JP2012007626A - 電動弁及び四方切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】四方切換弁の流路切換の際の衝撃の発生を効果的に防止し、構成が簡単で製造コストの低い電動弁等を提供する。
【解決手段】相対向して配置された第１弁室２ａ及び第２弁室２ｂと、第１弁室に連通する第１流路２ｃと、第２弁室に連通する第２流路２ｄと、第１弁室に配置された第１弁座と２ｆ第２弁室に配置された第２弁座２ｇとの間に介在して両弁室及び流出管又は流入管に連通する第３流路２ｅとを有する弁本体２と、第１弁室に収容され、先端部が第３流路に挿入される第１弁体１０ａと、第２弁室に収容され、先端部が第１弁体の先端部に当接する第２弁体１９と、ステータコイル２４に励磁することにより回転するロータ７と、ロータの回転によって第１弁体を第１弁座に接離させるねじ送り機構９、１３と、第２弁体を第１弁体側に付勢し、第２弁体を第１弁体に追随して移動させて第２弁体を第２弁座に接離させる付勢手段２０とを備える電動弁１等。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍機器、空調機器等の可逆冷凍サイクルを利用した機器等に用いられる四方切換弁、及び該四方切換弁に使用される電動弁に関する。

従来、四方切換弁を用いて上記機器の冷媒流路の切換えを行っているが、例えば、特許文献１に記載の四方切換弁の如く電磁弁を四方切換弁のパイロット弁として利用すると、冷媒流路の切換えが急激に行われるため、四方切換弁のピストンが弁本体の内壁等に衝突して大きな騒音が発生したり、衝撃によって四方切換弁の耐久性が低下するなどの問題があった。特に、ＣＯ₂等の高圧冷媒を用いた場合には、これらの問題が顕著になる。

特開２００９−２８７７０７号公報

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、四方切換弁の流路切換時の衝撃の発生を効果的に防止することができるとともに、構成が簡単で製造コストの低い電動弁、及び該電動弁を用いた四方切換弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、電動弁であって、相対向して配置された第１弁室及び第２弁室と、該第１弁室に連通する第１流路と、該第２弁室に連通する第２流路と、前記第１弁室に配置された第１弁座と前記第２弁室に配置された第２弁座との間に介在して該両弁室に連通するとともに、流出管又は流入管に連通する第３流路とを有する弁本体と、前記第１弁室に収容され、先端部が前記第３流路に挿入される第１弁体と、前記第２弁室に収容され、先端部が前記第３流路に挿入されるとともに、該先端部が前記第１弁体の先端部に当接する第２弁体と、ステータコイルに励磁することにより回転するロータと、該ロータの回転によって前記第１弁体を前記第１弁座に接離させるねじ送り機構と、前記第２弁体を前記第１弁体側に付勢し、前記第２弁体を前記第１弁体に追随して移動させて前記第２弁体を前記第２弁座に接離させる付勢手段とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、第１弁室に収容された第１弁体と、第２弁室に収容された第２弁体の各々の先端部を第３流路で当接させ、第１弁体をロータの回転によるねじ送り機構で移動させ、第２弁体を第１弁体の動きに追随させることで流路の切換えを行うことができるため、簡単な構成で製造コストの低い電動弁を提供することができる。また、弁本体や上記弁本体部分以外のステータやロータ、ねじ送り機構等は従来の電動弁の構造と同一であるため、当該部分を他の形式の電動弁と共通化することで、より低コストの電動弁を提供することが可能となる。

また、本発明は、密閉空間を有する弁本体と、該弁本体の一側部に連結され、前記密閉空間と連通する第１導管と、前記弁本体の他側部に連結され、前記密閉空間と連通する第２導管と、該第２導管を挟んで両側に各々隣接して配置され、前記密閉空間と連通する第３及び第４導管と、前記弁本体内において前記第２乃至第４導管の各々に連通する開口部を有する弁座と、該弁座に摺動可能に配置された弁体と、前記弁本体の該弁体を収容する空間と、該空間を挟んで両側に存在する空間との圧力差により前記弁体を一方向又は他方向に摺動させ、前記第１導管と前記第３導管との間、又は前記第１導管と前記第４導管との間の連通状態を選択的に切り換える四方切換弁であって、上記電動弁をパイロット弁として用い、該電動弁の前記第１流路を、前記弁本体の前記弁体を収容する空間を挟んで両側に存在する空間の一方の空間に、前記第２流路を他方の空間に、前記第３流路を前記第２導管に連通させたことを特徴とする。

