JP2020180630A - 流路切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】重量増加、コストアップ等を招くことなく、弁シート面の変形（歪）を抑制し得て弁洩れし難くできる流路切換弁を提供する。【解決手段】ハウジング１０と、ハウジング１０内に回動可能に配在された回転弁体２０と、回転弁体２０が対接せしめられる弁シート部材７０とを備え、弁シート部材７０に、流体の入出口となる複数の円形開口７３が設けられ、複数の円形開口７３に、ハウジング１０に接続された管継手７８が連設されており、回転弁体２０内に、円形開口７３と管継手７８を含んで構成されるポート間を選択的に連通する高圧側Ｕターン連通路４１及び低圧側Ｕターン連通路４２が設けられ、弁シート部材７０は、ハウジング１０と別部材としてハウジング１０内に配在される。【選択図】図１

Description

本発明は、弁体を回転させることにより流路の切り換えを行うロータリー式の流路切換弁に係り、特に、ヒートポンプ式冷暖房システム等において流路切換を行うのに好適な流路切換弁に関する。

一般に、ルームエアコン、カーエアコン等のヒートポンプ式冷暖房システムは、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器、及び膨張弁等に加えて、流路（流れ方向）切換手段としての四方切換弁等の流路切換弁を備えている。

この種の流路切換弁（四方切換弁）としては、スライド式のものとロータリー式のものがあるが、ロータリー式の四方切換弁は、例えば、次のような構成のものがよく知られている（特許文献１等も参照）。すなわち、筒状のハウジング、該ハウジングの下面側に設けられた弁シート面、該弁シート面に開口する４個のポート（第１、第２、第３、及び第４のポート）、及び前記ハウジング内に回動可能に配在されてその下面が前記弁シート面に対面せしめられる回転弁体を有し、該回転弁体内に、前記ポート間を選択的に連通すべく、２本のＵターン連通路が設けられ、前記回転弁体が第１の回転位置をとるとき、一方のＵターン連通路により第１ポートと第２ポートとが連通するとともに、他方のＵターン連通路により第３ポートと第４ポートとが連通し、前記回転弁体が第２の回転位置をとるとき、一方のＵターン連通路により第１ポートと第３ポートとが連通するとともに、他方のＵターン連通路により第２ポートと第４ポートとが連通するようにされているものが典型例として挙げられる。

より詳細には、２本のＵターン連通路のうちの一方は、圧縮機の吐出側に接続されて高圧冷媒が流通する高圧側Ｕターン連通路とされ、他方は、圧縮機の吸入側に接続されて低圧冷媒が流通する低圧側Ｕターン連通路とされ、ハウジング内（弁室）は高圧冷媒で満たされ、回転弁体（の２本のＵターン連通路）の下面（シール面）は、Ｕターン連通路内の低圧と弁室内の高圧との差圧によって弁シート面に強く押し付けられ、これによって、Ｕターン連通路のシールがなされ、弁室内の高圧冷媒が低圧側に抜けること（弁洩れ）を防ぐようになっている。

また、かかる構成のロータリー式の流路切換弁（四方切換弁）において、Ｕターン連通路のシール性を向上させて弁洩れを生じ難くすべく、次のような対策が既に講じられている。

すなわち、特許文献２に所載の流路切換弁は、回転弁体内に、２本のＵターン連通路のうちの低圧側Ｕターン連通路を設けるとともに、高圧側Ｕターン連通路が設けられた高圧通路形成部材を上下方向に摺動自在の別体として収容し、この高圧通路形成部材をハウジングに押圧された状態で回転弁体内に保持し、これによって、高圧冷媒に伴われる脈動による衝撃をハウジングで受け止めて回転弁体には伝わらないようにし、高圧冷媒に伴われる脈動に起因する回転弁体の振動を抑えるようにしている。

また、特許文献３に所載のものは、回転弁体（のＵターン連通路）を下側部材と上側部材の２部材で分割構成とし、単一部材では困難であった理想の通路形状に近づけ、これによって、耐圧強度を増大させて変形し難くしている。

特開平８−２８５１１３号公報 特開２０１８−１９４０３７号公報 特開２０１８−１９４０３２号公報

前記した如くの従来のロータリー式の流路切換弁においては、主としてハウジング内に配在された回転弁体の改変によって弁洩れを防いでいるが、依然として次のような解決すべき課題がある。

すなわち、かかる流路切換弁においては、通常、ハウジングの底部（底板部材）が弁シート部材を兼ねており、その上面（内面）が、回転弁体の下面が対面する平坦で滑らかな弁シート面となっている。換言すれば、弁シート部材は、外郭部品としてのハウジングと一体に（単一部品として）形成されており、ハウジング内（弁室）に充満する高圧冷媒からの内圧を受ける外郭強度の性能も有する構造となっている。

前記した如くに弁シート部材の弁シート面が外郭強度の性能も有する構造を採る場合、耐圧強度計算のみで（換言すれば、耐圧強度のみを考慮して）肉厚を計算すると、弁シート面には、内圧を受けた際の歪が発生し、弁洩れが発生する可能性がある。

また、かかる歪の発生を抑えるための一つの方策としては、弁シート部材（つまり、ハウジングの底部）の肉厚を大きくすること等が考えられる。しかし、かかる方策では、使用材料が増えるとともに加工が難しくなるため、重量増加を招くとともに、コスト（材料コスト、加工コスト）の面で懸念がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、重量増加、コストアップ等を招くことなく、弁シート面の変形（歪）を抑制し得て弁洩れし難くできる流路切換弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る流路切換弁は、基本的には、ハウジングと、該ハウジング内に回動可能に配在された回転弁体と、該回転弁体が対接せしめられる弁シート部材とを備え、前記弁シート部材に、流体の入出口となる複数の開口が設けられ、該複数の開口に、前記ハウジングに接続された管継手が連設されており、前記回転弁体内に、前記開口と前記管継手を含んで構成されるポート間を選択的に連通する１個もしくは複数個の連通路が設けられ、前記弁シート部材は、前記ハウジングと別部材として前記ハウジング内に配在されていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記弁シート部材は、前記ハウジングに設けられた接続口を介して前記ハウジング内に挿入された前記管継手により前記ハウジングの内面から浮かせて支持される。

