以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る流路切換弁の第1実施例を示し、(A)は一側面図、(B)は上面側配置図、(C)は下面側配置図である。また、図2、図3、図4は、それぞれ図1(B)のA−A矢視線に従って部分的に破断した他側面図、B−B矢視線に従って部分的に破断した他側面図、C−C矢視線に従う主弁部分の拡大断面図である。
なお、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際にヒートポンプ式冷暖房システム等に組み込まれた状態での位置、方向を指すとは限らない。
また、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、各構成部材の寸法に比べて大きくあるいは小さく描かれている場合がある。
[主弁の第1実施例]
図示実施例の流路切換弁1は、四方切換弁であり、例えば前述した図24に示されるヒートポンプ式冷暖房システム100における四方切換弁140として用いられるもので、ロータリー式の主弁5と、流体圧式のアクチュエータ7とを備える。
以下においては、まず、主として主弁5について説明し、その後にアクチュエータ7について説明する。
主弁5は、主弁ハウジング10と、この主弁ハウジング10内に回動可能かつ上下動可能に配在された主弁体20とを備える。
主弁ハウジング10は、アルミあるいはステンレス等の金属製とされ、円筒状の胴部10Cと、この胴部10Cの上面開口を気密的に封止するようにかしめ固定され、さらにはんだ付け、ろう付け、溶接等により固定された厚肉円板状の上側弁シート10Aと、胴部10Cの下面開口を閉塞するように前記上側弁シート10Aと同様に前記胴部10Cに固定された厚肉円板状の下側弁シート10Bとを有し、上側弁シート10Aの左右には、管継手からなる第1ポート11、第2ポート12が垂設され、下側弁シート10Bの左右には、管継手からなる第3ポート13、第4ポート14が垂設されている。各ポート11〜14は同一円周上に設けられており、第1ポート11と第3ポート13及び第2ポート12と第4ポート14は平面視同一位置に配在されている。上側弁シート10Aの下面及び下側弁シート10Bの上面は、平坦で滑らかな弁シート面17、17となっている。
本実施例では、図24に示される如くのヒートポンプ式冷暖房システム100に組み込まれた場合において、例えば、第1ポート11は圧縮機吐出側に接続される吐出側高圧ポートDとされ、第2ポート12は室内熱交換器に接続される室内側入出ポートEとされ、第3ポート13は室外熱交換器に接続される室外側入出ポートCとされ、第4ポート14は圧縮機吸入側に接続される吸入側低圧ポートSとされる(図1参照)。
前記主弁ハウジング10における上側弁シート10Aの下面側中央(主弁ハウジング10の中心線O上)には、主弁体20の上側回転軸部30A(後述)を回転自在に支持する軸受穴15Aが設けられ、また、下側弁シート10Bの下面側中央付近には、下向きに凹部19(後述する回転伝達機構70の収容部)が設けられ、この凹部19における前記中心線O上に、主弁体20の下側回転軸部30B(後述)を回転自在に支持する軸受穴15Bが設けられている。
また、下側弁シート10Bの下面側の後部にはアクチュエータ7の本体部50が設けられている。前記本体部50は、平面視で主弁ハウジング10から側方には突出しないようになっている(下側弁シート10Bの径内に収まっている)。
主弁体20は、短円柱状の上半部20Aと下半部20Bとの二分割構成となっている。詳しくは、比較的厚みのある第1層部材21と該第1層部材21の下面側に溶接等により一体的に接合された第2層部材22とで上半部20Aが構成され、厚肉円板状の第3層部材23と該第3層部材23の下面側に溶接等により一体的に接合された比較的厚みのある第4層部材24とで下半部20Bが構成されている。
前記上半部20A(の第2層部材22)と下半部20B(の第3層部材23)との間に、それらを相互に逆方向に付勢する付勢手段としての4本の圧縮コイルばね29が縮装されている(図2参照)。4本の圧縮コイルばね29は、第3層部材23の上面側の同一円周上に等角度間隔で設けられた4個のばね収納穴23h(図9参照)に、その一部を上方に突出させた状態で装填されている。
主弁体20の第1層部材21の上面側及び第4層部材24の下面側の平面視同一位置には、主弁体20の中心線O(主弁ハウジング10と共通)を通る断面矩形の横断溝27、27が形成されており、この横断溝27、27の両端近くには、主弁体20の上半部20Aと下半部20Bとを一体回動可能かつ上下動可能とすべく、図3に示される如くに、2本の貫通孔26が形成されるとともに、この2本の貫通孔26に上下端部に小径部25aを備えた段付きの一体回動棒25が挿入されている。
主弁体20の回転軸部は、図2に示される如くに、主弁体20の本体部分(上半部20A、下半部20B)と一体的に挙動可能な上側回転軸部30Aと下側回転軸部30Bとに分けられている。上側回転軸部30Aは、前記軸受穴15Aに挿入される枢軸部30aと、前記横断溝27に嵌合する断面矩形の角棒部30bとからなっている。下側回転軸部30Bは、前記軸受穴15Bに挿入される枢軸部30cと、前記横断溝27に嵌合する断面矩形の角棒部30dと、中間大径部30eとからなっている。角棒部30b、30dの両端近くには挿通穴が設けられ、該挿通穴に、前記一体回動棒25の上下端部に設けられた小径部25aが嵌挿されることで、前記一体回動棒25は、上側回転軸部30Aと下側回転軸部30Bとに固定される。
したがって、上下の回転軸部30A、30Bと左右の一体回動棒25、25は、相互に若干の相対移動可能かつ一体回動可能に井形状ないし矩形状に組まれた枠状体28を構成しており、この枠状体28により、二分割構成とされた主弁体20(上半部20A、下半部20B)の上下動、傾き、位置ずれ等に柔軟に対応できる。
流路切換にあたり、主弁体20は、後述するアクチュエータ7により、正逆両方向に回転せしめられ、図6(A)に示される如くの第1の回転位置と、この第1の回転位置から時計回りに60°回転させた、図6(B)に示される如くの第2の回転位置とを選択的にとり得るようにされている。
主弁体20には、第1の回転位置をとるとき、第1ポート11と第3ポート13とを連通させる第1連通路31及び第2ポート12と第4ポート14とを連通させる第2連通路32とが設けられるとともに、第2の回転位置をとるとき、第1ポート11と第2ポート12とを連通させる第3連通路33及び第3ポート13と第4ポート14とを連通させる第4連通路34とが設けられている。
詳細には、前記第1〜第4連通路31〜34を構成する、第1〜第4層部材21〜24に設けられた各通路部の上面開口又は下面開口は、第1〜第4ポート11〜14と同一円周上に配在されており、また、その口径は各ポート11〜14の口径と略同じとされ、さらに、第1連通路31と第2連通路32は、各ポート11〜14の口径と略同じ通路径となっている。
