JP2002130855A - 流路切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気調和機（ルームエアコン）等の冷凍サイ
クルを還流する冷媒の圧力や温度等を素早く安定して検
出し、高信頼性、省資源を実現する。 【解決手段】 流路切換弁１００−１の弁ハウジング５
３内で主弁体を昇降及び回動し、圧縮機の吐出口に連通
する導入継手管５と、弁座５７に設けられた継手管７及
び継手管８と、圧縮機の吸入口に連通する導出継手管６
との流路を切り換える。主弁体の昇降及び回動は、導入
継手管５側の冷媒の圧力と導出継手管６側の冷媒の圧力
の圧力差で制御する。弁座５７に、導出継手管６と常に
連通されるようなセンサ用継手管６′を設ける。センサ
用継手管６′の下端にに圧力温度検出部１７を取り付け
る。圧力温度検出部１７に、ピエゾ抵抗素子からなる圧
力センサとピエゾ抵抗素子からなる温度センサとを一体
に形成した複合センサを内蔵する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクルを還
流する冷媒の流路を運転モードに応じて切り換える四方
弁等の流路切換弁に関する

【０００２】

【従来の技術】従来、冷暖房ユニットなどの冷凍サイク
ルにおいて、圧縮機からの高圧冷媒の供給先を、室内側
熱交換器と室外側熱交換器との一方から他方に切り換え
ることで、室内の冷房と暖房とを行えるようにしてい
る。そして、このような高圧冷媒の流路を切り換える流
路切換弁として四方弁が用いられている。また、冷凍サ
イクルを制御するために冷媒の圧力や温度を検出するよ
うにしている。

【０００３】このような冷凍サイクルに関連する技術と
して、例えば、特開平１０−２６７４３１号公報、特開
平８−２５４３６２号公報、特開平６−１８５８３８号
公報に開示されたものがある。 （従来技術−１）特開平１０−２６７４３１号公報のも
のは、吸入圧力センサ（３０）を吸入ライン（３１）に
配管接続するようにしている。 （従来技術−２）特開平８−２５４３６２号公報のもの
は、低圧圧力検出手段（３３）を圧縮機（１４）の吸入
側に配管接続するようにしている。 （従来技術−３）特開平６−１８５８３８号公報のもの
は、第４の温度センサ（１３）をコンプレッサ（圧縮
機）（６）とアキュムレータ（７）との間の配管の側面
に取り付けるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平１０−
２６７４３１号公報のものは、ろう付箇所が増えるので
冷媒漏れの不具合が発生し易く、また、配管部材が余分
に必要となり、信頼性が低く経済性を損ねる、あるい
は、地球環境を保護するという点で問題があった。ま
た、特開平８−２５４３６２号公報のものも同様な問題
があった。さらに、特開平６−１８５８３８号公報のも
のは、温度センサが配管に外接しているので、冷媒の温
度を検出するのに時間遅れが大きく、例えば、除霜運転
制御等の過渡的な制御を実行するのに不十分であるとい
う問題があった。

【０００５】本発明は、高信頼性、省資源を実現する流
路切換弁を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の流路切換弁
は、冷凍サイクルを還流する冷媒の状態を検出する冷媒
状態検出手段を備えることを特徴とする。

【０００７】請求項２の流路切換弁は、冷凍サイクルを
還流する冷媒の状態を検出する冷媒状態検出手段を備
え、非電気的な駆動力により従動的に切り換え制御され
ることを特徴とする。

【０００８】請求項３の流路切換弁は、請求項１または
２の構成を備え、弁本体内で主弁体を弁座に対して移動
することにより前記冷凍サイクルの流路を切り換える流
路切換弁であって、前記主弁体に対して前記弁座とは反
対側の端面に冷媒の導入口を備えるとともに、前記弁座
側に冷媒の導出口を備えたことを特徴とする。

【０００９】請求項４の流路切換弁は、請求項３の構成
を備えるとともに前記冷媒の導出口を２つ備え、各々が
弁座の中心軸に対して１８０°の位置に設けられ、該導
出口の一方に前記冷媒状態検出手段が設けられているこ
とを特徴とする。

【００１０】請求項５の流路切換弁は、請求項４の構成
を備え、前記２つの冷媒の導出口の各々に継手管が接続
されていることを特徴とする。

【００１１】請求項６の流路切換弁は、請求項１、２、
３、４、または５の構成を備え、前記冷媒状態検出手段
は、前記冷媒の圧力を検出する圧力センサであることを
特徴とする。

【００１２】請求項７の流路切換弁は、請求項１、２、
３、４、または５の構成を備え、前記冷媒状態検出手段
は、前記冷媒の温度を検出する温度センサであることを
特徴とする。

【００１３】請求項８の流路切換弁は、請求項１、２、
３、４、または５の構成を備え、前記冷媒状態検出手段
は、前記冷媒の圧力を検出する圧力センサ、及び冷媒の
温度を検出する温度センサであることを特徴とする。

【００１４】請求項９の流路切換弁は、請求項７の構成
を備え、前記温度センサは、前記冷媒に接触するように
設けられていることを特徴とする。

【００１５】請求項１０の流路切換弁は、請求項１、
２、３、または４の構成を備え、前記流路切換弁の弁座
が前記冷媒状態検出手段のケースを構成することを特徴
とする。

【００１６】請求項１の流路切換弁によれば、冷媒状態
検出手段により、該流路切換弁の切り換え状態を監視す
ることができる。

【００１７】請求項２の流路切換弁によれば、冷媒状態
検出手段により、該流路切換弁の切り換え状態を監視す
ることができるとともに、該流路切換弁を切り換え制御
するための電磁コイル等の電気的駆動源を必要としな
い。

【００１８】請求項３の流路切換弁によれば、請求項１
または２と同様な作用効果が得られるとともに、主弁体
に対して、弁座とは反対側の端面に冷媒の導入口が、ま
た弁座側に冷媒の導出口が設けられているので、主弁体
が弁座に対して傾くことなく安定して動作し、流路の切
換を確実に行うことができる。

【００１９】請求項４の流路切換弁によれば、請求項３
と同様な作用効果が得られるとともに、導出口が弁座の
中心軸に対して１８０°の位置に設けられているので、
冷媒状態を安定的に検出できる。