更に好ましい態様では、前記開口に、前記管継手が接続される。

更に好ましい態様では、前記開口に設けられた下部大径部に、前記管継手が内嵌されて固定される。

更に好ましい態様では、前記管継手は、前記ハウジングよりも柔らかい素材で形成される。

更に好ましい態様では、前記弁シート部材に、前記ハウジングの内面側に向けて突出する凸部が設けられる。

更に好ましい態様では、前記凸部は、前記弁シート部材において前記管継手よりも中心側に配置される。

他の好ましい態様では、前記弁シート部材は、前記回転弁体が対接せしめられるとともに前記複数の開口が設けられた弁シート面部と、該弁シート面部を前記ハウジングの内面から浮かせて支持するための支持脚部とを有する。

更に好ましい態様では、前記支持脚部は、前記弁シート面部の外周に環状に設けられる。

更に好ましい態様では、前記支持脚部に、切欠きもしくは貫通穴からなる均圧穴が設けられる。

更に好ましい態様では、前記開口の周縁部に嵌入筒部が設けられ、該嵌入筒部の端部は、前記管継手が接続された前記ハウジングの接続口に摺動可能に内嵌される。

更に好ましい態様では、前記接続口に設けられた上部大径部に、前記嵌入筒部の端部が摺動可能に内嵌され、前記接続口に設けられた下部大径部に、前記管継手が内嵌されて固定される。

更に好ましい態様では、前記接続口と前記嵌入筒部との間にシール部材が介装される。

更に好ましい態様では、前記シール部材は、複数のポートのうち相対的に高圧の流体が流れるポート以外のポートに配設される。

別の好ましい態様では、前記弁シート部材と前記回転弁体との間に、前記回転弁体の回転時において、前記回転弁体を前記弁シート部材から離れさせるシール面離隔機構が設けられる。

本発明に係る流路切換弁では、弁シート部材は、外郭部品としてのハウジングと別部材としてハウジング内に配在されるので、弁シート部材の弁シート面には、回転弁体の受圧荷重のみが掛かり、内圧が掛からない（詳細には、弁シート面の上下でキャンセルされる）構造となるため、弁シート部材として、例えば比較的肉薄の平板（円板）状部材を追加すれば済み、外郭部品としてのハウジングの肉厚を大きくする（厚くする）必要はない。そのため、弁シート部材の弁シート面が外郭強度の性能も有する構造である従来のものと比べて、重量増加、コストアップ等を招くことなく、弁シート部材（の弁シート面）の変形（歪）を抑制し得て弁洩れを生じ難くできる。

また、通常、ポートを構成する管継手は、ハウジングを構成する材料（例えばＳＵＳ等）に対して柔らかい材料（例えば銅等）で形成されている。この場合、弁シート部材を、ハウジングに設けられた接続口を介してハウジング内に挿入された管継手に接続してハウジングの内面から浮かせて支持することにより、内圧によるハウジングの変形（歪）を管継手（の伸び率の違いによる弾性変形）で吸収して弁シート部材（の弁シート面）に伝わらないようにできるため、弁シート部材（の弁シート面）の変形（歪）を確実に抑制し得て弁洩れの発生を効果的に抑えることができる。

また、弁シート部材を、回転弁体が対接せしめられるとともに複数の開口が設けられた弁シート面部と、該弁シート面部をハウジングの内面から浮かせて支持するための支持脚部とで形成する。また、弁シート面部に設けられた開口の周縁部に嵌入筒部を設け、この嵌入筒部の端部をハウジングの接続口に摺動可能に内嵌する。この場合、嵌入筒部とハウジングの接続口との間にシールが必要である場合には、シール部材（例えばＯリング）が設置される。これにより、内圧によるハウジングの変形（歪）を接続口における嵌入筒部の摺動（相対移動）で吸収して、当該内圧によるハウジングの変形（歪）が弁シート部材（の弁シート面）に直接的に影響しないようにできるため、弁シート部材（の弁シート面）の変形（歪）を確実に抑制し得て弁洩れの発生を効果的に抑えることができる。

また、この場合、前記支持脚部を、前記ハウジングの変形（量）の少ない例えば弁シート面部の外周に環状に設けることにより、弁シート部材（の弁シート面）の変位（つまり、ハウジング内での移動）を低く抑えることができる。

上記した以外の、課題、構成、及び作用効果は、以下の実施形態により明らかにされる。

本発明に係る流路切換弁の第１実施形態の第１の連通状態を示す縦断面図であり、図４（Ａ）のＶ−Ｖ矢視線に従う断面図。 本発明に係る流路切換弁の第１実施形態の第２の連通状態を示す縦断面図であり、図４（Ｂ）のＷ−Ｗ矢視線に従う断面図。 図１の要部を拡大して示す要部拡大断面図。 第１実施形態の流路切換弁における流路切換動作の説明に供される図であり、（Ａ）は回転弁体が第１の回転位置にある状態、（Ｂ）は回転弁体が第２の回転位置にある状態をそれぞれ示す下面配置図。 第１実施形態の流路切換弁における、主としてハウジング及び回転軸部材部分を示す分解斜視図。 第１実施形態の流路切換弁における、主として回転弁体及び弁シート部材部分を示す分解斜視図。 第１実施形態の流路切換弁における回転弁体と高圧通路形成部材の詳細説明に供される分解斜視図。 （Ａ）は、第１実施形態の流路切換弁における回転弁体と低圧通路画成部材の詳細説明に供される分解斜視図、（Ｂ）は、回転弁体の下面配置図。 第１実施形態の流路切換弁の組み立て状態において概ね図６のＵ−Ｕ矢視線に従って切断した断面図。 第１実施形態の流路切換弁における弁シート部材の他例を示す、概ね図６のＵ−Ｕ矢視線に従って切断した断面図。 本発明に係る流路切換弁の第２実施形態の第１の連通状態を示す縦断面図であり、図４（Ａ）のＶ−Ｖ矢視線に従って切断した断面図。 本発明に係る流路切換弁の第１実施形態の第２の連通状態を示す縦断面図であり、図４（Ｂ）のＷ−Ｗ矢視線に従って切断した断面図。 図１１の要部を拡大して示す要部拡大断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図１、図２は、それぞれ本発明に係る流路切換弁の第１実施形態の第１の連通状態、第２の連通状態を示す縦断面図である。また、図３は、図１の要部拡大断面図である。