主弁体上半部20Aの上部を構成する第1層部材21には、図7に示される如くに、180°間隔をあけて2つの直線貫通路部21A、21Bが設けられるとともに、第2層部材22によりその下面開口が閉塞される、平面視波状の横穴21Eにより結ばれた2つの横穴付き通路部21C、21Dが設けられている。横穴付き通路部21Cと21Dは、180°間隔をあけて配在されており、2つ合わせてU字状の比較的容積の大きな連通路(第3連通路33)を形成する。直線貫通路部21A、21Bと横穴付き通路部21C、21Dとの角度間隔は60°とされている。
したがって、主弁体20が第1の回転位置にあるときには、直線貫通路部21A、21Bが第1ポート11、第2ポート12の真下に位置し、主弁体20を第1の回転位置から時計回りに60°回転させると、直線貫通路部21A、21Bの上面開口が上側弁シート10Aにより閉塞されるとともに、横穴付き通路部21C、21Dの上面開口が第1ポート11、第2ポート12の真下に位置する。
主弁体上半部20Aの下部を構成する第2層部材22には、図8に示される如くに、180°間隔をあけて2つの直線貫通路部22A、22Bが設けられている。直線貫通路部22A、22Bは第1層部材21の直線貫通路部21A、21Bの真下に位置している。
主弁体下半部20Bの上部を構成する第3層部材23には、図9に示される如くに、180°間隔をあけて2つの直線貫通路部23A、23Bが設けられている。直線貫通路部23A、23Bは第2層部材22の直線貫通路部22A、22Bの真下に位置している。
主弁体下半部20Bの下部を構成する第4層部材24には、図10に示される如くに、第1層部材21と同様に、180°間隔をあけて2つの直線貫通路部24A、24Bが設けられるとともに、第3層部材23によりその上面開口が閉塞される、平面視波状の横穴24Eにより結ばれた2つの横穴付き通路部24C、24Dが設けられている。直線貫通路部24A、24Bは第3層部材23の直線貫通路部23A、23Bの真下に位置している。横穴付き通路部24Cと24Dは、180°間隔をあけて配在されており、2つ合わせてU字状の比較的容積の大きな連通路(第4連通路34)を形成する。直線貫通路部24A、24Bと横孔付き通路部24C、24Dとの角度間隔は60°とされている。
したがって、主弁体20が第1の回転位置にあるときには、直線貫通路部24A、24Bが第3ポート13、第4ポート14の真上に位置し、主弁体20を第1の回転位置から時計回りに60°回転させると、直線貫通路部24A、24Bの下面開口が下側弁シート10Bにより閉塞されるとともに、横穴付き通路部24C、24Dの下面開口が第3ポート13、第4ポート14の真上に位置する。
第1層部材21と第2層部材22の2つの部材を合わせて連通路(第3連通路33)を形成したため、断面視で視て、横穴付き通路部21C、21Dの間には、横穴21E側に膨出した案内部が、中心線Oに垂直な方向に比較的長く設けられている。この案内部により、流体(冷媒)がU字状に曲がる部分に発生する渦流を防止することができ、また、横穴21Eの口径と各ポート11〜14の口径とがほぼ同じ通路径となるので、流路の体積を一様にすることができるため、主弁5内で流体の膨張や縮小が発生せず、圧力損失を低減できる。仮に、後述する3Dプリンターを用いずに成形品にて主弁体上半部20Aを作成した場合には、前記連通路は、案内部の無い椀型とせざるを得ず、渦流が発生したり、流路の体積を一様にできないため、圧力損失が大きくなる。
前記した各連通路31、32、33、34の両端部には、図4、図5、図7を参照すればよくわかるように、上側弁シート10A、下側弁シート10Bの弁シート面17、17における各ポート11〜14の開口周りに密接する円環状シール面37、37を持つ凸部36が突設されている。隣り合う凸部36、36(のシール面37、37)は連設されて平面視メガネ状を呈するものとなっており、第4層部材24に設けられた凸部36(のシール面37)も同様である。
また、第1連通路31と第2連通路32は、図4に示される如くに、主弁体20の上半部20Aと下半部20Bとに跨がる分割連通路となっているので、シール性を確保するため、次のような方策が講じられている。すなわち、第1連通路31を代表して説明するに、第1連通路31を構成する第2層部材22の直線貫通路部22Aの下部に大径部22cが形成されるとともに、第3層部材23の直線貫通路部23Aの上端に、前記大径部22cに摺動自在に挿入される円筒状部23cが延設され、大径部22cと円筒状部23cとの間にOリング49が介装され、当該Oリング49の脱落を防止するワッシャ49aが大径部22cの端部に溶接にて接合されている。第2連通路32も同様な構成となっている。
上記に加え、本実施例では、主弁体20の第1層部材21と上側弁シート10Aとの間、及び、第4層部材24と下側弁シート10Bとの間に、主弁体20の回転時において、主弁体20側のシール面37、37を上側弁シート10A及び下側弁シート10Bの弁シート面17、17から離れさせるボール式シール面離隔機構45が設けられている。
ボール式シール面離隔機構45は、第1層部材21と上側弁シート10Aとの間に設けられたものが図4、図5に代表例で示されているように、ボール46と、該ボール46を、その一部を上下方向に突出させた状態で、回転自在にかつ移動は実質的に阻止した状態で収容する収容部47と、主弁体20の回転開始前及び回転終了時においては、主弁体20側のシール面37が上側弁シート10Aの弁シート面17から離れないように、前記収容部47から突出する前記ボール46の一部が嵌め込まれ、主弁体20の回転時(流路切換中)においては、ボール46が主弁体20を押し下げながら転がり出るような寸法形状とされた逆円錐状の凹穴48とを備えている。なお、収容部47は、丸穴47aと該丸穴47aに圧入等により固定された、上部が窄まった筒状抜け止め金具47bとで構成されている。
前記ボール46が収容された収容部47は、図7及び図10の(A)の(1)に示される如くに、主弁体20の第1層部材21と第4層部材24の同一円周上にそれぞれ90°間隔をあけて4箇所に設けられており、また、凹穴48は上側弁シート10Aと下側弁シート10Bの同一円周上の、平面視で前記収容部47と同一位置及び該位置から時計回りに60°離れた位置の計8箇所に設けられている。
かかるシール面離隔機構45では、主弁体20の回転開始前及び回転終了時においては、図5(A)に示される如くに、上側弁シート10Aの凹穴48内にボール46の一部が嵌り込んでいる。この嵌り込み量(上側弁シート10Aの弁シート面17からボール46の頂上までの高さ)をhとする。この状態から主弁体20を60°回転させ始めると、収容部47が周方向に移動(回転)し、これに伴ってボール46は、図5(B)に示される如くに、主弁体20(上半部20A)を、上半部20Aと下半部20Bとの間に縮装された圧縮コイルばね29の付勢力に抗して、押し下げながら凹穴48から転がり出る。これによって、主弁体20のシール面37が上側弁シート10Aの弁シート面17から離れる。この際の主弁体20の押し下げ量は前記嵌り込み量hとなる。
なお、主弁体20が60°回転すると、ボール46が次の凹穴48に嵌り込むので、主弁体20(上半部20A)は圧縮コイルばね29の付勢力によって押し上げられ、主弁体20のシール面37が上側弁シート10Aの弁シート面17に押し付けられる。