【００２０】請求項５の流路切換弁によれば、請求項４
と同様な作用効果が得られるとともに、冷媒状態検出手
段を継手管に取り付けることにより当該流路切換弁への
冷媒状態検出手段の取付けが容易になる。

【００２１】請求項６の流路切換弁によれば、請求項
１、２、３、４、または５と同様な作用効果が得られる
とともに、冷媒の圧力を監視することができる。

【００２２】請求項７の流路切換弁によれば、請求項
１、２、３、４、または５と同様な作用効果が得られる
とともに、冷媒の温度を監視することができる。

【００２３】請求項８の流路切換弁によれば、請求項
１、２、３、４、または５と同様な作用効果が得られる
とともに、冷媒の圧力及び温度を監視することができ
る。

【００２４】請求項９の流路切換弁によれば、請求項７
と同様な作用効果が得られるとともに、冷媒の過渡現象
時の温度変化を素早く検出することができる。よって、
好適な除霜運転等が可能となり、省エネ性に優れた流路
切換弁となる。

【００２５】請求項１０の流路切換弁によれば、請求項
１、２、３、または４と同様な作用効果が得られるとと
もに、流路切換弁の弁座が冷媒状態検出手段のケースを
構成するので部品点数が減り、コストを低減することが
できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、本発明による流路切換弁の
実施形態を図面を参照して説明する。図１５は実施形態
の流路切換弁を用いたヒートポンプ式エアコン等の冷凍
サイクルの概略を示す図である。図中１は圧縮機、２Ａ
は室内ユニットに搭載された室内熱交換器、２Ｂは室外
ユニットに搭載された室外熱交換器、３は絞り装置、４
はアキュムレータ、１００は後述する各実施形態のロー
タリ式の流路切換弁である。

【００２７】圧縮機１の吐出口は流路切換弁１００に接
続され、圧縮機１の吸入口はアキュムレータ４を介して
流路切換弁１００に接続されている。また、流路切換弁
１００は室内熱交換器２Ａと室外熱交換器２Ｂとに接続
され、絞り装置３は室内熱交換器２Ａと室外熱交換器２
Ｂとの間に介設されている。これにより、圧縮機１、室
内熱交換器２Ａ、室外熱交換器２Ｂ、絞り装置３、アキ
ュムレータ４、及び流路切換弁１００は冷凍サイクルを
構成している。

【００２８】圧縮機１、室内熱交換器２Ａ、室外熱交換
器２Ｂ、絞り装置３は、マイクロコンピュータや各種駆
動回路等から構成された図示しない制御部により制御さ
れる。そして、圧縮機１の能力切換え等により流路切換
弁１００内の冷媒（流体）の圧力を制御し、後述のよう
に非電気的な駆動力により流路切換弁１００の流路が従
動的に切り換え制御される。これにより、暖房モード時
には、圧縮機１で圧縮された冷媒は図１５の実線の矢印
のように還流し、室内熱交換器２Ａは凝縮器として、室
外熱交換器２Ｂは蒸発器としてそれぞれ機能する。ま
た、冷房モード時には、冷媒は破線の矢印で示したよう
に還流し、室外熱交換器２Ｂが凝縮器として、室内熱交
換器２Ａが蒸発器としてそれぞれ機能する。

【００２９】なお、流路切換弁１００には、圧縮機１の
吐出口（高圧側）に接続される導入継手管５（圧縮機１
側から見た吐出管）、アキュムレータ４（低圧側）に接
続される導出継手管６（圧縮機１側から見た吸入管）、
室内熱交換器２Ａに接続される継手管７、室外熱交換器
２Ｂに接続される継手管８が接続されている。

【００３０】次に、流路切換弁１００の各実施形態につ
いて説明する。なお、図１５の流路切換弁１００は以下
の各実施形態に対応するものであるが、この流路切換弁
１００を以下の各実施形態の説明で区別するために、符
号１００の後にハイフンと実施形態の番号を付加して説
明する。

【００３１】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係る流路切換弁１００−１の外観側面図および外
観底面図、図５及び図６は流路切換弁１００−１の断面
図、図８(A) は図６の主弁体５５の部分の拡大図、図８
(B) は図８(A) のＢ−Ｂ線断面図、図７は図５のＡ−Ａ
線断面に対応して、主弁体５５と弁座５７の回転方向に
おける相対位置関係を示す図である。なお、図１は図５
の左側から見た図である。また、図５は圧縮機１の停止
状態あるいは流路の切換え途中の状態を示し、図６は冷
房モード時を示している。

【００３２】この第１実施形態の流路切換弁１００−１
は、円筒状の弁ハウジング５３の内部に、略円柱状の主
弁体５５を、回転可能でかつ回転軸方向に移動可能に収
容して、弁ハウジング５３の開放端を弁座５７により閉
塞するとともに、弁ハウジング５３の内部に、主弁体５
５を弁座５７から離間させるように付勢する第１スプリ
ング５９を収容して構成されている。

【００３３】弁ハウジング５３は、アウタハウジング５
３ａと上インナハウジング５３ｂと下インナハウジング
５３ｃとで構成されている。アウタハウジング５３ａの
上端（弁座５７と反対側）には導入口５３ａ−１が形成
されており、この導入口５３ａ−１には圧縮機１の吐出
口に連通する導入継手管５が接続されている。また、上
インナハウジング５３ｂ及び下インナハウジング５３ｃ
は、アウタハウジング５３ａの内部に収容できる外径の
円筒状を呈しており、図９に展開図として示すように、
上インナハウジング５３ｂの下縁部と下インナハウジン
グ５３ｃの上縁部は、互いに対向してカム溝５４を形成
している。

【００３４】カム溝５４は、弁ハウジング５３の周方向
に９０°周期で山部と谷部とが連なり、第１傾斜部５４
ａと第２傾斜部５４ｂとが交互に形成され、山部と谷部
には縦の逃げ溝部５４ｃが形成されている。すなわち、
カム溝５４は弁ハウジング５３の内周面に形成されるこ
とになる。なお、山部の逃げ溝部５４ｃは第１傾斜部５
４ａの上端部に連接しており、谷部の逃げ溝５４ｃは第
２傾斜部５４ｂの下端部に連接している。そして、主弁
体５５の周方向に１８０°位相をずらした周面箇所には
ガイドピン５５ｈが各々突設されており、これらガイド
ピン５５ｈはカム溝５４に各々挿入されている。

