ２００に対して、回動が可能で、軸方向には変移不能に組付けられる。

流体切替弁１００の切り替え動作は、作業者がバルブ部材３００の上部に形成された摘み部３３５を手動で回動させることで行う。図１が流体入口通路２１０及び流体出口通路２２０を閉じた状態で、シール部３６０は、流体入口通路２１０の開口部２１２及び流体出口通路２２０の開口部２２２内に嵌り込んでいる。シール部３６０は半球形状をしており、入口通路穴２１１及び出口通路穴２２１はいずれも円管であるので、シール部３６０の外面により、流体入口通路２１０の開口部２１２及び流体出口通路２２０の開口部２２２を確実に塞いでいる。

作業者が摘み部３３５を回動させると、肩部３４０及び腕部３５０の弾力性でシール部３６０がバルブ部材３００の中心軸Ａ側に変移して、流体入口通路２１０の開口部２１２及び流体出口通路２２０の開口部２２２より抜け出る。シール部３６０が、流体入口通路２１０の開口部２１２及び流体出口通路２２０の開口部２２２より抜け出ると、燃料は流体入口通路２１０よりバルブ室２４０に流入し、次いで流体出口通路２２０からエンジン９１０側に流れる。

なお、バルブ部材３００の回動動作に伴って肩部３４０及び腕部３５０が弾性変形するが、この変形はシール部３６０の半球形状に沿って徐々に行われる。即ち、肩部３４０及び腕部３５０の弾性変形は緩やかであり、弾性変形によるバルブ部材３００の疲労を少なくしている。また、バルブ部材３００の回動角度は、シール部３６０が流体入口通路２１０の開口部２１２及び流体出口通路２２０の開口部２２２より抜け出るまででよい。従って、バルブ部材３００の回動角度も１０度程度で良く、回動に要する力も少なくなる。

燃料の供給を止めるには、作業者が再度摘み部３３５を逆方向に回して、図１の状態とする。その際には、上述のように、肩部３４０及び腕部３５０の弾力性によって、シール部３６０が流体入口通路２１０の開口部２１２及び流体出口通路２２０の開口部２２２内に嵌り込み、確実にシールすることができる。燃料の供給を止める際のバルブ部材３００の回動動作には、肩部３４０及び腕部３５０の弾力性を利用できるので、燃料の供給を始める際のバルブ部材３００の回動動作に比べて小さい力で回動させることができる。

以上説明した例は望ましい開示であるが、他に種々の変形例がある。例えば、エンジン９１０の容量に応じて燃料パイプ９３０、９３１の径も変更される。そのため、エンジン９１０の容量に応じ、流体切替弁１００の大きさも変更される。即ち、上述した各寸法は、小型エンジン９１０において、流体切替弁１００の望ましい大きさであるが、寸法は変更可能である。

上述の実施形態では、シール部材４００が流体入口通路２１０の開口部２１２と流体出口通路２２０の開口部２２２の双方を閉じるようにしていたが、流体入口通路２１０の開口部２１２と流体出口通路２２０の開口部２２２のいずれか一方のみを閉じても燃料の供給を遮断することができる。構造としては、図５に示すように、片方の肩部３４０、腕部３５０及びシール部３６０を廃止する構造である。

この場合には、肩部３４０及び腕部３５０の弾性変形が片側のみとなり、バルブ部材３００の回動動作に要する力も少なくて済む。片側のみの場合、流体入口通路２１０を用いて流路の遮断を行う例と、流体出口通路２２０を用いて流路の遮断を行う例が考えられる。ただ、流体出口通路２２０を用いて流路の遮断を行う際には、流体が常時バルブ室２４０に流入することとなる。従って、いずれかの片方を選択するのであれば、流体入口通路２１０の開口部２１２で流体流れを遮断する方が望ましい。

上述の実施形態では、流体入口通路２１０と流体出口通路２２０とを１８０度対向配置したが、燃料パイプ９３０、９３１の取り回しによっては、流体入口通路２１０と流体出口通路２２０との間の角度を変更してもよい。例えば、流体入口通路２１０と流体出口通路２２０との間の角度を１２０度に設定しても良い。

上述の実施形態では、バルブ部材３００の肩部３４０及び腕部３５０の弾力性のみで、シール部３６０を流体入口通路２１０の開口部２１２と流体出口通路２２０の開口部２２２に嵌り込むようにしたが、図６に示すように、小径部３２０と腕部３５０との間に補助弾性部材３４５を介在させてもよい。補助弾性部材３４５としては、Ｏリングを用いても良い。

上述の実施形態では、バルブボディ２００をポリアセタールＰＯＭ製とたが、他の材料としてもよい。亜鉛、鉄やアルミニウム合金等の金属製としてもよく、他の樹脂製としてもよい。また、バルブ部材３００は、弾力性のある樹脂製であればよく、ナイロン樹脂以外の樹脂素材も利用できる。

上述の実施形態では、作業者が摘み部３３５を操作してバルブ部材３００を回動させていたが、モータを用いて電動動作するようにしてもよい。

上述の実施形態では、エンジン９１０の用途を発電機９４０や高圧洗浄機の駆動用としているが、本件の流体切替弁１００は各種のエンジン９１０に使用可能である。例えば、オートバイ用エンジン９１０に使用してもよい。更に、エンジン９１０の燃料の切り替えに限らず、水やアルコール等の他の液体の流路切り替えに使用することも可能である。

１００・・・流体切替弁
２００・・・バルブボディ
２１０・・・流体入口通路
２２０・・・流体出口通路
２３０・・・回動支持部
２４０・・・バルブ室
３００・・・バルブ部材
３１０・・・大径部
３２０・・・小径部