以上の説明から理解されるように、主弁体20が第1の回転位置をとるとき、第1ポート11と第3ポート13とを連通させる第1連通路31は、直線貫通路部21A、22A、23A、及び24Aで構成される直線状通路となり、また、第2ポート12と第4ポート14とを連通させる第2連通路32は、直線貫通路部21B、22B、23B、及び24Bで構成される直線状通路となる。
それに対し、主弁体20が第2の回転位置をとるとき、第1ポート11と第2ポート12とを連通させる第3連通路33は、主弁体20の上半部20Aに設けられた横穴付き通路部21C及び21Dで構成されるU字状通路となり、また、第3ポート13と第4ポート14とを連通させる第4連通路34は、主弁体20の下半部20Bに設けられた横穴付き通路部24C及び24Dで構成されるU字状通路となる。
上記のように、本実施例の流路切換弁1では、主弁体20を第1の回転位置から時計回りに60°回転させることにより、第1連通路31により連通するポート11−13間及び第2連通路32により連通するポート12−14間から、第3連通路33により連通するポート11−12間及び第4連通路34により連通するポート13−14間への流路の切り換えが行われ、主弁体20を第2の回転位置から反時計回りに60°回転させることにより、第3連通路33により連通するポート11−12間及び第4連通路34により連通するポート13−14間から、第1連通路31により連通するポート11−13間及び第2連通路32により連通するポート12−14間への流路の切り換えが行われる。
本実施例の流路切換弁1を、図24に示される如くのヒートポンプ式冷暖房システムに組み込む際には、前述したように、例えば、第1ポート11は圧縮機吐出側に接続される吐出側高圧ポートD、第2ポート12は室内熱交換器に接続される室内側入出ポートE、第3ポート13は室外熱交換器に接続される室外側入出ポートC、第4ポート14は圧縮機吸入側に接続される吸入側低圧ポートSとされる。
そして、冷房運転を行う場合には、主弁体20に図6(A)に示される如くの第1の回転位置をとらせる。これにより、図6(A)の(2)に白抜き矢印で示される如くに、圧縮機からの高圧冷媒が吐出側高圧ポート11(D)→直線状の第1連通路31→室外側入出ポート13(C)へと流れるとともに、室内熱交換器からの低圧冷媒が室内側入出ポート12(E)→直線状の第2連通路32→吸入側低圧ポート14(S)へと流れる。
一方、暖房運転を行う場合には、主弁体20を第1の回転位置から時計回りに60°回転させて図6(B)に示される如くの第2の回転位置をとらせる。これにより、流路の切り換えが行われ、図6(B)の(2)に白抜き矢印で示される如くに、圧縮機からの高圧冷媒が吐出側高圧ポート11(D)→U字状の第3連通路33→室内側入出ポート12(E)へと流れるとともに、室外側熱交換器からの低圧冷媒が室外側入出ポート13(C)→逆U字状の第4連通路34→吸入側低圧ポート14(S)へと流れる。
このような構成とされた本実施例の流路切換弁1においては、第1連通路31及び第2連通路32は始端から終端までの太さ(通路径)が第1ポート11及び第2ポート12の口径と略同じ直線状の通路とされ、冷媒は第1ポート11、第2ポート12から真下にストレートに流れるので、主弁5(主弁体20)内での圧力損失はほとんど生じない。また、二つの横穴付き通路部21C及び21D、24C及び24Dで構成される第3連通路33及び第4連通路34は、内容積が比較的大きくされているので、圧力損失が軽減され、トータルでは従来の流路切換弁に比べて圧力損失を相当軽減できる。
また、主弁体20が上半部20Aと下半部20Bとの二分割構成とされ、上半部20Aと下半部20Bはそれぞれ独立して上下動できるようにされるとともに、上半部20Aと下半部20Bとの間に圧縮コイルばね29が縮装されているので、そのばね力により、上半部20Aは押し上げられてそのシール面37が上側弁シート10Aの弁シート面17における各ポート11、12周りに押し付けられるとともに、下半部20Bは押し下げられてそのシール面37が下側弁シート10Bの弁シート面17における各ポート13、14周りに押し付けられる。
この場合、主弁体20(上半部20Aと下半部20B)側に凸部36が突設されてその端面が環状シール面37とされていることから、弁シート面17に対接する部分の面積が必要最小限とされ、そのため、対接面圧が高められる。これにより、十分なシール性を確保できて、流体(冷媒)が主弁体20の摺動面から漏れる弁洩れを効果的に抑制できる。
加えて、主弁ハウジング10の上側弁シート10A及び下側弁シート10Bにポート11〜14が設けられるので、弁シート面17を平坦な平滑面とする(容易に面精度を上げる)ことができ、これによっても、従来例のようにシールすべき面に円筒面を含んでいるものに比べて、シール性を格段に向上できる。
さらに、主弁ハウジング10の上側弁シート10A及び下側弁シート10Bに全てのポート11〜14が設けられることから、配管の取り回しが容易となるとともに、配管を含めた実質的な占有スペースを小さくできる。
さらに加えて、本実施例においては、ボール式シール面離隔機構45により、主弁体20の回転時(流路切換中)には、主弁体20の上半部20Aが押し下げられるとともに、下半部20Bが押し上げられ、主弁体20側のシール面37、37が上側弁シート10A及び下側弁シート10Bの弁シート面17、17から離されるようにされているので、摺動摩擦がほとんど生じず、そのため、スティックスリップ等を生じ難くでき、摺動部分の摩耗を大幅に抑制することができ、さらに、摩耗が抑制されることから、シール性が向上して弁洩れを効果的に抑えることができる。
また、特許文献1に示されるような従来のスライド式主弁体を有する四方切換弁においては、流路の切換時に高圧配管Dと低圧配管Sとの流路開口面積が急激に変化するため、高圧の冷媒が低圧配管に一気に入り込むことより異音(切換音)が発生する。この異音を防止するために、冷暖房システム側で圧縮機の周波数を徐々に低下させて、高圧配管Dと低圧配管Sとの圧力差による異音が許容できる程度の差圧になるようにしてから流路の切り換えを行う必要があった。本実施例の流路切換弁1においては、ボール式シール面隔離機構45により主弁体を弁シート面から嵌り込み量hの分だけ浮かせてから切り換えるので、切換直後から一定の流路開口面積を確保でき、高圧配管Dと低圧配管Sとの間の流路開口面積が急激に変化することがなく、それゆえ上記の異音の発生を抑制できる。また、嵌り込み量hを適宜変更することにより、流路切換時の圧縮機の周波数の低下度合を特許文献1の四方切換弁を用いた冷暖房システムより小さくすることもできるし、圧縮機の周波数の低下を行うことなく流路を切り換えることもできる。
さらに、本実施例の流路切換弁1は、高圧を受ける主弁体20(上半部20Aと下半部20B)が円柱状とされ、その内部に連通路31〜34が設けられるので、従来例のような変形(撓み)等は生じ難く、十分な強度や耐久性を確保できる。