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。

図示実施形態の流路切換弁は、四方切換弁１であり、ヒートポンプ式冷暖房システムにおいて流路切換用として使用されるもので、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、四方パイロット弁８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、四方パイロット弁８について説明する。

＜主弁５の構成及び動作＞
主弁５は、図１〜図３に加えて、図５、図６を参照すればよくわかるように、外郭部品としてのハウジング１０と、このハウジング１０内に回動可能かつ上下動可能に配在された回転弁体２０と、回転弁体２０を回動させるための回転軸部材３０と、ハウジング１０内に設けられ、回転弁体２０が対面（対接）せしめられる弁シート部材７０と、を備える。

ハウジング１０は、アルミあるいはステンレス（ＳＵＳ）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圧入、ろう付け、溶接等により固定された厚肉円板状の蓋板部材１０Ａと、胴部１０Ｃの下面開口を気密的に封止するように前記蓋板部材１０Ａと同様に前記胴部１０Ｃに固定された厚肉円板状の底板部材１０Ｂとを有する。

弁シート部材７０は、本実施形態では、ハウジング１０（の底板部材１０Ｂ）と一体に形成されておらず、ハウジング１０と別部材としてハウジング１０内に配在されている。

この弁シート部材７０は、例えばハウジング１０と同様にアルミあるいはステンレス（ＳＵＳ）等といった比較的硬い（強度の高い）金属を素材としてプレス加工等により作製されたもので、胴部１０Ｃ（の内面）よりも若干小径の薄肉円板状を有し（ここでは、前記した底板部材１０Ｂ及び蓋板部材１０Ａよりも薄肉）、その上面は平坦で滑らかな弁シート面７２となっている。弁シート部材７０には、図４、図６に示される如くに、回転弁体２０の回転軸線Ｏを中心とした同一円周上に９０°間隔で、流体（冷媒）の入出口となる段付きの円形開口７３（の上部小径部７３ａ（図３、図６））と管継手７８からなる第１ポートｐＤ、第２ポートｐＣ、第３ポートｐＥ、及び第４ポートｐＳが垂設されている。

ハウジング１０の底板部材１０Ｂには、前記４個の円形開口７３に連設する４本の管継手７８がそれぞれ通される円形開口からなる接続口１８が形成されている。

本例では、図３に拡大図示されている如くに、前記接続口１８と略同径に形成された円形開口７３の下部大径部７３ｂに、ハウジング１０（の底板部材１０Ｂ）の外側から接続口１８を介してハウジング１０内（弁室１１）に挿入された管継手７８の上端部が内嵌されてろう付けにより（詳しくは、底板部材１０Ｂの接続口１８部分と同時にろう付けすることにより）固定（固着）されて接続されている。すなわち、本例では、ハウジング１０、弁シート部材７０、及び管継手７８の三者間の固定並びに必要箇所のシールは、ろう付けにより行うようにされている。

したがって、本実施形態では、弁シート部材７０は、ハウジング１０内（弁室１１）における底板部材１０Ｂの上側に間隔をあけて配在されている。換言すれば、弁シート部材７０（の弁シート面７２）は、ハウジング１０内（弁室１１）において、前記４本の管継手７８により底板部材１０Ｂの上面（内面）１２から浮かせて（つまり、ハウジング１０の内面に直接接触せずに）支持されている。

なお、弁シート部材７０の円形開口７３に接続される管継手７８は、銅等の、前記ハウジング１０や弁シート部材７０よりも柔らかい（強度の低い）素材で形成されたパイプ部材で作製されている。

本実施形態の四方切換弁１では、ヒートポンプ式冷暖房システムに組み込まれた場合において、例えば、第１ポートｐＤは圧縮機吐出側に接続され、第２ポートｐＣは室外熱交換器に接続され、第３ポートｐＥは室内熱交換器に接続され、第４ポートｐＳは圧縮機吸入側に接続される。

前記回転軸部材３０は、図５、図６を参照すればよくわかるように、上から順に、小径凸部３１、上部大径部３２、中間軸部３３、角形係合部３４、下端小径部３６を有する。前記ハウジング１０における蓋板部材１０Ａの中央には、前記回転軸部材３０が挿通せしめられる嵌挿穴１３が形成され、弁シート部材７０の中央には、回転軸部材３０の下端小径部３６を回転自在に支持する丸穴からなる挿通穴７１が設けられている。

回転軸部材３０において、その小径凸部３１を含む上端部には、後述するアクチュエータ７の回転駆動体６５の下端部が溶接等により一体に結合されている。中間軸部３３の上部には、ばね受けを兼ねるＣ字状の止め具３８が嵌着される環状溝３３ａ（図３、図５、図９）が形成されるとともに、この止め具３８により樹脂製のスラスト軸受３７が回転軸部材３０に対して回動自在に外嵌保持されている。

回転軸部材３０の角形係合部３４には、回転弁体２０の下部中央に設けられた角形溝２９に嵌め込まれた角形棒３５が外挿されて嵌合せしめられており、これにより、回転弁体２０は回転軸部材３０と一体に回動せしめられる。なお、角形溝２９に予めインサート成形された金属製の角形棒３５に回転軸部材３０の角形係合部３４を嵌入してもよい。

