JP7710239B2 - 流路切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、流路切換弁に関する。

流路切換弁の一例として、特許文献１には、流路切換時に弁体に作用する荷重を小さくして、弁体の駆動トルクを低減でき、小型化、大容量化、省電力化等を図ることのできる流路切換弁が開示されている。

特開２０１７－１２９２４０号公報

特許文献１の流路切換弁によれば、連結軸を軸線方向に貫通する貫通孔によって、上部弁体の上側に画成される背圧室と、下部弁体の下側に形成される下部空間とを連通する均圧通路が形成される。かかる均圧通路により、背圧室の内圧と下部空間の内圧とを等しくすることができ、それにより背圧室の内圧に応じて上部弁体に付与される力と、下部空間の内圧に応じて下部弁体に付与される力とを釣り合わせることができる。

しかしながら、特許文献1の構成において弁開度が大きい場合に、弁体駆動が不安定になるという現象が生じた。これに対し、本発明者らは鋭意研究を行った結果、流路切換弁の流入口から、第１流出口または第２流出口に向かう流体の流れに起因して、弁室内における上部弁体の近傍と下部弁体の近傍とで圧力差が生じ、その圧力差により上部弁体と下部弁体に付与される軸線方向力が変化して、上部弁体と下部弁体に付与される軸線方向力のバランスが崩れることを見出した。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、弁開度にかかわらず、安定した弁体駆動を確保できる流路切換弁を提供することを目的とする。

本発明の流路切換弁は、
弁室に連通する第１流路、前記弁室に連通する第２流路及び第３流路、前記弁室と前記第２流路との間に形成された第１弁座、前記弁室と前記第３流路との間に形成された第２弁座、を備えた弁本体と、
前記弁本体内において、前記弁本体の軸線方向に移動可能に収容された弁軸と、
前記弁軸に取り付けられ、前記第１弁座に当接可能な第１弁体を備えた第１弁体ユニットと、
前記弁軸に取り付けられ、前記第２弁座に当接可能な第２弁体を備えた第２弁体ユニットと、を有し、
前記弁本体には、前記第１弁体ユニットを挟んで前記弁室とは反対側に、第１均圧室が形成され、また前記第２弁体ユニットを挟んで前記弁室とは反対側に、第２均圧室が形成されており、
前記第１弁体ユニットには、前記第１均圧室と前記弁室とを連通する第１連通開口が形成され、
前記第２弁体ユニットには、前記第２均圧室と前記弁室とを連通する第２連通開口が形成され、
前記弁本体の軸線方向の一端に取り付けられた中空円筒状の第１閉鎖部材と、前記弁本体の軸線方向の他端に取り付けられた中空円筒状の第２閉鎖部材とを有し、前記第１閉鎖部材の内側に前記第１均圧室が形成され、前記第２閉鎖部材の内側に前記第２均圧室が形成され、
前記第１弁体ユニットは、前記第１閉鎖部材の内周に当接してシールする第１シール部を有し、
前記第２弁体ユニットは、前記第２閉鎖部材の内周に当接してシールする第２シール部を有し、
前記第１弁体が前記第１弁座から離間したときに、前記第１シール部が前記第１閉鎖部材に当接する位置の内径は、前記第１弁体が前記第１弁座に着座したときに、前記第１シール部が前記第１閉鎖部材に当接する位置の内径より大きく、
前記第２弁体が前記第２弁座から離間したときに、前記第２シール部が前記第２閉鎖部材に当接する位置の内径は、前記第２弁体が前記第２弁座に着座したときに、前記第２シール部が前記第２閉鎖部材に当接する位置の内径より大きい、ことを特徴とする。
本発明の流路切換弁は、
弁室に連通する第１流路、前記弁室に連通する第２流路及び第３流路、前記弁室と前記第２流路との間に形成された第１弁座、前記弁室と前記第３流路との間に形成された第２弁座、を備えた弁本体と、
前記弁本体内において、前記弁本体の軸線方向に移動可能に収容された弁軸と、
前記弁軸に取り付けられ、前記第１弁座に当接可能な第１弁体を備えた第１弁体ユニットと、
前記弁軸に取り付けられ、前記第２弁座に当接可能な第２弁体を備えた第２弁体ユニットと、を有し、
前記弁本体には、前記第１弁体ユニットを挟んで前記弁室とは反対側に、第１均圧室が形成され、また前記第２弁体ユニットを挟んで前記弁室とは反対側に、第２均圧室が形成されており、
前記第１弁体ユニットには、前記第１均圧室と前記弁室とを連通する第１連通開口が形成され、
前記第２弁体ユニットには、前記第２均圧室と前記弁室とを連通する第２連通開口が形成され、
前記弁本体の軸線方向の一端に取り付けられた中空円筒状の第１閉鎖部材と、前記弁本体の軸線方向の他端に取り付けられた中空円筒状の第２閉鎖部材とを有し、前記第１閉鎖部材の内側に前記第１均圧室が形成され、前記第２閉鎖部材の内側に前記第２均圧室が形成され、
前記第１弁体ユニットは、前記第１閉鎖部材の内周に当接してシールする第１シール部を有し、
前記第２弁体ユニットは、前記第２閉鎖部材の内周に当接してシールする第２シール部を有し、
前記第１シール部は前記第１連通開口に対応して連通穴を有し、前記第２シール部は、前記第２連通開口に対応して連通穴を有する、ことを特徴とする。