上記に加え、本実施例の流路切換弁1をヒートポンプ式冷暖房システム等の、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒が流される環境で使用する場合、各連通路31〜34は主弁体20内で比較的大きく離されて設けられているので、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とが近接した状態(薄壁一枚を隔てた状態)で流される従来のものに比べて、主弁ハウジング内での熱交換量を大幅に低減でき、そのため、システムの効率が向上できるという効果も得られる。
次に、上記した第1実施例の主弁体の変形例について説明する。
図11は、第1実施例の主弁体20の上半部20Aと下半部20Bをそれぞれ一体物とした例を示す。すなわち、上記第1実施例では、第1層部材21とこれに接合された第2層部材22とで上半部20Aが、また、第3層部材23とこれに接合された第4層部材24とで下半部20Bが構成されていたが、本例では、3Dプリンター等で上半部20A及び下半部20Bをそれぞれ始めから一体物として作製したものである。他の構成は、上記第1実施例と同じであり、上記第1実施例と略同様な作用効果が得られる。
図12は、第1実施例の主弁体20の上半部20Aと下半部20Bを一体物とした例を示す。すなわち、主弁体20全体(第1〜第4層部材21〜24)を、3Dプリンター等で始めから一体物として作製したものである。この例のものでは、主弁体20を上下方向に付勢する手段を設けることができないので、所要のシール性を確保することは難しくなる。
[主弁の第2実施例]
以下、本発明の第2実施例の流路切換弁2を図13〜15を参照しながら説明する。
本第2実施例の流路切換弁2は、上記第1実施例の主弁体20内に設けられる連通路構成が異なるだけで、他の構成は略同じであるので、第1実施例の流路切換弁1との共通部分は図示を簡略化ないし省略し、以下においては、相違点(連通路構成)のみを重点的に説明する。なお、図13〜図15において、第1実施例の流路切換弁1の各部に対応する部分には共通の符号が付されている。
図13の(A)は主弁体20が第1の回転位置にある状態を示し、(B)は主弁体20が、第1の回転位置から時計回りに90°回転した第2の回転位置にある状態を示しており、(1)は上面側配置図、(2)は各状態における連通路構成を示す概略図、(3)は下面側配置図である。
図14の(A)は、第2実施例における主弁体20が第1の回転位置にある状態の、(1)第1層部材21、(2)第2層部材22、(3)第3層部材23、(4)第4層部材24のそれぞれの平面図、(B)は、主弁体20が第1の回転位置にある状態における連通路構成を示し、(B)の(1)〜(4)は、(A)の(1)〜(4)のX−X矢視線に従う断面図である。
図15(A)は、主弁体20が第2の回転位置にある状態の、(1)第1層部材21、(2)第2層部材22、(3)第3層部材23、(4)第4層部材24のそれぞれの平面図、(B)は、主弁体20が第2の回転位置にある状態における連通路構成を示し、(B)の(1)の上段側、下段側は、それぞれ(A)の(1)におけるU−U矢視線、V−V矢視線に従う部分断面図、(B)の(2)及び(3)は、(A)の(2)及び(3)のY−Y矢視線に従う断面図、(B)の(4)の上段側、下段側は、それぞれ(A)の(4)におけるJ−J矢視線、K−K矢視線に従う部分断面図である。
本実施例の流路切換弁2を、図24に示される如くのヒートポンプ式冷暖房システムに組み込む際には、第1実施例とは異なり、例えば、第1ポート11は圧縮機吐出側に接続される吐出側高圧ポートD、第2ポート12は圧縮機吸入側に接続される吸入側低圧ポートS、第3ポート13は室外熱交換器に接続される室外側入出ポートC、第4ポート14は室内熱交換器に接続される室内側入出ポートEとされる。
そして、本第2実施例の流路切換弁2の主弁体20には、第1の回転位置をとるとき、第1ポート11と第3ポート13とを連通させる第1連通路41及び第4ポート14と第2ポート12とを連通させる第2連通路42とが設けられるとともに、第1の回転位置から時計回りに90°回転した第2の回転位置をとるとき、第1ポート11と第4ポート14とを連通させる第3連通路43及び第3ポート13と第2ポート12とを連通させる第4連通路44とが設けられている。
上記第1〜第4連通路41〜44を形成するために、主弁体20を構成する第1〜第4層部材21〜24には、それぞれ4個ずつ通路部が設けられており、第1層部材21に設けられた4個の通路部の上面開口及び第4層部材24に設けられ4個の通路部の下面開口は、第1〜第4ポート11〜14と同一円周上に配在されており、また、その口径は各ポート11〜14の口径と略同じとされ、さらに、第1連通路41と第2連通路42は、各ポート11〜14の口径と略同じ通路径となっている。
主弁体上半部20Aの上部を構成する第1層部材21には、第1実施例の直線貫通路部21A、21Bと同様に、180°間隔をあけて2つの直線貫通路部41A、41Bが設けられる。また、図15(B)の(1)の上段側及び下段側に示される如くに、一端部が開口し(上面開口41a、41c)、下面側全体が開口した横穴付き通路部41C、41Dが設けられる。横穴付き通路部41C、41Dの上面開口41a、41cは直線貫通路部41A、41Bから90°離れた位置に配在され、また、他端部以外の下面開口は第2層部材22により閉塞され、第2層部材22により閉塞されていない他端部(下面開口41b、41d)は、直線貫通路部41A、41Bの中心を結ぶ直線上に配在されている。
したがって、主弁体20が第1の回転位置にあるときには、直線貫通路部41A、41Bが第1ポート11、第2ポート12の真下に位置し、主弁体20を第1の回転位置から時計回りに90°回転させると、直線貫通路部41A、41Bの上面開口が上側弁シート10Aにより閉塞されるとともに、横穴付き通路部41D、41Cの上面開口が第1ポート11、第2ポート12の真下に位置する。
主弁体上半部20Aの下部を構成する第2層部材22には、前記した第1層部材21の直線貫通路部41A、41Bの中心を結ぶ直線上に所定間隔をあけて4つの直線貫通路部42A、42B、42C、42Dが設けられている。直線貫通路部42A、42Dは、第1層部材21の直線貫通路部41A、41Bの真下に位置している。直線貫通路部42Bは、横穴付き通路部41Cの下面開口41bの真下に位置し、直線貫通路部42Cは、横穴付き通路部41Dの下面開口41dの真下に位置している。
主弁体下半部20Bの上部を構成する第3層部材23には、第2層部材22に設けられた4つの直線貫通路部42A、42B、42C、42Dの真下に、4つの直線貫通路部43A、43B、43C、43Dが設けられている。
主弁体下半部20Bの下部を構成する第4層部材24には、第1実施例の直線貫通路部21A、21Bと同様に、180°間隔をあけて2つの直線貫通路部44A、44Bが設けられる。また、図15(B)の(4)の上段側及び下段側に示される如くに、一端部が開口し(下面開口44a、44c)、上面側全体が開口した横穴付き通路部44C、44Dが設けられる。横穴付き通路部44C、44Dの下面開口44a、44cは直線貫通路部41A、41Bから90°離れた位置に配在され、また、他端部以外の上面開口は第3層部材23により閉塞され、第3層部材23により閉塞されていない他端部(上面開口44b、44d)は、直線貫通路部44A、44Bの中心を結ぶ直線上に配在されている。