【００３５】図７に示すように、前記弁座５７には、底
面側から継手管７（図５参照）が接続される第１切換ポ
ート５７ａと、底面側から継手管８が接続される第２切
換ポート５７ｂとが、弁座５７の中心を挟んで対向する
位置に各々貫設されている。また、これら第１及び第２
の切換ポート５７ａ，５７ｂから弁座５７の周方向に９
０°ずつ位相をずらした箇所に、２つの導出口としての
低圧側ポート５７ｃ，５７ｃが貫設されている。そし
て、これら２つの低圧側ポート５７ｃ，５７ｃの一方に
は導出継手管６が接続され、他方にはセンサ用継手管
６′（図１参照）が接続されている。なお、このセンサ
用継手管６′の先端には、後述の圧力温度検出部１７が
取り付けられている。

【００３６】また、主弁体５５には、弁座５７側の端面
に開口するように低圧側連通溝５５ａと高圧側連通路５
５ｂを構成する内部通路５５ｅとが形成されている。図
７に示すように、低圧側連通溝５５ａは周上の略１８０
°にわたる円弧状に形成され、内部通路５５ｅは低圧側
連通溝５５ａを避けて開口するように形成されている。
そして、主弁体５５が弁座５７に着座することにより、
冷房モード時においては、第１切換ポート５７ａと２つ
の低圧側ポート５７ｃ，５７ｃとが低圧側連通溝５５ａ
により相互に連通接続されるとともに、第２切換ポート
５７ｂが内部通路５５ｅに連通接続され、また、暖房モ
ード時においては、第２切換ポート５７ｂと２つの低圧
側ポート５７ｃ，５７ｃとが低圧側連通溝５５ａにより
相互に連通接続されるとともに、第１切換ポート５７ａ
が内部通路５５ｅに連通接続されるように構成されてい
る。

【００３７】主弁体５５の上部中央には弁ポート５５ｃ
が形成され、この弁ポート５５ｃは中空室５５ｄを介し
て前記内部通路５５ｅに連通されており、この中空室と
内部通路５５ｅとにより高圧側連通路５５ｂが構成され
ている。また、主弁体５５の中心には操作杆５５ｆが軸
方向移動可能に挿通されており、操作杆５５ｆの弁ポー
ト５５ｃ側の端部には副弁体５５ｇが取着されている。
さらに、図８(A) に示すように主弁体５５の中央部の操
作杆５５ｆの周囲には副弁用スプリング５６が填め込ま
れており、この副弁用スプリング５６の付勢力により操
作杆５５ｆの上端の副弁体５５ｇが弁ポート５５ｃを閉
止するように構成されている。すなわち、副弁用スプリ
ング５６はわずかに圧縮して初期荷重が加えられた状態
で配設されている。また、副弁用スプリング５６の周囲
には、第２スプリング５８が圧縮して所定の初期荷重が
加えられた状態で配設されている。

【００３８】以上の構成により、図５に示すように、主
弁体５５が弁座５７から離間した状態では、操作杆５５
ｆに取着された副弁体５５ｇが弁ポート５５ｃを閉じ
て、高圧側連通路５５ｂが遮断状態となり、図６及び図
８(A) に断面図で各々示すように、主弁体５５が弁座５
７に着座した状態では、操作杆５５ｆの先端が弁座５７
に当接することで副弁体５５ｇが弁ポート５５ｃを開い
て、高圧側連通路５５ｂが開放状態となる。

【００３９】ここで、操作杆５５ｆの先端が弁座５７に
当接した時点から主弁体５５が弁座５７に着座する過程
及び着座した状態では、第１スプリング５９の弾性力と
副弁用スプリング５６及び第２スプリング５８の弾性力
により主弁体５５に対して弁座５７から離間する方向に
付勢力が加えられる。また、主弁体５５は、圧縮機１の
運転能力に応じて主弁体５５の上面に加えられる圧力と
低圧側連通溝５５ａとの差圧により下降する。したがっ
て、後述のように圧縮機１の運転能力に応じて着座する
か着座しないかが決まり、逆にこの圧縮機１の運転能力
を制御することにより、主弁体５５を着座させるか着座
させないかを選択することができる。

【００４０】例えば、圧縮機１が停止している状態で
は、図５に示すように、主弁体５５が第１スプリング５
９の付勢力により弁座５７から離間して、副弁体５５ｇ
により弁ポート５５ｃが閉じられるとともに、主弁体５
５の２つのガイドピン５５ｈが、弁ハウジング５３のカ
ム溝５４の弁座５７から最も離間した上死点（以下、
「主弁体復帰位置」という。）に位置する。すなわち、
図９の９０°及び２７０°の目盛りが記された上インナ
ハウジング５３ｂの逃げ溝部５４ｃに位置する。なお、
図９中の角度目盛りは、主弁体５５のガイドピン５５ｈ
のカム溝５４内における回転方向位置を示している。そ
して、図７の一番右のように、主弁体５５の低圧側連通
溝５５ａが、弁座５７の第１及び第２の切換ポート５７
ａ，５７ｂに臨むようになる。

【００４１】この状態で、圧縮機１が運転を開始する
と、副弁体５５ｇが弁ポート５５ｃを閉じていることか
ら、導入継手管５を介して弁ハウジング５３の内部に流
入した高圧冷媒が、第１スプリング５９の付勢力に抗し
て主弁体５５を弁座５７側に移動させるように作用す
る。これにより、９０°（及び２７０°）の逃げ溝部５
４ｃに各々位置しているガイドピン５５ｈが、カム溝５
４の第１傾斜端部５４ａに倣って移動し、図９に示す１
８０°（及び０°）の逃げ溝部５４ｃに各々位置するよ
うになる。すなわち、主弁体５５は弁ハウジング５３内
で回転しながら弁座５７側に移動して９０°回転する。
そして、圧縮機１は主弁体５５を着座させる能力で運転
しているので、図６に示すように、主弁体５５が弁座５
７に着座し、これにより、操作杆５５ｆの先端が弁座５
７に当接し副弁体５５ｇが弁ポート５５ｃを開いた状態
となる。