本発明によれば、パイロット弁としての電動弁によって、弁本体の弁体を収容する空間の両側に存在する空間の圧力を調整することで四方切換弁の弁体を徐々に移動させることができるため、四方切換弁の流路切換の際の衝撃の発生を効果的に防止することができる。また、パイロット弁としての電動弁は、上述のように、簡単な構成で製造コストが低いため、四方切換弁全体の製造コストを低く抑えることができる。

以上のように、本発明によれば、四方切換弁の流路切換の際の衝撃の発生を効果的に防止することができるとともに、構成が簡単で製造コストの低い電動弁、及び該電動弁を用いた四方切換弁を提供することができる。

本発明にかかる電動弁の一実施の形態を示す図であって、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。 図１の電動弁をパイロット弁として用いた四方切換弁を示す断面図である。 （ａ）は図２のＢ部拡大図、（ｂ）は図２のＣ部拡大図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明においては、まず、本発明にかかる電動弁の一実施の形態について説明し、その後、該電動弁をパイロット弁として用いた四方切換弁について説明する。

図１は、本発明にかかる電動弁の一実施の形態を示し、この電動弁１は、３本の導管３〜５が接続された弁本体２と、弁本体２に接合されたキャン６と、キャン６の内部に配置され、電動モータの一部を構成するロータ７と、キャン６の外周部に固定され、ロータ７を回転駆動するステータコイル２４と、ロータ７に止環８を介して一体に連結され、弁軸１０が内挿された弁軸ホルダ９と、弁本体２に下端部が圧入固定されたガイドブッシュ１３と、弁軸１０と一体に形成された第１弁体１０ａと、弁本体２の下部に配置された第２弁体１９等で構成される。

弁本体２は、円柱状に形成され、図１（ｂ）に明示されるように、第１弁体１０ａを収容する第１弁室２ａと、第２弁体１９を収容する第２弁室２ｂと、第１弁室２ａと第１導管３とを連通させる第１流路２ｃと、第２弁室２ｂと第２導管４とを連通させる第２流路２ｄと、第１弁室２ａ及び第２弁室２ｂと第３導管５とを連通させる第３流路２ｅとを備える。第１弁室２ａには、第１弁体１０ａに当接する第１弁座２ｆが設けられ、第２弁室２ｂには、第２弁体１９に当接する第２弁座２ｇが設けられる。第３流路２ｅにおいて、第１弁体１０ａの先端部と第２弁体１９の先端部が相対向して互いに当接する。第２弁室２ｂの下方開口は、蓋２１によって閉じられ、蓋２１と第２弁体１９との間にコイルばね２０が介装され、第２弁体１９は常に上方に付勢される。

キャン６は、下部が開口し、上部が閉じた円筒状に形成され、弁本体２の上部に接合リング１７を介して接合される。キャン６の内部には、ロータ７等の主要部品が収容される。

ロータ７は、円筒状に形成され、キャン６の内部に回転可能に配置され、弁軸ホルダ９と止環８を介して一体に連結される。このロータ７は、キャン６の外側に配置されたステータコイル２４を含むステータとでステッピングモータを構成し、ステータコイル２４への通電励磁によって回転する。ステータ全体は、弁本体２の側面に挿入固定されたパイプ１８に固定金具２３で固定される。ステータコイル２４には、複数のリード端子２５が接続され、これらのリード端子２５には、複数のリード線２７が接続され、両者間は樹脂２６で封止される。