したがって、主弁体20が第1の回転位置にあるときには、直線貫通路部44A、44Bが第3ポート13、第4ポート14の真上に位置し、主弁体20を第1の回転位置から時計回りに90°回転させると、直線貫通路部44A、44Bの下面開口が下側弁シート10Bにより閉塞されるとともに、横穴付き通路部44D、44Cの下面開口44c、44aが第3ポート13、第4ポート14の真上に位置する。
以上の説明から理解されるように、主弁体20が第1の回転位置をとるとき、第1ポート11と第3ポート13とを連通させる第1連通路41は、直線貫通路部41A、42A、43A、及び44Aで構成される直線状通路となり、また、第4ポート14と第2ポート12とを連通させる第2連通路42は、直線貫通路部41B、42D、43D、及び44Bで構成される直線状通路となる。
それに対し、主弁体20が第2の回転位置をとるとき、第1ポート11と第4ポート14とを連通させる第3連通路43は、上から順に横穴付き通路部41D→直線貫通路部42C→直線貫通路部43C→横穴付き通路部44Cで構成されるクランク状通路となる。また、第3ポート13と第2ポート12とを連通させる第4連通路44は、下から順に横穴付き通路部44D→直線貫通路部43B→直線貫通路部42B→横穴付き通路部41Cで構成されるクランク状通路となる。
上記のように、本実施例の流路切換弁2では、主弁体20を第1の回転位置から時計回りに90°回転させることにより、第1連通路41により連通するポート11−13間及び第2連通路42により連通するポート14−12間から、第3連通路43により連通するポート11−14間及び第4連通路44により連通するポート13−12間への流路の切り換えが行われ、主弁体20を第2の回転位置から反時計回りに90°回転させることにより、第3連通路43により連通するポート11−14間及び第4連通路44により連通するポート13−12間から、第1連通路41により連通するポート11−13間及び第2連通路42により連通するポート14−12間への流路の切り換えが行われる。
本実施例の流路切換弁2を、図24に示される如くのヒートポンプ式冷暖房システムに組み込んで、冷房運転を行う場合には、主弁体20に図13(A)の(1)に示される如くの第1の回転位置をとらせる。これにより、図13(A)の(2)に白抜き矢印で示される如くに、圧縮機からの高圧冷媒が吐出側高圧ポート11(D)→直線状の第1連通路41→室外側入出ポート13(C)へと流れるとともに、室内熱交換器からの低圧冷媒が室内側入出ポート14(E)→直線状の第2連通路42→吸入側低圧ポート12(S)へと流れる。
一方、暖房運転を行う場合には、主弁体20を第1の回転位置から時計回りに90°回転させて図13(B)の(1)に示される如くの第2の回転位置をとらせる。これにより、流路の切り換えが行われ、図13(B)の(2)に白抜き矢印で示される如くに、圧縮機からの高圧冷媒が吐出側高圧ポート11(D)→クランク状の第3連通路43→室内側入出ポート14(E)へと流れるとともに、室外側熱交換器からの低圧冷媒が室外側入出ポート13(C)→クランク状の第4連通路44→吸入側低圧ポート12(S)へと流れる。
このような構成とされた本実施例の流路切換弁2においても第1実施例とほぼ同様な作用効果が得られる。
[主弁の第3実施例]
図16は、第3実施例の流路切換弁を示し、(A)は主弁体が第1の回転位置にある状態、(B)は主弁体が第2の回転位置にある状態であり、(1)は上面側配置図、(2)は(1)のX−X矢視線に従う断面図である。なお、図16において、第1実施例の流路切換弁1の各部に対応する部分には共通の符号が付されている。
本第3実施例の流路切換弁3は、三方切換弁であり、上記第1実施例の主弁ハウジング10に設けられている第2ポート12が無く、第1層部材21と第2層部材22とが一体化され(U字状の連通路(第3連通路33)を形成する必要がないため)、また、第1実施例における第2連通路32及び第3連通路33を構成する直線貫通路部21B、22B、23B、24Bと横穴付き通路部21C、21D及びそれに付随する部分を削除したものである。
したがって、本第3実施例の流路切換弁3では、主弁体20を第1の回転位置から時計回りに60°回転させることにより、第1連通路31により連通するポート11−13間から第4連通路34により連通するポート13−14間への流路の切り換えが行われ、主弁体20を第2の回転位置から反時計回りに60°回転させることにより、第4連通路34により連通するポート13−14間から、第1連通路31により連通するポート11−13間への流路の切り換えが行われる。
このような構成とされた本実施例の流路切換弁3においても、三方切換弁と四方切換弁との違いはあるが、第1実施例の四方切換弁1とほぼ同様な作用効果が得られる。
なお、本実施例の三方切換弁3を前述したヒートポンプ式冷暖房システムに使用する場合には、当該三方切換弁3を2個使用して四方切換弁として働かせる、あるいは、冷媒又は冷気・暖気供給先の切り換え(例えば、2室のうちの一方に送るか、他方に送るかの切り換え)等に使用する。
[アクチュエータの実施例]
次に、図17〜図23を参照しながら、前記第1実施例の流路切換弁1における主弁体20を回動させるためのアクチュエータ7について説明する。
本実施例1のアクチュエータ7は、前記主弁5内を流通する高圧流体と低圧流体との差圧を利用した流体圧式のもので、主弁ハウジング10における下側弁シート10Bの一端側に設けられた本体部50を有する。本体部50は、下側弁シート10Bから下方に向けて延設された、厚肉で内部が小径のケース上部51Aと薄肉で内部が大径のケース下部51Bからなる段付き円筒状の本体ケース部51と、この本体ケース部51の下面開口を気密的に封止するように固着されてかしめ固定された下面閉塞部材52と、ケース上部51Aの内周側に嵌挿された、内周鍔状部53a付き円筒状の内筒部53とを備える。内筒部53は、その上端部が下側弁シート10Bの厚肉部の下面(シート面17とは反対側の面)に形成された受け面10dに当接せしめられ、その下端部がかしめ固定され、該内筒部53とケース上部51Aとの間にはOリング54が介装されている。なお、内筒部53の内周鍔状部53aは、後述する受圧移動体60の上動を停止させるストッパの役目と回転駆動軸部76が作動室55に抜け落ちるのを防止する役目とを果たす。また、前記内周鍔状部53aには、高圧導入通路18と作動室55とを連通するべく、貫通穴53aaが上下方向に設けられている。
前記本体部50の内部には、作動室55が設けられ、この作動室55には、運動変換機構58を構成する厚肉有底円筒状の受圧移動体60と、この受圧移動体60に当該受圧移動体60の上下方向の移動に伴い回動可能に内挿される短円柱状の回転駆動体65とが収容されている。回転駆動体65は、下側弁シート10Bに対して回動可能に軸支されるため、作動室55内で上下方向に移動せずに、受圧移動体60の上下方向の移動に伴って相対的に該受圧移動体60内で回動するようになっている(後で詳説する)。