本発明により、弁開度にかかわらず、安定した弁体駆動を確保できる流路切換弁を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る流路切換弁の縦断面図である。 図２は、第１の実施形態に係る流路切換弁の縦断面図である。 図３Ａは、第１弁体ユニットの周辺を拡大して示す断面図である。 図３Ｂは、第２弁体ユニットの周辺を拡大して示す断面図である。 図３Ｃは、変形例にかかる第１弁体ユニットの周辺を拡大して示す断面図である。 図３Ｄは、変形例にかかる第２弁体ユニットの周辺を拡大して示す断面図である。 図４は、本発明者らが行った実験結果を示す図である。 図５は、第２の実施形態に係る流路切換弁の縦断面図である。 図６は、第２の実施形態に係る流路切換弁の縦断面図である。 図７は、第１弁体ユニットの周辺を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る流路切換弁について、図面を参照して説明する。なお、本明細書において、駆動装置側を上方とし、その反対側を下方とする。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る流路切換弁１の縦断面図であり、入口流路（第１流路）と第１出口流路（第２流路）とが連通した状態を示し、また図２は、第１の実施形態に係る流路切換弁１の縦断面図であり、入口流路と第２出口流路（第３流路）とが連通した状態を示す。流路切換弁１の軸線をＬとする。なお、本実施形態では、第１流路から流入する流体を流路切換弁１により切り換えて、第２流路または第３流路から排出しているが、これとは逆の流れで、第２流路と第３流路から流入する流体のいずれかを、流路切換弁１の切り換えにより第１流路から排出するようにしてもよい。

図に示すように、本実施形態の流路切換弁１は、三方切換弁であって、弁本体１０と、弁軸２０と、第１弁体ユニット３０と、第２弁体ユニット４０と、駆動装置５０と、を有している。

弁本体１０は、弁ハウジング１１と、第１閉鎖部材１２と、第２閉鎖部材１３と、蓋部材１４と、を有する。

弁ハウジング１１は、それぞれ円筒状である、本体１１ａと、入口管状部１１ｂと、第１出口管状部１１ｃと、第２出口管状部１１ｄとを連設してなる。

本体１１ａは、上端が開口した上部円筒部１１ｅと、下端が開口した下部円筒部１１ｆと、上部円筒部１１ｅ及び下部円筒部１１ｆより径が小さく、これらを同軸に連結する中間円筒部１１ｇとを連結してなる。

中間円筒部１１ｇと上部円筒部１１ｅとの接合部において、中間円筒部１１ｇの内縁が上部円筒部１１ｅ側に突出するようにして上部短円管部１１ｈが形成されている。上部短円管部１１ｈの先端が第１弁座１１ｉを構成する。中間円筒部１１ｇ内が弁室ＶＣを構成する。第１弁座１１ｉは、弁室ＶＣと第１出口流路との間に形成される。

中間円筒部１１ｇと下部円筒部１１ｆとの接合部において、中間円筒部１１ｇの内縁が下部円筒部１１ｆ側に突出するようにして下部短円管部１１ｊが形成されている。下部短円管部１１ｊの先端が第２弁座１１ｋを構成する。第２弁座１１ｋは、弁室ＶＣと第２出口流路との間に形成される。

入口管状部１１ｂは、中間円筒部１１ｇから軸線Ｌに直交する方向に延在し、その内部に形成された入口流路が弁室ＶＣに連通している。

第１出口管状部１１ｃは、上部円筒部１１ｅから入口管状部１１ｂとは弁本体１０の軸線Ｌを挟んで反対側において軸線Ｌに直交する方向に延在し、その内部に形成された第１出口流路が弁室ＶＣに連通している。

第２出口管状部１１ｄは、下部円筒部１１ｆから入口管状部１１ｂとは弁本体１０の軸線Ｌを挟んで反対側において軸線Ｌに直交する方向に延在し、その内部に形成された第２出口流路が弁室ＶＣに連通している。入口管状部１１ｂの軸線と第１出口管状部１１ｃの軸線との距離は、入口管状部１１ｂの軸線と第２出口管状部１１ｄの軸線との距離に等しいと好ましい。