弁軸１０は、弁軸ホルダ９の上部に遊嵌され、弁軸１０の上端部は、弁軸ホルダ９の天上面に載置されたナット１１に挿入される。弁軸１０は、下部に第１弁体１０ａを一体に備える。この弁軸１０は、弁軸ホルダ９の内部に収容されたコイルばね１５によって常に下方に付勢される。

弁軸ホルダ９は、止環８を介してロータ７に一体化され、上部に弁軸１０を内挿する。弁軸ホルダ９には、ガイドブッシュ１３の雄ねじ部１３ａに螺合する雌ねじ部９ａが螺刻されるとともに、ストッパ１４が固着される。ストッパ１４の下部には、弁軸１０の下降時にストッパ１６のストッパ部１６ａ（固定側ストッパ）に当接するストッパ部（可動側ストッパ）１４ａが突設される。

弁軸ホルダ９の天井面には、コイルばねからなる復帰ばね１２が設けられる。この復帰ばね１２は、ガイドブッシュ１３の雄ねじ部１３ａと弁軸ホルダ９の雌ねじ部９ａとの螺合が外れたときに、キャン６の内面に当接して両ねじ部９ａ、１３ａの螺合を復帰させるように働く。

ガイドブッシュ１３は、弁本体２にその下端部が圧入固定されるとともに、中央部に弁軸ホルダ９の雌ねじ部９ａに螺合する雄ねじ部１３ａが螺刻される。ガイドブッシュ１３には、ストッパ１６が固着され、ストッパ１６は、上方に突出してストッパ１４のストッパ部１４ａに当接するストッパ部１６ａを備える。

次に、上記構成を有する電動弁１の動作について、図１を参照しながら説明する。

図１は、ステータコイル２４に一方向の通電を行い励磁してロータ７が上面視時計回りに回転し、これと同時に弁軸ホルダ９及び弁軸１０も回転下降し、ストッパ部１４ａがストッパ部１６ａに当接した状態を示す。この状態では、図１（ｂ）に明示するように、第１弁体１０ａが第１弁座２ｆに着座するとともに、第１弁体１０ａの先端が第２弁体１９の先端に当接して第２弁体１９を押し下げ、第２弁体１９が第２弁座２ｇから離間している。これにより、図の破線で示すように、第２導管４から、第２流路２ｄ、第２弁室２ｂ及び第３流路２ｅを介して第３導管５に流体が流れる。

図１の状態からステータコイル２４に他方向の通電を行い励磁すると、ロータ７が上面視反時計回りに回転し、これと同時に弁軸ホルダ９及び弁軸１０も回転上昇する。これにより、図１（ｂ）の状態から、第１弁体１０ａが徐々に上昇するとともに、コイルばね２０の弾性力によって第２弁体１９も第１弁体１０ａに追従して上昇する。その結果、第２弁体１９と第２弁座２ｇとの間の隙間が徐々に狭まって第２導管４から第３導管５の流体流量が徐々に低下するとともに、第１弁体１０ａと第１弁座２ｆとの間の隙間が徐々に拡がって第１導管３から第３導管５の流体流量が徐々に増加する。最終的に、第２弁体１９が第２弁座２ｇに当接して第２導管４から第３導管５への流体の流れが停止し、第１弁体１０ａが第１弁座２ｆから最も離間した状態となって第１導管３から第３導管５への流体流量が最大となる。

次に、上記電動弁１をパイロット弁として用いた四方切換弁について、図２及び図３を参照しながら説明する。尚、以下の説明においては、本発明にかかる四方切換弁を空調機器の冷媒流路の切換えに用いる場合を例にとって説明する。

この四方切換弁４１は、大別して、円筒状の弁本体４３と、圧縮機４４の吐出管４５に連通する開口部４６と、圧縮機４４の吸入管４７に連通する開口部４８と、この開口部４８を挟んで両側に、熱交換機４９、５０への導管５１、５２に連通する２つの開口部５３、５４と、これらの開口部４８、５３、５４を有し、椀状の弁体４２が摺動する弁座５６とを備え、弁体４２が弁座５６上を摺動することで、吐出管４５と、導管５１又は導管５２のいずれか一方を選択的に接続する。