前記受圧移動体60は、前記内筒部53の内周に摺動自在に嵌挿される円筒部60Aと、底部60Bと、下端部外周に設けられた鍔状部60Cとを有し、鍔状部60Cの外周には、ケース下部51Bの内周面との間を気密的に封止して作動室55を容積可変の上部55Aと下部55Bとに気密的に仕切るパッキン62が装着され、また、底部60Bには、2本の貫通穴64が上下方向に設けられている。各貫通穴64には、下面閉塞部材52に圧入等により垂設された作動案内棒63が相対摺動可能に嵌挿されている。
前記2本の貫通穴64と作動案内棒63により、受圧移動体60は、直線的に上下動するがその回転は阻止される。
また、下側弁シート10Bの厚肉部(図1、図2、図4に示されている凹部19)には、後述する回転伝達機構77の収容と、前記作動室55に主弁ハウジング10内の高圧流体を常時導入するための通路とを兼ねる、主弁ハウジング10側及び作動室55側の両方が開口した高圧導入通路18が設けられている。主弁ハウジング10内の高圧流体は、高圧導入通路18を通り、内筒鍔状部53aに設けられた貫通穴53aaを通って作動室55に導入される。
上記したように、作動室55はパッキン62により作動室上部55Aと作動室下部55Bとに仕切られているが、作動室上部55Aは、さらに、受圧移動体60及び回転駆動体65より上側の最上エリアE1と、受圧移動体60の円筒部60Aの内周側で底部60Bの上面と回転駆動体65の下面とで囲まれた中央エリアE2と、ケース下部51B、受圧移動体60の外周面及び鍔状部60C(とパッキン62)の上面、及び、ケース上部51Aと内筒部53の下面で囲まれた下部外周エリアE3の3つに分けられる。
上記の最上エリアE1、中央エリアE2、及び下部外周エリアE3は、受圧移動体60の上下動に従ってその容積が変化する。
なお、図17には、受圧移動体60が最下動位置にある状態(下動行程完了後の状態)が示され、図18(A)には、受圧移動体60が最上動位置にある状態(上動行程完了後の状態)が示されている(後で詳述する)。
また、本体ケース部51の高さ方向の中間部(ケース下部51Bの上端近く)には、作動室55から高圧流体を排出するための上部ポート56が設けられるとともに、その底部(下面閉塞部材52)の中央には、作動室55から高圧流体を排出するための凹穴部57a付きの下部ポート57が設けられている(後で詳述する)。
前記運動変換機構58を構成する受圧移動体60と回転駆動体65との間には、受圧移動体60の上下動(往復直線運動)を回転駆動体65の正逆両方向の回転運動に変換するため、ボール72、このボール72の収容部74、及び螺旋溝75を有する運動変換部70が設けられている。
詳細には、受圧移動体60には、複数個(本実施例では2個)のボール72及びその収容部74が設けられ、回転駆動体65には、その外周に、周方向に曲がりながら上下方向に伸びる複数本(本実施例では2本)の螺旋溝75が設けられている。前記収容部74は、受圧移動体60の上端部と、該上端部に溶接等により接合された環状押さえ部材66とにより、ボール72を、その一部を半径方向内方に突出させた状態で、回転自在にかつ移動は実質的に阻止した状態で収容するようになっており、前記螺旋溝75は、図18(B)に示される如くに、収容部74から半径方向内方に突出するボール72の一部が嵌め込まれて回転自在に密接するような、断面円弧状の浅溝からなっている。
そして、本実施例のアクチュエータ7では、前記高圧導入通路18及び貫通穴53aaを介して主弁ハウジング10内から作動室55に導入される高圧流体を前記上部ポート56から排出して受圧移動体60を上動させる上動行程と、作動室55内の高圧流体を前記下部ポート57から排出して受圧移動体60を下動させる下動行程とを選択的にとり得るようにされている。
以下、この動作について詳細に説明する。
前記上部ポート56は、受圧移動体60が最上動位置にあるときを含めて、パッキン62から上側の作動室上部55Aに常時開口するようにその位置が設定され、また、前記下部ポート57は、受圧移動体60の上下動に連動して開閉されるように、下面閉塞部材52の中央に設けられている。この下部ポート57は、作動室下部55Bに開口する丸穴からなる凹穴部57aを有する。
前記受圧移動体60の円筒部60Aには、該円筒部60Aを厚み方向に貫通する横孔からなる第1均圧通路61が設けられるとともに、該第1均圧通路61の上下に、内筒部53の内周面と円筒部60Aの外周面との間を封止するための上下一対のパッキン69A、69Bが装着されている。ここで、受圧移動体60が図17に示される如くの最下動位置にあるときには、内筒部53の内周面と円筒部60Aの外周面との間は、上側パッキン69Aのみで封止され、第1均圧通路61は内筒部53の下端よりやや下側に位置し、さらにその下側に下側パッキン69Bが位置する。それに対し、受圧移動体60が上動を開始すると、第1均圧通路61は内筒部53の下端より上側に移動するとともに、それに続いて下側パッキン69Bも内筒部53の下端より上側に移動し、これにより、第1均圧通路61の外周側の開口は両パッキン69A、69Bにより実質的に閉塞される(図18(A)、図21(B)参照)。
一方、受圧移動体60の底部60Bに設けられた貫通穴64とそれに摺動自在に嵌挿された作動案内棒63との間の隙間は第2均圧通路68とされ、この第2均圧通路68により、パッキン62から上側の作動室上部55Aにおける中央エリアE2とパッキン62から下側の作動室下部55Bとの間が連通する。
また、前記受圧移動体60の底部60Bの下面側には、受圧移動体60の上下動に連動して下部ポート57を開閉する中空弁体71が設けられている。中空弁体71は、下部ポート57の凹穴部57aに接離する下部円錐台部と、底部60Bに設けられた下面開口の収容穴に収容されて、圧縮コイルばねによりその上端が収容穴の上端に押し付けられて保持された鍔状部付きの円筒部とからなる断面U字ないしV字状を呈している。この中空弁体71と前記下面閉塞部材52の凹穴部57aは、受圧移動体60の下動を停止させるストッパの役目も果たす。
前記回転駆動体65の中央には、該回転駆動体65と一体回動するように回転駆動軸部76がかしめ固定されている。回転駆動軸部76は、回転駆動体65にその下部が固定された下部大径部76aと、これに続く中間部76bと、下側弁シート10Bの下面側に設けられた軸受穴16に回転自在に支持されている小径の枢軸部76cとからなっている。また、回転駆動軸部76の下部大径部76aは、下側から、回転駆動体65の中央穴に通される挿通部76aaと、該挿通部76aaよりも拡径され且つ内筒部53の内筒鍔状部53aに設けられた中央穴に通される第1拡径部76abと、第1拡径部76abよりもさらに拡径された第2拡径部76ac(内筒鍔状部53aと回転伝達機構77の駆動アーム78との間に配在される部分)とからなっている。第1拡径部76abと第2拡径部76acとにより形成された段差における下向きの段差面と内筒鍔状部53aの上面とが当接することで、前記回転駆動軸部76とそれに固定された回転駆動体65とが抜け落ちることが防止される。また、挿通部76aaと第1拡径部76abとにより形成された段差における下向きの段差面は、回転駆動体65を回転駆動軸部76にかしめ固定する際の受け面とされている。