回転軸部材３０の上部大径部３２と蓋板部材１０Ａの嵌挿穴１３との間にはシール部材としてのＯリング１４が介装されている。

回転弁体２０は、ハウジング１０内（弁室１１）に回動可能に配在されてその下面が前記弁シート面７２に対面せしめられる短円柱状の基体部２１を有し、該基体部２１には、図１、図２に加えて図６〜図９を参照すればよくわかるように、中央部に回転軸部材３０を通す段付き貫通穴２２が設けられ、この段付き貫通穴２２の上部段差部と前記回転軸部材３０に嵌着された止め具３８との間に、回転弁体２０（基体部２１）を弁シート面７２に押し付ける方向に付勢する圧縮コイルばね３９が縮装されている。

また、回転弁体２０の（回転軸線Ｏに対して）一端側には、その下部に高圧冷媒が流通する高圧側Ｕターン連通路４１が設けられた飯ごう形状の高圧通路形成部材４０が上下方向に摺動自在に嵌挿保持される収容部２３が設けられ、他端側には、低圧冷媒が流通する低圧側Ｕターン連通路４２が設けられている。

より詳細には、高圧通路形成部材４０は、収容部２３の下端の平面視飯ごう状外形を有する環状の内方突出端縁部２３ａ上に配在されている。また、高圧通路形成部材４０に形成された高圧側Ｕターン連通路４１は、下面側が開口した側面視概略円弧（弓形）状ないしかまぼこ形状とされており、内方突出端縁部２３ａの下面が高圧側Ｕターン連通路４１の（弁シート面７２に対する）当接面１６（図８（Ｂ）、図９参照）となっている。高圧側Ｕターン連通路４１の下面（開口）及び内方突出端縁部２３ａの下面は、前記第１ポートｐＤを含む隣り合うポート間（ｐＤ−ｐＣ、ｐＤ−ｐＥ）を選択的に連通させ得る大きさとされている。なお、高圧側Ｕターン連通路４１に導入された高圧冷媒の一部は、高圧通路形成部材４０と収容部２３との隙間を介して弁室１１内に導入されるため、前記当接面１６はシール性を備える必要はない。

また、高圧通路形成部材４０における上面側の（周方向で）両端近くには、舌状把手部４３が横方向に突設されている。一方、基体部２１の上面側の対応する部位には収容部２３に連なって舌状把手部４３、４３が上下動自在に嵌挿される凹部２６、２６が設けられ、さらにこの凹部２６の下側に、高圧通路形成部材４０を弁シート面７２とは反対側（蓋板部材１０Ａ側）に付勢するための圧縮コイルばね２５が装填される収納穴２７が形成されている。

また、高圧通路形成部材４０の上面には、該高圧通路形成部材４０と蓋板部材１０Ａの下面との接触面積を減らして回転時の摩擦抵抗を小さくすべく、上に凸の球冠状の突部４４が複数（図示例では、中央付近と両端付近の３箇所）設けられている。

一方、回転弁体２０に設けられた低圧側Ｕターン連通路４２は、基体部２１内に形成された弁体内通路部４６と、該弁体内通路部４６における下面側に設けられた低圧通路画成部材４７とで構成される。

弁体内通路部４６は、下面側（弁シート面７２側）が開口した側面視概略円弧（弓形）状ないしかまぼこ形状を呈し、かつ、上部（外周側）が概ね半円形状ないしそれに近い半楕円形状を持つものとなっている。

それに対し、低圧通路画成部材４７は、両端に円形開口４９を有する円環状部４５を持つ平面視メガネ状とされ、該低圧通路画成部材４７の上側に基体部２１が被さるようにして、そのメガネ状の外枠部分の上面が基体部２１の弁体内通路部４６の下端周縁部に超音波溶着あるいはレーザ溶着等により合体接合されている。

低圧通路画成部材４７は、図８を参照すればよくわかるように、下面両端（円形開口４９の下面外周）に弁シート面７２に対接する円環状シール面１７、１７を有する。また、前記低圧側Ｕターン連通路４２の断面形状を、弁体内通路部４６と協働（合体）して、円形ないしそれに近い楕円形とするとともに、一端から他端まで全長にわたって略等しい断面積とすべく、その中央部から両端の円形開口４９にかけて山状突部４８が設けられている。山状突部４８は、図９に示される如くに、断面形状が半円状ないしそれに近い半楕円状の表面（すなわち、円弧の部分）を有している。

つまり、前記低圧側Ｕターン連通路４２は、その下側ないし内周側部分が低圧通路画成部材４７で画成され、その上側ないし外周側部分が基体部２１（の弁体内通路部４６）で画成された、断面形状が円形ないしそれに近い楕円形かつ側面視概略逆Ｕ字状ないし円弧状を呈している。

本例では、低圧側Ｕターン連通路４２の通路径と第２〜第４ポートｐＣ、ｐＥ、ｐＳの口径とは略同径とされており、低圧側Ｕターン連通路４２の一端及び他端（低圧通路画成部材４７の両端の円形開口４９、４９）が第２〜第４ポートｐＣ、ｐＥ、ｐＳの３つのポートの真上に選択的に位置せしめられ（つまり、低圧通路画成部材４７の両端の円形開口４９、４９は、回転弁体２０の回転軸線Ｏを中心とした同一円周上に９０°離れて形成されている）、これにより、前記第４ポートｐＳを含む隣り合うポート間（ｐＳ−ｐＥ、ｐＳ−ｐＣ）を選択的に連通するようになっている。

上記に加え、本実施形態では、回転弁体２０の回転時において、回転弁体２０側の当接面１６及びシール面１７を弁シート部材７０の弁シート面７２から離れさせるボール式シール面離隔機構が設けられている。

ボール式シール面離隔機構は、図６、図９に示される如くに、ボール５６、ケース５７、及び蓋部材５８で構成されるボール保持体５５を複数（図示例では３個）備える。ボール保持体５５は、ボール５６を、その一部を下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保持するもので、このボール保持体５５は、回転弁体２０の下部外周に３箇所、１２０°間隔で設けられた装着穴５９に、前記ボール５６の一部を下方に突出させた状態で装着されている。また、回転弁体２０の下側に位置する弁シート部材７０には、回転弁体２０の回転開始前及び回転終了時において、回転弁体２０側の当接面１６及びシール面１７が弁シート部材７０の弁シート面７２から離れないように、前記ボール５６の一部が嵌め込まれ、回転弁体２０の回転時（流路切換中）においては、ボール５６が回転弁体２０を押し上げながら転がり出るような寸法形状とされた略円錐状の凹穴７４が１２０°間隔で３個ずつ２組設けられている。本実施形態では、流路切換のための回転角度は９０°とされているので、凹穴７４の組同士の角度間隔は３０°となっている。