【００４２】この状態では、図７の一番左のように、低
圧側連通溝５５ａが第１切換ポート５７ａと２つの低圧
側ポート５７ｃとに臨むとともに、内部通路５５ｅが第
２切換ポート５７ｂに臨むようになる。このため、図６
に示すように、高圧側連通路５５ｂと第２切換ポート５
７ｂとを介して導入継手管５が継手管８に連通するとと
もに、第１切換ポート５７ａ、低圧側連通溝５５ａ、及
び、１つの低圧側ポート５７ｃを介して、導出継手管６
が継手管７に連通する。これにより、冷凍サイクルは図
１５の冷房モードとなる。

【００４３】その後、圧縮機１の運転が停止されると、
弁ハウジング５３の内部に流入した冷媒の圧力が低下す
るので、第１スプリング５９、第２スプリング５８及び
副弁用スプリング５６の付勢力が主弁体５５を弁座５７
から離間する方向に移動させるように作用する。そし
て、主弁体５５の弁座５７からある程度離間した後は、
第１スプリング５９の付勢力だけが主弁体５５に作用す
る。

【００４４】これにより、１８０°（及び０°）の逃げ
溝部５４ｃに位置しているガイドピン５５ｈが、カム溝
５４の第２傾斜端部５４ｂに倣って移動し、２７０°
（及び９０°）の逃げ溝部５４ｃに位置するようにな
る。すなわち、主弁体５５は弁ハウジング５３内で回転
しながら導入継手管５側に移動し、９０°回転したとこ
ろで、図５に示す状態とは回転方向において１８０°反
対向きの主弁体復帰位置に到達する。これにより、弁座
５７から先端が離間した操作杆５５ｆの副弁体５５ｇに
より弁ポート５５ｃが閉じられ、この状態では、図７の
左から２番目のように、低圧側連通溝５５ａが第１及び
第２の切換ポート５７ａ，５７ｂに臨むようになる。

【００４５】また、この状態で圧縮機１が運転を開始す
ると、同様にガイドピン５５ｈとカム溝５４の作用で、
主弁体５５は９０°回転して弁座５７に着座し、副弁体
５５ｇが弁ポート５５ｃを開いた状態で、図７の右から
２番目のようになる。すなわち、高圧側連通路５５ｂと
第１切換ポート５７ａとを介して、導入継手管５が継手
管７に連通するとともに、第２切換ポート５７ｂ、低圧
側連通溝５５ａ、及び、１つの低圧側ポート５７ｃを介
して、導出継手管６が継手管８に連通し、冷凍サイクル
は暖房モードとなる。その後、圧縮機１の運転が停止さ
れると、前記同様に主弁体５５が弁座５７から離間し、
主弁体５５が弁ハウジング５３内で回転しながら導入継
手管５側に移動して９０°回転し、図７の一番右のよう
に、低圧側連通溝５５ａが第１及び第２の切換ポート５
７ａ，５７ｂに臨む一番最初の状態に戻る。

【００４６】このように、この第１実施形態によれば、
流路切換弁１００−１における導入継手管５や導出継手
管６の連通先の切り換えが、圧縮機１の運転開始及び停
止により従動的に行われるので、電気的な駆動のための
駆動源を不要にするだけに止まらず、流路を切り換える
ため電気的な信号による制御をも不要にできるので、有
利である。

【００４７】なお、この実施形態における第２スプリン
グ５８は次のように作用する。第１スプリング５９は弱
いバネであり、小さな荷重の僅かな変化で主弁体５５が
下降し、操作杆５５ｆの下端が弁座５７に当接した状態
となる。この状態で、副弁用スプリング５６には初期荷
重が加えられているので、主弁体５５を下降させる力が
その初期荷重に達したあと主弁体５５はさらに下降し、
操作杆５５ｆの副弁用スプリング５６に当接している段
部が第２スプリング５８の下端に当接するようになる。
ここで、第２スプリング５８は強いバネであり、かつ第
１スプリング５９及び副弁用スプリング５６よりも大き
な初期荷重が加えられている。したがって、主弁体５５
を下降させる力がこの第２スプリング５８の初期荷重に
拮抗する力になるまでは、主弁体５５は下降しないでこ
の切換直前位置にとどまった状態となる。そして、主弁
体５５を下降させる力が第２スプリング５８の初期荷重
を上回る力となると主弁体５５はこの切換直前位置から
下降し、さらに力が大きくなると主弁体５５は弁座５７
に着座する。

【００４８】すなわち、主弁体５５を着座可能とする駆
動力のしきい値が、切換直前位置において大きく設定さ
れている。なお、切換直前位置における主弁体５５の下
端面と弁座５７の上面との間隔は０．５ｍｍ程度であ
る。このように、切換直前位置に達してから第２スプリ
ング５８の付勢力に抗して着座し始めるまでに大きな荷
重範囲が設定されているので、着座させるか着座させな
いかの選択動作を、圧縮機１の運転能力の切り換えによ
り容易に、かつ確実正確に行うことができる。

【００４９】例えば、圧縮機１を第１所定能力（例えば
３０Ｈｚ）で運転することにより、主弁体５５が切換直
前位置に達するように設定し、また、圧縮機１を第２所
定能力（例えば１０Ｈｚ）で運転することにより、主弁
体５５が切換直前位置から主弁体復帰位置まで上昇する
ように設定し、さらに、圧縮機１を第３所定能力（例え
ば６０Ｈｚ）で運転することにより、主弁体５５が切換
直前位置を通過して主弁体着座位置に達するように設定
することができる。

【００５０】以上の構成により、例えば次のような切換
制御を行うことができる。停止時には第１スプリング５
９により主弁体５５が主弁体復帰位置に保持されてお
り、副弁体５５ｇは弁ポート５５ｃを閉じている。ま
ず、暖房モード（停止状態）から冷房モードあるいは除
霜モード（逆サイクルデフロスト式）に切り換える場合
は、最初から第３所定能力（例えば６０Ｈｚ）で運転す
る。これにより主弁体５５は下降して着座する。これは
冷房モード（停止状態）から暖房モードに切り換える場
合、あるいは除霜モード（終了状態）から暖房モードに
切り換える場合も同様である。