中実円筒状の弁軸２０は、上部軸２１と、中間軸２２と、下部軸２３と、を同軸に連設してなる。弁軸２０は、その両端に第１弁体ユニット３０と第２弁体ユニット４０を取り付けており、これらは一体で軸線方向に移動可能となっている。

中空円筒状の第１閉鎖部材１２は、拡径部１２ａと、拡径部１２ａより小径の中間部１２ｂと、中間部１２ｂの下端から下方に向かって突出する環状部１２ｃとを連設してなる。本実施形態では、後述する第１シール部３２のシール体３２ａが常時当接する、拡径部１２ａと、中間部１２ｂと、環状部１２ｃの上半部の内径（円筒内周）は、等しくなっている。

一方、環状部１２ｃの下半部の内径は、下方に向かうに従って拡径するようにテーパ状になっている。第１閉鎖部材１２は、弁ハウジング１１の上部円筒部１１ｅ内に上方から挿入され、拡径部１２ａと中間部１２ｂとの間の段差部を、弁ハウジング１１の上部円筒部１１ｅの上端開口の段差に突き当てつつ嵌合により、弁ハウジング１１の上端に取り付けられている。

図３Ａは、第１弁体ユニット３０の周辺を拡大して示す断面図であり、第１弁座１１ｉに着座した状態で示す。第１弁体ユニット３０は、円筒状の第１本体３１と、第１シール部３２と、第１シール押さえ３３と、第１弁体３４と、第１間座３５とを有する。

第１本体３１は、第１閉鎖部材１２の内周に嵌合して軸線方向に摺動可能な小径部３１ａと、小径部３１ａより大径であり小径部３１ａの下端に連設された大径部３１ｂと、大径部３１ｂの下端に連設された薄肉円筒状のカシメ部３１ｃとを有する。

環状の第１弁体３４は、それより小径の環状である第１間座３５とともに、カシメる前には円筒状であるカシメ部３１ｃに下方から挿通される。その後、カシメ部３１ｃの下端をカシメて拡径するように塑性変形させることにより、第１弁体３４は第１間座３５を介して第１本体３１に固定される。このとき、第１弁体３４の径方向外側が第１間座３５より露出しており、その下面が弁ハウジング１１の第１弁座１１ｉに対向した状態となる。

小径部３１ａ及び大径部３１ｂは、カシメ部３１ｃの最小内径と等しい内径の大径開口３１ｄと、大径開口３１ｄに連通する小径開口３１ｅとを同軸に有する。また、小径開口３１ｅと平行に、大径開口３１ｄの上端から第１本体３１の上端に向かって延在する第１均圧孔３１ｆが形成されている。

第１本体３１の上端に設置された第１シール部３２は、樹脂製の可撓性を有するシール体３２ａと、金属性の板ばね３２ｂとを有する。シール体３２ａと板ばね３２ｂは、小径開口３１ｅに対応した中央穴３２ｃ、３２ｄと、第１均圧孔３１ｆに対応した連通穴３２ｅ、３２ｆとを有する。

第１本体３１より小径である環状の第１シール押さえ３３は、小径開口３１ｅに対応した中央穴３３ａと、第１均圧孔３１ｆに対応した連通穴３３ｂとを有する。

第１シール部３２が第１本体３１の上端に設置され、さらに第１シール部３２の上面に当接するようにして第１シール押さえ３３が設置される。

第１本体３１の大径開口３１ｄには、弁軸２０の中間軸２２が挿通されて、その上端が小径開口３１ｅと大径開口３１ｄとの段部に突き当てられる。また、上部軸２１が小径開口３１ｅと、シール体３２ａと板ばね３２ｂの中央穴３２ｃ、３２ｄと、第１シール押さえ３３の中央穴３３ａと、を貫通して第１弁体ユニット３０の上方に突出している。大径開口３１ｄと中間軸２２との間を第１バッファ室ＢＦ１とする。

上部軸２１の突出した上端には、薄肉円筒状のカシメ部２１ａが形成されており、カシメ部２１ａの上端をカシメて拡径するように塑性変形させることにより、第１シール部３２は第１シール押さえ３３を介して第１本体３１に固定される。なお、第１シール部３２を第１閉鎖部材１２に対して組み付ける際に相対的に挿入しやすくするために、環状部１２ｃの下半部はテーパ状となっている。

図３Ａに示すように、第１弁体ユニット３０が第１閉鎖部材１２に対して取り付けられたとき、シール体３２ａの外縁が上方に折れ曲がった状態で、全周で第１閉鎖部材１２の内周に当接し、流体漏れを抑制する。また、板ばね３２ｂの上方に折れ曲がった径方向外方端部は、シール体３２ａの折れ曲がった外縁の径方向内側に当接して、シール体３２ａを第１閉鎖部材１２の内周に向かって付勢するように作用する。本実施形態では、第１弁体ユニット３０とともに移動する第１シール部３２のシール体３２ａが当接可能な範囲において、第１閉鎖部材１２の内径は等しくなっている。なお、第１シール部３２としては、例えば特開２０１７－２２３２９３号公報に開示されたものを使用することができるため、その詳細な説明は省略する。