かかるシール面離隔機構では、回転弁体２０の回転開始前及び回転終了時においては、図９に示される如くに、弁シート部材７０の凹穴７４内にボール５６の一部が嵌り込んでいる。この状態から回転弁体２０を９０°回転させ始めると、ボール保持体５５が周方向に移動（回転）し、これに伴ってボール５６は、回転弁体２０を、圧縮コイルばね３９の付勢力に抗して押し上げながら凹穴７４から転がり出る。これによって、回転弁体２０の当接面１６及びシール面１７が弁シート部材７０の弁シート面７２から離れる。なお、回転弁体２０が９０°回転すると、ボール５６が次の凹穴７４に嵌り込むので、回転弁体２０は圧縮コイルばね３９の付勢力によって押し下げられ、回転弁体２０の当接面１６及びシール面１７が弁シート面７２に押し付けられる。

図１０に、前記した弁シート部材７０の他例を示す。この弁シート部材７０は、弁シート部材７０の挿通穴７１の回りに、下側（ハウジング１０における底板部材１０Ｂの上面（内面）１２側）に向けて突出する位置決め用の凸部７５を設けたものである。本実施形態では、管継手７８を弁シート部材７０と底板部材１０Ｂの２箇所でろう付けする必要があるが、凸部７５によって、ろう付けの際、弁シート部材７０を底板部材１０Ｂに対して（詳細には、底板部材１０Ｂの上側に）位置決めできるため、弁シート部材７０の軸線方向のずれを防ぐことができる。なお、図１０で凸部７５は、挿通穴７１の一部としたが、軸線方向から見て、管継手７８よりも中心側（換言すれば、回転軸線Ｏ寄り）に配置すればよく、挿通穴７１とは異なる構成でもよい。また、ここでは、凸部７５を切削加工したような円筒形状としたが、例えば、弁シート部材７０の挿通穴７１をプレス加工し、その際に挿通穴７１の回りに凸形状を形成するようにして、前記凸部７５を作成してもよい。

＜アクチュエータ７の構成及び動作＞
次に、回転弁体２０を回動させるための流体圧式のアクチュエータ７について説明する。なお、アクチュエータ７は、基本的に、上記特許文献２、３に所載のものと同じであるので、詳細図は省略する。必要なら、上記特許文献２、３を参照されたい。

本実施形態のアクチュエータ７は、前記主弁５内を流通する高圧冷媒と低圧冷媒との差圧を利用した流体圧式のもので、前記ハウジング１０における蓋板部材１０Ａ上にその下端が固定された上蓋６２付き円筒部６１と、該円筒部６１内に摺動自在に嵌挿された天井部付き厚肉円筒状の受圧移動体６０と、この受圧移動体６０内に内挿された円柱状の回転駆動体６５と、を備える。

受圧移動体６０は、蓋板部材１０Ａの上面に嵌合固定されて受圧移動体６０と円筒部６１との間に嵌め込まれた弓形状断面の左右一対の回動阻止兼上下動案内部材６３、６３により、直線的に上下動するがその回転は阻止されるようになっている。

受圧移動体６０と回転駆動体６５には、受圧移動体６０の上下動を回転駆動体６５の回転運動に変換するための運動変換機構として、送り用雌ねじ６６と送り用雄ねじ６７がそれぞれ設けられている。回転駆動体６５は、受圧移動体６０に螺合しているので、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おり、回転駆動体６５が回転すると、該回転駆動体６５に連結された回転軸部材３０及び回転弁体２０も一体に回転する。ここでは、受圧移動体６０が上動すると、回転駆動体６５、回転軸部材３０、及び回転弁体２０が（下から視て）反時計回りに回転し、受圧移動体６０が下動すると、回転駆動体６５、回転軸部材３０、及び回転弁体２０が（下から視て）時計回りに回転する。

前記受圧移動体６０の外周上部には、円筒部６１の内周面との間を気密的に封止して円筒部６１内を容積可変の上室５１と下室５２とに仕切るシール部材（ここでは、Ｏリング６８、例えばテフロン（登録商標）製の滑りリング６９からなるシール部材）及び該シール部材を係止する例えば金属製のリング部材６４がかしめ等により装着されている。

図１には、受圧移動体６０が最下降位置にあり、回転弁体２０が第１の回転位置をとっている状態が示され、図２には、受圧移動体６０が最上昇位置にあり、回転弁体２０が第２の回転位置をとっている状態が示されている。本例では、第１の回転位置と第２の回転位置との角度差、つまり、流路切換に要する回転角度は９０°となっている。

また、円筒部６１の下部には、下室５２に高圧流体を導入・排出するための下部ポート５４が設けられるとともに、その上蓋６２には、上室５１に高圧流体を導入・排出するための上部ポート５３が設けられている。

なお、受圧移動体６０の上下動を回転駆動体６５の回転運動に変換するための運動変換機構としては、上記のような送りねじを用いたものに限定されず、例えば、ボール、このボールの収容部、及びボールの一部が嵌め込まれる螺旋溝で構成されているもの等を採用することができる。

＜四方パイロット弁８の構成及び動作＞
次に、四方パイロット弁８について説明する。

本実施形態では、流路切換を、高圧部分である第１ポートｐＤ、上部ポート５３、下部ポート５４、及び、低圧部分である第４ポートｐＳに細管＃１〜＃４で接続された電磁式の四方パイロット弁８により行うようにされている。つまり、前記アクチュエータ７の上室５１と下室５２とは、四方パイロット弁８及び細管＃１〜＃４を介して選択的に圧縮機吐出側（高圧側）と圧縮機吸入側（低圧側）とに接続され、上室５１と下室５２との圧力差を利用して受圧移動体６０を上下動させ、それに伴って（回転駆動体６５、回転軸部材３０を介して）回転弁体２０を弁シート部材７０の弁シート面７２上で回転摺動させて流路（ポート間の連通状態）の切り換えを行うようにされている。