弁本体４３は、両端部に栓体４３ａ、４３ｂが固着された円筒状に形成され、弁本体４３の上側には開口部４６が形成され、開口部４６に圧縮機４４に接続される吐出管４５が連結される。弁本体４３の下側には、圧縮機４４の吸入管４７と、熱交換機４９、５０への導管５１、５２が連結され、弁本体４３の内部の弁座５６に、これらの導管等の開口部４８、５３、５４が穿設される。

また、弁本体４３の内部には、弁座５６と栓体４３ａとの間にピストン５７が、弁座５６と栓体４３ｂとの間にピストン５８が設けられ、ピストン５７、５８の間に、高圧室６０が形成される。ピストン５７、５８は、連結板５９によって一体的に移動可能に連結される。ピストン５７には、図３（ａ）に示すように、均圧穴６６とストレーナ６７とが設けられ、高圧室６０と作動室６１との間の圧力が等しくなるように構成される。この構成については、図示を省略するが、ピストン５８についても同様であり、高圧室６０と作動室６２との間の圧力が等しくなるように構成される。

また、ピストン５７と栓体４３ａとの間に形成された作動室６１と、ピストン５８と栓体４３ｂとの間に形成された作動室６２とは、導管６３、６４を介して四方切換パイロット弁１に連結されている。パイロット弁１が、作動室６１、６２の間に介在することにより、作動室６１、６２のいずれか一方が、導管６３〜６５及び導管３〜５を介して吸入管４７に連通するように構成される。

栓体４３ａには、図３（ｂ）に示すように、副弁７１が設けられ、この副弁７１は、弁室７４に、コイルばねに付勢された弁体７６を備え、弁室７４は、流路７３を介して作動室６１に連通するとともに、流路７５を介して導管６３と連通する。弁体７６がピストン５７によって左方へ押圧されると、弁体７６の先端部７６ａによって流路７５を閉じ、作動室６１から導管６３への冷媒の移動を妨げる。この構成については、栓体４３ｂ側の副弁８１も同様であり、副弁８１をピストン５７が右方へ押圧すると、作動室６２から導管６４への冷媒の移動が妨げられる。

弁本体４３の内部の弁座５６上には、連通用凹部（流体通路）４２ａと、環状の鍔部４２ｂとを有する椀状の弁体４２が設けられる。弁体４２は、連結板５９の孔５９ａ内に緩く嵌合されている。これにより、弁体４２は、ピストン５７、５８が図２において左右方向に移動することに伴って弁座５６上を摺動し、圧縮機４４に接続された吸入管４７の低圧側の開口部４８を、その両側の熱交換機側の開口部５３、５４のいずれか一方と連通させるとともに、他方の熱交換機側開口部を高圧室６０に開放する。

上記構成を有する四方切換弁４１は、空調機器において冷媒の流れを冷房と暖房とに切り換える場合に使用される。例えば、図２に示す状態が冷房時のものであって、この状態から暖房に切り換えるには、パイロット弁としての電動弁１のステータコイル２４に通電励磁し、ロータ７及び弁軸ホルダ９を介して弁軸１０を徐々に下降させ、徐々に第２弁体１９を第２弁室２ｂから離間させる。これにより、作動室６１から、導管６３、第２導管４、第３導管５及び導管６５を介して吸入管４７へ冷媒が流れて作動室６１の圧力が徐々に低下し、高圧室６０内の圧力によってピストン５７も徐々に栓体４３ａ側に移動し、栓体４３ａに衝撃を与えずに栓体４３ａまで到達する。これにより、弁体４２が左方へ移動して開口部４８と開口部５４とを覆い、冷媒の流れが反対になって暖房運転となる。尚、図２の状態では、ピストン５８が栓体４３ｂに当接しているため、副弁８１によって作動室６２から導管６４への冷媒の移動が妨げられている。そのため、高圧冷媒の圧力が第１弁室２ａ内に加わることがなく、第１弁体１０ａ及び第２弁体１９が円滑に移動することができる。尚、空調機器を暖房から冷房に切り換えるには、上記と逆の動作を行う。