【００５１】一方、サーモサイクルなどのように暖房モ
ード（停止状態）から暖房モードの位置への切換えを行
う場合、始動時に第１所定能力（例えば３０Ｈｚ）で運
転することにより、主弁体５５が下降して切換直前位置
に達する。始動から所定時間経過して第２所定能力（例
えば１０Ｈｚ）で運転（周波数ダウン）することによ
り、主弁体５５が上昇し、主弁体復帰位置に達する。そ
して、この主弁体復帰位置に達する所定時間後、第３所
定能力（例えば６０Ｈｚ）で運転することにより、主弁
体５５は下降して着座して暖房モードとなる。このよう
に、冷房モードの位置に切り換える（着座させる）こと
なく、また、圧縮機１を停止させることなく、暖房モー
ド（停止状態）から暖房モードに切り換えることができ
る。なお、冷房モード（停止状態）から冷房モードに切
り換える場合も同様である。

【００５２】（第２実施形態）図１０は本発明の第２実
施形態に係る流路切換弁１００−２の外観側面図および
外観底面図、図１１は流路切換弁１００−２の断面図、
図１２は主弁体６２と弁座６３の回転方向における相対
位置関係を示す図である。なお、図１０は図１１の左側
から見た図である。また、図１１は圧縮機１の停止状態
あるいは流路の切換え途中の状態を示している。

【００５３】この第２実施形態の流路切換弁１００−２
は、円筒状の弁ハウジング６１内に主弁体６２を収容
し、主弁体６２を透孔６２１によって中心軸６４で軸支
し、弁ハウジング６１の下部に弁座６３を取り付けて構
成されている。そして、主弁体６２は、弁ハウジング６
１の内部で回転可能に、かつ、回転軸方向（図１１の縦
方向）に移動可能にされ、また、保持器６２２のボス部
６２２ａに嵌合された第１スプリング６５の付勢力によ
り主弁体６２が弁座６３から離間されるように付勢され
る。さらに、中心軸６４の弁座６３側には、弁座６３の
段部と中心軸６４の段部とに両端を圧接されて所定の初
期荷重が加えられた状態で第２スプリング６６が配設さ
れている。

【００５４】弁ハウジング６１はの上端（弁座６３と反
対側）には導入口６１ａが形成されており、この導入口
６１ａには圧縮機１の吐出口に連通する導入継手管５が
接続されている。

【００５５】また、主弁体６２の透孔６２１内の中心軸
６４の回転軸回りの１８０°離間した位置には２つのボ
ール６２ｃが取り付けられており、このボール６２ｃは
中心軸６４の周囲に形成されたカム溝６４ａ内に配置さ
れている。カム溝６４ａは第１実施形態のカム溝５４と
略同様な形状で、周方向に９０°周期で山部と谷部とが
連なった形状となっている。なお、第１実施形態におい
ては、ガイドピン５５ｈが上インナハウジング５３ｂと
下インナハウジング５３ｃの内側からカム溝５４に係合
されるが、第２実施形態においては、ボール６２ｃが中
心軸６４の外側からカム溝６４ａに係合されている点が
異なるだけで、第２実施形態においても、主弁体６２は
その上下動に伴って第１実施形態と同様に回転動作を行
う。

【００５６】図１２に示したように、この第２実施形態
の弁座６３も第１実施形態の弁座５７と同様な構造であ
る。すなわち、弁座６３には、底面側から継手管７（図
１１参照）が接続される第１切換ポート６３ａと、底面
側から継手管８が接続される第２切換ポート６３ｂと
が、弁座６３の中心を挟んで対向する位置に各々貫設さ
れており、これら第１及び第２の切換ポート６３ａ，６
３ｂから弁座６３の周方向に９０°ずつ位相をずらした
箇所に、２つの低圧側ポート６３ｃ，６３ｃが貫設され
ている。そして、これら２つの低圧側ポート６３ｃ，６
３ｃの一方には導出継手管６が接続され、他方にはセン
サ用継手管６′（図１０参照）が接続されている。な
お、このセンサ用継手管６′の先端には、後述の圧力温
度検出部１７が取り付けられている。

【００５７】また、主弁体６２には、低圧側連通溝６２
ａと高圧側連通路６２ｂとが形成されている。低圧側連
通溝６２ａは、主弁体６２の弁座６３側の端面に開口す
るように形成されており、主弁体６２が弁座６３に着座
することにより、冷房モード時においては、第１切換ポ
ート６３ａと２つの低圧側ポート６３ｃ，６３ｃとが低
圧側連通溝６２ａにより相互に連通接続され、暖房モー
ド時においては、第２切換ポート６３ｂと２つの低圧側
ポート６３ｃ，６３ｃとが低圧側連通溝６２ａにより相
互に連通接続されるように構成されている。

【００５８】また、高圧側連通路６２ｂは、低圧側連通
溝６２ａを避けて弁座６３側と主弁体６２の側面に開口
するように形成されており、主弁体６２が弁座６３に着
座することにより、冷房モード時においては第２切換ポ
ート６３ｂが主弁体６２の側面に連通接続され、暖房モ
ード時においては第１切換ポート６３ａが主弁体６２の
側面に連通接続されるように構成されている。なお、主
弁体６２の側面と弁ハウジング６１の内側面との間には
僅かな隙間が設けられており、この隙間を介して高圧側
連通路６２ｂと弁ハウジング６１内の上部空間（高圧
室）とが連通される。

【００５９】以上の構成により、主弁体６２に対して、
図１１の状態では第１スプリング６５の弾性力により弁
座６３から離間する方向に付勢力が加えられ、弁座６３
に接近した切換直前位置でさらに第２スプリング５８の
弾性力が弁座５７から離間する方向に付勢力が加えられ
る。また、圧縮機１の運転能力に応じて主弁体６２の上
面に加えられる圧力と低圧側連通溝６２ａとの差圧によ
り、主弁体６２が下降する。したがって、圧縮機１の運
転能力に応じて着座するか着座しないかが決まり、逆に
この圧縮機１の運転能力を制御することにより、主弁体
５５を着座させるか着座させないかを選択することがで
きる。