なお、本実施例では、回転駆動部76の下部大径部76aに第2拡径部76acを設けることにより回転駆動軸部76が作動室55に抜け落ちるのを防止するとともに、下部大径部76aに第1拡径部76abを設けることにより回転駆動軸65を回転駆動部76にかしめ固定する際の受け面を形成したが、これに替えて、下部大径部76aと中間部76bとの間をストレート形状とし、中間部76bと枢軸部76cとの間を上記と同様に拡径することでも同様の作用を奏することができる。
ここで、回転駆動体65の回転軸線Q(回転駆動軸部76)は、主弁体20の回転軸線Oに対して偏心するとともに、主弁体20の回転軸線Oに平行に配在されており、回転駆動軸部76と主弁体20の下側回転軸部30Bとの間には、回転駆動体65の回転を主弁体20に伝達する回転伝達機構77が設けられている。
回転伝達機構77は、図17に加えて図19を参照すればよくわかるように、回転駆動軸部76の中間部76bにその基端部が連結固定され、その先端中央にU形係合溝78aが形成された駆動アーム78と、前記主弁体20における下側回転軸部30Bの枢軸部30cにその基端部が連結固定され、その先端付近に、前記U形係合溝78aに摺動自在に係合する係合ピン79が下向きに垂設された従動アーム39とから構成されている。
このような構成の回転伝達機構77は、回転駆動軸部76が回転すると、それと一体に駆動アーム78が回転(揺動)し、これに伴って従動アーム39の先端付近(係合ピン79)が駆動アーム78の先端付近(U形係合溝78a)に連れ回され、これによって、下側回転軸部30B及び主弁体20が回転する。この場合、本実施例では、従動アーム39の回転角度θは60°とされ、前述したように主弁体20が流路切換に必要とする回転角度である。前記回転角度θは、受圧移動体60の上下動のストローク長や駆動アーム78と従動アーム39のレバー比(てこ比)、螺旋溝75のピッチ等により設定される。なお、図17、図18(A)、及び後述する図21、22の(A)〜(C)においては、駆動アーム78及び従動アーム39は回転途中状態が示されている。
また、回転伝達機構としては、図20に示される如くの、回転駆動軸部76に連結固定された駆動ギア97と、下側回転軸部30Bに連結固定され、前記駆動ギア97に噛合する従動ギア98とで構成する等してもよい。
一方、本実施例では、前記流路切換、すなわち、前記上動行程と下動行程との切り換えを行うべく、上部ポート56、下部ポート57、及び、主弁5の低圧部分である第4ポート14(吸入側低圧ポートS)には、細管95a、95c、95bを介して電磁式の三方パイロット弁80が接続されている。なお、この三方パイロット弁80は、流路切換弁1の適宜の位置に配置できる。
三方パイロット弁80は、その構造自体はよく知られているもので、図23に示される如くに、有底円筒状の弁本体81とこの弁本体81の上面開口を気密的に封止するように圧入・ろう付け等により固定されたソレノイド部82とを有する。
ソレノイド部82は、通電励磁用のコイル82a、このコイル82aの外周を覆うカバーケース82b、コイル82aの内周側に配在されてボルト82cによりカバーケース82bに固定された吸引子84、この吸引子84に対向配置されたプランジャ85等を備えている。プランジャ85は、コイル82aと吸引子84との間にその上部が配在された円筒状のガイドパイプ86に摺動自在に嵌挿されている。ガイドパイプ86の上端は吸引子84の外周段丘部に溶接等により固定され、その下端が弁本体81に溶接・ろう付け等により気密的に取着されている。
また、吸引子84とプランジャ85との間には、プランジャ85を吸引子84から離れる方向(図では下方)に付勢する圧縮コイルばねからなるプランジャばね87が縮装されている。
前記弁本体81には、上下一対の弁口93A、93B付きの弁座92A、92Bが設けられるとともに、上側弁座92Aの上側には、一端が上部ポート56に接続された細管95aの他端が接続された上側弁室94Aが設けられ、また、下側弁座92Bの下側には、一端が下部ポート57に接続された細管95bの他端が接続された下側弁室94Bが設けられ、上側弁座92Aと下側弁座92Bとの間には、一端が主弁5の低圧部分である第4ポート14(吸入側低圧ポートSであり、以下低圧ポート14と称する)に接続された細管95cの他端が接続された中央弁室94Cが設けられている。
一方、プランジャ85の吸引子84側とは反対側の端部には、先端(下端部)が円錐状の上側弁体90Aがプランジャ87の下部に設けられた収容穴にその上端面を当接させた状態で上下方向に若干移動可能に抜け止め支持されている。また、弁本体81の下部に設けられた収容部には、先端(上端部)が円錐状の下側弁体90Bが弁本体81の底部81bとの間に縮装された圧縮コイルばねからなる弁体付勢ばね88により上向きに付勢された状態で上下方向に移動可能に配在されている。
前記弁体付勢ばね88の付勢力は、プランジャばね87の付勢力より小さくされている。
また、上側弁体90A及び下側弁体90Bの先端部には、弁口93A、93Bを通して相互に突き合わせられる突き合わせロッド90a、90bが固定されている。
ここで、ソレノイド部82への通電OFF時には、プランジャばね87の付勢力の方が弁体付勢ばね88のそれより大きくされているので、図23(A)に示される如くに、プランジャ85、上側弁体90Aが押し下げられ、突き合わせロッド90aが下側弁体90Bに固定された突き合わせロッド90bに当接することにより、下側弁体90Bは一緒に押し下げられて、上側弁体90Aが上側弁口93Aを閉じるとともに、下側弁体90Bが下側弁口93Bを開いた状態で停止する。
そのため、上部ポート56に接続された細管95aと低圧ポート14に接続された細管95c間は遮断され、下部ポート57に接続された細管95bは、下側弁室94B→下側弁口93B→中央弁室94Cを介して低圧ポート14に接続された細管95cに連通する。
それに対し、ソレノイド部82への通電をONにすると、図23(B)に示される如くに、プランジャ85は吸引子84の吸引力により引き寄せられ、それに伴い、上側弁体90Aはプランジャ85の底部に設けられたワッシャにより上側に引き上げられ、突き合わせロッド90aも上側に引き上げられる。それとともに、弁体付勢ばね88の付勢力により下側弁体90Bが押し上げられて、上側弁体90Aが上側弁口93Aを開くとともに、下側弁体90Bが下側弁口93Bを閉じた状態で停止する。この時、突き合わせロッド90aと突き合わせロッド90bとの間には若干の隙間Gが形成される。
そのため、下部ポート57に接続された細管95bと低圧ポート14に接続された細管95c間は遮断され、上部ポート56に接続された細管95aは、上側弁室94A→上側弁口93A→中央弁室94Cを介して低圧ポート14に接続された細管95cに連通する。
次に、上記した如くの三方パイロット弁80を備えたアクチュエータ7の動作について説明する。