四方パイロット弁８は、その構造自体はよく知られているものであるので、その詳細な構造説明は省略する。

この四方パイロット弁８においては、上部ポート５３に細管＃２を介して接続されるポートａ、第４ポートｐＳに細管＃４を介して接続される低圧ポートｂ、下部ポート５４に細管＃３を介して接続されるポートｃ、第１ポートｐＤに細管＃１を介して接続される高圧ポートｄが設けられている。

本例では、通電ＯＮ時には、高圧ポートｄとポートｃが連通するとともに、ポートａと低圧ポートｂが連通するので、第１ポートｐＤ（吐出側高圧ポート）に流入する高圧流体が下部ポート５４を介して下室５２に導入されるとともに、上室５１の高圧流体が上部ポート５３から第４ポートｐＳ（吸入側低圧ポート）へ排出される。

それに対し、通電をＯＦＦにすると、高圧ポートｄとポートａが連通するとともに、ポートｃと低圧ポートｂが連通するので、第１ポートｐＤ（吐出側高圧ポート）に流入する高圧流体が上部ポート５３を介して上室５１に導入されるとともに、下室５２の高圧流体が下部ポート５４から第４ポートｐＳ（吸入側低圧ポート）へ排出される。

したがって、四方パイロット弁８への通電をＯＮにすると、受圧移動体６０が上動し、これによって、回転駆動体６５、回転軸部材３０、及び回転弁体２０が（下から視て）反時計回りに９０°（第１の回転位置から第２の回転位置へと）回転し、図２、図４（Ｂ）に示される如くに、高圧側Ｕターン連通路４１により第１ポートｐＤと第３ポートｐＥとが連通するとともに、低圧側Ｕターン連通路４２により第２ポートｐＣと第４ポートｐＳとが連通する（回転弁体２０が第２の回転位置にある第２の連通状態）。

一方、四方パイロット弁８への通電をＯＦＦにすると、受圧移動体６０が下動し、回転駆動体６５、回転軸部材３０、及び回転弁体２０が（下から視て）時計回りに９０°（第２の回転位置から第１の回転位置へと）回転し、図１、図３、図４（Ａ）に示される如くに、高圧側Ｕターン連通路４１により第１ポートｐＤと第２ポートｐＣとが連通するとともに、低圧側Ｕターン連通路４２により第３ポートｐＥと第４ポートｐＳとが連通する（回転弁体２０が第１の回転位置にある第１の連通状態）。

＜四方切換弁（流路切換弁）１の作用効果＞
上記のような構成とされた本実施形態の四方切換弁（流路切換弁）１では、弁シート部材７０は、外郭部品としてのハウジング１０と別部材としてハウジング１０内に配在されるので、弁シート部材７０の弁シート面７２には、回転弁体２０の受圧荷重のみが掛かり、内圧が掛からない（詳細には、弁シート面７２の上下でキャンセルされる）構造となるため、弁シート部材７０として、例えば比較的肉薄の平板（円板）状部材（全体が均一な厚さの部材）を追加すれば済み、外郭部品としてのハウジング１０の肉厚を大きくする（厚くする）必要はない。そのため、弁シート部材の弁シート面が外郭強度の性能も有する構造である従来のものと比べて、重量増加、コストアップ等を招くことなく、弁シート部材７０（の弁シート面７２）の変形（歪）を抑制し得て弁洩れを生じ難くできる。

また、ポートを構成する管継手７８は、ハウジング１０を構成する材料（例えばＳＵＳ等）に対して柔らかい材料（例えば銅等）で形成されている。本実施形態では、弁シート部材７０を、ハウジング１０に設けられた接続口１８を介してハウジング１０内に挿入された管継手７８に接続してハウジング１０の内面から浮かせて支持することにより、内圧によるハウジング１０の変形（歪）（図３の一点鎖線Ｄａ参照）を管継手（の伸び率の違いによる弾性変形）で吸収して弁シート部材（の弁シート面）に伝わらないようにできるため、弁シート部材（の弁シート面）の変形（歪）（図３の二点鎖線Ｄｂ参照）を確実に抑制し得て弁洩れの発生を効果的に抑えることができる。

［第２実施形態］
図１１、図１２は、それぞれ本発明に係る流路切換弁の第２実施形態の第１の連通状態、第２の連通状態を示す縦断面図である。また、図１３は、図１１の要部拡大断面図である。

本第２実施形態の四方切換弁（流路切換弁）２は、上述した第１実施形態の四方切換弁（流路切換弁）１に対し、弁シート部材８０の配置構成、弁シート部材８０、ハウジング１０の底板部材１０Ｂ、及び管継手８８の接続構成が異なっており、その他の構成は、上述した第１実施形態とほぼ同じである。したがって、第１実施形態の四方切換弁（流路切換弁）１の各部に対応する部分には、同一ないし関連した符号を付して重複説明を省略し、以下においては、相違点を重点的に説明する。

本実施形態の弁シート部材８０は、前述した第１実施形態の弁シート部材７０と同様に、ハウジング１０（の底板部材１０Ｂ）と一体に形成されておらず、ハウジング１０と別部材としてハウジング１０内に配在されている。

この弁シート部材８０は、例えばハウジング１０と同様にアルミあるいはステンレス（ＳＵＳ）等といった比較的硬い（強度の高い）金属を素材としてプレス加工等により作製されたもので、胴部１０Ｃ（の内面）よりも若干小径の薄肉円板状を有し（ここでは、前記した底板部材１０Ｂ及び蓋板部材１０Ａよりも薄肉）、その上面が平坦で滑らかな弁シート面８２となっている弁シート面部８５を有する。

弁シート部材８０の弁シート面部８５には、回転弁体２０の回転軸線Ｏを中心とした同一円周上に９０°間隔で、流体（冷媒）の入出口となる円形開口８３が形成されるとともに、この円形開口８３の周縁部から立ち下がる円筒状の嵌入筒部８７が突設されている。