第１シール部３２により密封される第１閉鎖部材１２内の空間を第１均圧室ＥＣ１という。第１弁体ユニット３０を挟んで弁室ＶＣと反対側に形成される第１均圧室ＥＣ１の上部は、後述する駆動装置５０により遮蔽される。第１均圧室ＥＣ１は、第１均圧孔３１ｆと、連通穴３２ｅ、３２ｆと、連通穴３３ｂとを介して弁室ＶＣに連通している。第１均圧孔３１ｆと、連通穴３２ｅ、３２ｆと、連通穴３３ｂとを、第１連通開口という。

ここで、第１閉鎖部材１２の内径をＡとし、上部短円管部１１ｈの内周である第１弁口の内径をＣとする。第１閉鎖部材１２の内径Ａは、第１弁口の内径Ｃに等しい。したがって、第１均圧室ＥＣ１の軸線直交方向断面積は、第１弁口の軸線直交方向断面積に等しい。また、第１弁体３４が第１弁座１１ｉに着座したときに、第１弁座１１ｉから大径開口３１ｄの上端までの軸線方向距離をＢとする。すなわち、第１連通開口と第１弁座１１ｉとは、第１バッファ室ＢＦ１を挟んで距離Ｂだけ離間している。

図１において、中空円筒状の第２閉鎖部材１３は、弁ハウジング１１の下部円筒部１１ｆ内に下方から挿入され、その上端を、下部円筒部１１ｆの中間位置に形成された内周段差１１ｍに当接させて、弁ハウジング１１の下端に取り付けられている。第２閉鎖部材１３は、環状溝１３ａを下面に同軸に有しており、下部円筒部１１ｆに取り付けられた状態で、第２閉鎖部材１３の下端と下部円筒部１１ｆの下端とは軸線方向位置が一致する。

蓋部材１４は、環状板部１４ａと、環状板部１４ａの内縁に連結された有底円筒部１４ｂと、環状板部１４ａの上面に同軸に形成された薄肉円筒部１４ｃとを有する。

図３Ｂは、第２弁体ユニット４０の周辺を拡大して示す断面図であり、第２弁座１１ｋから離間した状態で示す。第２弁体ユニット４０は、円筒状の第２本体４１と、第２シール部４２と、第２シール押さえ４３と、第２弁体４４と、第２間座４５とを有し、第１弁体ユニット３０に対して上下逆の関係となることを除き、ほぼ同様な構成を有するため、重複説明を省略する。

第２弁体ユニット４０が第１弁体ユニット３０と異なる点は、第２本体４１の下端中央にカシメ円筒部４１ｇを連設している点である。カシメ円筒部４１ｇが貫通するように第２シール部４２及び第２シール押さえ４３を第２本体４１に取り付けたのち、カシメ円筒部４１ｇの下端をカシメて拡径するように塑性変形させることにより、第２シール部４２は第２シール押さえ４３を介して第２本体４１に固定される。弁軸２０の下部軸２３が第２弁体ユニット４０内に挿通されている。第２本体４１の大径開口４１ｄと中間軸２２との間を第２バッファ室ＢＦ２とする。

組付けられた状態で、第２シール部４２は第２閉鎖部材１３の内周との間をシールする。第２弁体ユニット４０とともに移動する第２シール部４２のシール体が当接可能な範囲において、第２閉鎖部材１３の内径は等しくなっている。第２本体４１は、第２閉鎖部材１３の内周と軸線方向に摺動可能に嵌合する。薄肉円筒部１４ｃを環状溝１３ａに嵌合させつつ、蓋部材１４は第２閉鎖部材１３の下端に取り付けられる。このとき、コイルバネ１５が蓋部材１４と第２弁体ユニット４０の第２シール押さえ４３との間に配置され、蓋部材１４に対して第２弁体ユニット４０を上方に付勢している。

第２弁体ユニット４０と、中空円筒状の第２閉鎖部材１３と、蓋部材１４とで囲われた空間を第２均圧室ＥＣ２という。第２弁体ユニット４０を挟んで弁室ＶＣと反対側に形成される第２均圧室ＥＣ２は、第２本体４１の第２均圧孔４１ｆと、第２シール部４２の連通穴と、第２シール押さえ４３の連通穴４３ｂとを介して弁室ＶＣに連通している。第２均圧孔４１ｆと、第２シール部４２の連通穴と、連通穴４３ｂとを、第２連通開口という。