図17及び図21(A)は、受圧移動体60が最下動位置にあり、三方パイロット弁80が通電OFFとされていて、図23(A)に示される如くに細管95a−95c間が遮断されるとともに、細管95b−95c間は連通しているが、下部ポート57が中空弁体71により閉じられ、下部ポート57を除く作動室55全体に高圧流体が行き渡った状態を示している。
すなわち、この状態では、主弁ハウジング10内から高圧導入通路18を介して作動室55に導入される高圧流体は、外部への逃げ場がないので、作動室上部55Aの最上エリアE1から受圧移動体60の内周面と回転駆動体65の外周面との間に形成される隙間を介して中央エリアE2に導入されるとともに、第1均圧通路61を介して下部外周エリアE3にも導入され、さらに、第2均圧通路68(貫通穴64)を介して作動室下部55Bにも導入される。
この状態では、受圧移動体60の上面側と下面側の受圧面積、受圧荷重は等しくなるので、受圧移動体60は動かない。
上記のように、作動室55全体に高圧流体が行き渡った状態において、三方パイロット弁80を通電ONにすると、図23(B)に示される如くに、細管95b−95c間が遮断されるとともに、細管95a−95c間が連通し、作動室55の高圧流体が上部ポート56→細管95a→三方パイロット弁80→細管95c→低圧ポート14へと排出され、作動室上部55Aの下部外周エリアE3の圧力が急激に低下し、受圧移動体60の上面側の受圧荷重が下面側の受圧荷重より小さくなるので、受圧移動体60が上動し始める。
受圧移動体60が上動すると、図21(B)に示される如くに、中空弁体71が下部ポート57から離れて下部ポート57を開くが、細管95b−95c間は遮断されているので、作動室55の高圧流体は下部ポート57からは排出されない。また、第1均圧通路61及び下側パッキン69Bが内筒部53の下端より上側に移動するので、第1均圧通路61と上部ポート56との間が遮断され、作動室上部55Aの下部外周エリアE3は上部ポート56以外は密封された状態となり、その圧力がさらに低下する(低圧ポート14と略同圧となる)。そのため、受圧移動体60の上面側の受圧荷重と下面側の受圧荷重との差が大きくなり、受圧移動体60はさらに上動する。
受圧移動体60がさらに上動すると、図21(C)に示される如くに、受圧移動体60の上端(環状押さえ部材66)が内筒部53の内周鍔状部53aに接当して、受圧移動体60が最上動位置にて停止し、これにより、上動行程が完了する。
この上動行程においては、受圧移動体60の上動に伴って運動変換部70を構成するボール72も回転しながら真っ直ぐに上動する。この際、ボール72の、螺旋溝75内に嵌り込んでいる部分により螺旋溝75が周方向に押されて回転駆動体65が一方向(ここでは時計回り)に回転し、主弁体20が第2の回転位置から第1の回転位置へと回転して前述した如くの流路切換が行われる。
それに対し、図22(A)に示される如くに、受圧移動体60が最上動位置にある状態(上動行程完了後)において、三方パイロット弁80を通電OFFにすると、細管95a−95c間が遮断されるとともに、細管95b−95c間が連通し(図23(A)参照)、作動室55の高圧流体が下部ポート57→細管95b→三方パイロット弁80→細管95c→低圧ポート14へと排出され、作動室下部55Bの圧力が低下する。この場合、下部外周エリアE3は低圧を維持したままであるが、作動室下部55Bの圧力は急激に低下し、図22(B)に示される如くに、受圧移動体60は下動する。
受圧移動体60がさらに下動すると、図22(C)に示される如くに、中空弁体71が下部ポート57(の凹穴部57a)着座してその下動が停止するとともに、中空弁体71により下部ポート57が閉じられる。
これにより、作動室55から高圧流体が排出されなくなり、下動行程が完了する。その後は、図17及び図21(A)を用いて説明したように、下部ポート57を除く作動室55全体に高圧流体が行き渡ることになる。
この下動行程においても、受圧移動体60の下動に伴って運動変換部70を構成するボール72も回転しながら真っ直ぐに下動する。この際、ボール72の、螺旋溝75内に嵌り込んでいる部分により螺旋溝75が周方向に押されて回転駆動体65が他方向(ここでは反時計回り)に回転し、主弁体20が第1の回転位置から第2の回転位置へと回転して前述した如くの流路切換が行われる。
なお、構成を簡素化すべく、アクチュエータ7の回転伝達機構77を省略し、回転駆動体65の駆動軸部と主弁体20の回転軸部とを共通の軸線上に配置して、主弁体20と回転駆動体65とを一体的に回動するようにしてもよい。すなわち、回転駆動体65を主弁体20の下側回転軸部30Bに圧入・かしめ等により外嵌固定し、回転駆動体65の回転が主弁体20に直接伝達されるようにしてもよい。
このように、本実施例の流路切換弁1においては、三方パイロット弁80への通電をON/OFFで切り換えることで、主弁10内を流通する高圧流体と低圧流体との差圧を利用して主弁体20を回動させるようにされているので、電動モータ等で主弁体20を回動させる場合に比べて、コスト削減、消費電力の低減、省エネ化等を図ることができる。なお、本実施例のアクチュエータ7による流路切換は、電動モータ+減速機で行う流路切換より素早く行うことができる。
また、主弁体20を回動させるアクチュエータ7は、流体圧により受圧移動体60を上下動させ、この上下動を回転運動に変換して主弁体20に伝達する構成なので、従来例のように高圧を受ける部分が主弁体の回転軸部の延長軸部に片持ち支持された、板厚に対して受圧面積の大きな板状体であるものに比して、高圧を受ける部分(受圧移動体60)に、十分な強度を確保でき、耐久性を向上させることができるとともに、十分な強度を確保できることから、受圧面積を大きくでき、そのため、流路切換を確実かつ迅速に行うことができる。
上記に加え、直線運動を回転運動に変換する機構としては、一般にボールねじ機構が知られているが、通常のボールねじ機構は、ボールを多数使用し、リターン構造も必要であるため、本実施例の運動変換機構58に比べて、構造が複雑で高価であり、また、高温高圧環境下での使用は考慮されていないため、ヒートポンプ式冷暖房システム等に組み込まれる流路切換弁に採用することは難しい。それに対し、本実施例の運動変換機構58を備えた流体圧式のアクチュエータは、部品点数が少なく極めてシンプルな構成であるので、コスト的に有利であるとともに、高温高圧環境下で使用する場合の対策(受圧移動体60の肉厚を厚くする等)を容易にとることができ、そのため、本実施例の流路切換弁1は、特に、ヒートポンプ式冷暖房システム等の高温高圧環境下に組み込まれる流路切換弁として費用対効果に極めて優れるものとなる。
なお、本発明に係る流路切換弁は、ヒートポンプ式冷暖房システムのみならず、他のシステム、装置、機器類にも組み込めることは勿論である。
また、弁ハウジング10、主弁体20、受圧移動体60、回転駆動体65等の素材としては、アルミやステンレス等が用いられるが、それに限られることはなく、その他の金属、樹脂等の、導入される流体の圧力に耐えられるものであれば、いかなるものであってもよい。