ハウジング１０の底板部材１０Ｂには、前記４個の円形開口８３に連なる４本の嵌入筒部８７（の下端部）がそれぞれ通される段付きの円形開口からなる接続口１８が形成されている。

本例では、図１３に拡大図示されている如くに、接続口１８の上部大径部１８ａに、嵌入筒部８７の下端部が（上下方向に）摺動可能に内嵌され、接続口１８の下部大径部１８ｂに、管継手８８の上端部が内嵌されてろう付けにより固定（固着）されて接続されている。すなわち、本例では、ハウジング１０及び管継手８８の両者間の固定並びに必要箇所のシールは、ろう付けにより行うようにされている。

つまり、本例では、弁シート部材８０の円形開口８３（及びそれに続く嵌入筒部８７）と、底板部材１０Ｂの接続口１８と、管継手８８とで、第１ポートｐＤ、第２ポートｐＣ、第３ポートｐＥ、及び第４ポートｐＳが構成されている。

また、本例では、高圧部分である第１ポートｐＤ以外のポート（第２ポートｐＣ、第３ポートｐＥ、及び第４ポートｐＳ）に対応する接続口１８の上部大径部１８ａ（の内周面）と嵌入筒部８７の下端部（の外周面）の間には、弾性体からなるシール部材としてのＯリング１９が（圧縮状態で）介装されている（図１１〜図１３では、第４ポートｐＳ部分のみを図示）。

また、弁シート部材８０には、前記弁シート面部８５の外周（言い換えれば、弁シート部材８０の外周）から立ち下がる短円筒状（換言すれば円環状）の支持脚部８６が設けられている。この支持脚部８６の高さ（上下方向長さ）は、前記した嵌入筒部８７の高さよりも小さくされており、その下端部は、ハウジング１０の底板部材１０Ｂ（の上面１２）の外周部に当接せしめられて載せ置かれている。

したがって、本実施形態では、弁シート部材８０の弁シート面部８５は、ハウジング１０内（弁室１１）における底板部材１０Ｂの上側に間隔をあけて配在されている。換言すれば、弁シート部材８０の弁シート面部８５（の弁シート面８２）は、ハウジング１０内（弁室１１）において、前記環状の支持脚部８６により底板部材１０Ｂの上面（内面）１２から浮かせて（つまり、ハウジング１０の内面に直接接触せずに）支持されている。

また、前記支持脚部８６の下部の所定箇所（１箇所もしくは複数箇所）には、下方開放の切欠きからなる均圧穴８６ａが設けられ、これによって、当該支持脚部８６の内側とハウジング１０内（弁室１１）とが常時連通せしめられている。なお、本例では、前記均圧穴８６ａとして、支持脚部８６の下部に形成した切欠きを採用しているが、支持脚部８６の中腹部に形成した所定形状の貫通穴等によって前記均圧穴８６ａを形成してもよい。また、前記支持脚部８６に代えて又は前記支持脚部８６とともに、前記弁シート面部８５側、詳しくは、前記弁シート面部８５において回転弁体２０の下面（当接面１６及びシール面１７）が接触する部分以外の部分に、貫通穴等からなる均圧穴を形成してもよい。

なお、本例では、弁シート部材８０における、弁シート面部８５、支持脚部８６、及び嵌入筒部８７は一体に形成されている（換言すれば単一部品として構成されている）。

また、弁シート部材８０（の弁シート面部８５）の中央には、第１実施形態と同様に、回転軸部材３０の下端小径部３６を回転自在に支持する丸穴からなる挿通穴８１が設けられている。

かかる構成を有する本第２実施形態の四方切換弁（流路切換弁）２においても、上述した第１実施形態の四方切換弁（流路切換弁）１と同様に、弁シート部材８０は、外郭部品としてのハウジング１０と別部材としてハウジング１０内に配在されるので、弁シート部材８０の弁シート面８２には、回転弁体２０の受圧荷重のみが掛かり、内圧が掛からない（詳細には、弁シート面８２の上下でキャンセルされる）構造となるため、弁シート部材８０（の弁シート面部８５）として、例えば比較的肉薄の平板（円板）状部材を追加すれば済み、外郭部品としてのハウジング１０の肉厚を大きくする（厚くする）必要はない。そのため、弁シート部材の弁シート面が外郭強度の性能も有する構造である従来のものと比べて、重量増加、コストアップ等を招くことなく、弁シート部材８０（の弁シート面８２）の変形（歪）を抑制し得て弁洩れを生じ難くできる。

また、弁シート部材８０を、回転弁体２０（の下面）が対接せしめられるとともに４個の円形開口８３が設けられた弁シート面部８５と、該弁シート面部８５をハウジング１０の内面から浮かせて支持するための支持脚部８６とで形成する。また、弁シート面部８５に設けられた円形開口８３の周縁部に嵌入筒部８７を設け、この嵌入筒部８７の下端部をハウジング１０の接続口１８に摺動可能に内嵌する。この場合、嵌入筒部８７とハウジング１０の接続口１８との間にシールが必要である場合には（詳しくは、第１ポートｐＤ以外の第２ポートｐＣ、第３ポートｐＥ、及び第４ポートｐＳには）、シール部材としてのＯリング１９が設置される。これにより、内圧によるハウジング１０の変形（歪）（図１３の一点鎖線Ｄａ参照）を接続口１８における嵌入筒部８７の摺動（上下方向の相対移動）で吸収して、当該内圧によるハウジング１０の変形（歪）が弁シート部材８０（の弁シート面８２）に直接的に影響しないようにできるため、弁シート部材８０（の弁シート面８２）の変形（歪）を確実に抑制し得て弁洩れの発生を効果的に抑えることができる。