【００６０】そして、第１実施形態と同様に、圧縮機１
の始動及び停止あるいは運転能力の切換により、主弁体
６２を上下動に伴って回転移動させ、図１２の一番右の
主弁体復帰位置→図１２の一番左の冷房モード→図１２
の左から２番目の主弁体復帰位置→図１２の右から２番
目の暖房モード→図１２の一番右の主弁体復帰位置のよ
うに、流路を切り換えることができる。

【００６１】なお、第１スプリング６５は第１実施形態
の第１スプリング５９に対応して弱い付勢力を作用し、
第２スプリング６６は第１実施形態の第２スプリング５
８に対応して強い付勢力を作用する。そして、主弁体６
２が上昇しているときは主弁体６２は第２スプリング６
６に当接しないが、主弁体６２が弁座６３に接近して切
換直前位置にまで下降すると、この主弁体６２が第２ス
プリング６６に当接し、この時点から主弁体６２には第
２スプリング６６の付勢力が加わるようになっている。
このように、この第２実施形態においても、切換直前位
置に達してから第２スプリング６６の付勢力に抗して着
座しはじめるまでに大きな荷重範囲が設定されているの
で、第１実施形態と同様に、着座させるか着座させない
かを、圧縮機１の運転能力の切換えにより容易に、かつ
確実正確に設定することができる。

【００６２】（圧力温度検出部）次に、第１実施形態及
び第２実施形態におけるセンサ用継手管６′に接続され
た圧力温度検出部１７について説明する。図２は圧力温
度検出部１７の断面図であり、圧力温度検出部１７は、
キャップ部１７ａ、ヘッダ部１７ｂ、カバー部１７ｃ、
金属ダイヤフラム１７ｄ、センサチップ１７ｅ、中継基
板１７ｆ及びケース１７ｇを備えている。

【００６３】ヘッダ部１７ｂはケース１７ｇ内に収納さ
れ、ケース１７ｇの開口部分にキャップ部１７ａが取り
付けられている。ヘッダ部１７ｂの内部にはセンサチッ
プ１７ｅが配設され、このセンサチップ１７ｅを覆うよ
うに金属ダイヤフラム１７ｄが配設されている。また、
この金属ダイヤフラム１７ｄを保護するようにカバー部
１７ｃが取り付けられている。キャップ部１７ａには透
孔１７ａ−１が形成され、このキャップ部１７ａがセン
サ用継手管６′内に挿入されている。センサ用継手管
６′内の冷媒の圧力は、透孔１７ａ−１を介してキャッ
プ部１７ａ及びヘッダ部１７ｂにより形成される間隙内
に伝達され、この圧力は、圧力に応じて変形する金属ダ
イヤフラム１７ｄを介してセンサチップ１７ｅに伝達さ
れる。また、センサ用継手管６′内の冷媒の熱も同様に
センサチップ１７ｅに伝達される。そして、センサチッ
プ１７ｅで検出される検出圧力と検出温度に対応する検
出信号が出力端子が接続された中継基板１７ｆ及びケー
ブル１７１を介して外部に出力される。

【００６４】図３はセンサチップ１７ｅの平面図であ
る。このセンサチップ１７ｅは、シリコンチップの表面
に電極２１、導電層２２及びピエゾ抵抗素子２３，２４
を形成することで圧力センサと温度センサを１チップ上
に形成したものである。同図に示した破線の内側は圧力
により弾性変形（僅かな変形）が可能なダイヤフラムの
機能を果たす部分であり、このダイヤフラム部に圧力セ
ンサを構成するピエゾ抵抗素子２３が形成されている。
また、破線の外側はチップ保持部１７ｂ−１に固定され
る固定部であり、この固定部には電極２１と温度センサ
を構成するピエゾ抵抗素子２４が形成されている。

【００６５】各電極２１とピエゾ抵抗素子２３は導電層
２２によって図示のように接続され、ピエゾ抵抗素子２
３の両端には電極２１が形成されており、ぞれぞれ図４
に示した回路を構成している。なお、図３において〜
で示した電極２１と図４において〜で示した端子
は互いに対応している。そして、図４(A) に示したよう
にとの端子にインプット電圧を印加し、，，
の端子から原圧力検出信号を取り出すことで圧力センサ
２５が形成される。また、，の端子から原温度検出
信号を取り出すことで温度センサ２６が形成される。な
お、の電極２１は回路のアースに接続される。これに
より、圧力センサ２５は圧力変化によって歪む部分のピ
エゾ抵抗素子によって構成され、温度センサ２６は圧力
変化によって歪まない部分のピエゾ抵抗素子によって構
成されている。よって、センサチップ１７ｅはシリコン
チップ上に圧力センサと温度センサを一体に形成した複
合センサを構成していることになる。

【００６６】ここで、図７に示すように、第１実施形態
の冷房モード及び暖房モードのいずれの場合も、２つの
低圧側ポート５７ｃ，５７ｃは共に低圧側連通溝５５ａ
によって連通され、また、図１２に示すように、第２実
施形態の冷房モード及び暖房モードのいずれの場合も、
２つの低圧側ポート６３ｃ，６３ｃは共に低圧側連通溝
６２ａによって連通される。したがって、２つの低圧側
ポート５７ｃ，５７ｃの一方、あるいは２つの低圧側ポ
ート６３ｃ，６３ｃの一方に連通された圧力温度検出部
１７により、冷房モー+ド及び暖房モードのいずれの場
合も低圧側の圧力および温度を検出することができる。

【００６７】また、圧力温度検出部１７はセンサ用継手
管６′により、第１実施形態では主弁体５５と弁座５７
との間の空間に、また第２実施形態では主弁体６２と弁
座６３との間の空間に間近に連通しているので、圧力を
素早く検出することができる。特に、主弁体５５（主弁
体６２）が弁座５７（弁座６３）から離間して高圧側と
低圧側とが均圧すると、この均圧状態を直ぐに検出する
ことができるので、除霜運転等に素早く切換えることが
できる。