Claims (5)

1. 筒形状をしたバルブ室と、このバルブ室と軸方向に連続する円筒状の回動支持部と、前記バルブ室に径方向に開口し流体を前記バルブ室に流入する流体入口通路と、前記バルブ室に径方向に開口し前記バルブ室より流体を流出する流体出口通路とを有するバルブボディと、
   このバルブボディの前記回動支持部及び前記バルブ室内に回動可能に配置されるバルブ部材とを備え、
   前記回動支持部及び前記バルブ室は、前記バルブ室側が閉じ、前記回動支持部側が開く有底筒形状をしており、前記流体入口通路及び前記流体出口通路は、前記バルブ室に径方向に開口し、
   前記バルブ部材は、大径部及び小径部を有する多段円柱形状をして、前記大径部が前記回動支持部により回動自在に支持され、前記小径部が前記バルブ室内に保持され、
   前記バルブ部材は、弾力性を有する樹脂製であり、
   前記バルブ部材の外周には、前記大径部に位置する肩部から前記小径部に向かい、かつ、前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方と対向する位置に向かって伸びる腕部を一体形成すると共に、この腕部の先端に前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方を閉じる半球形状のシール部を一体形成し、
   前記回動支持部と前記バルブ室とは同一径の円筒形状であり、
   前記バルブ部材を前記バルブボディより取り出した状態では、前記バルブ部材の中心軸から前記シール部の先端までの距離は、前記大径部の外径より大きく、前記バルブ部材を前記バルブボディに配置した状態では、前記肩部及び前記腕部の弾性変形により、前記シール部は前記バルブ室内に配置され、
   前記シール部が前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方を閉じる状態で、前記肩部及び前記腕部の弾性変形に伴う弾性及び前記バルブ部材に前記腕部と一体形成された前記シール部の弾性により、前記シール部が前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方に押圧される
   ことを特徴とする流体切替弁。
2. 前記バルブ部材の外周のうち、前記大径部には、Ｏリング保持溝が形成され、このＯリング保持溝に保持されたＯリングにより、流体の前記バルブ室からの流出を防止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体切替弁。
3. 筒形状をしたバルブ室と、このバルブ室と軸方向に連続する円筒状の回動支持部と、前記バルブ室に径方向に開口し流体を前記バルブ室に流入する流体入口通路と、前記バルブ室に径方向に開口し前記バルブ室より流体を流出する流体出口通路とを有するバルブボディと、
   このバルブボディの前記回動支持部及び前記バルブ室内に回動可能に配置されるバルブ部材とを備え、
   前記回動支持部及び前記バルブ室は、前記バルブ室側が閉じ、前記回動支持部側が開く有底筒形状をしており、前記流体入口通路及び前記流体出口通路は、前記バルブ室に径方向に開口し、
   前記バルブ部材は、大径部及び小径部を有する多段円柱形状をして、前記大径部が前記回動支持部により回動自在に支持され、前記小径部が前記バルブ室内に保持され、
   前記バルブ部材は、弾力性を有する樹脂製であり、
   前記バルブ部材の外周には、前記大径部に位置する肩部から前記小径部に向かい、かつ、前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方と対向する位置に向かって伸びる腕部を一体形成すると共に、この腕部の先端に前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方を閉じる半球形状のシール部を一体形成し、
   このシール部が前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方を閉じる状態で、前記肩部及び前記腕部の弾性により、前記シール部が前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方に押圧され、
   前記バルブ部材の外周のうち、前記大径部には、Ｏリング保持溝が形成され、このＯリング保持溝に保持されたＯリングにより、流体の前記バルブ室からの流出を防止し、
   前記回動支持部及び前記大径部のうち、前記Ｏリング保持溝より前記回動支持部の解放端側には、前記バルブ部材の前記バルブ室からの抜け止めを行う抜け止め機構が設けられる
   ことを特徴とする流体切替弁。
4. 筒形状をしたバルブ室と、このバルブ室と軸方向に連続する円筒状の回動支持部と、前記バルブ室に径方向に開口し流体を前記バルブ室に流入する流体入口通路と、前記バルブ室に径方向に開口し前記バルブ室より流体を流出する流体出口通路とを有するバルブボディと、
   このバルブボディの前記回動支持部及び前記バルブ室内に回動可能に配置されるバルブ部材とを備え、
   前記回動支持部及び前記バルブ室は、前記バルブ室側が閉じ、前記回動支持部側が開く有底筒形状をしており、前記流体入口通路及び前記流体出口通路は、前記バルブ室に径方向に開口し、
   前記バルブ部材は、大径部及び小径部を有する多段円柱形状をして、前記大径部が前記回動支持部により回動自在に支持され、前記小径部が前記バルブ室内に保持され、
   前記バルブ部材は、弾力性を有する樹脂製であり、
   前記バルブ部材の外周には、前記大径部に位置する肩部から前記小径部に向かい、かつ、前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方と対向する位置に向かって伸びる腕部を一体形成すると共に、この腕部の先端に前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方を閉じる半球形状のシール部を一体形成し、
   このシール部が前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方を閉じる状態で、前記肩部及び前記腕部の弾性により、前記シール部が前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方に押圧され、
   前記バルブ部材の外周のうち、前記小径部と前記腕部との間には、前記シール部が前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方を閉じる状態で、前記シール部を前記流体入口通路及び前記流体出口通路の少なくともいずれか一方に向けて押圧する補助弾性部材が配置される
   ことを特徴とする流体切替弁。
5. 前記流体入口通路及び前記流体出口通路は、前記バルブ室を挟んで対向配置される
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の流体切替弁。

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