また、上記実施の形態においては、電動弁１をパイロット弁として用いた四方切換弁４１を空調機器に用いる場合を例にとって説明したが、空調機器以外にも、冷凍機器等他の可逆冷凍サイクルを利用した機器、さらには、冷凍サイクルを利用した機器以外にも、流体を四方に切り換える必要がある機器に使用することができる。

１ 電動弁
２ 弁本体
２ａ 第１弁室
２ｂ 第２弁室
２ｃ 第１流路
２ｄ 第２流路
２ｅ 第３流路
２ｆ 第１弁座
２ｇ 第２弁座
３ 第１導管
４ 第２導管
５ 第３導管
６ キャン
７ ロータ
８ 止環
９ 弁軸ホルダ
９ａ 雌ねじ部
１０ 弁軸
１０ａ 第１弁体
１１ ナット
１２ 復帰ばね
１３ ガイドブッシュ
１３ａ 雄ねじ部
１４ ストッパ
１４ａ ストッパ部
１５ コイルばね
１６ ストッパ
１６ａ ストッパ部
１７ 接合リング
１８ パイプ
１９ 第２弁体
２０ コイルばね
２１ 蓋
２３ 固定金具
２４ ステータコイル
２５ リード端子
２６ 樹脂
２７ リード線
４１ 四方切換弁
４２ 弁体
４２ａ 連通用凹部
４２ｂ 鍔部
４３ 弁本体
４３ａ、４３ｂ 栓体
４４ 圧縮機
４５ 吐出管
４６ 開口部
４７ 吸入管
４８ 開口部
４９、５０ 熱交換機
５１、５２ 導管
５３、５４ 開口部
５６ 弁座
５７、５８ ピストン
５９ 連結板
５９ａ 孔
６０ 高圧室
６１、６２ 作動室
６３〜６５ 導管

Claims (2)

1. 相対向して配置された第１弁室及び第２弁室と、該第１弁室に連通する第１流路と、該第２弁室に連通する第２流路と、前記第１弁室に配置された第１弁座と前記第２弁室に配置された第２弁座との間に介在して該両弁室に連通するとともに、流出管又は流入管に連通する第３流路とを有する弁本体と、
   前記第１弁室に収容され、先端部が前記第３流路に挿入される第１弁体と、
   前記第２弁室に収容され、先端部が前記第３流路に挿入されるとともに、該先端部が前記第１弁体の先端部に当接する第２弁体と、
   ステータコイルに励磁することにより回転するロータと、
   該ロータの回転によって前記第１弁体を前記第１弁座に接離させるねじ送り機構と、
   前記第２弁体を前記第１弁体側に付勢し、前記第２弁体を前記第１弁体に追随して移動させて前記第２弁体を前記第２弁座に接離させる付勢手段とを備えることを特徴とする電動弁。
2. 密閉空間を有する弁本体と、該弁本体の一側部に連結され、前記密閉空間と連通する第１導管と、前記弁本体の他側部に連結され、前記密閉空間と連通する第２導管と、該第２導管を挟んで両側に各々隣接して配置され、前記密閉空間と連通する第３及び第４導管と、前記弁本体内において前記第２乃至第４導管の各々に連通する開口部を有する弁座と、該弁座に摺動可能に配置された弁体と、前記弁本体の該弁体を収容する空間と、該空間を挟んで両側に存在する空間との圧力差により前記弁体を一方向又は他方向に摺動させ、前記第１導管と前記第３導管との間、又は前記第１導管と前記第４導管との間の連通状態を選択的に切り換える四方切換弁であって、
   請求項１に記載の電動弁をパイロット弁として用い、該電動弁の前記第１流路を、前記弁本体の前記弁体を収容する空間を挟んで両側に存在する空間の一方の空間に、前記第２流路を他方の空間に、前記第３流路を前記第２導管に連通させたことを特徴とする四方切換弁。

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