第２弁体ユニット４０の第２弁体４４の径方向外側が第２間座４５より露出しており、その上面が弁ハウジング１１の第２弁座１１ｋに対向した状態となる。第２閉鎖部材１３の内径は、第２弁座１１ｋの内周である第２弁口の内径に等しい。すなわち、第２均圧室ＥＣ２の軸線直交方向断面積は、第２弁口の軸線直交方向断面積に等しい。第２シール部４２のシール部が常時当接する範囲を含む第２閉鎖部材１３の全体において、その内径は等しくなっている。

駆動装置（駆動部）５０は、電磁式アクチュエータであり、弁本体１０の上方に配置され、第１均圧室ＥＣ１の上端を閉止している。駆動装置５０は、キャン５１（有底の円筒部材）と、吸引子５２と、プランジャ５３と、コイル５４と、圧縮コイルばね５５と、これらを収容する樹脂製のケース５６とを有している。なお、駆動装置５０は、電動モータやソレノイドを用いて、弁軸２０を軸線Ｌ方向に駆動するものであってもよい。

有頂円筒状に形成されたキャン５１の下端部は、吸引子５２の上端近傍に取り付けられている。下部開口５２ａを有する吸引子５２は、第１閉鎖部材１２の上端に取り付けられている。

キャン５１内で摺動可能に配置されたプランジャ５３は、上部開口５３ａを有する。上端が上部開口５３ａに嵌合して固定された駆動軸５７が、下部開口５２ａを貫通するようにして配置され、プランジャ５３と一体で移動するように構成されている。駆動軸５７の下端は拡径しており、吸引子５２から下方に突出して、第１弁体ユニット３０の第１シール押さえ３３の上面に当接可能となっている。

吸引子５２とプランジャ５３との間には、圧縮コイルばね５５が配置されている。圧縮コイルばね５５は、吸引子５２とプランジャ５３とに対して、離間方向に付勢力を付与している。コイル５４は、内側にキャン５１が挿通された状態で配置されている。

（流路切換弁の動作）
次に、流路切換弁１の動作について説明する。
駆動装置５０のコイル５４に通電していない状態において、圧縮コイルばね５５の付勢力によってプランジャ５３及び駆動軸５７が上昇させられる。このため、コイルバネ１５の付勢力により、図１に示すように、第１弁体ユニット３０と、弁軸２０と、第２弁体ユニット４０は一体的に上昇する。

第１弁体ユニット３０の上昇により、第１弁体３４が第１弁座１１ｉから離間する。これにより、入口管状部１１ｂ内の入口流路を介して弁室ＶＣ内に進入した流体は、第１弁体３４と第１弁座１１ｉとの隙間を通過し、上部円筒部１１ｅの内部を通って第１出口管状部１１ｃ内の第１出口流路を介して排出される。

一方、第２弁体ユニット４０の上昇により、第２弁体４４が第２弁座１１ｋに着座するため、弁室ＶＣ内に進入した流体は、第２出口管状部１１ｄ内の第２口流路を介して排出されることがない。したがって、流体は、流路切換弁１を介して入口流路から第１出口流路のみへと流れることとなる。

これに対し、駆動装置５０のコイル５４に通電すると、発生した磁力により圧縮コイルばね５５の付勢力に抗してプランジャ５３及び駆動軸５７が下降する。このため、コイルバネ１５の付勢力に抗して、図２に示すように、第１弁体ユニット３０と、弁軸２０と、第２弁体ユニット４０は一体的に下降する。

第２弁体ユニット４０の下降により、第２弁体４４が第２弁座１１ｋから離間する。これにより、入口管状部１１ｂ内の入口流路を介して弁室ＶＣ内に進入した流体は、第２弁体４４と第２弁座１１ｋとの隙間を通過し、下部円筒部１１ｆの内部を通って第２出口管状部１１ｄ内の第２出口流路を介して排出される。

一方、第１弁体ユニット３０の第１弁体３４が第１弁座１１ｉに着座するため、弁室ＶＣ内に進入した流体は、第１出口管状部１１ｃ内の第１口流路を介して排出されることがない。したがって、流体は、流路切換弁１を介して入口流路から第２出口流路のみへと流れることとなる。

（比較例との比較）
ここで、特許文献１に示す構成のように、例えば第１弁体ユニット３０が第１連通開口を有しておらず、また第２弁体ユニット４０が第２連通開口を有しておらず、弁軸２０が第１均圧室ＥＣ１と第２均圧室ＥＣ２とに連通する開口を有していたものを比較例とする。この比較例では、例えば第２弁体４４が第２弁座１１ｋに着座しているときに、第１均圧室ＥＣ１と第２均圧室ＥＣ２とは等しい流体圧を有することとなる。

比較例においても、本実施形態と同様に、第２弁体４４が第２弁座１１ｋに着座しているときは、流体は、流路切換弁１を介して入口流路から第１出口流路のみへと流れる。このため、第１弁体ユニット３０の下端近傍では第１出口流路へ向かって流れる流体により流体圧が低くなる一方、弁室ＶＣにおける第２弁体ユニット４０の上端近傍（第２弁口内）では流体の流れが滞るため流体圧が高くなる。