【００６８】図１３は実施形態における流路切換弁の圧
力特性の一例を示す図であり、図１３(A) は圧縮機１の
運転停止時の圧力特性図、図１３(B) は除霜運転制御処
理における圧力特性図である。図１３(A) のように、圧
縮機１の運転時には高圧側と低圧側の差圧は大きいが、
圧縮機１を停止した時点から差圧が減少する。ここで、
主弁体５５が弁座５７に着座するとき第２スプリング５
８により大きなしきい値を備えているので、逆に主弁体
５５が弁座５７から離間しやすく、差圧がΔＰ２のよう
に比較的大きな差圧の時点で直ぐに均圧する。すなわ
ち、均圧するまでの時間Δｔ２が、図に破線で示した従
来のもの（しきい値が大きくないもの）において均圧す
る時間Δｔ１よりも短縮される。このように直ぐに均圧
した状態を圧力温度検出部１７により、素早く検出する
ことができる。

【００６９】図１３(B) は、圧縮機１を一時停止して再
び始動して除霜運転を行う場合であり、この場合も圧縮
機１を停止した時点から直ぐに差圧が小さくなり、この
均圧した状態を圧力温度検出部１７により、素早く検出
し、時間Δｔ３で除霜運転を行う。

【００７０】以上のように、流路切換弁１００における
冷媒の圧力の状態を素早く検出することができるので、
各実施例のように非電気的な駆動力（流路切換弁１００
内の差圧）により従動的に切り換え制御するのに適して
いる。

【００７１】以上の実施形態では、圧力温度検出部１７
のセンサチップ１７ｅは、圧力を検出する圧力センサ２
５と温度を検出する温度センサ２６とを備えているが、
圧力センサのみを備えた圧力検出部、または温度センサ
のみを備えた温度検出部を、圧力温度検出部１７の代わ
りに設けるようにしてもよい。なお、圧力温度検出部１
７、圧力検出部、または温度検出部はセンサ用継手管
６′に設ける例を説明したが、もちろん、導入継手管
５、導出継手管６、継手管７、または継手管８に開口部
を設けて取り付けてもよいことはいうまでもない。

【００７２】図１４は冷媒状態検出手段として温度セン
サを用いた他の実施形態を示す図であり、継手管１０に
温度検出部２０が取り付けられている。この継手管１０
は、第１実施形態あるいは第２実施形態における導入継
手管５、導出継手管６、継手管７、継手管８またはセン
サ用継手管６′である。

【００７３】温度検出部２０は、温度センサ２０ａのリ
ード線を接続した端子２０ｂを例えば円柱状のステム２
０ｃで固定し、このステム２０ｃを例えば円筒状のボデ
ィ２０ｄに填め込み、このステム２０ｃとボディ２０ｄ
とをろう材２０ｅによって固着して構成されている。そ
して、継手管１０の一部に形成した開口１０ａにボディ
２０ｄを填め込み、この、開口１０ａとボディ２０ｄと
がろう材２０ｆによって固着されている。

【００７４】以上の構成により、流路切換弁１００−
１，１００−２における冷媒の高圧側の温度または低圧
側の温度を温度検出部２０で測定することができるが、
さらに、温度センサ２０ａは継手管１０内の冷媒に接触
するように配設されているので、冷媒の過渡現象時の温
度変化を素早く検出することができる。なお、図２に示
す圧力温度検出部１７のキャップ部１７ａ、カバー部１
７ｃ、ケース１７ｇを取り除き、図１４に示す温度検出
部２０のステム２０ｃの部分の代わりに前述した圧力温
度検出部１７のヘッダ部１７ｂをボディ２０ｄに固着し
てもよい。

【００７５】図１および図１０の実施形態では、センサ
用継手管６′の下端に圧力温度検出部１７を取り付ける
ようにしているが、図１６に示したようにセンサ用継手
管を用いずに圧力温度検出部１７′を弁座６３（図１に
対応する場合は弁座５７）に直接取り付けるようにして
もよい。なお、図１６において図１０および図２と同様
な要素には図１０および図２と同符号を付記して詳細な
説明は省略する。

【００７６】この実施形態の圧力温度検出部１７′は前
記圧力温度検出部１７のキャップ部１７ａ、カバー部１
７ｃおよびケース１７ｇを取り除いた構造をしている。
弁座６３には円形の取付孔６３１が形成されており、圧
力温度検出部１７′は、取付孔６３１内にヘッダ部１７
ｂおよび中継基板１７ｆを填め込むことで取り付けられ
ている。こにれより、弁座６３は圧力温度検出部１７′
のケースを構成している。

【００７７】なお、以上の実施形態では圧縮機１に対す
る運転制御により流路切換弁１００を切り換えるように
しているが、電磁コイル等によって切り換え制御する、
いわゆる、電気的な駆動力により切り換え制御する流路
切換弁であってもよい。図１７は、このような実施例で
ある。すなわち、実開昭６２−３９０７４号公報の第１
図に開示されている四方弁（流路切換弁に相当）の接続
管３４（導出継手管６に相当）に本発明の図１４の温度
検出部２０、カラム［００７４］に記述の内容の圧力温
度検出部１７のヘッダ部１７ｂ、あるいは図１６の圧力
温度検出部１７′を取り付ければよい。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の流路切換
弁によれば、冷媒状態検出手段により流路切換弁におけ
る冷媒の状態を直ぐに検出することができるので、該流
路切換弁の切り換え状態を監視することができ、信頼
性、省エネ性に優れた流路切換弁を得ることができる。

【００７９】請求項２の流路切換弁によれば、冷媒状態
検出手段により流路切換弁における冷媒の状態を直ぐに
検出することができるので、該流路切換弁の切り換え状
態を監視することができるとともに、該流路切換弁を切
り換え制御するための電磁コイル等の電気的駆動源を必
要としないので、信頼性、省エネ性に優れた流路切換弁
を得ることができる。

【００８０】請求項３の流路切換弁によれば、請求項１
または２と同様な効果が得られるとともに、主弁体に対
して、弁座とは反対側の端面に冷媒の導入口が、また弁
座側に冷媒の導出口が設けられているので、主弁体が弁
座に対して傾くことなく安定して動作し、流路の切換を
確実に行うことができる。