なお、高圧部分である第１ポートｐＤについては、ハウジング１０内（弁室１１）が高圧導入されているため、シール部材としてのＯリング等を設置する必要はない。

また、本実施形態では、弁シート部材８０（の弁シート面８２）は、ハウジング１０の底板部材１０Ｂ（の上面１２）に載せ置かれており、内圧によるハウジング１０の変形（歪）に応じてハウジング内１０で上下方向に多少変位する可能性はあるが、圧縮コイルばね３９によって回転弁体２０は弁シート部材８０の弁シート面８２に押し付けられているとともに、前記支持脚部８６を、前記ハウジング１０の変形（量）の少ない例えば弁シート面部８５の外周に環状に設けることにより、弁シート部材８０（の弁シート面８２）の変位（つまり、ハウジング内１０での上下方向の移動）を低く抑えることができる。

加えて、本実施形態では、弁シート部材８０の円形開口８３に連設する管継手８８をハウジング１０の接続口１８（の下部大径部１８ｂ）に内嵌してろう付け等により接続固定すればよく、弁シート部材８０（の嵌入筒部８７）をろう付け等により接続固定する必要はないので（シール部材としてのＯリング１９、あるいは、第１ポートｐＤ内を流れる高圧流体（冷媒）によりシールされているため）、組付が容易となる。

なお、上記した実施形態では、本発明を四方切換弁に適用した場合の例を説明したが、本発明は六方切換弁等にも同様に適用できることは言うまでも無い。また、流路切換弁の回転弁体内に設けられる連通路の数も、１個でもよいし、３個以上でもよい。

また、上述した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。

１ 四方切換弁（流路切換弁）（第１実施形態）
２ 四方切換弁（流路切換弁）（第２実施形態）
５ 主弁
７ アクチュエータ
８ 四方パイロット弁
１０ ハウジング
１０Ａ 蓋板部材
１０Ｂ 底板部材
１０Ｃ 胴部
１１ 弁室
１２ 底板部材の上面（内面）
１６ 当接面（高圧側Ｕターン連通路）
１７ シール面（低圧側Ｕターン連通路）
１８ 接続口
１８ａ 上部大径部
１８ｂ 下部大径部
１９ Ｏリング（シール部材）
２０ 回転弁体
２１ 基体部
２３ 収容部
２５ 圧縮コイルばね
３０ 回転軸部材
３９ 圧縮コイルばね
４０ 高圧通路形成部材
４１ 高圧側Ｕターン連通路（連通路）
４２ 低圧側Ｕターン連通路（連通路）
４６ 弁体内通路部
４７ 低圧通路画成部材
５１ 上室
５２ 下室
５３ 上部ポート
５４ 下部ポート
５５ ボール保持体
６０ 受圧移動体
６５ 回転駆動体
７０ 弁シート部材（第１実施形態）
７１ 挿通穴
７２ 弁シート面
７３ 円形開口（開口）
７３ａ 上部小径部
７３ｂ 下部大径部
７４ 凹穴
７５ 凸部
７８ 管継手
８０ 弁シート部材（第２実施形態）
８１ 挿通穴
８２ 弁シート面
８３ 円形開口（開口）
８５ 弁シート面部
８６ 支持脚部
８６ａ 均圧穴
８７ 嵌入筒部
８８ 管継手
ｐＤ 第１ポート（吐出側高圧ポート）
ｐＣ 第２ポート（室外側入出ポート）
ｐＥ 第３ポート（室内側入出ポート）
ｐＳ 第４ポート（吸入側低圧ポート）

Claims (15)

1. ハウジングと、該ハウジング内に回動可能に配在された回転弁体と、該回転弁体が対接せしめられる弁シート部材とを備え、
   前記弁シート部材に、流体の入出口となる複数の開口が設けられ、該複数の開口に、前記ハウジングに接続された管継手が連設されており、
   前記回転弁体内に、前記開口と前記管継手を含んで構成されるポート間を選択的に連通する１個もしくは複数個の連通路が設けられている流路切換弁であって、
   前記弁シート部材は、前記ハウジングと別部材として前記ハウジング内に配在されていることを特徴とする流路切換弁。
2. 前記弁シート部材は、前記ハウジングに設けられた接続口を介して前記ハウジング内に挿入された前記管継手により前記ハウジングの内面から浮かせて支持されていることを特徴とする請求項１に記載の流路切換弁。
3. 前記開口に、前記管継手が接続されていることを特徴とする請求項２に記載の流路切換弁。
4. 前記開口に設けられた下部大径部に、前記管継手が内嵌されて固定されていることを特徴とする請求項３に記載の流路切換弁。
5. 前記管継手は、前記ハウジングよりも柔らかい素材で形成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の流路切換弁。
6. 前記弁シート部材に、前記ハウジングの内面側に向けて突出する凸部が設けられていることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の流路切換弁。
7. 前記凸部は、前記弁シート部材において前記管継手よりも中心側に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の流路切換弁。
8. 前記弁シート部材は、前記回転弁体が対接せしめられるとともに前記複数の開口が設けられた弁シート面部と、該弁シート面部を前記ハウジングの内面から浮かせて支持するための支持脚部とを有することを特徴とする請求項１に記載の流路切換弁。
9. 前記支持脚部は、前記弁シート面部の外周に環状に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の流路切換弁。
10. 前記支持脚部に、切欠きもしくは貫通穴からなる均圧穴が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の流路切換弁。
11. 前記開口の周縁部に嵌入筒部が設けられ、該嵌入筒部の端部は、前記管継手が接続された前記ハウジングの接続口に摺動可能に内嵌されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の流路切換弁。
12. 前記接続口に設けられた上部大径部に、前記嵌入筒部の端部が摺動可能に内嵌され、前記接続口に設けられた下部大径部に、前記管継手が内嵌されて固定されていることを特徴とする請求項１１に記載の流路切換弁。
13. 前記接続口と前記嵌入筒部との間にシール部材が介装されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の流路切換弁。
14. 前記シール部材は、複数のポートのうち相対的に高圧の流体が流れるポート以外のポートに配設されていることを特徴とする請求項１３に記載の流路切換弁。
15. 前記弁シート部材と前記回転弁体との間に、前記回転弁体の回転時において、前記回転弁体を前記弁シート部材から離れさせるシール面離隔機構が設けられていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の流路切換弁。

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