上述したように、比較例では、第２弁体４４が第２弁座１１ｋに着座しているときに、第１均圧室ＥＣ１と第２均圧室ＥＣ２とは等しい流体圧を有することとなるが、流れの滞りにより第２弁口内の流体圧が高くなると、第２弁体ユニット４０を挟んで第２均圧室ＥＣ２の流体圧が相対的に低くなる。これにより、圧力バランスが崩れるため、駆動装置５０による弁軸２０の駆動に影響が及ぶおそれがある。同様の問題は、第１弁体３４が第１弁座１１ｉに着座しているときにも生じうる。

これに対し本実施形態によれば、第１弁体ユニット３０が第１連通開口を有し、かつ第１均圧室ＥＣ１の軸線直交方向断面積は、第１弁口の軸線直交方向断面積に等しくなっており、また第２弁体ユニット４０が第２連通開口を有し、かつ第２均圧室ＥＣ２の軸線直交方向断面積は、第２弁口の軸線直交方向断面積に等しくなっている。

このため、たとえ第２弁体４４が第２弁座１１ｋに着座していても、第２弁体ユニット４０を挟んで、第２均圧室ＥＣ２の内部圧力は、第２弁口の内部圧力と等しくなる。また、たとえ第１弁体３４が第１弁座１１ｉに着座していても、第１弁体ユニット３０を挟んで、第１均圧室ＥＣ１の内部圧力は、第１弁口の内部圧力と等しくなる。このため、弁軸２０の軸線方向位置にかかわらず、第２弁体ユニット４０を挟んだ圧力差をキャンセルすることにより、駆動装置５０は安定して弁軸２０を駆動することができる。同様に、第１弁体３４が第１弁座１１ｉに着座しているときに、第１均圧室ＥＣ１の内部圧力は、第１弁口の内部圧力と等しくなるので、第１弁体ユニット３０を挟んだ圧力差をキャンセルすることができる。

図４は、本発明者らが行った実験結果を示す図であり、縦軸に、一方の弁体ユニットが受ける軸線方向荷重をとり、横軸に、弁軸の軸線方向位置（弁リフト量）をとり、本実施形態のグラフＸと、上述した比較例のグラフＹとを比較して示す。ここでは弁リフト量０ｍｍのときに、第１弁体３４が第１弁座１１ｉに着座し、弁リフト量５ｍｍのときに、第２弁体４４が第２弁座１１ｋに着座するものとする。また、第１弁体ユニット３０と第２弁体ユニット４０とは、弁リフト量に応じて逆方向の荷重を受ける。

図４に示すように、比較例のグラフＹは弁リフト量２．５ｍｍ（中間位置）を挟んで弁体ユニットが受ける荷重が大きく変動している。これに対し、本実施形態のグラフＸは、比較例のグラフＹに対して弁リフト量の全域で、弁体ユニットが受ける荷重が低下しており、荷重変動も少ない。具体的には、弁リフト量５ｍｍ、０ｍｍの状態で、比較例のグラフＹにおいては弁体ユニットが最大荷重を受けるのに対し、本実施形態のグラフＸの弁体ユニットが受ける荷重は、比較例の最大荷重に対し１／２０以下に低下することから、本実施形態の効果が有効であることが明らかである。また、弁体ユニットが受ける最大荷重も低下するので、弁軸２０の駆動に必要な力も少なくて足り、駆動装置５０の小型化や省電力を図れ、その選定の自由度も向上する。

さらに本実施形態によれば、第１弁体ユニット３０の第１連通開口と第１弁座１１ｉとは、軸線方向に距離Ｂだけ離間し、両者間にバッファ室ＢＦ１が存在する。このため、第１弁体３４が第１弁座１１ｉから離間して流体が通過する際に圧力変動が生じても、第１バッファ室ＢＦ１により圧力変動が平均化されて、第１連通開口を介して第１均圧室ＥＣ１に伝わるため、圧力変動の影響を極力抑えることができる。第２弁体ユニット４０の第２バッファ室ＢＦ２も、同様な機能を有する。なお距離Ｂの値としては、例えば第１弁体ユニット３０の軸線方向長の１／３以上、２／３以下であると好ましい。

（変形例）
図３Ｃは、変形例にかかる第１弁体ユニット３０’の周辺を拡大して示す断面図であり、第１弁座１１ｉに着座した状態で示す。図３Ｄは、第２弁体ユニット４０’の周辺を拡大して示す断面図であり、第２弁座１１ｋから離間した状態で示す。上述した実施形態と共通する構成については、同じ符号を付して重複説明を省略する。