【００８１】請求項４の流路切換弁によれば、請求項３
と同様な効果が得られるとともに、導出口が弁座の中心
軸に対して１８０°の位置に設けられているので、冷媒
状態を安定的に検出できる。

【００８２】請求項５の流路切換弁によれば、請求項４
と同様な効果が得られるとともに、冷媒状態検出手段を
継手管に取り付けることにより当該流路切換弁への冷媒
状態検出手段の取付けが容易になる。

【００８３】請求項６の流路切換弁によれば、請求項
１、２、３、４、または５と同様な効果が得られるとと
もに、冷媒の圧力を監視することができる。

【００８４】請求項７の流路切換弁によれば、請求項
１、２、３、４、または５と同様な効果が得られるとと
もに、冷媒の温度を監視することができる。

【００８５】請求項８の流路切換弁によれば、請求項
１、２、３、４、または５と同様な効果が得られるとと
もに、冷媒の圧力及び温度を監視することができる。

【００８６】請求項９の流路切換弁によれば、請求項７
と同様な効果が得られるとともに、冷媒の過渡現象時の
温度変化を素早く検出することができる。よって、好適
な除霜運転等が可能となり、信頼性、省エネ性に優れた
流路切換弁を得ることができる。

【００８７】請求項１０の流路切換弁によれば、請求項
１、２、３、または４と同様な効果が得られるととも
に、流路切換弁の弁座が冷媒状態検出手段のケースを構
成するので部品点数が減り、コストを低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る流路切換弁の外観
側面図及び外観底面図である。

【図２】本発明の実施形態における圧力温度検出部の断
面図である。

【図３】本発明の実施形態におけるセンサチップの平面
図である。

【図４】本発明の実施形態における圧力センサおよび温
度センサの回路図である。

【図５】本発明の第１実施形態における流路切換弁の圧
縮機の停止状態あるいは流路の切換え途中の状態の断面
図である。

【図６】本発明の第１実施形態における流路切換弁の冷
房モード時の状態の断面図である。

【図７】本発明の第１実施形態における主弁体と弁座の
回転方向における相対位置関係を示す説明図である。

【図８】本発明の第１実施形態における弁座の部分の拡
大図及び一部断面図である。

【図９】本発明の第１実施形態におけるカム溝の展開図
である。

【図１０】本発明の第２実施形態に係る流路切換弁の外
観側面図及び外観底面図である。

【図１１】本発明の第２実施形態における流路切換弁の
圧縮機の停止状態あるいは流路の切換え途中の状態の断
面図である。

【図１２】本発明の第２実施形態における主弁体と弁座
の回転方向における相対位置関係を示す説明図である。

【図１３】本発明の実施形態における流路切換弁の圧力
特性の一例を示す図である。

【図１４】冷媒状態検出手段として温度センサを用いた
他の実施形態を示す図である。

【図１５】本発明の実施形態の流路切換弁を用いたヒー
トポンプ式エアコン等の冷凍サイクルの概略を示す図で
ある。

【図１６】本発明の別の実施形態における圧力温度検出
部の断面図である。

【図１７】本発明のさらに別の実施形態における流路切
換弁の説明図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ５ 導入継手管 ６ 導出継手管 ６′ センサ用継手管 ７，８ 継手管 １７ 圧力温度検出部 ５５ 主弁体 ５５ａ 低圧側連通溝 ５５ｂ 高圧側連通路 ５７ 弁座 ５７ｃ 低圧側ポート ６２ 主弁体 ６２ａ 低圧側連通溝 ６２ｂ 高圧側連通路 ６３ 弁座 ６３ｃ 低圧側ポート １００ 流路切換弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 浩 埼玉県狭山市笹井535 株式会社鷺宮製作 所狭山事業所内 Ｆターム(参考） 3H067 AA13 BB02 BB12 CC57 DD03 DD05 DD33 ED17 ED18 FF12 FF17 GG23 GG24 3L092 AA02 AA12 AA14 BA26

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍サイクルを還流する冷媒の状態を検
   出する冷媒状態検出手段を備えることを特徴とする流路
   切換弁。
2. 【請求項２】 冷凍サイクルを還流する冷媒の状態を検
   出する冷媒状態検出手段を備え、非電気的な駆動力によ
   り従動的に切り換え制御されることを特徴とする流路切
   換弁。
3. 【請求項３】 弁本体内で主弁体を弁座に対して移動す
   ることにより前記冷凍サイクルの流路を切り換える流路
   切換弁であって、前記主弁体に対して前記弁座とは反対
   側の端面に冷媒の導入口を備えるとともに、前記弁座側
   に冷媒の導出口を備えたことを特徴とする請求項１また
   は２記載の流路切換弁。
4. 【請求項４】 前記冷媒の導出口を２つ備え、各々が弁
   座の中心軸に対して１８０°の位置に設けられ、該導出
   口の一方に前記冷媒状態検出手段が設けられていること
   を特徴とする請求項３記載の流路切換弁。
5. 【請求項５】 前記２つの冷媒の導出口の各々に継手管
   が接続されていることを特徴とする請求項４記載の流路
   切換弁。
6. 【請求項６】 前記冷媒状態検出手段は、前記冷媒の圧
   力を検出する圧力センサであることを特徴とする請求項
   １、２、３、４、または５記載の流路切換弁。
7. 【請求項７】 前記冷媒状態検出手段は、前記冷媒の温
   度を検出する温度センサであることを特徴とする請求項
   １、２、３、４、または５記載の流路切換弁。
8. 【請求項８】 前記冷媒状態検出手段は、前記冷媒の圧
   力を検出する圧力センサ、及び冷媒の温度を検出する温
   度センサであることを特徴とする請求項１、２、３、
   ４、または５記載の流路切換弁。
9. 【請求項９】 前記温度センサは、前記冷媒に接触する
   ように設けられていることを特徴とする請求項７記載の
   流路切換弁。
10. 【請求項１０】 前記流路切換弁の弁座が前記冷媒状態
    検出手段のケースを構成することを特徴とする請求項
    １、２、３、または４記載の流路切換弁。