本変形例においては、第１弁体ユニット３０’及び第２弁体ユニット４０’に連通開口を形成することなく、弁軸２０’に第１連通開口及び第２連通開口を設けている。具体的に、図３Ｃに示すように、第１弁体ユニット３０’は第１連通開口を有しておらず、弁軸２０’は、上端から弁本体１０の軸線Ｌに沿って延在する第１縦穴２５と、第１縦穴２５に交差し第１バッファ室ＢＦ１内で開口する第１横穴２６とを有する。第１縦穴２５と第１横穴２６とで第１連通開口を構成する。

また、図３Ｄに示すように、第２弁体ユニット４０’は第２連通開口を有しておらず、弁軸２０’は、下端から弁本体１０の軸線Ｌに沿って延在する第２縦穴２７と、第２縦穴２７に交差し第２バッファ室ＢＦ２内で開口する第２横穴２８とを有する。第２縦穴２７と第２横穴２８とで第２連通開口を構成する。なお、第１弁体ユニット３０’と第２弁体ユニット４０’のうち一方に連通開口を設け、他方に対応する弁軸２０’に連通開口を設けてもよい。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る流路切換弁１Ａの縦断面図であり、入口流路と第１出口流路とが連通した状態を示し、また図６は、第２の実施形態に係る流路切換弁１Ａの縦断面図であり、入口流路と第２出口流路とが連通した状態を示す。

本実施形態の流路切換弁１Ａが、上述した実施形態に対し、第１閉鎖部材１２Ａ及び第２閉鎖部材１３Ａが異なる。それ以外の構成は、上述した実施形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

図７（ａ）は、本実施形態の第１弁体ユニット３０の周辺を拡大して示す断面図であり、第１弁体３４が第１弁座１１ｉから離間した状態で示し、図７（ｂ）は、本実施形態の第１弁体ユニット３０の周辺を拡大して示す断面図であり、第１弁体３４が第１弁座１１ｉに着座した状態で示す。

第１閉鎖部材１２Ａは、上端側内周に、上方に向かうにしたがって拡径するテーパ部１２Ａｄを、中央部の円筒部１２Ａｅに接続して有する。図７（ａ）に示すように、第１弁体３４が第１弁座１１ｉから離間した状態では、第１シール部３２のシール体３２ａが円筒部１２Ａｅから、より大径であるテーパ部１２Ａｄへと移動する。このため第１閉鎖部材１２Ａに対する第１シール部３２の摺動抵抗が減少するため、駆動装置５０の駆動力をより低減できる。また、第１弁体３４が第１弁座１１ｉから離間した状態では、第１本体３１の下端近傍の流体圧力が低くなるので、第１均圧室ＥＣ内からの流体漏れは特に考慮する必要がない。

これに対し、図７（ｂ）に示すように、第１弁体３４が第１弁座１１ｉに着座したときに、第１シール部３２のシール体３２ａがテーパ部１２Ａｄから、より小径である円筒部１２Ａｅへと移動する。このため第１閉鎖部材１２Ａに対する第１シール部３２の密着力を高めることで、第１均圧室ＥＣ内からの流体漏れを抑制し、第１連通開口を介して第１本体３１の下端近傍の流体圧力と、第１均圧室ＥＣの内圧とを均一化させることができる。

換言すれば、第１弁体３４が第１弁座１１ｉから離間したときに、第１シール部３２のシール体３２ａが第１閉鎖部材１２Ａに当接する位置の内径は、第１弁体３４が第１弁座１１ｉに着座したときに、第１シール部３２のシール体３２ａが第１閉鎖部材１２Ａに当接する位置の内径より大きい。

同様に、図５，６に示すように、第２閉鎖部材１３も、下端側内周に、下方に向かうにしたがって拡径するテーパ部１３Ａｄを、中央部の円筒部１３Ａｅに接続して有する。このため、第２弁体４４が第２弁座１１ｋから離間したときに、第２シール部４２のシール体が第２閉鎖部材１３に当接する位置の内径は、第２弁体４４が第２弁座１１ｋに着座したときに、第２シール部４２のシール体が第２閉鎖部材１３に当接する位置の内径より大きい。このため、第２閉鎖部材１３Ａに対する第２シール部４２の摺動抵抗を減少させることができる。

本発明は、電磁弁に限られず、電磁コイルに給電を行うことで弁体を駆動するすべての流路切換弁に適用可能である。

１、１Ａ 流路切換弁
１０ 弁本体
１１ｂ 入口管状部
１１ｃ 第１出口管状部
１１ｄ 第２出口管状部
１１ｉ 第１弁座
１１ｋ 第２弁座
１２ 第１閉鎖部材
１３ 第２閉鎖部材
２０、２０’ 弁軸
２５ 第１縦穴
２６ 第１横穴
２７ 第２縦穴
２８ 第２横穴
３０、３０’ 第１弁体ユニット
３１ 第１本体
３１ｆ 第１均圧孔
３２ 第１シール部
３２ｅ、３２ｆ 連通穴
３３ 第１シール押さえ
３３ｂ 連通穴
３４ 第１弁体
４０、４０’ 第２弁体ユニット
４１ 第２本体
４１ｆ 第２均圧孔
４２ 第２シール部
４３ 第２シール押さえ
４４ 第２弁体
５０ 駆動装置
ＢＦ１ 第１バッファ室
ＢＦ２ 第２バッファ室
ＥＣ１ 第１均圧室
ＥＣ２ 第２均圧室
ＶＣ 弁室

Claims (3)

1. 弁室に連通する第１流路、前記弁室に連通する第２流路及び第３流路、前記弁室と前記第２流路との間に形成された第１弁座、前記弁室と前記第３流路との間に形成された第２弁座、を備えた弁本体と、
   前記弁本体内において、前記弁本体の軸線方向に移動可能に収容された弁軸と、
   前記弁軸に取り付けられ、前記第１弁座に当接可能な第１弁体を備えた第１弁体ユニットと、
   前記弁軸に取り付けられ、前記第２弁座に当接可能な第２弁体を備えた第２弁体ユニットと、を有し、
   前記弁本体には、前記第１弁体ユニットを挟んで前記弁室とは反対側に、第１均圧室が形成され、また前記第２弁体ユニットを挟んで前記弁室とは反対側に、第２均圧室が形成されており、
   前記第１弁体ユニットには、前記第１均圧室と前記弁室とを連通する第１連通開口が形成され、
   前記第２弁体ユニットには、前記第２均圧室と前記弁室とを連通する第２連通開口が形成され、
   前記弁本体の軸線方向の一端に取り付けられた中空円筒状の第１閉鎖部材と、前記弁本体の軸線方向の他端に取り付けられた中空円筒状の第２閉鎖部材とを有し、前記第１閉鎖部材の内側に前記第１均圧室が形成され、前記第２閉鎖部材の内側に前記第２均圧室が形成され、
   前記第１弁体ユニットは、前記第１閉鎖部材の内周に当接してシールする第１シール部を有し、
   前記第２弁体ユニットは、前記第２閉鎖部材の内周に当接してシールする第２シール部を有し、
   前記第１弁体が前記第１弁座から離間したときに、前記第１シール部が前記第１閉鎖部材に当接する位置の内径は、前記第１弁体が前記第１弁座に着座したときに、前記第１シール部が前記第１閉鎖部材に当接する位置の内径より大きく、
   前記第２弁体が前記第２弁座から離間したときに、前記第２シール部が前記第２閉鎖部材に当接する位置の内径は、前記第２弁体が前記第２弁座に着座したときに、前記第２シール部が前記第２閉鎖部材に当接する位置の内径より大きい、
   ことを特徴とする流路切換弁。
2. 弁室に連通する第１流路、前記弁室に連通する第２流路及び第３流路、前記弁室と前記第２流路との間に形成された第１弁座、前記弁室と前記第３流路との間に形成された第２弁座、を備えた弁本体と、
   前記弁本体内において、前記弁本体の軸線方向に移動可能に収容された弁軸と、
   前記弁軸に取り付けられ、前記第１弁座に当接可能な第１弁体を備えた第１弁体ユニットと、
   前記弁軸に取り付けられ、前記第２弁座に当接可能な第２弁体を備えた第２弁体ユニットと、を有し、
   前記弁本体には、前記第１弁体ユニットを挟んで前記弁室とは反対側に、第１均圧室が形成され、また前記第２弁体ユニットを挟んで前記弁室とは反対側に、第２均圧室が形成されており、
   前記第１弁体ユニットには、前記第１均圧室と前記弁室とを連通する第１連通開口が形成され、
   前記第２弁体ユニットには、前記第２均圧室と前記弁室とを連通する第２連通開口が形成され、
   前記弁本体の軸線方向の一端に取り付けられた中空円筒状の第１閉鎖部材と、前記弁本体の軸線方向の他端に取り付けられた中空円筒状の第２閉鎖部材とを有し、前記第１閉鎖部材の内側に前記第１均圧室が形成され、前記第２閉鎖部材の内側に前記第２均圧室が形成され、
   前記第１弁体ユニットは、前記第１閉鎖部材の内周に当接してシールする第１シール部を有し、
   前記第２弁体ユニットは、前記第２閉鎖部材の内周に当接してシールする第２シール部を有し、
   前記第１シール部は前記第１連通開口に対応して連通穴を有し、前記第２シール部は、前記第２連通開口に対応して連通穴を有する、
   ことを特徴とする流路切換弁。
3. 前記弁軸を軸線方向に駆動する駆動部を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の流路切換弁。